JPH0964425A - 超電導磁石用クライオスタット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】窒素容器が低温容器の冷却媒体供給時や異常蒸
発によって過冷却されても大気圧中から吸い込みがな
く、窒素容器周辺の霜付き，給排管路内の結露凍結防
止、および容器内の負圧防止ができ、低温容器の安定保
護に好適な窒素容器を提供する。 【構成】超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収納する
低温容器と、該低温容器を断熱保護する窒素容器を備え
てなる超電導磁石用クライオスタットにおいて、前記窒
素容器に加圧および液量調節手段を有する管路を設けた
超電導磁石用クライオスタット。 【効果】窒素容器が低温容器の冷却媒体供給時や異常蒸
発によって過冷却されても大気圧中から吸い込みがな
く、窒素容器周辺の霜付き，給排管路内の結露凍結防
止、および容器内の負圧防止ができ、低温容器の安定保
護ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導磁石を冷却媒体
中に浸漬して収納する超電導磁石用クライオスタットに
係わり、特に超電導磁石を収納する低温容器を断熱保護
する窒素容器の給排管路の凍結防止と、減圧防止に好適
なクライスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導磁石となる超電導コイルは、一般
に冷却媒体（液体ヘリウム）中で冷却される。この超電
導コイルおよび冷却媒体を収納する低温容器は真空層を
形成する窒素容器に収納され、低温容器は常に窒素容器
に貯蔵された液体窒素により断熱保護されている。そし
て、この超電導コイルが通電され磁場を発生している時
に超電導コイルの一部分にコイル導体が動いたり、含浸
材が破損する等の異常が発生すると、これらが熱擾乱と
なって超電導導体の一部分が温度上昇し常電導転移、即
ち、クエンチする。クエンチが発生するとコイルから熱
が発生し、冷却媒体が沸騰して大量の蒸発ガスが吐出す
る。このとき、この蒸発ガスにより低温容器内の冷却媒
体が急激に減少するので、再度冷却媒体の注入が必要に
なる。このように冷却媒体注入時の蒸発ガスとクエンチ
時の蒸発ガスによって窒素容器が過冷却され、窒素容器
内の液体窒素の蒸発ガス量が低下し、窒素容器に接続さ
れている液体窒素移送管や排気管路の窒素容器内の開口
部が凍結する。また、窒素容器内に挿入される液体窒素
移送管が貯蔵される液体窒素中にあると、その排気管路
の吐出ガス量によって排気管路開口部が凍結するとき、
一時的に液体窒素移送管内の圧力が上がり出口から液体
窒素が急激に吐出する。これによって窒素容器内が一時
的に負圧になり、液体窒素移送管および排気管路の開口
部が凍結し、内圧が急上昇して窒素容器を変形させ、時
にはその変形により真空層が破れて低温容器の断熱保護
が低下し、冷却媒体の蒸発量が大きくなり超電導コイル
の維持が困難になる問題があった。そのために、液体窒
素移送管の大気圧側開口部に部分的に亀裂を入れたゴム
管を装着させ、一定圧力以上になると亀裂から窒素ガス
が吹き出るようにしたり、あるいは排気管路の大気圧側
開口部からヒータを投入して対策してきたが十分な対策
とはいえなかった。なお従来の超電導磁石のクライオス
タット内の内圧調節方法としては、超電導コイルおよび
冷却媒体を収納する低温容器の排気系路に安全弁を有し
た管路と、蒸発ガス圧力を抑制する内圧保持弁を有した
管路を並列に接続し、低温容器の内圧を調節する排気管
を設けたものが特開平5−55032号公報に記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来技術
は単に液体窒素移送管を封じきり、一定圧力になるとガ
スが外部に吐出するようにしたもの、あるいは開口部に
ヒータを差し込んで凍結を融解させる方法にあっては、
凍結部の融解に時間がかかること、そして凍結部融解と
共に急激に液体窒素が吹き出すため非常に危険である。
また、液体窒素の吹き出しにより窒素容器に液体窒素を
追加注入するとき、その蒸発ガスの安定に時間がかかり
再度凍結してしまうことがある。その保守点検に手間が
かかり面倒である。また、従来の低温容器のように、窒
素容器の排気管路に一定圧力以上になると作動する安全
弁を有した排気管路を設けて凍結を防止しようとする
と、窒素容器内に常に圧力がかかり吐出量が増加して排
気管路の大気圧側開口部が凍結する問題、また、窒素容
器への液体窒素注入時には排気管路から大量の蒸発ガス
が吐出することから、内圧保持弁あるいは開閉弁を開放
状態にする必要があり、これによって排気管路が異常に
冷やされ、時には排気管路の安全弁および開閉弁が凍結
して開閉動作が不能になるので、融解するまで待ち、融
解後に内圧保持調節をすることになる。このために時間
がかかり時には開閉操作を忘れたりして非常に面倒であ
る。そして空気の流入を防止し自然蒸発の状態で安定
に、そして、いかに一定圧力をかけながら窒素ガスを放
出するかが一つの問題である。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、超電導コイルを冷却
媒体中に入れて収納する低温容器を断熱保護する窒素容
器の蒸発ガスを、自然蒸発の状態で加圧放出させ、液体
窒素移送管からの液体窒素の異常吐出防止と、液体窒素
移送管および排気管路開口部の凍結を防止し、低温容器
を常に安定して断熱保護できる窒素容器を構成し、超電
導コイルの安定性維持と信頼性向上に適した超電導磁石
用クライオスタットを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１実施例の超電導磁石用クライオスタッ
トは、超電導コイルを冷却媒体（液体ヘリウム）中に浸
漬して収納する低温容器と、低温容器の頂部を閉塞する
低温容器カバーと、低温容器を真空断熱層を有し液体窒
素を貯蔵して断熱保護する窒素容器と、前記低温容器を
固定する容器固定ガイドを固定し窒素容器の頂部を閉塞
する窒素容器カバーと、低温容器内から外部へ低温容器
カバーを貫通して延びる冷媒注入管と排気管，超電導コ
イルと外部電源を接続する電源端子，窒素容器内から外
部へ窒素容器カバーを貫通して延びる、開閉弁と大気圧
より高い圧力で、かつ急激な圧力上昇により作動する安
全弁と液体窒素中に開口する長尺窒素供給管からなる液
体窒素移送管路と、逆止開閉弁と安全弁を有する排気管
路とを備え、前記低温容器を断熱保護する窒素容器の他
にもう一つの第二窒素容器を設け、窒素容器と第二窒素
容器間を、開閉弁と安全弁を有する液体窒素移送管路と
液体窒素中に開口部となる供給開閉弁を有した液体窒素
通流管と、ガス層中に開口部となる短尺窒素供給管とを
接合して並列供給管路とし、かつ第二窒素容器に、ガス
圧力を調節する昇圧管と昇圧弁を有した昇圧管路と並列
に、逆止開閉弁を有したガスブロー管路を備え、低温容
器に側した窒素容器をもう一つの第二窒素容器で内圧貯
液を調節することを特徴とする。また、本発明の第２実
施例の超電導磁石用クライオスタットは、第１実施例の
超電導磁石用クライオスタットと同じく、超電導コイル
を収納する低温容器をはじめ、低温容器の頂部を閉塞す
る低温容器カバー，低温容器を断熱保護する第一窒素槽
と第二窒素槽を備えた二段窒素容器，低温容器を固定し
二段窒素容器の第一窒素槽の頂部を閉塞する第一容器カ
バー，第二窒素槽の頂部を閉塞する排気管部と給入管部
を備えたカバー，低温容器内から外部へ低温容器カバー
を貫通して延びる冷媒注入管と排気管および超電導コイ
ルの電源端子とを備え、そして第一窒素槽内から外部へ
第一容器カバーを貫通して延びる排気管路と、第一窒素
槽に液体窒素を注入する窒素移送管路，第二窒素槽の蒸
発ガスを排気する排気管と、第一窒素槽と併用して第二
窒素槽に液体窒素を注入する窒素注入管からなり、低温
容器を断熱保護する窒素容器を、第一窒素槽と第二窒素
槽を備えた二槽構造の二段窒素容器とし、第一窒素槽と
第二窒素槽の間に、第一窒素槽の蒸発ガスを排気する逆
止開閉弁と、ある一定圧力以上で開放し、一定圧力以下
で閉止する安全弁と、液体窒素を蒸発させ内圧を昇圧さ
せるヒータとを備えた排気管路と、第二窒素槽の蒸発ガ
スを排気する開閉弁と、第一窒素槽排気管路の安全弁よ
り高い設定値で自動的に開放，閉止する安全弁を備えた
排気管を設け、第一窒素槽の排気管路と第二窒素槽の排
気管を並列に接合した並列排気管路を形成して排気し、
第一窒素槽の供給開閉弁と第二開閉弁を有した窒素移送
管路と、第二窒素槽の給入開閉弁を備えた窒素注入管を
並列にして並列供給管路を形成した並列給入排気系を形
成し、液体窒素容器内の平常圧維持を敏速かつ容易にし
て液体窒素給入管系と排気管系の凍結防止と減圧防止を
図り、接続管路系を短く、そして小型にして使用容易に
したことを特徴とする。また、本発明の第３実施例の超
電導磁石用クライオスタットは、第２実施例の超電導磁
石用クライオスタットと同じく、超電導コイルを収納す
る低温容器をはじめ、低温容器の頂部を閉塞する低温容
器カバー，低温容器を断熱保護する窒素容器，低温容器
の容器固定カバーを固定し窒素容器の頂部を閉塞する窒
素容器カバーを備え、そして低温容器内から外部へ低温
容器カバーを貫通して延びる冷媒注入管と排気管，超電
導コイルの電源端子、それに液体窒素を注入するための
窒素供給管路とガス排気管路からなり、前記低温容器の
断熱保護の窒素容器を、窒素容器内に仕切板を設けて第
１窒素槽と第２窒素槽とした二槽構造の二槽窒素容器と
し、第１窒素槽と第２窒素槽の間を、第１窒素槽と第２
窒素槽内のどちらか一方に容器内底部近傍まで深く差し
込んだ通流開閉弁を有した長尺窒素供給管を、他方の供
給管を浅く差し込んだガス層部に開口部となる通流開閉
弁を有した短尺窒素供給管とし、長尺窒素供給管と短尺
窒素供給管を並列に接合し、供給開閉弁を有した並列供
給管路に、そして第１窒素槽には、第１窒素槽内から外
部へ窒素容器カバーと低温容器固定ガイドを貫通して延
びる逆止開閉弁と大気圧より高い圧力で動作する排気安
全弁を有したガス排気管路を、第２窒素槽に、第２窒素
槽内の微小圧力を調節する昇圧管と昇圧弁を有した昇圧
管路と、第２窒素槽内から外部へ窒素容器カバーと低温
容器固定ガイドを貫通して延びる開閉弁と大気圧より高
い圧力で動作する安全弁を有した第二ガス排気管路を備
え、第二窒素槽の内圧を上げて第一窒素槽に通流するよ
うにしたことを特徴とする。また本発明の第４実施例の
超電導磁石用クライオスタットは、超電導コイルを冷却
媒体中に浸漬して収納する低温容器と、低温容器の頂部
を閉塞する低温容器カバーと、低温容器を断熱保護する
窒素容器と、前記低温容器の容器固定ガイドを固定し窒
素容器を閉塞する窒素容器カバーからなり、前記低温容
器を断熱保護する窒素容器に、窒素容器カバーと容器固
定ガイドを貫通して昇圧管と昇圧自動弁を有した昇圧管
路と、窒素容器の底部近傍まで深く差し込んだ、液体窒
素中に開口する長尺窒素供給管とガス層中に開口部を持
つ短尺窒素供給管を並列に接合し供給弁を有した並列供
給管路と、逆止弁と安全弁を有したガス排気管路と、電
源回路を備えた圧力検知センサと昇圧自動弁を電気的に
接続し備え、減圧状態を検知して自動昇圧させることを
特徴とする。また、本発明の第５実施例の超電導磁石用
クライオスタットは、前記低温容器を断熱保護する窒素
容器に、昇温ヒータを有した長尺窒素供給管と短尺窒素
供給管を接合し供給開閉弁を備えた並列供給管路と、ガ
ス層中に開口部を持ち設定安全弁と逆止弁を有した排気
管路に昇温ヒータを備え、並列供給管路の長尺窒素供給
管と排気管路の窒素ガス層開口部の昇温ヒータに、外部
電源と電圧調節器，ヒータ投入スイッチ等を有した電気
回路を備えた圧力検知センサを設け、減圧状態を検知し
て自動昇圧させることを特徴とする。そして、これら第
１実施例と第２実施例の超電導磁石用クライオスタット
は、第二窒素容器の液体窒素貯蔵量を約７０％程度に
し、液体窒素の上部にガス層部を設けることが望まし
く、低温容器を断熱保護する窒素容器と第二窒素容器に
液体窒素を注入のあと、空気通流がしないように並列供
給管路あるいは並列供給管の供給開閉弁を閉止し、窒素
容器および第二窒素容器に挿入された長尺窒素供給管あ
るいは液体窒素通流管、または窒素注入管，短尺窒素供
給管による蒸発ガスを互いに容器間同士で通流させるこ
とが好ましい。そして、このとき第１実施例では排気管
路の開閉弁を調節して内圧を大気圧より多少高めにして
大気放出するとよい。また、窒素容器内の液体窒素量が
減少した場合には昇圧管路を調節して第二窒素容器から
液体窒素を注入することが好ましい。また、低温容器を
断熱保護する窒素容器を、同一容器に第一窒素槽と第二
窒素槽を備えた二段窒素容器とした第２実施例にあって
は、最初、窒素移送管路の供給開閉弁と窒素注入管の給
入開閉弁の双方を開放にし、第一窒素槽と第二窒素槽の
双方に液体窒素を貯蔵し、このとき第二窒素槽には約７
０％程度貯蔵されたら、一時給入開閉弁を閉止し、第一
窒素槽にだけ適時量を貯蔵し、注入を完了次第並列供給
管路の供給開閉弁を閉止し、窒素注入管の給入開閉弁を
開放し、第一窒素槽と第二窒素槽の液層を通流調節する
ことが好ましい。この時、先の窒素注入管の給入開閉弁
を開放する以前に、第一窒素槽と第二窒素槽の内圧を確
認し、並列排気管路の逆止開閉弁を開放して双方を干渉
通流放出させることが好ましい。また、第一窒素槽の液
体窒素が不足した場合には、並列排気管路の逆止開閉弁
を全開にし、窒素移送管路の第二開閉弁を閉止し、給入
開閉弁を開放して第二窒素槽に液体窒素を貯蔵し、その
後に供給開閉弁を閉止し、第二窒素槽から第一窒素槽に
移送するように操作することが効果的である。さらに、
第３実施例の超電導磁石用クライオスタットでは、完全
に別個に設けた第二窒素容器や同一容器に完全分離した
二槽の貯槽を備えた二段窒素容器の代わりに容器内に仕
切板を設けて第一窒素槽，第二窒素槽とした二槽構造の
窒素容器とすることにより、構造簡単にして同一容器内
で内圧と液層を容易に調節できるようになる。また第一
窒素槽内の液体窒素中で開口部となる長尺窒素供給管の
異常吐出液体窒素を、そのまま同一容器内の第二窒素槽
に貯蔵され貯液と内圧調節を同時にすることから、第二
窒素槽の貯蔵液量を短尺窒素供給管開口部より下部にあ
ることが好ましい。そして、第一窒素槽内の長尺窒素供
給管の異常吐出により一時的に第一窒素槽内が負圧にな
ろうとしてもすぐに第二窒素槽から液体窒素が自動的に
通流して補給調節され、負圧は自然的に解消される。し
かし、何らかの影響により負圧になった場合には、第二
ガス排気管路の逆止開閉弁を閉止し、昇圧管路の昇圧弁
を開放し短尺窒素供給管と長尺窒素供給管を介して第一
窒素槽を加圧調節することが好ましい。また、第４実施
例と第５実施例の超電導磁石用クライオスタットは、低
温容器を断熱保護する窒素容器に、長尺窒素供給管と短
尺窒素供給管を並列に接合して設け、液体窒素注入後に
並列供給管路の供給弁，供給開閉弁を閉止し、長尺窒素
供給管の異常吐出液体窒素を短尺窒素供給管を介して同
一窒素容器に通流させ、ある一定圧力以上の急激な吐出
圧力時だけ排気管路の安全弁，設定安全弁等で放出させ
ることが好ましい。また、低温容器側からの過冷却や異
常吐出により急激に減圧した場合には、圧力検知センサ
からの信号で自動的に昇圧，昇温されるので、予め昇圧
自動弁の開放度，昇温ヒータの具合を先に調節しておく
ことが好ましい。

