JP2018179316A - 極低温装置および極低温装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源の停電時に非常用電源を用いて極低温部の動作を長時間継続させることができる極低温装置を提供する。【解決手段】極低温装置１は、特定温度以下の極低温に冷却されると特定状態となる極低温部３と、極低温部３を冷却する冷凍機４と、冷凍機４を動作させるコンプレッサ５と、所定の容量の電力供給が可能な非常用電源６と、通常時に商用電源２からコンプレッサ５に電力供給を行うとともに商用電源２の停電時に非常用電源６からコンプレッサ５に電力供給を行う給電部７と、極低温部３の温度を検出する温度センサ８と、商用電源２の停電時に温度センサ８で検出した極低温部３の温度に基づいてコンプレッサ５の起動と停止の制御を行う制御部９とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、特定温度以下の極低温に冷却されると特定状態となる極低温部を動作させる極低温技術に関する。

従来、商用電源の停電時に電源をバッテリなどの非常用電源に切り替えることにより動作を継続して行うことが可能な装置がある。しかしながら、非常用電源の容量には限度がある。そこで、非常用電源の使用時に所定の部品に電源供給を停止することで、節電を行うようにしている。

特開２０１３−１５０７１７号公報

近年、超電導マグネットなどの極低温に冷却される部品を有する極低温装置が普及し始めている。このような極低温装置では、商用電源の停電時に電力供給を停止し、極低温の部品の温度が常温まで上昇してしまうと、商用電源の復旧時に部品を極低温まで再冷却させる手間および時間がかかる。そこで、商用電源の停電時に非常用電源を用いて部品を極低温に維持する場合に、限られた非常用電源の容量で、極低温装置の動作を長時間継続させたいという要望がある。

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、商用電源の停電時に非常用電源を用いて極低温部の動作を長時間継続させることができる極低温技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る極低温装置は、特定温度以下の極低温に冷却されると特定状態となる極低温部と、前記極低温部を冷却する冷凍機と、前記冷凍機を動作させるコンプレッサと、所定の容量の電力供給が可能な非常用電源と、通常時に商用電源から前記コンプレッサに電力供給を行うとともに前記商用電源の停電時に前記非常用電源から前記コンプレッサに電力供給を行う給電部と、前記極低温部の温度を検出する温度センサと、前記商用電源の停電時に前記温度センサで検出した前記極低温部の温度に基づいて前記コンプレッサの起動と停止の制御を行う制御部と、を備える。

本発明の実施形態により、商用電源の停電時に非常用電源を用いて極低温部の動作を長時間継続させることができる極低温技術が提供される。

第１実施形態の極低温装置を示すシステム構成図。 極低温装置の運転処理を示すフローチャート。 極低温装置の運転処理を示すフローチャート。 第２実施形態の極低温装置を示すシステム構成図。 第３実施形態の極低温装置を示すシステム構成図。 第４実施形態の極低温装置を示すシステム構成図。 第５実施形態の極低温装置を示すシステム構成図。

（第１実施形態）
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態の極低温装置について図１から図３を用いて説明する。図１の符号１は、第１実施形態の極低温装置である。この極低温装置１は、通常時に商用電源２から電力供給を受ける。なお、商用電源２とは、電力会社から消費者に届けられる電力供給の設備を示す。

図１に示すように、第１実施形態の極低温装置１は、特定温度以下の極低温に冷却されると特定状態となる極低温部３と、極低温部３を冷却する冷凍機４と、冷凍機４を動作させるコンプレッサ５と、所定の容量の電力供給が可能な非常用電源６と、通常時に商用電源２からコンプレッサ５に電力供給を行うとともに商用電源２の停電時に非常用電源６からコンプレッサ５に電力供給を行う給電部７と、極低温部３の温度を検出する温度センサ８と、商用電源２の停電時に温度センサ８で検出した極低温部３の温度に基づいてコンプレッサ５の起動と停止の制御を行う制御部９とを備える。

