JP6983629B2 - How to operate the superconducting magnet device and the superconducting magnet device - Google Patents

How to operate the superconducting magnet device and the superconducting magnet device Download PDF

Info

Publication number
JP6983629B2
JP6983629B2 JP2017222119A JP2017222119A JP6983629B2 JP 6983629 B2 JP6983629 B2 JP 6983629B2 JP 2017222119 A JP2017222119 A JP 2017222119A JP 2017222119 A JP2017222119 A JP 2017222119A JP 6983629 B2 JP6983629 B2 JP 6983629B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
current switch
permanent current
permanent
superconducting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017222119A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019096648A (en
Inventor
圭 小柳
寛史 宮崎
朝文 折笠
正平 高見
潔和 佐藤
努 来栖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Energy Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2017222119A priority Critical patent/JP6983629B2/en
Publication of JP2019096648A publication Critical patent/JP2019096648A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6983629B2 publication Critical patent/JP6983629B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

本発明の実施形態は、永久電流モードで運転が可能な超電導磁石装置の運転技術に関する。 An embodiment of the present invention relates to an operation technique of a superconducting magnet device capable of operating in a permanent current mode.

従来、超電導磁石装置では、急激に超電導状態が消失するクエンチが生じる可能性がある。この超電導磁石装置を安定に運転するために、永久電流モードの設定時にPCS(永久電流スイッチ)の温度を上昇させる操作を行い、その後に、PCSの温度を実使用状態の温度まで下げるという着想がある。 Conventionally, in a superconducting magnet device, there is a possibility that a quench may occur in which the superconducting state suddenly disappears. In order to operate this superconducting magnet device stably, the idea was to raise the temperature of the PCS (permanent current switch) when setting the permanent current mode, and then lower the temperature of the PCS to the temperature in the actual use state. be.

特開平8−203723号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-203723

前述の着想にあっては、永久電流モードの設定時にPCSの温度を上昇させるので、この温度上昇時にクエンチが生じるリスクがある。つまり、具体的な制御内容が完成しておらず、実用化された技術ではなかった。また、近年、超電導磁石装置の普及に伴い、長期間に亘って運転を行う機会が増してきており、運転中にクエンチが生じる可能性が高まっている。そのため、クエンチの発生を低減して安定的に運転することができる超電導磁石装置の要望がある。 In the above idea, since the temperature of the PCS is raised when the permanent current mode is set, there is a risk that quenching will occur when the temperature rises. In other words, the specific control content was not completed, and it was not a practical technology. Further, in recent years, with the spread of superconducting magnet devices, opportunities for long-term operation have increased, and the possibility of quenching during operation has increased. Therefore, there is a demand for a superconducting magnet device that can reduce the occurrence of quenching and operate stably.

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、クエンチの発生を低減して安定的に運転することができる超電導磁石装置の運転技術を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an operation technique of a superconducting magnet device capable of reducing the occurrence of quenching and stably operating the device.

本発明の実施形態に係る超電導磁石装置の運転方法は、冷却部を用いて超電導コイルおよび永久電流スイッチを冷却して超電導に転移させるステップと、前記冷却部による冷却を継続しつつ、ヒータを用いて前記永久電流スイッチを臨界温度よりも高い温度にして常電導に転移させるステップと、主電源を用いて前記超電導コイルに電流を供給するステップと、前記ヒータを制御して前記永久電流スイッチの温度を前記臨界温度よりも低い定常運転温度に向けて下げ始めるステップと、前記主電源から供給される電流を下げ始めることにより、前記超電導コイルを流れる電流を前記永久電流スイッチに流し始めるステップと、を含む。 The method of operating the superconducting magnet device according to the embodiment of the present invention uses a heater to cool the superconducting coil and the permanent current switch using a cooling unit and transfer the superconducting current switch to superconducting, and to continue cooling by the cooling unit. The step of making the permanent current switch higher than the critical temperature and transferring it to normal conduction, the step of supplying current to the superconducting coil using the main power supply, and the step of controlling the heater to control the temperature of the permanent current switch. A step of starting to lower the current to a steady operation temperature lower than the critical temperature, and a step of starting to flow the current flowing through the superconducting coil to the permanent current switch by starting to lower the current supplied from the main power supply. include.

本発明の実施形態により、クエンチの発生を低減して安定的に運転することができる超電導磁石装置の運転技術が提供される。 An embodiment of the present invention provides an operating technique for a superconducting magnet device capable of reducing the occurrence of quenching and stably operating the device.

本実施形態の超電導磁石装置を示す断面図。The cross-sectional view which shows the superconducting magnet apparatus of this embodiment. 本実施形態の超電導磁石装置を示すブロック図。The block diagram which shows the superconducting magnet apparatus of this embodiment. 本実施形態の超電導磁石装置を示す回路図。The circuit diagram which shows the superconducting magnet apparatus of this embodiment. 本実施形態の電流密度分布の模式図と超電導線材の断面図。A schematic diagram of the current density distribution of this embodiment and a cross-sectional view of a superconducting wire. 従来技術の電流密度分布の模式図と超電導線材の断面図。Schematic diagram of current density distribution in the prior art and cross-sectional view of superconducting wire. 本実施形態の超電導磁石装置の運転パターンを示すグラフ。The graph which shows the operation pattern of the superconducting magnet apparatus of this embodiment. 従来技術の超電導磁石装置の運転パターンを示すグラフ。The graph which shows the operation pattern of the superconducting magnet apparatus of the prior art. 本実施形態の超電導磁石装置の運転パターンを示すグラフ。The graph which shows the operation pattern of the superconducting magnet apparatus of this embodiment. 従来技術の超電導磁石装置の運転パターンを示すグラフ。The graph which shows the operation pattern of the superconducting magnet apparatus of the prior art. 本実施形態の超電導線材の臨界電流値と温度を示すグラフ。The graph which shows the critical current value and the temperature of the superconducting wire material of this embodiment. 本実施形態の超電導磁石装置の試験結果を示すグラフ。The graph which shows the test result of the superconducting magnet apparatus of this embodiment. 本実施形態の超電導コイルと永久電流スイッチを示す模式図。The schematic diagram which shows the superconducting coil and the permanent current switch of this embodiment. 本実施形態および比較例の永久電流スイッチを示す図。The figure which shows the permanent current switch of this Embodiment and a comparative example. 本実施形態の超電導磁石装置の運転方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation method of the superconducting magnet apparatus of this embodiment. 本実施形態の超電導磁石装置の変形例を示す断面図。The cross-sectional view which shows the modification of the superconducting magnet apparatus of this embodiment.

以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。まず、本実施形態の超電導磁石装置について図1から図15を用いて説明する。図1の符号1は、永久電流モードで運転が可能な超電導磁石装置である。なお、永久電流モードとは、超電導磁石装置1を構成する回路が閉ループを成し、この回路が冷却されて超電導に転移されたときに、電流が閉ループに沿っていつまでも流れる運転態様のことである。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. First, the superconducting magnet device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 15. Reference numeral 1 in FIG. 1 is a superconducting magnet device that can be operated in the permanent current mode. The permanent current mode is an operation mode in which a circuit constituting the superconducting magnet device 1 forms a closed loop, and when this circuit is cooled and transferred to superconductivity, a current flows along the closed loop indefinitely. ..

図1に示すように、超電導磁石装置1は、超電導コイル2(主コイル)と、この超電導コイル2とともに超電導回路を構成する永久電流スイッチ3と、超電導コイル2に電力を供給する主電源4と、超電導コイル2および永久電流スイッチ3を冷却するための冷却部5と、超電導コイル2および永久電流スイッチ3にそれぞれ接続されて冷却部5に熱を伝導する伝導部6と、超電導コイル2および永久電流スイッチ3を収容する真空容器7と、永久電流スイッチ3を加熱するためのヒータ8と、ヒータ8に電力を供給するヒータ電源9と、永久電流スイッチ3の温度を検出する温度センサ10と、各部品を制御する制御装置11と、永久電流スイッチ3に用いる超電導線材の臨界電流と温度との対応関係を予め解析する解析部12とを備える。なお、以下の説明において、永久電流スイッチをPCS(Persistent Current Switch)と略記する場合がある。 As shown in FIG. 1, the superconducting magnet device 1 includes a superconducting coil 2 (main coil), a permanent current switch 3 that constitutes a superconducting circuit together with the superconducting coil 2, and a main power supply 4 that supplies power to the superconducting coil 2. , A cooling unit 5 for cooling the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3, a conduction unit 6 connected to the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 to conduct heat to the cooling unit 5, and the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3. A vacuum vessel 7 accommodating the current switch 3, a heater 8 for heating the permanent current switch 3, a heater power supply 9 for supplying power to the heater 8, a temperature sensor 10 for detecting the temperature of the permanent current switch 3, and a temperature sensor 10. A control device 11 for controlling each component and an analysis unit 12 for preliminarily analyzing the correspondence between the critical current and the temperature of the superconducting current used for the permanent current switch 3 are provided. In the following description, the permanent current switch may be abbreviated as PCS (Persistent Current Switch).

真空容器7の内部には、外部から内部に伝わる熱を遮蔽するための輻射シールド21が設けられる。超電導コイル2および永久電流スイッチ3は、輻射シールド21により囲まれている。なお、輻射シールド21は、シールド用伝導部23を介して冷却部5に接続されている。 Inside the vacuum container 7, a radiation shield 21 for shielding heat transferred from the outside to the inside is provided. The superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 are surrounded by a radiation shield 21. The radiation shield 21 is connected to the cooling unit 5 via the shielding unit 23.

なお、冷却部5には、輻射シールド21を冷却する第1冷却ステージ24と、超電導コイル2および永久電流スイッチ3を冷却する第2冷却ステージ25とが設けられる。また、それぞれの冷却ステージ24,25で冷却を行うことで、超電導コイル2および永久電流スイッチ3を想定する温度に冷却する。さらに、輻射シールド21が設けられることで、外部からの熱輻射によって超電導コイル2および永久電流スイッチ3の温度が上昇してしまうことを防止することができる。 The cooling unit 5 is provided with a first cooling stage 24 for cooling the radiation shield 21 and a second cooling stage 25 for cooling the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3. Further, by cooling at the respective cooling stages 24 and 25, the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 are cooled to the assumed temperature. Further, by providing the radiation shield 21, it is possible to prevent the temperatures of the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 from rising due to heat radiation from the outside.

本実施形態の超電導磁石装置1は、超電導コイル2および永久電流スイッチ3と冷却部5とが伝導部6で熱的に接続された伝導冷却方式を例示している。伝導部6は、アルミニウムまたは銅などの良熱伝導性を示す材質で形成される。冷却部5は、極低温冷凍機(GM冷凍機など)で構成される。冷却部5が伝導冷却型であるため、液体ヘリウムなどの冷媒が必要ないので、超電導コイル2および永久電流スイッチ3を簡易に冷却することができる。また、永久電流スイッチ3およびヒータ8が液体ヘリウムなどに浸漬されていないので、永久電流スイッチ3を加熱する際に、ヒータ8の入熱量に対して永久電流スイッチ3の温度が敏感に反応する。 The superconducting magnet device 1 of the present embodiment exemplifies a conduction cooling system in which a superconducting coil 2, a permanent current switch 3, and a cooling unit 5 are thermally connected by a conduction unit 6. The conductive portion 6 is formed of a material exhibiting good thermal conductivity such as aluminum or copper. The cooling unit 5 is composed of a cryogenic refrigerator (GM refrigerator or the like). Since the cooling unit 5 is a conduction cooling type, a refrigerant such as liquid helium is not required, so that the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 can be easily cooled. Further, since the permanent current switch 3 and the heater 8 are not immersed in liquid helium or the like, the temperature of the permanent current switch 3 reacts sensitively to the amount of heat input of the heater 8 when the permanent current switch 3 is heated.

