JPH0525366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、クライオスタツトの真空を破るこ
となく着脱が可能な超電導磁石の着脱式輻射熱シ
ールド冷凍機装置に関する。

〔従来の技術〕

第６図は従来の超電導磁石の一例を示す部分断
面図であり、軸線Ｚ−Ｚを包囲する環状に形成さ
れた磁石の一方の断面構造を示したものである。
図において、１はクライオスタツトであり、液体
ヘリウム６に浸漬された超電導コイル７を収納し
たヘリウム容器３とこれを包囲する真空槽２の間
には液体窒素容器５Ｎにより絶対温度約77Kに冷
却される中温輻射熱シールド５と、その内側に配
された低温輻射熱シールド４とを備え、低温輻射
熱シールド４は例えばヘリウム容器３に連通する
ポート５Ｐに導熱結合されて約20K程度に保持さ
れており、真空容器２側からの輻射熱を中温およ
び低温輻射熱シールド４および５で吸収してヘリ
ウム容器３の包蔵液体ヘリウム６の消費を低減す
るよう構成される。このような従来の超電導電磁
石においては、クライオスタツト１が液体窒素容
器５Ｎを包蔵するためにその外径寸法が大きくな
り、かつ液体ヘリウムおよび液体窒素の補給を要
するために保守作業の煩雑化や補給装置の複雑化
を招く欠点があつた。

第７図は改良された従来装置の要部の側断面図
であり、中温および低温輻射熱シールド５および
４を冷却する専用の２段式ヘリウム冷凍機１１を
クライオスタツト１の真空槽２を区画する収納容
器２１内に着脱可能に設けたものである。すなわ
ち、収納容器２１は、真空容器２に気密に連結さ
れた上部フランジ２３、上部フランジ２３および
２段式ヘリウム冷凍機１１（以下単に冷凍機と略
称する）に気密に連結されて冷凍機を支持する蓋
板２２、上部フランジ２３に伸縮管２４を介して
気密に連結された中間フランジ２５、中間フラン
ジ２５に伸縮管２６を介して気密に連結された底
板２７からなり、真空槽２内に独立した区画室を
形成し、排気管３９を介しての収納容器２１内の
排気が可能である。

蓋板２２に気密に連結支持された冷凍機１１は
シリンダ１２，１３の直列体（以下段付シリンダ
とよぶ）の先端に低温冷却ヘツド１４を、中間の
段差部に中温冷却ヘツド１５を備え、冷凍機に内
蔵された複数の熱交換器からなる循環系と図示し
ない圧縮器との間を循環するヘリウム冷媒により
低温冷却ヘツド１４の到達温度はほぼ絶対温度
20Kに、中温冷却ヘツド１５の到達温度は50Kな
いし80Kの範囲の所定温度に冷却される。

中温冷却ヘツド１５は第１０図に示す中央部に
シリンダ１３の挿通孔３２Ａを有する十字状の導
熱板３２に４個の孔３２Ｂを用いて連結され、導
熱板３２が第９図にその詳細を示す中間フランジ
２５にそれぞれ４個の孔３２Ｃおよび２５Ｃを貫
通するボルト３４により連結され、中間フランジ
の伸縮管の外側の突出部に形成された端子孔２５
Ｄと中温輻射熱シールド５とを結ぶ可撓性を有す
る熱良導体からなる導熱リード１７が取付けられ
ることにより、中温冷却ヘツド１５と中温輻射熱
シールド５との間に導熱路が形成される。一方低
温冷却ヘツド１４は第１１図に示すように十字状
に形成された導熱板３６の４個のねじ孔３６Ｅに
ボルト結合されるが、その際十字の方向が中温側
の導熱板３２の十字の方向と45°異なる方向に取
付けられ、導熱板３６は４個の孔３６Ｆを貫通す
るボルト３８により底板２７に固定され、底板３
８が導熱リード１８により低温輻射熱シールド４
に連結されることにより低温側の導熱路が形成さ
れる。

