JP2017135236A - Superconducting magnet device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、超電導(超伝導)磁石装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a superconducting (superconducting) magnet apparatus.
超電導磁石装置に備えられる超電導コイルは、電気抵抗がなく、発熱の問題もないので、通常のコイルよりも強力な磁力を発生させることができる。超電導磁石装置は、磁気共鳴イメージング(MRI:Magnetic Resonance Imaging)装置等で既に実用化されている。 Since the superconducting coil provided in the superconducting magnet device has no electrical resistance and no problem of heat generation, it can generate a stronger magnetic force than a normal coil. Superconducting magnet devices have already been put to practical use in magnetic resonance imaging (MRI) devices and the like.
超電導磁石装置では、熱力学の原理的な理由で冷凍効率が低いこともあり、比較的小さな冷凍能力を持つ冷凍機で大型の超電導コイルを冷却しなければならない。近年は、操作性やコストの観点から、小型の冷凍機が用いられる伝導冷却式の超電導磁石装置が広く利用されている。伝導冷却式の超電導磁石装置では、小型の冷凍機の冷却ステージと超電導コイルとが伝熱部材で熱的に接続される。 In a superconducting magnet device, the refrigeration efficiency may be low due to the principle of thermodynamics, and a large superconducting coil must be cooled by a refrigerator having a relatively small refrigerating capacity. In recent years, from the viewpoints of operability and cost, a conduction cooling superconducting magnet device using a small refrigerator has been widely used. In a conduction-cooling superconducting magnet device, a cooling stage of a small refrigerator and a superconducting coil are thermally connected by a heat transfer member.
また、ヘリウム及び窒素等の冷媒の凝縮や蒸発を利用し、熱を超電導コイルから冷凍機の冷却ステージまで運ぶヒートパイプを備えた超電導磁石装置もある。 There is also a superconducting magnet device having a heat pipe that uses condensation and evaporation of a refrigerant such as helium and nitrogen to carry heat from a superconducting coil to a cooling stage of a refrigerator.
伝導冷却式の超電導磁石装置では、軽量化の観点から金属である伝熱部材を無制限に大きくすることはできない。伝熱部材の重量が、高温側及び低温側の温度差(圧力差)とのトレードオフの関係となるので、伝熱部材を小さく軽量とした場合に、温度差を十分に小さくすることはできない。温度差が大きいと、つまり、圧力差が大きいと、冷凍機の圧縮機に負荷がかかってしまい、また、断熱効率も悪くなり、冷凍能力が小さくなる。 In the conduction-cooling superconducting magnet device, the heat transfer member that is a metal cannot be enlarged without limitation from the viewpoint of weight reduction. Since the weight of the heat transfer member has a trade-off relationship with the temperature difference (pressure difference) between the high temperature side and the low temperature side, the temperature difference cannot be sufficiently reduced when the heat transfer member is made small and light. . When the temperature difference is large, that is, when the pressure difference is large, a load is applied to the compressor of the refrigerator, the heat insulation efficiency is deteriorated, and the refrigerating capacity is reduced.
ヒートパイプを備えた超電導磁石装置では、上述の伝導冷却式と比較して軽量で大きな熱量を運ぶことができる。しかしながら、使用される冷媒の種類が限られることから、作動する温度領域に制限があり、自由度が低い。 In a superconducting magnet device provided with a heat pipe, it is lighter and can carry a larger amount of heat than the above-described conduction cooling type. However, since the types of refrigerants used are limited, there are limitations on the operating temperature range, and the degree of freedom is low.
そこで、作動する温度領域が広く、軽量で、効率が高い方式の超電導磁石装置の開発が求められる。特に、超電導磁石装置の普及に伴い、大型の超電導コイル、強磁場分野への適用も進むと考えられる。 Therefore, there is a demand for the development of a superconducting magnet device of a wide operating temperature range, light weight, and high efficiency. In particular, with the widespread use of superconducting magnet devices, the application to large superconducting coils and the field of strong magnetic fields will also advance.
本発明が解決しようとする課題は、装置の重量を抑えながら、被冷却体側と冷凍機側との間における十分に小さい温度差を確保することができる超電導磁石装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a superconducting magnet device capable of ensuring a sufficiently small temperature difference between the cooled object side and the refrigerator side while suppressing the weight of the device.
本実施形態に係る超電導磁石装置は、冷凍機と、前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、前記排熱部に熱的に接続された配管である排熱配管と、超電導コイルと、前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、前記排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する配管である媒介配管と、前記排熱配管及び前記受熱配管の少なくとも一方に接続され、伸縮可能な構造の伸縮部と、前記伸縮部を伸縮させる駆動機構と、を備えた。超電導磁石装置は、前記排熱配管、前記受熱配管、前記媒介配管、及び前記伸縮部に冷媒が封入され、前記伸縮部の伸縮動作により、前記排熱配管、前記受熱配管、及び前記媒介配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である。 The superconducting magnet device according to the present embodiment includes a refrigerator, a heat exhaust part thermally connected to the refrigerator, a heat exhaust pipe that is a pipe thermally connected to the heat exhaust part, and a superconducting coil. And a heat receiving part thermally connected to the superconducting coil, a heat receiving pipe which is a pipe thermally connected to the heat receiving part, and a pipe connecting one end of the exhaust heat pipe and one end of the heat receiving pipe And an expansion / contraction part connected to at least one of the exhaust heat pipe and the heat reception pipe, and having an extendable structure, and a drive mechanism for extending / contracting the extension / contraction part. In the superconducting magnet device, a refrigerant is sealed in the exhaust heat pipe, the heat receiving pipe, the intermediate pipe, and the expansion / contraction part, and the exhaust heat pipe, the heat reception pipe, and the intermediate pipe in the expansion / contraction operation of the expansion / contraction part The refrigerant can be reciprocated periodically.
本発明の実施形態に係る超電導磁石装置によれば、装置の重量を抑えながら、被冷却体側と冷凍機側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。 According to the superconducting magnet device according to the embodiment of the present invention, a sufficiently small temperature difference between the cooled object side and the refrigerator side can be ensured while suppressing the weight of the device.
本実施形態に係る超電導磁石装置について、添付図面を参照して説明する。 A superconducting magnet device according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
1.構成
図1は、第1の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。
(First embodiment)
