JPH0964426A

JPH0964426A - 真空容器

Info

Publication number: JPH0964426A
Application number: JP7221407A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Morita; 森田　　裕; Ryukichi Takahashi; 龍吉高橋; Yoshihide Wadayama; 芳英和田山; Yoshitoshi Hotta; 好寿堀田; Katsuo Koriki; 勝男高力; Yasuhiko Murata; 康彦村田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【目的】超電導コイル等の極低温機器を収納できる真空
容器において、高真空度ならびに高真空排気速度の実現
によって、真空ポンプの運転時間削減，排気能力向上お
よび極低温機器冷却用動力費の削減をはかり経済効果の
高い真空容器を提供することにある。【構成】超電導コイル等の極低温機器を収納できる主真
空槽１０，副真空槽２０，酸化物超電導体電流リード部
３１，電流リード３０，副真空槽２０内部で酸化物超電
導体電流リード部３１を冷却できる電流リード冷却用冷
凍機４８、ならびに副真空槽２０内の気体を大気中に排
気できる真空ポンプ５０から成る真空容器。【効果】主真空槽１０の高真空度と高い排気速度が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空槽内で通電される超
電導コイル等の極低温機器を収納する真空容器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に超電導コイルはＮｂＴｉやＮｂ₃
Ｓｎ等を使用した超電導導体を巻回したコイルで約４
Ｋの極低温に冷却すると大電流を通電できるため、強磁
場発生装置等に使用が可能である。これら超電導コイル
は真空断熱を施した容器の中で使用される。

【０００３】超電導コイルは冷却方式により種々の型が
あり、浸漬冷却型，強制冷却型，冷凍機冷却型等があ
る。

【０００４】浸漬冷却型超電導コイルは約４Ｋの液体ヘ
リウムに浸すことにより冷却する方式である。浸漬冷却
型超電導コイルはＮｂＴｉ，Ｎｂ₃ＳｎまたはＶ₃Ｇａ
等の超電導体とＣｕ，ＣｕＮｉ合金またはＡｌ等の常電
導体を組み合わせた超電導導体をコイル状に巻回したも
のであり、電流密度を高くすることができることや比較
的構造が簡単であることから、超電導磁気浮上列車，磁
気共鳴イメージング装置または物性研究用高磁場発生装
置等に用いられる。浸漬冷却型超電導コイルは液体ヘリ
ウムに浸すことにより冷却されるので、液体ヘリウム槽
の中に設置される。電流は外部から電流リードを介して
コイルに供給されるので、電流リードは液体ヘリウムの
蒸発ガスと効率良く熱交換できる構造とし、熱侵入量を
小さくすることが一般的である。

【０００５】冷凍機冷却型超電導コイルは極低温まで冷
却できる冷凍機を用いて冷却する方式である。図２は冷
凍機冷却型超電導コイルを用いた超電導磁石の一例であ
る。超電導コイル１２の構造は浸漬冷却型超電導コイル
と類似しているが、超電導コイル１２は冷凍機１４と直
結され極低温まで冷却される構造である。冷凍機１４は
ギフォードマクマホン式冷凍機，ソルベイ式冷凍機また
はスターリング式冷凍機等が用いられる。冷凍機冷却型
超電導コイルはコイル自体を冷媒に浸すことは不必要で
ある。このため、通常、冷凍機冷却型超電導コイルは断
熱のために真空排気された真空槽１５の内部に設置す
る。電流は電流リード３０を通して供給される。電流リ
ード３０は浸漬冷却型超電導コイルの場合と同様に外部
から超電導コイル１２への熱侵入を軽減することが必要
であるが、液体ヘリウムの蒸発ガスにより電流リードを
冷却することができないので電流リード３０を冷却する
機構を必要とする。冷凍機冷却型超電導コイルは冷媒を
注入する作業が不必要であることから、運転のための操
作は比較的簡単であり、現在は主に物性研究用高磁場発
生磁石として用いられる。

