JP3349539B2 - 断熱支持装置 - Google Patents
断熱支持装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
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Description
とを要求される断熱支持装置に関する。
熱支持装置としては、たとえば、大型化した超電導コイ
ルを使用した核融合装置において、超伝導コイルを支持
する断熱支持脚からなる断熱支持装置、またはSMES
(超伝導コイルを用いたエネルギ貯蔵装置)等の大型超
電導コイルを支持する断熱支持装置がある。
「特開昭60−113182号公報 超電導核融合装置用断熱支
持構造」がある。これを図8に示す。図8は、超電導核
融合装置とその断熱支持構造の断面図である。トーラス
形核融合装置17において超電導トロイダルコイル10
のベース81の下に断熱構造にした円筒状の支持台16
を設けることにより、熱の侵入量を軽減し、超電導トロ
イダルコイル10間に働く電磁力による超電導トロイダ
ルコイル10の転倒及び耐震に対して強固にしたもので
ある。
性を有する寸法の異なる複数の円筒から構成されている
ので、外部からの熱侵入は軽減され、構造的にも強固で
ある。
ルは、極低温(4.4K)に冷されるため、収縮し、こ
の結果、支持構造部16には、図5(図8の超伝導コイ
ルを上から見た図である)に示すような、コイルの中心
に向かう力51,52,53,54が働き、強制変位が
生じる。この強制変位に従って、支持構造部16が変位
をしないとコイルを傷めることになる。従って、従来の
技術で、耐震性や、対荷重性を確保するために、円筒を
強固とすれば、吸収できる強制変位量が少なくなる。強
制変位量を吸収する為には、支持脚の高さを高くする必
要がある。しかしながら従来技術においては、強制変位
を吸収するためには、円筒の高さを倍程度にする必要が
あり、建物が大きくなる、地盤を強固にしなければいけ
ない等の問題が生じる。このように従来技術は、支持脚
の高さに対する寸法制約がある為、強制変位吸収上不利
となる。
は、支持脚の高さに対する寸法制約等の条件があった場
合に上記を満足することが下記理由により困難であると
いう問題がある。
形であることから横荷重に対してあらゆる方向に剛性
(変位を生じさせる力を変位で割った量)が等しくなる
為、強制変位を吸収する方向の剛性と、地震による横方
向の荷重(横荷重)対策のための、横荷重に対する剛性
とが同じになり、横荷重に対して強固にすると強制変位
吸収ができなくなる。これを解決する為には、従来技術
では、円筒を高くする必要がでてくるが、上述の理由に
より、高くすることは困難である。
要がない場合、もしくは、強制変位に対する剛性を低く
することが可能な場合があれば、応力を低くできる。し
かし、従来技術においては、超伝導コイルの荷重による
圧縮力がかかる支持体の剛性が低くなると、強制変位に
より変形が生じ、これによるモーメントが発生すること
と相俟って、座屈に弱くなる。圧縮力と、変形によるモ
ーメントとが大きいほど、座屈しやすくなるためであ
る。
技術と同等の強度を維持したまま、強制変位を吸収しや
すくし、かつ座屈に対して強固とし、同時に熱侵入量を
低くする断熱支持脚を提供することが第1の目的であ
る。
置の高さ方向の位置が低くなる可能性があり、常温時と
冷却時の位置に差が生じるという問題があった。超伝導
コイルを支持する支持装置と超伝導コイルの中心部にあ
るプラズマ容器を支持する支持装置とは別ものであり、
プラズマ容器およびプラズマ容器を支持する支持装置は
室温の状態にあるため、超伝導コイルが低温になり、位
置が下がると、プラズマ容器との相対的な位置が下がる
という問題が生じる。
時に生じる各部材の熱収縮を利用して支持体が冷却時に
熱収縮により低くならずに、高さが変化しない、又は逆
に高くなるようにすることを目的とする。支持体を高く
するのは、超伝導コイルも冷却時に収縮するため、超伝
導コイルとプラズマ容器の相対的な位置を変えないため
には、支持装置を高くする方が望ましい場合があるから
である。
るために、支持対象である対象物を取り付け面に支持す
るための断熱支持装置において、上記断熱支持装置は、
複数の断熱支持脚を有し、上記各々の断熱支持脚は、上
記対象物を取り付け面から断熱するための断熱構造体
と、上記断熱支持脚が配置された位置によって作用する
方向が決まっている力による変位を吸収する特定変位吸
収体とを有し、上記変位吸収体は、変位を吸収する方向
以外に、剛性の高い方向を有し、上記複数の断熱支持脚
