JP2003068520A - 冷凍機冷却型超電導マグネット装置 - Google Patents
冷凍機冷却型超電導マグネット装置Info
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- JP2003068520A JP2003068520A JP2001253438A JP2001253438A JP2003068520A JP 2003068520 A JP2003068520 A JP 2003068520A JP 2001253438 A JP2001253438 A JP 2001253438A JP 2001253438 A JP2001253438 A JP 2001253438A JP 2003068520 A JP2003068520 A JP 2003068520A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷凍機停止時の温度上昇抑制し運転継続を可
能とする手段として、冷凍機の切り離し機構、冷凍機の
冷媒ガス抜きと真空引きによる冷凍機の断熱構造化機構
とを備えた冷凍機冷却型超電導マグネット装置を提供す
ること。 【解決手段】 密閉可能な空間内に配置された超電導コ
イル1と、前記超電導コイルを冷却する冷凍機5とを備
えた冷凍機冷却型超電導マグネット装置10において、
前記冷凍機5を当該装置に対して脱着させる脱着機構を
備えている。
能とする手段として、冷凍機の切り離し機構、冷凍機の
冷媒ガス抜きと真空引きによる冷凍機の断熱構造化機構
とを備えた冷凍機冷却型超電導マグネット装置を提供す
ること。 【解決手段】 密閉可能な空間内に配置された超電導コ
イル1と、前記超電導コイルを冷却する冷凍機5とを備
えた冷凍機冷却型超電導マグネット装置10において、
前記冷凍機5を当該装置に対して脱着させる脱着機構を
備えている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機冷却型の超
電導マグネット装置に関し、詳しくは、脱着可能な冷凍
機を備えた超電導マグネット装置に関する。
電導マグネット装置に関し、詳しくは、脱着可能な冷凍
機を備えた超電導マグネット装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導マグネット装置は、常電導マグネ
ット装置では発生不可能な2T以上の強磁場を発生ざせ
る事が可能なため、強磁場下での物性測定、磁性流体制
御、磁気配向など、各種磁場を用いた研究、産業プロセ
スで用いられている。また、その中でも、マグネットを
冷却する方法として冷凍機を用いる冷凍機冷却型(ヘリ
ウムフリー型)超電導マグネットは、従来の冷却のよう
に液体へリウムを使用しない事から、操作性の容易さや
安全性、また、装置の小型化、長時間運転の容易さ、コ
スト面でも優れているために、利用の場を拡大してきて
いる。
ット装置では発生不可能な2T以上の強磁場を発生ざせ
る事が可能なため、強磁場下での物性測定、磁性流体制
御、磁気配向など、各種磁場を用いた研究、産業プロセ
スで用いられている。また、その中でも、マグネットを
冷却する方法として冷凍機を用いる冷凍機冷却型(ヘリ
ウムフリー型)超電導マグネットは、従来の冷却のよう
に液体へリウムを使用しない事から、操作性の容易さや
安全性、また、装置の小型化、長時間運転の容易さ、コ
スト面でも優れているために、利用の場を拡大してきて
いる。
【0003】この種の冷凍機冷却型超電導マグネット
(へリウムフリー超電導マグネット)として図6に示さ
れるものが提案されている。
(へリウムフリー超電導マグネット)として図6に示さ
れるものが提案されている。
【0004】図6を参照すると、冷凍機冷却型超電導マ
グネット装置10は、図示しない巻枠に巻回された超電
導コイル1と、超電導コイル1に支持台を介して一端が
接続された酸化物超電導リード19と、これらを覆う熱
シールド板4と、この熱シールド板4を更に覆うクライ
オスタット17とを備えている。酸化物超電導電流リー
ド19の他端は、熱シールド板4の位置において、銅電
流リード22に接続され、クライオスタット17を貫通
して室温空間51と導出されている。また、超電導コイ
ル1を冷却するために、GM冷凍機5を備えている。G
M冷凍機5は、クライオスタット内を冷却する1段冷却
ステージ6と、超電導コイル1の支持台に当接した2段
冷却ステージ7とを備えている。
グネット装置10は、図示しない巻枠に巻回された超電
導コイル1と、超電導コイル1に支持台を介して一端が
接続された酸化物超電導リード19と、これらを覆う熱
シールド板4と、この熱シールド板4を更に覆うクライ
オスタット17とを備えている。酸化物超電導電流リー
ド19の他端は、熱シールド板4の位置において、銅電
流リード22に接続され、クライオスタット17を貫通
して室温空間51と導出されている。また、超電導コイ
ル1を冷却するために、GM冷凍機5を備えている。G
M冷凍機5は、クライオスタット内を冷却する1段冷却
ステージ6と、超電導コイル1の支持台に当接した2段
冷却ステージ7とを備えている。
【0005】超電導マグネット装置10は、GM冷凍機
5の1段冷却ステージ6により熱シールド板4及び酸化
