JP2593466B2 - Cryogenic equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超電導マグネットのように、液体ヘリウム等
の冷媒を使用する極低温機器を冷媒貯槽内に収納して成
る極低温装置の改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a cryogenic device in which a cryogenic device using a refrigerant such as liquid helium is housed in a refrigerant storage tank, such as a superconducting magnet. It relates to improvement of the device.

（従来の技術） 従来、超電導マグネットのように液体ヘリウム等の冷
媒を使用する極低温機器は、クライオスタットと称され
る真空断熱二重容器等の中で使用されている。(Prior Art) Conventionally, a cryogenic device using a refrigerant such as liquid helium, such as a superconducting magnet, is used in a vacuum insulated double container called a cryostat.

第３図は、この種の極低温装置の構成を断面図にて示
したものである。第３図において、１は超電導マグネッ
トであり、吊り金具２により上部フランジ３に支持さ
れ、液体ヘリウム４が充填されている冷媒貯槽としての
クライオスタット５内に収納されている。また、６は超
電導マグネット１に電流を流すための電流リードであ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of this type of cryogenic device. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a superconducting magnet, which is supported by an upper flange 3 by a suspending fitting 2 and housed in a cryostat 5 as a refrigerant storage tank filled with liquid helium 4. Reference numeral 6 denotes a current lead for flowing a current through the superconducting magnet 1.

この場合、クライオスタットと超電導マグネットのサ
イズの適合性がとれていればよいが、クライオスタット
は数個の超電導マグネットで共用する場合が多い。そし
て、使用される超電導マグネットによっては、クライオ
スタット内部に大きな空間が残り多量の液体ヘリウムが
必要となる。この液体ヘリウムは、その偏在性および液
化温度が4.2Kと極えて低温であるために可成り高価であ
ること等により、必要にして十分な最小限の量の液体ヘ
リウムを充しておけば十分で、残りの空間を埋めるため
にダミー・スペーサを用いている。In this case, the size of the cryostat and the superconducting magnet need only be compatible, but the cryostat is often shared by several superconducting magnets. Then, depending on the superconducting magnet used, a large space remains inside the cryostat and a large amount of liquid helium is required. This liquid helium is quite expensive due to its uneven distribution and its liquefaction temperature is extremely low at 4.2 K, so it is sufficient to fill it with a necessary and sufficient minimum amount of liquid helium. Therefore, a dummy spacer is used to fill the remaining space.

第４図は、従来の内部を真空にしたダミー・スペーサ
を断面図にて示したものである。第４図において、11は
ステンレス鋼等の薄板により構成された真空ケース、1
a,12bは内部真空により受ける外圧による力を支える補
強ステーである。FIG. 4 is a sectional view showing a conventional dummy spacer whose inside is evacuated. In FIG. 4, reference numeral 11 denotes a vacuum case made of a thin plate of stainless steel or the like;
Reference numerals a and 12b denote reinforcing stays for supporting the force of the external pressure received by the internal vacuum.

かかる様なダミー・スペーサにおいては、内部を真空
にして重量を減少させているものの、ステンレス鋼の熱
容量が大きく4K程度まで冷却するまでには、かなりの液
体ヘリウムが蒸発してしまうという問題がある。また、
超電導マグネットがウエンチして大きな磁界変化がある
場合は、渦電流損のために余分に液体ヘリウムを蒸発さ
せてしまうという問題がある。In such a dummy spacer, although the inside is evacuated to reduce the weight, there is a problem that a considerable amount of liquid helium evaporates before the stainless steel has a large heat capacity and is cooled to about 4K. . Also,
When the superconducting magnet entangles and there is a large change in the magnetic field, there is a problem that extra liquid helium is evaporated due to eddy current loss.

