JPH04321284A - クライオスタットの蒸気冷却電力リード - Google Patents
クライオスタットの蒸気冷却電力リードInfo
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- JPH04321284A JPH04321284A JP3298237A JP29823791A JPH04321284A JP H04321284 A JPH04321284 A JP H04321284A JP 3298237 A JP3298237 A JP 3298237A JP 29823791 A JP29823791 A JP 29823791A JP H04321284 A JPH04321284 A JP H04321284A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02G15/00—Cable fittings
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- F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電力をクライオスタット
へ供給したりクライオスタットから取り出したりするた
めの電気リードに関し、さらに詳細には寒剤蒸気により
冷却されるかかる電力リードに関する。
へ供給したりクライオスタットから取り出したりするた
めの電気リードに関し、さらに詳細には寒剤蒸気により
冷却されるかかる電力リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超電導材を用いる装置は非常に低
い温度、普通は絶対０°に極めて近い温度で作動させる
必要がある。かかる装置は通常クライオスタットに入れ
た液状寒剤に浸漬される。沸点が約４Ｋであるヘリウム
が普通この寒剤として用いられる。この装置へ電流を送
ったり該装置から電流を取り出したりするだけでなく、
クライオスタットの制御装置或いは計測器をモニターす
るためのインターフェイスが必要となる。計測器のリー
ドは通常、非常に小さな電流を運ぶため、その寸法は非
常に小さくこれらのリードを介して漏洩する熱は大きな
問題とならない。しかしながら、例えば超電導磁石へ比
較的大きな電流を送るには、クライオスタットへの熱の
漏洩を最少限に抑えるよう、電力リードを設計する必要
がある。現在、この問題を解決する方法として、熱の漏
洩により沸騰蒸発する蒸気によって電力リードを内部で
冷却するよう電力リードを構成している。これらのリー
ドは通常、銅線編組スリーブのような多数の中空導体を
含む円筒金属管よりなり、その中を蒸気が通過する。こ
の方式によると導体の単位体積あたりの表面積が大きく
なり、熱が蒸気へ効率よく伝達する。これらのリードの
長さ及び伝導領域の大きさを、リードの高温端への熱の
漏洩が０になるように決めることによって、熱の漏洩を
最小限に抑えるよう最適化することが可能である。した
がって、寒剤へ伝導する熱はリード内部のジュール熱だ
けになる。しかしながら、電流が数百から数千アンペア
である超電導磁石の場合、このジュール熱が相当大きく
なる。
い温度、普通は絶対０°に極めて近い温度で作動させる
必要がある。かかる装置は通常クライオスタットに入れ
た液状寒剤に浸漬される。沸点が約４Ｋであるヘリウム
が普通この寒剤として用いられる。この装置へ電流を送
ったり該装置から電流を取り出したりするだけでなく、
クライオスタットの制御装置或いは計測器をモニターす
るためのインターフェイスが必要となる。計測器のリー
ドは通常、非常に小さな電流を運ぶため、その寸法は非
常に小さくこれらのリードを介して漏洩する熱は大きな
問題とならない。しかしながら、例えば超電導磁石へ比
較的大きな電流を送るには、クライオスタットへの熱の
漏洩を最少限に抑えるよう、電力リードを設計する必要
がある。現在、この問題を解決する方法として、熱の漏
洩により沸騰蒸発する蒸気によって電力リードを内部で
冷却するよう電力リードを構成している。これらのリー
ドは通常、銅線編組スリーブのような多数の中空導体を
含む円筒金属管よりなり、その中を蒸気が通過する。こ
の方式によると導体の単位体積あたりの表面積が大きく
なり、熱が蒸気へ効率よく伝達する。これらのリードの
長さ及び伝導領域の大きさを、リードの高温端への熱の
漏洩が０になるように決めることによって、熱の漏洩を
最小限に抑えるよう最適化することが可能である。した
がって、寒剤へ伝導する熱はリード内部のジュール熱だ
けになる。しかしながら、電流が数百から数千アンペア
である超電導磁石の場合、このジュール熱が相当大きく
なる。
【０００３】クライオスタットへ漏入する熱１ワットに
つき、それを冷凍状態に戻すには約１０００ワットの電
力エネルギーが必要である。さらに、多くの超電導装置
にとって必要条件である、液状ヘリウムを４Ｋの作動温
度にするには非常に高いコストがかかる。
つき、それを冷凍状態に戻すには約１０００ワットの電
力エネルギーが必要である。さらに、多くの超電導装置
にとって必要条件である、液状ヘリウムを４Ｋの作動温
度にするには非常に高いコストがかかる。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
の主要目的は、寒剤の蒸発が少なくてすむクライオスタ
ット用改良型蒸気冷却電力リードを提供することにある
。
の主要目的は、寒剤の蒸発が少なくてすむクライオスタ
ット用改良型蒸気冷却電力リードを提供することにある
。
【０００５】本発明の別の目的は、熱負荷の少なくとも
一部をコストの低い寒剤で担うようにした、ヘリウムを
