JPH0582045B2 - - Google Patents

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JPH0582045B2
JPH0582045B2 JP58136604A JP13660483A JPH0582045B2 JP H0582045 B2 JPH0582045 B2 JP H0582045B2 JP 58136604 A JP58136604 A JP 58136604A JP 13660483 A JP13660483 A JP 13660483A JP H0582045 B2 JPH0582045 B2 JP H0582045B2
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JP
Japan
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superconducting magnet
helium
power lead
inner tank
heat
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JP58136604A
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Japanese (ja)
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Kinya Matsutani
Katsutoki Sasaki
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to KR8404441A priority patent/KR890003871B1/en
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Publication of JPH0582045B2 publication Critical patent/JPH0582045B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H01F6/065Feed-through bushings, terminals and joints

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は小型冷凍機と超電導磁石を組合せて成
る超電導磁石装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a superconducting magnet device comprising a combination of a small refrigerator and a superconducting magnet.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

第1図は、従来の超電導磁石装置の構成を示す
ものである。図において、超電導磁石1は冷却媒
体例えば極低温(例えば4.2K)の液体ヘリウム
2で満たされた内槽3に収納されている。この超
電導磁石1を超電導状態に保持している保冷容器
4は内槽3と外槽5からなり、内槽3と外槽5と
の間には輻射シールド板6が設けられ、さらにこ
の輻射シールド板6には液体窒素7が流れるシー
ルド管8が設けられ熱シールド効果を高めてい
る。また、超電導状態に保持された上記超電導磁
石1はパワーリード10を介して、外部に設置さ
れた超電導磁石用電源9と接続され、これによ
り、励磁電流を供給して所要の磁場が被磁場印加
機器16に印加される。この際、パワーリード1
0、低温配管11、液体ヘリウム移送管12、外
槽5、輻射シールド板6、内槽3を介して、熱伝
導や輻射により極低温の液体ヘリウム2に外部
(例えば300K)より熱が侵入する。そして、この
侵入熱により液体ヘリウム2は蒸発しガスヘリウ
ム13が発生する。このガスヘリウム13は、パ
ワーリード10が通つている外筒14の内部を流
れ、パワーリード10を冷却(ガス冷却)して低
温配管11に入る。パワーリード10よりの熱侵
入量は、このガス冷却により低減される。ガスヘ
リウム13はヘリウム液化機15に入り、極低温
の液体ヘリウム2に変換される。この液体ヘリウ
ム2は、液体ヘリウム移送管12を介して内槽3
に入る。このように、侵入熱により蒸発したヘリ
ウムはパワーリード10を冷却した後に、ヘリウ
ム液化機15により液化され内槽3へと戻る循環
をくり返しながら超電導磁石1を超電導状態に保
持している。
FIG. 1 shows the configuration of a conventional superconducting magnet device. In the figure, a superconducting magnet 1 is housed in an inner tank 3 filled with a cooling medium, such as liquid helium 2 at an extremely low temperature (for example, 4.2 K). The cold container 4 that holds the superconducting magnet 1 in a superconducting state is composed of an inner tank 3 and an outer tank 5, and a radiation shield plate 6 is provided between the inner tank 3 and the outer tank 5. A shield tube 8 through which liquid nitrogen 7 flows is provided on the plate 6 to enhance the heat shielding effect. In addition, the superconducting magnet 1 maintained in a superconducting state is connected to an externally installed superconducting magnet power source 9 via a power lead 10, thereby supplying an exciting current and applying a required magnetic field to the magnetic field. is applied to equipment 16. At this time, power lead 1
0. Heat enters the extremely low temperature liquid helium 2 from the outside (for example, 300K) through thermal conduction or radiation through the low temperature pipe 11, liquid helium transfer pipe 12, outer tank 5, radiation shield plate 6, and inner tank 3. . Then, the liquid helium 2 evaporates due to this penetrating heat, and gas helium 13 is generated. This gas helium 13 flows inside the outer cylinder 14 through which the power lead 10 passes, cools the power lead 10 (gas cooling), and enters the low-temperature pipe 11. The amount of heat entering from the power lead 10 is reduced by this gas cooling. Gaseous helium 13 enters a helium liquefier 15 and is converted into cryogenic liquid helium 2. This liquid helium 2 is transferred to the inner tank 3 via a liquid helium transfer pipe 12.
to go into. In this way, the helium evaporated due to the intrusion heat cools the power lead 10, is liquefied by the helium liquefier 15, and is returned to the inner tank 3, where the circulation is repeated to maintain the superconducting magnet 1 in a superconducting state.

