(57)【要約】【課題】  装置内に複雑な構造物を設置することなく、永久電流スイッチの冷却および加熱を効率的に行うことができる永久電流スイッチおよびそれを用いた超電導磁石装置を提供することを主な目的とする。【解決手段】本発明による永久電流スイッチは、冷媒配管１を巻枠にして、永久電流を通電するための超電導線２が巻線され、その外周にヒータ３が熱的に接触して巻線されたことを特徴とする。このような永久電流スイッチを備えた超電導磁石装置において、永久電流スイッチＯＮ／ＯＦＦ時にそれぞれ冷媒流量調整バルブを開／閉とすることで、冷却および加熱が高効率に実施され、永久電流スイッチ動作が速くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無誘導に超電導線が巻線されて形成された永久電流スイッチと、
前記永久電流スイッチと接続され閉回路を形成する超電導コイルと、
前記超電導コイルと並列に接続された保護抵抗と、
を備えた超電導磁石装置であって、
前記超電導磁石装置は冷媒が流れる配管を有し、
前記永久電流スイッチは前記超電導線が前記配管に巻線されて形成されている
超電導磁石装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導磁石装置であって、
前記永久電流スイッチが巻線された前記配管に対して設けられたバイパス配管と、
前記永久電流スイッチが巻線された前記配管に対する前記冷媒の流量を変更する流量変更手段と、
を備える超電導磁石装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超電導磁石装置であって、
前記永久電流スイッチが巻線された前記配管は少なくとも二種類の材質から構成され、前記超電導線と接触する部分を形成する材質が、他の部分を形成する材質よりも高い熱伝導性を有する
超電導磁石装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導磁石装置であって、
前記配管に対して前記超電導線と共に巻き回されたヒータ線から構成されるヒータを有し、
前記配管と前記ヒータ線との間に前記永久電流スイッチを形成する前記超電導線が配置される
超電導磁石装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導電磁石装置と、
前記超電導磁石装置が形成する磁場空間に配置され、荷電粒子ビームが通過するダクトと、
を備える偏向電磁石装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導電磁石装置と、
被検体を載置するベッドと、
前記ベッドを移動させ、前記被検体を前記超電導電磁石装置が生成する均一磁場空間へ搬送する搬送手段と、
前記均一磁場空間に置かれた前記被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴画像装置。
【請求項７】
冷媒を伝送する配管に超電導線が巻き回されて形成された永久電流スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久電流スイッチを用いて永久電流を通電する超電導磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチの接続と切断を所望のタイミングで安定的かつ自在に切り換えることができ、且つスイッチを切断するためのヒータの熱によって超電導コイルを冷却するための冷凍機や液体ヘリウムにかかる負荷を抑制することができる永久電流スイッチについて、例えば特許文献１が次のような発明を開示している。
【０００３】