【０００６】強制冷却型超電導コイルは強制冷却型超電
導導体をコイル状に巻いたもので、高剛性であることお
よび高電気絶縁性が可能であること等から核融合用磁石
や超電導電力貯蔵装置等の大型の超電導コイルに採用さ
れる方式である。強制冷却型超電導導体は種々のタイプ
が実用化されているが、その一つにケーブルインコンジ
ット型導体がある。これはＮｂＴｉやＮｂ₃Ｓｎ等を使
用した超電導素線をパイプ状のコンジット内部に束ねて
入れたもので、超電導素線の隙間に冷媒を強制的に循環
させて冷却する方式の導体である。また、この冷媒には
超臨界圧ヘリウムが用いられることが多い。超臨界圧ヘ
リウムとは圧力１０気圧以上・温度約４Ｋのヘリウムの
ことであり、超臨界圧ヘリウムは磁石外部の超臨界圧ヘ
リウム発生装置により供給される。以上のように強制冷
却型超電導コイルは導体内部を流れる冷媒によって運転
温度まで冷却することが可能なコイルであり、導体外部
の冷媒により冷却することは不必要である。このため、
通常、強制冷却型超電導コイルは断熱のために真空排気
された真空槽内に設置する。コイルに供給する電流は電
流リードを通して、超臨界圧ヘリウムは超臨界圧ヘリウ
ム供給管を通して供給されるが、冷凍機冷却型超電導コ
イルと同様に液体ヘリウムの蒸発ガスにより電流リード
を冷却することができない。従って、電流リードは外部
から超電導コイルへの熱侵入を軽減するためにコイルと
は別の機構で電流リードを冷却する方式が一般的であ
る。

【０００７】超電導導体の材料に（Ｎｂ，Ｔｉ)₃Ｓｎ、
冷凍機にギフォードマクマホン式冷凍機，電流リードに
Ｂｉ系酸化物超電導体を用い、これらすべての構成機器
を真空中に置いた構造である冷凍機冷凍型超電導磁石装
置の例としては低温工学Ｖol.２８Ｎo.９１９９３
Ｐ５１９(低温工学会刊）記載の冷凍機冷凍型超電導
磁石装置が挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、冷凍機冷却型超電導コイルは運転操作が比較的簡単
である点から物性研究用高磁場発生磁石として、強制冷
却型超電導コイルは高剛性および高電気絶縁性である点
から核融合用磁石や超電導電力貯蔵装置等の大型の超電
導コイルとして好適である。

【０００９】しかし、上記従来技術における冷凍機冷却
型超電導コイルや強制冷却型超電導コイルは真空槽内に
配置されるため、真空槽の真空排気において問題点とな
ることがある。この問題点を以下に述べる。冷凍機冷却
型超電導コイルや強制冷却型超電導コイルを用いた装置
は真空槽内の真空排気を行った後にコイルの冷却を開始
するが、冷却を始めると、真空槽内に残留した気体分子
や真空槽内の機器から遊離した気体分子は極低温である
超電導コイルや冷凍機等の表面に吸着してしまう。その
後、コイルの冷却を止めた場合、すなわち、超電導コイ
ル等の温度が上昇した場合、吸着した気体分子は真空槽
内に拡散し真空断熱の効果が劣化してしまうという問題
点がある。従って、再びコイルの冷却を行う前に真空槽
を再度真空排気する必要があるため、真空ポンプの運転
時間および運転費用がかかってしまう。また、超電導コ
イルおよび真空槽が大きくなるに従い真空ポンプの運転
時間および運転費用は莫大になる。本発明の目的は前記
問題点を解決することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、真空槽を主
真空槽と副真空槽に分割し、主真空槽は超電導コイル等
の極低温機器を収納し、副真空槽は主真空槽と真空バル
ブにより連結し、大気側より副真空槽を経由し主真空槽
内の超電導コイル等の極低温機器に電流を供給できる電
流リード部を設け、副真空槽内部で電流リードを冷却で
きる冷凍機または低温冷媒液溜等の冷却機構を配置し、
副真空槽内の気体を大気中に真空排気できる構造とした
真空容器を使用することにより達成できる。

【００１１】

【作用】主真空槽を真空排気する場合、まず、主真空槽
と副真空槽を仕切る真空バルブを開き、真空ポンプにて
排気を行う。所定の真空度になったところで電流リード
冷却用冷凍機の運転を開始または低温冷媒液溜に低温冷
媒を注入する。電流リードの温度が８０Ｋ程度まで下が
ると、主真空槽内に残留した気体分子，超電導コイルの
表面から遊離した気体分子、または真空槽の内面等から
遊離した気体分子等は副真空槽内の電流リード，電流リ
ード冷却用冷凍機、または低温冷媒液溜の外面に吸着す
るようになる。この状態のまま所定の時間が経った後、
真空バルブを閉じる。次に電流リード冷却用冷凍機の運
転停止をするか、または低温冷媒液溜内の低温冷媒をす
べて蒸発させる。これにより電流リード等の温度が上昇
し始めると、吸着した気体分子は遊離し、主真空槽に戻
ることなく真空ポンプにより副真空槽外へ排出される。
以上の手順により主真空槽内の高真空度が得られ、真空
断熱の特性が良くなる。また、超電導コイルを冷却した
場合において超電導コイルに吸着する気体分子が少なく
なり、その結果、コイルの温度が上昇した場合において
も真空度の劣化は起こらなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１３】（実施例１）本実施例における冷凍機冷却
型超電導磁石装置およびその真空容器の構成を説明す
る。

