JP2008116171A - ガス伝熱装置とこれを用いた超電導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導コイルと冷凍機の温度差を十分小さくできるガス伝熱装置とこれを用いた超電導装置を提供する。
【解決手段】冷却源２と被冷却物１を連続した配管９の異なる部分で熱的に接続し、このガス配管９にガスを流すことで、前記被冷却物１からの熱を前記冷却源２に運ぶガス伝熱装置であって、配管９を前記冷却源２と前記被冷却物１の間で複数回往復させているので、被冷却物１と冷却源２の温度差を十分小さくできるガス伝熱装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は超電導磁石などを効率的に冷却するガス伝熱装置とこれを用いた超電導装置に関する。

一般に、超電導磁石は超電導転移温度以下の極低温に冷却する必要があるため、液体ヘリウム等の寒剤か極低温冷凍機を用いて冷却されている。前者の液体ヘリウム等の寒剤を用いる場合、極低温の液体を扱う難しさがある。例えば液体ヘリウム温度の空間に空気が入り込むと固化してしまい、配管などを閉塞する場合がある。その結果、液体ヘリウム容器が密閉され、その中で液体ヘリウムが蒸発すると内圧が異常に高くなる。液体ヘリウムと室温のヘリウムガスでは７００倍の密度差があり、極端な場合７００気圧まで内圧が上昇することになり、破裂の危険がある。また液体ヘリウムを供給する配管に大きな熱侵入があると液体ヘリウムが蒸発してしまい、最悪の場合は全く供給できなくなる場合がある。しかも液体ヘリウムは高価であり、冷却コストも大きい。

これに比べ後者の極低温冷凍機を用いる場合は、操作が簡単で安全性に優れ、コストも低減できることから、近年では冷凍機冷却方式の超電導磁石が多く採用されるようになってきている。特に、小型冷凍機の開発により小型の超電導磁石では冷凍機冷却方式が主流となってきている。この冷凍機冷却超電導磁石の概要については非特許文献１に開示されている。

冷凍機冷却方式の超電導磁石は図１５に示すような構成が一般的である。すなわち、冷凍機冷却方式の超電導磁石において、超電導コイル１は２段ＧＭ（Gifford McMahon）冷凍機２の２段冷却ステージ２ｂと伝熱板３で熱的に接続され、伝導冷却されている。また超電導コイル１の外側には熱侵入を低減するために熱シールド板４が設けられている。この熱シールド板４は２段ＧＭ冷凍機２の１段冷却ステージ２ａと熱的に接続されており、伝導冷却される。また超電導コイル１と熱シールド板４は真空容器５中に置かれ、真空断熱されている。

しかし、この冷凍機冷却方式では、超電導コイル１と２段ＧＭ冷凍機２の間を伝熱板３で冷却しているため、超電導コイル１と２段ＧＭ冷凍機２の間で温度差が生じてしまう。これは液体ヘリウム冷却の場合には超電導コイルが直接液体ヘリウムで冷却されるためにこれまでは特段課題とされてこなかった。

ところが、上述した課題は大型の超電導磁石の場合ではより深刻になる。すなわち、超電導コイルが大きいために伝熱距離が長くなるうえ、冷凍機への磁場の影響を低減するために、冷凍機を超電導コイルから離す必要があり、そうすると伝熱距離がさらに長くなる。これにより温度差は伝熱距離に比例して大きくなるため、電力応用などで交流通電を行う超電導コイルではさらに大きな発熱があり、伝熱量が従来の１００倍以上になる場合もある。この結果、温度差は伝熱量に比例してさらに大きくなる。冷凍機と超電導コイルの温度差が大きくなると、超電導コイルを臨界温度以下に冷却するために冷凍機温度を下げる必要がある。

冷凍機温度を下げることは冷凍機の入力を増やすことになるのでシステムとしての効率を低下させることになる。極端な場合には冷凍機温度を０Ｋまで下げても超電導コイルを臨界温度以下に冷却できなくなり、システムとして成立しなくなる。したがって、超電導コイルと冷凍機の温度差を小さくする伝熱システムが必要になる。