物超電導電流リード19が冷却され、また2段冷却ステ
ージ7により超電導コイル1が伝導冷却される。
5の1段冷却ステージ6により熱シールド板4及び酸化
物超電導電流リード19が冷却され、また2段冷却ステ
ージ7により超電導コイル1が伝導冷却される。
【0006】ところで、超電導コイル1に対しての主な
入熱は、室温空間51からの幅射入熱、超電導コイル1
に電流を流す電流リード(ライン)19,22等からの
入熱がある。
入熱は、室温空間51からの幅射入熱、超電導コイル1
に電流を流す電流リード(ライン)19,22等からの
入熱がある。
【0007】前者の輻射入熱に対しては、クライオスタ
ット内部を真空にし、その真空断熱作用により、室温空
間から熱シールド板、熱シールド板から超電導コイルと
二段にわたって熱の侵入を防いでいる。
ット内部を真空にし、その真空断熱作用により、室温空
間から熱シールド板、熱シールド板から超電導コイルと
二段にわたって熱の侵入を防いでいる。
【0008】また、電流リードラインからの入熱は、ま
ず1段冷却ステージ6に対応する位置で外部からの入熱
を防ぎ、1段冷却ステージ6から2段冷却ステージ7ま
での間に対応する電流ラインを、熱伝導率は悪いが、多
量の電流を流す事のできる酸化物超電導体を用い、運転
時のジュール発熱を僅かにし、超電導コイルへの入熱防
止を図る構造となっている。
ず1段冷却ステージ6に対応する位置で外部からの入熱
を防ぎ、1段冷却ステージ6から2段冷却ステージ7ま
での間に対応する電流ラインを、熱伝導率は悪いが、多
量の電流を流す事のできる酸化物超電導体を用い、運転
時のジュール発熱を僅かにし、超電導コイルへの入熱防
止を図る構造となっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た冷却構造であると、停電や作業上、実験上どうしても
冷凍機5を停止させなければならない時などは、冷凍機
5を停止させておくと、GM冷凍機5内部の作動ガスや
本体部を熱伝導媒体として、外部からの熱を2段冷却ス
テージまで運び、超電導コイル温度を上昇させてしま
い、運転条件のまま保つことが困難である。
た冷却構造であると、停電や作業上、実験上どうしても
冷凍機5を停止させなければならない時などは、冷凍機
5を停止させておくと、GM冷凍機5内部の作動ガスや
本体部を熱伝導媒体として、外部からの熱を2段冷却ス
テージまで運び、超電導コイル温度を上昇させてしま
い、運転条件のまま保つことが困難である。
【0010】また、その逆にマグネットを常温まで戻そ
うとする場合、冷凍機を停止すると温度は上昇を始める
が、上記に示した超電導コイルまで熱を侵入させないと
いう各種の構造のために、室内温度まで戻すには数日の
時間を必要とする。
うとする場合、冷凍機を停止すると温度は上昇を始める
が、上記に示した超電導コイルまで熱を侵入させないと
いう各種の構造のために、室内温度まで戻すには数日の
時間を必要とする。
【0011】このように、冷凍機冷却型超電導マグネッ
ト装置では、超電導コイル励磁可能な温度までの冷却時
間が長いことや、停電などの冷凍機が停止している状態
には、超電導コイル冷却のための冷凍機が逆に入熱源と
なり、超電導コイル温度を上昇させ、運転可能条件のま
ま保持できない欠点を持つ。
ト装置では、超電導コイル励磁可能な温度までの冷却時
間が長いことや、停電などの冷凍機が停止している状態
には、超電導コイル冷却のための冷凍機が逆に入熱源と
なり、超電導コイル温度を上昇させ、運転可能条件のま
ま保持できない欠点を持つ。
【0012】また、超電導コイル温度を室内温度まで戻
そうとすると、低温に保つために入熱を防ぐ様々な構造
が、逆に昇温時間を長時間化させるように働く欠点を持
っていた。
そうとすると、低温に保つために入熱を防ぐ様々な構造
が、逆に昇温時間を長時間化させるように働く欠点を持
っていた。
【0013】そこで、本発明の技術的課題は、冷凍機停
止時の温度上昇抑制し運転継続を可能とする手段とし
て、冷凍機の切り離し機構、冷凍機の冷媒ガス抜きと真
空引きによる冷凍機の断熱構造化機構とを備えた冷凍機
冷却型超電導マグネット装置を提供することにある。
止時の温度上昇抑制し運転継続を可能とする手段とし
て、冷凍機の切り離し機構、冷凍機の冷媒ガス抜きと真
空引きによる冷凍機の断熱構造化機構とを備えた冷凍機
冷却型超電導マグネット装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、超電導コイル昇温時には、断熱のた
めに真空に引いてあるクライオスタット内に各種ガスを
入れることでの伝熱量の増加方法や、超電導コイルに少
量の電流を流すことで、クライオスタット内部からの発
熱により温度上昇を促進させる構造を持たせるようにし
て、本発明を為すに至ったものである。
を解決するために、超電導コイル昇温時には、断熱のた
めに真空に引いてあるクライオスタット内に各種ガスを
入れることでの伝熱量の増加方法や、超電導コイルに少
量の電流を流すことで、クライオスタット内部からの発
熱により温度上昇を促進させる構造を持たせるようにし
て、本発明を為すに至ったものである。
【0015】即ち、本発明によれば、密閉可能な空間内
に配置された超電導コイルと、前記超電導コイルを冷却
する冷凍機とを備えた冷凍機冷却型超電導マグネット装