次に、超電導磁石装置1のシステム構成を図2に示すブロック図を参照して説明する。この図2に示すように、制御装置11は、各部品を統括して制御する主制御部13と、主電源4を制御する主電源制御部14と、永久電流モードの開始時の永久電流スイッチ3の温度を制御する温度制御部15と、ヒータ電源9を制御するヒータ制御部16と、冷却部5を制御する冷却制御部17と、永久電流モードの開始時に永久電流スイッチ3の温度を制御するための温度制御設定を記憶する設定記憶部18と、時間の経過を計時する計時部19(RTC:Real-Time Clock)とを備える。 Next, the system configuration of the superconducting magnet device 1 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. As shown in FIG. 2, the control device 11 includes a main control unit 13 that controls each component in an integrated manner, a main power supply control unit 14 that controls the main power supply 4, and a permanent current switch at the start of the permanent current mode. The temperature control unit 15 that controls the temperature of 3, the heater control unit 16 that controls the heater power supply 9, the cooling control unit 17 that controls the cooling unit 5, and the temperature of the permanent current switch 3 are controlled at the start of the permanent current mode. It is provided with a setting storage unit 18 for storing temperature control settings for monitoring, and a time measuring unit 19 (RTC: Real-Time Clock) for measuring the passage of time.

また、解析部12は、永久電流スイッチ3に用いる超電導線材の臨界電流と温度との対応関係を予め解析し、温度制御設定を決定する。この解析部12には、永久電流スイッチ3に用いる超電導線材の材質などの各種データが入力される。なお、永久電流スイッチ3に用いる超電導線材の臨界電流と温度との対応関係は、実験(実測)によって求められるものでも良い。さらに、この対応関係は、実験結果を解析(計算)することで求められるものでも良い。 Further, the analysis unit 12 analyzes in advance the correspondence between the critical current and the temperature of the superconducting wire used for the permanent current switch 3, and determines the temperature control setting. Various data such as the material of the superconducting wire used for the permanent current switch 3 are input to the analysis unit 12. The correspondence between the critical current and the temperature of the superconducting wire used for the permanent current switch 3 may be obtained by an experiment (actual measurement). Further, this correspondence may be obtained by analyzing (calculating) the experimental results.

本実施形態の制御装置11は、CPU、ROM、RAM、HDDなどのハードウェア資源を有し、CPUが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の超電導磁石装置1の運転方法は、プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。 The control device 11 of the present embodiment has hardware resources such as a CPU, ROM, RAM, and HDD, and the CPU executes various programs to realize information processing by software using the hardware resources. Consists of. Further, the operation method of the superconducting magnet device 1 of the present embodiment is realized by causing a computer to execute a program.

なお、超電導コイル2および永久電流スイッチ3は、超電導物質の導体を有する超電導線材(巻線)が巻回されたコイルである。図3に示すように、永久電流スイッチ3は、その両端が超電導コイル2の両端に接続されている。つまり、超電導コイル2と永久電流スイッチ3とで並列回路を構成する。そして、永久電流モードのときには、超電導コイル2と永久電流スイッチ3とで閉ループL(永久電流コイル)が形成される。 The superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 are coils in which a superconducting wire (winding wire) having a conductor of a superconducting material is wound. As shown in FIG. 3, both ends of the permanent current switch 3 are connected to both ends of the superconducting coil 2. That is, the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 form a parallel circuit. Then, in the permanent current mode, the closed loop L (permanent current coil) is formed by the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3.

さらに、ヒータ8は、永久電流スイッチ3に熱が伝わる構成をとることができればどのような構成のものでも良い。例えば、フィルム状のヒータ、または電熱線状のヒータなどが挙げられる。フィルム状のヒータを用いる場合には、ヒータ8を永久電流スイッチ3の表面に接着する、或いは永久電流スイッチ3を構成する超電線材の層間に挿入して接着するなどの構成が望ましい。また、電熱線状のヒータを用いる場合には、永久電流スイッチ3の表面に電熱線を巻きつける、或いは永久電流スイッチ3を構成する超電導線材に沿って電熱線を共巻する構成が望ましい。 Further, the heater 8 may have any configuration as long as the heat can be transferred to the permanent current switch 3. For example, a film-shaped heater, a heating wire-shaped heater, or the like can be mentioned. When a film-shaped heater is used, it is desirable to bond the heater 8 to the surface of the permanent current switch 3 or to insert and bond the heater 8 between layers of the superwire material constituting the permanent current switch 3. When a heating wire-shaped heater is used, it is desirable to wind the heating wire around the surface of the permanent current switch 3 or to co-wound the heating wire along the superconducting wire material constituting the permanent current switch 3.

また、超電導物質の導体は、臨界温度以下、臨界磁場以下、さらに臨界電流以下の3条件が揃った環境で電気抵抗がゼロの状態(超電導状態)で電流を流すことができる。従って、この電気抵抗がゼロの状態で、超電導コイル2と永久電流スイッチ3とで形成された閉ループLに電流を流すと、電流は殆ど減衰することなくほぼ一定値を維持することができる。また、閉ループLに流れる電流は、揺らぎが生じ難くなっているので、非常に安定度が高い一定磁場を発生し続けることができる。このような超電導技術は、例えば、0.1ppm/h以下の高い磁場安定度を要求する医療用のMRI、または分子構造分析用のNMRなどに応用されている。 Further, the conductor of the superconducting material can flow a current in a state where the electric resistance is zero (superconducting state) in an environment where the three conditions of the critical temperature or less, the critical magnetic field or less, and the critical current or less are satisfied. Therefore, when a current is passed through the closed loop L formed by the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 in a state where the electric resistance is zero, the current can be maintained at a substantially constant value with almost no attenuation. Further, since the current flowing in the closed loop L is less likely to fluctuate, it is possible to continue to generate a constant magnetic field having extremely high stability. Such superconducting technology is applied to, for example, medical MRI requiring high magnetic field stability of 0.1 ppm / h or less, NMR for molecular structure analysis, and the like.

また、永久電流スイッチ3は、高電気抵抗の常電導状態(OFF状態)と電気抵抗がゼロの超電導状態(ON状態)とを切り替えることができる。ここで、永久電流スイッチ3がON状態となると、超電導コイル2と永久電流スイッチ3との閉ループLで、永久電流モードの運転が可能になる。一方、永久電流スイッチ3がOFF状態となると、永久電流スイッチ3の高電気抵抗によって閉ループLでの永久電流モードの運転が不可能になる。なお、永久電流スイッチ3をON状態からOFF状態にするときに投入する熱量を減らし、かつOFF状態からON状態にするときに必要となる冷却時間を低減させるために、永久電流スイッチ3は、OFF状態のときに、できるだけ少ない量の導体で高い電気抵抗を発生させることが望ましい。 Further, the permanent current switch 3 can switch between a normal conduction state (OFF state) with high electric resistance and a superconducting state (ON state) with zero electric resistance. Here, when the permanent current switch 3 is turned on, the operation in the permanent current mode becomes possible in the closed loop L between the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3. On the other hand, when the permanent current switch 3 is turned off, the operation of the permanent current mode in the closed loop L becomes impossible due to the high electric resistance of the permanent current switch 3. The permanent current switch 3 is turned off in order to reduce the amount of heat input when the permanent current switch 3 is changed from the ON state to the OFF state and to reduce the cooling time required when the permanent current switch 3 is changed from the OFF state to the ON state. In the state, it is desirable to generate high electrical resistance with as little conductor as possible.

永久電流スイッチ3の超電導線材(巻線)は、複数本の超電導フィラメントと、これらの超電導フィラメントの周囲の母材(安定化材)とで構成される。なお、超電導フィラメントは、一般的にNbTiで形成されるが、NbSnおよびMgBなどのNbTi以外の超電導材料であっても良い。また、母材は、一般的に高抵抗のCuNiで形成されるが、他の銅合金または高抵抗金属でも良い。例えば、永久電流スイッチ3の温度を臨界温度(超伝導転移温度)以下に冷却して超電導状態にすると、各超電導フィラメントの電気抵抗がゼロになり、これらの超電導フィラメントを電流が流れ続ける。一方、永久電流スイッチ3の温度を臨界温度よりも高くして常電導状態にすると、高い電気抵抗が発生する。この永久電流スイッチ3の電気抵抗により超電導コイル2を励磁できる。 The superconducting wire (winding) of the permanent current switch 3 is composed of a plurality of superconducting filaments and a base material (stabilizing material) around these superconducting filaments. The superconducting filament is generally formed of NbTi, but may be a superconducting material other than NbTi such as Nb 3 Sn and MgB 2. The base material is generally formed of high-resistance CuNi, but other copper alloys or high-resistance metals may be used. For example, when the temperature of the permanent current switch 3 is cooled to a critical temperature (superconducting transition temperature) or lower to bring it into a superconducting state, the electric resistance of each superconducting filament becomes zero, and current continues to flow through these superconducting filaments. On the other hand, when the temperature of the permanent current switch 3 is set higher than the critical temperature to bring it into a normal conduction state, high electric resistance is generated. The superconducting coil 2 can be excited by the electric resistance of the permanent current switch 3.

なお、CuNiを母材として形成された永久電流スイッチ3は、銅などの低電気抵抗金属を母材として形成される場合よりも安定性が低い。例えば、永久電流スイッチ3は、冷却部5の状態などに起因する僅かな温度の変化または電流密度の変化などの小さな擾乱(揺らぎ)によってクエンチが発生してしまうおそれがある。 The permanent current switch 3 formed of CuNi as a base material is less stable than the case where a low electric resistance metal such as copper is used as a base material. For example, in the permanent current switch 3, quenching may occur due to a small disturbance (fluctuation) such as a slight change in temperature or a change in current density due to the state of the cooling unit 5.

なお、超電導フィラメントに臨界電流密度に相当する電流が流れている状態を飽和状態と称して以下に説明する。また、超電導線材の断面視において、電流が流れている超電導フィラメントが存在している領域を通電領域と称して以下に説明する。 A state in which a current corresponding to the critical current density is flowing through the superconducting filament is referred to as a saturated state and will be described below. Further, in the cross-sectional view of the superconducting wire, the region where the superconducting filament in which the current is flowing exists is referred to as an energized region and will be described below.

永久モードの運転中に、永久電流スイッチ3において飽和状態の超電導フィラメントが存在しているとクエンチが生じ易い。そこで、本実施形態では、クエンチの発生を防ぐために、永久電流モードの開始時に、永久電流スイッチ3の温度を制御しながら低下させる。なお、永久電流スイッチ3の温度は、ヒータ8により制御される。このヒータ8は、主電源4とは異なるヒータ電源9から電流を供給されている。また、永久電流スイッチ3の温度を単調減少させた後に、定常運転温度にする制御がなされる。 Quenching is likely to occur if a saturated superconducting filament is present in the permanent current switch 3 during operation in the permanent mode. Therefore, in the present embodiment, in order to prevent the occurrence of quenching, the temperature of the permanent current switch 3 is lowered while being controlled at the start of the permanent current mode. The temperature of the permanent current switch 3 is controlled by the heater 8. The heater 8 is supplied with a current from a heater power supply 9 different from that of the main power supply 4. Further, after the temperature of the permanent current switch 3 is monotonically decreased, the temperature is controlled to be the steady operating temperature.

ここで、定常運転温度とは、超電導磁石装置1が永久電流モードで運転されるときの通常時の温度であって、冷却部5を用いて超電導コイル2および永久電流スイッチ3を冷却するときの目標となる温度である。この定常運転温度が維持されることで、超電導磁石装置1が永久電流モードで長時間運転される。なお、この定常運転温度は、常に一定の値ではなく、外的要因または運転態様に応じて僅かながら上下に変動する可能性がある値である。さらに、定常運転温度の変動範囲は、予測される範囲となっている。また、超電導コイル2および永久電流スイッチ3に流れる電流値、または、導体の材質および導体長などの各種構成によって、定常運転温度の変動範囲の最小値および最大値を予め特定することができる。 Here, the steady operation temperature is a normal temperature when the superconducting magnet device 1 is operated in the permanent current mode, and is when the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 are cooled by using the cooling unit 5. This is the target temperature. By maintaining this steady operating temperature, the superconducting magnet device 1 is operated for a long time in the permanent current mode. The steady-state operating temperature is not always a constant value, but is a value that may fluctuate slightly up and down depending on an external factor or an operating mode. Further, the fluctuation range of the steady operating temperature is within the predicted range. Further, the minimum value and the maximum value of the fluctuation range of the steady operating temperature can be specified in advance by various configurations such as the current value flowing through the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3, the material of the conductor, and the conductor length.