冷凍機と超電導コイルとの間の長距離冷却方法の一つとして、ガス循環による伝熱が提案されている。この冷却方法は冷凍機と超電導コイルの間にガス循環配管を設け、冷凍機で冷却したガスを超電導コイルまで送り超電導コイルを冷却する方法である。この具体的な冷却方法を図１１に示す。図１１に示すようにヘリウムガスは２段ＧＭ冷凍機２の２段冷却ステージ２ｂに取り付けられた熱交換部（銅ブロック）１０ａに巻き付けた配管壁を介して冷却され、ガス循環配管６を通って超電導コイル部に運ばれ超電導コイル１に取り付けられた熱交換部（銅ブロック）１０ｂに巻き付けられた配管壁を介して超電導コイル１を冷却する。ここで、７ａ，７ｂは熱交換器、８はコンプレッサーである。

このようなガス循環冷却装置は、例えば特許文献１に開示されている。この冷却装置２０は、図１６に示すように真空容器２１と、ＧＭ冷凍機２３と、循環ポンプ２５と、熱交換器２６と、ヘリウムガス配管２７と、熱輻射シールド板２２により構成されている。循環ポンプ２５は熱交換器２６およびヘリウムガス配管２７内にヘリウムガスを循環させる。熱交換器２６は、ヘリウムガス配管２７に送られるヘリウムガスを効率的に冷却する。ヘリウムガス配管２７とＧＭ冷凍機２３のコールドヘッド２４との間の熱接触部２８において冷却されたヘリウムガスがヘリウムガス配管２７と熱輻射シールド板２２との間の熱接触部２９で熱輻射シールド板２２を冷却する。

図１１の冷却系における超電導コイル１と２段ＧＭ冷凍機２の温度差を検討する。２段ＧＭ冷凍機２とガスの間にはガスの流れによる熱伝達率と伝熱面積で決まる温度差が生じる。この温度差は熱交換部の伝熱面積を大きくしたり、ガスの流速を速くしたりすることである程度小さくすることが可能である。次に、冷凍機部のガスが超電導コイル部に運ばれる間の温度上昇を検討する。これも熱侵入が無視できる程度に低減できれば、冷凍機部のガスと超電導コイル部のガスの温度はほぼ等しいとみなせる。最後に超電導コイル部の熱交換部でガスにより超電導コイルを冷却することを検討する。まず、超電導コイル内部の伝熱が十分に良く、超電導コイル温度は一様になっていると仮定する。一方、ガス温度は超電導コイルから熱をもらうことで温度上昇するため、ガス入口とガス出口での温度差は伝熱量に比例して決まる。ここで、超電導コイルからガスへの熱は超電導コイルとガスとの温度差により運ばれるためガス温度は超電導コイル温度より常に低くなければならず、最も高いガス出口温度よりも超電導コイル温度は高い。一方で、冷凍機温度はガス入口温度よりも低い。したがって、ガス出口温度とガス入口温度に温度差があると、超電導コイルと冷凍機の温度差も大きくなる。この問題はガス流量を大きくすることである程度解決できる。ガス流量を増やすと単位時間当たりに流れるガスの熱容量が大きくなり、ガス入口とガス出口の温度差が小さくなる。図１２に伝熱量が１０Wの場合のヘリウムガス流量と温度上昇の関係を示す。

図１１のガス循環冷却装置では、室温部にガス循環用のコンプレッサー８を配置しているため熱交換器７ａ、７ｂが必要になる。もし熱交換器が無いと、室温のガスが直接冷凍機の熱交換部に入り、冷凍機の温度まで冷却しなければならないため、実際に超電導コイルの冷却に使われる以上の冷凍能力が必要になる。また超電導コイルから出てくるガスも超電導コイル温度程度の冷たいガスであるため例えばコンプレッサー８のガスケットを凍らせ、ガス漏れを起こしたりする。ここで、効率が１００％の理想的な熱交換器があれば、冷凍機への余分な熱負荷はなくなるが、実際の熱交換器は僅かながら非効率分がある。例えば１０Ｗの伝熱量を２段のＧＭ冷凍機で冷却する場合を検討すると、１段熱交換器７ａの効率を９２％、２段熱交換器７ｂの効率を９４％とし、１段冷却ステージ２ａの温度変化を考慮すると２段冷却ステージ２ｂへの熱負荷は図１３に示すようになる。流量が増加すると１０Ｗの伝熱量に上乗せされている熱交換器の非効率分が増加している。この熱負荷増により冷凍機の温度が上昇する。図１４は冷凍機の２段冷却ステージ温度と図１２のガス入口出口の温度差を含めた超電導コイル温度を示している。流量が少ないほど冷凍機温度は下がるが、先に述べたガス入口と出口の温度差に起因する、超電導コイルと冷凍機の温度差が大きくなり、超電導コイル温度は高くなる。一方で流量を増やすとこの温度差は小さくなるが、熱交換器の非効率分による熱負荷が増加し冷凍機温度が上昇してしまう。そのため最適な流量が存在し、超電導コイル温度に下限が存在する。図１４では流量0.5×10^-3 [kg/s]の場合に超電導コイル温度は最低値の１４．４Ｋとなる。ここで、冷凍機の冷凍能力だけで考えると１０Ｗの熱負荷では９．０Ｋまで冷却可能であり、このシステムでは超電導コイル温度が５．４Ｋも高くなってしまう。超電導コイル温度が高くなることは超電導コイルの安定性が低下するため、実際には冷凍能力の大きな冷凍機を用意し冷凍機温度を下げ、超電導コイル温度を下げる。このためシステムとしては消費電力が大きくなるという問題がある。
低温工学 Vol. 37 No. 1 (2002) p18-26 特開平１０−３１１６１８号公報

