JPH0560274B2 - - Google Patents

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JPH0560274B2
JPH0560274B2 JP59102024A JP10202484A JPH0560274B2 JP H0560274 B2 JPH0560274 B2 JP H0560274B2 JP 59102024 A JP59102024 A JP 59102024A JP 10202484 A JP10202484 A JP 10202484A JP H0560274 B2 JPH0560274 B2 JP H0560274B2
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JP
Japan
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refrigerant
piping system
inner tank
pressure
refrigerator
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JP59102024A
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Japanese (ja)
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JPS60245285A (en
Inventor
Kinya Matsutani
Katsutoki Sasaki
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/632,461 priority patent/US4543794A/en
Priority to GB08418769A priority patent/GB2145506B/en
Priority to KR8404441A priority patent/KR890003871B1/en
Priority to DE19843427601 priority patent/DE3427601A1/en
Publication of JPS60245285A publication Critical patent/JPS60245285A/en
Publication of JPH0560274B2 publication Critical patent/JPH0560274B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H01F6/065Feed-through bushings, terminals and joints

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は超電導磁石と冷媒冷凍機とを組合わせ
たものであつて、例えば単結晶育成装置、核磁気
共鳴装置に使用される超電導電磁石装置の改良に
関する。 〔発明の技術的背景〕 従来この種の超電導電磁石装置の一例として第
1図のように構成されたものがある。 すなわち、外槽1内に輻射シールド板2が配置
され、この内側に内槽3が配置され、これらによ
り保冷容器が構成されている。上記内槽3内に
は後述する冷媒冷凍機により極低温例えば4.2K
に冷却される液体ヘリウム5が封入され、超電導
コイル6が図示しない超電導コイル支持材により
上記内槽3内に支持されている。この超電導コイ
ル6はパワーリード7の一端部と電気的に接続さ
れ、このパワーリード7の他端部が上記保冷容器
4の外部の常温空間に一端部が位置するように設
けられ、上記パワーリード7の一端部は外部電源
8と電気的に接続され、これにより超電導コイル
6が励磁可能になつている。上記内槽3には、こ
の内槽3内で生ずる異常ヘリウムガス圧を上記外
槽1外部に放圧できるように放圧配管9の一端部
が連結され、この放圧配管9の他端部が外部空間
に位置するとともに、放圧配管の他端部には機械
式放圧装置10およびラプチヤーデスク式放圧装
置11が連結されている。 上記機械式放圧装置10は所定圧をこえたとき
弁体が開放状態となり、所定圧未満のとき弁体が
閉路状態となる構成のものである。又上記ラプチ
ヤーデスク式放圧装置11は異常圧となつたとき
容器開口部を閉塞している部材が破裂するような
構成のものである。 上記冷媒冷凍機として例えばヘリウム冷凍機
(以下冷凍機と称す)12が用いられ、これは以
下のように構成されている。上記外槽1の外部上
壁面には冷凍機ヘツド13が設けられ、この冷凍
機ヘツド13の冷媒流入配管14および冷媒戻り
配管15にはヘリウムを圧縮する圧縮機16が接
続され、圧縮機16にはこれを駆動するための電
動機17が直結されている。上記冷凍機ヘツド1
3には、上記外槽1内であつて、輻射シールド板
2の外側に配設され、上記パワーリード7および
輻射シールド板2を冷却するための第1段冷却器
18が設けられ、この第1段冷却器18には輻射
シールド板2内であつて上記パワーリード7を冷
却するための第2段冷却器19が設けられてい
る。上記第1段冷却器18および第2段冷却器1
9はいずれも、上記冷凍機ヘツド13内に有する
ピストン駆動機構(図示せず)により駆動される
ヘリウムを圧縮膨脹するピストン(図示せず)
と、このピストンの圧縮膨脹作用により冷却され
るヘリウムを蓄冷する蓄冷材(図示せず)と、機
械的支持および熱伝導をかねた部材例えばフラン
ジ18A,19Aとからなつている。この第1段
冷却器18のフランジ18Aは上記輻射シールド
板2に機械的および伝熱的に接続され、また第1
段冷却器18のフランジ18Aとパワーリード7
の第1段ヒートステーシヨン20との間は熱伝導
の良好な伝熱部材21により機械的および伝熱で
きるように接続されており、さらに第2段冷却器
19のフランジ19Aとパワーリード7の第2段
ヒートステーシヨン22との間も同様に伝熱部材
23により接続されている。 上記内槽3内には、この内部の液体ヘリウム5
が蒸発により生ずるヘリウムガスを再凝縮するた
めにヘリウム再凝縮器(以下再凝縮器と称す)2
4が設けられ、この再凝縮器24の入口側、出口
側にはJ−T流入配管25およびJ−T戻り配管
26の一端部が接続されている。このJ−T流入
配管25およびJ−T戻り配管26の他端部は、
上記冷凍機ヘツド13の入口側および出口側に接
続されている冷媒流入配管14および冷媒戻り配
管15と接続され、上記J−T流入配管25およ
びJ−T戻り配管26の途中には第1段熱交換器
27の流入側、第2段熱交換器28の流入側、第
3段熱交換器29の流入側が直列に接続されてい
る。 そして、第1段熱交換器27と第2段熱交換器
28が接続されている上記J−T流入配管25の
途中に上記第1段冷却器18のフランジ18Aが
貫通固着されている。、また、上記第2段熱交換
器28と上記第3段熱交換器29が接続されてい
るJ−T流入配管25の途中には上記第2段冷却
器19のフランジ19Aが貫通固着されている。
上記第3段熱交換器29と上記再凝縮器24が接
続されているJ−T流入配管25の途中にJ−T
弁30が設けられている。上記J−T戻り配管2
6には、上記第1、第2および第3段熱交換器2
7,28,29の流出側が直列に接続されてい
る。このように冷凍機12が構成されている。 次に以上のように構成された従来の超電導磁石
装置の動作について説明する。 常温空間(例えば300K)にパワーリード7の
一端部が位置し、この他端部は、外槽1および輻
射シールド板2を介して内槽3内部に位置してい
るので、パワーリード7の作用すなわち熱伝導、
熱輻射により常温空間よりの熱が内槽3内に侵入
し、極低温(例えば4.2K)状態にある液体ヘリ
ウム5は蒸発してゆく。 この液体ヘリウム5の蒸発を最小限に押えるた
めに、外槽1内に輻射シールド板2が配設され、
この輻射シールド板2は、第1段冷却器18によ
り70〜100Kに冷却されるようになつている。外
部の常温空間よりの侵入熱のうち、最も多いの
は、パワーリード7より伝わる侵入熱である。こ
の侵入熱を低減するために、パワーリード7は、
70〜100Kに冷却されたヒートステーシヨン20
および10〜20Kに冷却されたヒートステーシヨン
22により強制的に冷却されている。 通常、この様な侵入熱低減により内槽3内での
液体ヘリウム5に蒸発量は1〜2/hと小さな
値となる。この蒸発したヘリウムガスは4.2Kに
冷却されている再凝縮器24により凝縮(液化)
されて液体ヘリウムとなつて内槽3に戻る。この
ようにして、液体ヘリウムを再注液せずに超電導
磁石装置を連続運転することが出来る。 〔背景技術の問題点〕 ところが、上記のように構成された従来の超電
導磁石装置では以下に述べる欠点があつた。パワ
ーリード7を介しての侵入熱量は式に示すよう
に外部電源8よりの励磁電流値に比例する。 Qp=I・√・(h 2c 2) …… ここで、 Qp:パワーリード7からの侵入熱量 I:励磁電流値 α:定数(p:パワーリード抵抗率、T:温度
とした時、p=αTなる定数) K:パワーリード7の熱伝導率 Th:高温部温度 Tc:低温部温度 例えば、Thをヒートステーシヨン22の温度
10K〜20Kにとり、Tcを液体ヘリウム5の温度
4.2KにとればQpは液体ヘリウムへの侵入熱量と
なり、この熱に相当した気化熱分の液体ヘリウム
が蒸発する。超電導コイル6によつて発生する磁
場を可変させたいという要請がある場合(例えば
単結晶育成装置、核磁気共鳴装置に使用する場
合)磁場強度に比例して励磁電流値Iを変えるの
で式によれば侵入熱量Qpはこれに応じて変化
することになる。従つて、液体ヘリウム蒸発量も
変動することになる。 ここで、冷凍機12の冷凍動作を考えてみる。 圧縮機16内のヘリウムガスは、電動機17に
て駆動圧縮され、冷媒流入配管14、冷凍機ヘツ
ド13、第1段冷却器18、第2段冷却器19、
冷媒戻り配管15を通つて再び圧縮機16へと戻
る循環ループ内を流動している。この際、冷凍機
ヘツド13内にてヘリウムガスは断熱膨脹し、こ
の時の熱の授受により第1段冷却器18は100K
〜70Kに、第2段冷却器19は10K〜20Kに冷却
される。一方、圧縮機16より吐出されたヘリウ
ムガスは、一部が冷媒流入配管14より分岐しJ
−T流入配管25へ流入する。このヘリウムガス
は、第1段熱交換器27、第1段冷却器18、第
2段熱交換器28、第2段冷却器19、第3段熱
交換器29を通つて、反転温度以下の(例えば
20K以下)極低温ヘリウムガスとなる。このヘリ
ウムガスはJ−T弁30を通過する際に、いわゆ
るジユール・トムソン効果により極低温(例えば