置において、前記冷凍機を当該装置に対して脱着させる
脱着機構を備えていることを特徴とする冷凍機冷却型超
電導マグネット装置が得られる。
に配置された超電導コイルと、前記超電導コイルを冷却
する冷凍機とを備えた冷凍機冷却型超電導マグネット装
置において、前記冷凍機を当該装置に対して脱着させる
脱着機構を備えていることを特徴とする冷凍機冷却型超
電導マグネット装置が得られる。
【0016】また、本発明によれば、前記冷凍機冷却型
超電導マグネット装置において、前記冷凍機を表面研磨
し、鏡面仕上げした筐体内に配置するとともに、前記超
電導マグネットに、前記冷凍機が近接可能となるように
前記筐体を前記超電導マグネットに近接して設けたこと
を特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置が得ら
れる。
超電導マグネット装置において、前記冷凍機を表面研磨
し、鏡面仕上げした筐体内に配置するとともに、前記超
電導マグネットに、前記冷凍機が近接可能となるように
前記筐体を前記超電導マグネットに近接して設けたこと
を特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置が得ら
れる。
【0017】また、本発明によれば、前記冷凍機冷却型
超電導マグネット装置において、前記筐体は、表面研磨
され、鏡面仕上げされていることを特徴とする冷凍機冷
却型超電導マグネット装置が得られる。
超電導マグネット装置において、前記筐体は、表面研磨
され、鏡面仕上げされていることを特徴とする冷凍機冷
却型超電導マグネット装置が得られる。
【0018】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記冷
凍機内部の作動ガス抜きと真空化とが可能な機構を備え
ていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット
装置が得られる。
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記冷
凍機内部の作動ガス抜きと真空化とが可能な機構を備え
ていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット
装置が得られる。
【0019】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記冷
凍機の前記装置外部に突出する部分をカバーで覆って外
部から密閉及び真空化可能な機構を備えていることを特
徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置が得られ
る。
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記冷
凍機の前記装置外部に突出する部分をカバーで覆って外
部から密閉及び真空化可能な機構を備えていることを特
徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置が得られ
る。
【0020】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイルに電気接続されるリードによる熱伝導経路の
切換え機構及びバイパスラインを備えていることを特徴
とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置が得られる。
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイルに電気接続されるリードによる熱伝導経路の
切換え機構及びバイパスラインを備えていることを特徴
とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置が得られる。
【0021】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイル巻枠をヒーター化したことを特徴とする冷凍
機冷却型超電導マグネット装置が得られる。
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイル巻枠をヒーター化したことを特徴とする冷凍
機冷却型超電導マグネット装置が得られる。
【0022】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイルに電流を流すことにより、当該超電導コイル
自身をヒーター化したことを特徴とする冷凍機冷却型超
電導マグネット装置が得られる。
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイルに電流を流すことにより、当該超電導コイル
自身をヒーター化したことを特徴とする冷凍機冷却型超
電導マグネット装置が得られる。
【0023】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記冷
凍機及び前記クライオスタットのヒーター化機構を備え
ていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット
装置が得られる。
