CN102262952B - 传导冷却超导磁体装置 - Google Patents
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Abstract
一种传导冷却超导磁体装置。超导线圈(10)被收容在真空容器(120)内。辐射屏蔽体(110)在真空容器(120)内与真空容器(120)隔开规定间隔地配置，并围住超导线圈(10)的周围。制冷机(130)通过传导来冷却超导线圈(10)和辐射屏蔽体(110)。配设构件的至少一部分被夹在真空容器(120)与辐射屏蔽体(110)之间，将热从真空容器(120)向辐射屏蔽体(110)传导。冷却配管(160)的两端部被向真空容器(120)外拉出、中间部与超导线圈(10)、辐射屏蔽体(110)和配设构件接触。通过将配设构件的热排放到流入冷却配管(160)的冷却材料(170)中，从而能使传导至辐射屏蔽体(110)的热减少。
Description
技术领域
本发明涉及传导冷却超导磁体装置。
背景技术
为了缩短初期冷却时间，在现有文献的日本专利特开平11-340028号公报和日本专利特开2000-182821号公报中公开了一种与制冷机不同的设有供冷却材料流动的配管的传导冷却超导磁体装置。
在日本专利特开平11-340028号公报所记载的超导线圈装置中，包括两端部被朝真空容器外拉出且中间部与超导线圈热接触的冷却配管。冷却配管具有：在非热接触状态下穿过辐射屏蔽体的第一屏蔽体贯穿部；以及在热接触状态下穿过辐射屏蔽体的第二屏蔽体贯穿部。
在日本专利特开2000-182821号公报所记载的超导磁体中，包括：配设在辐射屏蔽体内的制冷剂容器；以及分别与配设在真空容器外部的制冷剂供应系统和制冷剂排出系统连通的制冷剂供应管和制冷剂排出管。制冷剂容器与超导线圈直接连接或经由热传导构件热连接。
如上所述，通过使供冷却材料流动的配管与超导线圈接触，从而利用由制冷机进行的冷却和由在配管内流动的冷却材料进行的冷却，能在短时间内将超导线圈冷却。
在传导冷却超导磁体装置中，存在配设构件，该配设构件不仅穿过与外部接触的真空容器或与真空容器接触，还穿过辐射屏蔽体或与辐射屏蔽体接触。由于这些配设构件将外部的热从真空容器向辐射屏蔽体传导，因此会成为妨碍辐射屏蔽体内的冷却的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实现初期冷却时间的缩短的传导冷却超导磁体装置。
基于本发明的传导冷却超导磁体装置包括真空容器、超导线圈、辐射屏蔽体、制冷机、配设构件以及冷却配管。超导线圈被收容在真空容器内。辐射屏蔽体在真空容器内与真空容器隔开规定间隔地配置，并围住超导线圈的周围。制冷机通过传导来冷却超导线圈和辐射屏蔽体。配设构件的至少一部分被夹在真空容器与辐射屏蔽体之间，将热从真空容器向辐射屏蔽体传导。冷却配管的两端部被向真空容器外拉出、中间部与超导线圈、辐射屏蔽体和配设构件接触。传导冷却超导磁体装置通过将配设构件的热排放到流入冷却配管的冷却材料中，从而能使传导至辐射屏蔽体的热减少。
根据本发明，能实现传导冷却超导磁体装置的初期冷却时间的缩短。
本发明的上述目的和其它目的、特征、情形以及优点应当能从与附图关联而理解的本发明的下面的详细说明中得以明确。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的传导冷却超导磁体装置的结构的剖视图。
图2是表示辐射屏蔽体内的超导线圈周围的立体图。
图3是表示与电源相连的引线和冷却配管的配置关系的局部剖视图。
图4是从箭头IV方向观察图3的引线和冷却配管的剖视图。
图5是表示与外部显示装置相连的引线和冷却配管的配置关系的局部剖视图。
图6是从箭头VI方向观察图5的引线和冷却配管的剖视图。
图7是表示与电压计相连的引线和冷却配管的配置关系的局部剖视图。
图8是从箭头VIII方向观察图7的引线和冷却配管的剖视图。
图9是表示使真空容器与辐射屏蔽体隔着SI接触的状态的局部剖视图。
