JPH11233840A

JPH11233840A - クライオスタットおよびその昇温方法

Info

Publication number: JPH11233840A
Application number: JP10036006A
Authority: JP
Inventors: Yoko Tosaka; 陽子戸坂; Hitoshi Katayama; 仁片山; Daisuke Murata; 大輔村田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】大型超電導マグネットでも、超電導マグネット
を均一に冷却し、性能試験時の外部侵入熱によるロスを
低減し、試験後の昇温時間を短縮すること。【解決手段】超電導マグネット１を収納する冷媒貯蔵槽
２と、冷媒貯蔵槽周囲の真空断熱層５と、冷媒貯蔵槽と
真空断熱層を収める外部容器と、超電導マグネット１を
支持する超電導マグネット支持部材３と、超電導マグネ
ット支持部材を介して超電導マグネット１を支持し、冷
媒貯蔵槽の上ブタを兼ねる上部フランジ４と、冷媒貯蔵
槽内部に冷媒を供給する第１の冷媒供給管９と、冷媒貯
蔵槽内部より冷媒を排出する冷媒排出管11と、超電導マ
グネット１に電気を供給する電流リード13とから成るク
ライオスタットにおいて、冷媒貯蔵槽内部に冷媒を供給
する第２の冷媒供給管15を設け、冷媒貯蔵槽内部にて、
第２の冷媒供給管15の冷媒排出口16を、超電導マグネッ
トに対して長軸方向および周方向の複数箇所に配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば超電導回転
電機のような大型超電導マグネットを収納する冷媒貯蔵
槽を備え、冷媒にて超電導マグネットを冷却するクライ
オスタットおよびその昇温方法に係り、特に大型超電導
マグネットの性能試験を行なう場合でも、超電導マグネ
ットを均一に冷却し、また試験時の侵入熱によるロスを
低減し、試験後の昇温を迅速に行なえるようにしたクラ
イオスタットおよびその昇温方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば超電導回転電機のよう
な大型超電導マグネットを収納する冷媒貯蔵槽を備え、
冷媒にて超電導マグネットを冷却するクライオスタット
においては、超電導マグネットの冷却を行なう際、超電
導マグネット支持部材を介して冷媒貯蔵槽内部に超電導
マグネットを長軸方向を垂直にして吊り下げ、冷媒貯蔵
槽内下層部に設けた冷媒供給管排出口より液体冷媒を供
給し、徐々に液体冷媒を貯蔵して超電導マグネットを冷
却する構成となっている。

【０００３】また、クライオスタットは、真空断熱層を
持つ外壁で形成されており、底部が強度的に弱いことか
ら、超電導マグネットは、クライオスタット底部に置く
のではなく、クライオスタット上部より支持部材にて吊
り下げられる構成をとっている。

【０００４】一方、供給によるロスを低減して貯液速度
を高めるために、冷媒供給管の排出口は冷媒貯蔵槽内下
層部に設けられている。また、試験後の昇温は、液体冷
媒をクライオスタット外部へ排出させた後に、自然昇温
するのが一般的であるが、場合によっては、昇温を促進
するために冷媒貯蔵槽内下層部にヒータを設けて発熱さ
せる、もしくは超電導コイルに直流電流を通電してジュ
ール熱を発生させる、あるいはクライオスタットの真空
断熱層にガス（例えば窒素ガス等）を入れて断熱効果を
低下させるといった方法が採られている。

【０００５】図１８は、超電導マグネットに使用される
この種の従来のクライオスタットの主要部の構成例を示
す断面図である。図１８において、供試体である超電導
マグネット１は、冷媒貯蔵槽２の内部において、超電導
マグネット支持部材（以下、単に支持部材と称する）３
を介して上部フランジ４に吊り下げられる形で支持され
る。

【０００６】また、冷媒貯蔵槽２は、真空断熱層５を持
つ外壁で形成され、上部フランジ４は冷媒貯蔵槽２の上
蓋を兼ねている。さらに、超電導マグネット１は、超電
導コイル６と超電導コイル６が巻線されるコイル保持部
材７とで形成されている。

【０００７】一方、液体冷媒８は、冷媒供給管９より冷
媒貯蔵槽２の内部下層部に供給されて貯蔵される。ま
た、気化した冷媒ガス１０は、冷媒排出管１１よりクラ
イオスタット外部へ導かれる。

【０００８】さらに、冷媒貯蔵槽２は、足１２にて本体
重量を支えている。さらにまた、電流リード１３は、冷
媒貯蔵槽２外部に設けられた電源１４より、超電導マグ
ネット１に電気を供給する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来構成のクライオスタットでは、超電導マグネット１
は、下層部より徐々に冷却されるため、超電導マグネッ
ト１の上部と下部とで温度差が生じ、その結果超電導マ
グネット１に異常な変形や熱応力が発生する恐れがあ
る。そのため、超電導マグネット１各部の温度を監視し
て、極端な温度差が生じないように液体冷媒の供給速度
を制限する必要がある。

【００１０】また、超電導マグネット１の性能試験を行
なう際に、クライオスタット外部（常温部）の熱が、支
持部材３や電流リード１３を通じて侵入してくる。この
侵入熱量は、支持部材３の断面積に影響されるものであ
り、大型マグネットの場合には、支持部材３は強度上太
くする必要があり、そのため侵入してくる熱量も増大す
る。

【００１１】さらに、昇温に関して、コイル保持部材７
の熱容量が大きくなれば、それだけ昇温にかかる時間は
増大するため、超電導マグネット１の大型化に従って昇
温時間は増大する。

【００１２】また、自然昇温した場合、従来構成では、
クライオスタット上層部に高温ガスが、下層部に低温ガ
スが停滞するため、熱循環効率が悪く、そのため昇温に
は冷却の数倍の時間を要している。

【００１３】そして、超電導マグネット１が長尺化する
に伴ない、かかる傾向は顕著に現われる。特に、超電導
回転電機等の場合、クライオスタットを用いての性能試
験は製造過程における試験であり、昇温時間の短縮化が
切実に要求される。

【００１４】一方、冷媒貯蔵槽２内下層部にヒータを配
置した場合でも、小型超電導マグネットでは効果が上が
るものの、大型・長尺超電導マグネットにおいてはその
効果は期待できない。

【００１５】また、超電導コイル６に直流電流を通電す
る方法は、コイルのジュール熱（発熱量＝コイル電気抵
抗×電流² ）によるものであるが、コイル損傷の恐れが
あるため、通電電流に限界があって（例えば、超電導状
態において数キロアンペア通電できる超電導コイル等で
も、常電導時に流せる電流は数アンペアであったりす
る）、発熱量を飛躍的に増大させることができない。

【００１６】さらに、クライオスタットの真空断熱層５
にガスを入れて断熱効果を低下させる方法は、クライオ
スタッ卜外部からの侵入熱に期待して昇温を促進する方
法であり、比較的、内外の温度差が大きい低温（〜２０
０Ｋ程度）の段階では効果があるものの、侵入熱量は温
度差が小となるにつれて低下するものであるため、冷媒
貯蔵槽２内の温度が高くなって外との温度差が小さくな
るに従って、その効果は格段に低下してしまう。