特許文献１によれば、コイルを巻回するための巻枠と、巻枠にコイル状に巻回されたヒータ線と、ヒータ線に重なるように超伝導線がコイル状に巻回されたスイッチ部と、巻枠を気密に収納しスイッチ部から離間した外筒部材とを備え、冷凍機で冷却される超電導装置内に設けられた超電導コイルを含む超電導回路を断続する永久電流スイッチにおいて、永久電流スイッチは、外筒部材の気密となった内部と外部とを連通させ且つ外筒部材の内部に気体及び／又は液体の冷媒を供給する貫通孔を有することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２０９５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、超電導磁石装置内の限られた空間に外筒部材を設置する場合、配管構造の複雑化や設置箇所に関する物理的制約を受け、適用可能な超電導磁石装置の形態は限られる可能性がある。
【０００６】
そこで本発明は、様々な形態の超電導磁石装置に対して広く適用可能であって、効率的なオンオフ切り替えが可能な永久電流スイッチを有する超電導磁石装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため本発明は様々な実施形態を有するが、その一例として、「無誘導に超電導線が巻線されて形成された永久電流スイッチと、前記永久電流スイッチと接続され閉回路を形成する超電導コイルと、前記超電導コイルと並列に接続された保護抵抗と、
を備えた超電導磁石装置であって、前記超電導磁石装置は冷媒が流れる配管を有し、前記永久電流スイッチは前記超電導線が前記配管に巻線されて形成されている超電導磁石装置」が挙げられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、様々な形態の超電導磁石装置に対して広く適用可能であって、効率的なオンオフ切り替えが可能な永久電流スイッチおよび超電導磁石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施例に係る永久電流スイッチ１０の中心対称軸を含む断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る永久電流スイッチ１０を含む超電導磁石装置の冷却系概念図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る永久電流スイッチ１０を含む超電導磁石装置の電気回路図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る永久電流スイッチ１０を含む超電導磁石装置の電気回路図の別例である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る永久電流スイッチ１０の中心対称軸を含む断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る永久電流スイッチ１０の中心対称軸を含む断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の説明をするにあたってはじめに、超電導磁石装置、その冷却方式および考察される課題について説明する。
【００１１】
超電導磁石装置は、直流抵抗のない超電導状態のコイルに通電することで、ジュール損失を発生させることなく磁場を生成可能な装置である。超電導コイルを超電導状態に維持するために、超電導コイルは例えば浸漬冷却方式や伝導冷却方式を用いて冷却される。浸漬冷却は、液体ヘリウムや液体窒素に代表される冷媒の中に超電導コイルを浸漬させる冷却方式であり、伝導冷却方式は冷凍機や循環させた冷媒と熱伝導性の良い金属を介して熱的に接続して間接的に冷却する方式である。ただし、浸漬冷却方式を用いる超電導磁石装置であっても、例えば、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ：磁気共鳴イメージング）装置などの医療用装置、ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：核磁気共鳴）装置や蓄積リング、シンクロトロン放射光源などに利用される研究開発用超電導磁石装置は、数か月から１年程度の長期に亘って稼働する。この期間において装置外から装置内への熱の侵入によって冷媒の気化は少しずつ進行するため、冷媒を再凝縮するために冷凍機が設けられている。
