JPH0341704A - 超伝導磁石用の低温予冷器 - Google Patents
超伝導磁石用の低温予冷器Info
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- JPH0341704A JPH0341704A JP2093262A JP9326290A JPH0341704A JP H0341704 A JPH0341704 A JP H0341704A JP 2093262 A JP2093262 A JP 2093262A JP 9326290 A JP9326290 A JP 9326290A JP H0341704 A JPH0341704 A JP H0341704A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
- F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
-
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は超伝導磁石の初期冷却動作の際に使用される低
温予冷器に関するものである。
温予冷器に関するものである。
現在使用されている超伝導磁石は極低温で動作する。こ
れらの磁石を始動するためには、磁石から顕熱を取り去
って室温から極低温まで冷却しなければならない。全身
磁気共鳴イメージングのために使用される磁石の質量が
大きいため、取り去るべきエネルギーの量がかなり大き
い。通常、定常状態動作に対する大きさになっている低
温冷却器を使用する磁石の緩冷には何日もかかることが
あり得る。ところで、磁石の高速冷却では熱応力が生じ
、これにより磁石が構造的に破損することが起り得る。
れらの磁石を始動するためには、磁石から顕熱を取り去
って室温から極低温まで冷却しなければならない。全身
磁気共鳴イメージングのために使用される磁石の質量が
大きいため、取り去るべきエネルギーの量がかなり大き
い。通常、定常状態動作に対する大きさになっている低
温冷却器を使用する磁石の緩冷には何日もかかることが
あり得る。ところで、磁石の高速冷却では熱応力が生じ
、これにより磁石が構造的に破損することが起り得る。
磁石シールドのまわりにゆるやかに昼かれた管に低温液
を通すことによりシールドを冷却するための低温冷却器
をそなえた磁石において、現在、予冷が行なわれている
。このため、付加的な配管と付加的な物理的スペースが
必要となる。
を通すことによりシールドを冷却するための低温冷却器
をそなえた磁石において、現在、予冷が行なわれている
。このため、付加的な配管と付加的な物理的スペースが
必要となる。
本発明の１つの目的は過度の熱応力を避けるように制御
された速度で超伝導磁石を急速に冷却し得る予冷器を提
供することである。
された速度で超伝導磁石を急速に冷却し得る予冷器を提
供することである。
本発明のもう１つの目的は超伝導磁石の巻線または磁石
低温槙の中に付加的な配管や付加的なスペースを必要と
しない予冷器を提供することである。
低温槙の中に付加的な配管や付加的なスペースを必要と
しない予冷器を提供することである。
本発明の更にもう１つの目的は超伝導磁石から完全に取
り外すことができ、磁石のコストを−に昇させない予冷
器を提供することである。
り外すことができ、磁石のコストを−に昇させない予冷
器を提供することである。
本発明の更にもう１つの目的は既存の多段低温冷却器イ
ンタフェースを使用する予冷器を提供することである。
ンタフェースを使用する予冷器を提供することである。
発明の要約
本発明の一面によれば、２段低温冷却器を使用し、かつ
２段インタフェースをそなえた、超伝導磁石の初期冷却
のための２段予冷器が提供される。
２段インタフェースをそなえた、超伝導磁石の初期冷却
のための２段予冷器が提供される。
この予冷器は該予冷器を２段インタフェースに固定する
ための取付はフランジをそなえている。第１段および第
２段の熱交換器には低温流体を通すための流路が設けら
れる。第１段の熱ステーションが第１段の熱交換器に結
合されて、それらの間に熱の流れを生じさせる。第１の
熱絶縁手段が第１段の熱交換器を取付はフランジに機械
的に結合する。第２段の熱ステーションが第２段の熱交
換器に結合されて、それらの間に熱の流れを生じさせる
。第１段および第２段の熱ステーションは互いから、ま
た取付はフランジから離されており、挿入されたときに
２段インタフェースの熱ステーションに接触する。第２
の熱絶縁手段が第１および第２の熱交換器を機械的に結
合する。絶縁されたパイプがフランジの人力ポートを第
１段の熱交換器の中の流路の一端に接続する。また、絶
縁されたパイプにより第１段の熱交換器の中の流路の他
端が第２段の熱交換器の中の一端に接続される。
ための取付はフランジをそなえている。第１段および第
２段の熱交換器には低温流体を通すための流路が設けら
れる。第１段の熱ステーションが第１段の熱交換器に結
合されて、それらの間に熱の流れを生じさせる。第１の
熱絶縁手段が第１段の熱交換器を取付はフランジに機械
的に結合する。第２段の熱ステーションが第２段の熱交
換器に結合されて、それらの間に熱の流れを生じさせる
。第１段および第２段の熱ステーションは互いから、ま
た取付はフランジから離されており、挿入されたときに
２段インタフェースの熱ステーションに接触する。第２
の熱絶縁手段が第１および第２の熱交換器を機械的に結
合する。絶縁されたパイプがフランジの人力ポートを第
１段の熱交換器の中の流路の一端に接続する。また、絶
縁されたパイプにより第１段の熱交換器の中の流路の他
