CN111615609A - 超低温冷却系统 - Google Patents

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Abstract

超低温冷却系统(10)具备：气体循环源(12)；超低温制冷机(22)，具备冷却冷却气体的制冷机冷却台(28)；被冷却物气体流路(18)；气体供给管路(16)，从气体循环源(12)经由制冷机冷却台(28)向被冷却物气体流路(18)供给冷却气体；气体回收管路(20)，从被冷却物气体流路(18)将冷却气体回收至气体循环源(12)；至少1个温度传感器(38)，设置于沿着气体供给管路(16)远离被冷却物气体流路(18)的测定部位和/或沿着气体回收管路(20)远离被冷却物气体流路(18)的测定部位；及气体流量控制部(42)，控制气体循环源(12)以使其根据由温度传感器(38)测出的至少1个测定部位的测定温度来调整流过被冷却物气体流路(18)的冷却气体流量。

Description

超低温冷却系统
技术领域
本发明涉及一种超低温冷却系统。
背景技术
以往，已知一种利用冷却至超低温的气体来冷却例如超导电磁体等被冷却物的循环冷却系统。冷却气体的冷却通常使用GM(Gifford-McMahon，吉福德-麦克马洪)制冷机等超低温制冷机。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平1-14559号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
超低温冷却系统需要将被冷却物维持在所期望的冷却目标温度。然而，系统的热负荷会因被冷却物的运转状态及其他因素而变动，被冷却物的温度也有可能会随之变动。因此，为了监视或控制被冷却物的温度需要测定被冷却物的温度，需要在被冷却物上设置温度传感器。此时，有可能会在恶劣的环境下使用温度传感器。
温度传感器配置在冷却被冷却物的超低温环境下。当然，温度传感器必需为在该超低温环境下能够使用的温度传感器。此外，被冷却物时常配置在强磁场环境中。在被冷却物为超导电磁体的情况下，其本身成为强磁场发生源。温度传感器也与被冷却物一同暴露于强磁场中。温度传感器有可能会受到由强磁场引起的不良影响导致运转不稳定或产生故障等。因此，强磁场环境有可能会导致被冷却物的温度测定甚至温度控制的精确度下降。
超低温冷却系统有时会附设于粒子加速器。被冷却物可以为产生作用于粒子的加速力的加速器的主要构成要件(例如超导电磁体)，并且可以配置于加速粒子的射束线或其附近。加速粒子入射并碰撞于被冷却物表面则有可能会使被冷却物放射化。因此，设置于被冷却物上的温度传感器有可能还需要耐放射性。
若温度传感器产生运转不良或故障，则需要进行温度传感器的维修或更换等维护。在维护工作期间，超低温冷却系统的冷却运行会被停止，因此这种工作不仅对超低温冷却系统来说是停机时间，对被冷却物来说也是停机时间。因此，为了减少维护的频度，期待有一种对上述恶劣的环境具有耐性且正常运转的温度传感器。然而，耐久性优异的温度传感器通常很昂贵。
根据情况，气体冷却用超低温制冷机会配置于离被冷却物较远的位置。假设温度传感器设置于被冷却物上，则超低温制冷机与温度传感器位于物理上彼此远离的部位，因此难以同时进行各自的维护工作。操作性会降低。
并且，在被冷却物的周围有可能还配置有所需的电源、配线及其他辅助设备等。因此，能够设置温度传感器及其配线的部位受到限制。设置部位的自由度较低。
如此，若将在超低温冷却系统中使用的温度传感器设置于被冷却物上，则会出现各种不利情况。并且，超低温冷却系统还需要有效地冷却被冷却物。
本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于，提供一种解决了上述的至少1个课题的适于实用的超低温冷却系统。
用于解决技术课题的手段
根据本发明的一种实施方式，超低温冷却系统具备：气体循环源，使冷却气体循环；超低温制冷机，具备冷却所述冷却气体的制冷机冷却台；被冷却物气体流路，设置于被冷却物的周围或内部，以使所述冷却气体流过；气体供给管路，将所述气体循环源连接于所述被冷却物气体流路的入口，以使所述冷却气体从所述气体循环源经由所述制冷机冷却台供给至所述被冷却物气体流路；气体回收管路，将所述被冷却物气体流路的出口连接于所述气体循环源，以使所述冷却气体从所述被冷却物气体流路回收至所述气体循环源；至少1个温度传感器，设置于沿着所述气体供给管路远离所述被冷却物气体流路的入口的测定部位和/或沿着所述气体回收管路远离所述被冷却物气体流路的出口的测定部位；及气体流量控制部，控制所述气体循环源以使其根据由所述温度传感器测出的至少1个测定部位的测定温度来调整流过所述被冷却物气体流路的冷却气体流量。
另外，以上构成要件的任意组合或在方法、装置、系统等之间相互替换本发明的构成要件和表述的实施方式也作为本发明的实施方式而有效。
发明效果
根据本发明，能够提供一种适于实用的超低温冷却系统。
