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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023089503
(43)【公開日】2023-06-28
(54)【発明の名称】極低温冷却システム及び極低温冷却方法
(51)【国際特許分類】
H10N 60/81 20230101AFI20230621BHJP
F25B 41/42 20210101ALI20230621BHJP
H01F 6/04 20060101ALI20230621BHJP
【ＦＩ】
H01L39/04
F25B41/42
H01F6/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021204031
(22)【出願日】2021-12-16
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001380
【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 政彦
(72)【発明者】
【氏名】栗山 透
(72)【発明者】
【氏名】上野 航生
【テーマコード（参考）】
4M114
【Ｆターム（参考）】
4M114AA04
4M114AA14
4M114CC03
4M114CC11
4M114DA21
4M114DA26
4M114DA33
4M114DA35
(57)【要約】
【課題】複数の超電導コイルに流す冷媒の流量を制御する制御バルブに不具合が発生した場合でも、超電導コイルを継続して冷却することができること。
【解決手段】極低温冷凍機１２と複数の高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂとが、高温超電導コイルに対応して複数に分岐された分岐配管部１４Ａ、１４Ｂを備える冷却配管１３により接続され、各分岐配管部に制御バルブ１８Ａ、１８Ｂが配設され、極低温冷凍機から高温超電導コイルに流れる冷媒の流量が制御バルブにより制御される極低温冷却システム１０において、複数の分岐配管部は、制御バルブの下流側が、連結バルブ２０を備えた連結配管１９により連結され、制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の連結配管における連結バルブが開放され、この連結バルブを介して、不具合な制御バルブを備えた分岐配管部に、良好な制御バルブを備えた分岐配管部から冷媒を分流するものである。
【選択図】図１
【解決手段】極低温冷凍機１２と複数の高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂとが、高温超電導コイルに対応して複数に分岐された分岐配管部１４Ａ、１４Ｂを備える冷却配管１３により接続され、各分岐配管部に制御バルブ１８Ａ、１８Ｂが配設され、極低温冷凍機から高温超電導コイルに流れる冷媒の流量が制御バルブにより制御される極低温冷却システム１０において、複数の分岐配管部は、制御バルブの下流側が、連結バルブ２０を備えた連結配管１９により連結され、制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の連結配管における連結バルブが開放され、この連結バルブを介して、不具合な制御バルブを備えた分岐配管部に、良好な制御バルブを備えた分岐配管部から冷媒を分流するものである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
極低温冷凍機と複数の被冷却物とが、前記被冷却物に対応して複数に分岐された分岐配管部を備える冷却配管により接続されると共に、前記各分岐配管部に制御バルブが配設され、
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
複数の前記分岐配管部は、前記制御バルブの下流側が、連結バルブを備えた連結配管により連結され、
前記制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の前記連結配管に設けられた連結バルブが開放され、この連結バルブを介して、不具合な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部に、良好な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部から冷媒を分流するよう構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
複数の前記分岐配管部は、前記制御バルブの下流側が、連結バルブを備えた連結配管により連結され、
前記制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の前記連結配管に設けられた連結バルブが開放され、この連結バルブを介して、不具合な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部に、良好な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部から冷媒を分流するよう構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
【請求項2】
前記各被冷却物に設けられてその被冷却物の温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段からの温度測定値を入力する制御部と、を更に有し、
前記制御部は、温度測定値の変化率が所定値を超えたときに、この温度測定値を測定した前記温度測定手段が設置された前記被冷却物に冷媒を流す制御バルブに不具合が発生したと判断して、この不具合な制御バルブの下流側の連結配管に設けられた連結バルブの開放を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却システム。
