JPH01196479A - クライオスタットの冷凍機取付構造 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、クライオスタットの真空を破ることなく着
脱が可能な超電導磁石の着脱式輻射熱シールド冷凍装置
に関する。

〔従来の技術］ 第４図は従来の超電導マグネットの一例を示す断面図で
あり、１はクライオスタットで真空容器１１、窒素容器
を兼ねる中間温度輻射熱シールド１２、低温輻射熱シー
ルド１３、ヘリウム容器１４で構成され、ヘリウム容器
１４内にヘリウムを浸漬された超電導コイル１６が収納
されており、２Ａは２段式冷凍機（以下単に冷凍機と略
称する）で配管２１を介して圧縮機ユニット２２によっ
て圧縮された冷却媒体としてのヘリウムガスが循環する
ことにより２段式冷凍機２Ａの冷凍機能が発揮される構
成になっている。

第５図は冷凍機２Ａの設Ｍ構造の部分断面図で、２３は
冷凍機２Ａの常温部フランジ、２４Ａは中温冷却シリン
ダー、２５はこの中温冷却シリンダー２４Ａに取り外し
可能に固着された中温フランジ、２６Ａは低温冷却シリ
ンダー、２７はこの低温冷却シリンダー２６Ａに取り外
し可能に固着された低温フランジ、３１は真空容器１１
に突設した冷凍機ボート、３２はこの冷凍機ボートにボ
ルト締め固定されたふた板、３３Ａは中温導熱板、３４
Ａは低温導熱板、３５はふた板３２と中温導熱板３３Ａ
を気密に連結する伸縮管、３６は中温導熱Ｍｉ　３３　
Ａと低温導熱板３４Ａとを気密に連結する伸縮管、３７
は中温導熱板３３Ａと中温輻射熱シールド１２とを熱的
に連結する屈曲性を有し熱良導体からなる導熱り−ド、
３８は低温導熱板３４Ａと低温輻射熱シールド１３とを
熱的に連結する屈曲性を有し熱良導体からなる導熱り−
ドである。

冷凍機２人の常温部はフランジ２３を介してふた板更に
冷凍機ボート３１を介して真空容器１１に熱的機械的に
連結されており、中温冷却シリンダー２４Ａは中温フラ
ンジ２５を介して中温導熱Ｆｉ３３Ａに機械的熱的に連
結され、中温導熱板３３Ａは更に導熱リード３７を介し
て中温輻射熱シールド１２に熱的に連結されており、同
様にして低温冷却シリンダー２６Ａは低温フランジ２７
を介して低温導熱板３４Ａに機械的熱的に連結され、低
温導熱板３４Ａは更に導熱り−ド３８を介して低温輻射
熱シールド１３に熱的に連結されており、冷凍機２Ａが
運転状態では、中温冷却シリンダー２４Ａが例えば７７
にの中間温度に冷却されこの温度が前記の熱的に連結さ
れた構成に従って熱伝導する結果中温輻射熱シールド１
２が冷却され、低温冷却シリンダー２６Ａが例えば２２
にの低温に冷却されこの温度が前記の熱的に連結された
構成に従って熱伝導する結果低温輻射熱シールド１３が
冷却されることにより液体ヘリウムの消費量を低減して
運転コストの低い超電導マグネットの構成となっている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような構成に使用する冷凍機２Ａの定期
的な点検や故障を生じた場合などの際にはこの冷凍機２
Ａを取り出して点検や修理を行うことになるが、この場
合でも伸縮管３５．３６により冷凍機２Ａの設置空間を
他の真空空間から隔離しであるのでこの伸縮管３５．３
６内の空間を常圧にした上で冷凍機を取り外せば良い構
造としているのである。この冷凍機２Ａの運転を停止し
ている期間は液体ヘリウムの藩発熱によって液体ヘリウ
ム容器内を保冷しているのであるが、冷凍４ｉ１１２の
停止期間が長いと液体ヘリウムの消費量が増大すること
になり高価なヘリウムを消費してしまうことによる運転
コストの増加につながるという問題が生ずる。

第４図の従来の構成での冷凍機２Ａの取り外し作業では
各部のボルトをふた板３２に設けられた図示しないドラ
イバー挿入孔からドライバーを差し込んで各部ボルトを
外してゆくという作業になり、また取付は作業では取り
外し作業と逆の順序で作業することになるが、目視でき
ない状態での作業もあり作業性の悪い構成となっている
。

