JP6679795B1 - 安全弁及び超伝導加速器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部動力を用いずに制御可能であって、吹き始め圧力と吹き止まり圧力とを個別に設定できる安全弁及び超伝導加速器を提供する。【解決手段】安全弁１０は、流体貯留室（ガス貯留室２６）と、第１弁体３２と、第２弁体３４と、付勢部材４０と、を備える。流体貯留室は、装置の外部に連通し、少なくとも装置の外部の圧力より高い内圧下で流体を密閉可能である。第１弁体３２は、装置の内部に連通するガス流路２２と装置の外部との間を開放及び閉塞可能である。第２弁体３４は、第１弁体３２と連動し、かつ流体貯留室と装置の外部との間を開放及び閉塞可能である。付勢部材４０は、第２弁体３４が流体貯留室と装置の外部との間を閉塞する方向に第１弁体３２又は第２弁体３４を付勢する。安全弁１０は、ガス流路２２の内圧が流体貯留室の内圧及び付勢部材４０の付勢力に抗して第１弁体３２を開放すると、第２弁体３４が開放される。【選択図】図２

Description

本発明は、安全弁及び超伝導加速器に関する。

超伝導加速器は、冷媒として使用する液化ヘリウム、液化窒素を貯蔵する圧力容器や冷媒を流す配管を備えた高圧ガス設備である。高圧ガス設備においては、圧力容器や配管の内圧が上昇して所定値以上になった際に、圧力を開放して、許容圧力以下に戻す安全装置を設置する必要がある。従来では、弁体にばねの反力以上の圧力がかかった際に弁が開くばね式の弁、弁体を電磁力や空気圧によって強制駆動する他力式自動弁、及び許容圧力以上で隔壁が破裂する破裂板等の安全装置が知られている。例えば、特許文献１には、永久磁石の位置を調節することによって、作動圧を調整可能である安全弁が開示されている。

特許第４１４３７１８号公報

ばね式の弁においては、全開及び全閉動作する圧力が設定圧力に限定される。設定圧力は、圧力容器や配管の許容圧力に合わせて、通常使用する圧力が許容圧力より低くなるように設定されることが一般的である。このため、ばね式の弁は、通常使用する圧力に減圧調整する機能を持たない。特許文献１の安全弁は、動作圧力を容易に設定することが可能であるが、弁が開放する時の圧力である吹き始め圧力と、弁が閉塞する時の圧力である吹き止まり圧力とを、個別に調整することができない。他力式自動弁においては、任意且つ個別に設定された吹き始め圧力と吹き止まり圧力とに対応した弁の開閉が可能であるが、例えば、停電で電力の供給が停止した場合に動作しない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部動力を用いずに制御可能であって、吹き始め圧力と吹き止まり圧力とを個別に設定できる安全弁及び超伝導加速器を提供することを目的とする。

本発明の安全弁は、装置の外部に連通し、かつ少なくとも前記装置の外部の圧力より高い内圧下で流体を密閉可能である流体貯留室と、前記装置の内部に連通するガス流路と前記装置の外部との間を開放及び閉塞可能である第１弁体と、前記第１弁体と連動し、かつ前記流体貯留室と前記装置の外部との間を開放及び閉塞可能である第２弁体と、前記第２弁体が前記流体貯留室と前記装置の外部との間を閉塞する方向に前記第１弁体又は前記第２弁体を付勢する付勢部材と、を備え、前記ガス流路の内圧によって前記第１弁体に作用する力が、前記流体貯留室の内圧によって前記第２弁体に作用する力及び前記付勢部材の付勢力に抗して前記第１弁体を開放すると、前記第２弁体が開放される。

この構成によれば、第１弁体及び第２弁体が閉塞している状態においては、ガス流路の内圧が付勢部材の付勢力及び流体貯留室の内圧の和を超えることによって、第１弁体及び第２弁体が開放される。第２弁体が開放されると、流体貯留室の内圧は、装置の外部の圧力と同等まで減少する。したがって、第１弁体及び第２弁体が開放している状態においては、ガス流路の内圧が付勢部材の付勢力を下回ることによって、第１弁体及び第２弁体が閉塞される。すなわち、吹き止まり圧力は、付勢部材の付勢力の設定によって調整可能である。また、吹き始め圧力と吹き止まり圧力との差圧は、作動前の流体貯留室の内圧の設定によって調整可能である。これにより、吹き始め圧力と吹き止まり圧力とを個別に設定できる。さらに、電気動力を用いずに制御可能であるので、停電時においても作動可能である。

また、前記流体貯留室に接続して前記流体貯留室に前記流体を供給する流体供給路と、前記流体供給路を開放及び閉塞可能である閉止弁と、を備える。

この構成によれば、第２弁体を閉塞したまま流体貯留室に流体を補充することができる。すなわち、安全弁が一度作動し、第１弁体及び第２弁体が閉塞した後、安全弁が設けられる装置が運転中であっても、流体貯留室に流体を補充することができるので、装置が運転を継続したまま、安全弁を再使用することが可能である。