【００１４】図２は本実施例における機器の構成図であ
る。図２における主真空槽１０の内容積は約２ｍ³であ
る。主真空槽１０の内部には超電導コイル１２を設置
し、超電導コイル１２の両極は電流リード３０に接続し
た。超電導コイル１２に使用した超電導導体は超電導材
としてＮｂ₃Ｓｎを使用した極細多心線であり、その直
径は２mmである。超電導コイル１２はこの導体をソレノ
イド型に巻回したもので、外径，内径，高さおよびター
ン数はそれぞれ２５０mm，１５０mm，２９８mm，２８０
０ターンである。また、５８０Ａ通電時におけるコイル
の中心磁場は６Ｔである。超電導コイル１２の冷却は主
真空槽１０内の超電導コイル冷却用冷凍機１３を用いて
いる。超電導コイル冷却用冷凍機１３はギフォードマク
マホン式冷凍機であり、この冷凍機の４Ｋ熱負荷フラン
ジに接続した物体を約４Ｋに冷却できる。超電導コイル
１２は超電導コイル冷却用冷凍機１３の４Ｋ熱負荷フラ
ンジに接続している。副真空槽２０内部は電流リード３
０が大気側から主真空槽１０に貫通しており、電流リー
ド３０は大気側で電流供給ケーブル３４と、主真空槽１
０内で超電導コイル１２と接続している。電流リード３
０の導電部は酸化物超電導体であるＢｉ−２２２３を用
いた部位と高純度銅を用いた部位により構成されてい
る。副真空槽２０は主真空槽１０と真空バルブ２１によ
り結ばれており、大気側には真空排気管５１が接続さ
れ、さらに真空排気管５１は真空ポンプ５０と連結され
ている。真空バルブ２１は大気側から圧縮空気によって
開閉制御可能なゲートバルブである。真空ポンプ５０は
ターボ分子ポンプを使用し、ポンプの真空引き口での１
×１０^-3Torrにおける排気速度は約２０ｌ／ｓである。
主真空槽１０内部の真空度は電離真空計５２により計測
できる構成としている。なお、主真空槽１０と副真空槽
２０はSUS304系ステンレスを用いた溶接構造である。

【００１５】図１は図２における副真空槽２０付近の構
成図である。本実施例は酸化物超電導体電流リード部３
１を冷却する方式として副真空槽２０内に設置した電流
リード冷却用冷凍機４７を用いる。電流リード冷却用冷
凍機４７はギフォードマクマホン式冷凍機であり、この
冷凍機の８０Ｋ熱負荷フランジ４６に接続した物体を約
８０Ｋに、４Ｋ熱負荷フランジ４５に接続した物体を約
４Ｋに冷却できる。図２において主真空槽１０の外部か
ら主真空槽１０内の超電導コイル１２に電流を供給する
電流リード３０は、図１に示すように常電導体電流リー
ド部３２と酸化物超電導体電流リード部３１から構成さ
れる。酸化物超電導体電流リード部３１は副真空槽２０
内の電流リード冷却用冷凍機４７の８０Ｋ熱負荷フラン
ジ４６と４Ｋ熱負荷フランジ４５の間に設置している。
酸化物超電導体電流リード部３１は酸化物超電導体であ
るＢｉ−２２２３を使用した超電導線をＦＲＰのパイプ
の表面にパイプの軸と平行に貼り付けた構造で、使用し
た超電導線は銀を用いたシース材の中にＢｉ−２２２３
の結晶を配向させたものである。副真空槽２０内の電流
リード冷却用冷凍機４７を運転した状態において、酸化
物超電導体電流リード部３１は５ｋＡの連続通電が可能
である性能を有する。酸化物超電導体電流リード部３１
の上部は高純度銅を用いた常電導体電流リード部３２を
接続し、常電導体電流リード部３２はその上部のターミ
ナルにおいて電流供給ケーブル３４と接続した。酸化物
超電導体電流リード部３１の下部は常電導体電流リード
部３２と接続し、この常電導体電流リード部３２は主真
空槽１０内において超電導コイル１２と接続されてい
る。副真空槽２０の大気側は真空ポンプ５０を接続し、
副真空槽２０は主真空槽１０と真空バルブ２１により結
ばれており、大気側には真空排気管５１が接続され、さ
らに真空排気管５１は真空ポンプ５０と連結されてい
る。主真空槽１０内部の真空度は電離真空計５２により
計測できる。電流リード３０とその他各部の接続部のう
ち必要な箇所は絶縁体３３により電気的絶縁を施してい
る。

