JP4733842B2 - Superconducting material cooling device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超電導トランスや超電導マグネット、そのほか各種の超電導コイル、あるいは超電導ケーブルなどの超電導部材、特に高温超電導部材を、液体窒素によって低温に冷却・保持するための超電導部材冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
超電導コイルなどの超電導部材、特に高温超電導を利用した超電導部材を冷却するにあたっては、冷却媒体として比較的安価な液体窒素(LN2 )を使用することが多い。この場合一般には大気圧の飽和液体窒素、すなわち約77Kの液体窒素が用いられている。すなわち、真空断熱されたクライオスタットと称される大気に実質的に開放された冷却容器に超電導部材を収容しておき、その冷却容器内に約77Kの大気圧飽和液体窒素を注入してその液体窒素中に超電導部材を浸漬させ、冷却・保持するのが通常である。
【0003】
ところで高温超電導部材においては、若干でも温度が下がれば、超電導特性が大幅に向上することが知られている。例えば臨界電流は、77Kから70Kに下がっただけでも数倍に大きくなることが知られている。
【0004】
そこで大気圧の液体窒素を減圧して例えば65K程度に温度降下させた液体窒素中に超電導部材を浸漬させて、超電導部材を77Kよりも低い温度まで冷却することが考えられる。その場合、液体窒素中に超電導部材を浸漬させるための容器では、液体窒素の減圧状態を維持させる必要がある。一方、一般に使用されているクライオスタットでは、実質的に大気に開放させた状態での使用を前提としているため、この種の汎用クライオスタットを減圧した液体窒素に適用しようとすれば、蓋部や電流導入端子等の箇所における封止の点で不充分となり、外部から水分を含む大気圧の空気が内部に吸い込まれて、電流導入端子のガス抜穴での水分凍結による閉塞や超電導部材表面への氷の付着が生じたりし、実用上運転が不可能となるおそれがある。そのため前述の目的のためには、新たに特殊な容器を設計、製作しなければならず、その場合コストの大幅な上昇を招く問題があり、そのため実用化はためらわれていたのが実情である。
【0005】
また一方、大気圧の飽和液体窒素中に超電導部材を浸漬させて超電導部材を作動させた場合、超電導部材の発熱によって飽和液体窒素が直ちに気化してガス気泡が発生するため、そのガス気泡によって電気絶縁性が低下したり、冷却効率が低下したりしてしまう問題があるが、前述のように減圧によって例えば65K程度に温度降下された液体窒素中に超電導部材を浸漬させた場合も、減圧下では超電導部材の発熱によって前記同様に直ちに液体窒素が気化して気泡が発生するから、気泡発生に対する根本的な解決策とはならない。したがってこのことも減圧された液体窒素の使用がためらわれていた一因である。
【0006】
そこで本発明者等は、既に特開平10−54637号において、液体窒素によって高温超電導部材を冷却するにあたって、特殊な真空封止などを行なわずに、大気に実質的に開放された極く一般的な汎用クライオスタットを超電導部材冷却容器として用いながらも、より低温に高温超電導部材を冷却して超電導性能を向上させ得るようにするとともに、高温超電導部材作動時における高温超電導部材の発熱による液体窒素からのガス気泡の発生を抑制するようにした超電導部材冷却装置を提案している。
【0007】
上記提案の超電導部材冷却装置は、基本的には、超電導部材を収容してその超電導部材を冷却するための冷却容器を実質的に大気圧に開放した構成とし、かつ大気圧下で過冷却状態とした例えば67K程度の液体窒素を、液面上に空間を残すように前記冷却容器内に収容し、かつその液面上の空間に窒素ガスを導入して大気圧に加圧し、その冷却容器内の大気圧下で過冷却状態の液体窒素によって超電導部材を冷却するようにしている。そしてまた上記提案の超電導部材冷却装置において、超電導部材に対する冷却媒体として機能させる大気圧下で過冷却状態の液体窒素は、次のようにして得ている。すなわち、前述の冷却容器とは別に減圧用容器を設けて、その減圧用容器内に熱交換器を配設しておき、減圧用容器内に熱交換用液体窒素(例えば約77Kの大気圧の飽和液体窒素)を供給するとともに、その減圧用容器内の圧力を真空ポンプによって減圧して、減圧用容器内の液体窒素を大気圧から減圧させることによりその温度を例えば65Kの低温に降下させる。一方、前記熱交換用液体窒素とは別に、大気圧の冷却用液体窒素(例えば約77Kの飽和液体窒素)を前記熱交換器に導き、その熱交換器において減圧用容器内の65Kの減圧された熱交換用液体窒素と熱交換させて、例えば67K程度まで大気圧のまま冷却させ、大気圧下での過冷却状態とする。そしてこの大気圧下で過冷却状態の例えば67Kの冷却用液体窒素を前述の冷却容器に導いて、超電導部材を67Kに近い温度(例えば70K)の低温に冷却することとしている。
【0008】
このような特開平10−54637号の提案の超電導部材冷却装置においては、通常の77K程度の大気圧下での飽和液体窒素を冷却媒体として用いた場合よりも超電導部材を確実に低温に冷却することができ、そのため超電導部材の性能を向上させることができ、しかもこの場合、冷却容器内の過冷却状態の冷却用液体窒素の液面上の空間が、大気圧の窒素ガスで満たされることにより、外部から水分を含む大気圧の空気が内部に吸い込まれるおそれを少なくして、冷却容器の蓋部や電流導入端子等の封止に厳密さが要求されないようにすることができ、さらには超電導部材を浸漬させた冷却用液体窒素が前述のように過冷却状態であるため、超電導部材の作動時において超電導部材が発熱しても、その発熱部位周辺で液体窒素が気化温度に達するには温度的余裕があり、そのため直ちにはガス気泡が発生せず、したがってガス気泡によって絶縁性が低下したり冷却効率が低下したりするおそれも少ないなどの利点がある。
【0009】
しかしながら上記提案の超電導部材冷却装置については、未だ次のような問題があった。
【0010】
すなわち、上記提案の超電導部材冷却装置においては、冷却用の液体窒素とは別に熱交換用液体窒素を減圧用容器内に供給し、真空ポンプによりその減圧用容器内を減圧して熱交換用液体窒素を温度降下させ、その温度降下した熱交換用液体窒素と冷却用液体窒素とを熱交換させることにより大気圧で過冷却状態の冷却用液体窒素を得るようにしているが、この場合減圧用容器内の熱交換用液体窒素は減圧によって徐々に蒸発気化し、かつその気化ガスがポンプにより排気されて行くから、減圧用容器内の液体窒素液面は急激に低下して行き、遂には減圧用容器内の熱交換器が露出してしまうことになる。このように熱交換器が液面から露出してしまえば、充分な熱交換能率が得られなくなって、冷却用液体窒素を充分な過冷却状態となるように冷却することが困難となるから、実際上は熱交換器が液面から露出する以前に、改めて減圧用容器内に液体窒素を補給しなければならず、またこの液体窒素補給時には運転を一旦停止させなければならない。
【0011】
このように前記提案の超電導部材冷却装置では、減圧用容器内の液体窒素補給のために運転を停止する必要があるところから、長時間連続して運転することができないという問題があり、また液体窒素補給およびそのための運転停止−運転再開のための手間も煩雑となるという問題がある。もちろん短時間の運転の場合は特に問題とはならないが、超電導部材の実用化へ向けた実験・研究、測定等においては、長時間連続して運転することが求められることが多く、したがって減圧用容器への熱交換用液体窒素補給が前記提案の装置の普及に対する大きなネックとなっていたのが実情である。
【0012】
そこで本発明者等は、前記提案に倣い、大気圧もしくは大気圧よりも高い圧力下で過冷却状態とした液体窒素を超電導部材に対する冷却用媒体として用いながらも、液体窒素を冷凍機によって大気圧下での過冷却となる温度まで冷却し、得られた過冷却状態の低温の液体窒素を、そのまま直接超電導部材を冷却するための冷却媒体として用いることとし、これにより前記提案の場合のような減圧用容器や熱交換器を用いないようにし、それに伴なって減圧用容器内への熱交換用液体窒素の補給のための運転停止を回避し得るようにして、長時間の連続運転を可能とした超電導部材冷却装置を、特許第2859250号において提案している。
【0013】
上記特許による超電導部材冷却装置は、基本的には、超電導部材を収容してその超電導部材を冷却するための大気に実質的に開放された冷却容器と、前記冷却容器へ供給すべき液体窒素を収容するための大気圧に実質的に開放された供給側容器と、前記供給側容器へ液体窒素を供給するための液体窒素供給手段と、前記供給側容器内の液体窒素を、大気圧下での過冷却温度まで冷却するための冷凍機と、前記供給側容器内において大気圧下での過冷却温度まで冷却された液体窒素を前記冷却容器に移送するための移送手段とを有してなり、供給側容器および冷却容器の液面上の空間を大気圧とするかまたは大気圧よりも高い圧力とし、かつ前記移送手段によって前記冷却容器内に供給された過冷却状態の液体窒素中に前記超電導部材を浸漬させるようにしたことを特徴とするものであり、その具体例を図5に示す。
【0014】
図5において、冷却対象となる超電導部材1は冷却容器3の底部に配置されている。この冷却容器3は、大気に実質的に開放された一般的な汎用のクライオスタットからなるものであって、その外周壁部および底壁部が真空断熱構造5とされ、また上端には開閉可能な蓋部7が設けられている。この蓋部7は、容器本体に対して真空封止されたものではなく、またこの蓋部7には汎用のクライオスタットと同様な電流導入端子等が設けられており、このような蓋部7と容器本体部分との間の隙間や電流導入端子等を通じて冷却容器3の内部は実質的に大気開放された状態となっている。なお蓋部7には安全弁19が設けられているが、この安全弁19は、内部圧力が外部の大気圧に対して例えば+0.1kgf/cm2 を越えた場合に開放されて、内部圧力を大気圧〜大気圧+0.1kgf/cm2 の範囲内、すなわち大気圧もしくは大気圧より若干高い圧力に保持するように機能する。そして超電導部材1は蓋部7から支持部材9A,9Bによって吊下げた状態となっている。冷却容器3内の底部には、後述するようにトランスファチューブ45を介して大気圧での過冷却状態の液体窒素(冷却用液体窒素)11が供給されて、超電導部材1がその液体窒素11に浸漬される。またその冷却容器3内における液体窒素11の液面11Aよりもわずかに下方の位置には、水平横断面の外形形状が冷却容器3の水平横断面内周形状と実質的に相似の形状をなしかつ上下方向に所定の厚みを有する断熱部材13が配設されている。この断熱部材13は、要は全体として上下方向への熱伝導が液体窒素よりも格段に少ないものとなっていれば良く、通常はFRPなど熱伝導率の小さい材料によって形成するか、あるいは中空構造としてその中空部分を真空断熱構造とする。なおこの断熱部材13は、前述の支持部材9A,9Bによって蓋部7から吊下げられており、またその断熱部材13の周囲が冷却容器3の内周壁面に対して若干の隙間14を保つように作られており、したがってこの隙間14を液体窒素11が移動し得ることになる。一方冷却容器3における冷却用液体窒素11の液面11Aの上方に残された空間(蓋部7と液面11Aとの間の空間)15には、外部の第1の窒素ガス供給源16から窒素ガス供給管18を経て大気圧の窒素ガスが供給される。また冷却容器3内における断熱部材13の下面側の位置には、後述する還流管17の一端側が開口している。
【0015】
さらに前述のように大気に実質的に開放された冷却容器3とは別に、供給側容器21が配設されている。
【0016】
