JPS63186403A - 超電導マグネツト - Google Patents
超電導マグネツトInfo
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- JPS63186403A JPS63186403A JP62019079A JP1907987A JPS63186403A JP S63186403 A JPS63186403 A JP S63186403A JP 62019079 A JP62019079 A JP 62019079A JP 1907987 A JP1907987 A JP 1907987A JP S63186403 A JPS63186403 A JP S63186403A
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- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 28
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- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
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- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、超電導コイルの冷却構造に工夫を凝らした
超電導マグネットに関する。
超電導マグネットに関する。
従来の超電導マグネットは、超電導コイルとこれをＴｃ
（コイル用の超電導線材が超電導状態になるための
臨界温度）に冷却する低温容器とを組合わせて構成され
ており、コイルの冷却は、真空断熱層を介して２重に構
成された低温容器内の液体ヘリウム中に直接浸漬する方
法で行なわれていた。 ・ 〔発明が解決するための問題点〕 コイルを液体ヘリウムで直線冷却する上記従来の超電導
マグネットには、下記の欠点が見られる。
（コイル用の超電導線材が超電導状態になるための
臨界温度）に冷却する低温容器とを組合わせて構成され
ており、コイルの冷却は、真空断熱層を介して２重に構
成された低温容器内の液体ヘリウム中に直接浸漬する方
法で行なわれていた。 ・ 〔発明が解決するための問題点〕 コイルを液体ヘリウムで直線冷却する上記従来の超電導
マグネットには、下記の欠点が見られる。
（１）、夜体ヘリウムの供給と蒸発ガスの排気のための
ポートを低温容器に設ける必要があり、しかも、そのポ
ートは、これを伝った外部熱の侵入量を低減するために
長尺にする必要があることから。
ポートを低温容器に設ける必要があり、しかも、そのポ
ートは、これを伝った外部熱の侵入量を低減するために
長尺にする必要があることから。
マグネットがコンパクト性に欠けたもの番こなる。
（２）正常運転時の液体ヘリウムの蒸発量を減らすため
、低温容器の内外層間の断熱層を大きくして断熱性能を
向上させる必要があり、このことも、マグネットの小型
化を規制する原因となる。
、低温容器の内外層間の断熱層を大きくして断熱性能を
向上させる必要があり、このことも、マグネットの小型
化を規制する原因となる。
（３） マグネットのクエンチ時ｆこ、コイルに生じ
た熱で液体ヘリウムが大量に蒸発するため、内槽を耐圧
設計にし、また、蒸発ガス排気口の口径を充分にＩｆ
ＩＭし、さらに、安全弁を設置すると云ったことが要求
され、これ等のためにマグネット設計の自由度が奪われ
、また、マグネットは一層犬叡量、大サイズになり、か
つ、附属品の増加のためにコストも高まる。
た熱で液体ヘリウムが大量に蒸発するため、内槽を耐圧
設計にし、また、蒸発ガス排気口の口径を充分にＩｆ
ＩＭし、さらに、安全弁を設置すると云ったことが要求
され、これ等のためにマグネット設計の自由度が奪われ
、また、マグネットは一層犬叡量、大サイズになり、か
つ、附属品の増加のためにコストも高まる。
（４） 液体ヘリウムを消費するため、ランニングコ
ストが高くつき、また、定期的補給の煩わしさが伴う。
ストが高くつき、また、定期的補給の煩わしさが伴う。
この発明は、上述の諸問題を無くすことを目的としてい
る。
る。
この発明は、上述の問題点を無くすため、超電導マグネ
ットを、内部が真空雰囲気の保冷容器と、その中に収納
した超電導コイルと、保冷容器内で超電導コイルを囲う
１乃至複数の熱シールド層と、複数段階の温度の冷却ス
テージを有し、最低温の冷却ステージの温度はコイルを
構成した超電導線材のＴｃ（臨界温度）に設定される冷
凍機と、この冷凍機の冷却ステージと熱シールド層間を
往復し、最終的に最低温の冷却ステージから超電導コイ
ルに至ってそこから始端に戻るように各冷却ステージと
熱シールド層及び超電導コイルに巻きつけた冷媒ガスの
循環路と、上記超電導コイルに外部から電力を供給する
ためのパワーリードとを具備する構成となし、上記循環
路内の冷媒ガスのみを利用して超電導コイルを臨界温度
に冷却するようにしたのである。
ットを、内部が真空雰囲気の保冷容器と、その中に収納
した超電導コイルと、保冷容器内で超電導コイルを囲う
１乃至複数の熱シールド層と、複数段階の温度の冷却ス
テージを有し、最低温の冷却ステージの温度はコイルを
構成した超電導線材のＴｃ（臨界温度）に設定される冷
凍機と、この冷凍機の冷却ステージと熱シールド層間を
