JP2016211803A - Cryogenic container and superconductive magnet device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cryogenic container and a superconductive magnet device in which a thermal link between a refrigerator cold head cooling part and a part of coolant member is connected at the time of driving the refrigerator to keep a low heat resistance and is separated at the time of stopping the refrigerator to keep a high heat resistance, and a degree of freedom in thermal design is improved.SOLUTION: A cryogenic container 10 cools coolant 12 to be cooled to a cryogenic temperature by a cryogenic refrigerator 14. A refrigerator cold head 15 installed at a heat insulation vacuum container 11 within this cryogenic container has a cold head cooling part 25 extended therein, the refrigerator cold head is constituted in such a way that the cold head cooling part is pressed and contacted with a part of the coolant to be cooled to form a contact part due to a pressure difference between atmospheric pressure outside the heat insulation vacuum container and vacuum in the heat insulated vacuum container. In the refrigerator cold head, the cold head cooling part is separated from a part of the coolant to be cooled at the time of stopped operation of the cryogenic refrigerator and the coolant to be cooled is held at an independent non-contacted state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、極低温冷凍機を用いた極低温容器および超電導磁石装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a cryogenic container and a superconducting magnet apparatus using a cryogenic refrigerator.

近年、超電導磁石の冷却手段として、極低温冷媒を用いた冷却装置に代わり、極低温冷媒を使用しないで、極低温冷凍機を用いた冷却装置が主流となっている。従来の極低温冷凍機を用いた極低温容器、特に被冷却体として超電導コイルを冷却する超電導磁石装置は、極低温冷媒による冷却と比較し、極低温冷凍機の運転のみで超電導磁石の冷却を行なうことができるため、医療用、工業用、研究用への応用が進んでいる。   In recent years, as a means for cooling a superconducting magnet, a cooling apparatus using a cryogenic refrigerator without using a cryogenic refrigerant has been mainstream instead of a cooling apparatus using a cryogenic refrigerant. Cryogenic containers using conventional cryogenic refrigerators, especially superconducting magnet devices that cool superconducting coils as the object to be cooled, cool the superconducting magnets only by operating the cryogenic refrigerator, compared to cooling with cryogenic refrigerants. Because it can be performed, it is being applied to medical, industrial and research applications.

極低温冷凍機を用いた冷却装置は、極低温の液体冷媒を不要とし、冷却体の熱容量を極小に抑えることができるため、極低温冷凍機の異常停止時に、被冷却体である超電導磁石は瞬時に温度上昇してしまう。中でも、金属系の超電導磁石では、4Kレベルの温度に冷却されており、金属部材の比熱が小さいため、温度上昇速度が大きい。   The cooling device using a cryogenic refrigerator eliminates the need for cryogenic liquid refrigerant and can minimize the heat capacity of the cooling body. The temperature will rise instantly. Among them, the metal superconducting magnet is cooled to a temperature of 4K level, and the specific heat of the metal member is small, so the temperature rise rate is large.

冷却系の極低温冷凍機の異常時には、極低温容器への僅かな熱侵入量でも、被冷却体である超電導体の臨界温度までの時間が短く、超電導コイルは超電導状態(マイスナー効果)を維持することができる臨界温度以上となってクエンチが発生し、超電導コイルは超電導状態を維持できなくなる。   When the cryogenic refrigerator of the cooling system is abnormal, the time to reach the critical temperature of the superconductor, which is the object to be cooled, is short even with a slight amount of heat entering the cryogenic vessel, and the superconducting coil maintains the superconducting state (Meissner effect). When the temperature becomes higher than the critical temperature at which quenching occurs, quenching occurs, and the superconducting coil cannot maintain the superconducting state.

特に、極低温冷凍機は、運転停止中には、冷凍機構成部材が極低温容器内に熱伝導による熱侵入発生要因の熱侵入助長部材となってしまう。   Particularly, in the cryogenic refrigerator, when the operation is stopped, the refrigerator constituent member becomes a heat penetration facilitating member that causes heat penetration into the cryogenic container due to heat conduction.

一方、極低温冷凍機の異常時以外でも、冷凍機メンテナンス時には、極低温冷凍機の運転を停止させる必要がある。極低温冷凍機は、通常被冷却体である超電導コイルと熱電導率の高い伝熱部材で熱的に結合されているため、極低温冷凍機の運転を停止させてから室温まで温度上昇させるまでに数日レベルの日数を要する。   On the other hand, it is necessary to stop the operation of the cryogenic refrigerator at the time of maintenance of the refrigerator even when the cryogenic refrigerator is not in an abnormal state. Since the cryogenic refrigerator is thermally coupled to the superconducting coil, which is usually the object to be cooled, by a heat transfer member with high thermal conductivity, the temperature of the cryogenic refrigerator is increased to the room temperature after the operation of the cryogenic refrigerator is stopped. Takes several days.

また、極低温冷凍機は、極低温冷凍機による冷却に比較して冷凍能力が小さく、室温から所定の冷却温度までの初期冷却時間が長くなってしまう。初期冷却時間を短くするためには、複数の冷凍機を使用し、冷凍能力を増強する方法があるが、複数台の冷凍機を使用して所定の冷却温度まで冷却した後は、冷凍機の台数分、消費電力が過剰となり、運転効率が悪くなる。   Moreover, the cryogenic refrigerator has a small refrigerating capacity compared to the cooling by the cryogenic refrigerator, and the initial cooling time from room temperature to a predetermined cooling temperature becomes long. In order to shorten the initial cooling time, there is a method to increase the refrigeration capacity by using a plurality of refrigerators, but after cooling to a predetermined cooling temperature using a plurality of refrigerators, Power consumption will be excessive for the number of units, resulting in poor operating efficiency.

特開2004−55643号公報JP 2004-55643 A 特開2002−208511号公報JP 2002-208511 A 特開2013−130336号公報JP 2013-130336 A

超電導磁石の冷却手段として伝導冷却方式の超電導磁石は、極低温冷凍機の運転のみで被冷却体である超電導磁石の冷却を行なうことができ、冷媒冷却方式の超電導磁石と比較し、極低温の液冷媒が不要となり、極低温冷媒の蒸発(消費)の心配や再充填が不要となり、操作が簡便になるメリットがある。   As a means of cooling the superconducting magnet, the superconducting magnet of the conduction cooling type can cool the superconducting magnet that is the object to be cooled only by operating the cryogenic refrigerator. There is an advantage that the liquid refrigerant is not necessary, and there is no need to worry about evaporation (consumption) of the cryogenic refrigerant or refilling, and the operation is simplified.

そのメリットの反面、極低温冷凍機と超電導磁石との熱的結合は、熱伝導率の高い伝熱部材で熱的リンクされているため、メンテナンス時の冷凍機の室温までの上昇問題や初期冷却期間が長い等の課題がある。これらの課題は、極低温冷凍機と超電導磁石との熱的リンクを切り離したり、接続することが可能な熱スイッチを設けることで解決される。   On the other hand, because the thermal coupling between the cryogenic refrigerator and the superconducting magnet is thermally linked by a heat transfer member with high thermal conductivity, the temperature rise of the refrigerator during maintenance and initial cooling There are problems such as a long period. These problems are solved by providing a thermal switch that can disconnect or connect the thermal link between the cryogenic refrigerator and the superconducting magnet.

熱スイッチには、熱スイッチON時の低熱抵抗による極低温冷凍機の急速な立上げ、スイッチOFF時には高熱抵抗により熱侵入源を小さくすることが求められる。4Kレベルの極低温の冷却が求められる極低温容器や超電導磁石装置には、冷凍能力や熱侵入量が小さく、熱的設計が厳しいため、良好な特性の熱スイッチが強く求められている。   The thermal switch is required to rapidly start a cryogenic refrigerator with a low thermal resistance when the thermal switch is ON, and to reduce the heat intrusion source with a high thermal resistance when the switch is OFF. Cryogenic containers and superconducting magnet devices that require 4K level cryogenic cooling have a strong demand for thermal switches with good characteristics because of their low refrigeration capacity and heat penetration, and strict thermal design.

本発明の実施形態は、上述した事情を考慮してなされたもので、冷凍機コールドヘッド冷却部と被冷却体の一部との熱的リンクを、冷凍機の駆動時に繋いで低熱抵抗を維持し、冷凍機停止時に切り離して高熱抵抗を保ち、熱的設計の自由度を向上させた極低温容器および超電導磁石装置を提供することを目的とする。   The embodiment of the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and maintains a low thermal resistance by connecting a thermal link between the refrigerator cold head cooling unit and a part of the object to be cooled when the refrigerator is driven. Another object of the present invention is to provide a cryogenic container and a superconducting magnet device that are separated when the refrigerator is stopped to maintain high thermal resistance and to improve the degree of freedom in thermal design.

本実施形態に係る極低温容器は、上述した課題を解決するために、被冷却体を内部に格納する断熱真空容器と、この断熱真空容器に設置された冷凍機コールドヘッドとを有し、前記冷凍機コールドヘッドは前記断熱真空容器内にコールドヘッド冷却部が延設されており、前記冷凍機コールドヘッドは、前記断熱真空容器外の大気圧力と前記断熱真空容器内の真空との差圧によって、前記コールドヘッド冷却部が前記被冷却体の一部に所定の面圧にて押圧接触されて接触部が構成され、前記冷凍機コールドヘッドは、冷凍機の停止時に前記コールドヘッド冷却部が前記被冷却体の一部から切り離されて前記被冷却体を独立した非接触状態に保持したことを特徴とする極低温容器を提供するものである。   In order to solve the above-described problem, the cryogenic container according to the present embodiment includes a heat-insulated vacuum container that houses a body to be cooled, and a refrigerator cold head installed in the heat-insulated vacuum container. The refrigerator cold head has a cold head cooling section extending in the heat insulation vacuum vessel, and the refrigerator cold head is formed by a differential pressure between the atmospheric pressure outside the heat insulation vacuum vessel and the vacuum in the heat insulation vacuum vessel. The cold head cooling unit is pressed and contacted with a part of the object to be cooled at a predetermined surface pressure to form a contact unit, and the refrigerator cold head is configured such that the cold head cooling unit is The present invention provides a cryogenic container that is separated from a part of a body to be cooled and holds the body to be cooled in an independent non-contact state.

