JPH06231951A - 超電導磁石の電流リード - Google Patents

超電導磁石の電流リード

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JPH06231951A
JPH06231951A JP5015023A JP1502393A JPH06231951A JP H06231951 A JPH06231951 A JP H06231951A JP 5015023 A JP5015023 A JP 5015023A JP 1502393 A JP1502393 A JP 1502393A JP H06231951 A JPH06231951 A JP H06231951A
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JP
Japan
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temperature side
side conductor
conductor
heat
low temperature
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JP5015023A
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English (en)
Inventor
Takaaki Bono
敬昭 坊野
Kiyoshi Sakaki
喜善 榊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06231951A publication Critical patent/JPH06231951A/ja
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】ジュール発熱による熱侵入と熱伝導による熱侵
入の和を低減にすることが可能な導体構成にする。 【構成】電流リード3の本体部34Aを構成する複数本
の導体39のそれぞれを長手方向に常温側導体391と
低温側導体392とに分け、かつこれらを接続部393
で接続して構成することによって、それぞれの導体39
1,392に使用する材料を異なるものにすることがで
きる。これらの導体39を介した熱侵入は、常温側では
熱伝導によるものが大きく、低温側ではジュール発熱に
よるものが大きいという傾向があるので、熱伝導率と残
留抵抗比とは比例関係にあることから、常温側導体39
1に残留抵抗比の小さな材料を使用すると、熱伝導率が
小さいので熱伝導による熱侵入が低減し、低温側導体3
92に残留抵抗比の大きな材料を使用すると、低温時の
抵抗率が小さいのでジュール発熱が低減し、総合的に熱
侵入量が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、低温容器内の超電導
磁石へ外部から電力を供給する超電導磁石の電流リード
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、超電導磁石は液体ヘリウムなど
の極低温冷媒によって冷却されるため、液体窒素シール
ドや真空などによって断熱された真空容器の内部に収納
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なので、一般にリー
ド導体に発生するジュール発熱と常温部から熱伝導で内
部の極低温部へ侵入するいわゆる熱侵入を低減するため
に、液体ヘリウムが蒸発した低温のヘリウムガスを用い
て冷却する方法がとられる。したがって、ジュール発熱
や伝導熱などの熱侵入量が大きいと高価な液体ヘリウム
の消費量が多大になるばかりでなく、超電導磁石の特性
に悪影響を及ぼす恐れもある。
【0003】図4は一般的な超電導磁石の縦断面図であ
る。この図において、真空断熱容器1は外側から真空容
器11、液体窒素シールド12、液体ヘリウム容器13
からなっていて、真空容器11内は真空に保持され、液
体窒素シールド12内には液体窒素が封入されており、
液体ヘリウム容器内13には液体ヘリウム4が封入され
その中に超電導コイル2が浸漬されている。電流リード
3は、液体ヘリウム容器13と真空容器11との間に設
けられるサービスポート14の中を上ふた15を貫通し
て取付けられて、その上端は大気中にあって端子板33
が取付けられ、その下端は液体ヘリウム容器13内にあ
って接続リード21が接続されている。端子板31は図