さらに、本実施形態では、永久電流モードの開始時に、永久電流スイッチ3を流れる電流を制御しながら増加させる。この永久電流スイッチ3を流れる電流は、主電源4の電流の供給量により制御される。例えば、超電導コイル2および永久電流スイッチ3が臨界温度以下に冷却されている状態において、主電源4から超電導コイル2に電流を供給している場合に、この主電源4から供給される電流を低下させると、この低下に伴って永久電流スイッチ3に流れる電流が増加する。 Further, in the present embodiment, at the start of the permanent current mode, the current flowing through the permanent current switch 3 is controlled and increased. The current flowing through the permanent current switch 3 is controlled by the amount of current supplied by the main power supply 4. For example, when the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 are cooled to the critical temperature or lower and the current is supplied from the main power supply 4 to the superconducting coil 2, the current supplied from the main power supply 4 is reduced. Then, the current flowing through the permanent current switch 3 increases with this decrease.

本実施形態では、永久電流スイッチ3に流れる電流の増加率に対応する低下率(割合)で永久電流スイッチ3の温度を下げるようにしている。また、超電導磁石装置1の運転開始前(製造時)に、永久電流スイッチ3の超電導線材の臨界電流値と温度との対応関係を予め実験または解析して求めておく。この求められた対応関係に基づいて、永久電流モードの開始時の永久電流スイッチ3の電流の増加率および温度の低下率を制御するようにしている。例えば、永久電流スイッチ3の温度の低下に対応して増加する臨界電流値を超えない範囲で、永久電流スイッチ3に流れる電流を増加させる制御を行う。 In the present embodiment, the temperature of the permanent current switch 3 is lowered at a rate of decrease (ratio) corresponding to the rate of increase of the current flowing through the permanent current switch 3. Further, before the start of operation (at the time of manufacture) of the superconducting magnet device 1, the correspondence relationship between the critical current value and the temperature of the superconducting wire material of the permanent current switch 3 is obtained by experiment or analysis in advance. Based on this obtained correspondence, the rate of increase in current and the rate of decrease in temperature of the permanent current switch 3 at the start of the permanent current mode are controlled. For example, control is performed to increase the current flowing through the permanent current switch 3 within a range not exceeding the critical current value that increases in response to the decrease in the temperature of the permanent current switch 3.

このようにすれば、永久電流スイッチ3の臨界電流値と温度との対応関係に適した電流の増加率および温度の低下率を設定することができる。また、永久電流スイッチ3に流れる電流が臨界電流値を超えないので、永久電流モードの開始時(移行時)に、クエンチの発生を低減させることができる。 By doing so, it is possible to set the rate of increase in current and the rate of decrease in temperature suitable for the correspondence between the critical current value of the permanent current switch 3 and the temperature. Further, since the current flowing through the permanent current switch 3 does not exceed the critical current value, it is possible to reduce the occurrence of quenching at the start (transition) of the permanent current mode.

次に、本実施形態の超電導磁石装置1の運転方法について図4から図11を用いて説明する。なお、理解を助けるために、本実施形態と従来技術とを比較しながら説明する。図4、図6、図8は、本実施形態の超電導磁石装置1に関する図である。これらの図にそれぞれ対応している図5、図7、図9は、従来技術の超電導磁石装置に関する図である。 Next, the operation method of the superconducting magnet device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 11. In addition, in order to help understanding, the present embodiment and the prior art will be compared and described. 4, FIG. 6 and FIG. 8 are views relating to the superconducting magnet device 1 of the present embodiment. FIGS. 5, 7, and 9 corresponding to these figures are views relating to the superconducting magnet device of the prior art.

図4および図5の左側の図は、永久電流スイッチ3の超電導線材の電流密度Jの分布を示すグラフである。図4および図5の右側の図は、永久電流スイッチ3の超電導線材の断面図である。これら超電導線材の断面図は、複数本の超電導フィラメントとその周囲の母材の図示を省略した模式図である。 The figures on the left side of FIGS. 4 and 5 are graphs showing the distribution of the current density J of the superconducting wire of the permanent current switch 3. The figures on the right side of FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of the superconducting wire of the permanent current switch 3. The cross-sectional view of these superconducting wires is a schematic view omitting the illustration of a plurality of superconducting filaments and a base material around them.

図6(A)および図7(A)は、ヒータ8の出力(ヒータ電源9から出力される電流の値)を示すグラフである。図6(B)および図7(B)は、永久電流スイッチ3の温度(PCS温度T)を示すグラフである。図6(C)および図7(C)は、主電源4から出力される電流の値(電源出力値IOP)を示すグラフである。図6(D)および図7(D)は、超電導コイル2を流れる電流の値(超電導コイル電流値I)を示すグラフである。図6(E)および図7(E)は、永久電流スイッチ3を流れる電流の値(PCS電流値I)を示すグラフである。 6 (A) and 7 (A) are graphs showing the output of the heater 8 (the value of the current output from the heater power supply 9). 6 (B) and 7 (B) are graphs showing the temperature of the permanent current switch 3 (PCS temperature T). 6 (C) and 7 (C) are graphs showing the value of the current output from the main power supply 4 (power supply output value I OP). 6 (D) and 7 (D) are graphs showing the values of the current flowing through the superconducting coil 2 (superconducting coil current value Im). FIG 6 (E) and FIG. 7 (E) is a graph showing the value of the current flowing through the permanent current switch 3 (PCS current value I t).

図8(A)および図9(A)は、定常運転に近づいたときのPCS温度Tを示すグラフである。図8(B)および図9(B)は、永久電流スイッチ3の超電導線材の臨界電流値Iを示すグラフである。図8(C)および図9(C)は、PCS電流値Iを示すグラフである。図8(D)および図9(D)は、永久電流スイッチ3の超電導線材の負荷率(I/I)を示すグラフである。図8(E)および図9(E)は、永久電流スイッチ3の電流増加率(dI/dI)を示すグラフである。 8 (A) and 9 (A) are graphs showing the PCS temperature T when approaching steady operation. Figure 8 (B) and FIG. 9 (B) is a graph showing the critical current value I C of the superconducting wire of the permanent current switch 3. Figure 8 (C) and FIG. 9 (C) is a graph showing the PCS current value I t. Figure 8 (D) and FIG. 9 (D) is a graph showing the superconducting wire of the load factor of the permanent current switch 3 (I t / I c). Figure 8 (E) and FIG. 9 (E) is a graph showing the current increase rate of the permanent current switch 3 (dI t / dI c) .

図6から図9の各グラフおいて横軸は、時間tである。これらのグラフにおいて、t1は、永久電流スイッチ3がOFF状態になったタイミングである。t2は、主電源4から超電導コイル2に電流の供給を開始したタイミングである。t3は、超電導コイル2を流れる電流の値が最大になったタイミングである。t4は、永久電流スイッチ3の温度を下げ始めたタイミングである。t5は、永久電流スイッチ3に電流を流し始めたタイミングである。t6は、永久電流スイッチ3に流れる電流が定常運転時の値になったタイミングである。t7は、永久電流スイッチ3が定常運転温度になったタイミングである。T1は、永久電流スイッチ3の定常運転温度である。T2は、永久電流スイッチ3に流れる電流が定常運転時の値になったときの温度である。T3は、永久電流スイッチ3の臨界温度である。T4は、OFF状態の永久電流スイッチ3の温度である。Zは、永久電流スイッチ3の電流増加率の最大値である。 In each graph of FIGS. 6 to 9, the horizontal axis is time t. In these graphs, t1 is the timing when the permanent current switch 3 is turned off. t2 is the timing at which the supply of current from the main power supply 4 to the superconducting coil 2 is started. t3 is the timing at which the value of the current flowing through the superconducting coil 2 becomes maximum. t4 is the timing at which the temperature of the permanent current switch 3 starts to be lowered. t5 is the timing at which the current starts to flow through the permanent current switch 3. t6 is the timing at which the current flowing through the permanent current switch 3 reaches the value during steady operation. t7 is the timing when the permanent current switch 3 reaches the steady operating temperature. T1 is the steady operating temperature of the permanent current switch 3. T2 is the temperature at which the current flowing through the permanent current switch 3 reaches the value at the time of steady operation. T3 is the critical temperature of the permanent current switch 3. T4 is the temperature of the permanent current switch 3 in the OFF state. Z is the maximum value of the current increase rate of the permanent current switch 3.

図6に示すように、本実施形態の超電導磁石装置1の運転を開始するときには、まず、主電源4およびヒータ電源9の出力を停止した状態で、冷却部5を用いて超電導コイル2および永久電流スイッチ3を冷却する。ここで、冷却された超電導コイル2および永久電流スイッチ3は、臨界温度T3以下の温度である定常運転温度T1となり、超電導に転移される。 As shown in FIG. 6, when starting the operation of the superconducting magnet device 1 of the present embodiment, first, with the outputs of the main power supply 4 and the heater power supply 9 stopped, the superconducting coil 2 and the permanent superconducting coil 2 are used by the cooling unit 5. Cool the current switch 3. Here, the cooled superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 have a steady operating temperature T1 which is a temperature equal to or lower than the critical temperature T3, and are transferred to superconductivity.

次に、ヒータ電源9からヒータ8に電流を供給し、このヒータ8により永久電流スイッチ3の加熱を開始する。なお、ヒータ電源9の出力(電流値)の上昇に伴って永久電流スイッチ3の温度が上昇される。 Next, a current is supplied from the heater power supply 9 to the heater 8, and the heating of the permanent current switch 3 is started by the heater 8. The temperature of the permanent current switch 3 rises as the output (current value) of the heater power supply 9 rises.

図6の時間t1において、ヒータ電源9は、その出力値が直ぐに最大値になる。これに対して、永久電流スイッチ3の温度は、徐々に上昇する。そして、時間t2において、永久電流スイッチ3の温度が臨界温度T3を超えた状態になる。ここで、永久電流スイッチ3は、常電導状態(OFF状態)に転移される。 At the time t1 of FIG. 6, the output value of the heater power supply 9 immediately reaches the maximum value. On the other hand, the temperature of the permanent current switch 3 gradually rises. Then, at time t2, the temperature of the permanent current switch 3 exceeds the critical temperature T3. Here, the permanent current switch 3 is transferred to the normal conduction state (OFF state).

図6の時間t2において、主電源4から超電導コイル2に電流の供給を開始する。ここで、電源出力値IOPの上昇に伴って超電導コイル電流値Iが上昇する。なお、主電源4の電流供給が開始されても、永久電流スイッチ3は、常電導状態であるので永久電流スイッチ3に流れる電流は小さく、主電源4から供給された電流のほとんどは超電導コイル2に流れる。そして、電源出力値IOPおよび超電導コイル電流値Iが最大値になり、かつ永久電流スイッチ3が臨界温度T3を超える温度T4になり、これらの状態が一時的に維持される。 At the time t2 of FIG. 6, the supply of current from the main power supply 4 to the superconducting coil 2 is started. Here, the superconducting coil current value I m is increased with an increase in the power output value I OP. Even if the current supply of the main power supply 4 is started, the permanent current switch 3 is in the normal conduction state, so that the current flowing through the permanent current switch 3 is small, and most of the current supplied from the main power supply 4 is the superconducting coil 2. Flow to. Then, the power supply output value I OP and the superconducting coil current value Im become the maximum values, and the permanent current switch 3 becomes the temperature T4 exceeding the critical temperature T3, and these states are temporarily maintained.

図6の時間t4において、ヒータ電源9の出力値の低下が開始され、永久電流スイッチ3の温度が下がり始める。本実施形態では、ヒータ電源9の出力値を徐々に低下させることで、永久電流スイッチ3の温度を徐々に低下させる。なお、このPCS温度の低下率は一定である必要はない。つまり、時間経過とPCS温度の低下が比例している必要はない。さらに、このPCS温度の低下率が途中で変更されても良い。なお、図6では、時間経過とPCS温度の低下が比例しているグラフ(時間t4から時間t7まで直線状に傾くグラフ)を例示している。 At the time t4 of FIG. 6, the output value of the heater power supply 9 starts to decrease, and the temperature of the permanent current switch 3 starts to decrease. In the present embodiment, the temperature of the permanent current switch 3 is gradually lowered by gradually lowering the output value of the heater power supply 9. The rate of decrease in the PCS temperature does not have to be constant. That is, it is not necessary that the passage of time and the decrease in PCS temperature are proportional to each other. Further, the rate of decrease in the PCS temperature may be changed on the way. Note that FIG. 6 illustrates a graph in which the passage of time and the decrease in PCS temperature are proportional (a graph that tilts linearly from time t4 to time t7).

