CN112136189A - 超导磁体 - Google Patents

Abstract

一种超导磁体(100)，包括超导线圈(110)、制冷剂容器(120)、辐射屏蔽件(130)、真空容器(140)、第一配管(150)、制冷机(153)、分隔部(156)、第二配管(160)、第三配管(170)、第四配管(180)和至少一个泄压阀(190)。制冷机(153)配置成在该制冷机(153)与第一配管(150)之间构成气化的制冷剂(10G)的第一流路(11)。第三配管(170)在比真空容器(140)更靠外侧的位置处与第一配管(150)连接，并且在与真空容器(140)接触的同时延伸。第四配管(180)在比真空容器(140)更靠外侧的位置处与第二配管(160)连接，并且在与真空容器(140)接触的同时延伸。泄压阀(190)与第三配管(170)和第四配管(180)中的每一个连接。

Description

超导磁体

技术领域

本发明涉及一种超导磁体。

背景技术

作为公开了包括制冷机的超导磁体的结构的现有文献，存在日本专利特开平7-74019号公报(专利文献1)。专利文献1所记载的超导磁体包括超导线圈、内槽容器、辐射屏蔽件、外槽容器、制冷剂气体液化用的制冷机、外部连接端口、屏蔽件配管以及开放阀。

超导线圈收纳在内槽容器中。内槽容器是填充有液态的制冷剂的制冷剂容器。辐射屏蔽件以将内层容器包围的方式设置。外槽容器是将辐射屏蔽件的外周覆盖的真空容器。制冷剂气体液化用的制冷机被装配在外槽容器中。在外部连接端口上连接有注液配管及气体回收配管。屏蔽件配管沿着辐射屏蔽件安装。开放阀将屏蔽件配管内的制冷剂气体向外部释放。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明专利特开平7-74019号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在超导磁体中，当在停电时或运输时等没有供给电力时，制冷剂容器内的制冷剂因穿过外部连接端口和制冷剂气体液化用的制冷机中的每一个侵入的热而汽化。气化后的制冷剂向外部释放时经过的配管会因气化的制冷剂的显热而冷却。

来自外部连接端口及制冷剂气体液化用的制冷机中的每一个的热侵入路径中的热侵入量彼此不同。因而，如果不根据热侵入量较大的热侵入路径以及热侵入量较小的热侵入路径中的每一个的热侵入量来进行利用气化的制冷剂实现的冷却，则无法有效地对从外部向制冷剂容器的热侵入进行抑制。

本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种超导磁体，即使在电力供给停止的状态下，也能够有效地抑制从外部向制冷剂容器的热侵入。

解决技术问题所采用的技术方案

基于本发明的超导磁体包括超导线圈、制冷剂容器、辐射屏蔽件、真空容器、第一配管、制冷机、分隔部、第二配管、第三配管、第四配管及至少一个泄压阀。制冷剂容器将超导线圈以浸渍在液态的制冷剂中的状态进行收容。辐射屏蔽件将制冷剂容器的周围包围。真空容器对超导线圈、制冷剂容器及辐射屏蔽件进行收容。第一配管贯穿真空容器及辐射屏蔽件中的每一个而与制冷剂容器连接，并且在比真空容器更靠外侧的位置处具有安装口。制冷机配置成从安装口插入到第一配管并以将安装口封闭的方式进行固定，并且在制冷机与第一配管之间构成气化的制冷剂的第一流路。分隔部配置在第一配管的内表面与制冷机的间隙中，将第一配管内分隔为制冷剂容器侧和安装口侧并构成第一流路的一部分。第二配管分别贯穿真空容器及辐射屏蔽件中的每一个而与制冷剂容器连接，并且构成气化的制冷剂的第二流路。第三配管在比真空容器更靠外侧的位置处与第一配管连接，并且在与真空容器接触的同时延伸。第四配管在比真空容器更靠外侧的位置处与第二配管连接，并且在与真空容器接触的同时延伸。泄压阀与第三配管和第四配管中的每一个连接。