また、真空槽２にあらかじめ装着された収納容
器２１への２段式ヘリウム冷凍機１１の着脱を可
能にするために、８等配された結合ボルト３４お
よび３８の着脱工具３３の挿入口３５が第８図に
蓋板２２の平面図を示すように同一円周上に８個
設けられるとともに、中間フランジ２５には第９
図に示すように十字状の低温側の導熱板３６が通
過しうる切欠部２５Ｆが形成される。したがつ
て、冷凍機を取外そうとする場合、４個の孔２５
Ｃに対応する挿入口３５から着脱工具３３を垂直
に挿入すれば中温側の結合ボルト３４を取外せ、
切欠部２５Ｆに対応する挿入口を通してその下方
に位置する低温側の結合ボルト３８を取外せる。
そこで、蓋板２２と支持フランジ２３との結合ボ
ルト３７を取外すことにより、冷凍機１１に蓋板
２２、導熱板３２および３６が結合された状態で
収納容器２１から引き抜くことができる。

上述の改良された従来装置においては、冷凍機
により中温、低温２層の輻射熱シールド５および
４が所定温度例えば80Kおよび20Kに冷却される
ので、クライオスタツト１に液体窒素容器５Ｎを
設ける必要がなく、クライオスタツトの外径寸法
が縮小され、かつ保守が容易になる利点がある。
冷凍機が収納容器２１に収納されて真空槽２内の
高真空部と区画されるので、冷凍機の故障などに
際して真空槽２を真空にしたまま冷凍機の着脱が
可能となり、真空槽内に一旦湿気を含んだ空気が
侵入して真空槽内の図示しない断熱材等が吸湿し
てしまうと、この湿気を排除して再び高真空を回
復する作業に非常に長時間を要するという問題点
を回避できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の改良された着脱式輻射熱シールドの冷凍
機装置において、真空槽２内の高真空を保持した
状態で、収納容器２１を大気圧に戻して冷凍機１
１を取外す作業を行う場合、収納容器２１には大
気圧側から１Kgｆ／cm²の外圧が加わり、底板２７
はＰ＝πD²／４Kgｆ（Ｄは伸縮管の内径、cm）な
る強大な荷重で伸縮管を引伸ばす方向に引張られ
る。伸縮管２４，２６には余分な伸びを抑さえる
連結ボルトが付属しており伸縮管が破損すること
はないが、上記荷重の大部分は冷凍機１１のシリ
ンダ１３および１２に加わり、径の細い低温側の
シリンダ１３が破損する事態を招くことがあつ
た。ことに、結合ボルトの着脱工具を垂直に挿入
して冷凍機の着脱作業を容易化することに構成の
主眼がおかれているために伸縮管の内径寸法が大
きくなり、内径寸法の２乗に比例して増加する荷
重Ｐが著しく大きくなる欠点があつた。また、中
温側、低温側すべての結合ボルトに対応する数の
工具の挿入口を必要とし、かつ中温側、低温側そ
れぞれに導熱板を必要とするなど構造が複雑化
し、それに伴なつて装置の組立作業や冷凍機の分
解作業が複雑化する欠点があつた。

この発明は、装置の構造を合理化することによ
り、冷凍機に加わる荷重を低減し、組立、分解作
業を容易化することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の問題点を解決するために、この発明によ
れば、クライオスタツトの真空容器内を区画する
収納容器と、この収納容器に着脱可能に支持され
段付シリンダの中間部に中温冷却ヘツド、先端部
に低温冷却ヘツドを有する２段式ヘリウム冷凍機
とを備え、超電導コイルを収納したヘリウム容器
を２重に包囲するよう前記真空容器に包蔵された
中温輻射熱シールドおよび低温輻射熱シールドを
それぞれ所定温度に冷却するものにおいて、前記
真空容器に気密に連結された蓋板、この蓋板に伸
縮管を介して気密に結合され前記中温輻射熱シー
ルドに導熱結合されるとともにその中央部に前記
低温冷却ヘツドが通過しうる孔を有する中温導熱
板を兼ねた中間フランジ、およびこの中間フラン
ジに前記伸縮管より小さい内径の伸縮管を介して
気密に結合され前記低温輻射熱シールドに導熱結
合された低温導熱板を兼ねた底板からなる収納容
器と、前記蓋板の中央部に気密に連結支持されて
前記収納容器に挿入され中温冷却ヘツドが前記中
間フランジに、低温冷却ヘツドが前記底板に前記
段付シリンダの軸線に向かつて所定の角度を保持
し周方向の同じ角度領域に互いに同数個配された
結合ボルトによつてそれぞれ結合された前記２段
式ヘリウム冷凍機と、前記蓋板および中間フラン
ジそれぞれに前記結合ボルトの配設角度領域の前
記結合ボルトの軸線の延長方向に形成された前記
結合ボルトの着脱工具の挿入孔とを備えるものと
する。