のうち少なくとも一つの断熱支持脚は、上記剛性の高い
方向が他の断熱支持脚と異なる方向になるように配置さ
れ、上記断熱構造体と上記変位吸収体とは、互いに、温
度変化により収縮したときに、収縮による上記対象物の
位置変化を打ち消しあうように接続され、上記断熱構造
体の熱収縮率は、上記変位吸収体の熱収縮率よりも小さ
いこととしたものである。
上記断熱構造体と上記変位吸収体とは、互いに、温度変
化により収縮したときに、収縮による上記対象物の位置
変化を打ち消しあうように接続され、上記断熱構造体が
熱収縮した時の収縮量が、上記変位吸収体の熱収縮量よ
りも小さいこととしたものである。
体と、主に断熱性能を持つ断熱構造体とにそれぞれ役割
を分担させ、組み合わせて支持する構成のため、強制変
位を吸収しやすく、又、座屈に対して強固になる。
に対してのみなので、主に強制変位を吸収する変位吸収
体には装置荷重が引張力となって受けるように配置す
る。断熱性能を持たせる為に、強制変位を吸収する変位
吸収体に断熱性能を有する断熱構造体を接続した。
収体を剛性が低い方向に弾性変形させることにより吸収
する。
たん断熱性能を有する断熱構造体(以下A体と呼ぶ)で
受け、次に強制変位を受ける変位吸収体(以下B体と呼
ぶ)に伝達し、最後に別の断熱性能を有する支持体(以
下C体と呼ぶ)で支持することとしてもよい。
張り荷重を受ける。A体、C体は剛性が高い為座屈に対
して問題はなく、B体は引張力の為、座屈に対して問題
は生じない。
必ず通過する為、小さくなる。
剛性が高くなるように断熱支持脚を配置する為、横荷重
が異なる方向からきても、横荷重の方向に対し剛性の高
くなる断熱支持脚が存在することになり、その断熱支持
脚を中心にして横荷重を受けることができる。
収体と圧縮力により支持する断熱構造体を折り返して、
組み合わせ、(前者の高さ寸法合計値×熱収縮率)が
(後者の高さ寸法合計値×熱収縮率)と同じ、又は大き
くするように前者と後者の熱収縮率を変えて設計するこ
とによって、高さが変化しない。又は逆に高くなるよう
にした。
象物を持ちあげる形となる。逆に、断熱構造体は対象物
を下げる形となる。熱収縮率の差から、熱収縮は前者が
後者に対して等しくなる、又は大きくなる為、これに対
応して対象物の位置は、高さが変化しない、又は、逆に
高くなるようになる。
熱支持装置の実施例を示す。
支持脚を有し(図7では、その内の4本を図示する)、
各断熱支持脚は、図1、6(図1のAA断面図)に示す
ように、内部が中空形状であり、断熱性能を持つ支持構
造体(断熱構造体)である外柱1、内柱3と、薄い平板
により強制変位を吸収するサーマルアンカー(変位吸収
体)2により構成される。外柱1、サーマルアンカー
2、内柱3は、サポート5、6によって接続される。又
超電動コイル10、内柱3間はサポート7によって接続さ
れる。超電導核融合装置全体は断熱真空容器内12に収
納されており、断熱支持脚は断熱真空容器下蓋9に設置
される。断熱真空容器下蓋9と外柱1は、サポート4に
よって接合される。
る。
屈に対して強固にする為、主に強制変位を吸収する支持
構造体、主に断熱性能を持つ支持構造体にそれぞれ役割
を分担させ、組み合わせて支持する構造とした。
みなので、主に強制変位を吸収する支持構造体には装置
荷重が引張力となって受けるように配置した。断熱性能
を有する為に、強制変位を吸収する支持構造体の上下で
断熱性能を有する支持構造体を接続した。
受ける為、剛性を高めた。横荷重に対しては、断熱支持
脚を円周上に配して円周方向の剛性を高くした。
造体を剛性が低い方向に弾性変形させることにより吸収
する。断熱性能を有する支持構造体では剛性が高いため
強制変位による変形は少ない。
断熱性能を有する支持構造体 (以下A体と呼ぶ)で受
け、次に強制変位を受ける支持構造体(以下B体と呼
ぶ)に伝達し、最後に別の断熱性能を有する支持体(以
下C体と呼ぶ)で支持する。この際にA体、C体は圧縮
荷重、B体は引張り荷重を受ける。A体、C体は剛性が
高い為座屈に対して問題はなく、B体は引張力の為、座
屈に対して問題は生じない。
ず通過する為、小さくなる。
に剛性が高くなるように断熱支持脚を配置する為、横荷
重がどの方向からきても、横荷重の方向に対し剛性の高
くなる断熱支持脚が存在することになり、その断熱支持
脚を中心にして横荷重を受けることができる。
持構造体と圧縮力により支持する構造体を組み合わせて
支持し、(前者の高さ寸法合計値×熱収縮率)が(後者
の高さ寸法合計値×熱収縮率)と同じ、又は大きくする
ように前者と後者の熱収縮率を変えて設計することによ
