JPS5915086Y2 - Load support device for cryogenic equipment - Google Patents

Load support device for cryogenic equipment

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JPS5915086Y2
JPS5915086Y2 JP1978125474U JP12547478U JPS5915086Y2 JP S5915086 Y2 JPS5915086 Y2 JP S5915086Y2 JP 1978125474 U JP1978125474 U JP 1978125474U JP 12547478 U JP12547478 U JP 12547478U JP S5915086 Y2 JPS5915086 Y2 JP S5915086Y2
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JP
Japan
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cryogenic
cryogenic container
support device
vacuum insulation
insulation tank
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JP1978125474U
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Japanese (ja)
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JPS5542342U (en
Inventor
克時 佐々木
Original Assignee
株式会社東芝
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Publication date
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、極低温装置、例えば液体ヘリウム等で冷却さ
れる超電導機器1の極低温容器の支持装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a support device for a cryogenic container of a superconducting device 1 cooled by a cryogenic device, such as liquid helium.

通常、極低温装置は、真空断熱槽と極低温剤を収納する
極低温容器を具備している。
Typically, cryogenic equipment includes a vacuum insulation tank and a cryogenic container that houses a cryogenic agent.

この内、真空断熱槽は大気側常温状態に置かれ、極低温
容器は、真空断熱槽内に、高度な熱絶縁をされて極低温
状態に冷却保持される。
Among these, the vacuum insulation tank is placed at room temperature on the atmosphere side, and the cryogenic container is cooled and maintained at a cryogenic temperature within the vacuum insulation tank with a high degree of thermal insulation.

特に超電導機器においては、極低温剤として液体ヘリウ
ム(4,2’K)を用いているため、真空断熱層との間
の熱絶縁は、超電導機器の性能を左右する大きな要素と
なっている。
Particularly in superconducting equipment, since liquid helium (4,2'K) is used as a cryogenic agent, thermal insulation between the vacuum insulation layer and the vacuum insulation layer is a major factor that influences the performance of the superconducting equipment.

このため超電導機器においては、真空断熱槽と極低温容
器の間に、ふく射シールドを設けたり、多層断熱等の熱
絶縁を行なうのが普通である。
For this reason, in superconducting equipment, it is common to provide a radiation shield or provide thermal insulation such as multilayer insulation between the vacuum insulation tank and the cryogenic container.

−前極低温容器の重量あるいは電磁力による荷重を支持
する支持装置は、極低温容器への熱侵入の極力小さく、
かつ前記重量又は荷重に対して機械的に丈夫な構造およ
び材料等を使用する必要がある。
- The support device that supports the weight or electromagnetic force of the front cryogenic container should minimize heat intrusion into the cryogenic container.
It is also necessary to use a structure, material, etc. that is mechanically strong against the weight or load.

又、極低温装置が大形化するにともない、極低温容器の
重量が非常に大きくなること、極低温容器の熱収縮量が
、その装置の寸法に比例して大きくなること、超電導機
器にあっては、電磁力による荷重が大きくなること等、
支持装置を設計する上で問題となる項目が生じる。
In addition, as cryogenic equipment becomes larger, the weight of the cryogenic container becomes extremely large, the amount of thermal contraction of the cryogenic container increases in proportion to the size of the equipment, and there are problems with superconducting equipment. In other words, the load due to electromagnetic force increases, etc.
Problems arise when designing a support device.

本考案は、これらの問題項目を考慮した上で、構造簡単
で、極低温容器への熱侵入が小さく、充分な機械的強度
を有する支持装置を提供するものである。
The present invention takes these problems into consideration and provides a support device that has a simple structure, little heat intrusion into the cryogenic container, and sufficient mechanical strength.

本考案の支持装置を使用することにより、大形の極低温
装置の極低温容器を、構造簡単で、小さな熱侵入量でか
つ充分な機械的強度で支持することが可能である。
By using the support device of the present invention, it is possible to support a cryogenic container of a large cryogenic device with a simple structure, a small amount of heat penetration, and sufficient mechanical strength.

以下、本考案を、超電導マグネット装置に応用した一実
施例について説明する。
An embodiment in which the present invention is applied to a superconducting magnet device will be described below.

