JPH0428210A - 超伝導コイル用極低温装置 - Google Patents
超伝導コイル用極低温装置Info
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- JPH0428210A JPH0428210A JP13303490A JP13303490A JPH0428210A JP H0428210 A JPH0428210 A JP H0428210A JP 13303490 A JP13303490 A JP 13303490A JP 13303490 A JP13303490 A JP 13303490A JP H0428210 A JPH0428210 A JP H0428210A
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- Japan
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- liquid nitrogen
- pipe
- thermal shielding
- shielding plate
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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】
［産業上の利用分野］
この発明は、超電導マグネットにおける液体窒素熱シー
ルド板の冷却方式に関するものである。
ルド板の冷却方式に関するものである。
［従来の技術］
これまで製作されてきた極低温装置を用いた超電導マグ
ネットの一例を第５図に示す。第５図は文献（電気学会
・リニアドライブ研究会資料（１９８８−４−２６）２
７ページ）に掲載された磁気浮上式鉄道用の超電導マグ
ネットであり、熱シールド板に取り付けられた冷却配管
にポンプあるいは液体窒素槽内の加圧により液体窒素を
強制供給する場合の従来例である。図において、 （２
）が超電導コイルを収めたヘリウム容器である内槽、（
３）は熱シールド板、 （７）は超電導コイルを永久電
流にするための永久電流スイッチ、 （８）は内槽（２
）を断熱的に支持するための荷重支持材、 〈６）はこ
れら内槽（２）、熱シールド板（３）、永久電流スイッ
チ（７）、荷重支持材（８）の各構成物を収納した真空
容器すなわち外槽である。 （４）は図示されていない
液体窒素槽から導かれた液体窒素供給配管である。
ネットの一例を第５図に示す。第５図は文献（電気学会
・リニアドライブ研究会資料（１９８８−４−２６）２
７ページ）に掲載された磁気浮上式鉄道用の超電導マグ
ネットであり、熱シールド板に取り付けられた冷却配管
にポンプあるいは液体窒素槽内の加圧により液体窒素を
強制供給する場合の従来例である。図において、 （２
）が超電導コイルを収めたヘリウム容器である内槽、（
３）は熱シールド板、 （７）は超電導コイルを永久電
流にするための永久電流スイッチ、 （８）は内槽（２
）を断熱的に支持するための荷重支持材、 〈６）はこ
れら内槽（２）、熱シールド板（３）、永久電流スイッ
チ（７）、荷重支持材（８）の各構成物を収納した真空
容器すなわち外槽である。 （４）は図示されていない
液体窒素槽から導かれた液体窒素供給配管である。
次に従来マグネットの動作について熱ンールド関連を主
眼として説明する。内槽く２）には超電導コイルが納め
られており、これと供に超電導コイルを超電導状態に維
持すべく液体ヘリウムが封入されている。この超電導コ
イルは図示されていない電源により電流を供給され、永
久電流スイッチ（７）を利用することにより永久電流モ
ー ドで励磁運転される。超電導コイルを永久電流モー
ドで運転するには超電導状態を維持しなければならない
。そのためには内槽（２）への外部からの熱侵入を極力
減らす必要があるため多くの対策が施されている。それ
か、例えば断熱荷重支持材（８）の採用であり、熱シー
ルド板く３）の設置である。
眼として説明する。内槽く２）には超電導コイルが納め
られており、これと供に超電導コイルを超電導状態に維
持すべく液体ヘリウムが封入されている。この超電導コ
イルは図示されていない電源により電流を供給され、永
