JP2003059713A - Superconductive magnet - Google Patents

Superconductive magnet

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Publication number
JP2003059713A
JP2003059713A JP2002224320A JP2002224320A JP2003059713A JP 2003059713 A JP2003059713 A JP 2003059713A JP 2002224320 A JP2002224320 A JP 2002224320A JP 2002224320 A JP2002224320 A JP 2002224320A JP 2003059713 A JP2003059713 A JP 2003059713A
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JP
Japan
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heat shield
coil
stage
helium
tank
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002224320A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Inaguchi
隆 稲口
Itsuo Kodera
溢男 小寺
Akinori Ohara
昭徳 尾原
Toshiyuki Amano
俊之 天野
Takeo Kawaguchi
武男 川口
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JP2003059713A publication Critical patent/JP2003059713A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconductive magnet which is reduced in size and capable of decreasing the evaporation loss of liquid helium. SOLUTION: A coil unit helium tank 2a where a superconductive coil 1 is housed is surrounded with a coil unit second thermal shield 17a and a coil unit thermal shield 8a. A helium tank 2b where liquid helium is reserved is surrounded with a helium unit second thermal shield 17b and a helium reservoir thermal shield 8b. The coil unit second thermal shield 17a and a coil unit thermal shield 8a are cooled down by a coil unit two-stage Giford-MacMahon cycle refrigerator 50a, and the helium unit second thermal shield 17b and a helium reservoir thermal shield 8b are cooled down by a helium reservoir two-stage Giford-MacMahon refrigerator 50b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、超電導マグネッ
トに関し、特にメンテナンスの簡便化および小型軽量化
を図ることができる超電導マグネットに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet, and more particularly to a superconducting magnet which can be easily maintained and reduced in size and weight.

【0002】[0002]

【従来の技術】図26は例えば特開平5―136469
号公報に記載された従来の超電導マグネットの一例を示
す断面図であり、図において1は超電導コイル、2aは
超電導コイル1を収納するコイル部極低温冷媒槽として
のコイル部ヘリウム槽、2bはコイル部ヘリウム槽2a
の上部に配設された極低温冷媒溜槽としてのヘリウム溜
槽2b、5はコイル部ヘリウム槽2aとヘリウム溜槽2
bとを連通するヘリウム配管である。そして、コイル部
ヘリウム槽2a内は、ヘリウム配管5を介して供給され
たヘリウム溜槽2b内に貯液されている極低温冷媒とし
ての液体ヘリウム3により満たされている。そこで、コ
イル部ヘリウム槽2a内に収納された超電導コイル1
は、該液体ヘリウム3に浸漬されて極低温に保持されて
いる。
2. Description of the Related Art FIG. 26 shows, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-136469.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a conventional superconducting magnet described in Japanese Patent Publication No. JP-A No. 2004-242242, in which 1 is a superconducting coil, 2a is a coil portion helium tank as a coil cryogenic refrigerant tank that houses the superconducting coil 1, and 2b is a coil. Helium tank 2a
Helium tanks 2b and 5 as cryogenic refrigerant tanks arranged above the coil are coil portion helium tank 2a and helium tank 2
It is a helium pipe that communicates with b. The coil portion helium tank 2a is filled with liquid helium 3 as a cryogenic refrigerant stored in the helium tank 2b supplied through the helium pipe 5. Therefore, the superconducting coil 1 stored in the coil portion helium tank 2a
Is immersed in the liquid helium 3 and kept at a cryogenic temperature.

【0003】8aはコイル部ヘリウム槽2aを包囲する
ように配設されたコイル部熱シールド、8bはヘリウム
溜槽2bを包囲するように配設されたヘリウム溜部熱シ
ールドであり、これらのコイル部熱シールド8aおよび
ヘリウム溜部熱シールド8bによりコイル部ヘリウム槽
2aおよびヘリウム溜槽2bへの熱侵入を減少させてい
る。6は寒剤として液体窒素7が充填されている液体窒
素容器であり、この液体窒素容器6はヘリウム溜部熱シ
ールド8bと熱的に接続されている。9はコイル部熱シ
ールド8aに熱的に接触させて巻き回した液体窒素冷却
管であり、この液体窒素冷却管9の一端は液体窒素容器
6の底に連通し、他端は図示していないが液体窒素容器
6の上部の気相部6aに連通している。
Reference numeral 8a denotes a coil portion heat shield arranged so as to surround the coil portion helium tank 2a, and 8b denotes a helium reservoir heat shield arranged so as to surround the helium reservoir tank 2b. The heat shield 8a and the helium reservoir heat shield 8b reduce heat intrusion into the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b. 6 is a liquid nitrogen container filled with liquid nitrogen 7 as a cryogen, and this liquid nitrogen container 6 is thermally connected to the helium reservoir heat shield 8b. Reference numeral 9 denotes a liquid nitrogen cooling pipe which is wound in thermal contact with the coil heat shield 8a. One end of the liquid nitrogen cooling pipe 9 communicates with the bottom of the liquid nitrogen container 6 and the other end is not shown. Communicates with the gas phase portion 6 a above the liquid nitrogen container 6.

【0004】10はコイル部ヘリウム槽2aおよびヘリ
ウム溜槽2bを包囲するように配設されたコイル部熱シ
ールド8aおよびヘリウム溜部熱シールド8bをさらに
包囲するように配設された真空槽、11はコイル部ヘリ
ウム槽2aを真空槽10に対して断熱的に支持する複数
本の支柱である。
Reference numeral 10 denotes a vacuum tank arranged so as to further surround the coil portion heat shield 8a and helium reservoir portion heat shield 8b arranged so as to surround the coil portion helium tank 2a and helium reservoir tank 2b. It is a plurality of columns that support the coil portion helium tank 2 a adiabatically with respect to the vacuum tank 10.

【0005】12はヘリウム溜槽2b内の蒸発したヘリ
ウムガスを液化するジュールトムソンサイクル冷凍機、
13はコンプレッサ、14はコンプレッサ13から供給
される室温高圧のヘリウムガスを低温低圧で帰還するヘ
リウムガスで冷却する予冷器、15は所定の温度に冷却
された高圧低温のヘリウムガスをほぼ大気圧にまで等エ
ンタルピー膨脹させて膨脹ガスの一部を液化させるジュ
ールトムソン弁、16はヘリウム溜槽2bの上部の気相
部内に配設され、ジュールトムソン弁15で生成した液
体ヘリウムによりヘリウム溜槽2b内の蒸発ヘリウムガ
スを凝縮液化させる凝縮器である。
Reference numeral 12 denotes a Joule-Thomson cycle refrigerator for liquefying the evaporated helium gas in the helium tank 2b,
Reference numeral 13 is a compressor, 14 is a precooler for cooling high-temperature room-temperature high-pressure helium gas with helium gas returned at low temperature and low pressure, and 15 is high-pressure low-temperature helium gas cooled to a predetermined temperature to approximately atmospheric pressure. A Joule-Thomson valve that is isenthalpically expanded to liquefy a part of the expanded gas, 16 is disposed in the gas phase portion above the helium tank 2b, and liquid helium generated by the Joule-Thomson valve 15 evaporates in the helium tank 2b. It is a condenser for condensing and liquefying helium gas.

【0006】次に、上記従来の超電導マグネットの動作
について説明する。超電導コイル1はコイル部ヘリウム
槽2a内の液体ヘリウム3により極低温(例えば4.2
K)に冷却され、電気抵抗ゼロ、いわゆる超電導状態に
なる。そこで、電流リード(図示せず)を介して外部の
超電導マグネット用電源(図示せず)から超電導コイル
1に励磁電流を供給して、所要の磁場を発生させる。そ
して、ヘリウム溜部熱シールド8bは液体窒素7が充填
されている液体窒素容器6からの熱伝導で80K程度に
冷却される。また、この液体窒素7は液体窒素冷却管9
を循環して、コイル部熱シールド8aを冷却している。
そこで、ヘリウム溜槽2bおよびコイル部ヘリウム槽2
aへの熱侵入熱は、真空槽10により真空断熱されると
ともに、ヘリウム溜部熱シールド8bおよびコイル部熱
シールド8aにより輻射熱が遮断されて、熱侵入が低減
されている。また、超電導コイル1の発生する磁場およ
び超電導コイル1の重量をささえるため、支柱11が超
電導コイル1と真空容器10との間に配設されている。
そして、この支柱11は熱侵入を低減するため途中コイ
ル部熱シールド8aでサーマルアンカをとっている。し
かしながら、熱侵入を完全に防ぐことはできず、液体ヘ
リウム3は常に蒸発を続けることになる。そこで、上述
のジュールトムソン冷凍機12を駆動させてジュールト
ムソン弁15にて生成された液体ヘリウムを凝縮器16
に送り込み、この蒸発したヘリウムガスを凝縮液化して
いる。これによりヘリウム溜槽2bの液体ヘリウム3の
蒸発を低減、もしくは蒸発量を零にすることができる。
Next, the operation of the conventional superconducting magnet will be described. The superconducting coil 1 is cooled to an extremely low temperature (for example, 4.2 by liquid helium 3 in the helium tank 2a of the coil portion).
It is cooled to K) and has zero electric resistance, so-called superconducting state. Therefore, an exciting current is supplied to the superconducting coil 1 from an external power source (not shown) for the superconducting magnet via a current lead (not shown) to generate a required magnetic field. Then, the helium reservoir heat shield 8b is cooled to about 80K by heat conduction from the liquid nitrogen container 6 filled with the liquid nitrogen 7. Further, this liquid nitrogen 7 is a liquid nitrogen cooling pipe 9
Is circulated to cool the coil heat shield 8a.
Therefore, the helium tank 2b and the coil portion helium tank 2
The heat entering the heat a is vacuum-insulated by the vacuum chamber 10, and the radiant heat is blocked by the helium reservoir heat shield 8b and the coil heat shield 8a, so that the heat entering is reduced. Further, in order to support the magnetic field generated by the superconducting coil 1 and the weight of the superconducting coil 1, a column 11 is arranged between the superconducting coil 1 and the vacuum container 10.
Further, in order to reduce heat invasion, the column 11 has a thermal anchor in the middle coil heat shield 8a. However, the heat intrusion cannot be completely prevented, and the liquid helium 3 always continues to evaporate. Therefore, the above-mentioned Joule-Thomson refrigerator 12 is driven and the liquid helium generated by the Joule-Thomson valve 15 is condensed into the condenser 16
The helium gas thus evaporated is condensed and liquefied. Thereby, the evaporation of the liquid helium 3 in the helium reservoir 2b can be reduced or the evaporation amount can be made zero.

【0007】また、別の従来例として、次に示す超電導
マグネットが提案されている。図27は例えば特開平2
―298765号公報に記載された従来の超電導マグネ
ットの他の例を示す断面図である。この従来の超電導マ
グネットでは、貯液された液体ヘリウム3中に浸漬する
ように超電導マグネット1を収納するヘリウム槽2を包
囲するように第2熱シールド17が配設され、該第2熱
シールド17を包囲するように熱シールド8が配設さ
れ、さらに該熱シールド8を包囲するように真空槽10
が配設されている。そして、不純物に強い蓄冷型冷凍機
の1種であるギフォード・マクマホンサイクル冷凍機1
8が使用され、該ギフォード・マクマホンサイクル冷凍
機18の第1段ヒートステージ19で熱シールド8が冷
却され、第2段ヒートステージ20で第2熱シールド1
7が冷却され、さらに第3段ヒートステージ21でヘリ
ウム槽2が冷却されるように構成されている。
As another conventional example, the following superconducting magnet has been proposed. FIG. 27 shows, for example, JP-A-2
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the conventional superconducting magnet described in Japanese Patent Publication No. 298765. In this conventional superconducting magnet, a second heat shield 17 is arranged so as to surround the helium tank 2 that houses the superconducting magnet 1 so as to be immersed in the stored liquid helium 3, and the second heat shield 17 A heat shield 8 is arranged so as to surround the vacuum chamber 10 and further surrounds the heat shield 8.
Is provided. And Gifford McMahon Cycle Refrigerator 1 which is one of the cold storage refrigerators that are resistant to impurities
8 is used, the heat shield 8 is cooled by the first heat stage 19 of the Gifford-McMahon cycle refrigerator 18, and the second heat shield 1 is cooled by the second heat stage 20.
7 is cooled, and further, the helium tank 2 is cooled by the third heat stage 21.

【0008】ここで、上記ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機18の構成について図28を参照しつつ説明
する。31は直径を順次縮小したパイプを同軸上に連結
一体化して構成されたシリンダ、32はシリンダ31の
1段目に摺動可能に配設された1段目デスプレーサ、3
3はシリンダ31の2段目に1段目デスプレーサ32と
同様に摺動可能に配設された2段目デスプレーサ、34
は更に同様にシリンダ31の3段目に摺動可能に配設さ
れた3段目デスプレーサであり、1段目、2段目および
3段目デスプレーサ32、33、34はそれぞれ自在継
手(図示せず)により連結一体化されている。35、3
6、37はそれぞれ1段目、2段目および3段目デスプ
レーサ32、33、34とシリンダ31の各段との間に
ヘリウムガスが漏れることを防止するため配設された1
段目シール、2段目シールおよび3段目シール、19、
20、21はそれぞれシリンダ31の各段低温端の外周
面に配設された第1段ヒートステージ、第2段ヒートス
テージおよび第3段ヒートステージ、44、45、46
はそれぞれシリンダ31の各段の端面と1段目、2段目
および3段目デスプレーサ32、33、34との間に形
成される空間である1段目膨脹空間、2段目膨脹空間お
よび3段目膨脹空間、38は1段目デスプレーサ32内
に蓄冷材として銅金網を用いた1段目蓄冷器、39は2
段目デスプレーサ33内に蓄冷材として鉛玉を用いた2
段目蓄冷器、40は3段目デスプレーサ34内に蓄冷材
としてHo-Er-Ru を用いた3段目蓄冷器である。
The structure of the Gifford-McMahon cycle refrigerator 18 will be described with reference to FIG. Reference numeral 31 is a cylinder formed by coaxially connecting and integrating pipes whose diameters are successively reduced. Reference numeral 32 is a first stage displacer slidably arranged in the first stage of the cylinder 31.
Reference numeral 3 denotes a second-stage displacer, which is slidably disposed in the second-stage of the cylinder 31, like the first-stage displacer 32.
Is a third-stage displacer slidably arranged in the third stage of the cylinder 31. No)) is connected and integrated. 35, 3
Reference numerals 6 and 37 are provided to prevent helium gas from leaking between the first, second and third stage displacers 32, 33 and 34 and the respective stages of the cylinder 31.
Stage seal, 2nd stage seal and 3rd stage seal, 19,
Reference numerals 20 and 21 respectively denote a first-stage heat stage, a second-stage heat stage and a third-stage heat stage, 44, 45 and 46, which are arranged on the outer peripheral surface of each low-temperature end of the cylinder 31.
Is a space formed between the end surface of each stage of the cylinder 31 and the first-stage, second-stage and third-stage displacers 32, 33 and 34, respectively, the first-stage expansion space, the second-stage expansion space and the third stage. The first-stage expansion space, 38 is the first-stage regenerator using copper wire mesh as the regenerator material in the first-stage displacer 32, and 39 is 2
A lead ball was used as a regenerator material in the stage displacer 33. 2
The third-stage regenerator 40 is a third-stage regenerator using Ho-Er-Ru as a regenerator material in the third-stage displacer 34.

【0009】13はヘリウムガスを圧縮するコンプレッ
サ、41はコンプレッサ13からギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機18に高圧ガスの供給するタイミング
を制御するバルブ機構としての吸気バルブ、42はギフ
ォード・マクマホンサイクル冷凍機18からコンプレッ
サ13に低圧のガスを排出するタイミングをコントロー
ルするバルブ機構としての排気バルブ、43はシリンダ
31内を1段目、2段目および3段目デスプレーサ3
2、33、34を往復運動させるとともに、この往復運
動に連動して吸気バルブ41および排気バルブ42の開
閉をおこなう駆動モータである。
Reference numeral 13 is a compressor for compressing helium gas, 41 is an intake valve as a valve mechanism for controlling the timing of supplying high-pressure gas from the compressor 13 to the Gifford-McMahon cycle refrigerator 18, and 42 is a Gifford-McMahon cycle refrigerator 18. An exhaust valve as a valve mechanism that controls the timing of discharging low-pressure gas from the compressor 13 to the compressor 13, and 43 is a first, second, and third stage displacer 3 in the cylinder 31.
It is a drive motor that reciprocates 2, 33, 34 and opens and closes the intake valve 41 and the exhaust valve 42 in conjunction with this reciprocating motion.

【0010】このように構成されたギフォード・マクマ
ホンサイクル冷凍機18は次のように動作する。まず、
1段目、2段目および3段目デスプレーサ32、33、
34が最下端にあり、吸気バルブ41が開き、かつ、排
気バルブ42が閉じている状態で、1目段、2段目およ
び3段目膨脹空間44、45、46内にコンプレッサ1
3で圧縮された高圧のヘリウムガスが供給される。この
結果、1段目、2段目および3段目膨脹空間44、4
5、46は高圧状態になる。
The Gifford-McMahon cycle refrigerator 18 configured as described above operates as follows. First,
First stage, second stage and third stage displacer 32, 33,
34 is at the lowermost end, the intake valve 41 is open, and the exhaust valve 42 is closed.
The high-pressure helium gas compressed in 3 is supplied. As a result, the first, second and third expansion spaces 44, 4
5, 46 are in a high pressure state.

【0011】つぎに、1段目、2段目および3段目デス
プレーサ32、33、34が上方に動き、それにともな
い高圧のヘリウムガスが1段目、2段目および3段目膨
脹空間44、45、46に次々と供給される。この間、
吸気および排気バルブ41、42は動かない。そこで、
高圧のヘリウムガスは、1段目、2段目および3段目蓄
冷器38、39、40を通過する際に、各蓄冷材により
所定の温度まで冷却される。そして、1段目、2段目お
よび3段目デスプレーサ32、33、34が最上端にな
ったときに、吸気バルブ41を閉じて、少し遅れて排気
バルブ42を開く。このとき、高圧のヘリウムガスは断
熱的に膨脹して冷凍を発生する。そこで、1段目、2段
目および3段目膨脹空間44、45、46内に存在する
ヘリウムガスはそれぞれの温度レベルで低温・低圧にな
る。
Next, the first-stage, second-stage and third-stage displacers 32, 33, 34 move upward, and accordingly, high-pressure helium gas is expanded into the first-stage, second-stage and third-stage expansion spaces 44, It is supplied to 45 and 46 one after another. During this time,
The intake and exhaust valves 41, 42 do not move. Therefore,
When the high-pressure helium gas passes through the first-stage, second-stage, and third-stage regenerators 38, 39, 40, it is cooled to a predetermined temperature by each regenerator material. Then, when the first, second and third stage displacers 32, 33, 34 are at the uppermost ends, the intake valve 41 is closed and the exhaust valve 42 is opened after a short delay. At this time, the high-pressure helium gas expands adiabatically to generate freezing. Therefore, the helium gas existing in the expansion spaces 44, 45, 46 of the first, second and third stages becomes low temperature and low pressure at each temperature level.

