JPH09250826A - 車載用極低温冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超伝導磁石がクエンチを起こしたときに、高
圧となった作動ガスによって液体貯槽が変形するのを防
止し、また高圧となった作動ガスが圧縮機に供給されて
圧縮機が過負荷運転となるのを防止し、極低温冷却装置
の信頼性を向上させること。 【解決手段】 超伝導磁石がクエンチを起こしたとき
に、圧縮機の吐出口側と超伝導磁石が内部に配置された
液体ヘリウム貯槽とを連結する高圧配管に配された高圧
側開閉弁を閉状態とする。これにより、圧縮機により高
圧とされた作動ガスが液体ヘリウム貯槽に送り込まれる
ことを防止できる。またクエンチが発生したときに圧縮
機の吸入口側と液体ヘリウム貯槽とを連結する戻り配管
に配された戻り側開閉弁を閉状態とする。これにより、
高圧ヘリウムガスが圧縮機に吸入されて過負荷運転とな
るのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極低温冷却装置に
関するものであり、特に、超伝導式磁気浮上鉄道の車輌
（リニアモーターカー）に車載される車載用極低温冷却
装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来の車載用極低温冷却装置を図４に示
す。

【０００３】図において、圧縮機１は、吐出口１ａ及び
吸入口１ｂを備え、低圧のヘリウムガスを吸入口１ｂか
ら取り込み、内部でヘリウムガスを圧縮することにより
高圧に変換し、高圧のヘリウムガスを吐出口１ａから送
り出すものである。圧縮機１の吐出口１ａは、冷凍機２
と高圧配管３で連結されている。冷凍機２はさらに低圧
配管２７の一端に連通しており、低圧配管２７の他端は
液体ヘリウムが内部に貯溜された液体ヘリウム貯槽４に
通じている。また液体ヘリウム貯槽４は戻り配管５にも
連通しており、戻り配管５は冷凍機２を経由して圧縮機
１の吸入口１ｂに連通している。

【０００４】液体ヘリウム貯槽４は、その内部に超伝導
磁石２２が配置され、この超伝導磁石２２は、液体ヘリ
ウムにより冷却されて、超伝導状態を維持している。ま
た、液体ヘリウム貯槽４の外表面は、図において一点鎖
線で示す熱シールド板６に覆われている。熱シールド板
６は例えばアルミニウムからなり、外部から液体ヘリウ
ム貯槽４に熱が侵入することを防止するものである。さ
らに、熱シールド板６及び液体ヘリウム貯槽４は、内部
が真空にされた真空断熱外槽容器７内に収容されてい
る。

【０００５】上記説明したように、液体ヘリウム貯槽４
は、熱シールド板６、真空断熱外槽容器７により、熱的
に外部と遮蔽されているが、それでも一部の熱は液体貯
槽４に侵入する。このように液体ヘリウム貯槽４に侵入
した熱によって内部の液体ヘリウムは蒸発し、蒸発した
液体ヘリウムガスは戻り配管５から冷凍機２を経由して
圧縮機１の吸入口１ｂへ帰還する。圧縮機１に帰還した
ヘリウムガスは圧縮機１内で高圧に圧縮されて、吐出口
１ａから高圧配管３に送り込まれる。高圧配管３から冷
凍機２内に侵入したヘリウムガスは、冷凍機２で冷却さ
れ、さらに冷凍機２内の図示せぬジュールトムソン弁に
よりジュールトムソン膨張して低圧となり、一部が液化
する。一部が液化されたミスト状ヘリウムは、液体ヘリ
ウム貯槽４内に低圧配管２７を通じて導入される。低圧
配管２７の端部には気液分離器８が配置しており、この
気液分離器８によりミスト状ヘリウムが気液分離され
る。そして、液体ヘリウムのみが液体ヘリウム貯槽４内
に滴下され、残りのヘリウムガスは、戻り配管５から圧
縮機１の吸入口１ｂに帰還する。

【０００６】ヘリウム回収配管１０は、一端がヘリウム
タンク９に連結され、他端が高圧配管３に連結されてい
る。また、ヘリウム回収配管１０の途中にはヘリウム回
収用開閉弁１１が介装されている。ヘリウム回収用開閉
弁１１は、高圧配管３に連通するヘリウム回収配管１０
内の圧力を受けて、その圧力が所定圧力以上となると開
作動する常閉弁である。このため、高圧配管３、ヘリウ
ム回収配管１０内の圧力が所定圧力以上となると、ヘリ
ウム回収用開閉弁１１が開となり、高圧となった余剰の
ヘリウムガスがヘリウムタンク９内に回収される。