図6の時間t5において、永久電流スイッチ3の温度低下の途中のタイミングであり、かつ永久電流スイッチ3の温度が臨界温度T3以下になったタイミングで、主電源4から供給される電流を下げ始める。ここで、電源出力値IOPの低下に伴ってPCS電流値Iが上昇し始める。つまり、永久電流スイッチ3に流れる電流の増加が開始される。そして、超電導コイル2と永久電流スイッチ3とで閉ループL(図3参照)が形成され始める。本実施形態では、主電源4の出力値を制御することで、永久電流スイッチ3に流れる電流の増加率を制御する。さらに、ヒータ電源9の出力値を制御することで、永久電流スイッチ3の温度の低下率を制御する。 At the time t5 of FIG. 6, the current supplied from the main power supply 4 starts to be lowered at the timing during the temperature drop of the permanent current switch 3 and at the timing when the temperature of the permanent current switch 3 becomes the critical temperature T3 or less. .. Here, PCS current value I t with a decrease in the power output value I OP starts to rise. That is, the increase in the current flowing through the permanent current switch 3 is started. Then, the closed loop L (see FIG. 3) begins to be formed by the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3. In the present embodiment, the rate of increase of the current flowing through the permanent current switch 3 is controlled by controlling the output value of the main power supply 4. Further, by controlling the output value of the heater power supply 9, the rate of decrease in the temperature of the permanent current switch 3 is controlled.

図6の時間t6において、永久電流スイッチ3の温度低下の途中のタイミングで、主電源4から供給される電流の値がゼロになる。つまり、主電源4が停止する。ここで、超電導コイル2と永久電流スイッチ3とで閉ループL(図3参照)が完成する。この時間t6において、永久電流スイッチ3に流れる電流が定常運転時の値になる。なお、永久電流スイッチ3の温度は、さらに低下する。 At the time t6 of FIG. 6, the value of the current supplied from the main power supply 4 becomes zero at the timing during the temperature drop of the permanent current switch 3. That is, the main power supply 4 is stopped. Here, the closed loop L (see FIG. 3) is completed by the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3. At this time t6, the current flowing through the permanent current switch 3 becomes the value at the time of steady operation. The temperature of the permanent current switch 3 is further lowered.

図6の時間t7において、ヒータ電源9から供給される電流の値がゼロになる。つまり、ヒータ電源9が停止する。ここで、永久電流スイッチ3の温度が定常運転温度T1になる。この状態で、本実施形態の超電導磁石装置1の定常運転が開始される。 At time t7 in FIG. 6, the value of the current supplied from the heater power supply 9 becomes zero. That is, the heater power supply 9 is stopped. Here, the temperature of the permanent current switch 3 becomes the steady operation temperature T1. In this state, steady operation of the superconducting magnet device 1 of the present embodiment is started.

本実施形態では、時間t4から時間t7までの期間に、永久電流スイッチ3の温度を制御しながら低下させる。このようにすれば、クエンチの発生を低減して安定的に運転することができる。 In the present embodiment, the temperature of the permanent current switch 3 is lowered while being controlled during the period from time t4 to time t7. By doing so, the occurrence of quenching can be reduced and stable operation can be performed.

これに対して従来技術では、時間t4から時間t6(t7)までの期間の運転パターンが異なる。なお、従来技術では、永久電流スイッチ3に流れる電流が定常運転時の値になる時間t6と、永久電流スイッチ3が定常運転温度になる時間t7とが一致している。 On the other hand, in the prior art, the operation pattern in the period from the time t4 to the time t6 (t7) is different. In the prior art, the time t6 at which the current flowing through the permanent current switch 3 reaches the value during steady operation and the time t7 at which the permanent current switch 3 reaches the steady operating temperature coincide with each other.

例えば、図7に示すように、従来技術では、時間t4において、ヒータ電源9の出力値を急激に低下させる。これは時間t4にヒータ電源9をONからOFFにしただけの制御である。そのため、永久電流スイッチ3の温度も急激に低下する。ここで、永久電流スイッチ3の温度が定常運転温度T1になる。 For example, as shown in FIG. 7, in the prior art, the output value of the heater power supply 9 is sharply lowered at time t4. This is a control in which the heater power supply 9 is simply turned from ON to OFF at time t4. Therefore, the temperature of the permanent current switch 3 also drops sharply. Here, the temperature of the permanent current switch 3 becomes the steady operation temperature T1.

図7の時間t5において、既に永久電流スイッチ3の温度が定常運転温度T1まで下がった状態で、主電源4から供給される電流を下げ始める。ここで、電源出力値IOPの低下に伴ってPCS電流値Iが上昇し始める。つまり、永久電流スイッチ3に流れる電流の増加が開始される。 At the time t5 of FIG. 7, the current supplied from the main power supply 4 starts to be reduced while the temperature of the permanent current switch 3 has already dropped to the steady operating temperature T1. Here, PCS current value I t with a decrease in the power output value I OP starts to rise. That is, the increase in the current flowing through the permanent current switch 3 is started.

図7の時間t6(t7)において、主電源4から供給される電流の値がゼロになる。つまり、主電源4が停止する。ここで、超電導コイル2と永久電流スイッチ3とで閉ループL(図3参照)が完成する。 At the time t6 (t7) of FIG. 7, the value of the current supplied from the main power supply 4 becomes zero. That is, the main power supply 4 is stopped. Here, the closed loop L (see FIG. 3) is completed by the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3.

従来技術では、時間t4の直後に、永久電流スイッチ3の温度を急激に低下させて定常運転温度T1に到達させる。そして、その後に永久電流スイッチ3に流れる電流の増加が開始される。なお、永久電流スイッチ3の超電導線材の内部では、自己磁界効果によって超電導線材の外周部側から臨界電流密度Jで電流が流れ始める。つまり、超電導線材の外周部側から通電領域S(飽和領域)が形成し始める。 In the prior art, immediately after the time t4, the temperature of the permanent current switch 3 is rapidly lowered to reach the steady operation temperature T1. Then, after that, the increase of the current flowing through the permanent current switch 3 is started. In the interior of the superconducting wire of the permanent current switch 3, electric current begins to flow in the critical current density J C from the outer peripheral portion side of the superconducting wire by self-field effect. That is, the energization region S (saturation region) begins to form from the outer peripheral side of the superconducting wire.

ここで、従来技術において、永久電流スイッチ3の超電導線材の内部の通電領域Sの広がり方について図5を用いて説明する。図5(A)は、超電導線材に電流が流れ始めた状態(例えば、時間t5の状態)である。図5(B)は、超電導線材に電流が増加途中の状態(例えば、時間t5と時間t6の中間の状態)である。図5(C)は、超電導線材に流れる電流が定常運転時の値になった状態(例えば、時間t6の状態)である。 Here, in the prior art, how to expand the energization region S inside the superconducting wire material of the permanent current switch 3 will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a state in which a current starts to flow in the superconducting wire (for example, a state at time t5). FIG. 5B shows a state in which the current is in the process of increasing in the superconducting wire (for example, a state between time t5 and time t6). FIG. 5C shows a state in which the current flowing through the superconducting wire has reached the value during steady operation (for example, a state at time t6).

従来技術では、永久電流スイッチ3の超電導線材に電流を流し始めたときに、超電導線材の断面視において、その外周Qから中心Pに向かって通電領域Sが広がり始める(図5(A))。永久電流スイッチ3の超電導線材は、電流を流し始める前に、既に定常運転温度T1になっている。そのため、臨界電流密度Jが変化しないで、超電導線材を流れる電流のみが増加する。そして、この電流の増加とともに、通電領域Sが外周Qから中心Pに向かって広がる(図5(B)および図5(C))。 In the prior art, when a current starts to flow through the superconducting wire of the permanent current switch 3, the energized region S starts to expand from the outer peripheral Q to the center P in the cross-sectional view of the superconducting wire (FIG. 5A). The superconducting wire material of the permanent current switch 3 has already reached the steady operating temperature T1 before the current starts to flow. Therefore, the critical current density JC does not change, and only the current flowing through the superconducting wire increases. Then, as the current increases, the energized region S expands from the outer peripheral Q to the center P (FIGS. 5 (B) and 5 (C)).

なお、このように臨界電流密度Jで電流が流れている通電領域Sが存在すると、正帰還的な「超電導体の内部に進入した磁束の動き−磁束の動きによる温度上昇−超電導体の臨界電流密度の低下−磁束のさらなる進入」の状態となり、継続した自発的な温度上昇を起こし、クエンチが発生する可能性(磁気的不安定性)が高まる。特に、従来技術のように、臨界電流密度Jが変化しないで、通電領域Sが広がると、クエンチが発生し易いという課題がある。 If there is an energized region S in which a current is flowing at the critical current density JC , the positive feedback "movement of the magnetic flux that has entered the inside of the superconductor-temperature rise due to the movement of the magnetic flux-criticality of the superconductor" It becomes a state of "decrease in current density-further intrusion of magnetic flux", causing a continuous spontaneous temperature rise, and the possibility of quenching (magnetic instability) increases. In particular, as in the prior art, in the critical current density J C does not change, when the electrically conducting region S is widened, there is a problem that it is easy quench occurs.

次に、本実施形態において、永久電流スイッチ3の超電導線材の内部の通電領域Sの広がり方について図4を用いて説明する。図4(A)は、超電導線材に電流が流れ始めた状態(例えば、時間t5の状態)である。図4(B)は、超電導線材に電流が増加途中の状態(例えば、時間t5と時間t6の中間の状態)である。図4(C)は、超電導線材に流れる電流が定常運転時の値になった状態(例えば、時間t6の状態)である。 Next, in the present embodiment, how to expand the energization region S inside the superconducting wire material of the permanent current switch 3 will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows a state in which a current starts to flow in the superconducting wire (for example, a state at time t5). FIG. 4B shows a state in which the current is in the process of increasing in the superconducting wire (for example, a state between time t5 and time t6). FIG. 4C shows a state in which the current flowing through the superconducting wire has reached the value during steady operation (for example, a state at time t6).

本実施形態では、最初から広い通電領域Sを確保する。例えば、通電領域Sの内半径は以下の数式1により求めることができる。
(数式1)
=r×[1−(I/I)]0.5
ここで、rは、通電領域Sの内半径、rは、超電導線材の半径、Iは、PCS電流値、Iは、超電導線材の臨界電流値である。
In the present embodiment, a wide energization region S is secured from the beginning. For example, the inner radius of the energized region S can be obtained by the following formula 1.
(Formula 1)
r S = r W × [1- (I t / I C)] 0.5
Here, r S is the inner radius, r W energization region S, the radius of the superconducting wire, I t is PCS current, I C is the critical current value of a superconducting wire.

この数式1により、臨界電流密度Jが低い状態、つまり、永久電流スイッチ3の温度が下がり始めた直後において、永久電流スイッチ3に電流を流し始めることで、通電領域Sの内半径rを小さくすることができることが分かる。即ち、超電導線材の断面視において、広い面積の通電領域Sを確保し、この広い有効面積を使って電流を伝導させることができる(図4(A))。この広い面積の通電領域Sを確保した状態で、永久電流スイッチ3の温度を低下させることで、臨界電流密度Jを増加させてゆく(図4(B)および図4(C))。 According to this equation 1, when the critical current density JC is low, that is, immediately after the temperature of the permanent current switch 3 starts to drop, a current is started to flow through the permanent current switch 3, so that the inner radius r S of the energization region S is obtained. It turns out that it can be made smaller. That is, in the cross-sectional view of the superconducting wire, a wide area of energization region S can be secured, and the current can be conducted using this wide effective area (FIG. 4A). The critical current density JC is increased by lowering the temperature of the permanent current switch 3 in a state where the energization region S having a large area is secured (FIGS. 4B and 4C).

臨界電流密度Jが増加することで、通電領域S(伝導領域)が臨界電流密度Jに達していない余裕がある状態にすることができる。この余裕がある部分に対応してPCS電流値Iを増加させてゆく。これにより、超電導線材の磁気的不安定性が軽減される。そして、永久電流スイッチ3がクエンチを起こす確率を低減させて、超電導磁石装置1を安定させた状態で、永久電流モードに移行させることができる。 By critical current density J C is increased, it is possible to realize a state where there is room for energizing area S (conduction region) does not reach the critical current density J C. Yuku increase the PCS current value I m corresponding to the portion where there is the margin. This reduces the magnetic instability of the superconducting wire. Then, the probability that the permanent current switch 3 causes quenching can be reduced, and the superconducting magnet device 1 can be shifted to the permanent current mode in a stable state.

