JP2001167923A - 冷凍機冷却型超電導磁石装置 - Google Patents
冷凍機冷却型超電導磁石装置Info
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- JP2001167923A JP2001167923A JP34569699A JP34569699A JP2001167923A JP 2001167923 A JP2001167923 A JP 2001167923A JP 34569699 A JP34569699 A JP 34569699A JP 34569699 A JP34569699 A JP 34569699A JP 2001167923 A JP2001167923 A JP 2001167923A
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- thermal conductivity
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- high thermal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コイル冷却ステージおよび熱シールド板の剛
性を強化し、超電導磁石装置の大型化ないしは強磁場化
に寄与できるとともに、超電導コイルの冷却効率を向上
できるコイル冷却ステージおよび熱シールド板を提供す
ること。 【解決手段】 冷凍機冷却型超電導磁石装置における
超電導コイル８のコイル冷却ステージ７および熱シール
ド板を、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材と、ステ
ンレス鋼、ＦＲＰ、チタン等の剛性部材の複合材料から
構成したこと。
性を強化し、超電導磁石装置の大型化ないしは強磁場化
に寄与できるとともに、超電導コイルの冷却効率を向上
できるコイル冷却ステージおよび熱シールド板を提供す
ること。 【解決手段】 冷凍機冷却型超電導磁石装置における
超電導コイル８のコイル冷却ステージ７および熱シール
ド板を、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材と、ステ
ンレス鋼、ＦＲＰ、チタン等の剛性部材の複合材料から
構成したこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導磁石装置に
関するものであって、特に、冷凍機冷却型超電導磁石装
置における超電導コイルを冷却しているコイル冷却ステ
ージおよび超電導コイルを内蔵する熱シールド板に関す
るものである。
関するものであって、特に、冷凍機冷却型超電導磁石装
置における超電導コイルを冷却しているコイル冷却ステ
ージおよび超電導コイルを内蔵する熱シールド板に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】超電導磁石装置における超電導コイルの
冷却には、コイルを液体ヘリウムに浸漬したり、液体ヘ
リウムの蒸気により冷却する等液体ヘリウムが使われて
いたが、液体ヘリウムは高価であり、また蒸発が激しい
ので補給する必要があり取り扱いに不便さがあった。そ
こで、冷凍機によって超電導コイルを臨界温度以下の極
低温に冷却する小型で取り扱いが容易な冷凍機冷却型超
電導磁石装置が開発されている。
冷却には、コイルを液体ヘリウムに浸漬したり、液体ヘ
リウムの蒸気により冷却する等液体ヘリウムが使われて
いたが、液体ヘリウムは高価であり、また蒸発が激しい
ので補給する必要があり取り扱いに不便さがあった。そ
こで、冷凍機によって超電導コイルを臨界温度以下の極
低温に冷却する小型で取り扱いが容易な冷凍機冷却型超
電導磁石装置が開発されている。
【０００３】図２に従来から公知の冷凍機冷却型超電導
磁石装置の一例を示す。１は有底筒状に形成した真空容
器本体、２は該真空容器の天板で真空容器本体１に気密
にボルト付もしくは溶接されている。該天板２の上面に
ＧＭ（ギフォード・マクマホン）冷凍機３が載置されて
おり、該冷凍機３の多段冷却シリンダ（１段冷却シリン
ダ４1、２段冷却シリンダ４2）が真空容器本体１内に垂
下されている。５1は１段冷却シリンダ４1の冷却ステー
ジ、５2は２段冷却シリンダ４2の冷却ステージである。
磁石装置の一例を示す。１は有底筒状に形成した真空容
器本体、２は該真空容器の天板で真空容器本体１に気密
にボルト付もしくは溶接されている。該天板２の上面に
ＧＭ（ギフォード・マクマホン）冷凍機３が載置されて
おり、該冷凍機３の多段冷却シリンダ（１段冷却シリン
ダ４1、２段冷却シリンダ４2）が真空容器本体１内に垂
下されている。５1は１段冷却シリンダ４1の冷却ステー
ジ、５2は２段冷却シリンダ４2の冷却ステージである。
【０００４】６は横断面が円環状の熱シールド板で、ド
ーナツ円盤状の天板６1が前記１段冷却ステージ５1に固
設されて熱シールド板６内に２段冷却シリンダ４2およ
び、２段冷却ステージ５2を挿入した状態で真空容器本
体１内へ懸吊されている。なお、熱シールド板６は銅、
