超导磁体的制作方法

本发明涉及超导磁体，尤其是涉及具有不进行拆卸的固定方式的冷冻机以及固定方式的电流引线的超导磁体。

背景技术：

日本专利特开平8－159633号公报(专利文献1)作为现有文献，公开了如下内容：在使用液态氦作为超低温制冷剂的超导磁体中，通过均匀地使辐射屏蔽件冷却来抑制侵入超低温制冷剂槽的热量增加。在专利文献1所记载的超低温装置中，辐射屏蔽件冷却管由多个并排流路辐射屏蔽件冷却管构成，在多个并排流路辐射屏蔽件冷却管的各个出口附近，设置有根据在流路的内部流动的制冷剂的温度变化分别使开度变化的流量控制阀。

日本专利特开2000－105072号公报(专利文献2)作为现有文献，公开了一种利用氦气的显热使氦储槽冷却的多重循环式液态氦再冷凝装置。日本专利实开平3－88366号公报(专利文献3)作为现有文献，公开了一种利用氦气的显热使辐射屏蔽件冷却的超导磁屏蔽件。

在专利文献2所记载的多重循环式液态氦再冷凝装置中，一边对流量调整阀的开度进行调整一边利用小型冷冻机的第1热交换器将氦气的大部分冷却至约40K，将冷却后的氦气通过流路提供至液态氦储槽内。剩余的氦气经由小型冷冻机的第1热交换器和第2热交换器被液化，液态氦通过流路被提供至液态氦储槽内。

在专利文献3所记载的超导磁屏蔽件中，在液态氦容器的外侧，配置导热板以包围液态氦容器，并且配置以与导热板的外周面接触的方式配置供氦气通过的配管。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平8－159633号公报

专利文献2：日本专利特开2000－105072号公报

专利文献3：日本专利实开平3－88366号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在专利文献1所记载的超导磁体中，由于在停电时或者输送时等不供电时，流量控制阀不发挥作用，因此难以抑制热量侵入制冷剂容器。在专利文献2所记载的多重循环式液态氦再冷凝装置中，在停电时或者输送时等不供电时，流量调整阀不发挥作用，因此难以抑制热量侵入制冷剂容器。在专利文献3所记载的超导磁屏蔽件中，未考虑调整氦气的流量。

本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的是提供一种超导磁体，该超导磁体即使在停止供电的状态下，也能通过维持氦气的多个流路的流量比率，来抑制热量侵入制冷剂容器。

解决技术问题的技术方案

基于本发明的超导磁体包括：超导线圈；制冷剂容器，该制冷剂容器在将超导线圈浸渍于液态制冷剂的状态下收纳超导线圈；辐射屏蔽件，该辐射屏蔽件包围制冷剂容器的周围；真空容器，该真空容器收纳超导线圈、制冷剂容器以及辐射屏蔽件；冷冻机，该冷冻机对辐射屏蔽件及制冷剂容器的内部进行冷却；电流引线，该电流引线与超导线圈电连接；第一配管，该第一配管贯通真空容器及辐射屏蔽件并通过制冷剂容器的内部来构成气化后的制冷剂的流路，并且具有插入并固定冷冻机的安装口；第二配管，该第二配管贯通真空容器及辐射屏蔽件并通过制冷剂容器的内部来构成气化后的制冷剂的其他流路，并且具有使电流引线在内部通过而被引出的引出口；以及流量比率维持机构，该流量比率维持机构至少与第一配管的安装口的下游侧以及第二配管的引出口的下游侧中的一方连接，并使气化后的制冷剂以一定的流量比率分别流经第一配管及第二配管。

发明效果

根据本发明，即使在停止供电的状态下，也能通过可维持对氦气的多个流路的流量比率，从而抑制热量侵入制冷剂容器。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的超导磁体的结构的剖视图。

图2是示出本发明的实施方式1所涉及的超导磁体的流量比率维持机构的结构的剖视图。

图3是示出本发明的实施方式2所涉及的超导磁体的流量比率维持机构的结构的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的各实施方式所涉及的超导磁体进行说明。在以下的实施方式的说明中，对图中的相同或者相当部分标注相同标号，不重复其说明。

另外，在以下的实施方式中，对中空圆筒型的超导磁体进行说明，但并不是必须限定于中空圆筒型的超导磁体，在开放型的超导磁体中也适用本发明。

(实施方式1)