端が第２段の熱交換器の中の一端に接続される。
もう１つの熱的に絶縁されたパイプが第２段の熱交換器
の流路の他端を取付はフランジの出口ポートに接続する
。
の流路の他端を取付はフランジの出口ポートに接続する
。
発明と考えられる主題は特許請求の箱間に明確に記載さ
れている。しかし、本発明の構成と実施方法、および上
記以外の目的と利点は添付の図面を参照した以下の説明
により明らかとなる。
れている。しかし、本発明の構成と実施方法、および上
記以外の目的と利点は添付の図面を参照した以下の説明
により明らかとなる。
発明の詳細な説明
ｉ１図には２段予冷器が示されている。予冷器には相互
に結合されて同一軸線上にある直径の異なる２つの円筒
形部分１１および１３が含まれている。直径の大きな部
分１１は第１段としての役目を果し、取付はフランジ１
５に固定されている。
に結合されて同一軸線上にある直径の異なる２つの円筒
形部分１１および１３が含まれている。直径の大きな部
分１１は第１段としての役目を果し、取付はフランジ１
５に固定されている。
そそれぞれ円筒形部分１１および１３の端にあるフラン
ジ１５ならびに熱ステーション１７および１９は予冷す
べき磁石と一賭に通常使用される低温冷却器と同じ外径
となるように投計されるので、予冷器は多段低温冷却器
インタフェース（図示しない）を使用することができる
。
ジ１５ならびに熱ステーション１７および１９は予冷す
べき磁石と一賭に通常使用される低温冷却器と同じ外径
となるように投計されるので、予冷器は多段低温冷却器
インタフェース（図示しない）を使用することができる
。
予冷器の第１段部分１１は熱伝導性材料の円筒形シェル
２１を含み、シェルの外側表面にはらせん形の溝２３が
機械加工により形成されている。
２１を含み、シェルの外側表面にはらせん形の溝２３が
機械加工により形成されている。
シェル２１はスリーブ２５によって囲まれている。
スリーブ２５はシェルのまわりに焼きばめされていて、
らせん形の流路を形成するように溝の外側を閉じている
。シェルの軸方向の一端は、予冷器の第１段の熱ステー
ション１７としての役目を果す、中央開口をそなえた円
板に固定される。円板は熱伝導率の良い材料で作られる
。シェル２１は第１段すなわち円筒形部分１１の軸方向
の全長にわたって伸びている訳ではない。熱絶縁体とし
ての役目を果す、熱伝導率の悪い材料で作られた管２７
が、一端でシェル２１の肩に結合され、他端でフランジ
１５に結合される。
らせん形の流路を形成するように溝の外側を閉じている
。シェルの軸方向の一端は、予冷器の第１段の熱ステー
ション１７としての役目を果す、中央開口をそなえた円
板に固定される。円板は熱伝導率の良い材料で作られる
。シェル２１は第１段すなわち円筒形部分１１の軸方向
の全長にわたって伸びている訳ではない。熱絶縁体とし
ての役目を果す、熱伝導率の悪い材料で作られた管２７
が、一端でシェル２１の肩に結合され、他端でフランジ
１５に結合される。
第２段１３は熱伝導率の良い材料で作られた中実の円筒
形のコア３１を含み、その外側表面にはらせん状の満３
３が機械加工により形成されている。スリーブ３５がコ
アに焼きばめされていて、コアの一端から軸方向に他端
まで伸びるらせん状の流路が形成されている。熱伝導率
の良い材料で作られた円板（１９）がコアの軸方向の一
端に固定され、この円板は第２段に対する熱ステーショ
ン１９としての役目を果す。コア３１は第２段１３の軸
方向全長にわたっては伸びていない。熱伝導率の悪い材
料で作られた管３７がコア３１の肩に固定されている。
形のコア３１を含み、その外側表面にはらせん状の満３
３が機械加工により形成されている。スリーブ３５がコ
アに焼きばめされていて、コアの一端から軸方向に他端
まで伸びるらせん状の流路が形成されている。熱伝導率
の良い材料で作られた円板（１９）がコアの軸方向の一
端に固定され、この円板は第２段に対する熱ステーショ
ン１９としての役目を果す。コア３１は第２段１３の軸
方向全長にわたっては伸びていない。熱伝導率の悪い材
料で作られた管３７がコア３１の肩に固定されている。
管３７は第１段の円板すなわち熱ステーション１７の開
口を通って伸び、かつ熱ステーション１７に固定されて
いる。
口を通って伸び、かつ熱ステーション１７に固定されて
いる。
第１図および第２図に示すように、取付はフランジ１５
は入口ポート４１および出口ポート４３をそなえている
。入口ポート４１は熱伝導率の悪いパイプ４５によりシ
ェル２１の内部の開口４７に接続されている。開口４７
はらせん形の流路の一端と流通している。熱伝導率の低
い材料で作られたパイプ５１の一端がシェル内部の開口
５３に接続されている。開口５３はシェル内のらせん形
の流路の出口と流通している。パイプ５１の他端はコア
３１のらせん形の流路の一端に接続されている。
は入口ポート４１および出口ポート４３をそなえている
。入口ポート４１は熱伝導率の悪いパイプ４５によりシ
ェル２１の内部の開口４７に接続されている。開口４７
はらせん形の流路の一端と流通している。熱伝導率の低
い材料で作られたパイプ５１の一端がシェル内部の開口
５３に接続されている。開口５３はシェル内のらせん形
の流路の出口と流通している。パイプ５１の他端はコア
３１のらせん形の流路の一端に接続されている。
次に第１図および第３図に示すように、コア３１内のら
せん形の流路の他端は軸方向に伸びる孔５５へと伸びて
いる。孔５５はコアの中を貫通し、入口開口の近くの開
口で終る。熱伝導率の低い材料で作られたパイプ５７が
この開口から出口ポート４３まで伸びる。圧力逃し弁６
１が予冷器内部と流れが通じるようにフランジ１５に固
定されている。
