(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器内に、この外部容器とは独立した超電導コイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットにおいて、前記液体ヘリウム溜は前記外部容器内に設けられた水平支持部材に載置され、前記外部容器内と前記液体ヘリウム溜との間でかつ前記水平支持部材の下部から前記液体ヘリウム溜の上方部までにヘリウムガス対流を防止する対流防止板を設けてなることを特徴とするクライオスタット。
【請求項２】
超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器内に、この外部容器とは独立した超電導コイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットにおいて、前記外部容器の内面に沿って仕切り板を設け、前記液体ヘリウム溜からの蒸発ヘリウムガスを前記仕切り板と前記外部容器の内面との間に形成された蒸発ヘリウムガス冷却流路に導出管を介して導出して前記外部容器の内面を冷却することを特徴とするクライオスタット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器に、この外部容器とは独立した超電導コイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導コイル冷却用の液体ヘリウムの貯液量を低減し、超電導コイルの運転をより簡便にするために、超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器内に、この外部容器とは独立したコイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットが提案されている。
【０００３】
このようなクライオスタットでは液体ヘリウムの容量を小さくした代わりにガスヘリウム空間が増大し、液体ヘリウム溜を有しないクライオスタットに比較するとガスヘリウムの対流が激しくなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超電導コイルを極低温に保持するクライオスタットの外部容器内に、この外部容器とは独立したコイルを浸漬冷却するための液体ヘリウム溜を有するクライオスタットではガスヘリウム空間が増大し、ガスヘリウムの対流が激しくなっている。
【０００５】
このため、このようなクライオスタットにおいては外部容器と液体ヘリウム溜の間のガスヘリウム対流による熱侵入が増大する。クライオスタットへの熱侵入が増大すると、液体ヘリウムの消費量が増大したり、クライオスタットにつながるヘリウム冷凍液化機の負荷が増大したり、または、連続運転可能時間が短くなる等の課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたもので、ガス対流そのもの、またはガス対流による熱侵入を低減することによって、液体ヘリウムへの熱侵入がより小さいクライオスタットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るクライオスタットでは、前記液体ヘリウム溜は前記外部容器内に設けられた水平支持部材に載置され、前記外部容器内と前記液体ヘリウム溜との間でかつ前記水平支持部材の下部から前記液体ヘリウム溜の上方部までにヘリウムガス対流を防止する対流防止板を設けてなることを特徴とする。すなわち、外部容器と液体ヘリウム溜の間に設けた対流防止板により、ガスヘリウム空間を細分化できる。このことにより、同一空間内の温度差を小さくする事ができ、対流そのものを低減できる。
【００１０】
請求項２の発明に係るクライオスタットでは、前記外部容器の内面に沿って仕切り板を設け、前記液体ヘリウム溜からの蒸発ヘリウムガスを前記仕切り板と前記外部容器の内面との間に形成された蒸発ヘリウムガス冷却流路に導出管を介して導出して前記外部容器の内面を冷却する構造を有する。この構造により、侵入熱により温度上昇した液体ヘリウム溜内を蒸発したヘリウムガスの顕熱で冷却できるため、ガスヘリウムの対流を大きく緩和できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１により本発明の第１の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【００１２】
図１中、符号１はクライオスタットの外部容器で、この外部容器１内に液体ヘリウム溜２が配置されている。この液体ヘリウム溜２の内部には超電導コイル３と、この超電導コイル３を極低温に冷却保持するための液体ヘリウム４が収納されている。このため、液体ヘリウム溜２はほぼ液体ヘリウム温度に維持されている。
【００１３】
外部容器１の壁内には断熱真空層５が設けられており、外部容器１の上端開口部は上部フランジ部６により密閉されている。外部容器１内には液体ヘリウム溜２の外側に複数の対流防止板７が棚段状に積層配置されている。液体ヘリウム溜２は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部６に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【００１４】
しかして、外部容器１の内面温度は断熱真空層５を通しての輻射熱や、クライオスタット上部フランジ部６からの熱伝導などによる侵入熱のため、液体ヘリウム溜２に比べ高くなる。この温度差により、クライオスタット内部では蒸発したヘリウムガスの対流が誘起されることになる。ヘリウムガスの対流は液体ヘリウム溜２，しいては液体ヘリウム４そのものへの熱侵入を増加させるため、液体ヘリウムの蒸発がさらに増加することになる。
【００１５】
しかしながら、本実施の形態ではクライオスタット外部容器１と液体ヘリウム溜２の間に対流防止板７を設けているため、この対流防止板７により、クライオスタット外部容器１と液体ヘリウム溜２の間の空間は細分化され、ガスヘリウムの対流が抑制される。従って液体ヘリウム４の蒸発を抑制することができる。
