JP2009267273A - Superconducting electromagnet - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば磁気共鳴画像診断装置,単結晶引き上げ装置,NMR分析装置等に用いられる超電導電磁石に関するものである。 The present invention relates to a superconducting electromagnet used for, for example, a magnetic resonance diagnostic imaging apparatus, a single crystal pulling apparatus, and an NMR analyzer.
一般に超電導電磁石においては、超電導コイルを冷却して超電導状態に維持することが必須である。液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石は、超電導コイルを液体ヘリウムに浸漬し極低温に保つことで超電導状態を維持する。液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石には、熱侵入により蒸発したヘリウムを大気に開放するタイプと、冷凍機により再凝縮するタイプのものがある。図9は、従来の再凝縮タイプの超電導電磁石を示すものである。 In general, in a superconducting electromagnet, it is essential to cool the superconducting coil and maintain it in a superconducting state. A liquid helium immersion type superconducting electromagnet maintains a superconducting state by immersing a superconducting coil in liquid helium and keeping it at a very low temperature. Liquid helium immersion type superconducting electromagnets include a type in which helium evaporated by heat intrusion is opened to the atmosphere, and a type in which helium is recondensed by a refrigerator. FIG. 9 shows a conventional recondensing type superconducting electromagnet.
図9に示される超電導電磁石においては、ヘリウム槽3内に超電導コイル1を収め、液体ヘリウムに浸漬させている。このヘリウム槽3を取り囲むように熱シールド4が配置され、外部からの輻射による熱侵入を低減している。さらに熱シールド4は内部を真空に保たれた真空槽5に収納され、気体の対流及び伝導による熱侵入を防止している。ヘリウム槽3,熱シールド4及び真空槽5からなる低温容器をクライオスタット6と呼ぶ。
In the superconducting electromagnet shown in FIG. 9, the
クライオスタット6は、ヘリウム槽3への熱侵入をできる限り抑えるよう設計されるが、ヘリウム槽3への熱侵入を完全にゼロにすることはできない。そこで超電導電磁石は冷凍機9を有し、冷却すると共に、蒸発したヘリウムを再凝縮することにより、クライオスタット6の熱収支をゼロにし、液体ヘリウムの消費をゼロにすることができる。冷凍機9は、例えばギフォード−マクマホン式冷凍機(以下、GM式冷凍機という)や、パルスチューブ冷凍機のような、ヘリウムを液化する能力のある極低温冷凍機が用いられる。冷凍機9は膨張機7と圧縮機8を有し、交流電源10で駆動される。
The
しかし、冷凍機9の冷凍能力と、ヘリウム槽3への熱侵入量は必ずしも釣り合うとは限らず、冷凍機9の冷凍能力が上回った場合には、蒸発により発生するガスヘリウムの量よりも冷凍機9により凝縮されるガスヘリウムの量が上回り、ヘリウム槽3内部の圧力は低下する。ヘリウム槽3内部の圧力が大気圧以下(以下、負圧という)になると、空気が吸い込まれて氷結し、配管詰まりの原因となる。配管が詰まると、例えばヘリウム槽3内部の超電導コイル1がクエンチした場合等、内圧が急上昇した場合にガスヘリウムを排気することができず、最悪の場合クライオスタットが破裂する等の危険がある。
However, the refrigerating capacity of the
このため従来の超電導電磁石では、ヘリウム槽3の圧力を測定する圧力センサー12と、ヘリウム槽3の内部に取り付けたヒーター14を圧力制御装置13で連動させ、圧力が低下した場合にヒーター14に電流を流し加熱することによって液体ヘリウムを蒸発させてヘリウム槽3の内圧を上げ、大気圧以上の一定の圧力(以下、正圧という)に保つ制御を行なっていた。なお、関連する技術文献としては、以下の特許文献がある。
For this reason, in the conventional superconducting electromagnet, the
前記従来技術は、ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、圧力センサー12で測定したヘリウム槽3の内圧に応じて圧力制御装置13でヒーター14を制御し、ヘリウム槽3内部を正圧に保つことで空気の流入を防ぎ氷結を防止するものであるが、ヒーター14に電力を供給する電源の故障や、結線ミス・操作ミス等、圧力制御が正常に働かない状態に陥っても冷凍機9は運転を続けるという問題があった。そのような場合、操作者がそのことに気付かなければ、ヘリウム槽3内部は負圧になり空気が吸い込まれて氷結してしまうという大きな問題があった。
In the prior art, the
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、圧力制御が正常に働かない状態であるときにこれを検出してヘリウム槽内部が負圧になるのを事前に防止し、空気流入による氷結、閉塞を防止しようとするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and when the pressure control is not operating normally, this is detected to prevent the inside of the helium tank from becoming negative pressure in advance. However, it is intended to prevent icing and blockage due to air inflow.
