JPH055415Y2

JPH055415Y2 -

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Publication number: JPH055415Y2
Application number: JP16111187U
Authority: JP
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1993-02-12
Anticipated expiration: 2002-10-21
Also published as: JPH0166571U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は液体ヘリウムや液体窒素などの持つ
冷熱を熱伝導で移送するようにした可撓性の冷熱
移送管に関し、超電導材料等の冷却用に好適なも
のである。

〔従来の技術〕

超電導材料等の研究開発の進展にともない超電
導の応用分野も広がり、電気機械、エネルギ機
器、産業機器、科学機器、医療機器分野へと広が
ろうとしている。

既に、医療機器分野にあつては、MRI−CTが
実用化されだしている。

これらの超電導の応用にあたつては、超電導状
態を保持する必要があり、通常、液体ヘリウムを
用いて4K程度まで冷却するようにし、蒸発分を
補給するようにしている。

また、外部からこの液体ヘリウムが入れられた
容器へ侵入する輻射熱を少なくする熱シールドの
目的で、液体ヘリウム容器全体を覆うことのでき
る形状の液体窒素容器や熱シールド板を設けてい
る。

このような液体ヘリウムによる冷却によつて失
われる冷熱を移送するため冷熱移送管が使用さ
れ、その構造は、例えば第４図に示すように、中
心部に液体ヘリウムの供給管１と戻り管２を配置
し、これら液体ヘリウムの供給管１と戻りヘリウ
ムガス管２のそれぞれに多層断熱材３を設け、そ
の外周に略筒状の熱シールド板４を配置し、液体
窒素が給排される冷却液供給管５と戻り窒素ガス
管６を熱伝達材７で被覆することで熱シールド板
４等を液体窒素温度（77K）に保持するように
し、さらに、多層断熱材８を介して外管９で覆う
ようになつている。

そして、液体ヘリウムや液体窒素を図示しない
ポンプやガス圧を利用した圧送装置を用いて循環
するようにして冷熱の補給を行なつている。

〔考案が解決しようとする問題点〕このような冷熱移送管を使用する冷却系では、
冷却媒体としての液体ヘリウムや液体窒素を被冷
却体である超電導体部分まで移送するためのポン
プやガス圧送装置が必要であり、設備費が嵩むと
ともに、運転経費が必要となる。

また、液体ヘリウムや液体窒素を冷却媒体とし
て循環するため、それぞれの供給管１，５だけで
なく戻りヘリウムガス管２、戻り窒素ガス管６が
必要となり、構造が複雑となるとともに、大径と
なり、外部からの侵入熱が増加したり、冷却媒体
の漏れを防止するよう高精度な加工・組立が必要
となるという問題点がある。

さらに、従来の冷熱移送管では、液体ヘリウム
や液体窒素等の供給管１，５および戻りヘリウム
ガス管２、戻り窒素ガス管６が外管９内に収納さ
れているため、可撓性がほとんどなく、配管に制
約を受け超伝導体と液体ヘリウム等の容器とを特
別の位置関係にしなければならないという問題も
ある。

この考案はかかる従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、通常、被冷却体となる超電導体等
は侵入熱を極力押えるよう特別に設計された断熱
容器等に収納され、定常運転時、比較的少量の冷
熱を供給することで低温状態あるいは極低温状態
に保持することができるということに基づき、構
造が簡単で漏洩の危険がなく、しかも配管上の制
約のない可撓性冷熱移送管を提供しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するためこの考案の可撓性冷
熱移送管は、一端部が冷熱源に接続され、他端部
が被冷却体に接続される多芯の良熱伝導体で形成
され冷熱を熱伝導で移送する可撓性の冷熱移送体
と、この冷熱移送体を密閉状態で覆う可撓性の外
管と、これら外管と冷熱移送体との間に設けられ
外部からの熱侵入を防止する可撓性の断熱構造と
でなることを特徴とするものである。

〔作用〕

高純度アルミニウム等の良熱伝導体を多芯にし
て可撓性の冷熱移送体を形成してその一端部を冷
凍機の冷熱発生部に接触あるいは、液体ヘリウム
や液体窒素等の冷熱源に接触または、浸漬するこ
と等で接続するとともに、他端部を超電導体等の
被冷却体に接触させること等で接続するように
し、この伝熱移送体をステンレス等をコルゲート
形状とした可撓性の外管で覆うとともに、この間
に真空断熱や可撓性を持たせた多層断熱材あるい
は、これらと可撓性を持たせた熱シールド板等に
よる可撓性の断熱構造を設けて断熱し、冷熱源の
冷却体を直接循環することなく、熱伝導により冷
熱を移送するようにしており、構造が簡単で漏洩
等の危険のない可撓性冷熱移送管としている。