【００１７】本発明の目的は、大型超電導マグネットの
性能試験を行なう場合でも、冷却時に冷媒供給速度が制
限されることなく容器内部に冷媒を貯蔵して超電導マグ
ネットに温度勾配を生じさせずに均一に冷却することが
でき、また性能試験時の侵入熱によるロスを低減し、試
験後の昇温時間を大幅に短縮することが可能なクライオ
スタットおよびその昇温方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、供試体である超電導マグネ
ットを収納する冷媒貯蔵槽と、冷媒貯蔵槽の周囲に配置
される真空断熱層と、冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収
める外部容器と、冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネットを
吊り下げて支持する超電導マグネット支持部材と、超電
導マグネット支持部材を介して超電導マグネットを支持
し、かつ冷媒貯蔵槽の上ブタを兼ねる上部フランジと、
冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネット冷却用の冷媒を供給
する第１の冷媒供給管と、冷媒貯蔵槽内部より冷媒を排
出する冷媒排出管と、超電導マグネットに電気を供給す
る電流リードとを備えて構成されるクライオスタットに
おいて、冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネット冷却用の冷
媒を供給する第２の冷媒供給管を設け、かつ冷媒貯蔵槽
内部において、第２の冷媒供給管の冷媒排出口を、超電
導マグネットに対し長軸方向および周方向の複数箇所に
配置している。

【００１９】従って、請求項１の発明のクライオスタッ
トにおいては、超電導マグネットの長手方向および周方
向の複数箇所に、超電導マグネット冷却用の冷媒を供給
する第２の冷媒供給管の冷媒排出口を設けることによ
り、超電導マグネット全体を直接冷却するように冷媒を
供給することができるため、超電導マグネットに温度差
を生じさせずに均一に冷却を行なうことができる。

【００２０】一方、請求項２の発明では、供試体である
超電導マグネットを収納する冷媒貯蔵槽と、冷媒貯蔵槽
の周囲に配置される第１の真空断熱層と、冷媒貯蔵槽お
よび真空断熱層を収める外部容器と、冷媒貯蔵槽内部に
超電導マグネットを吊り下げて支持する超電導マグネッ
ト支持部材と、超電導マグネット支持部材を介して超電
導マグネットを支持し、かつ冷媒貯蔵槽の上ブタを兼ね
る上部フランジと、冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネット
冷却用の冷媒を供給する第１の冷媒供給管と、冷媒貯蔵
槽内部より冷媒を排出する冷媒排出管と、超電導マグネ
ットに電気を供給する電流リードとを備えて構成される
クライオスタットにおいて、超電導マグネットの長軸方
向を、冷媒貯蔵槽内部で水平に支持している。

【００２１】従って、請求項２の発明のクライオスタッ
トにおいては、超電導マグネットの長軸方向を水平に支
持することにより、超電導マグネットの長軸方向に温度
差を生じさせずに均一に冷却を行なうことができる。

【００２２】また、請求項３の発明では、上記請求項２
の発明のクライオスタットにおいて、上部フランジに第
２の真空断熱層を設けている。従って、請求項３の発明
のクライオスタットにおいては、超電導マグネットの長
軸方向を水平に支持し、かつ上部フランジに第２の真空
断熱層を設けることにより、超電導マグネットの長軸方
向に温度差を生じさせずに均一に冷却を行なうことがで
き、また性能試験時に冷媒貯蔵槽外部からの熱侵入を低
減することができる。

【００２３】さらに、請求項４の発明では、上記請求項
２の発明のクライオスタットにおいて、冷媒貯蔵槽内部
に超電導マグネット冷却用の冷媒を供給する第２の冷媒
供給管を設け、かつ冷媒貯蔵槽内部において、少なくと
も超電導マグネットに対して上層部に、第２の冷媒供給
管の冷媒排出口を、超電導マグネットに対し長軸方向の
複数箇所に配置している。

【００２４】従って、請求項４の発明のクライオスタッ
トにおいては、超電導マグネットの長軸方向を水平に支
持し、供試体である超電導マグネットに対して上層部
に、超電導マグネットの長軸方向の複数箇所に、超電導
マグネット冷却用の冷媒を供給する第２の冷媒供給管の
冷媒排出口を設けることにより、超電導マグネット全体
を直接冷却するように冷媒を供給することができるた
め、超電導マグネットの長軸方向および径方向に温度差
を生じさせずに均一に冷却することができる。

【００２５】また、請求項５の発明では、上記請求項２
の発明のクライオスタットにおいて、冷媒貯蔵槽内部に
超電導マグネットを収納した状態で冷媒貯蔵槽全体を水
平に支持し、かつ水平軸回りに当該冷媒貯蔵槽全体を揺
動させる貯蔵槽支持部材を設けている。

【００２６】従って、請求項５の発明のクライオスタッ
トにおいては、上記請求項２の発明のクライオスタット
に対し、冷媒貯蔵槽全体を水平に支持し、かつ水平軸回
りに冷媒貯蔵槽全体を揺動させる貯蔵槽支持部材を設け
ることにより、冷媒貯蔵槽全体を揺り動かすことができ
るため、超電導マグネットに対し相対的に冷媒貯蔵槽内
部の冷媒の貯蔵位置を超電導マグネット周方向に移動さ
せることで、超電導マグネットの周方向の温度差を低減
することができる。

【００２７】さらに、請求項６の発明では、上記請求項
２の発明のクライオスタットにおいて、冷媒貯蔵槽内部
において、超電導マグネットを単独で水平軸回りに回転
させる駆動装置を設けている。

【００２８】従って、請求項６の発明のクライオスタッ
トにおいては、上記請求項２の発明のクライオスタット
に対し、冷媒貯蔵槽内部において、供試体である超電導
マグネットを単独で水平軸回りに回転させる駆動装置を
設けることにより、超電導マグネットを周方向に動かし
て、貯蔵された冷媒に浸される超電導マグネットの部位
を周方向に変えることができるため、超電導マグネット
の周方向の温度差を低減することができる。

【００２９】さらにまた、請求項７の発明では、上記請
求項１または請求項４の発明のクライオスタットにおい
て、第１および第２の各冷媒供給管毎に、または当該各
冷媒供給管の冷媒排出口毎に、冷媒量調節用の供給量調
整機構を設けている。

【００３０】従って、請求項７の発明のクライオスタッ
トにおいては、上記請求項１または請求項４の発明のク
ライオスタットに対し、超電導マグネットの長軸方向の
複数箇所に配置された各冷媒供給管毎または冷媒排出口
毎に供給量調整機構を設けることにより、超電導マグネ
ットにかかる冷媒量を部位毎に調節することができるた
め、超電導マグネットの温度分布調整を精密に行なうこ
とができる。

【００３１】一方、供試体である超電導マグネットを収
納する冷媒貯蔵槽と、冷媒貯蔵槽の周囲に配置される真
空断熱層と、冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収める外部
容器と、冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネットを吊り下げ
て支持する超電導マグネット支持部材と、超電導マグネ
ット支持部材を介して超電導マグネットを支持し、かつ
冷媒貯蔵槽の上ブタを兼ねる上部フランジと、冷媒貯蔵
槽内部に超電導マグネット冷却用の冷媒を供給する冷媒
供給管と、冷媒貯蔵槽内部より冷媒を排出する冷媒排出
管と、超電導マグネットに電気を供給する電流リードと
を備えて構成されるクライオスタットにおいて、請求項
８の発明では、冷媒排出管を、超電導マグネット支持部
材に接するように配置している。

