JP2006093723A - Superconducting magnet device - Google Patents

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Masashi Nagao
政志 長尾
Takahiro Matsumoto
隆博 松本
Yoshio Imai
良夫 今井
Masao Morita
正夫 守田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting magnet device, wherein replacement of a multi-stage cooling storage type refrigerator facilitated and the thermal resistance between a superconducting coil and a final thermal stage of the multi-stage cooling storage type refrigerator is reduced. <P>SOLUTION: A refrigerator-attaching cylinder 30 is attached airtightly to a vacuum vessel 7, while first and second attaching thermal connection parts 33 and 35 are thermally connected to a thermal shield 5 and a superconducting coil cartridge 3. A two-stage regenerator type refrigerator 21A is attached airtightly to the refrigerator attaching cylinder 30, while first and second thermal stages 24 and 26 are thermally connected to the first and the second attaching thermal connection parts 33 and 35. Helium gas 60 is filled in between the 2-stage regenerator type refrigerator 21A and the refrigerator fitting cylinder 30 via a helium introduction pipe 40. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、超電導コイルを多段式蓄冷型冷凍機で冷却する超電導磁石装置に関するものである。   The present invention relates to a superconducting magnet device that cools a superconducting coil with a multistage regenerative refrigerator.

超電導磁石装置は、強い磁場を発生させるための装置で、超電導コイルを極低温に冷却し、電気抵抗がゼロで電流が流れる超電導状態として使用している。このため、ジュール発熱がなく、常電導磁石装置に比べて、強い磁場を少ない電力で発生させることが可能となる。
この種の超電導磁石装置においては、超電導コイルを冷却するために、従来液体ヘリウムが使用されていた。しかしながら、液体ヘリウムは、蒸発潜熱が非常に小さいので、取り扱いが難しく、また高価であった。そこで、冷凍機で直接超電導コイルを冷却する方式が提案されている。
The superconducting magnet device is a device for generating a strong magnetic field, and is used as a superconducting state in which a superconducting coil is cooled to a very low temperature and electric resistance is zero and current flows. For this reason, there is no Joule heat generation, and it is possible to generate a strong magnetic field with less power compared to a normal conducting magnet device.
In this type of superconducting magnet device, liquid helium has been conventionally used to cool the superconducting coil. However, liquid helium has a very small latent heat of vaporization, so that it is difficult to handle and expensive. Thus, a method of directly cooling the superconducting coil with a refrigerator has been proposed.

図9は例えば特許文献1に記載された従来超電導磁石装置を示す断面図である。
図において、超電導コイルカートリッジ3は、Nb3Sn製の超電導コイル2がアルミ等の金属で作製された支持体1に取り付けられて構成されている。この超電導コイルカートリッジ3は、真空容器7内に配設された熱シールド5内に収容されている。この真空容器7は、内部を高真空に保持されて、超電導コイルカートリッジ3や熱シールド5への熱侵入を低減している。そして、超電導コイルカートリッジ3は熱シールド5に第2断熱サポート4により断熱支持され、熱シールド5は第1断熱サポート6により真空容器7に断熱支持されている。
ここで、第2および第1断熱サポート4、6は熱伝導率が小さく、かつ、強度の大きな材料、例えばGFRP(Glass Fiber Resinforced Plastic)で作製されている。また、熱シールド5は熱伝導率が大きなアルミニウムや銅、あるいはそれらの合金で作製されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional superconducting magnet device described in Patent Document 1, for example.
In the figure, a superconducting coil cartridge 3 is constructed by attaching a superconducting coil 2 made of Nb3Sn to a support 1 made of a metal such as aluminum. The superconducting coil cartridge 3 is accommodated in a heat shield 5 disposed in a vacuum vessel 7. The inside of the vacuum container 7 is maintained at a high vacuum to reduce heat intrusion into the superconducting coil cartridge 3 and the heat shield 5. The superconducting coil cartridge 3 is heat-insulated and supported by the heat shield 5 by the second heat-insulating support 4, and the heat shield 5 is heat-insulated and supported by the vacuum vessel 7 by the first heat-insulating support 6.
Here, the second and first heat insulating supports 4 and 6 are made of a material having low thermal conductivity and high strength, for example, GFRP (Glass Fiber Resinforced Plastic). The heat shield 5 is made of aluminum, copper, or an alloy thereof having a high thermal conductivity.

2段式蓄冷型冷凍機21は、駆動部22、第1シリンダ23、第1熱ステージ24、第2シリンダ25、第2熱ステージ26、ガス配管27および圧縮機28から構成され、その第1および第2熱ステージ24、26により熱シールド5および超電導コイルカートリッジ3をそれぞれ50K程度および8K程度に冷却するものである。また、冷凍機取付シリンダ30は、2段式蓄冷型冷凍機21を着脱可能にし、その保守や交換を容易にするためのもので、取付フランジ31、第1取付シリンダ32、第1取付熱接続部33、第2取付シリンダ34および第2取付熱接続部35から構成されている。この取付シリンダ30は、その取付フランジ31を真空容器7に気密に取り付けられ、外部から真空容器7および熱シールド5を貫通して挿入されている。そして、第1取付熱接続部33が熱シールド5に熱接続され、第2取付熱接続部35が超電導コイルカートリッジ3に熱接続されている。さらに、2段式蓄冷型冷凍機21が、第1熱ステージ24を第1取付熱接続部33に熱接続され、第2熱ステージ26を第2取付熱接続部35に熱接続されるように、取付シリンダ30内に挿入されている。   The two-stage regenerative refrigerating machine 21 includes a drive unit 22, a first cylinder 23, a first heat stage 24, a second cylinder 25, a second heat stage 26, a gas pipe 27, and a compressor 28. The second heat stages 24 and 26 cool the heat shield 5 and the superconducting coil cartridge 3 to about 50K and about 8K, respectively. The refrigerator mounting cylinder 30 is for making the two-stage regenerative refrigerator 21 detachable and facilitating maintenance and replacement thereof. The mounting flange 31, the first mounting cylinder 32, and the first mounting heat connection. It is comprised from the part 33, the 2nd attachment cylinder 34, and the 2nd attachment heat connection part 35. As shown in FIG. The mounting cylinder 30 has its mounting flange 31 hermetically attached to the vacuum vessel 7 and is inserted through the vacuum vessel 7 and the heat shield 5 from the outside. The first attachment heat connection portion 33 is thermally connected to the heat shield 5, and the second attachment heat connection portion 35 is thermally connected to the superconducting coil cartridge 3. Further, in the two-stage regenerative refrigerator 21, the first heat stage 24 is thermally connected to the first attachment heat connection portion 33, and the second heat stage 26 is thermally connected to the second attachment heat connection portion 35. Are inserted into the mounting cylinder 30.

つぎに、従来の超電導磁石装置の動作について説明する。
2段式蓄冷型冷凍機21を運転すると、超電導コイルカートリッジ3の熱エネルギーは第2取付熱接続部35を介して第2熱ステージ26で吸収される。そこで、超電導コイルカートリッジ3は、2段式蓄冷型冷凍機21の第2熱ステージ26が吸収できる熱エネルギーの量、即ち冷凍能力と外部から伝導や輻射で侵入する熱エネルギーとがつり合う温度になる。この時、熱エネルギーを吸収するためには、熱抵抗に応じた温度勾配が必要であるので、超電導コイルカートリッジ3−第2取付熱接続部35−第2熱ステージ26の間の熱抵抗を小さくする必要がある。特に、第2取付熱接続部35−第2熱ステージ26は着脱可能に構成されているので、他の部分に比べて熱抵抗が大きくなる可能性があり、注意が必要である。超電導コイル2の運転温度は、超電導コイル2が安定して強い磁場を発生できるように、発生する磁場強度、超電導線の材質を考慮して設計される。この従来例では、超電導線にSn3Nbを選んでいるので、超電導コイルの運転温度は12K程度であり、冷凍能力特性から1K程度の温度勾配は許される。
Next, the operation of the conventional superconducting magnet device will be described.
When the two-stage regenerative refrigerator 21 is operated, the heat energy of the superconducting coil cartridge 3 is absorbed by the second heat stage 26 via the second attachment heat connecting portion 35. Accordingly, the superconducting coil cartridge 3 has a temperature at which the amount of heat energy that can be absorbed by the second heat stage 26 of the two-stage regenerative refrigerator 21, that is, the refrigerating capacity and the heat energy entering from the outside by conduction or radiation. . At this time, in order to absorb the thermal energy, a temperature gradient corresponding to the thermal resistance is required, so that the thermal resistance between the superconducting coil cartridge 3 -the second attachment thermal connection portion 35 -the second thermal stage 26 is reduced. There is a need to. In particular, since the second attachment thermal connecting portion 35 and the second thermal stage 26 are configured to be detachable, there is a possibility that the thermal resistance is increased as compared with other portions, and caution is required. The operating temperature of the superconducting coil 2 is designed in consideration of the intensity of the generated magnetic field and the material of the superconducting wire so that the superconducting coil 2 can stably generate a strong magnetic field. In this conventional example, Sn3Nb is selected as the superconducting wire, so the operating temperature of the superconducting coil is about 12K, and a temperature gradient of about 1K is allowed from the refrigerating capacity characteristics.