極低温部３は、特定温度以下で特定状態としての超電導状態となる超電導マグネットで構成される。超電導マグネットは、超電導物質で構成された線材をコイル状にした電磁石のことである。この電磁石は、真空容器に収容される。この真空容器により電磁石と外部との断熱が成されている。

特定温度は、超電導状態に転移する転移温度（臨界温度）のことである。この特定温度は、コイルの線材に用いる超電導物質に対応する値である。例えば、特定温度が、１６０Ｋ（ケルビン）であっても良いし、８０Ｋであっても良いし、４０Ｋであっても良いし、１０Ｋであっても良い。

第１実施形態では、特定温度を６Ｋとして説明する。そして、極低温部３は、定格運転時に定格温度の４Ｋに冷却される。また、商用電源２の停電時に、制御部９がコンプレッサ５の起動または停止の制御を行う指標として第１温度と第２温度とを用いる。ここで、第１温度は、特定温度よりも低く、かつ定格温度よりも低い３Ｋとする。一方、第２温度は、特定温度よりも低く、かつ第１温度よりも高く、さらに定格温度よりも高い５Ｋとする。

極低温装置１は、伝導冷却型（直冷型）の冷凍機４を用いている。なお、伝導冷却型の冷凍機４とは、液体ヘリウムまたは液体窒素などの冷媒を用いずに、冷凍機４が接する部分から熱を奪って冷却を行う冷凍機４のことを示す。この冷凍機４は、極低温部３に接している。つまり、この冷凍機４により極低温部３（超電導マグネット）が特定温度（転移温度）以下に冷却されることで、極低温部３が特定状態（超電導状態）となる。

極低温部３において、コイルを構成する線材の回路が閉ループを成す。この回路が冷却されて超電導に転移されたときに、電流が閉ループに沿っていつまでも流れる永久電流モードとなる。つまり、極低温部３には、起動時に電力供給が成されるが、永久電流モードで運転中に電力供給を必要としない。なお、図１では、起動時に極低温部３に電力を供給する電力線の図示を省略している。

第１実施形態では、空冷式のコンプレッサ５を用いる。このようにすれば、コンプレッサを簡素化することができる。また、コンプレッサ５の冷却に用いる媒体が、コンプレッサ５も周辺の空気で済むので、水冷式のものと比較して、コンプレッサ５の冷却のために必要な消費電力を抑えることができる。

冷凍機４とコンプレッサ５とは、冷媒１０が循環可能な冷媒回路１１で接続される。コンプレッサ５は、冷媒回路１１に冷媒１０を循環させるための装置である。なお、極低温部３および冷凍機４は、電磁波を遮蔽するシールド１２の内部に配置される。コンプレッサ５、給電部７、制御部９および他の部分は、シールド１２の外部に配置される。なお、コンプレッサ５および制御部９をシールド１２の内部に配置しても良い。

給電部７と商用電源２とが、第１電力線１３で接続されている。また、給電部７と非常用電源６とが、第２電力線１４で接続されている。また、給電部７とコンプレッサ５とが、第３電力線１５で接続されている。また、給電部７と制御部９とが、第４電力線１６で接続されている。

通常時に商用電源２の電力１７が、第１電力線１３を介して給電部７に供給される。この電力１７は、給電部７から第３電力線１５を介してコンプレッサ５に供給される。また、この電力１７は、給電部７から第４電力線１６を介して制御部９に供給される。さらに、この電力１７は、給電部７から第２電力線１４を介して非常用電源６に供給される。つまり、非常用電源６は、通常時に商用電源２から供給される電力１７により充電される。

非常用電源６は、充電が可能な二次電池としての鉛蓄電池またはリチウムイオン電池で構成される。ここで、非常用電源６が鉛蓄電池であることで、経済性に優れた非常用電源６とすることができる。また、非常用電源６がリチウムイオン電池であることで、電池の劣化を抑え、信頼性と経済性に優れた非常用電源６とすることができる。

