JPH0638209U - 超電導磁石用クライオスタット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、熱遮蔽板が凍結して抜けなくなる
のを防ぐことを目的とする。 【構成】 本考案の超電導磁石用クライオスタットは、
熱遮蔽板８１の先端を寒剤通路管２２の上端から全長の
１／３の位置より上に配置されるように構成されてい
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance：核磁気共鳴）分析装置用超電 導磁石を冷却する超電導磁石用クライオスタットに関し、熱遮蔽板が凍結して抜 けなくなるのを防いだ超電導磁石用クライオスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の超電導磁石用クライオスタットとして、例えば、図４に示されるものが ある。このクライオスタットは、超電導磁石１と、これを４．２Ｋの温度に冷却 する液体ヘリウム２０を収容した液体ヘリウム槽２と、熱シールド槽３を介して 液体ヘリウム槽２を包囲すると共に、液体窒素２１を収容した液体窒素槽４と、 これらの外周を包囲する真空槽５と、液体ヘリウム槽２の内部に形成され、分析 試料が配置される常温ボア９より構成されている。

【０００３】 液体ヘリウム槽２は、液体ヘリウム２０を供給する，或いは蒸発したヘリウム ガスを排出するための２本のヘリウム通路管（このうち、１本のヘリウム通路管 は超電導磁石１を励磁するときの電流リードの挿入路ともなる）２２を有してお り、このヘリウム通路管２２と常温連結部２６を介して真空槽５の上部内壁から 吊り下げられている。

【０００４】 熱シールド槽３，及び液体窒素槽４は、上記ヘリウム通路管２２の所定の位置 からそれぞれ吊り下げられており、各々がヘリウム通路管２２と熱的な接続を取 っている。この接続部をサーマルアンカと称しており、ヘリウム通路管２２に熱 シールド槽３との接続部として７７Ｋサーマルアンカ６１と、液体窒素槽４との 接続部として４０Ｋサーマルアンカ６２を設けることによって、液体ヘリウム槽 ２への熱浸入を極力小さくし、液体ヘリウム２０の蒸発量を抑えている。

【０００５】 ２本のヘリウム通路管２２は、ヘリウムガス通路２３によって連結されたヘリ ウムポート２５をそれぞれ有しており、ヘリウムポート２５は液体ヘリウム２０ を供給するときや、超電導磁石１を励磁するとき以外は後述する封止栓７によっ て閉塞されている。ヘリウムガス通路２３は蒸発したヘリウムガスを放出する放 出弁２４を有しており、放出弁２４は空気の侵入を防止するため、逆止弁として 機能するもの、すなわち、大気圧に対してヘリウムガス通路側が正圧のときのみ 開く構成のものを使用している。

【０００６】 封止栓７は、ヘリウム通路管２２に挿入されるバッフル８と一体化して構成さ れて、通常、前述したヘリウムポート２５を閉塞している。バッフル８は熱遮蔽 を行うための銅やアルミ等の光沢面等から成る複数（４〜６枚）の熱遮蔽板８１ を有し、このうち先端の熱遮蔽板８１は温度が４０〜５０Ｋ程度の深さ、すなわ ち、４０Ｋサーマルアンカ６２付近まで挿入されている。熱遮蔽板８１は熱遮蔽 効果を高めるため、通常、ヘリウム通路管２２の内径より僅かに小さい直径を有 する円板状に形成されているか，或いは超電導磁石１に異常が生じて液体ヘリウ ム２０が急激にガス化したときのガス通路を確保するために半円板状に形成され て、これを図示のように向きを交互に配置したものになっている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、従来の超電導磁石用クライオスタットによると、熱遮蔽効果を高める ために、バッフル先端の熱遮蔽体を４０Ｋサーマルアンカ付近まで挿入している ため、液体ヘリウムの補充や、電流リードの挿入のために封止栓を抜いたとき、 又は封止栓を挿入しても気密状態が不完全のとき、ヘリウム通路管に空気（酸素 ガスと窒素ガス）が侵入し、ヘリウムガスより比重が高い空気はヘリウム通路管 を落下してゆき、窒素ガスは６３Ｋ以下のところで、また、酸素ガスは５４Ｋ以 下のところで凍結して、４０〜５０Ｋ程度の位置に配置された熱遮蔽板とヘリウ ム通路管が固着してしまう。このため、バッフルと一体化した封止栓が抜けなく なり、液体ヘリウム補充や、超電導磁石の電流調整ができなくなってしまう。

