JP4563281B2

JP4563281B2 - 冷凍機冷却型超電導磁石装置

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Publication number: JP4563281B2
Application number: JP2005232330A
Authority: JP
Inventors: 仁志三堀
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: JP2007048973A

Description

本発明は冷凍機冷却型超電導磁石装置に係り、特に複数の冷凍機により超電導コイルを冷却することにより強い磁場を発生する冷凍機冷却型超電導磁石装置に関する。

例えば、シリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際、シリコン単結晶製造装置に磁界を印加しつつシリコン単結晶を成長させることが行われている。このシリコン単結晶製造装置に対する磁界の印加は、冷凍機冷却型超電導磁石装置を用いて行われている。

図１及び図２は、従来の一例である冷凍機冷却型超電導磁石装置１００（以下、超電導磁石装置という）を示している。この超電導磁石装置１００は、後述するようにＭＣＺ法を用いてシリコン単結晶を成長させる際に用いられるものである。

超電導磁石装置１００は、大略すると真空容器１１１，ギフォード・マクマホン式冷凍機１１３（以下、ＧＭ冷凍機という），熱シールド１１６，及び超電導コイル１１８等により構成されている。

熱シールド１１６は真空容器１１１に内設されており、この真空容器１１１にはＧＭ冷凍機１１３が配設されている。ＧＭ冷凍機１１３は、冷媒（例えば、ヘリウムガス）を圧縮する冷凍機コンプレッサ（図示せず）に接続されており、この冷凍機コンプレッサから高圧に圧縮された冷媒が供給される。

この高圧冷媒は、ＧＭ冷凍機１１３内でモータ１１７により駆動されるディスプレーサ（図示せず）により膨張され、これによりＧＭ冷凍機１１３に内設された蓄冷材は冷却される。また、膨張することにより低圧となった冷媒は、冷凍機コンプレッサに戻されて再び高圧化される。

このＧＭ冷凍機１１３は、１段目冷却シリンダ１１４Ａと２段目冷却シリンダ１１４Ｂを有している。１段目冷却シリンダ１１４Ａは熱シールド１１６に熱的に接続され、２段目冷却シリンダ１１４Ｂは冷却ステージ１１５と熱的に接続されている。

よって、ＧＭ冷凍機１１３の１段目冷却シリンダ１１４Ａが熱シールド１１６を冷却することにより外部の熱が熱シールド１１６内に侵入するのを防止し、かつ２段目冷却シリンダ１１４Ｂは冷却ステージ１１５を介して超電導コイル１１８を臨界温度以下（例えば、４Ｋ〜６Ｋ程度）に冷却する。これにより超電導コイル１１８は、超電導状態を実現する。

真空容器１１１は、その中央に円筒状の中空円筒１２２を形成している。超電導コイル１１８は、この中空円筒１２２の回りに配設されている。よって、超電導コイル１１８が励磁されると、真空容器本体１２１に形成された中空円筒１２２には水平磁界が発生し、よってこの中空円筒１２２は常温磁場空間１２３として機能する。ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶製造装置１３０は、この常温磁場空間１２３内に配設され、超電導コイル１１８が発生する磁界内でシリコン単結晶が製造される。

ところで、この種の超電導磁石装置１００は、通常1万時間毎に計画的メンテナンスを行い、安定した運転を確保することとしている（特許文献１参照）。しかしメンテナンスを迎える前に故障する冷凍機も存在する。このような場合は超電導磁石装置１００の故障により超電導コイル１１８を維持する臨界温度を越えてしまい必要な磁場を発生できなくなり、結晶引き上げ中の製造物が不良品となり大きな損害に繋がることになる。