せん形の流路の他端は軸方向に伸びる孔５５へと伸びて
いる。孔５５はコアの中を貫通し、入口開口の近くの開
口で終る。熱伝導率の低い材料で作られたパイプ５７が
この開口から出口ポート４３まで伸びる。圧力逃し弁６
１が予冷器内部と流れが通じるようにフランジ１５に固
定されている。
本実施例では、熱伝導率の高い材料が必要なとき銅が使
用される。熱伝導率の悪い材料が必要なときはステンレ
ス鋼が使用される。ステンレス鋼の管はそれを通る熱流
を更に小さくするため厚さが約３０ミル（０，７６２關
〉の薄い壁で作られる。焼きばめされるスリーブは銅で
作られる。フランジはステンレス鋼で作ることができる
。銅と銅の結合は電子ビーム溶接によって形成すること
ができる。銅をステンレス鋼に結合するためろう付けを
使うことができる。ろう付けは銅６５％と金３５％との
合金のようなろう付は合金を使って雰囲気が水素または
真空の炉の中で行なうことができる。
用される。熱伝導率の悪い材料が必要なときはステンレ
ス鋼が使用される。ステンレス鋼の管はそれを通る熱流
を更に小さくするため厚さが約３０ミル（０，７６２關
〉の薄い壁で作られる。焼きばめされるスリーブは銅で
作られる。フランジはステンレス鋼で作ることができる
。銅と銅の結合は電子ビーム溶接によって形成すること
ができる。銅をステンレス鋼に結合するためろう付けを
使うことができる。ろう付けは銅６５％と金３５％との
合金のようなろう付は合金を使って雰囲気が水素または
真空の炉の中で行なうことができる。
低温冷却器の第１段がシールドを冷却し、第２段が磁石
巻線を冷却するような低温冷却器を使用する磁石に関連
して予冷器の動作を説明する。この型式の磁石は米国特
許出願箱２１５，１６５号（１９８８年７月５０出願〉
に示されている。動作については、予冷器が低温冷却器
インタフェースの、低温冷却器に取って代わる。インジ
ウムのように伝熱特性の良い軟かい材料が予冷器の熱ス
テーションとインタフェースの熱ステーションとの間の
インタフェースで使用される。磁石低温槓（図示しない
）が真空状態に排気される。液体窒素のような低温液体
が入口ポート４１に供給されて、パイプ４５によってシ
ェル２１のらせん形流路に運ばれる。ステンレス鋼のパ
イプおよび管２７によって、予冷器の外側と第１段の熱
ステーション１７との間の熱伝導が小さくなる。らせん
形流路の遠心作用によって増強された強制対流沸騰によ
り最初に、第１段の熱ステーション１７と低温冷却器の
第１段１１に接続されたシールド（図示しない）とが冷
却される。沸騰液から生ずる低温蒸気は予冷器の第２段
に入って、第２段を徐々に冷却する。ステンレス鋼のパ
イプ５１によって、第１段と第２段との間の熱伝導が小
さくなる。低温蒸気を使った第２段のこの最初の冷却の
間、磁石とシールド（図示しない）との間の半径方向の
熱交換によって磁石が徐々に、かつ−様に予冷される。
巻線を冷却するような低温冷却器を使用する磁石に関連
して予冷器の動作を説明する。この型式の磁石は米国特
許出願箱２１５，１６５号（１９８８年７月５０出願〉
に示されている。動作については、予冷器が低温冷却器
インタフェースの、低温冷却器に取って代わる。インジ
ウムのように伝熱特性の良い軟かい材料が予冷器の熱ス
テーションとインタフェースの熱ステーションとの間の
インタフェースで使用される。磁石低温槓（図示しない
）が真空状態に排気される。液体窒素のような低温液体
が入口ポート４１に供給されて、パイプ４５によってシ
ェル２１のらせん形流路に運ばれる。ステンレス鋼のパ
イプおよび管２７によって、予冷器の外側と第１段の熱
ステーション１７との間の熱伝導が小さくなる。らせん
形流路の遠心作用によって増強された強制対流沸騰によ
り最初に、第１段の熱ステーション１７と低温冷却器の
第１段１１に接続されたシールド（図示しない）とが冷
却される。沸騰液から生ずる低温蒸気は予冷器の第２段
に入って、第２段を徐々に冷却する。ステンレス鋼のパ
イプ５１によって、第１段と第２段との間の熱伝導が小
さくなる。低温蒸気を使った第２段のこの最初の冷却の
間、磁石とシールド（図示しない）との間の半径方向の
熱交換によって磁石が徐々に、かつ−様に予冷される。
シールドが充分に冷たくなると、予冷器の第２段１３に
強制対流沸騰が生じ、磁石がより急速に冷却される。冷
却終了に近づくにつれて、冷却液の無駄使いを避けるた
めに冷却剤の流量を徐々に小さくしなければならない。
強制対流沸騰が生じ、磁石がより急速に冷却される。冷
却終了に近づくにつれて、冷却液の無駄使いを避けるた
めに冷却剤の流量を徐々に小さくしなければならない。
排出ポートから出てくる冷却剤を観察し、蒸気とともに
液体が排出されていれば流量を小さくすることにより、
必要な流量の調幣を行うことができる。
液体が排出されていれば流量を小さくすることにより、
必要な流量の調幣を行うことができる。
予冷器の多段機能のため、まず磁石シールドを冷却した
後、磁石自体を冷却することができる。
後、磁石自体を冷却することができる。
磁石の初期の徐冷により磁石巻線内の温度勾配が小さく
なり、その結果、熱応力が小さくなる。
なり、その結果、熱応力が小さくなる。
場合によっては、予冷の間に異なる冷却液使うのが有利
になることがある。７７ ＠Ｋまでの最初の冷却に対し
ては液体窒素を使うことができ、更に冷却するため液体
ヘリウムを使うことができる。
になることがある。７７ ＠Ｋまでの最初の冷却に対し
ては液体窒素を使うことができ、更に冷却するため液体
ヘリウムを使うことができる。
第２段の熱ステーション１９を冷却して磁石自体をシー
ルドの温度より低い温度に冷却するために液体ヘリウム
