JP3320772B2 - 超電導マグネット装置の運転方法 - Google Patents

超電導マグネット装置の運転方法

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  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMRI装置、磁気浮上装
置等に用いられる超電導マグネット装置の運転方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】MRI装置や磁気浮上装置には4K冷凍
機を搭載した超電導マグネット装置が用いられる。
【0003】図4はこのような超電導マグネット装置の
断面図である。この4K冷凍機を搭載した超電導マグネ
ット装置は、超電導コイル1と液体ヘリウム2を収納す
るヘリウム容器3と、ヘリウム容器3を包囲する輻射シ
ールド4、真空容器5と、ヘリウム容器3内に一部挿入
された冷凍機ユニット6aおよびこの冷凍機ユニット6
aに冷却ガスを供給する圧縮機ユニット6bにより構成
される。冷凍機ユニット6aと圧縮機ユニット6bを合
わせて4K冷凍機6と呼ばれている。ヘリウム容器3内
に挿入された冷凍機ユニット6aの先端に凝縮器68が
あり、4K冷凍機6の運転により凝縮器68は極低温
(4.0 K〜4.5 K)に冷却され、液体ヘリウム
2の蒸発ガスを凝縮し、液体ヘリウム2の消費量(蒸発
量)を低い値に低減している。
【0004】4K冷凍機の概略構成を図5に示す。図5
において冷凍機ユニット6aの一部を成す予冷機62は
圧縮機ユニット6b内の予冷機圧縮機61の運転により
1段ステージ62aおよび2段ステージ62bが冷却さ
れ、定常時各々80K以下および20K以下に保持され
る。次にJT回路圧縮機63が運転すると冷媒(ヘリウ
ムガス)が図の矢印の如く流れ、第1熱交64を通り、
予冷機の1段ステージ62aで冷却され、第2熱交65
を通り、2段ステージ62bでさらに冷却され第3熱交
66を介し、JT弁67で断熱膨張し、定常時は4.0
〜4.3 Kの温度になり、凝縮器68でヘリウム容
器3内のヘリウムガスを凝縮し、第3,2,1の各熱交
で熱交換しJT回路圧縮機63に戻る。起動時は第1,
2,3熱交および配管部が温まっているので凝縮器は高
い温度状態になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで4K冷凍機6
が停止した場合、冷凍機ユニット6aの内部は温まって
いて、運転を再開すると凝縮器68は高温(100 〜
150 K)に達し、ヘリウム容器3の内部へ多量の熱
量を与え、ヘリウム容器内圧の急激な上昇および超電導
コイル1のクエンチ(常電導転移)を発生することがあ
る。この結果、超電導マグネット装置としての機能を喪
失することになる。
【0006】本発明は4K冷凍機を起動する際に生ずる
ヘリウム容器内圧の急激な上昇および超電導コイルのク
エンチの発生を防止した超電導マグネット装置の運転方
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の超電導マグネッ
ト装置の運転方法は、ヘリウム容器内圧を検知する圧力
センサーとヘリウム容器内のヘリウムガスを放出する電
磁弁を設けた超電導マグネット装置において、4K冷凍
機のJT回路圧縮機の運転開始をヘリウム容器内圧の上
位設定値以上とし、JT回路圧縮機の運転開始と同時に
ヘリウムガス放出用電磁弁を開放し、ヘリウム容器内圧
の下位設定圧力以下でヘリウムガス放出用電磁弁を閉止
する構成とする。
【0008】
【作用】このような構成にすると、冷凍機始動時にはヘ
リウムガス流によって冷凍端の凝縮器が冷却されるの
で、ヘリウム容器内へ侵入する熱量を低減し、ヘリウム
容器内圧の急激な上昇および超電導コイルのクエンチの
発生を防止することができる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例に使用される超電導マグネ
ット装置を図1に示す。この図は4K冷凍機を搭載した
超電導マグネット装置の断面図である。図1において、
超電導コイル1と液体ヘリウム2を収納したヘリウム容
器3と、ヘリウム容器3を包囲する輻射シールド4およ
び真空容器5と、冷凍機ユニット6a、圧縮機ユニット
6bから成る4K冷凍機6から構成される部分は従来と
同じである。本実施例においてはヘリウム容器3の内圧
を検知し圧力信号が取り出せる圧力センサー7と、液体
ヘリウム2の蒸発したヘリウムガスを大気へ放出する電
磁弁8を設ける。圧力センサー7と電磁弁8は制御器9
に電気的に接続する。制御器9は圧力センサー7による
信号で圧縮機ユニット6bを運転制御すると共に、電磁
弁8を開閉する。
【0010】図2に本実施例の超電導マグネット装置
運転パターンを示す。この図において、4K冷凍機6は
停止状態にあり、電源投入(この場合、停電状態から復
電された場合も含む)と同時に予冷機62が運転し、予
冷機62の1段ステージ62a、2段ステージ62bは