そこで、仮に一台のＧＭ冷凍機１１３が結晶引き上げ中に故障しても、他のＧＭ冷凍機１１３の余裕冷凍能力を効率よく支援させ、結晶引き上げ完了まで超電導コイル１１８を超電導状態に維持するため、臨界温度を越えてしまわないようにしたシステムが考案されている。具体的には、隣接するＧＭ冷凍機１１３を熱的に接続し、一台のＧＭ冷凍機１１３が故障しても、これと隣接するＧＭ冷凍機１１３の寒冷を故障したＧＭ冷凍機１１３に対応する超電導コイル１１８に伝導し、これにより当該超電導コイル１１８が臨界温度を越えないように構成していた。また、隣接するＧＭ冷凍機１１３を熱的に接続する手段としては、従来では銅等の熱伝導性の良好な金属材料が用いられていた。
特開２００５−１２３３１３号公報

上記のようにＧＭ冷凍機１１３の故障に対処するため、複数設けられたＧＭ冷凍機１１３は、その冷凍性能は能力の約７０％程度を設計値として考慮し、残り３０％は余力とすることが考えられる。仮にＧＭ冷凍機１１３が４台設けられている場合、この構成とすることにより一台のＧＭ冷凍機１１３が故障した場合でも、他のＧＭ冷凍機１１３を１００の能力で駆動することにより、故障したＧＭ冷凍機１１３の冷却を他のＧＭ冷凍機１１３の余力分で支援することが可能となる。

しかしながら、図２に示されるように、ＧＭ冷凍機１１３が離間して配置される場合がある。このように各ＧＭ冷凍機１１３が長い離間距離を有して配置されている場合には、従来のように隣接するＧＭ冷凍機１１３間を銅等の熱伝導性金属を用いて熱的に接続した構成では熱損失が大きいため、故障したＧＭ冷凍機１１３を効率よく支援することができないという問題点があった。

尚、上記のように1台のＧＭ冷凍機１１３が故障した際、結晶引き上げ作業の持続条件を安定して確保することが不十分となるが、結晶引き上げ作業は通常約３〜４日間連続して行われるため、その間は超電導コイル１１８としての機能を失ってはならない。従って1台のＧＭ冷凍機１１３が故障した場合、他のＧＭ冷凍機１１３が冷却を支援し超電導コイル１１８を超電導状態として持続しなければならない最大時間は4日（９６時間）となる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の冷凍機が長い離間距離を有して配置されている場合においても、故障した冷凍機を他の冷凍機で確実に支援しうる冷凍機冷却型超電導磁石装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
磁場を発生する複数の超電導コイルと、該超電導コイルを冷却する複数の冷凍機とを有し、単結晶引き上げ装置に対して前記超電導コイルで発生する磁場を印加する冷凍機冷却型超電導磁石装置であって、
前記複数の冷凍機間をヒートパイプを用いて連結し、一の前記冷凍機で発生する寒冷の一部が他の前記冷凍機に伝導されるよう構成したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、ヒートパイプを用いて複数の冷凍機間を連結したため、冷凍機間が離れていても、一の冷凍機で発生する寒冷の一部を他の冷凍機に伝導することができる。よって、複数の内の一台の冷凍機が故障したとしても、離れた位置にある他の冷凍機により故障した冷凍機を支援することが可能となる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記冷凍機の冷却シリンダに２本の前記ヒートパイプを接続し、
かつ、一方の前記ヒートパイプの放熱部と、他方の前記ヒートパイプの吸熱部とを前記冷却シリンダに直列に接続したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、冷凍機に接続される２本のヒートパイプの内、その放熱部と吸熱部とが冷却シリンダに直列に接続されるため、コンパクトな構造で放熱部と吸熱部とを配置でき、ヒートパイプを設けても装置が大型化するのを防止することができる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記一対の冷凍機間に配設された前記ヒートパイプは、内設される作動液を充填するための配管と、該配管を開閉する弁装置とを有することを特徴とするものである。

上記発明によれば、ヒートパイプに対する作動液の充填処理を容易に行うことができる。

また、請求項４記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記冷凍機は、前記冷却シリンダと前記ヒートパイプとの熱的な接続を解除しうる構成で真空容器に取り付けられることを特徴とするものである。

