JP6158700B2 - 超電導磁石装置及び超電導利用装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄冷構造を有する超電導磁石装置、及び、当該超電導磁石装置と同様の蓄冷構造を有する超電導を利用する装置（以下、「超電導利用装置」と称する）に関する。

超電導磁石装置は、磁場を形成する超電導コイルと、超電導コイルと並列に接続された永久電流スイッチとを含む回路を有している。超電導コイルと永久電流スイッチとは、一定の温度以下に保たれることにより、超電導状態となる。これにより、超電導磁石装置は、長期に渡って磁場を保持することができる。

超電導磁石装置は、例えば浸漬冷却方式や伝導冷却方式を用いて、超電導コイルや永久電流スイッチに代表される超電導状態となる素子（以下、「超電導素子」と称する）を一定の温度以下に冷却して超電導状態に保持する。「浸漬冷却方式」とは、液体ヘリウムや液体窒素に代表される冷媒の中に超電導素子を浸漬させて、超電導素子を冷却する方式である。また、「伝導冷却方式」とは、冷凍機と超電導素子とを熱伝導性の良い金属で熱的に接続して、超電導素子を冷却する方式である。ただし、冷凍機は、浸漬冷却方式を用いる超電導磁石装置であっても、例えば、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ；磁気共鳴イメージング）装置やＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；核磁気共鳴）装置等のように、数カ月から１年程度の長期に渡って稼動する超電導磁石装置には、装置外から装置内への熱の侵入によって気化した冷媒を再凝縮するために設けられている。

このような冷凍機を有する超電導磁石装置は、電力が供給されていれば、長期に渡って超電導状態を保持することができる。しかしながら、超電導磁石装置は、停電等によって、電力が供給されなくなると、冷凍機が停止する。これにより、超電導磁石装置は、超電導素子（例えば、超電導コイルや永久電流スイッチ、励磁電源と超電導コイルとを電気的に連結する一部のパワーリード（超電導パワーリード）等）の温度が上昇する。特に、伝導冷却方式を用いた超電導磁石装置は、液体ヘリウム等の冷媒の熱容量が比較的小さいため、冷凍機が停止すると、超電導素子の温度がすぐに上昇する。その結果、超電導磁石装置は、常電導状態に転移して、磁場を保持できなくなる恐れがある。また、超電導磁石装置は、励磁電源と超電導コイルとを直結して運転している場合に、何らかの原因で冷凍機が停止すると、超電導コイルや永久電流スイッチだけでなく、パワーリードの温度も上昇する。この場合に、超電導磁石装置は、通電を続行できなくなることがある。

そこで、超電導磁石装置の内部に、蓄冷材として、６０Ｋ（ケルビン）以下の極低温領域において、ステンレス鋼や銅、アルミニウム等の金属と比較して、比熱が高く、かつ、密度が小さい冷媒（例えば、窒素）を固体の状態で配置し、停電時に、その冷媒の熱容量を用いて超電導素子の温度上昇を抑制する蓄冷構造が提案されている（例えば、特許文献１）。このような用途に用いる代表的な冷媒としては、例えば、窒素がある。窒素は、比較的安価で、かつ、１気圧下において、７７Ｋ以下で液化し、６４Ｋ以下で固化する特性を有する。そして、固化した窒素（固体窒素）は、比熱が、同じ体積の金属と比較すると、例えば、２０Ｋ下において、１０倍程度高い。

前記した蓄冷構造の派生系の一つには、例えば、複数ある超電導素子の全てを真空容器の内部に内包し、真空容器の内部を冷媒で満たす構成のものがある。しかしながら、この構成の蓄冷構造は、大量の冷媒が必要となる。そして、代表的な冷媒として用いられる窒素は、固体時の熱伝導率がステンレス鋼並みに低いため、大量の固体窒素を所望の温度以下に冷却するために比較的長い時間を要する。すなわち、この構成の蓄冷構造は、冷媒を所望の温度以下に冷却するまでに、比較的長い時間を要するため、超電導磁石装置の稼動効率が悪化してしまう。

蓄冷構造の改良案としては、複数ある超電導素子のそれぞれに熱的に接続させた複数の冷媒容器を設け、固体時の冷媒の体積を制限する構成が提案されている。ただし、この構成の蓄冷構造は、装置内に冷媒を導入する冷媒導入配管及び装置外に冷媒を排出する冷媒排出配管を各冷媒容器に設ける必要があった。各冷媒容器に冷媒導入配管及び冷媒排出配管を設けると、これらの配管を介して装置外からの熱が伝達されるため、結果として装置外から装置内への熱の侵入量が増大する。

そこで、前記した複数の冷媒容器を備える蓄冷構造の改良案として、冷媒導入配管及び冷媒排出配管を介して伝達される熱の侵入量を低減するために、装置の内部において、各冷媒容器同士を配管で連結して、冷媒導入配管及び冷媒排出配管の本数を減らす構成が提案されている。以下、各冷媒容器同士を連結する配管を「連結配管」と称する。また、この構成の蓄冷構造を有する超電導磁石装置を「従来の超電導磁石装置」と称する。

特開２０１１−８２２２９号公報（図１）

しかしながら、従来の超電導磁石装置は、以下に説明するように、気化した冷媒を装置外に良好に排出することと、装置内への熱の侵入量を増大させないようにすることとを両立させることができない、という課題があった。

例えば、従来の超電導磁石装置は、停電等が起こると各冷媒容器とその連結配管の温度が上昇する。このとき、各冷媒容器と連結配管とが同等に温度上昇するのであれば、全ての冷媒容器内の冷媒（例えば、窒素）は、同じタイミングで液化し、その後気化することとなる。そうすると、装置内部の各冷媒容器、連結配管、冷媒導入配管及び冷媒排出配管において、気化していない固体の冷媒による閉塞した空間ができないため、気化した冷媒は良好に装置外へ排出される。

しかしながら、従来の超電導磁石装置は、何らかの理由で一部の冷媒容器内の冷媒の温度が上昇した場合は、良好に冷媒を排出することが困難である。温度が上昇した冷媒容器内の冷媒は気化するが、他の冷媒容器や連結配管の内部には固体状態の冷媒が存在する可能性があるためである。すなわち、気化した冷媒を排出しようにも、排出する経路が閉塞しているため、経路を確保することができず、気化した冷媒を装置外に排出することができない場合がある。その結果、従来の超電導磁石装置は、温度上昇が発生した冷媒容器では、気化した冷媒によってその内圧が上昇し、冷媒容器を破損する可能性がある。

従来の超電導磁石装置において、このような破損を防止しようとすると、たとえ装置内への熱の侵入量が増大するとしても、気化した冷媒を装置外に排出するための冷媒排出配管を各冷媒容器に設ける必要がある。しかしながら、冷媒排出配管を増設することは、装置内への熱の侵入量が増大する、という課題が発生する。