この発明は、冷凍機の着単作業が迅速に行える　゛構成
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、超電導
コイルを収納したヘリウム容器と、その外周に配される
中温輻射熱シールドと低温輻射熱シールドにて区画され
た真空容器とからなり、前記中温輻射熱シールドと低温
輻射熱シールドそれぞれを中温冷却シリンダーと低温冷
却シリンダーを有する２段式ヘリウム冷凍機で冷却する
ものであって、前記中温輻射熱シールドに導熱結合され
るとともにその中央部に前記低温冷却シリンダーが挿通
し得る孔を有する中温導熱板に前記中温冷却シリンダー
が熱的に結合され、前記低温輻射熱シールドに導熱結合
された低温導熱板に前記低温冷却シリンダーが熱的に結
合されるものにおいて、前記中温導熱板の中央部に常温
側に突設しその内径が前記中温冷却シリンダーを挿通ず
る孔と同一径同軸配置のフランジ管と、前記低温導熱板
の中央部に前記中温導熱板側にに突設しその先端にフラ
ンジを有するフランジ棒をそれぞれ設け、前記中温冷却
シリンダーと当接する上部突起部と下端部に前記フラン
ジ管を挟持する突起部とを有したコンタクトを周方向に
等間隔に複数個配設したマルチ・コンタクトで、１亥マ
ルチ・コンタクトが前記中温冷却シリンダーの全周に当
接し締めつけるようにリング状スプリングを配設した中
温導熱コンタクトと、前記低温冷却シリンダーと当接し
、前記フランジ棒上端部を挟持する前記中温導熱コンタ
クトと構造を一にする低温コンタクトとが構成され、前
記２段式ヘリウム冷凍機の前記中温冷却シリンダーと低
温冷却シリンダーとが前記中温導熱コンタクトと低温導
熱コンタクトを介して支持されるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、冷凍機の中温冷却シリンダー
と中温導熱板、低温冷却シリンダーと低温導熱板との熱
的連結をマルチ・コンタクトで構成された導熱コンタク
トで行うことにより、冷凍機を挿入すると、低温冷却シ
リンダーの先端が低温導熱コンタクトに挿入され低温冷
却シリンダーとこの低温導熱コンタクトとの接触部を介
して熱的に連結され、同じようにして、中温冷却シリン
ダーが中温導熱コンタクトに挿入され、中温冷却シリン
ダーとこの中温導熱コンタクトとの接触部を介して熱的
に連結される。このように冷凍機の２段の冷却シリンダ
ーと中温導熱板や低温導熱板との熱的連結にボルト締め
接続を必要としない構成であるので、冷凍機の取付は取
り外し作業が簡単になる。

（実施例〕 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す断面図であり、従来技術と同じ部
分には同一参照番号を付すことにより詳細な説明を省略
する０図において、中温導熱板３３の中央部には低温冷
却シリンダー２６が貫通する孔が開けられているが、こ
の孔の径と同じ内径を持つフランジ管５２がフランジを
上端に設けた状態で中温導熱板３３と一体に取り付けら
れており、低温導熱板３４の中央部にはフランジ棒５４
が突設されている。

中温導熱板３３と中温冷却シリンダー２４とをフランジ
管５２を介して熱的に連結するために中温導熱コンタク
ト５１を設けている。

第２図はこの中温導熱コンタクト５１とその周辺部の拡
大断面図、第３図は第２図のＡ矢視図としての平面図で
あり、両図とも中温冷却シリンダー２４が中温導熱コン
タクト５１に挿入された状態を示している。中温導熱コ
ンタクト５１は中温冷却シリンダー２４側である内径側
の上端に内径側に向かって上部突起部５１１．下端に下
部突起部５１２を有し、上部突起部５１１の外径側に溝
５１３を設けこの中をリング状スプリング５５を配設し
て中温冷却シリンダー２４が挿入されたときに突起部５
１１とこの中温冷却シリンダー２４との間に圧着力を生
起させ接触させることによりこの間の熱抵抗を低減して
おり、下部突起部５１２の外径側に溝５１４を設けこの
中にリング状スプリング５６を配設し、このリング状ス
プリング５６の収縮力により突起部５１２とこのフラン
ジ管５２の円筒部５２１との間の圧着力を生起させ接触
させることによりこの間の熱抵抗を低減している。

中温導熱コンタクト５１の軸方向位置は、フランジ部５
２２と第１図に示す中温導熱板３３とが下部突起部５１
２を挟んだ構成にすることにより下部突起部５１２がこ
の間から外れることはないので、中温冷却シリンダー２
４の挿入や取り外しの際の中温導熱コンタクト５１にか
かる軸方向力に対しても所定の範囲以上の軸方向の位置
の移動は出来ないようになっている。

中温導熱コンタクト５１は第３図に示すように周方向に
分割した多数の単位コンタクトで構成しており、リング
状スプリング５５．５６によって・一体になっており、
中温冷却シリンダー２４が引き抜かれた状態では単位コ
ンタクトがリング状スプリング５５収縮力により上部突
起部５１１部分の径を収縮し互いに接触することにより
一定の径以上には小さくはならないようになっており、
このときの中温導熱コンタクト５１の小さくなった内径
に中温冷却シリンダー２４が挿入可能なるよう中温冷却
シリンダー２４の先端部は先端の径が小さ（なるよう円
錐状に成形しである。

中温導熱コンタクト５１の機能は中温冷却シリンダー２
４と中温導熱板３３との間の熱伝達を行うことであるの
で、この中温導熱コンタクト５１およびそれぞれの接触
部で熱伝達の抵抗が小さいことが必要であり、そのため
にコンタクトの材料として熱伝導率の大きい銅を使用し
上部突起部５１１の中温冷却シリンダー２４との接触面
は中温冷却シリンダー２４の外径に合わせた曲面として
接触面を大きくするとともに軸方向の接触部寸法を大き
くとることにより接触部の熱抵抗を低減しており、この
点については下部突起部５１２についても同じである。