示しない外部電源に接続され、接続リード21は電流リ
ード3と超電導コイル2とを電気的に接続するものであ
る。
【0004】電流リード3は後述するように、この図に
示されている中空管とその中を通る複数本の導体とから
なっていて、これらの間の隙間に下端から流入したヘリ
ウムガス42が通って上昇し上端部から放出される間に
導体が冷却される。図5は図4における電流リード3の
詳細を示す回転図示断面図を含む立面図である。この図
において、電流リード3は上から、ガス放出管32、端
子板33、本体部34、低温側接続部35及び低温端子
板36からなっている。本体部34は回転図示断面図に
示すように、外径側から絶縁管37、中空管38及び中
空管38の中を通る複数本の導体39からなっていて、
導体39間の隙間381には低温接続部35の図示しな
い穴から中に流入したヘリウムガス42が通って導体3
9を冷却する。絶縁管39は図4の2本の電流リード3
間又はサービスポート14との間で電気的接触を避ける
ために設けられている。中空管38の中の隙間381を
上に向かって流れるヘリウムガス42は放出管32から
大気に放出される。
【0005】導体39が複数本の細い導体で構成されて
いるのは、ヘリウムガスとの接触面積を大きくして冷却
効果を高くするためである。導体39の本数は通電電流
値と長さによって決定される。すなわち、本数が多い、
言い換えれば総断面積が大きければ電流リードの抵抗値
が減少してジュール発熱量を小さくなるが、常温部から
の熱伝導による熱侵入量が増大する。逆に、本数が少な
ければ、常温部からの熱侵入量を低減できるが抵抗が増
大してジュール発熱量が増大する。このように導体39
の本数の決定は2つの相反する事項が総合的に考慮され
て最適の本数及び長さが決定される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】導体39の材料として
は、通常良導性金属である銅、得に残留抵抗比の大きい
電気銅が使用される。残留抵抗比とは、常温における電
気抵抗率と極低温(4.2K)における電気抵抗率との
比である。つまり、残留抵抗比が大きい金属ほど極低温
における電気抵抗が小さくなり、ジュール発熱による熱
侵入が小さくなる。銅の残留抵抗比は不純物の量で大き
く変化し、純度が高いほど大きくなる。電気銅の場合、
不純物の量によって30〜30,000の範囲の変化を
する。
【0007】一方、電気銅は電気良導性であるとともに
熱良導性である。そして、熱伝導による熱侵入量を決定
する熱伝導率は、前述した残留抵抗比と相関関係にあ
り、残留抵抗比の大きい金属ほど熱伝導率が大きい。電
流リード3の導体39からの熱侵入量を最小にするため
には、ジュール発熱による熱侵入量と熱伝導による熱侵
入量の双方を小さくするのが理想的である。すなわち、
材料としては残留抵抗比が大きく、熱伝導率の小さい金
属が理想的であるが、前述したとおり残留抵抗比と熱伝
導率との相関関係によりこのような理想的が金属は存在
しないという問題がある。
【0008】この発明はこのような問題を解決し、ジュ
ール発熱による熱侵入と熱伝導による熱侵入の和を最小
にすることが可能な導体構成を持った電流リードを提供
することにある。
【0009】
【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、真空断熱容器内に収納され液体
ヘリウムに浸漬された超電導コイルと外部電源とを電気
的に接続する超電導磁石の電流リードにおいて、この超
電導磁石の電流リードの本体部を構成する複数本の導体
のそれぞれを、長手方向に常温側導体と低温側導体とに
分け、これらを接続部で接続して構成し、常温側導体に
残留抵抗比の小さな材料を、低温側導体に残留抵抗比の
大きな材料を使用してなるものしと、また、常温側導体
と低温側導体との導体本数が異なるものとし、また、常
温側導体と低温側導体とを接続片を介して接続してなる
ものとし、また、常温側導体と低温側導体との導体本数
が同じで、接続部がそれぞれを1対1に対応させて圧接
接合されてなるものとする。
【0010】
【作用】この発明の構成において、電流リードの本体部
を構成する複数本の導体のそれぞれを長手方向に常温側
導体と低温側導体とに分け、かつこれらを接続部で接続
して構成することによって、それぞれの導体に使用する
材料を異なるものにすることができる。同じ材質の導体
を使用した場合の熱侵入量は、常温側では熱伝導による
ものが大きく、低温側ではジュール発熱によるものが大
