JPH0869911A - 超電導磁石装置 - Google Patents
超電導磁石装置Info
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- JPH0869911A JPH0869911A JP20474394A JP20474394A JPH0869911A JP H0869911 A JPH0869911 A JP H0869911A JP 20474394 A JP20474394 A JP 20474394A JP 20474394 A JP20474394 A JP 20474394A JP H0869911 A JPH0869911 A JP H0869911A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短時間の停電・断水等による冷凍機の運転停
止時においても、クエンチせず強磁場を発生することが
できる超電導磁石を提供する。 【構成】 冷却部材に冷却管を設け、真空容器の外部に
出し冷却管内圧力をヘリウムガスの臨界圧力以下に調節
する超電導磁石装置を介してヘリウムガスが充填された
ヘリウムガス容器に接続する。
止時においても、クエンチせず強磁場を発生することが
できる超電導磁石を提供する。 【構成】 冷却部材に冷却管を設け、真空容器の外部に
出し冷却管内圧力をヘリウムガスの臨界圧力以下に調節
する超電導磁石装置を介してヘリウムガスが充填された
ヘリウムガス容器に接続する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強磁場を利用した成分分
析を必要とする食品工業、材料工業、医療等の分野に用
いられる超電導磁石装置に関する。
析を必要とする食品工業、材料工業、医療等の分野に用
いられる超電導磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷凍機で超電導コイルを冷却保持する超
電導磁石装置は冷凍機の冷凍能力向上に従って近年開発
が盛んになって来ている。図２に従来の超電導磁石装置
の断面図を示す。図２において、１は超電導線を巻回し
てなる超電導コイル、２は輻射シールド、３は内部を真
空断熱する真空容器、４は超電導コイルと熱伝導性良好
に結合された冷却部材、５は第１ステーションで輻射シ
ールドを冷却し、かつ第２ステーションで冷却部材を介
して超電導コイルを冷却するための冷凍機、６は冷凍機
に圧縮ヘリウムガスを供給すると共に運転制御する圧縮
機、７は超電導コイルに電流を供給する電流リードで、
本図では冷凍機の各ステーションで冷却される。電流リ
ードの端部は電源（図示せず）に接続される。８は超電
導コイルに永久電流を流すための永久電流スイッチであ
る。
電導磁石装置は冷凍機の冷凍能力向上に従って近年開発
が盛んになって来ている。図２に従来の超電導磁石装置
の断面図を示す。図２において、１は超電導線を巻回し
てなる超電導コイル、２は輻射シールド、３は内部を真
空断熱する真空容器、４は超電導コイルと熱伝導性良好
に結合された冷却部材、５は第１ステーションで輻射シ
ールドを冷却し、かつ第２ステーションで冷却部材を介
して超電導コイルを冷却するための冷凍機、６は冷凍機
に圧縮ヘリウムガスを供給すると共に運転制御する圧縮
機、７は超電導コイルに電流を供給する電流リードで、
本図では冷凍機の各ステーションで冷却される。電流リ
ードの端部は電源（図示せず）に接続される。８は超電
導コイルに永久電流を流すための永久電流スイッチであ
る。
【０００３】図２の構成による超電導磁石装置によれ
ば、超電導コイルは冷凍機の運転により超電導線の臨界
温度以下に冷却され、超電導状態となる。この状態で電
流リードより電流が供給されると強磁界が生じる。その
後永久電流スイッチを閉状態にして電流リードの電流を
零としても、超電導コイルに永久電流が流れ、強磁界が
発生し続ける。
ば、超電導コイルは冷凍機の運転により超電導線の臨界
温度以下に冷却され、超電導状態となる。この状態で電
流リードより電流が供給されると強磁界が生じる。その
後永久電流スイッチを閉状態にして電流リードの電流を
零としても、超電導コイルに永久電流が流れ、強磁界が
発生し続ける。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の装置
では、冷凍機が停電、断水等で停止すると、冷却能力は
零になるばかりか、熱の侵入源となり急速に超電導コイ
ルの温度上昇をきたし、臨界温度以上となり常電導転移
（以下クエンチ）を起こし、磁場が零となってしまう。
このようなクエンチを起こすと、超電導コイルの蓄積エ
ネルギーのため超電導コイル温度が大幅に上昇するた
め、復電後すぐ励磁することが不可能で臨界温度以下に
冷却するまで長時間を要し、本装置のシステム全体を停
止することになる。
では、冷凍機が停電、断水等で停止すると、冷却能力は
零になるばかりか、熱の侵入源となり急速に超電導コイ
ルの温度上昇をきたし、臨界温度以上となり常電導転移
（以下クエンチ）を起こし、磁場が零となってしまう。
