JPH07122422A - 超電導マグネットの冷却システム - Google Patents
超電導マグネットの冷却システムInfo
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- JPH07122422A JPH07122422A JP26765893A JP26765893A JPH07122422A JP H07122422 A JPH07122422 A JP H07122422A JP 26765893 A JP26765893 A JP 26765893A JP 26765893 A JP26765893 A JP 26765893A JP H07122422 A JPH07122422 A JP H07122422A
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- Japan
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- helium
- circulation pipe
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、複流路を有する強制冷却導体を用
いた超電導マグネットの冷却システムを簡略化させ、か
つ冷媒の除熱能力を最大限利用できる効率の良い超電導
マグネットの冷却システムを提供することにある。 【構成】 本発明は、超臨界ヘリウムと気液二相流ヘリ
ウムをそれぞれ主、副両チャンネルの複流路に流して冷
却する強制冷却導体を用いた超電導マグネットの冷却シ
ステムにおいて、コイルの主チャンネルの流路出口に膨
脹機能を有する弁を設けた、主チャンネル冷媒循環配管
とは別の副チャンネル循環配管を設け、該副チャンネル
循環配管の一部に気液分離貯槽を設け、かつ主チャンネ
ル冷媒循環配管に低温ヘリウムガスを供給する系統を有
した構成とし、主チャンネルを冷却した超臨界ヘリウム
を用いて、副チャンネルを冷却する冷媒を発生できるの
で、別の冷媒発生装置および冷媒循環配管を用いて発
生、冷却する必要のない、構造が簡単でかつ冷媒の除熱
能力を最大限利用できる効率の良い超電導マグネットの
冷却システムを提供できる。
いた超電導マグネットの冷却システムを簡略化させ、か
つ冷媒の除熱能力を最大限利用できる効率の良い超電導
マグネットの冷却システムを提供することにある。 【構成】 本発明は、超臨界ヘリウムと気液二相流ヘリ
ウムをそれぞれ主、副両チャンネルの複流路に流して冷
却する強制冷却導体を用いた超電導マグネットの冷却シ
ステムにおいて、コイルの主チャンネルの流路出口に膨
脹機能を有する弁を設けた、主チャンネル冷媒循環配管
とは別の副チャンネル循環配管を設け、該副チャンネル
循環配管の一部に気液分離貯槽を設け、かつ主チャンネ
ル冷媒循環配管に低温ヘリウムガスを供給する系統を有
した構成とし、主チャンネルを冷却した超臨界ヘリウム
を用いて、副チャンネルを冷却する冷媒を発生できるの
で、別の冷媒発生装置および冷媒循環配管を用いて発
生、冷却する必要のない、構造が簡単でかつ冷媒の除熱
能力を最大限利用できる効率の良い超電導マグネットの
冷却システムを提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複流路を有する強制冷
却導体を用いた超電導マグネットの冷却システムを簡略
化させ、かつ冷媒の除熱能力を最大限利用できる効率の
良い冷却システム構成に関する。
却導体を用いた超電導マグネットの冷却システムを簡略
化させ、かつ冷媒の除熱能力を最大限利用できる効率の
良い冷却システム構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】複流路を有する強制冷却導体を用いた超
電導マグネットの冷却システムは、超臨界ヘリウムのよ
うな単相流、高圧、極低温流体を主、副両チャンネルの
複流路に流して強制対流を利用して冷却する冷却システ
ムや、除熱特性を向上させるため主チャンネルに超臨界
ヘリウムのような単相流を、また水力値径の大きい副チ
ャンネルに気液二相流ヘリウムを流して強制対流熱伝達
