JPH07161522A - 超電導磁石用クライオスタット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導磁石を冷却媒体中に入れて収納するク
ライオスタットで、その内部の状態を撮影するに好適な
クライオスタットを提供する。 【構成】 超電導コイル２を冷却媒体３中に入れて収納
し、真空断熱容器５で囲われた低温槽容器４と、低温槽
容器４を蓋する容器カバー７に設けた照明窓２６及び撮
影窓２７と、それら窓に設置された照明器３７及び撮影
機３８と、超電導コイル２の温度変化を検知する温度検
出素子２１及び温度検知装置２９とを備え、低温槽容器
４で発生する冷却媒体３の蒸発ガスの放出系として電磁
開閉弁３０、逆止弁３２、安全弁３４の一つをそれぞれ
有する各管路を並列に設け、蒸発ガスを封じ込めて低温
槽容器４内を加圧し、気泡立ち波立ちを抑制して鮮明化
すべく、温度検知装置２９の指令で電磁開閉弁３０を閉
止し、照明器３７及び撮影機３８を作動させる制御装置
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導磁石を冷却媒体
中に浸漬して収納する超電導磁石用クライオスタットに
係り、特に超電導磁石および冷却媒体を可視化して撮影
するに好適なクライオスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導磁石となる超電導コイルは、一般
に冷却媒体（液体ヘリウム）中で冷却されている。この
超電導コイルが通電され磁界が生じている時に、超電導
コイルの一部分にコイル導体の動いたり、含浸剤が破損
する等の異常が発生すると、これらが熱擾乱となって超
電導導体の一部が温度上昇し常電導転移、即ち、クエン
チする。クエンチが発生するとコイルから大量の熱が発
生し、冷却媒体が沸騰し、時にはその熱でコイルが溶融
するなどの大事故につながる。そのために、超電導磁石
ではこのクエンチを防止すること、また、その発生原因
を解明することが重要な課題である。従来、クエンチを
検知する方法としては、超電導導体に電圧端子を設け、
クエンチ時に発生する電圧から検知する方法、または、
超電導磁石の周辺にAE（アコーステックエミッション）
センサーを取付け、センサー内の固体材料の変化、破壊
に伴って開放されるエネルギーの弾性波から検知する方
法等が用いられていた。その他、銅とコンスタンタンや
金鉄とクロメル等の熱電対線を直接超電導導体に取付
け、その熱起電力から測定する温度からクェンチを検知
する方法がとられていた。しかし、いずれの方法にして
も超電導コイルの状態を数値的に検知してクェンチを予
測するもので、直接その状態を可視化して判断すること
はできなかった。

【０００３】冷却媒体中の超電導コイルの可視化検知分
析は、極低温という特殊な条件下での実施は非常に困難
であった。一般的に水中に直にＴＶカメラを投入する
か、あるいは気密容器内にＴＶカメラを配置して水中の
懸濁物質を監視する監視装置は知られているが、超電導
コイルは４.２Ｋという極低温の冷却媒体に浸漬されて
いるため、その冷却媒体中や冷却媒体ガス層部にカメラ
を投入することは非常に困難である。ところで特開昭６
１−５８２１９号公報には、超電導コイル表面に光ファ
イバーからなるイメージガイドを設置し、クェンチ時に
コイル表面から発する冷却媒体の気泡を観察し、クェン
チを検知するクライオスタットが開示されている。しか
し、イメージガイドは視野が狭く、クェンチを判断する
に充分なデータが得られるとはいえなかった。なお、従
来のクライオスタットで、外部に撮影機を備え、それに
より内部の超電導コイルや冷却媒体の状態変化を可視化
して観察できるものはなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来技術
は超電導コイルの状態を数値的に検知する方法であり、
あるいは視野の狭い可視化装置であって、超電導コイル
の状態を分析するに充分なデータが得られなかった。ま
た、従来の超電導磁石用クライオスタットに照明窓と撮
影窓を設けて可視化撮影をしようとすると、照明窓から
の照明により低温槽容器内に大量の熱が入射し、冷却媒
体の蒸発気泡による液面の波立ちと蒸発ガスによって短
時間で超電導コイルが見えなくなり撮影不能となる。ま
た、液体ヘリウム等の冷却媒体は極めて高価であるた
め、その蒸発量を極力少なくすることも望ましく、超電
導磁石の定常運転時には冷却媒体への熱侵入を防止し、
蒸発ガスを抵抗なく排出し、超電導コイルに温度変化が
生じても冷却媒体に熱振動を与えずに、低温槽容器内を
いかに鮮明に保ち、クエンチ現象を可視化してとらえる
かが問題である。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、超電導コイルを冷却媒
体中に入れて収納する低温容器の内部を加圧し、冷却媒
体中の蒸発気泡の発生および冷却媒体液面の波立ちを抑
制することにより、低温槽容器内の視界を鮮明にし、現
象撮影時間を長くできる超電導磁石用クライオスタット
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の超電導磁石用クライオスタットは、
超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収納する低温槽
と、低温槽の頂部を閉塞するカバーと、カバーに設けら
れた照明窓と、照明窓に向けて設置された照明器と、カ
バーに設けられた撮影窓と、撮影窓に向けて設置された
撮影機とを有し、さらに低温槽内から外へカバーを貫通
して延びる排気管と、排気管に一端を接続しそれぞれが
並列接続する、開閉弁を有する管路、大気圧より高い圧
力で作動する逆止弁を有する管路および逆止弁より高い
圧力でかつ急激な圧力上昇により作動する安全弁を有す
る管路からなり、これら管路の他端を大気圧環境中に開
放してなる並列開放管路系と、上記の開閉弁、照明器及
び撮影機を操作する制御装置と、を備えたことを特徴と
する。