往復し、最終的に最低温の冷却ステージから超電導コイ
ルに至ってそこから始端に戻るように各冷却ステージと
熱シールド層及び超電導コイルに巻きつけた冷媒ガスの
循環路と、上記超電導コイルに外部から電力を供給する
ためのパワーリードとを具備する構成となし、上記循環
路内の冷媒ガスのみを利用して超電導コイルを臨界温度
に冷却するようにしたのである。
超電導コイルを真空雰囲気下に保持し、循環路内のヘリ
ウムガスによって間接的に冷却するようにしたので、直
接の冷却に付随する上述の問題を全て無くし得る。即ち
、間接冷却のポート、内槽の耐圧設計、安全弁が不要で
あり、また、コイルが真空雰囲気下にあること、ポート
を介しての熱侵入が無くなること、コイルが内側にある
もの程低温に冷却される熱シールド層に囲まれているこ
とにより外部との間の断熱性能が向上するので断熱層が
薄くてよく、このために、マグネットの小刑 線番（ｌ
／ｈ（腫柄 寸ナー 処卦小白出電棺崩２コストは低下
する。
ウムガスによって間接的に冷却するようにしたので、直
接の冷却に付随する上述の問題を全て無くし得る。即ち
、間接冷却のポート、内槽の耐圧設計、安全弁が不要で
あり、また、コイルが真空雰囲気下にあること、ポート
を介しての熱侵入が無くなること、コイルが内側にある
もの程低温に冷却される熱シールド層に囲まれているこ
とにより外部との間の断熱性能が向上するので断熱層が
薄くてよく、このために、マグネットの小刑 線番（ｌ
／ｈ（腫柄 寸ナー 処卦小白出電棺崩２コストは低下
する。
また、間接冷却のための冷媒ガスを循環させているので
、液体ヘリウムの消費によるランニングコストの上昇と
、液体ヘリウム供給の煩わしさもなくなる。
、液体ヘリウムの消費によるランニングコストの上昇と
、液体ヘリウム供給の煩わしさもなくなる。
添付図にこの発明の実施例を示す。
第１図に示すように、例示の超電導マグネットは、保冷
容器が外槽１のみで構成されており、この外槽の内部に
、熱シールド層２とそれに囲まれる超電導コイル３が設
けられている。４は外槽１と熱シールド層２との間、熱
シールド層２とコイル３との間及びコイル中心部に設け
られた真空空間、５は熱シールド層２とコイル３に巻き
つけた冷媒ガス（ヘリウム等）の循環路である。
容器が外槽１のみで構成されており、この外槽の内部に
、熱シールド層２とそれに囲まれる超電導コイル３が設
けられている。４は外槽１と熱シールド層２との間、熱
シールド層２とコイル３との間及びコイル中心部に設け
られた真空空間、５は熱シールド層２とコイル３に巻き
つけた冷媒ガス（ヘリウム等）の循環路である。
上記循環路５は、冷凍機６の冷却ステージにも巻かれる
。即ち、図の場合、保冷容器の外部に設けた圧縮機７を
出て外槽１内に引込まれた後、先ず、外槽内に臨む冷凍
機の高温側冷却ステージ６ａに巻かれる。次に、熱シー
ルド層２の外周に巻かれ、その後、熱シールド層２内に
引込まれて層２内に臨む低温側冷却ステージ６ｂに巻か
れる。そして、ここか１らコイル３に導かれてコイル外
局に巻かれ、その後、熱シールド層２．外槽１から順に
引出されて圧縮機７に戻る。
。即ち、図の場合、保冷容器の外部に設けた圧縮機７を
出て外槽１内に引込まれた後、先ず、外槽内に臨む冷凍
機の高温側冷却ステージ６ａに巻かれる。次に、熱シー
ルド層２の外周に巻かれ、その後、熱シールド層２内に
引込まれて層２内に臨む低温側冷却ステージ６ｂに巻か
れる。そして、ここか１らコイル３に導かれてコイル外
局に巻かれ、その後、熱シールド層２．外槽１から順に
引出されて圧縮機７に戻る。
８ａ、８’ｂは、必要に応じて設ける熱交換器で。
戻りガスの残留冷熱を行きのガスに移す働きをする。
９は、コイル３に外部から電力を供給するためのパワー
リードであり、マグネットの励磁時に、別途液体窒素等
で冷却し得る構造にしておくのが望ましい。リードの内
部や外周に冷媒液の収納部を設け、その中（こ液体窒素
を流し入れる方法やリード外周に液体窒素の循環路を巻
く等の方法で給電時のジュール損を充分に冷却すれば、
リードの熱がコイルに流れない。
リードであり、マグネットの励磁時に、別途液体窒素等
で冷却し得る構造にしておくのが望ましい。リードの内
部や外周に冷媒液の収納部を設け、その中（こ液体窒素
を流し入れる方法やリード外周に液体窒素の循環路を巻
く等の方法で給電時のジュール損を充分に冷却すれば、
リードの熱がコイルに流れない。
以上の如く構成された例示の超電導マグネットは、圧縮
機７を出た冷媒ガスが供給端５ａ部より循環路５に流れ
、次に、第１の熱交換器８ａの部分で戻りの低温ガスか
ら冷熱を吸収した後、冷凍機の冷却ステージ６ａに対す
る巻付は部で更に冷却され、ここから熱シールド層２へ
の巻付は部５ｂ（こ至って層２を冷却する。
機７を出た冷媒ガスが供給端５ａ部より循環路５に流れ
、次に、第１の熱交換器８ａの部分で戻りの低温ガスか
ら冷熱を吸収した後、冷凍機の冷却ステージ６ａに対す
る巻付は部で更に冷却され、ここから熱シールド層２へ
の巻付は部５ｂ（こ至って層２を冷却する。
また、この後、熱交換器８ｂで再び戻りガスと熱交換さ
れ、更に、冷凍機の低温側冷却ステージ６ｂへの巻付は
部で最終温度に冷却され、その後。
れ、更に、冷凍機の低温側冷却ステージ６ｂへの巻付は
部で最終温度に冷却され、その後。
コざル３への巻付は部５Ｃを流れる間誓こコイル３をＴ
ｃに冷却する。そして、冷却を終えたガスは熱交換器８
