(57)【要約】【課題】超電導電磁石装置に設けられた冷凍機の交換時、冷凍機取付口に付着する凍結空気水分を除去するためのホットヘリウムガス吹き付けによる超電導コイルのクエンチ発生のリスクがあるため、超電導コイルの磁場を下げているが、磁場を下げる必要のない超電導電磁石装置を提供する。【解決手段】中心軸を有して配置された複数の超電導コイル１，２を収納する真空槽５に設けられた冷凍機取付口５ａに、冷媒槽３の軸中心方向に突出しその端面５ｃが冷媒中４に達し、内部にガス通路を有する冷凍機取付口先端部５ｂが設けられた超電導電磁石装置１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を有して配置された超電導コイルと、該超電導コイルを収納するとともに、この超電導コイルを冷却する冷媒が貯液された冷媒槽と、該冷媒槽を包囲する真空槽と、該真空槽に設けられた冷凍機取付口に配置された冷凍機と、前記冷凍機取付口に前記冷媒槽の軸中心方向に突出して、ガスの導入口を有する取付口先端部とが設けられた超電導電磁石装置において、前記取付口先端部は、前記導入口を介してガスが前記冷媒槽に導入される際に、前記ガスが前記冷媒槽内で拡散して、前記超電導コイルに直接触れないように設けられていることを特徴とする超電導電磁石装置。
【請求項２】
前記取付口先端部は、その端面が前記冷媒中に達するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。
【請求項３】
前記取付口先端部は、その先端付近にガス吹き出し穴が設けられているとともに、その端面に逆キャップ状の遮風体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。
【請求項４】
前記超電導コイルが、ソレノイド状の超電導コイルであることを特徴とする請求項１に記載の超電導電磁石装置。
【請求項５】
前記ソレノイド状の超電導コイルは、小径、大径の超電導コイルが複数個軸方向に相対して設けられているものであり、前記冷媒槽の内径部位の枠板から外径方向に突出し、相対して前記大径超電導コイルを互いに遮蔽するように設けられた遮蔽壁と、該遮蔽壁間に取り付けられた遮風体とが設けられているとともに、前記取付口先端部は、その端面が前記遮風体と隙間を有して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の超電導電磁石装置。
【請求項６】
前記ソレノイド状の超電導コイルは、小径、大径の超電導コイルが複数個軸方向に相対して設けられているものであり、前記冷媒槽の外径部位から内径方向に突出して設けられた複数の外径部フィンと、前記冷媒槽の内径部位の枠板から外径方向に突出し、相対して前記大径超電導コイルを互いに遮蔽するように設けられた遮蔽壁と、該遮蔽壁間に取り付けられた遮風板には外径方向に突出して設けられた複数の遮風板フィンとが設けられ、かつ前記外径部フィンと前記遮風板フィンとが軸方向に交互に配置されているとともに、前記取付口先端部は、その端面が前記遮風板と隙間を有して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の超電導電磁石装置。
【請求項７】
前記遮蔽壁と遮風体の材質が、銅またはアルミであることを特徴とする請求項５に記載の超電導電磁石装置。
【請求項８】
前記遮蔽壁と遮風体および外径部フィン、遮風体フィンの材質が、銅またはアルミであることを特徴とする請求項６に記載の超電導電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、極低温冷凍機を搭載した超電導電磁石装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超電導マグネットとして超電導コイルが、極低温冷媒槽としてのヘリウム槽内に満たされている液体ヘリウムに浸漬されて極低温に保持され、ヘリウム槽を包囲するように配置された真空槽とヘリウム槽間との間は真空に保持され、かつ輻射熱侵入を低減するための熱シールドが配置され、ヘリウム槽を冷却するＧＭ（ギフォード、マクマホン）式４Ｋ冷凍機が真空槽の冷凍機取付口に取り付けられ、蒸発するヘリウムガスを再凝縮する構成の技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０６９０２９号公報（図１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような構成の超電導マグネットの冷凍機をメンテナンスのため代替機と交換しようとして真空槽から取り外す際、ヘリウム槽内のヘリウムガスが噴出し、この噴出するヘリウムガスにより冷凍機取付口付近に凍結空気水分が付着する。この状態のままで代替冷凍機を取り付けようとすると、取付不具合の原因となり、また良好な熱接続の妨げとなる。従って、上記凍結空気水分を除去するためにホットヘリウムガスを吹き付けているが、このホットヘリウムガスにより超電導コイルに熱が伝わり、超電導コイルがクエンチ（超電導破壊）してしまう恐れがあり、従来より超電導コイルの発生する磁場を下げてメンテナンスを行っており、その為、メンテナンスに多くの時間が費やされ、メンテナンス費用の低減化の障害になるという問題点がある。