と沸騰熱伝達を利用して冷却する冷却システムなどがあ
る。特に相の異なる冷媒を循環する超電導マグネットの
冷却システムは、各、相の異なる冷媒を発生させた後、
それぞれの流路に個別の冷却循環配管を設けて冷却して
いた。
電導マグネットの冷却システムは、超臨界ヘリウムのよ
うな単相流、高圧、極低温流体を主、副両チャンネルの
複流路に流して強制対流を利用して冷却する冷却システ
ムや、除熱特性を向上させるため主チャンネルに超臨界
ヘリウムのような単相流を、また水力値径の大きい副チ
ャンネルに気液二相流ヘリウムを流して強制対流熱伝達
と沸騰熱伝達を利用して冷却する冷却システムなどがあ
る。特に相の異なる冷媒を循環する超電導マグネットの
冷却システムは、各、相の異なる冷媒を発生させた後、
それぞれの流路に個別の冷却循環配管を設けて冷却して
いた。
【０００３】またこの類似技術の強制冷却超電導コイル
装置として特開昭62−160707号公報に記載のように、ヘ
リウム導入管の途中から分岐した分岐管に超臨界ヘリウ
ムを大気圧下に減圧する制御弁を取り付けることにより
液体ヘリウム槽を不要とし、電流リード本体の冷却に使
用することにより効率的な冷却を可能とする超電導コイ
ル装置が示されている。
装置として特開昭62−160707号公報に記載のように、ヘ
リウム導入管の途中から分岐した分岐管に超臨界ヘリウ
ムを大気圧下に減圧する制御弁を取り付けることにより
液体ヘリウム槽を不要とし、電流リード本体の冷却に使
用することにより効率的な冷却を可能とする超電導コイ
ル装置が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の超電導マグネットの冷却システムでは、各、相の異な
る冷媒を発生させた後、それぞれの流路に個別の冷却循
環配管を設けて冷却していた。このため、冷却システム
には各、相の異なる冷媒を発生させるための発生装置お
よびそれぞれの流路に個別の冷却循環配管を設ける必要
があるため冷却システムが複雑となる問題点があった。
また、複流路を有する強制冷却導体に異なる相の冷媒を
供給するための冷媒給排部の構造が圧力の異なる流体を
分離するため機械的強度、耐真空リークなどの点で信頼
性に問題視されていた。
の超電導マグネットの冷却システムでは、各、相の異な
る冷媒を発生させた後、それぞれの流路に個別の冷却循
環配管を設けて冷却していた。このため、冷却システム
には各、相の異なる冷媒を発生させるための発生装置お
よびそれぞれの流路に個別の冷却循環配管を設ける必要
があるため冷却システムが複雑となる問題点があった。
また、複流路を有する強制冷却導体に異なる相の冷媒を
供給するための冷媒給排部の構造が圧力の異なる流体を
分離するため機械的強度、耐真空リークなどの点で信頼
性に問題視されていた。
【０００５】一方、超臨界ヘリウムのような高圧のヘリ
ウムと気液二相流ヘリウムのような低圧のヘリウムを冷
媒として用いると、超電導マグネットを安定に運転する
ために超臨界ヘリウムの温度上昇がわずか１〜２Ｋ程度
しか許容できないため、流路出口における超臨界ヘリウ
ムと副流路出口における気液二相流ヘリウムとの寒冷と
しての熱バランスが大きく崩れ不安定な冷媒状態となり
過大な冷媒流量が必要となるなどの不都合があった。
ウムと気液二相流ヘリウムのような低圧のヘリウムを冷
媒として用いると、超電導マグネットを安定に運転する
ために超臨界ヘリウムの温度上昇がわずか１〜２Ｋ程度
しか許容できないため、流路出口における超臨界ヘリウ
ムと副流路出口における気液二相流ヘリウムとの寒冷と
しての熱バランスが大きく崩れ不安定な冷媒状態となり
過大な冷媒流量が必要となるなどの不都合があった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記問題を解決
するためになされたもので、主チャンネルを冷却した超
臨界ヘリウムを用い、同一流体の相変化を利用して副チ
ャンネルを冷却する冷媒を発生することによって、わざ
わざ別の冷媒発生装置および冷媒循環配管を用いて発
生、冷却する必要のない構造が簡単でかつ冷媒の除熱能
力を最大限利用できる効率の良い超電導マグネットの冷