って、高さが変化しない。又は逆に高くなるようにし
た。
より熱収縮すると、装置を持ちあげる形となる。逆に、
圧縮力により支持する構造体は装置を下げる形となる。
熱収縮率の差から、熱収縮は前者が後者に対して等しく
なる、又は大きくなる為、これに対応して装置位置は、
高さが変化しない、又は、逆に高くなるようになる。
断熱性能が高く剛性が高いCFRPを選定し、機械的に
締結する手段を採用した。
を有した支持構造体は、曲げ剛性と断熱性能を高くする
ことが可能となる。
弱め、円周上の剛性を高くする為、強制変位吸収を平板
でもたせ、装置荷重を座屈が問題とならない引張方向に
使用した。
強制変位を吸収し、幅方向の剛性が高い部分で横荷重を
受ける。
均等に吸収し、耐震性を強固とする為、主に断熱性能を
持つ支持構造体と、強制変位を吸収する支持構造体を組
み合わせた多重構造の支持脚を図7に示すように装置円
周方向上に均等に配置し支持した。
配置している為、各断熱支持脚には均等な強制変位がか
かる。又、装置円周上に断熱支持脚を配置している為、
横荷重の方向性による断熱支持脚全体の剛性の差は最小
限におさえることができる。
よる横荷重がかかると、断熱支持脚71,73の断熱構
造体1,3が横荷重にたいして剛性が高いため、地震に
耐えることができる。Y方向に地震による横荷重がかか
ると、断熱支持脚72,74の断熱構造体1,3が横荷
重にたいして剛性が高いため、地震に耐えることができ
る。
分担を等しくする為に、断熱支持脚据付時にオフセット
をした場合強制変位を吸収する支持構造体が装置荷重を
受けたときの変位量を歪ゲージを付けて読み取り、装置
を支える全ての断熱支持脚の変位量が等しくなるように
据付を行なう。
には剛性が低い為オフセットをした場合、変形は主にこ
の支持構造体で受け持つため、ここに歪ゲージをはるこ
とにより、変形量を把握し、変形量を均一にするように
据付ければ各断熱支持脚の荷重分担を均一化できる。
により低くならずに、高さが変化しない又は逆に高くな
る為に、超電導コイルの多重構造の支持脚において、装
置荷重により圧縮方向に力が加わる支持構造体を長くし
た。
持する支持構造体と、圧縮力による支持する支持構造体
を(前者の高さ寸法合計値×熱収縮率)が(後者の高さ
寸法合計値×熱収縮率)と同じ又は大きくなるように前
者と後者の高さ寸法の合計値を定める。
を小さくすることによって、剛性を高め断熱性能を有す
る。又、材質は、CFRP等の断熱材を使用する。各サ
ポート4〜7は、CFRP等の断熱材をSUS材を使用
したサーマルアンカー2等に接続する為、外柱1、内柱
3が精度よく差し込めるような形状となっている。超電
動コイル10は4K、サーマルアンカー2は77Kになって
おり、断熱真空容器下蓋9の侵入熱は全てサーマルアン
カー2に吸収する。
8によって常に77K保たれるように冷却する。サーマル
アンカーからの熱は、外柱3を介して超電動コイル10に
侵入するが、サーマルアンカー2が77Kであり、外柱3
が断熱性能を有する為に熱侵入量は小さくなる。又、外
柱1、サーマルアンカー2、内柱3は紙面直角方向(幅
方向)に剛性が高くなるように長くなっている。
ル10は、断熱支持脚11によって支えられる。これらの装
置は断熱真空容器12によってかこまれている。
イル10は4Kである為、プラズマ真空容器13は常温の支
持脚で支えられる。超電導コイル10は、その電磁力を支
える為の構造物が付いており、その構造物を介して断熱
支持脚11で支えられる。プラズマ真空容器13はトーラス
形であり、断熱支持脚は、その大半径と中心を同じにす
る円周上に等間隔で配置する。
以下に示す。
に熱収縮による強制変位を弾性変形により吸収する方向
に剛性を低くした支持構造体を組みあわせ役割を分担さ
せることにより、個々の支持構造体にかかる制約条件を
緩和することが可能となる。
重が加わったときの全体の変位量をδとすると、 δ=e((1−cos(kl/2))/cos(kl/2))=e(sec(k
l/2)−1) となる。
ると、k2=P/(EI)、P:座屈荷重、E:支持構造
体のヤング率、I:支持構造体の断面二次モーメント、
l:支持構造体長さ、A:支持構造物断面積とする。
maxは、 Mmax=P(δ+e)Pesec(kl/2) 最大応力は、 σmax=P/A+CMmax/I =(P/A)〔1+(C/(P・I/A)・Pe sec kl/2〕 =(P/A)〔1+(eC/r2)sec(l/(2r)√(P/AC))〕 ここで、C:板厚/2 eC/r2:編心比 r=√I
/Aである。
収縮による偏心量eの影響が大きいことがわかり、これ
