JPS6161716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導マグネツトなどの超電導機器に
常温部から通電する必要のある超電導装置に係
り、特に通電時の熱侵入量のみならず、非通電時
の熱侵入量を著しく低減するに好適な電流導線を
有する超電導装置に関する。

第１図に従来の超電導装置の一例を示す。１は
超電導コイル、２は超電導コイル１の極低温冷媒
である液体ヘリウム３を収納する内容器、４は液
体ヘリウム３部分への外部からのふく射侵入熱を
しやへいするシールド、５は断熱のための真空空
間を形成する外容器である。６は低温発生部から
の冷媒が供給される凝縮器、７はガスを外部に放
出する排気管、８は常温部から超電導コイル１へ
給電するための電流導線で、対をなす相手の電流
導線は省略してあるが、同一構造である。９は電
流導線８を冷却するための低温ガス量調節用ヒー
タで、液体ヘリウム３内に設けられ、ヒータ９の
通電により蒸発を促進することによつてガス量が
調節される。このように調節された低温のガス
は、低温弁１０を通じてガス供給管１１に導かれ
る。１２および１３は電気絶縁と冷却ガスのシー
ルを兼ねた絶縁シール、１４は常温側の端子であ
る。１５は冷却ガスを外部に取り出すガス排出
管、１６，１７は管路に設けた弁である。１８は
超電導コイル１を永久モード運転するための永久
電流スイツチである。第２図は電流導線８部分の
詳細図を示す。電流導線８は外管１９内にらせん
状の絶縁スペーサ２０により支持されている。２
１は冷却管、２２は比較的熱伝導率のよい電気絶
縁物、２３はガス排出管１５に設けられた安全弁
である。

本超電導装置の運転の手順を簡単に説明する。
図示されていない注入管より液体ヘリウムが内容
器２に送り込まれ、所定の液量が貯められる。こ
のとき、超電導コイル１は液体ヘリウム３に浸漬
された状態になる。次に、超電導コイル１に電流
を供給するには、先ず低温弁１０および弁１６を
開き、弁１７を閉じて、ヒータ９によつて調節さ
れた低温の蒸気ヘリウムガスをガス供給管１１に
導く。ガス供給管１１に導かれた低温の蒸気ヘリ
ウムガスは、外管１９と電流導線８の間に配置さ
れたらせん状の絶絶スペーサ２０が形成する冷却
流路を流れ、顕熱によつて電流導線８を冷却しな
がら、ガス排出管１５に達し、弁１６を通して放
出される。次に、永久電流スイツチ１８を開と
し、常温側の電流端子１４より通電し、その電流
量を次第に増加させる。所定の電流量に到達した
ら、永久電流スイツチ１８を閉じ、永久電流モー
ド運転に入る。それから電流導線８への通電量を
徐々に下げ零として通電を終了する。この電流導
線８への通電中は、低温の蒸気ヘリウムガスの顕
熱による冷却は継続される。電流導線８に通電す
る必要がなくなると、低温弁１０を閉じ、弁１６
よりガス供給管１１および電流導線８と外管１９
の間の冷却流路内のヘリウムガスは、図示しない
真空ポンプで1Torr程度まで排気され、その後弁
１６を閉じる。弁１７は閉じられているので、内
容器２内のヘリウムの圧力が上昇し、凝縮器６が
動作して、定常的な冷却運転へ移行する。

この場合、電流導線８はたとえシールド４の寒
剤たとえば液体窒素などで冷却管２１および電気
絶縁物２２を介して冷却されるにしても、低温弁
１０および弁１６を閉じているため、ヘリウムガ
スの顕熱を利用した冷却は止まり、熱伝導による
液体ヘリウム部への侵入熱量が増大する。この量
はガス冷却がある場合の10倍〜30倍になると計算
されるので、内容器２を密閉したことによる冷凍
負荷の増大は図示しない冷凍機に大きな負担を与
えることになり、経済的にも大きな損失である。

本発明の目的は上記従来の欠点を解消すべくな
されたもので、通電時のみならず、永久電流モー
ド状態の非通電時における内容器内への侵入熱量
を大きく減少させた超電導装置を提供することに
ある。

本発明は、常温側には従来と同様の電流導線
を、低温側には比較的熱伝導率の小さい導体と高
臨界温度超電導体が一体となつた超電導線を使用
し、これらを冷却ガスとの熱交換が良い接続導体
で接続すると共にこの接続導体と冷却ガスとの熱
交換器として、接続導体に金網や多孔板を積層し
たものなどで冷却ガス流路を形成し、熱伝達率を
大幅に高め、熱交換器の効率を高めたものであ
る。

