JP2515813B2 - 超電導機器用電流リ−ド - Google Patents
超電導機器用電流リ−ドInfo
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- JP2515813B2 JP2515813B2 JP62201714A JP20171487A JP2515813B2 JP 2515813 B2 JP2515813 B2 JP 2515813B2 JP 62201714 A JP62201714 A JP 62201714A JP 20171487 A JP20171487 A JP 20171487A JP 2515813 B2 JP2515813 B2 JP 2515813B2
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- Japan
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- superconducting device
- current
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- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導機器用電流リードに係り、特に熱損
失のきわめて少ない超電導機器用電流リードに関する。
失のきわめて少ない超電導機器用電流リードに関する。
従来、クライオスタツトに収納された超電導マグネツ
ト等の超電導機器に電流を供給する電流リードについて
は、特開昭56−134785号，特公昭61−61713号各公報に
記載のように低温側の超電導部にクライオスタツト内の
冷媒を液体あるいは蒸発ガスを前記超電導部を納めた外
管内に流通させ、前記超電導部を超電導臨界温度まで冷
却するようになつていた。
ト等の超電導機器に電流を供給する電流リードについて
は、特開昭56−134785号，特公昭61−61713号各公報に
記載のように低温側の超電導部にクライオスタツト内の
冷媒を液体あるいは蒸発ガスを前記超電導部を納めた外
管内に流通させ、前記超電導部を超電導臨界温度まで冷
却するようになつていた。
上記従来技術は、電流リードへ通電する場合におい
て、クライオスタツト内槽内の冷媒あるいは、冷媒内に
設けたヒータで蒸発させた冷媒の蒸発ガスを、電流リー
ドを収納する外陽気あるいは外管内に強制的に導入ある
いは流通させて、前記流通リードの超電導部を超電導臨
界温度まで冷却しなければならなく、通電時の熱損失が
非常に大きいという問題があつた。
て、クライオスタツト内槽内の冷媒あるいは、冷媒内に
設けたヒータで蒸発させた冷媒の蒸発ガスを、電流リー
ドを収納する外陽気あるいは外管内に強制的に導入ある
いは流通させて、前記流通リードの超電導部を超電導臨
界温度まで冷却しなければならなく、通電時の熱損失が
非常に大きいという問題があつた。
本発明の目的は、上記欠点を除去し、非通電時及び通
電時においても熱損失のきわめて少ない超電導機器用の
電流リードを提供することにある。
電時においても熱損失のきわめて少ない超電導機器用の
電流リードを提供することにある。
上記目的は、極低温冷媒を貯蔵する内容器と、該内容
器を囲うとともに、内容器との間の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、
この超電導機器に電流を供給する電流リードの液体窒素
温度以下の低温側を酸化物超電導部材で、常温側を常伝
導部材で構成した電流リードであって、前記常伝導部材
部に冷却流路を設けたことにより達成される。
器を囲うとともに、内容器との間の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、
この超電導機器に電流を供給する電流リードの液体窒素
温度以下の低温側を酸化物超電導部材で、常温側を常伝
導部材で構成した電流リードであって、前記常伝導部材
部に冷却流路を設けたことにより達成される。
ペロブスカイト関連結晶構造を有する酸化物系の超電
導材料及びその製法については、ツアイト シユリフト
フユーアフイジーク B64 （1987年）第189頁から第
193頁（Zeitschift fur Physik B64（1987）pp189−19
3）、サイエンス235（1987年）第567頁から第569頁（Sc
ience,235（1987）pp567−569）、及びフイジカル レ
ヴユー リターズ 58（1987年）第908頁から第910頁
（Physical Review Letters 58（1987）pp（908−910）
などにおいて論じられている。
導材料及びその製法については、ツアイト シユリフト
フユーアフイジーク B64 （1987年）第189頁から第
193頁（Zeitschift fur Physik B64（1987）pp189−19
3）、サイエンス235（1987年）第567頁から第569頁（Sc