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記冷
凍機及び前記クライオスタットのヒーター化機構を備え
ていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット
装置が得られる。
【0024】また、本発明によれば、前記冷凍機冷却型
超電導マグネット装置において、前記筐体は円筒形状を
備えた冷凍機脱着ポッドからなり、前記冷凍機脱着ポッ
ドはヒーター化されていることを特徴とする冷凍機冷却
型超電導マグネットが得られる。
超電導マグネット装置において、前記筐体は円筒形状を
備えた冷凍機脱着ポッドからなり、前記冷凍機脱着ポッ
ドはヒーター化されていることを特徴とする冷凍機冷却
型超電導マグネットが得られる。
【0025】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイルは、熱シールド板及びその周囲に設けられた
クライオスタットに覆われ、前記クライオスタットヘ高
温ガスを循環させることによって温度上昇促進可能に構
成されていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグ
ネットが得られる。
の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記超
電導コイルは、熱シールド板及びその周囲に設けられた
クライオスタットに覆われ、前記クライオスタットヘ高
温ガスを循環させることによって温度上昇促進可能に構
成されていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグ
ネットが得られる。
【0026】さらに、本発明によれば、前記冷凍機冷却
型超電導マグネット装置において、前記筐体は円筒形状
を備えた冷凍機脱着ポッドからなり、前記冷凍機脱着ポ
ッドへ高温ガスを循環させることによって温度上昇促進
できるように構成されていることを特徴とする冷凍機冷
却型超電導マグネット装置が得られる。
型超電導マグネット装置において、前記筐体は円筒形状
を備えた冷凍機脱着ポッドからなり、前記冷凍機脱着ポ
ッドへ高温ガスを循環させることによって温度上昇促進
できるように構成されていることを特徴とする冷凍機冷
却型超電導マグネット装置が得られる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図而を参照しながら説明する。
て、図而を参照しながら説明する。
【0028】図1は本発明の実施の形態による冷凍機冷
却型超電導マグネットを示す図である。図1を参照する
と、本発明の実施の形態による冷凍機冷却型超電導マグ
ネット10は、図示しない巻枠に巻回された超電導コイ
ル1と、この超電導コイル1を支持する2段熱伝導板2
と、この2段熱伝導板2の下面に接触し下方に延在する
円筒状の冷凍機脱着ポッド3と、2段熱伝導板2におい
て、冷凍機脱着ポッド3とは、異なる下面の位置に設け
られた酸化物超電導電流リード19とこれに並列に配置
されたバイパスライン18と、夫々の下端に設けられ、
電流リード19とバイパスライン18との電流経路を切
り換える経路切り換え機構としての経路換えスイッチ2
1と、これらを周囲から覆う熱シールド板4とを備えて
いる。さらに、熱シールド板4の周囲は、クライオスタ
ット17に覆われている。円筒状の冷凍機脱着ポッド3
は、熱シールド板4内に配置される小径の円筒からなる
小径部と、小径部よりも更に径の大きな円筒からなる大
径部8とを備え、小径部と大径部8との境界部分は、段
をなすように、リング板状で接続され、この部分が熱シ
ールド板4の底部に当接固定されている。ここで、脱着
機構は、冷凍機脱着ポッド3と後に詳しく説明するネジ
回転距離調整機構23とを備えて構成されている。
却型超電導マグネットを示す図である。図1を参照する
と、本発明の実施の形態による冷凍機冷却型超電導マグ
ネット10は、図示しない巻枠に巻回された超電導コイ
ル1と、この超電導コイル1を支持する2段熱伝導板2
と、この2段熱伝導板2の下面に接触し下方に延在する
円筒状の冷凍機脱着ポッド3と、2段熱伝導板2におい
て、冷凍機脱着ポッド3とは、異なる下面の位置に設け
られた酸化物超電導電流リード19とこれに並列に配置
されたバイパスライン18と、夫々の下端に設けられ、
電流リード19とバイパスライン18との電流経路を切
り換える経路切り換え機構としての経路換えスイッチ2
1と、これらを周囲から覆う熱シールド板4とを備えて
いる。さらに、熱シールド板4の周囲は、クライオスタ
ット17に覆われている。円筒状の冷凍機脱着ポッド3
は、熱シールド板4内に配置される小径の円筒からなる
小径部と、小径部よりも更に径の大きな円筒からなる大
径部8とを備え、小径部と大径部8との境界部分は、段
をなすように、リング板状で接続され、この部分が熱シ
ールド板4の底部に当接固定されている。ここで、脱着
機構は、冷凍機脱着ポッド3と後に詳しく説明するネジ
回転距離調整機構23とを備えて構成されている。
【0029】また、クライオスタット17内の経路換え
スイッチ21から下方に延びてクライオスタット17を
貫通して外側に延在する銅電流リード22が設けられて
いる。
スイッチ21から下方に延びてクライオスタット17を