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的超导磁体的结构的剖视图。在图1中，仅示出了超导磁体的上侧部分的截面。如图1所示，在本发明的实施方式1所涉及的超导磁体100中，在最外侧配置有中空圆筒状的真空容器110。为了使真空容器110的内侧与外侧真空隔热，真空容器110例如由不锈钢或者铝等非磁性材料构成。

利用未图示的减压装置对真空容器110的内部进行减压使其成为真空。在真空容器110的内部配置与真空容器110的形状大致相似的中空圆筒状的辐射屏蔽件120。

辐射屏蔽件120例如由铝等光的反射率较高的非磁性材料构成。配置多层隔热材料150(超绝缘)，以覆盖辐射屏蔽件120的外侧。多层隔热材料150可以粘贴在辐射屏蔽件120的表面。

在辐射屏蔽件120的内部配置有与辐射屏蔽件120的形状大致相似的中空圆筒状的制冷剂容器130。辐射屏蔽件120包围制冷剂容器130的周围，具有使制冷剂容器130与真空容器110之间隔热的功能。制冷剂容器130由不锈钢或者铝等非磁性材料构成。

在制冷剂容器130的内部收纳有超导线圈140。超导线圈140卷绕在由不锈钢或者铝等非磁性材料构成的卷轴132上。卷轴132被未图示的支承部支承，以与制冷剂容器130隔开间隔的状态固定在制冷剂容器130内。另外，超导线圈140也可以卷绕在制冷剂容器130的底部。在该情况下，不设置卷轴132。

在制冷剂容器130的内部填充液态的制冷剂即液态氦160。超导线圈140浸渍在液态氦160中来被冷却。超导线圈140通过卷绕超导线而构成，所述超导线例如通过将铌钛合金埋入由铜构成的基体(matrix)的中心部而形成。

由此，真空容器110收纳超导线圈140、制冷剂容器130以及辐射屏蔽件120。真空容器110与例如由玻璃环氧树脂构成的多根支承棒131的一端连接。多根支承棒131分别与辐射屏蔽件120及制冷剂容器130连接。即，辐射屏蔽件120及制冷剂容器130分别通过多根支承棒131固定于真空容器110。

在本实施方式中，使用了液态氦160作为制冷剂，但是制冷剂的种类不限于液态氦，只要是能使超导线圈140处于超导状态的制冷剂即可，例如也可以是液态氮。

超导磁体100具备对辐射屏蔽件120和制冷剂容器130的内部进行冷却的冷冻机170。能够使用具有两级冷冻平台的吉福德-麦克马洪型(Gifford-McMahon)冷冻机或者脉冲管冷冻机作为冷冻机170。

冷冻机170的第一冷冻平台171与辐射屏蔽件120隔着导热板121间接连接。导热板121例如由铜构成，贯通后述的第一配管180的周壁的一部分。冷冻机170的第二冷冻平台172位于制冷剂容器130的内部的上方，将气化后的氦气161再次液化。

冷冻机170插入后述的第一配管180的安装口182来进行固定。冷冻机170在插入到了安装口182的状态下利用未图示的O型圈等进行密封，使第一配管180的安装口182的上表面与冷冻机170的凸缘的下表面之间无法产生间隙。本实施方式所涉及的冷冻机170是不进行拆卸的固定方式的冷冻机。

超导磁体100具备与超导线圈140电连接的电流引线141。电流引线141通过后述的第二配管181的内部从引出口183向外部引出。电流引线141从引出口183气密性地引出。向外部引出的电流引线141的前端连接至进行供电的未图示的电源。本实施方式所涉及的电流引线141是不进行拆卸的固定方式的电流引线。电流引线141的材料以磷脱氧铜为主成分。但是，电流引线141的材料的主成分不限于磷脱氧铜，也可以是黄铜或电解铜等。

超导磁体100具备第一配管180，该第一配管180贯通真空容器110和辐射屏蔽件120并通过制冷剂容器130的内部构成气化后的氦气161的流路，并且具有插入并固定冷冻机170的安装口182。第一配管180由碳纤维增强树脂(CFRP：carbon fiber reinforced plastic)构成。但是，第一配管180的材料不限于CFRP，只要是热传导率较小的材料即可。

