Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Magnet
mit einer Kühleinrichtung für sehr niedrige Temperaturen, und
insbesondere den Aufbau eines supraleitenden Magneten, der in
der Lage ist, die Kühlleistung zu verbessern und dessen Größe
verringert werden kann.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines
herkömmlichen supraleitenden Magneten darstellt. In Fig. 19
bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine supraleitende Spule. Die
supraleitende Spule 1 ist in flüssiges Helium 3 eingetaucht,
das in einer Heliumkammer 2 eingeschlossen ist, welche als eine
Kühlmittelkammer für sehr niedrige Temperaturen dient. Das
flüssige Helium 3 dient als Niedrigtemperatur-Kühlmittel, d. h.
als Kühlmittel zur Kühlung auf sehr niedrige Temperaturen. Im
Ergebnis wird die supraleitende Spule 1 auf einer sehr
niedrigen Temperatur gehalten. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet
eine Vakuumkammer, die um die Heliumkammer 2 herum angeordnet
ist. Ein Zwischenraum zwischen der Vakuumkammer 4 und der
Heliumkammer 2 ist evakuiert, so daß die beiden Kammern 4 und 2
thermisch isoliert sind.
Die Bezugsziffer 5 bezeichnet ein zweites Hitzeschild, und die
Bezugsziffer 6 bezeichnet ein erstes Hitzeschild, wobei die
beiden Hitzeschilder so zwischen der Heliumkammer 2 und der
Vakuumkammer 4 angeordnet sind, daß sie koaxiale Zylinder
bilden, die die Heliumkammer 2 umgeben. Im Ergebnis wird ein
Eindringen von Wärme in die Heliumkammer 2 verringert.
Die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Behälter für flüssigen
Stickstoff, der in einem Bereich des Hitzeschilds 6 ausgebildet
ist und flüssigen Stickstoff enthält.
Die Bezugsziffer 9 bezeichnet beispielsweise eine Gifford
MacMahon-Zweistufen-Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmestufe
10, die auf eine absolute Temperatur von 80 K (Kelvin)
eingestellt ist, einer zweiten Wärmestufe 11, die auf 20 K
eingestellt ist, und einem Motorbereich 12. Die Kühlvorrichtung
9 ist in der Axialrichtung des Magneten nach unten von einem
oberen Bereich angeordnet und so aufgebaut, daß die erste und
die zweite Wärmestufe 10, 11 jeweils das erste und zweite
Hitzeschild 6 und 5 kühlen.
Die Bezugsziffer 13 bezeichnet einen Öffnungsbereich, der
vorgesehen ist, um flüssiges Helium 3 einzuspritzen und eine
elektrisch leitende Leitung zur Versorgung mit elektrischem
Strom an die supraleitende Spule 1 einzusetzen. Die
Bezugsziffer 14 bezeichnet eine kalte Schalung.
Nachfolgend wird die Betriebsweise des zuvor erläuterten
supraleitenden Magneten erläutert.
Das erste Hitzeschild 6 wird durch den flüssigen Stickstoff 8,
der in dem Behälter 7 für flüssigen Stickstoff enthalten ist,
und die erste Wärmestufe 10 der Kühlvorrichtung 9 auf 80 K
gekühlt. Das zweite Hitzeschild 5 wird durch die zweite
Wärmestufe 11 der Kühlvorrichtung 9 auf 20 K gekühlt. Die von
außen eindringende Wärme wird in dem Vakuum durch die
Vakuumkammer 4 isoliert und durch das erste und zweite
Wärmeschild 6, 5 abgeschirmt, so daß ein Eindringen von Wärme
in die Heliumkammer 2 verringert wird.
Die supraleitende Spule 1 wird auf eine sehr niedrige
Temperatur (beispielsweise 42 K) durch das flüssige Helium 3 in
der Heliumkammer 2 gekühlt, so daß ihr supraleitender Zustand
beibehalten wird. Wenn ein elektrischer Erregerstrom in diesem
Zustand von einer externen Energiequelle, die nicht dargestellt
ist, dem supraleitenden Magneten über die elektrisch leitende
Leitung, die ebenfalls nicht dargestellt ist, zugeführt wird,
wird ein gewünschtes magnetisches Feld erzeugt.
Dennoch erfordert die Tatsache, daß der zuvorbeschriebene
herkömmliche supraleitende Magnet ein Hohlmagnet ist und die
Kühlvorrichtung 9 vertikal an einem oberen Bereich in der
Axialrichtung des Magneten angeordnet ist, daß die Länge, um
die ein Kolben, der "Verdränger" genannt wird, hin- und
herbewegt wird, eingehalten wird, um die Kühlleistung der
Kühlvorrichtung 9 zu erzielen. Daher muß ein großer Spalt
zwischen dem ersten Hitzeschild 6 und dem zweiten Hitzeschild 5
und außerdem ein großer Spalt zwischen der Vakuumkammer 4 und
dem ersten Hitzeschild 6 beibehalten werden. Im Ergebnis können
die Höhe und die Größe des Geräts nicht verringert werden.
Daher hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung einen
supraleitenden Magneten zur Überwindung des zuvor erläuterten
Problems offenbart, bei dem eine Kühlvorrichtung für sehr
niedrige Temperaturen im wesentlichen horizontal angeordnet ist
und Heliumgas, das in der Heliumkammer verdampft wurde,
wiederverflüssigt wird (JP-P-OS 4-70922).
Fig. 20 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische
Ansicht, die den in der JP-P-OS 4-70922 offenbarten
herkömmlichen supraleitenden Magnet darstellt. In Fig. 20
bezeichnet die Bezugsziffer 30 eine dreistufige Kühlvorrichtung
der Regenerativart, die an einer Endfläche einer Vakuumkammer 4
im wesentlichen parallel zu der Axialrichtung einer
zylindrischen supraleitenden Spule 1 angeordnet ist. Die
Bezugsziffer 31 bezeichnet eine eiserne magnetische
Abschirmung, die zusammen mit einem eisernen magnetischen
Abschirmungsflansch 32 um die Vakuumkammer 4 angeordnet ist.
Die Bezugsziffer 33 bezeichnet eine Bohrung, 34 ein
Auslaßventil, das an einem Öffnungsbereich 13 befestigt ist, 35
einen Befestigungsschenkel für den supraleitenden Magneten und
36 eine Drucksteuereinheit zur Steuerung des Druckes in einer
Heliumkammer 2.
Der supraleitende Magnet ist in einer Hohlmagnetverkleidung
angeordnet, indem die Heliumkammer 2 zur Aufnahme der
supraleitenden Spule 1, ein zweites Hitzeschild 5, ein erstes
Hitzeschild 6 und eine Vakuumkammer 4 koaxial angeordnet
werden.
Die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 zur Verwendung
in dem herkömmlichen supraleitenden Magnet wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Fig. 21 beschrieben.
Die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 ist so
aufgebaut, daß ein erster Verdränger 16, ein zweiter Verdränger
17 und ein dritter Verdränger 41 verschiebbar in einem Zylinder
40 angeordnet sind, der beispielsweise aus gehonten Rohren
besteht und in drei Stufen ausgebildet ist. Weiterhin sind
zwischen dem Zylinder 40 und ersten, zweiten und dritten
Verdrängern 16, 17 und 41 jeweils eine erste Dichtung 18, eine
zweite Dichtung 19 und eine dritte Dichtung 42 zur Verhinderung
eines Austretens von Heliumgas 24 vorgesehen. Außerdem sind
eine erste Wärmestufe 10, eine zweite Wärmestufe 11 und eine
dritte Wärmestufe 43 an der Außenfläche der entsprechenden
Stufen des Zylinders 40 angeordnet.
Ein dritter Regenerator 45 in dem dritten Verdränger 41 besteht
aus einem Hochtemperaturbereich 45a, der GdRh als
Regenerierungsmaterial verwendet, das eine große spezifische
Wärme im Bereich von 20 K bis 7,4 K vorbringt, und einem
Niedrigtemperaturbereich 45b, der Gd0.5Er0.5Rh als
Regenerierungsmaterial verwendet, das eine große spezifische
Wärme im Temperaturbereich unterhalb von 7,5 K vorbringt.
Die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 arbeitet wie
folgt:
Zunächst wird unter hohem Druck stehendes Heliumgas 24, das
durch einen Heliumverdichter 25 komprimiert wurde, in erste,
zweite und dritte Expansionskammern 22, 23 und 46 eingebracht,
wobei sich die ersten, zweiten und dritten Verdränger 16, 17
und 41 in ihren untersten Stellungen befinden, ein Ansaugventil
26 wird geöffnet und ein Ausstoßventil 27 geschlossen, so daß
ein Zustand hohen Druckes erzeugt wird.
Dann werden die ersten, zweiten und dritten Verdränger 16, 17
und 41 nach oben bewegt und das unter hohem Druck stehende
Heliumgas 24 tritt durch die ersten, zweiten und dritten
Regeneratoren 20, 21 und 45 und wird den ersten, zweiten und
dritten Expansionskammern 22, 23 und 46 zugeführt. Während
dieses Vorgangs werden das Ansaugventil 26 und das
Ausstoßventil 27 nicht betätigt. Das unter hohem Druck stehende
Heliumgas 24 wird auf eine bestimmte Temperatur
heruntergekühlt, indem die Materialien in dem ersten
Regenerator 22, dem zweiten Regenerator 23 und dem dritten
Regenerator 45 regeneriert werden, wenn das Heliumgas 24 durch
die Regeneratoren 22, 23 und 45 tritt.
