JP2001012814A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 四季の大気温度の変動に拘わらず、冷媒容器
内の冷媒液温度を所定の温度幅内に収め、冷媒容器の圧
力の変動を抑制し、冷媒の補給を不要にすること。 【解決手段】 超電導磁石等の被冷却体１０７あるいは
該被冷却体を収納している容器１１２の周りを覆ってい
るシールド板１０３を冷却する冷却装置５０において、
前記シールド板１０３を冷却する冷媒が収容され、冷凍
機５１の低温部で構成される前記冷媒の凝縮器５２が設
けられた液溜め５３内のガスの状態に応じて前記冷凍機
５１の回転数を制御する冷却装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導磁石等の被
冷却体あるいは該被冷却体を収納している容器の周りを
覆っているシールド板を冷却する冷却装置に関するもの
であって、この様な超電導磁石装置は、磁気浮上車両あ
るいは、ＭＲＩ等に利用することが出来る。

【０００２】

【従来の技術】超電導磁石等の被冷却体は、超電導状態
を維持するため、液体ヘリウムの入った容器に収納さ
れ、約４．５Ｋに冷却される。この容器は真空断熱され
ているが、幅射や伝導によって外部から熱が侵入する。
この侵入熱を小さくするために、この容器の周りを約８
０Ｋに冷却したシールド板で覆っている。

【０００３】上述したシールド板を冷却する冷却装置と
して、クライオスタット輻射シールド板の冷却装置（特
開平３−１７０５７）が開示されている。上記冷却装置
について、図５に基づき説明する。冷媒供給装置５０の
冷媒容器５３内の液体窒素等の冷媒液５４は、ポンプ５
５によって昇圧され、導管５８を通ってクライオスタッ
ト１００内の導管１０１に流入すると、真空槽１０５か
らシールド板１０３に侵入する輻射熱と支持材１０６を
伝わって導入する伝導熱を吸熱し、自らは蒸発すること
によって、シールド板１０３の温度をほぼ冷凍液５４の
温度近くに保つ。

【０００４】この結果、液体ヘリウム等の冷媒１０４が
充填してある容器１１２には、直接、真空槽１０５から
熱が侵入しないようになる。導管１０２を通って凝縮器
５２に流入した冷媒蒸気は、冷凍機５１で冷却され液体
となって、冷媒容器５３に再びもどる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の冷却装置
は、周囲の大気温度が高くなると真空槽１０５からシー
ルド板１０３に輻射熱および伝導熱として侵入する熱が
増大するので、真空槽１０５の温度はほぼ大気温に等し
く、輻射熱は真空槽の温度の４乗とシールド板の温度の
４乗の差に比例し、伝導熱は真空槽の温度とシールド板
の温度の差に比例するので、大気の温度が高くなるとシ
ールド板１０３に侵入する熱（輻射熱と伝導熱）が増大
するという問題があった。

【０００６】一方、冷凍機の所定の温度における冷凍能
力は、カルノー効率からも明らかなように、冬場では大
きく、夏場では小さい。このため、シールド以下の所定
温度において、冬季、冷凍機５１の冷凍能力とシールド
板１０３で蒸発した冷媒蒸気を再液化するために要する
冷却量とがバランスしていても、夏季になると冷凍機５
１の所定温度における冷凍能力は低下し、一方、冷媒蒸
気を再液化するのに要する冷却量は増大するので、シー
ルド板１０３で蒸発した冷媒蒸気を完全には再液化でき
なくなるという問題があった。

【０００７】このため、冷媒容器５３の圧力がどんどん
上昇し、冷媒容器５３より冷媒蒸気を大気に放出しなけ
ればならなくなり、液体窒素等の冷媒液が減少し、冷媒
液の補給が必要になる。また、冷媒容器５３の圧力が上
昇するため、冷媒の平衡温度が上昇し、シールド板１０
３の温度も上昇するので、シールド板から支持材１０８
を通って超電導磁石１０７を収納している容器１１２に
侵入する伝導熱も増大するといった悪循環が生じる。

【０００８】そこで本発明者は、超電導磁石等の被冷却
体あるいは該被冷却体を収納している容器の周りを覆っ
ているシールド板を冷却する冷却装置において、前記シ
ールド板を冷却する冷媒が収容され、冷凍機の低温部で
構成される前記冷媒の凝縮部が設けられた液溜め内のガ
スの状態に応じて冷凍機の回転数を制御するという本発
明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、
四季の大気温度の変動に拘わらず、冷媒容器内の冷媒液
温度を所定の温度幅内に収め、冷媒容器の圧力の変動を
抑制し、冷媒の補給を不要にするという目的を達成する
本発明に到達した。

