JPH04120777A - 超電導電磁石用電流リード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超電５ｔｔｔ磁石を構成する超電導コイル
を励磁して電流を供給する際に外部電源と超電導コイル
とを電気的に接続する超電導！磁石の電流リードに関す
る。

〔従来の技術〕

一般に超電導電磁石は真空断熱容器の内部に収納された
超電導コイルがらなり、液体ヘリウムなどの極低温冷媒
によって冷却され極低温に保持される。電流リードは、
極低温に保持された超電導コイルに常温部から電力を供
給するもので、−Ｇに導体に発生するジュール熱と真空
断熱容器外部の常温部から内部の極低温部へ伝導により
侵入する侵入熱を低減するために、極低温容器である液
体ヘリウム容器内で液体ヘリウムが蒸発して生成した低
温のヘリウムガスを電流リード内に導き電流リードの導
体との熱交換によって冷却する方法が採られている。

極低温部への侵入熱が増大すると高価な液体ヘリウムの
消費量が増加するとともに、Ｍｉ電導ｔｍ石の特性に悪
影響を及ぼす恐れもあることから、電流リードには導体
と冷却用ヘリウムガスとの熱交換特性が良好であること
が求められる。

第２図は超電導電磁石の一般的な構造を簡略化して示す
縦断面図である。この図において、真空断熱容器１は真
空容器１八と、そのふた部分にサービスポートＩＤを介
して連結された液体ヘリウム容器ＩＢと、真空空間内に
配されて液体窒素ＩＮによって冷却される液体窒素シー
ルドＩＣを持ち、かつ液体窒素シールドＩＣや液体ヘリ
ウム容器ＩＢが図示しない多層断熱層で覆われて真空容
器ＩＡ側からのふく射熱が遮断されることによりて、液
体ヘリウム容器ＩＢへの侵入熱が極めて僅かになり、液
体ヘリ勺４−容器ＩＢに収納された液体ヘリウムＩＨの
気化損失が最小限に保持される。

超電導コイル２は液体ヘリウム容器ＩＢ内に液体ヘリウ
ムＩＨで浸漬した状態で収納されて液体ヘリウム温度（
約４．２Ｋ）に保持され、その両端末は接続リード４Ａ
、　４Ｂを介して一対の電流リード３Ａ、　３Ｂの下端
部に電気的に接続される。電流リード３Ａ。

３ＢはサービスポートＩＤを通り、そのふた板ＩＥに絶
縁支持された状態でその上端部が外部に引き出され、端
子板３１Ａ、　３１Ｂが図示しない外部ｔ＃ｌに接続さ
れる。電流リード３Ａ、　３Ｂを介して超電導コイル２
が励磁されて直流大電流が供給されれば、超電導コイル
２は高磁界を発生する。この状態で超電導コイル２の両
端末を図示しない永久１を流スイッチで短絡すれば、超
電導コイル２には理論的には永久に電流が流れ続けるい
わゆる永久電流モードになり、大きな電力を磁気エネル
ギーとして蓄える超電導電磁石としての機能を発揮する
。

第３図は第２図における電流リード３Ａを示す横断面図
であり、電流リード３Ｂについても同様である。電流リ
ード３＾は、金属性の中空管６の内部に複数条の導体５
が挿入され、中空管６の外周側は絶縁層７によって被覆
された構成になっている。

また、複数の導体５相互間及び導体と中空管との間のす
き間はヘリウムガスＩＧによる冷却通路８として利用さ
れ、液体ヘリウム容器ＩＢ中で気化した低温のヘリウム
ガスＩＧが、電流リード３Ａの下端から冷却通路８に入
り、を流リードの上端から外部に出て外気に放出される
か回収される。このように、導体５ば低温のヘリウムガ
スＩＧによって冷却されるので、導体５を流れる１ｔｆ
Ｌによって発生するジュール熱が低減され、かつ外部か
らの侵入熱及びジュール熱か極低温側へ伝導することが
阻止されるので、液体ヘリウムの気化損失を低減するこ
とができる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の構成による電流リード３Ａ、　３Ｂでは、電流リ
ード３Ａ、　３Ｂ内にヘリウムガスが流れて冷却される
ことにより導体５の温度上昇を抑制するもので、所定の
ヘリウムガス流量が得られれば定格電流値において一定
の温度分布をもって平衡状態が保持されるように設計さ
れている。