【００３２】従って、請求項８の発明のクライオスタッ
トにおいては、冷媒排出管を超電導マグネット支持部材
に接するように配置することにより、超電導マグネット
支持部材に対する冷却効果を高めて温度を下げることが
できるため、超電導マグネット支持部材を通して冷媒貯
蔵槽外部（常温部）から超電導マグネットヘ侵入する熱
量を低減することができる。

【００３３】また、請求項９の発明では、超電導マグネ
ット支持部材に、冷媒貯蔵槽内部から外部に通ずる貫通
穴を設けて冷媒排出管の一部としている。従って、請求
項９の発明のクライオスタットにおいては、請求項９に
対応するクライオスタットでは、超電導マグネット支持
部材に冷媒貯蔵槽内部から外部に通ずる貫通穴を設け冷
媒排出管の一部とすることにより、貫通穴に冷媒を流し
て支持部材を冷却し温度を下げることができ、支持部材
を通してクライオスタット外部（常温部）から超電導マ
グネット内部へ侵入する熱量を低減することができる。

【００３４】さらに、請求項１０の発明では、冷媒貯蔵
槽外部に位置する電流リードの高温部に、冷却槽用の冷
媒が給排される冷却槽を設けている。従って、請求項１
０の発明のクライオスタットにおいては、冷媒貯蔵槽外
部に位置する電流リードの高温部に冷却槽を設けること
により、電流リードの高温部の温度を下げて、冷媒貯蔵
槽内部の電流リードの低温部との温度差を低減し、電流
リードを通して高温部から冷媒貯蔵槽内部へ侵入する熱
量を低減することができる。

【００３５】すなわち、電流リードは、一般に貫通穴を
設けて冷媒気体を流す等して温度を下げる工夫が施され
ているが、常温部に位置する部分と冷媒貯蔵槽内部の部
分とに温度差がある限り、必ず外部の熱が冷媒貯蔵槽内
部に侵入してロスを生じるが、本発明のクライオスタッ
トでは、電流リードの温度差そのものを軽減して、侵入
する熱量を低減することができる。

【００３６】さらにまた、請求項１１の発明では、冷媒
貯蔵槽内壁面に、複数のヒータを分散配置している。従
って、請求項１１の発明のクライオスタットにおいて
は、冷媒貯蔵槽内面に複数のヒータを分散配置すること
により、昇温時にヒータにて冷媒貯蔵槽内部に熱を与え
て温度を強制的に高め、かつ内部温度を均一にすること
ができるため、昇温速度を高めることができる。

【００３７】一方、請求項１２の発明では、上記請求項
１または請求項４の発明のクライオスタットの昇温方法
において、昇温時に、冷媒貯蔵槽内部に設けた第２の冷
媒供給管の冷媒排出口より、昇温用気体を冷媒貯蔵槽内
部に供給するようにしている。

【００３８】従って、請求項１２の発明のクライオスタ
ットの昇温方法においては、上記請求項１または請求項
４の発明のクライオスタットに対し、冷媒貯蔵槽内部に
配置した第２の冷媒供給管の冷媒排出口から昇温用気体
を冷媒貯蔵槽内部に供給することにより、昇温時に高温
ガスを冷媒貯蔵槽内に供給して冷媒貯蔵槽内部の温度を
強制的に高めることができ、また冷媒貯蔵槽内部のガス
温度を均一にすることができるため、その結果、熱循環
効率を高めて、昇温速度を高めることができる。

【００３９】また、請求項１３の発明では、上記請求項
１２の発明のクライオスタットの昇温方法において、昇
温用気体としては、沸点が冷媒貯蔵槽内構造物あるいは
超電導マグネットの最高温度〜常温の範囲にあり、かつ
融点が冷媒貯蔵槽内構造物あるいは超電導マグネットの
最低温度以下の範囲にある気体を供給するようにしてい
る。

【００４０】従って、請求項１３の発明のクライオスタ
ットの昇温方法においては、上記請求項１２の発明のク
ライオスタッ卜昇温方法において、昇温用気体として、
沸点が冷媒貯蔵槽内構造ものあるいは超電導マグネット
の最高温度〜常温の範囲にあり、かつ融点が冷媒貯蔵槽
内構造物あるいは超電導マグネットの最低温度以下の範
囲にある気体を供給することにより、冷媒貯蔵槽内部で
昇温用気体を液化させて、その際に放出される気化エネ
ルギーによって、昇温速度を高めることができる。

【００４１】一方、請求項１４の発明では、供試体であ
る超電導マグネットを収納する冷媒貯蔵槽と、冷媒貯蔵
槽の周囲に配置される真空断熱層と、冷媒貯蔵槽および
真空断熱層を収める外部容器と、冷媒貯蔵槽内部に超電
導マグネットを吊り下げて支持する超電導マグネット支
持部材と、超電導マグネット支持部材を介して超電導マ
グネットを支持し、かつ冷媒貯蔵槽の上ブタを兼ねる上
部フランジと、冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネット冷却
用の冷媒を供給する冷媒供給管と、冷媒貯蔵槽内部より
冷媒を排出する冷媒排出管と、超電導マグネットに電気
を供給する電流リードとを備えて構成されるクライオス
タットにおいて、冷媒貯蔵槽内部に、駆動手段にて駆動
される少くとも一つのファンを設けている。

【００４２】従って、請求項１４の発明のクライオスタ
ットにおいては、冷媒貯蔵槽内部にファンを設けること
により、冷媒貯蔵槽内部のガスを循環させて温度を均一
化することができるため、熱循環効率を高めて、昇温速
度を高めることができる。

【００４３】また、請求項１５の発明では、上記請求項
１４の発明のクライオスタットにおいて、ファンを駆動
する駆動手段を密閉容器内に収納し、かつ当該密閉容器
を冷媒貯蔵槽内部に配置している。

【００４４】従って、請求項１５の発明のクライオスタ
ットにおいては、上記請求項１４の発明のクライオスタ
ットにおいて、ファンを駆動するモータを密閉容器に収
納し、かつその密閉容器を冷媒貯蔵槽内部に配置するこ
とにより、モータの駆動熱を冷媒貯蔵槽内部に放出して
冷媒貯蔵槽内部の温度を上昇させることができるため、
より一層効率よく、昇温速度を高めることができる。

【００４５】さらに、請求項１６の発明では、超電導コ
イルを巻線するコイル保持部材が金属にて構成された供
試体である超電導マグネットを収納する冷媒貯蔵槽と、
冷媒貯蔵槽の周囲に配置される真空断熱層と、冷媒貯蔵
槽および真空断熱層を収める外部容器と、冷媒貯蔵槽内
部に超電導マグネットを吊り下げて支持する超電導マグ
ネット支持部材と、超電導マグネット支持部材を介して
超電導マグネットを支持し、かつ冷媒貯蔵槽の上ブタを
兼ねる上部フランジと、冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネ
ット冷却用の冷媒を供給する冷媒供給管と、冷媒貯蔵槽
内部より冷媒を排出する冷媒排出管と、超電導マグネッ
トに電気を供給する電流リードとを備えて構成されるク
ライオスタットの昇温方法において、昇温時に、電流リ
ードを通して、超電導マグネットに交流電流を通電する
ようにしている。