ところで、このように構成された超電導磁石装
置は大型の超電導磁石には適するが、例えば単結
晶引上装置等に使用する比較的小型の超電導磁石
(例えば励磁電流300〜500A程度、極低温に於け
るヘリウム蒸発量1〜2/h程度)には適さな
い。これは、従来型のヘリウム液化機15は大型
超電導磁石用に開発されており、小さな冷凍能力
(例えばヘリウム蒸発量1〜2/h程度)に適
したものがないためである。従つて通常のヘリウ
ム液化機15を小型超電導磁石に適用すると、超
電導磁石1に対してヘリウム液化機15の大きさ
あるいは占有面積が過大となり、さらに価格面か
ら見ても超電導磁石1に比べてヘリウム液化機1
5の価格が過大となり、超電導磁石装置は日上に
高価なものとなつてしまう。
By the way, the superconducting magnet device configured in this way is suitable for large-sized superconducting magnets, but it is suitable for relatively small superconducting magnets used in, for example, single-crystal pulling devices (e.g., excitation current of about 300 to 500 A, at extremely low temperatures). (helium evaporation rate of about 1 to 2/h). This is because the conventional helium liquefier 15 has been developed for use with large superconducting magnets, and there is no one suitable for small refrigerating capacity (for example, helium evaporation rate of about 1 to 2/h). Therefore, if a normal helium liquefier 15 is applied to a small superconducting magnet, the size or occupied area of the helium liquefier 15 will be excessive compared to the superconducting magnet 1, and furthermore, from a cost perspective, the helium liquefier 15 will be larger than the superconducting magnet 1. Liquefaction machine 1
5 becomes excessive, and the superconducting magnet device becomes even more expensive.

一方、この小型超電導磁石容量に見合う従来型
の小型冷凍機を用いて、超電導磁石装置をコンパ
クト、低価格にする場合は、従来型の小型冷凍機
の冷凍能力は、保冷容器4、内槽3、シールド
6,8、外槽5を介しての輻射熱分を供給し、さ
らにパワーリード10の蒸発ガス冷却量をも供給
する程はない。
On the other hand, if you want to make the superconducting magnet device compact and low-cost by using a conventional small refrigerator that matches the capacity of this small superconducting magnet, the freezing capacity of the conventional small refrigerator is 4 cold containers, 3 inner tanks, , the shields 6 and 8, and the outer tank 5, and the amount of evaporative gas cooling of the power lead 10 is not enough.

そこで、通常は超電導磁石に永久電流スイツチ
を取付け、パワーリードを着脱式とし、超電導磁
石が励磁された後は、パワーリードをはずし、パ
ワーリード部よりの熱侵入をしや断して永久電流
モードにて運転を行なつている。このようにすれ
ば、外部よりの熱侵入は輻射熱および各種低温配
管からの熱伝導のみとなり、従来型の小型冷凍機
の冷凍能力のみでも十分に超電導磁石を超電導状
態に保つことが可能である。
Therefore, normally a persistent current switch is attached to the superconducting magnet and the power lead is removable. After the superconducting magnet is excited, the power lead is removed and the heat intrusion from the power lead is cut off to prevent the permanent current mode. I am driving at. In this way, heat intrusion from the outside is limited to radiant heat and heat conduction from various low-temperature pipes, and it is possible to maintain the superconducting magnet in a superconducting state with just the cooling capacity of a conventional small refrigerator.

