JP4814630B2 - Superconducting magnet system - Google Patents
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Description
この発明は、ヘリウム容器内に貯留された液体ヘリウムにより冷却される超電導コイルを備えたMRI等に用いる超電導電磁石装置に関するものである。 The present invention relates to a superconducting electromagnet apparatus used for MRI or the like provided with a superconducting coil cooled by liquid helium stored in a helium container.
一般に、核磁気共鳴を利用した磁気共鳴画像法(Magnetic Resonance Imaging)に用いる電磁石装置は、複数個の環状の超電導コイルを、ヘリウム容器内に貯留された液体ヘリウムに浸漬して冷却するよう構成されている。この液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石装置は、超電導コイルを液体ヘリウムにより4.2Kの極低温に保つことで超電導状態を維持している。 Generally, an electromagnet device used for magnetic resonance imaging using nuclear magnetic resonance is configured to cool a plurality of annular superconducting coils by immersing them in liquid helium stored in a helium vessel. ing. This liquid helium immersion superconducting electromagnet apparatus maintains the superconducting state by keeping the superconducting coil at a cryogenic temperature of 4.2 K with liquid helium.
従来の液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石装置は、超電導コイルと、超電導コイル及び液体ヘリウムを収納するヘリウム容器と、ヘリウム容器を収納し、内部を真空にすることによって真空断熱する真空容器と、ヘリウム容器と真空容器の間にあって、主としてヘリウム容器に入る輻射熱を低減する熱シールドと、蒸発したヘリウムガスをヘリウム容器から排出する排出用配管と、液体ヘリウムを注入するための入り口である注入ポートより構成される。(例えば特許文献1参照) A conventional liquid helium immersion type superconducting electromagnet apparatus includes a superconducting coil, a helium container that houses the superconducting coil and liquid helium, a vacuum container that houses the helium container and is vacuum-insulated by evacuating the inside, and a helium container And a vacuum vessel, mainly composed of a heat shield that reduces radiant heat entering the helium vessel, a discharge pipe for discharging the evaporated helium gas from the helium vessel, and an injection port that is an inlet for injecting liquid helium. The (For example, see Patent Document 1)
この従来の装置に於いて、ヘリウム容器内には液体ヘリウムが貯留されているが、外部からの熱侵入などによって、通常運転時には液体ヘリウムは僅かずつ蒸発する。また、超電導コイルが超電導破壊(クエンチ)を起こした際には、超電導コイルの発熱により液体ヘリウムが急激に蒸発し、大量のヘリウムガスが発生する。該ヘリウムガスによる内圧上昇を防ぐため、ヘリウム容器にはヘリウムガスの排出用配管が設置されている。排出用配管には、逆止弁と緊急弁の2つの弁がある。この逆止弁は、通常運転時、ヘリウム容器の内圧がある閾値以上になった場合にヘリウムガスを放出し、かつ外気の流入を防ぐ働きをする。緊急弁は、超電導コイルがクエンチして大量のヘリウムガスが急激に発生した場合に、開口動作をするよう形成されている。 In this conventional apparatus, liquid helium is stored in the helium container, but liquid helium is evaporated little by little during normal operation due to heat penetration from the outside. Further, when the superconducting coil causes superconducting breakdown (quenching), liquid helium is rapidly evaporated by the heat generated by the superconducting coil, and a large amount of helium gas is generated. In order to prevent an increase in internal pressure due to the helium gas, a helium gas discharge pipe is installed in the helium container. There are two valves in the discharge pipe, a check valve and an emergency valve. This check valve functions to release helium gas and prevent inflow of outside air when the internal pressure of the helium container exceeds a certain threshold value during normal operation. The emergency valve is formed to perform an opening operation when the superconducting coil is quenched and a large amount of helium gas is rapidly generated.
