CN111902893B - 超导磁铁装置 - Google Patents

Abstract

超导磁铁装置(100)具备：第一超导线圈(1a)，以在与上下方向交叉的方向上延伸的轴为中心；以及制冷剂循环回路(10)，供制冷剂循环。制冷剂循环回路(10)包括：第一冷却管路(11a)，与第一超导线圈(1a)热接触；上方管路(12)，配置于比第一冷却管路(11a)靠上方的位置；下方管路(13)，配置于比第一冷却管路(11a)靠下方的位置；以及连接管路(14)，将上方管路(12)与下方管路(13)连接。第一冷却管路(11a)具有贮存制冷剂的第一贮存部(16a)。

Description

超导磁铁装置

技术领域

本发明涉及一种超导磁铁装置，特别涉及具备超导线圈和与超导线圈热耦合且供制冷剂循环的回路的超导磁铁装置。

背景技术

在日本特开2013-118228号公报中公开了一种超导磁铁装置，所述超导磁铁装置具备：超导线圈；制冷剂循环回路(热虹吸部)，供用于冷却超导线圈的制冷剂循环；保护阻抗，与超导线圈热接触；高沸点制冷剂供给部，向保护阻抗的内部供给沸点比制冷剂高的高沸点制冷剂。

另外，具备上述那样的热虹吸方式的超导磁铁装置的磁共振成像装置(MRI)被实用化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-118228号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在上述那样的热虹吸方式的超导磁铁装置中，在向超导线圈供给电流而对超导磁铁进行励磁的情况下或停止电流的供给而消磁的情况下，保护阻抗被通电而引起过渡性的发热。由此，有时制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度低于超导线圈的高度，超导线圈的温度上升而使超导状态消失。

为了抑制上述问题的发生，需要增多封入制冷剂循环回路内的制冷剂量(制冷剂使用量)。

本发明的主要目的在于提供一种超导磁铁装置，与以往的超导磁铁装置相比，既能实现制冷剂使用量的削减，又能在励磁或消磁时抑制超导状态的消失。

用于解决课题的手段

本发明的超导磁铁装置具备：超导线圈，以在与上下方向交叉的方向上延伸的轴为中心；制冷剂循环回路，供制冷剂循环；以及冷却部，对制冷剂进行冷却。制冷剂循环回路包括：冷却管路，与超导线圈热接触；上方管路，与冷却管路连接且配置于比冷却管路靠上方的位置；下方管路，与冷却管路连接且配置于比冷却管路靠下方的位置；以及连接管路，将上方管路与下方管路连接。制冷剂依次在冷却管路、上方管路、连接管路以及下方管路循环。冷却部设置成对上方管路内的制冷剂进行冷却。冷却管路具有贮存制冷剂的贮存部。

发明效果

根据本发明，能够提供一种超导磁铁装置，所述超导磁铁装置具有在与第一超导线圈热连接的第一冷却管路进行励磁或消磁时贮存制冷剂的第一贮存部，因此与以往的超导磁铁装置相比，在实现制冷剂使用量的削减的同时，在励磁或消磁时抑制超导状态的消失。

附图说明

图1是表示实施方式1的超导磁铁装置的立体图。

图2是图1中区域II的部分放大图。

图3是表示实施方式1的超导磁铁装置通常运转时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图4是表示实施方式1的超导磁铁装置的超导线圈被励磁或消磁时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图5是图4所示的制冷剂循环回路的剖视图。

图6是表示实施方式2的超导磁铁装置的图。

图7是表示实施方式2的超导磁铁装置通常运转时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图8是表示实施方式2的超导磁铁装置的超导线圈被励磁或消磁时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图9是表示实施方式3的超导磁铁装置通常运转时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图10是表示实施方式3的超导磁铁装置的超导线圈被励磁或消磁时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图11是表示实施方式4的超导磁铁装置通常运转时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图12是表示实施方式4的超导磁铁装置的超导线圈被励磁或消磁时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图13是表示实施方式5的超导磁铁装置通常运转时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

图14是表示实施方式5的超导磁铁装置的超导线圈被励磁或消磁时的、制冷剂循环回路内的制冷剂的液面高度的图。

具体实施方式

实施方式1.

