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JP2000091116A - Superconducting cryogenic equipment - Google Patents

Superconducting cryogenic equipment

Info

Publication number
JP2000091116A
JP2000091116A JP25668598A JP25668598A JP2000091116A JP 2000091116 A JP2000091116 A JP 2000091116A JP 25668598 A JP25668598 A JP 25668598A JP 25668598 A JP25668598 A JP 25668598A JP 2000091116 A JP2000091116 A JP 2000091116A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitrogen
pipe
shield plate
superconducting
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25668598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsunori Honma
光則 本間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP25668598A priority Critical patent/JP2000091116A/en
Publication of JP2000091116A publication Critical patent/JP2000091116A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve cooling performance of a heat shielding plate by eliminating residual water content in piping, and cope with dimensional restriction of piping constitution. SOLUTION: This superconducting cryogenic equipment is provided with a superconducting coil 1, a liquid helium vessel 2, a heat shielding plate 2 and an outer tank 7, and has a heat shielding plate cooling structure of a gravity- drop circulating system using liquid nitrogen. In this case, a drain pipe 9 which is interconnected with the outside of the outer tank 7 and drains residual water content in a cooling piping 4 to the outside is connected with a lower nitrogen pool 6 of the cooling piping 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体窒素による自
然落下循環方式の熱シールド板冷却構成を有する超電導
磁石等の超電導極低温装置に係り、特に配管内部の残留
水分を除去して熱シールド板の冷却性能を向上させると
共に、配管構成の寸法上の制約に対応できるようにした
超電導極低温装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting cryogenic device such as a superconducting magnet having a cooling structure of a natural falling circulation system using liquid nitrogen, such as a superconducting magnet. The present invention relates to a superconducting cryogenic device that can improve the cooling performance of a superconducting cryogenic device and can cope with dimensional restrictions on the piping configuration.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、例えば超電導磁石等の超電導極低
温装置の一つとして、液体窒素による自然落下循環方式
の熱シールド板冷却構成を有する超電導極低温装置が多
く採用されてきている。
2. Description of the Related Art Recently, as one of superconducting cryogenic devices such as superconducting magnets, a superconducting cryogenic device having a heat shield plate cooling structure of a natural fall circulation type using liquid nitrogen has been widely used.

【0003】図7はこの種の従来の超電導極低温装置の
構成例を示す斜視図、図8は同超電導極低温装置の構成
例を示す断面図である。図7および図8において、超電
導極低温装置は、超電導コイル1と、この超電導コイル
1を内部に収納するヘリウム容器2と、このヘリウム容
器2への外部からの熱侵入を低減するための熱シールド
板3と、これらヘリウム容器2および熱シールド板3を
内部に収納する外槽7とから構成されている。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of a conventional superconducting cryogenic device of this type, and FIG. 8 is a sectional view showing a configuration example of the same superconducting cryogenic device. 7 and 8, a superconducting cryogenic device includes a superconducting coil 1, a helium container 2 for housing the superconducting coil 1, and a heat shield for reducing heat intrusion into the helium container 2 from outside. The helium container 2 and the heat shield plate 3 are housed therein.

【0004】一方、外槽7の上部には、内部に液体窒素
が収容された窒素タンク10を設置し、この窒素タンク
10より接続配管8を介して供給される液体窒素を、熱
シールド板3の上部に設置された上部窒素溜5に導き、
この上部窒素溜5より重力を駆動力として液体窒素を、
熱シールド板3と熱的に接続された冷却配管4へ分岐流
入させ、この流下過程で熱シールド板3を冷却させなが
ら下部窒素溜6に集め、さらに上記流下過程で熱シール
ド板3を冷却して気化した窒素を、冷却配管4内を液体
窒素の流下方向と反対方向に上昇させて上部窒素溜5に
集め、接続配管8を介して窒素タンク10へ回収させる
ように、液体窒素による自然落下循環方式の熱シールド
板3の冷却構成を有している。
On the other hand, a nitrogen tank 10 containing liquid nitrogen therein is installed above the outer tank 7, and liquid nitrogen supplied from the nitrogen tank 10 via a connection pipe 8 is supplied to the heat shield plate 3. To the upper nitrogen reservoir 5 installed above the
Liquid nitrogen is supplied from the upper nitrogen reservoir 5 using gravity as a driving force.
It is branched into a cooling pipe 4 thermally connected to the heat shield plate 3, and is collected in the lower nitrogen reservoir 6 while cooling the heat shield plate 3 in the flowing process. Further, the heat shield plate 3 is cooled in the flow process. The vaporized nitrogen is raised in the cooling pipe 4 in a direction opposite to the flow direction of the liquid nitrogen, collected in the upper nitrogen reservoir 5, and naturally dropped by the liquid nitrogen so as to be collected in the nitrogen tank 10 through the connection pipe 8. It has a cooling configuration for the circulation type heat shield plate 3.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
重力を駆動力とする液体窒素による自然落下循環方式の
熱シールド板冷却構成を有する超電導極低温装置におい
ては、次のような問題点がある。
However, the superconducting cryogenic device having the cooling structure of the heat shield plate of the natural fall circulation type using liquid nitrogen driven by gravity has the following problems. .

【0006】すなわち、冷却配管4の内部に残留した水
分が水結して、冷却配管4の内部に付着し、その結果窒
素循環通路の断面積が減少して、熱シールド板3の冷却
性能が低下することが懸念される。
That is, the water remaining in the cooling pipe 4 is condensed and adheres to the inside of the cooling pipe 4, and as a result, the cross-sectional area of the nitrogen circulation passage is reduced, and the cooling performance of the heat shield plate 3 is reduced. It is feared that it will decrease.