【００１２】
超電導磁石装置の通電方式は、電源が常時接続されて通電が行われる電源駆動運転方式と、励磁の際のみ電源が接続され、励磁が完了した後に電源が切り離される永久電流運転方式とがある。永久電流運転方式の実行にあたって必須の構成として永久電流スイッチが存在する。電源駆動運転方式は超電導コイルが電源と電気的に接続されており、熱的に遮断される設計は成されているものの外部からの熱侵入をゼロにすることは容易ではなく、超電導磁石への熱侵入量が増大しやすい。ただし、外部回路と超電導コイルが電気的に接続されているため、何らかの超電導磁石装置の不具合で磁場を消失させる必要がある場合に、外部抵抗により素早く蓄積エネルギーを消費させることができる利点もある。永久電流運転方式は、永久電流スイッチおよび超電導コイルが閉じた電気回路を形成し、それらがすべて冷却されている。この方式は低温部と外気とが熱的に切り離されるため、電源駆動運転方式に比べて外部からの熱侵入が少ない利点がある。ただし、蓄積エネルギー消費のための外部抵抗を冷却系内に設置しなければならず、超電導コイルおよび外部抵抗の発熱による温度上昇の低減が課題となりやすい。
【００１３】
また、永久電流スイッチは極力短時間にＯＮ／ＯＦＦ動作することが求められる。永久電流スイッチＯＮ時には超電導線を冷却し、スイッチＯＦＦ時には超電導線を加熱する必要があり、冷却および加熱時間が永久電流スイッチのＯＮ、ＯＦＦ時間となるため、熱的動作速度を高める必要がある。
【００１４】
浸漬冷却方式では、超電導コイルを冷媒に浸漬しているため、冷却に好適な構成を有しており、加熱についてもヒータと冷媒とは熱絶縁することでヒータ熱を有効に超電導コイル加熱に利用することが可能である。これに対して、伝導冷却方式を採用した場合、超電導線の冷却は伝導冷却による冷却部との接触面でのみ行われるため浸漬冷却より冷却効率が低く、スイッチＯＮまでに要する時間が長くなる。この対策として冷却効率を高めるために蓄冷材を併設することもできるが、逆にスイッチＯＦＦ時にヒータによる超電導コイルの加熱が十分にできず、スイッチＯＦＦに要する時間が長くなる。
【００１５】
伝導冷却方式を採用した超電導磁石装置を永久電流運転するためには、超電導コイルと共に永久電流スイッチを伝導冷却する必要がある。この方式では、冷却部と超電導コイルおよび永久電流スイッチとが熱的に接触した部分からのみ冷却可能であり、熱容量の大きい冷媒中に浸漬する直接冷却に比べて冷却効率が低下する。
また、磁石装置外部に設置する場合は、断熱に必要な部材が別途必要となり、構造が複雑となる課題があった。
【００１６】
本発明は、前記した解題を解決するためになされたものであり、装置内に複雑な構造物を設置することなく、永久電流スイッチのオンオフ切り替えを効率的に行うことができる永久電流スイッチおよびそれを用いた超電導磁石装置を提供することを主な目的とする。また、本発明は、当該超電導磁石装置と同様の冷却構造を有する様々な超電導利用装置を提供することを主な目的とする。
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の好適な第１の実施例である永久電流スイッチを、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施例に係る永久電流スイッチの中心対称軸を含む断面図である。
【００１９】
本実施例の永久電流スイッチは、図１に示すように、冷媒配管１に永久電流を通電するための超電導線２が無誘導に巻線され、その側面にヒータ３が熱的に接触した状態で巻線されている（以下、この体系を便宜上、永久電流スイッチ１０と称する）。冷媒配管１には、超電導線２およびヒータ巻線を固定するために鍔４を設ける。図１に示す例では鍔４が所定の間隔をおいて二つ設けられ、これら二つの鍔４および冷媒配管１の鍔４に挟まれた部分（以下、巻芯相当部１Ａと呼ぶ）が超電導線２に対する巻枠として機能する。なお、鍔４は二つでなく三つ以上が設けられていてもよい。また、冷媒配管１および鍔４は、非磁性の部材で構成されることが望ましい。例えばアルミニウム合金やオーストナイト系のステンレス鋼が利用できる。これらの材質であれば超電導コイルＬ１が稼働する際に生じる磁場の影響を軽減し、永久電流スイッチ１０の支持構造を簡素化できる。また、超電導線２の巻線構造と巻芯相当部１Ａとの接触面を確保し、熱伝導性を維持するために超電導線２と巻芯相当部１Ａとの間に低融点金属シート部材を配置してもよい。例えばイリジウムのシートが候補として挙げられる。
