JPH0412632B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0412632B2 JPH0412632B2 JP58140975A JP14097583A JPH0412632B2 JP H0412632 B2 JPH0412632 B2 JP H0412632B2 JP 58140975 A JP58140975 A JP 58140975A JP 14097583 A JP14097583 A JP 14097583A JP H0412632 B2 JPH0412632 B2 JP H0412632B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- helium
- liquid helium
- heat exchanger
- container
- superconducting
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
- H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は4.2Kより低い温度の液体ヘリウムを
使用する超電導装置に関する。
使用する超電導装置に関する。
第１図を用いて超電導装置に関する従来の技術
を説明する。
を説明する。
超電導コイル１は通常１気圧での飽和温度約
4.2Kの液体ヘリウム２中へ浸漬されて超電導状
態となる。超電導導体にはニオブとチタンの合金
（Nb−Ti）が多く用いられ、１気圧4.2Kの液体
ヘリウム（以下LHeと記す）による冷却でも充
分な性能が発揮出来るが、この種導体で到達出来
るコイルの最大発生磁界は高々８〜9Tである。
それ以上の磁界を得るにはニオブ錫（Nb3Sn）な
どの導体を用いるか、あるいは液体ヘリウムの温
度を下げる等の方法があるが前者は材料が脆くて
実用段階に達しているとはいい難い。後者も冷却
技術上の問題があり、未だ研究途上の段階にあ
る。しかし後者には種々のメリツトがあり有望で
ある。
4.2Kの液体ヘリウム２中へ浸漬されて超電導状
態となる。超電導導体にはニオブとチタンの合金
（Nb−Ti）が多く用いられ、１気圧4.2Kの液体
ヘリウム（以下LHeと記す）による冷却でも充
分な性能が発揮出来るが、この種導体で到達出来
るコイルの最大発生磁界は高々８〜9Tである。
それ以上の磁界を得るにはニオブ錫（Nb3Sn）な
どの導体を用いるか、あるいは液体ヘリウムの温
度を下げる等の方法があるが前者は材料が脆くて
実用段階に達しているとはいい難い。後者も冷却
技術上の問題があり、未だ研究途上の段階にあ
る。しかし後者には種々のメリツトがあり有望で
ある。
さて、後者の場合であるが、液体ヘリウムの温
度を下げるには、通常真空排気装置３を用い加温
器９を介して１気圧4.2Kのヘリウム２を排気減
圧する。このとき液体ヘリウム２を保持収容する
ヘリウム容器４には向流熱交換器５を介して１気
圧4.2Kの液体ヘリウムを4.2Kヘリウム槽６より
供給する。このとき、向流熱交換器５では排気さ
れて4.2K以下となつたヘリウム蒸気７と4.2Kヘ
リウム槽６からの液体ヘリウムが向流熱交換し
て、4.2K以下の液体ヘリウムがヘリウム容器４
に供給され、排気減圧されて減少した液体ヘリウ
ム２を補いバランスする。このバランスには膨張
弁８の制御が必要である。
度を下げるには、通常真空排気装置３を用い加温
器９を介して１気圧4.2Kのヘリウム２を排気減
圧する。このとき液体ヘリウム２を保持収容する
ヘリウム容器４には向流熱交換器５を介して１気
圧4.2Kの液体ヘリウムを4.2Kヘリウム槽６より
供給する。このとき、向流熱交換器５では排気さ
れて4.2K以下となつたヘリウム蒸気７と4.2Kヘ
リウム槽６からの液体ヘリウムが向流熱交換し
て、4.2K以下の液体ヘリウムがヘリウム容器４
に供給され、排気減圧されて減少した液体ヘリウ
ム２を補いバランスする。このバランスには膨張
弁８の制御が必要である。
第１図では超電導コイル１が減圧ヘリウム２中
に浸漬されているが、コイル部分を熱交換器を介
して間接的に冷却し、コイルを浸漬するヘリウム
が減圧されない過冷却タイプもある。しかしここ
では、コイル部分が減圧される場合を考えてい
