(57)【要約】【課題】超電導装置の断熱容器内に超電導コイルを強固に支持し、揺れの発生を防止する。【解決手段】超電導コイルを内蔵したコイルケースを断熱容器内に収容する超電導装置において、ボックス形状とした前記断熱容器の上下両側、左右両側および前後両側の対向位置に、それぞれ断熱性を有する支持材を押し込み自在に支持して取り付け、これら支持材の内端を前記コイルケースに固定し、該コイルケースを上下方向、左右方向および前後方向でそれぞれ前記支持材で挟持し、前記断熱容器の内面と隙間をあけて前記コイルケースを支持固定している。【選択図】図１
2010016025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを内蔵したコイルケースを断熱容器内に収容する超電導装置であって、
ボックス形状とした前記断熱容器の上下両側、左右両側および前後両側の対向位置に、それぞれ断熱性を有する支持材を押し込み自在に支持して取り付け、これら支持材の内端を前記コイルケースに固定し、該コイルケースを上下方向、左右方向および前後方向でそれぞれ前記支持材で挟持し、前記断熱容器の内面と隙間をあけて前記コイルケースを支持固定していることを特徴とする超電導装置。
【請求項２】
前記断熱容器は、真空層を挟んだ外壁と内壁とからなり、
前記支持材はパイプまたは棒とし、
前記支持棒の内端は、前記コイルケースの外面に開口した差込穴に押し込んでいる一方、常温時と冷却時とで位置が変わる前記支持棒の外端は、前記外壁と内壁に挟まれた真空層に位置させ、
前記支持材の外端に押し当てられるベローズ（介在皿）と、前記外壁の外方より押し込む押し棒を備えた支持材押し込み装置を前記外壁に取り付け、前記押し棒によりベローズを介して前記支持棒を内方へ押し込み、該支持棒の内端と前記差込穴との先端に隙間を無くして断熱容器とコイルケースとを一体化している請求項１に記載の超電導装置。
【請求項３】
前記支持材はガラス繊維強化樹脂またはケプラー繊維強化樹脂からなる請求項１または請求項２に記載の超電導装置。
【請求項４】
前記超電導コイルが横長なレーストラック型の場合、前記断熱容器からコイルケースに取り付ける前記支持材は、上下、左右および前後にそれぞれ間隔をあけて複数本配置し、かつ、横長となる前後両側の外壁間に間隔保持用のステーを取り付けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導装置を搭載した移動体。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導装置を搭載した振動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導装置に関し、特に、超電導装置が振動体や移動体に搭載された場合に、断熱容器（クライオスタット）に収容している超電導コイルに揺れや撓みを生じさせないように、断熱容器と超電導コイルとを固定するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルは、高温超電導材を用いても７７Ｋ（ケルビン）程度の超電導温度まで冷却する必要があり、通常、断熱構造をもったクライオスタットあるいはクライオクーラと称される断熱容器の内部に収容している。
断熱容器内での超電導コイルの冷却は、断熱容器内に冷媒（液体窒素、液体ネオン、液体水素、液体ヘリウム等）を充填する場合と、冷凍機のコールドヘッドを断熱容器内に挿入して直冷伝熱式で冷却する場合とがある。
【０００３】
このように、断熱容器内において、超電導コイルを超電導温度に冷却保持する必要があるため、超電導コイルは断熱容器の壁面に固定せず、支持材を用いて吊り下げて支持している場合が多い。
例えば、図６に示す特開２００３−１７８９１２号公報においても、外壁１００ａと内壁１００ｂの二重壁で囲まれた容器１００の内部に、超電導コイル１０１を蓋体１０２から支持材１０４で吊り下げて収容し、容器内部に充填する液体窒素１０３に浸漬している。
【０００４】
前記冷却容器を静止した固定台上に設置する場合には、外部からの振動を考慮する必要がないため、前記のように、断熱容器内において最小限の高断熱材を用いて上壁から吊り下げても問題は生じない。
【０００５】