前記制御部は、温度測定値の変化率が所定値を超えたときに、この温度測定値を測定した前記温度測定手段が設置された前記被冷却物に冷媒を流す制御バルブに不具合が発生したと判断して、この不具合な制御バルブの下流側の連結配管に設けられた連結バルブの開放を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却システム。
【請求項3】
前記各被冷却物に設けられてその被冷却物の温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段からの温度測定値を入力する制御部と、を更に有し、
前記制御部は、温度測定値が所定温度を超えたときに、この温度測定値を測定した前記温度測定手段が設置された前記被冷却物に冷媒を流す制御バルブの不具合の有無に拘らず、この制御バルブの下流側の連結配管に設けられた連結バルブの開放を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却システム。
前記制御部は、温度測定値が所定温度を超えたときに、この温度測定値を測定した前記温度測定手段が設置された前記被冷却物に冷媒を流す制御バルブの不具合の有無に拘らず、この制御バルブの下流側の連結配管に設けられた連結バルブの開放を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却システム。
【請求項4】
前記各分岐配管部に設けられてその分岐配管部の内部を流れる冷媒の流量を測定する流量測定手段と、この流量測定手段からの流量測定値を入力する制御部と、を更に有し、
前記制御部は、前記流量測定値が所定流量よりも低下したときに、この流量測定値を測定した前記流量測定手段が設けられた前記分岐配管部に配設された制御バルブに不具合が発生したと判断して、この不具合な制御バルブの下流側の連結配管に設けられた連結バルブの開放を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却システム。
前記制御部は、前記流量測定値が所定流量よりも低下したときに、この流量測定値を測定した前記流量測定手段が設けられた前記分岐配管部に配設された制御バルブに不具合が発生したと判断して、この不具合な制御バルブの下流側の連結配管に設けられた連結バルブの開放を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却システム。
【請求項5】
前記連結バルブは、その上流側と下流側の圧力差が所定圧力差を超えたときに開放される差圧駆動バルブにて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却システム。
【請求項6】
極低温冷凍機と複数の被冷却物とが、前記被冷却物に対応して複数に分岐された分岐配管部を備える冷却配管により接続されると共に、前記各分岐配管部に制御バルブが配設され、
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
前記各分岐配管部には、前記制御バルブをバイパスすると共にバイパス弁を備えたバイパス配管が設けられ、
前記バイパス弁は、その上流側と下流側の圧力差が所定圧力差を超えたときに開放される差圧駆動バルブにて構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
前記各分岐配管部には、前記制御バルブをバイパスすると共にバイパス弁を備えたバイパス配管が設けられ、
前記バイパス弁は、その上流側と下流側の圧力差が所定圧力差を超えたときに開放される差圧駆動バルブにて構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
【請求項7】
極低温冷凍機と複数の被冷却物とが、前記被冷却物に対応して複数に分岐された分岐配管部を備える冷却配管により接続されると共に、前記各分岐配管部に制御バルブが配設され、
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
複数の前記被冷却物が伝熱部材にて熱的に接続されて構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
複数の前記被冷却物が伝熱部材にて熱的に接続されて構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
【請求項8】
極低温冷凍機と複数の被冷却物とが、前記被冷却物に対応して複数に分岐された分岐配管部を備える冷却配管により接続されると共に、前記各分岐配管部に制御バルブが配設され、
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
前記分岐配管部は、単一の前記被冷却物に対し複数本が接続されて構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、
前記分岐配管部は、単一の前記被冷却物に対し複数本が接続されて構成されたことを特徴とする極低温冷却システム。
【請求項9】
極低温冷凍機から冷却配管の複数の分岐配管部を経て複数の被冷却物へ冷媒を流し、前記各分岐配管部に配設された制御バルブにより冷媒の流量を制御することで、前記被冷却物を冷却する極低温冷却方法において、
複数の前記分岐配管部における前記制御バルブの下流側を連結する、連結バルブを備えた連結配管を用いて、
前記制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の前記連結配管に設けられた連結バルブを開放し、この連結バルブを介して、不具合な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部に、良好な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部から冷媒を分流することを特徴とする極低温冷却方法。
