JPH061996U - 低温容器における冷凍機接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍機によるシールド部材の良好な冷却能力
を安定して得る。 【構成】 真空容器２０に冷凍機２２を固定し、８０Ｋ
シールド板１８に８０Ｋ熱伝導ブロック３４を接続す
る。この８０Ｋ熱伝導ブロック３４に、バネ部４４をも
つ内側軸４２を固定し、真空容器２０のフランジ部３０
に外側軸４１を固定して、これら外側軸４１と内側軸４
２を両軸の離間距離が可変となるようにナット部材４６
を介して連結する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、クライオスタット、特に真空容器内にシールド部材が配されるクラ イオスタット等の低温容器において、上記シールド部材に保冷用の冷凍機を接続 するための構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

内部に低温物質を収容する低温容器、例えば、超電導マグネットを内包し、内 部に液体ヘリウムを収容するクライオスタットにおいては、運転コストの低減及 び作業負荷の低減という観点から、液体ヘリウムの保持時間を極力長くすること が非常に重要である。その手段としては、上記クライオスタットの液体ヘリウム 槽と外側の真空容器との間に輻射シールド板を配設するとともに、この輻射シー ルド板に冷凍機を接続して低温状態を維持することが非常に有効である（例えば 特開平３−９４４８３号公報参照）。

【０００３】 図４は、従来のクライオスタットにおける冷凍機と輻射シールド板との接続構 造の一例を示したものである。図示のクライオスタットは、その内側から順に、 液体ヘリウム槽８０、温度レベルが２０Ｋの輻射シールド板（以下、２０Ｋシー ルド板と称する。）８２、８０Ｋシールド板８４、及び真空容器８６を備え、真 空容器８６の外側にフランジ部８７が形成されており、このフランジ部８７にフ ランジ８８を介して冷凍機９０が装着されている。この冷凍機９０は、８０Ｋコ ールドエンド（寒冷出力部）９２ａ及び２０Ｋコールドエンド９２ｂを有する２ 段冷凍機であり、膨張装置駆動用モータを内蔵するモータ収納部９１に薄肉円筒 状のハウジング９１ａを介して８０Ｋコールドエンド９２ａが接続され、さらに 同形状のハウジング９１ｂを介して２０Ｋコールドエンド９２ｂが接続されてい る。そして、上記８０Ｋコールドエンド９２ａが上記８０Ｋシールド板８４のす ぐ外側に位置し、かつ２０Ｋコールドエンド９２ｂが上記２０Ｋシールド板８２ のすぐ外側に位置するように冷凍機９０全体が配されている。

【０００４】 一方、上記フランジ部８７にはベローズ９６を介して銅製の８０Ｋ熱伝導ブロ ック９３が一体に接続され、かつこの８０Ｋ熱伝導ブロック９３にベローズ９８ を介して２０Ｋ熱伝導ブロック９４が一体に接続されている。これらの熱伝導ブ ロック９３，９４は、銅網線９５を介して上記８０Ｋシールド板８４及び２０Ｋ シールド板８２にそれぞれ熱伝達可能に接続され、かつ容器内外方向（図では上 下方向）に変位可能となっている。そして、各ベローズ９６，９８の引張ばね力 により、上記８０Ｋ熱伝導ブロック９３及び２０Ｋ熱伝導ブロック９４がそれぞ れ８０Ｋコールドエンド９２ａ及び２０Ｋコールドエンド９２ｂの外周部下面に 所定の面圧で接触しており、これによって、８０Ｋ熱伝導ブロック９３及び銅網 線９５を介しての８０Ｋコールドエンド９２ａと８０Ｋシールド板８４との熱伝 達、及び２０Ｋ熱伝導ブロック９４及び銅網線９５を介しての２０Ｋコールドエ ンド９２ｂと２０Ｋシールド板８２との熱伝達が行われるようになっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記構造において、８０Ｋコールドエンド９２ａから８０Ｋ熱伝導ブロック９ ３への熱伝達率は、両者の熱接触部分の面圧で決まり、換言すれば、ベローズ９ ６が８０Ｋ熱伝導ブロック９３を引張るバネ力、すなわちベローズ９６のバネ定 数により決まる。よって、上記熱伝達率ひいては冷却効率を高めるためには、ベ ローズ９６のバネ定数を高くして大きな面圧を得ることが重要であるが、冷凍機 ９０において上記コールドエンド９２ａを支持するハウジング９１ａは高い断熱 性を得るために断面積の小さい薄肉金属パイプで構成されているため、上記バネ 定数を高くしてあまり大きな負荷を与えるとハウジング９１ａが変形し、却って 冷却効率を下げるおそれがある。従って、上記ベローズ９６のバネ定数は特定の 適切な値に定める必要がある。

