JP5322489B2

JP5322489B2 - 超電導電磁石

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Publication number: JP5322489B2
Application number: JP2008117945A
Authority: JP
Inventors: 一田村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-04-29
Also published as: JP2009267273A

Description

この発明は、例えば磁気共鳴画像診断装置,単結晶引き上げ装置,ＮＭＲ分析装置等に用いられる超電導電磁石に関するものである。

一般に超電導電磁石においては、超電導コイルを冷却して超電導状態に維持することが必須である。液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石は、超電導コイルを液体ヘリウムに浸漬し極低温に保つことで超電導状態を維持する。液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石には、熱侵入により蒸発したヘリウムを大気に開放するタイプと、冷凍機により再凝縮するタイプのものがある。図９は、従来の再凝縮タイプの超電導電磁石を示すものである。

図９に示される超電導電磁石においては、ヘリウム槽３内に超電導コイル１を収め、液体ヘリウムに浸漬させている。このヘリウム槽３を取り囲むように熱シールド４が配置され、外部からの輻射による熱侵入を低減している。さらに熱シールド４は内部を真空に保たれた真空槽５に収納され、気体の対流及び伝導による熱侵入を防止している。ヘリウム槽３,熱シールド４及び真空槽５からなる低温容器をクライオスタット６と呼ぶ。

クライオスタット６は、ヘリウム槽３への熱侵入をできる限り抑えるよう設計されるが、ヘリウム槽３への熱侵入を完全にゼロにすることはできない。そこで超電導電磁石は冷凍機９を有し、冷却すると共に、蒸発したヘリウムを再凝縮することにより、クライオスタット６の熱収支をゼロにし、液体ヘリウムの消費をゼロにすることができる。冷凍機９は、例えばギフォード−マクマホン式冷凍機（以下、ＧＭ式冷凍機という）や、パルスチューブ冷凍機のような、ヘリウムを液化する能力のある極低温冷凍機が用いられる。冷凍機９は膨張機７と圧縮機８を有し、交流電源１０で駆動される。

しかし、冷凍機９の冷凍能力と、ヘリウム槽３への熱侵入量は必ずしも釣り合うとは限らず、冷凍機９の冷凍能力が上回った場合には、蒸発により発生するガスヘリウムの量よりも冷凍機９により凝縮されるガスヘリウムの量が上回り、ヘリウム槽３内部の圧力は低下する。ヘリウム槽３内部の圧力が大気圧以下（以下、負圧という）になると、空気が吸い込まれて氷結し、配管詰まりの原因となる。配管が詰まると、例えばヘリウム槽３内部の超電導コイル１がクエンチした場合等、内圧が急上昇した場合にガスヘリウムを排気することができず、最悪の場合クライオスタットが破裂する等の危険がある。

このため従来の超電導電磁石では、ヘリウム槽３の圧力を測定する圧力センサー１２と、ヘリウム槽３の内部に取り付けたヒーター１４を圧力制御装置１３で連動させ、圧力が低下した場合にヒーター１４に電流を流し加熱することによって液体ヘリウムを蒸発させてヘリウム槽３の内圧を上げ、大気圧以上の一定の圧力（以下、正圧という）に保つ制御を行なっていた。なお、関連する技術文献としては、以下の特許文献がある。

特開平０１−１５９５７６号公報特開２００６−１６５００９号公報特開２００１−１４３９２２号公報特開２００６−３５２１４６号公報特開２００７−０１９５２０号公報

前記従来技術は、ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、圧力センサー１２で測定したヘリウム槽３の内圧に応じて圧力制御装置１３でヒーター１４を制御し、ヘリウム槽３内部を正圧に保つことで空気の流入を防ぎ氷結を防止するものであるが、ヒーター１４に電力を供給する電源の故障や、結線ミス・操作ミス等、圧力制御が正常に働かない状態に陥っても冷凍機９は運転を続けるという問題があった。そのような場合、操作者がそのことに気付かなければ、ヘリウム槽３内部は負圧になり空気が吸い込まれて氷結してしまうという大きな問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、圧力制御が正常に働かない状態であるときにこれを検出してヘリウム槽内部が負圧になるのを事前に防止し、空気流入による氷結、閉塞を防止しようとするものである。