また、ヘリウム容器の内圧上昇を抑制するための排出の他、ヘリウム容器に、超電導コイルのクエンチ防止のためにヘリウムガスを排出するための手段を備えるようにした超電導電磁石装置がある。この従来の装置の場合、ヘリウム容器内のヘリウムガスを凝縮するジュールトムソン膨張回路圧縮機(以下、JT回路圧縮機と称する)を有する4K(K;ケルビン)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、ヘリウム容器内のヘリウムガスを放出する電磁弁から構成される。(例えば特許文献2参照) There is also a superconducting electromagnet apparatus in which helium container is provided with means for discharging helium gas to prevent quenching of the superconducting coil, in addition to discharge for suppressing an increase in internal pressure of the helium container. In the case of this conventional apparatus, a 4K (K; Kelvin) refrigerator having a Joule-Thomson expansion circuit compressor (hereinafter referred to as a JT circuit compressor) that condenses the helium gas in the helium container, and the internal pressure of the helium container are detected. And a solenoid valve that discharges helium gas in the helium container. (For example, see Patent Document 2)
この従来の装置では、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。こうすることで冷凍機始動時の凝縮器温度上昇によるヘリウム容器内への熱量の侵入を低減し、ヘリウム容器内圧の急激な上昇及び超電導コイルのクエンチの発生を防止する。 In this conventional apparatus, the operation start of the JT circuit compressor of the 4K refrigerator is set to the upper set value of the helium vessel internal pressure or higher, and the helium gas discharge electromagnetic valve is opened simultaneously with the start of the operation of the JT circuit compressor, The helium gas discharge solenoid valve is closed below the lower set pressure. This reduces the amount of heat entering the helium vessel due to the rise in the condenser temperature at the start of the refrigerator, and prevents a sudden rise in the helium vessel internal pressure and occurrence of quenching of the superconducting coil.
超電導電磁石装置の励磁又は消磁の際には、外部の電源装置から電流リードを通じ超電導コイルに通電するが、このとき常伝導体である電流リードが発熱し、この発熱によって周囲のヘリウムガスが温められ、温度が上昇したヘリウムガスであるホットガスが発生する。従来の超電導電磁石装置装置では、ホットガスを効率的に排出する手段を備えていないため、発生したホットガスがヘリウム容器内部に溜まる。その結果、ホットガスが超電導コイルに触れてクエンチが発生し、超電導電磁石装置としての機能を喪失することになる。 When energizing or demagnetizing the superconducting electromagnet device, the superconducting coil is energized from the external power supply device through the current lead. At this time, the current lead, which is a normal conductor, generates heat, and the generated helium gas warms the surrounding helium gas. Then, hot gas, which is helium gas whose temperature has risen, is generated. Since the conventional superconducting electromagnet apparatus is not provided with means for efficiently discharging hot gas, the generated hot gas accumulates inside the helium container. As a result, the hot gas touches the superconducting coil to cause quenching, and the function as a superconducting electromagnet device is lost.
特に、最近では超電導電磁石装置の中心部に磁場を発生するメインコイルの他に、超電導電磁石装置の外部に広がる磁場を低減する目的で直径の大きなシールドコイルを設ける傾向がある。このため、シールドコイルとヘリウム容器との外径が近い値となり、ホットガスが少し発生するとシールドコイルを過熱し、クエンチが起こりやすい傾向にあった。 In particular, recently, there is a tendency to provide a shield coil having a large diameter for the purpose of reducing the magnetic field spreading outside the superconducting electromagnet apparatus in addition to the main coil that generates a magnetic field at the center of the superconducting electromagnet apparatus. For this reason, the outer diameters of the shield coil and the helium vessel are close to each other, and when a small amount of hot gas is generated, the shield coil is overheated and tends to be quenched.
また、超電導電磁石装置を励磁した状態のまま液体ヘリウムを注入する際、注入開始直後には液体ヘリウム移送管が十分に冷えきっておらず、注入管からホットガスが侵入することがある。この場合にも、従来の超電導電磁石装置では、ホットガスを効率的に排出する手段を備えていないため、発生したホットガスがヘリウム容器内部に溜まり、クエンチ発生の原因となっていた。 Further, when liquid helium is injected while the superconducting electromagnet apparatus is excited, the liquid helium transfer pipe is not sufficiently cooled immediately after the start of injection, and hot gas may enter from the injection pipe. Also in this case, since the conventional superconducting electromagnet apparatus is not provided with means for efficiently discharging the hot gas, the generated hot gas is accumulated in the helium container, causing a quench.
この発明は、上記のような従来の装置に於ける課題を解決するためになされたものであり、ヘリウム容器内に発生、または侵入したホットガスを効果的に外部へ排出することにより、励磁若しくは消磁中、及び液体ヘリウムの注入中のクエンチが起こりにくい超電導電磁石装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the problems in the conventional apparatus as described above. By exciting the hot gas generated or intruded into the helium vessel to the outside, it is excited or It is an object of the present invention to obtain a superconducting electromagnet apparatus that is difficult to quench during demagnetization and liquid helium injection.
