JPS5868909A - 極低温容器用内槽支持装置 - Google Patents

極低温容器用内槽支持装置

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JPS5868909A
JPS5868909A JP56167085A JP16708581A JPS5868909A JP S5868909 A JPS5868909 A JP S5868909A JP 56167085 A JP56167085 A JP 56167085A JP 16708581 A JP16708581 A JP 16708581A JP S5868909 A JPS5868909 A JP S5868909A
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知 鈴木
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導装置に係シ、特に装置に内在する極低温
内槽の支持装置に関する。
磁気浮上走行車用超電導研石においては、磁界発生源と
して電気抵抗が零である超電導コイルが用いられている
。この超電導コイルでは、超電導状態を発生、維持する
ために、超電導コイルを極低温状態に冷却、保持する必
要がある。超電導コイルを極低温に冷却、保持するため
の冷媒には液体ヘリウムが使用され゛る。゛ニジかじ、
この液体ヘリウムは高価であること、蒸発潜熱が極めて
小さいこと、蒸発して気化したヘリウムを再使用する際
の液化に多量の電力を必要とすることから、液体ヘリウ
ムの蒸発損失をアきるだけ小さくしなければならない。
磁気浮上走行車では、走行中、液体ヘリウムを安定供給
する必要から、液体ヘリウム貯槽を超電導礎石本体の上
部位置に併設し、常時、との貯槽から超電導コイルへ向
けて液体ヘリウムを垂下するような構造を有している。
第1図は、従来の磁気浮上走行車用超電導研石の模式図
例を示したものである。超電導研石1にはコイル内槽2
に包囲された超電導コイル3が備えられている。超電導
磁石1の上部には液体ヘリウム貯槽用外槽4が設置され
、この外槽4の内部には液体ヘリウム貯槽用内槽5が設
置されており。
この内槽5は前記コイル内槽2と連通している。
この液体ヘリウム貯槽用内槽5は、その長手方向両端部
で、放射状に張り出しだ複数本の内槽支持アーム6によ
って液体ヘリウム貯槽用外槽4に取付けられている。ま
た、との内槽5の下部には、内部に貯留されている液体
ヘリウム7の貯液量が減少した時に使用する、補給用配
管8及びそのバルブ9が取付けられており、上部には蒸
発したガスヘリウムが増加した場合に使用する1回収用
配管10及びそのバルブ11が取付けられている。
なお符号12は超電導コイル3に励磁電流を供給するパ
ワーリードである。
走行車用超電導磁石は、走行用車体(図示を省略)に取
付けられ、自身の発生した電磁力により車体を浮上、走
行させるものである。この超電導磁石が受ける力は、走
行に伴う風圧振動、電磁振動及び棲械振動による加振力
や、自身が発生する浮上刃、推進力、案内力等がある。
また、超電導コイル3を極低温に冷却保持するために発
生する熱応力及び製作過程における力1例えば溶接変形
て、特に信頼のおける確実な支持を要求される箇所とし
て、第1図に示した内槽支持アーム60部分がある。
第2図は第1図における前記支持アーム部分の詳細図で
あ・す、第3図は第2図の一■方向矢視図である。液体
ヘリウム貯槽用内槽5の端部中心には中心取付金具13
が溶着されており、この中心取付金具13にナツト14
にて内槽支持アーム6が放射状に締結されておシ、この
内槽支持アーム6の外周端部は、液体ヘリウム貯槽用外
槽4の内壁に溶着されている取付座15にボルト16に
て締結されている。ところで、前記外槽4の端部には炉
板17が溶接部分4Aにて溶接結合されている。
また、外槽4は、外槽半割片4−1と4−2を外槽4の
長さ方向の接合部4Bで溶接して形成されている。
次に、上記のような構成の液体ヘリウム貯槽用内槽支持
アーム6の機能を説明・する。前述したように加振力等
