JPH06185844A - Cryostat for superconductive magnet integrated with precooler - Google Patents
Cryostat for superconductive magnet integrated with precoolerInfo
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- JPH06185844A JPH06185844A JP4220427A JP22042792A JPH06185844A JP H06185844 A JPH06185844 A JP H06185844A JP 4220427 A JP4220427 A JP 4220427A JP 22042792 A JP22042792 A JP 22042792A JP H06185844 A JPH06185844 A JP H06185844A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、予冷装置一体型超電
導マグネット用クライオスタットに関するものである。
さらに詳しくは、この発明は、省スペース化とともに、
配管等系からの侵入熱を抑止し、冷却効率を向上させる
ことのできる、新しい予冷装置一体型の超電導マグネッ
ト用クライオスタットに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device.
More specifically, the present invention saves space and
The present invention relates to a new cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device, which can suppress heat entering from a system such as a pipe and improve cooling efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、実験室規模で日常的に使用さ
れてきている超電導マグネットは、一般的に、液体窒素
断熱槽を有するクライオスタット内に納められており、
予冷、液体ヘリウム注入、励磁試験などが行われる。こ
のうちの予冷作業においては、液体窒素を直接クライオ
スタット内に注入し、超電導マグネットを約80Kまで
冷却・冷凍する。この後に、注入された液体窒素をクラ
イオスタット内に窒素を残留させないように真空引き等
を行う。窒素が残留している状態で液体ヘリウムを注入
すると、窒素が固化し、マグネット等に損傷を与えるお
それがある。したがって、予冷を低温ヘリウムガスで行
うことは、上記作業におけるマグネット損傷を防ぐとと
もに、予冷に係る労力および時間を軽減することにつな
がっている。2. Description of the Related Art Conventionally, a superconducting magnet which has been routinely used on a laboratory scale is generally housed in a cryostat having a liquid nitrogen heat insulation tank,
Pre-cooling, liquid helium injection, excitation test, etc. are performed. In the pre-cooling operation, liquid nitrogen is directly injected into the cryostat to cool / freeze the superconducting magnet to about 80K. After this, the injected liquid nitrogen is evacuated so that the nitrogen does not remain in the cryostat. If liquid helium is injected while nitrogen remains, the nitrogen solidifies and may damage the magnet or the like. Therefore, performing the pre-cooling with the low-temperature helium gas leads to preventing the magnet damage in the above work and reducing the labor and time for the pre-cooling.
【0003】最近、低温のヘリウムガスをクライオスタ
ット内へ供給し、予冷を与える超電導マグネット予冷装
置と呼ばれる装置が開発され、これをクライオスタット
に接続し、上記したような予冷作業を自動的に行う方法
が提案されてもいる。この超電導マグネット予冷装置
は、一般に、液体窒素デュワと熱交換器およびヘリウム
ブロワー等からなる構成を有している。Recently, a device called a superconducting magnet precooling device has been developed which supplies low-temperature helium gas into the cryostat for precooling. A method of connecting this to the cryostat and automatically performing the above-described precooling work has been proposed. It is also proposed. This superconducting magnet precooling device generally has a configuration including a liquid nitrogen dewar, a heat exchanger, a helium blower, and the like.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の超電導マグネット予冷装置においては、超電導マグ
ネットが収納されたクライオスタットに、これにほぼ同
等もしくはそれ以上の大きさを有する予冷装置を外部よ
り接続する必要があり、しかも、これらの両者を接続
し、低温予冷ガスを供給・回収するためには、真空断熱
された2本の低温移送配管(トランスファーチューブ)
を使用しなければならない。このため、システム全体が
大がかりなものとなってしまうという欠点があった。
また、超電導マグネット予冷装置では、システム的に、
予冷ガスに対して独立したループを組まなければならな
いため、予冷装置内部にバイパスライン、バイパス弁、
ライン安全弁、液体窒素注入・排出ライン等をクライオ
スタット側とは個別に設ける必要もある。以上の点は、
予冷装置としての経済的問題を内在している。However, in this conventional superconducting magnet precooling device, it is necessary to externally connect a precooling device having a size equal to or larger than that to the cryostat in which the superconducting magnet is housed. In addition, two low temperature transfer pipes (transfer tubes) that are vacuum-insulated in order to connect both of them and to supply and recover the low temperature pre-cooled gas.
Must be used. Therefore, there is a drawback that the entire system becomes large-scale.