しかしながら、核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ）に超電導装置を用い、該ＭＲＩを巡回診察用の車両に搭載する場合、さらに、列車や船舶等の移動体、あるいは振動体に超電導装置を搭載する場合がある。このように、外部から激しい振動を受ける環境下では、断熱容器内に超電導コイルを強固に支持する必要があり、図５に示すように、蓋から支持材を介して超電導コイルを吊り下げているだけでは、断熱容器内で超電導コイルに揺れや、撓みが発生しやすい。その場合には、超電導コイルが損傷、劣化、変形し、それに伴い、クエンチが発生しやすくなる問題がある。
【０００６】
さらに、超電導コイルはシールド用のコイルケースに内蔵して断熱容器内に収容している場合が多い。この場合、コイルケースは常温より超電導温度に冷却された場合に熱収縮が発生し、常温で支持材をコイルケースに固定しても、該支持材の先端とコイルケースの取付部との間に隙間が生じ、コイルケースを断熱容器に一体化できなくなる。該状態となるとコイルケースが振動しやすくなり、該コイルケース内の超電導コイルが劣化しやすくなる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７８９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、断熱容器内で超電導コイルに揺れや撓みが発生しないように、超電導コイルを断熱容器に強固に固定することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、超電導コイルを内蔵したコイルケースを断熱容器内に収容する超電導装置であって、
ボックス形状とした前記断熱容器の上下両側、左右両側および前後両側の対向位置に、それぞれ断熱性を有する支持材を押し込み自在に支持して取り付け、これら支持材の内端を前記コイルケースに固定し、該コイルケースを上下方向、左右方向および前後方向でそれぞれ前記支持材で挟持し、前記断熱容器の内面と隙間をあけて前記コイルケースを支持固定していることを特徴とする超電導装置を提供している。
【００１０】
本発明の超電導装置においては、断熱容器（クライオスタット）内に、超電導コイルを内蔵したコイルケースを、上方から吊り下げ支持するだけでなく、左右方向、上下方向および前後方向から支持材で挟持して強固に固定している。よって、断熱容器内でコイルケースに揺れや撓みを発生させず、コイルケース内の超電導コイルに損傷、劣化、変形を発生させず、クエンチが生じるのを防止できる。
超電導装置を振動体や移動体に搭載し、断熱容器が振動しても、該断熱容器内ではコイルケース内の超電導コイルに揺れが発生するのを確実に防止できる。
【００１１】
前記断熱容器は、真空層を挟んだ外壁と内壁とからなる二重壁として断熱性能を高めていることが好ましい。この二重壁からなる断熱容器では、その内壁の内部を真空とし、この真空とした内部に超電導コイルを内蔵したコイルケースを収容している。
【００１２】
前記断熱容器は、真空層を挟んだ外壁と内壁とからなり、
前記支持材はパイプまたは棒とし、
前記支持棒の内端は、前記コイルケースの外面に開口した差込穴に押し込んでいる一方、常温時と冷却時とで位置が変わる前記支持棒の外端は、前記外壁と内壁に挟まれた真空層に位置させ、
前記支持材の外端に押し当てられるベローズ（介在皿）と、前記外壁の外方より押し込む押し棒を備えた支持材押し込み装置を前記外壁に取り付け、前記押し棒によりベローズを介して前記支持棒を内方へ押し込み、該支持棒の内端と前記差込穴との先端に隙間を無くして断熱容器とコイルケースとを一体化していることが好ましい。
【００１３】
本発明では、前記のように、断熱容器から突設した支持材で、コイルケースを左右方向、上下方向、前後方向から挟持しているため、コイルケースを断熱容器内で揺れが発生しないように強固に固定することができるが、該支持材によりコイルケースを固定する際に緩みが生じていると、前記のように支持材を介して固定しても、コイルケースは振動により揺れが生じることとなる。
断熱容器内に支持材を介してコイルケースを支持する組み立ては、超電導装置の運転前に常温状態でなされる。よって、常温状態で支持材の先端をコイルケースの差込穴に当接させて連結しても、超電導装置の運転時にコイルケース内部を超電導温度に低下するとコイルケースに熱収縮が発生し、該コイルケースの差込穴と支持材の先端との間に隙間が発生することとなる。
