JP2018085445A - Superconducting magnet device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導マグネット装置に関するものである。 The present invention relates to a superconducting magnet device.
従来、超電導コイルを気相の作動媒体(ヘリウムガス等)を介して冷凍機で冷却することによって当該超電導コイルを超電導状態とすることが可能な超電導マグネット装置が知られている。例えば、特許文献1には、超電導コイルと、超電導コイルを収容する真空容器と、真空容器に取り付けられたGM冷凍機と、真空容器外に配置されており気相の作動媒体(ガス)を圧縮するガス循環圧縮機と、ガスを循環させる第1配管と、を備える超電導マグネット装置が開示されている。第1配管は、GM冷凍機及び超電導コイルのそれぞれに熱的に接触している。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a superconducting magnet device capable of bringing a superconducting coil into a superconducting state by cooling the superconducting coil with a refrigerator through a gas phase working medium (helium gas or the like). For example, Patent Document 1 discloses a superconducting coil, a vacuum container that accommodates the superconducting coil, a GM refrigerator attached to the vacuum container, and a gas phase working medium (gas) that is disposed outside the vacuum container. A superconducting magnet device is disclosed that includes a gas circulation compressor that performs gas circulation and a first pipe that circulates gas. The first pipe is in thermal contact with each of the GM refrigerator and the superconducting coil.
この超電導マグネット装置では、第1配管内を気相の作動媒体が循環することにより、超電導コイルが超電導状態に維持される。具体的には、冷凍機で冷却された作動媒体によって超電導コイルが冷却される。超電導コイルを冷却した後の作動媒体は、第1配管を通じて真空容器外に配置されたガス循環圧縮機に流入する。 In this superconducting magnet device, the superconducting coil is maintained in a superconducting state by circulating a gas phase working medium in the first pipe. Specifically, the superconducting coil is cooled by the working medium cooled by the refrigerator. The working medium after cooling the superconducting coil flows into the gas circulation compressor disposed outside the vacuum vessel through the first pipe.
特許文献1に記載されるような超電導マグネット装置において冷凍機のメンテナンスが行われる際、まず、冷凍機を常温程度に昇温させる操作が行われることが多い。なぜなら、その操作が行われずに冷凍機が真空容器から取外されると、冷凍機内において空気中の水分が凝固する等の不具合が生じる恐れがあるからである。このため、冷凍機のメンテナンス時には、まず前記操作が行われ、その後、冷凍機が真空容器から取り外され、当該冷凍機のメンテナンスが行われる。 When maintenance of a refrigerator is performed in a superconducting magnet device as described in Patent Document 1, first, an operation of raising the temperature of the refrigerator to about room temperature is often performed. This is because if the refrigerator is removed from the vacuum vessel without the operation being performed, there is a risk that problems such as solidification of moisture in the air may occur in the refrigerator. For this reason, at the time of maintenance of a refrigerator, the said operation is first performed, and after that, the refrigerator is removed from the vacuum vessel and the maintenance of the refrigerator is performed.
例えば、上記超電導マグネット装置において冷凍機を昇温させる場合、冷凍機を停止させた状態において、ガス循環圧縮機を駆動し続けることが考えられる。このようにすれば、ガス循環圧縮機から冷凍機に向かって第1配管内を常温程度の作動媒体が供給され続けるので、冷凍機が昇温する。しかしながら、この操作が行われると、冷凍機を加熱した後の作動媒体が超電導コイルを加熱することになるため、超電導コイルの温度も上昇する。超電導コイルの温度が上昇すると、冷凍機のメンテナンス後、超電導コイルが超電導状態となるまで当該超電導コイルを冷却するのに要する予冷時間が長くなる。 For example, when the temperature of the refrigerator is raised in the superconducting magnet device, it is conceivable that the gas circulation compressor is continuously driven while the refrigerator is stopped. If it does in this way, since the working medium of about normal temperature will continue to be supplied in the 1st piping toward the refrigerator from a gas circulation compressor, the refrigerator will heat up. However, when this operation is performed, since the working medium after heating the refrigerator heats the superconducting coil, the temperature of the superconducting coil also rises. When the temperature of the superconducting coil rises, after the maintenance of the refrigerator, the precooling time required for cooling the superconducting coil becomes longer until the superconducting coil is in a superconducting state.