Also, in the superconducting magnet precooling device,
Since a separate loop must be formed for the precooling gas, the bypass line, bypass valve, and
It is also necessary to install a line safety valve, liquid nitrogen injection / discharge line, etc. separately from the cryostat side. The above points are
There is an inherent economic problem as a pre-cooling device.
【0005】さらに、クライオスタットと予冷装置を接
続するトランスファーチューブ部における侵入熱は、予
冷装置の予冷効率の低下につながっている。一方、ガス
駆動源である低温ヘリウムブロワは、ヘリウムガスを圧
縮する機器であるが、ヘリウムは、一般のガスより分子
量が小さいため、圧縮比を余り高く確保することができ
ない。したがって、予冷ガスを循環させるラインは、圧
力損失的に厳しい設計を強いられることになり、特に、
回収側のトランスファーチュブの内管径を大きくする必
要がある。Further, the invasion heat in the transfer tube portion connecting the cryostat and the precooling device leads to a reduction in the precooling efficiency of the precooling device. On the other hand, the low-temperature helium blower, which is a gas drive source, is a device that compresses helium gas. However, since helium has a smaller molecular weight than general gas, it is not possible to secure a compression ratio that is too high. Therefore, the line that circulates the precooled gas is forced to have a severe design in terms of pressure loss, and in particular,
It is necessary to increase the inner tube diameter of the transfer tube on the recovery side.
【0006】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来の超電導マグネット予冷装置の
欠点を解消し、省スペース化とともに、配管系等からの
侵入熱を抑止し、冷却効率を向上させることのできる、
新しい予冷装置一体型の超電導マグネット用クライオス
タットを提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the drawbacks of the conventional superconducting magnet precooling device, saves space, and suppresses heat entering from a piping system or the like to cool the device. Can improve efficiency,
It is intended to provide a new cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、低温のヘリウムガスを循環させ
ることによって予冷を行う超電導マグネット予冷装置に
おいて、予冷装置を超電導マグネット用クライオスタッ
ト内に内蔵させてなることを特徴とする予冷装置一体型
超電導マグネット用クライオスタットを提供する。In order to solve the above problems, the present invention provides a superconducting magnet precooling device for precooling by circulating low-temperature helium gas, wherein the precooling device is built in a cryostat for the superconducting magnet. Provided is a cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device.
【0008】[0008]
【作 用】この発明の予冷装置一体型超電導マグネット
用クライオスタットにおいては、予冷装置を超電導マグ
ネット用クライオスタット内に内蔵させることによっ
て、装置全体をコンパクトなものとすることができ、省
スペース化が図れる。また、従来の予冷装置との外部配
管系や予冷ガスと独立した配管系を省略することがで
き、装置構成が簡便となる。外部配管系を必要としない
ことから、予冷ガスを常温部にさらさずにすみ、侵入熱
を抑止することができる。装置の冷却効率が向上する。[Operation] In the cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device of the present invention, by incorporating the precooling device in the cryostat for a superconducting magnet, the entire device can be made compact and space saving can be achieved. Further, an external piping system with the conventional precooling device and a piping system independent of the precooling gas can be omitted, and the device configuration becomes simple. Since no external piping system is required, the precooling gas does not have to be exposed to the room temperature part, and the ingress heat can be suppressed. The cooling efficiency of the device is improved.
【0009】[0009]
【実施例】以下、図面に沿って実施例を示し、この発明
の予冷装置一体型超電導マグネット用クライオスタット
についてさらに詳しく説明する。図1は、この発明の予
冷装置一体型超電導マグネット用クライオスタットの一
実施例を示した断面図である。Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device of the present invention.
【0010】この図1の例においては、クライオスタッ
ト(10)の内部に、液体窒素断熱槽(17)を配備
し、その内部空間(21)に超電導マグネット(11)
を配置することができるようにしている。液体窒素断熱
槽(17)には、その内部に、供給側熱交換器(14)
と吸入側熱交換器(13)を設けており、これらの各々
に、低温ヘリウムブロワ(12)を接続している。低温
ヘリウムブロワ(12)は、吸入ガスの状態が約80K
の大気圧ヘリウムガスを約1.2atmまで昇圧する機器であ
り、この例においては、駆動部を常温部に設計した常温
モータタイプのものとしている。In the example of FIG. 1, a cryostat (10) is provided with a liquid nitrogen heat insulating tank (17), and an internal space (21) thereof has a superconducting magnet (11).
To be able to place. The liquid nitrogen heat insulation tank (17) has a supply side heat exchanger (14) inside thereof.
And a suction side heat exchanger (13), and a low temperature helium blower (12) is connected to each of them. The low temperature helium blower (12) has a suction gas state of about 80K.