ience,235（1987）pp567−569）、及びフイジカル レ
ヴユー リターズ 58（1987年）第908頁から第910頁
（Physical Review Letters 58（1987）pp（908−910）
などにおいて論じられている。
酸化物超電導体のうち、ペロブスカイト関連結晶構造
で、特に酸素欠損型三層構造を有するものなどは、その
超電導臨界温度が液体窒素温度（約78K）を越え、90K以
上の臨界温度を有しており、非常にすぐれた超電導材料
である。それによつて、超電導機器用電流リードの低温
側の超電導部に前記酸化物超電導体を使用することによ
り、通電時にジユール発熱がないので、通電時に前記超
電導部を冷却する必要がなくなり、非通電時と同様に、
前記超電導を液体窒素温度レベルに保持するだけで良
く、通電時に特別な冷却がいらない。また、前記酸化物
超電導材料は、磁場中にあると、その超電導特性（臨界
温度、臨界電流密度など）が著しく劣化するので、超電
導危機が超電導マグネツトで、電流リードを配置した部
分にもかなり大きな漏れ磁場が存在する場合には、高透
磁率の材料で磁気シールドする必要がある。
で、特に酸素欠損型三層構造を有するものなどは、その
超電導臨界温度が液体窒素温度（約78K）を越え、90K以
上の臨界温度を有しており、非常にすぐれた超電導材料
である。それによつて、超電導機器用電流リードの低温
側の超電導部に前記酸化物超電導体を使用することによ
り、通電時にジユール発熱がないので、通電時に前記超
電導部を冷却する必要がなくなり、非通電時と同様に、
前記超電導を液体窒素温度レベルに保持するだけで良
く、通電時に特別な冷却がいらない。また、前記酸化物
超電導材料は、磁場中にあると、その超電導特性（臨界
温度、臨界電流密度など）が著しく劣化するので、超電
導危機が超電導マグネツトで、電流リードを配置した部
分にもかなり大きな漏れ磁場が存在する場合には、高透
磁率の材料で磁気シールドする必要がある。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。図
は、本発明に係る超電導機器用電流リード１を超電導マ
グネツト２を収納するクライオスタツト３に組込んだ様
子を示す。前記超電導マグネツト２は、従来のNbTi合金
やNb3Sn及びV3Ga化合物系の超電導材料で構成されてい
る場合には、極低温容器４に収納された液体ヘリウム５
中に浸漬される。前記極低温容器４は、液体ヘリウム５
中へ侵入する熱を低減するために、中間輻射シール壁６
により包囲されている。前記中間輻射シール壁６は、弁
７より注入される液体窒素を冷却管８に流通させて、冷
却され、蒸発した窒素ガスは弁９より大気へ放出され
る。さらに、前記極低温容器４及び中間輻射シール壁
は、常温容器10に収納され、内部は断熱のため真空層1
1,12となつている。弁13は、真空ポンプへ接続される真
空弁である。断熱荷重支持体14,15は、極低温容器４及
び中間輻射シールド壁６を支持固定するためのものであ
る。極低温容器４内への液体ヘリウム５の注液は、弁16
を介し、注入管17より行なわれる。蒸発したヘリウムガ
スは、ヘリウムガス放出管18より、弁19を介して大気へ
放出される。また、蒸発したヘリウムガスの一部は、電
流リード１の常温部20へ流通させて、リン脱酸銅などの
電気伝導部材を冷却しながら弁21より大気へ放出され
る。この冷却により、電流リードの常温部（常電導部）
20と超電導部22の接続部を液体窒素温度レベルに保持す
る。
は、本発明に係る超電導機器用電流リード１を超電導マ
グネツト２を収納するクライオスタツト３に組込んだ様
子を示す。前記超電導マグネツト２は、従来のNbTi合金
やNb3Sn及びV3Ga化合物系の超電導材料で構成されてい
る場合には、極低温容器４に収納された液体ヘリウム５
中に浸漬される。前記極低温容器４は、液体ヘリウム５
中へ侵入する熱を低減するために、中間輻射シール壁６
により包囲されている。前記中間輻射シール壁６は、弁
７より注入される液体窒素を冷却管８に流通させて、冷
却され、蒸発した窒素ガスは弁９より大気へ放出され
る。さらに、前記極低温容器４及び中間輻射シール壁
は、常温容器10に収納され、内部は断熱のため真空層1
1,12となつている。弁13は、真空ポンプへ接続される真
空弁である。断熱荷重支持体14,15は、極低温容器４及
び中間輻射シールド壁６を支持固定するためのものであ
る。極低温容器４内への液体ヘリウム５の注液は、弁16
を介し、注入管17より行なわれる。蒸発したヘリウムガ
スは、ヘリウムガス放出管18より、弁19を介して大気へ
放出される。また、蒸発したヘリウムガスの一部は、電
流リード１の常温部20へ流通させて、リン脱酸銅などの
電気伝導部材を冷却しながら弁21より大気へ放出され
る。この冷却により、電流リードの常温部（常電導部）
20と超電導部22の接続部を液体窒素温度レベルに保持す
る。
次に、超電導マグネツト２を励磁する場合の動作につ
