JPH0494105A - 超電導コイル用電流リード - 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、断熱真空容器内に収納された超電導コイル
に外部から励磁電流を通流するために設けられる電流リ
ード、ことに電流リードからの浸入熱を低減するための
冷却構造に関する。

〔従来の技術〕

一般に超電導コイルは液体ヘリウム等の極低温冷媒によ
って冷却されるため、液体窒素シールドや高真空などで
熱の浸入を阻止した断熱真空容器内に設けられた液体ヘ
リウム容器に液体ヘリウムに浸漬した状態で収納される
。電流リードは極低温に保持された超電導電磁石として
の超電導コイルに常温側から励磁電流を通流するために
設けられるものであり、リードで発生するジュール熱お
よび常温側から極低温側に伝導により浸入する熱を低減
するために、電流リードの内部に気化した低温のヘリウ
ムガスを流すよう構成したものが知られている。

この場合、電流リードの材料としては銅または銅合金の
ような常電導体を用＼いるのが一般的であるが、その熱
伝導率が高く浸入熱を低減する効果が期待できないため
に、電流リードの一部に酸化物系超電導体等の高温超電
導体を用いたものが知られており、電気抵抗が零で熱抵
抗が高い酸化物系超電導体の特性を利用して浸入熱を低
減した電流リードが知られている。

第３図は従来の超電導電磁石装置の電流リードの冷却構
造を模式化して示す断面図である０図において、超電導
コイルｌは断熱真空容器４の液体ヘリウム容器１内に液
体ヘリウム３に浸漬した状態で収納され、超電導状態が
保持される。電流リード５はその低温端子９が超電導コ
イルｌに導電接続され、断熱真空容器４の外部に引き出
された常温端子８は図示しないｔｓに接続される。この
例ではヘリウムガス通路を持たない棒状の電流リード５
は低温端子９側がセラミック超電導体等液体窒素温度（
７７Ｋ）以上で超電導状態を示す高温超電導体５Ｂから
なり、常温端子８側が鋼または銅合金等の常電導体５Ａ
で構成され、両者は中間の接続部６で結合される。

電流リード５は液体窒素容器１２の底板を貫通して上部
に引き出されており、接続部６を含む所定の長さが液体
窒素１３に浸漬されることにより電流リード５が冷却さ
れる。また、液体窒素容器１２と液体ヘリウム容器２と
の間には高温超電導体５Ｂを包囲するガス管１４が設け
られ、液体ヘリウム容器２で気化したヘリウムガス３Ｇ
は、ガス管１４に連通ずる排気管７を通って断熱真空容
器５を気密に貫通し、外部に排気するよう構成され、液
体ヘリウム容器２で気化したヘリウムガス２Ｇにより電
流リードの冷却が行われる。さらに、液体窒素容器１２
はガス管１５を介して外部に連通し、液体窒素容器で気
化した窒素ガス１３Ｇの排気が行われる。

このように構成された従来の電流リードにおいては、常
電導体５Ａが液体窒素１３およびその気化ガス１３Ｇで
冷却されて常温例からの浸入熱およびジュール熱の高温
超電導体側への伝導が大幅に低減されるとともに、高温
超電導体５Ｂが液体窒素およびヘリウムガスで冷却され
て超電導状態となり、ジュール熱が零になるので、液体
ヘリウムの気化損失が極めて少ない電流リードを備えた
Ｊｕ！導磁石装置を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の装置では、液体窒素容器１２がガス管１４によっ
て液体ヘリウム容器２に気蜜に連結され、かつ排気管７
が断熱真空容器４の外被を気密に貫通するよう連結され
るとともに、ガス管１５によっても断熱真空容器の外被
に連結されているので、これら装置の組立作業を断熱真
空容器内部の狭い空間を利用して行わねばならない、断
熱真空容器内部は図では省略した輻射熱シールド、断熱
支持材、多層断熱層などが配されるので、作業スペース
として利用できる空間が狭く、作業が困難であるととも
に、これらの調約を排除するために断熱真空容器の要所
にハンドホールやマンホールを設けることも必要になる
。

