JPH09312210A - 冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の冷却装置にあっては、設置自由度、使用
自由度、安定性、信頼性の点で改善する余地が残されて
いる。 【解決手段】第１の真空容器６０と、この第１の真空容
器６０内に収容された冷凍機６１と、超電導コイル４４
を収容可能に形成され、第１の真空容器６０とは別体に
形成された第２の真空容器４３と、冷凍機６１で超電導
コイル４４を冷却する際には、冷凍機６１と超電導コイ
ル４４とを熱的に接続し、超電導コイル４４を断熱する
際には、冷凍機６１と超電導コイルと熱的に分離するた
めの熱接続・分離手段とを備えたことを特徴とし、超電
導コイル４４は、冷凍機６１から分離されて長時間断熱
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被冷却物を冷却す
るための冷却装置および冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、最近の冷凍技術の進歩は
目覚ましく、液体ヘリウム温度レベルまで効率良く到達
できる小型の冷凍機も出現している。これは液体ヘリウ
ム温度レベル、つまり極低温下において大きな比熱特性
を示す蓄冷材の出現によるところが大きい。

【０００３】事実これらの冷凍機は、ギフォード・マク
マホン冷凍サイクルやスターリング冷凍サイクルで代表
される蓄冷式に構成されているものが多い。ところで、
このような冷凍技術の発展に伴って、最近では断熱容器
内に収容されている超電導コイルを極低温冷凍機で直接
的に冷却する冷凍機直冷方式の超電導磁石装置も出現し
ている。

【０００４】この冷凍機直冷式方式の超電導磁石装置で
は、今までのような液体ヘリウム中に超電導コイルを浸
漬して冷却する浸漬冷却方式のように冷媒を用いる必要
がないため取り扱いが極めて容易となり、システムの単
純化および運転コストの低減化を図ることができる。

【０００５】しかしながら、冷凍機直冷方式の超電導磁
石装置にあっても次のような点が課題として残されてい
る。すなわち、冷凍機直冷方式の超電導磁石装置では、
通常断熱容器としての真空容器内に超電導コイルとサー
マルシールドとを収容するとともに真空容器内に冷却ス
テージが位置するように複数段構成の蓄冷式冷凍機を配
置する。

【０００６】そして、この蓄冷式冷凍機の最低温度冷却
ステージと超電導コイルとを伝熱部材で熱的に接続し、
さらに最低温冷却ステージとは異なる温度の冷却ステー
ジとサーマルシールドとを別の伝熱部材で熱的に接続す
るようにしている。

【０００７】このような構成の冷凍機直冷方式の超電導
磁石装置では、超電導コイルを収容した真空容器に蓄冷
式冷凍機が直接取付けられた形態となっているため、次
のような問題が存在している。

【０００８】（１）真空容器を小さくして、いわゆるコ
イル部分を小さくしようとしても蓄冷式冷凍機の存在に
よって大幅な制約を受ける。このため、コイル部分が必
然的に大きくなり、設置自由度や使用自由度に欠ける問
題がある。

【０００９】（２）蓄冷式冷凍機では、ギフォード・マ
クマホン冷凍サイクルで代表されるように、少なくとも
ｌ段以上の蓄冷器を内蔵したディスプレーサを可動させ
る必要があるので、機械振動の発生を免れ得ない。この
ため、蓄冷式冷凍機の振動が超電導コイルに伝わり、こ
の超電導コイルの振動に起因してコイルで発生した磁場
の均一度が低下する問題もある。

【００１０】（３）極低温下において大きな比熱特性を
示す蓄冷材としては、磁気相転移に伴なう異常磁気比熱
を利用したものを挙げることができる。この蓄冷材は磁
性材である。

【００１１】この時勢蓄冷材を超電導コイルの近傍に配
置される蓄冷式冷凍機の蓄冷器に組み込むと、超電導コ
イルで発生した磁場の対称性を大きく乱すことになる。
また、磁性蓄冷材組み込んだ蓄冷器を内蔵したディスプ
レーサを上下動させると、超電導導コイルで発生した磁
場と磁性蓄冷材との間に生じる電磁力でディスプレーサ
に傾きが生じ、これが原因してシール部材等の摩耗を加
速させて冷凍機の冷凍能力を短時間で低下させることが
ある。

【００１２】（４）冷凍機直冷式の超電導磁石装置で
は、超電導コイルを常温から所定の温度まで冷却するの
に要する時間が浸漬冷却方式に比べて長くなる。この時
間を短くするには、容量の大きい冷凍機を組込む必要が
あり、必然的に大型となって冷凍機直冷方式の特徴を発
揮できないことになる。

【００１３】このように、冷凍機直冷方式の超電導磁石
装置にあっては、設置自由度、使用自由度、安定性、信
頼性の点で改善する余地が残されている。この問題点
は、液体ヘリウムやヘリウムガス等の冷媒を用いて間接
的に超電導磁石装置を冷却する形式の冷却装置にも当て
はまる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の冷
却装置にあっては、設置自由度、使用自由度、安定性、
信頼性の点で改善する余地が残されている。本発明は、
上記課題を考慮して成されたもので、設置自由度、使用
自由度、安定性、信頼性の向上を図った冷却装置および
冷却方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、下記の冷却装置および冷却方法
を提案する。第１の冷却装置は、第１の真空容器と、前
記第１の真空容器内に収容された冷却源と、前記被冷却
物を収容可能に形成され、前記第１の真空容器とは別体
に形成された第２の真空容器と、前記冷却源で前記被冷
却物を冷却する際には、前記冷却源と前記被冷却物とを
熱的に接続し、前記被冷却物を断熱する際には、前記冷
却源と前記被冷却物と熱的に分離するための熱接続・分
離手段とを備えたことを特徴としている。

【００１６】第２の冷却装置は、第１の真空容器と、前
記第１の真空容器内に収容され、冷却ステージを有する
冷凍機と、前記被冷却物を収容可能に形成され、前記第
１の真空容器とは別体に形成された第２の真空容器と、
前記第１の真空容器の一部を構成する第１の良熱伝導部
と、前記第２の真空容器の一部を構成する第２の良熱伝
導部とを有し、前記冷却ステージで前記被冷却物を冷却
する際には、前記冷却ステージと前記第１の良熱伝導部
とを熱的に接続し、前記第２の良熱伝導部と前記被冷却
物とを熱的に接続し、前記第１の良熱伝導部と前記第２
の良熱伝導部とを熱的に接続することによって前記冷却
ステージと前記前記被冷却物を熱的に接続し、前記被冷
却物を断熱する際には、前記前記被冷却物と前記第２の
良熱伝導部とを熱的に分離し、前記第１の良熱伝導部と
前記第２の熱伝導部とを熱的に分離して前記被冷却物を
前記第２の真空容器の外部から断熱することを特徴とし
ている。

【００１７】第３の冷却装置は、第１の容器と、前記第
１の容器内に収容された冷却源と、前記被冷却物を収容
可能に形成された第２の容器と、少なくとも一部がフレ
キシブルに形成され前記第１の容器と前記第２の容器と
の間を前記第１の容器内と前記第２の容器内とが真空状
態が保持されるように接続するための配管と、前記配管
内を通して前記冷却源と前記被冷却物とを熱的に接続す
るための伝熱部材とを備えて成ることを特徴としてい
る。

【００１８】第１の冷却方法においては、第１の真空容
器と、前記第１の真空容器内に収容された冷却源と、前
記被冷却物を収容可能に形成され、前記第１の真空容器
とは別体に形成された第２の真空容器とを有する冷却装
置の冷却方法において、前記冷却源と前記被冷却物とを
熱的に接続して前記冷却源で前記被冷却物を冷却する工
程と、前記冷却源と前記被冷却物と熱的に分離して前記
被冷却物を断熱する工程とを備えたことを特徴としてい
る。