また、前記第２弁体が閉塞している状態において、前記流体貯留室の内圧が所定の圧力以下である場合、前記閉止弁を開放して前記流体供給路を介して前記流体貯留室に流体を供給させる制御部を備える。

この構成によれば、流体貯留室の内圧をより好適に維持することができる。また、安全弁が一度作動した後、より好適に流体貯留室に流体を補充することができる。

また、前記流体供給路は、前記ガス流路に接続し、前記ガス流路からガスを前記流体貯留室に貯留する流体として供給される。

この構成によれば、ガス流路を通過するガスを流体貯留室に貯留する流体として利用できる。

また、前記装置の外部に連通し、前記第１弁体及び前記第２弁体が開放している状態において、前記ガス流路及び前記流体貯留室に連通する逃がし流路を備える。

この構成によれば、ガス流路内のガスと、流体貯留室内の流体とが、共通の流路である逃がし流路を介して装置の外部に放出されるので、安全弁の簡略化に寄与できる。

本発明の超伝導加速器は、前記安全弁が設けられる。

この構成によれば、第１弁体及び第２弁体が閉塞している状態においては、ガス流路の内圧が付勢部材の付勢力及び流体貯留室の内圧の和を超えることによって、第１弁体及び第２弁体が開放される。第２弁体が開放されると、流体貯留室の内圧は、超伝導加速器の外部の圧力と同等まで減少する。したがって、第１弁体及び第２弁体が開放している状態においては、ガス流路の内圧が付勢部材の付勢力を下回ることによって、第１弁体及び第２弁体が閉塞される。すなわち、吹き止まり圧力は、付勢部材の付勢力の設定によって調整可能である。また、吹き始め圧力と吹き止まり圧力との差圧は、作動前の流体貯留室の内圧の設定によって調整可能である。これにより、吹き始め圧力と吹き止まり圧力とを個別に設定できる。さらに、電気動力を用いずに制御可能であるので、停電時においても作動可能である。

図１は、実施形態に係る安全弁が適用される超伝導加速器の一例を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る安全弁の一例を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る安全弁において、内圧の時間変化の一例を示すグラフである。 図４は、実施形態に係る安全弁の吹き始め直前を示す模式図である。 図５は、実施形態に係る安全弁の作動状態を示す模式図である。 図６は、実施形態に係る安全弁の吹き止まり直前を示す模式図である。 図７は、実施形態に係る安全弁の吹き止まり直後を示す模式図である。 図８は、実施形態に係る安全弁の再使用準備を示す模式図である。

以下に、本発明に係る安全弁及び超伝導加速器の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、実質的に同一のもの、あるいは均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。以下の実施形態では、本発明に係る安全弁及び超伝導加速器の実施形態の１つを例示する上で、必要となる構成要素を説明し、その他の構成要素を省略する。なお、以下の実施形態の説明において、同一構成には同一符号を付し、異なる構成には異なる符号を付すものとする。

［超伝導加速器の構成］
図１は、実施形態に係る安全弁が適用される超伝導加速器の一例を示す模式図である。実施形態において、超伝導加速器１００は、真空容器１１０と、超伝導加速空洞１２０と、を備える。真空容器１１０は、超伝導加速空洞１２０を収容する。真空容器１１０は、真空装置により内部を略真空の状態に保ち、真空容器１１０外部の熱が超伝導加速空洞１２０に伝わるのを防ぐ。超伝導加速空洞１２０は、真空容器１１０の内部に配置されている。超伝導加速空洞１２０は、空洞本体１３０と、冷媒槽１４０とを備える。

空洞本体１３０は、ニオブ（Ｎｂ）等の超伝導材料によって筒状に形成される。空洞本体１３０は、複数の大径部１３０ｂと、複数の小径部１３０ｃと、を含む。大径部１３０ｂの中心軸Ａからの距離Ｒ１は、小径部１３０ｃの中心軸Ａからの距離Ｒ２より大きい。空洞本体１３０は、大径部１３０ｂと小径部１３０ｃとが、中心軸Ａ方向に交互に形成される。空洞本体１３０は、中心軸Ａ方向の両端部に開口部である入口部１３０ｄ及び出口部１３０ｅを含む。入口部１３０ｄは、外部からの荷電粒子が導かれる入口管１５０に接続する。入口部１３０ｄは、入口管１５０から導かれる荷電粒子を空洞本体１３０に導く。出口部１３０ｅは、外部へ荷電粒子を導く出口管１６０に接続する。出口部１３０ｅは、空洞本体１３０で加速された荷電粒子を出口管１６０に導く。出口部１３０ｅは、さらに、クライストロン等の高周波源が発生する高周波電力を空洞本体１３０の内部に導入するための導波管１７０に接続する。導波管１７０を介して外部から高周波電力が投入されると、空洞本体１３０の内表面に正電極と負電極とが生成され、荷電粒子を加速させる加速電界が発生する。