この発明に係わる超電導電磁石は、液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽と、このヘリウム槽の液体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、前記ヘリウム槽を包囲するように設けられた熱シールドと、これらのヘリウム槽及び熱シールドを包囲し、内部が真空に保持された真空槽と、前記ヘリウム槽内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機と、前記ヘリウム槽内部の圧力を測定する圧力センサーと、前記ヘリウム槽内部を加温するヒーターと、前記ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、前記圧力センサーで測定した前記ヘリウム槽内部の圧力に応じて前記ヒーターの熱量を制御する圧力制御装置を備える超電導電磁石において、前記圧力制御装置による前記ヘリウム槽内部の圧力の制御が働く状態であるか否かを検出する状態検出手段を設け、制御が働かない状態であることを検出したときに前記冷凍機の動作を停止させるようにしたものである。 A superconducting electromagnet according to the present invention includes a helium tank in which liquid helium is stored, a superconducting coil disposed by being immersed in the liquid helium in the helium tank, and a heat provided so as to surround the helium tank. Measures the pressure inside the helium tank, the vacuum tank surrounding the shield, the helium tank and the heat shield, the inside of which is kept in vacuum, the refrigerator that condenses the gas helium evaporated in the helium tank, and The amount of heat of the heater is determined according to the pressure inside the helium tank measured by the pressure sensor so that the pressure inside the helium tank and the pressure inside the helium tank are not less than atmospheric pressure. In a superconducting electromagnet equipped with a pressure control device to control, the pressure control device is in a state of controlling the pressure inside the helium tank Provided condition detecting means for detecting whether said is obtained so as to stop the operation of the refrigerator when not detected to control does not work.
この発明の超電導電磁石によれば、ヘリウム槽内部の圧力の制御が働かない状態であるときにこれを検出して冷凍機の動作を停止させるようにしたので、圧力制御が働いていない場合でも、冷凍機のみが働く状況を作らないことで、ヘリウム槽内部が負圧になるのを事前に防止し、空気流入による氷結、閉塞を防止することができる。 According to the superconducting electromagnet of the present invention, when the control of the pressure inside the helium tank does not work, this is detected and the operation of the refrigerator is stopped, so even if the pressure control is not working, By not creating a situation where only the refrigerator works, it is possible to prevent the inside of the helium tank from becoming negative pressure in advance, and it is possible to prevent icing and blockage due to air inflow.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による超電導電磁石を示す構成図で、その内部圧力制御装置及び内部圧力制御方法を示す。なお、明細書の各図中において、同一符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略することがある。図1において、1は液体ヘリウム中に浸漬された超電導コイル、2は超電導コイルを冷却する液体ヘリウム、3は液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽、4はヘリウム槽3を包囲するように設けた熱シールド、5はヘリウム槽3及び熱シールド4を包囲し内部が真空に保持された真空槽、6はクライオスタット、7は膨張機、8は圧縮機、9はヘリウム槽3内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機、10は交流電源、11は冷凍機ON/OFFスイッチ、12はヘリウム槽3内部の圧力を測定する圧力センサー、13は圧力制御装置、14はヘリウム槽3内部を加温するヒーターを示す。