图10是表示本发明实施方式2的真空容器、辐射屏蔽体以及SI的结构的局部剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对基于本发明的实施方式1的传导冷却超导磁体装置进行说明。在以下的实施方式的说明中，对图中相同或相当部分标准相同符号，而不重复其说明。
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1的传导冷却超导磁体装置的结构的剖视图。如图1所示，本发明实施方式1的传导冷却超导磁体装置100包括为了抑制与外部的热传导而使内部成为真空的真空容器120。
在真空容器120内收容有卷绕了超导线的超导线圈10。超导线圈10被线圈架20卷绕安装在周围。超导线圈10的一端被安装到真空容器120的内壁，另一端被与线圈架20的侧端部连结的载重支承体180吊着。作为载重支承体180，采用由CFRP(玻璃光纤增强塑料)制成的板状构件。在真空容器120内，与真空容器120隔开规定间隔地配置有辐射屏蔽体110，以围住超导线圈10的周围。辐射屏蔽体110还与载重支承体180连接而被支承。
为了抑制辐射热从外部向超导线圈10传导，以覆盖辐射屏蔽体110的方式在辐射屏蔽体110的外侧面上配置有多层结构的隔热材即SI(超绝缘材料)150。在本实施方式中，真空容器120的内壁与SI150之间设有缝隙以使它们不直接接触。
通过传导来冷却超导线圈10和辐射屏蔽体110的制冷机130被配置成穿过真空容器120和辐射屏蔽体110。作为制冷机130，采用GM(吉福特-麦克马洪(Gifford-McMahon)式)制冷机。制冷机130包括第一级制冷机和第二级制冷机。制冷机130的第一级制冷机与辐射屏蔽体110接触。制冷机130的第二级制冷机经由热传导构件140与超导线圈10连接。
在初期冷却结束后的通常运转时，利用制冷机130的第二级制冷机，将超导线圈10维持在规定温度(例如4.2K)。此外，利用制冷机130的第一级制冷机，将辐射屏蔽体110维持在比超导线圈10高的温度(例如80K)。
超导线圈10通过配置于真空容器120外侧的电源190和被拉出到真空容器120外的引线191、192连接。引线191和引线192是将导电材料用具有电绝缘性的材料覆盖而形成的。
在本实施方式中，在辐射屏蔽体110内的超导线圈10附近配置了作为用于确认辐射屏蔽体110内的温度的温度测量部的温度计210。温度计210通过配置于真空容器120外侧、显示温度计210的测量结果的外部显示装置200和被拉出到真空容器120外的引线201连接。在引线201的从真空容器120拉出的拉出位置上设有连接器121。
此外，在本实施方式中，为了确认超导线圈10没有断开(日文：クエンチ)，将对超导线圈10的施加电压进行检测的电压测量部即电压计220配置在真空容器120的外侧。超导线圈10通过拉出到真空容器120外的引线221与电压计220连接。在引线221的从真空容器120拉出的拉出位置上设有连接器122。
为了抑制外部的热被传导至辐射屏蔽体110内，较为理想的是，真空容器120与辐射屏蔽体110之间没有连接。然而，在本实施方式的传导冷却超导磁体装置100中，如上所述，载重支承体180、引线191、192、201、221的一部分夹在真空容器120与辐射屏蔽体110之间，以将真空容器120与辐射屏蔽体110间接连接。
在真空容器120与辐射屏蔽体110被间接连接时，来自外部的热从真空容器120经由真空容器120与辐射屏蔽体110之间的夹设构件而传导至辐射屏蔽体110。
换言之，在本实施方式中，载重支承体180、引线191、192、201、221至少一部分夹在真空容器120与辐射屏蔽体110之间，从而成为热从真空容器120向辐射屏蔽体110传导的配设构件。作为配设构件，包含了各种构件，上述构件只不过是一例。
传导冷却超导磁体装置100包括两端部被拉出到真空容器120外、中间部与超导线圈10、辐射屏蔽体110和上述配设构件接触的冷却配管160。