複数の前記分岐配管部における前記制御バルブの下流側を連結する、連結バルブを備えた連結配管を用いて、
前記制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の前記連結配管に設けられた連結バルブを開放し、この連結バルブを介して、不具合な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部に、良好な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部から冷媒を分流することを特徴とする極低温冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、極低温冷却システム及び極低温冷却方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、超電導機器は極低温に冷却する必要がある。近年、高温超電導体とこれを用いた高温超電導磁石が開発されており、冷却温度が従来の４Ｋ近傍から２０Ｋ程度まで高くなってきた。この温度域では冷却に必要な動力は絶対温度に概ね反比例して減少するため、高温超電導磁石では熱負荷が大きくなる機器への応用も可能となった。その結果、高温超電導機器の冷却系では大きな冷凍能力が必要になる場合が多い。
【0003】
また、冷却温度が高いので従来の液体ヘリウムを用いる方法は適さない。このため、機械式冷凍機を用いて、伝導冷却方式やガス循環方式で高温超電導磁石を冷却する方式が用いられる。特に、熱負荷の大きい冷却系においては、伝導冷却方式では冷凍機と高温超電導磁石との間の温度差が大きくなってしまい、高温超電導磁石の温度が高くなる問題があるため、ガス循環冷却方式が適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－１７２８１３号公報
【特許文献2】特開２００５－２０３７０４号公報
【特許文献3】国際公開第２０１９／１９８２６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、図７に示すように、複数の高温超電導磁石１０１を用いる大型の極低温冷却システム１００を考える。このような極低温冷却システム１００は、ガス冷媒を循環ポンプ１０２により循環させる冷却配管１０３を分岐して、複数の並列な分岐配管部１０４を備える配管構成とし、各分岐配管部１０４を高温超電導磁石１０１に接続させる形態である。しかしながら、このような配管構成ではガス冷媒流の不安定性の課題が存在する。
【0006】
これは、図８(Ａ)に示す状態から図８(Ｂ)に示すように、高温超電導磁石１０１に熱負荷のアンバランスが発生した場合（図中矢印の大きさで熱負荷を示す）に、熱負荷の大きな高温超電導磁石１０１に接続された分岐配管部１０４の温度が上昇し、この温度上昇により当該分岐配管部１０４の圧力損失が増加してガス冷媒が流れ難くなり、更に当該分岐配管部１０４の温度が上昇するという負の連鎖が発生することである。そこで、並列に配置された各分岐配管部１０４に制御バルブ１０５を設けて、各分岐配管部１０４に流れるガス冷媒の流量を制御する方法がとられる。なお、図７中の符号１０６は熱交換器を示す。
【0007】
ところが、上述したガス循環方式の極低温冷却システム１００においては、循環するガス冷媒中の不純物が制御バルブ１０５に堆積して、制御バルブ１０５が閉塞する課題がある。制御バルブ１０５が閉塞すると、その制御バルブ１０５が配設された分岐配管部１０４にガス冷媒が流れ難くなり、この分岐配管部１０４にて冷却している高温超電導磁石１０１の温度が上昇してクエンチに至る課題がある。また、制御バルブ１０５が完全に閉塞していなくても、圧力損失の大幅な増加により制御バルブ１０５の制御ができなくなる場合や、制御系の故障の場合でも同様の課題が発生する。
【0008】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、複数の超電導コイルのそれぞれに流す冷媒の流量を制御する制御バルブに閉塞等の不具合が発生した場合でも、超電導コイルを継続して冷却することができる極低温冷却システム及び極低温冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の実施形態における極低温冷却システムは、極低温冷凍機と複数の被冷却物とが、前記被冷却物に対応して複数に分岐された分岐配管部を備える冷却配管により接続されると共に、前記各分岐配管部に制御バルブが配設され、前記極低温冷凍機から前記被冷却物に流れる冷媒の流量が前記制御バルブにより制御されることで前記被冷却物が冷却される極低温冷却システムにおいて、複数の前記分岐配管部は、前記制御バルブの下流側が、連結バルブを備えた連結配管により連結され、前記制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の前記連結配管に設けられた連結バルブが開放され、この連結バルブを介して、不具合な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部に、良好な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部から冷媒を分流するよう構成されたことを特徴とするものである。
【0010】