【0012】ついで、1段目、2段目および3段目デス
プレーサ32、33、34が下方に移動することによ
り、低温・低圧のヘリウムガスが、3段目、2段目およ
び1段目蓄冷器40、39、38を通過し、排気バルブ
42から排気される。このとき、低温・低圧のヘリウム
ガスは、3段目、2段目および1段目蓄冷器40、3
9、38の蓄冷材を冷却した後、コンプレッサ13に戻
される。そして、1段目、2段目および3段目デスプレ
ーサ32、33、34が最下端に移動し、1段目、2段
目および3段目膨脹空間44、45、46の体積が最小
となった状態で、排気バルブ42を閉じ、吸気バルブ4
1を開き、コンプレッサ13で圧縮した高圧のヘリウム
ガスが供給されて、1段目、2段目および3段目膨脹空
間44、45、46の圧力が低圧から高圧になる。上述
の過程を1サイクルとし動作する。このようにして、上
述の動作を繰り返すことにより、第1段、第2段および
第3段ヒートステージ19、20、21の温度がそれぞ
れ70K、20K、4.2Kに冷却される。ここでは、
3段型のギフォード・マクマホンサイクル冷凍機18に
ついて説明したが、2段型のギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機についてもシリンダ、デスプレーサ、蓄冷
器、シール、膨張空間の数が3個から2個になるだけ
で、他の動作は3段型のギフォード・マクマホンサイク
ル冷凍機18と同様である。このとき、2段型のギフォ
ード・マクマホンサイクル冷凍機で上述の動作を繰り返
すと第1段および第2段ヒートステージはそれぞれ50
K、4.2Kになる。
Then, by moving the first, second and third displacers 32, 33, 34 downward, low temperature and low pressure helium gas is stored in the third, second and first stages of cold storage. After passing through the containers 40, 39 and 38, the gas is exhausted from the exhaust valve 42. At this time, the low-temperature and low-pressure helium gas is stored in the third, second, and first-stage regenerators 40, 3
After cooling the cold storage materials 9 and 38, they are returned to the compressor 13. Then, the first-stage, second-stage and third-stage displacers 32, 33, 34 are moved to the lowermost ends, and the volumes of the first-stage, second-stage and third-stage expansion spaces 44, 45, 46 are minimized. Closed, the exhaust valve 42 is closed and the intake valve 4
1 is opened, and high-pressure helium gas compressed by the compressor 13 is supplied, and the pressure in the expansion spaces 44, 45, 46 of the first, second and third stages changes from low pressure to high pressure. The above process is performed as one cycle. In this way, by repeating the above operation, the temperatures of the first, second and third heat stages 19, 20, 21 are cooled to 70K, 20K, 4.2K, respectively. here,
The three-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 18 has been explained, but the number of cylinders, displacers, regenerators, seals, and expansion spaces of the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator is reduced from three to two. The other operations are similar to those of the three-stage Gifford McMahon cycle refrigerator 18. At this time, if the above-mentioned operation is repeated in the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator, the first-stage and the second-stage heat stages are respectively 50
K and 4.2K.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来の特開平5−13
6469号公報に記載されているような超電導マグネッ
トは以上のようにコイル部熱シールド8aおよびヘリウ
ム溜部熱シールド8bを液体窒素7により冷却していた
ので、適当な間隔で液体窒素7の補充が必要であるとと
もに、液体窒素容器6を配設しなければならないため、
超電導マグネットが大型化し、それにともなって重量が
大きくなるという課題があった。また、液体窒素7によ
り冷却されるコイル部熱シールド8aおよびヘリウム溜
部熱シールド8bは液体窒素温度以下にできないので、
コイル部ヘリウム槽2aおよびヘリウム溜槽2bへの伝
導あるいは輻射による熱侵入は液体窒素7の沸点の温度
(77K)に依存して決まることになる。この結果、コ
イル部ヘリウム槽2aおよびヘリウム溜槽2b内の液体
ヘリウム3の蒸発量の低減化に限界があるという課題も
あった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the superconducting magnet as described in Japanese Patent No. 6469, the coil heat shield 8a and the helium reservoir heat shield 8b are cooled by the liquid nitrogen 7 as described above, so that the liquid nitrogen 7 can be replenished at appropriate intervals. Since it is necessary and the liquid nitrogen container 6 must be provided,
There has been a problem that the superconducting magnet becomes large in size and accordingly the weight becomes large. Further, since the coil heat shield 8a and the helium reservoir heat shield 8b cooled by the liquid nitrogen 7 cannot be kept at the liquid nitrogen temperature or lower,
The heat invasion to the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b due to conduction or radiation depends on the boiling point temperature (77K) of the liquid nitrogen 7. As a result, there is also a problem that there is a limit in reducing the evaporation amount of the liquid helium 3 in the coil helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b.

【0014】また、液体ヘリウム3を貯蔵する容器が、
コイル部ヘリウム槽2aとヘリウム溜槽2bと2カ所に
分かれているので、熱シールドがコイル部熱シールド8
aとヘリウム溜部熱シールド8bとから構成され、両者
を伝熱部材を介して熱的に一体化したとき該接続部の熱
抵抗が問題になる。このため、従来の蓄冷型冷凍機をコ
イル部熱シールド8aの部分に設置すれば、ヘリウム溜
部熱シールド8bは十分冷却されず温度が高くなり、ヘ
リウム溜槽部2aへの熱侵入が増加する。また、従来の
蓄冷器型冷凍機をヘリウム溜部熱シールド8bに設置す
れば、コイル部熱シールド8aは十分冷却されず温度が
高くなり、コイル部ヘリウム槽2aへの熱侵入が大きく
なる。どちらの場合でも液体ヘリウム3の蒸発は大きく
なるという課題があった。
Further, the container for storing the liquid helium 3 is
Since the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b are divided into two places, the heat shield is the coil portion heat shield 8
a and a helium reservoir heat shield 8b. When both are thermally integrated via a heat transfer member, the thermal resistance of the connection becomes a problem. Therefore, if a conventional regenerator is installed at the coil heat shield 8a, the helium reservoir heat shield 8b is not sufficiently cooled and the temperature rises, so that heat intrusion into the helium reservoir tank 2a increases. Further, if the conventional regenerator type refrigerator is installed in the helium reservoir heat shield 8b, the coil heat shield 8a is not sufficiently cooled and the temperature becomes high, so that heat intrusion into the coil helium tank 2a becomes large. In either case, there was a problem that the evaporation of liquid helium 3 was large.

【0015】さらに、液体ヘリウム3の蒸発量を減らす
ため、ジュールトムソンサイクル冷凍機12を配設して
いるが、ジュールトムソンサイクル冷凍機12はジュー
ルトムソン弁15の細孔部に作動ガスであるヘリウムガ
スの僅かな不純物による目詰まりが生じやすく、取り扱
いが困難となるばかりでなく、ジュールトムソンサイク
ル冷凍機12自体複雑な構造をしているためコストが高
くなるという課題もあった。
Further, in order to reduce the evaporation amount of the liquid helium 3, a Joule-Thomson cycle refrigerator 12 is provided. The Joule-Thomson cycle refrigerator 12 has helium as a working gas in the pores of the Joule-Thomson valve 15. There is a problem that not only the clogging due to slight impurities in the gas is likely to occur and handling is difficult, but also the cost is high because the Joule-Thomson cycle refrigerator 12 itself has a complicated structure.

【0016】一方、特開平2−298765号公報に記
載された従来の超電導マグネットでは、液体ヘリウム3
の蒸発量を減らすために、不純物に強いギフォード・マ
クマホンサイクル冷凍機18を用いているので、ジュー
ルトムソンサイクル冷凍機12を用いる従来の超電導マ
グネットに比べて、ヘリウムガスの僅かな不純物による
目詰まりが生じにくく、取り扱いが容易となるととも
に、構造が簡素であり、低コスト化が図られる。しかし
ながら、ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機18の
冷凍能力は、ヘリウムガスを液化するときの温度(4K
台)と熱シールドを冷却するときの温度(10K以上)
では、最適なサイクル振動数(単位時間当たりのサイク
ル数)が異なる。したがって、熱シールドを冷却するの
に適したサイクル振動数にするとヘリウムガスを液化す
る能力が劣化し、逆にヘリウムガスの液化に適したサイ
クル振動数にすると熱シールドの冷却能力が劣化して、
ヘリウム槽2への熱侵入が増加し、液体ヘリウム3の蒸
発量が増加してしまうという課題があった。そこで、ギ
フォード・マクマホンサイクル冷凍機18におけるヘリ
ウムガスの液化能力は十分でなく、液化能力を向上する
必要があった。
On the other hand, in the conventional superconducting magnet described in JP-A-2-298765, liquid helium 3 is used.
Since the Gifford-McMahon cycle refrigerator 18 that is resistant to impurities is used to reduce the evaporation amount of helium gas, clogging due to slight impurities of helium gas is caused as compared with the conventional superconducting magnet using the Joule-Thomson cycle refrigerator 12. It is less likely to occur, easy to handle, simple in structure, and low in cost. However, the refrigerating capacity of the Gifford McMahon cycle refrigerator 18 depends on the temperature at which helium gas is liquefied (4K
Table) and temperature when cooling the heat shield (10K or more)
In, the optimum cycle frequency (cycle number per unit time) is different. Therefore, if the cycle frequency suitable for cooling the heat shield is deteriorated, the ability to liquefy the helium gas deteriorates. Conversely, if the cycle frequency suitable for liquefying the helium gas is deteriorated, the cooling capacity of the heat shield deteriorates
There is a problem that heat invasion into the helium tank 2 is increased and the evaporation amount of the liquid helium 3 is increased. Therefore, the liquefaction capacity of the helium gas in the Gifford-McMahon cycle refrigerator 18 was not sufficient, and it was necessary to improve the liquefaction capacity.

【0017】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、小型化が図れるとともに、液体
ヘリウムの蒸発量を低減することができる超電導マグネ
ットを得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain a superconducting magnet which can be downsized and which can reduce the evaporation amount of liquid helium.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】この発明に係る超電導マ
グネットでは、超電導コイルと、該超電導コイルを収納
し、かつ、極低温冷媒を貯液するコイル部極低温冷媒槽
と、該コイル部極低温冷媒槽に連通して設けられ、極低
温冷媒をコイル部極低温冷媒槽に供給する極低温冷媒溜
槽と、該極低温冷媒溜槽を包囲して設けられた冷媒溜部
熱シールドと、コイル部極低温冷媒槽を包囲して設けら
れ、冷媒溜部熱シールドとの間に熱抵抗が存在するコイ
ル部熱シールドと、冷媒溜部熱シールドおよびコイル部
熱シールドを包囲して設けられた真空槽とを備えた超電
導マグネットであって、冷媒溜部熱シールドを冷却する
冷媒溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機と、コイル部
熱シールドを冷却するコイル部熱シールド冷却用の蓄冷
型冷凍機とを備えたものである。
In a superconducting magnet according to the present invention, a superconducting coil, a coil cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing a cryogenic refrigerant, and a cryogenic temperature for the coil are provided. A cryogenic refrigerant reservoir provided in communication with the cryogenic tank and supplying the cryogenic refrigerant to the coil cryogenic refrigerant tank, a refrigerant reservoir heat shield surrounding the cryogenic refrigerant reservoir, and a coil electrode A coil heat shield provided to surround the low-temperature refrigerant tank and having a thermal resistance between the low temperature refrigerant heat shield and a refrigerant reservoir heat shield, and a vacuum tank provided to surround the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield. Which is a superconducting magnet, wherein the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield for cooling the refrigerant reservoir heat shield, and the regenerator for cooling the coil heat shield for cooling the coil heat shield, Equipped with It is intended.

【0019】また、この発明に係る超電導マグネットで
は、ビームチャンバと、該ビームチャンバの上下に熱的
に離間させて設けられた一対の超電導コイルと、該超電
導コイルを収納し、かつ、極低温冷媒を貯液するコイル
部極低温冷媒槽と、該コイル部極低温冷媒槽に連通して
設けられ、極低温冷媒をコイル部極低温冷媒槽に供給す
る極低温冷媒溜槽と、該極低温冷媒溜槽を包囲して設け
られた冷媒溜部熱シールドと、コイル部極低温冷媒槽を
包囲して設けられ、冷媒溜部熱シールドとの間に熱抵抗
が存在するコイル部熱シールドと、冷媒溜部熱シールド
およびコイル部熱シールドを包囲して設けられた真空槽
とを備えた超電導マグネットであって、冷媒溜部熱シー
ルドを冷却する冷媒溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍
機と、コイル部熱シールドを冷却するコイル部熱シール
ド冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えたものである。
Further, in the superconducting magnet according to the present invention, the beam chamber, the pair of superconducting coils provided above and below the beam chamber so as to be thermally separated from each other, the superconducting coil being housed, and the cryogenic refrigerant. A cryogenic refrigerant tank for storing a coil portion, a cryogenic refrigerant reservoir tank that is provided in communication with the coil cryogenic refrigerant tank and supplies cryogenic refrigerant to the coil cryogenic refrigerant tank, and the cryogenic refrigerant tank And a coil portion heat shield having a thermal resistance between the refrigerant reservoir heat shield, which is provided to surround the coil reservoir cryoshield, and the refrigerant reservoir heat shield. A superconducting magnet having a heat shield and a vacuum chamber surrounding the heat shield, the cool storage refrigerating machine for cooling the heat sink of the refrigerant reservoir for cooling the heat shield of the refrigerant reservoir, and the coil portion. heat Those having a coil portion thermal shield cooling for regenerative refrigerator for cooling the Rudo.

【0020】また、冷媒溜部熱シールドおよびコイル部
熱シールドをそれぞれ2重の熱シールドで構成するとと
もに、冷媒溜部熱シールド冷却用およびコイル部熱シー
ルド冷却用の蓄冷型冷凍機を2段型ギフォード・マクマ
ホンサイクル冷凍機とするものである。
Further, the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are each constituted of double heat shields, and the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is a two-stage refrigerator. This is a Gifford McMahon cycle refrigerator.

【0021】また、冷媒溜部熱シールドおよびコイル部
熱シールドをそれぞれ1重の熱シールドで構成するとと
もに、冷媒溜部熱シールド冷却用およびコイル部熱シー
ルド冷却用の蓄冷型冷凍機を単段型ギフォード・マクマ
ホンサイクル冷凍機とするものである。
Further, the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are each constituted by a single heat shield, and the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is a single stage type. It is a Gifford McMahon cycle refrigerator.

【0022】また、この発明に係る超電導マグネットで
は、超電導コイルと、超電導コイルを収納し、かつ、極
低温冷媒を貯液する極低温冷媒槽と、該極低温冷媒槽を
包囲して設けられた熱シールドと、該熱シールドを包囲
して設けられた真空槽とを備えた超電導マグネットであ
って、熱シールドを冷却する熱シールド冷却用の蓄冷型
冷凍機と、ヒートステージの少なくとも一部を極低温冷
媒槽の気相部に露出させ極低温冷媒の蒸発ガスを液化す
る極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えたもので
ある。
Further, in the superconducting magnet according to the present invention, the superconducting coil, the cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing the cryogenic refrigerant, and the cryogenic refrigerant tank are provided so as to surround the cryogenic refrigerant tank. A superconducting magnet comprising a heat shield and a vacuum chamber provided so as to surround the heat shield, wherein a regenerator for cooling the heat shield cools the heat shield, and at least a part of the heat stage is a pole. A regenerator for cooling a cryogenic refrigerant tank, which is exposed to a gas phase portion of the cryogenic refrigerant tank and liquefies the vaporized gas of the cryogenic refrigerant, is provided.

【0023】また、一端が大気側に開口し、他端が極低
温冷媒槽の気相部に開口するようにベローズ管を熱シー
ルドと熱的に離間させて取り付け、該ベローズ管の大気
側開口端から極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機のヒー
トステージが極低温冷媒槽に臨むように極低温冷媒槽冷
却用の蓄冷型冷凍機を取り付けたものである。
Further, the bellows tube is attached so as to be thermally separated from the heat shield so that one end is opened to the atmosphere side and the other end is opened to the gas phase portion of the cryogenic refrigerant tank, and the bellows tube is opened to the atmosphere side. The cold storage refrigerator for cooling the cryogenic refrigerant tank is attached so that the heat stage of the cold storage refrigerant for cooling the cryogenic refrigerant tank faces the cryogenic refrigerant tank from the end.

【0024】また、この発明に係る超電導マグネットで
は、超電導コイルと、超電導コイルを収納し、かつ、極
低温冷媒を貯液する極低温冷媒槽と、該極低温冷媒槽を
包囲して設けられた熱シールドと、該熱シールドを包囲
して設けられた真空槽とを備えた超電導マグネットであ
って、熱シールドを冷却する熱シールド冷却用の蓄冷型
冷凍機と、ヒートステージの少なくとも一部を極低温冷
媒槽の壁面に熱接続させて極低温冷媒槽を冷却する極低
温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えたものである。
Further, in the superconducting magnet according to the present invention, the superconducting coil, the cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing the cryogenic refrigerant, and the cryogenic refrigerant tank are provided so as to surround the cryogenic refrigerant tank. A superconducting magnet comprising a heat shield and a vacuum chamber provided so as to surround the heat shield, wherein the heat shield cooling regenerator for cooling the heat shield and at least a part of the heat stage are poles. A cold storage refrigerator for cooling a cryogenic refrigerant tank, which cools the cryogenic refrigerant tank by thermally connecting to a wall surface of the cryogenic refrigerant tank, is provided.

【0025】[0025]

【作用】この発明では、冷媒溜部熱シールドおよびコイ
ル部熱シールドをそれぞれ冷却する冷媒溜部熱シールド
冷却用およびコイル部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機
を備えている。そこで、液体窒素を用いることなく、コ
イル部熱シールドと冷媒溜部熱シールドとをともに冷却
することができる。そして、蓄冷型冷凍機の到達温度は
液体窒素の沸点温度に対して極めて低温となり、極低温
冷媒溜槽およびコイル部極低温冷媒槽への伝導あるいは
輻射による熱侵入が低減され、極低温冷媒の蒸発量を低
減することができる。また、液体窒素容器を取り付ける
必要がなく、小型化が図られる。
According to the present invention, there is provided a cold storage type refrigerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and for cooling the coil heat shield for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield, respectively. Therefore, both the coil heat shield and the coolant reservoir heat shield can be cooled without using liquid nitrogen. Then, the temperature reached by the regenerator is extremely lower than the boiling temperature of liquid nitrogen, heat invasion by conduction or radiation to the cryogenic refrigerant tank and coil cryogenic refrigerant tank is reduced, and the cryogenic refrigerant evaporates. The amount can be reduced. Further, it is not necessary to attach a liquid nitrogen container, and the size can be reduced.