また、同様に、熱シールド5の熱エネルギーは、第1取付熱接続部33を通じて第1熱ステージ24で吸収される。そこで、熱シールド5は、2段式蓄冷型冷凍機21の第1熱ステージ24が吸収できる熱エネルギーの量、即ち冷凍能力と外部から伝導や輻射で侵入する熱エネルギーとがつり合う温度になる。この温度は、通常50K程度になるように設計されている。
また、上述の特許文献1には明記されていないが、その構造から2段式蓄冷型冷凍機21を取り付けて運転すると、取付シリンダ30と2段式蓄冷型冷凍機21との間の空気が冷却されて、ほぼ真空状態になると考えられるので、熱エネルギーの移動は熱伝導が主となる。そして、2段式蓄冷型冷凍機21を交換する際には、真空状態だと力を受けるので、超電導コイルカートリッジ3と熱シールド5の温度を常温まで上げる必要がある。
Similarly, the heat energy of the heat shield 5 is absorbed by the first heat stage 24 through the first attachment heat connection portion 33. Therefore, the heat shield 5 has a temperature at which the amount of heat energy that can be absorbed by the first heat stage 24 of the two-stage regenerative refrigerating machine 21, that is, the refrigerating capacity and the heat energy entering from the outside by conduction or radiation is balanced. This temperature is usually designed to be about 50K.
Moreover, although not specified in the above-mentioned Patent Document 1, when the two-stage regenerative refrigerator 21 is installed and operated from the structure, the air between the mounting cylinder 30 and the two-stage regenerative refrigerator 21 is generated. Since it is thought that it is cooled and almost in a vacuum state, heat transfer is mainly conducted by heat transfer. When the two-stage regenerative refrigerator 21 is exchanged, a force is received in a vacuum state, so the temperatures of the superconducting coil cartridge 3 and the heat shield 5 need to be raised to room temperature.

従来の超電導磁石装置は、この状態で外部電源(図示せず)から電流を供給するパワーリード(図示せず)を用いて超電導コイル2に電流を流し、強い磁場を発生させる。この種の超電導磁石装置が用いられる代表的な例は医療用のMRI装置である。このような装置では、同じ強さの磁場を安定して発生させる必要があるので、超電導スイッチを用いて、永久電流状態で運転されている。そして、このような装置では、装置の安全性が人命に影響する場合も考えられるので、高い信頼性が要求される。   In this state, the conventional superconducting magnet device causes a current to flow through the superconducting coil 2 using a power lead (not shown) that supplies current from an external power source (not shown) to generate a strong magnetic field. A typical example in which this type of superconducting magnet apparatus is used is a medical MRI apparatus. In such an apparatus, since it is necessary to stably generate a magnetic field having the same strength, the apparatus is operated in a permanent current state using a superconducting switch. In such a device, since the safety of the device may affect human life, high reliability is required.

上記従来の超電導磁石装置では、超電導コイル2としてNb3Snで作製された超電導線が用いられている。これは、蓄冷材に鉛を用いた2段式蓄冷型冷凍機21の到達温度が8K程度であり、NbTiの超電導線を用いた超電導コイルの冷却温度である4Kまで冷却できなかったからである。しかし、Nb3Snの超電導線は化合物であり、もろいため製作が難しく、また高価であるという課題があった。   In the conventional superconducting magnet device, a superconducting wire made of Nb3Sn is used as the superconducting coil 2. This is because the ultimate temperature of the two-stage regenerative refrigerator 21 using lead as the regenerator material is about 8K, and could not be cooled to 4K, which is the cooling temperature of the superconducting coil using the NbTi superconducting wire. However, the superconducting wire of Nb3Sn is a compound and is fragile, so that it is difficult to manufacture and expensive.

近年、磁性蓄冷材を用いて4Kでの冷凍発生を可能にした2段式蓄冷型冷凍機が開発され、Nb3Snに比べて作製しやすく安価なNbTiの超電導線を用いた超電導コイルを直接冷却する方式が提案されている。
図10は従来の超電導磁石装置の要部を示す断面図である。
この図10に示された従来の超電導磁石装置では、伝熱板50がNbTiの超電導線を用いた超電導コイル2Aの周りに巻かれ、熱伝導部材51が2段式蓄冷型冷凍機21Aの第2熱ステージ26と伝熱板50との間に設置され、磁性蓄冷材を用いた2段式蓄冷型冷凍機21Aにより超電導コイル2Aを直接冷却するように構成されている。
また、4Kで冷凍を発生するのには多くの電力が必要となる。2段式蓄冷型冷凍機21Aの冷凍能力特性の一例を図11に示す。図11から、4K付近では冷凍能力が大きく変化していることが理解される。熱抵抗が大きく、温度差が1Kの場合は、超電導コイル2Aの温度を4.2Kにするためには、第2熱ステージ26の温度を3.2Kにする必要がある。図11から、冷凍能力は4.2Kでは0.5Wであるが、3.2Kでは0.1Wに激減していることが理解される。この結果、温度差が1Kつくと、5倍大きな冷凍機が必要となり、消費電力等の点から非常に不利となる。そこで、2段式蓄冷型冷凍機21Aを用いた超電導磁石装置においては、2段式蓄冷型冷凍機21を用いた超電導磁石装置に比べて、熱抵抗を極めて少なくし、超電導コイル2Aと第2熱ステージ26との温度勾配を少なくすることが肝要となる。
In recent years, a two-stage regenerative refrigerating machine capable of generating refrigeration at 4K using a magnetic regenerator material has been developed, and a superconducting coil using a superconducting wire of NbTi that is easier to manufacture and cheaper than Nb3Sn is directly cooled. A scheme has been proposed.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part of a conventional superconducting magnet device.
In the conventional superconducting magnet apparatus shown in FIG. 10, a heat transfer plate 50 is wound around a superconducting coil 2A using a NbTi superconducting wire, and a heat conducting member 51 is a second stage regenerative refrigerator 21A. The superconducting coil 2A is directly cooled by a two-stage regenerative refrigerator 21A that is installed between the two-heat stage 26 and the heat transfer plate 50 and uses a magnetic regenerator material.
In addition, a large amount of electric power is required to generate refrigeration at 4K. An example of the refrigerating capacity characteristic of the two-stage regenerative refrigerator 21A is shown in FIG. It can be understood from FIG. 11 that the refrigeration capacity changes greatly in the vicinity of 4K. When the thermal resistance is large and the temperature difference is 1K, the temperature of the second thermal stage 26 needs to be 3.2K in order to set the temperature of the superconducting coil 2A to 4.2K. From FIG. 11, it is understood that the refrigerating capacity is 0.5 W at 4.2K, but is drastically reduced to 0.1 W at 3.2K. As a result, if the temperature difference reaches 1K, a refrigerator that is five times larger is required, which is very disadvantageous in terms of power consumption and the like. Therefore, in the superconducting magnet device using the two-stage regenerative refrigerator 21A, compared with the superconducting magnet device using the two-stage regenerative refrigerator 21, the thermal resistance is extremely reduced, and the superconducting coil 2A and the second It is important to reduce the temperature gradient with the heat stage 26.

そこで、従来、2段式蓄冷型冷凍機21Aの第2熱ステージ26を超電導コイルカートリッジ3に直接取り付ける方式が提案されている。しかし、この方式では、2段式蓄冷型冷凍機21Aを直接真空容器7に取り付けることになり、冷凍機の交換が困難となってしまう。また、超電導コイルカートリッジ3を構成する銅やアルミニウム、NbTi線材の比熱は4Kでは非常に小さくなる。このため、支持体1や超電導コイル2Aの4Kでの熱容量は小さく、2段式蓄冷型冷凍機21Aが停止すると、超電導コイル2Aの温度が容易に上昇してしまう。そこで、2段式蓄冷型冷凍機21Aは冷凍能力を安定して発生させるよう高い信頼性が要求される。
また、この種の超電導磁石装置が小物の物性測定装置等に使用される場合には、磁場を大きく変化させる必要があり、電源を接続した状態で使用される。このような場合には、頻繁に運転と停止を繰り返すので、MRI装置等に比べて信頼性に対する要求は小さいが、使いやすさと安全性が要求される。
Therefore, conventionally, a method has been proposed in which the second heat stage 26 of the two-stage regenerative refrigerator 21A is directly attached to the superconducting coil cartridge 3. However, in this system, the two-stage regenerative refrigerator 21A is directly attached to the vacuum vessel 7, and it becomes difficult to replace the refrigerator. Further, the specific heat of the copper, aluminum, and NbTi wire constituting the superconducting coil cartridge 3 becomes very small at 4K. For this reason, the heat capacity at 4K of the support 1 and the superconducting coil 2A is small, and when the two-stage regenerative refrigerator 21A stops, the temperature of the superconducting coil 2A easily rises. Accordingly, the two-stage regenerative refrigerator 21A is required to have high reliability so as to stably generate the refrigerating capacity.
Further, when this type of superconducting magnet device is used in a small physical property measuring device or the like, it is necessary to greatly change the magnetic field, and it is used in a state where a power source is connected. In such a case, since the operation and the stop are frequently repeated, the requirement for reliability is small as compared with an MRI apparatus or the like, but ease of use and safety are required.