【０００７】また本発明の第２の超電導磁石用クライオ
スタットは、第１の超電導磁石用クライオスタットと同
じく、超電導コイルを収納する低温槽をはじめ、低温槽
のカバー、照明窓、照明器、撮影窓および撮影機と備
え、そして低温槽内から外へカバーを貫通して延びる排
気管と、排気管に一端を接続し大気圧より高い圧力で排
気方向に開くように作動する第１逆止弁を有する管路
と、第１逆止弁を有する管路と並列接続され第１逆止弁
より高い圧力で第１逆止弁とは逆方向に開くように作動
する第２逆止弁を有する管路と、第１逆止弁を有する管
路および第２逆止弁を有する管路の他端に接続するガス
ピットと、ガスピットに一端を接続しそれぞれが並列に
配置された、開閉弁を有する管路、第２逆止弁より高い
圧力で排気方向に開くように作動する第３逆止弁を有す
る管路および第３逆止弁より高い圧力でかつ急激な圧力
上昇により作動する安全弁を有する管路からなり、開閉
弁を有する管路、第３逆止弁を有する管路および安全弁
を有する管路の他端を大気圧環境中に開放してなる並列
開放管路系と、上記の開閉弁、照明器及び撮影機を操作
する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明の第３の超電導磁石用クライ
オスタットは、第１の超電導磁石用クライオスタットと
同じく、超電導コイルを収納する低温槽をはじめ、低温
槽のカバー、照明窓、照明器、撮影窓および撮影機と備
え、そして低温槽内から外へカバーを貫通して延びる排
気管と、排気管に一端を接続しそれぞれが並列に配置さ
れた、第１開閉弁を有する管路および急激な圧力上昇に
より作動する安全弁を有する管路からなり、第１開閉弁
を有する管路および安全弁を有する管路の他端を大気圧
環境中に開放してなる開放管路系と、排気管まで第１開
閉弁とは開閉を逆動作させる第２開閉弁を介し、さらに
安全弁より低い圧力で排気管方向に開くように作動する
逆止弁を介して延びる加圧管路と、加圧管路に冷却媒体
と同種のガスを供給するガス供給系と、第２開閉弁と逆
止弁との間でガス供給系からのガスを冷却する冷却装置
と、上記の第１開閉弁、第２開閉弁、照明器及び撮影機
を操作する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】また本発明の第４の超電導磁石用クライオ
スタットは、第１の超電導磁石用クライオスタットと同
じく、超電導コイルを収納する低温槽をはじめ、低温槽
のカバー、照明窓、照明器、撮影窓および撮影機と備
え、低温槽から外へカバーを貫通して延びる排気管と、
この排気管と一端を接続し一部に螺旋配管部を有する管
路と、螺旋配管部を有する管路の他端に一端を接続しそ
れぞれが並列に配置された、第１開閉弁を有する管路お
よび急激な圧力上昇により作動する安全弁を有する管路
からなり、第１開閉弁を有する管路および安全弁を有す
る管路の他端を大気圧環境中に開放してなる並列開放管
路系と、螺旋配管部を密閉して収納するタンクと、タン
クと排気管とをこの排気管方向に開くように作動する逆
止弁を介して接続する管路と、タンクに第１開閉弁とは
開閉を逆動作させる第２開閉弁を介して接続し冷却媒体
と同種のガスを供給するガス供給系と、上記の第１開閉
弁、第２開閉弁、照明器及び撮影機を操作する制御装置
と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】そして、これら第１ないしこの第４の超電
導磁石用クライオスタットには、第１の超電導磁石用ク
ライオスタットにおけると同様に、超電導コイルの温度
検出素子と、制御装置に動作指令を出す温度検知装置を
もうけるのがよい。さらに、第１または第２の超電導磁
石用クライオスタットでは、制御装置が温度検知装置か
らの動作指令で開閉弁を閉じて所定時間後に、照明器お
よび撮影機を作動させるよう制御することが好ましい。
また上記同様に、第３または第４の超電導磁石用クライ
オスタットでは、制御装置が温度検知装置からの動作指
令で第１開閉弁を閉じかつ第２開閉弁を開けて所定時間
後に、照明器および撮影機を作動させるよう制御するこ
とが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明の第１の超電導磁石用クライオスタット
において、超電導コイルを定常の超電導状態に維持して
いるとき、開閉弁は開いた状態にあり、低温槽内で発生
する冷却媒体の蒸発ガスは排気管から開閉弁を有する管
路を通って大気圧の外部に放出される。一方、安全弁と
逆止弁は、閉じた状態である。このような時、低温槽内
では、低温槽の壁から侵入する熱や超電導コイルを吊る
すために槽のカバーと取り付けられたボルトから電導す
る熱、照明窓等から入射する光によって冷却媒体が蒸発
してガスを発生し、また冷却媒体の波立ち、気泡立ちが
あるが、蒸発ガスやそのゆらぎのために低温槽内の様子
は不鮮明にしか見えない。

