JPH065576Y2

JPH065576Y2 - 自然循環型冷却管

Info

Publication number: JPH065576Y2
Application number: JP1987194572U
Authority: JP
Inventors: 克広梶; 和雄芦田; 勇大野
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2002-12-22
Also published as: JPH01100072U

Description

【考案の詳細な説明】「産業上の利用分野」本考案は、特別な駆動力を用いることなく冷媒の循環が
行えて、自然に冷却対象物を冷却できる、自然循環型冷
却管に関するものである。

「従来の技術」熱伝導マグネットを極低温雰囲気中に保持する方法とし
て、例えば、内槽と外槽とからなる２重構造の容器を用
い、該容器の内槽と外槽との間を真空状態に保つととも
に、内槽に液体窒素を満たし、該内槽中に、マグネット
用のコイルを収納することが考えられている。

さらに、上記容器において冷却効率をより向上するため
に、内槽と外槽との間にふく射による伝熱を押さえる目
的からシールド板を介装し、しかも、該シールド板を、
それに沿わせて配置した管内にポンプ等により液体窒素
を強制循環させて冷却することが考えられている。

「考案が解決しようとする問題点」ところで、上記のようにシールド板を冷却するにあた
り、ポンプ等により液体窒素を強制循環させて管内にポ
ンプ等により液体窒素を強制循環させて冷却させる方法
であると、液体の輸送に特別な動力を必要とする。

本考案は上記問題点を解決することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」本考案は、軸線を鉛直方向とされた縦型リング状の冷却
対象物を冷却するための自然循環型冷却管であって、端
部が上方となるようほぼ鉛直上に配置され、かつ両方の
端部の高さが違えられたＵ字管と、該Ｕ字管の両端に接
続され、かつ内部に注入される冷媒の液面が、前記Ｕ字
管の両端部の高さの中間位置に定められるとともに、前
記縦型リング状の冷却対象物の上部に該冷却対象物に沿
って同軸状に設けられたリング状のヘッダと、前記Ｕ字
管の端部の高さが高い方の管部の左右に千鳥状に配置さ
れて、該管部を該冷却対象物に熱的に接触させる熱伝導
性の優れた材料からなる複数の板状接触部とを備えて成
ることを特徴としている。

「作用」Ｕ字管の端部高さが高い方の管部は、熱伝導性の優れた
接触部材を介して冷却対象物に接触しており、該冷却対
象物を冷却する一方冷却対象物によって温められること
になり、内部に存する冷媒液は蒸発し易くなっている。
該蒸発に伴い、Ｕ字管の一方の管部の冷媒液面は下が
り、その分、他側の管部から冷媒が補給される。そし
て、該他側の管部にはヘッダから冷媒が補給される。

上記のように、Ｕ字管の一方の管部で蒸発された分、随
時、他側の管部から冷媒が補給されることとなり、結
局、特別な動力を用いることなく、冷媒の循環が行なえ
る。

「実施例」以下、本考案の一実施例を図面に基づき説明する。

第２図は本考案が適用された低温保持装置の全体構成を
示す断面図である。第２図において符号１は中空円筒状
に形成された真空容器、２は真空容器１内に配設される
ヘリウム容器である。

両容器１、２の間に形成される空間３は、真空容器１の
上部の接続口４に接続された真空系（図示せず）により
内部空気が吸引されて、真空状態とされる。

これら両容器１、２の間には、シールド板５が介装され
ている。このシールド板５は、容器１、２の胴部および
底板同士のふく射伝熱を極力押さえるために配されたも
ののである。

また、符号１０は真空容器１の蓋、１１はヘリウム容器
の蓋を示す。これらの蓋１０、１１は、共にリング状に
形成され、真空容器の蓋１０の上にヘリウム容器の蓋１
１が重ねられた状態で配置される。ヘリウム容器の蓋１
１は、真空容器の蓋１０を貫通するボルト１２および取
付部材１３を介して前記シールド板５を吊り下げて支持
している。

また、ヘリウム容器の蓋１１の下方には、３枚のサポー
ト板１４、１５、１６が互いに間隔を明けてかつ平行に
配設され、それらサポート板の内、最下部に位置するサ
ポート板１６によって、ヘリウム容器内の下方に配され
る超伝導マグネット用のコイル１７が支持されている。
ヘリウム容器の蓋１１と取付プレート１４およびそれら
サポート板１４〜１６同士の間には、それらの間のふく
射伝熱を押さえるバッフル板１８が、サポート板間に渡
されたタイロッド１９により支持されて取り付けられて
いる。

前記シールド板５は、外筒５ａと内筒５ｂと底板５ｃか
ら構成され、それら各部材５ａ〜５ｃは例えばアルミニ
ウムや銅など熱伝導の良い材料で作られている。

また、シールド板５は、液体窒素の自然循環を利用した
冷却手段によっ窒素の沸点である８０°Ｋ付近まで冷却
されている。

すなわち、第１図、第３図、および第４図に示すよう
に、外筒５ａの外周にはＵ字管２０が周方向に間隔をお
いて複数配されている。それらＵ字管２０は、端部が上
方となるようにほぼ鉛直状に配されており、両端部には
長さの異なる短管２２、２２が接続されている。

上記Ｕ字管２０に接続された短管２２は、シールド板５
の外筒５ａに取り付けられて支持されたヘッダ２３に接
続されている。ヘッダ２３内には液体窒素Ｎが、ヘッダ
２３から上方へ立ち上がる注入管２４から適宜注入され
るようになっており、該液体窒素の液面は両短管２２上
端の高さの中間位置に保たれている。

