JPH0560274B2 - - Google Patents
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- JPH0560274B2 JPH0560274B2 JP59102024A JP10202484A JPH0560274B2 JP H0560274 B2 JPH0560274 B2 JP H0560274B2 JP 59102024 A JP59102024 A JP 59102024A JP 10202484 A JP10202484 A JP 10202484A JP H0560274 B2 JPH0560274 B2 JP H0560274B2
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- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
- H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
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- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は超電導磁石と冷媒冷凍機とを組合わせ
たものであつて、例えば単結晶育成装置、核磁気
共鳴装置に使用される超電導電磁石装置の改良に
関する。 〔発明の技術的背景〕 従来この種の超電導電磁石装置の一例として第
１図のように構成されたものがある。 すなわち、外槽１内に輻射シールド板２が配置
され、この内側に内槽３が配置され、これらによ
り保冷容器４が構成されている。上記内槽３内に
は後述する冷媒冷凍機により極低温例えば4.2K
に冷却される液体ヘリウム５が封入され、超電導
コイル６が図示しない超電導コイル支持材により
上記内槽３内に支持されている。この超電導コイ
ル６はパワーリード７の一端部と電気的に接続さ
れ、このパワーリード７の他端部が上記保冷容器
４の外部の常温空間に一端部が位置するように設
けられ、上記パワーリード７の一端部は外部電源
８と電気的に接続され、これにより超電導コイル
６が励磁可能になつている。上記内槽３には、こ
の内槽３内で生ずる異常ヘリウムガス圧を上記外
槽１外部に放圧できるように放圧配管９の一端部
が連結され、この放圧配管９の他端部が外部空間
に位置するとともに、放圧配管の他端部には機械
式放圧装置１０およびラプチヤーデスク式放圧装
置１１が連結されている。 上記機械式放圧装置１０は所定圧をこえたとき
弁体が開放状態となり、所定圧未満のとき弁体が
閉路状態となる構成のものである。又上記ラプチ
ヤーデスク式放圧装置１１は異常圧となつたとき
容器開口部を閉塞している部材が破裂するような
構成のものである。 上記冷媒冷凍機として例えばヘリウム冷凍機
（以下冷凍機と称す）１２が用いられ、これは以
下のように構成されている。上記外槽１の外部上
壁面には冷凍機ヘツド１３が設けられ、この冷凍
機ヘツド１３の冷媒流入配管１４および冷媒戻り
配管１５にはヘリウムを圧縮する圧縮機１６が接
続され、圧縮機１６にはこれを駆動するための電
動機１７が直結されている。上記冷凍機ヘツド１
３には、上記外槽１内であつて、輻射シールド板
２の外側に配設され、上記パワーリード７および
輻射シールド板２を冷却するための第１段冷却器
１８が設けられ、この第１段冷却器１８には輻射
シールド板２内であつて上記パワーリード７を冷
却するための第２段冷却器１９が設けられてい
る。上記第１段冷却器１８および第２段冷却器１
９はいずれも、上記冷凍機ヘツド１３内に有する
ピストン駆動機構（図示せず）により駆動される
ヘリウムを圧縮膨脹するピストン（図示せず）
と、このピストンの圧縮膨脹作用により冷却され
るヘリウムを蓄冷する蓄冷材（図示せず）と、機
械的支持および熱伝導をかねた部材例えばフラン
ジ１８Ａ，１９Ａとからなつている。この第１段
冷却器１８のフランジ１８Ａは上記輻射シールド
板２に機械的および伝熱的に接続され、また第１
段冷却器１８のフランジ１８Ａとパワーリード７
の第１段ヒートステーシヨン２０との間は熱伝導
の良好な伝熱部材２１により機械的および伝熱で
きるように接続されており、さらに第２段冷却器
１９のフランジ１９Ａとパワーリード７の第２段
ヒートステーシヨン２２との間も同様に伝熱部材
２３により接続されている。 上記内槽３内には、この内部の液体ヘリウム５
が蒸発により生ずるヘリウムガスを再凝縮するた
めにヘリウム再凝縮器（以下再凝縮器と称す）２
４が設けられ、この再凝縮器２４の入口側、出口
側にはＪ−Ｔ流入配管２５およびＪ−Ｔ戻り配管
２６の一端部が接続されている。このＪ−Ｔ流入
配管２５およびＪ−Ｔ戻り配管２６の他端部は、
上記冷凍機ヘツド１３の入口側および出口側に接
続されている冷媒流入配管１４および冷媒戻り配
管１５と接続され、上記Ｊ−Ｔ流入配管２５およ
びＪ−Ｔ戻り配管２６の途中には第１段熱交換器
２７の流入側、第２段熱交換器２８の流入側、第
３段熱交換器２９の流入側が直列に接続されてい
る。 そして、第１段熱交換器２７と第２段熱交換器
２８が接続されている上記Ｊ−Ｔ流入配管２５の
途中に上記第１段冷却器１８のフランジ１８Ａが
貫通固着されている。、また、上記第２段熱交換
器２８と上記第３段熱交換器２９が接続されてい
るＪ−Ｔ流入配管２５の途中には上記第２段冷却
器１９のフランジ１９Ａが貫通固着されている。
上記第３段熱交換器２９と上記再凝縮器２４が接
続されているＪ−Ｔ流入配管２５の途中にＪ−Ｔ
弁３０が設けられている。上記Ｊ−Ｔ戻り配管２
６には、上記第１、第２および第３段熱交換器２
７，２８，２９の流出側が直列に接続されてい
る。このように冷凍機１２が構成されている。 次に以上のように構成された従来の超電導磁石
装置の動作について説明する。 常温空間（例えば300K）にパワーリード７の
一端部が位置し、この他端部は、外槽１および輻
射シールド板２を介して内槽３内部に位置してい
るので、パワーリード７の作用すなわち熱伝導、
熱輻射により常温空間よりの熱が内槽３内に侵入
し、極低温（例えば4.2K）状態にある液体ヘリ
ウム５は蒸発してゆく。 この液体ヘリウム５の蒸発を最小限に押えるた
めに、外槽１内に輻射シールド板２が配設され、
この輻射シールド板２は、第１段冷却器１８によ
り70〜100Kに冷却されるようになつている。外
部の常温空間よりの侵入熱のうち、最も多いの
は、パワーリード７より伝わる侵入熱である。こ
の侵入熱を低減するために、パワーリード７は、
70〜100Kに冷却されたヒートステーシヨン２０
および10〜20Kに冷却されたヒートステーシヨン
２２により強制的に冷却されている。 通常、この様な侵入熱低減により内槽３内での
液体ヘリウム５に蒸発量は１〜２／ｈと小さな
値となる。この蒸発したヘリウムガスは4.2Kに
冷却されている再凝縮器２４により凝縮（液化）
されて液体ヘリウムとなつて内槽３に戻る。この
ようにして、液体ヘリウムを再注液せずに超電導
磁石装置を連続運転することが出来る。 〔背景技術の問題点〕 ところが、上記のように構成された従来の超電
導磁石装置では以下に述べる欠点があつた。パワ
ーリード７を介しての侵入熱量は式に示すよう
に外部電源８よりの励磁電流値に比例する。 Qp＝Ｉ・√・（h 2−c 2） …… ここで、 Qp：パワーリード７からの侵入熱量 Ｉ：励磁電流値 α：定数（ｐ：パワーリード抵抗率、Ｔ：温度
とした時、ｐ＝αTなる定数） Ｋ：パワーリード７の熱伝導率 Th：高温部温度 Tc：低温部温度 例えば、Thをヒートステーシヨン２２の温度
10K〜20Kにとり、Tcを液体ヘリウム５の温度
4.2KにとればQpは液体ヘリウムへの侵入熱量と
なり、この熱に相当した気化熱分の液体ヘリウム
が蒸発する。超電導コイル６によつて発生する磁
場を可変させたいという要請がある場合（例えば
単結晶育成装置、核磁気共鳴装置に使用する場
合）磁場強度に比例して励磁電流値Ｉを変えるの
で式によれば侵入熱量Qpはこれに応じて変化
することになる。従つて、液体ヘリウム蒸発量も
変動することになる。 ここで、冷凍機１２の冷凍動作を考えてみる。 圧縮機１６内のヘリウムガスは、電動機１７に
て駆動圧縮され、冷媒流入配管１４、冷凍機ヘツ
ド１３、第１段冷却器１８、第２段冷却器１９、
冷媒戻り配管１５を通つて再び圧縮機１６へと戻
る循環ループ内を流動している。この際、冷凍機
ヘツド１３内にてヘリウムガスは断熱膨脹し、こ
の時の熱の授受により第１段冷却器１８は100K
〜70Kに、第２段冷却器１９は10K〜20Kに冷却
される。一方、圧縮機１６より吐出されたヘリウ
ムガスは、一部が冷媒流入配管１４より分岐しＪ
−Ｔ流入配管２５へ流入する。このヘリウムガス
は、第１段熱交換器２７、第１段冷却器１８、第
２段熱交換器２８、第２段冷却器１９、第３段熱
交換器２９を通つて、反転温度以下の（例えば
