(57)【要約】【課題】ヘリウムガス排出管に閉塞が生じるのを防ぎ、また、速やかに閉塞を取り除く。【解決手段】真空容器の外側の大気側に連通したヘリウムガス排出管１０の管路に沿って付設され、ヘリウムガス排出管１０のヘリウムガス排出方向の少なくとも上流側にヘリウムガスを供給可能な供給管１１を備え、供給管１１には、ヘリウムガス排出管１０にヘリウムガスを供給するための供給口１１ａ〜１１ｄが管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられており、複数の供給口１１ａ〜１１ｄには、ヘリウムガス排出管１０と供給管１１との差圧が所定以上になると開弁して、供給管１１からヘリウムガス排出管１０へのヘリウムガスの供給を許容する差圧弁２１ａ〜２１ｄがそれぞれ設けられていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを冷却する液体へリウムを格納した液体ヘリウム容器と、前記液体ヘリウム容器を内包して真空断熱する真空容器と、一端部が前記液体ヘリウム容器に連通し、他端部が前記真空容器の外側の大気側に連通したヘリウムガス排出管と、前記真空容器の外側における前記ヘリウムガス排出管の管路途中に設けられ、前記液体ヘリウム容器の内圧が設定値以上になると前記ヘリウムガス排出管を連通して気化したヘリウムガスを大気側へ排出する排出手段と、を備えた超電導電磁石用クライオスタットにおいて、
前記ヘリウムガス排出管の管路に沿って付設され、前記ヘリウムガス排出管のヘリウムガス排出方向の少なくとも上流側にヘリウムガスを供給可能な供給管を備え、
前記供給管には、前記ヘリウムガス排出管にヘリウムガスを供給するための供給口が前記管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられており、
複数の前記供給口には、前記ヘリウムガス排出管と前記供給管との差圧が所定以上になると開弁して、前記供給管から前記ヘリウムガス排出管へのヘリウムガスの供給を許容する差圧弁がそれぞれ設けられていることを特徴とする超電導電磁石用クライオスタット。
【請求項２】
前記供給管は、前記ヘリウムガス排出管におけるヘリウムガス排出方向の下流側となる前記真空容器の外側部位からヘリウムガス排出方向の上流側となる前記液体ヘリウム容器と前記ヘリウムガス排出管との連結部の近傍部位に亘って付設されており、
複数の前記供給口は、主として前記上流側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用クライオスタット。
【請求項３】
前記供給管は、少なくともその一部が前記ヘリウムガス排出管に内包されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導電磁石用クライオスタット。
【請求項４】
前記供給管は、その管路の全体が前記ヘリウムガス排出管の外側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導電磁石用クライオスタット。
【請求項５】
前記ヘリウムガス排出管におけるヘリウムガス排出方向の下流側のヘリウムガスの一部を前記ヘリウムガス排出管の上流側へ再循環させる再循環装置を備え、
前記再循環装置は、
一端が下流側の前記ヘリウムガス排出管に連通してヘリウムガスを導入可能に設けられ、他端が前記供給管に連通した連通管と、
前記連通管の管路途中に設けられ、下流側の前記ヘリウムガス排出管から導入したヘリウムガスを前記供給管へ向けて送出するポンプと、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導電磁石用クライオスタット。
【請求項６】
前記ポンプの作動を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記排出手段による前記ヘリウムガス排出管の連通を検出可能であり、その連通を検出したときに、前記ポンプを作動して、前記連通管を通じて導入した前記ヘリウムガス排出管の下流側のヘリウムガスを、前記供給管に送出して前記ヘリウムガス排出管の上流側へ再循環させるように制御することを特徴とする請求項５に記載の超電導電磁石用クライオスタット。