附图说明
图1是概略地表示实施方式所涉及的超低温冷却系统的图。
图2是例示出实施方式所涉及的气体流量表的图。
图3是例示出实施方式所涉及的超低温冷却系统的控制方法的流程图。
图4是例示出实施方式所涉及的超低温冷却系统中的温度传感器的配置的概略图。
图5中(a)及(b)是表示实施方式所涉及的超低温冷却系统中的温度传感器的配置的另一例的概略图。
图6是概略地表示实施方式所涉及的超低温冷却系统的另一例的图。
图7是概略地表示实施方式所涉及的超低温冷却系统的又一例的图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。在说明及附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。为了方便说明，在各附图中，适当地设定各部的缩尺和形状，只要没有特别说明，其并不用于限定性解释。实施方式仅为示例，其并不对本发明的范围进行任何限定。实施方式中记载的所有特征或其组合并非一定是发明的本质性内容。
图1是概略地表示实施方式所涉及的超低温冷却系统10的图。超低温冷却系统10是构成为通过使冷却气体循环从而将被冷却物11冷却至目标温度的循环冷却系统。冷却气体例如通常使用氦气，但也可以使用与冷却温度相对应的适当的其他气体。
作为一例，被冷却物11为超导电磁体。超导电磁体例如搭载于在粒子线治疗装置或其他装置中使用的粒子加速器或其他超导装置。另外，理所当然，被冷却物11并不只限于超导电磁体。被冷却物11也可以为需要超低温冷却的其他设备或流体。
目标冷却温度为选自规定的下限温度至规定的上限温度为止的温度范围内的期望的超低温。下限温度例如为由超低温冷却系统10能够冷却的最低温度，例如可以为4K。上限温度例如为选自超导临界温度以下的温度范围内的期望的超低温。超导临界温度虽取决于所使用的超导材料，但例如为液氮温度以下或30K以下或20K以下或10K以下的超低温。因此，目标冷却温度选自例如4K至30K的温度范围或例如10K至20K的温度范围内。
超低温冷却系统10具备使冷却气体循环的气体循环源12和供冷却气体流过以便冷却被冷却物11的冷却气体流路14。气体循环源12构成为根据气体循环源控制信号S1控制所供给的冷却气体流量。作为一例，气体循环源12具备对所回收的冷却气体进行加压后输出的压缩机。冷却气体流路14具备气体供给管路16、被冷却物气体流路18及气体回收管路20。冷却气体的循环回路由气体循环源12和冷却气体流路14构成。在图1中，沿着冷却气体流路14描绘的若干个箭头表示冷却气体的流动方向。
气体循环源12与气体回收管路20连接以从气体回收管路20回收冷却气体，并且气体循环源12与气体供给管路16连接以向气体供给管路16供给升压后的冷却气体。并且，气体供给管路16与被冷却物气体流路18连接以向被冷却物气体流路18供给冷却气体，气体回收管路20与被冷却物气体流路18连接以从被冷却物气体流路18回收冷却气体。
气体供给管路16、被冷却物气体流路18和/或气体回收管路20可以为挠性管，或者也可以为刚性管。
超低温冷却系统10具备冷却超低温冷却系统10的冷却气体的超低温制冷机22。超低温制冷机22具备压缩机24和具备制冷机冷却台28的冷头26。
超低温制冷机22的压缩机24构成为从冷头26回收超低温制冷机22的工作气体后对所回收的工作气体进行加压并重新向冷头26供给工作气体。工作气体的循环回路(即，超低温制冷机22的制冷循环)由压缩机24和冷头26构成，从而冷却制冷机冷却台28。工作气体通常为氦气，但也可以使用适当的其他气体。作为一例，超低温制冷机22为吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机，但也可以为脉管制冷机、斯特林制冷机或其他超低温制冷机。
超低温制冷机22的压缩机24与气体循环源12分体设置。超低温制冷机22的工作气体循环回路与超低温冷却系统10的冷却气体循环回路流体彼此隔离。
被冷却物气体流路18设置于被冷却物11的周围或内部，以使冷却气体流过。被冷却物气体流路18具备入口18a、出口18b及从入口18a延伸至出口18b的气体管18c。气体供给管路16与被冷却物气体流路18的入口18a连接，气体回收管路20与被冷却物气体流路18的出口18b连接。因此，冷却气体从气体供给管路16通过入口18a流入气体管18c，而且，从气体管18c通过出口18b向气体回收管路20流出。
气体管18c与被冷却物11物理接触且与被冷却物11热连接，以便通过流过气体管18c内的冷却气体与被冷却物11之间的热交换来冷却被冷却物11。作为一例，气体管18c为以盘绕于被冷却物11的周围的方式接触配置于被冷却物11的外表面上的线圈状的冷却气体配管。
