JPS60217673A - Frpクライオスタツト - Google Patents

Frpクライオスタツト

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JPS60217673A
JPS60217673A JP59072705A JP7270584A JPS60217673A JP S60217673 A JPS60217673 A JP S60217673A JP 59072705 A JP59072705 A JP 59072705A JP 7270584 A JP7270584 A JP 7270584A JP S60217673 A JPS60217673 A JP S60217673A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vacuum
layer
frp
tank
auxiliary
Prior art date
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Pending
Application number
JP59072705A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshishige Fukushi
慶滋 福士
Matao Nagai
永井 又男
Kenzo Kadotani
門谷 建蔵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59072705A priority Critical patent/JPS60217673A/ja
Publication of JPS60217673A publication Critical patent/JPS60217673A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00Vessels not under pressure
    • F17C3/02Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F17C3/085Cryostats
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01Pure fluids
    • F17C2221/016Noble gases (Ar, Kr, Xe)
    • F17C2221/017Helium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00Applications
    • F17C2270/05Applications for industrial use
    • F17C2270/0509"Dewar" vessels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はF几Pで構成したクライオスタットに係り、特
に、真空断熱層の真空劣化が少なく長期的に保守の容易
なFRPクライオスタットに関する。
〔発明の背景〕
超電導マグネットのコイル等は液体ヘリウム中に浸漬冷
却されるか、あるいは、熱伝導の優れた銅、アルミニウ
ム等を介した熱伝導で極低温まで冷却される。
仁のような超電導機器は外部からの熱侵入による液体ヘ
リウムの蒸発を極力少匁くするため、内部に真空断熱層
、および、液体窒素シールド等の熱シールドを適宜設け
たクライオスタット中に収納される。
通常、このようなりライオスタットはステンレス等の金
属材料で構成される。しかし、金栖拐料は磁場の変動に
伴い、その内部にうず電流が発生し、損失の発生と磁場
の変歪を生じる。そのだめ、よシ一層の発生損失の低敷
あるいは、磁場均−嵐の向上を図るには非金域月料でク
ライオスタットを構成する必要がある。このようなりラ
イオスタットには、ガラス製のものとFil、IJのも
のとがおるが、ガラス製のものは(バ械的強度が馳い等
の欠点があり、小型のもの以外ではFRPmのものが優
れている。
第1図にFRPクライオスタットの概略構成を示す。F
RP製の内槽1、外槽2及び上蓋5で構成され、内槽1
と外槽2とはOリングの使用あるいは接着等の手段によ
り気密に一体化される。内槽と外槽によって構成される
空間は通常外槽に取シ付けられる真空排気口4から排気
された後、封じ切られ真空断熱層3となる。真空断熱層
3中には通常、さらに熱伝導を低減するため、スパーイ
ンシュレータ(図示せず)が設置される。内槽1内には
超電導マグネット6等が収納され液体ヘリウム8で満た
される。上部には断熱材7が取シ付けられ上部からの熱
侵入を防止する。まだ、上蓋5には図示しない液体ヘリ
ウムの注入口、超電導マグネットへの給電線等が取り付
けられる。このような構成のFRPクライオスタットは
液体窒素シールド無しでステンレスフライオスフット等
とitは同程度の断熱性能が得られ、且つ、絶縁物で結
成されているためうす電流の発生がない等の利点がある
しかし、このような構成のFRPクライオスタットでは
プラスチックの気体透過率が金属材料のそれに比較して
大きいため、長時間経過後の真空断熱層内の圧力上昇(
真空度の劣化)は金属に比較して大きい。気体の透過は
プラスチックス単体で用いるよシもガラス繊維などの無
機質材料と組み合わせることによシ低減されるが、それ
でも金属材料に比べればかなシ大きい。真空中の熱伝導
は、内部の真空度が10′″”forr以上になると圧
力上昇に伴って大きくなる。すなわち、真空劣化によシ
真空断熱層内の真空度が10 ” ’l’orr以上に
なると、所定の真空断熱効果が得られず、熱侵入蓋が増
加する。このようなりライオスタットを使用する場合に
は、使用の直前、あるいは、定期的に真空ポンプを用い
た真空断熱層の真空排気を実施する必要があり、運転及
び保守の点から極めて不利である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、保守が容易で、且つ、長時間使用に供
せるFRPクライオスタットを提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明の要点は、真空断熱層(以下主真空断熱層)の側
面に、独立した補助真空層を設けることにより、FRP
層を透過してきた気体分子を補助真空層で捕獲し、主真
空断熱層の真空劣化を防止したことにある。
〔発明の実施例〕
第2図に本発明の一実施例を示す。液体ヘリウム80を
収容する内槽中にはFRP7i1$11及び12によっ
て構成される補助真空層31が設けられる。また、外槽
中にもFRP層21.22で構成される補助真空層32
が設けられ、内槽及び外槽によって主真空断熱層30が
構成される。主真空断熱層内には図示しないスーパイン