本実施形態では、永久電流スイッチ3の超電導線材の臨界電流密度Jと温度との対応関係を予め実験または解析により求めるようにしている。ここで、CuNiの母材、NbTiの超電導フィラメントの超電導特性の典型的な例として、温度4.2K(ケルビン)、磁束密度1T(テスラ)中で、I=1000Aを有する線径1mm前後で、銅比1前後の超電導線材を想定する。NbTiの超電導フィラメントの超電導特性の温度依存性は、図10のグラフに示すように、温度に対して線形で近似して算出することができる。よって、所定のPCS温度Tにおける超電導線材のPCS電流値Iを近似的に求めることができる。 In the present embodiment, the correspondence between the critical current density JC and the temperature of the superconducting wire material of the permanent current switch 3 is obtained in advance by experiment or analysis. Here, as a typical example of the superconducting characteristics of the superconducting filament of NbTi, which is the base material of CuNi, at a temperature of 4.2 K (Kelvin), a magnetic flux density of 1 T (Tesla), and a wire diameter of about 1 mm having I c = 1000 A. , A superconducting wire with a copper ratio of around 1 is assumed. As shown in the graph of FIG. 10, the temperature dependence of the superconducting characteristics of the NbTi superconducting filament can be calculated by linearly approximating the temperature. Therefore, it is possible to obtain the PCS current value I t of the superconducting wire at a given PCS temperature T, approximately.

なお、この対応関係の取得は、解析部12により行われ、PCS電流値Iの上昇率およびPCS温度Tの低下率を含む温度制御設定が決定される。そして、決定された温度制御設定が設定記憶部18に記憶される(図2参照)。さらに、温度センサ10により検出される永久電流スイッチ3(超電導線材)の温度と計時部19が計時する時間に基づいて、PCS電流値Iの上昇率およびPCS温度Tの低下率が制御される。また、PCS温度TがPCS電流値Iの制御およびヒータ8の制御にフィードバックされる。 The acquisition of this correspondence is carried out by the analysis section 12, the temperature control set containing increasing rate and decreasing rate of the PCS temperature T of the PCS current value I t is determined. Then, the determined temperature control setting is stored in the setting storage unit 18 (see FIG. 2). Furthermore, the temperature and time measuring unit 19 of the permanent current switch 3 is detected (superconducting wire) is based on the time counting by the temperature sensor 10, the increase rate and decrease rate of the PCS temperature T of the PCS current value I t is controlled .. Also, PCS temperature T is fed back to the control of the control and heater 8 for PCS current value I t.

このようにすれば、リアルタイムで検出した永久電流スイッチ3の温度に基づいて、永久電流スイッチ3の電流の増加および温度の低下の制御を適切に行うことができる。なお、PCS電流値Iの上昇率は、電源出力値IOPの低下率に対応する。つまり、主電源4の出力が制御されることで、PCS電流値Iが制御される。また、PCS温度Tの低下率は、ヒータ電源9の出力により制御される。 By doing so, it is possible to appropriately control the increase and decrease of the current of the permanent current switch 3 based on the temperature of the permanent current switch 3 detected in real time. Incidentally, the rate of increase in PCS current value I t corresponds to the reduction rate of the power supply output value I OP. In other words, the output of the main power supply 4 is controlled, PCS current value I t is controlled. Further, the rate of decrease in the PCS temperature T is controlled by the output of the heater power supply 9.

次に、本実施形態の時間t5から時間t6までの永久電流スイッチ3の超電導線材の負荷率(I/I)および電流増加率(dI/dI)を図8のグラフに示す。ここで、超電導線材の電流増加率の最大値Zが1よりも小さくなっている(1以下となっている)。つまり、超電導線材の電流増加率(dI/dI)の最大値Zが1よりも大きくならないように、PCS電流値Iを制御する。 Next, the superconducting wire of the load factor of the permanent current switch 3 from time t5 of the present embodiment to the time t6 (I t / I c) and current increase rate (dI t / dI c) shown in the graph of FIG. Here, the maximum value Z of the current increase rate of the superconducting wire is smaller than 1 (less than 1). In other words, the maximum value Z of the current increase rate of the superconducting wire (dI t / dI c) is to be no greater than 1, and controls the PCS current value I t.

即ち、本実施形態では、時間tにおける永久電流スイッチ3に流れる電流の値をI(t)とし、時間tにおける永久電流スイッチ3の温度をT(t)とし、温度Tにおける永久電流スイッチの臨界電流の値をI(T)とした場合に、永久電流スイッチ3の温度を下げるときに、I(t)<I(t)とし、かつ時間変化率を(dI/dI)≦1となるように制御を行っている。 That is, in this embodiment, the value of the current flowing through the permanent current switch 3 at time t and I t (t), the temperature of the permanent current switch 3 at time t and T (t), the persistent current switch at the temperature T the value of the critical current in the case of the I C (T), when lowering the temperature of the permanent current switch 3, I t (t) < I C to (t), the and the time rate of change (dI t / dI C ) ≤ 1 is controlled.

このようにすれば、永久電流スイッチ3に流れる電流が臨界電流密度Jを超えないように、永久電流スイッチ3の温度を下げることができる。また、超電導線材の外周Qから内側へ通電領域Sが形成されたときの電流密度分布は、その後に超電導線材の温度を低下させても直ぐに変化しない。従って、通電領域Sの内半径rを内側へと広げることなく、PCS電流値Iを増加させることで、通電領域S(伝導領域)を臨界電流密度Jに達していない状態を継続させることができる。これにより、クエンチが生じる確率を低減させることができる。 By doing so, the temperature of the permanent current switch 3 can be lowered so that the current flowing through the permanent current switch 3 does not exceed the critical current density JC. Further, the current density distribution when the energization region S is formed inward from the outer peripheral Q of the superconducting wire does not change immediately even if the temperature of the superconducting wire is subsequently lowered. Therefore, without increasing the inner with a radius r S of energizing area S to the inside, by increasing the PCS current value I t, to continue the state that does not reach energizing area S (the conduction region) the critical current density J C be able to. This can reduce the probability of quenching.

一方、従来技術では、図9のグラフに示すように、永久電流スイッチ3の超電導線材の電流増加率(dI/dI)の最大値Zが6以上となっている。この従来技術では、クエンチが生じる確率が増大するという課題があるが、本実施形態では、このような課題を解決することができる。 Meanwhile, in the prior art, as shown in the graph of FIG 9, the maximum value Z of the current increase rate of the superconducting wire of the permanent current switch 3 (dI t / dI c) is in the 6 or more. This conventional technique has a problem that the probability of occurrence of quenching increases, but in the present embodiment, such a problem can be solved.

なお、PCS電流値Iの時間変化率が極端に大きいと、超電導線材の交流損失によって発熱を生じてしまう。そこで、本実施形態では、例えば、PCS電流値Iを毎分20Aで増加させる場合に、永久電流スイッチ3の温度を毎分1K以下の速度で冷却する。このようにすれば、毎分1K以下のゆっくりとした低下速度で永久電流スイッチ3の温度が下がるので、クエンチの発生を低減させることができる。また、通電領域Sの電流密度Jに対して、その部分の臨界電流密度Jを相対的に高くした状態を維持することができる。 Incidentally, when the time rate of change of the PCS current value I t is extremely large, it occurs the heat by AC loss of the superconducting wire. Therefore, in this embodiment, for example, in the case of increasing per minute 20A the PCS current value I t, cooled per minute 1K speeds less than the temperature of the permanent current switch 3. By doing so, the temperature of the permanent current switch 3 is lowered at a slow rate of decrease of 1 K or less per minute, so that the occurrence of quenching can be reduced. Further, it is possible to maintain with respect to the current density J of the current region S, a state where a relatively high and the critical current density J C of that portion.

本実施形態では、図8のグラフに示すように、永久電流スイッチ3の温度が定常運転温度T1に到達する時間t7よりも前の時間t6のタイミングで、PCS電流値Iが定常運転時の値(最大値)になる。つまり、主電源4による電流の供給が停止される。本実施形態では、定常運転温度T1に対して、PCS電流値Iが定常運転時の値になるときの温度T2が高くなるように制御される。このようにすれば、永久電流スイッチ3に流れる電流が定常運転時の値になった後に、さらに永久電流スイッチ3の温度を低下させることができる。 In the present embodiment, as shown in the graph of FIG. 8, at the timing of time t6 before the time t7 when the temperature of the permanent current switch 3 reaches a steady operating temperature T1, PCS current value I t is the time of steady operation It becomes a value (maximum value). That is, the supply of current by the main power supply 4 is stopped. In the present embodiment, with respect to normal operating temperature T1, PCS current value I t is controlled to be higher the temperature T2 at which a value of the steady operation. By doing so, the temperature of the permanent current switch 3 can be further lowered after the current flowing through the permanent current switch 3 reaches the value at the time of steady operation.

これに対して従来技術では、図9のグラフに示すように、永久電流スイッチ3の温度が定常運転温度T1に到達する時間t7が、PCS電流値Iが定常運転時の値(最大値)になる時間t6と一致している。この場合にクエンチが発生し易くなる。 Against the prior art, as shown in the graph of FIG. 9, the time t7 when the temperature of the permanent current switch 3 reaches a steady operating temperature T1 is, PCS current value I t is the time of steady operation value (maximum value) It coincides with the time t6. In this case, quenching is likely to occur.

本実施形態では、永久電流スイッチ3に流れる電流が定常運転時の値になったときの永久電流スイッチ3の温度T2を、さらに0.3K以上低下させて定常運転に移行するようにしている。このようにすれば、定常運転時に永久電流スイッチ3に流れる電流に余裕が生じるようになるので、永久電流モードの運転中に永久電流スイッチ3の温度が変動しても、クエンチが発生し難くなる。 In the present embodiment, the temperature T2 of the permanent current switch 3 when the current flowing through the permanent current switch 3 reaches the value at the time of steady operation is further lowered by 0.3 K or more to shift to steady operation. In this way, there is a margin in the current flowing through the permanent current switch 3 during steady operation, so that quenching is less likely to occur even if the temperature of the permanent current switch 3 fluctuates during operation in the permanent current mode. ..

PCS電流値Iが定常運転時の値になったときの永久電流スイッチ3の温度T2と定常運転温度T1との温度差(T2−T1)と、クエンチが発生するまでの時間tとの関係を試験した結果を図11のグラフに示す。図11のグラフ中の黒点は、試験結果に基づいてプロットされている。そして、温度差とクエンチ発生時間とに対して近似的に求めたラインを示している。このラインから推定されるように、温度差を大きくするに従って、クエンチが発生するまでの時間が延びることが分かる。 The temperature difference between the temperature T2 and the steady operating temperature T1 of the permanent current switch 3 when the PCS current value I t becomes equal to the steady-state operation and (T2-T1), the time t Q until quenching occurs The results of the relationship test are shown in the graph of FIG. The black dots in the graph of FIG. 11 are plotted based on the test results. Then, a line approximately obtained for the temperature difference and the quench generation time is shown. As can be estimated from this line, it can be seen that the time until quench occurs increases as the temperature difference increases.

超電導磁石装置1においては、1年程度毎、即ち1万時間程度毎の頻度でメンテナンスを行う必要がある。よって、1万時間程度毎に運転が中断されるまで、安定して運転ができることが望ましい。図11のグラフを参照すると、約0.36Kの温度差(T2−T1)で1万時間が達成される。つまり、0.3K以上の温度差があれば、実質的に必要とされる運転時間を満たすことができる。なお、この温度差は、1K以上であっても良いし、永久電流スイッチ3の臨界温度を超えない範囲で増やしても良い。 In the superconducting magnet device 1, it is necessary to perform maintenance at a frequency of about one year, that is, every 10,000 hours. Therefore, it is desirable to be able to operate stably until the operation is interrupted every 10,000 hours. Referring to the graph of FIG. 11, 10,000 hours is achieved with a temperature difference (T2-T1) of about 0.36K. That is, if there is a temperature difference of 0.3 K or more, the substantially required operating time can be satisfied. This temperature difference may be 1K or more, or may be increased within a range not exceeding the critical temperature of the permanent current switch 3.

また、PCS電流値Iが定常運転時の値になったときの永久電流スイッチ3の温度T2が、定常運転温度の変動範囲の最大値よりも高い温度となっている。このようにすれば、定常運転中に永久電流スイッチ3の温度が変動しても、超電導線材が飽和状態にならずに済む。 The temperature T2 of the permanent current switch 3 when the PCS current value I t becomes equal to the steady-state operation has become a higher temperature than the maximum value of the variation range of the steady operating temperature. By doing so, even if the temperature of the permanent current switch 3 fluctuates during the steady operation, the superconducting wire material does not become saturated.