【００１２】開閉弁を閉じると、低温槽内は大気圧から
逆止弁の設定圧力までゆっくり上昇し、それにつれて液
状の冷却媒体が加圧され、設定圧力に達した時に逆止弁
が自動的に開放して蒸発ガスは逆止弁のある管路を通じ
て放出される。開閉弁が閉じてから、低温槽内の冷却媒
体は大気圧からゆっくりと加圧され、この間、低温槽容
器内の蒸発ガスの流動と冷却媒体の波立ち、気泡立ちが
減少し、容器内が一段と鮮明になる。

【００１３】もし超電導コイルが超電導状態から急激に
温度上昇したり、あるいはクエンチを起こした時は、低
温槽内の圧力が急激に上昇し、安全弁が開放してその管
路から大量の蒸発ガスが放出される。

【００１４】上記のように開閉弁を閉じて低温槽内が加
圧された時に、照明器を点灯し撮影機を駆動することに
より、超電導コイルや冷却媒体の状態を可視化撮影する
ことができる。

【００１５】また温度検出装置および温度検知装置を設
けた場合、冷却媒体中の超電導コイルに温度変化が生じ
た時、温度検出素子は微小な温度変化を検知し、顕著に
温度検知装置が温度検出素子の出力電圧を受けてそれに
より動作指令を制御装置に送り、制御装置は開閉弁を閉
止し、照明器と撮影機を作動させ、したがって超電導コ
イルがクエンチを始める前から発生状態まで鮮明に可視
化撮影することができる。照明器を点灯させて一定時間
後に撮影機を駆動させれば、それだけ照明器からの光量
を減少でき、蒸発ガスの放出量を少なくできる。

【００１６】本発明の第２の超電導磁石用クライオスタ
ットは、第１の超電導磁石用クライオスタットにガスピ
ットを設けたものであり、開閉弁を閉止して低温槽を加
圧するとき、低温槽からの蒸発ガスは第１逆止弁からガ
スピットに入って圧力変動が吸収され、それから第２逆
止弁を通じて低温槽に戻るので、低温槽の加圧を滑らか
に行うことができる。その他の動作は第１の超電導磁石
用クライオスタットと同様である。

【００１７】本発明の第３及び第４の超電導磁石用クラ
イオスタットは、基本的に第１の超電導磁石用クライオ
スタットにおいて加圧の際に用いる逆止弁に代えて、低
温槽を加圧するための加圧ガスを供給するガス供給系を
設け、さらに加圧ガスを冷却する冷却装置を設けたもの
であり、第１開閉弁（第１の超電導磁石用クライオスタ
ットの開閉弁に当たる）を閉止して蒸発ガスの放出を止
めると、同時に第２開閉弁が開き、ガス供給から、逆止
弁を有する加圧管路をさらに排気管を介して、低温槽に
加圧ガスが送りこまれ、低温槽が加圧されるようにな
る。したがって外部からのガスを加圧に利用することも
できる。なお第４の超電導磁石用クライオスタットにお
いては、低温槽から発生する低温の蒸発ガスを流す螺旋
配管部と、ガス供給系から供給される加圧ガスを一時貯
えるタンクと、から熱交換器を形成して、加圧ガスの冷
却装置を構成している。本発明の第３及び第４の超電導
磁石用クライオスタットは、上記のガス供給系、冷却装
置を除けば、その動作の点で第１の超電導磁石用クライ
オスタットと同様である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基ずいて詳細
に説明する。図１は本発明による第１実施例の超電導磁
石用クライオスタットの全体構成を示す図である。