特開平5−59568号公報JP-A-5-59568

図9に示される従来の超電導磁石装置では、2段式蓄冷型冷凍機21が、その第1および第2熱ステージ24、26を熱シールド5および超電導コイルカートリッジ3に熱接続されている第1および第2熱接続部33、35に熱接続するように取付シリンダ30内に挿入し、取り付けられているので、熱接続部での熱抵抗が大きくなり、大きな冷凍能力の2段式蓄冷型冷凍機21が必要となるとともに、消費電力の点から不利になるという課題があった。また、その運転状態において、取付シリンダ30と2段式蓄冷型冷凍機21との間が真空状態となっており、2段式蓄冷型冷凍機21を交換する際に、超電導コイルカートリッジ3と熱シールド5の温度を常温まで上げる必要があり、2段式蓄冷型冷凍機21の交換に時間を要するという課題もあった。   In the conventional superconducting magnet apparatus shown in FIG. 9, a two-stage regenerative refrigerator 21 has a first and second heat stages 24 and 26 thermally connected to the heat shield 5 and the superconducting coil cartridge 3. And the second thermal connection portions 33 and 35 are inserted and attached in the mounting cylinder 30 so as to be thermally connected, the thermal resistance at the thermal connection portion is increased, and the two-stage regenerative refrigerating type refrigeration having a large refrigerating capacity. There is a problem that the machine 21 is necessary and disadvantageous in terms of power consumption. In the operation state, the mounting cylinder 30 and the two-stage regenerative refrigerator 21 are in a vacuum state, and the superconducting coil cartridge 3 and the heat are exchanged when the two-stage regenerative refrigerator 21 is replaced. There is also a problem that it is necessary to raise the temperature of the shield 5 to room temperature, and it takes time to replace the two-stage regenerative refrigerator 21.

また、図10に示される従来の超電導磁石装置では、2段式蓄冷型冷凍機21Aの第2熱ステージ26が熱伝導部材51および伝熱板50を介して超電導コイル2Aに熱接続されているので、熱接続部での熱抵抗が大きくなり、大きな冷凍能力の2段式蓄冷型冷凍機21Aが必要となるとともに、消費電力の点から不利になるという課題があった。また、2段式蓄冷型冷凍機21Aが真空容器7に直接取り付けられているので、2段式蓄冷型冷凍機21Aの交換に際しては、真空容器7内の真空状態を破らないように、シリンダ等の外筒部を残して内部構成部品を引き抜いての交換となり、2段式蓄冷型冷凍機21Aの交換が困難となるという課題もあった。さらに、超電導コイルカートリッジ3の4Kでの熱容量が小さいので、2段式蓄冷型冷凍機21Aが停止した際に超電導コイル2Aの温度が短時間に上昇し、超電導状態が容易に破られてしまうという課題もあった。   In the conventional superconducting magnet apparatus shown in FIG. 10, the second heat stage 26 of the two-stage regenerative refrigerator 21A is thermally connected to the superconducting coil 2A via the heat conducting member 51 and the heat transfer plate 50. Therefore, there is a problem that the thermal resistance at the heat connecting portion is increased, the two-stage regenerative refrigerator 21A having a large refrigerating capacity is required, and disadvantageous in terms of power consumption. Further, since the two-stage regenerative refrigerator 21A is directly attached to the vacuum vessel 7, when replacing the two-stage regenerative refrigerator 21A, a cylinder or the like is used so as not to break the vacuum state in the vacuum vessel 7. There was also a problem that it was difficult to replace the two-stage regenerative refrigerator 21A because the internal components were pulled out while leaving the outer cylinder part. Furthermore, since the heat capacity at 4K of the superconducting coil cartridge 3 is small, when the two-stage regenerative refrigerator 21A stops, the temperature of the superconducting coil 2A rises in a short time, and the superconducting state is easily broken. There were also challenges.

また、図10に示される従来の超電導磁石装置の改良装置では、2段式蓄冷型冷凍機21Aの第2熱ステージ26が超電導コイルカートリッジ3に直接熱接続されているので、超電導コイルカートリッジ3の4Kでの熱容量が小さく、2段式蓄冷型冷凍機21Aが停止した際に超電導コイル2Aの温度が短時間に上昇し、超電導状態が容易に破られてしまうという課題があった。また、2段式蓄冷型冷凍機21Aが真空容器7に直接取り付けられているので、2段式蓄冷型冷凍機21Aの交換に際しては、真空容器7内の真空状態を破らないように、シリンダ等の外筒部を残して内部構成部品を引き抜いての交換となり、2段式蓄冷型冷凍機21Aの交換が困難となるという課題もあった。   Further, in the improved apparatus for the conventional superconducting magnet apparatus shown in FIG. 10, the second heat stage 26 of the two-stage regenerative refrigerator 21A is directly thermally connected to the superconducting coil cartridge 3, so that the superconducting coil cartridge 3 When the heat capacity at 4K is small and the two-stage regenerative refrigerator 21A is stopped, the temperature of the superconducting coil 2A rises in a short time, and the superconducting state is easily broken. Further, since the two-stage regenerative refrigerator 21A is directly attached to the vacuum vessel 7, when replacing the two-stage regenerative refrigerator 21A, a cylinder or the like is used so as not to break the vacuum state in the vacuum vessel 7. There was also a problem that it was difficult to replace the two-stage regenerative refrigerator 21A because the internal components were pulled out while leaving the outer cylinder part.

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、多段式蓄冷型冷凍機の交換性を容易にし、超電導コイルと多段式蓄冷型冷凍機の最終段熱ステージとの間の熱抵抗を低減できる超電導磁石装置を得ることを目的とする。
また、多段式蓄冷型冷凍機が停止した際にも、超電導コイルの温度上昇を抑え、超電導状態を長時間維持できる超電導磁石装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, facilitates the exchangeability of the multistage regenerative refrigerator, and between the superconducting coil and the final stage heat stage of the multistage regenerative refrigerator. An object is to obtain a superconducting magnet device capable of reducing thermal resistance.
It is another object of the present invention to provide a superconducting magnet device that can suppress a temperature rise of a superconducting coil and maintain a superconducting state for a long time even when a multistage regenerative refrigerator is stopped.

この発明は、真空容器と、この真空容器内に配設された超電導コイルを有する超電導コイルカートリッジと、この超電導コイルカートリッジを囲繞するように上記真空容器内に配設された熱シールドと、複数の取付シリンダが各段の取付熱接続部を介して連結されて構成され、各段の取付熱接続部がそれぞれ上記熱シールドおよび上記超電導コイルカートリッジに熱的に接続されて上記真空容器に気密に取り付けられた冷凍機取付シリンダと、各段の熱ステージがそれぞれ上記冷凍機取付シリンダの各段の取付熱接続部に熱的に接続されて該冷凍機取付シリンダに取り付けられ、上記超電導コイルカートリッジを介して上記超電導コイルを略4Kまで伝導冷却する略4K冷却用の多段式蓄冷型冷凍機とを備えた超電導磁石装置において、上記冷凍機取付シリンダと上記多段式蓄冷型冷凍機との間の空間に、常温部からのヘリウムガスを供給可能にするヘリウムガス導入管を上記冷凍機取付シリンダに設けたものである。   The present invention includes a vacuum container, a superconducting coil cartridge having a superconducting coil disposed in the vacuum container, a heat shield disposed in the vacuum container so as to surround the superconducting coil cartridge, and a plurality of The mounting cylinder is connected via the mounting heat connection portion of each stage, and the mounting heat connection portion of each stage is thermally connected to the heat shield and the superconducting coil cartridge, respectively, and attached to the vacuum vessel in an airtight manner. The chiller mounting cylinder and the thermal stage of each stage are thermally connected to the mounting heat connection portions of the respective stages of the chiller mounting cylinder and attached to the chiller mounting cylinder, and the superconducting coil cartridge is interposed therebetween. A superconducting magnet apparatus comprising a multi-stage regenerative refrigerator for cooling approximately 4K for conducting and cooling the superconducting coil to approximately 4K. The space between the freezing machine mounting cylinder and the multi-stage regenerative refrigerator, the helium gas introduction pipe that allows supplying the helium gas from the cold section but on the aforementioned cylinder for fastening the refrigerator.

この発明によれば、多段式蓄冷型冷凍機の交換性を容易にし、超電導コイルと多段式蓄冷型冷凍機の最終段熱ステージとの間の熱抵抗を低減できるとともに、多段式蓄冷型冷凍機が停止した際にも、超電導コイルの温度上昇を抑え、超電導状態を長時間維持できる超電導磁石装置を得ることができる。   According to the present invention, the multistage regenerative refrigerator can be easily replaced, the thermal resistance between the superconducting coil and the final stage heat stage of the multistage regenerative refrigerator can be reduced, and the multistage regenerative refrigerator can be reduced. Even when is stopped, it is possible to obtain a superconducting magnet device capable of suppressing the temperature rise of the superconducting coil and maintaining the superconducting state for a long time.

以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る超電導磁石装置を示す断面図である。
図において、超電導コイルカートリッジ3は、NbTi製の超電導コイル2Aがアルミ等の金属で作製された支持体1に取り付けられて構成されている。この超電導コイルカートリッジ3は、真空容器7内に配設された熱シールド5内に収容されている。この真空容器7は、内部を高真空に保持されて、超電導コイルカートリッジ3や熱シールド5への熱侵入を低減している。そして、超電導コイルカートリッジ3は熱シールド5に第2断熱サポート4により断熱支持され、熱シールド5は第1断熱サポート6により真空容器7に断熱支持されている。
ここで、第2および第1断熱サポート4、6は熱伝導率が小さく、かつ、強度の大きな材料、例えばGFRP(Glass Fiber Resinforced Plastic)で作製されている。また、熱シールド5は熱伝導率が大きなアルミニウムや銅、あるいはそれらの合金で作製されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
1 is a cross-sectional view showing a superconducting magnet device according to Embodiment 1 of the present invention.
In the figure, a superconducting coil cartridge 3 is constructed by attaching a superconducting coil 2A made of NbTi to a support 1 made of a metal such as aluminum. The superconducting coil cartridge 3 is accommodated in a heat shield 5 disposed in a vacuum vessel 7. The inside of the vacuum container 7 is maintained at a high vacuum to reduce heat intrusion into the superconducting coil cartridge 3 and the heat shield 5. The superconducting coil cartridge 3 is heat-insulated and supported by the heat shield 5 by the second heat-insulating support 4, and the heat shield 5 is heat-insulated and supported by the vacuum vessel 7 by the first heat-insulating support 6.
Here, the second and first heat insulating supports 4 and 6 are made of a material having low thermal conductivity and high strength, for example, GFRP (Glass Fiber Resinforced Plastic). The heat shield 5 is made of aluminum, copper, or an alloy thereof having a high thermal conductivity.