4.2K)の気・液2相流となり再凝縮器24へと
流入する。このため内槽3内にて蒸発しているヘ
リウムガスは、この再凝縮器24により再び液化
され、液体ヘリウムになつて内槽3内へ戻る。再
凝縮器24を流出したヘリウムガスは、第3段熱
交換器29、第2段熱交換器28、第1段熱交換
器27、J−T戻り配管26を通つて、圧縮機1
6へと戻る。 第2図bはこの冷凍機12の再凝縮器24の冷
凍能力曲線を示す。横軸は再凝縮器24のヘリウ
ムガスの温度T(K)、縦軸はその冷凍能力P−
(Watt)を示し、は電動機17の運転周波数
(50Hz)を示している。第2図aは、励磁電流値
Iに対する液体ヘリウムへの侵入熱量Qを示す。 ここで、Q=Qp+Qpとなり、Qpは上記式に
て示されるパワーリード7よりの侵入熱量、Qp
は超電導コイル支持材(図示せず)、輻射シール
ド板2を介して侵入する熱量であり励磁電流値に
は存在せずほぼ一定値である。超電導コイル6へ
の励磁電流値がその最低値Inioである時、液体ヘ
リウム5への侵入熱量はQ1となる。このQ1にて
蒸発したヘリウムをすべて再凝縮するためには
P1=Q1なる再凝縮器24の冷凍能力が必要であ
り、第2図bより、この場合はb1なる冷凍能力曲
線上の点にて冷凍機は動作することになる。この
時の冷媒温度およびこれと平衡状態にある液体ヘ
リウム5の温度はT1となる。 次に、励磁電流を上げてその最大値Inaxにて超
電導コイル6を運転する時は、液体ヘリウム5へ
の侵入熱量はQ2となる。おの場合はP2=Q2とな
る第2図bのb2なる冷凍能力曲線上の点にてヘリ
ウム冷凍機12は動作することになる。このとき
の液体ヘリウム5の温度はT2となる。超電導コ
イル6の運転をやめ、励磁電流を零にした時は、
Q0=T0となり、冷凍能力曲線上のb0なる点にて
冷凍機12は動作し、液体ヘリウム5の温度は
T0となる。但し、電動機17の運転周波数1
一定となつている。 ここで、超電導コイル6の運転温度を考えてみ
る。この場合超電導コイル6として例えば、
Nbti超電導線を巻回したものを用い、運転温度
4.2K近傍で設計されるのが通例である。設計許
容温度マージンはせいぜいプラス1K程度である。
これ以上温度を上げると超電導コイル6はいわゆ
るクエンチすなわち常電導転移を生じやすくなり
超電導コイル6の損傷をまねくことになる。 第2図bの場合、T1を設計運転温度(例えば
4.2K)にすると、T2はT1=T1+1(例えば5.2K)
となり、T0はT0<T1となる。液体ヘリウム5は
4.2Kにてほぼ大気圧なので、T0なる温度状態で
は、液体ヘリウムは負圧の状態となつている。す
なわち、内槽3内および再凝縮器24と、この付
近のJ−T流入配管25、J−T戻り配管26、
J−T弁30は負圧現象となつている。 この様な状況下では、大気中の水分、窒素分、
酸素分等の不純物が内槽3の溶接部、再凝縮器2
4の溶接部、シールド部、J−T弁30の大気と
のシール部等を介して、ppmオーダの微少量ずつ
J−T配管系統(J−T流入配管25、J−T戻
り配管26の総称)に混入してくる。J−T配管
系統に混入した不純物は4.2K以下の温度で固化
してゆくので、長時間に渡つてこの運転状態が続
くと、特に冷媒流入配管14、冷媒戻り配管15
に比べて配管口径の細いJ−T配管系統は不純物
による目づまりを生じJ−T配管系統が閉塞に至
り、もはや冷凍機12はその性能を発揮出来なく
なるという欠点がある。 上記のような負圧現象を発生させないために
は、T0>4.2Kとし無励磁状態でもJ−T配管系
統および内槽3が大気圧以上になる様にすれば良
いが、この場合は、T2<5.2KあるいはT2−T0
1Kとなる運転温度制約条件があるのでT0<4.2K
の時に比べてInioとInaxを広い範囲に取れなくな
る。すなわち、磁場可変領域が狭くなり、例えば
単結晶育成装置、核磁気共鳴装置には使用できな
いことがある。更に、第2図bに示す各運転状態
b0,b1,b2に冷凍機12が状態窒化する場合、励
磁電流値の変化による侵入熱量の変化に対してP
=Qとなる冷凍機12の冷凍能力の追随性が悪
い。すなわち、冷凍能力変化の時定数例えば、数
時間程度と大きい。このため、励磁電流値を変化
させている時は、励磁電流値変化の時定数は冷凍
12の冷凍能力変化の時定数より充分に小さい
ので、侵入熱量と冷凍能力が常にバランスしてい
ない状態で超電導磁石装置を運転することにな
る。例えば、励磁電流値を上げた場合、外部より
の侵入熱量は励磁電流値に見合つてすぐに増大す
るが、再凝縮器24に於ける冷凍能力は、ほとん
ど前の状態と変わらない。このため、液体ヘリウ
ムの蒸発量が急増し密閉状態の内槽圧力は急激に
増大する。内槽圧力が設計圧力以上になると保冷
容器に設けられた機械式放圧装置10より蒸発
ヘリウムガスが放出する。冷凍能力追随性が悪い
ので、最悪の場合、侵入熱量と冷凍能力がバラン
スして機械式放圧装置10の動作が停止する前に
内槽3内に貯液されている液体ヘリウム5がすべ
て蒸発して大気へ放出してしまう。あるいは、内
槽圧力上昇が急激すぎてラプチヤーデスク式放圧
装置11が動作して液体ヘリウム5がすべて大気
へ放出してしまう場合もある。この様な場合、J
−T弁30の開度をマニユアルで変えてバランス
点を探すという方式があるが、この調整そのもの
が難しく経験を積んだ運転者にして初めて可能で
ある。いわんや素人では、ほとんど不可能であ
る。そのため、上記したような冷凍機付超電導磁
石装置は運転操作が難しく、長期信頼運転に欠け
るという欠点があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、上記の従来技術のもつ欠点を除去す
るために行つたもので、超電導コイルの励磁電流
値変化に伴う侵入熱量変化に対応して冷媒冷凍機
の冷凍能力を制御でき、不純物混入の危険性がな
く、超電導コイルの運転電流を広範囲に選ぶこと
ができ、液体ヘリウム温度あるいは圧力を常に一
定値に制御でき操作性に勝れ、長期信頼運転可能
な超電導磁石装置を提供することを目的としてい
る。 〔発明の概要〕 本発明は上記目的を達成するために、第1番目
の発明では冷媒冷凍機の圧縮機駆動用電動機の回
転数を制御する回転数制御手段を具備し、第2番
目の発明では冷媒冷凍機の圧縮機の冷媒吐出流量
を制御する冷媒流量制御手段を具備し、第3番目
の発明では冷媒冷凍機のJ−T配管系統に冷媒の
圧力を制御する冷媒圧力制御手段を具備したもの
である。 〔発明の実施例〕 以下、本発明について図面を参照して説明す
る。はじめに第3図により本発明の第1の実施例
について説明するが、第1図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。圧縮機16を
駆動するための電動機17を回転数制御するため
に次のように構成されている。電動機17にはイ
ンバータ可変速制御装置31が電気的に接続され
ている。このインバータ可変速制御装置31には
後述する中央制御装置32からの周波数設定信号
aが出力されるようになつている。 中央制御装置32には、電動機17の回転数計
33で計測され、これが電気信号に変換された制
御信号bが入力されるようになつている。再凝縮
器24の温度が温度計測器34により計測され、
この計測値が変換器35により電気制御信号cに
変換されて上記中央制御装置32に入力されるよ
うになつている。また、上記内槽3の圧力すなわ
ち、放圧配管9の圧力が圧力計測器36で計測さ
れ、この計測値は変換器37により電気制御信号
dに変換されて、上記中央制御装置32に入力さ
れるようになつている。また、上記外部電源8の
励磁電流値Iは変換器40に制御信号eに変換さ
れて上記中央制御装置32に入力されるようにな
つている。そして、上記放圧配管9には上記機械
式放圧装置10を設けず、この代りに電磁弁、電
動弁等の自動弁39が設けられ、この自動弁39
に上記中央制御装置32からの開・閉信号fが出
力されるようになつている。 上記中央制御装置32には、上記電動機17の
回転数に基づく制御信号b、再凝縮器24の温度
に基づく制御信号c、放圧配管9の圧力に基づく
制御信号dおよび超電導コイル6の励磁電流に基
づく信号eが入力され、第2図に示す内容の励磁
電流信号によつて外部からの侵入熱量Qを求め、
これに対応して制御すべき周波数設定信号aを上
記インバータ可変速制御装置31に出力し、また
中央制御装置32は第4図、第5図、第6図に示
す制御により自動弁39に対して開・閉信号が
与えられる。 次に、このように構成された本発明の超電導磁
石装置の作用を説明刷る。電動機17の周波数
と冷凍機12の冷凍能力Pとの間には次のような
関係が成立する。 P=K・ …… ここでK:比例定数 第2図bに示すように、周波数を変えると図
示のような冷凍能力曲線が得られる。但し、図中
0なる曲線はT1にてP0なる冷凍能力となる様に
周波数を選んだ場合であり、同様に1はT1にて
P12はT1にてP2となる様に周波数を選定して
いる。ここで012であり1は従来の電動機
17の回転数制御をしない時の周波数である。ま
ず、超電導コイル6への励磁電流値が零の時を考
える。第2図bに於いて従来装置ではbpなる位置
にて冷凍機12は運転されているが、本発明装置
ではインバータ可変速制御装置31より周波数を
0なる値に変化させ、冷凍機運転状態をb4なる位
置にする。 この時、上記中央制御装置32は第4図にて示
すフローチヤートに従つた制御を行う。すなわ
ち、励磁電流零に相当する周波数0に設定し、回
転数計33とインバータ可変速制御装置31によ
り周波数を一定値0に保持させ=0のときは
微調変動分Δを加算、減算して=0にさせる。
再凝縮器24の温度およびこれと平衡になつてい
るこれをPrlとする。ラプチヤーデスク式放圧装
置11が破れつする内槽圧力より低い設計許容内
槽圧力をProとする。ここでPro>Prlである。 以下項番の手順で運転制御が行われる。 (1) 内槽3内圧力Prと設計許容内槽圧力Proを比
較する。Pr>Proであれば自動弁39を開にし
てPr=Prlなるまで放圧する。この開動作数N
をカウントする。この動作が頻繁になりある一
定時間内でNpより大となつたら制御不能とい
うことで冷凍機12の運転を停止させる。Pr
<Proであれば次の(2)へ進。 (2) PrとPrlを比較する。Pr=Prlならこの状態
を保持する。そしてPr<Prlの時は、周波数を
微調変動分Δ0減少させ冷凍能力を低下させ蒸
発ヘリウム量を増大させ、内槽3の圧力を上昇
させる。Pr>Prlの時は、周波数を微調変動分
Δ0増大させ冷凍能力を上げヘリウムガス再凝
縮量を増大させ、内槽圧力を低下させる。これ
らの動作の後、再びPrとPrlを比較する。この
(1)(2)の手順をくり返して、第2図の特性曲線上
