JPS6070315A - 液体Ｈｅレベル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、大型Ｈｃの容器の液体Ｈｅ液位監視システム
に係り、特に超電導コイルを液体Ｈｅ内に浸漬して冷却
するための液体Ｈｅ液位を監視するに好適な制御システ
ムに関する。

〔発明の背景〕

液体Ｈｅの液位計測方法としては、超電導線が液体ドｅ
に浸漬した部分だけ超電導化して、全体の抵抗が変化す
ることを検出する方法と極低温の温度側測用として用と
ら、ｆするプラチナ又はカーボン等の抵抗素子をＨｅ液
器内に複数ｙ置して、各部の温度差から液体Ｈｅの変位
を検出する方法がある。

超電導線による計測方法は第１図に示すように超電導線
１をＨｅ容器２の中に設置し、定電流電源３により超電
導線１に通電し、超電導線１の両端の電圧をプリアンプ
４で増［ＩＪシ、記録旧・指示計等の監視計器５に出力
するものである。

超電導線１は、液体Ｈｅ６に接している部分が超電導化
して、その抵抗はほとんど”　ｒｌ　”であるが液上に
ある部分は有限の抵抗（Ｒ）となり、定電流＠源３の出
力電流を（ｉ）とすると、プリアンプ４の入力電圧（Ｖ
）は、Ｖ　＝　ｉ　Ｒとなる。すなわち、Ｒは液上にあ
る超電導線１の瓜さくＱ）に比例するため、■を計測す
ることにより連続に液体Ｈｅ液位を計測することが可能
である。

但し１木刀式は次のような問題があり、測定レンジを拡
げて、大型のＩ−１ｅ容器（二適用することが困難であ
る。

（１）　本計測によりＨａ容器２の中に１２Ｒの発熱源
を有することどなり、本来の目的である超電導コイルの
冷却効率を著しく低下させる。

特に、初期冷却（液体１−１　ａの初期注入）時は、Ｈ
ｅ液位が下にあることがら超電導線１の大部分が残電導
となって有限の抵抗となっていることから発熱量も最大
となって、冷却時間が長くなり、液体Ｈｅの消費量も多
くなる。゛ （２）　超電導線１の長さを大きくして測定レンジを拡
げることは、定電流電源３の負荷抵抗を大きくすること
であり、定電流電源３の容量を増加させる必要がある。

−力走電流電源３に列しては、（１）に示したように計
測による発熱をおさえる為、プリアンプ４が入力可能な
限り低電流にすることが要求されるが、低電流大容量で
かつ高精度の定電流電源３を実現することは、かなり困
難である。

例えば、数＋ｍＡ、ＩＷ程度の定電流電源３であると８
０ｃｍ程度のＨｅ液位しか計測できず、数ｍの液位を測
定しようとすると数ｍＡ、７Ｗとなり開発が必要となる
。

（３）　Ｈｅ容器２が大型化した場合、超電導線ｌも長
くなり、そのサポートは第２図に示すようにＨｅ容器２
の形状を考慮しなけ」しばならない。その場合、Ａの部
分のように垂直に取付けられていない所は、非線形特性
どなり計測回路が複雑となる。

一方、抵抗素子による計測方法は、第３図に示すように
Ｈｅ容器２内に抵抗素子７８〜７ｎを設置し、液体Ｈｅ
６に接した抵抗素子７ａ〜７ｃは、２０゛に程度である
ことから各抵抗素子７ａ〜７ｎに定電流電源３８〜３ｎ
を接続し、温度による抵抗変化をプリアンプ４ａ〜４ｎ
、リニアライザー８ａ〜８ｎ、監視計器５ａ〜５ｎを介
して計測する。この方法を大型Ｈｅ容器に適用しようと
した場合、検出精度を」二げるために多くの抵抗素子７
を設ける必要かあり、それに比例して計測システムも大
規模化する。

この問題に対して、第４図に示すように切換スイッチ９
を旬月して定電流？ｆｆ１ｉＪＪ３等を共用化する方法
が小型のＨｅ容器監視システムらに適用されているが、
連続監視が出来ない上にＨｅ液位を把握するのに運転員
の操作と判断を必要とすることから、最適な監視システ
ムとは言えない。

特に事故等に急激に液位が変動した場合や、初期冷却時
の液位監視に対して使用することは困難である。さらに
、核融合装置用超電導コイルのＨｅ容器を考えた場合、
例えばトカマク型核融合装置のトロイダルｍ　１１にコ
イルを超電導化すると２０個程度のｔｌ　ｃ容）計が必
要となり手動切換えで対応することは、実用的でない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、」二連した従来技術の問題点を解消し
て、良好なｌｔＶ体Ｈｅ′ｓ器の液位監視システムを提
供することにある。