供給側容器21は、前述の冷却容器3と同様に大気に実質的に開放されたものであって、その外周壁部および底壁部が真空断熱構造23とされ、また上端には開閉可能な蓋部25が設けられている。この蓋部25は容器本体に対して真空封止されたものではなく、このような蓋部25と容器本体部分との間の隙間などを通じて供給側容器21の内部は実質的に大気に開放された状態となっている。この供給側容器21には、外部の液体窒素供給源27から、制御弁29および供給管31を介して液体窒素33が供給されるようになっている。そして供給側容器21内における液体窒素33の液面33Aよりもわずかに下方の位置には、水平横断面の外形形状が供給側容器21の水平横断面形状と実質的に相似の形状をなしかつ上下方向に所定の厚みを有する断熱部材35が、蓋部25から支持部材37A,37Bによって吊下げられた状態で配設されている。この断熱部材35も、前記冷却容器3内の断熱部材13と同様のものであり、その断熱部材35の周囲が供給側容器21の内周壁面に対して若干の隙間39を保持していて、その隙間39を液体窒素33が移動し得るように構成されていることも、冷却容器3内の断熱部材13と同様である。
【0017】
さらに供給側容器21には、その供給側容器21内の液体窒素33を、大気圧下での飽和液体窒素の温度よりも低い過冷却温度(約77Kよりも低い温度、例えば65〜70K)に冷却するための冷凍機41が配設されている。この冷凍機41は、冷凍媒体ガス(通常はヘリウムガス)を圧縮するための圧縮部(コンプレッサ)41Aと、圧縮された高圧の冷凍媒体ガスを膨張させて低温を得るとともににその低温を冷却対象(液体窒素)と熱交換するための冷却ヘッド41Bと、圧縮部41Aからの高圧の媒体ガスと冷却ヘッド41Bから戻る膨張された低圧の媒体ガスの流れを切替えるためのモーターバルブ等の切替部41Cと、その切替部41Cと冷却ヘッド41Bとの間で冷凍媒体ガスを往復させる通路を内部に形成したシリンダ部41Dとからなるものであり、その切替部41Cが供給側容器21の蓋部25上に配置され、シリンダ部41Dが切替部41Cから蓋部25を下方へ貫通して供給側容器21内の液体窒素の液面33A上の空間47を通り、その下端が液体窒素中に浸漬され、その部分すなわち液体窒素中に浸漬された部分に冷却ヘッド41Bが設けられている。ここで、シリンダ部41Dは一般にステンレス鋼により作られている。また冷却ヘッド41Bは、その外面に銅等の良伝熱材料からなる伝熱ブロックを設けた構成とされている。なお圧縮部41Aは通常は供給側容器21から離れた位置に配置され、その圧縮部41Aと切替部41Cとの間が、高圧ガス管路41E、低圧ガス管路41Fによって結ばれている。
【0018】
また供給側容器21内には、蓋部25から吊下げられた状態で送液ポンプ43が配設されている。この送液ポンプ43は、その取入口(汲出口)が供給側容器21における断熱部材35よりも下方(通常は供給側容器21の底部近く)に位置するように配設されている。そしてこの送液ポンプ43の出口側はトランスファーチューブ45に接続されており、このトランスファーチューブ45は前述のように冷却容器3内に導かれている。さらに前記冷却容器3からの還流管17が供給側容器21内へ導かれており、その還流管17の先端側開口端が供給側容器の底部(前記冷凍機41の冷却ヘッド41Bよりも下方の位置)において開口している。
【0019】
また供給側容器21における液体窒素33の液面33Aの上方に残された空間(蓋部25と液面33Aとの間の空間)47には、外部の第2の窒素ガス供給源49から窒素ガス供給管51を経て大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスが供給されるようになっている。
【0020】
ここで、液体窒素供給源27、制御弁29、および供給管31は、供給側容器21に液体窒素を供給するための液体窒素供給手段63を構成している。さらに送液ポンプ43およびトランスファチユーブ45は、供給側容器21内において大気圧で過冷却状態に冷却された液体窒素を冷却容器3に移送するための移送手段65を構成している。一方第1の窒素ガス供給源16、窒素ガス供給管18は、冷却容器3における液面上の空間15に大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスを供給するための第1の窒素ガス供給手段67を構成しており、また第2の窒素ガス供給源49、窒素ガス供給管51は、供給側容器21における液面上の空間47に大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスを供給するための第2の窒素ガス供給手段69を構成している。
【0021】
以上のような図5に示される先行技術による超電導部材冷却装置の全体的な機能について以下に説明する。
【0022】
液体窒素供給手段63の液体窒素供給源27から供給側容器21に供給される液体窒素は、77K程度のものであるが、その液体窒素は供給側容器21内において、冷凍機41の冷却ヘッド41Bによって大気圧もしくは大気圧以上の圧力のもとで冷却されて、大気圧下での飽和液体窒素温度(77K程度)よりも低い温度、例えば65〜70K程度まで温度降下される。そしてその65〜70K程度に過冷却された大気圧もしくは大気圧より高い圧力の液体窒素33は、送液ポンプ43によって供給側容器21の底部付近から汲み上げられ、トランスファチューブ45を介して、大気に実質的に開放された冷却容器3内に導かれる。冷却容器3内に導かれた過冷却状態の液体窒素を図5では符号11で示しており、これが冷却用液体窒素に相当する。
【0023】
冷却容器3内においては、前述のような例えば65〜70Kの過冷却状態の液体窒素11によって超電導部材1が例えば67〜72K程度に冷却・保持される。また冷却容器3内において超電導部材1からの熱などによって例えば70K程度以上に温度上昇した液体窒素は、還流管17を介して供給側容器21へ戻る。このようにして供給側容器21へ還流された流体窒素は、冷凍機41の冷却ヘッド41Bにより再び65〜70K程度まで大気圧もしくは大気圧以上の圧力のもとで冷却され、前述のように送液ポンプ43によって冷却容器3に再び送られることになる。
【0024】
ここで、冷却容器3内における冷却用液体窒素11の液面11Aの上方の空間15には窒素ガス供給管18を介して大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスが導入される。したがって冷却容器3の液面上の空間15は大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスで満たされることになる。そのため冷却容器3内の圧力が大気圧もしくは大気圧以上の圧力に維持され、蓋部7の封止部分や電流導入端子部分などを介して外部から空気が引き込まれて侵入することが防止される。
【0025】
また冷却容器3内における冷却用液体窒素11の液面下には断熱部材13が配設されているから、冷却用液体窒素11の液面(気液界面であるため約77K)とその断熱部材13よりも下側、特に超電導部材1が位置している冷却容器底部との間で熱勾配を与えることができる。またその断熱部材13の存在によって液面11A付近に底部側との間での対流撹拌が阻止される。そしてこれらの結果、超電導部材1が位置する底部の冷却用液体窒素11を、65K程度の低温の過冷却状態に維持することができる。そしてこのように超電導部材1が例えば65〜70Kの過冷却状態の低温の液体窒素11によって取囲まれるため、超電導部材1の作動時において超電導部材1が発熱しても、その周囲の液体窒素が大気圧下での気化温度(約77K)以上となるまでには10K程度の余裕があり、そのため超電導部材1の発熱によってその周囲の液体窒素が直ちに気化してガス気泡が発生してしまうことを有効に防止できる。
【0026】
なお供給側容器21内における液体窒素33の液面33Aの上方の空間47にも、窒素ガス供給管51を介して大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスが導入されて、その大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスで満たされることになる。そのため供給側容器21内の圧力が大気圧もしくは大気圧以上の圧力に維持され、蓋部25の封止部分などを介して外部から空気が引き込まれて侵入することが防止される。
【0027】
また冷却容器3と同様に、供給側容器21内における液体窒素33の液面下にも断熱部材35が配設されており、そのため液体窒素33の液面(気液界面であるため約77K)とその断熱部材35よりも下側、特に冷凍機41の冷却ヘッド41B付近との間で熱勾配を与えることができる。またその断熱部材35の存在によって液面33A付近と断熱部材35よりも下側の部分との間での対流撹拌が阻止される。そしてこれらの結果、送液ポンプ43の取入口付近の液体窒素33を、65〜70K程度の低温の過冷却状態に維持して、その65〜70K程度の低温の過冷却状態の液体窒素を冷却容器3へ送り込むことができる。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
図5に示される装置においては、前述のように供給側容器21内における液体窒素33の液面下にFRPなどの低熱伝導率材料からなる断熱部材35を配置することによって、液面付近(約77K)と冷却ヘッド41B付近(65〜70K)との間で熱勾配を形成している。しかしながらこのようなFRPなどからなる断熱部材を液面下に設けた場合、次のような問題があることが判明した。
【0029】
すなわち、供給側容器21内においては、液体窒素33の液面33Aは、大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスと液体窒素33が接する気液界面となっており、そのため液面近傍の液体窒素は、定常時は飽和液体となっている。そしてその液面近傍の液体窒素の温度は、大気圧もしくは大気圧より高い圧力下での飽和温度となっている。なおここで“大気圧よりも高い圧力”も、実際上は既に述べたように大気圧よりもわずかに高い程度であるから、以下では、説明の簡単化のため、一律に大気圧と記すこととし、液面近傍の液体窒素の温度も、一律に大気圧での飽和温度(約77.4K)と考えることとする。
【0030】
一方、供給側容器21内における液体窒素の液面33Aよりも下方に離れた位置、特に冷凍機41の冷却ヘッド41Bの位置やそれよりも下方の位置では、前述のように液体窒素が冷却ヘッド41Bにより冷却されて、大気圧下での飽和温度よりも低い65〜70K程度の温度の過冷却状態となっている。そのため液体窒素中の冷却ヘッド41Bより上方の領域では、液面から下方へ向かって温度勾配が形成されている。そしてこのような温度勾配を安定して維持するため、前記提案の装置では断熱部材35を設けており、またこの断熱部材35によって対流撹拌を阻止するようにしているのであるが、実際の運転時には、送液ポンプ43の作動状況や熱負荷の変動などによる擾乱が液体窒素中に生じて、液体窒素に対流が発生したり撹拌されたりしてしまうことがある。その場合、温度勾配が乱されて、たとえ前述のような断熱部材35を設けていても、運転状況が不安定化し、また液面での液体窒素の気化や逆に窒素ガスの凝縮が生じたりして、液面位置が変動してしまい、それに伴なって温度勾配の不安定化が一層激しくなり、ますます運転状況が不安定化し、冷却効率の低下、システムの信頼性の低下を招いてしまうおそれがある。
【0031】
