JP2001027464A - Superconductive electromagnet device - Google Patents

Superconductive electromagnet device

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JP2001027464A
JP2001027464A JP19907899A JP19907899A JP2001027464A JP 2001027464 A JP2001027464 A JP 2001027464A JP 19907899 A JP19907899 A JP 19907899A JP 19907899 A JP19907899 A JP 19907899A JP 2001027464 A JP2001027464 A JP 2001027464A
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cooling
temperature
heat exchange
superconducting coil
refrigerator
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Sunao Ichihara
直 市原
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a cooling period of time, and expand a contact area to transmit cold, and in addition, improve the cooling capability by providing a refrigerant gas valve which performs the putting in/taking out of a refrigerant gas based on a detected temperature of a temperature sensor. SOLUTION: When a temperature sensor 24 detects a temperature which is not more than a specified temperature being set in a control device 25, the control device 25 closes gate valves 15 and 16. By this motion, the feeding of a helium gas to a first stage cold head section F-1 is stopped. Then, the process is transferred to a motion temperature cooling stage wherein the cooling of a superconductive coil is performed by a second stage cold head section F-2 alone, and the superconductive coil 10 under an extremely low temperature state is obtained. At the time of a transfer to the motion temperature cooling stage, the helium gas may be discharged so that the gas may not remain in a cooling pipe 14. Also, by totally closing the gate valves 15 and 16 under a closed state after the completion of a preliminary cooling stage, the cooling pipe 14 is prevented from being clogged with frost or ice due to the entering of moisture or the like in air.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、冷凍機の冷却部
を介して超電導コイルを伝導冷却する超電導電磁石装置
に係り、特に超電導コイルの冷却構造の改良に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting electromagnet apparatus for conducting and cooling a superconducting coil through a cooling unit of a refrigerator, and more particularly to an improvement in a superconducting coil cooling structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導電磁石装置は、超電導コイルを真
空容器内に配置し、一般的に液体ヘリウムを用いて所定
の温度(10K〜4K)に冷却し、超電導状態として高
磁場を発生させ、この高磁場を各種の材料試験などに使
用している。ところで、上述した液体ヘリウムは非常に
高価で、且つ揮発性を有していることから、コスト面を
考慮すると蒸発・漏出防止に多大の注意を払う必要があ
り、維持管理が大変であった。これに対して液体ヘリウ
ムに代わる冷却手段としてGM(ギフォード・マクマフ
ォン)式冷凍機を用いた超電導電磁石装置が開発されて
いる。
2. Description of the Related Art In a superconducting electromagnet apparatus, a superconducting coil is disposed in a vacuum vessel, and is generally cooled to a predetermined temperature (10 K to 4 K) using liquid helium to generate a high magnetic field in a superconducting state. High magnetic fields are used for various material tests. By the way, since the above-mentioned liquid helium is very expensive and volatile, it is necessary to pay great attention to the prevention of evaporation and leakage in consideration of cost, and the maintenance and management has been difficult. On the other hand, a superconducting electromagnet device using a GM (Gifford McMahon) refrigerator has been developed as a cooling means instead of liquid helium.

【0003】図6は特開平10−9696号公報に開示
された従来のGM式冷凍機を用いた超電導電磁石装置の
構成を示す縦断面図である。図において、61は超電導
コイル70などの超電導電磁石装置の構成部を収納する
真空容器で、この真空容器61は凹状容器62とその開
口部を覆う天板63とから構成される。64は真空容器
61内に設けられ、シリンダ部C6−1によって吊設さ
れた熱シールドであり、超電導コイル70を常温側から
熱遮断している。また、熱シールド64は外側円筒壁6
5、天板66および底板67から構成されている。さら
に、この熱シールド64内には、シリンダ部C6−2で
吊設された固定プレート68とこの固定プレート68の
底面に取り付けられた超電導コイル70とが内蔵されて
いる。超電導コイル70の中央部には空所69が形成さ
れ、この空所69内が高磁場空間として利用される。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a superconducting electromagnet apparatus using a conventional GM type refrigerator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-9696. In the figure, reference numeral 61 denotes a vacuum container for accommodating components of a superconducting electromagnet device such as a superconducting coil 70. The vacuum container 61 includes a concave container 62 and a top plate 63 covering the opening thereof. Reference numeral 64 denotes a heat shield provided in the vacuum vessel 61 and suspended by the cylinder portion C6-1, and shields the superconducting coil 70 from the normal temperature side. The heat shield 64 is provided on the outer cylindrical wall 6.
5, a top plate 66 and a bottom plate 67. Further, in the heat shield 64, a fixed plate 68 suspended by the cylinder portion C6-2 and a superconducting coil 70 attached to the bottom surface of the fixed plate 68 are incorporated. A space 69 is formed in the center of the superconducting coil 70, and the space 69 is used as a high magnetic field space.

【0004】71はGM式冷凍機で、冷凍機取り付けフ
ランジ72を介して真空容器61の天板63に固定され
ている。C6−1はGM式冷凍機71の1段コールドヘ
ッド部F6−1と接続する1段シリンダ部、C6−2は
GM式冷凍機71の2段コールドヘッド部F6−2と接
続する2段シリンダ部、F6−1は到達温度領域が高温
側(70K〜40K程度)の冷却部である1段コールド
ヘッド部、F6−2は到達温度領域が低温側(10K〜
4K程度)の冷却部である2段コールドヘッド部であ
る。また、1段コールドヘッド部F6−1の取り付けフ
ランジ73を介して熱シールド64の天板66が固定さ
れ、2段コールドヘッド部F6−2の取り付けフランジ
73Aを介して固定プレート68が固定されている。
A GM refrigerator 71 is fixed to a top plate 63 of a vacuum vessel 61 via a refrigerator mounting flange 72. C6-1 is a one-stage cylinder portion connected to the one-stage cold head portion F6-1 of the GM refrigerator 71, and C6-2 is a two-stage cylinder connected to the two-stage cold head portion F6-2 of the GM refrigerator 71. Section, F6-1 is a one-stage cold head section in which the reaching temperature range is a cooling section on the high temperature side (about 70K to 40K), and F6-2 is a cooling section in which the reaching temperature range is on the low temperature side (10K to 10K).
This is a two-stage cold head unit which is a cooling unit of about 4K). The top plate 66 of the heat shield 64 is fixed via the mounting flange 73 of the one-stage cold head F6-1, and the fixing plate 68 is fixed via the mounting flange 73A of the two-stage cold head F6-2. I have.

【0005】80は伝熱体であって、熱シールド64の
天板66と2段コールドヘッド部F6−2に固定された
固定プレート68との間に設けられ、2段シリンダ部C
6−2および2段コールドヘッド部F6−2を取り囲む
ように配置されている。この伝熱体80は上端部が熱シ
ールド64の天板66に固定され、下端部は2段シリン
ダ部C6−2の長手方向に伸縮可能な構造80Aを有し
ており、最下端部に接触板81が設けられている。82
は端部を接触板81に接続し、他端をアクチュエータ8
3に接続した断熱材製ロッドである。84は超電導コイ
ル70の温度を検出する温度センサ、85は温度センサ
84の検出温度に基づいてエアバルブ86の開閉を制御
する制御装置である。
A heat transfer member 80 is provided between the top plate 66 of the heat shield 64 and the fixing plate 68 fixed to the two-stage cold head portion F6-2, and has a two-stage cylinder portion C
6-2 and the two-stage cold head F6-2. The upper end of the heat transfer body 80 is fixed to the top plate 66 of the heat shield 64, and the lower end has a structure 80A that can expand and contract in the longitudinal direction of the two-stage cylinder portion C6-2. A plate 81 is provided. 82
Is connected at one end to the contact plate 81 and at the other end to the actuator 8
3 is a rod made of a heat insulating material connected to 3. 84 is a temperature sensor that detects the temperature of the superconducting coil 70, and 85 is a control device that controls opening and closing of the air valve 86 based on the temperature detected by the temperature sensor 84.

【0006】次に動作について説明する。超電導コイル
70を冷却する場合、冷凍機71を作動する。この時、
エアバルブ86を開状態にしてアクチュエータ83内に
圧力空気を流入させ、アクチュエータ83内のバネの付
勢力より大きくなる圧力をかけることで、断熱材製ロッ
ド82を下方に移動させ、伝熱体80の下端の接触板8
1を図6の破線で示すように固定プレート68へ押し付
ける。これにより、天板66と固定プレート68との間
に伝熱体80による固体伝熱経路が作られ、1段コール
ドヘッド部F6−1で発生した冷熱の一部が伝熱体80
を伝って固定プレート68に伝達される。固定プレート
68には、2段コールドヘッド部F6−2による冷熱と
1段コールドヘッド部F6−1から伝熱体80を介して
伝熱される冷熱とが供給されて、その冷却時間が早くな
る。ここまでが超電導コイル70の予備冷却段階で常温
から50K程度まで冷却される。
Next, the operation will be described. When cooling the superconducting coil 70, the refrigerator 71 is operated. At this time,
When the air valve 86 is opened and pressure air flows into the actuator 83 and a pressure greater than the urging force of the spring in the actuator 83 is applied, the heat insulating material rod 82 is moved downward, and Lower contact plate 8
1 is pressed against the fixing plate 68 as shown by the broken line in FIG. As a result, a solid heat transfer path is formed between the top plate 66 and the fixed plate 68 by the heat transfer member 80, and a part of the cold generated in the single-stage cold head portion F6-1 is transferred to the heat transfer member 80.
And transmitted to the fixing plate 68. The fixed plate 68 is supplied with cold heat from the two-stage cold head portion F6-2 and cold heat transferred from the first-stage cold head portion F6-1 via the heat transfer member 80, so that the cooling time is shortened. Up to this point, the superconducting coil 70 is cooled from room temperature to about 50K in the pre-cooling stage.

