JPH1183218A - 超電導コイルの極低温冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液体窒素の注入回数を減らし、設備の稼動率を
上げることのできる超電導コイルの極低温冷却装置を得
ることである。 【解決手段】液体窒素容器３の天井部を縦貫させたガス
窒素放出管１Ａの下部を水平に曲げて、水平部１ａを形
成し、この水平部１ａの中間部の下部に補助管１ｂを垂
設する。この補助管１ｂの下端と液体窒素容器３に注入
した液体窒素４の液面との間に対して、所定の間隔を形
成する。液体窒素４を補給するときには、ガス窒素放出
管１Ａに流入するガス体の大部分は、水平部１ａの端部
から流入し、流入抵抗の高い補助管１ｂからは、少量の
ガス体が流入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導コイルの極
低温冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶引上装置及び核磁気共鳴診断装置
（ＭＲＩ）や磁気浮上式鉄道などに使われる従来の超電
導コイルの極低温冷却装置のうち、磁気浮上式鉄道の車
両に搭載された冷却装置の一例を図５の縦断面図に示
す。

【０００３】図５において、真空断熱容器11の内部は真
空となっていて、この内部には、液体窒素容器３が収納
され、この液体窒素容器３は、ガラス繊維強化プラスチ
ック製の図示しない複数の支持具で、真空断熱容器11の
天井部から吊り下げられている。

【０００４】この液体窒素容器３の下端の外周には、銅
板で製作された液体窒素シールド10が垂設され、この液
体窒素シールド10の内部には、液体ヘリウム容器７が収
納されている。

【０００５】この液体ヘリウム容器７は、液体窒素容器
３の底板から垂設された図示しないガラス繊維強化プラ
スチック製の支持具を介して、液体窒素容器３から吊り
下げられている。

【０００６】液体窒素容器３には、高圧ガス保安規則に
準拠して、上側に所定の空間を残して、液体窒素４が注
入され、液体ヘリウム容器７には、液体ヘリウム８が注
入され、この液体ヘリウム８には、超電導コイル９が浸
漬されている。

【０００７】液体窒素容器３の天井部には、ガス窒素放
出管１Ｄが貫挿され、このガス窒素放出管１Ｄの下端
は、天井部から僅かに突き出ている。このガス窒素放出
管１の左側には、液体窒素供給管２が貫挿されている。
液体窒素容器３の左側には、パイプ３ａが縦貫され、上
下端が液体窒素容器３の天井板と底板に水密溶接されて
いる。

【０００８】このパイプ３ａの内部には、液体ヘリウム
供給管５とガスヘリウム供給管６が貫設されている。こ
のうち、液体ヘリウム供給管５の下端は、液体ヘリウム
容器７の天井板を貫通して、液体ヘリウム容器７に貯留
された液体ヘリウム８の中間部に達し、ガスヘリウム放
出管６の下端は、液体ヘリウム容器８の天井板の下端面
と同一位置となっている。

【０００９】図６は、図５で示した液体窒素容器３を示
す拡大詳細図で、液体窒素容器３の内部に貯留された液
体窒素の液状部分16の上部に対して、この液体窒素の微
小な液（ミスト状）とガス状とが混合した、液・ガス混
合部分15が存在し、この液・ガス混合部分15と液体窒素
容器３の天井板との間に対して、液体窒素４のガス状部
分14が存在することを示す。

【００１０】ところで、このように構成された超電導コ
イルの極低温冷却装置においては、液体ヘリウム８の量
が所定の値以上残存しているか否かを測定するために、
液体ヘリウム容器７の内部には図示しない液面計が挿入
され、この液面計で計測した液体ヘリウム８の液面の高
さで、液体ヘリウム８の補給の要否と補給量を判定して
いる。一方、液体窒素容器３に貯留された液体窒素４の
量は、差圧液面計で測定して所定の値以下となると液体
窒素供給管２から液体窒素４が供給される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された超電導コイルの極低温冷却装置においては、
液体窒素供給管２から液体窒素を供給している状態のと
きには、差圧液面計の動作が不安定となるので、ガス窒
素放出管１Ｄから液体窒素が流出してきたことを確認
し、これで所定の量の液体窒素が注入されたと判断して
いる。前述したガス窒素放出管１Ｄの下端が天井部から
突き出ているのは、このことを考慮したためである。