本発明の目的は、冷凍機のメンテナンス時に、超電導コイルの温度上昇を抑制しつつ冷凍機の温度を上昇させることが可能な超電導マグネット装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a superconducting magnet device capable of increasing the temperature of the refrigerator while suppressing the temperature increase of the superconducting coil during maintenance of the refrigerator.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する真空容器と、前記真空容器に対して着脱自在に取り付け可能な冷凍機と、前記冷凍機に熱的に接触する冷凍機熱交換部及び前記超電導コイルに熱的に接触するコイル熱交換部を含み、前記冷凍機熱交換部及び前記コイル熱交換部の順に気相の作動媒体を流すための作動媒体流路と、前記作動媒体流路のうち前記冷凍機熱交換部と前記コイル熱交換部との間の部位から前記真空容器外に前記気相の作動媒体を導出させるためのコイル回避流路と、を備える、超電導マグネット装置を提供する。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a superconducting coil, a vacuum container that accommodates the superconducting coil, a refrigerator that can be detachably attached to the vacuum container, and a thermal apparatus for the refrigerator. A working medium for flowing a gas phase working medium in the order of the refrigerator heat exchanging part and the coil heat exchanging part, including a refrigerator heat exchanging part in contact with the coil and a coil heat exchanging part in thermal contact with the superconducting coil A coil avoidance flow path for deriving the gas phase working medium out of the vacuum vessel from a portion of the working medium flow path between the refrigerator heat exchange section and the coil heat exchange section. A superconducting magnet device is provided.
本超電導マグネット装置は、冷凍機熱交換部において冷凍機と熱交換を行った気相の作動媒体(ヘリウムガス等)を、コイル熱交換部を経由させずに真空容器外に導出させるコイル回避流路を有している。このため、冷凍機のメンテナンス時、冷凍機を停止させた状態で作動媒体流路に常温程度の作動媒体を供給するとともに、冷凍機を加熱した後の作動媒体をコイル回避流路を通じて真空容器外に導出することにより、冷凍機熱交換部で冷凍機を加熱した作動媒体がコイル熱交換部において超電導コイルをも加熱することが回避される。よって、超電導コイルの温度が低温に維持しつつ、冷凍機を早期に昇温させることが可能となる。したがって、冷凍機のメンテナンス後、超電導コイルが超電導状態になるまで当該超電導コイルを予冷するのに要する時間が短縮される。 This superconducting magnet device is a coil avoidance flow in which a gas phase working medium (helium gas, etc.) heat-exchanged with a refrigerator in the refrigerator heat exchange section is led out of the vacuum vessel without passing through the coil heat exchange section. Has a road. For this reason, during maintenance of the refrigerator, the working medium is supplied to the working medium flow path with the refrigerator stopped, and the working medium after heating the refrigerator is removed from the vacuum vessel through the coil avoidance flow path. Thus, it is avoided that the working medium that has heated the refrigerator in the refrigerator heat exchange section also heats the superconducting coil in the coil heat exchange section. Therefore, it is possible to quickly raise the temperature of the refrigerator while maintaining the temperature of the superconducting coil at a low temperature. Therefore, after the maintenance of the refrigerator, the time required for precooling the superconducting coil is shortened until the superconducting coil is in a superconducting state.
この場合において、前記真空容器外に配置されており、前記作動媒体流路を通じて前記真空容器外に流出した気相の作動媒体を前記冷凍機熱交換部に送るポンプをさらに備えることが好ましい。 In this case, it is preferable that the apparatus further includes a pump that is disposed outside the vacuum vessel and that sends the gas phase working medium flowing out of the vacuum vessel through the working medium flow path to the refrigerator heat exchange unit.
このようにすれば、気相の作動媒体が冷凍機熱交換部、コイル熱交換部及びポンプを循環するので、超電導コイルの冷却に必要な作動媒体の量が削減される。 In this way, since the gas phase working medium circulates through the refrigerator heat exchanging section, the coil heat exchanging section, and the pump, the amount of working medium necessary for cooling the superconducting coil is reduced.