なお、非常用電源６をディーゼル発電機で構成しても良い。非常用電源６がディーゼル発電機であることで、非常用電源６を用いた電力供給を長時間に亘って継続させることができる。特に、ディーゼル発電機は、燃料を補給し続けることで、電力供給を継続することができる。

制御部９には、給電部７から給電状態を示す給電情報信号１８が入力される。この給電情報信号１８により、制御部９は、商用電源２の電力供給が正常に成されているか否か、つまり、商用電源２が停電中であるか否かを判定することができる。なお、給電情報信号１８には、非常用電源６の電力容量の残量を示す情報も含まれる。非常用電源６がディーゼル発電機である場合において、給電情報信号１８には、燃料の残量を示す情報も含まれる。また、制御部９は、給電部７を制御する制御信号１９を出力する。

また、制御部９には、コンプレッサ５から動作状態を示す動作情報信号２０が入力される。この動作情報信号２０により、制御部９は、コンプレッサ５が動作中であるか否かを判定することができる。また、制御部９は、コンプレッサ５を制御する制御信号２１を出力する。この制御信号２１には、停止中のコンプレッサ５を起動する起動信号と、動作中のコンプレッサ５を停止する停止信号とが含まれる。

さらに、制御部９には、極低温部３に取り付けられた温度センサ８から極低温部３の温度を示す温度情報信号２２が入力される。この温度情報信号２２により、制御部９は、極低温部３の現在の温度を取得することができる。

また、制御部９は、動作情報信号２０に基づいてコンプレッサ５の運転状態を常時測定している。また、制御部９は、給電情報信号１８に基づいて、商用電源２または非常用電源６の運転状態を常時測定している。なお、制御部９は、これらの運転状態の履歴を記憶しても良い。さらに、通常時に記憶した運転状態の履歴に基づいて、商用電源２の停電時における制御の設定値を変更しても良い。

本実施形態では、伝導冷却型の冷凍機４を用いているので、商用電源２の停電時に、コンプレッサ５が停止してしまうと、極低温部３の温度が短時間で上昇してしまう。そこで、商用電源２の停電時に、非常用電源６を用いてコンプレッサ５および制御部９に電力２３を供給する。

この電力供給の切り換えは、給電部７で成される。つまり、給電部７は、第１電力線１３と第２電力線１４の接続の切り換えを行う切換回路となっている。なお、この接続の切り換えは、制御部９の制御に基づいて自動的に行われる。そして、非常用電源６の電力２３が第２電力線１４を介して給電部７に供給される。この電力２３は、給電部７から第３電力線１５を介してコンプレッサ５に供給される。また、この電力２３は、給電部７から第４電力線１６を介して制御部９に供給される。

このように、商用電源２の停電時に非常用電源６を用いてコンプレッサ５を動作させることができる。そして、冷凍機４の動作も継続されるので、極低温部３の冷却を継続することができる。このようにすれば、商用電源２の停電時に超電導マグネットである極低温部３にクエンチを生じさせることなく、超電導状態を継続させることができる。

なお、極低温部３を冷却する冷凍機４のコンプレッサ５は、電源容量が大きく、かつ消費電力も多い。また、非常用電源６を用いて長時間に亘りコンプレッサ５を動作させるために充分な容量を確保しようとすると、非常用電源６が大型化してしまい、その設置場所の確保が困難になる。そこで、本実施形態では、温度センサ８で検出した極低温部３の温度に基づいて、コンプレッサ５の起動と停止を繰り返す間欠運転を行い、節電を行うようにしている。このようにすれば、安価で小型の非常用電源６とすることができる。

制御部９は、極低温部３の温度が第１温度（例えば、３Ｋ）以下となったときにコンプレッサ５を停止し、極低温部３の温度が第２温度（例えば、５Ｋ）以上となったときにコンプレッサ５を起動する制御を行う。このようにすれば、極低温部３が第１温度に冷却された状態から第２温度まで上昇する間は、コンプレッサ５が停止するので、その間の電力消費を抑えることができる。また、常に極低温部３の温度が特定温度（転移温度）以下に維持されるので、特定状態（超電導状態）が解除されることがない。つまり、クエンチを生じさせることがない。