冷媒槽１４０は、空洞本体１３０の周囲に設けられる。冷媒槽１４０と空洞本体１３０とは、互いに接触する箇所が溶接等によって強固に接合される。冷媒槽１４０は、空洞本体１３０の外周面との間に形成される空間に冷媒を貯蔵する。冷媒は、例えば、液体ヘリウムである。冷媒槽１４０は、供給口１４０ａ及び排出口１４０ｂを含む。供給口１４０ａは、冷媒を供給する供給管１８０に接続する。供給口１４０ａは、供給管１８０を介して外部の冷媒タンクから供給される冷媒を、冷媒槽１４０に供給する。冷媒槽１４０に貯蔵された冷媒は、空洞本体１３０を極低温に冷却して超伝導状態に保つために用いられる。冷媒槽１４０に貯蔵された冷媒の一部は、空洞本体１３０で発生した熱を吸収することによってガス化する。冷媒が液体ヘリウムである場合、冷媒ガスは、ヘリウムガスである。排出口１４０ｂは、冷媒ガスを排出する排出管１９０に接続する。排出口１４０ｂは、排出管１９０を介して超伝導加速器１００の外部に排出される。外部に排出された冷媒ガスは、圧縮器によって圧縮することで再び液化し、冷媒タンクへ戻される。

［安全弁の構成］
図２は、実施形態に係る安全弁の一例を示す模式図である。安全弁１０は、装置内部の圧力を許容圧力Ｐａ以下に戻す安全装置である。安全弁１０は、実施形態において、超伝導加速器１００において冷媒ガスが通過する冷媒配管に設けられることを想定する。冷媒配管は、実施形態において、図１に示す排出管１９０を含む。冷媒ガスは、例えば、ヘリウムガス等の不活性ガスである。図５に示すように、安全弁１０は、筐体２０に設けられる。安全弁１０は、弁体３０と、付勢部材４０と、封止部材５０と、ガス供給路６０と、閉止弁６２と、内圧計６４と、を備える。

筐体２０は、冷媒配管等の装置内部と、装置外部と、にそれぞれ連通する。実施形態の安全弁１０は、装置外部が、少なくとも装置の運転圧力Ｐ１より低い圧力である環境下であれば、作動可能である。装置の外部圧力Ｐ０は、例えば、大気圧である。筐体２０は、内部に、ガス流路２２と、逃がし流路２４と、ガス貯留室２６と、止め部２８と、を含む。

ガス流路２２は、実施形態において、冷媒ガスが通過する冷媒配管を含む。ガス流路２２の上流は、装置内部に連通する。より具体的には、ガス流路２２の上流は、実施形態において、図１に示す排出管１９０に連通する。ガス流路２２の下流は、後述の第１弁体３２が開放している状態において、逃がし流路２４を介して装置外部に連通する。

逃がし流路２４は、筐体２０の内部と装置外部とを接続する。逃がし流路２４は、開口部２４ｅにおいて装置外部に連通する。逃がし流路２４は、後述の第１弁体３２が開放している状態において、ガス流路２２に連通する。逃がし流路２４は、第１弁体３２が開放している状態において、ガス流路２２から装置外部に放出される冷媒ガスが通過する。逃がし流路２４は、後述の第２弁体３４が開放している状態において、ガス貯留室２６に連通する。逃がし流路２４は、第２弁体３４が開放している状態において、ガス貯留室２６から装置外部に放出されるガスが通過する。

ガス貯留室２６は、ガスが貯留される。ガス貯留室２６は、ガス供給路６０と接続する。ガス貯留室２６は、ガス供給路６０からガスが供給される。ガス供給路６０からガス貯留室２６へのガスの供給は、ガス供給路６０に設けられる閉止弁６２によって停止可能である。ガス貯留室２６に貯留するガスは、ガス流路２２を通過する冷媒ガスと同一のガスでも異なるガスでも構わない。ガス貯留室２６は、後述の第２弁体３４が開放している状態において、逃がし流路２４を介して装置外部に連通する。ガス貯留室２６は、第２弁体３４及び閉止弁６２が閉塞している状態において、少なくとも装置の外部圧力Ｐ０より高い内圧Ｐｃ下でガスを密閉可能である。ガス貯留室２６は、実施形態において、装置の運転圧力Ｐ１より高い内圧Ｐｃ下でガスを密閉可能である。