【０００６】

【作用】本発明の第１実施例の超電導磁石用クライオス
タットにおいて、低温容器を断熱保護している窒素容器
に液体窒素を注入し、低温容器に冷却媒体（液体ヘリウ
ム）を注入して超電導コイルを冷却すると、低温容器に
貯蔵される冷却媒体によって窒素容器が冷却され、液体
窒素の蒸発ガスが減少する。特に超電導コイルが常電導
転移を起こしたり、あるいは低温容器内の熱侵入が大き
く冷却媒体の蒸発量が急上昇すると、一時的に窒素容器
内が負圧になり液体窒素供給管およびガス排気管路の窒
素容器内開口部が凍結あるいは結露してしまう。また液
体窒素移送管路の供給開閉弁を完全に閉じ、ガス排気管
路側だけからのガス排気にし、急激な圧力上昇に対して
は安全弁から放出させるようにすると、液体窒素移送管
路内の圧力が上昇し、それによって容器内が加圧され排
気管路と安全弁から急激に冷ガスが吐出し、その冷ガス
によって安全弁が結露し、そこから空気が通流して排気
管路が凍結することもある。このような時、容器内では
ゆっくりと加圧され、放置時間によっては容器が変形し
たり破損する。低温容器を断熱保護する窒素容器の他
に、第二窒素容器を備え、第二窒素容器と窒素容器間
を、長尺窒素供給管と短尺窒素供給管、それに液体窒素
通流管を並列に接合した並列供給管路で接合し、並列供
給管路の供給開閉弁を閉じると、低温容器を保護する窒
素容器と第二窒素容器の間で自動的にガス通流と液通流
がなされ、窒素容器内は負圧になることがなく、常に第
二窒素容器からゆっくりと加圧される。上記のように窒
素容器と第二窒素容器に液体窒素を注入し、一定量を注
入貯蔵後直ちに供給開閉弁を閉じて蒸発ガスを排気管路
から排気することにより、第二窒素容器の蒸発ガスは窒
素容器に通流して排気されるので、窒素容器内は加圧放
出される格好となるので外部から空気を吸入したり、あ
るいは液体窒素を大気圧中に放出することはなく、自然
蒸発の状態で常に窒素容器内が加圧放出されるので、液
体窒素供給管および排気管路の凍結は防止される。

