JPH01155605A - 超電導電磁石コイル用極低温容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超電導電磁石コイルを収納、冷却するための極
低温冷媒を蓄える内槽とその内槽を断熱的に包囲する外
槽、および外槽と内槽とを貫いて設けられる注液管と回
収管に内槽を締め切る低温弁を設けた極低温容器の構造
に関するものである。

（従来の技術） 従来の極低温容器について、超電導磁石装置等に付設さ
れる液体ヘリウムを貯液する極低温容器を例にして説明
する。液体ヘリウムは資源に乏しく高価でありかつ蒸発
潜熱が小さいため、液体ヘリウムを貯液する極低温容器
の内槽への熱侵入量を極力小さくし液体ヘリウムの蒸発
を押えて効果的に利用することが省資源上望ましい。そ
のため、極低温容器は外部からの熱侵入量を極力減らす
ために、内槽を内部を真空にした外槽内に収納する二重
構造にする、内・外槽間に中間冷却層を設けるか、超断
熱材を併用する、内槽を支持する外槽に固定される支持
装置に断熱性の良いものを使用するなどの工夫が行われ
ていた。一方、内槽へ液体ヘリウムを送液する注液系統
配管と蒸発したヘリウムガスを回収する回収系統配管に
おいても、外槽側の常温部端で内槽を締め切ると、液体
ヘリウムの振動による液の配管内への飛び込みや、配管
内のヘリウムガスの対流等により内槽への熱侵入を生じ
るので、低温部で締切りのできる低温弁を上記配管に取
付けて、内槽への熱侵入量を極力押えるようにしている
。特に、浮上式鉄道における車載超電導磁石のように、
小型冷凍機を取付は超電導磁石の連続運転を行う場合に
は、上述した構造を有することが重要となる。

第４図に上記の構造を持った極低温容器の構成を示す。

ここでは、内槽１は外槽２の内部に断熱的に保持されて
おり、冷媒である液体ヘリウム３をその中に貯液できる
。液体ヘリウムは注液管４を通って内槽１に貯液され、
内槽１内で蒸発したヘリウムガスは回収管５より回収さ
れる。また、低温弁６，７で内槽１の締切りを低温部側
で行う。

一方、弁８．９は注液、回収の出入口弁で常温部での各
系統の締切りを行う。なお弁８，９は直接超電導磁石装
置に取付けずに、他の場所に設置してもよい。１０は安
全弁で配管系統の保安のために注液側と回収側にそれぞ
れ設けられている。その他、超電導磁石装置等に接続さ
れる配管類、熱シールド板、各種ボート、センサー類等
も設置しているが、説明の煩雑さを避けるためにここで
は省略しである。

上記のような極低温容器においては、内槽１を低温弁で
締め切った場合、注液管４は低温弁６により内槽側とし
ゃ断されるため、冷却が充分ではなく外槽側からの熱侵
入により注液管４は温度上昇を起こし、外槽と内槽の間
である温度勾配をもって安定する。たとえ、注液人口弁
８と低温弁６との間の管４を真空にして、ヘリウムガス
の伝熱による熱浸入を減らしたとしても、締め切り時間
が長くなると熱伝導により注液管４は上記のような温度
勾配をもつようになる。

したがって、内槽１を締め切り保冷後、液体へリウムの
追加注液をする場合、注液管４は上述したように温度上
昇をしているため、送液される液体ヘリウムは注液の初
期には注液管４を冷却しながら内ｔｅｉへ送られる。と
ころで、液体ヘリウムはその蒸発潜熱が低いため注液初
期に注液管４が冷却されるまでは、温度の高いヘリウム
ガスとなって、内槽１内に直接送り込まれることになる
。

内槽１内に送り込まれたヘリウムガスは温度が高いため
、内槽１に貯液されていた液体ヘリウムを無駄に蒸発さ
せていた。また、注液の初期には温度の高いヘリウムガ
スが大量に内槽１に送り込まれるため、内槽１内に貯液
されている液体ヘリウムが急激に蒸発してガスヘリウム
になり、内槽１内に過大な圧力上昇を引き起こす危険性
があった。

そのため、内槽１内の内圧上昇を起こさせないように追
加注液時には弁開度を調整する必要があった。

この問題点を解決するため、従来は第５図に示すように
注液管４の注液側低温弁６の常温側低温部よりバイパス
管１１を設け、回収管５の回収側低温弁７の常温側低温
部と接続し、このバイパス管１１の途巾に締切弁１２を
設ける。この構成により内槽１締め切り後の追加注液時
には、まず締切弁１２を開いて、バイパス管１１を通し
て注液管４を予冷する。その後、注液側低温弁６を開け
ることにより、配管内で暖められたヘリウムの蒸発ガス
を直接内槽１へ送ることなく、液体ヘリウムを内槽１へ
追加注液できるようにしていた。