本発明の実施形態における極低温冷却方法は、極低温冷凍機から冷却配管の複数の分岐配管部を経て複数の被冷却物へ冷媒を流し、前記各分岐配管部に配設された制御バルブにより冷媒の流量を制御することで、前記被冷却物を冷却する極低温冷却方法において、複数の前記分岐配管部における前記制御バルブの下流側を連結する、連結バルブを備えた連結配管を用いて、前記制御バルブに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブの下流側の前記連結配管に設けられた連結バルブを開放し、この連結バルブを介して、不具合な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部に、良好な前記制御バルブを備えた前記分岐配管部から冷媒を分流することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明の実施形態によれば、複数の超電導コイルのそれぞれに流す冷媒の流量を制御する制御バルブに閉塞等の不具合が発生した場合でも、超電導コイルを継続して冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態に係る極低温冷却システムを示す管路図。
【図2】第２実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図。
【図3】第３実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図。
【図4】第４実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図。
【図5】第５実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図。
【図6】第６実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図。
【図7】従来の極低温冷却システムを示す管路図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１）
図１は、第１実施形態に係る極低温冷却システムを示す管路図である。この図１に示す極低温冷却システム１０は、被冷却物としての複数の高温超電導コイル（例えば高温超電導コイル１１Ａ及び１１Ｂ）をガス循環方式で冷却するものであり、極低温冷凍機１２、複数の分岐配管部（例えば分岐配管部１４Ａ及び１４Ｂ）を備えた冷却配管１３、循環ポンプ１５、熱交換器１６及び１７、複数の制御バルブ（例えば制御バルブ１８Ａ及び１８Ｂ）、連結バルブ２０を備えた連結配管１９、複数の温度測定手段（例えば温度測定手段２１Ａ及び２１Ｂ）、並びに制御部２２を有して構成される。
［Ａ］第１実施形態（図１）
図１は、第１実施形態に係る極低温冷却システムを示す管路図である。この図１に示す極低温冷却システム１０は、被冷却物としての複数の高温超電導コイル（例えば高温超電導コイル１１Ａ及び１１Ｂ）をガス循環方式で冷却するものであり、極低温冷凍機１２、複数の分岐配管部（例えば分岐配管部１４Ａ及び１４Ｂ）を備えた冷却配管１３、循環ポンプ１５、熱交換器１６及び１７、複数の制御バルブ（例えば制御バルブ１８Ａ及び１８Ｂ）、連結バルブ２０を備えた連結配管１９、複数の温度測定手段（例えば温度測定手段２１Ａ及び２１Ｂ）、並びに制御部２２を有して構成される。
【0014】
極低温冷凍機１２は、第１冷却ステージ１２Ｎ及び第２冷却ステージ１２Ｍを有し、これらの第１冷却ステージ１２Ｎ及び第２冷却ステージ１２Ｍが冷却配管１３に直列に接続される。また、冷却配管１３の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂは、複数の高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂに対応して複数並列に配置されたものであり、それぞれが高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂに接続される。これにより、極低温冷凍機１２と高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂが冷却配管１３により接続される。
【0015】
循環ポンプ１５は、ループ状の冷却配管１３にヘリウムガス等のガス冷媒を循環させるものであり、コンプレッサまたはブロア等であってもよい。ガス冷媒は、循環ポンプ１５により極低温冷凍機１２の第１冷却ステージ１２Ｎ、第２冷却ステージ１２Ｍに順次送給されて段階的に冷却される。
【0016】
熱交換器１６は冷却配管１３に配設されて、高温超電導コイル１１Ａ及び１１Ｂを冷却した後のガス冷媒により、極低温冷凍機１２の第１冷却ステージ１２Ｎから第２冷却ステージ１２Ｍへ流れる冷媒を熱交換により冷却する。また、熱交換器１７は冷却配管１３に配設されて、熱交換器１６から流出したガス冷媒により、極低温冷凍機１２の第１冷却ステージ１２Ｎへ流れる冷媒を熱交換により冷却する。
【0017】
制御バルブ１８Ａ、１８Ｂのそれぞれは、冷却配管１３の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂのそれぞれに配設される。循環ポンプ１５の作用で冷却配管１３内を流れ、熱交換器１７、極低温冷凍機１２の第１冷却ステージ１２Ｎ、熱交換器１６、極低温冷凍機１２の第２冷却ステージ１２Ｍにより順次段階的に冷却されたガス冷媒は、冷却配管１３の分岐配管部１４Ａを経て高温超電導コイル１１Ａへ、分岐配管部１４Ｂを経て高温超電導コイル１１Ｂへ流れ、これらの高温超電導コイル１１Ａ及び１１Ｂを冷却する。このとき、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂに熱負荷のアンバランスが生じている場合に、制御バルブ１８Ａ、１８Ｂは、分岐配管部１４Ａ、１４Ｂ内を流れるガス冷媒の流量を好適に確保すべく流量制御して、高温超電導コイル１１Ａ及び１１Ｂを良好に冷却する。
【0018】