发明效果

根据本发明，通过对第一流路及第二流路中的每一个的气化的制冷剂的流量进行调节，能够使气化的制冷剂以与热侵入量对应的流量流过，因此，即使在电力供给停止的状态下，也能够有效地对真空容器及辐射屏蔽件的每一个进行冷却，以有效地抑制从外部向制冷剂容器的热侵入。

附图说明

图1是示出本发明一实施方式的超导磁体的结构的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明一实施方式的超导磁体进行说明。在以下的实施方式的说明中，对于图中的相同或相当部分标注相同符号，并不重复其说明。

另外，在以下的实施方式中，对中空圆筒型的超导磁体进行说明，但并不一定限定于中空圆筒型超导磁体，在开放型的超导磁体中也能应用本发明。

图1是示出本发明一实施方式的超导磁体的结构的剖视图。在图1中，仅示出超导磁体的上侧部分的截面。如图1所示，本发明一实施方式的超导磁体100包括超导线圈110、制冷剂容器120、辐射屏蔽件130、真空容器140、第一配管150、制冷机153、分隔部156、第二配管160、第三配管170、第四配管180以及至少一个泄压阀190。

超导线圈110例如通过卷绕超导导线而构成，该超导导线通过在由铜构成的基体的中心部埋入铌钛合金而形成的。超导线圈110被卷绕在由不锈钢或铝等非磁性材料构成的线圈架111上。

制冷剂容器120将超导线圈110和线圈架111以浸渍于液态制冷剂10的状态进行收容。制冷剂容器120具有与超导线圈110的外形大致相似形状的中空圆筒状的形状。制冷剂容器120由不锈钢或铝等非磁性材料构成。

在制冷剂容器120内，线圈架111被未图示的支承部支承，并以与制冷剂容器120隔开间隔的状态被固定。此外，超导线圈110也可以卷绕在制冷剂容器120的底部，在这种情况下，不设置线圈架111。

在本实施方式中，液态制冷剂10是液氦，但是只要是能够使超导线圈110成为超导状态的制冷剂即可，并没有特别地限定。液态制冷剂10例如也可以是液氮。

辐射屏蔽件130将制冷剂容器120的周围包围。辐射屏蔽件130具有与制冷剂容器120大致相似形状的中空圆筒状的形状。辐射屏蔽件130具有使制冷剂容器120与后述的真空容器140之间隔热的功能。辐射屏蔽件130例如由铝等光反射率较高的非磁性材料构成。

本实施方式的超导磁体100在辐射屏蔽件130与后述的真空容器140之间还包括多层隔热件135(超绝缘)。多层隔热件135以将辐射屏蔽件130的外侧覆盖的方式配置。多层隔热件135也可以贴附于辐射屏蔽件130的表面。

真空容器140对超导线圈110、制冷剂容器120及辐射屏蔽件130进行收容。真空容器140具有与辐射屏蔽件130大致相似形状的中空圆筒状的形状。

真空容器140内的制冷剂容器120及辐射屏蔽件130中的每一个通过未图示的多个支承棒而相对于真空容器140固定。支承棒例如由玻璃环氧树脂构成。真空容器140的内部通过未图示的减压装置而被减压成真空。

为了将真空容器140的内侧与外侧进行真空隔热，真空容器140例如由不锈钢或铝等非磁性材料构成。

第一配管150贯穿真空容器140及辐射屏蔽件130中的每一个而与制冷剂容器120连接。第一配管150由非磁性材料构成，例如由不锈钢构成。第一配管150在比真空容器140更靠外侧的位置处具有安装口151。

制冷机153从安装口151插入到第一配管150，并以将安装口151封闭的方式固定。制冷机153在插入到安装口151的状态下，通过未图示的O形环等进行密封，从而在第一配管150的安装口151的上表面与制冷机153的凸缘的下表面之间不形成间隙。

