JP2000269022A - 超電導磁石装置 - Google Patents

超電導磁石装置

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JP2000269022A
JP2000269022A JP7348599A JP7348599A JP2000269022A JP 2000269022 A JP2000269022 A JP 2000269022A JP 7348599 A JP7348599 A JP 7348599A JP 7348599 A JP7348599 A JP 7348599A JP 2000269022 A JP2000269022 A JP 2000269022A
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JP
Japan
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refrigerant
gas
superconducting magnet
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container
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JP7348599A
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English (en)
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Yoshihiro Oguchi
義広 小口
Takashi Sasaki
高士 佐々木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/17Re-condensers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体冷媒を注液する必要がなく、かつメンテ
ナンス費用を低減することができる超電導磁石装置を提
供する。 【解決手段】 本発明は、液体の冷媒に浸漬された超電
導コイルを内蔵した冷媒容器と、前記冷媒が蒸発したガ
スを前記冷媒容器内にて再凝縮する冷凍機とを具備し、
励磁や消磁時等に発生する前記冷媒が蒸発したガスを前
記冷媒容器のガス空間をバッファ空間とすることにより
吸収し、この吸収されたガスを前記冷凍機によって前記
冷媒容器内において再凝縮することを特徴とする超電導
磁石装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自然蒸発および励
磁、消磁における冷媒ガスを大気に放出せずに再凝縮す
る超電導磁石装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の液体冷媒を使用する超電
導磁石装置を示す断面図である。
【0003】同図に示すように、この超電導磁石装置に
おいては、液体冷媒1中に浸漬した超電導コイル2を冷
媒容器3に内蔵し、冷媒容器3を包囲する第1段輻射シ
ールド4a、第2段輻射シールド4bに小型冷凍機5を
取り付けている。そして、この小型冷凍機5により、第
1段輻射シールド4a、第2段輻射シールド4bを冷却
している。
【0004】また、第1段輻射シールド4a、第2段輻
射シールド4bおよび冷媒容器3を包囲し、かつ断熱真
空を形成するように真空容器6が設けられている。真空
容器6には、ポート7を介し液体冷媒1を注液する注液
口8、安全弁9、破裂板10及び逆止弁11が設けてあ
り、これらは、冷媒容器3にベローズ12aを介してガ
ス空間部冷媒ガス13が断熱真空側へ漏れないよう接続
されている。超電導コイル2は、口出し線14を介して
ガス冷却式電流リード15に接続され、中空絶縁管16
を通り電磁弁17接続されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この様に構成された従
来の超電導磁石の課題は次の通りである。
【0006】(1) 液体冷媒を使用するので高温部か
ら低温部への自然入熱がある。そして、この自然入熱に
より、冷媒容器内の液体冷媒がガス化され圧力が上昇す
ると、このガス化された冷媒がベロー部を介し逆止弁よ
り大気へ放出される。このため、液体冷媒を定期的に注
液する必要がある。また、注液間隔を減らすためガス空
間容積を10%程度取り、真空容器の内容積の90%程
度に液体冷媒を注液している。
【0007】(2) ガス冷却電流リードを採用してい
るため、超電導コイルを励磁、消磁する場合、電流リー
ドが通電熱により損傷しやすい。そのため、液体冷媒の
蒸発冷媒ガスにより電流リードを冷却する必要がある。
【0008】励磁、消磁の場合、電磁弁を開にし、冷媒
容器内の冷媒ガスを電流リード内に流して熱を取り、電
磁弁を介し冷媒ガスが大気へ放出される。この場合、励
磁、消磁間隔が長いと冷媒容器内のガス空間に溜められ
た冷媒ガスは、電磁弁を開にすることにより一気に放出
されることになる。また、励磁、消磁による超電導コイ
ルの熱的損失(ACロス)により、液体冷媒は、さらに
ガス化されるため内圧が上昇し、逆止弁より大気へ放出