1. Configuration FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to the first embodiment.
図1は、第1の実施形態に係る超電導磁石装置1を示す。例えば、超電導磁石装置1は、MRI装置等に実装される。超電導磁石装置1は、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル(被冷却体)15、コイル支持体16、及び熱輸送装置20を備える。
FIG. 1 shows a superconducting magnet device 1 according to a first embodiment. For example, the superconducting magnet apparatus 1 is mounted on an MRI apparatus or the like. The superconducting magnet device 1 includes a
真空容器11は、断熱真空容器とも呼ばれる。真空容器11は、熱シールド部12及び超電導コイル15等を収容する。真空容器11は、外部との熱移動を抑制するため、その内部が真空状態である。これによって、超電導コイル15と真空容器11との間を断熱状態に保持することができる。
The
熱シールド部12は、熱放射による真空容器11から超電導コイル15への熱伝達を防止するために、超電導コイル15を覆うように設けられる。熱シールド部12は、例えば、銅及びアルミニウム等の熱伝導率が高い材料で構成される。
The
また、熱シールド部12は、機械的強度を増すために、例えば、銅及びアルミニウム等の熱伝導率が高い材料に、ステンレス鋼及びFRP(Fiberglass Reinforced Plastics)等の剛性部材が裏打ちされた複合材料で構成されてもよい。この場合、熱シールド部12は、熱伝導率が高い材料側が、超電導コイル15の対向面となるように設置される。また、熱シールド部12は、冷凍機14によって冷却される。
Further, the
シールド支持材13は、熱シールド部12を真空容器11に支持する。
The
冷凍機14は、単段冷凍機又は多段冷凍機である。冷凍機14が多段冷凍機である場合、多段冷凍機は、多段の冷却ステージを通じて極低温の寒冷を生成する。冷凍機14としての多段冷凍機は、例えば4[K]程度以下の低い到達温度を実現可能な2段4K−ギフォード・マクマホン(GM)冷凍機である。冷凍機14としての2段冷凍機の高段の冷却ステージは、低段の冷却ステージに至る途中で生成される寒冷により、高段の冷却ステージに熱的に接続された部材を伝導冷却する。冷凍機14としての2段冷凍機の低段の冷却ステージは、生成される寒冷により、低段の冷却ステージに熱的に接続された部材を伝導冷却する。
The
冷凍機14が単段冷凍機である場合、単段冷凍機は、単段の冷却ステージを通じて極低温の寒冷を生成する。冷凍機14としての単段冷凍機は、例えば40K〜50[K]程度の到達温度を実現可能なGM冷凍機又はパルスチューブ型冷凍機である。冷凍機14としての単段冷凍機に備えられる唯一の冷却ステージは、生成される寒冷により、冷却ステージに熱的に接続された部材を伝導冷却する。GM冷凍機は、液体窒素や液体ヘリウム等を使用する装置に比べて、コスト的にも維持管理の面でも負担が軽い。そのため、MRI装置やリニアモーターカー等の超伝導材料の冷却に広く用いられる。
When the
ここでは、冷凍機14が多段冷凍機であり、冷凍機14としての2段冷凍機の低段の冷却ステージ14aに熱輸送装置が熱的に接続される例を説明する。冷凍機14が多段冷凍機である場合、熱輸送装置は、複数の冷却ステージのいずれかの冷却ステージに熱的に接続されればよい。
Here, an example will be described in which the
超電導コイル15は、例えば、コイルの線材に金属系のNb3Snが用いられるNb3Sn超電導コイルである。なお、コイルに用いられる線材は、Nb3Snに限られるものではなく、他の金属系の超電導線材が用いられてもよい。
The
また、超電導コイル15は、例えば、コイルの線材に酸化物系の高温超電導線材が用いられる高温超電導コイルである。高温超電導線材として、例えば、ビスマス系(例えば、Bi2223)材料等が用いられる。
The
コイル支持体16は、超電導コイル15を熱シールド部12に支持する。
The
熱輸送装置20は、排熱部21、排熱配管22、受熱部23、受熱配管24、媒介配管25、及び伸縮制御部26を備える。
The
排熱部21は、冷凍機14の冷却ステージ14aに熱的に接続されている。熱的に接続とは、接触状態の他、熱伝導が可能な距離が保持されている非接触の状態を意味する。
The
排熱配管22は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱部21に熱的に接続された配管である。排熱部21及び排熱配管22によって熱交換器が形成される。例えば、排熱配管22は、排熱部21に、らせん状に巻き付けられる。
The
受熱部23は、超電導コイル15に熱的に接続されている。なお、超電導コイル15が複数存在する場合、複数の超電導コイル15に接続される伝熱部17が備えられてもよい。その場合、受熱部23は、伝熱部17を介して複数の超電導コイル15に熱的に接続される。
The
受熱配管24は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、受熱部23に熱的に接続された配管である。受熱部23及び受熱配管24によって熱交換器が形成される。例えば、受熱配管24は、受熱部23に、らせん状に巻き付けられる。受熱配管24は、重力方向における高さが、冷却ステージ14aの重力方向における高さよりも低くなるように設置されることが好適である。このような構成とすることで、熱スイッチのOFF時の熱侵入量を低減することができる。
The
冷凍機14が停止した際、冷却ステージ14aの温度が上昇するが、冷却ステージ14aの高さが受熱配管24より高いと、高温となった冷媒が下降することがなく上部に留まるため、受熱配管24に侵入することがない。したがって、熱スイッチとしてのOFF時の熱侵入量を低減でき、超電導コイル15の温度上昇の速度を遅くすることが可能となる。
When the
媒介配管25は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱配管22の一端と受熱配管24の一端とを接続する配管である。
The
伸縮制御部26は、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部26は、排熱配管22に接続される第1伸縮制御部26aと、受熱配管24に接続される第2伸縮制御部26bと、を備える。
The expansion /
第1伸縮制御部26aは、伸縮部としてのベローズ31と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33)と、を備える。第1伸縮制御部26aの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ31は、伸縮動作により内容積が可変であり、排熱配管22の一端に接続される。ベローズ31としては、極低温でも伸縮が可能な金属で構成され、かつ、応力集中が1箇所で起こりにくいように、厚さを均一に製作した電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ31は、伸縮動作により可動の可動底面(排熱配管22との接続面の対向面)と、固定底面(排熱配管22との接続面)とを備える。
The 1st expansion-
ベローズ用コイル32は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石33は、ベローズ31の可動底面(図1に示すベローズ31の左側面)を固定底面(図1に示すベローズ31の右側面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図1の左右方向)に往復移動可能な可動子である。
The
ベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33は、ベローズ31を伸縮させるための駆動機構である。図1に示すベローズ31は、伸びている状態を示す。
The
第2伸縮制御部26bは、伸縮部としてのベローズ41と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル42及びベローズ用永久磁石43)と、を備える。第2伸縮制御部26bの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ41は、伸縮動作により内容積が可変であり、受熱配管24の一端に接続される。ベローズ41としては、ベローズ31と同様に、電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ41は、伸縮動作により可動の可動底面(受熱配管24との接続面の対向面)と、固定底面(受熱配管24との接続面)とを備える。
The 2nd expansion-
ベローズ用コイル42は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石43は、ベローズ41の可動底面(図1に示すベローズ41の右側面)を固定底面(図1に示すベローズ41の左側面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図1の左右方向)に往復移動可能な可動子である。
The
ベローズ用コイル42及びベローズ用永久磁石43は、ベローズ41を伸縮させるための駆動機構である。図1に示すベローズ41は、縮んでいる状態を示す。なお、ベローズ41は伸びると図1中に示すベローズ31と同様な状態となる。また、ベローズ用永久磁石33,43は縦線が中央に入った形で示されているが、これはS極とN極を概略的に示しているものである。
The
ここで、順に接続されたベローズ31、排熱配管22、媒介配管25、受熱配管24、及びベローズ41には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図1において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ31,41は、所定の位相差で周期的に(繰り返し)伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ31,41の伸縮動作によれば、排熱配管22、媒介配管25、及び受熱配管24の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。
Here, in the
第1に、ベローズ31が縮む過程、かつ、ベローズ41が伸びる過程では、ベローズ31が冷媒を排熱配管22に向かって押し出し、ベローズ41が冷媒を受熱配管24から引き込む。つまり、ベローズ31が縮む過程、かつ、ベローズ41が伸びる過程では、ベローズ31内の冷媒は排熱配管22に向かって流れ、排熱配管22内の冷媒は媒介配管25に向かって流れ、媒介配管25内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒はベローズ41に向かって流れる。
First, in the process in which the
第2に、ベローズ31が伸びる過程、かつ、ベローズ41が縮む過程では、ベローズ31が冷媒を排熱配管22から引き込み、ベローズ41が冷媒を受熱配管24に向かって押し出す。つまり、ベローズ31が伸びる過程、かつ、ベローズ41が縮む過程では、ベローズ41内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は媒介配管25に向かって流れ、媒介配管25内の冷媒は排熱配管22に向かって流れ、排熱配管22内の冷媒はベローズ31に向かって流れる。
Second, in the process in which the
排熱部21及び排熱配管22によって形成される熱交換器では、ベローズ31,41の伸縮動作により排熱配管22内に移動してくる冷媒と、冷却ステージ14aとの間で熱交換が行われる。また、受熱部23及び受熱配管24によって形成される熱交換器では、ベローズ31,41の伸縮動作により受熱配管24内に移動してくる冷媒と、超電導コイル15との間で熱交換が行われる。
In the heat exchanger formed by the
2.作用
図1に示す超電導磁石装置1の構成を用いて、超電導磁石装置1の作用について説明する。
2. Operation The operation of the superconducting magnet device 1 will be described using the configuration of the superconducting magnet device 1 shown in FIG.