【請求項７】
前記液体ヘリウム容器内の圧力を検出する第１の検出手段と、下流側の前記ヘリウムガス排出管内の圧力を検出する第２の検出手段と、開閉手段を介して前記供給路に接続されたヘリウム供給手段と、を備え、
前記制御部は、前記第１の検出手段により検出された圧力と前記第２の検出手段により検出された圧力との間に所定の差圧が生じたときに、前記開閉手段を作動制御して前記ヘリウム供給手段から前記供給路にヘリウムガスを供給するように制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導電磁石用クライオスタット。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導電磁石用クライオスタットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導電磁石用クライオスタットに適用される超電導コイルは、これを臨界点以下に冷却するための液化した冷媒、例えば、液体ヘリウム等で冷却される。超電導コイルおよび液体ヘリウムは液体ヘリウム容器に収納され、そして液体ヘリウム容器は、断熱真空層を形成する真空容器に収納される。液体ヘリウム容器と真空容器との間には熱シールドが設置されており、この熱シールドによって液体ヘリウム容器は、さらに断熱保護されている。
また、液体ヘリウム容器には、液体ヘリウムを液体ヘリウム容器内に注入するための注入管や、液体ヘリウム容器内のヘリウムガスを液体ヘリウム容器外に排出するためのヘリウムガス排出管が適宜設けられている。
【０００３】
ところで、超電導コイルが通電されて磁場を発生しているときに超電導コイルの一部分のコイル導体が動いたり、コイル導体を被覆しているエポキシ樹脂等の含浸材にクラックが発生したりする等の機械的擾乱が発生すると、これが熱擾乱となって、超電導コイルの一部分が温度上昇し、常電導に転移する。このような熱擾乱による温度上昇が、周囲の液体ヘリウムによる冷却を大きく上回ると、常電導転移が超電導コイル全体に至り磁場が消失する現象、いわゆるクエンチを生じる。
このようなクエンチが発生すると、ジュール発熱でコイル温度が上昇し、冷却に用いていた液体ヘリウムが急激に気化して多量のヘリウムガスが生じるため液体ヘリウム容器の内部の圧力が急激に上昇する。
従来、このような液体ヘリウム容器の内部の圧力上昇を抑制するために、ヘリウムガス排出管には破裂板が設けられており、ヘリウムガス排出管を通じて真空容器の外部にヘリウムガスが排出されるように設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、超電導電磁石用クライオスタットは、液体ヘリウムを補充する際や、搭載される冷凍機を交換する際等に、液体ヘリウム容器内の圧力が大気圧に対して負圧になって、空気が吸い込まれることを避けるため、液体ヘリウム中にヒータが配置されるように構成して、常に液体ヘリウム容器内の圧力が正圧となるようにした構造も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−５５０３２号公報
【特許文献２】特開２００７−１９５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、従来の超電導電磁石用クライオスタットでは、クエンチの発生時に、ヘリウムガス排出管の破裂板が破裂して、液体ヘリウム容器の内部の圧力上昇が抑制されるように構成されていたが、ヘリウムガスを排出するにつれて液体ヘリウム容器の内圧が減少し、大気圧に対して負圧になってくると、大気側へ連通したヘリウムガス排出管を通じて空気が吸入されてしまう可能性がある。液体ヘリウム容器に近い側では、ヘリウムガス排出管が、空気を凍結させるのに十分低い温度となっているため、前記のように空気が吸入されると、ヘリウムガス排出管の管路途中で凍結による閉塞を生じる可能性がある。