【０００７】ヘリウム供給配管１３は、一端がヘリウム
タンク９に連結され、他端が戻り配管５に連結されてい
る。また、ヘリウム供給配管１３の途中にはヘリウム供
給用開閉弁１４が介装されている。ヘリウム供給用開閉
弁１４は、戻り配管５に連通するヘリウム供給配管１３
内の圧力を受けて、その圧力が所定圧力以下となると開
作動する常閉弁である。このため、戻り配管５、ヘリウ
ム供給配管１３内の圧力が所定圧力以下となると、ヘリ
ウム供給用開閉弁１４が開となり、ヘリウムタンク９内
のヘリウムガスを戻り配管５に供給する。

【０００８】尚、１５は超伝導磁石２２に電流を流すた
めのパワーリード、１６はパワーリード１５の電流制御
部、１７はパワーリード１５を冷却したヘリウムガスを
回収する補助配管、１８は開閉弁、１９は液体窒素タン
ク、２０は熱シールド板６内を液体窒素温度に保つため
の液体窒素を封入した容器、２１は開閉弁である。

【０００９】定常時においては、上記液化サイクルが形
成されているため、液体ヘリウム貯槽４内の液体ヘリウ
ムが減少することはほとんどない。ところで、超伝導磁
石は、超伝導状態における内部の電気抵抗がほとんどな
いこと、及び、電磁誘導により強力な磁界を発生させる
必要性、から、極めて径の小さい電線を巻回した超伝導
コイルの態様をとっている。この場合、なにかの拍子に
電線同志が接触したりすると、そこで微小な熱が発生す
る。この熱のために、超伝導磁石の内部において局部的
に超伝導の臨界温度を上回り、常伝導状態となる。この
ような熱の発生により超伝導磁石の一部でも常伝導状態
となると、そこで大きな電気抵抗が生じる。上記したよ
うに、超伝導磁石は、極めて径の小さい電線で構成さ
れ、また超伝導状態においては電気抵抗が０であるた
め、非常に大きい電流を流している。ところが、一部で
も常伝導状態となると、そこで発生する電気抵抗によ
り、極めて大きな熱が発生する。この熱が回りの超伝導
状態である部分にも伝達され、熱が伝達された部分は常
伝導状態となり、さらに大きな電気抵抗が生じ、さらに
大きな熱が発生する。このような状態は、超伝導破壊又
はクエンチ（以下、クエンチと称する。）と呼ばれ、一
旦クエンチが起こると、再び超伝導状態に戻すことは難
しい。

【００１０】超伝導磁石がクエンチを起こした場合、超
伝導磁石の発熱により、液体ヘリウム貯槽４内の液体ヘ
リウムも急激に加熱され、蒸発する。すると、液体ヘリ
ウム貯槽内の圧力も急激に上昇する。この圧力上昇は、
ヘリウム回収用開閉弁を開いてヘリウムガスをヘリウム
タンクに回収するだけでは収まらないものである。この
ため従来の極低温冷却装置においては、液体ヘリウム貯
槽４に安全弁１２を設け、貯槽内の圧力上昇により安全
弁１２が自動的に開くようにされており、この安全弁よ
り余剰のヘリウムガスが大気へ放出されるように構成さ
れていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の極低温冷却装置
は、以上のように構成されているので、クエンチによっ
て急激に発生したヘリウムガスは安全弁により大気に放
出されるが、一部のヘリウムガスは戻り配管を介して圧
縮機の吸入口側に戻ってくる。戻りガスが増加した分だ
け圧縮機の吸入口に帰還するヘリウムガスの圧力は上昇
するため、圧縮機の吐出側はさらに高圧となって冷凍機
へ供給され、冷凍機で液化されたヘリウムは、クエンチ
により高温となった液体ヘリウム貯槽内へ供給され続
け、そこですぐに蒸発してヘリウムガスとなる。その結
果、液体ヘリウム貯槽内の圧力は長時間高圧が維持さ
れ、場合によっては、液体ヘリウム貯槽、熱シールド板
が変形してしまう。このため、極低温冷却装置の信頼性
が低下する。また、クエンチによって急激に発生した多
量の蒸発ヘリウムガスが圧縮機の吸入側に戻ってくるこ
とによって、圧縮機の圧力バランスが大きく崩れ、圧縮
機が過負荷運転となり、圧縮機の耐久性、信頼性の面で
著しい性能低下を招き、ひいては極低温冷却装置の信頼
性を低下させる。