【００１６】次に本実施例において主真空槽１０の真空
排気を行う手順を説明する。初めに真空バルブ２１を開
き、真空ポンプ５０を起動する。電離真空計５２により
測定した真空度は徐々に上がっていき、真空度が５×１
０^-3Torr程度になったところで副真空槽２０内の電流リ
ード冷却用冷凍機４７を起動する。副真空槽２０内の電
流リード冷却用冷凍機４７の４Ｋ熱負荷フランジ４５お
よび８０Ｋ熱負荷フランジ４６の温度が下がると主真空
槽１０内の気体分子が４Ｋ熱負荷フランジ４５，８０Ｋ
熱負荷フランジ４６およびこれに接続した酸化物超電導
体電流リード部３１の表面に吸着するようになるため、
さらに真空度が上がる。真空度が１０^-5Torr程度まで上
がったところで真空バルブ２１を閉じ、副真空槽２０内
の電流リード冷却用冷凍機４７を停止させる。このまま
放置すると４Ｋ熱負荷フランジ４５，８０Ｋ熱負荷フラ
ンジ４６および酸化物超電導体電流リード部３１の温度
が上昇し外面に吸着した気体分子が遊離しはじめ、遊離
した気体分子は真空ポンプ５０により外部に排出され
る。このようにして副真空槽２０内の気体分子が排出で
きたら、副真空槽２０内の電流リード冷却用冷凍機４７
の運転を再開し、再び上記の手順を繰り返す。なお、超
電導コイル１２に通電する時は副真空槽２０内の電流リ
ード冷却用冷凍機４７を運転する必要があり、真空ポン
プ５０は運転したままで、真空バルブ２１は開いてお
く。

【００１７】次に本実施例における効果を説明する。本
実施例は主真空槽１０の真空排気を行う段階から副真空
槽２０内の電流リード冷却用冷凍機４７を運転すること
により、熱負荷フランジおよび酸化物超電導体電流リー
ド部３１の表面に真空槽内の気体分子を吸着し、主真空
槽１０内の高真空度を実現できるという効果がある。そ
の結果、真空排気における時間の節約と装置の運転費用
の削減という点で効果がある。また、高い真空度により
断熱効果が増し超電導コイル１２の侵入熱量が減少し、
安定した運転ができ、さらに、主真空槽１０内の超電導
コイル冷却用冷凍機１３の容量を小さくすることが可能
なので経済的に大きな効果が得られる。以下に上記の効
果の一例をさらに詳細に説明する。図１に示した構成に
おいて真空バルブ２１を開き真空ポンプ５０を作動させ
た状態で、副真空槽２０内の電流リード冷却用冷凍機４
７を運転しない場合と運転する場合において主真空槽１
０の排気速度および到達真空度を比較した。その結果、
運転しない場合において１×１０^-3Torrにおける排気速
度約１０ｌ／ｓであったのに対し、１×１０^-2Torrに排
気できたところで副真空槽２０内の電流リード冷却用冷
凍機４７の運転を開始した場合において１×１０^-3Torr
における排気速度は約１４ｌ／ｓであった。また、５×
１０^-5Torrの到達時間は前者が約１３時間であったのに
対し後者が約９時間であり、明らかに排気速度向上の効
果が現れた。また到達真空度は前者が５×１０^-6Torr、
後者が２×１０^-6Torrであり真空度向上の効果も現れ
た。さらに、後者の到達真空度を確認した後、真空ポン
プ５０を運転したままで真空バルブ２１を閉じ、副真空
槽２０内の電流リード冷却用冷凍機４７を運転を停止
し、各熱負荷フランジを室温とした。この状態で約０.
５時間放置し、熱負荷フランジおよび電流リードに吸
着された気体分子を真空ポンプ５０により排出した。続
いて真空バルブ２１を開き、副真空槽２０内の電流リー
ド冷却用冷凍機４７を運転再開し真空排気を行った。こ
の場合の到達真空度は１×１０^-6Torrとなり、主真空槽
１０内の気体分子数が減少し真空度がさらに上がるとい
う効果が得られた。