超電導磁石装置1の排熱配管22内の冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。また、受熱配管24内の冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。そして、ベローズ31,41が所定の位相差で周期的に伸縮されると、排熱配管22、媒介配管25、及び受熱配管24の配管系内の冷媒が往復動される。
The refrigerant in the
ベローズ31が伸びる過程、かつ、ベローズ41が縮む過程では、受熱配管24内で温められた冷媒は、媒介配管25を介して排熱配管22まで移動する。排熱配管22まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。
In the process in which the
続くベローズ31が縮む過程、かつ、ベローズ41が伸びる過程では、排熱配管22内で冷却された冷媒は、媒介配管25を介して超電導コイル15側に移動する。受熱配管24まで移動してきた冷媒は、再び、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。
In the process in which the
このように、ベローズ31,41の伸縮動作により、超電導コイル15の発熱を、定常的に、媒介配管25を介して冷却ステージ14a側に移動させることができる。
As described above, by the expansion and contraction of the
ここで、超電導コイル15側と冷凍機14側との温度差については、配管系に封入される冷媒の比熱や、往復動される冷媒の流速や、冷媒の流量等により制御(設計)が可能となる。つまり、超電導磁石装置1では、ヒートパイプが用いられる場合のような温度領域の制限がない。
Here, the temperature difference between the
また、超電導磁石装置1では、発熱量の変化に従ってベローズ31,41の伸縮量を調整することで、大小の発熱量の変化に対応できるような制御が可能となる。発熱量が比較的大きい場合、例えば、比較的大きな重量の超電導磁石の予冷(室温から所定温度までの冷却)の場合と、発熱量が比較的小さい場合、例えば、定常状態の場合との両方で効率の高い熱輸送が可能となる。
Further, in the superconducting magnet device 1, by adjusting the expansion / contraction amount of the
また、上述したように、配管系として熱伝導率が低いステンレス等の材料が用いられる。冷凍機14の停止時にベローズ31,41の伸縮動作も停止させることで、熱輸送装置20による熱輸送を、配管系の熱伝導分も含めて低減する(断熱する)ことができる。トラブル時のように意図せずに冷凍機14が停止した場合、冷却ステージ14aの温度上昇による熱侵入を超電導コイル15に伝え難くすることが可能となり、超電導コイル15の温度上昇速度を低減することが可能となる。超電導コイル15における臨界温度まで上昇する時間が延び、超電導状態を保持できる時間を増加させることができる。
Further, as described above, a material such as stainless steel having a low thermal conductivity is used for the piping system. By stopping the expansion and contraction operation of the
また、冷凍機14を交換する場合やメンテナンスする場合のように、冷却ステージ14aを室温レベルまで温度上昇をさせようと、意図して冷凍機14を停止させる場合、冷凍機14からの熱侵入を低減でき、超電導コイル15の温度上昇を抑えることが可能となる。つまり、再冷却時間の短縮にも効果がある。配管系の各配管の長さをさらに長く、断面積をさらに小さくすることで伝導による熱侵入量は低減でき、超電導コイル15の温度上昇をさらに抑えることができる。
In addition, when the
図2は、従来技術に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to the related art.
図2は、従来技術に係る伝導冷却式の超電導磁石装置Pを示す。超電導磁石装置Pは、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル15、コイル支持体16、及び伝熱部材Lを備える。なお、図2において、図1に示す構成部材と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 2 shows a conduction-cooling superconducting magnet device P according to the prior art. The superconducting magnet device P includes a
伝熱部材Lとしては、一般的に、熱伝導率が極低温で高い無酸素銅又は高純度アルミニウム等の材料が使用される。超電導磁石装置Pでは、軽量化の観点から金属である伝熱部材Lを無制限に大きくすることはできない。伝熱部材Lの重量が、高温側及び低温側の温度差とのトレードオフの関係となるので、伝熱部材Lを小さく軽量とした場合に、十分に小さい温度差を得ることはできない。 As the heat transfer member L, a material such as oxygen-free copper or high-purity aluminum having a high thermal conductivity at a very low temperature is generally used. In the superconducting magnet device P, the heat transfer member L, which is a metal, cannot be increased without limitation from the viewpoint of weight reduction. Since the weight of the heat transfer member L is in a trade-off relationship with the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side, a sufficiently small temperature difference cannot be obtained when the heat transfer member L is made small and light.
3.効果
第1の実施形態に係る超電導磁石装置1によると、超電導磁石装置1の重量を抑えながら、超電導コイル15側と冷凍機14側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。
3. Effect According to the superconducting magnet device 1 according to the first embodiment, a sufficiently small temperature difference between the
(第2の実施形態)
1.構成
図3は、第2の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。
(Second Embodiment)
1. Configuration FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to the second embodiment.
図3は、第2の実施形態に係る超電導磁石装置1Aを示す。超電導磁石装置1Aは、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル15、コイル支持体16、及び熱輸送装置20Aを備える。
FIG. 3 shows a superconducting magnet device 1A according to the second embodiment. The superconducting magnet device 1A includes a
熱輸送装置20Aは、図1に示す熱輸送装置20と同様に、排熱部21、排熱配管22、受熱部23、受熱配管24、及び媒介配管25を備える。ここでは、排熱配管22は第1排熱配管22と称され、媒介配管25は第1媒介配管25と称される。
The
加えて、熱輸送装置20Aは、伸縮制御部26A、第2排熱配管27、及び第2媒介配管28を備える。
In addition, the
第2排熱配管27は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱部21に熱的に接続された配管である。排熱部21及び第2排熱配管27によって熱交換器が形成される。例えば、第2排熱配管27は、排熱部21に、らせん状に巻き付けられる。
The second
第2媒介配管28は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、受熱配管24の一端と第2排熱配管27の一端とを接続する配管である。
The second
伸縮制御部26Aは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部26Aは、第1排熱配管22に接続される第1伸縮制御部26aと、第2排熱配管27に接続される第3伸縮制御部26cと、を備える。
The expansion /
第3伸縮制御部26cは、伸縮部としてのベローズ51と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル52及びベローズ用永久磁石53)と、を備える。第3伸縮制御部26cの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ51は、伸縮動作により内容積が可変であり、第2排熱配管27の一端に接続される。ベローズ51としては、ベローズ31と同様に、電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ51は、伸縮動作により可動の可動底面(第2排熱配管27との接続面の対向面)と、固定底面(第2排熱配管27との接続面)とを備える。
The 3rd expansion-
ベローズ用コイル52は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石53は、ベローズ51の可動底面(図3に示すベローズ51の左側面)を固定底面(図3に示すベローズ51の右側面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図3の左右方向)に往復移動可能な可動子である。
The
ベローズ用コイル52及びベローズ用永久磁石53は、ベローズ51を伸縮させるための駆動機構である。図3に示すベローズ31は伸びている状態を示し、ベローズ51は縮んでいる状態を示す。
The
ここで、順に接続されたベローズ31、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、第2排熱配管27、及びベローズ51には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図3において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ31,51は、所定の位相差で周期的に伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ31,51の伸縮動作によれば、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。
Here, the
第1に、ベローズ31が縮む過程、かつ、ベローズ51が伸びる過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22に向かって押し出し、ベローズ51が冷媒を第2排熱配管27から引き込む。つまり、ベローズ31が縮む過程、かつ、ベローズ51が伸びる過程では、ベローズ31内の冷媒は第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒はベローズ51に向かって流れる。
First, in the process in which the
第2に、ベローズ31が伸びる過程、かつ、ベローズ51が縮む過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22から引き込み、ベローズ51が冷媒を第2排熱配管27に向かって押し出す。つまり、ベローズ31が伸びる過程、かつ、ベローズ51が縮む過程では、ベローズ51内の冷媒は第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒はベローズ31に向かって流れる。
Secondly, in the process in which the
排熱部21及び第1排熱配管22によって形成される熱交換器と、排熱部21及び第2排熱配管27によって形成される熱交換器とでは、ベローズ31,51の伸縮動作により排熱配管22,27内に移動してくる冷媒と冷却ステージ14aとの間で熱交換が行われる。また、受熱部23及び受熱配管24によって形成される熱交換器では、ベローズ31,41の伸縮動作により受熱配管24内に移動してくる冷媒と超電導コイル15との間で熱交換が行われる。
The heat exchanger formed by the
つまり、熱輸送装置20Aは、図1に示す熱輸送装置20と比較して、単に配管の取り回しを増加させることで、受熱部23の近傍に伸縮制御部をもたない。熱輸送装置20Aでは、熱輸送装置20と比較して、複数の伸縮制御部どうしを近い場所に設置するため、全体としては複数の伸縮制御部をコンパクトに集約できる。また、熱輸送装置20Aのような構成とすることで、熱輸送装置20と同じ制御により、熱輸送装置20の効果に加え、媒介配管が1本から2本に増加したによる熱輸送量が2倍となる。
That is, the
なお、熱輸送装置20Aにおいて、媒介配管は、1又は2本に限定されるものではなく、n(n=1,2,…)本であればよい。媒介配管が1本からn本に増加したによる熱輸送量は、n倍となる。ただし、媒介配管の全体の長さは増加するため、媒介配管内の流量に伴う圧損の増加を考慮した設計が必要となる。
In the
2.作用
図3に示す超電導磁石装置1Aの構成を用いて、超電導磁石装置1Aの作用について説明する。
2. Operation The operation of the superconducting magnet device 1A will be described using the configuration of the superconducting magnet device 1A shown in FIG.