【００１２】ところが、図６で前述したように、液体窒
素の液状部分16の上部に存在する液・ガス混合部分15の
上端面が、液体窒素の注入によって上昇すると、注入圧
力から液体窒素容器３の内部で減圧される液体窒素のフ
ラッシュロスに伴うガス化によって、液状の窒素がガス
窒素放出管１Ｄから放出されるおそれがある。そのた
め、液体窒素容器３に所定の量の液体窒素を貯留できな
くなると、注液作業を頻繁に行わなければならない。

【００１３】すると、この回数に比例して注液時の配管
の予冷のために消費される液体窒素の量も増えるだけで
なく、そのために設備の稼動停止回数も増える。そこ
で、本発明の目的は、液体窒素の注入回数を減らし、設
備の稼動率を上げることのできる超電導コイルの極低温
冷却装置を得ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、超電導コイルを浸漬する第１の冷媒を貯留した第１
の冷媒容器を内部に収納した熱シールドと、この熱シー
ルドを冷却する第２の冷媒を貯留する第２の冷媒容器
と、この第２の冷媒容器と熱シールドとを収納する断熱
容器を備えた超電導コイルの極低温冷却装置において、
第２の冷媒容器の上部に第２の冷媒の気化ガスを排出す
るために下部に水平部を設けてこの水平部の下部に対し
て第２の冷媒が流入する補助排出部を有する排出管を貫
設したことを特徴とする。

【００１５】また、特に請求項２に対応する発明の超電
導コイルの極低温冷却装置は、補助排出部を、水平部か
ら第２の冷媒容器の気ガス空間の容積を規定する位置に
開口部を有するように垂設された補助管としたことを特
徴とし、特に請求項３に対応する発明の超電導コイルの
極低温冷却装置は、補助管の流路断面積を水平部の流路
断面積の10〜50％としたことを特徴とする。

【００１６】さらに、特に請求項４に対応する発明の超
電導コイルの極低温冷却装置は、補助排出部を、水平部
の底部に形成された貫通穴としたことを特徴とし、特に
請求項５に対応する発明の超電導コイルの極低温冷却装
置は、水平部の先端上部に開口部を形成したことを特徴
とする。

【００１７】このような手段によって、本発明では、第
２の冷媒のガス体を水平部の端部から内部に導いて液面
が低い状態における第２の冷媒の液・ガス混合物の排出
管への流入を防ぐ。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の超電導コイルの極
低温冷却装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の超電導コイルの極低温冷却装置の第１
の実施形態を示す図で、従来の技術で示した図５に対応
し、請求項１及び請求項２に対応する図である。但し、
液体窒素容器とガス窒素放出管及び窒素供給管のみを示
し、他は省略している。

【００１９】図１において、従来の技術で示した図５と
異なるところは、ガス窒素放出管の液体窒素容器の内部
における形状で、他は、図５と同一である。すなわち、
ガス窒素放出管１Ａの下部には、左方向に湾曲して形成
した水平管１ａと、この水平部１ａの中間部から下方に
垂設され水平管１と同一径の補助管１ｂが形成され、こ
のうち、補助管１ｂの下端は、液体窒素４の液面と所定
の間隙で対置している。

【００２０】このようにガス窒素放出管の下部が構成さ
れた超電導コイルの極低温冷却装置においては、水平で
直線的にガス窒素放出管１Ａの貫通部の下端に接続した
水平部１ａは、流体の抵抗が少ないので、補助管１ｂと
比べて多量のガス窒素が流入する。一方、補助管１ｂに
流入するガス窒素は、低速で流量も減少する。

【００２１】この減少は、液体窒素供給管２から液体窒
素を供給している場合でも同様で、図６で前述した液・
ガス混合部分15の上端が補助管１ｂの下端に達した場合
でも、微小な液状の液体窒素の上昇を防ぐことができ、
ガス窒素放出管１Ａからの流出を防ぐことができる。

【００２２】したがって、液体窒素容器３に貯留する液
体窒素の貯留量を増やすことができるので、注液間隔
（すなわち、保守間隔）を延ばすことができ、注液時に
消費する液体窒素を減らすことができ、設備の稼動率の
低下を防ぐことができる。