また、本実施形態に係る極低温容器は、断熱真空容器内に冷凍機と主冷凍機とが備えられ、前記断熱真空容器内に設けられた輻射シールド容器内に被冷却体が格納され、前記主冷凍機は前記被冷却体を常時冷却するように伝熱板に設置され、前記冷凍機は冷凍機コールドヘッドが前記断熱真空容器内に延びるコールドヘッド冷却部を被冷却体の一部に、離接可能に接触させる接触部が構成され、前記冷凍機コールドヘッドの接触部は、前記断熱真空容器外の大気圧力と前記断熱真空容器内の真空との差圧によって、前記コールドヘッド冷却部が前記被冷却体の一部に所定の面圧にて押圧接触され、前記冷凍機コールドヘッドは、前記冷凍機停止時に、前記コールドヘッド冷却部が被冷却体の一部から切り離され、前記被冷却体の一部を非接触状態に保持させることを特徴とする極低温容器を提供するものである。   Further, the cryogenic container according to the present embodiment is provided with a refrigerator and a main refrigerator in an adiabatic vacuum container, and a cooled object is stored in a radiation shield container provided in the adiabatic vacuum container, The main refrigerator is installed on the heat transfer plate so as to constantly cool the object to be cooled, and the refrigerator has a cold head cooling part in which the refrigerator cold head extends into the heat insulating vacuum vessel as a part of the object to be cooled. A contact portion that is detachably contacted is configured, and the contact portion of the refrigerator cold head is configured such that the cold head cooling portion is caused by a differential pressure between an atmospheric pressure outside the heat insulating vacuum vessel and a vacuum inside the heat insulating vacuum vessel. A part of the object to be cooled is pressed into contact with a predetermined surface pressure, and the cold head of the refrigerator cold head is separated from a part of the object of cooling when the refrigerator is stopped. Non-contact part of body There is provided a cryogenic vessel, characterized in that to hold the state.

さらに、本実施形態に係る超電導磁石装置は、請求項11または12に記載の極低温容器において、前記被冷却体として超電導コイルを断熱真空容器内の輻射シールド容器に格納したことを特徴とする超電導磁石装置を提供するものである。   Furthermore, in the superconducting magnet device according to the present embodiment, the superconducting magnet according to claim 11 or 12, wherein a superconducting coil is housed in a radiation shield container in a heat insulating vacuum container as the object to be cooled. A magnet device is provided.

本発明では、冷凍機コールドヘッド冷却部と被冷却体の一部との熱的リンクを、冷凍機の駆動時に繋いで低熱抵抗に維持し、冷凍機停止時に切り離して高熱抵抗に保ち、熱的設計の自由度を向上させた極低温容器および超電導磁石装置を提供することができる。   In the present invention, the thermal link between the refrigerator cold head cooling unit and a part of the object to be cooled is connected at the time of driving the refrigerator to maintain a low thermal resistance, and disconnected when the refrigerator is stopped to maintain a high thermal resistance. It is possible to provide a cryogenic container and a superconducting magnet device with improved design freedom.

熱スイッチON時の極低温容器または超電導磁石装置の第1実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 1st Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch ON. 熱スイッチOFF時の極低温容器または超電導磁石装置の第1実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 1st Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch OFF. 熱スイッチON時の極低温容器または超電導磁石装置の第2実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch ON. 熱スイッチOFF時の極低温容器または超電導磁石装置の第2実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch OFF. 熱スイッチON時の極低温容器または超電導磁石装置の第3実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 3rd Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch ON. 熱スイッチOFF時の極低温容器または超電導磁石装置の第3実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 3rd Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch OFF. 熱スイッチON時の極低温容器または超電導磁石装置の第4実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 4th Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch ON. 熱スイッチOFF時の極低温容器または超電導磁石装置の第4実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 4th Embodiment of the cryogenic container or superconducting magnet apparatus at the time of thermal switch OFF.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

本実施形態は、極低温冷凍機を用いて被冷却体を極低温に冷却する極低温容器または超電導磁石装置に関する。極低温冷凍機で被冷却体を冷却する極低温容器は、液体ヘリウム等の極低温液冷媒を使用せずに極低温環境を実現することができる。極低温冷凍機の運転のみで極低温環境を実現できる手軽さから、磁気浮上列車やMRI装置等の工業用、医療用、研究用に広く応用されている。   The present embodiment relates to a cryogenic container or a superconducting magnet device that cools an object to be cooled to a cryogenic temperature using a cryogenic refrigerator. A cryogenic container that cools an object to be cooled with a cryogenic refrigerator can realize a cryogenic environment without using a cryogenic liquid refrigerant such as liquid helium. It is widely applied to industrial, medical, and research applications such as magnetic levitation trains and MRI devices because it is easy to realize a cryogenic environment by only operating a cryogenic refrigerator.

[第1実施形態]
図1および図2は、極低温容器または超電導磁石装置の第1実施形態を示す概略構成図である。極低温容器10は、クライオスタットとしてのボックス状の断熱真空容器11を有する。断熱真空容器11は、内部を真空状態に保持することができ、図示しない真空ポンプにより真空排気される。断熱真空容器11内に極低温冷却環境下で動作される被冷却体12が格納される。被冷却体12には、例えば、超電導コイル、超電導素子、SQUID(Superconducting QUantum Interference Device)応用機器や極低温環境を利用する機器が含まれる。
[First Embodiment]
1 and 2 are schematic configuration diagrams showing a first embodiment of a cryogenic container or a superconducting magnet device. The cryogenic container 10 has a box-shaped heat insulating vacuum container 11 as a cryostat. The adiabatic vacuum vessel 11 can be kept in a vacuum state and is evacuated by a vacuum pump (not shown). A body 12 to be cooled that is operated in a cryogenic cooling environment is stored in the heat insulating vacuum vessel 11. The object to be cooled 12 includes, for example, a superconducting coil, a superconducting element, a SQUID (Superducting Quantum Interference Device) application device, and a device using a cryogenic environment.

断熱真空容器11には、極低温冷凍機14を構成する冷凍機コールドヘッド15が設置される。冷凍機コールドヘッド15は、その駆動手段や断熱真空容器11外のコンプレッサとともに極低温冷凍機14を構成しており、極低温冷凍機14は冷凍機冷却型超電導マグネットに一般的に用いられているGM(Gifford−McMahon)型冷凍機である。冷凍機コールドヘッド15は、断熱真空容器11の容器蓋16上にベローズ17を介して昇降可能な設置台18に設けられている。ベローズ17は断熱真空容器11内を真空状態に保つ仕切壁(真空容器隔壁)を構成しており、断熱真空容器11を容器外の大気圧力と容器内の真空とに仕切っている。   The heat insulating vacuum vessel 11 is provided with a refrigerator cold head 15 constituting a cryogenic refrigerator 14. The refrigerator cold head 15 constitutes a cryogenic refrigerator 14 together with its driving means and a compressor outside the heat insulating vacuum vessel 11, and the cryogenic refrigerator 14 is generally used for a refrigerator cooled superconducting magnet. It is a GM (Gifford-McMahon) type refrigerator. The refrigerator cold head 15 is provided on an installation base 18 that can be raised and lowered via a bellows 17 on a container lid 16 of the heat insulating vacuum container 11. The bellows 17 constitutes a partition wall (vacuum container partition wall) that keeps the inside of the heat insulating vacuum container 11 in a vacuum state, and partitions the heat insulating vacuum container 11 into atmospheric pressure outside the container and vacuum inside the container.

また、冷凍機コールドヘッド15は、駆動ケーブル20を介して駆動電流源21に接続されており、駆動電流源21からの駆動電流により冷凍機コールドヘッド15が駆動される。駆動ケーブル20には給電検出リレー22が設けられ、この給電検出リレー22により極低温冷凍機14の駆動状態の有無が検知される。給電検出リレー22は断熱真空容器11上に設けられたコールドヘッド上下制御モータ23のモータ作動を制御している。   The refrigerator cold head 15 is connected to a drive current source 21 via a drive cable 20, and the refrigerator cold head 15 is driven by the drive current from the drive current source 21. The drive cable 20 is provided with a power supply detection relay 22, and the power supply detection relay 22 detects whether or not the cryogenic refrigerator 14 is driven. The power supply detection relay 22 controls the motor operation of the cold head vertical control motor 23 provided on the heat insulating vacuum vessel 11.

一方、断熱真空容器11上に設置された冷凍機コールドヘッド15は、冷却ステージを構成するコールドヘッド冷却部25が断熱真空容器11内に延びて終端している。コールドヘッド冷却部25は熱スイッチ26により伝熱板27と熱接触可能に設けられ、熱的リンクにより熱結合を構成している。熱スイッチ26の接触部はコールドヘッド冷却部25を伝熱板27に熱接触させる機械式あるいは接触式熱スイッチを構成している。伝熱板27は熱伝導率の高い金属材料、例えば銅、アルミニウム等で製作される。伝熱板27は被冷却体12と一体に形成され、被冷却体12の一部を構成している。極低温冷凍機14は、冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25から熱スイッチ26および伝熱板27を介して被冷却体12を極低温、例えば4Kに冷却し、被冷却体12を断熱真空容器11内で真空状態で極低温に保持している。   On the other hand, the refrigerator cold head 15 installed on the adiabatic vacuum vessel 11 is terminated by a cold head cooling unit 25 constituting a cooling stage extending into the adiabatic vacuum vessel 11. The cold head cooling unit 25 is provided so as to be in thermal contact with the heat transfer plate 27 by a thermal switch 26, and constitutes thermal coupling by a thermal link. The contact portion of the thermal switch 26 constitutes a mechanical or contact thermal switch for bringing the cold head cooling unit 25 into thermal contact with the heat transfer plate 27. The heat transfer plate 27 is made of a metal material having a high thermal conductivity, such as copper or aluminum. The heat transfer plate 27 is formed integrally with the body to be cooled 12 and constitutes a part of the body to be cooled 12. The cryogenic refrigerator 14 cools the cooled object 12 to an extremely low temperature, for example, 4K, from the cold head cooling unit 25 of the refrigerator cold head 15 via the heat switch 26 and the heat transfer plate 27, thereby insulating the cooled object 12. The vacuum vessel 11 is kept at a very low temperature in a vacuum state.

ところで、極低温冷凍機14の駆動状態は給電検出リレー22で検知され、駆動時にはコールドヘッド上下制御モータ23により冷凍機コールドヘッド15を下げて、コールドヘッド冷却部25が伝熱板27と熱的リンクを構成して熱接触し、熱結合させるようになっている。このとき、熱スイッチ26がON状態に保たれる(図1)。断熱真空容器11は容器外に作用する大気圧力と容器内の真空との差圧により、冷凍機コールドヘッド15は図1の下向きの押圧力が作用し、コールドヘッド冷却部25が伝熱板27を下向きに押圧接触させる。これにより、熱スイッチ26の接触部に面圧がかけられ、接触面積を大きくして熱抵抗の低減が図られる。   By the way, the driving state of the cryogenic refrigerator 14 is detected by the power supply detection relay 22, and during driving, the refrigerator cold head 15 is lowered by the cold head vertical control motor 23, and the cold head cooling unit 25 is thermally connected to the heat transfer plate 27. A link is configured to be in thermal contact and thermally coupled. At this time, the thermal switch 26 is kept in the ON state (FIG. 1). Due to the differential pressure between the atmospheric pressure acting outside the container and the vacuum inside the container, the heat insulating vacuum container 11 acts on the refrigerator cold head 15 in the downward direction of FIG. Is pressed downward. Thereby, a surface pressure is applied to the contact portion of the thermal switch 26, and the contact area is increased to reduce the thermal resistance.

一方、断熱真空容器11内を気密に保ち伸縮するベローズ17は、ばね的な弾力機能を持ち、大気圧力に抗する上向きの力を冷凍機コールドヘッド15に作用させるので、熱スイッチ26の接触部に作用する面圧をコントロールすることができる。   On the other hand, the bellows 17 that expands and contracts while keeping the inside of the heat insulating vacuum vessel 11 airtight has a spring-like elastic function and applies an upward force against the atmospheric pressure to the refrigerator cold head 15, so that the contact portion of the thermal switch 26 It is possible to control the surface pressure acting on the surface.