【0007】また、重力を駆動力とする液体窒素による
自然落下循環方式であるため、配管内の液体窒素と気化
窒素の自然な交換、回収が必要であり、気化窒素と配管
との表面張力との関係による配管内径の制限から、配管
構成が寸法上の制約を受け、困難とならざるを得ない。
In addition, since the system is a natural fall circulation system using liquid nitrogen driven by gravity, natural exchange and recovery of liquid nitrogen and vaporized nitrogen in the piping are required, and the surface tension between the vaporized nitrogen and the piping is reduced. Due to the restriction on the inner diameter of the pipe due to the above-mentioned relationship, the pipe configuration is restricted in terms of dimensions, and must be difficult.

【0008】本発明の目的は、液体窒素による自然落下
循環方式の熱シールド板冷却構成を有する超電導磁石等
の極低温装置において、配管内部の残留水分を除去して
熱シールド板の冷却性能を向上させると共に、配管構成
の寸法上の制約に対応することが可能な超電導極低温装
置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the cooling performance of a heat shield plate by removing residual moisture in a pipe in a cryogenic device such as a superconducting magnet having a heat shield plate cooling structure of a natural fall circulation type using liquid nitrogen. It is another object of the present invention to provide a superconducting cryogenic device capable of coping with dimensional restrictions of a piping configuration.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明では、超電導コイルと、この超電
導コイルを内部に収納するヘリウム容器と、このヘリウ
ム容器への外部からの熱侵入を低減するための熱シール
ド板と、ヘリウム容器および熱シールド板を内部に収納
する外槽とを備えて成り、外槽の上部に設置された窒素
タンクより接続配管を介して供給される液体窒素を熱シ
ールド板の上部に設置された上部窒素溜に導き、この上
部窒素溜より重力を駆動力として液体窒素を熱シールド
板と熱的に接続された冷却配管へ分岐流入させ、この流
下過程で熱シールド板を冷却させながら下部窒素溜に集
め、さらに流下過程で熱シールド板を冷却して気化した
窒素を冷却配管内を液体窒素の流下方向と反対方向に上
昇させて上部窒素溜に集め、接続配管を介して窒素タン
クへ回収させるようにした液体窒素による自然落下循環
方式の熱シールド板冷却構成を有する超電導極低温装置
において、冷却配管の下部窒素溜に、外槽の外部に連通
して冷却配管内の残留水分を外部へ排出する水抜管を設
置している。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a superconducting coil, a helium container accommodating the superconducting coil therein, and heat from the outside to the helium container are provided. Liquid that is provided through a connection pipe from a nitrogen tank installed on the upper part of the outer tank, comprising a heat shield plate for reducing intrusion, and an outer tank for housing the helium container and the heat shield plate inside. Nitrogen is guided to the upper nitrogen reservoir installed above the heat shield plate, and from this upper nitrogen reservoir, liquid nitrogen is branched and flows into the cooling pipe thermally connected to the heat shield plate using gravity as a driving force. While cooling the heat shield plate in the lower nitrogen reservoir, the heat shield plate is further cooled in the flowing process, and the vaporized nitrogen is raised in the cooling pipe in the direction opposite to the liquid nitrogen flow direction and the upper nitrogen In a superconducting cryogenic device having a heat shield plate cooling configuration of a natural fall circulation type with liquid nitrogen that is collected in a nitrogen tank via a connection pipe, the lower nitrogen pool of the cooling pipe and the outside of the outer tank A drain pipe is installed to communicate the residual moisture in the cooling pipe to the outside.

【0010】従って、請求項1の発明の超電導極低温装
置においては、冷却配管の下部窒素溜に、外槽の外部に
連通して冷却配管内の残留水分を外部へ排出する水抜管
を設置することにより、例えば定期点検時の昇温時に、
水抜管内に乾燥ガス等を圧送して、冷却配管内部に残留
し下部窒素溜に溜まった水分を水抜管を通して容易に外
部へ排出することが可能となる。これにより、冷却配管
内の残留水分の氷結等による冷却配管の閉塞や、それに
伴なう熱シールド板の冷却性能の低下を防止することが
できる。
Therefore, in the superconducting cryogenic apparatus according to the first aspect of the present invention, a drain pipe is provided in the lower nitrogen reservoir of the cooling pipe to communicate with the outside of the outer tank and discharge the residual moisture in the cooling pipe to the outside. Therefore, for example, when the temperature rises during periodic inspection,
Dry gas or the like is pumped into the drainage pipe, and water remaining in the cooling pipe and accumulated in the lower nitrogen reservoir can be easily discharged to the outside through the drainage pipe. Accordingly, it is possible to prevent the cooling pipe from being clogged due to freezing of residual moisture in the cooling pipe or the like, and the cooling performance of the heat shield plate accompanying the blocking is reduced.

【0011】また、請求項2の発明では、上記請求項1
の発明の超電導極低温装置において、上記接続配管とし
ては、液体窒素の供給および気化窒素の回収を促すよう
に、上下に独立した2本の配管で構成している。
According to the second aspect of the present invention, in the first aspect,
In the superconducting cryogenic device according to the invention, the connection pipe is composed of two vertically independent pipes so as to promote the supply of liquid nitrogen and the recovery of vaporized nitrogen.