【０００７】
また、クエンチ後に冷凍機が運転されている場合、液体ヘリウム容器内に設けたヒータで液体ヘリウムを気化して、液体ヘリウム容器を正圧に保つことは可能であるが、ヒータの熱量が足りなくなると冷却によるヘリウムガスの凝縮で負圧になるため、空気の吸入による閉塞を生じる可能性もある。
【０００８】
以上のような閉塞を生じると、超電導コイルの励磁の際にパワーリードを通じて侵入する熱で、気化するヘリウムガスを排出することができなくなることや、液体ヘリウムを補充する際に液体ヘリウム容器内における気層のヘリウムガスを排出することができないこと等から、超電導電磁石の運転に支障を来たしてしまう。
【０００９】
このような観点から、本発明は、ヘリウムガス排出管に閉塞が生じるのを防ぐとともに、仮に、閉塞が生じた場合でも、速やかに閉塞を取り除くことができ、超電導電磁石の運転に支障を来たさないようにすることができる超電導電磁石用クライオスタット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】
【００１０】
前記した課題を解決するための手段として本発明は、ヘリウムガス排出管の管路に沿って付設され、前記ヘリウムガス排出管のヘリウムガス排出方向の少なくとも上流側にヘリウムガスを供給可能な供給管を備え、前記供給管には、前記ヘリウムガス排出管にヘリウムガスを供給するための供給口が前記管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられており、複数の前記供給口には、前記ヘリウムガス排出管と前記供給管との差圧が所定以上になると開弁して、前記供給管から前記ヘリウムガス排出管へのヘリウムガスの供給を許容する差圧弁がそれぞれ設けられている構成とした。これにより、クエンチ等の後にヘリウムガス排出管と供給管との差圧が所定以上になると、供給管から各差圧弁を介してヘリウムガス排出管にヘリウムガスが供給され、ヘリウムガス排出管が上流側からヘリウムガスで満たされる。また、閉塞を生じているときでも、供給口が管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられているので、ヘリウムガスを閉塞部付近に連続して供給することができ、凍結を融解して閉塞を解消することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヘリウムガス排出管に閉塞が生じるのを防ぐとともに、仮に、閉塞が生じた場合でも、速やかに閉塞を取り除くことができ、超電導電磁石の運転に支障を来たさないようにすることができる超電導電磁石用クライオスタットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の超電導電磁石用クライオスタットの実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の超電導電磁石用クライオスタット１は、図１に示すように、超電導コイル２を液体ヘリウム３とともに収容する液体ヘリウム容器４、液体ヘリウム容器４を覆うように形成された輻射シールド５、液体ヘリウム容器４および輻射シールド５を内包し、内部を真空にした真空容器６等からなり、液体ヘリウム３と輻射シールド５とを冷却するための冷凍機７が真空容器６に設置されている。
【００１３】
液体ヘリウム容器４は、密閉可能な容器で形成されており、液体ヘリウム３を蓄えておくタンクの役割を果たす。このような液体ヘリウム容器４には、この液体ヘリウム容器４の内部に液体ヘリウム３を注入するための液体ヘリウム注液管１３が連結されており、また、液体ヘリウム容器４の内部の気相状態のヘリウムガスを排出するためのヘリウムガス排出管１０が連結されている。
【００１４】