貫通して外側に延在する銅電流リード22が設けられて
いる。
【0030】また、冷凍機脱着ポッド3内には、冷凍機
5とこれと連続した1段冷却ステージ6と、これに続く
2段冷却ステージ7とが設けられている。
5とこれと連続した1段冷却ステージ6と、これに続く
2段冷却ステージ7とが設けられている。
【0031】また、クライオスタット17の外側に突出
して、冷凍機5を覆うように、冷凍機密封カバー11が
設けられている。大径部8と冷凍機密封カバー11との
間の冷凍機5の周囲には、低熱伝達率フランジ12が設
けられている。
して、冷凍機5を覆うように、冷凍機密封カバー11が
設けられている。大径部8と冷凍機密封カバー11との
間の冷凍機5の周囲には、低熱伝達率フランジ12が設
けられている。
【0032】また、冷凍機脱着ポッド3に連続してガス
排気弁12aを備えたガス排気管13aが設けられてい
る。また、冷凍機5には、機内と外部とを接続する排気
弁12bを備えた排気管13bが設けられている。ま
た、冷凍機密封カバー11内と外部とを連絡する排気弁
12cを備えた排気管13cが設けられている。
排気弁12aを備えたガス排気管13aが設けられてい
る。また、冷凍機5には、機内と外部とを接続する排気
弁12bを備えた排気管13bが設けられている。ま
た、冷凍機密封カバー11内と外部とを連絡する排気弁
12cを備えた排気管13cが設けられている。
【0033】また、クライオスタット17は、ガス注入
弁15bを備えたガス注入管15a、16aを介してガ
スポンベ16に接続されている。
弁15bを備えたガス注入管15a、16aを介してガ
スポンベ16に接続されている。
【0034】また、クライオスタット17のガス注入管
15a,15bの下方には、このクライオスタット17
からガスを排気するガス排気弁12eを備えたガス排気
管13dが設けられている。
15a,15bの下方には、このクライオスタット17
からガスを排気するガス排気弁12eを備えたガス排気
管13dが設けられている。
【0035】次に、本発明の実施の形態による冷凍機冷
却型超電導マグネットの動作について、更に、具体的に
説明する。
却型超電導マグネットの動作について、更に、具体的に
説明する。
【0036】(ア)まず、冷凍機停止時の温度上昇防止
方法について説明する。
方法について説明する。
【0037】図2は図1の超電導マグネット10の冷凍
機脱着ポッド3の部分を示す概略図である。図2を参照
すると、冷凍機5の脱着と輻射防止冷凍機を挿入できる
冷凍機脱着ポッド3をクライオスタット17に設けてい
る。この冷凍機脱着ポッド3は2段熱伝導板2と熱シー
ルド板4との間に渡って設けられており、挿入したGM
冷凍機5の1段冷却ステージ6と熱シールド板4、及び
2段冷却ステージ7と2段熱伝導板2が冷凍機脱着ポッ
ド3を介して接続される構造を備えている。
機脱着ポッド3の部分を示す概略図である。図2を参照
すると、冷凍機5の脱着と輻射防止冷凍機を挿入できる
冷凍機脱着ポッド3をクライオスタット17に設けてい
る。この冷凍機脱着ポッド3は2段熱伝導板2と熱シー
ルド板4との間に渡って設けられており、挿入したGM
冷凍機5の1段冷却ステージ6と熱シールド板4、及び
2段冷却ステージ7と2段熱伝導板2が冷凍機脱着ポッ
ド3を介して接続される構造を備えている。
【0038】冷凍機脱着ボッド3と冷凍機5の切り離し
は、冷凍機5とクライオスタット17に設けたネジ穴と
それを繋ぐロッドの回転を利用して、ハンドルを備えた
ネジ回転距離調節機構23によって調節する。こうして
冷凍機5から熱伝導による超伝導超電導コイル1への入
熱経路を断つように構成されている。
は、冷凍機5とクライオスタット17に設けたネジ穴と
それを繋ぐロッドの回転を利用して、ハンドルを備えた
ネジ回転距離調節機構23によって調節する。こうして
冷凍機5から熱伝導による超伝導超電導コイル1への入
熱経路を断つように構成されている。
【0039】また、さらに冷凍機脱着ポッド3内も排気
管13a(図1参照)によって真空に引くことで断熱作
用を高め幅射による入熱を防いでいる。
管13a(図1参照)によって真空に引くことで断熱作
用を高め幅射による入熱を防いでいる。
【0040】また、この冷凍機脱着ポッド3の外部(ク
ライオスタット17の内面)は、冷凍機の各ステージの
伝熱冷却のために接触する部分以外を、輻射防止のため
に、符号24,25に示すように、表面を研磨して鏡面
仕上げすることで、外面からの輻射入熱を低減する構造
を持たせている。
ライオスタット17の内面)は、冷凍機の各ステージの
伝熱冷却のために接触する部分以外を、輻射防止のため
に、符号24,25に示すように、表面を研磨して鏡面
仕上げすることで、外面からの輻射入熱を低減する構造
を持たせている。
【0041】次に、冷凍機の作動ガス抜き及び真空引き
機構について説明する。
機構について説明する。
【0042】冷凍機5の内部の作動ガスはその冷却能力
に関係あることから、He等の熱伝達率が高いものが利
用されている。そこで、冷凍機5に排気弁12bを備え
た排気管13b(図1参照)を付けて、作動ガスを抜け
る構造を持たせ、冷凍機5中の作動ガスを抜き、さら
に、各種真空ポンプで内部を真空にし、断熱効果により
熱の侵入量を低減させる。
に関係あることから、He等の熱伝達率が高いものが利