いて説明する。超電導マグネツト２から常温部にある電
気端子23までの様子を詳細に説明する。超電導マグネツ
ト２より永久電流スイツチ24を介し、電流リード１の低
温側の超電導部22から常電導部20へ、そして、電気端子
23に接続されている。超電導部は、酸化物超電導部材よ
りなる超電導線25が低熱伝導材料よりなる外管26により
電気的に絶縁した状態で包囲されている。前記外管26の
途中には、サーマルアンカ27が設けられている。電流リ
ード１の超電導部22と常電導部20の接続部28を介して、
常電導部20の電気伝導部材であるリン脱酸銅などで構成
された電気電導管29につながる。前記電気伝導管29の周
囲には、冷却ガスの通路を形成するための電気絶縁性材
料よりなるガイド30が設けられている。超電導マグネツ
トに通電し、励磁する場合には、蒸発ヘリウムガスを電
流リード１の常電導部へ導き、冷却すればよい。これ
は、超電導マグネツトを消磁する場合も同様である。電
流リードの超電導部は常に超電導状態にあり、通電時に
おいて全く発熱しないことは言うまでもない。そして、
常電導部を上記のように冷却することにより、電気伝導
管29で発生するジユール熱を除去でき、安定に通電でき
る。こうして、通電終了後、永久電流スイツチ24をONと
して、超電導マグネツトを永久電流モードとする。この
ように永久電流モード時には、電流リードには通電の必
要はない。このような励消磁時及び永久電流モード時の
液体ヘリウム５は侵入する熱のうち、電流リードを介し
て入るものはその構成材料の熱伝導によるものである。
酸化物超電導の熱伝導率が小さいこと、臨界電流密度が
104A/cm2以上あることからその断面積を小さくできるこ
となどの主な理由により、かなり小さくできる。即ち、
超電導マグネツトの励消磁時と永久電流モード時の電流
リードを介して液体ヘリウムに侵入する熱量は同じであ
る。
いて説明する。超電導マグネツト２から常温部にある電
気端子23までの様子を詳細に説明する。超電導マグネツ
ト２より永久電流スイツチ24を介し、電流リード１の低
温側の超電導部22から常電導部20へ、そして、電気端子
23に接続されている。超電導部は、酸化物超電導部材よ
りなる超電導線25が低熱伝導材料よりなる外管26により
電気的に絶縁した状態で包囲されている。前記外管26の
途中には、サーマルアンカ27が設けられている。電流リ
ード１の超電導部22と常電導部20の接続部28を介して、
常電導部20の電気伝導部材であるリン脱酸銅などで構成
された電気電導管29につながる。前記電気伝導管29の周
囲には、冷却ガスの通路を形成するための電気絶縁性材
料よりなるガイド30が設けられている。超電導マグネツ
トに通電し、励磁する場合には、蒸発ヘリウムガスを電
流リード１の常電導部へ導き、冷却すればよい。これ
は、超電導マグネツトを消磁する場合も同様である。電
流リードの超電導部は常に超電導状態にあり、通電時に
おいて全く発熱しないことは言うまでもない。そして、
常電導部を上記のように冷却することにより、電気伝導
管29で発生するジユール熱を除去でき、安定に通電でき
る。こうして、通電終了後、永久電流スイツチ24をONと
して、超電導マグネツトを永久電流モードとする。この
ように永久電流モード時には、電流リードには通電の必
要はない。このような励消磁時及び永久電流モード時の
液体ヘリウム５は侵入する熱のうち、電流リードを介し
て入るものはその構成材料の熱伝導によるものである。
酸化物超電導の熱伝導率が小さいこと、臨界電流密度が
104A/cm2以上あることからその断面積を小さくできるこ
となどの主な理由により、かなり小さくできる。即ち、
超電導マグネツトの励消磁時と永久電流モード時の電流
リードを介して液体ヘリウムに侵入する熱量は同じであ
る。
次に、電流リードの常温部を蒸発ヘリウムガスではな
く、液体窒素あるいは液体窒素温度レベルの窒素ガスを
利用して冷却するものについて第２図で説明する。電流
リード１の低温側の超伝導部22は、ヘリウムガス放出管
18に熱的に全領域で接続されている。弁７より導入され
た液体窒素は中間輻射シールド６を冷却管８により冷却
し、その後前記電流リードの常電導部と超電導部の接続
部28の近くに設けた入口管31より、常電導部へ流通さ
せ、電気伝導管29を冷却しながら、弁21より大気へ放出
する。こうすることにより、前記接続部を液体窒素温度
レベル以下に常に保持することができる。この結果、電
流リード１の超電導部22の酸化物超電導線25は常に臨界
温度以下の温度に維持できる。以上の説明では、電流リ
ード１の常電導部20の冷却は、中間輻射シールド６を冷
却する冷媒をそのまま利用していた。中間輻射シールド
６を冷却するラインと電流リードを冷却するラインを分
離し、入口管31へ常温部より直接配管し、この配管に液
体窒素あるいは液体窒素温度レベルの極低温ガスを導
き、電流リード１の電気伝導管29を冷却するように流通
させることもできる。
く、液体窒素あるいは液体窒素温度レベルの窒素ガスを
