JPS61104681A - クライオスタツト - Google Patents
クライオスタツトInfo
- Publication number
- JPS61104681A JPS61104681A JP59225755A JP22575584A JPS61104681A JP S61104681 A JPS61104681 A JP S61104681A JP 59225755 A JP59225755 A JP 59225755A JP 22575584 A JP22575584 A JP 22575584A JP S61104681 A JPS61104681 A JP S61104681A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- port
- service port
- helium
- gas
- baffles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C3/00—Vessels not under pressure
- F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
- F17C3/08—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
- F17C3/085—Cryostats
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/01—Pure fluids
- F17C2221/016—Noble gases (Ar, Kr, Xe)
- F17C2221/017—Helium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2270/00—Applications
- F17C2270/05—Applications for industrial use
- F17C2270/0509—"Dewar" vessels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明ま、超電導マグネット（又はコイル）応用器機の
クライオスタットに係り、特に低熱侵入に好適なりライ
オスタットに関する。
クライオスタットに係り、特に低熱侵入に好適なりライ
オスタットに関する。
フライオスタラ１−には、冷却冷媒の供給や電気配線の
引出部を収納するサービスポートが設けられている。サ
ービスポートの詳細については、ＪＯＩＩＲＮＡＩ Ｄ
ＩＥ ＰＩＩＹＳＩＱＵＥ Ｎｎｌ、 Ｔｏｍｅ
４５． ｊａｎｖｉ、ｅｒ（０１８／Ｉ年）におけるＰ
、 Ｊａｒｖｉｓによる”Ｉｌｊｇｈ ＦｊｅｌｄＳｐ
ｌｊｌ： Ｐａｊｒ ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆ
ｏｒ Ｈｏｒｅｚｏｎｌ、ａｌ ａｎｄＶｅｒｔｊｃａ
ｌ Ｆｊｅｌｄ ０ｐｅｒａｔｊｏｎ、 ”と題する文
献に記載されている。このクライオスタットのサービス
ポートは、磁場を水平と垂直の２つの方向に発生させる
ため、この磁場の影響を避ける目的でクライオスタット
に対し斜めに取付けている。クライオスタットに垂直に
取付ける一般的な設置方法では問題にされていなかった
。しかし、サービスポートを斜めに取付けた場合、この
サービスポートからの侵入熱増大が懸念される。すなわ
ち、ポート内のヘリウムガスの対流が、ヘリウムボー１
−内部に伝熱促進を引き起こす恐れがある。
引出部を収納するサービスポートが設けられている。サ
ービスポートの詳細については、ＪＯＩＩＲＮＡＩ Ｄ
ＩＥ ＰＩＩＹＳＩＱＵＥ Ｎｎｌ、 Ｔｏｍｅ
４５． ｊａｎｖｉ、ｅｒ（０１８／Ｉ年）におけるＰ
、 Ｊａｒｖｉｓによる”Ｉｌｊｇｈ ＦｊｅｌｄＳｐ
ｌｊｌ： Ｐａｊｒ ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆ
ｏｒ Ｈｏｒｅｚｏｎｌ、ａｌ ａｎｄＶｅｒｔｊｃａ
ｌ Ｆｊｅｌｄ ０ｐｅｒａｔｊｏｎ、 ”と題する文
献に記載されている。このクライオスタットのサービス
ポートは、磁場を水平と垂直の２つの方向に発生させる
ため、この磁場の影響を避ける目的でクライオスタット
に対し斜めに取付けている。クライオスタットに垂直に
取付ける一般的な設置方法では問題にされていなかった
。しかし、サービスポートを斜めに取付けた場合、この
サービスポートからの侵入熱増大が懸念される。すなわ