さらにこの場合において、前記コイル回避流路の下流側の端部は、前記作動媒体流路のうち前記真空容器の外側でかつ前記ポンプの上流側の部位に接続されており、前記コイル回避流路は、前記真空容器外において前記作動媒体を加熱する加熱部を有することが好ましい。 Furthermore, in this case, the downstream end of the coil avoidance flow path is connected to a portion of the working medium flow path outside the vacuum vessel and upstream of the pump, and the coil avoidance flow path Preferably has a heating unit for heating the working medium outside the vacuum vessel.
このようにすれば、コイル回避流路を通じて真空容器外に流出した作動媒体を作動媒体流路に戻すことができ、しかも、その作動媒体は加熱部で加熱されているので、ポンプへの負荷が低減される。 In this way, the working medium that has flowed out of the vacuum vessel through the coil avoidance flow path can be returned to the working medium flow path, and since the working medium is heated by the heating unit, the load on the pump is reduced. Reduced.
また、前記超電導マグネット装置において、前記冷凍機が駆動しておりかつ前記冷凍機熱交換部及び前記コイル熱交換部の順に前記気相の作動媒体が流れる定常運転おいて、前記冷凍機のメンテナンスが行われることを示す信号を受信したときに、前記冷凍機を停止させるとともに、前記定常運転から、前記冷凍機熱交換部及び前記コイル回避流路の順に前記気相の作動媒体が流れる冷凍機昇温運転に切り替える切替部をさらに備えることが好ましい。 Further, in the superconducting magnet device, in the steady operation in which the refrigerator is driven and the gas phase working medium flows in the order of the refrigerator heat exchanger and the coil heat exchanger, maintenance of the refrigerator is performed. When the signal indicating that the operation is performed is stopped, the refrigerator is stopped, and from the steady operation, the refrigerator rises in which the gas phase working medium flows in the order of the refrigerator heat exchange unit and the coil avoidance flow path. It is preferable to further include a switching unit for switching to the temperature operation.
このようにすれば、例えばオペレータが切替部に向けて前記信号を発信する操作を行うことにより、定常運転から冷凍機昇温運転に切り替わる。よって、冷凍機のメンテナンスを行うことが容易になる。 If it does in this way, for example, an operator will perform operation which transmits the said signal toward a switching part, and it switches from steady operation to refrigerator temperature rising operation. Therefore, it becomes easy to perform maintenance of the refrigerator.
以上のように、本発明によれば、冷凍機のメンテナンス時に、超電導コイルの温度上昇を抑制しつつ冷凍機の温度を上昇させることが可能な超電導マグネット装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a superconducting magnet device capable of increasing the temperature of the refrigerator while suppressing the temperature increase of the superconducting coil during maintenance of the refrigerator.
本発明の一実施形態の超電導マグネット装置について、図1〜図4を参照しながら説明する。 A superconducting magnet apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示されるように、超電導マグネット装置1は、超電導コイル10と、輻射シールド12と、真空容器14と、冷凍機20と、作動媒体流路30と、ポンプ40と、第1熱交換器41及び第2熱交換器42と、熱交換器回避流路54と、コイル回避流路56と、切替部60と、を備えている。
As shown in FIG. 1, a superconducting magnet device 1 includes a superconducting coil 10, a
超電導コイル10は、超電導体(超電導物質)からなる線材を巻枠に巻回することにより得られるコイルである。 The superconducting coil 10 is a coil obtained by winding a wire made of a superconductor (superconducting substance) around a winding frame.