【００１８】（実施例２）本実施例における強制冷却型
超電導磁石装置およびその真空容器の構成を説明する。
図３は実施例２による強制冷却型超電導磁石装置の構成
図である。図３における主真空槽１０の内容積は約５ｍ
³である。主真空槽１０の内部には強制冷却型超電導コ
イル６３を設置し、強制冷却型超電導コイル６３の両端
はジャンクションボックス６２を介して超臨界圧ヘリウ
ムトランスファライン６１と電流リード３０に接続し
た。強制冷却型超電導コイル６３に使用した超電導導体
は外径１６mm内径１４mmのSUS304L 製コンジットの内部
にＮｂ₃Ｓｎを用いた直径１mmの超電導素線を１５０本
入れた構造で、ボイド率は４０％である。強制冷却型超
電導コイル６３はこの導体をダブルパンケーキ型に巻回
したもので、外径，内径，厚さおよびターン数はそれぞ
れ１３００mm，９００mm，７０mm，８ターンである。強
制冷却型超電導コイル６３は約４Ｋにおいて２０ｋＡま
での通電を確認している。副真空槽２０内部には電流リ
ード３０が大気側から主真空槽１０に貫通しており、大
気側で電流供給ケーブル３４と、主真空槽１０内でジャ
ンクションボックス６２と接続している。電流リード３
０における導電部は直径５０mmの高純度銅により構成さ
れている。副真空槽２０は主真空槽１０と真空バルブ２
１により結ばれており、大気側には真空排気管５１が接
続され、さらに真空排気管５１は真空ポンプ５０と連結
されている。真空バルブ２１は大気側から圧縮空気によ
って開閉制御可能なゲートバルブである。真空ポンプ５
０はターボ分子ポンプを使用し、ポンプの真空引き口で
の１×１０^-3Torrにおける排気速度は約６０ｌ／ｓであ
る。２本の超臨界圧ヘリウムトランスファライン６１は
超臨界圧ヘリウム発生装置６０と接続され、強制冷却型
超電導コイル６３の内部は超臨界圧ヘリウムが循環す
る。超臨界圧ヘリウム発生装置６０は４Ｋのヘリウム温
度において、最大圧力１０atm ，最大流量３０ｇ／ｓの
性能を有する。主真空槽１０内部の真空度は電離真空計
５２により計測できる構成としている。なお、主真空槽
１０，副真空槽２０，低温冷媒液溜４０および低温冷媒
蒸発ガス排気管４４はSUS304系ステンレスを用いた溶接
構造である。

【００１９】図４は図３における副真空槽２０付近の構
成図である。図４において副真空槽２０内の電流リード
３０は低温冷媒液溜４０および蒸発ガス低温冷媒蒸発ガ
ス排気管４４の内部に設置し、電流リード３０が低温冷
媒４１およびその蒸発ガス４２と効率良く熱交換できる
構成としている。本実施例において低温冷媒は液体ヘリ
ウムを用い、低温冷媒液溜４０に液体ヘリウムを溜めた
場合、電流リード３０は最大２０ｋＡの連続通電が可能
である性能を有する。電流リード３０は上部のターミナ
ルにおいて電流供給ケーブル３４を接続し、主真空槽１
０内においてジャンクションボックス６２と接続した。
低温冷媒液溜４０には低温冷媒供給管４３を通じて低温
冷媒４１を注入することができ、蒸発ガス４２は低温冷
媒蒸発ガス排気管４４を通り外部へ排出する。副真空槽
２０は主真空槽１０と真空バルブ２１により結ばれてお
り、大気側には真空排気管５１が接続され、さらに真空
排気管５１は真空ポンプ５０と連結されている。主真空
槽１０内部の真空度は電離真空計５２により計測でき
る。電流リード３０とその他各部の接続部のうち必要な
箇所は絶縁体３３により電気的絶縁を施している。

【００２０】次に本実施例において主真空槽１０の真空
排気を行う手順を説明する。初めに真空バルブ２１を開
き、真空ポンプ５０を起動する。電離真空計５２により
測定した真空度は徐々に上がっていき、真空度が５×１
０^-3Torr程度になったところで低温冷媒液溜４０に液体
ヘリウムを満たし、液面を一定に保つように適宜液体ヘ
リウムを追加注入する。液体ヘリウムが満たされると主
真空槽１０内の気体分子が低温冷媒液溜４０の外面に吸
着するようになるため、さらに真空度が上がる。真空度
が１０^-5Torr程度まで上がったところで真空バルブ２１
を閉じ、液体ヘリウムの追加注入を中止し低温冷媒液溜
４０内の液体ヘリウムをすべて蒸発させる。しばらくす
ると低温冷媒液溜４０の温度が上昇し外面に吸着した気
体分子が遊離しはじめ、この気体分子は真空ポンプ５０
により外部に排出される。副真空槽２０内の気体分子が
完全に排出できたら、低温冷媒液溜４０に液体ヘリウム
を再注入し、再び上記のことを繰り返す。なお、強制冷
却型超電導コイル６３に通電する時は液体ヘリウムを低
温冷媒液溜４０に満たしておく必要があり、真空ポンプ
５０は運転したままで、真空バルブ２１は開いておく。