【００２０】
また冷媒配管１および鍔４は必ずしも同材質でなくともよく、鍔４は例えば繊維強化プラスチックで構成されてもよい。繊維強化プラスチックは金属と比較して軽量であるため、冷媒配管１の一部を巻枠として利用することで構成される本実施例の永久電流スイッチ１０において、その重量に対して要求される強度や支持構造を検討する上で有利である。
【００２１】
また、冷媒配管１および鍔４と、巻線された超電導線２との間は絶縁を取ることが望ましい。絶縁を取る方法は、例えば極低温下において機械的な強度および絶縁性能を維持できる部材を配置することが挙げられる。具体的には、ポリイミドフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリアミドフィルムなどが利用できる。
【００２２】
また、巻き回された超電導線２を更に外周からバインドして固定する場合や、あるいは樹脂によるモールドや極低温下でも十分な接着力を保持する接着剤によって線同士が接着している場合は、必ずしも鍔４を有さなくともよい。また鍔４の形状は線の巻崩れを防止できればよいため、必ずしもフランジ状でなくともよい。
【００２３】
次に図１に挙げた永久電流スイッチ１０を利用した超電導磁石装置１００に関する冷却系について説明する。図２は、第１の実施例の永久電流スイッチ１０を有する超電導磁石装置１００における永久電流スイッチ１０および被冷却対象２０を含む冷却系の例を示す。
【００２４】
図２に示されるように、本実施例の超電導磁石装置１００における冷却系は、基本的に、分岐を有し冷媒の流路となる冷媒配管１、分岐において冷媒の流路を変更する手段と、冷媒の流路と冷却される対象である被冷却対象２０とを熱的に接続する伝熱部材とから構成される。なお図２は伝熱部材を省略している。また図２に示す冷却系は理解を容易とするために簡素化したものであって、冷媒配管１が有する分岐の数、被冷却対象２０の周囲で冷媒配管１が巻き回される回数、冷媒配管１の口径、本数および曲がり等は必要に応じて任意に変更できる。
【００２５】
超電導磁石装置１００が有する冷却系のより詳細な説明は以下のとおりである。
【００２６】
冷却系は構成する冷媒配管１は少なくとも冷媒の導入口と冷媒の排出口とを有する。図２は、それぞれを一つずつ有する場合を示している。ただしそれぞれは同数が設けられる必要はない。次に冷却系における冷媒の主な流れ方について説明する。導入口から導入された冷媒は分岐部を介して少なくとも２本に分かれる流路を部分的に有する。分岐によって分けられた冷媒配管のうち、一方の冷媒配管には流量調整バルブ１１Ａと永久電流スイッチ１０とが直列に配置される。もう一方の冷媒配管はバイパス用配管であって、永久電流スイッチ１０側への流量を調整するために、必要に応じて流量調整バルブ１１Ｂを設置する。また、分岐した冷媒配管は合流部において再び一本化し、被冷却対象２０を冷却する冷媒配管として合流する。また導入口から排出口までの経路において昇温した冷媒は、排出口の先に接続された冷凍機によって冷却され、再度冷媒として利用可能とされる。
【００２７】
次に、本実施例の永久電流スイッチ１０を用いて、被冷却対象２０である超電導コイルＬ１を励磁および消磁する方法について説明する。図３は、本実施例の超電導磁石装置１００が構成する電気回路の概略を示す。なお、超電導コイルＬ１および永久電流スイッチ１０は真空容器に収容され、輻射シールドによって熱侵入が抑制される構造が採られている。
【００２８】