さらに、本実施形態では、図6に示すように、永久電流スイッチ3の温度の低下開始時(t4)から低下完了時(t7)までの期間よりも、永久電流スイッチ3に流れる電流の増加開始時(t5)から増加完了時(t6)までの期間が短くなっている。このようにすれば、永久電流スイッチ3の温度が変動する期間が、永久電流スイッチ3に流れる電流が変動する期間よりも長いので、永久電流スイッチ3の電流の制御に余裕を持たせることができる。つまり、電流の増加開始時(t5)または増加完了時(t6)の近傍で、クエンチの発生を抑制することができる。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the current flowing through the permanent current switch 3 starts to increase more than the period from the start of the temperature decrease of the permanent current switch 3 (t4) to the completion of the decrease (t7). The period from the hour (t5) to the completion of the increase (t6) is shortened. By doing so, since the period in which the temperature of the permanent current switch 3 fluctuates is longer than the period in which the current flowing through the permanent current switch 3 fluctuates, it is possible to provide a margin for controlling the current of the permanent current switch 3. .. That is, it is possible to suppress the occurrence of quenching in the vicinity of the time when the increase of the current starts (t5) or the time when the increase is completed (t6).

次に、本実施形態の永久電流スイッチ3の配置について図12および図13を用いて説明する。図12は、本実施形態の超電導コイル2と永久電流スイッチ3の配置を示す図である。図13(A)は、本実施形態の永久電流スイッチ3と磁力線Mの関係を示す図である。図13(B)は、比較例(悪い例)の永久電流スイッチ3と磁力線Mの関係を示す図である。 Next, the arrangement of the permanent current switch 3 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13. FIG. 12 is a diagram showing an arrangement of the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 of the present embodiment. FIG. 13A is a diagram showing the relationship between the permanent current switch 3 and the magnetic field line M according to the present embodiment. FIG. 13B is a diagram showing the relationship between the permanent current switch 3 and the magnetic field line M in the comparative example (bad example).

図12に示すように、超電導コイル2および永久電流スイッチ3は、それぞれに対応する超電導線材を巻回した円筒形を成す。なお、永久電流スイッチ3は、超電導コイル2よりも小型のコイルである。この永久電流スイッチ3は、超電導コイル2の近傍に配置される。 As shown in FIG. 12, the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 form a cylinder in which the corresponding superconducting wires are wound. The permanent current switch 3 is a coil smaller than the superconducting coil 2. The permanent current switch 3 is arranged in the vicinity of the superconducting coil 2.

この永久電流スイッチ3は、無誘導巻のコイルである。例えば、1本の長い超電導線材を中間部分で折り曲げて、その後に巻回するようにしている。そのため、巻回された状態において、隣り合う超電導線材を流れる電流が互いに逆方向となるので、互いのインダクタンスを打ち消すようになり、磁極の無い無誘導のコイルとなる。 The permanent current switch 3 is a non-inductive winding coil. For example, one long superconducting wire is bent at an intermediate portion and then wound. Therefore, in the wound state, the currents flowing through the adjacent superconducting wires are in opposite directions to each other, so that the mutual inductances cancel each other out, resulting in a non-inductive coil without magnetic poles.

本実施形態では、超電導コイル2の円筒の軸X1が延びる方向と、永久電流スイッチ3の円筒の軸X2が延びる方向とが同一方向となっている。つまり、超電導コイル2の軸X1と永久電流スイッチ3の軸X2が互いに平行を成す。また、軸方向において、超電導コイル2の中央位置Vに永久電流スイッチ3が配置される。つまり、超電導コイル2のN極とS極の中央位置Vに永久電流スイッチ3が配置される。なお、超電導コイル2と永久電流スイッチ3の中央位置Vが互いに一致している。 In the present embodiment, the direction in which the axis X1 of the cylinder of the superconducting coil 2 extends and the direction in which the axis X2 of the cylinder of the permanent current switch 3 extends are the same direction. That is, the shaft X1 of the superconducting coil 2 and the shaft X2 of the permanent current switch 3 are parallel to each other. Further, in the axial direction, the permanent current switch 3 is arranged at the center position V of the superconducting coil 2. That is, the permanent current switch 3 is arranged at the center position V of the N pole and the S pole of the superconducting coil 2. The center position V of the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 coincide with each other.

超電導コイル2から発生する磁力線M(漏れ磁場)は、永久電流スイッチ3を通過する。本実施形態では、永久電流スイッチ3の軸X2が延びる方向を超電導コイル2から生じる磁力線Mが流れる方向に一致させた状態で、永久電流スイッチ3が配置される。つまり、超電導コイル2の漏れ磁場の水平成分よりも垂直成分の方が大きくなるように、永久電流スイッチ3が配置されている。 The magnetic field line M (leakage magnetic field) generated from the superconducting coil 2 passes through the permanent current switch 3. In the present embodiment, the permanent current switch 3 is arranged in a state where the direction in which the axis X2 of the permanent current switch 3 extends coincides with the direction in which the magnetic field line M generated from the superconducting coil 2 flows. That is, the permanent current switch 3 is arranged so that the vertical component is larger than the horizontal component of the leakage magnetic field of the superconducting coil 2.

このようにすれば、永久電流スイッチ3の周方向に巻回される超電導線材のいずれの部分であっても、この超電導線材が延びる方向に対して垂直方向から超電導コイル2の磁力線Mが通過するようになり、超電導線材が受ける磁場の影響を各部分で均等にすることができる。そのため、永久電流スイッチ3でクエンチの発生を低減させることができる。 In this way, the magnetic field line M of the superconducting coil 2 passes from the direction perpendicular to the direction in which the superconducting wire extends, regardless of the part of the superconducting wire wound in the circumferential direction of the permanent current switch 3. Therefore, the influence of the magnetic field on the superconducting wire can be made uniform in each part. Therefore, the generation of quenching can be reduced by the permanent current switch 3.

例えば、図13(A)に示すように、永久電流スイッチ3を周方向に均等に4つの領域A〜Dで分けて説明する。永久電流スイッチ3の軸X2が延びる方向と超電導コイル2から生じる磁力線Mが流れる方向とが一致している場合には、4つの領域A〜Dの超電導線材が延びる方向に対して垂直方向に磁力線Mが通過する。そのため、永久電流スイッチ3の超電導線材が磁力線Mから受ける影響が、4つの領域A〜Dでほぼ同じになる。そのため、磁場の分布に起因する磁気的不安定性を排除して安定した運転を行うことができる。 For example, as shown in FIG. 13A, the permanent current switch 3 will be described evenly divided into four regions A to D in the circumferential direction. When the direction in which the axis X2 of the permanent current switch 3 extends coincides with the direction in which the lines of magnetic force M generated from the superconducting coil 2 flow, the lines of magnetic force are perpendicular to the direction in which the superconducting wires in the four regions A to D extend. M passes. Therefore, the influence of the superconducting wire material of the permanent current switch 3 on the magnetic field lines M is substantially the same in the four regions A to D. Therefore, stable operation can be performed by eliminating the magnetic instability caused by the distribution of the magnetic field.

一方、図13(B)に示すように、超電導コイル2から生じる磁力線Mが流れる方向に対し、永久電流スイッチ3の軸X2’が延びる方向が直角となる場合には、領域Bおよび領域Dでは、超電導線材が延びる方向に対してほぼ垂直方向に磁力線Mが通過するが、領域Aおよび領域Cでは、超電導線材が延びる方向に対してほぼ同一方向に磁力線Mが通過する。そのため、永久電流スイッチ3の超電導線材が磁力線Mから受ける影響が、領域Bおよび領域Dと、領域Aおよび領域Cとで異なるようになる。このような場合に、磁力線Mの揺らぎによってクエンチが発生する確率が高まってしまうという課題があるが、本実施形態では、このような課題を解決することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 13B, when the direction in which the axis X2'of the permanent current switch 3 extends is perpendicular to the direction in which the magnetic field line M generated from the superconducting coil 2 flows, in the regions B and D, The magnetic field lines M pass in a direction substantially perpendicular to the direction in which the superconducting wire is extended, but in the regions A and C, the magnetic force lines M pass in substantially the same direction as the direction in which the superconducting wire is extended. Therefore, the influence of the superconducting wire material of the permanent current switch 3 on the magnetic field line M is different between the region B and the region D and the region A and the region C. In such a case, there is a problem that the probability that quenching occurs due to the fluctuation of the magnetic field line M increases, but in the present embodiment, such a problem can be solved.

次に、超電導磁石装置1の運転方法について図14のフローチャートを用いて説明する。なお、図2に示すブロック図を適宜参照する。以下のフローチャートの各ステップの説明にて、例えば「ステップS11」と記載する箇所を「S11」と略記する。 Next, the operation method of the superconducting magnet device 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. The block diagram shown in FIG. 2 will be referred to as appropriate. In the description of each step in the following flowchart, for example, the part described as "step S11" is abbreviated as "S11".

図14に示すように、まず、解析部12に永久電流スイッチ3の超電導線材の材質などの各種データが入力される。そして、解析部12は、超電導線材の臨界電流密度Jと温度Tとの対応関係を解析する(S11)。なお、実験によってえられた対応関係が解析部12に入力されても良い。この取得された対応関係により、永久電流モードの開始時に永久電流スイッチ3の温度を制御するための温度制御設定が決定される。そして、解析部12から出力される温度制御設定が制御装置11に入力される。 As shown in FIG. 14, first, various data such as the material of the superconducting wire material of the permanent current switch 3 are input to the analysis unit 12. The analyzer 12 analyzes the relationship between the critical current density J C and the temperature T of the superconducting wire (S11). The correspondence obtained by the experiment may be input to the analysis unit 12. The acquired correspondence determines the temperature control setting for controlling the temperature of the permanent current switch 3 at the start of the permanent current mode. Then, the temperature control setting output from the analysis unit 12 is input to the control device 11.

次に、制御装置11の設定記憶部18は、解析部12が決定した温度制御設定を記憶する(S12)。次に、冷却制御部17は、冷却部5の動作を開始することで、超電導コイル2と永久電流スイッチ3の冷却を開始する(S13)。なお、冷却が開始されると、超電導コイル2と永久電流スイッチ3が定常運転温度T1まで冷却され、超電導状態に転移される。 Next, the setting storage unit 18 of the control device 11 stores the temperature control setting determined by the analysis unit 12 (S12). Next, the cooling control unit 17 starts cooling the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 by starting the operation of the cooling unit 5 (S13). When cooling is started, the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 are cooled to the steady operating temperature T1 and transferred to the superconducting state.

次に、冷却部5による冷却が継続される状態で、ヒータ制御部16は、ヒータ8の動作を開始する。そして、ヒータ制御部16は、ヒータ8を用いて永久電流スイッチ3を加熱して臨界温度T3よりも高い温度にする。すると、永久電流スイッチ3が高電気抵抗の常電導状態(OFF状態)に転移される(S14)。 Next, the heater control unit 16 starts the operation of the heater 8 while the cooling by the cooling unit 5 is continued. Then, the heater control unit 16 heats the permanent current switch 3 using the heater 8 to a temperature higher than the critical temperature T3. Then, the permanent current switch 3 is transferred to the normal conduction state (OFF state) of high electric resistance (S14).

次に、主電源制御部14は、主電源4を制御して電流供給を開始し、超電導コイル2に電流を流し始める(S15)。そして、超電導コイル2に流れる電流が定常運転時の値になる。 Next, the main power supply control unit 14 controls the main power supply 4 to start current supply, and starts to flow a current through the superconducting coil 2 (S15). Then, the current flowing through the superconducting coil 2 becomes the value at the time of steady operation.

次に、ヒータ制御部16は、ヒータ電源9を制御してヒータ8の出力を調整することで、永久電流スイッチ3の温度を臨界温度T3よりも低い定常運転温度T1に向けて下げ始める(S16)。ここで、永久電流スイッチ3の温度が臨界温度T3以下になると、永久電流スイッチ3が電気抵抗の無い超電導状態(ON状態)に転移される。 Next, the heater control unit 16 controls the heater power supply 9 to adjust the output of the heater 8 to start lowering the temperature of the permanent current switch 3 toward the steady operation temperature T1 lower than the critical temperature T3 (S16). ). Here, when the temperature of the permanent current switch 3 becomes equal to or lower than the critical temperature T3, the permanent current switch 3 is transferred to the superconducting state (ON state) without electrical resistance.