【００１９】図１に示すように、本実施例の超電導磁石
用クライオスタット１は、超電導コイル２を冷却媒体３
中にを浸漬して収納する低温槽容器４と、この低温槽容
器４の胴部の周囲に真空層または断熱層５を形成して低
温槽容器４を収納する真空断熱容器６と、低温槽容器４
の上部を蓋する容器カバー７と、真空断熱容器６を支持
する架台８等の他、低温槽容器４内で発生する冷却媒体
ガスの排出機構と、低温槽容器４内を撮影する撮影機構
とから構成されている。

【００２０】真空断熱容器６は、その胴の外周に設けた
フランジを架台８上端部の円形ガイド９上に緩衝体１０
aを介して載せて設置され、また低温槽容器４は、その
胴部に設けた突起部１２を真空断熱容器６の上端部１１
上に緩衝体１０bを介して載せて設置されている。さら
に低温槽容器４の上端から外方に張り出すフランジ１３
及びその上に設置された容器カバー７は、架台８の円形
ガイド９とボルト１４やナット１５a、１５bにより一体
に強固に固定されている。また低温槽容器４および真空
断熱容器６それぞれの容器壁は、図示はしないが、二重
壁からなり、二重壁中の空間は真空層を形成する。低温
槽容器４および真空断熱容器６の真空層はそれぞれ開閉
バルブ１６a、１６bを介し、さらに開閉バルブ１６cを
介して、真空排気配管１７により真空排気装置１８に接
続されている。

【００２１】容器カバー７には低温槽容器４内の超電導
コイル２を支持する吊りボルト１９が取り付けられ、ま
た容器カバー７を貫通して、超電導コイル２に通電する
ためのパワーリード２０a、２０b、超電導コイル２の温
度変化を検知する温度検出素子２１からの計測信号線２
２が設けられている。その他、容器カバー７を貫通し
て、冷却媒体注入口２４、冷却媒体３の蒸発ガスを排出
する排気管２５、照明窓２６、そして撮影窓２７が設け
られている。そしてこれらリード、機器類は容器カバー
７に真空シールされて取り付けられている。

【００２２】低温槽容器４の外側には、低温槽容器４内
の超電導コイル２に取り付けられた温度検出素子２１か
ら外まで伸びる計測信号線２２に接続され電源２８を有
する温度検知装置２９を設け、また排気管２５に接続
し、電磁開閉弁３０を備えた封止開放管路３１、逆止弁
３２を備えた設定開放管路３３および破壊式安全弁３４
を備えた異常開放管路３５を並列に配して構成した並列
開放系３６を設け、また照明窓２６には照明器３７を、
撮影窓２７に撮影機３８を配置している。これら照明器
３７、撮影機３８は、超電導コイル２の温度変化を検出
する温度検知装置２９の信号により封止開放管路３１の
電磁開閉弁３０と連動するように電気的に接続されてい
る。

【００２３】以上のように、第１実施例の超電導磁石用
クライオスタット１は、排気管２５に、電磁開閉弁３０
を備えた封止開放管路３１と、所定圧力で冷却媒体ガス
を回収する方向に開放する逆止弁３２を備えた設定開放
管路３３と、急激な圧力変化により内部の薄板が破壊ま
たは変形して開放する破壊式安全弁３４を備えた異常開
放管路３５とを並列に接続してなる並列開放系３６とを
設けたこと、そして並列開放系３６に設けた電磁開閉弁
３０を動作させる操作装置４０と、照明器３７および撮
影機３８と駆動操作する駆動操作回路４１とを、超電導
コイル２の温度変化を検知する温度検知装置２９の信号
により連動するようにしたことに特徴がある。

【００２４】また、本実施例では上記のように温度検知
装置２９の信号により連動操作する内圧操作回路３９と
は別に、超電導コイル２の温度変化に関係なく冷却媒体
３中の超電導コイル２の状態や冷却媒体３の蒸発気泡を
観察するために、電磁開閉弁３０の操作装置４０と照明
器３７、撮影機３８の駆動操作装置４１の撮影操作回路
４３を温度検知装置２９から離し、操作装置４０と駆動
操作装置４１の電源を別の専用の電源装置４２から引込
み、電磁開閉弁３０と照明器３７、撮影機３８を駆動さ
せるようにした。かくして任意の時に電磁開閉弁３０を
閉止することにより低温槽容器４内を加圧して、冷却媒
体３や超電導コイル２の状態をみることができる。

【００２５】次に本実施例の超電導磁石用クライオスタ
ット１の駆動操作を説明する。超電導コイル２が正常に
超電導状態を保つ場合、低温槽容器４内の冷却媒体３は
冷媒断熱層５から侵入する熱や、吊りボルト１９、パワ
ーリード２０a、２０bから熱伝導により侵入する熱、照
明窓２６からの輻射熱等により、冷却媒体３の蒸発ガス
が生じ、この蒸発ガスは排気管２５から電磁開閉弁３０
を有する封止開放管路３１を通って大気中に放出され
る。封止開放管路３１の電磁開閉弁３０を開放にし、照
明窓２６の照明器３７を点灯、または自然光を入射して
撮影窓２７から低温槽容器４内を観察すると、冷却媒体
３中の超電導コイル２や吊りボルト１９あるいは計測信
号線２２等から侵入した熱による気泡立ち、冷却媒体３
の表面の波うち等が確認できる。