＜超导磁铁装置的结构＞

如图1～图4所示，超导磁铁装置100具备多个超导线圈1、供制冷剂循环的制冷剂循环回路10、对制冷剂进行冷却的冷却部20。

超导线圈1的数量并无特别限制，例如如图1所示为4个。多个超导线圈1分别在以轴为中心的周向上延伸，该轴在与上下方向交叉的方向上延伸。多个超导线圈1具有在上述轴的延伸方向上排列的第一超导线圈1a、第二超导线圈1b、第三超导线圈1c以及第四超导线圈1d。多个超导线圈1卷绕于未图示的卷线框。构成多个超导线圈1的材料是超导线材。此外，多个超导线圈1也可以相互配置于同轴上。另外，多个超导线圈1也可以以在上述轴的延伸方向上相互重叠的方式配置。第一超导线圈1a的外径例如大于第二超导线圈1b的外径。第二超导线圈1b的外径例如与第三超导线圈1c的外径相等。第四超导线圈1d的外径例如大于第三超导线圈1c的外径。

在制冷剂循环回路10中填充有制冷剂。制冷剂基于所谓的热虹吸效果，在制冷剂循环回路10内循环。制冷剂例如是液态氦。制冷剂循环回路10包括多个冷却管路11a～11d、上方管路12、下方管路13及连接管路14。制冷剂依次在多个冷却管路11a～11d、上方管路12、连接管路14及下方管路13中循环。构成制冷剂循环回路10的各管路及构成第一贮存部16a的材料包含从铜(Cu)、铝(Al)及不锈钢(SUS)中选择的至少1种。制冷剂循环回路10内部的压力例如设为大气压或接近大气压的压力。

多个冷却管路11a～11d与多个超导线圈1a～1d热接触。多个冷却管路11a～11d具有与第一超导线圈1a热接触的第一冷却管路11a、与第二超导线圈1b热接触的第二冷却管路11b、与第三超导线圈1c热接触的第三冷却管路11c、与第四超导线圈1d热接触的第四冷却管路11d。多个冷却管路11a～11d分别具有：主管路，用于使制冷剂在上下方向上流动；以及贮存部，设置在主管路的中途，设置成在主管路的制冷剂的液面降低的情况下也在内部残留制冷剂。第一冷却管路11a具有第一主管路15a和从第一主管路15a分支的第一贮存部16a。第二冷却管路11b具有第二主管路15b和从第二主管路15b分支的第二贮存部16b。第三冷却管路11c具有第三主管路15c和从第三主管路15c分支的第三贮存部16c。第四冷却管路11d具有第四主管路15d和从第四主管路15d分支的第四贮存部16d。

第一冷却管路11a例如还具有从第一主管路15a分支并贮存制冷剂的下方贮存部17a。第二冷却管路11b例如还具有从第二主管路15b分支并贮存制冷剂的下方贮存部17b。第三冷却管路11c例如还具有从第三主管路15c分支并贮存制冷剂的下方贮存部17c。第四冷却管路11d例如还具有从第四主管路15d分支并贮存制冷剂的下方贮存部17d。

上方管路12配置于多个冷却管路11a～11d的上方。上方管路12例如具有贮存液相的制冷剂及气相的制冷剂的罐。在上方管路12中的贮存有气相的制冷剂的部分配置有冷却部20。下方管路13配置于多个冷却管路11a～11d的下方。下方管路13例如具有贮存液相的制冷剂的罐。在下方管路13的内部配置有例如用于在发生失超时防止超导线圈1的性能降低或烧损的未图示的保护阻抗。保护阻抗与多个超导线圈1a～1d并联连接。

连接管路14将上方管路12与下方管路13连接。连接管路14经由上方管路12与多个冷却管路11a～11d连接，且经由下方管路13与多个冷却管路11a～11d连接。

冷却部20使气相的制冷剂冷凝为液相的制冷剂。冷却部20具有例如配置于在上方管路12中贮存气相的制冷剂的部分而使气相的制冷剂冷凝的低温头21。在冷却部20中冷凝后的制冷剂比各冷却管路11a～11d优先流入到连接管路14的上部。

超导磁铁装置100除了制冷剂循环回路10及冷却部20之外，还可以进一步具备例如供氦气循环的未图示的预备冷却回路。预备冷却回路在使常温的超导线圈1冷却至临界温度以下时使用。预备冷却回路的一部分例如兼作制冷剂循环回路10的一部分。预备冷却回路例如一边将超导线圈1的温度保持在预先设定的温度范围内、例如中心值-20K以上且中心值+20K以下，一边花费3～5天而将超导线圈1冷却至临界温度以下。