上記発明によれば、シリンダとヒートパイプとの熱的な接続を解除できるため、故障した冷凍機のシリンダを介して外部の熱が超電導コイルに伝導することを防止できる。

本発明によれば、冷凍機間が離れていても、複数の内の一台の冷凍機が故障したとしても、離れた位置にある他の冷凍機により故障した冷凍機を支援することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図３及び図４は、本発明の一実施例である冷凍機冷却型超電導磁石装置１０（以下、超電導磁石装置という）を示している。この超電導磁石装置１０は、後述するようにシリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際に用いられるものである。

超電導磁石装置１０は、大略すると真空容器１１，ギフォード・マクマホン式冷凍機１３（以下、ＧＭ冷凍機という），熱シールド１６，超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄ，及びヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄ等により構成されている。

熱シールド１６は熱伝導率のよい銅やアルミニウムにより形成されており、真空容器１１に内設されている。この真空容器１１は、複数（本実施例では４台）のＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄが配設されている。ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄは、それぞれ冷媒を圧縮する冷凍機コンプレッサ（図示せず）に接続されている。冷凍機コンプレッサで高圧に圧縮された冷媒（例えば、ヘリウムガス）は、ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄに供給される。

この高圧冷媒は、ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄに配設されているモータ１７により駆動されるディスプレーサ（図示せず）により１段目冷却シリンダ１４Ａ及び２段目冷却シリンダ１４Ｂ内で膨張され、これにより各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄに内設された蓄冷材は冷却される。また、膨張することにより低圧となった冷媒は、ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄから冷凍機コンプレッサに戻され再び高圧化される。

このＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄは、１段目冷却シリンダ１４Ａと２段目冷却シリンダ１４Ｂを有している。１段目冷却シリンダ１４Ａは熱シールド１６の天板部分と熱的に接続され、２段目冷却シリンダ１４Ｂは冷却ステージ１５と熱的に接続されている。また、冷却ステージ１５の下方には、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄが熱的に接続された状態で配設される。更に、冷却ステージ１５の下端と超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄとの間には、後述するヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを構成する放熱部２８及び吸熱部２７が伝熱体４４，４５を介して配設されている。

よって、ＧＭ冷凍機１３が駆動すると、１段目冷却シリンダ１４Ａが熱シールド１６を冷却することにより外部の熱が熱シールド１６内に侵入するのを防止する。また、超電導コイル１８は、冷却ステージ１５，放熱部２８，伝熱体４４，吸熱部２７，伝熱体４５を介してＧＭ冷凍機１３（２段目冷却シリンダ１４Ｂ）により臨界温度以下（例えば、４Ｋ〜６Ｋ程度）に冷却される。これにより超電導コイル１８は、超電導状態を実現する。

真空容器１１はステンレス鋼等により形成されており、その中央に円筒状の中空円筒２２を形成している。超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄは、この中空円筒２２を囲繞するよう複数個配置されている（本実施例ではＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄの台数に合わせて４個配置されている）。

また、４個の超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄの配置（当社式）は既定の角度で配置され、その内の2個ずつ（例えば、超電導コイル１８Ａと超電導コイル１８Ｃ、超電導コイル１８Ｂと超電導コイル１８Ｄ）がペアとなるよう構成されている。よって、電源から各超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄに電流が供給されて励磁が行われると、真空容器本体２１に形成された中空円筒２２には所定の水平磁界が発生し、この中空円筒２２は常温磁場空間２３として機能する。

一方、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶製造装置３０は、この常温磁場空間２３内に配設され、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｃが発生する磁界内でシリコン単結晶３６（インゴッド）が製造される。ここで、シリコン単結晶製造装置３０について簡単に説明しておく。

本実施例に係る超電導磁石装置１０は、常温強磁場空間２３にシリコン単結晶製造装置３０を設けた構成としている。この超電導磁石装置１０は、加熱炉３１内にルツボ３２,ヒータ３３，引き上げワイヤー３５等を設けた構成とされている。

