JP2893210B2

JP2893210B2 - 高温超電導磁気シールド用クライオスタット

Info

Publication number: JP2893210B2
Application number: JP2230647A
Authority: JP
Inventors: 泰雄富田
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd; Sumitomo Heavy Industries Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd; Sumitomo Heavy Industries Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH04112585A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）液体窒素温度付近で超電導となる材料により製作され
た磁気シールドを冷却するクライオスタットに関する。

（従来技術）液体窒素温度付近で超電導となる高温超電導材は、従
来液体窒素13によって冷却されてきた。例として、第５
図を示す。高温超電導材の形状はＵ字形断面の試験管状
の磁気シールドである。

高温超電導磁気シールド４は、断熱容器15に囲繞さ
れ、該断熱容器15から断熱保持体５によって支承され
る。前記断熱容器15内に液体窒素13を供給することによ
り、前記高温超電導磁気シールド４は、冷却し内側に零
磁場を実現する。

ただし、セラミック系等で非常に脆い材料でできてい
る高温超電導磁気シールド４は、徐々に冷却する必要が
あり、この方法では冷却が難しい。

特に高温超電導磁気シールド４がサンプル程度の小さ
い物なら問題は少ないが、実用化に近ずき大きな物を冷
却するようになると、更に徐冷することが難しくなる。

また、長時間になると液体窒素13の補給に留意しなけ
ればならない。

徐々に冷却するための従来の例を第６図に示す。

高温超電導磁気シールド４をシールド材カバー容器２
で囲繞し、セラミックパウダー14を充填する。したがっ
て、液体窒素13からの冷却は、セラミックパウダー14を
通して、徐々に行われる。

しかし、次の欠点がある。すなわち、高温超電導磁気
シールド４は、実験の繰り返しにより、常温から液体窒
素温度に変わる度に、収縮・膨張を繰り返す。

この結果、セラミックパウダー14は、高温超電導磁気
シールド４の拘束により圧迫を繰り返し、セラミック系
等で非常に脆い材料でできている高温超電導磁気シール
ド４は破損しやすい。また、第５図の例と同様に、長時
間になると液体窒素13の補給に留意しなければならな
い。

（発明が解決しようとする課題）高温超電導磁気シールド４を徐々に冷却し、セラミッ
クパウダー14等で拘束・圧迫せず、長時間にわたって
も、液体窒素13の補給に留意せずにすむクライオスタッ
トを提供する。

（課題を解決する為の手段）高温超電導磁気シールドを内蔵するクライオスタット
において、高温超電導磁気シールド（４）を断熱保持体
（５）を介してシールド材カバー容器（２）内に支承す
るとともに、該シールド材カバー容器（２）内に熱伝達
用封入ガス（３）を封入し、前記シールド材カバー容器
（２）を真空容器（１）内に密封し、該真空容器（１）
内に設置した小型冷凍機（９）により前記シールド材カ
バー容器（２）を冷却するようにしたことを特徴とす
る。

（作用）第１図の作用について説明すると、図示しない圧縮機
により供給された高圧ガスは、小型冷凍機９で断熱膨張
して冷熱を発生させる。この発生冷熱は、シールド材カ
バー容器２→熱伝達用封入ガス３→高温超電導磁気シー
ルド４に伝えられる。

高温超電導磁気シールド４は、ガスの伝熱によって徐
々に冷却される。熱伝達用封入ガス３の圧力を調節する
ことにより、冷却時間を調整することも可能である。

ガスで冷却するため、高温超電導磁気シールド４は拘
束・圧迫されることがなく破損の恐れがない。

第２図は、小型冷凍機９の振動が問題になる場合、高
温超電導磁気シールド４を使用中には、小型冷凍機９を
運転しなくてもよい構成になっている。

この場合、ガスは小型冷凍機９の冷却部で、液化温度
以下になる窒素ガス等を封入する。小型冷凍機９の稼働
により冷熱は、シールド材カバー容器→熱伝達用封入ガ
ス３→高温超電導磁気シールド４に伝えられる。高温超
電導磁気シールド４は、ガスの伝熱によって徐々に冷却
される。

シールド材カバー容器２内が冷却されるに伴い、ガス
移送管11を通じてガスタンク12よりガスが供給され、最
終的にはシールド材カバー容器２内に液体窒素13が貯蔵
される。

この状態で小型冷凍機９の運転を停止して高温超電導
磁気シールド４に振動のない零磁場を実現する。

第３図の作用について説明すると、小型冷凍機９の冷
却部で発生した冷熱は、フレキシブル伝熱体７よりシー
ルド材カバー容器２→熱伝達用封入ガス３→高温超電導
磁気シールド４に伝えられる。

前記シールド材カバー容器２は、断熱支持体10によっ
て前記真空容器１に支持されているが、小型冷凍機９が
ベローズ接手８によって真空容器１に弾力的に装着され
ている為、振動の影響を受けにくい。

