JPS59208795A - 極低温装置 - Google Patents
極低温装置Info
- Publication number
- JPS59208795A JPS59208795A JP58081676A JP8167683A JPS59208795A JP S59208795 A JPS59208795 A JP S59208795A JP 58081676 A JP58081676 A JP 58081676A JP 8167683 A JP8167683 A JP 8167683A JP S59208795 A JPS59208795 A JP S59208795A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- container
- heat
- cooling
- cooling container
- cooled
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、液体ヘリウム等の低沸点を有する冷媒によ−
）−ＣＩ：１的物な冷却する極低温装置に関する。
）−ＣＩ：１的物な冷却する極低温装置に関する。
物体を極低温に冷却する際には、一般に液体窒素あるい
は液体ヘリウム等の低沸点を有する冷媒を用い、この冷
奴中に物体を浸漬したり、あるいは、その周囲（二冷媒
を循環させたりして所望の温度に冷却している。たとえ
は、超電尋機器においては、得体ン液体〜リウムを用い
て冷却することにより、２．招電導状態を得ている。
は液体ヘリウム等の低沸点を有する冷媒を用い、この冷
奴中に物体を浸漬したり、あるいは、その周囲（二冷媒
を循環させたりして所望の温度に冷却している。たとえ
は、超電尋機器においては、得体ン液体〜リウムを用い
て冷却することにより、２．招電導状態を得ている。
液体ヘリウムの沸点は大気圧下で４．２°にであり、ま
た蒸発潜熱は０．６ Ｋ ｃａｎ／ＩＩと水の約１ ／
１０００ Ｈしかおよばず極めて気化しや１−い。しか
も、液体ヘリウムは製造に大規模な装置を要しｉ妬価で
ある。
た蒸発潜熱は０．６ Ｋ ｃａｎ／ＩＩと水の約１ ／
１０００ Ｈしかおよばず極めて気化しや１−い。しか
も、液体ヘリウムは製造に大規模な装置を要しｉ妬価で
ある。
このため、液体ヘリウム全冷媒として用いる場合には液
体ヘリウムＺ入れる容器の外側に真空断熱層を設け、さ
らにその外側に液体窒素を満した熱しゃへい層を設ける
構成として、外部からの熱伝縛および熱輻射ン緩和して
気化を抑制している。
体ヘリウムＺ入れる容器の外側に真空断熱層を設け、さ
らにその外側に液体窒素を満した熱しゃへい層を設ける
構成として、外部からの熱伝縛および熱輻射ン緩和して
気化を抑制している。
液体ヘリウム容器（＝液体ヘリウムを入れて、この液体
ヘリウム中に超電等物体のような被冷却物を浸漬した場
合、被冷却物中にわずかな熱エネルギーが発生した際に
もその熱エネルギーを液体ヘリウムが吸収し一部が気化
してヘリウムガスとなる。
ヘリウム中に超電等物体のような被冷却物を浸漬した場
合、被冷却物中にわずかな熱エネルギーが発生した際に
もその熱エネルギーを液体ヘリウムが吸収し一部が気化
してヘリウムガスとなる。
このように、容器内部で発生したヘリウムガスを外部に
放出する放圧管が容器に設けられているが、被冷却物が
過大な発熱Ｚした際に発生する多量のヘリウムガスを容
器外に放出するために、この放圧ＷＹ犬口径に設計して
おかねばならない。
放出する放圧管が容器に設けられているが、被冷却物が
過大な発熱Ｚした際に発生する多量のヘリウムガスを容
器外に放出するために、この放圧ＷＹ犬口径に設計して
おかねばならない。
放圧管（二は容器内圧が異常に上昇した場合に自壊して
容器内外を連通する破裂板が管先端部に設けられている
。すなわち放圧管は通常時には破裂板によってふたをし
た構成となっている。しかし液体ヘリウム容器の内外部
はこの破裂板によって陥てられているにすぎないため、
放圧管部分における熱輻射が極めて太きいものとなって
いる。この場合の熱輻射鈑Ｑ ［Ｋｃａ４ ／ ｈｒ