第1図において、1は真空断熱槽、2は真空断熱槽1内
に収納される極低温容器、3および4は極低温容器2内
に収納される各々超電導マグネットおよび液体ヘリウム
、5は超電導マグネット3への電流の出入口と、液体ヘ
リウム4の注入口および蒸発ヘリウムガスの出口のため
のポート、6は、真空断熱槽1と極低温容器2の間に設
けられ、それらの間のふく射熱をシールドするふく射シ
ールドである。
In FIG. 1, 1 is a vacuum insulation tank, 2 is a cryogenic container stored in the vacuum insulation tank 1, 3 and 4 are superconducting magnets and liquid helium, respectively, stored in the cryogenic container 2, and 5 is a superconducting magnet. Ports 6 for the current inlet and outlet to 3, the inlet for liquid helium 4 and the outlet for evaporated helium gas are provided between the vacuum insulation chamber 1 and the cryogenic container 2 to shield radiation heat between them. It is a radiation shield.

7aおよび7bは、極低温容器2を真空断熱槽1から支
持する支持装置で、7aは主に極低温容器2の重量(超
電導マグネット3および液体ヘリウム4の重量を含む)
および垂直荷重を支持する支持装置、7bは主に極低温
容器2に作用する水平荷重を支持する支持装置である。
7a and 7b are support devices that support the cryogenic container 2 from the vacuum insulation tank 1, and 7a mainly supports the weight of the cryogenic container 2 (including the weight of the superconducting magnet 3 and liquid helium 4).
and a support device for supporting vertical loads, and 7b is a support device for supporting horizontal loads mainly acting on the cryogenic container 2.

第2図は7aおよび7bの詳細構造を示す。FIG. 2 shows the detailed structure of 7a and 7b.

第2図において、1,2および5は第1図と同様に各々
真空断熱槽、極低温容器およびふく射シールドである。
In FIG. 2, numerals 1, 2, and 5 are a vacuum insulation tank, a cryogenic container, and a radiation shield, respectively, as in FIG. 1.

71は真空中においても低摩擦係数を示す材料、例えば
、テフロンにガラス繊維や銅粉末を配合したもの、ポリ
アミド樹脂に銅や他の金属をある割合で添加したもの、
あるいは、ニッケルにスズ、アルミニウム等を添加した
金属材料等がら成る軸受材で、極低温容器2に面接触さ
せる。
71 is a material that exhibits a low coefficient of friction even in vacuum, such as a combination of Teflon with glass fiber or copper powder, a polyamide resin with a certain proportion of copper or other metals added,
Alternatively, a bearing material made of a metal material such as nickel added with tin, aluminum, etc. is brought into surface contact with the cryogenic container 2.

72は、低熱伝導率で、極低温においても比較的機械強
度を有する材料、例えばガラスエポキシ積層枠から成る
支持棒で、片面は、軸受材71に接着等によって固定さ
れ、他端はテーパ付きフランジ73および取付ボルト7
4によって、真空断熱層1に強固に固定される。
Reference numeral 72 denotes a support rod made of a material with low thermal conductivity and relatively mechanical strength even at extremely low temperatures, such as a glass epoxy laminated frame. One side is fixed to the bearing material 71 by adhesive or the like, and the other end is a tapered flange. 73 and mounting bolt 7
4, it is firmly fixed to the vacuum insulation layer 1.

第3図は、極低温容器2の水平方向の位置を保つように
考案された支持装置で、特に支持装置76に使用すると
効果のある支持装置である。
FIG. 3 shows a support device designed to maintain the horizontal position of the cryogenic container 2, and is particularly effective when used as the support device 76.

第3図において、1,2,5.71および72は第2図
と同様なものなので詳細な説明を省略する。
In FIG. 3, 1, 2, 5.71 and 72 are similar to those in FIG. 2, so detailed explanations will be omitted.

75は、極低温容器2および支持棒72の熱収縮に追従
でき、水平荷重に対して充分な強度のある熱収縮吸収バ
ネで、通常器バネで構成される。
Reference numeral 75 is a heat shrinkage absorbing spring that can follow the heat shrinkage of the cryogenic container 2 and the support rod 72 and has sufficient strength against horizontal loads, and is composed of a regular spring.