ち、ポート内のヘリウムガスの対流が、ヘリウムボー１
−内部に伝熱促進を引き起こす恐れがある。
本発明の目的は、クライオスタットのサービスポートを
斜めに取付けた状態でも、サービスポートが垂直状態と
ほぼ同じ程度の熱損失を図ることができる斜めサービス
ポートを提供することにある。
斜めに取付けた状態でも、サービスポートが垂直状態と
ほぼ同じ程度の熱損失を図ることができる斜めサービス
ポートを提供することにある。
斜めサービスポートにしたことによる伝熱促進の主な原
因は、サービスポート内の密度の大きいヘリウムガスが
下側に、小さいガスが−１；側にくる一種の自然対流に
よるものである。
因は、サービスポート内の密度の大きいヘリウムガスが
下側に、小さいガスが−１；側にくる一種の自然対流に
よるものである。
このためサービスポートの傾斜角によらずサービスポー
ト」二部は軽いヘリウムガス下部は重いヘリウムガスと
連続的に密度分布がつく。傾めと垂直サービスポートと
の違いは、サービスポートの有効伝導距離が実質短くな
ることである。
ト」二部は軽いヘリウムガス下部は重いヘリウムガスと
連続的に密度分布がつく。傾めと垂直サービスポートと
の違いは、サービスポートの有効伝導距離が実質短くな
ることである。
本発明は、サービスポート内に切欠き部がスタガ状に設
けられたバッフルを数枚気密に取付けること及び、サー
ビスポート内に機微のヘリウムガスを流すことにより、
垂直状態のサービスポートと同じ温度分布を形成し、サ
ービスポートの伝導熱を垂直とほぼ同じくすることを特
徴とする。
けられたバッフルを数枚気密に取付けること及び、サー
ビスポート内に機微のヘリウムガスを流すことにより、
垂直状態のサービスポートと同じ温度分布を形成し、サ
ービスポートの伝導熱を垂直とほぼ同じくすることを特
徴とする。
以下、本発明の一実施例を第１図から第４図を使って説
明する。第１図は、斜めサービスポートを有する横形ク
ライオスタットの横断面を示す。
明する。第１図は、斜めサービスポートを有する横形ク
ライオスタットの横断面を示す。
１は超電導マグネットでこれを冷却するため２の液体ヘ
リウム溶器中に設置され４．２ Ｋの液体ヘリウムに潰
されている。この液体ヘリウムの蒸発量を少なくする目
的で４と５，５ａの中間シールド及び液体窒素温度シー
ルド液体窒素タンクが液体ヘリウム容器を包み込んでい
る。液体窒素も液体ヘリウム同様に蒸発量を低減する目
的で室温からのふく射熱を防ぐため６の積層断熱材を液
体窒素タンクに巻付けている。７は真空容器を示す。
リウム溶器中に設置され４．２ Ｋの液体ヘリウムに潰
されている。この液体ヘリウムの蒸発量を少なくする目
的で４と５，５ａの中間シールド及び液体窒素温度シー
ルド液体窒素タンクが液体ヘリウム容器を包み込んでい
る。液体窒素も液体ヘリウム同様に蒸発量を低減する目
的で室温からのふく射熱を防ぐため６の積層断熱材を液
体窒素タンクに巻付けている。７は真空容器を示す。
８は斜めサービスポートを示す。 ・ここで、この斜
めサービスポート８は部屋の空間を有効利用するためク
ライオスタット中心軸に対し斜めの４５°に設置されて
いる。
めサービスポート８は部屋の空間を有効利用するためク
ライオスタット中心軸に対し斜めの４５°に設置されて
いる。
サービスポート８内部には、ヘリウム注入ポート９とパ
ワーリート１０が挿入され必要に応じて液体ヘリウムま
たは超電導マグネットへの電流を供給する役割をはたし
ている。
ワーリート１０が挿入され必要に応じて液体ヘリウムま
たは超電導マグネットへの電流を供給する役割をはたし
ている。
第２図は、斜めサービスポートの詳細図を示す。
いま、サービスポートを真空断熱するためのヘリウムポ
ートで、１２は、蒸発したヘリウムガスの一部をサービ
スポートに送るヘリウムガス吐出配管を示す。１３は、
このヘリウムガスをジグザグに流すためのバッフルで主
な形状を第３Ａ図、第３Ｂ図に示す。バッフルは、低熱
導板で、たとえばＦＲＰ （繊維強化プラスチック）ま
たは、ステレス鋼でできており、その一部に切欠き１．
３ ａを設けたものである。このバッフル１−３の取付
状態は、第２図に示すように切欠き１３ａのある方とな
い方を交互に適当な間隙を保って重ね切欠部をヘリウム
ボートの−Ｌ辺と下辺に合せである。バッフル１３は、
ヘリウムガスが、バッフル切欠以外の部分から流出しな
いように、ヘリウムガス下部１１の壁面に気密に接着さ
れている。
ートで、１２は、蒸発したヘリウムガスの一部をサービ
スポートに送るヘリウムガス吐出配管を示す。１３は、