輻射シールド12は、超電導コイル10を収容する形状を有している。輻射シールド12は、アルミニウムからなる。
The
真空容器14は、輻射シールド12を収容する形状を有している。真空容器14内は真空に保たれる。これにより真空容器14内への熱の侵入が抑制される。真空容器14は、ステンレスからなる。
The
冷凍機20は、気相の作動媒体を介して超電導コイル10を冷却する。冷凍機20は、第1冷却ステージ21と、第2冷却ステージ22と、取付部23と、を有する。
The
第1冷却ステージ21は、輻射シールド12に熱的に接続される。第1冷却ステージ21は、第1最低到達温度(40K〜70K程度)に到達することが可能である。
The
第2冷却ステージ22は、輻射シールド12内に位置している。第2冷却ステージ22は、第1最低到達温度よりも低い第2最低到達温度(4K程度)に到達することが可能である。
The
取付部23は、第1冷却ステージ21及び第2冷却ステージ22が真空容器14内に位置する状態で真空容器14に対して着脱自在に取り付け可能である。
The
作動媒体流路30は、気相の作動媒体(ヘリウムガスや水素ガス等)を流すための流路である。本実施形態では、作動媒体流路30は、気相の作動媒体を真空容器14内及び真空容器14外で循環させる形状を有する。作動媒体流路30は、第1熱交換部31と、第2熱交換部32と、第3熱交換部33と、を有している。第1熱交換部31は、第1冷却ステージ21と熱的に接触している。第2熱交換部32は、第2冷却ステージ22と熱的に接触している。第3熱交換部33は、超電導コイル10と熱的に接触している。つまり、第1熱交換部31及び第2熱交換部32は、冷凍機20に熱的に接触する「冷凍機熱交換部」を構成し、第3熱交換部33は、超電導コイル10に熱的に接触する「コイル熱交換部」を構成する。本実施形態では、気相の作動媒体として、ヘリウムガスが用いられる。
The working
作動媒体流路30のうち真空容器14外の部位には、作動媒体流路30を通じて真空容器14外に流出したヘリウムガスを第1熱交換部31に向けて送るポンプ40が設けられている。作動媒体流路30のうち真空容器14外でかつポンプ40の下流側の部位には、開度調整が可能な第1開閉弁V1と、第1流量センサF1と、安全弁RVと、が設けられている。作動媒体流路30のうち真空容器14外でかつポンプ40の上流側の部位には、開度調整が可能な第2開閉弁V2と、第2流量センサF2と、が設けられている。
A
第1熱交換器41は、輻射シールド12内に設けられている。第1熱交換器41は、第1熱交換部31で第1冷却ステージ21により冷却された後でかつ第2熱交換部32で第2冷却ステージ22により冷却される前のヘリウムガスと、第3熱交換部33で超電導コイル10を冷却した後のヘリウムガスと、を熱交換させる。
The
第2熱交換器42は、真空容器14内でかつ輻射シールド12外に設けられている。第2熱交換器42は、第1熱交換部31に流入する前のヘリウムガスと、第1熱交換器41を通過した後のヘリウムガスと、を熱交換させる。
The
本実施形態では、輻射シールド12を冷却するための冷却流路52を有している。冷却流路52は、作動媒体流路30に接続されている。具体的に、冷却流路52の上流側の端部は、作動媒体流路30のうち第1熱交換部31の下流側でかつ第1熱交換器41の上流側の部位に接続されている。冷却流路52の下流側の端部は、作動媒体流路30のうち真空容器14の外側でかつポンプ40の上流側の部位に接続されている。冷却流路52は、輻射シールド12に熱的に接触する冷却部53を有している。このため、輻射シールド12は、第1熱交換部31においてヘリウムガスが第1冷却ステージ21から受けた冷熱を冷却部53においてヘリウムガスから受け取ることによって冷却される。この冷却流路52は、第2熱交換器42内に通されている。このため、真空容器14外から作動媒体流路30を通じて第1熱交換部31に向かうヘリウムガスは、第2熱交換器42において冷却流路52を流れるヘリウムガスによって冷却される。冷却流路52のうち真空容器14外の部位には、開度調整が可能な第3開閉弁V3と、第3流量センサF3と、が設けられている。よって、冷却流路52を流れるヘリウムガスの流量は、第1流量センサF1〜第3流量センサF3の検出値に基づいて第1開閉弁V1、第2開閉弁V2及び第3開閉弁V3のそれぞれの開度を調整することにより調整される。
In the present embodiment, a
熱交換器回避流路54は、超電導コイル10の予冷時に利用される流路である。この熱交換器回避流路54は、第3熱交換部33を通過したヘリウムガスに各熱交換器41,42を回避させる流路である。具体的に、熱交換器回避流路54は、作動媒体流路30のうち第3熱交換部33と第1熱交換器41との間の部位から真空容器14外にヘリウムガスを導出させるための流路である。熱交換器回避流路54の上流側の端部は、作動媒体流路30のうち第3熱交換部33の下流側でかつ第1熱交換器41の上流側の部位に接続されている。熱交換器回避流路54の下流側の端部は、作動媒体流路30のうち真空容器14の外側でかつポンプ40の上流側の部位に接続されている。熱交換器回避流路54は、真空容器14外においてヘリウムガスを加熱する加熱部55を有する。熱交換器回避流路54のうち真空容器14外でかつ加熱部55の下流側の部位には、開度調整が可能な第4開閉弁V4と、第4流量センサF4と、が設けられている。
