JP2008175640A - 冷媒液面測定装置及び冷媒液面測定方法並びにそれを用いた超電導マグネット装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導線に常電導体ヒーターを電気的に接続すると共に、前記超電導線と前記常電導体ヒーターを熱的に接触させたセンサ素子の複数個を、電気的に直列に接続した直列センサ体10であって、前記直列センサ体10を、冷媒液を収容する容器3の冷媒液面と交差させると共に、前記直列センサ体10の前記センサ素子の1つ8とその他18を上下関係に配置させ、前記直列センサ体10に通電して、前記直列センサ体10の前記超電導線の常電導部の電気抵抗値を測定することにより冷媒液面を測定するようにした。
【選択図】図3
Description
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。図1は、この発明の基礎技術を説明する冷媒液面測定装置を示す構成図である。図2は、冷媒液面測定装置に通電する電流と時間との関係を示す図である。液体ヘリウム冷媒液面測定装置を例に説明する。図1において、超電導フィラメント1は、例えばニオブチタン合金等の超電導材料を細い線状にした例えば1m弱の超電導線で、全体が常電導状態になったときに60Ωの電気抵抗を有する。ヒーター2は、例えばマンガニン線による常電導体ヒーターで、2Ωの電気抵抗を有する。超電導線1及びヒーター2は、電気的に直列に接続されていると共に、ヒーター2は、超電導線1の上部数cmの長さで熱的に接触しておいる。取扱いを容易にするために、超電導線1及びヒーター2を、例えば金属製又は樹脂製の管に収納し、管には液体ヘリウムが流出入できるように多数の貫通孔が設けられている。このように製作された超電導線1及びヒーター2でセンサ素子8を構成している。
R[Ω]=V[V]/0.25[A]―2[Ω] (1)
という式で求めることができる。この場合、超電導線は全長にわたって常電導状態の時は60Ωの電気抵抗を有することから、例えばR=30Ωの場合は、液体ヘリウムの液面が超電導線の半分のところにあり、R=20Ωの場合は、液体ヘリウムの液面が超電導線の上1/3のところにあることがわかる。
R[Ω]=V[V]/0.25[A]―4[Ω] (2)
という式で求められることになる。このときの超電導線の電気抵抗Rは、センサ素子8の超電導線1とセンサ素子18の超電導線11の電気抵抗の合計である。この場合、超電導線1,18は全長にわたって常電導状態の時はそれぞれ60Ωの電気抵抗を有することから、例えばR=90Ωの場合は、液体ヘリウムの液面が2つの超電導線1,18(即ち直列センサ体10)の上から3/4のところにあり、R=30Ωの場合は、液体ヘリウムの液面が2つの超電導線1,18の上から1/4のところにあることがわかる。
図4は、冷媒液面測定装置に通電する実施の形態2による電流の時間変化を示す図である。実施の形態1では、図2に示すように、最初の3秒間は300mA、その後の9秒間は250mAの電流を通電する、1段の階段状の通電曲線となるが、実施の形態2では、図4に示すように、最初に300mA通電をし、1秒後に280mA、3秒後に250mA電流というように、2段の階段状の通電曲線としても、実施の形態1と同じ作用効果を得ることができる。
図5は、冷媒液面測定装置に通電する実施の形態3による電流の時間変化を示す図である。実施の形態1,2では、通電電流は段階的に変化するものであるが、実施の形態3では、通電電流を連続的に漸減させていっても、実施の形態2と同様の作用効果を得ることができる。実施の形態3においては、1−3秒までの通電電流の傾きを適当に調整することで、ヒーター2,12及び超電導線1,11に供給する熱量を抑えることができ、液面測定に伴う液体ヘリウムの消費を少なくすることができる。
図6は、実施の形態4による冷媒液面測定装置を超電導マグネット装置に適用した構成断面図である。実施の形態4は、水平円筒形容器に液体ヘリウムを収容した、例えば磁気共鳴画像診断装置に用いられる水平磁場形超電導マグネット装置に冷媒液面測定装置を適用した。超電導マグネット装置は、主として中心部に必要な磁場を発生する小径の主コイル21と超電導マグネット装置の外周部の磁場を低減する大径のシールドコイル22等からなる超電導コイル23を有し、超電導コイル23は液体ヘリウム24中に浸漬され超電導状態を維持し、液体ヘリウム24と共にヘリウム容器25に収納されている。ヘリウム容器25は内部を真空に維持された真空容器26に収納され、真空断熱されている。さらにヘリウム容器25は主として真空容器26からの輻射熱を遮蔽する熱シールド27によって包囲されている。