〔作用〕

この発明の構成において、中間フランジに中温
側の導熱板の機能を、底板に低温側の導熱板の機
能を兼ねさせ、中温冷却ヘツドをシリンダに近接
した位置で中間フランジにボルト結合し、低温冷
却ヘツドをシリンダに近接した位置で底板にボル
ト結合したので、底板の必要面積の縮小、いいか
えれば底板−中間フランジ間の伸縮管の内径寸法
の縮小が可能になり、真空槽を真空にしたまま収
納容器を大気圧にしたとき冷凍機のシリンダに加
わる荷重が低減される。また、中温側および低温
側の結合ボルト数および周方向位置を互いに等し
く、かつシリンダの軸線に向かつて傾斜して設
け、この結合ボルトの軸線の延長線上の蓋板およ
び中間フランジに着脱工具の挿入孔を設けるよう
結合ボルトおよび挿入孔の整合を図つたので、着
脱工具を挿入口から斜めに挿入することによつて
同一角度領域に配された中温側、低温側両方の結
合ボルトの着脱が可能となり、挿入孔の数の削減
や導熱板の排除により構造の簡素化および組立分
解作業の容易化が可能になる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例装置を示す側断面図
であり、従来技術と同じ部分には同一参照符号を
付すことにより詳細な説明を省略する。図におい
て、収納容器４１は、真空槽２に気密に連結され
た蓋板４２と、伸縮管４４を介して気密に連結さ
れた中温導熱板を兼ねた中間フランジ４５と、伸
縮管４４より小さな内径の伸縮管４６を介して気
密に結合された低温導熱板を兼ねた底板４７とか
らなり、中間フランジ４５および底板４７は可と
う性を有する導熱リード１７，１８を介して中温
輻射熱シールド５および低温輻射熱シールド４に
それぞれ導熱結合されている。冷凍機１１は蓋板
４２の中央に気密にボルト結合されて段付シリン
ダ１２，１３が収納容器４１内に挿入され、中温
冷却ヘツド５５は結合ボルト５７によつて中間フ
ランジに導熱結合され、低温冷却ヘツド５４は結
合ボルト５８によつて底板５４に導熱結合される
ことにより、中温側および低温側の導熱路が形成
される。

第２図は実施例装置における蓋板の平面図、第
３図は中温冷却ヘツドの平面図、第４図は中間フ
ランジの平面図、第５図は低温冷却ヘツドの平面
図であり、いずれも周方向の位置関係が互いに対
応するよう図示してある。低温冷却ヘツド５４は
第５図に示すように十字状に形成され、中温冷却
ヘツド５５は第３図に示すように円形に形成さ
れ、それぞれ４個の結合ボルト挿入孔５５Ａおよ
び５４Ａの周方向の配設角度領域が互いにほぼ一
致するよう冷凍機１１の段付シリンダに結合され
る。また、中間フランジ４５には低温冷却ヘツド
５４が通過し得る十字状の孔４５Ｂが低温冷却ヘ
ツド５４とは45°異なる向きに形成される。した
がつて、冷凍機１１を周方向に45°回転させた状
態で収納容器４１に挿入し、低温冷却ヘツド５４
が中間フランジの孔４５Ｂを通過した後冷凍機１
１を45°逆方向に回転させれば、冷凍機が収納容
器の正常位置にセツトされる。

また、それぞれ４個の結合ボルト５７および５
８はその結合状態においてその軸線の延長方向が
第２図に示す蓋板４２に形成された着脱工具３３
の挿入孔６２の中心ｐに一致するよう段付シリン
ダの軸線に向かつて斜めに取付けられており、そ
の傾斜角は冷却ヘツド上面の傾斜角およびボルト
穴５５Ａ，４５Ａ，５４Ａ等の傾斜角により保持
される。また低温冷却ヘツド側の結合ボルト５８
とｐ点とを結ぶ線上の中間フランジ４５には着脱
工具の挿入孔６５が第４図に示すように結合ボル
ト５７の結合ねじ孔４５Ａと同じ角度方向に形成
される。したがつて、収納容器４１の定位置にセ
ツトされた冷凍機１１のそれぞれ４個の結合ボル
ト５７および５８の着脱作業は、ボルトを保持し
た着脱工具３３を４個の挿入孔６２から二つの軸
線に沿つて挿入することにより容易に行える。