〔実施例〕

以下、この考案の一実施例を図面に基づき詳細
に説明する。

第１図および第２図はこの考案の可撓性冷熱移
送管の一実施例にかかり、第１図は一部分を切欠
いて示す斜視図、第２図は可撓性断熱構造用のス
ペーサの斜視図である。

この可撓性冷熱移送管１０は、中心部に高純度
アルミニウムや高純度銅等の良熱伝導体で作られ
た細径の線材を複数本束ねて可撓性を持たせた可
撓性熱移送体１１が配置され、この可撓性冷熱移
送体１１の外側に空間を隔ててステンレス鋼板等
をコルゲート形状に連続成形したベローズ状の可
撓性外管１２が設けられており、可撓性外管１２
内を密閉空間とすることができるようになつてい
る。

このような可撓性冷熱移送管１０の可撓性冷熱
移送体１１と可撓性外管１２との間には、外部か
らの熱侵入を防止するよう可撓性のある断熱構造
１３が設けられる。

この可撓性の断熱構造１３は、例えば多芯の可
撓性冷熱移送体１１の外周に多層断熱材（スーパ
ーインシユレーシヨン）１４を巻き付け、この多
層断熱材１４の外周に、第２図に示すように、プ
ラスチツク等の不良熱伝導体を用いて梯子状に形
成し、その側壁上に突起１５ａが形成されたスペ
ーサ１５をら旋状に巻き、スペーサ１５の空間を
利用して可撓性を確保するようにしている。

このスペーサ１５上には、その突起１５ａを介
して多点で支持される銅製のベローズ状の熱シー
ルド板１６が筒状に配置されており、この熱シー
ルド板１６の一端部を液体窒素に浸漬したり、冷
凍機の冷熱発生部に接触させることで77K程度に
冷却保持するようになつている。

このベローズ状で可撓性が与えられた熱シール
ド板１６の外周にも多層断熱材１４が巻き付けら
れ、さらにスペーサ１５がら旋状に巻かれ、その
突起１５ａで可撓性外管１２が支持されるように
なつており、この可撓性外管１２内が高真空状態
に保持され、真空断熱が行なわれている。

このようなスペーサ１５を挟んで多層断熱材１
４および可撓性熱シールド板１６が配置されてい
るので、断熱構造１３自体に可撓性が与えられる
一方、スペーサ１５上に配置される可撓性熱シー
ルド板１６および可撓性外管１２が突起１５ａで
支持され、点接触となつているので、外部からの
熱侵入が極力抑えられる。

このような可撓性冷熱移送管１０では、中心部
の多芯の可撓性冷熱移送体１１の熱伝導度により
冷熱の移送効率に大きな影響があるが、例えば高
純度のアルミニウム等では、熱伝導度に温度依存
性があり、低温になるにつれて徐々に減少する
が、極低温域でピークを示す特徴があり、しかも
高純度になるほど熱伝導度が高く、このピークが
低温側に移行し、純度が99.999％のアルミニウム
の熱伝導度λは、温度が4.2K付近で10000W／
ｍ・Ｋ程度となり、非常に大きい値となつて、冷
熱移送に好適となる。

また、この可撓性冷熱移送体１１は、一端部が
液体ヘリウム中に浸漬されたり、冷凍機の冷熱発
生部に接触され、他端部を超電導体等の被冷却体
に接続して使用し、4.2K程度まで冷却されるこ
とになるので、多芯に束ねた構造とした場合に
は、熱収縮を吸収できるような接続構造が必要と
され、多芯の可撓性冷熱移送体１１を撚線構造と
して撚合せ部分で熱収縮の吸収を行なうようにす
る。

一方、スペーサ１５については、側壁の一方側
に突起１５ａを形成して点接触とするようにして
いるが、このスペーサ１５をら旋状に巻き付ける
場合、一方向に一重に巻き付けるようにするだけ
でなく、逆方向に巻き付けて二重構造とし、可撓
性に方向性が生じないようにするとともに、断熱
性の向上をはかるようにしたり、側壁の反対側に
も突起１５ａを追加して多層断熱材１４とも点接
触となるようにすることも可能である。