Wenn der erste, zweite und dritte Verdränger 16, 17 und 41 in
ihre obersten Stellungen kommen, wird das Ansaugventil 26
geschlossen und das Ausstoßventil 27 geöffnet, so daß das unter
hohem Druck stehende Heliumgas 24 in dem Niedrigdruckbereich
expandiert und dadurch eine Kühlung bewirkt wird. Dabei wird
das Heliumgas 24 zu einem Gas mit niedriger Temperatur, das
unter niedrigem Druck steht.
Die nachfolgende Abwärtsbewegung des ersten, zweiten und
dritten Verdrängers 16, 17 und 41 bewirkt, daß das Heliumgas
24, das unter niedrigem Druck steht und eine niedrige
Temperatur aufweist, durch den ersten, zweiten und den dritten
Regenerator 20, 21 und 45 tritt, bevor es durch das
Ausstoßventil 27 ausgestoßen wird. Das Heliumgas 24, das unter
niedrigem Druck steht und eine niedrige Temperatur hat, kühlt
dabei die Regenerierungsmaterialien in dem ersten, zweiten und
dritten Regenerator 20, 21 und 45, bevor es dem
Heliumverdichter 25 wieder zugeführt wird.
In dem sich ergebenden Zustand, in dem die Kapazitäten der
ersten, zweiten und dritten Expansionskammer 22, 23 und 36
minimiert worden sind, wird das Ausstoßventil 27 geschlossen
und das Ansaugventil 26 geöffnet. Dadurch wird unter hohem
Druck stehendes Heliumgas 24, das durch den Heliumverdichter 25
komprimiert worden ist, zugeführt, so daß die Drücke in der
ersten, zweiten und dritten Expansionskammer 22, 23 und 46 von
den hohen Drücken verringert werden.
Beispielsweise wird Heliumgas 24 mit einem hohen Druck von 20
bar durch den ersten Regenerator 20 auf 60 K, durch den zweiten
Regenerator 21 auf 15 K und durch den dritten Regenerator 45
gekühlt, bevor es der dritten Expansionskammer 46 zugeführt
wird.
Wenn das Regenerierungsmaterial in dem dritten Regenerator 45
Blei ist, ist seine spezifische Wärme geringer als die des
Heliumgases 24. Daher wird das Heliumgas 24 nicht ausreichend
gekühlt, sondern in die dritte Expansionskammer 46 geführt. Im
Ergebnis wird die Temperatur in der Expansionskammer angehoben,
was zu Verlusten führt. In diesem Fall kann eine unzureichende
Temperaturhöhe von etwa 6,5 K verwirklicht werden. Wenn GdRh
als Regenerierungsmaterial verwendet wird, ist seine
spezifische Wärme größer als die von Blei. Daher kann der
Verlust eingeschränkt und entsprechend eine zufriedenstellende
Temperaturhöhe von 5,5 K realisiert werden.
Wenn das Regenerierungsmaterial GdRh und Gd0.5Er0.5Rh enthält
(das Gewichtsverhältnis von GdRh beträgt 45 bis 65%) kann eine
Temperaturhöhe von 4,2 K verwirklicht werden. Wenn die
Oberflächenrauheit der Innenfläche des Zylinders 40 0,5 µm RMS
betrug, um die Leckage durch den abgedichteten Bereich zu
verringern, wurde eine Temperaturhöhe von 3,68 K verwirklicht.
Wenn Er3Ni als Regenerierungsmaterial anstelle von GdRh
verwendet wurde, wurde eine ähnliche Temperaturhöhe erzielt.
Es soll angemerkt werden, daß der "hohe Druck" für das
Heliumgas 24 etwa 20 bar und oder "niedrige Druck" etwa 6 bar
betrug.
Da die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 durch den
ersten Regenerator 20, der das Kupfernetz als
Regenerierungsmaterial verwendet, den zweiten Regenerator 21,
der Bleikugeln als Regenerierungsmaterial verwendet, und den
dritten Regenerator 45, der aus einem Hochtemperaturbereich 45a
mit GdRh als Regenerierungsmaterial und einem
Niedrigtemperaturbereich 45b mit Gd0.5Er0.5Rh als
Regenerierungsmaterial besteht, gebildet wird, kann eine
exzellente Kühlleistung erzielt werden, so daß die erste
Wärmestufe 10 50 bis 80 K, die zweite Wärmestufe 11 10 bis 20 K
und die dritte Wärmestufe 43 2 bis 4,5 K erreicht. Daher kann
der supraleitende Magnet stabil arbeiten.
Fig. 22 stellt die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30
im montierten Zustand dar. Ein L-förmiges Rohr 50 aus nicht
rostendem Stahl, das als Auslaßbereich dient, ist so an dem
oberen Bereich der Heliumkammer 2 befestigt, daß ein Ende des
L-förmigen Rohrs 50 der Heliumgasatmosphäre, das in der
Heliumkammer 2 verdampft, zugewandt ist. Weiterhin ist ein
dreistufiger Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung
30, der aus nicht rostendem Stahl besteht, an der Endfläche der
Vakuumkammer 4 befestigt, wobei der Zylinder 51 zur Befestigung
der Kühlvorrichtung 30 im wesentlichen parallel zu der
Axialrichtung der supraleitenden Spule 1 angeordnet ist. Das L-
förmige Rohr 50 und der Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 sind miteinander durch Faltenbalge 52
verbunden. Der Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung
30 hat eine erste Stufe 53 aus Kupfer und eine zweite Stufe 54,
die jeweils mit einem ersten Hitzeschild 6 und einem zweiten
Hitzeschild 5 thermisch verbunden sind.
Die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 ist wie folgt
befestigt: die dritte Wärmestufe 43 ist so in den Zylinder 51
zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 eingesetzt, daß die
dritte Wärmestufe 43 der Heliumgasatmosphäre ausgesetzt wird,
die in dem L-förmigen Rohr 50 aufgenommen wird; und die erste
Wärmestufe 10 und die zweite Wärmestufe 11 sind thermisch mit
dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
verbunden.
Da der Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 wie
zuvor erläutert an der Endfläche der Vakuumkammer 4 befestigt
ist und im wesentlichen parallel zu der Axialrichtung der
supraleitenden Spule 1 verläuft, kann der Abstand für die Hin-
und Herbewegung jedes Verdrängers, der zu der Kühlleistung der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 beiträgt,
beibehalten werden, während keine Notwendigkeit mehr besteht,
die Spalte zwischen der Heliumkammer 2, dem zweiten Hitzeschild
5, dem ersten Hitzeschild 6 und der Vakuumkammer 4 zu
vergrößern. Im Ergebnis kann die Größe des supraleitenden
Magnet verringert werden. Weiterhin wird durch die Anordnung,
daß die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 lösbar an
dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
befestigt ist, ermöglicht, daß die dreistufige regenerative
Kühlvorrichtung 30 ohne ein Auseinanderbauen des Geräts
entfernt werden kann. Im Ergebnis kann die Wartung erleichtert
werden.
Fig. 23 stellt die thermischen Verbindungen zwischen dem
Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30, dem ersten
Hitzeschild 6 und dem zweiten Hitzeschild 5 dar. In dem zweiten
Hitzeschild 5 ist ein zweiter ausgeschnittener Bereich 60
ausgebildet. Weiterhin weist der erste Hitzeschild 6 einen
ersten ausgeschnittenen Bereich 61 auf, der so angeordnet ist,
daß der zweite ausgeschnittene Bereich 60 erscheint. Außerdem
weist die Vakuumkammer 4 einen ausgeschnittenen Bereich 62 auf,
der so angeordnet ist, daß der erste ausgeschnittene Bereich 61
erscheint.
Durch das Herstellen von Verbindungen zwischen der ersten Stufe
53 und dem ersten Hitzeschild 6 und zwischen der zweiten Stufe
54 und dem zweiten Hitzeschild 5 unter Verwendung von flexiblen
Leitern 53, die jeweils beispielsweise aus Kupferdraht
hergestellt sind, werden die erste Stufe 53 und das erste
Hitzeschild thermisch miteinander verbunden. In ähnlicher Weise
werden die zweite Stufe 54 und das zweite Hitzeschild 5
miteinander thermisch verbunden. Weiterhin sind eine zweite
Strahlungsabdeckung 55 und eine erste Strahlungsabdeckung 56
vorgesehen, um den zweiten ausgeschnittenen Bereich 60 bzw. den
ersten ausgeschnittenen Bereich 61 abzudecken. Außerdem ist
eine Abdeckplatte 57 aus nicht rostendem Stahl an der
Vakuumkammer 4 befestigt, um den ausgeschnittenen Bereich 62
abzudecken.