この発明に係わる超電導電磁石は、液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽と、このヘリウム槽の液体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、前記ヘリウム槽を包囲するように設けられた熱シールドと、これらのヘリウム槽及び熱シールドを包囲し、内部が真空に保持された真空槽と、前記ヘリウム槽内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機と、前記ヘリウム槽内部の圧力を測定する圧力センサーと、前記ヘリウム槽内部を加温するヒーターと、前記ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、前記圧力センサーで測定した前記ヘリウム槽内部の圧力に応じて前記ヒーターの熱量を制御する圧力制御装置を備える超電導電磁石において、前記圧力制御装置の電源が断たれていることを検出したとき、前記ヒーターを加温する電源が正常に動作する状態でないことを検出したとき、前記ヒーターの接続状態が正常でないことを検出したとき、又は、前記圧力センサーの接続状態が正常でないことを検出したときは、前記冷凍機を動作させないようにしたものである。

この発明の超電導電磁石によれば、圧力制御装置の電源が断たれていることを検出したとき、ヒーターを加温する電源が正常に動作する状態でないことを検出したとき、ヒーターの接続状態が正常でないことを検出したとき、又は、圧力センサーの接続状態が正常でないことを検出したときは、冷凍機を動作させないようにしたので、冷凍機のみが働く状況を作らないことで、ヘリウム槽内部が負圧になるのを事前に防止し、空気流入による氷結、閉塞を防止することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による超電導電磁石を示す構成図で、その内部圧力制御装置及び内部圧力制御方法を示す。なお、明細書の各図中において、同一符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略することがある。図１において、１は液体ヘリウム中に浸漬された超電導コイル、２は超電導コイルを冷却する液体ヘリウム、３は液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽、４はヘリウム槽３を包囲するように設けた熱シールド、５はヘリウム槽３及び熱シールド４を包囲し内部が真空に保持された真空槽、６はクライオスタット、７は膨張機、８は圧縮機、９はヘリウム槽３内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機、１０は交流電源、１１は冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１２はヘリウム槽３内部の圧力を測定する圧力センサー、１３は圧力制御装置、１４はヘリウム槽３内部を加温するヒーターを示す。

超電導コイル１は、例えばニオブチタン（ＮｂＴｉ）や、ニオブ３スズ（Ｎｂ_３Ｓｎ）等を超電導材料とする超電導線を巻き回して形成される。超電導電磁石は、超電導コイル１に電流を流すことで所望の磁場を得るが、ＭＲＩ又はＮＭＲにおいては、出力される磁場の強さは空間的に高均一であることが求められ、また超電導電磁石外部への漏洩磁場を嫌うことから、超電導コイル１は単一のコイルでなく、逆極性のものを含む分割された複数個の超電導コイル（図示しない）を所望の磁場特性を満たすように配置したものとなる。

超電導コイル１を冷却するために、超電導コイル１は液体ヘリウム２に浸漬され、ステンレス製のヘリウム槽３に収納されている。ヘリウム槽３は、外部からの熱侵入を低減するために、アルミニウム製の熱シールド４に全体を包囲され、さらにステンレス製の真空槽５に収納され、真空槽５内部は真空排気される。またヘリウム槽３は、熱伝導の小さなガラスエポキシ等の樹脂製の支持材（図示しない）で支持される。これらの液体ヘリウム槽への熱侵入を極力抑えるように設計した低温容器をクライオスタット６と呼ぶ。

クライオスタット６には、膨張機７と圧縮機８からなる冷凍機９が取り付けられる。ここで示した冷凍機９はヘリウムガスの圧縮と膨張を繰り返して冷凍する極低温用のギフォード−マクマホン式冷凍機（ＧＭ式冷凍機）であるが、ヘリウムを液化できる能力があれば、パルスチューブ冷凍機など他の種類の冷凍機を使用してもよい。膨張機７は、絶対温度４Ｋと同４０Ｋの２段の冷却ステージを持ち、クライオスタット６に設けられた開口部に取り付けられる。先端の４Ｋ冷却ステージはヘリウム槽３内部に挿入され、途中の４０Ｋ冷却ステージは熱シールド４と熱的に接触して熱シールド４を冷却する。冷凍機９は、交流電源１０から給電を受け動作する。