真空容器６は、大気より密閉された容器で、液体ヘリウム容器４との間の空間を真空ポンプで真空状態にすることが可能である。そして、この真空状態となった真空層で、液体ヘリウム容器４を真空断熱する。また、輻射シールド５は、液体ヘリウム容器４への輻射熱を遮ることで断熱しており、真空容器６内の真空層に設置されている。
【００１５】
冷凍機７は、真空容器６の外側から液体ヘリウム容器４の気相まで貫通するように設置した冷却ヘッド７ａと、冷凍機冷媒を圧縮するためのコンプレッサー７ｂと、冷却ヘッド７ａおよびコンプレッサー７ｂの間で冷凍機用冷媒を循環させる冷媒循環路７ｃで形成されている。冷却ヘッド７ａは、液体ヘリウム容器４内で気化したヘリウムガスを冷却して液化するとともに、輻射シールド５も冷却している。また、液体ヘリウム容器４の液相には、ヒータ８が設置してある。ヒータ８は、冷凍機７による冷却で液体ヘリウム容器４内が大気圧に対して負圧にならないように、液体ヘリウム３を適宜気化することで液体ヘリウム容器４の内圧を制御している。
【００１６】
液体ヘリウム注液管１３は、一端側が液体ヘリウム容器４に連通して底部近傍まで延設されており、他端側が真空容器６の外側に延設されて、バルブ１４で閉止されている。
また、ヘリウムガス排出管１０は、一端部が液体ヘリウム容器４に連通し、他端部が真空容器６の外側の、例えば、図示しない室外へ導かれて大気側に連通している。そして、ヘリウムガス排出管１０は、伝導による液体ヘリウム容器４への入熱量を低減するため、その配管長が長くなるよう真空容器６内で蛇行するように配置されている。
【００１７】
ヘリウムガス排出管１０には、真空容器６の外側における管路途中に、排出手段として差圧弁１５および破裂板１６が設けられている。この差圧弁１５および破裂板１６は液体ヘリウム容器４の内圧が設定値以上になると開いて（破裂板１６は破裂して）管路を連通し、気化したヘリウムガスを大気側へ排出して液体ヘリウム容器４の内圧を下げる役割をなす。したがって、通常、これらの差圧弁１５および破裂板１６は閉じられており、液体ヘリウム容器４は密閉された状態に保持されている。
【００１８】
そして、ヘリウムガス排出管１０には、本発明の特徴的構成であるヘリウムガス供給用の供給管１１が付設されている。
この供給管１１は、図２に示すように、ヘリウムガス排出管１０におけるヘリウムガス排出方向の下流側となる真空容器６の外側部位１０ａ（ヘリウムガス排出管１０の常温となる部位）からヘリウムガス排出方向の上流側となる液体ヘリウム容器４とヘリウムガス排出管１０との連結部の近傍部位１０ｂに亘って付設されており、主として、ヘリウムガス排出管１０の上流側にヘリウムガスを供給可能に設けられている。本実施形態では、供給管１１の略全体がヘリウムガス排出管１０に内包されている。
【００１９】
ヘリウムガス排出管１０の上流側には、ヘリウムガス排出管１０にヘリウムガスを供給するための供給口１１ａ〜１１ｄが管路方向に所定の間隔を置いて複数設けられている。本実施形態では、ヘリウムガス排出管１０の上流側における、連結部の近傍部位１０ｂからＵ字状の折返し部１０ｃの周囲に亘って供給口１１ａ〜１１ｄが設けられている。これらの供給口１１ａ〜１１ｄには、差圧弁２１（２１ａ〜２１ｄ）がそれぞれ設けられている。この差圧弁２１ａ〜２１ｄは、ヘリウムガス排出管１０と供給管１１との差圧が所定以上になると開弁して、供給管１１からヘリウムガス排出管１０へのヘリウムガスの供給を許容するようになっている。
そして、供給管１１の端部には、バルブ１９を介してヘリウムガスボンベ２０が接続されている。つまり、供給管１１には、真空容器６の外部に配置されたヘリウムガスボンベ２０から常温のヘリウムガスが直接供給されるように構成されている。
【００２０】
次に、このように構成された超電導電磁石用クライオスタット１の作用を説明する。