特に前述の従来技術の場合、断熱部材35を配置した領域では、その断熱部材35の体積によって液体窒素が排除されていて、断熱部材35の周囲のわずかな狭い空隙39の部分のみを液体窒素が移動し得る状況となっているから、わずかに液体窒素の蒸発もしくは窒素ガスの凝縮が生じただけで、液面の位置が大きく変動し、そのため温度勾配が大きく変動してしまうおそれがある。したがって従来技術のような断熱部材35を設けた場合は、実際の運転時においては運転状況の安定化、信頼性の向上を図るには未だ不充分であった。
【0032】
なお上述の説明では供給側容器21内の断熱部材35を例にとって説明したが、冷却容器3内の断熱部材13についてもほぼ同様な問題がある。
【0033】
さらに、既に述べたように特開平10−54637号に示される超電導部材冷却装置、すなわち超電導部材を収容した冷却容器とは別に減圧容器を設けておいて、減圧用容器内の液体窒素を減圧して例えば65Kの低温に降下させ、かつその低温の液体窒素と大気圧の冷却用液体窒素とを熱交換させて、得られた大気圧下で65K程度の低温の液体窒素(すなわち大気圧下での過冷却液体窒素)を冷却容器に導き、その冷却容器内の超電導部材を65K近くまで冷却するようにした装置の場合も、冷却容器内に外部から大気圧の窒素ガスを導入するようにしており、また冷却容器内の液体窒素の液面下にFRP等からなる断熱部材を配置することが考えられており、この場合も前記と同様な問題があった。
【0034】
結局、液面上に空間を残して液体窒素を収容しかつその液面上の空間に大気圧もしくは大気圧以上の圧力で窒素ガスが導入される液体窒素容器(例えば特許第2859250号の装置における供給側容器21もしくは冷却容器3、あるいは特開平10−54637号の装置における冷却容器)内の液体窒素を、大気圧下での過冷却温度とし、かつその液体窒素容器内の液体窒素の液面下にFRP等からなる断熱部材を設けておき、大気圧下での過冷却温度の液体窒素によって超電導部材を冷却するようにした装置では、すべて前述のような問題が生じるおそれがあったのである。
【0035】
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、液面上に空間を残して過冷却温度の液体窒素を収容する液体窒素容器の液面上の空間を大気圧もしくは大気圧以上の窒素ガス圧力で加圧し、大気圧下での過冷却温度の液体窒素によって超電導部材を冷却するようにした装置において、主として液面下の温度勾配を確実かつ安定して保つことができるようにし、これによって運転状況の安定化、冷却効率の向上、信頼性の向上を図ることを目的としたものである。
【0036】
【課題を解決するための手段】
前述のような課題を解決するため、この発明においては、基本的には液体窒素容器内の液面よりも下方の位置から液面よりも上方の位置までの間にわたって、連続気泡タイプのウレタン発泡体の如く、連続孔(連続気泡)を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を配置することとした。
【0037】
すなわち請求項1の発明は、液面上に空間を残して液体窒素を収容しかつその液面上の空間に大気圧もしくは大気圧以上の窒素ガス圧力が加えられる液体窒素容器内の液体窒素を、大気圧下での過冷却温度とし、その大気圧下での過冷却温度の液体窒素によって超電導部材を冷却するように構成した超電導部材冷却装置において、前記液体窒素容器内の液体窒素の液面よりも下方の位置から、液面上方の位置までの間にわたって、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を配置したことを特徴とするものである。
【0038】
このような請求項1の発明の超電導部材冷却装置においては、対流阻止部材は連続孔を有する多孔質断熱材によって作られているため、液体窒素容器内の液体窒素が液面に近い位置において対流阻止部材の連続孔に入り込むことになり、したがって液体窒素容器内の液面は、対流阻止部材の上下方向中間位置(上端面と下端面との間の中間の位置)において対流阻止部材の内部の連続孔部分に位置することになる。そして液面近傍の位置において液面下の液体窒素が、前述のように対流阻止部材の内部の連続孔内に入り込んでいるため、運転時に送液ポンプや熱負荷の変動などによって容器内の液体窒素に対流や撹拌が生じても、液面近傍の液体窒素はその移動(対流、撹拌)が阻止され、その結果上述のような対流や撹拌に起因する上下方向の温度勾配が崩れたり、乱れたりすることを未然に防止することができる。
【0039】
また対流阻止部材は容器内の液面上の空間中へも延出しているため、液面上の空間における窒素ガスの対流や撹拌も阻止され、そのため液面上の気相における温度勾配も安定化し、このことも運転状況の安定化、信頼性の向上に寄与する。
【0040】
さらに、対流阻止部材として、その空隙率(気孔率)が高いもの(例えば連続気泡ウレタン発泡体では90%程度の空隙率を有する)を用いれば、仮に液面での液体窒素の気化や窒素ガスの凝縮によって液量の増減が生じたとしても、それが液位の変動に及ぼす影響は小さく、このことも温度勾配の安定化に寄与する。
【0041】
なおここで、対流阻止部材に使用される多孔質断熱材としては、可及的に熱伝導率が低いものが望ましいが、液体窒素とそれほど熱伝導率が変わらないものを用いても、前述のように液体窒素の対流、撹拌を阻止する結果として、見掛け上大きな断熱効果を示すことになる。したがって断熱材としては前述のような連続気泡ウレタン発泡体の如く、極く一般的な材質のものを用いることができるのである。
【0042】
また請求項2の発明は、前述の特許第2859250号の超電導部材冷却装置に準じて、容器内の液体窒素を直接冷凍機によって大気圧下での過冷却温度まで冷却するようにした場合に、前記同様に連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を設けることを規定したものである。
【0043】
具体的には、請求項2の発明は、液面上に空間を残して液体窒素を収容しかつその液面上の空間に大気圧もしくは大気圧以上の窒素ガス圧力が加えられる供給側容器と、その供給側容器内の液体窒素を大気圧下での過冷却温度まで冷却するために冷却ヘッドを液体窒素の液面よりも下方の位置まで浸漬させた冷凍機とを備え、供給側容器内の過冷却温度の液体窒素を冷却対象の超電導部材へ導いてその超電導部材を冷却するように構成された超電導部材冷却装置において、前記供給側容器内の液体窒素の液面よりも下方の位置から、液面上方の位置までの間にわたって、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を配置したことを特徴とするものである。
【0044】
このように冷凍機の冷却ヘッドを容器内の液体窒素中に直接浸漬させて、大気圧下での過冷却温度の液体窒素を得る場合には、その容器内に通常配設されている送液ポンプの動作などによって液体窒素の対流や撹拌が生じ易く、また温度勾配の乱れがシステム全体に与える影響も大きいが、既に述べた請求項1の発明と同様に、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を設けておくことによって、液面下の温度勾配、液面上の温度勾配を安定化することができる。
【0045】
なお請求項2の構成の場合、多孔質断熱材からなる対流阻止部材は、請求項3で規定しているように、供給側容器の液面よりも下方でかつ冷凍機の冷却ヘッドの上端部以上の位置から液面上方の位置までの間にわたって配置しても、あるいは請求項4で規定しているように、供給側容器の液面よりも下方でかつ冷凍機の冷却ヘッドにおける上下方向中間位置から液面上方の位置までの間にわたって配置しても良い。
【0046】
さらに請求項5の発明は、請求項4に記載の超電導部材冷却装置において、冷凍機の冷却ヘッドが供給側容器の底面近くの位置まで延伸されていることを特徴とするものである。
【0047】
ここで、冷凍機のシリンダ部の内部には常温付近の高圧の媒体が流れるが、請求項5で規定するような構成としておけば、冷凍機のシリンダ部の外周面に断熱部が設けられているため、そのシリンダ部における液体窒素中に浸漬された部分でも、シリンダ部内の常温付近の媒体ガスから液体窒素への熱侵入量が少なく、そのため冷凍機の冷却効率が低下することが防止され、またシリンダ部からの熱侵入による液体窒素の蒸発自体も少なくなるため、液体窒素の液面レベルの変動も少なくなる。
【0048】
さらに請求項6発明は、請求項4もしくは請求項5に記載の超電導部材冷却装置において、前記冷凍機のシリンダ部の外周面に断熱部が設けられ、かつその断熱部が、冷凍機の冷却ヘッドの外周面における上下方向の中間位置まで延長されていることを特徴とするものである。
【0049】
このような請求項6の発明の超電導部材冷却装置では、シリンダ部外周面の断熱部が冷凍機の冷却ヘッドの外周面の上下方向中間位置まで延長されているため、供給容器内における液面、すなわち気液界面から冷凍機の冷却ヘッドへの熱侵入が少なくなり、冷却効率を一層向上させることができる。
【0050】
【発明の実施の形態】
【0051】
【実施例】
図1において、供給側容器21における液体窒素33の液面33Aを挟んで上下の領域には、連続気泡ウレタン系発泡体の如く、連続孔(連続気泡)を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材77が配設されている。この対流阻止部材77は、その下面77Aが液面33Aより所定距離だけ下方の位置(図1の例では冷凍機41の冷却ヘッド41Bの上端)に位置するように、またその上面77Bが蓋部25よりも若干下方の位置に位置するように配置されている。そして液体窒素33は、その液面33A近傍において対流阻止部材77の内部の連続孔に入り込んで、液面33Aが対流阻止部材77の上面77Bと下面77Aとの中間に位置することになる。なお対流阻止部材77の外周面の形状・寸法は、供給側容器21の内周面と実質的に同一形状でほぼ同一寸法に作られ、供給側容器21の内周面に嵌め込まれた状態とされている。
【0052】
一方冷却容器3における液体窒素11の液面11Aを挟む上下の領域にも、連続気泡ウレタン系発泡体の如く、連続孔(連続気泡)を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材79が配設されている。この対流阻止部材79は、その下面79Aが液面11Aより所定距離だけ下方の位置、望ましくは冷却対象となる超電導部材1の上端よりも上方の位置に位置し、かつ上面79Bが蓋部7の下面よりも若干下方に位置するように定められている。そして液体窒素11がその液面11Aの近傍において対流阻止部材79の内部の連続孔部分に入り込み、その液面11Aが対流阻止部材79の上面79Bと下面79Aとの中間に位置することになる。なお対流阻止部材79の外周面の形状・寸法は、冷却容器3の内周面と実質的に同一形状でほぼ同一寸法に作られ、冷却容器3の内周面に嵌め込まれた状態となっている。
【0053】
以上のような図1に示される実施例において、液体窒素供給源27から供給側容器21内に供給された77K程度の液体窒素は、冷凍機41の冷却ヘッド41Bによって大気圧もしくは大気圧以上の圧力のもとで冷却されて、大気圧下での飽和液体窒素温度(77K程度)よりも低い温度(過冷却温度)、例えば65〜70K程度まで温度降下され、過冷却された液体窒素33が、送液ポンプ43によって供給側容器21の底部付近から汲み上げられ、トランスファチューブ45を介して、冷却容器3内に導かれ、超電導部材1を例えば67〜72K程度に冷却・保持する。また冷却容器3内において超電導部材1からの熱などによって例えば70K程度以上に温度上昇した液体窒素は、還流管17を介して供給側容器21へ戻る。このようにして供給側容器21へ還流された液体窒素は、冷凍機41の冷却ヘッド41Bにより再び65〜70K程度まで大気圧もしくは大気圧以上の圧力のもとで冷却され、前述のように送液ポンプ43によって冷却容器3に再び送られることになる。また供給側容器21における液面33A上の空間47および冷却容器3における液面11A上の空間15には、大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスが導入されて、供給側容器21内の圧力および冷却容器3内の圧力が大気圧もしくは大気圧以上に維持され、蓋部25の封止部分などおよび蓋部7の封止部分や電流導入端子部分などを介して外部から空気が引込まれることを防止している。以上の動作状況は図5に示す従来技術と実質的に同様である。
