JPH0563954B2 - - Google Patents

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JPH0563954B2
JPH0563954B2 JP59194420A JP19442084A JPH0563954B2 JP H0563954 B2 JPH0563954 B2 JP H0563954B2 JP 59194420 A JP59194420 A JP 59194420A JP 19442084 A JP19442084 A JP 19442084A JP H0563954 B2 JPH0563954 B2 JP H0563954B2
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equalizing plate
heat equalizing
superconducting coil
heat
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Yoshio Gomyo
Ichiro Takano
Keiji Ookuma
Hideki Nakagome
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04—Cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/884—Conductor
    • Y10S505/885—Cooling, or feeding, circulating, or distributing fluid; in superconductive apparatus

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、装置全体の小形化を図れるようにし
た超電導装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
超電導装置では、超電導コイルを例えば4゜K程
度の極低温に冷却することが必要である。そこ
で、従来は超電導コイルそのものを液体ヘリウム
溜めに浸漬することによつて超電導コイルを冷却
するようにしていた。しかし、この方法によれば
ヘリウム溜めに大きなスペースを必要とするこ
と、大量のヘリウムを貯留しなければならないこ
と、およびヘリウム溜めの製作工程が複雑である
こと等の欠点があつた。
これに対し、超電導コイルと熱的に接続された
冷媒循環路に、液体ヘリウムなどの冷媒を強制循
環させて超電導コイルを冷却する方法も提案され
ている。しかし、この方法は、冷媒を強制循環さ
せるための設備が必要であることから、小形の超
電導コイルに適用することは困難であつた。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、超電導コイルを
安定に冷却できるとともに冷却に必要なスペース
と冷媒液貯溜量の減少化が図れ、しかも製作が容
易で小形のコイルへの適用も可能な超電導装置を
提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、超電導コイルと、この超電導コイル
を冷却するために前記超電導コイルの周囲を被覆
する均熱板と、この均熱板の周方向端部間を電気
的に絶縁する電気絶縁部と、前記均熱板より上方
位置に配置され、内部に冷媒液を収容する冷媒液
槽と、一端が前記冷媒液槽の底部に通じ、この底
部から前記均熱板とは熱的に絶縁状態で前記均熱
板の下方に向けて延びた後に向きを変え、その後
前記均熱板に熱的に接続状態で上方に向けて延び
た後に、他端が前記冷媒液槽内の自由液面上に通
じる冷媒通流管とを具備してなることを特徴とし
ている。
〔発明の効果〕
上記構成であると、冷媒通流管内に存在してい
る冷媒のうち、上記一端から均熱板の下方に向け
て延びている管内の冷媒は、管壁を介して外部か
から熱を奪わないので液状態を保持する。一方、
冷媒通流管内に存在している冷媒のうち、均熱板
に熱的に接続状態で上方に向けて延びている管内
の冷媒は、管壁を介して均熱板から熱を奪うので
気化する。この気化によつて生成されたガスは管
内を上昇して冷媒液槽内の自由液面上へと移行す
る。この移行分に相当する冷媒液が冷媒通流管の
