JPH0685375B2 - 低温容器の断熱支持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は主に超電導磁気浮上車等に使用される超電導
磁石の液体ヘリウム溜部の内槽などの低温容器を真空容
器等である外槽中に断熱支持する低温容器の断熱支持装
置に関する。

（従来の技術） 一般に超電導磁石では、そのコイルを超電導状態に保持
させる為に、コイルを収納した密閉容器内に液体ヘリウ
ム等の寒剤を満たして、該コイルを極低温に冷却する。
その液体ヘリウムは外部からの熱侵入により蒸発するこ
とから、コイルの極低温状態を維持するには常に液体ヘ
リウムを補給し得る構成としておく必要がある。この為
に冷却を開放サイクル方式で行なう場合は、液体ヘリウ
ム溜部を設けて、これに貯溜した液体ヘリウムをコイル
部に補給するようにしている。

ところで、その液体ヘリウムは資源が乏しく高価であ
り、且つ蒸発潜熱に小さいため、液体ヘリウム溜部での
貯溜状態においても外部からの熱侵入を極力少なくし
て、出来るだけ無駄無く有効に使用することが望まれて
いる。従って一般には液体ヘリウム溜部は真空容器であ
る外槽中に低温容器である内槽を断熱支持して二重タン
ク構造として、その内槽内に液体ヘリウムを貯溜してい
る。

その一般例を第３図により簡単に説明する。この図面は
超電導磁石全体を概略的に示したもので、その本体部と
してのコイル部１は、超電導コイル２を内部に収納して
固定したコイル部内槽３と、このコイル部内槽３を内部
に断熱支持して収納した真空容器であるコイル部外槽４
とからなり、このコイル部１に対してその上方に液体ヘ
リウム溜部５が設けられている。この液体ヘリウム溜部
５は、やはり真空容器である液体ヘリウム溜外槽６中に
本発明の対象となる低温容器である液体ヘリウム溜内槽
７を断熱支持装置８により両端側から支持した構成で、
その液体ヘリウム溜内槽７内に液体ヘリウムを貯溜し、
その液体ヘリウムを連通管９を介して上記コイル部内槽
３内に補給し、またコイル部での蒸発ガスは同連通管９
から回収するようになっている。

こうした超電導磁石における液体ヘリウム溜部５につい
て更に述べると、上述した如く外部からの熱侵入を極力
少なくする為に、真空容器である液体ヘリウム溜外槽
（以下説明の便宜上単に外槽と称する）６中に低温容器
である液体ヘリウム溜内槽（これも同様に単に内槽と称
する）７を断熱支持装置８により支持して二重タンク構
造としているが、ここで問題となるのが断熱支持装置で
ある。これは外槽６と内槽７との間の熱の伝わりを極力
小さくするために断熱性に優れたものでなければならな
い。しかも一方では内槽７を機械的に支持する必要か
ら、特に超電導磁気浮上車の如く高速で走行する車両等
に使用する場合、走行中に発生する振動・衝撃等に耐え
る充分な強度と剛性を有していなければならない。こう
した物理的に困難な相反する機能を満足させるために特
殊な構造即ち、特開昭58-21305号で既に提案されている
矢ばね式断熱支持装置がある。

その提案の矢ばね式断熱支持装置を第４図及び第５図に
より説明する。なおここでは外槽６と内槽７との間に更
に中間熱シールド板10を介在しているが、これが有って
も無くても断熱支持装置自体は基本的には変わりがな
い。まず中間熱シールド板10を挟持固定する剛性の高い
中間支持体11と、この中間支持体11の外面側にそれぞれ
一端部が結合され各々の他端部が上記外槽６の内周面部
に結合されて放射状に配する複数枚の常温側支持板12
と、それぞれ一端部が中間支持体11の内面側に結合され
他端部が内槽７の端面外周部に結合されて放射状に配す
る複数枚の低温測支持板13とにより構成されている。

それら常温側及び低温側支持板12,13は比較的強度が高
く且つ断熱性の良好なFRP等の材質で、更に断熱性を高
めるために薄い帯板状にされている。また枚数はそれぞ
れ４枚程度とされている。なお常温側及び低温側の支持
板12,13の各々の一端部は押え座14a,14bを介してボルト
15とナット16により中間支持体11に固定され、また常温
側支持板12の各他端部は外槽６の内周面の周方向に間隔
を存した複数箇所に突設した支持受座17に押え座14cを
介してボルト18aにより固定され、低温側支持板13の各
他端部は内槽７の端面外周の周方向に間隔を存した複数
箇所に突設した支持受座19に押え座14dを介してボルト1
8bにより固定されている。