一方、最近では超電導パルス・マグネットの開発が始
められ、外直径1m程度の大きな超電導パルス・マグネッ
トの試作計画が各国で行なわれ製作されつつある。これ
らの大形の超電導パルス・マグネットにおいては、直接
に液体ヘリウムを注入して4.2Kまで冷却するには、多量
の液体ヘリウムと時間を要する。このため、ヘリウム液
化冷凍機を用いてヘリウム・ガスによる閉ループで10K
程度まで冷却し、その後液体ヘリウムを注入する方式が
必要不可欠であり、パルス・マグネット通電時は冷凍機
による冷凍運転を行なって液量を保持する。超電導パル
ス・マグネットはパルス通電をするために、渦電流損の
無い繊維強化プラスチック（以下、FRPと称する）また
はセラミックス等の絶縁物で作られたクライオスタット
の方が良いが、これらのクライオスタットは信頼性が低
く、さらには高圧ガスに関する法規のもとでは、液体ヘ
リウムを用いた閉ループでは上記の材料は使用不可であ
る。そのため、超電導パルス・マグネットの磁界が減衰
し、あまり渦電流損に影響を与えない程度の内径を有す
る、大形のステンレス鋼のクライオスタットを用いてい
る。このため、液体ヘリウムの充填される空間が必要以
上に大きくなり、ダミー・スペーサを必要とする。On the other hand, recently, the development of superconducting pulse magnets has begun, and prototypes of large superconducting pulse magnets with an outer diameter of about 1 m are being planned and manufactured in various countries. In these large superconducting pulse magnets, it takes a lot of liquid helium and time to directly inject liquid helium and cool down to 4.2K. Therefore, a closed loop of 10K using helium gas was performed using a helium liquefaction refrigerator.
It is indispensable to cool to about the extent and then inject the liquid helium. When the pulse magnet is energized, a freezing operation is performed by a refrigerator to maintain the liquid amount. For superconducting pulse magnets, cryostats made of fiber-reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP) or insulating material such as ceramics without eddy current loss are better in order to apply pulse current, but these cryostats are reliable. In addition, under the regulations concerning high-pressure gas, the above materials cannot be used in a closed loop using liquid helium. Therefore, a large-sized stainless steel cryostat having an inner diameter such that the magnetic field of the superconducting pulse magnet is attenuated and does not significantly affect the eddy current loss is used. For this reason, the space filled with liquid helium becomes larger than necessary, and a dummy spacer is required.

（発明が解決しようとする問題点） 然乍ら、前述したようなダミー・スペーサは渦電流損
のために使用することができず、新たなダミー・スペー
サが要求されてきているのが現状である。(Problems to be Solved by the Invention) However, the above-described dummy spacer cannot be used due to eddy current loss, and a new dummy spacer is required at present. is there.

本発明は上記のような問題を解決するために成された
もので、その目的は渦電流損による余分な冷媒の蒸発が
なく安価でしかも作業性の良い極低温装置を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cryogenic device which is inexpensive and has good workability without excessive refrigerant evaporation due to eddy current loss.

〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、液体ヘリウ
ム等の極低温の冷媒が充填された冷媒貯槽内に、極低温
機器を収納して成る極低温装置において、ステンレス鋼
に比べて熱容量の小さな絶縁部材の外表面に、ガラスク
ロスを積層しエポキシ樹脂を含浸して加熱硬化させた繊
維強化プラスチックを被覆してなるダミー・スペーサ
を、冷媒貯槽内の極低温機器の底部または外周部の少な
くとも底部に、冷媒の流通路となる間隙を存して配設し
ている。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, according to the present invention, a cryogenic device is stored in a refrigerant storage tank filled with a cryogenic refrigerant such as liquid helium. In the cryogenic apparatus, a dummy spacer formed by laminating glass cloth, impregnating with epoxy resin, and heating and curing fiber-reinforced plastic on the outer surface of an insulating member having a smaller heat capacity than stainless steel, At least at the bottom of the cryogenic device or the outer periphery of the cryogenic device in the refrigerant storage tank, a gap serving as a refrigerant flow passage is provided.

（作用） 従って、本発明の極低温装置においては、ステンレス
鋼よりも熱容量の小さな絶縁部材の外表面に、ガラスク
ロスを積層しエポキシ樹脂を含浸して加熱硬化させた繊
維強化プラスチックを被覆してなるダミー・スペーサ
を、冷媒貯槽内の極低温機器の底部または外周部の少な
くとも底部に配設することにより、冷媒貯槽の空間部分
を埋めて高価な液体ヘリウム等の冷媒の充填量を減少さ
せ、また冷却を簡単に行なって作業性を向上させ、渦電
流の発生をなくして液体ヘリウム等の冷媒の蒸発を抑え
ることができるものである。(Operation) Therefore, in the cryogenic apparatus of the present invention, a glass cloth is laminated on the outer surface of an insulating member having a smaller heat capacity than stainless steel, and a fiber reinforced plastic impregnated with epoxy resin and cured by heating is coated. By disposing a dummy spacer, which is disposed at least at the bottom of the cryogenic device in the refrigerant storage tank or at the bottom of the outer periphery, the space portion of the refrigerant storage tank is filled to reduce the amount of charging of refrigerant such as expensive liquid helium, Further, the cooling can be easily performed to improve the workability, and the generation of the eddy current can be eliminated to suppress the evaporation of the refrigerant such as liquid helium.