なお、商用電源２の停電開始時に、一時的にコンプレッサ５の運転を停止しても良い。そして、極低温部３の温度が第２温度以上となったときに、コンプレッサ５の間欠運転を開始しても良い。または、非常用電源６からの電力供給が開始されたときに、コンプレッサ５の間欠運転を開始しても良い。

商用電源２が復旧したときには、非常用電源６の電力供給から商用電源２の電力供給に切り換る。この接続の切り換えは、制御部９の制御に基づいて自動的に行われる。

本実施形態の極低温装置１の制御部９は、プロセッサおよびメモリなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の極低温装置１の運転方法は、プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。

次に、極低温装置１の制御部９が実行する運転処理について図２および図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図１に示すシステム構成図を適宜参照する。以下のフローチャートの各ステップの説明にて、例えば「ステップＳ１１」と記載する箇所を「Ｓ１１」と略記する。この運転処理は、一定時間毎に繰り返される処理である。なお、制御部９が他のメイン処理を実行中に、この運転処理を割り込ませて実行しても良い。

図２に示すように、制御部９は、まず、給電部７から出力される給電情報信号１８に基づいて、商用電源２が停電中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。ここで、商用電源２が停電中である場合（Ｓ１１がＹＥＳ）は、後述のＳ１６に進む。一方、商用電源２が停電中でない場合（Ｓ１１がＮＯ）、つまり、商用電源２から給電中である場合は、Ｓ１２に進む。

Ｓ１２にて制御部９は、商用電源２の電力１７をコンプレッサ５に供給する。なお、この電力１７が制御部９にも供給される。

次に、商用電源２の電力１７によりコンプレッサ５が動作される（Ｓ１３）。次に、コンプレッサ５により冷媒１０が冷媒回路１１を循環することで、冷凍機４が動作される（Ｓ１４）。次に、冷凍機４の動作により極低温部３が冷却される（Ｓ１５）。そして、運転処理を終了する。

通常時に、Ｓ１２〜Ｓ１５が繰り返されることで、極低温部３が定格温度（例えば、４Ｋ）に維持される。

図３に示すように、前述の商用電源２が停電中である場合（Ｓ１１がＹＥＳ）に進むＳ１６において、制御部９は、非常用電源６の電力２３をコンプレッサ５に供給する。なお、この電力２３が制御部９にも供給される。

次に、制御部９は、非常用電源６の残量が所定値以下であるか否かを判定する（Ｓ１７）。なお、非常用電源６がディーゼル発電機である場合には、燃料の残量が所定値以下であるか否かを判定する。

ここで、非常用電源６の残量が所定値以下である場合（Ｓ１７がＹＥＳ）は、制御部９が装置停止処理を実行する。この装置停止処理では、コンプレッサ５が停止されるとともに、極低温装置１のシステム全体が停止される（Ｓ１８）。なお、非常用電源６の残量が所定値以下である場合に所定の警報を出力し、所定時間経過後にコンプレッサ５および極低温装置１のシステム全体を停止させても良い。

一方、非常用電源６の残量が所定値以下でない場合（Ｓ１７がＮＯ）、つまり、非常用電源６に充分な容量が残されている場合は、温度センサ８が極低温部３の現在の温度を検出する（Ｓ１９）。そして、制御部９は、温度センサ８から出力される温度情報信号２２に基づいて、極低温部３の現在の温度を取得する。

次に、制御部９は、コンプレッサ５から出力される動作情報信号２０に基づいて、コンプレッサ５が動作中であるか否かを判定する（Ｓ２０）。ここで、コンプレッサ５が動作中でない場合（Ｓ２０がＮＯ）は、後述のＳ２５に進む。一方、コンプレッサ５が動作中である場合（Ｓ２０がＹＥＳ）は、Ｓ２１に進む。