【００１９】第２の冷却方法においては、第１の真空容
器と、前記第１の真空容器内に収容された冷却源と、前
記被冷却物を収容可能に形成され、前記第１の真空容器
とは別体に形成された第２の真空容器と、前記第１の真
空容器の一部を構成する第１の良熱伝導部と、前記第２
の真空容器の一部を構成する第２の良熱伝導部とを有す
る冷却装置の冷却方法において、前記冷却ステージと前
記第１の良熱伝導部とを熱的に接続する工程と、前記第
２の良熱伝導部と前記被冷却物とを熱的に接続する工程
と、前記第１の良熱伝導部と前記第２の良熱伝導部とを
熱的に接続して前記冷却源で前記被冷却物を冷却する工
程と、前記前記被冷却物と前記第２の良熱伝導部とを熱
的に分離する工程と、前記第１の良熱伝導部と前記第２
の熱伝導部とを熱的に分離して前記被冷却物を断熱する
工程とを備えたことを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の一実施形態を説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る超電導磁石の極抵温冷却装置の部分断面図であ
る。

【００２１】この極低温冷却装置は、大きく別けて、コ
イル部４１と、このコイル部４１とは別々に設けられた
冷凍部４２とで構成されている。コイル部４１は、図２
にも示すように、ステンレス鋼などの非磁性材で形成さ
れて断熱客器として機能する環状の真空容器４３と、こ
の真空容器４３内に収容された超電導コイル（被冷却
物）４４と、この超電導コイル４４と真空容器４３との
間に超電導コイル４４を包囲するように配置されたサー
マルシールド４５とを備えている。

【００２２】超電導コイル４４は、Ｎｂ・Ｔｉ合金線や
Ｎｂ₃Ｓｎ線で形成されており、図示しない断熱支持手
段によって支持されている。超電導コイル４４の図中下
端面には銅、アルミニウム、窒化アルミニウムなどの良
熱伝導材で形成された伝熱部材４６が熱的に接続されて
いる。

【００２３】そして、超電導コイル４４の線端は伝熱部
材４６を支持材として設けられた永久電流スイッチ４７
の両端に援続されている。また、超電導コイルイルの外
周には、超電導コイル４４の臨界温度以下の温度におい
て大きな比熱を有する蓄冷材、たとえばＥｒ３Ｎｉの粒
子を混合させた蓄冷材層４８が超電導コイル４４に熱的
に接触状態で設けられている。

【００２４】伝熱部材４６の一部４６ａは真空容器４３
の側壁に接近するように張出しており、またサーマルシ
ールド４５の一部４５ａも上記一部４６ａと同心的に張
出している。

【００２５】これら一部４６ａと一部４５ａとは、一部
４６ａを第ｌ伝熱部とし、一部４５ａを第２伝熱部とし
て第ｌの伝熱部材４９を構成している。一部４６ａと一
部４５ａとの間には図３に示すように、熱絶縁材５０お
よび電気絶縁材（fiber rainforced plastic）５１が設
けられている。

【００２６】電気絶縁材５１には、前述した永久電流ス
イッチ４７の両端に援統されるパワーリード片５２ａ，
５２ｂ）と永久電流スイッチ４７を制御するための制御
線片５３ａ，５３ｂ）とが理め込まれている。

【００２７】そして、パワーリード片５２ａ，５２ｂの
線端部と制御線片５３ａ，５３ｂの線端部とは、図４Ａ
に示すように、真空容器４３の側壁に対向するように露
出している。

【００２８】真空容器４３の側壁で第ｌの伝熱部材４９
に対向する位置には、常時は第１の伝熱部材４９とは離
問した場所に位置し、真空容器４３内の真空度では変位
しないが、外部から所定以上の力が加えられると第ｌの
伝熱部材４９側に変位するベローズ式の伸縮壁５４が設
けられている。この伸縮壁５４で第ｌの伝熱部材４９に
対向する位置には第２の伝熱部材５５が設けられてい
る。

【００２９】この第２の伝熱部材５５は、図３に示すよ
うに、第ｌの伝熱部材４９の部分４６ａの端面に対向す
るように設けられた良熱伝導材製の第ｌ伝熱部５６と部
分４５ａに対向するように設けられた良熱伝導材製の第
２伝熱部５７とを備えている。

【００３０】これらは伸縮壁５４との間および相互間が
電気絶緑材で絶縁されている。第１伝熱部５６と第２伝
熱部５７との間に設けられ、かつ第１の伝熱部材４９に
設けられたパワーリード片５２ａ，５２ｂの線端部と制
御線片５３ａ，５３ｂの線端部に対向する位置には、図
４Ｂにも示すように、パワーリード片５８ａ，５８ｂと
制御線片５９ａ，５９ｂとが第ｌ伝熱部５６および第２
伝熱部５７とは電気絶縁状態でそれぞれ設けられてい
る。

【００３１】一方、冷凍部４２は、真空容器６０と、こ
の真空容器６０内に冷却ステージを位置させるように真
空容器６０の内外に跨って配置された蓄冷式冷凍機（冷
却源）６１と、この蓄冷式冷凍機６１の冷却ステージに
熱的に接続された第３の伝熱部材６２とで構成されてい
る。

【００３２】蓄冷式冷凍機６１は、この例では２段膨張
式のギフォード・マクマホン冷凍機によって構成されて
いる。この蓄冷式冷凍機６ｌは、ｌ段蓄冷器の蓄冷材と
して銅メッシュ等を用いており、また２段蓄冷器の畜冷
材としてＥｒ₃Ｎｉで代表される磁気相転移に伴う異常
磁気比熱を利用した磁性蓄冷材を用いている。

【００３３】これらの蓄冷材の使用により第ｌ段冷却ス
テージ６３では５０Ｋ程度の寒冷を発生し、第２段冷却
ステージ６４では４Ｋ程度の寒冷を発生するように設計
されてしいる。なお、図ｌにおいて、６５は２段直列に
接続された蓄冷器を内蔵したディスプレーサ往復動させ
るためのモータを示し、６６は冷媒ガスの圧縮・吸引に
供される圧縮機を示している。

【００３４】第３の伝熱部材６２は、図３にも示すよう
に、良熱伝導材で形成されて一端側が第２段冷却ステー
ジ６３に熱的に接続された第ｌ伝熱部６７と、良熱伝導
材で形成されて一端側が第ｌ段冷却ステージ６３に熱的
に接続されるとともに他端側が第ｌ伝熱部６７と同心的
に設けられた第２伝熱部６８とを備えている。

【００３５】これら第ｌ伝熱部６７と第２伝熱部６８と
は電気絶緑材（熱絶縁材）６９によって絶縁されてい
る。また、第ｌ伝熱部６７と第２伝熱部６８との間に
は、図４Ｃに示すように、パワーリード片７０ａ，７０
ｂと制御線片７１ａ，７１ｂとが第ｌ伝熱部６７および
第２伝熱部６８とは電気絶縁状態て設けられている。

【００３６】このように構成された第３の伝熱部材６２
は、図ｌおよび図３に示すように、端面を真空容器６０
の側壁に対向させている。パワーリード片７０ａ，７０
ｂと制御線片７１ａ，７１ｂとの他端は、図ｌに示すよ
うに、真空容器６０の壁を気密に貫通したブッシング７
２を介して外部に導かれている。