超電導磁石装置1Aの排熱配管22,27内の冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。また、受熱配管24内の冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。そして、ベローズ31,51が所定の位相差で周期的に伸縮されると、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒が往復動される。
The refrigerant in the
ベローズ31が伸びる過程、かつ、ベローズ51が縮む過程では、第2排熱配管27内で冷却された冷媒は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動する。
In the process in which the
第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
続くベローズ31が縮む過程、かつ、ベローズ51が伸びる過程では、第1排熱配管22内で冷却された冷媒は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動する。
In the subsequent process of contracting the
第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
このように、ベローズ31,51の伸縮動作により、超電導コイル15の発熱を、定常的に、媒介配管25,28を介して冷却ステージ14a側に移動させることができる。
As described above, by the expansion and contraction of the
3.効果
第2の実施形態に係る超電導磁石装置1Aによると、超電導磁石装置1Aの重量を抑えながら、超電導コイル15側と冷凍機14側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。
3. Effect According to the superconducting magnet device 1A according to the second embodiment, a sufficiently small temperature difference between the
(第3の実施形態)
1.構成
図4は、第3の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。
(Third embodiment)
1. Configuration FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to a third embodiment.
図4は、第3の実施形態に係る超電導磁石装置1Bを示す。超電導磁石装置1Bは、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル15、コイル支持体16、及び熱輸送装置20Bを備える。
FIG. 4 shows a
熱輸送装置20Bは、図1に示す熱輸送装置20と同様に、排熱部21、排熱配管22、受熱部23、受熱配管24、及び媒介配管25を備える。ここでは、受熱配管23は第1受熱配管23と称され、媒介配管25は第1媒介配管25と称される。
The
加えて、熱輸送装置20Bは、伸縮制御部26B、第2媒介配管28、及び第2受熱配管29を備える。
In addition, the
第2受熱配管29は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、受熱部23に熱的に接続された配管である。受熱部23及び第2受熱配管29によって熱交換器が形成される。例えば、第2受熱配管29は、受熱部23に、らせん状に巻き付けられる。受熱配管24,29のうち少なくとも一方は、重力方向における高さが、冷却ステージ14aの重力方向における高さよりも低くなるように設置されることが好適である。このような構成とすることで、熱スイッチのOFF時の熱侵入量を低減することができる。
The second
第2媒介配管28は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱配管22の一端と第2受熱配管29の一端とを接続する配管である。
The second
伸縮制御部26Bは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部26Bは、第1受熱配管24に接続される第2伸縮制御部26bと、第2受熱配管29に接続される第4伸縮制御部26dと、を備える。
The expansion / contraction control unit 26B is connected to at least one of the exhaust heat pipe and the heat receiving pipe. Here, the expansion /
第4伸縮制御部26dは、伸縮部としてのベローズ61と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル62及びベローズ用永久磁石63)と、を備える。第4伸縮制御部26dの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ61は、伸縮動作により内容積が可変であり、第2受熱配管29の一端に接続される。ベローズ61としては、ベローズ41と同様に、電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ61は、伸縮動作により可動の可動底面(第2受熱配管29との接続面の対向面)と、固定底面(第2受熱配管29との接続面)とを備える。
The fourth expansion /
ベローズ用コイル62は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石63は、ベローズ61の可動底面(図4に示すベローズ61の右側面)を固定底面(図4に示すベローズ61の左側面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図4の左右方向)に往復移動可能な可動子である。
The
ベローズ用コイル62及びベローズ用永久磁石63は、ベローズ61を伸縮させるための駆動機構である。図4に示すベローズ41は伸びている状態を示し、ベローズ61は縮んでいる状態を示す。
The
ここで、順に接続されたベローズ41、第1受熱配管24、第1媒介配管25、排熱配管22、第2媒介配管28、第2受熱配管29、及びベローズ61には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図4において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ41,61は、所定の位相差で周期的に伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ41,61の伸縮動作によれば、第1受熱配管24、第1媒介配管25、排熱配管22、第2媒介配管28、及び第2受熱配管29の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。
Here, the
第1に、ベローズ41が縮む過程、かつ、ベローズ61が伸びる過程では、ベローズ41が冷媒を第1受熱配管24に向かって押し出し、ベローズ61が冷媒を第2受熱配管29から引き込む。つまり、ベローズ41が縮む過程、かつ、ベローズ61が伸びる過程では、ベローズ41内の冷媒は第1受熱配管24に向かって流れ、第1受熱配管24内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は排熱配管22に向かって流れ、排熱配管22内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は第2受熱配管29に向かって流れ、第2受熱配管29内の冷媒はベローズ61に向かって流れる。
First, in the process in which the
第2に、ベローズ41が伸びる過程、かつ、ベローズ61が縮む過程では、ベローズ41が冷媒を第1受熱配管24から引き込み、ベローズ61が冷媒を第2受熱配管29に向かって押し出す。つまり、ベローズ41が伸びる過程、かつ、ベローズ61が縮む過程では、ベローズ61内の冷媒は第2受熱配管29に向かって流れ、第2受熱配管29内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は排熱配管22に向かって流れ、排熱配管22内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は第1受熱配管24に向かって流れ、第1受熱配管24内の冷媒はベローズ41に向かって流れる。
Secondly, in the process in which the
排熱部21及び排熱配管22によって形成される熱交換器では、ベローズ41,61の伸縮動作により排熱配管22内に移動してくる冷媒と、冷却ステージ14aとの間で熱交換が行われる。また、受熱部23及び第1受熱配管24によって形成される熱交換器と、受熱部23及び第2受熱配管29によって形成される熱交換器とでは、ベローズ41,61の伸縮動作により受熱配管24,29内に移動してくる冷媒と、超電導コイル15との間で熱交換が行われる。
In the heat exchanger formed by the
つまり、熱輸送装置20Bは、図1に示す熱輸送装置20と比較して、単に配管の取り回しを増加させることで、排熱部21の近傍に伸縮制御部をもたない。熱輸送装置20Bでは、熱輸送装置20と比較して、複数の伸縮制御部どうしを近い場所に設置するため、全体としては複数の伸縮制御部をコンパクトに集約できる。また、熱輸送装置20Bのような構成とすることで、熱輸送装置20と同じ制御により、熱輸送装置20の効果に加え、媒介配管が1本から2本に増加したによる熱輸送量が2倍となる。
That is, the
なお、熱輸送装置20Bにおいて、媒介配管は、1又は2本に限定されるものではなく、n本であればよい。媒介配管が1本からn本に増加したによる熱輸送量は、n倍となる。ただし、媒介配管の全体の長さは増加するため、媒介配管内の流量に伴う圧損の増加を考慮した設計が必要となる。
In the
2.作用
図4に示す超電導磁石装置1Bの構成を用いて、超電導磁石装置1Bの作用について説明する。
2. Operation The operation of the
超電導磁石装置1Bの排熱配管22内の冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。また、受熱配管24,29内の冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。そして、ベローズ41,61が所定の位相差で周期的に伸縮されると、第1受熱配管24、第1媒介配管25、排熱配管22、第2媒介配管28、及び第2受熱配管29の配管系内の冷媒が往復動される。
The refrigerant in the
ベローズ41が縮む過程、かつ、ベローズ61が伸びる過程では、第1受熱配管24内で温められた冷媒は、第1媒介配管25を介して排熱配管22まで移動するとともに、排熱配管22内で冷却された冷媒は、第2媒介配管28を介して第2受熱配管29まで移動する。
In the process in which the
第1媒介配管25を介して排熱配管22まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却されるとともに、第2媒介配管28を介して第2受熱配管29まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。すなわち、超電導コイル15は、第2媒介配管28を介して第2受熱配管29まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
続くベローズ41が伸びる過程、かつ、ベローズ61が縮む過程では、第2受熱配管29内で温められた冷媒は、第2媒介配管28を介して排熱配管22まで移動するとともに、排熱配管22内で冷却された冷媒は、第1媒介配管25を介して第1受熱配管24まで移動する。
In the process in which the
第2媒介配管28を介して排熱配管22まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却されるとともに、第1媒介配管25を介して第1受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。すなわち、超電導コイル15は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has traveled to the
このように、ベローズ41,61の伸縮動作により、超電導コイル15の発熱を、定常的に、媒介配管25,28を介して冷却ステージ14a側に移動させることができる。
As described above, by the expansion and contraction of the
3.効果
第2の実施形態に係る超電導磁石装置1Bによると、超電導磁石装置1Bの重量を抑えながら、超電導コイル15側と冷凍機14側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。
3. Effect According to the
(第4の実施形態)
1.構成
図5は、第4の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。
(Fourth embodiment)
1. Configuration FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to a fourth embodiment.
図5は、第4の実施形態に係る超電導磁石装置1Cを示す。超電導磁石装置1Cは、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル15、コイル支持体16、及び熱輸送装置20Cを備える。
FIG. 5 shows a superconducting magnet apparatus 1C according to the fourth embodiment. The superconducting magnet device 1C includes a
熱輸送装置20Cは、図3に示す熱輸送装置20Aと同様に、排熱部21、第1排熱配管22、受熱部23、受熱配管24、第1媒介配管25、第2排熱配管27、及び第2媒介配管28を備える。
The heat transport device 20C is similar to the
加えて、熱輸送装置20Cは、伸縮制御部26Cを備える。 In addition, the heat transport device 20C includes an expansion / contraction control unit 26C.