したがって、従来の超電導磁石装置は、気化した冷媒を装置外に良好に排出することと、装置内への熱の侵入量を増大させないようにすることとを両立させることができなかった。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、気化した冷媒を装置外に良好に排出することができる超電導磁石装置を提供することを主な目的とする。また、本発明は、当該超電導磁石装置と同様の蓄冷構造を有する様々な超電導利用装置を提供することを主な目的とする。

前記目的を達成するため、第１発明は、超電導磁石装置であって、一定の温度以下で超電導状態となる複数の超電導コイルと、複数の超電導コイルを含む任意の冷却対象と熱的に接続される複数の冷媒容器と、いずれか１乃至複数の冷媒容器と熱的に接続され、接続される冷媒容器に内蔵される冷媒を冷却する冷凍機と、複数の冷媒容器のうち最も高所に配置される冷媒容器に接続され、冷媒を装置内部に導入するための冷媒導入配管と、複数の冷媒容器を互いに連結し、連結された冷媒容器間で冷媒を流動可能とする連結配管と、１乃至複数の冷媒容器に接続された、冷媒を装置外部に排出するための冷媒排出配管とを有し、複数の冷媒容器では、冷媒排出口の高さ位置が、冷媒導入口から冷媒容器の底面までの間に配置されるように設けられており、冷媒導入配管と連結配管と冷媒排出配管とによって形成される配管の経路は、冷媒導入配管を最上流の配管とし、冷媒排出配管を最下流の配管とし、最上流の配管から最下流の配管に向けて、各部位で水平方向又は下降方向に向くように形成されている構成とする。

この超電導磁石装置は、高所に配置された冷媒容器から低所に配置された冷媒容器に向けて順番に連結配管で連結された構成となる。この超電導磁石装置は、複数の冷媒容器と１本の冷媒導入配管と１乃至複数本の連結配管と１本の冷媒排出配管とによって蓄冷構造を形成する。各冷媒容器は、冷媒排出口の高さ位置が、冷媒導入口よりも下で、かつ、冷媒容器の底面から上方向に離間した位置に設定されている。そのため、各冷媒容器の内部では、冷媒が、冷媒排出口の下端部分よりも下側に溜まって固化した状態となる。その結果、各冷媒容器の内部では、固体状態の冷媒の上に、空間が形成された状態となる。

また、この超電導磁石装置は、１本の冷媒導入配管と１乃至複数本の連結配管と１本の冷媒排出配管とによって形成される配管の経路が、各部位で水平方向又は下降方向に向くように形成されている。そのため、形成された配管の経路の内部は、運転前に、液体状態の冷媒が液溜まりを生じることなく外部に排出されるため、運転時には、固体状態の冷媒が存在しない状態となる。

この超電導磁石装置は、各冷媒容器の内部の空間と冷媒が存在しない配管の経路とが連結された構成になる。そのため、この超電導磁石装置は、仮に、停電等によって、一部の冷媒容器の内部に固体状態で貯蔵されている冷媒が気化した場合に、気化した冷媒を排出するための、固体状態の冷媒が存在しない経路を確保することができる。その結果、この超電導磁石装置は、気化した冷媒を装置外に良好に排出することができる。

また、この超電導磁石装置は、冷媒排出配管を各冷媒容器に設ける必要がないため、冷媒排出配管の数を例えば１本に制限することができる。そのため、この超電導磁石装置は、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、複数の冷媒容器を装置内に設けることができる。

また、第２発明は、超電導利用装置であって、一定の温度以下で超電導状態となる超電導素子と、超電導素子を含む任意の冷却対象と熱的に接続される複数の冷媒容器と、いずれか１乃至複数の冷媒容器と熱的に接続され、接続される冷媒容器に内蔵される冷媒を冷却する冷凍機と、複数の冷媒容器のうち最も高所に配置される冷媒容器に接続され、冷媒を装置内部に導入するための冷媒導入配管と、複数の冷媒容器を互いに連結し、連結された冷媒容器間で冷媒を流動可能とする連結配管と、１乃至複数の冷媒容器に接続された、冷媒を装置外部に排出するための冷媒排出配管とを有し、複数の冷媒容器では、冷媒排出口の高さ位置が、冷媒導入口から冷媒容器の底面までの間に配置されるように設けられており、冷媒導入配管と連結配管と冷媒排出配管とによって形成される配管の経路は、冷媒導入配管を最上流の配管とし、冷媒排出配管を最下流の配管とし、最上流の配管から最下流の配管に向けて、各部位で水平方向又は下降方向に向くように形成されている構成とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、気化した冷媒を装置外に良好に排出することができる超電導磁石装置及び超電導利用装置を提供することができる。

第１実施形態に係る超電導磁石装置の断面構成を模式的に示す図である。 第１実施形態に係る超電導磁石装置のレイアウトの一例を示す図である。 第１実施形態で用いる回路の構成を模式的に示す図である。 第２実施形態に係る超電導磁石装置の断面構成を模式的に示す図である。 第２実施形態に係る超電導磁石装置のレイアウトの一例を示す図である。 第３実施形態に係る超電導磁石装置の断面構成を模式的に示す図である。 第４実施形態に係る超電導磁石装置の断面構成を模式的に示す図である。 配管の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
＜超電導磁石装置の構成＞
以下、図１を参照して、本第１実施形態に係る超電導磁石装置１の構成につき説明する。図１は、本第１実施形態に係る超電導磁石装置１の構成を示す図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る超電導磁石装置１は、真空容器２、輻射シールド３、複数の超電導コイル４、複数の冷媒容器５、常電導パワーリード７、超電導パワーリード８、永久電流スイッチ９、及び、冷凍機１２を有している。なお、ここでは、超電導磁石装置１が２つの超電導コイル４ａ，４ｂと４つの冷媒容器５ａ〜５ｄとを有している場合を想定して説明する。ただし、超電導コイル４及び冷媒容器５は、超電導磁石装置１の構成に応じて、増減させることができる。

真空容器２は、内部が真空状態に保持された容器である。真空容器２は、例えば、超電導コイル４や永久電流スイッチ９、超電導パワーリード８等の超電導状態となる素子（以下、「超電導素子」と称する）を含む各構成要素を内部に収容している。真空容器２は、水平方向に開口する開口部２４が設けられている。以下、図１に示す構成において、開口部２４から遠い側の真空容器２の壁部分を便宜上「外壁２ａ」と称し、また、真空容器２の開口部２４を形成する壁部分を便宜上「内壁２ｂ」と称する。