を導入するときは冷却剤の流れの方向を変えることが望
ましいことがある。冷却が完了すると、予冷器は除去さ
れ、低温冷却器に置き換えられる。配管および流路から
冷却液が漏れて予冷器内部で気化することによって生じ
る圧力の上昇を防止するために圧力逃し弁６１が設けら
れている。熱交換器に冷却液を導入する前に予冷器内部
を排気することもできるが、これは必ずしも必要ではな
い。
ルドの温度より低い温度に冷却するために液体ヘリウム
を導入するときは冷却剤の流れの方向を変えることが望
ましいことがある。冷却が完了すると、予冷器は除去さ
れ、低温冷却器に置き換えられる。配管および流路から
冷却液が漏れて予冷器内部で気化することによって生じ
る圧力の上昇を防止するために圧力逃し弁６１が設けら
れている。熱交換器に冷却液を導入する前に予冷器内部
を排気することもできるが、これは必ずしも必要ではな
い。
次に第４図および第５図には、本発明による予冷器のも
う１つの実施例が示されている。この予冷器は同一軸線
上にあって相互に結合された２個の直径の異なる円筒形
部分７１および７３を有する。直径が大きい方の円筒形
部分７１が第１段としての役目を果し、取付はフランジ
７５に固定されている。それぞれ円筒形部分７１および
７３の端にあるフランジ７７および熱ステーション７９
は予冷すべき磁石と一緒に通常使用される低温冷却２＝
と同じ寸法となるように設計される。これにより、予冷
器は低温冷却器インタフェースを使用することが可能と
なる。
う１つの実施例が示されている。この予冷器は同一軸線
上にあって相互に結合された２個の直径の異なる円筒形
部分７１および７３を有する。直径が大きい方の円筒形
部分７１が第１段としての役目を果し、取付はフランジ
７５に固定されている。それぞれ円筒形部分７１および
７３の端にあるフランジ７７および熱ステーション７９
は予冷すべき磁石と一緒に通常使用される低温冷却２＝
と同じ寸法となるように設計される。これにより、予冷
器は低温冷却器インタフェースを使用することが可能と
なる。
低温冷却器の第１段の部分７１は伝熱材料の円筒形シェ
ル８１を含む。シェル８１の外側表面には逆流式らせん
形溝８３が機械加工により形成されている。シェルはス
リーブ８５で取り囲まれている。スリーブ８５が焼きば
めされて溝の外側を閉じることにより、一端かららせん
状に下に伸びて他端に達した後にらせん状に最初の端へ
戻るらせん状流路が形成され１．その内の流れを一方向
に通す流路部分が流れを反対方向に通す流路部分の間に
はさまれるように構成されている。シェル８１の軸方向
の一端には予冷器の第１段熱ステージジン７７としての
役目を果す、中心開口を有する円板が一体に形成されて
いる。シェル８１およびそのまわりのスリーブ８５は第
１段７１の軸方向全長にわたって伸びている訳ではない
。熱伝導率の悪い材料で作られた管８７が一端でシェル
８１に形成された肩に結合され、他端でフランジ７５に
結合されている。
ル８１を含む。シェル８１の外側表面には逆流式らせん
形溝８３が機械加工により形成されている。シェルはス
リーブ８５で取り囲まれている。スリーブ８５が焼きば
めされて溝の外側を閉じることにより、一端かららせん
状に下に伸びて他端に達した後にらせん状に最初の端へ
戻るらせん状流路が形成され１．その内の流れを一方向
に通す流路部分が流れを反対方向に通す流路部分の間に
はさまれるように構成されている。シェル８１の軸方向
の一端には予冷器の第１段熱ステージジン７７としての
役目を果す、中心開口を有する円板が一体に形成されて
いる。シェル８１およびそのまわりのスリーブ８５は第
１段７１の軸方向全長にわたって伸びている訳ではない
。熱伝導率の悪い材料で作られた管８７が一端でシェル
８１に形成された肩に結合され、他端でフランジ７５に
結合されている。
第２段は熱伝導率の良好な材料で作られた円筒形の中実
のコア９１を含む。コア９１の外側表面には逆流式らせ
ん形成９３が機械加工により形成されている。スリーブ
９５がコア９１のまわりに焼きばめされ、これにより逆
流式流路が作られる。
のコア９１を含む。コア９１の外側表面には逆流式らせ
ん形成９３が機械加工により形成されている。スリーブ
９５がコア９１のまわりに焼きばめされ、これにより逆
流式流路が作られる。
流路はコアの軸方向の一端で開始し、かつ終了する。コ
アの軸方向他端に一体に形成された円板が予冷器の第２
段熱ステーション７９としての役目を果す。
アの軸方向他端に一体に形成された円板が予冷器の第２
段熱ステーション７９としての役目を果す。
コア９１は第２段の円筒形部分７３の長さより長く伸び
る。スリーブ９５は低熱伝導率の管９７の一端を固定す
るための、直径を小さくした第１の減径部分９５ａをそ
なえている。管９７の他端は円板７７の中心開口を通っ
て伸び、かつシェル８１の内壁に固定されている。第１
段の熱交換器と第２段の熱交換器の間の熱伝導を減らす
ため、スリーブ９５の直径は再び小さくされて、肩部の
後に第２の減径部分９５ｂが形成される。このスリーブ
の第２の減径部分と管９７との間に環状空間が形成され
る。コア９１およびスリーブの減径部分９５ｂは円板７
７の中心開口およびシェル内部を通って伸びる。第２段
の熱交換器を形成するスリーブ９５およびコア９１は第
１段の熱交換器の一部を形成するシェル８１の内面から
離れて配置されている。
る。スリーブ９５は低熱伝導率の管９７の一端を固定す
るための、直径を小さくした第１の減径部分９５ａをそ
なえている。管９７の他端は円板７７の中心開口を通っ
て伸び、かつシェル８１の内壁に固定されている。第１
段の熱交換器と第２段の熱交換器の間の熱伝導を減らす
ため、スリーブ９５の直径は再び小さくされて、肩部の
