JPH0738339B2 - 超電導装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は極低温冷媒により冷却さ
れる超電導コイルを用いた超電導装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導装置では、超電導コイルを例えば
４°Ｋ程度の極低温に冷却することが必要である。そこ
で、従来は超電導コイルそのものを液体ヘリウム溜めに
浸漬することによって超電導コイルを冷却するようにし
ていた。しかし、この方法によればヘリウム溜めに大き
なスペースを必要とすること、大量のヘリウムを貯留し
なければならないこと、およびヘリウム溜めの製作工程
が複雑であること等の欠点があった。

【０００３】また、実開昭５７−１３４８０９号公報に
は、クライオスタットに設けられる熱輻射シールド板に
冷媒通流管を取付けてシールド板を冷却し、外部からの
熱侵入を防止するようにしたものが示されている。ここ
に示されるものは液体窒素を冷媒としてシールド板自体
を冷却する技術であり、この技術を超電導コイルの冷却
にそのまま適用することは困難である。すなわち、超電
導コイルは励磁に起因して外側に広がろうとする力を受
け、したがって励消磁による収縮力を受けるとともに、
熱収縮力も発生するため、シールド板とは異なった挙動
を示すからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の超
電導装置では極低温冷媒であるヘリウムの貯溜に大きな
スペースを必要とし、また、高価なヘリウムを大量に貯
溜しなければならないことにより、装置の小型化に不利
であるとともに冷媒溜めの製作工程が複雑であるといっ
た欠点を有していた。

【０００５】本発明は、上記した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、超電
導コイルを安定に冷却できるとともに必要なスペースと
冷媒液貯溜量の減少化が図れ、しかも製作が容易で小型
のコイルへの適用も可能な超電導装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の超電導装置においては超電導コイルと、こ
の超電導コイルを冷却するために前記超電導コイルを被
覆した均熱板と、この均熱板の周囲に少なくとも一部が
熱的に接触状態で配置され、内部に冷媒を通流させる冷
媒通流管と、この冷媒通流管内に冷媒を循環させる循環
手段と、前記超電導コイルと前記均熱板とを熱的に一体
化させるために両者の間に充填され、前記均熱板とほぼ
等しい熱膨張率を有する粘弾性接着剤とを備えて構成さ
れることを特徴としている。

【０００７】

【作用】以上のような超電導装置によれば超電導コイル
を冷却するための均熱板を設け、冷媒循環路と超電導コ
イルとを均熱板を介して熱的に接続することによって、
超電導コイルを間接的に冷却する方式を採用しているた
め、超電導コイルを浸漬させるための極低温冷媒たる液
体ヘリウム溜を必要としない。したがって、超電導コイ
ルの冷却に必要なスペースと冷媒の貯溜量の減少化が図
れる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【０００９】図１は、本発明の第１の実施例に係る超電
導装置を示す図である。

【００１０】すなわち、同図において１は、円環状に形
成された超電導コイルであり、その外周面全体を覆う冷
却装置２によって極低温に冷却される。

【００１１】冷却装置２は、具体的には次のように構成
されている。すなわち、超電導コイル１の外周面は、均
熱板１１によって全体的に覆われている。均熱板１１
は、たとえば銅等の良熱伝導体で形成された半円環状の
２つの分割体１１ａ、１１ｂの各周方向端部を電気絶縁
板１２を介して絶縁ボルト１３にて固着して構成されて
いる。このように構成することによって、超電導コイル
１の励磁に起因した均熱板１１の誘導加熱が抑制され均
熱板１１の発熱が防止できるため、安定した冷却が実現
できる。また、均熱板１１と超電導コイル１とは、熱的
に密着性を向上させる目的で、略銅と同様の熱膨張率を
有し、かつ熱伝導性に優れたエポキシ樹脂１４によって
一体形成される。つまり、超導伝コイル１は通常超電導
線を銅等で被覆して構成されているため、エポキシ樹脂
１４は均熱板１１および超電導コイル１と熱膨張率がほ
ぼ等しく構成されていることになる。なお、均熱板１１
には、複数の孔１５が穿設されており、これら孔１５を
介して均熱板１１の両面のエポキシ樹脂１４が一体化さ
れる。したがって、均熱板１１と超電導コイル１とエポ
キシ樹脂１４とは一体となって熱収縮するようになって
いる。

【００１２】上記構成の本発明の超電導コイル１は、上
記均熱板１１を介して、自然落下循環方式の冷却装置本
体１６によって冷却される。冷却装置本体１６は、超電
導コイル１の上方に設置された液体ヘリウム槽１７と、
この液体ヘリウム槽１７の底部から同側面へと冷媒を通
流させる冷媒通流管１８とで構成されている。液体ヘリ
ウム槽１７は、ヘリウムを液化するとともに液体ヘリウ
ムＰを収容するものである。冷媒通流管１８は、均熱板
１１の２つの分割体１１ａ、１１ｂの外面をそれぞれ這
うように２系統設けられ、それぞれが上記液体ヘリウム
槽１７の底部から均熱板１１の外周面を重力方向下向き
に進行する冷媒汲出し部２１と、この冷媒汲出し部２１
の最下端部から重力方向へ上向きに蛇行屈曲しながら液
体ヘリウム槽１７の自由液面上に導かれる気化部２２と
で構成されている。冷媒汲出し部２１は、熱伝導性の悪
い断熱スペーサ２３を介して均熱板１１に固定され、均
熱板１１と熱的に絶縁されている。また、気化部２２
は、均熱板１１と直接接触するようにエポキシ樹脂１４
中に埋設されるとともに、所定の部位で、あるいは全長
に亙って均熱板１１にハンダ付等の方法により固定され
ている。