このヘリウムガスをジグザグに流すためのバッフルで主
な形状を第３Ａ図、第３Ｂ図に示す。バッフルは、低熱
導板で、たとえばＦＲＰ （繊維強化プラスチック）ま
たは、ステレス鋼でできており、その一部に切欠き１．
３ ａを設けたものである。このバッフル１−３の取付
状態は、第２図に示すように切欠き１３ａのある方とな
い方を交互に適当な間隙を保って重ね切欠部をヘリウム
ボートの−Ｌ辺と下辺に合せである。バッフル１３は、
ヘリウムガスが、バッフル切欠以外の部分から流出しな
いように、ヘリウムガス下部１１の壁面に気密に接着さ
れている。
このバッフル１３によりヘリウムガス吐出配管１２から
流れてきたヘリウムガスはヘリウムポート１１内で矢印
Ａのようにジグザグにヘリウムボート１１−Ｌ部へと流
れヘリウムガス吐出口１４から大気中に放出される。
流れてきたヘリウムガスはヘリウムポート１１内で矢印
Ａのようにジグザグにヘリウムボート１１−Ｌ部へと流
れヘリウムガス吐出口１４から大気中に放出される。
ヘリウムポート１１内に一部切欠きのある気密のバッフ
ル１３を取付けることにより、ヘリウムガスは、バッフ
ル］３の間を流すことができるため密度の重いものから
順に各バッフル間への積み重ねたようになる。このため
サービスポートを傾けた場合でも垂直状態と同じヘリウ
ムの密度分布すなわち温度分布が形成される。したがっ
て、傾めにサービスポートを取付けた場合でも液体ヘリ
ウムへの侵入熱は、垂直状態のサービスポートに等しく
なる。
ル１３を取付けることにより、ヘリウムガスは、バッフ
ル］３の間を流すことができるため密度の重いものから
順に各バッフル間への積み重ねたようになる。このため
サービスポートを傾けた場合でも垂直状態と同じヘリウ
ムの密度分布すなわち温度分布が形成される。したがっ
て、傾めにサービスポートを取付けた場合でも液体ヘリ
ウムへの侵入熱は、垂直状態のサービスポートに等しく
なる。
流路内のガス流速が小さいときは、自然対流の影響が現
われてしまいヘリウムポート内にバッフルを設はジグザ
グにヘリウムガスを流しても木目的である高さ方向に依
存した密度分布を受ｌフ消すことが困難な場合もある。
われてしまいヘリウムポート内にバッフルを設はジグザ
グにヘリウムガスを流しても木目的である高さ方向に依
存した密度分布を受ｌフ消すことが困難な場合もある。
そこで、バッフル間を流れるガス流速を適当にし、自然
対流の影響を小さく押える必要がある。例えば、ヘリウ
ムポートからの侵入熱を１５％以内に押えるには浮力の
影響を３０％以内にする必要がある。
対流の影響を小さく押える必要がある。例えば、ヘリウ
ムポートからの侵入熱を１５％以内に押えるには浮力の
影響を３０％以内にする必要がある。
浮力の影響は、簡ｍに水平におかれた高温平板−Ｉ−に
平行に流体が流れている場合について、５ｐａｒｒｏと
旧ｎｋｏｗｙｃｚの解析解がある。これによると浮力の
影響を３０％以内におさめるためには、式（１）の条件
が成立すればよいことが分かる。
平行に流体が流れている場合について、５ｐａｒｒｏと
旧ｎｋｏｗｙｃｚの解析解がある。これによると浮力の
影響を３０％以内におさめるためには、式（１）の条件
が成立すればよいことが分かる。
Ｇ、、＜０．３ βＲ，，” （１）
ここで、Ｇ、、：ｘ３ｇβｌ／Ｊ−−Ｏｌ／ｖ２ＲＩ１
．：ｕ ｘ／ｖ 〜 Ｘ：バッフル間の距離（ｃＡ） ｇ：重力（９８０■／ｓ２） β：体膨張係数 θ、 ：バツフルの温度（Ｋ） ０ ：ガスの温度（Ｋ） ■：動粘性係数（ｃＪ／５） Ｂ＝ｉ （Ｐ、 ＝１．Ｏ） 本特許に合わせて整理するとバッフル間の距離Ｘ（ＣＩ
ｌ＋）、ヘリウムポート１１の内径Ｄ（■）浮力の影響
を：３０％以内とした場合 り どなる。例えば、ヘリウムガス流ｋｍを３．６ ×１０
−” （ｇ／ｓ）、Ｄ＝Ｉ Ｏ（ａ＋＋）の場合のバッ
フル間の距離Ｘは０．５（７）以下とすればよい。距１
１１ｘが小さすぎると製作が困難である。実用的なＸの
値は、０．１〜０．５印である。
ここで、Ｇ、、：ｘ３ｇβｌ／Ｊ−−Ｏｌ／ｖ２ＲＩ１
．：ｕ ｘ／ｖ 〜 Ｘ：バッフル間の距離（ｃＡ） ｇ：重力（９８０■／ｓ２） β：体膨張係数 θ、 ：バツフルの温度（Ｋ） ０ ：ガスの温度（Ｋ） ■：動粘性係数（ｃＪ／５） Ｂ＝ｉ （Ｐ、 ＝１．Ｏ） 本特許に合わせて整理するとバッフル間の距離Ｘ（ＣＩ
ｌ＋）、ヘリウムポート１１の内径Ｄ（■）浮力の影響
を：３０％以内とした場合 り どなる。例えば、ヘリウムガス流ｋｍを３．６ ×１０
−” （ｇ／ｓ）、Ｄ＝Ｉ Ｏ（ａ＋＋）の場合のバッ