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、冷凍機の交換時に超電導コイルの磁場を下げる必要のない超電導電磁石装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る超電導電磁石装置は、中心軸を有して配置された超電導コイルと、該超電導コイルを収納するとともに、この超電導コイルを冷却する冷媒が貯液された冷媒槽と、該冷媒槽を包囲する真空槽と、該真空槽に設けられた冷凍機取付口に配置された冷凍機と、前記冷凍機取付口に前記冷媒槽の軸中心方向に突出して、ガスの導入口を有する取付口先端部とが設けられ、取付口先端部は、導入口を介してガスが冷媒槽に導入される際に、ガスが前記冷媒槽内で拡散して、超電導コイルに直接触れないように設けられているものである。
【発明の効果】
【０００７】
上記のような構成の超電導電磁石装置であるので、冷凍機をメンテナンスの為、代替機と交換する際、冷凍機取付口付近に凍結する空気水分を除去するホットヘリウムガスを吹き付けても、超電導コイルにホットヘリウムガスの熱が直接伝わらない。
従って、超電導コイルが励磁状態である場合でも冷凍機の交換が可能となり、超電導コイルの磁場を下げるすなわち無励磁状態とする必要がなく、冷凍機交換のメンテナンス時間の短縮と、その費用の低減が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の超電導電磁石装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態２の超電導電磁石装置を示す断面図である。
【図３】実施の形態３の超電導電磁石装置を示す断面図である。
【図４】実施の形態４の超電導電磁石装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による超電導電磁石装置を図に基づいて説明する。
図１は、例えば横置きされたＭＲＩ用の超電導電磁石装置１００を示す断面図である。図１において、複数のソレノイド状の超電導コイルすなわち、４個の小径超電導コイル１、２個の大径超電導コイル２が中心軸２０上に、互いに相対して設けられている。この超電導コイル１，２は、極低温冷媒槽としてのヘリウム槽３内に満たされている極低温冷媒としての液体ヘリウム４に浸漬されて極低温に保持されている。真空槽５は前記ヘリウム槽３を包囲するように設けられ、この真空槽５とヘリウム槽３との間を真空排気して断熱している。熱シールド６は前記ヘリウム槽３と真空槽５との間にヘリウム槽３を包囲するように円筒同軸状に配設され、ヘリウム槽３への熱侵入を減少させている。
なお、図示省略した励磁電源の出力が同じく図示省略したパワーリードを介して前記超電導コイル１，２に供給されている。また、図１および後述する図２〜図４は、横置き型の超電導電磁石装置１００の断面図であり、大径コイル２の径方向頂部分が冷媒である液体ヘリウム４に浸漬されてない状態を示しているが、これはヘリウム槽３の液体ヘリウム４が減少した状態であり、大径コイル２の全体の内、９／１０程度は液体ヘリウム４に浸漬されていて超電導状態が保持されている。
【００１０】
真空槽５に設けられた冷凍機取付口５ａの先端には超電導電磁石装置１００の中心軸２０側に突出して取付口先端部５ｂが設けられている。この取付口先端部５ｂの端面５ｃが液体ヘリウム４の中に達するような構成を有している。なお、取付口先端部５ｂの真空槽５から端面５ｃに到る長さは、超電導電磁石装置１００の運転中に液体ヘリウム４が蒸発して液面が低下しても、超電導コイル１、２のクエンチが発生しない液面に前記端面５ｃがヘリウム液中にあるような長さが設定されている。前記取付口先端部５ｂは、例えば円筒形状であり、この円筒内を後述するメンテナンス時のホットヘリウムガスが通って、液体ヘリウム４中で拡散する。このように冷凍機取付口５ａに設けられた取付口先端部５ｂの端面５ｃが、常に液体ヘリウム４の中に存在する構成を採用しているので、以下の冷凍機７の交換時の作業効率が向上する。
【００１１】
ＭＲＩ用等の超電導電磁石装置１００は、定期的にメンテナンスが実施され、とりわけ冷凍機７は、整備された代替機と定期的に交換される。従来技術で示された超電導マグネットの冷凍機の交換は、前述のように超電導マグネットの励磁を停止して行う必要があった。しかしながら、この実施の形態１による超電導電磁石装置１００の超電導コイル１，２の励磁は、冷凍機７の交換時において、励磁を停止する必要がない。その理由を以下の冷凍機７の交換手順によって説明する。
まず、図１に示す冷凍機７を取り外す。この時、ヘリウム槽３内の液体ヘリウム４が噴出し、冷凍機取付口５ａ付近に凍結空気水分が付着する。以上は従来技術と同様である。上記凍結空気水分を除去するため、ホットヘリウムガスを冷凍機取付口５ａの周囲に吹き付けるが、このホットヘリウムガスの一部は取付口先端部５ｂの内部を通り、その端面５ｃから液体ヘリウム４内に入り拡散する。従って、吹き付けによるホットヘリウムガスが大径コイル２のヘリウム液面から露出した部位に直接触れず、ホットヘリウムガスの熱が大径コイル２に伝わらない為、大径コイル２のクエンチ発生のリスクは少ない。その後、代替の冷凍機７を所定位置に設置することで作業が完了する。