上述したガス循環系においては、ガス流量が多いと、熱交換器の非効率分による熱負荷増により冷凍機温度が高くなり、超電導コイル温度が高くなる。一方で、ガス流量が少ないとガス入口とガス出口の温度差が大きくなるため、超電導コイルと冷凍機の温度差が大きくなり超電導コイル温度が高くなる。したがって、ガス流量に最適値があり、超電導コイル温度にも下限がある。この温度は伝熱量と冷凍機の能力から期待される超電導コイル温度よりも無視できない程高く、冷却システムの消費電力が大きくなる。

本発明は上述した消費電力の増大という課題を解決するためになされたものであり、超電導コイルと冷凍機の温度差を十分小さくできるガス伝熱装置とこれを用いた超電導装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、冷却源と被冷却物を連続したガス配管の異なる部分で熱的に接続し、このガス配管にガスを流すことで前記被冷却物からの熱を前記冷却源に運ぶガス伝熱装置であって、前記ガス配管を前記冷却源と前記被冷却物との間で複数回往復させたことを特徴とする。

また、本発明の超電導装置は、冷却源と被冷却物の間を複数回往復するガス配管と、このガス配管の中にガスを循環させるコンプレッサーと、前記ガス配管の室温部と低温部の間に設けられた熱交換器と、前記被冷却物を内包する真空断熱容器とから構成されることを特徴とする。

本発明によると、超電導コイルと冷凍機の温度差を十分小さくできるガス伝熱装置とこれを用いた超電導装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態のガス伝熱装置とこれを用いた超電導装置を図を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態であるガス伝熱装置の構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の配管の巻回部分を模式的に説明するための平面図である。なお、（ｂ）では巻回部分の構成を模式的に示すため、配管を２回巻回した部分のみを示している。

図１に示すように、本実施形態のガス伝熱装置は、超電導コイル１と、この超電導コイル１を冷却するための２段ＧＭ冷凍機２と、超電導コイル１と２段ＧＭ冷凍機２の間に設けられた伝熱のための配管９と、この配管９中にガスを循環するための室温部に置かれたコンプレッサー８と、配管９の室温部と低温部との間に設けられた熱交換器７ａ，７ｂと、超電導コイル１への熱侵入を低減するための熱シールド板４と、超電導コイル１と熱シールド板４を内包する断熱真空のための真空容器５とから構成されている。ここで、１０ａは２段ＧＭ冷凍機側の伝熱板（熱交換部）、１０ｂは超電導コイル側の伝熱板（熱交換部）（図１（ｂ）の斜線部分に相当し、図１（ａ）では破線で表示した。）であり、また、超電導コイル１と２段ＧＭ冷凍機２の間に設けられた伝熱のための配管９は、超電導コイル１と２段ＧＭ冷凍機２の間を複数回往復するように巻かれたマルチ配管になっている。

本実施形態のガス伝熱装置は上記したように構成されているので、コンプレッサー８で圧縮されたガスは、１段熱交換器７ａで冷却された後、２段ＧＭ冷凍機２の１段冷却ステージ２ａで冷却され、さらに２段熱交換器７ｂで冷却された後、２段ＧＭ冷凍機２の２段冷却ステージ２ｂで冷却される。この冷却されたヘリウムガスが２段冷却ステージ２ｂ側の配管出口a1から超電導コイル１側の配管入口ｂ1へ流れ超電導コイル１を冷却し、超電導コイル１側の配管出口c1から２段冷却ステージ２ｂ側の配管入口d1へ帰る。このガスが次の２段冷却ステージ２ｂで再度冷却され配管出口a2から超電導コイル側の配管入口b2へ流れ超電導コイル１を冷却し、超電導コイル１側の配管出口c2から２段冷却ステージ２ｂ側の配管入口d2へ帰る。これを繰り返すことで同じガスが何度も循環し超電導コイル１から２段ＧＭ冷凍機２へ熱を運ぶ。最後に２つの熱交換器７ｂ、７ａを順次通って次に入ってくるガスを冷却し、コンプレッサー８に戻る。ガス循環部分を外部から見るとガスの流量が往復した回数倍に増加したのと同じ効果がある。一方で熱交換器の部分を流れるガスの流量は１回分の流量であるので、低温部分で循環している有効ガス流量に比べて非常に小さくなる。