FIG. 1 is a block diagram showing a superconducting electromagnet according to
超電導コイル1は、例えばニオブチタン(NbTi)や、ニオブ3スズ(Nb3Sn)等を超電導材料とする超電導線を巻き回して形成される。超電導電磁石は、超電導コイル1に電流を流すことで所望の磁場を得るが、MRI又はNMRにおいては、出力される磁場の強さは空間的に高均一であることが求められ、また超電導電磁石外部への漏洩磁場を嫌うことから、超電導コイル1は単一のコイルでなく、逆極性のものを含む分割された複数個の超電導コイル(図示しない)を所望の磁場特性を満たすように配置したものとなる。
The
超電導コイル1を冷却するために、超電導コイル1は液体ヘリウム2に浸漬され、ステンレス製のヘリウム槽3に収納されている。ヘリウム槽3は、外部からの熱侵入を低減するために、アルミニウム製の熱シールド4に全体を包囲され、さらにステンレス製の真空槽5に収納され、真空槽5内部は真空排気される。またヘリウム槽3は、熱伝導の小さなガラスエポキシ等の樹脂製の支持材(図示しない)で支持される。これらの液体ヘリウム槽への熱侵入を極力抑えるように設計した低温容器をクライオスタット6と呼ぶ。
In order to cool the
クライオスタット6には、膨張機7と圧縮機8からなる冷凍機9が取り付けられる。ここで示した冷凍機9はヘリウムガスの圧縮と膨張を繰り返して冷凍する極低温用のギフォード−マクマホン式冷凍機(GM式冷凍機)であるが、ヘリウムを液化できる能力があれば、パルスチューブ冷凍機など他の種類の冷凍機を使用してもよい。膨張機7は、絶対温度4Kと同40Kの2段の冷却ステージを持ち、クライオスタット6に設けられた開口部に取り付けられる。先端の4K冷却ステージはヘリウム槽3内部に挿入され、途中の40K冷却ステージは熱シールド4と熱的に接触して熱シールド4を冷却する。冷凍機9は、交流電源10から給電を受け動作する。
A
冷凍機9と交流電源10は両者間に、冷凍機ON/OFFスイッチ11が介在して接続され、必要に応じて冷凍機9への給電をON/OFFする。冷凍機ON/OFFスイッチ11は、リレー駆動信号が来ているときのみ閉状態となるリレー(A接点)を内部に包含しており、外部からのリレー駆動信号がなければ、冷凍機9への給電はOFF状態となる。圧力センサー12は、ヘリウム槽3内部のガスヘリウムの圧力と大気との差圧を検出し、圧力制御装置13に信号を送る。ヒーター14は、ヘリウム槽3内部の冷凍機表面に設置され、圧力制御装置13の制御により膨張機7の表面を加熱する。ヒーター14は冷凍機表面に設置しているが、ヒーター14はヘリウム槽3内部であればどこに設置しても同様の作用効果を生ずる。また、冷凍機ON/OFFスイッチ11は冷凍機と独立した機器として表しているが、冷凍機に当該機能を組み込んだとしても同様の作用効果を生ずる。
The
次に圧力制御装置13、冷凍機ON/OFFスイッチ11、圧力センサー12、及びヒーター14の詳細を、圧力制御装置13のブロック図を示す図2を用いて説明する。図2において、圧力センサー12からの信号は、圧力制御装置13に入力された後、圧力制御装置13内部のA/D変換器21及びヒーター電流制御回路(ヒーター熱量制御装置)22に入力される。A/D変換器21にはさらに、圧力値表示部24と通信制御部25が接続され、圧力センサー12が測定した圧力値を圧力値表示部24に表示し、通信制御部25を通して計算機システム26に送信される。ヒーター電流制御回路22は、直流電源23からヒーター14に流れる電流を制御する。また、直流電源の出力つまり第1状態検出手段27の出力は、冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号として圧力制御装置13から出力される。
Next, details of the
次に動作について、圧力制御装置13の電源がONの時とOFFの時に分けて説明する。
(1)圧力制御装置13の電源がON状態のとき
直流電源23が動作するため、第1状態検出手段27の出力である冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号が、圧力制御装置13の直流電源23から出力される。これにより、冷凍機ON/OFFスイッチ11のリレーが閉状態となり、冷凍機9への給電が行なわれ、冷凍機9が動作する。
Next, the operation will be described separately when the
(1) When the power supply of the
(2)圧力制御装置13の電源がOFF状態のとき
ヒーター通電用直流電源23が停電、故障、電圧低下又はヒューマンエラー等で、直流電源23が正常でないとき、第1状態検出手段27の出力である冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号が、圧力制御装置13の直流電源23から出力されない。そのため、冷凍機ON/OFFスイッチ11のリレーが開状態となり、冷凍機への給電がされず、冷凍機9が動作しない。
(2) When the power supply of the