このようなクエンチを起こすと、超電導コイルの蓄積エ
ネルギーのため超電導コイル温度が大幅に上昇するた
め、復電後すぐ励磁することが不可能で臨界温度以下に
冷却するまで長時間を要し、本装置のシステム全体を停
止することになる。
【０００５】本発明はこの課題を解決するためになされ
たもので短時間の停電、断水等による冷凍機の運転停止
時でも、クエンチせず強磁場を発生することができる超
電導磁石を供給することを特徴とするものである。
たもので短時間の停電、断水等による冷凍機の運転停止
時でも、クエンチせず強磁場を発生することができる超
電導磁石を供給することを特徴とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は冷却部材に冷却
管を設け、真空容器の外部へ出し、冷却管内圧力をヘリ
ウムガスの臨界圧力以下に調節する圧力流量調整装置を
介してヘリウムガスが充填されたヘリウムガス容器に接
続する。
管を設け、真空容器の外部へ出し、冷却管内圧力をヘリ
ウムガスの臨界圧力以下に調節する圧力流量調整装置を
介してヘリウムガスが充填されたヘリウムガス容器に接
続する。
【０００７】
【作用】冷却管が冷却され始めるに従い、冷却管内部の
ヘリウムガスは冷却され最終段階では冷却部材温度が5.
22Ｋ以下の場合には液体ヘリウムになる。この場合ガス
の収縮に従ってヘリウムガス容器のヘリウムガスが供給
される。したがって冷凍機が停止した場合には熱侵入量
にともなって液体ヘリウムが蒸発し、その気化熱で冷却
するから、超電導コイルの温度上昇を防止でき、クエン
チの発生を防止できる。
ヘリウムガスは冷却され最終段階では冷却部材温度が5.
22Ｋ以下の場合には液体ヘリウムになる。この場合ガス
の収縮に従ってヘリウムガス容器のヘリウムガスが供給
される。したがって冷凍機が停止した場合には熱侵入量
にともなって液体ヘリウムが蒸発し、その気化熱で冷却
するから、超電導コイルの温度上昇を防止でき、クエン
チの発生を防止できる。
【０００８】
（実施例の構成）本発明の一実施例の構成を図１によっ
て説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示す図で
ある。１はＮｂ−Ｔｉ合金、Ｎｂ3 Ｓｎ等の超電導材料
から成る超電導線を巻回構成し、エポキシ樹脂含浸等の
熱伝導性を良好に成らしめた超電導コイル、２は内部へ
の輻射熱を低減する輻射シールド、３は内部を真空断熱
するための真空容器、４は超電導コイル１に少なくとも
１面と熱伝導性が良好に接していて、アルミニウム又は
銅等の熱伝導性良好材料から成る冷却部材、５は第１ス
テーション、第２ステーションを持ち、第１ステーショ
ンで輻射シールド２を冷却し、第２ステーションで冷却
部材４を冷却する冷凍機、６は冷凍機５の運転制御に必
要な圧縮機である。７は超電導コイル１へ電流を供給す
る電流リードで、冷凍機５の第１ステーションおよび第
２ステーションで冷却保持されている。８は超電導コイ
ル１と並列回路で接続されていて、定常時に超電導コイ
ル１に永久電流を流すための永久電流スイッチで、熱伝
導性セラミックス例えばＡｌＮを介して冷却部材４に固
定冷却される。10はアルミニウムパイプ、ＳＵＳパイプ
等から成り冷却部材４へ溶接、ロー付等の熱伝導性を良
好になるように結合した冷却管で、端部は真空容器の外
部へ出ている。定常時は本冷却管内部へ液体ヘリウムが
貯液された状態になっている。11は冷却管10の一端と接
続された外部配管で途中にバルブを介し大気放出口11ａ
が付いている。12は11と同様な外部配管でバルブを介
し、大気へ出ている。20は冷却部材４の温度がヘリウム
ガスの臨界温度（5.22Ｋ）以上の場合は冷却管10の内部
圧力を臨界圧力（2.27 atm）以下に、又冷却部材４温度
が5.22Ｋ未満の場合には冷却管10の内部圧力をその温度
でのヘリウムガスの飽和蒸気圧に設定できるように圧力
流量調整できる機能をもたせた圧力流量調整装置であ
る。さらに本圧力流量調整装置には、冷凍機停止時は冷
却管の圧力を大気へ開放すると共に、ヘリウムガス容器
からのガス流入を停止させる機能も持たせてある。30は
冷却管10にヘリウムガスを常に供給できるヘリウムガス
容器である。このヘリウムガス容器10はヘリウムガスボ
ンベでも良い。
て説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示す図で
ある。１はＮｂ−Ｔｉ合金、Ｎｂ3 Ｓｎ等の超電導材料
から成る超電導線を巻回構成し、エポキシ樹脂含浸等の
熱伝導性を良好に成らしめた超電導コイル、２は内部へ
の輻射熱を低減する輻射シールド、３は内部を真空断熱
するための真空容器、４は超電導コイル１に少なくとも
１面と熱伝導性が良好に接していて、アルミニウム又は
銅等の熱伝導性良好材料から成る冷却部材、５は第１ス
テーション、第２ステーションを持ち、第１ステーショ
ンで輻射シールド２を冷却し、第２ステーションで冷却
部材４を冷却する冷凍機、６は冷凍機５の運転制御に必
要な圧縮機である。７は超電導コイル１へ電流を供給す