クエンチ等の発生により、液体ヘリウム容器４の内圧が高まってヘリウムガス排出管１０に設けられた差圧弁１５や破裂板１６が開いた場合には、供給管１１のバルブ１９を開操作して、ヘリウムガスボンベ２０から供給管１１にヘリウムガスを供給する。その後、液体ヘリウム容器４の内圧が低下してきて、ヘリウムガス排出管１０と供給管１１との差圧が所定以上になると、各差圧弁２１ａ〜２１ｄが開弁して、供給管１１からヘリウムガス排出管１０にヘリウムガスが供給される。これにより、供給管１１を通じて供給される常温のヘリウムガスでヘリウムガス排出管１０が満たされる状態となり、管路の広範囲が、供給されるヘリウムガスで昇温されるとともに、連通状態の差圧弁１５や破裂板１６を介して外気側から空気が侵入することが防止される。これによって、ヘリウムガス排出管１０内で凍結による閉塞が発生することが未然に防止される。
【００２１】
ここで、仮に、ヘリウムガスボンベ２０から供給管１１にヘリウムガスを供給する前の段階で、ヘリウムガス排出管１０内で凍結による閉塞が発生している場合には、供給管１１にヘリウムガスを供給することによって次のような作用効果が得られる。
すなわち、供給口１１ａ〜１１ｄは、管路方向に所定の間隔を置いて設けられているので、例えば、図２に示すように、ヘリウムガス排出管１０の上流側における供給口１１ａと供給口１１ｂとの間において、凍結による閉塞部１２が生じているとすると、閉塞部１２を境にして供給口１１ａは、閉塞部１２よりも上流側の閉塞された空間に位置し、供給口１１ｂ〜１１ｄは、閉塞部１２よりも下流側の、大気側に連通するヘリウムガス排出管１０内の空間に位置する。この状態で、供給管１１を通じてヘリウムガスを供給すると、閉塞部１２よりも上流側では、閉塞した空間となっているため、供給口１１ａを通じて供給されるヘリウムガスで内圧が上昇し、差圧弁２１ａが閉じてヘリウムガスの供給は停止するが、閉塞部１２よりも下流側では、大気側に連通するため、供給口１１ｂ〜１１ｄを通じてヘリウムガスを連続して供給することができ、この連続して供給されるヘリウムガスの昇温効果で、閉塞部１２における凍結を好適に融かすことができる。
【００２２】
仮に、供給管１１がこのような複数の供給口１１ａ〜１１ｄを有せず、一つの供給口、例えば、供給口１１ａのみを有する構造であるとすると、前記のように閉塞部１２が供給口１１ａよりも下流側に位置するような場合には、供給口１１ａが位置する空間が閉塞部１２によって閉じられた空間となってしまうので、供給口１１ａより供給されるヘリウムガスの量には限界があり、連続して供給され続けることによる昇温効果が得られない。つまり、閉塞部１２の凍結が融解しにくい。
【００２３】
これに対して、本実施形態では、複数の供給口１１ａ〜１１ｄが管路方向に所定の間隔を置いて設けられているので、管路に凍結による閉塞部１２が生じても、この閉塞部１２を境にした下流側の大気側に連通する部位に、供給口１１ｂ〜供給口１１ｄが位置することとなり、これらの供給口１１ｂ〜１１ｄを通じてヘリウムガスを連続して供給することができる。したがって、供給されるヘリウムガスの昇温効果で、閉塞部１２の凍結を好適に融解することができる。
【００２４】
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）供給管１１を通じて供給される常温のヘリウムガスでヘリウムガス排出管１０を満たすことができ、クエンチ等の後にヘリウムガス排出管１０に空気が侵入することを未然に防止することができる。
（２）供給管１１を通じて供給される常温のヘリウムガスでヘリウムガス排出管１０の広範囲を昇温することができ、ヘリウムガス排出管１０内で凍結による閉塞が発生することを未然に防止することができる。
（３）複数の供給口１１ａ〜１１ｄが管路方向に所定の間隔を置いて設けられているので、閉塞部１２よりも下流側となる大気側に連通するヘリウムガス排出管１０にヘリウムガスを連続して供給することができ、閉塞部１２の凍結を好適に融解することができる。したがって、ヒータ等を設けて凍結を融解する手段等を必要とせず、そのための配線等も不必要となって構造が簡単になる。
また、供給管１１により供給されるヘリウムガスでヘリウムガス排出管１０を広範囲に亘って昇温することができ、ヒータ等の加熱手段を用いた場合に比べて効率よくヘリウムガス排出管１０を温めて凍結による閉塞を未然に防止することができる。また、閉塞が発生しても閉塞部１２付近を効率よく昇温して、凍結を速やかに解消することができる。
