JP2002252111A

JP2002252111A - 超電導磁石装置

Info

Publication number: JP2002252111A
Application number: JP2001046332A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Hirose; 量一広瀬; Masamitsu Takeda; 雅詳竹田
Original assignee: JAPAN MAGNET TECHNOL KK
Current assignee: JAPAN MAGNET TECHNOL KK
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-09-06

Abstract

(57)【要約】【課題】超電導磁石装置の蓄冷式冷凍機の保守点検や
取替えを容易にする。【解決手段】真空容器（７）内に超電導磁石（１）を
配置し、該超電導磁石（１）を蓄冷式冷凍機（３）によ
って冷却して低温に維持する様にしてなる超電導磁石装
置において、前記蓄冷式冷凍機（３）の最冷却端部（３
ｂ）を前記超電導磁石（１）に熱接触可能に前記真空容
器（７）内に配置し、前記蓄冷式冷凍機（３）のシリン
ダ（２１）又は該シリンダに熱接続された部材にヒータ
（９ａ，９ｂ）を配置して該シリンダ（２１）を加温可
能となし、これにより前記シリンダ（２１）を加温した
状態で該シリンダ内部のディスプレイサー（２０）のみ
を取り出し可能にしてなるものであり、前記前記最冷却
端部（３ｂ）と超電導磁石（１）との間の熱接続をＯＮ
／ＯＦＦする熱スイッチ（４）を配置したものもある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴装置
（ＮＭＲ）等に使用される超電導磁石装置に関するもの
で、特に、超電導磁石を冷却するための蓄冷式冷却装置
のメンテナンスを容易にした超電導磁石装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＮＭＲ等に使用される超電導
磁石装置は、超電導磁石を極低温に冷却するための冷媒
として液体ヘリウムが使用されていたが、液体ヘリウム
は蒸発潜熱が小さく、取扱いが困難であり、更に、高価
である事から、近年は、冷凍機によって直接超電導磁石
を冷却する方式が普及しつつある。

【０００３】係る直冷式超電導磁石装置の代表的な構造
としては、特開平５−５９５６８号公報や特開平１１−
１６２７２６号公報に示されて装置がある。係る装置の
概要を図５に示している。同図において、超電導磁石１
は、アルミニウム等の伝熱特性に優れた材料で形成され
た保持枠１ａに取り付けられて、真空容器７内に配設さ
れた輻射シールド５内に収容配置されている。真空容器
７は、内部を高真空に保持されて、超電導磁石１や輻射
シールド５への熱侵入を抑制している。又、超電導磁石
１は、前記輻射シールド５に第二断熱支持部材１４によ
り断熱支持されており、更に、該輻射シールド５は、第
一断熱支持部材１６により真空容器７に断熱支持されて
いる。ここで、前記第二及び第一断熱支持部材１６，１
４は、熱伝導率が小さく且つ強度の高い材料、例えばガ
ラス繊維強化プラスチックで製作されており、前記輻射
シールド５は、熱伝導率の大きなアルミニウム又はその
合金で形成されている。

【０００４】冷凍機３は、一般には二段蓄冷式冷凍機が
使用されており、駆動部２２、第一シリンダ２３、第一
冷却端部３ａ、第二シリンダ２５、第二冷却端部３ｂ、
ガス配管２７及び該ガス配管２７に接続される圧縮機
（図示せず）から構成されている。そして、前記第一冷
却端部３ａ及び第二冷却端部３ｂが、夫々前記輻射シー
ルド５と超電導磁石１を、該超電導磁石１の材料に応じ
た温度に対応した温度、例えば、第一冷却端部３ａは５
０Ｋに、第二冷却端部３ｂは４Ｋに冷却するものであ
る。

【０００５】又、冷凍機取付シリンダ３０は、前記二段
蓄冷式冷凍機３を着脱可能に保持して該冷凍機３の保守
や交換を容易にするもので、取付フランジ３２、第一取
付シリンダ３１ａ、第一取付熱接続部３３、第二取付シ
リンダ３１ｂ及び第二取付熱接続部３５から構成されて
おり、前記取付フランジ３２は前記真空容器７に気密に
取り付けられている。これにより、前記二段蓄冷式冷凍
機を外部から真空容器７及び前記輻射シールド５を貫通
して挿入可能になっている。又、前記第一取付熱接続部
３３は前記輻射シールド５に熱接続され、前記第二取付
熱接続部３５は前記超電導磁石１の保持枠１ａに熱接続
されており、更に、二段蓄冷式冷凍機３は、前記第一冷
却端部３ａと前記第一取付熱接続部３３とが熱接続し、
前記第二冷却端部３ｂと前記第二取付熱接続部３５とが
熱接続する様に前記取付シリンダ３０内に挿入されてい
る。