【0054】
ここで、供給側容器21においては、液体窒素33中における冷凍機41の冷却ヘッド41Bよりも上方の部分、すなわち液面33A近傍の領域では、液体窒素33が対流阻止部材77の連続孔中に入り込んでいるため、送液ポンプ43の作動などの何らかの原因により容器21内の下部の領域で対流や撹拌が生じても、その対流や撹拌による液体窒素の流動が対流阻止部材77の連続孔の壁部によって妨げられ、結局液面33Aの近傍の領域では対流や撹拌が阻止されて、液面33Aから下方へ向かっての温度勾配が安定して維持される。
【0055】
また、液面33A上の空間47においても、液面下の液体窒素33の対流や撹拌に附随して、気相(窒素ガス)に対流や撹拌が生じる可能性があるが、その場合でも対流阻止部材77が液面上まで存在しているため、窒素ガスの対流や撹拌が生じることを防止し、蓋部25から液面33Aに至るまでの気相領域の温度勾配を安定化することができる。
【0056】
さらに、仮に液面33Aからの液体窒素の気化や液面33A上の空間からの窒素ガスの凝縮によって、液体窒素の量が変動したとしても、一般に連続気泡ウレタン系発泡体などの連続孔多孔質断熱材は、その水平横断面における気孔部分(空隙部分)の面積(すなわち液体窒素33が入り込んでいる部分の水平横断面面積)が図5に示す従来技術における断熱部材35の周囲の空隙39の水平横断面積に比べて格段に大きいのが通常であり、そのためわずかの液量の変動が液面位置の変動に大きな影響を及ぼしてしまうことを回避して、液面位置を安定して維持することができる。
【0057】
また冷却容器3内においても、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材79が配設されているため、上記と同様な作用、効果を得ることができる。すなわち冷却容器3の側では、冷却対象である超電導部材1の動作による熱負荷の変動によって冷却容器3内の下部で液体窒素11の対流や撹拌が生じることがあるが、これを対流阻止部材79によって阻止して、液面11Aの近傍での液体窒素11の対流や撹拌を有効に防止し、温度勾配を安定化することができる。また冷却容器3内における液面11A上の空間の気相(窒素ガス)に対しても同様であって、蓋部7から液面11Aまでの気相領域における温度勾配を安定化することができる。
【0058】
そしてまた、冷却容器3の側の対流阻止部材79も、水平横断面の気孔部分の面積が図5に示す従来技術の断熱部材13の周囲の空隙14の水平横断面面積に比較して格段に大きいのが通常であり、そのため前記同様にわずかな液量の変動が液面位置の変動に及ぼす影響を小さくして、液面位置を安定化することができる。
【0059】
ここで、図1に示される実施例においては、供給側容器21内における対流阻止部材77を、その下面が冷凍機1の冷却ヘッド41Bの上端に位置するように配置しているが、対流阻止部材77は、その下面が冷凍機1の冷却ヘッド41Bの上下方向の中間位置に達するように配置しても良く、その場合の例を示したのが図2の実施例である。
【0060】
図2の実施例では、冷凍機41の冷却ヘッド41Bは、その下端が供給側容器21の底面近くまで延長されている。そしてこのように下方へ延長された冷却ヘッド41の上下方向の中間位置に相当するレベルに、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材77の下面77Aが位置している。もちろん対流阻止部材77の上面77Bは液面33Aよりも上方(蓋部25に近い位置)に位置している。なおこの実施例では、常温付近の温度の冷凍機媒体ガスが内部を流通する冷凍機41のシリンダ部41Dから液体窒素中への熱侵入を可及的に防止するため、シリンダ部41Dの外周面を取囲むように、真空断熱構造あるいは適宜の断熱材からなる断熱部80が設けられている。
【0061】
図2に示す実施例の場合、対流阻止部材77は液面上方から冷凍機41の冷却ヘッド41Bの上下方向中間位置にまで及んでいるため、図1の例の場合よりも対流阻止部材77における液面下の部分の厚みが大きくなっている。これは対流阻止に有効な領域が広いことを意味し、そのため図1の例の場合よりも対流や撹拌による液体窒素11の流動を防止する効果が大きく、したがって温度勾配をより一層安定化させる効果が得られる。またここで、図2の例では冷凍機41の冷却ヘッド41Bの下端が供給側容器21の底面近くまで延長されているため、より一層対流阻止部材77の液面下の厚みを増すことが可能となって、前述の効果をより一層大きくすることが可能となっている。なお冷却ヘッド41Bの上部(前記中間位置よりも上方の部分)の外周面は対流阻止部材77によって取囲まれているが、冷却ヘッド41Bの下部の外周面は液体窒素11に直接接触しているため、冷却ヘッド41Bと液体窒素11との間の熱交換効率を低下させるおそれは少ない。
【0062】
また図2の実施例では、冷凍機41のシリンダ部41Dの外周面に断熱部80が設けられており、そのため内部を高圧で常温付近の温度の冷凍機媒体ガスが流通するシリンダ部41Dからその外側の液体窒素11への熱侵入をも防止することができる。
【0063】
なおこのように冷凍機41のシリンダ部41Dの外周面に断熱部80を設ける場合、図3に示すようにその断熱部80を冷却ヘッド41Bの上下方向中間位置まで延長させておいても良く、このようにすれば冷却ヘッド41Bの上部の外周面が液体窒素に直接接触することを防止でき、そのため熱勾配の安定化に一層寄与することができる。
【0064】
なお以上の各実施例においては、対流阻止部材を供給側容器21と冷却容器3との両者に設けているが、場合によっては供給側容器21のみに設けても良い。
【0065】
以上の各実施例は、特許第2859250号において提案されている従来技術の超電導部材冷却装置を改良したものとして示したが、特開平10−54637号で提案されている従来技術の超電導部材冷却装置、すなわち冷凍機を用いずに、減圧用容器および熱交換器を用いて大気圧下での過冷却液体窒素を得て超電導部材を冷却する装置に準じて、この発明を適用し得ることはもちろんである。その場合の実施例を図4に示す。
【0066】
図4において、冷却容器3は図1に示される実施例の冷却容器と同様に大気に実質的に開放された汎用のクライオスタットからなるものであって、過冷却液体窒素11が液面上に空間を残すように注入されており、かつその底部に冷却対象となる超電導部材1が配置されている。この冷却容器3の具体的構成は、図1の実施例の場合と同様であり、その詳細な説明は省略する。もちろん冷却容器3内の液体窒素11の液面11Aを挟んでその上下にわたって連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材79が配置されている点も、図1に示される実施例の冷却容器3と同様である。なお冷却容器3内の液体窒素11の液面上の空間15には、窒素ガス供給源71から窒素ガス供給管73A,73C、開閉弁75Bを経て大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスが供給されるようになっている。また冷却容器3内における冷却用液体窒素11の液面11Aのわずか下方の位置には、後述する還流管17の一端側開口端が開口している。
【0067】
さらに前述のように大気に実質的に開放された冷却容器3とは別に、供給側保持容器81および減圧用容器83が配設されている。
【0068】
供給側保持容器81は、冷却容器3と同様に大気に実質的に開放されたものであって、この供給側保持容器81には、外部の液体窒素供給源85から、制御弁87および供給管89を介して大気圧の液体窒素90が供給される。その供給量は供給側保持容器81内に設けた液面計91および前記制御弁87によって制御される。また供給側保持容器81内には、送液ポンプ93が配設されており、この送液ポンプ93によって供給側保持容器81内の大気圧もしくは大気圧以上の圧力の液体窒素90が、第1トランスファチューブ95を介して減圧用容器83内の後述する熱交換器117へ輸送されるようになっている。また供給側保持容器81内における液体窒素90の液面の上方の空間には、外部の窒素ガス供給源71から窒素ガス供給管73A,73B、開閉弁75Aを経て大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスが導かれるようになっている。なお供給側保持容器81内の液面下には、前述の冷却容器3から導かれる還流管17の先端が開口している。
【0069】
一方減圧用容器83には、外部の液体窒素供給源105から、制御弁107および供給管109を介して熱交換用液体窒素111が供給される。その供給量は、減圧用容器83内に設けた液面計113および制御弁107によって制御されるようになっている。またこの減圧用容器83には、減圧手段としてロータリーポンプ115が接続されており、このロータリーポンプ115によって内部の熱交換用液体窒素111が大気圧よりも所定の圧力だけ低い圧力(例えば20kPa)に減圧され、またそれに伴なって温度降下されるようになっている。さらに減圧用容器83内には、熱交換用液体窒素111に浸漬される位置に熱交換器117が配設されている。この熱交換器117の入口側には、前述の供給側保持容器81から第1トランスファチューブ95を介して大気圧もしくは大気圧以上の圧力の飽和液体窒素90が供給されて、その液体窒素90が、減圧用容器83内の減圧された低温の熱交換用液体窒素111と熱交換されて、温度降下する。また熱交換器117の出口側は第2トランスファチューブ119に接続されていて、熱交換により温度降下した液体窒素90が前述の冷却容器3に、冷却用液体窒素11として導かれるようになっている。
【0070】
ここで減圧用容器83の側の液体窒素供給源105、制御弁107、供給管109は、減圧用容器83へ熱交換用液体窒素を供給するための熱交換用液体窒素供給手段121を構成している。また液体窒素供給源85、制御弁87、供給管89、供給側保持容器81、送液ポンプ93、第1トランスファチューブ95は、熱交換器117に大気圧もしくは大気圧以上の圧力の液体窒素を供給するための冷却用液体窒素供給手段123を構成している。さらに第2トランスファチユーブ119は、熱交換器117を通過した大気圧下での過冷却温度の冷却用液体窒素を冷却容器3に移送するための移送手段125を構成している。なおこの実施例では、冷却容器3が請求項1で規定する液体窒素容器に相当する。
【0071】
以上のような図4に示される第2の実施例の超電導部材冷却装置の全体的な機能について以下に説明する。
【0072】
供給側保持容器81から送液ポンプ93により第1トランスファチューブ95を介して減圧用容器83内の熱交換器117へ送られる液体窒素90は、運転開始の初期においては77K程度の温度の大気圧下での飽和状態のものとなっている。一方減圧用容器83内は、減圧手段、例えばロータリーポンプ115によって大気圧よりも低い圧力に減圧され、そのため液体窒素供給源105から減圧用容器83に供給された液体窒素111は、大気圧で下の飽和温度(77K程度)から例えば65K程度まで温度降下される。そして供給側保持容器81から熱交換器117へ送られて来た大気圧もしくは大気圧以上の圧力の液体窒素90は、減圧用容器83内の例えば65Kの液体窒素111と熱交換されて、67K程度まで温度降下する。すなわち過冷却状態となる。なおこの熱交換器117においては、液体窒素90の圧力は特に変化せず、大気圧もしくは大気圧以上の圧力の状態を維持する。