用されている。そこで、冷凍機5に排気弁12bを備え
た排気管13b(図1参照)を付けて、作動ガスを抜け
る構造を持たせ、冷凍機5中の作動ガスを抜き、さら
に、各種真空ポンプで内部を真空にし、断熱効果により
熱の侵入量を低減させる。
【0043】次に、冷凍機本体の密封化による真空引き
冷凍機5が取付けられるクライオスタット17の周辺の
材料を低熱伝導率部材からなるフランジ12によって構
成している。そこに冷凍機5を取付け、さらに冷凍機5
を覆う冷凍機密封カバー11(排気弁12c付き)を取
付け、真空に排気する。そうすることで、クライオスタ
ットや大気からの冷凍機への熱侵入を低減することがで
きる。
冷凍機5が取付けられるクライオスタット17の周辺の
材料を低熱伝導率部材からなるフランジ12によって構
成している。そこに冷凍機5を取付け、さらに冷凍機5
を覆う冷凍機密封カバー11(排気弁12c付き)を取
付け、真空に排気する。そうすることで、クライオスタ
ットや大気からの冷凍機への熱侵入を低減することがで
きる。
【0044】(イ)次に、昇温時の温度上昇促進方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【0045】図3は図1の超伝導マグネットの電流リー
ド部分を主に示す概略図で、(a)は平面図,(b)は
正面図であり、経路換えスイッチ21がパイパス経路1
8側に接続された状態を示している。
ド部分を主に示す概略図で、(a)は平面図,(b)は
正面図であり、経路換えスイッチ21がパイパス経路1
8側に接続された状態を示している。
【0046】図3(a)及び図3(b)に示すように、
パイパス経路18と超電導コイル加熱昇温時には、銅電
流リード22及び酸化物超電導電流リード19を伝わっ
て熱が侵入してくる。
パイパス経路18と超電導コイル加熱昇温時には、銅電
流リード22及び酸化物超電導電流リード19を伝わっ
て熱が侵入してくる。
【0047】しかし、酸化物超電導電流リード19はセ
ラミックス系物質であるため、熱伝達率が悪く超電導コ
イル1の温度を上昇させるのに時間がかかることから、
銅電流リード22から酸化物超電導電流リード19に繋
がる部分に経路切換えスイッチ21作り、熱伝導率の高
いパイパスラインを超電導コイル1に接続することで、
超電導コイル1への侵入熱を増加させ温度上昇の促進を
図る。
ラミックス系物質であるため、熱伝達率が悪く超電導コ
イル1の温度を上昇させるのに時間がかかることから、
銅電流リード22から酸化物超電導電流リード19に繋
がる部分に経路切換えスイッチ21作り、熱伝導率の高
いパイパスラインを超電導コイル1に接続することで、
超電導コイル1への侵入熱を増加させ温度上昇の促進を
図る。
【0048】もしくは、図3(a)に示すように、バイ
パスライン18をヒーター線29を付けた超電導コイル
巻枠28に接続することで、巻枠28から熱を発生させ
る。
パスライン18をヒーター線29を付けた超電導コイル
巻枠28に接続することで、巻枠28から熱を発生させ
る。
【0049】また、自然の入熱だけではなく、超電導コ
イル1にこの超電導コイル1自身が破壊されない程度の
電流を流すことで、常伝導状態に超電導コイル1が戻る
と、抵抗を持ち、発熱を起こすことからその熱により、
温度上昇させることができる。
イル1にこの超電導コイル1自身が破壊されない程度の
電流を流すことで、常伝導状態に超電導コイル1が戻る
と、抵抗を持ち、発熱を起こすことからその熱により、
温度上昇させることができる。
【0050】図4は図1の冷凍機本体付近を示す概略正
面図である。図4に示すように、冷凍機本体及び冷凍機
脱着ポッド3、クライオスタット17のヒーター化を図
ることができる。
面図である。図4に示すように、冷凍機本体及び冷凍機
脱着ポッド3、クライオスタット17のヒーター化を図
ることができる。
【0051】即ち、冷凍機5にヒーター線31を巻き付
け、冷凍機本体を加熱する機構を持たせる。また、冷凍
機脱着ボッド3にも同様にヒーター線31を設けて、ヒ
ーター機能を持たせることで、発生熱を2段冷却ステー
ジに侵入させる。
け、冷凍機本体を加熱する機構を持たせる。また、冷凍
機脱着ボッド3にも同様にヒーター線31を設けて、ヒ
ーター機能を持たせることで、発生熱を2段冷却ステー
ジに侵入させる。
【0052】また、クライオスタット内壁面にヒーター
線を設けて、クライオスタットをヒーター化し、クライ
オスタット内部での放射熱量を増加させても良い。
線を設けて、クライオスタットをヒーター化し、クライ
オスタット内部での放射熱量を増加させても良い。
【0053】次にガスの循環を用いた温度上昇方法につ
いて、図5を参照しながら説明する。
いて、図5を参照しながら説明する。
【0054】図5は図1のガス循環系の要部を示す概略
図である。図5に示すように、クライオスタット17に
ガス注入弁15bとガス排気弁12eを設ける。そし
て、真空に引かれてあるクライオスタット17内にガス
注入弁15を介して温度調節器33により高温にしたガ
スを満たし、ガス排気弁12eより冷却されたガスを抜
くという循環をさせることにより、ガス自体の持つ熱量
とクライオスタット17からの熱輻射効果により、超電
導コイル1の温度を上げることができる。また、冷凍機