前記(1)の場合、冷凍機9の冷却能力がヘリウム槽3への熱侵入量を上回った場合においては、ヘリウム槽3内部の圧力が大気圧以下にならないように、ヒーター電流制御回路(ヒーター熱量制御装置)22の動作により、直流電源23からヒーター14に適切な電流を流すことで、ヒーター14の発する熱により冷凍機9の冷凍能力が打ち消され、液体ヘリウム2の蒸発が優勢となり、ヘリウム槽3の内圧が上昇する。反対にヘリウム槽3内部の圧力が高い時には、ヒーター電流制御回路22の動作により、直流電源23からヒーター14に流れる電流を絞ることで、ヒーター14による入熱が減少するため、冷凍機9によるヘリウムの凝縮が優勢となり、ヘリウム槽3内部の圧力が減少する。このヒーター電流制御回路22の動作として、例えば図3に示すようなヘリウム槽圧力値(大気圧に対する正圧)に対するヒーター14への通電電流の応答を定義することで、ヘリウム槽内部の圧力が、大気圧の1%程度の500〜1000Pa程度のわずかな正圧に保たれ安全な超電導電磁石の運転が実現する。
In the case of (1), when the cooling capacity of the
上記(2)の場合には、負圧になる前に事前に冷凍機9を動作させないため、ガスヘリウムの凝縮がされず、ヘリウム槽3内部が負圧になることはない。ここで仮定している条件、“圧力制御装置13が動作していない場合”、つまり、ヘリウム槽3内部の圧力の制御が働かない場合としては、直流電源23が動作しないときや、圧力制御装置13の故障という障害が考えられる。
In the case of (2), since the
この発明によれば、ヘリウム槽3内部の圧力の制御が働かない場合であってもこれを検出して冷凍機が自動的に停止し、ヘリウム槽3内部が負圧になるのを事前に防止する、いわゆるインターロックとしての機能を圧力制御装置13及び冷凍機9のシステムに持たせることができる。
According to the present invention, even if the control of the pressure inside the helium tank 3 does not work, this is detected and the refrigerator automatically stops, and the inside of the helium tank 3 is prevented from becoming negative pressure in advance. Thus, the system of the
実施の形態2.
図4は実施の形態2における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。なお実施の形態2〜6における図1に相当する構成図は実施の形態1の場合と同様である。実施の形態2は圧力制御装置13の内部構成・動作が実施の形態1と異なる。圧力制御装置を示す図4において、圧力センサー12からの信号は、圧力制御装置13に入力された後、圧力制御装置13内部のA/D変換器21及びヒーター電流制御回路22に入力される。ヒーター電流制御回路22は、直流電源23からヒーター14に流れる電流を制御する。直流電源の出力、つまり第1状態検出手段27の出力は、冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号としてリレー42を介して圧力制御装置13から出力される。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the pressure control apparatus according to the second embodiment. The configuration diagram corresponding to FIG. 1 in the second to sixth embodiments is the same as that in the first embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in the internal configuration and operation of the
リレー42は駆動信号が来ているときにのみ閉になり、それ以外の場合には開状態を維持するリレー(A接点)である。ヒーター14には、ヒーター接続確認回路(第2状態検出手段)41がヒーター電流制御回路22と並列に接続されており、ヒーター接続確認回路41からの出力は、リレー42の駆動信号となる。ヒーター結線確認回路41は、ヒーター14の抵抗値を測定して接続状態を監視する。ヒーター接続確認回路41が測定するヒーター14の抵抗が規定値の範囲に入っている場合、ヒーター14の接続状態は正常と判断し、ヒーター接続確認回路41はリレー42を駆動する信号を出力する。したがって、圧力制御装置の電源がON状態であっても、ヒーター14の接続が正常でなければヒーター接続確認回路(第2状態検出手段)41の出力によりリレー42は開状態となり、冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号は出力されない。
The
実施の形態1においては、圧力制御装置13の電源がON状態の場合にはいつも、冷凍機ON/OFFスイッチ11のリレーはON状態となるが、実施の形態2においては、前記の条件に加え、ヒーター14の接続が正常な状態でなければ、圧力制御装置13から冷凍機ON/OFFスイッチ11のリレー駆動信号は出力されず、冷凍機が動作することはない。
In the first embodiment, the relay of the refrigerator ON /
前述のようにこの実施の形態2によれば、圧力制御装置13の電源が入っていない場合のみならず、圧力を制御するヒーター14の結線にミスがあったり、ヒーター14そのものの損傷があったりして、ヒーター14が正常でない場合にも冷凍機を自動的に停止し、ヘリウム槽3内部が負圧になるのを防止する、いわゆるインターロックとしての機能をヒーター14、圧力制御装置13及び冷凍機9のシステムに持たせることができる。
As described above, according to the second embodiment, not only when the
実施の形態3.