の慣性力が電磁石に作用す・ると、内槽5と外槽4との
間に相対移動が生じる。
第4図は上記した相対移動が起きた場合の状態を示すも
ので、第2図及び第3図において外槽4が矢印A方向、
内槽5が矢印B方向に移動して。
内槽5の゛中央がO−1からO−2へ移動した状態を示
している。このような内、外槽の相対移動に際し、移動
させようとする加振力F、は、移動させまいと作用する
アーム6−1の引張抗力f、。
アーム6−2の圧縮抗力f2及びアーム6−3゜6−4
の曲げ抗力fs、f4と均衡する。このため、加振力F
、による相対移動量はδだけとなり、それ以上の移動は
阻止される。なお、加振力が逆向きに働けば、前記抗力
も逆向きに作用することは言うまでもない。
一方、内槽5が極低温(4,2’K )に冷却されると
、内槽支持アーム6は外槽4(常温)との中間温度に冷
却され、熱収縮を生ずる。しかし、外槽4及び内槽5の
中心は不動であるため、支持アーム6は内外両側から反
抗力を受けて引張られることになる。なお、符号6は内
槽支持アームの総称であり、符号6−1.6−2・・・
・・・等はそれぞれ個別の内槽支持アームを示している
また、内槽5及び外槽4の製作1組立段階においては、
内槽支持アーム6は溶接変形によって外力を受ける例を
挙げることができ、第5図乃至第8図はこの場合につい
て説明している。第5図は第2図の■−v方向矢視図で
、外槽4と鏡板17とを溶接する前の外槽4の形状例を
示している。
外槽半割片4−1.4−2を外槽あ°長さ方向の接合部
4Bで溶接して外槽4を構成しているために、溶接変形
によって真円(図中破線で示す)であったものが楕円変
形している。第6図は第2図の■−V+矢視図で、外槽
4と溶接する前の炉板17の形状を示しており、一般に
鏡板17は略真円である。このため、外槽4と鏡板17
とを溶接する際には、双方の形状を同一にしないと溶接
することができない、2従って、第7図に示すように破
線で示した外槽4に%Q方向から外力を加え実線で示す
ように真円にし、この状態で第2図及び第3図に示すよ
うに、内槽支持アーム6をナツト14゜ボルト16を用
いて組立て、その後4A部を溶接する。溶接光子後、第
7図で加えた外力Qを取除くと、外槽4は第8図に示す
ように、外力を加える前の外槽4の形状aと、溶接前の
鏡板形状すとの中間の形状Cに落着くことになる。
このような現象は、前記の如く外槽4が真円の状態で、
内槽支持アーム6が組立取付されないために起こる。こ
のため、外槽4の最終形状C(楕円)の長径方向にある
内槽支持アーム6−1.6−2は強引に楕円変形力F3
1により引張られ、また、矩形方向にある内槽支持アー
ム6−3.6−4は強引に楕円変形力F32により圧縮
されることを示している。
このように内槽支持アーム6、中心取付金具13、取付
座15等によシ構成されている内槽支持装置には、各種
各様の荷重が作用するが、いずれも非常に厖大な力が加
わることが確しされている。例えば、加振力においては
内槽自重の数倍から数十倍にも及ぶ力となることが判明
している。
これらの力は、前述のように内槽支持アーム6に時は圧
縮力として作用し、内槽支持アーム6はこれを繰り返し
受けることになる。
このような内槽支持装置゛は、外槽常温部と内槽極低温
部との橋渡し部分でもあるため、内槽支持アーム6端部
間の温度差は、およそ300Cにも達し、常温部と極低
温部との間の熱量の出入は極めて大きくなる。この熱の
伝達量は、伝達部の断面積及び温度差に比例し、長さに
反比例するため、内槽支持アーム6の形状は細長いか、
又は薄く長い形状が望ましい。ところが、このような形
状は前記の各種の過大とも言うべき力が加わる部分の耐
強度を期待する形状、即ち断面積を大きく且つ短くする
形状とは全く相反するものとなる。しかし、内槽支持ア
ーム6からの極低温部への熱の大量の侵入は、内槽5に
内蔵する液体ヘリウム7を大量に蒸発消失させてしまう
ため、資源的にも得がたく且つ非常に高価な液体ヘリウ
ムにとっては耐え難いことである。従って、内槽支持ア
ーム6の形状は、細長く、且つ薄くする必要に迫られて