冷凍機９と交流電源１０は両者間に、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１が介在して接続され、必要に応じて冷凍機９への給電をＯＮ／ＯＦＦする。冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１は、リレー駆動信号が来ているときのみ閉状態となるリレー（Ａ接点）を内部に包含しており、外部からのリレー駆動信号がなければ、冷凍機９への給電はＯＦＦ状態となる。圧力センサー１２は、ヘリウム槽３内部のガスヘリウムの圧力と大気との差圧を検出し、圧力制御装置１３に信号を送る。ヒーター１４は、ヘリウム槽３内部の冷凍機表面に設置され、圧力制御装置１３の制御により膨張機７の表面を加熱する。ヒーター１４は冷凍機表面に設置しているが、ヒーター１４はヘリウム槽３内部であればどこに設置しても同様の作用効果を生ずる。また、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１は冷凍機と独立した機器として表しているが、冷凍機に当該機能を組み込んだとしても同様の作用効果を生ずる。

次に圧力制御装置１３、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１、圧力センサー１２、及びヒーター１４の詳細を、圧力制御装置１３のブロック図を示す図２を用いて説明する。図２において、圧力センサー１２からの信号は、圧力制御装置１３に入力された後、圧力制御装置１３内部のＡ／Ｄ変換器２１及びヒーター電流制御回路（ヒーター熱量制御装置）２２に入力される。Ａ／Ｄ変換器２１にはさらに、圧力値表示部２４と通信制御部２５が接続され、圧力センサー１２が測定した圧力値を圧力値表示部２４に表示し、通信制御部２５を通して計算機システム２６に送信される。ヒーター電流制御回路２２は、直流電源２３からヒーター１４に流れる電流を制御する。また、直流電源の出力つまり第１状態検出手段２７の出力は、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号として圧力制御装置１３から出力される。

次に動作について、圧力制御装置１３の電源がＯＮの時とＯＦＦの時に分けて説明する。
（１）圧力制御装置１３の電源がＯＮ状態のとき
直流電源２３が動作するため、第１状態検出手段２７の出力である冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号が、圧力制御装置１３の直流電源２３から出力される。これにより、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１のリレーが閉状態となり、冷凍機９への給電が行なわれ、冷凍機９が動作する。

（２）圧力制御装置１３の電源がＯＦＦ状態のとき
ヒーター通電用直流電源２３が停電、故障、電圧低下又はヒューマンエラー等で、直流電源２３が正常でないとき、第１状態検出手段２７の出力である冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号が、圧力制御装置１３の直流電源２３から出力されない。そのため、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１のリレーが開状態となり、冷凍機への給電がされず、冷凍機９が動作しない。

前記（１）の場合、冷凍機９の冷却能力がヘリウム槽３への熱侵入量を上回った場合においては、ヘリウム槽３内部の圧力が大気圧以下にならないように、ヒーター電流制御回路（ヒーター熱量制御装置）２２の動作により、直流電源２３からヒーター１４に適切な電流を流すことで、ヒーター１４の発する熱により冷凍機９の冷凍能力が打ち消され、液体ヘリウム２の蒸発が優勢となり、ヘリウム槽３の内圧が上昇する。反対にヘリウム槽３内部の圧力が高い時には、ヒーター電流制御回路２２の動作により、直流電源２３からヒーター１４に流れる電流を絞ることで、ヒーター１４による入熱が減少するため、冷凍機９によるヘリウムの凝縮が優勢となり、ヘリウム槽３内部の圧力が減少する。このヒーター電流制御回路２２の動作として、例えば図３に示すようなヘリウム槽圧力値（大気圧に対する正圧）に対するヒーター１４への通電電流の応答を定義することで、ヘリウム槽内部の圧力が、大気圧の１％程度の５００〜１０００Ｐａ程度のわずかな正圧に保たれ安全な超電導電磁石の運転が実現する。