Die erste Stufe 53 und die zweite Stufe 54 des Zylinders 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30, deren eine Endbereiche an
der Endfläche der Vakuumkammer 4 und deren andere Endbereiche
an dem L-förmigen Rohr 50 unter Zwischenschaltung der
Faltenbalge 52 befestigt sind, sind so angeordnet, daß sie in
dem ausgeschnittenen Bereich 62 und dem ersten ausgeschnittenen
Bereich 61 erscheinen. Im Ergebnis können die erste Stufe 53
und die zweite Stufe 54 leicht die thermische Verbindungen
zwischen dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung
30, dem ersten und dem zweiten Hitzeschild 6, 5 in der Weise
herstellen, daß die Verbindungen nicht durch das erste und
zweite Hitzeschild 6, 5 und die Vakuumkammer 4 behindert
werden. Weiterhin verhindert die Anordnung, daß der erste und
zweite ausgeschnittene Bereich 61, 60 durch die erste und die
zweite Strahlungsabdeckung 56, 55 bedeckt werden, ein
Eindringen von Wärme von außen.
Fig. 24 stellt die Verbindung zwischen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 dar. Der Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung weist an seiner Innenfläche, an
der die erste Stufe 53 befestigt ist, ein Wärmeleitelement 64
mit einer geneigten Fläche neben dem Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung auf. Die erste Wärmestufe 10
der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 weist neben
der Kühlvorrichtung 30 ein Wärmeleitelement 65 mit einer
geneigten Fläche auf, in dem eine Rändelung ausgebildet ist,
die der geneigten Fläche des Wärmeleitelements 64 neben dem
Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 zugewandt
ist.
Weiterhin sind das Wärmeleitelement 64 neben dem Zylinder 51
zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 und das Wärmeleitelement
65 neben der Kühlvorrichtung 30 jeweils an der Innenfläche des
Zylinders 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 angeordnet,
an der die zweite Stufe und die zweite Wärmestufe der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 vorgesehen sind.
Das Wärmeleitelement 64 neben dem Zylinder 51 zur Befestigung
der Kühlvorrichtung 30 und das Wärmeleitelement 65 neben der
Kühlvorrichtung 30 bestehen aus Kupfer, das ein exzellent
wärmeleitendes Material ist.
Ein Indium-Draht 66 ist zwischen dem Wärmeleitelement 64 neben
dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 und dem
Wärmeleitelement 65 neben der Kühlvorrichtung 30 vorgesehen.
Indium ist ein weiches Material, das eine thermische Verbindung
herstellt. Weiterhin ist ein Bolzen 69 zur Befestigung eines
Flansches 68 der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30
über eine Tellerfeder 70, die ein elastisches Element
darstellt, mit einem Befestigungsflansch 67 des Zylinders 51
zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 befestigt. Außerdem ist
ein O-Ring 71 als Dichtungselement zwischen dem
Befestigungsflansch 67 und dem Flansch 68 angeordnet.
Wenn der Flansch 68 an dem Befestigungsflansch 67 durch den
Bolzen 69 befestigt wird, gleitet der Flansch 68, wobei die
Verbindung durch den O-Ring 71 luftdicht gehalten wird. Die
Befestigungskraft des Bolzens 69 deformiert den Indium-Draht 66
plastisch, so daß die thermische Verbindung zwischen dem
Wärmeleitelement 64 neben dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 und dem Wärmeleitelement 65 neben der
Kühlvorrichtung 30 hergestellt wird.
Eine übermäßig große Anzugskraft des Bolzens 69 und
Verschiebungen der Elemente aufgrund einer thermischen
Kontraktion sowie Schwingungen werden durch die Tellerfeder 70
aufgenommen, so daß ein Brechen der Elemente und eine
fehlerhafte thermische Verbindung verhindert werden können.
Weiterhin kann durch ein weiteres Anziehen des Bolzens 69 die
Befestigungskraft auch dann beibehalten werden, wenn die
dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 sich zusammenzieht,
nachdem sie an dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 angebracht und ausreichend gekühlt wird.
Weiterhin ist die geneigte Fläche des Wärmeleitelements 65
neben der Kühlvorrichtung 30 gerändelt, so daß die
Befestigungskraft zwischen dem Indium-Draht 66 und der
gerändelten Fläche vergrößert wird. Wenn daher die dreistufige
regenerative Kühlvorrichtung 30 entfernt werden soll, kann dies
so erfolgen, daß der Indium-Draht 66, der plastisch deformiert
worden ist, an der geneigten Fläche des Wärmeleitelements 65
neben der Kühlvorrichtung 30 anhaftet.
Da bei dem herkömmlichen supraleitenden Magnet die
Kühlvorrichtung 9 wie zuvor beschrieben vertikal in der
Axialrichtung des Magnet angeordnet ist, kann die Position der
Magnetvorrichtung nicht abgesenkt und entsprechend die
Gesamtgröße nicht verringert werden.
Da bei dem durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung
offenbarten supraleitenden Magnet die dreistufige regenerative
Kühlvorrichtung 30 im wesentlichen horizontal angeordnet ist,
um das in der Heliumkammer 2 verdampfte Heliumgas wieder zu
verflüssigen, kann die Höhe das Geräts und damit auch die
Gesamtgröße des Geräts verringert werden. Weiterhin kann der
Weg, um den der Verdränger sich hin- und herbewegt, beibehalten
werden, so daß die Kühlleistung verbessert wird. Es wird jedoch
ein Spalt zwischen dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 und der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 gebildet, wobei der Spalt mit Heliumgas
gefüllt ist, das durch das L-förmige Rohr 50 aufgenommen in der
Heliumkammer 2 verdampft wurde. Weiterhin tritt ein thermischer
Gradient in jeder Stufe des Zylinders 40 der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 auf. Das Heliumgas wird in dem
Hochtemperaturbereich des Zylinders 40 erhitzt und in dem
Niedrigtemperaturbereich gekühlt, so daß Wärmekonvektion
auftritt. Dies führt dazu, daß die Temperatur der ersten
Wärmestufe 10, die den Niedrigtemperaturbereich darstellt,
erhöht wird. Damit tritt das Problem auf, daß die Kühlleistung
der Kühlvorrichtung beeinträchtigt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin,
die zuvor genannten Probleme zu lösen und einen supraleitenden
Magnet zu schaffen, dessen Gesamtgröße verringert werden kann,
indem die Länge von dessen Magnetvorrichtung in Radialrichtung
verkürzt ist, dessen Leistung verbessert werden kann und in dem
Heliumgas verflüssigt werden kann.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei ein
schnurähnlicher Wärmeisolator um die Außenfläche des Zylinders
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung gewunden ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei ein
zylindrischer und schwammähnlicher Wärmeisolator an der
Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung befestigt ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei ein
zylindrischer und schwammähnlicher Wärmeisolator mit einer
Abdeckung an seiner Außenfläche an der Außenfläche des
Zylinders der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung
befestigt ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei ein rohrförmiger
Wärmeisolator, an dessen Innen- und Außenflächen
schwammähnliche wärmeisolierende Materialien befestigt sind, an
der Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung befestigt ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei ein
Wärmeisolator, der durch einsacken von granulatförmigen
wärmeisolierenden Materialien gebildet wird, zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung eingeschlossen ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für′ sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei eine
Teilungsplatte zum Teilen eines Stroms des Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases in der Axialrichtung der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung zwischen der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung
der Kühlvorrichtung angeordnet ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei eine
Teilungsplatte zum Teilen eines Stroms des Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases in der Umfangsrichtung der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung zwischen der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung
der Kühlvorrichtung angeordnet ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei ein rohrförmiger
und schlecht wärmeleitender Grundkörper an der Außenfläche des
Zylinders der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und
ein Dichtungsmittel zum Abdichten eines Zwischenraums zu der
Innenfläche des Zylinders zur Befestigung der Kühlvorrichtung
an dem schlecht wärmeleitenden Grundkörper befestigt ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für′ sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei eine
Einlaßöffnung des Zylinders zur Befestigung der
Kühlvorrichtung, durch die die Kühlvorrichtung eingesetzt wird,
als geneigte Fläche ausgebildet ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei der Winkel zur
Befestigung der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung 10°
bis 25° beträgt.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei der
Wärmeisolator durch zwei in Axialrichtung unterteilte
rohrförmige Elemente gebildet ist.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei die Wärmestufe
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung nicht über die
Kontur des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung hinaussteht.