フル間の距離Ｘは０．５（７）以下とすればよい。距１
１１ｘが小さすぎると製作が困難である。実用的なＸの
値は、０．１〜０．５印である。
またバッフル切欠部１３ ａの面積Ｓは、上と同様式（
１）を使って整理すると となり、に記と同一条件のときでは、バッフル切欠部の
面積Ｓは４．５ｄ以下にすれば良いことが分かる。実用
」二、Ｓは、バッフル全体の面積の本発明によれば、斜
めサービスポー１−シた場合でも、数量のヘリウムガス
を流した状態では、垂直サービスポートとほぼ等しい侵
入熱にすることが可能となる。また、ヘリウムガスのも
つ顕熱を利用して壁面を冷却して侵入熱を減らせるとい
う副次的効果もある。
１）を使って整理すると となり、に記と同一条件のときでは、バッフル切欠部の
面積Ｓは４．５ｄ以下にすれば良いことが分かる。実用
」二、Ｓは、バッフル全体の面積の本発明によれば、斜
めサービスポー１−シた場合でも、数量のヘリウムガス
を流した状態では、垂直サービスポートとほぼ等しい侵
入熱にすることが可能となる。また、ヘリウムガスのも
つ顕熱を利用して壁面を冷却して侵入熱を減らせるとい
う副次的効果もある。
第４図は、本特許の他の実施例を示す。図中、１５はふ
く射シールド板。前記したように斜めサービスポートの
侵入熱増大の原因は、傾斜角４５゜とした場合、見かけ
上ヘリウムポート１１の伝導距離がヘリウムポート径だ
け短くなることによる。
く射シールド板。前記したように斜めサービスポートの
侵入熱増大の原因は、傾斜角４５゜とした場合、見かけ
上ヘリウムポート１１の伝導距離がヘリウムポート径だ
け短くなることによる。
したがって、液体ヘリウムに直接関わるヘリウムポート
部の径を小さくすれば、液体ヘリウムへの侵入熱は、小
さくできる。このため第４図に示したヘリウムポート１
１の下部（ふく射シールド４に接続されているヘリウム
ポート下部）の伝熱面積を小さくし、さらにパワーリー
ド１０．ヘリウム注入ボー１へ９を挿入できるよう細い
パイプで連結されている。また、ヘリウムポート下部を
細いパイプにしている。このように、サービスポートを
斜めにしても、液体ヘリウムｌ＼の侵入熱は、ヘリウム
ポート断面積を小さくし、かつ、伝導距離を有効に利用
することにより低減することができる。また、パイプの
径を細くすることは、パイプの機械強度の面からも、パ
イプ肉厚を薄くできるため、さらに伝熱面積を小さくで
き侵入熱の低減を図ることが可能となる。
部の径を小さくすれば、液体ヘリウムへの侵入熱は、小
さくできる。このため第４図に示したヘリウムポート１
１の下部（ふく射シールド４に接続されているヘリウム
ポート下部）の伝熱面積を小さくし、さらにパワーリー
ド１０．ヘリウム注入ボー１へ９を挿入できるよう細い
パイプで連結されている。また、ヘリウムポート下部を
細いパイプにしている。このように、サービスポートを
斜めにしても、液体ヘリウムｌ＼の侵入熱は、ヘリウム
ポート断面積を小さくし、かつ、伝導距離を有効に利用
することにより低減することができる。また、パイプの
径を細くすることは、パイプの機械強度の面からも、パ
イプ肉厚を薄くできるため、さらに伝熱面積を小さくで
き侵入熱の低減を図ることが可能となる。
本特許によれば、液体ヘリウムへの侵入熱に直接関わる
ヘリウムポートを細いパイプで分割して連結することに
より、斜めにサービスポートを設置した場合でも、垂直
同様の侵入熱に抑えることができる。
ヘリウムポートを細いパイプで分割して連結することに
より、斜めにサービスポートを設置した場合でも、垂直
同様の侵入熱に抑えることができる。
本発明によれば、サービスポートを傾けた状態において
も、サービスポート垂直状態と同じ程度の侵入熱に押え
る効率がある。
も、サービスポート垂直状態と同じ程度の侵入熱に押え
る効率がある。
第１図は、本発明の一実施例になるクライオスタットの
断面図、第２図は、サービスポートの拡大断面図、第３
Ａ図、第３Ｂ図は、バッフルの形状図である。第４図は
、本発明の他の実施例の断面図である。 ８・・・サービスポー１−１１］・・・ヘリウムポー１
〜、第２図 尾 １０ 第３Ａ図 不 ３ Ｂ図
断面図、第２図は、サービスポートの拡大断面図、第３
Ａ図、第３Ｂ図は、バッフルの形状図である。第４図は
、本発明の他の実施例の断面図である。 ８・・・サービスポー１−１１］・・・ヘリウムポー１
〜、第２図 尾 １０ 第３Ａ図 不 ３ Ｂ図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超電導コイルおよび該超電導コイルを冷却する極低