b4なる位置を制御する。 次に、超電導コイル6を励磁してInio<I<
Inaxなる値にて通電保持する時を考える。以
下、I=例えばInaxにて説明する。第2図bに
於いて、従来装置ではb2なる位置にて冷凍機
2は運転されているが本発明装置では周波数を
2なる値に変化させて冷凍機12の運転状態を
b5なる位置にする。この時、中央制御装置32
は第6図に示すフローチヤートに従つた制御を
行う。以下次の(3),(4)の手順で運転制御が行わ
れる。 (3) 所要の励磁電流値Inaxに対応した周波数2
設定するにあたり、第5図に示すように周波数
を変化させる。すなわち、冷凍能力変化の追随
を良くするために、 =2+ΔF2(ΔF2:オーバーシユート分) なる周波数でΔT2なる間、周波数をオーバーシ
ユートさせるΔF2とΔT2の値は、使用する冷凍
機の冷凍能力変化追随性より最適値を設定す
る。オーバーシユートの後に周波数を2に固定
し、I=Oの時と同様に周波数一定制御を行
う。 (4) I=Oの場合と同様にPr=Pr1となる様に周
波数制御を行う。 この(3),(4)の手順をくり返して、第2図bの
特性曲線上b5なる位置を制御する。 次に、超電導コイル6を減磁してInio<I<
Inaxなる値にて通電保持する時を考える。この
場合は、上記の励磁の場合とほぼ同様な制御を
行う。但し、周波数の変化の仁法が第5図の2
1→ΔF11のようになり、第6図に於い
て、2およびΔF2なる周波数が1およびΔF1
なる。 以上述べた実施例によれば、冷凍機12の圧縮
機16を駆動する電動機17の回転数を制御でき
るようにしたので、外部電源8により超電導コイ
ル6に与えられる励磁電流値変化に伴う侵入熱量
変動に対応して冷凍機12の冷凍能力制御でき、
しかもこの制御応答性が良好で、また侵入熱量変
動に対する冷凍能力の追随性が良く、超電導コイ
ル6に与える励磁電流を広範囲に選べる。さらに
J−T配管系統の負圧現象が回避されるので、J
−T30弁近くの配管系統に不純物の混入がなく
なり、冷凍機12の能力低下がなくなり、操作性
がきわめて良好である。また回転数制御で冷凍機
12の能力を制御するようにしたので、後述する
ように経時的冷凍能力劣化を補償でき、冷凍機
2を長期間にわたつて運転することができる。さ
らにインバータ可変速制御装置31で電動機17
を制御したので、電動機17で消費する電力が必
要最小限ですむ。従つて、総合的に長期間信頼性
の高い運転が可能となる。 次に以上述べた実施例の超電導磁石装置を長期
間継続運転すると冷凍機12の冷凍能力が経時劣
化するので、これを補償する方法について説明す
る。はじめに第7図および第8図によりその一例
を説明する。冷凍機12の冷凍能力Pは一般に第
7図に示すような経時劣化となり、時間関数P
(t)となる。ここで、P0は初期の冷凍能力を示
し、Pfは冷凍機のメンテナンス時期に達した時
の冷凍能力を示している。超電導磁石装置を設計
する際は、Pf>εP2となる様にしなければならな
い。ここで、εは安全率、P2は第2図bの冷凍
能力である。 第8図に於いて、励磁電流値Iが設定されると
侵入熱量Qが確定し、それに対応した冷凍能力を
出す周波数が決定される。ただし、この周波数
は冷凍能力経時劣化がない時の値である。運転
開始時よりの経時t1がわかつているので、冷凍能
力の劣化率η(t1)は、第7図より求められる
P(t1)/P0がわかる。おの低下分を補償する周波数 増加率K(t1)がη(t1)・なる周波数にて冷凍
12を運転し、冷凍能力経時劣化を補償する。
これを具体的に行うには、予め第7図の特性を中
央制御装置32に記憶させておき、Pfとなる時
間の前において、第3図の温度計測器34又は圧
力計測器36の計測値と目標値との偏差が生じた
とき、この偏差を補償するように中央制御装置3
2からインバータ可変速制御装置31に周波数設
定信号aを出力させるようにすればよい。 次に第9図により冷凍機12の冷凍能力経時劣
化を補償する他の方法について説明する。すなわ
ち、超電導コイル6の励磁電流値Iが設定される
と、これに対応した周波数が決まる。この周波
数で運転した際、冷凍能力劣化により内槽3内
圧力PrがPrlより低い場合は、周波数をΔ上昇さ
せて+Δなる周波数にて運転する。PrがPrlに
等しくなるまで周波数を増やして冷凍能力経時劣
化を補償する。この補償方法は第6図のフローチ
ヤートに含まれている。これを具体的に行うには
第3図の温度計測器34又は圧力計測器36の計
測値を一定時間ごとに中央制御装置32に入力
し、この内部でその計測値と設定値とを比較し、
偏差が生じたときこの偏差分を補償するように中
央制御装置32からインバータ可変速制御装置3
1に、周波数設定信号aを出力させるようにすれ
ばよい。 次に本発明の第2の実施例について第10図を
参照して説明する。第3図で示した第1の実施例
と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
する。第3図の第1の実施例では、インバータ可
変速制御装置31により電動機17の回転数を制
御する構成としたが、ここではこの構成の代りに
冷媒主流量を制御可能な構成としたものである。
すなわち、圧縮機16吐出側の媒体流入配管14
には、主流量調節弁46および主流量計測器47
が直列に設けられている。上記主流量調節弁46
と圧縮機16の流入側との間にバイパス配管45
が接続され、このバイパス配管45にはバイパス
流量調節弁49とバイパス流量計測器50が直列
に設けられている。上記主流量計測器47および
バイパス流量計測器50により計測された流量は
変換器48,51により電気制御信号g,hに変
換されて中央制御装置32に入力されるようにな
つている。 この中央制御装置32には上記電気制御信号
g,h以外に、第3図と同様に再凝縮器24の温
度に基づく制御信号c、放圧配管9の圧力に基づ
く制御信号dおよび超電導コイル6の励磁電流に
基づく信号eが入力され、内部で所定の演算処理
が行われて、上記主流量調節弁46およびバイパ
ス流量調節弁49に対して弁開度指令が与えられ
るとともに、自動弁39に対して開・閉信号が
与えられる。 このように構成された本発明の第2の実施例に
おいても上記した第1の実施例と同様な効果が得
られるばかりでなく、媒体流入配管14の圧縮機
16吐出側およびバイパス配管45にそれぞれ主
流量調節弁46、バイパス流量調節弁49を設け
ているので、冷凍機12の制御範囲が広くとれ
る。 次に本発明の第3の実施例について第11図を
参照して説明するが、第3図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。第3図の実施
例ではインバータ可変速制御装置31により電動
機17の回転数を制御する構成としたが、ここで
はこの構成の代りにJ−T配管系統に媒体の圧力
を制御可能な構成としたものである。すなわち、
J−T流入配管25とJ−T戻り配管26を、媒
体流入配管14と媒体戻り配管15とは接続せ
ず、それに圧縮機52の吐出側と流入側を接続
し、圧縮機52の吐出側と流入側との間に圧力調
節弁54を設ける。圧縮機52にはこれを駆動す
るための電動機53が直結されている。またJ−
T戻り配管26の圧縮機52の流入側に圧力計測
器55を設け、この圧力計測器55により計測さ
れた計測値を変換器56により電気制御信号Kに
変換して中央制御装置32に入力する。これ以外
に中央制御装置32には、第3図と同様に再凝縮
器24の温度に基づく制御信号c、放圧配管9の
圧力に基づく制御信号dおよび超電導コイル6の
励磁電流に基づく制御信号eが入力される。そし
て中央制御装置32の内部において所定の演算処
理が行われて、上記圧力調節弁54に対して弁開
度信号が出力され、さらに自動弁39に対して開
閉信号が与えられる。 このように構成された本発明の第3の実施例に
おいても上記した第1の実施例と同様な効果が得
られるばかりでなく、J−T流入配管25とJ−
T戻り配管26の間に圧力調節弁54が設けられ
ているので、J−T戻り配管26内の媒体圧力が
一定値より下がることはなく、つまり負圧となる
ことはなく信頼性が高いという利点がある。 なお、上記した第3図の実施例では圧縮機16
を駆動する電動機17を、インバータ可変速制御
装置31で回転数制御を行うようにしたが、これ
に限らずギヤー等の変速機により電動機17の回
転数制御を行つてもよい。さらに上記した実施例
では冷媒冷凍機としてギホードマクマホーン式あ
るいはソルベー式を念頭においたが、逆スターリ
ング方式の冷媒冷凍機であつても同様な作用効果
が得られる。 〔発明の効果〕 以上述べた本発明によれば、超電導コイルの励
磁電流値変化に伴う侵入熱量変化に対応して冷媒
冷凍機の冷却能力を制御でき、不純物混入の危険
性がなく、超電導コイルの運転電流を広範囲に選
ぶことができ、液体ヘリウム温度あるいは圧力を
常に一定値に制御でき、操作性に優れ、長期信頼
運転が可能な超電導磁石装置を提供できる。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention is a combination of a superconducting magnet and a refrigerant refrigerator, and is applicable to a superconducting electromagnet device used in, for example, a single crystal growth device or a nuclear magnetic resonance device. Regarding improvements. [Technical Background of the Invention] An example of a conventional superconducting electromagnet device of this type is one constructed as shown in FIG. That is, a radiation shield plate 2 is arranged inside an outer tank 1, an inner tank 3 is arranged inside this, and a cold storage container 4 is constituted by these. The inner tank 3 is kept at an extremely low temperature, e.g. 4.2K, by a refrigerant refrigerator which will be described later.