【０００６】係る構成の超電導磁石装置において、前記
二段蓄冷式冷凍機３の運転を開始すると、超電導磁石１
及びその支持枠１ａの熱エネルギは、第二取付熱接続部
３５を介して第二冷却端部３ｂで吸収され、最終的に
は、前記二段蓄冷式冷凍機３の第二冷却端部３ｂが吸収
する熱量（即ち冷凍能力）と、外部から熱伝導や熱輻射
によって該超電導磁石１とその保持枠１ａに伝えられる
熱量（即ち侵入熱）とがバランスした温度に超電導磁石
１の温度が保たれる事になる。この際に、熱エネルギの
移動が生じると、その間に熱抵抗に応じた温度勾配が生
じるので、超電導磁石１及びその保持枠１ａ第二取付
熱接続部３５第二冷却端部３ｂの間の熱抵抗を小さく
する必要がある。特に、第二冷却端部３ｂと第二取付熱
接続部３５との間は着脱自在となっているので、他の部
分に比して熱抵抗が大きくなる可能性があり、問題を含
んでいる。

【０００７】同様に、輻射シールド５の熱エネルギは、
第一取付熱接続部３３を通じて第一冷却端部３ａで吸収
される。従って、該輻射シールド５は、前記二段蓄冷式
冷凍機３の第一冷却端部３ａが吸収する熱量（即ち冷凍
能力）と、外部から熱伝導や熱輻射によって該輻射シー
ルド５に伝えられる熱量（即ち侵入熱）とがバランスし
た温度に保たれる事になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記構成からなる前記
特開平５−５９５６８号公報記載の装置においては、前
記二段蓄冷式冷凍機３の運転の結果、前記取付シリンダ
３０と二段蓄冷式冷凍機３との間の間隔が熱収縮率の差
によって極めて小さくなる。この結果、二段蓄冷式冷凍
機３の保守点検や取り替え工事のために前記取付シリン
ダ３０から該二段蓄冷式冷凍機３を取り出す際には、大
きな取り出し力が必要となるので、該冷凍機３の運転を
停止して、これらが、略常温にまで昇温した後に取り出
し作業を行う必要があった。この状態では、超電導磁石
１も常温に昇温されているので、再度運転を開始するに
は、最初から遣り直しが必要となり、通常は、この冷凍
機３のメンテナンスに１週間程度の期間が必要とされて
いた。

【０００９】そこで、前記特開平１１−１６２７２６号
公報においては、これを解決する手段として、図５に示
している様に、ヘリウム導入管４０の一端を前記取付シ
リンダ３０の内部に臨む様に取付フランジ３２に取り付
け、他端部はヘリウムガスボンベ４６の継手部４３に接
続され、その間に、締切バルブ４１、安全弁４７、圧力
計４８、減圧弁４５が配置された構成を採用し、前記取
付シリンダ３０内にヘリウムを送給可能となしている。
即ち、この装置においては、先ず、継手部４３によって
ヘリウム導入管４０とヘリウムガスボンベ４６とを接続
し、締切バルブ４１を開け、減圧弁４５により大気圧程
度に減圧されたヘリウムガスを前記ガスボンベ４６から
ヘリウム導入管４０を経て前記取付シリンダ３０内に供
給する。この状態で二段蓄冷式冷凍機３の運転を開始
し、取付シリンダ３０内のヘリウムガスも冷却されて内
圧が前記減圧弁４５の設定値以下となると、前記ボンベ
４６から新たにヘリウムガスの供給がなされ、前記取付
シリンダ３０内の圧力は、略大気圧に維持されたまま冷
却が進行して行く。そして、最終的に前記第二冷却端部
３ｂの温度が４°Ｋに達すると、該取付シリンダ３０の
第二シリンダ３１ｂ内のヘリウムガスの一部は液化し、
液体ヘリウムとなって該第二シリンダ３１ｂの底部に溜
まる事になる。所定量の液体ヘリウムが溜まり、新たな
ヘリウムガスの供給が不要となると、前記締切バルブ４
１を閉じ、ヘリウムガスボンベ４６を継手部４３から取
り外す事になる。