在超导磁铁装置100中，各超导线圈1a～1d及各冷却管路11a～11d的结构例如彼此相同。以下，代表性地对第一超导线圈1a以及第一冷却管路11a的结构进行说明。

＜第一超导线圈以及第一冷却管路的结构＞

第一冷却管路11a例如钎焊于第一超导线圈1a的外周面。此外，第一冷却管路11a也可以钎焊于第一超导线圈1a的内周面或上述卷线框的外周面。在上述任一情况下，都能够从第一冷却管路11a及第一超导线圈1a的一方直接或经由卷线框向另一方传递热，因此可以说第一冷却管路11a与第一超导线圈1a热接触。

如图1～图4所示，第一冷却管路11a具有位于相对上方的上端部和位于相对下方的下端部。第一冷却管路11a的上端部与上方管路12连接。第一冷却管路11a的下端部与下方管路13连接。

如图1～图5所示，第一冷却管路11a具有第一主管路15a和从第一主管路15a分支的第一贮存部16a。第一主管路15a是将上方管路12与下方管路13相连的管路。第一主管路15a具有任意的结构即可，例如具有沿着上述周向延伸的第一管部31a和第二管部32a、以及沿着上述轴延伸的第三管部33a。第二管部32a从比第一管部31a的下端靠上方的位置朝向下方延伸。第一贮存部16a从第一主管路15a的中途向下方分支，成为沿着第一超导线圈1a的外周面具有下端的管。典型地，第一贮存部16a的下端位于比第一超导线圈1a的最下位置靠上方的位置，因此位于比下方管路13高的位置。

如图1～图5所示，第一管部31a及第二管部32a呈相对于上述轴的中心角小于180度的圆弧状。第一管部31a与上方管路12连接。第一管部31a和第二管部32a经由第三管部33a连接。在第一管部31a与第三管部33a连接的部分配置于比第一管部31a的下端靠上方的位置。在第一管部31a，位于比与第三管部33a连接的部分靠下方的位置的部分构成第一贮存部16a。第一贮存部16a在比来自第一主管路15a的分支部即第一管部31a与第三管部33a的连接部靠下方的位置具有底部，该底部由第一管部31a的下端构成。

如图1～图5所示，第一主管路15a构成为例如折弯成S字状或Z字状的管路，第一贮存部16a从其弯曲部分支。此外，第一主管路15a并不限定于上述结构，例如也可以构成为沿着一个方向延伸的直管。在该情况下，第一贮存部16a例如也可以构成为从第一主管路15a的中途分支而向下方弯曲的管。

如图1、图3～图5所示，第一冷却管路11a还具有例如从第一主管路15a分支的下方贮存部17a。第一贮存部16a和下方贮存部17a在上述周向上彼此隔开间隔地配置。下方贮存部17a配置于比第一贮存部16a靠下方的位置。

第一主管路15a还具有例如沿着上述周向延伸的第四管部34a和沿着上述轴延伸的第五管部35a。第四管部34a例如与第一管部31a在上述周向上隔开间隔地配置。第四管部34a与下方管路13连接。第五管部35a例如与第三管部33a在上述周向上隔开间隔地配置。在第二管部32a中与第五管部35a连接的部分配置于比第二管部32a的下端部靠上方的位置。在第二管部32a中，位于比与第五管部35a连接的部分靠下方的位置的部分构成下方贮存部17a。

如图1～图4所示，第二管部32a与第三管部33a的连接部例如配置于比第二管部32a的上端部靠下方的位置。从不同的观点来说，第二管部32a具有例如比与第三管部33a的连接部向上方突出的突出部18a。突出部18a的容积小于第一贮存部16a的容积。第四管部34a与第五管部35a的连接部例如配置于比第四管部34a的上端部靠下方的位置。从不同的观点来说，第四管部34a具有例如比与第五管部35a的连接部向上方突出的突出部。

如上所述，第一冷却管路11a的整体与第一超导线圈1a热接触。即，第一管部31a、第二管部32a、第三管部33a、第四管部34a、第五管部35a、第一贮存部16a以及下方贮存部17a与第一超导线圈1a热接触。

如图3所示，在制冷剂循环回路10中，以在超导磁铁装置100通常运转时制冷剂的液面L1配置于上方管路12内的方式填充有制冷剂。在此，超导磁铁装置100的通常运转时是指超导线圈1的整体处于超导状态，超导线圈1未发生局部的通常导电转移的运转时。在通常运转时，在制冷剂循环回路10中，相比于液面L1位于下方的区域中充满液相的制冷剂。气相的制冷剂仅充满制冷剂循环回路10中相比于液面L1位于上方的区域。在通常运转时，若发生从超导磁铁装置100的外部向超导线圈1的热侵入，则该热通过使制冷剂升温并蒸发而被消耗。在冷却管路11a～11d内蒸发的气相的制冷剂向箭头A的方向移动，从冷却管路11a～11d排出并贮存于上方管路12。贮存于上方管路12的气相的制冷剂被冷却部20的低温头21冷却而冷凝为液相的制冷剂。液相的制冷剂在连接管路14内沿箭头B的方向移动。这样，在制冷剂循环回路10中，制冷剂通过所谓的热虹吸效果而回流。