きいという傾向があるので、残留抵抗比が大きいと熱伝
導率も大きいという相関関係にあることから、常温側導
体に残留抵抗比の小さな材料を使用すると、熱伝導率が
小さいことから熱伝導による熱侵入量の低減が大きく、
低温側導体に残留抵抗比の大きな材料を使用することに
より、低温時の抵抗率が小さいのでジュール発熱の低減
が大きく、総合的に熱侵入量が低減する。
【0011】また、常温側導体と低温側導体との導体本
数を異なるものにすることによって、本数が同じという
制限を設けた場合に比べて熱侵入量が更に小さくなる条
件を設定することができる。また、常温側導体と低温側
導体とを接続片を介して接続する接続部の構成を採用す
ることによって、両方の導体の本数が同じでも異なる場
合でも接続することができる。また、常温側導体と低温
側導体との導体本数が同じにしたときには、接続部でそ
れぞれの導体を1対1に対応させて圧接接合することが
できる。
【0012】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施例を示す電流リードの立面図であ
り、図5と同じ部材については共通の符号を付して詳し
い説明を省略する。図1の電流リード3Aと図5の電流
リード3との相違はA部に断面図を示すように、本体部
3Aを通る導体39Aが図のA部で導体391と392
とを接続した構成になっている点である。図の上側であ
る常温側の導体391には残留抵抗比の小さなってき電
気銅を、図の下側の低温側の導体392には残留抵抗比
の大きな電気銅を使用してある。
【0013】図2は図1のA部の拡大図である。この図
では、A部に導体39Aを6本だけ図示してあるが、実
際には図5のようにその本数ははるかに多いのが実際で
ある。この図において、導体39Aは導体391と39
2とが接続部393で接続されている。接続部393の
接続方法は例えば両方の導体を圧接して接合する圧接法
などが適している。
【0014】仮に、導体391の材料の残留抵抗比が3
0、導体392の材料の残留抵抗比が100のものをそ
れぞれ採用し、導体39Aの全長を700mmとすると、
総熱侵入量を最小にする導体391,392の長さ寸法
の振り分けは計算で容易に求めることができ、導体39
1が550mm、導体392が150mmとしたときが熱侵
入量が最小で電流リード3Aの熱侵入量は従来の場合の
約90%に低減される。
【0015】図1及び図2では導体391と392の本
数を同じとしてあるので、それぞれを1本ずつ接続する
ことができる。しかし、本数を双方で同じにしなければ
ならないという必然性はなく、異なる本数を採用して熱
侵入量を更に小さくすることができる。図3は図2とは
別のこの発明の実施例を示すA部拡大図である。この図
において、導体391の本数と導体392の本数とが異
なる点が図2との違いであり、そのために、図2のよう
に1対1の接続ができない。そこで間に接続片394を
設けて導体391を接続板394の上端面に、導体39
2を接続片394の下端面にそれぞれ接続して接続片3
94を介して導体391と392を接続する構成とした
ものである。このような構成にすることによって導体3
91と392との本数を自在に選択することができる。
特に定格電流が10kA以上と大きい場合には、導体3
91と392で本数を同じにすると、たとえ異なる残留
抵抗比の2種類の導体を使用しても熱侵入量を減らすこ
とができない場合があり、このような場合には本数を変
えることによって最適条件を設定することができるので
図3に示す構成が採用されることになる。通常は図3に
示すように、常温側導体391の導体本数を低温側導体
392のそれよりも小さくするのが妥当である。なお、
当然のことながら本数が同じでも図3のように接続片3
94を介して導体391と392とを接続する構成を採
用することも可能であり、その選択は主に製作工数の点
から判断される。接続片394の熱侵入に対する影響は
微小なので通常の電気銅を使用すればよくその残留抵抗
比の値が問題になることはない。
【0016】導体39の異なる残留抵抗比の数は2に限
るものではない。3あるいはそれ以上の異なる残留抵抗
比の導体材料を使用して熱侵入量をより小さくする構成
を採用することもできる。ただ、異なる材料を多くする
と接続部が増えて製作工数が増大し、ひいては電流リー
ドのコスト増になるので、単に熱侵入量の大小だけでは
なく総合的な配慮が必要である。
【0017】なお、異なる導体本数を採用する場合、少