ｂ、８ａを経て循環路５の終端部５ｄより圧縮機７に戻
り、再圧縮されて上と同じ径路を辿る。
ｃに冷却する。そして、冷却を終えたガスは熱交換器８
ｂ、８ａを経て循環路５の終端部５ｄより圧縮機７に戻
り、再圧縮されて上と同じ径路を辿る。
なお、熱シールド層２は、断熱性能をより向上させるた
め、過剰とならない範囲で設置層数を増加させてよい。
め、過剰とならない範囲で設置層数を増加させてよい。
その層２を複数層となす場合には、冷凍機６の冷却ステ
ージ数も層２の増加数に応じて増加させ、内側になるに
従って順次低温番こする熱シールド層の各々を適温１こ
冷却し得るようにしておく。
ージ数も層２の増加数に応じて増加させ、内側になるに
従って順次低温番こする熱シールド層の各々を適温１こ
冷却し得るようにしておく。
また、保冷容器を内槽の存在する２屯容器とし。
内部が真空雰囲気の上記内槽を熱シールド層の内側１こ
配置してその中にコイル３を収納することも断熱性能の
向上のため１こは、有効なことと云える。
配置してその中にコイル３を収納することも断熱性能の
向上のため１こは、有効なことと云える。
さら番こ、循環ガスによる間接冷却では、例えば、ガス
がヘリウムである場合、コイルを液体ヘリウム温度（４
，２°ｋ）まで冷却し難い面があるので、コイル３は、
ヘリウムガス１こよるＴｃへの冷却力充分に可能なもの
即ち、Ｔｃが１０’に〜３０°ｋ程度の超電導線から成
るものを使用するのが望ましい。
がヘリウムである場合、コイルを液体ヘリウム温度（４
，２°ｋ）まで冷却し難い面があるので、コイル３は、
ヘリウムガス１こよるＴｃへの冷却力充分に可能なもの
即ち、Ｔｃが１０’に〜３０°ｋ程度の超電導線から成
るものを使用するのが望ましい。
以上述べたように、この発明の超電導マグネットは、液
体ヘリウム番こよる直接の冷却が不要であるので、容器
のボート、内槽の耐圧設計、安全弁等が不要【こなると
共に、断熱性の向上により断熱層も薄くて済むようにな
り、そのために、小型、軽量化と製造並びにコストの低
減が計れ、かつ設計の自白度が増し、また、液体ヘリウ
ムの定期供給、液体窒素での予冷と云った煩わしい作業
も必要とせず、さらに、それ等の作業が不要なため、自
動運転の実施も容易１こなると云った優れた効果が得ら
れる。
体ヘリウム番こよる直接の冷却が不要であるので、容器
のボート、内槽の耐圧設計、安全弁等が不要【こなると
共に、断熱性の向上により断熱層も薄くて済むようにな
り、そのために、小型、軽量化と製造並びにコストの低
減が計れ、かつ設計の自白度が増し、また、液体ヘリウ
ムの定期供給、液体窒素での予冷と云った煩わしい作業
も必要とせず、さらに、それ等の作業が不要なため、自
動運転の実施も容易１こなると云った優れた効果が得ら
れる。
第１図はこの発明の超電導マグネットの一例を示す断面
図、第２図はそのマグネットにおける冷媒ガスの循環径
路を示す線図である。 １・・・外槽、２・・・熱シールド層、３・・・超電導
コイル、４・・・真空空間、５・・・冷媒ガスの循環路
、５ｂ・・°熱シールド層への巻付は部、５ｃ・・・コ
イルへの巻付は部、６・・・冷凍機、６ａ、６ｂ・・・
冷却ステージ、７・・・圧織機、８ａ、８ｂ・・・熱交
換器、９・・・パワーリード
図、第２図はそのマグネットにおける冷媒ガスの循環径
路を示す線図である。 １・・・外槽、２・・・熱シールド層、３・・・超電導
コイル、４・・・真空空間、５・・・冷媒ガスの循環路
、５ｂ・・°熱シールド層への巻付は部、５ｃ・・・コ
イルへの巻付は部、６・・・冷凍機、６ａ、６ｂ・・・
冷却ステージ、７・・・圧織機、８ａ、８ｂ・・・熱交
換器、９・・・パワーリード
Claims (5)
- （１）内部が真空雰囲気の保冷容器と、その中に収納し
た超電導コイルと、保冷容器内で超電導コイルを囲う１
乃至複数の熱シールド層と、複数段階の温度の冷却ステ
ージを有し、最低温の冷却ステージの温度はコイルを構
成した超電導線材のＴｃ（臨界温度）に設定される冷凍
機と、この冷凍機の冷却ステージと熱シールド層間を往
復し、最終的に最低温の冷却ステージから超電導コイル
に至つてそこから始端に戻るように各冷却ステージと熱
シールド層及び超電導コイルに巻きつけた冷媒ガスの循
環路と、上記超電導コイルに外部から電力を供給するた
めのパワーリードとを具備し、上記循環路内の冷媒ガス
のみを利用して超電導コイルを臨界温度に冷却するよう
に構成された超電導マグネット。 - （２）上記パワーリードが、液体窒素等による冷却手段
を別途具備していることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）頂記載の超電導マグネット。 - （３）上記循環路が、ヘリウムガスの往路と復路との間
に戻りガスの冷熱を行きのガスに移す熱交換器を保冷容
器内に具備していることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項又は第（２）項記載の超電導マグネット。 - （４）上記保冷容器が、熱シールド層の内側で超電導コ
イルを囲う真空雰囲気の内槽を具備していることを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項乃至第３項のいずれか
に記載の超電導マグネット。 - （５）上記超電導コイルのＴｃが１０°ｋ〜３０°ｋで
あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第
