JP2009146934A - Cryostat for superconducting electromagnet - Google Patents
Cryostat for superconducting electromagnet Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009146934A JP2009146934A JP2007319586A JP2007319586A JP2009146934A JP 2009146934 A JP2009146934 A JP 2009146934A JP 2007319586 A JP2007319586 A JP 2007319586A JP 2007319586 A JP2007319586 A JP 2007319586A JP 2009146934 A JP2009146934 A JP 2009146934A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- helium gas
- pipe
- gas discharge
- helium
- discharge pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、超電導電磁石用クライオスタットに関するものである。 The present invention relates to a cryostat for a superconducting electromagnet.
超電導電磁石用クライオスタットに適用される超電導コイルは、これを臨界点以下に冷却するための液化した冷媒、例えば、液体ヘリウム等で冷却される。超電導コイルおよび液体ヘリウムは液体ヘリウム容器に収納され、そして液体ヘリウム容器は、断熱真空層を形成する真空容器に収納される。液体ヘリウム容器と真空容器との間には熱シールドが設置されており、この熱シールドによって液体ヘリウム容器は、さらに断熱保護されている。
また、液体ヘリウム容器には、液体ヘリウムを液体ヘリウム容器内に注入するための注入管や、液体ヘリウム容器内のヘリウムガスを液体ヘリウム容器外に排出するためのヘリウムガス排出管が適宜設けられている。
A superconducting coil applied to a cryostat for a superconducting electromagnet is cooled with a liquefied refrigerant, such as liquid helium, for cooling it to a critical point or less. The superconducting coil and liquid helium are stored in a liquid helium container, and the liquid helium container is stored in a vacuum container that forms an adiabatic vacuum layer. A heat shield is installed between the liquid helium vessel and the vacuum vessel, and the liquid helium vessel is further insulated and protected by this heat shield.
In addition, the liquid helium container is appropriately provided with an injection tube for injecting liquid helium into the liquid helium container, and a helium gas exhaust pipe for discharging the helium gas in the liquid helium container out of the liquid helium container. Yes.
ところで、超電導コイルが通電されて磁場を発生しているときに超電導コイルの一部分のコイル導体が動いたり、コイル導体を被覆しているエポキシ樹脂等の含浸材にクラックが発生したりする等の機械的擾乱が発生すると、これが熱擾乱となって、超電導コイルの一部分が温度上昇し、常電導に転移する。このような熱擾乱による温度上昇が、周囲の液体ヘリウムによる冷却を大きく上回ると、常電導転移が超電導コイル全体に至り磁場が消失する現象、いわゆるクエンチを生じる。
このようなクエンチが発生すると、ジュール発熱でコイル温度が上昇し、冷却に用いていた液体ヘリウムが急激に気化して多量のヘリウムガスが生じるため液体ヘリウム容器の内部の圧力が急激に上昇する。
従来、このような液体ヘリウム容器の内部の圧力上昇を抑制するために、ヘリウムガス排出管には破裂板が設けられており、ヘリウムガス排出管を通じて真空容器の外部にヘリウムガスが排出されるように設けられている(例えば、特許文献1参照)。
By the way, when the superconducting coil is energized to generate a magnetic field, a part of the coil conductor of the superconducting coil moves, or a crack occurs in an impregnation material such as an epoxy resin covering the coil conductor. When a mechanical disturbance occurs, this becomes a thermal disturbance, and a temperature of a part of the superconducting coil rises and transitions to normal conduction. When the temperature rise due to such thermal disturbance greatly exceeds the cooling by the surrounding liquid helium, a phenomenon in which the normal conduction transition reaches the entire superconducting coil and the magnetic field disappears, so-called quenching occurs.
When such a quench occurs, the coil temperature rises due to Joule heat generation, and the liquid helium used for cooling is rapidly vaporized to generate a large amount of helium gas, so that the pressure inside the liquid helium container rises rapidly.
Conventionally, in order to suppress the pressure rise inside the liquid helium container, a rupture plate is provided in the helium gas discharge pipe so that helium gas is discharged to the outside of the vacuum container through the helium gas discharge pipe. (See, for example, Patent Document 1).
また、超電導電磁石用クライオスタットは、液体ヘリウムを補充する際や、搭載される冷凍機を交換する際等に、液体ヘリウム容器内の圧力が大気圧に対して負圧になって、空気が吸い込まれることを避けるため、液体ヘリウム中にヒータが配置されるように構成して、常に液体ヘリウム容器内の圧力が正圧となるようにした構造も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 The cryostat for a superconducting electromagnet is inhaled when the pressure in the liquid helium container becomes negative with respect to the atmospheric pressure when replenishing liquid helium or replacing the installed refrigerator. In order to avoid this, a structure has been proposed in which a heater is arranged in liquid helium so that the pressure in the liquid helium container is always positive (for example, see Patent Document 2).