【０００６】 しかしながら、このベローズ９６のバネ定数には製造上バラツキがあり、常に 安定して所望のバネ定数をもつベローズ９６を製造することは非常に困難である 。このため、このバネ定数が低めに外れた場合には、十分な面圧が得られないた めにシールド板８４の冷却効率が下がる一方、バネ定数が高めに外れた場合には 、過剰の圧力でハウジング９１ａが変形するおそれが生じる。

【０００７】 本考案は、このような事情に鑑み、冷凍機によるシールド部材の冷却能力を安 定して得ることができる冷凍機接続構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、外側容器と、この外側容器内に収容されるシールド部材と、上記外 側容器に固定され、上記シールド部材に接続される冷凍機とを備えた低温容器に おいて、上記シールド部材に熱伝達可能でかつシールド部材に対して容器の内外 方向に移動可能となるように接続され、上記冷凍機の寒冷出力部に容器内側から 接触する熱伝導部材と、この熱伝導部材と上記外側容器とを連結する連結部材と を備えるとともに、この連結部材として、上記熱伝導部材から容器外側方向に延 びる内側連結部材と、上記外側容器から容器内側方向に延びる外側連結部材と、 内側連結部材と外側連結部材とを両者の容器内外方向の離間距離が可変となるよ うに連結する中間連結部材とを備え、上記内側連結部材、外側連結部材の少なく とも一方に容器内外方向にバネ部を設け、その引張バネ力で上記熱伝導部材を上 記寒冷出力部に圧接させたものである（請求項１）。

【０００９】 より具体的には、上記中間連結部材を内側連結部材、外側連結部材のいずれか 一方の端部に回転可能に装着するとともに、他方の端部と中間連結部材とに互い に螺合可能なねじ部を設けたものが好適である（請求項２）。

【００１０】

【作用】

上記構成によれば、外側連結部材や内側連結部材に形成されたバネ部のバネ定 数にバラツキがあっても、これに応じて内側連結部材と外側連結部材との離間距 離を変えることにより、上記バネ部の引張バネ力ひいては熱伝導部材と冷凍機の 寒冷出力部との間の面圧を、所望の値に調節することができる。

【００１１】 より具体的に、請求項２記載の構造によれば、中間連結部材と内側連結部材や 外側連結部材とを螺合した状態で中間連結部材を回転させることにより、内側連 結部材と外側連結部材との距離を変えることができる。

【００１２】

【実施例】

本考案の第１実施例を図１〜図３に基づいて説明する。

【００１３】 図３に示すクライオスタット（低温容器）１０は、ドーナツ状の超電導マグネ ット１２及び液体ヘリウム１３を収容する液体ヘリウム槽１４を備え、この液体 ヘリウム槽１４が真空容器２０内に真空状態で収容されるとともに、液体ヘリウ ム槽１４と真空容器２０との間に、温度レベルが２０Ｋの輻射シールド板（以下 、２０Ｋシールド板と称する。）１６及び温度レベルが８０Ｋの輻射シールド板 （以下、８０Ｋシールド板と称する。）１８が内側から順に配されている。詳し くは、上記液体ヘリウム槽１４の上部から、蒸発ヘリウムガス放出用の首管１４ ａが上方に延設され、この首管１４ａの上端部が真空容器２０の上端部に溶接で 接合されるとともに、この首管１４ａの中腹部に両シールド板１６，１８の上端 部が固定されている。

【００１４】 さらに、このクライオスタット１０では、液体ヘリウム槽１４内の低温維持を 図るために上記両シールド板１６，１８に冷凍機２２が接続されている。

【００１５】 この接続構造を図１に示す。図示の冷凍機２２は、温度レベルが８０Ｋのコー ルドエンド（本考案における寒冷出力部；以下８０Ｋコールドエンドと称する。 ）２４及び温度レベルが２０Ｋのコールドエンド（以下２０Ｋコールドエンドと 称する）２６を順に有する２段冷凍機であり、膨張装置駆動用モータを内蔵する モータ収納部２１を備えている。そして、このモータ収納部２１に薄肉円筒状の ハウジング２３を介して上記８０Ｋコールドエンド２４が接続され、さらに同形 状のハウジング２５を介して２０Ｋコールドエンド２６が接続されている。各部 の外径は、モータ収納部２２、ハウジング２３、ハウジング２５の順に大きく、 ８０Ｋコールドエンド２４の外径はハウジング２３の外径よりも僅かに大きく、 ２０Ｋコールドエンド２６の外径はハウジング２５の外径よりも僅かに大きくな っている。