超電導磁石装置１００の構成する回路は、超電導コイルＬ１、超電導コイルＬ１に接続された保護抵抗Ｒ１および永久電流スイッチ１０を主な構成とする。また電源３１およびスイッチ３２は、超電導磁石装置１００の主要な構成に含まれるものではないが、励磁の際に当該回路を構成する。
【００２９】
まず超電導磁石装置１００の励磁について説明する。超電導磁石装置１００の励磁、すなわち超電導コイルＬ１を励磁する場合、ヒータ３が通電によって加熱され、永久電流スイッチ１０の超電導線２が常電導状態へ移行させられる。このとき、永久電流スイッチ１０の両端で発生する電圧は、電源３１の励磁速度ｄＩ／ｄｔに超電導コイルＬ１のインダクタンスＬを乗じることで求められ、コイル両端に発生する誘導電圧ＬｄＩ／ｄｔである。この誘導電圧は、超電導線２を常電導転移させて生じた抵抗値に対して永久電流スイッチ１０に流れる電流を乗じた電圧に等しくなる。
【００３０】
超電導磁石装置１００の励磁中は、永久電流スイッチ１０で発生するジュール損失が十分に小さいことが望ましい。ジュール損失が過大となれば超電導線２の破損する可能性が懸念されるためである。対策としては、永久電流スイッチ１０に流れ込む電流を抑制することが考えられ、永久電流スイッチ１０の両端に発生する抵抗値が十分高くなるように設計する等の対応が採られる。また、図３における保護抵抗Ｒ１はダイオードＤ１と直列に接続された状態で、超電導コイルＬ１および電源３１から構成される回路に対して並列に挿入される。励磁中はダイオードＤ１のターンオン電圧を超越する電圧が印加されない限り保護抵抗Ｒ１に電流は流れないようになっている。保護抵抗Ｒ１およびダイオードＤ１の動作は後述する。
【００３１】
以上で説明したこの電気回路において、スイッチ３２をＯＮにして電源３１より超電導コイルＬ１に電流が流されることによって励磁が開始される。電源３１から供給される電流は超電導コイルＬ１に対して与えるべき目標の電流に達する（これを、定格状態に達すると呼ぶ）まで、緩やかに増大するように制御される。また永久電流スイッチ１０は、励磁中、常伝導状態を維持するようヒータ３から加熱される。超電導コイルＬ１が定格状態まで励磁されたのち、ヒータ３の通電は停止される。
【００３２】
超電導コイルＬ１が励磁されている期間において、流量調整バルブ１１Ａ（以下、バルブ１１Ａと呼ぶ）は閉状態とされる。バルブ１１Ａは、冷媒の流路に関して永久電流スイッチ１０と直列に接続された部材であって、永久電流スイッチ１０に流れ込む冷媒の量を制御できる。すなわち励磁期間においてバルブ１１Ａが閉じられることで、永久電流スイッチ１０に対する冷媒の供給が停止される。かつ励磁期間中は、ヒータ３が永久電流スイッチ１０を加熱し続けているが、永久電流スイッチ１０に対する冷媒の供給が停止されているため、ヒータ３の熱量が小さい場合であっても永久電流スイッチ１０を速やかに常伝導状態へと移行させることができる。なお、図２に示す例において、バルブ１１Ａは冷媒の循環する方向において永久電流スイッチ１０の前方に配置されているが、分岐部から合流部までの間であれば後方に配置されていてもよい。いずれに配置しても永久電流スイッチ１０に対する冷媒の供給を選択的に停止することが可能である。
【００３３】
なお超電導コイルＬ１が励磁されている期間において、流量調整バルブ１１Ｂ（以下、バルブ１１Ｂと呼ぶ）は開状態である。バルブ１１Ｂが開状態であれば、冷媒は冷媒配管１を通じて超電導コイルＬ１を冷却する。
【００３４】
次に超電導コイルＬ１が定格状態に達している状態における冷却系の操作、制御について説明する。超電導コイルＬ１の励磁後は、バルブ１１Ａは開状態とする。バルブ１１Ａが開状態とされることで、冷媒配管１を流れる冷媒は、励磁中と異なって分岐部を介して永久電流スイッチ１０が設けられた経路に対しても流入することができる。すなわちバルブ１１Ａは永久電流スイッチ１０が設けられた配管に対する冷媒の流量を、ゼロとすることも含めて、変更する手段である。この手段によって、永久電流スイッチ１０が設けられた冷媒配管１に対して冷媒を流すことで超電導線２が冷却され、これにより永久電流スイッチ１０は抵抗ゼロで導通する状態（この状態を永久電流スイッチＯＮ状態と呼ぶ）となる。