【００１６】
つぎに図２により本発明の第２の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【００１７】
本実施の形態は第１の実施の形態と同様に、クライオスタット外部容器１内に液体ヘリウム溜２を設け、この液体ヘリウム溜２内に超電導コイル３および液体ヘリウム４を収納している。液体ヘリウム溜２の上端開口部には蓋８を設けて密閉している。液体ヘリウム溜２は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部６に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【００１８】
しかして、蓋８を設けない場合には外部容器１内に蒸発したヘリウムガスの対流が誘起されるが、本実施の形態による液体ヘリウム溜２の上部開口に蓋８を設けて閉塞することによって、外部容器１内のガスヘリウムの対流が液体ヘリウム溜２内の液体ヘリウム４に直接接触することが抑制され、液体ヘリウム４の蒸発を抑制することができる。
【００１９】
つぎに図３により本発明の第３の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【００２０】
本実施の形態は、クライオスタットの外部容器１内に液体ヘリウム溜２が配置されており、この液体ヘリウム溜２内に超電導コイル３と液体ヘリウム４が収納されている。外部容器１には断熱真空層５が設けられている。液体ヘリウム溜２の外側全体を包囲するようにして外部容器１内にシールド板９が設けられている。液体ヘリウム溜２は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部６に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【００２１】
ここで、液体ヘリウム溜２はほぼ液体ヘリウム温度に維持されているが、シールド板９を設けない場合には、外部容器１の内表面温度は断熱真空層５を通しての輻射熱や、クライオスタット上部フランジ部６からの熱伝導などによる侵入熱のため、液体ヘリウム溜２に比較して高くなっている。
【００２２】
しかしながら、本実施の形態によれば液体ヘリウム溜２と外部容器１の間に設けたシールド板９により、外部容器１内の温度分布が均一化されるので、ガスヘリウムの対流を抑制するとともに、ガスヘリウムの対流が液体ヘリウム４に直接接触することが抑制され、液体ヘリウムの蒸発を抑制することができる。
【００２３】
次に図４により本発明の第４の実施の形態のクライオスタットを説明する。
【００２４】
本実施の形態はクライオスタットの外部容器１内に液体ヘリウム溜２が配置されており、この液体ヘリウム溜２内に超電導コイル３と液体ヘリウム４が収納されている。外部容器１には断熱真空層５が設けられている。液体ヘリウム溜２の上端開口は蓋８により密閉されている。外部容器１と液体ヘリウム溜２との間には外部容器内面冷却機構10が設けられている。液体ヘリウム溜２は水平支持部材14に載置固定されており、水平支持部材14は上部フランジ部６に吊設した垂直支持部材15に接続している。
【００２５】
この外部容器内面冷却機構10は蓋８に取り付けたサイホン状導出管11と、この導出管11の出口側に連通する外部容器内面に沿って設けられた仕切り板12とからなっている。仕切り板12と外部容器１の内面との間には蒸発ヘリウムガス冷却流路13が形成されている。蓋８は液体ヘリウム溜２内の液体ヘリウム４に対流ガスヘリウムが直接接触することを防止するためのものである。
【００２６】
本実施の形態によれば、外部容器内表面冷却機構10の導出管11から液体ヘリウム溜２内の蒸発ガスは流出し、仕切り板12内の蒸発ヘリウムガス冷却流路13に吹き出してその流路13を流れて外部容器１の内面を冷却する。したがって、液体ヘリウム溜２からの蒸発ヘリウムガスにより外部容器１の内面の冷却を行うことができるため、外部容器１の内面と液体ヘリウム溜２との間の温度差が緩和され、ガスヘリウムの対流を大きく緩和することができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、外部容器と液体ヘリウム溜の間に設けた対流防止板により、ガスヘリウム空間を細分化できる。このことにより、同一空間内の温度差を小さくすることができ、対流そのものを低減できる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、液体ヘリウム溜からの蒸発ヘリウムガスを用いて外部容器の内面を冷却することによりガスヘリウムの対流を大きく緩和できる。
【００３１】
このようにして本発明ではクライオスタットへの熱侵入、液体ヘリウムの蒸発を低減することにより、液体ヘリウムの消費量、ヘリウム冷凍液化機の負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクライオスタットの第１の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【図２】本発明に係るクライオスタットの第２の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【図３】本発明に係るクライオスタットの第３の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【図４】本発明に係るクライオスタットの第４の実施の形態を一部概略的に示す縦断面図。
【符号の説明】
１…外部容器、２…液体ヘリウム溜、３…超電導コイル、４…液体ヘリウム、５…断熱真空層、６…上部フランジ部、７…対流防止板、８…蓋、９…シールド板、10…外部容器内面冷却機構、11…導出管、12…仕切り板、13…蒸発ヘリウムガス冷却流路、14…水平支持部材、15…垂直支持部材。
【図１】
0003788648.tif 000002
【図２】
0003788648.tif 000003
【図３】
0003788648.tif 000004
【図４】
0003788648.tif 000005