用いるクライオスタット用改良型蒸気冷却電力リードを
提供することにある。
一部をコストの低い寒剤で担うようにした、ヘリウムを
用いるクライオスタット用改良型蒸気冷却電力リードを
提供することにある。
【０００６】上記及び他の目的は、クライオスタット内
部の寒剤室の寒剤温度と周囲温度の中間の温度で超電導
性を示す材料で形成した導体要素を備えた第１の導体セ
クションを有するクライオスタットの電力リードに関す
る本発明により実現される。この超電導性を示す導体要
素を有する第１の導体セクションは、クライオスタット
内の液状寒剤のプールの方へ内側へ向かって、また前記
材料が超電導性を示す前記中間温度より低い温度の中間
点の方へ向かって外側へ延びる。前記中間温度より高い
温度で通常導体である導体要素を有する第２の導体セク
ションは、前記第１の導体セクションからクライオスタ
ットの外方へ延びる。第１の導体セクション内の導体は
超電導材であるから、ジュール熱は発生しない。電力リ
ードの第２の導体セクション内の通常導体はジュール熱
だけを発生させる。電力リードの導体の周りに寒剤蒸気
の流れを維持して、第１の導体セクションの導体要素を
超電導状態に保つと共に、第２の導体セクションの通常
導体からの熱を除去する。前記導体を囲む管状の囲壁は
大気への排出口を持つが、この囲壁により寒剤蒸気が効
率よく流れる。
部の寒剤室の寒剤温度と周囲温度の中間の温度で超電導
性を示す材料で形成した導体要素を備えた第１の導体セ
クションを有するクライオスタットの電力リードに関す
る本発明により実現される。この超電導性を示す導体要
素を有する第１の導体セクションは、クライオスタット
内の液状寒剤のプールの方へ内側へ向かって、また前記
材料が超電導性を示す前記中間温度より低い温度の中間
点の方へ向かって外側へ延びる。前記中間温度より高い
温度で通常導体である導体要素を有する第２の導体セク
ションは、前記第１の導体セクションからクライオスタ
ットの外方へ延びる。第１の導体セクション内の導体は
超電導材であるから、ジュール熱は発生しない。電力リ
ードの第２の導体セクション内の通常導体はジュール熱
だけを発生させる。電力リードの導体の周りに寒剤蒸気
の流れを維持して、第１の導体セクションの導体要素を
超電導状態に保つと共に、第２の導体セクションの通常
導体からの熱を除去する。前記導体を囲む管状の囲壁は
大気への排出口を持つが、この囲壁により寒剤蒸気が効
率よく流れる。
【０００７】超電導性の導体要素はコレクタプレートに
よりその両端を支持してある。この超電導導体要素は一
方のコレクタプレートへはんだ付けにより、またもう一
方、好ましくは上部コレクタプレートへは可撓性コネク
タ部材によって連結することにより、個々の超電導導体
要素の熱膨脹の差を吸収させる。
よりその両端を支持してある。この超電導導体要素は一
方のコレクタプレートへはんだ付けにより、またもう一
方、好ましくは上部コレクタプレートへは可撓性コネク
タ部材によって連結することにより、個々の超電導導体
要素の熱膨脹の差を吸収させる。
【０００８】本発明の一実施例において、超電導の導体
要素が臨界温度より低い温度に維持され、また通常導体
がクライオスタット内の寒剤蒸気だけで冷却される。こ
の実施例の通常導体を囲む管状囲壁は単一の管状部材よ
りなり、この部材が超電導の第１導体セクションからの
寒剤蒸気を通常導体の周りへ導いて排出口から排出され
るようにする。
要素が臨界温度より低い温度に維持され、また通常導体
がクライオスタット内の寒剤蒸気だけで冷却される。こ
の実施例の通常導体を囲む管状囲壁は単一の管状部材よ
りなり、この部材が超電導の第１導体セクションからの
寒剤蒸気を通常導体の周りへ導いて排出口から排出され
るようにする。
【０００９】本発明の別の実施例では、超電導の導体要
素がクライオスタットの一次寒剤蒸気によりその臨界温
度より低い温度に維持される一方、通常導体は主として
二次寒剤により冷却される。この通常導体の冷却は部分
的に一次寒剤からの蒸気により行われる。電力リードの
この実施例の管状囲壁の上部には、通常導体を囲む内側
管状部材とその内側管状部材と共に管状通路を形成する
同心の外側管状部材とが設けられている。一次寒剤の蒸
気はこの超電導導体要素を通って上部コレクタプレート
を通過し、管状通路内へ流入した後、一次寒剤の排出口
から排出される。内側管状部材は通常導体を囲む別個の
寒剤室を形成し、その内部に二次寒剤が導入されてプー
ルを形成する。この二次寒剤は、蒸発するとその蒸気が
通常導体の周りを上方へ流れて別の排出口から排出され
る。この内側管状部材は高い熱伝導率の材料で形成され
るため、通常導体からの熱負荷の一部が内側管状部材の
周りを流れる一次寒剤の蒸気により担われる。外側管状
部材及び超電導導体要素を囲む囲壁は断熱性及び電気絶
縁性の材料で作られている。特に利用度の高い本発明の
電力リードでは、一次寒剤としてヘリウムが、また二次
寒剤として窒素が用いられる。
素がクライオスタットの一次寒剤蒸気によりその臨界温
度より低い温度に維持される一方、通常導体は主として
二次寒剤により冷却される。この通常導体の冷却は部分
的に一次寒剤からの蒸気により行われる。電力リードの
この実施例の管状囲壁の上部には、通常導体を囲む内側
管状部材とその内側管状部材と共に管状通路を形成する
同心の外側管状部材とが設けられている。一次寒剤の蒸
気はこの超電導導体要素を通って上部コレクタプレート
を通過し、管状通路内へ流入した後、一次寒剤の排出口
から排出される。内側管状部材は通常導体を囲む別個の
寒剤室を形成し、その内部に二次寒剤が導入されてプー
ルを形成する。この二次寒剤は、蒸発するとその蒸気が
