JPH03114279A - 極低温冷却機 - 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、熱振動を防止して熱の侵入によって誘発され
る極低温液体の過大な蒸発を抑え、極低温液体の消費を
節約することのできる極低温冷却機に関する。

（従来の技術） 超電導マグネットは、極低温冷却機に収納して冷却し電
気抵抗をゼロにした後、電流リードから電流を送って励
磁させる。第２図は超電導マグネットを収納する極低温
冷却機１の側面図である。

この極低温冷却機１は、超電導マグネット（図示せず）
を冷却する極低温液体として例えば液体ヘリウムを収容
するヘリウム容器を格納した真空容器２と、この真空容
器２に付設され、液体ヘリウムを断熱膨張させてヘリウ
ム容器を冷却するヘリウム冷凍機３を有する。そして真
空容器２には、ヘリウム容器内で発生するヘリウムガス
をサービスポート４を介して真空容器２から回収する回
収管５と、真空容器２内のヘリウム容器に収納された超
電導マグネットに給電し、かつ回収管５とともにヘリウ
ムガスを真空容器２外へ排出する中空電流リード６の一
端が取付けられる。他方回収管５と中空電流リード６の
他端（常温領域）には、それぞれヘリウム放出弁７と電
流リード止弁８が取付けられ、またヘリウム冷凍機３に
は、圧縮した液体ヘリウムを送込むヘリウム冷凍機用圧
縮機９が接続される。

このような極低温冷却機１においては、ヘリウム冷凍機
用圧縮機９で圧縮された液体ヘリウムはヘリウム冷凍機
３に送込まれ、ヘリウム冷凍機３を経由して断熱膨張し
ながら真空容器２に格納されたヘリウム容器内に導入さ
れる。その結果、ヘリウム容器に収納された超電導マグ
ネットは極低温に冷却される。一方、ヘリウム容器内の
液体ヘリウムは、回収管および中空電流リード６を伝わ
って侵入する熱によって気化するが、こうして生じるヘ
リウムガスは、回収管５および中空電流リード６を通っ
て真空容器２外へ排出される際、熱の侵入を抑止する効
果を果たす。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述の極低温冷却機１は、中空電流リード６
を通じてヘリウム容器内に収納する超電導マグネットに
電流を送り、永久に磁性をもつ永久モードにした後（定
常時）は、電流リード止弁８を全閉する。しかしこうす
ると、中空電流リード６は真空容器２側の極低温領域と
電流リード止弁８で閉塞された常温領域の間で、いわゆ
る熱振動が起こる。

熱振動とは温度勾配が急でかつ高温側が閉塞された管内
のガス（気体柱）が温度差に基づいて振動する現象で、
管内のガス（気体柱）がまず高温側に移動（質量の移動
）してわずかに圧力上昇を起こす。次に高温側では管壁
を通して侵入する熱によって管内のガスが熱膨張を起し
、さらに圧力が上昇する。そしてこの質量の振動と後者
の圧力の振動との間に位相差があるとき熱振動は減衰し
ないで継続し、熱振動がない場合の１０〜１０００倍の
熱が伝導する。

このため、上述の極低温冷却機１に熱振動が生ずると、
真空容器２に格納されたヘリウム容器内の液体ヘリウム
が大量に蒸発して液体ヘリウムの消費量が急増し、運転
コストが嵩んでいた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱振動を防
止して熱の侵入によって誘発される極低温液体の過大な
蒸発を抑え、極低温液体の消費を節約することのできる
極低温冷却機を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、極低温の液体を収
容する容器と、この容器内に収容された超電導マグネッ
トに電流を供給する中空電流リードと、前記容器内で蒸
発した液体の蒸気を常温領域に導く回収管を備える極低
温冷却機において、前記中空電流リード内の圧力を前記
容器内と均一化する均圧管を設けたことを特徴とする極
低温冷却機を提供する。

（作用） 本発明によれば、極低温の液体を収容する容器と、この
容器内に収容された超電導マグネットに電流を供給する
中空電流リードと、前記容器内で蒸発した液体の蒸気を
常温領域に導く回収管を備える極低温冷却機において、
前記中空電流リード内の圧力を前記容器内と均一化する
均圧管を設けた。このため、たとえ中空電流リードに急
な温度勾配があっても、常温領域側を閉塞していた従来
とは違って、気体柱は膨張・圧縮したとき中空電流リー
ド内を自由に行来して振動することはなく、熱振動は発
生しない。

（実施例） 以下第１図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る極低温冷却機１１の一例を示す断
面図である。この極低温冷却機１１は、２本の中空電流
σ−ド１２とヘリウム冷凍機１３を取付けた真空容器１
４を有する。真空容器１４内には、外気の輻射熱を防ぐ
絶対温度８０にと２０にのシールド１５．１６が外側か
ら支持材１７を介して順に二重筒構造に配置され、さら
に２０にのシールド１６の中にヘリウム容器１８が設け
られる。ヘリウム容器１８には超電導マグネット１９が
収納され、この超電導マグネット１９は液体ヘリウム２
０で浸漬される。また真空容器１４と８０にシールド１
５．８０にシールド１５と２ＯＫシールド１６、および
２０にシールド１６とヘリウム容器１８の間には、それ
ぞれ真空断熱槽２１ａ、２１ｂ、２１ｃを介在させて外
部からの熱の侵入の一層の防止を図っている。