止め部２８は、第１弁体３２及び第２弁体３４の付勢部材４０の付勢方向への移動を制限する。止め部２８は、第１弁体３２及び第２弁体３４の少なくともいずれかを所定の位置において支える。止め部２８は、実施形態において、ガス貯留室２６と逃がし流路２４との境界部に設けられる。止め部２８は、実施形態において、筐体２０の内壁から内側に向かって突出する突起である。止め部２８は、後述の第２弁体３４がガス貯留室２６より逃がし流路２４側に突出しないように、第２弁体３４を支える。

弁体３０は、実施形態において、ガス流路２２内のガスの流通方向に移動可能である。弁体３０は、第１弁体３２と、第２弁体３４と、連結部３６と、を含む。

第１弁体３２は、ガス流路２２と装置外部との間を開放及び閉塞可能である。第１弁体３２は、実施形態において、ガス流路２２と逃がし流路２４との境界部に設けられる。第１弁体３２は、実施形態において、連結部３６を介して第２弁体３４と連結する。第１弁体３２は、第２弁体３４と連動する。第１弁体３２が閉塞している状態においては、ガス流路２２を通過する冷媒ガスによる内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂが第１弁体３２を開放する方向に付勢する。第１弁体３２は、ガス流路２２の内圧Ｐｂが許容圧力Ｐａを超えることによって、逃がし流路２４の方向に移動して、ガス流路２２と逃がし流路２４との間を開放する。第１弁体３２が開放している状態においては、ガス流路２２と逃がし流路２４とが連通する。第１弁体３２が開放している状態においては、ガス流路２２内の冷媒ガスが、逃がし流路２４を介して装置外部に放出される。

第２弁体３４は、ガス貯留室２６と装置外部との間を開放及び閉塞可能である。第２弁体３４は、実施形態において、ガス貯留室２６と逃がし流路２４との境界部に設けられる。第２弁体３４は、実施形態において、連結部３６を介して第１弁体３２と連結する。第２弁体３４は、第１弁体３２と連動する。第２弁体３４は、実施形態において、付勢部材４０の付勢力Ｆｓによって、閉塞する方向に常時付勢される。第２弁体３４が閉塞している状態においては、ガス貯留室２６内に貯留するガスによる内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃが第２弁体３４を閉塞する方向に付勢する。第２弁体３４は、止め部２８によって、逃がし流路２４側に突出しないように支えられる。第２弁体３４は、止め部２８との接触位置に封止部材５０が設けられる。第２弁体３４と止め部２８との間は、封止部材５０によって封止される。第２弁体３４は、ガス流路２２の内圧Ｐｂが許容圧力Ｐａを超えることによって、第１弁体３２に連動してガス貯留室２６の内側に移動し、ガス貯留室２６と逃がし流路２４との間を開放する。第２弁体３４が開放している状態においては、ガス貯留室２６と逃がし流路２４とが連通する。第２弁体３４が開放している状態においては、ガス貯留室２６内のガスが、逃がし流路２４を介して装置外部に放出される。

連結部３６は、第１弁体３２と第２弁体３４とを連結する。連結部３６は、第１弁体３２がガス流路２２と逃がし流路２４との間を開放すると同時に、第２弁体３４がガス貯留室２６と逃がし流路２４との間を開放するように第１弁体３２と第２弁体３４とが連動するのであれば、どのように連結してもよい。

付勢部材４０は、第２弁体３４がガス貯留室２６と装置外部との間を閉塞する方向に第１弁体３２又は第２弁体３４を常時付勢する。付勢部材４０は、実施形態において、ガス貯留室２６の内壁と第２弁体３４との間に設けられる圧縮ばねである。付勢部材４０は、実施形態において、第２弁体３４がガス貯留室２６と逃がし流路２４との間を閉塞する方向に第２弁体３４を常時付勢する。

封止部材５０は、実施形態において、第２弁体３４に設けられる。封止部材５０は、止め部２８との接触位置に設けられる。第２弁体３４が閉塞している状態においては、止め部２８、第２弁体３４及び封止部材５０によって、ガス貯留室２６と逃がし流路２４との間を封止する。実施形態の安全弁１０を超伝導加速器１００に適用する場合、封止部材５０は、冷媒ガスの低温及び超伝導加速器１００が発生させる放射線に耐久しうる材料である必要がある。超伝導加速器１００に適用する安全弁１０の封止部材５０の材料としては、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）やニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）を用いることができる。

ガス供給路６０は、ガス貯留室２６に接続する。ガス供給路６０は、ガス貯留室２６にガスを供給する。ガス供給路６０には、ガス貯留室２６へのガスの供給を制御する閉止弁６２が設けられる。ガス供給路６０は、ガス貯留室２６にガスを引き込むための送風機を備えてもよい。