【００２６】封止開放管路３１の電磁開閉弁３０を全閉
にし、並列開放系３６のうちの設定開放管路３３の逆止
弁３２から蒸発ガスを放出させようとすると、逆止弁３
２の開放圧力を大気圧より少し高い圧力（０.０２kg／c
m²程度）に設定してあるので、その設定圧力まで低温槽
容器４は密封状態となり、低温槽容器４の内圧は蒸発ガ
スにより徐々に上昇する。この間、冷却媒体３の気泡立
ちや波立ちが一時的に解消され、冷却媒体３中の超電導
コイル２の画像が揺れてみえたり、明暗が生じたりする
ことなく、鮮明に観察できることが確認できる。

【００２７】そして、逆止弁３２の設定圧力まで内圧が
上昇し逆止弁３２が開放されても、冷却媒体３の蒸発気
泡は急激に蒸発することはなく、徐々に上昇して行くの
で、低温槽容器４の内部を長時間に渡って鮮明に観察で
きる。

【００２８】以上、通常の蒸発ガスの観察について述べ
たが、急激な発生状況においても、その発生開始から大
量の蒸発ガス発生まで鮮明にとらえることができる。例
えば、照明器３７からの入射光が強すぎて、あるいは超
電導コイル２の通電電流が高くて熱エネルギーが大きく
なり、クエンチ等を発生した場合でも、冷却媒体３中の
気泡の立ち具合を、低温槽容器４内のある設定圧力にな
るまで、小さな気泡から大きな気泡になるまで長時間鮮
明に観察できる。特に、超電導コイル２特有の現象、つ
まりクエンチ発生時の気泡より早く発生するクエンチ時
の伝播模様の現象（冷却媒体中を衝撃的にエネルギーが
伝播する）を観察できる。したがって効果的な超電導磁
石用クライオスタットを実現できる。

【００２９】また、上記では封止開放管路３１の電磁開
閉弁３０と、照明器３７、撮影機３８をそれぞれ単独で
操作して蒸発ガスの発生状態を観察する要領を説明した
が、この電磁開閉弁３０、照明器３７、撮影機３８等を
超電導コイル２の温度変化を検知する温度検知装置２９
と電気的に接続し、自動的に駆動操作することもでき
る。この場合、排気管２５に続く電磁開閉弁３０や逆止
弁３２、安全弁３４等で形成する並列開放系３６自体の
機能は前記と同じであるが、照明器３７と撮影機３８を
先に設定し、温度検知装置２９からの検知信号で、電磁
開閉弁３０の操作装置４０を有した内圧操作回路３９
と、照明器３７と撮影機３８を操作する駆動操作装置４
１を備えた撮影操作回路４３を並列に操作することによ
り、冷却媒体３の蒸発量を抑制し敏速に撮影できるの
で、画像処理装置４５における画面を一段と鮮明にでき
る。しかも低温槽容器４内が加圧されて視界が鮮明にな
るまでの時間を予め設定しておき、電磁弁３０を閉じて
からその設定時間後に、照明器３７、撮影機３８を作動
させることにより、低温槽容器４内の照明は必要な時だ
け自動的に照明できることから、外部からの熱侵入量を
最少限に抑えることができ、冷却媒体３の消費量低減を
図ることもできる。

【００３０】また、超電導コイル２の温度変化を検知し
て低温槽容器４内の内圧を調節するので、気泡発生の非
常に少ない通常の状態に近い状態から観察でき、可視化
撮影後の現象分析が容易になる等、超電導磁石装置の可
視化撮影分析あるいは監視装置に好適な超電導磁石用ク
ライオスタット１を実現できる。

【００３１】次に、本発明の第２実施例を図２を用いて
説明する。本実施例は、図１に示す第１実施例の超電導
磁石用クライオスタット１における排気管２５と並列開
放系３６との間に、排気管２５に続いて逆止弁４６を有
する放出管路４７と別の設定逆止弁４８を有する昇圧管
路４９とを並列に設け、さらに放出管路４７及び昇圧管
路４９に配管接続する加圧緩衝ガスピット５０を配置し
て、構成されている。放出管路４７の逆止弁４６は、超
電導コイル２が超電導状態にある通常圧力の低温槽容器
４からの蒸発ガスを放出する大気圧の逆止弁である。一
方、昇圧管路４９の設定逆止弁４８は、放出管路４７の
逆止弁４６より高い圧力で、かつ並列開放系３６にある
逆止弁３２より低い圧力で開動作して、加圧緩衝ガスピ
ット５０側から排気管２５に向かってガスを流す。本実
施例の構成は、上記の逆止弁４６、設定逆止弁４８およ
び加圧緩衝ガスピット５０を含む回路以外は、第１実施
例と同じであるので説明を省略する。