通常導体の周りを上方へ流れて別の排出口から排出され
る。この内側管状部材は高い熱伝導率の材料で形成され
るため、通常導体からの熱負荷の一部が内側管状部材の
周りを流れる一次寒剤の蒸気により担われる。外側管状
部材及び超電導導体要素を囲む囲壁は断熱性及び電気絶
縁性の材料で作られている。特に利用度の高い本発明の
電力リードでは、一次寒剤としてヘリウムが、また二次
寒剤として窒素が用いられる。
【００１０】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。
につき詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】図１及び２を参照して、本発明によるクライ
オスタットの電力リード１は、超電導の第１導体セクシ
ョン３と通常導体の第２の導体セクション５よりなる。 超電導セクション３は、多数の超電導性の導体要素７を
有する。これらの超電導導体要素７は、高温超電導材（
ＨＴＳＣ）と呼ばれている材料で形成されている。ＨＴ
ＳＣ材は最近開発された材料で、臨界温度が従来の超電
導材の絶対０°に近い値よりもかなり高い。超電導導体
要素７を形成するための適当なＨＴＳＣ材としては、臨
界温度が約９０Ｋのイットリウム・バリウム・銅酸化物
（ＹＢＣＯ）がある。この電力リードの例では、ＹＢＣ
Ｏ導体は四角な棒状に加工されている。他の異なる形状
を用いてもよく、またこれらの導体を中空の管として形
成してもよい。ＹＢＣＯの超電導導体要素７は、図示の
ように、間を寒剤の蒸気が流れるように互いに間隔を保
って束ねられている。
オスタットの電力リード１は、超電導の第１導体セクシ
ョン３と通常導体の第２の導体セクション５よりなる。 超電導セクション３は、多数の超電導性の導体要素７を
有する。これらの超電導導体要素７は、高温超電導材（
ＨＴＳＣ）と呼ばれている材料で形成されている。ＨＴ
ＳＣ材は最近開発された材料で、臨界温度が従来の超電
導材の絶対０°に近い値よりもかなり高い。超電導導体
要素７を形成するための適当なＨＴＳＣ材としては、臨
界温度が約９０Ｋのイットリウム・バリウム・銅酸化物
（ＹＢＣＯ）がある。この電力リードの例では、ＹＢＣ
Ｏ導体は四角な棒状に加工されている。他の異なる形状
を用いてもよく、またこれらの導体を中空の管として形
成してもよい。ＹＢＣＯの超電導導体要素７は、図示の
ように、間を寒剤の蒸気が流れるように互いに間隔を保
って束ねられている。
【００１２】超電導導体要素７は、その一端を下部コレ
クタプレート９のスロット内へはんだ付けすることによ
り互いに間隔を保った関係で固定されている。個々の超
電導導体要素７のＨＴＳＣ材の熱膨張係数にはばらつき
があるため、この超電導導体要素７の上端部を可撓性コ
ネクタ１３により上部コレクタプレート１１に連結する
。図３に示すように、これらの可撓性コネクタ１３は可
撓性の編組みした銅の導体１５の一部であり、この下端
部はＬ字形クリップ１７の一方の脚の孔部内にはんだ付
けされ、このＬ字形クリップは超電導導体要素７の頂部
にはんだ付けされている。編組み導体１５の上端部も同
様に別のクリップ１９にはんだ付けしてあり、このクリ
ップは上部コレクタプレート１１のスロットにはんだ付
けしてある。この構成により、個々の超電導導体要素７
の熱膨脹のばらつきが吸収されると共にこれらのセラミ
ック導体内での熱応力の増加が防止される。
クタプレート９のスロット内へはんだ付けすることによ
り互いに間隔を保った関係で固定されている。個々の超
電導導体要素７のＨＴＳＣ材の熱膨張係数にはばらつき
があるため、この超電導導体要素７の上端部を可撓性コ
ネクタ１３により上部コレクタプレート１１に連結する
。図３に示すように、これらの可撓性コネクタ１３は可
撓性の編組みした銅の導体１５の一部であり、この下端
部はＬ字形クリップ１７の一方の脚の孔部内にはんだ付
けされ、このＬ字形クリップは超電導導体要素７の頂部
にはんだ付けされている。編組み導体１５の上端部も同
様に別のクリップ１９にはんだ付けしてあり、このクリ
ップは上部コレクタプレート１１のスロットにはんだ付
けしてある。この構成により、個々の超電導導体要素７
の熱膨脹のばらつきが吸収されると共にこれらのセラミ
ック導体内での熱応力の増加が防止される。
【００１３】電力リード１の通常導体の第２のセクショ
ン５は通常導体２１のアレーで構成されている。この電
力リードの例では、これらの通常導体２１はＯＦＨＣ（
無酸素高導電率）の銅の導体である。これらの銅の導体
２１は上部コレクタプレート１１の上面にはんだ付けし
た取付けプレート２３の孔部にはんだ付けされている。 この取付けプレート２３及び上部並びに下部コレクタプ
レート１１、９はそれぞれＯＦＨＣ銅で形成されている
。銅の導体２１の上端部は、外部端子２７にはんだ付け
されたＯＦＨＣ銅の頂部プラグ２５の孔部内にはんだ付
けされている。
ン５は通常導体２１のアレーで構成されている。この電
力リードの例では、これらの通常導体２１はＯＦＨＣ（
無酸素高導電率）の銅の導体である。これらの銅の導体
２１は上部コレクタプレート１１の上面にはんだ付けし
た取付けプレート２３の孔部にはんだ付けされている。 この取付けプレート２３及び上部並びに下部コレクタプ
レート１１、９はそれぞれＯＦＨＣ銅で形成されている
。銅の導体２１の上端部は、外部端子２７にはんだ付け
されたＯＦＨＣ銅の頂部プラグ２５の孔部内にはんだ付
けされている。
【００１４】超電導導体要素７は超電導性となるように
臨界温度より低い温度に冷却し、また通常導体要素２１
はジュール熱及びこれらの導体を介してでん伝導する熱