また、図2は、熱スイッチ26がOFF時における極低温容器10または超電導磁石装置の構成を示す。停電等により極低温冷凍機14が停止し、非駆動状態にあるときは、給電検出リレー22により、極低温冷凍機14が駆動していないことを検知し、コールドヘッド上下制御モータ23により冷凍機コールドヘッド15を押し上げて熱スイッチ26の接触部を切り離し、コールドヘッド冷却部25が伝熱板27と非接触状態に保たれる。   FIG. 2 shows a configuration of the cryogenic container 10 or the superconducting magnet device when the thermal switch 26 is OFF. When the cryogenic refrigerator 14 is stopped due to a power failure or the like and is in a non-driven state, the feed detection relay 22 detects that the cryogenic refrigerator 14 is not driven, and the cold head vertical control motor 23 performs the refrigerator. The cold head 15 is pushed up to disconnect the contact part of the thermal switch 26, and the cold head cooling part 25 is kept out of contact with the heat transfer plate 27.

具体的には、停電等が発生する極低温冷凍機14の停止時には、極低温冷凍機14が駆動していないことを給電検出リレー22が検知してコールドヘッド上下制御モータ23を駆動させ、カム機構28をカム作動させる。カム機構28のカム作動により設置台18がガイドポスト29に案内されて上昇し、冷凍機コールドヘッド15は、その重力や断熱真空容器11外の大気圧力と容器内の真空との下向きの差圧に抗して押し上げられる。極低温冷凍機14の停止時には、コールドヘッド上下制御モータ23およびカム機構28は冷凍機コールドヘッド15の上昇機構を構成している。冷凍機コールドヘッド15の押上げにより、熱スイッチ26はコールドヘッド冷却部25が伝熱板27から切り離されて非接触状態となる。コールドヘッド冷却部25は伝熱板27から離れて非接触状態となり、熱スイッチ26はOFFとなる。なお、コールドヘッド上下制御モータ23の駆動により作動されるカム機構28に代えて、流体シリンダ装置やエアシリンダ装置等の昇降装置を用いて設置台18を昇降駆動させ、熱スイッチ26をON/OFF操作させるようにしてもよい。   Specifically, when the cryogenic refrigerator 14 is stopped due to a power failure or the like, the power feeding detection relay 22 detects that the cryogenic refrigerator 14 is not driven, and drives the cold head vertical control motor 23 to drive the cam. The mechanism 28 is cam operated. Due to the cam operation of the cam mechanism 28, the installation base 18 is guided and raised by the guide post 29, and the refrigerator cold head 15 has a downward pressure difference between the gravity and the atmospheric pressure outside the insulated vacuum vessel 11 and the vacuum inside the vessel. Pushed up against. When the cryogenic refrigerator 14 is stopped, the cold head up / down control motor 23 and the cam mechanism 28 constitute an ascending mechanism of the refrigerator cold head 15. When the refrigerator cold head 15 is pushed up, the cold switch 25 is disconnected from the heat transfer plate 27 and the heat switch 26 is brought into a non-contact state. The cold head cooling unit 25 is separated from the heat transfer plate 27 and is in a non-contact state, and the thermal switch 26 is turned off. In place of the cam mechanism 28 operated by driving the cold head vertical control motor 23, the installation table 18 is driven up and down using a lifting device such as a fluid cylinder device or an air cylinder device, and the thermal switch 26 is turned on / off. You may make it operate.

[第1実施形態の作用]
極低温冷凍機14が停止した際には、冷凍機の停止を給電検出リレー22が検知してコールドヘッド上下制御モータ23を駆動してカム機構28等を作動させ、冷凍機コールドヘッド15を持ち上げる。冷凍機コールドヘッド15は上動してコールドヘッド冷却部25が伝熱板27から切り離されて上昇し、熱スイッチ26はOFFとなって非接触状態となる。熱スイッチ26がOFFとなって冷凍機コールドヘッド15から被冷却体12への熱リンクが解消され、熱結合が遮断されるので熱侵入を抑制することができる。熱スイッチ26はOFFとなってコールドヘッド冷却部25が伝熱板27から切り離されて非接触状態になると、冷凍機コールドヘッド15から被冷却体12への熱結合が解消される。被冷却体12は断熱真空容器11内で独立した非接触状態に保持され、被冷却体12の温度上昇速度を低減させることができる。
[Operation of First Embodiment]
When the cryogenic refrigerator 14 stops, the power supply detection relay 22 detects the stop of the refrigerator, drives the cold head vertical control motor 23 to operate the cam mechanism 28 and the like, and lifts the refrigerator cold head 15. . The refrigerator cold head 15 moves upward, the cold head cooling unit 25 is separated from the heat transfer plate 27 and rises, and the heat switch 26 is turned off to be in a non-contact state. The heat switch 26 is turned OFF, the heat link from the refrigerator cold head 15 to the cooled object 12 is eliminated, and the heat coupling is interrupted, so that heat intrusion can be suppressed. When the heat switch 26 is turned off and the cold head cooling unit 25 is disconnected from the heat transfer plate 27 and brought into a non-contact state, the thermal coupling from the refrigerator cold head 15 to the cooled object 12 is canceled. The cooled object 12 is held in an independent non-contact state in the heat insulating vacuum vessel 11, and the temperature rise rate of the cooled object 12 can be reduced.

被冷却体12が図示しない巻枠に巻装された超電導コイルである場合には、極低温容器10は超電導磁石装置を構成している。超電導磁石装置10は熱スイッチ26がOFFとなってコールドヘッド冷却部25が伝熱板27から切り離され、冷凍機コールドヘッド15は超電導コイル12と熱的結合に遮断された非接触状態となる。このため、超電導磁石を構成する超電導コイル12は比熱の小さい金属部材で構成され、熱容量が小さいが、コールドヘッド冷却部25は伝熱板27から熱的結合が遮断され、非接触状態で独立しているので、超電導コイル12への熱侵入を抑制させることができる。したがって、超電導コイル12が急速に臨界温度まで温度上昇するのを防止でき、超電導コイル12がクエンチするのを防止したり、クエンチするまでの時間を遅らせることができる。   When the object to be cooled 12 is a superconducting coil wound around a winding frame (not shown), the cryogenic container 10 constitutes a superconducting magnet device. In the superconducting magnet device 10, the heat switch 26 is turned off, the cold head cooling unit 25 is disconnected from the heat transfer plate 27, and the refrigerator cold head 15 is in a non-contact state where the superconducting coil 12 is cut off by thermal coupling. For this reason, although the superconducting coil 12 constituting the superconducting magnet is made of a metal member having a small specific heat and has a small heat capacity, the cold head cooling unit 25 is disconnected from the heat transfer plate 27 and is independent in a non-contact state. Therefore, heat penetration into the superconducting coil 12 can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the superconducting coil 12 from rapidly rising to the critical temperature, to prevent the superconducting coil 12 from quenching, and to delay the time until quenching.

[第1実施形態の変形例]
第1実施形態の極低温容器10または超電導磁石装置では、極低温冷凍機14の駆動状態を常に給電検出リレー22で検知して、この給電検出リレー22によりコールドヘッド上下制御モータ23を自動的に駆動制御し、熱スイッチ26を自動でON/OFF制御する例を示したが、熱スイッチ26のON/OFFは手動操作で行なうようにしてもよい。手動操作で熱スイッチ26をON/OFF操作させても、断熱真空容器11外の大気圧力と容器内の真空との差圧を利用して、熱スイッチ26の接触部に面圧を作用させるので、この面圧によってコールドヘッド冷却部25は被冷却体12の一部(伝熱板27)に押圧接触され、比熱抵抗を小さくすることができ、熱スイッチ接触部の熱抵抗低減効果を有効的に図ることができる。
[Modification of First Embodiment]
In the cryogenic container 10 or the superconducting magnet apparatus of the first embodiment, the driving state of the cryogenic refrigerator 14 is always detected by the power supply detection relay 22, and the cold head vertical control motor 23 is automatically detected by the power supply detection relay 22. Although an example in which the drive control is performed and the thermal switch 26 is automatically turned on / off has been shown, the thermal switch 26 may be turned on / off manually. Even if the thermal switch 26 is turned ON / OFF by manual operation, the surface pressure is applied to the contact portion of the thermal switch 26 using the differential pressure between the atmospheric pressure outside the heat insulating vacuum vessel 11 and the vacuum inside the vessel. The surface pressure causes the cold head cooling unit 25 to be pressed into contact with a part (heat transfer plate 27) of the body 12 to be cooled, thereby reducing the specific heat resistance and effectively reducing the thermal resistance of the thermal switch contact unit. Can be aimed at.

また、図1および図2では、冷凍機コールドヘッド15は単段のコールドヘッド冷却部(冷却ステージ)25を備えた例を示したが、冷凍機コールドヘッドは複数段のコールドヘッド冷却部、例えば2段のコールドヘッド冷却部(冷却ステージ)を備える極低温冷凍機を用いてもよい。   1 and 2, the refrigerator cold head 15 has an example including a single-stage cold head cooling unit (cooling stage) 25. However, the refrigerator cold head includes a plurality of stages of cold head cooling units, for example, A cryogenic refrigerator including a two-stage cold head cooling unit (cooling stage) may be used.

さらに、第1実施形態では、極低温容器10にベローズ17を設けて真空容器仕切壁を形成した例を示したが、ベローズ17に代えて冷凍機コールドヘッド15をOリング等の軸シールや稼動可能な気密機構を設けた構成により、断熱真空容器11に冷凍機コールドヘッド15を軸封して支持させる構成としてもよい。   Furthermore, in the first embodiment, an example in which the cryogenic vessel 10 is provided with the bellows 17 to form the vacuum vessel partition wall is shown. However, the refrigerator cold head 15 is replaced with a shaft seal such as an O-ring or the operation instead of the bellows 17. It is good also as a structure which makes the heat insulation vacuum vessel 11 shaft-seal and support the refrigerator cold head 15 by the structure which provided the possible airtight mechanism.

加えて、熱スイッチ26は、冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25を被冷却体12の一部(伝熱板27)に熱接触(熱結合)させ、接触状態と非接触状態との間をコールドヘッド冷却部25(または伝熱板27)が移動自在(昇降自在)に支持された例を示した。そして、熱スイッチ26の接触部は、互いに平面加工を施した接触面同士であれば、面形状の制約は基本的に受けない。熱スイッチ26の接触部は接触面同士を互いに押圧接触させることで、平面度の差によるギャップによって生じる、真空中での単位面積当りの接触熱抵抗の増加を抑えることができる。   In addition, the thermal switch 26 brings the cold head cooling unit 25 of the refrigerator cold head 15 into thermal contact (thermal coupling) with a part (heat transfer plate 27) of the object to be cooled 12 so as to switch between the contact state and the non-contact state. In the example, the cold head cooling unit 25 (or the heat transfer plate 27) is supported so as to be movable (movable up and down). And if the contact part of the heat switch 26 is the contact surfaces which gave the plane processing mutually, surface shape restrictions will not be received fundamentally. The contact part of the thermal switch 26 can suppress an increase in contact thermal resistance per unit area in a vacuum caused by a gap due to a difference in flatness by bringing the contact surfaces into pressure contact with each other.