【０００９】すなわち本発明は、超電導磁石等の被冷却
体あるいは該被冷却体を収納している容器の周りを覆っ
ているシールド板を冷却する冷却装置で、液体窒素等の
冷媒を介してシールド板を冷凍機で冷却する際、四季の
大気温度の変動によるシールド板の熱負荷の変動に拘わ
らず、冷媒容器内の液体窒素等の冷媒液温度を所定の温
度幅内に収め、冷媒容器の圧力が異常に上昇、降下しな
いようにし、冷媒を補給しなくても良いようにすること
を技術課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の冷却装置は、超電導磁石等の被冷却体あ
るいは該被冷却体を収納している容器の周りを覆ってい
るシールド板を冷却する冷却装置において、前記シール
ド板を冷却する冷媒が収容され、冷凍機の低温部で構成
される前記冷媒の凝縮部が設けられた液溜め内のガスの
状態に応じて冷凍機の回転数を制御するものである。

【００１１】本発明（請求項２に記載の第２発明）の冷
却装置は、前記第１発明において、前記液溜め内のガス
の圧力を検出する圧力センサーを備え、検出された前記
液溜め内のガスの圧力に応じて冷凍機の回転数を制御す
るものである。

【００１２】本発明（請求項３に記載の第３発明）の冷
却装置は、前記第２発明において、前記液溜め内のガス
の温度を検出するガス温度センサーを備え、検出された
前記液溜め内のガスの温度に応じて冷凍機の回転数を制
御するものである。

【００１３】本発明（請求項４に記載の第４発明）の冷
却装置は、前記第３発明において、前記シールド板の温
度を検出するシールド板温度センサーを備え、検出され
た前記シールド板の温度に応じて冷凍機の回転数を制御
するものである。

【００１４】本発明（請求項５に記載の第５発明）の冷
却装置は、前記第４発明において、前記液溜め内の液温
度を検出する液温度センサーを備え、検出された前記液
溜め内の液温度に応じて冷凍機の回転数を制御するもの
である。

【００１５】本発明（請求項６に記載の第６発明）の冷
却装置は、前記第５発明において、前記冷凍機の凝縮部
の温度を検出する凝縮部温度センサーを備え、検出され
た前記冷凍機の凝縮部の温度に応じて冷凍機の回転数を
制御するものである。

【００１６】本発明（請求項７に記載の第７発明）の冷
却装置は、前記第６発明において、前記容器を収容する
真空槽の温度を検出する真空槽温度センサーを備え、検
出された前記真空槽の温度に応じて冷凍機の回転数を制
御するものである。

【００１７】本発明（請求項８に記載の第８発明）の冷
却装置は、前記第７発明において、前記真空槽の周囲の
大気温度を検出する大気温度センサーを備え、検出され
た前記真空槽の周囲の大気温度に応じて冷凍機の回転数
を制御するものである。

【００１８】本発明（請求項９に記載の第９発明）の冷
却装置は、被冷却体または被冷却体を収納した容器と、
該被冷却体または該容器を覆うシールド板と、該シール
ド板を冷却する冷媒が流れる配管と、該被冷却体または
該容器、該シールド板、該配管を収納する真空槽から構
成されるクライオスタットと、該冷媒が入っている液溜
めと、該液溜めより冷媒を送り出すためのポンプと、該
ポンプから送られる冷媒が流れる配管と、前記液溜め、
前記ポンプ、前記配管を収納する真空槽から構成される
シールド板冷却装置と、前記クライオスタットと前記シ
ールド板冷却装置を結ぶ配管からなる低温装置におい
て、前記液溜めに冷凍機の低温部で構成される該冷媒の
凝縮部を設け、前記液溜めの圧力、前記液溜めの液温
度、前記液溜めのガス温度、前記液溜めの壁温、前記配
管の温度、前記シールド板の温度、前記冷凍機の凝縮部
の温度、前記真空槽の温度、前記真空槽周囲の大気温度
の内、少なくとも一つのセンサ出力を検知し、検知され
たセンサ出力に応じて前記冷凍機の回転数を制御するも
のである。