Ｓ２１にてコンプレッサ５により冷媒１０が冷媒回路１１を循環することで、冷凍機４が動作される。次に、冷凍機４の動作により極低温部３が冷却される（Ｓ２２）。

次に、制御部９は、極低温部３の現在の温度が第１温度（例えば、３Ｋ）以下であるか否かを判定する（Ｓ２３）。ここで、極低温部３の現在の温度が第１温度以下でない場合（Ｓ２３がＮＯ）は、運転処理を終了する。一方、極低温部３の現在の温度が第１温度以下である場合（Ｓ２３がＹＥＳ）は、コンプレッサ５を停止させる（Ｓ２４）。そして、運転処理を終了する。

前述のコンプレッサ５が動作中でない場合（Ｓ２０がＮＯ）に進むＳ２５において、制御部９は、極低温部３の現在の温度が第２温度（例えば、５Ｋ）以上であるか否かを判定する。ここで、極低温部３の現在の温度が第２温度以上でない場合（Ｓ２５がＮＯ）は、運転処理を終了する。一方、極低温部３の現在の温度が第２温度以上である場合（Ｓ２６がＹＥＳ）は、コンプレッサ５を起動させる（Ｓ２６）。そして、運転処理を終了する。

商用電源２の停電時に、Ｓ１９〜Ｓ２６が繰り返されることで、極低温部３（超電導マグネット）を特定温度（転移温度）以下に維持しつつ、コンプレッサ５の間欠運転を行い、節電を行うようにしている。そのため、非常用電源６を用いて極低温部３の動作を長時間継続させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の極低温装置１Ａについて図４を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図４に示すように、第２実施形態の極低温装置１Ａでは、水冷式のコンプレッサ５Ａを用いる。そして、極低温装置１Ａは、コンプレッサ５Ａを冷却するチラー２４を備える。このようにすれば、コンプレッサ５Ａの周辺の環境温度（空気の温度）に依存しない安定的な運転が可能になる。また、多様なコンプレッサ５Ａを極低温装置１Ａに適用することができる。

コンプレッサ５Ａとチラー２４とは、冷却水２５が循環可能な冷却水回路２６で接続される。チラー２４は、冷却水回路２６に冷却水２５を循環させるための装置である。また、給電部７とチラーとが、第５電力線２７で接続されている。

コンプレッサ５Ａには、チラー２４から動作状態を示す動作情報信号２８が入力される。この動作情報信号２８により、コンプレッサ５Ａは、チラー２４の動作状態を取得することができる。また、コンプレッサ５Ａは、チラー２４を制御する制御信号２９を出力する。制御部９は、コンプレッサ５Ａを制御するとともに、このコンプレッサ５Ａを介してチラー２４を間接的に制御している。

給電部７は、通常時に商用電源２の電力１７を、第５電力線２７を介してチラー２４に供給する。また、給電部７は、商用電源２の停電時に非常用電源６の電力２３を、第５電力線２７を介してチラー２４に供給する。

制御部９は、商用電源２の停電時にコンプレッサ５Ａの運転状態を監視する。このコンプレッサ５Ａの運転状態に基づいて、チラー２４の起動と停止を繰り返す間欠運転を行い、節電を行うようにしている。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の極低温装置１Ｂについて図５を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図５に示すように、第３実施形態の極低温装置１Ｂは、商用電源２の停電時に、コンプレッサ５に電力２３の供給を行う第１非常用電源６と、制御部９に電力３０の供給を行う第２非常用電源３１との２つの非常用電源を備える。

また、極低温装置１Ｂは、第１非常用電源６からコンプレッサ５に電力２３の供給を行う第１給電部７と、第２非常用電源３１から制御部９に電力３０の供給を行う第２給電部３２との２つの給電部を備える。

第１給電部７と商用電源２とが、第１電力線１３で接続されている。また、第１給電部７と第１非常用電源６とが、第２電力線１４で接続されている。また、第１給電部７とコンプレッサ５とが、第３電力線１５で接続されている。また、第２給電部３２と制御部９とが、第４電力線３３で接続されている。また、第１給電部７と第２給電部３２とが、第５電力線３４で接続されている。また、第２給電部３２と第２非常用電源３１とが、第６電力線３５で接続されている。