さらに、熱スイッチ26の接触部における接触面同士を、研摩やミラー加工等の面粗さや平面性を向上させる加工、例えば鏡面仕上げ加工が施されていれば、接触熱抵抗の低減を図ることができる。その上、接触面の片面の面粗さを小さくした滑らかな研摩面とし、他方を意図的に面粗さを大きくした面とすることで、面同士を接触させたとき、実際に接触している接点の数が多くなり、接触熱抵抗を小さくさせることができる。   Furthermore, if the contact surfaces of the contact portion of the thermal switch 26 are subjected to processing for improving surface roughness and flatness such as polishing and mirror processing, for example, mirror finish processing, the contact thermal resistance can be reduced. it can. In addition, a smooth polished surface with reduced surface roughness on one side of the contact surface, and a surface with intentionally increased surface roughness on the other side, when the surfaces are brought into contact with each other, The number of contact points increases, and the contact thermal resistance can be reduced.

また、熱スイッチ26は複数回のON/OFF操作により、接触面同士の表面に加工硬化が生じ、接触熱抵抗が拡大してしまうのを低減させるために、接触面を局所的に加熱し、回復、再結晶化させて軟化させるアニール処理をすることで、接触熱抵抗の回復装置を構成することができ、再現性の良い熱スイッチ26が得られる。   In addition, the heat switch 26 locally heats the contact surface in order to reduce the occurrence of work hardening on the surfaces of the contact surfaces due to multiple ON / OFF operations and an increase in contact thermal resistance, By performing an annealing process for recovery and recrystallization to soften, a contact thermal resistance recovery device can be configured, and the thermal switch 26 with good reproducibility can be obtained.

[第1実施形態の効果]
本実施形態においては、冷凍機コールドヘッドのコールドヘッド冷却部と被冷却体の一部との熱的リンクを、冷凍機の起動時に繋いで熱結合させ、低熱抵抗に維持し、冷凍機の停止時に熱的リンクを切り離して熱結合を解消し、非接触状態で高熱抵抗に保ち、被冷却体を断熱真空容器内の真空中で熱結合を遮断した独立した非接触状態に保持するので、熱的設計の自由度を向上させることができる。
[Effect of the first embodiment]
In this embodiment, the thermal link between the cold head cooling part of the refrigerator cold head and a part of the cooled object is connected and thermally coupled at the start of the refrigerator to maintain a low thermal resistance, and the refrigerator is stopped. Sometimes the thermal link is disconnected by breaking the thermal link, maintaining a high thermal resistance in a non-contact state, and keeping the object to be cooled in a separate non-contact state in which the thermal coupling is interrupted in a vacuum in an insulated vacuum vessel. The degree of freedom of design can be improved.

また、熱スイッチON時には、冷凍機コールドヘッドのコールドヘッド冷却部と被冷却体の一部(伝熱板)との熱抵抗を小さくして冷凍機コールドヘッドの急速な立上げを図ることができ、熱スイッチOFF時にはコールドヘッド冷却部と被冷却体の一部(伝熱板)とを切り離し、非接触状態にして熱抵抗を大きくし、被冷却体への熱侵入量を小さくすることができる。   In addition, when the heat switch is turned on, the thermal resistance between the cold head cooling part of the refrigerator cold head and a part of the object to be cooled (heat transfer plate) can be reduced so that the refrigerator cold head can be started up rapidly. When the heat switch is OFF, the cold head cooling part and a part (heat transfer plate) of the object to be cooled can be separated from each other and brought into a non-contact state to increase the thermal resistance and reduce the amount of heat entering the object to be cooled. .

[第2実施形態]
次に、極低温容器および超電導磁石装置の第2実施形態を図3および図4を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the cryogenic container and the superconducting magnet device will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

第2実施形態に係る極低温容器または超電導磁石装置を説明するに当り、第1実施形態に示された極低温容器10または熱電導磁石装置と同じ構成には同一符号を付して、重複する説明を省略ないしは簡素化する。   In describing the cryogenic container or the superconducting magnet apparatus according to the second embodiment, the same components as those of the cryogenic container 10 or the thermoconducting magnet apparatus shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and overlapped. The explanation is omitted or simplified.

第2実施形態の極低温容器10Aまたは超電導磁石装置は、熱スイッチ26の被冷却体12側にばね・変位機構30が設けられる。ばね・変位機構30は熱伝導性に優れた伝熱板27に設けられ、ガイドポストに案内されるコイルスプリングが伝熱板27と冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25との間に介装されて熱接触している。超電導磁石装置は、極低温容器10内に収納される被冷却体として超電導コイルを設置したものである。   In the cryogenic container 10A or superconducting magnet apparatus of the second embodiment, a spring / displacement mechanism 30 is provided on the object to be cooled 12 side of the thermal switch 26. The spring / displacement mechanism 30 is provided on a heat transfer plate 27 having excellent heat conductivity, and a coil spring guided by a guide post is interposed between the heat transfer plate 27 and the cold head cooling portion 25 of the refrigerator cold head 15. Is in thermal contact. The superconducting magnet device has a superconducting coil installed as an object to be cooled that is housed in the cryogenic vessel 10.

ばね・変位機構30に伝熱の効果が充分でなく、期待できない場合には、図3および図4に示すように、フレキシブルな伝熱プレート33を被冷却体12の一部を構成する伝熱板27上に設ける。フレキシブルな伝熱プレート33はばね・変位機構30のばね力により冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25側に押圧されて熱スイッチ26の接触部を構成している。この熱スイッチ26により伝熱板27とコールドヘッド冷却部25との熱的リンクを構成し、熱接合の強化が図られる。フレキシブルな伝熱プレート33は熱伝導率が良好な金属材料、例えば銅、アルミニウム材料で構成される。   If the effect of heat transfer is not sufficient for the spring / displacement mechanism 30 and cannot be expected, the heat transfer plate 33 forms part of the body 12 to be cooled as shown in FIGS. Provided on the plate 27. The flexible heat transfer plate 33 is pressed against the cold head cooling part 25 side of the refrigerator cold head 15 by the spring force of the spring / displacement mechanism 30 to constitute a contact part of the heat switch 26. The thermal switch 26 forms a thermal link between the heat transfer plate 27 and the cold head cooling unit 25, thereby strengthening thermal bonding. The flexible heat transfer plate 33 is made of a metal material having good thermal conductivity, for example, copper or aluminum material.

[第2実施形態の作用]
極低温冷凍機14の駆動時には、駆動状態を給電検出リレー22が検知してコールドヘッド上下制御モータ23により冷凍機コールドヘッド15を下降させ、熱スイッチ26の接触部が熱的リンクを構成し、熱的接触が良好となって熱スイッチ26はON状態に保たれる(図3)。
[Operation of Second Embodiment]
When the cryogenic refrigerator 14 is driven, the power supply detection relay 22 detects the driving state, and the cold head up / down control motor 23 lowers the refrigerator cold head 15, and the contact portion of the thermal switch 26 forms a thermal link. The thermal contact is good and the thermal switch 26 is kept in the ON state (FIG. 3).

熱スイッチ26がON状態で、熱スイッチ26の接触部に接触の面圧が作用する場合には、ばね・変位機構30の押圧力が伝熱部材のフレキシブルな伝熱プレート33に作用し、伝熱プレート33の面方向を修正してほぼ全面が均圧的に冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25に接触するように調整される。   When the contact pressure is applied to the contact portion of the heat switch 26 while the heat switch 26 is in the ON state, the pressing force of the spring / displacement mechanism 30 acts on the flexible heat transfer plate 33 of the heat transfer member. The surface direction of the heat plate 33 is corrected and adjusted so that almost the entire surface comes into contact with the cold head cooling part 25 of the refrigerator cold head 15 in an equal pressure manner.

その結果、熱スイッチ26の接触部は、コールドヘッド冷却部25である冷却ステージとフレキシブルな伝熱プレート33との熱接触が良好となって、接触熱抵抗の低減が図れ、被冷却体12は極低温、例えば4Kに冷却され、極低温状態に保たれる。   As a result, the contact portion of the thermal switch 26 has good thermal contact between the cooling stage, which is the cold head cooling unit 25, and the flexible heat transfer plate 33, and the contact thermal resistance can be reduced. It is cooled to a very low temperature, for example 4K, and kept at a very low temperature.

また、極低温冷凍機14が停止した際には、冷凍機停止状態を給電検出リレー22により、停電等により極低温冷凍機14が駆動していないことを検知し、コールドヘッド上下制御モータ23によりカム機構28等を作動させて冷凍機コールドヘッド15を押し上げる。冷凍機コールドヘッド15の上昇により、コールドヘッド冷却部25が押し上げられ、コールドヘッド冷却部25はフレキシブルな伝熱プレート33から切り離され、図4に示すようにフレキシブルな伝熱プレート33に接触しない非接触状態となる。   Further, when the cryogenic refrigerator 14 is stopped, it is detected that the cryogenic refrigerator 14 is not driven due to a power failure or the like by the power feeding detection relay 22 and the cold head vertical control motor 23 detects that the cryogenic refrigerator 14 is stopped. The cam mechanism 28 and the like are operated to push up the refrigerator cold head 15. As the refrigerator cold head 15 rises, the cold head cooling unit 25 is pushed up, and the cold head cooling unit 25 is disconnected from the flexible heat transfer plate 33 and does not contact the flexible heat transfer plate 33 as shown in FIG. It becomes a contact state.

極低温冷凍機14が停止した際には、図4に示すように、熱スイッチ26がOFFとなって熱スイッチ26の接触部は切り離され、熱的リンクが解消される。熱スイッチ26のOFFにより、冷却ステージを構成するコールドヘッド冷却部25とフレキシブルな伝熱プレート33とは非接触状態となり、冷凍機コールドヘッド15から被冷却体12への熱侵入を抑制することかできる。   When the cryogenic refrigerator 14 is stopped, as shown in FIG. 4, the thermal switch 26 is turned OFF, the contact portion of the thermal switch 26 is disconnected, and the thermal link is eliminated. When the heat switch 26 is turned off, the cold head cooling unit 25 and the flexible heat transfer plate 33 constituting the cooling stage are brought into a non-contact state, and the heat intrusion from the refrigerator cold head 15 to the cooled object 12 is suppressed. it can.

第2実施形態の極低温容器10または極低温磁石装置では、ばね・変位機構30を被冷却体12側に設けた例を説明したが、ばね・変位機構30を冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25側に設けてもよい。具体的には、フレキシブルな伝熱プレート33は、コールドヘッド冷却部25にばね・変位機構30を取り付けられ、フレキシブルな伝熱プレート33と被冷却体12の一部を構成する伝熱板27との間に熱的リンクを構成する熱スイッチ26を設けてもよい。この場合にも、熱スイッチ26はコールドヘッド冷却部25と被冷却体12の一部との間に設けられる。   In the cryogenic container 10 or the cryogenic magnet device of the second embodiment, the example in which the spring / displacement mechanism 30 is provided on the cooled object 12 side has been described, but the spring / displacement mechanism 30 is a cold head of the refrigerator cold head 15. You may provide in the cooling unit 25 side. Specifically, the flexible heat transfer plate 33 has a spring / displacement mechanism 30 attached to the cold head cooling unit 25, and the flexible heat transfer plate 33 and the heat transfer plate 27 constituting a part of the cooled object 12. A thermal switch 26 constituting a thermal link may be provided between the two. Also in this case, the thermal switch 26 is provided between the cold head cooling unit 25 and a part of the cooled object 12.