The heat exchanger
コイル回避流路56は、冷凍機20のメンテナンスが行われる際に利用される流路である。このコイル回避流路56は、第2熱交換部32を通過したヘリウムガスに第3熱交換部33を回避させる流路である。具体的に、コイル回避流路56は、作動媒体流路30のうち第2熱交換部32と第3熱交換部33との間の部位から真空容器14外にヘリウムガスを導出させるための流路である。コイル回避流路56の上流側の端部は、作動媒体流路30のうち第2熱交換部32と第3熱交換部33との間の部位に接続されている。コイル回避流路56の下流側の端部は、作動媒体流路30のうち真空容器14の外側でかつポンプ40の上流側の部位に接続されている。コイル回避流路56は、真空容器14外においてヘリウムガスを加熱する加熱部57を有する。コイル回避流路56のうち真空容器14外でかつ加熱部57の下流側の部位には、開度調整が可能な第5開閉弁V5と、第5流量センサF5と、が設けられている。
The coil
ここで、以上に説明した超電導マグネット装置1の定常運転時の動作について説明する。定常運転では、第1開閉弁V1、第2開閉弁V2及び第3開閉弁V3が開かれ、第4開閉弁V4及び第5開閉弁V5は閉じられ、超電導コイル10に通電され、冷凍機20及びポンプ40が駆動されている。この定常運転では、図2に示されるように、ポンプ40から吐出されたヘリウムガスの一部は、作動媒体流路30を循環し、ポンプ40から吐出されたヘリウムガスの残部は、冷却流路52を介して作動媒体流路30を循環する。すなわち、前記ヘリウムガスの一部は、第2熱交換器42、第1熱交換部31、第1熱交換器41、第2熱交換部32、第3熱交換部33、第1熱交換器41及び第2熱交換器42をこの順に流れ、前記ヘリウムガスの残部は、第2熱交換器42、第1熱交換部31、冷却部53及び第2熱交換器42をこの順に流れる。
Here, the operation | movement at the time of steady operation of the superconducting magnet apparatus 1 demonstrated above is demonstrated. In the steady operation, the first on-off valve V1, the second on-off valve V2, and the third on-off valve V3 are opened, the fourth on-off valve V4 and the fifth on-off valve V5 are closed, the superconducting coil 10 is energized, and the
前記ヘリウムガスの一部は、第1熱交換部31で第1冷却ステージ21から冷熱を受け取った後、第2熱交換部32において第2冷却ステージ22からさらに冷熱を受け取り、その冷熱を第3熱交換部33において超電導コイル10に与える。これにより、超電導コイル10が冷却される。このようにして、超電導コイル10が超電導状態に維持される。第3熱交換部33を通過した後のヘリウムガスは、第1熱交換器41及び第2熱交換器42において第3熱交換部33に向かうヘリウムガスによって加熱される。これにより、第2熱交換器42を通過した後のヘリウムガスの温度は、ポンプ40が安定的に駆動可能な温度(例えば常温程度)となる。よって、ポンプ40の駆動が安定する。
A part of the helium gas receives cold heat from the
前記ヘリウムガスの残部は、第1熱交換部31で第1冷却ステージ21から冷熱を受け取った後、その冷熱を冷却部53において輻射シールド12に与える。これにより、輻射シールド12が冷却される。よって、輻射シールド12が第1冷却ステージ21のみによって冷却される場合よりも効果的に輻射シールド12が冷却される。冷却部53を通過した後のヘリウムガスは、第2熱交換器42で第1熱交換部31に向かうヘリウムガスによって加熱される。これにより、第2熱交換器42を通過した後のヘリウムガスの温度は、ポンプ40が安定的に駆動可能な温度(例えば常温程度)となる。
The remaining portion of the helium gas receives cold heat from the
この定常運転においては、上述のように、冷却流路52を流れるヘリウムガスの流量は、第1流量センサF1〜第3流量センサF3の検出値に基づいて第1開閉弁V1、第2開閉弁V2及び第3開閉弁V3のそれぞれの開度を調整することにより調整される。
In this steady operation, as described above, the flow rate of the helium gas flowing through the
次に、切替部60について説明する。切替部60は、予冷運転から定常運転に切り替える操作と、定常運転から冷凍機昇温運転に切り替える操作と、を行う。予冷運転は、超電導コイル10が超電導状態となるように当該超電導コイル10を例えば常温から冷却する運転である。冷凍機昇温運転は、冷凍機20をメンテナンスする際に、冷凍機20を昇温させる運転である。
Next, the switching