【0007】上記50K以下の温度領域は1段コールド
ヘッド部F6−1の到達温度領域以下となるので、この
まま接触板81が固定プレート68に接触していると逆
に1段コールドヘッド部F6−1が熱源となって、超電
導コイル70の冷却が遅延してしまう。このため、温度
センサ84の検出温度が制御装置85内の設定器(不図
示)に設定された所定の温度(上記50Kに設定したと
する)に達すると、制御装置85はエアバルブ86が閉
状態になるように制御し、アクチュエータ83をリーク
させることで、アクチュエータ83内のバネの付勢力に
より断熱材製ロッド82を上方に移動させ、接触板81
を固定プレート68から離す。この後は、到達温度領域
の低温側(10K〜4K)である2段コールドヘッド部
F6−2が、超電導コイル70を極低温(10K〜4K
程度)まで冷却する。
Since the temperature range below 50K is lower than the temperature range reached by the single-stage cold head unit F6-1, if the contact plate 81 is in contact with the fixed plate 68, the single-stage cold head unit F6- 1 serves as a heat source, and the cooling of the superconducting coil 70 is delayed. Therefore, when the temperature detected by the temperature sensor 84 reaches a predetermined temperature (assumed to be 50 K) set in a setting device (not shown) in the control device 85, the control device 85 closes the air valve 86. And the actuator 83 is leaked, so that the insulating material rod 82 is moved upward by the urging force of the spring in the actuator 83, and the contact plate 81
Is separated from the fixing plate 68. Thereafter, the two-stage cold head F6-2, which is on the low temperature side (10K to 4K) of the attained temperature region, cools the superconducting coil 70 to an extremely low temperature (10K to 4K).
To about).

【0008】このように、上記した従来の超電導電磁石
装置は、超電導コイル70を冷却する到達温度領域が低
温側の冷却部(F6−2)と、上記到達温度領域が高温
側であり、該到達温度領域までは冷却能力が上記低温側
の冷却部より高い高温側の冷却部(F6−1)とを有し
たGM式冷凍機71を使用し、接触板81を動作させる
アクチュエータ83等の駆動系の伝熱部を備えることで
冷凍機71の各々の冷却部F6−1,F6−2の到達温
度領域における冷却能力の違いを利用して超電導コイル
70の予備冷却時間を短縮化させている。
As described above, in the conventional superconducting electromagnet apparatus described above, the attainable temperature region for cooling the superconducting coil 70 is the low-temperature side cooling section (F6-2), and the attained temperature region is the high-temperature side. A drive system such as an actuator 83 for operating a contact plate 81 using a GM refrigerator 71 having a high-temperature side cooling unit (F6-1) having a cooling capacity higher than the low-temperature side cooling unit up to the temperature range. Of the superconducting coil 70 is shortened by utilizing the difference in cooling capacity in the attained temperature range of each of the cooling units F6-1 and F6-2 of the refrigerator 71.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来の超電導電磁石装
置は以上のように構成されているので、アクチュエータ
83などの駆動部及び真空容器61や熱シールド64を
貫通する断熱材製ロッド82などの導入部が必要であ
り、構造的に複雑化するのでコスト的に不利であるとい
う課題があった。
Since the conventional superconducting electromagnet apparatus is constructed as described above, the drive section such as the actuator 83 and the introduction of the heat insulating material rod 82 penetrating through the vacuum vessel 61 and the heat shield 64 are introduced. However, there is a problem that it is disadvantageous in terms of cost because a part is required and the structure becomes complicated.

【0010】また、超電導コイル70の周辺部の極低温
部分に接触/離間する構造体(接触板81や伸縮可能な
構造80A)は、通常外部から保守点検することができ
ず、また、その接触による(接触板81の固定プレート
68への接触)熱抵抗が超電導電磁石装置全体の機能を
支配してしまうため、例えば接触板81と固定プレート
68との間へ異物が侵入するといった保守点検を行えば
防ぐことのできる事態であっても、接触板81の固定プ
レート68との接触面積が減少し冷却効率が低下してし
まい冷却時間の増大によってコストがかかるなどの保守
上および装置の機能安定性上の課題があった。
A structure (contact plate 81 or extensible structure 80A) that comes into contact with or separates from the cryogenic portion around the superconducting coil 70 cannot normally be maintained and inspected from the outside. (Contact of the contact plate 81 with the fixed plate 68) by heat causes the function of the entire superconducting electromagnet apparatus to be dominant. For this reason, maintenance and inspection are performed to prevent foreign matter from entering between the contact plate 81 and the fixed plate 68. For example, even if the situation can be prevented, the contact area of the contact plate 81 with the fixing plate 68 is reduced, cooling efficiency is reduced, and cost is increased due to an increase in cooling time. There were the above issues.

【0011】さらに、伝熱による冷却効率はその接触面
積によって決定され、その接触面積は接触板81のサイ
ズによって決定されるので、装置のサイズからの制約に
より接触板81のサイズを大きくすることができずその
冷却効率に制限があるという課題があった。
Further, since the cooling efficiency by heat transfer is determined by the contact area, and the contact area is determined by the size of the contact plate 81, the size of the contact plate 81 may be increased due to restrictions on the size of the apparatus. There was a problem that the cooling efficiency could not be limited.

【0012】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、可動部分を構成することなしに、
冷媒ガスを流通する冷却管を設け、冷凍機の冷却部の冷
却能力の違いを利用して超電導コイルを冷却すること
で、冷却時間の短縮化及び冷熱を伝達する接触面積を大
きくとることができ、ひいては装置の機能を安定化及び
冷却能力の向上を図ることができる超電導コイルの冷却
構造を有した超電導電磁石装置を得ることを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and does not constitute a movable part.
By providing a cooling pipe through which the refrigerant gas flows and cooling the superconducting coil using the difference in cooling capacity of the cooling unit of the refrigerator, it is possible to shorten the cooling time and increase the contact area for transmitting cold heat. It is another object of the present invention to provide a superconducting electromagnet device having a superconducting coil cooling structure capable of stabilizing the function of the device and improving the cooling capacity.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明に係る超電導電
磁石装置は、超電導コイルを冷却する到達温度領域が低
温側の冷却部と、到達温度領域が高温側であり、該到達
温度領域までは冷却能力が低温側の冷却部より高い高温
側の冷却部とを有する冷凍機と、冷凍機の高温側の冷却
部と熱交換を行う冷凍機側熱交換部と、超電導コイルと
熱交換を行う超電導コイル側熱交換部とを有し、両熱交
換部間の管長を冷却部と超電導コイルとが十分に断熱さ
れる長さに形成した冷却管と、この冷却管内を冷凍機側
熱交換部から超電導コイル側熱交換部方向へ流通し、冷
凍機側熱交換部での冷却分を超電導コイル側熱交換部で
超電導コイルへ伝導する冷媒ガスと、超電導コイルの温
度を測定する温度センサと、冷却管の両端部に設けた開
閉自在の弁であって、温度センサの検出温度に基づいて
冷媒ガスの出し入れを行う冷媒ガス弁とを備えるもので
ある。
A superconducting electromagnet apparatus according to the present invention is characterized in that a cooling portion for cooling a superconducting coil has a lower temperature side and a lower temperature region has a higher temperature side. A refrigerator having a high-temperature side cooling section having a higher capacity than a low-temperature side cooling section, a refrigerator-side heat exchange section performing heat exchange with the high-temperature side cooling section of the refrigerator, and a superconducting element performing heat exchange with a superconducting coil. A cooling pipe having a coil-side heat exchange section, a pipe length formed between the two heat exchange sections to a length that allows the cooling section and the superconducting coil to be sufficiently insulated, and the inside of the cooling pipe from the refrigerator-side heat exchange section A refrigerant gas that circulates in the direction of the superconducting coil-side heat exchange unit and conducts the cooling component in the refrigerator-side heat exchange unit to the superconducting coil in the superconducting coil-side heat exchange unit; a temperature sensor that measures the temperature of the superconducting coil; Openable and closable valves provided at both ends of the pipe , In which and a refrigerant gas valve to perform out of refrigerant gas based on the temperature detected by the temperature sensor.

【0014】この発明に係る超電導電磁石装置は、超電
導コイルを冷却する到達温度領域が低温側の冷却部と、
到達温度領域が高温側であり、該到達温度領域までは冷
却能力が低温側の冷却部より高い高温側の冷却部とを有
する冷凍機と、冷凍機の高温側の冷却部と熱交換を行う
冷凍機側熱交換部と、超電導コイルと熱交換を行う超電
導コイル側熱交換部とを有し、両熱交換部間に低熱伝導
性材料を介装した冷却管と、この冷却管内を冷凍機側熱
交換部から超電導コイル側熱交換部方向へ流通し、冷凍
機側熱交換部での冷却分を超電導コイル側熱交換部で超
電導コイルへ伝導する冷媒ガスと、超電導コイルの温度
を測定する温度センサと、冷却管の両端部に設けた開閉
自在の弁であって、温度センサの検出温度に基づいて冷
媒ガスの出し入れを行う冷媒ガス弁とを備えるものであ
る。
The superconducting electromagnet device according to the present invention is characterized in that a cooling portion whose cooling temperature reaches a low temperature side for cooling the superconducting coil;
The attained temperature region is on the high temperature side, and the heat exchange is performed between the refrigerator having a high temperature side cooling unit having a cooling capacity higher than the low temperature side cooling unit and the high temperature side cooling unit up to the attained temperature region. A cooling pipe having a refrigerator-side heat exchanging section, a superconducting coil-side heat exchanging section for exchanging heat with the superconducting coil, and a low heat conductive material interposed between the two heat exchanging sections; The temperature of the superconducting coil and the refrigerant gas flowing from the side heat exchanging section to the superconducting coil side heat exchanging section and conducting the cooling component in the refrigerator side heat exchanging section to the superconducting coil in the superconducting coil side heat exchanging section are measured. It has a temperature sensor, and a freely openable and closable valve provided at both ends of the cooling pipe, and a refrigerant gas valve for taking in and out the refrigerant gas based on the temperature detected by the temperature sensor.