A superconducting coil 6 is supported within the inner tank 3 by a superconducting coil support material (not shown). This superconducting coil 6 is electrically connected to one end of a power lead 7, and the other end of this power lead 7 is provided so that one end is located in a normal temperature space outside the cold storage container 4, and the power lead One end of the superconducting coil 7 is electrically connected to an external power source 8, so that the superconducting coil 6 can be excited. One end of a pressure relief pipe 9 is connected to the inner tank 3 so that abnormal helium gas pressure generated within the inner tank 3 can be released to the outside of the outer tank 1, and the other end of the pressure release pipe 9 is connected to the inner tank 3. is located in the external space, and a mechanical pressure relief device 10 and a rupture disk pressure relief device 11 are connected to the other end of the pressure relief pipe. The mechanical pressure relief device 10 has a structure in which the valve body is in an open state when a predetermined pressure is exceeded, and the valve body is in a closed state when the pressure is less than a predetermined pressure. The rupture disk type pressure relief device 11 is constructed such that the member closing the opening of the container ruptures when abnormal pressure occurs. For example, a helium refrigerator (hereinafter referred to as a refrigerator) 12 is used as the refrigerant refrigerator, and is configured as follows. A refrigerator head 13 is provided on the external upper wall surface of the outer tank 1, and a compressor 16 for compressing helium is connected to a refrigerant inflow pipe 14 and a refrigerant return pipe 15 of this refrigerator head 13. is directly connected to an electric motor 17 for driving it. The above refrigerator head 1
3 is provided with a first stage cooler 18 which is disposed inside the outer tank 1 and outside the radiation shield plate 2 for cooling the power lead 7 and the radiation shield plate 2. The first-stage cooler 18 is provided with a second-stage cooler 19 located within the radiation shield plate 2 and for cooling the power lead 7 . The first stage cooler 18 and the second stage cooler 1
9 are pistons (not shown) that compress and expand helium driven by a piston drive mechanism (not shown) included in the refrigerator head 13.
It consists of a cold storage material (not shown) that stores helium cooled by the compression and expansion action of the piston, and members that serve both mechanical support and heat conduction, such as flanges 18A and 19A. The flange 18A of the first stage cooler 18 is mechanically and thermally connected to the radiation shield plate 2, and
Flange 18A of stage cooler 18 and power lead 7
The first-stage heat station 20 is mechanically and heat-transferably connected to the first-stage heat station 20 by a heat-transfer member 21 with good thermal conductivity, and the flange 19A of the second-stage cooler 19 and the first-stage power lead 7 Similarly, it is connected to the two-stage heat station 22 by a heat transfer member 23. Inside the inner tank 3, there is liquid helium 5
A helium recondenser (hereinafter referred to as recondenser) 2 is used to recondense the helium gas generated by evaporation.
4 is provided, and one ends of a J-T inflow pipe 25 and a J-T return pipe 26 are connected to the inlet and outlet sides of the recondenser 24. The other ends of this J-T inflow pipe 25 and J-T return pipe 26 are
It is connected to the refrigerant inflow pipe 14 and the refrigerant return pipe 15 connected to the inlet and outlet sides of the refrigerator head 13, and a first stage The inflow side of the heat exchanger 27, the inflow side of the second stage heat exchanger 28, and the inflow side of the third stage heat exchanger 29 are connected in series. A flange 18A of the first stage cooler 18 is fixedly inserted through the J-T inflow pipe 25 to which the first stage heat exchanger 27 and the second stage heat exchanger 28 are connected. Further, a flange 19A of the second stage cooler 19 is fixedly penetrated in the middle of the J-T inflow pipe 25 to which the second stage heat exchanger 28 and the third stage heat exchanger 29 are connected. There is.
J-T
A valve 30 is provided. Above J-T return piping 2
6 includes the first, second and third stage heat exchangers 2;
The outflow sides of 7, 28, and 29 are connected in series. The refrigerator 12 is configured in this way. Next, the operation of the conventional superconducting magnet device configured as described above will be explained. One end of the power lead 7 is located in a room temperature space (for example, 300K), and the other end is located inside the inner tank 3 via the outer tank 1 and the radiation shield plate 2, so that the action of the power lead 7 is That is, heat conduction,
Heat from the room-temperature space enters the inner tank 3 due to thermal radiation, and the liquid helium 5, which is at an extremely low temperature (for example, 4.2 K), evaporates. In order to minimize the evaporation of this liquid helium 5, a radiation shield plate 2 is provided inside the outer tank 1.
This radiation shield plate 2 is cooled to 70 to 100 K by a first stage cooler 18. Of the heat that enters from the outside room temperature space, the largest amount is the heat that is transmitted from the power lead 7. In order to reduce this intrusion heat, the power lead 7
Heat station 20 cooled to 70-100K
And it is forcibly cooled by a heat station 22 cooled to 10 to 20K. Normally, due to such a reduction in heat intrusion, the amount of evaporation of the liquid helium 5 in the inner tank 3 becomes a small value of 1 to 2/h. This evaporated helium gas is condensed (liquefied) in the recondenser 24, which is cooled to 4.2K.
It becomes liquid helium and returns to the inner tank 3. In this way, the superconducting magnet device can be operated continuously without re-injecting liquid helium. [Problems with Background Art] However, the conventional superconducting magnet device configured as described above has the following drawbacks. The amount of heat that enters through the power lead 7 is proportional to the excitation current value from the external power source 8, as shown in the equation. Q p = I・√・( h 2c 2 ) ... Here, Q p : Amount of heat intruded from the power lead 7 I: Excitation current value α: Constant (p: power lead resistivity, T: temperature K: Thermal conductivity of the power lead 7 T h : Temperature of the high temperature part T c : Temperature of the low temperature part For example, T h is the temperature of the heat station 22
Set to 10K to 20K, and T c is the temperature of liquid helium 5.
If it is set to 4.2K, Q p is the amount of heat that enters the liquid helium, and the liquid helium evaporates due to the heat of vaporization corresponding to this heat. When there is a request to vary the magnetic field generated by the superconducting coil 6 (for example, when used in a single crystal growth device or a nuclear magnetic resonance device), the excitation current value I is changed in proportion to the magnetic field strength, so the formula can be used. In this case, the amount of heat Q p will change accordingly. Therefore, the amount of liquid helium evaporated will also vary. Here, let us consider the refrigeration operation of the refrigerator 12 . Helium gas in the compressor 16 is driven and compressed by an electric motor 17, and is connected to a refrigerant inflow pipe 14, a refrigerator head 13, a first stage cooler 18, a second stage cooler 19,
The refrigerant flows in a circulation loop that returns to the compressor 16 through the refrigerant return pipe 15. At this time, the helium gas expands adiabatically in the refrigerator head 13, and the first stage cooler 18 heats up to 100K due to the exchange of heat at this time.
~70K, the second stage cooler 19 is cooled to 10K-20K. On the other hand, a part of the helium gas discharged from the compressor 16 is branched from the refrigerant inflow pipe 14 and
- Flows into the T inflow pipe 25. This helium gas passes through the first stage heat exchanger 27, the first stage cooler 18, the second stage heat exchanger 28, the second stage cooler 19, and the third stage heat exchanger 29 to a temperature below the inversion temperature. (for example
(below 20K) becomes cryogenic helium gas. When this helium gas passes through the J-T valve 30, it is brought to extremely low temperatures (e.g.
4.2 K), which becomes a two-phase gas/liquid flow and flows into the recondenser 24. Therefore, the helium gas evaporated in the inner tank 3 is liquefied again by the recondenser 24 and returned to the inner tank 3 as liquid helium. The helium gas flowing out of the recondenser 24 passes through the third stage heat exchanger 29, the second stage heat exchanger 28, the first stage heat exchanger 27, and the J-T return pipe 26, and then returns to the compressor 1.