【００２３】なお、注入する液体窒素の液面が補助管１
ｂの下面に達した場合には、水平管１ａを流れるガス窒
素により、低圧となる補助管１ｂによって、液体窒素は
確実に吸い上げられるので、貯留量を検出することがで
きる。

【００２４】次に、図２は、本発明の超電導コイルの極
低温冷却装置の第２の実施形態を示す部分縦断面図で、
第１の実施形態で示した図１に対応し、特に請求項３に
対応する図である。

【００２５】図２において、前述した実施形態で示した
図１と異なるところは、図１と同様にガス窒素放出管の
下端の形状で、他は図１と同一である。すなわち、ガス
窒素放出管１Ｂの下部に図１と同様に形成された水平部
１ａに対して、図１で示した補助管１ｂと比べて口径の
小さい補助管１ｃが垂設されている。

【００２６】このように補助管１ｃが形成された超電導
コイルの極低温冷却装置においては、補助管１ｃの流路
の抵抗が高いので、補助管１ｃに流入するガス窒素の流
量を減らすことができ、注入された液体窒素の液面が補
助管１ｃの下端に達した場合には、液体窒素が確実に流
出するので、その位置を検出し、供給を停止することが
できる。なお、この補助管１ｃの断面積は、水平部１ａ
の流路断面積と比べて、10〜50％が好ましい。

【００２７】次に、図３は、本発明の超電導コイルの極
低温冷却装置の第３の実施形態を示す部分縦断面図で、
前述した実施形態で示した図１及び図２に対応し、特に
請求項４及び請求項５に対応する図である。図３におい
て、前述した実施形態で示した図１及び図２と異なると
ころは、図２と同様に、ガス窒素放出管の下端の形状で
ある。

【００２８】すなわち、ガス窒素放出管１Ｃの下部に対
して、図１及び図２と同様に形成された水平部１ｄの先
端には、上方に僅かに突き出た曲げ部１ｅが形成され、
水平部１ｄの中間部の下部には、水平部１ｄの断面積と
比べて小さい液体窒素排出穴１ｆを形成している。

【００２９】このようにガス窒素放出管が形成された超
電導コイルの極低温冷却装置においても、ガス窒素は曲
げ部１ｅの上端から大部分が流出し、液体窒素排出穴１
ｆからは少量のガス窒素が排出される。

【００３０】また、液体窒素の液面が液体窒素排出穴に
達すると、液体窒素がガス窒素放出管１Ｃから排出され
る。この場合には、ガス窒素放出管１Ｃの構成が簡単と
なる利点がある。

【００３１】次に、図４は、本発明の超電導コイルの極
低温冷却装置の第４の実施形態を示す部分縦断面図で、
前述した実施形態で示した図１及び図２並びに図３に対
応する図である。

【００３２】図４において、前述した実施形態と異なる
ところは、図１で示したガス窒素放出管１Ａに対して、
液体窒素の流出の有無を検出する検出器17を接続し、液
体窒素供給管２には、開閉弁18を接続したことである。

【００３３】この場合には、検出器17で液体窒素の流出
を検出すると、この検出信号で開閉弁18のソレノイドを
励磁して開閉弁18の弁を閉じることで、作業員の注入作
業を容易且つ確実・正確に行うことができる。

【００３４】なお、検出器17と開閉弁18は、図２及び図
３で示した極低温冷却装置にも当然採用してもよい。ま
た、上記実施形態において、液体窒素容器３に注入され
た冷媒は、液体窒素の場合で説明したが、液体ヘリウム
でもよく、又は他の冷媒であってもよい。

【００３５】さらに、上記実施形態においては、磁気浮
上式鉄道の車両に搭載した超電導コイルの極低温冷却装
置の場合で説明したが、適用対象の如何にかかわらず、
気化ガスを排出する排出管が貫設された極低温冷却装置
であれば適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上、請求項１に対応する発明によれ
ば、超電導コイルを浸漬する第１の冷媒を貯留した第１
の冷媒容器を内部に収納した熱シールドと、この熱シー
ルドを冷却する第２の冷媒を貯留する第２の冷媒容器
と、この第２の冷媒容器と熱シールドとを収納する断熱
容器を備えた超電導コイルの極低温冷却装置において、
第２の冷媒容器の上部に第２の冷媒の気化ガスを排出す
るために下部に水平部を設けてこの水平部の下部に対し
て第２の冷媒が流入する補助排出部を有する排出管を貫
設することで、第２の冷媒のガス体を水平部の端部から
内部に導いて、液面が低い状態における第２の冷媒の液
・ガス混合物の排出管への流入を防いだので、液体窒素
の注入回数を減らし、設備の稼動率を上げることのでき
る超電導コイルの極低温冷却装置を得ることができる。