を除去するために冷却する必要がある。この冷却はこれ
らの導体上に寒剤蒸気の流れを向けることによって行な
う。電力リード１が用いられるクライオスタットは、絶
対零度に近い温度の液状寒剤のプールを備えているのが
普通である。例えば、ヘリウムは約４Ｋの沸点を有する
。上述したように、ＨＴＳＣ材の超電導導体要素７は、
クライオスタットの寒剤の絶対０°に近い温度と周囲温
度の間の臨界温度を有する。この電力リードのＹＢＣＯ
で形成した導体の臨界温度は約９０Ｋである。クライオ
スタットのこの一次寒剤からの蒸気を用いて、超電導導
体要素７の温度をそれらの臨界温度より低い温度に維持
する。ヘリウム蒸気も通常導体要素２１を部分的に冷却
するために用いられる。しかしながら、図１乃至５に示
す本発明の実施例によれば、これらの通常導体要素２１
を冷却する主な冷却源として二次寒剤を用いる。この二
次寒剤は、超電導導体要素７の臨界温度より低い温度で
ある限りその一次寒剤よりも高い沸点を持つものでもよ
い。この電力リードの例では、二次寒剤として沸点が約
７７Ｋの液体窒素を用いる。
臨界温度より低い温度に冷却し、また通常導体要素２１
はジュール熱及びこれらの導体を介してでん伝導する熱
を除去するために冷却する必要がある。この冷却はこれ
らの導体上に寒剤蒸気の流れを向けることによって行な
う。電力リード１が用いられるクライオスタットは、絶
対零度に近い温度の液状寒剤のプールを備えているのが
普通である。例えば、ヘリウムは約４Ｋの沸点を有する
。上述したように、ＨＴＳＣ材の超電導導体要素７は、
クライオスタットの寒剤の絶対０°に近い温度と周囲温
度の間の臨界温度を有する。この電力リードのＹＢＣＯ
で形成した導体の臨界温度は約９０Ｋである。クライオ
スタットのこの一次寒剤からの蒸気を用いて、超電導導
体要素７の温度をそれらの臨界温度より低い温度に維持
する。ヘリウム蒸気も通常導体要素２１を部分的に冷却
するために用いられる。しかしながら、図１乃至５に示
す本発明の実施例によれば、これらの通常導体要素２１
を冷却する主な冷却源として二次寒剤を用いる。この二
次寒剤は、超電導導体要素７の臨界温度より低い温度で
ある限りその一次寒剤よりも高い沸点を持つものでもよ
い。この電力リードの例では、二次寒剤として沸点が約
７７Ｋの液体窒素を用いる。
【００１５】冷却用蒸気は超電導導体要素７と通常導体
要素２１との上へ管状囲壁２９により差し向ける。この
管状囲壁は、Ｇ−１０のような電気的絶縁材でも断熱材
でもある材料で形成した円筒管よりなる下部セクション
３１を有する。管状囲壁２９の上部セクション３３は内
側円筒管３５及びそれと同心の外側管３７を有し、それ
らの間に環状通路３９が形成される。外側管３７の下端
部には円錐台状のコネクタ４１がある。円形の上部コレ
クタプレート１１は、テフロン製のガスケット４３と共
に円錐台状コネクタ４１と下部セクション３１の円筒管
の半径方向フランジ４５との間にクランプされる。内側
の円錐台状コネクタ４７は内側円筒管３５の底部を上部
コレクタプレート１１の頂部に封着する。
要素２１との上へ管状囲壁２９により差し向ける。この
管状囲壁は、Ｇ−１０のような電気的絶縁材でも断熱材
でもある材料で形成した円筒管よりなる下部セクション
３１を有する。管状囲壁２９の上部セクション３３は内
側円筒管３５及びそれと同心の外側管３７を有し、それ
らの間に環状通路３９が形成される。外側管３７の下端
部には円錐台状のコネクタ４１がある。円形の上部コレ
クタプレート１１は、テフロン製のガスケット４３と共
に円錐台状コネクタ４１と下部セクション３１の円筒管
の半径方向フランジ４５との間にクランプされる。内側
の円錐台状コネクタ４７は内側円筒管３５の底部を上部
コレクタプレート１１の頂部に封着する。
【００１６】下部コレクタプレート９の直径は円筒管３
１の孔径よりも小さいため、寒剤蒸気が通過できる環状
キャップ４９が形成され、この寒剤蒸気はその後超電導
導体要素７の周りを上方に流れる。バッフル５１は寒剤
蒸気が超電導導体要素７の上を上方に流れるにあたり蛇
状の通路を辿るように案内する。図４に最もよく示すよ
うに、一次寒剤蒸気は上部コレクタプレートの弓型開口
５３を通って内側管３５と外側管３７の間の環状通路３
９へ流入する。この一次寒剤蒸気は螺旋状バッフル５５
により環状通路３９を上方に流れるにあたり渦巻状の通
路を通るように案内される。
１の孔径よりも小さいため、寒剤蒸気が通過できる環状
キャップ４９が形成され、この寒剤蒸気はその後超電導
導体要素７の周りを上方に流れる。バッフル５１は寒剤
蒸気が超電導導体要素７の上を上方に流れるにあたり蛇
状の通路を辿るように案内する。図４に最もよく示すよ
うに、一次寒剤蒸気は上部コレクタプレートの弓型開口
５３を通って内側管３５と外側管３７の間の環状通路３
９へ流入する。この一次寒剤蒸気は螺旋状バッフル５５
により環状通路３９を上方に流れるにあたり渦巻状の通
路を通るように案内される。
【００１７】電力リードのこの例では、液状の二次寒剤
は、供給管５７を介して上部コレクタプレート１１の上
の密封した内側管３５の底部上に導入されてプールを形
成する。ジュール熱及び通常導体要素２１を介してクラ
イオスタットへ漏入する熱により、この二次寒剤が蒸発
する。この蒸気は、内側管３５を通って通常導体要素２
１の周りを流れるにつれてこの熱を吸収する。中央の支
持ロッド６１により支持されるバッフル５９は、二次寒
剤蒸気を通常導体要素２１の周りの蛇状の流路を循環さ
せる。環状通路３９を介して上方に流れる一次寒剤蒸気
は排出管６３により排出されるが、内側管３５からの二
次寒剤蒸気は頂部プラグ２５の中央排出口６５を介して
排出される。
