JPS63299181A - 超電導装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体窒素を冷媒として用いる超電導装置に係
り、特に凝固点付近まで温度を下げた液体窒素を用いる
場合に好適な超電導装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特公昭５３−１４０２９号に記載のよう
に、密閉されかつ熱伝達媒質特にヘリウムをあとから補
充することができ、さらに真空にすることのできるコイ
ル収納容器の中に超電導コイルが置かれている。熱伝達
媒質の冷却、特にその液化温度まで冷却するために、コ
イル収納容器の中には蒸発器が設置され、その蒸発器の
中で液体冷却媒質、特にヘリウムが蒸発させられる。そ
の際蒸発器の中における冷却媒質の循環がコイル収納容
器の充填とは切離されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、コイル収納容器内の熱伝達媒質を対流
させ、その温度分布を均一にする点について配慮がされ
ておらず、液体窒素温度で動作可能な高温超電導機器を
冷却するために、特に、凝固点付近にある液体窒素を用
いる場合、蒸発器表面の温度が冷えすぎると、液体窒素
の熱伝達率は悪いので、蒸発器表面に固体窒素が付着し
、蒸発器能力を著しく低下させるという問題があった。

すなわち、公知の高温超電導材料であっても、その動作
温度を下げた方が、臨界電流、臨界磁場、及び雑音特性
の点で有利である。しかしながら、安価で資源的に豊富
な液体窒素をその冷媒として用いる場合その三重点の温
度が６３ケルビンであり、供給される１気圧の液体窒素
の飽和温度７７Ｋに対してもあまり低くなく、液体窒素
を凝固点付近まで冷却することが重要となってくる。そ
のため、冷媒である液体窒素を対流させ、その温度分布
を均一にしないと、液体窒素が凝固して冷却能力を下げ
てしまう問題があった。

本発明の目的は、上述の冷媒となる液体窒素を効率良く
対流させ、全体の温度分布を均一にし。

液体窒素が凝固点付近で凝固するのを防ぐこと。

特に、冷却熱交換器又は蒸発器表面に固体窒素が付着す
るのを防ぐことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、超電導機器を浸漬冷却する液体窒素の冷却
熱交換器又は蒸発器を上下２組に分け、上側熱交換器（
蒸発器も含む）の温度を下側よりも低くすることにより
、達成される。また、前記２組の熱交換器を、液体窒素
を水平方向に区切り。

上下方向に液体窒素の流路を確保する仕切り板又は管を
設け、各流路に熱交換器を設けてもよい。

さらに前記液体窒素を飽和状態とし、その飽和温度が前
記上下の熱交換器の温度の中間になる様に温度設定する
ことも有効である。

〔作用〕

前記２組の熱交換器は、液体窒素中に自然対流を起こす
ように働く、また、仕切り板又は管を設けた場合は、煙
突効果により前記自然対流を促進させるように動作する
。さらに、前記下側の熱交換器の温度を液体窒素の飽和
温度よりも高くした場合、沸騰が生じ、一種の気泡ポン
プとして動作する。このため液体窒素内を強制的に対流
させるように動作する。それによって、液体窒素の温度
は均一になるので、凝固点付近で熱交換器の冷却面に液
体窒素が凝固しないようにできる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する０図に
おいて、１ａ及び１ｂは、それぞれ、上側及び下側熱交
換器で、液体窒素２を冷却する。

この液体窒素２は、飽和状態でも非飽和状態でもよい、
３は、前記２つの熱交換器を区切る仕切り板である。こ
の仕切り板３は液体窒素２中に完全に浸されている。４
は、被冷却体である超電導機器で、特に液体窒素温度以
上で超電導状態となる高温超電導材料を用いる。このよ
うな材料は、例えば、イツトリウム・バリウム・銅の三
元系酸化物（セラミックス）であり、これは液体窒素中
で１．５テスラの磁場を加えると超電導が破れ、超電導
状態で電流量を０，０２Ａ／ａｌ−０，２Ａ／ａｆに変
化させても維持し得る材料である（科学技術片金属材料
研究所開発：昭和６２年３月３日付日刊工業新聞参照）
、５は液体窒素容器で、本実施例では外容器６とで真空
断熱槽を構成している。