図5は実施の形態3における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態3は圧力制御装置13の内部構成・動作が実施の形態1と異なる。圧力制御装置を示す図5において、圧力センサー12からの信号は、圧力制御装置13に入力された後、圧力制御装置13内部のA/D変換器21及びヒーター電流制御回路22に入力される。ヒーター電流制御回路22は、直流電源23からヒーター14に流れる電流を制御する。直流電源の出力、つまり第1状態検出手段27の出力は、冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号としてリレー52を介して圧力制御装置13から出力される。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the pressure control apparatus according to the third embodiment. The third embodiment is different from the first embodiment in the internal configuration and operation of the
リレー52は駆動信号が来ているときにのみ閉になり、それ以外の場合には開状態を維持するリレー(A接点)である。圧力センサー12には、センサー接続確認回路(第3状態検出手段)51が接続されており、センサー接続確認回路51からの出力は、リレー52の駆動信号となる。センサー接続確認回路51は、センサー12の接続状態を監視する。センサー接続確認回路51がセンサー12の接続状態は正常と判断した場合、センサー接続確認回路51はリレー52を駆動する信号を出力する。したがって、圧力制御装置の電源がON状態であっても、センサー12の接続が正常でなければセンサー接続確認回路(第3状態検出手段)51の出力によりリレー52は開状態となり、冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号は出力されない。
The
実施の形態1においては、圧力制御装置13の電源がON状態の場合にはいつも、冷凍機ON/OFFスイッチ11のリレーはON状態となるが、実施の形態3においては、前記の条件に加え、圧力センサー12の接続が正常でなけらば、圧力制御装置13から冷凍機ON/OFFスイッチ11のリレー駆動信号は出力されず、冷凍機が動作することはない。
In the first embodiment, the relay of the refrigerator ON /
前述のように実施の形態3によれば、圧力制御装置の電源が入っていない場合のみならず、圧力を制御する圧力センサー12の結線にミスがあったり、圧力センサー12が故障していたりして、圧力センサー12が正常でない場合にも冷凍機を自動的に停止し、ヘリウム槽3内部が負圧になるのを防止する、いわゆるインターロックとしての機能を圧力センサー12、圧力制御装置13及び冷凍機9のシステムに持たせることができる。
As described above, according to the third embodiment, not only when the power supply of the pressure control device is not turned on, there is a mistake in the connection of the
実施の形態4.