【００４６】従って、請求項１６の発明のクライオスタ
ットの昇温方法においては、昇温時に超電導マグネット
に交流電流を通電することにより、超電導コイル保持部
材に渦電流を発生させて、超電導コイル保持部材そのも
のの温度を上昇させることができるため、その結果、昇
温速度を高めることができる。また、微量の電流で大き
な発熱量を得ることができるため、コイルに直流電流を
通電する場合と比較して、はるかに大きな効果を得るこ
とができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。（第１の実施の形態：請求項１に対応）図１は、本実施
の形態によるクライオスタットの主要部の構成例を示す
断面図であり、図１８と同一部分には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【００４８】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１に示すように、図１８における冷媒貯蔵槽２
内部に超電導マグネット冷却用の液体冷媒８を供給する
第２の冷媒供給管１５（以下、説明の便宜上、前記冷媒
供給管９を第１の冷媒供給管９と称する）を、超電導マ
グネット１に対し周方向に複数本設けている。

【００４９】また、冷媒貯蔵槽２内部において、各第２
の冷媒供給管１５の冷媒排出口１６を、超電導マグネッ
ト１に対し長軸方向の複数箇所に配置して、液体冷媒８
が直接超電導マグネット１に掛かるように供給する構成
としている。

【００５０】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、超電導マグネット１の
長手方向および周方向の複数箇所に、超電導マグネット
冷却用の液体冷媒８を供給する第２の冷媒供給管１５の
冷媒排出口１６を設けていることにより、超電導マグネ
ット１の長軸方向および周方向の複数箇所に液体冷媒８
を直接掛けて、超電導マグネット１全体を均一に冷却す
ることができる。

【００５１】また、冷却用の第２の冷媒供給管１５を本
来の第１の冷媒供給管９とは別にして設けていることに
より、冷媒貯蔵速度は遅くならず、むしろ超電導マグネ
ッ卜１本体の冷却速度が速くなるため、冷媒貯蔵速度も
速くなる。

【００５２】なお、図１では、第２の冷媒供給管１５に
複数の冷媒排出口１６を設けた構成となっているが、各
冷媒排出口１６に対しそれぞれ独立した第２の冷媒供給
管１５を設けるようにしても、同様の作用をもたらすこ
とができる。

【００５３】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、大型超電導マグネットの性能試験を行な
う場合でも、冷却時に冷媒供給速度が制限されることな
く容器内部に液体冷媒８を貯蔵して超電導マグネット１
に温度勾配を生じさせずに均一に冷却することが可能と
なる。

【００５４】（第２の実施の形態：請求項２に対応）図
２は、本実施の形態によるクライオスタットの主要部の
構成例を示す断面図であり、図１８と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。

【００５５】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図２に示すように、図１８における超電導マグネ
ット１の長軸方向を、冷媒貯蔵槽２内部で従来のように
垂直ではなく水平方向に支持する構成としている。

【００５６】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、超電導マグネット１の
長軸方向を水平方向に支持することにより、超電導マグ
ネット１の長軸方向に温度差を生じさせずに均一に冷却
を行なうことができる。

【００５７】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、大型超電導マグネットの性能試験を行な
う場合でも、冷却時に冷媒供給速度が制限されることな
く容器内部に液体冷媒８を貯蔵して超電導マグネット１
に温度勾配を生じさせずに均一に冷却することが可能と
なる。

【００５８】（第３の実施の形態：請求項３に対応）図
３は、本実施の形態によるクライオスタットの主要部の
構成例を示す断面図であり、図２と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００５９】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図３に示すように、図２における上部フランジ４
に、第２の真空断熱層５´（以下、説明の便宜上、前記
真空断熱層５を第１の真空断熱層５と称する）を設ける
構成としている。

【００６０】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、超電導マグネット１の
長軸方向を水平に支持し、かつ上部フランジ４に第２の
真空断熱層５´を設けていることにより、超電導マグネ
ット１の長軸方向に温度差を生じさせずに均一に冷却を
行なうことができ、また性能試験時に冷媒貯蔵槽２外部
からの熱侵入を低減することができる。

【００６１】すなわち、より一層断熱効果を高められる
ため、性能試験時の侵入熱を防ぎ、ロスを低減すること
ができる。上述したように、本実施の形態のクライオス
タットでは、大型超電導マグネットの性能試験を行なう
場合でも、冷却時に冷媒供給速度が制限されることなく
容器内部に液体冷媒８を貯蔵して超電導マグネット１に
温度勾配を生じさせずに均一に冷却することができ、ま
た性能試験時の侵入熱によるロスを低減することが可能
となる。

【００６２】（第４の実施の形態：請求項４に対応）図
４は、本実施の形態によるクライオスタットの主要部の
構成例を示す断面図であり、図２と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００６３】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図４に示すように、図２における冷媒貯蔵槽２内
部に超電導マグネット冷却用の液体冷媒８を供給する第
２の冷媒供給管１５を設けている。

【００６４】また、冷媒貯蔵槽２内部において、第２の
冷媒供給管１５の冷媒排出口１６を、超電導マグネット
１に対し長軸方向の複数箇所に配置して、液体冷媒８が
直接超電導マグネット１に掛かるように供給する構成と
している。

【００６５】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、超電導マグネット１の
長軸方向を水平方向に支持し、超電導マグネット１に対
して上層部に、超電導マグネット１の長軸方向の複数箇
所に、超電導マグネット冷却用の冷媒を供給する第２の
冷媒供給管１５の冷媒排出口１６を設けていることによ
り、超電導マグネット１全体を直接冷却するように液体
冷媒８を供給することができ、長軸方向だけでなく全体
を均一に、より効率良く冷却して、超電導マグネットを
冷却超電導マグネット１の長軸方向および径方向に温度
差を生じさせずに均一に冷却することができる。

【００６６】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、大型超電導マグネットの性能試験を行な
う場合でも、冷却時に冷媒供給速度が制限されることな
く容器内部に液体冷媒８を貯蔵して超電導マグネット１
に温度勾配を生じさせずに均一に冷却することが可能と
なる。

【００６７】（第５の実施の形態：請求項５に対応）図
５は本実施の形態によるクライオスタットの主要部の構
成例を示す断面図、図６は図５中のＡ−Ａ矢視図であ
り、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００６８】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図５および図６に示すように、図２における冷媒
貯蔵槽２内部に超電導マグネット１を収納した状態で冷
媒貯蔵槽２全体を水平に支持する円筒形の貯蔵槽支持部
材１７を設け、かつこの貯蔵槽支持部材１７にて冷媒貯
蔵槽２全体をローラ等の受け具１８で支持して、水平軸
回りに冷媒貯蔵槽２全体を揺動させる構成としている。

【００６９】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、貯蔵槽支持部材１７を
円筒形とすることにより、受け具１８の上で冷媒貯蔵槽
２全体を水平軸を中心に回転させることができ、揺り動
かすことができる。

【００７０】このようにして、水平軸回りに冷媒貯蔵槽
２全体を揺り動かすことにより、貯蔵された液体冷媒８
に浸される超電導マグネット１の部位が周方向に変化す
るため、周方向に温度差を生じることなく均一に冷却を
行なうことができる。