脱着ポッド3内にも、高温ガスを循環させることで、同
様に、2段冷却ステージに入熱し超電導コイルを暖め温
度を上昇させることができる。
図である。図5に示すように、クライオスタット17に
ガス注入弁15bとガス排気弁12eを設ける。そし
て、真空に引かれてあるクライオスタット17内にガス
注入弁15を介して温度調節器33により高温にしたガ
スを満たし、ガス排気弁12eより冷却されたガスを抜
くという循環をさせることにより、ガス自体の持つ熱量
とクライオスタット17からの熱輻射効果により、超電
導コイル1の温度を上げることができる。また、冷凍機
脱着ポッド3内にも、高温ガスを循環させることで、同
様に、2段冷却ステージに入熱し超電導コイルを暖め温
度を上昇させることができる。
【0055】このような構成の本発明の実施の形態によ
る冷凍機冷却型超電導マグネット装置では、すべての型
の冷凍機冷却型超電導マグネットの昇温度、降温に適用
できる。
る冷凍機冷却型超電導マグネット装置では、すべての型
の冷凍機冷却型超電導マグネットの昇温度、降温に適用
できる。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷凍機停止時の温度上昇抑制し運転継続を可能とする手
段として、冷凍機の切り離し機構、冷凍機の冷媒ガス抜
きと真空引きによる冷凍機の断熱構造化機構とそれを備
えた冷凍機冷却型超電導マグネット装置を提供すること
ができる。
冷凍機停止時の温度上昇抑制し運転継続を可能とする手
段として、冷凍機の切り離し機構、冷凍機の冷媒ガス抜
きと真空引きによる冷凍機の断熱構造化機構とそれを備
えた冷凍機冷却型超電導マグネット装置を提供すること
ができる。
【図1】本発明の実施の形態による冷凍機冷却型超電導
マグネットを示す図である。
マグネットを示す図である。
【図2】図1の超電導マグネット10の冷凍機脱着ポッ
ド3の部分を示す概略図である。
ド3の部分を示す概略図である。
【図3】図1の超伝導マグネットの電流リード部分を主
に示す概略図で、(a)は平面図,(b)は正面図であ
る。
に示す概略図で、(a)は平面図,(b)は正面図であ
る。
【図4】図1の冷凍機本体付近を示す概略正面図であ
る。
る。
【図5】図1のガス循環系の要部を示す概略図である。
【図6】従来技術による冷凍機冷却型超電導マグネット
装置の構成の概略を示す図である。
装置の構成の概略を示す図である。
1 超電導コイル
2 2段熱伝導板
3 冷凍機脱着ポッド
4 熱シールド板
5 冷凍機
6 1段冷却ステージ
7 2段冷却ステージ
8 大径部
10,50 (冷凍機冷却型)超電導マグネット
11 冷凍機密封カバー
12 低熱伝達率フランジ
12a,12e ガス排気弁
12b,12c 排気弁
13a,13d ガス排気管
13b,13c 排気管
15b ガス注入弁
15a ガス注入管
16 ガスボンベ
17 クライオスタット
18 バイパスライン
19 酸化物超電導電流リード
21 経路換えスイッチ
22 銅電流リード
23 ネジ回転距離調整機構
28 巻枠
31 ヒーター線
33 温度調節器
51 室温空間
Claims (12)
- 【請求項1】 密閉可能な空間内に配置された超電導コ
イルと、前記超電導コイルを冷却する冷凍機とを備えた
冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記冷凍
機を当該装置に対して脱着させる脱着機構を備えている
ことを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の冷凍機冷却型超電導マグ
ネット装置において、前記冷凍機を表面研磨し、鏡面仕
上げした筐体内に配置するとともに、前記超電導マグネ
ットに、前記冷凍機が近接可能となるように前記筐体を
前記超電導マグネットに近接して設けたことを特徴とす
る冷凍機冷却型超電導マグネット装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の冷凍機冷却型超電導マグ
ネット装置において、前記筐体は、表面研磨され、鏡面
仕上げされていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導
マグネット装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3の内のいずれか一つに記
載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記
冷凍機内部の作動ガス抜きと真空化とが可能な機構を備
えていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネッ
ト装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4の内のいずれか一つに記
載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記
冷凍機の前記装置外部に突出する部分をカバーで覆って
外部から密閉及び真空化可能な機構を備えていることを
特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。 - 【請求項6】 請求項1乃至5の内のいずれか一つに記