【００３７】真空容器６０の側壁で第３の伝熱部材６２
の端面に対向する位置には、常時は第３の伝熱部材６２
とは離間した場所に位置し、真空容器６０内の真空度で
は変位しないが、外部から所定以上の力が加えられると
第３の伝熱部材６２側に変位するべ口一ズ式の伸縮壁７
３が設けられている。この伸縮壁７３で第３の伝熱部材
６２に対向する位置には第４の伝熱部材７４が設けられ
ている。

【００３８】第４の伝熱部材７４は、第２の伝熱部材５
５とほぼ同径でほぼ同様に構成されている。すなわち、
第４の伝熱部材７４は、図３に示すように、第３の伝熱
部材６２の第ｌ伝熱部６７の端面に向するように設けら
れた良熱伝導材製の第１伝熱部７５と第２伝熱部６８に
対向するように設けられた良熱伝導材製の第２伝熱部７
６とを備えている。

【００３９】これらは伸縮壁７３との間および相互間が
熱絶緑材て絶縁されている。第ｌ伝熱部７５と第２伝熱
部７６との間で、第３の伝熱部材６２に設けられたパワ
ーリード片７０ａ，７０ｂの線端と制御線片７１ａ，７
１ｂの線端に対向する位置には、パワーリード片７７
ａ，７７ｂ（ただし、パワーリード片７７ｂは図示せ
ず）と制御線片７８ａ，７８ｂ（ただし、制御線片７８
ｂは図示せず）とが第ｌ伝熱部７５および第２伝熱部７
６とは電気絶縁状態で設けられている。

【００４０】次に、冷凍部とコイル部とを接続する方法
について説明する。すなわち、真空容器４３の伸縮壁５
４に設けられた第２の伝熱部材５５と真空容器６０の伸
縮壁７３に設けられた第４の伝熱部材７４とが同軸上で
対向するように、コイル部４ｌと冷凍部４２とを位置合
せし、この状態でコイル部４１と冷凍部４２とを接近さ
せる方向に相対移動させると、やがて第２の伝熱部材５
５と第ｌの伝熱部材７４とが接触する。

【００４１】さらに、接近させるように相対移動させる
と、図ｌに示すように、伸縮壁５４が伸び、その結果と
して第２の伝熱部材５５が第ｌの伝熱部材４９に接触
し、また伸縮壁７３が縮み、その結果として第４の伝熱
部材７４が第３の伝熱部材６２に接触する。

【００４２】この状態て第３の伝熱部材６２、第４の伝
熱部材７４、第２の伝熱部材５５、第ｌの伝熱部材４９
の第ｌ伝熱部６７，７５，５６，４６同士からなる機械
的接触式の第ｌ伝熱路８０および第２伝熱部６８，７
６，５７，４５ａ同士からなる機械的接触式のの第２伝
熱路８１が形成され、さらにパワーリード片７０ａ，７
７ａ，５８ａ，５２ａ同士およびパワーリード片７０
ｂ，７７ｂ，５８ｂ，５２ｂ同士の接触によるパワーリ
ード８２，８３が形成される。

【００４３】なお、機械的接触式の伝熱路は、伝熱部材
同士を接触させて熱を伝達し、伝熱部材同士を非接触に
して断熱することから、機械的な熱スイッチを構成して
いる。

【００４４】さらにまた制御線片７１ａ，７８ａ，５９
ａ，５３ａ同士および制御線片７１ｂ，７８ｂ，５９
ｂ，５３ｂ同士の接触による制御線８４、８５形成され
る関係に各部寸法および位置関係が設定されている。

【００４５】このような構成であると、超電導コイル４
４を臨界温度以下に冷却し、続いて永久電流モードに移
行させるときには次のようにする。まず、冷凍部４２の
蓄冷式冷凍機６１を運転開始させる。次に、図ｌに示す
ように、コイル部４１と冷凍部４２とを機械的に接触結
合させて前述した第ｌ伝熱路８０と第２伝熱路８１とを
形成させる。

【００４６】なお、このとき伸縮壁５４，７３間に存在
している隙間の入口を封じ、この隙間を排気するように
してもよい。第ｌ，第２伝熱路８０，８の形成によって
超電導コイル４４の熱は第ｌ伝熱路８０を介して蓄冷式
冷凍機６ｌの第２段冷却ステージ６４に吸熱され、サー
マルシールド４５の熱は第２伝熱路８ｌを介して第ｌ段
冷却ステージ６３に吸熱される。

【００４７】したがって、所定時間が経過すると、超電
導コイル４４は臨界温度以下である４Ｋ程度に冷却さ
れ、サーマルシールド４５は５０Ｋ程度に冷却されるこ
とになる。

【００４８】この状態で制御線８４を介して所定レベル
の電流を流し、永久電流スイッチ４７をオフさせる。続
いて、パワーリード８２，８３を介して超電導コイル４
４に電流を流し、所定の上昇率で増加させる。

【００４９】そして、超電導コイル４４に流れる電流が
目標値に達した時点で、制御線８４，８５を介して供給
する電流を零にして永久電流スイッチ４７をオン状態に
切換る。

【００５０】次に、パワーリード８２，８３を介して供
給する電流を所定の降下率で減少させて零にする。この
制御によって超電導コイル４４に永久電流が流れ続け
る。次に、コイル部４ｌと冷凍部４２との機械的な接触
結合状態を切り離す。この切り離しによって、コイル部
４ｌの伸縮壁５４が縮み、図２および図３に示すように
第ｌの伝熱部材４９から第２の伝熱部材５５が離間した
状態となる。

【００５１】また、冷凍部４２の伸縮壁７３が伸び、図
３に示すように第３の伝熱部材６２から第４の伝熱部材
７４が離間した状態となる。このように伝熱部材同士が
熱的に分離されて超電導コイル４４は断熱される。

【００５２】図５はコイル部４ｌと冷凍部４２とが機械
的な接触結合状態にあるときの超電導コイル４４、永久
電流スイッチ４７、パワーリード８２，８３、制御線８
４、８５の接続関係を示し、図６はコイル部４ｌと冷凍
部４２との機械的な接触結合状態を切り離したときの接
続関係を示している。永久電流は、図６に示した回路の
状態で超電導コイル４４に流れ続ける。

【００５３】なお、超電導コイル４４冷却するための冷
却源が完全に切り離されるので、超電導コイル４４温度
が徐々に上昇しようとする。しかし、この例では起電導
コイル４４の臨界温度以下の温度において大きな比熱を
有する蓄冷材層４８超電導コイル４４に接触させて設け
ているので、超電導コイル４４を長時間に亘って臨界温
度以下の温度に保持することができる。

【００５４】このように、コイル部４ｌと冷凍部４２と
を完全に別体に構成し、超電導コイル４４を冷却すると
きだけ、真空を破ることなく両者を結合（熱的に接続）
させるようにしている。そして、超電導コイル４４を断
熱する時には、コイル部４１と冷凍部４２とを分離（熱
的に分離）させている。

【００５５】したがって、冷凍部４２に左右されること
なくコイル部４ｌを設計することができ、コイル部４ｌ
の小型化を図れる。また、このような構成であると、超
電導コイル４４を収容した複数のコイル部４ｌを対象に
してｌつの冷凍部４２で次々に時系列的に冷し込むこと
もできるし、予冷時、通電時等の状況に対応させて、冷
凍能力の異なる冷凍部４２に交換しながら超電導コイル
４４を冷し込んだり、超電導コイル４４に通電したりす
ることもできる。