本発明では、常温での組立後、超電導温度で冷却されたコイルケースに熱収縮が生じて前記隙間が発生した時に、断熱容器の外部から前記押し棒に押し込んでベローズを介して
支持材をコイルケースの差込穴に押し込こんで前記隙間を無くし、熱収縮を補償することができ、支持材をコイルケースと一体化させている。
【００１４】
前記支持材は、高絶縁性を有すると共に熱伝導度が低く、強度が大であるガラス繊維強化樹脂またはケプラー繊維強化樹脂からなる形成していることが好ましい。
【００１５】
前記超電導コイルが横長なレーストラック型の場合、前記断熱容器からコイルケースに取り付ける前記支持材は、上下、左右および前後にそれぞれ間隔をあけて複数本配置し、かつ、横長となる前後両側の外壁間に間隔保持用のステーを取り付けていることが好ましい。
【００１６】
前記断熱容器の外壁と内壁はステンレス、アルミニウム等の金属あるいはＦＲＰで形成している。
超電導装置を移動体に搭載する場合には、軽量化が要望されるため、外壁は軽量なアルミニウムとすることが好ましい。薄いアルミニウムで外壁を形成する場合、内面側が真空層で外面に大気外圧が負荷されると、外壁に変形が発生しやすくなる。特に、横長さで大面積となる前後外壁は変形しやすくなる。しかしながら、前記間隔保持用のステーを設けて外壁を補強すると、薄いアルミニウムで外壁を形成でき、その結果、断熱容器を軽量化および小型化することができる。よって、移動体上に超電導装置を搭載する場合、超電導装置の荷重を小さくすることができる。
【００１７】
また、外壁をアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材で形成すると、自然冷却や冷却水による冷却を簡単に行うことができる。
一方、内壁をＦＲＰで形成すると、超電導コイルに交流電流を流しても断熱容器に誘導電流が流れて発熱することはなく、超電導装置全体の熱損失が小さくなり冷却効率を高めることができる。
また、真空とした内部に、超電導コイルを樹脂を充填したシールドケースからなるコイルケース内に内蔵した状態で収容している。
【００１８】
本発明の超電導装置では、前記断熱容器の外壁の上面または下面に冷凍機を固定し、該冷凍機に連結したコールドヘッドを前記内壁の内部またはコイルケースの内部に突設して前記コイルケースまたは超電導コイルの内芯から突設した伝熱材と接触させた熱伝導冷却で超電導温度に冷却していることが好ましい。
【００１９】
即ち、断熱容器内部に充填した液体窒素に超電導コイルを浸漬して冷却する方法に変えて、冷凍機のコールドヘッドを超電導コイルに接触させて冷却している。
これは、液体窒素は凝固点である６４Ｋ（ケルビン）以上の温度でしか液体として存在できないため、６８Ｋ〜７７Ｋでの高温超電導材に流れる臨界電流は低く、最大磁場は１Ｔ以下となり、高磁場を発生できない問題がある。
これに対して前記冷凍機を用いた直冷伝熱方式で超電導コイルを冷却すると、超電導コイルを１０Ｋ〜５０Ｋに冷却でき、超電導線材を長くすることなく、臨界電流を高くすることができる。
【００２０】
さらに、超電導装置の断熱容器を移動体や振動体上に搭載する場合には、防振用マウントラバーを介して断熱容器を載置することが好ましい。
このように、マウントラバーを介在させると、マウントラバーがショックアブソーバーになって振動を吸収し、断熱容器自体の振動を減衰することができる。
【発明の効果】
【００２１】
前記構成からなる本発明の超電導装置においては、超電導コイルを内蔵したコイルケースを左右両側、上下両側、前後両側よりそれぞれ断熱性を有する支持材で挟持して断熱容器内に固定しているため、コイルケースが断熱容器内で揺れたり、撓んだりすることが防止できる。その結果、コイルケース内部の超電導コイルに損傷、劣化、変形することが防止でき、それに基づいてクエンチの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に本発明の超電導装置の実施形態を説明する。
超電導装置１は移動体であると共に振動体である列車や船舶に搭載し、断熱容器（クライオスタット）２を基台３上にマウトラバー１０を介在して固定している。
【００２３】
断熱容器２は外壁４と内壁５とを真空層６を挟んで設けた二重壁の密閉されたボックス形状としている。
外壁４は薄肉のアルミニウム合金板から形成し、内壁５は銅板から形成している。外壁４と内壁５に挟まれた真空層６は断熱空間としている。該真空層６に樹脂フィルムに反射材を取り付けた輻射フィルム（図示せず）を多重に収容している。