20K以下）極低温ヘリウムガスとなる。このヘリ
ウムガスはＪ−Ｔ弁３０を通過する際に、いわゆ
るジユール・トムソン効果により極低温（例えば
4.2K）の気・液２相流となり再凝縮器２４へと
流入する。このため内槽３内にて蒸発しているヘ
リウムガスは、この再凝縮器２４により再び液化
され、液体ヘリウムになつて内槽３内へ戻る。再
凝縮器２４を流出したヘリウムガスは、第３段熱
交換器２９、第２段熱交換器２８、第１段熱交換
器２７、Ｊ−Ｔ戻り配管２６を通つて、圧縮機１
６へと戻る。 第２図ｂはこの冷凍機１２の再凝縮器２４の冷
凍能力曲線を示す。横軸は再凝縮器２４のヘリウ
ムガスの温度Ｔ（Ｋ）、縦軸はその冷凍能力Ｐ−
（Watt）を示し、は電動機１７の運転周波数
（50Hz）を示している。第２図ａは、励磁電流値
Ｉに対する液体ヘリウムへの侵入熱量Ｑを示す。 ここで、Ｑ＝Qp＋Qpとなり、Qpは上記式に
て示されるパワーリード７よりの侵入熱量、Qp
は超電導コイル支持材（図示せず）、輻射シール
ド板２を介して侵入する熱量であり励磁電流値に
は存在せずほぼ一定値である。超電導コイル６へ
の励磁電流値がその最低値Inioである時、液体ヘ
リウム５への侵入熱量はQ1となる。このQ1にて
蒸発したヘリウムをすべて再凝縮するためには
P1＝Q1なる再凝縮器２４の冷凍能力が必要であ
り、第２図ｂより、この場合はb1なる冷凍能力曲
線上の点にて冷凍機は動作することになる。この
時の冷媒温度およびこれと平衡状態にある液体ヘ
リウム５の温度はT1となる。 次に、励磁電流を上げてその最大値Inaxにて超
電導コイル６を運転する時は、液体ヘリウム５へ
の侵入熱量はQ2となる。おの場合はP2＝Q2とな
る第２図ｂのb2なる冷凍能力曲線上の点にてヘリ
ウム冷凍機１２は動作することになる。このとき
の液体ヘリウム５の温度はT2となる。超電導コ
イル６の運転をやめ、励磁電流を零にした時は、
Q0＝T0となり、冷凍能力曲線上のb0なる点にて
冷凍機１２は動作し、液体ヘリウム５の温度は
T0となる。但し、電動機１７の運転周波数1は
一定となつている。 ここで、超電導コイル６の運転温度を考えてみ
る。この場合超電導コイル６として例えば、
Nbti超電導線を巻回したものを用い、運転温度
4.2K近傍で設計されるのが通例である。設計許
容温度マージンはせいぜいプラス1K程度である。
これ以上温度を上げると超電導コイル６はいわゆ
るクエンチすなわち常電導転移を生じやすくなり
超電導コイル６の損傷をまねくことになる。 第２図ｂの場合、T1を設計運転温度（例えば
4.2K）にすると、T2はT1＝T1＋１（例えば5.2K）
となり、T0はT0＜T1となる。液体ヘリウム５は
4.2Kにてほぼ大気圧なので、T0なる温度状態で
は、液体ヘリウムは負圧の状態となつている。す
なわち、内槽３内および再凝縮器２４と、この付
近のＪ−Ｔ流入配管２５、Ｊ−Ｔ戻り配管２６、
Ｊ−Ｔ弁３０は負圧現象となつている。 この様な状況下では、大気中の水分、窒素分、
酸素分等の不純物が内槽３の溶接部、再凝縮器２
４の溶接部、シールド部、Ｊ−Ｔ弁３０の大気と
のシール部等を介して、ppmオーダの微少量ずつ
Ｊ−Ｔ配管系統（Ｊ−Ｔ流入配管２５、Ｊ−Ｔ戻
り配管２６の総称）に混入してくる。Ｊ−Ｔ配管
系統に混入した不純物は4.2K以下の温度で固化
してゆくので、長時間に渡つてこの運転状態が続
くと、特に冷媒流入配管１４、冷媒戻り配管１５
に比べて配管口径の細いＪ−Ｔ配管系統は不純物
による目づまりを生じＪ−Ｔ配管系統が閉塞に至
り、もはや冷凍機１２はその性能を発揮出来なく
なるという欠点がある。 上記のような負圧現象を発生させないために
は、T0＞4.2Kとし無励磁状態でもＪ−Ｔ配管系
統および内槽３が大気圧以上になる様にすれば良
いが、この場合は、T2＜5.2KあるいはT2−T0
1Kとなる運転温度制約条件があるのでT0＜4.2K
の時に比べてInioとInaxを広い範囲に取れなくな
る。すなわち、磁場可変領域が狭くなり、例えば
単結晶育成装置、核磁気共鳴装置には使用できな
いことがある。更に、第２図ｂに示す各運転状態
b0，b1，b2に冷凍機１２が状態窒化する場合、励
磁電流値の変化による侵入熱量の変化に対してＰ
＝Ｑとなる冷凍機１２の冷凍能力の追随性が悪
い。すなわち、冷凍能力変化の時定数例えば、数
時間程度と大きい。このため、励磁電流値を変化
させている時は、励磁電流値変化の時定数は冷凍
機１２の冷凍能力変化の時定数より充分に小さい
ので、侵入熱量と冷凍能力が常にバランスしてい
ない状態で超電導磁石装置を運転することにな
る。例えば、励磁電流値を上げた場合、外部より
の侵入熱量は励磁電流値に見合つてすぐに増大す
るが、再凝縮器２４に於ける冷凍能力は、ほとん
ど前の状態と変わらない。このため、液体ヘリウ
ムの蒸発量が急増し密閉状態の内槽圧力は急激に
増大する。内槽圧力が設計圧力以上になると保冷
容器４に設けられた機械式放圧装置１０より蒸発
ヘリウムガスが放出する。冷凍能力追随性が悪い
ので、最悪の場合、侵入熱量と冷凍能力がバラン
スして機械式放圧装置１０の動作が停止する前に
内槽３内に貯液されている液体ヘリウム５がすべ
て蒸発して大気へ放出してしまう。あるいは、内
槽圧力上昇が急激すぎてラプチヤーデスク式放圧
装置１１が動作して液体ヘリウム５がすべて大気
へ放出してしまう場合もある。この様な場合、Ｊ
−Ｔ弁３０の開度をマニユアルで変えてバランス
点を探すという方式があるが、この調整そのもの
が難しく経験を積んだ運転者にして初めて可能で
ある。いわんや素人では、ほとんど不可能であ
る。そのため、上記したような冷凍機付超電導磁
石装置は運転操作が難しく、長期信頼運転に欠け
るという欠点があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、上記の従来技術のもつ欠点を除去す
るために行つたもので、超電導コイルの励磁電流
値変化に伴う侵入熱量変化に対応して冷媒冷凍機
の冷凍能力を制御でき、不純物混入の危険性がな
く、超電導コイルの運転電流を広範囲に選ぶこと
ができ、液体ヘリウム温度あるいは圧力を常に一
定値に制御でき操作性に勝れ、長期信頼運転可能
な超電導磁石装置を提供することを目的としてい
る。 〔発明の概要〕 本発明は上記目的を達成するために、第１番目
の発明では冷媒冷凍機の圧縮機駆動用電動機の回
転数を制御する回転数制御手段を具備し、第２番
目の発明では冷媒冷凍機の圧縮機の冷媒吐出流量
を制御する冷媒流量制御手段を具備し、第３番目
の発明では冷媒冷凍機のＪ−Ｔ配管系統に冷媒の
圧力を制御する冷媒圧力制御手段を具備したもの
である。 〔発明の実施例〕 以下、本発明について図面を参照して説明す
る。はじめに第３図により本発明の第１の実施例
について説明するが、第１図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。圧縮機１６を
駆動するための電動機１７を回転数制御するため
に次のように構成されている。電動機１７にはイ
ンバータ可変速制御装置３１が電気的に接続され
ている。このインバータ可変速制御装置３１には
後述する中央制御装置３２からの周波数設定信号
ａが出力されるようになつている。 中央制御装置３２には、電動機１７の回転数計
３３で計測され、これが電気信号に変換された制
御信号ｂが入力されるようになつている。再凝縮
器２４の温度が温度計測器３４により計測され、
この計測値が変換器３５により電気制御信号ｃに
変換されて上記中央制御装置３２に入力されるよ
うになつている。また、上記内槽３の圧力すなわ
ち、放圧配管９の圧力が圧力計測器３６で計測さ
れ、この計測値は変換器３７により電気制御信号
ｄに変換されて、上記中央制御装置３２に入力さ
れるようになつている。また、上記外部電源８の
励磁電流値Ｉは変換器４０に制御信号ｅに変換さ
れて上記中央制御装置３２に入力されるようにな
つている。そして、上記放圧配管９には上記機械
式放圧装置１０を設けず、この代りに電磁弁、電
動弁等の自動弁３９が設けられ、この自動弁３９
に上記中央制御装置３２からの開・閉信号ｆが出
力されるようになつている。 上記中央制御装置３２には、上記電動機１７の
回転数に基づく制御信号ｂ、再凝縮器２４の温度
に基づく制御信号ｃ、放圧配管９の圧力に基づく
制御信号ｄおよび超電導コイル６の励磁電流に基
づく信号ｅが入力され、第２図に示す内容の励磁
電流信号によつて外部からの侵入熱量Ｑを求め、
これに対応して制御すべき周波数設定信号ａを上
記インバータ可変速制御装置３１に出力し、また
中央制御装置３２は第４図、第５図、第６図に示
す制御により自動弁３９に対して開・閉信号が
与えられる。 次に、このように構成された本発明の超電導磁
石装置の作用を説明刷る。電動機１７の周波数
と冷凍機１２の冷凍能力Ｐとの間には次のような
関係が成立する。 Ｐ＝Ｋ・ …… ここでＫ：比例定数 第２図ｂに示すように、周波数を変えると図
示のような冷凍能力曲線が得られる。但し、図中
