(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートと、前記ヘリウム容器の前記内部空間に開口し前記内部空間内のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る排出手段とを備えた超電導電磁石装置であって、
前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、
前記ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置と、
を備え、
前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成され、
前記排出手段は、前記ヒーターが前記付勢されたとき開放されるように構成されている、ことを特徴とする超電導電磁石装置。
【請求項２】
前記排出手段は、前記ヒーターが前記付勢されたとき前記排出手段を開放する弁を備え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】
超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートとを備えた超電導電磁石装置であって、 
前記ヘリウム容器の前記内部空間の垂直方向最上部以外の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第１の排出手段と、  前記ヘリウム容器の前記内部空間のほぼ垂直方向最上部の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第２の排出手段と、
を備え、
前記電流リードは、前記第1の排出手段の前記開口部の近傍で前記ヘリウム容器の前記内部空間から前記ヘリウム容器の外部へ引き出され、
少なくとも前記第２の排出手段は、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、開放され得るように構成されている、
ことを特徴とする超電導電磁石装置。
【請求項４】
前記第２の排出手段は、前記第１の排出手段に前記夫々の開口部以外の位置で接続されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導電磁石装置。
【請求項５】
前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、
前記ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置と、
を備え、
前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の超電導電磁石装置。
【請求項６】
前記第２の排出手段は、前記ヒーターへの電力供給時に開放する弁を設けた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７】
超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートと、前記ヘリウム容器の前記内部空間に開口し前記内部空間内のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る排出手段とを備えた超電導電磁石装置であって、
前記ヘリウム容器の前記内部空間に設けられ前記開口部の近傍の前記内部空間を少なくとも前記超電導コイルから仕切る仕切り板と、
前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、
該ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置と、
を備え、
前記仕切り板は、前記開口部の近傍に存在するヘリウムガスと前記超電導コイルとの接触を防止し、
前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成されている、
ことを特徴とする超電導電磁石装置。
【請求項８】
前記排出手段は、前記ヒーターが前記付勢されたとき前記排出手段を開放する弁を設けた、
ことを特徴とする請求項７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、ヘリウム容器内に貯留された液体ヘリウムにより冷却される超電導コイルを備えたＭＲＩ等に用いる超電導電磁石装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、核磁気共鳴を利用した磁気共鳴画像法（Magnetic  Resonance  Imaging）に用いる電磁石装置は、複数個の環状の超電導コイルを、ヘリウム容器内に貯留された液体ヘリウムに浸漬して冷却するよう構成されている。この液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石装置は、超電導コイルを液体ヘリウムにより４．２Ｋの極低温に保つことで超電導状態を維持している。
【０００３】
