JPH0227828B2

JPH0227828B2 -

Info

Publication number: JPH0227828B2
Application number: JP57030617A
Authority: JP
Inventors: Masao Terasaki; Yoshiharu Iwasaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-03-01
Publication date: 1990-06-20
Also published as: JPS58148364A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ヘリウム冷凍装置などの極低温冷凍
装置に関するものである。

ある金属をヘリウム温度（−269℃）付近まで
冷却しておき外部から電気を投入してやると、電
源を切つても内部で閉回路をつくれば永久電流が
流れ強力な磁界を発生させることができる。この
磁界を利用したものの一例に浮上式鉄道に用いる
超電導磁石がある。この超電導磁石を安定かつ長
期的に使用するためには、ヘリウム冷凍装置が不
可欠である。超電導磁石に外部より電気を投入す
ることを励磁、外部へ回収することを消磁とよ
ぶ。この励消磁を行なうにあたり、外部の電源と
内部の超電導磁石を電気的に結んでいる導線がパ
ワーリードである。

超電導磁石およびその冷凍装置は定期検査のた
め磁界を一時的になくすことになり、そのため励
消磁が必要となる。この励消磁を行なう時に、上
記パワーリードは流れる電流のため発熱しそのま
までは焼損に至るので、パワーリードのまわりを
低温ヘリウムガスを流して冷却している。この低
温ヘリウムガスは超電導磁石を冷しているヘリウ
ムを持出すことになり、ガスが抜けて圧力が下が
ると飽和温度も下がるので液体ヘリウムの温度も
下がろうとして一部蒸発し、ガスと液の飽和圧力
温度がバランスする。結果として液体ヘリウムが
減少する。パワーリードから抜くヘリウムガス
は、現在は地上のガスバツグへ回収するか、また
は大気へ放出している。したがつて、減少分の液
体ヘリウムを外部から供給してやる必要がある。

外部から液体ヘリウムを供給することは、浮上
式鉄道の場合には超電導磁石装置が100〜200個く
らいの数になり時間的、経済的に大変な作業とな
る。また、外部から供給する液体ヘリウムの量は
超電導磁石１個につき１回あたりは少量である。
少量であるがゆえに、液体ヘリウムタンクから配
管で超電導磁石装置へ移す時、配管を常温から液
体ヘリウム温度まで冷却するのに液体ヘリウムが
消費され、その後超電導磁石装置へ液体ヘリウム
がたまつてゆく。このような場合のタンクから磁
石までの液体ヘリウムの移送効率は極端に悪く、
経済的に大きな損失となる。

従来の冷却システムは、励消磁の時に液体ヘリ
ウムが減少するのをその都度外部より液体ヘリウ
ムを供給するという時間的および経済的欠点があ
つた。

本発明の目的は、超電導磁石の冷却装置におい
て、励消磁のときにパワーリードを冷却した気化
ガスを回収し、減少した分を自動的に補給して、
経済的および時間的節約を図るとともに、液化冷
凍装置側への不純物の混入量を低減できる極低温
冷凍装置を提供することにある。

本発明は、超電導コイルを侵漬してなる液化ガ
ス槽を内設した真空断熱容器と、液化ガス槽内に
設けた凝縮熱交換器と、凝縮熱交換器に液化ガス
を供給する液化冷凍装置と、超電導コイルのパワ
ーリードを冷却した液化ガス槽内の気化ガスを液
化冷凍装置に回収する回収ラインと、液化冷凍装
置と凝縮熱交換器との間の回路から液化ガス槽内
に液化ガスを供給制御する手段とから構成し、励
消磁のときにパワーリードを冷却した気化ガスを
回収し、減少分を自動補給して、経済的および時
間的節約を図るとともに、液化冷凍装置側への不
純物の混入量を低減させたものである。

以下、本発明の一実施例を図により説明する。
図は浮上式鉄道の超電導磁石用車上冷却システム
のヘリウム冷凍装置の構成図である。

２は高圧ヘリウムガスを発生する圧縮機、１は
圧縮機２により発生した高圧ヘリウムガスのエネ
ルギーにより大気圧に近い圧力の飽和液体ヘリウ
ムを発生する冷凍機である。３はヘリウムライン
内のヘリウム量を調整する中圧タンク、４は圧縮
機２の吸入圧が低下した時に中圧タンク３から自
動的にヘリウムを供給する吸入圧調整弁、５は圧
縮機２の吐出圧が上昇した時に中圧タンク３へ自
動的にヘリウムを回収する吐出圧調整弁である。
この場合、液化冷凍装置はこれら冷凍機１、圧縮
機２、中圧タンク３、吸入圧調整弁４および吐出
圧調整弁５から成る。６は磁界を発生する超電導
コイル、７は超電導コイル６および液体ヘリウム
を保有する内槽、８は内槽７を支持し、かつ外部
からの侵入熱を防ぐため内側を高真空に保つた外
槽である。１８はこれら超電導コイル６、内槽７
および外槽８から成る超電導磁石装置である。９
は内槽７への侵入熱を冷凍機１のヘリウムライン
と熱交換し、内槽７から侵入熱を再び取り出す凝
縮熱交換器、１０は冷凍機１のヘリウムラインの
気液分離器、１１は気液分離器１０から内槽７内
へ液体ヘリウムを供給する元弁、１２は励消磁の
時、パワーリードを冷却するヘリウムガスの流路
を開閉する仕切弁である。１３は超電導コイル６
への電気投入および回収のためのパワーリードで
あり、１４はその電源装置である。１５は内槽７
内の液体ヘリウム用の液面計、１６は内槽７内の
液体ヘリウムが減少した時に気液分離器１０から
液体ヘリウムを自動的に供給するよう液面計１５
からの信号にもとづき、元弁１１へ指令を送る制
御装置である。