2段式蓄冷型冷凍機21Aは、駆動部22、第1シリンダ23、第1熱ステージ24、第2シリンダ25、第2熱ステージ26、さらに図示していないがガス配管および圧縮機から構成され、第2シリンダ25内の蓄冷材としてGdRh,Gd0.5Er0.5Rh等の磁性蓄冷材を用い、その第1および第2熱ステージ24、26により熱シールド5および超電導コイルカートリッジ3をそれぞれ50K程度および4K程度に冷却するものである。また、冷凍機取付シリンダ30は、2段式蓄冷型冷凍機21Aを着脱可能にし、その保守や交換を容易にするためのもので、取付フランジ31、第1取付シリンダ32、第1取付熱接続部33、第2取付シリンダ34および第2取付熱接続部35から構成されている。この取付シリンダ30は、その取付フランジ31を真空容器7に気密に取り付けられ、外部から真空容器7および熱シールド5を貫通して挿入されている。そして、第1取付熱接続部33が熱シールド5に熱接続され、第2取付熱接続部35が超電導コイルカートリッジ3に熱接続されている。さらに、2段式蓄冷型冷凍機21Aが、第1熱ステージ24を第1取付熱接続部33に熱接続され、第2熱ステージ26を第2取付熱接続部35に熱接続されるように、取付シルンダ30に挿入され気密に取り付けられている。
ここで、各シリンダには例えばステンレススチールが用いられ、各熱ステージおよび各取付熱接続部には例えば銅やアルミニウムが用いられる。
The two-stage regenerative refrigerator 21A includes a drive unit 22, a first cylinder 23, a first heat stage 24, a second cylinder 25, a second heat stage 26, and a gas pipe and a compressor (not shown). A magnetic regenerator material such as GdRh, Gd0.5Er0.5Rh or the like is used as the regenerator material in the second cylinder 25, and the heat shield 5 and the superconducting coil cartridge 3 are about 50K by the first and second heat stages 24 and 26, respectively. It cools to about 4K. The refrigerator mounting cylinder 30 is for making the two-stage regenerative refrigerator 21A detachable and facilitating its maintenance and replacement. The mounting flange 31, the first mounting cylinder 32, and the first mounting heat connection It is comprised from the part 33, the 2nd attachment cylinder 34, and the 2nd attachment heat connection part 35. As shown in FIG. The mounting cylinder 30 has its mounting flange 31 hermetically attached to the vacuum vessel 7 and is inserted through the vacuum vessel 7 and the heat shield 5 from the outside. The first attachment heat connection portion 33 is thermally connected to the heat shield 5, and the second attachment heat connection portion 35 is thermally connected to the superconducting coil cartridge 3. Further, in the two-stage regenerative refrigerator 21 </ b> A, the first heat stage 24 is thermally connected to the first attachment heat connection portion 33, and the second heat stage 26 is thermally connected to the second attachment heat connection portion 35. , Inserted into the mounting cylinder 30 and attached in an airtight manner.
Here, for example, stainless steel is used for each cylinder, and for example, copper or aluminum is used for each heat stage and each mounting heat connecting portion.

また、ヘリウム導入管40がその一端を取付シリンダ30の内部に臨むように取付フランジ31に取り付けられている。そして、第1の継ぎ手42がこのヘリウム導入管40の他端に取り付けられている。さらに、締切弁41、安全弁47および圧力計48がヘリウム導入管40に取り付けられている。
また、配管44がヘリウム容器46に接続され、第2の継ぎ手43が配管44の他端に取り付けられている。そして、減圧弁45が配管44に取り付けられている。
Further, the helium introduction tube 40 is attached to the attachment flange 31 so that one end thereof faces the inside of the attachment cylinder 30. A first joint 42 is attached to the other end of the helium introduction pipe 40. Further, a cutoff valve 41, a safety valve 47 and a pressure gauge 48 are attached to the helium introduction pipe 40.
Further, the pipe 44 is connected to the helium container 46, and the second joint 43 is attached to the other end of the pipe 44. A pressure reducing valve 45 is attached to the pipe 44.

このように構成された超電導磁石装置を運転する際には、まず第1の継ぎ手42と第2の継ぎ手43とを接続してヘリウム導入管40と配管44とを連結し、締切弁41を開け、減圧弁45により大気圧程度に減圧されたヘリウムガス60をヘリウム容器46から配管44、締切弁41およびヘリウム導入管40を介して取付シリンダ30内に導入する。
2段式蓄冷型冷凍機21Aが運転され、初期冷却が進むと、取付シリンダ30内に導入されたヘリウムガス60が冷却されて減圧弁45の設定値以下の圧力となると、新たなヘリウムガス60が上記経路を通って導入され、取付シリンダ30内の圧力がほぼ大気圧に制御される。そして、最終的に第2熱ステージ26の温度が略4Kになると、取付シリンダ30内のヘリウムガス60の一部が液化し、液体ヘリウム61となって取付シリンダ30の第2シリンダ25の底部に溜まる。所定量の液体ヘリウム61を発生して初期冷却が完了すると、ヘリウム容器46が不要となるので、締切弁41を閉じ、ヘリウム容器46を第2の継ぎ手43から分離する。
When operating the superconducting magnet apparatus configured as described above, first the first joint 42 and the second joint 43 are connected, the helium introduction pipe 40 and the pipe 44 are connected, and the cutoff valve 41 is opened. Then, the helium gas 60 decompressed to about atmospheric pressure by the pressure reducing valve 45 is introduced into the mounting cylinder 30 from the helium container 46 through the pipe 44, the shutoff valve 41 and the helium introducing pipe 40.
When the two-stage regenerative refrigerator 21A is operated and the initial cooling proceeds, when the helium gas 60 introduced into the mounting cylinder 30 is cooled to a pressure equal to or lower than the set value of the pressure reducing valve 45, a new helium gas 60 is obtained. Is introduced through the above-mentioned path, and the pressure in the mounting cylinder 30 is controlled to be almost atmospheric pressure. Finally, when the temperature of the second heat stage 26 becomes approximately 4K, a part of the helium gas 60 in the mounting cylinder 30 is liquefied and becomes liquid helium 61 at the bottom of the second cylinder 25 of the mounting cylinder 30. Accumulate. When the predetermined amount of liquid helium 61 is generated and the initial cooling is completed, the helium container 46 is no longer needed, so the cutoff valve 41 is closed and the helium container 46 is separated from the second joint 43.

ここで、第2熱ステージ26と第2取付熱接続部35との熱接続は、固体の接触に、液体ヘリウム61の沸騰と凝縮に伴う良好な熱接続が加わり、同様に、第1熱ステージ24と第1取付熱接続部33との熱接続は、固体の接触に、ヘリウムガス60の対流と伝導に伴う良好な熱接続が加わっている。
そこで、超電導コイルカートリッジ3の熱エネルギーは第2取付熱接続部35および液体ヘリウム61を介して第2熱ステージ26で吸収されて、略4Kに冷却される。また、熱シールド5の熱エネルギーは第1取付熱接続部33およびヘリウムガス60を介して第1熱ステージ24で吸収されて、略50Kに冷却される。
この状態で外部電源(図示せず)から電流を供給するパワーリード(図示せず)を用いて超電導コイル2Aに電流を流し、強い磁場を発生させる。
Here, the thermal connection between the second thermal stage 26 and the second attachment thermal connection portion 35 is obtained by adding a good thermal connection accompanying the boiling and condensation of the liquid helium 61 to the solid contact, and similarly, the first thermal stage. The thermal connection between the first mounting thermal connection portion 33 and the first attachment thermal connection portion 33 is obtained by adding a good thermal connection associated with the convection and conduction of the helium gas 60 to the solid contact.
Therefore, the heat energy of the superconducting coil cartridge 3 is absorbed by the second heat stage 26 via the second attachment heat connection portion 35 and the liquid helium 61 and cooled to about 4K. Further, the heat energy of the heat shield 5 is absorbed by the first heat stage 24 via the first attachment heat connecting portion 33 and the helium gas 60 and cooled to about 50K.
In this state, a current is passed through the superconducting coil 2A using a power lead (not shown) that supplies current from an external power source (not shown) to generate a strong magnetic field.