は、供給管５７を介して上部コレクタプレート１１の上
の密封した内側管３５の底部上に導入されてプールを形
成する。ジュール熱及び通常導体要素２１を介してクラ
イオスタットへ漏入する熱により、この二次寒剤が蒸発
する。この蒸気は、内側管３５を通って通常導体要素２
１の周りを流れるにつれてこの熱を吸収する。中央の支
持ロッド６１により支持されるバッフル５９は、二次寒
剤蒸気を通常導体要素２１の周りの蛇状の流路を循環さ
せる。環状通路３９を介して上方に流れる一次寒剤蒸気
は排出管６３により排出されるが、内側管３５からの二
次寒剤蒸気は頂部プラグ２５の中央排出口６５を介して
排出される。
【００１８】環状通路３９の上端部は、外側管３７に接
合された外側環状フランジ６９と内側管３５の頂部に接
合された内側環状フランジ７１とを有するキャップ６７
により密封されている。この内側環状フランジ７１は、
頂部プラグ２５をＯリング７５により密封する孔部７３
を画定する。
合された外側環状フランジ６９と内側管３５の頂部に接
合された内側環状フランジ７１とを有するキャップ６７
により密封されている。この内側環状フランジ７１は、
頂部プラグ２５をＯリング７５により密封する孔部７３
を画定する。
【００１９】電力リード１が作用するクライオスタット
の中の装置は、下部コレクタプレート９にはんだ付けし
た端子ラグ７７を介してこのリードに接続される。外側
端子２７には外側電力リードが接続されている。電力は
、端子２７と７７との間を、頂部プラグ２５、通常導体
要素２１、取付けプレート２３、上部コレクタプレート
１１、クリップ１９、編組み導体１５、クリップ１７、
超電導導体要素７及び下部コレクタプレート９よりなる
回路を介して流れる。
の中の装置は、下部コレクタプレート９にはんだ付けし
た端子ラグ７７を介してこのリードに接続される。外側
端子２７には外側電力リードが接続されている。電力は
、端子２７と７７との間を、頂部プラグ２５、通常導体
要素２１、取付けプレート２３、上部コレクタプレート
１１、クリップ１９、編組み導体１５、クリップ１７、
超電導導体要素７及び下部コレクタプレート９よりなる
回路を介して流れる。
【００２０】超電導導体要素７は、ギャップ４９を通っ
て超電導導体要素７の周りを上方に流れ、バッフル５１
により画定される通路とさらに開口５３を介して環状通
路３９内に入り、排出管６３から排出される一次寒剤蒸
気により、超電導状態に維持される。超電導導体要素７
がその臨界温度より低い温度に保たれる限り、電力リー
ドの下部セクションにはジュール熱は発生しない。通常
導体要素２１を流れる電流により発生するジュール熱と
、この通常導体要素を介して伝達する熱は、主として二
次寒剤により除去される。液状の二次寒剤は上部コレク
タプレート１１の上にプールを形成する。電力リードの
この例では、二次寒剤は沸点が７７Ｋの窒素である。 このことと、この例ではヘリウムである一次寒剤蒸気を
用いることにより、超電導導体要素７はこの電力リード
の例に用いるＹＢＣＯ材では９０Ｋである臨界温度より
低い温度に確実に保たれる。二次寒剤蒸気は通常導体要
素２１の周りを上方に流れて排出口６５から排出される
。
て超電導導体要素７の周りを上方に流れ、バッフル５１
により画定される通路とさらに開口５３を介して環状通
路３９内に入り、排出管６３から排出される一次寒剤蒸
気により、超電導状態に維持される。超電導導体要素７
がその臨界温度より低い温度に保たれる限り、電力リー
ドの下部セクションにはジュール熱は発生しない。通常
導体要素２１を流れる電流により発生するジュール熱と
、この通常導体要素を介して伝達する熱は、主として二
次寒剤により除去される。液状の二次寒剤は上部コレク
タプレート１１の上にプールを形成する。電力リードの
この例では、二次寒剤は沸点が７７Ｋの窒素である。 このことと、この例ではヘリウムである一次寒剤蒸気を
用いることにより、超電導導体要素７はこの電力リード
の例に用いるＹＢＣＯ材では９０Ｋである臨界温度より
低い温度に確実に保たれる。二次寒剤蒸気は通常導体要
素２１の周りを上方に流れて排出口６５から排出される
。
【００２１】超電導導体要素７、外側管３７、円錐台状
コネクタ４１を囲む円筒管３１は、熱伝導率の低い材料
で作られている。適当な材料としてはＧ−１０がある。 内側管３５は、環状通路３９を流れる一次寒剤蒸気が通
常導体要素２１の熱負荷の一部を担うように、例えば銅
のような熱伝導率のよい材料で形成されている。
コネクタ４１を囲む円筒管３１は、熱伝導率の低い材料
で作られている。適当な材料としてはＧ−１０がある。 内側管３５は、環状通路３９を流れる一次寒剤蒸気が通
常導体要素２１の熱負荷の一部を担うように、例えば銅
のような熱伝導率のよい材料で形成されている。
【００２２】窒素はコストが格段に低いから、通常導体
要素から熱を除去するための二次寒剤として窒素を用い
ると有利である。例えば、超電導磁石のような装置にお
いて、液体窒素は磁石を入れた真空容器を囲む窒素の覆
いに用いられているため、利用可能である。電力リード
１の第１の導体セクション、即ち下部セクションにＨＴ
ＳＣ材の導体７を用いる利点は、超電導導体要素にジュ
ール熱が発生しないだけでなくこれらの導体要素の熱伝
導率が非常に低いため一次寒剤にかかる熱負荷をさらに
減少できることである。一次寒剤の覆いが通常導体要素
２１を包んだ二次寒剤の覆いを囲むのであるが、この上
部セクションの直径は超電導導体要素を収容する下部セ
クションよりも小さいことに注意されたい。その理由は
、ＨＴＳＣ材が通常導体要素に用いるＯＦＨＣ銅の通常
の動作状態時の電流密度よりも低い臨界電流密度を持つ