【００１２】故に、本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、クエンチが発生した場合、液体ヘリウム
貯槽内の圧力上昇を最低限に抑え、液体ヘリウム貯槽の
変形を防止し、極低温冷却装置の信頼性を向上させるこ
とを、第１の技術的課題とするものである。さらに、本
発明は、圧縮機の吸入口側の圧力上昇を最低限に抑え、
圧縮機の過負荷運転を防止し、極低温冷却装置の信頼性
を向上させることを第２の技術的課題とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第１の技術的課題を
解決するために、本発明の請求項１において講じた技術
的手段は、作動ガスの吐出口及び吸入口を備え、低圧の
作動ガスを前記吸入口から吸入し、高圧の作動ガスを前
記吐出口から吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出さ
れた高圧の作動ガスを冷却して液化する冷凍機と、前記
冷凍機により液化された作動液体を貯溜する液体貯槽
と、前記液体貯槽内に配置され作動ガスの液化温度以上
で超伝導状態となる超伝導磁石と、前記圧縮機の吐出口
と前記冷凍機とを連通する高圧配管と、前記冷凍機と前
記液体貯槽とを連通し、前記冷凍機からの液体を前記液
体貯槽に供給する低圧配管と、前記圧縮機の吸入口と前
記液体貯槽の内部とを連通する戻り配管と、前記高圧配
管に介装され、前記超伝導磁石が超伝導破壊を起こした
ときに閉作動する常開型の高圧側開閉弁と、を備えた車
載用極低温冷却装置としたことである。

【００１４】上記技術的手段における作用は以下のよう
である。即ち、超伝導磁石がクエンチを起こした場合、
高圧配管に介装された常開型の開閉弁が閉作動し、圧縮
機の吐出口側と液体貯槽との連通を遮断するものであ
る。

【００１５】上記第２の技術的課題を解決するために、
本発明の請求項２において講じた技術的手段は、作動ガ
スの吐出口及び吸入口を備え、低圧の作動ガスを前記吸
入口から吸入し、高圧の作動ガスを前記吐出口から吐出
する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された高圧の作動ガ
スを冷却して液化する冷凍機と、前記冷凍機により液化
された作動液体を貯溜する液体貯槽と、前記液体貯槽内
に配置され作動ガスの液化温度以上で超伝導状態となる
超伝導磁石と、前記圧縮機の吐出口と前記冷凍機とを連
通する高圧配管と、前記冷凍機と前記液体貯槽とを連通
し、前記冷凍機からの液体を前記液体貯槽に供給する低
圧配管と、前記圧縮機の吸入口と前記液体貯槽の内部と
を連通する戻り配管と、前記戻り配管に介装され、前記
超伝導磁石が超伝導破壊を起こしたときに閉作動する常
開型の戻り側開閉弁と、を備えた車載用極低温冷却装置
としたことである。

【００１６】上記技術的手段における作用は、以下のよ
うである。即ち、超伝導磁石がクエンチを起こした場
合、戻り配管に介装された常開型の開閉弁が閉作動し、
圧縮機の吸入口側と液体貯槽との連通を遮断するもので
ある。

【００１７】上記第２の技術的手段を解決するにあたっ
て、本発明の請求項３において講じた技術的手段のよう
に、請求項２に記載の極低温冷却装置において、前記極
低温冷却装置は、前記高圧配管に介装され前記超伝導磁
石が超伝導破壊を起こしたときに閉作動する常開型の高
圧側開閉弁を備えたことを特徴とする、極低温冷却装置
とするのが好ましい。この場合、超伝導磁石がクエンチ
を起こすと、高圧配管に介装された常開型の高圧側開閉
弁が閉作動して圧縮機の吐出口側と液体貯槽との連通を
遮断するとともに、戻り配管に介装された常開型の戻り
側開閉弁も閉作動して圧縮機の吸入口側と液体貯槽との
連通を遮断するものである。

【００１８】上記第２の技術的課題を解決するにあたっ
て、本発明の請求項４において講じた技術的手段のよう
に、請求項２または３に記載の極低温冷却装置におい
て、前記戻り側開閉弁は、閉状態において前記圧縮機の
吸入口側から前記液体貯槽へと向かう方向の作動ガス流
路を遮断し、前記液体貯槽側から前記圧縮機の吸入側へ
と向かう方向の作動ガス流路を絞る、一方向絞り弁であ
ることを特徴とする、車載用極低温冷却装置とするのが
好ましい。

【００１９】上記技術的手段における作用は、以下のよ
うである。即ち、超伝導磁石がクエンチを起こした場
合、戻り配管に介装された常開型の戻り側開閉弁が閉作
動し、圧縮機の吸入口と液体貯槽との連通を遮断する
が、液体貯槽側から圧縮機の吸入口側へと向かう方向の
作動ガスは、流量が絞られつつも、わずかに流れること
が可能となるものである。