後に第２の減径部分９５ｂが形成される。このスリーブ
の第２の減径部分と管９７との間に環状空間が形成され
る。コア９１およびスリーブの減径部分９５ｂは円板７
７の中心開口およびシェル内部を通って伸びる。第２段
の熱交換器を形成するスリーブ９５およびコア９１は第
１段の熱交換器の一部を形成するシェル８１の内面から
離れて配置されている。
フランジ７５は入口ポート１０１および出口ポート１０
３をそなえている。熱伝導率の悪いパイプ１０５によっ
て、この入口ポートは逆流式流路の１つと流通している
開口１０７に接続されている。パイプ１１１はシェル８
１の他方の逆流式流路をコア９１の一方の逆流式流路に
接続する。熱伝導率の悪いパイプ１１５により、出口ポ
ート１０３はコア９１の開口１１３を介してコアの他方
の逆流式流路に接、続される。
３をそなえている。熱伝導率の悪いパイプ１０５によっ
て、この入口ポートは逆流式流路の１つと流通している
開口１０７に接続されている。パイプ１１１はシェル８
１の他方の逆流式流路をコア９１の一方の逆流式流路に
接続する。熱伝導率の悪いパイプ１１５により、出口ポ
ート１０３はコア９１の開口１１３を介してコアの他方
の逆流式流路に接、続される。
前の実施例のように、熱伝導率の良好な材料が必要なと
きは銅が使用される。熱伝導率の悪い材料が必要なとき
はステンレス鋼が使用される。熱伝導を更に小さくする
ため管８７および９７は厚さの薄い（３０ミル）ステン
レス鋼で作られる。
きは銅が使用される。熱伝導率の悪い材料が必要なとき
はステンレス鋼が使用される。熱伝導を更に小さくする
ため管８７および９７は厚さの薄い（３０ミル）ステン
レス鋼で作られる。
焼きばめされるスリーブ８５および９５は銅で作られる
。フランジ７５は銅で作ることができる。
。フランジ７５は銅で作ることができる。
銅と銅との結合は電子ビーム溶接によって形成すること
ができる。銅とステンレス鋼との結合にはろう付けを用
いることができる。
ができる。銅とステンレス鋼との結合にはろう付けを用
いることができる。
動作においては、予冷器が磁石の低温冷却器インタフェ
ースの低温冷却器に取って代わる。冷却は前に第１の実
施例で述べたように行なわれるが、逆流式流路を用いた
ことにより、流路に対する入口と出口の接続を熱交換器
の同じ端で行えるので、パイプの配管が簡略化される。
ースの低温冷却器に取って代わる。冷却は前に第１の実
施例で述べたように行なわれるが、逆流式流路を用いた
ことにより、流路に対する入口と出口の接続を熱交換器
の同じ端で行えるので、パイプの配管が簡略化される。
取付はフランジに設けた圧力逃し弁１１７は圧力の上昇
を解放する。
を解放する。
次に第６図には予冷器のもう１つの実施例が示されてい
る。米国特許節４，８００．３４５号に示されている磁
石のように低温冷却器の第１段および第２段を用いて２
個の異なるシールドを冷却するようにした磁石では、こ
の予冷器を使用することができる。大きな磁石の直冷、
および磁石の急速な冷却に伴なう熱応力は関係ないので
、第６図の実施例は１ｉｔ−の熱交換器を使用する。銅
のような熱伝導率の良好な材料で作った円筒形の中実な
コア１２１に機械加工により逆流式らせん形溝１２３を
形式する。銅のような熱伝導率の良い材料で作られたス
リーブ１２５がコア１２１のまわりに焼きばめされて、
逆流式熱交換器が形成される。予冷過程の間に予冷器が
取って代る低温冷却器の第１段熱交換器の位置に対応す
る円筒形熱交換器に沿った位置にスリーブは円板形の突
出部１２７をそなえている。円板１３１がコア１２１の
一体部分として形式された熱交換器の一端に配置されて
、低温冷却器インタフェースの第２段熱ステーション（
図示しない）に接触する。熱交換器の他端はステンレス
鋼のような熱伝導率の悪い材料で作られた薄い管１３３
に結合されているので、周囲から第１段熱ステーション
１２７および第２段熱ステーション１３１への熱流が小
さくなる。
る。米国特許節４，８００．３４５号に示されている磁
石のように低温冷却器の第１段および第２段を用いて２
個の異なるシールドを冷却するようにした磁石では、こ
の予冷器を使用することができる。大きな磁石の直冷、
および磁石の急速な冷却に伴なう熱応力は関係ないので
、第６図の実施例は１ｉｔ−の熱交換器を使用する。銅
のような熱伝導率の良好な材料で作った円筒形の中実な
コア１２１に機械加工により逆流式らせん形溝１２３を
形式する。銅のような熱伝導率の良い材料で作られたス
リーブ１２５がコア１２１のまわりに焼きばめされて、
逆流式熱交換器が形成される。予冷過程の間に予冷器が
取って代る低温冷却器の第１段熱交換器の位置に対応す
る円筒形熱交換器に沿った位置にスリーブは円板形の突
出部１２７をそなえている。円板１３１がコア１２１の
一体部分として形式された熱交換器の一端に配置されて
、低温冷却器インタフェースの第２段熱ステーション（
図示しない）に接触する。熱交換器の他端はステンレス
鋼のような熱伝導率の悪い材料で作られた薄い管１３３
に結合されているので、周囲から第１段熱ステーション
１２７および第２段熱ステーション１３１への熱流が小
さくなる。
管１３３はフランジ１３５に結合される。フランジ１３
５はステンレス鋼で作ることができる。フランジは入口
ポート１３７、出口ポート１３９、および圧力逃し弁１
４１をそなえている。熱伝導率の低い材料で作ったパイ
プ１４３が入口ポート１３７を、１つの逆流式流路に結
合されてコア１２１の開口に接続する。パイプ１４５が
逆流式流路を出口ポート１３９に接続する。
５はステンレス鋼で作ることができる。フランジは入口
ポート１３７、出口ポート１３９、および圧力逃し弁１