【００２１】次に本実施例における効果を説明する。本
実施例は主真空槽１０の真空排気を行う段階に低温冷媒
液溜４０に液体ヘリウムを溜め、低温冷媒液溜４０の表
面に主真空槽１０内の気体分子を吸着させ、さらに真空
ポンプ５０により大気に排気することにより主真空槽１
０内の高い排気速度と高真空度を実現できるという効果
がある。その結果、真空排気における時間の節約と装置
の運転費用の削減という点で効果がある。また、高い真
空度により断熱効果が増し強制冷却型超電導コイル６３
の侵入熱量が減少し、安定した運転ができ、さらに、超
臨界圧ヘリウム発生装置６０の容量を小さくすることが
可能なので経済的に大きな効果が得られる。

【００２２】以下に上記の効果の一例を説明する。図４
に示した構成において真空バルブ２１を開き真空ポンプ
５０を作動させた状態で、低温冷媒液溜４０に何も入れ
ない場合と液体ヘリウムを満たした場合において主真空
槽１０の排気速度および到達真空度を比較した。その結
果、低温冷媒液溜４０に何も入れない場合において１×
１０^-3Torrにおける排気速度約２０ｌ／ｓであったのに
対し、１×１０^-2Torrに排気できたところで液体ヘリウ
ムを低温冷媒液溜４０に満たし続けた場合において１×
１０^-3Torrにおける排気速度は約５０ｌ／ｓであった。
また、５×１０^-5Torrの到達時間は前者が約５０時間で
あったのに対し後者が約３０時間であり、明らかに排気
速度向上の効果が現れた。また到達真空度は前者が２×
10^-5Torr、後者が１×１０^-5Torrであり真空度向上の効
果も現れた。さらに、後者の到達真空度を確認した後、
真空ポンプ５０を運転したままで真空バルブ２１を閉
じ、低温冷媒液溜４０内の液体ヘリウムを完全に蒸発さ
せ低温冷媒液溜４０の外表面温度を室温とした。この状
態で約１時間放置し、低温冷媒液溜４０の外面に吸着さ
れた気体分子を真空ポンプ５０により排出した。続いて
真空バルブ２１を開き、低温冷媒液溜４０に液体ヘリウ
ムを満たし真空排気を行った。この場合の到達真空度は
８×１０^-6Torrとなり、真空槽内の気体分子が減少し真
空度がさらに上がるという効果が得られた。

【００２３】（実施例３）次に実施例３における強制冷
却型超電導磁石装置およびその真空容器の構成を説明す
る。図３は実施例３による強制冷却型超電導磁石装置の
構成図、図５はこの装置の副真空槽付近の構成図であ
る。本実施例における副真空槽，電流リードおよびその
冷却機構以外の機器構成は実施例２と同様である。

【００２４】図３における主真空槽１０の内部には強制
冷却型超電導コイル６３を設置し、強制冷却型超電導コ
イル６３の両端はジャンクションボックス６２を介して
超臨界圧ヘリウムトランスファライン６１と副真空槽２
０内部には電流リード３０が大気側から主真空槽１０に
貫通しており、大気側で電流供給ケーブル３４と、主真
空槽１０内でジャンクションボックス６２と接続してい
る。副真空槽２０は主真空槽１０と真空バルブ２１によ
り結ばれており、大気側には真空排気管５１が接続さ
れ、さらに真空排気管５１は真空ポンプ５０と連結され
ている。２本の超臨界圧ヘリウムトランスファライン６
１は超臨界圧ヘリウム発生装置６０と接続され、強制冷
却型超電導コイル６３の内部は超臨界圧ヘリウムが循環
する。主真空槽１０内部の真空度は電離真空計５２によ
り計測できる構成としている。なお、電流リード部およ
びその冷却機構を除く各部の主要諸元は実施例２と同様
である。

【００２５】図５は図３における副真空槽２０付近を拡
大した図である。図５において副真空槽２０内の高純度
銅製電流リード３０は中空であり、その中空部は低温冷
媒液溜４０および低温冷媒蒸発ガス排気管４４を設け、
電流リード３０が低温冷媒４１およびその蒸発ガス４２
と効率良く熱交換できる構成としている。本実施例にお
いて低温冷媒は液体ヘリウムを用い、低温冷媒液溜４１
に液体ヘリウムを溜めた場合、電流リード３０は最大２
０ｋＡの連続通電が可能である性能を有する。電流リー
ド３０は上部のターミナルにおいて電流供給ケーブル３
４を接続し、主真空槽１０内においてジャンクションボ
ックス６２と接続した。低温冷媒液溜４０には低温冷媒
供給管４３を通じて低温冷媒４１を注入することがで
き、蒸発ガス４２は低温冷媒蒸発ガス排気管４４を通り
外部へ排出する。副真空槽２０は主真空槽１０と真空バ
ルブ２１により結ばれており、大気側には真空排気管５
１が接続され、さらに真空排気管５１は真空ポンプ５０
と連結されている。主真空槽１０内部の真空度は電離真
空計５２により計測できる。電流リード３０とその他各
部の接続部のうち必要な箇所は絶縁体３３により電気的
絶縁を施している。次に本実施例において主真空槽１０
の真空排気を行う手順は実施例２と同様である。