上記（２）の場合には、負圧になる前に事前に冷凍機９を動作させないため、ガスヘリウムの凝縮がされず、ヘリウム槽３内部が負圧になることはない。ここで仮定している条件、“圧力制御装置１３が動作していない場合”、つまり、ヘリウム槽３内部の圧力の制御が働かない場合としては、直流電源２３が動作しないときや、圧力制御装置１３の故障という障害が考えられる。

この発明によれば、ヘリウム槽３内部の圧力の制御が働かない場合であってもこれを検出して冷凍機が自動的に停止し、ヘリウム槽３内部が負圧になるのを事前に防止する、いわゆるインターロックとしての機能を圧力制御装置１３及び冷凍機９のシステムに持たせることができる。

実施の形態２．
図４は実施の形態２における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。なお実施の形態２〜６における図１に相当する構成図は実施の形態１の場合と同様である。実施の形態２は圧力制御装置１３の内部構成・動作が実施の形態１と異なる。圧力制御装置を示す図４において、圧力センサー１２からの信号は、圧力制御装置１３に入力された後、圧力制御装置１３内部のＡ／Ｄ変換器２１及びヒーター電流制御回路２２に入力される。ヒーター電流制御回路２２は、直流電源２３からヒーター１４に流れる電流を制御する。直流電源の出力、つまり第１状態検出手段２７の出力は、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号としてリレー４２を介して圧力制御装置１３から出力される。

リレー４２は駆動信号が来ているときにのみ閉になり、それ以外の場合には開状態を維持するリレー（Ａ接点）である。ヒーター１４には、ヒーター接続確認回路（第２状態検出手段）４１がヒーター電流制御回路２２と並列に接続されており、ヒーター接続確認回路４１からの出力は、リレー４２の駆動信号となる。ヒーター結線確認回路４１は、ヒーター１４の抵抗値を測定して接続状態を監視する。ヒーター接続確認回路４１が測定するヒーター１４の抵抗が規定値の範囲に入っている場合、ヒーター１４の接続状態は正常と判断し、ヒーター接続確認回路４１はリレー４２を駆動する信号を出力する。したがって、圧力制御装置の電源がＯＮ状態であっても、ヒーター１４の接続が正常でなければヒーター接続確認回路（第２状態検出手段）４１の出力によりリレー４２は開状態となり、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号は出力されない。

実施の形態１においては、圧力制御装置１３の電源がＯＮ状態の場合にはいつも、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１のリレーはＯＮ状態となるが、実施の形態２においては、前記の条件に加え、ヒーター１４の接続が正常な状態でなければ、圧力制御装置１３から冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１のリレー駆動信号は出力されず、冷凍機が動作することはない。

前述のようにこの実施の形態２によれば、圧力制御装置１３の電源が入っていない場合のみならず、圧力を制御するヒーター１４の結線にミスがあったり、ヒーター１４そのものの損傷があったりして、ヒーター１４が正常でない場合にも冷凍機を自動的に停止し、ヘリウム槽３内部が負圧になるのを防止する、いわゆるインターロックとしての機能をヒーター１４、圧力制御装置１３及び冷凍機９のシステムに持たせることができる。

実施の形態３．
図５は実施の形態３における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３は圧力制御装置１３の内部構成・動作が実施の形態１と異なる。圧力制御装置を示す図５において、圧力センサー１２からの信号は、圧力制御装置１３に入力された後、圧力制御装置１３内部のＡ／Ｄ変換器２１及びヒーター電流制御回路２２に入力される。ヒーター電流制御回路２２は、直流電源２３からヒーター１４に流れる電流を制御する。直流電源の出力、つまり第１状態検出手段２７の出力は、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号としてリレー５２を介して圧力制御装置１３から出力される。