（４）供給口１１ａ〜１１ｄには、差圧弁２１ａ〜２１ｄが設けられているので、クエンチ等の後にヘリウムガス排出管１０内圧が低下してきた状態で、好適に、ヘリウムガス排出管１０にヘリウムガスを供給することができる。したがって、無駄なく確実に、ヘリウムガス排出管１０内で凍結による閉塞が発生することを未然に防止することができる。
（５）供給管１１は、ヘリウムガス排出管１０に内包されているので、真空容器６の上部に供給管１１の挿通穴を設ける必要がなく、また、真空容器６の内部における配管接続箇所も低減されて、真空度の低減を未然に防止することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
第２実施形態の超電導電磁石用クライオスタット１は、図３に示すように、供給管１１Ａの管路の全体が、ヘリウムガス排出管１０の外側に配置された構成となっている。そして、差圧弁２１ａ〜２１ｄを有する供給口１１ａ〜１１ｄが、ヘリウムガス排出管１０の管路方向に所定の間隔を置いて開口している。
【００２６】
このような超電導電磁石用クライオスタット１によれば、前記第１実施形態で説明した効果（１）〜（４）が得られるだけでなく、ヘリウムガス排出管１０の外側に沿わせて供給管１１を配置すればよいので、供給管１１の設置に関する施工が比較的容易であるという効果が得られる。また、液体ヘリウム容器４から排出されてくる極低温のヘリウムガスに供給管１１が晒されることがないので、より高い温度のまま閉塞部１２付近にヘリウムガスを供給することが可能となる。これにより、閉塞部１２の凍結を速やかに融解して閉塞を解消することが可能となる。
【００２７】
（第３実施形態）
第３実施形態の超電導電磁石用クライオスタット１は、図４に示すように、ヘリウムガス排出管１０におけるヘリウムガス排出方向の下流側のヘリウムガスの一部を、ヘリウムガス排出管１０の上流側へ再循環させる再循環装置２５が設けられた点が前記第１，第２実施形態と異なっている。
【００２８】
再循環装置２５は、一端が下流側のヘリウムガス排出管１０に連通してヘリウムガスを導入可能に設けられて他端が供給管１１に連通した連通管２２と、連通管２２に設けられたバルブ２４と、連通管２２の管路途中に設けられ、下流側のヘリウムガス排出管１０から導入したヘリウムガスを供給管１１へ向けて送出するポンプ２３と、を備えてなる。
【００２９】
このような超電導電磁石用クライオスタット１では、クエンチ現象等により液体ヘリウム容器４の内圧が上昇して、ヘリウムガス排出管１０の差圧弁１５や破裂板１６が開いた場合には、バルブ２４を開いてポンプ２３を作動させ、ヘリウムガス排出管１０を上流側から下流側へ通過するうちに昇温されたヘリウムガスを、連通管２２を通じて供給管１１に供給し、供給管１１からヘリウムガス排出管１０の上流側へ供給する。これにより、ヘリウムガスをヘリウムガス排出管１０の中で再循環させることが可能となる。このことで、管路の広範囲を昇温しかつ空気の侵入を防ぎ、閉塞の発生を未然に防止することができる。
【００３０】
また、閉塞が生じた場合には、バルブ２４を閉じてポンプ２３を停止させ、バルブ１９を開くことで、第１実施例と同様の効果が得られ、ヘリウムガスボンベ２０から供給される常温のヘリウムガスで管路の凍結による閉塞を速やかに解消することが可能となる。
【００３１】
このように本実施形態の超電導電磁石用クライオスタット１は、液体ヘリウム容器４を出てヘリウムガス排出管１０を通過するうちに昇温されたヘリウムガスを再循環させることで、管路の広範囲を昇温することができ、かつ空気の侵入を防いで閉塞を未然に防止することができる。また、ヘリウムガス排出管１０に空気が侵入して、管路が閉塞したとしても、第１実施形態と同様に常温のヘリウムガスを閉塞部１２付近に連続して供給することができるため、速やかに管路を昇温することができ、凍結を融解し閉塞を解消することができる。これにより、超電導電磁石の運転に支障を来たすことのない超電導電磁石用クライオスタット１が得られる。