【0073】
上述のようにして67K程度に過冷却された大気圧もしくは大気圧以上の圧力の液体窒素90は、第2トランスファチューブ119を介して、大気に実質的に開放された冷却容器3内に導かれる。冷却容器3内に導かれた過冷却状態の大気圧の液体窒素を図4では符号11で示しており、これが冷却用液体窒素に相当する。ここで、冷却容器3内における冷却用液体窒素11の量は、液面11A上に空間15が残るように還流管17によって調整される。
【0074】
冷却容器3内においては、図1に示した実施例と同様に67Kの過冷却状態の大気圧もしくは大気圧以上の圧力の液体窒素11によって超電導部材1が例えば70K程度に冷却・保持される。ここで、冷却容器3内における冷却用液体窒素11の液面11Aの上方の空間15には、窒素ガス供給源71から窒素ガス供給管73A,73C、開閉弁75Bを介して大気圧もしくは大気圧以上の圧力の窒素ガスが導入される。そのため冷却容器3内の圧力が確実に大気圧もしくは大気圧以上の圧力に維持され、蓋部7の封止部分等を介して外部から大気圧の空気が引き込まれて侵入することが確実に防止される。
【0075】
ここで、冷却容器3内においては、既に述べた図1の実施例の場合と同様に、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材79を液面11Aの上下にわたって設けているため、何らかの原因による擾乱によって冷却容器3内の下部で液体窒素11の対流や撹拌が生じても、液面近傍の液体窒素や液面上の窒素ガスに対流や撹拌が生じるおそれが少なく、温度勾配を安定化できるとともに、液面位置を安定化することができる。
【0076】
なお、運転が進んで定常状態となれば、還流管17を経て冷却容器3から供給側保持容器81に70K程度の液体窒素が戻されることにより、供給側保持容器81内の液体窒素90も70K近い温度、すなわち大気圧下での過冷却温度となる。そこで供給側保持容器81についても冷却容器3と同様に、連続孔を有する多孔質断熱材から成る対流阻止部材を、液面90Aの上下にわたって配設しておくことが望ましい(但し図4中では示していない)。このように供給側保持容器81の液面90Aの上下にわたって対流阻止部材を設けておけば、冷却容器3と同様に、何らかの原因による擾乱によって供給側保持容器81内の下部で液体窒素90の対流や撹拌が生じても、液面近傍の液体窒素に対流や撹拌が生じるおそれが少なく、温度勾配を安定化し得るとともに、液面位置を安定化することができる。
【0077】
なお図1〜図4に示される各実施例のいずれにおいても、対流阻止部材77,79に用いる連続孔を有する多孔質断熱材としては、連続気泡ウレタン系発泡体のほか、例えば連続気泡ポリエチレン系発泡体、アクリロニトリルーブタジエンゴム系発泡体、エチレンプロピレンゴム系発泡体等を使用することができる。
【0078】
さらに、以上の説明では、特許第2859250号の超電導部材冷却装置に準じた実施例(図1〜図3)における供給側容器21および冷却容器3、また特開平10−54637号の超電導部材冷却装置に準じた実施例(図4)の冷却容器3(あるいは冷却容器3および供給側保持容器81)について、その液面の上下にわたって連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を設けることとしたが、これらの容器に限らず、要は液面上に空間を残して液体窒素を収容しかつその液面上の空間に大気圧もしくは大気圧以上の窒素ガス圧力を加え、容器内の液体窒素を大気圧下での過冷却温度とし、その大気圧下での過冷却温度の液体窒素によって超電導部材を冷却する場合にはすべて適用可能である。
【0079】
【発明の効果】
前述の実施例からも明らかなように、この発明は、液面上に空間を残して液体窒素を収容しかつその液面上の空間に大気圧もしくは大気圧以上の窒素ガス圧力が加えられる液体窒素容器内の液体窒素を、大気圧下での過冷却温度とし、その大気圧下での過冷却温度の液体窒素によって超電導部材を冷却するように構成した超電導部材冷却装置において、液体窒素容器内の液体窒素の液面の下方の位置から液面の上方の位置までの間にわたって、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を設けているため、容器内の下部において何らかの擾乱により液体窒素に対流や撹拌が生じても、液面近傍においては液体窒素の対流、撹拌が有効に阻止され、そのため液面から下方へ向かっての温度勾配が安定に維持されるとともに、液面上の気相の温度勾配も安定して維持され、さらには液体窒素の蒸発や窒素ガスの凝縮により液体窒素の液量に若干の変動が生じても、その変動が増幅されて液面位置が大きく変動されてしまうことも防止でき、したがって運転状況の安定化を図って冷却効率を常に安定させるとともに信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例の超電導部材冷却装置の全体構成を示す略解図である。
【図2】この発明の第2の実施例の超電導部材冷却装置の全体構成を示す略解図である。
【図3】この発明の第3の実施例の超電導部材冷却装置の全体構成を示す略解図である。
【図4】この発明の第4の実施例の超電導部材冷却装置の全体構成を示す略解図である。
【図5】従来の超電導部材冷却装置の全体構成を示す略解図である。
【符号の説明】
1 超電導部材
3 冷却容器(液体窒素容器)
11 液体窒素
33 液体窒素
11A 液面
15 液面上の空間
33A 液面
47 液面上の空間
21 供給側容器(液体窒素容器)
16,49,71 窒素ガス供給源
41 冷凍機
41B 冷却ヘッド
77 対流阻止部材
79 対流阻止部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting member cooling apparatus for cooling and holding a superconducting member such as a superconducting transformer, a superconducting magnet, various other superconducting coils, or a superconducting cable, particularly a high-temperature superconducting member at a low temperature with liquid nitrogen.
[0002]
[Prior art]
When cooling a superconducting member such as a superconducting coil, particularly a superconducting member using high-temperature superconductivity, a relatively inexpensive liquid nitrogen (LN) is used as a cooling medium. 2 ) Is often used. In this case, saturated liquid nitrogen at atmospheric pressure, that is, liquid nitrogen of about 77K is generally used. That is, a superconducting member is accommodated in a cooling container substantially open to the atmosphere called a cryostat that is thermally insulated from a vacuum, and about 77 K of atmospheric pressure saturated liquid nitrogen is injected into the cooling container. Usually, the superconducting member is immersed therein, and cooled and held.
[0003]
By the way, in a high-temperature superconducting member, it is known that the superconducting characteristics will be greatly improved if the temperature is slightly lowered. For example, it is known that the critical current increases several times even if it falls from 77K to 70K.
[0004]
Therefore, it is conceivable to cool the superconducting member to a temperature lower than 77K by immersing the superconducting member in liquid nitrogen whose pressure is reduced to about 65K by reducing the pressure of liquid nitrogen at atmospheric pressure. In that case, in a container for immersing the superconducting member in liquid nitrogen, it is necessary to maintain the reduced pressure state of liquid nitrogen. On the other hand, since a cryostat that is generally used is assumed to be used in a state of being substantially open to the atmosphere, if this type of general-purpose cryostat is applied to liquid nitrogen that has been decompressed, a lid or current introduction Sealing at locations such as terminals is inadequate, atmospheric air containing moisture from outside is sucked into the inside, clogging due to moisture freezing in the vent hole of the current introduction terminal, and ice on the surface of the superconducting member May occur, and operation may become impossible in practice. Therefore, for the above-mentioned purpose, a special container must be newly designed and manufactured. In this case, there is a problem that causes a significant increase in cost, so that practical use is hesitant. .