すなわち、大型のＨｅ容器液位センサーとして比較的容
易に適用される抵抗素子を用いてｎ１測システムの最適
化とＨｅ液位の監視性向上を図るとともに、不必要な抵
抗素子に定電流電源を接続して、抵抗素子からの発熱を
避けることを目的としたものである。

〔発明の概要〕

Ｈｅ容器内に設置した複数の抵抗素子の中で、Ｈｅ液位
の変動監視に最少限必要な抵抗素子は、液面の上、下に
位置した２ケであり、それ以外の抵抗素子は発熱源とし
てＨｅ冷却効率を低下させるのみで液面監視上、不必要
なものである。

本発明は、この点に着目して、計測システムが常に液面
の変動に応じて液面の上、下の抵抗素子のみ自動的にモ
ニタするようにしたもので、更にひの自動切換ロジック
の信号をランプ等に表示することにより、Ｈｅ液面の連
続監視を可能としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第５図、第６図、第７図により
説明する。

第５図は、本発明の全体構成を示したものである。第５
図においてＩ−１ｅ容器２内に設置された抵抗素子７８
〜７ｇは計δＩｌｌ信号切換リレー１２を介してプリア
ンプ４ａ、４ｂに接続され、リニアライザ８ａ、８ｂを
介して温度設定器１０ａ、１０ｂで液体Ｈｅ６の中に現
在Ｈ１測している２ケの抵抗素子７が入っているか否か
を判定する。すなわち、４°に以下でＯＮするにうな接
点信号１３ａ、１３ｂを出力するものとする。

この接点信号１３ａ、１３ｂを用いて液位判定ロジック
１１にて、計測対象とすべき抵抗素子２ケがＨａ液位の
両側となるように計測信号切換リレー１２を制御する。

切換リレー１２は、常に隣接した抵抗素子７が２ケペア
となって計測するようになる。すなわち、第５図に示す
ように現在、抵抗素子７ｄと７ｄの間（Ｌ　＋＞のレベ
ル）に［−ｆｏ液位がある場合、計測信号切換リレー１
２は、Ｄの接点のみがＯＮして、それ以外は全てＯＦＦ
させて、抵抗素子７ｄ。

７ｅの温度を計測するようにする。この状態では、接点
信号１３ａは抵抗素子７ｄが液体Ｈｅ　６内に在る為、
ＯＮしているが接点信号１３ｂは抵抗素子７ｅが液体Ｈ
ｅ　６外に在る為、ＯＦＦしている。

液面が低下して、抵抗素子７ｄが液体ト（ｅ６外に露出
すると抵抗素子７ｄの温度が上昇し、温度設定器１０ａ
の接点信号１３ａがΩＦＦする。この信号を用いて、液
位判定ロジック１１は、計測信号切換リレー１２のＤを
ＯＦＦして、ＣをＯＮにし、Ｈｅ液位が抵抗素子７ｃと
ｄの間（ｒ＝　ｃのレベル）にあるようにする。Ｌｃ以
下になった場合も同様である。

逆に、Ｈｅ液位が上昇した場合は、抵抗素子７ｅが液体
Ｈｅ６内に入って温度が低下し、温度設定器１０ｂの接
点信号１３ｂがＯＮする。この信号を用いて液位判定ロ
ジック１１は、計測＜８号切換リレー１２のＤをＯＦＦ
してＥｔ！：ＯＮにし、Ｈｅ液位が抵抗素子７ｅと７ｆ
の間（ｆ７６のレベル）にあるようにする。５６以上に
なった場合も同様である。

以上より、計測信号切換リレー１２のＡ−Ｆの信号は、
そのまま液体Ｈｅ　６の液位がり、、−Ｌ。

のいずれにあるかを示すものである。

そこで、計測信号切換リレー１２の信号を用いてランプ
１４を点／消灯させることにより、現在のＨｅ液位を自
動的に表示することが可能である。

第５図では、計測信号の切換方法について示しているが
、定電流電源回路に関しても、２台の定電流電源を用意
し、液位判定ロジック１１の指令に従って、８１測信号
切換リレーｊ２と同様の方法で自動的に切換えることに
より、計測している抵抗素子に対してのみ電源を供給す
ることが可能である。

液位判定ロジック１１の一例を第６図にしめす。

現在Ｂリレーが励磁中に、接点信号１３ａ、Ｌ３ｂが共
にＯＮした場合、全てのリレーを一端非励磁にして、Ｃ
リレーを励磁する。又、接点信号１３ａ。

１３ｂが共に０ＦＦＬ、た場合は、全てのリレーを一端
非励磁にした後にＡリレーを励磁させる・Ａリレーが励
磁中に１３ａ、１３ｂが共にＯＦＦになった場合は、Ｈ
ｅ容器２内のＨｅが全てガス化したためである為、リレ
ーの切換えは行わない。