Zu einem supraleitenden Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung
gehören eine supraleitende Spule; eine Kühlmittelkammer für
sehr niedrige Temperaturen, in der die supraleitende Spule
aufgenommen ist und die ein Kühlmittel für sehr niedrige
Temperaturen zur Kühlung der supraleitenden Spule enthält;
ein Hitzeschild, das die Kühlmittelkammer für sehr niedrige
Temperaturen umgibt; eine Vakuumkammer, die das Hitzeschild
umgibt; ein Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung,
dessen eines Ende einer Umgebung eines Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zugewandt ist, das in der Niedrigtemperatur-
Kühlmittelkammer verdampft, und dessen anderes Ende im
wesentlichen horizontal an der Vakuumkammer befestigt ist; und
eine mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung, die in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und in
diesem befestigt ist und dazu dient, das Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgas, das dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung zugeführt wird, in zumindest einem Bereich
einer Wärmestufe wieder zu verflüssigen; wobei ein
Unterzylinder mit einem Außendurchmesser, der im wesentlichen
derselbe wie der Innendurchmesser des Zylinders zur Befestigung
der Kühlvorrichtung ist, an der Außenfläche des Zylinders der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung unter
Zwischenschaltung von Faltenbalgen befestigt ist.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
angeordnet ist, daß der schnurförmige Wärmeisolator um die
Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung herumgewunden ist, kann der Spalt zwischen dem
Zylinder der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung mit dem
Wärmeisolator gefüllt werden. Daher kann eine Wärmekonvektion
des Niedrigtemperatur-Kühlmittels verhindert, Wärme effektiv
isoliert und die Form und die Größe hinreichend frei bestimmt
werden. Im Ergebnis kann eine Wärmeisolation, die sich an den
Zwischenraum zwischen dem Zylinder der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung
der Kühlvorrichtung anpassen kann, einfach verwirklicht werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
angeordnet ist, daß der Wärmeisolator, der an der Außenfläche
des Zylinders der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung
befestigt werden soll, als ein zylindrischer und
schwammähnlicher Wärmeisolator ausgebildet ist, kann der
Wärmeisolator zufriedenstellend in dem Spalt zwischen dem
Zylinder der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung aufgrund der
Elastizität des schwammähnlichen Elements eingeschlossen
werden. Im Ergebnis kann die Wärmekonvektion des
Niedrigtemperatur-Kühlmittels verhindert und Wärme effektiv
isoliert werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß das Teflon-Blatt an der Außenfläche des
zylindrischen und schwammähnlichen Wärmeisolators, der an der
Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung befestigt werden soll, angeordnet ist, kann die
Reibungskraft zwischen dem Teflon-Blatt und der Innenfläche des
Zylinders zur Befestigung der Kühlvorrichtung beim Einsetzen
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung in den Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung verringert werden. Im
Ergebnis kann die mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung
einfach eingesetzt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die schwammähnlichen wärmeisolierenden
Materialien an den Innen- und Außenflächen des rohrförmigen
Wärmeisolators, der an der Außenfläche des Zylinders der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung befestigt werden
soll, angebracht sind, kann der Wärmeisolator leicht in die
mehrstufige regenerative Kühlvorrichtung eingesetzt werden.
Weiterhin kann er leicht in den Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung eingesetzt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der Wärmeisolator, der zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung eingeschlossen werden soll,
durch Einsacken granulatförmigen wärmeisolierenden Materials
gebildet ist, kann sich der Wärmeisolator beim Einschließen
leicht der Form des Spaltes zwischen der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung
der Kühlvorrichtung anpassen.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
angeordnet ist, daß die Teilungsplatte zum Teilen des Stroms
des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases in der Axialrichtung der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung angeordnet ist, kann der Strom
des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases in dem Spalt zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in der Axialrichtung der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung geteilt und die
Wärmekonvektion eingeschränkt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
angeordnet ist, daß die Teilungsplatte zum Teilen des Stroms
des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases in der Umfangsrichtung
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung angeordnet ist, kann der Strom
des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases in dem Spalt zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlmittelvorrichtung in der Umfangsrichtung
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung geteilt und die
Wärmekonvektion eingeschränkt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
aufgebaut ist, daß der rohrförmige und schlecht wärmeleitende
Grundkörper an der Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und ein Dichtungsmittel zum
Abdichten des Zwischenraums zu der Innenfläche des Zylinders
zur Befestigung der Kühlvorrichtung an dem schlecht
wärmeleitenden Grundkörper befestigt ist, kann ein Strom des
Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung in dem Spalt zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung und eine Wärmekonvektion
verhindert werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die Einlaßöffnung des Zylinders zum
Befestigen der Kühlvorrichtung, durch den die Kühlvorrichtung
eingesetzt wird, geneigt ist, kann der Wärmeisolator leicht in
der Weise eingesetzt werden, daß er nicht in der Einlaßöffnung
des Zylinders zur Befestigung der Kühlvorrichtung, durch die
die Kühlvorrichtung eingesetzt wird, hängenbleibt. Im Ergebnis
kann der Wärmeisolator leicht eingesetzt und eingeschlossen
werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
angeordnet ist, daß der Winkel zu der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 10° bis 25° beträgt, kann eine
Wärmekonvektion des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases zwischen
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung verhindert werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
angeordnet ist, daß der Wärmeisolator in dem Rohr, das in der
Axialrichtung in zwei Bereiche aufgeteilt ist, vorgesehen ist,
kann der Wärmeisolator leicht an dem Zylinder der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung befestigt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die Wärmestufe der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung nicht über die Kontur des
Zylinders der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung
hinaussteht, kann der Zwischenraum zwischen dem Zylinder der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung verringert werden. Daher kann
die Wärmekonvektion des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases
eingeschränkt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der Unterzylinder, dessen Außendurchmesser
im wesentlichen derselbe wie der Innendurchmesser des Zylinders
zur Befestigung der Kühlvorrichtung ist, über die Faltenbalge
an der Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung befestigt ist, kann der Zwischenraum zwischen
dem Zylinder der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und
dem Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung verringert,
die Wärmekonvektion des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases
eingeschränkt und die Axialabweichung der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung oder des Zylinders zur
Befestigung der Kühlvorrichtung durch die Faltenbalge
aufgenommen und die Befestigung leicht durch geführt werden.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen
supraleitenden Magnet unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und einem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden
Magnet gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden Magnet
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt;
Fig. 3 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt;
Fig. 4 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt;
Fig. 5 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt;
Fig. 6 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt;
Fig. 7 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt;
Fig. 8 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX der Fig.
8;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt,
in dem eine Teilungsplatte des supraleitenden Magnet gemäß der
elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt
ist;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen
der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden
Magnet gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen
der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden
Magnet gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt.
Fig. 13A bis 13C sind Schnittansichten, die die Form eines
Dichtungsmittels zur Verwendung in dem supraleitenden Magnet
gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 14 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und einem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden
Magnet gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 15 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und einem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden
Magnet gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 16 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und einem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden
Magnet gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 17 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und einem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden
Magnet gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 18 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und einem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in dem supraleitenden
Magnet gemäß einer neunzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 19 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines
herkömmlichen supraleitenden Magnet;
Fig. 20 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht
eines weiteren Beispiels eines herkömmlichen supraleitenden
Magnet;
Fig. 21 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau
der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung in dem
herkömmlichen supraleitenden Magnet darstellt;
Fig. 22 eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau zur
Befestigung der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung des
herkömmlichen supraleitenden Magnet darstellt;
Fig. 23 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht, die die
Verbindung zwischen dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung und dem Hitzeschild in dem herkömmlichen
supraleitenden Magnet darstellt; und
Fig. 24 eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und einem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung in einem herkömmlichen
supraleitenden Magnet darstellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des
supraleitenden Magnet, der in der JP-P-OS 4-70922 durch den
Anmelder der vorliegenden Erfindung offenbart und in den
Fig. 20 bis 24 gezeigt ist. In der Zeichnung sind sich
entsprechende Elemente mit denselben Bezugsziffern versehen und
ihre Beschreibung wird weggelassen. Die Beschreibung erfolgt
nur für die charakteristischen Bereiche der vorliegenden
Erfindung.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun
beschrieben. Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die die Verbindung
zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und
einem Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung in einem
supraleitenden Magnet gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 100 ein
Konvektionsverhinderungsrohr, das aus einem hohlen Teflon-Rohr
hergestellt ist und als ein wärmeisolierendes Element dient.
Das Konvektionsverhinderungsrohr 100 ist spiralförmig um die
Außenfläche einer jeden Stufe eines Zylinders 40 einer
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 herumgewunden.
Die Bezugsziffer 101 bezeichnet einen Abstandhalter, der an der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 befestigt ist, um
einen axialen Schlupf des Konvektionsverhinderungsrohrs 100 zu
verhindern.
Bei dieser Ausführungsform ist das Konvektionsverhinderungsrohr
100 um die Außenfläche einer jeden Stufe des Zylinders 40 der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 herumgewunden.