制冷机153具有将制冷剂容器120的内部冷却并将气化的制冷剂10G液化的功能。在本实施方式中，制冷机153是不进行拆卸的固定方式的制冷机，作为制冷机153，能够使用具有两级制冷平台的吉福德-麦克马洪(日文：ギフォード·マクマホン)型的制冷机或是脉冲管制冷机。

在本实施方式中，制冷机153具有第一制冷平台154a和第二制冷平台154b。第一制冷平台154a在制冷机153中与后述的分隔部156接触。第一制冷平台154a将分隔部156和后述的第一传热部159夹在中间而与辐射屏蔽件130的端部连接。在制冷机153运转时，第一制冷平台154a不仅对第一配管150的内部进行冷却，还对辐射屏蔽件130进行冷却。

制冷机153的第二制冷平台154b位于比制冷剂容器120与第一配管150的连接部更靠上方且位于第一制冷平台的下方的位置处。在制冷机153运转时，第二制冷平台154b使气化的制冷剂10G再液化。

制冷机153配置成在该制冷机153与第一配管150之间构成气化的制冷剂10G的第一流路11。在制冷机153停止时，通过在第一流路11中流动的制冷剂10G与制冷机153的热交换，制冷机153被冷却。由此，能够对热量经由停止中的制冷机153而侵入制冷剂容器120的情况进行抑制。

分隔部156配置在第一配管150的内表面与制冷机153之间的间隙。分隔部156将第一配管150内分隔成制冷剂容器120侧和安装口151侧，并且构成第一流路11的一部分。第一配管150内通过分隔部156而被分隔开，由此在制冷机153运转时能够高效地对制冷剂容器120内进行冷却。

分隔部156以将第一配管150内的制冷机153包围的方式相对于第一配管150的中心轴沿周向延伸。在分隔部156设置有作为第一流路11的一部分的多个孔部157。多个孔部157在分隔部156中沿周向彼此隔开间隔地配置，并且将第一配管150内的制冷剂容器120侧和安装口151侧连通。

通过使气化的制冷剂10G流过如上所述设置的多个孔部157，停止中的制冷机153与气化的制冷剂10G能够经由分隔部156高效地进行热交换。另外，较为理想的是，多个孔部157在分隔部156的周向上等间隔地配置。

分隔部156位于将第一配管150夹在中间而与辐射屏蔽件130的端部相对的位置处。由于分隔部156如上所述定位，因此，在制冷机153停止时，通过在分隔部156内流动的气化的制冷剂10G的显热，能够经由第一配管150对辐射屏蔽件130进行冷却。进而，在电力供给停止的状态下，能够更有效地抑制从外部向制冷剂容器120的热侵入。

较为理想的是，分隔部156由导热性好的材料构成。分隔部156例如由铜构成。

本实施方式的超导磁体100还包括环状的第一传热部159。在本实施方式中，第一传热部159构成第一配管150的周壁的一部分，但第一传热部159也可以设置成与第一配管150的周壁的外周接触。

在本实施方式中，第一传热部159位于与分隔部156接触的位置处。具体而言，第一传热部159以不将孔部157堵塞的方式与分隔部156的外周部接触。在第一传热部159设置成与第一配管150的周壁的外周接触的情况下，第一传热部159将第一配管150的周壁夹在中间而间接地连接到分隔部156。

第一传热部159位于分隔部156与辐射屏蔽件130的端部之间。由此，在制冷机153停止时，通过在分隔部156内流动的气化的制冷剂10G的显热，能够经由第一传热部159更有效地对辐射屏蔽件130进行冷却。此外，由于分隔部156与制冷机153的第一制冷平台接触，因此，在超导磁体100运转时，能够更有效地对辐射屏蔽件130进行冷却。

较为理想的是，第一传热部159由导热性好的材料构成。第一传热部159例如由铜构成。

第二配管160贯穿真空容器140和辐射屏蔽件130中的每一个而与制冷剂容器120连接，并且构成气化的制冷剂10G的第二流路12。第二配管160由非磁性材料构成，例如由不锈钢构成。在本实施方式中，第二配管160在比真空容器140更靠外侧的位置处具有引出口161。