真空容器２は、例えば、超電導磁石装置１がＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ；磁気共鳴イメージング）装置として構成される場合に、図２に一例として示すレイアウトのような構成となる。図２は、超電導磁石装置１のレイアウトの一例を示す図である。

以下、図１に戻って、説明を続ける。輻射シールド３は、任意の冷却対象（本第１実施形態では、冷媒容器５ａと常電導パワーリード７と超電導パワーリード８の高温端８ａ）に熱的に接続される部材である。輻射シールド３は、真空容器２よりも小型な構成となっており、真空容器２に内包されている。図１に示す例では、輻射シールド３は、真空容器２の内壁面に沿った形状となっている。以下、図１に示す構成において、真空容器２の開口部２４から遠い側の輻射シールド３の壁部分を便宜上「外壁３ａ」と称し、また、真空容器２の開口部２４に近い側の壁部分を便宜上「内壁３ｂ」と称する。

超電導コイル４は、磁場を形成する部材である。超電導コイル４は、一定の温度以下で超電導状態となる。超電導コイル４は、輻射シールド３に内包されている。本第１実施形態では、超電導磁石装置１は、２つの超電導コイル４ａ，４ｂを有している。超電導コイル４ａ，４ｂは、それぞれ、中心軸２１を中心にしてリング状に形成されている。超電導コイル４ａ，４ｂは、それぞれ、中心軸２１が鉛直方向を向き、真空容器２の開口部２４を挟んで上下に分かれて配置されている。

冷媒容器５は、蓄熱材として機能する冷媒６を貯蔵する容器である。冷媒容器５は、超電導素子（超電導状態となる素子）と熱的に接続して、超電導素子を一定の温度以下に冷却して超電導状態に保持する。本第１実施形態では、超電導コイル４や永久電流スイッチ９、超電導パワーリード８等が超電導素子となる。本第１実施形態では、超電導磁石装置１は、４つの冷媒容器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを有している。

本第１実施形態では、冷媒容器５ａ〜５ｄのうち冷媒容器５ａが最も高所に配置されており、また、冷媒容器５ｄが最も低所に配置されており、また、冷媒容器５ｂ，５ｃが冷媒容器５ａと冷媒容器５ｄとの間に配置されている。本第１実施形態では、冷媒６が最初に導入されるのは冷媒容器５ａとなる。また、冷媒６が最終的に排出されるのは冷媒容器５ｄとなる。

冷媒容器５ａは、真空容器２の外壁２ａと輻射シールド３の外壁３ａとの間に配置され、輻射シールド３の外壁３ａと熱的に接続されている。冷媒容器５ｂは、輻射シールド３の内部（輻射シールド３の外壁３ａと内壁３ｂとの間）に配置され、超電導コイル４ａと熱的に接続されている。冷媒容器５ｃは、輻射シールド３の内部に配置され、永久電流スイッチ９と熱的に接続されている。冷媒容器５ｄは、輻射シールド３の内部に配置され、超電導コイル４ｂと熱的に接続されている。

図１に示す例では、冷媒容器５ａは、冷媒導入配管３０が天井部分に連結されており、連結配管３３が底部分を貫通して容器内部に進入するように底部分に連結されている。

「冷媒導入配管３０」は、冷媒６を装置内部に導入するための配管である。また、「連結配管３３」は、冷媒容器５同士を直列又は並列に連結して、冷媒６を冷媒容器５同士の間で流動させるための配管である。以下、冷媒容器５ａと冷媒容器５ｂとの間を連結する連結配管３３を「連結配管３３ａ」と称し、冷媒容器５ｂと冷媒容器５ｃとの間を連結する連結配管３３を「連結配管３３ｂ」と称し、冷媒容器５ｃと冷媒容器５ｄとの間を連結する連結配管３３を「連結配管３３ｃ」と称する。

冷媒容器５ｂは、連結配管３３ａが天井部分に連結されており、連結配管３３ｂが底部分を貫通して容器内部に進入するように底部分に連結されている。また、冷媒容器５ｃは、連結配管３３ｂが天井部分に連結されており、連結配管３３ｃが底部分を貫通して容器内部に進入するように底部分に連結されている。また、冷媒容器５ｄは、連結配管３３ｃが天井部分に連結されており、冷媒排出配管３１が底部分を貫通して容器内部に進入するように底部分に連結されている。「冷媒排出配管３１」は、冷媒６を装置外部に排出するための配管である。

なお、各冷媒容器５は、配管３０，３１，３３と連結している部分が密封されており、これによって、内部の気密が保たれている。

冷媒導入配管３０の下端部、及び、連結配管３３ａ〜３３ｃの下端部は、各冷媒容器５ａ〜５ｄの冷媒導入口４０となる。「冷媒導入口４０」は、冷媒６が容器内に導入される開口部である。また、連結配管３３ａ〜３３ｃの上端部、及び、冷媒排出配管３１の上端部各冷媒容器５ａ〜５ｄの冷媒導入口４０となる。「冷媒排出口４１」は、冷媒６が容器外に排出される開口部である。

各冷媒容器５の冷媒導入口４０の高さ位置は、冷媒排出口４１よりも高い位置に設定されている。また、冷媒排出口４１の高さ位置は、冷媒導入口４０よりも下で、かつ、冷媒容器５の底面から上方向に離間した位置に設定されている。

本第１実施形態では、各連結配管３３は、冷媒６の液溜まりが途中でできないように、途中で上昇することなく、高所に配置された冷媒容器５から低所に配置された冷媒容器５に向けて４つの冷媒容器５ａ〜５ｄを順番に一対一の関係で連結している。

つまり、本第１実施形態では、１本の連結配管３３は、例えば、高所に配置された冷媒容器５ａと冷媒容器５ａよりも低所に配置された冷媒容器５ｂとのように、途中で上昇することなく（すなわち、冷媒６による閉塞を生じるような箇所を作ることなく）、上流側に配置された冷媒容器５と下流側に配置された冷媒容器５とを一対一の関係で直列に連結している。なお、ここでは、「上流」及び「下流」は、冷媒６が重力に従って流れる方向を意味しており、具体的には、「上流」が高所側で、「下流」が低所側を意味している。

冷媒容器５の内部に貯蔵される冷媒６は、６０Ｋ（ケルビン）以下の極低温領域において、ステンレス鋼や銅、アルミニウム等の金属と比較して、比熱が高く、かつ、密度が小さい媒体であることが望まれる。本第１実施形態では、冷媒６として、例えば、窒素を用いるものとして説明する。