在被冷却物气体流路18构成为与气体供给管路16不同的另一配管部件的情况下，入口18a可以是为了将气体供给管路16连接于被冷却物气体流路18而设置于气体管18c的一端的管接头。在被冷却物气体流路18构成为与气体供给管路16连续的一体的配管部件的情况下，入口18a可以指气体管18c开始与被冷却物11物理接触的部位，可以将该接触开始点视为被冷却物气体流路18的入口18a。并且，在被冷却物气体流路18通过被冷却物11的内部的情况下，如字面所示，入口18a可以是被冷却物气体流路18进入被冷却物11的部位。
同样地，在被冷却物气体流路18构成为与气体回收管路20不同的另一配管部件的情况下，出口18b可以是为了将气体回收管路20连接于被冷却物气体流路18而设置于气体管18c的另一端的管接头。在被冷却物气体流路18构成为与气体回收管路20连续的一体的配管部件的情况下，出口18b可以指气体管18c与被冷却物11的物理接触结束的部位，可以将该接触终止点视为被冷却物气体流路18的出口18b。并且，在被冷却物气体流路18通过被冷却物11的内部的情况下，如字面所示，出口18b可以是被冷却物气体流路18从被冷却物11出来的部位。
换言之，气体供给管路16与气体回收管路20均未与被冷却物11物理接触。气体供给管路16从被冷却物气体流路18的入口18a向远离被冷却物11的方向延伸，气体回收管路20从被冷却物气体流路18的出口18b向远离被冷却物11的方向延伸。超低温制冷机22及其制冷机冷却台28也配置在远离被冷却物11的位置。
气体供给管路16将气体循环源12连接于被冷却物气体流路18的入口18a，以使冷却气体从气体循环源12经由制冷机冷却台28后供给至被冷却物气体流路18。气体供给管路16与制冷机冷却台28物理接触且与制冷机冷却台28热连接，以便通过流过气体供给管路16的冷却气体与制冷机冷却台28之间的热交换来冷却冷却气体。因此，冷却气体从气体循环源12流入气体供给管路16，被制冷机冷却台28冷却后从气体供给管路16流向被冷却物气体流路18。
以下，为了方便说明，有时将气体供给管路16中气体循环源12至制冷机冷却台28为止的部分称为气体供给管路16的上游部16a，将气体供给管路16中制冷机冷却台28至被冷却物气体流路18的入口18a为止的部分称为气体供给管路16的下游部16b。即，气体供给管路16具备上游部16a和下游部16b。
并且，可以将气体供给管路16中配置于制冷机冷却台28的部分称为气体供给管路16的中间部16c。作为一例，气体供给管路16的中间部16c为以盘绕于制冷机冷却台28的周围的方式接触配置于制冷机冷却台28的外表面上的线圈状的冷却气体配管。
因此，冷却气体在气体供给管路16的中间部16c的出口(即下游部16b的入口)16d处成为冷却气体流路14中的最低到达温度。
气体回收管路20将被冷却物气体流路18的出口18b连接于气体循环源12，以使冷却气体从被冷却物气体流路18回收至气体循环源12。因此，冷却气体从被冷却物气体流路18流入气体回收管路20，并从气体回收管路20流向气体循环源12。
并且，超低温冷却系统10具备热交换器30。热交换器30构成为使分别流过气体供给管路16和气体回收管路20的冷却气体在这两个管路之间彼此进行热交换。热交换器30有助于提高超低温冷却系统10的冷却效率。
热交换器30在气体供给管路16(更具体而言为上游部16a)上具备高温入口30a和低温出口30b，在气体回收管路20上具备低温入口30c和高温出口30d。供给侧的冷却气体(即，从气体循环源12通过高温入口30a流入热交换器30的高温的冷却气体)在热交换器30中被气体回收管路20冷却，并通过低温出口30b流向制冷机冷却台28。伴随于此，回收侧的冷却气体(即，从被冷却物气体流路18通过低温入口30c流入热交换器30的低温的冷却气体)在热交换器30中被气体供给管路16加热，并通过高温出口30d流向气体循环源12。
超低温冷却系统10具备划定真空环境34的真空容器32。真空容器32构成为从周围环境36隔离真空环境34。真空容器32例如为低温恒温器等超低温真空容器。真空环境34例如为超低温真空环境，周围环境36例如为室温大气压环境。
被冷却物11配置于真空容器32内(即，真空环境34中)。超低温冷却系统10的主要构成要件中的被冷却物气体流路18、超低温制冷机22的制冷机冷却台28及热交换器30配置于真空环境34中。另一方面，气体循环源12和超低温制冷机22的压缩机24配置于真空容器32外(即，周围环境36中)。因此，气体供给管路16和气体回收管路20的与气体循环源12连接的一端部配置于周围环境36中，剩余部分则配置于真空环境34中。
超低温冷却系统10具备至少1个温度传感器38和控制超低温冷却系统10的控制装置40。控制装置40具备气体流量控制部42。气体流量控制部42具备气体流量表44。控制装置40配置于周围环境36中。
超低温冷却系统10的控制装置40在硬件结构方面由以计算机的CPU及存储器为首的元件或电路实现，在软件结构方面由计算机程序等实现，但是在图1中，控制装置40适当地描绘成通过它们的协作来实现的功能块。本领域技术人员应当可以理解，这些功能块能够通过硬件及软件的组合以各种形式实现。