前記したように、従来の超電導電磁石用クライオスタットでは、クエンチの発生時に、ヘリウムガス排出管の破裂板が破裂して、液体ヘリウム容器の内部の圧力上昇が抑制されるように構成されていたが、ヘリウムガスを排出するにつれて液体ヘリウム容器の内圧が減少し、大気圧に対して負圧になってくると、大気側へ連通したヘリウムガス排出管を通じて空気が吸入されてしまう可能性がある。液体ヘリウム容器に近い側では、ヘリウムガス排出管が、空気を凍結させるのに十分低い温度となっているため、前記のように空気が吸入されると、ヘリウムガス排出管の管路途中で凍結による閉塞を生じる可能性がある。 As described above, in the conventional cryostat for a superconducting electromagnet, when the occurrence of a quench, the rupture plate of the helium gas discharge pipe is ruptured, and the pressure increase inside the liquid helium container is suppressed, If the internal pressure of the liquid helium container decreases as helium gas is discharged and becomes negative with respect to the atmospheric pressure, air may be sucked through the helium gas discharge pipe communicated to the atmosphere side. On the side close to the liquid helium container, the helium gas discharge pipe is at a sufficiently low temperature to freeze the air. Therefore, when air is inhaled as described above, the helium gas discharge pipe is frozen in the middle of the helium gas discharge pipe. May cause occlusion.
また、クエンチ後に冷凍機が運転されている場合、液体ヘリウム容器内に設けたヒータで液体ヘリウムを気化して、液体ヘリウム容器を正圧に保つことは可能であるが、ヒータの熱量が足りなくなると冷却によるヘリウムガスの凝縮で負圧になるため、空気の吸入による閉塞を生じる可能性もある。 In addition, when the refrigerator is operated after quenching, it is possible to vaporize the liquid helium with a heater provided in the liquid helium container and keep the liquid helium container at a positive pressure, but the amount of heat of the heater is insufficient. As helium gas is condensed by cooling and becomes negative pressure, there is a possibility of clogging due to air inhalation.
以上のような閉塞を生じると、超電導コイルの励磁の際にパワーリードを通じて侵入する熱で、気化するヘリウムガスを排出することができなくなることや、液体ヘリウムを補充する際に液体ヘリウム容器内における気層のヘリウムガスを排出することができないこと等から、超電導電磁石の運転に支障を来たしてしまう。 When such a blockage occurs, it becomes impossible to discharge the helium gas to be vaporized by heat entering through the power lead when exciting the superconducting coil, or in the liquid helium container when replenishing liquid helium. The helium gas in the gas layer cannot be discharged, which hinders the operation of the superconducting electromagnet.
このような観点から、本発明は、ヘリウムガス排出管に閉塞が生じるのを防ぐとともに、仮に、閉塞が生じた場合でも、速やかに閉塞を取り除くことができ、超電導電磁石の運転に支障を来たさないようにすることができる超電導電磁石用クライオスタットを提供することを課題とする。 From such a viewpoint, the present invention prevents the helium gas discharge pipe from being blocked, and even if a blockage occurs, the blockage can be quickly removed, which hinders the operation of the superconducting electromagnet. It is an object of the present invention to provide a cryostat for a superconducting electromagnet that can be avoided.
前記した課題を解決するための手段として本発明は、ヘリウムガス排出管の管路に沿って付設され、前記ヘリウムガス排出管のヘリウムガス排出方向の少なくとも上流側にヘリウムガスを供給可能な供給管を備え、前記供給管には、前記ヘリウムガス排出管にヘリウムガスを供給するための供給口が前記管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられており、複数の前記供給口には、前記ヘリウムガス排出管と前記供給管との差圧が所定以上になると開弁して、前記供給管から前記ヘリウムガス排出管へのヘリウムガスの供給を許容する差圧弁がそれぞれ設けられている構成とした。これにより、クエンチ等の後にヘリウムガス排出管と供給管との差圧が所定以上になると、供給管から各差圧弁を介してヘリウムガス排出管にヘリウムガスが供給され、ヘリウムガス排出管が上流側からヘリウムガスで満たされる。また、閉塞を生じているときでも、供給口が管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられているので、ヘリウムガスを閉塞部付近に連続して供給することができ、凍結を融解して閉塞を解消することができる。 As a means for solving the above-described problems, the present invention provides a supply pipe that is provided along a pipe line of a helium gas discharge pipe and can supply helium gas at least upstream in the helium gas discharge direction of the helium gas discharge pipe. The supply pipe is provided with a plurality of supply ports for supplying helium gas to the helium gas discharge pipe at a predetermined interval in the pipe line direction. A differential pressure valve that opens when the differential pressure between the helium gas discharge pipe and the supply pipe exceeds a predetermined value and allows the supply of helium gas from the supply pipe to the helium gas discharge pipe is provided. It was. As a result, when the differential pressure between the helium gas exhaust pipe and the supply pipe exceeds a predetermined value after quenching or the like, helium gas is supplied from the supply pipe to the helium gas exhaust pipe via each differential pressure valve, and the helium gas exhaust pipe is upstream. Filled with helium gas from the side. In addition, even when clogging occurs, a plurality of supply ports are provided at predetermined intervals in the pipe line direction, so that helium gas can be continuously supplied to the vicinity of the clogging portion, and freezing is thawed. Can eliminate the blockage.