【０００７】また、第二窒素容器に昇圧管路を設ける
と、冷却媒体の異常蒸発が生じて窒素容器が過冷却され
て負圧になりかけても、昇圧管路の昇圧弁を操作するこ
とにより、その減圧対策を敏速にできる。そして仮に窒
素容器内の液体窒素が吐出して減液になっても低温容器
を断熱保護している窒素容器に関係なく、容易に早急に
注入対処できる。本発明の第２実施例の超電導磁石用ク
ライオスタットは、低温容器を断熱保護する窒素容器
を、第一窒素槽と第二窒素槽を備えた二槽構造の二段窒
素容器とし、第一窒素槽と第二窒素槽の蒸発ガス排気管
を接合して並列排気管路に、第一窒素槽と第二窒素槽の
窒素注入管を接合して並列供給管路を形成し、第一窒素
槽と第二窒素槽に適時の液体窒素が注入貯蔵された場
合、並列窒素供給管路の供給開閉弁を閉止すると、第一
窒素槽と第二窒素槽の液面とガス層が双方に通流され、
蒸発ガスは互いに干渉しあって並列排気管路から排気さ
れるため、双方に多少内圧を保持しながら大気中に放出
される。同時に並列排気管路の開閉弁を逆止開閉弁とす
ることから大気中からの吸い込みはなく、並列排気管路
の凍結や結露する心配がない。

【０００８】また、ガス層と液層の両面で内部調節され
るように形成されるので、第一窒素槽と第二窒素槽の平
常圧維持が容易で敏速にできるようになるので、容器内
の負圧が長く続くことはない。

【０００９】また、第一窒素槽あるいは第二窒素槽に何
らかの圧力変化が生じ、一方に液体窒素が異常吐出した
り、あるいは低温容器内の超電導コイルの常電導転移に
より、液体ヘリウムが急激に吐出し、二段窒素容器の第
一窒素槽が過冷却され、第一窒素槽内が負圧になったと
しても、並列排気管路の逆止開閉弁を閉止し、排気管の
開閉弁を開放してヒータを投入することにより、内圧調
節と貯液移送調節を敏速にできる。また低温容器の断熱
保護窒素容器を、第一窒素槽と第二窒素槽の二槽構造の
二段窒素容器とすることにより、接続管経路を短く、使
用容易になる他、第１実施例の超電導磁石用クライオス
タットと同様の作用効果を得ることができる。

【００１０】本発明の第３実施例の超電導磁石用クライ
オスタットは、低温容器を断熱保護する窒素容器内に仕
切板を設けて第一窒素槽と第二窒素槽を形成した二槽構
造の窒素容器としたもので、第一窒素槽内の長尺窒素供
給管からの異常吐出液をそのまま同一容器内の第二窒素
槽に導き、このときの急激な蒸発ガスを第一窒素槽のガ
ス排気管路の安全弁より高い圧力で動作する第二ガス排
気管路の安全弁から放出するようにし、長尺窒素供給管
の異常吐出が安定した段階で貯蔵液量と内圧を自然に自
動的に調節するようにしたものであり、長尺窒素供給管
の異常吐出によって第一窒素槽が一時的に負圧になって
もすぐに第二窒素槽から自動的に加圧されると、同時に
液体窒素も補給される。また、安全弁からの急激な吐出
によって一時的に窒素容器の内圧が低下しても、並列供
給管路やガス排気管路を開放して外部からガスを注入す
ることなく、その状態でガス排気管路の開閉弁と第二窒
素槽の第二ガス排気管路の開閉弁を閉じ、昇圧管路の調
節で一早く回復できるので、液体窒素供給管やガス排気
管路を凍結させることはない。本発明の第４実施例およ
び第５実施例の超電導磁石用クライオスタットは、第１
実施例から第３実施例の超電導磁石用クライオスタット
において、低温容器を断熱保護する窒素容器の加圧と異
常吐出液を貯蔵するのに第二窒素容器を、あるいは二槽
構造の窒素容器を設け、窒素容器と第二窒素容器を、あ
るいは二槽構造とした第一窒素槽と第二窒素槽を、長尺
窒素供給管と短尺窒素供給管で並列に接合したのに代え
て、低温容器を断熱保護する窒素容器に液体窒素を貯蔵
給入し、給入後に供給管の異常吐出液を同一容器内に吐
出させ、さらに給入管内の蒸発ガスを容器内で通流さ
せ、液量と内圧を同時に調節するように、液中に開口部
を持った長尺窒素供給管とガス層部に開口部を持つ短尺
窒素供給管を並列に接合し、並列供給管路にガス通流管
を並列に設けたものであり、並列供給管路の供給弁を閉
じて液給入を止めると、長尺窒素供給管内の蒸発ガスは
常時ガス通流管から容器内に通流されるので、長尺，短
尺窒素供給管の凍結は解消される。また異常吐出が生じ
たとしても排気管路の安全弁から吐出されるので大気圧
からの吸い込みは免れる。

【００１１】また、安全弁からの急激な吐出により容器
内が負圧になったとしても、圧力検知センサを有した昇
圧管路を備えてあるので、敏速に内圧を調節できる。な
お第５実施例の超電導磁石用クライオスタットにおいて
は、第４実施例の低温容器を断熱保護している窒素容器
の並列供給管路の長尺窒素供給管と設定排気管路の窒素
容器内開口部に、圧力検知センサの検知信号で動作する
昇温ヒータを設けたものであり、通常の液流とガス通流
は並列供給管路の供給開閉弁を閉止し、長尺窒素供給管
と短尺窒素供給管で通流させ、排気ガスの分だけ排気管
路と安全弁から排気させるが、このとき低温容器内に収
納されている超電導コイルの影響により冷却媒体が異常
吐出し窒素容器内が過冷却され、窒素容器内の液体窒素
の蒸発ガスが急激に減少した場合でも昇圧対策を敏速に
対策できる。また、窒素容器の過冷却が長くつづき、仮
に排気管路や供給管の開口部が凍結した場合について
も、その融解対策を敏速に、しかも容易にできる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明による第１実施例の超電導磁
石用クライオスタットの接続構成を示す図である。

【００１３】図１に示すように、本実施例の超電導磁石
用クライオスタットは、超電導コイル１を液体ヘリウム
２中に浸漬して収納する低温容器３と、この低温容器３
の胴部の周囲に真空断熱層４を形成し液体窒素５ａを貯
蔵して低温容器３を収納する窒素容器６と、低温容器３
を固定する容器固定ガイド７を固定し、窒素容器６の頂
部を閉塞する窒素容器カバー８と、低温容器３の頂部を
閉塞する低温容器カバー９と、低温容器３を収納する窒
素容器６に液体窒素５ａを補給し、同時に内部圧力を調
節する第二窒素容器１０とから構成されている。内周部
に低温容器３を収納した窒素容器６は真空断熱層４を有
し、その真空断熱層４は真空バルブ１１を介して真空排
気管１２により真空排気装置１３に接続されている。低
温容器カバー９には低温容器３内の超電導コイル１を支
持する吊りボルト１４が取付けられ、また低温容器カバ
ー９を貫通し外部電源から超電導コイル１に通電するた
めのパワーリード冷却排気管１５を有した電源端子１６
ａ，１６ｂ，液体ヘリウム２を注入する冷媒注入管１
７、液体ヘリウム２の蒸発ガスを排出する排気管１８が
設けられている。そしてこれらの配管類、電源端子１６
ａ，１６ｂは低温容器カバー９に真空シールされて取付
けられている。また、窒素容器６の頂部を閉塞している
窒素容器カバー８には、窒素容器カバー８を貫通して延
びる逆止開閉弁１９ａ、ある一定圧力以上になると自動
的に開放する安全弁２０ａを備えた液体窒素５ａの蒸発
ガスを排気する排気管路２１、ある一定圧力以上になる
と開放し、一定圧力以下になると自動的に閉止する安全
弁２０ｂと開閉弁３２ｂを備え、給入管部を液体窒素５
ａまで深く差し込んだ長尺窒素供給管２２ａにした液体
窒素移送管路２３が設けられている。