る電流リードで、冷凍機５の第１ステーションおよび第
２ステーションで冷却保持されている。８は超電導コイ
ル１と並列回路で接続されていて、定常時に超電導コイ
ル１に永久電流を流すための永久電流スイッチで、熱伝
導性セラミックス例えばＡｌＮを介して冷却部材４に固
定冷却される。10はアルミニウムパイプ、ＳＵＳパイプ
等から成り冷却部材４へ溶接、ロー付等の熱伝導性を良
好になるように結合した冷却管で、端部は真空容器の外
部へ出ている。定常時は本冷却管内部へ液体ヘリウムが
貯液された状態になっている。11は冷却管10の一端と接
続された外部配管で途中にバルブを介し大気放出口11ａ
が付いている。12は11と同様な外部配管でバルブを介
し、大気へ出ている。20は冷却部材４の温度がヘリウム
ガスの臨界温度（5.22Ｋ）以上の場合は冷却管10の内部
圧力を臨界圧力（2.27 atm）以下に、又冷却部材４温度
が5.22Ｋ未満の場合には冷却管10の内部圧力をその温度
でのヘリウムガスの飽和蒸気圧に設定できるように圧力
流量調整できる機能をもたせた圧力流量調整装置であ
る。さらに本圧力流量調整装置には、冷凍機停止時は冷
却管の圧力を大気へ開放すると共に、ヘリウムガス容器
からのガス流入を停止させる機能も持たせてある。30は
冷却管10にヘリウムガスを常に供給できるヘリウムガス
容器である。このヘリウムガス容器10はヘリウムガスボ
ンベでも良い。
【０００９】圧力流量調整器20の一実施例について説明
する。21はヘリウムガス容器30からのヘリウムガス流量
を調整する流量調整弁、22は冷却管10の内圧を検知する
圧力検知器、23はヘリウムガスの供給を冷凍機停止時に
閉止する電磁弁、24は冷凍機停止時に冷却管内圧を大気
開放する電磁弁、25は冷却管内圧が大気圧より低い場
合、電磁弁24が開放しても大気の流入を防止する逆止
弁、26は冷却部材10の温度、圧力検知器の圧力、冷凍機
の運転、停止の各信号によって、流量調整弁21、電磁弁
23，24を制御する制御器である。
する。21はヘリウムガス容器30からのヘリウムガス流量
を調整する流量調整弁、22は冷却管10の内圧を検知する
圧力検知器、23はヘリウムガスの供給を冷凍機停止時に
閉止する電磁弁、24は冷凍機停止時に冷却管内圧を大気
開放する電磁弁、25は冷却管内圧が大気圧より低い場
合、電磁弁24が開放しても大気の流入を防止する逆止
弁、26は冷却部材10の温度、圧力検知器の圧力、冷凍機
の運転、停止の各信号によって、流量調整弁21、電磁弁
23，24を制御する制御器である。
【００１０】本実施例においては２段ステーションの冷
凍機で説明したが、３段冷凍機等の多数ステーションの
冷凍機を使用した構成とすることができる。又冷凍機を
２台使用し、輻射シールドおよび電流リードの冷却用１
台、超電導コイルおよびＰＣＳ等の最低温部に１台と構
成することもできる。 （実施例の作用）次に作用を説明する。前記構成で組立
終了後真空容器内部を真空排気し、冷凍機の運転開始す
ると輻射シールドおよび超電導コイル１、冷却部材４、
冷却管10は冷却される。この冷却による温度低下に伴い
冷却管内圧力が臨界圧力より低下しようとし、圧力流量
調整装置20の流量制御が働きヘリウムガス容器からヘリ
ウムガスが供給される。冷却部材温度が5.22Ｋ（ヘリウ
ム臨界温度）より低下すると、圧力流量調整装置によ
り、その温度のヘリウムガス飽和蒸気圧に調整される。
例えば冷却部材温度５Ｋでは冷却管内圧は約２atm とな
り冷却管内のヘリウムガスは液化し液体ヘリウムとして
貯液される。さて冷凍機が停電等により運転停止する
と、圧力流量調整器により、ヘリウムガス容器内からの
ヘリウムガス供給が停止されると共に、冷却管内圧力が
大気開放（１atm ）されるため、液体ヘリウム温度を
4.2Ｋに保つように液体ヘリウムが蒸発する。このため
液体ヘリウムの貯液がなくなるまで、冷却管、冷却部
材、超電導コイル、永久電流スイッチ等は 4.2Ｋに保持
される。したがって貯液された液体ヘリウムが存在する
限り、温度上昇をしないので超電導コイルはクエンチせ
ず、正常に保持される。復電後、大気開放をやめ、ヘリ
ウムガスの供給を開始すれば、蒸発した分の液体ヘリウ
ムは再び液化し、必要量の液体ヘリウムが貯液される。 （実施例の効果）本発明の実施例により次の効果があ
る。
凍機で説明したが、３段冷凍機等の多数ステーションの
冷凍機を使用した構成とすることができる。又冷凍機を
２台使用し、輻射シールドおよび電流リードの冷却用１
台、超電導コイルおよびＰＣＳ等の最低温部に１台と構
成することもできる。 （実施例の作用）次に作用を説明する。前記構成で組立
終了後真空容器内部を真空排気し、冷凍機の運転開始す
ると輻射シールドおよび超電導コイル１、冷却部材４、
冷却管10は冷却される。この冷却による温度低下に伴い
冷却管内圧力が臨界圧力より低下しようとし、圧力流量
調整装置20の流量制御が働きヘリウムガス容器からヘリ
ウムガスが供給される。冷却部材温度が5.22Ｋ（ヘリウ
ム臨界温度）より低下すると、圧力流量調整装置によ