【0015】この発明に係る超電導電磁石装置は、内壁
面に溝を設けた冷却管を備えるものである。
A superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes a cooling pipe having a groove on an inner wall surface.

【0016】この発明に係る超電導電磁石装置は、冷却
管の内壁面を粗面にするものである。
In the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention, the inner wall surface of the cooling pipe is roughened.

【0017】この発明に係る超電導電磁石装置は、冷凍
機側熱交換部での冷却により液化し、超電導コイル側熱
交換部で気化する冷媒ガスを用いるものである。
The superconducting electromagnet apparatus according to the present invention uses a refrigerant gas which is liquefied by cooling in a refrigerator-side heat exchange section and vaporized in a superconducting coil-side heat exchange section.

【0018】この発明に係る超電導電磁石装置は、冷凍
機の高温側の冷却部により冷却され、超電導コイルを常
温側から熱遮断する熱シールドを備え、冷凍機側熱交換
部は、熱シールドに設けるものである。
The superconducting electromagnet apparatus according to the present invention is provided with a heat shield which is cooled by a cooling unit on the high temperature side of the refrigerator and which cuts off the heat of the superconducting coil from the normal temperature side, and the heat exchange unit on the refrigerator side is provided on the heat shield. Things.

【0019】この発明に係る超電導電磁石装置は、温度
センサの検出温度に基づいて冷媒ガス弁による冷媒ガス
の出し入れを自動制御する自動制御手段を備えるもので
ある。
The superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes automatic control means for automatically controlling the flow of the refrigerant gas by the refrigerant gas valve based on the temperature detected by the temperature sensor.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による超
電導電磁石装置の構成を示す縦断面図である。図におい
て、1は超電導コイル10などの超電導電磁石装置の構
成部を収納する真空容器で、この真空容器1は凹状容器
2とその開口部を覆う天板3とから構成される。4は真
空容器1内に設けられ、シリンダ部C−1によって吊設
された熱シールドであり、超電導コイル10を常温側か
ら熱遮断している。また、熱シールド4は外側円筒壁
5、天板6および底板7から構成されている。さらに、
この熱シールド4内には、シリンダ部C−2で吊設され
た固定プレート8とこの固定プレート8の底面に取り付
けられた超電導コイル10とが内蔵されている。超電導
コイル10の中央部には空所9が形成され、この空所9
内が高磁場空間として利用される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a superconducting electromagnet device according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a vacuum vessel for accommodating components of a superconducting electromagnet device such as a superconducting coil 10, and this vacuum vessel 1 comprises a concave vessel 2 and a top plate 3 covering the opening thereof. Reference numeral 4 denotes a heat shield provided in the vacuum vessel 1 and suspended by the cylinder section C-1, and heat-shields the superconducting coil 10 from the room temperature side. The heat shield 4 includes an outer cylindrical wall 5, a top plate 6, and a bottom plate 7. further,
In the heat shield 4, a fixed plate 8 suspended by the cylinder portion C-2 and a superconducting coil 10 mounted on the bottom surface of the fixed plate 8 are incorporated. A void 9 is formed in the center of the superconducting coil 10, and this void 9
Inside is used as a high magnetic field space.

【0021】11は超電導コイル10を冷却する到達温
度領域が低温側の冷却部(F−2)と、上記到達温度領
域が高温側であり、該到達温度領域までは冷却能力が上
記低温側の冷却部より高い高温側の冷却部(F−1)と
を有した冷凍機であり、図示の例ではGM式冷凍機を用
いている。このGM式冷凍機11における高温側の冷却
部(F−1)は常温からその到達温度領域までは、低温
側の冷却部(F−2)のそれと比較して4倍程度冷却能
力が高いことが知られている。また、冷凍機11は冷凍
機取り付けフランジ12を介して真空容器1の天板3に
固定されている。C−1は冷凍機11の1段コールドヘ
ッド部F−1と接続する1段シリンダ部、C−2は冷凍
機11の2段コールドヘッド部F−2と接続する2段シ
リンダ部、F−1は到達温度領域が高温側(70K〜2
0K程度)の冷却部である1段コールドヘッド部、F−
2は到達温度領域が低温側(10K〜4K程度)の冷却
部である2段コールドヘッド部である。また、1段コー
ルドヘッド部F−1の取り付けフランジ13を介して熱
シールド4の天板6が固定され、2段コールドヘッド部
F−2の取り付けフランジ13Aを介して固定プレート
8が固定されている。ここまでの構成は上記従来の超電
導電磁石装置と同様である。
Reference numeral 11 denotes a cooling section (F-2) in which the attainable temperature region for cooling the superconducting coil 10 is on the low temperature side, and the attainable temperature region is on the high temperature side. This is a refrigerator having a cooling section (F-1) on the high temperature side higher than the cooling section. In the illustrated example, a GM refrigerator is used. The cooling unit (F-1) on the high temperature side of the GM refrigerator 11 has a cooling capacity approximately four times higher than that of the cooling unit (F-2) on the low temperature side from room temperature to the attained temperature range. It has been known. Further, the refrigerator 11 is fixed to the top plate 3 of the vacuum vessel 1 via a refrigerator mounting flange 12. C-1 is a one-stage cylinder portion connected to the one-stage cold head portion F-1 of the refrigerator 11, C-2 is a two-stage cylinder portion connected to the two-stage cold head portion F-2 of the refrigerator 11, F- No. 1 indicates that the ultimate temperature range is on the high temperature side (70K to 2K).
1K cold head, which is a cooling unit of about 0K, F-
Numeral 2 denotes a two-stage cold head unit which is a cooling unit whose temperature range reaches a low temperature side (about 10K to 4K). Further, the top plate 6 of the heat shield 4 is fixed via the mounting flange 13 of the one-stage cold head portion F-1, and the fixing plate 8 is fixed via the mounting flange 13A of the two-stage cold head portion F-2. I have. The configuration so far is the same as the above-described conventional superconducting electromagnet device.

【0022】14は冷却管であり、冷媒ガスであるヘリ
ウムなどを流通させる。この冷却管14は冷媒ガスの入
り口ポート14cから仕切弁15を経由して真空容器1
及び熱シールド4を貫通し、次に冷凍機11の1段コー
ルドヘッド部F−1の外周面に沿って何重か周回して1
段コールドヘッド部F−1と熱交換する冷凍機側熱交換
部14aを構成し、さらに、超電導コイル10の外周面
に沿って何重か周回して超電導コイル10と熱交換する
超電導コイル側熱交換部14bを構成し、この後、熱シ
ールド4、真空容器1を貫通して仕切弁16を経て冷媒
ガスの出口ポート14dに達する。15,16は冷却管
14内を流通する冷媒ガスの出し入れを行う冷媒ガス弁
としての仕切弁である。24は超電導コイル10の温度
を検出する温度センサ、25は温度センサ24の検出す
る超電導コイル10の温度に基づいて、仕切弁15,1
6の開閉の自動制御を行う自動制御手段としての制御装
置である。
Reference numeral 14 denotes a cooling pipe through which helium, which is a refrigerant gas, flows. The cooling pipe 14 is connected to the vacuum vessel 1 via a gate valve 15 from a refrigerant gas inlet port 14c.
Through the heat shield 4 and then several turns along the outer peripheral surface of the one-stage cold head portion F-1 of the refrigerator 11 to obtain 1
A superconducting coil-side heat exchanging unit 14a that exchanges heat with the superconducting coil 10 by forming a refrigerator-side heat exchanging unit 14a that exchanges heat with the stage cold head unit F-1. An exchanging part 14b is formed, and after that, it reaches the refrigerant gas outlet port 14d through the heat shield 4, the vacuum vessel 1, and the gate valve 16. 15 and 16 are gate valves as refrigerant gas valves for taking in and out the refrigerant gas flowing through the cooling pipe 14. Reference numeral 24 denotes a temperature sensor for detecting the temperature of the superconducting coil 10, and reference numeral 25 denotes a gate valve 15, 1 based on the temperature of the superconducting coil 10 detected by the temperature sensor 24.
6 is a control device as automatic control means for automatically controlling the opening and closing of 6.