従来の液体ヘリウム浸漬方式の超電導電磁石装置は、超電導コイルと、超電導コイル及び液体ヘリウムを収納するヘリウム容器と、ヘリウム容器を収納し、内部を真空にすることによって真空断熱する真空容器と、ヘリウム容器と真空容器の間にあって、主としてヘリウム容器に入る輻射熱を低減する熱シールドと、蒸発したヘリウムガスをヘリウム容器から排出する排出用配管と、液体ヘリウムを注入するための入り口である注入ポートより構成される。（例えば特許文献１参照）
【０００４】
この従来の装置に於いて、ヘリウム容器内には液体ヘリウムが貯留されているが、外部からの熱侵入などによって、通常運転時には液体ヘリウムは僅かずつ蒸発する。また、超電導コイルが超電導破壊（クエンチ）を起こした際には、超電導コイルの発熱により液体ヘリウムが急激に蒸発し、大量のヘリウムガスが発生する。該ヘリウムガスによる内圧上昇を防ぐため、ヘリウム容器にはヘリウムガスの排出用配管が設置されている。排出用配管には、逆止弁と緊急弁の２つの弁がある。この逆止弁は、通常運転時、ヘリウム容器の内圧がある閾値以上になった場合にヘリウムガスを放出し、かつ外気の流入を防ぐ働きをする。緊急弁は、超電導コイルがクエンチして大量のヘリウムガスが急激に発生した場合に、開口動作をするよう形成されている。
【０００５】
また、ヘリウム容器の内圧上昇を抑制するための排出の他、ヘリウム容器に、超電導コイルのクエンチ防止のためにヘリウムガスを排出するための手段を備えるようにした超電導電磁石装置がある。この従来の装置の場合、ヘリウム容器内のヘリウムガスを凝縮するジュールトムソン膨張回路圧縮機（以下、ＪＴ回路圧縮機と称する）を有する４Ｋ（Ｋ；ケルビン）冷凍機と、ヘリウム容器の内圧を検知する圧力センサーと、ヘリウム容器内のヘリウムガスを放出する電磁弁から構成される。（例えば特許文献２参照）
【０００６】
この従来の装置では、４Ｋ冷凍機のＪＴ回路圧縮機の運転開始をヘリウム容器内圧の上位設定値以上とし、ＪＴ回路圧縮機の運転開始と同時にヘリウムガス放出用電磁弁を開放し、ヘリウム容器内圧の下位設定圧力以下でヘリウムガス放出用電磁弁を閉止する。こうすることで冷凍機始動時の凝縮器温度上昇によるヘリウム容器内への熱量の侵入を低減し、ヘリウム容器内圧の急激な上昇及び超電導コイルのクエンチの発生を防止する。
【０００７】
【特許文献１】特開平5-55032号公報
【特許文献２】特開平5-335636号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超電導電磁石装置の励磁又は消磁の際には、外部の電源装置から電流リードを通じ超電導コイルに通電するが、このとき常伝導体である電流リードが発熱し、この発熱によって周囲のヘリウムガスが温められ、温度が上昇したヘリウムガスであるホットガスが発生する。従来の超電導電磁石装置装置では、ホットガスを効率的に排出する手段を備えていないため、発生したホットガスがヘリウム容器内部に溜まる。その結果、ホットガスが超電導コイルに触れてクエンチが発生し、超電導電磁石装置としての機能を喪失することになる。
【０００９】
特に、最近では超電導電磁石装置の中心部に磁場を発生するメインコイルの他に、超電導電磁石装置の外部に広がる磁場を低減する目的で直径の大きなシールドコイルを設ける傾向がある。このため、シールドコイルとヘリウム容器との外径が近い値となり、ホットガスが少し発生するとシールドコイルを過熱し、クエンチが起こりやすい傾向にあった。
【００１０】
また、超電導電磁石装置を励磁した状態のまま液体ヘリウムを注入する際、注入開始直後には液体ヘリウム移送管が十分に冷えきっておらず、注入管からホットガスが侵入することがある。この場合にも、従来の超電導電磁石装置では、ホットガスを効率的に排出する手段を備えていないため、発生したホットガスがヘリウム容器内部に溜まり、クエンチ発生の原因となっていた。
【００１１】
この発明は、上記のような従来の装置に於ける課題を解決するためになされたものであり、ヘリウム容器内に発生、または侵入したホットガスを効果的に外部へ排出することにより、励磁若しくは消磁中、及び液体ヘリウムの注入中のクエンチが起こりにくい超電導電磁石装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る超電導電磁石装置は、超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートと、前記ヘリウム容器の前記内部空間に開口し前記内部空間内のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る排出手段とを備えた超電導電磁石装置であって、前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、前記ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置とを備え、前記ヒータは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒータ用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成され、前記排出手段は、前記ヒータが前記付勢されたとき開放されるように構成されているものである。
【００１３】