当侵入超导线圈1的热量增加时，气相的制冷剂量增加，因此制冷剂循环回路10中的制冷剂的液面下降。特别是，在制冷剂的蒸发所消耗的热量超过冷却部20的冷却能力的情况下，制冷剂的液面比图3所示的液面L1下降。另外，在对超导磁铁进行励磁或消磁时，上述保护阻抗也被通电而过渡性地发热。在该情况下，在制冷剂循环回路10中配置有保护阻抗的下方管路13内的制冷剂因来自保护阻抗的热而蒸发。通常，励磁或消磁时的保护阻抗的发热量超过冷却部20的冷却能力，因此制冷剂的液面比图3所示的液面L1下降。这样，制冷剂循环回路10在产生向超导线圈1的热侵入或保护阻抗的发热时使制冷剂相变，由此将超导线圈1的温度维持在临界温度以下(例如6.0K以下)。

在超导磁铁装置100中，能够实现图4所示的状态。图4所示的状态例如在热从外部向远离在多个超导线圈1中与贮存部16a～16d热接触的部分的部分侵入且该热侵入量比图3所示的通常运转时增大时实现。或者，图4所示的状态可以在如上述那样保护阻抗过渡性地发热时实现。在图4所示的状态下，制冷剂的液面配置于主管路15a～15d内、贮存部16a～16d内以及连接管路14内。配置于主管路15a～15d内以及连接管路14内的制冷剂的液面L2配置于比配置于贮存部16a～16d内的制冷剂的液面L3靠下方的位置。在该情况下，贮存在贮存部16a～16d内的液相的制冷剂在多个超导线圈1a～1d中对与贮存部16a～16d热接触的部分进行冷却，根据情况而蒸发。在贮存部16a～16d内蒸发的气相的制冷剂与在第一主管路15a内或下方管路13内蒸发的气相的制冷剂同样地，在上方管路12中冷凝而在制冷剂循环回路10内循环。这样，在图4中贮存在贮存部16a～16d内的液相的制冷剂也有助于制冷剂循环回路10的热输送。

＜作用效果＞

超导磁铁装置100具备：第一超导线圈，以在与上下方向交叉的方向上延伸的轴为中心；制冷剂循环回路，供制冷剂循环；以及冷却部，对制冷剂进行冷却。制冷剂循环回路10包括：第一冷却管路11a，与第一超导线圈1a热接触；上方管路12，配置于比第一冷却管路11a靠上方的位置；下方管路13，配置于比第一冷却管路11a靠下方的位置；以及连接管路14，将上方管路12与下方管路13连接。制冷剂依次在第一冷却管路11a、上方管路12、连接管路14及下方管路13中循环。

冷却部20以冷却上方管路12内的制冷剂的方式设置。第一冷却管路11a具有连接上方管路12和下方管路13的第一主管路15a和从第一主管路15a分支并贮存制冷剂的第一贮存部16a。

超导磁铁装置100能够采用图4所示的状态。制冷剂循环回路10即使在图4所示那样的气相的制冷剂量比较多的状态下，也能够利用贮存于第一贮存部16a的液相的制冷剂迅速地去除在第一超导线圈1a中浸入到比制冷剂的液面L2靠上方的部分的热。即，与未设置第一贮存部16a的以往的超导磁铁装置相比，超导磁铁装置100抑制伴随液相制冷剂的不足的干涸的发生，能够更有效地防止失超的发生。

另外，为了防止在未设置第一贮存部16a的以往的超导磁铁装置中发生失超，需要增加填充于制冷剂循环回路的制冷剂量，使得即使在气相的制冷剂量比较多的状态下制冷剂的液面也保持在冷却管路内的比较高的位置。与此相对，在超导磁铁装置100中，能够实现在比第一主管路15a内的制冷剂的液面L2靠上方的位置配置有第一贮存部16a内的制冷剂的液面L3的图4所示的状态。因此，与未设置第一贮存部16a的以往的超导磁铁装置相比，超导磁铁装置100能够削减制冷剂量，并且能够有效地防止失超的发生。