【００３７】また、特に請求項２に対応する発明によれ
ば、補助排出部を、水平部から第２の冷媒容器の気ガス
空間の容積を規定する位置に開口部を有するように垂設
された補助管とすることで、特に請求項３に対応する発
明によれば、補助管の流路断面積を水平部の流路断面積
の10〜50％とすることで、第２の冷媒のガス体を水平部
の端部から内部に導いて、液面が低い状態における第２
の冷媒の液・ガス混合物の排出管への流入を防いだの
で、液体窒素の注入回数を減らし、設備の稼動率を上げ
ることのできる超電導コイルの極低温冷却装置を得るこ
とができる。

【００３８】さらに、特に請求項４に対応する発明によ
れば、補助排出部を、水平部の底部に形成された貫通穴
とすることで、特に請求項５に対応する発明によれば、
水平部の先端上部に開口部を形成することで、第２の冷
媒のガス体を水平部の端部から内部に導いて、液面が低
い状態における第２の冷媒の液・ガス混合物の排出管へ
の流入を防いだので、液体窒素の注入回数を減らし、設
備の稼動率を上げることのできる超電導コイルの極低温
冷却装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導コイルの極低温冷却装置の第１
の実施形態を示す部分縦断面図。

【図２】本発明の超電導コイルの極低温冷却装置の第２
の実施形態を示す部分縦断面図。

【図３】本発明の超電導コイルの極低温冷却装置の第３
の実施形態を示す部分縦断面図。

【図４】本発明の超電導コイルの極低温冷却装置の第４
の実施形態を示す部分縦断面図。

【図５】従来の超電導コイルの極低温冷却装置が組み込
まれた超電導電磁石の一例を示す縦断面図。

【図６】従来の超電導コイルの極低温冷却装置の作用を
示す縦断面図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ガス窒素放出管、１ａ…水平部、１
ｂ，１ｃ…補助管、２…液体窒素供給管、３…液体窒素
容器、４…液体窒素、５…液体ヘリウム放出管、６…ガ
スヘリウム放出管、７…液体ヘリウム容器、８…液体ヘ
リウム、９…超電導コイル、10…液体窒素シールド、11
…真空断熱容器、14…ガス状部分、15…液・ガス混合部
分、16…液状部分、17…検出器、18…開閉弁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルを浸漬する第１の冷媒を貯
   留した第１の冷媒容器を内部に収納した熱シールドと、
   熱シールドを冷却する第２の冷媒を貯留する第２の冷媒
   容器と、この第２の冷媒容器と前記熱シールドとを収納
   する断熱容器を備えた超電導コイルの極低温冷却装置に
   おいて、前記第２の冷媒容器の上部に前記第２の冷媒の
   気化ガスを排出するために下部に水平部を設けてこの水
   平部の下部に対して前記第２の冷媒が流入する補助排出
   部を有する排出管を貫設したことを特徴とする超電導コ
   イルの極低温冷却装置。
2. 【請求項２】 前記補助排出部を、前記水平部から前記
   第２の冷媒容器の前記気ガス空間の容積を規定する位置
   に開口部を有するように垂設された補助管としたことを
   特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの極低温冷却
   装置。
3. 【請求項３】 前記補助管の流路断面積を前記水平部の
   流路断面積の10〜50％としたことを特徴とする請求項２
   に記載の超電導コイルの極低温冷却装置。
4. 【請求項４】 前記補助排出部を、前記水平部の底部に
   形成された貫通穴としたことを特徴とする請求項１に記
   載の超電導コイルの極低温冷却装置。
5. 【請求項５】 前記水平部の先端上部に開口部を形成し
   たことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに
   記載の超電導コイルの極低温冷却装置。