〕は、２点の温度がＴＩ 、 Ｔｔ ｉ〕のとき、次式
で評価することがでとる。
容器内外を連通する破裂板が管先端部に設けられている
。すなわち放圧管は通常時には破裂板によってふたをし
た構成となっている。しかし液体ヘリウム容器の内外部
はこの破裂板によって陥てられているにすぎないため、
放圧管部分における熱輻射が極めて太きいものとなって
いる。この場合の熱輻射鈑Ｑ ［Ｋｃａ４ ／ ｈｒ
〕は、２点の温度がＴＩ 、 Ｔｔ ｉ〕のとき、次式
で評価することがでとる。
πｄ２ ４ ４
Ｑ＝４．８８ ｘ １０８ｘゴ→” （Ｔｌ −Ｔｔ
） ・・・・・（１）ここでｄは放圧管の管内径〔
ｍ’ｌで、Ｆは形状によって決まる係数である。いま、
ＴＩは破裂板部分の温度で約３００°に、Ｔｙは液体ヘ
リウム温度で４２°にであるから容器内の液体ヘリウム
は大きな熱輻射を受けていることがわかる。また、（１
）式は、放圧負の管内径ｄの二乗に比例して増大してい
ることから、雀の径が大きくなる程、ますます、輻射熱
量が増太し容器内の液体ヘリウムの気化が促進されるこ
ととなる。
） ・・・・・（１）ここでｄは放圧管の管内径〔
ｍ’ｌで、Ｆは形状によって決まる係数である。いま、
ＴＩは破裂板部分の温度で約３００°に、Ｔｙは液体ヘ
リウム温度で４２°にであるから容器内の液体ヘリウム
は大きな熱輻射を受けていることがわかる。また、（１
）式は、放圧負の管内径ｄの二乗に比例して増大してい
ることから、雀の径が大きくなる程、ますます、輻射熱
量が増太し容器内の液体ヘリウムの気化が促進されるこ
ととなる。
これに対して放圧管の口径！小さくした場合、被冷却物
の急激な発熱によって一時に発生した多量のへりクムガ
スを放圧管からすみやか（ユ放出することができない。
の急激な発熱によって一時に発生した多量のへりクムガ
スを放圧管からすみやか（ユ放出することができない。
その結果液体ヘリウム容器内圧が上昇して最悪の場合に
は容器あるいは被冷Ｂ１物を破拍してしまうおそれがあ
る。
は容器あるいは被冷Ｂ１物を破拍してしまうおそれがあ
る。
計、発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、熱
輻射の少ない放圧ｇ−を錨えた極低温装置を提１共する
こと目的とする。
輻射の少ない放圧ｇ−を錨えた極低温装置を提１共する
こと目的とする。
本発明の極低温装置は冷媒及び被冷却物７内包する冷ム
（」容器と、この冷却容器の周囲に配置された１υ「熱
願と前記冷却容器に連通して設けらλｔだ屈折部を有す
る放圧管とを備えたものとする。
（」容器と、この冷却容器の周囲に配置された１υ「熱
願と前記冷却容器に連通して設けらλｔだ屈折部を有す
る放圧管とを備えたものとする。
より詳細には、冷媒とは液体窒素あるいは液体ヘリウム
等の少なくとも室温で極めて気化しやすい液体であり、
被冷却物とは例えば超亀揶コイルの如き作動中に発熱す
る可能性を有する物体である。断熱層は、冷却物夕包囲
するように設けら才℃冷却容器内の冷媒の気化速度を十
分に小さくすることができる構成を有するものと１−る
。また放圧管は、冷却容器内で発生したガスを装置の外
ｇ（Ｓへ逃がすガス抜きの管路であり、ガスのＭｃ路が
、例えばＬ字形あるいは矩形に屈折しているものである
。
等の少なくとも室温で極めて気化しやすい液体であり、
被冷却物とは例えば超亀揶コイルの如き作動中に発熱す
る可能性を有する物体である。断熱層は、冷却物夕包囲
するように設けら才℃冷却容器内の冷媒の気化速度を十
分に小さくすることができる構成を有するものと１−る
。また放圧管は、冷却容器内で発生したガスを装置の外
ｇ（Ｓへ逃がすガス抜きの管路であり、ガスのＭｃ路が
、例えばＬ字形あるいは矩形に屈折しているものである
。
以上のような構成を有する極低温装置において放圧管は
？＠却容器内部で冷媒が気化し、多−川のガスを発生し
た際に冷却容器あるいは被冷却物が容器内部の高圧化に
よって破損するのを防止すべくガスを放出するはたらき
ケ有する。また城圧管から侵入する輻射熱を屈折部にお
いて吸収することによって減衰せしめ、冷却容器内に貯