る。また図示していないがヘリウム容器４、
4.2Kヘリウム槽６は断熱真空中に断熱的に支持
される。
に浸漬されているが、コイル部分を熱交換器を介
して間接的に冷却し、コイルを浸漬するヘリウム
が減圧されない過冷却タイプもある。しかしここ
では、コイル部分が減圧される場合を考えてい
る。また図示していないがヘリウム容器４、
4.2Kヘリウム槽６は断熱真空中に断熱的に支持
される。
一方、超電導コイル１に通電するための電流リ
ード１０が有るが、電気の導入路であると共に熱
の侵入路となるので、通常蒸発ヘリウムガス７を
流して強制的に冷却する必要がある。この冷却ガ
スは電流リードの上端で室温になるようにバルブ
１１で流量調整し、ヘリウムガス回収系１２に導
かれる。
ード１０が有るが、電気の導入路であると共に熱
の侵入路となるので、通常蒸発ヘリウムガス７を
流して強制的に冷却する必要がある。この冷却ガ
スは電流リードの上端で室温になるようにバルブ
１１で流量調整し、ヘリウムガス回収系１２に導
かれる。
ところが、向流熱交換器５側で排気減圧を行う
とこの電流リードに蒸発ガスが流れなくなり、電
流リードからの侵入熱が許容出来ないほど大きく
なる装置が成立しなくなる。これを回避する方法
としては、電流リードに他の系統からヘリウムを
供給する方法がある。しかし減圧ヘリウムを供給
するわけにはいかないため、4.2Kのヘリウムを
供給することになり、4.2Kより低い温度領域
（超流動の場合は1.8K付近）と4.2K領域が直接電
流リードの銅で熱伝導路を形成し侵入熱が大きく
なる。また両温度領域間の圧力バランス、リーク
の問題が生ずるし、リードの構造、ガス供給系が
複雑になるなどの欠点がある。
とこの電流リードに蒸発ガスが流れなくなり、電
流リードからの侵入熱が許容出来ないほど大きく
なる装置が成立しなくなる。これを回避する方法
としては、電流リードに他の系統からヘリウムを
供給する方法がある。しかし減圧ヘリウムを供給
するわけにはいかないため、4.2Kのヘリウムを
供給することになり、4.2Kより低い温度領域
（超流動の場合は1.8K付近）と4.2K領域が直接電
流リードの銅で熱伝導路を形成し侵入熱が大きく
なる。また両温度領域間の圧力バランス、リーク
の問題が生ずるし、リードの構造、ガス供給系が
複雑になるなどの欠点がある。
本発明は4.2Kより低い温度においても電流リ
ードからの侵入熱が少く、しかも液体ヘリウム減
量のおそれのない超電導装置を提供することを目
的とする。
ードからの侵入熱が少く、しかも液体ヘリウム減
量のおそれのない超電導装置を提供することを目
的とする。
上記の目的を達成するために本発明の超電導装
置においては、電流リードに向流熱交換器を組込
み、その先端に膨張弁を設け、液体ヘリウム容器
の減圧排気によるヘリウムの減量を、向流熱交換
器と膨張弁を経由しての低温ヘリウム注入によつ
て補充する構成とする。
置においては、電流リードに向流熱交換器を組込
み、その先端に膨張弁を設け、液体ヘリウム容器
の減圧排気によるヘリウムの減量を、向流熱交換
器と膨張弁を経由しての低温ヘリウム注入によつ
て補充する構成とする。
次に、本発明の一実施例の超電導装置を第２図
を参照しつつ説明する。図示されない超電導コイ
ルを収納したヘリウム容器４とこれを包囲する真
空断熱容器１３の壁を貫通する電流リード外筒１
４の中において電気絶縁物１５を介して銅細線に
よるリード本体１９が銅などによる邪魔板１６と
共にヘリウムガスのジクザグ流路が形成されるよ
うにリード導電部を形成する。１７は室温部の電
流導入部である。
を参照しつつ説明する。図示されない超電導コイ
ルを収納したヘリウム容器４とこれを包囲する真
空断熱容器１３の壁を貫通する電流リード外筒１
４の中において電気絶縁物１５を介して銅細線に
よるリード本体１９が銅などによる邪魔板１６と
共にヘリウムガスのジクザグ流路が形成されるよ
うにリード導電部を形成する。１７は室温部の電
流導入部である。
リードの途中に4.2Kヘリウム槽６から4.2K液
体ヘリウムを導入する銅製のヘツダー１８を設け
この部分よりヘリウム容器４側には、中実のリー
ド本体１９の代わりに中空銅管等からなる向流熱
交換器２０を配し、その管内には4.2K液体ヘリ