【００３２】
（第４実施形態）
第４実施形態の超電導電磁石用クライオスタット１は、ヘリウムガス排出管１０の閉塞の防止と、ヘリウムガス排出管１０の管路が閉塞した場合の解消運転とを自動で行うための制御部３０を備えている点が前記第１〜第３実施形態と異なる。
【００３３】
図５に示すように、制御部３０には、ポンプ２３、バルブ１９、２４、差圧弁１５、および破裂板１６が電気的に配線３１で接続されており、制御部３０は、差圧弁１５、破裂板１６の連通状態を検出して、バルブ１９、２４の開閉動作およびポンプ２３の作動または停止を制御可能である。
より詳しくは、制御部３０は、差圧弁１５、破裂板１６の連通を例えば電気的に検出したときに、ポンプ２３を作動制御して、連通管２２を通じて導入したヘリウムガス排出管１０の下流側のヘリウムガスを、供給管１１に送出してヘリウムガス排出管１０の上流側へ再循環させるように制御する。
【００３４】
また、超電導電磁石用クライオスタット１は、液体ヘリウム容器４の内圧を検出する第１の検出手段としての第１圧力センサ３２と、下流側のヘリウムガス排出管１０の内圧を検出する第２の検出手段としての第２圧力センサ３３とを備えている。
そして、制御部３０は、第１圧力センサ３２により検出された圧力Ｐ１と第２圧力センサ３３により検出された圧力Ｐ２との間に所定の差圧が生じたときに、バルブ１９を作動制御してヘリウム供給手段としてのヘリウムガスボンベ２０から供給管１１にヘリウムガスを供給するように制御するようになっている。
【００３５】
次に、図６のフローチャートおよび図５を参照して作用を説明する。クエンチ等で液体ヘリウム容器４の内圧が上昇して差圧弁１５や破裂板１６が開になる（開を検知する）（ステップＳ１でＹｅｓ）と、制御部３０は、バルブ２４を開くとともにバルブ１９を閉じてポンプ２３を作動させ（ステップＳ２）、ヘリウムガス排出管１０を通過するうちに昇温されたヘリウムガスを、連通管２２を通じて供給管１１に供給し、供給管１１からヘリウムガス排出管１０の上流側へ供給する。これにより、ヘリウムガスをヘリウムガス排出管１０の中で再循環させることが可能となる。このことで、管路の広範囲を昇温しかつ空気の侵入を防ぎ、閉塞の発生を未然に防止することができる。
【００３６】
次に、制御部３０は、第１圧力センサ３２で検出された圧力Ｐ１と第２圧力センサ３３で検出された圧力Ｐ２とが同じか否かを判定し、同じと判定した場合に（ステップＳ３でＹｅｓ）、ステップＳ４で液体ヘリウム容器４の圧力Ｐ１が密閉可能な圧力まで低下したか否かを判定する。ステップＳ４で液体ヘリウム容器４の圧力Ｐ１が密閉可能な圧力まで低下したと判定した場合（ステップＳ４でＹｅｓ）には、ステップＳ５に移行して、制御部３０は、バルブ２４を閉じるとともに、バルブ１９を閉じる状態を継続し、ポンプ２３を停止制御する。この状態で、液体ヘリウム注液管１３（図１参照）を通じて液体ヘリウム３を補充し、液体ヘリウム容器４を密閉して終了する。
【００３７】
ステップＳ４で、液体ヘリウム容器４の圧力Ｐ１が密閉可能な圧力まで低下していないと判定した場合（ステップＳ４でＮｏ）には、ステップＳ２に戻って以下のステップＳ３，Ｓ４を繰り返す。
【００３８】
一方、ステップＳ３で、制御部３０が、第１圧力センサ３２で検出された圧力Ｐ１と第２圧力センサ３３で検出された圧力Ｐ２とが同じではないと判定した場合（ステップＳ３でＮｏ）には、ステップＳ６に移行して、バルブ２４を閉じるとともにバルブ１９を開き、ポンプ２３を停止させる。つまり、ヘリウムガス排出管１０に閉塞が生じていると判断して、ヘリウムガスボンベ２０から常温のヘリウムガスを供給管１１を通じてヘリウムガス排出管１０に供給する。
【００３９】