一端から流入する。すなわち、自然落下循環方式
では液冷媒と気化した冷媒との密度差を利用して
冷媒の循環動力を得るようにしているので、コン
プレツサの如き冷媒の循環動力を得るための手段
を必要としない。したがつて、本発明によれば、
この手段を必要としない分だけ構成の簡易化を図
ることができ、小形の超電導装置への適用が可能
となる。
また、冷媒通流管を介して超電導コイルを直接
冷却するのではなく、超電導コイルを被覆してい
る均熱板を冷媒通流管で冷却し、この均熱板で超
電導コイルを冷却するようにしているので、少な
い冷媒液量で、しかも冷媒通流管を細かいピツチ
で配設しなくても超電導コイルの各部を均一に冷
却でき、そのうえ均熱板の熱容量で熱衝撃を速や
かに吸収することができる。したがつて、装置全
体を一層小形化できるとともに冷却特性の安定化
を図ることができる。また、均熱板の周方向端部
間を電気的に分断絶縁しているので、超電導コイ
ルの励磁により均熱板が誘導加熱されて発熱する
ことが防止でき、安定した冷却性能が維持され
る。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。
第１図は、本発明の第１の実施例に係る超電導
装置を示す図である。
すなわち、同図において１は、円環状に形成さ
れた超電導コイルであり、その外周面全体を覆う
冷却装置２によつて極低温に冷却される。
冷却装置２は、具体的には次のように構成され
ている。すなわち、超電導コイル１の外周面は、
均熱板１１によつて全体的に覆われている。均熱
板１１は、たとえば銅等の良熱伝導体で形成され
た半円環状の２つの分割体１１ａ，１１ｂの各周
方向端部を電気絶縁板１２を介して絶縁ボルト１
３にて固着して構成されている。このように構成
することによつて、超電導コイル１の励磁に起因
した均熱板１１の誘導加熱が抑制される。これに
より均熱板の発熱が防止され、安定した冷却が行
える。また、均熱板１１と超電導コイル１とは、
熱的な密着性を向上させる目的で、略銅と同様の
熱膨張率を有し、かつ熱伝導性に優れたエポキシ
樹脂１４によつて一体形成される。なお、均熱板
１１には、複数の孔１５が穿設されており、これ
ら孔１５を介して均熱板１１の両面のエポキシ樹
脂１４が一体化される。したがつて、均熱板１１
とエポキシ樹脂１４とは一体となつて熱収縮する
ようになつている。
しかして、超電導コイル１は、上記均熱板１１
を介して、自然落下循環方式の冷却装置本体１６
によつて冷却される。冷却装置本体１６は、超電
導コイル１の上方に設置された液体ヘリウム槽１
７と、この液体ヘリウム槽１７の底部から同側面
へと冷媒を通流させる冷媒通流管１８とで構成さ
れている。液体ヘリウム槽１７は、ヘリウムを液
化するとともに液体ヘリウムＰを収容するもので
ある。冷媒通流管１８は、均熱板１１の２つの分
割体１１ａ，１１ｂの外面をそれぞれ這うように
２系統設けられ、それぞれが上記液体ヘリウム槽
１７の底部から均熱板１１の外周面を重力方向下
向きに進行する冷媒汲出し部２１と、この冷媒汲
出し部２１の最下端部から重力方向へ上向きに蛇
行屈曲しながら液体ヘリウム槽１７の自由液面上
に導かれる気化部２２とで構成されている。冷媒
汲出し部２１は、熱伝導性の悪い断熱スペーサ２
３を介して均熱板１１に固定され、均熱板１１と
熱的に絶縁されている。また、気化部２２は、均
熱板１１と直接接触するようにエポキシ樹脂１４
中に埋設されるとともに、所定の部位で、あるい
は全長に亙つて均熱板１１にハンダ付等の方法に
より固定されている。
上記の超電導コイル１と冷却装置２とは、たと
えば50〜80K程度の輻射シールド２４で囲繞され
るとともに、全体が真空容器２５の内部に収容さ
れ、外部からの熱侵入を遮断するようにしてい
る。
このように構成された本実施例に係る超電導装
置において、超電導コイル１は、次のようにして
冷却される。
すなわち、液体ヘリウム槽１７に収容された液
体ヘリウムＰは、液体ヘリウム槽１７の底部から
重力によつて冷媒汲出し部２１に汲出される。冷
媒汲出し部２１は、均熱板１１と熱的に絶縁され
ているので、液体ヘリウムＰは、そのままの温度
で重力方向の最下端部に到達する。さらに、気化
部２２に到達した液体ヘリウムＰは、均熱板１１
と熱的に接続されていることによつて均熱板１１
を介して超電導コイル１と熱交換され、気化す