【００１０】係る構成の装置において、前記二段蓄冷式
冷凍機３を前記取付シリンダ３０から抜き出す場合に
は、該冷凍機３の運転を停止した直後においても、前記
取付シリンダ３０内の圧力は、内部に充填されているヘ
リウムガスによって略大気圧に保たれているので、大き
な取り出し力を要する事なく、容易に引き抜きが可能と
なっている点で改良されているが、前記二段蓄冷式冷凍
機３を取り出した後は、外部からの熱侵入により、超電
導磁石１の昇温が生じる。そこで、前記特開平１１−１
６２７２６号公報においては、前記取付シリンダ３０に
連通する液体ヘリウム貯槽を別途配置し、前記第二取付
熱接続部３５を、該液体ヘリウムの蒸発潜熱によって所
定の温度に保持する構成を取っているが、前述した様
に、液体ヘリウムは、蒸発潜熱が非常に小さく、その取
扱いも難しく且つ高価であるという問題、即ち、液体ヘ
リウムに代えて二段蓄冷式冷凍機を採用する際の解決課
題を再び持ち込む事になる。従って、二段蓄冷式冷凍機
を取り外した期間に超電導磁石に侵入する外部入熱を補
償するに充分な液体ヘリウムの貯槽や液体ヘリウムの煩
雑な取扱いが要求されるという問題が蒸し返される事に
なる。

【００１１】更に、前記特開平５−５９５６８号公報や
特開平１１−１６２７２６号公報に記載の装置に共通す
る問題点として、二段蓄冷式冷凍機の保守点検や取り替
えの必要なのは、該二段蓄冷式冷凍機のシリンダ内部の
ディスプレイサーのみであるにも拘らず、冷凍機全体を
取り出す様にしているので、これを取り出した後でも真
空容器内の真空状態を維持する為に、該冷凍機を内蔵さ
せるための取付シリンダ３０を必要としている点があ
る。従って、真空容器７や輻射シールド５に別途上下の
取付シリンダ３１ａ，３１ｂを設ける必要があり、装置
の部品点数の増加と共に、加工工程や組立工程が増加し
てコスト増加をもたらしており、更に、取付シリンダ３
０内に再度二段蓄冷式冷凍機３を装着した後の前記第一
冷却端部３ａや第二冷却端部３ｂの前記第一熱接続部３
３や第二熱接続部３５との接続状態は、二段蓄冷式冷凍
機３の装着状態によって変化し、その接触状態が悪いと
新たな熱抵抗を生じさせる問題もあった。

【００１２】本発明は、係る問題点に鑑みてなされたも
のであり、液体ヘリウム貯槽の如き取扱いの困難な設備
を用いる事なく簡便な構造で二段蓄冷式冷凍機の交換作
業や保守点検作業を短時間で行える様になす事を第一の
目的とし、更に、その間の超電導磁石への外部入熱を最
小限に止める事のできる装置の提供を目的とするもので
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】係る目的の元になされた
本発明の超電導磁石装置は、真空容器内に超電導磁石を
配置し、該超電導磁石を蓄冷式冷凍機によって冷却して
低温に維持する様にしてなる超電導磁石装置であって、
前記蓄冷式冷凍機の最冷却端部を前記超電導磁石に熱接
続可能に前記真空容器内に配置し、前記蓄冷式冷凍機の
シリンダ又はこれと熱接続された部材にヒーターを配置
して該シリンダを加温可能となし、これにより、前記シ
リンダを加温して前記蓄冷式冷凍機のシリンダ内部のデ
ィスプレイサーのみを取り出し可能にした事を特徴とす
るものである。

【００１４】尚、前記最冷却端部と前記超電導磁石との
間に、両者間の熱接続をＯＮ／ＯＦＦする熱スイッチを
配置し、蓄冷式冷凍機のディスプレイサーをシリンダ内
から取り出す際には、該熱スイッチをＯＦＦの状態にし
ておけば、前記ヒータの熱や外部入熱が超電導磁石部に
侵入するのを最小限に止めることが可能となり、ディス
プレイサー再装着後の超電導磁石装置の立ち上げ運転を
短時間でなす事が可能となる。