This is a device for boosting the atmospheric pressure helium gas up to about 1.2 atm. In this example, the drive unit is a room temperature motor type designed to be a room temperature part.
【0011】低温ヘリウムブロワ(12)で大気圧から
約1.2atmまで昇圧されたヘリウムガスは、液体窒素槽
(17)内部の供給側熱交換機(14)において、管外
の液体窒素と熱交換し、約80Kまで冷却された後、直
接予冷ガスとして超電導マグネット(11)が納められ
ているクライオスタット内部空間(21)の底部へ供給
される。クライオスタット内部空間(21)で超電導マ
グネット(11)と熱交換し、温度が上昇したヘリウム
ガスは、空間上部から回収されて液体窒素槽(17)内
の吸熱側交換器(13)で再び約80Kまで冷却された
後、低温ヘリウムブロワ(12)の吸入側へ戻る。The helium gas whose pressure has been increased from atmospheric pressure to about 1.2 atm by the low-temperature helium blower (12) exchanges heat with the liquid nitrogen outside the pipe in the heat exchanger (14) on the supply side inside the liquid nitrogen tank (17). After being cooled to about 80K, it is directly supplied as a precooling gas to the bottom of the cryostat internal space (21) in which the superconducting magnet (11) is housed. The helium gas, which has exchanged heat with the superconducting magnet (11) in the cryostat internal space (21) and whose temperature has risen, is collected from the upper part of the space and is again transferred to the heat absorption side exchanger (13) in the liquid nitrogen tank (17) for about 80 K After being cooled to, the low temperature helium blower (12) is returned to the suction side.
【0012】クライオスタット内部空間(21)と予冷
ガス供給配管は直接接続されており、外部の低温移送配
管(トランスファーチューブ)等の接続作業は、一切不
要としている。予冷用ヘリウムガスと熱交換し、蒸発し
た窒素ガスは、クライオスタット(10)の上部から直
接機器外に放出される。The internal space (21) of the cryostat is directly connected to the precooling gas supply pipe, and the work of connecting an external low temperature transfer pipe (transfer tube) or the like is completely unnecessary. The nitrogen gas that has undergone heat exchange with the pre-cooling helium gas and has evaporated is discharged directly from the top of the cryostat (10) to the outside of the device.
【0013】従来では、吸入と排出ラインを結ぶバイパ
ス弁(15)ラインが必要となっていたが、この発明で
は、クライオスタット内部空間(21)が適切なガスバ
ッファの役目を兼ねるため、バイパス弁(15)ライン
は一切不要となる。またこの例において、装置のハード
上の保護として、液体窒素が枯渇し、内部のヘリウムガ
スが上昇した場合を考慮し、安全弁(16)を取り付け
てもいる。超電導マグネット(11)の予冷が完了し、
励磁試験に入る時に、内部空間(21)には液体ヘリウ
ムが充填された状態となるが、この安全弁(16)は、
超電導マグネット(11)のクエンチ時における内部空
間(21)の急激な圧力上昇を防止する機能をも兼ねた
ものである。Conventionally, a bypass valve (15) line connecting the intake and exhaust lines was required, but in the present invention, the cryostat internal space (21) also functions as an appropriate gas buffer, so the bypass valve (15) is used. 15) No line is required. Further, in this example, as a hardware protection of the apparatus, a safety valve (16) is attached in consideration of the case where the liquid nitrogen is exhausted and the internal helium gas rises. Pre-cooling of the superconducting magnet (11) is completed,
At the time of entering the excitation test, the internal space (21) is in a state of being filled with liquid helium, and the safety valve (16) is
It also has a function of preventing a rapid pressure increase in the internal space (21) during quenching of the superconducting magnet (11).
【0014】また、その他のハード構成機器として、予
冷運転開始時にヘリウムガスを内部に充填するためのヘ
リウムガスボンベ(20)と大気圧まで減圧するための
減圧弁(22)を配設している。次に、具体的な予冷手
順を以下に述べる。超電導マグネット(11)を予冷す
る前段階として、まず、クライオスタット(10)内部
に超電導マグネット(11)を配置し、トップフランジ
(18)のセンター部に取り付け、内部の真空排気を行
う。真空排気終了後、ガスボンベ(20)から減圧弁
(22)を通してヘリウムガスを内部空間(21)およ
び低温ヘリウムブロワ(12)に至るヘリウムガスライ
ンへ導入し、系のヘリウム置換を行う。As other hardware components, a helium gas cylinder (20) for filling the inside with helium gas at the start of precooling operation and a pressure reducing valve (22) for reducing the pressure to atmospheric pressure are provided. Next, a specific precooling procedure will be described below. As a pre-stage of precooling the superconducting magnet (11), first, the superconducting magnet (11) is arranged inside the cryostat (10) and attached to the center portion of the top flange (18) to evacuate the inside. After the evacuation is completed, helium gas is introduced from the gas cylinder (20) through the pressure reducing valve (22) into the internal space (21) and the helium gas line leading to the low temperature helium blower (12) to replace the system with helium.