温冷媒を収納する内容器と、この内容器の上部に傾斜し
て接続され、内部にヘリウム注入ポート及びパワーリー
ドが配設されたサービスポートとを備えたクライオスタ
ットにおいて、一部に切欠きを設けたバッフルを前記サ
ービスポートの内壁面に垂直に、微小間隙を介して積み
重ね、かつ切欠き部分以外にバッフル周囲を前記サービ
スポート内壁に気密に接着したことを特徴とするスライ
オスタツト。 ２、バッフルを０．１〜０．５ｃｍの間隙で積層したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のクライオス
タット。 ３、バッフルの切欠きが、一枚毎に、サービスポート内
の反対の側に位置するようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のクライオスタット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59225755A JPS61104681A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | クライオスタツト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59225755A JPS61104681A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | クライオスタツト |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104681A true JPS61104681A (ja) | 1986-05-22 |
Family
ID=16834312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59225755A Pending JPS61104681A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | クライオスタツト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61104681A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005573A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Hitachi Ltd | 超伝導磁石装置および超電導磁石装置の冷媒注入方法 |
| GB2431982A (en) * | 2005-11-05 | 2007-05-09 | Siemens Magnet Technology Ltd | Cryostat Heat Influx Reduction |
| JP2007173460A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Mitsubishi Electric Corp | 超電導電磁石装置 |
-
1984
- 1984-10-29 JP JP59225755A patent/JPS61104681A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005573A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Hitachi Ltd | 超伝導磁石装置および超電導磁石装置の冷媒注入方法 |
| GB2431982A (en) * | 2005-11-05 | 2007-05-09 | Siemens Magnet Technology Ltd | Cryostat Heat Influx Reduction |
| GB2431982B (en) * | 2005-11-05 | 2008-06-18 | Siemens Magnet Technology Ltd | Reduction of heat influx through access turret |
| JP2007173460A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Mitsubishi Electric Corp | 超電導電磁石装置 |
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