【００２６】次に本実施例における効果を説明する。排
気速度および到達真空度は実施例２とほぼ同じ値であ
り、真空排気に関する効果は実施例２と同様である。ま
た、本実施例は電流リード３０内部に低温冷媒液溜４０
および低温冷媒蒸発ガス排気管４４を設けた構造である
ため、副真空槽２０，電流リード３０およびその冷却機
構はコンパクトな構造となり、これらは体積比で実施例
２の約４／５に低減することができた。

【００２７】図６は図５の電流リード３０の位置を変更
したものであり、電流リード３０で容器を構成するもの
であり、冷却機構は図５に比べてさらに、コンパクトな
構成となる。

【００２８】（実施例４）次に実施例４における強制冷
却型超電導磁石装置およびその真空容器の構成を説明す
る。図３は実施例４による強制冷却型超電導磁石装置の
構成図、図１はこの装置の副真空槽付近の構成図であ
る。本実施例における副真空槽，電流リードおよびその
冷却機構以外の機器構成は実施例２と同様である。

【００２９】図３における主真空槽１０の内部には強制
冷却型超電導コイル６３を設置し、強制冷却型超電導コ
イル６３の両端はジャンクションボックス６２を介して
超臨界圧ヘリウムトランスファライン６１と副真空槽２
０内部には電流リード３０が大気側から主真空槽１０に
貫通しており、大気側で電流供給ケーブル３４と、主真
空槽１０内でジャンクションボックス６２と接続してい
る。副真空槽２０は主真空槽１０と真空バルブ２１によ
り結ばれており、大気側には真空排気管５１が接続さ
れ、さらに真空排気管５１は真空ポンプ５０と連結され
ている。２本の超臨界圧ヘリウムトランスファライン６
１は超臨界圧ヘリウム発生装置６０と接続され、強制冷
却型超電導コイル６３の内部は超臨界圧ヘリウムが循環
する。主真空槽１０内部の真空度は電離真空計５２によ
り計測できる構成としている。なお、電流リード部およ
びその冷却機構を除く各部の主要諸元は実施例２と同様
である。

【００３０】図１は図３における副真空槽２０付近の構
成図である。本実施例は酸化物超電導体電流リード部３
１を冷却する方式として電流リード冷却用冷凍機４７の
発生する寒冷を利用する。図１において主真空槽１０の
外部から強制冷却型超電導コイル６３に電流を供給する
酸化物超電導体電流リード部３１は副真空槽２０内の電
流リード冷却用冷凍機４７の８０Ｋ熱負荷フランジ４６
と４Ｋ熱負荷フランジ４５の間に設置している。酸化物
超電導体電流リード部３１は酸化物超電導体であるＢｉ
−２２２３を使用した超電導線をＦＲＰのパイプの表面
にパイプの軸と平行に貼り付けた構造で、使用した超電
導線は銀を用いたシース材の中にＢｉ−２２２３の結晶
を配向させたものである。電流リード冷却用冷凍機４７
を運転した状態において、酸化物超電導体電流リード部
３１は５ｋＡの連続通電が可能である性能を有する。酸
化物超電導体電流リード部３１の上部は高純度銅を用い
た常電導体電流リード部３２を接続し、常電導体電流リ
ード部３２はその上部のターミナルにおいて電流供給ケ
ーブル３４と接続した。酸化物超電導体電流リード部３
１の下部は常電導体電流リード部３２と接続し、この常
電導体電流リード部３２は主真空槽１０内においてジャ
ンクションボックス６２と接続されている。副真空槽２
０の大気側は真空ポンプ５０を接続し、副真空槽２０は
主真空槽１０と真空バルブ２１により結ばれており、大
気側には真空排気管５１が接続され、さらに真空排気管
５１は真空ポンプ５０と連結されている。主真空槽１０
内部の真空度は電離真空計５２により計測できる。電流
リード３０とその他各部の接続部のうち必要な箇所は絶
縁体３３により電気的絶縁を施している。

【００３１】次に本実施例において主真空槽１０の真空
排気を行う手順は実施例１と同様である。なお、強制冷
却型超電導コイル６３に通電する時は電流リード冷却用
冷凍機４７を運転する必要があり、真空ポンプ５０は運
転したままで、真空バルブ２１は開いておく。