この発明に係る超電導電磁石装置は、超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートと、前記ヘリウム容器の前記内部空間に開口し前記内部空間内のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る排出手段とを備えた超電導電磁石装置であって、前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、前記ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置とを備え、前記ヒータは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒータ用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成され、前記排出手段は、前記ヒータが前記付勢されたとき開放されるように構成されているものである。 A superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes a superconducting coil, a helium container that stores liquid helium that houses the superconducting coil and cools the superconducting coil, and a vacuum container that houses the helium container and is held in a vacuum. A current shield provided inside the vacuum vessel and disposed outside the helium vessel, and a normal conductor connected to the superconducting coil and drawn out of the helium vessel from the inner space of the helium vessel. lead and, an injection port capable of injecting a liquid helium inside the helium vessel through the liquid helium transfer tube provided outside of the helium vessel, helium and opening into the internal space of the helium vessel within the interior space a superconducting magnet device provided with a discharge means capable of discharging gas to the outside of the helium vessel, the helium A heater which is immersed in the liquid helium stored in the container, and a power supply device for a heater for supplying power to the heater, the heater, and during injection of the liquid helium at the time of energization of the current lead At least one of them is configured to be energized by receiving power from the heater power supply, and the discharging means is configured to be opened when the heater is energized. It is what has been .
また、この発明に係る超電導電磁石装置は、超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートとを備えた超電導電磁石装置であって、前記ヘリウム容器の前記内部空間の垂直方向最上部以外の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第1の排出手段と、前記ヘリウム容器の前記内部空間のほぼ垂直方向最上部の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第2の排出手段とを備え、前記電流リードは、前記第1の排出手段の前記開口部の近傍で前記ヘリウム容器の前記内部空間から前記ヘリウム容器の外部へ引き出され、少なくとも前記第2の排出手段は、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、開放され得るように構成されたものである。 The superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes a superconducting coil, a helium container that stores the superconducting coil and stores liquid helium that cools the superconducting coil, and a vacuum that houses the helium container and is maintained in a vacuum. A container, a heat shield provided inside the vacuum container and disposed outside the helium container, and a normal conductor connected to the superconducting coil and drawn from the internal space of the helium container to the outside of the helium container a current lead comprising, a superconducting magnet device provided with an injection port capable of injecting a liquid helium inside the helium vessel through the liquid helium transfer tube provided outside of the helium vessel, the said helium vessel possess openings at positions other than the vertical direction the top of the interior space, the helium vessel and its opening near the helium gas A first discharge means capable of discharging to the outside, have a opening in a substantially vertical direction at the top position of the inner space of the helium vessel, and discharges the opening vicinity of the helium gas to the outside of the helium vessel Second discharge means for obtaining , wherein the current lead is drawn from the inner space of the helium container to the outside of the helium container in the vicinity of the opening of the first discharge means, and at least the second The discharging means is configured to be opened when at least one of energization of the current lead and injection of the liquid helium .
更に、この発明に係る超電導電磁石装置は、超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートと、前記ヘリウム容器の前記内部空間に開口し前記内部空間内のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る排出手段とを備えた超電導電磁石装置であって、前記ヘリウム容器の前記内部空間に設けられ前記開口部の近傍の前記内部空間を少なくとも前記超電導コイルから仕切る仕切り板と、前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、該ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置とを備え、前記仕切り板は、前記開口部の近傍に存在するヘリウムガスと前記超電導コイルとの接触を防止し、前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成されていることを特徴とするものである。 Furthermore, the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes a superconducting coil, a helium container storing liquid helium that houses the superconducting coil and cools the superconducting coil, and a vacuum that houses the helium container and is maintained in a vacuum. A container, a heat shield provided inside the vacuum container and disposed outside the helium container, and a normal conductor connected to the superconducting coil and drawn from the internal space of the helium container to the outside of the helium container A current lead, an injection port through which liquid helium can be injected into the helium container via a liquid helium transfer pipe provided outside the helium container, and an opening in the internal space of the helium container. A superconducting electromagnet apparatus comprising: a discharging means capable of discharging the helium gas of the gas to the outside of the helium container, A partition plate partitioning the internal space in the vicinity of the provided in the internal space of helium container said opening from at least the superconducting coil, a heater immersed in the liquid helium stored in the helium vessel, power to the heater And the partition plate prevents contact between the helium gas existing in the vicinity of the opening and the superconducting coil, and the heater is electrically connected to the current lead and the At least one of the injection of liquid helium is configured to be energized by receiving power supply from the heater power supply device .
この発明による超電導電磁石装置によれば、ヒーターによりほぼ液体ヘリウムの沸点である4.2K付近の低温のヘリウムガスを発生させて、強制的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができ、ホットガスにより超電導コイルがクエンチを引き起こすことがなく、信頼性の高い超電導電磁石装置を提供することができる。 According to the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention, approximately the boiling point of liquid helium by generating low temperature helium gas in the vicinity of 4.2 K, forced hot gas can be discharged to the outside of the helium vessel by the heater, The superconducting coil is not caused to quench by hot gas, and a highly reliable superconducting electromagnet apparatus can be provided.