以下本発明の超電導装置の一実施例を第３図〜
第５図により説明する。第３図はこの実施例にお
ける電流導線部分の詳細図である。内部に液体ヘ
リウムなどの極低温冷媒を貯蔵する内容器２４に
は外容器２５を貫通する外管２６が設けられてい
る。この外管２６内には常温側の電流導線２７と
低温側の超電導線２８とこれら導線２７と２８を
接続する電気抵抗率の小さい材料からできている
接続導体２９が配設されている。この超電導線２
８はNb₃Sn化合物超電体などのように高臨界温度
Tcを有する高臨界温度超電導体２８ａが複数本
と銅−錫ブロンズ合金などのような熱伝導率の小
さい導体２８ｂから構成されている。超電導体２
８ａの全断面積は通電する所定の電流量を充分に
流すことができるように超電導体の動作条件下に
おける臨界電流密度Tcを基に決定されるのはい
うまでもない。外管２６の下端には電気絶縁と後
述の冷却ガスの内容器２４とのシールを兼ねた絶
縁シール３０、上端には電気絶縁と冷去ガスのシ
ールを兼ねた絶縁シール３１がそれぞれ設けられ
ている。上記外管２６と常温側の電流導線２７お
よび低温側の超電導線２８との間の空間３２およ
び３３にはそれぞれ電気絶縁とらせん状の冷却流
路を形成するための絶縁スペーサ３４および３５
が配置されている。外管２６と接続導体２９との
間の空間には絶縁シール３６が配置されて上記の
絶縁スペーサ３４が配置されている常温側電流導
線２７側の空間３２と絶縁スペーサ３５が配置さ
れている低温側超電導線２８側の空間３３とを隔
絶している。

外管２６の下方には低温の蒸気ヘリウムガスを
管内に導入するための冷却ガス導入管３７、上方
には冷却ガスを管外から排出するための冷却ガス
排出管３８がそれぞれ設けられている。また、外
管２６の中間部外壁には液体窒素などの冷媒を流
す冷却管３９が熱的に接合されており冷却管３９
内を流れる冷媒により熱伝導率の比較的大きい電
気絶縁物４０を介して常温側の電流導線２７の中
間温度部分を冷却する。

第４図は第３図における接続導体２９部分の詳
細図である。接続導体２９は冷却ガスが流れる空
間３２，３３と連通する冷却流路２９ａを有し、
この冷却流路２９ａ内には薄い金網や粒状成形金
属などの多数の微細な孔を有する伝熱性薄板を多
数積層したり多孔板とスペーサとを交互に多数積
層して形成される伝熱促進部材４１が設けられて
いる。この伝熱促進部材４１は積層状になつてい
るため接続導体２９と冷却ガスとの熱交換効率は
大幅に高めることができる。２９ｂは接続導体２
９の側壁内に埋設された高臨界温度超電導体、４
２は接続導体２９の温度をモニターするための温
度計である。

このように構成された超電導装置において、通
電の間、接続導体２９の温度は冷却ガス量を調整
することによつて上記低温側の超電導線２８の臨
界温度Tc以下に冷却される。

これによつて、低温側の超電導線２８は完全に
超電導状態になつて、通電電流は超電導線２８の
超電導体２８ａのみに流れることになり、この部
分でのジユール発熱は零となる。その結果、通電
中における液体ヘリウムへの侵入熱量は非常に小
さい。

次に非通電時では冷却ガスは流さず、顕熱によ
る冷却がないので、液体ヘリウムへの侵入熱はほ
とんど導体の伝導による。この場合熱伝導率の小
さい導体２８ｂと超電導体２８ａからなる低温側
の超電導線２８は、その熱伝導率が従来の電流導
体の約1/10から1/100となるので、前述の侵入熱
も約1/10から1/100程度にすることができる。

以上のように、本発明によれば通電中の発熱を
低減し、液体ヘリウムへの侵入熱量を低減できる
のみならず、非通電時における伝導による侵入熱
を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電導装置一例を説明する断面
模式図、第２図は第１図における電流導線部分の
詳細図、第３図は本発明の超電導装置における電
流導線部分の詳細図、第４図は第３図における接
続導体部分の詳細断面図である。 ２４……内容器、２５……外容器、２６……外
管、２７……常温側の電流導線、２８……低温側
の超電導線、２９……接続導体、３０，３１，３
６……絶縁シール、３４，３５……絶縁スペー
サ、３７……冷却ガス導入管、３８……冷却ガス
排出管、３９……冷却管、４１……伝熱促進部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 極低温冷媒を貯蔵する内容器と、この内容器
   を用い空間に真空部を形成する外容器と、前記極
   低温冷媒中に超電導機器を収め、この超電導機器
   と外部の常温にある電源とを接続する電流導線
   と、この電流導線を冷却する冷却流路とを有する
   超電導装置において、前記電流導線を、常温側の
   電流導線と、熱伝導率の小さい導体と起電導体が
   一体となつた低温側の超電導線と、これらの導線
   を接続する接続導体により構成すると共に、前記
   接続導体には伝熱促進部材を有する冷却流路を形
   成したことを特徴とする超電導装置。 ２ 伝熱促進部材は多数の微細な孔を有する伝熱
   性薄板を多数積層して構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の超電導装置。