0なる曲線はT1にてP0なる冷凍能力となる様に
周波数を選んだ場合であり、同様に1はT1にて
P1，2はT1にてP2となる様に周波数を選定して
いる。ここで0＜1＜2であり1は従来の電動機
１７の回転数制御をしない時の周波数である。ま
ず、超電導コイル６への励磁電流値が零の時を考
える。第２図ｂに於いて従来装置ではbpなる位置
にて冷凍機１２は運転されているが、本発明装置
ではインバータ可変速制御装置３１より周波数を
0なる値に変化させ、冷凍機運転状態をb4なる位
置にする。 この時、上記中央制御装置３２は第４図にて示
すフローチヤートに従つた制御を行う。すなわ
ち、励磁電流零に相当する周波数0に設定し、回
転数計３３とインバータ可変速制御装置３１によ
り周波数を一定値0に保持させ＝0のときは
微調変動分Δを加算、減算して＝0にさせる。
再凝縮器２４の温度およびこれと平衡になつてい
るこれをPrlとする。ラプチヤーデスク式放圧装
置１１が破れつする内槽圧力より低い設計許容内
槽圧力をProとする。ここでPro＞Prlである。 以下項番の手順で運転制御が行われる。 (1) 内槽３内圧力Prと設計許容内槽圧力Proを比
較する。Pr＞Proであれば自動弁３９を開にし
てPr＝Prlなるまで放圧する。この開動作数Ｎ
をカウントする。この動作が頻繁になりある一
定時間内でNpより大となつたら制御不能とい
うことで冷凍機１２の運転を停止させる。Pr
＜Proであれば次の(2)へ進。 (2) PrとPrlを比較する。Pr＝Prlならこの状態
を保持する。そしてPr＜Prlの時は、周波数を
微調変動分Δ0減少させ冷凍能力を低下させ蒸
発ヘリウム量を増大させ、内槽３の圧力を上昇
させる。Pr＞Prlの時は、周波数を微調変動分
Δ0増大させ冷凍能力を上げヘリウムガス再凝
縮量を増大させ、内槽圧力を低下させる。これ
らの動作の後、再びPrとPrlを比較する。この
(1)(2)の手順をくり返して、第２図の特性曲線上
b4なる位置を制御する。 次に、超電導コイル６を励磁してInio＜Ｉ＜
Inaxなる値にて通電保持する時を考える。以
下、Ｉ＝例えばInaxにて説明する。第２図ｂに
於いて、従来装置ではb2なる位置にて冷凍機１
２は運転されているが本発明装置では周波数を
2なる値に変化させて冷凍機１２の運転状態を
b5なる位置にする。この時、中央制御装置３２
は第６図に示すフローチヤートに従つた制御を
行う。以下次の(3)，(4)の手順で運転制御が行わ
れる。 (3) 所要の励磁電流値Inaxに対応した周波数2を
設定するにあたり、第５図に示すように周波数
を変化させる。すなわち、冷凍能力変化の追随
を良くするために、 ＝2＋ΔF2（ΔF2：オーバーシユート分） なる周波数でΔT2なる間、周波数をオーバーシ
ユートさせるΔF2とΔT2の値は、使用する冷凍
機の冷凍能力変化追随性より最適値を設定す
る。オーバーシユートの後に周波数を2に固定
し、Ｉ＝Ｏの時と同様に周波数一定制御を行
う。 (4) Ｉ＝Ｏの場合と同様にPr＝Pr1となる様に周
波数制御を行う。 この(3)，(4)の手順をくり返して、第２図ｂの
特性曲線上b5なる位置を制御する。 次に、超電導コイル６を減磁してInio＜Ｉ＜
Inaxなる値にて通電保持する時を考える。この
場合は、上記の励磁の場合とほぼ同様な制御を
行う。但し、周波数の変化の仁法が第５図の2
→1→ΔF1→1のようになり、第６図に於い
て、2およびΔF2なる周波数が1およびΔF1と
なる。 以上述べた実施例によれば、冷凍機１２の圧縮
機１６を駆動する電動機１７の回転数を制御でき
るようにしたので、外部電源８により超電導コイ
ル６に与えられる励磁電流値変化に伴う侵入熱量
変動に対応して冷凍機１２の冷凍能力制御でき、
しかもこの制御応答性が良好で、また侵入熱量変
動に対する冷凍能力の追随性が良く、超電導コイ
ル６に与える励磁電流を広範囲に選べる。さらに
Ｊ−Ｔ配管系統の負圧現象が回避されるので、Ｊ
−Ｔ３０弁近くの配管系統に不純物の混入がなく
なり、冷凍機１２の能力低下がなくなり、操作性
がきわめて良好である。また回転数制御で冷凍機
１２の能力を制御するようにしたので、後述する
ように経時的冷凍能力劣化を補償でき、冷凍機１
２を長期間にわたつて運転することができる。さ
らにインバータ可変速制御装置３１で電動機１７
を制御したので、電動機１７で消費する電力が必
要最小限ですむ。従つて、総合的に長期間信頼性
の高い運転が可能となる。 次に以上述べた実施例の超電導磁石装置を長期
間継続運転すると冷凍機１２の冷凍能力が経時劣
化するので、これを補償する方法について説明す
る。はじめに第７図および第８図によりその一例
を説明する。冷凍機１２の冷凍能力Ｐは一般に第
７図に示すような経時劣化となり、時間関数Ｐ
（ｔ）となる。ここで、P0は初期の冷凍能力を示
し、Pfは冷凍機のメンテナンス時期に達した時
の冷凍能力を示している。超電導磁石装置を設計
する際は、Pf＞εP2となる様にしなければならな
い。ここで、εは安全率、P2は第２図ｂの冷凍
能力である。 第８図に於いて、励磁電流値Ｉが設定されると
侵入熱量Ｑが確定し、それに対応した冷凍能力を
出す周波数が決定される。ただし、この周波数
は冷凍能力経時劣化がない時の値である。運転
開始時よりの経時t1がわかつているので、冷凍能
力の劣化率η（t1）は、第７図より求められる
Ｐ（t1）／P0がわかる。おの低下分を補償する周波数 増加率Ｋ（t1）がη（t1）・なる周波数にて冷凍
機１２を運転し、冷凍能力経時劣化を補償する。
これを具体的に行うには、予め第７図の特性を中
央制御装置３２に記憶させておき、Pfとなる時
間の前において、第３図の温度計測器３４又は圧
力計測器３６の計測値と目標値との偏差が生じた
とき、この偏差を補償するように中央制御装置３
２からインバータ可変速制御装置３１に周波数設
定信号ａを出力させるようにすればよい。 次に第９図により冷凍機１２の冷凍能力経時劣
化を補償する他の方法について説明する。すなわ
ち、超電導コイル６の励磁電流値Ｉが設定される
と、これに対応した周波数が決まる。この周波
数で運転した際、冷凍能力劣化により内槽３内
圧力PrがPrlより低い場合は、周波数をΔ上昇さ
せて＋Δなる周波数にて運転する。PrがPrlに
等しくなるまで周波数を増やして冷凍能力経時劣
化を補償する。この補償方法は第６図のフローチ
ヤートに含まれている。これを具体的に行うには
第３図の温度計測器３４又は圧力計測器３６の計
測値を一定時間ごとに中央制御装置３２に入力
し、この内部でその計測値と設定値とを比較し、
偏差が生じたときこの偏差分を補償するように中
央制御装置３２からインバータ可変速制御装置３
１に、周波数設定信号ａを出力させるようにすれ
ばよい。 次に本発明の第２の実施例について第１０図を
参照して説明する。第３図で示した第１の実施例
と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
する。第３図の第１の実施例では、インバータ可
変速制御装置３１により電動機１７の回転数を制
御する構成としたが、ここではこの構成の代りに
冷媒主流量を制御可能な構成としたものである。
すなわち、圧縮機１６吐出側の媒体流入配管１４
には、主流量調節弁４６および主流量計測器４７
が直列に設けられている。上記主流量調節弁４６
と圧縮機１６の流入側との間にバイパス配管４５
が接続され、このバイパス配管４５にはバイパス
流量調節弁４９とバイパス流量計測器５０が直列
に設けられている。上記主流量計測器４７および
バイパス流量計測器５０により計測された流量は
変換器４８，５１により電気制御信号ｇ，ｈに変
換されて中央制御装置３２に入力されるようにな
つている。 この中央制御装置３２には上記電気制御信号
ｇ，ｈ以外に、第３図と同様に再凝縮器２４の温
度に基づく制御信号ｃ、放圧配管９の圧力に基づ
く制御信号ｄおよび超電導コイル６の励磁電流に
基づく信号ｅが入力され、内部で所定の演算処理
が行われて、上記主流量調節弁４６およびバイパ
ス流量調節弁４９に対して弁開度指令が与えられ
るとともに、自動弁３９に対して開・閉信号が
与えられる。 このように構成された本発明の第２の実施例に
おいても上記した第１の実施例と同様な効果が得
られるばかりでなく、媒体流入配管１４の圧縮機
１６吐出側およびバイパス配管４５にそれぞれ主
流量調節弁４６、バイパス流量調節弁４９を設け
ているので、冷凍機１２の制御範囲が広くとれ
る。 次に本発明の第３の実施例について第１１図を
参照して説明するが、第３図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。第３図の実施
例ではインバータ可変速制御装置３１により電動
機１７の回転数を制御する構成としたが、ここで
はこの構成の代りにＪ−Ｔ配管系統に媒体の圧力
を制御可能な構成としたものである。すなわち、
Ｊ−Ｔ流入配管２５とＪ−Ｔ戻り配管２６を、媒
体流入配管１４と媒体戻り配管１５とは接続せ