【００１５】又、前記蓄冷式冷凍機を二段蓄冷式冷凍機
となし、前記超電導磁石を囲繞する様に輻射シールドを
配置し、該輻射シールドを前記真空容器内に配置し、こ
れら輻射シールド及び真空容器を貫通して前記二段蓄冷
式冷凍機を配置すると共に、該二段蓄冷式冷凍機の先端
側の第二シリンダに一体的に形成された第二熱接続部を
前記超電導磁石に熱接続可能に前記輻射シールド内に配
置し、前記二段蓄冷式冷凍機の前記第二シリンダの上部
に配置された第一シリンダの先端部に一体的に形成され
た第一熱接続部を前記輻射シールドに熱接続して配置
し、前記第二熱接続部と前記超電導磁石との間に、前記
熱スイッチが配置された構造となし、前記二段蓄冷式冷
凍機の第一シリンダ外面及び第二シリンダ外面又はこれ
らと熱接続された部材夫々前記ヒータを配置して、前記
第一シリンダ及び第二シリンダを夫々加温可能にした構
成が、一般的に好ましい構成である。尚、ヒータの配置
部としては、前記第一シリンダ及び第二シリンダの夫々
先端外周面に巻着するのが最も好ましい態様である。

【００１６】尚、前記第一熱接続部は、前記輻射シール
ドに固着し、前記第二熱接続部は、該第二熱接続部と前
記熱スイッチとの間に設けられた伝熱部材に固着した構
成となせば、これら熱接続部は、前記ディスプレイサー
の取り出しや再装着の作業に関係なく、常に熱的に最良
の接続状態が維持されるので、熱抵抗は最小限に抑える
事が可能となる。

【００１７】又、前記熱スイッチは、前記超電導磁石と
熱接続し且つ該超電導磁石を前記輻射シールド内で保持
する保持部材と前記第二熱接続部と熱接続した前記伝熱
部材との間に配置するのが好ましく、その構造として
は、一端が前記伝熱部材又は前記保持部材に熱接続した
同心円状の円筒体を内包した密閉容器内に伝熱媒体を給
排出する配管が接続され、該配管は前記輻射シールド及
び真空容器を貫通して外部の伝熱媒体供給源に接続可能
に構成されてなるものであり、熱接続をＯＮにする場合
には前記密閉容器内に前記伝熱媒体を供給し、熱接続を
ＯＦＦにする場合には、前記密閉容器内の前記伝熱媒体
を排出して真空にする方式がある。又、使用する伝熱媒
体としては、ヘリウム或いはネオンが用いられ、特にネ
オンの場合は、前記密閉容器内で低温で固化して良好な
熱伝導を生じさせる効果がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例に基づいて
図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る超電導磁
石装置を示す一部断面概念図であり、図２は、図１に示
した二段蓄冷式冷凍機の要部断面概念図であり、両図に
おいて、超電導磁石１はアルミニウム等の伝熱特性に優
れた材料で形成された保持枠１ａに取り付けられて、真
空容器７内に配設された輻射シールド５内に収容配置さ
れている。真空容器７は、内部を高真空に保持されて、
超電導磁石１や輻射シールド５への熱侵入を抑制してい
る点は従来の装置と同様である。又、輻射シールド５が
熱伝導率の大きなアルミニウム又はその合金で形成され
ている点も同様である。

【００１９】二段蓄冷式冷凍機３の構造は、前記図５の
従来の装置で使用するものと基本的に同一であり、駆動
部２２、上部の第一シリンダ２１ａと下部の第二シリン
ダ２１ｂとが一体に形成されたシリンダ２１、該シリン
ダ内に微小間隔で挿入されており上部の第一ディスプレ
イサー２０ａと下部の第二ディスプレイサー２０ｂとか
らなるディスプレイサー２０、ガス配管２７及び該ガス
配管２７に接続される圧縮機（図示せず）から構成され
ている。これにより、圧縮機で加圧されたヘリウムガス
が駆動部２２でパルス圧に変化され、一部は第一ディス
プレイサー２０ａ内を経て第一シリンダ２１ａ内に噴出
し、残部は第二ディスプレイサー２０ｂ内を経て第二シ
リンダ２１ｂ内に噴出し、そのパルス状の圧力変化によ
る断熱膨張によって低温を発生させる様になっている。
又、第一シリンダ２１ａ上部の取付フランジ２８は前記
真空容器７に気密に取り付けられており、更に下部の第
一熱接続部２３は輻射シールド５にボルト等の固着手段
によって緊密に熱接続した状態で取り付けられている。
尚、この第一熱接続部２３は輻射シールド５に溶接又は
ロウ付けにより一体的に固着する事も可能である。

