JP3788648B2 - Cryostat - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器に、この外部容器とは独立した超電導コイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットに関する。
【0002】
【従来の技術】
超電導コイル冷却用の液体ヘリウムの貯液量を低減し、超電導コイルの運転をより簡便にするために、超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器内に、この外部容器とは独立したコイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットが提案されている。
【0003】
このようなクライオスタットでは液体ヘリウムの容量を小さくした代わりにガスヘリウム空間が増大し、液体ヘリウム溜を有しないクライオスタットに比較するとガスヘリウムの対流が激しくなっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器内に、この外部容器とは独立したコイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットではガスヘリウム空間が増大し、ガスヘリウムの対流が激しくなっている。
【0005】
このため、このようなクライオスタットにおいては外部容器と液体ヘリウム溜の間のガスヘリウム対流による熱侵入が増大する。クライオスタットへの熱侵入が増大すると、液体ヘリウムの消費量が増大したり、クライオスタットにつながるヘリウム冷凍液化機の負荷が増大したり、または、連続運転可能時間が短くなる等の課題があった。
【0006】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたもので、ガス対流そのもの、またはガス対流による熱侵入を低減することによって、液体ヘリウムへの熱侵入がより小さいクライオスタットを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係るクライオスタットでは、前記液体ヘリウム溜は前記外部容器内に設けられた水平支持部材に載置され、前記外部容器内と前記液体ヘリウム溜との間でかつ前記水平支持部材の下部から前記液体ヘリウム溜の上方部までにヘリウムガス対流を防止する対流防止板を設けてなることを特徴とする。すなわち、外部容器と液体ヘリウム溜の間に設けた対流防止板により、ガスヘリウム空間を細分化できる。このことにより、同一空間内の温度差を小さくする事ができ、対流そのものを低減できる。
【0010】
請求項2の発明に係るクライオスタットでは、前記外部容器の内面に沿って仕切り板を設け、前記液体ヘリウム溜からの蒸発ヘリウムガスを前記仕切り板と前記外部容器の内面との間に形成された蒸発ヘリウムガス冷却流路に導出管を介して導出して前記外部容器の内面を冷却する構造を有する。この構造により、侵入熱により温度上昇した液体ヘリウム溜内を蒸発したヘリウムガスの顕熱で冷却できるため、ガスヘリウムの対流を大きく緩和できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1により本発明の第1の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【0012】
図1中、符号1はクライオスタットの外部容器で、この外部容器1内に液体ヘリウム溜2が配置されている。この液体ヘリウム溜2の内部には超電導コイル3と、この超電導コイル3を極低温に冷却保持するための液体ヘリウム4が収納されている。このため、液体ヘリウム溜2はほぼ液体ヘリウム温度に維持されている。
【0013】
外部容器1の壁内には断熱真空層5が設けられており、外部容器1の上端開口部は上部フランジ部6により密閉されている。外部容器1内には液体ヘリウム溜2の外側に複数の対流防止板7が棚段状に積層配置されている。液体ヘリウム溜2は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部6に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【0014】
しかして、外部容器1の内面温度は断熱真空層5を通しての輻射熱や、クライオスタット上部フランジ部6からの熱伝導などによる侵入熱のため、液体ヘリウム溜2に比べ高くなる。この温度差により、クライオスタット内部では蒸発したヘリウムガスの対流が誘起されることになる。ヘリウムガスの対流は液体ヘリウム溜2,しいては液体ヘリウム4そのものへの熱侵入を増加させるため、液体ヘリウムの蒸発がさらに増加することになる。
【0015】
しかしながら、本実施の形態ではクライオスタット外部容器1と液体ヘリウム溜2の間に対流防止板7を設けているため、この対流防止板7により、クライオスタット外部容器1と液体ヘリウム溜2の間の空間は細分化され、ガスヘリウムの対流が抑制される。従って液体ヘリウム4の蒸発を抑制することができる。
【0016】
つぎに図2により本発明の第2の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【0017】
本実施の形態は第1の実施の形態と同様に、クライオスタット外部容器1内に液体ヘリウム溜2を設け、この液体ヘリウム溜2内に超電導コイル3および液体ヘリウム4を収納している。液体ヘリウム溜2の上端開口部には蓋8を設けて密閉している。液体ヘリウム溜2は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部6に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【0018】