（従来例：特開昭６１−９１９７８号公報参照）。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、従来例の締切弁１２では配管系への熱侵入を
低減させるため、低温弁と同様な長軸弁とする必要があ
るが、極低温容器によっては、弁部の長さが充分確保で
きないため定常熱侵入を増大させてしまう。その結果、
熱侵入低減効果が十分期待できない場合もあった、また
、長軸弁の弁部′の長さを十分確保すると極低温容器を
大きくする必要があり、その結果容器の構造が複雑とな
るとともに、振動等による損傷を受は易い要素が増加す
ることとなり、極低温容器の信頼性を低下させる等の問
題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
低温弁の常温側低温部に予冷用バイパス系統配管を備え
、バイパス締切用の低温弁による定常熱浸入の増加をな
くすとともに、極低温容器の構造を簡素化した極低温容
器構造を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するための本発明の構成は、極低温容
器において、低温弁の常温側低温部のバイパス管に締切
弁を代りに、流体の流れ方向（順方向）を回収管側から
注液管側とする逆止弁を設けるとともに、極低温容器外
部の配管側に回収系と注液系の切換弁装置を設けたもの
からなる。

（作　用） そして、本発明はバイパス系統の締切りを常温側から操
作する必要のない逆止弁としたので、常温部と接続する
動作部がないこと、また、予冷時の回収系と注液系の切
換えを外部配管側の切換弁装置で行うようにしたことか
ら、極低温容器内部への定常熱侵入の増加はない。また
、追加注液時には容器の外部に設けた切換弁装置を操作
して回収管側から液体ヘリウム（冷媒）を送ることによ
りバイパス管および逆止弁を通して注液側配管を予冷し
た後、外部配管を切換え注液管より内槽へ液体ヘリウム
を注入するようにした。これにより、配管内で暖められ
た液体ヘリウムの蒸発ガスを直接内槽へ送らないように
でき、バイパス予冷作用が十分維持される。

（実施例） 本発明の極低温容器は、第１図に示すように、内槽１は
外）！２の内部に断熱的に保持され、その中に液体ヘリ
ウム３（冷媒）を貯液できるようになっている。液体ヘ
リウム３は注液管４を通って内槽１に貯液され、内槽１
内で蒸発したヘリウムガスは、回収管５により装置外に
回収される。また、内槽１の締め切りは、外槽内の低温
側に設けた低温弁６，７で行うとともに、外槽外に設け
た注液入口弁８と回収出目弁９により常温部での管路各
系統の締切りを行う。特に、本発明の実施例では、注液
側低温弁６と回収側低温弁７の常温側低温部に両低温部
を連通ずるバイパス管１１を設け、このバイパス管１１
の途巾に流体（ヘリウムガス）の流れ方向（順方向）を
回収管５側から注液管４側とする逆止弁１３を設ける。

さらに、極低温容器外部の配管系に液体ヘリウムの注液
系とヘリウムガスの回収系の切換えを行う切換弁装置１
６を設ける。なお、この切換弁装置１６は第１図に示す
ような従来用いられているものでよい。

第１図に示す本発明による極低温容器では、内槽１への
追加注液の際は、注液側低温弁６と回収側低温弁７を閉
じておいて、外槽外部の切換弁装置１６を切換えて回収
管５側よりバイノシス竹１゛１およびバイパス逆止弁１
３を経て冷媒を注液管４側へ送り、途巾の配管内および
注液管４を冷却する。その後、外部配管を切換え、回収
側低温弁７および注液側低温弁６を開き注液管側より液
体ヘリウムを注入することにより、内槽１内へは液体ヘ
リウムが直接注入され、また内槽１内に貯留されていた
液体ヘリウムを蒸発させることなく追加注液が行なわれ
る。逆止弁１３は外槽内に収容され外部常温と接触する
動作部がないため、内槽１内への定常熱侵入を阻止でき
る。

上述したように、本発明では、低温弁の常温側低温部に
設置するバイパス系統の締切弁をバイパス逆止弁１３に
置換えることにより、常温と接続する動作部がないこと
、および予冷時の回収系と注液系切換を外部配管側での
切換とした。このようにバイパス系統を配管系に取付け
たことにより極低温容器内への定常熱侵入の増加がなく
、また追加注液時に槽内に貯留していた液体ヘリウムを
蒸発させることがない。また、常温との接触部がないた
め、極低温容器の構造を簡素化できるとともに、繰装空
間の狭い場所でもその設置が可能となり、より多くの極
低温容器への適用が可能となる。

さらに、本発明の他の実施例では、第２図に示すように
、第１図に示す低温弁５．６に代えて、流体の流れの順
方向を注液管４から内槽１とする注液側逆止弁１４と流
れの順方向を内槽１から回収管５とする回収側逆止弁１
５とをそれぞれ外槽２内の注液管４と回収管５に設ける
。、また、バイパス逆止弁１３を注液管４と回収管５と
を接続するバイパス管１１に設ける。この構成により、
注液側逆止弁１４、回収側逆止弁１５およびバイパス逆
止弁１３が外槽２内に収容されるので、外部常温との接
触なく操作され、バイパス予冷作用が充分維持されるよ
うになる。なお、注液側逆止弁１４より予冷時に内槽１
へのホットガスの流入が生じ得るが、内槽１内の内圧上
昇によりその流入が阻止される。