ウムがまた管外には減圧された4.2Kより低い温
度の蒸発ヘリウムガス２１が流れ、向流熱交換す
るように構成する。この場合ジユール発熱を防ぐ
ため、銅管２０に超電導線を沿設してもよい。
体ヘリウムを導入する銅製のヘツダー１８を設け
この部分よりヘリウム容器４側には、中実のリー
ド本体１９の代わりに中空銅管等からなる向流熱
交換器２０を配し、その管内には4.2K液体ヘリ
ウムがまた管外には減圧された4.2Kより低い温
度の蒸発ヘリウムガス２１が流れ、向流熱交換す
るように構成する。この場合ジユール発熱を防ぐ
ため、銅管２０に超電導線を沿設してもよい。
向流熱交換器２０の下端にはやはり液体ヘリウ
ムの集合する銅製ヘツダー２３を配し、その液の
取出管２４には調整可能な膨張弁８を備える。ヘ
ツダー２３には電流導入端子２６を配し、これに
図示されない超電導コイルからの超電導導体２７
が接続される。２５は4.2K液供給管である。ヘ
ツダー１８，２３内の向流熱交換器２０には液体
ヘリウム導入、排出口２８が設けられ、ヘツダ
ー、熱交換器などはリード本体と同様電気的に導
通され、しかも外筒１４とは電気的に絶縁され
る。
ムの集合する銅製ヘツダー２３を配し、その液の
取出管２４には調整可能な膨張弁８を備える。ヘ
ツダー２３には電流導入端子２６を配し、これに
図示されない超電導コイルからの超電導導体２７
が接続される。２５は4.2K液供給管である。ヘ
ツダー１８，２３内の向流熱交換器２０には液体
ヘリウム導入、排出口２８が設けられ、ヘツダ
ー、熱交換器などはリード本体と同様電気的に導
通され、しかも外筒１４とは電気的に絶縁され
る。
なお、２９は断熱真空空間で、２２はヘリウム
ガス排出口である。
ガス排出口である。
このように構成した超電導装置においてリード
上端のヘリウムガス排出口２２より排気減圧する
とヘリウム容器４内は１気圧以下に減圧され、液
体ヘリウム２とヘリウムガス２１は4.2Kより低
い温度になる。このヘリウムガス２１は向流熱交
換器２０、電流リード本体１９と熱交換して室温
に近い温度となり、排気系へ導かれる。このとき
膨張弁８を調整することにより4.2Kヘリウム槽
６からの液体ヘリウムの流入量が調整され、向流
熱交換器２０と適切に熱交換してヘリウム容器４
内の圧力および温度を所定の値に保持しつつ、減
圧排出されて減少するヘリウム２を補充しバラン
スが保たれる。
上端のヘリウムガス排出口２２より排気減圧する
とヘリウム容器４内は１気圧以下に減圧され、液
体ヘリウム２とヘリウムガス２１は4.2Kより低
い温度になる。このヘリウムガス２１は向流熱交
換器２０、電流リード本体１９と熱交換して室温
に近い温度となり、排気系へ導かれる。このとき
膨張弁８を調整することにより4.2Kヘリウム槽
６からの液体ヘリウムの流入量が調整され、向流
熱交換器２０と適切に熱交換してヘリウム容器４
内の圧力および温度を所定の値に保持しつつ、減
圧排出されて減少するヘリウム２を補充しバラン
スが保たれる。
熱交換効率が適当で、真空排気系の容量が低温
部全体への熱侵入量に対し適切であれば、液体ヘ
リウム２は1.8K近くなり超流動状態となつて超
電導コイルの電流、磁界の強さは4.2Kの場合に
くらべ飛躍的に増大する。
部全体への熱侵入量に対し適切であれば、液体ヘ
リウム２は1.8K近くなり超流動状態となつて超
電導コイルの電流、磁界の強さは4.2Kの場合に
くらべ飛躍的に増大する。
なお、以上の説明では便宜上電流リードの構造
としてシエルアンドチユーブ型のものを説明した
が、他の熱交換効率の高い構造の向流熱交換型の
電流リードを用いてもよい。
としてシエルアンドチユーブ型のものを説明した
が、他の熱交換効率の高い構造の向流熱交換型の
電流リードを用いてもよい。
以上説明したように本発明の超電導装置におい
ては電流リードと低温発生用熱交換器が１体とな
つているため熱侵入路に沿つて連続的な温度勾配
を形成する。従つて電流リードとして従来のもの
にくらべ侵入熱の少ないものとなり、しかも減圧
形超電導コイルの熱交換器の機能をも合せ持つの
で、装置全体として熱侵入の低減と装置の簡略化
の効果を生ずる。また液体ヘリウムは次々に補充
されるのでヘリウム容器内の液体ヘリウム減量の
おそれのない超流動冷却の超電導装置を提供する