アルミニウム等の高熱伝導率部材で形成されている。
ーナツ円盤状の天板６1が前記１段冷却ステージ５1に固
設されて熱シールド板６内に２段冷却シリンダ４2およ
び、２段冷却ステージ５2を挿入した状態で真空容器本
体１内へ懸吊されている。なお、熱シールド板６は銅、
アルミニウム等の高熱伝導率部材で形成されている。
【０００５】７は、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部
材からなる超電導コイル８のコイル冷却ステージであっ
て、ドーナツ円盤状を呈しており、該コイル冷却ステー
ジ７および超電導コイル８は熱シールド板６の天板６1
を挿通し、真空容器２の天板下面に取付けられている荷
重支持体９によって熱シールド板６内に設置されてい
る。なお、１０はコイル冷却ステージ７と２段冷却ステ
ージ５2を連結している伝熱板、１１は酸化物超電導電
流リード、１２は前記真空容器本体１内の略中央部に垂
直方向に挿設された中空円筒で、両端縁は真空容器の天
板２および底板を貫通して気密に接着されており、中空
円筒内は常温強磁場空間１３として利用される。
材からなる超電導コイル８のコイル冷却ステージであっ
て、ドーナツ円盤状を呈しており、該コイル冷却ステー
ジ７および超電導コイル８は熱シールド板６の天板６1
を挿通し、真空容器２の天板下面に取付けられている荷
重支持体９によって熱シールド板６内に設置されてい
る。なお、１０はコイル冷却ステージ７と２段冷却ステ
ージ５2を連結している伝熱板、１１は酸化物超電導電
流リード、１２は前記真空容器本体１内の略中央部に垂
直方向に挿設された中空円筒で、両端縁は真空容器の天
板２および底板を貫通して気密に接着されており、中空
円筒内は常温強磁場空間１３として利用される。
【０００６】上記公知の冷凍機冷却型超伝導磁石装置に
おけるコイル冷却ステージ７および熱シールド板６は、
銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材から形成されてお
り、これら高熱伝導率部材は電気伝導率も高い材料であ
る。それ故、何等かの原因で超電導コイルがクエンチ
（超電導状態から常電導状態への転移現象）すると、ご
く短い時間で大きな磁束変化が生じ、コイル冷却ステー
ジ７または熱シールド板６2に大きな渦電流が発生し、
この渦電流と、その時に発生している磁場の作用でコイ
ル冷却ステージ７、熱シールド板天板６1、熱シールド
板円筒部６2に大きな力が発生する。
おけるコイル冷却ステージ７および熱シールド板６は、
銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材から形成されてお
り、これら高熱伝導率部材は電気伝導率も高い材料であ
る。それ故、何等かの原因で超電導コイルがクエンチ
（超電導状態から常電導状態への転移現象）すると、ご
く短い時間で大きな磁束変化が生じ、コイル冷却ステー
ジ７または熱シールド板６2に大きな渦電流が発生し、
この渦電流と、その時に発生している磁場の作用でコイ
ル冷却ステージ７、熱シールド板天板６1、熱シールド
板円筒部６2に大きな力が発生する。
【０００７】超電導コイルの大型化あるいは強磁場化に
伴って、上記コイル冷却ステージ７あるいは熱シールド
板６2に発生する力も大きくなり、これらコイル冷却ス
テージ７および、熱シールド板天板６1、熱シールド板
円筒部６2を変形ないしは破壊させるおそれがある。ま
た、高熱伝導率部材のコイル冷却ステージ７が荷重支持
体９に連結されているので荷重支持体９からの侵入熱に
より超電導コイル８の冷却効率を低下させている。
伴って、上記コイル冷却ステージ７あるいは熱シールド
板６2に発生する力も大きくなり、これらコイル冷却ス
テージ７および、熱シールド板天板６1、熱シールド板
円筒部６2を変形ないしは破壊させるおそれがある。ま
た、高熱伝導率部材のコイル冷却ステージ７が荷重支持
体９に連結されているので荷重支持体９からの侵入熱に
より超電導コイル８の冷却効率を低下させている。
【０００８】超電導コイルの励磁にはコイル冷却ステー
ジ７に磁束変化が生じ、渦電流が発生する。そうする
と、この渦電流によってコイル冷却ステージ７は発熱
し、超電導コイルの温度を上昇させる。また、クエンチ
時の応力に対応してコイル冷却ステージ７および熱シー
ルド板天板６1、熱シールド板円筒部６2の剛性を高める
ためにこれらの肉厚を厚くすると、コイル冷却ステージ
７および熱シールド板天板６1、熱シールド板円筒部６2
に発生する渦電流も増大し、その結果、超電導コイルの
温度上昇も増大し、超電導コイルを臨界温度に冷却する
のに長時間要するばかりでなく、場合によってはクエン
チを起こすので超電導磁石装置の大型化ないしは強磁場
化を妨げる要因になっていた。
ジ７に磁束変化が生じ、渦電流が発生する。そうする
と、この渦電流によってコイル冷却ステージ７は発熱
し、超電導コイルの温度を上昇させる。また、クエンチ
時の応力に対応してコイル冷却ステージ７および熱シー
ルド板天板６1、熱シールド板円筒部６2の剛性を高める