液された冷媒の気化を抑制し、より安定な状態を保つは
たらきを有する。
？＠却容器内部で冷媒が気化し、多−川のガスを発生し
た際に冷却容器あるいは被冷却物が容器内部の高圧化に
よって破損するのを防止すべくガスを放出するはたらき
ケ有する。また城圧管から侵入する輻射熱を屈折部にお
いて吸収することによって減衰せしめ、冷却容器内に貯
液された冷媒の気化を抑制し、より安定な状態を保つは
たらきを有する。
以下に本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の一実施例の極低温装置であってその最
内部に冷却容器２が配置されており、この冷却容器２を
包囲するように熱シールド３が設けられさらにこれらン
厚肉の真空容器４に納めた構成となっている。冷却容器
２の内部には液体へリクム５が貯留されており、液中に
は被冷却物６が浸１ｒ’ｆｉさねている。また、熱シー
ルド３は容器構造となっていて、内部に液体窒素７が満
たされている。また冷却容器２、及び熱シールド３は真
空容器４に内戚され、その内部は商度の真空（二保持さ
７ｔており、真空断熱層８乞形成している。さらに冷却
部器２の上部には２ケ所に直角の屈折部を有し冷却容器
２に連通する放圧管９が設けられている。この放圧管９
の冷却容器２と反対側の端部にはフランジ１０が形成さ
れ、これに破裂板１１がリング１２を用いてその周囲を
ボルト締めして固定されている。この他、冷却容器２に
は、液体ヘリウム給入口１３が設けられており、熱シー
ルド３には液体窒素の給入口１４及び窒素ガスの放出口
１６が設けられている。
内部に冷却容器２が配置されており、この冷却容器２を
包囲するように熱シールド３が設けられさらにこれらン
厚肉の真空容器４に納めた構成となっている。冷却容器
２の内部には液体へリクム５が貯留されており、液中に
は被冷却物６が浸１ｒ’ｆｉさねている。また、熱シー
ルド３は容器構造となっていて、内部に液体窒素７が満
たされている。また冷却容器２、及び熱シールド３は真
空容器４に内戚され、その内部は商度の真空（二保持さ
７ｔており、真空断熱層８乞形成している。さらに冷却
部器２の上部には２ケ所に直角の屈折部を有し冷却容器
２に連通する放圧管９が設けられている。この放圧管９
の冷却容器２と反対側の端部にはフランジ１０が形成さ
れ、これに破裂板１１がリング１２を用いてその周囲を
ボルト締めして固定されている。この他、冷却容器２に
は、液体ヘリウム給入口１３が設けられており、熱シー
ルド３には液体窒素の給入口１４及び窒素ガスの放出口
１６が設けられている。
次に９、上のような構成からなる極低温装置のはたらき
全説明する。なお、ここでは説明のために被冷却物６と
して超電等コイルを考えることにする。
全説明する。なお、ここでは説明のために被冷却物６と
して超電等コイルを考えることにする。
超電等コイルは液体ヘリウム５と直接接触することによ
り、その温度が４４２°に近傍に保持される。
り、その温度が４４２°に近傍に保持される。
これによってコイルは超電尋状態となり、図示しない外
部箪椋装酸により通電励磁される。このときコイル自身
の電気抵抗は限りなく零に近く、コイルからの発熱は全
くないと考えてよい。一方、冷却容器２は真空断熱層８
、液体窒素７、真空容器４によって三重に断熱されてい
るがそれにもかかわらず極低温装置の外部と冷却容器２
の内部との著しい温度差によって、冷却容器２には熱エ
ネルギーが伝達される。ここで、もつとも熱侵入が大き
いのは放圧管９であって、常温にある破裂板１１から冷
却容器２の内部に向って強い熱輻射がある。この輻射に
よる熱が液体ヘリウム５に直接到達するのを抑制するの
が放圧管９に設けられた屈折構造である。すなわち、放
圧管９に二か所の屈折部を設けることにより、破裂板１
１からの鉛直下向きの熱輻射を・屈折させた放圧管９自
身で受熱するようになっている。放圧管９に受熱さねた
熱は、放圧＠９に接合された熱シールド３により大部分
が吸収され液体窒素７によって冷却されることになるの
で、破裂板１１から放圧惰９を通じての熱輻射が液体、