Return to 6. FIG. 2b shows the refrigerating capacity curve of the recondenser 24 of this refrigerator 12 . The horizontal axis is the temperature T (K) of helium gas in the recondenser 24, and the vertical axis is its refrigerating capacity P-
(Watt), and indicates the operating frequency (50Hz) of the electric motor 17. FIG. 2a shows the amount of heat Q entering the liquid helium with respect to the excitation current value I. Here, Q = Q p + Q p , and Q p is the amount of heat entering from the power lead 7 shown in the above formula, Q p
is the amount of heat that enters through the superconducting coil support material (not shown) and the radiation shield plate 2, and is not present in the excitation current value and is a substantially constant value. When the excitation current value to the superconducting coil 6 is its lowest value Inio , the amount of heat penetrating into the liquid helium 5 is Q1 . In order to recondense all the helium evaporated in Q 1 ,
The refrigerating capacity of the recondenser 24 is required to be P 1 =Q 1 , and from FIG. 2b, in this case, the refrigerator operates at a point on the refrigeration capacity curve, which is b 1 . At this time, the temperature of the refrigerant and the temperature of the liquid helium 5 in equilibrium with the refrigerant are T1 . Next, when the excitation current is increased and the superconducting coil 6 is operated at its maximum value Inax , the amount of heat penetrating into the liquid helium 5 becomes Q2 . In either case, the helium refrigerator 12 will operate at a point on the refrigerating capacity curve b 2 in FIG. 2 b where P 2 =Q 2 . The temperature of liquid helium 5 at this time is T2 . When the operation of the superconducting coil 6 is stopped and the excitation current is reduced to zero,
Q 0 = T 0 , the refrigerator 12 operates at the point b 0 on the refrigeration capacity curve, and the temperature of liquid helium 5 is
It becomes T 0 . However, the operating frequency 1 of the electric motor 17 is constant. Now, consider the operating temperature of the superconducting coil 6. In this case, as the superconducting coil 6, for example,
Using a wound Nbti superconducting wire, the operating temperature
It is customary to design around 4.2K. The design allowable temperature margin is at most about +1K.
If the temperature is increased beyond this level, the superconducting coil 6 tends to undergo so-called quench, that is, normal conduction transition, which may lead to damage to the superconducting coil 6. In the case of Figure 2b, T 1 is the design operating temperature (e.g.
4.2K), then T 2 becomes T 1 = T 1 + 1 (for example, 5.2K)
Therefore, T 0 becomes T 0 < T 1 . liquid helium 5
Since the pressure is almost atmospheric at 4.2K, liquid helium is under negative pressure at a temperature of T 0 . That is, inside the inner tank 3 and the recondenser 24, the J-T inflow pipe 25, the J-T return pipe 26,
The J-T valve 30 is under negative pressure. Under these conditions, atmospheric moisture, nitrogen,
Impurities such as oxygen are present in the welded part of the inner tank 3 and in the recondenser 2.
The J-T piping system (J-T inflow piping 25, J-T return piping 26) is generic term). Impurities mixed into the J-T piping system will solidify at temperatures below 4.2K, so if this operating state continues for a long time, the refrigerant inlet pipe 14 and refrigerant return pipe 15 will be damaged.
The J-T piping system, which has a smaller diameter than the J-T piping system, has the disadvantage that it can become clogged with impurities, resulting in blockage of the J-T piping system, and the refrigerator 12 can no longer demonstrate its performance. In order to prevent the negative pressure phenomenon described above from occurring, it is sufficient to set T 0 > 4.2K so that the J-T piping system and inner tank 3 are at atmospheric pressure or higher even in the non-excited state, but in this case, T 2 <5.2K or T 2 −T 0
Since there is an operating temperature constraint condition of 1K, T 0 <4.2K
Compared to the time when I nio and I nax can't be taken over a wide range. That is, the magnetic field variable region becomes narrow, and it may not be possible to use it, for example, in a single crystal growth apparatus or a nuclear magnetic resonance apparatus. Furthermore, each operating state shown in Fig. 2b
When the refrigerator 12 is in state nitridation at b 0 , b 1 , b 2 , P
The refrigerating capacity of the refrigerator 12 has poor followability as =Q. That is, the time constant of the change in refrigerating capacity is large, for example, on the order of several hours. Therefore, when the excitation current value is changed, the time constant of the excitation current value change is sufficiently smaller than the time constant of the refrigerating capacity change of the refrigerator 12 , so the amount of heat intrusion and the refrigerating capacity are always out of balance. will operate the superconducting magnet device. For example, when the excitation current value is increased, the amount of heat entering from the outside increases immediately in proportion to the excitation current value, but the refrigerating capacity in the recondenser 24 remains almost the same as before. For this reason, the amount of evaporation of liquid helium rapidly increases, and the pressure in the sealed inner tank increases rapidly. When the internal tank pressure exceeds the design pressure, evaporated helium gas is released from a mechanical pressure relief device 10 provided in the cold storage container 4 . Since tracking of the refrigerating capacity is poor, in the worst case, all of the liquid helium 5 stored in the inner tank 3 will evaporate before the amount of heat intrusion and the refrigerating capacity are balanced and the mechanical pressure relief device 10 stops operating. and releases it into the atmosphere. Alternatively, the internal tank pressure may rise so rapidly that the rupture disk pressure relief device 11 operates and all of the liquid helium 5 is released into the atmosphere. In such a case, J
- There is a method of finding a balance point by manually changing the opening degree of the T-valve 30, but this adjustment itself is difficult and can only be done by an experienced driver. It is almost impossible for an amateur to do it. Therefore, the above-mentioned superconducting magnet device with a refrigerator has the drawback of being difficult to operate and lacking in long-term reliable operation. [Object of the Invention] The present invention has been made in order to eliminate the drawbacks of the above-mentioned prior art, and is to control the refrigerating capacity of a refrigerant refrigerator in response to a change in the amount of heat entering due to a change in the excitation current value of a superconducting coil. A superconducting magnet device that can be operated reliably over a long period of time, with no risk of contamination with impurities, the ability to select the operating current of the superconducting coil from a wide range, and the ability to always control the liquid helium temperature or pressure to a constant value, with superior operability. is intended to provide. [Summary of the Invention] In order to achieve the above object, the first invention includes a rotation speed control means for controlling the rotation speed of an electric motor for driving a compressor of a refrigerant refrigerator; In the third invention, the refrigerant refrigerator is equipped with a refrigerant flow rate control means for controlling the refrigerant discharge flow rate of the compressor, and in the third invention, the J-T piping system of the refrigerant refrigerator is equipped with a refrigerant pressure control means for controlling the refrigerant pressure. This is what I did. [Embodiments of the Invention] The present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. The same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and their explanation will be omitted. In order to control the rotational speed of the electric motor 17 for driving the compressor 16, it is configured as follows. An inverter variable speed control device 31 is electrically connected to the electric motor 17 . A frequency setting signal a from a central control device 32, which will be described later, is output to this inverter variable speed control device 31. The central control device 32 is configured to receive a control signal b measured by a rotation speed meter 33 of the electric motor 17 and converted into an electrical signal. The temperature of the recondenser 24 is measured by a temperature measuring device 34,
This measured value is converted into an electrical control signal c by a converter 35 and is input to the central control device 32. Further, the pressure in the inner tank 3, that is, the pressure in the pressure relief pipe 9, is measured by a pressure measuring device 36, and this measured value is converted into an electrical control signal d by a converter 37 and inputted to the central control device 32. It is becoming more and more common. Further, the excitation current value I of the external power source 8 is converted into a control signal e by a converter 40 and input to the central control device 32. The pressure relief pipe 9 is not provided with the mechanical pressure relief device 10, but instead is provided with an automatic valve 39 such as a solenoid valve or an electric valve.
The opening/closing signal f from the central control device 32 is outputted at the same time. The central control device 32 includes a control signal b based on the rotation speed of the electric motor 17, a control signal c based on the temperature of the recondenser 24, a control signal d based on the pressure of the pressure relief pipe 9, and an exciting current of the superconducting coil 6. The signal e based on is input, and the amount of heat Q intruding from the outside is determined by the excitation current signal with the content shown in Fig. 2.
Correspondingly, a frequency setting signal a to be controlled is output to the inverter variable speed control device 31, and the central control device 32 controls the automatic valve 39 by controlling as shown in FIGS. 4, 5, and 6. An open/close signal is given. Next, the operation of the superconducting magnet device of the present invention constructed as described above will be explained. The following relationship is established between the frequency of the electric motor 17 and the refrigerating capacity P of the refrigerator 12 . P=K・ ...where K: proportionality constant As shown in Figure 2b, by changing the frequency, a refrigerating capacity curve as shown can be obtained. However, in the diagram
The curve 0 is the case when the frequency is selected so that the refrigerating capacity becomes P 0 at T 1 , and similarly, the curve 1 is the case where the refrigeration capacity is P 0 at T 1 .
The frequencies of P 1 and 2 are selected so that P 2 occurs at T 1 . Here, 0 < 1 < 2 , and 1 is the frequency when the rotational speed of the conventional electric motor 17 is not controlled. First, consider the case where the excitation current value to the superconducting coil 6 is zero. In the conventional system shown in FIG .
Change the value to 0 and set the refrigerator operating state to b 4 . At this time, the central control device 32 performs control according to the flowchart shown in FIG. That is, the frequency is set to 0 , which corresponds to zero excitation current, and the frequency is maintained at a constant value of 0 by the rotation speed meter 33 and the inverter variable speed control device 31. When = 0 , the fine adjustment variation Δ is added and subtracted, and = Set it to 0 .