【００１６】 この冷凍機２２の取付構造としては、上記真空容器２０の天壁から上方にフラ ンジ部３０が延設され、このフランジ部３０にフランジ３２が固定されている。 このフランジ３２には上記８０Ｋコールドエンド２４よりも大径の中央貫通穴３ １が設けられており、この中央貫通穴３１から真空容器２０内にハウジング２３ ，２５を挿入した状態で、モータ収納部２１の周縁部が上記フランジ３２に固定 されている。

【００１７】 これに対し、８０Ｋシールド板１８において上記冷凍機２２の配設位置に対応 する位置には貫通穴１８ａが設けられ、この貫通穴１８ａの直上方の位置、換言 すれば上記８０Ｋコールドエンド２４と接触可能な位置に、銅等の熱伝達率の高 い材料で形成された８０Ｋ熱伝導ブロック３４が水平状態で配設されている。こ の８０Ｋ熱伝導ブロック３４は、上記８０Ｋコールドエンド２４の外径よりも大 きくかつ貫通穴１８ａの穴径よりも小さい外径を有し、その周縁部が銅網線３８ を介して８０Ｋシールド板１８に熱伝達可能に接続されている。

【００１８】 この８０Ｋ熱伝導ブロック３４の中央には上記２０Ｋコールドエンド２６の外 径よりも大きな穴径をもつ貫通穴３３が設けられ、この貫通穴３３に対して容器 外側から内側へハウジング２５及び２０Ｋコールドエンド２６が挿通されている 。これに対し、２０Ｋシールド板１８において上記冷凍機２２の配設位置に対応 する位置に貫通穴１６ａが設けられ、この貫通穴１６ａの直上方の位置、換言す れば上記２０Ｋコールドエンド２６と接触可能な位置に２０Ｋ熱伝導ブロック３ ６が水平状態で配設されている。この２０Ｋ熱伝導ブロック３６は、上記２０Ｋ コールドエンド２６の外径よりも大きくかつ貫通穴１６ａの穴径よりも小さい外 径を有し、その周縁部が銅網線４０を介して２０Ｋシールド板１６に熱伝達可能 に接続されている。

【００１９】 上記８０Ｋ熱伝導ブロック３４は、本考案の特徴となる複数本の連結部材４０ を介して前記フランジ部３０に連結されている。これらの連結部材４０は、フラ ンジ部３０及び８０Ｋ熱伝導ブロック３４の周方向に並べて配設されている。

【００２０】 各連結部材４０は、フランジ部３０の内周部下面から下方に延びる外側軸（外 側連結部材）４１と、８０Ｋ熱伝導ブロック３４の外周部上面から上方に延びる 内側軸（内側連結部材）４２とを備え、両軸４１，４２は一直線上に並んでいる 。内側軸４２の途中にはコイル状のバネ部４４が形成され、このバネ部４４は上 下方向に引張られた状態となっている。

【００２１】 この内側軸４２と上記外側軸４１とはナット部材（中間連結部材）４６を介し て連結されている。このナット部材４６は、図２に示すように、中央に上下方向 の貫通穴をもつ筒状に形成されており、この貫通穴の上部内周面に雌ねじ４６ａ が形成され、下部内周面に上記雌ねじ４６ａと逆向きの雌ねじ４６ｂが形成され ている。これに対し、上記外側軸４１の下端外周面には上記雌ねじ４６ａと螺合 可能な雄ねじ４１ａが形成され、内側軸４２の上端外周面には上記雌ねじ４６ｂ と螺合可能な雄ねじ４２ａが形成されており、これらの螺合が行われた状態で、 ナット部材４６の上下にナット部材回転止め用のナット４８が締め付けられてい る。

【００２２】 従って、これら上下のナット４８をゆるめ、ナット部材４６を回転させること により、外側軸４１の下端部と内側軸４２の上端部とを接近させ、あるいは離間 させることが可能となっている。