ず、それに圧縮機５２の吐出側と流入側を接続
し、圧縮機５２の吐出側と流入側との間に圧力調
節弁５４を設ける。圧縮機５２にはこれを駆動す
るための電動機５３が直結されている。またＪ−
Ｔ戻り配管２６の圧縮機５２の流入側に圧力計測
器５５を設け、この圧力計測器５５により計測さ
れた計測値を変換器５６により電気制御信号Ｋに
変換して中央制御装置３２に入力する。これ以外
に中央制御装置３２には、第３図と同様に再凝縮
器２４の温度に基づく制御信号ｃ、放圧配管９の
圧力に基づく制御信号ｄおよび超電導コイル６の
励磁電流に基づく制御信号ｅが入力される。そし
て中央制御装置３２の内部において所定の演算処
理が行われて、上記圧力調節弁５４に対して弁開
度信号が出力され、さらに自動弁３９に対して開
閉信号が与えられる。 このように構成された本発明の第３の実施例に
おいても上記した第１の実施例と同様な効果が得
られるばかりでなく、Ｊ−Ｔ流入配管２５とＪ−
Ｔ戻り配管２６の間に圧力調節弁５４が設けられ
ているので、Ｊ−Ｔ戻り配管２６内の媒体圧力が
一定値より下がることはなく、つまり負圧となる
ことはなく信頼性が高いという利点がある。 なお、上記した第３図の実施例では圧縮機１６
を駆動する電動機１７を、インバータ可変速制御
装置３１で回転数制御を行うようにしたが、これ
に限らずギヤー等の変速機により電動機１７の回
転数制御を行つてもよい。さらに上記した実施例
では冷媒冷凍機としてギホードマクマホーン式あ
るいはソルベー式を念頭においたが、逆スターリ
ング方式の冷媒冷凍機であつても同様な作用効果
が得られる。 〔発明の効果〕 以上述べた本発明によれば、超電導コイルの励
磁電流値変化に伴う侵入熱量変化に対応して冷媒
冷凍機の冷却能力を制御でき、不純物混入の危険
性がなく、超電導コイルの運転電流を広範囲に選
ぶことができ、液体ヘリウム温度あるいは圧力を
常に一定値に制御でき、操作性に優れ、長期信頼
運転が可能な超電導磁石装置を提供できる。
たものであつて、例えば単結晶育成装置、核磁気
共鳴装置に使用される超電導電磁石装置の改良に
関する。 〔発明の技術的背景〕 従来この種の超電導電磁石装置の一例として第
１図のように構成されたものがある。 すなわち、外槽１内に輻射シールド板２が配置
され、この内側に内槽３が配置され、これらによ
り保冷容器４が構成されている。上記内槽３内に
は後述する冷媒冷凍機により極低温例えば4.2K
に冷却される液体ヘリウム５が封入され、超電導
コイル６が図示しない超電導コイル支持材により
上記内槽３内に支持されている。この超電導コイ
ル６はパワーリード７の一端部と電気的に接続さ
れ、このパワーリード７の他端部が上記保冷容器
４の外部の常温空間に一端部が位置するように設
けられ、上記パワーリード７の一端部は外部電源
８と電気的に接続され、これにより超電導コイル
６が励磁可能になつている。上記内槽３には、こ
の内槽３内で生ずる異常ヘリウムガス圧を上記外
槽１外部に放圧できるように放圧配管９の一端部
が連結され、この放圧配管９の他端部が外部空間
に位置するとともに、放圧配管の他端部には機械
式放圧装置１０およびラプチヤーデスク式放圧装
置１１が連結されている。 上記機械式放圧装置１０は所定圧をこえたとき
弁体が開放状態となり、所定圧未満のとき弁体が
閉路状態となる構成のものである。又上記ラプチ
ヤーデスク式放圧装置１１は異常圧となつたとき
容器開口部を閉塞している部材が破裂するような
構成のものである。 上記冷媒冷凍機として例えばヘリウム冷凍機
（以下冷凍機と称す）１２が用いられ、これは以
下のように構成されている。上記外槽１の外部上
壁面には冷凍機ヘツド１３が設けられ、この冷凍
機ヘツド１３の冷媒流入配管１４および冷媒戻り
配管１５にはヘリウムを圧縮する圧縮機１６が接
続され、圧縮機１６にはこれを駆動するための電
動機１７が直結されている。上記冷凍機ヘツド１
３には、上記外槽１内であつて、輻射シールド板
２の外側に配設され、上記パワーリード７および
輻射シールド板２を冷却するための第１段冷却器
１８が設けられ、この第１段冷却器１８には輻射
シールド板２内であつて上記パワーリード７を冷
却するための第２段冷却器１９が設けられてい
る。上記第１段冷却器１８および第２段冷却器１
９はいずれも、上記冷凍機ヘツド１３内に有する
ピストン駆動機構（図示せず）により駆動される
ヘリウムを圧縮膨脹するピストン（図示せず）
と、このピストンの圧縮膨脹作用により冷却され
るヘリウムを蓄冷する蓄冷材（図示せず）と、機
械的支持および熱伝導をかねた部材例えばフラン
ジ１８Ａ，１９Ａとからなつている。この第１段
冷却器１８のフランジ１８Ａは上記輻射シールド
板２に機械的および伝熱的に接続され、また第１
段冷却器１８のフランジ１８Ａとパワーリード７
の第１段ヒートステーシヨン２０との間は熱伝導
の良好な伝熱部材２１により機械的および伝熱で
きるように接続されており、さらに第２段冷却器
１９のフランジ１９Ａとパワーリード７の第２段
ヒートステーシヨン２２との間も同様に伝熱部材
２３により接続されている。 上記内槽３内には、この内部の液体ヘリウム５
が蒸発により生ずるヘリウムガスを再凝縮するた
めにヘリウム再凝縮器（以下再凝縮器と称す）２
４が設けられ、この再凝縮器２４の入口側、出口
側にはＪ−Ｔ流入配管２５およびＪ−Ｔ戻り配管
２６の一端部が接続されている。このＪ−Ｔ流入
配管２５およびＪ−Ｔ戻り配管２６の他端部は、
上記冷凍機ヘツド１３の入口側および出口側に接
続されている冷媒流入配管１４および冷媒戻り配
管１５と接続され、上記Ｊ−Ｔ流入配管２５およ
びＪ−Ｔ戻り配管２６の途中には第１段熱交換器
２７の流入側、第２段熱交換器２８の流入側、第
３段熱交換器２９の流入側が直列に接続されてい
る。 そして、第１段熱交換器２７と第２段熱交換器
２８が接続されている上記Ｊ−Ｔ流入配管２５の
途中に上記第１段冷却器１８のフランジ１８Ａが
貫通固着されている。、また、上記第２段熱交換
器２８と上記第３段熱交換器２９が接続されてい
るＪ−Ｔ流入配管２５の途中には上記第２段冷却
器１９のフランジ１９Ａが貫通固着されている。
上記第３段熱交換器２９と上記再凝縮器２４が接
続されているＪ−Ｔ流入配管２５の途中にＪ−Ｔ
弁３０が設けられている。上記Ｊ−Ｔ戻り配管２
６には、上記第１、第２および第３段熱交換器２
７，２８，２９の流出側が直列に接続されてい
る。このように冷凍機１２が構成されている。 次に以上のように構成された従来の超電導磁石
装置の動作について説明する。 常温空間（例えば300K）にパワーリード７の
一端部が位置し、この他端部は、外槽１および輻
射シールド板２を介して内槽３内部に位置してい
るので、パワーリード７の作用すなわち熱伝導、
熱輻射により常温空間よりの熱が内槽３内に侵入
し、極低温（例えば4.2K）状態にある液体ヘリ
ウム５は蒸発してゆく。 この液体ヘリウム５の蒸発を最小限に押えるた
めに、外槽１内に輻射シールド板２が配設され、
この輻射シールド板２は、第１段冷却器１８によ
り70〜100Kに冷却されるようになつている。外
部の常温空間よりの侵入熱のうち、最も多いの
は、パワーリード７より伝わる侵入熱である。こ
の侵入熱を低減するために、パワーリード７は、
70〜100Kに冷却されたヒートステーシヨン２０
および10〜20Kに冷却されたヒートステーシヨン
２２により強制的に冷却されている。 通常、この様な侵入熱低減により内槽３内での
液体ヘリウム５に蒸発量は１〜２／ｈと小さな
値となる。この蒸発したヘリウムガスは4.2Kに
冷却されている再凝縮器２４により凝縮（液化）
されて液体ヘリウムとなつて内槽３に戻る。この
ようにして、液体ヘリウムを再注液せずに超電導
磁石装置を連続運転することが出来る。 〔背景技術の問題点〕 ところが、上記のように構成された従来の超電
導磁石装置では以下に述べる欠点があつた。パワ
ーリード７を介しての侵入熱量は式に示すよう
に外部電源８よりの励磁電流値に比例する。 Qp＝Ｉ・√・（h 2−c 2） …… ここで、 Qp：パワーリード７からの侵入熱量 Ｉ：励磁電流値 α：定数（ｐ：パワーリード抵抗率、Ｔ：温度
とした時、ｐ＝αTなる定数） Ｋ：パワーリード７の熱伝導率 Th：高温部温度 Tc：低温部温度 例えば、Thをヒートステーシヨン２２の温度
10K〜20Kにとり、Tcを液体ヘリウム５の温度
4.2KにとればQpは液体ヘリウムへの侵入熱量と
なり、この熱に相当した気化熱分の液体ヘリウム
が蒸発する。超電導コイル６によつて発生する磁
場を可変させたいという要請がある場合（例えば
単結晶育成装置、核磁気共鳴装置に使用する場
合）磁場強度に比例して励磁電流値Ｉを変えるの
で式によれば侵入熱量Qpはこれに応じて変化
することになる。従つて、液体ヘリウム蒸発量も
変動することになる。 ここで、冷凍機１２の冷凍動作を考えてみる。 圧縮機１６内のヘリウムガスは、電動機１７に
て駆動圧縮され、冷媒流入配管１４、冷凍機ヘツ
ド１３、第１段冷却器１８、第２段冷却器１９、
