JP2798968B2 - 超電導装置およびその運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、超電導磁石を始めとする超電導装置に関す
る。

（従来の技術） 超電導磁石を始めとする超電導装置は、超電導線を巻
いたコイルなどの超電導機器を液体ヘリウム等の冷媒内
に浸漬して使用する。液体ヘリウムは、極低温であり、
クライオスタットと呼ばれる高性能の断熱容器を用いて
使用される。この中は極低温のため空気が混入すると凍
結してしまう。しかし、液体ヘリウムは、蒸発潜熱が小
さいため、蒸発したヘリウムガスが、入込もうとする空
気を押出してくれていた。

断熱技術の進歩に伴い、その冷媒の蒸発量が極端に減
少して、空気を押出す力が小さくなった。このため、大
気の巻込みにより、内部凍結を起こし易くなってきた。
通常の使用状態では、蒸発ガス放出ラインを細く長くす
ることにより、大気の逆流を防止できる。しかし、冷媒
である液体ヘリウム注液時や、超電導磁石を励磁または
減磁ための電流供給装置の着脱時には、操作ポート部を
大きく開口する。この開口穴は、上向きで大きな口径を
有するため、ここよりの大気の巻込みは、避け難いもの
であった。

ポート部が凍結した場合、ヒータや温度を上げたヘリ
ウムガスによって溶かす方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） ポートが凍結するのは止むを得ないと考え、凍結した
場合それを溶かすという方法では、溶かすための器具を
常備する必要がある。また、空気ではなく水分を巻込み
凍結した場合は、超電導磁石全体を昇温しなくては溶か
すことができない。

そこで本発明は、液体ヘリウム注液時や電流供給装置
着脱時等に、操作ポート部を大きく開口しても、大気の
巻込みが起こらないようにすることも目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の超電導装置においては極低温冷媒の液面高さ
を検出する液面センサーを備え、液体ヘリウム注液時や
電流供給装置着脱時等に操作ポート部を大きく開口する
ときに、液面センサーを動作状態にするようにする。

（作 用） 液面センサーを動作状態にすることにより、冷媒であ
る液体ヘリウムの蒸発を多くし、開口した操作ポートか
らの大気の巻込みをなくし、内部の凍結を防止すること
ができる。

（実施例） 超電導線を巻き回した超電導磁石１は、液体ヘリウム
容器２内に収納され、冷媒である液体ヘリウム３に浸漬
されて冷却されている。

液体ヘリウム容器２を包み込む形で真空容器４があ
り、間を真空に排気し、真空断熱層５を構成している。
この真空断熱層５には、図示していないが、多層断熱材
や輻射シールド等の断熱性能を高めるための構造が施工
してある。

高性能に断熱してあるが、残った熱侵入により冷媒で
ある液体ヘリウムは僅かずつ蒸発してゆく。

蒸発してできたヘリウムガスは、断熱真空層５を貫通
して液体ヘリウム容器２と真空容器４をつなぐ管状流路
からなる操作ポートを経由して、排出口10より大気に放
出される。

排出口10は、細く長い流路として、大気の逆流による
内部凍結を防止している。

操作ポート部６上部は、液体ヘリウム注液時にはトラ
ンスファーチューブ（図示せず）を挿入し、超電導磁石
の励磁および減磁時には電流供給装置を挿入するための
開口部７があり、通常は蓋８がしてある。

液体ヘリウム容器２内には、内部の液体ヘリウムの液
面位置を測定し、液体ヘリウム３が超電導磁石１を安定
に動作させるのに充分な量があるか確認するための、液
面センサー９が収納されている。

液面センサー９は、超電導線を主要構成要素とし、適
正範囲の電流を通電すると、液体ヘリウム内に浸漬され
ている部分は超電導状態になり、ヘリウムガスにさらさ
れている部分は常電導状態になることを利用している。

この液面センサー９は液面センサーコントローラ11か
ら電流をながし、発生電圧を測定することにより動作さ
せている。

液面センサー９は、動作中は常電導部分で発熱するた
め、液体ヘリウム３を多量に蒸発させてしまう。このた
め、通常は動作させず、必要時、間欠的に動作させるよ
うにしている。

排出口10は、細く長い流路のため大気の巻込みはない
が、トランスファーチューブや電流供給装置挿入用の開
口部７は、その機能上、上方に向けて大きく開口するた
め、開けると急速に大気が逆流し内部が凍結する。