【００５６】さらに、設置現場とは別の場所で冷し込ん
で永久電流モ一ドにしてからコイル部４ｌだけを設置現
場へ運搬することもでき、汎用性を大幅に向上させるこ
とができる。また、定常運転時にはコイル部４ｌから冷
凍部４２を切り離すことができるので、振動、音などの
ない状況でコイル部４ｌを使用できる。

【００５７】なお、上述した例では、冷凍部４２に蓄冷
式冷凍機を用いているが、液体ヘリウム等の液冷媒を冷
凍源として用いてもよい。この場合には、超電導コイル
４４を臨界温度以下まで冷し込む時間を短縮できる。

【００５８】また、上述した例では、磁性蓄冷材の粒子
を混合させた蓄冷材層４８を起電導コイル４４付設して
いるが、ヘリウム、水素、ネオン、窒素、アルゴンの中
から選ばれた少なくとも１種を充填した容器を蓄冷材層
として超電導コイル４４に付設してもよい。

【００５９】また、上述した例では、それぞれ一対のパ
ワーリードおよび制御線を構成できるように超導電体を
設けているが、それぞれの一方を第ｌ〜第４の伝熱材で
兼用させるように構成しても良い。

【００６０】さらに、本第１の実施の形態においては、
第ｌの伝熱素子４９と第２の伝熱素子５５とを機械的な
接触をさせることによって伝熱路を構成しているが、第
ｌの伝熱素子４９と第２の伝熱素子５５との接触方法は
これに限定されない。

【００６１】すなわち、第ｌの伝熱素子４９と第２の伝
熱素子５５とは、熱的に切り離すことが可能であればよ
く、たとえば、第ｌの伝熱素子４９と第２の伝熱素子５
５との間にガスを封入して伝熱を行う熱スイッチを用い
ても良い。

【００６２】この場合、第ｌの伝熱素子４９と第２の伝
熱素子５５との間にガスを封入すると熱スイッチがオン
になり、超電導コイルと冷凍機との間の伝熱路が形成さ
れる。他方、ガスを排出して真空状態にすると、熱スイ
ッチはオフとなり超電導コイルと冷凍機との間の伝熱路
が遮断される。

【００６３】（第２の実施の形態）次に図７および図８
を参照して本発明の第２の実施の形態に係る極低温冷却
装置について説明する。

【００６４】この第２の実施の形態は、先に示した第１
の実施の形態と比較して伝熱路の形成の仕方が異なる。
他の構成については図１に示した第１の実施の形態とほ
ぼ同様の構成であるため、同一部分には同一符号を付し
てその説明は省略する。

【００６５】図７は、コイル部４１と冷凍部４２が熱的
に接続された状態を示しており、図８は、コイル部４１
と冷凍部４２を熱的に分離し、コイル部４１を断熱して
いる状態を示している。

【００６６】超電導コイル４４を収容している真空容器
４３の壁の一部は、良熱伝導性の材料から成る伝熱部材
５５で形成されている。この伝熱部材５５には、フラン
ジ部９６が形成されている。また超電導コイル４４に熱
的に接続され、良熱伝導部性の材料から成る伝熱部材４
６の一部４６ａは、真空容器４３の壁付近まで延びるよ
うに形成されている。また、サーマルシールド４５の一
部４５ａも真空容器４３の壁付近まで延びるように形成
されている。

【００６７】伝熱部材５５と伝熱部材４６の一部４６ａ
との間にはガス式の熱スイッチ９０ａが設けられてい
る。この熱スイッチ９０ａは、伝熱部材５５と伝熱部材
４６の一部４６ａとを熱的に接続して設けられている。

【００６８】また伝熱部材５５とサーマルシールド４５
の一部４５ａとの間にはガス式の熱スイッチ９０ｂが設
けられている。この熱スイッチ９０ｂは、伝熱部材５５
とサーマルシールド４５の一部４５ａとを熱的に接続し
て設けられている。

【００６９】一方、冷凍機６１を収容している真空容器
６０の壁の一部は、良熱伝導性の材料から成る伝熱部材
７４で形成されている。この伝熱部材７４には、フラン
ジ部９７が形成されている。また第２段冷却ステージ６
４に熱的に接続され、良熱伝導部性の材料から成る伝熱
部材６７の端部は、真空容器４３の壁付近まで延びるよ
うに形成されている。また第１冷却ステージ６３に熱的
に接続され、良熱伝導部性の材料から成る伝熱部材６８
の端部も、真空容器４３の壁付近まで延びるように形成
されている。

【００７０】なお、図中９８は、フランジ部９６とフラ
ンジ部９７とを機械的に接触させて締め付けるボルトを
示している。このボルト９８を締め付けることにより、
伝熱部材５５と伝熱部材７４との接触が良好となり、接
触熱抵抗を小さくして熱伝導を良好に行うことができ
る。

【００７１】伝熱部材７４と伝熱部材６７の端部との間
にはガス式の熱スイッチ９０ｃが設けられいる。この熱
スイッチ９０ｃは、伝熱部材７４と伝熱部材６７の端部
とを熱的に接続して設けられている。

【００７２】また伝熱部材７４と伝熱部材６８の端部と
の間にはガス式の熱スイッチ９０ｄが設けられいる。こ
の熱スイッチ９０ｄは、伝熱部材７４と伝熱部材６８の
端部の端部とを熱的に接続して設けられている。

【００７３】なお、これらの熱スイッチ９０ａ〜９０ｄ
については、図９に示すように熱スイッチ内部に熱伝導
性のガスを供給および排出して熱的な接続、分離を行う
ガス式の熱スイッチである。

【００７４】すなわち、図９には、熱スイッチ９０ａ〜
９０ｄの詳細な構造が示されている。熱スイッチ９０ａ
〜９０ｄは、両端を伝熱板９１，９２でふさがれた円筒
９３内に、配管９４を介して熱伝導ガスの供給・排出装
置９５から、熱伝導ガスとして例えばヘリウムガスを供
給・排出することによって熱的なＯＮ／ＯＦＦを行うよ
うに構成されたガス圧力式の熱スイッチである。円筒９
３内には、両端の伝熱板９１，９２から突起板９１ａ，
９２ａが多数突出し、互いに狭い間隔で入れ子（櫛歯）
状に対向している。

【００７５】この円筒９３内へ供給・排出装置９５から
配管９４を介してヘリウムガス供給し封入することによ
り、ヘリウムガスの熱伝導を利用して、両伝熱板９１，
９２間を熱が移動し、熱スイッチはＯＮとなる。ヘリウ
ムガスを排気し、熱スイッチ内を真空にすると、両伝熱
板９１，９２間の熱の移動はなくなり、熱スイッチはＯ
ＦＦとなる。

【００７６】なお、図９に示した熱スイッチは、内部の
熱伝導性のガスの圧力を調整してスイッチングを行うガ
ス圧力式の熱スイッチを示したが、本発明で用いられる
熱スイッチはこれに限定されるものではない。

【００７７】例えば、第１の伝熱体に対して第２の伝熱
体を相対的に移動可能とするための駆動機構を設けてお
き、これら第１，２の伝熱体同士を機械的に移動させて
接触と非接触を切り換えるように構成された機械的な熱
スイッチでも良い。この機械的な熱スイッチは、第２の
伝熱体を第１の伝熱体と接触させた状態で熱が伝導（ス
イッチＯＮ）され、第２の伝熱体を第１の伝熱体と機械
的に切離して非接触とさせた状態で熱熱的に分離（スイ
ッチＯＦＦ）される。