本発明によれば、ヘリウムガス排出管に閉塞が生じるのを防ぐとともに、仮に、閉塞が生じた場合でも、速やかに閉塞を取り除くことができ、超電導電磁石の運転に支障を来たさないようにすることができる超電導電磁石用クライオスタットが得られる。 According to the present invention, it is possible to prevent clogging of the helium gas discharge pipe, and even if clogging occurs, the clogging can be quickly removed so as not to hinder the operation of the superconducting electromagnet. A cryostat for a superconducting electromagnet can be obtained.
以下、本発明の超電導電磁石用クライオスタットの実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態の超電導電磁石用クライオスタット1は、図1に示すように、超電導コイル2を液体ヘリウム3とともに収容する液体ヘリウム容器4、液体ヘリウム容器4を覆うように形成された輻射シールド5、液体ヘリウム容器4および輻射シールド5を内包し、内部を真空にした真空容器6等からなり、液体ヘリウム3と輻射シールド5とを冷却するための冷凍機7が真空容器6に設置されている。
Hereinafter, embodiments of the cryostat for a superconducting electromagnet of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a
液体ヘリウム容器4は、密閉可能な容器で形成されており、液体ヘリウム3を蓄えておくタンクの役割を果たす。このような液体ヘリウム容器4には、この液体ヘリウム容器4の内部に液体ヘリウム3を注入するための液体ヘリウム注液管13が連結されており、また、液体ヘリウム容器4の内部の気相状態のヘリウムガスを排出するためのヘリウムガス排出管10が連結されている。
The liquid helium container 4 is formed of a sealable container and serves as a tank that stores the
真空容器6は、大気より密閉された容器で、液体ヘリウム容器4との間の空間を真空ポンプで真空状態にすることが可能である。そして、この真空状態となった真空層で、液体ヘリウム容器4を真空断熱する。また、輻射シールド5は、液体ヘリウム容器4への輻射熱を遮ることで断熱しており、真空容器6内の真空層に設置されている。
The
冷凍機7は、真空容器6の外側から液体ヘリウム容器4の気相まで貫通するように設置した冷却ヘッド7aと、冷凍機冷媒を圧縮するためのコンプレッサー7bと、冷却ヘッド7aおよびコンプレッサー7bの間で冷凍機用冷媒を循環させる冷媒循環路7cで形成されている。冷却ヘッド7aは、液体ヘリウム容器4内で気化したヘリウムガスを冷却して液化するとともに、輻射シールド5も冷却している。また、液体ヘリウム容器4の液相には、ヒータ8が設置してある。ヒータ8は、冷凍機7による冷却で液体ヘリウム容器4内が大気圧に対して負圧にならないように、液体ヘリウム3を適宜気化することで液体ヘリウム容器4の内圧を制御している。
The
液体ヘリウム注液管13は、一端側が液体ヘリウム容器4に連通して底部近傍まで延設されており、他端側が真空容器6の外側に延設されて、バルブ14で閉止されている。
また、ヘリウムガス排出管10は、一端部が液体ヘリウム容器4に連通し、他端部が真空容器6の外側の、例えば、図示しない室外へ導かれて大気側に連通している。そして、ヘリウムガス排出管10は、伝導による液体ヘリウム容器4への入熱量を低減するため、その配管長が長くなるよう真空容器6内で蛇行するように配置されている。
One end side of the liquid
The helium
ヘリウムガス排出管10には、真空容器6の外側における管路途中に、排出手段として差圧弁15および破裂板16が設けられている。この差圧弁15および破裂板16は液体ヘリウム容器4の内圧が設定値以上になると開いて(破裂板16は破裂して)管路を連通し、気化したヘリウムガスを大気側へ排出して液体ヘリウム容器4の内圧を下げる役割をなす。したがって、通常、これらの差圧弁15および破裂板16は閉じられており、液体ヘリウム容器4は密閉された状態に保持されている。
The helium
そして、ヘリウムガス排出管10には、本発明の特徴的構成であるヘリウムガス供給用の供給管11が付設されている。
この供給管11は、図2に示すように、ヘリウムガス排出管10におけるヘリウムガス排出方向の下流側となる真空容器6の外側部位10a(ヘリウムガス排出管10の常温となる部位)からヘリウムガス排出方向の上流側となる液体ヘリウム容器4とヘリウムガス排出管10との連結部の近傍部位10bに亘って付設されており、主として、ヘリウムガス排出管10の上流側にヘリウムガスを供給可能に設けられている。本実施形態では、供給管11の略全体がヘリウムガス排出管10に内包されている。
The helium
As shown in FIG. 2, the
ヘリウムガス排出管10の上流側には、ヘリウムガス排出管10にヘリウムガスを供給するための供給口11a〜11dが管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられている。本実施形態では、ヘリウムガス排出管10の上流側における、連結部の近傍部位10bからU字状の折返し部10cの周囲に亘って供給口11a〜11dが設けられている。これらの供給口11a〜11dには、差圧弁21(21a〜21d)がそれぞれ設けられている。この差圧弁21a〜21dは、ヘリウムガス排出管10と供給管11との差圧が所定以上になると開弁して、供給管11からヘリウムガス排出管10へのヘリウムガスの供給を許容するようになっている。