いる。しかも、磁気浮上列車用であれば、自重を極力軽
量化して浮上し易くする要求も強くあるため、どうして
も内槽支持アーム6の形状は細長く且つ薄くしなければ
ならない背景がある。上記のような条件で設置された従
来の内槽支持装置は、本来長期の使用に耐えなくてはな
らないにも拘らず、極めて早期若しくは初期の間に、引
張破断又は圧縮座屈事故発生の要因を内包している欠点
があった。
本発明は、上記の欠点を解消し、熱侵入量を増大させる
ことなく、大きな力に対して安全に液体ヘリウム貯槽用
内槽を支持する極低温容器用内槽支持装置を提供するこ
とにある。
本発明は、内槽支持アームに作用する力が支持アームの
圧縮座屈を防止するに適した適切な限界圧縮荷重に達し
た時、又は、支持アームの引張破断を防止するに適した
適切な限界引張荷重に達した時、支持アームが滑動を開
始するような構成として、それ以上の荷重が支持アーム
に作用しないようにしだものである。
以下本発明の極低温容器用内槽支持装置の一実施例を従
来例と同部品は同管号を用いて各図に従って説明する。
第9図は本発明の極低°温容器用内槽支持装置の一実施
例を示す説明図で、第10図は第9図のX−X断面図で
ある。液体ヘリウム貯槽用内槽5の端部中心には中心取
付金具13が溶着されており、この中心取付金具13に
内槽支持アーム18がナツト14にて放射状に締結され
ている。この内槽支持アーム18の先端には長手方向に
伸びる溝18’Aが設けられており、この溝18Aに、
Ω(オーム)形状をした押さえ金具19の突起部19A
が当接して、内槽支持アーム18の両面を押さえ金具1
9のばね力Rをもって強圧支持している。この押さえ金
具19は液体ヘリウム貯槽用外槽4の内壁に溶着されて
いる支持ばね取付座20にボルト21により締結されて
いる。
このように本実施例の内槽支持アーム18はその先端両
面を押さえ金具19の強圧力Rにより、強圧支持されて
いるため、との内槽支持アーム18に働く強圧力Rによ
る摩擦力S以上の力が。
内槽支持アーム18の長手方向に作用すると、この内槽
支持アーム18は摩擦力Sに打勝って長手方向に滑動を
開始する。なお、摩擦係数をμとするとS−μRの関係
があシ、この摩擦係数μは当該部分の材質の組合せや、
雰囲気により若干値を異にするが凡そ0.3前後である
。ここで、例えば、内槽支持アーム1本に対し、110
Kgの引張りカー及び95Kgの圧縮力をそれぞれ許容
限界荷重としたい時、内槽支持アーム18に95に9以
上の力が加わった時に滑るようにすることにより、内槽
支持アーム18の破断及び座屈を防止することができる
従って、内槽支持アーム18と押さえ金具19との摩擦
係数を0゜3とした場合、押さえ金具19のばねの圧力
Rは95Kgを0.3で除した値、つまり316に9と
すれば、内槽支持アーム18に上記限界以上の異常な力
が作用した時、押さえ金具19の突起部19Aが、内槽
支持アーム18の溝18A内を滑動し、内槽支持アーム
18に95Kg本実施例によれば、内槽支持アーム18
の溝18Aに押さえ金具19の突起部19Aを当接させ
て、内槽支持アーム18を押さえ金具19のばね力で強
圧支持することにより、内槽支持アーム、8に、エイT
i□□。1、ヵ7、ニオ621、支持アーム18は押さ
え金具19との間で滑動し。
内槽支持アーム18に許容限界荷重以上のカが加わらな
いようにしているため、引張破断あるいは圧縮座屈事故
発生を防止する効果がある。従って。
本実施例の内槽支持アーム18の形状は細長く且つ薄く
して、熱伝達量を小さくして、液体ヘリウムの蒸発損失
を少なくすることができ、しかも内槽支持アーム18に
働く各種のカに対して安全に液体ヘリウム貯槽用内槽5
を外槽4内に支持し得る効果がある。
第11図は本発明の他の実施例の要部を説明する図であ
る。本実施例では内槽支持アーム18に設けた溝18A
を、内槽支持アーム18の長手方向に押さえ金具19の
突起部19Aが通常接する位置を中心として前後に伸び
る有限長A1.−ehの溝とした所に特徴がある。即ち
、内槽支持アーム18は押さえ金具19との間を無制限
に滑ることがなく、突起部19Aを中心に前後に11.