図6は実施の形態4における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態4は圧力制御装置13の内部構成・動作が実施の形態1と異なる。圧力制御装置を示す図6において、圧力センサー12からの信号は、圧力制御装置13に入力された後、圧力制御装置13内部のA/D変換器21及びヒーター電流制御回路22に入力される。ヒーター電流制御回路22は、直流電源23からヒーター14に流れる電流を制御する。実施の形態1,2及び3と同様に、直流電源23には第1状態検出手段、ヒーター14にはヒー
ター接続確認回路(第2状態検出手段)41が、圧力センサー12には、センサー接続確認回路(第3状態検出手段)51が接続されている。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the pressure control apparatus according to the fourth embodiment. The fourth embodiment differs from the first embodiment in the internal configuration and operation of the
61は冷凍機ON/OFFスイッチの駆動信号を出力する、冷凍機ON/OFF制御回路である。冷凍機ON/OFF制御回路61へは、直流電源23の出力電圧(第1状態検出手段の出力)、ヒーター接続確認回路41の出力、及びセンサー接続確認回路51の出力の3信号が入力されている。また、冷凍機ON/OFF制御回路61の出力は、冷凍機ON/OFFスイッチ11と、冷凍機停止状態警告表示LED62に出力される。
冷凍機ON/OFF制御回路61は、3つの入力信号が全てONのとき、即ち、[1]直流電源がON、[2]ヒーター14の接続が正常、[3]圧力センサー12の接続が正常、の3条件全てを満たす時にのみ冷凍機ON/OFFスイッチ11にリレー駆動信号を出力する。これにより、圧力制御に関わる、圧力制御装置13、ヒーター14、圧力センサー12の全てが正常に動作する状態以外には、冷凍機は動作することはない。
The refrigerator ON /
冷凍機ON/OFF制御回路61は、3つの入力信号のいずれかOFFのとき、即ち、[1]直流電源がON、[2]ヒーター14の接続が正常、[3]圧力センサー12の接続が正常、のいずれかの条件を満たさない時に冷凍機停止状態警告表示LED62を点灯させる。したがって、圧力制御に関わる、圧力制御装置13、ヒーター14、圧力センサー12のいずれかに異常があり、冷凍機を停止している場合には、冷凍機停止状態警告表示LED62が点灯して、その状況を操作者に知らせ、異常状態の究明と解決を促すことができる。
The refrigerator ON /
前述のように実施の形態4によれば、圧力制御装置13、ヒーター14、圧力センサー12のいずれかに異常が発生した場合に、自動的に冷凍機を停止させることができるのみならず、その異常状態を操作者に知らせ、早期の原因究明と解決を促すことができる。
冷凍機停止状態が長引けば、超電導コイル1を冷却する液体ヘリウムが蒸発し、いずれは冷却が足りずに超電導コイル1の超電導破壊(クエンチ)を起こすことにも発展する可能性があるため、超電導電磁石の運転上、操作者が冷凍機停止状態に早期に気付く警報機能は重要である。なお、実施の形態4では、LEDを用いて冷凍機停止状態を操作者に伝える方法を開示しているが、冷凍機停止状態を操作者に伝えることができれば、例えば電球や液晶表示装置のような他の表示装置や、ブザーのような音による警報装置を用いても同様の作用効果を生ずる。
As described above, according to the fourth embodiment, when an abnormality occurs in any of the
If the refrigerator is stopped for a long time, the liquid helium that cools the
実施の形態5.
図7は実施の形態5における圧力制御装置及び計算機システムの構成を示すブロック図である。実施の形態5は圧力制御装置13及び計算機システム26の内部構成・動作が実施の形態1と異なる。図7において、圧力センサー12からの信号は、圧力制御装置13に入力された後、圧力制御装置13内部のA/D変換器21及びヒーター電流制御回路22に入力される。A/D変換器21は、圧力値表示部24と通信制御部25に接続されている。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the pressure control device and the computer system in the fifth embodiment. The fifth embodiment is different from the first embodiment in the internal configuration and operation of the
61は冷凍機ON/OFFスイッチ11の駆動信号を出力する、冷凍機ON/OFF制御回路である。冷凍機ON/OFF制御回路61へは、直流電源23の出力電圧(第1状態検出手段の出力)、ヒーター接続確認回路41の出力、及びセンサー接続確認回路51の出力の3信号が入力している。冷凍機ON/OFF制御回路61の出力は、冷凍機ON/OFFスイッチ11と、通信制御部25に接続されている。通信制御部25は、圧力制御装置13外部の計算機システム26に接続されている。計算機システム26には、操作者が操作するためのコンソール71が接続されている。
冷凍機ON/OFF制御回路61は、3つの入力信号のいずれかOFFのとき、即ち、[1]直流電源がON、[2]ヒーター14の接続が正常、[3]圧力センサー12の接続が正常、のいずれかの条件を満たさない時に通信制御部25に信号を出力する。通信制御部25は、冷凍機ON/OFF制御回路61からの信号を受け、これを所定のプロトコルで計算機システム26に送信する。したがって、圧力制御に関わる、圧力制御装置13、ヒーター14、圧力センサー12のいずれかに異常があり、冷凍機を停止している場合には、計算機システム26およびコンソール71を通じて、その状況を操作者に知らせ、異常状態の究明と解決を促すことができる。
The refrigerator ON /
前述のように実施の形態5によれば、圧力制御装置13、ヒーター14、圧力センサー12のいずれかに異常が発生した場合に自動的に冷凍機を停止させることができるのみならず、その異常状態を、計算機システム26の操作コンソール71を通じて操作者に知らせ、早期の原因究明と解決を促すことができる。
As described above, according to the fifth embodiment, when an abnormality occurs in any of the
実施の形態6.