７は輻射シールド板で、銅又はアルミニウム等で作られ
、熱交換ＩＩ８により冷却されている。また。

９は支持体で、前記液体窒素容器５及び輻射シールド７
を支持している。なお、本実施例は、真空断熱方式であ
るが、パーライト粉末等を用いた粉末断熱方式を用いて
もよい、１０は、液体窒素温度を一定に保つ冷凍機で、
従来から良く用いられているヘリウムガスを作動流体と
して冷凍機を用いると良い、１１及び１２は、液体窒素
の注入配管及び窒素ガスの放出管である。■１〜ｖ８は
断熱配管中に挿入されたバルブで、外容器６内に収納し
てもよい、１３は液体窒素の流れを示す。

本実施例を動作させる時は、まず圧力１気圧、温度７７
．５（ケルビン）の液体窒素を注入管１１を通して液体
窒素容器５内に注入供給する。このとき、Ｖｚ及びｖ２
は開いておく、液体窒素が容器５内に満されたら、Ｖｌ
及びＶｚを閉じ、冷凍機１０を動作させ、バルブｖ１〜
ｖ３を適宜調節し。

熱交換器１ａの温度を熱交換器１ｂの温度よりも常に低
くなるようにして、液体窒素２の温度を下げていく、す
ると、仕切り板の内側及び外側を周回する自然対流が生
じ、液体窒素の温度がほぼ均一に保たれ、温度が凝固点
付近になっても液体が流動しているため、凝固しにくく
、特に熱交換器１ａに、固体窒素が付着することを防ぐ
ことができる。

また、本実施例においては、液体窒素を飽和状態にして
いるため、熱交換器１ｂの温度を核沸騰がはじまる温度
まで上げれば、気泡を発生して、一種の気泡ポンプの原
理により、液体窒素は強制的に循環するので、より効果
的に液体窒素２の温度を均一に保つことができる。第２
図は、その時の液体窒素の温度と飽和蒸気圧の関係を示
したもので、Ｔｏ、Ｔｔ、Ｔｚはそれぞれ液体窒素２．
熱交換器１ａ及び１ｂの温度を示し、Ｐｏ、ＰｉｔＰｚ
は前記Ｐａ、Ｐｌｅ　ｐｓの温度に対応する飽和蒸気圧
を示す、１４は飽和蒸気圧曲線、１５は臨界点である。

本実施例によれば、熱交換器１ｂの温度を熱交換器１ａ
の温度よりも高めに設定するために輻射シールド７に入
射する輻射熱を用いているので。

効率良く液体窒素を循環させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、液体窒素に効率良く対流を起こすこと
ができるので、液体窒素内の温度を均一にでき、その温
度を凝固点付近まで下げても、熱交換器の冷却面に液体
窒素が凝固するのを防ぐことができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す概略縦断面図、第２
図は、液体窒素の状態図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体窒素温度以上で使用する超電導機器と、前記超
   電導機器を浸漬する液体窒素と、前記液体窒素を満たす
   断熱容器と、前記液体窒素中に設けた熱交換器とを有す
   る超電導装置において、上下方向に２組の熱交換器を設
   け、上側の熱交換器温度を下側よりも低くなるように構
   成したことを特徴とする超電導装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の超電導装置において、
   液体窒素中に上下方向に液体窒素の流路を確保した仕切
   り板又は管を設け、それによつて仕切られた流路中にそ
   れぞれ熱交換器を設けたことを特徴とする超電導装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の超電導装置において、
   液体窒素を飽和状態とし、その飽和状態の液体窒素の温
   度を前記上下の熱交換器温度の中間の温度になるように
   構成したことを特徴とする超電導装置。