【0023】次に動作について説明する。本発明は超電
導コイルの冷却構造の改良に関するものであるので、こ
こでは超電導コイル10の冷却動作について説明する。
本発明の超電導電磁石装置の超電導コイル冷却動作は、
超電導コイルを常温から70K〜20K程度まで予備冷
却する予備冷却段階と、超電導コイルを10K〜4K程
度の極低温まで冷却する動作温度冷却段階とからなる。
まず、予備冷却段階について説明すると、冷凍機11を
作動させると同時に冷却管14の入り口ポート14cか
ら冷媒ガスとして例えばヘリウムガスを導入する。導入
されたヘリウムガスは熱交換部14aにおいて冷凍機の
1段コールドヘッド部F−1によって冷却され、この冷
却されたヘリウムガスは冷却管14内を伝って熱交換部
14bに達し、この熱交換部14bにおいてヘリウムガ
スの冷熱が超電導コイル10に伝達されて超電導コイル
10が冷却される。また、この時、超電導コイル10
は、従来の超電導電磁石装置と同様に冷凍機の2段コー
ルドヘッド部F−2によっても冷却されており、二重の
冷却手段により冷却されている。このあと、超電導コイ
ル10に冷熱を伝達して温められたヘリウムガスは出口
ポート14dから冷却管14の外部に排出されるか不図
示の再利用装置へ送られる。このような冷却サイクルに
よる冷却が冷凍機の1段コールドヘッド部F−1の到達
温度領域である70K〜20K程度まで行われる。
Next, the operation will be described. Since the present invention relates to an improvement in the cooling structure of the superconducting coil, the cooling operation of the superconducting coil 10 will be described here.
The superconducting coil cooling operation of the superconducting electromagnet device of the present invention,
It comprises a pre-cooling step of pre-cooling the superconducting coil from room temperature to about 70K to 20K, and an operating temperature cooling step of cooling the superconducting coil to a very low temperature of about 10K to 4K.
First, the precooling step will be described. At the same time as the refrigerator 11 is operated, for example, helium gas is introduced as a refrigerant gas from the inlet port 14c of the cooling pipe 14. The introduced helium gas is cooled by the first-stage cold head F-1 of the refrigerator in the heat exchange section 14a, and the cooled helium gas travels through the cooling pipe 14 and reaches the heat exchange section 14b, where the heat exchange is performed. In the portion 14b, the cold heat of the helium gas is transmitted to the superconducting coil 10, and the superconducting coil 10 is cooled. At this time, the superconducting coil 10
Is cooled also by the two-stage cold head portion F-2 of the refrigerator similarly to the conventional superconducting electromagnet device, and is cooled by double cooling means. Thereafter, the helium gas heated by transmitting the cold heat to the superconducting coil 10 is discharged from the outlet port 14d to the outside of the cooling pipe 14 or sent to a reuse device (not shown). Cooling by such a cooling cycle is performed up to the temperature range of about 70K to 20K which is the temperature range reached by the first-stage cold head portion F-1 of the refrigerator.

【0024】超電導コイル10の温度が1段コールドヘ
ッド部F−1の到達温度領域である70K〜20K程度
以下に冷却されると、1段コールドヘッド部F−1が逆
に熱源となってしまい、ヘリウムガスが1段コールドヘ
ッド部F−1の熱を超電導コイル10へ伝達して冷却時
間を遅延させてしまうので、超電導コイル10が上記温
度領域に達したら、予備冷却段階を終了して超電導コイ
ル10の動作温度である10K〜4K程度まで冷却する
動作温度冷却段階へ移行する。これを詳細に説明する
と、温度センサ24が制御装置25内の不図示の設定部
に設定された規定温度(冷媒ガスを流入させる温度で、
例えば1段コールドヘッド部F−1の到達温度領域内の
温度で規定する)以下である温度を検出すると、制御装
置25は仕切弁15,16を自動的に閉状態にする(仕
切弁15,16は電気的に開閉動作する電磁弁などを用
いても良い)。これにより、1段コールドヘッド部F−
1の熱伝達を行うヘリウムガスの供給が停止され、到達
温度領域が10K〜4K程度の極低温である2段コール
ドヘッド部F−2のみによって超電導コイル10の冷却
を行う動作温度冷却段階に移行し、極低温状態の超電導
コイル10が得られる。
When the temperature of the superconducting coil 10 is cooled to about 70 K to 20 K or less, which is the temperature range reached by the first-stage cold head F-1, the first-stage cold head F-1 becomes a heat source. Since the helium gas transfers the heat of the first-stage cold head portion F-1 to the superconducting coil 10 and delays the cooling time, when the superconducting coil 10 reaches the above-mentioned temperature range, the pre-cooling step is completed to terminate the superconducting operation. The operation shifts to an operating temperature cooling stage in which the coil 10 is cooled to an operating temperature of about 10K to 4K. This will be described in detail. The temperature sensor 24 determines the specified temperature (the temperature at which the refrigerant gas flows in the setting unit (not shown) in the control device 25,
For example, when detecting a temperature that is equal to or lower than the temperature within the attained temperature range of the first-stage cold head unit F-1, the control device 25 automatically closes the gate valves 15 and 16 (the gate valves 15 and 16). 16 may be an electromagnetic valve that opens and closes electrically. Thereby, the single-stage cold head F-
The supply of the helium gas for performing the heat transfer of Step 1 is stopped, and the process proceeds to the operating temperature cooling stage in which the superconducting coil 10 is cooled only by the two-stage cold head portion F-2 whose ultimate temperature range is extremely low, about 10K to 4K. Thus, the superconducting coil 10 in an extremely low temperature state is obtained.

【0025】動作温度冷却段階への移行時において、1
段コールドヘッド部F−1の熱を超電導コイル10に伝
える媒体となるヘリウムガスが冷却管14内に残らない
ように完全に排出するようにしてもよい。また、予備冷
却段階が終了して閉状態にした仕切弁15,16は、動
作温度冷却段階では完全に閉め切っておくようにする
と、空気中の水分などが侵入することによって冷却管1
4内に霜や氷などが詰まることがない。
At the time of transition to the operating temperature cooling stage, 1
The helium gas serving as a medium for transmitting the heat of the step cold head portion F-1 to the superconducting coil 10 may be completely discharged so as not to remain in the cooling pipe 14. The gate valves 15, 16 which are closed after the pre-cooling stage has been completed are completely closed in the operating temperature cooling stage.
There is no frost or ice clogging in 4.

【0026】なお、冷却管14は、例えば通常の真空部
品に使用されるステンレス鋼管などの熱伝導性が高い金
属管で作成するため、動作温度冷却段階において1段コ
ールドヘッド部F−1の熱が冷却管14の管壁を通じて
超電導コイル10へ伝達されないように熱交換部14a
と熱交換部14bとの間の管長Lを十分に長くして熱抵
抗を確保し、1段コールドヘッド部F−1と超電導コイ
ル10とが断熱されるようにする。
Since the cooling pipe 14 is made of a metal pipe having a high thermal conductivity such as a stainless steel pipe used for ordinary vacuum parts, for example, the heat of the one-stage cold head portion F-1 is cooled in the operating temperature cooling stage. Heat exchanger 14a so that the heat is not transmitted to the superconducting coil 10 through the wall of the cooling pipe 14.
The tube length L between the first stage cold head portion F-1 and the superconducting coil 10 is insulated from the heat exchange portion 14b.

【0027】また、上記実施の形態では予備冷却段階か
ら動作温度冷却段階への移行を、典型的なGM式冷凍機
11の1段コールドヘッド部F−1の到達温度領域であ
る70K〜20K程度の温度を基準として行ったが、こ
の基準となる温度は上記温度領域に限定されるものでな
く、GM式冷凍機11以外の冷凍機を用いて、その冷却
部の冷却能力の違いを利用することができる温度領域で
あればよい。
In the above-described embodiment, the transition from the pre-cooling stage to the operating temperature cooling stage is performed in a temperature range of about 70K to 20K which is the temperature range reached by the first-stage cold head F-1 of the typical GM refrigerator 11. However, the reference temperature is not limited to the above temperature range, and a difference in the cooling capacity of the cooling unit is used using a refrigerator other than the GM refrigerator 11. Any temperature range can be used as long as the temperature can be maintained.

【0028】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、超電導コイル10を冷却する到達温度領域が低温側
の2段コールドヘッド部F−2と、到達温度領域が高温
側であり、該到達温度領域までは冷却能力が2段コール
ドヘッド部F−2より高い1段コールドヘッド部F−1
とを有する冷凍機11と、1段コールドヘッド部F−1
と熱交換を行う熱交換部14aと、超電導コイル10と
熱交換を行う熱交換部14bとを有し、両熱交換部間の
管長Lを1段コールドヘッド部F−1と超電導コイル1
0とが十分に断熱される長さに形成した冷却管14と、
この冷却管14内を熱交換部14aから熱交換部14b
方向へ流通し、熱交換部14aでの冷却分を熱交換部1
4bで超電導コイル10へ伝導する冷媒ガスと、超電導
コイル10の温度を測定する温度センサ24と、冷却管
14の両端部に設けた温度センサ24の検出温度に基づ
いて冷媒ガスの出し入れを行う仕切弁15,16とを備
えたので、アクチュエータなどの駆動機構を省略できコ
スト的に有利となり、また、従来のように接触・離間す
る構造体がなく、各熱交換部14a,14bに冷却管1
4を固定したので、各熱交換部14a,14bにおける
冷却管14の熱抵抗が、異物の侵入などで変化すること
がなく保守点検の労を省くことができ、且つ安定した冷
却動作を実現することができる。さらに、冷凍機の冷却
部や超電導コイルに冷却管を何重に周回させて取り付け
ることにより、従来の接触板81によって冷却するもの
と比較して接触面積を格段に大きくすることができる。
これにより、冷却効率を格段に向上させることができ
る。
As described above, according to the first embodiment, the attained temperature region for cooling the superconducting coil 10 is the two-stage cold head F-2 on the low temperature side, and the attained temperature region is on the high temperature side. One-stage cold head F-1 whose cooling capacity is higher than the two-stage cold head F-2 up to the ultimate temperature range
Refrigerator 11 having a single-stage cold head unit F-1
A heat exchange section 14a for performing heat exchange with the superconducting coil 10 and a heat exchange section 14b for performing heat exchange with the superconducting coil 10;
0, a cooling pipe 14 formed to have a length that is sufficiently insulated,
The inside of the cooling pipe 14 is moved from the heat exchange section 14a to the heat exchange section 14b.
In the direction of the heat exchange part 14a
4b, a refrigerant gas to be transmitted to the superconducting coil 10, a temperature sensor 24 for measuring the temperature of the superconducting coil 10, and a partition for taking in and out the refrigerant gas based on the temperature detected by the temperature sensors 24 provided at both ends of the cooling pipe 14. The provision of the valves 15 and 16 eliminates the need for a driving mechanism such as an actuator, which is advantageous in terms of cost. Further, there is no structure that comes into contact with or separates from the prior art, and the cooling pipe 1 is provided in each of the heat exchange sections 14a and 14b.
Since the fixing member 4 is fixed, the thermal resistance of the cooling pipe 14 in each of the heat exchange portions 14a and 14b does not change due to invasion of foreign matter, so that maintenance and inspection can be omitted and stable cooling operation can be realized. be able to. Furthermore, by mounting the cooling pipe around the cooling section or the superconducting coil of the refrigerator in a number of layers, the contact area can be remarkably increased as compared with the conventional cooling apparatus using the contact plate 81.
Thereby, the cooling efficiency can be remarkably improved.