ことができる。
ては電流リードと低温発生用熱交換器が１体とな
つているため熱侵入路に沿つて連続的な温度勾配
を形成する。従つて電流リードとして従来のもの
にくらべ侵入熱の少ないものとなり、しかも減圧
形超電導コイルの熱交換器の機能をも合せ持つの
で、装置全体として熱侵入の低減と装置の簡略化
の効果を生ずる。また液体ヘリウムは次々に補充
されるのでヘリウム容器内の液体ヘリウム減量の
おそれのない超流動冷却の超電導装置を提供する
ことができる。
第１図は従来の超電導装置を示す系統図、第２
図は本発明の一実施例の超電導装置の要部断面図
である。 ２……液体ヘリウム、４……ヘリウム容器、６
……4.2Kヘリウム槽、８……膨張弁、１３……
真空断熱容器、１４……電流リード外筒、１８，
２３……ヘツダー、１９……リード本体、２０…
…向流熱交換器、２１……ヘリウムガス。
図は本発明の一実施例の超電導装置の要部断面図
である。 ２……液体ヘリウム、４……ヘリウム容器、６
……4.2Kヘリウム槽、８……膨張弁、１３……
真空断熱容器、１４……電流リード外筒、１８，
２３……ヘツダー、１９……リード本体、２０…
…向流熱交換器、２１……ヘリウムガス。
Claims (1)
- １ 液体ヘリウム容器の壁およびこの液体ヘリウ
ム容器を包囲する真空断熱容器の壁を貫通し、向
流熱変換器を内設し、この向流熱交換器の低温側
端部に前記液体ヘリウム容器内に開口する膨張弁
を設けた電流リードと、この電流リードの常温端
に接続した排気装置とを備え、この排気装置によ
つて前記向流熱交換器を経て前記液体ヘリウム容
器内のヘリウムガスを排気するとともに、前記向
流熱交換器と前記膨張弁を経て前記液体ヘリウム
容器内に液体ヘリウムを供給するようにしたこと
を特徴とする超電導装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58140975A JPS6032375A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 超電導装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58140975A JPS6032375A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 超電導装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6032375A JPS6032375A (ja) | 1985-02-19 |
| JPH0412632B2 true JPH0412632B2 (ja) | 1992-03-05 |
Family
ID=15281194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58140975A Granted JPS6032375A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 超電導装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6032375A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6901622B2 (ja) * | 2017-07-17 | 2021-07-14 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | コールドヘッドの熱経路が熱交換器により冷却される超電導磁石 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS526479U (ja) * | 1975-06-30 | 1977-01-18 |
-
1983
- 1983-08-03 JP JP58140975A patent/JPS6032375A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6032375A (ja) | 1985-02-19 |
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