【０００８】 従って、本考案の目的は熱遮蔽板が凍結して抜けなくなるのを防ぐことができ る超電導磁石用クライオスタットを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記問題点に鑑み、熱遮蔽板が凍結して抜けなくなるのを防ぐため、 熱遮蔽板の先端を寒剤通路管の上端から全長の１／３の位置より上に配置した超 電導磁石用クライオスタットを提供するものである。

【００１０】 寒剤通路管の上端から全長の１／３の位置は、第２の寒剤槽が連結されている ７７Ｋサーマルアンカの位置である。

【００１１】

【作用】

上記構成に基づく本考案の超電導磁石用クライオスタットによると、気密状態 が破れたとき、寒剤通路管に侵入した空気は先端の熱遮蔽板が位置する７７Ｋ付 近では凍結せずにそのまま落下してゆくため、寒剤通路管と熱遮蔽板が凍結して 熱遮蔽板が抜けなくなるのを防ぐことができる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の超電導磁石用クライオスタットについて添付図面を参照しなが ら詳細に説明する。

【００１３】 図１には、本考案の一実施例に係る超電導用クライオスタットの部分的な構成 が示されている。図示されていない他の部分は、図４と同一であるため、説明を 省略する。

【００１４】 封止栓７と一体化したバッフル８は、４枚の熱遮蔽板８１を有し、封止栓７を ヘリウムポート２５に挿入したとき、先端の熱遮蔽板８１がヘリウム通路管２２ の上端、すなわち、常温連結部２６から全長の１／３の位置より上に配置される ように構成されている。この常温連結部２６から全長の１／３の位置とは、液体 窒素槽４が連結された７７Ｋサーマルアンカ６１の部分である。

【００１５】 次に、バッフル８の先端の熱遮蔽板８１を常温連結部２６から全長の１／３の 位置（７７Ｋサーマルアンカ）より上に配置する根拠について図２を参照しなが ら説明する。

【００１６】 図２において、ヘリウム通路管２２は、内径２４ｍｍ，長さ５００ｍｍのステ ンレス管で、上端の温度は３００Ｋ（常温），下端（液体ヘリウム槽２）の温度 は４．２Ｋになっている。７７Ｋサーマルアンカ６１，及び４０Ｋサーマルアン カ６２はそれぞれヘリウム通路管２２の全長を三等分する位置に設けられ、７７ Ｋサーマルアンカ６１は液体窒素槽と熱的に接続されてほぼ７７Ｋの温度に、ま た、４０Ｋサーマルアンカ６２は熱シールド槽と熱的に接続されてほぼ４０Ｋの 温度になっている。

【００１７】 以上の条件において、バッフルがない場合にヘリウム通路管２２を通して液体 ヘリウム槽２に入ってくる輻射熱の割合を計算すると、上方の常温部からの熱が ８８％で、残り１２％がヘリウム通路管２２の壁からの輻射熱である。更に、ヘ リウム通路管２２の壁から入ってくる１２％の輻射熱の割合を計算すると、ヘリ ウム通路管２２の上端から全長の１／６の長さまでの部分からの熱が７％で、残 り５％が全長の下側５／６の部分からの熱にあり、このうち、下側１／３の部分 からの分は２％である。従って、ヘリウム通路管の上端から全長の１／６くらい までの位置、すなわち、上部，及び上端から７７Ｋサーマルアンカ６１までの中 間付近からの輻射熱が全体の９５％を占めていることになる。このため、バッフ ル８の先端の熱遮蔽板８１を、常温連結部２６から全長の１／３の位置に配置し ても輻射熱の殆どを遮蔽することができる。一方、ヘリウム通路管２２に侵入し てくる空気で最も凍結温度が高い窒素ガスが６３Ｋ以下で凍結するので、７７Ｋ サーマルアンカ６１より上に配置された先端の熱遮蔽板８１が凍結することはな い。