しかして、蓋8を設けない場合には外部容器1内に蒸発したヘリウムガスの対流が誘起されるが、本実施の形態による液体ヘリウム溜2の上部開口に蓋8を設けて閉塞することによって、外部容器1内のガスヘリウムの対流が液体ヘリウム溜2内の液体ヘリウム4に直接接触することが抑制され、液体ヘリウム4の蒸発を抑制することができる。
【0019】
つぎに図3により本発明の第3の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【0020】
本実施の形態は、クライオスタットの外部容器1内に液体ヘリウム溜2が配置されており、この液体ヘリウム溜2内に超電導コイル3と液体ヘリウム4が収納されている。外部容器1には断熱真空層5が設けられている。液体ヘリウム溜2の外側全体を包囲するようにして外部容器1内にシールド板9が設けられている。液体ヘリウム溜2は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部6に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【0021】
ここで、液体ヘリウム溜2はほぼ液体ヘリウム温度に維持されているが、シールド板9を設けない場合には、外部容器1の内表面温度は断熱真空層5を通しての輻射熱や、クライオスタット上部フランジ部6からの熱伝導などによる侵入熱のため、液体ヘリウム溜2に比較して高くなっている。
【0022】
しかしながら、本実施の形態によれば液体ヘリウム溜2と外部容器1の間に設けたシールド板9により、外部容器1内の温度分布が均一化されるので、ガスヘリウムの対流を抑制するとともに、ガスヘリウムの対流が液体ヘリウム4に直接接触することが抑制され、液体ヘリウムの蒸発を抑制することができる。
【0023】
次に図4により本発明の第4の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【0024】
本実施の形態はクライオスタットの外部容器1内に液体ヘリウム溜2が配置されており、この液体ヘリウム溜2内に超電導コイル3と液体ヘリウム4が収納されている。外部容器1には断熱真空層5が設けられている。液体ヘリウム溜2の上端開口は蓋8により密閉されている。外部容器1と液体ヘリウム溜2との間には外部容器内面冷却機構10が設けられている。液体ヘリウム溜2は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部6に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【0025】
この外部容器内面冷却機構10は蓋8に取り付けたサイホン状導出管11と、この導出管11の出口側に連通する外部容器内面に沿って設けられた仕切り板12とからなっている。仕切り板12と外部容器1の内面との間には蒸発ヘリウムガス冷却流路13が形成されている。蓋8は液体ヘリウム溜2内の液体ヘリウム4に対流ガスヘリウムが直接接触することを防止するためのものである。
【0026】
本実施の形態によれば、外部容器内表面冷却機構10の導出管11から液体ヘリウム溜2内の蒸発ガスは流出し、仕切り板12内の蒸発ヘリウムガス冷却流路13に吹き出してその流路13を流れて外部容器1の内面を冷却する。したがって、液体ヘリウム溜2からの蒸発ヘリウムガスにより外部容器1の内面の冷却を行うことができるため、外部容器1の内面と液体ヘリウム溜2との間の温度差が緩和され、ガスヘリウムの対流を大きく緩和することができる。
【0027】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、外部容器と液体ヘリウム溜の間に設けた対流防止板により、ガスヘリウム空間を細分化できる。このことにより、同一空間内の温度差を小さくすることができ、対流そのものを低減できる。
【0030】
請求項2の発明によれば、液体ヘリウム溜からの蒸発ヘリウムガスを用いて外部容器の内面を冷却することによりガスヘリウムの対流を大きく緩和できる。
【0031】
このようにして本発明ではクライオスタットへの熱侵入、液体ヘリウムの蒸発を低減することにより、液体ヘリウムの消費量、ヘリウム冷凍液化機の負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るクライオスタットの第1の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【図2】本発明に係るクライオスタットの第2の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【図3】本発明に係るクライオスタットの第3の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【図4】本発明に係るクライオスタットの第4の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【符号の説明】
1…外部容器、2…液体ヘリウム溜、3…超電導コイル、4…液体ヘリウム、5…断熱真空層、6…上部フランジ部、7…対流防止板、8…蓋、9…シールド板、10…外部容器内面冷却機構、11…導出管、12…仕切り板、13…蒸発ヘリウムガス冷却流路、14…水平支持部材、15…垂直支持部材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cryostat having a liquid helium reservoir for immersing and cooling a superconducting coil independent of the outer container in an outer container of a cryostat that holds the superconducting coil at a cryogenic temperature.