温度传感器38设置于制冷机冷却台28。如此，在超低温冷却系统10的冷却气体流路14(具体而言，在气体供给管路16)上仅设置有1个温度传感器38。因此，温度传感器38既未设置于被冷却物气体流路18，也未设置于被冷却物11。温度传感器38也未设置于气体回收管路20上。
另外，温度传感器38的设置部位并不只限于制冷机冷却台28。在原理上，温度传感器38可以设置于包括被冷却物气体流路18在内的冷却气体流路14的任意部位，对此将在后面叙述若干个例子。并且，也可以在冷却气体流路14上的互不相同的部位设置多个温度传感器38。
温度传感器38构成为生成表示测定部位的测定温度的测定温度信号Ta，并向控制装置40输出测定温度信号Ta。温度传感器38设置于制冷机冷却台28，因此测定温度信号Ta表示制冷机冷却台28的冷却温度。测定温度信号Ta也可以视为表示由超低温冷却系统10能够冷却的冷却气体的最低到达温度，例如气体供给管路16的中间部16c的出口16d处的冷却气体温度。
气体流量控制部42构成为控制气体循环源12以使其根据由温度传感器38测出的至少1个测定部位的测定温度来调整流过被冷却物气体流路18的冷却气体流量。气体流量控制部42根据某一特定的测定部位的测定温度并根据气体流量表44来确定目标冷却气体流量，并控制气体循环源12以使冷却气体以目标冷却气体流量流过被冷却物气体流路18。
气体流量表44构成为将目标冷却气体流量与某一特定的测定部位的多个不同的冷却温度分别建立关联。即，气体流量表44针对多个不同的冷却温度分别设定对应的目标冷却气体流量。气体流量表44也可以具有表示冷却温度与冷却气体流量之间的对应关系的函数、查找表、映射图或其他形式。气体流量表44(例如由超低温冷却系统10的制造商)预先创建并保存于控制装置40中或该控制装置40附带的存储装置中。
目标冷却气体流量例如设定成提供超低温冷却系统10足以将被冷却物11冷却至目标温度的冷却能力。目标冷却气体流量可以按照每一冷却温度根据设计者的经验知识或设计者进行的实验或模拟试验等适当设定。
优选地，气体流量表44构成为将使超低温冷却系统10的冷却能力最大化的最佳冷却气体流量与特定的测定部位的多个不同的冷却温度分别建立关联。在气体流量表44中，按照每一冷却温度设定有使超低温冷却系统10的冷却能力最大化的最佳冷却气体流量作为目标冷却气体流量。
图2是例示出实施方式所涉及的气体流量表44的图。如图2的右侧所示，在气体流量表44中，冷却气体的目标冷却气体流量(例如，最佳质量流量m1至m6)与多个冷却温度(例如，T1至T6)分别建立有关联。气体流量表44具有多个冷却温度值和与各冷却温度值相对应的目标冷却气体流量值。气体流量表44也可以具有用于推导出与某一冷却温度值和另一冷却温度值之间的冷却温度值相对应的目标冷却气体流量值的插补函数。
气体流量表44中设定的多个冷却温度表示冷却气体流路14中的特定的部位的温度，例如温度传感器38的设置部位的温度。因此，在图1所示的实施方式中，多个冷却温度相当于制冷机冷却台28的温度。多个冷却温度在被冷却物11的期望冷却温度范围内隔着适当的间隔(例如等间隔)设定。例如，多个冷却温度可以在10K至20K的温度范围内以1K刻度设定。
气体流量表44中设定的多个冷却温度也可以表示不同于温度传感器38的设置部位的其他部位的温度。此时，气体流量表44可以具有根据温度传感器38的设置部位的温度计算出该不同部位的温度的温度转换函数或热力学模型(model)。
冷却气体的最佳质量流量表示流过被冷却物气体流路18的冷却气体的质量流量。另外，众所周知，质量流量在冷却气体流路14的各部位是恒定的，因此冷却气体的最佳质量流量还可称为从气体循环源12供给的质量流量。
最佳质量流量根据每一冷却温度的质量流量与超低温冷却系统10的冷却能力之间的关系来确定。如图2的左侧所示，可以按照每一冷却温度预先求出相对于质量流量的冷却能力曲线。从图中可知，冷却能力曲线在某一特定的质量流量下变最大。因此，可以将提供最大冷却能力的质量流量用作最佳质量流量。使冷却能力最大化的质量流量根据冷却温度而不同，具体而言，冷却温度越低，最佳质量流量也越小。
另外，在某一冷却温度的冷却能力曲线中，在小于最佳质量流量的质量流量下冷却能力下降的原因是，在这种小流量下冷却气体通过冷却气体与被冷却物11之间的热交换而从被冷却物11能够带走的热量减小。并且，在大于最佳质量流量的质量流量下冷却能力下降的原因是，受制于超低温制冷机22的制冷能力。冷却气体流量越大，冷却气体与制冷机冷却台28之间的热交换变得越不充分，流向被冷却物11的冷却气体的温度有可能会变高。
图3是例示出实施方式所涉及的超低温冷却系统10的控制方法的流程图。图3所示的控制程序由控制装置40在超低温冷却系统10的运转期间周期性地反复执行。
首先，使用温度传感器38来测定其设置部位的温度(S10)。温度传感器38生成表示测定部位的测定温度的测定温度信号Ta，并向控制装置40输出测定温度信号Ta。例如，温度传感器38测定制冷机冷却台28的温度。温度传感器38向气体流量控制部42输出表示制冷机冷却台28的测定温度的测定温度信号Ta。