【００３２】第２実施例の超電導磁石用クライオスタッ
トにおいて、封止開放管路３１の電磁開閉弁３０を閉止
した場合、低温槽容器４内で冷却媒体３が緩やかに加圧
されるため、蒸発ガスに振動を与えることなく、そして
冷却媒体３中の気泡立ちや蒸発ガスの増加を遅らせ、鮮
明度の保持時間を長くすることができる。つまり、並列
開放系３６の手前に加圧緩衝ガスピット５０を設けて加
圧緩衝ガスピット５０の内容積分だけ内圧上昇を遅く
し、逆止弁３２の設定圧力まで逆止弁４８を開にして昇
圧管路４９と放出管路４７でガスを循環させ、時間をか
け緩やかに昇圧できる。本実施例によれば、超電導コイ
ル２の現象を可視化撮影する時、第１実施例より長時間
その対象の鮮明度を保持できるクライオスタットを実現
する。

【００３３】図３に本発明の第３実施例の超電導磁石用
クライオスタットを示す。第１及び第２実施例では、低
温槽容器４内を加圧する加圧ガスとして低温槽容器４に
貯蔵した冷却媒体３の蒸発ガスを利用したが、第３実施
例では、低温槽容器４内を加圧するために外部から供給
するガスを利用する。第３実施例では、低温槽容器４か
らの蒸発ガスを放出する排気管２５の下流側の一部を螺
旋配管５４に形成し、それに続けて、安全弁３４と電磁
開閉弁３０とを並列配置してなる開放系５３を設けてい
る。さらに、螺旋配管５４部分を密閉して収納する予冷
ガスタンク５５を設けており、この予冷ガスタンク５５
には電磁バルブ５７を介して加圧配管５８aにより接続
された加圧用ガスボンベ５６が接続され、また予冷ガス
タンク５５から設定逆止弁６１を通じて排気管２５上流
側に接続する加圧配管５８bを設けている。また予冷ガ
スタンク５５に安全弁５９を設けている。

【００３４】このように排気管２５下流に開放系５３、
予冷ガスタンク５５、加圧用ガスボンベ５６等を備えた
第３実施例の超電導磁石用クライオスタットは次のよう
に動作する。低温槽容器４が定常状態にあるとき、冷却
媒体３の蒸発ガスは排気管２５から螺旋配管５４を通
り、さらに電磁開閉弁３０を有する開放系５３から外部
に放出するか、あるいは回収される。この時予冷ガスタ
ンク５５内は常に螺旋配管５４を流れる蒸発ガスで冷却
される。加圧用ガスボンベ５６に接続する電磁バルブ５
７は開放系５３の電磁開閉弁３０とは逆の動作をする、
つまり電磁開閉弁３０が閉止すると、電磁バルブ５７が
開いて加圧用ガスボンベ５６から予冷ガスタンク５５に
加圧ガスが充填されるようになっている。予冷ガスタン
ク５５に充填したガスは、ある一定圧力になり次第、設
定逆止弁６１から加圧配管５８bを介して排気管２５に
流入し、加圧ガスとして低温槽容器４内を加圧する。と
ころで何らかの現象で低温槽容器４内が急激に圧力上昇
すると、蒸発ガスは排気管２５から螺旋配管５４を経て
開放系５３の安全弁３４から外部に放出される。また加
圧配管５８ｂを介して設定逆止弁６１から吐出するより
も早く予冷ガスタンク５５内が圧力上昇したときには、
内部の充填ガスは安全弁５９から外部に放出される。ま
た、加圧用ガスボンベ５６から予冷ガスタンク５５に充
填されたガスは、通常設定逆止弁６１の設定圧力以内に
充填され、大気圧で放出される冷却媒体３の蒸発ガスに
よって螺旋配管５４において冷却される。第３実施例の
超電導磁石用クライオスタットは、上記説明した排気管
２５下流の構成以外については第１実施例と同様に構成
されているので説明を省略する。

【００３５】低温槽容器４内に配置されれた超電導コイ
ル２に変化が生じ、それを検知した温度検知器２９の信
号により開放系５３の電磁開閉弁３０が閉止されると、
加圧配管５８aの電磁バルブ５７が開き、加圧用ガスボ
ンベ５６からのガスで予冷ガスタンク５５が加圧され
る。予冷ガスタンク５５が加圧されると、ある設定圧力
以上の分だけ、加圧配管５８bの設定逆止弁６１から排
気管２５を介して低温槽容器４内が加圧されるようにな
っている。このように、蒸発ガスの排気管２５から逆に
低温槽容器４にガスを供給して加圧する機構を設けて
も、第１、第２の実施例と同様に、低温槽容器４内の鮮
明度を保つ時間を拡大できるほか、蒸発気泡の立ち具合
に応じた内圧調節を容易に行うことができる。また、加
圧時の圧力調節ができ、超電導コイル２の可視化撮影時
の蒸発気泡立ちに対する撮影タイミングの調節が容易に
なる等、効果的な超電導磁石装置のクライオスタットを
構成することができる。