また、この発明による超電導電磁石装置によれば、ヘリウム容器の内部空間の垂直方向最上部以外の位置に開口部を有する第1の排出手段と、前記ヘリウム容器の内部空間のほぼ垂直方向最上部の位置に開口部を有する第2の排出手段とを備え、第2の排出手段によりホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができ、ホットガスが効果的にヘリウム容器の外部へ排出され、超電導コイルがホットガスによりクエンチを引き起こすことがなく、信頼性の高い超電導電磁石装置を提供することができる。 According to the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention, the first discharge means having an opening at a position other than the vertical uppermost part of the inner space of the helium container, and the uppermost part of the inner space of the helium container in the substantially vertical direction. A second discharge means having an opening at a position, and the second discharge means can discharge hot gas to the outside of the helium container, and the hot gas is effectively discharged to the outside of the helium container. The coil does not cause quenching by hot gas, and a highly reliable superconducting electromagnet apparatus can be provided.
更に、この発明による超電導電磁石装置によれば、ヘリウム容器の内部空間に、排出手段の開口部の近傍の前記内部空間を少なくとも前記超電導コイルから仕切る仕切り板とを備えたので、ホットガスが少なくとも超電導コイルに触れることが防止され、ホットガスにより超電導コイルがクエンチを引き起こすことがなく、信頼性の高い超電導電磁石装置を提供することができる。 Furthermore, according to the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention, the inner space of the helium vessel, since a partition plate that partitions said internal space in the vicinity of the opening of the discharge means from at least the superconducting coil, the hot gas is at least a superconducting It is possible to provide a highly reliable superconducting electromagnet apparatus in which the coil is prevented from touching and the superconducting coil is not quenched by hot gas.
実施の形態1
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係るMRI用の超電導電磁石装置の断面図で、主として超電導電磁石装置の中心部に必要な磁場を発生する小径のメインコイル1aと、超電導電磁石装置の外周部の磁場を低減する大径のシールドコイル1bからなる超電導コイル1を備えている。この超電導コイル1は、液体ヘリウム2を貯留するヘリウム容器3の内部に設けられ、液体ヘリウム2に浸漬されて超電導状態が維持される。
超電導コイル1は、ヘリウム容器3の内部から外部に引き出された常電導体よりなる電流リード12を介して励磁用電源装置13に接続され、この励磁用電源装置13により電力が供給されて励磁又は消磁される。
The
ヘリウム容器3は、内部を真空に維持された真空容器5の内部に収納され、真空容器5の外部に対し真空断熱されている。さらにヘリウム容器3は、真空容器としてのクライオスタット5の内部に設けられた熱シールド4により包囲され、主としてクライオスタット5からの輻射熱から遮蔽されている。
The
冷凍機ユニット10は、熱シールド4と熱的に接続され、ヘリウム容器3の内部空間内に一部分が挿入されている。冷凍機ユニット10は4K冷凍機を備え、圧縮機ユニット11とガスホースで接続されており、高圧ヘリウムガスの供給を受けている。圧縮機ユニット11は、ヘリウムガスを凝縮するJT回路圧縮機を備える。
The
ヒーター6は、液体ヘリウム2の中に浸漬されており、ヒーター用電源装置7から電力の供給を受けて発熱する。ヘリウム容器3には排出手段8が設けられている。排出手段8は、逆止弁8aと緊急弁8b及び排出管80とから構成され、排出管80は、ヘリウム容器3の頂部に設けられた突出部31の内部空間、即ちヘリウム容器3の内部空間の垂直方向最上部(以下、最上部と称する)32に開口している。逆止弁8aは、ヒーター6への通電時に開放される。この逆止弁8aの開閉は手動又は自動制御により行われる。また、排出管80には、液体ヘリウムをヘリウム容器3内に注入するための注入ポート9が設けられている。
The
以上のように構成されたこの発明の実施の形態1による超電導磁石装置は、所望の磁場を得るために、励磁用電源装置13と超電導電磁石装置の電流リード12を接続して超電導コイル1に電流を供給して励磁する。その後、励磁用電源装置13と電流リード12との接続は切り離され、超電導コイル1は超電導状態で稼動し所望の磁場を発生する。通常、クライオスタット5及びヘリウム容器3の外部からヘリウム容器3内に僅かな熱侵入があり、液体ヘリウム2は少しずつ蒸発する。したがって、液体ヘリウム2、超電導コイル1、ヘリウム容器3、及びヒーター6の温度は、液体ヘリウム2の沸点である4.2Kに等しく保たれる。
In the superconducting magnet device according to
しかし電流リード12を構成する物質は超電導物質ではなく、超電導コイル1の励磁時にその抵抗成分により電流の2乗に比例した熱量のジュール熱を発生する。この熱によって電流リード12の周囲のヘリウムガスが温められてホットガスが発生する。ホットガスは、冷たいヘリウムガスに比べて比重が小さいため、ヘリウム容器3の内部空間の垂直方向上部(以下、上部という)に溜まることとなる。