久電流スイッチ（７）を利用することにより永久電流モ
ー ドで励磁運転される。超電導コイルを永久電流モー
ドで運転するには超電導状態を維持しなければならない
。そのためには内槽（２）への外部からの熱侵入を極力
減らす必要があるため多くの対策が施されている。それ
か、例えば断熱荷重支持材（８）の採用であり、熱シー
ルド板く３）の設置である。
断熱荷重支持材（８）は外槽（６）から内槽（２）への
熱伝導による熱侵入を低減するための対策であり、熱シ
ールド板（３）は同じく熱ふく射による熱侵入を低減す
るための対策である。この熱シルト板（３）は通常液体
窒素温度（１気圧下で７７．３にルベルに冷却されるが
、この従来例では冷却配管（４）に液体窒素を通ずるこ
とにより液体窒素温度に維持する方法を採用している。
熱伝導による熱侵入を低減するための対策であり、熱シ
ールド板（３）は同じく熱ふく射による熱侵入を低減す
るための対策である。この熱シルト板（３）は通常液体
窒素温度（１気圧下で７７．３にルベルに冷却されるが
、この従来例では冷却配管（４）に液体窒素を通ずるこ
とにより液体窒素温度に維持する方法を採用している。
つまり、この冷却配管（４）は図示されていない液体窒
素槽から導かれており、本装置では窒素貯めに取り例け
られ、だ液体窒素ポンプにより冷却配管（４）内に液体
窒素を強制循環させ、熱シールド板（３）を液体窒素温
度に維持するようにしている。もちろん熱シールド板（
３）にも外槽（６）からの大きな熱ふく射が存在するが
、その分を液体ヘリウムより安価な液体窒素により賄う
というのがこの種の超電導マグネットを設計する際の基
本的思想といえる。
素槽から導かれており、本装置では窒素貯めに取り例け
られ、だ液体窒素ポンプにより冷却配管（４）内に液体
窒素を強制循環させ、熱シールド板（３）を液体窒素温
度に維持するようにしている。もちろん熱シールド板（
３）にも外槽（６）からの大きな熱ふく射が存在するが
、その分を液体ヘリウムより安価な液体窒素により賄う
というのがこの種の超電導マグネットを設計する際の基
本的思想といえる。
［発明が解決しようとする課題］
従来の超伝導コイル用極低温装置は、上述のように構成
され動作しているため以下の問題点がある。先ず液体窒
素用の強制循環装置が必要となるが、これは決して安価
なものではない。また駆動部を持つことから保守も必要
となる。加えて循環装置が異常を来した場合には液体窒
素貯槽内の内圧を」１昇させ液体窒素な自圧供給するの
が通例であるが、そのためバルブ等の装置が別途必要と
なる。
され動作しているため以下の問題点がある。先ず液体窒
素用の強制循環装置が必要となるが、これは決して安価
なものではない。また駆動部を持つことから保守も必要
となる。加えて循環装置が異常を来した場合には液体窒
素貯槽内の内圧を」１昇させ液体窒素な自圧供給するの
が通例であるが、そのためバルブ等の装置が別途必要と
なる。
二の発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、液体窒素供給のための強制循環装置を必要と
しない送液系を得ることを目的としている。
たもので、液体窒素供給のための強制循環装置を必要と
しない送液系を得ることを目的としている。
［課題を解決するための手段］
二の発明に係る超伝導コイ／し用極低温装置は、超伝導
コイノペ この超伝導コイルを収納するヘリウム容器、
このヘリウム容器への外部からの熱侵入を低減するため
の熱シールド板、およびこの熱シールド板を冷却するた
め重力を駆動力とし液体窒素を供給するよう液体窒素貯
槽から導かれかつ熱的に」二層熱シールド板と接続設置
された１５ｍ＋ｎ以上の内径を有する冷却配管を真空容
器内に備えるものである。
コイノペ この超伝導コイルを収納するヘリウム容器、
このヘリウム容器への外部からの熱侵入を低減するため
の熱シールド板、およびこの熱シールド板を冷却するた
め重力を駆動力とし液体窒素を供給するよう液体窒素貯
槽から導かれかつ熱的に」二層熱シールド板と接続設置
された１５ｍ＋ｎ以上の内径を有する冷却配管を真空容
器内に備えるものである。
［作用］
このように構成された超伝導コイル用極低温装置では、