【0026】また、ビームチャンバからの侵入熱が加わ
り、コイル部熱シールドの温度が高くなり、極低温冷媒
溜槽およびコイル部極低温冷媒槽への熱侵入が大きくな
るが、冷媒溜部熱シールドおよびコイル部熱シールドを
それぞれ冷却する冷媒溜部熱シールド冷却用およびコイ
ル部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機を備えているの
で、液体窒素を用いることなく、コイル部熱シールドと
冷媒溜部熱シールドはともに十分冷却される。そこで、
極低温冷媒溜槽およびコイル部極低温冷媒槽への熱侵入
が低減され、極低温冷媒の蒸発量を低減することができ
る。
Further, the heat entering the beam chamber causes the temperature of the coil heat shield to rise, so that the heat entering the cryogenic refrigerant reservoir and the coil cryogenic refrigerant tank increases, but the refrigerant reservoir heat shield and Since the cold storage refrigerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield for cooling the coil heat shield are provided, the coil heat shield and the refrigerant reservoir heat shield can be used without using liquid nitrogen. Are both well cooled. Therefore,
The heat penetration into the cryogenic refrigerant reservoir and the coil portion cryogenic refrigerant tank is reduced, and the evaporation amount of the cryogenic refrigerant can be reduced.

【0027】また、冷媒溜部熱シールドとコイル部熱シ
ールドとを2重の熱シールドで構成するとともに、冷媒
溜部熱シールド冷却用およびコイル部熱シールド冷却用
の蓄冷型冷凍機を2段型ギフォード・マクマホンサイク
ル冷凍機としている。そこで、蓄冷型冷凍機の作動ガス
中の僅かな不純物による目詰まりが抑えられ、冷凍機の
取り扱いが容易となる。また、2重の熱シールドが2段
型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機で冷却される
ので、2重の熱シールドで構成された冷媒溜部およびコ
イル部熱シールドはともに冷却され、かつ、2重の熱シ
ールドの低温側の熱シールドは、熱シールドが1重しか
無い場合より温度が低く下がるため、極低温冷媒溜槽お
よびコイル部極低温冷媒槽への熱侵入が一層低減され、
極低温冷媒の蒸発量を低減することができる。
In addition, the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are composed of double heat shields, and the cold storage type refrigerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is a two-stage type. Gifford McMahon cycle refrigerator. Therefore, clogging due to slight impurities in the working gas of the cold storage refrigerator is suppressed, and the refrigerator is easily handled. Further, since the double heat shield is cooled by the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator, the refrigerant reservoir portion and the coil heat shield configured by the double heat shield are both cooled, and the double heat shield is Since the temperature of the heat shield on the low temperature side of the heat shield is lower than that when there is only one heat shield, heat intrusion into the cryogenic refrigerant reservoir tank and the coil portion cryogenic refrigerant tank is further reduced,
The evaporation amount of the cryogenic refrigerant can be reduced.

【0028】また、冷媒溜部熱シールドとコイル部熱シ
ールドとを1重の熱シールドで構成するとともに、冷媒
溜部熱シールド冷却用およびコイル部熱シールド冷却用
の蓄冷型冷凍機を単段型ギフォード・マクマホンサイク
ル冷凍機としている。そこで、スペースをとることな
く、1重の熱シールドで構成された冷媒溜部およびコイ
ル部熱シールドを冷却することができ、極低温冷媒溜槽
およびコイル部極低温冷媒槽への熱侵入が低減され、極
低温冷媒の蒸発量を低減することができる。
In addition, the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are constituted by a single heat shield, and the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is a single stage type. Gifford McMahon cycle refrigerator. Therefore, it is possible to cool the refrigerant reservoir and the coil heat shield, which are composed of a single heat shield, without taking up space, and reduce the heat intrusion into the cryogenic refrigerant reservoir and the coil cryogenic refrigerant bath. Therefore, the evaporation amount of the cryogenic refrigerant can be reduced.

【0029】一般に、蓄冷型冷凍機の冷凍能力はサイク
ル振動数に依存する。理想状態では、該冷凍能力はサイ
クル振動数が高いほど向上する。しかし、実際にはサイ
クル振動数が高くなると単位時間あたりの処理流量が多
くなるため、コンプレッサの能力が不足するとととも
に、蓄冷器の熱交換の効率が低下する。その結果、サイ
クル振動数が高くなっても冷凍量が増加しないばかりか
減少さえする。つまり、サイクル振動数には最適値が存
在する。また、単位時間あたりの処理量は蓄冷型冷凍機
の動作温度によって異なる。したがって、サイクル振動
数の最適値は動作温度によって異なる。そこで、必要と
する動作温度が異なる場合には、蓄冷型冷凍機はサイク
ル振動数を動作温度に応じて別々にした方が冷凍能力が
向上することになる。
Generally, the refrigerating capacity of the cold storage type refrigerator depends on the cycle frequency. In the ideal state, the higher the cycle frequency, the higher the refrigerating capacity. However, in reality, as the cycle frequency increases, the processing flow rate per unit time increases, so that the capacity of the compressor becomes insufficient and the heat exchange efficiency of the regenerator decreases. As a result, the refrigeration amount does not increase or even decreases even if the cycle frequency increases. That is, the cycle frequency has an optimum value. Further, the amount of processing per unit time varies depending on the operating temperature of the cold storage refrigerator. Therefore, the optimum value of the cycle frequency depends on the operating temperature. Therefore, when the required operating temperature is different, the refrigerating capacity of the regenerator will be improved if the cycle frequency is made different according to the operating temperature.

【0030】この発明では、熱シールドを冷却する熱シ
ールド冷却用の蓄冷型冷凍機と、ヒートステージの少な
くとも一部を極低温冷媒槽の気相部に露出させて極低温
冷媒の蒸発ガスを液化する極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型
冷凍機とを備えているので、熱シールドを冷却する熱シ
ールド冷却用の蓄冷器型冷凍機と極低温冷媒の蒸発ガス
を液化する極低温冷媒槽冷却用の蓄冷器型冷凍機とをと
もに最適のサイクル振動数で動作させることができ、熱
シールドの冷却および極低温冷媒の蒸発ガスの液化をと
もに最適な動作条件で行うことができる。その結果、熱
シールドの温度をさらに下げることができ、極低温冷媒
の蒸発量をさらに低減することができる。
According to the present invention, the regenerator for cooling the heat shield for cooling the heat shield and at least a part of the heat stage are exposed in the vapor phase portion of the cryogenic refrigerant tank to liquefy the vaporized gas of the cryogenic refrigerant. Since it is equipped with a cold storage refrigerator for cooling a cryogenic refrigerant tank, a cold storage refrigerator for cooling a heat shield for cooling a heat shield and a cryogenic refrigerant tank for liquefying an evaporated gas of a cryogenic refrigerant are cooled. It is possible to operate both the regenerator type refrigerator and the cold regenerator type refrigerator at the optimum cycle frequency, and to cool the heat shield and liquefy the vaporized gas of the cryogenic refrigerant under the optimum operating conditions. As a result, the temperature of the heat shield can be further lowered, and the evaporation amount of the cryogenic refrigerant can be further reduced.

【0031】また、ベローズ管を熱シールドと熱的に離
間させて取り付けている。ここで、熱シールドの温度と
該熱シールドに隣接する極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷
凍機のシリンダの温度とは異なっている。そこで、ベロ
ーズ管と熱シールドとの熱接触が良いとベローズ管の温
度勾配とシリンダの温度勾配とが異なる。そして、シリ
ンダとベローズ管との間は極低温冷媒ガス雰囲気にあ
り、温度勾配が異なると対流が生じ、極低温冷媒槽への
熱侵入が増加してしまう。しかしながら、ベローズ管を
熱シールドに熱的に離間させているので、ベローズ管と
シリンダとの温度勾配が同じとなり、ベローズ管内の対
流による熱損失を低減することができる。その結果、極
低温冷媒槽内への熱侵入が低減され、極低温冷媒の蒸発
量を低減することができる。
Further, the bellows tube is attached so as to be thermally separated from the heat shield. Here, the temperature of the heat shield and the temperature of the cylinder of the regenerator for cooling the cryogenic refrigerant tank adjacent to the heat shield are different. Therefore, if the bellows tube and the heat shield are in good thermal contact, the temperature gradient of the bellows tube and the temperature gradient of the cylinder are different. Further, there is a cryogenic refrigerant gas atmosphere between the cylinder and the bellows tube, and if the temperature gradient is different, convection occurs and heat invasion into the cryogenic refrigerant tank increases. However, since the bellows tube is thermally separated from the heat shield, the temperature gradient between the bellows tube and the cylinder becomes the same, and heat loss due to convection in the bellows tube can be reduced. As a result, heat penetration into the cryogenic refrigerant tank is reduced, and the evaporation amount of the cryogenic refrigerant can be reduced.

【0032】また、熱シールドを冷却する熱シールド冷
却用の蓄冷型冷凍機と、ヒートステージの少なくとも一
部を極低温冷媒槽の壁面に熱接続させて極低温冷媒槽を
冷却する極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えて
いるので、熱シールドを冷却する熱シールド冷却用の蓄
冷器型冷凍機と極低温冷媒槽を冷却する極低温冷媒槽冷
却用の蓄冷器型冷凍機とをともに最適のサイクル振動数
で動作させることができ、熱シールドの冷却および極低
温冷媒槽の冷却をともに最適な動作条件で行うことがで
き、極低温冷媒の蒸発量を低減することができる。
Further, a regenerator for cooling the heat shield for cooling the heat shield, and a cryogenic refrigerant tank for cooling the cryogenic refrigerant tank by thermally connecting at least a part of the heat stage to the wall surface of the cryogenic refrigerant tank. Since it is provided with a regenerator for cooling, a regenerator type refrigerator for cooling the heat shield for cooling the heat shield and a regenerator type refrigerator for cooling the cryogenic refrigerant tank for cooling the cryogenic refrigerant tank Can be operated at the optimum cycle frequency, cooling of the heat shield and cooling of the cryogenic refrigerant tank can both be performed under optimum operating conditions, and the evaporation amount of the cryogenic refrigerant can be reduced.

【0033】[0033]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例1.この実施例1は、この発明をシンクロトロン
放射光装置用の超電導マグネットに適用したものであ
る。図1はこの発明の実施例1に係る超電導マグネット
を示す断面図であり、図において図26ないし図27に
示した従来の超電導マグネットと同一または相当の部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1. The first embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a synchrotron radiation device. 1 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the same or corresponding parts as those of the conventional superconducting magnet shown in FIGS. Is omitted.

【0034】図において、17aはコイル部熱シールド
8aの内側にコイル部ヘリウム槽2aを包囲するように
配設されたコイル部第2熱シールド、17bはヘリウム
溜部熱シールド8bの内側にヘリウム溜槽2bを包囲す
るように配設されたヘリウム溜部第2熱シールド、50
aはコイル部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機としての
コイル部2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機
であり、このコイル部2段型ギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機50aはその第1段ヒートステージ51a
でコイル部熱シールド8aを、第2段ヒートステージ5
2aでコイル部第2熱シールド17aをそれぞれ冷却し
ている。13aはコイル部2段型ギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機50aに作動ガスであるヘリウムガス
を所定の圧力で循環させるコンプレッサである。50b
は冷媒溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機としてのヘ
リウム溜部2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍
機であり、このヘリウム溜部2段型ギフォード・マクマ
ホンサイクル冷凍機50bはその第1段ヒートステージ
51bでヘリウム溜部熱シールド8bを、第2段ヒート
ステージ52bでヘリウム溜部第2熱シールド17bを
それぞれ冷却している。13bはヘリウム溜部2段型ギ
フォード・マクマホンサイクル冷凍機50bに作動ガス
であるヘリウムガスを上記コンプレッサ13aと同様に
循環させるコンプレッサである。
In the figure, 17a is a second heat shield for the coil portion arranged inside the coil heat shield 8a so as to surround the coil helium bath 2a, and 17b is inside the helium reservoir heat shield 8b for the helium storage tank. Helium reservoir second heat shield arranged so as to surround 2b, 50
Reference numeral a is a two-stage coil unit Gifford-McMahon cycle refrigerator as a regenerator for cooling the heat shield of the coil unit. This two-stage coil unit Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a has its first stage heat stage 51a.
The coil heat shield 8a to the second stage heat stage 5
The coil portion second heat shield 17a is cooled by 2a. Reference numeral 13a is a compressor that circulates a helium gas, which is a working gas, at a predetermined pressure in the two-stage coil unit Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a. 50b
Is a helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator as a regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield. The helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b is the first stage heat. The stage 51b cools the helium reservoir heat shield 8b, and the second stage heat stage 52b cools the helium reservoir second heat shield 17b. Reference numeral 13b is a compressor for circulating the helium gas, which is a working gas, in the helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b in the same manner as the compressor 13a.

【0035】60aおよび60bはそれぞれ超電導コイ
ル1に電流を供給する着脱式電流リード可動部および着
脱式電流リード固定部、101はヘリウム溜槽2b内に
液体ヘリウム3中に浸漬して収納され、超電導コイル1
に流れる永久電流のモードを運転する超電導線からなる
永久電流スイッチ、61はビームチャンバ、62はビー
ムチャンバ61を包囲するように配設されたビームチャ
ンバ熱シールド、63はビームチャンバ熱シールド62
を包囲するように配設されたビーム部第2熱シールドで
ある。なお、図示していないが、ビームチャンバ熱シー
ルド62はコイル部熱シールド8aに、ビーム部第2熱
シールド63はコイル部第2熱シールド17aにそれぞ
れ熱的に接続されている。25は真空槽10の外周に設
けられた磁気シールドであり、この磁気シールド25は
超電導コイル1の発生する磁場の外部への漏洩を防止し
ている。
Reference numerals 60a and 60b respectively denote a detachable current lead movable portion and a detachable current lead fixed portion for supplying a current to the superconducting coil 1, and 101 is immersed in the liquid helium 3 in the helium reservoir 2b and accommodated therein. 1
A permanent current switch consisting of a superconducting wire that operates in the mode of a persistent current flowing through the beam chamber, 61 a beam chamber, 62 a beam chamber heat shield arranged so as to surround the beam chamber 61, 63 a beam chamber heat shield 62
Is a beam portion second heat shield arranged so as to surround the. Although not shown, the beam chamber heat shield 62 is thermally connected to the coil heat shield 8a, and the beam second heat shield 63 is thermally connected to the coil second heat shield 17a. Reference numeral 25 denotes a magnetic shield provided on the outer periphery of the vacuum chamber 10. The magnetic shield 25 prevents the magnetic field generated by the superconducting coil 1 from leaking to the outside.

【0036】このように構成された実施例1による超電
導マグネットにおいては、超電導コイル1はコイル部ヘ
リウム槽2a内の液体ヘリウム3により極低温(例えば
4.2K)に冷却され、超電導状態になる。この状態で
着脱式電流リード可動部60aを下降させ、着脱式電流
リード固定部60bに電気的に接触させて、外部の超電
導マグネット用電源(図示せず)から励磁電流を供給し
て、所定の磁場を発生させる。そして、定常状態になる
と永久電流スイッチ101を介して上記超電導コイル1
に電流が流れるようにし、着脱式電流リード可動部60
aを上昇させ、着脱式電流リード固定部60bとの電気
的接触を断つ。そこで、超電導コイル1は永久電流モー
ドになり、外部の超電導マグネット用電源を切り離した
状態で所定の磁場を発生させることができる。一方ビー
ムチャンバ61内を高真空に排気して、この中を高エネ
ルギに加速した電子を導く。電子の運動の軌道は、ビー
チャンバ61を挟むように配設した1対の超電導コイル
1の発生する磁場により、規制されている。
In the superconducting magnet according to the first embodiment constructed as described above, the superconducting coil 1 is cooled to a cryogenic temperature (for example, 4.2K) by the liquid helium 3 in the helium tank 2a of the coil portion, and becomes the superconducting state. In this state, the detachable current lead movable portion 60a is lowered to electrically contact the detachable current lead fixing portion 60b, and an exciting current is supplied from an external superconducting magnet power source (not shown) to a predetermined value. Generate a magnetic field. Then, when in a steady state, the superconducting coil 1 is passed through the permanent current switch 101.
To allow current to flow through the removable current lead movable part 60.
a is raised to break the electrical contact with the detachable current lead fixing portion 60b. Therefore, the superconducting coil 1 is in the permanent current mode, and a predetermined magnetic field can be generated in a state where the external superconducting magnet power supply is disconnected. On the other hand, the inside of the beam chamber 61 is evacuated to a high vacuum, and the electrons accelerated to a high energy are guided in this. The trajectory of the movement of the electrons is regulated by the magnetic field generated by the pair of superconducting coils 1 arranged so as to sandwich the bee chamber 61.

【0037】ここで、超電導コイル1はコイル部ヘリウ
ム槽2a内に満たされた液体ヘリウム3に浸漬され、極
低温に保持されている。そして、液体ヘリウム3は、コ
イル部ヘリウム槽2aの上部に設けられたヘリウム溜槽
2bからヘリウム配管5を介して供給される。また、真
空槽10とヘリウム溜槽2bおよびコイル部ヘリウム槽
2aとの間は真空排気しており、したがって真空槽10
からヘリウム溜槽2bおよびコイル部ヘリウム槽2aへ
の対流による熱侵入が阻止されている。さらに、熱侵入
は輻射と伝導の形をとって存在する。そこで、コイル部
ヘリウム槽2aおよびヘリウム溜槽2bへの輻射と伝導
による熱侵入を低減するために、コイル部ヘリウム槽2
aを包囲するようにコイル部第2熱シールド17aを配
設し、さらにコイル部第2熱シールド17aを包囲する
ようにコイル部熱シールド8aを配設している。また、
ヘリウム溜槽2bを包囲するようにヘリウム溜部第2熱
シールド17bを配設し、ヘリウム溜部第2熱シールド
17bを包囲するようにヘリウム溜部熱シールド8bを
配設している。つまり、コイル部熱シールドおよび冷媒
溜部熱シールドを2重の熱シールドで構成している。
Here, the superconducting coil 1 is immersed in the liquid helium 3 filled in the helium bath 2a of the coil portion and kept at a cryogenic temperature. Then, the liquid helium 3 is supplied from the helium reservoir tank 2b provided above the coil portion helium tank 2a through the helium pipe 5. Further, the vacuum tank 10 is evacuated between the helium tank 2b and the coil portion helium tank 2a.
From the helium tank 2b and the coil portion helium tank 2a due to convection. Furthermore, heat intrusion exists in the form of radiation and conduction. Therefore, in order to reduce heat invasion to the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b due to radiation and conduction, the coil portion helium tank 2
The coil portion second heat shield 17a is arranged so as to surround a, and the coil portion heat shield 8a is arranged so as to surround the coil portion second heat shield 17a. Also,
The helium reservoir second heat shield 17b is arranged so as to surround the helium reservoir tank 2b, and the helium reservoir heat shield 8b is arranged so as to surround the helium reservoir second heat shield 17b. That is, the coil heat shield and the refrigerant reservoir heat shield are configured by double heat shields.