Let Prl be the temperature of the recondenser 24 and the temperature in equilibrium with it. Let Pro be the design allowable inner tank pressure lower than the inner tank pressure at which the rupture desk type pressure relief device 11 ruptures. Here, Pro>Prl. Operation control is performed according to the steps listed below. (1) Compare the internal tank 3 internal pressure Pr and the design allowable internal tank pressure Pro. If Pr>Pro, the automatic valve 39 is opened and the pressure is released until Pr=Prl. This opening operation number N
count. If this operation becomes frequent and exceeds N p within a certain period of time, it is determined that the refrigerator 12 is uncontrollable and the operation of the refrigerator 12 is stopped. Pr
<If you are a Pro, proceed to the next step (2). (2) Compare Pr and Prl. If Pr=Prl, this state is maintained. When Pr<Prl, the frequency is decreased by a fine adjustment variation Δ 0 , the refrigerating capacity is lowered, the amount of evaporated helium is increased, and the pressure in the inner tank 3 is increased. When Pr>Prl, the frequency is increased by a fine fluctuation amount Δ 0 to increase the refrigerating capacity, increase the amount of helium gas recondensation, and lower the inner tank pressure. After these operations, compare Pr and Prl again. this
Repeat steps (1) and (2) until the characteristic curve shown in Figure 2 appears.
b Controls the 4 positions. Next, the superconducting coil 6 is excited so that I nio <I<
Consider the case where the current is maintained at a value of I nax . Hereinafter, I=for example, I nax will be explained. In Figure 2 b, in the conventional system, the refrigerator 1 is placed at position b 2 .
2 is being operated, but the device of the present invention does not change the frequency.
Change the operating state of the refrigerator 12 to a value of 2 .
b Set to 5 position. At this time, the central control device 32
performs control according to the flowchart shown in FIG. Operation control is performed in the following steps (3) and (4). (3) When setting the frequency 2 corresponding to the required excitation current value I nax , change the frequency as shown in FIG. In other words, in order to better follow the change in refrigerating capacity, the values of ΔF 2 and ΔT 2 that overshoot the frequency at a frequency of = 2 + ΔF 2 (ΔF 2 : overshoot amount) for a period of ΔT 2 are used. The optimum value is set based on the ability to follow changes in the refrigerating capacity of the refrigerating machine. After overshoot, the frequency is fixed at 2 and constant frequency control is performed in the same way as when I=O. (4) Perform frequency control so that Pr=Pr1 as in the case of I=O. By repeating steps (3) and (4), the position b5 on the characteristic curve shown in FIG. 2b is controlled. Next, the superconducting coil 6 is demagnetized so that I nio <I<
Consider the case where the current is maintained at a value of I nax . In this case, almost the same control as in the case of excitation described above is performed. However, the law of frequency change is 2 in Figure 5.
1 →ΔF 11 , and in FIG. 6, the frequencies 2 and ΔF 2 become 1 and ΔF 1 . According to the embodiment described above, since the rotation speed of the electric motor 17 that drives the compressor 16 of the refrigerator 12 can be controlled, the amount of heat intruded due to the change in the excitation current value given to the superconducting coil 6 by the external power source 8 The refrigerating capacity of the refrigerator 12 can be controlled in response to fluctuations,
Moreover, this control response is good, the refrigerating capacity follows changes in the amount of heat intrusion well, and the excitation current applied to the superconducting coil 6 can be selected from a wide range. Furthermore, since negative pressure phenomena in the J-T piping system are avoided,
- There is no contamination of impurities in the piping system near the T30 valve, there is no reduction in the capacity of the refrigerator 12 , and the operability is extremely good. In addition , since the capacity of the refrigerator 12 is controlled by controlling the rotation speed, it is possible to compensate for deterioration of the cooling capacity over time, as will be described later .
2 can be operated for a long period of time. Furthermore, the electric motor 17 is controlled by the inverter variable speed control device 31.
is controlled, the power consumed by the electric motor 17 can be kept to the minimum necessary. Therefore, overall, long-term, highly reliable operation is possible. Next, when the superconducting magnet device of the embodiment described above is operated continuously for a long period of time, the refrigerating capacity of the refrigerator 12 deteriorates over time, so a method for compensating for this will be explained. First, an example will be explained with reference to FIGS. 7 and 8. The refrigerating capacity P of the refrigerator 12 generally deteriorates over time as shown in FIG.
(t). Here, P 0 indicates the initial refrigeration capacity, and Pf indicates the refrigeration capacity when the maintenance period of the refrigerator is reached. When designing a superconducting magnet device, it is necessary to ensure that Pf > εP 2 . Here, ε is the safety factor, and P 2 is the refrigeration capacity in Figure 2b. In FIG. 8, when the excitation current value I is set, the amount of heat intrusion Q is determined, and the frequency that produces the corresponding refrigerating capacity is determined. However, this frequency is a value when there is no deterioration of the refrigerating capacity over time. Since the elapsed time t 1 from the start of operation is known, the deterioration rate η(t 1 ) of the refrigerating capacity can be determined as P(t 1 )/P 0 obtained from FIG. 7. The refrigerator 12 is operated at a frequency such that the frequency increase rate K(t 1 ) that compensates for each decrease is η(t 1 ), thereby compensating for the deterioration of the refrigerating capacity over time.
To do this specifically, the characteristics shown in FIG. 7 are stored in the central controller 32 in advance, and the measured value of the temperature measuring device 34 or the pressure measuring device 36 shown in FIG. When a deviation occurs between the target value and the target value, the central controller 3
2 to output the frequency setting signal a to the inverter variable speed control device 31. Next, another method for compensating for the aging deterioration of the refrigerating capacity of the refrigerator 12 will be explained with reference to FIG. That is, when the exciting current value I of the superconducting coil 6 is set, the frequency corresponding to this value is determined. When operating at this frequency, if the internal pressure Pr of the inner tank 3 is lower than Prl due to deterioration of the refrigerating capacity, the frequency is increased by Δ to operate at a frequency of +Δ. The frequency is increased until Pr becomes equal to Prl to compensate for the deterioration of the refrigerating capacity over time. This compensation method is included in the flowchart of FIG. To specifically do this, the measured values of the temperature measuring device 34 or the pressure measuring device 36 shown in FIG. ,
When a deviation occurs, the inverter variable speed control device 3 is sent from the central control device 32 to compensate for this deviation.
1, the frequency setting signal a may be outputted. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Components that are the same as those in the first embodiment shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted. In the first embodiment shown in FIG. 3, the rotation speed of the electric motor 17 is controlled by the inverter variable speed control device 31, but here, instead of this configuration, a configuration is adopted in which the main flow rate of the refrigerant can be controlled. be.
That is, the medium inflow pipe 14 on the discharge side of the compressor 16
includes a main flow control valve 46 and a main flow meter 47.
are installed in series. The main flow control valve 46
A bypass pipe 45 is provided between the inflow side of the compressor 16 and
is connected to the bypass pipe 45, and a bypass flow rate control valve 49 and a bypass flow rate measuring device 50 are provided in series. The flow rates measured by the main flow rate meter 47 and the bypass flow rate meter 50 are converted into electrical control signals g and h by converters 48 and 51, and are input to the central controller 32. In addition to the electrical control signals g and h mentioned above, this central control device 32 also includes a control signal c based on the temperature of the recondenser 24, a control signal d based on the pressure of the pressure relief pipe 9, and a superconducting coil 6, as shown in FIG. A signal e based on the excitation current is input, predetermined arithmetic processing is performed internally, a valve opening command is given to the main flow control valve 46 and the bypass flow control valve 49, and a valve opening command is given to the automatic valve 39. An open/close signal is given to the opening/closing signal. In the second embodiment of the present invention configured in this manner, not only can the same effects as in the first embodiment described above be obtained, but also a Since the main flow control valve 46 and the bypass flow control valve 49 are provided, the control range of the refrigerator 12 can be widened. Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11, where the same parts as in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted. In the embodiment shown in FIG. 3, the rotation speed of the electric motor 17 is controlled by the inverter variable speed control device 31, but instead of this structure, the J-T piping system is configured to be able to control the pressure of the medium. It is something. That is,
The J-T inflow pipe 25 and the J-T return pipe 26 are not connected to the medium inflow pipe 14 and the medium return pipe 15, but the discharge side and the inflow side of the compressor 52 are connected thereto, and the discharge side of the compressor 52 is A pressure regulating valve 54 is provided between the inlet and the inflow side. An electric motor 53 for driving the compressor 52 is directly connected to the compressor 52. Also J-