そして、供給管11の端部には、バルブ19を介してヘリウムガスボンベ20が接続されている。つまり、供給管11には、真空容器6の外部に配置されたヘリウムガスボンベ20から常温のヘリウムガスが直接供給されるように構成されている。
On the upstream side of the helium
A
次に、このように構成された超電導電磁石用クライオスタット1の作用を説明する。
クエンチ等の発生により、液体ヘリウム容器4の内圧が高まってヘリウムガス排出管10に設けられた差圧弁15や破裂板16が開いた場合には、供給管11のバルブ19を開操作して、ヘリウムガスボンベ20から供給管11にヘリウムガスを供給する。その後、液体ヘリウム容器4の内圧が低下してきて、ヘリウムガス排出管10と供給管11との差圧が所定以上になると、各差圧弁21a〜21dが開弁して、供給管11からヘリウムガス排出管10にヘリウムガスが供給される。これにより、供給管11を通じて供給される常温のヘリウムガスでヘリウムガス排出管10が満たされる状態となり、管路の広範囲が、供給されるヘリウムガスで昇温されるとともに、連通状態の差圧弁15や破裂板16を介して外気側から空気が侵入することが防止される。これによって、ヘリウムガス排出管10内で凍結による閉塞が発生することが未然に防止される。
Next, the operation of the thus-configured
When the internal pressure of the liquid helium container 4 increases due to the occurrence of a quench or the like and the
ここで、仮に、ヘリウムガスボンベ20から供給管11にヘリウムガスを供給する前の段階で、ヘリウムガス排出管10内で凍結による閉塞が発生している場合には、供給管11にヘリウムガスを供給することによって次のような作用効果が得られる。
すなわち、供給口11a〜11dは、管路方向に所定の間隔を置いて設けられているので、例えば、図2に示すように、ヘリウムガス排出管10の上流側における供給口11aと供給口11bとの間において、凍結による閉塞部12が生じているとすると、閉塞部12を境にして供給口11aは、閉塞部12よりも上流側の閉塞された空間に位置し、供給口11b〜11dは、閉塞部12よりも下流側の、大気側に連通するヘリウムガス排出管10内の空間に位置する。この状態で、供給管11を通じてヘリウムガスを供給すると、閉塞部12よりも上流側では、閉塞した空間となっているため、供給口11aを通じて供給されるヘリウムガスで内圧が上昇し、差圧弁21aが閉じてヘリウムガスの供給は停止するが、閉塞部12よりも下流側では、大気側に連通するため、供給口11b〜11dを通じてヘリウムガスを連続して供給することができ、この連続して供給されるヘリウムガスの昇温効果で、閉塞部12における凍結を好適に融かすことができる。
Here, if the clogging due to freezing has occurred in the helium
That is, since the
仮に、供給管11がこのような複数の供給口11a〜11dを有せず、一つの供給口、例えば、供給口11aのみを有する構造であるとすると、前記のように閉塞部12が供給口11aよりも下流側に位置するような場合には、供給口11aが位置する空間が閉塞部12によって閉じられた空間となってしまうので、供給口11aより供給されるヘリウムガスの量には限界があり、連続して供給され続けることによる昇温効果が得られない。つまり、閉塞部12の凍結が融解しにくい。
Assuming that the
これに対して、本実施形態では、複数の供給口11a〜11dが管路方向に所定の間隔を置いて設けられているので、管路に凍結による閉塞部12が生じても、この閉塞部12を境にした下流側の大気側に連通する部位に、供給口11b〜供給口11dが位置することとなり、これらの供給口11b〜11dを通じてヘリウムガスを連続して供給することができる。したがって、供給されるヘリウムガスの昇温効果で、閉塞部12の凍結を好適に融解することができる。
On the other hand, in this embodiment, since the plurality of
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
(1)供給管11を通じて供給される常温のヘリウムガスでヘリウムガス排出管10を満たすことができ、クエンチ等の後にヘリウムガス排出管10に空気が侵入することを未然に防止することができる。
(2)供給管11を通じて供給される常温のヘリウムガスでヘリウムガス排出管10の広範囲を昇温することができ、ヘリウムガス排出管10内で凍結による閉塞が発生することを未然に防止することができる。
(3)複数の供給口11a〜11dが管路方向に所定の間隔を置いて設けられているので、閉塞部12よりも下流側となる大気側に連通するヘリウムガス排出管10にヘリウムガスを連続して供給することができ、閉塞部12の凍結を好適に融解することができる。したがって、ヒータ等を設けて凍結を融解する手段等を必要とせず、そのための配線等も不必要となって構造が簡単になる。
また、供給管11により供給されるヘリウムガスでヘリウムガス排出管10を広範囲に亘って昇温することができ、ヒータ等の加熱手段を用いた場合に比べて効率よくヘリウムガス排出管10を温めて凍結による閉塞を未然に防止することができる。また、閉塞が発生しても閉塞部12付近を効率よく昇温して、凍結を速やかに解消することができる。
(4)供給口11a〜11dには、差圧弁21a〜21dが設けられているので、クエンチ等の後にヘリウムガス排出管10内圧が低下してきた状態で、好適に、ヘリウムガス排出管10にヘリウムガスを供給することができる。したがって、無駄なく確実に、ヘリウムガス排出管10内で凍結による閉塞が発生することを未然に防止することができる。
(5)供給管11は、ヘリウムガス排出管10に内包されているので、真空容器6の上部に供給管11の挿通穴を設ける必要がなく、また、真空容器6の内部における配管接続箇所も低減されて、真空度の低減を未然に防止することができる。
Below, the effect acquired in this embodiment is demonstrated.