【００１４】また、第二窒素容器１０には、液体窒素５
ｂ中に開口部３４ｂを持つ深く差し込んだ液体窒素通流
管２４と、窒素ガス層３５ｂに開口部３６を持つ短尺窒
素供給管２５ａとを外部で並列に接合し、それに、一方
に供給開閉弁２６を備え他方に開口部となる供給管２７
を接続した並列供給管路２８、第二窒素容器１０内のガ
ス圧力を調節させる昇圧管２９と昇圧弁３０を備えた昇
圧管路３１と並列に、ある一定圧力以上の急激な圧力で
外部方向にだけ吐出する逆止開閉弁１９ｂを備えたガス
ブロー管路３３が設けられている。そして、これら第二
窒素容器１０の並列供給管路２８の供給管２７の開口部
と液体窒素移送管路２３が接続され、並列供給管路２８
の短尺窒素供給管２５ａに設けた開閉弁３２ａを開放す
ることにより、窒素容器６と第二窒素容器１０への液体
窒素供給を一体に供給し、供給後の窒素容器６と第二窒
素容器１０内の液量と圧力を任意に自動調節できるよう
に構成されている。以上のように、本第１実施例の超電
導磁石用クライオスタットは、低温容器３を断熱保護す
る窒素容器６の他に、窒素ガス層３５ｂに開口部３６と
なる開閉弁３２ａを備えた短尺窒素供給管２５ａと、液
体窒素５ｂ中に開口部３４ｂとなる液体窒素通流管２４
とを、一方に供給開閉弁２６を有し、他方に開口部とな
る供給管２７と並列に接続した並列供給管路２８と、容
器内のガス圧力を調節する昇圧管２９と、その昇圧管２
９を働かせる昇圧弁３０とを備えた昇圧管路３１と並列
に、ある一定圧力以上で外部に自動的に吐出し閉止する
逆止開閉弁１９ｂを有したガスブロー管路３３を備えた
第二窒素容器１０を、そして低温容器３を保護する窒素
容器６には、外部方向への一方向にしか開放しない逆止
開閉弁１９ａと、ある一定圧力以上で自動的に吐出する
安全弁２０ａを備えた排気管路２１と、一定圧力以上に
なると開放し、一定圧力以下になると自動的に閉止する
安全弁２０ｂと開閉弁３２ｂ、それに開口部３４ａが液
体窒素５ａまで深く差し込んだ長尺窒素供給管２２ａか
らなる液体窒素移送管路２３とを備え、そして、この液
体窒素移送管路２３の安全弁２０ｂを設けた開口部と、
第二窒素容器１０の並列供給管路２８の供給管２７の開
口部を接続して設け、低温容器３を断熱保護する窒素容
器６内の内圧変動があっても大気中から空気の吸い込み
がなく、また、窒素容器６に液体窒素５ａを供給する長
尺窒素供給管２２ａからの吐出液体窒素は第二窒素容器
１０に貯蔵され、外部放出がしないように液体窒素と窒
素ガスが常に通流するように構成したことに特徴があ
る。次に本実施例の超電導磁石用クライオスタットの駆
動操作を説明する。低温容器３に液体ヘリウム２を貯蔵
し超電導コイル１を冷却する場合、低温容器３を断熱保
護している窒素容器６と第二窒素容器１０に、排気管路
２１の逆止開閉弁１９ａを開放にし、窒素容器６と第二
窒素容器１０に、並列供給管路２８の供給開閉弁２６と
液体窒素移送管路２３の開閉弁３２ｂを開放して液体窒
素５ａを貯蔵し、十分使用可能になったところで窒素供
給を止め、並列供給管路２８の供給開閉弁２６を閉止
し、排気管路２１の逆止開閉弁１９ａを開放した状態で
第二窒素容器１０の短尺窒素供給管２５ａの開閉弁３２
ａを開放し、貯蔵された液体窒素５ａ，５ｂは平常に保
たれる。そして第二窒素容器１０と窒素容器６に液体窒
素５ａ，５ｂが貯蔵された段階で冷媒注入管１７から低
温容器３に液体ヘリウム２が注入貯蔵され超電導コイル
１が冷却される。このとき超電導コイル１を収納してい
る低温容器３内は常温から注入される液体ヘリウム２で
急激に冷却されるので大量の蒸発ガスが発生し、蒸発ガ
スは排気管１８と電源端子１６ａ，１６ｂのパワーリー
ド冷却排気管１５から大気中に放出される。この蒸発ガ
スは低温容器３内と超電導コイル１が冷却されるにした
がって次第に減少し、超電導コイル１が常電導転移を起
こさないかぎり、断熱保護となる窒素容器６に面する低
温容器３から侵入する熱，吊りボルト１４，電源端子１
６ａ，１６ｂからの熱伝導により侵入する熱による蒸発
ガスで、少量の安定した蒸発ガスとなる。しかし、低温
容器３への液体ヘリウム２の注入時や常電導転移が発生
すると大量の蒸発ガスが発生し、この蒸発ガスによって
窒素容器６が冷却され、窒素容器６内の液体窒素５ａの
蒸発ガスが減少した時には負圧になることがある。しか
し、低温容器３を断熱保護している窒素容器６が過冷却
になり負圧になっても、排気管路２１には大気中から逆
流のしない逆止開閉弁１９ａと安全弁２０ａを設けてい
るため、負圧に対する外部吸い込みは全くない。同時に
第二窒素容器１０を設け、窒素容器６と第二窒素容器１
０を並列供給管路２８と液体窒素移送管路２３で接合
し、第二窒素容器１０と窒素容器６の双方に適時の液体
窒素を貯蔵した後に供給開閉弁２６を閉止し、第二窒素
容器１０の短尺窒素供給管２５ａの開閉弁３２ａと液体
窒素移送管路２３の開閉弁３２ｂを開放した状態にし、
窒素容器６の窒素ガス層３５ａと第二窒素容器１０の窒
素ガス層３５ｂが何の支障もなく任意に通流できるの
で、低温容器３を断熱保護する窒素容器６内が負圧にな
ることがない。また、低温容器３内の熱侵入が大きく液
体ヘリウム２の大量蒸発が長時間になり負圧が続きそう
になっても、第二窒素容器１０には昇圧管２９と昇圧弁
３０を備えた昇圧管路３１を備えてあるので、必要に応
じて昇圧弁３０を操作し第二窒素容器１０側から窒素容
器６内へ窒素ガスを通流できるので、窒素容器６内を負
圧にすることはない。また、液体窒素移送管路２３の長
尺窒素供給管２２ａを長時間液体窒素５ａに差し込む
と、窒素ガス層３５ａ部になる管路部内の昇圧により、
液体窒素移送管路２３からの逆吐出することが心配され
ていたが、窒素容器６への窒素供給管となる液体窒素移
送管路２３の開口部側には、第二窒素容器１０側の液体
窒素通流管２４と短尺窒素供給管２５ａと並列に接続さ
れた並列供給管路２８が接続されており、窒素容器６の
液体窒素５ａは逆流して第二窒素容器１０に貯蔵され、
再度第二窒素容器１０から、液体窒素通流管２４と液体
窒素移送管路２３を介して長尺窒素供給管２２ａから注
入することができるので、液体窒素使用量を最小限に抑
さえることができ、液体窒素５ａの消費量低減を図るこ
ともできる。

【００１５】また、上記では窒素容器６の他に第二窒素
容器１０を設け、第二窒素容器１０と窒素容器６を、第
二窒素容器１０の液体窒素５ｂ中まで差し込む液体窒素
通流管２４と窒素ガス層３５ｂ部に開口する短尺窒素供
給管２５ａを並列接続した並列供給管路２８と、窒素容
器６の液体窒素５ａ中に深く差し込んだ長尺窒素供給管
２２ａを有する液体窒素移送管路２３とを接続し、窒素
容器６の排気管路２１には外部に放出される方向にだけ
開口し、外部から吸い込みしない逆止開閉弁１９ａと安
全弁２０ａを設けた排気管路２１とし、２種の窒素容器
を備えて蒸発ガスおよび液体窒素吐出を任意に通流させ
る内部通流要領について説明してきたが、低温容器３を
断熱保護する窒素容器６の他に、その窒素容器６内の内
圧調節と液体窒素５ａの外部放出防止の第二窒素容器１
０を設け、窒素容器６には逆止開閉弁１９ａと安全弁２
０ａを備えた排気管路２１と、液体窒素層５ａ中に深く
差し込み開口する長尺窒素供給管２２ａに安全弁２０ｂ
と開閉弁３２ｂを備えた液体窒素移送管路２３を、そし
て第二窒素容器１０には、液体窒素５ｂ中に開口となる
液体窒素通流管２４と窒素ガス層３５ｂ部に開口となる
開閉弁３２ａを有した短尺窒素供給管２５ａとを備え、
これを供給開閉弁２６を備えた供給管２７で並列接続し
た並列供給管路２８を設け、この並列供給管路２８と液
体窒素移送管路２３を接続して備えた、蒸発ガスと液体
窒素の内部通流構造とすることにより、蒸発ガスの排気
管路２１や液体窒素の供給管２７の凍結、あるいは結露
することを解消できる。これにより窒素容器６内が異常
加圧して容器が変形破損したり、あるいは超電導コイル
１の運転中に停止して凍結対策する必要がなく、超電導
コイル１を収納する低温容器の断熱保護に一段と効果的
な窒素容器を形成できる。

【００１６】また、超電導コイル１の運転中に蒸発量が
多く、窒素容器６内の液体窒素量が減量しても一時的に
窒素容器６の液体窒素移送管路２３の開閉弁３２ｂを閉
止し、供給管２７の供給開閉弁２６と短尺窒素供給管２
５ａの開閉弁３２ａを開放し、第二窒素容器１０に液体
窒素５ｂを貯蔵した後、供給開閉弁２６を閉止して第二
窒素容器１０から低温容器３を収納している窒素容器６
に注入できるので、大気中から空気を吸い込むことはな
く連続して窒素補給できることから、液体窒素の供給管
２７あるいは排気管路２１が凍結したり、結露すること
がなく、破損して使用不能となる心配のない効果的な窒
素容器を構成でき、運転中に窒素容器周辺に多量の霜や
氷が発生し点検停止させることなく、安心して長期間運
転のできる好適な超電導磁石用クライオスタットを実現
できる。