76は、熱収縮バネ75に予圧を与え、支持棒72を支
え、および真空シールにするためのフランジ金具で、ガ
スケット77を介し、取付ボルト78によって真空断熱
槽1に固定される。
Reference numeral 76 is a flange fitting for applying preload to the heat-shrinkable spring 75, supporting the support rod 72, and providing a vacuum seal, and is fixed to the vacuum insulation tank 1 with a mounting bolt 78 via a gasket 77.

通常、常温(約300’K)において組立られた極低温
装置は、極低温容器2に液体ヘリウム4が注入され運転
される。
Usually, a cryogenic device assembled at room temperature (approximately 300'K) is operated by injecting liquid helium 4 into a cryogenic container 2.

このとき、極低温容器2は常温から液体ヘリウム温度(
約4.2 y)まで温度変化するから、それにともなっ
て熱収縮が起る。
At this time, the cryogenic container 2 changes from room temperature to liquid helium temperature (
Since the temperature changes to about 4.2 y), thermal contraction occurs accordingly.

この熱収縮量は、例えばステンレス鋼においては1mに
つき約3mmの大きさになる。
The amount of heat shrinkage is approximately 3 mm per meter in stainless steel, for example.

ところが真空断熱槽1は、常温のままであるので、極低
温容器2は支持装置7aに対して、水平方向に移動し、
7bに対しては垂直方向に移動する。
However, since the vacuum insulation tank 1 remains at room temperature, the cryogenic container 2 moves horizontally with respect to the support device 7a.
7b, it moves in the vertical direction.

第2図および第3図の矢印8は移動方向を示す。Arrows 8 in FIGS. 2 and 3 indicate the direction of movement.

又一方荷重は、矢印9の方向であるから、支持棒72に
は、極低温容器2と軸受材71との接触図の摩擦係数と
、接触面の荷重との積に比例した横荷重を受ける。
On the other hand, since the load is in the direction of the arrow 9, the support rod 72 receives a lateral load proportional to the product of the friction coefficient in the contact diagram between the cryogenic container 2 and the bearing material 71 and the load on the contact surface. .

この横荷重によって曲げモーメントが働き、支持棒72
のフランジ73との結合面には最大曲げ応力が発生する
This lateral load causes a bending moment to act on the support rod 72.
The maximum bending stress occurs at the joint surface with the flange 73.

真空中では摩擦係数は大気中における場合より約10倍
程度大となる。
In a vacuum, the coefficient of friction is about 10 times larger than in the atmosphere.

しかしながら本考案の構成によれば軸受材71には低摩
擦係数材料を使用しているので、作用する横荷重は、小
さな値にすることができ、したがって最大曲げ応力も小
さくなるので、曲げ強さの比較的弱い低熱伝導率の材料
の支持棒72でも充分使用できることになる。
However, according to the configuration of the present invention, since a low friction coefficient material is used for the bearing material 71, the applied lateral load can be reduced to a small value, and therefore the maximum bending stress is also reduced, so the bending strength is reduced. Even a support rod 72 made of a relatively weak material with low thermal conductivity can be used satisfactorily.

一方、真空断熱槽1から極低温容器2に伝導する熱量Q
は、支持棒72の熱伝導率、断面積および長さを各々λ
、A、およびlとすれば、真空断熱槽1と極低温容器2
の温形差7tとしてQ−λ・4・、dtで示される。
On the other hand, the amount of heat Q conducted from the vacuum insulation tank 1 to the cryogenic container 2
are the thermal conductivity, cross-sectional area and length of the support rod 72, respectively.
, A, and l, vacuum insulation tank 1 and cryogenic container 2
The temperature difference 7t is expressed as Q-λ·4·, dt.

例えばガラスエポキシ積層枠の熱伝導率λは、ステンレ
ス鋼と比較して、約−程度00 小さいから伝導する熱量Qは非常に小さくできる。
For example, since the thermal conductivity λ of a glass epoxy laminate frame is about -00 lower than that of stainless steel, the amount of heat Q conducted can be made very small.

このことは、液体ヘリウム4の蒸発を小さくできること
になるので、極低温装置の性能を上げることが可能とな
る。
This means that the evaporation of liquid helium 4 can be reduced, making it possible to improve the performance of the cryogenic device.