However, the material constituting the
この時、液体ヘリウム2に浸漬されたヒーター6に通電する。ヒーター6は、周囲を液体ヘリウム2に囲まれているため、ヒーター6に通電することで発生するジュール熱は周囲の液体ヘリウム2を気化させるためだけに使われ、ヘリウム容器3の内部空間に存在するヘリウムガス及びヒーター6の温度は上昇しない。したがって、ヒーター6の発熱により発生するヘリウムガスの温度は、液体ヘリウム2の沸点と等しい4.2Kである。
At this time, the
ヒーター6への通電と同時に逆止弁8aが開かれ、ヒーター6の発熱により発生した4.2Kのヘリウムガスが、ヘリウム容器3の内部空間の上部に溜まったホットガスを、逆止弁8aを通じて強制的にヘリウム容器3から外部へ排出させる。ヒーター6への通電が終了し、ホットガスの排出を終了すれば、逆止弁8aは閉じられる。このように、逆止弁8aは、ヒーター6への通電時に開放してホットガスの排出を行い、通常時は閉じているので、通常時にヘリウムガスが漏れることがない。
The
一方、クライオスタット5への熱侵入量は、通常1W以下である。上記ヒーター6は、例えば120[Ω]の抵抗値を有しており、0.5[A]の電流を通電することによって、30[W]のジュール熱を発生する。したがって、ヒーター6に通電した場合のヘリウムガス発生量は、ヒーター6に通電しない場合に比べて30倍以上となる。
On the other hand, the heat penetration amount into the
従来の超電導電磁石装置は、上記1W以下の熱侵入分のヘリウムガスしか発生せず、十分にホットガスを排出することができなかった。しかし本実施の形態1では、ヒーター6の発熱により十分にホットガスを強制排出することができるため、励磁中におけるホットガスのヘリウム容器3内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル1に触れることに起因するクエンチ発生を防止することが出来る。
The conventional superconducting electromagnet apparatus generates only the helium gas for the heat intrusion of 1 W or less, and cannot exhaust the hot gas sufficiently. However, in the first embodiment, the hot gas can be sufficiently forcibly discharged by the heat generated by the
超電導電磁石装置の消磁は、励磁用電源装置13と超電導電磁石装置の電流リード12を接続し、励磁用電源13の内部の抵抗によってエネルギーを消費させ、超電導コイル1に流れる電流を下げていくことで行なう。この場合にも電流リード12は、電流の2乗に比例した熱量の発熱をするので、上述したようにホットガスがヘリウム容器3の上部に溜まる。
The demagnetization of the superconducting electromagnet device is achieved by connecting the exciting
この時も上述のようにヒーター6に通電し、温度4.2Kのヘリウムガスを発生させることでヘリウム容器3の内部空間の上部に溜まったホットガスをヘリウム容器3から外部へ強制排出することができる。これによって、消磁中、ホットガスのヘリウム容器内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル1に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
Also at this time, as described above, the
超電導電磁石装置に液体ヘリウムを注入するには、液体ヘリウム移送管(図示せず)の一端を上記注入ポート9に、他端を液体ヘリウムの貯液容器(図示せず)に挿入し、貯液容器側をヘリウムガスで加圧して液体ヘリウムをヘリウム容器3へ移動させる。この時、液体ヘリウム移送管が十分に冷えきっていなければ、液体ヘリウム移送管の熱によってホットガスが発生し、該ホットガスは注入ポート9からヘリウム容器3内に侵入する。
In order to inject liquid helium into the superconducting electromagnet apparatus, one end of a liquid helium transfer pipe (not shown) is inserted into the
この場合も、上述のようにヒーター6に通電し、温度4.2Kのヘリウムガスを発生させることで、ヘリウム容器3の内部空間の上部に溜まったホットガスをヘリウム容器3から外部へ強制排出することができる。これによって、液体ヘリウム注入中、ホットガスのヘリウム容器3内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル1に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
Also in this case, the
実施の形態2
図2は、本発明の実施の形態2に係る超電導電磁石装置の断面図である。図2に於いて、排出管80はヘリウム容器3の突出部31の内部空間32に開口している。ヘリウム容器3の突出部31は、ヘリウム容器の頂部から外れた斜め上部に設けられており、従って、その突出部31の内部空間32は、ヘリウム容器3の内部空間の最上部から外れた位置にある。排出管80、緊急弁8b、逆止弁8aは第1の排出手段80を構成する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the superconducting electromagnet apparatus according to
ヘリウム容器3には、更にホットガス排出管14が設けられ、このホットガス排出管14は、ヘリウム容器3の内部空間の最上部33に開口する開口部が設けられている。ホットガス排出管14は、ヘリウム容器3の外面に沿って配置され、その端部は逆止弁8cを介して大気中に開放されている。ホットガス排出管14、及び逆止弁8cは、第2の排出手段を構成する。
The
実施の形態2は、ヘリウム容器3の内部空間の最上部33に開口部を有するホットガス排出管14を設けている点、ヘリウム容器3の突出部31がヘリウム容器3の斜め上部に設けられており、この突出部31に設けられた冷凍ユニット10、及び電流リード12が、ヘリウム容器3の最上部ではなく斜め上部に設置されている点、ヘリウム容器3の突出部31に設けられた排出管80は、ヘリウム容器3の内部空間の最上部から外れた位置で開口する開口部を有している点、及び、ヒーター及びヒーター用電源を備えていない点で実施の形態1とは異なる。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