利用して冷却するものについて第２図で説明する。電流
リード１の低温側の超伝導部22は、ヘリウムガス放出管
18に熱的に全領域で接続されている。弁７より導入され
た液体窒素は中間輻射シールド６を冷却管８により冷却
し、その後前記電流リードの常電導部と超電導部の接続
部28の近くに設けた入口管31より、常電導部へ流通さ
せ、電気伝導管29を冷却しながら、弁21より大気へ放出
する。こうすることにより、前記接続部を液体窒素温度
レベル以下に常に保持することができる。この結果、電
流リード１の超電導部22の酸化物超電導線25は常に臨界
温度以下の温度に維持できる。以上の説明では、電流リ
ード１の常電導部20の冷却は、中間輻射シールド６を冷
却する冷媒をそのまま利用していた。中間輻射シールド
６を冷却するラインと電流リードを冷却するラインを分
離し、入口管31へ常温部より直接配管し、この配管に液
体窒素あるいは液体窒素温度レベルの極低温ガスを導
き、電流リード１の電気伝導管29を冷却するように流通
させることもできる。
最後に、電流リードの低温側の超電導部22の詳細な構
造について第３図，第４図により説明する。先ず、第３
図について説明する。酸化物超電導体32は、電気絶縁体
33で包囲され、さらに低熱伝導の材料よりなる保護外管
34によつて包まれる。これにより、前記酸化物超電導体
の電気絶縁及び水などに対する保護を行うことができ
る。次に、第４図について説明する。酸化内超電導体32
は電気絶縁体33に包囲され、さらに高透磁率をもち、低
熱伝導率の材料で、磁気シールド部材35により、磁気シ
ールドされる。前記酸化物超電導体32は、常温側の常電
導部へは、ハーメチツクシール36により接続される。接
続部はインジウムなどで接続抵抗をできるだけ低減する
ように工夫される。37は、AlO3セラミツクスなどの電気
絶縁体である。37は、常温側の電流リードの外管であ
る。磁気シールド部材35は箱状片を巻きつけてもよく、
第３図の保護管34として磁気シールド性の材料を用いて
もよい。こうすれば、酸化物超電導体32に加わる臨界強
度が小さくなり、流せる超電導電流を大きくとることが
できる。ただし、磁気シールド部材35に、大きな磁気力
が作用するので、電流リードは周辺に対し十分な強度で
固定しなければならない。
造について第３図，第４図により説明する。先ず、第３
図について説明する。酸化物超電導体32は、電気絶縁体
33で包囲され、さらに低熱伝導の材料よりなる保護外管
34によつて包まれる。これにより、前記酸化物超電導体
の電気絶縁及び水などに対する保護を行うことができ
る。次に、第４図について説明する。酸化内超電導体32
は電気絶縁体33に包囲され、さらに高透磁率をもち、低
熱伝導率の材料で、磁気シールド部材35により、磁気シ
ールドされる。前記酸化物超電導体32は、常温側の常電
導部へは、ハーメチツクシール36により接続される。接
続部はインジウムなどで接続抵抗をできるだけ低減する
ように工夫される。37は、AlO3セラミツクスなどの電気
絶縁体である。37は、常温側の電流リードの外管であ
る。磁気シールド部材35は箱状片を巻きつけてもよく、
第３図の保護管34として磁気シールド性の材料を用いて
もよい。こうすれば、酸化物超電導体32に加わる臨界強
度が小さくなり、流せる超電導電流を大きくとることが
できる。ただし、磁気シールド部材35に、大きな磁気力
が作用するので、電流リードは周辺に対し十分な強度で
固定しなければならない。
本発明によれば、超電導機器用電流リードを介して、
極低温側へ侵入する熱量、即ち熱損失量が、通電時及び
非通電時のどちらにおいても、同量で、かつ著しく低減
できる効果がある。
極低温側へ侵入する熱量、即ち熱損失量が、通電時及び
非通電時のどちらにおいても、同量で、かつ著しく低減
できる効果がある。
第１図は本発明の一実施例の極低温機器用電流リードを
組込んだクライオスタツトの縦断面図、第２図は本発明
の他の実施例の極低温機器用電流リードを組込んだクラ
イオスタツトの縦断面図、第３図，第４図は、夫々極低
温機器用電流リードの極低温側の超電導部の縦断面図で
ある。 １……超電導機器用電流リード、２……超電導マグネツ
ト、３……クライオスタツト、４……極低温容器、５…
…液体ヘリウム、６……中間輻射シール壁、7,9,13,16,
19,21……弁、８……冷却管、10……常温容器、11,12…
…真空層、14,15……断熱荷重支持体、17……注入管、1
8……ヘリウムガス放出管、20……常温部、22……超電
導部、23……電気端子、24……永久電流スイツチ、25…
…超電導線、26……外管、27……サーマルアンカ、28…
…接続部、29……電気伝導管、30……ガイド、31……入
口管、32……酸化物超電導体、33,37……電気絶縁体、3
5……磁気シールド部材、36……ハーメチツクシール。
組込んだクライオスタツトの縦断面図、第２図は本発明
の他の実施例の極低温機器用電流リードを組込んだクラ
イオスタツトの縦断面図、第３図，第４図は、夫々極低