このように、この実施の形態1によれば、第2熱ステージ26と第2取付熱接続部35との熱接続が、固体の接触に加え、液体ヘリウム61の沸騰と凝縮に伴う良好な熱接続が加わり、両者間の熱接続部の熱抵抗が大幅に低減される。同様に、第1熱ステージ24と第1取付熱接続部33との熱接続が、固体の接触に加え、ヘリウムガス60の対流と伝導に伴う良好な熱接続が加わり、両者間の熱接続部の熱抵抗が大幅に低減される。そこで、超電導コイル2Aと第2熱ステージ26との間の温度勾配、さらには熱シールド5と第1熱ステージ24との間の温度勾配が極めて少なくなり、大きな冷凍能力の冷凍機を用いる必要がなくなるとともに、消費電力の点でも非常に有利となる。
また、取付シリンダ30の底部に液体ヘリウム61が溜められているので、2段式蓄冷型冷凍機21Aが停止しても、液体ヘリウム61が蒸発しきるまでは超電導コイル2Aを略4Kに維持でき、長時間超電導状態を保つことができるようになる。
また、取付シリンダ30と2段式蓄冷型冷凍機21Aとの間が大気圧のヘリウムガス60で満たされているので、2段式蓄冷型冷凍機21Aを交換する際に力を受けず、従来の装置のように超電導コイルカートリッジ3や熱シールド5の温度を常温まで上げる必要がなく、交換時間を短縮できるとともに、交換作業性を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, the thermal connection between the second thermal stage 26 and the second attachment thermal connection portion 35 is not only in contact with the solid but also in good heat accompanying the boiling and condensation of the liquid helium 61. A connection is added, and the thermal resistance of the thermal connection between the two is greatly reduced. Similarly, the thermal connection between the first thermal stage 24 and the first attachment thermal connection portion 33 is not only a solid contact, but also a good thermal connection associated with the convection and conduction of the helium gas 60, and the thermal connection portion between the two. The thermal resistance of is greatly reduced. Therefore, the temperature gradient between the superconducting coil 2A and the second heat stage 26 and the temperature gradient between the heat shield 5 and the first heat stage 24 are extremely reduced, and it is necessary to use a refrigerator having a large refrigerating capacity. This is very advantageous in terms of power consumption.
Further, since the liquid helium 61 is stored at the bottom of the mounting cylinder 30, even if the two-stage regenerative refrigerator 21A stops, the superconducting coil 2A can be maintained at approximately 4K until the liquid helium 61 has completely evaporated, The superconducting state can be maintained for a long time.
Further, since the space between the mounting cylinder 30 and the two-stage regenerative refrigerator 21A is filled with the helium gas 60 at atmospheric pressure, no force is applied when replacing the two-stage regenerator refrigerator 21A. It is not necessary to raise the temperature of the superconducting coil cartridge 3 and the heat shield 5 to room temperature as in the above apparatus, and the replacement time can be shortened and the replacement workability can be improved.

なお、圧力計48のレンジは真空から2×105Pa(2bar)程度が望ましい。このような範囲の真空計を用いることで、気体温度計を構成することが可能となり、安価に第2熱ステージ26の温度を測定することが可能となる。
また、停電等の事故の際には、液体ヘリウム61が蒸発し、取付シリンダ30内の圧力が大きく上昇する可能性があるが、安全弁47を用いているので、内部圧力が過度に上昇すれば、安全弁47が作動して内部圧力が所定値を越えないように制御され、安全性が確保される。
The range of the pressure gauge 48 is preferably about 2 × 10 5 Pa (2 bar) from vacuum. By using the vacuum gauge in such a range, a gas thermometer can be configured, and the temperature of the second thermal stage 26 can be measured at a low cost.
Further, in the event of an accident such as a power failure, the liquid helium 61 may evaporate and the pressure in the mounting cylinder 30 may increase significantly. However, since the safety valve 47 is used, if the internal pressure increases excessively, The safety valve 47 is actuated to control the internal pressure so as not to exceed a predetermined value, thereby ensuring safety.

実施の形態2.
図2はこの発明の実施の形態2に係る超電導磁石装置の要部を示す断面図である。
この実施の形態2では、図2に示されるように、液体ヘリウム貯液容器70が取付シリンダ30の第2取付熱接続部35に設けられ、液体ヘリウム導入路71が液体ヘリウム貯液容器70と冷凍機取付シリンダ30の内部とを連通するように第2取付熱接続部35に穿設されている。ここで、液体ヘリウム貯液容器70は、第2取付熱接続部35と同様に熱伝導率の大きな銅やアルミニウムで作製されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main part of the superconducting magnet device according to Embodiment 2 of the present invention.
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the liquid helium storage container 70 is provided in the second mounting heat connection portion 35 of the mounting cylinder 30, and the liquid helium introduction path 71 is connected to the liquid helium storage container 70. The second attachment heat connection portion 35 is drilled so as to communicate with the inside of the refrigerator attachment cylinder 30. Here, the liquid helium storage container 70 is made of copper or aluminum having a large thermal conductivity, like the second attachment heat connecting portion 35.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

このように構成された超電導磁石装置では、2段式蓄冷型冷凍機21Aが運転され、初期冷却が進むと、取付シリンダ30内に導入されたヘリウムガス60が冷却されて減圧弁45の設定値以下の圧力となると、新たなヘリウムガス60が上記経路を通って導入され、取付シリンダ30内の圧力がほぼ大気圧に制御される。そして、最終的に第2熱ステージ26の温度が略4Kになると、取付シリンダ30内のヘリウムガス60の一部が液化し、液体ヘリウム61となって取付シリンダ30の第2シリンダ25の底部から液体ヘリウム導入路71を通って液体ヘリウム貯液容器70内に溜まる。
従って、この実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
In the superconducting magnet apparatus configured as described above, when the two-stage regenerative refrigerator 21A is operated and the initial cooling proceeds, the helium gas 60 introduced into the mounting cylinder 30 is cooled and the set value of the pressure reducing valve 45 is reached. When the following pressure is reached, new helium gas 60 is introduced through the above path, and the pressure in the mounting cylinder 30 is controlled to substantially atmospheric pressure. Finally, when the temperature of the second heat stage 26 becomes approximately 4K, a part of the helium gas 60 in the mounting cylinder 30 is liquefied and becomes liquid helium 61 from the bottom of the second cylinder 25 of the mounting cylinder 30. It accumulates in the liquid helium storage container 70 through the liquid helium introduction path 71.
Therefore, also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

この実施の形態2においても、2段式蓄冷型冷凍機21Aが停止しても、液体ヘリウム61が蒸発する間4.2Kを保つことができる。
例えば、高い信頼性が要求される医療用MRI装置に用いられる超電導磁石装置の4Kへの熱侵入量は0.5W程度となる。液体ヘリウムの蒸発潜熱から計算すると、1Wの入熱の際のヘリウム蒸発量は1.4l/hである。そこで、例えば20lの液体ヘリウム貯液容器70を用いると、
20/(0.5×1.4)=29時間
の間、超電導状態を保つことが可能となる。これに対し、超電導コイルカートリッジ3の熱容量だけで温度上昇を計算すると30分以内に超電導状態が破れる可能性があり、液体ヘリウムの効果が大きいことがわかる。
従って、この実施の形態2による超電導磁石装置は、永久電流モードで用い、高い信頼性が要求される医療用超電導磁石装置にも十分適用できるものである。この場合、永久電流スイッチ(図示せず)は超電導コイル2Aと直列に設置することになる。
Even in the second embodiment, even when the two-stage regenerative refrigerator 21A is stopped, 4.2K can be maintained while the liquid helium 61 evaporates.
For example, the amount of heat penetration into 4K of a superconducting magnet device used in a medical MRI apparatus that requires high reliability is about 0.5 W. When calculated from the latent heat of vaporization of liquid helium, the amount of helium vaporization when the heat input is 1 W is 1.4 l / h. Therefore, for example, when a 20 l liquid helium storage container 70 is used,
It becomes possible to maintain the superconducting state for 20 / (0.5 × 1.4) = 29 hours. On the other hand, if the temperature rise is calculated only by the heat capacity of the superconducting coil cartridge 3, the superconducting state may be broken within 30 minutes, and it can be seen that the effect of liquid helium is great.
Therefore, the superconducting magnet device according to the second embodiment is sufficiently applicable to a medical superconducting magnet device that is used in the permanent current mode and requires high reliability. In this case, a permanent current switch (not shown) is installed in series with the superconducting coil 2A.

実施の形態3.
この実施の形態3では、図3に示されるように、液体ヘリウム貯液容器70の一部に熱接続部72が設けられ、液体ヘリウム貯液容器70が熱接続部72を介して超電導コイルカートリッジ3の支持体1に熱接続するようにしている。
なお、他の構成は上記実施の形態2と同様に構成されている。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, as shown in FIG. 3, a thermal connection part 72 is provided in a part of the liquid helium storage container 70, and the liquid helium storage container 70 is connected to the superconducting coil cartridge via the thermal connection part 72. 3 is connected to the support 1 by heat.
Other configurations are the same as those in the second embodiment.

この実施の形態3では、ほぼ4Kに保持されている液体ヘリウム貯液容器70が熱接続部72を介して超電導コイルカートリッジ3に強固に熱接続している。そこで、超電導コイルカートリッジ3の熱伝導のみで冷却する場合には超電導コイルカートリッジ3に温度勾配が生じやすいが、ほぼ4Kに保持されている液体ヘリウム貯液容器70を熱接続することにより、温度勾配を低減することができる。   In the third embodiment, the liquid helium storage container 70 held at approximately 4K is firmly thermally connected to the superconducting coil cartridge 3 via the thermal connection portion 72. Therefore, when cooling is performed only by heat conduction of the superconducting coil cartridge 3, a temperature gradient is likely to be generated in the superconducting coil cartridge 3, but the temperature gradient is obtained by thermally connecting the liquid helium storage container 70 held at approximately 4K. Can be reduced.

実施の形態4.
この実施の形態4では、図4に示されるように、2個の超電導コイルカートリッジ3が上下に離れて配置され、2個の液体ヘリウム貯液容器70が超電導コイルカートリッジ3のそれぞれに熱接続するように配置され、2個の液体ヘリウム貯液容器70がヘリウム連通管73により連結されている。
なお、他の構成は上記実施の形態3と同様に構成されている。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 4, two superconducting coil cartridges 3 are arranged apart from each other in the vertical direction, and two liquid helium storage containers 70 are thermally connected to each of the superconducting coil cartridges 3. The two liquid helium storage containers 70 are connected by a helium communication pipe 73.
Other configurations are the same as those in the third embodiment.

