JP2551875B2 - 超電導コイルの冷却装置 - Google Patents

超電導コイルの冷却装置

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JP2551875B2
JP2551875B2 JP3104042A JP10404291A JP2551875B2 JP 2551875 B2 JP2551875 B2 JP 2551875B2 JP 3104042 A JP3104042 A JP 3104042A JP 10404291 A JP10404291 A JP 10404291A JP 2551875 B2 JP2551875 B2 JP 2551875B2
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superconducting
cooling
helium
container
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順二 桜庭
山田  豊
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルの冷却装
置に関し、特に蓄冷式冷凍機による冷却に関する。
【0002】
【従来技術】従来、超電導物質を線材化して巻き、超電
導コイル1として強磁場を発生させることは知られてい
る。この強磁場を産業的に応用した例がリニアモーター
カーである。また、超電導物質の臨界磁場を測定する為
の測定装置として強磁場を発生させる物性測定装置の需
要が近年延びている。
【0003】これらに使用される超電導コイル1の冷却
方法を図3に示す。液体へリウム5を液体ヘリウム貯蔵
容容器7からトランスファーチューブ6を介して真空容
器の内側容器4(以下単に内側容器4という)に供給
し、液体ヘリウム5に超電導コイル1を浸漬して自然対
流を利用した浸漬冷却方式を採っている。超電導コイル
1に対して電流は電流リード9によって供給されてい
る。そして、超電導コイル1は、常温空間からの熱侵入
を減少させる為、クライオスタット(断熱真空容器)2
の中に設置される。クライオスタットは、通常超電導コ
イル1を浸漬している約4.2Kの液体ヘリウム5の内
側容器4と、常温からの輻射熱を抑える為の熱シールド
3を備えている。この熱シールド3の冷却方式は図示し
ないが液体窒素等による。この装置でも液体へリウム5
の気化により、内側容器4内の圧力が高くなるので、ヘ
リウムガス8を逃している。従って、液体ヘリウム5の
供給が不可欠であり、長時間の運転に際しては定期的に
供給する必要があった。高価な液体ヘリウム5の消耗が
ランニングコストの上昇を招くと共に、液体ヘリウム5
の取り扱いには熟練を要するなど、システムの稼働上大
きな問題であった。
【0004】図4に示す従来例は、物性測定装置用の超
電導コイルである。また、物性測定用サンプル16を頻
繁に変えたり、液体ヘリウム5に漬けたくない場合等を
考慮して物性測定用サンプル16を専用に冷却する蓄冷
式冷凍機13と超電導コイル1を冷却する液体ヘリウム
5の気化をできるだけ防ぐためにシールド冷却用冷凍機
17を備えていて熱シールド3を冷却している。この装
置は、超電導コイル1の下から物性測定用サンプル16
を出し入れする為、内側容器4、熱シールド3、3およ
び真空容器2の底を凹ませてある。そして下から物性測
定用サンプル16を冷やす物性測定装置をつけた蓄冷式
冷凍機13を手動リフター25によって昇降させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4に示す従来例で
も、液体へリウム5の供給は不可欠であり、液体へリウ
ム5を取り扱わなければならない。また、超電導コイル
1を液体へリウム5に浸漬して冷やす為の装置は大きく
なり、またその液体ヘリウム5の気化を防ぐ為のシール
ド冷却用冷凍機17を配設し稼働させるには、更に大型
化しコスト高となった。
【0006】
【課題を解決するための手段】蓄冷式冷凍機(13)の
冷却ステージに超電導コイル(1)を固着し、他の冷却
ステージに超電導コイル(1)を包囲する熱シールド
(3)を固着し、該熱シールド(3)を包囲する真空容
器(2)を通して超電導コイル(1)に接続する電流リ
ード(9)によってなることを特徴とする。
【0007】
【実施例】本発明の請求項1の実施例を図1に示す。超
電導コイル1は、酸化物系高温超電導物質を線状化して
巻いたコイルであり、中央に貫通孔を持つ円筒形に形成
する。この超電導コイル1の下端を蓄冷式冷凍機13の
第二段冷却ステージ14に密接にねじ止めする。真空容
器2は、ステンレス製で超電導コイル1を真空中に被包
する。熱シールド3は、薄い銅製でコップ状に形成し、
超電導コイル1を直接内包して、開口部の端部を第一段
冷却ステージ15に密着にねじ止めする。電流リード9
は、超電導コイル1に接続し電流を供給する。電流リー
ド9は外部に、保護抵抗12、遮断機11、電源10に
接続している。蓄冷式冷凍機13は、駆動部を真空容器
2の外側に出し、フレキシブルホース19、19によっ
て圧縮機18と接続している。物性測定用サンプル16
は超電導物質で、臨界磁場を測定する為に超電導コイル
1によって強磁場をかける。物性測定用サンプル16
は、第二段冷却ステージ14に取り外し可能に固着され
ている。
【0008】本発明の請求項2の実施例を図2に示す。