シュレータが取付けられる。それぞれの真空層30,3
1゜32にはそれぞれ独立した真空排気口40,41゜
42が設けられる。亀1図及び第2図における主真空断
熱層の真空劣化を、単純化したモデル第3図、第4図を
用いて説明する。第3図、第4図は一方向のみに気体透
過のある材料13.14及び15(例えばFRP)を配
置し、その周囲に気体透過の無視できる材料(例えば金
属)を配置して一方向のみから透過するモデルである。
第3図は第1図、第4図は第2図のモデルである。
第3図でFRP層13の厚みをd1空間33の体積をv
1圧力をP、外部の圧力をP、(大気圧)とすると、気
体透過による単位時間当たりの圧力上昇ΔPは、 ΔP=K・−、−−()) 、 −P ) ・・・・・
・・・・(1)−v ここでSはFR,P層の表面積、Kは月料の気体透過率
によって決まる定数。
さらに、式(1)はPがP、(大気圧760 Torr
)に比較して無視できる領域(約1g’1’orr以下
)では、 ΔP=K・□−・P、 ・・・・・・・・・(2)d・
■ また、第4図においてFRP層14.15の厚みをそれ
ぞれd、、d、、とじ、14.15及び9で囲まれる空
間34の体積、圧力をそれぞれV l +P1、さらに
15,9で囲まれる空間35の体積、圧力を■ゎ、Pゎ
とする。
この場合、空間34の単位時間あたりの圧力上昇ΔP、
は、 今、d、−1/2・d、V、=V/10に設計すると(
d、、v、を太きぐすると性能は向上するがクライオス
タットが大型化する)ΔF、=20・ΔPとなる。
また、空間35の単位時間当たりの圧力上昇ΔP、は式
(1)と同様の考えで、 ΔP1もPrfiが小さい範囲で次式となる。
空間35(第2図の主真空断熱層)の圧力上昇はP、が
1Torr以下で空間33の圧力上昇に比較し、1/7
60以下でほとんど零と見なせる。
(1)〜(5)式から得られる各空間の圧力上昇曲線を
縦軸に圧力Pの対数、横軸に経過時間tの対数をとシ、
第5図に示す。曲線a、l)、cはそれぞれ空間33,
34.35の圧力変化を示す。(第5図は便宜上、初期
圧力を10”” Torrとしたが、異表る場合、各曲
線上下に移動。)曲線al b#Cで経過時間とともに
飽和傾向(760TOrrに漸近)を示すのは、(1)
式の(p、−p)、(4)式の(P、−P、)の項が無
視できなくなるためである。
第5図で曲線81曲+l1icが真空断熱特性が低下し
てくる圧力10−”I’orrに達した時間をそれぞれ
1..1.とすると、t、はt、に比較し100倍以上
も長い。(1,及び1eの具体的な時間は材料定数K及
び寸法によって決まる。)なお、第1図及び第2図のフ
ランジ方向からの気体透過は極めて少ない(面積が極め
て小さい)ため、モデルと#1は同様に考えられる。
すなわち、本発明の第2図における主真空断熱層の真空
劣化は従来の第1図の真空劣化に比較して極めて小さい
次に、補助真空層の形成方法について説明する。
第6図にその一例を示す。巻枠61の周囲に内側FRP
層62が巻回され、その周囲に熱形状に成形されたスペ
ーサ等63が取付けられ、さらに、その周囲にやは構成
形されたFRP薄板64を巻きつける。その後、外側F
RP層64を巻回して完成する。FRP層62及び64
がハンドレイアップ法、フィラメントワインディング法
等によシ新たに成形されるもので、真空容器壁となる。
波形状スペーサによって形成される空間が、補助真空層
として用いられる。第6図はスペーサとして波形状のも
のを用いたが、丸棒、あるいは、紐状のものを巻付ける
など連続した空間が形成できれば適宜のもので良い。
次に、本発明の変形例について述べる。
第7図は、第2図の補助真空層に、補助真空タンク72
.73を取付けたものである。真空排気口43.44に
真空ポンプを接続し、真空排気した後、図示しない真空
弁で封じ切る。このようにすれば式(3)は次式のよう
になシ、ΔP、を小さくできる。
ここで、Vtは補助真空タンクの容積。
すなわち、補助真空層の圧力上昇が小さくなることによ
シ主真壁断熱層の真空劣化を一段と低減できる。
また、第2図の真空排気口41.42に真空排気系(X
空ポンプ)を接弄、・じした捷まにし、連続的、あるい
は、定期的に真空排気するのも有効な手段である。主真
空断熱層を真壁排気する場合には、真空断熱効果が得ら
れるIQ”l’orr以下にする必要があるため油回転
ポンプと油拡散ポンプの組合せ等、犬がかシな装置が必
要であるが、補助真空層の場合、第5図かられかるよう
にl’l’orr以下であれば良く、小型の油回転ポン
プのみでよい。
この方法では第5図における曲ifMb(補助真空層の
圧力上昇)は10’−” 〜10”’TOrr(7)範
囲で一定(油回転ポンプの性能)となるため、主真空断
熱層への気体透過は実用上塔とみなせる。すなわち、極
めて真空劣化の少ないFl(、Pクライオスタンドが構
成できる。
以上の説明では、内槽及び外層のはは全体に補助真空層
を設けたが、第8図のように内槽のみに設けても本発明
の効果が得られる。
通常、液体ヘリウムを収納するクライオスタットでは、
液体ヘリウム(4,2°K)を入れた場合、内m壁も冷
やされ真空側壁面がクライオポンプ(ヘリウム以外の気
体分子は冷やされて壁面に吸着される)として働くため
、ヘリウム以外の気体分子が少々透過しても自然に真空
が向後する。しかし、ヘリウムの透過に対してはクライ
オポンプの効果がなく極力低減する必要がある。その意
味から第8図のようにヘリウム透過が生じる内槽に本発
明を適用すれば、外層の補助真空層が無い場合でも、本
発明の効果は得られる。
また、FRP等の気体透過率は、極低温になるとかなシ
小さくなるため、第9図のように液体ヘリウムと接しな
い、温度の高い部分のみに補助真空層を設けてもかなシ
の効果が得られる。
なお、液体窒素、液体酸素、LNGなどの低温液体を収
容するクライオスタット全般に本発明は適用できる。。
また、クライオスタットの構成材料は、FRPを例に説
明したが、金属等に比較して気体透過率の大きい材料を
用いる場合、本発明は有効である。
〔発明の効果〕
本発明によれば真空断熱層の真空劣化が極めて小さく、
保守が容易で信頼性の高いF几Pクライオスタットが得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のぼ五面図、第2図は本発明の一実施例の
縦断面図、第3図、第4図は本発明の詳細な説明図、第
5図は従来と本発明の特性比較の説明図、第6図は本発
明の製作方法の横断面図、第7図は本発明の変形例の縦
断面図、第8図、第9図は本発明の他の実施例の縦断面
図である。 11.12,21.22−FRP層、30−・・主真空
断熱層、31.32・・・補助真空層、40.41゜4
2・・・真空排気口、72.73・・・補助真空タンク
。 代理人 弁理士 高橋明夫 弔1図 も3図 電α図 率5日 109を 弔60