In the second embodiment, the hot
この実施の形態2では、排出管80、注入ポート9、冷凍機ユニット10、及び電流リード12がヘリウム容器の斜め上部に設置されているため、超電導電磁石装置の全高を低く抑えることができる。
In the second embodiment, since the
次に実施の形態2による超電導電磁石装置の動作について説明する。上述したように、超電導電磁石装置を励磁及び消磁する際、実施の形態1の場合と同様に、電流リード12の発熱によりホットガスが発生する。このホットガスは、内部空間32の電流リード12の周辺や排出管80の開口部周辺、及び内部空間の最上部33に溜まることとなる。
Next, the operation of the superconducting electromagnet apparatus according to
実施の形態2では、電流リード12の周辺や排出管80の開口部周辺の内部空間32に溜まったホットガスは、排出管80により逆止弁8aを介して直接外部に排出され、また、ヘリウム容器3の内部空間の最上部33に溜まったホットガスは、ホットガス排出管14により逆止弁8cを介して外部へ排出される。
In the second embodiment, hot gas accumulated in the
このように、排出管80、注入ポート9、冷凍機ユニット10、及び電流リード12をヘリウム容器3の斜め上部に配置し、超電導電磁石装置の全高を低く抑えた実施の形態2による超電導電磁石装置においても、超電導コイル1の励磁中、ホットガスのヘリウム容器内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル1に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
As described above, in the superconducting electromagnet apparatus according to the second embodiment, the
超電導電磁石装置の励磁及び消磁の際に電流リード12発熱によってホットガスが発生する場合の他に、液体ヘリウムをヘリウム容器3に注入する際にヘリウム容器にホットガスが侵入した場合にも、上記と同様に、排出管80及びホットガス排出管14を経由してヘリウム容器3から外部へ排出することができ、ホットガスのヘリウム容器内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル1に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
In addition to the case where hot gas is generated by the heat generation of the
尚、実施の形態2ではヒーター及びヒーター用電源を設けていないが、実施の形態1と同様に液体ヘリウム2に浸漬するヒーター、及びそのヒーター用電源を設けても良い。この場合、更に効果的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができる。この場合、第2の排出手段に設けられた逆止弁8cは、ヒーター6への通電時に開放される。またその逆止弁8cの開閉は、手動又は自動制御により行われる。逆止弁8aは、ヒーター6への通電時に開放してホットガスの排出を行い、通常時は閉じているので、通常時にヘリウムガスが漏れることがない。
Although the heater and the heater power source are not provided in the second embodiment, a heater immersed in the
実施の形態3
実施の形態2では、ホットガス排出管14を逆止弁8cを介して直接大気中に開放し、ホットガスを放出する構造であったが、実施の形態3では図3に示すように、ホットガス排出管14を、ヘリウム容器3の外側で且つ熱シールド4の内側で、排出管80に接続しても実施の形態2と同様の効果を期待することが出来る。又、実施の形態3では、実施の形態2で設けていたホットガス排出管14の逆止弁8cを省略することができる。その他の構成は、実施の形態2と同様である。
In the second embodiment, the hot
尚、実施の形態1と同様に液体ヘリウム2に浸漬するヒーター、及びそのヒーター用電源を設けても良い。この場合、更に効果的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができる。この場合、排出手段8に設けられた逆止弁8aは、ヒーター6への通電時に開放される。またその逆止弁8aの開閉は、手動又は自動制御により行われる。
As in the first embodiment, a heater immersed in the
実施の形態4
図4は、本発明の実施の形態4に係る超電導電磁石装置の、コイル軸に平行な面の断面図である。図4に於いて、151、152は、ヘリウム容器3の内部空間の上部に設けられた一対の仕切り板である。この仕切り板151、152は、ヘリウム容器3の突出部31の内部空間32の近傍を他の内部空間から仕切るよう設けられており、従ってシールドコイル1bと、排出管80、注入ポート9、冷凍機ユニット10、及び電流リード12とが、仕切り板151、152により仕切られている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a surface parallel to the coil axis of the superconducting electromagnet apparatus according to
次に実施の形態4の動作について説明する。超電導電磁石装置を励磁及び消磁する際、際に電流リード12の発熱によりホットガスが発生する。又、液体ヘリウムをヘリウム容器3内に注入する際にもホットガスが発生する。しかし実施の形態4では、仕切り板151、152によって電流リード12の存在する内部空間32とシールドコイル1bの存在する内部空間とが仕切られているため、電流リード12の存在する内部空間32にホットガスがある程度溜まってもシールドコイル1bに触れることはなく、ホットガスが超電導コイル1に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
Next, the operation of the fourth embodiment will be described. When the superconducting electromagnet apparatus is excited and demagnetized, hot gas is generated due to heat generated by the