連結配管１９は、冷却配管１３の複数の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂにおける制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの下流側を連結する配管である。例えば、複数の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂのうちの２本同士を１本の連結配管１９が、制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの下流側において連結する。
【0019】
この連結配管１９に配置された連結バルブ２０について、制御部２２が、温度測定手段２１Ａ、２１Ｂからの温度測定値に基づきその開度を制御する。つまり、温度測定手段２１Ａは高温超電導コイル１１Ａに設置されて、その高温超電導コイル１１Ａの温度を測定し、また、温度測定手段２１Ｂは高温超電導コイル１１Ｂに設置されて、その高温超電導コイル１１Ｂの温度を測定する。これらの温度測定手段２１Ａ、２１Ｂからの温度測定値が制御部２２に入力される。
【0020】
制御部２２は、温度測定手段２１Ａ、２１Ｂからの温度測定値が急激に上昇、即ち温度測定値の変化率が所定値を超えたときに、この温度測定値を測定した温度測定手段２１Ａまたは２１Ｂが設置された高温超電導コイル１１Ａまたは１１Ｂにガス冷媒を流す制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂに閉塞等の不具合が発生したと判断する。そして、制御部２２は、この不具合が発生した制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの下流側の連結配管１９に設けられた連結バルブ２０を開放（全開）する。
【0021】
即ち、制御部２２は、制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの不具合によりガス冷媒の流れが不良になった分岐配管部１４Ａまたは１４Ｂと、ガス冷媒の流れが良好な分岐配管部１４Ｂまたは１４Ａとを連結する連結配管１９の連結バルブ２０を開放する。これにより、開放された連結バルブ２０を介して、不具合な制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂを備えてガス冷媒の流れが不良な分岐配管部１４Ａまたは１４Ｂに、良好な制御バルブ１８Ｂまたは１８Ａを備えてガス冷媒の流れが良好な分岐配管部１４Ｂまたは１４Ａからガス冷媒が供給される。
【0022】
また、制御部２２は、温度測定手段２１Ａ、２１Ｂからの温度測定値が所定値を超えたときに、この温度測定値を測定した温度測定手段２１Ａまたは２１Ｂが設置された高温超電導コイル１１Ａまたは１１Ｂにガス冷媒を流す制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの不具合（例えば閉塞）の有無に拘わらず、この制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの下流側の連結配管１９に設けられた連結バルブ２０を開放してもよい。これにより、開放された連結バルブ２０を介して、温度測定値が所定値を超えた温度測定手段２１Ａまたは２１Ｂが設置された高温超電導コイル１１Ａまたは１１Ｂへ、他の制御バルブ１８Ｂまたは１８Ａを備えた分岐配管部１４Ｂまたは１４Ａからガス冷媒を分流して供給することが可能になる。
【0023】
以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）極低温冷却システム１０では、極低温冷凍機１２から冷却配管１３の複数の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂを経て、複数の高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂへガス冷媒を流し、各分岐配管部１４Ａ、１４Ｂに配設された制御バルブ１８Ａ、１８Ｂによりガス冷媒の流量が制御されて高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂが冷却される。更に、極低温冷却システム１０では、複数の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂが制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの下流側で、連結バルブ２０を備えた連結配管１９により連結されている。そして、制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの下流側の連結配管１９に設けられた連結バルブ２０が開放され、この連結バルブ２０を介して、不具合な制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂを備えた分岐配管部１４Ａまたは１４Ｂに、良好な制御バルブ１８Ｂまたは１８Ａを備えた分岐配管部１４Ｂまたは１４Ａからガス冷媒が分流される。この結果、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂを継続して冷却することができる。