【0012】従って、請求項2の発明の超電導極低温装
置においては、窒素タンクと上部窒素溜とを連通する接
続配管を、上下に独立した2本の配管で構成することに
より、液体窒素と気化窒素を分離して回収および循環さ
せることで、窒素の循環を促進させて冷却配管への窒素
供給を確保して、熱シールド板の冷却性能をより一層向
上させることができる。
Therefore, in the superconducting cryogenic apparatus according to the second aspect of the present invention, the connecting pipe for connecting the nitrogen tank and the upper nitrogen reservoir is composed of two vertically independent pipes, so that the liquid nitrogen is vaporized. By separating and collecting and circulating the nitrogen, the circulation of the nitrogen is promoted, the supply of the nitrogen to the cooling pipe is secured, and the cooling performance of the heat shield plate can be further improved.

【0013】さらに、請求項3の発明では、上記請求項
1または請求項2の発明の超電導極低温装置において、
上記接続配管としては、断面形状が楕円形状で、かつ左
右方向に偏平となるように配置している。
Further, according to a third aspect of the present invention, in the superconducting cryogenic device according to the first or second aspect,
The connection pipe is arranged so that the cross-sectional shape is elliptical and flat in the left-right direction.

【0014】従って、請求項3の発明の超電導極低温装
置においては、窒素タンクと上部窒素溜とを連通する接
続配管の断面形状を楕円形状として配管断面積を確保
し、かつ左右方向に偏平となるように配置することによ
り、接続配管内部で上側の気化窒素領域と下側の液体窒
素領域とに分離させて、接続配管内での液体および気化
窒素の分離交換を容易にし、熱シールド板の冷却性能を
確保することができる。また、接続配管の断面形状を楕
円形状とすることにより、幅方向の寸法が短縮化される
ため、接続配管の大きさ等を小形化して、配管構成の寸
法上の制約に対応することができる。
Therefore, in the superconducting cryogenic apparatus according to the third aspect of the present invention, the cross-sectional shape of the connection pipe that connects the nitrogen tank and the upper nitrogen reservoir is made elliptical to secure the cross-sectional area of the pipe and to reduce the flatness in the left-right direction. By separating the heat shield plate from the heat shield plate, it is possible to separate the liquid and vaporized nitrogen in the connection pipe by separating them into the upper vaporized nitrogen area and the lower liquid nitrogen area inside the connection pipe. Cooling performance can be ensured. In addition, by making the cross-sectional shape of the connection pipe elliptical, the dimension in the width direction is shortened. Therefore, the size of the connection pipe can be reduced, and the dimensional restriction of the pipe configuration can be handled. .

【0015】一方、請求項4の発明では、上記請求項1
乃至請求項3のいずれか1項の発明の超電導極低温装置
において、上記接続配管の途中に、液体窒素の供給およ
び気化窒素の回収を促すように、2個のべローズを上下
に並列に設置している。
[0015] On the other hand, in the invention of claim 4, the above-mentioned claim 1 is provided.
In the superconducting cryogenic apparatus according to any one of claims 3 to 3, two bellows are vertically arranged in parallel in the connection pipe so as to promote the supply of liquid nitrogen and the recovery of vaporized nitrogen. are doing.

【0016】従って、請求項4の発明の超電導極低温装
置においては、接続配管の途中に、2個のべローズを上
下に並列に設置することにより、液体窒素と気化窒素の
交換および循環を促進させて、熱シールド板の冷却性能
を確保することができる。
Therefore, in the superconducting cryogenic apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the exchange and circulation of liquid nitrogen and vaporized nitrogen are promoted by installing two bellows vertically in the middle of the connection pipe. Thus, the cooling performance of the heat shield plate can be secured.

【0017】また、請求項5の発明では、上記請求項4
の発明の超電導極低温装置において、上記並列に設置さ
れた2個のべローズのうちの一方のみに、軸方向の伸縮
のみを許容する案内用のガイド管をべローズ内部に設け
ている。
According to the fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect,
In the superconducting cryogenic device according to the invention, a guide pipe for guiding only axial expansion and contraction is provided inside the bellows in only one of the two bellows installed in parallel.

【0018】従って、請求項5の発明の超電導極低温装
置においては、並列に設置された2個のべローズのうち
の一方のみに、軸方向の伸縮のみを許容する案内用のガ
イド管を設けることにより、2個のべローズの伸縮が支
障なく行なわれるため、液体窒素と気化窒素の循環およ
び交換を促進させて、熱シールド板の冷却性能をより一
層効果的に確保することができる。
Therefore, in the superconducting cryogenic apparatus according to the fifth aspect of the present invention, only one of the two bellows installed in parallel is provided with a guide pipe for guiding that allows only expansion and contraction in the axial direction. Since the expansion and contraction of the two bellows are performed without hindrance, the circulation and exchange of liquid nitrogen and vaporized nitrogen are promoted, and the cooling performance of the heat shield plate can be more effectively secured.

【0019】さらに、請求項6の発明では、上記請求項
1乃至請求項5のいずれか1項の発明の超電導極低温装
置において、上記外槽の外部に連通する水抜管の途中
に、他の熱シールド板の冷却配管と接続された中継溜を
設置している。
Further, according to a sixth aspect of the present invention, in the superconducting cryogenic apparatus according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, another superconducting cryogenic device is provided in the middle of a drainage pipe communicating with the outside of the outer tank. A relay reservoir connected to the cooling pipe of the heat shield plate is installed.