又板低温容器重量および電磁力荷重は強大となった場合
でも、軸受材71は面接触となるので、大きな荷重を受
けることができ、一方支持棒72は、圧縮荷重に対して
は、がなり強い材料であるので、高い荷重に対しても充
分使用できる。
Furthermore, even when the plate cryogenic container weight and electromagnetic force load are large, the bearing material 71 is in surface contact and can receive a large load, while the support rod 72 is resistant to compressive loads. Since it is a strong material, it can be used with high loads.

次に第1図の7bの支持装置に第3図の構成の支持装置
を使用した場合について説明する。
Next, a case will be described in which a support device having the structure shown in FIG. 3 is used in place of the support device 7b in FIG. 1.

前述したように、極低温容器2は液体ヘリウム温度に冷
却されると約3mm/1mの割合で収縮する。
As mentioned above, when the cryogenic container 2 is cooled to liquid helium temperature, it contracts at a rate of about 3 mm/1 m.

この収縮は、水平方向および垂直方向に起ることになる
This contraction will occur horizontally and vertically.

一方支持装置7bは、一端が液体ヘリウム温度になるの
で、熱収縮が起る。
On the other hand, since one end of the support device 7b reaches the temperature of liquid helium, thermal contraction occurs.

両者の熱収縮があった場合でも極低温容器2の位置の支
持ができるようにしたのが第3図に示す支持装置である
The support device shown in FIG. 3 is capable of supporting the position of the cryogenic container 2 even if there is thermal contraction of both.

第3図において、フランジ金具76により、熱収縮吸収
バネ75には組立時に予圧を与えておく。
In FIG. 3, a preload is applied to the heat shrinkage absorbing spring 75 by a flange fitting 76 during assembly.

極低温容器27は、冷却されるにしたがい熱収縮し、矢
印8および9の方向に移動する。
As the cryogenic container 27 is cooled, it thermally contracts and moves in the directions of arrows 8 and 9.

矢印8の方向の移動は、前述したように軸受材71との
間で摺動し吸収する。
The movement in the direction of the arrow 8 is absorbed by sliding between the bearing material 71 as described above.

矢印9方向の移動に対しては、熱収納吸収バネ75が、
弾性変形する。
For movement in the direction of arrow 9, the heat storage absorption spring 75
Deforms elastically.

このため極低温容器2と支持装置との間にすき間を生じ
ることもなく、極低温容器2の中心は、常に一定で移動
することがない。
Therefore, there is no gap between the cryogenic container 2 and the support device, and the center of the cryogenic container 2 is always constant and does not move.

このことは、戊えば超電導機器のように、超電導マグネ
ット3で発生する磁界を精度よく一定の位置にすること
ができるので非常に有効である。
This is very effective because it allows the magnetic field generated by the superconducting magnet 3 to be placed at a fixed position with high precision, as in a superconducting device.

又矢印9の方向からの水平荷重に対しては、熱収縮吸収
バネ75を、その荷重に耐えるように設計しておけば支
持できる。
Further, horizontal loads from the direction of arrow 9 can be supported if the heat-shrinkable absorbing spring 75 is designed to withstand the loads.

侵入熱量および耐荷重の効果は、前述と同様である。The effects of the amount of heat intrusion and the load resistance are the same as described above.

本考案は、低摩擦係数材料で成る軸受材を入れることに
よって熱収縮による支持装置の横荷重を軽減し、高荷重
に耐え、熱伝導の小さい支持装置を提供するためのもの
であるので、軸受材の位置等に関しては制限を受けない
The present invention is intended to reduce the lateral load of the support device due to heat shrinkage by incorporating a bearing material made of a material with a low coefficient of friction, and to provide a support device that can withstand high loads and has low heat conduction. There are no restrictions regarding the location of materials.

すなわち第2図の真空断熱槽1の側に軸受材2を接触さ
せ、フランジ73、取付ボルト74を極低温容器2の側
にした場合にも有効である。
That is, it is also effective when the bearing material 2 is brought into contact with the vacuum insulation tank 1 side shown in FIG. 2 and the flange 73 and mounting bolts 74 are placed on the cryogenic container 2 side.

又軸受材71の形状、取付法についての制限もうけない
Furthermore, there are no restrictions on the shape or attachment method of the bearing material 71.

以上説明したように本考案にはつぎのような効果がある
As explained above, the present invention has the following effects.