（１）極低温冷却システム１０では、極低温冷凍機１２から冷却配管１３の複数の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂを経て、複数の高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂへガス冷媒を流し、各分岐配管部１４Ａ、１４Ｂに配設された制御バルブ１８Ａ、１８Ｂによりガス冷媒の流量が制御されて高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂが冷却される。更に、極低温冷却システム１０では、複数の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂが制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの下流側で、連結バルブ２０を備えた連結配管１９により連結されている。そして、制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂに不具合が発生した場合に、この不具合な制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの下流側の連結配管１９に設けられた連結バルブ２０が開放され、この連結バルブ２０を介して、不具合な制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂを備えた分岐配管部１４Ａまたは１４Ｂに、良好な制御バルブ１８Ｂまたは１８Ａを備えた分岐配管部１４Ｂまたは１４Ａからガス冷媒が分流される。この結果、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂを継続して冷却することができる。
【0024】
［Ｂ］第２実施形態（図２）
図２は、第２実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図２では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
図２は、第２実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図２では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
【0025】
本第２実施形態の極低温冷却システム２５が第１実施形態と異なる点は、冷却配管１３の複数の分岐配管部（例えば分岐配管部１４Ａ、１４Ｂ）のそれぞれに、その内部を流れるガス冷媒の流量を測定する流量測定手段が複数（例えば流量測定手段２６Ａ、２６Ｂ）設けられ、制御部２７が、各流量測定手段２６Ａ、２６Ｂからの流量測定値を入力して、連結配管１９に設けられた連結バルブ２０の開度を制御する点である。
【0026】
つまり、制御部２７は、流量測定手段２６Ａ、２６Ｂからの流量測定値が所定流量よりも低下したときに、この流量測定値を測定した流量測定手段２６Ａまたは２６Ｂが設けられた分岐配管部１４Ａまたは１４Ｂに配設された制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂに閉塞等の不具合が発生したと判断する。そして、制御部２７は、この不具合が発生した制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの下流側の連結配管１９に設けられた連結バルブ２０を開放（全開）する。
【0027】
即ち、制御部２７は、制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの不具合によりガス冷媒の流れが不良になった分岐配管部１４Ａまたは１４Ｂと、ガス冷媒の流れが良好な分岐配管部１４Ｂまたは１４Ａとを連結する連結配管１９の連結バルブ２０を開放する。これにより、開放された連結バルブ２０を介して、不具合な制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂを備えてガス冷媒の流れが不良な分岐配管部１４Ａまたは１４Ｂに、良好な制御バルブ１８Ｂまたは１８Ａを備えてガス冷媒の流れが良好な分岐配管部１４Ｂまたは１４Ａからガス冷媒が供給される。
【0028】
以上のように、第２実施形態では、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂへガス冷媒を供給する冷却配管１３の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂ内を流れるガス冷媒の流量を測定して、この分岐配管部１４Ａ、１４Ｂに配設された制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの不具合を判断し、不具合な制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂの下流側の連結配管１９に設けられた連結バルブ２０を開放するよう制御している。従って、第２実施形態においても、第１実施形態の効果（１）と同様に、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂを継続して冷却することができる。
【0029】
［Ｃ］第３実施形態（図３）
図３は、第３実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図３では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
図３は、第３実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図３では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
【0030】
本第３実施形態の極低温冷却システム３０が第１実施形態と異なる点は、冷却配管１３の複数の分岐配管部（例えば分岐配管部１４Ａ、１４Ｂ）における制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの下流側が連結配管３１、３２により連結され、この連結配管３１に差圧駆動バルブ３３が、連結配管３２に差圧駆動バルブ３４が、それぞれ連結バルブとして配設された点である。
【0031】
差圧駆動バルブ３３及び３４は、ばね等の弾性体による付勢力で通常時には閉弁状態にあるが、その上流側と下流側の圧力差が所定圧力差を超えたときに開放されるものである。
【0032】