る。気化した冷媒は、気化部２２を蛇行屈曲しな
がら上昇し、液体ヘリウム槽１７の自由液面上に
帰還する。自由液面上の冷媒ガスは、圧力によつ
て、あるいは図示しない液化装置によつて液化さ
れ再び冷媒汲出し部２１から汲出される。この冷
媒サイクルでは、冷媒汲出し部２１の内部と気化
部２２の内部とで冷媒の密度差を生じるため、こ
の密度差によつて冷媒の循環動力を得ることがで
きる。したがつて、この冷却装置２においては、
冷媒を循環させるための手段を特に必要としな
い。
このように、本実施例によれば、冷媒を強制循
環させる装置を用いずに冷媒通流管１８の内部に
冷媒を循環させることができるので、装置全体の
小形化、構成の簡単化を図ることができる。ま
た、冷媒通流管１８を介して超電導コイル１を直
接冷却するのではなく、超電導コイル１を被覆し
ている均熱板１１を冷媒通流管１８で冷却し、こ
の均熱板１１で超電導コイル１を冷却するように
しているので、少ない冷媒液量で、しかも冷媒通
流管１８を細かいピツチで配設しなくても超電導
コイル１の各部を均一に冷却でき、そのうえ均熱
板１１の熱容量で熱衝撃を速やかに吸収すること
ができる。したがつて、装置全体を一層小形化で
きるとともに冷却特性の安定化を図ることができ
る。
第２図は、本発明の第２の実施例に係る超電導
装置を示す図である。
すなわち、この実施例が先に説明した実施例と
異なる点は、気化部２２の構成である。この実施
例では気化部２２を、均熱板１１の周面に密着し
て設けられ周方向に延びる複数の枝配管３１と、
これら枝配管３１の両端部を共通に接続するヘツ
ダ３２，３３とで構成するようにしている。した
がつて、液体ヘリウム槽１７から汲出された液体
ヘリウムＰは、冷媒汲出し部２１を通つて下端の
ヘツダ３３に到達し、このヘツダ３３から各枝配
管３１を上昇する過程で超電導コイル１と熱交換
されて気化する。気化した冷媒は、上端のヘツダ
３２に集められ、戻り配管３４を介して液体ヘリ
ウム槽１７に帰還される。
このような構成であれば、前述した第１の実施
例に較べて製作が容易となるうえ、冷媒の循環流
量も上昇させることができ、冷却効率を高めるこ
とができる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定される
ものではない。たとえば、上記枝配管３１を蛇行
屈曲させるようにすれば、さらに冷却効率は上昇
する。そして、この場合にも、特に製作の困難性
をもたらすことはない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係る超電導装置を
一部切欠して示す斜視図、第２図は本発明の他の
実施例に係る超電導装置を一部切欠して示す斜視
図である。 １…超電導コイル、２…冷却装置、１１…均熱
板、１２…絶縁板、１４…エポキシ樹脂、１６…
冷却装置本体、１７…液体ヘリウム槽、１８…冷
媒通流管、２１…冷媒汲出し部、２２…気化部、
２４…輻射シールド、２５…真空容器、３１…枝
配管、３２，３３…ヘツダ、Ｐ…液体ヘリウム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 超電導コイルと、 この超電導コイルを冷却するために前記超電導
    コイルの周囲を被覆する均熱板と、 この均熱板の周方向端部間を電気的に絶縁する
    電気絶縁部と、 前記均熱板より上方位置に配置され、内部に冷
    媒液を収容する冷媒液槽と、 一端が前記冷媒液槽の底部に通じ、この底部か
    ら前記均熱板とは熱的に絶縁状態で前記均熱板の
    下方に向けて延びた後に向きを変え、その後前記
    均熱板に熱的に接続状態で上方に向けて延びた後
    に、他端が前記冷媒液槽内の自由液面上に通じる
    冷媒通流管と を具備してなることを特徴とする超電導装置。 ２ 前記均熱板は、その周方向に複数に分割さ
    れ、各々の端部間が前記電気絶縁部により電気的
    に絶縁されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の超電導装置。
JP59194420A 1984-09-17 1984-09-17 超電導装置 Granted JPS6171608A (ja)

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