(1) The helium
(2) It is possible to raise the temperature of the helium
(3) Since the plurality of
In addition, the helium
(4) Since the
(5) Since the
(第2実施形態)
第2実施形態の超電導電磁石用クライオスタット1は、図3に示すように、供給管11Aの管路の全体が、ヘリウムガス排出管10の外側に配置された構成となっている。そして、差圧弁21a〜21dを有する供給口11a〜11dが、ヘリウムガス排出管10の管路方向に所定の間隔を置いて開口している。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 3, the
このような超電導電磁石用クライオスタット1によれば、前記第1実施形態で説明した効果(1)〜(4)が得られるだけでなく、ヘリウムガス排出管10の外側に沿わせて供給管11を配置すればよいので、供給管11の設置に関する施工が比較的容易であるという効果が得られる。また、液体ヘリウム容器4から排出されてくる極低温のヘリウムガスに供給管11が晒されることがないので、より高い温度のまま閉塞部12付近にヘリウムガスを供給することが可能となる。これにより、閉塞部12の凍結を速やかに融解して閉塞を解消することが可能となる。
According to the
(第3実施形態)
第3実施形態の超電導電磁石用クライオスタット1は、図4に示すように、ヘリウムガス排出管10におけるヘリウムガス排出方向の下流側のヘリウムガスの一部を、ヘリウムガス排出管10の上流側へ再循環させる再循環装置25が設けられた点が前記第1,第2実施形態と異なっている。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 4, the
再循環装置25は、一端が下流側のヘリウムガス排出管10に連通してヘリウムガスを導入可能に設けられて他端が供給管11に連通した連通管22と、連通管22に設けられたバルブ24と、連通管22の管路途中に設けられ、下流側のヘリウムガス排出管10から導入したヘリウムガスを供給管11へ向けて送出するポンプ23と、を備えてなる。
The
このような超電導電磁石用クライオスタット1では、クエンチ現象等により液体ヘリウム容器4の内圧が上昇して、ヘリウムガス排出管10の差圧弁15や破裂板16が開いた場合には、バルブ24を開いてポンプ23を作動させ、ヘリウムガス排出管10を上流側から下流側へ通過するうちに昇温されたヘリウムガスを、連通管22を通じて供給管11に供給し、供給管11からヘリウムガス排出管10の上流側へ供給する。これにより、ヘリウムガスをヘリウムガス排出管10の中で再循環させることが可能となる。このことで、管路の広範囲を昇温しかつ空気の侵入を防ぎ、閉塞の発生を未然に防止することができる。
In such a
また、閉塞が生じた場合には、バルブ24を閉じてポンプ23を停止させ、バルブ19を開くことで、第1実施例と同様の効果が得られ、ヘリウムガスボンベ20から供給される常温のヘリウムガスで管路の凍結による閉塞を速やかに解消することが可能となる。
Further, when the blockage occurs, the
このように本実施形態の超電導電磁石用クライオスタット1は、液体ヘリウム容器4を出てヘリウムガス排出管10を通過するうちに昇温されたヘリウムガスを再循環させることで、管路の広範囲を昇温することができ、かつ空気の侵入を防いで閉塞を未然に防止することができる。また、ヘリウムガス排出管10に空気が侵入して、管路が閉塞したとしても、第1実施形態と同様に常温のヘリウムガスを閉塞部12付近に連続して供給することができるため、速やかに管路を昇温することができ、凍結を融解し閉塞を解消することができる。これにより、超電導電磁石の運転に支障を来たすことのない超電導電磁石用クライオスタット1が得られる。
As described above, the
(第4実施形態)
第4実施形態の超電導電磁石用クライオスタット1は、ヘリウムガス排出管10の閉塞の防止と、ヘリウムガス排出管10の管路が閉塞した場合の解消運転とを自動で行うための制御部30を備えている点が前記第1〜第3実施形態と異なる。
(Fourth embodiment)
The
図5に示すように、制御部30には、ポンプ23、バルブ19、24、差圧弁15、および破裂板16が電気的に配線31で接続されており、制御部30は、差圧弁15、破裂板16の連通状態を検出して、バルブ19、24の開閉動作およびポンプ23の作動または停止を制御可能である。
より詳しくは、制御部30は、差圧弁15、破裂板16の連通を例えば電気的に検出したときに、ポンプ23を作動制御して、連通管22を通じて導入したヘリウムガス排出管10の下流側のヘリウムガスを、供給管11に送出してヘリウムガス排出管10の上流側へ再循環させるように制御する。
As shown in FIG. 5, a
More specifically, the
また、超電導電磁石用クライオスタット1は、液体ヘリウム容器4の内圧を検出する第1の検出手段としての第1圧力センサ32と、下流側のヘリウムガス排出管10の内圧を検出する第2の検出手段としての第2圧力センサ33とを備えている。
そして、制御部30は、第1圧力センサ32により検出された圧力P1と第2圧力センサ33により検出された圧力P2との間に所定の差圧が生じたときに、バルブ19を作動制御してヘリウム供給手段としてのヘリウムガスボンベ20から供給管11にヘリウムガスを供給するように制御するようになっている。
The
Then, the
次に、図6のフローチャートおよび図5を参照して作用を説明する。クエンチ等で液体ヘリウム容器4の内圧が上昇して差圧弁15や破裂板16が開になる(開を検知する)(ステップS1でYes)と、制御部30は、バルブ24を開くとともにバルブ19を閉じてポンプ23を作動させ(ステップS2)、ヘリウムガス排出管10を通過するうちに昇温されたヘリウムガスを、連通管22を通じて供給管11に供給し、供給管11からヘリウムガス排出管10の上流側へ供給する。これにより、ヘリウムガスをヘリウムガス排出管10の中で再循環させることが可能となる。このことで、管路の広範囲を昇温しかつ空気の侵入を防ぎ、閉塞の発生を未然に防止することができる。