ためにこれらの肉厚を厚くすると、コイル冷却ステージ
７および熱シールド板天板６1、熱シールド板円筒部６2
に発生する渦電流も増大し、その結果、超電導コイルの
温度上昇も増大し、超電導コイルを臨界温度に冷却する
のに長時間要するばかりでなく、場合によってはクエン
チを起こすので超電導磁石装置の大型化ないしは強磁場
化を妨げる要因になっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明はコイル冷却ス
テージおよび熱シールド板の剛性を強化し、超電導磁石
装置の大型化ないしは強磁場化に寄与できるとともに、
超電導コイルの冷却効率を向上できるコイル冷却ステー
ジおよび熱シールド板を提供することを目的とするもの
である。
テージおよび熱シールド板の剛性を強化し、超電導磁石
装置の大型化ないしは強磁場化に寄与できるとともに、
超電導コイルの冷却効率を向上できるコイル冷却ステー
ジおよび熱シールド板を提供することを目的とするもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】冷凍機冷却型超電導磁石
装置における超電導コイル８のコイル冷却ステージ７お
よび／または熱シールド板６を高熱伝導率部材と剛性部
材の複合材料から構成したことを特徴とする。
装置における超電導コイル８のコイル冷却ステージ７お
よび／または熱シールド板６を高熱伝導率部材と剛性部
材の複合材料から構成したことを特徴とする。
【００１１】機械的強度を支持する部材としてはステン
レス鋼やＦＲＰ、チタン等が使用され、熱伝導に寄与す
る部材としては金、銀、銅、アルミニュウム等が使用さ
れる。
レス鋼やＦＲＰ、チタン等が使用され、熱伝導に寄与す
る部材としては金、銀、銅、アルミニュウム等が使用さ
れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明が適用される冷凍機
冷却型超電導磁石装置の概要を示す説明図である。本発
明は、コイル冷却ステージおよび熱シールド板の構造以
外は前述の図２の従来装置と同一構造であるため同一部
品には同一符号を付している。説明の重複をさけるた
め、本発明の特徴であるコイル冷却ステージと熱シール
ド板の構造について以下説明する。
冷却型超電導磁石装置の概要を示す説明図である。本発
明は、コイル冷却ステージおよび熱シールド板の構造以
外は前述の図２の従来装置と同一構造であるため同一部
品には同一符号を付している。説明の重複をさけるた
め、本発明の特徴であるコイル冷却ステージと熱シール
ド板の構造について以下説明する。
【００１３】超電導コイル８を４〜１０Ｋ程度まで冷却
するためのドーナツ円盤状のコイル冷却ステージ７は
銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材７aに、ステンレ
ス鋼、ＦＲＰ等の剛性部材７bが裏打ちされた複合材料
から構成されている。そして、銅、アルミニウム等の高
熱伝導率部材７a側は超電導コイル８と熱接触してお
り、高熱伝導率部材７aは伝熱板１０を介して２段冷却
ステージ５2に連結されている。
するためのドーナツ円盤状のコイル冷却ステージ７は
銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材７aに、ステンレ
ス鋼、ＦＲＰ等の剛性部材７bが裏打ちされた複合材料
から構成されている。そして、銅、アルミニウム等の高
熱伝導率部材７a側は超電導コイル８と熱接触してお
り、高熱伝導率部材７aは伝熱板１０を介して２段冷却
ステージ５2に連結されている。
【００１４】一方、ステンレス鋼、ＦＲＰ等の剛性部材
７b側は荷重支持体９に連結されており、剛性部材７b側
に酸化物超電導電流リード１１が連結されている。コイ
ル冷却ステージ７の高熱伝導率部材７aに裏打ちされる
剛性部材７bは、高熱伝導率部材７a全面に重ね合わせて
半田付けないしはボルト締め等により重合接着してもよ
く、また、扇形の打ち抜き部を等間隔に穿設した形状の
ものを重ね合わせてボルト締め等により接着してもよ
い。
７b側は荷重支持体９に連結されており、剛性部材７b側
に酸化物超電導電流リード１１が連結されている。コイ
ル冷却ステージ７の高熱伝導率部材７aに裏打ちされる
剛性部材７bは、高熱伝導率部材７a全面に重ね合わせて
半田付けないしはボルト締め等により重合接着してもよ
く、また、扇形の打ち抜き部を等間隔に穿設した形状の
ものを重ね合わせてボルト締め等により接着してもよ
い。
【００１５】次に、熱シールド板６の天板６1、円筒部
６2についても上記コイル冷却ステージ７同様、銅、ア
ルミニウム等の高熱伝導率部材６1a、６2aに、ステンレ
ス鋼、ＦＲＰ等の剛性部材６1b、６2bがそれぞれ裏打ち
された複合材料から構成されている。この場合、高熱伝
導率部材６1a、６2a側が超電導コイルの対向面となるよ
うに設置される。また、高熱伝導率部材６1a、６2aに裏
打ちされる剛性部材６1b、６2bは、高熱伝導率部材６1
a、６2a全面に、同一形状のものをピッタリ重ね合わせ
て半田付けないしはボルト締め等により接着してもよ