この発明の目的は、電流リードと、その冷却装置の断熱
真空容器内での組立作業を簡単化することにある。

〔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、断熱真
空容器内の液体ヘリウム容器に収納され液体ヘリウム冷
却される超電導コイルに低温端子が導電接触し、常温端
子が外部電源に接続されて励磁電流を通流する電流リー
ドが、前記低温端子側の高温超電導体と、前記常温端子
側の常電導体との直列接続体からなり、その内部にヘリ
ウムガスの流通路を有するものにおいて、前記高温超電
導体と常電導体との接続部を液体窒素で直接冷却する冷
却器と、この冷却器に連通し前記常温端子近傍に注入口
を有する液体窒素の供給管とからなる冷却装置を備え、
真空ジャケットを介して前記断熱真空容器の外被に連結
支持されてなるものとする。また、冷却装置が、常温端
子近傍に注入口を有する供給管と、この供給管の下端部
に連結され高温超伝導体と常電導体との接続部をら旋状
に包囲する蛇管式の冷却器と、この冷却器の反供給管Ｓ
に連結され前記常温端子近傍に窒素ガスの排出口を有す
る排気管とからなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、内部にヘリウムガス通路を有
する電流リードを用いて気化したヘリウムガスを常温端
子側に排出し、常温端子近傍に液体窒素の注入口を侍ち
常電導体と高温超電導体との中間接続部を液体窒素で直
接冷却する冷却器を真空ジャケットを介して断熱真空容
器の外被に連結支持するよう構成したことにより、冷却
装置を含む電流リードが真空ジャケットを介して一体化
され、かつ断熱真空容器に連結する配管も排除されるの
で、これらを断熱真空容器の外部で組み立てた後断熱真
空容器に組み込むことが可能になる。

また、冷却装置を蛇管式とすることにより装置の構成を
一層簡素化できる。さらに、電流リートの低温端子部を
液体ヘリウム容器に気密に挿入して＠電導コイル側の端
子に導電接触させるよう構成すれば、断熱真空容器への
組み込み作業を一層簡素化する繍姥が得られる。

〔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になる超電導コイル用電流リ
ードを模式化して示す断面図であり、従来の装置と同じ
部分には同一の参照符号を用いることにより詳細な説明
を省略する９図において、常温端子２８を有する銅、銅
合金等の金属材料で構成される常電導体２５Ａと、低温
端子２９を有する酸化物超電導体等の高温超電導体２５
Ｂとが中間接続部２６で結合された電流リード２５は、
その内部に図示しないヘリウムガス通路を持ち、液体ヘ
リウム容器２で気化したヘリウムガスがこの通路を介し
て常温端子２８ｍから外部に排出される。また、電流リ
ード２５はその接続部２６部分に接続部を液体窒素で直
接冷却する冷却器３２と、この冷却器に下端部が連通し
常温端子近傍に液体窒素１３の注入口（供給配管との接
続部であってもよい）３４を有する液体窒素の供給管３
３とからなる電流リードの冷却装置が設けられる。

電流リード２５と冷却装置とは真空シャケ、ト３５を介
して一体化されており、真空ジャケット３５が断熱真空
容器２４の上部に気密に連結されることにより、全体が
断熱真空容器２４に連結支持される。この時、電流リー
ド２５の下端部をシール部２７によって気密に液体ヘリ
ウム容器２に挿入し、かつ低温端子２９を差し込み型と
して超伝導コイルＩ側のコンタクトと導電接触させる。

この実施例においては、常電導体２５Ａの熱伝導による
浸入熱およびジュール熱が液体窒素によって直接冷却さ
れ、高温超電導体側への伝導が阻止されるとともに、高
温超電導体が液体窒素の沸点（７７Ｋ）以下に冷却され
て超電導状態となり、そのジュール熱が零になり、かつ
高温超電導体の低い熱伝導性によって液体ヘリウム容器
側への熱浸入が低減されるので、電流リードからの浸入
熱によって生ずる液体ヘリウムの気化損失を極めて僅か
に抑えることができる。

また、電流リードと冷却装置が真空ジャケットにより一
体化され、かつ断熱真空容器に直結する配管も排除され
るので、電流リードとその冷却装置を断熱真空容器の外
部で組み立てたのち断熱真空容器に挿入しすることが可
能になる。また、低温端子をシール部を介して液体ヘリ
ウム容器に挿入すれば超電導コイルへの接続ができる。

したがって、断熱真空容器内の狭いスペースでの組立作
業がほとんど不要になり、作業を大幅に容易化すること
ができる。なお、電流リードからの浸入熱の大幅な減少
により、気化するヘリウムガス量も減り、したがって電
流リードのヘリウムガス通路側からの冷却作用が弱まる
が、その分散体窒素による冷却が活発化して高温超電導
体を超電導状態に保持する。