しかしながら、実際の使用状態においては、常時ヘリウ
ムガス流量を監視しているわけではなく、また監視して
いても２本の電流リード３Ａ、　３Ｂの間でヘリウムガ
ス流量が不平衡になって例えば電流リード３Ａの方のヘ
リウムガス流量が減少すると電流リード３Ａの導体５の
温度が上昇しこの温度上昇によってここを通るヘリウム
ガスの温度が上がることになって電流リード３Ａのヘリ
ウムガス流通抵抗が増大してヘリウムガス流量の不平衡
がなおのこと増大し、これによって温度が更に上昇して
電流リード３Ａの抵抗値の増加とこれに伴って発熱量が
増大し、結果的に暴走状態に至り電流リード３Ａが溶断
するという現象が起こる可能性があるという問題がある
。

この発明の目的はこのような問題を解決し、安定した大
電流の供給が可能な超電導を磁石用電流リードを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明によれば、絶縁被覆
され真空断熱容器の外部とこの真空断熱容器に収納され
冷媒液体に浸漬された超電導コイルを収納する極低温容
器との間を連通ずる２本の中空管と、これら中空管の内
部をそれぞれ貫通し前記極低温容器内で前記超電導コイ
ルと電気的に接続され、前記真空断熱容器の外で超電導
コイルを励磁する外部電源と電気的に接続されて往復電
流が流れる複数条の導体からなる２本の導体とからなり
、これら導体と前記中空管の内部空間の間にすき間を有
し、このすき間を前記極低温容器内で前記冷媒液体が莫
発した生成された冷媒ガスが通って前記真空断熱容器の
外に放出されてなる超電導電磁石用電流リードにおいて
、前記２本の中空管を熱的に連結する少なくとも１つの
熱移動部材を設けるものとする。

［作用］ この発明の構成において、２本の電流リードのそれぞれ
の中空管を少なくとも１つの熱移動部材で連結する構成
とすることにより、２本の電流リード間でヘリウムガス
流量の不平衡などのために２本の電流リード間で温度差
が生しても、熱移動部材によってこの温度差に応した熱
の移動が２本の電流リード間で行われて温度差の拡大が
抑制されるので一方の電流リードの温度が過度に上昇し
て暴走状態になるという現象が防止される。

〔実施例］ 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す電流リードの一部断面図を含む立
面図であり、第２図と共通の部材については同じ参照符
号を付けることにより詳細な説明を省略する。また、一
部所面図においては絶縁層７の図示を省略しである。こ
の図において、平行に配置された電流リード３Ａ、　３
Ｂの間を絶縁材料で製作した連結管３０で連結し１１１
流リード３Ａ、　３Ｂそれぞれの中空管６の内部空間を
連結しである。

したがって、電流リード３Ａと３ＢのヘリウムガスＩＧ
が連結されて一方から他方への移動が可能になって、電
流リード３Ａ、　３Ｂ間で温度差が生じたりヘリウムガ
スの圧力差が生ずるとこれら連結管３ｏを通ってヘリウ
ムガスが移動することによってこれらの差を低減するこ
とになる。そのために、例えば電流リード３Ａのヘリウ
ムガスの流量が小さくなりヘリウムガス流量と導体５の
温度が上昇したとしても連結管３０を設けであるために
電流リード３Ａの温度の上昇が抑制され暴走状態になる
ことが防止される。