図7は実施の形態5による冷媒液面測定装置を超電導マグネット装置に適用した場合を透視的に示す構成斜視図である。実施の形態5は、垂直二段円筒形容器に液体ヘリウムを収容した、例えば磁気共鳴画像診断装置に用いられる垂直磁場形超電導マグネット装置に冷媒液面測定装置を適用した。図7の超電導マグネット装置は、上段円筒形容器31と下段円筒形容器32を柱を兼ねた接続管33で結合し、接続管33の内部を液体ヘリウムが流通できるように構成されている。液体ヘリウムの液面は、下段円筒形容器32から上段円筒形容器31にかけて測定する必要がある。接続管33部分の液面の測定は、接続管33部分の容量が少ないので、省略することができる。 超電導コイル(図示せず)は液体ヘリウム中に浸漬され超電導状態を維持し、液体ヘリウムと共に垂直二段円筒形容器に収納されている。
3 低温容器 4 ガスヘリウム
5 液体ヘリウム 6 電源装置
7 電圧計 8 センサ素子
10 直列センサ体 11 超電導線
12 ヒーター 18 センサ素子
24 液体ヘリウム 25 ヘリウム容器
31 上段円筒形容器 32 下段円筒形容器
33 接続管
Claims (8)
- 超電導線に常電導体ヒーターを電気的に接続すると共に、前記超電導線と前記常電導体ヒーターを熱的に接触させたセンサ素子の複数個を、電気的に直列に接続した直列センサ体であって、
前記直列センサ体を、冷媒液を収容する容器の冷媒液面と交差させると共に、前記直列センサ体の前記センサ素子の1つとその他を上下関係に配置させ、
前記直列センサ体に通電して、前記直列センサ体の前記超電導線の常電導部の電気抵抗値を測定することにより冷媒液面を測定するようにした冷媒液面測定装置。 - 冷媒液を収容する前記容器は、垂直上段円筒形容器と垂直下段円筒形容器を冷媒液を流通させる接続管で接続するものであり、
前記垂直上段円筒形容器には、第1のセンサ素子を、前記垂直下段円筒形容器には、第2のセンサ素子を配置し、前記第1のセンサ素子と前記第2のセンサ素子で前記直列センサ体を構成するようにした請求項1記載の冷媒液面測定装置。 - 超電導線に常電導体ヒーターを電気的に接続すると共に、前記超電導線と前記常電導体ヒーターを熱的に接触させたセンサ素子の複数個を、電気的に直列に接続した直列センサ体であって、
前記直列センサ体を、冷媒液を収容する水平円筒形容器の冷媒液面と交差させ、前記直列センサ体の前記センサ素子の1つとその他を上下関係に位置させると共に、前記直列センサ体を湾曲又は角張らせて配置させ、
前記直列センサ体に通電して、前記直列センサ体の前記超電導線の常電導部の電気抵抗値を測定することにより冷媒液面を測定するようにした冷媒液面測定装置。 - 超電導線に常電導体ヒーターを電気的に接続すると共に、前記超電導線と前記常電導体ヒーターを熱的に接触させたセンサ素子の複数個を、電気的に直列に接続した直列センサ体を、冷媒液を収容する容器の冷媒液面と交差させると共に、前記直列センサ体の前記センサ素子の1つとその他を上下関係に配置させた冷媒液面測定装置を用いて、
前記直列センサ体に比較的大きな第一の電流を通電した後に比較的小さな第二の電流を通電し、前記直列センサ体の前記超電導線の常電導部の電気抵抗値を測定することにより冷媒液面を測定するようにした冷媒液面測定方法。 - 冷媒液面測定時の通電電流よりも大きな電流を流して、冷媒ガス中のみならず冷媒液中の前記直列センサ体の前記超電導線までも常電導状態し、その後に冷媒液面測定時の電流を通電し、前記直列センサ体の前記超電導線の超電導部と常電導部の境目が冷媒液面と同じレベルになるのを待ち、前記直列センサ体の前記超電導線の常電導部の電気抵抗値を測定するようにした請求項4記載の冷媒液面測定方法。
- 冷媒液面測定時の通電電流よりも大きな電流を段階的に減少させて、冷媒ガス中のみならず冷媒液中の前記超電導線までも常電導状態し、その後に冷媒液面測定時の電流を通電し、前記超電導線の超電導部と常電導部の境目が冷媒液面と同じレベルになるのを待ち、前記直列センサ体の前記超電導線の常電導部の電気抵抗値を測定するようにした請求項4記載の冷媒液面測定方法。
- 冷媒液面測定時の通電電流よりも大きな電流を連続的に減少させて、冷媒ガス中のみならず冷媒液中の前記超電導線までも常電導状態し、その後に冷媒液面測定時の電流を通電し、前記超電導線の超電導部と常電導部の境目が冷媒液面と同じレベルになるのを待ち、前記直列センサ体の前記超電導線の常電導部の電気抵抗値を測定するようにした請求項4記載の冷媒液面測定方法。
- 前記した請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の冷媒液面測定装置を用いたことを特徴とする超電導マグネット装置。
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