り、その温度のヘリウムガス飽和蒸気圧に調整される。
例えば冷却部材温度５Ｋでは冷却管内圧は約２atm とな
り冷却管内のヘリウムガスは液化し液体ヘリウムとして
貯液される。さて冷凍機が停電等により運転停止する
と、圧力流量調整器により、ヘリウムガス容器内からの
ヘリウムガス供給が停止されると共に、冷却管内圧力が
大気開放（１atm ）されるため、液体ヘリウム温度を
4.2Ｋに保つように液体ヘリウムが蒸発する。このため
液体ヘリウムの貯液がなくなるまで、冷却管、冷却部
材、超電導コイル、永久電流スイッチ等は 4.2Ｋに保持
される。したがって貯液された液体ヘリウムが存在する
限り、温度上昇をしないので超電導コイルはクエンチせ
ず、正常に保持される。復電後、大気開放をやめ、ヘリ
ウムガスの供給を開始すれば、蒸発した分の液体ヘリウ
ムは再び液化し、必要量の液体ヘリウムが貯液される。 （実施例の効果）本発明の実施例により次の効果があ
る。
【００１１】永久電流モード運転中の停電、冷却水断水
等の短時間の事故に対して超電導コイルはクエンチする
ことなく強磁場を発生し続けるので長時間のシステム全
体を停止することを未然に防ぐことができる。 （他の実施例）図１の圧力流量制御装置20およびヘリウ
ムガス容器30を圧縮機６の内部へ組み込まれた超電導磁
石装置。 （他の実施例の効果）圧縮機内部はそれ自体にヘリウム
ガスのタンクがあると共に運転制御盤を持っているか
ら、一体に組み込むことにより、コンパクトに成り、信
頼性向上になると共に安価な超電導磁石装置が供給でき
る。
等の短時間の事故に対して超電導コイルはクエンチする
ことなく強磁場を発生し続けるので長時間のシステム全
体を停止することを未然に防ぐことができる。 （他の実施例）図１の圧力流量制御装置20およびヘリウ
ムガス容器30を圧縮機６の内部へ組み込まれた超電導磁
石装置。 （他の実施例の効果）圧縮機内部はそれ自体にヘリウム
ガスのタンクがあると共に運転制御盤を持っているか
ら、一体に組み込むことにより、コンパクトに成り、信
頼性向上になると共に安価な超電導磁石装置が供給でき
る。
【００１２】
【発明の効果】本発明の構成により、停電、冷却水断水
等の軽微なトラブルでの冷凍機の運転停止時において、
超電導コイルのクエンチを防止できるので本超電導磁石
装置を使用したシステム全体の長時間の停止を防止する
ことができる。又、圧縮機内へ一体化すればコンパクト
で信頼性向上した安価な超電導磁石装置を供給できる。
等の軽微なトラブルでの冷凍機の運転停止時において、
超電導コイルのクエンチを防止できるので本超電導磁石
装置を使用したシステム全体の長時間の停止を防止する
ことができる。又、圧縮機内へ一体化すればコンパクト
で信頼性向上した安価な超電導磁石装置を供給できる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す組立断面図
【図２】従来の一実施例の構成を示す組立断面図
１…超電導コイル ２…輻射シールド ３…真空容器 ５…冷凍機 ６…圧縮機 ７…電流リード ８…永久電流スイッチ 10…冷却管 20…圧力流量調整装置 30…ヘリウムガス容器
Claims (8)
- 【請求項１】 超電導線を巻回構成して成る超電導コイ
ル、前記超電導コイルを断熱して包囲する輻射シール
ド、前記輻射シールドを断熱して包囲する真空容器およ
び、前記超電導コイルを冷却部材を介して伝導冷却保持
する冷凍機を備えた超電導磁石装置において、前記冷却
部材に熱伝導性良好に取付けられた冷却管又は冷却容器
を設け、その部分からの配管を前記真空容器より外部へ
出しヘリウムガス容器に接続したことを特徴とする超電
導磁石装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の超電導磁石装置におい
て、冷却管又は冷却容器とヘリウムガス容器との間に圧
力流量調整装置を設けたことを特徴とする超電導磁石装
置。 - 【請求項３】 圧力流量調整装置およびヘリウムガス容
器は冷凍機用圧縮機の内部へ収納したことを特徴とする
請求項１又は２記載の超電導磁石装置。 - 【請求項４】 超電導コイルと並列回路で接続され熱伝
導性の良好な永久電流スイッチを前記冷却部材に取付け
たことを特徴とする請求項１または３記載の超電導磁石
装置。 - 【請求項５】 冷却部材と永久電流スイッチとを熱伝導
性セラミックスを介して取付けたことを特徴とする請求
項３記載の超電導磁石装置。 - 【請求項６】 熱伝導性セラミックスがＩｎ，Ｃｕ，Ａ
ｇ，Ａｕ，Ａｇ及びこれらの合金よりなる薄板を介して
永久電流スイッチ、冷却部材に取付けられていることを
特徴とする請求項５記載の超電導磁石装置。 - 【請求項７】 熱伝導性セラミックスがＡｌＮよりなる
ことを特徴とする請求項５または６記載の超電導磁石装
置。 - 【請求項８】 冷却部材の温度をヘリウムガスの臨界温
度（5.22Ｋ）以下に冷却する冷凍機を具備してなること
を特徴とする請求項１ないし請求項７記載の超電導磁石