[第2実施形態の効果]
第2実施形態の極低温容器10Aまたは超電導磁石装置では、第1実施形態の効果に加えて、熱スイッチ26の接触部の不具合等のトラブル時に、極低温冷凍機14のみを取り出して保全・修理することが可能となり、メンテナンス性を向上させることができる。
[Effects of Second Embodiment]
In the cryogenic container 10A or the superconducting magnet apparatus of the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, when the trouble such as the failure of the contact portion of the thermal switch 26 is taken out, only the cryogenic refrigerator 14 is taken out for maintenance and repair. This makes it possible to improve the maintainability.

[第3実施形態]
極低温容器および超電導磁石装置の第3実施形態を図5および図6を参照して説明する。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the cryogenic container and the superconducting magnet apparatus will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

第3実施形態に係る極低温容器または超電導磁石装置を説明するに当り、第1実施形態に示された極低温容器10または超電導磁石装置と同じ構成には同一符号を付して重複する説明を省略、ないしは簡素化する。極低温容器10Bは被冷却体12として極低温素子やSQUID応用機器等を設けたものであり、被冷却体12として熱電導コイルを設けたものは超電導磁石装置を構成している。   In describing the cryogenic container or the superconducting magnet apparatus according to the third embodiment, the same components as those of the cryogenic container 10 or the superconducting magnet apparatus shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant descriptions are given. Omit or simplify. The cryogenic container 10B is provided with a cryogenic element, a SQUID application device, or the like as the cooled object 12, and the cooled object 12 provided with a thermoconductive coil constitutes a superconducting magnet device.

第3実施形態の極低温容器10Bまたは超電導磁石装置は、熱スイッチ26の接触部の構成を基本的に異にし、他の構成は第1実施形態の極低温容器10または超電導磁石装置と実質的に異ならない。図5および図6に示す極低温容器10Bまたは超電導磁石装置において、熱スイッチ26の接触部は、一方の接触面、冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25の接触面が1つであるのに対し、被冷却体12側の接触面を複数としたものである。被冷却体12側の接触面には伝熱板27に複数のばね・変位機構35が備えられる。   The cryogenic vessel 10B or superconducting magnet device of the third embodiment is basically different in the configuration of the contact portion of the thermal switch 26, and other configurations are substantially different from the cryogenic vessel 10 or superconducting magnet device of the first embodiment. Not different. In the cryogenic container 10B or the superconducting magnet apparatus shown in FIGS. 5 and 6, the contact portion of the thermal switch 26 has one contact surface, and the contact surface of the cold head cooling portion 25 of the refrigerator cold head 15 is one. On the other hand, a plurality of contact surfaces on the cooled object 12 side are provided. A heat transfer plate 27 is provided with a plurality of spring / displacement mechanisms 35 on the contact surface on the cooled object 12 side.

ばね・変位機構35は、コールドヘッド冷却部25と伝熱板27との間に介装され、熱スイッチ26の各接触面に複数のコイルばねが弾力的に接触している。各コイルばねはガイドポストに案内されて伸縮するようになっている。ばね・変位機構35によって、伝熱の効果を充分に期待することができない場合には、フレキシブルな伝熱プレート36がコールドヘッド冷却部25と伝熱板27のばね・変位機構35との間に設けられる。フレキシブルな伝熱プレート36は伝熱板27に片持梁状に連結され、被冷却体12側の接触面を連接状態で複数に分割している。フレキシブルな伝熱プレート36の複数の接触面は、ばね・変位機構35にコールドヘッド冷却部25の接触面に押圧接触されて熱結合し、冷凍機コールドヘッド15から被冷却体12側への熱伝導を良好とし、熱接触による熱的リンクを構成している。   The spring / displacement mechanism 35 is interposed between the cold head cooling unit 25 and the heat transfer plate 27, and a plurality of coil springs are in elastic contact with each contact surface of the thermal switch 26. Each coil spring is guided by a guide post so as to expand and contract. In the case where the effect of heat transfer cannot be sufficiently expected by the spring / displacement mechanism 35, the flexible heat transfer plate 36 is interposed between the cold head cooling unit 25 and the spring / displacement mechanism 35 of the heat transfer plate 27. Provided. The flexible heat transfer plate 36 is connected to the heat transfer plate 27 in a cantilever shape, and the contact surface on the cooled object 12 side is divided into a plurality of connected states. The plurality of contact surfaces of the flexible heat transfer plate 36 are pressed against and brought into thermal contact with the contact surface of the cold head cooling unit 25 to the spring / displacement mechanism 35, and heat from the refrigerator cold head 15 to the cooled object 12 side. It has good conduction and forms a thermal link by thermal contact.

第3実施形態の極低温容器10Bまたは超電導磁石装置は、熱スイッチ26の接触部において、一方の接触面、冷凍機コールドヘッド15側接触面が1つであるのに対し、他方の接触面、被冷却体12側接触面が複数に構成される。被冷却体12側の複数の接触面の各々に面方向可変のばね・変位機構35により、各々独立してコールドヘッド冷却部25側に押圧接触される。これにより、熱スイッチ26は熱接触による熱的リンクを構成している。   The cryogenic container 10B or superconducting magnet device of the third embodiment has one contact surface on the contact part of the thermal switch 26, one contact surface on the refrigerator cold head 15 side, whereas the other contact surface, The to-be-cooled body 12 side contact surface is comprised in multiple. Each of the plurality of contact surfaces on the cooled object 12 side is independently pressed and contacted to the cold head cooling unit 25 side by a spring / displacement mechanism 35 having a variable surface direction. Thus, the thermal switch 26 forms a thermal link by thermal contact.

[第3実施形態の作用]
第3実施形態では、熱スイッチ26の接触部において、一方の接触面、図5では冷凍機コールドヘッド15側の接触面が1つであるのに対し、他方の接触面、被冷却体12側接触面を複数とし、各々の面方向可変のばね・変位機構35を有している。この構成により、熱スイッチ26の接触部は、接触面が平面度の比較的低い加工面であっても、各接触面同士の面積が小さいために、接触面同士が全体として一体的に作成された接触面より、平面度の差による接触部の空間的ギャップを小さくすることができる。同じ加工面であれば、熱スイッチ26の接触部の分割数をN個とすると、分割された各接触面同士のギャップは一体構成時の接触面同士のギャップの1/N程度小さくすることが期待される。
[Operation of Third Embodiment]
In the third embodiment, in the contact portion of the thermal switch 26, there is one contact surface, that is, one contact surface on the refrigerator cold head 15 side in FIG. 5, whereas the other contact surface is on the cooled object 12 side. A plurality of contact surfaces are provided, and each has a spring / displacement mechanism 35 that can change the surface direction. With this configuration, the contact portions of the thermal switch 26 are formed integrally as a whole because the contact surfaces are small even if the contact surfaces are processed surfaces with relatively low flatness. The spatial gap of the contact portion due to the difference in flatness can be made smaller than the contact surface. If the number of divisions of the contact portion of the thermal switch 26 is N on the same processed surface, the gap between the divided contact surfaces can be reduced by about 1 / N of the gap between the contact surfaces in the integrated configuration. Be expected.

極低温冷凍機14の駆動時には、冷凍機コールドヘッド15は図5に示す駆動状態となり、コールドヘッド冷却部25は各ばね・変位機構35の弾力作用により、伝熱部材であるフレキシブルな伝熱プレート36と接触状態となる。熱スイッチ26は熱接触による熱的リンクが構成されてON状態となる。熱スイッチ26がON状態で冷凍機コールドヘッド15のコールドヘッド冷却部25は被冷却体12の一部、フレキシブルな伝熱プレート36と熱接触が良好となって、被冷却体12は冷却され、極低温状態にキープされる。   When the cryogenic refrigerator 14 is driven, the refrigerator cold head 15 is in the driving state shown in FIG. 5, and the cold head cooling unit 25 is a flexible heat transfer plate which is a heat transfer member by the elastic action of each spring / displacement mechanism 35. 36 and a contact state. The thermal switch 26 is turned on with a thermal link formed by thermal contact. When the heat switch 26 is in the ON state, the cold head cooling unit 25 of the refrigerator cold head 15 has a good thermal contact with a part of the cooled object 12, the flexible heat transfer plate 36, and the cooled object 12 is cooled, It is kept in a cryogenic state.

その際、熱スイッチ26の接触部は、接触面全体が一体構成の場合と異なり、被冷却体12側接触面がフレキシブルな伝熱プレート36により複数形成され、複数の接触面がコールドヘッド冷却部(冷却ステージ)の接触面とばね・変位機構で個別に弾力的に押圧され、接触している。被冷却体12側の各接触面の面積が小さく、各接触面はばね・変位機構35でコールドヘッド冷却部25側に押圧接触されるので、熱スイッチ26の接触部の空間的ギャップを、接触面同士が全体的に一体で形成されたものより小さくすることができ、熱抵抗の低減を図ることができる。   At that time, unlike the case where the entire contact surface is integrated, the contact portion of the thermal switch 26 is formed with a plurality of contact surfaces on the cooled object 12 side by the flexible heat transfer plate 36, and the plurality of contact surfaces are the cold head cooling portion. The contact surface of the (cooling stage) and the spring / displacement mechanism are individually elastically pressed and contacted. Since the area of each contact surface on the cooled object 12 side is small and each contact surface is pressed and contacted to the cold head cooling unit 25 side by the spring / displacement mechanism 35, the spatial gap of the contact part of the thermal switch 26 is contacted. The surfaces can be made smaller than those formed integrally as a whole, and the thermal resistance can be reduced.

熱スイッチ26の接触部は、単位面積当りの接触熱抵抗を低減させることができ、接触部の表面積のトータルを極小にすることができる。   The contact portion of the thermal switch 26 can reduce the contact thermal resistance per unit area, and can minimize the total surface area of the contact portion.

また、極低温冷凍機14が停止した際には、冷凍機停止状態を給電検出リレー22により、極低温冷凍機14が駆動していないことを検出し、コールドヘッド上下制御モータ23によりカム機構28等を介して冷凍機コールドヘッド15を押し上げる。冷凍機コールドヘッド15の上昇により、コールドヘッド冷却部25が一体に押し上げられ、冷却ステージであるコールドヘッド冷却部25はフレキシブルな伝熱プレート36から切り離されて上昇し、図6に示すように、コールドヘッド冷却部25はフレキシブルな伝熱プレート36に接触しない非接触状態となる。熱スイッチ26はOFF状態となり、コールドヘッド冷却部25とフレキシブルな伝熱板27との熱的リンクが解消される。   When the cryogenic refrigerator 14 is stopped, it is detected that the cryogenic refrigerator 14 is not driven by the power supply detection relay 22 and the cam mechanism 28 is operated by the cold head vertical control motor 23 when the cryogenic refrigerator 14 is stopped. The refrigerator cold head 15 is pushed up through the like. As the refrigerator cold head 15 rises, the cold head cooling unit 25 is pushed up integrally, and the cold head cooling unit 25, which is a cooling stage, is separated from the flexible heat transfer plate 36 and rises, as shown in FIG. The cold head cooling unit 25 is in a non-contact state where it does not contact the flexible heat transfer plate 36. The thermal switch 26 is turned off, and the thermal link between the cold head cooling unit 25 and the flexible heat transfer plate 27 is eliminated.