４１をそなえている。熱伝導率の低い材料で作ったパイ
プ１４３が入口ポート１３７を、１つの逆流式流路に結
合されてコア１２１の開口に接続する。パイプ１４５が
逆流式流路を出口ポート１３９に接続する。
動作においては、予冷器は取付はフランジを使って低温
冷却器インタフェース内に固定される。
冷却器インタフェース内に固定される。
磁石低温槽（図示しない）が真空状態とされる。
液体窒素が導入されて、管シールドを冷却する。
次に液体窒素を使って、磁石巻線を冷却する。次に液体
ヘリウムを低温槽に導入して、磁石の冷却を完了させる
。予冷器は低温冷却器に置き換えられる。
ヘリウムを低温槽に導入して、磁石の冷却を完了させる
。予冷器は低温冷却器に置き換えられる。
以上、熱応力を避けるための制御された速度で急速に超
伝導磁石を冷却することができる予冷器について説明し
た。この予冷器は、磁石の顕熱を除去するために低温液
体の蒸発の潜熱を使用している。予冷器は磁石の一体部
分ではなくて、サービス用具である。
伝導磁石を冷却することができる予冷器について説明し
た。この予冷器は、磁石の顕熱を除去するために低温液
体の蒸発の潜熱を使用している。予冷器は磁石の一体部
分ではなくて、サービス用具である。
以上、本発明をそのいくつかの実施例ニついて詳しく図
示し説明してきたが、本発明の趣旨や範囲を逸脱するこ
となく形式や細部について種々の変更を加え得ることは
当業者には明らかであろう。
示し説明してきたが、本発明の趣旨や範囲を逸脱するこ
となく形式や細部について種々の変更を加え得ることは
当業者には明らかであろう。
第１図は本発明による低温予冷器の部分断面側面図であ
る。第２図は第１図の予冷器の上面図である。第３図は
第１図の線■−■に沿った断面図である。第４図は本発
明によるもう１つの低温予冷器の部分断面側面図である
。第５図は第４図の上面図である。第６図は本発明によ
る更にもう１つの低温予冷器の部分断面側面図である。 ［主な符号の説明コ １１．７１・・・円筒形部分（第１段）、１３．７３・
・・円筒形部分（第２段）、１５．７５．７７．１３５
・・・フランジ、１７．１９．．７９，１２７，１３１
・・・熱ステーション、 ２１．８２・・・円筒形シェル、 ２３・・・らせん形の溝、 ２５．８５．９５・・・スリーブ、 ２７．３７．８７．９７，１３３・・・管、３１．９１
．１２１・・・コア、 ４１．１０１，１３７・・・入口ポート、４３．１０３
．１３９・・・出口ポート、４５、 ５７． １０５．
１１１． １１５． １４３゜１４５・・・パイプ、 ８３．９３．１２３・・・逆流式らせん形溝。
る。第２図は第１図の予冷器の上面図である。第３図は
第１図の線■−■に沿った断面図である。第４図は本発
明によるもう１つの低温予冷器の部分断面側面図である
。第５図は第４図の上面図である。第６図は本発明によ
る更にもう１つの低温予冷器の部分断面側面図である。 ［主な符号の説明コ １１．７１・・・円筒形部分（第１段）、１３．７３・
・・円筒形部分（第２段）、１５．７５．７７．１３５
・・・フランジ、１７．１９．．７９，１２７，１３１
・・・熱ステーション、 ２１．８２・・・円筒形シェル、 ２３・・・らせん形の溝、 ２５．８５．９５・・・スリーブ、 ２７．３７．８７．９７，１３３・・・管、３１．９１
．１２１・・・コア、 ４１．１０１，１３７・・・入口ポート、４３．１０３
．１３９・・・出口ポート、４５、 ５７． １０５．
１１１． １１５． １４３゜１４５・・・パイプ、 ８３．９３．１２３・・・逆流式らせん形溝。
Claims (11)
- １．２段低温冷却器を使用し、かつ２段インタフェース
をそなえた超伝導磁石の初期冷却のための予冷器に於い
て、 当該予冷器を上記２段インタフェースに固定するための
取付けフランジであって、入口ポートおよび出口ポート
をそなえた取付けフランジ、低温液体を通すための流路
をそなえた熱交換器、上記熱交換器と上記取付けフラン
ジを機械的に結合する熱絶縁手段、 上記熱交換器に結合され、上記熱交換器との間に熱流を
生じさせる第１段および第２段熱ステーションであって
、上記２段インタフェースに挿入されたときに上記２段
インタフェースの熱ステーションと接触するように相互
に且つ上記取付けフランジから間隔を置いて配置されて
いる第１段および第２段熱ステーション、 上記綿交換器の流路の一端と上記入口ポートとの間に流
通関係に接続された第１の熱的に絶縁されたパイプ、な
らびに 上記熱交換器の流路の他端と上記出口ポートとの間に接
続された第２の熱的に絶縁されたパイプ、を含むことを
特徴とする予冷器。 - ２．上記熱交換器は逆流式流路をそなえている請求項１
記載の予冷器。 - ３．上記絶縁手段はステンレス鋼の管で構成されている
請求項１記載の予冷器。 - ４．上記熱交換器は、外側表面にらせん形の溝が形成さ
れた熱伝導性の円筒体、および上記円筒体を囲んでらせ
ん形の流路を形成するスリーブを含んでいる請求項１記
載の予冷器。 - ５．２段低温冷却器を使用し、かつ２段インタフェース
をそなえた超伝導磁石の初期冷却のための２段予冷器に
於いて、 当該予冷器を上記２段インタフェースに固定するための
取付けフランジであって、入口ポートおよび出口ポート
をそなえた取付けフランジ、低温液体を通すための流路
をそなえた第１段熱交換器、 上記第１段熱交換器を上記取付けフランジに機械的に結
合する第１の熱絶縁手段、 低温流体を通すための流路をそなえた第２段熱交換器、 上記第１段熱交換器との間に熱が流れるように上記第１
段熱交換器に結合された第１段熱ステーション、および 上記第２段熱交換器との間に熱が流れるように上記第２