【００１９】本発明（請求項１０に記載の第１０発明）
の冷却装置は、前記第９発明において、前記液溜めと前
記冷凍機の凝縮部とを伸縮部材で結合したものである。

【００２０】本発明（請求項１１に記載の第１１発明）
の冷却装置は、前記第９発明において、前記液溜めに前
記冷凍機の低温部で構成される前記冷媒の凝縮部を設
け、前記冷凍機の常温部と前記真空槽との間を伸縮部材
で結合したものである。

【００２１】本発明（請求項１２に記載の第１２発明）
の冷却装置は、前記第９発明において、前記冷凍機を蓄
冷型冷凍機とし、前記冷凍機の蓄冷器の低温部と膨張部
の低温部の両方に凝縮部を設けたものである。

【００２２】

【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
冷却装置は、前記シールド板を冷却する冷媒が収容さ
れ、冷凍機の低温部で構成される前記冷媒の凝縮部が設
けられた前記液溜め内のガスの状態に応じて冷凍機の回
転数を制御するので、四季の大気温度の変動に拘わら
ず、冷媒容器内の冷媒液温度を所定の温度幅内に収め、
冷媒容器の圧力の変動を抑制し、冷媒の補給を不要にす
るという効果を奏する。

【００２３】上記構成より成る第２発明の冷却装置は、
前記第１発明において、前記圧力センサーによって検出
された前記液溜め内のガスの圧力に応じて冷凍機の回転
数を制御するので、前記液溜め内のガスの圧力に応じた
冷凍能力の制御を可能にするという効果を奏する。

【００２４】上記構成より成る第３発明の冷却装置は、
前記第２発明において、前記ガス温度センサーによって
検出された前記液溜め内のガスの温度に応じて冷凍機の
回転数を制御するので、前記液溜め内のガスの温度に応
じた冷凍能力の制御を可能にするという効果を奏する。

【００２５】上記構成より成る第４発明の冷却装置は、
前記第３発明において、前記シールド板温度センサーに
よって検出された前記シールド板の温度に応じて冷凍機
の回転数を制御するので、直接的に検出した前記シール
ド板への熱負荷に応じた冷凍能力の制御を可能にすると
いう効果を奏する。

【００２６】上記構成より成る第５発明の冷却装置は、
前記第４発明において、前記液温度センサーによって検
出された前記液溜め内の液温度に応じて冷凍機の回転数
を制御するので、前記液溜め内の液温度に応じた冷凍能
力の制御を可能にするという効果を奏する。

【００２７】上記構成より成る第６発明の冷却装置は、
前記第５発明において、前記凝縮部温度センサーによっ
て検出された前記冷凍機の凝縮部の温度に応じて冷凍機
の回転数を制御するので、前記冷凍機の凝縮部の温度に
応じた冷凍能力の制御を可能にするという効果を奏す
る。

【００２８】上記構成より成る第７発明の冷却装置は、
前記第６発明において、前記真空槽温度センサーによっ
て検出された前記真空槽の温度に応じて冷凍機の回転数
を制御するので、前記真空槽の温度に応じた冷凍能力の
制御を可能にするという効果を奏する。

【００２９】上記構成より成る第８発明の冷却装置は、
前記第７発明において、前記大気温度センサーによって
検出された前記真空槽の周囲の大気温度に応じて冷凍機
の回転数を制御するので、前記真空槽の周囲の大気温度
に応じた冷凍能力の制御を可能にするという効果を奏す
る。

【００３０】上記構成より成る第９発明の冷却装置は、
前記冷凍機の低温部で構成される該冷媒の凝縮部が設け
られた前記液溜めの圧力、前記液溜めの液温度、前記液
溜めのガス温度、前記液溜めの壁温、前記配管の温度、
前記シールド板の温度、前記冷凍機の凝縮部の温度、前
記真空槽の温度、前記真空槽周囲の大気温度の内、少な
くとも一つのセンサ出力を検知し、検知されたセンサ出
力に応じて前記冷凍機の回転数を制御するので、前記シ
ールド板への熱負荷に応じた冷凍能力の制御を可能にす
るため、四季の大気温度の変動に拘わらず、冷媒容器内
の冷媒液温度を所定の温度幅内に収め、冷媒容器の圧力
の変動を抑制し、冷媒の補給を不要にするという効果を
奏する。