接着，使用气体流量表44并根据测定温度来确定目标冷却气体流量(S12)。若测定温度信号Ta从温度传感器38输入到气体流量控制部42，则气体流量控制部42根据气体流量表44确定与测定温度信号Ta相对应的目标冷却气体流量。例如，气体流量控制部42根据气体流量表44确定与测定温度信号Ta相对应的冷却气体的最佳质量流量。
气体流量控制部42控制气体循环源12以使冷却气体以所确定的目标冷却气体流量流过被冷却物气体流路18(S14)。气体流量控制部42根据所确定的目标冷却气体流量生成实现该目标流量的气体循环源控制信号S1。气体循环源控制信号S1表示确定气体循环源12向冷却气体流路14供给的冷却气体的流量的气体循环源12的运转参数。气体循环源控制信号S1例如也可以表示驱动气体循环源12的马达的转速。或者，气体循环源控制信号S1也可以为表示所确定的目标冷却气体流量的气体流量指示信号。此时，气体循环源12可以构成为根据气体流量指示信号控制所供给的冷却气体流量。
如此，气体流量控制部42根据测定温度信号Ta生成气体循环源控制信号S1，并向气体循环源12输出气体循环源控制信号S1。气体循环源12根据气体循环源控制信号S1运转，由此能够使冷却气体以目标冷却气体流量流过被冷却物气体流路18。控制装置40可以定期执行这种冷却气体流量控制处理。
根据实施方式所涉及的超低温冷却系统10，能够根据温度传感器38所测出的测定温度来调整流过被冷却物气体流路18的冷却气体流量。由于能够根据冷却温度从气体循环源12向被冷却物气体流路18供给适当的冷却气体流量，因此能够有效地冷却被冷却物11。尤其，通过将冷却气体流量调整为最佳质量流量，能够以与冷却温度相对应的最大的冷却能力冷却被冷却物11。
温度传感器38设置于制冷机冷却台28，因此能够将温度传感器38配置于远离被冷却物11的位置。因此，即使在被冷却物11的附近产生强磁场，磁场在温度传感器38的设置部位也会减弱。因此，能够抑制强磁场对温度传感器38带来的影响。例如，能够降低温度传感器38的故障风险。作为温度传感器38，可以采用相对廉价的传感器。并且，还能够一并进行温度传感器38和超低温制冷机22的维护，操作性得到提高。
并且，制冷机冷却台28为用于被冷却物11的冷却源，因此可以认为制冷机冷却台28的温度变化与被冷却物11的发热量具有较强的关联。因此，从能够更精确地获取与被冷却物11的发热量相关的信息的观点考虑，在制冷机冷却台28上进行温度测定是有利的。
在超低温冷却系统10中只需设置1个温度传感器38即可，因此结构及控制处理变得简单。
由于温度传感器38设置于制冷机冷却台28，因此从能够将测定温度信号Ta利用于超低温制冷机22的监视的观点考虑，温度传感器38也是有用的。另外，作为代替方案，在制冷机冷却台28的上游和下游分别(例如，在气体供给管路16的上游部16a和下游部16b分别)设置温度传感器也能够监视超低温制冷机22。
在图1所示的实施方式中，温度传感器38设置于沿着气体供给管路16远离被冷却物气体流路18的入口18a的测定部位上，具体而言，温度传感器38设置于制冷机冷却台28。在超低温冷却系统10的冷却气体流路14上仅设置有1个温度传感器38。然而，温度传感器38的配置并不只限于此。温度传感器38可以设置于各种部位。下面，参考图4对若干个例子进行说明。
图4是例示出实施方式所涉及的超低温冷却系统10中的温度传感器38的配置的概略图。图4中示出了具有与图1所示的超低温冷却系统10相同的冷却气体流路结构的超低温冷却系统10。在图4中，用虚线示出了适合设置温度传感器38的区域，并示出了在该区域内的代表性部位设置了温度传感器38的例子。图4中示出了多个温度传感器38。可以在超低温冷却系统10中设置图示的所有温度传感器38，也可以设置图示的温度传感器38中任意个温度传感器38，也可以仅设置任一个温度传感器38。
温度传感器38设置于沿着气体供给管路16远离被冷却物气体流路18的入口18a的测定部位。由此，温度传感器38配置于远离被冷却物11的位置。因此，能够抑制有可能在被冷却物11的附近产生的强磁场对温度传感器38带来的影响。与温度传感器38设置于被冷却物气体流路18上的情况相比，可抑制磁场对温度传感器38带来的影响。
在被冷却物11的周围不仅配置有被冷却物气体流路18，而且还配置有被冷却物11所需的电源、配线及其他辅助设备等，剩余的空间较少。因此，能够设置温度传感器38及用于与控制装置40连接的传感器配线的部位有限。然而，根据实施方式，能够在有足够空间的与被冷却物11不同的另一部位设置温度传感器38。设置部位的自由度较高。
温度传感器38也可以设置于气体供给管路16的上游部16a。温度传感器38可以设置在气体供给管路16的上游部16a的比热交换器30的低温出口30b更靠下游侧。上游部16a相对于制冷机冷却台28位于上游侧，因此流过上游部16a的冷却气体的温度高于制冷机冷却台28的温度。温度传感器38只要选择能够测定相对高的温度范围的温度传感器即可，因此能够采用相对廉价的传感器。除这种优点以外，还能够抑制有可能在被冷却物11的附近产生的强磁场对温度传感器38带来的影响。