【００１２】
このようにこの実施の形態１による超電導電磁石装置１００は、冷凍機７のメンテナンス代替機との交換に際して、超電導コイル１，２が励磁中であっても、クエンチ発生の恐れが少なく、従って励磁を停止する必要がない。
従って、冷凍機交換の作業時間の短縮、コストの低減が可能となり、ひいては省エネ化が可能となる。また、磁場を下げる必要がないので超電導コイルに余分な繰り返し応力が印加されず、安全な運転が継続される。
【００１３】
なおこの実施の形態１では、ソレノイド状の超電導コイル１，２が複数個軸方向に相対して設置された例を示したが、これに限らず超電導コイルが１個の場合であってもよい。また、ソレノイド状の超電導コイルである必要もなく、レーストラック型や鞍型で軸方向に巻線形成された超電導コイルが、中心軸を有し、対象して複数個設けられた、例えば粒子線加速装置のビーム集束用４極電磁石等の超電導電磁石装置であってもよい。
【００１４】
実施の形態２．
次に実施の形態２を図に基づいて説明する。
この実施の形態２による超電導電磁石装置１００は、前述した実施の形態１の図１の取付口先端部５ｂに代替して、図２に示すように先端付近にホットヘリウムガス吹き出し穴５ｅが設けられた取付口先端部５ｄを有し、この取付口先端部５ｄの端面５ｃに逆キャップ状の遮風体８を付着して設けたものである。これ以外は前記実施の形態１と同様である。このような構成の超電導電磁石装置１００の冷凍機７の交換は実施の形態１と同様な手順をとる。実施の形態１との差異は取付口先端部５ｄ内を通るホットヘリウムガスは吹き出し穴５ｅから吹き出た後逆キャップ状の遮風体８によって拡散され、大径コイル２に直接触れることがない。従って超電導コイル１，２の磁場を下げることなく冷凍機の交換を行っても超電導コイル２のクエンチ発生のリスクが少ないので、メンテナンス時間の短縮とメンテナンス費用の低減が可能となる。
なお、この実施の形態２でも超電導コイルが複数個軸方向に相対して配置される例を示したが、１個でもよく、またソレノイド状に限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態３．
この実施の形態３の超電導電磁石装置１００は、前述した実施の形態１の取付口先端部５ｂに代替して、図３に示すように内径側に突出する長さが短い取付口先端部５ｆが設けられているとともに、ヘリウム槽３の内径部位で相対して設けられた複数の小径ソレノイド状超電導コイル１の間の枠板３ａから外径方向に突出し相対して、大径超電導コイル２をホットヘリウムガスから遮蔽するように設けられた遮蔽壁３ｂと、この遮蔽壁３ｂ間をつなぐ遮風板３ｃが設けられている。前記取付口先端部５ｆの端面５ｃと遮風板３ｃとはホットヘリウムガスが吹き出す空間となる隙間Ｇを有する。なお、この実施の形態３の超電導コイル１，２はソレノイド状である。このような構成を備えた超電導電磁石装置１００の冷凍機７の交換に際しても、吹き付けられたホットヘリウムガスが遮風板３ｃで熱交換されるとともに遮蔽壁３ｂによって大径コイル２に直接触れることがないので、超電導コイル１，２の磁場を下げる必要がなく、メンテナンス時間の短縮と費用の低減が可能となる。
【００１６】
実施の形態４．
この実施の形態４による超電導電磁石装置１００は、図４に示すように、前述した実施の形態３と相異する点は遮風板３ｃに、外径方向に突出し相対して設けられた遮風板フィン３ｄと、ヘリウム槽３の外径部位から内径方向に突出し、相対して設けられた複数の外径部フィン３ｅを追加して設けるとともに、前記外径部フィン３ｅと遮風板フィン３ｄとが軸方向に交互に配置されていることにあり、それ以外は実施の形態３と同様である。このような構成の超電導電磁石装置１００は、冷凍機７の交換時に吹き付けられたホットヘリウムガスは遮風板フィン３ｄと外径部フィン３ｅとの間を通り熱交換を行うので、ホットヘリウムガスが大径超電導コイル２に直接触れることがない。
従って、この実施の形態４でも前記実施の形態１〜３と同様に、冷凍機交換時の超電導コイル１，２の磁場を下げる必要がない。
【００１７】
なお、上記実施の形態３，４で示した遮蔽壁３ｂ、遮風板３ｃ、遮風板フィン３ｄ、外径部フィン３ｅの材質は、銅やアルミ等の熱良導体を使用している。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
この発明は、ＭＲＩ用超電導電磁石装置や、磁気浮上および高エネルギ加速用等の超電導電磁石装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  小径超電導コイル、２  大径超電導コイル、３  ヘリウム槽、３ａ  枠板、
３ｂ  遮蔽壁、３ｃ  遮風板、３ｄ  遮風板フィン、３ｅ  外径部フィン、５  真空槽、
５ａ  冷凍機取付口、５ｂ  取付口先端部、５ｃ  端面、５ｄ  取付口先端部、
５ｅ  吹き出し穴、７  冷凍機、８  遮風体、２０  中心軸、
１００  超電導電磁石装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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