【００２０】又、第二シリンダ２１ｂの最下端部の第二
熱接続部２５は、後述する熱スイッチ４の伝熱部材８
に、ボルト締結等により固着されて熱接続されている。
前記伝熱部材８は、アルミニウム或いはその合金等の熱
伝導率の高い材料で形成されている。尚、前記第二熱接
続部２５と前記伝熱部材８とを溶接やロウ付けにより一
体的に固着する方式も良好な熱接続を得る意味で好まし
い方式である。

【００２１】本発明の装置では、二段蓄冷式冷凍機３の
前記第一シリンダ２１ａの下部外周部の前記第一冷却端
部３ａの近傍位置に、ニクロム線等で形成したヒータ９
ａが巻着され、又、前記第二シリンダ２１ｂの下部外周
部の前記第二冷却端部３ｂの近傍位置に、ニクロム線等
で形成したヒータ９ｂが巻着されており、該ヒータ９
ａ，９ｂによって夫々第一シリンダ２１ａ及び第二シリ
ンダ２１ｂを加温可能になっている。

【００２２】次に、図３，４は、本発明で使用する前記
熱スイッチ４の構成を示す概念図であり、図３は断面
図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。同図に示す様
に、熱スイッチ４は、上蓋４ａと下蓋４ｂ及び円筒胴部
４ｃとで密閉容器１２を形成する構造となっており、上
蓋４ａの下面には複数の同心円の円筒１３ａ，１３ｂの
上端部が蝋付け或いは溶接によって一体的に固着されて
おり、下端部は下蓋４ｂと接触しない様に形成されてい
る。同様に、下蓋４ｂの上面には、同心円の複数の円筒
１５ａ，１５ｂの下端部が蝋付け或いは溶接によって一
体的に固着され、上端部は上蓋４ａと接触しない様に形
成されている。これら同心円が交互に嵌まり合う様に前
記上蓋４ａ及び下蓋４が配置されている。尚、前記円筒
胴部４ｃと前記上蓋４ａ及び下蓋４ｂとの間には、断熱
材４ｄが配置されており、上下蓋間の直接伝熱を防止す
る構造となっている。又、上蓋４ａの適所に、伝熱媒体
を密閉容器１２内に給排出する配管６が該密閉容器１２
内に臨む様に取り付けられている。又、前記上蓋４ａの
上面には、前記第二熱接続部２５と熱接続している伝熱
部材８に熱接続する様に第二伝熱部材１７が、該上蓋４
ａに一体的に固着されており、前記下蓋４ｂの下面に
は、前記超電導磁石１を保持する保持部材２に熱接続し
て配置されている。ここで、前記上蓋４ａ，下蓋４ｂ，
第二伝熱部材１７及び保持部材２並びに前記円筒１３
ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂは、いずれも熱伝導性の良
好なアルミニウム或いはその合金で形成されている。

【００２３】前記配管６は、前記輻射シールド５及び真
空容器７を貫通して装置外に突出する様に配置されてお
り、該輻射シールド５及び真空容器７との貫通部は気密
処理されている。又、装置外への突出は、締切バルブ
（図示せず）を介して伝熱媒体供給容器（図示せず）に
接続可能に構成されている。

【００２４】係る構成の熱スイッチ４は、前記密閉容器
１２内に伝熱媒体が配管６を経て導入されると、前記上
蓋側の同心円筒１３ａ，１３ｂと下蓋側の同心円筒１５
ａ，１５ｂとの間が該伝熱媒体を介して熱接触状態とな
り、その結果、上蓋４ａと下蓋４ｂ間が熱接触状態とな
るので、前記二段蓄冷式冷凍機３の第二冷却端部３ｂと
超電導磁石１とが熱接触状態（ＯＮ）の状態となる。一
方、前記密閉容器１２内の伝熱媒体を配管６を経て排出
し、該密閉容器内を真空になすと、前記上蓋側の同心円
筒１３ａ，１３ｂと下蓋側の同心円筒１５ａ，１５ｂと
の間が熱的に不接触の状態となり、その結果、前記二段
蓄冷式冷凍機３の第二冷却端部３ｂと超電導磁石１とが
熱的に不接触状態（ＯＦＦ）の状態となる。従って、超
電導磁石装置の運転中等の該磁石１を冷却したり加温し
たりする必要のある場合には、前記密閉容器１２内に伝
熱媒体を供給して熱的にＯＮの状態となし、装置の停止
中等の超電導磁石１への熱侵入を抑制したい場合には、
伝熱媒体を排出して前記密閉容器１２内を真空にして熱
的にＯＦＦの状態となす。