また、この発明に係る超電導電磁石装置は、超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートとを備えた超電導電磁石装置であって、前記ヘリウム容器の前記内部空間の垂直方向最上部以外の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第１の排出手段と、前記ヘリウム容器の前記内部空間のほぼ垂直方向最上部の位置に開口部を有し、その開口部近傍のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る第２の排出手段とを備え、前記電流リードは、前記第1の排出手段の前記開口部の近傍で前記ヘリウム容器の前記内部空間から前記ヘリウム容器の外部へ引き出され、少なくとも前記第２の排出手段は、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、開放され得るように構成されたものである。
【００１４】
更に、この発明に係る超電導電磁石装置は、超電導コイルと、該超電導コイルを収納し前記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、該ヘリウム容器を収納し内部が真空に保持される真空容器と、該真空容器の内部に設けられ前記ヘリウム容器の外側に配置された熱シールドと、前記超電導コイルに接続され前記ヘリウム容器の内部空間から前記ヘリウム容器の外部に引き出された常電導体よりなる電流リードと、前記ヘリウム容器の外部に設けられる液体ヘリウム移送管を介して前記ヘリウム容器の内部に液体ヘリウムを注入し得る注入ポートと、前記ヘリウム容器の前記内部空間に開口し前記内部空間内のヘリウムガスを前記ヘリウム容器の外部へ排出し得る排出手段とを備えた超電導電磁石装置であって、前記ヘリウム容器の前記内部空間に設けられ前記開口部の近傍の前記内部空間を少なくとも前記超電導コイルから仕切る仕切り板と、前記ヘリウム容器に貯留された前記液体ヘリウムに浸漬されたヒーターと、該ヒーターに電力を供給するヒーター用電源装置とを備え、前記仕切り板は、前記開口部の近傍に存在するヘリウムガスと前記超電導コイルとの接触を防止し、前記ヒーターは、前記電流リードへの通電時と前記液体ヘリウムの注入時とのうちの少なくとも何れか一方の時、前記ヒーター用電源装置から電力の供給を受けて付勢されるように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明による超電導電磁石装置によれば、ヒーターによりほぼ液体ヘリウムの沸点である４．２Ｋ付近の低温のヘリウムガスを発生させて、強制的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができ、ホットガスにより超電導コイルがクエンチを引き起こすことがなく、信頼性の高い超電導電磁石装置を提供することができる。
【００１６】
また、この発明による超電導電磁石装置によれば、ヘリウム容器の内部空間の垂直方向最上部以外の位置に開口部を有する第１の排出手段と、前記ヘリウム容器の内部空間のほぼ垂直方向最上部の位置に開口部を有する第２の排出手段とを備え、第２の排出手段によりホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができ、ホットガスが効果的にヘリウム容器の外部へ排出され、超電導コイルがホットガスによりクエンチを引き起こすことがなく、信頼性の高い超電導電磁石装置を提供することができる。
【００１７】
更に、この発明による超電導電磁石装置によれば、ヘリウム容器の内部空間に、排出手段の開口部の近傍の前記内部空間を少なくとも前記超電導コイルから仕切る仕切り板とを備えたので、ホットガスが少なくとも超電導コイルに触れることが防止され、ホットガスにより超電導コイルがクエンチを引き起こすことがなく、信頼性の高い超電導電磁石装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るＭＲＩ用の超電導電磁石装置の断面図で、主として超電導電磁石装置の中心部に必要な磁場を発生する小径のメインコイル１ａと、超電導電磁石装置の外周部の磁場を低減する大径のシールドコイル１ｂからなる超電導コイル１を備えている。この超電導コイル１は、液体ヘリウム２を貯留するヘリウム容器３の内部に設けられ、液体ヘリウム２に浸漬されて超電導状態が維持される。
【００１９】
超電導コイル１は、ヘリウム容器３の内部から外部に引き出された常電導体よりなる電流リード１２を介して励磁用電源装置１３に接続され、この励磁用電源装置１３により電力が供給されて励磁又は消磁される。
【００２０】
ヘリウム容器３は、内部を真空に維持された真空容器５の内部に収納され、真空容器５の外部に対し真空断熱されている。さらにヘリウム容器３は、真空容器としてのクライオスタット５の内部に設けられた熱シールド４により包囲され、主としてクライオスタット５からの輻射熱から遮蔽されている。
【００２１】
冷凍機ユニット１０は、熱シールド４と熱的に接続され、ヘリウム容器３の内部空間内に一部分が挿入されている。冷凍機ユニット１０は４Ｋ冷凍機を備え、圧縮機ユニット１１とガスホースで接続されており、高圧ヘリウムガスの供給を受けている。圧縮機ユニット１１は、ヘリウムガスを凝縮するＪＴ回路圧縮機を備える。