【００３５】
このとき、電気回路は超電導コイルＬ１と永久電流スイッチ１０に電流が流れる閉じた回路となる。この状態ではスイッチ３２をＯＦＦとして電源３１を電気回路から切り離すことができる。以上が超電導コイルＬ１の励磁方法である。なお、超電導コイルＬ１が定格状態に達した後は、バルブ１１Ｂを閉状態として、永久電流スイッチ１０が設けられた冷媒配管１に対して集中的に流れるように制御してもよい。永久電流スイッチ１０に対して冷媒が集中的に供給されることによって、永久電流スイッチ１０はより速やかに冷却され、より速やかに常伝導状態から超電導状態へ移行させることができる。
【００３６】
次に超電導コイルＬ１を消磁する方法を説明する。超電導磁石装置１００の運転時に異常が発生した場合、永久電流スイッチ１０を超電導状態から常伝導状態へ移行させる必要がある。この場合、バルブ１１Ａは閉としてからヒータ３に電流を通電することで、永久電流スイッチ１０の超電導線２を効率的に常電導転移させることができる。バルブ１１Ａを閉状態とすることで、永久電流スイッチ１０に対する冷媒の供給を選択的に停止するこができる。常伝導に転移した超電導線２は電気抵抗を有し、この発生した抵抗と通電電流とで算出される電圧が永久電流スイッチ１０の両端で発生する。
【００３７】
この消磁の際に永久電流スイッチ１０の両端に発生する電圧に対して、ダイオードＤ１のターンオン電圧をそれ以下となるように選定することで、ダイオードＤ１および外部抵抗Ｒ１を含む導線に電流が流れ、ジュール発熱によって超電導コイルＬ１の蓄積エネルギーを消費し、磁場は消失させることができる。なおターンオン電圧は、超電導線２の耐久性や定格状態における電流の大きさ等に基づき決定される。
【００３８】
また蓄積エネルギーを消費する際に、超電導コイルＬ１を積極的に常電導転移させ、外部抵抗Ｒ１とともに常電導転移した超電導コイルＬ１を利用してエネルギーを分散消費させ、消磁時間の短縮や局所温度上昇の抑制が可能となる。その場合は、例えば図４に示すように、超電導コイルＬ１を熱的に常電導転移させるためにダイオードＤ１および外部抵抗Ｒ１を含む電流路にヒータ抵抗Ｒ２を追加し、超電導コイルＬ１に熱的に接触させる。なおヒータ抵抗Ｒ２に流れる電流は外部電源から供給されるものでも構わない。
【００３９】
以上で説明するように本実施例の超電導磁石装置１００は、冷媒配管の一部を巻枠とする永久電流スイッチ１０を有する。また冷媒配管１は少なくとも１カ所に、流路が分岐し再度合流するといったパイパス状の部分を形成し、永久電流スイッチ１０はこの分岐した冷媒配管のいずれか片方に設けられる。また分岐から合流するまでの間において、永久電流スイッチ１０が固定された冷媒配管に対する冷媒の供給および停止する手段を有する。この手段は例えば図２に示すようなバルブ１１Ａである。
【００４０】
このように構成された冷却系を有する結果、第１の実施例に係る超電導磁石装置１００は、伝導冷却方式による永久電流運転でありながら、永久電流スイッチ１０のＯＮ／ＯＦＦ動作を素早く実施可能となる。また永久電流スイッチ１０は冷媒配管１の一部を巻枠として利用して形成されているため、超電導磁石装置１００の内部において永久電流スイッチ１０を設置するために必要な空間を小さくすることができる。
【００４１】
なお、上述の例では冷媒配管１にバルブ１１Ｂを設けているが、励磁後に永久電流スイッチ１０に対して十分な冷媒を供給できるのであれば設けなくともよい。また、図２に示す例は冷媒配管１の分岐部分が、冷媒の流れる方向において、被冷却対象２０を冷却する部分よりも前方に設けられた場合を示したが、分岐部分は被冷却対象と同位置あるいはその後方に設けられてもよい。
【実施例２】
【００４２】
本発明の好適な第２の実施形態に係る永久電流スイッチ１０を、図５を用いて説明する。図５は、第２の実施形態に係る永久電流スイッチ１０の中心対称軸を含む断面図である。本実施例における永久電流スイッチ１０のＯＮ／ＯＦＦ制御や超電導磁石装置１００の励消磁方法は上述の実施例と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