!。
だけ滑またら停止するようになって′いる。
第12図は本発明の災に他の実施例を示す説明図である
。内槽支持アーム18に設けた溝18Aの底面に、内槽
支持アーム18の長さ方向に、中央付近に向かって下っ
て行くような傾斜が付されている。このため、通常は、
押さえ金具19の突起部19Aは内槽支持アーム18の
溝18Aの谷底にあたる部分に位置しており、内槽支持
アーム18に許容限界以上の荷重がかかると、内槽支持
アーム18は滑り出すが、滑ると共に押さえ金具19の
突起部19Aの相互間隔が拡げられるため、押さえ金具
19の内槽支持アーム18を押すばね圧力が増加し、内
槽支持アーム18が押さえ金具19との間を無制限に滑
らないようにしている。
このように上記2つの実施例において内槽支持アーム1
8の滑り量を制限する理由は、下記の通シである。内槽
支持アーム18の滑シ量が、常温側の外槽4の内壁と極
低温側の内槽5との外壁との間隔以上に達すると、当4
然両壁が接触若しくは衝突するシすると、両壁が゛損傷
あるいは破壊する・ ことになり、また、大きな温度差
のある両壁の接触により、多量の熱が極低温側の内槽5
に侵入して、内蔵する液体ヘリウム7を蒸発消失させて
しまう。これらの不都合を防止するだめに、内槽支持ア
ーム18の滑シ量を制限している。なお、他の効果は第
9図及び第10図に示した実施例と同様である。
第13図及び第14図は本発明の更に他の実施例を示し
たものである。内槽支持アーム22の先端に楕円穴22
Aを設け、この内槽支持アーム22の先端を取付ポル)
23’、l’1%金24全24て、外槽4内壁に溶着さ
れている取付座15に締結している。この時、取付ボル
ト23によシ内槽支持アーム22をRなる締付力で締付
け、前述したのと同様にこの締付力Rと摩擦係、数μと
の積である当該部分の摩擦力S以上の力が内槽支持・ア
ーム22に働くと、内槽支持アーム22は、取付座15
との間を摺動し、通常の取付ボルト23の位置から前後
にJlh−−exだけ滑ったら、停止するようになって
いる。本実施例の場合も先の実施例と同様の効果がある
が、特に構造が簡単なために、装置を安価とする効果が
ある。
以上記述した如く本発明の極低温容器用内槽支持装置に
よれば、熱侵入量を増大させることなく、大きな力に対
して安全に液体ヘリウム貯槽用内槽を支持することがで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の磁気浮上走行車用超電導磁石の概略図、
第2図は従来の内槽支持装置の断面図、第3図は第2図
の■方向矢視図、第4図は内槽と外槽との相互間に作用
する力による変形状態を示した説明図、第5図は第2図
のV−■方向矢視図。 第6図は第2図のVt−V+方向矢視図、第7図は第5
図の変形状態を示す概略図、第8図は第5図の外槽に第
6図の鏡板を溶接した後の外槽の変形形状を示した概略
図、第9図は本発明の極低温容器第10図は第9図のX
−X断面図、第11図は本発明の他の実施例の要部を示
す説明図、第12図は本発明の更に他の実施例の要部を
示す説明図、第13図は本発明の更に他の実施例の要部
を示す説明図、第14図は第13図の正面図である。 4・・・外槽、訃・・内槽、7・・・液体ヘリウム、1
3・・・中心取付金具、14・・・ナツト% 18.2
2・・・内槽支持アーム、18A・・・溝、19−・・
・押さえ金具、第2 口 第3a 第40 6 ′0′Q/”yt 第qEEl ′81Iρ   葛、20

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、液体ヘリウムを収納した内槽の両端部中心に一端が
    固定され、他端が前記内槽を包囲する外槽の内壁に固定
    される複数本の支柱を有し、内槽を外槽内に所定の間隔
    を介して支持同定する極低温容器用内槽支持装置におい
    て、支柱の外槽側端部両面に、支柱の長手方向に伸びる
    溝を設け、この支柱の両面の溝部を所定の押圧力で挾持
    する一対の突起部を有する押さえ金具を外槽内壁に固定
    し、所定以上の力が支柱の長手方向に加わると、前記突
    起部と支柱の溝部とが滑動することを特徴とする極低温
    容器用内槽支持装置。
JP56167085A 1981-10-21 1981-10-21 極低温容器用内槽支持装置 Pending JPS5868909A (ja)

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JP56167085A JPS5868909A (ja) 1981-10-21 1981-10-21 極低温容器用内槽支持装置

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JP56167085A JPS5868909A (ja) 1981-10-21 1981-10-21 極低温容器用内槽支持装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016086055A (ja) * 2014-10-24 2016-05-19 住友電気工業株式会社 超電導機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016086055A (ja) * 2014-10-24 2016-05-19 住友電気工業株式会社 超電導機器

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