【００２２】
ヒーター６は、液体ヘリウム２の中に浸漬されており、ヒーター用電源装置７から電力の供給を受けて発熱する。ヘリウム容器３には排出手段８が設けられている。排出手段８は、逆止弁８ａと緊急弁８ｂ及び排出管８０とから構成され、排出管８０は、ヘリウム容器３の頂部に設けられた突出部３１の内部空間、即ちヘリウム容器３の内部空間の垂直方向最上部（以下、最上部と称する）３２に開口している。逆止弁８ａは、ヒーター６への通電時に開放される。この逆止弁８ａの開閉は手動又は自動制御により行われる。また、排出管８０には、液体ヘリウムをヘリウム容器３内に注入するための注入ポート９が設けられている。
【００２３】
以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による超電導磁石装置は、所望の磁場を得るために、励磁用電源装置１３と超電導電磁石装置の電流リード１２を接続して超電導コイル１に電流を供給して励磁する。その後、励磁用電源装置１３と電流リード１２との接続は切り離され、超電導コイル１は超電導状態で稼動し所望の磁場を発生する。通常、クライオスタット５及びヘリウム容器３の外部からヘリウム容器３内に僅かな熱侵入があり、液体ヘリウム２は少しずつ蒸発する。したがって、液体ヘリウム２、超電導コイル１、ヘリウム容器３、及びヒーター６の温度は、液体ヘリウム２の沸点である４．２Ｋに等しく保たれる。
【００２４】
しかし電流リード１２を構成する物質は超電導物質ではなく、超電導コイル１の励磁時にその抵抗成分により電流の２乗に比例した熱量のジュール熱を発生する。この熱によって電流リード１２の周囲のヘリウムガスが温められてホットガスが発生する。ホットガスは、冷たいヘリウムガスに比べて比重が小さいため、ヘリウム容器３の内部空間の垂直方向上部（以下、上部という）に溜まることとなる。
【００２５】
この時、液体ヘリウム２に浸漬されたヒーター６に通電する。ヒーター６は、周囲を液体ヘリウム２に囲まれているため、ヒーター６に通電することで発生するジュール熱は周囲の液体ヘリウム２を気化させるためだけに使われ、ヘリウム容器３の内部空間に存在するヘリウムガス及びヒーター６の温度は上昇しない。したがって、ヒーター６の発熱により発生するヘリウムガスの温度は、液体ヘリウム２の沸点と等しい４．２Ｋである。
【００２６】
ヒーター６への通電と同時に逆止弁８ａが開かれ、ヒーター６の発熱により発生した４．２Ｋのヘリウムガスが、ヘリウム容器３の内部空間の上部に溜まったホットガスを、逆止弁８ａを通じて強制的にヘリウム容器３から外部へ排出させる。ヒーター６への通電が終了し、ホットガスの排出を終了すれば、逆止弁８ａは閉じられる。このように、逆止弁８ａは、ヒーター６への通電時に開放してホットガスの排出を行い、通常時は閉じているので、通常時にヘリウムガスが漏れることがない。
【００２７】
一方、クライオスタット５への熱侵入量は、通常１Ｗ以下である。上記ヒーター６は、例えば１２０[Ω]の抵抗値を有しており、０．５[Ａ]の電流を通電することによって、３０[Ｗ]のジュール熱を発生する。したがって、ヒーター６に通電した場合のヘリウムガス発生量は、ヒーター６に通電しない場合に比べて３０倍以上となる。
【００２８】
従来の超電導電磁石装置は、上記１Ｗ以下の熱侵入分のヘリウムガスしか発生せず、十分にホットガスを排出することができなかった。しかし本実施の形態１では、ヒーター６の発熱により十分にホットガスを強制排出することができるため、励磁中におけるホットガスのヘリウム容器３内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル１に触れることに起因するクエンチ発生を防止することが出来る。
【００２９】
超電導電磁石装置の消磁は、励磁用電源装置１３と超電導電磁石装置の電流リード１２を接続し、励磁用電源１３の内部の抵抗によってエネルギーを消費させ、超電導コイル１に流れる電流を下げていくことで行なう。この場合にも電流リード１２は、電流の２乗に比例した熱量の発熱をするので、上述したようにホットガスがヘリウム容器３の上部に溜まる。
【００３０】
この時も上述のようにヒーター６に通電し、温度４．２Ｋのヘリウムガスを発生させることでヘリウム容器３の内部空間の上部に溜まったホットガスをヘリウム容器３から外部へ強制排出することができる。これによって、消磁中、ホットガスのヘリウム容器内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル１に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
【００３１】
超電導電磁石装置に液体ヘリウムを注入するには、液体ヘリウム移送管（図示せず）の一端を上記注入ポート９に、他端を液体ヘリウムの貯液容器（図示せず）に挿入し、貯液容器側をヘリウムガスで加圧して液体ヘリウムをヘリウム容器３へ移動させる。この時、液体ヘリウム移送管が十分に冷えきっていなければ、液体ヘリウム移送管の熱によってホットガスが発生し、該ホットガスは注入ポート９からヘリウム容器３内に侵入する。
【００３２】