【0029】また、温度センサ24の検出温度に基づい
て仕切弁15,16による冷媒ガスの出し入れを自動制
御する自動制御手段としての制御装置25を備えたの
で、超電導コイルの冷却動作の自動運転が可能となるこ
とから、操作性が向上し専用の操作者を必要としないこ
とでコスト的にも有利となる。
Further, since the control device 25 is provided as automatic control means for automatically controlling the flow of the refrigerant gas by the gate valves 15 and 16 based on the temperature detected by the temperature sensor 24, the automatic operation of the cooling operation of the superconducting coil can be performed. Since it becomes possible, the operability is improved and a dedicated operator is not required, which is advantageous in terms of cost.

【0030】実施の形態2.上記実施の形態1では動作
温度冷却段階において冷凍機の冷却部(F−1)の熱が
冷却管14の管壁を通じて超電導コイル10へ伝達され
ないように熱交換部14aと熱交換部14bとの間の管
長を十分長くして熱抵抗を確保したが、この実施の形態
2は冷却部(F−1)と熱交換を行う熱交換部と超電導
コイル10と熱交換を行う熱交換部との間の冷却管に低
熱伝導性材料を介装させたものである。
Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the heat exchange part 14a and the heat exchange part 14b are connected to each other so that the heat of the cooling part (F-1) of the refrigerator is not transmitted to the superconducting coil 10 through the wall of the cooling pipe 14 in the operation temperature cooling stage. Although the pipe length between them is made sufficiently long to secure the thermal resistance, in the second embodiment, the heat exchange unit that exchanges heat with the cooling unit (F-1) and the heat exchange unit that exchanges heat with the superconducting coil 10 are used. A low heat conductive material is interposed between the cooling pipes.

【0031】図2はこの発明の実施の形態2による超電
導電磁石装置の構成を示す縦断面図である。図におい
て、14’は冷却管、14a’は冷却管14’が冷凍機
11の冷却部(F−1)と熱交換を行う冷凍機側熱交換
部、14b’は冷却管14’が超電導コイル10と熱交
換を行う超電導コイル側熱交換部であり、14c’,1
4d’はそれぞれ冷媒ガスの入り口ポートおよび出口ポ
ートである。17は熱交換部14a’,14b’間と冷
媒ガスの排出側の冷却管14’に介装した低熱伝導性材
料としてのセラミックス管である。なお、図1と同一構
成要素は同一符号を付して重複する説明を省略する。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a superconducting electromagnet apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, 14 'is a cooling pipe, 14a' is a refrigerator-side heat exchange section in which the cooling pipe 14 'exchanges heat with the cooling section (F-1) of the refrigerator 11, and 14b' is a cooling pipe 14 'which is a superconducting coil. 10 is a superconducting coil side heat exchanging section for exchanging heat with
4d 'is an inlet port and an outlet port of the refrigerant gas, respectively. Reference numeral 17 denotes a ceramic pipe as a low heat conductive material interposed between the heat exchange sections 14a 'and 14b' and the cooling pipe 14 'on the refrigerant gas discharge side. Note that the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0032】次に概要について説明する。この実施の形
態2による超電導電磁石装置の冷却動作は上記実施の形
態1と同様であるので説明を省略し実施の形態1と異な
る構成の概要について説明する。上述したように実施の
形態2による超電導電磁石装置の冷却管14’は熱交換
部14a’,14b’間 と冷媒ガスの排出側の冷却管
14’にセラミックス管17を介装しているので、実施
の形態1で示した動作温度冷却段階において、このセラ
ミックス管17が1段コールドヘッド部F−1と超電導
コイル10および超電導コイル10と冷媒ガスの排出側
冷却管14’とを断熱する断熱材として働く。このた
め、実施の形態1による冷却管14と比較して、熱交換
部14a’,14b’間の管長を短くすることができ、
さらに冷媒ガスの排出側冷却管14’による1段コール
ドヘッド部F−1の熱伝達を防止することができる。
Next, the outline will be described. Since the cooling operation of the superconducting electromagnet device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description is omitted, and an outline of a configuration different from the first embodiment will be described. As described above, since the cooling pipe 14 'of the superconducting electromagnet apparatus according to Embodiment 2 has the ceramic pipe 17 interposed between the heat exchange sections 14a' and 14b 'and the cooling pipe 14' on the refrigerant gas discharge side, In the operating temperature cooling stage shown in the first embodiment, the ceramics tube 17 is a heat insulating material that insulates the first-stage cold head portion F-1, the superconducting coil 10, the superconducting coil 10, and the cooling gas discharge side cooling tube 14 '. Work as For this reason, compared with the cooling pipe 14 according to the first embodiment, the pipe length between the heat exchange sections 14a 'and 14b' can be shortened,
Further, heat transfer of the first-stage cold head portion F-1 by the refrigerant gas discharge side cooling pipe 14 'can be prevented.

【0033】上記セラミックス管17の冷却管14’へ
の介装は、真空用の接合剤などで気密接続することが考
えられるが、この場合、超電導コイル10の冷却時は冷
却管14’も同様に冷却されるので低温耐用の接合剤を
使用する。また、動作温度冷却時にセラミックス管17
をはさんで冷媒ガス排出側の冷却管14’と超電導コイ
ル10側の冷却管14’との温度差からセラミックス管
17に熱応力がかかる可能性がある。このため、冷媒ガ
ス排出側の冷却管14’を熱シールド4貫通箇所で接触
させて1段コールドヘッド部F−1の到達温度程度に冷
却しておくと、上記セラミックス管17をはさんだ両側
の温度差が小さくなり熱応力を抑えることができる。
It is conceivable that the ceramic tube 17 is airtightly connected to the cooling pipe 14 ′ with a bonding agent for vacuum. In this case, when the superconducting coil 10 is cooled, the cooling pipe 14 ′ is also connected. Use a low-temperature resistant bonding agent. Also, when the operating temperature is cooled, the ceramic tube 17 is cooled.
The ceramic tube 17 may be subjected to thermal stress due to the temperature difference between the cooling pipe 14 ′ on the refrigerant gas discharge side and the cooling pipe 14 ′ on the superconducting coil 10. For this reason, when the cooling pipe 14 ′ on the refrigerant gas discharge side is brought into contact with the heat shield 4 penetrating point to cool it to about the temperature reached by the first-stage cold head portion F- 1, both sides of the ceramic pipe 17 are sandwiched. The temperature difference is reduced, and the thermal stress can be suppressed.

【0034】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、実施の形態1の冷却管14に替えて冷却部(F−
1)と熱交換を行う熱交換部14a’と超電導コイル1
0と熱交換を行う熱交換部14b’との間にセラミック
ス管17などの低熱伝導性材料を介装させた冷却管1
4’を備えたので、動作温度冷却段階においてセラミッ
クス管17などの低熱伝導性材料が超電導コイル10と
1段コールドヘッド部F−1とを断熱する断熱材として
働き、実施の形態1の冷却管14と比較して熱交換部1
4a’,14b’の間の管長を短くすることができる。
これにより、冷却管の配管がコンパクトになり製作が容
易で安価に得ることができる。
As described above, according to the second embodiment, the cooling section (F-
1) heat exchange section 14a 'for performing heat exchange with superconducting coil 1
Cooling pipe 1 in which a low heat conductive material such as a ceramic pipe 17 is interposed between the heat exchange section 14 and a heat exchange section 14b 'for performing heat exchange.
4 ', the low thermal conductive material such as the ceramic tube 17 functions as a heat insulating material for insulating the superconducting coil 10 and the first-stage cold head portion F-1 at the operating temperature cooling stage, and the cooling tube of the first embodiment is provided. Heat exchange unit 1 compared to 14
The tube length between 4a 'and 14b' can be shortened.
As a result, the cooling pipe can be made compact, easy to manufacture, and inexpensive.

【0035】実施の形態3.上記実施の形態では冷却管
として通常のステンレス鋼管を使用する例を示したが、
この実施の形態3では冷却管の内壁に溝を設けたり、内
壁面を粗面にするものである。
Embodiment 3 FIG. In the above embodiment, an example is shown in which a normal stainless steel pipe is used as the cooling pipe.
In the third embodiment, a groove is provided on the inner wall of the cooling pipe or the inner wall surface is roughened.

【0036】図3,図4はこの実施の形態3による超電
導電磁石装置に使用する冷却管の内壁面を模式的に示し
た断面図である。図において、14Aは内壁に溝14
A’を設けた冷却管、14Bは内壁面を粗面14B’と
した冷却管である。図3,図4のようにすることで冷却
管14A,14Bの内壁の表面積を大きくすることがで
き、これにより管内を通過する冷媒ガスと内壁面との接
触面積が大きくなるので、冷媒ガスと各熱交換部との熱
交換効率を向上させることができる。従って、冷却時間
を短くすることができる効果が得られる。
FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing the inner wall surface of a cooling pipe used in the superconducting electromagnet apparatus according to the third embodiment. In the figure, 14A is a groove 14 on the inner wall.
A cooling pipe provided with A ', and 14B is a cooling pipe having an inner wall surface having a rough surface 14B'. 3 and 4, the surface area of the inner wall of the cooling pipes 14A and 14B can be increased, and the contact area between the refrigerant gas passing through the pipe and the inner wall surface increases. The heat exchange efficiency with each heat exchange unit can be improved. Therefore, the effect that the cooling time can be shortened is obtained.