Next, the operation will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 and FIG. When the internal pressure of the liquid helium container 4 rises due to a quench or the like and the
次に、制御部30は、第1圧力センサ32で検出された圧力P1と第2圧力センサ33で検出された圧力P2とが同じか否かを判定し、同じと判定した場合に(ステップS3でYes)、ステップS4で液体ヘリウム容器4の圧力P1が密閉可能な圧力まで低下したか否かを判定する。ステップS4で液体ヘリウム容器4の圧力P1が密閉可能な圧力まで低下したと判定した場合(ステップS4でYes)には、ステップS5に移行して、制御部30は、バルブ24を閉じるとともに、バルブ19を閉じる状態を継続し、ポンプ23を停止制御する。この状態で、液体ヘリウム注液管13(図1参照)を通じて液体ヘリウム3を補充し、液体ヘリウム容器4を密閉して終了する。
Next, the
ステップS4で、液体ヘリウム容器4の圧力P1が密閉可能な圧力まで低下していないと判定した場合(ステップS4でNo)には、ステップS2に戻って以下のステップS3,S4を繰り返す。 If it is determined in step S4 that the pressure P1 of the liquid helium container 4 has not decreased to a pressure that can be sealed (No in step S4), the process returns to step S2 and the following steps S3 and S4 are repeated.
一方、ステップS3で、制御部30が、第1圧力センサ32で検出された圧力P1と第2圧力センサ33で検出された圧力P2とが同じではないと判定した場合(ステップS3でNo)には、ステップS6に移行して、バルブ24を閉じるとともにバルブ19を開き、ポンプ23を停止させる。つまり、ヘリウムガス排出管10に閉塞が生じていると判断して、ヘリウムガスボンベ20から常温のヘリウムガスを供給管11を通じてヘリウムガス排出管10に供給する。
On the other hand, when the
そして、ステップS7において、制御部30は、第1圧力センサ32で検出された圧力P1と第2圧力センサ33で検出された圧力P2とが同じか否かを判定し、同じと判定した場合(ステップS7でYes)には、ステップS8で液体ヘリウム容器4の圧力P1が密閉可能な圧力まで低下したか否かを判定して、低下したと判定した場合(ステップS8でYes)には、ステップS5に移行して、バルブ19を閉じるとともに、バルブ24を閉じる状態およびポンプ23の停止状態を継続する。そして、液体ヘリウム注液管13(図1参照)を通じて液体ヘリウム3を補充し、液体ヘリウム容器4を密閉して終了する。
In step S7, the
なお、ステップS7で、圧力P1と圧力P2とが同じではないと判定した場合(ステップS7でNo)には、圧力P1と圧力P2とが同じになるまで、ヘリウムガスボンベ20から常温のヘリウムガスが供給管11からヘリウムガス排出管10に供給される。また、ステップS8で、液体ヘリウム容器4の圧力P1が密閉可能な圧力まで低下していないと判定した場合(ステップS8でNo)には、ステップS7、S8を繰り返す。
If it is determined in step S7 that the pressure P1 and the pressure P2 are not the same (No in step S7), normal-temperature helium gas is discharged from the
このように本実施形態の超電導電磁石用クライオスタット1は、クエンチ等が発生した場合でも、自動で、ヘリウムガス排出管10の管路を昇温しかつ空気の侵入を防いで閉塞を防止することができる。また、ヘリウムガス排出管10に空気が侵入して管路が閉塞したとしても、自動的に常温のヘリウムガスを閉塞部12付近に連続して供給することができ、凍結を融解して閉塞を解消することができる。したがって、超電導電磁石の運転に支障を来たすことがない超電導電磁石用クライオスタット1が得られる。
As described above, the
なお、前記実施形態では、供給管11を通じてヘリウムガス排出管10の主として上流側にヘリウムガスが供給されるように構成したが、これに限られることはなく、真空容器6内に配置されるヘリウムガス排出管10の全体に供給口が配置されるように構成してもよい。
In the embodiment, the helium gas is configured to be supplied mainly to the upstream side of the helium
1 超電導電磁石用クライオスタット
2 超電導コイル
3 液体ヘリウム
4 液体ヘリウム容器
5 輻射シールド
6 真空容器
7 冷凍機
10 ヘリウムガス排出管
10a 外側部位
10b 近傍部位
11 供給管
11A 供給管
11a〜11d 供給口
12 閉塞部
13 液体ヘリウム注液管
19 バルブ
20 ヘリウムガスボンベ
21(21a〜21d) 差圧弁
22 連通管
23 ポンプ
24 バルブ
25 再循環装置
30 制御部
32 第1圧力センサ
33 第2圧力センサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ヘリウムガス排出管の管路に沿って付設され、前記ヘリウムガス排出管のヘリウムガス排出方向の少なくとも上流側にヘリウムガスを供給可能な供給管を備え、
前記供給管には、前記ヘリウムガス排出管にヘリウムガスを供給するための供給口が前記管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられており、