通常時に商用電源２の電力１７が、第１電力線１３を介して第１給電部７に供給される。この電力１７は、第１給電部７から第３電力線１５を介してコンプレッサ５に供給される。さらに、この電力１７は、第１給電部７から第２電力線１４を介して第１非常用電源６に供給される。つまり、第１非常用電源６は、通常時に商用電源２から供給される電力１７により充電される。

また、商用電源２の電力１７は、第１給電部７から第５電力線３４を介して第２給電部３２に供給される。また、この電力１７は、第２給電部３２から第４電力線３３を介して制御部９に供給される。さらに、この電力１７は、第２給電部３２から第６電力線３５を介して第２非常用電源３１に供給される。つまり、第２非常用電源３１は、通常時に商用電源２から供給される電力１７により充電される。

制御部９には、第２給電部３２から給電状態を示す給電情報信号３６が入力される。なお、給電情報信号３６には、第２非常用電源３１の電力容量の残量を示す情報も含まれる。また、制御部９は、第２給電部３２を制御する制御信号３７を出力する。

商用電源２の停電時には、第１非常用電源６を用いてコンプレッサ５に電力２３を供給するとともに、第２非常用電源３１を用いて制御部９に電力３０を供給する。この電力供給の切り換えは、第１給電部７および第２給電部３２で成される。なお、この接続の切り換えは、制御部９の制御に基づいて自動的に行われる。

第１非常用電源６の電力２３は、第１給電部７から第３電力線１５を介してコンプレッサ５に供給される。また、第２非常用電源３１の電力３０は、第２給電部３２から第４電力線３３を介して制御部９に供給される。このようにすれば、コンプレッサ５に供給する電力２３を確保しつつ、制御部９に供給する電力３０を確保することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の極低温装置１Ｃについて図６を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図６に示すように、第４実施形態の極低温装置１Ｃは、コンプレッサ５の運転操作が可能な上位システム３８を備える。この上位システム３８は、極低温装置１Ｃのシステム全体を制御可能なホストコンピュータとなっている。制御部９には、上位システム３８から指令情報信号３９が入力される。この指令情報信号３９に基づいて、制御部９がコンプレッサ５および給電部７の制御を行う。また、上位システム３８には、制御部９から動作情報信号４０が入力される。

給電部７と上位システム３８とが、第５電力線４１で接続されている。給電部７は、通常時に商用電源２の電力１７を、第５電力線４１を介して上位システム３８に供給する。また、給電部７は、商用電源２の停電時に非常用電源６の電力２３を、第５電力線４１を介して上位システム３８に供給する。このようにすれば、商用電源２の停電時に上位システム３８を用いてコンプレッサ５の起動または停止の操作を管理者が任意に行うことができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態の極低温装置１Ｄについて図７を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図７に示すように、第５実施形態の極低温装置１Ｄは、重力波検出器４２（重力波望遠鏡）を備える。なお、重力波検出器４２は、重力波の検出を目的とする観測装置である。重力波と量子重力理論の研究に使用される。

重力波検出器４２は、レーザ干渉計４３を備える。このレーザ干渉計４３は、レーザを出力するレーザ光源４４と、レーザが通過する真空光路４５と、レーザを分割する分割器４６と、レーザを検出する検出器４７とレーザを反射する２つの反射鏡４８とを備える。なお、反射鏡４８が第５実施形態の極低温部となっている。

それぞれの反射鏡４８には、冷凍機４が取り付けられる。これらの冷凍機４により反射鏡４８が特定温度以下の極低温に冷却される。なお、反射鏡４８における特定温度は、２０Ｋである。これらの反射鏡を２０Ｋ以下の特定温度にすると熱雑音が低減され、レーザ干渉計４３を用いて重力波が検出可能な特定状態となる。