进而，在超导磁铁装置100中，第二超导线圈1b、第三超导线圈1c以及第四超导线圈1d具备与第一超导线圈1a同样的结构，第二冷却管路11b、第三冷却管路11c以及第四冷却管路11d具备与第一冷却管路11a同样的结构。因此，超导磁铁装置100通过设置有第一贮存部16a、第二贮存部16b、第三贮存部16c以及第四贮存部16d，与未设置它们的以往的超导磁铁装置相比，能够更有效地防止失超的产生。

而且，第一冷却管路11a在比第一贮存部16a靠下方处还具有从第一主管路15a分支并贮存制冷剂的下方贮存部17a。第一贮存部16a和下方贮存部17a在上述周向上隔开间隔地配置。第二冷却管路11b在比第二贮存部16b靠下方处还具有从第二主管路15b分支并贮存制冷剂的下方贮存部17b。第三冷却管路11c在比第三贮存部16c靠下方处还具有从第三主管路15c分支并贮存制冷剂的下方贮存部17c。第四冷却管路11d在比第四贮存部16d靠下方处还具有从第四主管路15d分支并贮存制冷剂的下方贮存部17d。这样，例如能够实现主管路15a内的制冷剂的液面相比于下方贮存部17a配置于下方的状态、且液相的制冷剂贮存于第一贮存部16a和下方贮存部17a内的状态。因此，与未设置贮存部16a～16d以及下方贮存部17a～17d的以往的超导磁铁装置相比，超导磁铁装置100能够削减制冷剂量，同时能够有效地防止失超的产生。

另外，多个冷却管路11a～11d具有突出部18a～18d。这样的冷却管路通过利用焊接等连接多个管部，能够比较容易地形成。另外，这样的冷却管路与通过将直线状的管路折弯而形成的情况相比，因热应力而产生断裂等的风险低。另外，如图6所示，多个冷却管路11a～11d也可以不具有图3所示的突出部18a～18d。

实施方式2.

如图7及图8所示，实施方式2的超导磁铁装置101具有与实施方式1的超导磁铁装置100基本相同的结构，不同之处在于，制冷剂循环回路10还包括作为使第一冷却管路11a的第一贮存部16a与第二冷却管路11b的第二贮存部16b连通的第一连通管路的连通管路40。

制冷剂循环回路10还包括例如作为使第三冷却管路11c的第三贮存部16c与第四冷却管路11d的第四贮存部16d连通的第一连通管路的连通管路41。

连通管路40例如使第一贮存部16a的下端部与第二贮存部16b的下端部连通。连通管路41例如使第三贮存部16c的下端部与第四贮存部16d的下端部连通。连通管路40及连通管路41例如沿相对于水平方向倾斜的方向延伸。连通管路40与第一贮存部16a的连接部的下端例如配置于连通管路40与第二贮存部16b的连接部的下端与上端之间。第二贮存部16b例如配置于比第一贮存部16a靠下方的位置。连通管路40例如配置为比第一主管路15a以及第一贮存部16a远离第一超导线圈1a。连通管路41例如配置为比第三主管路15c及第三贮存部16c远离第三超导线圈1c。连通管路41与第四贮存部16d的连接部的下端例如配置于连通管路41与第三贮存部16c的连接部的下端与上端之间。

超导磁铁装置101具有与超导磁铁装置100基本相同的结构，因此能够起到与超导磁铁装置100相同的效果。

进而，在超导磁铁装置101中，例如在比第二超导线圈1b多的热量侵入第一超导线圈1a而贮存于第一贮存部16a内的液相的制冷剂全部蒸发的情况下，贮存于第二贮存部16b内的液相的制冷剂的一部分通过连通管路40供给至第一贮存部16a内。液相制冷剂经由连通管路40的移动受到重力而进行。因此，在超导磁铁装置101中，与超导磁铁装置100相比，即使在多个超导线圈1a～1d之间的热侵入量产生偏差的情况下，也能够更有效地防止失超的发生。

如图8所示，在第二贮存部16b配置于比第一贮存部16a靠下方的位置的情况下，能够在第二贮存部16b贮存比第一贮存部16a多的液相制冷剂。因此，例如在第二超导线圈1b与第一超导线圈1a相比容易受到来自外部的热侵入的情况下，能够有效地防止在第二超导线圈1b中发生失超。

另外，连通管路40及连通管路41也可以沿水平方向延伸。

实施方式3.