冷媒戻り配管１５を通つて再び圧縮機１６へと戻
る循環ループ内を流動している。この際、冷凍機
ヘツド１３内にてヘリウムガスは断熱膨脹し、こ
の時の熱の授受により第１段冷却器１８は100K
〜70Kに、第２段冷却器１９は10K〜20Kに冷却
される。一方、圧縮機１６より吐出されたヘリウ
ムガスは、一部が冷媒流入配管１４より分岐しＪ
−Ｔ流入配管２５へ流入する。このヘリウムガス
は、第１段熱交換器２７、第１段冷却器１８、第
２段熱交換器２８、第２段冷却器１９、第３段熱
交換器２９を通つて、反転温度以下の（例えば
20K以下）極低温ヘリウムガスとなる。このヘリ
ウムガスはＪ−Ｔ弁３０を通過する際に、いわゆ
るジユール・トムソン効果により極低温（例えば
4.2K）の気・液２相流となり再凝縮器２４へと
流入する。このため内槽３内にて蒸発しているヘ
リウムガスは、この再凝縮器２４により再び液化
され、液体ヘリウムになつて内槽３内へ戻る。再
凝縮器２４を流出したヘリウムガスは、第３段熱
交換器２９、第２段熱交換器２８、第１段熱交換
器２７、Ｊ−Ｔ戻り配管２６を通つて、圧縮機１
６へと戻る。 第２図ｂはこの冷凍機１２の再凝縮器２４の冷
凍能力曲線を示す。横軸は再凝縮器２４のヘリウ
ムガスの温度Ｔ（Ｋ）、縦軸はその冷凍能力Ｐ−
（Watt）を示し、は電動機１７の運転周波数
（50Hz）を示している。第２図ａは、励磁電流値
Ｉに対する液体ヘリウムへの侵入熱量Ｑを示す。 ここで、Ｑ＝Qp＋Qpとなり、Qpは上記式に
て示されるパワーリード７よりの侵入熱量、Qp
は超電導コイル支持材（図示せず）、輻射シール
ド板２を介して侵入する熱量であり励磁電流値に
は存在せずほぼ一定値である。超電導コイル６へ
の励磁電流値がその最低値Inioである時、液体ヘ
リウム５への侵入熱量はQ1となる。このQ1にて
蒸発したヘリウムをすべて再凝縮するためには
P1＝Q1なる再凝縮器２４の冷凍能力が必要であ
り、第２図ｂより、この場合はb1なる冷凍能力曲
線上の点にて冷凍機は動作することになる。この
時の冷媒温度およびこれと平衡状態にある液体ヘ
リウム５の温度はT1となる。 次に、励磁電流を上げてその最大値Inaxにて超
電導コイル６を運転する時は、液体ヘリウム５へ
の侵入熱量はQ2となる。おの場合はP2＝Q2とな
る第２図ｂのb2なる冷凍能力曲線上の点にてヘリ
ウム冷凍機１２は動作することになる。このとき
の液体ヘリウム５の温度はT2となる。超電導コ
イル６の運転をやめ、励磁電流を零にした時は、
Q0＝T0となり、冷凍能力曲線上のb0なる点にて
冷凍機１２は動作し、液体ヘリウム５の温度は
T0となる。但し、電動機１７の運転周波数1は
一定となつている。 ここで、超電導コイル６の運転温度を考えてみ
る。この場合超電導コイル６として例えば、
Nbti超電導線を巻回したものを用い、運転温度
4.2K近傍で設計されるのが通例である。設計許
容温度マージンはせいぜいプラス1K程度である。
これ以上温度を上げると超電導コイル６はいわゆ
るクエンチすなわち常電導転移を生じやすくなり
超電導コイル６の損傷をまねくことになる。 第２図ｂの場合、T1を設計運転温度（例えば
4.2K）にすると、T2はT1＝T1＋１（例えば5.2K）
となり、T0はT0＜T1となる。液体ヘリウム５は
4.2Kにてほぼ大気圧なので、T0なる温度状態で
は、液体ヘリウムは負圧の状態となつている。す
なわち、内槽３内および再凝縮器２４と、この付
近のＪ−Ｔ流入配管２５、Ｊ−Ｔ戻り配管２６、
Ｊ−Ｔ弁３０は負圧現象となつている。 この様な状況下では、大気中の水分、窒素分、
酸素分等の不純物が内槽３の溶接部、再凝縮器２
４の溶接部、シールド部、Ｊ−Ｔ弁３０の大気と
のシール部等を介して、ppmオーダの微少量ずつ
Ｊ−Ｔ配管系統（Ｊ−Ｔ流入配管２５、Ｊ−Ｔ戻
り配管２６の総称）に混入してくる。Ｊ−Ｔ配管
系統に混入した不純物は4.2K以下の温度で固化
してゆくので、長時間に渡つてこの運転状態が続
くと、特に冷媒流入配管１４、冷媒戻り配管１５
に比べて配管口径の細いＪ−Ｔ配管系統は不純物
による目づまりを生じＪ−Ｔ配管系統が閉塞に至
り、もはや冷凍機１２はその性能を発揮出来なく
なるという欠点がある。 上記のような負圧現象を発生させないために
は、T0＞4.2Kとし無励磁状態でもＪ−Ｔ配管系
統および内槽３が大気圧以上になる様にすれば良
いが、この場合は、T2＜5.2KあるいはT2−T0
1Kとなる運転温度制約条件があるのでT0＜4.2K
の時に比べてInioとInaxを広い範囲に取れなくな
る。すなわち、磁場可変領域が狭くなり、例えば
単結晶育成装置、核磁気共鳴装置には使用できな
いことがある。更に、第２図ｂに示す各運転状態
b0，b1，b2に冷凍機１２が状態窒化する場合、励
磁電流値の変化による侵入熱量の変化に対してＰ
＝Ｑとなる冷凍機１２の冷凍能力の追随性が悪
い。すなわち、冷凍能力変化の時定数例えば、数
時間程度と大きい。このため、励磁電流値を変化
させている時は、励磁電流値変化の時定数は冷凍
機１２の冷凍能力変化の時定数より充分に小さい
ので、侵入熱量と冷凍能力が常にバランスしてい
ない状態で超電導磁石装置を運転することにな
る。例えば、励磁電流値を上げた場合、外部より
の侵入熱量は励磁電流値に見合つてすぐに増大す
るが、再凝縮器２４に於ける冷凍能力は、ほとん
ど前の状態と変わらない。このため、液体ヘリウ
ムの蒸発量が急増し密閉状態の内槽圧力は急激に
増大する。内槽圧力が設計圧力以上になると保冷
容器４に設けられた機械式放圧装置１０より蒸発
ヘリウムガスが放出する。冷凍能力追随性が悪い
ので、最悪の場合、侵入熱量と冷凍能力がバラン
スして機械式放圧装置１０の動作が停止する前に
内槽３内に貯液されている液体ヘリウム５がすべ
て蒸発して大気へ放出してしまう。あるいは、内
槽圧力上昇が急激すぎてラプチヤーデスク式放圧
装置１１が動作して液体ヘリウム５がすべて大気
へ放出してしまう場合もある。この様な場合、Ｊ
−Ｔ弁３０の開度をマニユアルで変えてバランス
点を探すという方式があるが、この調整そのもの
が難しく経験を積んだ運転者にして初めて可能で
ある。いわんや素人では、ほとんど不可能であ
る。そのため、上記したような冷凍機付超電導磁
石装置は運転操作が難しく、長期信頼運転に欠け
るという欠点があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、上記の従来技術のもつ欠点を除去す
るために行つたもので、超電導コイルの励磁電流
値変化に伴う侵入熱量変化に対応して冷媒冷凍機
の冷凍能力を制御でき、不純物混入の危険性がな
く、超電導コイルの運転電流を広範囲に選ぶこと
ができ、液体ヘリウム温度あるいは圧力を常に一
定値に制御でき操作性に勝れ、長期信頼運転可能
な超電導磁石装置を提供することを目的としてい
る。 〔発明の概要〕 本発明は上記目的を達成するために、第１番目
の発明では冷媒冷凍機の圧縮機駆動用電動機の回
転数を制御する回転数制御手段を具備し、第２番
目の発明では冷媒冷凍機の圧縮機の冷媒吐出流量
を制御する冷媒流量制御手段を具備し、第３番目
の発明では冷媒冷凍機のＪ−Ｔ配管系統に冷媒の
圧力を制御する冷媒圧力制御手段を具備したもの
である。 〔発明の実施例〕 以下、本発明について図面を参照して説明す
る。はじめに第３図により本発明の第１の実施例
について説明するが、第１図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。圧縮機１６を
駆動するための電動機１７を回転数制御するため
に次のように構成されている。電動機１７にはイ
ンバータ可変速制御装置３１が電気的に接続され
ている。このインバータ可変速制御装置３１には
後述する中央制御装置３２からの周波数設定信号
ａが出力されるようになつている。 中央制御装置３２には、電動機１７の回転数計
３３で計測され、これが電気信号に変換された制
御信号ｂが入力されるようになつている。再凝縮
器２４の温度が温度計測器３４により計測され、
この計測値が変換器３５により電気制御信号ｃに
変換されて上記中央制御装置３２に入力されるよ
うになつている。また、上記内槽３の圧力すなわ
ち、放圧配管９の圧力が圧力計測器３６で計測さ
れ、この計測値は変換器３７により電気制御信号
ｄに変換されて、上記中央制御装置３２に入力さ
れるようになつている。また、上記外部電源８の
励磁電流値Ｉは変換器４０に制御信号ｅに変換さ
れて上記中央制御装置３２に入力されるようにな
つている。そして、上記放圧配管９には上記機械
式放圧装置１０を設けず、この代りに電磁弁、電
動弁等の自動弁３９が設けられ、この自動弁３９
に上記中央制御装置３２からの開・閉信号ｆが出
力されるようになつている。 上記中央制御装置３２には、上記電動機１７の
回転数に基づく制御信号ｂ、再凝縮器２４の温度
に基づく制御信号ｃ、放圧配管９の圧力に基づく
制御信号ｄおよび超電導コイル６の励磁電流に基
づく信号ｅが入力され、第２図に示す内容の励磁