しかしながら、この方式では一度永久電流モー
ドになると励磁電流は常に一定となり、電流値を
変化させることが出来ない。例えば、単結晶引上
装置に使用する小型超電導磁石装置を考えると、
単結晶引上中に磁場強度を変化あるいは制御する
ことにより、単結晶中の不純物濃度を制御すると
いう要請がある。そのため、磁場強度すなわち励
磁電流値を変化させる必要がある。この様に、一
般に超電導磁石装置を用いる機器においては、そ
の印加磁場強度すなわち励磁電流値を変化あるい
は制御するという要請が多い。
However, in this method, once the persistent current mode is entered, the excitation current is always constant and the current value cannot be changed. For example, considering a small superconducting magnet device used in a single crystal pulling device,
There is a need to control the impurity concentration in a single crystal by varying or controlling the magnetic field strength during single crystal pulling. Therefore, it is necessary to change the magnetic field strength, that is, the excitation current value. In general, in devices using superconducting magnet devices, there are many demands to change or control the applied magnetic field strength, that is, the excitation current value.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記のような事情を考慮して成された
もので、その目的は小型冷凍機と小型超電導磁石
を組合せて励磁電流値を制御することが可能なコ
ンパクトで低価格の超電導磁石装置を提供するこ
とにある。
The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a compact and low-cost superconducting magnet device that can control the excitation current value by combining a small refrigerator and a small superconducting magnet. It is about providing.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するために本発明の超電導磁石
装置は、冷却媒体が満たされた内槽と外槽からな
る保冷容器と、この保冷容器の内槽内に収納され
た超電導磁石と、前記保冷容器に取付けられ、前
記保冷容器の内側に複数段階の冷凍ステージを有
する小型冷凍機と、前記保冷容器の内槽と外槽と
の間に設けられた輻射シールド板と、前記冷凍ス
テージに熱的に結合され、前記冷却媒体への侵入
熱量が最小になるように各冷凍ステージ間におけ
る導体断面積および導体長さが設定され、前記超
電導磁石に超電導磁石用電源から励磁電流を供給
するパワーリードとを備えた構成とする。
In order to achieve the above object, a superconducting magnet device of the present invention includes a cold container consisting of an inner tank and an outer tank filled with a cooling medium, a superconducting magnet housed in the inner tank of the cold container, and a superconducting magnet device that includes a cooling container. A small refrigerator is attached to the cooling container and has a plurality of freezing stages inside the cooling container, a radiation shield plate is provided between an inner tank and an outer tank of the cooling container, and a radiation shield plate is installed in the cooling container, and and a power lead for supplying exciting current to the superconducting magnet from a superconducting magnet power source, and the conductor cross-sectional area and conductor length between each freezing stage are set so that the amount of heat intruding into the cooling medium is minimized. The structure shall be equipped with the following.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を第2図に示す一実施例について
説明する。第2図は、本発明による超電導磁石装
置の構成例を示すもので、第1図と同一部分には
同一符号を付して示す。図において、超電導磁石
1は液体ヘリウム2が満たされた内槽3に収納さ
れている。第1および第2の小型冷凍機20およ
び30は、保冷容器4に直接取付けられている。
この第1の小型冷凍機20は、当該冷凍機内を循
環している冷凍媒体(例えばヘリウム)21を圧
縮する圧縮機ユニツト22と、これにより圧縮さ
れた冷凍媒体21を断熱膨張させて冷凍する膨張
機23と、この膨張機23により冷却された冷凍
媒体21により輻射シールド温度例えば80Kまで
冷却された第1の冷却ステージ24と、冷凍媒体
21によりヘリウム液化温度例えば4.2Kまで冷
却されたヘリウム再凝縮器25とから成つてい
る。ここで第1の冷凍ステージ24は、保冷容器
4の外槽5と内槽3との間に設けられた輻射シー
ルド板6に直接接続され、またヘリウム再凝縮器
25は内槽3内の液体ヘリウム2の液面真上の位
置に設けられている。
Hereinafter, one embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described. FIG. 2 shows an example of the configuration of a superconducting magnet device according to the present invention, and the same parts as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the figure, a superconducting magnet 1 is housed in an inner tank 3 filled with liquid helium 2. The first and second small refrigerators 20 and 30 are directly attached to the cold container 4.
This first small refrigerator 20 includes a compressor unit 22 that compresses a refrigerating medium (for example, helium) 21 circulating in the refrigerator, and an expansion unit that adiabatically expands and freezes the compressed refrigerating medium 21. The first cooling stage 24 is cooled to a radiation shield temperature of, for example, 80 K by the refrigerating medium 21 cooled by the expander 23, and the helium recondensing stage is cooled to a helium liquefaction temperature of, for example, 4.2 K by the refrigerating medium 21. It consists of a container 25. Here, the first freezing stage 24 is directly connected to the radiation shield plate 6 provided between the outer tank 5 and the inner tank 3 of the cold storage container 4, and the helium recondenser 25 is connected to the liquid inside the inner tank 3. It is located directly above the helium 2 liquid level.