ため、必要とされる超電導材の断面積が大きいことによ
る。
要素から熱を除去するための二次寒剤として窒素を用い
ると有利である。例えば、超電導磁石のような装置にお
いて、液体窒素は磁石を入れた真空容器を囲む窒素の覆
いに用いられているため、利用可能である。電力リード
１の第１の導体セクション、即ち下部セクションにＨＴ
ＳＣ材の導体７を用いる利点は、超電導導体要素にジュ
ール熱が発生しないだけでなくこれらの導体要素の熱伝
導率が非常に低いため一次寒剤にかかる熱負荷をさらに
減少できることである。一次寒剤の覆いが通常導体要素
２１を包んだ二次寒剤の覆いを囲むのであるが、この上
部セクションの直径は超電導導体要素を収容する下部セ
クションよりも小さいことに注意されたい。その理由は
、ＨＴＳＣ材が通常導体要素に用いるＯＦＨＣ銅の通常
の動作状態時の電流密度よりも低い臨界電流密度を持つ
ため、必要とされる超電導材の断面積が大きいことによ
る。
【００２３】図５は、本発明による電力リードの第２実
施例を示すが、この図において同様な部分は同じ参照番
号で指示してある。前述の実施例とは異なる特徴を持つ
部分は同じ参照番号にプライム符号を付してある。電力
リード１´の超電導性第１セクション３は電力リード１
と同一である。通常導体の第２セクション５´は、通常
導体要素２１が超電導セクションの冷却に用いられてい
るものと同じ寒剤蒸気により冷却されるという点におい
て異なる。したがって、管状囲壁２９´の上部セクショ
ンは、通常導体要素２１の周りに覆いを形成する単一の
円筒管７９よりなる。円錐台状コネクタ８１が円筒管７
９の下端部を上部コレクタプレート１１の頂部に密封す
る。超電導導体要素７の上を流れてこれらを冷却する寒
剤蒸気は、上部コレクタプレート１１の開口５３を通過
したのち円筒管７９内の通常導体要素２１の周りを上方
へ流れ、頂部プラグ２５の排出口６５から排出される。
施例を示すが、この図において同様な部分は同じ参照番
号で指示してある。前述の実施例とは異なる特徴を持つ
部分は同じ参照番号にプライム符号を付してある。電力
リード１´の超電導性第１セクション３は電力リード１
と同一である。通常導体の第２セクション５´は、通常
導体要素２１が超電導セクションの冷却に用いられてい
るものと同じ寒剤蒸気により冷却されるという点におい
て異なる。したがって、管状囲壁２９´の上部セクショ
ンは、通常導体要素２１の周りに覆いを形成する単一の
円筒管７９よりなる。円錐台状コネクタ８１が円筒管７
９の下端部を上部コレクタプレート１１の頂部に密封す
る。超電導導体要素７の上を流れてこれらを冷却する寒
剤蒸気は、上部コレクタプレート１１の開口５３を通過
したのち円筒管７９内の通常導体要素２１の周りを上方
へ流れ、頂部プラグ２５の排出口６５から排出される。
【００２４】図５は二重壁のクライオスタット８３内に
取付けた電力リード１´を示す。円筒管７９の上端部近
くの半径方向フランジ８５は蓋８７の皿穴内に位置し、
蓋にボルト止めした保持リング８９により定位置に保持
される。クライオスタット８３の寒剤室９１内には液体
ヘリウムのような液状寒剤のプール９３があり、この中
に超電導装置９５が浸漬してある。超電導装置９５は、
端子ラグ７７にはんだ付けした超電導リード９７により
電力リード１´に接続してある。反対極性の同じような
電力リード（図示せず）もまた超電導装置９５に接続し
てある。
取付けた電力リード１´を示す。円筒管７９の上端部近
くの半径方向フランジ８５は蓋８７の皿穴内に位置し、
蓋にボルト止めした保持リング８９により定位置に保持
される。クライオスタット８３の寒剤室９１内には液体
ヘリウムのような液状寒剤のプール９３があり、この中
に超電導装置９５が浸漬してある。超電導装置９５は、
端子ラグ７７にはんだ付けした超電導リード９７により
電力リード１´に接続してある。反対極性の同じような
電力リード（図示せず）もまた超電導装置９５に接続し
てある。
【００２５】クライオスタットの蓋８７はステンレスス
チールのような放射率の低い材料で作られているが、蓋
により放射される熱により液状寒剤が蒸発してクライオ
スタット８３の寒剤室９１の上部セクション内に温度勾
配が生じる。電力リード１´の超電導第１導体セクショ
ン３は液状寒剤のプールの方へ下方に延び、超電導導体
要素７の臨界温度より低い温度の領域に至る。超電導第
１導体セクション３の上端部は、臨界温度より低い温度
に保たれた中間点の方へ向かって上方に延びている。寒
剤蒸気の流れが管状囲壁を介する排出流路により導体要
素の周りにできる。したがって、上部コレクタプレート
１１を通過する際依然として超電導導体要素７の臨界温
度より低い温度である寒剤蒸気は、通常導体要素２１の
周りを流れてこれらを冷却する。通常導体要素２１の長
さ及び寒剤蒸気の流量は、電力リード１の頂部における
熱流が０となるように選択されている。この寒剤にかか
る放射熱負荷を減少させるため、支持ロッド１０１によ
り蓋８７の下方の間隔をおいて一連の放射バリア９９を
吊り下げる。この放射バリアはアルミニウムのような放
射率の低い材料で形成した板である。
チールのような放射率の低い材料で作られているが、蓋
により放射される熱により液状寒剤が蒸発してクライオ
スタット８３の寒剤室９１の上部セクション内に温度勾
配が生じる。電力リード１´の超電導第１導体セクショ
ン３は液状寒剤のプールの方へ下方に延び、超電導導体
要素７の臨界温度より低い温度の領域に至る。超電導第
１導体セクション３の上端部は、臨界温度より低い温度
に保たれた中間点の方へ向かって上方に延びている。寒
剤蒸気の流れが管状囲壁を介する排出流路により導体要
素の周りにできる。したがって、上部コレクタプレート