【００１７】次に、本発明の第２実施例を図２を用いて
説明する。本実施例は、図に示す第１実施例の超電導磁
石用クライオスタットにおける低温容器３を断熱保護す
る窒素容器６を、一つの容器で完全に分離した二槽の貯
槽を備えた、つまり第一窒素槽３７と第二窒素槽３８を
設けた二槽構造の二段窒素容器３９としたもので、第一
窒素槽３７と第二窒素槽３８の間に、第一窒素槽３７の
蒸発ガスを排気する逆止開閉弁１９ｃと、ある一定圧力
以上で自動的に大気中に開放する安全弁２０ｃを備え、
第一窒素槽３７内の内圧を昇圧させるヒータ４０とを備
えた排気管路４１と、第二窒素槽３８内の蒸発ガスを排
気する開閉弁３２ｃ、第一窒素槽３７に設けた排気管路
４１の安全弁２０ｃより高い圧力で自動的に開放し、あ
る一定圧力になると自動的に閉止する安全弁２０ｄを備
えた排気管４２を設け、排気管４２と排気管路４１を、
排気管路４１の安全弁２０ｃとヒータ４０の間で並列に
接合して並列排気管路４３を形成して設け、そして第一
窒素槽３７には液体窒素を供給する供給開閉弁２６ｂと
第二開閉弁５０を備えた窒素移送管路４４を、第二窒素
槽３８に液体窒素を供給する給入開閉弁４５を備えた窒
素注入管４６を設け、第一窒素槽３７の窒素移送管路４
４と窒素注入管４６を接合して並列供給管路２８ｂを形
成配置して構成されている。

【００１８】第二窒素槽３８に接合されている並列排気
管路４３の排気管４２の先端部と、並列供給管路２８ｂ
の窒素注入管４６の先端部を共に第二窒素槽３８のカバ
ー４７に設けた排気管部４８と給入管部４９に接合さ
れ、双方ともガス層に開口するようになっている。ただ
し給入管部４９に接合される窒素注入管４６は内部に差
し込みできるように接続される。

【００１９】液体窒素を給入するときは、窒素移送管路
４４の供給開閉弁２６ｂと窒素注入管４６の給入開閉弁
４５を開放して並列供給管路２８ｂから第一窒素槽３７
と第二窒素槽３８の双方に供給し、適時貯蔵された時点
で供給開閉弁２６ｂを閉止し、給入開閉弁４５と第二開
閉弁５０を開放して第一窒素槽３７と第二窒素槽３８は
自由に通流される。

【００２０】また、第一窒素槽３７と第二窒素槽３８の
蒸発ガス排気についても、液体窒素の供給時には並列排
気管路４３の逆止開閉弁１９ｃと開閉弁３２ｃを開放し
て蒸発ガスを大気中に放出するが、平常は逆止開閉弁１
９ｃを多少しぼり込んで第一窒素槽３７と第二窒素槽３
８内を通流させて放出させ、急激な圧力変化に対しては
安全弁２０ｃ，２０ｄから放出させるように構成されて
いる。

【００２１】本実施例の構成は、上記低温容器３を断熱
保護する窒素容器を第一窒素槽３７と第二窒素槽３８に
分割して配置した二段窒素容器３９にし、二段窒素容器
３９の第一窒素槽３７と第二窒素槽３８を、並列排気管
路４３と並列供給管路２８ｂで接合した以外は、即ち、
真空断熱層４の真空排気系あるいは低温容器３関係の駆
動接合については、第１実施例と同じであるので説明を
省略する。

【００２２】第２実施例の超電導磁石用クライオスタッ
トは、上記で記述しているように、低温容器３を断熱保
護する窒素容器６を、一つの窒素容器に第一窒素槽３７
と第二窒素槽３８の二槽の貯槽を備えた二段構造の二段
窒素容器３９にし、第一窒素槽３７には逆止開閉弁１９
ｃ，安全弁２０ｃとヒータ４０を備えた排気管路４１
を、第二窒素槽３８には開閉弁３２ｃと安全弁２０ｄと
を備えた排気管４２を設け、排気管路４１と排気管４２
を接続して並列排気管路４３を形成配置し、第一窒素槽
３７と第二窒素槽３８の蒸発ガスを互いに干渉しあって
排気されるように接合されている。一方、液体窒素注入
貯蔵にあっては、開口部が液体窒素中になる長尺窒素供
給管２２ｂに供給開閉弁２６ｂと第二開閉弁５０とを備
えた窒素移送管路４４を、第二窒素槽３８には、開口部
が第二窒素槽３８のカバー４７に設けた給入管部４９内
に挿入可能になる給入開閉弁４５を備えた窒素注入管４
６を設け、窒素移送管路４４と窒素注入管４６を並列に
接合して並列供給管路２８ｂを形成配置し、第一窒素槽
３７と第二窒素槽３８が同時に、あるいは個別に供給注
入できるように接合形成されている。並列供給管路２８
ｂの供給開閉弁２６ｂと給入開閉弁４５を開放し、低温
容器３を断熱保護する二段窒素容器３９の第一窒素槽３
７と、第二窒素槽３８に適時の液体窒素を注入貯蔵され
た場合、供給開閉弁２６ｂを閉止すると、蒸発ガスは第
一窒素槽３７と第二窒素槽３８の間で互いに干渉しあっ
て排気されるので、多少内圧を保持しながら放出され
る。同時に並列排気管路４３の開閉弁を内部から大気中
への一方向だけに開放する逆止開閉弁１９ｃとすること
により、大気中からの吸い込みはなく、並列排気管路４
３の凍結や結露の心配がなくなる。また、液体窒素を注
入貯蔵した後に並列供給管路２８ｂの供給開閉弁２６ｂ
を閉止することにより、第一窒素槽３７と第二窒素槽３
８の液体窒素供給系と蒸発ガス排気系の双方が共に任意
に通流できる並列通流回路を形成されているので、ガス
層と液体窒素の双方で内部調節されるので、平常圧維持
が敏速かつ容易になるので、負圧が長く続き長尺窒素供
給管２２ｂを備えた窒素移送管路４４が凍結し、液体窒
素が第一窒素槽３７から第二窒素槽３８に異常吐出する
心配はなく、安定貯蔵と内圧維持に適した窒素容器を構
成実現することができる。

【００２３】また、例えば第一窒素槽３７あるいは第二
窒素槽３８に何らかの圧力変化が生じ、どちらか一方に
液体窒素が異常吐出したり、あるいは低温容器３内への
熱侵入や超電導コイル１の常電導転移により、液体ヘリ
ウム２が急激に吐出し、二段窒素容器３９の第一窒素槽
３７が過冷却され負圧になったとしても、並列排気管路
４３の逆止開閉弁１９ｃを閉止し、開閉弁３２ｃを開放
してヒータ４０を投入することにより、内圧と貯液量を
容易に調節できる。これにより負圧解消と貯液調節を両
面から対処でき、かつ第一窒素槽３７と第二窒素槽３８
を設けた二段窒素容器３９とすることにより、接続管路
を短く、小型にして使用容易な効果的な超電導磁石用ク
ライオスタットを構成できる他、第１実施例と同等の作
用効果を得ることができる。

【００２４】図３に本発明の第３実施例の超電導磁石用
クライオスタットを示す。第１および第２実施例では、
低温容器３を断熱保護する窒素容器を、低温容器３を断
熱保護する窒素容器６の他にもう一つの第二窒素容器１
０を、あるいは同一窒素容器内に完全に分離した二槽の
貯槽を備えた二段窒素容器３９を設け、窒素容器６と第
二窒素容器１０、あるいは二段窒素容器３９の第一窒素
槽３７と第二窒素槽３８の間に、長尺窒素供給管２２ａ
と短尺窒素供給管２５ａ，液体窒素通流管２４とを接合
した並列供給管路２８と、第一窒素槽３７と第二窒素槽
３８の蒸発ガスを干渉しあって排気する並列排気管路４
３とを設け、低温容器３を断熱保護する窒素容器６、第
一窒素槽３７に液体窒素を注入後、窒素容器６と第二窒
素容器１０、あるいは第一窒素槽３７と第二窒素槽３８
を常時通流させ、窒素容器６と第一窒素槽３７の加減圧
の調節および貯液量の加減を図ってきたが、第３実施例
では、超電導コイル１を収納し冷却媒体５１を貯蔵した
低温容器カバー９を備えた低温容器３を断熱保護する窒
素容器を、窒素容器カバー８ｂから容器内底部近傍まで
延びる液体窒素層で第一窒素槽３７ｂと第二窒素槽３８
ｂを形成する仕切板５２を設けた二槽窒素容器５３と
し、第一窒素槽３７ｂと第二窒素槽38ｂの間に、通流開
閉弁５４ａを備えた長尺窒素供給管２２ｃと通流開閉弁
５４ｂを備えた短尺窒素供給管２５ｂを接合し、供給開
閉弁２６ｃを備えた並列供給管路２８ｃを形成して設け
ている。そして、第一窒素槽３７ｂには、第一窒素槽37
ｂの蒸発ガスを放出する窒素容器カバー８ｂと、容器固
定ガイド７を貫通して逆止開閉弁１９ｄと、大気圧より
高い設定圧力で自動的に開閉する排気安全弁５５ａを備
えたガス排気管路５６ａ、第二窒素槽３８ｂには、大気
中から吸い込みしない逆止開閉弁１９ｅと、大気圧より
高く第一窒素槽３７ｂの内圧より高い値に設定された設
定安全弁５７とを備えた第二ガス排気管路５８と、槽内
の圧力を加圧調節する昇圧管２９ｂ，昇圧弁３０ｂを備
えた昇圧管路３１ｂを設けている。