く、篭ないしは柵状に形成したものを重合接着してもよ
い。
６2についても上記コイル冷却ステージ７同様、銅、ア
ルミニウム等の高熱伝導率部材６1a、６2aに、ステンレ
ス鋼、ＦＲＰ等の剛性部材６1b、６2bがそれぞれ裏打ち
された複合材料から構成されている。この場合、高熱伝
導率部材６1a、６2a側が超電導コイルの対向面となるよ
うに設置される。また、高熱伝導率部材６1a、６2aに裏
打ちされる剛性部材６1b、６2bは、高熱伝導率部材６1
a、６2a全面に、同一形状のものをピッタリ重ね合わせ
て半田付けないしはボルト締め等により接着してもよ
く、篭ないしは柵状に形成したものを重合接着してもよ
い。
【００１６】冷凍機冷却型超電導磁石装置の構造は上記
実施態様のものに限定されることなく、例えば図３に示
すような冷凍機３の位置を真空容器の下部に設置し、超
電導コイル８を真空容器の上方に位置させ、常温高磁場
空間を真空容器の上方に形成させるタイプのものにも適
用できることは云うまでもない。
実施態様のものに限定されることなく、例えば図３に示
すような冷凍機３の位置を真空容器の下部に設置し、超
電導コイル８を真空容器の上方に位置させ、常温高磁場
空間を真空容器の上方に形成させるタイプのものにも適
用できることは云うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】本発明のコイル冷却ステージおよび熱シ
ールド板を高熱伝導率部材に剛性部材を組み合わせた複
合材料で構成したことにより、コイル冷却ステージない
しは熱シールド板の熱伝導特性を劣化させることなく、
これらに剛性を付与したため次の効果を奏する。 (1) 冷凍機冷却型超電導磁石装置の大型化ないしは強磁
場化をしても、クエンチによってコイル冷却ステージな
いしは熱シールド板が変形したり破壊するおそれがな
い。 (2) コイル冷却ステージを高熱伝導率部材だけで構成し
た場合に比べて全体の電気抵抗が大きくなるため、コイ
ル励磁時の渦電流発熱を抑制することが可能となり、超
電導コイルの温度上昇を抑制できるので超電導コイルの
安定した運転が可能となる。 (3) 荷重支持体は熱伝導度の低いステンレス鋼等の剛性
材料側に連結されるため、高熱伝導率部材単一で構成し
た場合よりも荷重支持体から超電導コイルへの侵入熱を
低減できる。
ールド板を高熱伝導率部材に剛性部材を組み合わせた複
合材料で構成したことにより、コイル冷却ステージない
しは熱シールド板の熱伝導特性を劣化させることなく、
これらに剛性を付与したため次の効果を奏する。 (1) 冷凍機冷却型超電導磁石装置の大型化ないしは強磁
場化をしても、クエンチによってコイル冷却ステージな
いしは熱シールド板が変形したり破壊するおそれがな
い。 (2) コイル冷却ステージを高熱伝導率部材だけで構成し
た場合に比べて全体の電気抵抗が大きくなるため、コイ
ル励磁時の渦電流発熱を抑制することが可能となり、超
電導コイルの温度上昇を抑制できるので超電導コイルの
安定した運転が可能となる。 (3) 荷重支持体は熱伝導度の低いステンレス鋼等の剛性
材料側に連結されるため、高熱伝導率部材単一で構成し
た場合よりも荷重支持体から超電導コイルへの侵入熱を
低減できる。
【図１】本発明にかかる冷凍機冷却型超電導磁石装置の
全体概要図。
全体概要図。
【図２】従来から公知の冷凍機冷却型超電導磁石装置の
全体概要図。
全体概要図。
【図３】従来から公知の冷凍機冷却型超電導磁石装置の
他のタイプの全体概要図。
他のタイプの全体概要図。
１ 真空容器本体 ７
コイル冷却ステージ ２ 天板 ７a
高熱伝導率部材 ３ ＧＭ冷凍機 ７b
剛性部材 ４1 １段冷却シリンダ ８
超電導コイル ４2 ２段冷却シリンダ ９
荷重支持体 ５1 １段冷却ステージ １０
伝熱板 ５2 ２段冷却ステージ １１
超電導電流リード ６ 熱シールド板 １２
中空円筒 ６1 熱シールド板天板 １３
常温高磁場空間 ６1a 高熱伝導率部材 ６1b 剛性部材 ６2 熱シールド板円筒部 ６2a 高熱伝導率部材 ６2b 剛性部材
コイル冷却ステージ ２ 天板 ７a
高熱伝導率部材 ３ ＧＭ冷凍機 ７b
剛性部材 ４1 １段冷却シリンダ ８
超電導コイル ４2 ２段冷却シリンダ ９
荷重支持体 ５1 １段冷却ステージ １０
伝熱板 ５2 ２段冷却ステージ １１
超電導電流リード ６ 熱シールド板 １２
中空円筒 ６1 熱シールド板天板 １３
常温高磁場空間 ６1a 高熱伝導率部材 ６1b 剛性部材 ６2 熱シールド板円筒部 ６2a 高熱伝導率部材 ６2b 剛性部材
Claims (3)
- 【請求項１】冷凍機冷却型超電導磁石装置における超電
導コイルを冷却するコイル冷却ステージを高熱伝導率部
材と剛性部材の複合材料から形成し、前記高熱伝導率部
材側が超電導コイルと密接していることを特徴とする冷
凍機冷却型超電導磁石装置。 - 【請求項２】冷凍機冷却型超電導磁石装置における熱シ
ールド板を高熱伝導率部材と剛性材の複合材料から形成
し、前記高熱伝導率部材側が超電導コイルの対向面側と
なるように設置していることを特徴とする冷凍機冷却型