内壁５の内部７も真空とし、超電導コイル８をアルミニウム等の金属製シールドケースからなるコイルケース９に内蔵して収容している。該コイルケース９内は樹脂１１を充填し超電導コイル８を樹脂１１でモールドした状態で内蔵している。前記超電導コイル８はビスマス系あるいはイットリウム系の高温超電導線材から形成したレーストラック型コイルとしている。
【００２４】
外壁４の上面に２段式冷凍機１２を搭載し、該冷凍機１２の第二ステージ１２ｂを内壁５より突出させ、その先端にコールドヘッド（銅製クーリングパス）１２ｃを設けている。一方、コイルケース９の内部に並列状態に積層する超電導コイル８の間に銅冷却板４０を配置し、これら銅冷却板４０の上端に間隔をあけて３カ所に突出部４０ａを設け、これら突出部４０ａの上面を銀製角棒４１で連結し、該銀製角棒４１を前記コールドベッド１２ｃと連結している。これにより、超電導コイル８を直冷伝熱方式で超電導温度に冷却している。
また、超電導コイル８のリード線（図示せず）もコイルケース９の上面から断熱容器２を貫通させて外方へと引き出し交流電源（図示せず）と接続している。
【００２５】
前記断熱容器２の内壁５の真空とした内部７に、前記コイルケース９を断熱容器２に取り付けた断熱材からなる支持材２０により支持して、内壁５の内面との間に隙間をあけて非接触で収容している。
【００２６】
詳細には、図１に示すように、左側に上下方向に間隔をあけて２本の支持材２０を取り付けると共に、右側に同様に２本の支持材２０を左側と対向位置に取り付け、左右両側より合計４本の支持材２０でコイルケース９の左右外面を挟持している。
上側には左右方向に間隔をあけて２本の支持材２０を取り付けると共に、下側に同様に２本の支持材２０を上側と対向位置取り付け、上下両側より合計４本の支持材２０でコイルケース９の上下外面を挟持している。
さらに、図２に示すように、最大面積となる前後両面はそれぞれ６本で合計１２本の支持材２０を取り付けてコイルケース９の前後両面を挟持している。詳しくは、前後面の上側の左右隅部と下側の左右隅部および超電導コイルの内周に囲まれた中央部の上下に設けて各６本、合計１２本の支持材２０を取り付けている。
このように、合計２０本の支持材２０を用いて、断熱容器２の内部にコイルケース９を挟持固定している。
【００２７】
前記支持材２０は高絶縁性で強度を有するガラス繊維強化樹脂（ＧＥＲＰ）またはケプラーＦＲＰで成形した丸棒としている。
各支持材２０は、図３に拡大して示すように、外端２０ａを外壁４の外面に固定した支持材押し込み装置２２のベローズ２３に固定している。該ベローズ付き装置２２は、ケース２４を外壁４に固定し、該ケース２４の蓋２４ａにコイルバネ２５の外端を固定し、該コイルバネ２５の内端にベローズ２３を固定し、コイルバネ２５によりベローズ２３を内壁５側（内方）に向けて付勢している。
該ベローズ２３の内面に支持材２０の外端２０ａを固定する一方、ベローズ２３の外面にネジ棒２６を内端に固定し、ネジ棒２６の外端を蓋２４ａより外方へ突設している。該ネジ棒２６にナット２７を螺合することによりネジ棒２６を内方へと移動させてベローズ２３を内方へと変形させ、該ベローズ２３の変形で支持材２０を移動させて、内端の固定部２０ｂをコイルケース９側へと移動させている。
【００２８】
コイルケース９には、支持材２０の内端側の固定部２０ｂを挿入する差込穴３０を設けている。図４（Ａ）に示すように、該差込穴３０の底面３０ａに、支持材２０の固定部２０ｂの端面２０ｃを圧接させて固定している。
【００２９】
さらに、図２に示すように、前後の外壁４の間には超電導コイル８の内周に囲まれた中央領域に上下左右４本の間隔保持用ステー３３を取り付け、外壁４の内側への撓みを防止するように支持している。該間隔保持用ステー３３は真空二重断熱バイプからなり、熱絶縁されている。
【００３０】
前記断熱容器２内へのコイルケース９の組付は常温でなされ、常温で支持材２０の固定部２０ｂの端面２０ｃをコイルケース９の差込穴３０の底面３０ａに圧接している。このように、コイルケース９の左右両面、上下両面および前後両面が支持材２０で挟持されることにより、コイルケース９は断熱容器２内に移動不可に固定できる。
【００３１】