こうした断熱支持装置は、複数枚ずつの常温側支持板12
と低温側支持板13とが中間支持体11を挟んである傾斜角
度を持って両側に対称に拡がって一種の矢ばねのように
設置されることから、矢ばね式断熱支持構造と称されて
いるのであり、この構造であれば支持板が中間支持体で
折返して配する如き構成となるので、外槽６と内槽７と
の間の伝熱距離が大きく取れ、外部からの熱侵入量を少
なくでき、また内槽７の支持強度も比較的高く得られる
ようになる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述した構成の断熱支持装置では、前述の如
く断熱性を高めるべく各支持板12,13を薄い帯板状とし
ているので、内槽７が長尺化して熱収縮変位量が大きい
場合、その内槽７の熱収縮変位によりその軸方向変位に
上記支持板12,13が撓み、この状態で走行振動等の負荷
を該支持板12,13が受けて引張り力が作用すると、その
薄い帯板状の支持板12,13は両端の押え座近傍で局部的
な曲げ変形を生じて、過大な曲げ応力を発生し、これが
繰返されることで疲労が大きく、長期使用に耐えられず
に破断するなど危険性があった。また一時的でも過大な
振動等による負荷が加わるとFRP板等では破壊靱性が低
く直ぐに破断に至る危険性があった。更にはコンパクト
化を図る溜めに内外槽6,7の径を小さくした場合、それ
に応じて支持板12,13の長さを短くしなければならず、
その結果として断熱性が損われる問題もあった。

このために、内槽が長尺化して長手方向の熱収縮量が大
きくなったり、小径化した場合でも、断熱性を十分確保
して内槽支持ができると共に、その内槽の熱収縮による
変位を吸収できて、支持部材などの破断等の危険を防止
できる低温容器の断熱支持装置の実現が強く要望されて
来ている。

〔発明の構成〕

（問題を解決するための手段） この発明の低温容器の断熱支持装置は、上記事情に鑑み
なされ従来の問題を解消すべく、外槽中に収納した低温
容器の長手方向に対する中間部を貫通する状態で断熱固
定支持する中間固定支持機構と、前記低温容器の長手方
向両端部を該容器の長手方向と直交する径方向に断熱支
持し且つ該低温容器の長手方向にはスライドによる熱収
縮変位吸収機能を持つ両端スライド支持機構とを設けて
構成したことを特徴とする。

（作用） 上記構成により、低温容器の長手方向に対する中間部が
中間固定支持機構により断熱固定支持され、該低温容器
の長手方向両端部はスライドによる熱収縮変位吸収機能
を持つ両端スライド支持機構により該容器の長手方向と
直交する径方向にのみ断熱支持されて長手方向への変位
が自由とされる。即ち、低温容器は長手方向中間が一点
固定され、両端が長手方向に自由支持されるようにな
る。これにて低温容器が長尺化して熱収縮による変位量
が大きな値となるものでも、その容器の支持が中間部の
固定支持により確実となると同時に、その容器の長手方
向の大きな熱収縮変位を両端部側で良好に吸収可能とな
り、それら支持機構の支持部材などの破断等を招くこと
がなく長期寿命を達成し得るようになる。しかも中間固
定支持機構は低温容器の長手方向に対する中間部を貫通
する状態で設けられ且つ両端スライド支持機構は途中に
スライド部を持つことから、いずれも外槽側に取付く常
温側と内槽である低温容器側に取付く低温側との断熱距
離を十分に取れて、外部からの熱侵入が少ない優れた断
熱性を確保するようになる。

（実施例） 以下この発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。なおその図面中上記第３図乃至第５図に示したも
のと同一構成をなすものには同一符号を付して説明の簡
略化を図ることにする。

ここでは、外槽６中に収納した低温容器である内槽７の
断熱支持装置として、該内槽７の長手方向中間部を貫通
する状態で断熱固定支持する中間固定支持機構20と、長
手方向両端部をスライド可能に断熱支持する両端スライ
ド支持機構30A,30Bとが設けられている。