[0002]
[Prior art]
In order to reduce the amount of liquid helium for cooling the superconducting coil and make the operation of the superconducting coil easier, a coil independent of this outer container is placed in the outer container of the cryostat that holds the superconducting coil at a cryogenic temperature. A cryostat having a liquid helium reservoir for immersion cooling has been proposed.
[0003]
In such a cryostat, the gas helium space is increased instead of reducing the volume of liquid helium, and the convection of gas helium is intense compared to a cryostat having no liquid helium reservoir.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a cryostat having a liquid helium reservoir for immersing and cooling a coil independent of this external container inside the cryostat's external container that holds the superconducting coil at a cryogenic temperature, the gas helium space increases and the convection of gas helium becomes intense. ing.
[0005]
For this reason, in such a cryostat, heat penetration due to gas helium convection between the outer container and the liquid helium reservoir increases. When the heat intrusion into the cryostat increases, there are problems such as an increase in the consumption of liquid helium, an increase in the load of the helium refrigerating machine connected to the cryostat, or a reduction in the continuous operation time.
[0006]
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and is to provide a cryostat with less heat penetration into liquid helium by reducing gas convection itself or heat penetration due to gas convection. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the cryostat according to the first aspect of the present invention, the liquid helium reservoir is placed on a horizontal support member provided in the outer container, and between the outer container and the liquid helium reservoir and of the horizontal support member. A convection prevention plate for preventing helium gas convection is provided from the lower part to the upper part of the liquid helium reservoir . That is, the gas helium space can be subdivided by the convection prevention plate provided between the external container and the liquid helium reservoir. As a result, the temperature difference in the same space can be reduced, and the convection itself can be reduced.
[0010]
In the cryostat according to a second aspect of the present invention, a partition plate is provided along the inner surface of the outer container, and the evaporated helium gas from the liquid helium reservoir is evaporated between the partition plate and the inner surface of the outer container. It has a structure in which the inner surface of the outer container is cooled by being led out to the helium gas cooling channel through a lead-out pipe . With this structure, the liquid helium reservoir whose temperature has risen due to intrusion heat can be cooled by the sensible heat of the evaporated helium gas, so that the convection of the gas helium can be greatly relaxed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A cryostat according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0012]
In FIG. 1,
[0013]
A heat insulating
[0014]
Thus, the inner surface temperature of the
[0015]
However, since the
[0016]
Next, a cryostat according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0017]
In the present embodiment, as in the first embodiment, a
[0018]
Thus, in the case where the
[0019]
Next, a cryostat according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0020]
In the present embodiment, a
[0021]
Here, the
[0022]
However, according to the present embodiment, the temperature distribution in the
[0023]
Next, a cryostat according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0024]
In this embodiment, a
[0025]
The outer container inner
[0026]
According to the present embodiment, the evaporative gas in the
[0027]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the gas helium space can be subdivided by the convection prevention plate provided between the outer container and the liquid helium reservoir. Thereby, the temperature difference in the same space can be reduced, and the convection itself can be reduced.
[0030]
According to the invention of
[0031]
Thus, in the present invention, the consumption of liquid helium and the load on the helium refrigerating machine can be reduced by reducing the heat intrusion into the cryostat and the evaporation of liquid helium.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a part of a first embodiment of a cryostat according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing a part of a second embodiment of a cryostat according to the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing a part of a third embodiment of a cryostat according to the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a part of a fourth embodiment of a cryostat according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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- 1996-12-06 JP JP32680196A patent/JP3788648B2/en not_active Expired - Fee Related
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