リレー５２は駆動信号が来ているときにのみ閉になり、それ以外の場合には開状態を維持するリレー（Ａ接点）である。圧力センサー１２には、センサー接続確認回路（第３状態検出手段）５１が接続されており、センサー接続確認回路５１からの出力は、リレー５２の駆動信号となる。センサー接続確認回路５１は、センサー１２の接続状態を監視する。センサー接続確認回路５１がセンサー１２の接続状態は正常と判断した場合、センサー接続確認回路５１はリレー５２を駆動する信号を出力する。したがって、圧力制御装置の電源がＯＮ状態であっても、センサー１２の接続が正常でなければセンサー接続確認回路（第３状態検出手段）５１の出力によりリレー５２は開状態となり、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号は出力されない。

実施の形態１においては、圧力制御装置１３の電源がＯＮ状態の場合にはいつも、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１のリレーはＯＮ状態となるが、実施の形態３においては、前記の条件に加え、圧力センサー１２の接続が正常でなけらば、圧力制御装置１３から冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１のリレー駆動信号は出力されず、冷凍機が動作することはない。

前述のように実施の形態３によれば、圧力制御装置の電源が入っていない場合のみならず、圧力を制御する圧力センサー１２の結線にミスがあったり、圧力センサー１２が故障していたりして、圧力センサー１２が正常でない場合にも冷凍機を自動的に停止し、ヘリウム槽３内部が負圧になるのを防止する、いわゆるインターロックとしての機能を圧力センサー１２、圧力制御装置１３及び冷凍機９のシステムに持たせることができる。

実施の形態４．
図６は実施の形態４における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４は圧力制御装置１３の内部構成・動作が実施の形態１と異なる。圧力制御装置を示す図６において、圧力センサー１２からの信号は、圧力制御装置１３に入力された後、圧力制御装置１３内部のＡ／Ｄ変換器２１及びヒーター電流制御回路２２に入力される。ヒーター電流制御回路２２は、直流電源２３からヒーター１４に流れる電流を制御する。実施の形態１,２及び３と同様に、直流電源２３には第１状態検出手段、ヒーター１４にはヒー
ター接続確認回路（第２状態検出手段）４１が、圧力センサー１２には、センサー接続確認回路（第３状態検出手段）５１が接続されている。

６１は冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチの駆動信号を出力する、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路である。冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１へは、直流電源２３の出力電圧（第１状態検出手段の出力）、ヒーター接続確認回路４１の出力、及びセンサー接続確認回路５１の出力の３信号が入力されている。また、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１の出力は、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１と、冷凍機停止状態警告表示ＬＥＤ６２に出力される。

冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１は、３つの入力信号が全てＯＮのとき、即ち、[１]直流電源がＯＮ、[２]ヒーター１４の接続が正常、[３]圧力センサー１２の接続が正常、の３条件全てを満たす時にのみ冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１にリレー駆動信号を出力する。これにより、圧力制御に関わる、圧力制御装置１３、ヒーター１４、圧力センサー１２の全てが正常に動作する状態以外には、冷凍機は動作することはない。

冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１は、３つの入力信号のいずれかＯＦＦのとき、即ち、[１]直流電源がＯＮ、[２]ヒーター１４の接続が正常、[３]圧力センサー１２の接続が正常、のいずれかの条件を満たさない時に冷凍機停止状態警告表示ＬＥＤ６２を点灯させる。したがって、圧力制御に関わる、圧力制御装置１３、ヒーター１４、圧力センサー１２のいずれかに異常があり、冷凍機を停止している場合には、冷凍機停止状態警告表示ＬＥＤ６２が点灯して、その状況を操作者に知らせ、異常状態の究明と解決を促すことができる。