また第2の小型冷凍機30は、当該冷凍機内を
循環している冷凍媒体31を圧縮する圧縮ユニツ
ト32と、これより出た圧縮冷凍媒体31を膨張
させて冷却する膨張機33と、この膨張機33に
より冷却された冷凍媒体31により例えば80Kま
で冷却された第2の冷凍ステージ34と、冷凍媒
体31により例えば20Kまで冷却された第3の冷
凍ステージ35とから成つている。
The second small refrigerator 30 also includes a compression unit 32 that compresses the refrigerant medium 31 circulating within the refrigerator, an expander 33 that expands and cools the compressed refrigerant medium 31 discharged from the compressor unit 32, and It consists of a second freezing stage 34 that is cooled to, for example, 80K by the freezing medium 31 cooled by the machine 33, and a third freezing stage 35 that is cooled to, for example, 20K by the freezing medium 31.

一方、超電導磁石1に励磁電流を供給するパワ
ーリード10は、液体ヘリウム2から出て内槽3
および輻射シールド6を貫通し、所要の導体長さ
および導体断面積を取つた後に第3の冷凍ステー
ジ35に接続され、さらに所要の導体長さおよび
導体断面積を取つた後に第2の冷凍ステージ34
に接続され、最後に所要の導体長さおよび導体断
面積を取つた後に、外槽5を貫通して超電導磁石
用電源9に接続される。
On the other hand, a power lead 10 that supplies an exciting current to the superconducting magnet 1 exits from the liquid helium 2 and enters the inner tank 3.
After passing through the radiation shield 6 and taking the required conductor length and conductor cross-sectional area, it is connected to the third freezing stage 35, and after taking the required conductor length and conductor cross-sectional area, it is connected to the second freezing stage. 34
Finally, after obtaining the required conductor length and conductor cross-sectional area, the conductor is passed through the outer tank 5 and connected to the superconducting magnet power source 9.

ここで、パワーリード10と各冷凍ステージ3
4,35との接続箇所は、電気的に絶縁されてい
る。また、内槽3を貫通するヘリウム再凝縮器2
5およびパワーリード10の貫通部分は気密構造
とし、内槽3内の液体ヘリウム2の蒸発ガスが外
部へ漏れない構造になつている。さらに、パワー
リード10の導体断面積は外槽4〜第2の冷凍ス
テージ34間、第2の冷凍ステージ34〜第3の
冷凍ステージ35間、第3の冷凍ステージ35〜
超電導磁石1間にて順次この順番にその導体断面
積を小さくしている。
Here, power lead 10 and each freezing stage 3
4 and 35 are electrically insulated. In addition, a helium recondenser 2 passing through the inner tank 3
The penetrating portions of the helium 5 and the power lead 10 have an airtight structure, so that the evaporated gas of the liquid helium 2 in the inner tank 3 does not leak to the outside. Furthermore, the conductor cross-sectional area of the power lead 10 is between the outer tank 4 and the second freezing stage 34, between the second freezing stage 34 and the third freezing stage 35, and between the third freezing stage 35 and the third freezing stage 35.
The cross-sectional area of the conductor between the superconducting magnets 1 is successively reduced in this order.

