JPH10313136A - 高温超伝導磁気シールド体用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気シールド体の冷却に冷媒の補給をするこ
となく、９０Ｋ以下に冷却でき、取り扱いが容易で長期
の連続運転が可能で且つ良好な磁気シールド特性が得ら
れる高温超伝導磁気シールド体用冷却装置を提供するこ
と。 【解決手段】 円筒形磁気シールド基板３の内周面に高
温超伝導体４を付着し、外周面に冷却管５を軸方向にジ
グザグ状に配管溶接し、これらの上面を断熱材９で被覆
して構成した高温超伝導磁気シールド体１の冷却管５の
入口と出口に夫々ヘリウムガスを冷却循環媒体とする冷
却装置２０の高圧配管２６と低圧戻り配管２７を接続す
ることにより磁気シールド体１を９０Ｋ以下に容易に冷
却できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は脳磁界計測や精密物理計
測の際に障害となる環境磁場をシールドするための高温
超伝導体を利用した磁気シールド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体窒素で高温超伝導シールド体を冷却
する方式の磁気シールド装置は従来から公知である。図
５は断面が円環状の真空容器３０内に液体窒素ＬＮ₂を
充填した貯槽３１を設置したもので、該貯槽は内周面に
高温超伝導体３２の薄層を有する磁気シールド体となる
内筒３３と外筒３４の二重筒からなっている。図６は図
５の竪型タイプを横型タイプにしたものである。

【０００３】これらのタイプは貯槽３１に充填している
液体窒素（ＬＮ₂）が窒素ガス（ＧＮ₂）となって消費す
ると液体窒素のレベルが低下して磁気シールド体上部の
温度が上昇し、高温超伝導体の磁気シールド性が低下す
る。磁気シールド特性を得るためには高温超伝導体を９
０Ｋ以下に冷却しなければならないので定期的に液体窒
素を補充しなければならない。貯槽が竪型の場合は高さ
が２メートルもあるので液体窒素の補充が困難であり、
また、冷媒に液体窒素を利用しているため８０Ｋ以下に
冷却することは不可能で高温超伝導体の磁気シールド特
性の向上に限界があった。

【０００４】図７のタイプは円筒形の磁気シールド基板
３５に螺旋状の蛇管３６をろう付し、該基板３５の内周
面に高温超伝導体３２の薄層を塗布してなる磁気シール
ド体を真空容器３０内に設置したものである。このタイ
プは液体窒素を蛇管３６に流して磁気シールド基板３５
を液体窒素による循環冷却するため、前記図５、図６の
貯槽タイプの欠点は改良されているが、螺旋状の蛇管を
円筒形の基板３５に一様に密着させることは加工上極め
て困難である。その上、磁気シールド基板３５に蛇管３
６をろう付けした後、高温超伝導体の後処理として焼鈍
処理（約８００℃）を行なわなければならないので焼鈍
処理の間にろう付箇所が溶融して剥離すると云う問題点
があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は冷媒の補給を
必要とすることがなく、磁気シールド体を９０Ｋ以下に
冷却でき、取り扱いが容易で長期の連続運転が可能で且
つ良好な磁気シールド特性が得られる高温超伝導磁気シ
ールド体用冷却装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】断面が円環状の真空容器
内に高温超伝導磁気シールド体を設置し、該磁気シール
ド体を超伝導状態に冷却する高温超伝導磁気シールド装
置において、前記磁気シールド体１は円筒形磁気シール
ド基板３の内周面に高温超伝導体４を付着し、外周面に
冷却管５を軸方向にジグザグ状に配管溶接した構造から
なり、ヘリウムガスを冷却循環媒体とする冷却装置２０
の高圧配管２６および低圧戻り配管２７と前記冷却管５
とを連通させたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明にかかる高温超伝導
磁気シールド体用冷却装置の全体図である。１は真空容
器２内に設置される磁気シールド体で、磁気シールド体
はニッケルまたは銀製の円筒形磁気シールド基板３の内
周面にセラミック質の高温超伝導体４の薄層が付着され
ており、磁気シールド基板３の外周面には図３、図４に
示すように該基板の軸線方向にニッケル製の冷却管５が
ジグザグ状に折り曲げられて所々で部分溶接６されてい
る。

【０００８】即ち、磁気シールド基板３の外周面の軸方
向に所定間隔で部分溶接された冷却管５は該基板の端部
ａ位置で、基板３の外周面に沿ってｂ位置まで１／４周
長周回させる。次に、ｂ位置から軸方向に前記と逆方向
にターンさせて基板３の端部ｃ位置まで外周面に沿わせ
て部分溶接６し、ｃ位置で前記と同様に基板３の外周面
に沿ってｄ位置まで１／４周長周回させる。そして、ｄ
位置からまた軸方向にターンさせて基板端部ｅ位置まで
外周面に沿わせて部分溶接６し、ｅ位置で再び基板３の
外周面に沿って前記同様基板３の外周面に沿って１／４
周長周回させここから軸方向にターンさせて基板端部位
置まで外周面に沿わせて部分溶接６している。