本実施形態において、前記課題で述べたと同様に流量と超電導コイル温度の関係を求めたものを図２に示した。この図２から最適値での超電導コイルと冷凍機の間の温度差が明らかに小さくなることが分かる。流量0.5×10^-3 [kg/s]の場合に超電導コイル温度は最小となり、１０．４Ｋとなる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態であるガス伝熱装置の構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の配管の巻回部分を模式的に説明するための平面図である。

本実施形態のガス伝熱装置が、図１の第１の実施形態のガス伝熱装置と異なる構成は、１台の２段ＧＭ冷凍機２で複数の超電導コイル（図では２つの超電導コイル）１を冷却するように構成されている点である。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるので、同一構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態では1台の２段ＧＭ冷凍機２の２段冷却ステージ２ｂと複数の超電導コイル１とが熱シールド板４に囲まれ、この熱シールド板４を真空容器５内に収納されている構成に特徴を有する。

本実施形態によると、冷凍機から出たガス配管が必ずしも同一の超電導コイルに行く必要はなく、マルチ配管９を用いることで、１台の２段ＧＭ冷凍機２によって複数の超電導コイル１を冷却することができる。例えば、単結晶引き上げ装置などのスプリットコイルを備えた装置で用いられる。

（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態の構成図であり、図１に示した第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態のガス伝熱装置では、高温超電導コイルで用いられるパンケーキコイルをスタックして１つの超電導コイルを構成するとともに、マルチ配管９の一つ一つを各パンケーキコイルに分配する構成とする。
これにより、１台の２段ＧＭ冷凍機で複数の超電導コイルを均一に冷却することができる。

（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態のガス伝熱装置の構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の配管の巻回部分を模式的に説明するための平面図である。

図５に示すように、本実施形態のガス伝熱装置が、図１の第１の実施形態のガス伝熱装置と異なる構成は、複数台の２段ＧＭ冷凍機（図では２つの２段ＧＭ冷凍機）２で１つの超電導コイル１を冷却するようにした点である。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるので、同一構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。
本実施形態によると、特に大型の超電導コイルの冷却に小型冷凍機を複数個使用することで対応できるので、設計及び経済的にも極めて有用である。

（第５の実施形態）
図６は本発明の第５の実施形態のガス伝熱装置における超電導コイルと配管との取り付けを示す構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＺ部分の斜視図である。また、本実施形態が上記第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図６に示すように、本実施形態では、超電導コイル１に伝熱板１１を貼り付け、この伝熱板１１を配管９に取り付けている。この場合、伝熱板１１による温度差は伝熱板が非常に短くなるので問題にならない。なお、図６（ｂ）では超電導コイル１の下側に貼り付けられた伝熱板１１の図示を省略している。

一般的に、配管を超電導コイルに直接取り付けることは配管の形状やフレキシビリティから簡単ではないが、本実施形態のように超電導コイル１に伝熱板１１を貼り付け、この伝熱板１１を配管９に取り付ける方法を用いると、容易に両者をつなぐことが可能となる。

（第６の実施形態）
図７は本発明の第６の実施形態のガス伝熱装置におけるマルチ配管の斜視図であり、上記第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態では、マルチ配管９の超電導コイルとの熱交換部に伝熱板１０ｂを設け、冷凍機との熱交換部に伝熱板１０ａを設けて、この伝熱板１０ｂ，１０ａにマルチ配管９を固定する。これによりマルチ配管９は一体物として取り扱いやすくなる。なお、伝熱板１０ｂ，１０ａは、熱伝導率の高い銅を用い、配管が通る半円筒状の窪みのある２枚の銅板１２を合せたものを用いたが、配管が通る孔のある1枚の銅板を用いてもよい。また、銅に代えて、熱伝導率の高い物質、例えばアルミニウムを用いてもよい。