次に、上記のように構成した超電導磁石装置の
作用について説明する。まず、被磁場印加機器1
6(例えば単結晶引上装置)に磁場を印加するた
めに、パワーリード10を介して超電導磁石用電
源9により超電導磁石1を励磁すると、パワーリ
ード10の電気抵抗によるジユール熱、液体ヘリ
ウム温度と大気温度との温度差によるパワーリー
ド10を介して熱伝導による侵入熱、および外槽
5、輻射シールド板6、内槽3を通しての輻射に
よる侵入熱により液体ヘリウム2は蒸発を始め
る。パワーリード10から発生するジユール熱お
よび熱伝導による侵入熱は、第2の冷凍機30の
第2および第3の冷凍ステージ34および35に
より除去される。
Next, the operation of the superconducting magnet device configured as described above will be explained. First, magnetic field applying device 1
6 (for example, a single crystal pulling device), when the superconducting magnet 1 is excited by the superconducting magnet power source 9 via the power lead 10, Joule heat due to the electrical resistance of the power lead 10, liquid helium temperature and The liquid helium 2 begins to evaporate due to the intrusion heat due to thermal conduction through the power lead 10 due to the temperature difference with the atmospheric temperature, and the intrusion heat due to radiation through the outer tank 5, the radiation shield plate 6, and the inner tank 3. The Joule heat generated from the power lead 10 and the intrusion heat due to thermal conduction are removed by the second and third freezing stages 34 and 35 of the second refrigerator 30.

一般に、パワーリードよりの侵入熱は、パワー
リード断面積を大にすればジユール熱は小さくな
るが、熱伝導による侵入熱は大きくなる。逆に、
パワーリード断面積を小にすればジユール熱は大
きくなり、熱伝導による侵入熱は小さくなる。そ
こで、熱侵入を最小にするパワーリードの最適断
面積が存在する。この最適断面積は、励磁電流
値、第2、第3の冷凍ステージ34,35の温
度・冷凍能力およびパワーリードの導体長さによ
つて決まる。従つて、第2の小型冷凍機30の第
2、第3の冷凍ステージ34,35の冷凍能力に
見合うように、液体ヘリウム3〜第3の冷凍ステ
ージ35(例えば20K)間、第3の冷凍ステージ
35〜第2の冷凍ステージ34(例えば80K)間
および第3の冷凍ステージ35〜外槽5(例えば
300K)間のパワーリード10の導体長さおよび
断面積を適切に選ぶことにより、液体ヘリウム2
へのパワーリード10よりの侵入熱を最小とする
ことが出来る。
Generally, as for heat intrusion from the power lead, increasing the cross-sectional area of the power lead will reduce the Joule heat, but the intrusion heat due to thermal conduction will increase. vice versa,
If the cross-sectional area of the power lead is made smaller, the Joule heat will increase, and the amount of heat introduced by thermal conduction will decrease. Therefore, there is an optimal cross-sectional area of the power lead that minimizes heat intrusion. This optimum cross-sectional area is determined by the excitation current value, the temperature/refrigeration capacity of the second and third refrigeration stages 34 and 35, and the conductor length of the power lead. Therefore, in order to match the refrigerating capacity of the second and third refrigerating stages 34 and 35 of the second small refrigerator 30, between the liquid helium 3 and the third refrigerating stage 35 (for example, 20K), the third refrigerating Between the stage 35 and the second freezing stage 34 (e.g. 80K) and between the third freezing stage 35 and the outer tank 5 (e.g.
By appropriately selecting the conductor length and cross-sectional area of the power lead 10 between
The heat entering from the power lead 10 can be minimized.