常電導パワーリード７及び超電導パワーリード８は、電源と超電導コイル４とを電気的に連結する部材である。常電導パワーリード７は、良電気伝導性の部材によって構成されている。常電導パワーリード７は、真空容器２の外壁２ａを貫通するように設けられており、輻射シールド３を介して冷凍機１２の第１ステージ１２ａによって冷却される。一方、超電導パワーリード８は、超電導状態となる部材と良電気伝導性の部材とによって構成されている。超電導パワーリード８は、高温端８ａが輻射シールド３を介して冷凍機１２の第１ステージ１２ａによって冷却され、低温端８ｂが冷媒容器５ｂを介して冷凍機１２の第２ステージ１２ｂによって冷却される。

永久電流スイッチ９は、超電導コイル４とともに回路（図３参照）を構成し、回路の電流の流れを切り替える手段である。図３は、その回路の構成を模式的に示す図である。回路は、例えば、永久電流スイッチ９と複数の保護抵抗１０（図３に示す例では、２つの保護抵抗１０ａ，１０ｂ）と複数の超電導コイル４（図３に示す例では、２つの超電導コイル４ａ，４ｂ）とが真空容器２の内部に並列に設置されており、また、これらに並列して、直流電源として構成された励磁電源１３と電流遮断器１４とが真空容器２の外部に設置された構成になっている。

超電導磁石装置１は、永久電流スイッチ９を「開」にした状態で、励磁電源（直流電源）１３から超電導コイル４に電流を流し、その後、永久電流スイッチ９を「閉」にした状態で、超電導コイル４に流されている電流を減少させてゼロにすることによって、永久電流運転状態となる。これにより、超電導磁石装置１は、長期に渡って磁場を保持することができる。ここで、「永久電流運転状態」とは、超電導コイル４と永久電流スイッチ９とが超電導状態の閉回路を構成し、電流がほとんど減衰することなく閉回路内を流れ続ける状態を意味する。

なお、永久電流スイッチ９を「開」の状態にする処理は、ヒータ等で永久電流スイッチ９を加熱することによって行われる。このとき、永久電流スイッチ９は、常電導状態に転移する。しかしながら、超電導磁石装置１は、連結配管３３（図１参照）が、冷媒容器５よりも熱伝導率の低い部材（例えば、ステンレス鋼に代表される熱伝導率の低い部材）で構成されており、これによって、超電導コイル４に伝達される熱流束を制限している。そのため、超電導コイル４は、仮に、連結配管３３及び冷媒容器５を介する熱の侵入があったとしても、常電導状態に転移することがない。

以下、図１に戻って、説明を続ける。冷凍機１２は、冷媒容器５に貯蔵された冷媒６（例えば、窒素）を一定の温度（固化させる温度）以下に冷却する装置である。冷凍機１２は、第１ステージ１２ａと第２ステージ１２ｂとを備えている。第１ステージ１２ａは、極低温領域において高温側となる部位であり、一方、第２ステージ１２ｂは、極低温領域において低温側となる部位である。第１ステージ１２ａは、例えば４０Ｋ〜５０Ｋ程度の温度に冷却対象を冷却する。第２ステージ１２ｂは、例えば２０Ｋ程度の温度に冷却対象を冷却する。

冷凍機１２は、真空容器２の外壁２ａと輻射シールド３とを貫通するように設けられている。これにより、冷凍機１２は、第１ステージ１２ａが真空容器２の外壁２ａと輻射シールド３の外壁３ａとの間に配置され、第２ステージ１２ｂが輻射シールド３の内部（輻射シールド３の外壁３ａと内壁３ｂとの間）に配置される。

係る構成において、冷媒容器５ａと常電導パワーリード７と超電導パワーリード８の高温端８ａとは、輻射シールド３と熱的に接続されており、輻射シールド３を介して冷凍機１２の第１ステージ１２ａによって例えば４０Ｋ〜５０Ｋ程度の温度に冷却される。

また、冷媒容器５ｂと超電導コイル４ａとは、互いに熱的に接続されており、熱伝導パス１１を介して冷凍機１２の第２ステージ１２ｂによって例えば２０Ｋ程度の温度に冷却される。同様に、冷媒容器５ｃと永久電流スイッチ９とは、互いに熱的に接続されており、熱伝導パス１１を介して冷凍機１２の第２ステージ１２ｂによって例えば２０Ｋ程度の温度に冷却される。同様に、冷媒容器５ｃと超電導コイル４ｂとは、互いに熱的に接続されており、熱伝導パス１１を介して冷凍機１２の第２ステージ１２ｂによって例えば２０Ｋ程度の温度に冷却される。

このような超電導磁石装置１は、冷媒容器５ａが冷凍機１２の第１ステージ１２ａによって冷却され、また、冷媒容器５ｂ，５ｃ，５ｄが冷凍機１２の第２ステージ１２ｂによって冷却されている。そのため、冷媒容器５ａの運転温度が、冷媒容器５ｂ，５ｃ，５ｄの運転温度よりも高くなる。そして、冷媒容器５ａと冷媒容器５ｂとは、連結配管３３によって互いに連結されている。その結果、冷媒容器５ａと冷媒容器５ｂとの間に配置されている連結配管３３が、熱の侵入経路となる。そのため、超電導磁石装置１は、連結配管３３を介して高温側の冷媒容器５ａから低温側の冷媒容器５ｂに侵入する熱の侵入量を抑制する必要がある。

そこで、本第１実施形態では、連結配管３３が、例えばステンレス鋼に代表される、冷媒容器５ａ，５ｂよりも熱伝導率の低い部材で構成されている。これにより、超電導磁石装置１は、高温側の冷媒容器５ａから低温側の冷媒容器５ｂへの熱の侵入量を制限している。

係る構成において、超電導磁石装置１は、冷媒容器５ａ〜５ｄと冷媒導入配管３０と冷媒排出配管３１と連結配管３３とによって蓄冷構造（以下、「超電導磁石装置１の蓄冷構造」と称する）を形成している。

超電導磁石装置１の蓄冷構造は、前記したとおり、各冷媒容器５の内部において、冷媒排出口４１の高さ位置が、冷媒導入口４０よりも下で、かつ、冷媒容器５の底面から上方向に離間した位置に設定されている。

そして、超電導磁石装置１の蓄冷構造は、冷媒導入配管３０と冷媒排出配管３１と連結配管３３とが、冷媒容器５ａ〜５ｄを介して、冷媒導入配管３０を最上流の配管とし、冷媒排出配管３１を最下流の配管とする配管の経路を形成している。この配管の経路は、最上流の配管（冷媒導入配管３０）から最下流の配管（冷媒排出配管３１）に向けて、途中で上昇することなく、全ての部位で水平方向又は下降方向に向くように形成されている。

超電導磁石装置１は、前記した蓄冷構造を有することにより、以下に説明するように、仮に、一部の冷媒容器５の内部に固体状態で貯蔵されている冷媒６が気化した場合に、気化した冷媒６を排出するための、固体状態の冷媒６が存在しない経路を確保することができる。