【００２０】上記第２の技術的手段を解決するにあたっ
て、本発明の請求項５において講じた技術的手段のよう
に、請求項２または３に記載の極低温冷却装置におい
て、前記戻り配管の途中には前記冷凍機が介装されてお
り、前記戻り側開閉弁は、連通孔と、前記連通孔の外周
に配置された弁座と、閉状態において付勢手段により前
記連通孔を遮蔽する弁体と、前記連通孔から前記弁体の
付勢方向側に設けられた吐出孔と、前記連通孔へ通じる
吸入孔とを有し、前記吐出孔は前記戻り配管を介して前
記液体貯槽に連通し、前記吸入孔は前記戻り配管を介し
て前記圧縮機の吸入口に連通することを特徴とする、車
載用極低温冷却装置とするのが好ましい。

【００２１】上記技術的手段における作用は、以下のよ
うである。即ち、超伝導磁石がクエンチを起こした場
合、戻り配管に介装された常開型の開閉弁が閉作動し、
圧縮機の吸入口と液体貯槽との連通を遮断するが、開閉
弁の吐出孔側の圧力と吸入孔側の圧力との圧力差が弁体
を弁座に付勢するときの付勢力に打ち勝って弁体を押し
上げ、弁体が押し上げられた部分に生じる隙間から、液
体貯槽側から圧縮機の吸入口側へと向かう方向の作動ガ
スがわずかに流れるものである。

【００２２】上記第１または第２の技術的手段を解決す
るにあたって、本発明の請求項６において講じた技術的
手段のように、前記車載用極低温冷却装置は、前記超伝
導磁石が超伝導状態から常伝導状態へと移行することに
示強的な物理量を検知する検知手段と、前記検知手段に
より検知された物理量の値が所定値の範囲外であったと
きに超伝導破壊が生じたと判断する判断手段と、前記判
断手段により超伝導破壊が発生したと判断されたときに
前記高圧側開閉弁を閉作動制御する制御手段と、を備
え、前記高圧側開閉弁は前記制御手段からの閉作動指令
により閉作動する電磁弁であることを特徴とする請求項
１または３に記載の車載用極低温冷却装置とするのが好
ましい。

【００２３】また、上記第２の技術的手段を解決するに
あたって、本発明の請求項７において講じた技術的手段
のように、前記車載用極低温冷却装置は、前記超伝導磁
石が超伝導状態から常伝導状態へと移行することに示強
的な物理量を検知する検知手段と、前記検知手段により
検知された物理量の値が所定値の範囲外であったときに
超伝導破壊が生じたと判断する判断手段と、前記判断手
段により超伝導破壊が発生したと判断されたときに前記
戻り側開閉弁を閉作動制御する制御手段と、を備え、前
記戻り側開閉弁は前記制御手段からの閉作動指令により
閉作動する電磁弁であることを特徴とする請求項２また
は３に記載の車載用極低温冷却装置とするのが好まし
い。

【００２４】上記技術的手段における作用は、以下のよ
うである。即ち、超伝導磁石がクエンチを起こした場
合、超伝導磁石の一部が常伝導状態となる。このような
状態となると、超伝導磁石が超伝導状態から常伝導状態
へと移行することに示強的な物理量の値が定常時におけ
る値と異なった値を取る。このため検知手段により検知
された物理量の値も変化し、その値が所定値の範囲から
外れたとき、判断手段により超伝導破壊が生じたと判断
される。判断手段により超伝導破壊が生じたと判断され
たとき、制御手段は、高圧配管または戻り配管に設けら
れた常開型の開閉弁を閉状態とするように制御する。そ
して、常開弁が閉状態となり、圧縮機の吐出口側と液体
貯槽、または、圧縮機の吸入口側と液体貯槽との連通が
遮断されるものである。ここで、超伝導状態から常伝導
状態へと移行することに示強的な物理量とは、超伝導磁
石が超伝導状態から常伝導状態へと移行しようとする傾
向の強さに依存する物理量のことと定義する。例えば、
超伝導磁石がクエンチを起こして発熱すると、周囲の作
動液体が蒸発して気体となるため、液体貯槽内の圧力が
上昇する。この圧力上昇は、クエンチがさらに進行して
常伝導状態の部分が増加すればするほど大きくなる。ま
た、クエンチによって発生した発熱に基づく温度上昇
も、クエンチが進行すればするほど大きくなる。また、
超伝導磁石の内部抵抗も、クエンチが進行して常伝導状
態の部分が増加するほど増加し、超伝導磁石の両端にか
かる電圧も増加する。この液体貯槽またはそれに連通す
る配管内の圧力、温度、超伝導磁石の内部抵抗、超伝導
磁石の両端にかかる電圧等は、超伝導状態から常伝導状
態へと移行することに示強的な物理量に含まれるものと
する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明するが、従来技術と同一部分について
は同一符号で示し、その説明を省略する。