（４）項のいずれかに記載の超電導マグネット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62019079A JPH0713923B2 (ja) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | 超電導マグネツト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62019079A JPH0713923B2 (ja) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | 超電導マグネツト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63186403A true JPS63186403A (ja) | 1988-08-02 |
| JPH0713923B2 JPH0713923B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=11989432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62019079A Expired - Lifetime JPH0713923B2 (ja) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | 超電導マグネツト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0713923B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0265108A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-05 | Aichi Electric Co Ltd | 極低温変圧器 |
| JPH10313136A (ja) * | 1997-05-09 | 1998-11-24 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 高温超伝導磁気シールド体用冷却装置 |
| JP2007324611A (ja) * | 2007-07-17 | 2007-12-13 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 高温超伝導磁気シールド体用冷却装置 |
| JP2009246231A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Toshiba Corp | 極低温冷却制御装置およびその制御方法 |
| JP2017135236A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 株式会社東芝 | 超電導磁石装置 |
| CN107068371A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-18 | 浙江宝威电气有限公司 | 一种能减小损耗的变压器 |
-
1987
- 1987-01-29 JP JP62019079A patent/JPH0713923B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS=1983 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0265108A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-05 | Aichi Electric Co Ltd | 極低温変圧器 |
| JPH10313136A (ja) * | 1997-05-09 | 1998-11-24 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 高温超伝導磁気シールド体用冷却装置 |
| JP2007324611A (ja) * | 2007-07-17 | 2007-12-13 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 高温超伝導磁気シールド体用冷却装置 |
| JP2009246231A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Toshiba Corp | 極低温冷却制御装置およびその制御方法 |
| JP2017135236A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 株式会社東芝 | 超電導磁石装置 |
| CN107068371A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-18 | 浙江宝威电气有限公司 | 一种能减小损耗的变压器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0713923B2 (ja) | 1995-02-15 |
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