【００２５】また、二槽窒素容器５３には前記実施例と
同様に、真空バルブ１１と真空排気装置１３を備えた真
空排気管１２が設けられ、容器外からの熱侵入防止の真
空断熱層４を形成されている。

【００２６】以上のように、低温容器３を断熱保護する
窒素容器を、同一容器内に第一窒素槽３７ｂと第二窒素
槽３８ｂを設けた二槽窒素容器５３に長尺窒素供給管２
２ｃと短尺窒素供給管２５ｂを接合した並列供給管路２
８ｃ、そして、第一窒素槽３７ｂには外部方向にだけ開
放されるガス排気管路５６ａ，第二窒素槽３８ｂには、
第一窒素槽３７ｂの内圧より高い圧力で開放する第二ガ
ス排気管路５８と昇圧管３１ｂ等を備えた第３実施例の
超電導磁石用クライオスタットは次のように動作する。

【００２７】冷却媒体５１で冷却され、超電導コイル１
が安定した低温容器３が定常状態にあるとき、二槽窒素
容器５３内の液体窒素５ｂは、低温容器３，低温容器３
を固定する容器固定ガイド７や窒素容器カバー８ｂ側か
らの低温熱侵入もなく、第一窒素槽３７ｂ，第二窒素槽
３８ｂともに安定し蒸発ガスは幾分高めになって第一窒
素槽３７ｂのガス排気管路５６ａから放出される。この
時第一窒素槽３７ｂと第二窒素槽３８ｂの並列供給管路
２８ｃの供給開閉弁２６ｃは閉止し、長尺窒素供給管２
２ｃの通流開閉弁５４ａと短尺窒素供給管２５ｄの通流
開閉弁５４ｂはともに開放された状態で互いに通流し、
第二窒素槽３８ｂの蒸発ガスは第一窒素槽３７ｂに通流
され、第一窒素槽３７ｂは加圧された状態でガス排気管
路５６ａから大気中に放出されるようになっている。と
ころで低温容器３に冷却媒体５１を注入したり、何らか
の減少で冷却媒体５１が急激に蒸発し圧力上昇すると、
蒸発ガスは電源端子１６ａ，１６ｂの冷媒排気管１５と
排気管１８から外部に放出するか、あるいは回収され
る。このとき冷却媒体５１の異常吐出によって低温容器
３，容器固定ガイド７，窒素容器カバー８ｂ等が過冷却
される。そして、この低温容器３，容器固定ガイド７，
窒素容器カバー８ｂの過冷却により、容器固定ガイド７
と窒素容器カバー８ｂを貫通して設けられている並列供
給管路２８ｃの長尺窒素供給管路２２ｃおよびガス排気
管路５６ａの窒素ガス層５９ａ部分と、低温容器３に側
した第一窒素槽３７ｂの液体窒素５ｃが一時的に冷却さ
れ、第一窒素槽３７ｂの蒸発ガスは減少し、ガス排気管
路５６ａは逆止開閉弁１９ｄを設けてあることから、時
には瞬時には負圧になることがある。しかし、第一窒素
槽３７ｂと第二窒素槽３８ｂは長尺窒素供給管２２ｃと
短尺窒素供給管２５ｂで並列に接合されているので、す
ぐに第二窒素槽３８ｂから自然に加圧されるようになっ
ている。もし、一時的に減圧されても第二窒素槽３８ｂ
の昇圧管路３１ｂにより敏速に加圧対策できるようにな
っている。この時第二窒素槽３８ｂが急に圧力が上昇し
たり、あるいは負圧になっても、第二ガス排気管路５８
には逆止開閉弁１９ｅと第一窒素槽３７ｂより高い圧力
までもつ設定安全弁５７を備えてあるので、大気中から
の吸い込みや長期間負圧になることはなく、窒素容器カ
バー８ｂ，容器固定ガイド７等に霜付き，凍り付きなる
心配はない。

【００２８】また、逆に過冷却された容器固定ガイド７
や窒素容器カバー８ｂが時間経過と共に昇温され、一時
的に長尺窒素供給管２２ｃ内のガス層部が昇圧して液体
窒素５ｃが吐出しても、同一容器内の第二窒素槽３８ｂ
に導かれ貯蔵されるので、液量損失はなくなり、自然に
第一窒素槽３７ｂに貯液調節されるようになっている。

【００２９】また、この時の急激な異常吐出によって蒸
発ガスが発生し圧力が上昇しても、ガス排気管路５６ａ
の排気安全弁５５ａと第二ガス排気管路５８の設定安全
弁５７から外部に放出され、安定した段階で自動的に閉
止される。

【００３０】以上のように、低温容器３内に配置された
超電導コイル１を冷却する冷却媒体５１に何らかの変化
が生じ、低温容器３を断熱保護している第一窒素槽３７
ｂの液体窒素５ｃに影響を与えても、並列供給管路２８
ｃの供給開閉弁２６ｃを開放して外部から液体窒素を補
給することはなく、敏速に、かつ容易に加圧補給するこ
とができる。

【００３１】また、仮に排気安全弁５５ａと設定安全弁
５７からの吐出量が多く、第二窒素槽３８ｂの液体窒素
５ｂ量が減少し、外部からの補給が必要になった場合で
も、並列供給管路２８ｃの供給開閉弁２６ｃと通流開閉
弁５４ｄを開放し、長尺窒素供給管２２ｃの通流開閉弁
５４ａを閉止し、第二窒素槽３８ｂに液体窒素５ｂを貯
蔵することにより、大気中から窒素容器内への通流を最
小限におさえることができ、液体窒素の供給管や排気管
路を凍結させることはなく、接続管路の簡略化を図り敏
速に、かつ容易に液量加圧調節のできる、凍結破損のし
にくい、頑丈で効果的な超電導磁石用クライオスタット
を構成提供することができる。

【００３２】図４に本発明の第４実施例の超電導磁石用
クライオスタットを示す。第１実施例から第３実施例に
おいては、低温容器３を断熱保護する窒素容器を、窒素
容器６の他にもう一つの第二窒素容器１０を備えた２個
目の窒素容器を、あるいは完全に分離した一槽，二槽の
複数の貯槽を備えた二段窒素容器３９、または液槽に円
筒状の仕切り板５２を設けて二槽構造にした二槽窒素容
器５３を構成し、窒素容器６と第二窒素容器１０，二段
窒素容器３９にあっては第一窒素槽３７と第二窒素槽３
８の間に、二槽窒素容器５３にあっては第一窒素槽３７
ｂと第二窒素槽３８ｂの間に長尺窒素供給管２２ａ，２
２ｂ，２２ｃと短尺窒素供給管２５ａ，２５ｂあるいは
窒素注入管４６を並列に接合した並列供給管路２８，２
８ｂ，２８ｃと、昇圧管２９，２９ｂを備えた昇圧管路
３１，３１ｂを、または並列排気管路４３等を備えて貯
液量および内圧調節を図ってきたが、第４実施例では、
低温容器３を断熱保護する窒素容器６に、窒素容器カバ
ー８ｂと容器固定ガイド７を貫通し液体窒素５ｃ中に開
口する長尺窒素供給管２２ｄと、窒素ガス層59ｂに開口
する短尺窒素供給管２５ｃを接合した供給弁６０を備え
た並列供給管路２８ｄと、昇圧管２９ｃと昇圧自動弁６
２を備え、昇圧自動弁６２，電源回路６３を有した圧力
検知センサ６４で自動的に開閉調節するようにした昇圧
管路３１ｃ、それに窒素容器６内から大気中へ一方向に
だけ開放する逆止弁６１と、一定圧力以上になると自動
的に開放する安全弁２０ｄとを備えた排気管路４１ｂを
設けている。その他の超電導コイル１を収納し頂部を低
温容器カバー９で閉塞した低温容器３の構成と窒素容器
６の真空断熱層４ｂに関しては前記第１実施例と同様で
あるので説明を省略する。

【００３３】低温容器３内に収納される超電導コイル１
に何らかの変化が生じ、冷却媒体５１ｂが異常に蒸発す
ると、その冷却媒体５１ｂの蒸発ガスは電源端子１６
ａ，１６ｂを冷却するためのパワーリード冷却排気管１
５と、通常の排気管１８から放出、あるいは回収され
る。この時、冷却媒体５１ｂが異常に蒸発すると、この
冷却媒体５１ｂの異常吐出によって一時的に低温容器３
の周辺が過冷却され、これによって容器固定ガイド７，
窒素容器カバー８ｂおよび並列供給管路２８ｄの長尺窒
素供給管２２ｄ，短尺窒素供給管２５ｃ，排気管路４１
ｂの一部、それに液体窒素５ｃ等が過冷却される。しか
し、この過冷却によって一時的に窒素ガス層５９ｂが負
圧になっても、並列供給管路２８ｄの供給弁６０は液体
窒素５ｃ給入後に閉止され、排気管路４１ｂの開閉弁は
逆止弁６１であることから大気中から吸い込むことはな
く、減圧状態を圧力検知センサ６４で早く検知し、昇圧
自動弁６２を開閉調節できるので、敏速に減圧対策でき
る。