并且，温度传感器38也可以设置于沿着气体供给管路16的下游部16b远离被冷却物气体流路18的入口18a的测定部位。例如，可以将温度传感器38的设置部位设定成气体供给管路16的中间部16c的出口16d至温度传感器38的距离小于被冷却物气体流路18的入口18a至温度传感器38的距离。温度传感器38也可以设置于气体供给管路16的中间部16c。
温度传感器38也可以设置于沿着气体回收管路20远离被冷却物气体流路18的出口18b的测定部位。流过气体回收管路20的冷却气体被被冷却物11加热。因此，从能够更精确地获取与被冷却物11的发热量相关的信息的观点考虑，在气体回收管路20上进行温度测定是有利的。
温度传感器38也可以设置于被冷却物气体流路18的出口18b与热交换器30的低温入口30c之间。例如，可以将温度传感器38的设置部位设定成低温入口30c至温度传感器38的距离小于被冷却物气体流路18的出口18b至温度传感器38的距离。
如果可能的话，温度传感器38也可以设置于热交换器30的内部。
温度传感器38通常配置于真空容器32中，但也可以配置于真空容器32外。例如，温度传感器38可以设置于气体循环源12与高温入口30a之间。或者，温度传感器38可以设置于气体循环源12与高温出口30d之间。此时，温度传感器38可以使用廉价的通用的温度传感器而不是超低温测定用温度传感器，因而有利。
温度传感器38可以以与冷却气体接触的方式配置于流路内，也可以配置于配管的外表面而不与冷却气体物理接触。
图5中(a)及(b)是表示实施方式所涉及的超低温冷却系统10中的温度传感器38的配置的另一例的概略图。下面，参考图5中(a)及(b)对温度传感器38的配置的另一例进行说明。图示的超低温冷却系统10的真空容器的结构不同于图1所示的超低温冷却系统10，其余部分则大致相同。以下，主要对不同结构进行说明，关于相同结构则进行简单的说明或省略说明。
超低温冷却系统10具备气体循环源12和冷却气体流路14。冷却气体流路14具备气体供给管路16、被冷却物气体流路18及气体回收管路20。超低温冷却系统10还具备热交换器30和具有制冷机冷却台28的超低温制冷机22。
在图5中(a)及(b)所示的实施方式中，温度传感器38也设置于沿着气体供给管路16远离被冷却物气体流路18的入口18a的测定部位和/或沿着气体回收管路20远离被冷却物气体流路18的出口18b的测定部位。
如图5中(a)所示，超低温冷却系统10具备真空容器32，真空容器32具备将内部分割为两个腔室的区划壁46。真空容器32被区划壁46区划成第1真空环境34a和第2真空环境34b。制冷机冷却台28配置于第1真空环境34a中。热交换器30也配置于第1真空环境34a中。另一方面，被冷却物气体流路18与被冷却物11一同配置于第2真空环境34b中。被冷却物气体流路18的入口18a、出口18b及气体管18c配置于第2真空环境34b中。
温度传感器38配置于第1真空环境34a中。温度传感器38例如设置于气体供给管路16的上游部16a、中间部16c、下游部16b、制冷机冷却台28和/或气体回收管路20上。可以在这些设置部位的任一处仅设置1个温度传感器38。或者，也可以设置多个温度传感器38。
但是，温度传感器38并未配置于第2真空环境34b中。
如图5中(b)所示，超低温冷却系统10可以具备划定第1真空环境34a的第1真空容器32a和划定第2真空环境34b的第2真空容器32b。超低温制冷机22设置于第1真空容器32a内，制冷机冷却台28配置于第1真空容器32a内(即，第1真空环境34a中)。热交换器30也配置于第1真空环境34a中。另一方面，被冷却物气体流路18与被冷却物11一同配置于第2真空容器32b内(即，第2真空环境34b中)。被冷却物气体流路18的入口18a、出口18b及气体管18c配置于第2真空环境34b中。
气体供给管路16具备在第1真空容器32a与第2真空容器32b之间将气体供给管路16连接于被冷却物气体流路18的入口18a的供给侧连结管48a。气体回收管路20具备在第1真空容器32a与第2真空容器32b之间将气体回收管路20连接于被冷却物气体流路18的出口18b的回收侧连结管48b。
温度传感器38配置于第1真空环境34a中。温度传感器38例如设置于气体供给管路16的上游部16a、中间部16c、下游部16b、制冷机冷却台28和/或气体回收管路20上。可以在这些设置部位的任一处仅设置1个温度传感器38。或者，也可以设置多个温度传感器38。
温度传感器38也可以设置于供给侧连结管48a和/或回收侧连结管48b上。此时，温度传感器38配置于第1真空容器32a及第2真空容器32b外。
但是，温度传感器38并未配置于第2真空环境34b中。