冷凍機１２により超電導コイル８が極低温（２０ケルビン）に冷却されると、コイルケース９が熱収縮して、図４（Ｂ）に示すように、コイルケース９の差込穴３０の底面３０ａと支持材２０の固定部端面２０ｃとの間に隙間Ｓが発生する。そのため、支持材２０の常温側の端部２０ａで緩みが生じることとなる。
その際、外方に突出したネジ棒２６にナット２７を螺合し、ネジ棒２６を内方へ移動させ、ベローズ２３を介して支持材２０を差込穴３０内に押し込み、その底面３０ａに固定部端面２０ｃを圧接して、前記隙間Ｓを無くしている。
これにより、支持材２０によりコイルケース９をガタ付きなく固定でき一体化することができる。
【００３２】
前記構成からなる超電導装置においては、断熱容器２の内部にコイルケース９を移動不可に一体化して固定できるため、断熱容器２の内部でコイルケース９が振動により揺れや変形が生じるのを防止できる。その結果、コイルケース９内の超電導コイル８に損傷、劣化、変形が生じるのを防止でき、超電導コイル８にクエンチが発生するのを抑制できる。
【００３３】
また、断熱容器２の外壁４は、内面側が真空で、外面側には大気外圧が負荷されるため、大面積の前後の外壁４は内側に撓みやすくなるが、前記間隔保持用ステー３３で前後の外壁を内側より支持しているため、変形を防止できる。このように、外壁４を補強しているため、外壁４の厚さを薄くでき、軽量化することができる。
【００３４】
本発明は前記実施形態に限定されず、前記断熱容器に取り付ける支持材押し込み装置は、図５に示す構成としてもよい。
該支持材押し込み装置２２では、内面側を支持棒２０との押し当て接面とする介在皿（ベローズ）２３の周縁部にボルト穴２３ｘを設け、該ボルト穴２３ｘにボルト５０の軸部５０ａに移動自在に通し、該ボルト軸部の先端を、外壁４に固定した蓋部２４ａに固定している。該ボルト５０の頭部５０ｂと介在皿２３との間に隙間Ｃを設けている。介在皿２３の外面には押し棒５３を固定し、該押し棒５３は蓋部２４ａを貫通して外方へ突出している。
上記構成では、常温のセット時は、介在皿２３の外面側の押し棒５３と内面側の支持材２０とを押し合いする状態で支持材２０を固定している。コイルケースが冷却されて収縮し、支持材２０と介在皿２３との間に隙間が発生すると、押し棒５３で介在皿２３を押し込み、介在皿２３を前記隙間Ｃの寸法分前進させて、ボルト頭部５０ｂに介在皿２３を突き当てる。この介在皿２３の前進で、介在皿２３と支持材２０との隙間を無くして、支持材２０を介在皿２３で押し込み支持している。
【００３５】
また、前記支持材の内端とコイルケースとの固定は、コイルケースに設けて差込穴に支持材の先端固定部を挿入する方法にかえて、ネジ固定としてもよい。
さらに、超電導コイルはコールドヘッドによる直冷伝熱方式で冷却する方法に変えて、液体窒素をコイルケース内に充填して超電導コイルを冷却してもよい。さらに、前記実施形態では超電導装置を船舶に搭載しているが、自動車や列車等の移動体に搭載した場合にも好適に用いることができる。
即ち、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲の実施形態が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態の超電導装置を示す全体構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】支持材の外壁側での取付状態を示す拡大図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は、支持材をコイルケースの差込穴に固定する状態を示す拡大図である。
【図５】支持材と外壁との取付構造の変形例を示す図面である。
【図６】従来例を示す図面である。
【符号の説明】
【００３７】
１  超電導装置
２  断熱容器
４  外壁
５  内壁
６  真空層
８  超電導コイル
９  コイルケース
１２  冷凍機
２０  支持材
２０ｂ  固定部
２０ｃ  端面
２２  支持材押し込み装置
２３  ベローズ（介在皿）
２４  ケース
２５  コイルバネ
２６  ネジ棒
２７  ナット
３０  差込穴
【図１】
2010016025.tif 000003
【図２】
2010016025.tif 000004
【図３】
2010016025.tif 000005
【図４】
2010016025.tif 000006
【図５】
2010016025.tif 000007
【図６】
2010016025.tif 000008