【００３４】また、過冷却された低温容器３と容器固定
ガイド７，窒素容器カバー８ｂ等からの熱伝導により窒
素ガス層５９ｂに開口する排気管路４１ｂ，液体窒素５
ｃ中に開口する長尺窒素供給管２２ｄが過冷却され、そ
の後低温容器３内が安定し、先の過冷却された排気管路
４１ｂ，長尺窒素供給管２２ｄが昇温され、負圧から昇
温状態になり長尺窒素供給管２２ｄから液体窒素５ｃが
吐出された場合でも、液体窒素５ｃは短尺窒素供給管２
５ｃを介して同一窒素容器６内に貯蔵されるので液量損
失が改善される。

【００３５】また、窒素容器６への液体窒素５ｃ注入後
は、直ちに並列供給管路２８ｄの供給弁６０を閉止し、
長尺窒素供給管２２ｄ内の蒸発ガスは常に短尺窒素供給
管２５ｃを介して窒素ガス層５９ｂに通流され、液体窒
素５ｃの蒸発ガスと一体に排気管路４１ｂから逆止弁６
１を介して放出され、異常吐出時にだけ安全弁20ｄから
放出されるので、容器固定ガイド７，窒素容器カバー８
ｂ周辺まで霜付きや凍り付きが生じるほど過冷却され、
大気中から吸い込みすることはなく、長尺窒素供給管２
２ｄおよび排気管路４１ｂの凍結，結露なることは解消
され、かつ敏速に減圧対策できる効果的な超電導磁石用
クライオスタットを構成提供できる。図５に本発明の第
５実施例の超電導磁石用クライオスタットを示す。第４
実施例においては、同一窒素容器に長尺窒素供給管２２
ｄと短尺窒素供給管２５ｃを設け、これを並列に接合し
て並列供給管路２８ｄを形成して配置し、そして昇圧管
２９ｃと昇圧自動弁６２を備え、昇圧自動弁６２を、電
源回路６３を有した圧力検知センサ６４で自動的に開閉
調節するようにした昇圧管路３１ｃと、逆止弁６１を備
えた排気管路４１ｂを設けて過冷却による減圧対策と、
液体窒素を給入する並列供給管路２８ｄおよび蒸発ガス
を排気する排気管路４１ｂの凍結，結露防止を図ってき
たが、第５実施例では、低温容器３を断熱保護する窒素
容器６に、一定圧力以上になると開放する設定安全弁５
７ｂと逆止弁６１ｂを備えた設定排気管路６５と、供給
開閉弁２６ｄを備えた短尺窒素供給管２５ｄに長尺窒素
供給管２２ｅを接合した並列供給管路２８ｅとを設け、
並列供給管路２８ｅの長尺窒素供給管２２ｅと設定排気
管路６５の窒素ガス層５９ｂ部の管に、外部電源６６，
電圧調節器６７を、そして昇温ヒータ６８ａ，６８ｂと
電圧調節器の間にヒータ投入スイッチ６９ａ，６９ｂが
設けられ、昇温ヒータ６８ａ，６８ｂ，電圧調節器６
７，ヒータ投入スイッチ６９ａ，６９ｂと圧力検知セン
サ６４は、外部電源６６と電気回路７０で接続される。
そして窒素容器６内の窒素ガス層59ｂ部に設けられた圧
力検知センサ６４の検知信号で動作するようになってい
る。この他、ヒータ投入スイッチ６９ａ，６９ｂと外部
電源６６は電気的に接続され、必要に応じてヒータ投入
スイッチ６９ａ，６９ｂを動作させることもできるよう
になっている。その他の構成については前記実施例と同
様であるので説明を省略する。

【００３６】低温容器３内に収納された超電導コイル１
に何らかの変化が生じ、冷却媒体５１ｂが異常蒸発する
と、低温容器３が過冷却され、その熱伝導により窒素容
器６内の液体窒素５ｃが冷却される。液体窒素５ｃが冷
却されると一時的に液体窒素５ｃの蒸発ガスが減少し、
窒素容器６に液体窒素５ｃを注入後、並列供給管路２８
ｅの供給開閉弁２６ｄは閉止され、設定排気管路６５の
開放弁は逆止弁61ｂとしているので一時的に負圧になる
と、ある設定圧力以下の分だけ圧力検知センサ６４の信
号でヒータ投入スイッチ６９ａもしくは６９ｂが動作し
て昇温ヒータ６８ａ，６８ｂが働き、窒素容器６内が加
圧されるようになっている。

【００３７】また、昇温ヒータ６８ａ，６８ｂは圧力検
知センサ６４の信号を受けずに、昇温ヒータ６８ａ，６
８ｂ単独でも使用できるように、外部電源６６と電気的
に接続されているので、窒素容器６内の負圧が長く続
き、何らかの影響で長尺窒素供給管２２ｅ、あるいは窒
素ガス層５９ｂから窒素容器カバー８ｂ，容器固定ガイ
ド７を貫通して設けている設定排気管路６５が凍結して
も短時間で容易に融解対策できるようになっている。こ
のように、一つの窒素容器６に昇温ヒータ６８ｂを備え
た設定排気管路６５，昇温ヒータ６８ａを備えた長尺窒
素供給管２２ｅと短尺窒素供給管２５ａを接合した並列
供給管路２８ｅと、減圧を検知する圧力検知センサ６４
とを設け、窒素容器６内の減圧時に長尺窒素供給管２２
ｅ、あるいは設定排気管路６５を昇温させて加圧する管
路を設けても、前記実施例と同様に、窒素容器６内の減
圧解消を敏速にできる他、内圧変動を抑制し常に平常圧
に維持排気でき、そして長尺窒素供給管２２ｅ内の蒸発
ガスは常時窒素ガス層５９ｂに通流されるので、液体窒
素供給管および蒸発ガスの排気管近傍が霜付き，凍結し
て使用不能になることがなく、安全で断熱保護に好適な
窒素容器を備えた効果的な超電導磁石用クライオスタッ
トを構成し提供することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１実施例から第３実施例の各超電導磁石用クライオスタ
ットは、低温容器３を断熱保護する窒素容器６、あるい
は二槽構造とした第一窒素槽３７，３７ｂの排気ガスを
大気圧より上げて排気するようにし、また窒素容器６と
第一窒素槽３７，３７ｂの加圧を第二窒素容器１０、あ
るいは第二窒素槽３８，３８ｂで加圧させるようにし、
液体窒素供給管内の蒸発ガスは常時窒素ガス層３５ａ，
３５ｂに通流するように構成したので、大気中からの吸
い込みや長時間減圧することはなく、液体窒素供給管や
ガス排気管等の凍結，液体窒素の異常吐出により容器固
定ガイド７，窒素容器カバー８，８ｂ周辺が凍り付いた
り、霜付きなることが解消され、破損して使用不能等を
起こさない低温容器３の断熱保護に好適な窒素容器を得
ることができる。

【００３９】また、第４および第５実施例の超電導磁石
用クライオスタットは、低温容器３を断熱保護する一つ
の窒素容器６に逆止弁６１，６１ｂを設けた排気管路４
１ｂ，設定排気管路６５を設けて大気中吸い込みを防止
し、窒素供給管を短尺窒素供給管２５ｃ，２５ｄと長尺
窒素供給管２２ｄ，２２ｅを並列接合して設け、長尺窒
素供給管２２ｄ，２２ｅの液封じを止め、供給管内の蒸
発ガス，吐出液を同一容器内に常時通流して排気するよ
うにし、かつ減圧状態を検知する圧力検知センサ６４を
備え、自動的に加圧調節できる電気回路７０を構成し備
えたので、接合管路の簡略化を図りながら、内圧変動を
抑制し、減圧対策を敏速にできるので、使用容易にして
液体窒素を低減し、長期間連続して使用でき、安定した
断熱保護のできる窒素容器を構成備えることができる。
その他、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である超電導磁石用クライオ
スタットの全体構成図である。