本实施方式的超导磁体100还包括电连接到超导线圈110的电流引线162。电流引线162穿过第二配管160的内部而从引出口161向外部机密地引出。引出到外部的电流引线162的前端被连接到供给电力的未图示的电源。

本实施方式中的电流引线162是不进行拆卸的固定方式的电流引线。电流引线162的材料以磷脱氧铜为主要成分。但是，电流引线162的材料的主要成分不限于磷脱氧铜，也可以是黄铜或电解铜等。

本实施方式的超导磁体100还包括环状的第二传热部169。在本实施方式中，第二传热部169设置成与第二配管160的周壁的外周接触，但第二传热部169也可以构成第二配管160的周壁的一部分。

第二传热部169位于第二配管160与辐射屏蔽件的端部之间。由此，在制冷机153停止时，通过在第二流路12中流动的气化的制冷剂10G的显热，能够经由第二传热部169更有效地对辐射屏蔽件130进行冷却。

较为理想的是，第二传热部169由导热性好的材料构成。第二传热部169例如由铜构成。

第三配管170在比真空容器140更靠外侧的位置处连接到第一配管150，并且在与真空容器140接触的同时延伸。第三配管170构成气化的制冷剂10G的第一流路11的另一部分。由于因气化的制冷剂10G的显热，使与第三配管170接触的真空容器140被冷却，因此，能够更有效地抑制来自外部的热侵入。

第三配管170由非磁性材料构成，例如由铜构成。

第四配管180在比真空容器140更靠外侧的位置处连接到第二配管160，并在与真空容器140接触的同时延伸。第四配管180构成气化的制冷剂10G的第二流路12的另一部分。由于因气化的制冷剂10G的显热，使与第四配管180接触的真空容器140被冷却，因此，能够更有效地抑制来自外部的热侵入。

第四配管180的材料由非磁性材料构成，例如由铜构成。

第三配管170和第四配管180的每一个的内径和长度根据电力供给停止时穿过第一配管150的热侵入量和穿过第二配管160的热侵入量来设定。具体而言，由于穿过第一配管150的热侵入量大于穿过第二配管160的热侵入量，因此，以使在第一流路11中流动的气化的制冷剂10G的流量大于在第二流路12中流动的气化的制冷剂10G的流量的方式来设定第三配管170和第四配管180中的每一个的内径和长度。

即，第三配管170和第四配管180中的每一个构成为使得在第一流路11中流动的气化的制冷剂10G的流量大于在第二流路12中流动的气化的制冷剂10G的流量。

泄压阀190与第三配管170和第四配管180中的每一个连接。气化的制冷剂10G在流过第三配管170内的第一流路11及第四配管180内的第二流路12之后，被从泄压阀190释放。

在本实施方式中，第三配管170和第四配管180均与一个泄压阀190连接。具体地，第三配管170和第四配管180中的每一个连接到连接配管191，并且连接配管191连接到一个泄压阀190。另外，第三配管170和第四配管180也可以分别连接到两个不同的泄压阀190。

如上所述，第一流路11设置成从制冷剂容器120穿过第一配管150和第三配管170直至泄压阀190。第二流路12设置成从制冷剂容器120穿过第二配管160和第四配管180直至泄压阀190。

如上所述，在本发明一实施方式的超导磁体100中，第三配管170和第四配管180中的每一个在与真空容器140接触的同时延伸。因而，通过根据热侵入量来调节第一流路11和第二流路12中的每一个的气化的制冷剂10G的流量，即使在电力供给停止的状态下，也能够有效地对真空容器140和辐射屏蔽件130的每一个进行冷却，并且能够有效地对从外部向制冷剂容器120的热侵入进行抑制。

另外，分隔部156以将第一配管150内的制冷机153包围的方式相对于第一配管150的中心轴沿周向延伸，在分隔部156上设置有作为第一流路11的一部分的多个孔部157，多个孔部157沿周向彼此隔开间隔配置且使制冷剂容器120侧和安装口151侧连通，由此，能够利用穿过多个孔部157的气化的制冷剂10G更均匀地对分隔部156进行冷却，从而能够有效地抑制向制冷剂容器120的热侵入。