却システムを提供することにある。
するためになされたもので、主チャンネルを冷却した超
臨界ヘリウムを用い、同一流体の相変化を利用して副チ
ャンネルを冷却する冷媒を発生することによって、わざ
わざ別の冷媒発生装置および冷媒循環配管を用いて発
生、冷却する必要のない構造が簡単でかつ冷媒の除熱能
力を最大限利用できる効率の良い超電導マグネットの冷
却システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、主チャンネルの流路出口に膨脹機能を有
する弁を設けた、主チャンネル冷媒循環配管とは別の副
チャンネル循環配管を設け、その副チャンネル循環配管
の一部に気液分離貯槽を設け、かつ主チャンネル冷媒循
環配管に低温ヘリウムガスを供給する系統を有した構成
とする。
め、本発明は、主チャンネルの流路出口に膨脹機能を有
する弁を設けた、主チャンネル冷媒循環配管とは別の副
チャンネル循環配管を設け、その副チャンネル循環配管
の一部に気液分離貯槽を設け、かつ主チャンネル冷媒循
環配管に低温ヘリウムガスを供給する系統を有した構成
とする。
【０００８】
【作用】膨脹機能を有する弁により、単相流の超臨界ヘ
リウムを相変化させ、気液二相流で副チャンネル入口に
導き、副チャンネルを冷却したのち気液分離貯槽で寒冷
を回収することによりわざわざ別の冷媒発生装置および
冷媒循環配管を用いて発生、冷却する必要のない構造が
簡単でかつ冷媒の除熱能力を最大限利用できる効率の良
い超電導マグネットの冷却システムを得る。
リウムを相変化させ、気液二相流で副チャンネル入口に
導き、副チャンネルを冷却したのち気液分離貯槽で寒冷
を回収することによりわざわざ別の冷媒発生装置および
冷媒循環配管を用いて発生、冷却する必要のない構造が
簡単でかつ冷媒の除熱能力を最大限利用できる効率の良
い超電導マグネットの冷却システムを得る。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例を図１、および図１のＡ
部拡大図である図２を参照して説明する。超電導マグッ
トの冷却システム１は、複流路を有する強制冷却導体２
を巻線して構成した強制冷却コイル３、強制冷却導体２
の主チャンネル４と接続された主チャンネル冷媒循環配
管５、主チャンネル冷媒循環配管５から分岐し、主チャ
ンネル４の流路出口に設けた膨脹機能を有する弁６を介
して強制冷却導体２の副チャンネル７と接続された副チ
ャンネル循環配管８および、強制冷却コイル３の副チャ
ンネル７の流路出口に設けた流量調整弁９を介して接続
された気液分離貯槽10、主チャンネル冷媒循環配管５を
冷媒である超臨界ヘリウムが循環するための低温ポンプ
11、その他各配管系統内の流量調整弁９から構成され
る。強制冷却導体２の主チャンネル４および副チャンネ
ル７の給排部にはコイル間の接続あるいは電流リード端
子との接続部18が配置される。また気液分離貯槽10に
は、気液分離貯槽10の液体ヘリウム中に浸漬された熱交
換器12、主チャンネル冷媒循環配管５に流量調整弁９、
バッファタンク13を介して低温ヘリウムガスを供給する
ための供給配管14、さらに気液分離貯槽10に冷媒である
液体ヘリウムを供給する液体ヘリウム供給管15、低温ガ
スを回収する回収配管16が設けてある。
部拡大図である図２を参照して説明する。超電導マグッ
トの冷却システム１は、複流路を有する強制冷却導体２
を巻線して構成した強制冷却コイル３、強制冷却導体２
の主チャンネル４と接続された主チャンネル冷媒循環配
管５、主チャンネル冷媒循環配管５から分岐し、主チャ
ンネル４の流路出口に設けた膨脹機能を有する弁６を介
して強制冷却導体２の副チャンネル７と接続された副チ
ャンネル循環配管８および、強制冷却コイル３の副チャ
ンネル７の流路出口に設けた流量調整弁９を介して接続
された気液分離貯槽10、主チャンネル冷媒循環配管５を
冷媒である超臨界ヘリウムが循環するための低温ポンプ
11、その他各配管系統内の流量調整弁９から構成され
る。強制冷却導体２の主チャンネル４および副チャンネ
ル７の給排部にはコイル間の接続あるいは電流リード端