伸縮制御部26Cは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部26Cは、第1排熱配管22と、第2排熱配管27とに接続される。
The expansion / contraction control unit 26C is connected to at least one of the exhaust heat pipe and the heat receiving pipe. Here, the expansion /
伸縮制御部26Cは、伸縮部としてのベローズ31,51と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33)と、を備える。伸縮制御部26Cの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ51は、ベローズ用永久磁石33を挟んでベローズ31に対向するように設置される。ベローズ31は、伸縮動作により可動の可動底面(第1排熱配管22との接続面の対向面)と、固定底面(第1排熱配管22との接続面)とを備える。ベローズ51は、伸縮動作により可動の可動底面(第2排熱配管27との接続面の対向面)と、固定底面(第2排熱配管27との接続面)とを備える。
The expansion /
ベローズ用コイル32は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石33は、ベローズ31の可動底面(図5に示すベローズ31の下面)を固定底面(図5に示すベローズ31の上面)に対して往復動させるように、また、ベローズ51の可動底面(図5に示すベローズ51の上面)を固定底面(図5に示すベローズ51の下面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図5の上下方向)に往復移動可能な可動子である。
The
ベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33は、ベローズ31,51を伸縮させるための駆動機構である。図5に示すベローズ31は伸びている状態を示し、ベローズ51は縮んでいる状態を示す。
The
ここで、図3の熱輸送装置20Aと同様に、順に接続されたベローズ31、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、第2排熱配管27、及びベローズ51には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図5において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、図3の熱輸送装置20Aと同様に、ベローズ31,51は、所定の位相差で周期的に伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ31,51の伸縮動作によれば、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。
Here, similarly to the
つまり、熱輸送装置20Cは、図1に示す熱輸送装置20と比較して、単に配管の取り回しを増加させることで、受熱部23の近傍に伸縮制御部をもたない。熱輸送装置20Cでは、熱輸送装置20と比較して、複数の伸縮制御部どうしを近い場所に設置するため、全体としては複数の伸縮制御部をコンパクトに集約できる。また、熱輸送装置20Cのような構成とすることで、熱輸送装置20と同じ制御により、熱輸送装置20の効果に加え、媒介配管が1本から2本に増加したによる熱輸送量が2倍となる。
That is, the heat transport device 20C does not have an expansion / contraction control unit in the vicinity of the
また、熱輸送装置20Cにおいて、媒介配管は、1又は2本に限定されるものではなく、n本であればよい。媒介配管が1本からn本に増加したによる熱輸送量は、n倍となる。ただし、媒介配管の全体の長さは増加するため、媒介配管内の流量に伴う圧損の増加を考慮した設計が必要となる。 In the heat transport device 20C, the number of intermediate pipes is not limited to one or two, and may be n. The amount of heat transport due to the increase in the number of intermediate pipes from one to n is n times. However, since the overall length of the intermediate pipe increases, it is necessary to design in consideration of an increase in pressure loss due to the flow rate in the intermediate pipe.
なお、超電導磁石装置1Cは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置1A(図3に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、伸縮制御部を受熱側に集約する超電導磁石装置1B(図4に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。
Note that the superconducting magnet device 1C realizes downsizing of the device in a piping system equivalent to the piping system of the superconducting magnet device 1A (shown in FIG. 3) that consolidates the expansion and contraction control unit on the exhaust heat side. In the present invention, the apparatus may be reduced in size in a piping system equivalent to the piping system of the
2.作用
超電導磁石装置1Cの作用は、図3に示す超電導磁石装置1Aの作用と同様であるので、説明を省略する。
2. Action The action of the superconducting magnet device 1C is the same as that of the superconducting magnet apparatus 1A shown in FIG.
3.効果
第4の実施形態に係る超電導磁石装置1Cによると、超電導磁石装置1Cの重量を抑えながら、超電導コイル15側と冷凍機14側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、第4の実施形態に係る超電導磁石装置1Cによると、図3に示す超電導磁石装置1Aや図4に示す超電導磁石装置1Bと比較して、伸縮制御部の簡素化、小型化が可能となるメリットがある。
3. Effect According to the superconducting magnet device 1C according to the fourth embodiment, a sufficiently small temperature difference between the
(第5の実施形態)
1.構成
図6は、第5の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。
(Fifth embodiment)
1. Configuration FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to a fifth embodiment.
図6は、第5の実施形態に係る超電導磁石装置1Dを示す。超電導磁石装置1Dは、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル15、コイル支持体16、及び熱輸送装置20Dを備える。
FIG. 6 shows a
熱輸送装置20Dは、図3に示す熱輸送装置20Aと同様に、排熱部21、第1排熱配管22、受熱部23、受熱配管24、第1媒介配管25、第2排熱配管27、及び第2媒介配管28を備える。
Similarly to the
加えて、熱輸送装置20Dは、伸縮制御部26Dを備える。
In addition, the
伸縮制御部26Dは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部26Dは、第1排熱配管22と、第2排熱配管27とに接続される。
The expansion / contraction control unit 26D is connected to at least one of the exhaust heat pipe and the heat receiving pipe. Here, the expansion /
伸縮制御部26Dは、伸縮部としてのベローズ31と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33)と、容器71と、を備える。伸縮制御部26Dの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ31は、伸縮動作により可動の可動底面(第1排熱配管22との接続面の対向面)と、固定底面(第1排熱配管22との接続面)とを備える。
The expansion /
ベローズ用コイル32は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石33は、ベローズ31の可動底面(図6に示すベローズ31の下面)を固定底面(図6に示すベローズ31の上面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図6の上下方向)に往復移動可能な可動子である。
The
容器71は、ベローズ31が伸縮する空間と、ベローズ用永久磁石33を挟んでベローズ31に対向する空間V1とがベローズ用永久磁石33によって仕切られるように設置される。容器71の空間V1は、第2排熱配管27の一端に接続される。
The
ここで、順に接続されたベローズ31、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、第2排熱配管27、及び空間V1には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図6において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ31は、周期的に伸縮する。ベローズ31の伸縮動作によれば、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。
Here, the
第1に、ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V1が拡がる過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22に向かって押し出し、空間V1が冷媒を第2排熱配管27から引き込む。つまり、ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V1が拡がる過程では、ベローズ31内の冷媒は第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒は空間V1に向かって流れる。
First, in the process in which the
第2に、ベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V1が縮む過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22から引き込み、空間V1が冷媒を第2排熱配管27に向かって押し出す。つまり、ベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V1が縮む過程では、空間V1内の冷媒は第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒はベローズ31に向かって流れる。
Second, in the process in which the
排熱部21及び第1排熱配管22によって形成される熱交換器と、排熱部21及び第2排熱配管27によって形成される熱交換器とでは、容器71内のベローズ31の伸縮動作により排熱配管22,27内に移動してくる冷媒と、冷却ステージ14aとの間で熱交換が行われる。また、受熱部23及び受熱配管24によって形成される熱交換器では、容器71内のベローズ31の伸縮動作により受熱配管24内に移動してくる冷媒と、超電導コイル15との間で熱交換が行われる。
In the heat exchanger formed by the
つまり、熱輸送装置20Dのような構成とすることで、図1に示す熱輸送装置20と同じ制御により、熱輸送装置20の効果に加え、媒介配管が1本から2本に増加したによる熱輸送量が2倍となる。
That is, by adopting a configuration like the
なお、超電導磁石装置1Dは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置1A(図3に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、伸縮制御部を受熱側に集約する超電導磁石装置1B(図4に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。
Note that the
また、ベローズ31は通常薄肉であるため、ベローズ31の内外で圧力差が生じると強度不足でベローズ31が破損してしまう恐れがある。そこで、超電導磁石装置1Dでは、ベローズ31の内外で、冷媒を移動させる程度の圧力差しか差圧をかけず、耐圧力は外側の低容積の肉厚の筒で持たせればよい。このような超電導磁石装置1Dの構成によれば、ベローズ31を破損させる恐れがなく、差圧も小さいため、ベローズ31の薄肉化、長寿命化が期待できる。
Further, since the
2.作用
図6に示す超電導磁石装置1Dの構成を用いて、超電導磁石装置1Dの作用について説明する。
2. Operation The operation of the
超電導磁石装置1Dの排熱配管22,27内の冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。また、受熱配管24内の冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。そして、容器71内のベローズ31が周期的に伸縮されると、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒が往復動される。
The refrigerant in the
ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V1が拡がる過程では、第1排熱配管22内で冷却された冷媒は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動する。
In the process of contracting the
第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
続くベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V1が縮む過程では、第2排熱配管27内で冷却された冷媒は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動する。
In the process in which the
第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
このように、ベローズ31の伸縮動作により、超電導コイル15の発熱を、定常的に、媒介配管25,28を介して冷却ステージ14a側に移動させることができる。
As described above, by the expansion and contraction operation of the
3.効果
第5の実施形態に係る超電導磁石装置1Dによると、超電導磁石装置1Dの重量を抑えながら、超電導コイル15側と冷凍機14側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、超電導磁石装置1Dによると、図3に示す超電導磁石装置1Aや図4に示す超電導磁石装置1Bと比較して、伸縮制御部の簡素化、小型化が可能となるメリットがある。
3. Effect According to the
(第6の実施形態)
1.構成
図7は、第6の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。
(Sixth embodiment)