具体而言，供冷却材料170(例如液态氦)朝图中箭头所示方向流动的流入口和作为冷却材料170的出口的流出口被配置在真空容器120的外侧。作为冷却材料170，也可以采用液态氮。当采用液态氦作为冷却材料170时，利用采用冷却配管160的冷却能将与冷却配管160接触的构件冷却到4.2K。当采用液态氮作为冷却材料170时，利用采用冷却配管160的冷却能将与冷却配管160接触的构件冷却到77K。
冷却配管160穿过真空容器120和辐射屏蔽体110来以冷却配管160的中间部与超导线圈10的侧端部接触的方式配置。在本实施方式中，沿着超导线圈10的外周侧的线圈配置有冷却配管160。
此外，冷却配管160以经过载重支承体180与辐射屏蔽体110相接触的接触位置的形态配置。而且，冷却配管160的一部分从与超导线圈10的侧端部接触的一侧分出，以与热传导构件140接触的方式配置。
在进行将超导线圈10从室温冷却到规定温度的初期冷却时，使制冷机130工作，并使液态氦作为冷却材料170流入冷却配管160。冷却材料170在与超导线圈10相接触的部分的冷却配管160内流动时，吸收超导线圈10的热。
此外，冷却材料170在与辐射屏蔽体110相接触的部分的冷却配管160内流动时，吸收辐射屏蔽体110的热。这样，通过利用制冷机130和流入冷却配管160的冷却材料170来冷却超导线圈10和辐射屏蔽体110，从而与只用制冷机130进行冷却的情形相比，能缩短传导冷却超导磁体装置100的初期冷却所需要的时间。
此外，在本发明中，冷却材料170在与上述配设构件相接触的部分的冷却配管160内流动时，吸收上述配设构件的热。通过将配设构件的热排放到流入冷却配管160的冷却材料170，从而能使传导至辐射屏蔽体110的热减少。
在本实施方式中，冷却材料170在经过载重支承体180与辐射屏蔽体110相接触的接触位置的部分的冷却配管160内流动时，吸收从真空容器120经由载重支承体180传导至辐射屏蔽体110的热。
图2是表示辐射屏蔽体内的超导线圈周围的立体图。如图2所示，超导线圈10的侧端部附近以外的外周被线圈架20覆盖，并被与线圈架20连接的载重支承体180支承。在线圈架20与载重支承体180相连接的连接位置240上，冷却配管160的一部分以相接触的方式配置。在本实施方式中，在超导线圈10两侧的侧端部上，冷却配管160以相接触的方式配置。
根据以上结构，冷却材料170在同载重支承体180与线圈架20的连接位置240相接触的部分的冷却配管160内流动时，吸入从载重支承体180传导至线圈架20的热。
图3是表示与电源相连的引线和冷却配管的配置关系的局部剖视图。图4是从箭头IV方向观察图3的引线和冷却配管的剖视图。虽然已在图1中简单地加以表示，但如图3所示，与电源190相连的引线191和引线192分别被卷绕到冷却配管160上。
如图3所示，冷却配管160以经过引线191和引线192与辐射屏蔽体110相接触的接触位置的形态配置。引线191和引线192分别被绝缘覆盖，但为了使它们彼此接触而不短路，如图4所示，以隔着冷却配管160位于相反侧的方式配置。
根据以上结构，冷却材料170在经过引线191和引线192与辐射屏蔽体110相接触的接触位置的部分的冷却配管160内流动时，吸收从真空容器120经由引线191或引线192传导至辐射屏蔽体110的热。
图5是表示与外部显示装置相连的引线和冷却配管的配置关系的局部剖视图。图6是从箭头VI方向观察图5的引线和冷却配管的剖视图。虽然已在图1中简单地加以表示，但如图5、图6所示，与外部显示装置200相连的引线201被卷绕到冷却配管160上。
根据以上结构，冷却材料170在卷绕了引线201的部分的冷却配管160内流动时，吸收从真空容器120经由引线201传导至辐射屏蔽体110的热。
图7是表示与电压计相连的引线和冷却配管的配置关系的局部剖视图。图8是从箭头VIII方向观察图7的引线和冷却配管的剖视图。虽然已在图1中简单地加以表示，但如图7、图8所示，与电压计220相连的引线221被卷绕到冷却配管160上。