この場合も、上述のようにヒーター６に通電し、温度４．２Ｋのヘリウムガスを発生させることで、ヘリウム容器３の内部空間の上部に溜まったホットガスをヘリウム容器３から外部へ強制排出することができる。これによって、液体ヘリウム注入中、ホットガスのヘリウム容器３内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル１に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
【００３３】
実施の形態２
図２は、本発明の実施の形態２に係る超電導電磁石装置の断面図である。図２に於いて、排出管８０はヘリウム容器３の突出部３１の内部空間３２に開口している。ヘリウム容器３の突出部３１は、ヘリウム容器の頂部から外れた斜め上部に設けられており、従って、その突出部３１の内部空間３２は、ヘリウム容器３の内部空間の最上部から外れた位置にある。排出管８０、緊急弁８ｂ、逆止弁８ａは第１の排出手段８０を構成する。
【００３４】
ヘリウム容器３には、更にホットガス排出管１４が設けられ、このホットガス排出管１４は、ヘリウム容器３の内部空間の最上部３３に開口する開口部が設けられている。ホットガス排出管１４は、ヘリウム容器３の外面に沿って配置され、その端部は逆止弁８ｃを介して大気中に開放されている。ホットガス排出管１４、及び逆止弁８ｃは、第２の排出手段を構成する。
【００３５】
実施の形態２は、ヘリウム容器３の内部空間の最上部３３に開口部を有するホットガス排出管１４を設けている点、ヘリウム容器３の突出部３１がヘリウム容器３の斜め上部に設けられており、この突出部３１に設けられた冷凍ユニット１０、及び電流リード１２が、ヘリウム容器３の最上部ではなく斜め上部に設置されている点、ヘリウム容器３の突出部３１に設けられた排出管８０は、ヘリウム容器３の内部空間の最上部から外れた位置で開口する開口部を有している点、及び、ヒーター及びヒーター用電源を備えていない点で実施の形態１とは異なる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３６】
この実施の形態２では、排出管８０、注入ポート９、冷凍機ユニット１０、及び電流リード１２がヘリウム容器の斜め上部に設置されているため、超電導電磁石装置の全高を低く抑えることができる。
【００３７】
次に実施の形態２による超電導電磁石装置の動作について説明する。上述したように、超電導電磁石装置を励磁及び消磁する際、実施の形態１の場合と同様に、電流リード１２の発熱によりホットガスが発生する。このホットガスは、内部空間３２の電流リード１２の周辺や排出管８０の開口部周辺、及び内部空間の最上部３３に溜まることとなる。
【００３８】
実施の形態２では、電流リード１２の周辺や排出管８０の開口部周辺の内部空間３２に溜まったホットガスは、排出管８０により逆止弁８ａを介して直接外部に排出され、また、ヘリウム容器３の内部空間の最上部３３に溜まったホットガスは、ホットガス排出管１４により逆止弁８ｃを介して外部へ排出される。
【００３９】
このように、排出管８０、注入ポート９、冷凍機ユニット１０、及び電流リード１２をヘリウム容器３の斜め上部に配置し、超電導電磁石装置の全高を低く抑えた実施の形態２による超電導電磁石装置においても、超電導コイル１の励磁中、ホットガスのヘリウム容器内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル１に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
【００４０】
超電導電磁石装置の励磁及び消磁の際に電流リード１２発熱によってホットガスが発生する場合の他に、液体ヘリウムをヘリウム容器３に注入する際にヘリウム容器にホットガスが侵入した場合にも、上記と同様に、排出管８０及びホットガス排出管１４を経由してヘリウム容器３から外部へ排出することができ、ホットガスのヘリウム容器内での溜まりを防ぎ、ホットガスが超電導コイル１に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
【００４１】
尚、実施の形態２ではヒーター及びヒーター用電源を設けていないが、実施の形態１と同様に液体ヘリウム２に浸漬するヒーター、及びそのヒーター用電源を設けても良い。この場合、更に効果的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができる。この場合、第２の排出手段に設けられた逆止弁８ｃは、ヒーター６への通電時に開放される。またその逆止弁８ｃの開閉は、手動又は自動制御により行われる。逆止弁８ａは、ヒーター６への通電時に開放してホットガスの排出を行い、通常時は閉じているので、通常時にヘリウムガスが漏れることがない。
【００４２】
実施の形態３
実施の形態２では、ホットガス排出管１４を逆止弁８ｃを介して直接大気中に開放し、ホットガスを放出する構造であったが、実施の形態３では図３に示すように、ホットガス排出管１４を、ヘリウム容器３の外側で且つ熱シールド４の内側で、排出管８０に接続しても実施の形態２と同様の効果を期待することが出来る。又、実施の形態３では、実施の形態２で設けていたホットガス排出管１４の逆止弁８ｃを省略することができる。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００４３】