電流信号によつて外部からの侵入熱量Ｑを求め、
これに対応して制御すべき周波数設定信号ａを上
記インバータ可変速制御装置３１に出力し、また
中央制御装置３２は第４図、第５図、第６図に示
す制御により自動弁３９に対して開・閉信号が
与えられる。 次に、このように構成された本発明の超電導磁
石装置の作用を説明刷る。電動機１７の周波数
と冷凍機１２の冷凍能力Ｐとの間には次のような
関係が成立する。 Ｐ＝Ｋ・ …… ここでＫ：比例定数 第２図ｂに示すように、周波数を変えると図
示のような冷凍能力曲線が得られる。但し、図中
0なる曲線はT1にてP0なる冷凍能力となる様に
周波数を選んだ場合であり、同様に1はT1にて
P1，2はT1にてP2となる様に周波数を選定して
いる。ここで0＜1＜2であり1は従来の電動機
１７の回転数制御をしない時の周波数である。ま
ず、超電導コイル６への励磁電流値が零の時を考
える。第２図ｂに於いて従来装置ではbpなる位置
にて冷凍機１２は運転されているが、本発明装置
ではインバータ可変速制御装置３１より周波数を
0なる値に変化させ、冷凍機運転状態をb4なる位
置にする。 この時、上記中央制御装置３２は第４図にて示
すフローチヤートに従つた制御を行う。すなわ
ち、励磁電流零に相当する周波数0に設定し、回
転数計３３とインバータ可変速制御装置３１によ
り周波数を一定値0に保持させ＝0のときは
微調変動分Δを加算、減算して＝0にさせる。
再凝縮器２４の温度およびこれと平衡になつてい
るこれをPrlとする。ラプチヤーデスク式放圧装
置１１が破れつする内槽圧力より低い設計許容内
槽圧力をProとする。ここでPro＞Prlである。 以下項番の手順で運転制御が行われる。 (1) 内槽３内圧力Prと設計許容内槽圧力Proを比
較する。Pr＞Proであれば自動弁３９を開にし
てPr＝Prlなるまで放圧する。この開動作数Ｎ
をカウントする。この動作が頻繁になりある一
定時間内でNpより大となつたら制御不能とい
うことで冷凍機１２の運転を停止させる。Pr
＜Proであれば次の(2)へ進。 (2) PrとPrlを比較する。Pr＝Prlならこの状態
を保持する。そしてPr＜Prlの時は、周波数を
微調変動分Δ0減少させ冷凍能力を低下させ蒸
発ヘリウム量を増大させ、内槽３の圧力を上昇
させる。Pr＞Prlの時は、周波数を微調変動分
Δ0増大させ冷凍能力を上げヘリウムガス再凝
縮量を増大させ、内槽圧力を低下させる。これ
らの動作の後、再びPrとPrlを比較する。この
(1)(2)の手順をくり返して、第２図の特性曲線上
b4なる位置を制御する。 次に、超電導コイル６を励磁してInio＜Ｉ＜
Inaxなる値にて通電保持する時を考える。以
下、Ｉ＝例えばInaxにて説明する。第２図ｂに
於いて、従来装置ではb2なる位置にて冷凍機１
２は運転されているが本発明装置では周波数を
2なる値に変化させて冷凍機１２の運転状態を
b5なる位置にする。この時、中央制御装置３２
は第６図に示すフローチヤートに従つた制御を
行う。以下次の(3)，(4)の手順で運転制御が行わ
れる。 (3) 所要の励磁電流値Inaxに対応した周波数2を
設定するにあたり、第５図に示すように周波数
を変化させる。すなわち、冷凍能力変化の追随
を良くするために、 ＝2＋ΔF2（ΔF2：オーバーシユート分） なる周波数でΔT2なる間、周波数をオーバーシ
ユートさせるΔF2とΔT2の値は、使用する冷凍
機の冷凍能力変化追随性より最適値を設定す
る。オーバーシユートの後に周波数を2に固定
し、Ｉ＝Ｏの時と同様に周波数一定制御を行
う。 (4) Ｉ＝Ｏの場合と同様にPr＝Pr1となる様に周
波数制御を行う。 この(3)，(4)の手順をくり返して、第２図ｂの
特性曲線上b5なる位置を制御する。 次に、超電導コイル６を減磁してInio＜Ｉ＜
Inaxなる値にて通電保持する時を考える。この
場合は、上記の励磁の場合とほぼ同様な制御を
行う。但し、周波数の変化の仁法が第５図の2
→1→ΔF1→1のようになり、第６図に於い
て、2およびΔF2なる周波数が1およびΔF1と
なる。 以上述べた実施例によれば、冷凍機１２の圧縮
機１６を駆動する電動機１７の回転数を制御でき
るようにしたので、外部電源８により超電導コイ
ル６に与えられる励磁電流値変化に伴う侵入熱量
変動に対応して冷凍機１２の冷凍能力制御でき、
しかもこの制御応答性が良好で、また侵入熱量変
動に対する冷凍能力の追随性が良く、超電導コイ
ル６に与える励磁電流を広範囲に選べる。さらに
Ｊ−Ｔ配管系統の負圧現象が回避されるので、Ｊ
−Ｔ３０弁近くの配管系統に不純物の混入がなく
なり、冷凍機１２の能力低下がなくなり、操作性
がきわめて良好である。また回転数制御で冷凍機
１２の能力を制御するようにしたので、後述する
ように経時的冷凍能力劣化を補償でき、冷凍機１
２を長期間にわたつて運転することができる。さ
らにインバータ可変速制御装置３１で電動機１７
を制御したので、電動機１７で消費する電力が必
要最小限ですむ。従つて、総合的に長期間信頼性
の高い運転が可能となる。 次に以上述べた実施例の超電導磁石装置を長期
間継続運転すると冷凍機１２の冷凍能力が経時劣
化するので、これを補償する方法について説明す
る。はじめに第７図および第８図によりその一例
を説明する。冷凍機１２の冷凍能力Ｐは一般に第
７図に示すような経時劣化となり、時間関数Ｐ
（ｔ）となる。ここで、P0は初期の冷凍能力を示
し、Pfは冷凍機のメンテナンス時期に達した時
の冷凍能力を示している。超電導磁石装置を設計
する際は、Pf＞εP2となる様にしなければならな
い。ここで、εは安全率、P2は第２図ｂの冷凍
能力である。 第８図に於いて、励磁電流値Ｉが設定されると
侵入熱量Ｑが確定し、それに対応した冷凍能力を
出す周波数が決定される。ただし、この周波数
は冷凍能力経時劣化がない時の値である。運転
開始時よりの経時t1がわかつているので、冷凍能
力の劣化率η（t1）は、第７図より求められる
Ｐ（t1）／P0がわかる。おの低下分を補償する周波数 増加率Ｋ（t1）がη（t1）・なる周波数にて冷凍
機１２を運転し、冷凍能力経時劣化を補償する。
これを具体的に行うには、予め第７図の特性を中
央制御装置３２に記憶させておき、Pfとなる時
間の前において、第３図の温度計測器３４又は圧
力計測器３６の計測値と目標値との偏差が生じた
とき、この偏差を補償するように中央制御装置３
２からインバータ可変速制御装置３１に周波数設
定信号ａを出力させるようにすればよい。 次に第９図により冷凍機１２の冷凍能力経時劣
化を補償する他の方法について説明する。すなわ
ち、超電導コイル６の励磁電流値Ｉが設定される
と、これに対応した周波数が決まる。この周波
数で運転した際、冷凍能力劣化により内槽３内
圧力PrがPrlより低い場合は、周波数をΔ上昇さ
せて＋Δなる周波数にて運転する。PrがPrlに
等しくなるまで周波数を増やして冷凍能力経時劣
化を補償する。この補償方法は第６図のフローチ
ヤートに含まれている。これを具体的に行うには
第３図の温度計測器３４又は圧力計測器３６の計
測値を一定時間ごとに中央制御装置３２に入力
し、この内部でその計測値と設定値とを比較し、
偏差が生じたときこの偏差分を補償するように中
央制御装置３２からインバータ可変速制御装置３
１に、周波数設定信号ａを出力させるようにすれ
ばよい。 次に本発明の第２の実施例について第１０図を
参照して説明する。第３図で示した第１の実施例
と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
する。第３図の第１の実施例では、インバータ可
変速制御装置３１により電動機１７の回転数を制
御する構成としたが、ここではこの構成の代りに
冷媒主流量を制御可能な構成としたものである。
すなわち、圧縮機１６吐出側の媒体流入配管１４
には、主流量調節弁４６および主流量計測器４７
が直列に設けられている。上記主流量調節弁４６
と圧縮機１６の流入側との間にバイパス配管４５
が接続され、このバイパス配管４５にはバイパス
流量調節弁４９とバイパス流量計測器５０が直列
に設けられている。上記主流量計測器４７および
バイパス流量計測器５０により計測された流量は
変換器４８，５１により電気制御信号ｇ，ｈに変
換されて中央制御装置３２に入力されるようにな
つている。 この中央制御装置３２には上記電気制御信号
ｇ，ｈ以外に、第３図と同様に再凝縮器２４の温
度に基づく制御信号ｃ、放圧配管９の圧力に基づ
く制御信号ｄおよび超電導コイル６の励磁電流に
基づく信号ｅが入力され、内部で所定の演算処理
が行われて、上記主流量調節弁４６およびバイパ
ス流量調節弁４９に対して弁開度指令が与えられ
るとともに、自動弁３９に対して開・閉信号が
与えられる。 このように構成された本発明の第２の実施例に
おいても上記した第１の実施例と同様な効果が得
られるばかりでなく、媒体流入配管１４の圧縮機
１６吐出側およびバイパス配管４５にそれぞれ主
流量調節弁４６、バイパス流量調節弁４９を設け