離れて配置された2個の超電導コイルカートリッジ3の熱伝導のみで冷却する場合には、温度勾配が大きくなり、超電導コイルカートリッジ3の温度が上昇してしまう。
この実施の形態4では、2個の液体ヘリウム貯液容器70はヘリウム連通管73で連結されているので、液体ヘリウム61を各液体ヘリウム貯液容器70に自由に導入でき、各液体ヘリウム貯液容器70をほぼ4Kに保持できる。そこで、2個の超電導コイルカートリッジ3が離れていても、各超電導コイルカートリッジ3はそれぞれほぼ4Kに保持されている液体ヘリウム貯液容器70に熱接続部72を介して熱接続されているので、温度上昇が抑えられ、低い温度に保持される。
When the cooling is performed only by the heat conduction of the two superconducting coil cartridges 3 arranged apart from each other, the temperature gradient becomes large, and the temperature of the superconducting coil cartridge 3 rises.
In the fourth embodiment, since the two liquid helium storage containers 70 are connected by the helium communication pipe 73, the liquid helium 61 can be freely introduced into each liquid helium storage container 70, and each liquid helium storage container 70 can be introduced. The container 70 can be held at approximately 4K. Therefore, even if the two superconducting coil cartridges 3 are separated from each other, each superconducting coil cartridge 3 is thermally connected to the liquid helium storage container 70 held at approximately 4K through the thermal connection portion 72. The temperature rise is suppressed and the temperature is kept low.

実施の形態5.
この実施の形態5では、図5に示されるように、容器49がヘリウム導入管40の経路中に設けられ、締切弁41が容器49と第1継ぎ手42との間に設けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
Embodiment 5. FIG.
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 5, the container 49 is provided in the path of the helium introduction pipe 40, and the cutoff valve 41 is provided between the container 49 and the first joint 42.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

上記実施の形態1による超電導磁石装置では、運転を中止した際に、液体ヘリウム61は蒸発し体積を増やし、取付シリンダ30内のヘリウムガス60は温度上昇に伴って膨張するので、圧力が上昇する。そして、取付シリンダ30内の圧力が過度に上昇すれば、安全弁47が作動し、ヘリウムガス60を外部に放出することになる。
しかしながら、この実施の形態5では、取付シリンダ30内で温度上昇に伴って膨張したヘリウムガス60はヘリウム導入管40を通って常温部に設けられた容器49内に押し出され、取付シリンダ30内の圧力上昇が抑えられる。従って、超電導コイルカートリッジ3が常温に戻っても、安全弁47が作動せず、取付シリンダ30内のヘリウム量が維持され、ヘリウム容器46からヘリウムガス60を補充する必要がなく、コスト的に有利となる。
このように、上記実施の形態5によれば、運転と停止とを繰り返すことが多い実験用超電導磁石装置に十分適用できる超電導磁石装置が得られる。
なお、容器49の容積が大きいほど圧力上昇は小さくなるが、容器49は安全弁47が作動しない適当な大きさにすることが望ましい。
In the superconducting magnet device according to the first embodiment, when the operation is stopped, the liquid helium 61 evaporates and increases in volume, and the helium gas 60 in the mounting cylinder 30 expands as the temperature rises, so the pressure increases. . And if the pressure in the attachment cylinder 30 rises too much, the safety valve 47 will act | operate and helium gas 60 will be discharge | released outside.
However, in the fifth embodiment, the helium gas 60 expanded as the temperature rises in the mounting cylinder 30 is pushed out into the container 49 provided in the normal temperature section through the helium introduction pipe 40, and in the mounting cylinder 30. Increase in pressure is suppressed. Therefore, even if the superconducting coil cartridge 3 returns to normal temperature, the safety valve 47 does not operate, the amount of helium in the mounting cylinder 30 is maintained, and it is not necessary to replenish the helium gas 60 from the helium container 46, which is advantageous in terms of cost. Become.
As described above, according to the fifth embodiment, a superconducting magnet device that can be sufficiently applied to an experimental superconducting magnet device that is often repeatedly operated and stopped is obtained.
Although the pressure increase is smaller as the volume of the container 49 is larger, it is desirable that the container 49 is appropriately sized so that the safety valve 47 does not operate.

実施の形態6.
この実施の形態6では、図6に示されるように、2段式蓄冷型冷凍機21Aが第1シリンダ23の外径と第1熱ステージ24の外径とを略等しく、さらに第2シリンダ25の外径と第2熱ステージ26との外径とを略等しく構成され、冷凍機取付シリンダ30が第1取付シリンダ32の内径を第1熱ステージ24の外径と略等しく、第2取付シリンダ34の内径を第2熱ステージ26の外径と略等しく構成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 6, the two-stage regenerative refrigerator 21 </ b> A has the outer diameter of the first cylinder 23 and the outer diameter of the first heat stage 24 substantially equal, and further the second cylinder 25. The outer diameter of the second heat stage 26 is substantially equal to the outer diameter of the second heat stage 26, and the refrigerator mounting cylinder 30 has the inner diameter of the first mounting cylinder 32 substantially equal to the outer diameter of the first heat stage 24. The inner diameter of 34 is configured to be approximately equal to the outer diameter of the second heat stage 26.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

上記実施の形態1による超電導磁石装置では、運転を中止した際に、液体ヘリウム61は蒸発し体積を増やし、取付シリンダ30内のヘリウムガス60は温度上昇に伴って膨張するので、圧力が上昇する。この圧力上昇は液体ヘリウム61の量が多く、温度の低い部分の容積が大きい程大きくなる。
しかしながら、この実施の形態6では、第1シリンダ23の外径および第1取付シリンダ32の内径が第1熱ステージ24の外径と略等しく、第2シリンダ25の外径および第2取付シリンダ34の内径が第2熱ステージ26の外径と略等しくなっているので、第1シリンダ23と第1取付シリンダ32との隙間、さらには第2シリンダ25と第2取付シリンダ34との隙間が小さく、2段式蓄冷型冷凍機21Aと冷凍機取付シリンダ30との間の空隙の容積を小さくできる。
そこで、運転を中止した際の取付シリンダ30内の圧力上昇を抑えることができ、上記実施の形態5と同様の効果が得られる。
In the superconducting magnet device according to the first embodiment, when the operation is stopped, the liquid helium 61 evaporates and increases in volume, and the helium gas 60 in the mounting cylinder 30 expands as the temperature rises, so the pressure increases. . This increase in pressure increases as the amount of liquid helium 61 increases and the volume of the low temperature portion increases.
However, in the sixth embodiment, the outer diameter of the first cylinder 23 and the inner diameter of the first mounting cylinder 32 are substantially equal to the outer diameter of the first thermal stage 24, and the outer diameter of the second cylinder 25 and the second mounting cylinder 34. Is smaller than the outer diameter of the second thermal stage 26, so that the gap between the first cylinder 23 and the first mounting cylinder 32 and the gap between the second cylinder 25 and the second mounting cylinder 34 are small. The volume of the space between the two-stage regenerative refrigerator 21A and the refrigerator mounting cylinder 30 can be reduced.
Therefore, an increase in pressure in the mounting cylinder 30 when the operation is stopped can be suppressed, and the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.

実施の形態7.
この実施の形態7では、図7に示されるように、詰め物80、81が第1シリンダ23と第1取付シリンダ32との隙間および第2シリンダ25と第2取付シリンダ34との隙間にそれぞれ挿入されている。この詰め物80、81は低熱伝導率材、例えば天然ゴムの発泡体を円筒状に成形したものである。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
Embodiment 7 FIG.
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 7, the fillings 80 and 81 are inserted into the gap between the first cylinder 23 and the first mounting cylinder 32 and the gap between the second cylinder 25 and the second mounting cylinder 34, respectively. Has been. The fillings 80 and 81 are formed by molding a low thermal conductivity material, for example, a natural rubber foam into a cylindrical shape.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

この実施の形態7においても、詰め物80、81により2段式蓄冷型冷凍機21Aと冷凍機取付シリンダ30との間の空隙の容積が小さくなり、上記実施の形態6と同様の効果が得られる。   Also in the seventh embodiment, the filling 80, 81 reduces the volume of the space between the two-stage regenerative refrigerator 21A and the refrigerator mounting cylinder 30, and the same effect as in the sixth embodiment can be obtained. .

実施の形態8.
この実施の形態8では、図8に示されるように、冷凍機取付シリンダ30の第1取付シリンダ32および第2取付シリンダ34が、繊維強化樹脂、例えばGFRPで作製されている。そして、第1取付シリンダ32の両端が取付フランジ31および第1取付熱接続部33の外周部に接合され、第2取付シリンダ34の両端が第1取付熱接続部33および第2取付熱接続部35の外周部に接合されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
Embodiment 8 FIG.
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 8, the first mounting cylinder 32 and the second mounting cylinder 34 of the refrigerator mounting cylinder 30 are made of fiber reinforced resin, for example, GFRP. Then, both ends of the first mounting cylinder 32 are joined to the outer periphery of the mounting flange 31 and the first mounting heat connecting portion 33, and both ends of the second mounting cylinder 34 are connected to the first mounting heat connecting portion 33 and the second mounting heat connecting portion. It is joined to the outer periphery of 35.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

この実施の形態8では、第1および第2取付シリンダ32、34がステンレススチールに比べて熱伝導率の小さいGFRPで作製されているので、熱侵入量を小さく抑えることができる。
また、GFRPは熱収縮率が大きく、ヘリウム導入管40を介して外部からヘリウムガスを導入して初期冷却を行った際に、第1および第2取付シリンダ32、34は熱収縮するが、第1および第2取付シリンダ32、34を取付フランジ31、第1および第2取付熱接続部33、35の外周部に接合しているので、冷凍機取付シリンダ30の気密性は確保され、ヘリウムガスの漏れを防止することができる。
In the eighth embodiment, since the first and second mounting cylinders 32 and 34 are made of GFRP having a lower thermal conductivity than stainless steel, the amount of heat penetration can be kept small.
Further, GFRP has a large thermal contraction rate. When helium gas is introduced from the outside through the helium introduction pipe 40 and initial cooling is performed, the first and second mounting cylinders 32 and 34 are thermally contracted. Since the first and second mounting cylinders 32 and 34 are joined to the outer periphery of the mounting flange 31 and the first and second mounting heat connection portions 33 and 35, the airtightness of the refrigerator mounting cylinder 30 is ensured, and helium gas Leakage can be prevented.