如图9及图10所示，实施方式3的超导磁铁装置102具有与实施方式1的超导磁铁装置100基本相同的结构，不同之处在于，制冷剂循环回路10还包括作为使第一贮存部16a、第二贮存部16b、第三贮存部16c以及第四贮存部16d相互连通的第一连通管路的连通管路42。

连通管路42使第一冷却管路11a的第一贮存部16a、第二冷却管路11b的第二贮存部16b、第三冷却管路11c的第三贮存部16c以及第四冷却管路11d的第四贮存部16d连通。在连通管路42中，使第一贮存部16a与第二贮存部16b连通的部分、和使第三贮存部16c与第四贮存部16d连通的部分例如沿着相对于水平方向倾斜的方向延伸。在连通管路42中，使第二贮存部16b与第三贮存部16c连通的部分例如沿水平方向延伸。连通管路42与第一贮存部16a的连接部的下端例如配置于连通管路42与第二贮存部16b的连接部的下端与上端之间。连通管路42与第四贮存部16d的连接部的下端例如配置于连通管路42与第三贮存部16c的连接部的下端与上端之间。

连通管路42例如配置为比第一主管路15a、第二主管路15b、第三主管路15c、第一贮存部16a、第二贮存部16b以及第三贮存部16c远离第一超导线圈1a、第二超导线圈1b以及第三超导线圈1c。

超导磁铁装置102具有与超导磁铁装置100基本相同的结构，因此能够起到与超导磁铁装置100相同的效果。

进而，在超导磁铁装置102中，例如在比其他超导线圈1b～1d多的热量侵入第一超导线圈1a而使贮存在第一贮存部16a内的液相的制冷剂全部蒸发的情况下，贮存在第二贮存部16b、第三贮存部16c以及第四贮存部16d内的液相的制冷剂的一部分通过连通管路42供给至第一贮存部16a内。液相制冷剂经由连通管路42的移动受到重力而进行。因此，在超导磁铁装置102中，与超导磁铁装置100相比，即使在多个超导线圈1a～1d之间的热侵入量产生偏差的情况下，也能够更有效地防止失超的发生。

如图10所示，在第二贮存部16b以及第三贮存部16c配置于比第一贮存部16a以及第四贮存部16d靠下方的位置的情况下，能够在第二贮存部16b以及第三贮存部16c贮存比第一贮存部16a以及第四贮存部16d多的液相制冷剂。因此，例如在第二超导线圈1b以及第三超导线圈1c比第一超导线圈1a以及第四超导线圈1d容易受到来自外部的热侵入的情况下，能够有效地防止在第二超导线圈1b以及第三超导线圈1c中发生失超。

实施方式4.

如图11以及图12所示，实施方式4的超导磁铁装置103具有与实施方式1的超导磁铁装置100基本相同的结构，不同之处在于，制冷剂循环回路10还包括连通管路43，所述连通管路43作为制冷剂循环回路10使第一冷却管路11a与第四冷却管路11d连通的第二连通管路，第二贮存部16b以及第三贮存部16c由连通管路43构成。

连通管路43分别从第一冷却管路11a及第四冷却管路11d分支。连通管路43具有中央部，该中央部以比分别与第一冷却管路11a及第四冷却管路11d连接的两端部向下方突出的方式折弯。连通管路43的内径大于第一冷却管路11a及第四冷却管路11d的内径。

具体而言，连通管路43具有例如与第一冷却管路11a连接且沿上述轴向延伸的第一部43a、与第四冷却管路11d连接且沿上述轴向延伸的第二部43b、以及以连接第一部43a与第二部43b之间且比第一部43a及第二部43b向下方突出的方式设置的第三部43c。

第一部43a具有与第一超导线圈1a热接触的部分和与第二超导线圈1b热接触的部分。第二部43b具有与第四超导线圈1d热接触的部分和与第三超导线圈1c热接触的部分。第三部43c具有与第二超导线圈1b热接触的部分和与第三超导线圈1c热接触的部分。

在第一冷却管路11a及第四冷却管路11d中的至少任一方的制冷剂的液面低于与连通管路43的连接部的情况下，上述连通管路43以在其内部残留制冷剂的方式设置。即，连通管路43中的与第二超导线圈1b热接触的部分作为第二贮存部16b发挥作用。连通管路43中的与第三超导线圈1c热接触的部分作为第三贮存部16c发挥作用。

超导磁铁装置103具有与超导磁铁装置100基本相同的结构，因此能够起到与超导磁铁装置100相同的效果。

进而，在超导磁铁装置103中，例如在比其他超导线圈1b～1d多的热量侵入第一超导线圈1a而贮存在第一冷却管路11a内的液相的制冷剂全部蒸发的情况下，贮存在连通管路43内的液相的制冷剂的一部分通过连通管路43供给至第一冷却管路11a内。液相制冷剂经由连通管路43的移动受到重力而进行。因此，在超导磁铁装置103中，与超导磁铁装置100相比，即使在多个超导线圈1a～1d之间的热侵入量产生偏差的情况下，也能够更有效地防止失超的发生。