かように構成された可撓性冷熱移送管１０は、
可撓性冷熱移送体１１の一端部が冷凍機の冷熱発
生部（4K程度）に接触あるいは液体ヘリウムに
浸漬されたり、液体ヘリウムタンクと一体に取付
けられて接触状態とされ、他端部がクライオスタ
ツト等の断熱冷却容器内の被冷却体に接続される
とともに、可撓性熱シールド板１６の一端部が冷
凍機の冷熱発生部（70〜80K程度）に接触した
り、液体窒素に浸漬されたり、液体窒素タンクと
一体に取付けられて接触状態で使用される。

この結果、液体ヘリウム等のもつ冷熱が良熱伝
導体で作られた可撓性冷熱移送体１１を介して移
送され、被冷却体である超電導体等が冷却される
とともに、この可撓性冷熱移送体１１は、可撓性
熱シールド板１６および多層断熱材１４で断熱さ
れ、しかも可撓性外管１２と可撓性冷熱移送体１
１との間が高真空状態に保持されているので、外
部からの熱侵入は極くわずかである。

また、可撓性冷熱移送管１０自体に可撓性があ
り、自由に配管することができる。

このような熱伝導による冷熱移送の熱移動量Ｑ
を試算したところ、次のような結果が得られた。

条件冷熱移送体：99.999％アルミ熱伝導度λ：10000W／ｍ・Ｋ全断面積Ｆ：５cm²＝0.0005m² 長さＩ：１ｍ温度差△ｔ：0.5K＝（4.7−4.2）Ｋ熱移動量Ｑ＝Ｆ・λ・△ｔ＝５×10^-4×１×10⁴×0.5＝2.5W／ｍ一方、輻射熱等外部からの侵入熱量Q′は、通
常0.2W／ｍ程度である。

したがつて、この可撓性冷熱移送管１０によ
り、単位長さ当り2.0Wの冷熱の移送が可能であ
り、定常運転時、冷熱移送可能量よりも小さく設
計されたクライオスタツト等の断熱冷却容器に侵
入する熱の除去等に十分使用することができる。

さらに、冷熱の移動量Ｑは多芯の冷熱移送体１
１の全断面積Ｆに比例することから、可撓性を失
なわない程度に、直径を大きくするなど全断面積
Ｆを増大すれば、熱移動量Ｑを増加することがで
き、冷却能力を大きくできる。

次に、この発明の可撓性冷熱移送管１０の使用
例について、第３図により具体的に説明する。

この使用例は、医学分野の画像診断用のMRI
−CT（核磁気共鳴コンピユータ断層像撮影装置）
に適用するものであり、クライオスタツト２０と
冷凍機３０との間の冷熱移送に第１図に示した可
撓性冷熱移送管１０に二重構造の可撓性熱シール
ド板１６，１６′を配置したものを使用している。

このクライオスタツト２０では、超電導磁石２
１が定常運転時、侵入熱量が1W以下に設計され
た液体ヘリウム容器２２内の液体ヘリウムに浸漬
されて4K程度まで冷却されるとともに、この液
体ヘリウム容器２２に蒸発するヘリウムガスを再
凝縮する再凝縮用コールドヘツド２３が設けてあ
る。また、この液体ヘリウム容器２２を囲むよう
に20K輻射シールド板２４および80K輻射シール
ド板２５が設けてあり、冷凍機３０からの冷熱で
20K程度または80K程度に保持し、液体ヘリウム
の蒸発量を少なくするようにしている。

一方、冷凍機３０は、4K冷熱発生部３１，
20K冷熱発生部３２および80K冷熱発生部３３を
備えており、冷凍機用作動ガスはこの冷凍機３０
と図示しない作動ガス圧縮機の間だけで循環され
るようになつている。