【0038】コイル部ヘリウム槽2aおよびヘリウム溜
槽2bをその位置を固定するため真空槽10との間に支
柱11を設けている。そして、伝導による熱侵入はおも
にこの支柱11を通じて生じることになる。特に、コイ
ル部ヘリウム槽2aはその中に存在する超電導コイル1
の重量および超電導コイル1の発生する電磁力に耐える
支柱11が必要であり、このため支柱11は太く丈夫な
ものを選ばざるを得ない。このため支柱11からの伝導
による熱侵入が大きくなる。
A column 11 is provided between the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b so as to fix their positions. Then, the heat invasion due to conduction mainly occurs through the pillar 11. In particular, the coil portion helium tank 2a has the superconducting coil 1 present therein.
It is necessary to have a pillar 11 that can withstand the weight of 1 and the electromagnetic force generated by the superconducting coil 1. Therefore, the pillar 11 must be thick and strong. For this reason, heat penetration due to conduction from the column 11 increases.

【0039】上記熱侵入を低減するため、コイル部2段
型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機50aを配設
している。コイル部2段型ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機50aはコンプレッサ13aから高圧のヘリ
ウムガスを供給され、低圧のヘリウムガスをコンプッレ
サ13aに排気して動作する。コイル部熱シールド8a
をコイル部2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍
機50aの第1段ヒートステージ51aで、コイル部第
2熱シールド17aをコイル部2段型ギフォード・マク
マホンサイクル冷凍機50aの第2段ヒートステージ5
2aにより冷却する。この結果、コイル部熱シールド8
aは80K程度に、コイル部第2熱シールド17aは2
0K程度に冷却できる。そして、コイル部第2熱シール
ド17aは20K程度まで冷却できるので、コイル部ヘ
リウム槽2aへの熱侵入は20Kからの熱侵入になり、
液体窒素で冷却するより熱侵入を低減することができ
る。また、コイル部2段型ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機50aは支柱11の近傍に配設されているの
で、支柱11からの熱侵入を効率よくとることができ
る。
In order to reduce the heat penetration, a two-stage coil unit Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a is provided. The coil unit two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a is supplied with high-pressure helium gas from the compressor 13a and operates by discharging low-pressure helium gas to the compressor 13a. Coil heat shield 8a
Is the first stage heat stage 51a of the coil section two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a, and the coil section second heat shield 17a is the second stage heat stage 5 of the coil section two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a.
Cool with 2a. As a result, the coil heat shield 8
a is about 80K, and the coil portion second heat shield 17a is 2
Can be cooled to about 0K. And since the coil part 2nd heat shield 17a can be cooled to about 20K, the heat invasion to the coil part helium tank 2a will be the heat intrusion from 20K,
Heat penetration can be reduced as compared with cooling with liquid nitrogen. Further, since the two-stage coil unit Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a is disposed in the vicinity of the column 11, heat can be efficiently introduced from the column 11.

【0040】一方、ヘリウム溜槽2bにもコイル部ヘリ
ウム槽2aほどではないが支柱(図示せず)からの熱侵
入がある。また、コイル部ヘリウム槽2aとヘリウム溜
槽2bとはヘリウム配管5でつながっているが、この部
分はスペースを節約するため熱シールドはヘリウム配管
5の近傍を覆うように配設されている。このため、コイ
ル部熱シールド8aおよびコイル部第2熱シールド17
aと、ヘリウム溜部熱シールド8bおよびヘリウム溜部
第2熱シールド17bとの伝熱面積は小さく、熱伝導は
悪い。さらに、コイル部熱シールド8a、コイル部第2
熱シールド17a、ヘリウム溜部熱シールド8bおよび
ヘリウム溜部第2熱シールド17bは渦電流を防ぐため
熱伝導率の良い材料を使用していない。以上のことから
コイル部2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機
50aの冷凍能力のみでは、たとえその冷凍能力が十分
大きくても、ヘリウム溜部熱シールド8bおよびヘリウ
ム溜部第2熱シールド17bまでをも十分冷却すること
ができない。そこで、コイル部2段型ギフォード・マク
マホンサイクル冷凍機50aとは別に、冷媒溜部熱シー
ルド冷却用の蓄冷型冷凍機としてのヘリウム溜部2段型
ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機50bをヘリウ
ム溜槽2b近傍に配設している。このヘリウム溜部2段
型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機50bはコン
プレッサ13bから高圧のヘリウムガスを供給され、低
圧のヘリウムガスをコンプッレサ13bに排気して動作
し、ヘリウム溜部熱シールド8bをヘリウム溜部2段型
ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機50bの第1段
ヒートステージ51bで、ヘリウム溜部第2熱シールド
17bをヘリウム溜部2段型ギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機50bの第2段ヒートステージ52bで、
それぞれ80Kおよび20Kに冷却する。したがって、
ヘリウム溜槽2bへの熱侵入は20Kからのものとな
り、液体窒素で冷却するより熱侵入を低減することがで
きる。
On the other hand, the helium storage tank 2b also receives heat from a column (not shown), though not so much as the coil portion helium tank 2a. Further, the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b are connected by a helium pipe 5, but in this portion, a heat shield is arranged so as to cover the vicinity of the helium pipe 5 in order to save space. Therefore, the coil portion heat shield 8a and the coil portion second heat shield 17 are provided.
The heat transfer area between a and the helium reservoir heat shield 8b and the helium reservoir second heat shield 17b is small, and the heat conduction is poor. Further, the coil portion heat shield 8a and the coil portion second
The heat shield 17a, the helium reservoir heat shield 8b, and the helium reservoir second heat shield 17b do not use a material having a high thermal conductivity in order to prevent an eddy current. From the above, even if the refrigerating capacity of the coil section two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a is sufficient, even the helium reservoir part heat shield 8b and the helium reservoir part second heat shield 17b can be obtained. It cannot be cooled sufficiently. Therefore, apart from the coil section two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a, a helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b as a regenerator for cooling the heat shield of the refrigerant reservoir is provided near the helium tank 2b. It is installed in. This two-stage helium reservoir Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b is supplied with high-pressure helium gas from the compressor 13b and is operated by exhausting low-pressure helium gas to the compressor 13b to operate the helium reservoir heat shield 8b. In the first stage heat stage 51b of the two-stage Gifford McMahon cycle refrigerator 50b, the helium reservoir second heat shield 17b in the second stage heat stage 52b of the helium reservoir two-stage Gifford McMahon cycle refrigerator 50b,
Cool to 80K and 20K respectively. Therefore,
The heat penetration into the helium reservoir 2b is from 20K, and the heat penetration can be reduced as compared with cooling with liquid nitrogen.

【0041】逆に、ヘリウム溜部2段型ギフォード・マ
クマホンサイクル冷凍機50bだけでは、たとえその冷
凍能力が十分であっても上述した理由により、コイル部
熱シールド8aおよびコイル部第2熱シールド17aま
でをも十分冷却することはできない。そこで、コイル部
2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機50aお
よびヘリウム溜部2段型ギフォード・マクマホンサイク
ル冷凍機50bをともに使用することにより、コイル部
ヘリウム槽2aおよびヘリウム溜槽2bへの熱侵入を低
減することができ、液体ヘリウム3の蒸発量の低減がは
かられる。
On the contrary, the helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b alone has the coil portion heat shield 8a and the coil portion second heat shield 17a for the reason described above even if the refrigerating capacity is sufficient. It is not possible to sufficiently cool even. Therefore, by using both the coil section two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a and the helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b, heat intrusion into the coil section helium tank 2a and helium reservoir tank 2b is reduced. Therefore, the evaporation amount of liquid helium 3 can be reduced.

【0042】このように、この実施例1によれば、コイ
ル部2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機50
aおよびヘリウム溜部2段型ギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機50bによりコイル部熱シールドおよび冷
媒溜部熱シールドをそれぞれ冷却しているので、冷却性
能を向上することができ、液体ヘリウム3の蒸発量を低
減することができ、液体ヘリウム3補給の間隔がのびメ
ンテナンスの簡便化が図られる、小型軽量のシンクロト
ロン用の超電導マグネットが得られる。
As described above, according to the first embodiment, the coil section two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50 is used.
a and the helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b cools the coil heat shield and the refrigerant reservoir heat shield, respectively, so that the cooling performance can be improved and the evaporation amount of the liquid helium 3 can be increased. A small and lightweight superconducting magnet for a synchrotron, which can be reduced in size, has a longer supply interval of liquid helium, and can be simplified in maintenance, can be obtained.

【0043】また、コイル部熱シールドをコイル部熱シ
ールド8aとコイル部第2熱シールド17aとで、冷媒
溜部熱シールドをヘリウム溜部熱シールド8bとヘリウ
ム溜部熱シールド17bとでそれぞれ2重の熱シールド
で構成し、コイル部2段型ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機50aおよびヘリウム溜部2段型ギフォード
・マクマホンサイクル冷凍機50bによりコイル部熱シ
ールドおよび冷媒溜部熱シールドをそれぞれ冷却してい
るので、冷却性能を一層向上することができ、液体ヘリ
ウム3の蒸発量を一層低減することができる。
The coil heat shield is composed of the coil heat shield 8a and the coil second heat shield 17a, and the refrigerant reservoir heat shield is composed of the helium reservoir heat shield 8b and the helium reservoir heat shield 17b. The two-stage coil unit Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a and the helium reservoir two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b cool the coil unit heat shield and the refrigerant reservoir heat shield, respectively. Therefore, the cooling performance can be further improved, and the evaporation amount of the liquid helium 3 can be further reduced.

【0044】実施例2.この実施例2は、この発明をシ
ンクロトロン放射光装置用の超電導マグネットに適用し
たものである。この実施例2では、図2に示すように、
上記実施例1による超電導マグネットにおいて、コイル
部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機としてのコイル部単
段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機50cを新
たに配設したものである。このコイル部単段型ギフォー
ド・マクマホンサイクル冷凍機50cは、作動ガスであ
るヘリウムガスを高圧で供給するコンプレッサ13cが
接続され、さらにその第1段ヒートステージ51cで支
柱11の近傍のコイル部熱シールド8aを冷却するよう
に配設されている。
Example 2. The second embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a synchrotron radiation device. In the second embodiment, as shown in FIG.
In the superconducting magnet according to the first embodiment, a coil unit single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50c is newly provided as a regenerator for cooling the heat shield of the coil unit. This single-stage coil unit Gifford-McMahon cycle refrigerator 50c is connected to a compressor 13c that supplies helium gas, which is a working gas, at a high pressure, and further, the first stage heat stage 51c of the coil unit heat shield in the vicinity of the column 11. It is arranged so as to cool 8a.

【0045】このように、この実施例2によれば、上記
実施例1による超電導マグネットにおいて、コイル部単
段型ギフォード・マクマホン冷凍機50cを新たに配設
しているので、支柱11のコイル部熱シールド8aを介
して連結する部分の冷却温度を下げることができ、コイ
ル部ヘリウム槽2a内に収納された超電導コイル1の重
量およびこの超電導コイル1の発生する電磁力を支える
支柱11からの伝導による侵入熱を抑制して、コイル部
ヘリウム槽2a内の液体ヘリウム3の蒸発量を一層低減
することができる。
As described above, according to the second embodiment, in the superconducting magnet according to the first embodiment, since the coil unit single-stage Gifford-McMahon refrigerator 50c is newly arranged, the coil unit of the column 11 is provided. The cooling temperature of the portion connected through the heat shield 8a can be lowered, and the weight of the superconducting coil 1 housed in the helium bath 2a of the coil portion and the conduction from the column 11 supporting the electromagnetic force generated by the superconducting coil 1 can be reduced. It is possible to further suppress the amount of vaporization of the liquid helium 3 in the coil helium tank 2a by suppressing the invasion heat.

【0046】実施例3.この実施例3は、この発明を浮
上式鉄道用の超電導マグネットに適用したものである。
図3はこの発明の実施例3に係る超電導マグネットを示
す断面図、図4は図3のIV−IV線に沿った断面図で
あり、図において70aはヘリウム溜部熱シールド8b
を冷却する冷媒溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機と
してのヘリウム溜部単段型ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機、70bおよび70cはそれぞれコイル部熱
シールド8aを冷却するコイル部熱シールド冷却用の蓄
冷型冷凍機としてのコイル部第1単段型ギフォード・マ
クマホンサイクル冷凍機およびコイル部第2単段型ギフ
ォード・マクマホンサイクル冷凍機であり、これらのヘ
リウム溜部単段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍
機70a、コイル部第1単段型およびコイル部第2単段
型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機70b、70
cには作動ガスとしてのヘリウムガスを供給する1台の
コンプレッサ13aが接続されている。130は支柱1
1の中間部とコイル部第1およびコイル部第2単段型ギ
フォード・マクマホンサイクル冷凍機70b、70cの
第1段ヒートステージ71b、71cとの間をアルミニ
ウム、銅などの熱伝導率の高い部材で結合した伝熱部
材、110は超電導コイル1に励磁電流を供給する電流
リード、81は電流リード110の中間部にコイル部熱
シールド8aと熱的に接触させて設けられたサーマルア
ンカ、82はコイル部ヘリウム槽2a内の液体ヘリウム
3の蒸発ガスを回収するため、ヘリウム溜槽2b内上部
の気相部に開口するように設けられた回収配管、84は
電流リード冷却配管である。
Example 3. In this third embodiment, the present invention is applied to a superconducting magnet for a levitation railway.
3 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3, in which 70a is a helium reservoir heat shield 8b.
Helium reservoir single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator as a cold storage refrigerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield, 70b and 70c respectively for cooling the coil heat shield 8a for cooling the coil heat shield 8a. A first single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator for the coil section and a second single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator for the coil section as a cold storage refrigerator. These helium reservoir single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerators 70a, coil part first single-stage type and coil part second single-stage type Gifford-McMahon cycle refrigerator 70b, 70
One compressor 13a for supplying helium gas as a working gas is connected to c. 130 is a pillar 1
A member having a high thermal conductivity such as aluminum or copper between the intermediate part of 1 and the first heat stages 71b and 71c of the coil part first and coil part second single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerators 70b and 70c. , 110 is a current lead for supplying an exciting current to the superconducting coil 1, 81 is a thermal anchor provided in the middle portion of the current lead 110 in thermal contact with the coil heat shield 8a, and 82 is In order to recover the vaporized gas of the liquid helium 3 in the coil portion helium tank 2a, a recovery pipe is provided so as to open to the gas phase part in the upper part of the helium reservoir tank 2b, and 84 is a current lead cooling pipe.

【0047】このように、この実施例3によれば、熱シ
ールドを複数の冷凍機で冷却、すなわちヘリウム溜部熱
シールド8bをヘリウム溜部単段型ギフォード・マクマ
ホンサイクル冷凍機70aで、コイル部熱シールド8a
をコイル部第1単段型ギフォード・マクマホンサイクル
冷凍機70bおよびコイル部第2単段型ギフォード・マ
クマホンサイクル冷凍機70cで冷却するようにしてい
るので、それぞれの熱シールド部の熱負荷を各冷凍機7
0a、70b、70cで応分に負担して熱シールドを均
等に冷却でき、ヘリウム溜槽2bおよびコイル部ヘリウ
ム槽2aへの輻射による熱侵入を低減化することがで
き、液体ヘリウム3の蒸発量を低減することができる。
また、室温部とヘリウム槽とを直結する複数の支柱11
の中間部および電流リード110のサーマルアンカ81
を上述の各冷凍機70a、70b、70cの第1段ヒー
トステージ71a、71b、71cに直結するよう伝熱
部材130、ヘリウム溜部熱シールド8bおよびコイル
部熱シールド8aを介して確実に冷却できるので、熱伝
導によるヘリウム溜槽2bおよびコイル部ヘリウム槽2
aへの熱侵入も低減化できる。
As described above, according to the third embodiment, the heat shield is cooled by a plurality of refrigerators, that is, the helium reservoir heat shield 8b is the helium reservoir single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 70a, and the coil portion. Heat shield 8a
Is cooled by the coil unit first single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 70b and the coil unit second single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 70c, so that the heat load of each heat shield unit is frozen. Machine 7
0a, 70b, 70c can share the heat shield evenly, and can evenly cool the heat shield, reduce heat invasion to the helium tank 2b and the coil portion helium tank 2a by radiation, and reduce the evaporation amount of the liquid helium 3. can do.
Also, a plurality of columns 11 that directly connect the room temperature part and the helium tank.
Thermal anchor 81 of the middle part of the
Can be reliably cooled via the heat transfer member 130, the helium reservoir heat shield 8b, and the coil heat shield 8a so as to directly connect the above-mentioned refrigerators 70a, 70b, 70c to the first-stage heat stages 71a, 71b, 71c. Therefore, the helium tank 2b for heat conduction and the helium tank 2 for the coil portion
It is also possible to reduce the heat penetration into a.

【0048】実施例4.図5はこの発明の実施例4に係
る2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機を示す
断面図であり、図において図28に示した従来のギフォ
ード・マクマホンサイクル冷凍機と同一または相当の部
分には同一符号を付し、その説明を省略する。
Example 4. FIG. 5 is a sectional view showing a two-stage type Gifford-McMahon cycle refrigerator according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same or corresponding parts as those of the conventional Gifford-McMahon cycle refrigerator shown in FIG. The same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

【0049】図において、38は1段目蓄冷器で、この
1段目蓄冷器38は例えば高温側に銅メッシュが低温側
に鉛玉が詰められて構成されている。39は2段目蓄冷
器で、この2段目蓄冷器39は例えば Ho-Er-Ru, Er-N
i, GdRh , Er-Ni-Co, Ey-Yb-Ni 等の組成の蓄冷材が詰
められている。
In the figure, reference numeral 38 is a first-stage regenerator, and the first-stage regenerator 38 is constructed, for example, by filling a high temperature side with copper mesh and a low temperature side with lead balls. 39 is a second stage regenerator, and this second stage regenerator 39 is, for example, Ho-Er-Ru, Er-N
It is filled with regenerator materials with compositions such as i, GdRh, Er-Ni-Co, and Ey-Yb-Ni.