[0005]
On the other hand, when the superconducting member is operated by immersing the superconducting member in saturated liquid nitrogen at atmospheric pressure, the saturated liquid nitrogen is immediately vaporized by the heat generated by the superconducting member and gas bubbles are generated. Although there is a problem that the insulating property is lowered or the cooling efficiency is lowered, as described above, even when the superconducting member is immersed in liquid nitrogen whose temperature has been lowered to about 65K by depressurization as described above, Then, since the liquid nitrogen is immediately vaporized and bubbles are generated by the heat generation of the superconducting member, it is not a fundamental solution for the bubble generation. Therefore, this is also one of the reasons why hesitated to use liquid nitrogen with reduced pressure.
[0006]
Therefore, the present inventors have already disclosed in JP-A-10-54637 that a very high temperature superconducting member is cooled by liquid nitrogen, and is very general that is substantially open to the atmosphere without performing special vacuum sealing or the like. While using a general-purpose cryostat as a superconducting member cooling vessel, it is possible to improve the superconducting performance by cooling the high-temperature superconducting member at a lower temperature, and from high-temperature superconducting member heat generation during operation of the high-temperature superconducting member A superconducting member cooling device that suppresses the generation of gas bubbles is proposed.
[0007]
The proposed superconducting member cooling device basically has a structure in which a superconducting member is accommodated and a cooling container for cooling the superconducting member is substantially opened to atmospheric pressure, and is supercooled under atmospheric pressure. For example, about 67K of liquid nitrogen is accommodated in the cooling container so as to leave a space on the liquid surface, and nitrogen gas is introduced into the space on the liquid surface to pressurize to atmospheric pressure, and the cooling container The superconducting member is cooled by liquid nitrogen in a supercooled state under atmospheric pressure. In the proposed superconducting member cooling apparatus, liquid nitrogen in a supercooled state under atmospheric pressure that functions as a cooling medium for the superconducting member is obtained as follows. In other words, a decompression vessel is provided separately from the above-described cooling vessel, and a heat exchanger is disposed in the decompression vessel, and the heat exchange liquid nitrogen (for example, an atmospheric pressure of about 77 K) is provided in the decompression vessel. Saturated liquid nitrogen) is supplied, and the pressure in the decompression vessel is reduced by a vacuum pump, and the liquid nitrogen in the decompression vessel is reduced from atmospheric pressure to lower the temperature to a low temperature of, for example, 65K. On the other hand, separately from the liquid nitrogen for heat exchange, liquid nitrogen for cooling at atmospheric pressure (for example, saturated liquid nitrogen of about 77K) is led to the heat exchanger, and 65K in the decompression vessel is depressurized in the heat exchanger. Heat exchange with the liquid nitrogen for heat exchange is performed, for example, cooling to about 67K with atmospheric pressure, and a supercooled state under atmospheric pressure is obtained. Then, for example, 67K cooling liquid nitrogen in a supercooled state under the atmospheric pressure is led to the above-mentioned cooling container, and the superconducting member is cooled to a low temperature close to 67K (for example, 70K).
[0008]
In such a superconducting member cooling apparatus proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-54637, the superconducting member can be cooled to a lower temperature more reliably than when saturated liquid nitrogen at atmospheric pressure of about 77 K is used as a cooling medium. Therefore, the performance of the superconducting member can be improved, and in this case, the space on the liquid surface of the cooling liquid nitrogen in the cooling state in the cooling vessel is filled with nitrogen gas at atmospheric pressure. , Reducing the risk of atmospheric air containing moisture from the outside being sucked into the interior, so that rigorous sealing is not required for the lid of the cooling container, current introduction terminals, etc. Since the cooling liquid nitrogen in which the member is immersed is in a supercooled state as described above, even if the superconducting member generates heat during the operation of the superconducting member, the liquid nitrogen is vaporized around the heat generating part. To reach there is a temperature margin, therefore immediately have advantages such as fear less not generated gas bubbles, thus the cooling efficiency lowered insulating property by gas bubbles or drops.