まず、予冷運転について説明する。予冷運転では、第1開閉弁V1、第3開閉弁V3及び第4開閉弁V4が開かれ、第2開閉弁V2及び第5開閉弁V5が閉じられ、冷凍機20及びポンプ40が駆動される。この予冷運転では、図3に示されるように、ポンプ40から吐出されたヘリウムガスの一部は、熱交換器回避流路54を介して作動媒体流路30を循環し、ポンプ40から吐出されたヘリウムガスの残部は、冷却流路52を介して作動媒体流路30を循環する。すなわち、前記ヘリウムガスの一部は、第2熱交換器42、第1熱交換部31、第1熱交換器41、第2熱交換部32、第3熱交換部33及び加熱部55をこの順に流れ、前記ヘリウムガスの残部は、第2熱交換器42、第1熱交換部31、冷却部53及び第2熱交換器42をこの順に流れる。
First, the pre-cooling operation will be described. In the pre-cooling operation, the first on-off valve V1, the third on-off valve V3, and the fourth on-off valve V4 are opened, the second on-off valve V2 and the fifth on-off valve V5 are closed, and the
前記ヘリウムガスの一部は、第1熱交換部31で第1冷却ステージ21から冷熱を受け取った後、第2熱交換部32において第2冷却ステージ22からさらに冷熱を受け取り、その冷熱を第3熱交換部33において超電導コイル10に与える。これにより、超電導コイル10が冷却される。この予冷運転では、定常運転と異なり、第3熱交換部33を通過した後のヘリウムガスは、第1熱交換器41及び第2熱交換器42を回避して熱交換器回避流路54を通じてポンプ40に戻る。このため、第1熱交換部31から第2熱交換部32に向かうヘリウムガスが第1熱交換器41において第3熱交換部33を通過したヘリウムガスによって加熱されることが回避される。換言すれば、ヘリウムガスが第1冷却ステージ21から受け取った冷熱を超電導コイル10に与える前にロスすることが回避される。よって、各冷却ステージ21,22から得た冷熱が有効に超電導コイル10に与えられるので、超電導コイル10の予冷時間が短縮される。
A part of the helium gas receives cold heat from the
熱交換器回避流路54に流入したヘリウムガスは、加熱部55で加熱される。これにより、加熱部55を通過した後のヘリウムガスの温度は、ポンプ40が安定的に駆動可能な温度(例えば常温程度)となる。
The helium gas that has flowed into the heat exchanger
この予冷運転では、超電導コイル10の冷却が進むにしたがってヘリウムガスの体積が減少する。作動媒体流路30の圧力が閾値を下回ると、作動媒体流路30の圧力が前記閾値以上となるまで、ヘリウムガスが貯留された貯留容器71から補充流路72を通じて作動媒体流路30にヘリウムガスが補充される。なお、作動媒体流路30の圧力は、作動媒体流路30のうちポンプ40の上流側の部位に設けられた圧力センサ73によって検出される。作動媒体流路30へのヘリウムガスの補充は、圧力センサ73の検出値に基づいて手動で行われてもよいし、貯留容器71に圧力レギュレータが付属されている場合、その圧力レギュレータによって行われてもよい。
In this precooling operation, the volume of helium gas decreases as the superconducting coil 10 is cooled. When the pressure of the working
予冷運転が完了すると、つまり、超電導コイル10の温度が基準値(臨界温度)に達すると、切替部60は、予冷運転から定常運転(第3熱交換部33を通過した後、第1熱交換器41及び第2熱交換器42を経由してポンプ40にヘリウムガスが戻る運転)に切り替える操作を行う。具体的に、切替部60は、超電導コイル10の温度が基準値に達すると、第4開閉弁V4を閉めるとともに第3開閉弁V3を開き、超電導コイル10に通電する。なお、超電導コイル10の温度は、超電導コイル10に設けられた温度センサ63によって検出される。
When the precooling operation is completed, that is, when the temperature of the superconducting coil 10 reaches the reference value (critical temperature), the switching