この最適条件は、例えば一般に良く知られた次
式によつて求めることが出来る。つまり、 Q=I・√・Th−Tccos(τl/a)/sin(τl
/a) において、 /a=1/τcos-1Tc/Th のとき、熱侵入量は最小値Qmin Qmin=I・√(h 2c 2) となる。ここで、 Q:熱侵入量 I:電流値 λ:熱伝導率 α:定数(ρ=αT、ρ:パワーリード抵抗率、
T:温度) K:熱伝導率 τ:τ=I・√ Th:高温部温度 Tc:低温部温度 a:パワーリード断面積 l:パワーリード長さ このようにして、パワーリード10よりの熱侵
入を小さく出来、さらにパワーリード10をガス
冷却しないで済むため蒸発ヘリウム量が大幅に低
減する。このため、輻射熱あるいは各種低温配管
からの熱伝導による侵入熱によつて蒸発した密閉
内槽3内のヘリウムガスは、すべて従来形の小型
冷凍機の冷凍能力のみで再液化することが出来
る。すなわち、蒸発した液体ヘリウム2は内槽3
内に設置されたヘリウム再凝縮器25によつて潜
熱をうばわれ、再凝縮し、液滴となつて密閉構造
の内槽3内の液体ヘリウム2として戻される。ま
た輻射シールド板6は、第1の小型冷凍機20の
第1の冷凍ステージ24(例えば80K)に直接接
続されており、この第1の冷凍ステージ24から
の熱伝導により直接冷却される。これにより、コ
ンパクトで構成の簡単なシールドが得られる。
This optimum condition can be determined, for example, by the following equation, which is generally well known. In other words, Q=I・√・T h −T c cos(τl/a)/sin(τl
/a) When /a=1/τ cos -1 T c /T h , the amount of heat penetration becomes the minimum value Qmin Qmin=I·√( h 2c 2 ). Here, Q: Heat penetration amount I: Current value λ: Thermal conductivity α: Constant (ρ=αT, ρ: Power lead resistivity,
T: Temperature) K: Thermal conductivity τ: τ=I・√ T h : High temperature part temperature T c : Low temperature part temperature a: Power lead cross-sectional area l: Power lead length In this way, the power lead 10 Heat intrusion can be reduced, and furthermore, since the power lead 10 does not need to be cooled with gas, the amount of evaporated helium is significantly reduced. Therefore, all the helium gas in the sealed inner tank 3 that has been evaporated by radiant heat or intrusion heat due to heat conduction from various low-temperature pipes can be reliquefied only by the freezing capacity of the conventional small refrigerator. That is, the evaporated liquid helium 2 is transferred to the inner tank 3.
The latent heat is removed by a helium recondenser 25 installed inside the helium tank, whereupon the latent heat is recondensed, and the droplets are returned as liquid helium 2 inside the sealed inner tank 3. Further, the radiation shield plate 6 is directly connected to the first freezing stage 24 (for example, 80K) of the first small refrigerator 20, and is directly cooled by heat conduction from the first freezing stage 24. This results in a compact and easily constructed shield.

上述したように、本実施例の超電導磁石装置に
よれば次のような効果が得られる。
As described above, the superconducting magnet device of this embodiment provides the following effects.

(a) パワーリード10を直接に小型冷凍機により
冷却し、保冷容器4の内槽3を密閉形とするこ
とが出来るので、液体ヘリウムの蒸発を抑制す
ることが出来る。ヘリウム蒸発量が低減される
ので、従来形の小型冷凍機により内槽3内のヘ
リウムガスを再凝縮することが出来る。
(a) Since the power lead 10 can be directly cooled by a small refrigerator and the inner tank 3 of the cold storage container 4 can be sealed, evaporation of liquid helium can be suppressed. Since the amount of helium evaporation is reduced, the helium gas in the inner tank 3 can be recondensed using a conventional small refrigerator.