【００１３】上記の超電導コイル１と冷却装置２とは、
たとえば５０〜８０Ｋ程度の輻射シールド２４で囲繞さ
れるとともに、全体が真空容器２５の内部に収容され、
外部からの熱侵入を遮断するようにしている。

【００１４】このように構成された本実施例に係る超電
導装置において、超電導コイル１は、次のようにして冷
却される。

【００１５】すなわち、液体ヘリウム槽１７に収容され
た液体ヘリウムＰは、液体ヘリウム槽１７の底部から重
力によって冷媒汲出し部２１に汲出される。冷媒汲出し
部２１は、均熱板１１と熱的に絶縁されているので、液
体ヘリウムＰは、そのままの温度で重力方向の最下端部
に到達する。さらに、気化部２２に到達した液体ヘリウ
ムＰは、均熱板１１と熱的に接続されていることによっ
て均熱板１１を介して超電導コイル１と熱交換され、気
化する。気化した冷媒は、気化部２２を蛇行屈曲しなが
ら上昇し、液体ヘリウム槽１７の自由液面上に帰還す
る。自由液面上の冷媒ガスは、圧力上昇によって、ある
いは図示しない液化装置によって液化され再び冷媒汲出
し部２１から汲出される。この冷凍サイクルでは、冷媒
汲出し部２１の内部と気化部２２の内部とで冷媒の密度
差を生じるため、この密度差によって冷媒の循環動力を
得ることができる。したがって、この冷却装置２におい
ては、冷媒を循環させるための手段を特に必要としな
い。

【００１６】このように、上記冷却方式によれば、冷媒
を強制循環させる装置を用いずに冷媒通流管１８の内部
に冷媒を循環させることができるので、装置全体の小形
化、構成の簡単化を図ることができる。

【００１７】また冷媒通流管１８を介して超電導コイル
１を直接冷却するのではなく、超電導コイル１を被覆し
ている均熱板１１を冷媒通流管１８で冷却し、この均熱
板１１で超電導コイル１を冷却するようにしているの
で、少ない冷媒液量で、しかも冷媒通流管１８を細かい
ピッチで配設しなくても超電導コイル１の各部を均一に
冷却でき、そのうえ均熱板１１の熱容量で熱衝撃を速や
かに吸収することができる。したがって、装置全体を一
層小形化できるとともに冷却特性の安定化を図ることが
できる。

【００１８】図２は、本発明の第２の実施例に係る超電
導装置を示す図である。

【００１９】すなわち、この実施例が先に説明した実施
例と異なる点は、気化部２２の構成である。実施例では
気化部２２を、均熱板１１の周面に密着して設けられ周
方向に延びる複数の枝配管３１と、これら枝配管３１の
両端部を共通に接続するヘッダ３２、３３とで構成する
ようにしている。したがって、液体ヘリウム槽１７から
汲出された液体ヘリウムＰは、冷媒汲出し管２１を通っ
て下端のヘッダ３３に到達し、このヘッダ３３から各枝
配管３１を上昇する過程で超電導コイル１と熱交換され
て気化する。気化した冷媒は、上端のヘッダ３２に集め
られ、戻り配管３４を介して液体ヘリウム槽１７に帰還
される。

【００２０】このような構成であれば、前述した第１の
実施例に較べて製作が容易となるうえ、冷媒の循環流量
も上昇させることができ、冷却効率を高めることができ
る。

【００２１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではない。たとえば、上記枝配管３１を蛇行屈
曲させるようにすれば、さらに冷却効率は上昇する。そ
して、こ場合にも、特に製作の困難性をもたらすことは
ない。

【００２２】またさらに、冷媒の循環方式も上記実施例
に限定されるものではなく、要は本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施できるものである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導装
置によれば、超電導コイルを冷却するための均熱板を設
け、冷媒循環路と超電導コイルとを均熱板を介して熱的
に接続することによって、超電導コイルを間接的に冷却
する方式を採用しているため、超電導コイルを浸漬させ
るための極低温冷媒たる液体ヘリウム溜を必要としな
い。したがって、超電導コイルの冷却に必要なスペース
と冷媒の貯溜量の減少化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る超電導装置を一部切
欠して示す斜視図。

【図２】 本発明の他の実施例に係る超電導装置を一部
切欠して示す斜視図。

【符号の説明】

１ 超電導コイル ２ 冷却装置 １１ 均熱板 １２ 絶縁板 １４ エポキシ樹脂（接着剤） １５ 孔（貫通孔） １６ 冷却装置本体 １７ 液体ヘリウム槽 １８ 冷媒通流管 ２１ 冷媒汲出し部 ２２ 気化部 ２４ 輻射シールド ２５ 真空容器 ３１ 枝配管 ３２，３３ ヘッダ Ｐ 液体ヘリウム（冷媒）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導コイルと、この超電導コイルを冷却
   するために前記超電導コイルを被覆した均熱板と、この
   均熱板の周囲に少なくとも一部が熱的に接触状態で配置
   され、内部に冷媒を通流させる冷媒通流管と、この冷媒
   通流管内に冷媒を循環させる循環手段と、前記超電導コ
   イルと前記均熱板とを熱的に一体化させるために両者の
   間に充填され、前記均熱板とほぼ等しい熱膨張率を有す
   る粘弾性接着剤とを備えて構成されることを特徴とする
   超電導装置。
2. 【請求項２】前記均熱板には複数の貫通孔が形成されて
   おり、前記接着剤は該貫通孔内にも充填されていること
   を特徴とする請求項１記載の超電導装置。