重力をその駆動力とするため液体窒素槽を熱シールド板
の最高点より高い位置に設置し、冷却配管をふく射熱侵
入により蒸発した窒素ガスが浮力により確実に除去でき
るような大きさ（内径）で構成したので、液体窒素用の
強制循環装置カ必要ではなくかつベー／＜−口・ンクに
よる液体窒素不在の現象も引き起こさず極めてシンプル
な装置でありながら熱シールド板を確実に液体窒素温度
レベルに保持できる。
重力をその駆動力とするため液体窒素槽を熱シールド板
の最高点より高い位置に設置し、冷却配管をふく射熱侵
入により蒸発した窒素ガスが浮力により確実に除去でき
るような大きさ（内径）で構成したので、液体窒素用の
強制循環装置カ必要ではなくかつベー／＜−口・ンクに
よる液体窒素不在の現象も引き起こさず極めてシンプル
な装置でありながら熱シールド板を確実に液体窒素温度
レベルに保持できる。
［実施例］
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、 （１）は超電導コイル、 （２）はヘリ
ウム容器すなわち内槽、 （３）は熱シルト板、 く４
）は冷却配管、 （５）は液体窒素槽、 （６）は真空
容器すなわち外槽である。第５図の従来例で示されてい
る永久電流スイッチく７）および荷重支持材（８）は簡
略のため図示していない。
図において、 （１）は超電導コイル、 （２）はヘリ
ウム容器すなわち内槽、 （３）は熱シルト板、 く４
）は冷却配管、 （５）は液体窒素槽、 （６）は真空
容器すなわち外槽である。第５図の従来例で示されてい
る永久電流スイッチく７）および荷重支持材（８）は簡
略のため図示していない。
このように構成された実施例の超電導マグネットとじて
の基本的動作は従来例と同様である。たたし実施例では
、熱シールド板（３）を液体窒素温度に維持するため冷
却配管（４）に液体窒素を供給する駆動力が重力となっ
ている。この場合の問題点は、熱シールド板（３）への
熱負荷に応じて冷却配管（４）内の液体窒素が蒸発する
ためガス成分を巧く液体窒素槽く５）に回収することで
ある。つまり液成分とガス成分とを冷却配管内で巧く向
流的に交換させる必要がある。鉛直的な管内において気
液成分の向流交換を行なおうとした場合、時として蒸発
したガスにより液の落下が妨げられるペーパーロックと
称する現象が現われる。
の基本的動作は従来例と同様である。たたし実施例では
、熱シールド板（３）を液体窒素温度に維持するため冷
却配管（４）に液体窒素を供給する駆動力が重力となっ
ている。この場合の問題点は、熱シールド板（３）への
熱負荷に応じて冷却配管（４）内の液体窒素が蒸発する
ためガス成分を巧く液体窒素槽く５）に回収することで
ある。つまり液成分とガス成分とを冷却配管内で巧く向
流的に交換させる必要がある。鉛直的な管内において気
液成分の向流交換を行なおうとした場合、時として蒸発
したガスにより液の落下が妨げられるペーパーロックと
称する現象が現われる。
この現象は厳密には管径、熱負荷、流体の粘性、管内壁
面の状態等に影響されため出現・不出現を概に記述する
ことはできないが、管径が小さい場合には非常に生じや
すくなる。従って、冷却配管（４）は太い程良いことに
なる。しかしながら冷却配管く４）を太くすればする程
、外槽（６）内のデッドスペースが増えるため超電導マ
グネツ）・ （外槽）そのものが大きくなり経済的にも
スペス的にも問題となることから、おのずと限度がある
。本発明はこの管径について、どの位に設定すれば良い
かを提供するものである。第２図は長す８００ ｒｎ
ｎｌのステンレス管を液体窒素槽（５）に垂直にぶらさ
げ、管に熱負荷を印加した場合の最下端部温度を測定し
たものである。この図において、特性曲線Ａ、 Ｂ、
Ｃ，Ｄはそれぞれ内径１８、１４、１０．６ｍｍの
場合である。これらの特性曲線より内径が１８ｍｍであ
れば全く問題ないことがわかる。つまり特性曲線Ａの場
合である。
面の状態等に影響されため出現・不出現を概に記述する
ことはできないが、管径が小さい場合には非常に生じや
すくなる。従って、冷却配管（４）は太い程良いことに
なる。しかしながら冷却配管く４）を太くすればする程
、外槽（６）内のデッドスペースが増えるため超電導マ