插入有冷冻机170的部分中，在第一配管180的内周面与冷冻机170的外周面之间形成有构成氦气161的流路的连续的间隙。

超导磁体100具备第二配管181，该第二配管181贯通真空容器110和辐射屏蔽件120并通过制冷剂容器130的内部构成气化后的氦气161的其他流路，并且具有使电流引线141在内部通过而被引出的引出口183。第二配管181由CFRP构成。但是，第二配管181的材料不限于CFRP，只要是热传导率较小的材料即可。

超导磁体100包括流量比率维持机构190，该流量比率维持机构190分别连接至第一配管180的安装口182的下游侧以及第二配管181的引出口183的下游侧，使氦气161以一定的流量比率分别流经第一配管180及第二配管181。

图2是示出本发明的实施方式1所涉及的超导磁体的流量比率维持机构的结构的剖视图。在图2中，示出后述的排放阀193打开的状态。

如图2所示，本实施方式所涉及的超导磁体100的流量比率维持机构190由分别设置于第一配管180和第二配管181的手动阀构成。具体而言，流量比率维持机构190由设置于第一配管180的第一手动阀191以及设置于第二配管181的第二手动阀192构成。

通过调整第一手动阀191和第二手动阀192各自的开度，从而能将流过第一配管180的氦气161a与流过第二配管181的氦气161b的流量比率维持固定。

在流量比率维持机构190的下游侧，设置有排放氦气161的排放阀193。本实施方式中，从一个排放阀193将流经各个第一配管180及第二配管181的氦气161一起排出，但不限于此，为了将流经各个第一配管180及第二配管181的氦气161分别排出，也可以设置两个排放阀193。

本实施方式中，超导磁体100还包括配置在辐射屏蔽件120内并对第一配管180的温度进行测量的第一温度计184以及配置在辐射屏蔽件120内并对第二配管181的温度进行测量的第二温度计185。作为第一温度计184和第二温度计185使用超低温区域下的测量精度良好的铂测温电阻体，但不限于此，也可以使用热电偶等。但是，超导磁体100也未必要具备第一温度计184和第二温度计185。

以下，对超导磁体100的动作进行说明。

在超导磁体100中，真空容器110的外侧为室温即300K左右的温度。第一配管180及第二配管181各自的下端部被冷却到与超导线圈140大致相同的4K左右为止。第一配管180及第二配管181分别从真空容器110的外侧连接到制冷剂容器130为止，因此成为热量侵入制冷剂容器130的路径。

在热量通过各个第一配管180及第二配管181侵入制冷剂容器130的情况下，液态氦160气化从而产生氦气161。冷冻机170进行工作时，利用冷冻机170的第二冷冻平台172使氦气161再次液化。

在停电时或者输送超导磁体100时等不供电时，冷冻机170不进行工作，因此氦气161未被再次液化，伴随着液态氦160的气化，氦气161的压力逐渐增加。若氦气161的压力超过阈值，则排放阀193打开，向外部排出氦气161。

氦气161流经各个第一配管180及第二配管181，从排放阀193排出。第一配管180及第二配管181的氦气161的流量比率由第一手动阀191和第二手动阀192相互的开度比来决定。

例如，在将第一手动阀191的开度设成第二手动阀192的开度的2倍的情况下，流经第一配管180的氦气161的流量约为流经第二配管181的氦气161的流量的2倍。

氦气161在流经各个第一配管180及第二配管181的期间，通过显热使各个第一配管180及第二配管181冷却。氦气161的流量越大，由显热而产生的冷却作用越大。由此，通过第一配管180及第二配管181的氦气161的流量比率来决定第一配管180及第二配管181的冷却比率。

如上所述，各个第一配管180及第二配管181成为热量侵入制冷剂容器130的路径。从各个第一配管180及第二配管181侵入制冷剂容器130的热量能够根据各个第一配管180及第二配管181的材料、形状及尺寸等进行预测。

安装有冷冻机170的第一配管180的直径比引出电流引线141的第二配管181大，位于真空容器110的外侧的体积也较大。因此，通过第一配管180侵入制冷剂容器130的热量比通过第二配管181侵入制冷剂容器130的热量要多。