【００３１】上記構成より成る第１０発明の冷却装置
は、前記第９発明において、前記液溜めと前記冷凍機の
凝縮部とを伸縮部材で結合したので、冷凍機の凝縮部と
常温部の間で生じる熱収縮による破損を回避することが
でき、安定して運転を続けることができるという効果を
奏する。

【００３２】上記構成より成る第１１発明の冷却装置
は、前記第９発明において、前記液溜めに前記冷凍機の
低温部で構成される前記冷媒の凝縮部を設け、前記冷凍
機の常温部と前記真空槽との間を伸縮部材で結合したの
で、冷凍機の凝縮部と常温部の間で生じる熱収縮による
破損を回避することができ、安定して運転を続けること
ができるという効果を奏する。

【００３３】上記構成より成る第１２発明の冷却装置
は、前記第９発明において、前記冷凍機を蓄冷型冷凍機
とし、前記冷凍機の蓄冷器の低温部と膨張部の低温部の
両方に凝縮部を設けたので、凝縮部の熱交換面積を増大
することができるので、液体窒素等の冷媒液の温度を所
定の温度幅内に制御することがより容易になるという効
果を奏する。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。

【００３５】（第１実施形態）本第１実施形態の冷却装
置は、図１に示されるように超電導磁石等の被冷却体１
０７あるいは該被冷却体を収納している容器１１２の周
りを覆っているシールド板１０３を冷却する冷却装置５
０において、前記シールド板１０３を冷却する冷媒が収
容され、冷凍機５１の低温部で構成される前記冷媒の凝
縮器５２が設けられた液溜め５３内のガスの状態に応じ
て前記冷凍機５１の回転数を制御するものである。

【００３６】本第１実施形態の冷却装置を適用する低温
装置は、被冷却体１０７または被冷却体を収納した容器
１１２と、該被冷却体１０７または該容器１１２を覆う
シールド板１０３と、該シールド板１０３を冷却する冷
媒が流れる配管１０１と、該被冷却体１０７または該容
器１１２、前記シールド板１０３、前記配管１０１を収
納する真空槽１０５から構成されるクライオスタット１
００と、該冷媒が入っている液溜め５３と、該液溜め５
３より冷媒を送り出すためのポンプ５５と、該ポンプ５
５から送られる冷媒が流れる配管５８と、前記液溜め５
３、前記ポンプ５５、前記配管５８を収納する真空槽５
９から構成されるシールド板冷却装置５０と、前記クラ
イオスタット１００と前記シールド板冷却装置５０を結
ぶ配管５８からなる。

【００３７】前記シールド板冷却装置５０は、液体窒素
等の冷媒液５４を貯留する前記液溜め５３と、前記冷凍
機５１と、前記ポンプ５５と、前記配管５８と、これら
を収納する前記真空槽５９からなる。

【００３８】前記冷凍機５１の低温部には前記凝縮器５
２が設けられ、該凝縮器５２は前記液溜め５３内に気密
を保って係合される。また前記冷凍機５１の常温部は同
様に前記真空槽５９に気密を保って係合される。

【００３９】前記冷凍機５１は、例えばスターリング冷
凍機であり、インバータ６１と該インバータ６１を制御
する制御装置６２により駆動される。

【００４０】前記クライオスタット１００は、超電導磁
石等の被冷却体１０７を収納した前記液体ヘリウム容器
１１２と該液体ヘリウム容器１１２を取り囲むように覆
ったシールド板１０３と、該シールド板１０３と熱的に
接触した配管１０１と、これらを収納する真空槽１０５
からなり、前記シールド板冷却装置５０とは配管５８と
配管１０２で結ばれる。

【００４１】本第１実施形態においては、前記液溜め５
３の圧力を測定する圧力センサ２０１、該液溜め５３の
液温を測定する液温度センサ２０２と、前記液溜め５３
のガス温を測定するガス温度センサ２０３と、前記液溜
め５３の壁温を測定する壁温度センサ２０４と、前記配
管５８と配管１０１と配管１０２の温度を測定する配管
温度センサ２０５と、前記シールド板１０３の温度を測
定するシールド板温度センサ２０６と、前記冷凍機５１
の前記凝縮器５２の温度を測定する凝縮器温度センサ２
０７と、前記真空槽１０５または該真空槽５９の壁温を
測定する真空槽温度センサ２０８と、前記真空槽の周囲
の大気温度を測定する大気温度センサ２０９の内、必要
な複数のセンサが設置され、その信号は制御装置６２の
制御に使用される。