を引張力を受け持つ支持構造物で吸収させれば、断熱支
持脚全体を強固とすることが可能となる。
した支持構造体が有利になる理由は、変形に対して断面
係数Zが大きいと応力が高くなり、又、地震のような横
荷重に対しては、M/Zで応力がきまる為、Zを小さく
する必要があるからである。ここでM:横荷重によるモ
ーメントとする。
ルの高さ方向における位置を変化させないようにするこ
とができる。これは核融合装置のように内部に常温の真
空容器等を含み、その真空容器との相対位置を同じにし
たい場合に有効である。又、装置が大きい場合には、コ
イルのちぢみを考慮して支持位置が冷却時に高くなるよ
うにして、コイルと真空容器の高さ方向の位置をあわせ
ることも設計上可能となる。
さl'とし、内柱,外柱の長さをlとして、材質をサーマ
ルアンカをSUS内柱,外柱をlとすると、熱変位量を
300K〜4Kで考えると、SUSで0.3%CFRP
で0.05%だから熱変位量δsは、 δs=0.3×10~2
×l'−2×0.05×10~2×l だけ高くすることが可能とな
り、これをコイルのちぢみ量と同値にすればコイル中心
位置は冷却時と常温時で変わらない。
数Zは、平板の幅方向の長さをb,厚み方向の長さをa
とすると、耐震方向が幅方向と一致し、強制変位方向が
厚み方向と一致する場合(図7において、X方向から地
震が来る場合の断熱支持脚71,73)、耐震方向に対
しては、Z=ab2/6、強制変位方向には、Z=a2b
/6となる。仮りに、a=10mm,b=100mmとし
て、10本の断熱支持脚を装置円周上に配置すると、耐
震に対してはZ=105/6 で実質上6本の足で受け
持つことになり、全体として105の断面係数となる。
又、強制変位に対しては、Z=104/6となるが従来
の円筒方式だと、耐震に対しても強制変位に対してもZ
は同じである為、耐震に対する剛性を上記平板と同等と
した場合、強制変位に対しても同じになることから、平
板よりも60倍の剛性となる。
を意味することになり、平板構造がいかに有利かがわか
る。
があがる為、コイルの重量及び寸法の制約条件をかんわ
することができる。
により、水平方向の位置が冷却時と常温時で変化しな
い。
おいて、複数枚の部材を使用する場合に、装置荷重を受
け持つ端部1a´を同時にあわせて加工し精度を均一に
することにより、荷重分担を均一化することを考慮して
いる。
あわせておこなえば、複数枚の部材の高さ寸法の精度の
バラツキが最小限となる為、荷重分担の均一化が可能と
なる。
複数枚の平板からなっており、コイル10、断熱真空容器
下蓋9への接続は、各サポート(4a〜7a)によって行な
う。外柱1a、内柱3aはCFRPを使用しており、CFR
Pの抜け防止の為、ピン(11a,12a)によって各サポー
トを介して結合される。
えており、その精度を確保し荷重分担を均一にする為、
端部1a´は合わせ加工で製作される。又、コイル寸法
が大きく、断熱支持脚が吸収することが可能な強制変位
量より熱収縮量が大きい場合は、あらかじめ強制変位側
に断熱支持脚をオフセットして据付を行なうことも可能
であり、その際は、変位量測定手段である歪ゲージを用
いて全ての断熱支持脚間で変位量が同じくなるように調
節しながら据付を行う。又、サーマルアンカ2aは冷却配
管8で冷却される。
めに、室温の状態において、断熱支持脚を予め、低温に
なったときの変位の方向に変位させておいて(オフセッ
トさせておいて)、低温になったときの変位をオフセッ
トさせておかなかったときに比べて少なくしようとする
ものである。
RPであり、その熱収縮率が小さいこと、サーマルアン
カー2aの高さ寸法が長く、SUSである為、支持物の支
持位置が変化しない。
化しない例を示す。断熱支持脚は、外柱1b、内柱3b、サ
ーマルアンカー2bにより構成され、4Kに冷却されたコ
イル4bを支持する。これらは断熱真空容器5bにより断熱
される。断熱支持脚は装置外周上に配置され、内柱3bの
位置を外柱1bの位置より低くすることによってサーマル
アンカー2bの高さ寸法を長くとることが可能となり、装
置冷却時の支持位置を変化させない。
来技術と同等の強度を維持したまま、強制変位を吸収し
やすくし、かつ座屈に対して強固とし、同時に熱侵入量
を低くする断熱支持脚を提供できる。
収縮を利用して、支持装置が冷却時に熱収縮により低く
ならずに、高さが変化しない、又は逆に高くなるように
することができる。
熱支持脚の説明図。
核融合装置の断熱支持脚の断面図。
ポート、8…冷却配管、9…断熱真空容器下蓋、10…
超電導コイル、11…断熱支持脚、12…断熱真空容