【００７８】このように、構成された冷却装置におい
て、コイル部と冷凍部とを熱的に接続する方法について
説明する。今、冷凍機６１の運転を開始して、第１段冷
却ステージ６３および第２段冷却ステージ６４の温度が
所定の温度に近づいた時点で、熱スイッチ９０ａ〜９０
ｄ内へヘリウムガスを供給して各々の熱スイッチ９０ａ
〜９０ｄをＯＮにする。コイル部４１あるいは冷凍部４
２を少なくとも一方を移動させて、伝熱部材５５と伝熱
部材７４とを接触させ、フランジ部９６とフランジ部９
７とをボルト９８で締め付ける。伝熱部材５５と伝熱部
材７４とを熱抵抗が小さくなるように、良好に接触させ
ることで良好な冷却を行うことが可能となる。

【００７９】すなわち、第１段冷却ステージ６３とサー
マルシールド４５との熱的な接続は、第１段冷却ステー
ジ６３→伝熱部材６８→熱スイッチ９０ｄ→伝熱部材７
４→熱スイッチ９０ｂ→サーマルシールドの一部４５ａ
→サーマルシールド４５の順に熱的に接続されている。

【００８０】一方、第２段冷却ステージ６４と超電導コ
イル４４との熱的な接続は、第２段冷却ステージ６４→
伝熱部材６７→熱スイッチ９０ｃ→伝熱部材７４→伝熱
部材５５→熱スイッチ９０ａ→超電導コイル４４の順に
熱的に接続されている。このような熱的な接続により、
十分時間が経過すると、熱シールド板４５は第１段冷却
ステージ６３とほぼ等しい温度（約４０Ｋ）になり、超
電導コイル４４は第２段冷却ステージ６４とほぼ等しい
温度（約４Ｋ）となる。このように、熱シールド板４５
と超電導コイル４４とを目標温度まで冷却した後に、熱
スイッチ９０ａ〜９０ｄ内のヘリウムガスを排気して熱
スイッチ９０ａ〜９０ｄをそれぞれＯＦＦとする。特
に、熱スイッチ９０ａと熱スイッチ９０ｂとをＯＦＦに
切り替えた時点で、サーマルシールド４５と超電導コイ
ル４４とは、真空容器の４３の外部からは完全に熱的に
分離されて、断熱される。

【００８１】そして、図８に示すように伝熱部材５５と
伝熱部材７４とを機械的に分離し、コイル部４１と冷凍
部４２とを非接触とし、熱的に分離する。このように、
伝熱部材５５と伝熱部材７４とを機械的に分離すること
で、熱的にも分離されるため、伝熱部材５５と伝熱部材
７４とを機械的に切り離す作業は、伝熱部材５５と伝熱
部材７４との間に機械式の熱スイッチを設けておき、こ
の機械式の熱スイッチをＯＦＦに切り替える作業と作用
的に等しい。その後、極低温冷凍機６５の運転を止め
る。

【００８２】以後、超電導コイル４４は、冷凍部４２か
ら切り離された状態で、超電導コイル自身の熱容量と熱
シールド板４５の輻射熱遮蔽効果によって決まる時間だ
け保冷されることになる。この保冷時間は、サーマルシ
ールドの枚数を増加させることにより、飛躍的に長時間
に亙って保冷することが可能となり、数日〜数十日、更
には数ヶ月の長期に亙って保冷することも可能である。

【００８３】なお、上記第２の実施の形態においては、
伝熱部材５５と伝熱部材７４との間は、機械的に分離可
能に形成し、コイル部４１または冷凍部４２を移動可能
に構成し、伝熱部材５５と伝熱部材７４との間は、原理
的に機械式の熱スイッチとなっているが、この伝熱部材
５５と伝熱部材７４との間にガス式の熱スイッチを設け
ても良い。

【００８４】逆に、ガス式の熱スイッチ９０ａ〜９０ｄ
の設けられている部分を機械式の熱スイッチとしても良
い。また、コイル部４１を冷却する時点で冷凍機６１の
運転を開始し、コイル部４１の冷却が完了した時点で運
転を停止させるように制御すれば、冷凍部４２側に設け
られた熱スイッチ９０ｃおよび９０ｄは、不要であり省
略することができる。

【００８５】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態に係る冷却装置について説明する。上述の
第ｌのおよび第２の実施の形態においては、実質的に真
空容器の壁の一部を介して超電導コイルを冷却するよう
にしている。

【００８６】本実施の形態においては、図１０に示すよ
うに、コイル部４ｌａと冷凍部４２ａとに真空バルブｌ
０ｌ，ｌ０２を設け、この真空バルブＩ０ｌ，ｌ０２を
使ってコイル部４ｌａ側の伝熱部材ｌ０３と冷凍部４２
側の伝熱部材ｌ０４とを機械的に接触させて伝熱路を形
成する。なお、その他の構成については、上述の第ｌお
よび第２の実施の形態と同様である。

【００８７】コイル部４ｌａの真空容器１０５または冷
凍部４２ａの真空容器ｌ０６には、フランジ１２１，１
２２をそぞれ設けている。また、コイル部４ｌａの真空
容器ｌ０５または冷凍部４１ａの真空容器ｌ０６の少な
くとも一方に、図１０に示すように、真空容器ｌ０６の
一部を形成する伸縮壁ｌ０７を設けておく。

【００８８】そして、図１１に示すように、フランジ１
２１，１２２によって、コイル部４ｌａと冷凍部４２ａ
とを接続する。次に、図１２に示すように、真空バルブ
ｌ０ｌ，ｌ０２を解放し、この状態でコイル部４１ａと
冷凍部４２とを接近させるように移動させる。この移動
に伴って伸縮壁ｌ０７が縮み、やがてコイル部４ｌａ側
の伝熱部材ｌ０３と冷凍部４２ａ側の伝熱部材１０４と
が機械的に接触して伝熱路が形成される。

【００８９】コイル部４ｌａと冷凍部４２ａとを切り離
すときには、上記とは逆の手順を取ることになる。この
ような構成を採用することによって、コイル部４１ａお
よび冷凍部４２ａの真空を破ることなく、超電導コイル
を冷却することができる。

【００９０】なお、この例においても、冷凍部４２ａか
らコイル部４ｌａに至る機械的接触式の伝熱路形成した
とき、互いに電気的に接続されて超電導コイルのパワー
リードおよび永久電流スイッチの制御線を構成する導電
体を設けることが好ましい。

【００９１】また、本実施の形態においては、コイル部
４１ａ側の伝熱部材ｌ０３と冷凍部４２ａ側の伝熱部材
ｌ０４とを直接接触させるようにしたが、伝熱部材ｌ０
３と伝熱部材１０４との接触面を金メッキ加工、或いは
鏡面加工してもよい。また、図１３に示すように、伝熱
部材ｌ０３の先端を雄ネジ形状、伝熱部材ｌ０４の先端
を雌ネジ形状に加工し、伝熱部材ｌ０３を伝熱部材１０
４にねじ込むようにしてもよい。

【００９２】これにより、伝熱部材ｌ０３と伝熱部材ｌ
０４との接触面積が増大し、その結果、伝熱部材１０３
と伝熱部材ｌ０４との伝熱効率が向上する。 （第４の実施の形態）図１４は、本発明の第４の実施の
形態に係る冷却装置の部分断面図である。

【００９３】この低温冷却装置は、大きく分けて、コイ
ル部ｌと、冷凍部２と、この冷凍部２とコイル部１とを
接続する接続部３とで構成されている。コイル部１は、
ステンレス鋼などの非磁性材で形成されて断熱容器とし
て機能する環状の真空容器ｌｌと、この真空容器ｌｌ内
に収容された超電導コイル１２と、この超電導コイル１
２と真空容器ｌｌとの間に超電導コイル１２を包囲する
ように配置されたサーマルシールド１３とを備えてい
る。