したがって、極低温冷凍機14が停止し、冷凍機コールドヘッド15が温度上昇した際には、コールドヘッド冷却部25が上昇してフレキシブルな伝熱プレート36から切り離され、非接触状態となり、熱スイッチ26はOFFとなる。   Therefore, when the cryogenic refrigerator 14 stops and the refrigerator cold head 15 rises in temperature, the cold head cooling unit 25 rises and is disconnected from the flexible heat transfer plate 36 and is brought into a non-contact state. 26 is OFF.

このように、極低温冷凍機14が停止して冷凍機コールドヘッド15(冷凍機本体)が温度上昇した際には、冷凍機冷却ステージであるコールドヘッド冷却部25は上昇してフレキシブルな伝熱プレート36から切り離され、非接触状態となる。冷凍機コールドヘッド15が温度上昇しても、熱スイッチ26はOFF状態となり、その接触部は非接触状態となる。冷凍機コールドヘッド15の温度上昇により、温度が上がったコールドヘッド冷却部25から輻射による熱侵入量を低減させることができ、熱スイッチ26OFF時の高熱抵抗化を図ることができる。   Thus, when the cryogenic refrigerator 14 stops and the refrigerator cold head 15 (refrigerator body) rises in temperature, the cold head cooling section 25 that is the refrigerator cooling stage rises and flexible heat transfer is performed. It is separated from the plate 36 and is in a non-contact state. Even if the temperature of the refrigerator cold head 15 rises, the thermal switch 26 is turned off, and the contact portion is in a non-contact state. As the temperature of the refrigerator cold head 15 rises, the amount of heat intrusion due to radiation from the cold head cooling section 25 where the temperature has risen can be reduced, and high thermal resistance can be achieved when the thermal switch 26 is OFF.

[第3実施形態の効果]
第3実施形態では、熱スイッチ26の接触部において、接触面同士全体が一体で単体の場合とトータルの接触面積を同程度とし、密に分割すれば接触部ギャップの低減により熱抵抗の低減を図ることができる。極低温冷凍機14の駆動時、特に大容量冷凍機による熱流の大きい接触部の場合には、接触部の接触面分割による熱抵抗低減の効果が大きくなる。
[Effect of the third embodiment]
In the third embodiment, in the contact portion of the thermal switch 26, the total contact area is the same as the case where the entire contact surfaces are united as a single body, and if divided closely, the thermal resistance can be reduced by reducing the contact portion gap. Can be planned. When the cryogenic refrigerator 14 is driven, particularly in the case of a contact portion with a large heat flow due to a large-capacity refrigerator, the effect of reducing the thermal resistance by dividing the contact surface of the contact portion is increased.

また、単位面積当りの接触熱抵抗が低減されることにより、接触部の表面積のトータルを極小にすることが可能なため、冷凍機停止時において、冷凍機コールドヘッド15が温度上昇した際に、温度が上がったコールドヘッド冷却部(冷凍機冷却ステージ)から輻射による熱侵入量を低減でき、熱スイッチ26OFF時の高熱抵抗化を図ることができる。   In addition, since the contact thermal resistance per unit area is reduced, it is possible to minimize the total surface area of the contact portion, so when the refrigerator cold head 15 rises in temperature when the refrigerator is stopped, The amount of heat intrusion due to radiation can be reduced from the cold head cooling section (refrigerator cooling stage) where the temperature has risen, and high thermal resistance when the heat switch 26 is OFF can be achieved.

[第4実施形態]
極低温容器および超電導磁石装置の第4実施形態を図7および図8を参照して説明する。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the cryogenic container and the superconducting magnet apparatus will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

図7および図8は、極低温容器10Cの第4実施形態を示す概略構成図である。極低温容器10Cは、クライオスタットとしての断熱真空容器11A内に複数台の極低温冷凍機14A、例えば主冷凍機40と補助冷凍機41とを備える一方、断熱真空容器11A内に輻射シールド容器43が設置される。輻射シールド容器43内には被冷却体12が格納される。被冷却体12が超伝熱コイルである場合には極低温容器10Cは超電導磁石装置として構成される。超電導コイルは図示しない巻枠に巻き付けられて格納される。   7 and 8 are schematic configuration diagrams illustrating a fourth embodiment of the cryogenic container 10C. The cryogenic container 10C includes a plurality of cryogenic refrigerators 14A, for example, a main refrigerator 40 and an auxiliary refrigerator 41, in a heat insulating vacuum container 11A as a cryostat, while a radiation shield container 43 is provided in the heat insulating vacuum container 11A. Installed. The object to be cooled 12 is stored in the radiation shield container 43. When the object to be cooled 12 is a super heat transfer coil, the cryogenic container 10C is configured as a superconducting magnet device. The superconducting coil is wound around a winding frame (not shown) and stored.

第4実施形態に示された極低温容器10Cまたは超電導磁石装置を説明するに当り、第1実施形態の極低温容器10または超電導磁石装置と同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略ないしは簡素化する。   In describing the cryogenic container 10C or the superconducting magnet apparatus shown in the fourth embodiment, the same components as those in the cryogenic container 10 or the superconducting magnet apparatus of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is given. Omitted or simplified.

第4実施形態の極低温容器10Cまたは超電導磁石装置において、図7は熱スイッチ26がONの状態、図8は熱スイッチ26がOFFの状態をそれぞれ示す概略構成図である。極低温容器10Cの断熱真空容器11Aに設置される極低温冷凍機14Aは、多段式冷却ステージを備えた主冷凍機40と補助冷凍機41を備える。主冷凍機40は、被冷却体12を常時冷却するように伝熱板27および45上に設置される。伝熱板27,45は、被冷却体12の一部を構成しており、一方はフレキシブルな伝熱プレート45で被冷却体12を設置した伝熱板27に片持梁状に連結される。   In the cryogenic container 10C or the superconducting magnet apparatus of the fourth embodiment, FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a state where the thermal switch 26 is ON, and FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a state where the thermal switch 26 is OFF. The cryogenic refrigerator 14A installed in the heat insulating vacuum vessel 11A of the cryogenic vessel 10C includes a main refrigerator 40 and an auxiliary refrigerator 41 having a multistage cooling stage. The main refrigerator 40 is installed on the heat transfer plates 27 and 45 so as to constantly cool the cooled object 12. The heat transfer plates 27 and 45 constitute a part of the body 12 to be cooled, and one is connected to the heat transfer plate 27 on which the body 12 to be cooled is mounted by a flexible heat transfer plate 45 in a cantilever shape. .

主冷凍機40は多段式冷却ステージを構成し、1段目の冷却ステージ(コールドヘッド冷却部)46は、輻射シールド容器43に接続されてシールド容器を冷却する一方、2段目の冷却ステージ(コールドヘッド冷却部)47はフレキシブルな伝熱プレート45に接続され、伝熱板27を介して被冷却体(超電導コイル)12を冷却し、極低温に保持している。   The main refrigerator 40 constitutes a multistage cooling stage, and a first cooling stage (cold head cooling section) 46 is connected to the radiation shield container 43 to cool the shield container, while the second stage cooling stage ( The cold head cooling unit (47) is connected to a flexible heat transfer plate 45, and cools the cooled object (superconducting coil) 12 via the heat transfer plate 27 and keeps it at an extremely low temperature.

また、補助冷凍機41は冷凍機コールドヘッドを構成しており、主冷凍機40と同様に多段式冷却ステージを構成している。1段目のコールドヘッド冷却部48は断熱真空容器11A内に位置される一方、2段目のコールドヘッド冷却部49は輻射シールド容器43内に延びて終端している。2段目のコールドヘッド冷却部49は、被冷却体12の一部である伝熱板27に対向している。2段目のコールドヘッド冷却部49と伝熱板27との間に、ばね・変位機構30が設けられる。   The auxiliary refrigerator 41 constitutes a refrigerator cold head and, like the main refrigerator 40, constitutes a multistage cooling stage. The first-stage cold head cooling section 48 is positioned in the heat insulating vacuum container 11A, while the second-stage cold head cooling section 49 extends into the radiation shield container 43 and terminates. The second-stage cold head cooling unit 49 faces the heat transfer plate 27 that is a part of the cooled object 12. A spring / displacement mechanism 30 is provided between the second-stage cold head cooling section 49 and the heat transfer plate 27.

ばね・変位機構30は、ガイドポストに案内されて伸縮するコイルばねが2段目のコールドヘッド冷却部49と伝熱板27との間に介装され、接触している。ばね・変位機構30のコイルばねの伝熱機能が充分でない場合には、伝熱板27と2段目のコールドヘッド冷却部49との間にフレキシブルな伝熱プレート33が介装される。伝熱プレート33はばね・変位機構30の弾性力により2段目のコールドヘッド冷却部49側に押圧接触可能に構成される。   In the spring / displacement mechanism 30, a coil spring which is guided by a guide post and expands and contracts is interposed between and in contact with the second-stage cold head cooling portion 49 and the heat transfer plate 27. When the heat transfer function of the coil spring of the spring / displacement mechanism 30 is not sufficient, a flexible heat transfer plate 33 is interposed between the heat transfer plate 27 and the second-stage cold head cooling unit 49. The heat transfer plate 33 is configured to be capable of being pressed into contact with the second-stage cold head cooling unit 49 side by the elastic force of the spring / displacement mechanism 30.

冷凍機コールドヘッドを構成する補助冷凍機41の2段目のコールドヘッド冷却部49とフレキシブルな伝熱プレート33との間が熱スイッチ26の接触部を構成している。   A contact portion of the heat switch 26 is configured between the second-stage cold head cooling portion 49 of the auxiliary refrigerator 41 constituting the refrigerator cold head and the flexible heat transfer plate 33.

熱スイッチ26の接触部は、相対する接触面が離接自在に構成され、熱スイッチ26のON時に相対する接触面は接触状態となる。熱スイッチ26のOFF時には相対する接触面は非接触状態となり、相対する接触面間にギャップが形成される。   The contact portion of the thermal switch 26 is configured such that the opposing contact surfaces are detachable, and the opposing contact surfaces are in contact when the thermal switch 26 is ON. When the thermal switch 26 is OFF, the opposing contact surfaces are in a non-contact state, and a gap is formed between the opposing contact surfaces.