例えば、超電導磁石装置１は、運転前において、液体状態の冷媒６が、冷媒導入配管３０を通って装置外部から装置内部に導入される。このとき、液体状態の冷媒６は、一旦、冷媒容器５ａ〜５ｄと冷媒導入配管３０と３本の連結配管３３と冷媒排出配管３１との全ての内部を満たす状態となる。

その後、超電導磁石装置１は、液体状態の冷媒６が、重力に従って落下し、冷媒排出配管３１を通って装置内部から装置外部に排出される。その結果、液体状態の冷媒６は、各冷媒容器５ａ〜５ｄの内部で、冷媒排出口４１よりも下側に溜まった状態となる。この後、液体状態の冷媒６は、冷凍機１２によって冷却されて、固体状態となる。

係る構成において、冷媒容器５に導入された液体状態の冷媒６は、冷媒排出配管３１から外部に排出される。そのため、各冷媒容器５ａ〜５ｄの内部では、液面の位置が冷媒排出口４１の高さの位置となるように、液体状態の冷媒６の高さが制限される。その結果、冷媒６の上には、空間が形成される。また、冷媒導入配管３０と冷媒排出配管３１と３本の連結配管３３とによって形成される配管の経路は、内部に、液体状態の冷媒６が存在しない状態となる。

この後、液体状態の冷媒６は、冷却されて固体状態となる。このとき、超電導磁石装置１の蓄冷構造の内部は、固体状態の冷媒６が各冷媒容器５ａ〜５ｄの内部の冷媒排出口４１よりも下側にしか存在しない状態となる。つまり、超電導磁石装置１の蓄冷構造は、各冷媒容器５ａ〜５ｄの内部の空間と冷媒６が存在しない配管の経路とが連結された構成になる。

このような超電導磁石装置１の蓄冷構造は、仮に、停電等が発生した場合に、内部の温度が上昇を開始するが、冷媒容器５に貯蔵されている固体状態の冷媒６が、冷媒６の顕熱と潜熱とによって蓄冷材として機能するため、温度の上昇を抑制する。これにより、超電導磁石装置１の蓄冷構造は、停電等が発生した後も、しばらくは冷却対象である超電導素子（例えば、超電導コイル４や永久電流スイッチ９、超電導パワーリード８等）の冷却を維持することができる。

しかも、超電導磁石装置１の蓄冷構造は、仮に、内部の温度が上昇する過程で、一部の冷媒容器５に固体状態で貯蔵されていた冷媒６が気化した場合であっても、閉塞した空間が内部にできないように、固体状態の冷媒６が存在しない経路が予め確保されている。そのため、超電導磁石装置１の蓄冷構造は、気化した冷媒６を装置外に良好（確実）に排出することができる。これにより、超電導磁石装置１の蓄冷構造は、気化した冷媒６が外部に排出されないことによって、内部の圧力が上昇し、その結果、配管等が破損してしまうことを防止することができる。なお、停電等によって気化した冷媒６は、超電導磁石装置１の内圧が大気圧よりも高いため、冷媒導入配管３０及び冷媒排出配管３１の双方から外部に排出される。

また、超電導磁石装置１の蓄冷構造は、冷媒排出配管３１を各冷媒容器５に設ける必要がないため、冷媒排出配管３１の数を例えば１本に制限することができる。そのため、超電導磁石装置１は、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、複数の冷媒容器５を装置内に設けることができる。

その結果、本第１実施形態に係る超電導磁石装置１によれば、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、気化した冷媒６を装置外に良好に排出することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態に係る超電導磁石装置１は、１本の連結配管３３が上流側に配置された冷媒容器５と下流側に配置された冷媒容器５とを一対一の関係で直列に連結している。また、超電導磁石装置1は、１本の冷媒排出配管３１が冷媒６の排出元となる１つの冷媒容器５ｄに連結されている。本第２実施形態では、このような配管構造とは異なる構成の超電導磁石装置１Ｂを提供する。

以下、図４を参照して、本第２実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂの構成につき説明する。図４は、本第２実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂの断面構成を模式的に示す図である。図４（ａ）は、超電導磁石装置１Ｂの横断面の構成を示しており、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断した場合の超電導磁石装置１Ｂの縦断面の構成を示している。

図４に示すように、本第２実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂは、第１実施形態に係る超電導磁石装置１（図１参照）と比較すると、以下の（１）〜（３）の点で相違している。
（１）超電導コイル４の中心軸２１が水平方向を向くように配置されている点。
（２）１本の連結配管３３が上流側に配置された冷媒容器５と下流側に配置された冷媒容器５とを一対Ｎ（ただし、Ｎは１以上の整数）の関係で並列に連結している点。
（３）１本の冷媒排出配管３１が冷媒６の排出元となるＮ個の冷媒容器５に連結されている点。

以下、前記した（１）〜（３）の相違点について、詳述する。
（１）図４（ａ）に示す例では、超電導磁石装置１Ｂは、超電導コイル４ａ，４ｂの中心軸２１が水平方向を向くように配置されており、さらに、超電導コイル４ａ，４ｂが真空容器２の開口部２４の周囲を円周方向に囲むように配置された構成になっている。

（２）また、超電導磁石装置１Ｂは、１本の連結配管３３の下端部が３つに分岐した構成になっており、その連結配管３３が上流側に配置された１つの冷媒容器５ａとその冷媒容器５ａよりも下流側に配置された３つの冷媒容器５ｂ，５ｃ，５ｄとを連結する構成になっている。

（３）また、超電導磁石装置１Ｂは、１本の冷媒排出配管３１の上端部が３つに分岐した構成になっており、その冷媒排出配管３１が冷媒６の排出元となる３つの冷媒容器５ｂ，５ｃ，５ｄに連結された構成になっている。なお、図４に示す例では、超電導磁石装置１Ｂは、冷媒導入配管３０の３つに分岐した上端部が３つの冷媒容器５ｂ，５ｃ，５ｄの側板部分を貫通して各冷媒容器５ｂ，５ｃ，５ｄの内部に進入する構成になっている。

なお、本第２実施形態では、図４（ｂ）に示すように、超電導コイル４ｂを冷却する冷媒容器５ｄが、真空容器２の開口部２４の周囲を円周方向に囲むように構成されている。冷媒容器５ｄの内部では、冷媒６が、冷媒容器５ｄの冷媒排出口４１（図４（ａ）参照）よりも下側に溜まっている。同様に、超電導コイル４ａを冷却する冷媒容器５ｂも、真空容器２の開口部２４の周囲を円周方向に囲むように構成されている。冷媒容器５ｂの内部では、冷媒６が、冷媒容器５ｂの冷媒排出口４１よりも下側に溜まっている（図４（ａ）参照）。なお、冷媒容器５ａ，５ｃの内部でも、冷媒６が、冷媒容器５ａ，５ｃの冷媒排出口４１よりも下側に溜まっている（図４（ａ）参照）。