[0009]
However, the proposed superconducting member cooling device still has the following problems.
[0010]
That is, in the proposed superconducting member cooling device, heat exchange liquid nitrogen is supplied into the decompression container separately from the cooling liquid nitrogen, and the inside of the decompression container is decompressed by a vacuum pump, and the heat exchange liquid is supplied. The temperature of the nitrogen is lowered, and the liquid nitrogen for cooling and the liquid nitrogen for cooling are subjected to heat exchange to obtain liquid nitrogen for cooling in an overcooled state at atmospheric pressure. The liquid nitrogen for heat exchange in the container is gradually evaporated and evaporated by decompression, and the vaporized gas is exhausted by the pump, so the liquid nitrogen liquid level in the decompression container is rapidly lowered and finally decompressed. The heat exchanger in the container will be exposed. If the heat exchanger is exposed from the liquid surface in this way, sufficient heat exchange efficiency cannot be obtained, and it becomes difficult to cool the cooling liquid nitrogen so as to be in a sufficiently subcooled state. In practice, before the heat exchanger is exposed from the liquid level, liquid nitrogen must be replenished into the decompression vessel, and the operation must be temporarily stopped when the liquid nitrogen is replenished.
[0011]
As described above, the proposed superconducting member cooling device has a problem that it cannot be operated continuously for a long time since it needs to be stopped for replenishment of liquid nitrogen in the decompression vessel. There is a problem that the trouble of replenishing nitrogen and stopping the operation and resuming the operation becomes complicated. Of course, there is no particular problem in the case of short-time operation, but it is often required to operate continuously for a long period of time in experiments, research, measurements, etc. for practical application of superconducting members. The fact is that the supply of liquid nitrogen to the vessel for heat exchange has become a major bottleneck for the spread of the proposed apparatus.
[0012]
Accordingly, the present inventors follow the above proposal and use liquid nitrogen that has been supercooled at atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure as a cooling medium for the superconducting member, but liquid nitrogen is used by the refrigerator to achieve atmospheric pressure. Then, the liquid is cooled to a temperature at which it is supercooled below, and the obtained supercooled low-temperature liquid nitrogen is directly used as a cooling medium for cooling the superconducting member as it is. Long-term continuous operation is possible by avoiding the use of a decompression vessel or heat exchanger and avoiding the need to shut down the supply of liquid nitrogen for heat exchange in the decompression vessel. Japanese Patent No. 2859250 proposes a superconducting member cooling device.
[0013]
The superconducting member cooling apparatus according to the above-mentioned patent basically includes a cooling container that contains the superconducting member and is substantially open to the atmosphere for cooling the superconducting member, and liquid nitrogen to be supplied to the cooling container. A supply-side container that is substantially open to atmospheric pressure for containing; liquid nitrogen supply means for supplying liquid nitrogen to the supply-side container; and liquid nitrogen in the supply-side container under atmospheric pressure. A refrigerating machine for cooling to the supercooling temperature, and a transfer means for transferring the liquid nitrogen cooled to the supercooling temperature under atmospheric pressure in the supply side container to the cooling container. The space on the liquid level of the supply side container and the cooling container is set to atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure, and the liquid nitrogen in the supercooled state supplied into the cooling container by the transfer means Soaked superconducting member And characterized in that it has a so that shows a specific example in FIG.
[0014]
In FIG. 5, the superconducting member 1 to be cooled is disposed at the bottom of the cooling vessel 3. The cooling container 3 is composed of a general-purpose cryostat that is substantially open to the atmosphere. The outer peripheral wall and the bottom wall of the cooling container 3 have a vacuum
[0015]
Further, a
[0016]
The
[0017]
Further, in the
[0018]
In addition, a
[0019]
Further, in the space 47 (the space between the
[0020]
Here, the liquid
[0021]
The overall function of the prior art superconducting member cooling device shown in FIG. 5 as described above will be described below.
[0022]
The liquid nitrogen supplied from the liquid
[0023]
In the cooling container 3, the superconducting member 1 is cooled and held at, for example, about 67 to 72K by the
[0024]
Here, nitrogen gas having a pressure equal to or higher than atmospheric pressure is introduced into the
[0025]
Further, since the
[0026]
Note that nitrogen gas having a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure is introduced into the
[0027]
Further, similarly to the cooling container 3, a
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
In the apparatus shown in FIG. 5, as described above, the
[0029]
That is, in the supply-
[0030]
On the other hand, at the position in the
[0031]
In particular, in the case of the above-described prior art, in the region where the
[0032]
In the above description, the
[0033]
Further, as already described, a superconducting member cooling device disclosed in JP-A-10-54637, that is, a decompression vessel is provided separately from the cooling vessel containing the superconducting member, and the liquid nitrogen in the decompression vessel is decompressed. For example, the temperature is lowered to a low temperature of 65K, and the low-temperature liquid nitrogen and the cooling liquid nitrogen at atmospheric pressure are subjected to heat exchange, and the obtained low-temperature liquid nitrogen at about 65K under the atmospheric pressure (that is, under atmospheric pressure) In the case of an apparatus in which the superconducting liquid nitrogen) is led to a cooling vessel and the superconducting member in the cooling vessel is cooled to close to 65K, nitrogen gas at atmospheric pressure is introduced from the outside into the cooling vessel. In addition, it has been considered that a heat insulating member made of FRP or the like is disposed below the liquid nitrogen surface in the cooling container. In this case, there is a problem similar to the above.
[0034]
Eventually, a liquid nitrogen container (for example, in the apparatus of Japanese Patent No. 2859250) in which liquid nitrogen is accommodated while leaving a space on the liquid surface and nitrogen gas is introduced into the space on the liquid surface at a pressure equal to or higher than atmospheric pressure. The liquid nitrogen in the supply-
[0035]
The present invention has been made in the background of the above circumstances, and a nitrogen gas at atmospheric pressure or above atmospheric pressure is left in the space on the liquid surface of the liquid nitrogen container that stores liquid nitrogen at a supercooling temperature while leaving a space on the liquid surface. In a device that pressurizes with pressure and cools the superconducting member with liquid nitrogen at a supercooling temperature under atmospheric pressure, the temperature gradient mainly below the liquid level can be maintained reliably and stably. The purpose is to stabilize operating conditions, improve cooling efficiency, and improve reliability.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, an open-cell type urethane foam basically extends from a position below the liquid level in the liquid nitrogen container to a position above the liquid level. Like the body, a convection prevention member made of a porous heat insulating material having continuous pores (open cells) was arranged.
[0037]
That is, the invention of claim 1 is provided with liquid nitrogen in a liquid nitrogen container in which liquid nitrogen is accommodated leaving a space on the liquid level, and a nitrogen gas pressure is applied to the space on the liquid level. In the superconducting member cooling device configured to cool the superconducting member with liquid nitrogen at the supercooling temperature under atmospheric pressure, the liquid level of liquid nitrogen in the liquid nitrogen container A convection prevention member made of a porous heat insulating material having continuous pores is disposed from a position below the position to a position above the liquid level.
[0038]
In such a superconducting member cooling device according to the first aspect of the present invention, since the convection preventing member is made of a porous heat insulating material having continuous holes, the liquid nitrogen in the liquid nitrogen container is convected at a position close to the liquid surface. Therefore, the liquid level in the liquid nitrogen container is in the middle of the convection preventing member in the vertical direction (the intermediate position between the upper end surface and the lower end surface). It will be located in the continuous hole part. Since the liquid nitrogen below the liquid level has entered the continuous hole inside the convection prevention member as described above at a position near the liquid level, the liquid in the container is caused by fluctuations in the liquid feed pump or thermal load during operation. Even if convection or agitation occurs in nitrogen, the movement (convection or agitation) of liquid nitrogen in the vicinity of the liquid surface is prevented, and as a result, the temperature gradient in the vertical direction due to convection and agitation as described above is disrupted or disturbed. Can be prevented in advance.
[0039]
In addition, the convection prevention member extends into the space above the liquid level in the container, so that convection and stirring of nitrogen gas in the space above the liquid level is also prevented, so the temperature gradient in the gas phase above the liquid level is stable. This also contributes to the stabilization of the driving situation and the improvement of reliability.
[0040]
Further, if a member having a high porosity (porosity) is used as the convection prevention member (for example, the open-cell urethane foam has a porosity of about 90%), liquid nitrogen vaporization or nitrogen gas on the liquid surface is assumed. Even if the amount of liquid increases or decreases due to condensation, the effect on the fluctuation of the liquid level is small, which also contributes to stabilization of the temperature gradient.
[0041]
Here, as the porous heat insulating material used for the convection blocking member, it is desirable that the thermal conductivity is as low as possible, but even if using a material whose thermal conductivity is not so different from liquid nitrogen, Thus, as a result of preventing liquid nitrogen convection and stirring, an apparently large heat insulating effect is exhibited. Therefore, as the heat insulating material, an extremely general material such as the open-cell urethane foam as described above can be used.
[0042]
According to the invention of claim 2, according to the superconducting member cooling device of the above-mentioned Patent No. 2859250, when liquid nitrogen in the container is directly cooled to a supercooling temperature under atmospheric pressure by a refrigerator, As described above, provision of a convection preventing member made of a porous heat insulating material having continuous pores is provided.