A pressure measuring device 55 is provided on the inflow side of the compressor 52 of the T return pipe 26, and the measured value measured by the pressure measuring device 55 is converted into an electrical control signal K by a converter 56 and inputted to the central control device 32. . In addition to this, the central controller 32 receives a control signal c based on the temperature of the recondenser 24, a control signal d based on the pressure of the pressure relief pipe 9, and a control signal based on the excitation current of the superconducting coil 6, as shown in FIG. e is input. Then, predetermined arithmetic processing is performed inside the central control device 32, and a valve opening signal is outputted to the pressure regulating valve 54, and an opening/closing signal is also given to the automatic valve 39. In the third embodiment of the present invention configured in this manner, not only the same effects as the first embodiment described above can be obtained, but also the J-T inflow pipe 25 and the J-T inflow pipe 25 and the J-T
Since the pressure regulating valve 54 is provided between the T-return pipe 26, the medium pressure in the J-T return pipe 26 will not fall below a certain value, that is, it will not become a negative pressure, resulting in high reliability. There are advantages. In addition, in the embodiment shown in FIG. 3 described above, the compressor 16
Although the rotation speed of the electric motor 17 that drives the motor 17 is controlled by the inverter variable speed control device 31, the rotation speed of the electric motor 17 may be controlled by a transmission such as a gear. Further, in the above-described embodiments, the Gifford-McMahon type or the Solvay type refrigerant type was taken into consideration as the refrigerant refrigerator, but similar effects can be obtained even with a reverse Stirling type refrigerant type refrigerant refrigerator. [Effects of the Invention] According to the present invention described above, the cooling capacity of the refrigerant refrigerator can be controlled in response to changes in the amount of heat intruded due to changes in the excitation current value of the superconducting coil, there is no risk of contamination with impurities, and the superconducting coil It is possible to provide a superconducting magnet device in which the operating current can be selected from a wide range, the temperature or pressure of liquid helium can always be controlled at a constant value, the operability is excellent, and long-term reliable operation is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図には従来の超電導磁石装置の一例を示す
概略構成図、第2図a,bは超電導コイルの励磁
電流に対する侵入熱量およびヘリウム冷凍機の冷
凍能力を示す特性曲線図、第3図は本発明の超電
導磁石装置の第1の実施例を示す概略構成図、第
4図は励磁電流が零のときの超電導磁石装置の運
転制御方法を示すフローチヤート、第5図は冷凍
能力変化時の電動機の周波数変化を示す図、第6
図は励磁電流を変化させた時の超電導磁石装置の
運転制御方法を示すフローチヤート、第7図は冷
凍能力経時劣化を示す図、第8図および第9図は
冷凍能力経時劣化の補償方法を示すフロー図、第
10図および第11図は本発明の超電導磁石装置
の第2および第3の実施例を示す概略構成図であ
る。 1……外槽、2……輻射シールド板、3……内
槽、……保冷容器、5……液体ヘリウム、6…
…超電導コイル、7……パワーリード、8……外
部電源、9……放圧配管、10……機械式放圧装
置、11……ラプチヤーデスク式放圧装置、12
……ヘリウム冷凍機、13……冷凍機ヘツド、1
4……冷媒流入配管、15……冷媒戻り配管、1
6……圧縮機、17……電動機、18……第1段
冷却器、19……第2段冷却器、20……第1段
ステーシヨン、21……伝熱部材、22……第2
段ステーシヨン、23……伝熱部材、24……再
凝縮器、25……J−T流入配管、26……J−
T戻り配管、27……第1段熱交換器、26……
第2段熱交換器、29……第3段熱交換器、30
……J−T弁、31……インバータ可変速制御装
置、32……中央制御装置、35,37,40…
…変換器、34……温度計測器、36……圧力計
測器、39……自動弁、45……バイパス配管、
46……主流量調節弁、47……主流量計測器、
48,51,56……変換器、49……バイパス
流量調節弁、50……バイパス流量計測器、52
……圧縮機、53……電動機、54……圧力調節
弁、55……圧力計測器。
Figure 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional superconducting magnet device, Figures 2a and b are characteristic curve diagrams showing the amount of heat entering the superconducting coil with respect to the excitation current and the refrigerating capacity of the helium refrigerator. A schematic configuration diagram showing the first embodiment of the superconducting magnet device of the present invention, FIG. 4 is a flow chart showing the operation control method of the superconducting magnet device when the excitation current is zero, and FIG. Diagram showing the frequency change of the electric motor, No. 6
The figure is a flowchart showing a method for controlling the operation of a superconducting magnet device when changing the excitation current, Figure 7 is a diagram showing the deterioration of the refrigerating capacity over time, and Figures 8 and 9 are a diagram showing the method of compensating for the deterioration of the refrigerating capacity over time. The flowchart shown, FIG. 10, and FIG. 11 are schematic configuration diagrams showing second and third embodiments of the superconducting magnet device of the present invention. 1...Outer tank, 2...Radiation shield plate, 3...Inner tank, 4 ...Cool container, 5...Liquid helium, 6...
...Superconducting coil, 7... Power lead, 8... External power source, 9... Pressure relief piping, 10... Mechanical pressure relief device, 11... Lapture desk pressure relief device, 12
... Helium refrigerator, 13 ... Refrigerator head, 1
4... Refrigerant inflow pipe, 15... Refrigerant return pipe, 1
6... Compressor, 17... Electric motor, 18... First stage cooler, 19... Second stage cooler, 20... First stage station, 21... Heat transfer member, 22... Second stage cooler
Stage station, 23...Heat transfer member, 24...Recondenser, 25...J-T inflow pipe, 26...J-
T return pipe, 27...1st stage heat exchanger, 26...
Second stage heat exchanger, 29...Third stage heat exchanger, 30
...J-T valve, 31... Inverter variable speed control device, 32... Central control device, 35, 37, 40...
...Converter, 34...Temperature measuring device, 36...Pressure measuring device, 39...Automatic valve, 45...Bypass piping,
46...Main flow control valve, 47...Main flow measuring device,
48, 51, 56...Converter, 49...Bypass flow rate control valve, 50...Bypass flow rate measuring device, 52
... Compressor, 53 ... Electric motor, 54 ... Pressure control valve, 55 ... Pressure measuring device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたJ−T配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機の電動機の回転数を制御する回
転数制御手段と、 上記電動機の回転数に基づく制御信号b、上記
再凝縮器の温度に基づく制御信号c 、上記内槽
の圧力を放出する放圧配管の圧力に基づく制御信
号dおよび上記超電導コイルの励磁電流に基づく
制御信号eが入力され、励磁電流信号によつて外
部からの侵入熱量を求め、これに対応して制御す
べき周波数設定信号aを上記回転数制御手段に出
力し、かつ上記放圧配管に設けられている自動弁
に対して開・閉信号fを与える中央制御装置とを
備え、 上記冷媒冷凍機の冷凍能力を保冷容器外部から
の侵入熱量に対して制御可能にしたことを特徴と
する超電導磁石装置。 2 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたJ−T配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機の電動機の回転数を制御する回
転数制御手段と、 上記再凝縮器の温度を計測する温度計測手段
と、 上記放圧配管の圧力を計測する圧力計測手段
と、 上記温度計測手段で計測された温度計測値また
は上記圧力計測手段で計測された圧力計測値と設
定値を入力し、この両者間に偏差が生じたとき、
この偏差を補償するように上記回転数制御手段に
対して周波数設定信号を出力する中央制御装置と
を備え、 前記冷媒冷凍機にこの冷凍能力が経時劣化する
のを補償する機能を付加したことを特徴とする超
電導磁石装置。 3 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたJ−T配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とJ−T配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたバイパス配管路に設けられたバイパス流量調
節弁と、 上記バイパス配管路と上記冷媒流入配管の流量
に応じた電気制御信号g,hと、上記再凝縮器の
温度に基づく制御信号c、上記内槽の圧力を放出
する放圧配管の圧力に基づく制御信号dおよび上
記超電導コイルの励磁電流に基づく制御信号eが
入力され、内部で所定の演算処理により上記流量
調節弁およびバイパス流量調節弁に対して弁開度
指令i,jを与え、かつ上記放圧配管に設けられ
ている自動弁に対して開・閉信号fを与える中央
制御装置とを備え、 上記冷媒冷凍機の冷凍能力を保冷容器外部から
の侵入熱量に対して制御可能にしたことを特徴と
する超電導磁石装置。 4 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたJ−T配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統を冷却する複数の冷却器と、このパワーリ
ード、輻射シールド体、J−T配管系統に冷媒を
供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とJ−T配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたバイパス配管路に設けられたバイパス流量調
節弁と、 上記再凝縮器の温度を計測する温度計測手段
と、 上記放圧配管の圧力を計測する圧力計測手段
と、 上記温度計測手段で計測された温度計測値また
は上記圧力計測手段で計測された圧力計測値と設
定値を入力し、この両者間に偏差が生じたとき、
この偏差を補償するように上記回転数制御手段に
対して周波数設定信号を出力する中央制御装置と
を備え、 前記冷媒冷凍機にこの冷凍能力が経時劣化する
のを補償する機能を付加したことを特徴とする超
電導磁石装置。 5 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたJ−T配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とJ−T配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたJ−T配管系統に設けられた圧力調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側の圧力に応じた制御信
号kと、上記再凝縮器の温度に基づく制御信号
c、上記内槽の圧力を放出する放圧配管の圧力に
基づく制御信号dおよび上記超電導コイルの励磁
電流に基づく制御信号eが入力され、内部で所定
の演算処理により上記圧力調節弁に対して弁開度
指令を与え、かつ上記放圧配管に設けられている
自動弁に対して開・閉信号fを与える中央制御装
置とを備え、 上記冷媒冷凍機の冷凍能力を保冷容器外部から
の侵入熱量に対して制御可能にしたことを特徴と
する超電導磁石装置。 6 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたJ−T配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、J−T配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とJ−T配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたJ−T配管系統に設けられた圧力調節弁と、 上記再凝縮器の温度を計測する温度計測手段
と、 上記放圧配管の圧力を計測する圧力計測手段
と、 上記温度計測手段で計測された温度計測値また
は上記圧力計測手段で計測された圧力計測値と設
定値を入力し、この両者間に偏差が生じたとき、
この偏差を補償するように上記回転数制御手段に
対して周波数設定信号を出力する中央制御装置と
を備え、 前記冷媒冷凍機にこの冷凍能力が経時劣化する
のを補償する機能を付加したことを特徴とする超
電導磁石装置。
[Scope of Claims] 1. An inner tank that encloses liquid helium and houses a superconducting coil, an outer tank that houses this inner tank, and a radiation shield disposed between this outer tank and the inner tank. a cold container that maintains the superconducting coil at an extremely low temperature, a power lead that electrically connects the superconducting coil to an external power source installed outside the cold container, and a liquid helium container in the inner tank. A recondenser for recondensing evaporated gas, and a J-T piping system installed such that one end thereof is connected to the refrigerant inflow side and the refrigerant return side of the recondenser, and the other end is located outside the cold storage container. A plurality of coolers that cool the power lead, the radiation shield, and the J-T piping system; A piping system that supplies refrigerant to the power lead, the radiation shield, and the J-T piping system; and the outside of the cold storage container. a refrigerant refrigerator that is arranged in a refrigerant refrigerator and includes a compressor that compresses the refrigerant and an electric motor that drives the compressor; a rotation speed control means that controls the rotation speed of the electric motor of the refrigerant refrigerator; and a rotation speed of the electric motor. A control signal b based on the temperature of the recondenser, a control signal c based on the temperature of the recondenser, a control signal d based on the pressure of the pressure relief piping that releases the pressure in the inner tank, and a control signal e based on the excitation current of the superconducting coil are input. an automatic valve that determines the amount of heat intruding from the outside based on the excitation current signal, outputs a frequency setting signal a to be controlled correspondingly to the rotation speed control means, and is provided in the pressure relief pipe. A superconducting magnet device, comprising: a central control device that gives an open/close signal f to the refrigerant refrigerator, and the refrigerating capacity of the refrigerant refrigerator can be controlled with respect to the amount of heat entering from the outside of the cold storage container. 2 Consisting of an inner tank that encloses liquid helium and houses a superconducting coil, an outer tank that houses this inner tank, and a radiation shield placed between this outer tank and the above-mentioned inner tank, A cold storage container that maintains the coil at an extremely low temperature; a power lead that electrically connects the superconducting coil to an external power source installed outside the cold storage container; and a power lead that recondenses the evaporated gas of the liquid helium in the inner tank. a recondenser; a J-T piping system with one end connected to the refrigerant inflow side and the refrigerant return side of the recondenser and the other end located outside the cold storage container; the power lead; a plurality of coolers that cool the radiation shield body and the J-T piping system; a piping system that supplies refrigerant to the power lead, the radiation shield body, and the J-T piping system; a refrigerant refrigerator comprising a compressor that compresses the refrigerant and an electric motor that drives the compressor, a rotation speed control means that controls the rotation speed of the electric motor of the refrigerant refrigerator, and a temperature measurement device that measures the temperature of the recondenser. a pressure measuring means for measuring the pressure of the pressure relief piping; inputting a temperature measurement value measured by the temperature measurement means or a pressure measurement value measured by the pressure measurement means and a set value; When a deviation occurs in