このように構成された実施例装置においては、
中間フランジ−底板間の伸縮管４６の内径寸法を
従来装置のそれの60％に縮小できる。これは、従
来装置においてシリンダ１３に加わる引張荷重
1000Kgｆを360Kgｆに低減できることを意味して
おり、これにより冷凍機の破損が回避される。ま
た、着脱工具の挿入孔の数が従来装置のそれの半
分に低減されるとともに、中間フランジおよび底
板が従来装置における導熱板の機能を兼ねること
によつて部品数が低減され、これにより装置の構
造が簡素化され、組立、分解作業が容易化され
る。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、真空槽内を気密に区
画する収納容器の中間フランジおよび底板に従来
装置における導熱板の機能を兼ねさせるととも
に、中間フランジおよび底板に冷凍機の冷却ヘツ
ドを結合する結合ボルトの装着構造配置と結合ボ
ルトの着脱工具の挿入部との相対的な整合を行う
ことにより構造を合理化するよう構成した。その
結果、底板側の伸縮管の内径が従来装置のそれの
60％に低減され、収納容器を大気圧にした際冷凍
機のシリンダに加わる引張荷重が従来装置の約1/
３に低減されるので、真空槽の高真空状態を保持
したまま冷凍機を取外す作業を冷凍機に損傷を与
えることなく実施できる超電導磁石の着脱式輻射
熱シールド冷凍機装置を提供できる。また、構造
が簡素化されて装置の組立分解作業が容易化され
るとともに、経済性を高める利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置を示す側断面
図、第２図、第３図、第４図、および第５図は実
施例装置のそれぞれ異なる要部を示す平面図、第
６図は従来の超電導マグネツトを示す要部の側断
面図、第７図は改良された従来装置を示す側断面
図、第８図、第９図、第１０図、および第１１図
は改良された従来装置のそれぞれ異なる要部を示
す平面図である。 １……クライオスタツト、２……真空槽、３…
…ヘリウム容器、４……低温輻射熱シールド、５
……中温輻射熱シールド、６……液体ヘリウム、
７……超電導コイル、１１……２段式ヘリウム冷
凍機、１２，１３……段付シリンダ、１４，５４
……低温冷却ヘツド、１５，５５……中温冷却ヘ
ツド、２１，４１……収納容器、２２，４２……
蓋板、２４，４４，２６……伸縮管、４６……伸
縮管（縮小）、２５，４５……中間フランジ、２
７，４７……底板、３４，５７……結合ボルト
（中温側）、３８，５８……結合ボルト（低温側）、
３５，６２，６５……挿入孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クライオスタツトの真空容器内を区画する収
   納容器と、この収納容器に着脱可能に支持され段
   付シリンダの中間部に中温冷却ヘツド、先端部に
   低温冷却ヘツドを有する２段式ヘリウム冷凍機と
   を備え、超電導コイルを収納したヘリウム容器を
   ２重に包囲するよう前記真空容器に包蔵された中
   温輻射熱シールドおよび低温輻射熱シールドをそ
   れぞれ所定温度に冷却するものにおいて、前記真
   空容器に気密に連結された蓋板、この蓋板に伸縮
   管を介して気密に結合され前記中温輻射熱シール
   ドに導熱結合されるとともにその中央部に前記低
   温冷却ヘツドが通過しうる孔を有する中温導熱板
   を兼ねた中間フランジ、およびこの中間フランジ
   に前記伸縮管より小さい内径の伸縮管を介して気
   密に結合され前記低温輻射熱シールドに導熱結合
   された低温導熱板を兼ねた底板からなる収納容器
   と、前記蓋板の中央部に気密に連結支持されて前
   記収納容器に挿入され中温冷却ヘツドが前記中間
   フランジに、低温冷却ヘツドが前記底板に前記段
   付シリンダの軸線に向かつて所定の角度を保持し
   周方向の同じ角度領域に互いに同数個配された結
   合ボルトによつてそれぞれ結合された前記２段式
   ヘリウム冷凍機と、前記蓋板および中間フランジ
   それぞれに前記結合ボルトの配設角度領域の前記
   結合ボルトの軸線の延長方向に形成された前記結
   合ボルトの着脱工具の挿入孔とを備えたことを特
   徴とする超電導磁石の着脱式輻射熱シールド冷凍
   機装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   ２段式ヘリウム冷凍機の低温冷却ヘツドの到達温
   度がほぼ20K、中温冷却ヘツドの到達温度が50K
   ないし80Kであることを特徴とする超電導磁石の
   着脱式輻射熱シールド冷凍機装置。