低温導熱コンタクト５３も中温導熱コンタクト５１と類
似の構造であり、相違する点は低温導熱コンタクト５３
はこれに挿入する低温冷却シリンダー２６の外径に会わ
せて小さい寸法になっているという点だけであり、また
、この低温導熱コンタクト５３の軸方向位置を一定の範
囲内の移動に制限するために、フランジ棒５４の上端に
フランジを設けこのフランジと低温導熱板３４との間に
低温導熱コンタクト５３の下部突起部の配置する構成と
している点も前記の中温導熱コンタクト５１の場合と類
似である。

なお、フランジ棒５４はその機能からも判るごと（内実
の棒である必要はなくフランジ管５２と同じく中空のも
のとしてもよく機械的熱的に許容される範囲で軽量化を
計るために棒の代わりに管を使用することは一行に差し
支えない。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、冷凍機の取付けにマルチ・コ
ンタクト方式の導熱コンタクトを使用して冷凍機を単に
差し込むだけで、冷凍機の中温冷却シリンダーが中温導
熱板に熱的に連結し低温冷却シリンダーが低温導熱板に
熱的に連結することにより、冷凍機の各冷却シリンダー
が各輻射熱シールドに熱的に連結されることにより冷凍
機としての機能が発揮される構成が容易に実現できる。

また、冷凍機の点検や修理のために冷凍機を取り外す際
も真空密封を兼ねた常温部の最外部のボルトをはずし冷
凍機を引き出すだけでこの冷凍機をクライオスタットの
内部から取り外すことができる。その結果、取り外し取
付けの作業時間が短縮され、超電導マグネットの超電導
状態を維持したまま冷凍機を取り外した場合には、ヘリ
ウム容器内の温度は液体ヘリウムの自然蒸発することに
よる蒸発熱により保冷れれるので、冷凍機の取り外し取
付は作業の時間が短縮されることにより液体ヘリウムの
蒸発による高価なヘリウムの消耗が減少することになり
、ＭＨＩ装置としての運転コストの低減が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２図は第１
図の部分拡大断面図、第３図は第２図の平面図、第４図
はＭＨＩ装置の超電導マグネットの断面図、第５図は従
来の冷凍機取付は構造の断面図である。 ｌ・・・クライオスタット、１１・・・真空容器、１２
・・・中温輻射熱シールド、 １３・・・低温輻射熱シールド、 １４・・・液体ヘリウム容器、１６・・・超電導コイル
、２．２Ａ・・・２段式冷凍機、２３・・・常温フラン
ジ、２４．２４Ａ・・・中温冷却シリンダー、２５・・
・中温フランジ、 ２６．２６Ａ・・・低温冷却シリンダー、２７・・・低
温フランジ、３１・・・冷凍機ポート、３２・・・ふた
板、３３．３３Ａ・・・中温導熱板、３４．３４Ａ・・
・低温導熱板、 ５１・・・中温導熱コンタクト、５２・・・フランジ管
、−１女 第３１ １Ａ４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）超電導コイルを収納したヘリウム容器と、その外周
   に配される中温輻射熱シールドと低温輻射熱シールドに
   て区画された真空容器とからなり、前記中温輻射熱シー
   ルドと低温輻射熱シールドそれぞれを中温冷却シリンダ
   ーと低温冷却シリンダーを有する２段式ヘリウム冷凍機
   で冷却するものであって、前記中温輻射熱シールドに導
   熱結合されるとともにその中央部に前記低温冷却シリン
   ダーが挿通し得る孔を有する中温導熱板に前記中温冷却
   シリンダーが熱的に結合され、前記低温輻射熱シールド
   に導熱結合された低温導熱板に前記低温冷却シリンダー
   が熱的に結合されるものにおいて、前記中温導熱板の中
   央部に常温側に突設しその内径が前記中温冷却シリンダ
   ーを挿通する孔と同一径同軸配置のフランジ管と、前記
   低温導熱板の中央部に前記中温導熱板側にに突設しその
   先端にフランジを有するフランジ棒をそれぞれ設け、前
   記中温冷却シリンダーと当接する上部突起部と下端部に
   前記フランジ管を挟持する突起部とを有したコンタクト
   を周方向に等間隔に複数個配設したマルチ・コンタクト
   で、該マルチ・コンタクトが前記中温冷却シリンダーの
   全周に当接し締めつけるようにリング状スプリングを配
   設した中温導熱コンタクトと、前記低温冷却シリンダー
   と当接し、前記フランジ棒上端部を挟持する前記中温導
   熱コンタクトと構造を一にする低温コンタクトとが構成
   され、前記２段式ヘリウム冷凍機の前記中温冷却シリン
   ダーと低温冷却シリンダーとが前記中温導熱コンタクト
   と低温導熱コンタクトを介して支持されることを特徴と
   するクライオスタットの冷凍機取付構造。