Weiterhin ist in einem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 der Abstandhalter 101 befestigt und die
dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 eingesetzt. Obwohl
das Konvektionsverhinderungsrohr 100 eine axiale Reibungskraft
von dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 beim
Einsetzen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30
erhält, verhindert der Abstandhalter 101 ein axiales
Verschieben. Da das Konvektionsverhinderungsrohr 100 rohrförmig
ausgebildet ist, wird es beim Einsetzen elastisch verformt, so
daß es zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung
30 und dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
eingeschlossen ist.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der ersten Ausführungsform
beschrieben. Das in der Heliumkammer 2 verdampfte Heliumgas
neigt dazu, in einen Spalt zwischen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung einzudringen. Das
Konvektionsverhinderungsrohr 100, das zwischen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 eingeschlossen ist, schränkt
jedoch das Eindringen von Heliumgas ein.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist das
Konvektionsverhinderungsrohr 100 um die Außenfläche des
Zylinders 40 der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30
herumgewunden, wobei das Konvektionsverhinderungsrohr 100 in
dem Spalt zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 eingeschlossen ist. Daher wird das
Eindringen von Heliumgas in den Spalt zwischen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 1 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 eingeschränkt, so daß die
Wärmekonvektion von Heliumgas aufgrund des thermischen
Gradienten, der in dem Zylinder 40 der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 auftritt, verhindert werden
kann. Daher kann eine Wärmeisolation effektiv ausgeführt und
entsprechend eine Beeinträchtigung der Kühlvorrichtung in der
Kühlleistung verhindert werden. Weiterhin kann der
Wärmeisolator leicht gewunden, die Form und die Abmessungen
können frei bestimmt und der Zusammenbau erleichtert werden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform ist eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Obwohl bei der ersten
Ausführungsform das Konvektionsverhinderungsrohr 100, das aus
dem hohlen Teflon-Rohr hergestellt ist, spiralförmig um die
Außenfläche des Zylinders 40 g der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 herumgewunden ist, ist bei der zweiten
Ausführungsform das Konvektionsverhinderungsrohr 100, das hier
ebenfalls aus einem Teflon-Rohr mit einem kreisbogenförmigen
Querschnitt hergestellt ist, um den Zylinder 40 der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 herumgewunden.
Bei dieser Ausführungsform kann ein ähnlicher Effekt erzielt
werden.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform ist eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Während bei der ersten und zweiten
Ausführungsform das Teflon-Rohr, das als
Konvektionsverhinderungsrohr 100 dient und in der Form eines
hohlen Rohrs oder mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt
vorliegt, spiralförmig um die Außenfläche des Zylinders 40 der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 herumgewunden
ist, liegt bei der dritten Ausführungsform das
Konvektionsverhinderungsrohr 100 in der vorm eines Teflon-Rings
mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt vor, wobei der Teflon-
Ring in den Zylinder 40 der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 eingesetzt ist, um dieselbe zu umgeben. Mit
dieser Ausführungsform kann ein ähnlicher Effekt erzielt
werden.
Vierte Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform ist das
Konvektionsverhinderungsrohr 100, das aus dem hohlen Teflon-
Rohr hergestellt ist, spiralförmig um die Außenfläche des
Zylinders 40 der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30
herumgewunden. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist nun bei der
vierten Ausführungsform ein schnurähnliches
Konvektionsverhinderungselement 102, das aus verwebten
Glasfibern besteht, um den Zylinder 40 der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung herumgewunden. Mit dieser
Ausführungsform kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden.
Obwohl die Ausführungsformen 1 bis 4 ein
Konvektionsverhinderungsrohr 100 oder ein
Konvektionsverhinderungselement 102 aus Teflon oder Glasfiber
als schnurähnlichen Wärmeisolator verwenden, ist der
Wärmeisolator nicht auf Teflon oder Glasfiber beschränkt und
jedes andere schlecht wärmeleitende Material, beispielsweise
Asbest, kann verwendet werden.
Fünfte Ausführungsform
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich
der Verbindung zwischen einer dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und einem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 103 ein schwammähnliches
Material, das als Wärmeisolator dient. Das schwammähnliche
Material 103 wird hergestellt, indem natürliches Gummi in eine
zylindrische Form aufgeschäumt wird. Das schaumähnliche
Material 103 ist an der Außenfläche des Zylinders 40 der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 befestigt. Die
Bezugsziffer 104 bezeichnet ein Teflon-Blatt, das als eine
Abdeckung dient, die an der Außenfläche des schwammähnlichen
Materials 103 befestigt ist.
Bei der fünften Ausführungsform ist das zylindrische und
schwammähnliche Material 103 an der Außenfläche einer jeden
Stufe des Zylinders 40 der dreistufigen regenrativen
Kühlvorrichtung 30 befestigt. Weiterhin wird das Teflon-Blatt
104 an der Außenfläche des schwammähnlichen Materials 103
angeordnet, und anschließend wird die dreistufige regenerative
Kühlvorrichtung 30 in den Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 eingesetzt. Dabei verringert das Teflon-
Blatt 104 die Reibungskraft, die beim Einsetzen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung durch den Zylinder
51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 erzeugt werden kann.
Weiterhin wird das schwammähnliche Material 103 beim Einsetzen
elastisch deformiert, so daß das Teflon-Blatt 104 gegen die
Innenfläche des Zylinders 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 gedrückt wird.
Wie beschrieben worden ist, ist bei der fünften Ausführungsform
das schwammähnliche Material 103 an dem Zylinder 40 der
dreistufigen Kühlvorrichtung 30 befestigt. Daher schließt die
elastische Kraft des schwammähnlichen Materials 103 den Spalt
zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und
dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30. Im
Ergebnis wird das Eindringen von Heliumgas eingeschränkt, kann
die Wärmekonvektion verhindert, die thermische Isolation
effektiv ausgeführt und eine Beeinträchtigung der Kühlleistung
der Kühlvorrichtung verhindert werden.
Weiterhin verhindert das an der Außenfläche des
schwammähnlichen Materials 103 angeordnete Teflon-Blatt 104 die
Reibungskraft, die von dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 beim Einsetzen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 erzeugt werden kann, so daß
die Kühlvorrichtung 30 einfach eingesetzt werden kann. Im
Ergebnis wird der Zusammenbau vereinfacht.
Bei der fünften Ausführungsform wird als Abdeckung das Teflon-
Blatt 104 verwendet. Das Material der Abdeckung ist jedoch
nicht auf Teflon beschränkt, wenn das verwendete Material ein
schlecht wärmeleitendes Material ist. Wenn ein Material mit
einem geringen Reibungskoeffizienten verwendet wird, kann das
Einsetzen der Kühlvorrichtung leicht ausgeführt wird.
Sechste Ausführungsform
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich
einer Verbindung zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in einem einem supraleitenden Magnet gemäß
einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
In Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 105 ein Quarzglas-Rohr,
das als Wärmeisolator dient. Das Quarzglas-Rohr 105 weist an
seinen Innen- und Außenflächen schwammähnliche Materialien 103
auf. Das Quarzglas-Rohr 103 ist in dem Zylinder 40 der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 eingesetzt und
dort befestigt.
Da bei der sechsten Ausführungsform die schwammähnlichen
Materialien 103 an den Innen- und Außenflächen des Quarzglas-
Rohrs 105 befestigt sind, kann die dreistufige regenerative
Kühlvorrichtung 30 einfach in den Zylinder 40 eingesetzt
werden. Selbst wenn der Spalt zwischen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 sich aufgrund der
thermischen Kontraktion des Zylinders 40 desgleichen ändert,
bedeckt das schwammähnliche Material 103 weiterhin den Spalt,
um zu verhindern, daß Heliumgas in den Spalt eintritt und eine
Wärmekonvektion auftritt. Im Ergebnis kann eine
Beeinträchtigung der Kühlleistung der Kühlvorrichtung
verhindert werden.
Da das Quarzglas-Rohr 105 aus einem Material mit einem
niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten besteht, kann
eine thermische Kontraktion des Quarzglas-Rohrs 105 verhindert
werden, selbst wenn es schnell von der Atmosphärentemperatur
auf eine sehr niedrige Temperatur beim Befestigen des
Quarzglas-Rohrs 105 in dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 gekühlt wild. Daher kann der Spalt zu dem
Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
eingeschränkt und entsprechend eine Wärmekonvektion weiter
verhindert werden.
Siebte Ausführungsform
Bei der sechsten Ausführungsform sind die schaumähnlichen
Materialien 103 an den Innen- und Außenflächen des Quarzglas-
Rohrs 105 befestigt. Bei der siebten Ausführungsform sind die
schwammähnlichen Materialien 103 an der Außenfläche des
Quarzglas-Rohrs 105 und der des Zylinders 40 angeordnet. In
diesem Fall kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden.
Bei den zuvor erläuterten sechsten und siebten
Ausführungsformen wird das Quarzglas-Rohr 105 als Wärmeisolator
verwendet. Es kann jedoch jeder Wärmeisolator verwendet werden,
wenn dieser rohrförmig ausgebildet und aus einem schlecht
wärmeleitenden Material mit einem niedrigen thermischen
Expansionskoeffizienten besteht. Beispielsweise kann Epoxid-
Glas verwendet werden.
Achte Ausführungsform
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die den wesentlichen Bereich
der Verbindung zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet gemäß der achten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In Fig. 6 bezeichnet die Bezugsziffer 106 ein wärmeisolierendes
Füllelement, das als Wärmeisolator dient, der zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder
51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingeschlossen werden
soll. Das wärmeisolierende Füllelement 106 wird gebildet, indem
Quarzsand 107 in einen aus Teflon bestehenden Beutel 108
eingesackt wird.