また、本第２実施形態では、超電導磁石装置１Ｂの真空容器２は、中心部に開口部２４が設けられており、全体の形状が円筒状に形成されているものとして説明する。このような真空容器２は、例えば、超電導磁石装置１がＭＲＩ装置として構成される場合に、図５に一例として示すレイアウトのような構成となる。図５は、超電導磁石装置１Ｂのレイアウトの一例を示す図である。

このような超電導磁石装置１Ｂの蓄冷構造は、第１実施形態に係る超電導磁石装置１の蓄冷構造と同様に、運転前に、液体状態の冷媒６が冷媒導入配管３０を通って内部に導入された後、液体状態の冷媒６が冷媒排出配管３１を通って外部に排出される。

この後、液体状態の冷媒６は、冷却されて固体状態となる。このとき、超電導磁石装置１Ｂの蓄冷構造の内部は、固体状態の冷媒６が各冷媒容器５ａ〜５ｄの内部の冷媒排出口４１よりも下側にしか存在しない状態となる。つまり、超電導磁石装置１Ｂの蓄冷構造は、各冷媒容器５ａ〜５ｄの内部の空間と冷媒６が存在しない配管の経路とが連結された構成になる。

このような超電導磁石装置１Ｂの蓄冷構造は、第１実施形態に係る超電導磁石装置１の蓄冷構造と同様の効果を得ることができる。その結果、本第２実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂによれば、第１実施形態に係る超電導磁石装置１と同様に、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、気化した冷媒６を装置外に良好に排出することができる。

しかも、超電導磁石装置１Ｂは、蓄冷構造が図４に示すように構成されることにより、例えば冷媒容器５ｂと冷媒容器５ｄのように、複数の冷媒容器５を略同等の高さ位置に配置することができる。そのため、超電導磁石装置１Ｂによれば、例えば、第１実施形態に係る超電導磁石装置１において、複数の冷媒容器５間で十分な高低差を設けられない場合で、かつ、上流側の冷媒容器５の冷媒排出口４１の下側に下流側の冷媒容器５の冷媒導入口４０を配置することができないときであっても、図４（ａ）に示す冷媒容器５ｂと冷媒容器５ｄとのように、配置することができる。

［第３実施形態］
第１実施形態に係る超電導磁石装置１は、冷凍機１２が輻射シールド３を介して冷媒容器５ａと常電導パワーリード７と超電導パワーリード８の高温端８ａとを冷却する構成になっている。本第３実施形態では、輻射シールド３を削除し、冷凍機１２が直接これらの部材を冷却する構成の超電導磁石装置１Ｃを提供する。

以下、図６を参照して、本第３実施形態に係る超電導磁石装置１Ｃの構成につき説明する。図６は、本第３実施形態に係る超電導磁石装置１Ｃの断面構成を模式的に示す図である。

図６に示すように、本第３実施形態に係る超電導磁石装置１Ｃは、第１実施形態に係る超電導磁石装置１（図１参照）と比較すると、以下の（１）〜（４）の点で相違している。
（１）輻射シールド３と永久電流スイッチ９と冷媒容器５ｃとが削除されている点。
（２）冷凍機１２の第１ステージ１２ａが熱伝導パス１１を介して冷媒容器５ａと常電導パワーリード７と超電導パワーリード８の高温端８ａとを直接冷却する点。
（３）冷凍機１２の第２ステージ１２ｂが熱伝導パス１１を介して冷媒容器５ｂを直接冷却する点。
（４）冷媒容器５ａ，５ｂの間に配置されている連結配管３３ａのみが冷媒容器５ａ，５ｂよりも熱伝導率の低い部材で構成されており、他の箇所（図６に示す例では、冷媒容器５ｂと冷媒容器５ｄとの間）に配置されている連結配管３３ｄが、冷媒容器５と同等以上の熱伝導率の高い部材で構成されている点。

以下、前記した（１）〜（４）の相違点について、詳述する。
（１）図６に示す例では、超電導磁石装置１Ｃは、冷凍機１２の第１ステージ１２ａが熱伝導パス１１を介して冷媒容器５ａと常電導パワーリード７と超電導パワーリード８の高温端８ａとを直接冷却するため、輻射シールド３が削除された構成になっている。また、超電導磁石装置１Ｃは、永久電流スイッチ９が削除されており、永久電流スイッチ９を冷却する必要がないため、冷媒容器５ｃが削除された構成になっている。

（２）超電導磁石装置１Ｃは、冷凍機１２の第１ステージ１２ａが熱伝導パス１１を介して冷媒容器５ａと常電導パワーリード７と超電導パワーリード８の高温端８ａとを直接冷却する構成になっている。

（３）超電導磁石装置１Ｃは、冷媒容器５ｃが削除されているため、冷凍機１２の第２ステージ１２ｂが熱伝導パス１１を介して冷媒容器５ｂのみを直接冷却する構成になっている。

（４）超電導磁石装置１Ｃは、第１実施形態に係る超電導磁石装置１と同様に、冷媒容器５ａが超電導パワーリード８の高温端８ａと熱的に接続されており、冷媒容器５ｂが超電導パワーリード８の低温端８ｂと熱的に接続されている。そのため、冷媒容器５ａの運転温度が、冷媒容器５ｂ，５ｄの運転温度よりも高くなる。そして、冷媒容器５ａと冷媒容器５ｂとの間には、連結配管３３ａが配置されている。連結配管３３ａは、例えばステンレス鋼に代表される、冷媒容器５ａ，５ｂよりも熱伝導率の低い部材で構成されている。その理由は、連結配管３３ａを介して高温側の冷媒容器５ａから低温側の冷媒容器５ｂに侵入する熱の侵入量を抑制するためである。

一方、冷媒容器５ａと冷媒容器５ｂとの間以外の箇所（図６に示す例では、冷媒容器５ｂと冷媒容器５ｄとの間）には、連結配管３３ｄが配置されている。連結配管３３ｄは、冷媒容器５と同等以上の熱伝導率の高い部材で構成されている。その理由は、連結配管３３ｄによって連結されている２つの冷媒容器５（図６に示す例では、冷媒容器５ｂと冷媒容器５ｄ）の運転温度が略同等であり、２つの冷媒容器５間で熱の侵入量を抑制する必要がないためである。

このような超電導磁石装置１Ｃによれば、第１実施形態に係る超電導磁石装置１と同様に、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、気化した冷媒６を装置外に良好に排出することができる。