これをさらに防ぐためには、バイパス逆１ト弁１３と注
液側逆止弁１４の順方向通過可能圧力（いわゆるクラッ
キング圧）を注液側逆止弁側がバイパス逆止弁側圧力よ
り大きくなればよい。また、予冷圧力は注液側逆止弁の
開圧力以下である。

このように、全ての低温弁を逆止弁にすれば極低温容器
のバルブ操作することなく、容器外部に設けた切換弁装
置１６の切換のみを行なうことにより、追加注液作業が
できるとともに操作が簡単になる。また、低温弁の動作
部からの配管系への熱侵入がなくなるため、バイパス予
冷の効果をより一層期待できる。

また、本発明のさらなる他の実施例では、第３図に示す
ように、複数の極低温容器を並列に接続し、液体ヘリウ
ムを注液入口弁８と注液側低温弁６を介して内槽１内に
注入し、一方、ヘリウムガスを回収側低温弁７、回収出
口弁９より容器外部に回収する。その際、注液管と回収
管の間にバイパス管路を設けてこの管路にバイパス逆止
弁１３を備えてバイパス予冷効果を促進させる。この場
合、容器外部に切換弁装置１６を１力所にまとめること
ができ、設備、操作上に利点がさらに向上する。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明では、低温弁の常温側低温部に
従来設置されていたバイパス系統の締切弁を逆止弁に置
換えることにより、常温と接触する動作部が外槽外部に
ないため、バイパス系統配管および逆止弁を取付けたこ
とによる定常熱侵入の増加することなく、また、追加注
液時に槽内に貯液していた液体ヘリウムを蒸発させるこ
とがない。さらに常温との接続部が槽外にないため、設
置場所の限定も少なく、より多くの極低温容器に適用で
き、構造も簡素にできる。

また、全ての低温弁を逆止弁で構成すれば、外部配管に
設けた切換弁装置の切換操作のみで追加注液作業ができ
、操作が簡易となるとともに、低温弁操作部からの熱の
侵入をなくすことができる等の効果がある。

さらに、極低温容器を複数個並列に接続した場合には、
外部の切換弁装置を１力所にまとめることができ、設備
、操作上の利点が増加する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による極低温容器の配管図、
第２図および第３図は本発明の他の実施例による極低温
容器の配管図、第４図および第５図は従来の極低温容器
の配管図である。 １・・・内槽、２・・・外槽、３・・・液体ヘリウム、
４・・・注液管、５・・・回収管、６・・・注液側低温
弁、７・・・回収側低温弁、８・・・注液入口弁、９・
・・回収出目弁、１０・・・安全弁、１１・・・ノくイ
ノくス管、１２・・・バイパス逆止弁、１３・・・注液
側逆止弁、１４・・・回収側逆止弁、１６・・・切換弁
装置。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ＪＩ！７１　図 番２図 １ｉ　　　番 第３　図 壱５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．超電導電磁石コイルを冷却する極低温冷媒液を蓄え
   た内槽と、内槽を断熱的に包囲して収納する常温に保た
   れた外槽とからなり、前記内槽と、外槽を貫いて前記冷
   媒液を内槽内に注入する注液管と内槽内で発生した前記
   冷媒液の蒸発ガスを回収する回収管とを備え、前記注液
   管と回収管の内槽外側部分に低温締切弁を、また、外槽
   の外側部分に注液入口弁と回収出口弁を設けた極低温容
   器において、前記低温弁の常温側に設けられた注液管と
   回収管とを直接連結するようにバイパス管を設け、この
   バイパス管の途巾に流れの順方向が回収側から注液側と
   なる逆止弁を設けて極低温容器の回収側と注液側とを流
   れる冷媒液を切換えて上記内槽と外槽の外部に設けた注
   液管を予冷するようにしたことを特徴とする超電導電磁
   石コイル用極低温容器。
2. ２．前記低温締切弁に代えて上記注液管から上記内槽へ
   の流れを順方向とする注液側逆止弁と、上記内槽から上
   記回収管への流れを順方向とする回収側逆止弁を注液管
   と回収管の内槽外側部分の管路に設けてなる特許請求の
   範囲第１項記載の超電導電磁石コイル用極低温容器。
3. ３．上記注液管と回収管を内槽外側部分の管路に設けた
   逆止弁の順方向の流れに対して開く圧力（クラッキング
   圧）の大きさを、注液側逆止弁側がバイパス側逆止弁側
   より大きくなるようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の超電導電磁石コイル用極低温容器。
4. ４．コイル用極低温容器を２個以上複数個並列に接続し
   、前記外槽外部の配管側に切換弁装置を１力所にまとめ
   て設置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３項のいずれかの１項に記載の超電導電磁石コイル用
   極低温容器。