【００２６】図１は、本発明の第１実施形態例を示す車
載用極低温冷却装置の回路図である。図において、圧縮
機１の吐出口１ａ側に連通する高圧配管３には高圧側開
閉弁２５が、圧縮機１の吸入口１ｂ側に連通する戻り配
管５には戻り側開閉弁２６がそれぞれ介装されている。
さらに戻り配管５には、圧力センサ２３が連結され、戻
り配管５内の圧力を検知している。圧力センサ２３が検
知した圧力情報は、弁制御部２４に受け渡される。弁制
御部２４は、入力された圧力が所定圧力よりも高いか否
かを常時監視しており、入力圧力が所定圧力よりも高く
なったときに、クエンチが発生していると判断し、高圧
側開閉弁２５及び低圧側開閉弁２６を両方共閉状態とす
る指令を出力する。この場合において、弁制御手段２４
は、圧力センサ２３により検知された圧力値が所定圧力
以上であったときにクエンチが発生していると判断する
判断部、及び、高圧側開閉弁２５及び戻り側開閉弁２６
を閉作動制御する制御手段としての機能を兼ね備える。
尚、本実施形態例において、定常状態における戻り配管
内の圧力は約０．１ｋｇ／ｃｍ² Ｇ程度であり、この定
常圧力よりも約０．４ｋｇ／ｃｍ² 程度高い圧力となっ
たときにクエンチが発生したものと推定できるため、高
圧側及び戻り側開閉弁２５及び２６を閉作動させるとき
の所定圧力を０．５ｋｇ／ｃｍ² Ｇに設定した。この場
合において、圧力センサ２３が本発明における検知手段
に、弁制御部２４が本発明における制御手段に相当す
る。

【００２７】上記のように構成された極低温冷却装置に
おいて、超伝導磁石がクエンチを起こすと、液体ヘリウ
ム貯槽４内の多量の液体ヘリウムが蒸発し、液体ヘリウ
ム貯槽４に連通する高圧配管３及び戻り配管５内の空間
も高圧となる。このような圧力上昇は、圧力センサ２３
を介して逐次弁制御部２４に入力され、入力圧力が上記
所定圧力を上回った場合に、高圧側開閉弁２５及び戻り
側開閉弁２６を閉状態とする指令を各弁に出力する。す
ると、高圧側開閉弁２５及び戻り側開閉弁２６は閉とな
る。

【００２８】この場合、クエンチが発生すると、高圧側
開閉弁２５が閉状態となるため、圧縮機１で高圧とされ
たヘリウムガスは液体ヘリウム貯槽４に侵入することで
きず、液体ヘリウム貯槽４の高圧状態をさらに助長する
こともない。このため、液体ヘリウム貯槽４の高圧によ
る変形を防止できる。また、クエンチによって液体ヘリ
ウム貯槽４内の液体ヘリウムが多量に蒸発し、戻り配管
５を介して圧縮機１の吸入口１ｂ側にも多量の蒸発ヘリ
ウムガスが戻ってこようとするが、上記動作により戻り
側開閉弁２６も閉状態となるため、高圧のヘリウムガス
が圧縮機１の吸入口１ｂから圧縮機１内に入ることはな
い。このため、圧縮機の過負荷運転を防止できる。

【００２９】図２は高圧側及び戻り側開閉弁２５及び２
６の概略断面図である。

【００３０】図において、ハウジング２８は吸入孔（入
り口ポート）２８ａ及び吐出孔（出口ポート）２８ｂを
備えており、吸入孔２８ａと吐出孔２８ｂは連通孔２８
ｃにより連通可能な状態となっている。連通孔２８ｃの
外周部２８ｄは、後述する弁体２９ａと当接して連通孔
２８ｃを塞ぐための弁座を構成する。連通孔２８ｃの図
示上方には弁体２９ａを備えた鉄芯２９が位置してお
り、鉄芯２９の外周にはコイル３０が配置され、コイル
３０はモールド部材３１により固定されている。モール
ド部材３１の外周はケース３２により覆われている。ま
た、モールド部材３２の図示下方には係止部材３３が鉄
芯２９の外周を取り巻くように配置されており、係止部
材３３と鉄芯２９の凸周部２９ｂとの間にスプリング３
４が設けられている。スプリング３４は鉄芯２９を随時
図示下方に付勢している。上記構成の電磁開閉弁におい
て、コイル３０に電流が流れていないときは、鉄芯２９
がスプリング３４により下方に付勢されるために弁体２
９ａにより連通孔２８ｃが塞がれ、吸入孔２８ａと吐出
孔２８ｂは遮断状態である。コイル３０に電流が流れる
と、鉄芯２９は図示上方に移動し、鉄芯２９の図示上部
に配置されるストッパ３５に当接する。コイル３０に電
流を流したときの図を図３に示す。この状態となると、
連通孔２８ｃは弁体２９ａによって塞がれていないた
め、吸入孔２８ａと吐出孔２８ｂは連通している。