グネツ）・ （外槽）そのものが大きくなり経済的にも
スペス的にも問題となることから、おのずと限度がある
。本発明はこの管径について、どの位に設定すれば良い
かを提供するものである。第２図は長す８００ ｒｎ
ｎｌのステンレス管を液体窒素槽（５）に垂直にぶらさ
げ、管に熱負荷を印加した場合の最下端部温度を測定し
たものである。この図において、特性曲線Ａ、 Ｂ、
Ｃ，Ｄはそれぞれ内径１８、１４、１０．６ｍｍの
場合である。これらの特性曲線より内径が１８ｍｍであ
れば全く問題ないことがわかる。つまり特性曲線Ａの場
合である。
また、特性曲線Ｂの内径１４ ｍ ｍの場合も温度−ヒ
昇は数に程度であり大きな問題があるとは言えないこと
から、概ね１５ｍｍ以上の管内径を有していればペーパ
ーロックを起こすことなく重力により液体窒素を送液す
ることが可能といえ、熱シルト板（３）を十分冷却でき
るといえる。従って、１５ｍｍ以上の内径を有する管を
用いることにより重力を駆動力とした液体窒素送液系お
よび熱シールド板が構成できる。
昇は数に程度であり大きな問題があるとは言えないこと
から、概ね１５ｍｍ以上の管内径を有していればペーパ
ーロックを起こすことなく重力により液体窒素を送液す
ることが可能といえ、熱シルト板（３）を十分冷却でき
るといえる。従って、１５ｍｍ以上の内径を有する管を
用いることにより重力を駆動力とした液体窒素送液系お
よび熱シールド板が構成できる。
なお、第１図の実施例に関して、熱シールド板（３）へ
冷却配管く４）を取り付ける場合の具体的な形状構成例
を第３図および第４図に示しておく。要は、蒸発ガスが
管内に留まってしまうような平坦な部分あるいは中途の
貯めの部分を避けるよう構成されていれば良い。
冷却配管く４）を取り付ける場合の具体的な形状構成例
を第３図および第４図に示しておく。要は、蒸発ガスが
管内に留まってしまうような平坦な部分あるいは中途の
貯めの部分を避けるよう構成されていれば良い。
このように、重力による落下を利用した熱シルト用配管
において十分に液体窒素が行き渡り確実に熱シールド板
の冷却が行なえるように、冷却配管を１５〜２０ ｍ
ｍ程度の管径で構成したので、ペーパーロックを引き起
こすことなく、しかも装置の著しい大型化を産むことも
なく熱シールド系を構成できる。
において十分に液体窒素が行き渡り確実に熱シールド板
の冷却が行なえるように、冷却配管を１５〜２０ ｍ
ｍ程度の管径で構成したので、ペーパーロックを引き起
こすことなく、しかも装置の著しい大型化を産むことも
なく熱シールド系を構成できる。
［発明の効果］
以上のように、この発明によれば、超伝導コイル、この
超伝導コイルを収納するヘリウム容器、このヘリウム容
器への外部からの熱侵入を低減するための熱シールド板
、およびこの熱シールド板を冷却するため重力を駆動力
とし液体窒素を供給するよう液体窒素貯槽から導かれか
つ熱的に上記熱シールド板と接続設置された１５ｍｍ以
上の内径を有する冷却配管を真空容器内に備えるので、
液体窒素用の強制循環装置が必要ではなく、かつペーパ
ーロックによる液体窒素不在の現象も引き起こさず、極
めてシンプルな装置でありながら熱シールド板を確実に
液体窒素温度レベルに保持できる効果がある。
超伝導コイルを収納するヘリウム容器、このヘリウム容
器への外部からの熱侵入を低減するための熱シールド板
、およびこの熱シールド板を冷却するため重力を駆動力
とし液体窒素を供給するよう液体窒素貯槽から導かれか
つ熱的に上記熱シールド板と接続設置された１５ｍｍ以
上の内径を有する冷却配管を真空容器内に備えるので、
液体窒素用の強制循環装置が必要ではなく、かつペーパ
ーロックによる液体窒素不在の現象も引き起こさず、極
めてシンプルな装置でありながら熱シールド板を確実に
液体窒素温度レベルに保持できる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による超伝導コイル用極低
温装置を模式的に示す構成図、第２図は下端部を閉鎖し
た垂直管の熱負荷に応じた温度特性を示す特性図、第３
０，９４図はそれぞれこの発明の一実施例による冷却配
管の設置例を示す斜視図、第５図は従来の超電導コイル