由此，能够将温度传感器38配置于与被冷却物11不同的另一区划中。因此，即使在被冷却物11的附近产生强磁场，磁场在温度传感器38的设置部位也会减弱。因此，能够抑制强磁场对温度传感器38带来的影响。
图6是概略地表示实施方式所涉及的超低温冷却系统10的另一例的图。图示的超低温冷却系统10的冷却气体的流路结构不同于图1所示的超低温冷却系统10，其余部分则大致相同。以下，主要对不同结构进行说明，关于相同结构则进行简单的说明或省略说明。
超低温冷却系统10具备气体循环源12和冷却气体流路14。冷却气体流路14具备气体供给管路16、被冷却物气体流路18及气体回收管路20。超低温冷却系统10具备划定真空环境34的真空容器32和具有制冷机冷却台28的超低温制冷机22。
气体循环源12构成为根据气体循环源控制信号S1控制所供给的冷却气体流量。气体循环源12并不只限于压缩机，也可以为风扇等鼓风机或其他气流产生装置。气体循环源12构成为使超低温(例如液氮温度以下)的气体产生流动。气体循环源12配置于真空环境34中。因此，超低温冷却系统10的整个冷却气体循环回路配置于真空环境34中。另外，也可以将气体循环源12的一部分(例如，马达等驱动源)配置于周围环境36中，将气体循环源12的另一部分(例如，旋转叶片)配置于真空环境34中，并且将其连接成能够从驱动源向旋转叶片传递动力。
与图1所示的超低温冷却系统10不同，热交换器并不是必需的。图6所示的超低温冷却系统10中，并未设置在气体供给管路16与气体回收管路20之间进行热交换的热交换器。另外，设置这种热交换器也可。
温度传感器38构成为生成表示测定部位的测定温度的测定温度信号Ta，并向控制装置40输出测定温度信号Ta。作为一例，温度传感器38设置于制冷机冷却台28。但是，如上所述，温度传感器38也可以设置于冷却气体流路14的任意部位。温度传感器38可以设置于沿着气体供给管路16远离被冷却物气体流路18的入口18a的测定部位和/或沿着气体回收管路20远离被冷却物气体流路18的出口18b的测定部位。温度传感器38可以仅为1个，也可以为多个。
并且，超低温冷却系统10具备控制装置40，该控制装置40具有气体流量控制部42及气体流量表44。气体流量控制部42根据测定温度信号Ta并根据气体流量表44生成气体循环源控制信号S1，并向气体循环源12输出气体循环源控制信号S1。
根据图6所示的超低温冷却系统10，也能够根据由温度传感器38测出的测定温度调整流过被冷却物气体流路18的冷却气体流量，能够有效地冷却被冷却物11。并且，能够将温度传感器38配置于远离被冷却物11的部位，从而能够抑制有可能在被冷却物11的附近产生的强磁场对温度传感器38带来的影响。
图7是概略表示实施方式所涉及的超低温冷却系统10的另一例的图。图示的超低温冷却系统10的冷却气体的流路结构不同于图1所示的超低温冷却系统10，其余部分则大致相同。以下，主要对不同结构进行说明，关于相同结构则进行简单的说明或省略说明。
超低温冷却系统10具备气体循环源12和冷却气体流路14。冷却气体流路14具备气体供给管路16、被冷却物气体流路18及气体回收管路20。超低温冷却系统10具备超低温制冷机22、热交换器30及划定真空环境34的真空容器32。超低温制冷机22具备具有制冷机冷却台28的冷头26。气体循环源12配置于周围环境36中。
如上所述，冷却气体和超低温制冷机22的工作气体可以均为氦气。如此，在冷却气体和工作气体为相同气体的情况下，可以在超低温冷却系统10中设置1个共用的压缩机。即，气体循环源12不仅使冷却气体流过冷却气体流路14，而且还作为使工作气体在超低温制冷机22中循环的压缩机而发挥功能。
此时，为了控制冷却气体的流量，气体循环源12可以具备流量控制阀50，该流量控制阀50构成为控制流过被冷却物气体流路18的冷却气体流量。流量控制阀50构成为根据气体循环源控制信号S1控制所供给的冷却气体流量。
超低温冷却系统10设置有用于从气体循环源12向超低温制冷机22供给工作气体的制冷机供给管路52，并且超低温冷却系统10设置有用于将工作气体从超低温制冷机22回收至气体循环源12的制冷机回收管路54。制冷机供给管路52在周围环境36中从气体供给管路16分支并与冷头26连接，制冷机回收管路54在周围环境36中从气体回收管路20分支并与冷头26连接。
流量控制阀50在周围环境36中设置于气体供给管路16上。或者，流量控制阀50也可以在周围环境36中设置于气体回收管路20上。由此，能够将通用的流量控制阀用作流量控制阀50，与将流量控制阀50设置于真空环境34中的情况相比，在制造成本方面更有利。但是，流量控制阀50也可以设置于真空环境34中。
温度传感器38构成为生成表示测定部位的测定温度的测定温度信号Ta，并向控制装置40输出测定温度信号Ta。作为一例，温度传感器38设置于制冷机冷却台28。但是，如上所述，温度传感器38也可以设置于冷却气体流路14的任意部位。温度传感器38可以设置于沿着气体供给管路16远离被冷却物气体流路18的入口18a的测定部位和/或沿着气体回收管路20远离被冷却物气体流路18的出口18b的测定部位。温度传感器38可以仅为1个，也可以为多个。