尚、実施の形態4ではヒーター及びヒーター用電源を設けていないが、実施の形態1と同様に液体ヘリウム2に浸漬するヒーター、及びそのヒーター用電源を設けても良い。この場合、効果的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができる。この場合、排出手段8に設けられた逆止弁8aは、ヒーター6への通電時に開放される。またその逆止弁8aの開閉は、手動又は自動制御により行われる。逆止弁8aは、ヒーター6への通電時に開放してホットガスの排出を行い、通常時は閉じているので、通常時にヘリウムガスが漏れることがない。
Although the heater and the heater power source are not provided in the fourth embodiment, a heater immersed in the
実施の形態5
実施の形態1〜4では、ホットガスやヒーターによって発生したヘリウムガスを逆止弁を介してヘリウム容器の外部へ排出するものであるが、一般に逆止弁は流量が少なく、十分にホットガスやヘリウムガスを排出できない場合がある。そこで実施の形態5では、図5に示すように、逆止弁8aに加え、ホットガス排出用弁8d及び該ホットガス排出用弁8dのためのヘリウムガス流路141を設けたものである。
In the first to fourth embodiments, hot gas or helium gas generated by a heater is discharged to the outside of the helium container through the check valve. Generally, the check valve has a small flow rate and is sufficiently hot gas or Helium gas may not be discharged. Therefore, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 5, in addition to the
このホットガス排出用弁8dは、超電導コイル1の励磁及び消磁の際、並びに液体ヘリウム注入の際、ヒーター6の通電時に開放されてホットガス及びヘリウムガスを排出し、それ以外の時は閉じられているものであり、その開閉操作は手動でも自動制御でもよい。その他の構成は、実施の形態1〜4のいずれかの構成と同様である。
This hot
実施の形態5によれば、ホットガス排出用弁8dを設けたことにより、効率良くホットガスやヒーターによって発生したヘリウムガスを排出することが出来る。
According to the fifth embodiment, by providing the hot
1 超電導コイル
1a メインコイル
1b シールドコイル
2 液体ヘリウム
3 ヘリウム容器
31 突出部
32、33 内部空間
4 熱シールド
5 クライオスタット
6 ヒーター
7 ヒーター用電源
8 排出手段
8a、8c 逆止弁
8b 緊急弁
8d ホットガス排出用弁
9 注入ポート
10 冷凍機ユニット
11 圧縮機ユニット
12 電流リード
13 励磁用電源装置
14 ホットガス排出管
80 排出管
151、152 仕切り板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、
前記ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置と、
を備え、
前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成され、
前記排出手段は、前記ヒーターが前記付勢されたとき開放されるように構成されている、ことを特徴とする超電導電磁石装置。 A superconducting coil; a helium container that stores liquid helium that houses the superconducting coil and cools the superconducting coil; a vacuum container that houses the helium container and is held in vacuum; and is provided inside the vacuum container. A heat shield disposed outside the helium vessel, a current lead made of a normal conductor connected to the superconducting coil and drawn out from the inner space of the helium vessel to the outside of the helium vessel, and external to the helium vessel An injection port through which liquid helium can be injected into the inside of the helium vessel via a liquid helium transfer pipe provided; and an opening in the internal space of the helium vessel that discharges helium gas in the internal space to the outside of the helium vessel. A superconducting electromagnet device having a discharge means capable of
A heater immersed in the liquid helium stored in the helium container;
A heater power supply for supplying power to the heater;
With
The heaters, when at least either one of a time of injection of the liquid helium at the time of energization of the current lead, adapted to be energized by power supply from the heaters for power supply And
Said discharge means, said heaters are configured to be opened when the urging it superconducting electromagnet apparatus according to claim.