熱スイッチ26のOFF時で、接触部の相対する接触面間に形成されるギャップには、可動式輻射シールド板50が出し入れ可能に設けられる。可動式輻射シールド板50は操作ロッド51の回動操作により手動で出し入れ操作しても、あるいは操作ロッド51をコールドヘッド上下制御モータ23のモータ作動に直接あるいは減速機構を介して連動させてもよい。コールドヘッド上下制御モータ23を連動させる場合には、熱スイッチ26のON時に、熱スイッチ26の接触部から後退した不作動位置を取り、熱スイッチ26のOFF時に、熱スイッチ26の接触部間のギャップに進入する作動位置を取るように調整される。   When the thermal switch 26 is OFF, a movable radiation shield plate 50 is provided in a gap formed between the contact surfaces facing each other in the contact portion so as to be able to be put in and out. The movable radiation shield plate 50 may be manually inserted and removed by rotating the operation rod 51, or the operation rod 51 may be linked directly to the motor operation of the cold head vertical control motor 23 or via a speed reduction mechanism. . When the cold head vertical control motor 23 is interlocked, when the thermal switch 26 is turned on, an inoperative position retracted from the contact portion of the thermal switch 26 is taken, and when the thermal switch 26 is turned off, between the contact portions of the thermal switch 26 is taken. It is adjusted to take the operating position to enter the gap.

熱スイッチ26のOFF時には、可動式輻射シールド板50が輻射シールド容器43の開口を閉塞し、輻射シールド容器43内を密封してシールドし、補助冷凍機41のコールドヘッド冷却部48,49から輻射熱が被冷却体12側に伝達されるのを防止している。   When the heat switch 26 is OFF, the movable radiation shield plate 50 closes the opening of the radiation shield container 43, seals and shields the inside of the radiation shield container 43, and radiant heat from the cold head cooling units 48 and 49 of the auxiliary refrigerator 41. Is transmitted to the cooled object 12 side.

[第4実施形態の作用]
第4実施形態に示された極低温容器10Cまたは超電導磁石装置では、極低温冷凍機14Aの起動時には、図7に示すように、冷凍機コールドヘッドである補助冷凍機41を駆動させる。補助冷凍機41の作動により、コールドヘッド上下制御モータ23が動作して補助冷凍機41を下降させ、コールドヘッド冷却部48,49を下動させ、2段目のコールドヘッド冷却部49をフレキシブルな伝熱プレート33に接触させ、熱スイッチ26をONの接触状態に保つ。この構成により、断熱真空容器11A内は主冷凍機40と補助冷凍機41により急速冷却され、断熱真空容器11A内で輻射シールド容器43内に格納された被冷却体12は急速に冷却させ、極低温の冷却状態となる。
[Operation of Fourth Embodiment]
In the cryogenic container 10C or the superconducting magnet apparatus shown in the fourth embodiment, when the cryogenic refrigerator 14A is activated, the auxiliary refrigerator 41, which is a refrigerator cold head, is driven as shown in FIG. By operating the auxiliary refrigerator 41, the cold head up / down control motor 23 is operated to lower the auxiliary refrigerator 41, to move the cold head cooling units 48 and 49 downward, and to make the second stage cold head cooling unit 49 flexible. The heat switch 26 is brought into contact with the heat transfer plate 33 and the heat switch 26 is kept in the ON contact state. With this configuration, the inside of the heat insulating vacuum container 11A is rapidly cooled by the main refrigerator 40 and the auxiliary refrigerator 41, and the object to be cooled 12 stored in the radiation shield container 43 is rapidly cooled in the heat insulating vacuum container 11A. It becomes a low-temperature cooling state.

被冷却体12を通常状態で冷却する際は、図8の熱スイッチ26がOFF状態にセットされる。その際は、補助冷凍機41が停止し、この停止状態を給電検出リレー22により補助冷凍機41が駆動していないことを検知し、コールドヘッド上下制御モータ23によりカム機構28等を作動させて補助冷凍機41を押し上げる。補助冷凍機41の上昇によりコールドヘッド冷却部48,49が押し上げられて、伝熱板27やフレキシブルな伝熱プレート33から切り離され、2段目のコールドヘッド冷却部49はフレキシブルな伝熱プレート33と接触しない非接触状態となり、熱スイッチ26はOFFとなる。   When the object to be cooled 12 is cooled in the normal state, the thermal switch 26 in FIG. 8 is set to the OFF state. At that time, the auxiliary refrigerator 41 is stopped, and this stop state is detected by the feed detection relay 22 that the auxiliary refrigerator 41 is not driven, and the cam mechanism 28 and the like are operated by the cold head vertical control motor 23. The auxiliary refrigerator 41 is pushed up. As the auxiliary refrigerator 41 is raised, the cold head cooling units 48 and 49 are pushed up and separated from the heat transfer plate 27 and the flexible heat transfer plate 33, and the second stage cold head cooling unit 49 is set to the flexible heat transfer plate 33. Is not in contact with the heat switch 26, and the thermal switch 26 is turned off.

熱スイッチ26のOFFにより、熱スイッチ26の接触部は、相対する接触部間にギャップが生じ、このギャップ部分に可動式輻射シールド板50が進入して輻射シールド板50が作動位置にセットされる。可動式輻射シールド板50により、輻射シールド容器43をシールドし、断熱真空容器11A内で輻射シールド容器43を密封させる。   When the heat switch 26 is turned off, a gap is formed between the contact portions of the heat switch 26, the movable radiation shield plate 50 enters the gap portion, and the radiation shield plate 50 is set to the operating position. . The radiation shield container 43 is shielded by the movable radiation shield plate 50, and the radiation shield container 43 is sealed in the heat insulating vacuum container 11A.

極低温冷凍機14Aを主冷凍機40と補助冷凍機41の2台で冷却する際には、可動式輻射シールド板50は熱スイッチ26の接触部のギャップ部分から取り外し、熱スイッチ26を図7に示すようにON状態にする。   When the cryogenic refrigerator 14A is cooled by the main refrigerator 40 and the auxiliary refrigerator 41, the movable radiation shield plate 50 is removed from the gap portion of the contact portion of the thermal switch 26, and the thermal switch 26 is removed as shown in FIG. As shown in FIG.

第4実施形態の極低温容器10Cまたは超電導磁石装置では、図7および図8に示すように構成することで、極低温冷凍機14Aは、主冷凍機40や補助冷凍機41を取り外すことなく、冷凍機1台運転、2台運転が可能となる。   In the cryogenic container 10C or the superconducting magnet device of the fourth embodiment, the cryogenic refrigerator 14A is configured as shown in FIGS. 7 and 8 without removing the main refrigerator 40 and the auxiliary refrigerator 41. One refrigerator operation and two operation are possible.

第4実施形態の極低温容器10Cまたは超電導磁石装置では、重量の大きい被冷却体12の初期冷却や、被冷却体12である超電導コイルがクエンチして超電導コイルの温度が上昇してしまった際に、複数台の冷凍機を同時に駆動させて、再冷却時間を短縮させ、複数台の冷凍機による冷却時間の短縮が可能となる。   In the cryogenic container 10C or the superconducting magnet apparatus of the fourth embodiment, when the initial cooling of the heavy object to be cooled 12 or the superconducting coil that is the object to be cooled 12 is quenched and the temperature of the superconducting coil rises. In addition, it is possible to simultaneously drive a plurality of refrigerators to shorten the re-cooling time and to shorten the cooling time by the plurality of refrigerators.

また、極低温容器10Cまたは超電導磁石装置が、定常状態に冷却された後は、補助冷凍機41としての図7および図8の左側の冷凍機の熱スイッチ26をOFFとし、熱スイッチ26の接触部間のギャップ部分に可動式輻射シールド板50を進入させて輻射シールド容器43をシールドすることができる。輻射シールド容器43をシールドすることで、輻射熱侵入量を低減し、安定した被冷却体12、特に超電導コイルの冷却が可能となる。   Further, after the cryogenic container 10C or the superconducting magnet device is cooled to a steady state, the heat switch 26 of the left refrigerator of FIGS. 7 and 8 as the auxiliary refrigerator 41 is turned OFF, and the heat switch 26 is contacted. It is possible to shield the radiation shield container 43 by allowing the movable radiation shield plate 50 to enter the gap portion between the portions. By shielding the radiation shield container 43, the amount of radiant heat penetration can be reduced, and the cooled object 12, particularly the superconducting coil, can be cooled stably.

さらに、定常運転時は、極低温冷凍機14Aは、冷凍機1台の運転で被冷却体12を極低温状態で保つことができ、消費電力を低減させて効率的な運転・運用を図ることができる。   Furthermore, at the time of steady operation, the cryogenic refrigerator 14A can keep the cooled object 12 in an extremely low temperature state by operating one refrigerator, and can reduce power consumption for efficient operation and operation. Can do.

[第4実施形態の効果]
第4実施形態の極低温容器または超電導磁石装置では、可動式輻射シールド板50により、極低温冷凍機14Aの冷凍機停止時に、(補助)冷凍機41を停止させて断熱真空容器11A内で輻射シールド容器43をシールドさせ、温度上昇している補助冷凍機41からの輻射熱侵入を抑えることができる。被冷却体12が超電導コイルの場合、冷却温度を下げ、通電特性を向上させることができる。
[Effect of Fourth Embodiment]
In the cryogenic container or superconducting magnet apparatus of the fourth embodiment, the movable auxiliary shield plate 50 causes the (auxiliary) refrigerator 41 to stop and radiate within the heat insulating vacuum container 11A when the cryogenic refrigerator 14A is stopped. The shield container 43 can be shielded to prevent radiant heat from entering from the auxiliary refrigerator 41 whose temperature is rising. In the case where the body 12 to be cooled is a superconducting coil, the cooling temperature can be lowered and the energization characteristics can be improved.

また、断熱真空容器11Aに複数台の冷凍機40,41を設置し、被冷却体12の初期冷却や被冷却体12としての超電導コイルがクエンチした場合には、複数台の冷凍機40,41を駆動させ、再冷却時間を短縮し、複数台の冷凍機40,41の冷却時間の短縮を図ることができる。   In addition, when a plurality of refrigerators 40 and 41 are installed in the heat insulating vacuum vessel 11A and the initial cooling of the cooled object 12 and the superconducting coil as the cooled object 12 are quenched, the plurality of refrigerators 40 and 41 are used. Can be driven, the recooling time can be shortened, and the cooling time of the plurality of refrigerators 40 and 41 can be shortened.