【００３１】上記の如く構成された高圧側開閉弁２５に
おいて、その吸入孔２８ａを、高圧配管３の圧縮機１に
連通する側（図１におけるＡ点側）に接続し、その吐出
孔２８ｂを、高圧配管３の液体ヘリウム貯槽４に連通す
る側（図１におけるＢ点側）に接続する。また、上記の
如く構成された戻り側開閉弁２６において、その吐出孔
２８ｂを、戻り配管５の液体ヘリウム貯槽４に連通する
側（図１におけるＣ点側）に接続し、その吸入孔２８ａ
を、戻り配管５の圧縮機１に連通する側（図１における
Ｄ点側）に接続する。ヘリウムガスの圧力は圧縮機１の
吐出口１ａにおいて最も高いため、高圧配管３内のヘリ
ウムガスは図１におけるＡ点からＢ点に向かう方向に流
れる。即ち、ヘリウムガスは、高圧側開閉弁２５の吸入
孔２８ａから吐出孔２８ｂに向かって流れる。この流れ
方向は、通例上記構成の電磁弁を配管内に取りつけると
きの正しい流れ方向である。一方、ヘリウムガスの圧力
は圧縮機１の吸入口１ｂにおいて最も低いため、戻り配
管５内のヘリウムガスは図１におけるＣ点からＤ点に向
かう方向に流れる。即ち、ヘリウムガスは、戻り側開閉
弁２６の吐出口２８ｂから吸入孔２８ａに向かって流れ
る。この流れ方向は、通例上記構成の電磁弁を配管内に
取りつけるときの正しい流れ方向とは逆の流れ方向であ
る。このように高圧側開閉弁２５及び戻り側開閉弁２６
を接続し、クエンチが起きた場合に各開閉弁は閉状態と
なる。この場合において、高圧側開閉弁２５では、吸入
孔２８ａから侵入した高圧のヘリウムガスが弁体２９ａ
をさらに連通孔２８ｃに押し込む方向に流れようとする
ため、確実に吸入孔２８ａと吐出孔２８ｂとの連通を遮
断する。ところが、戻り側開閉弁２６では、クエンチに
より高圧とされたヘリウムガスが吐出孔２８ｂから侵入
し、弁体２９ａを連通孔２８ｃから離そうとする方向に
流れようとする。このため、液体ヘリウム貯槽４内の圧
力が圧縮機１の吸入口１ｂ側の圧力よりある一定値以上
高くなり、この差圧力の方が、スプリング３４の付勢力
よりも勝った場合に戻り側開閉弁２６は微開の状態とな
り、弁体２９ａと連通孔２８ｃとの隙間からわずかなも
れを生じる。このように発生するわずかな作動ガスの漏
れは、冷凍機２の保護に役立つ。即ち、冷凍機２は液体
ヘリウム貯槽４と連通しているため、クエンチ発生時に
おける高圧のヘリウムガスが直接冷凍機２に供給され、
この高圧により冷凍機２に低圧部品への以上加圧が起こ
る。しかしながら、本実施形態例においては、戻り配管
５の途中に介装された上記戻り側開閉弁２６がクエンチ
発生時に微開の状態となるため、液体ヘリウム貯槽４か
ら戻り配管５に侵入する高圧のヘリウムガスは完全に遮
断されず、わずかに流れる。このため冷凍機２にかかる
圧力を低減させることができ、冷凍機内で上記不具合は
発生しない。

【００３２】以上、本発明の１実施形態例について説明
したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものでは
ない。例えば、上記実施形態例では戻り側開閉弁を電磁
弁で構成したものを示したが、これを一方向絞り弁で構
成し、圧縮機１の吸入口１ａ側から液体ヘリウム貯槽４
側へと向かう方向のヘリウムガスを遮断し、液体ヘリウ
ム貯槽４側から圧縮機１の吸入口１ａ側へと向かう方向
のヘリウムガスの流路を絞るように構成しても上記実施
形態例と同様の効果が望める。