1. Configuration FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to a sixth embodiment.
図7は、第6の実施形態に係る超電導磁石装置1Eを示す。超電導磁石装置1Eは、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル15、コイル支持体16、及び熱輸送装置20Eを備える。
FIG. 7 shows a superconducting magnet device 1E according to the sixth embodiment. The superconducting magnet device 1E includes a
熱輸送装置20Eは、図3に示す熱輸送装置20Aと同様に、排熱部21、第1排熱配管22、受熱部23、受熱配管24、第1媒介配管25、第2排熱配管27、及び第2媒介配管28を備える。
The
加えて、熱輸送装置20Eは、伸縮制御部26Eを備える。
In addition, the
伸縮制御部26Eは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部26Eは、第1排熱配管22と、第2排熱配管27とに接続される。
The expansion /
伸縮制御部26Eは、伸縮部としてのベローズ31と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33)と、容器72と、連結部73と、を備える。伸縮制御部26Eの駆動機構のベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33は、非磁性体によって形成される、真空容器11の外部の筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ31は、伸縮動作により可動の可動底面(第1排熱配管22との接続面の対向面)と、固定底面(第1排熱配管22との接続面)とを備える。
The expansion /
ベローズ用コイル32は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石33は、連結部73を介してベローズ31の可動底面(図7に示すベローズ31の下面)を固定底面(図7に示すベローズ31の上面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図7の上下方向)に往復移動可能な可動子である。
The
容器72は、真空容器11の内部でベローズ31を収容する。連結部73は、ベローズ用永久磁石33の往復運動に従ってベローズ31を伸縮させるようにベローズ用永久磁石33及びベローズ31を連結する。容器72の空間V2は、第2排熱配管27の一端に接続される。
The
連結部73は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、断面積が強度を保つ程度の最低限の断面積であることが好適である。ステンレス等によって構成された連結部73は、駆動機構の熱を伝え難いので、冷凍機14の小型化及び高効率化を実現できる。
The
駆動機構は、真空容器11の外部に設けられる。しかしながら、駆動機構は、真空容器11の内部であって、熱シールド部12の外部に設けられてもよい。その場合、駆動機構の発熱分が冷凍機14の第1段の冷却ステージで冷却されるように構成されてもよい。また、駆動機構は、リニア駆動機構に限定されるものではない。駆動機構は、クランク及びガス圧制御等の他の駆動方式の機構でもよい。
The drive mechanism is provided outside the
ここで、順に接続されたベローズ31、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、第2排熱配管27、及び空間V2には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図7において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ31は、周期的に伸縮する。ベローズ31の伸縮動作によれば、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。
Here, the
第1に、ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V2が拡がる過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22に向かって押し出し、空間V2が冷媒を第2排熱配管27から引き込む。つまり、ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V2が拡がる過程では、ベローズ31内の冷媒は第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒は空間V2に向かって流れる。
First, in the process in which the
第2に、ベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V2が縮む過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22から引き込み、空間V2が冷媒を第2排熱配管27に向かって押し出す。つまり、ベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V2が縮む過程では、空間V2内の冷媒は第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒はベローズ31に向かって流れる。
Secondly, in the process in which the
排熱部21及び第1排熱配管22によって形成される熱交換器と、排熱部21及び第2排熱配管27によって形成される熱交換器とでは、容器72内のベローズ31の伸縮動作により排熱配管22,27内に移動してくる冷媒と冷却ステージ14aとの間で熱交換が行われる。また、受熱部23及び受熱配管24によって形成される熱交換器では、容器72内のベローズ31の伸縮動作により受熱配管24内に移動してくる冷媒と超電導コイル15との間で熱交換が行われる。
In the heat exchanger formed by the
つまり、熱輸送装置20Eのような構成とすることで、図1に示す熱輸送装置20と同じ制御により、熱輸送装置20の効果に加え、媒介配管が1本から2本に増加したによる熱輸送量が2倍となる。
That is, by adopting a configuration like the
なお、超電導磁石装置1Eは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置1A(図3に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、冷媒移動機構を受熱側に集約する超電導磁石装置1B(図4に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。
Note that the superconducting magnet device 1E realizes downsizing of the device in a piping system equivalent to the piping system of the superconducting magnet device 1A (shown in FIG. 3) that consolidates the expansion and contraction control unit on the exhaust heat side. In the present invention, the apparatus may be reduced in size in a piping system equivalent to the piping system of the
2.作用
図7に示す超電導磁石装置1Eの構成を用いて、超電導磁石装置1Eの作用について説明する。
2. Operation The operation of the superconducting magnet device 1E will be described using the configuration of the superconducting magnet device 1E shown in FIG.
超電導磁石装置1Eの排熱配管22,27内の冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。また、受熱配管24内の冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。そして、容器72内のベローズ31が周期的に伸縮されると、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒が往復動される。
The refrigerant in the
ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V2が拡がる過程では、第1排熱配管22内で冷却された冷媒は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動する。
In the process of contracting the
第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
続くベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V2が縮む過程では、第2排熱配管27内で冷却された冷媒は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動する。
In the process in which the
第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
このように、ベローズ31の伸縮動作により、超電導コイル15の発熱を、定常的に、媒介配管25,28を介して冷却ステージ14a側に移動させることができる。
As described above, by the expansion and contraction operation of the
3.効果
第6の実施形態に係る超電導磁石装置1Eによると、超電導磁石装置1Eの重量を抑えながら、超電導コイル15側と冷凍機14側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、超電導磁石装置1Eによると、駆動機構の発熱分の超電導コイル15への熱伝導を低減することができる。
3. Effect According to the superconducting magnet device 1E according to the sixth embodiment, a sufficiently small temperature difference between the
(第7の実施形態)
1.構成
図8は、第7の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。
(Seventh embodiment)
1. Configuration FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a superconducting magnet device according to a seventh embodiment.