しかも、超電導磁石装置１Ｃによれば、熱伝導パス１１（図６に示す例では、冷凍機１２と冷媒容器５ｄとを熱的に接続する熱伝導パス１１）を削減することができるため、冷却パス１１の構成を簡素化することができる。また、熱伝導パス１１を削減しても、複数の冷媒容器５（図６に示す例では、冷媒容器５ｂ，５ｄ）を冷却することができる。また、輻射シールド３を削除しても、冷媒容器５ａと常電導パワーリード７と超電導パワーリード８の高温端８ａとを冷却することができる。

［第４実施形態］
前記した第１〜第３実施形態では、連結配管３３が下降方向に向くように形成されている。しかしながら、連結配管３３は、水平方向に向くように形成することができる。

以下、図７を参照して、本第４実施形態に係る超電導磁石装置１Ｄの構成につき説明する。図７は、本第４実施形態に係る超電導磁石装置１Ｄの断面構成を模式的に示す図である。ここでは、本第４実施形態に係る超電導磁石装置１Ｄが第２実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂと同様の構成になっている場合を想定して説明する。

図７に示すように、第４実施形態に係る超電導磁石装置１Ｄは、第２実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂと比較すると、以下の（１）〜（３）の点で相違している。
（１）冷媒容器５ａの位置が下げられている点。
（２）冷媒容器５ｂ，５ｄの冷媒導入口４０が冷媒容器５ｂ，５ｄの側面に設けられている点。
（３）連結配管３３が、下降方向だけでなく、水平方向にも延在する構成になっている点。

このような本第４実施形態に係る超電導磁石装置１Ｄによれば、第２実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂと同様に、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、気化した冷媒を装置外に良好に排出することができる。しかも、超電導磁石装置１Ｄによれば、冷媒容器５を水平方向に連結することができる。なお、図７に示す水平方向に延在する構成の連結配管３３は、他の実施形態にも適用することができる。

［変形例］
第１〜第４実施形態に係る超電導磁石装置１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、それぞれ、配管３０，３１，３３の一部を、例えば、図８に示す変形例に係る配管３４に置き換えることができる。図８は、配管の変形例を示す図である。ここでは、超電導磁石装置が第１実施形態に係る超電導磁石装置１である場合を想定して説明する。

図８に示すように、変形例では、配管３４は、冷媒容器５を貫通する配管（以下、「貫通配管」と称する）として構成されている。なお、冷媒容器５は、貫通配管３４が貫通している部分が密封されており、これによって、内部の気密が保たれている。

貫通配管３４は、冷媒６を通過させるための１乃至複数の孔３５が設けられている。孔３５は、貫通配管３４が冷媒容器５に取り付けられた場合に、下端部分（孔３５が複数設けられている場合は、最も下に位置する孔３５の下端部分）が冷媒容器５の底面から任意の高さ（冷媒容器５の内部で貯蔵される冷媒６の高さ）だけ上方向に離間した位置になるように設けられている。

孔３５は、冷媒６を冷媒容器５の外部から内部に導入する場合に、冷媒導入口として機能し、また、冷媒６を冷媒容器５の内部から外部に排出する場合に、冷媒排出口として機能する。

例えば、超電導磁石装置１は、運転前において、液体状態の冷媒６が、冷媒導入配管３０及び貫通配管３４（ただし、冷媒導入配管３０と貫通配管３４とが一体化されている場合もある）を通って装置外部から装置内部に導入される。このとき、液体状態の冷媒６は、孔３５を通って貫通配管３４の内部から冷媒容器５の内部に流入する。したがって、このとき、孔３５が冷媒導入口として機能する。その結果、液体状態の冷媒６が、冷媒容器５の内部を満たす状態になる。

その後、超電導磁石装置１は、液体状態の冷媒６が、重力に従って落下し、貫通配管３４及び冷媒排出配管３１（ただし、貫通配管３４と冷媒排出配管３１とが一体化されている場合もある）を通って装置内部から装置外部に排出される。このとき、液体状態の冷媒６は、孔３５を通って冷媒容器５の内部から貫通配管３４の内部に排出される。したがって、このとき、孔３５が冷媒排出口として機能する。

その結果、液体状態の冷媒６は、各冷媒容器５の内部で、孔３５の下端部分（孔３５が複数設けられている場合は、最も下に位置する孔３５の下端部分）よりも下側に溜まった状態となる。この後、液体状態の冷媒６は、冷凍機１２によって冷却されて、固体状態となる。

超電導磁石装置１は、変形例に係る貫通配管３４を用いることにより、部品点数を減らすことができ、その結果、全体の構成を簡易にすることができるため、コストを低減することができる。

ただし、変形例に係る貫通配管３４を用いない場合は、冷媒導入口４０と冷媒排出口４１とが離れた構成になるため、余冷熱を有効に利用する点では、変形例に係る貫通配管３４を用いる場合よりも優れている。

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、第２実施形態では、超電導磁石装置１ＢがＭＲＩ装置として構成される場合を想定して説明している。そのため、超電導磁石装置１Ｂの真空容器２（図４（ａ）参照）は、開口部２４が水平方向に向けて開口された構成になっている。しかしながら、超電導磁石装置１Ｂの真空容器２は、開口部２４が鉛直方向に向けて開口された構成にすることができる。この場合、各冷媒容器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、開口部２４の向きに合わせて、例えば、図１に倣って、レイアウトが変更される。このとき、各冷媒容器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、天井が上で、底面が下になるように、天井と底面との位置関係が維持され、また、冷媒排出口４１の高さ位置が、冷媒導入口４０よりも下で、かつ、冷媒容器５の底面から上方向に離間した位置になるように、配置される。

また、例えば、本発明は、前記した第１〜第４実施形態で説明した蓄冷構造を、磁場を形成する超電導コイルを持たない、超電導を利用する装置（以下、「超電導利用装置」と称する）にも、適用することができる。このような超電導利用装置としては、例えば、閉回路を一定の温度以下に冷却して超電導状態に保持する構成の、コンピュータや電子顕微鏡、半導体装置等がある。

具体的には、本発明に係る超電導利用装置は、一定の温度以下で超電導状態となる超電導素子（例えば、超電導コイルや永久電流スイッチ、超電導パワーリード、半導体装置における超電導層等）と、前記超電導素子を含む任意の冷却対象と熱的に接続される複数の冷媒容器と、いずれか１乃至複数の前記冷媒容器と熱的に接続され、接続される冷媒容器に内蔵される冷媒を冷却する冷凍機と、前記複数の冷媒容器のうち最も高所に配置される冷媒容器に接続され、前記冷媒を装置内部に導入するための冷媒導入配管と、前記複数の冷媒容器を互いに連結し、前記連結された冷媒容器間で前記冷媒を流動可能とする連結配管と、１乃至複数の前記冷媒容器に接続された、前記冷媒を装置外部に排出するための冷媒排出配管とを有し、前記複数の冷媒容器と前記冷媒導入配管と１乃至複数の前記連結配管と前記冷媒排出配管とによって蓄冷構造を形成する構成とする。