【0020】従って、請求項6の発明の超電導極低温装
置においては、外槽の外部に連通する水抜管の途中に、
他の熱シールド板の冷却配管と接続された中継溜を設置
することにより、配管内の残留水分が中継溜を介して他
の熱シールド板の冷却配管内に入り込まないようにし、
かつ外部からの乾燥ガス等の圧送で容易に水分を外部へ
排出させて、熱シールド板の冷却性能を確保することが
できる。
Therefore, in the superconducting cryogenic device according to the invention of claim 6, during the drainage pipe communicating with the outside of the outer tank,
By installing a relay reservoir connected to the cooling pipe of the other heat shield plate, the residual moisture in the piping is prevented from entering the cooling piping of the other heat shield plate via the relay reservoir,
In addition, the moisture can be easily discharged to the outside by the pressure of the drying gas or the like from the outside, and the cooling performance of the heat shield plate can be secured.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本実施の形態による超電
導極低温装置の構成例を示す概要図であり、図7および
図8と同一要素には同一符号を付して示している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a superconducting cryogenic device according to the present embodiment, and the same elements as those in FIGS. 7 and 8 are denoted by the same reference numerals. .

【0022】図1において、超電導極低温装置は、超電
導コイル1と、この超電導コイル1を内部に収納するヘ
リウム容器2と、このヘリウム容器2への外部からの熱
侵入を低減するための熱シールド板3と、これらヘリウ
ム容器2および熱シールド板3を内部に収納する外槽7
とから構成している。
Referring to FIG. 1, a superconducting cryogenic apparatus comprises a superconducting coil 1, a helium container 2 for accommodating the superconducting coil 1, and a heat shield for reducing external heat intrusion into the helium container 2. Plate 3 and an outer tank 7 for housing the helium container 2 and the heat shield plate 3 therein.
It is composed of

【0023】一方、外槽7の上部には、内部に液体窒素
が収容された窒素タンク10を設置し、この窒素タンク
10より接続配管8を介して供給される液体窒素を、熱
シールド板3の上部に設置された上部窒素溜5に導き、
この上部窒素溜5より重力を駆動力として液体窒素を、
熱シールド板3と熱的に接続された冷却配管4へ分岐流
入させ、この流下過程で熱シールド板3を冷却させなが
ら下部窒素溜6に集め、さらに上記流下過程で熱シール
ド板3を冷却して気化した窒素を、冷却配管4内を液体
窒素の流下方向と反対方向に上昇させて上部窒素溜5に
集め、接続配管8を介して窒素タンク10へ回収させる
ように、液体窒素による自然落下循環方式の熱シールド
板3の冷却構成を有している。
On the other hand, a nitrogen tank 10 containing liquid nitrogen therein is installed above the outer tank 7, and liquid nitrogen supplied from the nitrogen tank 10 via the connection pipe 8 is supplied to the heat shield plate 3. To the upper nitrogen reservoir 5 installed above the
Liquid nitrogen is supplied from the upper nitrogen reservoir 5 using gravity as a driving force.
The branch flows into a cooling pipe 4 thermally connected to the heat shield plate 3 and is collected in the lower nitrogen reservoir 6 while cooling the heat shield plate 3 in the flowing process. The heat shield plate 3 is further cooled in the flow process. The vaporized nitrogen is raised in the cooling pipe 4 in the direction opposite to the flowing direction of the liquid nitrogen, collected in the upper nitrogen reservoir 5, and naturally dropped by the liquid nitrogen so as to be collected in the nitrogen tank 10 through the connection pipe 8. It has a cooling configuration for the circulation type heat shield plate 3.

【0024】さらに、冷却配管4の下部窒素溜6に、外
槽7の外部に連通して冷却配管4内の残留水分を外部へ
排出する水抜管9を設置している。次に、以上のように
構成した本実施の形態の超電導極低温装置においては、
上部窒素溜5の液体窒素は、水平に対して一定の角度以
上を有する冷却配管4に分配されて流下し、冷却配管4
と熱的に接続されている熱シールド板3を冷却すること
により、へリウム容器2への外部からの熱侵入の低減が
計られる。
Further, in the lower nitrogen reservoir 6 of the cooling pipe 4, a drain pipe 9 communicating with the outside of the outer tank 7 and discharging the residual moisture in the cooling pipe 4 to the outside is provided. Next, in the superconducting cryogenic device of the present embodiment configured as described above,
The liquid nitrogen in the upper nitrogen reservoir 5 is distributed to the cooling pipe 4 having a certain angle or more with respect to the horizontal and flows down.
By cooling the heat shield plate 3 which is thermally connected to the helium container 2, heat intrusion from the outside into the helium container 2 can be reduced.

【0025】冷却配管4内の液体窒素は、下部窒素溜6
に漸次流下すると同時に流下途中で気化し、それと同時
に液体および気化窒素の重力差、および気化窒素と配管
の表面張力および粘着力に打ち勝って、冷却配管4内を
上昇して液体部分と相互に交換され、上部窒素溜5の上
部に集積される。
The liquid nitrogen in the cooling pipe 4 is supplied to the lower nitrogen reservoir 6
And gradually evaporates in the middle of the flow, and at the same time, overcomes the gravity difference between the liquid and the vaporized nitrogen, and the surface tension and adhesive force of the vaporized nitrogen and the piping, and rises in the cooling piping 4 to exchange with the liquid portion. And is accumulated on the upper part of the upper nitrogen reservoir 5.