９ウム５に到達することはほとんどない。前述の断熱層
８を介して伝達される熱エネルギーにより、コイルの安
π状態においても液体ヘリウム５はわずかに気化するが
、発生するガスは冷却容器２に設けられた細い放出口１
５から放出され冷却容器２の内部圧力はほぼ一定に保た
乙る。
部箪椋装酸により通電励磁される。このときコイル自身
の電気抵抗は限りなく零に近く、コイルからの発熱は全
くないと考えてよい。一方、冷却容器２は真空断熱層８
、液体窒素７、真空容器４によって三重に断熱されてい
るがそれにもかかわらず極低温装置の外部と冷却容器２
の内部との著しい温度差によって、冷却容器２には熱エ
ネルギーが伝達される。ここで、もつとも熱侵入が大き
いのは放圧管９であって、常温にある破裂板１１から冷
却容器２の内部に向って強い熱輻射がある。この輻射に
よる熱が液体ヘリウム５に直接到達するのを抑制するの
が放圧管９に設けられた屈折構造である。すなわち、放
圧管９に二か所の屈折部を設けることにより、破裂板１
１からの鉛直下向きの熱輻射を・屈折させた放圧管９自
身で受熱するようになっている。放圧管９に受熱さねた
熱は、放圧＠９に接合された熱シールド３により大部分
が吸収され液体窒素７によって冷却されることになるの
で、破裂板１１から放圧惰９を通じての熱輻射が液体、
９ウム５に到達することはほとんどない。前述の断熱層
８を介して伝達される熱エネルギーにより、コイルの安
π状態においても液体ヘリウム５はわずかに気化するが
、発生するガスは冷却容器２に設けられた細い放出口１
５から放出され冷却容器２の内部圧力はほぼ一定に保た
乙る。
しかし、伺らかの原因でコイルの超′岨導状態が破壊さ
れ、常“屯導に遷移した場合にはコイルの電気抵抗が回
復してジュール熱に相当する熱を発生する。このような
遷移現象は急激に発生する場合が多く、コイルの一部が
遷移してもそれが連鎖的に拡大することもある。したが
って、このような場合には、コイルから一時に多量の発
熱があり、コイルに接触している液体ヘリウムは爆発的
に気化する。このようにヘリウムガスが大量にしかも短
時間に発生すると放出口１５がらガスが放出される一方
、冷却容器２の内部は毘圧化し、この圧力がある値をこ
えると放圧管９を閉ざしていた破裂板１１が破壊して容
器内のヘリウムガスンー挙に放出する。したがってこの
ような非常時にも冷却容器２の内部圧力が高まって、こ
の容器あるいは被冷却物６７！−破損することはない。
れ、常“屯導に遷移した場合にはコイルの電気抵抗が回
復してジュール熱に相当する熱を発生する。このような
遷移現象は急激に発生する場合が多く、コイルの一部が
遷移してもそれが連鎖的に拡大することもある。したが
って、このような場合には、コイルから一時に多量の発
熱があり、コイルに接触している液体ヘリウムは爆発的
に気化する。このようにヘリウムガスが大量にしかも短
時間に発生すると放出口１５がらガスが放出される一方
、冷却容器２の内部は毘圧化し、この圧力がある値をこ
えると放圧管９を閉ざしていた破裂板１１が破壊して容
器内のヘリウムガスンー挙に放出する。したがってこの
ような非常時にも冷却容器２の内部圧力が高まって、こ
の容器あるいは被冷却物６７！−破損することはない。
第２図は、他のυ〜施例を示すもので、放圧管９ン、４
か所で屈折させた構造としたものである。
か所で屈折させた構造としたものである。
このように放圧管９に設ける油断箇所の数を増加するこ
とにより輻射熱が冷却容器２内に侵入することンさらに
軽減することができる。
とにより輻射熱が冷却容器２内に侵入することンさらに
軽減することができる。
以上述べたように、本発明は冷却容器と外部を連通する
放圧管に屈折部を設けた構成としたのでこれによって、
放圧管な介して冷却容器内に侵入する輻射熱ン著しく減
少することができる。したがって、冷却容器内の冷媒が
無駄に蒸発してしまうことによって生じる損失ン軽減す
ることができ、放圧管の口径を大きくして非常時に極低
温装置あるいは被冷却物が破損するのを防止することが
できる等その効果は甚だ大なるものがある。
放圧管に屈折部を設けた構成としたのでこれによって、