また、それぞれの反射鏡４８の温度を検出する温度センサ８が設けられる。制御部９には、それぞれの温度センサ８から反射鏡４８の温度を示す温度情報信号２２が入力される。

反射鏡４８に設けられた冷凍機４とコンプレッサ５とは、冷媒１０が循環可能な冷媒回路１１で接続される。なお、第５実施形態では、２つの冷凍機４が１つのコンプレッサ５に接続されているが、２つのコンプレッサ５を設けるようにし、それぞれのコンプレッサ５を冷凍機４に接続しても良い。

商用電源２の停電時には、非常用電源６を用いてコンプレッサ５を動作させることができる。そして、冷凍機４の動作も継続されるので、反射鏡４８の冷却を継続することができる。また、制御部９は、商用電源２の停電時に温度センサ８で検出した反射鏡４８の温度に基づいてコンプレッサ５の起動と停止の制御を行う。なお、商用電源２の停電時に、２つの温度センサ８のうち、最も高い温度を検出した温度センサ８に基づいて、制御部９がコンプレッサ５の起動と停止の制御を行う。

通常時に反射鏡４８は、定格温度の１７Ｋに冷却される。商用電源２の停電時において、制御部９は、反射鏡４８の温度が第１温度（例えば、１５Ｋ）以下となったときにコンプレッサ５を停止し、反射鏡４８の温度が第２温度（例えば、１９Ｋ）以上となったときにコンプレッサ５を起動する制御を行う。このようにすれば、反射鏡４８が第１温度に冷却された状態から第２温度まで上昇する間は、コンプレッサ５が停止するので、その間の電力消費を抑えることができる。また、常に反射鏡４８の温度が特定温度（例えば、２０Ｋ）以下に維持されるので、商用電源２の停電時に重力波の検出を継続することができる。

本実施形態に係る極低温装置を第１実施形態から第５実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。

なお、本実施形態の所定の値（極低温部の検出温度）と判定値（第１温度または第２温度）との判定は、「判定値以上か否か」の判定でも良いし、「判定値を超えているか否か」の判定でも良いし、「判定値以下か否か」の判定でも良いし、「判定値未満か否か」の判定でも良い。また、判定値に幅を持たせても良く、一定の範囲に収まる数値を判定値としても良い。

なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。

本実施形態の極低温装置１の制御部９は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

なお、本実施形態の極低温装置１の制御部９で実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。

また、極低温装置１の制御部９で実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、この極低温装置１の制御部９は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。

以上説明した実施形態によれば、商用電源の停電時に温度センサで検出した極低温部の温度に基づいてコンプレッサの起動と停止の制御を行う制御部を備えることにより、商用電源の停電時に非常用電源を用いて極低温部の動作を長時間継続させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

なお、本実施形態では、商用電源２の停電時に、温度センサ８で検出した極低温部３の温度に基づいて制御部９がコンプレッサ５の起動または停止の制御を行うようにしているが、商用電源２から電力供給が行われる通常時に、温度センサ８で検出した極低温部３の温度に基づいて制御部９がコンプレッサ５の起動または停止の制御を行うようにしても良い。このようにすれば、通常時に節電を行うことができる。

なお、本実施形態では、１つの超電導マグネットである極低温部３に、１つの温度センサ８が設けられることを例示したが、１つの超電導マグネットである極低温部３に、複数の温度センサ８が設けられても良い。その場合には、商用電源２の停電時に、最も高い温度を検出した温度センサ８に基づいて、制御部９がコンプレッサ５の起動と停止の制御を行う。また、複数の温度センサ８のうち、最も冷凍機４から離れた部分の温度センサ８に基づいて、制御部９がコンプレッサ５の起動と停止の制御を行うようにしても良い。

なお、本実施形態では、商用電源２が停電したときに、商用電源２の電力供給から非常用電源６の電力供給に自動的に切り換るが、この接続の切り換えを管理者が手動で行っても良い。さらに、本実施形態では、商用電源２が復旧したときに、非常用電源６の電力供給から商用電源２の電力供給に自動的に切り換るが、この接続の切り換えを管理者が手動で行っても良い。