マルチ配管は多数の配管を巻きまわしているため、巻ほぐれた場合には取り扱いが面倒であるが、本実施形態のように、マルチ配管を伝熱板に固定することで一体物とすると、取り扱いやすくなるという利点がある。

（第７の実施形態）
図８は本発明の第７の実施形態のガス伝熱装置における超電導コイルとマルチ配管との取り付け部分を示す構成図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＺ部分の配管を束ねた状態の斜視図である。なお、本実施形態が第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図８に示すように、本実施形態では冷凍機側の伝熱板１０ａから超電導コイルの伝熱板１０ｂへ行く配管と、超電導コイルの伝熱板１０ｂから冷凍機側の伝熱板１０ａに戻る配管をそれぞれ束ね体１３で束ねたものである。

マルチ配管９は、多数の配管を往復させるため中間部分で配管を束ねた方が扱いやすい。しかし、この場合、行く配管と戻る配管の間で熱交換すると冷却効率が低下することになるので、それを防止するために、行きの配管と戻りの配管をそれぞれ束ね体１３で束ねるようにしたものである。

（第８の実施形態）
図９は本発明の第８の実施形態のガス伝熱装置における超電導コイルとマルチ配管との取り付け部分を示す構成図であり、同図（ａ）と同図（ｂ）はそれぞれ異なる実施形態の平面図である。なお、本実施形態が第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図９（ａ）は本実施形態の平面図であり、マルチ配管９を超電導コイル１に巻きつける場合に最も単純な構成であり、製造工程も簡単であるという利点がある。しかし、この構成ではガス配管９のガス入口９ａとガス出口９ｂが接近しているためここで熱交換が行われると、冷却効率が低下することが考えられる。

図９（ｂ）は他の本実施形態の平面図であり、ガス配管９のガス入口９ａとガス出口９ｂが離れるように超電導コイル１に半周ずつガス配管９を這わせて元に帰る構成としたものである。

本実施形態によると、ガス配管９のガス入口９ａとガス出口９ｂが離れるので、ここでの熱交換が行われることを防止でき、冷却効率の低下を抑制することができる。

（第９の実施形態）
図１０は本発明の第９の実施形態のガス伝熱装置の概略構成図であり、本実施形態が第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態では、超電導コイル１の周辺でのみガス配管９を巻回しているので、超電導コイル１と２段ＧＭ冷凍機２の間の温度差低減には寄与しない。しかし、均熱板１４で熱交換することにより超電導コイル１部でのガス入口とガス出口の温度差は小さくなる。これは超電導コイル内での温度差を小さくすることになり、超電導コイルの冷却歪を小さくすることで超電導コイルの劣化を抑える効果がある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形を採ることができる。また、複数の実施形態における特徴を任意に組み合わせて、例えば上述の第１の実施形態（図１）に第５の実施形態（図６）で説明した超電導コイルに伝熱板を貼付け設置する構成を適用してもよい。

また、以上述べた各実施形態では、冷却源として冷凍機を用いているが、冷凍機の代りに液体ヘリウム等の寒剤を用いても良いことは明らかである。また被冷却物として超電導コイルを用いて説明しているが、被冷却物が赤外線センサやSQUID（超電導磁束量子干渉計：Superconducting QUantum Interference Device）などであっても良い。また配管に流すガスはヘリウムガスに限定されるものでなく、水素、ネオン、窒素などのガスを用いることもできる。また冷却配管の材質はステンレス、銅、アルミニウムのいずれでもかまわない。さらに、各図において示した配管９の巻回し形状は一例として示したものであり、本発明はこの形状に限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態のガス伝熱装置の構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の配管の巻回部分を説明するための平面図。 図１の実施形態におけるガス流量と超電導コイル温度の関係を示す図。 本発明の第２の実施形態のガス伝熱装置の構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の配管の巻回部分を説明するための平面図。 本発明の第２の実施形態のガス伝熱装置の別の構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の配管の巻回部分を説明するための平面図。 本発明の第３の実施形態のガス伝熱装置の構成図であり、同図（ａ）は概略側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の配管の巻回部分を説明するための平面図。 本発明の第４の実施形態であるガス伝熱装置における超電導コイルとガス配管との取り付けを示す構成図。 本発明の第５の実施形態のガス伝熱装置におけるマルチ配管の斜視図。 本発明の第６の実施形態のガス伝熱装置における超電導コイルとマルチ配管との取り付けを示す構成図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のZ部分の配管を束ねた状態の斜視図。 本発明の第７の実施形態のガス伝熱装置における超電導コイルとマルチ配管との取り付けを示す構成図であり、同図（ａ）と同図（ｂ）はそれぞれ異なる実施形態の平面図。 本発明の第８の実施形態のガス伝熱装置の概略構成図。 従来のガス循環冷却装置の概略構成図。 ヘリウムガス流量とガス温度上昇の関係を示す図。 ガス流量と２段冷却ステージへの熱負荷の関係を示す図。 ガス流量と冷凍機温度及び超電導コイル温度の関係を示す図。 従来の冷凍機冷却方法の超電導磁石の概略構成図。 従来の他の冷凍機冷却方法の超電導磁石の概略構成図。

