JPH0623265U - 極低温容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常は、極低温冷凍機による冷却のみを行
い、断熱構造を簡略化して容器の小型軽量化を図る。 【構成】 高温超電導線材を用いた超電導コイル１を収
納し、外部からの輻射熱を遮断する熱シールド３と、こ
のシールドを内蔵し、内部を真空状態に保持するクライ
オスタット４を具える極低温容器で、熱シールドが高温
側、超電導機器が低温側となる２段の温度レベルに冷却
できるようそれぞれに熱接続された極低温冷凍機５を具
える。通常は、上記冷凍機５による冷却で足りる。又、
必要時のみ液体窒素が供給できる冷却管８を具え、超電
導コイル１及び熱シールド３を冷却することで効率的な
冷却を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、酸化物超電導線材を用いた超電導機器の冷却用容器に関するもので ある。

【０００２】

【従来の技術】

従来、酸化物超電導機器の冷却方法には、 超電導機器を液体ヘリウム，液体窒素等の冷媒を用いて冷やす。 超電導機器を極低温冷凍機を用いて冷やす。 の２通りがあるが、の方法として、例えば特開平４−106373号公報に示される ものがある。これは、４．２Ｋまで超電導機器を冷やすために３段の熱ステージ を持ち、第１、第２の熱ステージを各熱シールドに熱接続し、第３の熱ステージ を超電導機器に熱接続して冷却することが行われている。そして、初期冷却時、 冷却を早めるため、超電導機器に液体ヘリウムガスを流す冷却管が具えられる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、通常冷凍機の効率は到達温度に大きく依存し、例えば４．２Ｋにおい て３Ｗの熱負荷を冷やすのに、約６．４ＫＷの入力電力が必要となり、装置の重 量も約３００ｋｇと大きくなる。

【０００４】 又、クライオスタット容器の真空部容量が４．２Ｋの場合、熱侵入を抑制する ため、充分な熱シールドを行う必要から断熱空間も大きくなり、クライオスタッ ト容器全体が大型化せざるを得なかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記の問題点を解決するためになされたもので、その特徴は、高温超 電導線材を用いた超電導機器を収納し、外部からの輻射熱を遮断する熱シールド と、このシールドを内蔵し、内部を真空状態に保持する真空容器を具える極低温 容器であって、前記熱シールドが高温側、超電導機器が低温側となる２段の温度 レベルに冷却できるようそれぞれに熱接続された極低温冷凍機を具えると共に、 必要時のみ液体窒素が供給され、前記超電導機器及び熱シールドを冷却する冷却 管を具えたことにある。

【０００６】

【作用】

冷凍機の効率は到達温度に大きく依存することは先に述べたが、本考案容器は 同温度をできるだけ高くするために高温超電導材料を用いている。例えば、（Ｂ ｉＰｂ）₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₂ Ｃｕ₃ Ｏｙ高Ｔｃ相の超電導線材でのＪｃ−Ｂ特性を図 ３に示す。

【０００７】 図示のように、２０ＫでのＪｃは４．２Ｋの場合に比べて若干低下するものの 、コイル性能の大幅な低下は見られない。従って、このような高温超電導線材を 用いれば、冷凍機の到達温度を２０Ｋとすることができる。この場合、３Ｗの熱 負荷を冷却するのに、４．２Ｋの場合の半分以下の入力電力ですみ、重量も１／ ３と軽量化できる。

【０００８】 又、クライオスタット容器の真空部容量が２０Ｋの場合、超電導機器の比熱が ４．２Ｋの場合に比べ約１００倍になるので、断熱部を減らして熱侵入量が増え ても容易に機器が温度上昇しないため容器が小型化できる。

【０００９】 そして、通常は冷凍機のみを用いて冷却を行うが、超電導機器が大型化して冷 却機の能力が不足する場合、或は常温から極低温への初期冷却時等には、超電導 機器及び熱シールドにつながる冷却管を介して、液体窒素を供給し冷却を行う。 超電導機器のみならず、熱シールドにも冷却管を配設することで、一層効率的な 冷却を行うことができる。この場合、一旦２０Ｋに迄冷却されれば、超電導機器 自体からの発熱はごく僅かなので、冷凍機による冷却のみで運転することができ る。