上記実施の形態8では、第1および第2取付シリンダ32、34を繊維強化樹脂であるGFRPで作製するものとしているが、GFRPに代えてCFRP(C-arbon Fiber Resinforced Plastic)で作製してもよい。
この場合、CFRPはGFRPと同様に熱伝導率の小さい材料であるが、温度の高い領域では比較的に熱を伝える特性を有しているので、初期冷却を行う際に、冷凍能力の大きな第1熱ステージ24の冷凍能力の一部を使用することが可能となり、初期冷却時間を提言することができる。
In the eighth embodiment, the first and second mounting cylinders 32 and 34 are made of GFRP which is a fiber reinforced resin, but may be made of CFRP (C-arbon Fiber Resinforced Plastic) instead of GFRP. Good.
In this case, CFRP is a material having a low thermal conductivity like GFRP. However, since CFRP has a characteristic of transferring heat relatively in a high temperature region, it has a large refrigerating capacity when performing initial cooling. Part of the refrigeration capacity of the one heat stage 24 can be used, and an initial cooling time can be proposed.

なお、上記各実施の形態では、2段式蓄冷型冷凍機を用いるものとしているが、蓄冷型冷凍機は2段式に限定されるものではなく、熱シールドの設置数に合わせて選択すればよく、例えば熱シールドが超電導コイルカートリッジを囲繞するように2重に配設されていれば、3段式蓄冷型冷凍機を用いることになる。
また、この発明は、上記各実施の形態の特徴部分を組み合わせた超電導磁石装置にも適用されるものである。
In each of the above embodiments, a two-stage regenerative refrigerator is used. However, the regenerative refrigerator is not limited to a two-stage refrigerator, and can be selected according to the number of installed heat shields. Well, for example, if the heat shields are arranged so as to surround the superconducting coil cartridge, a three-stage regenerative refrigerator is used.
Moreover, this invention is applied also to the superconducting magnet apparatus which combined the characteristic part of said each embodiment.

この発明によれば、真空容器と、この真空容器内に配設された超電導コイルを有する超電導コイルカートリッジと、この超電導コイルカートリッジを囲繞するように上記真空容器内に配設された熱シールドと、複数の取付シリンダが各段の取付熱接続部を介して連結されて構成され、各段の取付熱接続部がそれぞれ上記熱シールドおよび上記超電導コイルカートリッジに熱的に接続されて上記真空容器に気密に取り付けられた冷凍機取付シリンダと、各段の熱ステージがそれぞれ上記冷凍機取付シリンダの各段の取付熱接続部に熱的に接続されて該冷凍機取付シリンダに取り付けられ、上記超電導コイルカートリッジを介して上記超電導コイルを略4Kまで伝導冷却する略4K冷却用の多段式蓄冷型冷凍機とを備えた超電導磁石装置において、上記冷凍機取付シリンダと上記多段式蓄冷型冷凍機との間の空間に、常温部からのヘリウムガスを供給可能にするヘリウムガス導入管を上記冷凍機取付シリンダに設けたので、多段式蓄冷型冷凍機の交換性を容易にし、超電導コイルと多段式蓄冷型冷凍機の最終段熱ステージとの間の熱抵抗を低減できるとともに、多段式蓄冷型冷凍機が停止した際にも、超電導コイルの温度上昇を抑え、超電導状態を長時間維持できる超電導磁石装置を得ることができる。   According to the present invention, a vacuum container, a superconducting coil cartridge having a superconducting coil disposed in the vacuum container, a heat shield disposed in the vacuum container so as to surround the superconducting coil cartridge, A plurality of mounting cylinders are connected via mounting heat connection portions at each stage, and the mounting heat connection portions at each stage are thermally connected to the heat shield and the superconducting coil cartridge, respectively, and airtight to the vacuum vessel. The superconducting coil cartridge is mounted on the refrigerator mounting cylinder by thermally connecting the refrigerator mounting cylinder mounted on the refrigerator and the heat stage of each stage to the mounting heat connecting portion of each stage of the refrigerator mounting cylinder. A superconducting magnet apparatus comprising a multi-stage regenerative refrigerator for cooling of approximately 4K that conducts and cools the superconducting coil to approximately 4K via Since the helium gas introduction pipe that enables the supply of helium gas from the room temperature portion is provided in the refrigerator mounting cylinder in the space between the refrigerator mounting cylinder and the multistage cool storage type refrigerator, the multistage cool storage type This makes it easy to replace the refrigerator, reduce the thermal resistance between the superconducting coil and the final stage heat stage of the multistage regenerative refrigerator, and even when the multistage regenerative refrigerator stops, It is possible to obtain a superconducting magnet device that can suppress the temperature rise and can maintain the superconducting state for a long time.

また、常温で供給されたヘリウムガスを上記多段式蓄冷型冷凍機の最終段熱ステージと上記冷凍機取付シリンダとの間の空間において少なくともその一部を液化するようにしているので、多段式蓄冷型冷凍機の最終段熱ステージと冷凍機取付シリンダとの熱接続が、固体の接触に加え、液体ヘリウムの沸騰と凝縮に伴う良好な熱接続が加わり、両者間の熱接続部の熱抵抗が大幅に低減される。   In addition, since helium gas supplied at room temperature is liquefied at least partially in the space between the final stage heat stage of the multistage regenerative refrigerator and the refrigerator mounting cylinder, the multistage regenerative regenerator In addition to the solid contact, the thermal connection between the final stage heat stage of the type refrigerator and the refrigerator mounting cylinder adds a good thermal connection due to the boiling and condensation of liquid helium, and the thermal resistance of the thermal connection between them is reduced. It is greatly reduced.

また、上記冷凍機取付シリンダのヘリウムガス導入管に締切弁を備えているので、冷凍機取付シリンダ内へのヘリウムガスの導入が容易となる。   Further, since the cutoff valve is provided in the helium gas introduction pipe of the refrigerator mounting cylinder, it is easy to introduce helium gas into the refrigerator mounting cylinder.

また、液体ヘリウム貯液容器が上記冷凍機取付シリンダの最終段の取付熱接続部の外周部に配設され、液体ヘリウム導入路が上記冷凍機取付シリンダと上記液体ヘリウム貯液容器とを連通するように上記最終段の取付熱接続部に穿設されているので、多段式蓄冷型冷凍機が停止した際にも、超電導状態をより長時間維持できるようになる。   In addition, a liquid helium storage container is disposed on the outer peripheral portion of the mounting heat connection portion at the final stage of the refrigerator mounting cylinder, and a liquid helium introduction path communicates the refrigerator mounting cylinder and the liquid helium storage container. As described above, the superheated state can be maintained for a long time even when the multistage regenerative refrigerator is stopped.

また、上記液体ヘリウム貯液容器の一部に熱接続部が設けられ、上記超電導コイルカートリッジが熱接続部を介して上記液体ヘリウム貯液容器に熱接続されているので、超電導コイルカートリッジの温度勾配を低減することができる。   Further, a thermal connection part is provided in a part of the liquid helium storage container, and the superconducting coil cartridge is thermally connected to the liquid helium storage container via the thermal connection part. Can be reduced.

また、複数個の超電導コイルカートリッジが分散配置され、上記複数個の超電導コイルカートリッジが上記熱接続部を介して上記液体ヘリウム貯液容器にそれぞれ熱接続されているので、分散配置された超電導コイルカートリッジの温度をそれぞれ低く抑えることができる。   In addition, a plurality of superconducting coil cartridges are dispersedly arranged, and the plurality of superconducting coil cartridges are thermally connected to the liquid helium storage container through the thermal connection portion, respectively. The temperature of each can be kept low.

また、上記冷凍機取付シリンダ内のヘリウムガスの膨張に伴う圧力上昇を緩和する容器が上記ヘリウムガス導入管の常温部に設けられているので、多段式蓄冷型冷凍機が停止した際の冷凍機取付シリンダ内の圧力上昇を抑えることができる。   In addition, since a container that alleviates the pressure increase associated with the expansion of the helium gas in the refrigerator mounting cylinder is provided in the room temperature portion of the helium gas introduction pipe, the refrigerator when the multistage regenerative refrigerator is stopped An increase in pressure in the mounting cylinder can be suppressed.

また、上記多段式蓄冷型冷凍機のシリンダの外径と上記冷凍機取付シリンダの
取付シリンダの内径とが上記熱ステージの外径と略一致するように構成されているので、多段式蓄冷型冷凍機が停止した際の冷凍機取付シリンダ内の圧力上昇を抑えることができる。
Further, since the outer diameter of the cylinder of the multistage regenerative refrigerating machine and the inner diameter of the mounting cylinder of the refrigerating machine mounting cylinder are substantially the same as the outer diameter of the heat stage, the multistage regenerative refrigerating machine The pressure rise in the refrigerator mounting cylinder when the machine stops can be suppressed.