ているので、冷凍機１２の制御範囲が広くとれ
る。 次に本発明の第３の実施例について第１１図を
参照して説明するが、第３図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。第３図の実施
例ではインバータ可変速制御装置３１により電動
機１７の回転数を制御する構成としたが、ここで
はこの構成の代りにＪ−Ｔ配管系統に媒体の圧力
を制御可能な構成としたものである。すなわち、
Ｊ−Ｔ流入配管２５とＪ−Ｔ戻り配管２６を、媒
体流入配管１４と媒体戻り配管１５とは接続せ
ず、それに圧縮機５２の吐出側と流入側を接続
し、圧縮機５２の吐出側と流入側との間に圧力調
節弁５４を設ける。圧縮機５２にはこれを駆動す
るための電動機５３が直結されている。またＪ−
Ｔ戻り配管２６の圧縮機５２の流入側に圧力計測
器５５を設け、この圧力計測器５５により計測さ
れた計測値を変換器５６により電気制御信号Ｋに
変換して中央制御装置３２に入力する。これ以外
に中央制御装置３２には、第３図と同様に再凝縮
器２４の温度に基づく制御信号ｃ、放圧配管９の
圧力に基づく制御信号ｄおよび超電導コイル６の
励磁電流に基づく制御信号ｅが入力される。そし
て中央制御装置３２の内部において所定の演算処
理が行われて、上記圧力調節弁５４に対して弁開
度信号が出力され、さらに自動弁３９に対して開
閉信号が与えられる。 このように構成された本発明の第３の実施例に
おいても上記した第１の実施例と同様な効果が得
られるばかりでなく、Ｊ−Ｔ流入配管２５とＪ−
Ｔ戻り配管２６の間に圧力調節弁５４が設けられ
ているので、Ｊ−Ｔ戻り配管２６内の媒体圧力が
一定値より下がることはなく、つまり負圧となる
ことはなく信頼性が高いという利点がある。 なお、上記した第３図の実施例では圧縮機１６
を駆動する電動機１７を、インバータ可変速制御
装置３１で回転数制御を行うようにしたが、これ
に限らずギヤー等の変速機により電動機１７の回
転数制御を行つてもよい。さらに上記した実施例
では冷媒冷凍機としてギホードマクマホーン式あ
るいはソルベー式を念頭においたが、逆スターリ
ング方式の冷媒冷凍機であつても同様な作用効果
が得られる。 〔発明の効果〕 以上述べた本発明によれば、超電導コイルの励
磁電流値変化に伴う侵入熱量変化に対応して冷媒
冷凍機の冷却能力を制御でき、不純物混入の危険
性がなく、超電導コイルの運転電流を広範囲に選
ぶことができ、液体ヘリウム温度あるいは圧力を
常に一定値に制御でき、操作性に優れ、長期信頼
運転が可能な超電導磁石装置を提供できる。
第１図には従来の超電導磁石装置の一例を示す
概略構成図、第２図ａ，ｂは超電導コイルの励磁
電流に対する侵入熱量およびヘリウム冷凍機の冷
凍能力を示す特性曲線図、第３図は本発明の超電
導磁石装置の第１の実施例を示す概略構成図、第
４図は励磁電流が零のときの超電導磁石装置の運
転制御方法を示すフローチヤート、第５図は冷凍
能力変化時の電動機の周波数変化を示す図、第６
図は励磁電流を変化させた時の超電導磁石装置の
運転制御方法を示すフローチヤート、第７図は冷
凍能力経時劣化を示す図、第８図および第９図は
冷凍能力経時劣化の補償方法を示すフロー図、第
１０図および第１１図は本発明の超電導磁石装置
の第２および第３の実施例を示す概略構成図であ
る。 １……外槽、２……輻射シールド板、３……内
槽、４……保冷容器、５……液体ヘリウム、６…
…超電導コイル、７……パワーリード、８……外
部電源、９……放圧配管、１０……機械式放圧装
置、１１……ラプチヤーデスク式放圧装置、１２
……ヘリウム冷凍機、１３……冷凍機ヘツド、１
４……冷媒流入配管、１５……冷媒戻り配管、１
６……圧縮機、１７……電動機、１８……第１段
冷却器、１９……第２段冷却器、２０……第１段
ステーシヨン、２１……伝熱部材、２２……第２
段ステーシヨン、２３……伝熱部材、２４……再
凝縮器、２５……Ｊ−Ｔ流入配管、２６……Ｊ−
Ｔ戻り配管、２７……第１段熱交換器、２６……
第２段熱交換器、２９……第３段熱交換器、３０
……Ｊ−Ｔ弁、３１……インバータ可変速制御装
置、３２……中央制御装置、３５，３７，４０…
…変換器、３４……温度計測器、３６……圧力計
測器、３９……自動弁、４５……バイパス配管、
４６……主流量調節弁、４７……主流量計測器、
４８，５１，５６……変換器、４９……バイパス
流量調節弁、５０……バイパス流量計測器、５２
……圧縮機、５３……電動機、５４……圧力調節
弁、５５……圧力計測器。
概略構成図、第２図ａ，ｂは超電導コイルの励磁
電流に対する侵入熱量およびヘリウム冷凍機の冷
凍能力を示す特性曲線図、第３図は本発明の超電
導磁石装置の第１の実施例を示す概略構成図、第
４図は励磁電流が零のときの超電導磁石装置の運
転制御方法を示すフローチヤート、第５図は冷凍
能力変化時の電動機の周波数変化を示す図、第６
図は励磁電流を変化させた時の超電導磁石装置の
運転制御方法を示すフローチヤート、第７図は冷
凍能力経時劣化を示す図、第８図および第９図は
冷凍能力経時劣化の補償方法を示すフロー図、第
１０図および第１１図は本発明の超電導磁石装置
の第２および第３の実施例を示す概略構成図であ
る。 １……外槽、２……輻射シールド板、３……内
槽、４……保冷容器、５……液体ヘリウム、６…
…超電導コイル、７……パワーリード、８……外
部電源、９……放圧配管、１０……機械式放圧装
置、１１……ラプチヤーデスク式放圧装置、１２
……ヘリウム冷凍機、１３……冷凍機ヘツド、１
４……冷媒流入配管、１５……冷媒戻り配管、１
６……圧縮機、１７……電動機、１８……第１段
冷却器、１９……第２段冷却器、２０……第１段
ステーシヨン、２１……伝熱部材、２２……第２
段ステーシヨン、２３……伝熱部材、２４……再
凝縮器、２５……Ｊ−Ｔ流入配管、２６……Ｊ−
Ｔ戻り配管、２７……第１段熱交換器、２６……
第２段熱交換器、２９……第３段熱交換器、３０
……Ｊ−Ｔ弁、３１……インバータ可変速制御装
置、３２……中央制御装置、３５，３７，４０…
…変換器、３４……温度計測器、３６……圧力計
測器、３９……自動弁、４５……バイパス配管、
４６……主流量調節弁、４７……主流量計測器、
４８，５１，５６……変換器、４９……バイパス
流量調節弁、５０……バイパス流量計測器、５２
……圧縮機、５３……電動機、５４……圧力調節
弁、５５……圧力計測器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたＪ−Ｔ配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機の電動機の回転数を制御する回
転数制御手段と、 上記電動機の回転数に基づく制御信号ｂ、上記
再凝縮器の温度に基づく制御信号ｃ 、上記内槽
の圧力を放出する放圧配管の圧力に基づく制御信
号ｄおよび上記超電導コイルの励磁電流に基づく
制御信号ｅが入力され、励磁電流信号によつて外
部からの侵入熱量を求め、これに対応して制御す
べき周波数設定信号ａを上記回転数制御手段に出
力し、かつ上記放圧配管に設けられている自動弁
に対して開・閉信号ｆを与える中央制御装置とを
備え、 上記冷媒冷凍機の冷凍能力を保冷容器外部から
の侵入熱量に対して制御可能にしたことを特徴と
する超電導磁石装置。 ２ 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたＪ−Ｔ配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機の電動機の回転数を制御する回
転数制御手段と、 上記再凝縮器の温度を計測する温度計測手段
と、 上記放圧配管の圧力を計測する圧力計測手段
と、 上記温度計測手段で計測された温度計測値また
は上記圧力計測手段で計測された圧力計測値と設
定値を入力し、この両者間に偏差が生じたとき、
この偏差を補償するように上記回転数制御手段に
対して周波数設定信号を出力する中央制御装置と
を備え、 前記冷媒冷凍機にこの冷凍能力が経時劣化する
のを補償する機能を付加したことを特徴とする超
電導磁石装置。 ３ 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたＪ−Ｔ配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とＪ−Ｔ配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたバイパス配管路に設けられたバイパス流量調
節弁と、 上記バイパス配管路と上記冷媒流入配管の流量
に応じた電気制御信号ｇ，ｈと、上記再凝縮器の
温度に基づく制御信号ｃ、上記内槽の圧力を放出
する放圧配管の圧力に基づく制御信号ｄおよび上
記超電導コイルの励磁電流に基づく制御信号ｅが
入力され、内部で所定の演算処理により上記流量
調節弁およびバイパス流量調節弁に対して弁開度
指令ｉ，ｊを与え、かつ上記放圧配管に設けられ