このようなクライオスタツト２０と冷凍機３０
との間に配管される可撓性冷熱移送管１０は多芯
で可撓性の冷熱移送体１１の外側に２重構造の可
撓性熱シールド板１６，１６′を備えたものが使
用され、中心部の可撓性冷熱移送体１１の一端部
が冷凍機３０の4K冷熱発生部３１に接続され、
他端部がクライオスタツト２０の液体ヘリウム容
器２２に付設された再凝縮用コールドヘツド２６
に接続されており、可撓性冷熱移送管１０の熱シ
ールド板１６の一端部が冷凍機３０の20K冷熱発
生部３２に接続され、熱シールド板１６′の一端
部が80K冷熱発生部３３に接続されている。さら
に、可撓性冷熱移送管１０の熱シールド板１６，
１６′の他端部は、それぞれクライオスタツト２
０内の20K輻射シールド板２４または80K輻射シ
ールド板２５に接続され、これらの輻射シールド
板２４，２５への熱移送体を兼ねるようにしてあ
る。

したがつて、可撓性冷熱移送管１０の冷熱移送
体１１、熱シールド板１６，１６′のそれぞれで
熱伝導により冷熱を移送するようになつている。

このように、可撓性冷熱移送管１０を使用する
ことで、冷媒ガス等を循環することなく、冷熱の
みを移送でき、漏洩の問題が全くなく、安全であ
る。

また、この可撓性冷熱移送管１０では、熱サイ
フオンのように上下方向に配管する等の配管上の
制約がなく、ヒートパイプのように蒸発と凝縮と
が生ずる作動液体の選択や使用温度範囲の制約も
なく、MRI−CTに使用する場合に限らず、広範
囲の冷熱移送に使用でき、特に、高純度アルミニ
ウムを多芯の冷熱移送体１１として使用すれば、
低温域で熱伝導度のピークがあることから、効率
的な冷熱移送ができる。

さらに、この可撓性冷熱移送管１０の可撓性に
より、可撓性冷熱移送管１０を任意の方向に曲げ
て配管することができ、クライオスタツト２０と
冷凍機３０との配置を自由に選ぶことができる。

なお、上記実施例では、スペーサを梯子状にし
てその側壁に突起を形成するようにしたが、プラ
スチツク等の網状のものを巻き付ける等、その形
状は任意で良く、接触面積が少なく可撓性が与え
られる形状であれば良い。

〔考案の効果〕

以上、一実施例とともに具体的に説明したよう
にこの考案の可撓性冷熱移送管によれば、多芯の
良熱伝導体で形成した可撓性冷熱移送体の一端部
を冷熱源に、他端部を被冷却体にそれぞれ接続
し、この可撓性冷熱移送体を密閉状態の可撓性外
管で覆うとともに、冷熱移送体と外管との間に可
撓性の断熱構造を設けるようにしたので、多芯の
冷熱移送体を介して熱伝導で冷熱を移送すること
ができ、従来のように冷媒ガスを直接送つて冷却
する場合に比べ、戻り配管を設ける必要がなく、
構造が簡単で安価に冷熱を移送できる。また、可
撓性冷熱移送管の可撓性を利用して自由に配管す
ることができる。

さらに、冷媒ガスを循環しないので、冷媒ガス
の漏洩のおそれがなく安全であり、高精度な加工
や組立の必要がなく、製作も容易である。

また、熱サイフオンやヒートパイプのように配
管上の制約や使用温度範囲の制約がなく、自由に
配管できるとともに、常温から4K程度の極低温
域まで広く使用でき、特に、熱伝導度の大きい領
域での使用に好適である。

また、冷熱の移送のためポンプやガス圧送装置
が不要であり、イニシヤルコストのみならず、ラ
ンニングコストの低減がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの考案の可撓性冷熱移
送管の一実施例にかかり、第１図は一部分を切欠
いて示す斜視図、第２図は可撓性断熱構造用のス
ペーサの斜視図、第３図はこの考案の可撓性冷熱
移送管の一使用例の概略構成図、第４図は従来例
の横断面図である。１０……可撓性冷熱移送管、１１……可撓性冷
熱移送体、１２……可撓性外管、１３……可撓性
の断熱構造、１４……多層断熱材、１５……スペ
ーサ、１５ａ……突起、１６，１６′……可撓性
熱シールド板。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

一端部が冷熱源に接続され、他端部が被冷却体
に接続される多芯の良熱伝導体で形成され冷熱を
熱伝導で移送する可撓性の冷熱移送体と、この冷
熱移送体を密閉状態で覆う可撓性の外管と、これ
ら外管と冷熱移送体との間に設けられ外部からの
熱侵入を防止する可撓性の断熱構造とでなること
を特徴とする可撓性冷熱移送管。