【００９４】超電導コイル１２は、ＮｂＴｉ合金線やＮ
ｂ₃Ｓｎ線で形成されており、図示しない断熱支持手段
によって支持されている。この超電導コイル１２の線端
はパワーリードの一部をなす酸化物超電導線ｌ４ａ，ｌ
４ｂの一端側に接続されており、これら酸化物超電導線
１４ａ，１４ｂの他端側は銅リードｌ５ａ，ｌ５ｂに接
続されている。

【００９５】酸化物超電導線ｌ４ａ，ｌ４ｂと銅リード
ｌ５ａ，ｌ５ｂとの接続部は窒化アルミニウム等で形成
された絶縁材を介してサーマルシールド１３に熱的接続
されている。

【００９６】銅リード１５ａ，１５ｂの他端側は、真空
容器ｌｌの上壁を気密に貫通して設けられたブッシング
を介して外部に導かれている。また、超電導コイル１２
の図中下端面には銅、アルミニウム、室化アルミニウム
などの良熱伝導材で形成された伝熱部材ｌ６が熱的に接
続されている。

【００９７】冷凍部２は、真空容器１８と、この真空容
器１８内に冷却ステージを位置させるように真空容器１
８の内外に跨って配置された蓄冷式冷凍機ｌ９とで構成
されている。

【００９８】この蓄冷式冷凍機ｌ９は、この例では２段
膨張式のギフォード・マクマホン冷凍機によって構成さ
れている。この蓄冷式冷凍機ｌ９は、ｌ段蓄冷器の畜冷
材として銅メッシュ等を用いており、また２段蓄冷器の
蓄冷材としてＥｒ₃Ｎｉで代表される磁気相転移に伴う
異常磁気比熱を利用した磁性蓄冷材を用いている。

【００９９】これらの蓄冷材の使用により第１段冷却ス
テージ２０では５０Ｋ程度の寒冷を発生し、第２段冷却
ステージ２１では４Ｋ程度の寒冷を発生するように設計
されている。なお、図中２２は２段直列に接続された蓄
冷器を往復動させるためのモータを示し、２３は冷媒ガ
スの圧縮・吸引に供される圧縮機を示している。

【０１００】一方、接続部３は、コイル部ｌの真空容器
ｌｌ内と冷凍部２の真空容器１８内とを気密に連通させ
るフレキシブルな配管２５と、一端側が蓄冷式冷凍機ｌ
９の第１段冷却ステージ２０に熱的に接続されるととも
に他端側が配管２５内を通してサーマルシールドｌ３に
熱的に接続された伝熱部材２５と、一端側が蓄冷式冷凍
機ｌ９の第２段冷却ステージ２１に熱的に接続されると
ともに他端側が配管２５内を通して伝熱部材ｌ６に熱的
に接続された伝熱部材２７とで構成されている。

【０１０１】伝熱部材２６，２７は、少なくとも一部が
フレキシブルに構成された良熱伝導材、あるいは図１５
に示すル一プ型細管ヒートパイプ２８、あるいは一部が
フレキシブルに構成された良熱伝導材とループ型細管ヒ
ートパイプ２８とを組合せたもので形成されている。

【０１０２】なお、伝熱部材２６，２７は、図１６に示
すドリームパイプ、あるいは、一部がフレキシブルに構
成された良熱伝導材とドリームパイプ２９とを組み合わ
せたものであってもよい。

【０１０３】なお、ドリームパイプ２９は、閉ループ配
管内に封入された冷媒を往復動させたときに配管壁を介
して起こるシャトル熱伝達利用したもので、たとえば配
管３０内に磁性片を配置し、この磁性片３１を配置し、
この磁性片３１を外部に設けられたコイル３２で往復動
させる構成となっている。

【０１０４】また、上記ループ型細管ヒートパイプ２
８、ドリームパイプ２８の両端は、銅等の熱電導材ｌｌ
ｌによって冷凍機の冷却ステージ等に取り付けられる。
このような構成であると、蓄冷式冷凍機ｌ９を運転開始
させると、超電導コイル１２の熟は伝熱部材ｌ６、伝熱
部材２７を介して蓄冷式冷凍機ｌ９の第２段冷却ステー
ジ２１に吸熱され、サーマルシールドｌ３の熱は伝熱部
材２６を介して第ｌ段冷却ステージ２０に吸熱される。

【０１０５】したがって、所定時間が経過すると、超電
導コイル１２は臨界温度以下である４Ｋ程度に冷却さ
れ、サーマルシールド１３は５０Ｋ程度に冷却されるこ
とになる。

【０１０６】この状態で、銅リード１５ａ，１５ｂ、酸
化物超電導線１４ａ，ｌ４ｂを介して超電導コイル１２
に所定の電流を流すことによって所望の磁場をは発生さ
せることができる。

【０１０７】そして、この場合には、超電導コイル１２
を収容した真空容器１ｌと冷凍機用の真空容器１８との
間の距離を十分にとることができるこのため、冷凍機の
存在に左右されることなく、コイル部１を小型化できる
ことになる。

【０１０８】また、上述した距離を十分にとることがで
きるので、この例のように磁性蓄冷材を蓄冷機に組み込
んだ蓄冷式冷凍機１９を用いても、超電導コイル１２で
発生した磁場と磁性蓄冷材との間の電磁的な干渉を防止
できる。

【０１０９】したがって、超電導コイルｌ２で発生した
磁場の対称性が崩れるようなこともないし、蓄冷器を内
蔵したディスプレーサに傾きが生じるのを防止できるの
で、冷凍機の冷凍能力を長時間に亘って安定に維持させ
ることができる。

【０１１０】また、コイル部ｌと冷凍部２とをフレキシ
ブルな配管、フレキシブルな伝熱部材２６，２７を介し
て接続しているので、蓄冷式冷凍機１９の振動が超電導
コイルｌ２に伝わるのを防止でき、磁場の均一性も確保
することができる。

【０１１１】また、超電導コイル１２，４４としてＮｂ
・Ｔｉ合金線やＮｂ₃Ｓｎ線を例示したが、Ｌａ系、Ｙ
系、Ｂｉ系、Ｔｌ系、Ｐｂ系、Ｈｇ系等の酸化物（高
温）超電導体を用いたものでも良い。

【０１１２】なお、本発明の冷却装置は、特に上述した
超電導コイル等の極低温に冷却する必要のある被冷却物
を冷却するのに適しており、その他にも、ＭＲＩやＮＭ
Ｒ、またリニアモーターカー（磁気浮上式列車）、単結
晶引き上げ装置等にも適用できる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷却装置
および冷却方法によれば、信頼性や安定性を損なうこと
なく設置の自由度や使用の自由度を向上でき、汎用性を
大幅に拡大できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置の
概略構成図。