【0015】系内にヘリウムガスが充填された後、液体
窒素槽(17)に液体窒素の充填を開始する。液体窒素
は、予冷運転中に消費される量だけは常に自動的に補給
されるものとする。液体窒素の液位が十分な高さに達し
た時点で、低温ヘリウムブロワ(12)を起動させ、予
冷ガスの循環を開始する。供給側熱交換器(14)によ
り、クライオスタット内部空間(21)へ供給された予
冷ガス温度は常に80Kに保たれる。そのため、超電導
マグネット(11)の予冷時間制御は、予冷ガスの流
量、すなわち低温ヘリウムブロワ(12)の回転数を制
御することにより簡単に行うことができる。After the system is filled with helium gas, the liquid nitrogen tank (17) is started to be filled with liquid nitrogen. Liquid nitrogen shall always be automatically replenished only in the amount consumed during the pre-cooling operation. When the liquid level of the liquid nitrogen reaches a sufficiently high level, the low temperature helium blower (12) is activated to start circulation of the precooling gas. The temperature of the precooled gas supplied to the cryostat internal space (21) is always maintained at 80K by the supply-side heat exchanger (14). Therefore, the precooling time control of the superconducting magnet (11) can be easily performed by controlling the flow rate of the precooling gas, that is, the rotation speed of the low temperature helium blower (12).
【0016】超電導マグネット(11)の予冷当初で
は、マグネットおよび支持構造体の温度が常温(約300
K)であるため、回収ガス(吸入側熱交換器(13)の
入口ガス)温度は常温に近い。しかしながら、予冷が進
むにしたがい、マグネット温度は300 Kから80Kまで
徐々に降下する。また、回収ガスの温度も徐々に降下し
ていくが、吸熱側熱交換器(13)は、最大負荷(約30
0 Kのヘリウムガス)に対して設計することにより、低
温ヘリウムブロワ(12)の吸熱温度は常に一定とする
ことができるため、安定した運転が可能となる。At the beginning of precooling of the superconducting magnet (11), the temperature of the magnet and the supporting structure is at room temperature (about 300
K), the temperature of the recovered gas (inlet gas of the suction side heat exchanger (13)) is close to room temperature. However, as precooling progresses, the magnet temperature gradually drops from 300K to 80K. Moreover, although the temperature of the recovered gas also gradually drops, the heat absorption side heat exchanger (13) has a maximum load (about 30
By designing for 0 K helium gas), the endothermic temperature of the low-temperature helium blower (12) can be kept constant at all times, and stable operation is possible.
【0017】超電導マグネット(11)の代表温度が約
100 Kまで降下した時点で、低温ヘリウムブロワ(1
2)を停止し、予冷ガスの供給を止める。その後、最終
的にクライオスタット内部空間(21)を液体ヘリウム
で満たし、超電導マグネット(11)を4Kレベルにプ
ール冷却状態にして予冷作業を終了する。The typical temperature of the superconducting magnet (11) is about
Low temperature helium blower (1
2) is stopped and the supply of precooling gas is stopped. After that, finally, the cryostat internal space (21) is filled with liquid helium, and the superconducting magnet (11) is brought to a pool cooling state at a 4K level, and the precooling work is completed.
【0018】図2は、低温モータ採用の低温ヘリウムブ
ロワを採用した、この発明の装置の別の例を示した断面
図である。この図2の例においては、窒素蒸発ガスをブ
ロワモータ(52)部に導き、モータ駆動の冷却を行う
ものである。したがって、低温モータタイプでは、駆動
部からの侵入熱が大幅に低減されるため、ブロワ(5
2)の断熱圧縮効率が上昇し、排出ガスのエンタルピを
低下させることができる。その結果として、液体窒素の
消費量が、図1に例示した常温モータタイプに対し、低
減されることとなる。FIG. 2 is a sectional view showing another example of the apparatus of the present invention which employs a low temperature helium blower adopting a low temperature motor. In the example of FIG. 2, the nitrogen evaporative gas is guided to the blower motor (52) to cool the motor drive. Therefore, in the low-temperature motor type, the heat entering the drive unit is greatly reduced, and the blower (5
The adiabatic compression efficiency of 2) can be increased and the enthalpy of exhaust gas can be reduced. As a result, the consumption of liquid nitrogen is reduced as compared with the room temperature motor type illustrated in FIG.