【００２５】前記伝熱媒体としてはヘリウムが一般的で
あり、この場合には、熱スイッチ４の密閉容器１２内に
ヘリウムガスを供給した状態で（熱的にＯＮの状態
で）、前記二段蓄冷式冷凍機３を作動させて超電導磁石
１の冷却を開始すると、装置の冷却の進行と共に該密閉
容器１２内のヘリウムガスも冷却されて内圧が低下する
ので、配管６を介して該密閉容器１２内の圧力が所定の
圧力（例えば大気圧）に維持される様に外部のガスボン
ベからヘリウムガスの供給を行う。更に温度低下が進行
し最終的に前記第二冷却端部３ｂの温度が４Ｋに達する
と、前記密閉容器１２内のヘリウムガスの一部は液化
し、液体ヘリウムとなって該密閉容器１２内に溜まる事
になる。所定量の液体ヘリウムが溜まり、新たなヘリウ
ムガスの供給が不要となると、配管６の締切バルブを閉
じてヘリウムガスの供給を停止する。

【００２６】又、他の伝熱媒体としてはネオンがある。
ネオンの場合には、その凝固点が２４．５Ｋであるの
で、最終的には密閉容器内で固化し、液体状態よりも良
好な熱接続状態を形成する事が可能となる。

【００２７】次に、係る状態で二段蓄冷式冷凍機３を運
転しつつ超電導磁石１を所定温度に冷却して超電導状態
を形成し、超電導磁石装置の運転を行った後、前記二段
蓄冷式冷凍機３の保守点検や取り替えを行う場合には、
本発明においては２通りの方式がある。

【００２８】先ず、第一の方式は、装置の運転停止後
に、前記ヒータ９ａ，９ｂに通電して前記第一シリンダ
２１ａ及び第二シリンダ２１ｂの第一冷却端部３ａ及び
第二冷却端部３ｂを加温すると、シリンダ部２１ａ，２
１ｂが僅かに膨張し、内部の第一ディスプレイサー２０
ａ及び第二ディスプレイサー２０ｂとの間の間隔が僅か
に広がるので、この状態で該ディスプレイサー２０のみ
を取り出して該ディスプレイサー２０の点検或いは取り
替えを行う。該ディスプレイサー２０の取り出しを終え
るとヒータへの通電を停止して該シリンダの昇温を終了
する。この間は、前記熱スイッチ４の内部に伝熱媒体が
存在するが、前述の通りヘリウムの場合には液体で存在
し、ネオンの場合には固体で存在するので、前記ディス
プレイサー２０を取り出した後の二段蓄冷式冷凍機の第
一シリンダ２１ａ及び第二シリンダ２１ｂを経て熱スイ
ッチ４に流入する外部入熱は、これらヘリウムやネオン
の相変化に伴う潜熱によって吸収される事になる。本発
明においては、二段蓄冷式冷凍機の保守点検や取り替え
は、内部のディスプレイサー２０のみであるから、取り
外しかた再装入までの時間は僅かであるので、この間の
熱侵入も僅かであるから、熱スイッチ４内の伝熱媒体の
熱容量を、このディスプレイサーの取り出し，再装入の
時間に耐えられるだけのものに設計しておけば超電導磁
石１の昇温を最小限に止める事が可能となる。

【００２９】次に、第二の方式は、装置の運転停止後
に、前記ヒータ９ａ，９ｂに通電し、前記第一シリンダ
２１ａ及び第二シリンダ２１ｂの下部低温端３ａ，３ｂ
を加温して該シリンダ２１ａ，２１ｂを僅かに膨張さ
せ、内部のディスプレイサー２０を取り出すと共に、熱
スイッチ４の配管６から内部の伝熱媒体を真空ポンプに
よって抜き出し、前記密閉容器１２内を真空にして熱ス
イッチ４を熱的にＯＦＦとなす方式である。この場合
は、ディスプレイサー２０の点検に多少手間取っても二
段蓄冷式冷凍機のシリンダを通して侵入する外部入熱
は、該熱スイッチ４によって最小限に抑える事が可能と
なる。