【００３６】また、上記各実施例では、一般的なライト
照明や自然光を集光した照明による可視化撮影時の低温
槽容器４の加圧構成について記述してきたが、このよう
な可視化撮影の他、照明窓２６からレーザー光を照射
し、撮影窓２７あるいは側面にスリットを設けて、その
スリットから反射光を観察する、レーザー光線による現
象解明にも効果的であることが確認できた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１及び第２の各超電導磁石用クライオスタットは、超電
導コイルを冷却媒体に入れて収納する低温槽で発生する
蒸発ガスを封止して低温槽を加圧するように構成したの
で、低温槽内での冷却媒体の蒸気の泡立ちや液面上の波
立ちを抑制し、ガス濃度を低減できるので、低温槽内を
鮮明に保つ時間を長くすることができ、超電導コイル２
の現象可視化撮影に適したクライオスタットを得ること
ができる効果がある。

【００３８】また第３及び第４の各超電導磁石用クライ
オスタットは、超電導コイルを冷却媒体に入れて収納す
る低温槽で発生する蒸発ガスを封止すると共に、外部か
らガスを供給して低温槽を加圧するように構成したの
で、上記と同様の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の超電導磁石用クライオス
タットの全体構成図である。

【図２】本発明の第２実施例における冷却媒体の蒸発ガ
スを排出する並列開放系を示す図である。

【図３】本発明の第３実施例における冷却媒体の蒸発ガ
スの開放系および低温槽容器内の加圧系を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 超電導磁石用クライオスット ２ 超電導コイル ３ 冷却媒体 ４ 低温槽容器 ５ 断熱層 ６ 真空断熱容器 ７ 容器カバー ８ 架台 ９ 円形ガイド １０a、１０b 緩
衝体 １１ 上端部 １２ 突起部 １３ フランジ部 １６a、１６b、１
６c 開閉バルブ １７ 真空排気配管 １８ 真空排気装
置 １９a、１９b 吊りボルト ２０a、２０b パ
ワーリード ２１ 温度検出素子 ２２ 計測信号線 ２４ 冷却媒体注入口 ２５ 排気管 ２６ 照明窓 ２７ 撮影窓 ２８ 電源 ２９ 温度検知装
置 ３０ 電磁開閉弁 ３１ 封止開放管
路 ３２ 逆止弁 ３３ 設定排気管
路 ３４ 破壊式安全弁 ３５ 異常開放管
路 ３６ 並列開放系 ３７ 照明器 ３８ 撮影機 ３９ 内圧操作回
路 ４０ 操作装置 ４１ 駆動操作装
置 ４２ 電源装置 ４３ 撮影操作回
路 ４５ 画像処理装置 ４６ 大気圧の逆
止弁 ４７ 放出管路 ４８ 設定逆止弁 ４９ 昇圧管路 ５０ 加圧緩衝ガ
スピット ５３ 開放系 ５４ 螺旋配管 ５５ 予冷ガスタンク ５６ 加圧用ガス
ボンベ ５７ 電磁バルブ ５８a、５８b 加
圧配管 ５９ 安全弁 ６１ 設定逆止弁 ６２ 温度検知器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収
   納する低温槽と、該低温槽の頂部を閉塞するカバーと、
   該カバーに設けられた照明窓と、該照明窓に向けて設置
   された照明器と、前記カバーに設けられた撮影窓と、該
   撮影窓に向けて設置された撮影機と、前記低温槽内から
   外へ前記カバーを貫通して延びる排気管と、該排気管に
   一端を接続しそれぞれが並列接続する、開閉弁を有する
   管路、大気圧より高い圧力で作動する逆止弁を有する管
   路および前記逆止弁より高い圧力でかつ急激な圧力上昇
   により作動する安全弁を有する管路からなり、前記各管
   路の他端を大気圧環境中に開放してなる並列開放管路系
   と、前記開閉弁、前記照明器及び前記撮影機を操作する
   制御装置と、を備えたことを特徴とする超電導磁石用ク
   ライオスタット。
2. 【請求項２】 超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収
   納する低温槽と、該低温槽の頂部を閉塞するカバーと、
   前記カバーに設けられた照明窓と、該照明窓に向けて設
   置された照明器と、前記カバーに設けられた撮影窓と、
   該撮影窓に向けて設置された撮影機と、前記低温槽内か
   ら外へ前記カバーを貫通して延びる排気管と、該排気管
   に一端を接続し大気圧より高い圧力で排気方向に開くよ
   うに作動する第１逆止弁を有する管路と、該第１逆止弁
   を有する管路と並列接続され前記第１逆止弁より高い圧
   力で該第１逆止弁と逆方向に開くように作動する第２逆
   止弁を有する管路と、前記第１逆止弁を有する管路およ