【００７１】なお、貯蔵槽支持部材１７の形状は、本例
の形状に限られるものではない。上述したように、本実
施の形態のクライオスタットでは、冷媒貯蔵槽２全体を
揺り動かすことができ、超電導マグネット１に対し相対
的に冷媒貯蔵槽２内部の液体冷媒８の貯蔵位置を超電導
マグネット１周方向に移動させることで、超電導マグネ
ット１の周方向の温度差を低減することが可能となる。

【００７２】（第６の実施の形態：請求項６に対応）図
７は本実施の形態によるクライオスタットの主要部の構
成例を示す断面図、図８は図７中のＢ−Ｂ断面図であ
り、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００７３】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図５および図６に示すように、図２における冷媒
貯蔵槽２内部において、超電導マグネット１を単独で水
平軸回りに回転させる駆動装置である滑車装置を設けて
いる。

【００７４】また、超電導マグネット１は、チェーン１
９を介して滑車２０に支持されており、滑車２０は滑車
の軸に連結された駆動装置２１によって回転させること
ができるようにしている。

【００７５】なお、チェーン１９は、超電導マグネット
１の支持部材も兼ねている。次に、以上のように構成し
た本実施の形態のクライオスタットにおいては、滑車２
０を回すことによって、チェーン２０で支持される超電
導マグネット１を回転させ、その結果、貯蔵された液体
冷媒８に浸される超電導マグネット１の部位を周方向に
変化させ、周方向に温度差を生じることなく均一に冷却
を行なうことができる。

【００７６】また、超電導マグネット１が回転しても接
続が保てるように、電流リード１３にフレキシビリティ
のある材料（薄肉銅帯を重ねたもの等）を使用するとい
った構成も付随して挙げられる。

【００７７】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、超電導マグネット１を周方向に動かし
て、貯蔵された液体冷媒８に浸される超電導マグネット
１の部位を周方向に変えることができ、超電導マグネッ
ト１の周方向の温度差を低減することが可能となる。

【００７８】（第７の実施の形態：請求項７に対応）図
９は、本実施の形態によるクライオスタットの主要部の
構成例を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００７９】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図９に示すように、図１における第１，第２の各
冷媒供給管９，１５の冷媒排出口１６毎に、冷媒量調節
用の供給量調整機２２を設ける構成としている。

【００８０】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、超電導マグネット１の
長軸方向の複数箇所に配置された各冷媒供給管９，１５
の冷媒排出口１６毎に供給量調整機２２を設けているこ
とにより、超電導マグネット１にかかる液体冷媒８量を
部位毎に調節することができるため、超電導マグネット
１の温度分布調整を精密に行なうことができる。

【００８１】すなわち、各冷媒供給管９，１５の各冷媒
排出口１６の液体冷媒８供給量を一定とした場合、形状
および材質が部位によって異なるような超電導マグネッ
ト１では、部位によって冷却される速度が異なり、温度
差を生じる可能性があるが、この点本実施の形態のよう
に、各冷媒排出口１６に対して供給量調整機２２を設
け、各部の冷却速度に応じて供給量を調節することで、
より一層均一に超電導マグネット１を冷却することがで
きる。

【００８２】なお、図９では、第１，第２の各冷媒供給
管９，１５の冷媒排出口１６毎に、冷媒量調節用の供給
量調整機２２を設けた構成となっているが、第１，第２
の各冷媒供給管９，１５毎に、冷媒量調節用の供給量調
整機２２を設けるようにしても、同様の作用をもたらす
ことができる。

【００８３】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、超電導マグネット１にかかる液体冷媒８
量を部位毎に調節することができ、超電導マグネット１
の温度分布調整を精密に行なうことが可能となる。

【００８４】（第８の実施の形態：請求項８に対応）図
１０は、本実施の形態によるクライオスタットの主要部
の構成例を示す断面図であり、図１８と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
についてのみ述べる。

【００８５】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１０に示すように、図１８における冷媒排気管
１１を、支持部材３に接するように配置する構成として
いる。

【００８６】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、冷媒排気管１１を支持
部材３に接するように配置していることにより、支持部
材３に対する冷却効果を高めて温度を下げることができ
るため、支持部材３を通して冷媒貯蔵槽２外部（常温
部）から超電導マグネット２ヘ侵入する熱量を低減し
て、ロスを低減することができる。

【００８７】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、大型超電導マグネットの性能試験を行な
う場合でも、冷却時に冷媒供給速度が制限されることな
く容器内部に液体冷媒８を貯蔵して超電導マグネット１
に温度勾配を生じさせずに均一に冷却することができ、
また性能試験時の侵入熱によるロスを低減することが可
能となる。

【００８８】（第９の実施の形態：請求項９に対応）図
１１は本実施の形態によるクライオスタットの主要部の
構成例を示す断面図、図１２は図１１中のＣ−Ｃ断面図
であり、図１８と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００８９】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１１および図１２に示すように、図１８におけ
る冷媒貯蔵槽２内外に通じる貫通穴２３を設けた支持部
材３にて超電導マグネット１を支持する、換言すれば、
支持部材３に、冷媒貯蔵槽２内部から外部に通ずる貫通
穴２３を設けて冷媒排出管１１の一部として構成してい
る。

【００９０】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、支持部材３に、冷媒貯
蔵槽２内部から外部に通ずる貫通穴２３を設けて冷媒排
出管１１の一部としていることにより、貫通穴２３より
冷媒貯蔵槽２内部の冷媒ガス１０を排気することで、支
持部材３に対する冷却面積が増加して、支持部材３がよ
り一層冷却されるため、冷媒貯蔵槽２外部の熱が冷媒貯
蔵槽２内部に伝わり難くなり、ロスを低減することがで
きる。

【００９１】なお、本実施の形態において、支持部材３
と冷媒排気管１１とを兼用して、冷媒排気管１１を省略
するようにしてもよい。上述したように、本実施の形態
のクライオスタットでは、貫通穴２３に液体冷媒８を流
して支持部材３を冷却して温度を下げることができ、支
持部材３を通してクライオスタット外部（常温部）から
超電導マグネット１内部へ侵入する熱量を低減すること
が可能となる。

【００９２】（第１０の実施の形態：請求項１０に対
応）図１３は本実施の形態によるクライオスタットの主
要部の構成例を示す断面図であり、図１８と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【００９３】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１３に示すように、図１８における冷媒貯蔵槽
２外部に位置する電流リード１３の高温部（常温部）
に、冷却槽２４を設け、さらにこの冷却槽２４内部へ、
冷却槽用冷媒給排管２５にて冷却槽用の冷媒を給排する
構成としている。

【００９４】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、冷媒貯蔵槽２外部に位
置する電流リード１３の高温部に冷却槽２４を設けてい
ることにより、電流リード１３の高温部の温度を下げ
て、冷媒貯蔵槽２内部の電流リード１３の低温部との温
度差を低減できるため、電流リード１３を通して高温部
から冷媒貯蔵槽２内部へ侵入する熱量を低減することが
できる。

【００９５】すなわち、電流リード１３は、一般に貫通
穴を設けて冷媒気体を流す等して温度を下げる工夫が施
されているが、常温部に位置する部分と冷媒貯蔵槽２内
部の部分とに温度差がある限り、必ず外部の熱が冷媒貯
蔵槽２内部に侵入してロスを生じるが、この点本実施の
形態のクライオスタットでは、電流リード１３の温度差
そのものを軽減して、侵入する熱量を低減することがで
きる。