閉止弁６２は、ガス供給路６０に設けられる。閉止弁６２は、ガス供給路６０を通過するガスのガス貯留室２６への供給を制御する。ガス供給路６０を通過するガスは、閉止弁６２が開放している状態において、ガス貯留室２６へ供給される。ガス供給路６０を通過するガスは、閉止弁６２が閉塞している状態において、ガス貯留室２６へ供給されない。ガス貯留室２６は、第２弁体３４及び閉止弁６２が閉塞している状態において、密閉される。閉止弁６２は、作業員による手作業で操作されてもよいし、安全弁１０が設けられる装置の制御部又は外部制御装置によって制御されてもよい。閉止弁６２は、第２弁体３４が閉塞している状態において、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃが所定の圧力以下である場合、開放されるように制御されてもよい。

内圧計６４は、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃを計測する。第２弁体３４が開放してガス貯留室２６の内圧Ｐｃが低下した際、第２弁体３４が閉塞した後に、例えば、作業員は、内圧計６４の数値を確認しながら、閉止弁６２を開放して、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃが所定の圧力になるまでガスを供給する。

［安全弁の動作］
図３は、実施形態に係る安全弁において、内圧の時間変化の一例を示すグラフである。図４は、実施形態に係る安全弁の吹き始め直前を示す模式図である。図５は、実施形態に係る安全弁の作動状態を示す模式図である。図６は、実施形態に係る安全弁の吹き止まり直前を示す模式図である。図７は、実施形態に係る安全弁の吹き止まり直後を示す模式図である。図８は、実施形態に係る安全弁の再使用準備を示す模式図である。

図３は、冷媒配管内圧の時間変化を示す。以下の説明において、冷媒配管内圧は、ガス流路２２の内圧Ｐｂと同一であるものとする。安全弁１０のガス貯留室２６には、内圧Ｐｃとなるように予めガスが貯留しているものとする。安全弁１０が設けられる装置の運転開始前において、ガス流路２２の内圧Ｐｂは、装置の外部圧力Ｐ０と同一である。

内圧Ｐｂは、時刻ｔ０において装置が運転を開始すると徐々に上昇し、時刻ｔ１において運転圧力Ｐ１に達する。内圧Ｐｂは、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、運転圧力Ｐ１で安定する。装置の内部の圧力が何らかの原因で上昇することによって、ガス流路２２の内圧Ｐｂも上昇する。内圧Ｐｂは、実施形態において、時刻ｔ２から上昇し始める。内圧Ｐｂは、時刻ｔ２から吹き始め圧力Ｐ２に達する時刻ｔ３まで上昇する。

図４のステップＳＴ２０２に示すように、第１弁体３２及び第２弁体３４は、閉塞している状態である。ステップＳＴ２０２を含む時刻ｔ０から時刻ｔ３までの間、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂと、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃと、付勢部材４０の付勢力Ｆｓとは、Ｆｂ＜Ｆｃ＋Ｆｓである。

内圧Ｐｂは、許容圧力Ｐａを超え、時刻ｔ３において吹き始め圧力Ｐ２に達する。時刻ｔ３において、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂと、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃと、付勢部材４０の付勢力Ｆｓとは、Ｆｂ≧Ｆｃ＋Ｆｓである。内圧Ｐｂが吹き始め圧力Ｐ２に達すると、図５のステップＳＴ２０４に示すように、第１弁体３２及び第２弁体３４は、開放する方向に移動する。

ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂは、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃ及び付勢部材４０の付勢力Ｆｓに抗して、第１弁体３２を開放する。すなわち、第１弁体３２は、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂによって、逃がし流路２４の方向に移動する。これにより、第１弁体３２は、ガス流路２２と逃がし流路２４との間を開放する。第１弁体３２が開放して、ガス流路２２と逃がし流路２４とが連通することによって、ガス流路２２内の冷媒ガスが、逃がし流路２４を介して装置外部に放出され始める。ステップＳＴ２０４を含む時刻ｔ３からｔ４までの間、ガス流路２２の内圧Ｐｂは、上昇を止める。さらに、時刻ｔ４を過ぎると、ガス流路２２の内圧Ｐｂは、徐々に下降する。

ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂは、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃ及び付勢部材４０の付勢力Ｆｓに抗して、第２弁体３４を開放する。すなわち、第２弁体３４は、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂによって逃がし流路２４の方向に移動する第１弁体３２に連動して、ガス貯留室２６の内側に移動する。これにより、第２弁体３４は、ガス貯留室２６と逃がし流路２４との間を開放する。第２弁体３４が開放して、ガス貯留室２６と逃がし流路２４とが連通することによって、ガス貯留室２６内のガスは、逃がし流路２４を介して装置外部に放出され始める。