超電導磁石装置。 - 【請求項３】冷凍機冷却型超電導磁石装置における超電
導コイルを冷却するコイル冷却ステージを高熱伝導率部
材と剛性部材の複合材料から形成し、前記高熱伝導率部
材側が超電導コイルと密接しており、熱シールド板を高
熱伝導率部材と剛性部材の複合材料から形成し、前記高
熱伝導率部材側が超電導コイルの対向面側となるように
設置していることを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34569699A JP2001167923A (ja) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | 冷凍機冷却型超電導磁石装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34569699A JP2001167923A (ja) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | 冷凍機冷却型超電導磁石装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001167923A true JP2001167923A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18378354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34569699A Pending JP2001167923A (ja) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | 冷凍機冷却型超電導磁石装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001167923A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010287792A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 超電導マグネット装置 |
| JP2017183525A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 住友重機械工業株式会社 | 超伝導電磁石装置 |
| CN110071713A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-07-30 | 天津大学 | 用于传导冷却的超导开关及其超导磁体装置 |
| JP2020035959A (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | 超伝導マグネット装置 |
| US20230057231A1 (en) * | 2021-08-19 | 2023-02-23 | GE Precision Healthcare LLC | Thermal shield of magnetic resonance imaging magnet for limiting magnet gradient interaction |
| CN117936222A (zh) * | 2024-03-22 | 2024-04-26 | 宁波健信超导科技股份有限公司 | 一种超导磁体励磁低温系统 |
-
1999
- 1999-12-06 JP JP34569699A patent/JP2001167923A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20230057231A1 (en) * | 2021-08-19 | 2023-02-23 | GE Precision Healthcare LLC | Thermal shield of magnetic resonance imaging magnet for limiting magnet gradient interaction |
| US11604239B1 (en) * | 2021-08-19 | 2023-03-14 | GE Precision Healthcare LLC | Thermal shield of magnetic resonance imaging magnet for limiting magnet gradient interaction |
| CN117936222A (zh) * | 2024-03-22 | 2024-04-26 | 宁波健信超导科技股份有限公司 | 一种超导磁体励磁低温系统 |
| CN117936222B (zh) * | 2024-03-22 | 2024-05-28 | 宁波健信超导科技股份有限公司 | 一种超导磁体励磁低温系统 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041124 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050426 |