【００９６】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、電流リード１３の高温部の温度を下げ
て、冷媒貯蔵槽２内部の電流リード１３の低温部との温
度差を低減し、電流リード１３を通して高温部から冷媒
貯蔵槽２内部へ侵入する熱量を低減することが可能とな
る。

【００９７】（第１１の実施の形態：請求項１１に対
応）図１４は本実施の形態によるクライオスタットの主
要部の構成例を示す断面図であり、図１８と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【００９８】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１４に示すように、図１８における冷媒貯蔵槽
２の内壁面の複数箇所に、ヒータ２６を分散して設ける
構成としている。

【００９９】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、冷媒貯蔵槽２内面に複
数のヒータ２６を分散配置していることにより、昇温時
に、ヒータ２６にて冷媒貯蔵槽２内部に熱を与えて温度
を強制的に高め、かつ内部温度を均一にすることができ
るため、昇温速度を高めることができる。

【０１００】すなわち、ヒータ２６を、試験後の昇温時
に通電加熱して、冷媒貯蔵槽２内部の温度を強制的に上
昇させることで、昇温時間を大幅に短縮することができ
る。特に、例えば超電導回転電機のように、性能確認試
験としてクライオスタットを用いる場合には、昇温に要
する時間の短縮は切実に要求されることであり、本実施
の形態によりもたらされる効果は極めて大きい。

【０１０１】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、昇温時に、ヒータ２６にて冷媒貯蔵槽２
内部に熱を与えて温度を強制的に高め、かつ内部温度を
均一にすることができ、昇温速度を高めることが可能と
なる。

【０１０２】（第１２の実施の形態：請求項１２に対
応）すなわち、本実施の形態では、前述した図１に示す
第１の実施の形態において、試験後の昇温時に、超電導
マグネット１の長軸方向および周方向の複数箇所に設け
られた第２の冷媒供給管１５の冷媒排出口１６より、昇
温用気体（高温ガス）を冷媒貯蔵槽２内部に供給するよ
うにしている。

【０１０３】次に、本実施の形態のクライオスタットの
昇温方法においては、冷媒貯蔵槽２内部に配置した第２
の冷媒供給管１５の冷媒排出口１６から昇温用気体を冷
媒貯蔵槽２内部に供給することにより、昇温時に高温ガ
スを冷媒貯蔵槽２内に供給して冷媒貯蔵槽２内部の温度
を強制的に高めることができ、また冷媒貯蔵槽２内部の
ガス温度を均一にすることができるため、その結果、熱
循環効率を高めて、昇温速度を高めることができる。

【０１０４】すなわち、従来の方法では、試験後の昇温
時には、冷媒貯蔵槽２内部の下層部には低温ガスが、上
層部には高温ガスが貯まり、冷媒貯蔵槽２内部全体の温
度が対流せず、温度上昇に時間がかかるが、この点本実
施の形態の昇温方法のように、超電導マグネット１の長
軸方向にわたって設けた第２の冷媒供給管１５の冷媒排
出口１６より昇温用気体（高温ガス）を供給した場合に
は、冷媒貯蔵槽２内部の温度全体を強制的に上昇させる
だけでなく、内部の温度を均一にできるため、熱循環効
率が高まり、温度上昇が促進される。

【０１０５】また、超電導マグネット１に直接昇温用気
体（高温ガス）を吹き付けることにより、超電導マグネ
ット１そのものの温度も強制的に高められ、昇温速度に
寄与することができる。

【０１０６】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットの昇温方法では、昇温時に高温ガスを冷媒貯蔵
槽２内に供給して冷媒貯蔵槽２内部の温度を強制的に高
め、また冷媒貯蔵槽２内部のガス温度を均一にすること
ができ、その結果、熱循環効率を高めて、昇温速度を高
めることが可能となる。

【０１０７】（第１３の実施の形態：請求項１３に対
応）すなわち、本実施の形態では、前述した第１２の実
施の形態において、第２の冷媒供給管１５より冷媒貯蔵
槽２内部に供給する昇温用気体として、沸点が冷媒貯蔵
槽２内構造物あるいは超電導マグネット１の最高温度〜
常温の範囲にあり、かつ融点が冷媒貯蔵槽２内構造物あ
るいは超電導マグネット１の最低温度以下の範囲にある
気体を供給するようにしている。

【０１０８】ここでは、一例として、冷媒貯蔵槽２内部
の最高温度が２００Ｋ以下である場合に、特に昇温用気
体として、沸点が２００Ｋ〜３００Ｋの範囲にあり、か
つ融点が１００Ｋ以下の範囲にある気体（例えば、エタ
ン等）を使用している。

【０１０９】次に、本実施の形態のクライオスタットの
昇温方法においては、昇温用気体として、沸点が冷媒貯
蔵槽２内構造物あるいは超電導マグネット１の最高温度
〜常温の範囲にあり、かつ融点が冷媒貯蔵槽２内構造物
あるいは超電導マグネット１の最低温度以下の範囲にあ
る気体を供給することにより、冷媒貯蔵槽２内部で昇温
用気体を液化させて、その際に放出される気化エネルギ
ーによって、昇温速度を高めることができる。

【０１１０】すなわち、この種の昇温用気体を用いた場
合、冷媒貯蔵槽２内部に供給された気体は、内部温度が
２００Ｋ以下にあるので、内部で冷却されて液化し、冷
媒貯蔵槽２内底部に貯まる。そして、気体は液化する際
に気化エネルギーを放出するため、前記第１２の実施の
形態における作用効果に加えて、冷媒貯蔵槽２内部の温
度を上昇させるという作用効果が得られる。

【０１１１】なお、冷媒貯蔵槽２内底部に貯まった液体
は、液体冷媒８を放出する場合と同様の方法で行なえば
よい。上述したように、本実施の形態のクライオスタッ
トの昇温方法では、冷媒貯蔵槽２内部で昇温用気体を液
化させて、その際に放出される気化エネルギーによっ
て、昇温速度を高めることが可能となる。

【０１１２】（第１４の実施の形態：請求項１４に対
応）図１５は本実施の形態によるクライオスタットの主
要部の構成例を示す断面図であり、図１８と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【０１１３】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１５に示すように、図１８における冷媒貯蔵槽
２内部に、ファン２７を設け、さらにこのファン２７を
モータ２８にて駆動する構成としている。

【０１１４】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、冷媒貯蔵槽２内部にフ
ァン２７を設けていることにより、冷媒貯蔵槽２内部の
ガスを循環させて温度を均一化することができるため、
熱循環効率を高めて、昇温速度を高めることができる。

【０１１５】すなわち、昇温時に、このファン２７を駆
動した場合、冷媒貯蔵槽２内部に対流が起こり、高温ガ
ス、あるいは低温ガスが、それぞれ停滞することなく冷
媒貯蔵槽２内部で循環されるため、効率が上がり、昇温
が促進される。

【０１１６】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、冷媒貯蔵槽２内部のガスを循環させて温
度を均一化することができ、熱循環効率を高めて、昇温
速度を高めることが可能となる。

【０１１７】（第１５の実施の形態：請求項１５に対
応）図１６は本実施の形態によるクライオスタットの主
要部の構成例を示す断面図であり、図１５と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【０１１８】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１６に示すように、前述した図１５に示す第１
４の実施の形態において、ファン２７を駆動するモータ
２８を密閉容器２９内に収納し、さらにこの密閉容器２
９を冷媒貯蔵槽２内部に配置する構成としている。