前述のように実施の形態４によれば、圧力制御装置１３、ヒーター１４、圧力センサー１２のいずれかに異常が発生した場合に、自動的に冷凍機を停止させることができるのみならず、その異常状態を操作者に知らせ、早期の原因究明と解決を促すことができる。
冷凍機停止状態が長引けば、超電導コイル１を冷却する液体ヘリウムが蒸発し、いずれは冷却が足りずに超電導コイル１の超電導破壊（クエンチ）を起こすことにも発展する可能性があるため、超電導電磁石の運転上、操作者が冷凍機停止状態に早期に気付く警報機能は重要である。なお、実施の形態４では、ＬＥＤを用いて冷凍機停止状態を操作者に伝える方法を開示しているが、冷凍機停止状態を操作者に伝えることができれば、例えば電球や液晶表示装置のような他の表示装置や、ブザーのような音による警報装置を用いても同様の作用効果を生ずる。

実施の形態５．
図７は実施の形態５における圧力制御装置及び計算機システムの構成を示すブロック図である。実施の形態５は圧力制御装置１３及び計算機システム２６の内部構成・動作が実施の形態１と異なる。図７において、圧力センサー１２からの信号は、圧力制御装置１３に入力された後、圧力制御装置１３内部のＡ／Ｄ変換器２１及びヒーター電流制御回路２２に入力される。Ａ／Ｄ変換器２１は、圧力値表示部２４と通信制御部２５に接続されている。

６１は冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１の駆動信号を出力する、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路である。冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１へは、直流電源２３の出力電圧（第１状態検出手段の出力）、ヒーター接続確認回路４１の出力、及びセンサー接続確認回路５１の出力の３信号が入力している。冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１の出力は、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１と、通信制御部２５に接続されている。通信制御部２５は、圧力制御装置１３外部の計算機システム２６に接続されている。計算機システム２６には、操作者が操作するためのコンソール７１が接続されている。

冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１は、３つの入力信号のいずれかＯＦＦのとき、即ち、[１]直流電源がＯＮ、[２]ヒーター１４の接続が正常、[３]圧力センサー１２の接続が正常、のいずれかの条件を満たさない時に通信制御部２５に信号を出力する。通信制御部２５は、冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路６１からの信号を受け、これを所定のプロトコルで計算機システム２６に送信する。したがって、圧力制御に関わる、圧力制御装置１３、ヒーター１４、圧力センサー１２のいずれかに異常があり、冷凍機を停止している場合には、計算機システム２６およびコンソール７１を通じて、その状況を操作者に知らせ、異常状態の究明と解決を促すことができる。

前述のように実施の形態５によれば、圧力制御装置１３、ヒーター１４、圧力センサー１２のいずれかに異常が発生した場合に自動的に冷凍機を停止させることができるのみならず、その異常状態を、計算機システム２６の操作コンソール７１を通じて操作者に知らせ、早期の原因究明と解決を促すことができる。

実施の形態６．
図８は実施の形態６における圧力制御装置及び計算機システムの構成を示すブロック図である。実施の形態６は圧力制御装置１３及び計算機システム２６の内部構成・動作が実施の形態１と異なる。図７において、計算機システム部分以外は実施の形態５を示す図７と同等であるので説明は省略する。図８において、通信制御部２５は計算機システム２６に接続している。計算機システム２６は、例えばインターネット等の外部ネットワーク８１に接続されており、ネットワークの先には保守用リモートホスト８２が接続されている。

実施の形態６においても、実施の形態５と同様に、直流電源２３、ヒーター１４、圧力センサー１２の動作異常に連動して冷凍機を停止させ、ヘリウム槽３の負圧を防止する。さらに、実施の形態６においては、冷凍機９を停止させる異常状態が発生した場合には、圧力制御装置１３は、通信制御部２５、計算機システム２６、外部ネットワーク８１を介し、保守用リモートホスト８２に冷凍機９が停止したことを通報する。これにより、操作者や保守技術者が超電導電磁石の近くにいないときであっても、超電導電磁石やその圧力制御装置１３の異常状態を検知することができ、早期の原因究明と解決にとりかかることができる。

この発明の実施の形態１における超電導電磁石を示す構成図である。実施の形態１における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１における圧力制御装置のヒーター電流出力を示す図である。実施の形態２における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４における圧力制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態５における圧力制御装置及び計算機システムの構成を示すブロック図である。実施の形態６における圧力制御装置及び計算機システムの構成を示すブロック図である。従来の超電導電磁石を示す構成図である。