【００４２】本第１実施形態においては、前記真空槽１
００，５０の外気温度が変化すると、前記真空槽１０
０，５０の温度が変化し、前記シールド板１０３および
前記液溜め５３の熱負荷が変化し、前記液溜め５３およ
び冷凍機５１内のガスの状態が変化する。

【００４３】すなわち上記ガスの状態が変化すると、シ
ールド板１０３の出口温度変化（前記配管温度センサ２
０５によって検出）および前記冷凍機５１の凝縮部５２
の温度変化（凝縮器温度センサ２０７によって検出）が
同時に変化するとともに、前記液溜め５３内の圧力が上
昇（圧力センサ２０１によって検出）すると、前記液溜
め５３内のガス温度が上昇（ガス温度センサ２０３によ
って検出）し、前記液溜め５３内の液温度が上昇（液温
度センサ２０２によって検出）し、前記液溜め５３の壁
温度が上昇（壁温度センサ２０４によって検出）する。

【００４４】したがって図８の冷凍機の制御フローに示
されるようにステップ１０１において前記液溜め５３内
のガスの状態を判定し、前記液溜め５３内のガス温度が
上昇すると、ステップ１０２において、前記冷凍機５１
の回転数を増加させる。

【００４５】前記液溜め５３内のガス温度が下降する
と、ステップ１０３において、前記冷凍機５１の回転数
を減少させる。

【００４６】前記液溜め５３内のガス温度の変化が無い
時は、ステップ１０４において、前記冷凍機５１の回転
を停止させる。

【００４７】上記構成の第１実施形態の冷却装置におい
て、前記シールド板冷却装置５０の前記液溜め５３内の
液体窒素等の冷却液５４は、前記ポンプ５５によって昇
圧され、前記配管５８を通って前記クライオスタット１
００内の前記配管１０１に流入すると、前記真空槽１０
５から前記シールド板１０３に侵入する輻射熱と支持材
１０６を伝わって侵入する伝導熱を吸熱し、自らは蒸発
することによって、前記シールド板１０３の温度をほぼ
冷媒液５４の温度近くに保つ。

【００４８】この結果、液体ヘリウム等の冷媒１０４が
充填してある容器１１２には、直接、前記真空槽１０５
から熱が侵入しないようになる。前記配管１０２を通っ
て前記凝縮器５２に流入した冷媒蒸気は、前記冷凍機５
１で冷却され液体となって、該液溜め５３に再びもど
る。

【００４９】さて、外気温が高くなると、前記シールド
板１０３へ熱侵入量が増大し、液体窒素等の冷媒５４の
蒸発量が増える。一方、冷凍機の特性として、凝縮部の
温度が高くなると冷凍能力が増えるので、蒸発量に見合
う冷凍能力を発揮するために自動的に凝縮温度が上昇す
る。これに伴い前記液溜め５３内の平衡圧力も上昇し、
前記液溜めに溜まっている冷媒５３の温度、更にシール
ド板１０３の温度も上昇する。

【００５０】すなわち、外気温の上昇によるシールド板
負荷の上昇は、該液溜め５３の圧力を測定する圧力セン
サ２０１と、前記液溜め５３の液温を測定する液温度セ
ンサ２０２と、前記液溜め５３のガス温を測定するガス
温度センサ２０３と、前記液溜め５２の壁温を測定する
壁温度センサ２０４と、前記配管５８とクライオスタッ
ト１００内の前記配管１０１と前記配管１０２の温度を
測定する配管温度センサ２０５と、前記シールド板１０
３の温度を測定するシールド板温度センサ２０６と、前
記冷凍機５１の凝縮器５２の温度を測定する凝縮器温度
センサ２０７と、前記真空槽１０５または該真空槽５９
の壁温を測定する真空槽温度センサ２０８と、前記真空
槽の周囲の大気温度を測定する大気温度センサ２０９等
の各センサの出力の変化をもたらす。

【００５１】従って、上記複数のセンサの少なくとも一
つのセンサが、出力を検知していれば、前記シールド板
１０３への熱負荷の増減が判定でき、この判定結果を基
に冷凍機制御装置６２を制御し、冷凍能力を増減させる
ことが出来るので、該冷媒５４の凝縮温度を所定温度に
保つことができるものである。