【0050】このように構成された2段型ギフォード・
マクマホン冷凍機は次のように動作する。まず、1段目
および2段目デスプレーサ32、33が最下端にあり、
吸気バルブ41が開き、排気バルブ42が閉じている状
態で、1段目、2段目膨張空間44、45内にはコンプ
レッサ13で圧縮された高圧のヘリウムガスが導入さ
れ、高圧状態になっている。つぎに、1段目および2段
目デスプレーサ32、33が上方に動き、それにともな
い高圧のヘリウムガスが1段目および2段目膨脹空間4
4、45に導入される。この間、吸気および排気バルブ
41、42は動かない。高圧のヘリウムガスは、1段目
および2段目蓄冷器38、39を通過する際に、各蓄冷
材により所定の温度まで冷却される。そして、1段目お
よび2段目デスプレーサ32、33が最上端になったと
きに、吸気バルブ41が閉じて、排気バルブ42が開
き、高圧のヘリウムガスが低圧に膨脹して冷凍が発生す
る。このとき、1段目および2段目膨脹空間44、45
に存在するヘリウムガスは低温・低圧になっている。つ
いで、1段目および2段目デスプレーサ32、33が下
方に移動することにより、低温・低圧のヘリウムガス
が、1段目および2段目蓄冷器38、39を通過し、排
気バルブ42から排気される。このとき、低温・低圧の
ヘリウムガスは、1段目および2段目蓄冷器38、39
の蓄冷材を冷却した後、コンプレッサ13に戻る。その
後、1段目および2段目膨脹空間44、45の体積が最
小となった状態で、排気バルブ42が閉じ、吸気バルブ
41が開き、コンプレッサ13で圧縮された高圧のヘリ
ウムガスが導入され、1段目および2段目膨脹空間4
4、45の圧力が低圧から高圧になる。この2段型ギフ
ォード・マクマホンサイクル冷凍機は上述の過程を1サ
イクルとし動作する。
A two-stage Gifford having the above structure
The McMahon refrigerator operates as follows. First, the first and second stage displacers 32 and 33 are at the bottom end,
With the intake valve 41 opened and the exhaust valve 42 closed, the high-pressure helium gas compressed by the compressor 13 is introduced into the first-stage and second-stage expansion spaces 44, 45 to be in a high-pressure state. There is. Next, the first-stage and second-stage displacers 32, 33 move upward, and along with this, high-pressure helium gas is expanded in the first-stage and second-stage expansion spaces 4
4,45. During this time, the intake and exhaust valves 41, 42 do not move. The high-pressure helium gas is cooled to a predetermined temperature by each regenerator material when passing through the first-stage and second-stage regenerators 38, 39. Then, when the first-stage and second-stage displacers 32, 33 are at the uppermost ends, the intake valve 41 is closed and the exhaust valve 42 is opened, and the high-pressure helium gas expands to a low pressure and freezing occurs. At this time, the first-stage and second-stage expansion spaces 44, 45
The helium gas present in is low temperature and low pressure. Then, by moving the first-stage and second-stage displacers 32, 33 downward, low-temperature, low-pressure helium gas passes through the first-stage and second-stage regenerators 38, 39 and is exhausted from the exhaust valve 42. To be done. At this time, the low temperature and low pressure helium gas is stored in the first and second stage regenerators 38, 39.
After cooling the regenerator material, the process returns to the compressor 13. After that, in a state where the volumes of the first-stage and second-stage expansion spaces 44, 45 are minimized, the exhaust valve 42 is closed, the intake valve 41 is opened, and the high-pressure helium gas compressed by the compressor 13 is introduced, 1st and 2nd stage expansion space 4
The pressure of 4, 45 changes from low pressure to high pressure. This two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator operates with the above process as one cycle.

【0051】ここで、2段型ギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機の冷凍量は次式で表現できる。 Q=∫V1dV Q=∫V2dV なお、 Q:1段目の冷凍量 P:1段目膨張空間の圧力 V:1段目膨張空間の体積 Q:2段目の冷凍量 P:2段目膨張空間の圧力 V:2段目膨張空間の体積 である。極低温冷媒ガスを液化する冷凍能力を増加する
には冷凍機を大きくする、つまりV、Vを大きくす
ればよい。ところがVおよびVを大きくすると冷凍
機の処理流量が増加するため、処理流量の大きいコンプ
レッサ13が必要となり、またモータ43のパワーを大
きくしなければならない。したがって、極低温冷媒ガス
を液化する能力は増加しても効率が落ちることになる。
そこで、V+V を一定にして、コンプレッサ13や
モータ43は従来のものを使用し、極低温冷媒ガスの液
化能力を増加しようとすると、上式からVを減少しV
を増加すればよいことがわかる。そして、V+V
を一定にすると、Vの増加にともない、Vは減少す
る。そうすると上式より第1段ヒートステージ19の冷
凍能力は低下し、第1段ヒートステージ19の温度は高
くなる。これに伴い第2段ヒートステージ20への熱侵
入が増加し、結局第2段ヒートステージ20の冷凍能力
の低下、すなわち極低温冷媒ガスを液化する能力も低下
する。それゆえ2段目膨脹空間45に対する1段目膨脹
空間44の体積比(V/V )には最適範囲が存在す
ることになる。
Here, the two-stage Gifford McMahonsa
The refrigeration amount of the icicle refrigerator can be expressed by the following equation. Q1= ∫V1P1dV QTwo= ∫V2PTwodV In addition, Q1: Freezing amount of the first stage P11st stage expansion space pressure V1: Volume of the first expansion space QTwo: Second stage frozen amount PTwo: Pressure in the second expansion space VTwo: Volume of the second expansion space Is. Increase refrigeration capacity for liquefying cryogenic refrigerant gas
To increase the refrigerator, that is, V1, VTwoTo increase
Just do it. However, V1And VTwoFrozen with larger
Because the processing flow rate of the machine increases,
The lesser 13 is required, and the power of the motor 43 is increased.
I have to ask. Therefore, cryogenic refrigerant gas
Even if the ability to liquefy is increased, the efficiency will decrease.
So V1+ V TwoConstant, the compressor 13
The motor 43 is a conventional motor, and is a liquid of cryogenic refrigerant gas.
If you try to increase the conversion ability,1Decrease V
TwoIt turns out that it is sufficient to increase. And V1+ VTwo
Is constant, VTwoAs V increases1Decreases
It Then, from the above equation, the cooling of the first heat stage 19
Freezing capacity is reduced and the temperature of the first heat stage 19 is high.
Become As a result, heat invasion of the second heat stage 20
Input increases, and as a result, the refrigerating capacity of the second heat stage 20
Decrease, that is, the ability to liquefy cryogenic refrigerant gas also decreases
To do. Therefore, the first stage expansion for the second stage expansion space 45
Volume ratio of space 44 (V1/ V Two) Has an optimal range
Will be.

【0052】この最適範囲を調べるため図6に示した実
験装置で実験をおこなった。この実験装置は、シリンダ
31を真空容器131内に配設し、第1段ヒートステー
ジ19の温度をPt−Co温度センサ132で、第2段
ヒートステージ20の温度をGe温度センサ133で測
定し、第2段ヒートステージ20にカートリッジヒータ
134を取り付け、カートリッジヒータ134を負荷し
たときの各ステージの温度を測定した。このときのヒー
タ負荷量が冷凍機の冷凍量に相当する。第1段ヒートス
テージ19には常温から第2段ヒートステージ20への
輻射を防ぎ、測定精度を高めるため輻射シールド板13
5を配設した。そして、この実験装置で1段目膨脹空間
の直径を一定にし、2段目膨脹空間の直径を増加させて
いる。
In order to investigate this optimum range, an experiment was conducted using the experimental apparatus shown in FIG. In this experimental apparatus, the cylinder 31 is arranged in a vacuum container 131, the temperature of the first heat stage 19 is measured by a Pt—Co temperature sensor 132, and the temperature of the second heat stage 20 is measured by a Ge temperature sensor 133. The cartridge heater 134 was attached to the second heat stage 20, and the temperature of each stage when the cartridge heater 134 was loaded was measured. The heater load amount at this time corresponds to the freezing amount of the refrigerator. The first heat stage 19 has a radiation shield plate 13 for preventing radiation from room temperature to the second heat stage 20 and improving measurement accuracy.
5 was arranged. Then, the diameter of the first-stage expansion space is made constant with this experimental device and the diameter of the second-stage expansion space is increased.

【0053】上記実験装置による測定結果を図7に示
す。図7では、横軸に1段目膨脹空間の体積/2段目膨
脹空間の体積(V/V)を、縦軸にヘリウムガスの
凝縮温度4.2Kでの第2段ヒートステージの冷凍能力
を記載している。この実験結果から、最高の冷凍能力は
0.9Wで、1段目膨脹空間の体積/2段目膨脹空間の
体積(V/V)が0.45から2.8の範囲にあれ
ば0.45W以上の冷凍能力をもつことがわかる。ま
た、図7の実験は同一のコンプレッサ13および同一の
駆動モータ43を使用しているので、必要とする電気入
力はほぼ一定である。したがって、2段型ギフォード・
マクマホンサイクル冷凍機の1段目膨脹空間の体積/2
段目膨脹空間の体積(V/V)を0.45から2.
8の範囲にすることにより、ヘリウムガスを液化する冷
凍能力を向上させ、また同時に効率も向上させることが
できる。
FIG. 7 shows the measurement results obtained by the above experimental apparatus. In FIG. 7, the horizontal axis represents the volume of the first expansion space / the volume of the second expansion space (V 1 / V 2 ), and the vertical axis represents the volume of the second heat stage at the helium gas condensation temperature of 4.2K. The freezing capacity is described. From this experimental result, if the maximum refrigerating capacity is 0.9 W and the volume of the first expansion space / the volume of the second expansion space (V 1 / V 2 ) is in the range of 0.45 to 2.8. It can be seen that it has a refrigerating capacity of 0.45 W or more. Also, since the experiment of FIG. 7 uses the same compressor 13 and the same drive motor 43, the required electric input is almost constant. Therefore, the two-stage Gifford
Volume of the first expansion space of the McMahon cycle refrigerator / 2
The volume (V 1 / V 2 ) of the stage expansion space is 0.45 to 2.
By setting it in the range of 8, the refrigerating capacity for liquefying the helium gas can be improved, and at the same time, the efficiency can be improved.

【0054】実施例5.図8はこの発明の実施例5に係
る2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機を示す
断面図である。上記実施例4では、1段目蓄冷器38お
よび2段目蓄冷器39をそれぞれ1段目および2段目デ
スプレーサ32および33内に一体化構成としている
が、この実施例5では、1段目蓄冷器38および2段目
蓄冷器39を別置きにし、1段目シリンダ31および1
段目デスプレーサ32と、2段目シリンダ120および
2段目デスプレーサ33とをそれぞれ独立に設け、1段
目蓄冷器38と1段目シリンダ31とを、2段目蓄冷器
39と2段目シリンダ120とをそれぞれ連通管で接続
するように構成したものである。この場合、1段目蓄冷
器38および2段目蓄冷器39は静止状態にあるが、サ
イクルの動作は上記実施例4の2段型ギフォード・マク
マホンサイクル冷凍機と同様の動作であり、同一ディメ
ンジョンのもとでは、冷凍能力もほぼ同様になる。
Example 5. FIG. 8 is a sectional view showing a two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator according to Embodiment 5 of the present invention. In the fourth embodiment, the first-stage regenerator 38 and the second-stage regenerator 39 are integrated in the first-stage and second-stage displacers 32 and 33, respectively. The regenerator 38 and the second-stage regenerator 39 are separately provided, and the first-stage cylinders 31 and 1
The second stage displacer 32, the second stage cylinder 120 and the second stage displacer 33 are independently provided, and the first stage regenerator 38 and the first stage cylinder 31 are connected to the second stage regenerator 39 and the second stage cylinder, respectively. 120 is connected to each of the communication pipes. In this case, the first-stage regenerator 38 and the second-stage regenerator 39 are in a stationary state, but the operation of the cycle is the same as that of the two-stage type Gifford-McMahon cycle refrigerator of the fourth embodiment, and the same dimension. Under the condition, the refrigerating capacity will be almost the same.

【0055】実施例6.この実施例6は、この発明をシ
ンクロトロン放射光装置用の超電導マグネットに適用し
たものである。図9はこの発明の実施例6に係る超電導
マグネットを示す断面図である。図において、80は極
低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機としてのヘリウム液化
用2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機であ
り、このヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホン
サイクル冷凍機80は、その第2段ヒートステージ20
をヘリウム溜槽2bの気相部に露出させて配設されてい
る。なお、この実施例6は、ヘリウム液化用2段型ギフ
ォード・マクマホンサイクル冷凍機80を設ける点を除
いて、上記実施例1と同様に構成されている。
Example 6. The sixth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a synchrotron radiation device. 9 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, 80 is a two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator for helium liquefaction as a regenerator for cooling a cryogenic refrigerant tank. This two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator for helium liquefaction 80 is Second heat stage 20
Is exposed to the gas phase part of the helium reservoir 2b. The sixth embodiment has the same configuration as the first embodiment except that a two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium is provided.

【0056】つまり、この実施例6では、コイル部ヘリ
ウム槽2aおよびヘリウム溜槽2bから極低温冷媒槽が
構成され、コイル部熱シールド8a、コイル部第2熱シ
ールド17a、ヘリウム溜部熱シールド8bおよびヘリ
ウム溜部第2熱シールド17bから熱シールドが構成さ
れている。そして、コイル部2段型ギフォード・マクマ
ホンサイクル冷凍機50aの第1段および第2段ヒート
ステージ51a、52aによりコイル部熱シールド8a
およびコイル部第2熱シールド17aが冷却され、ヘリ
ウム溜部2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機
50bの第1段および第2段ヒートステージ51b、5
2bによりヘリウム溜部熱シールド8bおよびヘリウム
溜部第2熱シールド17bが冷却されている。さらに、
ヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホンサイクル
冷凍機80の第2段ヒートステージ20によりヘリウム
溜槽2bで蒸発したヘリウムガスが直接液化される。
That is, in the sixth embodiment, a cryogenic refrigerant tank is composed of the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b, and the coil portion heat shield 8a, the coil portion second heat shield 17a, the helium reservoir heat shield 8b and The helium reservoir second heat shield 17b constitutes a heat shield. Then, the coil heat shield 8a is provided by the first and second heat stages 51a and 52a of the coil two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 50a.
The second heat shield 17a of the coil portion is cooled, and the first and second heat stages 51b and 5b of the Gifford-McMahon cycle refrigerator 50b of the two-stage helium reservoir portion are cooled.
The helium reservoir heat shield 8b and the helium reservoir second heat shield 17b are cooled by 2b. further,
The helium gas evaporated in the helium tank 2b is directly liquefied by the second heat stage 20 of the helium liquefying two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80.

【0057】ここで、ヘリウム液化用2段型ギフォード
・マクマホンサイクル冷凍機80は2段目膨脹空間に対
する1段目膨脹空間の体積比が1.4で、ヘリウム凝縮
温度(4.2K)での冷凍能力は、サイクル振動数45
rpmのとき0.8Wである。この冷凍能力はサイクル
振動数に依存する。図10は図6に示した実験装置を使
用して、駆動モータ43のサイクル振動数を変化させ、
サイクル振動数が冷凍能力におよぼす影響を示したもの
である。図10から温度が4.2Kの場合、最適なサイ
クル振動数は45rpmでそのときの冷凍量は0.8W
である。一方10Kの場合、最適なサイクル振動数は6
0rpmである。もし、4.2Kの温度のとき60rp
mで運転すれば冷凍量は0.35Wとなり、最適サイク
ル振動数のときの40%程度の冷凍量しか得られない。
つまり、温度が高くなると最適なサイクル振動数は高く
なる傾向にある。したがって、ヘリウム液化用の冷凍機
と熱シールド冷却用の冷凍機は別々にしておく方が効率
がよいことがわかる。
Here, in the helium liquefaction two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80, the volume ratio of the first-stage expansion space to the second-stage expansion space is 1.4, and the helium condensing temperature (4.2K). Refrigeration capacity is cycle frequency 45
It is 0.8 W at rpm. This refrigerating capacity depends on the cycle frequency. FIG. 10 uses the experimental apparatus shown in FIG. 6 to change the cycle frequency of the drive motor 43,
This figure shows the effect of cycle frequency on refrigeration capacity. From FIG. 10, when the temperature is 4.2 K, the optimum cycle frequency is 45 rpm and the refrigeration amount at that time is 0.8 W.
Is. On the other hand, in the case of 10K, the optimum cycle frequency is 6
It is 0 rpm. If the temperature is 4.2K, 60 rp
When operated at m, the amount of refrigeration is 0.35 W, and only about 40% of the amount of refrigeration at the optimum cycle frequency can be obtained.
That is, the optimum cycle frequency tends to increase as the temperature increases. Therefore, it is understood that it is more efficient to separate the refrigerator for liquefying helium and the refrigerator for cooling the heat shield.

【0058】このように、この実施例6によれば、熱シ
ールド冷却用の蓄冷型冷凍機とヘリウム液化用の蓄冷型
冷凍機とをそれぞれ備えている。そこで、熱シールド冷
却部とヘリウム液化部とで冷凍発生温度が異なる部分に
適用するギフォード・マクマホンサイクル冷凍機のサイ
クル振動数をそれぞれ最適化することにより高効率運転
が可能であり、液体ヘリウム3の蒸発量は低減し、場合
によっては蒸発しなくなる。この結果、シンクロトロン
用の超電導マグネットは小型軽量になり、また冷却性能
が向上され液体ヘリウム3の蒸発量が大幅に低減され
る。そして、液体ヘリウム3の補給の間隔が大幅に延
び、メンテナンスの簡便化をはかることができる。
As described above, according to the sixth embodiment, the regenerator for cooling the heat shield and the regenerator for liquefying helium are respectively provided. Therefore, by optimizing the cycle frequency of the Gifford-McMahon cycle refrigerator applied to the portions where the refrigeration generation temperature differs between the heat shield cooling unit and the helium liquefying unit, high efficiency operation is possible, and liquid helium 3 The amount of evaporation is reduced, and in some cases it is not evaporated. As a result, the superconducting magnet for the synchrotron becomes smaller and lighter, the cooling performance is improved, and the evaporation amount of the liquid helium 3 is significantly reduced. Then, the replenishment interval of the liquid helium 3 is greatly extended, and the maintenance can be simplified.

【0059】実施例7.実施例7は、この発明をシンク
ロトロン放射光装置の超電導マグネットに適用したもの
である。図11はこの発明の実施例7に係る超電導マグ
ネットを示す断面図、図12はヘリウム液化用2段型ギ
フォードマクマホン冷凍機80の第1段ヒートステージ
19回りを示す部分断面図である。図において、182
は軟金属、83は第1段ヒートステージ接続部である。
ここで、この実施例7は、ヘリウム液化用2段型ギフォ
ード・マクマホンサイクル冷凍機80の第1段ヒートス
テージ19をヘリウム溜部第2熱シールド17bの冷却
に利用した点を除いて、上記実施例6と同様に構成され
ている。
Example 7. Embodiment 7 is an application of the present invention to a superconducting magnet of a synchrotron radiation device. 11 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 7 of the present invention, and FIG. 12 is a partial sectional view showing a first stage heat stage 19 of a two-stage Gifford McMahon refrigerator 80 for liquefying helium. In the figure, 182
Is a soft metal, and 83 is a first heat stage connection part.
Here, this Example 7 was carried out as described above except that the first heat stage 19 of the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium was used for cooling the second heat shield 17b of the helium reservoir. The configuration is the same as in Example 6.

【0060】この実施例7によれば、第1段ヒートステ
ージ19および第1段ヒートステージステージ接続部8
3をテーパ状に構成しているので、取付時にヘリウム液
化用2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機80
をスライドさせながら挿入できるようになる。また、第
1段ヒートステージ19と第1段ヒートステージ接続部
83との間に例えばインジウムのような軟金属182を
挟み込んでいるので、両者間の熱接触がよくなり、第1
段ヒートステージ19により第1段ヒートステージ接続
部83を介してヘリウム溜部第2熱シールド17bの冷
却を強化できるので、ヘリウム溜槽2bへの熱侵入を一
層低減化できる。
According to the seventh embodiment, the first stage heat stage 19 and the first stage heat stage stage connecting portion 8 are provided.
2 is a two-stage type Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium when it is installed
You can insert it by sliding. Further, since the soft metal 182 such as indium is sandwiched between the first-stage heat stage 19 and the first-stage heat stage connecting portion 83, thermal contact between the two is improved, and
Since the cooling of the helium reservoir second heat shield 17b can be enhanced by the first heat stage 19 via the first heat stage connecting portion 83, heat intrusion into the helium reservoir 2b can be further reduced.