【0037】また、図3の冷却管14Aと図4の冷却管
14Bとにおいて、加工の容易さやコストを比較する
と、図3の冷却管14Aにおける溝の形成は特殊な加工
を必要とするが図4の冷却管14Bにおける粗面は、薬
剤処理やブラストなどの一般的な加工で形成することが
できるのでコスト的には有利である。
Further, when the easiness of processing and the cost are compared between the cooling pipe 14A of FIG. 3 and the cooling pipe 14B of FIG. 4, the formation of the groove in the cooling pipe 14A of FIG. Since the rough surface of the cooling pipe 14B of No. 4 can be formed by general processing such as chemical treatment or blasting, it is advantageous in cost.

【0038】さらに、この実施の形態3による冷却管1
4A,14Bを実施の形態2による超電導電磁石装置に
使用することで、熱交換効率が実施の形態2による冷却
管14’と比較して向上しているので、管長をさらに短
くすることができる。これにより、冷却管の配管がコン
パクトになり製作が容易で安価に得ることができる。
Further, the cooling pipe 1 according to the third embodiment
By using the 4A and 14B in the superconducting electromagnet apparatus according to the second embodiment, the heat exchange efficiency is improved as compared with the cooling pipe 14 ′ according to the second embodiment, so that the pipe length can be further reduced. As a result, the cooling pipe can be made compact, easy to manufacture, and inexpensive.

【0039】実施の形態4.上記実施の形態1では冷媒
ガスとして冷凍機の冷却部の到達温度領域では期待であ
るヘリウムを用いた例を示したが、この実施の形態4は
冷凍機の高温側の冷却部との熱交換で液体となり、超電
導コイルとの熱交換で気化する冷媒ガスを用いるもので
ある。
Embodiment 4 In the first embodiment, helium, which is expected in the attainable temperature range of the cooling unit of the refrigerator, is used as the refrigerant gas. However, in the fourth embodiment, heat exchange with the cooling unit on the high temperature side of the refrigerator is performed. Is used, and a refrigerant gas which becomes liquid and is vaporized by heat exchange with the superconducting coil is used.

【0040】次に概要について説明する。実施の形態1
では各熱交換部14a,14bの温度領域が最低10K
〜4K程度であるので、冷媒ガスとしてヘリウムを使用
する場合、超電導コイルの冷却温度領域で常に気体状態
で存在する。このため熱交換は冷媒ガスの顕熱のみを利
用することになる。これに対して実施の形態4では冷凍
機の高温側の冷却部との熱交換で液体となる冷媒ガスを
使用する。例えば実施の形態1と同様の構成の超電導電
磁石装置に使用する場合では、このような冷媒ガスとし
て窒素が挙げられる。窒素は常温から77K程度までの
温度領域で気体として存在し、77K以下の温度領域で
液体となる。
Next, the outline will be described. Embodiment 1
The temperature range of each heat exchange section 14a, 14b is at least 10K
When helium is used as the refrigerant gas, it is always present in a gaseous state in the superconducting coil cooling temperature range. Therefore, the heat exchange uses only the sensible heat of the refrigerant gas. On the other hand, in the fourth embodiment, a refrigerant gas that becomes liquid by heat exchange with the cooling unit on the high temperature side of the refrigerator is used. For example, when used in a superconducting electromagnet apparatus having the same configuration as in the first embodiment, nitrogen is used as such a refrigerant gas. Nitrogen exists as a gas in a temperature range from normal temperature to about 77K, and becomes liquid in a temperature range of 77K or less.

【0041】次に冷媒ガスとして窒素を用いた場合の冷
却動作について説明する。ここでは説明の簡単のため実
施の形態1で示した超電導電磁石装置に冷媒ガスとして
窒素を使用したとする。まず、超電導コイル10を70
K〜20K程度の温度領域まで冷却する予備冷却段階に
おいて、冷凍機11を動作させると同時に冷媒ガスとし
て窒素を入り口ポート14cから冷却管14内に導入す
る。冷凍機11の1段コールドヘッド部F−1はその到
達温度領域が70K〜20Kであるので、予備冷却が進
行して1段コールドヘッド部F−1が窒素の沸点77K
以下になると冷凍機側熱交換部14aにおいて窒素は1
段コールドヘッド部F−1との熱交換で液体状態にな
る。
Next, the cooling operation when nitrogen is used as the refrigerant gas will be described. Here, it is assumed that nitrogen is used as the refrigerant gas in the superconducting electromagnet apparatus shown in the first embodiment for the sake of simplicity. First, the superconducting coil 10 is
In the pre-cooling stage of cooling to a temperature range of about K to 20 K, the refrigerator 11 is operated and, at the same time, nitrogen is introduced into the cooling pipe 14 from the inlet port 14c as a refrigerant gas. Since the attained temperature range of the first-stage cold head portion F-1 of the refrigerator 11 is 70K to 20K, the preliminary cooling proceeds, and the first-stage cold head portion F-1 has a boiling point of nitrogen of 77K.
When the temperature becomes less than or equal to 1, the nitrogen is reduced to 1 in the refrigerator-side heat exchange section 14a.
It becomes a liquid state by heat exchange with the stage cold head portion F-1.

【0042】この液体窒素は超電導コイル側熱交換部1
4bにおいて超電導コイル10と熱交換を行う。この温
度領域において、冷凍機11の2段コールドヘッド部F
−2の冷却能力は1段コールドヘッド部F−1より低い
ので、超電導コイル10の温度は窒素の沸点(77K)
以上の温度である。このため、超電導コイル10と熱交
換を行った液体窒素は直ちに気化し、液体窒素の気化熱
が奪われて超電導コイル10は冷却される。
The liquid nitrogen is supplied to the superconducting coil side heat exchange section 1
At 4b, heat exchange with the superconducting coil 10 is performed. In this temperature range, the two-stage cold head portion F of the refrigerator 11
-2 has a lower cooling capacity than the one-stage cold head section F-1, so the temperature of the superconducting coil 10 is the boiling point of nitrogen (77K).
The above temperature. For this reason, the liquid nitrogen that has exchanged heat with the superconducting coil 10 is immediately vaporized, and the heat of vaporization of the liquid nitrogen is taken away, so that the superconducting coil 10 is cooled.

【0043】以上のように、この実施の形態4によれ
ば、冷凍機側熱交換部での冷却により液化し、超電導コ
イル側熱交換部で気化する冷媒ガスを用いるので、冷媒
ガスの顕熱による冷却に加えて液化した冷媒ガスの気化
による潜熱を利用して超電導コイルを冷却することがで
きる。これにより、超電導コイルの冷却時間を短縮化す
ることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the refrigerant gas liquefied by cooling in the refrigerator-side heat exchange unit and vaporized in the superconducting coil-side heat exchange unit is used. The superconducting coil can be cooled by utilizing latent heat generated by vaporization of the liquefied refrigerant gas in addition to cooling by the superconducting coil. Thereby, the cooling time of the superconducting coil can be shortened.

【0044】実施の形態5.上記実施の形態1及び実施
の形態2では、冷凍機側熱交換部は冷凍機の高温側の冷
却部(F−1)に冷却管を何重に周回させたものを示し
たが、この実施の形態5は熱シールドに冷却管を設置し
て冷凍機側熱交換部を構成するものである。
Embodiment 5 FIG. In the first and second embodiments, the refrigerator-side heat exchanging unit has a cooling unit (F-1) on the high-temperature side of the refrigerator in which cooling pipes are circulated many times. In a fifth embodiment, a cooling pipe is provided on a heat shield to constitute a refrigerator-side heat exchange section.

【0045】図5はこの発明の実施の形態5による超電
導電磁石装置の構成を示す縦断面図である。図におい
て、14”は冷却管、14a”は熱シールド4を構成す
る天板(熱シールド)6上に冷凍機11を中心として冷
却管14”を何重に周回させて形成した冷凍機側熱交換
部で、14b”は冷却管14”が超電導コイル10と熱
交換を行う超電導コイル側熱交換部であり、14c”,
14d”はそれぞれ冷媒ガスの入り口ポートおよび出口
ポートである。なお、図1と同一の構成要素は同一符号
を付し重複する説明を省略する。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a superconducting electromagnet apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In the figure, 14 ″ is a cooling pipe, and 14a ″ is a refrigerator side heat formed on the top plate (heat shield) 6 constituting the heat shield 4 by circling the cooling pipe 14 ″ around the refrigerator 11 in multiple layers. An exchange unit 14b ″ is a superconducting coil side heat exchange unit in which the cooling pipe 14 ″ exchanges heat with the superconducting coil 10;
Reference numerals 14d "denote an inlet port and an outlet port of the refrigerant gas, respectively. The same components as those in FIG.

【0046】次に概要について説明する。冷却動作は上
記実施の形態と同様であるので説明を省略し、上記実施
の形態と異なる構成について説明する。冷凍機11の1
段コールドヘッド部F−1のサイズによってその外周面
の面積は制限されるので、冷却管14との接触面積には
限りがある。そこで、この実施の形態5による冷凍機側
熱交換部14a”は熱シールド4を構成する天板6上に
冷凍機11を中心として冷却管14”を何重に周回させ
て形成しているので、天板6の面積分と同程度の接触面
積を得ることができる。これにより、1段コールドヘッ
ド部F−1との熱効率を格段に向上させることができ
る。
Next, the outline will be described. Since the cooling operation is the same as in the above embodiment, the description will be omitted, and a configuration different from the above embodiment will be described. 1 of refrigerator 11
Since the area of the outer peripheral surface is limited by the size of the step cold head portion F-1, the contact area with the cooling pipe 14 is limited. Therefore, the refrigerator-side heat exchange part 14a ″ according to the fifth embodiment is formed by arranging the cooling pipes 14 ″ around the refrigerator 11 in multiple layers on the top plate 6 constituting the heat shield 4. And a contact area equivalent to the area of the top plate 6 can be obtained. Thereby, the thermal efficiency with the one-stage cold head portion F-1 can be remarkably improved.