つまり、差圧駆動バルブ３３は、例えば制御バルブ１８Ａに閉塞等の不具合が発生して分岐配管部１４Ａ内の圧力が分岐配管部１４Ｂ内の圧力よりも所定圧力値を超えて低くなったときに開放され、分岐配管部１４Ｂ内のガス冷媒を、連結配管３１及び差圧駆動バルブ３３を介して分岐配管部１４Ａ内へ流す。また、差圧駆動バルブ３４は、例えば制御バルブ１８Ｂに閉塞等の不具合が発生して分岐配管部１４Ｂ内の圧力が分岐配管部１４Ａ内の圧力よりも所定圧力差を超えて低くなったときに開放され、分岐配管部１４Ａ内のガス冷媒を、連結配管３２及び差圧駆動バルブ３４を経て分岐配管部１４Ｂ内へ流す。
【0033】
以上のように、第３実施形態では、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂへガス冷媒を供給する冷却配管１３の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂ内の圧力差が所定圧力差を超えた際に、分岐配管部１４Ａ、１４Ｂを連結する連結配管３１の差圧駆動バルブ３３、または連結配管３２の差圧駆動バルブ３４が開放される。従って、分岐配管部１４Ａが備える制御バルブ１８Ａ、または分岐配管部１４Ｂが備える制御バルブ１８Ｂに閉塞等の不具合が発生した場合にも、ガス冷媒が、分岐配管部１４Ｂから連結配管３１及び差圧駆動バルブ３３を経て分岐配管部１４Ａへ、また、分岐配管部１４Ａから連結配管３２及び差圧駆動バルブ３４を経て分岐配管部１４Ｂへ流れる。この結果、第１実施形態の効果（１）と同様に、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂを継続して冷却することができる。
【0034】
［Ｄ］第４実施形態（図４）
図４は、第４実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図４では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
図４は、第４実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図４では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
【0035】
本第４実施形態の極低温冷却システム４０が第１実施形態と異なる点は、連結配管及び連結バルブが存在せず、冷却配管１３の複数の分岐配管部（例えば分岐配管部１４Ａ、１４Ｂ）には、例えば分岐配管部１４Ａに制御バルブ１８Ａをバイパスするバイパス配管４１が、分岐配管部１４Ｂに制御バルブ１８Ｂをバイパスするバイパス配管４２がそれぞれ設けられ、バイパス配管４１、４２のそれぞれに、バイパス弁として機能する差圧駆動バルブ４３、４４がそれぞれ配設された点である。
【0036】
差圧駆動バルブ４３、４４は、ばね等の弾性体による付勢力で通常時には閉弁状態にあるが、その上流側と下流側の圧力差が所定圧力差を超えたときに開放されるものである。
【0037】
つまり、差圧駆動バルブ４３は、例えば制御バルブ１８Ａに閉塞等の不具合が発生して、分岐配管部１４Ａ内における制御バルブ１８Ａ下流側の圧力が上流側の圧力よりも所定圧力差を超えて低くなったときに開放されて、分岐配管部１４Ａの制御バルブ１８Ａ上流側のガス冷媒を、バイパス配管４１を経て制御バルブ１８Ａの下流側に流す。また、差圧駆動バルブ４４は、例えば制御バルブ１８Ｂに閉塞等の不具合が発生して、分岐配管部１４Ｂ内における制御バルブ１８Ｂ下流側の圧力が上流側の圧力よりも所定圧力差を超えて低くなったときに開放されて、分岐配管部１４Ｂの制御バルブ１８Ｂ上流側のガス冷媒を、バイパス配管４２を経て制御バルブ１８Ｂの下流側に流す。
【0038】
以上のように、第４実施形態では、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂへガス冷媒を供給する冷却配管１３の分岐配管部１４Ａ、１４Ｂのそれぞれに設けられた制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの上流側と下流側の圧力差が所定圧力差を超えたときに、バイパス配管４１、４２にそれぞれ設けられた差圧駆動バルブ４３、４４が開放する。従って、制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂに閉塞等の不具合が発生した場合に差圧駆動バルブ４３または４４が開放されて、バイパス配管４１または４２を経てガス冷媒が高温超電導コイル１１Ａまたは１１Ｂへ供給される。この結果、第１実施形態の効果（１）と同様に、制御バルブ１８Ａ、１８Ｂに不具合が生じた場合においても、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂを継続して冷却することができる。
【0039】
［Ｅ］第５実施形態（図５）
図５は、第５実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第５実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図５では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
図５は、第５実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第５実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図５では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
【0040】