子との接続部18が配置される。また気液分離貯槽10に
は、気液分離貯槽10の液体ヘリウム中に浸漬された熱交
換器12、主チャンネル冷媒循環配管５に流量調整弁９、
バッファタンク13を介して低温ヘリウムガスを供給する
ための供給配管14、さらに気液分離貯槽10に冷媒である
液体ヘリウムを供給する液体ヘリウム供給管15、低温ガ
スを回収する回収配管16が設けてある。
【００１０】次に上記のように構成した超電導マグネッ
トの冷却システムの動作について説明する。複流路を有
する強制冷却導体２を巻線して構成した強制冷却コイル
３の冷却は、主チャンネル４を〜10bar ，4.5 Ｋ近傍の
高圧、低温の超臨界ヘリウムが低温ポンプ11によって主
チャンネル冷媒循環配管５内を流れる。この時、強制冷
却コイル３で発生した熱負荷は、主チャンネル冷媒循環
配管５の一部に配置した熱交換器12で液体ヘリウムと熱
交換して再冷却される。一方、副チャンネル７には、主
チャンネル４を流れた高圧、低温の超臨界ヘリウムの一
部が分岐し、主チャンネル出口に設けた膨脹機能を有す
る弁６によって１〜1.5barに減圧膨脹され、4.2 Ｋ、乾
き度0.773 〜4.7 Ｋ、乾き度0.892 の気液二相流ヘリウ
ムに相変化する。この相変化した気液二相流ヘリウムは
強制冷却導体２の副チャンネル７入口に導かれ強制冷却
コイル３で発生した熱負荷を除熱するのに使用される。
強制冷却コイル３から出た気液二相流ヘリウムは、副チ
ャンネル循環配管８を介して流量調整弁９で流量を調整
された後、気液分離貯槽10の液溜に戻され、気液に分離
後、低温ガスは回収配管16より回収される。ここで、主
チャンネル４を流れる超臨界ヘリウムの一部を相変化さ
せて利用しているため、主チャンネル冷媒循環配管５内
の循環量は減少する。この不足分を補うため、外部より
供給されるヘリウムガスを流量調整弁９を介して気液分
離貯槽10の液溜中に浸漬したバッファタンク13に充填
し、所定の温度に冷却した後、流量調整流弁９を介し
て、主チャンネル冷媒循環配管５内に供給される。
トの冷却システムの動作について説明する。複流路を有
する強制冷却導体２を巻線して構成した強制冷却コイル
３の冷却は、主チャンネル４を〜10bar ，4.5 Ｋ近傍の
高圧、低温の超臨界ヘリウムが低温ポンプ11によって主
チャンネル冷媒循環配管５内を流れる。この時、強制冷
却コイル３で発生した熱負荷は、主チャンネル冷媒循環
配管５の一部に配置した熱交換器12で液体ヘリウムと熱
交換して再冷却される。一方、副チャンネル７には、主
チャンネル４を流れた高圧、低温の超臨界ヘリウムの一
部が分岐し、主チャンネル出口に設けた膨脹機能を有す
る弁６によって１〜1.5barに減圧膨脹され、4.2 Ｋ、乾
き度0.773 〜4.7 Ｋ、乾き度0.892 の気液二相流ヘリウ
ムに相変化する。この相変化した気液二相流ヘリウムは
強制冷却導体２の副チャンネル７入口に導かれ強制冷却
コイル３で発生した熱負荷を除熱するのに使用される。
強制冷却コイル３から出た気液二相流ヘリウムは、副チ
ャンネル循環配管８を介して流量調整弁９で流量を調整
された後、気液分離貯槽10の液溜に戻され、気液に分離
後、低温ガスは回収配管16より回収される。ここで、主
チャンネル４を流れる超臨界ヘリウムの一部を相変化さ
せて利用しているため、主チャンネル冷媒循環配管５内
の循環量は減少する。この不足分を補うため、外部より
供給されるヘリウムガスを流量調整弁９を介して気液分
離貯槽10の液溜中に浸漬したバッファタンク13に充填
し、所定の温度に冷却した後、流量調整流弁９を介し
て、主チャンネル冷媒循環配管５内に供給される。
【００１１】なお、本実施例では、超臨界ヘリウムの一
部を相変化させるために膨脹機能を有する弁６を用いた
が膨脹機能を有する絞りであっても同様の効果を得るこ
とができる。
部を相変化させるために膨脹機能を有する弁６を用いた
が膨脹機能を有する絞りであっても同様の効果を得るこ
とができる。
【００１２】また、本実施例では、気液分離貯槽10と主
チャンネル冷媒循環配管５の一部である熱交換器12用液
体ヘリウム貯槽とを兼用したが、個別に設置しても何