符号の説明

１…超電導コイル、２…２段ＧＭ冷凍機、２ａ…１段冷却ステージ、２ｂ…２段冷却ステージ、３…伝熱板、４…熱シールド板、５…真空容器、６…ガス循環配管、７ａ…１段熱交換器、７ｂ…２段熱交換器、８…コンプレッサー、９…配管、１０ａ…冷凍機側伝熱板（熱交換部）、１０ｂ…超電導コイル側伝熱板（熱交換部）、１１…伝熱板、１２…銅板、１３…束ね体、１４…均熱板、２０…極低温装置、２１…真空容器、２２…熱輻射シールド板、２３…ＧＭ冷凍機、２４…コールドヘッド、２５…循環ポンプ、２５…循環ポンプ、２６…熱交換器、２７…ヘリウムガス配管、２８，２９…熱接触部。

Claims (14)

1. 冷却源と被冷却物を連続したガス配管の異なる部分で熱的に接続し、このガス配管にガスを流すことで前記被冷却物からの熱を前記冷却源に運ぶガス伝熱装置であって、前記ガス配管を前記冷却源と前記被冷却物との間で複数回往復させたことを特徴とするガス伝熱装置。
2. 前記冷却源が極低温冷凍機であることを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置。
3. 前記被冷却物が超電導コイルであることを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置
4. 前記被冷却物が複数個あり、前記ガス配管内のガスが流れる方向に前記冷却源と前記複数の被冷却物を交互に熱的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置。
5. 前記複数の被冷却物は積層されたパンケーキコイルの各要素コイルであることを特徴とする請求項４に記載のガス伝熱装置
6. 前記冷却源が複数個あり、前記ガス配管内のガスが流れる方向に前記複数の冷却源と前記被冷却物を交互に熱的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置。
7. 前記パンケーキコイルの積層面に伝熱板を挟み込み、当該伝熱板と前記ガス配管とを熱的に接続したことを特徴とする請求項５に記載のガス伝熱装置。
8. 前記ガス配管の、前記冷却源に熱的に接続される複数の部分を、銅またはアルミニウムからなる伝熱板で一体化したことを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置。
9. 前記ガス配管の、前記被冷却源に熱的に接続される複数の部分を、銅またはアルミニウムからなる伝熱板で一体化したことを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置。
10. 前記ガス配管のうち前記冷却源から前記被冷却物に向かう複数の配管部分と前記被冷却物から前記冷却源へ向かう複数の配管部分を別々に束ねたことを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置。
11. 前記ガス配管と前記被冷却物が熱的に接続されている部分において、前記ガス配管のガス入口とガス出口の位置が接近しないように配置したことを特徴とする請求項１に記載のガス伝熱装置。
12. 前記ガス配管は前記被冷却物のほぼ半周分を熱的に接続した後折り返して前記被冷却物と熱的に接続しないで冷却源に戻し、他のガス配管で前記被冷却物の残りのほぼ半周分を熱的に接続した後折り返して前記被冷却物と熱的に接続しないで冷却源に戻した構成であることを特徴とする請求項１１に記載のガス伝熱装置。
13. 冷却源と被冷却物を連続したガス配管の異なる部分で熱的に接続し、この配管内部にガスを流すことで前記被冷却物からの熱を前記冷却源に運ぶガス伝熱装置であって、前記ガス配管の前記被冷却物に近い部分に冷却ステージを設け、この冷却ステージと前記被冷却物との間で前記ガス配管を複数回往復させたことを特徴とするガス伝熱装置。
14. 冷却源と、被冷却物と、前記冷却源と前記被冷却物の間を複数回往復するガス配管と、前記ガス配管の中にガスを循環させるコンプレッサーと、前記ガス配管の室温部と低温部の間に設けられた熱交換器と、前記被冷却物を内包する真空断熱容器から構成されることを特徴とする超電導装置。

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