一般に中空管６は金属製であり、超電導コイル２が励磁
されている状態では電流リード３Ａ、　３Ｂ間には電位
差があるので、２本の中空管６の間を連結する連結管３
０は絶縁材でなければならない。同時に連結管３０が２
本の中空管６を熱的に連結する機能を果たさせるために
、は連結管３０の材質に例えば窒化アルミニウムのよう
な熱良導性絶縁物を使用する。また、連結管３０の代わ
りにこのような熱良導性絶縁物からなる棒を中空管６間
に挿入して熱的に連結し中空管６間の温度差に応じて熱
の移動を行わせる熱移動部材としてもよい、大１図の連
結管３０はヘリウムガスを媒体とした熱移動部材でもあ
る。また、ヒートパイプを熱移動部材に採用することも
できる。この場合、ヒートパイプは通常金属性であるか
ら同じく金属性の中空管６と熱的に接続する部分で前述
の熱良導性絶縁物を使用して電気的に絶縁する構成を採
用することが必要である。なお、中空管６が熱良導性絶
縁物からなる場合には熱移動部材はこれと同じ熱良導性
絶縁物であっても銅やアルミなどの金属であっても差し
支えない。

中空管６の温度は導体５を含めたその位置での電流リー
ド３Ａ、　３Ｂの温度でもあるので、中空管６を熱移動
部材で熱的に連結することによって、例えば電流リード
３Ａの温度が高くなったときに、その熱を電流リード３
Ｂの方へ移動させることによって温度の不平衡状態を抑
制し、これによって電流リード３Ａの暴走が防止される
。

第１図では熱移動部材としての４つの連結管３０を電流
リード３＾、　３Ｂの長手方向に適当に分散して設けで
あるが、熱移動部材の設置個数は４とは限らない。ただ
１個設けただけでもそれなりの効果が期待できる。より
多くの熱移動部材を設けた方がその効果が確実になり、
より安定な電流リードになるがその代わりに高価になる
。したがって、熱移動部材の設置個数はその効果と設置
に伴う価格上昇などを総合的に考慮して決定されること
になる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、２本の電流リードのそれぞれ
の中空管を少なくとも１つの熱移動部材で熱的に連結す
ることにより、２本の電流リード間でヘリウムガス流量
の不平衡が生じてそれぞれの中空管の間に温度差が生じ
ても熱移動部材によってこの温度差に応じた熱の移動が
行われて温度差の拡大が抑制される。その結果、一方の
電流リードの温度が過度に上昇して暴走状態になるとい
う現象が防止され安定して大電流を流すことのできる電
流リードとなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す電流リードの一部縦断
面図を含む立面図、第２図は従来の超電導電磁石の一般
的な構造を簡略化して示す縦断面図、第３図は第２図に
示す１本の電流リードの横断面図である。 １・・・真空断熱容器、ＩＡ・・・真空容器、ＩＢ・・
・液体ヘリウム容器、 ＩＨ・・・液体ヘリウム（冷媒液体） ＩＧ・・・ヘリウムガス（冷媒ガス） ２・・・超電導コイル、３Ａ、　３Ｂ・・・電流リード
、５・・・導体、６・・・中空管、７・・・絶縁層、８
・・・冷却通路（すき間）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁被覆され真空断熱容器の外部とこの真空断熱容
   器に収納され冷媒液体に浸漬された超電導コイルを収納
   する極低温容器との間を連通する２本の中空管と、これ
   ら中空管の内部をそれぞれ貫通し前記極低温容器内で前
   記超電導コイルと電気的に接続され、前記真空断熱容器
   の外で超電導コイルを励磁する外部電源と電気的に接続
   されて往復電流が流れる複数条の導体からなる２本の導
   体とからなり、これら導体と前記中空管の内部空間の間
   にすき間を有し、このすき間を前記極低温容器内で前記
   冷媒液体が蒸発した生成された冷媒ガスが通って前記真
   空断熱容器の外に放出されてなる超電導電磁石用電流リ
   ードにおいて、 前記２本の中空管を熱的に連結する少なくとも１つの熱
   移動部材を設けたことを特徴とする超電導電磁石用電流
   リード。