【0026】このようにして、気化窒素が冷却配管4内
を熱シールド板3を冷却した後、上部窒素溜5に回収さ
れる過程で、冷却配管4内部の残留水分が存在すると氷
結して、配管内部に付着することで実際の配管断面積が
減少し、液体窒素および気化窒素の循環や交換に対して
支障をきたすことになり、熱シールド板3の冷却性能の
低下につながる。
As described above, during the process in which the vaporized nitrogen cools the heat shield plate 3 in the cooling pipe 4 and is recovered in the upper nitrogen reservoir 5, when the residual moisture in the cooling pipe 4 is present, it freezes. By adhering to the inside of the pipe, the actual cross-sectional area of the pipe is reduced, which hinders the circulation and exchange of liquid nitrogen and vaporized nitrogen, and leads to a reduction in the cooling performance of the heat shield plate 3.

【0027】この点、本実施の形態では、冷却配管4の
下部窒素溜6に、外槽7の外部に連通る水抜管9を設け
ていることにより、例えば定期点検時の昇温時に、水抜
管9内に乾燥ガス等を圧送して、冷却配管4内部に残留
し下部窒素溜6に溜まった水分を、水抜管9を通して容
易に外部へ排出することができる。
In this respect, in the present embodiment, the drainage pipe 9 communicating with the outside of the outer tub 7 is provided in the lower nitrogen reservoir 6 of the cooling pipe 4 so that, for example, when the temperature is raised at the time of periodic inspection, the water is drained. Dry gas or the like is pumped into the drain pipe 9, and water remaining in the cooling pipe 4 and stored in the lower nitrogen reservoir 6 can be easily discharged to the outside through the drain pipe 9.

【0028】これにより、冷却配管4内の残留水分の外
部への排出が容易に可能となり、冷却配管4内の残留水
分の氷結等による冷却配管4の閉塞や、それに伴なう熱
シールド板3の冷却性能の低下を防止することができる
ため、ヘリウム容器2への外部からの熱侵入を抑制する
ことができる。
This makes it possible to easily discharge the residual moisture in the cooling pipe 4 to the outside, to block the cooling pipe 4 due to freezing of the residual moisture in the cooling pipe 4 and to cause the heat shield plate 3 Since the cooling performance of the helium container 2 can be prevented from lowering, heat intrusion into the helium container 2 from the outside can be suppressed.

【0029】上述したように、本実施の形態の超電導極
低温装置では、冷却配管4内部に残留した水分を容易に
外部からの乾燥ガス等の排気により除去することができ
るため、冷却配管4による熱シールド板3の冷却性能の
低下を防止することが可能となる。
As described above, in the superconducting cryogenic apparatus according to the present embodiment, the water remaining in the cooling pipe 4 can be easily removed by exhausting dry gas or the like from the outside. It is possible to prevent the cooling performance of the heat shield plate 3 from lowering.

【0030】(第2の実施の形態)図2は、本実施の形
態による超電導極低温装置の構成例を示す部分概要図で
あり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a partial schematic diagram showing a configuration example of a superconducting cryogenic device according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. Are omitted, and only different portions will be described here.

【0031】すなわち、本実施の形態の超電導極低温装
置は、図2に示すように、図1における窒素タンク10
と上部窒素溜5とを連通する接続配管8を、液体窒素の
供給および気化窒素の回収を促すように、上下に独立し
た2本の配管8a,8bで構成している。
That is, as shown in FIG. 2, the superconducting cryogenic device according to the present embodiment has a nitrogen tank 10 shown in FIG.
The connection pipe 8 for communicating the gas and the upper nitrogen reservoir 5 is composed of two vertically independent pipes 8a and 8b so as to promote the supply of liquid nitrogen and the recovery of vaporized nitrogen.

【0032】次に、以上のように構成した本実施の形態
の超電導極低温装置においては、窒素タンク10と上部
窒素溜5とを連通する接続配管8を、液体窒素の供給お
よび気化窒素の回収を促すように、上下に独立した2本
の配管8a,8bで構成していることにより、液体窒素
と気化窒素を分離して回収および循環させることで、窒
素の循環を促進させて冷却配管4への窒素供給を確保し
て、熱シールド板3の冷却性能を向上させることができ
る。
Next, in the superconducting cryogenic apparatus of the present embodiment configured as described above, the connection pipe 8 communicating the nitrogen tank 10 and the upper nitrogen reservoir 5 is connected to the supply of liquid nitrogen and the recovery of vaporized nitrogen. Is constituted by two vertically independent pipes 8a and 8b so that liquid nitrogen and vaporized nitrogen are separated and collected and circulated, thereby promoting the circulation of nitrogen and cooling pipe 4 Nitrogen supply to the heat shield plate 3 and the cooling performance of the heat shield plate 3 can be improved.

【0033】上述したように、本実施の形態の超電導極
低温装置では、冷却配管4による熱シールド板3の冷却
性能をより一層向上させることが可能となる。 (第3の実施の形態)図3は、本実施の形態による超電
導極低温装置の構成例を示す部分概要図であり、図1と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。
As described above, in the superconducting cryogenic device of the present embodiment, the cooling performance of the heat shield plate 3 by the cooling pipe 4 can be further improved. (Third Embodiment) FIG. 3 is a partial schematic diagram showing a configuration example of a superconducting cryogenic device according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. Here, only the different parts will be described.