図６のステップＳＴ２０６に示すように、ガス貯留室２６へ新たなガスが供給されないので、第２弁体３４が開放している状態においては、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃは、装置の外部圧力Ｐ０と同等まで減少する。ガス流路２２の内圧Ｐｂが十分に減少すると、第１弁体３２及び第２弁体３４は、付勢部材４０の付勢力Ｆｓによって、閉塞する方向に移動を開始する。

内圧Ｐｂは、時刻ｔ５において吹き止まり圧力Ｐ３に達する。吹き止まり圧力Ｐ３は、実施形態において、運転圧力Ｐ１と同一である。ステップＳＴ２０４及び後述のステップＳＴ２０６を含む時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂと、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃと、付勢部材４０の付勢力Ｆｓとは、Ｆｂ＝Ｆｃ＋Ｆｓである。時刻ｔ５において、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂと、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃと、付勢部材４０の付勢力Ｆｓとは、Ｆｂ≦Ｆｃ＋Ｆｓである。上述したように、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃが装置の外部圧力Ｐ０と同等まで減少している場合、時刻ｔ５において、Ｆｂ≦Ｆｓである。内圧Ｐｂが吹き止まり圧力Ｐ３に達すると、図７のステップＳＴ２０８に示すように、第１弁体３２及び第２弁体３４は、閉塞する。

第１弁体３２は、開放した後、ガス流路２２の内圧Ｐｂが吹き止まり圧力Ｐ３を下回ると、付勢部材４０の付勢力Ｆｓによって、逃がし流路２４から退出する方向に移動する。これにより、第１弁体３２は、ガス流路２２と逃がし流路２４との間を閉塞する。第１弁体３２が閉塞して、ガス流路２２と逃がし流路２４との間が閉塞することによって、ガス流路２２内の冷媒ガスの装置外部への放出が停止する。

第２弁体３４は、開放した後、ガス流路２２の内圧Ｐｂが吹き止まり圧力Ｐ３を下回ると、付勢部材４０の付勢力Ｆｓによって、逃がし流路２４の方向に移動する。これにより、第２弁体３４は、ガス貯留室２６と逃がし流路２４との間を閉塞する。第２弁体３４が閉塞して、ガス貯留室２６と逃がし流路２４との間を閉塞することによって、ガス貯留室２６は、再び密閉される。

時刻ｔ５において第１弁体３２及び第２弁体３４が再び閉塞した後、ガス流路２２の内圧Ｐｂが運転圧力Ｐ１で安定していることが確認できた場合、作業員は、図８のステップＳＴ２１０に示すように、閉止弁６２を開放する。閉止弁６２を開放することによって、ガス供給路６０を介してガス貯留室２６にガスが供給される。作業員は、内圧計６４の数値を確認しながら、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃが所定の圧力になるまでガスを供給する。

このように、安全弁１０において、第２弁体３４が開放すると、ガス貯留室２６の内圧Ｐｃが装置の外部圧力Ｐ０と同等まで減少するため、第１弁体３２及び第２弁体３４は、付勢部材４０の付勢力Ｆｓに対するガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂの値に応じて閉塞する。すなわち、付勢部材４０の付勢力Ｆｓは、第１弁体３２及び第２弁体３４が閉塞する吹き止まり圧力Ｐ３に基づいて設定される。

また、安全弁１０において、第１弁体３２及び第２弁体３４が閉塞している状態において、第１弁体３２及び第２弁体３４は、付勢部材４０の付勢力Ｆｓ及びガス貯留室２６の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃの和に対するガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂの値に応じて開放する。すなわち、安全弁１０が作動する前におけるガス貯留室２６の内圧Ｐｃは、吹き始め圧力Ｐ２と吹き止まり圧力Ｐ３との差圧に基づいて設定される。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容によって実施形態が限定されるものではない。例えば、実施形態の安全弁１０において、ガス流路２２及びガス貯留室２６は、共通の流路である逃がし流路２４を介して装置外部に連通するが、別々の流路を介して装置外部に連通してもよい。安全弁１０は、弁体３０が閉塞位置から開放位置に移動する際に、ガス流路２２内の冷媒ガスが装置外部へ放出し、ガス貯留室２６内のガスが装置外部へ放出するのであれば、どのように構成してもよい。

異なる流路を開放することによって、ガス流路２２の内圧Ｐｂ及びガス貯留室２６の内圧Ｐｃを開放する場合、ガス貯留室２６は、液体貯留室でもよい。この場合、ガス供給路６０の代わりに流体供給路が液体貯留室に接続される。すなわち、ガス貯留室２６は、ガス及び液体を含む流体貯留室でもよい。

ガス供給路６０は、ガス流路２２と接続し、ガス流路２２から冷媒ガスを供給されてもよい。すなわち、ガス貯留室２６は、ガス供給路６０を介してガス流路２２内の冷媒ガスを供給されてもよい。