【0047】以上のように、この実施の形態5によれ
ば、熱シールドに冷却管を設置して冷凍機側熱交換部を
構成したので、冷却管の熱交換面積が冷凍機の冷却部に
設置した場合と比較して格段に広げることができる。従
って、冷凍機の冷却部と冷媒ガスとの熱交換効率を向上
させることができ、ひいては超電導コイルの冷却時間を
短縮化することができる。
As described above, according to the fifth embodiment, since the cooling pipe is provided on the heat shield to constitute the refrigerator-side heat exchange section, the heat exchange area of the cooling pipe is reduced to the cooling section of the refrigerator. It can be greatly expanded compared to the case where it is installed. Therefore, the heat exchange efficiency between the cooling part of the refrigerator and the refrigerant gas can be improved, and the cooling time of the superconducting coil can be shortened.

【0048】なお、上記実施の形態1から実施の形態5
で使用する冷却管の冷媒ガス導入側と排出側の真空容器
の貫通箇所は、冷却管と真空容器との接触面積をできる
だけ小さくした断熱構造とする。これにより、常温の真
空容器の熱が冷却管を伝って冷凍機の冷却部や超電導コ
イルに伝達するのを抑えることができ、真空容器の熱に
よる冷却時間遅延を抑えることができる。
It should be noted that the first to fifth embodiments are described.
The through-holes of the vacuum vessel on the refrigerant gas introduction side and the discharge side of the cooling pipe used in the above are made to have a heat insulating structure in which the contact area between the cooling pipe and the vacuum vessel is made as small as possible. Thereby, it is possible to suppress the heat of the vacuum vessel at room temperature from being transmitted to the cooling section or the superconducting coil of the refrigerator through the cooling pipe, and to suppress a cooling time delay due to the heat of the vacuum vessel.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、超電
導コイルを冷却する到達温度領域が低温側の冷却部と、
到達温度領域が高温側であり、該到達温度領域までは冷
却能力が低温側の冷却部より高い高温側の冷却部とを有
する冷凍機と、冷凍機の高温側の冷却部と熱交換を行う
冷凍機側熱交換部と、超電導コイルと熱交換を行う超電
導コイル側熱交換部とを有し、両熱交換部間の管長を冷
却部と超電導コイルとが十分に断熱される長さに形成し
た冷却管と、この冷却管内を冷凍機側熱交換部から超電
導コイル側熱交換部方向へ流通し、冷凍機側熱交換部で
の冷却分を超電導コイル側熱交換部で超電導コイルへ伝
導する冷媒ガスと、超電導コイルの温度を測定する温度
センサと、冷却管の両端部に設けた開閉自在の弁であっ
て、温度センサの検出温度に基づいて冷媒ガスの出し入
れを行う冷媒ガス弁とを備えるので、アクチュエータな
どの駆動機構を省略できコスト的に有利となり、また、
従来のように接触・離間する構造体がなく、各熱交換部
に冷却管を固定したので、各熱交換部における冷却管の
熱抵抗が、異物の侵入などで変化することがなく保守点
検の労を省くことができ、且つ安定した冷却動作を実現
することができる。さらに、冷凍機の冷却部や超電導コ
イルに冷却管を何重に周回させて取り付けることによ
り、従来の接触板によって冷却するものと比較して接触
面積を格段に大きくすることができる。これにより、冷
却効率を格段に向上させることができる効果がある。
As described above, according to the present invention, the cooling portion in which the attainable temperature region for cooling the superconducting coil is on the low temperature side,
The attained temperature region is on the high temperature side, and the heat exchange is performed between the refrigerator having a high temperature side cooling unit having a cooling capacity higher than the low temperature side cooling unit and the high temperature side cooling unit up to the attained temperature region. It has a refrigerator-side heat exchange unit and a superconducting coil-side heat exchange unit that performs heat exchange with the superconducting coil, and the length of the tube between both heat exchange units is set to a length that allows the cooling unit and the superconducting coil to be sufficiently insulated. The cooling pipe flows through the cooling pipe from the refrigerator-side heat exchange section toward the superconducting coil-side heat exchange section, and the cooling component in the refrigerator-side heat exchange section is transmitted to the superconducting coil by the superconducting coil-side heat exchange section. Refrigerant gas, a temperature sensor that measures the temperature of the superconducting coil, and a refrigerant gas valve that is an openable and closable valve provided at both ends of the cooling pipe and that takes in and out the refrigerant gas based on the temperature detected by the temperature sensor. Drive mechanism such as an actuator Cost to be advantageous can, also,
Since there are no structures that come in contact with or separate from each other as in the past, and the cooling pipes are fixed to each heat exchange section, the heat resistance of the cooling pipes in each heat exchange section does not change due to foreign matter intrusion, etc. Labor can be saved and a stable cooling operation can be realized. Furthermore, by mounting the cooling pipe around the cooling section or the superconducting coil of the refrigerator in a number of layers, the contact area can be significantly increased as compared with a conventional cooling apparatus using a contact plate. Thereby, there is an effect that the cooling efficiency can be remarkably improved.

【0050】この発明によれば、超電導コイルを冷却す
る到達温度領域が低温側の冷却部と、到達温度領域が高
温側であり、該到達温度領域までは冷却能力が低温側の
冷却部より高い高温側の冷却部とを有する冷凍機と、冷
凍機の高温側の冷却部と熱交換を行う冷凍機側熱交換部
と、超電導コイルと熱交換を行う超電導コイル側熱交換
部とを有し、両熱交換部間に低熱伝導性材料を介装した
冷却管と、この冷却管内を冷凍機側熱交換部から超電導
コイル側熱交換部方向へ流通し、冷凍機側熱交換部での
冷却分を超電導コイル側熱交換部で超電導コイルへ伝導
する冷媒ガスと、超電導コイルの温度を測定する温度セ
ンサと、冷却管の両端部に設けた開閉自在の弁であっ
て、温度センサの検出温度に基づいて冷媒ガスの出し入
れを行う冷媒ガス弁とを備えるので、上記段落0049
の効果の他に、動作温度冷却段階において低熱伝導性材
料が超電導コイルと冷凍機の高温側の冷却部とを断熱す
る断熱材として働き、熱交換部の間の管長を短くするこ
とができる。これにより、冷却管の配管がコンパクトに
なり製作が容易で安価に得ることができる効果がある。
According to the present invention, the attainable temperature region for cooling the superconducting coil is the cooling portion on the low temperature side and the attained temperature region is on the high temperature side, and the cooling capacity is higher than that of the low temperature side cooling portion up to the attained temperature region. A refrigerator having a high-temperature side cooling section, a refrigerator-side heat exchange section that performs heat exchange with the high-temperature side cooling section of the refrigerator, and a superconducting coil side heat exchange section that performs heat exchange with the superconducting coil. A cooling pipe in which a low thermal conductive material is interposed between the heat exchange sections, and a cooling pipe in the cooling pipe in which heat flows from the refrigerator-side heat exchange section to the superconducting coil-side heat exchange section. And a temperature sensor that measures the temperature of the superconducting coil, and a valve that can be opened and closed at both ends of the cooling pipe, and detects the temperature detected by the temperature sensor. Gas valve that takes in and out refrigerant gas based on Since comprises, the paragraph 0049
In addition to the effects described above, the low heat conductive material functions as a heat insulating material for insulating the superconducting coil and the cooling part on the high-temperature side of the refrigerator in the cooling stage at the operating temperature, and the pipe length between the heat exchange parts can be shortened. Thereby, there is an effect that the piping of the cooling pipe can be made compact, easy to manufacture, and inexpensive.

【0051】この発明によれば、内壁面に溝を設けた冷
却管を備えるので、管内を通過する冷媒ガスと内壁面と
の接触面積が大きくなったことから、冷媒ガスと各熱交
換部との熱交換効率を向上させることができる。従っ
て、冷却時間を短くすることができる効果がある。
According to the present invention, since the cooling pipe provided with the groove on the inner wall surface is provided, the contact area between the refrigerant gas passing through the pipe and the inner wall surface is increased, so that the refrigerant gas and each heat exchange section Heat exchange efficiency can be improved. Therefore, there is an effect that the cooling time can be shortened.

【0052】この発明によれば、冷却管の内壁面を粗面
にするので、管内を通過する冷媒ガスと内壁面との接触
面積が大きくなったことから、冷媒ガスと各熱交換部と
の熱交換効率を向上させることができる。従って、冷却
時間を短くすることができる効果がある。また、上記段
落0051の構成と比較して一般的な加工で形成するこ
とができるのでコスト的に有利となる効果がある。
According to the present invention, since the inner wall surface of the cooling pipe is roughened, the contact area between the refrigerant gas passing through the pipe and the inner wall surface is increased, so that the refrigerant gas and each heat exchange section are not contacted. Heat exchange efficiency can be improved. Therefore, there is an effect that the cooling time can be shortened. In addition, since it can be formed by general processing as compared with the structure of the above paragraph 0051, there is an effect of being advantageous in cost.