【0034】すなわち、本実施の形態の超電導極低温装
置は、図3に示すように、図1における窒素タンク10
と上部窒素溜5とを連通する接続配管8を、断面形状が
楕円形状の楕円配管8cとし、かつ左右方向に偏平とな
るように配置する構成としている。
That is, as shown in FIG. 3, the superconducting cryogenic device according to the present embodiment has the nitrogen tank 10 shown in FIG.
The connection pipe 8 that communicates with the upper nitrogen reservoir 5 is configured to be an elliptical pipe 8c having an elliptical cross section and to be flattened in the left-right direction.

【0035】次に、以上のように構成した本実施の形態
の超電導極低温装置においては、窒素タンク10と上部
窒素溜5とを連通する接続配管を楕円配管8cとして配
管断面積を確保し、かつ左右方向に偏平となるように配
置していることにより、楕円配管8c内部で上側の気化
窒素領域と下側の液体窒素領域とに分離させて、楕円配
管8c内での液体および気化窒素の分離交換を容易に
し、熱シールド板3の冷却性能を確保することができ
る。
Next, in the superconducting cryogenic apparatus of the present embodiment configured as described above, the connection pipe connecting the nitrogen tank 10 and the upper nitrogen reservoir 5 is made elliptical pipe 8c to secure a pipe cross-sectional area. In addition, by being disposed so as to be flat in the left-right direction, the gas is separated into an upper vaporized nitrogen region and a lower liquid nitrogen region inside the elliptical pipe 8c, and the liquid and the vaporized nitrogen in the elliptical pipe 8c are separated. Separation and replacement can be facilitated, and the cooling performance of the heat shield plate 3 can be ensured.

【0036】また、接続配管を楕円配管8cとしている
ことにより、幅方向の寸法が短縮化されるため、楕円配
管8cの大きさ等を小形化して、配管構成の寸法上の制
約に対応することができる。
Further, since the connecting pipe is formed as the elliptical pipe 8c, the dimension in the width direction is shortened. Therefore, the size of the elliptical pipe 8c is reduced to meet the dimensional restrictions of the pipe configuration. Can be.

【0037】上述したように、本実施の形態の超電導極
低温装置では、熱シールド板3の冷却性能を確保すると
共に、配管構成の寸法上の制約に対応することが可能と
なる。
As described above, in the superconducting cryogenic device of the present embodiment, it is possible to ensure the cooling performance of the heat shield plate 3 and to cope with the dimensional restrictions of the piping configuration.

【0038】(第4の実施の形態)図4は、本実施の形
態による超電導極低温装置の構成例を示す部分概要図で
あり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a partial schematic view showing a configuration example of a superconducting cryogenic device according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. Are omitted, and only different portions will be described here.

【0039】すなわち、本実施の形態の超電導極低温装
置は、図4に示すように、図1における窒素タンク10
と上部窒素溜5とを連通する接続配管8の途中に、液体
窒素の供給および気化窒素の回収を促すように、2個の
べローズ継手11a,11bを上下に並列に設置する構
成としている。
That is, as shown in FIG. 4, the superconducting cryogenic device of the present embodiment has a nitrogen tank 10 shown in FIG.
Two bellows joints 11a and 11b are vertically arranged in parallel in the middle of a connection pipe 8 that communicates with the upper nitrogen reservoir 5 so as to promote the supply of liquid nitrogen and the recovery of vaporized nitrogen.

【0040】次に、以上のように構成した本実施の形態
の超電導極低温装置においては、窒素タンク10と上部
窒素溜5とを連通する接続配管8の途中に、2個のべロ
ーズ継手11a,11bを設置していることにより、上
部のべローズ継手11bには主に気化窒素を、また下部
のベローズ継手11aには液体窒素を循環させること
で、ベローズ継手11a,11bを大口径にすることな
く、液体窒素と気化窒素の交換および循環を促進させ
て、熱シールド板3の冷却性能を確保することができ
る。
Next, in the superconducting cryogenic apparatus according to the present embodiment configured as described above, two bellows joints 11a are provided in the middle of the connection pipe 8 that connects the nitrogen tank 10 and the upper nitrogen reservoir 5. , 11b, the upper bellows joint 11b mainly circulates vaporized nitrogen, and the lower bellows joint 11a circulates liquid nitrogen, thereby increasing the diameter of the bellows joints 11a, 11b. Without exchanging and circulating liquid nitrogen and vaporized nitrogen, the cooling performance of the heat shield plate 3 can be ensured.

【0041】上述したように、本実施の形態の超電導極
低温装置では、熱シールド板3の冷却性能を確保するこ
とが可能となる。 (第5の実施の形態)図5は、本実施の形態による超電
導極低温装置の構成例を示す部分概要図であり、図4と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。
As described above, in the superconducting cryogenic device of the present embodiment, the cooling performance of the heat shield plate 3 can be ensured. (Fifth Embodiment) FIG. 5 is a partial schematic diagram showing a configuration example of a superconducting cryogenic device according to the present embodiment, and the same parts as those in FIG. Here, only the different parts will be described.

【0042】すなわち、本実施の形態の超電導極低温装
置は、図5に示すように、図4における並列に設置され
た2個のべローズ継手11a,11bのうちの一方のみ
(本例では、べローズ継手11a)に、軸方向の伸縮の
みを許容する案内用のガイド管12をべローズ継手11
a内部に設けて、ガイド管付べローズ継手11cを構成
している。
That is, as shown in FIG. 5, the superconducting cryogenic device according to the present embodiment has only one of the two bellows joints 11a and 11b installed in parallel in FIG. The bellows joint 11a) is provided with a guide pipe 12 for guiding that allows only expansion and contraction in the axial direction.
a, a bellows joint 11c with a guide tube is provided.