如图12所示，在连通管路43中能够贮存比第一冷却管路11a以及第四冷却管路11d多的液相制冷剂。因此，例如在第二超导线圈1b以及第三超导线圈1c比第一超导线圈1a以及第四超导线圈1d容易受到来自外部的热侵入的情况下，也能够有效地防止在第二超导线圈1b以及第三超导线圈1c中发生失超。

另外，连通管路43的内径比第一冷却管路11a及第四冷却管路11d的内径大。因此，在超导磁铁装置103中，从削减制冷剂量的观点出发，与连通管路43的内径与第一冷却管路11a及第四冷却管路11d的内径相同的情况相比，在连通管路43中流动的制冷剂的压力损失减少。特别是，因制冷剂的流通方向的反转而产生的制冷剂的压力损失，管路的内径越小则越显著变大。连通管路43中的制冷剂的流通方向根据超导磁铁装置103的运转状态而向上或向下反转。因此，在具备比第一冷却管路11a及第四冷却管路11d扩径的连通管路43的超导磁铁装置103中，有效地抑制伴随制冷剂的流通方向的反转的压力损失的增大。

另外，图11及图12所示的超导磁铁装置103不具备第二冷却管路11b及第三冷却管路11c、以及第一贮存部16a及第四贮存部16d，但并不限定于此。实施方式4的超导磁铁装置103也可以还具备多个冷却管路11a～11d及多个贮存部16a～16d，所述多个冷却管路11a～11d及多个贮存部16a～16d具备与实施方式1～3的超导磁铁装置100～102中的任一个同样的结构。

实施方式5.

如图13及图14所示，实施方式5的超导磁铁装置104具有与实施方式1的超导磁铁装置100基本相同的结构，但不同之处在于，各贮存部16a～16d由将各主管路15a～15d折弯而成的折弯管部构成。

第一主管路15a具有第一折弯管部15aa和第二折弯管部15ab，该第一折弯管部15aa以向下方突出的方式折弯，该第二折弯管部15ab连接在第一折弯管部15aa与下方管路之间且以比第一折弯管部15aa向上方突出的方式折弯。换言之，第一主管路15a的一部分折弯成S字状或Z字状而形成第一折弯管部15aa及第二折弯管部15ab。

第一折弯管部15aa以及第二折弯管部15ab例如沿着第一超导线圈1a的外周面折弯。即，第一折弯管部15aa以及第二折弯管部15ab的整体与第一超导线圈1a热接触。此外，第一折弯管部15aa以及第二折弯管部15ab例如也可以沿着第一超导线圈1a的内周面或者上述卷线框的外周面折弯。

上述第一折弯管部15aa设置为，在第一主管路15a的制冷剂的液面低于第二折弯管部15ab的情况下，在其内部残留制冷剂。即，第一折弯管部15aa作为第一贮存部16a发挥作用。

超导磁铁装置104具有与超导磁铁装置100基本相同的结构，因此能够起到与超导磁铁装置100相同的效果。

另外，图13及图14所示的超导磁铁装置104具备具备与实施方式1的超导磁铁装置100相同的结构的下方贮存部17a～17d，但不限于此。下方贮存部17a～17d与贮存部16a～16d同样地，也可以由将各主管路15a～15d折弯而成的折弯管部构成。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但也可以对上述的实施方式进行各种变形。另外，本发明的范围并不限定于上述的实施方式。本发明的范围由权利要求书示出，意在包括与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。

附图标记说明

1、1a、1b、1d超导线圈；10制冷剂循环回路；11a第一冷却管路；11b第二冷却管路；11c第三冷却管路；11d第四冷却管路；12上方管路；13下方管路；14连接管路；15a第一主管路；15aa第一折弯管部；15ab第二折弯管部；15b第二主管路；15c第三主管路；15d第四主管路；16a第一贮存部；16b第二贮存部；16c第三贮存部；16d第四贮存部；17a、17b、17c、17d下方贮存部；18a、18d、19a突出部；20冷却部；21低温头；31a第一管部；32a第二管部；33a第三管部；34a第四管部；35a第五管部；40、41、42、43连通管路；100、101、102超导磁铁装置。

Claims (10)