【0053】この発明によれば、冷凍機側熱交換部での
冷却により液化し、超電導コイル側熱交換部で気化する
冷媒ガスを用いるので、冷媒ガスの顕熱による冷却に加
えて液化した冷媒ガスの気化による潜熱を利用して超電
導コイルを冷却することができる。これにより、超電導
コイルの冷却時間を短縮化することができる効果があ
る。
According to the present invention, the refrigerant gas which is liquefied by cooling in the refrigerator-side heat exchanging section and vaporized in the superconducting coil-side heat exchanging section is used. The superconducting coil can be cooled using latent heat due to gas vaporization. Thereby, there is an effect that the cooling time of the superconducting coil can be shortened.

【0054】この発明によれば、冷凍機の高温側の冷却
部により冷却され、超電導コイルを常温側から熱遮断す
る熱シールドを備え、冷凍機側熱交換部は、熱シールド
に設けるので、冷却管の熱交換面積が冷凍機の冷却部に
設置した場合と比較して格段に広げることができる。従
って、冷凍機の冷却部と冷媒ガスとの熱交換効率を向上
させることができ、ひいては超電導コイルの冷却時間を
短縮化することができる効果がある。
According to the present invention, since the heat shield which is cooled by the cooling unit on the high temperature side of the refrigerator and cuts off the heat of the superconducting coil from the normal temperature side is provided. The heat exchange area of the tube can be greatly increased as compared with the case where the heat exchange area is provided in the cooling section of the refrigerator. Therefore, the heat exchange efficiency between the cooling portion of the refrigerator and the refrigerant gas can be improved, and the cooling time of the superconducting coil can be shortened.

【0055】この発明によれば、温度センサの検出温度
に基づいて冷媒ガス弁による冷媒ガスの出し入れを自動
制御する自動制御手段を備えるので、操作性が向上し専
用の操作者を必要としないことでコスト的にも有利とな
る効果がある。
According to the present invention, since the automatic control means for automatically controlling the flow of the refrigerant gas by the refrigerant gas valve based on the temperature detected by the temperature sensor is provided, the operability is improved and a dedicated operator is not required. This has the effect of being advantageous in terms of cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1による超電導電磁石
装置の構成を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a superconducting electromagnet device according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態2による超電導電磁石
装置の構成を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a superconducting electromagnet device according to Embodiment 2 of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態3による超電導電磁石
装置に使用する冷却管を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a cooling pipe used in a superconducting electromagnet device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態3による超電導電磁石
装置に使用する冷却管の他の例を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing another example of the cooling pipe used in the superconducting electromagnet device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態5による超伝導電磁石
装置の構成を示す縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a superconducting electromagnet device according to Embodiment 5 of the present invention.

【図6】 従来の超電導電磁石装置の構成を示す縦断面
図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional superconducting electromagnet device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 熱シールド、6 天板(熱シールド)、10 超電
導コイル、11 冷凍機、14,14’,14” 冷却
管、14a,14a’,14a” 冷凍機側熱交換部、
14b,14b’,14b” 超電導コイル側熱交換
部、15,16仕切弁(冷媒ガス弁)、17 セラミッ
クス管(低熱伝導性材料)、F−1 1段コールドヘッ
ド部(高温側の冷却部)、F−2 2段コールドヘッド
部(低温側の冷却部)、24 温度センサ、25 制御
装置(自動制御手段)。
4 heat shield, 6 top plate (heat shield), 10 superconducting coil, 11 refrigerator, 14, 14 ', 14 "cooling pipe, 14a, 14a', 14a" refrigerator-side heat exchange unit,
14b, 14b ', 14b "superconducting coil side heat exchange section, 15, 16 gate valve (refrigerant gas valve), 17 ceramics tube (low thermal conductivity material), F-1 one-stage cold head section (high temperature side cooling section) , F-2 Two-stage cold head section (low-temperature side cooling section), 24 temperature sensor, 25 control device (automatic control means).

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導コイルを冷却する到達温度領域が
低温側の冷却部と、上記到達温度領域が高温側であり、
該到達温度領域までは冷却能力が上記低温側の冷却部よ
り高い高温側の冷却部とを有する冷凍機と、 上記冷凍機の高温側の冷却部と熱交換を行う冷凍機側熱
交換部と、上記超電導コイルと熱交換を行う超電導コイ
ル側熱交換部とを有し、上記両熱交換部間の管長を上記
冷却部と上記超電導コイルとが十分に断熱される長さに
形成した冷却管と、 この冷却管内を上記冷凍機側熱交換部から上記超電導コ
イル側熱交換部方向へ流通し、上記冷凍機側熱交換部で
の冷却分を上記超電導コイル側熱交換部で上記超電導コ
イルへ伝導する冷媒ガスと、 上記超電導コイルの温度を測定する温度センサと、 上記冷却管の両端部に設けた開閉自在の弁であって、上
記温度センサの検出温度に基づいて上記冷媒ガスの出し
入れを行う冷媒ガス弁とを備えたことを特徴とする超電
導電磁石装置。
An attainable temperature region for cooling the superconducting coil is a low-temperature side cooling portion, and the attained temperature region is a high-temperature side;
A refrigerator having a high-temperature side cooling unit whose cooling capacity is higher than the low-temperature side cooling unit up to the attained temperature region; and a refrigerator-side heat exchange unit that performs heat exchange with the high-temperature side cooling unit of the refrigerator. A cooling tube having a superconducting coil-side heat exchanging section for exchanging heat with the superconducting coil, wherein a pipe length between the two heat exchanging sections is formed such that the cooling section and the superconducting coil are sufficiently insulated. And flows through the inside of the cooling pipe from the refrigerator-side heat exchange section toward the superconducting coil-side heat exchange section, and the cooling component in the refrigerator-side heat exchange section is transferred to the superconducting coil by the superconducting coil-side heat exchange section. A refrigerant gas to be conducted, a temperature sensor for measuring the temperature of the superconducting coil, and an openable / closable valve provided at both ends of the cooling pipe, for taking in and out the refrigerant gas based on a temperature detected by the temperature sensor. And a refrigerant gas valve to perform A superconducting electromagnet device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 超電導コイルを冷却する到達温度領域が
低温側の冷却部と、上記到達温度領域が高温側であり、
該到達温度領域までは冷却能力が上記低温側の冷却部よ
り高い高温側の冷却部とを有する冷凍機と、 上記冷凍機の高温側の冷却部と熱交換を行う冷凍機側熱
交換部と、上記超電導コイルと熱交換を行う超電導コイ
ル側熱交換部とを有し、上記両熱交換部間に低熱伝導性
材料を介装した冷却管と、 この冷却管内を上記冷凍機側熱交換部から上記超電導コ
イル側熱交換部方向へ流通し、上記冷凍機側熱交換部で
の冷却分を上記超電導コイル側熱交換部で上記超電導コ
イルへ伝導する冷媒ガスと、 上記超電導コイルの温度を測定する温度センサと、 上記冷却管の両端部に設けた開閉自在の弁であって、上
記温度センサの検出温度に基づいて上記冷媒ガスの出し
入れを行う冷媒ガス弁とを備えたことを特徴とする超電
導電磁石装置。
2. A cooling section in which an attainable temperature region for cooling a superconducting coil is on a low temperature side, and wherein the attained temperature region is on a high temperature side;
A refrigerator having a high-temperature side cooling unit whose cooling capacity is higher than the low-temperature side cooling unit up to the attained temperature region; and a refrigerator-side heat exchange unit that performs heat exchange with the high-temperature side cooling unit of the refrigerator. A cooling pipe having a superconducting coil-side heat exchange section for performing heat exchange with the superconducting coil, and a low heat conductive material interposed between the heat exchange sections; and a refrigerator side heat exchange section inside the cooling pipe. The refrigerant gas which flows from the superconducting coil side heat exchange section to the superconducting coil side heat exchange section, conducts the cooling component in the refrigerator side heat exchange section to the superconducting coil side heat exchange section, and measures the temperature of the superconducting coil. A temperature sensor to be opened and closed and provided at both ends of the cooling pipe, and a refrigerant gas valve for taking in and out the refrigerant gas based on a temperature detected by the temperature sensor. Superconducting electromagnet device.
【請求項3】 冷却管は、 内壁面に溝を設けたことを特徴とする請求項1または請
求項2記載の超電導電磁石装置。
3. The superconducting electromagnet device according to claim 1, wherein the cooling pipe has a groove provided on an inner wall surface.
【請求項4】 冷却管は、 内壁面を粗面にしたことを特徴とする請求項1または請
求項2記載の超電導電磁石装置。
4. The superconducting electromagnet device according to claim 1, wherein an inner wall surface of the cooling pipe is roughened.
【請求項5】 冷媒ガスは、 冷凍機側熱交換部での冷却により液化し、超電導コイル
側熱交換部で気化することを特徴とする請求項1または
請求項2記載の超電導電磁石装置。
5. The superconducting electromagnet apparatus according to claim 1, wherein the refrigerant gas is liquefied by cooling in the refrigerator-side heat exchange section and vaporized in the superconducting coil-side heat exchange section.
【請求項6】 冷凍機の高温側の冷却部により冷却さ
れ、超電導コイルを常温側から熱遮断する熱シールドを
備え、 冷凍機側熱交換部は、上記熱シールドに設けたことを特
徴とする請求項1または請求項2記載の超電導電磁石装
置。
6. A heat shield cooled by a cooling unit on a high-temperature side of the refrigerator and heat-shielding the superconducting coil from a normal temperature side, wherein the refrigerator-side heat exchange unit is provided on the heat shield. The superconducting electromagnet device according to claim 1 or 2.
【請求項7】 温度センサの検出温度に基づいて冷媒ガ
ス弁による冷媒ガスの出し入れを自動制御する自動制御
手段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2
記載の超電導電磁石装置。
7. An automatic control means for automatically controlling the flow of refrigerant gas into and out of the refrigerant gas valve based on the temperature detected by the temperature sensor.
The superconducting electromagnet device according to claim.
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