根据以上结构，冷却材料170在卷绕了引线221的部分的冷却配管160内流动时，吸收从真空容器120经由引线221传导至辐射屏蔽体110的热。
如上所述，通过配置冷却配管160，使冷却材料170在冷却配管160内流动，从而使配设构件的热吸收到冷却材料170中，从而能减少热从真空容器120经由配设构件向辐射屏蔽体110的传导。因此，由于能用更短的时间来冷却超导线圈10和辐射屏蔽体110，因此能缩短传导冷却超导磁体装置100的初期冷却所需要的时间。
以下，参照附图对基于本发明的实施方式2的传导冷却超导磁体装置进行说明。
实施方式2
图9是表示使真空容器与辐射屏蔽体隔着SI接触的状态的局部剖视图。当传导冷却超导磁体装置的设置空间有限的情况下，也会有如图9所示无法在真空容器120与配置在辐射屏蔽体110上的SI150之间确保缝隙的情形。此时，外部的热从真空容器120经由SI150传导至辐射屏蔽体110。因此，此时的SI150相当于实施方式1中所说明的配设构件。
图10是表示本发明实施方式2的真空容器、辐射屏蔽体以及SI的结构的局部剖视图。如图10所示，在本发明实施方式2的传导冷却超导磁体装置中，在真空容器120与SI150相接触的部分上，将冷却配管160配置在辐射屏蔽体110与SI150之间。为了确保用于配置冷却配管160的空间，也可以减少SI150的层叠张数。
通过这样，在冷却配管160内流动的冷却材料170在与SI150相接触的部分的冷却配管160内流动时，吸收从真空容器120经由SI150传导至辐射屏蔽体110的热。
其结果是，由于能用更短的时间来冷却超导线圈10和辐射屏蔽体110，因此能缩短传导冷却超导磁体装置100的初期冷却所需要的时间。对于其它的结构，由于与实施方式1相同，因而不再重复说明。
虽然详细说明并表示了本发明，但这只是用于例示，不以此作为限定，应当清楚地理解，发明的保护范围由随附的权利要求的保护范围来加以确定。
Claims (6)
1.一种传导冷却超导磁体装置，其特征在于，包括：
真空容器；
超导线圈，该超导线圈被收容在所述真空容器内；
辐射屏蔽体，该辐射屏蔽体在所述真空容器内与所述真空容器隔开规定间隔地配置，并围住所述超导线圈的周围；
制冷机，该制冷机通过传导来冷却所述超导线圈和所述辐射屏蔽体；
配设构件，该配设构件的至少一部分被夹在所述真空容器与所述辐射屏蔽体之间，将热从所述真空容器向所述辐射屏蔽体传导；以及
冷却配管，该冷却配管的两端部被向所述真空容器外拉出、中间部与所述超导线圈、所述辐射屏蔽体以及所述配设构件接触，
通过将所述配设构件的热排放到流入所述冷却配管的冷却材料中，从而使传导至所述辐射屏蔽体的热减少。
2.如权利要求1所述的传导冷却超导磁体装置，其特征在于，所述配设构件包括被从所述超导线圈拉出到所述真空容器外的引线。
3.如权利要求1所述的传导冷却超导磁体装置，其特征在于，包括：
温度测量部，该温度测量部被配置在所述辐射屏蔽体内；以及
外部显示装置，该外部显示装置被配置在所述真空容器外，用引线与所述温度测量部连接来显示所述温度测量部的测量结果，
所述配设构件包括所述引线。
4.如权利要求1所述的传导冷却超导磁体装置，其特征在于，包括：
引线，该引线与所述超导线圈连接，并用于对向所述超导线圈施加的施加电压进行检测；以及
电压测量部，该电压测量部配置于所述真空容器外，并与所述引线连接，
所述配设构件包括所述引线。
5.如权利要求1所述的传导冷却超导磁体，其特征在于，
包括隔热材料，该隔热材料以覆盖所述辐射屏蔽体的方式配置在所述辐射屏蔽体的外侧面上，并与所述真空容器接触，
所述配设构件包括所述隔热材料。
6.如权利要求2至4中任一项所述的传导冷却超导磁体装置，其特征在于，所述引线被卷绕在所述冷却配管上。
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