【００３０】以上の説明では、二段蓄冷式冷凍機３によ
る最冷却端部３ｂの温度が４Ｋの場合について述べた
が、これは、使用する超電導磁石のコイル材料の種類に
よって異なる事はいうまでもない。従って、前記熱スイ
ッチに使用する伝熱媒体も、使用温度に応じてヘリウム
やネオンの他、他のガスの使用も可能である。

【００３１】又、前記ヒータ９ａ，９ｂの配置位置につ
いても、上記実施例では夫々第一シリンダ２１ａの下端
低温部の外周面や第二シリンダ２１ｂの下端低温部の外
周面の例について示しているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、第一シリンダ２１ａの低温
端である第一冷却部３ａに一体的に形成された第一熱接
続部２３に配置してもよく、更に第二シリンダ２１ｂに
ついても、その下端部の第二冷却部３ｂに一体的に形成
された第二熱接続部２５或いは該第二熱接続部２５に熱
接続している伝熱部材８に前記ヒータを配置する事も可
能であり、要は前記第一シリンダ或いは第二シリンダを
加温可能な様に、これらと熱接続されている部材であれ
ばよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、二
段蓄冷式冷凍機３の保守点検や取り替えの際に、該冷凍
機３の第一シリンダ２１ａ及び第二シリンダ２１ｂの外
周面に巻着しているヒータ９ａ，９ｂを通して該シリン
ダを加温して僅かに膨張させ、その間に該シリンダ内の
ディスプレイサー２０のみを取り出せる様にしているの
で、二段蓄冷式冷凍機の全体を取り出して保守点検や取
り替えを行う場合に比べて、保守点検等の作業も短時間
で行える事になり、その間の超電導磁石１への熱侵入は
最小限に止められる結果、超電導磁石の再冷却に多大な
時間を要する事なく保守点検等を行う事が可能となる。

【００３３】又、二段蓄冷式冷凍機のシリンダに熱接続
部２３，２５を一体的に形成し、これを輻射シールド５
や超電導磁石１に熱接続する様にしており、これら熱接
続部２３，２５は、二段蓄冷式冷凍機の保守点検や取り
替えの際にも取り外される事はないので、従来の二段蓄
冷式冷凍機全体を再装着した場合に生じる該熱接続部と
輻射シールド５や超電導磁石１との熱接続の不安定さの
問題は全く生じる事はない。

【００３４】又、超電導磁石１と二段蓄冷式冷凍機３と
の間に熱スイッチ４を配置しているので、前記二段蓄冷
式冷凍機のディスプレイサー２０を取り出して該冷凍機
の保守点検を行っている間は、該熱スイッチ４をＯＦＦ
の状態にしておけば、外部からの熱侵入が超電導磁石１
に影響するのを最小限に止める事が可能となる。

【００３５】又、熱スイッチ４内の伝熱媒体としてヘリ
ウムを用いた場合には、ヘリウムが熱スイッチ内で液化
して滞留しているので、この液化ヘリウムが蒸発する事
により、外部入熱が超電導磁石に影響するのを抑止する
事になる。又、伝熱媒体としてネオンを用いた場合に
は、熱スイッチ４内でネオンが固化するので、固体ネオ
ンによる良好な熱接続が得られると共に、上記二段蓄冷
式冷凍機の保守点検時や取り替え時にも、ネオンの融解
潜熱と気化潜熱により、一層の熱侵入の抑止効果が期待
される。

【００３６】特に、従来は１週間程度掛かっていた蓄冷
式冷凍機の保守点検や取り替え期間が、本発明の方式に
よれば、超電導磁石装置の停止から再使用可能な超電導
状態に至るまでの期間が、僅か１日程度に大幅に短縮す
る事が可能となるので、超電導磁石装置を用いた各種業
務の効率を大幅に向上させる事が可能となり、関連業務
を含めて、その効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超電導磁石装置の一部断面概念図
である。

【図２】図１の装置に使用した二段蓄冷式冷凍機の要部
断面概念図である。

【図３】図１の装置に使用した熱スイッチの断面概念図
である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面である。