前記中間固定支持機構20は、多重円筒挟み込み構造のも
ので、第２図に示す如く内槽７の長手方向中間部に溶接
等により気密する状態に筒体21が固設され、この筒体21
内周面中間部に断面凸形のリング状支持座22が突設され
ている。そしてこの支持座22を両側から対称的に筒体21
内に挿入されて挟み込み支持する多重円筒（両側それぞ
れ多数本ずつ径を大小異にして内外多重に繋ぎ合せた断
熱性を持つ支持筒）が設けられて構成されている。つま
り、前記筒体21内の支持座22の両側に各々内端を押付け
係合してFRPの強度が高く且つ断熱性に優れた最も大径
な支持筒23a,23bが設けられ、これら支持筒23a,23bの外
端に係合して内部方に折返す如く配してステンレス鋼等
の強度の高い２番目に大径な支持筒24a,24bが設けら
れ、またその支持筒24a,24bの内端部に係合して外部方
に折返す如く配して３番目に大径な前記同様のFRP等の
支持筒25a,25bが設けられ、更にその支持筒25a,25bの外
端に係合して内部方に折返す如く配してアルミニウム合
金等の熱伝導率の良好な４番目の大径な中間支持筒26a,
26bが設けられている。そして更にその中間支持筒26a,2
6の内端に係合して外部方に折返す如く配して前記同様
のFRP等の最も小径な支持筒27a,27bが設けられて、この
支持筒27a,27bの外端がスペーサ28a,28bを介してフラン
ジ部29a′,29b′付き締結棒29a,29bにより両外側方から
締付けられ、その状態で該フランジ部29a′,29b′が外
槽６の左右壁部に嵌着固定されて構成されている。なお
その締結棒29a,29bは互いの先端部にねじ部を有して前
記一方のスペーサ28bに螺合締結されている。また前記
アルミニウム合金等の熱伝導率の良好な中間支持筒26a,
26bは、その外端で中間熱シールド板10に繋ぎ板10a,10b
により接続されて、その中間熱シールド板10に図示しな
いが一般に取付けられて液体窒素等が流れる中間温度冷
却用配管により該中間熱シールド板10と共に冷却される
ようになっている。

一方、前記両端スライド支持機構30A,30Bは低温容器で
ある内槽７の長手方向両端側に互いに対称的に配して、
該内槽７の長手方向の熱収縮変位吸収機能を持つって断
熱支持するもので、内槽７の両端壁の各中心部に溶接に
より固定した支持金具31a,31bに基端を嵌着してFRP等の
強度が高く且つ断熱性に優れた比較的長尺な支持筒32a,
32bが突設され、その支持筒32a,32bの先端部外周にステ
ンレス鋼等の短軸筒状をなすスライド金具33a,33bが嵌
着されている。また外槽６内周面の両端壁寄り部に取付
座34a,34bを介して複数枚ずつのそれぞれFRP等の強度が
高く且つ断熱性に優れた支持板35a,35bが放射状に配し
て設けられ、これら支持板35a,35bの内端側に固定支持
されて摩擦係数の小さい例えば４フッ化エチレン系樹脂
等の滑り軸受36a,36bが設けられ、これら滑り軸受36a,3
6bに前記支持筒32a,32bがこの先端スライド金具33a,33b
を摺嵌してスライド可能に支持されている構成である。

而して、上述した断熱支持装置であれば、低温容器であ
る内槽７の長手方向に対する中間部が多重円筒挟み込み
構造の中間固定支持機構20により断熱支持されて、該内
槽７の中間部が長手方向及び径方向いずれの方向にも不
動の状態にかなり強固に固定保持される。一方内槽７の
両端側は両端スライド支持機構30A,30Bにより断熱支持
されるが、これらは外槽６内に放射状に取付けた支持体
35a,35b内端の滑り軸受36a,36bに内槽７両端から突設し
た支持筒32a,32bがスライド金具33a,33bを介してスライ
ド可能に摺嵌していることで、該容器７の両端部が長手
方向と直交する径方向にのみ支持されて該長手方向への
変位が自由とされる。即ち、内槽７は長手方向中間が一
点固定されて両端が長手方向に自由支持されるようにな
る。これにて外槽６内に収納される内槽７が長尺化して
熱収縮による変位量が大きな値となるものでも、その内
槽７の長手方向の大きな熱収縮変位を両端スライド支持
機構30A,30Bにより良好に吸収できて、それら支持機構
の部材などの破断等を招くことがなく長期寿命を達成し
得るようになると共に、その両端スライド支持機構30A,
30Bがスライドして熱収縮変位吸収機能を持つ構成とさ
れていても、中間固定支持機構20により内槽７の中間部
を固定支持しているので、該内槽７の支持が確実となっ
て外部からの振動・衝撃等に十分耐え得るようになる。