【0043】次に、以上のように構成した本実施の形態
の超電導極低温装置においては、並列に設置された2個
のべローズ継手11a,11bのうちの一方のみに、軸
方向の伸縮のみを許容する案内用のガイド管12を設け
ていることにより、2個のべローズ継手11b,11c
の伸縮が支障なく行なわれるため、液体窒素と気化窒素
の循環および交換を促進させて、熱シールド板3の冷却
性能をより一層効果的に確保することができる。
Next, in the superconducting cryogenic device according to the present embodiment configured as described above, only one of the two bellows joints 11a and 11b installed in parallel has only the axial expansion and contraction. The two guide bellows joints 11b, 11c
Since the expansion and contraction of the heat shield plate 3 are performed without any trouble, the circulation and exchange of the liquid nitrogen and the vaporized nitrogen are promoted, and the cooling performance of the heat shield plate 3 can be more effectively secured.

【0044】上述したように、本実施の形態の超電導極
低温装置では、熱シールド板3の冷却性能をより一層効
果的に確保することが可能となる。 (第6の実施の形態)図6は、本実施の形態による超電
導極低温装置の構成例を示す概要図であり、図1と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。
As described above, in the superconducting cryogenic device of the present embodiment, the cooling performance of the heat shield plate 3 can be more effectively secured. (Sixth Embodiment) FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of a superconducting cryogenic device according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. Here, only different parts will be described.

【0045】すなわち、本実施の形態の超電導極低温装
置は、図6に示すように、図1における外槽7の外部に
連通する水抜管9の途中に、他の熱シールド板3の冷却
配管4と接続された中継溜13を設置する構成としてい
る。
That is, as shown in FIG. 6, the superconducting cryogenic apparatus according to the present embodiment has a cooling pipe for the other heat shield plate 3 in the middle of a drain pipe 9 communicating with the outside of the outer tank 7 in FIG. The relay reservoir 13 connected to the relay 4 is installed.

【0046】次に、以上のように構成した本実施の形態
の超電導極低温装置においては、外槽7の外部に連通す
る水抜管9の途中に、他の熱シールド板3の冷却配管4
と接続された中継溜13を設置していることにより、配
管内の残留水分が中継溜13を介して他の熱シールド板
3の冷却配管4内に入り込まないようにし、かつ外部か
らの乾燥ガス等の圧送で容易に水分を外部へ排出させ
て、熱シールド板3の冷却性能を確保することができ
る。
Next, in the superconducting cryogenic apparatus of the present embodiment configured as described above, the cooling pipe 4 of the other heat shield plate 3 is provided in the middle of the drain pipe 9 communicating with the outside of the outer tank 7.
Is installed to prevent the residual moisture in the pipe from entering the cooling pipe 4 of the other heat shield plate 3 through the relay tank 13 and to provide the dry gas from the outside. The water can be easily discharged to the outside by such pressure feeding, and the cooling performance of the heat shield plate 3 can be secured.

【0047】上述したように、本実施の形態の超電導極
低温装置では、配管内の残留水分が他の熱シールド板3
の冷却配管4内に入り込まないようにしつつ、熱シール
ド板3の冷却性能を確保することが可能となる。
As described above, in the superconducting cryogenic device according to the present embodiment, the residual moisture in the piping is
The cooling performance of the heat shield plate 3 can be ensured while preventing the heat shield plate 3 from entering the cooling pipe 4.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導極
低温装置によれば、配管内部の残留水分を除去して熱シ
ールド板の冷却性能を向上させると共に、配管構成の寸
法上の制約に対応することが可能となる。
As described above, according to the superconducting cryogenic apparatus of the present invention, the cooling performance of the heat shield plate is improved by removing the residual moisture inside the pipe, and the dimensional restriction of the pipe structure is eliminated. It is possible to respond.

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

【図1】本発明による超電導極低温装置の第1の実施の
形態を示す概要図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a superconducting cryogenic device according to the present invention.

【図2】本発明による超電導極低温装置の第2の実施の
形態を示す部分概要図。
FIG. 2 is a partial schematic diagram showing a second embodiment of the superconducting cryogenic device according to the present invention.

【図3】本発明による超電導極低温装置の第3の実施の
形態を示す部分概要図。
FIG. 3 is a partial schematic view showing a third embodiment of a superconducting cryogenic device according to the present invention.

【図4】本発明による超電導極低温装置の第4の実施の
形態を示す部分概要図。
FIG. 4 is a partial schematic diagram showing a fourth embodiment of the superconducting cryogenic device according to the present invention.

【図5】本発明による超電導極低温装置の第5の実施の
形態を示す部分概要図。
FIG. 5 is a partial schematic diagram showing a fifth embodiment of the superconducting cryogenic device according to the present invention.

【図6】本発明による超電導極低温装置の第6の実施の
形態を示す概要図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a sixth embodiment of the superconducting cryogenic device according to the present invention.

【図7】従来の超電導極低温装置の構成例を示す斜視
図。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of a conventional superconducting cryogenic device.