そして、前記複数の冷媒容器では、冷媒排出口の高さ位置が、冷媒導入口から前記冷媒容器の底面までの間に配置されるように設けられている構成とする。また、前記冷媒導入配管と前記連結配管と前記冷媒排出配管とによって形成される配管の経路は、前記冷媒導入配管を最上流の配管とし、前記冷媒排出配管を最下流の配管とし、最上流の配管から最下流の配管に向けて、途中で上昇することなく、全ての部位で水平方向又は下降方向に向くように形成されている構成とする。

このような本発明に係る超電導利用装置は、本発明に係る超電導磁石装置と同様に、装置内への熱の侵入量を増大させることなく、気化した冷媒を装置外に良好に排出することができる。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 超電導磁石装置
２ 真空容器
３ 輻射シールド
４（４ａ，４ｂ） 超電導コイル
５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ） 冷媒容器
６ 冷媒
７ 常電導パワーリード
８ 超電導パワーリード
８ａ 超電導パワーリードの高温端
８ｂ 超電導パワーリードの低温端
９ 永久電流スイッチ
１０（１０ａ，１０ｂ） 保護抵抗
１１ 熱伝導パス
１２ 冷凍機
１２ａ 第１ステージ
１２ｂ 第２ステージ
１３ 励磁電源（直流電源）
１４ 電流遮断器
２１ 超電導コイルの中心軸
２４ 開口部
３０ 冷媒導入配管
３１ 冷媒排出配管
３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ） 連結配管
３４ 配管（貫通配管）
３５ 孔
４０ 冷媒導入口
４１ 冷媒排出口

Claims (10)

1. 一定の温度以下で超電導状態となる複数の超電導コイルと、
   前記複数の超電導コイルを含む任意の冷却対象と熱的に接続される複数の冷媒容器と、
   いずれか１乃至複数の前記冷媒容器と熱的に接続され、接続される冷媒容器に内蔵される冷媒を冷却する冷凍機と、
   前記複数の冷媒容器のうち最も高所に配置される冷媒容器に接続され、前記冷媒を装置内部に導入するための冷媒導入配管と、
   前記複数の冷媒容器を互いに連結し、前記連結された冷媒容器間で前記冷媒を流動可能とする連結配管と、
   １乃至複数の前記冷媒容器に接続された、前記冷媒を装置外部に排出するための冷媒排出配管とを有し、
   前記複数の冷媒容器では、冷媒排出口の高さ位置が、冷媒導入口から前記冷媒容器の底面までの間に配置されるように設けられており、
   前記冷媒導入配管と前記連結配管と前記冷媒排出配管とによって形成される配管の経路は、前記冷媒導入配管を最上流の配管とし、前記冷媒排出配管を最下流の配管とし、最上流の配管から最下流の配管に向けて、各部位で水平方向又は下降方向に向くように形成されている
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
2. 請求項１に記載の超電導磁石装置において、
   １本の前記連結配管は、前記形成された配管の経路上の上流側に配置された前記冷媒容器と下流側に配置された前記冷媒容器とを一対一の関係で連結する
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
3. 請求項１に記載の超電導磁石装置において、
   １本の前記連結配管は、前記形成された配管の経路上の上流側に配置された前記冷媒容器と下流側に配置された前記冷媒容器とを一対Ｎ（ただし、Ｎは１以上の整数）の関係で連結する
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の超電導磁石装置において、
   さらに、電源と前記超電導コイルとを電気的に連結する超電導パワーリードを有し、
   前記超電導パワーリードの高温端と低温端とのそれぞれに熱的に接続される２つの前記冷媒容器の間に配置されている前記連結配管が、前記冷媒容器よりも熱伝導率の低い部材で構成されている
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の超電導磁石装置において、
   略同等の温度に冷却される２つの冷却対象のそれぞれに熱的に接続される２つの前記冷媒容器の間に配置されている前記連結配管が、前記冷媒容器と同等以上の熱伝導率の部材で構成されている
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の超電導磁石装置において、
   さらに、前記複数の超電導コイルを含む各構成要素を内部に収容する真空容器を有し、
   前記真空容器は、水平方向に開口する開口部が設けられており、
   前記複数の超電導コイルは、それぞれ、中心軸が鉛直方向を向き、前記開口部を挟んで上下に分かれて配置されている
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の超電導磁石装置において、
   さらに、前記複数の超電導コイルを含む各構成要素を内部に収容する真空容器を有し、
   前記真空容器は、水平方向に開口する開口部が設けられており、
   前記複数の超電導コイルは、それぞれ、中心軸が水平方向を向き、前記開口部の周囲を円周方向に囲むように配置されている
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載の超電導磁石装置において、
   さらに、前記真空容器の内部に配置された輻射シールドを備えており、
   前記輻射シールドは、前記冷凍機によって貫かれた形状になっているとともに、いずれか１乃至複数の前記冷媒容器と熱的に接続されている
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の超電導磁石装置において、
   前記形成された配管の一部が、前記冷媒容器を貫通する貫通配管として構成されており、
   前記貫通配管は、前記冷媒導入口及び前記冷媒排出口を兼ねる１乃至複数の孔が、前記冷媒容器の内部に配置される位置で、かつ、前記冷媒容器の底面から上方向に離間した位置に設けられている
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
10. 一定の温度以下で超電導状態となる超電導素子と、
    前記超電導素子を含む任意の冷却対象と熱的に接続される複数の冷媒容器と、
    いずれか１乃至複数の前記冷媒容器と熱的に接続され、接続される冷媒容器に内蔵される冷媒を冷却する冷凍機と、
    前記複数の冷媒容器のうち最も高所に配置される冷媒容器に接続され、前記冷媒を装置内部に導入するための冷媒導入配管と、
    前記複数の冷媒容器を互いに連結し、前記連結された冷媒容器間で前記冷媒を流動可能とする連結配管と、
    １乃至複数の前記冷媒容器に接続された、前記冷媒を装置外部に排出するための冷媒排出配管とを有し、
    前記複数の冷媒容器では、冷媒排出口の高さ位置が、冷媒導入口から前記冷媒容器の底面までの間に配置されるように設けられており、
    前記冷媒導入配管と前記連結配管と前記冷媒排出配管とによって形成される配管の経路は、前記冷媒導入配管を最上流の配管とし、前記冷媒排出配管を最下流の配管とし、最上流の配管から最下流の配管に向けて、各部位で水平方向又は下降方向に向くように形成されている
    ことを特徴とする超電導利用装置。

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