ている自動弁に対して開・閉信号ｆを与える中央
制御装置とを備え、 上記冷媒冷凍機の冷凍能力を保冷容器外部から
の侵入熱量に対して制御可能にしたことを特徴と
する超電導磁石装置。 ４ 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたＪ−Ｔ配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統を冷却する複数の冷却器と、このパワーリ
ード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配管系統に冷媒を
供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とＪ−Ｔ配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたバイパス配管路に設けられたバイパス流量調
節弁と、 上記再凝縮器の温度を計測する温度計測手段
と、 上記放圧配管の圧力を計測する圧力計測手段
と、 上記温度計測手段で計測された温度計測値また
は上記圧力計測手段で計測された圧力計測値と設
定値を入力し、この両者間に偏差が生じたとき、
この偏差を補償するように上記回転数制御手段に
対して周波数設定信号を出力する中央制御装置と
を備え、 前記冷媒冷凍機にこの冷凍能力が経時劣化する
のを補償する機能を付加したことを特徴とする超
電導磁石装置。 ５ 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたＪ−Ｔ配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とＪ−Ｔ配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたＪ−Ｔ配管系統に設けられた圧力調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側の圧力に応じた制御信
号ｋと、上記再凝縮器の温度に基づく制御信号
ｃ、上記内槽の圧力を放出する放圧配管の圧力に
基づく制御信号ｄおよび上記超電導コイルの励磁
電流に基づく制御信号ｅが入力され、内部で所定
の演算処理により上記圧力調節弁に対して弁開度
指令を与え、かつ上記放圧配管に設けられている
自動弁に対して開・閉信号ｆを与える中央制御装
置とを備え、 上記冷媒冷凍機の冷凍能力を保冷容器外部から
の侵入熱量に対して制御可能にしたことを特徴と
する超電導磁石装置。 ６ 液体ヘリウムを封入すると共に、超電導コイ
ルを収納する内槽と、 この内槽を収納する外槽と、 この外槽と上記内槽との間に配設された輻射シ
ールド体からなり、上記超電導コイルを極低温に
保持する保冷容器と、 この保冷容器外部に配設された外部電源と上記
超電導コイルを電気的に接続するパワーリード
と、 上記内槽内の液体ヘリウムの蒸発ガスを再凝縮
させる再凝縮器と、 この再凝縮器の冷媒流入側および冷媒戻り側に
その一端が接続され、その他端が上記保冷容器外
部に位置するように設けられたＪ−Ｔ配管系統
と、 上記パワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統を冷却する複数の冷却器と、 このパワーリード、輻射シールド体、Ｊ−Ｔ配
管系統に冷媒を供給する配管系統と、 上記保冷容器外部に配置され、上記冷媒を圧縮
する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する電動機と
からなる冷媒冷凍機と、 この冷媒冷凍機とＪ−Ｔ配管系統の間に配設さ
れた冷媒流入配管に設けられた冷媒の主流量を調
節する流量調節弁と、 上記冷媒冷凍機の入口側および吐出側に接続さ
れたＪ−Ｔ配管系統に設けられた圧力調節弁と、 上記再凝縮器の温度を計測する温度計測手段
と、 上記放圧配管の圧力を計測する圧力計測手段
と、 上記温度計測手段で計測された温度計測値また
は上記圧力計測手段で計測された圧力計測値と設
定値を入力し、この両者間に偏差が生じたとき、
この偏差を補償するように上記回転数制御手段に
対して周波数設定信号を出力する中央制御装置と
を備え、 前記冷媒冷凍機にこの冷凍能力が経時劣化する
のを補償する機能を付加したことを特徴とする超
電導磁石装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59102024A JPS60245285A (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 超電導磁石装置 |
| US06/632,461 US4543794A (en) | 1983-07-26 | 1984-07-19 | Superconducting magnet device |
| GB08418769A GB2145506B (en) | 1983-07-26 | 1984-07-24 | Superconducting magnet device |
| DE19843427601 DE3427601A1 (de) | 1983-07-26 | 1984-07-26 | Supraleitende magnetvorrichtung |
| KR8404441A KR890003871B1 (en) | 1983-07-26 | 1984-07-26 | Super conducting magnet device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59102024A JPS60245285A (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 超電導磁石装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60245285A JPS60245285A (ja) | 1985-12-05 |
| JPH0560274B2 true JPH0560274B2 (ja) | 1993-09-01 |
Family
ID=14316178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59102024A Granted JPS60245285A (ja) | 1983-07-26 | 1984-05-21 | 超電導磁石装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60245285A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69831464T2 (de) * | 1997-10-24 | 2006-01-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Verfahren zum Steuern des Betriebs einer supraleitenden Spule |
| JPH11204325A (ja) * | 1997-10-24 | 1999-07-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルの運転制御法 |
| JP4821047B2 (ja) * | 2001-02-02 | 2011-11-24 | 住友電気工業株式会社 | 高温超電導コイルの冷却装置 |
| JP7115836B2 (ja) | 2017-11-07 | 2022-08-09 | エム・ブイ・イー・バイオロジカル・ソリューションズ・ユー・エス・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー | 極低温冷凍機 |
| JP2023106552A (ja) * | 2022-04-22 | 2023-08-01 | エム・ブイ・イー・バイオロジカル・ソリューションズ・ユー・エス・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー | 極低温冷凍機 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57143881A (en) * | 1981-03-02 | 1982-09-06 | Hitachi Ltd | Method and apparatus for controlling superconducting device |
-
1984
- 1984-05-21 JP JP59102024A patent/JPS60245285A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60245285A (ja) | 1985-12-05 |
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