この超電導磁石装置１０を用いてシリコン単結晶３６のインゴットを製造するには、先ずシリコン単結晶の原料となる他結晶シリコン片（ナゲット）をルツボ３２に装填し、ヒータ３３により加熱溶融させる。そして、引き上げワイヤー３５の先端に予め種結晶３４を設けておき、これを溶融した他結晶シリコンに接触させ、回転させながら引き上げワイヤー３５を引き上げる。これにより、種結晶３４の下部にはシリコン単結晶３６が形成される。

この際、ＭＣＺ法では、ルツボ３２内の融液に対して強磁界を印加することが行なわれる。これは、ルツボ３２内の融液に磁界を印加することにより、ルツボ３２内での融液の対流を抑制し、これによりシリコン単結晶３６に溶け込む酸素量を低減させるためである。超電導磁石装置１０は、このルツボ３２内の融液に印加する磁界を生成するのに用いられている。

続いて、本発明の要部となるヒートパイプ２５について説明する。本実施例では、４ホンのヒートパイプ２５が設けられているが、個々のヒートパイプを指す場合にはヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄと符号を付し、総称する場合にはヒートパイプ２５と符号を付すものとする。

図４は、説明の便宜上、円筒状の真空容器１１を展開した状態を示した図である。よって、同図に示されるように４台のＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄが並設された図となっている。また、図４では図示の便宜上、隣接する各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄは等間隔のように図示されているが、実際はＧＭ冷凍機１３ＡとＧＭ冷凍機１３Ｄとの間、及びＧＭ冷凍機１３ＢとＧＭ冷凍機１３Ｃとの間は大きく離間している（配置例として、図２参照）。

このため、仮に一台のＧＭ冷凍機（例えばＧＭ冷凍機１３Ａ）が結晶引き上げ中に故障し、他のＧＭ冷凍機ＧＭ冷凍機１３Ｂ，１３Ｄの余裕冷凍能力を利用して支援しようとしても、従来のように銅等の熱伝導材料を用いた構成では熱伝導効率が悪く、故障したＧＭ冷凍機１３Ａを確実に支援することが困難であったことは前述した通りである。

そこで本実施例では、従来用いていた銅等の熱伝導材料に代えて、ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを用いて複数のＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄを熱的に連結し、一の冷凍機で発生する寒冷の一部が他の冷凍機にヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを介して熱伝導されるよう構成したことを特徴とするものである。よって、各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄは、ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄにより環状に手を繋いだような状態となる。

ヒートパイプ２５（２５Ａ〜２５Ｄ）は、図５（Ａ）に拡大して示すように、パイプ本体２６，吸熱部２７，放熱部２８，及び作動液３７等により構成されている。このヒートパイプ２５は、離れた場所に熱を高速に伝達する機能を奏するものである。

吸熱部２７は、例えば銅材料などの高熱伝導材により形成されている。また、放熱部２８は、銅材料などの高熱伝導材により形成されている。また、吸熱部２７と放熱部２８とを繋ぐパイプ本体２６は、ステンレス，銅，アルミ等により形成されている。更に、パイプ本体２６内に充填される作動液３７は、本実施例では液体ヘリウムを用いている。

ヒートパイプ２５の動作原理は、次の通りである。即ち、吸熱部２７では作動液３７の蒸発が起こり、その蒸気は放熱部２８に移動し凝縮する。ここで蒸発潜熱の受け渡しが行われ、凝縮した作動液３７は吸熱部２７に還流する。この繰り返しで吸熱部２７から放熱部２８への熱伝達が行われる。このヒートパイプ２５は、従来において高熱伝導材料として一般に使用されていた銅材料と熱を運ぶ能力を比較した場合、等価な断面積にてヒートパイプは銅材料の約10〜100倍の能力を有する。

図５（Ｂ），（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すヒートパイプ２５の変形例を示している。図５（Ｂ）に示すヒートパイプ４０は、図５（Ａ）に示すヒートパイプ２５ではパイプ本体２６が単管式であったものを、二重管式のパイプ本体４２としたものである。また、図５（Ｃ）に示すヒートパイプ４１は、パイプ本体４３を復管式としたものである。