【００３２】次に本実施例における効果を説明する。本
実施例は主真空槽１０の真空排気を行う段階から電流リ
ード冷却用冷凍機４７を運転することにより、熱負荷フ
ランジおよび酸化物超電導体電流リード部３１の表面に
真空槽内の気体分子を吸着し、主真空槽１０内の高真空
度を実現できるという効果がある。その結果、真空排気
における時間の節約と装置の運転費用の削減という点で
効果がある。また、高い真空度により断熱効果が増し強
制冷却型超電導コイル６３の侵入熱量が減少し、安定し
た運転ができ、さらに、超臨界圧ヘリウム発生装置６０
の容量を小さくすることが可能なので経済的に大きな効
果が得られる。また、コイルの通電に際し、冷媒の注入
の手間が省ける効果がある。

【００３３】以上の実施例において、電流リード冷却用
冷凍機４７としてギフォードマクマホン式冷凍機を使用
した例を示したが、電流リード冷却用冷凍機４７はソル
ベイ式またはスターリング式等これに代わる方式による
冷凍機であってもよい。同じく、実施例において、酸化
物超電導体電流リード部３１に使用した酸化物超電導体
としてＢｉ−２２２３を使用した例を示したが、前記酸
化物超電導体はＹ系またはＴｌ系等これに代わるその他
の酸化物超電導体であってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば以下の効
果がある。

【００３５】（１）真空槽内の高真空度を実現できる。

【００３６】（２）真空槽の排気過程において、高い排
気速度を実現できる。

【００３７】（３）真空槽内の気体分子を確実に真空槽
外に排出できる。

【００３８】（４）真空槽内の空間の有効利用ができ
る。

【００３９】（５）冷凍機を用いた場合において冷媒の
注入等の手間が省ける。

【００４０】（６）超電導コイルの冷却装置の容量を小
さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１および実施例４における副真空槽付近
の構成図。

【図２】実施例１における冷凍機冷却型超電導磁石装置
の構成図。

【図３】実施例２，実施例３および実施例４における強
制冷却型超電導磁石装置の構成図。

【図４】実施例２における副真空槽付近の構成図。

【図５】実施例３における副真空槽付近の構成図。

【図６】本発明の他の実施例である副真空槽付近の構成
図。

【符号の説明】

１０…主真空槽、１１…超電導導体、１２…超電導コイ
ル、１３…超電導コイル冷却用冷凍機、１４…冷凍機、
１５…真空槽、２０…副真空槽、２１…真空バルブ、３
０…電流リード、３１…酸化物超電導体電流リード部、
３２…常電導体電流リード部、３３…絶縁体、３４…電
流供給ケーブル、４０…低温冷媒液溜、４１…低温冷
媒、４２…蒸発ガス、４３…低温冷媒供給管、４４…低
温冷媒蒸発ガス排気管、４５…４Ｋ熱負荷フランジ、４
６…８０Ｋ熱負荷フランジ、４７…電流リード冷却用冷
凍機、５０…真空ポンプ、５１…真空排気管、５２…電
離真空計、６０…超臨界圧ヘリウム発生装置、６１…超
臨界圧ヘリウムトランスファライン、６２…ジャンクシ
ョンボックス、６３…強制冷却型超電導コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀田好寿茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者高力勝男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者村田康彦茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導コイル等の極低温機器を収納できる
主真空槽，前記主真空槽と真空バルブにより連結された
副真空槽，大気側より副真空槽を経由し主真空槽内の極
低温機器に電流を供給できる電流リード部，副真空槽内
部で電流リードを冷却できる冷却機構、ならびに副真空
槽内の気体を大気中に排気できる真空排気機構を併せて
備えたことを特徴とする真空容器。
【請求項２】請求項１記載の電流リード部において、酸
化物超電導体を備えたことを特徴とする真空容器。
【請求項３】請求項１記載の電流リード部において、銅
または銀等の常電導体を備えたことを特徴とする真空容
器。
【請求項４】請求項１記載の冷却機構として、ギフォー
ドマクマホン式，スターリング式またはソルベイ式等の
冷凍機を備えたことを特徴とする真空容器。
【請求項５】請求項１記載の冷却機構として、液体ヘリ
ウムまたは液体窒素等の低温冷媒を用いたことを特徴と
する真空容器。
【請求項６】請求項１記載の真空排気機構として、ター
ボ分子ポンプ，油拡散ポンプまたはロータリーポンプ等
の真空ポンプを備えたことを特徴とする真空容器。
【請求項７】請求項１記載の主真空槽において、前記主
真空槽の内部に冷凍機冷却型超電導コイルを収納したこ
とを特徴とする真空容器。
【請求項８】請求項１記載の主真空槽において、前記主
真空槽の内部に強制冷却型超電導コイルを収納したこと
を特徴とする真空容器。
【請求項９】請求項７記載の真空容器を備えたことを特
徴とする超電導磁石装置。
【請求項１０】請求項８記載の真空容器を備えたことを
特徴とする超電導磁石装置。