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、液体ヘリウムあるいは液体屋素等を収容する稙維強
    化プラスチック製の内槽と、この内槽の周囲に設けられ
    たFKPM外槽によって構成され、前記内槽と前記外槽
    とによって構成される第一の空間を真空排気したFRP
    クライオスタットにおいて、 前記内槽あるいは前記外槽のうち少なくとも一方の内部
    に連続した第二の空間を設けた二重壁となし、且つ、そ
    れぞれの補助真空層にはそれぞれ独立した真空排気口を
    設けたことを特徴とするFRPクライオスタット。 2、特許請求の範囲第1項において、 前記第二の真空1−の前記排気口の外部に前記第二の真
    空層の容積の二倍以上の容積の補助真空タンクを備えた
    ことを特徴とするF几Pクライオスタット。 3、特許請求の範囲第1項において、 前記補助真空層の前記真空排気口に独立した真空ポンプ
    を設けたことを特徴とするFRPクライオスタット。 4、特許請求の範囲第1項において、 前記補助真壁ノHを、内周側FRP層の外側にスペーサ
    を取付け、このスペーサの周囲にFRP薄板を巻き付け
    、さらに、その外周fll11に外周側FRP層を巻回
    して形成したことを%徽とするF)LPクライオスタッ
    ト。
JP59072705A 1984-04-13 1984-04-13 Frpクライオスタツト Pending JPS60217673A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1156263A1 (fr) * 2000-05-17 2001-11-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Bac d'immersion de produits notamment alimentaires dans un liquide cryogénique
US20160163439A1 (en) * 2014-01-24 2016-06-09 Nadder Pourrahimi Structural support for conduction-cooled superconducting magnets

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1156263A1 (fr) * 2000-05-17 2001-11-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Bac d'immersion de produits notamment alimentaires dans un liquide cryogénique
FR2809169A1 (fr) * 2000-05-17 2001-11-23 Air Liquide Bac d'immersion de produits notamment alimentaires dans un liquide cryogenique
US20160163439A1 (en) * 2014-01-24 2016-06-09 Nadder Pourrahimi Structural support for conduction-cooled superconducting magnets
US10109407B2 (en) * 2014-01-24 2018-10-23 Nadder Pourrahimi Structural support for conduction-cooled superconducting magnets

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