并且，超低温冷却系统10具备控制装置40，该控制装置40具有气体流量控制部42及气体流量表44。气体流量控制部42根据测定温度信号Ta并根据气体流量表44生成气体循环源控制信号S1，并向气体循环源12(即，流量控制阀50)输出气体循环源控制信号S1。
根据图7所示的超低温冷却系统10，也能够根据由温度传感器38测出的测定温度调整流过被冷却物气体流路18的冷却气体流量，能够有效地冷却被冷却物11。并且，能够将温度传感器38配置于远离被冷却物11的部位，从而能够抑制有可能在被冷却物11的附近产生的强磁场对温度传感器38带来的影响。
另外，在图6及图7所示的实施方式中，也可以如图5中(a)所示那样在真空容器32中设置区划壁46来区划第1真空环境34a和第2真空环境34b。并且，也可以如图5中(b)所示那样具备划定第1真空环境34a的第1真空容器32a和划定第2真空环境34b的第2真空容器32b。温度传感器38也可以配置于第1真空环境34a中。
以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应当理解，本发明并不只限于上述实施方式，可以进行各种设计变更且可以具有各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。
在一种实施方式中说明的各种特征也可以适用于其他实施方式。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各实施方式的效果。
符号说明
10-超低温冷却系统，11-被冷却物，12-气体循环源，16-气体供给管路，16a-上游部，16b-下游部，16d-出口，18-被冷却物气体流路，18a-入口，18b-出口，20-气体回收管路，22-超低温制冷机，28-制冷机冷却台，34-真空环境，34a-第1真空环境，34b-第2真空环境，38-温度传感器，42-气体流量控制部，44-气体流量表。
产业上的可利用性
本发明能够用于超低温冷却系统的领域中。

Claims (7)

1.一种超低温冷却系统，其特征在于，具备：
气体循环源，使冷却气体循环；
超低温制冷机，具备冷却所述冷却气体的制冷机冷却台；
被冷却物气体流路，设置于被冷却物的周围或内部，以使所述冷却气体流过；
气体供给管路，将所述气体循环源连接于所述被冷却物气体流路的入口，以使所述冷却气体从所述气体循环源经由所述制冷机冷却台供给至所述被冷却物气体流路；
气体回收管路，将所述被冷却物气体流路的出口连接于所述气体循环源，以使所述冷却气体从所述被冷却物气体流路回收至所述气体循环源；
至少1个温度传感器，设置于沿着所述气体供给管路远离所述被冷却物气体流路的入口的测定部位和/或沿着所述气体回收管路远离所述被冷却物气体流路的出口的测定部位；及
气体流量控制部，控制所述气体循环源以使其根据由所述温度传感器测出的至少1个测定部位的测定温度来调整流过所述被冷却物气体流路的冷却气体流量。
2.根据权利要求1所述的超低温冷却系统，其特征在于，
所述气体供给管路具备所述气体循环源至所述制冷机冷却台为止的上游部和所述制冷机冷却台至所述被冷却物气体流路的入口为止的下游部，
所述温度传感器设置于所述气体供给管路的上游部或所述制冷机冷却台上。
3.根据权利要求1或2所述的超低温冷却系统，其特征在于，
所述制冷机冷却台配置于第1真空环境中，
所述被冷却物气体流路配置于与所述第1真空环境隔开的第2真空环境中，
所述温度传感器配置于所述第1真空环境中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超低温冷却系统，其特征在于，
所述温度传感器仅设置有1个，且其设置于沿着所述气体供给管路远离所述被冷却物气体流路的入口的测定部位或沿着所述气体回收管路远离所述被冷却物气体流路的出口的测定部位中的任一部位。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的超低温冷却系统，其特征在于，
所述气体流量控制部具备气体流量表，所述气体流量表构成为将目标冷却气体流量与某一特定的测定部位的多个不同的冷却温度分别建立关联，
所述气体流量控制部根据所述气体流量表并根据所述特定的测定部位的测定温度来确定所述目标冷却气体流量，并控制所述气体循环源以使所述冷却气体以所述目标冷却气体流量流过所述被冷却物气体流路。
6.根据权利要求5所述的超低温冷却系统，其特征在于，
所述气体流量表构成为将使所述超低温冷却系统的冷却能力最大化的最佳冷却气体流量与所述特定的测定部位的多个不同的冷却温度分别建立关联。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超低温冷却系统，其特征在于，
所述被冷却物为超导电磁体。
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