複数の前記供給口には、前記ヘリウムガス排出管と前記供給管との差圧が所定以上になると開弁して、前記供給管から前記ヘリウムガス排出管へのヘリウムガスの供給を許容する差圧弁がそれぞれ設けられていることを特徴とする超電導電磁石用クライオスタット。 A liquid helium container storing liquid helium for cooling the superconducting coil, a vacuum container containing the liquid helium container for vacuum insulation, one end communicating with the liquid helium container, and the other end of the vacuum container A helium gas exhaust pipe communicating with the outside atmosphere side and a helium gas exhaust pipe outside the vacuum container are provided in the middle of the conduit, and when the internal pressure of the liquid helium container exceeds a set value, the helium gas exhaust pipe is In a cryostat for a superconducting electromagnet having a discharge means for discharging helium gas vaporized in communication to the atmosphere side,
Provided along a pipe line of the helium gas discharge pipe, and provided with a supply pipe capable of supplying helium gas at least upstream in the helium gas discharge direction of the helium gas discharge pipe,
The supply pipe is provided with a plurality of supply ports for supplying helium gas to the helium gas discharge pipe at predetermined intervals in the pipe line direction,
The plurality of supply ports open when the differential pressure between the helium gas discharge pipe and the supply pipe exceeds a predetermined value, and allow a supply of helium gas from the supply pipe to the helium gas discharge pipe. A cryostat for a superconducting electromagnet, which is provided with a pressure valve.
複数の前記供給口は、主として前記上流側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の超電導電磁石用クライオスタット。 The supply pipe is a connection portion between the liquid helium container and the helium gas discharge pipe that are located upstream in the helium gas discharge direction from the outer part of the vacuum container that is located downstream in the helium gas discharge direction in the helium gas discharge pipe. Is attached over the vicinity of
The cryostat for a superconducting electromagnet according to claim 1, wherein the plurality of supply ports are mainly provided on the upstream side.
前記再循環装置は、
一端が下流側の前記ヘリウムガス排出管に連通してヘリウムガスを導入可能に設けられ、他端が前記供給管に連通した連通管と、
前記連通管の管路途中に設けられ、下流側の前記ヘリウムガス排出管から導入したヘリウムガスを前記供給管へ向けて送出するポンプと、を備えたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の超電導電磁石用クライオスタット。 A recirculation device for recirculating a part of the helium gas downstream of the helium gas discharge pipe in the helium gas discharge direction to the upstream side of the helium gas discharge pipe;
The recirculation device comprises:
A communication pipe having one end communicating with the helium gas discharge pipe on the downstream side and capable of introducing helium gas, and the other end communicating with the supply pipe;
2. The pump according to claim 1, further comprising: a pump that is provided in the middle of the communication pipe and that sends out helium gas introduced from the helium gas discharge pipe on the downstream side toward the supply pipe. The cryostat for a superconducting electromagnet according to any one of 4.