用極低温装置を示す斜視図である。 （１）は超電導コイル、 （２）は内槽、 （３）は熱シールド板、 （４）は冷却配管、 く５）は液体窒素槽、 （６）は外槽。 なお、図中同一符号は同一または相当部分な示ず。 代 理 人 大 岩 増 雄第１図 １聞 Ｑ Ｍ 二］ノ）；ンＩフ１く；ノシ≧：４ 本舎ヶ第２図 然贋荷童（Ｗ） 第ｄ凶 労ζ１’ｔ″Ｌｒｒ、′Ｊ日′＼ 第４図 例狛オ寛木槽へ レ− 第５図
温装置を模式的に示す構成図、第２図は下端部を閉鎖し
た垂直管の熱負荷に応じた温度特性を示す特性図、第３
０，９４図はそれぞれこの発明の一実施例による冷却配
管の設置例を示す斜視図、第５図は従来の超電導コイル
用極低温装置を示す斜視図である。 （１）は超電導コイル、 （２）は内槽、 （３）は熱シールド板、 （４）は冷却配管、 く５）は液体窒素槽、 （６）は外槽。 なお、図中同一符号は同一または相当部分な示ず。 代 理 人 大 岩 増 雄第１図 １聞 Ｑ Ｍ 二］ノ）；ンＩフ１く；ノシ≧：４ 本舎ヶ第２図 然贋荷童（Ｗ） 第ｄ凶 労ζ１’ｔ″Ｌｒｒ、′Ｊ日′＼ 第４図 例狛オ寛木槽へ レ− 第５図
Claims (1)
- 超伝導コイル、この超伝導コイルを収納するヘリウム
容器、このヘリウム容器への外部からの熱侵入を低減す
るための熱シールド板、およびこの熱シールド板を冷却
するため重力を駆動力とし液体窒素を供給するよう液体
窒素貯槽から導かれかつ熱的に上記熱シールド板と接続
設置された１５ｍｍ以上の内径を有する冷却配管を真空
容器内に備える超伝導コイル用極低温装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133034A JP2701517B2 (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 超伝導コイル用極低温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133034A JP2701517B2 (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 超伝導コイル用極低温装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0428210A true JPH0428210A (ja) | 1992-01-30 |
| JP2701517B2 JP2701517B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=15095265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2133034A Expired - Lifetime JP2701517B2 (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 超伝導コイル用極低温装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701517B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6367706A (ja) * | 1986-09-09 | 1988-03-26 | Mitsubishi Electric Corp | クライオスタツト |
-
1990
- 1990-05-23 JP JP2133034A patent/JP2701517B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6367706A (ja) * | 1986-09-09 | 1988-03-26 | Mitsubishi Electric Corp | クライオスタツト |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2701517B2 (ja) | 1998-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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