される液体冷媒が減少する。そして、液体冷媒が最低励
磁下限になると液体冷媒の注液が必要になる。
【0009】すなわち、従来の超電導磁石装置によれば
液体冷媒を注液する必要があり、また、液体冷媒は高価
であるためメンテナンス費用が増加する欠点があった。
【0010】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、液体冷媒を注液する必要がなく、かつメンテナ
ンス費用を低減することができる超電導磁石装置を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の第
1の発明によれば、液体の冷媒に浸漬された超電導コイ
ルを内蔵した冷媒容器と、前記冷媒が蒸発したガスを前
記冷媒容器内にて再凝縮する冷凍機とを具備し、励磁や
消磁時等に発生する前記冷媒が蒸発したガスを前記冷媒
容器のガス空間をバッファ空間とすることにより吸収
し、この吸収されたガスを前記冷凍機によって前記冷媒
容器内において再凝縮することを特徴とする超電導磁石
装置である。
【0012】このような発明によれば、自然ガス化およ
び励磁、消磁によるガス化された冷媒ガスを冷媒容器の
ガス空間をバッファ空間として流用し冷凍機により冷媒
ガスを再液化することができる。
【0013】また、第2の発明によれば、第1の発明に
おいて、前記超電導コイルに電流を供給するための酸化
物高温超電導体にて形成された電流リードをさらに具備
することを特徴とする超電導磁石装置である。
【0014】このような発明によれば、酸化物高温超電
導電流リードを採用することで大容量の電気をながすこ
とができ、さらに低熱浸入である為、液体冷媒の消費が
少なくすることができる。
【0015】さらに、第3の発明によれば、第1の発明
において、前記冷媒容器内のガス空間の圧力を制御する
手段をさらに具備することを特徴とする超電導磁石装置
である。
【0016】このような発明によれば、冷凍機の能力が
大きく、冷媒容器内が負圧になるような場合に、冷媒容
器内のガス空間の圧力を制御することができる。
【0017】さらに、第4の発明によれば、第1の発明
において、前記冷媒容器内のガス空間の容積と、液体冷
媒の容積との比率が略一定にするための逆止弁をさらに
具備することを特徴とする超電導磁石装置である。
【0018】このような発明によれば、超電導コイルの
ACロスを加味し、ガス空間冷媒容積と液体冷媒の容積
の比率を一定かつ高圧にならないように圧力を決定する
ことができる。
【0019】さらに、第5の発明によれば、第1の発明
において、前記冷媒容器の内容積に対するガス空間の容
積の割合を30%以上としたことを特徴とする超電導磁
石装置である。
【0020】このような発明によれば、蒸発したガスを
効率よくガス空間にて吸収することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施の形態に係る超電導磁石装置を説明する。
【0022】図1は、本発明の一実施の形態に係る超電
導磁石装置を示す断面図である。
【0023】同図において、ガス空間冷媒13の容積と
液体冷媒1の容積との比率は、ACロスを加味し、高圧
にならないように一定に設定されている。すなわち、本
実施の形態においては、冷媒容器3のガス空間容積をX
とし、液体冷媒の容積をYとした場合において、冷媒容
器3の内容積(X+Y)に対するガス空間容積Xの割合
(X/(X+Y))×100%を少なくとも30%以上
となるように設定している。
【0024】冷媒容器3には、液体冷媒1中に浸漬した
超電導コイル2が内蔵されている。冷媒容器3を包囲す
る第1段輻射シールド4a、第2段輻射シールド4bに
は、小型冷凍機5を取り付け、熱を吸収している。
【0025】また、第1段輻射シールド4a、第2段輻
射シールド4bおよび冷媒容器3を包囲し、かつ断熱真
空を形成する真空容器6が設けられている。
【0026】真空容器6には、ポート7を介し液体冷媒
1を注液する注液口8、安全弁9及び破裂板10が設け
てあり、これらは、ベロー12aを介しガス空間冷媒ガ
スが断熱真空側に漏れない様に冷媒容器3に接続されて
いる。
【0027】逆止弁11は、前記の如く圧力上昇を加味
し、安全弁9より低い吹き出し圧力のものが用いられて
おり、逆止弁11の上流側には、冷媒容器3の内圧測定
用の圧力センサ18が設けられている。
【0028】さらに、再凝縮機用小型冷凍機19を冷媒
容器3のガス空間13上に設け、ベロー12bを介し真
空容器6に取り付ける。冷媒容器3内の超電導コイル2
は、口出し線14を介し酸化物高温超電導電流リード2
0に接続されている。この様に構成された冷媒容器3で
は、ACロスを加味し、ガス空間冷媒13容積と液体冷
媒1の容積の比率を決定しているため、ガス空間冷媒1
3容積をバッファ空間として流用することが出来る。
【0029】さらに、再凝縮機用小型冷凍機19により
ガス空間部冷媒ガス13を再液化することが出来るた
め、圧力上昇がなくなり、ガスが逆止弁11から大気へ
放出されることが無い。
【0030】さらに、電流リードを酸化物高温超電導電
流リード20にすることで、低熱浸入であり大容量の電
気を流すことができ、前記の如く液体冷媒1の容積比率
を決定してあるため、冷媒ガス13が逆止弁11から大
気へ放出されることが無い。