前記ヘリウム容器の前記内部空間の垂直方向最上部以外の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第1の排出手段と、 前記ヘリウム容器の前記内部空間のほぼ垂直方向最上部の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第2の排出手段と、
を備え、
前記電流リードは、前記第1の排出手段の前記開口部の近傍で前記ヘリウム容器の前記内部空間から前記ヘリウム容器の外部へ引き出され、
少なくとも前記第2の排出手段は、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、開放され得るように構成されている、
ことを特徴とする超電導電磁石装置。 A superconducting coil; a helium container that stores liquid helium that houses the superconducting coil and cools the superconducting coil; a vacuum container that houses the helium container and is held in vacuum; and is provided inside the vacuum container. A heat shield disposed outside the helium vessel, a current lead made of a normal conductor connected to the superconducting coil and drawn out from the inner space of the helium vessel to the outside of the helium vessel, and external to the helium vessel A superconducting electromagnet apparatus comprising an injection port capable of injecting liquid helium into the helium vessel via a liquid helium transfer pipe provided;
A first discharge means having an opening at a position other than the vertical uppermost portion of the internal space of the helium container, and capable of discharging the helium gas in the vicinity of the opening to the outside of the helium container; A second discharge means having an opening at a position substantially at the top in the vertical direction of the internal space and capable of discharging the helium gas in the vicinity of the opening to the outside of the helium container;
With
The current lead is drawn out from the inner space of the helium container to the outside of the helium container in the vicinity of the opening of the first discharge means,
At least the second discharge means is configured to be opened at least one of energization of the current lead and at the time of injection of the liquid helium.
A superconducting electromagnet device.
前記ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置と、
を備え、
前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の超電導電磁石装置。 A heater immersed in the liquid helium stored in the helium container;
A heater power supply for supplying power to the heater;
With
The heaters, when at least either one of a time of injection of the liquid helium at the time of energization of the current lead, adapted to be energized by power supply from the heaters for power supply Being
The superconducting electromagnet apparatus according to claim 3 or 4,
前記ヘリウム容器の前記内部空間に設けられ前記開口部の近傍の前記内部空間を少なくとも前記超電導コイルから仕切る仕切り板と、
前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、
該ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置と、
を備え、
前記仕切り板は、前記開口部の近傍に存在するヘリウムガスと前記超電導コイルとの接触を防止し、
前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成されている、
ことを特徴とする超電導電磁石装置。 A superconducting coil; a helium container that stores liquid helium that houses the superconducting coil and cools the superconducting coil; a vacuum container that houses the helium container and is held in vacuum; and is provided inside the vacuum container. A heat shield disposed outside the helium vessel, a current lead made of a normal conductor connected to the superconducting coil and drawn out from the inner space of the helium vessel to the outside of the helium vessel, and external to the helium vessel An injection port through which liquid helium can be injected into the inside of the helium vessel via a liquid helium transfer pipe provided; and an opening in the internal space of the helium vessel that discharges helium gas in the internal space to the outside of the helium vessel. A superconducting electromagnet device having a discharge means capable of
A partition plate provided in the internal space of the helium vessel and partitioning the internal space near the opening from at least the superconducting coil;
A heater immersed in the liquid helium stored in the helium container;
A heater power supply for supplying power to the heater;
With
The partition plate prevents helium gas existing in the vicinity of the opening and the superconducting coil from contacting each other,
The heater is configured to be energized with power supplied from the heater power supply device at least one of energizing the current lead and injecting the liquid helium. Yes,
A superconducting electromagnet device.
ことを特徴とする請求項7に記載の超電導電磁石装置。 The discharge means is provided with a valve that opens the discharge means when the heater is energized,
The superconducting electromagnet apparatus according to claim 7 .
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