器、13…プラズマ真空容器、1a…外柱、2a…サーマル
アンカ、3a…内柱、4a〜7a…サポート、11a〜12a…ピ
ン、1b…外柱、2b…サーマルアンカ、3b…内柱、4b…プ
ラズマ真空容器、5b…断熱真空容器。
Claims (6)
- 【請求項1】支持対象である対象物を取り付け面に支持
するための断熱支持装置であって、 上記断熱支持装置は、複数の断熱支持脚を有し、 上記各々の断熱支持脚は、 上記対象物を取り付け面から断熱するための断熱構造体
と、 上記断熱支持脚が配置された位置によって作用する方向
が決まっている力による変位を吸収する特定変位吸収体
とを有し、 上記変位吸収体は、変位を吸収する方向以外に、剛性の
高い方向を有し、 上記複数の断熱支持脚のうち少なくとも一つの断熱支持
脚は、上記剛性の高い方向が他の断熱支持脚と異なる方
向になるように配置され、上記断熱構造体と上記変位吸収体とは、互いに、温度変
化により収縮したときに、収縮による上記対象物の位置
変化を打ち消しあうように接続され、 上記断熱構造体の熱収縮率は、上記変位吸収体の熱収縮
率よりも小さいことを特徴とする断熱支持装置。 - 【請求項2】請求項1記載の断熱支持装置において、 上 記断熱構造体が熱収縮した時の収縮量が、上記変位吸
収体の熱収縮量よりも小さいことを特徴とする断熱支持
装置。 - 【請求項3】請求項1または2記載の断熱支持装置にお
いて、 上記変位吸収体は、引張方向に力が加わることを特徴と
する断熱支持装置。 - 【請求項4】請求項1、2または3記載の断熱支持装置
において、 上記断熱構造体は、炭素繊維強化樹脂又はガラス繊維強
化樹脂であることを特徴とする断熱支持装置。 - 【請求項5】請求項4記載の断熱支持装置において、 上記断熱構造体は、複数の部材を有し、荷重を受け持
つ、上記部材の端部をそろえるためにあわせ加工したこ
とを特徴とする断熱支持装置。 - 【請求項6】支持対象である対象物を取り付け面に支持
するための断熱支持方法であって、 上記対象物を取り付け面から断熱するための断熱構造体
と、上記断熱支持脚が配置された位置によって作用する
方向が決まっている力による変位を吸収する特定変位吸
収体とを有する断熱支持脚を複数、配置し、 上記変位吸収体に、変位を吸収する方向以外に、剛性の
高い方向を持たせ、 上記複数の断熱支持脚のうち少なくとも一つの断熱支持
脚は、上記剛性の高い方向が他の断熱支持脚と異なる方
向になるように上記複数の断熱支持脚を配置し、 上記断熱支持脚を据付るときに、上記変位吸収体が受け
る変位と反対方向に予め定められた量の変位を上記変位
吸収体に事前に与えること、 変位量測定手段を用いて上記変位吸収体の変位量を測定
すること、 上記変位量測定手段により変位を測定して、上記定めら
れた量の変位と、対象物の荷重による変位との和が、異
なる位置にある断熱支持脚間で同じくなるようにするこ
とよりなる ことを特徴とする断熱支持方法。
Priority Applications (1)
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JP03997593A JP3349539B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 断熱支持装置 |
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JP03997593A JP3349539B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 断熱支持装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=12567958
Family Applications (1)
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JP03997593A Expired - Lifetime JP3349539B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 断熱支持装置 |
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- 1993-03-01 JP JP03997593A patent/JP3349539B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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