Da bei der achten Ausführungsform das wärmeisolierende
Füllelement 106 durch Einsacken von Quarzsand 107 in den Beutel
108 gebildet ist, können die Kosten reduziert und die
Handhabung vereinfacht werden. Weiterhin "verwirbelt" der
Quarzsand 107 in dem Beutel 108 und ist so leicht an die Form
der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem
Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung anpaßbar. Im
Ergebnis kann der Spalt geschlossen und die Wärmekonvektion
verhindert werden. Daher kann die Beeinträchtigung in der
Kühlleistung der Kühlvorrichtung verhindert werden. Da der
Quarzsand 107 ein schlecht wärmeleitendes Material ist, kann
eine Wärmeleitung zwischen einem heißen Bereich und einem
kalten Bereich in dem Zylinder 40 der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 verhindert werden.
Obwohl bei der achten Ausführungsform das wärmeisolierende
Füllelement 106 durch Einsacken des Quarzsandes 107 in dem
Teflon-Beutel 108 erfolgt, muß der Beutel 108 nicht aus Teflon
bestehen. Jedes Material mit einer schlechten
Wärmeleitfähigkeit kann verwendet werden. Beispielsweise kann
ein Glasfibergewebe verwendet werden. Das einzusackende
Material ist nicht auf Quarzsand 107 beschränkt, sofern das
verwendete Material in der Form von Körnern mit einer
schlechten Wärmeleitfähigkeit vorliegt. Beispielsweise können
granulatförmiges Glas oder granulatförmige Keramik verwendet
werden.
Neunte Ausführungsform
Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt.
In Fig. 7 bezeichnet die Bezugsziffer 109 eine Teilungsplatte,
die zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30
und dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung
angeordnet ist. Die Teilungsplatte 109 wird gebildet, indem
eine Mehrzahl von dünnen Rippen 110 an einem Blatt, das aus
einem schlecht wärmeleitenden Material, beispielsweise Teflon,
besteht, parallel zu den dünnen Rippen 110 angeordnet werden.
Die Rippen 110 sind um die Außenfläche des Zylinders 40 in der
Weise herumgewunden und befestigt, daß die dünnen Rippen 110
senkrecht zur der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30
stehen.
Da bei der neunten Ausführungsform der Spalt zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder
51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung senkrecht zu der
Axialrichtung der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30
durch die Rippen 110 der Teilungsplatte 109 geteilt wird, wird
eine Strömung des Heliumgases in Axialrichtung verhindert. Im
Ergebnis kann eine Beeinträchtigung der Kühlleistung der
Kühlvorrichtung verhindert werden.
Wenn der Spalt zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 aufgrund von Abmessungsfehlern streut und
erweitert ist, kann der Spalt zwischen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 klein gehalten werden. Im
Ergebnis verhindert ein Labyrintheffekt die Axialströmung des
Heliumgases. Wenn der Spalt verengt worden ist, führt die
Anordnung, daß die Dicke der Rippen 110 der Teilungsplatte 109
verringert ist, um eine Elastizität aufzuweisen, dazu, daß die
Rippen 110 geneigt werden. Im Ergebnis werden die Kopfbereiche
der Rippen 110 in Kontakt mit dem Zylinder 51 zur Befestigung
der Kühlvorrichtung 30 gebracht, so daß das Entstehen einer
Axialströmung des Heliumgases verhindert wird.
Da die Dicke der Rippen 110 der Teilungsplatte 109 verringert
ist, um eine Elastizität zu schaffen, kann eine Streuung der
Innen- und Außendurchmesser des Zylinders 40 der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und des Zylinders 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 aufgenommen werden. Im
Ergebnis kann die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30
in den Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
eingesetzt werden. Daher kann der Zusammenbau vereinfacht
werden.
Zehnte Ausführungsform
Die zehnte Ausführungsform stellt eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Während bei der neunten
Ausführungsform die Teilungsplatte 109 mit einer Mehrzahl von
dünnen Rippen 110, die integral an dem Blatt ausgebildet sind
und parallel zu diesem verlaufen, um die Außenfläche des
Zylinders 40 herumgewunden und an dieser befestigt sind, ist
bei der zehnten Ausführungsform ein längliches Teflonblatt mit
einem T-förmigen Querschnitt um die Außenfläche des Zylinders
40 herumgewunden und an dieser befestigt. In diesem Fall kann
ein ähnlicher Effekt erzielt werden.
Die neunte und zehnte Ausführungsform verwenden Teflon als
Material für die Teilungsplatte 109, aber die Teilungsplatte
109 braucht nicht aus Teflon zu bestehen, wenn das verwendete
Material ein schlecht wärmeleitendes Material ist.
Beispielsweise kann ein schlecht wärmeleitendes Kunststoff-
oder Gummimaterial verwendet.
Obwohl bei der neunten und zehnten Ausführungsform eine
Mehrzahl von Rippen 110 parallel zu der Axialrichtung der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 angeordnet sind,
ist es ausreichend, eine oder mehrere Rippen 110 anzuordnen.
Zwar ist bei der neunten und zehnten Ausführungsform die
Teilungsplatte 109 an der Außenfläche des Zylinders 40
befestigt, sie kann jedoch auch an der Innenfläche des
Zylinders 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 vorgesehen
sein.
Elfte Ausführungsform
Die elfte Ausführungsform stellt eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 8 ist eine Schnittansicht,
die einen wesentlichen Bereich der Verbindung zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet
gemäß der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt. Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-
IX der Fig. 9.
In den Fig. 8 und 9 bezeichnet die Bezugsziffer 111 eine
Teilungsplatte, die zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 angeordnet ist. Die Teilungsplatte 110 ist
so aufgebaut, daß eine Mehrzahl dünner Rippen 112 integral an
einem Blatt, das beispielsweise aus Teflon besteht, ausgebildet
sind und parallel zu dem Blatt verlaufen. Die Teilungsplatte
111 ist um die Außenfläche des Zylinders 40 herumgewunden und
an dieser befestigt, so daß die Rippen 112 in der Axialrichtung
der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 angeordnet
sind.
Da die elfte Ausführungsform so aufgebaut ist, daß der Spalt
zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und
dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 in der
Umfangsrichtung der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung
30 durch die Rippen 112 der Teilungsplatte 111 aufgeteilt ist,
wird ein Strömen des Heliumgases in der Umfangsrichtung
verhindert. Im Ergebnis kann deine Beeinträchtigung der
Kühlleistung der Kühlvorrichtung verhindert werden.
Die Rippen 112 der Teilungsplatte 111 sind dünn ausgebildet, um
eine gewisse Elastizität zu schaffen. Daher werden die Rippen
112 wie in Fig. 10 gezeigt geneigt, selbst wenn der Spalt
zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und
dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 streut.
Im Ergebnis kann die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung
30 in den Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
eingesetzt werden, während die Kopfenden der Rippen 112 in die
Innenfläche des Zylinders 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 eingebracht werden. Dadurch kann der
Zusammenbau erleichtert werden.
Obwohl bei der elften Ausführungsform das Material der
Teilungsplatte 111 Teflon ist, ist die Teilungsplatte 11 nicht
auf Teflon als Material beschränkt, wenn das verwendete
Material ein schlecht temperaturleitendes Material ist.
Beispielsweise können ein schlecht wärmeleitender Kunststoff
oder Gummi verwendet werden.
Obwohl bei der elften Ausführungsform eine Mehrzahl von Rippen
112 parallel zu der Axialrichtung der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 vorgesehen ist, ist es
lediglich notwendig, daß eine oder mehrere Rippen 112
vorgesehen sind.
Zwölfte Ausführungsform
Die zwölfte Ausführungsform stellt eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 11 ist eine
Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich der Verbindung
zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung in einem
supraleitenden Magnet gemäß der zwölften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt.
In Fig. 11 bezeichnet die Bezugsziffer 113 einen rohrförmigen
Grundkörper, der als schlecht wärmeleitender Grundkörper dient,
der an der Außenfläche des Zylinders 40 der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 befestigt ist. Der Grundkörper
113 weist an seiner Außenfläche eine Mehrzahl von Nuten 113a in
seiner Umfangsrichtung auf. Die Bezugsziffer 114 bezeichnet ein
ringförmiges Dichtungsmittel 114, das in der Nut 113a des
Grundkörpers 113 angeordnet ist und den Zwischenraum zu dem
Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 abdichtet.
Das Dichtungsmittel 114 kann auch ein Kolbenring aus Teflon
sein.
Bei der zwölften Ausführungsform ist der Grundkörper 113
zwischen der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und
dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
angeordnet. Im Ergebnis kann eine Wärmekonvektion verhindert
werden. Weiterhin verhindern die Dichtungsmittel 114 eine
Axialströmung des Heliumgases in dem Spalt zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder
51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30. Im Ergebnis kann
eine Beeinträchtigung der Kühlleistung der Kühlvorrichtung
verhindert werden.
Weiterhin ermöglicht die Anordnung der Dichtungsmittel 114 eine
Streuung, die bei der Bearbeitung des Innen- und
Außendurchmessers des Zylinders 40 der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 und des Zylinders 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 auftritt. Daher kann die
dreistufige regenerative Kühlvorrichtung 30 in den Zylinder 51
zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 eingesetzt werden. Im
Ergebnis kann der Zusammenbau vereinfacht werden.
Dreizehnte Ausführungsform
Die dreizehnte Ausführungsform stellt eine weitere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Während bei der
zwölften Ausführungsform der rohrförmige Grundkörper 113 aus
einem Element besteht, ist der Grundkörper 113 bei der
dreizehnten Ausführungsform unterteilt. In diesem Fall kann ein
ähnlicher Effekt erzielt werden.