本第５実施形態の極低温冷却システム５０が第１実施形態と異なる点は、連結配管及び連結バルブが存在せず、複数の高温超電導コイル（例えば高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂ）１１が伝熱部材５１により熱的に接続されると共に、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂの温度が温度測定手段２１Ａ、２１Ｂにより測定され、更に、制御バルブ１８Ａ、１８Ｂの開度を制御する制御部５２が設けられた点である。
【0041】
つまり、制御部５２は、まず、制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂに閉塞等の不具合が発生して高温超電導コイル１１Ａまたは１１Ｂが温度上昇したときに、温度測定手段２１Ａまたは２１Ｂの温度測定値に基づいて、上記不具合の発生を判断する。次に、制御部５２は、不具合が発生していない良好な制御バルブ１８Ｂまたは１８Ａの開度を増大させることで、高温超電導コイル１１Ｂまたは１１Ａにより多くのガス冷媒を供給し、伝熱部材５１による熱伝導によって、不具合が発生した制御バルブ１８Ａまたは１８Ｂに接続された高温超電導コイル１１Ａまたは１１Ｂを冷却する。
【0042】
以上のように、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂが伝熱部材５１により熱的に接続されたことから、制御バルブ１８Ａ、１８Ｂに不具合が発生した場合においても、伝熱部材５１の熱伝導によって、第１実施形態の効果（１）と同様に、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂを継続して冷却することができる。
【0043】
［Ｆ］第６実施形態（図６）
図６は、第６実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第６実施形態において第１及び第２実施形態と同様な部分については、第１及び第２実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図６では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
図６は、第６実施形態に係る極低温冷却システムの一部を示す管路図である。この第６実施形態において第１及び第２実施形態と同様な部分については、第１及び第２実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。なお、図６では、図１に示す極低温冷却システムにおける極低温冷凍機よりも下方の構成を示している。
【0044】
本第６実施形態の極低温冷却システム６０が第１及び第２実施形態と異なる点は、連結配管及び連結バルブが存在せず、複数の高温超電導コイル（例えば高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂ）のそれぞれ、つまり、単一の高温超電導コイル１１Ａに複数の分岐配管部（例えば分岐配管部１４Ａ－１及び１４Ａ－２）が接続され、また、単一の高温超電導コイル１１Ｂに複数の分岐配管部（例えば分岐配管部１４Ｂ－１及び１４Ｂ－２）が接続された点である。
【0045】
更に、極低温冷却システム６０では、各分岐配管部１４Ａ－１、１４Ａ－２、１４Ｂ－１、１４Ｂ－２のそれぞれに流量測定手段２６Ａ－１、２６Ａ－２、２６Ｂ－１、２６Ｂ－２がそれぞれ配設される。また、極低温冷却システム６０では、分岐配管部１４Ａ－１、１４Ａ－２、１４Ｂ－１、１４Ｂ－２にそれぞれ設けられた制御バルブ１８Ａ－１、１８Ａ－２、１８Ｂ－１、１８Ｂ－２のそれぞれの開度を制御する制御部６２が設けられている。
【0046】
つまり、制御部６２は、まず、流量測定手段２６Ａ－１、２６Ａ－２、２６Ｂ－１、２６Ｂ－２の流量測定値に基づいて、制御バルブ１８Ａ－１、１８Ａ－２、１８Ｂ－１、１８Ｂ－２に閉塞等の不具合が発生したことを判断する。仮に、制御バルブ１８Ａ－１と制御バルブ１８Ｂ－１に不具合が発生したとすると、制御部６２は、次に、不具合が発生していない良好な制御バルブ１８Ａ－２、１８Ｂ－２の開度を増大させて、分岐配管部１４Ａ－２、１４Ｂ－２のそれぞれを流れる冷媒流量を増加させ、これにより、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂの冷却を継続して確保する。
【0047】
以上のように、単一の高温超電導コイル１１Ａが複数の分岐配管部である分岐配管部１４Ａ－１及び１４Ａ－２に接続され、また、単一の高温超電導コイル１１Ｂが複数の分岐配管部である分岐配管部１４Ｂ－１及び１４Ｂ－２に接続されている。従って、例えば分岐配管部１４Ａ－１、１４Ａ－２のそれぞれに設けられた制御バルブ１８Ａ－１、１８Ａ－２のいずれかに不具合が発生しても、不具合が発生していない良好な制御バルブ１８Ａ－２または１８Ａ－１を備える分岐配管部１４Ａ－２または１４Ａ－１から高温超電導コイル１１Ａへガス冷媒を供給することができる。この結果、第１実施形態の効果（１）と同様に、高温超電導コイル１１Ａ、１１Ｂを継続して冷却することができる。
【0048】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0049】
１０…極低温冷却システム、１１Ａ、１１Ｂ…高温超電導コイル、１２…極低温冷凍機、１３…冷却配管、１４Ａ、１４Ａ－１、１４Ａ－２、１４Ｂ、１４Ｂ－１、１４Ｂ－２…分岐配管部、１８Ａ、１８Ｂ…制御バルブ、１９…連結配管、２０…連結バルブ、２１Ａ、２１Ｂ…温度測定手段、２２…制御部、２５…極低温冷却システム、２６Ａ、２６Ｂ…流量測定手段、２７…制御部、３０…極低温冷却システム、３１、３２…連結配管、３３、３４…差圧駆動バルブ、４０…極低温冷却システム、４１、４２…バイパス配管、４３、４４…差圧駆動バルブ、５０…極低温冷却システム、５１…伝熱部材、５２…制御部、６０…極低温冷却システム、６２…制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】