【0061】実施例8.この実施例8は、この発明をシ
ンクロトロン放射光装置用の超電導マグネットに適用し
たものである。図13はこの発明の実施例8に係る超電
導マグネットを示す断面図であり、図において181は
電流リード冷却部材である。この実施例8は、例えば銅
のフレキシブル線からなる電流リード冷却部材181に
より、ヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機80の第1段ヒートステージ19と着脱式
電流リード可動部60aの中間の適当な部分とを熱的に
接続させて、着脱式電流リード可動部60aを冷却でき
るようにした点を除いて、上記実施例6と同様に構成さ
れている。
Example 8. The eighth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a synchrotron radiation device. FIG. 13 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 8 of the present invention, in which 181 is a current lead cooling member. In the eighth embodiment, a current lead cooling member 181 made of, for example, a copper flexible wire is used to intermediate the first heat stage 19 of the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for helium liquefaction and the detachable current lead movable part 60a. The configuration is the same as that of the sixth embodiment except that the detachable current lead movable portion 60a can be cooled by thermally connecting it to an appropriate portion of.

【0062】着脱式電流リード可動部60aは蒸発した
ヘリウムガスで冷却されるが、液体ヘリウム3の蒸発量
が減ると、着脱式電流リード可動部60aの冷却量が不
十分となり、温度が上昇し、ヘリウム溜槽2bへの熱侵
入が増加してしまう。この実施例8によれば、着脱式電
流リード可動部60aが電流リード冷却部材181を介
してヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機80の第1段ヒートステージ19で冷却さ
れ、着脱式電流リード可動部60aの温度上昇にともな
うヘリウム溜槽2bへの熱侵入を減らすことができる。
The removable current lead movable part 60a is cooled by the evaporated helium gas, but when the evaporation amount of the liquid helium 3 decreases, the amount of cooling of the removable current lead movable part 60a becomes insufficient and the temperature rises. However, heat invasion into the helium tank 2b is increased. According to the eighth embodiment, the detachable current lead movable portion 60a is cooled by the first heat stage 19 of the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for helium liquefaction via the current lead cooling member 181 to be detachable. It is possible to reduce heat intrusion into the helium reservoir 2b due to the temperature rise of the current lead movable portion 60a.

【0063】実施例9.この実施例9は、この発明を浮
上式鉄道用の超電導マグネットに適用したものである。
図14はこの発明の実施例9に係る超電導マグネットを
示す断面図である。この実施例9では、コイル部ヘリウ
ム槽2aおよびヘリウム溜槽2bから極低温冷媒槽が構
成され、コイル部熱シールド8aおよびヘリウム溜部熱
シールド8bから熱シールドが構成され、ヘリウム溜部
単段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機70aの
第1段ヒートステージ71aによりヘリウム溜部熱シー
ルド8bを冷却するとともに、ヘリウム液化用2段型ギ
フォード・マクマホンサイクル冷凍機80の第2段ヒー
トステージ20によりヘリウム溜槽2b内の蒸発したヘ
リウムガスを液化するものである。
Example 9. The ninth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a levitation railway.
14 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 9 of the present invention. In the ninth embodiment, the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b constitute a cryogenic refrigerant tank, the coil portion heat shield 8a and the helium reservoir heat shield 8b constitute a heat shield, and the helium reservoir single stage Gifford is provided. The helium reservoir heat shield 8b is cooled by the first stage heat stage 71a of the McMahon cycle refrigerator 70a, and the helium storage tank 2b is cooled by the second stage heat stage 20 of the helium liquefying Gifford McMahon cycle refrigerator 80. It liquefies the evaporated helium gas.

【0064】このように、この実施例9によれば、ヘリ
ウム溜部熱シールド8bをヘリウム溜部単段型ギフォー
ド・マクマホンサイクル冷凍機70aにより冷却して、
ヘリウム溜槽2bへの熱侵入を抑えることができる。ま
た、ヘリウム溜部単段型ギフォード・マクマホンサイク
ル冷凍機70aとは別のヘリウム液化用2段型ギフォー
ド・マクマホンサイクル冷凍機80によりヘリウム溜槽
2bおよびコイル部ヘリウム槽2aで蒸発したヘリウム
ガスを液化するようにしているので、それぞれの冷凍機
のサイクル振動数を最適化して高効率運転でき、冷却性
能が向上されて、液体ヘリウム3の蒸発量を低減でき、
液体ヘリウム3の補給間隔が大幅に延びメンテナンスの
簡便化を図ることができる。
As described above, according to the ninth embodiment, the helium reservoir heat shield 8b is cooled by the helium reservoir single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 70a,
It is possible to suppress heat from entering the helium tank 2b. The helium gas evaporated in the helium tank 2b and the coil portion helium tank 2a is liquefied by a helium liquefying two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 different from the helium reservoir single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 70a. As a result, the cycle frequency of each refrigerator can be optimized for high-efficiency operation, cooling performance can be improved, and the evaporation amount of liquid helium 3 can be reduced.
The replenishment interval of the liquid helium 3 is greatly extended, and the maintenance can be simplified.

【0065】実施例10.この実施例10は、この発明
を浮上式鉄道用の超電導マグネットに適用したものであ
る。図15はこの発明の実施例10に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。この実施例10では、ヘリウ
ム液化用2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機
80がその第2段ヒートステージ20をヘリウム溜槽2
b内の気相部に露出して配設されている点を除いて、上
記実施例3と同様に構成されている。
Example 10. The tenth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a levitation railway. FIG. 15 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 10 of the present invention. In this tenth embodiment, a helium liquefaction two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 has its second heat stage 20 connected to the helium tank 2.
The structure is the same as that of the above-described third embodiment except that it is exposed to the gas phase portion in b.

【0066】この実施例10によれば、ヘリウム溜部熱
シールド8bおよびコイル部熱シールド8aをそれぞれ
冷却するヘリウム溜部単段型ギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機70aおよびコイル部第1および第2単段
型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機70b、70
cとは別のヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機80によりヘリウム溜槽2bおよびコ
イル部ヘリウム槽2aで蒸発したヘリウムガスを液化す
るようにしているので、上記実施例3の効果に加えて、
それぞれの冷凍機のサイクル振動数を最適化して高効率
運転でき、冷却性能が向上されて、液体ヘリウム3の蒸
発量を低減でき、液体ヘリウム3の補給間隔が大幅に延
びメンテナンスの簡便化を図ることができる。
According to the tenth embodiment, the helium reservoir single-stage type Gifford-McMahon cycle refrigerator 70a and the coil portions first and second single stages for cooling the helium reservoir heat shield 8b and the coil heat shield 8a, respectively. Type Gifford McMahon cycle refrigerator 70b, 70
In addition to the effect of the third embodiment, the helium gas evaporated in the helium tank 2b and the coil portion helium tank 2a is liquefied by a helium liquefaction two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 different from c. hand,
The cycle frequency of each refrigerator can be optimized for high-efficiency operation, the cooling performance can be improved, the evaporation amount of liquid helium 3 can be reduced, the replenishment interval of liquid helium 3 can be greatly extended, and maintenance can be simplified. be able to.

【0067】実施例11.この実施例11は、この発明
を浮上式鉄道用の超電導マグネットに適用したものであ
る。図16はこの発明の実施例11に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。この実施例11では、コイル
部第2単段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機7
0cを取り外し、コイル部第1単段型ギフォード・マク
マホンサイクル冷凍機70bの第1段ヒートステージ7
1bによりコイル部熱シールド8aと電流リード110
とを冷却している点を除いて、上記実施例10と同様に
構成されている。
Example 11. The eleventh embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a levitation railway. 16 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 11 of the present invention. In the eleventh embodiment, the coil unit second single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 7 is used.
0c is removed, and the first heat stage 7 of the first single-stage coil type Gifford-McMahon cycle refrigerator 70b is removed.
1b by coil heat shield 8a and current lead 110
The structure is the same as that of the above-described tenth embodiment except that and are cooled.

【0068】電流リード110はコイル部ヘリウム槽2
aおよびヘリウム溜槽2bで蒸発したヘリウムガスが電
流リード冷却配管84をながれることにより冷却されて
いる。しかし、液体ヘリウム3の蒸発量が減少すると電
流リード冷却配管84による冷却効果が低下し、電流リ
ード110の温度が上昇し、コイル部ヘリウム槽2aへ
の熱侵入が増加し、結果として液体ヘリウム3の蒸発量
がある一定値より下がらない。この実施例11によれ
ば、コイル部第1単段型ギフォード・マクマホンサイク
ル冷凍機70bの第1段ヒートステージ71bで電流リ
ード110を冷却しているので、電流リード110の温
度上昇が抑えられ、コイル部ヘリウム槽2aへの熱侵入
を低減することができる。
The current lead 110 is the helium tank 2 in the coil section.
The helium gas evaporated in a and the helium tank 2b is cooled by flowing through the current lead cooling pipe 84. However, when the evaporation amount of the liquid helium 3 is reduced, the cooling effect by the current lead cooling pipe 84 is reduced, the temperature of the current lead 110 is increased, and the heat penetration into the coil helium tank 2a is increased. The amount of evaporation does not drop below a certain value. According to the eleventh embodiment, since the current lead 110 is cooled by the first heat stage 71b of the coil unit first single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 70b, the temperature rise of the current lead 110 is suppressed, It is possible to reduce heat intrusion into the coil helium bath 2a.

【0069】実施例12.この実施例12は、この発明
を浮上式鉄道用の超電導マグネットに適用したものであ
る。図17はこの発明の実施例12に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。この実施例12は、ヘリウム
液化用2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機8
0の第1段ヒートステージ19でヘリウム溜部熱シール
ド8bを冷却している点を除いて、上記実施例9と同様
に構成されている。この実施例12によれば、ヘリウム
液化用2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機8
0の第1段ヒートステージ19でヘリウム溜部熱シール
ド8bを冷却しているので、ヘリウム溜部熱シールド8
bの冷却能力が向上し、ヘリウム溜部熱シールド8bの
温度が下がる。これによりヘリウム溜槽2bへの熱侵入
が低減し、液体ヘリウム3の蒸発量が更に低減する。
Example 12 The twelfth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a levitation railway. 17 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 12 of the present invention. This Example 12 is a two-stage Gifford McMahon cycle refrigerator 8 for liquefying helium.
The structure is similar to that of the ninth embodiment except that the helium reservoir heat shield 8b is cooled by the first heat stage 19 of 0. According to this twelfth embodiment, a two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 8 for liquefying helium is provided.
Since the helium reservoir heat shield 8b is cooled by the first heat stage 19 of 0, the helium reservoir heat shield 8b
The cooling capacity of b is improved, and the temperature of the helium reservoir heat shield 8b is lowered. As a result, the heat penetration into the helium reservoir 2b is reduced, and the evaporation amount of the liquid helium 3 is further reduced.

【0070】実施例13.この実施例13は、この発明
を浮上式鉄道用の超電導マグネットに適用したものであ
る。図18はこの発明の実施例13に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。この実施例13は、電流リー
ド110の低温側を、例えば Y-Ba-Cu-O,Bi-Sr-Ca-Cu-
O, Tl-Ba-Ca-Cu-O, La-Ba-Cu-O などの高温超伝導体か
らなる高温超電導電流リード110aで構成している点
を除いて、上記実施例11と同様に構成されている。電
流リード110のサーマルアンカ81で50K程度に冷
却されており、高温超電導電流リード110aはそれよ
り低温側に配設されているから超電導状態にある。した
がって、高温超電導電流リード110aの電気抵抗はゼ
ロであり、また熱伝導率は小さい。電流リード110お
よび高温超電導電流リード110aに電流が流れている
とき、サーマルアンカ81より低温側では、ジュール熱
はゼロで、熱伝導による熱損失は小さい。したがって、
コイル部ヘリウム槽2aへの熱侵入が低減され、また液
体ヘリウム3の蒸発量も低減される。
Example 13 The thirteenth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a levitation railway. 18 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 13 of the present invention. In this Example 13, the low temperature side of the current lead 110 is, for example, Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-.
Same as Example 11 except that the high temperature superconducting current lead 110a is made of a high temperature superconductor such as O, Tl-Ba-Ca-Cu-O, La-Ba-Cu-O. Has been done. It is cooled to about 50K by the thermal anchor 81 of the current lead 110, and the high temperature superconducting current lead 110a is placed on the lower temperature side than that, so that it is in the superconducting state. Therefore, the electrical resistance of the high temperature superconducting current lead 110a is zero, and the thermal conductivity is small. When current is flowing through the current lead 110 and the high-temperature superconducting current lead 110a, Joule heat is zero on the temperature lower side than the thermal anchor 81, and heat loss due to heat conduction is small. Therefore,
The heat penetration into the coil helium tank 2a is reduced, and the evaporation amount of the liquid helium 3 is also reduced.

【0071】実施例14.この実施例14は、この発明
をシンクロトロン放射光装置用の超電導マグネットに適
用したものである。図19はこの発明の実施例14に係
る超電導マグネットを示す断面図である。この実施例1
4は、上記実施例1による超電導マグネットにおいて、
ヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホンサイクル
冷凍機80を真空槽10の真空中に配設して、その第2
段ヒートステージ20をヘリウム溜槽2bの壁面に当接
させて冷却するようにしたものである。
Example 14 The fourteenth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a synchrotron radiation device. FIG. 19 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 14 of the present invention. This Example 1
4 is the superconducting magnet according to the first embodiment,
A two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium is arranged in the vacuum of the vacuum tank 10, and the second
The heat stage 20 is brought into contact with the wall surface of the helium reservoir 2b to cool it.

【0072】この実施例14によれば、ヘリウム槽2b
内の蒸発したヘリウムガスはヘリウム溜槽2bの壁面に
ふれると、再液化する。そして、ヘリウム液化用2段型
ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機80のシリンダ
31が真空中に配設されているため、シリンダ31まわ
りの対流伝熱をなくすことができ、熱損失を減らすこと
ができる。その結果、液体ヘリウム3の蒸発をより低減
することができる。
According to the fourteenth embodiment, the helium tank 2b
The evaporated helium gas inside is reliquefied when it touches the wall surface of the helium reservoir 2b. Since the cylinder 31 of the helium liquefaction two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 is arranged in a vacuum, convective heat transfer around the cylinder 31 can be eliminated and heat loss can be reduced. As a result, the evaporation of the liquid helium 3 can be further reduced.

【0073】実施例15.この実施例15は、この発明
をシンクロトロン放射光装置用の超電導マグネットに適
用したものである。図20はこの発明の実施例15に係
る超電導マグネットを示す断面図である。この実施例1
5は、ヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホンサ
イクル冷凍機80の第1段ヒートステージ19でヘリウ
ム溜部熱シールド17bを冷却するようにした点を除い
て、上記実施例14と同様に構成されている。この実施
例15によれば、ヘリウム液化用2段型ギフォード・マ
クマホンサイクル冷凍機80の第1段ヒートステージ1
9とヘリウム溜部熱シールド17bとが熱接続されてい
るので、ヘリウム溜部熱シールド17bが更に冷却され
て温度が低くなり、ヘリウム溜槽2bへの熱侵入を低減
でき、液体ヘリウム3の蒸発を低減することができる。
Example 15. The fifteenth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a synchrotron radiation device. 20 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 15 of the present invention. This Example 1
5 is configured in the same manner as in Example 14 except that the helium reservoir heat shield 17b is cooled by the first heat stage 19 of the helium liquefaction two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80. ing. According to this fifteenth embodiment, the first heat stage 1 of the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium.
9 and the helium reservoir heat shield 17b are thermally connected to each other, the helium reservoir heat shield 17b is further cooled and the temperature is lowered, heat invasion into the helium reservoir tank 2b can be reduced, and vaporization of the liquid helium 3 is prevented. It can be reduced.

【0074】実施例16.この実施例16は、この発明
を浮上式鉄道用の超電導マグネットに適用したものであ
る。図21はこの発明の実施例16に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。この実施例16では、コイル
部ヘリウム槽2aおよびヘリウム溜槽2bから極低温冷
媒槽が構成され、コイル部熱シールド8aおよびヘリウ
ム溜部熱シールド8bから熱シールドが構成され、ヘリ
ウム溜部単段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機
70aの第1段ヒートステージ71aによりヘリウム溜
部熱シールド8bを冷却するとともに、ヘリウム液化用
2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機80の第
2段ヒートステージ20によりヘリウム溜槽2bの壁面
を冷却するようにしたものである。
Example 16 The sixteenth embodiment is an application of the present invention to a superconducting magnet for a levitation railway. 21 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 16 of the present invention. In the sixteenth embodiment, the coil portion helium tank 2a and the helium reservoir tank 2b constitute a cryogenic refrigerant tank, the coil portion heat shield 8a and the helium reservoir heat shield 8b constitute a heat shield, and the helium reservoir single-stage Gifford is provided. The helium reservoir heat shield 8b is cooled by the first stage heat stage 71a of the McMahon cycle refrigerator 70a, and the helium tank 2b is cooled by the second stage heat stage 20 of the helium liquefying Gifford McMahon cycle refrigerator 80. It is designed to cool the wall surface.

【0075】このように、この実施例16によれば、ヘ
リウム溜部熱シールド8bをヘリウム溜部単段型ギフォ
ード・マクマホンサイクル冷凍機70aにより冷却し
て、ヘリウム溜槽2bへの熱侵入を抑えることができる
とともに、ヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機80によりヘリウム溜槽2bの壁面を
冷却して、ヘリウム溜槽2b内で蒸発したヘリウムガス
がヘリウム溜槽2bの壁面にふれて液化される。また、
ヘリウム溜部単段型ギフォード・マクマホンサイクル冷
凍機70aとは別のヘリウム液化用2段型ギフォード・
マクマホンサイクル冷凍機80によりヘリウム溜槽2b
の壁面を冷却しているので、それぞれの冷凍機のサイク
ル振動数を最適化して高効率運転でき、冷却性能が向上
されて、液体ヘリウム3の蒸発量を低減でき、液体ヘリ
ウム3の補給間隔が大幅に延びメンテナンスの簡便化を
はかることができる。
As described above, according to the sixteenth embodiment, the helium reservoir heat shield 8b is cooled by the helium reservoir single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 70a to prevent heat from entering the helium reservoir 2b. In addition, the wall surface of the helium tank 2b is cooled by the helium liquefaction two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80, and the helium gas evaporated in the helium tank 2b is liquefied by touching the wall surface of the helium tank 2b. Also,
Helium Reservoir Single-stage Gifford ・ Two-stage Gifford for helium liquefaction different from McMahon cycle refrigerator 70a
Helium tank 2b by McMahon cycle refrigerator 80
Since the wall surface of the refrigerator is cooled, the cycle frequency of each refrigerator can be optimized for high efficiency operation, the cooling performance is improved, the evaporation amount of liquid helium 3 can be reduced, and the replenishment interval of liquid helium 3 can be reduced. It can be greatly extended and the maintenance can be simplified.