Das Dichtungsmittel 114 ist nicht auf einen C-förmigen
Querschnitt beschränkt. Das Dichtungsmittel 114 muß lediglich
einen Dichtungseffekt zu dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung aufweisen. Weiterhin können eine U-Dichtung
oder eine V-Dichtung verwendet werden, wie sie in den Fig.
13A bis 13C gezeigt sind.
Vierzehnte Ausführungsform
Die vierzehnte Ausführungsform stellt eine weitere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 14 ist
eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich einer
Verbindung zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in den supraleitenden Magnet gemäß der
vierzehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
In Fig. 14 bezeichnet die Bezugsziffer 115 eine geneigte
Fläche, die in der Einlaßöffnung des Zylinders 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung zum Einsetzen der
Kühlvorrichtung 30 vorgesehen ist.
Da bei der vierzehnten Ausführungsform die geneigte Fläche 115
in der Einlaßöffnung des Zylinders 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 für das Einsetzen der Kühlvorrichtung 30
vorgesehen ist, verfängt sich das schwammähnliche Material 103
nicht in der Einlaßöffnung dem Kühlvorrichtung beim Einsetzen
der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30, in der das
schwammähnliche Material 103, welches als Wärmeisolator dient,
an der Außenfläche befestigt ist. Daher wird sie durch die
geneigte Fläche geführt und kann weich eingesetzt werden. Im
Ergebnis kann der Zusammenbau vereinfacht werden.
Fünfzehnte Ausführungsform
Die fünfzehnte Ausführungsform stellt eine weitere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Bei der
fünfzehnten Ausführungsform ist die dreistufige regenerative
Kühlvorrichtung 30, d. h. der Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 so angeordnet, daß sie mit der horizontalen
Fläche einen Winkel von 15° einschließt.
Das Heliumgas, das zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 eingeschlossen ist, strömt aufgrund der
Druckdifferenz des Heliumgases, die zwischen der Oberseite des
Zylinders und der Unterseite des Zylinders aufgrund der
Aufwärtsbewegung des Heliumgases von der Unterseite zur
Oberseite des Zylinders hin in der Umfangsrichtung des
Zylinders in dem heißen Bereich einer jeden Stufe des Zylinders
40 auftritt, und der Druckdifferenz des Heliumgases, die
zwischen der Oberseite des Zylinders und der Unterseite des
Zylinders aufgrund der Abwärtsbewegung des Heliumgases von der
Oberseite zur Unterseite in Umfangsrichtung des Zylinders in
dem Niedrigtemperaturbereich auftritt. Die Strömung findet von
dem unteren Flächenbereich des Niedrigtemperaturbereichs zu dem
unteren Flächenbereich des Niedrigtemperaturbereichs über den
unteren Flächenbereich des heißen Bereichs, den oberen
Flächenbereich des heißen Bereichs und den oberen
Flächenbereich des Niedrigtemperaturbereichs in dieser
Reihenfolge statt. Im Ergebnis wird eine Wärmekonvektion
erzeugt.
Durch die Anordnung, daß die dreistufige regenerative
Kühlvorrichtung 30 mit der horizontalen Fläche einen Winkel von
15° einschließt, verringert sich die Druckdifferenz, die
zwischen der oberen Fläche des Zylinders 40 und der unteren
Fläche desselben in dem heißen Bereich einer jeden Stufe des
Zylinders 40 auftritt, und die Druckdifferenz, die zwischen der
oberen Fläche des Zylinders und der unteren Fläche desselben in
dem Niedrigtemperaturbereich auftritt. Im Ergebnis kann die
Wärmekonvektion verhindert werden, wodurch die Kühlleistung
verbessert wird.
Da die Wärmekonvektion zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 beschränkt wird, kann auf einen
Wärmeisolator hier verzichtet werden. In diesem Fall kann der
Zusammenbau vereinfacht werden.
Wenn der Winkel, der durch die befestigte dreistufige
regenerative Kühlvorrichtung 30 und die horizontale Fläche
eingeschlossen wird, kleiner als 10° ist, können die
Druckdifferenz, die zwischen der oberen Fläche des Zylinders 40
und der unteren Fläche desselben in dem heißen Bereich einer
jeden Stufe des Zylinders 40 und die Druckdifferenz, die
zwischen der oberen Fläche des Zylinders und der unteren Fläche
desselben in dem Niedrigtemperaturbereich auftritt, nicht
verringert werden. Somit tritt unerwünschterweise
Wärmekonvektion auf. Wenn der Winkel größer als 25° ist, muß
eine ausreichende Menge des Zylinders 40 gewährleistet sein, um
die gewünschte Kühlleistung zu erhalten. Daher müssen lange
Intervalle zwischen dem ersten und zweiten Hitzeschild 6, 5 und
der Vakuumschicht beibehalten werden. In diesem Fall kann die
Größe des Geräts nicht verringert werden. Daher sollte der
Winkel, unter dem die dreistufige regenerative Kühlvorrichtung
30 befestigt wird, 15° bis 25° betragen.
Sechzehnte Ausführungsform
Die sechzehnte Ausführungsform stellt eine weitere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 15 ist
eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich der
Verbindung zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlv 16290 00070 552 001000280000000200012000285911617900040 0002004325727 00004 16171orrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in dem supraleitenden Magnet gemäß der
sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt.
In Fig. 15 bezeichnet die Bezugsziffer 116 ein Rohr, das als
Wärmeisolator dient und an der Außenfläche des Zylinders 40 der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 befestigt ist.
Das Rohr 116 hat einen Innendurchmesser, der mit dem
Außendurchmesser des Zylinders 40 übereinstimmt, und einen
Außendurchmesser, der mit dem Innendurchmesser des Zylinders 51
zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 übereinstimmt. Weiterhin
ist das Rohr 116 in der Axialrichtung der Kühlvorrichtung in
zwei Bereiche unterteilt. Das Rohr 116 kann aus einem schlecht
wärmeleitenden Material, beispielsweise einem Phenol-Kunstharz
oder einem Epoxid-Glas-Kunstharz bestehen.
Da bei der sechzehnten Ausführungsform das Rohr 116 in zwei
Bereiche unterteilt ist, kann das Rohr 116 leicht befestigt
werden. Im Ergebnis wird der Zusammenbau erleichtert.
Indem die Bearbeitungsgenauigkeit des Rohrs 116 verbessert
wird, kann der Spalt zu dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 verringert und die Wärmekonvektion
eingeschränkt werden.
Siebzehnte Ausführungsform
Die siebzehnte Ausführungsform stellt eine weitere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 16 ist
eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich der
Verbindung zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in dem supraleitenden Magnet gemäß der
siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt.
In Fig. 16 bezeichnet die Bezugsziffer 117 eine hohle
ringförmige Wärmestufe, die so an dem Zylinder 40 befestigt
ist, daß sie nicht über die Kontur des Zylinders 40
hinaussteht.
Da bei der siebzehnten Ausführungsform die Wärmestufe 117 so an
dem Zylinder 40 befestigt ist, daß sie nicht über die Kontur
des Zylinders 40 hinaussteht, kann der Spalt zwischen der
dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung 30 und dem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 verringert werden, wenn
der Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30 einen
Innendurchmesser aufweist, der im wesentlichen mit dem
Außendurchmesser des Zylinders 40 übereinstimmt. Daher kann die
Wärmekonvektion eingeschränkt werden, ohne daß ein
Wärmeisolator vorgesehen sein muß. Im Ergebnis kann die
Kühlleistung verbessert werden.
Achtzehnte Ausführungsform
Die achtzehnte Ausführungsform stellt eine weitere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 17 ist
eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich der
Verbindung zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in dem supraleitenden Magnet gemäß der
achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt. Bei der achtzehnten Ausführungsform sind Faltenbalge
118 an dem Zylinder 51 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 30
befestigt. Wenn nun die Wärmestufe 117 an dem Zylinder 40 so
befestigt wird, daß sie nicht über die Kontur des Zylinders 40
hinaussteht, der Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung einen Innendurchmesser aufweist, der im
wesentlichen ähnlich dem Außendurchmesser des Zylinders 40 ist,
und der Spalt zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 kleingehalten wird, können Spannungen, die
aufgrund von axialen Abweichungen, die in jeder Stufe des
Zylinders vorhanden sind, und Abmessungsfehlern oder
desgleichen auftreten, durch die Faltenbalge aufgenommen
werden.
Neunzehnte Ausführungsform
Die neunzehnte Ausführungsform stellt eine weitere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 18 ist
eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Bereich der
Verbindung zwischen der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung in einem supraleitenden Magnet gemäß der
neunzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt.
In Fig. 18 bezeichnet die Bezugsziffer 119 einen Unterzylinder,
dessen Außendurchmesser im wesentlichen derselbe wie der
Innendurchmesser des Zylinders 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung 30 ist. An dem Unterzylinder 119 sind
Faltenbalge 120 befestigt. Der Unterzylinder 119 ist an der
Außenfläche des Zylinders 40 der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 befestigt und in den Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 eingesetzt.