本実施例の永久電流スイッチ１０は、冷媒配管１の一部を異材組み合わせによって構成している。具体的には、超電導線２が巻線された巻芯相当部１Ａは高熱伝導部材で形成される。その両端を構成する配管部１Ｂは、巻芯相当部１Ａを形成する高熱伝導部材よりも相対的に熱伝導率の低い低熱伝導部材によって形成される。冷媒配管１は、巻芯相当部１Ａと配管部１Ｂと互いにを接合して形成された配管となっている。これにより、超電導コイルＬ１を励磁する過程においては、冷媒配管１の、特に巻芯相当部１Ａの温度が冷媒によって均一に素早く冷却される。なお高熱伝導部材とは例えば高純度の銅やアルミが採用され、低熱伝導部材とはステンレス鋼などが採用できる。また超電導コイルＬ１を消磁する過程においては、ヒータ３で超電導線２を加熱する際に、永久電流スイッチ１０の周囲に熱が拡散することなく、効率的にヒータ３の熱を超電導線２に伝えることができる。
【００４４】
なお、永久電流スイッチ１０が設けられた分岐部分に相当する配管を全て高熱伝導部材で構成し、その他の配管、特に被冷却対象２０の冷却に利用されていない配管を中心に低熱伝導部材で構成してもよい。この場合は、例えば図２に示す例であれば、冷媒配管１の分岐部分において、永久電流スイッチ１０が設けられた方の配管が高熱伝導部材で構成され、他方の配管は低熱伝導部材で構成される。
【実施例３】
【００４５】
本発明の好適な第３の永久電流スイッチ１０を、図６を用いて説明する。図６は、本第３の実施例に係る永久電流スイッチ１０の中心対称軸を含む断面図である。
【００４６】
本実施例の永久電流スイッチ１０は、超電導線２と冷媒配管１Ｃが導体巻枠３０に共巻され、更に超電導線２の外周にヒータ３が巻線された構成となっている。すなわち、本実施形態における冷媒配管１Ｃは、図２における分岐部分のうち永久電流スイッチ１０が設けられた配管の変形例である。本実施例においては冷媒配管１そのものは、永久電流スイッチ１０の巻枠として利用されていない。本実施例における永久電流スイッチ１０のＯＮ／
ＯＦＦ制御は上述の実施例と同様である。永久電流スイッチＯＮ時には、冷媒配管１Ｃに冷媒が流れることで、熱的に接触した超電導線２が冷却される。
【００４７】
永久電流スイッチＯＦＦ時には、ヒータ３に通電することで熱的に超電導線２を常電導転移させる。この際に、ヒータ３の熱が冷媒により除熱されることがないように、冷媒配管１Ｃとヒータ３は熱的に非接触に配置する。このような構造とすることにより、永久電流スイッチ１０の超電導線２が多層となった場合でも、高効率に冷媒による冷却が可能となる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について複数の例を挙げて説明したが、本発明の実施形態はこれらに限られるものではない。利用する部材、冷媒配管１の構造、超電導コイルの設置個数などは適宜変更できる。また各実施形態において説明した超電導磁石装置１００は、磁気共鳴イメージング装置や荷電粒子ビームの偏向電磁石等に利用することができる。これらの機器に利用することで効率的な励消磁が実施可能となり、これらの機器の利便性の向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  冷媒配管
１Ａ  巻芯相当部
１Ｂ  配管部
１Ｃ  冷媒配管
２  超電導線
３  ヒータ
４  鍔
１０  永久電流スイッチ
１１Ａ、１１Ｂ  流量調整バルブ
２０  被冷却対象（超電導コイルＬ１）
３０  導体巻枠
３１  電源
３２  スイッチ
１００  超電導磁石装置
Ｒ１  外部抵抗（保護抵抗）
Ｄ１  ダイオード
Ｌ１  超電導コイル
Ｒ２  ヒータ抵抗
【図１】
2018010947.tif 000003
【図２】
2018010947.tif 000004
【図３】
2018010947.tif 000005
【図４】
2018010947.tif 000006
【図５】
2018010947.tif 000007
【図６】
2018010947.tif 000008