【０００９】つまり、冷却管５は磁気シールド基板３の
両端部近傍１／４周長おきにジグザグに折り曲げられて
基板３の外周面に９０度間隔で軸方向に溶接された構造
である。なお、冷却管５をその全長にわたって基板３に
連続溶接すると歪みの原因となるので所々を部分溶接し
ている。なお、７は管継手、８は冷却管５の入口および
出口が容易に折り曲げられるように、基板３の端部に設
けられた環状の把持具である。

【００１０】前記構造の磁気シールド基板３は合成繊維
の網とアルミ箔を多層に積重させた高性能の断熱材９で
被覆されて磁気シールド体１が構成されている。真空容
器２はＳＵＳ製外筒１０とＦＲＰ製内筒１１およびこれ
らの内外筒の空間を密閉するＦＲＰ製の上蓋１２、下蓋
１３で形成されており、前記磁気シールド体１は真空容
器２内の上下で断熱サポートにより支承されている。

【００１１】下部断熱サポートは真空容器の外筒１０の
下部と磁気シールド基板３の下部とを円周方向に数ヶ所
で、ＧＦＲＰ製のリンク機構１４で連結されており、上
部断熱サポートは真空容器の外筒１１の上部に円周方向
に数ヶ所で突設せるＧＦＲＰ製ブラケット１５で軸支し
ているローラ１６を前記断熱材９を貫通させて磁気シー
ルド基板３の上部外周面に当接させることにより磁気シ
ールド体１の熱収縮が吸収される構造となっている。な
お、ブラケット１５は磁気シールド基板３側に設置して
もよい。

【００１２】２０はヘリウムガスを冷却循環媒体とする
冷却装置で、該装置は小型冷凍機２１、圧縮機２２、バ
イパス弁２３、熱交換器２４、冷凍機熱交換部２５、高
圧配管２６、低圧戻り配管２７と、そして、前記冷凍機
２１の冷却シリンダ、熱交換器２４、冷凍機熱交換部２
５を封入する真空容器２８から構成されており、高圧配
管２６と低圧戻り配管２７は磁気シールド体１の冷却管
５の両端に接続され冷却循環媒体の閉回路が形成されて
いる。２９、２９は真空容器２と真空容器２８間に連結
され前記高圧配管２６および低圧戻り配管２７を被覆す
るフレキシブル管である。なお、小型冷凍機としては蓄
冷式のギフォード・マクマホンサイクルのヘリウム冷凍
機が使用される。

【００１３】次に本発明の作用について説明する。冷却
装置２０において、圧縮機２２を始動して冷凍機２１を
運転し、冷凍機熱交換部２５が所定の冷却温度に達する
と、バイパス弁２３を開く。高圧ヘリウムガスの一部は
熱交換器２４を経て冷凍機熱交換部２５で８０Ｋ以下に
冷却される。冷却されたヘリウムガスは高圧配管２６か
ら磁気シールド体１の冷却管５に流入し、磁気シールド
基板３と熱交換して磁気シールド基板３を冷却する。そ
して、磁気シールド基板３内周面の高温超伝導体４が９
０Ｋ以下に冷却されて超伝導状態となると、真空容器の
内筒１２の内側空間Ｖが磁気シールド空間となる。

【００１４】磁気シールド基板３と熱交換して昇温され
たヘリウムガスは冷却管５から低圧戻り配管２７を通っ
て熱交換器２４を経由して圧縮機２２の低圧側に返送さ
れ圧縮機２２から再び冷却媒体として送り出されて高圧
配管２６、冷却管５、低圧戻り配管２７と繰り返し循環
し冷却媒体を補充することなく磁気シールド基板３を冷
却できる。そして、磁気シールド基板３は高性能の断熱
材９で被覆されているので冷却管５を磁気シールド基板
３の軸方向にジグザグ状に配管し、磁気シールド基板３
へ冷却管の全長にわたって連続溶接しなくても磁気シー
ルド基板３を８０Ｋないし５０Ｋ以下にまで冷却でき
る。また、磁気シールド基板３と冷却管５はともにニッ
ケル材の溶接構造であるので、約８００℃で行なわれる
高温超伝導体の焼鈍処理の際に接合部が剥離することは
ない。さらに、軸方向のジグザグ配管により軸方向の温
度分布を僅少にすることができるとともに、より高性能
の磁気シールド性能が得られる。