【０１１９】次に、以上のように構成した本実施の形態
のクライオスタットにおいては、ファン２７を駆動する
モータ２８を密閉容器２９に収納し、かつその密閉容器
２９を冷媒貯蔵槽２内部に配置していることにより、モ
ータ２８の駆動熱を冷媒貯蔵槽２内部に放出して冷媒貯
蔵槽２内部の温度を上昇させることができるため、より
一層効率よく、昇温速度を高めることができる。

【０１２０】すなわち、密閉容器２９は、モータ２８を
駆動することにより温められて高温となるので、これを
冷媒貯蔵槽２内に配置することでヒータの役割を果た
し、冷媒貯蔵槽２内部に熱を放出して、冷媒貯蔵槽２内
部の温度上昇を促進することができる。

【０１２１】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットでは、モータ２８の駆動熱を冷媒貯蔵槽２内部
に放出して、冷媒貯蔵槽２内部の温度を上昇させること
ができ、より一層効率よく、昇温速度を高めることが可
能となる。

【０１２２】（第１６の実施の形態：請求項１６に対
応）図１７は本実施の形態によるクライオスタットの主
要部の構成例を示す断面図であり、図１８と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【０１２３】すなわち、本実施の形態のクライオスタッ
トは、図１７に示すように、図１８における供試体が、
超電導コイル６を巻線するコイル保持部材７が金属にて
構成された超電導マグネット１である場合、試験後の昇
温時に、電流リード１３に交流電源１４´を接続して、
超電導マグネット１に交流電流を通電するようにしてい
る。

【０１２４】次に、本実施の形態のクライオスタットの
昇温方法においては、昇温時に、超電導マグネット１に
交流電流を通電することにより、コイル保持部材７に渦
電流を発生させて、コイル保持部材７そのものの温度を
上昇させることができるため、その結果、昇温速度を高
めることができる。

【０１２５】また、微量の電流で大きな発熱量を得るこ
とができるため、コイルに直流電流を通電する場合と比
較して、はるかに大きな効果を得ることができる。すな
わち、昇温時に、電流リード１３に交流電源１４´を接
続して通電を行なうと、コイル保持部材７が金属製であ
れば、交流電源１４´にて超電導マグネット１に交流を
通電した場合、コイル保持部材７に渦電流が発生する。
そして、この渦電流によりコイル保持部材７が発熱し
て、昇温速度を高めることができる。

【０１２６】また、超電導コイル６は、昇温時（すなわ
ち常電導状態）では、電流を流すと損傷する恐れがあ
り、例えば超電導状態において数キロアンペア通電でき
る導体でも、常電導状態では１アンペア程度しか通電は
行なえない。超電導マグネット１に直流電流を通電して
昇温を促進する方法はこれまでにも行なわれているが、
この方法は、超電導コイル６のジュール熱による発熱を
期待するものであり、この場合の発熱量は、（発熱量）
＝（電流値）² ×（コイル抵抗値）で示され、コイル抵
抗値が数Ω程度であれば、期待される発熱量は１０ワッ
ト程度となり、非常に小さい。

【０１２７】この点、本実施の形態のように、交流電源
１４´にて通電を行なった場合、同様の超電導コイル６
に１アンペタ程度の通電を行なった場合でも、コイル保
持部材７の大きさによっては、１００ワット以上の発熱
量を得ることができる。

【０１２８】上述したように、本実施の形態のクライオ
スタットの昇温方法では、コイル保持部材７に渦電流を
発生させて、コイル保持部材７そのものの温度を上昇さ
せることができ、その結果、昇温速度を高めることが可
能となる。また、微量の電流で大きな発熱量を得ること
ができ、コイルに直流電流を通電する場合と比較して、
はるかに大きな効果を得ることが可能となる。

【０１２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大
型超電導マグネットの性能試験を行なう場合でも、冷却
時に冷媒供給速度が制限されることなく容器内部に冷媒
を貯蔵して超電導マグネットに温度勾配を生じさせずに
均一に冷却することができ、また性能試験時の侵入熱に
よるロスを低減し、試験後の昇温時間を大幅に短縮する
ことが可能なクライオスタットおよびその昇温方法が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるクライオスタットの第１、第１
２、第１３の各実施の形態を示す主要部断面図。