Da bei der neunzehnten Ausführungsform der Unterzylinder 119
einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen derselbe
wie der Innendurchmesser des Zylinders 51 zur Befestigung der
Kühlvorrichtung ist, kann der Spalt zu dem Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 verringert werden. Daher
kann eine Wärmekonvektion eingeschränkt und die Kühlleistung
verbessert werden.
Wenn eine Spannung aufgrund einer axialen Abweichung oder
desgleichen des Zylinders an der dreistufigen regenerativen
Kühlvorrichtung 30 beim Einsetzen der dreistufigen
regenerativen Kühlvorrichtung 30 in den Zylinder 51 zur
Befestigung der Kühlvorrichtung 30 anliegt, kann die Spannung
durch die Faltenbalge 120 des Unterzylinders 119 aufgenommen
werden.
Obwohl der supraleitende Magnet gemäß jeder Ausführungsform so
ausgebildet ist, daß er für ein Magnet-Resonanz-Diagnosegerät
verwendbar ist, kann die vorliegende Erfindung auch für eine
magnetische Levitationsstraße, ein Synchrotron-Strahlungs- oder
ein Kristallziehgerät oder desgleichen verwendet werden.
Obwohl jede Ausführungsform so angeordnet ist, daß sie für die
dreistufige regenerative Kühlvorrichtung verwendbar ist, die im
wesentlichen parallel zu der Axialrichtung der zylindrischen
supraleitenden Spule angeordnet ist, ist die vorliegende
Erfindung hierauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die
vorliegende Erfindung für eine dreistufige regenerative
Kühlvorrichtung verwendet werden, die horizontal in einer
supraleitenden Spule angeordnet ist, welche eine
Rennstreckenform aufweist.
Obwohl die vorliegende Erfindung für die dreistufige
regenerative Kühlvorrichtung 30 verwendet wird, kann sie ebenso
für eine Kühlvorrichtung mit einer Wärmestufe verwendet werden,
von der ein Bereich eine Kühlleistung hat, die in der Lage ist,
flüssiges Helium wiederzuverflüssigen.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf eine zweistufige
regenerative Kühlvorrichtung eine vierstufige regenerative
Kühlvorrichtung angewendet werden.
Da die vorliegende Erfindung wie zuvor beschrieben aufgebaut
ist, können folgende Effekte erzielt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
angeordnet ist, daß der schnurähnliche Wärmeisolator um die
Außenfläche des Zylinders einer mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung herumgewickelt ist, kann der Wärmeisolator
leicht gewunden und die Form und die Abmessungen
zufriedenstellend frei bestimmt und eine Wärmeisolation an den
Zwischenraum zwischen dem Zylinder der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung
der Kühlvorrichtung einfach angepaßt werden. Weiterhin ist der
Wärmeisolator zwischen dem Zylinder der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung
der Kühlvorrichtung eingeschlossen, so daß die Wärmekonvektion
des Niedrigtemperatur-Kühlmittels verhindert, Wärme effektiv
isoliert und die Kühlleistung verbessert werden kann.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der zylindrische und schwammähnliche
Wärmeisolator um die Außenfläche der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung herumgewickelt ist, kann eine Wärmeisolierung,
die an den Zwischenraum zwischen dem Zylinder der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung
der Kühlvorrichtung angepaßt werden kann, einfach verwirklicht
werden. Weiterhin ist der Wärmeisolator zwischen dem Zylinder
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder
zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingeschlossen, so daß die
Wärmekonvektion des Niedrigtemperatur-Kühlmittels verhindert,
Wärme effektiv isoliert und die Kühlleistung verbessert werden
kann.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der zylindrische und schwammähnliche
Wärmeisolator mit einer Abdeckung an dessen Außenfläche an der
Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung befestigt ist, kann eine mehrstufige
regenerative Kühlvorrichtung, an der der Wärmeisolator
befestigt ist, leicht eingesetzt werden. Im Ergebnis kann der
Zusammenbau vereinfacht werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der rohrförmige Isolator, an dessen Innen-
und Außenflächen die schwammähnlichen wärmeisolierenden
Materialien befestigt ist, an der Außenfläche des Zylinders der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung befestigt ist können
die schwammähnlichen wärmeisolierenden Materialien an dem
Wärmeisolator integriert werden, um einfach an der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung befestigt und leicht in den
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt werden
zu können. Im Ergebnis kann der Zusammenbau vereinfacht werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der Wärmeisolator, der durch Einsacken des
granulatförmigen wärmeisolierenden Materials gebildet wird,
zwischen der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingeschlossen
ist, verwirbelt das granulatförmige wärmeisolierende Material
in dem Beutel, so daß der Wärmeisolator zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung ohne Spalt eingeschlossen
werden kann. Im Ergebnis kann die Wärmekonvektion des
Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases verhindert und die Kosten des
Wärmeisolators verringert werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die Teilungsplatte zum Teilen der Strömung
des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases in Axialrichtung der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung angeordnet ist, kann die
Axialströmung des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases verhindert
und die Wärmekonvektion eingeschränkt werden. Im Ergebnis
können Dimensionsstreuungen des Zylinders aufgrund von
Bearbeitungsungenauigkeiten aufgenommen werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die Teilungsplatte zum Teilen der Strömung
des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases in der Umfangsrichtung
der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung zwischen der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung angeordnet ist, kann eine
Strömung des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases in
Umfangsrichtung verhindert und die Wärmekonvektion
eingeschränkt werden. Weiterhin können Abmessungsabweichungen
des Zylinders aufgrund von Bearbeitungsungenauigkeiten
aufgenommen werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der rohrförmige und schlecht wärmeleitende
Grundkörper an der Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung befestigt ist, und ein
Dichtungsmittel zum Abdichten des Zwischenraums zu der
Innenfläche des Zylinders zur Befestigung der Kühlvorrichtung
an dem schlecht wärmeleitenden Grundkörper befestigt ist, kann
eine Strömung des Niedrigtemperatur-Kühlmittelgases verhindert
und die Wärmekonvektion eingeschränkt werden. Weiterhin können
Abmessungsabweichungen des Zylinders aufgrund von
Herstellungsungenauigkeiten aufgenommen werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die Einlaßöffnung des Zylinders zur
Befestigung der Kühlvorrichtung, durch die die Kühlvorrichtung
eingesetzt wird, geneigt ist, kann der Wärmeisolator leicht
eingesetzt und somit der Zusammenbau vereinfacht werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die mehrstufige regenerative
Kühlvorrichtung unter einem Winkel von 10° bis 25° befestigt
ist, kann die Wärmekonvektion des Niedrigtemperatur-
Kühlmittelgases zwischen der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur Befestigung der
Kühlvorrichtung verhindert und die Größe des Geräts verringert
werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der Wärmeisolator in dem Rohr ausgebildet
ist, das in zwei Bereiche in der Axialrichtung unterteilt ist,
kann der Wärmeisolator frei an der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung befestigt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß die Wärmestufe der mehrstufigen
regenerativen Kühlvorrichtung nicht über die Kontur des
Zylinders der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung
heraussteht, kann der Spalt zwischen dem Zylinder der
mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem Zylinder zur
Befestigung der Kühlvorrichtung verringert werden. Daher kann
eine Wärmekonvektion auch ohne einen Wärmeisolator
eingeschränkt werden.
Da der supraleitende Magnet gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet ist, daß der Unterzylinder, dessen Außendurchmesser
im wesentlichen derselbe wie der Innendurchmesser des Zylinders
zur Befestigung der Kühlvorrichtung ist, über die Faltenbalge,
an der Außenfläche des Zylinders der mehrstufigen regenerativen
Kühlvorrichtung befestigt sind, kann der Spalt zwischen dem
Zylinder der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung und dem
Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung verringert, die
Wärmekonvektion eingeschränkt und die axiale Abweichung des
Zylinders der mehrstufigen regenerativen Kühlvorrichtung
aufgenommen werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
supraleitenden Magnet zu schaffen, dessen Größe durch
Verkürzung der radialen Länge einer magnetischen Vorrichtung
von dieser verringert und dessen Kühlleistung verbessert werden
kann. Ein Ende eines Zylinders zur Befestigung einer
Kühlvorrichtung ist einer Umgebung aus Heliumgas, das in einer
Heliumkammer verdampft wird, zugewandt, und das andere Ende ist
im wesentlichen horizontal an einer Vakuumkammer befestigt.
Weiterhin ist eine dreistufige regenerative Kühlvorrichtung in
dem Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung eingesetzt und
befestigt. Ein Wärmeisolator wie beispielsweise ein
Konvektionsverhinderungsrohr, das aus einem hohlen Teflon-Rohr
hergestellt ist, ist um die Außenfläche jeder Stufe des
Zylinders der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung
herumgewunden. Das Konvektionsverhinderungsrohr ist in einem
Spalt zwischen dem Zylinder zur Befestigung der Kühlvorrichtung
und der dreistufigen regenerativen Kühlvorrichtung ohne einen
Spalt eingeschlossen, so daß eine Wärmekonvektion des
Heliumgases verhindert wird.