and a central control device that outputs a frequency setting signal to the rotation speed control means to compensate for this deviation, and the refrigerant refrigerator is provided with a function to compensate for deterioration of the refrigerating capacity over time. Characteristic superconducting magnet device. 3 Consists of an inner tank filled with liquid helium and housing a superconducting coil, an outer tank housing this inner tank, and a radiation shielding body disposed between this outer tank and the above-mentioned inner tank, and the above-mentioned superconducting A cold storage container that maintains the coil at an extremely low temperature; a power lead that electrically connects the superconducting coil to an external power source installed outside the cold storage container; and a power lead that recondenses the evaporated gas of the liquid helium in the inner tank. a recondenser; a J-T piping system with one end connected to the refrigerant inflow side and the refrigerant return side of the recondenser and the other end located outside the cold storage container; the power lead; a plurality of coolers that cool the radiation shield body and the J-T piping system; a piping system that supplies refrigerant to the power lead, the radiation shield body, and the J-T piping system; A refrigerant refrigerator consists of a compressor that compresses the air and an electric motor that drives the compressor, and the main flow rate of the refrigerant provided in the refrigerant inflow pipe installed between the refrigerant refrigerator and the J-T piping system. a flow rate control valve to be adjusted; a bypass flow rate control valve provided in a bypass pipe line connected to an inlet side and a discharge side of the refrigerant refrigerator; and electrical control according to the flow rate of the bypass line and the refrigerant inflow pipe. Signals g and h, a control signal c based on the temperature of the recondenser, a control signal d based on the pressure of the pressure relief piping that releases the pressure in the inner tank, and a control signal e based on the excitation current of the superconducting coil are input. Internally, through predetermined calculation processing, it gives valve opening commands i, j to the flow rate control valve and the bypass flow rate control valve, and also gives open/close signals to the automatic valve installed in the pressure relief pipe. A superconducting magnet device, comprising: a central control device that gives f, and the refrigerating capacity of the refrigerant refrigerator can be controlled with respect to the amount of heat entering from the outside of the cold storage container. 4 Consists of an inner tank filled with liquid helium and housing a superconducting coil, an outer tank housing this inner tank, and a radiation shielding body disposed between this outer tank and the above-mentioned inner tank, A cold storage container that maintains the coil at an extremely low temperature; a power lead that electrically connects the superconducting coil to an external power source installed outside the cold storage container; and a power lead that recondenses the evaporated gas of the liquid helium in the inner tank. a recondenser; a J-T piping system with one end connected to the refrigerant inflow side and the refrigerant return side of the recondenser and the other end located outside the cold storage container; the power lead; a plurality of coolers that cool the radiation shield body and the J-T piping system; a piping system that supplies refrigerant to the power lead, the radiation shield body, and the J-T piping system; A refrigerant refrigerator consists of a compressor that compresses the air and an electric motor that drives the compressor, and the main flow rate of the refrigerant provided in the refrigerant inflow pipe installed between the refrigerant refrigerator and the J-T piping system. a bypass flow control valve provided in a bypass piping line connected to an inlet side and a discharge side of the refrigerant chiller; a temperature measuring means for measuring the temperature of the recondenser; A pressure measurement means for measuring the pressure of pressure piping, and a temperature measurement value measured by the above-mentioned temperature measurement means or a pressure measurement value measured by the above-mentioned pressure measurement means and a set value are input, and a deviation occurs between the two. When,
and a central control device that outputs a frequency setting signal to the rotation speed control means to compensate for this deviation, and the refrigerant refrigerator is provided with a function to compensate for deterioration of the refrigerating capacity over time. Characteristic superconducting magnet device. 5 Comprising an inner tank filled with liquid helium and housing a superconducting coil, an outer tank housing this inner tank, and a radiation shielding body disposed between this outer tank and the above-mentioned inner tank, the above-mentioned superconducting A cold storage container that maintains the coil at an extremely low temperature; a power lead that electrically connects the superconducting coil to an external power source installed outside the cold storage container; and a power lead that recondenses the evaporated gas of the liquid helium in the inner tank. a recondenser; a J-T piping system with one end connected to the refrigerant inflow side and the refrigerant return side of the recondenser and the other end located outside the cold storage container; the power lead; a plurality of coolers that cool the radiation shield body and the J-T piping system; a piping system that supplies refrigerant to the power lead, the radiation shield body, and the J-T piping system; A refrigerant refrigerator consists of a compressor that compresses the air and an electric motor that drives the compressor, and the main flow rate of the refrigerant provided in the refrigerant inflow pipe installed between the refrigerant refrigerator and the J-T piping system. a flow control valve to be adjusted; a pressure control valve provided in a J-T piping system connected to the inlet side and discharge side of the refrigerant refrigerator; and a control signal k according to the pressure on the inlet side of the refrigerant refrigerator. Then, a control signal c based on the temperature of the recondenser, a control signal d based on the pressure of the pressure relief pipe that releases the pressure in the inner tank, and a control signal e based on the excitation current of the superconducting coil are input, and the internal a central control device that gives a valve opening command to the pressure regulating valve through predetermined calculation processing and gives an open/close signal f to the automatic valve provided in the pressure relief piping, A superconducting magnet device characterized in that the refrigerating capacity of a refrigerator can be controlled with respect to the amount of heat entering from the outside of a cold storage container. 6 Consisting of an inner tank filled with liquid helium and housing a superconducting coil, an outer tank housing this inner tank, and a radiation shield placed between this outer tank and the above-mentioned inner tank, the above-mentioned superconducting A cold storage container that maintains the coil at an extremely low temperature; a power lead that electrically connects the superconducting coil to an external power source installed outside the cold storage container; and a power lead that recondenses the evaporated gas of the liquid helium in the inner tank. a recondenser; a J-T piping system with one end connected to the refrigerant inflow side and the refrigerant return side of the recondenser and the other end located outside the cold storage container; the power lead; a plurality of coolers that cool the radiation shield body and the J-T piping system; a piping system that supplies refrigerant to the power lead, the radiation shield body, and the J-T piping system; A refrigerant refrigerator consists of a compressor that compresses the air and an electric motor that drives the compressor, and the main flow rate of the refrigerant provided in the refrigerant inflow pipe installed between the refrigerant refrigerator and the J-T piping system. a pressure regulating valve provided in a J-T piping system connected to an inlet side and a discharge side of the refrigerant refrigerator; a temperature measuring means for measuring the temperature of the recondenser; A pressure measurement means for measuring the pressure of the pressure relief piping, and a temperature measurement value measured by the above-mentioned temperature measurement means or a pressure measurement value measured by the above-mentioned pressure measurement means and a set value are input, and a deviation occurs between the two. When
and a central control device that outputs a frequency setting signal to the rotation speed control means to compensate for this deviation, and the refrigerant refrigerator is provided with a function to compensate for deterioration of the refrigerating capacity over time. Characteristic superconducting magnet device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4821047B2 (en) * 2001-02-02 2011-11-24 住友電気工業株式会社 High temperature superconducting coil cooling system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57143881A (en) * 1981-03-02 1982-09-06 Hitachi Ltd Method and apparatus for controlling superconducting device

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