【図２】 本発明の第１の実施の形態に係るコイル部の
部分断面図。

【図３】 本発明の第１の実施の形態に係るコイル部と
冷凍部との結合部の拡大図。

【図４】 図４Ａは、図３における４Ａ−４Ａ線矢視
図、図４Ｂは、図３における４Ｂ−４Ｂ線矢視図、図４
Ｃは、図３における４Ｃ−４Ｃ線矢視図。

【図５】 本発明の冷却装置において、コイル部と冷凍
部とを結合したときの回路図。

【図６】 本発明の冷却装置において、コイル部と冷凍
部とを分離したときの回路図。

【図７】 本発明の第２の実施の形態に係り、コイル部
と冷凍部を熱的に接続した状態の概略構成図。

【図８】 本発明の第２の実施の形態に係り、コイル部
と冷凍部を熱的に分離した状態の概略構成図。

【図９】 本発明に係る冷却装置に使用される熱スイッ
チの一例を示す概略構成図。

【図１０】 本発明の第３の実施の形態に係り、コイル
部と冷凍部との結合部分の断面図。

【図１１】 本発明の第３の実施の形態に係り、コイル
部と冷凍部との結合部分の断面図。

【図１２】 本発明の第３の実施の形態に係り、コイル
部と冷凍部との結合部分の断面図。

【図１３】 本発明の第３の実施の形態に係り、コイル
部の伝熱部材と冷凍部の伝熱部材との結合部分の断面
図。

【図１４】 本発明の第４の実施の形態に係る冷却装置
の概略構成図。

【図１５】 本発明に係り、伝熱部材の一部として組み
込まれるループ型細管ヒートパイプの概略構成図。

【図１６】 本発明に係り、伝熱部材の一部として組み
込まれるループ型細管ヒートパイプの概略構成図。

【符号の説明】

１ コイル部 ２ 冷凍部 ３ 接続部 １１ 真空容器（第２の真空容器） １２ 超電導コイル（被冷却物） １３ サーマルシールド １８ 真空容器（第１の真空容器） １９ 蓄冷式冷凍機（冷却源） ２５ フレキシブル配管 ２８ ループ型細管ヒートパイプ ２９ ドリームパイプ ３０ コイル部 ３１ 冷凍部 ３２ 真空容器（第２の真空容器） ３３ 超電導コイル（被冷却物） ３４ サーマルシールド ３５ 伝熱部材 ３６ 永久電流スイッチ ３７ 蓄冷材層 ３８ 第１の伝熱部材 ５５ 第２の伝熱部材 ６０ 真空容器（第１の真空容器） ６１ 蓄冷式冷凍機（冷却源） ６２ 第３の伝熱部材 ６３ 第１段冷却ステージ ６４ 第２段冷却ステージ ７４ 第４の伝熱部材 ９０ａ〜９０ｄ 熱スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中込 秀樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 ローハナ・チャンドラ・ティラカ 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 畠山 秀夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の真空容器と、 前記第１の真空容器内に収容された冷却源と、 前記被冷却物を収容可能に形成され、前記第１の真空容
   器とは別体に形成された第２の真空容器と、 前記冷却源で前記被冷却物を冷却する際には、前記冷却
   源と前記被冷却物とを熱的に接続し、前記被冷却物を断
   熱する際には、前記冷却源と前記被冷却物と熱的に分離
   するための熱接続・分離手段とを備えたことを特徴とす
   る冷却装置。
2. 【請求項２】前記熱接続・分離手段は、前記第１および
   第２の真空容器の真空状態を保持した状態で前記冷却源
   と前記被冷却物とを熱的に接続あるいは分離可能である
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 【請求項３】前記熱接続・分離手段は、 前記第１の真空容器の一部を構成する第１の良熱伝導部
   と、 前記第２の真空容器の一部を構成する第２の良熱伝導部
   と、 を備えており、この第１と第２の良熱伝導部を介して前
   記冷却源と前記被冷却物とを熱的に接続することによ
   り、前記第１および第２の真空容器の真空状態を保持し
   た状態で前記冷却源と前記被冷却物とを熱的に接続ある
   いは分離可能であることを特徴とする請求項１記載の冷
   却装置。
4. 【請求項４】前記熱接続・分離手段は、 少なくとも一つの熱スイッチ手段を備えており、 前記冷却源で前記被冷却物を冷却する際には前記熱スイ
   ッチ手段をオンにして前記冷却源と被冷却物とを熱的に
   接続し、前記被冷却物を断熱する際には前記熱スイッチ
   手段をオフにして前記冷却源と被冷却物とを熱的に分離
   することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
5. 【請求項５】前記熱接続・分離手段は、 前記第１の真空容器の壁の一部を構成する第１の良熱伝
   導部と、 前記第２の真空容器の壁の一部を構成する第２の良熱伝
   導部と、 前記被冷却物と前記第１の良熱伝導部との間に設けられ
   る第１の熱スイッチ手段と、 第１の良熱伝導部と第２の良熱伝導部との間に設けられ
   る第２の熱スイッチ手段とから成ることを特徴とする請
   求項１記載の冷却装置。
6. 【請求項６】前記第２の熱スイッチ手段は、前記第１の
   真空容器と第２の真空容器とを相対的に移動させること
   により、前記第１の良熱伝導部と第２の良熱伝導部とを
   接触の状態に保持させて熱を伝え、前記第１の良熱伝導
   部と第２の良熱伝導部とを非接触の状態に保持して熱を
   伝えないようにすることを特徴とする請求項５記載の冷
   却装置。
7. 【請求項７】前記熱接続・分離手段は、 前記冷却源に熱的に接続された第１の伝熱部材と、 前記被冷却物に熱的に接続された第２の伝熱部材と、 前記第１の真空容器の壁の一部に設けられた第３の伝熱
   部材と、 前記第２の真空容器の壁の一部に設けられた第４の伝熱
   部材とから成り、 前記第１、第２、第３、第４の伝熱部材同士をそれぞれ
   熱的に接続させて前記前記被冷却物を冷却し、前記第２
   と前記第４の伝熱部材との間を熱的に分離して前記被冷
   却物を断熱することを特徴とする請求項１記載の冷却装
   置。
8. 【請求項８】前記熱接続・分離手段は、 前記冷却源に熱的に接続された第１の伝熱部材と、 前記被冷却物に熱的に接続された第２の伝熱部材と、 前記第１の真空容器の壁の一部に設けられた第３の伝熱
   部材と、 前記第２の真空容器の壁の一部に設けられた第４の伝熱
   部材と、 前記第２の伝熱部材と前記第３４伝熱部材とを熱的に接
   続あるいは分離するための熱スイッチ手段とから成り、 前記熱スイッチ手段をオンにして第１、第２、第３、第
   ４の伝熱部材同士を熱的に接続させて前記前記被冷却物
   を冷却し、前記第２と前記第４の伝熱部材との間を熱的
   に分離して前記被冷却物を断熱することを特徴とする請
   求項１記載の冷却装置。
9. 【請求項９】前記熱接続・分離手段は、 前記冷却源に熱的に接続された第１の伝熱部材と、 前記被冷却物に熱的に接続された第２の伝熱部材と、 前記第１の真空容器の壁の一部に設けられた第３の伝熱
   部材と、 前記第２の真空容器の壁の一部に設けられた第４の伝熱
   部材と、 前記第２の伝熱部材と前記第４の伝熱部材とを熱的に接
   続あるいは分離するための第１の熱スイッチ手段と、 前記第３の伝熱部材と前記第４の伝熱部材とを熱的に接
   続あるいは分離するための第２の熱スイッチ手段とから
   成ることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
10. 【請求項１０】前記熱接続・分離手段は、 前記冷却源に熱的に接続された第１の伝熱部材と、 前記被冷却物に熱的に接続された第２の伝熱部材と、 前記第１の真空容器の一部に設けられ、伸縮自在の第１
    の伸縮壁と、 前記第２の真空容器の一部に設けられ、伸縮自在の第２
    の伸縮壁と、 前記第１の伸縮壁に取付けられ、前記第１の伝熱部材と
    接触した場合に前記第１の伝熱部材の熱を伝達する第３
    の伝熱部材と、 前記第２の伸縮壁に取付けられ、前記第２の伝熱部材及