載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記
超電導コイルに電気接続されるリードによる熱伝導経路
の切換え機構及びパイパスラインを備えていることを特
徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。 - 【請求項7】 請求項1乃至6の内のいずれか一つに記
載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記
超電導コイル巻枠をヒーター化したことを特徴とする冷
凍機冷却型超電導マグネット装置。 - 【請求項8】 請求項1乃至7の内のいずれか一つに
記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前
記超電導コイルに電流を流すことにより、当該超電導コ
イル自身をヒーター化したことを特徴とする冷凍機冷却
型超電導マグネッ卜装置。 - 【請求項9】 請求項1乃至8の内のいずれか一つに記
載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、前記
冷凍機及び前記クライオスタットのヒーター化機構を備
えていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネッ
ト装置。 - 【請求項10】 請求項2記載の冷凍機冷却型超電導マ
グネット装置において、前記筐体は円筒形状を備えた冷
凍機脱着ポッドからなり、前記冷凍機脱着ポッドはヒー
ター化されていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導
マグネット装置。 - 【請求項11】 請求項1乃至10の内のいずれか一つ
に記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記超電導コイルは、熱シールド板及びその周囲に設け
られたクライオスタットに覆われ、前記クライオスタッ
トヘ高温ガスを循環させることによって温度上昇促進可
能に構成されていることを特徴とする冷凍機冷却型超電
導マグネット装置。 - 【請求項12】 請求項2記載の冷凍機冷却型超電導マ
グネット装置において、前記筐体は円筒形状を備えた冷
凍機脱着ポッドからなり、前記冷凍機脱着ポッドヘ高温
ガスを循環させることによって温度上昇促進できるよう
に構成されていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導
マグネット装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001253438A JP2003068520A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 冷凍機冷却型超電導マグネット装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001253438A JP2003068520A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 冷凍機冷却型超電導マグネット装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003068520A true JP2003068520A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19081768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001253438A Pending JP2003068520A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 冷凍機冷却型超電導マグネット装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003068520A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012209381A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Toshiba Corp | 超電導磁石装置 |
JP2013143478A (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Kobe Steel Ltd | 超電導マグネット装置及びこの装置に用いられる電流リード |
JP7552046B2 (ja) | 2020-03-24 | 2024-09-18 | 富士電機株式会社 | 蓄冷器素材、蓄冷器、及び、蓄冷型冷凍機、並びに、蓄熱器素材、蓄熱器 |
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2001
- 2001-08-23 JP JP2001253438A patent/JP2003068520A/ja active Pending
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