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）…極低温装置、２…商用電源、３…極低温部、４…冷凍機、５（５Ａ）…コンプレッサ、６…非常用電源、７…給電部、８…温度センサ、９…制御部、１０…冷媒、１１…冷媒回路、１２…シールド、１３…第１電力線、１４…第２電力線、１５…第３電力線、１６…第４電力線、１７…商用電源の電力、１８…給電情報信号、１９…制御信号、２０…動作情報信号、２１…制御信号、２２…温度情報信号、２３…非常用電源の電力、２４…チラー、２５…冷却水、２６…冷却水回路、２７…第５電力線、２８…動作情報信号、２９…制御信号、３０…第２非常用電源の電力、３１…第２非常用電源、３２…第２給電部、３３…第４電力線、３４…第５電力線、３５…第６電力線、３６…給電情報信号、３７…制御信号、３８…上位システム、３９…指令情報信号、４０…動作情報信号、４１…第５電力線、４２…重力波検出器、４３…レーザ干渉計、４４…レーザ光源、４５…真空光路、４６…分割器、４７…検出器、４８…反射鏡。

Claims (12)

1. 特定温度以下の極低温に冷却されると特定状態となる極低温部と、
   前記極低温部を冷却する冷凍機と、
   前記冷凍機を動作させるコンプレッサと、
   所定の容量の電力供給が可能な非常用電源と、
   通常時に商用電源から前記コンプレッサに電力供給を行うとともに前記商用電源の停電時に前記非常用電源から前記コンプレッサに電力供給を行う給電部と、
   前記極低温部の温度を検出する温度センサと、
   前記商用電源の停電時に前記温度センサで検出した前記極低温部の温度に基づいて前記コンプレッサの起動と停止の制御を行う制御部と、
   を備える極低温装置。
2. 前記制御部は、
   前記極低温部の温度が前記特定温度よりも低い第１温度以下となったときに前記コンプレッサを停止し、
   前記極低温部の温度が前記特定温度よりも低くかつ前記第１温度よりも高い第２温度以上となったときに前記コンプレッサを起動する請求項１に記載の極低温装置。
3. 前記極低温部は、前記特定温度以下で前記特定状態としての超電導状態となる超電導マグネットである請求項１または請求項２に記載の極低温装置。
4. 前記極低温部は、重力波検出器のレーザ干渉計に用いる反射鏡である請求項１または請求項２に記載の極低温装置。
5. 前記コンプレッサが空冷式である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の極低温装置。
6. 前記コンプレッサが水冷式であり、このコンプレッサを冷却するチラーを備え、
   前記給電部は、通常時に商用電源から前記チラーに電力供給を行うとともに前記商用電源の停電時に前記非常用電源から前記チラーに電力供給を行う請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の極低温装置。
7. 前記非常用電源は、前記コンプレッサに電力供給を行う第１非常用電源と、前記制御部に電力供給を行う第２非常用電源と、から成る請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の極低温装置。
8. 前記コンプレッサの運転操作が可能な上位システムを備え、
   前記給電部は、通常時に商用電源から前記上位システムに電力供給を行うとともに前記商用電源の停電時に前記非常用電源から前記上位システムに電力供給を行う請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の極低温装置。
9. 前記非常用電源がディーゼル発電機である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の極低温装置。
10. 前記非常用電源が鉛蓄電池である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の極低温装置。
11. 前記非常用電源がリチウムイオン電池である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の極低温装置。
12. 通常時に商用電源からコンプレッサに電力供給を行うステップと、
    前記コンプレッサにより冷凍機を動作させるステップと、
    特定温度以下の極低温に冷却されると特定状態となる極低温部を前記冷凍機により冷却するステップと、
    前記商用電源の停電時に所定の容量の電力供給が可能な非常用電源から前記コンプレッサに電力供給を行うステップと、
    温度センサにより前記極低温部の温度を検出するステップと、
    前記商用電源の停電時に前記温度センサで検出した前記極低温部の温度に基づいて前記コンプレッサの起動と停止の制御を行うステップと、
    を含む極低温装置の運転方法。

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