再び図４に戻り、説明を続ける。ヒートパイプ２５Ａの放熱部２８はＧＭ冷凍機１３Ａに接続され、吸熱部２７はＧＭ冷凍機１３Ｂに接続されている。同様に、ヒートパイプ２５Ｂの放熱部２８はＧＭ冷凍機１３Ｂに接続されると共に吸熱部２７はＧＭ冷凍機１３Ｃに接続され、ヒートパイプ２５Ｃの放熱部２８はＧＭ冷凍機１３Ｃに接続されると共に吸熱部２７はＧＭ冷凍機１３Ｄに接続され、ヒートパイプ２５Ｄの放熱部２８はＧＭ冷凍機１３Ｄに接続されると共に吸熱部２７はＧＭ冷凍機１３Ａに接続される。

更に、個々のＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄにおける吸熱部２７と放熱部２８との配設位置に注目すると、放熱部２８は冷却ステージ１５の直下位置に配設され、吸熱部２７は放熱部２８より下部に配設されている。また、放熱部２８と吸熱部２７との間には、銅等の熱伝導材料からなる伝熱体４４が設けられている。更に、吸熱部２７の下部には、銅等の熱伝導材料からなる伝熱体４５が配設されており、伝熱体４５の下端部は超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄと熱的に接続されている。

ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを上記構成とすることにより、放熱部２８は吸熱部２７よりも高い位置に配置されることとなる。また、このように放熱部２８を吸熱部２７よりも高い位置に配置することにより、パイプ本体２６は傾斜した構成となる。

このようにヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを構成するのは、作動液３７の蒸発と凝縮で起こる循環移動を重力により効果的に作用させるためである。即ち、吸熱部２７が放熱部２８よりも高い位置に配置される場合は作動液３７の循環は行われず、熱の伝達を行うことができなくなってしまうからである。

また、上記構成とすることにより、各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄの冷却シリンダ１４Ａ，１４Ｂに対し、吸熱部２７と放熱部２８は直列に接続された構成となる。これにより、ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを設けても、吸熱部２７と放熱部２８がコンパクトな構造で各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄに接続されるため、ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを設けても超電導磁石装置１０が徒に大型化するのを防止することができる。

更に、本実施例では各ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄに、引き出し配管５６を設けると共に、この各引き出し配管５６に封じ切り弁５５を配設した構成としている。このように、各ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄに封じ切り弁５５および引き出し配管５６を設けることにより、パイプ本体２６に対する作動液３７の充填を容易に行うことができる。

上記のように本実施例に係る超電導磁石装置１０によれば、ヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを用いて複数のＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄを連結したため、各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄの間が遠く離間している場合であっても、故障したＧＭ冷凍機に対して他のＧＭ冷凍機が発生する寒冷の一部を効率よく伝導することができ、確実に支援することが可能となる。

本実施例における、具体的な支援の一例について説明する。いま、４台あるＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄの内の一台（例えば、ＧＭ冷凍機１３Ａ）が故障を想定すると、そのＧＭ冷凍機１３Ａ自身は冷却能力を失い、常温部（装置外部）からの入熱が当該ＧＭ冷凍機１３Ａを通り抜け超電導コイル１８Ａに熱伝導し、超電導コイル１８Ａを昇温させることになる。

ここで、故障したＧＭ冷凍機１３Ａより超電導コイル１８Ａの冷却部（故障がなければ４Ｋで冷却される箇所）に侵入する入熱量は、例えば約0．6〜0．9Ｗとなる。従って、この熱量を故障の起きていない他の3台のＧＭ冷凍機１３Ｂ〜１３Ｄで効率よく吸収することが必要となる。

正常時における各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄは、一台当たりの冷凍能力（４Ｋとする冷却能力）は約1Wであり、前述した通り各々の約0．3W分は余力としている。従って、故障の起きていない他の3台のＧＭ冷凍機１３Ｂ〜１３Ｄの全体年の余力の合計は、0．3W×３台＝0．9Wとなる。よって、ヒートパイプヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄを用い、この余力となる寒冷を効率よく支援側のＧＭ冷凍機１３Ａに熱移動させる。これにより、ＧＭ冷凍機１３Ａに故障が発生しても、他のＧＭ冷凍機１３Ｂ〜１３Ｄにより支援が行われるため、超電導磁石装置１０を停止させる必要はなく、結晶引き上げに支障が発生することを防止できる。尚、通常時においては、ヒートパイプヒートパイプ２５Ａ〜２５Ｄは、各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄ間における温度バラつきを均熱化する機能を奏するため、安定した冷却運転を行うことが可能となる。