一方、ヘリウム冷凍機１３にはヘリウム冷凍機用圧縮機
２２が接続し、ヘリウム冷凍機１３は真空容器１４内部
の８０にシールド１５．２０にシールド１６およびヘリ
ウム容器１８にそれぞれ接続される。また真空容器１４
には、８０にシールド１５および２０にシールド１６を
貫いてヘリウム容器１８に連通ずるサービスポート２３
が取付けられ、このサービスポート２３にはヘリウム回
収管２４の一端が接続する。

ところでヘリウム容器１８内の超電導マグネット１９に
は、給電のための２本のリード線２５が接続し、このリ
ード線２５は液体ヘリウム２０の外で、真空容器１４．
８０にシールド１５．２０にシールド１６およびヘリウ
ム容器１８を貫いて引入れられた２本の中空電流リード
１２の中にそれぞれ収容される。そして２本の中空電流
リード１２とヘリウム回収管２４は、常温領域側におい
て均圧管２６を介して互いに連結される。

均圧管２６には、逆止弁２７が設置され、ヘリウム回収
管２４にもヘリウム回収弁２８が設置される。さらに常
温領域側の２本の中空電流リード１２には、均圧管２６
の先方で、順に浮子２９を備えた流量計３０、電流リー
ド調節弁３１、および電流リード止弁３２が取付けられ
る。

このような極低温冷却機１１においては、ヘリウム冷凍
機用圧縮機２２で圧縮された液体ヘリウム２０は、ヘリ
ウム冷凍機１３に送られると断熱膨張を生起され、真空
容器１４．８０にシールド１５および２０にシールド１
６と真空断熱槽２１ａ、２１ｂ、２１ｃを経てヘリウム
容器１８に案内される。液体ヘリウム２０は、ヘリウム
容器１８内において超電導マグネット１９を４にの極低
温に冷却するが、一方で外部からヘリウム容器１８への
熱の侵入が避けられないため、液体ヘリウム２０は一部
蒸発する。このため液体ヘリウム２０は適宜補給しなけ
ればならない。

一方、蒸発したヘリウムガスは、２本の中空電流リード
１２、並びにサービスポート２３とヘリウム回収管２４
を通じて真空容器１４外に排出されるが、この際これら
の部材を冷却するため、これらの部材の伝わる熱の侵入
を防止する役目を果たす。

ところで超電導マグネット１９を励磁するためこれに給
電するときは、ヘリウム回収弁２８を全閉し、電流リー
ド止弁３２を全開しながら、リード線２５を通じて行う
。この際２本の中空電流リード１２を通過するヘリウム
ガスは、流量計３０で観測しながら電流リード調節弁３
１の開度を調節して相互の流量が等しくなるようにする
。

そして超電導マグネット１９を永久電流モードにした後
（定常時）は、ヘリウム回収弁２８を全開し、従来と同
様に電流リード止弁３２を全閉するが、本実施例におい
ては均圧管２６のおかげで２本の中空電流リード１２お
よびヘリウム回収管２４はヘリウムガスがこの中を自由
に移動できるため、極低温側と常温側において圧力差は
生じない。したがって気体柱（ヘリウムガス）の振動は
生ぜず、熱振動も起こらない。このため液体ヘリウムの
使用量は従来に比べ大幅に少なくて済み、かつ中空電流
リード１２とヘリウム放出管２４を通過するヘリウムガ
スによる熱の侵入防止効果も十分に発揮される。

なお均圧管２６には逆止弁２７が付いているため、定常
時には中空電流リード１２、ヘリウム回収管２４および
ヘリウム容器１８内は常に加圧状態が維持されて、空気
が流入することはない。したがって空気中の水分が中空
電流リード１２やヘリウム回収管２４内で氷結し目詰ま
りを起したりすることはない。

さらに本実施例においては、流量計３０に取付けられた
浮子２９が逆止弁として働くため、電流リード止弁３２
を閉め忘れたり、ヘリウム容器１８内の液体ヘリウム２
０がゼロになっても、空気が中空電流リード１２内に流
入して上述の弊害を引起こすことはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、極低温の液体を
収容する容器と、この容器内に収容された超電導マグネ
ットに電流を供給する中空電流リードと、前記容器内で
蒸発した液体の蒸気を常温領域に導く回収管を備える極
低温冷却機において、前記中空電流リード内の圧力を前
記容器内と均一化する均圧管を設ける。このため、たと
え中空電流リードに急な温度勾配があっても、常温領域
側を閉塞していた従来とは違って、気体柱は中空電流リ
ード内を自由に行来し、膨張・圧縮を繰返して振動する
ことはなく、シたがって熱振動も発生しない。よって本
発明によれば、冷却に用いる極低温液体の大量蒸発を防
止して極低温液体の使用量を抑え、極低温冷却機の運転
コストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る極低温冷却機の断面図
、第２図は従来の極低温冷却機の側面図である。 １１・・・極低温冷却機、１２・・・中空電流リード、
１４・・・真空容器、１９・・・超電導マグネット、２
０・・・液体ヘリウム、２４・・・ヘリウム回収管、２
６・・・均圧管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 極低温の液体を収容する容器と、この容器内に収容され
   た超電導マグネットに電流を供給する中空電流リードと
   、前記容器内で蒸発した液体の蒸気を常温領域に導く回
   収管を備える極低温冷却機において、前記中空電流リー
   ド内の圧力を前記容器内と均一化する均圧管を設けたこ
   とを特徴とする極低温冷却機。