第２図はこの発明の異なる実施例を示す模式化した断面
図であり、電流リード２５を冷却する冷却装置４０が、
電流リードの中間接続部２６を含む所定の長さを伝熱結
合してら旋状に包囲する蛇管式冷却器４２と、この冷却
器に液体窒素を供給する供給管４３と、冷却器４２で気
化した窒素ガス１３Ｇを常温端子近傍に放出する排気管
４５とで構成され、液体窒素の注入口が常温端子の近傍
に設けられる。このように構成された冷却袋Ｗ４０は、
真空ジャケット４６によって電流リード２５と一体化さ
れ、断熱真空容器２４の外被に気密に連結支持された点
が前述の実施例と異なっており、注入口４４を断熱真空
容器外部の液体窒素供給管に連結し、適量を連続して供
給すれば、簡素化した冷却装置によって電流リードを効
率良く冷却することができる。

〔発明の効果］ この発明は前述のように、常電導体と高温超電導体の直
列接続体からなり、内部に液体ヘリウムガス通路を有す
る電流リードの中間接続部を液体窒素で直接冷却する冷
却器と、この冷却器に外部から液体窒素を供給する供給
管とからなる冷却装置を設け、これらを真空ジャケット
で一体化して断熱真空容器の外被に気密に連結支持する
よう構成した。その結果、電流リードと冷却装置の組立
作業を断熱真空容器の外部で行うことが可能になり、か
つ断熱真空容器に連結したヘリウムガスの排気管なども
排除され、従来技術で問題となった断熱真空容器内での
組立作業や配管作業がほとんど不要になり、したがって
断熱真空容器への組み込みが大幅に容易化されるととも
に、断熱真空容器の外被に作業を容易化するためのハン
ドホールやマンホールなどの付帯設備を設ける必要も無
くなるので、高い経済性と信頼性とを有する超伝導コイ
ル用電流リードを提供することができる。

また、冷却装置を蛇管式として液体窒素および窒素ガス
の給排出口を常温端子近傍に設けるよう構成すれば、装
置を一層簡素化できるとともに、断熱真空容器への組み
込み作業をも一層容易化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる超電導コイル用電流リ
ードを模式化して示す断面図、第２図はこの発明の異な
る実施例を模式化して示す断面図、第３図は従来の装置
を模式化して示す断面図である。 ■・・超伝導コイル、２・・液体ヘリウム容器、３・−
液体ヘリウム、４．２４・・断熱真空容器、５．２５−
・電流リード、５Ａ、２５Ａ・・常電導体、５８．２５
Ｂ−・高温超電導体、６．２６・・接続部、７．４５・
・排気管、８．２８・・常温端子、９．２９・・低温端
子、１２・・液体窒素容器、１３・・液体窒素、１３Ｇ
・・窒素ガス、１４．１５−・ガス管、２７・・シール
部、３２・・冷却器、３３．４３・・供給管、３４゜４
４・・注入口、３５．４６−・真空ジャケット、４０−
・冷却装置、４２・・蛇管式冷却器。 代１ノ、弁理士山口　鳳　只、−〇。 ダ 第ｉ園

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）断熱真空容器内の液体ヘリウム容器に収納され液体
   ヘリウム冷却される超電導コイルに低温端子が導電接触
   し、常温端子が外部電源に接続されて励磁電流を通流す
   る電流リードが、前記低温端子側の高温超電導体と、前
   記常温端子側の常電導体との直列接続体からなり、その
   内部にヘリウムガスの流通路を有するものにおいて、前
   記高温超電導体と常電導体との接続部を液体窒素で直接
   冷却する冷却器と、この冷却器に連通し前記常温端子近
   傍に注入口を有する液体窒素の供給管とからなる冷却装
   置を備え、真空ジャケットを介して前記断熱真空容器の
   外被に連結支持されてなることを特徴とする超電導コイ
   ル用電流リード。 ２）冷却装置が、常温端子近傍に注入口を有する供給管
   と、この供給管の下端部に連結され高温超電導体と常電
   導体との接続部をら旋状に包囲する蛇管式の冷却器と、
   この冷却器の反注入管側に連結され前記常温端子近傍に
   窒素ガスの排出口を有する排気管とからなることを特徴
   とする請求項１記載の超電導コイル用電流リード。