【図２】本発明によるクライオスタットの第２の実施の
形態を示す主要部断面図。

【図３】本発明によるクライオスタットの第３の実施の
形態を示す主要部断面図。

【図４】本発明によるクライオスタットの第４の実施の
形態を示す主要部断面図。

【図５】本発明によるクライオスタットの第５の実施の
形態を示す主要部断面図。

【図６】同第５の実施形態におけるＡ−Ａ矢視図。

【図７】本発明によるクライオスタットの第６の実施の
形態を示す主要部断面図。

【図８】同第６の実施形態におけるＢ−Ｂ断面図。

【図９】本発明によるクライオスタットの第７の実施の
形態を示す主要部断面図。

【図１０】本発明によるクライオスタットの第８の実施
の形態を示す主要部断面図。

【図１１】本発明によるクライオスタットの第９の実施
の形態を示す主要部断面図。

【図１２】同第９の実施形態におけるＣ−Ｃ断面図。

【図１３】本発明によるクライオスタットの第１０の実
施の形態を示す主要部断面図。

【図１４】本発明によるクライオスタットの第１１の実
施の形態を示す主要部断面図。

【図１５】本発明によるクライオスタットの第１４の実
施の形態を示す主要部断面図。

【図１６】本発明によるクライオスタットの第１５の実
施の形態を示す主要部断面図。

【図１７】本発明によるクライオスタットの第１６の実
施の形態を示す主要部断面図。

【図１８】従来のクライオスタットの主要部の構成例を
示す断面図。

【符号の説明】

１…超電導マグネット、２…冷媒貯蔵槽、３…支持部材、４…上部フランジ、５…第１の真空断熱層、５´…第２の真空断熱層、６…超電導コイル、７…コイル保持部材、８…液体冷媒、９…第１の冷媒供給管、１０…冷媒ガス、１１…冷媒排出管、１２…足、１３…電流リード、１４…電源、１４´…交流電源、１５…冷媒供給管、１６…冷媒排出口、１７…貯蔵槽支持部材、１８…受け具、１９…チェーン、２０…滑車、２１…駆動装置、２２…供給量調整機、２３…貫通穴、２４…冷却槽、２５…冷却槽用冷媒給排管、２６…ヒータ、２７…ファン、２８…モータ、２９…密閉容器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供試体である超電導マグネットを収納す
る冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置される真
空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収める
外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導マグネッ
トを吊り下げて支持する超電導マグネット支持部材と、
前記超電導マグネット支持部材を介して前記超電導マグ
ネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタを兼ねる
上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネッ
ト冷却用の冷媒を供給する第１の冷媒供給管と、前記冷
媒貯蔵槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管と、前
記超電導マグネットに電気を供給する電流リードとを備
えて構成されるクライオスタットにおいて、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネット冷却用の冷媒を
供給する第２の冷媒供給管を設け、かつ前記冷媒貯蔵槽内部において、前記第２の冷媒供給
管の冷媒排出口を、前記超電導マグネットに対し長軸方
向および周方向の複数箇所に配置したことを特徴とする
クライオスタット。
【請求項２】供試体である超電導マグネットを収納す
る冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置される第
１の真空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層を
収める外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導マ
グネットを吊り下げて支持する超電導マグネット支持部
材と、前記超電導マグネット支持部材を介して前記超電
導マグネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタを
兼ねる上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マ
グネット冷却用の冷媒を供給する第１の冷媒供給管と、
前記冷媒貯蔵槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管
と、前記超電導マグネットに電気を供給する電流リード
とを備えて構成されるクライオスタットにおいて、前記超電導マグネットの長軸方向を、前記冷媒貯蔵槽内
部で水平に支持したことを特徴とするクライオスタッ
ト。
【請求項３】前記請求項２に記載のクライオスタット
において、前記上部フランジに第２の真空断熱層を設けたことを特
徴とするクライオスタツト。
【請求項４】前記請求項２に記載のクライオスタット
において、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネット冷却用の冷媒を
供給する第２の冷媒供給管を設け、かつ前記冷媒貯蔵槽内部において、少なくとも前記超電
導マグネットに対して上層部に、前記第２の冷媒供給管
の冷媒排出口を、前記超電導マグネットに対し長軸方向
の複数箇所に配置したことを特徴とするクライオスタッ
ト。
【請求項５】前記請求項２に記載のクライオスタット
において、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネットを収納した状態
で前記冷媒貯蔵槽全体を水平に支持し、かつ水平軸回り
に当該冷媒貯蔵槽全体を揺動させる貯蔵槽支持部材を設
けたことを特徴とするクライオスタット。
【請求項６】前記請求項２に記載のクライオスタット
において、前記冷媒貯蔵槽内部において、前記超電導マグネットを
単独で水平軸回りに回転させる駆動装置を設けたことを
特徴とするクライオスタット。
【請求項７】前記請求項１または請求項４に記載のク
ライオスタットにおいて、前記第１および第２の各冷媒供給管毎に、または当該各
冷媒供給管の冷媒排出口毎に、冷媒量調節用の供給量調
整機構を設けたことを特徴とするクライオスタット。
【請求項８】供試体である超電導マグネットを収納す
る冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置される真
空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収める
外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導マグネッ
トを吊り下げて支持する超電導マグネット支持部材と、
前記超電導マグネット支持部材を介して前記超電導マグ
ネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタを兼ねる
上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネッ
ト冷却用の冷媒を供給する冷媒供給管と、前記冷媒貯蔵
槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管と、前記超電
導マグネットに電気を供給する電流リードとを備えて構
成されるクライオスタットにおいて、前記冷媒排出管を、前記超電導マグネット支持部材に接
するように配置したことを特徴とするクライオスタッ
ト。
【請求項９】供試体である超電導マグネットを収納す
る冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置される真
空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収める
外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導マグネッ
トを吊り下げて支持する超電導マグネット支持部材と、
前記超電導マグネット支持部材を介して前記超電導マグ
ネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタを兼ねる
上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグネッ
ト冷却用の冷媒を供給する冷媒供給管と、前記冷媒貯蔵
槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管と、前記超電
導マグネットに電気を供給する電流リードとを備えて構
成されるクライオスタットにおいて、前記超電導マグネット支持部材に、前記冷媒貯蔵槽内部
から外部に通ずる貫通穴を設けて冷媒排出管の一部とし
たことを特徴とするクライオスタット。
【請求項１０】供試体である超電導マグネットを収納
する冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置される
真空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収め
る外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導マグネ
ットを吊り下げて支持する超電導マグネット支持部材
と、前記超電導マグネット支持部材を介して前記超電導
マグネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタを兼
ねる上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグ
ネット冷却用の冷媒を供給する冷媒供給管と、前記冷媒
貯蔵槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管と、前記
超電導マグネットに電気を供給する電流リードとを備え
て構成されるクライオスタットにおいて、前記冷媒貯蔵槽外部に位置する前記電流リードの高温部
に、冷却槽用の冷媒が給排される冷却槽を設けたことを
特徴とするクライオスタット。
【請求項１１】供試体である超電導マグネットを収納
する冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置される
真空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収め
る外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導マグネ
ットを吊り下げて支持する超電導マグネット支持部材
と、前記超電導マグネット支持部材を介して前記超電導
マグネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタを兼
ねる上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグ
ネット冷却用の冷媒を供給する冷媒供給管と、前記冷媒
貯蔵槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管と、前記
超電導マグネットに電気を供給する電流リードとを備え
て構成されるクライオスタットにおいて、前記冷媒貯蔵槽内壁面に、複数のヒータを分散配置した
ことを特徴とするクライオスタット。
【請求項１２】前記請求項１または請求項４に記載の
クライオスタットの昇温方法において、昇温時に、前記冷媒貯蔵槽内部に設けた第２の冷媒供給
管の冷媒排出口より、昇温用気体を前記冷媒貯蔵槽内部
に供給するようにしたことを特徴とするクライオスタッ
トの昇温方法。
【請求項１３】前記請求項１２に記載のクライオスタ
ットの昇温方法において、前記昇温用気体としては、沸点が前記冷媒貯蔵槽内構造
物あるいは超電導マグネットの最高温度〜常温の範囲に
あり、かつ融点が前記冷媒貯蔵槽内構造物あるいは超電
導マグネットの最低温度以下の範囲にある気体を供給す
るようにしたことを特徴とするクライオスタットの昇温
方法。
【請求項１４】供試体である超電導マグネットを収納
する冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置される
真空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層を収め
る外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導マグネ
ットを吊り下げて支持する超電導マグネット支持部材
と、前記超電導マグネット支持部材を介して前記超電導
マグネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタを兼
ねる上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導マグ
ネット冷却用の冷媒を供給する冷媒供給管と、前記冷媒
貯蔵槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管と、前記
超電導マグネットに電気を供給する電流リードとを備え
て構成されるクライオスタットにおいて、前記冷媒貯蔵槽内部に、駆動手段にて駆動される少くと
も一つのファンを設けたことを特徴とするクライオスタ
ット。
【請求項１５】前記請求項１４に記載のクライオスタ
ットにおいて、前記ファンを駆動する駆動手段を密閉容器内に収納し、
かつ当該密閉容器を前記冷媒貯蔵槽内部に配置したこと
を特徴とするクライオスタット。
【請求項１６】超電導コイルを巻線するコイル保持部
材が金属にて構成された供試体である超電導マグネット
を収納する冷媒貯蔵槽と、前記冷媒貯蔵槽の周囲に配置
される真空断熱層と、前記冷媒貯蔵槽および真空断熱層
を収める外部容器と、前記冷媒貯蔵槽内部に前記超電導
マグネットを吊り下げて支持する超電導マグネット支持
部材と、前記超電導マグネット支持部材を介して前記超
電導マグネットを支持し、かつ前記冷媒貯蔵槽の上ブタ
を兼ねる上部フランジと、前記冷媒貯蔵槽内部に超電導
マグネット冷却用の冷媒を供給する冷媒供給管と、前記
冷媒貯蔵槽内部より前記冷媒を排出する冷媒排出管と、
前記超電導マグネットに電気を供給する電流リードとを
備えて構成されるクライオスタットの昇温方法におい
て、昇温時に、前記電流リードを通して、前記超電導マグネ
ットに交流電流を通電するようにしたことを特徴とする
クライオスタットの昇温方法。