前記制御部は、前記排出手段による前記ヘリウムガス排出管の連通を検出可能であり、その連通を検出したときに、前記ポンプを作動して、前記連通管を通じて導入した前記ヘリウムガス排出管の下流側のヘリウムガスを、前記供給管に送出して前記ヘリウムガス排出管の上流側へ再循環させるように制御することを特徴とする請求項5に記載の超電導電磁石用クライオスタット。 A control unit for controlling the operation of the pump;
The control unit can detect communication of the helium gas discharge pipe by the discharge means, and when the communication is detected, operates the pump to downstream of the helium gas discharge pipe introduced through the communication pipe. 6. The superconducting electromagnet cryostat according to claim 5, wherein the helium gas is controlled to be sent to the supply pipe and recirculated to the upstream side of the helium gas discharge pipe.
前記制御部は、前記第1の検出手段により検出された圧力と前記第2の検出手段により検出された圧力との間に所定の差圧が生じたときに、前記開閉手段を作動制御して前記ヘリウム供給手段から前記供給路にヘリウムガスを供給するように制御することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の超電導電磁石用クライオスタット。 First detection means for detecting the pressure in the liquid helium container, second detection means for detecting the pressure in the downstream helium gas discharge pipe, and helium connected to the supply path via an opening / closing means A supply means,
The controller controls the operation of the opening / closing means when a predetermined differential pressure is generated between the pressure detected by the first detection means and the pressure detected by the second detection means. The superconducting electromagnet cryostat according to any one of claims 1 to 6, wherein helium gas is controlled to be supplied from the helium supply means to the supply path.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007319586A JP2009146934A (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Cryostat for superconducting electromagnet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007319586A JP2009146934A (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Cryostat for superconducting electromagnet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009146934A true JP2009146934A (en) | 2009-07-02 |
Family
ID=40917256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007319586A Pending JP2009146934A (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Cryostat for superconducting electromagnet |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009146934A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013184060A (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Tesla Eng Ltd | Multi-orientation cryostat |
JP5868562B1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-02-24 | 三菱電機株式会社 | Superconducting magnet |
US10722735B2 (en) | 2005-11-18 | 2020-07-28 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
-
2007
- 2007-12-11 JP JP2007319586A patent/JP2009146934A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10722735B2 (en) | 2005-11-18 | 2020-07-28 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
JP2013184060A (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Tesla Eng Ltd | Multi-orientation cryostat |
JP5868562B1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-02-24 | 三菱電機株式会社 | Superconducting magnet |
WO2016163021A1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-10-13 | 三菱電機株式会社 | Superconducting magnet |
CN107430920A (en) * | 2015-04-10 | 2017-12-01 | 三菱电机株式会社 | Superconducting magnet |
CN107430920B (en) * | 2015-04-10 | 2019-06-07 | 三菱电机株式会社 | Superconducting magnet |
US10490329B2 (en) | 2015-04-10 | 2019-11-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Superconducting magnet |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102053387B1 (en) | Device for cooling a consumer with a super-cooled liquid in a cooling circuit | |
EP1587114A2 (en) | Superconducting magnet apparatus | |
JP5868562B1 (en) | Superconducting magnet | |
JP2009146934A (en) | Cryostat for superconducting electromagnet | |
JP2006329359A (en) | Gas supply facility and gas supply method | |
JP4814630B2 (en) | Superconducting magnet system | |
US20110120147A1 (en) | Pressurized Superfluid Helium Cryostat | |
JP4537270B2 (en) | Cryostat for superconducting magnet | |
WO2015158471A1 (en) | Method and apparatus for thermally disconnecting a cryogenic vessel from a refrigerator | |
CN114270118B (en) | Cryogenic cooling system with vent | |
JP3034621B2 (en) | Superconducting device and method for protecting superconducting coil | |
JP6066803B2 (en) | Cooling system for superconducting cable | |
JP2005306721A (en) | Method and apparatus for separating carbon dioxide | |
JP2006165009A (en) | Superconducting magnet device, nmr analyzer using the same, mri equipment or icr mass spectrometer | |
JP4796995B2 (en) | Superconducting magnet device, magnetic resonance imaging device using the same, and nuclear magnetic resonance device | |
KR101183214B1 (en) | Atmospheric vaporizer assembly | |
JP2020513977A (en) | Thermal bath heat exchanger for superconducting magnets | |
US8069679B2 (en) | Installation for cryogenic cooling for superconductor device | |
JP2009204040A (en) | Transfer device for solid-liquid two-phase fluid | |
JP3043089B2 (en) | Cryogenic liquid injection device | |
JP2010185641A (en) | Pressurized superfluid helium cryostat and control method | |
JP2000269022A (en) | Superconducting magnet | |
JP6048647B2 (en) | Cooling system | |
JP3046843U (en) | Liquid supply device | |
JP2637280B2 (en) | Cryostat |