温機器用電流リードの極低温側の超電導部の縦断面図で
ある。 １……超電導機器用電流リード、２……超電導マグネツ
ト、３……クライオスタツト、４……極低温容器、５…
…液体ヘリウム、６……中間輻射シール壁、7,9,13,16,
19,21……弁、８……冷却管、10……常温容器、11,12…
…真空層、14,15……断熱荷重支持体、17……注入管、1
8……ヘリウムガス放出管、20……常温部、22……超電
導部、23……電気端子、24……永久電流スイツチ、25…
…超電導線、26……外管、27……サーマルアンカ、28…
…接続部、29……電気伝導管、30……ガイド、31……入
口管、32……酸化物超電導体、33,37……電気絶縁体、3
5……磁気シールド部材、36……ハーメチツクシール。
Claims (4)
- 【請求項１】極低温冷媒を貯蔵する内容器と、該内容器
を囲うとともに、内容器との間の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
の超電導機器に電流を供給する電流リードの液体窒素温
度以下の低温側を酸化物超電導部材で、常温側を常伝導
部材で構成した電流リードであって、前記常伝導部材部
に冷却流路を設けたことを特徴とする超伝導機器用電流
リード。 - 【請求項２】前記超電導機器の励消磁時において、超電
導機器を冷却する冷媒の蒸発ガスを前記電流リードの低
温側と常温側の継ぎ部分へ直接導いて前記継ぎ部分を液
体窒素温度以下に冷却し、その後、前記冷却流路に流通
させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
電導機器用電流リード。 - 【請求項３】前記超電導機器用電流リードの冷却流路に
液体窒素あるいは液体窒素温度レベルの極低温窒素ガス
を流通させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の超電導機器用電流リード。 - 【請求項４】前記電流リードの低温側の超電導部を磁気
シールドしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の超電導機器用電流リード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62201714A JP2515813B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 超電導機器用電流リ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62201714A JP2515813B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 超電導機器用電流リ−ド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6445106A JPS6445106A (en) | 1989-02-17 |
| JP2515813B2 true JP2515813B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=16445710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62201714A Expired - Fee Related JP2515813B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 超電導機器用電流リ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2515813B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03185882A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-13 | Hitachi Cable Ltd | 超電導線材を用いた極低温測定用クライオスタット |
| JPH04100281A (ja) * | 1990-08-20 | 1992-04-02 | Fuji Electric Co Ltd | 超電導装置用電流リード |
| FR2701157B1 (fr) * | 1993-02-04 | 1995-03-31 | Alsthom Cge Alcatel | Liaison d'alimentation pour bobine supraconductrice. |
-
1987
- 1987-08-14 JP JP62201714A patent/JP2515813B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6445106A (en) | 1989-02-17 |
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