次に、温度制御部15は、設定記憶部18に記憶された温度制御設定に基づいて、永久電流スイッチ3の温度の低下率の制御を行う(S17)。この低下率の制御は、温度センサ10が検出した永久電流スイッチ3の温度に応じて行われる。さらに、この温度の低下率に応じてヒータ制御部16がヒータ8の出力を制御する。 Next, the temperature control unit 15 controls the temperature decrease rate of the permanent current switch 3 based on the temperature control setting stored in the setting storage unit 18 (S17). The control of this decrease rate is performed according to the temperature of the permanent current switch 3 detected by the temperature sensor 10. Further, the heater control unit 16 controls the output of the heater 8 according to the rate of decrease in temperature.

次に、主電源制御部14は、主電源4を制御して電流の供給量を下げ始める(S18)。そして、主電源4の電流の供給量の低下に対応して、永久電流スイッチ3に流れる電流が増加し始める。 Next, the main power supply control unit 14 controls the main power supply 4 to start reducing the current supply amount (S18). Then, the current flowing through the permanent current switch 3 begins to increase in response to the decrease in the amount of current supplied by the main power supply 4.

次に、主電源制御部14は、主電源4の電流の供給量の低下率を調整する制御を行う(S19)。ここで、主電源制御部14は、永久電流スイッチ3の温度の低下に対応して増加する臨界電流を超えない範囲で永久電流スイッチ3に流れる電流を増加させる制御を行う。なお、主電源制御部14は、永久電流スイッチ3の温度の低下率に対応して主電源4の制御を行う。そして、温度制御部15は、永久電流スイッチ3に流れる電流の増加率に対応する低下率で永久電流スイッチ3の温度が下がるように温度調整を行う。 Next, the main power supply control unit 14 controls to adjust the rate of decrease in the amount of current supplied by the main power supply 4 (S19). Here, the main power supply control unit 14 controls to increase the current flowing through the permanent current switch 3 within a range not exceeding the critical current that increases in response to the decrease in the temperature of the permanent current switch 3. The main power supply control unit 14 controls the main power supply 4 in response to the rate of decrease in the temperature of the permanent current switch 3. Then, the temperature control unit 15 adjusts the temperature so that the temperature of the permanent current switch 3 decreases at a decrease rate corresponding to the increase rate of the current flowing through the permanent current switch 3.

次に、永久電流スイッチ3の温度が定常運転温度T1に到達する前に、主電源4から供給される電流の値がゼロになる。つまり、主電源4が停止する(S20)。ここで、永久電流スイッチ3に流れる電流が定常運転時の値になる。また、超電導コイル2と永久電流スイッチ3とで閉ループLが完成し、永久電流モードが開始される。 Next, the value of the current supplied from the main power supply 4 becomes zero before the temperature of the permanent current switch 3 reaches the steady operation temperature T1. That is, the main power supply 4 is stopped (S20). Here, the current flowing through the permanent current switch 3 becomes the value at the time of steady operation. Further, the closed loop L is completed by the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3, and the permanent current mode is started.

次に、永久電流スイッチ3の温度がさらに低下する(S21)。なお、本実施形態では、永久電流スイッチ3の温度を、主電源4が停止したときの温度T2よりも0.3K以上低下させる。次に、ヒータ制御部16は、ヒータ電源9による電流供給を停止し、永久電流スイッチ3の温度を定常運転温度T1まで低下させることで、定常運転を開始する(S22)。 Next, the temperature of the permanent current switch 3 further decreases (S21). In this embodiment, the temperature of the permanent current switch 3 is lowered by 0.3 K or more from the temperature T2 when the main power supply 4 is stopped. Next, the heater control unit 16 stops the current supply by the heater power supply 9 and lowers the temperature of the permanent current switch 3 to the steady operation temperature T1 to start the steady operation (S22).

なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。 Although the flowchart of the present embodiment illustrates a mode in which each step is executed in series, the context of each step is not necessarily fixed, and even if the context of some steps is exchanged. good. Also, some steps may be executed in parallel with other steps.

本実施形態の制御装置11は、専用のチップ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、またはCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサを高集積化させた制御部と、ROM(Read Only Memory)またはRAM(Random Access Memory)などの記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信I/Fとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。 The control device 11 of the present embodiment includes a control unit in which a dedicated chip, a controller such as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a GPU (Graphics Processing Unit), or a CPU (Central Processing Unit) is highly integrated, and a ROM (ROM). Storage devices such as Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive), display devices such as displays, and input such as mouse or keyboard. It is equipped with a device and a communication I / F, and can be realized by a hardware configuration using a normal computer.

なお、本実施形態の制御装置11で実行されるプログラムは、ROMなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM、CD−R、メモリカード、DVD、フレキシブルディスク(FD)などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。 The program executed by the control device 11 of the present embodiment is provided by incorporating it into a ROM or the like in advance. Alternatively, the program may be a non-transient storage medium such as a CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, flexible disk (FD) that can be read by a computer in an installable or executable format file. It may be stored and provided in.

また、制御装置11で実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、この制御装置11は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。 Further, the program executed by the control device 11 may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, and may be downloaded and provided via the network. Further, the control device 11 can also be configured by connecting separate modules that independently exhibit the functions of the components to each other by a network or a dedicated line and combining them.

なお、超電導コイル2および永久電流スイッチ3は、1個の冷却部5で冷却しなくても良い。例えば、超電導コイル2を冷却する冷却部と、永久電流スイッチ3を冷却する冷却部との複数の冷却部を設けても良い。 The superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 do not have to be cooled by one cooling unit 5. For example, a plurality of cooling units may be provided, one for cooling the superconducting coil 2 and the other for cooling the permanent current switch 3.

なお、本実施形態では、超電導コイル2および永久電流スイッチ3を冷却する方式として伝導冷却方式を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、液体ヘリウムを冷媒として用いたヘリウム冷却方式であっても良い。また、液体窒素を用いた冷却方式であっても良い。 In this embodiment, the conduction cooling method is exemplified as a method for cooling the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3, but other embodiments may be used. For example, a helium cooling method using liquid helium as a refrigerant may be used. Further, a cooling method using liquid nitrogen may be used.

図15の変形例を用いて極低温の液体の冷却媒体(冷却部)を用いた含浸冷却型の超電導磁石装置1Aを説明する。この超電導磁石装置1Aは、第1真空断熱容器31と、この第1真空断熱容器31の内部に配置される第2真空断熱容器32と、第1真空断熱容器31の上部の開口を閉鎖する第1蓋33と、第2真空断熱容器32の上部の開口を閉鎖する第2蓋34と、この第2蓋34の下部に設けられた断熱部材35と、第2真空断熱容器32の内部空間の対流を防ぐための複数枚のバッフル板36と、第2蓋34から超電導コイル2および永久電流スイッチ3を吊り下げる吊具37とを備える。 An impregnated cooling type superconducting magnet device 1A using a cryogenic liquid cooling medium (cooling unit) will be described with reference to a modification of FIG. The superconducting magnet device 1A closes the first vacuum heat insulating container 31, the second vacuum heat insulating container 32 arranged inside the first vacuum heat insulating container 31, and the upper opening of the first vacuum heat insulating container 31. 1 lid 33, a second lid 34 that closes the opening at the upper part of the second vacuum heat insulating container 32, a heat insulating member 35 provided at the lower part of the second lid 34, and the internal space of the second vacuum heat insulating container 32. A plurality of baffle plates 36 for preventing convection and a hanger 37 for suspending the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 from the second lid 34 are provided.

第1真空断熱容器31の内部には、液体窒素38が収容されている。さらに、第2真空断熱容器32の内部には、液体ヘリウム39が収容されている。超電導コイル2および永久電流スイッチ3は、第2真空断熱容器32の内部の液体ヘリウム39に浸されている。この液体ヘリウム39により超電導コイル2および永久電流スイッチ3を想定する温度に冷却する。 Liquid nitrogen 38 is housed inside the first vacuum heat insulating container 31. Further, the liquid helium 39 is housed inside the second vacuum heat insulating container 32. The superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 are immersed in the liquid helium 39 inside the second vacuum insulation container 32. The liquid helium 39 cools the superconducting coil 2 and the permanent current switch 3 to the assumed temperature.

なお、液体ヘリウムまたは液体窒素に永久電流スイッチ3が浸されると温度センサを用いて永久電流スイッチ3の温度を検出することが困難になる。そのため、実際に運転を開始する前に、液体ヘリウムまたは液体窒素に浸された永久電流スイッチ3をヒータで制御しながら温度低下させた場合のデータを取得しておく。そして、実際に運転を行うときに、この取得したデータに基づいて永久電流モード移行時のヒータの制御を行うようにする。 If the permanent current switch 3 is immersed in liquid helium or liquid nitrogen, it becomes difficult to detect the temperature of the permanent current switch 3 using a temperature sensor. Therefore, before actually starting the operation, the data when the temperature of the permanent current switch 3 immersed in liquid helium or liquid nitrogen is lowered while being controlled by the heater is acquired. Then, when actually operating, the heater is controlled at the time of transition to the permanent current mode based on the acquired data.

なお、本実施形態の臨界温度T3は、電流分流温度とほぼ一致している。電流分流温度とは、永久電流スイッチ3が備える複数本の超電導フィラメントの材質の臨界温度以下の温度であって、各超電導フィラメントに分流される電流が臨界電流密度に達する温度である。なお、一般に超電導技術で用いられている臨界温度(転移温度)が、超電導フィラメントを形成する超電導物質の物性に応じて一義的に決定される温度であるのに対して、本実施形態の電流分流温度は、主電源4により供給される電流の値に応じて予め決定される温度である。つまり、電流分流温度は、主電源4の設定に応じて適宜変更される温度である。前述の実施形態では、臨界温度T3に基づいて各種制御を行っているが、電流分流温度に基づいて各種制御を行うようにしても良い。 The critical temperature T3 of this embodiment is substantially the same as the current shunt temperature. The current diversion temperature is a temperature equal to or lower than the critical temperature of the material of the plurality of superconducting filaments included in the permanent current switch 3, and is a temperature at which the current shunted in each superconducting filament reaches the critical current density. The critical temperature (transition temperature) generally used in the superconducting technique is a temperature uniquely determined according to the physical properties of the superconducting material forming the superconducting filament, whereas the current diversion of the present embodiment is performed. The temperature is a temperature that is predetermined according to the value of the current supplied by the main power supply 4. That is, the current shunt temperature is a temperature that is appropriately changed according to the setting of the main power supply 4. In the above-described embodiment, various controls are performed based on the critical temperature T3, but various controls may be performed based on the current shunt temperature.

以上説明した実施形態によれば、永久電流スイッチに流れる電流の増加率に対応する低下率で永久電流スイッチの温度を下げることにより、クエンチの発生を低減して安定的に運転することができる。 According to the embodiment described above, by lowering the temperature of the permanent current switch at a rate of decrease corresponding to the rate of increase of the current flowing through the permanent current switch, the occurrence of quenching can be reduced and stable operation can be performed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.