付勢部材４０は、第２弁体３４がガス貯留室２６と装置外部との間を閉塞する方向に第１弁体３２又は第２弁体３４を常時付勢するものであればどのようなものでもよい。付勢部材４０は、実施形態において、ガス貯留室２６の内壁と第２弁体３４との間に設けられる圧縮ばねであるが、例えば、錘又は磁石等を含んでもよい。

以上説明したように、実施形態の安全弁１０は、流体貯留室（ガス貯留室２６）と、第１弁体３２と、第２弁体３４と、付勢部材４０と、を備える。流体貯留室は、装置の外部に連通する。流体貯留室は、少なくとも装置の外部の圧力より高い内圧Ｐｃ下で流体を密閉可能である。第１弁体３２は、装置の内部に連通するガス流路２２と装置の外部との間を開放及び閉塞可能である。第２弁体３４は、第１弁体３２と連動し、かつ流体貯留室と装置の外部との間を開放及び閉塞可能である。付勢部材４０は、第２弁体３４が流体貯留室と装置の外部との間を閉塞する方向に第１弁体３２又は第２弁体３４を付勢する。安全弁１０は、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂが流体貯留室の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃ及び付勢部材４０の付勢力Ｆｓに抗して第１弁体３２を開放すると、第２弁体３４が開放される。

これにより、第１弁体３２及び第２弁体３４が閉塞している状態においては、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂが付勢部材４０の付勢力Ｆｓ及び流体貯留室（ガス貯留室２６）の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃの和を超えることによって、第１弁体３２及び第２弁体３４が開放される。第２弁体３４が開放されると、流体貯留室の内圧Ｐｃは、装置の外部の圧力と同等まで減少する。したがって、第１弁体３２及び第２弁体３４が開放している状態においては、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂが付勢部材４０の付勢力Ｆｓを下回ることによって、第１弁体３２及び第２弁体３４が閉塞される。すなわち、吹き止まり圧力Ｐ３は、付勢部材４０の付勢力Ｆｓの設定によって調整可能である。また、吹き始め圧力Ｐ２と吹き止まり圧力Ｐ３との差圧は、作動前の流体貯留室の内圧Ｐｃの設定によって調整可能である。これにより、吹き始め圧力Ｐ２と吹き止まり圧力Ｐ３とを個別に設定できる。さらに、電気動力を用いずに制御可能であるので、停電時においても作動可能である。

また、実施形態の安全弁１０は、流体供給路（ガス供給路６０）と、閉止弁６２と、を備える。流体供給路は、流体貯留室（ガス貯留室２６）に接続して流体貯留室に流体（ガス）を供給する。閉止弁６２は、流体供給路を開放及び閉塞可能である。これにより、第２弁体３４を閉塞したまま流体貯留室に流体を補充することができる。すなわち、安全弁１０が一度作動し、第１弁体３２及び第２弁体３４が閉塞した後、安全弁１０が設けられる装置が運転中であっても、流体貯留室に流体を補充することができるので、装置が運転を継続したまま、安全弁１０を再使用することが可能である。

また、実施形態の安全弁１０は、制御部を備えてもよい。制御部は、第２弁体３４が閉塞している状態において、流体貯留室（ガス貯留室２６）の内圧Ｐｃが所定の圧力以下である場合、閉止弁６２を開放して流体供給路（ガス供給路６０）を介して流体貯留室に流体（ガス）を供給させる。これにより、流体貯留室の内圧Ｐｃをより好適に維持することができる。また、安全弁１０が一度作動した後、より好適に流体貯留室に流体を補充することができる。

また、実施形態の安全弁１０において、流体供給路（ガス供給路６０）は、ガス流路２２に接続する。流体供給路は、ガス流路２２からガス（冷媒ガス）を流体貯留室（ガス貯留室２６）に貯留する流体（ガス）として供給されるこれにより、ガス流路２２を通過するガスを流体貯留室に貯留する流体として利用できる。

また、実施形態の安全弁１０は、逃がし流路２４を備える。逃がし流路２４は、装置の外部に連通する。逃がし流路２４は、第１弁体３２及び第２弁体３４が開放している状態において、ガス流路２２及び流体貯留室（ガス貯留室２６）に連通する、これにより、ガス流路２２内のガス（冷媒ガス）と、流体貯留室内の流体とが、共通の流路である逃がし流路２４を介して装置の外部に放出されるので、安全弁１０の簡略化に寄与できる。