第４図の作用について説明すると、小型冷凍機９稼働
時に高温超電導磁気シールド４に極力振動が加わらない
ようにベローズ接手８と高圧配管20および低圧戻り配管
19によって、振動吸収する。

圧縮機ユニット16により昇圧された高圧ガスは、小型
冷凍機９に導かれるが、この一部高圧ガスを分岐し、バ
イパス弁21→熱交換器17→冷凍機熱交換部18を通って冷
却されたガスは、高圧配管20を経由してシールド材カバ
ー容器２を冷却する。

冷却を終えたガスは、低圧戻り配管19を通り、熱交換
器17によりバイパス弁21よりの流入ガスを予冷する。

（実施例）第１図に示す実施例は、断面がＵ字形の試験管状に形
成したセラミック系高温超電導物質を高温超電導磁気シ
ールド４とする。断熱保持体５として発泡スチロールを
使用し、超電導物質の保護をはかる。

シールド材カバー容器２に熱伝達用封入ガス３として
ヘリウムを充填する。小型冷凍機９として畜冷式のギフ
ォード・マクマホンサイクルのヘリウム冷凍機を使用す
る。冷却部とシールド材カバー容器２の接合にはインジ
ュームをはさみ、ねじ止めとする。

シールド材カバー容器２および真空容器１は、非磁性
のアルミを使用し、凹字形断面の円柱型に形成し中央の
穴に零磁場を発生させ外部から利用する。

第２図に示す実施例は、熱伝達用封入ガス３として窒
素を使用する。

第３図に示す実施例は、フレキシブル伝熱体７とし
て、細線形の銅線で編んだ網状のものをねじ止めとす
る。断熱支持材10としては、断熱効果と強度のためにFR
Pにて両フランジ付パイプ状に形成し、ねじ止めとす
る。

第４図に示す実施例は、高圧配管20および低圧戻り管
19にフレキシブル配管を使用し振動をシールド材カバー
容器２に伝えないようにする。

（発明の効果）高温超電導磁気シールド４は、ガスの伝熱によって徐
々に冷却される。従って熱伝達用封入ガス３の圧力を調
節することにより、冷却時間を調整することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の断面図。第２図は請求項２記載の断面図。第３図は請求項３記載の断面図。第４図は請求項４記載の断面図。第５図は従来の断面図。第６図は従来の断面図。１……真空容器２……シールド材カバー容器３……熱伝達用封入ガス４……高温超電導磁気シールド５……断熱保持体、６……ガス封止管７……フレキシブル伝熱体８……ベローズ接手、９……小型冷凍機 10……断熱支持材、11……ガス移送管 12……ガスタンク、13……液体窒素 14……セラミックパウダー 15……断熱容器、16……圧縮器ユニット 17……熱交換器、18……冷凍機熱交換部 19……低圧戻り配管、20……高圧配管 21……バイパス弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−282806（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−65809（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−250875（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 39/04 G12B 17/02 H05K 9/00 F25D 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高温超電導磁気シールドを内蔵するクライ
オスタットにおいて、高温超電導磁気シールド（４）を
断熱保持体（５）を介してシールド材カバー容器（２）
内に支承するとともに、該シールド材カバー容器（２）
内に熱伝達用封入ガス（３）を封入し、前記シールド材
カバー容器（２）を真空容器（１）内に密封し、該真空
容器（１）内に設置した小型冷凍機（９）により前記シ
ールド材カバー容器（２）を冷却するようにしたことを
特徴とする高温超電導磁気シールド用クライオスタッ
ト。
【請求項２】請求項１記載の高温超電導磁気シールド用
クライオスタットにおいて、前記シールド材カバー容器
（２）は、ガス移送管（11）を介してガスタンク（12）
を接続してなることを特徴とする高温超電導磁気シール
ド用クライオスタット。
【請求項３】請求項１記載の高温超電導磁気シールド用
クライオスタットにおいて、前記シールド材カバー容器
（２）とフレキシブル伝熱体（７）を介して小型冷凍機
（９）の冷却部と接続し、前記小型冷凍機（９）は、ベ
ローズ接手（８）を介して真空容器（１）と弾装し、前
記シールド材カバー容器（２）は断熱支持体（10）を介
して、前記真空容器（１）に支承してなることを特徴と
する高温超電導磁気シールド用クライオスタット。
【請求項４】請求項１記載の高温超電導磁気シールド用
クライオスタットにおいて、真空容器（１）を２室に分
け、ベローズ接手（８）で接続し、１室に小型冷凍機
（９）を固定し、冷凍機熱交換部（18）および熱交換部
（17）によってガスを冷却し高圧配管（20）を介し、他
室に断熱支持体（10）によって固定したシールド材カバ
ー容器（２）を冷却して、ガスを低圧戻り管（19）に循
環することを特徴とする高温超電導磁気シールド用クラ
イオスタット。