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20474394A JP3529437B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 超電導磁石装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20474394A JP3529437B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 超電導磁石装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0869911A true JPH0869911A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3529437B2 JP3529437B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=16495596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20474394A Expired - Lifetime JP3529437B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 超電導磁石装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3529437B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10275719A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体の冷却方法 |
| JP2003022907A (ja) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Kyushu Electric Power Co Inc | 超電導磁石 |
| JP2004087706A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷凍機冷却型超電導磁石装置 |
| US9704630B2 (en) | 2014-10-23 | 2017-07-11 | Hitachi, Ltd. | Superconducting magnet, MRI apparatus and NMR apparatus |
| CN110993247A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种空间推进地面模拟环境用t级高场超导磁体系统 |
| US11977139B2 (en) | 2019-05-21 | 2024-05-07 | Koninklijke Philips N.V. | Accelerated cooldown of low-cryogen magnetic resonance imaging (MRI) magnets |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP20474394A patent/JP3529437B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10275719A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体の冷却方法 |
| JP2003022907A (ja) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Kyushu Electric Power Co Inc | 超電導磁石 |
| JP2004087706A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷凍機冷却型超電導磁石装置 |
| US9704630B2 (en) | 2014-10-23 | 2017-07-11 | Hitachi, Ltd. | Superconducting magnet, MRI apparatus and NMR apparatus |
| US11977139B2 (en) | 2019-05-21 | 2024-05-07 | Koninklijke Philips N.V. | Accelerated cooldown of low-cryogen magnetic resonance imaging (MRI) magnets |
| CN110993247A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种空间推进地面模拟环境用t级高场超导磁体系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3529437B2 (ja) | 2004-05-24 |
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