(b) パワーリード10を直接冷却しているので、
超電導磁石装置運転中でも超電導状態を破壊す
ることなく、任意にその磁場強度すなわち磁場
電流値を変化させることができる。これによ
り、例えば単結晶引上装置用の超電導磁石装置
に本装置を適用した場合には、磁場強度制御に
より単結晶中の不純物濃度を抑制することが可
能となる。
(b) Since the power lead 10 is directly cooled,
Even while the superconducting magnet device is in operation, the magnetic field strength, that is, the magnetic field current value can be changed arbitrarily without destroying the superconducting state. As a result, when this device is applied to a superconducting magnet device for a single crystal pulling device, for example, it becomes possible to suppress the impurity concentration in the single crystal by controlling the magnetic field strength.

(c) 小型冷凍機20の冷凍ステージ24により直
接に輻射シールド6を熱伝導により冷却してい
るので、装置がコンパクトとなる。
(c) Since the radiation shield 6 is directly cooled by heat conduction by the freezing stage 24 of the small refrigerator 20, the apparatus becomes compact.

(d) 小型超電導磁石1の容量に見合うだけの従来
と同等の小型冷凍機20,30を直接に保冷容
器4に取付ける構造としているので、コンパク
トで低価格の装置とすることが出来る。
(d) Since the structure is such that small refrigerators 20 and 30, which are equivalent to conventional ones and have a capacity corresponding to the capacity of the small superconducting magnet 1, are directly attached to the cold storage container 4, the device can be made compact and inexpensive.

次に、本発明の他の実施例について説明する。 Next, other embodiments of the present invention will be described.

第3図は、本発明による超電導磁石装置の他の
構成例を示すもので、第2図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。本実施例は、
パワーリード10を冷却する第2の小型冷凍機3
0の第2の冷凍ステージ34の温度を、第1の小
型冷凍機20の第1の冷凍ステージ24の温度と
同一にし、輻射シールド板6を各冷凍ステージ3
4および24に直接取付ける構成としたものであ
る。かかる構成とすることにより、輻射シールド
の冷凍能力が高まり熱シールド効果が改善される
と共に、液体ヘリウム2と第2の冷凍ステージ3
4間のパワーリード10が輻射シールド板6によ
り当該温度(例えば80K)にて熱シールドされ、
パワーリード10から熱侵入量がより一層低減さ
れる。
FIG. 3 shows another example of the structure of the superconducting magnet device according to the present invention, and the same parts as in FIG. 2 are given the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted. In this example,
A second small refrigerator 3 that cools the power lead 10
The temperature of the second freezing stage 34 of 0 is made the same as the temperature of the first freezing stage 24 of the first small refrigerator 20, and the radiation shield plate 6 is connected to each freezing stage 3.
4 and 24 directly. With this configuration, the cooling capacity of the radiation shield is increased, the heat shield effect is improved, and the liquid helium 2 and the second freezing stage 3
The power leads 10 between the four are thermally shielded by the radiation shield plate 6 at the relevant temperature (for example, 80K),
The amount of heat entering from the power lead 10 is further reduced.