(a)真空中であっても低摩擦係数材料から成る軸受材
を挿入したので、支持棒に、曲げ強度の比較的弱い低熱
伝導率材料を使用できるので、極低温部への熱侵入が小
さくできる。
(a) Since the bearing material made of a material with a low coefficient of friction is inserted even in a vacuum, it is possible to use a material with relatively low bending strength and low thermal conductivity for the support rod, so there is little heat intrusion into the cryogenic part. can.

(b)軸受材の挿入によって支持装置と直角方向の熱収
縮による極低温容器の移動を簡単に吸収でき、構造の簡
単な製作の容易で、安価な支持装置が提供できる。
(b) By inserting the bearing material, movement of the cryogenic container due to thermal contraction in a direction perpendicular to the support device can be easily absorbed, and a support device with a simple structure, easy to manufacture, and low cost can be provided.

(C)軸受材は面接触で荷重を受けるから、高荷重にも
耐えられる。
(C) Since the bearing material receives the load through surface contact, it can withstand high loads.

(d)熱収縮吸収バネを挿入したので、極低温容器の中
心を移動することなく支持でき、荷重に対しても支持す
ることができる。
(d) Since a heat-shrinkable absorbing spring is inserted, the center of the cryogenic container can be supported without moving, and it can also be supported against loads.

(e)軸受材には低摩擦係数材料のものを用いたのでグ
リース・油等の潤滑材は不用となる。
(e) Since the bearing material is made of a material with a low coefficient of friction, lubricants such as grease and oil are not required.

そのため潤滑材からの蒸発ガスが発生することなく真空
度を低下させることもない。
Therefore, evaporative gas from the lubricant is not generated and the degree of vacuum is not reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の極低温装置の一実施例を示す断面図、
第2図および第3図は、第1図における支持装置要部詳
細断面図である。 1・・・・・・真空断熱槽、2・・・・・・極低温容器
、3・・・・・・超電導マグネット、4・・・・・・液
体ヘリウム、5・・・・・・ポート、6・・・・・・ふ
く射シールド、7 a 、7 b・・・・・・支持装置
、71・・・・・・軸受材、72・・・・・・支持棒、
73.76・・・・・・フランジ、74.78・・・・
・・取付ボルト、77・・・・・・ガスケット。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the cryogenic apparatus of the present invention;
2 and 3 are detailed sectional views of the main parts of the support device in FIG. 1. 1...Vacuum insulation tank, 2...Cryogenic container, 3...Superconducting magnet, 4...Liquid helium, 5...Port , 6... Radiation shield, 7 a, 7 b... Support device, 71... Bearing material, 72... Support rod,
73.76...Flange, 74.78...
...Mounting bolt, 77...Gasket.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 真空断熱槽内に極低温容器を備えた極低温装置において
、垂直荷重に対しては真空中において低摩擦係数を示す
材料よりなる軸受材により前記極低温容器を面接触させ
て支持するとともにこの軸受材の他面を低熱伝導率の支
持棒を介して前記真空断熱槽に固定し、一方水平荷重に
対しては真空中において低摩擦係数を示す材料よりなる
軸受材により前記極低温容器を面接触させて支持すると
ともにこの軸受材の他面を低熱伝導率の支持棒及び熱収
縮吸収バネを介して前記真空断熱槽に固定したことを特
徴とする極低温装置の荷重支持装置。
In a cryogenic apparatus equipped with a cryogenic container in a vacuum insulation tank, the cryogenic container is supported in surface contact with a bearing material made of a material that exhibits a low coefficient of friction in vacuum against vertical loads, and this bearing The other side of the material is fixed to the vacuum insulation tank via a support rod with low thermal conductivity, while for horizontal loads, the cryogenic container is brought into surface contact with a bearing material made of a material that exhibits a low coefficient of friction in vacuum. A load support device for a cryogenic device, characterized in that the other surface of the bearing material is fixed to the vacuum insulation tank via a support rod having low thermal conductivity and a heat shrinkage absorbing spring.
JP1978125474U 1978-09-14 1978-09-14 Load support device for cryogenic equipment Expired JPS5915086Y2 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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JPS5542342U JPS5542342U (en) 1980-03-18
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5212461Y2 (en) * 1972-04-05 1977-03-18
JPS5512448Y2 (en) * 1976-02-13 1980-03-18

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JPS5542342U (en) 1980-03-18

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