さらに、極低温容器10Cまたは超電導磁石装置が定常状態に冷却された後は、補助冷凍機41としての熱スイッチ26をOFFとし、接触部間のギャップ部分に可動式輻射シールド板50を進入させ、輻射シールド容器43をシールドさせることで、輻射シールド容器43内への輻射熱侵入量を低減し、被冷却体12である超電導コイルの安定した冷却が可能となる。加えて、定常運転時に冷凍機1台の運転のために、消費電力を低減させ、効率的な運転、運用を図ることができる。   Furthermore, after the cryogenic vessel 10C or the superconducting magnet device is cooled to a steady state, the heat switch 26 as the auxiliary refrigerator 41 is turned off, and the movable radiation shield plate 50 is inserted into the gap portion between the contact portions, By shielding the radiation shield container 43, the amount of radiant heat entering the radiation shield container 43 is reduced, and the superconducting coil that is the object to be cooled 12 can be stably cooled. In addition, power consumption can be reduced for efficient operation and operation for the operation of one refrigerator during steady operation.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10,10A,10B,10C…極低温容器(超電導磁石装置)、11,11A…断熱真空容器、12…被冷却体(超電導コイル)、14,14A…極低温冷凍機、15…冷凍機コールドヘッド、16…容器蓋、17…ベローズ(仕切壁)、18…設置台、20…駆動ケーブル、21…駆動電流源、22…給電検出リレー、23…コールドヘッド上下制御モータ、25…コールドヘッド冷却部(冷却ステージ)、26…熱スイッチ、27…伝熱板、28…カム機構、29…ガイドポスト、30,35…ばね・変位機構、33,36…フレキシブルな伝熱プレート、40…主冷凍機、41…補助冷凍機(冷凍機コールドヘッド)、43…輻射シールド容器、45…伝熱板(フレキシブルな伝熱プレート)、46…1段目の冷却ステージ、47…2段目の冷却ステージ、48…1段目のコールドヘッド冷却部(冷却ステージ)、49…2段目のコールドヘッド冷却部(冷却ステージ)、50…可動式輻射シールド板、51…操作ロッド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,10A, 10B, 10C ... Cryogenic container (superconducting magnet device), 11, 11A ... Adiabatic vacuum vessel, 12 ... Cooled body (superconducting coil), 14, 14A ... Cryogenic refrigerator, 15 ... Refrigerator cold head , 16 ... Container lid, 17 ... Bellows (partition wall), 18 ... Installation base, 20 ... Drive cable, 21 ... Drive current source, 22 ... Feed detection relay, 23 ... Cold head vertical control motor, 25 ... Cold head cooling section (Cooling stage), 26 ... heat switch, 27 ... heat transfer plate, 28 ... cam mechanism, 29 ... guide post, 30, 35 ... spring / displacement mechanism, 33, 36 ... flexible heat transfer plate, 40 ... main refrigerator , 41 ... auxiliary refrigerator (refrigerator cold head), 43 ... radiation shield container, 45 ... heat transfer plate (flexible heat transfer plate), 46 ... first cooling stage, 47 ... Stage cooling stage, 48 ... first-stage cold head cooling unit (cooling stage), 49 ... 2-stage cold head cooling unit (cooling stage), 50 ... movable radiation shield plate, 51 ... operating rod.

Claims (13)

被冷却体を内部に格納する断熱真空容器と、
この断熱真空容器に設置された冷凍機コールドヘッドとを有し、
前記冷凍機コールドヘッドは前記断熱真空容器内にコールドヘッド冷却部が延設されており、
前記冷凍機コールドヘッドは、前記断熱真空容器外の大気圧力と前記断熱真空容器内の真空との差圧によって、前記コールドヘッド冷却部が前記被冷却体の一部に所定の面圧にて押圧接触されて接触部が構成され、
前記冷凍機コールドヘッドは、冷凍機の停止時に前記コールドヘッド冷却部が前記被冷却体の一部から切り離されて前記被冷却体を独立した非接触状態に保持したことを特徴とする極低温容器。
A heat-insulated vacuum container that houses the object to be cooled;
Having a cold machine cold head installed in this insulated vacuum vessel,
The refrigerator cold head has a cold head cooling section extending in the heat insulating vacuum vessel,
The refrigerator cold head is configured such that the cold head cooling unit presses against a part of the object to be cooled with a predetermined surface pressure due to a differential pressure between the atmospheric pressure outside the heat insulating vacuum vessel and the vacuum inside the heat insulating vacuum vessel. A contact part is formed by contact,
The cryocooler is characterized in that the cold head cooling unit is separated from a part of the cooled body when the refrigerator is stopped, and the cooled body is held in an independent non-contact state. .
前記冷凍機の停止時に、断熱真空容器外の大気圧と断熱真空容器内の真空との差圧に抗する力を前記冷凍機コールドヘッドに付与し、
前記冷凍機コールドヘッドのコールドヘッド冷却部を、前記被冷却体の一部と非接触状態に保持した請求項1に記載の極低温容器。
When the refrigerator is stopped, a force that resists the differential pressure between the atmospheric pressure outside the insulated vacuum vessel and the vacuum inside the insulated vacuum vessel is applied to the refrigerator cold head,
The cryogenic container according to claim 1, wherein a cold head cooling portion of the refrigerator cold head is held in a non-contact state with a part of the object to be cooled.
前記冷凍機コールドヘッドのコールドヘッド冷却部が前記被冷却体の一部と離接可能に接触する接触部は、接触面同士が平面形状に構成された請求項1または2に記載の極低温容器。 The cryogenic container according to claim 1 or 2, wherein a contact portion where the cold head cooling portion of the refrigerator cold head comes into contact with a part of the object to be cooled is detachably contacted with each other. . 前記冷凍機コールドヘッドのコールドヘッド冷却部と前記被冷却体の一部との接触部は熱スイッチを構成しており、前記熱スイッチは接触部の接触面同士の平面度の差を解消するように、少なくとも一方の接触面の面方向が変化可能で他方の接触面に面接触する構成とされた請求項1ないし3のいずれか1項に記載の極低温容器。 A contact part between the cold head cooling part of the refrigerator cold head and a part of the object to be cooled constitutes a thermal switch, and the thermal switch eliminates a difference in flatness between contact surfaces of the contact part. The cryogenic container according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface direction of at least one contact surface is changeable and is in surface contact with the other contact surface. 前記熱スイッチは、接触部の接触面同士の平面度の差によるギャップをなくすように、接触面の面方向を変化させる面変化機構が、前記冷凍機コールドヘッドのコールドヘッド冷却部に設けられ、
前記熱スイッチのコールドヘッド冷却部側の接触面は前記コールドヘッド冷却部にフレキシブルな伝熱部材で連結された請求項4に記載の極低温容器。
The thermal switch is provided with a surface change mechanism for changing a surface direction of the contact surface in a cold head cooling unit of the refrigerator cold head so as to eliminate a gap due to a difference in flatness between contact surfaces of the contact unit,
The cryogenic container according to claim 4, wherein a contact surface of the thermal switch on a cold head cooling part side is connected to the cold head cooling part by a flexible heat transfer member.
前記接触部は接触面同士が両面とも鏡面仕上げされた請求項1ないし5のいずれか1項に記載の極低温容器。 The cryogenic container according to any one of claims 1 to 5, wherein the contact portions are mirror-finished on both contact surfaces. 前記接触部は、接触面の一方が他方の接触面より面粗さを大きく仕上げた接触面に構成された請求項1ないし5のいずれか1項に記載の極低温容器。 The cryogenic container according to any one of claims 1 to 5, wherein the contact portion is configured as a contact surface in which one of the contact surfaces is finished to have a larger surface roughness than the other contact surface. 前記接触部の少なくとも一方は、局所的にアニールされて接触面の加工硬化層を軟化させる手段を断熱真空容器内に備えた請求項1ないし7のいずれか1項に記載の極低温容器。 The cryogenic container according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one of the contact portions is provided with means for locally annealing to soften the work hardened layer on the contact surface in the heat insulating vacuum container. 前記接触部の一方が複数の接触面を備え、
前記複数の接触面は前記接触部の他方の接触面に接触する際、前記接触部の各接触面同士の平面度の差によるギャップをなくすように、前記複数の接触面の面方向を、前記他方の接触面に面接触される面変化機構をそれぞれ備えた請求項1ないし3のいずれか1項に記載の極低温容器。
One of the contact portions includes a plurality of contact surfaces,
When the plurality of contact surfaces contact the other contact surface of the contact portion, the surface direction of the plurality of contact surfaces is set so as to eliminate a gap due to a difference in flatness between the contact surfaces of the contact portion. The cryogenic container according to any one of claims 1 to 3, further comprising a surface changing mechanism in surface contact with the other contact surface.
請求項1ないし9に記載の極低温容器において、前記被冷却体として超電導コイルを断熱真空容器内に格納したことを特徴とする超電導磁石装置。 10. The superconducting magnet apparatus according to claim 1, wherein a superconducting coil is stored in the heat insulating vacuum container as the object to be cooled. 断熱真空容器内に冷凍機と主冷凍機とが備えられ、
前記断熱真空容器内に設けられた輻射シールド容器内に被冷却体が格納され、
前記主冷凍機は前記被冷却体を常時冷却するように伝熱板に設置され、
前記冷凍機は冷凍機コールドヘッドが前記断熱真空容器内に延びるコールドヘッド冷却部を被冷却体の一部に、離接可能に接触させる接触部が構成され、
前記冷凍機コールドヘッドの接触部は、前記断熱真空容器外の大気圧力と前記断熱真空容器内の真空との差圧によって、前記コールドヘッド冷却部が前記被冷却体の一部に所定の面圧にて押圧接触され、
前記冷凍機コールドヘッドは、前記冷凍機停止時に、前記コールドヘッド冷却部が被冷却体の一部から切り離され、前記被冷却体の一部を非接触状態に保持させることを特徴とする極低温容器。
A refrigerator and a main refrigerator are provided in an insulated vacuum vessel,
The object to be cooled is stored in a radiation shield container provided in the heat insulating vacuum container,
The main refrigerator is installed on a heat transfer plate so as to constantly cool the cooled object,
The refrigerator is configured with a contact portion that allows a cold head cooling portion, in which a refrigerator cold head extends into the heat insulating vacuum vessel, to come into contact with a part of the object to be cooled, so as to be detachable.
The contact portion of the refrigerator cold head is configured so that the cold head cooling unit applies a predetermined surface pressure to a part of the object to be cooled by a differential pressure between an atmospheric pressure outside the heat insulating vacuum vessel and a vacuum inside the heat insulating vacuum vessel. And press contact
The refrigerator cold head has a cryogenic temperature characterized in that when the refrigerator is stopped, the cold head cooling unit is separated from a part of the cooled object, and a part of the cooled object is held in a non-contact state. container.
前記コールドヘッド冷却部を前記被冷却体の一部に離接可能に接触する接触部は熱スイッチを構成しており、
前記熱スイッチは、接触部の接触面同士が非接触状態のOFF時に、輻射シールド板が前記熱スイッチの接触部間のギャップに挿入される作動位置と、前記接触部の接触面同士が接触状態のON時に、輻射シールド板が前記熱スイッチの接触部から離れた不作動位置との間を移動自在に操作される請求項11に記載の極低温容器。
The contact part that contacts the cold head cooling part so as to be detachable from a part of the body to be cooled constitutes a thermal switch,
In the thermal switch, when the contact surfaces of the contact portions are in the non-contact state OFF, the operation position where the radiation shield plate is inserted into the gap between the contact portions of the thermal switch and the contact surfaces of the contact portions are in contact with each other. The cryogenic container according to claim 11, wherein the radiation shield plate is operated so as to be movable between an inoperative position separated from a contact portion of the thermal switch when the power is turned on.
請求項11または12に記載の極低温容器において、前記被冷却体として超電導コイルを断熱真空容器内の輻射シールド容器に格納したことを特徴とする超電導磁石装置。 The superconducting magnet apparatus according to claim 11 or 12, wherein a superconducting coil is stored as a body to be cooled in a radiation shield container in a heat insulating vacuum container.
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