また、実施形態において、超伝導加速器１００は、安全弁１０が設けられる。これにより、第１弁体３２及び第２弁体３４が閉塞している状態においては、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂが付勢部材４０の付勢力Ｆｓ及び流体貯留室（ガス貯留室２６）の内圧Ｐｃによって第２弁体３４に作用する力Ｆｃの和を超えることによって、第１弁体３２及び第２弁体３４が開放される。第２弁体３４が開放されると、流体貯留室の内圧Ｐｃは、超伝導加速器１００の外部の圧力と同等まで減少する。したがって、第１弁体３２及び第２弁体３４が開放している状態においては、ガス流路２２の内圧Ｐｂによって第１弁体３２に作用する力Ｆｂが付勢部材４０の付勢力Ｆｓを下回ることによって、第１弁体３２及び第２弁体３４が閉塞される。すなわち、吹き止まり圧力Ｐ３は、付勢部材４０の付勢力Ｆｓの設定によって調整可能である。また、吹き始め圧力Ｐ２と吹き止まり圧力Ｐ３との差圧は、作動前の流体貯留室の内圧Ｐｃの設定によって調整可能である。これにより、吹き始め圧力Ｐ２と吹き止まり圧力Ｐ３とを個別に設定できる。さらに、電気動力を用いずに制御可能であるので、停電時においても作動可能である。

超伝導加速器等の高圧ガス設備は、本発明の安全弁に加えて電磁式の安全弁を設けてもよい。例えば、通電時には電磁式の安全弁を使用し、停電時のみ本発明の安全弁を使用してもよい。この場合、ガス貯留室２６（流体貯留室）のガス（流体）の放出を抑制することができる。これにより、ガス（流体）の消費及び再供給を抑制することができる。

超伝導加速器等の高圧ガス設備は、本発明の安全弁に加えて破裂板を設けてもよい。破裂板は、例えばステンレスの板材を含む。破裂板は、装置の内圧が所定の圧力を超えた場合、破けることによって装置の内圧を装置外部の圧力まで下げる。破裂板が作動する圧力を安全弁の許容圧力よりも大きく設定することにより、装置内部の急激な圧力上昇によって、安全弁が作動しても装置内部の圧力が上昇を続ける場合であっても、装置の破損を抑制することができる。

１０ 安全弁
２０ 筐体
２２ ガス流路
２４ 逃がし流路
２４ｅ 開口部
２６ ガス貯留室（流体貯留室）
２８ 止め部
３０ 弁体
３２ 第１弁体
３４ 第２弁体
３６ 連結部
４０ 付勢部材
５０ 封止部材
６０ ガス供給路
６２ 閉止弁
６４ 内圧計
１００ 超伝導加速器
１１０ 真空容器
１２０ 超伝導加速空洞
１３０ 空洞本体
１３０ｂ 大径部
１３０ｃ 小径部
１３０ｄ 入口部
１３０ｅ 出口部
１４０ 冷媒槽
１４０ａ 供給口
１４０ｂ 排出口
１５０ 入口管
１６０ 出口管
１７０ 導波管
１８０ 供給管
１９０ 排出管
Ａ 中心軸
Ｒ１、Ｒ２ 距離
Ｐ０ 外部圧力
Ｐ１ 運転圧力
Ｐ２ 吹き始め圧力
Ｐ３ 吹き止まり圧力
Ｐａ 許容圧力
Ｐｂ、Ｐｃ 内圧
Ｆｓ 付勢力

Claims (6)

1. 装置の外部に連通し、かつ少なくとも前記装置の外部の圧力より高い内圧下で流体を密閉可能である流体貯留室と、
   前記装置の内部に連通するガス流路と前記装置の外部との間を開放及び閉塞可能である第１弁体と、
   前記第１弁体と連動し、かつ前記流体貯留室と前記装置の外部との間を開放及び閉塞可能である第２弁体と、
   前記第２弁体が前記流体貯留室と前記装置の外部との間を閉塞する方向に前記第１弁体又は前記第２弁体を付勢する付勢部材と、
   を備え、
   前記ガス流路の内圧によって前記第１弁体に作用する力が、前記流体貯留室の内圧によって前記第２弁体に作用する力及び前記付勢部材の付勢力に抗して前記第１弁体を開放すると、前記第２弁体が開放される、安全弁。
2. 前記流体貯留室に接続して前記流体貯留室に前記流体を供給する流体供給路と、
   前記流体供給路を開放及び閉塞可能である閉止弁と、
   を備える、請求項１に記載の安全弁。
3. 前記第２弁体が閉塞している状態において、前記流体貯留室の内圧が所定の圧力以下である場合、前記閉止弁を開放して前記流体供給路を介して前記流体貯留室に流体を供給させる制御部を備える、
   請求項２に記載の安全弁。
4. 前記流体供給路は、前記ガス流路に接続し、前記ガス流路からガスを前記流体貯留室に貯留する流体として供給される、
   請求項２又は３に記載の安全弁。
5. 前記装置の外部に連通し、前記第１弁体及び前記第２弁体が開放している状態において、前記ガス流路及び前記流体貯留室に連通する逃がし流路を備える、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の安全弁。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の安全弁が設けられる超伝導加速器。

Images