[0043]
Specifically, the invention of claim 2 includes a supply-side container that stores liquid nitrogen leaving a space on the liquid level and that is applied with atmospheric pressure or a nitrogen gas pressure equal to or higher than atmospheric pressure in the space on the liquid level. A refrigerator having a cooling head immersed in a position below the liquid nitrogen level in order to cool the liquid nitrogen in the supply side container to a supercooling temperature under atmospheric pressure. In a superconducting member cooling apparatus configured to guide liquid nitrogen at a supercooling temperature of the superconducting member to be cooled to cool the superconducting member, the liquid nitrogen in the supply-side container from a position below the liquid level of the liquid nitrogen A convection prevention member made of a porous heat insulating material having continuous pores is disposed over the position above the liquid level.
[0044]
In this way, when the cooling head of the refrigerator is directly immersed in the liquid nitrogen in the container to obtain the liquid nitrogen at the supercooling temperature under atmospheric pressure, the liquid feeding usually disposed in the container Although the convection and stirring of liquid nitrogen are likely to occur due to the operation of the pump and the influence of the temperature gradient disturbance on the entire system is large, the porous heat insulating material having continuous pores is the same as the invention of claim 1 already described. By providing the convection prevention member comprising the above, the temperature gradient below the liquid level and the temperature gradient above the liquid level can be stabilized.
[0045]
In the case of the configuration of claim 2, the convection preventing member made of a porous heat insulating material is lower than the liquid level of the supply side container and the upper end of the cooling head of the refrigerator as defined in claim 3. Even if it is arranged from the above position to the position above the liquid level, or as defined in
[0046]
Further, the invention according to
[0047]
Here, although a high-pressure medium near room temperature flows inside the cylinder portion of the refrigerator, a heat insulating portion is provided on the outer peripheral surface of the cylinder portion of the refrigerator if it is configured as defined in
[0048]
Further, a sixth aspect of the present invention is the superconducting member cooling device according to the fourth or fifth aspect, wherein a heat insulating portion is provided on the outer peripheral surface of the cylinder portion of the refrigerator, and the heat insulating portion is a cooling head of the refrigerator. It is extended to the intermediate position of the up-down direction in the outer peripheral surface.
[0049]
In such a superconducting member cooling device according to the invention of claim 6, since the heat insulating portion of the outer peripheral surface of the cylinder portion is extended to the intermediate position in the vertical direction of the outer peripheral surface of the cooling head of the refrigerator, the liquid level in the supply container, That is, heat penetration from the gas-liquid interface into the cooling head of the refrigerator is reduced, and the cooling efficiency can be further improved.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0051]
【Example】
In FIG. 1, the convection prevention which consists of a porous heat insulating material which has a continuous hole (open cell) in the upper and lower area | regions on both sides of the
[0052]
On the other hand, a
[0053]
In the embodiment shown in FIG. 1 as described above, liquid nitrogen of about 77K supplied from the liquid
[0054]
Here, in the
[0055]
Also, in the
[0056]
Furthermore, even if the amount of liquid nitrogen fluctuates due to vaporization of liquid nitrogen from the
[0057]
Further, since the
[0058]
Further, the
[0059]
Here, in the embodiment shown in FIG. 1, the
[0060]
In the embodiment of FIG. 2, the lower end of the cooling
[0061]
In the case of the embodiment shown in FIG. 2, the
[0062]
Further, in the embodiment of FIG. 2, a
[0063]
When the
[0064]
In each of the above embodiments, the convection prevention member is provided in both the
[0065]
Each of the above embodiments is shown as an improvement of the prior art superconducting member cooling device proposed in Japanese Patent No. 2859250, but the prior art superconducting member cooling device proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-54637. That is, of course, the present invention can be applied in accordance with a device for obtaining supercooled liquid nitrogen under atmospheric pressure using a decompression vessel and a heat exchanger and cooling a superconducting member without using a refrigerator. It is. An embodiment in that case is shown in FIG.
[0066]
In FIG. 4, the cooling vessel 3 is composed of a general-purpose cryostat substantially open to the atmosphere, like the cooling vessel of the embodiment shown in FIG. 1, and the supercooled
[0067]
In addition to the cooling container 3 that is substantially open to the atmosphere as described above, a supply-
[0068]
The supply-
[0069]
On the other hand, the
[0070]
Here, the liquid
[0071]
The overall function of the superconducting member cooling device of the second embodiment shown in FIG. 4 as described above will be described below.
[0072]
The
[0073]
As described above, the
[0074]
In the cooling container 3, the superconducting member 1 is cooled and held at, for example, about 70K by the
[0075]
Here, in the cooling vessel 3, as in the case of the embodiment of FIG. 1 already described, the
[0076]
If the operation proceeds to a steady state, liquid nitrogen of about 70 K is returned from the cooling container 3 to the supply-
[0077]
In addition, in any of each Example shown by FIGS. 1-4, as a porous heat insulating material which has the continuous hole used for the
[0078]
Further, in the above description, the supply-
[0079]
【The invention's effect】
As is apparent from the above-described embodiments, the present invention is a liquid in which liquid nitrogen is accommodated while leaving a space on the liquid level, and nitrogen gas pressure equal to or higher than atmospheric pressure is applied to the space on the liquid level. In the superconducting member cooling apparatus configured to cool the superconducting member with the liquid nitrogen at the supercooling temperature under the atmospheric pressure, the liquid nitrogen in the nitrogen container is set to the supercooling temperature under the atmospheric pressure. Since a convection prevention member made of a porous heat insulating material having continuous pores is provided from a position below the liquid level of the liquid nitrogen to a position above the liquid level, the liquid is caused by some disturbance in the lower part of the container. Even if convection or agitation occurs in the nitrogen, the convection or agitation of liquid nitrogen is effectively prevented in the vicinity of the liquid level, so that the temperature gradient from the liquid level downward is maintained stably, and spirit The temperature gradient of the liquid nitrogen is also maintained stably, and even if there is some fluctuation in the liquid nitrogen volume due to evaporation of liquid nitrogen or condensation of nitrogen gas, the fluctuation is amplified and the liquid level position is greatly changed. Therefore, it is possible to stabilize the operation status and to constantly stabilize the cooling efficiency and improve the reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a superconducting member cooling device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an overall configuration of a superconducting member cooling device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an overall configuration of a superconducting member cooling device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an overall configuration of a superconducting member cooling device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing an entire configuration of a conventional superconducting member cooling device.
[Explanation of symbols]
1 Superconducting material
3 Cooling container (liquid nitrogen container)
11 Liquid nitrogen
33 Liquid nitrogen
11A liquid level
15 Space above the liquid level
33A liquid level
47 Space above the liquid level
21 Supply side container (liquid nitrogen container)
16, 49, 71 Nitrogen gas supply source
41 refrigerator
41B Cooling head
77 Convection prevention member
79 Convection blocking member
Claims (6)
前記供給側容器内の液体窒素の液面よりも下方の位置から、液面上方の位置までの間にわたって、連続孔を有する多孔質断熱材からなる対流阻止部材を配置したことを特徴とする超電導部材冷却装置。A supply-side container in which liquid nitrogen is stored leaving a space on the liquid level and a nitrogen gas pressure is applied to the space on the liquid level or greater than atmospheric pressure, and the liquid nitrogen in the supply-side container is at atmospheric pressure In order to cool down to the supercooling temperature below, the cooling head is immersed in a position below the liquid nitrogen level, and the superconductivity to be cooled is supplied to the liquid nitrogen at the supercooling temperature in the supply side container. In a superconducting member cooling device configured to guide to a member and cool the superconducting member,
A superconductivity characterized in that a convection prevention member made of a porous heat insulating material having continuous holes is arranged from a position below the liquid level of liquid nitrogen in the supply side container to a position above the liquid level. Member cooling device.
前記多孔質断熱材からなる対流阻止部材が、供給側容器の液面よりも下方でかつ冷凍機の冷却ヘッドの上端部以上の位置から液面上方の位置までの間にわたって配置されている、超電導部材冷却装置。The superconducting member cooling device according to claim 2,
The superconductivity in which the convection preventing member made of the porous heat insulating material is disposed between a position below the liquid level of the supply side container and a position above the upper end of the cooling head of the refrigerator to a position above the liquid level. Member cooling device.
前記多孔質断熱材からなる対流阻止部材が、供給側容器の液面よりも下方でかつ冷凍機の冷却ヘッドにおける上下方向中間位置から液面上方の位置までの間にわたって配置されている、超電導部材冷却装置。The superconducting member cooling device according to claim 2,
A superconducting member in which the convection preventing member made of the porous heat insulating material is disposed below the liquid level of the supply side container and from the intermediate position in the vertical direction in the cooling head of the refrigerator to the position above the liquid level. Cooling system.
冷凍機の冷却ヘッドが供給側容器の底面近くの位置まで延伸されている、超電導部材冷却装置。The superconducting member cooling device according to claim 4,
A superconducting member cooling device in which a cooling head of a refrigerator is extended to a position near a bottom surface of a supply-side container.
前記冷凍機のシリンダ部の外周面に断熱部が設けられ、かつその断熱部が、冷凍機の冷却ヘッドの外周面における上下方向の中間位置まで延長されていることを特長とする、超電導部材冷却装置。In the superconducting member cooling device according to claim 4 or 5,
Superconducting member cooling, characterized in that a heat insulating portion is provided on the outer peripheral surface of the cylinder portion of the refrigerator, and the heat insulating portion extends to an intermediate position in the vertical direction on the outer peripheral surface of the cooling head of the refrigerator. apparatus.
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