JPH0554976U - 低温冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案の目的は、外側が真空遮断された構造
体の内側に形成された閉囲空間内で液体窒素、液体ヘリ
ウム等の低温冷却媒体を気化させてその蒸発潜熱によ
り、構造体を冷却するに際し、構造体の所要強度を低減
できるようにした低温冷却装置を提供する 【構成】 真空装置を備えて、液体窒素、液体ヘリウム
等の低温冷却媒体を気化させる閉囲空間の圧力を０．２
気圧（絶対）以下になるようにする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、外側が真空断熱された構造体の内側に形成された閉囲空間内で気化 させた液体窒素、液体ヘリウム等の低温冷却媒体の蒸発潜熱により、構造体を冷 却する低温冷却装置、特に前記構造体に高温超電導体が配設された機器、例えば 超電導磁気シールド等を冷却する低温冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

構造体、例えばその構造体の表面に高温超電導体を有する超電導磁気シールド 等の機器を極低温に冷却する場合には、周囲との断熱性を良くして冷却効率を上 げるために構造体を真空中に配置して真空断熱方式により外部からの熱侵入を防 止しながら、構造体の内側に形成された閉囲空間内で液体窒素、液体ヘリウム等 の低温冷却媒体を気化させてその蒸発潜熱により、構造体を冷却している。 従来の低温冷却装置では、低温冷却媒体が気化する閉囲空間は大気圧と同じ圧 力になっているので、構造体は周囲の真空環境との圧力差に抗するために高い機 械的強度を必要とし、そのため重量が重くかつ構造も複雑となり、更には重い重 量と複雑な構造のため構造体の冷却性に制約を加えていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、上述のようにして上記構造体を冷却するに際し、構造体の所 要強度を低減できるようにした低温冷却装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案者は、鋭意検討の結果、構造体の機械的強度を低減する解決法として、 構造体の内側に形成され、低温冷却媒体が気化する閉囲空間と構造体の外側の真 空環境との圧力差を減少させることが有効であることを知見した。 即ち，上記目的は、次の本考案に係る特徴を有する低温冷却装置により達成され た。それは、外側が真空断熱された構造体の内側に形成された閉囲空間内で気化 させた液体窒素、液体ヘリウム等の低温冷却媒体の蒸発潜熱により前記構造体を 冷却するに際し、真空装置を備えて閉囲空間の圧力を０．２気圧（絶対）以下に なるようにしたことを特徴とする低温冷却装置である。

【０００５】 構造体１０は、図１に示すように、外側が真空断熱層１１により真空断熱され 、内側には液体窒素、液体ヘリウム等の低温冷却媒体が気化することにより冷却 される被冷却空間１２を閉囲している。 本考案に係る低温冷却装置は、被冷却空間１２と連通する真空ポンプ等の真空 装置１４と、被冷却空間１２内に設けられた液体冷媒気化装置１８に液体冷媒を 供給する液体冷媒供給装置１６とを備え、更に好適には液体冷媒供給管２０と真 空装置の吸気管２２とにそれぞれ供給量調節弁２４と排気量調節弁２６とを備え ている。尚、真空装置１４、液体冷媒供給装置１６、液体冷媒気化装置１８等は 、既知の装置である。 被冷却空間１２を０．２気圧以下の所定圧力になるように真空装置１４により 減圧し、減圧された被冷却空間１２に低温冷却媒体を導入して蒸発させ、その蒸 発潜熱により被冷却空間１２を閉囲する構造体１０を冷却する。 被冷却空間１２の気圧を０．２気圧以下としたのは、０．２気圧以上の圧力で あると本考案の効果が顕著でないからである。 以上の構成により、被冷却空間の圧力が低くなり、周囲の真空との圧力差が減 少するので、被冷却空間を閉囲する構造体の所要強度を低減することが出来る。 またこのとき気化したガスは空間に拡がり易く被冷却空間内及び構造体に存在す る温度差を小さくする働きもする。 以下に、添付図面を参照して実施例に基づき本考案をより詳細に説明する。

【０００６】

【実施例】

第２図に超電導磁気シールドを冷却するための本考案に係る低温冷却装置の実 施例装置５０を示す。 超電導磁気シールドは、図２に示すように長手方向線に沿った断面がヘアピン 状の超電導体製円筒体２８と、該超電導体製円筒体２８の形状に沿ってその周囲 を包囲する真空容器３０とから構成されている。真空容器３０と超電導体製円筒 体２８との間の２個の外側環状空間部３２と内側環状空間部３４とは、本考案に 係る装置の真空装置とは別の排気系により０．０００１torrに保持されて、超電 導体製円筒体２８を真空断熱している。 超電導体製円筒体２８は、長さ２ｍの２個の同心状の外側円筒壁３６Ａ、内側 円筒壁３６Ｂと、それぞれの一方の端面を閉じる同心の外側半球壁３８Ａ、及び 内側半球壁３８Ｂと、それぞれの他方の端面が形成する環状面を閉じる環状板４ ０からなる構造体である。超電導体製円筒体２８は、その内側に被冷却空間１２ を閉囲形成している。超電導体製円筒体２８の円筒壁３６Ｂ、半球壁３８Ｂの外 側、即ち真空容器３０の壁と対面する側には、それぞれ３００ミクロン厚さの高 温超電導体層４２が高温超電導体のコ─ティングにより形成されている。