【0076】実施例17.図22はこの発明の実施例1
7に係る超電導マグネットを示す要部断面図である。図
において、90は一端が大気側に開口し、他端がヘリウ
ム溜槽2bの気相部に開口するように構成されたベロー
ズ管、91は輻射遮蔽板で、このベローズ管90はヘリ
ウム溜部熱シールド8bおよびヘリウム溜部第2熱シー
ルド17bとは熱的に離間されて非接触に配設されてい
る。そして、この実施例17では、ヘリウム液化用2段
型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機80を、ヘリ
ウム溜部熱シールド8bおよびヘリウム溜部第2熱シー
ルド17bに熱的に離間して配設されたベローズ管90
の大気側開口端からヘリウム溜槽2b内に臨むように取
り付けられている。
Example 17 22 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of essential parts showing a superconducting magnet according to No. 7. In the figure, 90 is a bellows tube configured so that one end is opened to the atmosphere side and the other end is opened to the gas phase part of the helium reservoir 2b, 91 is a radiation shielding plate, and this bellows pipe 90 is a helium reservoir heat The shield 8b and the helium reservoir second heat shield 17b are thermally separated from each other and arranged in a non-contact manner. Then, in the seventeenth embodiment, the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium is bellows which is thermally separated from the helium reservoir heat shield 8b and the helium reservoir second heat shield 17b. Tube 90
It is attached so as to face the inside of the helium reservoir 2b from the open end on the atmosphere side.

【0077】この実施例17によれば、ベローズ管90
とヘリウム溜部熱シールド8bおよびヘリウム溜部第2
熱シールド17bとは非接触に配設されているので、ベ
ローズ管90はヘリウム液化用2段型ギフォード・マク
マホンサイクル冷凍機80のシリンダ31の温度分布と
等しくなり、ベローズ管90とシリンダ31との間の自
然対流は生じない。したがって、ベローズ管90内の対
流による熱侵入の増加はない。また、輻射遮蔽板91は
ヘリウム溜部熱シールド8b、ヘリウム溜部第2熱シー
ルド17bと非接触であるが、重なる部分を設けている
ので、真空槽10からの輻射がヘリウム溜槽2bに侵入
することもない。その結果、ヘリウム液化用2段型ギフ
ォード・マクマホンサイクル冷凍機80を超電導マグネ
ットに配設することによって熱侵入が増加することはな
い。
According to the seventeenth embodiment, the bellows tube 90
And helium reservoir heat shield 8b and helium reservoir second
Since the bellows tube 90 is disposed in non-contact with the heat shield 17b, the temperature distribution of the bellows tube 90 becomes equal to the temperature distribution of the cylinder 31 of the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for helium liquefaction, and the bellows tube 90 and the cylinder 31 are separated from each other. There is no natural convection between them. Therefore, there is no increase in heat penetration due to convection in the bellows tube 90. Further, the radiation shield plate 91 is not in contact with the helium reservoir heat shield 8b and the helium reservoir second heat shield 17b, but since the overlapping portion is provided, the radiation from the vacuum chamber 10 enters the helium reservoir 2b. Nothing. As a result, heat penetration does not increase by disposing the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium in the superconducting magnet.

【0078】実施例18.図23はこの発明の実施例1
8に係る超電導マグネットを示す要部断面図であり、図
において92は例えばガラスエポキシ樹脂、フェノール
樹脂等で構成され、輻射遮蔽板91とヘリウム溜部熱シ
ールド8b,ヘリウム溜部第2熱シールド17bとの間
に配設されて、輻射遮蔽板91とヘリウム溜部熱シール
ド8bおよびヘリウム溜部第2熱シールド17bとを熱
的に離間する熱絶縁物である。なお、他の構成は上記実
施例17と同様に構成されている。この実施例18によ
れば、ベローズ管90とヘリウム溜部熱シールド8bお
よびヘリウム溜部第2熱シールド17bとは熱絶縁物9
2を介して接触しているが、熱絶縁物92をはさんでい
るので熱的には非接触に近く、上記実施例17と同様の
効果が得られる。
Example 18. FIG. 23 is a first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of essential parts showing a superconducting magnet according to No. 8, in which 92 is made of, for example, glass epoxy resin, phenol resin, or the like, and the radiation shielding plate 91, the helium reservoir heat shield 8b, and the helium reservoir second heat shield 17b. Is a thermal insulator that is disposed between and and thermally separates the radiation shield plate 91 from the helium reservoir heat shield 8b and the helium reservoir second heat shield 17b. The other structure is similar to that of the seventeenth embodiment. According to the eighteenth embodiment, the bellows tube 90, the helium reservoir heat shield 8b, and the helium reservoir second heat shield 17b are made of the heat insulator 9.
Although they are in contact with each other through 2, the thermal insulator 92 is sandwiched between them, so that they are close to being thermally non-contact, and the same effect as that of the above-mentioned seventeenth embodiment can be obtained.

【0079】実施例19.図24はこの発明の実施例1
9に係る超電導マグネットを示す要部断面図であり、図
において93は例えばスタイロフォーム、多層断熱材、
フェルトマット、天然ゴム等で構成され、ベローズ管9
0とヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機80のシリンダ31との間に配設された対流
防止材である。なお、他の構成は上記実施例17と同様
に構成されている。この実施例19によれば、対流防止
材93によりベローズ管90とヘリウム液化用2段型ギ
フォード・マクマホンサイクル冷凍機80のシリンダ3
1との間の対流が更に防止され、ヘリウム溜槽2bへの
熱侵入を一層低減することができる。
Example 19 FIG. 24 shows the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing a superconducting magnet according to No. 9, in which 93 is, for example, a styrofoam, a multilayer heat insulating material,
Bellows tube 9 made of felt mat, natural rubber, etc.
It is a convection preventive material disposed between 0 and the cylinder 31 of the two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 for liquefying helium. The other structure is similar to that of the seventeenth embodiment. According to the nineteenth embodiment, the bellows tube 90 and the cylinder 3 of the helium liquefying two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 are protected by the convection preventive material 93.
Further, convection with 1 is prevented, and heat intrusion into the helium tank 2b can be further reduced.

【0080】実施例20.図25はこの発明の実施例2
0に係る超電導マグネットを示す要部断面図であり、図
において94はヘリウム溜槽2bの壁面表面に設けられ
た熱伝導ブロックであり、ヘリウム液化用2段型ギフォ
ード・マクマホンサイクル冷凍機80の第2段ヒートス
テージ20で発生した冷凍をヘリウム溜槽2bに伝導す
るものである。この実施例20では、第2段ヒートステ
ージ20と熱伝導ブロック94とをテーパ状に加工し、
第2段ヒートステージ20を熱伝導ブロック94にスラ
イドさせながら配設している。そして、第2段ヒートス
テージ20と熱伝導ブロック94との間には軟金属18
2をはさみ熱接触をよくしている。したがって、効率よ
くヘリウム液化用2段型ギフォード・マクマホンサイク
ル冷凍機80の第2段ヒートステージ20で発生した冷
凍をヘリウム溜槽2bに伝導することができる。
Example 20. FIG. 25 shows a second embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a main part of a superconducting magnet according to No. 0, in which 94 is a heat conduction block provided on the wall surface of the helium reservoir 2b, and is a second stage of the helium liquefying two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80. The freezing generated in the multi-stage heat stage 20 is conducted to the helium reservoir 2b. In this Example 20, the second heat stage 20 and the heat conduction block 94 were processed into a tapered shape,
The second heat stage 20 is arranged while sliding on the heat conduction block 94. The soft metal 18 is provided between the second heat stage 20 and the heat conduction block 94.
It is sandwiched between 2 and has good thermal contact. Therefore, the refrigeration generated in the second heat stage 20 of the helium liquefaction two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator 80 can be efficiently transferred to the helium reservoir 2b.

【0081】なお、上記各実施例において、蓄冷型冷凍
機としてギフォード・マクマホンサイクル冷凍機を用い
るものとしているが、ここでいうギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機とはギフォード・マクマホンサイクル
で動作する蓄冷型冷凍機に加えて、ギフォード・マクマ
ホンサイクルと類似の改良ソルベイサイクルで動作する
蓄冷型冷凍機を含むものである。
In each of the above embodiments, the Gifford-McMahon cycle refrigerator is used as the regenerator, but the Gifford-McMahon cycle refrigerator is a regenerator that operates in the Gifford-McMahon cycle. In addition to the machine, it also includes a cold storage refrigerator that operates in an improved Solvay cycle similar to the Gifford McMahon cycle.

【0082】また、上記各実施例では、蓄冷型冷凍機と
してギフォード・マクマホンサイクル冷凍機を用いるも
のとしているが、蓄冷型冷凍機はギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機に限定されるものではなく、例えばス
ターリング冷凍機、パルスチューブ冷凍機、ビルマイヤ
ー冷凍機でも適用できる。
In each of the above embodiments, the Gifford-McMahon cycle refrigerator is used as the regenerator, but the regenerator is not limited to the Gifford-McMahon cycle refrigerator, and is, for example, Stirling. It can also be applied to refrigerators, pulse tube refrigerators, and Burmeyer refrigerators.

【0083】[0083]

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。
Since the present invention is constituted as described above, it has the following effects.

【0084】この発明に係る超電導マグネットは、超電
導コイルと、超電導コイルを収納し、かつ、極低温冷媒
を貯液するコイル部極低温冷媒槽と、コイル部極低温冷
媒槽に連通して設けられ、極低温冷媒をコイル部極低温
冷媒槽に供給する極低温冷媒溜槽と、極低温冷媒溜槽を
包囲して設けられた冷媒溜部熱シールドと、コイル部極
低温冷媒槽を包囲して設けられ、冷媒溜部熱シールドと
の間に熱抵抗が存在するコイル部熱シールドと、冷媒溜
部熱シールドおよびコイル部熱シールドを包囲して設け
られた真空槽とを備えた超電導マグネットであって、冷
媒溜部熱シールドを冷却する冷媒溜部熱シールド冷却用
の蓄冷型冷凍機と、コイル部熱シールドを冷却するコイ
ル部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えているの
で、液体窒素を用いずとも、コイル部熱シールドおよび
冷媒溜部熱シールドを冷却でき、液体窒素容器を設ける
必要がなく、また液体窒素を定期的に補給する必要もな
い。したがって、超電導マグネットを小型、軽量化する
ことができる。しかも、コイル部熱シールドと冷媒溜部
熱シールドとがともに冷却され、極低温冷媒ガスの蒸発
量を低減し、極低温冷媒の補給間隔をのばすことがで
き、メンテナンスの簡便化をはかることができる。
The superconducting magnet according to the present invention is provided so as to communicate with a superconducting coil, a coil cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing cryogenic refrigerant, and a coil cryogenic refrigerant tank. , A cryogenic refrigerant reservoir for supplying the cryogenic refrigerant to the coil cryogenic refrigerant tank, a refrigerant reservoir heat shield surrounding the cryogenic refrigerant reservoir, and a coil cryogenic refrigerant tank surrounding the cryogenic refrigerant tank A superconducting magnet comprising a coil heat shield having thermal resistance between the refrigerant reservoir heat shield and a vacuum chamber provided surrounding the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield, Since the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil regenerator for cooling the coil heat shield for cooling the coil heat shield are provided, liquid nitrogen for Not even, can cool the coil portion thermal shield and coolant reservoir unit heat shield, it is not necessary to provide a liquid nitrogen container, nor should periodically replenished liquid nitrogen. Therefore, the superconducting magnet can be reduced in size and weight. Moreover, the coil heat shield and the refrigerant reservoir heat shield are both cooled, the evaporation amount of the cryogenic refrigerant gas is reduced, the replenishment interval of the cryogenic refrigerant can be extended, and the maintenance can be simplified. .

【0085】また、この発明に係る超電導マグネットで
は、ビームチャンバと、ビームチャンバの上下に熱的に
離間させて設けられた一対の超電導コイルと、超電導コ
イルを収納し、かつ、極低温冷媒を貯液するコイル部極
低温冷媒槽と、コイル部極低温冷媒槽に連通して設けら
れ、極低温冷媒をコイル部極低温冷媒槽に供給する極低
温冷媒溜槽と、極低温冷媒溜槽を包囲して設けられた冷
媒溜部熱シールドと、コイル部極低温冷媒槽を包囲して
設けられ、冷媒溜部熱シールドとの間に熱抵抗が存在す
るコイル部熱シールドと、冷媒溜部熱シールドおよびコ
イル部熱シールドを包囲して設けられた真空槽とを備え
た超電導マグネットであって、冷媒溜部熱シールドを冷
却する冷媒溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機と、コ
イル部熱シールドを冷却するコイル部熱シールド冷却用
の蓄冷型冷凍機とを備えているので、液体窒素を用いず
とも、コイル部熱シールドおよび冷媒溜部熱シールドを
冷却できるので、液体窒素容器を設ける必要がなく、ま
た液体窒素を定期的に補給する必要もない。したがっ
て、超電導マグネットを小型、軽量化することができ
る。しかも、コイル部熱シールドと冷媒溜部熱シールド
とがともに冷却され、極低温冷媒ガスの蒸発量が低減
し、極低温冷媒の補給間隔をのばすことができ、メンテ
ナンスの簡便化をはかることができる。
Further, in the superconducting magnet according to the present invention, the beam chamber, the pair of superconducting coils provided above and below the beam chamber so as to be thermally separated from each other, the superconducting coil are stored, and the cryogenic refrigerant is stored. Coil section cryogenic refrigerant tank to liquefy, provided in communication with the coil section cryogenic refrigerant tank, to supply the cryogenic refrigerant tank to the coil section cryogenic refrigerant tank, and to surround the cryogenic refrigerant tank A refrigerant heat shield and a coil, which are provided so as to surround the provided refrigerant reservoir heat shield and the coil cryogenic refrigerant tank and have thermal resistance between the refrigerant reservoir heat shield and the refrigerant reservoir heat shield. A superconducting magnet including a vacuum chamber provided surrounding a partial heat shield, wherein a cold storage type refrigerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield for cooling the refrigerant reservoir heat shield, and a coil heat shield. Since it is equipped with a cold storage refrigerator for cooling the coil heat shield for cooling, it is possible to cool the coil heat shield and the refrigerant reservoir heat shield without using liquid nitrogen, so there is no need to provide a liquid nitrogen container. Also, there is no need to replenish liquid nitrogen regularly. Therefore, the superconducting magnet can be reduced in size and weight. Moreover, the coil heat shield and the refrigerant reservoir heat shield are both cooled, the evaporation amount of the cryogenic refrigerant gas is reduced, the replenishment interval of the cryogenic refrigerant can be extended, and the maintenance can be simplified. .

【0086】また、冷媒溜部熱シールドおよびコイル部
熱シールドを2重の熱シールドで構成するとともに、冷
媒溜部熱シールド冷却用およびコイル部熱シールド冷却
用の蓄冷型冷凍機を2段型ギフォード・マクマホンサイ
クル冷凍機としているので、冷媒溜部およびコイル部熱
シールドの2重の熱シールドはともに冷却され、かつま
た2重の熱シールドの低温側の熱シールドは、液体窒素
温度より低く、また熱シールドが1重しか無い場合より
温度が低く下がっており、極低温冷媒溜槽およびコイル
部極低温冷媒槽への熱侵入を低減し、極低温冷媒の蒸発
を更に低減することができる。したがって、超電導マグ
ネットの小型、軽量化を一層はかることができ、しかも
メンテナンスの簡便化を一層はかることができる。
Further, the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are constituted by double heat shields, and the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is provided as a two-stage Gifford. Since the McMahon cycle refrigerator is used, the double heat shields of the refrigerant reservoir and the coil heat shield are both cooled, and the heat shield on the low temperature side of the double heat shield is lower than the liquid nitrogen temperature. Since the temperature is lower than that when there is only one heat shield, heat intrusion into the cryogenic refrigerant reservoir tank and the coil portion cryogenic refrigerant tank can be reduced, and evaporation of the cryogenic refrigerant can be further reduced. Therefore, it is possible to further reduce the size and weight of the superconducting magnet, and it is possible to further simplify the maintenance.

【0087】また、冷媒溜部熱シールドとコイル部熱シ
ールドを1重の熱シールドで構成するとともに、冷媒溜
部熱シールド冷却用およびコイル部熱シールド冷却用の
蓄冷型冷凍機を単段型ギフォード・マクマホンサイクル
冷凍機としているので、スペースをとることなく、1重
の冷媒溜部およびコイル部熱シールドを十分冷却するこ
とができ、極低温冷媒溜槽およびコイル部極低温冷媒槽
への熱侵入を低減し、極低温冷媒の蒸発量を低減するこ
とができる。したがって、超電導マグネットを更に小型
軽量化することができ、しかもメンテナンスの簡便化を
はかることができる。
Further, the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are constituted by a single heat shield, and the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is provided as a single-stage Gifford. -Since it is a McMahon cycle refrigerator, it can cool the single refrigerant reservoir and coil heat shield sufficiently without taking up space, and prevents heat from entering the cryogenic refrigerant tank and coil cryogenic refrigerant tank. The amount of evaporation of the cryogenic refrigerant can be reduced. Therefore, the superconducting magnet can be further reduced in size and weight, and the maintenance can be simplified.

【0088】また、この発明に係る超電導マグネットで
は、超電導コイルと、超電導コイルを収納し、かつ、極
低温冷媒を貯液する極低温冷媒槽と、極低温冷媒槽を包
囲して設けられた熱シールドと、熱シールドを包囲して
設けられた真空槽とを備えた超電導マグネットであっ
て、熱シールドを冷却する熱シールド冷却用の蓄冷型冷
凍機と、ヒートステージの少なくとも一部を極低温冷媒
槽の気相部に露出させて極低温冷媒の蒸発ガスを液化す
る極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えているの
で、熱シールドを冷却する蓄冷器型冷凍機と極低温冷媒
ガスを液化する蓄冷器型冷凍機とをともに最適のサイク
ル振動数で動作することができ、冷却性能を向上でき
る。このため、熱シールドの温度を下げ、極低温冷媒の
蒸発を低減することができる。したがって、極低温冷媒
の補給間隔を大幅にのばすことができ、超電導マグネッ
トのメンテナンスの簡便化を大幅にはかることができ
る。
Further, in the superconducting magnet according to the present invention, the superconducting coil, the cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing the cryogenic refrigerant, and the heat provided around the cryogenic refrigerant tank are provided. A superconducting magnet comprising a shield and a vacuum chamber provided surrounding the heat shield, wherein a regenerator for cooling the heat shield cools the heat shield, and at least a part of the heat stage is a cryogenic refrigerant. Since it is provided with a regenerator for cooling the cryogenic refrigerant tank that is exposed to the gas phase portion of the tank and liquefies the evaporated gas of the cryogenic refrigerant, a regenerator type refrigerator that cools the heat shield and a cryogenic refrigerant Both the regenerator refrigerator that liquefies the gas can be operated at the optimum cycle frequency, and the cooling performance can be improved. Therefore, the temperature of the heat shield can be lowered and the evaporation of the cryogenic refrigerant can be reduced. Therefore, the replenishment interval of the cryogenic refrigerant can be greatly extended, and the maintenance of the superconducting magnet can be greatly simplified.