   び前記第２逆止弁を有する管路それぞれの他端に接続す
   るガスピットと、該ガスピットに一端を接続しそれぞれ
   が並列に配置された、開閉弁を有する管路、前記第２逆
   止弁より高い圧力で排気方向に開くように作動する第３
   逆止弁を有する管路および前記第３逆止弁より高い圧力
   でかつ急激な圧力上昇により作動する安全弁を有する管
   路からなり、前記開閉弁を有する管路、前記第３逆止弁
   を有する管路および前記安全弁を有する管路の他端を大
   気圧環境中に開放してなる並列開放管路系と、前記開閉
   弁、前記照明器及び前記撮影機を操作する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする超電導磁石用クライオスタッ
   ト。
3. 【請求項３】 前記超電導コイルの温度を測定する温度
   検出素子と、該温度検出素子からの測定値を基に前記制
   御装置に動作指令を出す温度検知装置とをさらに設けた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の超電導磁石用
   クライオスタット。
4. 【請求項４】 前記制御装置は前記温度検知装置からの
   動作指令によって前記開閉弁を閉じて所定時間後、前記
   照明器および前記撮影機を作動させることを特徴とする
   請求項３記載の超電導磁石用クライオスタット。
5. 【請求項５】 超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収
   納する低温槽と、該低温槽の頂部を閉塞するカバーと、
   前記カバーに設けられた照明窓と、該照明窓に向けて設
   置された照明器と、前記カバーに設けられた撮影窓と、
   該撮影窓に向けて設置された撮影機と、前記低温槽内か
   ら外へカバーを貫通して延びる排気管と、該排気管に一
   端を接続しそれぞれが並列に配置された、第１開閉弁を
   有する管路および急激な圧力上昇により作動する安全弁
   を有する管路からなり、前記各管路の他端を大気圧環境
   中に開放してなる開放管路系と、前記排気管まで前記第
   １開閉弁とは開閉を逆動作させる第２開閉弁を介し、さ
   らに前記安全弁より低い圧力で前記排気管方向に開くよ
   うに作動する逆止弁を介して延びる加圧管路と、該加圧
   管路に前記冷却媒体と同種のガスを供給するガス供給系
   と、前記第２開閉弁と前記逆止弁との間で前記ガス供給
   系からのガスを冷却する冷却装置と、前記第１開閉弁、
   前記第２開閉弁、前記照明器および前記撮影機を操作す
   る制御装置と、を備えたことを特徴とする超電導磁石用
   クライオスタット。
6. 【請求項６】 超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収
   納する低温槽と、該低温槽の頂部を閉塞するカバーと、
   前記カバーに設けられた照明窓と、該照明窓に向けて設
   置された照明器と、前記カバーに設けられた撮影窓と、
   該撮影窓に向けて設置された撮影機と、前記低温槽内か
   ら外へカバーを貫通して延びる排気管と、該排気管と一
   端を接続し一部に螺旋配管部を有する管路と、該螺旋配
   管部を有する管路の他端に一端を接続しそれぞれが並列
   に配置された、第１開閉弁を有する管路および急激な圧
   力上昇により作動する安全弁を有する管路からなり、前
   記第１開閉弁を有する管路および前記安全弁を有する管
   路の他端を大気圧環境中に開放してなる２並列開放管路
   系と、前記螺旋部を密閉して収納するタンクと、該タン
   クと前記排気管とを該排気管方向に開くように作動する
   逆止弁を介して接続する管路と、前記タンクに前記第１
   開閉弁とは開閉を逆動作する第２開閉弁を介して接続し
   前記冷却媒体と同種のガスを供給するガス供給系と、前
   記第１開閉弁、前記第２開閉弁、前記照明器および前記
   撮影機を操作する制御装置と、を備えたことを特徴とす
   る超電導磁石用クライオスタット。
7. 【請求項７】 前記超電導コイルの温度を測定する温度
   検出素子と、該温度検出素子からの測定値を基に前記制
   御装置に動作指令を出す温度検知装置とをさらに設けた
   ことを特徴とする請求項５または６記載の超電導磁石用
   クライオスタット。
8. 【請求項８】 前記制御装置は前記温度検知装置からの
   動作指令によって前記第１開閉弁を閉じかつ第２開閉弁
   を開けて所定時間後、前記照明器および前記撮影機を作
   動させることを特徴とする請求項３記載の超電導磁石用
   クライオスタット。