JPS6236261Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、高エネルギ物理学用粒子加速器、磁
気浮上列車およびMHD（Magnet Hydro
Dynamic）発電等に使用される超電導マグネツ
ト、特に極低温部への外部からの熱侵入を大幅に
低減させ得る超電導マグネツトに関する。

超電導マグネツトなどにおいては、液体ヘリウ
ムにより極低温に冷却した超電導コイルへの熱の
侵入を最小限に止めることが重要であり、そのた
め超電導コイルを真空容器内に支持するサポート
ロツドには材質および形状などに特別の考慮が払
われている。

第１図および第２図は、従来の超電導コイルの
支持構造を示すもので、超電導コイル（図示せ
ず）を収納する低温側構造物ａは、サポートロツ
ドｂ、またはb′を用いて真空容器を形成する高温
側構造物ｃに支持されている。サポートロツド
ｂ，b′は、所定の強度に対し中空、ないしは熱の
伝導面積を最小にする構造を持ち、また材質的に
は、熱伝導率が小さく、且つ引張り強さの大きい
もの、例えば強化プラスチツク（FRP）などが
用いられる。また、低温側構造物ａは、液体ヘリ
ウムなどにより冷却されて収縮し（矢印ｄ）、そ
のためサポートロツドｂ，b′は、図示のごとく或
る角度θだけ回転する。従つてサポートロツド
ｂ，b′の両端部は、球面構造のサポート受けｅ，
ｆ、あるいはピンｊにより支持されている。

前述のとおり、サポートロツドを通しての熱侵
入を少くするため、かなりの考慮が払われている
にも拘わらず、実際の侵入熱量は充分満足すべき
程小さくない。すなわち第１図に示す支持構造に
おいて、直径が１吋、厚み３mm、長さ80mmの
GFRP製（ガラス繊維強化プラスチツク）のサポ
ートロツド16本を用いて支持した場合、各サポー
ト受ｅ，ｆにおける温度をそれぞれ300Kおよび
4.2Kとすると侵入熱量は約17Wに達する。この
値は、超電導マグネツトを所定の極低温に保持す
るための総合熱負荷40〜50Wのかなりの部分を占
めている。

また第２図に示す支持構造においては、２本の
サポートロツドｂ，b′の中間に連結部材ｇを設
け、該連結部材ｇに、高温構造物ｃからの熱輻射
を遮蔽するための液体窒素シールド板ｈが固定さ
れている。従つて高温側構造物ｃよりサポートロ
ツドb′を通つて侵入する伝導熱は、シールド板ｂ
にサーマルグラウンドされ好都合であるが、一方
低温側構造物ａが矢印ｄ方向に熱収縮するため、
液体窒素シールド板ｈは矢印ｉ方向に圧縮され、
座屈をおこすおそれがある。従つて前記シールド
板ｈを座屈させぬように設計するか、あるいは超
電導マグネツトの運転方法を適当に調節する必要
がある。しかし前者によればシールド板の構造が
複雑となり、後者の方法は、冷却過程における運
転の調節が極めて困難である。

本考案は、前述の問題を解消し、冷却による熱
収縮の際、サポートロツドの動きを妨げることな
く低温構造物への熱の侵入を大幅に節減し、また
マグネツトコイルを冷却する高価な液体ヘリウム
の蒸発を節減し、さらにヘリウム液化器の負荷を
軽減させる目的でなしたもので、その概要は、超
電導コイルを収納する低温構造物を、真空容器を
形成する高温構造物に支持するサポートロツドの
長さ方向の中間部分および低温側構造物を取囲む
低温の熱遮蔽体の間を熱抵抗の小さい可撓性のサ
ーマルグラウンドプレイドにより接続し、高温側
より侵入する熱を前記熱遮蔽体へ逃がすようにし
たものである。

以下本考案の実施例につき、図面にもとづいて
説明する。第３図ないし第５図において、符号１
は超電導マグネツト、２は真空容器を形成する高
温側構造物、３は超電導コイル４を内蔵する低温
側構造物、５は高温側構造物２からの熱輻射を遮
断するための熱遮蔽体である。該熱遮蔽体５は、
前記低温側構造物３の周囲を取囲むシールドプレ
ート６および該シールドプレート６の表面に一様
に分散させて取付けたパイプ７からなり、該パイ
プ７の内部には液体窒素が流れている。なお符号
８は、超電導コイル４を冷却するためのヘリウム
パイプであり、超電導コイル４を流れる電流によ
り、中空部９に強力な磁場を発生させる。