また、低熱伝導率材からなる詰め物が上記冷凍機取付シリンダの取付シリンダと上記多段式蓄冷型冷凍機のシリンダとの隙間に挿入されているので、多段式蓄冷型冷凍機が停止した際の冷凍機取付シリンダ内の圧力上昇を抑えることができる。   In addition, since the padding made of low thermal conductivity material is inserted into the gap between the mounting cylinder of the refrigerator mounting cylinder and the cylinder of the multistage regenerative refrigerating machine, the refrigeration when the multistage regenerative refrigerating machine stops The pressure rise in the machine mounting cylinder can be suppressed.

また、上記冷凍機取付シリンダの取付シリンダが繊維強化樹脂で作製されているので、熱侵入量を抑えることができる。   Further, since the mounting cylinder of the refrigerator mounting cylinder is made of fiber reinforced resin, the amount of heat penetration can be suppressed.

また、上記繊維強化樹脂はカーボン繊維強化樹脂であるので、初期冷却時間の短縮が図られる。   Further, since the fiber reinforced resin is a carbon fiber reinforced resin, the initial cooling time can be shortened.

この発明の実施の形態1に係る超電導磁石装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る超電導磁石装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係る超電導磁石装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4に係る超電導磁石装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5に係る超電導磁石装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6に係る超電導磁石装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態7に係る超電導磁石装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 7 of this invention. この発明の実施の形態8に係る超電導磁石装置に適用される冷凍機取付シリンダを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the refrigerator attachment cylinder applied to the superconducting magnet apparatus which concerns on Embodiment 8 of this invention. 従来の超電導磁石装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional superconducting magnet apparatus. 従来の超電導磁石装置の他の例の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the other example of the conventional superconducting magnet apparatus. 2段式蓄冷型冷凍機の冷凍特性を示す図である。It is a figure which shows the freezing characteristic of a two-stage type cool storage type refrigerator.

符号の説明Explanation of symbols

2A 超電導コイル、3 超電導コイルカートリッジ、5 熱シールド、7 真空容器、21A 2段式蓄冷型冷凍機、23 第1シリンダ、24 第1熱ステージ、25 第2シリンダ、26 第2熱ステージ、30 冷凍機取付シリンダ、32 第1取付シリンダ、33 第1取付熱接続部、34 第2取付シリンダ、35 第2取付熱接続部、40 ヘリウム導入管、41 締切弁、49 容器、60 ヘリウムガス、61 液体ヘリウム、70 液体ヘリウム貯液容器、71 液体ヘリウム導入路、72 熱接続部、80、81 詰め物。   2A superconducting coil, 3 superconducting coil cartridge, 5 heat shield, 7 vacuum vessel, 21A two-stage regenerative refrigerator, 23 first cylinder, 24 first heat stage, 25 second cylinder, 26 second heat stage, 30 freezing Machine mounting cylinder, 32 1st mounting cylinder, 33 1st mounting thermal connection, 34 2nd mounting cylinder, 35 2nd mounting thermal connection, 40 helium inlet tube, 41 shutoff valve, 49 container, 60 helium gas, 61 liquid Helium, 70 liquid helium reservoir, 71 liquid helium inlet, 72 thermal connection, 80, 81 padding.

Claims (11)

真空容器と、この真空容器内に配設された超電導コイルを有する超電導コイルカートリッジと、この超電導コイルカートリッジを囲繞するように上記真空容器内に配設された熱シールドと、複数の取付シリンダが各段の取付熱接続部を介して連結されて構成され、各段の取付熱接続部がそれぞれ上記熱シールドおよび上記超電導コイルカートリッジに熱的に接続されて上記真空容器に気密に取り付けられた冷凍機取付シリンダと、各段の熱ステージがそれぞれ上記冷凍機取付シリンダの各段の取付熱接続部に熱的に接続されて該冷凍機取付シリンダに取り付けられ、上記超電導コイルカートリッジを介して上記超電導コイルを略4Kまで伝導冷却する略4K冷却用の多段式蓄冷型冷凍機とを備えた超電導磁石装置において、
上記冷凍機取付シリンダと上記多段式蓄冷型冷凍機との間の空間に、常温部からのヘリウムガスを供給可能にするヘリウムガス導入管を上記冷凍機取付シリンダに設けたことを特徴とする超電導磁石装置。
A vacuum container, a superconducting coil cartridge having a superconducting coil disposed in the vacuum container, a heat shield disposed in the vacuum container so as to surround the superconducting coil cartridge, and a plurality of mounting cylinders are provided. Refrigerator configured to be connected via a stage mounting heat connection portion, wherein each stage mounting heat connection portion is thermally connected to the heat shield and the superconducting coil cartridge, and is hermetically attached to the vacuum vessel. The mounting cylinder and the thermal stage of each stage are thermally connected to the mounting heat connection portion of each stage of the refrigerator mounting cylinder and mounted on the refrigerator mounting cylinder, and the superconducting coil is connected to the refrigerator mounting cylinder via the superconducting coil cartridge. In a superconducting magnet apparatus provided with a multi-stage regenerative refrigerator for approximately 4K cooling that conducts and cools to approximately 4K.
A superconductivity characterized in that a helium gas introduction pipe that enables supply of helium gas from a normal temperature part is provided in the space between the refrigerator mounting cylinder and the multistage regenerator type refrigerator. Magnet device.
常温で供給されたヘリウムガスを上記多段式蓄冷型冷凍機の最終段熱ステージと上記冷凍機取付シリンダとの間の空間において少なくともその一部を液化することにより、上記多段式蓄冷型冷凍機の最終段熱ステージと上記冷凍機取付シリンダとの熱接続部の熱抵抗を低減させることを特徴とする請求項1記載の超電導磁石装置。   By liquefying at least part of the helium gas supplied at normal temperature in the space between the final stage heat stage of the multistage regenerative refrigerator and the refrigerator mounting cylinder, the multistage regenerative refrigerator 2. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein a thermal resistance of a thermal connection portion between a final stage heat stage and the refrigerator mounting cylinder is reduced. 上記冷凍機取付シリンダのヘリウム導入管に締切弁を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の超電導磁石装置。   The superconducting magnet apparatus according to claim 1 or 2, wherein a cutoff valve is provided in the helium introduction pipe of the refrigerator mounting cylinder. 液体ヘリウム貯液容器が上記冷凍機取付シリンダの最終段の取付熱接続部の外周部に配設され、液体ヘリウム導入路が上記冷凍機取付シリンダと上記液体ヘリウム貯液容器とを連通するように上記最終段の取付熱接続部に穿設されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の超電導磁石装置。   A liquid helium storage container is disposed on the outer peripheral portion of the mounting heat connection portion at the final stage of the refrigerator mounting cylinder, and a liquid helium introduction path communicates with the refrigerator mounting cylinder and the liquid helium storage container. The superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 3, wherein the superconducting magnet device is formed in the attachment heat connecting portion in the final stage. 上記液体ヘリウム貯液容器の一部に熱接続部が設けられ、上記超電導コイルカートリッジが上記熱接続部を介して上記液体ヘリウム貯液容器に熱接続されていることを特徴とする請求項4記載の超電導磁石装置。   5. The thermal connection part is provided in a part of the liquid helium storage container, and the superconducting coil cartridge is thermally connected to the liquid helium storage container via the thermal connection part. Superconducting magnet device. 複数個の超電導コイルカートリッジが分散配置され、上記複数個の超電導コイルカートリッジが上記熱接続部を介して上記液体ヘリウム貯液容器にそれぞれ熱接続されていることを特徴とする請求項5記載の超電導磁石装置。   6. The superconducting device according to claim 5, wherein a plurality of superconducting coil cartridges are arranged in a distributed manner, and the plurality of superconducting coil cartridges are thermally connected to the liquid helium storage container through the thermal connecting portion. Magnet device. 上記冷凍機取付シリンダ内のヘリウムガスの膨張に伴う圧力上昇を緩和する容器が上記ヘリウムガス導入管の常温部に設けられていることを特徴とする請求項3記載の超電導磁石装置。   4. A superconducting magnet apparatus according to claim 3, wherein a container for relieving a pressure increase caused by expansion of helium gas in the refrigerator mounting cylinder is provided at a normal temperature portion of the helium gas introduction pipe. 上記多段式蓄冷型冷凍機のシリンダの外径と上記冷凍機取付シリンダの取付シリンダの内径とが上記熱ステージの外径と略一致するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の超電導磁石装置。   The outer diameter of the cylinder of the multistage regenerative refrigerator and the inner diameter of the mounting cylinder of the refrigerator mounting cylinder are configured so as to substantially coincide with the outer diameter of the thermal stage. The superconducting magnet device according to claim 7. 低熱伝導率材からなる詰め物が上記冷凍機取付シリンダの取付シリンダと上記多段式蓄冷型冷凍機のシリンダとの隙間に挿入されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の超電導磁石装置。   The padding made of a low thermal conductivity material is inserted into a gap between the mounting cylinder of the refrigerator mounting cylinder and the cylinder of the multistage regenerative refrigerator. The superconducting magnet device described. 上記冷凍機取付シリンダの取付シリンダが繊維強化樹脂で作製されていることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の超電導磁石装置。   The superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 9, wherein a mounting cylinder of the refrigerator mounting cylinder is made of fiber reinforced resin. 上記繊維強化樹脂はカーボン繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項10記載の超電導磁石装置。   The superconducting magnet device according to claim 10, wherein the fiber reinforced resin is a carbon fiber reinforced resin.
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