【0031】さらに、再凝縮機用小型冷凍機19の冷凍
能力が大きい時には、冷媒容器3内が負圧になる場合が
ある。この時は、冷媒容器3の圧力センサ18により冷
媒容器3の内圧を測定し、ガス空間部ヒータ21a、液
体冷媒部ヒータ21bのON、OFFを図示していない
外部制御盤で制御する。
【0032】本実施の形態によれば、以下に述べる効果
がある。
【0033】ガス空間部冷媒の容積(Xリットル)液体冷媒
の容積(Yリットル)、ACロスによって蒸発した冷媒のガス
容積(Zリットル)、逆止弁吹き出し圧(Pkg/cm2)としたとき
に、逆止弁吹き出し圧Pを設計(算出)する際に、簡易
式であるP=Z/Xを用いることが一般的に知られてい
る。この簡易式で算出される圧力Pに逆止弁吹き出し圧
を設定しているため、励磁・消磁による冷媒容積内の圧
力上昇および自然蒸発による圧力上昇を吸収でき、逆止
弁から冷媒ガスを大気へ放出する必要がない。この場
合、液体冷媒の容積は前記計算値を最大注液量とし最小
注液量は最低励磁領域とする。
【0034】酸化物高温超電導電流リードを搭載するこ
とで低熱浸入で大容量の電気を流すことができ、ガス空
間部冷媒容積はACロス分を加味して決定してあるた
め、ガスを大気に放出されることは無い。
【0035】再凝縮機用小型冷凍機により冷媒容器内の
ガス空間部の冷媒ガスは、再液化され消費することなく
定期的に注液する必要が無い。
【0036】さらに、冷媒容器の負圧対策として圧力セ
ンサにより内圧を測定し、負圧になる前にヒータをON
させヒータのOFF条件は逆止弁の吹き出し圧手前でO
FFさせることにより超電導磁石の信頼性が向上する。
【0037】したがって、冷媒ガスを大気に放出するこ
となく環境問題に貢献でき、高価な液体冷媒の注液をな
くすことができメンテナンス費用を削減出来る。
【0038】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
液体冷媒を注液する必要がなく、かつメンテナンス費用
を低減することができる超電導磁石装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る超電導磁石装置を
示す断面図。
【図2】従来の超電導磁石装置を示す断面図。
【符号の説明】
1…液体冷媒、 2…超電導コイル、 3…冷媒容器、 4a…第1段シールド、 4b…第2段シールド、 5…小型冷凍機、 6…真空容器、 7…ポート、 8…注液口、 9…安全弁、 10…破裂板、 11…逆止弁、 12a…ベロー、 12b…ベロー、 13…ガス空間部冷媒ガス、 14…口出し線、 15…ガス冷却電流リード、 16…中空絶縁管、 17…電磁弁、 18…圧力センサ、 19…再凝縮機用小型冷凍機、 20…酸化物高温超電導電流リード、 21a…ヒータ、 22b…ヒータ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体の冷媒に浸漬された超電導コイルを
    内蔵した冷媒容器と、前記冷媒が蒸発したガスを前記冷
    媒容器内にて再凝縮する冷凍機とを具備し、励磁や消磁
    時等に発生する前記冷媒が蒸発したガスを前記冷媒容器
    のガス空間をバッファとすることにより吸収し、この吸
    収されたガスを前記冷凍機によって前記冷媒容器内にお
    いて再凝縮することを特徴とする超電導磁石装置。
  2. 【請求項2】 前記超電導コイルに電流を供給するため
    の酸化物高温超電導体にて形成された電流リードをさら
    に具備することを特徴とする請求項1記載の超電導磁石
    装置。
  3. 【請求項3】 前記冷媒容器内のガス空間の圧力を制御
    する手段をさらに具備することを特徴とする請求項1記
    載の超電導磁石装置。
  4. 【請求項4】 前記冷媒容器内のガス空間の容積と、液
    体冷媒の容積との比率を略一定にするための逆止弁をさ
    らに具備することを特徴とする請求項1記載の超電導磁
    石装置。
  5. 【請求項5】 前記冷媒容器の内容積に対するガス空間
    の容積の割合を30%以上としたことを特徴とする請求
    項1記載の超電導磁石装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100454702B1 (ko) * 2002-06-26 2004-11-03 주식회사 덕성 지엠냉각기를 구비한 극저온용기 및 극저온용기의 제어방법
JP2010180890A (ja) * 2005-01-07 2010-08-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 低温流体用昇圧装置
CN104916395A (zh) * 2015-07-14 2015-09-16 南车株洲电机有限公司 一种变压器的支撑装置
US9410725B2 (en) 2012-02-01 2016-08-09 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Refrigerator installing structure

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