（実施例） 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明す
る。第１図は、本発明に適用する液体ヘリウム用ダミー
・スペーサの構成例を断面図にて示すものである。第１
図において、13は前述した従来のステンレス鋼に比べて
熱容量の小さな硬質ウレタン等の絶縁部材からなる内部
充填部材であり、その外表面にガラスクロスを積層しエ
ポキシ樹脂を含浸して加熱硬化させたFRP14を被覆して
ダミー・スペーサを構成する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention shown in the drawings will be described. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration example of a liquid helium dummy spacer applied to the present invention. First
In the figure, reference numeral 13 denotes an internal filling member made of an insulating member such as hard urethane having a smaller heat capacity than the conventional stainless steel described above, and a glass cloth is laminated on an outer surface thereof, impregnated with epoxy resin, and heated and cured. A dummy spacer is formed by covering FRP14.

第２図は、かかるダミー・スペーサを組込んだ極低温
装置の構成例を断面図にて示すもので、第３図と同一部
分には同一符号を付して示す。つまり本極低温装置は、
円柱状のダミー・スペーサ15aを超電導マグネット１の
底部に、図示のように液体ヘリウム４の流通路となる間
隙を存して設けると共に、円筒状のダミー・スペーサ15
bを同じくその外周部に、図示のように液体ヘリウム４
の流通路となる間隙を存して設けるようにしたものであ
る。FIG. 2 is a sectional view showing an example of the configuration of a cryogenic device incorporating such a dummy spacer, and the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. In other words, this cryogenic device
A cylindrical dummy spacer 15a is provided at the bottom of the superconducting magnet 1 with a gap serving as a flow path for the liquid helium 4 as shown in the figure, and a cylindrical dummy spacer 15a is provided.
b is also placed on the outer periphery, as shown in FIG.
Is provided with a gap that becomes a flow passage.

かかる構成の装置においては、ダミー・スペーサ15a,
15bはFRP被覆されているため、内部には液体ヘリウム４
が入り込まない。また、本ダミー・スペーサ15a,15bを
図示の如くクライオスタット５内に構成することによ
り、空間部分が大幅に減少し、液体ヘリウム４の充填量
が必要最低限の量となる。よって、この液体ヘリウム４
の充填量の減少は、液体ヘリウム４が高価であるために
試験費用の大幅な低減をもたらすことになる。さらに、
本ダミー・スペーサ15a,15bは電気的に絶縁部材で構成
されているため、超電導パルス・マグネットの磁界変化
による渦電流が発生せず渦電流損が無く、もって液体ヘ
リウム４の余分な蒸発が抑えられる。さらにまた、本ダ
ミー・スペーサ15a,15bは従来のステンレス鋼に比べて
熱容量が小さく軽量であるため、作業性が大幅に改善さ
れることになる。In the device having such a configuration, the dummy spacers 15a,
Since 15b is coated with FRP, liquid helium 4
Does not enter. Further, by forming the dummy spacers 15a and 15b in the cryostat 5 as shown in the figure, the space portion is greatly reduced, and the filling amount of the liquid helium 4 becomes the minimum necessary. Therefore, this liquid helium 4
Reduces the test cost due to the expensive liquid helium 4. further,
Since the dummy spacers 15a and 15b are made of an electrically insulating member, no eddy current is generated due to a change in the magnetic field of the superconducting pulse magnet, and no eddy current loss occurs, thereby suppressing excess evaporation of the liquid helium 4. Can be Furthermore, since the dummy spacers 15a and 15b have a smaller heat capacity and a lighter weight than conventional stainless steel, workability is greatly improved.