１１を通過する際依然として超電導導体要素７の臨界温
度より低い温度である寒剤蒸気は、通常導体要素２１の
周りを流れてこれらを冷却する。通常導体要素２１の長
さ及び寒剤蒸気の流量は、電力リード１の頂部における
熱流が０となるように選択されている。この寒剤にかか
る放射熱負荷を減少させるため、支持ロッド１０１によ
り蓋８７の下方の間隔をおいて一連の放射バリア９９を
吊り下げる。この放射バリアはアルミニウムのような放
射率の低い材料で形成した板である。
【００２６】本発明を図５に示すように蓋で覆った開口
容器の形状のクライオスタットにつき説明したが、超電
導磁石を収容する真空容器の壁及び真空容器を囲む任意
の熱覆いを貫通する超電導コイルのような他の低温装置
へ本発明の電力リードを利用できることが当業者にとっ
て明らかであろう。かかる装置は普通、窒素の覆いを有
していて二次寒剤としての使用が便利な液体窒素が容易
に手に入るため、図１及び図２に示した電力リード１が
かかる装置にとって特に適当であろう。
容器の形状のクライオスタットにつき説明したが、超電
導磁石を収容する真空容器の壁及び真空容器を囲む任意
の熱覆いを貫通する超電導コイルのような他の低温装置
へ本発明の電力リードを利用できることが当業者にとっ
て明らかであろう。かかる装置は普通、窒素の覆いを有
していて二次寒剤としての使用が便利な液体窒素が容易
に手に入るため、図１及び図２に示した電力リード１が
かかる装置にとって特に適当であろう。
【００２７】電力リードの図示の例の超電導導体要素及
び通常導体要素は中実の導体であるが、これらの導体要
素の一方またはその両方を冷却用蒸気の一部または全部
が流れる中空の導体として形成することも可能である。
び通常導体要素は中実の導体であるが、これらの導体要
素の一方またはその両方を冷却用蒸気の一部または全部
が流れる中空の導体として形成することも可能である。
【図１】図１は、本発明の一実施例によるクライオスタ
ット電力リードの一部を示す縦断面図である。
ット電力リードの一部を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のクライオスタット電力リードの
残りの部分の縦断面図である。
残りの部分の縦断面図である。
【図３】図３は、図１の一部を拡大して示す断片的な図
である。
である。
【図４】図４は、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う図１の電力リ
ードの横方向断面図である。
ードの横方向断面図である。
【図５】図５は、本発明の電力リードの第２の実施例を
クライオスタット内に取付けた状態で示す垂直断面図で
ある。
クライオスタット内に取付けた状態で示す垂直断面図で
ある。
１、１´ 電力リード
３ 超電導の第１導体セクション
５ 通常導体の第２導体セクション
７ 超電導導体要素
９ 下部コレクタプレート
１１ 上部コレクタプレート
１３ 可撓性コネクタ
１５ 編組みした可撓性の銅の導体
２１ 通常導体要素
２３ 取付けプレート
２５ 頂部プラグ
２７ 外部端子
２９ 管状囲壁
３１ 下部セクション
３３ 上部セクション
３５ 内側円筒管
３７ 外側円筒管
４１ 円錐台状コネクタ
４３ ガスケット
４７ 内部円錐台状コネクタ
４９ 環状ギャップ
５１ バッフル
５７ 供給管
５９ バッフル
６１ 中央支持ロット
６３ 排出管
６５ 中央排出口
６７ キャップ
Claims (17)
- 【請求項１】 所定温度の液状寒剤を含む寒剤室を備
えたクライオスタットを貫通する蒸気冷却電力リードで
あって、前記液状寒剤の方へ内側に向かって、また前記
所定温度と周囲温度の中間の温度より低い中間点の方へ
外側へ向かって延び、前記中間温度より低い温度で超電
導性を示す材料で形成した第１の導体要素よりなる第１
の導体セクションと、前記第１の導体要素からクライオ
スタットの外側へ延び、前記中間温度より高い温度で通
常導体である第２の導体要素よりなる第２の導体セクシ
ョンと、前記第１の導体要素を前記中間温度より低い温
度に維持し且つ前記第２の導体要素のジュール熱及び該
第２の導体要素を介して伝導する熱を吸収するに十分な
量の前記寒剤の蒸気流を前記寒剤室から前記第１及び第
２の導体要素の周りへ向ける手段とよりなることを特徴
とする電力リード。 - 【請求項２】 前記第１の導体セクションが、前記液
状寒剤の方へ延びる前記第１の導体要素の第１端部に隣
接する第１のコレクタプレートと、前記中間点において
前記第１の導体要素の第２端部と隣接する第２のコレク
タプレートと、前記第１の導体要素の第１及び第２の端
部をそれぞれ第１及び第２のコレクタプレートに電気接
続する手段とを有し、前記電気接続手段が前記第１の導
体要素の端部の少なくとも一方に設けた可撓性電気コネ
クタ手段よりなることを特徴とする請求項１に記載の電
力リード。 - 【請求項３】 前記第１の導体要素がセラミック超電
導材で形成されていることを特徴とする請求項２に記載
の電力リード。 - 【請求項４】 前記第１の導体要素がイットリウム・
バリウム・銅酸化物の化合物で形成されていることを特
徴とする請求項３に記載の電力リード。 - 【請求項５】 寒剤の蒸気流を向ける前記手段が前記
第１及び第２の導体セクションを囲む囲壁手段を有し、
前記囲壁手段が前記第１の導体セクションを囲む第１の
管状部と、前記第２の導体セクションを囲み前記第１の
管状部と連結した第２の管状部と、前記第２の管状部に
連結され、寒剤室からの寒剤蒸気を前記第１の管状部の
前記第１の導体要素の周り及び前記第２の管状部の前記
第２の導体要素の周りを通ってクライオスタットの外側