【００１８】 次に、熱遮蔽板の通路管上端からの距離と熱遮蔽効果の関係を調べた。図３の グラフにはその結果が示されている。これから判るように、従来のクライオスタ ットの熱遮蔽板の先端位置はＢに示す位置であり、熱遮蔽効果は９７〜９８％に なるが、窒素の凍結温度以下である。一方、本考案のクライオスタットの熱遮蔽 板の先端位置はＡに示す位置であり、熱遮蔽効果は８８〜９６％であると共に、 窒素凍結温度より十分高い温度のところにある。このため、万一空気が侵入して もバッフルの部分で凍結することがない。このように、本考案は熱遮蔽効果を低 下させずにバッフル先端が凍結して抜けなくなるのを防ぐことができる。

【００１９】 上記実施例において、バッフルの熱遮蔽板の枚数は２〜４枚が望ましいが、１ 枚でも良い。また、先端の熱遮蔽板の位置は、７７Ｋサーマルアンカ付近に限定 するものではなく、例えば、ヘリウム通路管の上端，或いはその上部でも良い。 この場合でも、バッフルがない場合の輻射熱の８８％を遮蔽することができ、バ ッフルとして十分の効果を得ることができる。更に、液体窒素槽がなく、代わり に極低温冷凍機によって７０〜８０Ｋに冷却されたシールド槽が形成されるクラ イオスタットにおいては、そのシールド槽と接続された部分を７７Ｋサーマルア ンカとしてこれより上に熱遮蔽体を配置すれば良い。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の超電導磁石用クライオスタットによると、熱遮 蔽板の先端を寒剤通路管の上端から全長の１／３の位置、すなわち、７７Ｋサー マルアンカより上に位置させたため、熱遮蔽板が凍結して抜けなくなるのを防ぐ ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す断面図。

【図２】ヘリウム通路管における輻射熱の侵入の割合を
算出する説明図。

【図３】ヘリウム通路管の上端からの熱遮蔽板の位置と
熱遮蔽効果を示すグラフ。

【図４】従来の超電導磁石用クライオスタットを示す断
面図。

【符号の説明】

１ 超電導磁石 ２ 液
体ヘリウム槽 ３ 熱シールド槽 ４ 液
体窒素槽 ５ 真空槽 ７ 封
止栓 ８ バッフル ９ 常
温ボア ２０ 液体ヘリウム ２１ 液
体窒素 ２２ ヘリウム通路管 ２３ ヘ
リウムガス通路 ２４ 放出弁 ２５ ヘ
リウムポート ２６ 常温連結部 ６１ ７
７Ｋサーマルアンカ ６２ ４０Ｋサーマルアンカ ８１ 熱
遮蔽板

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導磁石と第１の寒剤を収容した第１
   の寒剤槽と、その外周にシールド槽を介して設けられ、
   第２の寒剤を収容した第２の寒剤槽と、前記第１，及び
   第２の寒剤槽を真空状態で包囲する真空槽を備え、前記
   シールド槽，及び前記第２の寒剤槽が、前記第１の寒剤
   の充填等に使用される寒剤通路管の所定の部分にそれぞ
   れ連結されていると共に、前記寒剤通路管に複数の熱遮
   蔽板が挿入された超電導磁石用クライオスタットにおい
   て、 前記複数の熱遮蔽板の先端が、前記寒剤通路管の上端か
   ら全長の１／３の位置より上に配置されていることを特
   徴とする超電導磁石用クライオスタット。
2. 【請求項２】 前記寒剤通路管の上端から全長の１／３
   の位置は、前記第２の寒剤槽が連結されているサーマル
   アンカの位置である請求項１の超電導磁石用クライオス
   タット。