【００１０】

【実施例】

以下、図に基づいて本考案実施例を説明する。図１は、本考案実施例の構成を 示す概略図である。図において、１はボビン２に巻回された超電導コイルで、高 温超電導線材により構成され、ボビン２と共に熱シールド３に収納されている。 このような熱シールド３は、さらに冷凍機５付きクライオスタット４に内蔵され ている。

【００１１】 この冷凍機５は、コンプレッサ（図示せず）に接続されて、クライオスタット ４内を所定の真空状態に保持すると共に、第１及び第２のコールドヘッド６，７ を具え、前記熱シールド３及び超電導コイル１を異なる２段の温度レベルに冷却 する。

【００１２】 熱シールド３は、例えば銅シールドの外周を断熱材で取り巻いたもので、この 銅シールドが冷凍機の第１コールドヘッド６と熱接続されて、７７Ｋにまで冷却 される（高温側）。一方、第２コールドヘッド７は、ボビン２の上フランジ２ａ に熱接続され、コイル１を２０Ｋにまで冷却する（低温側）。ここで、第２のコ ールドヘッド７とボビンの上フランジ２ａが一体に構成されておれば、接触によ る熱伝達のロスを最少に抑えることができる。

【００１３】 そして、クライオスタット容器外部から熱シールド３及びボビン２に冷却管８ が配設されている。これは、熱シールド３及びボビン２の周囲を取り囲むように 配置され、必要時のみ液体窒素を供給して、熱シールド２及びボビン２（コイル １）を冷却するものである。

【００１４】 このような構成の極低温容器で、通常は冷凍機の運転のみで、超電導コイルを 所定の極低温に冷却することができる。但し、常温から極低温への初期冷却時な どは、冷却管を介して液体窒素を供給することで、一層効率的な冷却を行うこと ができる。

【００１５】 実際にＢｉＰｂ超電導線材（銀シース材）を用いてソレノイドコイルを製作し 、上記構成の容器を用いて冷却を行い、設計通りの磁場が発生できるかどうかテ ストしてみた。テスト条件は以下の通りである。 (1) コイル構造 ボビン：銅製で、その上フランジが第２コールドヘッドと一体化されてい る。 外径１００ｍｍ，内径５０ｍｍ，高さ６０ｍｍ コイル占有率０．８５，電流Ｉ＝１００Ａ 導 体：寸法 ４ｍｍ幅×０．２６ｍｍ厚 絶縁 ポリイミドテープ１２．５μｍ (2) クライオスタット構造 クライオスタット：外径１６０ｍｍφ×高さ５００ｍｍ 材質ＳＵＳ３０４ 熱シールド：銅シールドを第１コールドヘッドと熱接続するため固定。 銅シールドの外周に、マイラーフィルムにＡｌを蒸着したも のとガラス繊維布を交互に積層した多層断熱材（スーパーイ ンシュレーション）を約２０ｍｍ厚巻回。

【００１６】 その結果、冷凍機を作動させ約４時間で２０Ｋまで冷却できた。又、コイルパ ワーリードよりＤＣ電流を流し、７０Ａまでクエンチなく通電できることが確認 された。このときの発生磁場は０．８テスラであった。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案容器によると、冷凍機の到達温度を従来のものと 比べ高くできるため、断熱構造などを簡略化でき、冷凍機及び真空容器の小型軽 量化が図れる。又、取り扱いも容易で、通常は冷凍機による冷却を行い、必要時 のみ液体窒素を供給して、効率的な冷却を行えばよい。従って、特にリニアモー ターカー等の移動体機に用いると効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案容器の構成を示す概略図である。

【図２】図１における第２コールドヘッドとボビンの接
合状態を示す構成図である。

【図３】高温超電導線材のＪｃ−Ｂ特性を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ 超電導コイル ２ ボビン ２ａ 上フランジ ３ 熱シールド ４ クライオスタット ５ 冷凍機 ６ 第１コールドヘッド ７ 第２コールドヘッド ８ 冷却管

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温超電導線材を用いた超電導機器を収
   納し、外部からの輻射熱を遮断する熱シールドと、この
   シールドを内蔵し、内部を真空状態に保持する真空容器
   を具える極低温容器であって、前記熱シールドが高温
   側、超電導機器が低温側となる２段の温度レベルに冷却
   できるようそれぞれに熱接続された極低温冷凍機を具え
   ると共に、必要時のみ液体窒素が供給され、前記超電導
   機器及び熱シールドを冷却する冷却管を具えたことを特
   徴とする極低温容器。