前記Ｕ字管２０の内、長い短管２２が接続された方の管
部２０ａから下端の水平方向に延びる管部２０ｂまで
は、管部２０ｂの左右に千鳥状に配置された熱伝導性の
優れた材料からなる複数の板状接触部２５をシールド板
５に溶接されることにより、該シールド板に対し熱的に
接触されている。

一方、他側の管部２０ｃは、シールド板５に幾点かをス
ポット溶接されることで支持されている。

しかして、上記した低温保持装置にあっては、ヘリウム
容器２の内部所定高さまで液体ヘリウムＨｅを満たし、
かつ、ヘリウム容器２と真空容器１の間の空間３を真空
に保っているため、コイル１７を、超伝導現象が生じる
程度の極低温雰囲気に保つことができる。

また、ヘリウム容器２の真空容器１との間に、液体窒素
Ｎによって冷却されるシールド板５を介装しているた
め、ヘリウム容器２へのふく射による浸入熱量を低く抑
えて、コイル１７の冷却をより効率良く行なうことがで
きる。

上記シールド板５を冷却するにあたり、上端がヘッダ２
３中の気相に開放されているＵ字管の長い方の管部２０
ａおよび２０ｂは、シールド板５と溶接されることによ
り、スポット溶接によって支持されている他側の管部２
０ｃよりもシールド板５の熱が伝わり易くなっている。
このため、管部２０ｃに比べて、管部２０ａ、２０ｂの
内部に蓄えている液体窒素の蒸発が進み易く、蒸発した
窒素気泡Ｇは管部２０ａ内を上方に抜けてヘッダ２３の
気相に開放される。これと同時に、該管部２０ａ内の液
体窒素の液面は下がろうとする。

このとき、他側の管部２０ｃに存する液体窒素Ｎは自重
により、第１図中破線矢印で示す如く一方の管部２０ａ
側に流れ、同一方の管部２０ａの窒素液面が下がろうと
するのを補う。これと同時に、他側の管部２０ｃへはヘ
ッダ２３から液体窒素Ｎが補給される。

このように、特別な動力を必要とすることなく、液体窒
素Ｎの自然循環が行なえるのである。

なお、上記実施例では、本考案が低温保持装置のシール
ド板５を冷却する場合に適用された例を示したが、本考
案はこの実施例に限られることなく、他のものを冷却す
る場合にも勿論適用可能である。

「考案の効果」以上説明したように考案によれば、端部が上方となるよ
うほぼ鉛直上に配置され、かつ両方の端部の高さが違え
られたＵ字管と、該Ｕ字管の両端に接続され、かつ内部
に注入される冷媒の液面が、前記Ｕ字管の両端部の高さ
の中間位置に定められるヘッダと、前記Ｕ字管の端部高
さが高い方の管部を冷却対象物にほぼ全域にわたって接
触させる熱伝導性の優れた材料からなる接触部材とを備
えているから、ポンプ等特別な機械を必要とせず、冷媒
の循環が行なえ、動力費を節約することができる。

また、冷却対象物の上部に、リング状の冷媒貯蔵用ヘッ
ダを、該冷却対象物に沿って同軸状に設けているので、
ヘッダを冷却対象物と一体的に配置できることから空間
の有効利用が図れて占有空間を小さくでき、しかもヘッ
ダ自身で冷却対象物の上端を全域にわたって直接冷却で
きることから、冷却効率の面においても優れる。

さらに、Ｕ字管の一端部を、その左右に千鳥状に配置し
た板状接触部によって、冷却対象物に対し熱的に接触さ
せているので、Ｕ字管と冷却対象物との間の熱交換を良
好に行なえること、並びにＵ字管と冷却対象物と間の変
位をある程度許容できることを同時に満足させることが
できる。つまり、接触部材を用いることなくＵ字管を直
接溶接等により冷却対象物に接触させる場合には、両者
間の十分な熱交換量が期待できずかつ十分な結合強度が
得られず、また、Ｕ字管をその左右に一枚形状の板状接
触部を配して冷却対象物に接触させる場合には、Ｕ字管
と冷却対象物との結合力が強すぎて両者間の変位を許容
できないという不具合が生じるが、本願考案ではそのよ
うな不具合は生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本考案の一実施例を示し、第１図は本
考案の要部を示す詳細図、第２図は低温保持装置の全体
構造を示す断面図、第３図はシールド板の正面図、第４
図は第３図の(IV)−(IV)線に沿う断面図、第５図は第１
図のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。１……真空容器、２……ヘリウム容器、５……シールド板、１７……コイル、２０……Ｕ字管、２３……ヘッダ、２５……平板（接触部材）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】軸線を鉛直方向とされた縦型リング状の冷
却対象物を冷却するための自然循環型冷却管であって、端部が上方となるようほぼ鉛直上に配置され、かつ両方
の端部の高さが違えられたＵ字管と、該Ｕ字管の両端に接続され、かつ内部に注入される冷媒
の液面が、前記Ｕ字管の両端部の高さの中間位置に定め
られるとともに、前記縦型リング状の冷却対象物の上部
に該冷却対象物に沿って同軸状に設けられたリング状の
ヘッダと、前記Ｕ字管の端部の高さが高い方の管部の左右に千鳥状
に配置されて、該管部を該冷却対象物に熱的に接触させ
る熱伝導性の優れた材料からなる複数の板状接触部とを
備えて成ることを特徴とする自然循環型冷却管。