【０００７】 低温冷却装置５０は、被冷却空間１２と連通する真空ポンプ１４と、被冷却空 間１２に設けられた液体窒素気化装置１８と、液体窒素気化装置１８に液体窒素 を供給する液体窒素供給装置１６とを備えている。 被冷却空間１２の圧力を真空ポンプ１４により０．２気圧（絶対）に維持しな がら、液体窒素供給管２０を介して液体窒素供給装置１６から液体窒素気化装置 １８に液体窒素を導いて気化させることにより、超電導体製円筒体２８の超電導 体層４２を６６Ｋに冷却し、領域４４に超電導磁気シールド効果を発揮させるこ とができる。 超電導体製円筒体２８、即ち被冷却空間１２を閉囲する構造体の内外圧力差は 、従来の約１．０気圧に較べて、０．２気圧と大幅に低下するので、超電導体製 円筒体２８の機械的所要強度はそれに相応して低減し、その構造は非常に簡単に なる。

【０００８】 第３図に別の超電導磁気シールドを冷却するための本考案に係る低温冷却装置 の別の実施例装置６０を示す。 超電導磁気シールドは、超電導体製円筒体の長さが３ｍであること以外は全て 、前述の超電導磁気シールドと同じ構成になっている。よって、同じ部品には同 じ参照番号を附し、かつその説明を省略する。 低温冷却装置６０は、低温冷却装置５０の真空ポンプ１４と液体窒素供給装置 １６と液体窒素気化装置１８に加えて、供給量調節弁２４と排気量調節弁２６と をそれぞれ液体窒素供給管２０及び真空ポンプ１４の吸気管２２に備え、供給量 調節弁２４及び排気量調節弁２６を調節することにより液体窒素供給量及び排気 量をそれぞれ変化させることができる。

【０００９】 低温冷却装置６０は、０．２気圧（絶対）以下なっている被冷却空間１２に、 液体窒素を導入し、気化させ、その蒸発潜熱により被冷却空間１２を閉囲する超 電導体製円筒体２８を冷却する。真空ポンプ１４の排気量を排気量調節弁２６に より調節して被冷却空間１２の圧力を所要真空圧にすることにより、超電導体製 円筒体２８の高温超電導体層４２を６３Ｋから７８Ｋの間の、又はその以上の所 望の温度に冷却し、かつその温度に保持して領域４４において超電導磁気シール ド効果を発揮させることができる。 また、液体窒素供給管２０を介して液体窒素供給装置１６から液体窒素気化装 置１８に供給される液体窒素の供給量を供給量調節弁２４により調節することに より、被冷却空間１２に保持される液体窒素量を調整することができる。更に、 気化したガスの滞留のため又は循環不十分のため、温度が十分低下しない部分が 生じる場合には、気化する量以上に液体窒素を導入し、液体窒素を直接接触させ ることによって所要温度に均一に冷却が出来る。

【００１０】

【考案の効果】

本考案は、外側が真空断熱された構造体の内側に閉囲された被冷却空間内で気 化させた液体窒素、液体ヘリウム等の低温冷却媒体の蒸発潜熱により構造体を極 低温に冷却するに際し、被冷却空間を減圧状態に維持することにより、構造体、 例えば超電導磁気シールド等の構造体の所要強度を大幅に低下させることができ る。 従って、本考案は、技術上及び医療上有用な超電導磁気シールド等の用途に使 用でき、工業的価値も大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る低温冷却装置を模式的に示す原理
図である。

【図２】超電導磁気シールドを冷却するための本考案に
係る実施例装置の模式的系統図であって、超電導磁気シ
ールドはその断面が図解的に示されている。

【図３】超電導磁気シールドを冷却するための本考案に
係る別の実施例装置の模式的系統図であって、超電導磁
気シールドはその断面が図解的に示されている。

【符号の説明】

１０ 構造体 １１ 真空断熱層 １２ 被冷却空間 １４ 真空ポンプ １６ 液体窒素供給装置 １８ 液体冷媒気化装置 ２０ 液体冷媒供給管 ２２ 真空装置の吸気管 ２４ 液体窒素供給量調節弁 ２６ 排気量調節弁 ２８ 超電導体製円筒体 ３０ 真空容器 ３２ 外側環状空間部 ３４ 内側環状空間部 ３６ 円筒壁 ３８ 半球壁 ４０ 環状板 ４２ 高温超電導体層 ５０ 本考案に係る低温冷却装置の実施例装置 ６０ 本考案に係る低温冷却装置の別の実施例装置

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側が真空断熱された構造体の内側に形
   成された閉囲空間内で気化させた液体窒素、液体ヘリウ
   ム等の低温冷却媒体の蒸発潜熱により前記構造体を冷却
   するに際し、真空装置を備えて前記閉囲空間の圧力を
   ０．２気圧（絶対）以下になるようにしたことを特徴と
   する冷却装置。