段熱交換器に結合された第２段熱ステーションであって
、上記２段インタフェースの中に挿入されたときに上記
２段インタフェースの熱ステーションと接触するように
相互に且つ上記取付けフランジから間隔を置いて配置さ
れている第１段および第２段熱ステーション、 上記第１および第２段熱交換器を機械的に結合するため
の第２の熱絶縁手段、 上記入口ポートを上記第１段熱交換器内の流路の一端に
流通するように接続する第１の熱的に絶縁されたパイプ
、 上記第１段熱交換器の上記流路の他端を上記第２段熱交
換器の流路の一端に流通するように接続する第２の熱的
に絶縁されたパイプ、ならびに上記第２段熱交換器内の
上記流路の他端を上記出口ポートに流通するように絶縁
する第３の熱的に絶縁されたパイプ、 を含むことを特徴とする２段予冷器。 - ６．上記第１段および第２段熱交換器は逆流式流路をそ
なえている請求項５記載の２段予冷器。 - ７．上記第１および第２の絶縁手段はステンレス鋼の管
で構成されている請求項５記載の２段予冷器。 - ８．上記第２段熱交換器は、外側表面にらせん形の溝が
形成された伝熱性の円筒体、および上記円筒体を囲んで
らせん形の流路を形成するスリーブを有している請求項
５記載の２段予冷器。 - ９．上記第１段熱交換器は、外側表面にらせん形の溝が
形成された伝熱性円筒形シエル、および上記円筒形シエ
ルを囲んでらせん形の流路を形成するスリーブを含み、
上記シエルの内部から上記第２熱交換器にアクセスし得
るようになっている請求項８記載の２段予冷器。 - １０．上記第２段熱交換器が上記第１段熱交換器のシエ
ルの内側に伸びていて、それから離れている請求項９記
載の２段予冷器。 - １１．２段インタフェースに取はずし可能な２段低温冷
却器を使用する超伝導磁石の初期冷却のための２段予冷
器に於いて、 当該予冷器を上記２段インタフェースに固定するための
取付けフランジであって、入口ポートおよび出口ポート
をそなえた取付けフランジ、低温流体を通すための流路
をそなえた第１段熱交換器、 上記第１段熱交換器を上記取付けフランジに機械的に結
合する第１の熱絶縁手段、 低温流体を通すための流路をそなえた第２段熱交換器、 上記第１段熱交換器との間に熱が流れるように上記第１
段熱交換器に結合された第１段熱ステーション、および
上記第２段熱交換器との間に熱が流れるように上記第２
段熱交換器に結合された第２段熱ステーションであって
、上記２段インタフェースの中に挿入されたときに上記
２段インタフェースの熱ステーションに接触するように
相互に且つ上記フランジから間隔を置いて配置されてい
る第１段および第２段熱ステーション、 上記第１および第２段熱交換器を機械的に結合する第２
の熱絶縁手段、 上記入口ポートを上記第１段熱交換器内の流路の一端に
流通するように接続する第１の熱的に絶縁されたパイプ
、 第１段熱交換器の上記流路の他端を上記第２段熱交換器
の流路の一端に流通するように接続する第２の熱的に絶
縁されたパイプ、ならびに 上記第２段熱交換器内の上記流路の他端を上記出口ポー
トに流通するように接続する第３の熱的に絶縁されたパ
イプ、 を含むことを特徴とする２段予冷器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US335,268 | 1989-04-10 | ||
| US07/335,268 US4926646A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Cryogenic precooler for superconductive magnets |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0341704A true JPH0341704A (ja) | 1991-02-22 |
| JPH0586050B2 JPH0586050B2 (ja) | 1993-12-09 |
Family
ID=23311025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2093262A Granted JPH0341704A (ja) | 1989-04-10 | 1990-04-10 | 超伝導磁石用の低温予冷器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4926646A (ja) |
| EP (1) | EP0395877B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0341704A (ja) |
| CA (1) | CA2010145A1 (ja) |
| DE (1) | DE69032604T2 (ja) |
| IL (1) | IL93906A0 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5113165A (en) * | 1990-08-03 | 1992-05-12 | General Electric Company | Superconductive magnet with thermal diode |
| US5166776A (en) * | 1990-10-20 | 1992-11-24 | Westinghouse Electric Corp. | Hybrid vapor cooled power lead for cryostat |