ない本数の側の導体では中空管38との隙間381が大
きくなってヘリウムガスの流速が小さくなって冷却効果
が無視できない程度に低下するという問題が生ずること
がある。このような場合には隙間の総断面積を縮小する
ために、通電や熱伝導に関係しないステンレス棒などの
ダミーの金属を本数の少ない導体の部分に沿わせて配置
するという構成が採用される。
【0018】
【発明の効果】この発明は前述のように、電流リードの
本体部を構成する複数本の導体のそれぞれを長手方向に
常温側導体と低温側導体とに分け、これらを接続部で接
続して構成することによって、それぞれの導体に使用す
る材料を異なるものにすることができる。これら導体を
介した熱侵入は、常温側では熱伝導によるものが大き
く、低温側ではジュール発熱によるものが大きいという
傾向があるので、熱伝導率と残留抵抗比には前述のよう
な相関関係にあることから、常温側導体に残留抵抗比の
小さな材料を使用すると、熱伝導率が小さいので熱伝導
による熱侵入量の低減が大きく、低温側導体に残留抵抗
比の大きな材料を使用すると、低温時の抵抗率が小さい
のでジュール発熱による熱侵入量の低減大きく、結果的
に総合的な熱侵入量が低減するという効果が得られる。
【0019】また、常温側導体と低温側導体との導体本
数を異なるものにすることによって、本数が同じという
制限を設けた場合に比べて熱侵入量を更に小さくするこ
とできるという効果が得られる。また、常温側導体と低
温側導体とを接続片を介して接続する接続部の構成を採
用することによって、両方の導体の本数が同じでも異な
る場合でも容易に接続することができ、それぞれの導体
本数が同じの場合には、接続部でそれぞれの導体を1対
1に対応させて圧接接合による接続を採用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す電流リードの立面図
【図2】図1のA部拡大図
【図3】図2とは別のこの発明の実施例を示すA部拡大
図
【図4】一般的な超電導磁石の縦断面図
【図5】図4における電流リードの詳細を示す回転図示
断面図を含む立面図
【符号の説明】
1 真空断熱容器 11 真空容器 12 液体窒素シールド 13 液体ヘリウム容器 14 サービスポート 2 超電導コイル 3 電流リード 34 本体部 34A 本体部 34B 本体部 38 中空管 381 隙間 39 導体 39A 導体 391 常温側導体 392 低温側導体 393 接続部 394 接続片

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空断熱容器内に収納され液体ヘリウムに
    浸漬された超電導コイルと外部電源とを電気的に接続す
    る超電導磁石の電流リードにおいて、この超電導磁石の
    電流リードの本体部を構成する複数本の導体のそれぞれ
    を、長手方向に常温側導体と低温側導体とに分け、これ
    らを接続部で接続して構成し、常温側導体に残留抵抗比
    の小さな材料を、低温側導体に残留抵抗比の大きな材料
    を使用してなることを特徴とする超電導磁石の電流リー
    ド。
  2. 【請求項2】常温側導体と低温側導体との導体本数が異
    なることを特徴とする請求項1記載の超電導磁石の電流
    リード。
  3. 【請求項3】常温側導体と低温側導体とを接続片を介し
    て接続してなることを特徴とする請求項1又は2記載の
    超電導磁石の電流リード。
  4. 【請求項4】常温側導体と低温側導体との導体本数が同
    じで、接続部がそれぞれを1対1に対応させて圧接接合
    されてなることを特徴とする請求項1記載の超電導磁石
    の電流リード。
JP5015023A 1993-02-02 1993-02-02 超電導磁石の電流リード Pending JPH06231951A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006156011A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Nissan Motor Co Ltd 断熱容器
JP2012028041A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Sumitomo Heavy Ind Ltd 超電導電流リード

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