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を変更しない範囲で種々に変形して実施するこ
とができるものである。The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、液体ヘリウム等
の極低温の冷媒が充填された冷媒貯槽内に、極低温機器
を収納して成る極低温装置において、ステンレス鋼に比
べて熱容量の小さな絶縁部材の外表面に、ガラスクロス
を積層しエポキシ樹脂を含浸して加熱硬化させた繊維強
化プラスチックを被覆してなるダミー・スペーサを、冷
媒貯槽内の極低温機器の底部または外周部の少なくとも
底部に、冷媒の流通路となる間隙を存して配設するよう
にしたので、以下のような効果を有する極低温装置が提
供できる。As described above, according to the present invention, in a cryogenic device in which a cryogenic device is housed in a refrigerant storage tank filled with a cryogenic refrigerant such as liquid helium, an insulating material having a smaller heat capacity than stainless steel. On the outer surface of the member, a dummy spacer formed by laminating a glass cloth, impregnating with epoxy resin, and coating with heat-cured fiber reinforced plastic, at least at the bottom of the cryogenic equipment in the refrigerant storage tank or at the bottom of the outer periphery In addition, since the cryogenic device is disposed with a gap serving as a refrigerant flow passage, a cryogenic device having the following effects can be provided.

（ａ） ダミー・スペーサによって冷媒貯槽の空間部分
を埋めることにより、液体ヘリウムの充填量が減少し、
もって液体ヘリウムが高価なものであることから、試験
費用の大幅な低減を図ることができ極めて安価である。(A) Filling the space portion of the refrigerant storage tank with the dummy spacer reduces the filling amount of liquid helium,
Since the liquid helium is expensive, the test cost can be greatly reduced and the cost is extremely low.

（ｂ） ダミー・スペーサは熱容量が小さく且つ軽量で
あるため、冷却が簡単に行ない得ると共に作業性が良
い。(B) Since the dummy spacer has a small heat capacity and a light weight, it can be easily cooled and has good workability.

（ｃ） ダミー・スペーサは電気的には絶縁部材で構成
されているため、渦電流が発生せず渦電流損による余分
な液体ヘリウムの蒸発を抑えることができる。もって、
パルス通電を行なう超電導パルス・マグネットに最適な
ものである。(C) Since the dummy spacer is electrically formed of an insulating member, eddy current is not generated, and the evaporation of excess liquid helium due to eddy current loss can be suppressed. So,
It is ideal for superconducting pulse magnets that conduct pulse current.

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

第１図および第２図は本発明の一実施例を夫々示す断面
図、第３図は従来の極低温装置を示す断面図、第４図は
従来のダミー・スペーサを示す断面図である。 １……超電導マグネット、２……吊り金具、３……上部
フランジ、４……液体ヘリウム、５……クライオスタッ
ト、６……電流リード、11……真空ケース、12a,12b…
…補強ステー、13……内部充填部材、14……FRP、15a,1
5b……ダミー・スペーサ。1 and 2 are sectional views showing one embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view showing a conventional cryogenic device, and FIG. 4 is a sectional view showing a conventional dummy spacer. 1 ... superconducting magnet, 2 ... hanging bracket, 3 ... upper flange, 4 ... liquid helium, 5 ... cryostat, 6 ... current lead, 11 ... vacuum case, 12a, 12b ...
... Reinforcement stay, 13 ... Inner filling member, 14 ... FRP, 15a, 1
5b ... Dummy spacer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真田 芳直 横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 原田 光雄 横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式 会社東芝京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭57−75406（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−263102（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshinao Sanada 2-4-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi Inside the Toshiba Keihin Works Co., Ltd. (72) Mitsuo Harada 2-4-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi Toshiba Corporation Keihin Works (56) References JP-A-57-75406 (JP, A) JP-A-61-263102 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】液体ヘリウム等の極低温の冷媒が充填され
た冷媒貯槽内に、極低温機器を収納して成る極低温装置
において、 ステンレス鋼に比べて熱容量の小さな絶縁部材の外表面
に、ガラスクロスを積層しエポキシ樹脂を含浸して加熱
硬化させた繊維強化プラスチックを被覆してなるダミー
・スペーサを、 前記冷媒貯槽内の極低温機器の底部または外周部の少な
くとも底部に、前記冷媒の流通路となる間隙を存して配
設したことを特徴とする極低温装置。1. A cryogenic device comprising a cryogenic device which is stored in a refrigerant storage tank filled with a cryogenic refrigerant such as liquid helium, wherein an outer surface of an insulating member having a smaller heat capacity than stainless steel is provided. A dummy spacer formed by laminating a glass cloth, impregnating with epoxy resin, and heating and curing a fiber-reinforced plastic is used to distribute the refrigerant to at least the bottom of the cryogenic device or the outer periphery of the cryogenic device in the refrigerant storage tank. A cryogenic device characterized by being provided with a gap serving as a path.