【００３３】

【発明の効果】請求項１の発明は、以下の如く効果を有
する。

【００３４】超伝導磁石がクエンチを起こした場合、高
圧配管に介装された常開弁が閉作動し、圧縮機の吐出口
側と液体貯槽との連通を遮断するため、圧縮機により高
圧とされた作動ガスが液体貯槽に侵入することはなく、
液体貯槽内の圧力をさらに高めることはない。このた
め、液体貯槽の変形を防止することができる。

【００３５】請求項２の発明は、以下の如く効果を有す
る。

【００３６】超伝導磁石がクエンチを起こした場合、戻
り配管に介装された常開弁が閉作動し、圧縮機の吸入口
側と液体貯槽との連通を遮断するため、クエンチにより
生じた高圧が圧縮機に伝達されることはなく、圧縮機を
過負荷状態にすることがないため、圧縮機の耐久性、信
頼性を向上させることができる。

【００３７】請求項３の発明は、以下の如く効果を有す
る。

【００３８】超伝導磁石がクエンチを起こした場合、高
圧配管に介装された常開弁が閉作動して圧縮機の吐出口
側と液体貯槽との連通を遮断するとともに、戻り配管に
介装された常開弁が閉作動して圧縮機の吸入口側と液体
貯槽との連通を段するため、圧縮機により高圧とされた
作動ガスが液体貯槽に侵入せず、液体貯槽の変形を防止
できるとともに、高圧の作動ガスが圧縮機に供給され
ず、圧縮機の耐久性、信頼性を向上させることができ
る。

【００３９】請求項４の発明は、以下の如く効果を有す
る。

【００４０】超伝導磁石がクエンチを起こした場合、戻
り配管に介装された常開弁が閉作動し、圧縮機の吸入口
と液体貯槽との連通を遮断するが、液体貯槽側から圧縮
機の吸入口側へと向かう方向作動ガスは、流量が絞られ
つつも、わずかに流れることが可能であるため、液体貯
槽に戻り配管を介して直接連通する冷凍機の圧力上昇を
緩和させることができ、冷凍機を保護することができ
る。

【００４１】請求項５の発明は、以下の如く効果を有す
る。

【００４２】超伝導磁石がクエンチを起こした場合、戻
り配管に介装された常開弁が閉作動し、圧縮機の吸入口
と液体貯槽との連通を遮断するが、開閉弁の吐出孔側の
圧力と吸入孔側の圧力との圧力差が弁体を弁座に付勢す
るときの付勢力に打ち勝って弁体を押し上げ、弁体が押
し上げられた部分に生じる隙間から、液体貯槽側から圧
縮機の吸入口側へと向かう方向の作動ガスがわずかに流
れるため、液体貯槽に戻り配管を介して直接連通する冷
凍機の圧力上昇を緩和させることができ、冷凍機を保護
することができる。

【００４３】請求項６及び７の発明は、以下の如く効果
を有する高圧配管または戻り配管に介装する高圧側及び
戻り側開閉弁を電磁弁で構成し、この電磁弁を閉作動制
御するために、超伝導磁石が超伝導状態から常伝導状態
に移行することに示強的な物理量を検出する検出手段、
検出手段の検出結果に基づいて、超伝導破壊が生じたか
否かを判断する判断手段、判断手段の判断結果に基づい
て電磁弁を閉作動制御する制御手段を設けた。これによ
り、安価な構成で、圧縮機の耐久性、信頼性を向上さ
せ、また冷凍機を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例における、極低温冷却装置
の全体回路図である。