【0019】もちろんこの発明は、以上の例によって限
定されるものではない。細部については様々な態様が可
能であることはいうまでもない。Of course, the present invention is not limited to the above examples. It goes without saying that various details are possible.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、予冷装置用液体槽、トランスファーチューブ、バ
イパスライン、個別のリリーフ弁の廃止などの省スペー
ス化とともに、フロー上の簡略化等が実現される。ま
た、低温予冷ガスは、系外の常温部を流れず、すべてク
ライオスタット内部で循環されるため、プロセス上の侵
入熱が大幅に低減され、液体窒素の消費量を減少させる
ことができる。システムの冷却効率が向上する。As described above in detail, according to the present invention, space saving such as elimination of the liquid tank for the precooling device, the transfer tube, the bypass line, and the individual relief valve, and simplification of the flow are realized. . Further, since the low-temperature precooling gas does not flow in the room temperature portion outside the system and is entirely circulated inside the cryostat, the heat of invasion in the process is significantly reduced, and the consumption amount of liquid nitrogen can be reduced. The cooling efficiency of the system is improved.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】この発明の予冷装置一体型超電導マグネット用
クライオスタットの一実施例を示した断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device of the present invention.
【図2】この発明の別の例を示した断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing another example of the present invention.
10,50 クライオスタット 11,51 超電導マグネット 12,52 低温ヘリウムブロワ 13,53 吸入側熱交換器 14,54 供給側熱交換器 15 バイパス弁 16,55 安全弁 17,57 液体窒素断熱槽 18,58 トップフランジ 19,59 バッフル板 20,60 ヘリウムガスボンベ 21,61 内部空間 22,62 減圧弁 10,50 Cryostat 11,51 Superconducting magnet 12,52 Low temperature helium blower 13,53 Suction side heat exchanger 14,54 Supply side heat exchanger 15 Bypass valve 16,55 Safety valve 17,57 Liquid nitrogen insulation tank 18,58 Top flange 19,59 Baffle plate 20,60 Helium gas cylinder 21,61 Internal space 22,62 Pressure reducing valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桧山 忠雄 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 吉田 純 山口県下松市東豊井794番地 株式会社日 立製作所笠戸工場内 (72)発明者 松本 孝三 山口県下松市東豊井794番地 株式会社日 立製作所笠戸工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tadao Hiyama, No. 801, Mukayama, Naka-cho, Naka-machi, Naka-gun, Ibaraki Prefecture, Japan 1) Inside the Naka Institute of the Japan Atomic Energy Research Institute (72) Inventor Jun Yoshida, 794 Higashitoyo, Higashitoyo, Yamaguchi (72) Inventor, Kozo Matsumoto, Higashi-Toyoi, Shimomatsu City, Yamaguchi Prefecture
Claims (2)
よって予冷を行う超電導マグネット予冷装置において、
予冷装置を超電導マグネット用クライオスタット内に内
蔵させてなることを特徴とする予冷装置一体型超電導マ
グネット用クライオスタット。1. A superconducting magnet precooling device for precooling by circulating low-temperature helium gas,
A cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device, characterized in that the precooling device is built in the cryostat for the superconducting magnet.
を配設し、かつこの液体窒素断熱層を介して、ヘリウム
ガス供給源と超電導マグネットが配置される内部空間と
を接続する予冷ヘリウムガス循環ラインをクライオスタ
ット内部に設けてなる請求項1の予冷装置一体型超電導
マグネット用クライオスタット。2. A precooled helium gas circulation line is provided in which a liquid nitrogen heat insulation tank is disposed inside the cryostat, and a helium gas supply source and an internal space in which a superconducting magnet is arranged are connected via this liquid nitrogen heat insulation layer. The cryostat for a superconducting magnet integrated with a precooling device according to claim 1, wherein the cryostat is provided inside the cryostat.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4220427A JPH06185844A (en) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | Cryostat for superconductive magnet integrated with precooler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4220427A JPH06185844A (en) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | Cryostat for superconductive magnet integrated with precooler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06185844A true JPH06185844A (en) | 1994-07-08 |
Family
ID=16750949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4220427A Pending JPH06185844A (en) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | Cryostat for superconductive magnet integrated with precooler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06185844A (en) |
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