ら、本発明の作用に支障をきたさない。
チャンネル冷媒循環配管５の一部である熱交換器12用液
体ヘリウム貯槽とを兼用したが、個別に設置しても何
ら、本発明の作用に支障をきたさない。
【００１３】さらに本実施例では、気液分離貯槽10が１
つの場合の実施例について説明したが図３のように主チ
ャンネル冷媒循環配管５から分岐し、主チャンネル４の
流路出口に設けた膨脹機能を有する弁６を介して強制冷
却導体２の副チャンネル７と接続された副チャンネル循
環配管８の途中に循環用気液分離貯槽17を設け、気液分
離貯槽10よりも内圧を高くする。例えば循環用気液分離
貯槽17のヘリウム内圧を最大1.5bar程度にし、液相部か
ら冷媒を取り出して乾き度の低い気液二相流を強制循環
することにより除熱特性を向上させることができる。ま
たコイル冷却後の気液二相流は流量調整弁９を介して気
液分離貯槽10の液相部分に戻す。気液分離貯槽10のヘリ
ウム内圧は回収配管16を介して図示していない低温排気
ポンプもしくは真空ポンプにより大気圧下に減圧する。
これにより気液二相流の強制循環のための差圧ヘッドを
得ると共に、主チャンネル冷媒循環配管５を流れる超臨
界ヘリウムの温度を過冷却にして冷却特性を向上させる
ことができる。
つの場合の実施例について説明したが図３のように主チ
ャンネル冷媒循環配管５から分岐し、主チャンネル４の
流路出口に設けた膨脹機能を有する弁６を介して強制冷
却導体２の副チャンネル７と接続された副チャンネル循
環配管８の途中に循環用気液分離貯槽17を設け、気液分
離貯槽10よりも内圧を高くする。例えば循環用気液分離
貯槽17のヘリウム内圧を最大1.5bar程度にし、液相部か
ら冷媒を取り出して乾き度の低い気液二相流を強制循環
することにより除熱特性を向上させることができる。ま
たコイル冷却後の気液二相流は流量調整弁９を介して気
液分離貯槽10の液相部分に戻す。気液分離貯槽10のヘリ
ウム内圧は回収配管16を介して図示していない低温排気
ポンプもしくは真空ポンプにより大気圧下に減圧する。
これにより気液二相流の強制循環のための差圧ヘッドを
得ると共に、主チャンネル冷媒循環配管５を流れる超臨
界ヘリウムの温度を過冷却にして冷却特性を向上させる
ことができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば主
チャンネルを冷却した超臨界ヘリウムを用いて、副チャ
ンネルを冷却する冷媒を発生することができるので、わ
ざわざ別の冷媒発生装置および冷媒循環配管を用いて発
生、冷却する必要のない、構造が簡単でかつ冷媒の除熱
能力を最大限利用できる効率の良い超電導マグネットの
冷却システムを提供することができる。
チャンネルを冷却した超臨界ヘリウムを用いて、副チャ
ンネルを冷却する冷媒を発生することができるので、わ
ざわざ別の冷媒発生装置および冷媒循環配管を用いて発
生、冷却する必要のない、構造が簡単でかつ冷媒の除熱
能力を最大限利用できる効率の良い超電導マグネットの
冷却システムを提供することができる。
【図１】本発明の一実施例の冷却フローを示す図。
【図２】本発明の一実施例である図１の一部（Ａ）を拡
大した詳細図。
大した詳細図。
【図３】本発明の他の実施例の冷却フローを示す図。
２…強制冷却導体、５…主チャンネル冷媒循環配管、６
…膨脹機能を有する弁、８…副チャンネル冷媒循環配
管、９…流量調整弁、10…気液分離貯槽、11…低温ポン
プ。
…膨脹機能を有する弁、８…副チャンネル冷媒循環配
管、９…流量調整弁、10…気液分離貯槽、11…低温ポン
プ。
Claims (5)
- 【請求項１】 超臨界ヘリウムと気液二相流ヘリウムを
それぞれ主、副両チャンネルの複流路に流して冷却する
強制冷却導体を用いた超電導マグネットの冷却システム
において、コイルの主チャンネルの流路出口に膨脹機能
を有する弁を備えた、主チャンネル冷媒循環配管とは別
の副チャンネル循環配管を設け、その副チャンネル循環
配管の一部に気液分離貯槽を設け、かつ主チャンネル冷
媒循環配管に低温ヘリウムガスを供給する系統を有した
構成としたことを特徴とする超電導マグネットの冷却シ
ステム。 - 【請求項２】 膨脹機能を有する弁の代わりにノズルを