次に、冷凍機昇温運転について説明する。この冷凍機昇温運転は、冷凍機20のメンテナンス時に行われる。冷凍機昇温運転では、第1開閉弁V1及び第5開閉弁V5が開かれ、第2開閉弁V2、第3開閉弁V3及び第4開閉弁V4は閉じられ、ポンプ40が駆動され、冷凍機20が停止される。この冷凍機昇温運転では、図4に示されるように、ポンプ40から吐出されたヘリウムガスは、コイル回避流路56を介して作動媒体流路30を循環する。すなわち、ヘリウムガスは、第2熱交換器42、第1熱交換部31、第1熱交換器41、第2熱交換部32及び加熱部57をこの順に流れる。このとき、真空容器14内に流入した常温程度のヘリウムガスは、第1熱交換部31において第1冷却ステージ21を加熱し、その後、第2熱交換部32において第2冷却ステージ22を加熱する。よって、冷凍機20が速やかに昇温する。冷凍機昇温運転では、冷凍機20が停止されているため、第2熱交換部32を通過したヘリウムガスの温度は、超電導コイル10の臨界温度よりも高くなっているものの、そのヘリウムガスは、超電導コイル10に熱的に接触している第3熱交換部33を経由することなくコイル回避流路56に流入する。このため、冷凍機20を加熱したヘリウムガスによる超電導コイル10の加熱が回避される。すなわち、本実施形態の冷凍機昇温運転では、超電導コイル10の温度上昇が抑制されつつ冷凍機20の温度が速やかに上昇する。
Next, the refrigerator temperature raising operation will be described. This refrigerator temperature raising operation is performed during maintenance of the
以上に説明した冷凍機昇温運転は、定常運転時に冷凍機20のメンテナンスが行われることを示す信号を切替部60が受信することにより開始される。つまり、切替部60は、定常運転時に前記信号を受信したときに、第2開閉弁V2及び第3開閉弁V3を閉じ、第5開閉弁V5を開くとともに、冷凍機20を停止させる。なお、前記信号は、例えばオペレータによるスイッチ操作等によって切替部60に送信される。
The refrigerator temperature rising operation described above is started when the switching
冷凍機昇温運転によって各冷却ステージ21,22の温度が常温程度になると、冷凍機20が真空容器14から取り外され、冷凍機20のメンテナンスが行われる。なお、第1冷却ステージ21の温度は、第1冷却ステージ21に設けられた温度センサ61によって検出され、第2冷却ステージ22の温度は、第2冷却ステージ22に設けられた温度センサ62によって検出される。
When the temperature of each of the cooling stages 21 and 22 becomes about room temperature by the refrigerator temperature increasing operation, the
冷凍機20のメンテナンスの間、ポンプ40の駆動は継続される。これにより、真空容器14内において冷凍機20を保持する部位(シリンダ等)がヘリウムガスによって加熱され続けるので、前記部位への霜の付着等が抑制される。冷凍機20のメンテナンスの終了後、冷凍機20が真空容器14に取り付けられる。そして、冷凍機20が駆動されるとともに、第5開閉弁V5が閉じられ、第2開閉弁V2及び第3開閉弁V3が開かれる。これにより、冷凍機20のメンテナンス間に自然に温度上昇した輻射シールド12及び超電導コイル10が次第に冷却される。その後、超電導マグネット装置1は、定常運転に復帰する。
During the maintenance of the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
例えば、切替部60は省略されてもよい。この場合、予冷運転から定常運転への切り替えや、定常運転から冷凍機昇温運転への切り替えは、手動で行われる。
For example, the switching
また、冷却流路52は省略されてもよい。
Moreover, the
1 超電導マグネット装置
10 超電導コイル
12 輻射シールド
14 真空容器
20 冷凍機
21 第1冷却ステージ
22 第2冷却ステージ
23 取付部
30 作動媒体流路
31 第1熱交換部(冷凍機熱交換部)
32 第2熱交換部(冷凍機熱交換部)
33 第3熱交換部(コイル熱交換部)
40 ポンプ
41 第1熱交換器
42 第2熱交換器
52 冷却流路
53 冷却部
54 熱交換器回避流路
55 加熱部
56 コイル回避流路
57 加熱部
60 切替部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Superconducting magnet apparatus 10
32 2nd heat exchange part (refrigerator heat exchange part)
33 3rd heat exchange part (coil heat exchange part)
40
Claims (4)
前記超電導コイルを収容する真空容器と、
前記真空容器に対して着脱自在に取り付け可能な冷凍機と、
前記冷凍機に熱的に接触する冷凍機熱交換部及び前記超電導コイルに熱的に接触するコイル熱交換部を含み、前記冷凍機熱交換部及び前記コイル熱交換部の順に気相の作動媒体を流すための作動媒体流路と、
前記作動媒体流路のうち前記冷凍機熱交換部と前記コイル熱交換部との間の部位から前記真空容器外に前記気相の作動媒体を導出させるためのコイル回避流路と、を備える、超電導マグネット装置。 A superconducting coil;
A vacuum vessel containing the superconducting coil;