そして、ステップＳ７において、制御部３０は、第１圧力センサ３２で検出された圧力Ｐ１と第２圧力センサ３３で検出された圧力Ｐ２とが同じか否かを判定し、同じと判定した場合（ステップＳ７でＹｅｓ）には、ステップＳ８で液体ヘリウム容器４の圧力Ｐ１が密閉可能な圧力まで低下したか否かを判定して、低下したと判定した場合（ステップＳ８でＹｅｓ）には、ステップＳ５に移行して、バルブ１９を閉じるとともに、バルブ２４を閉じる状態およびポンプ２３の停止状態を継続する。そして、液体ヘリウム注液管１３（図１参照）を通じて液体ヘリウム３を補充し、液体ヘリウム容器４を密閉して終了する。
【００４０】
なお、ステップＳ７で、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが同じではないと判定した場合（ステップＳ７でＮｏ）には、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが同じになるまで、ヘリウムガスボンベ２０から常温のヘリウムガスが供給管１１からヘリウムガス排出管１０に供給される。また、ステップＳ８で、液体ヘリウム容器４の圧力Ｐ１が密閉可能な圧力まで低下していないと判定した場合（ステップＳ８でＮｏ）には、ステップＳ７、Ｓ８を繰り返す。
【００４１】
このように本実施形態の超電導電磁石用クライオスタット１は、クエンチ等が発生した場合でも、自動で、ヘリウムガス排出管１０の管路を昇温しかつ空気の侵入を防いで閉塞を防止することができる。また、ヘリウムガス排出管１０に空気が侵入して管路が閉塞したとしても、自動的に常温のヘリウムガスを閉塞部１２付近に連続して供給することができ、凍結を融解して閉塞を解消することができる。したがって、超電導電磁石の運転に支障を来たすことがない超電導電磁石用クライオスタット１が得られる。
【００４２】
なお、前記実施形態では、供給管１１を通じてヘリウムガス排出管１０の主として上流側にヘリウムガスが供給されるように構成したが、これに限られることはなく、真空容器６内に配置されるヘリウムガス排出管１０の全体に供給口が配置されるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超電導電磁石用クライオスタットの概略構成を模式的に示した断面図である。
【図２】同じく超電導電磁石用クライオスタットの要部を拡大して模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る超電導電磁石用クライオスタットの要部を拡大して模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る超電導電磁石用クライオスタットの要部を拡大して模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る超電導電磁石用クライオスタットの要部を拡大して模式的に示した断面図である。
【図６】作用を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１      超電導電磁石用クライオスタット
２      超電導コイル
３      液体ヘリウム
４      液体ヘリウム容器
５      輻射シールド
６      真空容器
７      冷凍機
１０    ヘリウムガス排出管
１０ａ  外側部位
１０ｂ  近傍部位
１１    供給管
１１Ａ  供給管
１１ａ〜１１ｄ  供給口
１２    閉塞部
１３    液体ヘリウム注液管
１９    バルブ
２０    ヘリウムガスボンベ
２１（２１ａ〜２１ｄ）  差圧弁
２２    連通管
２３    ポンプ
２４    バルブ
２５    再循環装置
３０    制御部
３２    第１圧力センサ
３３    第２圧力センサ
【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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【図６】
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