然后，构成为第三配管170和第四配管180均与一个泄压阀190连接，第三配管170和第四配管180中的每一个的、在第一流路11中流动的气化的制冷剂10G的流量大于在第二流路12中流动的气化的制冷剂10G的流量。由此，能够不使用流量调节阀等机构而根据热侵入量来对第一配管150及第二配管160的每一个进行冷却，因此，即使在电力供给停止的状态下，也能够高效地抑制从超导磁体100的外部向制冷剂容器120的热侵入。

但是，不局限于所述实施方式，也可以构成为第三配管170及第四配管180中的每一个的内径和长度彼此相同，位于第一配管150内的第一流路11和位于第二配管160内的第二流路12具有与穿过第一配管150的热侵入量和穿过第二流路12的热侵入量相应的流路面积。

另外，本次公开的所述实施方式在所有点上均为例示，而并非作为限定解释的根据。因此，本发明的技术范围并非由仅所述实施方式来解释，而是基于权利要求书的记载而被划定的。此外，包括与权利要求书相同意思以及范围内的所有变更。

符号说明

10、10G制冷剂、11第一流路、12第二流路、100超导磁体、110超导线圈、111线圈架、120制冷剂容器、130辐射屏蔽件、135多层隔热件、140真空容器、150第一配管、151安装口、153制冷机、154a第一制冷平台、154b第二制冷平台、156分隔部、157孔部、159第一传热部、160第二配管、161引出口、162电流引线、169第二传热部、170第三配管、180第四配管、190泄压阀、191连接配管。

Claims (3)

1.一种超导磁体，其特征在于，包括：

超导线圈；

制冷剂容器，所述制冷剂容器将所述超导线圈以浸渍在液态的制冷剂中的状态进行收容；

辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件将所述制冷剂容器的周围包围；

真空容器，所述真空容器对所述超导线圈、所述制冷剂容器及所述辐射屏蔽件进行收容；

第一配管，所述第一配管贯穿所述真空容器及所述辐射屏蔽件中的每一个而与所述制冷剂容器连接，并且在比所述真空容器更靠外侧的位置处具有安装口；

制冷机，所述制冷机配置成从所述安装口插入到所述第一配管并以将所述安装口封闭的方式进行固定，并且在所述制冷机与所述第一配管之间构成气化的所述制冷剂的第一流路；

分隔部，所述分隔部配置在所述第一配管的内表面与所述制冷机的间隙中，将所述第一配管内分隔为制冷剂容器侧和安装口侧并构成所述第一流路的一部分；

第二配管，所述第二配管贯穿所述真空容器及所述辐射屏蔽件中的每一个而与所述制冷剂容器连接，并且构成气化的所述制冷剂的第二流路；

第三配管，所述第三配管在比所述真空容器更靠外侧的位置处与所述第一配管连接，并且在与所述真空容器接触的同时延伸；

第四配管，所述第四配管在比所述真空容器更靠外侧的位置处与所述第二配管连接，并且在与所述真空容器接触的同时延伸；以及

至少一个泄压阀，所述泄压阀与所述第三配管和所述第四配管中的每一个连接。

2.如权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，

所述分隔部以将所述第一配管内的所述制冷机包围的方式相对于所述第一配管的中心轴沿周向延伸，

在所述分隔部上设置有作为所述第一流路的所述一部分的多个孔部，多个所述孔部沿所述周向彼此隔开间隔配置且使所述制冷剂容器侧与所述安装口侧连通。

3.如权利要求1或2所述的超导磁体，其特征在于，

所述第三配管和所述第四配管均与一个所述泄压阀连接，

所述第三配管和所述第四配管中的每一个构成为使得在所述第一流路中流动的气化的所述制冷剂的流量大于在所述第二流路中流动的气化的所述制冷剂的流量。

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