【００２３】 また、２０Ｋ熱伝導ブロック３６は、上記連結部材４０と同様の複数の連結部 材５０を介して上記８０Ｋ熱伝導ブロック３４に連結されている。すなわち、上 記連結部材５０は、８０Ｋ熱伝導ブロック３４の下面から下方に延びる外側軸５ １と、２０Ｋ熱伝導ブロック３６の上面から上方に延びる内側軸５２とを備え、 この内側軸５２の途中にコイル状のバネ部５４が形成されるとともに、この内側 軸５２の上端と上記外側軸５１の上端とが前記図２に示したナット部材４６と同 構造のナット部材５６を介して連結されている。そして、上記８０Ｋコールドエ ンド２４の外周部下面がバネ部４４の引張バネ力で８０Ｋ熱伝導ブロック３４の 内周部上面に圧接し、２０Ｋコールドエンド２６の下面がバネ部５４の引張バネ 力で熱伝導ブロック３６の上面に押付けた状態で、冷凍機２２のモータ収納部２ １の外周部下面がフランジ３２の上面に固定されている。

【００２４】 このような構造によれば、８０Ｋ熱伝導ブロック３４がバネ部４４の引張バネ 力で８０Ｋコールドエンド２４の下面に圧接し、２０Ｋ熱伝導ブロック３６がバ ネ部５４の引張バネ力で２０Ｋコールドエンド２６の下面に圧接するため、これ らの面圧により、８０Ｋコールドエンド２４から出力される寒冷が８０Ｋ熱伝導 ブロック３４及び銅網線３８を介して８０Ｋシールド板１８に伝達され、同様に ２０Ｋコールドエンド２６から出力される寒冷が２０Ｋ熱伝導ブロック３６及び 銅網線４０を介して２０Ｋシールド板１６に伝達される。

【００２５】 ここで、８０Ｋコールドエンド２４から８０Ｋ熱伝導ブロック３４への熱伝達 率は、８０Ｋコールドエンド２４と８０Ｋ熱伝導ブロック３４との面圧で決まる が、この面圧は、バネ部４４のバネ定数にバラツキがあれば、これに応じて当然 変化することとなる。

【００２６】 しかしながら、この構造では、図２に示す回り止め用のナット４８をゆるめ、 ナット部材４６を回転させることにより、外側軸４１の下端部と内側軸４２の上 端部とを自由に接近させ、あるいは離間させることができるので、この操作を各 バネ部４４のバネ定数に応じて予め行っておくことにより、このバネ定数にバラ ツキがある場合にも各連結部材４０において所望の引張バネ力を安定して得るこ とができる。すなわち、バネ部４４のバネ定数が標準よりも大きい場合には、ナ ット部材４６を回して外側軸４１と内側軸４２とを離間させることにより、上記 バネ部４４の伸び量を減らしてバネ部４４による引張力を抑え、逆に、バネ部４ ４のバネ定数が標準よりも小さい場合には、ナット部材４６を回して外側軸４１ と内側軸４２とを近付け、上記バネ部４４の伸び量を増やしてバネ部４４による 引張力を増強することにより、バネ部４４のバネ定数にかかわらず所望の引張バ ネ力を得ることができる。これにより、上記面圧も常に所望の圧力に調節するこ とができ、これにより、冷凍機２２による安定した冷却能力を得ることができる 。同様に、ナット部材５６において連結部材５０の調節を行うことにより、バネ 部５４のバネ定数にかかわらず２０Ｋコールドエンド２６と２０Ｋ熱伝導ブロッ ク３６との面圧を常に一定に保持することができる。

【００２７】 なお、本考案はこのような実施例に限定されるものでなく、例として次のよう な態様をとることも可能である。

【００２８】 (1) 上記実施例では、内側軸４２側にバネ部４４を形成したものを示したが、 本考案はこれに限らず、外側軸４１側にバネ部４４を形成してもよいし、外側軸 ４１及び内側軸４２の双方にバネ部４４を形成してもよい。

【００２９】 (2) 上記実施例では、本考案における中間連結部材として、外側軸４１及び内 側軸４２の双方に螺合するナット部材４６を用いたものを示したが、このナット 部材４６を外側軸４１、内側軸４２のいずれか一方の端部にのみ螺合する構造と し、他方の端部には単に回転可能となるように取付けるだけでも上記と同様の効 果を得ることができる。また、本考案において、中間連結部材側に雄ねじを設け 、外側連結部材あるいは内側連結部材に雌ねじを設けるようにしてもよい。