    び前記第３の伝熱部材と接触した場合に、前記第３の伝
    熱部材の熱を前記第２の伝熱部材へ伝達する第４の伝熱
    部材とから成ることを特徴とする請求項１記載の冷却装
    置。
11. 【請求項１１】前記熱接続・分離手段は、 前記冷却源に熱的に接続された第１の伝熱部材と、 前記被冷却物に熱的に接続された第２の伝熱部材と、 前記第１の真空容器の真空を保持するための第１の真空
    バルブと、 前記第２の真空容器の真空を保持するための第２の真空
    バルブとを有し、 前記第１と第２の真空容器を互いに気密に連通させるよ
    うに前記第１及び第２の真空バルブを開にし、前記第１
    の伝熱部材と前記第２の伝熱部材とを熱的に接続するこ
    とを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
12. 【請求項１２】前記冷却源は、冷却ステージを備えた冷
    凍機であるか、あるいは、前記第１の真空容器内に収容
    された冷媒の少なくともいずれか一方でありることを特
    徴とする請求項１記載の冷却装置。
13. 【請求項１３】前記超電導コイルへ電流を供給するため
    の電流リードを更に備え、 前記電流リードは、前記熱接続・分離手段に設けられて
    おり前記熱接続分離手段が熱的に接続された状態では前
    記電流リードも電気的に接続された状態となることを特
    徴とする請求項１記載の冷却装置。
14. 【請求項１４】前記被冷却物は超電導コイルであり、前
    記第１の真空容器の一部を構成する第１の良熱伝導部と
    前記第２の真空容器の一部を構成する第２の良熱伝導部
    とには、前記超電導コイルに電流を供給するための良電
    気伝導部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請
    求項３記載の冷却装置。
15. 【請求項１５】前記被冷却物に熱的に接触した蓄冷材層
    を更に備えており、 前記蓄冷材層は、被冷却物の冷却温度近傍において大き
    な比熱を有する蓄冷材を含んでいるか、あるいは、ヘリ
    ウム、水素、ネオン、窒素、アルゴンのうち少なくとも
    一つの冷媒が充填された容器を備えていることを特徴と
    する請求項１記載の冷却装置。
16. 【請求項１６】前記第２の真空容器内に前記被冷却物を
    包囲するように設けられるサーマルシールドを更に備え
    ており、前記冷凍源は、到達温度の異なる２つの冷却ス
    テージを有する冷凍機であり、到達温度の高い第１の冷
    却ステージで前記サーマルシールドを冷却し、到達温度
    の低い第２の冷却ステージで前記被冷却物を冷却するこ
    とを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
17. 【請求項１７】前記熱接続・分離手段は、 前記第２の冷却ステージに熱的に接続された第１の伝熱
    部材と、 前記被冷却物に熱的に接続された第２の伝熱部材と、 前記第１の真空容器の壁の一部に設けられた第３の伝熱
    部材と、 前記第２の真空容器の壁の一部に設けられた第４の伝熱
    部材と、 前記第１の冷却ステージに熱的に接続された第５の伝熱
    部材と、 前記サーマルシールドに熱的に接続された第６の伝熱部
    材とを備えて成り、 前記第１、第２、第３、第４の伝熱部材同士をそれぞれ
    熱的に接続させて前記前記被冷却物を冷却し、前記第
    ３、第４、第５、第６の伝熱部材同士をそれぞれ熱的に
    接続させて前記前記被冷却物を冷却し、前記第２と前記
    第４の伝熱部材との間を熱的に分離して前記被冷却物を
    断熱することを特徴とする請求項１６記載の冷却装置。
18. 【請求項１８】第１の真空容器と、 前記第１の真空容器内に収容され、冷却ステージを有す
    る冷凍機と、 前記被冷却物を収容可能に形成され、前記第１の真空容
    器とは別体に形成された第２の真空容器と、 前記第１の真空容器の一部を構成する第１の良熱伝導部
    と、 前記第２の真空容器の一部を構成する第２の良熱伝導部
    とを有し、 前記冷却ステージで前記被冷却物を冷却する際には、前
    記冷却ステージと前記第１の良熱伝導部とを熱的に接続
    し、前記第２の良熱伝導部と前記被冷却物とを熱的に接
    続し、前記第１の良熱伝導部と前記第２の良熱伝導部と
    を熱的に接続することによって前記冷却ステージと前記
    前記被冷却物を熱的に接続し、 前記被冷却物を断熱する際には、前記前記被冷却物と前
    記第２の良熱伝導部とを熱的に分離し、前記第１の良熱
    伝導部と前記第２の良熱伝導部とを熱的に分離して前記
    被冷却物を前記第２の真空容器の外部から断熱すること
    を特徴とする冷却装置。
19. 【請求項１９】前記被冷却物は超電導コイルであり、前
    記第１の真空容器の一部を構成する第１の良熱伝導部と
    前記第２の真空容器の一部を構成する第２の良熱伝導部
    とには、前記超電導コイルに電流を供給するための良電
    気伝導部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請
    求項１８記載の冷却装置。
20. 【請求項２０】第１の容器と、 前記第１の容器内に収容された冷却源と、 前記被冷却物を収容可能に形成された第２の容器と、 少なくとも一部がフレキシブルに形成され前記第１の容
    器と前記第２の容器との間を前記第１の容器内と前記第
    ２の容器内とが真空状態が保持されるように接続するた
    めの配管と、 前記配管内を通して前記冷却源と前記被冷却物とを熱的
    に接続するための伝熱部材とを備えて成ることを特徴と
    する冷却装置。
21. 【請求項２１】前記伝熱部材は少なくとも一部がフレキ
    シブルに形成されているか、あるいは、少なくとも一部
    がループ型に形成された細管ヒートパイプで形成されて
    いるか、あるいは、少なくとも一部がドリームパイプで
    形成されているかの少なくともいずか一つに形成されて
    いることを特徴とする請求項２０記載の冷却装置。
22. 【請求項２２】前記第２の真空容器内に前記被冷却物を
    包囲するように設けられるサーマルシールドと、 前記配管内を通して前記冷却源と前記サーマルシールド
    とを熱的に接続するための第２の伝熱部材とを更に備え
    て成ることを特徴とする請求項２０記載の冷却装置。
23. 【請求項２３】第１の真空容器と、前記第１の真空容器
    内に収容された冷却源と、前記被冷却物を収容可能に形
    成され、前記第１の真空容器とは別体に形成された第２
    の真空容器とを有する冷却装置の冷却方法において、 前記冷却源と前記被冷却物とを熱的に接続して前記冷却
    源で前記被冷却物を冷却する工程と、 前記冷却源と前記被冷却物と熱的に分離して前記被冷却
    物を断熱する工程とを備えたことを特徴とする冷却方
    法。
24. 【請求項２４】第１の真空容器と、前記第１の真空容器
    内に収容された冷却源と、前記被冷却物を収容可能に形
    成され、前記第１の真空容器とは別体に形成された第２
    の真空容器と、前記第１の真空容器の一部を構成する第
    １の良熱伝導部と、前記第２の真空容器の一部を構成す
    る第２の良熱伝導部とを有する冷却装置の冷却方法にお
    いて、 前記冷却源と前記第１の良熱伝導部とを熱的に接続する
    工程と、 前記第２の良熱伝導部と前記被冷却物とを熱的に接続す
    る工程と、 前記第１の良熱伝導部と前記第２の良熱伝導部とを熱的
    に接続して前記冷却源で前記被冷却物を冷却する工程
    と、 前記前記被冷却物と前記第２の良熱伝導部とを熱的に分
    離する工程と、 前記第１の良熱伝導部と前記第２の熱伝導部とを熱的に
    分離して前記被冷却物を断熱する工程とを備えたことを
    特徴とする冷却方法。