1(1A)…超電導磁石装置、2…超電導コイル、3…永久電流スイッチ、4…主電源、5…冷却部、6…伝導部、7…真空容器、8…ヒータ、9…ヒータ電源、10…温度センサ、11…制御装置、12…解析部、13…主制御部、14…主電源制御部、15…温度制御部、16…ヒータ制御部、17…冷却制御部、18…設定記憶部、19…計時部、21…輻射シールド、23…シールド用伝導部、24…第1冷却ステージ、25…第2冷却ステージ、31…第1真空断熱容器、32…第2真空断熱容器、33…第1蓋、34…第2蓋、35…断熱部材、36…バッフル板、37…吊具、38…液体窒素、39…液体ヘリウム、I…超電導線材の臨界電流値、I…超電導コイル電流値、IOP…電源出力値、I…PCS電流値、J…電流密度、J…臨界電流密度、L…閉ループ、M…磁力線、P…超電導線材の中心、Q…超電導線材の外周、r…通電領域の内半径、r…超電導線材の半径、S…通電領域、t…時間、T…PCS温度、V…超電導コイルの中央位置、X1…超電導コイルの軸、X2…本実施形態の永久電流スイッチの軸、X2’…比較例の永久電流スイッチの軸、Z…電流増加率の最大値。 1 (1A) ... Superconducting magnet device, 2 ... Superconducting coil, 3 ... Permanent current switch, 4 ... Main power supply, 5 ... Cooling unit, 6 ... Conduction unit, 7 ... Vacuum container, 8 ... Heater, 9 ... Heater power supply, 10 ... Temperature sensor, 11 ... Control device, 12 ... Analysis unit, 13 ... Main control unit, 14 ... Main power supply control unit, 15 ... Temperature control unit, 16 ... Heater control unit, 17 ... Cooling control unit, 18 ... Setting storage unit , 19 ... Measuring part, 21 ... Radiation shield, 23 ... Shielding conduction part, 24 ... First cooling stage, 25 ... Second cooling stage, 31 ... First vacuum insulation container, 32 ... Second vacuum insulation container, 33 ... first lid, 34 ... second lid, 35 ... heat insulating member, 36 ... baffle plate, 37 ... load block, 38 ... liquid nitrogen, 39 ... liquid helium, I C ... critical current value of a superconducting wire, I m ... superconducting coil current value, I OP ... power supply output value, I t ... PCS current value, J ... current density, J C ... critical current density, L ... closed loop, M ... magnetic field lines, P ... center of the superconducting wire, Q ... outer periphery of the superconducting wire , R S ... inner radius of the current-carrying region, r W ... radius of the superconducting wire, S ... time, T ... PCS temperature, V ... center position of the superconducting coil, X1 ... shaft of the superconducting coil, X2 ... The axis of the permanent current switch of the embodiment, X2'... the axis of the permanent current switch of the comparative example, Z ... the maximum value of the current increase rate.

Claims (13)

冷却部を用いて超電導コイルおよび永久電流スイッチを冷却して超電導に転移させるステップと、
前記冷却部による冷却を継続しつつ、ヒータを用いて前記永久電流スイッチを臨界温度よりも高い温度にして常電導に転移させるステップと、
主電源を用いて前記超電導コイルに電流を供給するステップと、
前記ヒータを制御して前記永久電流スイッチの温度を前記臨界温度よりも低い定常運転温度に向けて下げ始めるステップと、
前記主電源から供給される電流を下げ始めることにより、前記超電導コイルを流れる電流を前記永久電流スイッチに流し始めるステップと、
を含む超電導磁石装置の運転方法。
The step of cooling the superconducting coil and the permanent current switch using the cooling unit and transferring them to superconductivity,
A step of using a heater to raise the permanent current switch to a temperature higher than the critical temperature and transferring it to normal conduction while continuing cooling by the cooling unit.
The step of supplying current to the superconducting coil using the main power supply,
A step of controlling the heater to start lowering the temperature of the permanent current switch toward a steady-state operating temperature lower than the critical temperature.
A step of starting to flow the current flowing through the superconducting coil to the permanent current switch by starting to reduce the current supplied from the main power supply.
How to operate a superconducting magnet device including.
前記永久電流スイッチに流れる電流の増加率に対応する低下率で前記永久電流スイッチの温度を下げるステップを含む請求項1に記載の超電導磁石装置の運転方法。 The method for operating a superconducting magnet device according to claim 1, further comprising a step of lowering the temperature of the permanent current switch at a decrease rate corresponding to an increase rate of a current flowing through the permanent current switch. 前記永久電流スイッチの臨界電流と温度との対応関係を予め実験または解析して求めるステップと、
前記永久電流スイッチの温度の低下に対応して増加する前記臨界電流を超えない範囲で前記永久電流スイッチに流れる電流を増加させるステップと、
を含む請求項1または請求項2に記載の超電導磁石装置の運転方法。
Steps to obtain the correspondence between the critical current and temperature of the permanent current switch by experimenting or analyzing in advance, and
A step of increasing the current flowing through the permanent current switch within a range not exceeding the critical current, which increases in response to a decrease in the temperature of the permanent current switch.
The method for operating a superconducting magnet device according to claim 1 or 2, comprising the above.
前記永久電流スイッチの温度が前記定常運転温度に到達する前に、前記主電源による電流の供給を停止するステップを含む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超電導磁石装置の運転方法。 The operation of the superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 3, which includes a step of stopping the supply of current by the main power source before the temperature of the permanent current switch reaches the steady operation temperature. Method. 前記永久電流スイッチに流れる電流が定常運転時の値になったときの前記永久電流スイッチの温度を、さらに0.3K以上低下させて定常運転に移行するステップを含む請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の超電導磁石装置の運転方法。 Claims 1 to 4 include a step of further lowering the temperature of the permanent current switch when the current flowing through the permanent current switch reaches the value at the time of steady operation to shift to steady operation. The method for operating the superconducting magnet device according to any one of the following items. 時間tにおける前記永久電流スイッチに流れる電流の値をI(t)とし、
時間tにおける前記永久電流スイッチの温度をT(t)とし、
温度Tにおける前記永久電流スイッチの臨界電流の値をI(T)とした場合に、
前記永久電流スイッチの温度を下げるときに、I(t)<I(t)とし、かつ時間変化率を(dI/dI)≦1とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の超電導磁石装置の運転方法。
The value of the current flowing to the permanent current switch and I t (t) at time t,
Let T (t) be the temperature of the permanent current switch at time t.
The value of the critical current of the permanent current switch at the temperature T in the case of the I C (T),
When lowering the temperature of the permanent current switch, any of claims 1 to 5 and I t (t) <I C (t), and that the time rate of change and (dI t / dI C) ≦ 1 The method of operating the superconducting magnet device according to item 1.
前記永久電流スイッチの温度の低下開始時から低下完了時までの期間よりも、前記永久電流スイッチに流れる電流の増加開始時から増加完了時までの期間が短い請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の超電導磁石装置の運転方法。 Any of claims 1 to 6, wherein the period from the start of the increase to the completion of the increase of the current flowing through the permanent current switch is shorter than the period from the start of the temperature decrease of the permanent current switch to the completion of the decrease. The method of operating the superconducting magnet device according to item 1. 前記永久電流スイッチの温度の低下速度が毎分1K以下である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の超電導磁石装置の運転方法。 The method for operating a superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 7, wherein the rate of decrease in temperature of the permanent current switch is 1 K / min or less. 超電導コイルと、
永久電流スイッチと、
前記超電導コイルおよび前記永久電流スイッチを冷却して超電導に転移させる冷却部と、
前記冷却部による冷却を継続しつつ、前記永久電流スイッチを臨界温度よりも高い温度にして常電導に転移させるヒータと、
前記超電導コイルに電流を供給する主電源と、
前記ヒータを制御して前記永久電流スイッチの温度を前記臨界温度よりも低い定常運転温度に向けて下げ始めるヒータ制御部と、
前記主電源から供給される電流を下げ始めることにより、前記超電導コイルを流れる電流を前記永久電流スイッチに流し始める主電源制御部と、
前記永久電流スイッチに流れる電流の増加率に対応する低下率で前記永久電流スイッチの温度を下げる温度制御部と、
を備える超電導磁石装置。
With a superconducting coil,
With a permanent current switch,
A cooling unit that cools the superconducting coil and the permanent current switch and transfers them to superconductivity.
A heater that shifts the permanent current switch to a temperature higher than the critical temperature and transfers it to normal conduction while continuing cooling by the cooling unit.
The main power supply that supplies current to the superconducting coil,
A heater control unit that controls the heater and starts lowering the temperature of the permanent current switch toward a steady-state operating temperature lower than the critical temperature.
A main power supply control unit that starts to flow the current flowing through the superconducting coil to the permanent current switch by starting to reduce the current supplied from the main power supply.
A temperature control unit that lowers the temperature of the permanent current switch at a rate of decrease corresponding to the rate of increase in the current flowing through the permanent current switch.
A superconducting magnet device equipped with.
前記永久電流スイッチの温度を検出する温度センサを備え、
前記温度センサにて検出した温度に基づいて、前記主電源制御部が前記永久電流スイッチに流れる電流の増加率を制御し、前記温度制御部が前記永久電流スイッチの温度の低下率を制御する請求項9に記載の超電導磁石装置。
A temperature sensor for detecting the temperature of the permanent current switch is provided.
Based on the temperature detected by the temperature sensor, the main power supply control unit controls the rate of increase in the current flowing through the permanent current switch, and the temperature control unit controls the rate of decrease in the temperature of the permanent current switch. Item 9. The superconducting magnet device according to Item 9.
前記永久電流スイッチが超電導線材を無誘導に巻回した円筒形を成し、
前記円筒形の軸の方向を前記超電導コイルから生じる磁力線の方向に一致させた状態で前記永久電流スイッチが配置される請求項9または請求項1に記載の超電導磁石装置。
The permanent current switch forms a cylindrical shape in which a superconducting wire is wound without induction.
Superconducting magnet apparatus according to direction of the cylindrical axis to claim 9 or claim 1 0 wherein the permanent current switch in a state that is aligned with the direction of the magnetic force lines are arranged arising from the superconducting coil.
前記冷却部が伝導冷却型である請求項9から請求項1のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。 The superconducting magnet device according to any one of claims 9 to 11, wherein the cooling unit is a conduction cooling type. 前記冷却部が含浸冷却型である請求項9から請求項1のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。 The superconducting magnet device according to any one of claims 9 to 11, wherein the cooling unit is an impregnated cooling type.
JP2017222119A 2017-11-17 2017-11-17 How to operate the superconducting magnet device and the superconducting magnet device Active JP6983629B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017222119A JP6983629B2 (en) 2017-11-17 2017-11-17 How to operate the superconducting magnet device and the superconducting magnet device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017222119A JP6983629B2 (en) 2017-11-17 2017-11-17 How to operate the superconducting magnet device and the superconducting magnet device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019096648A JP2019096648A (en) 2019-06-20
JP6983629B2 true JP6983629B2 (en) 2021-12-17

Family

ID=66972026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017222119A Active JP6983629B2 (en) 2017-11-17 2017-11-17 How to operate the superconducting magnet device and the superconducting magnet device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6983629B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102372158B1 (en) * 2019-11-28 2022-03-08 조선대학교산학협력단 Fault current blocking system
JP7458274B2 (en) 2020-09-09 2024-03-29 株式会社東芝 superconducting electromagnet
JP2023086180A (en) * 2021-12-10 2023-06-22 株式会社日立製作所 Superconducting coil device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06120573A (en) * 1992-10-05 1994-04-28 Mitsubishi Electric Corp Exciting device for superconductive coil
JPH10247753A (en) * 1997-03-05 1998-09-14 Toshiba Corp Superconducting device and control method thereof
JP2000068567A (en) * 1998-08-24 2000-03-03 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd Conduction cooling perpetual current switch
JP2003037303A (en) * 2001-07-24 2003-02-07 Hitachi Ltd Superconducting coil with permanent current switch using magnesium diboride superconducting wire material and its manufacturing method
JP6732529B2 (en) * 2016-05-11 2020-07-29 株式会社東芝 Conduction cooling device and conduction cooling method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019096648A (en) 2019-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210018581A1 (en) Magnetic resonance imaging system capable of rapid field ramping
JP6983629B2 (en) How to operate the superconducting magnet device and the superconducting magnet device
US8134434B2 (en) Superconducting quick switch
JP6120993B2 (en) Superconducting magnet, MRI and NMR
US11482358B2 (en) Control method for superconducting magnet apparatus and superconducting magnet apparatus
JP2015079846A (en) Superconducting magnetic device
JP6590573B2 (en) Operation method of superconducting magnet device
JP2016143733A (en) Method for operating superconducting coil
JP4028917B2 (en) Quench protection method and quench protection circuit for superconducting magnet device
JP6682399B2 (en) Operating method of superconducting magnet device and superconducting magnet device
JP3667954B2 (en) Quench protection circuit for superconducting magnet
US20220157501A1 (en) Transport current saturated hts magnets
JP2011155096A (en) Superconducting electromagnet device
JP3734630B2 (en) Conduction-cooled superconducting magnet system
WO2014096798A1 (en) Control of a switch for a superconducting magnet
JP2023158672A (en) Superconducting magnet and operational method of the superconducting magnet
KR101372822B1 (en) Apparatus for cooling superconductivity wind-turbine and method for cooling thereof
EA045101B1 (en) CURRENT-SATURED HTSC MAGNETS
JP2022049059A (en) Superconducting magnet device
Seo et al. Evaluation of Stability of NbTi Multi-Strand Conductor by Induced-Current Methods

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210511

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210701

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211026

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211124

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6983629

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150