【００３０】 (3) 上記実施例では、２段冷凍機２２を用いて８０Ｋシールド板１８及び２０ Ｋシールド板１６の双方を冷却するものを示したが、いずれか一方のシールド板 のみに冷凍機を接続する場合にも本考案を適用することができる。例えば、２０ Ｋシールド板１６のみを冷凍機２２で冷却する場合には、上記２０Ｋ熱伝導ブロ ック３６を上記連結部材４０と同様の連結部材を介して直接真空容器２０側に連 結すればよい。

【００３１】 また、単一のシールド板のみを具備する低温容器にも本考案を適用できること はいうまでもない。

【００３２】 (4) 上記実施例では、内側軸４２にこれと一体にバネ部４４を形成したものを 示したが、上記内側軸４２をその軸方向に２本に分割し、これらの分割軸同士を 既製のバネ部材を介して連結するようにしても、上記と同様の効果を得ることが できる。

【００３３】

【考案の効果】

以上のように本考案は、シールド部材を収納する外側容器と、シールド部材側 に接続され、かつ冷凍機の寒冷出力部に接触する熱伝導部材とを連結するととも に、その手段として、上記熱伝導部材側の内側連結部材と、上記外側容器側の外 側連結部材とを両者の容器内外方向の距離が可変となるように中間連結部材で連 結し、上記内側連結部材、外側連結部材の少なくとも一方の途中に設けたバネ部 の引張バネ力で上記熱伝導部材と寒冷出力部との面圧を得るようにしたものであ るので、上記バネ部のバネ定数にバラツキがある場合にも、これに応じて内側連 結部材と外側連結部材との離間距離を調節することにより、常に一定の面圧を得 ることができ、これにより、冷凍機によるシールド板の冷却能力の安定化を図る ことができる効果がある。

【００３４】 より具体的に、請求項２記載の構造では、中間連結部材が内側連結部材または 外側連結部材に螺合した状態で連結が行われているので、この中間連結部材を回 転させるだけの簡単な操作で、外側連結部材と内側連結部材との離間距離の調節 すなわち冷凍機寒冷出力部と熱伝導部材との面圧の調節を行うことができる効果 がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例におけるクライオスタットに
設けられた冷凍機の取付構造を示す断面正面図である。

【図２】上記構造に用いられるナット部材の断面正面図
である。

【図３】上記クライオスタットの全体構成図である。

【図４】従来のクライオスタットにおける冷凍機の取付
構造を示す断面正面図である。

【符号の説明】

１０ クライオスタット（低温容器） １８ ８０Ｋシールド板（シールド部材） ２０ 真空容器（外側容器） ２２ 冷凍機 ２４ ８０Ｋコールドエンド（寒冷出力部） ３４ ８０Ｋ熱伝導ブロック（熱伝導部材） ４０ 連結部材 ４１ 外側軸（外側連結部材） ４２ 内側軸（内側連結部材） ４４ バネ部 ４６ ナット部材（中間連結部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 斉藤 一功 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側容器と、この外側容器内に収容され
   るシールド部材と、上記外側容器に固定され、上記シー
   ルド部材に接続される冷凍機とを備えた低温容器におい
   て、上記シールド部材に熱伝達可能でかつシールド部材
   に対して容器の内外方向に移動可能となるように接続さ
   れ、上記冷凍機の寒冷出力部に容器内側から接触する熱
   伝導部材と、この熱伝導部材と上記外側容器とを連結す
   る連結部材とを備えるとともに、この連結部材として、
   上記熱伝導部材から容器外側方向に延びる内側連結部材
   と、上記外側容器から容器内側方向に延びる外側連結部
   材と、内側連結部材と外側連結部材とを両者の容器内外
   方向の離間距離が可変となるように連結する中間連結部
   材とを備え、上記内側連結部材、外側連結部材の少なく
   とも一方にバネ部を設け、このバネ部の引張バネ力で上
   記熱伝導部材を上記寒冷出力部に圧接させたことを特徴
   とする低温容器における冷凍機接続構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の低温容器における冷凍機
   接続構造において、上記中間連結部材を内側連結部材、
   外側連結部材のいずれか一方の端部に回転可能に装着す
   るとともに、他方の端部と中間連結部材とに互いに螺合
   可能なねじ部を設けたことを特徴とする低温容器におけ
   る冷凍機接続構造。