【図５】従来の超電導磁石装置を示す一部断面概念図で
ある。

【符号の説明】

１超電導磁石１ａ超電導磁石の保持枠２超電導磁石の保持部材３二段蓄冷式冷凍機３ａ第一冷却端部３ｂ第二冷却端部４熱スイッチ４ａ同心円筒４ｂ同心円筒４ｃ密閉容器５輻射シールド６伝熱媒体の配管７真空容器８伝熱部材９ａヒータ９ｂヒータ２０蓄冷式冷凍機のディスプレイサー２０ａ第一ディスプレイサー２０ｂ第二ディスプレイサー２１蓄冷式冷凍機のシリンダ２１ａ第一シリンダ２１ｂ第二シリンダ２３第一熱接続部２５第二熱接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器（７）内に超電導磁石（１）を
配置し、該超電導磁石（１）を蓄冷式冷凍機（３）によ
って冷却して低温に維持する様にしてなる超電導磁石装
置において、前記蓄冷式冷凍機（３）の最冷却端部（３ｂ）を前記超
電導磁石（１）に熱接続可能に前記真空容器（７）内に
配置し、前記蓄冷式冷凍機（３）のシリンダ（２１）又はシリン
ダに熱接続された部材にヒータ（９ａ，９ｂ）を配置し
て該シリンダ（２１）を加温可能となし、これにより、該ヒータ（９ａ，９ｂ）によって前記シリ
ンダ（２１）を加温して前記シリンダ内部のディスプレ
イサー（２０）のみを取り出し可能にした事を特徴とす
る超電導磁石装置
【請求項２】前記最冷却端部（３ｂ）と前記超電導磁
石（１）との間に、両者間の熱接続をＯＮ／ＯＦＦする
熱スイッチ（４）を配置してなる請求項１に記載の超電
導磁石装置
【請求項３】前記超電導磁石（１）を囲繞する様に輻
射シールド（５）を配置し、該輻射シールド（５）を前
記真空容器（７）内に配置し、これら輻射シールド
（５）及び真空容器（７）を貫通して二段蓄冷式冷凍機
（３）を配置すると共に、該二段蓄冷式冷凍機（３）の先端側の第二シリンダ（２
１ｂ）に一体的に形成された第二熱接続部（２５）を、
前記超電導磁石（１）に熱接続可能に前記輻射シールド
（５）内に配置し、前記二段蓄冷式冷凍機（３）の前記第二シリンダ（２１
ｂ）の上部に形成された第一シリンダ（２１ａ）の先端
部に一体的に形成された第一熱接続部（２３）を、前記
輻射シールド（５）に熱接続して配置し、前記第二熱接続部（２５）と前記超電導磁石（１）との
間に、前記熱スイッチ（４）が配置され、前記二段蓄冷式冷凍機（３）の前記第一シリンダ（２１
ａ）及び前記第二シリンダ（２１ｂ）又はこれらと熱接
続された部材に夫々ヒータ（９ａ，９ｂ）を配置して前
記第一シリンダ（２１ａ）及び第二シリンダ（２１ｂ）
を夫々加温可能にしてなる請求項２に記載の超電導磁石
装置
【請求項４】前記ヒータ（９ａ，９ｂ）を、前記第一
シリンダ（２１ａ）及び第二シリンダ（２１ｂ）の夫々
の下部外周面を巻着して配置されている請求項３に記載
の超電導磁石装置
【請求項５】前記第一熱接続部（２３）は前記輻射シ
ールド（５）に固着され、前記第二熱接続部（２５）
は、該第二熱接続部（２５）と前記熱スイッチ（４）と
の間に設けられた伝熱部材（８）に固着されている請求
項３又は４に記載の超電導磁石装置
【請求項６】前記熱スイッチ（４）は、前記超電導磁
石（１）と熱接続し且つ該超電導磁石（１）を前記輻射
シールド（５）内で保持する保持部材（２）と前記第二
熱接続部（２５）と熱接続した前記伝熱部材（８）との
間に配置されている請求項３乃至５のいずれかに記載の
超電導磁石装置
【請求項７】前記熱スイッチ（４）は、一端が前記伝
熱部材（８）又は前記保持部材（２）に熱接続した同心
円状の円筒体（１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ）を内
包した密閉容器（１２）内に伝熱媒体を給排出する配管
（６）が接続され、該配管（６）は前記輻射シールド
（５）及び真空容器（７）を貫通して外部の伝熱媒体供
給源に接続可能に構成されてなるものであり、熱接続を
ＯＮにする場合には前記密閉容器（１２）内に前記伝熱
媒体を供給し、熱接続をＯＦＦにする場合には、前記密
閉容器（１２）内の前記伝熱媒体を排出して真空にする
ものである請求項６に記載の超電導磁石装置
【請求項８】前記伝熱媒体が、ヘリウムである請求項
７に記載の超電導磁石装置
【請求項９】前記伝熱媒体が、ネオンである請求項７
に記載の超電導磁石装置