【0089】また、一端が大気側に開口し、他端が極低
温冷媒槽の気相部に開口するようにベローズ管を熱シー
ルドと熱的に離間させて取り付け、ベローズ管の大気側
開口端から極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機のヒート
ステージが極低温冷媒槽に臨むように極低温冷媒槽冷却
用の蓄冷型冷凍機を取り付けているので、ベローズ管内
の対流による熱損失を低減することができる。このた
め、極低温冷媒槽内への熱侵入が低減し、極低温冷媒の
蒸発量を低減することができる。したがって、超電導マ
グネットのメンテナンスの簡便化をはかることができ
る。
Further, the bellows tube is attached so as to be thermally separated from the heat shield so that one end is opened to the atmosphere side and the other end is opened to the vapor phase portion of the cryogenic refrigerant tank, and the atmosphere side opening end of the bellows tube is attached. Since the heat stage of the regenerator for cooling the cryogenic refrigerant tank is installed so that the heat stage of the regenerator for cooling the cryogenic refrigerant tank faces the cryogenic refrigerant tank, heat loss due to convection in the bellows pipe is reduced. can do. For this reason, heat intrusion into the cryogenic refrigerant tank is reduced, and the evaporation amount of the cryogenic refrigerant can be reduced. Therefore, the maintenance of the superconducting magnet can be simplified.

【0090】また、この発明に係る超電導マグネットで
は、超電導コイルと、超電導コイルを収納し、かつ、極
低温冷媒を貯液する極低温冷媒槽と、極低温冷媒槽を包
囲して設けられた熱シールドと、熱シールドを包囲して
設けられた真空槽とを備えた超電導マグネットであっ
て、熱シールドを冷却する熱シールド冷却用の蓄冷型冷
凍機と、ヒートステージの少なくとも一部を極低温冷媒
槽の壁面に熱接続させて極低温冷媒槽を冷却する極低温
冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えているので、熱シ
ールドを冷却する蓄冷器型冷凍機と極低温冷媒槽を冷却
する蓄冷器型冷凍機とをともに最適のサイクル振動数で
動作することができ、冷却性能を向上できる。このた
め、熱シールドの温度を下げ、極低温冷媒槽内の極低温
冷媒の蒸発を低減することができる。したがって、極低
温冷媒の定期的補給間隔を大幅にのばすことができ、超
電導マグネットのメンテナンスの簡便化を大幅にはかる
ことができる。
Further, in the superconducting magnet according to the present invention, the superconducting coil, the cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing the cryogenic refrigerant, and the heat provided around the cryogenic refrigerant tank are provided. A superconducting magnet comprising a shield and a vacuum chamber provided surrounding the heat shield, wherein a regenerator for cooling the heat shield cools the heat shield, and at least a part of the heat stage is a cryogenic refrigerant. It has a regenerator for cooling the cryogenic refrigerant tank that cools the cryogenic refrigerant tank by thermally connecting it to the wall surface of the tank, so it cools the regenerator type refrigerator that cools the heat shield and the cryogenic refrigerant tank. It is possible to operate both the regenerator type refrigerator and the regenerator type refrigerator that operate at the optimum cycle frequency and improve the cooling performance. Therefore, the temperature of the heat shield can be lowered, and the evaporation of the cryogenic refrigerant in the cryogenic refrigerant tank can be reduced. Therefore, the periodic replenishment interval of the cryogenic refrigerant can be greatly extended, and the maintenance of the superconducting magnet can be greatly simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施例1に係る超電導マグネット
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施例2に係る超電導マグネット
を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 2 of the present invention.

【図3】 この発明の実施例3に係る超電導マグネット
を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a third embodiment of the present invention.

【図4】 図3のIV−IV線に沿った断面図である。4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.

【図5】 この発明の実施例4に係る蓄冷型冷凍機を示
す模式的断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a cold storage refrigerator according to Embodiment 4 of the present invention.

【図6】 この発明の実施例4に係る蓄冷型冷凍機の実
験装置を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an experimental device for a cold storage type refrigerator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施例4に係る蓄冷型冷凍機にお
ける1段目膨張空間と2段目膨張空間との体積比と冷凍
量との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the volume ratio of the first-stage expansion space and the second-stage expansion space and the amount of refrigeration in the cold storage refrigerator according to Embodiment 4 of the present invention.

【図8】 この発明の実施例5に係る蓄冷型冷凍機を示
す模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a cold storage refrigerator according to Embodiment 5 of the present invention.

【図9】 この発明の実施例6に係る超電導マグネット
を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 6 of the present invention.

【図10】 この発明の実施例6に係る超電導マグネッ
トにおける蓄冷型冷凍機のサイクル振動数と冷凍量との
関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the cycle frequency and the amount of refrigeration of the regenerative refrigerator in the superconducting magnet according to Embodiment 6 of the present invention.

【図11】 この発明の実施例7に係る超電導マグネッ
トを示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 7 of the present invention.

【図12】 この発明の実施例7に係る超電導マグネッ
トにおける蓄冷型冷凍機の第1段ヒートステージ回りの
部分断面図である。
FIG. 12 is a partial cross-sectional view around a first heat stage of a cold storage refrigerator in a superconducting magnet according to Embodiment 7 of the present invention.

【図13】 この発明の実施例8に係る超電導マグネッ
トを示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 8 of the present invention.

【図14】 この発明の実施例9に係る超電導マグネッ
トを示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 9 of the present invention.

【図15】 この発明の実施例10に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 10 of the present invention.

【図16】 この発明の実施例11に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 11 of the present invention.

【図17】 この発明の実施例12に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 12 of the present invention.

【図18】 この発明の実施例13に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。
FIG. 18 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 13 of the present invention.

【図19】 この発明の実施例14に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。
FIG. 19 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 14 of the present invention.

【図20】 この発明の実施例15に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。
FIG. 20 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 15 of the present invention.

【図21】 この発明の実施例16に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。
FIG. 21 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 16 of the present invention.

【図22】 この発明の実施例17に係る超電導マグネ
ットを示す要部断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view of essential parts showing a superconducting magnet according to Embodiment 17 of the present invention.

【図23】 この発明の実施例18に係る超電導マグネ
ットを示す要部断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of essential parts showing a superconducting magnet according to Embodiment 18 of the present invention.

【図24】 この発明の実施例19に係る超電導マグネ
ットを示す要部断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view of essential parts showing a superconducting magnet according to Embodiment 19 of the present invention.

【図25】 この発明の実施例20に係る超電導マグネ
ットを示す要部断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view of essential parts showing a superconducting magnet according to Embodiment 20 of the present invention.

【図26】 従来の超電導マグネットの1例を示す断面
図である。
FIG. 26 is a sectional view showing an example of a conventional superconducting magnet.

【図27】 従来の超電導マグネットの他の例を示す断
面図である。
FIG. 27 is a sectional view showing another example of a conventional superconducting magnet.

【図28】 従来の超電導マグネットにおける蓄冷型冷
凍機の1例を示す模式的断面図である。
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing an example of a cold storage refrigerator in a conventional superconducting magnet.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超電導コイル、2a コイル部ヘリウム槽(コイル
部極低温冷媒槽)、2b ヘリウム溜槽(極低温冷媒溜
槽)、3 液体ヘリウム(極低温冷媒)、8aコイル部
熱シールド、8b ヘリウム溜部熱シールド(冷媒溜部
熱シールド)、13 コンプレッサ、17a コイル部
第2熱シールド(コイル部熱シールド)、17b ヘリ
ウム溜部第2熱シールド(冷媒溜部熱シールド)、31
シリンダ、32 1段目デスプレーサ、33 2段目
デスプレーサ、38 1段目蓄冷器、39 2段目蓄冷
器、41 排気バルブ(バルブ機構)、42 吸気バル
ブ(バルブ機構)、43 駆動モータ、44 1段目膨
脹空間、45 2段目膨脹空間、50a コイル部2段
型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機(コイル部熱
シールド冷却用の蓄冷型冷凍機)、50b ヘリウム溜
部2段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機(冷媒
溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機)、50c コイ
ル部単段型ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機(冷
媒溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機)、61 ビー
ムチャンバ、70a ヘリウム溜部単段型ギフォード・
マクマホンサイクル冷凍機(冷媒溜部熱シールド冷却用
の蓄冷型冷凍機)、70b コイル部第1単段型ギフォ
ード・マクマホンサイクル冷凍機(コイル部熱シールド
冷却用の蓄冷型冷凍機)、70c コイル部第2単段型
ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機(コイル部熱シ
ールド冷却用の蓄冷型冷凍機)、80 ヘリウム液化用
2段型ギフォードマクマホン冷凍機(極低温冷媒槽冷却
用の蓄冷型冷凍機)、90 ベローズ管。
1 superconducting coil, 2a coil portion helium tank (coil portion cryogenic refrigerant tank), 2b helium reservoir (cryogenic refrigerant reservoir), 3 liquid helium (cryogenic refrigerant), 8a coil portion heat shield, 8b helium reservoir heat shield ( Refrigerant reservoir heat shield), 13 Compressor, 17a Coil portion second heat shield (coil portion heat shield), 17b Helium reservoir second heat shield (refrigerant reservoir heat shield), 31
Cylinder, 32 1st stage displacer, 33 2nd stage displacer, 38 1st stage regenerator, 39 2nd stage regenerator, 41 exhaust valve (valve mechanism), 42 intake valve (valve mechanism), 43 drive motor, 44 1 Stage 2 expansion space, 45 Stage 2 expansion space, 50a Coil section 2 stage type Gifford McMahon cycle refrigerator (cooling type refrigerator for coil heat shield cooling), 50b Helium reservoir 2 stage Gifford McMahon cycle refrigerator Machine (cooling type refrigerator for cooling the heat shield of the refrigerant reservoir), 50c coil single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator (cooling type refrigerator for cooling the heat shield of the refrigerant reservoir), 61 beam chamber, 70a helium reservoir Part Single-stage Gifford
McMahon Cycle Refrigerator (Regenerative Refrigerator for Cooling Heat Shield of Refrigerant Reservoir), 70b Coil Part 1st Stage Gifford McMahon Cycle Refrigerator (Regenerative Refrigerator for Cooling Heat Shield of Coil), 70c Coil Part 2nd single-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator (cold storage refrigerator for cooling the heat shield of coil part), 80-helium liquefaction 2-stage Gifford McMahon refrigerator (cooling refrigerator for cooling cryogenic refrigerant tank), 90 bellows tube.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾原 昭徳 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 天野 俊之 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 川口 武男 神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番2号 三 菱電機株式会社神戸製作所内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Akinori Ohara             8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric             Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Toshiyuki Amano             8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric             Itami Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Takeo Kawaguchi             1-3 1-2 Wadazaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi             Ryo Electric Co., Ltd.Kobe Works

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導コイルと、前記超電導コイルを収
納し、かつ、極低温冷媒を貯液するコイル部極低温冷媒
槽と、前記コイル部極低温冷媒槽に連通して設けられ、
前記極低温冷媒を前記コイル部極低温冷媒槽に供給する
極低温冷媒溜槽と、前記極低温冷媒溜槽を包囲して設け
られた冷媒溜部熱シールドと、前記コイル部極低温冷媒
槽を包囲して設けられ、前記冷媒溜部熱シールドとの間
に熱抵抗が存在するコイル部熱シールドと、前記冷媒溜
部熱シールドおよび前記コイル部熱シールドを包囲して
設けられた真空槽とを備えた超電導マグネットであっ
て、前記冷媒溜部熱シールドを冷却する冷媒溜部熱シー
ルド冷却用の蓄冷型冷凍機と、前記コイル部熱シールド
を冷却するコイル部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機と
を備えたことを特徴とする超電導マグネット。
1. A superconducting coil, a coil cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing cryogenic refrigerant, and a coil cryogenic refrigerant tank provided in communication with each other.
A cryogenic refrigerant reservoir for supplying the cryogenic refrigerant to the coil cryogenic refrigerant tank, a refrigerant reservoir heat shield provided surrounding the cryogenic refrigerant reservoir, and surrounding the coil cryogenic refrigerant tank And a coil chamber heat shield having thermal resistance between the coolant reservoir heat shield and the refrigerant reservoir heat shield, and a vacuum chamber surrounding the coolant reservoir heat shield and the coil heat shield. A superconducting magnet, a regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield for cooling the refrigerant reservoir heat shield, and a regenerator for cooling the coil heat shield for cooling the coil heat shield. A superconducting magnet characterized by being equipped.
【請求項2】 ビームチャンバと、前記ビームチャンバ
の上下に熱的に離間させて設けられた一対の超電導コイ
ルと、前記超電導コイルを収納し、かつ、極低温冷媒を
貯液するコイル部極低温冷媒槽と、前記コイル部極低温
冷媒槽に連通して設けられ、前記極低温冷媒を前記コイ
ル部極低温冷媒槽に供給する極低温冷媒溜槽と、前記極
低温冷媒溜槽を包囲して設けられ、前記冷媒溜部熱シー
ルドとの間に熱抵抗が存在する冷媒溜部熱シールドと、
前記コイル部極低温冷媒槽を包囲して設けられたコイル
部熱シールドと、前記冷媒溜部熱シールドおよび前記コ
イル部熱シールドを包囲して設けられた真空槽とを備え
た超電導マグネットであって、前記冷媒溜部熱シールド
を冷却する冷媒溜部熱シールド冷却用の蓄冷型冷凍機
と、前記コイル部熱シールドを冷却するコイル部熱シー
ルド冷却用の蓄冷型冷凍機とを備えたことを特徴とする
超電導マグネット。
2. A beam chamber, a pair of superconducting coils provided above and below the beam chamber so as to be thermally separated from each other, and a coil portion cryogenic temperature for accommodating the superconducting coil and storing a cryogenic refrigerant. A refrigerant tank and a cryogenic refrigerant tank provided in communication with the coil portion cryogenic refrigerant tank, the cryogenic refrigerant reservoir tank for supplying the cryogenic refrigerant to the coil portion cryogenic refrigerant tank, and provided to surround the cryogenic refrigerant reservoir tank , A refrigerant reservoir heat shield having a thermal resistance between the refrigerant reservoir heat shield,
A superconducting magnet comprising: a coil heat shield provided to surround the coil cryogenic refrigerant tank; and a vacuum tank provided to surround the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield. , A cold storage refrigerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield for cooling the refrigerant reservoir heat shield, and a cold storage refrigerator for cooling the coil heat shield for cooling the coil heat shield And a superconducting magnet.
【請求項3】 冷媒溜部熱シールドおよびコイル部熱シ
ールドをそれぞれ2重の熱シールドで構成するととも
に、冷媒溜部熱シールド冷却用およびコイル部熱シール
ド冷却用の蓄冷型冷凍機を2段型ギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機としたことを特徴とする請求項1およ
び2のいずれかに記載の超電導マグネット。
3. The refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are each configured by a double heat shield, and the regenerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is a two-stage refrigerator. The superconducting magnet according to claim 1, wherein the superconducting magnet is a Gifford-McMahon cycle refrigerator.
【請求項4】 冷媒溜部熱シールドおよびコイル部熱シ
ールドをそれぞれ1重の熱シールドで構成するととも
に、冷媒溜部熱シールド冷却用およびコイル部熱シール
ド冷却用の蓄冷型冷凍機を単段型ギフォード・マクマホ
ンサイクル冷凍機としたことを特徴とする請求項1およ
び2のいずれかに記載の超電導マグネット。
4. The refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield are each constituted by a single heat shield, and the cold storage refrigerator for cooling the refrigerant reservoir heat shield and the coil heat shield is a single stage type. The superconducting magnet according to claim 1, wherein the superconducting magnet is a Gifford-McMahon cycle refrigerator.
【請求項5】 超電導コイルと、前記超電導コイルを収
納し、かつ、極低温冷媒を貯液する極低温冷媒槽と、前
記極低温冷媒槽を包囲して設けられた熱シールドと、前
記熱シールドを包囲して設けられた真空槽とを備えた超
電導マグネットであって、前記熱シールドを冷却する熱
シールド冷却用の蓄冷型冷凍機と、ヒートステージの少
なくとも一部を前記極低温冷媒槽の気相部に露出させて
前記極低温冷媒の蒸発ガスを液化する極低温冷媒槽冷却
用の蓄冷型冷凍機とを備えたことを特徴とする超電導マ
グネット。
5. A superconducting coil, a cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing a cryogenic refrigerant, a heat shield surrounding the cryogenic refrigerant tank, and the heat shield. A superconducting magnet having a vacuum tank provided to surround the cold storage refrigerating machine for cooling the heat shield for cooling the heat shield, and at least a part of a heat stage for the cryogenic refrigerant tank. A superconducting magnet, comprising: a regenerator for cooling a cryogenic refrigerant tank, which is exposed to a phase portion and liquefies the vaporized gas of the cryogenic refrigerant.
【請求項6】 一端が大気側に開口し、他端が極低温冷
媒槽の気相部に開口するようにベローズ管を熱シールド
と熱的に離間させて取り付け、前記ベローズ管の大気側
開口端から極低温冷媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機のヒート
ステージが前記極低温冷媒槽に臨むように前記極低温冷
媒槽冷却用の蓄冷型冷凍機を取り付けたことを特徴とす
る請求項5記載の超電導マグネット。
6. A bellows tube is attached so as to be thermally separated from a heat shield so that one end is opened to the atmosphere side and the other end is opened to a gas phase part of a cryogenic refrigerant tank, and the bellows tube is opened to the atmosphere side. 6. The cold storage refrigerator for cooling the cryogenic refrigerant tank is attached so that the heat stage of the cold storage refrigerant for cooling the cryogenic refrigerant tank faces the cryogenic refrigerant tank from the end. Superconducting magnet.
【請求項7】 超電導コイルと、前記超電導コイルを収
納し、かつ、極低温冷媒を貯液する極低温冷媒槽と、前
記極低温冷媒槽を包囲して設けられた熱シールドと、前
記熱シールドを包囲して設けられた真空槽とを備えた超
電導マグネットであって、前記熱シールドを冷却する熱
シールド冷却用の蓄冷型冷凍機と、ヒートステージの少
なくとも一部を前記極低温冷媒槽の壁面に熱接続させて
前記極低温冷媒槽を冷却する極低温冷媒槽冷却用の蓄冷
型冷凍機とを備えたことを特徴とする超電導マグネッ
ト。
7. A superconducting coil, a cryogenic refrigerant tank for accommodating the superconducting coil and storing a cryogenic refrigerant, a heat shield surrounding the cryogenic refrigerant tank, and the heat shield. A superconducting magnet having a vacuum tank provided surrounding the cold storage refrigerating machine for cooling a heat shield for cooling the heat shield, and at least a part of a heat stage on a wall surface of the cryogenic refrigerant tank. And a regenerator for cooling a cryogenic refrigerant tank, which is thermally connected to the cryogenic refrigerant tank to cool the cryogenic refrigerant tank.
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