| US5657634A (en) * | 1995-12-29 | 1997-08-19 | General Electric Company | Convection cooling of bellows convolutions using sleeve penetration tube |
| US5960636A (en) * | 1997-11-14 | 1999-10-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method and apparatus for precooling a mass prior to immersion in a cryogenic liquid |
| US6484516B1 (en) | 2001-12-07 | 2002-11-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method and system for cryogenic refrigeration |
| JP5746626B2 (ja) * | 2008-09-09 | 2015-07-08 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 極低温再液化冷凍機用の水平フィンによる熱交換器 |
| US8973378B2 (en) * | 2010-05-06 | 2015-03-10 | General Electric Company | System and method for removing heat generated by a heat sink of magnetic resonance imaging system |
| EP3421909A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-02 | Ion Beam Applications | A precooling device for cooling the superconductive coils of a superconductive magnet and method thereof |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4277949A (en) * | 1979-06-22 | 1981-07-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryostat with serviceable refrigerator |
| CS217820B1 (en) * | 1980-11-12 | 1983-01-28 | Zdenek Malek | Heat exchanger particularly for kryosurgical instruments |
| JPS5880474A (ja) * | 1981-11-06 | 1983-05-14 | 株式会社日立製作所 | 極低温冷却装置 |
| JPS5932758A (ja) * | 1982-08-16 | 1984-02-22 | 株式会社日立製作所 | 冷凍機付クライオスタツト |
| US4647778A (en) * | 1985-01-23 | 1987-03-03 | General Dynamics, Pomona Division | Clear aperture cryostat for an infrared detector |
| US4721934A (en) * | 1987-04-02 | 1988-01-26 | General Electric Company | Axial strap suspension system for a magnetic resonance magnet |
-
1989
- 1989-04-10 US US07/335,268 patent/US4926646A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-02-15 CA CA002010145A patent/CA2010145A1/en not_active Abandoned
- 1990-03-27 IL IL93906A patent/IL93906A0/xx unknown
- 1990-03-28 EP EP90105876A patent/EP0395877B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-03-28 DE DE69032604T patent/DE69032604T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-04-10 JP JP2093262A patent/JPH0341704A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL93906A0 (en) | 1990-12-23 |
| EP0395877B1 (en) | 1998-09-02 |
| DE69032604D1 (de) | 1998-10-08 |
| US4926646A (en) | 1990-05-22 |
| JPH0586050B2 (ja) | 1993-12-09 |
| DE69032604T2 (de) | 1999-05-06 |
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| CA2010145A1 (en) | 1990-10-10 |
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