【００１５】磁気シールド基板３の一端部は真空容器１
の外筒１１と断熱材からなるリンク機構１５と、そして
他端部は外筒１と断熱材を介してローラと当接している
ため、磁気シールド体の熱歪みを吸収できる。さらに、
冷却装置２０の真空容器２８と真空容器２とはフレキシ
ブル管２９、２９で連結されているため冷却装置の振動
が真空容器２へ伝播することがない。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、ヘリウムガスを冷却循環媒体
とする冷却装置を使用するため、冷却装置の運転を開始
するだけで磁気シールド基板３を液体窒素温度以下の温
度域まで冷却できるとともに、冷却媒体の補給をしなく
ても長期の無人連続運転が可能で、安定した磁気シール
ド特性が得られる高温超伝導体磁気シールド装置を提供
できる。さらに、本発明の磁気シールド体は磁気シール
ド基板に冷却管を軸方向にジグザグ状に配置して所々を
溶接するだけでよいから冷却管を螺旋状に巻回する従来
のものに較べて加工が極めて容易であり、軸方向の温度
分布が僅少である。また、高温超伝導体の後処理として
の焼鈍処理に際して冷却管が磁気シールド基板から剥離
するおそれは全くない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高温超伝導磁気シールド体用冷
却装置の全体説明図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。

【図３】本発明にかかる磁気シールド基板の正面図。

【図４】図３におけるＢ−Ｂ線断面図。

【図５】公知の高温超伝導磁気シールド装置の説明図。

【図６】公知の他の高温超伝導磁気シールド装置の説明
図。

【図７】公知の他の高温超伝導磁気シールド装置の説明
図。

【符号の説明】

１ 磁気シールド体 ２
真空容器 ３ 磁気シールド基板 ４
高温超伝導体 ５ 冷却管 ９
断熱材 １０ 真空容器外筒 １１
真空容器内筒 １４ リンク機構 １６
ローラ ２０ 冷却装置 ２１
小型冷凍機 ２２ 圧縮機 ２３
バイパス弁 ２４ 熱交換器 ２５
冷凍機熱交換部 ２６ 高圧配管 ２７
低圧戻り配管 ２８ 真空容器 ２９
フレキシブル管 ３０ 真空容器 ３１
貯槽 ３２ 高温超伝導体 ３５
磁気シールド基板 Ｖ 磁気シールド空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000153214 株式会社日本計器製作所 東京都大田区南久が原１丁目13番６号 (72)発明者 楢崎 勝弘 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重機 械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 恒松 正二 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重機 械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 古薮 幸夫 東京都品川区北品川五丁目９番11号 住友 重機械工業株式会社内 (72)発明者 太田 浩 東京都中野区鷺宮３ー16ー２ (72)発明者 星野 和友 埼玉県上尾市大谷本郷441ー19 (72)発明者 小池 淳 埼玉県戸田市上戸田５ー10ー17ー403 (72)発明者 須藤 英一 福岡県大牟田市大字三池604ー４ 東建設 マンション503号 (72)発明者 亀川 豊 東京都大田区南久が原１丁目13番６号 株 式会社日本計器製作所内 (72)発明者 中山 清 東京都大田区南久が原１丁目13番６号 株 式会社日本計器製作所内 (72)発明者 清水 輝夫 東京都大田区南久が原１丁目13番６号 株 式会社日本計器製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断面が円環状の真空容器内に高温超伝導磁
   気シールド体を設置し、該磁気シールド体を超伝導状態
   に冷却する高温超伝導磁気シールド装置において、前記
   磁気シールド体（１）は円筒形磁気シールド基板（３）
   の内周面に高温超伝導体（４）を付着し、外周面に冷却
   管（５）を軸方向にジグザグ状に配管溶接した構造から
   なり、ヘリウムガスを冷却循環媒体とする冷却装置（２
   ０）の高圧配管（２６）および低圧戻り配管（２７）と
   前記冷却管（５）とを連通させたことを特徴とする高温
   超伝導磁気シールド体用冷却装置。
2. 【請求項２】円筒形磁気シールド基板（３）および冷却
   管（５）はニッケルまたは銀製であって、両者は部分溶
   接で接合されていることを特徴とする請求項１記載の高
   温超伝導磁気シールド体用冷却装置。
3. 【請求項３】円筒形磁気シールド基板（３）および冷却
   管（５）は断熱材で被覆されていることを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の高温超伝導磁気シールド体
   用冷却装置。
4. 【請求項４】高温超伝導磁気シールド体（１）は真空容
   器（２）内に断熱サポートされていることを特徴とする
   請求項１または請求項２または請求項３記載の高温超伝
   導磁気シールド体用冷却装置。
5. 【請求項５】断熱サポートは磁気シールド基板（３）の
   一端部を真空容器の外筒（１０）と断熱材からなるリン
   ク機構（１４）で連結し、他端部を断熱材を介してロー
   ラ（１６）と当接させていることを特徴とする請求項４
   記載の高温超伝導磁気シールド体用冷却装置。