【図２】本発明の一実施例である二段窒素容器を備えた
超電導磁石用クライオスタットの構成図である。

【図３】本発明の他の実施例である二槽構造とした二槽
窒素容器を備えた超電導磁石用クライオスタットの構成
図である。

【図４】本発明の他の実施例である超電導磁石用クライ
オスタットの構成図である。

【図５】本発明の他の実施例である超電導磁石用クライ
オスタットの構成図である。

【符号の説明】

１…超電導コイル、２…液体ヘリウム、３…低温容器、
４，４ｂ…真空断熱層、５ａ，５ｂ，５ｃ…液体窒素、
６…窒素容器、７…容器固定ガイド、８，８ｂ…窒素容
器カバー、９…低温容器カバー、１０…第二窒素容器、
１１…真空バルブ、１２…真空排気管、１３…真空排気
装置、１４…吊りボルト、１５…パワーリード冷却排気
管、１６ａ，１６ｂ…電源端子、１７，１７ｂ…冷媒注
入管、１８，４２…排気管、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，
１９ｄ，１９ｅ…逆止開閉弁、２０ａ，２０ｂ，２０
ｃ，２０ｄ…安全弁、２１，４１，４１ｂ，４１ｃ…排
気管路、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ…長
尺窒素供給管、２３…液体窒素移送管路、２４…液体窒
素通流管、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…短尺窒素
供給管、２６，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…供給開閉弁、
２７…供給管、２８，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ
…並列供給管路、２９，２９ｂ，２９ｃ…昇圧管、３
０，３０ｂ…昇圧弁、３１，３１ｂ,３１ｃ…昇圧管
路、３２ａ,３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…開閉弁、３３…
ガスブロー管路、３４ａ，３４ｂ，３６…開口部、３５
ａ，３５ｂ…窒素ガス層、３７，３７ｂ…第一窒素槽、
３８，３８ｂ…第二窒素槽、３９…二段窒素容器、４０
…ヒータ、４３…並列排気管路、４４…窒素移送管路、
４５…給入開閉弁、４７…カバー、４８…排気管部、５
０…第二開閉弁、５１ａ，５１ｂ…冷却媒体、５２…仕
切板、５３…二槽窒素容器、５４ａ，５４ｂ…通流開閉
弁、５５ａ，５５ｂ…排気安全弁、５６ａ，５６ｂ…ガ
ス排気管路、５７，５７ｂ…設定安全弁、５８…第二ガ
ス排気管路、５９ａ，５９ｂ…窒素ガス層、６０…供給
弁、６１，６１ｂ…逆止弁、６２…昇圧自動弁、６３…
電源回路、６４…圧力検知センサ、６５…設定排気管
路、６６…外部電源、６７…電圧調節器、６８ａ，６８
ｂ…昇温ヒータ、６９ａ，６９ｂ…ヒータ投入スイッ
チ、７０…電気回路。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収納
   する低温容器と、該低温容器を断熱保護する窒素容器を
   備えてなる超電導磁石用クライオスタットにおいて、前
   記窒素容器に加圧および液量調節手段を有する管路を設
   けたことを特徴とした超電導磁石用クライオスタット。
2. 【請求項２】超電導コイルを収納する低温容器を断熱保
   護する窒素容器と、あるいは窒素槽と、もう一つの第二
   窒素容器または第二窒素槽を設け、窒素容器と第二窒素
   容器、または窒素槽と第二窒素槽を、液体窒素中に開口
   する長尺窒素供給管とガス層部に開口する短尺窒素供給
   管を接合した並列供給管路、あるいは窒素容器と第二窒
   素容器の蒸発ガス、または窒素槽と第二窒素槽の蒸発ガ
   スを互いに干渉させて排気する並列排気管路を設けた加
   圧，液量調節手段としたことを特徴とする超電導磁石用
   クライオスタット。
3. 【請求項３】超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収納
   する低温容器と、該低温容器の頂部を閉塞する低温容器
   カバーと、前記低温容器を断熱保護する窒素容器と、該
   窒素容器の頂部を閉塞する窒素容器カバーと、前記低温
   容器内から外部へ前記低温容器カバーを貫通して延びる
   冷却媒体注入管と排気管および前記超電導コイルと外部
   電源を接続する電源端子，前記窒素容器内から外部へ窒
   素容器カバーを貫通して延びる、開閉弁と大気圧より高
   い圧力でかつ急激な圧力上昇により作動する安全弁を有
   する液体窒素移送管路と、開閉弁と安全弁を備えた排気
   管路とからなり、前記窒素容器の他に第二窒素容器を設
   け、前記窒素容器と第二窒素容器を、開閉弁と安全弁を
   有する液体窒素移送管路の窒素容器内開口部を液体窒素
   中に、他方を第二窒素容器内の液体窒素中に開口する液
   体窒素通流管と、第二窒素容器内ガス層中に開口する短
   尺窒素供給管とを接合した並列供給管路とし、かつ第二
   窒素容器にはガス圧力を調節する昇圧管と昇圧弁を有し
   た昇圧管路と並列に、開閉弁を有したガスブロー管路を
   備え、窒素容器の内圧と貯液調節を第二窒素容器で調節
   することを特徴とした超電導磁石用クライオスタット。
4. 【請求項４】前記窒素容器あるいは第二窒素容器、また
   は複数槽でなる窒素容器の蒸発ガス排気管路の開閉弁
   を、容器内から大気中への一方向にだけ開放する逆止開
   閉弁を設けたことを特徴とした請求項２または３記載の
   超電導磁石用クライオスタット。
5. 【請求項５】超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して収納
   する低温容器と、該低温容器を断熱保護する第一窒素槽
   と第二窒素槽を備えた二段窒素容器と、前記低温容器の
   頂部を閉塞する低温容器カバーと、前記二段窒素容器の
   第一窒素槽の頂部を閉塞する第一容器カバーと、第二窒
   素槽を閉塞するカバーとからなり、前記二段窒素容器の
   第一窒素槽と第二窒素槽を、開閉弁と安全弁を有しヒー
   タを備えた排気管路と、安全弁と開閉弁を備えた排気管
   の並列排気管で接合し、第一開閉弁と第二開閉弁を備え
   た窒素移送管路の第一開閉弁と第二開閉弁の間に、給入
   開閉弁を有した窒素注入管を接合した並列供給管路で接
   合したことを特徴とした超電導磁石用クライオスタッ
   ト。
6. 【請求項６】前記超電導コイルを冷却媒体中に浸漬して
   収納する低温容器と、該低温容器を断熱保護する窒素容
   器と、前記低温容器に冷却媒体を注入する冷媒注入管
   と、冷却媒体の蒸発ガスを排気する冷媒排気管と、前記
   窒素容器に液体窒素を給入する供給管と、液体窒素の蒸
   発ガスを排気する排気管路とからなり、前記窒素容器
   を、該窒素容器内に仕切り板を設けて第一窒素槽と第二
   窒素槽を形成した二槽窒素容器とし、第一窒素槽と第二
   窒素槽を、ガス層に開口する短尺窒素供給管と液中に開
   口する長尺窒素供給管の並列供給管路で接合したことを
   特徴とする超電導磁石用クライオスタット。
7. 【請求項７】前記低温容器を断熱保護する二槽窒素容器
   において、第一窒素槽と第二窒素槽の双方に、第一窒素
   槽にあっては大気圧より高い圧力で作動する設定安全弁
   と逆止開閉弁を有した排気管路を、第二窒素槽には、第
   一窒素槽の設定安全弁より高い圧力で作動する安全弁と
   逆止開閉弁を有した第二排気管路と、さらに昇圧管と昇
   圧弁を有した昇圧管路とを備え、第二窒素槽を介して第
   一窒素槽を加圧させることを特徴とした請求項６記載の
   超電導磁石用クライオスタット。
8. 【請求項８】前記低温容器と、該低温容器を断熱保護す
   る窒素容器と、前記低温容器の頂部を閉塞する低温容器
   カバーと、前記低温容器の固定ガイドを固定し窒素容器
   の頂部を閉塞する窒素容器カバーからなり、前記窒素容
   器に、前記固定ガイドと窒素容器カバーを貫通した昇圧
   管と昇圧弁を有した昇圧管路と、液体窒素中に開口長尺
   窒素供給管とガス層に開口する短尺窒素供給管でなる並
   列供給管路と、開閉弁と大気圧より高い圧力で作動する
   安全弁を有したガス排気管路とを備えたことを特徴とし
   た超電導磁石用クライオスタット。
9. 【請求項９】前記低温容器を断熱保護する窒素容器に、
   該窒素容器内の減圧状態を検知する電源回路を有した圧
   力検知センサと、該圧力検知センサで作動する自動弁と
   昇圧管を有した昇圧管路とを備え、減圧を測定する圧力
   検知センサからの測定値を基に昇圧管路を作動させるこ
   とを特徴とした請求項８記載の超電導磁石用クライオス
   タット。
10. 【請求項１０】前記超電導コイルを収納する低温容器
    と、該低温容器を断熱保護する窒素容器と、前記低温容
    器に冷却媒体を注入する冷媒注入管と蒸発ガスを排気す
    る排気管を備え頂部を閉塞する低温容器カバーと、前記
    低温容器の容器固定ガイドを固定し窒素容器の頂部を閉
    塞する窒素容器カバーとからなり、前記窒素容器に、前
    記容器固定ガイドと窒素容器カバーを貫通し液体窒素中
    に開口する昇温ヒータを有した長尺窒素供給管と、ガス
    層に開口する短尺窒素供給管とを接合した並列供給管路
    と、逆止開閉弁と大気圧より高い圧力で作動する安全弁
    と、さらに昇温ヒータとを有した排気管路とを備えたこ
    とを特徴とした超電導磁石用クライオスタット。
11. 【請求項１１】前記窒素容器の長尺窒素供給管と排気管
    路に設けた昇温ヒータは、外部電源と電圧調節器を有し
    た電気回路を備えた圧力検知センサを備え、該圧力検知
    センサからの動作指令によって投入，遮断させることを
    特徴とした請求項１０記載の超電導磁石用クライオスタ
    ット。