これを防止するため、予め液面センサー９を動作させ
ておき、液体ヘリウムの蒸発量を増加させておいてか
ら、開口部を開け、トランスファーチューブや電流供給
装置の挿入・取外しを行う。

液面センサーを動作させていると、液体ヘリウムの蒸
発が大幅に増加する。このため、液面センサーコントロ
ーラ11には、動作中を示す警報を設け、切り忘れによる
液体ヘリウムの異常消耗を防止する。

このように、液面センサー９を動作させて、液体ヘリ
ウムの蒸発を増やし、ヘリウムガスの量を増加させてか
ら操作ポート部７を開口することにより、開口部８から
の大気の巻込みを防止し、内部の凍結を防止する。

（他の実施例） 超電導装置は、超電導磁石に限定するものではない。
超電導現象を利用し冷媒に因って冷却し、外部より電気
を供給し使用する装置であれば、なんでもよい。

冷媒は、液体ヘリウムとはかぎらない。超電導現象が
実現できるものであれば、なんでもよい。

液面センサーは、超電導現象を利用したものでなくて
もよい。動作させれば、冷媒の蒸発量が増加するもので
あれば、なんでもよい。

動作中を知らせる機能は、なくてもよい。また、動作
中を知らせる方法は、警報によらなくてもよい。

〔発明の効果〕

トランスファーチューブや電流供給装置の挿入・取外
し時、操作ポートの開口部７を開けても、大気の巻込み
が起こらず、内部の凍結を防止できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す断面図である。 １……超電導磁石、２……液体ヘリウム容器 ３……液体ヘリウム、４……真空容器 ５……真空断熱層、６……操作ポート部 ７……開口部、８……蓋 ９……液面センサー 10……排出口 11……液面センサーコントローラ

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導現象を応用した構造体と、それを内
   部に収納した極低温冷媒容器と、それを取巻く形で配し
   内部を真空に排気した真空容器と、この真空容器を貫通
   して前記極低温冷媒容器と外部とを連通する操作ポート
   と、この操作ポートの開口部を密閉する蓋と、冷媒容器
   内にあり内部の冷媒の液面位置を測定する液面センサー
   と、該液面センサーを動作させる液面センサーコントロ
   ーラからなり、前記開口部を密閉する蓋を取外して前記
   構造体への電流供給装置着脱時および前記極低温冷媒容
   器への液体ヘリウム注液時に、前記液面センサーコント
   ローラを用い液面センサーを動作状態にするようにした
   ことを特徴とする超電導装置。
2. 【請求項２】超電導現象を応用した構造体が、超電導磁
   石であることを特徴とする請求項（１）記載の超電導装
   置。
3. 【請求項３】冷媒が、液体ヘリウムであることを特徴と
   する請求項（１）記載の超電導装置。
4. 【請求項４】液面センサーが、超電導現象を利用した素
   子からなることを特徴とする請求項（１）記載の超電導
   装置。
5. 【請求項５】液面センサーコントローラに、液面センサ
   ーが動作中は警報音を発する機能を有することを特徴と
   する請求項（１）記載の超電導装置。
6. 【請求項６】超電導現象を応用した構造体を、内部に液
   面センサーを備えた極低温冷媒容器内に収納し、該極低
   温冷媒容器を取巻く形で内部を真空に排気した真空容器
   を配するとともに、この真空容器を貫通して前記極低温
   冷媒容器と外部とを連通する操作ポートと、この操作ポ
   ートの開口部を密閉する蓋とを有し、前記構造体の電流
   供給装置着脱時および前記極低温冷媒容器の液体ヘリウ
   ム注液時には、最初に前記冷媒容器内部の冷媒の液面位
   置を測定できるように前記液面センサーに接続された液
   面センサーコントローラにより液面センサーを動作状態
   にし、次に前記蓋を開口し、最後に前記電流供給装置の
   着脱または液体ヘリウム注液を行なうことを特徴とする
   超電導装置の運転方法。
7. 【請求項７】液面センサーとして、超電導現象を利用し
   た素子を用いることを特徴とする請求項（６）記載の超
   電導装置の運転方法。
8. 【請求項８】液面センサーコントローラに、液面センサ
   ーが動作中は警報音を発する機能を持たせたことを特徴
   とする請求項（６）記載の超電導装置の運転方法。