逆に、最上部の抵抗素子に接続された状態で１３ａ。

１３ｂが共にＯＮＬ、た場合は、液体Ｈｏがオーバフロ
ーしているためであることから、同様にリレーの切換え
は行わない。

液位の変動と抵抗素子の切換状態、リレーの励磁状態を
タイムチャー１〜で第７図に示す。

本実施例では、７ケの抵抗素子を用いた場合として説明
したがＩ−１ｅ容器２の大型化、液位計測の精度向上な
どにより、更に多くの抵抗素子を設けることも考えられ
るが、本発明によれば、定電流電源を含む計測用機器を
増加させることなく、切換ロジックを拡張するだけで容
易に対応することが可能である。

又、本発明の変形例として、第８図の如く定電流電源３
ｃ及びプリアンプ４ｃ、リニアライザ８ｃ、温度設定器
１０ｃを付加して、液体ＨθＧの液面下で常に２点を計
測するようにし、第９図のロジックの如く、計測信号切
換に対してＸ秒の時間遅九を持たせるとともに、全ての
温度設定器１０　ａ−１０ｃの接点信号１３ａ−１３ｃ
がＯＦＦしたことを検出することにより急激な液面低下
を検出することが可能である。

すなわち、抵抗素子（第８図では７ｃと７ｄ）間の距離
をＸ秒以内で低下した場合にのみ検出し。

それ以上の時間がかかって低下する場合には、Ｘ秒後に
測定する抵抗素子は７ｂ、７ｃ、７ｄとなり、温度設定
’ａ　Ｊ　Ｏｃは７ｂを判定する為、１３ｃは必ずＯＮ
となり検出はしない。

但し、最下部設置さイＬる抵抗索子７ａがら上３ヶの抵
抗素子（７ａ〜７ｃ）を用いての検出が出来ず、誤信号
をＪｉｌＥするために、本ロジックをマスクする必要が
ある。

〔発明の効果〕

本発明は、Ｈｅ容器内に複数個設置した抵抗素子を用い
て、自動的に計測回路を切換えることにより共用化して
ｊ−１ｅ液位を連続に監視することを特徴とするもので
、次のような効果がある。

（１）　Ｈｅ容器への熱負荷軽減 Ｈｅ液位の変化に合わせて、液面近傍の抵抗素子に苅し
てのみ、定電流を通屯し、δ１測することにより、不必
要な抵抗Ａ％子からの発熱をなくすことが可能である。

（２）　１（副回路の軽量化 定電流電源を含めて最低２式の４１測回路があれば、抵
抗素子が設置された全Ｃの液位を監視することが可能で
あり、経済性が向上する。

又、抵抗素子の増加に対し“〔も開側回路には、影響が
ない。

（３）゛ンンマシンｉ生の向上 自動的に行う切換信号を表示することにより、連続的に
液面を監視することか可能であり、特に複数台のＨｅ容
器を運転員のアクセスなしに表示可能な効果は大Ｃある
。

（４）　Ｈｅ液位のダイナミックな監視が可能前記した
切換信号を用いて、容器（にト１ｅ液位の変化速度を検
出することが可能であり、事故時の急激な変動を検出す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超電導線による従来の液位計測方法説明図、
第２図は超電導線による計測方法を大型Ｈｅ容器↓こ適
用した場合の構成図、第３図は抵抗素子による従来の；
Ｉｔｉｌ１１１方法説明図、第４図は抵抗素子の計ｉｆ
ｌ’Ｊ回路を手動にて切換えた従来方法説明図、第５図
は本発明の一実施例を示す全体構成図、第６図は本発明
の一実施例における液位判定ロジック図、第７図は本発
明の一実施例の動作状態を示すタイムチャート図、第８
図は本発明の変形例を示す構成図、第９図は本発明の変
形例におけるロジック図である。 ■・・・超電導線、２・・・Ｈｅ容器、３・・・定電流
電源、４・・・プリアンプ、訃−監視計器、６・・・液
体Ｈｅ、７・・・抵抗素子、８川リニアライザ、９・・
・手動切換スイッチ、１０・・・温度設定器、１１・・
・液位判定ロジック、１２・・・ｎ１測信号切換リレー
、１３・・・設定＄　１　目 茅　２　区 ＄　３　目 芽　４　目 第　９　目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、極低温のｔｉ　ｅ温度を計４１すするため、複数の
   抵抗素子を設置した液体＋−１ｅを収納する容器と、抵
   抗素子の温度によるＩｊＳ抗変化を検出するための計測
   回路およびＩｔ測用定電流電源を有した計測システムに
   おいて、計測回路に液体ｔ（ｅの温度を検出する設定器
   とその信号を用いて自動的に液体Ｈｅレベル近傍のＪＩ
   Ｘ抗素子と泪測回路及び計測用定電流電源を接続して液
   体Ｈａレベルを検出するとともに、レベルの変化に追従
   してその切換えを行う制御回路を旬月することにより計
   測回路と計測用定電流電源を共用化して、液体Ｈｅレベ
   ルを監視することを特徴とした液体Ｈｅレベル検出装置
   。