冷却され、定常温度になるまでの時間T1 以上運転し
続ける。JT回路圧縮機63は、ヘリウム容器3内圧の
上位設定圧力(PH)以上で運転すると共に、電磁弁8
を開放し、ヘリウム容器内ヘリウムガスを大気へ放出す
る。磁圧内圧が降下して下位設定圧力(PL )以下で
電磁弁を閉止し、ヘリウムガスの題記放出を停止する。
その後はヘリウム容器内圧の変化に関係なく、その状態
で運転を続行する。なお、前記上位及び下位設定圧力
は、4K冷凍機の性能、ヘリウム容器の容積、液体ヘリ
ウム貯液量、電磁弁の流量等により決定される。
【0011】本実施例の構成と運転パターンをとること
により、以下の作用効果を得る。4K冷凍機6の停止状
態では前述の如く冷凍機ユニット6a内の各熱交および
配管が定常状態より高温になっているため、JT回路圧
縮機63を運転すると高温の冷媒(ヘリウムガス)が流
れ、凝縮器68が高温(100 K〜150 K)にな
るが、電磁弁8が開放し、液体ヘリウム2から蒸発した
極低温のヘリウムガスが、凝縮器68を冷却しながら大
気へ放出する。このためヘリウム容器3内への熱侵入は
軽減され、ヘリウム容器内圧の急激な上昇を防止できる
と共に超電導コイル1のクエンチ発生の危険性も無くす
ることができる。 (他の実施例)
【0012】他の実施例を図3に示す。この図は他の運
転パターンを示すもので、予冷機62の運転開始をヘリ
ウム容器内圧の上位設定圧力(PH )以上とし、その
後設定時間(T1 )経過後JT回路圧縮機63が運転
開始すると同時に電磁弁8を開放して、凝縮器68を冷
却し、下位設定圧力(PL )以下で電磁弁8を閉止し
定常運転にするものである。
【0013】この実施例によれば、前述の効果を得る他
に、ヘリウム容器3に取付いている各部分、例えば安全
弁、破裂板、各種計測ポート、等のシール部に洩れがあ
った場合に検知しやすい利点がある。すなわち洩れがあ
って上位設定圧力(PH )以上にならない場合4K冷
凍機6は運転開始しないので、異常が検知しやすく、大
気混入によるヘリウム容器3内の凍結を未然に防ぐこと
ができる。
【0014】
【発明の効果】本発明により次の効果を得る。4K冷凍
機起動時の超電導コイルのクエンチ発生の危険性を無く
することができる。
【0015】4K冷凍機起動時のヘリウム容器内圧の急
激な圧力上昇を軽減し、機器の安全性を増すと共に、熱
侵入量を低減するため、液体ヘリウムの消費量(蒸発
量)を低減するから運転費の低減になる。長時間の停電
等があった場合でも、自動復帰が可能となり、人件費の
節約になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に使用される超電導マグネット
装置を示す断面図。
【図2】上記実施例の運転パターン図。
【図3】運転パターンの他の例を示す図。
【図4】従来の装置を示す断面図。
【図5】4K冷凍機の概略構成図。
【符号の説明】
1…超電導コイル 2…液体ヘリウム 3…ヘリウム容器 4…輻射シールド 5…真空容器 6…4K冷凍機 6a…冷凍機ユニット 6b…圧縮機ユニット 7…圧力センサー 8…電磁弁 9…制御器 62…予冷機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−73390(JP,A) 特開 昭52−116190(JP,A) 特開 平2−96304(JP,A) 特開 平2−278803(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/02 - 39/04 H01L 39/14 - 39/16 H01L 39/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導コイルと液体ヘリウムを収容する
    ヘリウム容器内のヘリウムガスを凝縮する4K冷凍機
    と、ヘリウム容器の内圧を検知する圧力センサーと、ヘ
    リウム容器内部のヘリウムガスを放出する電磁弁を備え
    た超電導マグネット装置において、4K冷凍機の予冷機
    は電源と同時に運転開始し、4K冷凍機のJT回路圧縮
    機の運転開始を、ヘリウム容器内圧の上位設定圧力以上
    で、かつ、予冷機運転開始から所定の時間以上経過後と
    し、JT回路圧縮機の運転開始と同時にヘリウムガス放
    出用電磁弁を開放し、ヘリウム容器内圧の下位設定圧力
    以下でヘリウムガス放出用電磁弁を閉止するようにした
    ことを特徴とする超電導マグネット装置の運転方法
  2. 【請求項2】 4K冷凍機の予冷機運転開始を、ヘリウ
    ム容器内圧の上位設定圧力以上の場合とし、JT回路圧
    縮機の運転開始と同時にヘリウムガス放出用電磁弁を開
    放し、ヘリウム容器内圧の下位設定圧力以下でヘリウム
    ガス放出用電磁弁を閉止するようにしたことを特徴とす
    る請求項1記載の超電導マグネット装置の運転方法
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