放圧管な介して冷却容器内に侵入する輻射熱ン著しく減
少することができる。したがって、冷却容器内の冷媒が
無駄に蒸発してしまうことによって生じる損失ン軽減す
ることができ、放圧管の口径を大きくして非常時に極低
温装置あるいは被冷却物が破損するのを防止することが
できる等その効果は甚だ大なるものがある。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は本発明
の他の実施例を示′ｆ内ｒ面図である。 ２・・冷却容器 ５・ 液体ヘリウム６・・・
被冷却物 ７・・・液体窒素８・・・真空断熱
層 ９・・・放圧管１１・・・破裂板 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）
の他の実施例を示′ｆ内ｒ面図である。 ２・・冷却容器 ５・ 液体ヘリウム６・・・
被冷却物 ７・・・液体窒素８・・・真空断熱
層 ９・・・放圧管１１・・・破裂板 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）
Claims (2)
- （１）冷媒を貯留する冷却容器と、その冷却容器を包囲
して設けられた断熱層と、この断熱層を貫通１−で１ｊ
ｉｔ記冷却容器に連通して設けられ屈折部を有する放圧
１とを４Ｊｈ＋えたことを牝徴とする極低温装置。 - （２）放圧伯のｈＢ仇部し１前記断熱層に位置すること
を特徴とする特許吊求の範囲第１項記載の極低温装ａ１
゜
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58081676A JPS59208795A (ja) | 1983-05-12 | 1983-05-12 | 極低温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58081676A JPS59208795A (ja) | 1983-05-12 | 1983-05-12 | 極低温装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59208795A true JPS59208795A (ja) | 1984-11-27 |
Family
ID=13752951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58081676A Pending JPS59208795A (ja) | 1983-05-12 | 1983-05-12 | 極低温装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59208795A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013184060A (ja) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Tesla Eng Ltd | マルチ配向性クライオスタット |
| US10722735B2 (en) | 2005-11-18 | 2020-07-28 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
-
1983
- 1983-05-12 JP JP58081676A patent/JPS59208795A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10722735B2 (en) | 2005-11-18 | 2020-07-28 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
| JP2013184060A (ja) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Tesla Eng Ltd | マルチ配向性クライオスタット |
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