第4図も、本発明による超伝導磁石装置の構成
例を示すもので、第2図と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略する。本実施例は、保冷
容器4に順次低温となる(例えば80K、20K、
4.2K)3つの冷凍ステージ104,105,1
06を有する小型冷凍機100を設け、パワーリ
ード10の冷却および内槽3内の蒸発ヘリウムの
再凝縮を同時に行なう構成としたものである。か
かる構成により一層コンパクト超電導磁石装置を
得ることができる。
FIG. 4 also shows an example of the configuration of a superconducting magnet device according to the present invention, and the same parts as in FIG. 2 are given the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted. In this embodiment, the temperature of the cold storage container 4 is sequentially lowered (for example, 80K, 20K,
4.2K) Three freezing stages 104, 105, 1
A small refrigerator 100 having 06 is provided to cool the power lead 10 and recondense the evaporated helium in the inner tank 3 at the same time. With this configuration, a more compact superconducting magnet device can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、小型冷凍
機と小型超電導磁石を組合せ、超電導磁石用電源
から励磁電流を供給するパワーリードの各冷凍ス
テージ間における導体断面積および導体長さを保
令容器内の冷却媒体への侵入熱量が最小となるよ
うに構成したので、励磁電流値を制御することが
可能なコンパクトで低価格の超電導磁石装置が提
供できる。
As explained above, according to the present invention, a small refrigerator and a small superconducting magnet are combined, and the conductor cross-sectional area and conductor length between each freezing stage of the power lead that supplies excitation current from the superconducting magnet power source are Since the structure is configured such that the amount of heat that enters the cooling medium inside the magnet is minimized, a compact and low-cost superconducting magnet device that can control the excitation current value can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の超電導磁石装置を示す構成図、
第2図は本発明の一実施例を示す構成図、第3図
および第4図は本発明の他の実施例を示す構成図
である。 1……超電導磁石、2……液体ヘリウム、3…
…内槽、4……保冷容器、5……外槽、6……輻
射シールド板、7……液体窒素、8……シールド
管、9……超電導磁石用電源、10……パワーリ
ード、11……低温配管、12……液体ヘリウム
移送管、13……ガスヘリウム、14……外槽、
15……ヘリウム液化機、16……被磁場印加機
器、20,30,100……小型冷凍機、21,
31,101……冷凍媒体、22,32,102
……圧縮機ユニツト、23,33,103……膨
張機、24,34,35,104,105,10
6……冷凍ステージ、25……ヘリウム再凝縮
器。
Figure 1 is a configuration diagram showing a conventional superconducting magnet device.
FIG. 2 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are block diagrams showing other embodiments of the present invention. 1...Superconducting magnet, 2...Liquid helium, 3...
... Inner tank, 4 ... Cooling container, 5 ... Outer tank, 6 ... Radiation shield plate, 7 ... Liquid nitrogen, 8 ... Shield tube, 9 ... Power supply for superconducting magnet, 10 ... Power lead, 11 ... Low temperature piping, 12 ... Liquid helium transfer pipe, 13 ... Gas helium, 14 ... Outer tank,
15... Helium liquefaction machine, 16... Magnetic field application equipment, 20, 30, 100... Small refrigerator, 21,
31,101...refrigeration medium, 22,32,102
... Compressor unit, 23, 33, 103 ... Expander, 24, 34, 35, 104, 105, 10
6...Freezing stage, 25...Helium recondenser.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 冷却媒体が満たされた内槽と外槽からなる保
冷容器と、この保冷容器の内槽内に収納された超
電導磁石と、前記保冷容器に取付けられ、前記保
冷容器の内側に複数段階の冷凍ステージを有する
小型冷凍機と、前記保冷容器の内槽と外槽との間
に設けられた輻射シールド板と、前記冷凍ステー
ジに熱的に結合され、前記冷却媒体への侵入熱量
が最小になるように各冷凍ステージ間における導
体断面積および導体長さが設定され、前記超電導
磁石に超電導磁石用電源から励磁電流を供給する
パワーリードとを備えていることを特徴とする超
電導磁石装置。
1. A cold storage container consisting of an inner tank and an outer tank filled with a cooling medium, a superconducting magnet housed in the inner tank of the cold storage container, and a multi-stage refrigeration system attached to the cold storage container and inside the cold storage container. A small refrigerator having a stage, a radiation shield plate provided between an inner tank and an outer tank of the cold storage container, and thermally coupled to the freezing stage, so that the amount of heat intruding into the cooling medium is minimized. A superconducting magnet device characterized in that a conductor cross-sectional area and a conductor length between each freezing stage are set as follows, and a power lead is provided for supplying excitation current to the superconducting magnet from a superconducting magnet power source.
JP58136604A 1983-07-26 1983-07-26 Superconductive magnet Granted JPS6028211A (en)

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US06/632,461 US4543794A (en) 1983-07-26 1984-07-19 Superconducting magnet device
GB08418769A GB2145506B (en) 1983-07-26 1984-07-24 Superconducting magnet device
KR8404441A KR890003871B1 (en) 1983-07-26 1984-07-26 Super conducting magnet device
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