この構成において、定常運転は次のように行な
われる。圧縮機２により昇圧されたヘリウムガス
は冷凍機１へ送られて所定の液体ヘリウムを発生
し、気液混合状態で超電導磁石装置１８へ送られ
る。超電導磁石装置１８の内槽７が外槽８との荷
重支持体を通しての伝導熱および外槽８からの輻
射熱などを受けることにより、内槽７内部の液体
ヘリウムが一部蒸発し圧力が上昇しようとする。
この蒸発したヘリウムガスを冷凍機１からの気液
混合ヘリウムが凝縮熱交換器９を通ることにより
熱交換し液化させて内槽７内の圧力を一定に保つ
ている。すなわち、内槽７の圧力は凝縮熱交換器
９の内圧よりわずかに高くしてあり、どちらも飽
和状態なので内槽７内より凝縮熱交換器９内のほ
うが温度が低い。したがつて、内槽７より凝縮熱
交換器９内のヘリウムへ熱が移行する。この時、
凝縮熱交換器９内は飽和状態を保つたまま液体ヘ
リウムが蒸発し、蒸発潜熱として熱を運んでい
く。一方、内槽７内のヘリウムガスは熱を取られ
て液化する。このようにして、内槽７へ侵入した
熱は冷凍機１のヘリウムラインへ移行していく。
冷凍機１からの気液混合ヘリウムが全量気相にな
るまで熱を吸収した時が、最大の冷凍負荷吸収能
力である。以上が定常の冷凍運転である。

上記のような定常状態において消磁または励磁
が行なわれる場合、パワーリード１３の冷却のた
め仕切弁１２を開いて内槽７より低温ヘリウムガ
スを抜く。仕切弁１２は励消磁の時開くよう電気
的に電源装置と接続されている。このヘリウムガ
スはパワーリード１３を冷却したのちも常温より
は冷たく、この寒冷を有効に生かすため冷凍機１
へ導いて圧縮機２へのもどりガスと合流させる。
これらが冷凍機１を出る時は、ほぼ常温となる。
寒冷を回収したヘリウムガスは、流量が定常状態
より増加しており圧力も高くなる。圧縮機２は吸
入圧が高くなると必然的に吐出圧も高くなり、設
定値より吐出圧が高くなろうとすると吐出圧調整
弁５が開いて中圧タンク３へヘリウムガスを自動
的に回収する。

次に、励消磁が終つたあとの処置について示
す。励消磁の時、パワーリード１３冷却のため内
槽７内よりヘリウムガスを抜いているので、内槽
７内の液体ヘリウムも減少している。ここで、冷
凍システムの能力について述べると、冷凍システ
ムは必ず余剰冷凍量があるように計画されてい
る。したがつてこのような場合、定常状態におい
て凝縮熱交換器９を通つたあとなお余剰冷凍量が
あると、ヘリウムは全量ガス化せず一部液相のま
までこれが気液分離器１０に蓄えられている。こ
の液体ヘリウムを、液面計１５からの信号を受け
た制御装置１６からの指令により、元弁１１から
自動的に内槽７内へ供給する。この時、冷凍機１
のヘリウムラインから内槽７へヘリウムが移るの
で結局圧縮機２の吸入圧力が下がり、不足分を補
なう形で吸入圧調整弁４が開いてヘリウムガスが
供給される。

以上のように、励消磁の時には蒸発したヘリウ
ムガスを中圧タンク３へ回収し、液体ヘリウムの
不足分は気液分離器１０より補給しそれに見合う
ヘリウムを中圧タンク３より供給する。これらを
自動的に行なうことにより、経済的および時間的
に利点をもたらす。

また、定常運転時は、液化冷凍装置からの液体
ヘリウムは凝縮熱交換器を介して液化冷凍装置に
戻し、内槽内の液体ヘリウムは凝縮熱交換器によ
り再凝縮させることで内槽内を密閉できるので、
定常運転時に超電導コイル部から不純物が発生し
た場合でも、不純物の混入による液化冷凍装置の
運転の不具合発生を防止できる。これにより、内
槽内の気化ガスが液化冷凍装置へ入るのは励消磁
のときだけとなり、超電導コイル部から不純物が
発生した場合でも、不純物が液化冷凍装置側へ混
入する量を低減できる。

本発明によれば、パワーリード冷却後のヘリウ
ムガスを液化冷凍装置に回収するとともに、超電
導磁石装置の内槽内の液化ガスの減少分を気液分
離器より自動的に供給できるので、経済的および
時間的節約ができ、また、定常運転時は内槽内の
気化ガスを凝縮熱交換器により再凝縮させること
で内槽内を密閉できるので、液化冷凍装置側への
不純物の混入量を低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は超電導磁石用ヘリウム冷凍装置の構成図で
ある。１……冷凍機、２……圧縮機、３……中圧タン
ク、４……吸入圧調整弁、５……吐出圧調整弁、
６……超電導コイル、７……内槽、８……外槽、
９……凝縮熱交換器、１０……気液分離器、１１
……元弁、１２……仕切弁、１３……パワーリー
ド、１４……電源装置、１５……液面計、１６…
…制御装置、１７……元弁、１８……超電導磁石
装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１超電導コイルを侵漬してなる液化ガス槽を内
設した真空断熱容器と、前記液化ガス槽内に設け
た凝縮熱交換器と、前記凝縮熱交換器に液化ガス
を供給する液化冷凍装置と、前記超電導コイルの
パワーリードを冷却した前記液化ガス槽内の気化
ガスを前記液化冷凍装置に回収する回収ライン
と、前記液化冷凍装置と前記凝縮熱交換器との間
の回路から前記液化ガス槽内に液化ガスを供給制
御する手段とから構成したことを特徴とする極低
温冷凍装置。