尚、上記したように、ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄのいずれか（例えば、ＧＭ冷凍機１３Ａ）に故障が発生した場合、ＧＭ冷凍機１３Ａ自身は冷却能力を失うため、常温部（装置外部）からの入熱が当該ＧＭ冷凍機１３Ａを通り抜け超電導コイル１８Ａに熱伝導し、超電導コイル１８Ａを昇温させることになる。

そこで、図６に示すように、真空容器１１に各ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄを着脱可能に収納する副真空容器５０を設けておき、この副真空容器５０内にＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄを装着する構成としてもよい。

図６（Ａ）は、通常時（以上が発生していない状態）を示している。この状態では、ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄの２段目冷却シリンダ１４Ｂの先端は、冷却ステージ１５に接触した構成となっている。このため、２段目冷却シリンダ１４Ｂと冷却ステージ１５は熱的に接続され、２段目冷却シリンダ１４Ｂの寒冷は冷却ステージ１５に伝導する。

これに対し、図６（Ｂ）は、ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄに異常が発生した状態を示している。ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄに異常が発生した場合には、ＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄを副真空容器５０から矢印Ｚ方向に所定量（本実施例では、ΔＨで示す量）だけ引き抜く処理を行う。これにより、２段目冷却シリンダ１４Ｂの先端は、冷却ステージ１５から離間した状態、即ち熱的に分離された構成となる。

よって、２段目冷却シリンダ１４Ｂとヒートパイプ２５との熱的な接続を解除できるため、故障したＧＭ冷凍機１３Ａ〜１３Ｄを介して外部の熱が超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄに伝導することを低減できる。

図１は、従来の一例である超電導磁石装置の断面図である。図２は、従来の一例である超電導磁石装置の平面図である。図３は、本発明の一実施例である超電導磁石装置の断面図である。図４は、本発明の一実施例である超電導磁石装置の展開図である。図５は、ヒートパイプを説明するための図である。図６は、ＧＭ冷凍機を副真空容器に対して離脱可能とした構成を説明するための図である。

符号の説明

１０超電導磁石装置
１１真空容器本体
１３Ａ〜１３ＤＧＭ冷凍機
１４Ａ１段目冷却シリンダ
１４Ｂ２段目冷却シリンダ
１５冷却ステージ
１６熱シールド
１８Ａ〜１８Ｄ超電導コイル
２３常温強磁場空間
２５，２５Ａ〜２５Ｄ，４０，４１ヒートパイプ
２６，４２，４３パイプ本体
２７吸熱部
２８放熱部
３０シリコン単結晶製造装置
４４，４５伝熱体

Claims

磁場を発生する複数の超電導コイルと、該超電導コイルを冷却する複数の冷凍機とを有し、単結晶引き上げ装置に対して前記超電導コイルで発生する磁場を印加する冷凍機冷却型超電導磁石装置であって、
前記複数の冷凍機間をヒートパイプを用いて連結し、一の前記冷凍機で発生する寒冷の一部が他の前記冷凍機に伝導されるよう構成したことを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石装置。
前記冷凍機の冷却シリンダに２本の前記ヒートパイプを接続し、
かつ、一方の前記ヒートパイプの放熱部と、他方の前記ヒートパイプの吸熱部とを前記冷却シリンダに直列に接続したことを特徴とする請求項１記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置。
一対の前記冷凍機間に配設された前記ヒートパイプは、内設される作動液を充填するための配管と、該配管を開閉する弁装置とを有することを特徴とする請求項１または２記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置。
前記冷凍機は、前記冷却シリンダと前記ヒートパイプとの熱的な接続を解除しうる構成で真空容器に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置。