1.一种超导磁铁装置，具备：超导线圈，以在与上下方向交叉的方向上延伸的轴为中心；制冷剂循环回路，供制冷剂循环；以及冷却部，对制冷剂进行冷却，其中，

所述制冷剂循环回路包括：冷却管路，与所述超导线圈热接触；上方管路，与所述冷却管路连接且配置于比所述冷却管路靠上方的位置；下方管路，与所述冷却管路连接且配置于比所述冷却管路靠下方的位置；以及连接管路，将所述上方管路与所述下方管路连接，

制冷剂依次在所述冷却管路、所述上方管路、所述连接管路以及所述下方管路循环，

所述冷却部设置成对所述上方管路内的制冷剂进行冷却，

所述冷却管路具有贮存制冷剂的贮存部，

所述超导磁铁装置实现如下状态：制冷剂的液面配置在所述贮存部内、所述冷却管路中的所述贮存部以外的其它的部分内、以及所述连接管路内，并且配置于所述其它的部分内以及所述连接管路内的制冷剂的所述液面相比配置于所述贮存部内的制冷剂的所述液面配置于下方。

2.一种超导磁铁装置，具备：超导线圈，以在与上下方向交叉的方向上延伸的轴为中心；制冷剂循环回路，供制冷剂循环；以及冷却部，对制冷剂进行冷却，其中，

所述制冷剂循环回路包括：冷却管路，与所述超导线圈热接触；上方管路，与所述冷却管路连接且配置于比所述冷却管路靠上方的位置；下方管路，与所述冷却管路连接且配置于比所述冷却管路靠下方的位置；以及连接管路，将所述上方管路与所述下方管路连接，

制冷剂依次在所述冷却管路、所述上方管路、所述连接管路以及所述下方管路循环，

所述冷却部设置成对所述上方管路内的制冷剂进行冷却，

所述冷却管路具有贮存制冷剂的贮存部，

所述冷却管路还具有将所述上方管路与所述下方管路连接的主管路，

所述贮存部从所述主管路的中途向下方分支。

3.根据权利要求2所述的超导磁铁装置，其中，

所述超导线圈包括以所述轴为中心的第一超导线圈及第二超导线圈，

所述冷却管路具有：

第一冷却管路，与所述第一超导线圈热接触；以及

第二冷却管路，与所述第二超导线圈热接触，且与所述第一冷却管路并联连接于所述上方管路及所述下方管路，

所述第一冷却管路具有作为所述贮存部的第一贮存部，

所述第二冷却管路具有作为所述贮存部的第二贮存部，

所述第一贮存部与所述第一超导线圈热接触，

所述第二贮存部与所述第二超导线圈热接触。

4.根据权利要求3所述的超导磁铁装置，其中，所述制冷剂循环回路还包括使所述第一贮存部与所述第二贮存部连通的第一连通管路。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的超导磁铁装置，其中，

所述主管路具有：第一管部和第二管部，该第一管部和第二管部沿着以所述轴为中心的周向延伸；以及第三管部，该第三管部连接所述第一管部和所述第二管部，沿着所述轴延伸，

所述第二管部从比所述第一管部的下端靠上方的位置朝向下方延伸，

所述第一管部与所述第三管部的连接部配置于比所述第一管部的所述下端靠上方的位置，

所述贮存部由在所述第一管部中位于比所述连接部靠下方的位置的部分构成。

6.根据权利要求5所述的超导磁铁装置，其中，所述第二管部与所述第三管部的连接部配置于比所述第二管部的上端靠下方的位置。

7.根据权利要求2所述的超导磁铁装置，其中，

所述冷却管路具有相互并联地连接于所述上方管路及所述下方管路的多个冷却管路，

所述制冷剂循环回路还包括使所述多个冷却管路之间连通的第二连通管路，

所述贮存部由所述第二连通管路构成。

8.根据权利要求7所述的超导磁铁装置，其中，

所述超导线圈包括以所述轴为中心的第一超导线圈及第二超导线圈，

所述多个冷却管路具有与所述第一超导线圈热接触的第一冷却管路，

所述贮存部与所述第二超导线圈热接触。

9.根据权利要求1所述的超导磁铁装置，其中，

所述冷却管路具有将所述上方管路与所述下方管路连接的主管路，

所述主管路具有：

第一折弯管部，以向下方突出的方式折弯；以及

第二折弯管部，连接在所述第一折弯管部与所述下方管路之间，且以比所述第一折弯管部向上方突出的方式折弯，

所述贮存部由所述第一折弯管部构成。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的超导磁铁装置，其中，所述冷却管路在比所述贮存部靠下方处还具有贮存制冷剂的下方贮存部。

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