尚、実施の形態１と同様に液体ヘリウム２に浸漬するヒーター、及びそのヒーター用電源を設けても良い。この場合、更に効果的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができる。この場合、排出手段８に設けられた逆止弁８ａは、ヒーター６への通電時に開放される。またその逆止弁８ａの開閉は、手動又は自動制御により行われる。
【００４４】
実施の形態４
図４は、本発明の実施の形態４に係る超電導電磁石装置の、コイル軸に平行な面の断面図である。図４に於いて、１５１、１５２は、ヘリウム容器３の内部空間の上部に設けられた一対の仕切り板である。この仕切り板１５１、１５２は、ヘリウム容器３の突出部３１の内部空間３２の近傍を他の内部空間から仕切るよう設けられており、従ってシールドコイル１ｂと、排出管８０、注入ポート９、冷凍機ユニット１０、及び電流リード１２とが、仕切り板１５１、１５２により仕切られている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４５】
次に実施の形態４の動作について説明する。超電導電磁石装置を励磁及び消磁する際、際に電流リード１２の発熱によりホットガスが発生する。又、液体ヘリウムをヘリウム容器３内に注入する際にもホットガスが発生する。しかし実施の形態４では、仕切り板１５１、１５２によって電流リード１２の存在する内部空間３２とシールドコイル１ｂの存在する内部空間とが仕切られているため、電流リード１２の存在する内部空間３２にホットガスがある程度溜まってもシールドコイル１ｂに触れることはなく、ホットガスが超電導コイル１に触れることに起因するクエンチ発生を免れることが出来る。
【００４６】
尚、実施の形態４ではヒーター及びヒーター用電源を設けていないが、実施の形態１と同様に液体ヘリウム２に浸漬するヒーター、及びそのヒーター用電源を設けても良い。この場合、効果的にホットガスをヘリウム容器の外部へ排出することができる。この場合、排出手段８に設けられた逆止弁８ａは、ヒーター６への通電時に開放される。またその逆止弁８ａの開閉は、手動又は自動制御により行われる。逆止弁８ａは、ヒーター６への通電時に開放してホットガスの排出を行い、通常時は閉じているので、通常時にヘリウムガスが漏れることがない。
【００４７】
実施の形態５
実施の形態１〜４では、ホットガスやヒーターによって発生したヘリウムガスを逆止弁を介してヘリウム容器の外部へ排出するものであるが、一般に逆止弁は流量が少なく、十分にホットガスやヘリウムガスを排出できない場合がある。そこで実施の形態５では、図５に示すように、逆止弁８ａに加え、ホットガス排出用弁８ｄ及び該ホットガス排出用弁８ｄのためのヘリウムガス流路１４１を設けたものである。
【００４８】
このホットガス排出用弁８ｄは、超電導コイル１の励磁及び消磁の際、並びに液体ヘリウム注入の際、ヒーター６の通電時に開放されてホットガス及びヘリウムガスを排出し、それ以外の時は閉じられているものであり、その開閉操作は手動でも自動制御でもよい。その他の構成は、実施の形態１〜４のいずれかの構成と同様である。
【００４９】
実施の形態５によれば、ホットガス排出用弁８ｄを設けたことにより、効率良くホットガスやヒーターによって発生したヘリウムガスを排出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超電導電磁石装置のコイルの軸に垂直な面の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る超電導電磁石装置のコイルの軸に垂直な面の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る超電導電磁石装置のコイルの軸に垂直な面の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係る超電導電磁石装置のコイルの軸に平行な面の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態５に係る超電導電磁石装置の排出管部分の拡大図を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１    超電導コイル
１ａ    メインコイル
１ｂ    シールドコイル
２    液体ヘリウム
３    ヘリウム容器
３１    突出部
３２、３３    内部空間
４    熱シールド
５    クライオスタット
６    ヒーター
７    ヒーター用電源
８    排出手段
８ａ、８ｃ    逆止弁
８ｂ    緊急弁
８ｄ    ホットガス排出用弁
９    注入ポート
１０    冷凍機ユニット
１１    圧縮機ユニット
１２    電流リード
１３    励磁用電源装置
１４    ホットガス排出管
８０    排出管
１５１、１５２    仕切り板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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