図8は、第7の実施形態に係る超電導磁石装置1Fを示す。超電導磁石装置1Fは、真空容器11、熱シールド部12、シールド支持材13、冷凍機14、超電導コイル15、コイル支持体16、及び熱輸送装置20Fを備える。
FIG. 8 shows a superconducting magnet device 1F according to the seventh embodiment. The superconducting magnet device 1F includes a
熱輸送装置20Fは、図3に示す熱輸送装置20Aと同様に、排熱部21、第1排熱配管22、受熱部23、受熱配管24、第1媒介配管25、第2排熱配管27、及び第2媒介配管28を備える。
Similarly to the
加えて、熱輸送装置20Fは、伸縮制御部26Fを備える。
In addition, the
伸縮制御部26Fは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部26Fは、第1排熱配管22と、第2排熱配管27とに接続される。
The expansion /
伸縮制御部26Fは、伸縮部としてのベローズ31と、駆動機構としてのリニア駆動機構(ベローズ用コイル32及びベローズ用永久磁石33)と、容器74と、熱交換器75と、を備える。伸縮制御部26Fの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体(図示しない)内に設けられる。ベローズ31は、伸縮動作により可動の可動底面(第1排熱配管22との接続面の対向面)と、固定底面(第1排熱配管22との接続面)とを備える。
The expansion /
ベローズ用コイル32は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石33は、ベローズ31の可動底面(図8に示すベローズ31の下面)を固定底面(図8に示すベローズ31の上面)に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向(図8の上下方向)に往復移動可能な可動子である。
The
容器74は、ベローズ31が伸縮する空間と、ベローズ用永久磁石33を挟んでベローズ31に対向する空間V3とがベローズ用永久磁石33によって仕切られるように設置される。容器74の空間V3は、第2排熱配管27の一端に接続される。
The
熱交換器75は、第1排熱配管22に接続された配管と、第2排熱配管27に接続された配管との間で、熱交換を行う。
The
駆動機構は、真空容器11の外部に設けられる。しかしながら、駆動機構は、真空容器11の内部であって、熱シールド部12の外部に設けられてもよい。その場合、駆動機構の発熱分が冷凍機14の第1段の冷却ステージで冷却されるように構成されてもよい。また、駆動機構は、リニア駆動機構に限定されるものではない。駆動機構は、クランク及びガス圧制御等の他の往復制御機構でもよい。
The drive mechanism is provided outside the
ここで、順に接続されたベローズ31、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、第2排熱配管27、及び空間V3には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図8において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ31は、周期的に伸縮する。ベローズ31の伸縮動作によれば、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。
Here, in the
第1に、ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V3が拡がる過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22に向かって押し出し、空間V3が冷媒を第2排熱配管27から引き込む。つまり、ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V3が拡がる過程では、ベローズ31内の冷媒は熱交換器75を介して第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒は熱交換器27を介して空間V3に向かって流れる。
First, in the process in which the
第2に、ベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V3が縮む過程では、ベローズ31が冷媒を第1排熱配管22から引き込み、空間V3が冷媒を第2排熱配管27に向かって押し出す。つまり、ベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V3が縮む過程では、空間V3内の冷媒は熱交換器75を介して第2排熱配管27に向かって流れ、第2排熱配管27内の冷媒は第2媒介配管28に向かって流れ、第2媒介配管28内の冷媒は受熱配管24に向かって流れ、受熱配管24内の冷媒は第1媒介配管25に向かって流れ、第1媒介配管25内の冷媒は第1排熱配管22に向かって流れ、第1排熱配管22内の冷媒は熱交換器75を介してベローズ31に向かって流れる。
Secondly, in the process in which the
排熱部21及び第1排熱配管22によって形成される熱交換器と、排熱部21及び第2排熱配管27によって形成される熱交換器とでは、容器74内のベローズ31の伸縮動作により排熱配管22,27内に移動してくる冷媒と冷却ステージ14aとの間で熱交換が行われる。また、受熱部23及び受熱配管24によって形成される熱交換器では、容器74内のベローズ31の伸縮動作により受熱配管24内に移動してくる冷媒と超電導コイル15との間で熱交換が行われる。
In the heat exchanger formed by the
つまり、熱輸送装置20Fのような構成とすることで、図1に示す熱輸送装置20と同じ制御により、熱輸送装置20の効果に加え、媒介配管が1本から2本に増加したによる熱輸送量が2倍となる。
In other words, by adopting a configuration such as the
ここで、熱輸送装置20Fでは、ガス振動の振幅を定常よりも大きくとることで、冷凍機14の高段の冷却ステージと超電導コイル15との熱交換(熱輸送)も可能となる。例えば、熱輸送装置20Fは、排熱配管22,27及び伸縮制御部26Fの間の配管と、高段の冷却ステージとの間で熱交換を行う構成をもつ。その場合、高段の冷却ステージと初期冷却時の超電導コイル15の温度が高い条件において、高段の冷却ステージの冷凍能力を超電導コイル15の冷却に有効に使うことができる。
Here, in the
なお、超電導磁石装置1Fは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置1A(図3に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、伸縮制御部を受熱側に集約する超電導磁石装置1B(図4に図示)の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。
Note that the superconducting magnet device 1F realizes downsizing of the device in a piping system equivalent to the piping system of the superconducting magnet device 1A (shown in FIG. 3) that consolidates the expansion / contraction control unit on the exhaust heat side. In the present invention, the apparatus may be reduced in size in a piping system equivalent to the piping system of the
2.作用
図8に示す超電導磁石装置1Fの構成を用いて、超電導磁石装置1Fの作用について説明する。
2. Operation The operation of the superconducting magnet device 1F will be described using the configuration of the superconducting magnet device 1F shown in FIG.
超電導磁石装置1Fの排熱配管22,27内の冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。また、受熱配管24内の冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められる。そして、容器74内のベローズ31が周期的に伸縮されると、第1排熱配管22、第1媒介配管25、受熱配管24、第2媒介配管28、及び第2排熱配管27の配管系内の冷媒が往復動される。
The refrigerant in the
ベローズ31が縮む過程、かつ、空間V3が拡がる過程では、第1排熱配管22内で冷却された冷媒は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動する。
In the process of contracting the
第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第2媒介配管28を介して第2排熱配管27まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第1媒介配管25を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
続くベローズ31が伸びる過程、かつ、空間V3が縮む過程では、第2排熱配管27内で冷却された冷媒は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動するとともに、受熱配管24内で温められた冷媒は、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動する。
In the process in which the
第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒は、超電導コイル15に熱的に接続された受熱部23を冷却することで温められるとともに、第1媒介配管25を介して第1排熱配管22まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ14aに熱的に接続された排熱部21によって冷却される。すなわち、超電導コイル15は、第2媒介配管28を介して受熱配管24まで移動してきた冷媒によって冷却される。
The refrigerant that has moved to the
このように、ベローズ31の伸縮動作により、超電導コイル15の発熱を、定常的に、媒介配管25,28を介して冷却ステージ14a側に移動させることができる。
As described above, by the expansion and contraction operation of the
3.効果
第7の実施形態に係る超電導磁石装置1Fによると、超電導磁石装置1Fの重量を抑えながら、超電導コイル15側と冷凍機14側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、超電導磁石装置1Eによると、伸縮制御部26Fの駆動機構の発熱分の超電導コイル15への熱伝導を低減することができる。
3. Effect According to the superconducting magnet device 1F according to the seventh embodiment, a sufficiently small temperature difference between the
さらに、超電導磁石装置1Fによると、伸縮制御部26Fの駆動機構等の可動部のメンテナンス性が向上する。
Furthermore, according to the superconducting magnet device 1F, the maintainability of movable parts such as the drive mechanism of the expansion /
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、装置の重量を抑えながら、被冷却体側と冷凍機側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。 According to at least one embodiment described above, it is possible to secure a sufficiently small temperature difference between the cooled object side and the refrigerator side while suppressing the weight of the apparatus.
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。これら新規な実施形態は、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。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel 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.
10〜10F…超電導磁石装置、14…冷凍機、15…超電導コイル、20〜20F…熱輸送装置、21…排熱部、22,27…排熱配管、23…受熱部、24,29…受熱配管、25,28…媒介配管、26〜26E…伸縮制御部、31,41,51,61…ベローズ、32,42,52,62…ベローズ用コイル、33,43,53,63…ベローズ用永久磁石、71,72,74…容器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10-10F ... Superconducting magnet apparatus, 14 ... Refrigerator, 15 ... Superconducting coil, 20-20F ... Heat transport apparatus, 21 ... Waste heat part, 22, 27 ... Waste heat piping, 23 ... Heat receiving part, 24, 29 ... Heat receiving part Piping, 25, 28 ... Medium piping, 26-26E ... Extension control unit, 31, 41, 51, 61 ... Bellows, 32, 42, 52, 62 ... Coil for bellows, 33, 43, 53, 63 ... Permanent for bellows Magnet, 71, 72, 74 ... container.
Claims (11)
前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、
前記排熱部に熱的に接続された配管である排熱配管と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、
前記排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する配管である媒介配管と、
前記排熱配管及び前記受熱配管の少なくとも一方に接続され、伸縮可能な構造の伸縮部と、
前記伸縮部を伸縮させる駆動機構と、を備え、
前記排熱配管、前記受熱配管、前記媒介配管、及び前記伸縮部に冷媒が封入され、前記伸縮部の伸縮動作により、前記排熱配管、前記受熱配管、及び前記媒介配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である超電導磁石装置。 A refrigerator,
An exhaust heat unit thermally connected to the refrigerator;
An exhaust heat pipe that is a pipe thermally connected to the exhaust heat section;
A superconducting coil;
A heat receiving portion thermally connected to the superconducting coil;
A heat receiving pipe which is a pipe thermally connected to the heat receiving section;
An intermediate pipe which is a pipe connecting one end of the exhaust heat pipe and one end of the heat receiving pipe;
An expansion / contraction part connected to at least one of the exhaust heat pipe and the heat receiving pipe, and having an expandable structure,
A drive mechanism for expanding and contracting the expansion and contraction part,
Refrigerant is enclosed in the exhaust heat pipe, the heat receiving pipe, the intermediate pipe, and the expansion / contraction part, and the expansion / contraction operation of the expansion / contraction part causes the exhaust heat pipe, the heat reception pipe, and the refrigerant in the intermediate pipe to cycle. Superconducting magnet device having a configuration that can be reciprocally moved.