この実施例は三段式冷凍機を使用した例であり、強磁場
中の物性を測定する装置で、超電導コイル1は、第三段
冷却ステージ21にねじ止め固着する。内側容器4は、
インジュウムシート20を挟んで第二段冷却ステージ1
4に気密にねじ止めする。物性測定用サンプル16は超
電導物質で、臨界磁場を測定する為に超電導コイル1に
よって強磁場をかける。物性測定用サンプル16は、第
三段冷却ステージ21に取り外し可能に固着されてい
る。ヒータ線22は、第三段冷却ステージ21下部に巻
き付け、真空容器2の外側より、電流をコントロールで
きる。ヘリウム導入管23は、密閉された内側容器4内
にヘリウムガス8を導入する為の管である。その他の構
造は請求項1に示すものと同様である。
【0009】
【作 用】昭和61年に、30K程度の温度でも超電導
現象を起こす高温超電導物質が発見されてから数年を経
て、半永久的に使用できる超電導物質の線材化が実現さ
れつつある。高温超電導物質の中には、液体窒素温度の
77K付近で超電導状態を示すものがある。従って、今
まで液体へリウム5で冷却するか、あるいは複雑な冷凍
機等を使用して4.2Kまで温度を下げる必要がなくな
り、20Kまで下げる簡便な小型の蓄冷式冷凍機でも超
電導状態の実現が可能となった。ただし、この20Kの
冷凍機は被冷却物の熱容量が大きければ、到達温度の2
0Kはある程度上昇する。
【0010】本発明の請求項1の作用を図1により説明
する。真空容器2内部を、図示しない真空ポンプで真空
にし、空気による熱伝導を遮断する。次に蓄冷式冷凍機
13を稼働して第二段冷却ステージ14を極低温として
それに固着する超電導コイル1を冷却する。また、常温
からの輻射熱を防ぐ為、熱シールド3を第一段冷却ステ
ージ15によって冷却する。電流リード9から、電流を
流してやると超電導コイル1から強磁場を発生する。
【0011】本発明の請求項2の作用を図2により説明
する。真空容器2内部を真空にしたあと、ヘリウム導入
管23によって内側容器4内を別途真空にする。次に蓄
冷式冷凍機13を稼働して十分に冷却した後にヘリウム
導入管23を通じてヘリウムガス8を内側容器4内に充
満させる。これによって、ヘリウムガス8による熱伝導
が行なわれる。また、ヒータ線22を第三段冷却ステー
ジ21下部に巻き付けているが、ヒー夕線22に流す電
流をコントロールすることで、任意の温度に設定するこ
とが可能である。(液体ヘリウム5では4.2K以外の
温度をとることは、非常に困難である。)
【0012】
【効 果】真空容器2の効果は、空気による熱伝導の防
止であり、熱シールド3の効果は輻射熱の防止、蓄冷式
冷凍機13による超電導コイル1の直接冷却が可能にな
った。従って、液体ヘリウム5が不要になり、ランニン
グコストの減少や液体へリウム5の取り扱いの手間もな
くなり、それに伴う大きな装置も不要となって小型化や
コストダウンも可能になった。また、請求項2の効果は
内側容器4内のヘリウムガス8の熱伝導により、急速な
冷却が可能となることや、ヒータ線22によって任意の
温度を設定することが可能である。加えて、超電導コイ
ル1と物性測定用サンプル16が、夫々ヘリウムガス8
と接触する面積と第三段冷却ステージ21と接触する面
積やヒータ線22の位置や大きさを選択すれば、超電導
コイル1と物性測定用サンプル16の温度を違う温度に
設定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1の概略断面図。
【図2】本発明の請求項2の概略断面図。
【図3】従来例の概略断面図。
【図4】従来例の概略断面図。
【符号の説明】
1 超電導コイル 2 真空容器 3 熱シールド 4 内側容器 5 液体ヘリウム 6 トランスファーチューブ 7 液体ヘリウム貯蔵容器 8 ヘリウムガス 9 電流リード 10 電源 11 遮断機 12 保護抵抗 13 蓄冷式冷凍機 14 第二段冷却ステージ 15 第一段冷却ステージ 16 物性測定用サンプル 17 シールド冷却用冷凍機 18 圧縮機 19 フレキシブルホース 20 インジュウムシート 21 第三段冷却ステージ 22 ヒータ線 23 ヘリウム導入管 24 安全弁 25 手動リフター

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄冷式冷凍機(13)の冷却ステージに
    超電導コイル(1)を固着し、他の冷却ステージに超電
    導コイル(1)を包囲する熱シールド(3)を固着し、
    該熱シールド(3)を包囲する真空容器(2)を通して
    超電導コイル(1)に接続する電流リード(9)によっ
    てなることを特徴とする超電導コイルの冷却装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、超電導コイル(1)
    を包囲する真空容器(2)の内側容器(4)を気密と
    し、該内側容器(4)内と真空容器(2)の外側に通ず
    るヘリウム導入管(23)を接続し、真空容器(2)内
    にヒータ線(22)を配設することを特徴とする超電導
    コイルの冷却装置。
JP3104042A 1991-02-12 1991-02-12 超電導コイルの冷却装置 Expired - Lifetime JP2551875B2 (ja)

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