また、前記中間固定支持機構20は内槽７の長手方向に対
する中間部を貫通する状態で設けられ、且つその構成が
多数本ずつ径を大小異にして内外多重に継ぎ合せた断熱
性を持つ支持筒で支持座22を両側から挟み込む多重円筒
挟み込み構造であるので、外槽６側に取付く常温側と内
槽７側に取付く低温側との断熱距離を十分長く取れて、
外部からの熱侵入を少なくでき、また両端スライド支持
機構30A,30Bは途中にスライド部を持つべく比較的長尺
な断熱性に優れた支持筒32a,32bを用い、これをスライ
ド可能に支持する滑り軸受36a,36bを放射状に配する断
熱性に優れた支持板35a,35bにより保持した構成である
ことから、この両端スライド支持機構30A,30Bにおいて
も中間固定支持機構20と略同様に常温側と低温側との断
熱距離を十分長くに取れて、外部からの熱侵入を少なく
できて、全体的に内外槽6,7が小径化された場合でも非
常に優れた断熱性が確保し得るようになる。

〔発明の効果〕

この発明は上述した如くなしたから、液体ヘリウム溜内
槽等の低温容器の長手方向に対する中間部を中間固定支
持機構により断熱固定支持でき、該低温容器の長手方向
両端部はスライドによる熱収縮変位吸収機構を持つ両端
スライド支持機構により該容器の長手方向と直交する径
方向にのみ断熱支持して長手方向への変位を自由とでき
るので、該低温容器が長尺化して熱収縮による変位量が
大きな値となるものでも、その容器の長手方向の大きな
熱収縮変位を両端部側で良好に吸収して、それら支持機
構の支持部材などの破断等を招くことんなく確実に支持
できて長期寿命を達成し得ると共に、中間固定支持機構
は低温容器の中間部を貫通する状態で設けられ且つ両端
スライド支持機構は途中にスライド部を持つことから、
いずれも外槽側に取付く常温側と内槽である低温容器側
に取付く低温側との断熱距離を十分に取れて、外部から
の熱侵入が少ない優れた断熱性を確保できるものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図のII-II線に沿う拡大断面図、第３図は液体ヘリウ
ム溜部を有した超電導磁石の一般例を示す概略的構成
図、第４図は従来の断熱支持装置を示す第３図のIV-IV
線に沿う断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う断面
図である。 ６…外槽（液体ヘリウム溜外槽）、７…低温容器（液体
ヘリウム溜内槽）、20…中間固定支持機構、21…筒体、
22…支持座、23a,23b〜27a,27b…支持筒、28a,28b…ス
ペーサ、29a,29b…締結棒、30A,30B…両端スライド支持
機構、31a,31b…支持金具、32a,32b…支持筒、33a,33b
…スライド金具、34a,34b…取付座,35a,35b…支持板、3
6a,36b…滑り軸受。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導磁石等の液体ヘリウム溜部の液体ヘ
   リウムを貯溜する内層などの低温容器を真空容器等であ
   る外槽中に断熱支持するものにおいて、前記低温容器の
   長手方向に対する中間部を貫通する状態で断熱固定支持
   する中間固定支持機構と、前記低温容器の長手方向両端
   部を該容器の長手方向と直交する径方向に断熱支持し且
   つ該低温容器の長手方向にはスライドによる熱収縮変位
   吸収機能を持つ両端スライド支持機構とを設けて構成し
   たことを特徴とする低温容器の断熱支持装置。
2. 【請求項２】中間固定支持機構は、低温容器の長手方向
   中間部に気密に貫通固定した筒体内の支持座を両側から
   多数本ずつ径を大小異にして内外多重に繋ぎ合せた断熱
   性を持つ支持筒により挟み込む状態に支持する多重円筒
   挟み込み構造であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の低温容器の断熱支持装置。