前記受熱配管の他端に接続され前記第1伸縮部とは所定の位相差で伸縮する、前記伸縮部としての第2伸縮部と、
を備え、
前記第1伸縮部、前記排熱配管、前記媒介配管、前記受熱配管、及び前記第2伸縮部が順に接続された請求項1に記載の超電導磁石装置。 A first extension part as the extension part connected to the other end of the exhaust heat pipe;
A second stretchable portion as the stretchable portion connected to the other end of the heat receiving pipe and stretched with a predetermined phase difference from the first stretchable portion;
With
The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the first expansion / contraction part, the exhaust heat pipe, the intermediate pipe, the heat receiving pipe, and the second expansion / contraction part are connected in order.
前記第1排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する、前記媒介配管としての第1媒介配管と、
前記第2排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する、前記媒介配管としての第2媒介配管と、
前記第1排熱配管の他端に接続された、前記伸縮部としての第1伸縮部と、
前記第2排熱配管の他端に接続され前記第1伸縮部とは所定の位相差で伸縮する、前記伸縮部としての第2伸縮部と、
を備え、
前記第1伸縮部、前記第1排熱配管、前記第1媒介配管、前記受熱配管、前記第2媒介配管、前記第2排熱配管、及び前記第2伸縮部が順に接続された請求項1に記載の超電導磁石装置。 A first exhaust heat pipe and a second exhaust heat pipe as the exhaust heat pipe;
A first intermediate pipe as the intermediate pipe that connects one end of the first exhaust heat pipe and one end of the heat receiving pipe;
A second intermediate pipe as the intermediate pipe connecting the one end of the second exhaust heat pipe and the other end of the heat receiving pipe;
A first expansion / contraction part as the expansion / contraction part connected to the other end of the first exhaust heat pipe;
A second expansion / contraction part as the expansion / contraction part connected to the other end of the second exhaust heat pipe and expanding / contracting with a predetermined phase difference from the first expansion / contraction part;
With
The said 1st expansion-contraction part, the said 1st exhaust heat piping, the said 1st intermediate | middle piping, the said heat receiving piping, the said 2nd intermediate | middle piping, the said 2nd exhaust heat piping, and the said 2nd expansion / contraction part were connected in order. The superconducting magnet device according to 1.
前記第1受熱配管の一端と前記排熱配管の一端とを接続する、前記媒介配管としての第1媒介配管と、
前記第2受熱配管の一端と前記排熱配管の他端とを接続する、前記媒介配管としての第2媒介配管と、
前記第1受熱配管の他端に接続された、前記伸縮部としての第1伸縮部と、
前記第2受熱配管の他端に接続され前記第1伸縮部とは所定の位相差で伸縮する、前記伸縮部としての第2伸縮部と、
を備え、
前記第1伸縮部、前記第1受熱配管、前記第1媒介配管、前記排熱配管、前記第2媒介配管、前記第2受熱配管、及び前記第2伸縮部が順に接続された請求項1に記載の超電導磁石装置。 A first heat receiving pipe and a second heat receiving pipe as the heat receiving pipe;
A first intermediate pipe as the intermediate pipe that connects one end of the first heat receiving pipe and one end of the exhaust heat pipe;
A second intermediate pipe as the intermediate pipe connecting the one end of the second heat receiving pipe and the other end of the exhaust heat pipe;
A first expansion / contraction part as the expansion / contraction part connected to the other end of the first heat receiving pipe;
A second expansion / contraction part as the expansion / contraction part connected to the other end of the second heat receiving pipe and expanding / contracting with a predetermined phase difference from the first expansion / contraction part;
With
The first extension part, the first heat receiving pipe, the first intermediate pipe, the exhaust heat pipe, the second intermediate pipe, the second heat reception pipe, and the second extension part are connected in order. The superconducting magnet device described.
前記第1排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する、前記媒介配管としての第1媒介配管と、
前記第2排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する、前記媒介配管としての第2媒介配管と、
前記第1排熱配管の他端に接続された前記伸縮部と、
前記第2排熱配管の他端に接続され前記伸縮部を内包する容器と、
を備え、
前記伸縮部、前記第1排熱配管、前記第1媒介配管、前記受熱配管、前記第2媒介配管、前記第2排熱配管、及び前記容器が順に接続された請求項1に記載の超電導磁石装置。 A first exhaust heat pipe and a second exhaust heat pipe as the exhaust heat pipe;
A first intermediate pipe as the intermediate pipe that connects one end of the first exhaust heat pipe and one end of the heat receiving pipe;
A second intermediate pipe as the intermediate pipe connecting the one end of the second exhaust heat pipe and the other end of the heat receiving pipe;
The telescopic part connected to the other end of the first exhaust heat pipe;
A container connected to the other end of the second exhaust heat pipe and enclosing the stretchable part;
With
The superconducting magnet according to claim 1, wherein the extension part, the first exhaust heat pipe, the first intermediate pipe, the heat receiving pipe, the second intermediate pipe, the second exhaust heat pipe, and the container are connected in order. apparatus.
前記第1排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する、前記媒介配管としての第1媒介配管と、
前記第2排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する、前記媒介配管としての第2媒介配管と、
前記第1排熱配管の他端に接続された前記伸縮部と、
前記第2排熱配管の他端に接続され前記伸縮部を内包する、熱シールド部の内部の容器と、
前記熱シールド部の外部の前記駆動機構と、
前記駆動機構及び前記伸縮部を連結する連結部と、
を備え、
前記伸縮部、前記第1排熱配管、前記第1媒介配管、前記受熱配管、前記第2媒介配管、前記第2排熱配管、及び前記容器が順に接続された請求項1に記載の超電導磁石装置。 A first exhaust heat pipe and a second exhaust heat pipe as the exhaust heat pipe;
A first intermediate pipe as the intermediate pipe that connects one end of the first exhaust heat pipe and one end of the heat receiving pipe;
A second intermediate pipe as the intermediate pipe connecting the one end of the second exhaust heat pipe and the other end of the heat receiving pipe;
The telescopic part connected to the other end of the first exhaust heat pipe;
A container inside the heat shield part, which is connected to the other end of the second exhaust heat pipe and encloses the expansion and contraction part;
The drive mechanism outside the heat shield portion;
A connecting part for connecting the drive mechanism and the telescopic part;
With
The superconducting magnet according to claim 1, wherein the extension part, the first exhaust heat pipe, the first intermediate pipe, the heat receiving pipe, the second intermediate pipe, the second exhaust heat pipe, and the container are connected in order. apparatus.
前記第1排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する、前記媒介配管としての第1媒介配管と、
前記第2排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する、前記媒介配管としての第2媒介配管と、
前記第1排熱配管の他端に接続された前記伸縮部と、
前記第2排熱配管の他端に接続され前記第1伸縮部を内包する、熱シールド部の外部の容器と、
前記熱シールド部の外部の前記駆動機構と、
を備え、
前記伸縮部、前記第1排熱配管、前記第1媒介配管、前記受熱配管、前記第2媒介配管、前記第2排熱配管、及び前記容器が順に接続された請求項1に記載の超電導磁石装置。 A first exhaust heat pipe and a second exhaust heat pipe as the exhaust heat pipe;
A first intermediate pipe as the intermediate pipe that connects one end of the first exhaust heat pipe and one end of the heat receiving pipe;
A second intermediate pipe as the intermediate pipe connecting the one end of the second exhaust heat pipe and the other end of the heat receiving pipe;
The telescopic part connected to the other end of the first exhaust heat pipe;
A container outside the heat shield part, which is connected to the other end of the second exhaust heat pipe and encloses the first stretchable part;
The drive mechanism outside the heat shield portion;
With
The superconducting magnet according to claim 1, wherein the extension part, the first exhaust heat pipe, the first intermediate pipe, the heat receiving pipe, the second intermediate pipe, the second exhaust heat pipe, and the container are connected in order. apparatus.
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JPH06151983A (en) * | 1992-11-11 | 1994-05-31 | Koatsu Gas Kogyo Co Ltd | Magnetic refrigerator for cooling pressurized liquid helium |
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