用いたことを特徴とする請求項１記載の超電導マグネッ
トの冷却システム。 - 【請求項３】 副チャンネル循環配管の一部に気液分離
貯槽を２つ設け、一つは大気圧（1bar）以下に、また他
方は大気圧以上（〜1.5bar）にしたことを特徴とする請
求項１記載の超電導マグネットの冷却システム。 - 【請求項４】 主チャンネル冷媒循環配管の一部を副チ
ャンネル循環配管の気液分離貯槽内の液体ヘリウム中に
貫流させたことを特徴とする請求項１記載の超電導マグ
ネットの冷却システム。 - 【請求項５】 主チャンネル冷媒循環配管の一部を副チ
ャンネル循環配管の大気圧（1bar）以下にした気液分離
貯槽内の液体ヘリウム中に貫流させたことを特徴とする
請求項３記載の超電導マグネットの冷却システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26765893A JPH07122422A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | 超電導マグネットの冷却システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26765893A JPH07122422A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | 超電導マグネットの冷却システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07122422A true JPH07122422A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17447741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26765893A Pending JPH07122422A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | 超電導マグネットの冷却システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122422A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004031561A1 (ja) | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Yanmar Co., Ltd. | コモンレール式燃料噴射装置の燃料圧力検出装置及びその燃料圧力検出装置を備えたコモンレール式燃料噴射装置 |
| US8988176B2 (en) | 2011-12-01 | 2015-03-24 | Hitachi, Ltd. | Superconducting electromagnet device, cooling method therefor, and magnetic resonance imaging device |
-
1993
- 1993-10-27 JP JP26765893A patent/JPH07122422A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004031561A1 (ja) | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Yanmar Co., Ltd. | コモンレール式燃料噴射装置の燃料圧力検出装置及びその燃料圧力検出装置を備えたコモンレール式燃料噴射装置 |
| US8988176B2 (en) | 2011-12-01 | 2015-03-24 | Hitachi, Ltd. | Superconducting electromagnet device, cooling method therefor, and magnetic resonance imaging device |
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