低温構造物３の支持構造は、従来と特に変りは
なく、所要数のサポートロツド（以下ロツドと称
す）１０を介して高温側および低温側構造物２，
３に設けた球面構造のサポート受１１，１２に支
持されるか、あるいは図２の如き構成の場合は、
ピンにて支持される。従つて低温構造物３は、冷
却時の熱収縮が自由であり、また外部からの熱伝
導は、もつぱらロツド１０を介して行われる。

各ロツド１０の長さ方向の中間部分には、ロツ
ド１０を取囲んでリング状の銅、アルミ材など熱
伝導率の大きい材料からなるコネクタ１３が取付
けられ、該コネクタ１３を介してロツド１０とシ
ールドプレート６がサーマルグラウンドブレード
（以下ブレードと称す）１４によりボルトナツト
１５および押ねじ１７、あるいは銀ロウ、ハン
ダ、リベツトなどを用いて接続されている。なお
シールドプレート６に取付ける代りにパイプ７に
取付けてもよい。

ブレード１４は、素線径が0.2mmφの銅線約500
本よりなる長さ200mmの手編銅線で、可撓性があ
り、第４図に示すごとく、たるませてシールドプ
レート６等に取付けてあるので、低温側構造物３
が熱収縮し（矢印ｋ）、ロツド１０がθ度傾むい
てもシールドプレート６に圧縮荷重が加わること
がない。

ブレード１４自体の熱抵抗は極めて小さいが、
シールドプレート６およびコネクタ１３との接触
部の接触熱抵抗を小さくするため、その両端部１
６，１６をハンダ、またはウツドメタルなどで固
め、表面を平滑に仕上げ、押ねじ１７、座金１８
を用いてブレード１４をコネクタ１３に固定す
る。またコネクタ１３とロツド１０との間の接触
熱抵抗を小さくするため、コネクタ１３の内側部
に凹部１９を設け、この中にエポキシ樹脂などを
流し込む。従つて外部からの熱侵入は、その大部
分がブレード１４を経てシールドプレート６に流
れ、ブレード１４を装備しない従来の侵入熱量約
17Wに比べ同じ温度条件（高温側の温度Ｔ_RT＝
300K（常温）、低温側の温度Ｔ_L＝4.2K）下で約
2.4Wまで低下する。外部からの熱侵入の経路お
よび熱流量を図解的に第６図に示す。図中Ｔ_Mは
ロツド１０の中間部分の温度、Ｔ_Nは液体窒素の
温度を示す。

なお本考案は、前述の実施例にのみ限定される
ものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変更を加え得ることは勿論である。

本考案の超電導マグネツトは、前述の構成を有
するので、次の優れた効果を発揮する。

(i) 低温側構造物を支持するサポートロツドの中
間部分に熱抵抗の小さいサーマルグラウンドブ
レードを接続し、高温側から侵入する熱を熱遮
蔽体に逃がすようにしたので、低温構造物への
侵入熱量を大幅に減少させることができる。

(ii) 第(i)項の結果、高価な液体ヘリウムの蒸発を
少くし、あるいはヘリウム液化機の負荷を少く
することができる。

(iii) サーマルグラウンドブレードは可撓性を有す
るので、低温構造物が熱収縮しても、熱遮蔽体
に変形、あるいは座屈を発生させるおそれがな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の超電導マグネツト
における低温側構造物の支持構造を示す説明図、
第３図は本考案の実施例を示す超電導マグネツト
の切断側面図、第４図は第３図におけるサポート
ロツド近傍の一部拡大切断側面図、第５図は第４
図におけるサーマルグラウンドブレードの縮少展
開平面図、第６図は本考案の実施例の作用を図解
したものである。 図中、１は超電導マグネツト、２は高温側構造
物、３は低温側構造物、４は超電導コイル、５は
熱遮蔽体、１０はサポートロツド、１４はサーマ
ルグラウンドブレードを示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 超電導コイルをサポートロツドを用いて真空容
   器内に熱収縮自在に支持してなる超電導マグネツ
   トにおいて、前記サポートロツドの中間部分およ
   び前記超電導コイルを取囲む熱遮蔽体の間を熱抵
   抗の小さい可撓性の熱伝導体により接続したこと
   を特徴とする超電導マグネツト。