へ排出する手段とを有することを特徴とする請求項２に
記載の電力リード。 - 【請求項６】 前記第２のコネクタプレートが前記第
１と第２の管状部の間を半径方向に延び、前記第２のコ
ネクタプレートが前記第１の管状部からの寒剤蒸気が前
記第２の管状部へ通過する通路を有することを特徴とす
る請求項５に記載の電力リード。 - 【請求項７】 前記寒剤室の寒剤が所定温度の一次寒
剤であり、前記第２の管状部が第２の導体要素を囲む内
側管状部材と、前記内側管状部材を囲んで該部材との間
に管状通路を形成する外側管状部材とを有し、前記管状
通路が前記第１の管状部からの一次寒剤が流れるように
前記第１の管状部と連結されており、前記電力リードが
さらに、沸点が前記一次寒剤の所定の沸点よりも高いが
前記中間温度以上ではない二次寒剤を前記内側管状部材
へ導入する手段を有し、前記二次寒剤が蒸発して前記第
２の導体要素上を流れ、前記排出手段が一次寒剤蒸気を
前記管状通路から排出する第１の排出手段と、前記内側
管状部材からの二次寒剤蒸気を排出する第２の排出手段
とを有することを特徴とする請求項６に記載の電力リー
ド。 - 【請求項８】 寒剤の蒸気流を向ける前記手段が前記
第１及び第２の導体セクションを囲む管状囲壁手段を有
し、前記管状囲壁手段が前記第１の導体セクションを囲
む第１の管状部と、前記第２の導体セクションを囲み前
記第１の管状部と連結した第２の管状部と、前記第２の
管状部と連結し前記寒剤室からの寒剤蒸気を前記第１の
管状部の前記第１の導体要素の周りから前記第２の管状
部の前記第２の導体要素の周りを経て前記クライオスタ
ットの外側へ排出する排出手段とを有することを特徴と
する請求項１に記載の電力リード。 - 【請求項９】 前記寒剤室の寒剤が所定温度の一次寒
剤であり、前記第２の管状部が第２の導体要素を囲む内
側管状部材と、前記内側管状部材を囲んで該部材との間
に管状通路を形成する外側管状部材とを有し、前記管状
通路が前記第１の管状部からの一次寒剤が流れるように
前記第１の管状部と連結されており、前記電力リードは
さらに、沸点が前記一次寒剤の所定温度よりも高いが前
記中間温度以上ではない二次寒剤を前記内側管状部材へ
導入する手段を有し、前記二次寒剤が蒸発して前記第２
の導体要素の上を流れ、前記排出手段が一次寒剤蒸気を
前記管状通路から排出する第１の排出手段と、前記内側
管状部材から二次寒剤蒸気を排出する第２の排出手段と
を有することを特徴とする請求項６に記載の電力リード
。 - 【請求項１０】 前記一次寒剤がヘリウムであり、前
記二次寒剤が窒素であることを特徴とする請求項９に記
載の電力リード。 - 【請求項１１】 前記内側管状部材が液状二次寒剤の
プールを収容する寒剤室を形成することを特徴とする請
求項９に記載の電力リード。 - 【請求項１２】 前記第２の管状部の外側管状部材の
外径が前記第１の管状部の外径よりも大きくないことを
特徴とする請求項９に記載の電力リード。 - 【請求項１３】 前記第１の管状部、前記内側管状部
材及び前記管状通路の少なくとも１つに設けられて寒剤
蒸気流の流路を延長するバッフル手段を備えてなること
を特徴とする請求項９に記載の電力リード。 - 【請求項１４】 前記バッフル手段が前記管状通路内
において螺旋型通路を形成することを特徴とする請求項
１３に記載の電力リード。 - 【請求項１５】 前記バッフル手段が前記第１及び第
２の管状部内を流れる寒剤蒸気流の流路を延長すること
を特徴とする請求項８に記載の電力リード。 - 【請求項１６】 所定温度の液状寒剤を含む寒剤室を
備えたクライオスタットを貫通する蒸気冷却電力リード
であって、前記液状寒剤の方へ内側に向かって延び、ま
た前記所定温度と周囲温度の中間の温度より低い中間点
の方へ外側へ向かって延び、前記中間温度より低い温度
で超電導性を示す材料で形成した第１の導体要素よりな
る第１の導体セクションと、前記第１の導体要素からク
ライオスタットの外側へ延び、前記中間温度より高い温
度において通常導体である第２の導体要素よりなる第２
の導体セクションと、前記第１の導体要素を前記中間温
度より低い温度に維持するに十分な量の、前記寒剤室か
らの一次寒剤の蒸気流を前記第１の導体要素の周りへ向
け且つ前記第２の導体要素のジュール熱及び該第２の導
体要素を介して伝導する熱を吸収するため前記二次寒剤
と一次寒剤の蒸気流を前記第２の導体要素の周りへ向け
る手段とよりなることを特徴とする電力リード。 - 【請求項１７】 所定温度の液状寒剤を含む寒剤室を
備えたクライオスタットを貫通する蒸気冷却電力リード
であって、前記所定温度と周囲温度の中間の温度より低
い温度で超電導性を示す材料で形成した第１の導体要素
と、前記第１の導体要素の第１の端部に隣接する第１の
コレクタプレートと、前記第１の導体要素の第２の端部
に隣接する第２のコレクタプレートと、前記第１の導体
要素の第１及び第２端部を前記第１及び第２のコレクタ
プレートへそれぞれ電気接続する手段であって前記第１
の導体要素の端部の少なくとも一方において可撓性電気
コネクタを含む前記手段とよりなる第１の導体セクショ
ン、前記第１の導体要素からクライオスタットの外側へ
延び且つ前記中間温度より高い温度で通常導体である第
２の導体要素よりなる第２の導体セクション、及び前記
第１の導体要素を前記中間温度より低い温度に維持し且
つ前記第２の導体要素のジュール熱及び該第２の導体要
素を介して伝導する熱を吸収するに十分な量の前記寒剤
の蒸気流を前記第１及び第２の導体要素の周りへ向ける
手段よりなることを特徴とする電力リード。
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