【００５２】すなわち本第１実施形態の冷却装置は、四
季の大気温度の変動に拘わらず前記シールド板１０３へ
の熱負荷の増減に応じて冷凍能力を制御して前記冷媒５
４の凝縮温度を所定温度に保つため、液体窒素等の冷媒
液の温度を所定の温度幅内に収め、冷媒容器の圧力が異
常に上昇、降下しないようにすることが可能になり、冷
媒を補給しなくても良いようにすることができるという
効果を奏する。

【００５３】（第１実施形態の第１変形例）本第１実施
形態の第１変形例の冷却装置は、図２に示されるように
前記凝縮部５２と前記液溜め５３との間を伸縮部材６３
で気密に係合する点が第１実施形態との相違点であり、
以下相違点を中心に説明する。同一部分については同一
符号を用いて説明を省略する。

【００５４】前記伸縮部材６３は、伸縮自在であって気
密に区画形成するベローズによって構成され、前記液溜
め５３のケーシングと前記冷凍機５１の凝縮器５２との
接続部に配設され、前記凝縮部５２と前記真空槽５９と
の内部とを区画する。

【００５５】本第１実施形態の第１変形例の冷却装置
は、上記構成によって、低温時の熱収縮を該伸縮部材６
３で吸収し、前記液溜め５３のケーシングと前記冷凍機
５１の凝縮器５２との接続部に過大な応力が発生するの
を押え、装置の破損を防止することが出来るという効果
を奏する。

【００５６】（第１実施形態の第２変形例）本第１実施
形態の第２変形例の冷却装置は、図３に示されるように
前記冷凍機５１の常温部と前記真空槽５９との間を伸縮
部材６４で結合する点が第１実施形態との相違点であ
り、以下相違点を中心に説明する。同一部分については
同一符号を用いて説明を省略する。

【００５７】前記伸縮部材６３は、伸縮自在であって気
密に区画形成するベローズによって構成され、前記真空
槽５９のケーシングと前記冷凍機５１の常温部の接続部
に配設され、前記真空槽５９の内部と外部とを区画す
る。

【００５８】本第１実施形態の第２変形例の冷却装置
は、上記構成によって、低温時の熱収縮を該伸縮部材６
４で吸収し、前記真空槽５９のケーシングと前記冷凍機
５１の常温部の接続部に過大な応力が発生するのを押
え、装置の破損を防止することが出来るという効果を奏
する。

【００５９】（第１実施形態の第３変形例）本第１実施
形態の第３変形例の冷却装置は、図４に示されるように
液溜め５３に設けられる冷凍機５１を蓄冷型冷凍機と
し、該冷凍機５１の蓄冷器の低温部と膨張部の両方に凝
縮部５２を設けた点が第１実施形態との相違点であり、
以下相違点を中心に説明する。同一部分については同一
符号を用いて説明を省略する。

【００６０】前記冷凍機５１の蓄冷器の前記低温部と膨
張部の両方に形成された前記凝縮部５２と前記液溜め５
３のケーシングとの接続部に伸縮自在であって気密に区
画形成するベローズによって構成された伸縮部材６３が
配設され、前記凝縮部５２と前記真空槽５９との内部と
を区画する。

【００６１】本第１実施形態の第３変形例の冷却装置
は、上記構成によって、前記冷凍機５１の蓄冷器の前記
低温部と膨張部の両方に前記凝縮部５２が形成されてい
るため、前記凝縮部５２の熱交換面積を増大することが
できるので、液体窒素等の冷媒液の温度を所定の温度幅
内に制御することがより容易になるという効果を奏す
る。

【００６２】また本第１実施形態の第３変形例の冷却装
置は、低温時の熱収縮を該伸縮部材６３で吸収し、前記
液溜め５３のケーシングと前記冷凍機５１の凝縮器５２
との接続部に過大な応力が発生するのを押え、装置の破
損を防止することが出来るという効果を奏する。

【００６３】（第２実施形態）本第２実施形態の冷却装
置は、図５に示されるようにシールド板冷却装置５０か
ら冷凍機５１および凝縮器５２を分離独立させた点が相
違点であり、以下相違点を中心に説明する。同一部分に
ついては同一符号を用いて説明を省略する。