符号の説明

１超電導コイル２液体ヘリウム
３ヘリウム槽４熱シールド
５真空槽６クライオスタット
７膨張槽８圧縮機
９冷凍機１０交流電源１１冷凍機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２圧力センサー
１３圧力制御装置１４ヒーター
２１Ａ／Ｄ変換器２２ヒーター電流制御回路

２３直流電源２４圧力表示部
２５通信制御部２６計算機システム
２７第１状態検出手段
４１ヒーター接続確認回路（第２状態検出手段）
４２リレー
５１センサー接続確認回路（第３状態検出手段）
５２リレー６１冷凍機ＯＮ／ＯＦＦ制御回路
６２冷凍機停止状態警告表示ＬＥＤ７１コンソール
８１外部ネットワーク８２リモートホスト

Claims

液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽と、
このヘリウム槽の液体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム槽を包囲するように設けられた熱シールドと、
これらのヘリウム槽及び熱シールドを包囲し、内部が真空に保持された真空槽と、
前記ヘリウム槽内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機と、
前記ヘリウム槽内部の圧力を測定する圧力センサーと、
前記ヘリウム槽内部を加温するヒーターと、
前記ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、前記圧力センサーで測定した前記ヘリウム槽内部の圧力に応じて前記ヒーターの熱量を制御する圧力制御装置を備える超電導電磁石において、
前記圧力制御装置の電源が断たれていることを検出したときは、前記冷凍機を動作させないようにした超電導電磁石。
液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽と、
このヘリウム槽の液体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム槽を包囲するように設けられた熱シールドと、
これらのヘリウム槽及び熱シールドを包囲し、内部が真空に保持された真空槽と、
前記ヘリウム槽内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機と、
前記ヘリウム槽内部の圧力を測定する圧力センサーと、
前記ヘリウム槽内部を加温するヒーターと、
前記ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、前記圧力センサーで測定した前記ヘリウム槽内部の圧力に応じて前記ヒーターの熱量を制御する圧力制御装置を備える超電導電磁石において、
前記ヒーターを加温する電源が正常に動作する状態でないことを検出したときは、前記冷凍機を動作させないようにした超電導電磁石。
液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽と、
このヘリウム槽の液体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム槽を包囲するように設けられた熱シールドと、
これらのヘリウム槽及び熱シールドを包囲し、内部が真空に保持された真空槽と、
前記ヘリウム槽内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機と、
前記ヘリウム槽内部の圧力を測定する圧力センサーと、
前記ヘリウム槽内部を加温するヒーターと、
前記ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、前記圧力センサーで測定した前記ヘリウム槽内部の圧力に応じて前記ヒーターの熱量を制御する圧力制御装置を備える超電導電磁石において、
前記ヒーターの接続状態が正常でないことを検出したときは、前記冷凍機を動作させないようにした超電導電磁石。
液体ヘリウムが貯液されたヘリウム槽と、
このヘリウム槽の液体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム槽を包囲するように設けられた熱シールドと、
これらのヘリウム槽及び熱シールドを包囲し、内部が真空に保持された真空槽と、
前記ヘリウム槽内で蒸発したガスヘリウムを凝縮させる冷凍機と、
前記ヘリウム槽内部の圧力を測定する圧力センサーと、
前記ヘリウム槽内部を加温するヒーターと、
前記ヘリウム槽内部の圧力が大気圧以下にならないように、前記圧力センサーで測定した前記ヘリウム槽内部の圧力に応じて前記ヒーターの熱量を制御する圧力制御装置を備える超電導電磁石において、
前記圧力センサーの接続状態が正常でないことを検出したときは、前記冷凍機を動作させないようにした超電導電磁石。
前記冷凍機を動作させないようにしたとき、前記冷凍機停止状態を警告する手段を備えた請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超電導電磁石。
前記冷凍機を動作させないようにしたとき、前記冷凍機停止状態を計算機システム、又は計算機システムからネットワークを通じたリモートホストに通報するようにした請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超電導電磁石。