【図8】従来の超電導極低温装置の構成例を示す断面
図。
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration example of a conventional superconducting cryogenic device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…超電導コイル、 2…ヘリウム容器、 3…熱シールド板、 4…冷却配管、 5…上部窒素溜、 6…下部窒素溜、 7…外槽、 8a,8b…接続配管、 8c…楕円配管、 9…水抜管、 10…窒素タンク、 11a,11b…ベローズ継手、 11c…ガイド管付ベローズ継手、 12…ガイド管。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Superconducting coil, 2 ... Helium container, 3 ... Heat shield plate, 4 ... Cooling piping, 5 ... Upper nitrogen reservoir, 6 ... Lower nitrogen reservoir, 7 ... Outer tank, 8a, 8b ... Connection piping, 8c ... Elliptical piping, 9: drainage pipe, 10: nitrogen tank, 11a, 11b: bellows joint, 11c: bellows joint with guide pipe, 12: guide pipe.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導コイルと、この超電導コイルを内
部に収納するヘリウム容器と、このヘリウム容器への外
部からの熱侵入を低減するための熱シールド板と、前記
ヘリウム容器および熱シールド板を内部に収納する外槽
とを備えて成り、 前記外槽の上部に設置された窒素タンクより接続配管を
介して供給される液体窒素を前記熱シールド板の上部に
設置された上部窒素溜に導き、この上部窒素溜より重力
を駆動力として液体窒素を前記熱シールド板と熱的に接
続された冷却配管へ分岐流入させ、この流下過程で前記
熱シールド板を冷却させながら下部窒素溜に集め、さら
に前記流下過程で熱シールド板を冷却して気化した窒素
を前記冷却配管内を液体窒素の流下方向と反対方向に上
昇させて前記上部窒素溜に集め、前記接続配管を介して
前記窒素タンクへ回収させるようにした液体窒素による
自然落下循環方式の熱シールド板冷却構成を有する超電
導極低温装置において、 前記冷却配管の下部窒素溜に、前記外槽の外部に連通し
て前記冷却配管内の残留水分を外部へ排出する水抜管を
設置して成ることを特徴とする超電導極低温装置。
1. A superconducting coil, a helium container accommodating the superconducting coil therein, a heat shield plate for reducing heat intrusion from the outside into the helium container, and the helium container and the heat shield plate inside the helium container. An outer tank that is stored in the outer tank, and guides liquid nitrogen supplied via a connection pipe from a nitrogen tank installed at an upper part of the outer tank to an upper nitrogen reservoir installed at an upper part of the heat shield plate, From the upper nitrogen reservoir, liquid nitrogen is branched into a cooling pipe thermally connected to the heat shield plate using gravity as a driving force, and is collected in the lower nitrogen reservoir while cooling the heat shield plate in the process of flowing down. Nitrogen vaporized by cooling the heat shield plate in the flow-down process is raised in the cooling pipe in a direction opposite to the flow-down direction of liquid nitrogen and collected in the upper nitrogen reservoir, via the connection pipe. In a superconducting cryogenic device having a heat-shield plate cooling structure of a natural fall circulation type using liquid nitrogen to be collected in a nitrogen tank, the cooling is performed by communicating with a lower nitrogen reservoir of the cooling pipe to the outside of the outer tank. A superconducting cryogenic device comprising a drain tube for discharging residual moisture in a pipe to the outside.
【請求項2】 前記請求項1に記載の超電導極低温装置
において、 前記接続配管としては、液体窒素の供給および気化窒素
の回収を促すように、上下に独立した2本の配管で構成
したことを特徴とする超電導極低温装置。
2. The superconducting cryogenic apparatus according to claim 1, wherein the connection pipe is composed of two vertically independent pipes so as to promote supply of liquid nitrogen and recovery of vaporized nitrogen. A superconducting cryogenic device characterized by the following.
【請求項3】 前記請求項1または請求項2に記載の超
電導極低温装置において、 前記接続配管としては、断面形状が楕円形状で、かつ左
右方向に偏平となるように配置したことを特徴とする超
電導極低温装置。
3. The superconducting cryogenic device according to claim 1, wherein the connection pipe is arranged so as to have an elliptical cross-sectional shape and to be flat in the left-right direction. Superconducting cryogenic device.
【請求項4】 前記請求項1乃至請求項3のいずれか1
項に記載の超電導極低温装置において、 前記接続配管の途中に、液体窒素の供給および気化窒素
の回収を促すように、2個のべローズを上下に並列に設
置したことを特徴とする超電導極低温装置。
4. The method according to claim 1, wherein
In the superconducting cryogenic device according to the above paragraph, two bellows are vertically arranged in parallel in the middle of the connection pipe so as to promote supply of liquid nitrogen and recovery of vaporized nitrogen. Cryogenic equipment.
【請求項5】 前記請求項4に記載の超電導極低温装置
において、 前記並列に設置された2個のべローズのうちの一方のみ
に、軸方向の伸縮のみを許容する案内用のガイド管をべ
ローズ内部に設けたことを特徴とする超電導極低温装
置。
5. The superconducting cryogenic device according to claim 4, wherein only one of the two bellows installed in parallel is provided with a guide pipe for guiding allowing only expansion and contraction in the axial direction. A superconducting cryogenic device provided inside a bellows.
【請求項6】 前記請求項1乃至請求項5のいずれか1
項に記載の超電導極低温装置において、 前記外槽の外部に連通する水抜管の途中に、他の熱シー
ルド板の冷却配管と接続された中継溜を設置したことを
特徴とする超電導極低温装置。
6. The method according to claim 1, wherein
The superconducting cryogenic device according to claim 1, wherein a relay reservoir connected to a cooling pipe of another heat shield plate is provided in the middle of a drainage pipe communicating with the outside of the outer tank. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7296419B2 (en) 2002-04-05 2007-11-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Cooling method of superconducting cable line
CN115132444A (en) * 2021-03-25 2022-09-30 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院) Cooling device for superconducting magnet cold shield and superconducting magnet cold shield

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