【００６４】シールド板冷却装置５０から分離独立され
た前記冷凍機５１および前記凝縮器５２は、配管１０９
で接続される。

【００６５】前記凝縮器５２は、真空槽６５によって包
囲される。前記配管１０２の温度を測定する配管温度セ
ンサ２０５と、前記冷凍機５１の凝縮器５２の温度を測
定する凝縮器温度センサ２０７とが前記真空槽６５内に
配設される。

【００６６】本第２実施形態の冷却装置は、構成要素の
配置を変更するものであって、基本構成は同様であるの
で、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。

【００６７】（第３実施形態）本第３実施形態の冷却装
置は、図６に示されるようにクライオスタット１００が
超電導磁石１０７等の被冷却体を収納した容器１１２
と、該容器１１２を覆うシールド板１０３と、該シール
ド板１０３を冷却する冷媒が流れる配管１０１と、該容
器１１２の上方に位置し、該シールド板１０３を冷却す
る冷媒５４を溜めた液溜め５３と、該液溜め５３に気密
を保って契合される冷凍機５１と、該冷凍機５１の低温
部からなる凝縮器５２と、前記液溜め５３と前記配管１
０１を結ぶ配管５８と配管１０２と、これらを収納する
真空槽１０５から構成される。

【００６８】前記冷凍機５１は、例えばスターリング冷
凍機であり、インバータ６１と該インバータ６１を制御
する制御装置６２により駆動される。

【００６９】更には前記液溜め５３の圧力を測定する圧
力センサ２０１と、前記液溜め５３の液温を測定する液
温度センサ２０２と、前記液溜め５３のガス温を測定す
るガス温度センサ２０３と、前記液溜め５３の壁温を測
定する壁温度センサ２０４と、配管５８と配管１０１と
配管１０２の温度を測定する配管温度センサ２０５と、
前記シールド板１０３の温度を測定するシールド板温度
センサ２０６と、前記冷凍機５１の凝縮部５２の温度を
測定する凝縮部温度センサ２０７と、前記真空槽１０５
の壁温を測定する真空槽温度センサ２０８と、前記真空
槽の周囲の大気温度を測定する大気温度センサ２０９の
内、必要な複数のセンサが配置され、その信号は制御装
置６２の制御に使用される。

【００７０】上記構成より成る第３実施形態において
は、前記液溜め５３の冷媒５４は重力により前記配管５
８を通って前記シールド板１０３を冷却する配管１０１
に流れ込み、真空槽１０５からシールド板１０３に侵入
する輻射熱と支持材１０６を伝わって侵入する伝導熱を
吸熱し、自らは蒸発することによって、シールド板１０
３の温度をほぼ冷媒液５４の温度近くに保つ。

【００７１】この結果、液体ヘリウム等の冷媒１０４が
充填してある容器１１２には、直接、真空槽１０５から
熱が侵入しないようになる。配管１０２を通って凝縮器
５２に流入した冷媒蒸気は、前記冷凍機５１で冷却され
液体となって、前記液溜め５３に再びもどる。

【００７２】本第３実施形態の冷却装置は、前記第１実
施形態と同様の作用および効果を奏するとともに、前記
冷媒液５４を重力を利用して自然落下させて用いるため
冷媒液５４を供給するためのポンプを不要にするため、
制御をシンプルにして、コストダウンを可能にするとい
う効果を奏する。

【００７３】（第３実施形態の変形例）本第３実施形態
の変形例の冷却装置は、図７に示されるように冷凍機５
１をクライオスタット１００から分離して、該冷凍機５
１の低温部からなる凝縮器５２を液溜め５３より上方に
なるように配置し、該凝縮器５２と該液溜め５３を配管
６６と配管６７で結んだ点が相違点であり、以下相違点
を中心に説明し、同一部分には同一符号を用いて説明を
省略する。

【００７４】本変形例によれば、前記シールド板１０３
を冷却した冷媒ガスは配管１０２を通って前記液溜め５
３にもどる。該液溜め内の冷媒ガスは前記配管６６を通
って該凝縮器５２に流入し、液化した冷媒は前記配管６
７を通って前記液溜め５３に戻る。

【００７５】本変形例は、上述した前記第１実施例と同
様の作用および効果を奏するとともに、前記第３実施形
態と同様に前記冷媒液５４を重力を利用して自然落下さ
せて用いるため冷媒液５４を供給するためのポンプを不
要にするため、制御をシンプルにして、コストダウンを
可能にするという効果を奏する。

【００７６】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態装置を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態の第１変形例装置を示す
断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態の第２変形例装置を示す
断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態の第３変形例装置を示す
断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態装置および従来装置を示
す断面図である。