図8は実施の形態6における圧力制御装置及び計算機システムの構成を示すブロック図である。実施の形態6は圧力制御装置13及び計算機システム26の内部構成・動作が実施の形態1と異なる。図7において、計算機システム部分以外は実施の形態5を示す図7と同等であるので説明は省略する。図8において、通信制御部25は計算機システム26に接続している。計算機システム26は、例えばインターネット等の外部ネットワーク81に接続されており、ネットワークの先には保守用リモートホスト82が接続されている。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the pressure control device and the computer system in the sixth embodiment. The sixth embodiment differs from the first embodiment in the internal configuration and operation of the
実施の形態6においても、実施の形態5と同様に、直流電源23、ヒーター14、圧力センサー12の動作異常に連動して冷凍機を停止させ、ヘリウム槽3の負圧を防止する。さらに、実施の形態6においては、冷凍機9を停止させる異常状態が発生した場合には、圧力制御装置13は、通信制御部25、計算機システム26、外部ネットワーク81を介し、保守用リモートホスト82に冷凍機9が停止したことを通報する。これにより、操作者や保守技術者が超電導電磁石の近くにいないときであっても、超電導電磁石やその圧力制御装置13の異常状態を検知することができ、早期の原因究明と解決にとりかかることができる。
In the sixth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the refrigerator is stopped in conjunction with abnormal operation of the
1 超電導コイル 2 液体ヘリウム
3 ヘリウム槽 4 熱シールド
5 真空槽 6 クライオスタット
7 膨張槽 8 圧縮機
9 冷凍機 10 交流電源 11 冷凍機ON/OFFスイッチ 12 圧力センサー
13 圧力制御装置 14 ヒーター
21 A/D変換器 22 ヒーター電流制御回路
DESCRIPTION OF
23 直流電源 24 圧力表示部
25 通信制御部 26 計算機システム
27 第1状態検出手段
41 ヒーター接続確認回路(第2状態検出手段)
42 リレー
51 センサー接続確認回路(第3状態検出手段)
52 リレー 61 冷凍機ON/OFF制御回路
62 冷凍機停止状態警告表示LED 71 コンソール
81 外部ネットワーク 82 リモートホスト
23
41 Heater connection confirmation circuit (second state detection means)
42
52
Claims (6)
このヘリウム槽の液体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム槽を包囲するように設けられた熱シールドと、
これらのヘリウム槽及び熱シールドを包囲し、内部が真空に保持された真空槽と、
前記ヘリウム槽内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機と、
前記ヘリウム槽内部の圧力を測定する圧力センサーと、
前記ヘリウム槽内部を加温するヒーターと、
前記ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、前記圧力センサーで測定した前記ヘリウム槽内部の圧力に応じて前記ヒーターの熱量を制御する圧力制御装置を備える超電導電磁石において、
前記圧力制御装置による前記ヘリウム槽内部の圧力の制御が働く状態であるか否かを検出する状態検出手段を設け、制御が働かない状態であることを検出したときに前記冷凍機の動作を停止させるようにしたことを特徴とする超電導電磁石。 A helium tank in which liquid helium is stored;
A superconducting coil disposed by being immersed in liquid helium in this helium tank;
A heat shield provided to surround the helium bath;
A vacuum chamber that surrounds these helium baths and heat shield, and the inside is kept in vacuum;
A refrigerator that condenses the gas helium evaporated in the helium tank;
A pressure sensor for measuring the pressure inside the helium tank;
A heater for heating the inside of the helium tank;
In a superconducting electromagnet comprising a pressure control device that controls the amount of heat of the heater according to the pressure inside the helium tank measured by the pressure sensor so that the pressure inside the helium tank does not become atmospheric pressure or lower,
Provided with a state detecting means for detecting whether or not the control of the pressure inside the helium tank by the pressure control device works, and stops the operation of the refrigerator when it is detected that the control is not working A superconducting electromagnet characterized by being made to cause.
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