【図２】本発明の実施形態例における、高圧側開閉弁及
び戻り側開閉弁の部分断面概略図であり、コイルに電流
が流れていないときの図である。

【図３】本発明の実施形態例における、高圧側開閉弁及
び戻り側開閉弁の部分断面概略図であり、コイルに電流
が流れているときの図である。

【図４】従来技術における、極低温冷却装置の全体回路
図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機、 １ａ 吐出口、 １ｂ 吸入口 ２ 冷凍機 ３ 高圧配管 ４ 液体ヘリウム貯槽（液体貯槽） ５ 戻り配管 ２２ 超伝導磁石 ２３ 圧力センサ（検知手段） ２４ 弁制御部（判断手段、制御手段） ２５ 高圧側開閉弁 ２６ 戻り側開閉弁 ２７ 低圧配管 ２８ ハウジング， ２８ａ 吸入孔、 ２８ｂ 吐出
孔、 ２８ｃ 連通孔、２８ｄ 弁座 ２９ 鉄芯、 ２９ａ 弁体 ３４ スプリング（付勢手段）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動ガスの吐出口及び吸入口を備え、低
   圧の作動ガスを前記吸入口から吸入し、高圧の作動ガス
   を前記吐出口から吐出する圧縮機と、 前記圧縮機から吐出された高圧の作動ガスを冷却して液
   化する冷凍機と、 前記冷凍機により液化された作動液体を貯溜する液体貯
   槽と、 前記液体貯槽内に配置され作動ガスの液化温度以上で超
   伝導状態となる超伝導磁石と、 前記圧縮機の吐出口と前記冷凍機とを連通する高圧配管
   と、 前記冷凍機と前記液体貯槽とを連通し、前記冷凍機から
   の液体を前記液体貯槽に供給する低圧配管と、 前記圧縮機の吸入口と前記液体貯槽の内部とを連通する
   戻り配管と、 前記高圧配管に介装され、前記超伝導磁石が超伝導破壊
   を起こしたときに閉作動する常開型の高圧側開閉弁と、 を備えた車載用極低温冷却装置。
2. 【請求項２】 作動ガスの吐出口及び吸入口を備え、低
   圧の作動ガスを前記吸入口から吸入し、高圧の作動ガス
   を前記吐出口から吐出する圧縮機と、 前記圧縮機から吐出された高圧の作動ガスを冷却して液
   化する冷凍機と、 前記冷凍機により液化された作動液体を貯溜する液体貯
   槽と、 前記液体貯槽内に配置され作動ガスの液化温度以上で超
   伝導状態となる超伝導磁石と、 前記圧縮機の吐出口と前記冷凍機とを連通する高圧配管
   と、 前記冷凍機と前記液体貯槽とを連通し、前記冷凍機から
   の液体を前記液体貯槽に供給する低圧配管と、 前記圧縮機の吸入口と前記液体貯槽の内部とを連通する
   戻り配管と、 前記戻り配管に介装され、前記超伝導磁石が超伝導破壊
   を起こしたときに閉作動する常開型の戻り側開閉弁と、 を備えた車載用極低温冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の極低温冷却装置におい
   て、前記極低温冷却装置は、前記高圧配管に介装され前
   記超伝導磁石が超伝導破壊を起こしたときに閉作動する
   常開型の高圧側開閉弁を備えたことを特徴とする、極低
   温冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の極低温冷却装
   置において、前記戻り側開閉弁は、閉状態において前記
   圧縮機の吸入口側から前記液体貯槽へと向かう方向の作
   動ガス流路を遮断し、前記液体貯槽側から前記圧縮機の
   吸入側へと向かう方向の作動ガス流路を絞る、一方向絞
   り弁であることを特徴とする、車載用極低温冷却装置。
5. 【請求項５】 請求項２または３に記載の極低温冷却装
   置において、前記戻り配管の途中には前記冷凍機が介装
   されており、 前記戻り側開閉弁は、連通孔と、前記連通孔の外周に配
   置された弁座と、閉状態において付勢手段により前記連
   通孔を遮蔽する弁体と、前記連通孔から前記弁体の付勢
   方向側に設けられた吐出孔と、前記連通孔へ通じる吸入
   孔とを有し、前記吐出孔は前記戻り配管を介して前記液
   体貯槽に連通し、前記吸入孔は前記戻り配管を介して前
   記圧縮機の吸入口に連通することを特徴とする、車載用
   極低温冷却装置。
6. 【請求項６】 前記車載用極低温冷却装置は、 前記超伝導磁石が超伝導状態から常伝導状態へと移行す
   ることに示強的な物理量を検知する検知手段と、 前記検知手段により検知された物理量の値が所定値の範
   囲外であったときに超伝導破壊が生じたと判断する判断
   手段と、 前記判断手段により超伝導破壊が発生したと判断された
   ときに前記高圧側開閉弁を閉作動制御する制御手段と、 を備え、前記高圧側開閉弁は前記制御手段からの閉作動
   指令により閉作動する電磁弁であることを特徴とする請
   求項１または３に記載の車載用極低温冷却装置。
7. 【請求項７】 前記車載用極低温冷却装置は、 前記超伝導磁石が超伝導状態から常伝導状態へと移行す
   ることに示強的な物理量を検知する検知手段と、 前記検知手段により検知された物理量の値が所定値の範
   囲外であったときに超伝導破壊が生じたと判断する判断
   手段と、 前記判断手段により超伝導破壊が発生したと判断された
   ときに前記戻り側開閉弁を閉作動制御する制御手段と、 を備え、前記戻り側開閉弁は前記制御手段からの閉作動
   指令により閉作動する電磁弁であることを特徴とする請
   求項２または３に記載の車載用極低温冷却装置。