【図６】本発明の第３実施形態装置を示す断面図であ
る。

【図７】本第３実施形態の変形例装置を示す断面図であ
る。

【図８】本発明の各実施形態における冷凍機の回転数制
御フローをを示すチャート図である。

【符号の説明】

５０ 冷却装置 ５１ 冷凍機 ５２ 凝縮器 ５３ 液溜め １０３ シールド板 １０７ 被冷却体 １１２ 容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三澤 秀雄 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 三ツ本 隆 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 天野 俊之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4M114 AA02 AA31 BB01 BB04 CC03 CC13 CC16 CC18 DA02 DA07 DA09 DA10 DA12 DA32 DA45 DA47

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導磁石等の被冷却体あるいは該被冷
   却体を収納している容器の周りを覆っているシールド板
   を冷却する冷却装置において、 前記シールド板を冷却する冷媒が収容され、冷凍機の低
   温部で構成される前記冷媒の凝縮部が設けられた液溜め
   内のガスの状態に応じて冷凍機の回転数を制御すること
   を特徴とした冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記液溜め内のガスの圧力を検出する圧力センサーを備
   え、検出された前記液溜め内のガスの圧力に応じて冷凍
   機の回転数を制御することを特徴とした冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記液溜め内のガスの温度を検出するガス温度センサー
   を備え、検出された前記液溜め内のガスの温度に応じて
   冷凍機の回転数を制御することを特徴とした冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記シールド板の温度を検出するシールド板温度センサ
   ーを備え、検出された前記シールド板の温度に応じて冷
   凍機の回転数を制御することを特徴とした冷却装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記液溜め内の液温度を検出する液温度センサーを備
   え、検出された前記液溜め内の液温度に応じて冷凍機の
   回転数を制御することを特徴とした冷却装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記冷凍機の凝縮部の温度を検出する凝縮部温度センサ
   ーを備え、検出された前記冷凍機の凝縮部の温度に応じ
   て冷凍機の回転数を制御することを特徴とした冷却装
   置。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記容器を収容する真空槽の温度を検出する真空槽温度
   センサーを備え、検出された前記真空槽の温度に応じて
   冷凍機の回転数を制御することを特徴とした冷却装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記真空槽の周囲の大気温度を検出する大気温度センサ
   ーを備え、検出された前記真空槽の周囲の大気温度に応
   じて冷凍機の回転数を制御することを特徴とした冷却装
   置。
9. 【請求項９】 被冷却体または被冷却体を収納した容器
   と、該被冷却体または該容器を覆うシールド板と、該シ
   ールド板を冷却する冷媒が流れる配管と、該被冷却体ま
   たは該容器、該シールド板、該配管を収納する真空槽か
   ら構成されるクライオスタットと、該冷媒が入っている
   液溜めと、該液溜めより冷媒を送り出すためのポンプ
   と、該ポンプから送られる冷媒が流れる配管と、前記液
   溜め、前記ポンプ、前記配管を収納する真空槽から構成
   されるシールド板冷却装置と、前記クライオスタットと
   前記シールド板冷却装置を結ぶ配管からなる低温装置に
   おいて、 前記液溜めに冷凍機の低温部で構成される該冷媒の凝縮
   部を設け、 前記液溜めの圧力、前記液溜めの液温度、前記液溜めの
   ガス温度、前記液溜めの壁温、前記配管の温度、前記シ
   ールド板の温度、前記冷凍機の凝縮部の温度、前記真空
   槽の温度、前記真空槽周囲の大気温度の内、少なくとも
   一つのセンサ出力を検知し、検知されたセンサ出力に応
   じて前記冷凍機の回転数を制御することを特徴とした冷
   却装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記液溜めと前記冷凍機の凝縮部とを伸縮部材で結合し
    たことを特徴とする冷却装置。
11. 【請求項１１】 請求項９において、 前記液溜めに前記冷凍機の低温部で構成される前記冷媒
    の凝縮部を設け、前記冷凍機の常温部と前記真空槽との
    間を伸縮部材で結合したことを特徴とする冷却装置。
12. 【請求項１２】 請求項９において、 前記冷凍機を蓄冷型冷凍機とし、前記冷凍機の蓄冷器の
    低温部と膨張部の低温部の両方に凝縮部を設けたことを
    特徴とする冷却装置。