由此，通过将第一手动阀191的开度设为比第二手动阀192的开度要大，从而能在热侵入量较多的第一配管180中流过比第二配管181更多的氦气161。根据第一配管180及第二配管181的热侵入量的比率，决定第一配管180及第二配管181的氦气161的流量比率，从而能有效地利用氦气161的显热，对各个第一配管180及第二配管181进行冷却。

其结果为，能有效地降低通过各个第一配管180及第二配管181侵入制冷剂容器130的热量。另外，各个第一手动阀191和第二手动阀192不需要电力。由此，即使在停电时或者输送超导磁体100时等不供电时，也能维持第一配管180及第二配管181的氦气161的流量比率，抑制热量侵入制冷剂容器130。进而，能够抑制液态氦160的气化。

另外，在本实施方式所涉及的超导磁体100中，将手动阀设置于各个第一配管180及第二配管181，但也可以将手动阀仅设置于热侵入量较少的第二配管181。即，流量比率维持机构190至少与热侵入量较少的一方的配管连接即可。

如上所述，本实施方式所涉及的超导磁体100具备第一温度计184和第二温度计185。因此，可以根据第一温度计184和第二温度计185各自的测量值，确认分别通过第一温度计184和第二温度计185的热侵入量的比率，基于该结果决定第一配管180及第二配管181的氦气161的流量比率。

即，可以基于第一温度计184和第二温度计185的测量值的比较结果，调整第一手动阀191的开度和第二手动阀192的开度。由此，能够根据现状决定第一配管180及第二配管181的氦气161的流量比率，因此能进一步抑制热量侵入制冷剂容器130。

以下，对本发明的实施方式2所涉及的超导磁体进行说明。由于本实施方式的超导磁体仅流量比率维持机构的结构与实施方式1所涉及的超导磁体100不同，因此对于其他结构不重复说明。

(实施方式2)

图3是示出本发明的实施方式2所涉及的超导磁体的流量比率维持机构的结构的剖视图。在图3中，示出排放阀193打开的状态。

如图3所示，本发明的实施方式2所涉及的超导磁体的流量比率维持机构190a由分别设置于第一配管180和第二配管181的节流孔构成。具体而言，流量比率维持机构190a由设置于第一配管180的第一节流孔191a以及设置于第二配管181的第二节流孔192a构成。

通过规定第一节流孔191a的孔径d₁和第二节流孔192a的孔径d₂，从而能使流经第一配管180的氦气161a与流经第二配管181的氦气161b的流量比率维持固定。

第一配管180和第二配管181的氦气161的流量比率通过第一节流孔191a和第二节流孔192互相的孔径比来决定。

例如，将第一节流孔191a的孔径d₁设为第二节流孔192a的孔径d₂的两倍时，流经第一配管180的氦气161的流量约为流经第二配管181的氦气161的流量的两倍。

第一节流孔191a和第二节流孔192a各自不需要电力。由此，即使在停电时或者输送超导磁体时等不供电时，也能够维持第一配管180和第二配管181的氦气161的流量比率，抑制热量侵入制冷剂容器130。进而，能抑制液态氦160的气化。

另外，在本实施方式的超导磁体中，在各个第一配管180和第二配管181设置了节流孔，但是也可以将节流孔仅设置在热侵入量较少的第二配管181。即，流量比率维持机构190a至少与热侵入量较少的一侧配管连接即可。

另外，本次公开的上述实施方式在所有方面仅是示例，并非作为限制性解释的依据。因此，本发明的技术范围并非仅通过上述的实施方式来解释，而是基于权利要求范围的记载来划定。此外，与权利要求范围等效的含义以及范围内的全部变更都被包含在保护范围内。

标号说明

100 超导磁体，

110 真空容器，

120 辐射屏蔽件，

121 导热板，

130 制冷剂容器，

131 支承棒，

132 卷轴，

140 超导线圈，

141 电流引线，

150 多层隔热材料，

160 液态氦，

161、161a、161b 氦气，

170 冷冻机，

171 第一冷冻平台，

172 第二冷冻平台，

180 第一配管，

181 第二配管，

182 安装口，

183 引出口，

184 第一温度计，

185 第二温度计，

190、190a 流量比率维持机构，

191 第一手动阀，

191a 第一节流孔，

192 第二手动阀，

192a 第二节流孔，

193 排放阀，

d₁、d₂ 孔径。