A refrigerator that can be detachably attached to the vacuum vessel;
A gas phase working medium in the order of the refrigerator heat exchange unit and the coil heat exchange unit, including a refrigerator heat exchange unit thermally contacting the refrigerator and a coil heat exchange unit thermally contacting the superconducting coil A working medium flow path for flowing
A coil avoidance flow path for deriving the gas phase working medium out of the vacuum vessel from a portion between the refrigerator heat exchange section and the coil heat exchange section of the working medium flow path, Superconducting magnet device.
前記真空容器外に配置されており、前記作動媒体流路を通じて前記真空容器外に流出した気相の作動媒体を前記冷凍機熱交換部に送るポンプをさらに備える、超電導マグネット装置。 In the superconducting magnet device according to claim 1,
A superconducting magnet apparatus, further comprising a pump that is disposed outside the vacuum vessel and that sends a vapor-phase working medium that has flowed out of the vacuum vessel through the working medium flow path to the refrigerator heat exchange unit.
前記コイル回避流路の下流側の端部は、前記作動媒体流路のうち前記真空容器の外側でかつ前記ポンプの上流側の部位に接続されており、
前記コイル回避流路は、前記真空容器外において前記作動媒体を加熱する加熱部を有する、超電導マグネット装置。 In the superconducting magnet device according to claim 2,
The downstream end of the coil avoidance flow path is connected to a portion of the working medium flow path outside the vacuum vessel and upstream of the pump,
The coil avoidance flow path has a heating unit that heats the working medium outside the vacuum vessel.
前記冷凍機が駆動しておりかつ前記冷凍機熱交換部及び前記コイル熱交換部の順に前記気相の作動媒体が流れる定常運転おいて、前記冷凍機のメンテナンスが行われることを示す信号を受信したときに、前記冷凍機を停止させるとともに、前記定常運転から、前記冷凍機熱交換部及び前記コイル回避流路の順に前記気相の作動媒体が流れる冷凍機昇温運転に切り替える切替部をさらに備える、超電導マグネット装置。
In the superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 3,
Receives a signal indicating that maintenance of the refrigerator is performed in a steady operation in which the refrigerator is driven and the gas phase working medium flows in the order of the refrigerator heat exchange unit and the coil heat exchange unit. A switching unit for stopping the refrigerator and switching from the steady operation to a refrigerator heating operation in which the gas phase working medium flows in the order of the refrigerator heat exchange unit and the coil avoidance flow path. A superconducting magnet device.
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