JPH10135028A - 極低温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】外部動力を使わない自然冷却方式でかつ被冷却
体が複数あっても液溜部との配管系が複雑にならず安定
条件を容易に設定できる極低温装置を得る。 【解決手段】被冷却体２の上方に設置され、内部に極低
温冷媒３を収容する液溜部４と、４からの３を内部に溜
めることにより得られる３の蒸発気泡を４に戻すことで
２を冷却する閉ループ状の冷却配管６と、６と４の間に
連通可能に接続され、４からの３を６に導く接続配管９
および補助液溜部８を備え、９，６の配管内の管壁に付
着する冷媒の蒸発気泡の浮力が、前記蒸発気泡の表面張
力および粘着力に打ち勝つように、９および６の底部の
うち少なくとも６の底部の鉛直面に対する傾斜角ならび
に６および９の直径を設定した極低温装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導磁石等の極
低温装置に係わり、特にＬＨｅ、ＬＨ2 、ＬＮ2等の冷
媒による冷却を行う極低温装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の極低温装置について、特に冷媒を
収容する液溜部が被冷却体の上方に設置された自然落下
循環方式を用いた極低温装置を例にして説明する。この
自然落下循環方式の一例として、特開昭６１−７１０６
８号公報に示されるように、液化した冷媒と気化した冷
媒との密度差を利用して冷媒の循環動力を得るようにし
た気泡ポンプ方式があるが、これはポンプ等の冷媒循環
動力の手段が不必要であることから小形化に適する構造
である。

【０００３】そこで、この種の極低温装置について図１
３を参照して説明する。図１３では冷媒の循環部分のみ
が図示されていて、超電導コイル、輻射シールド板等の
被冷却体の詳細やそれを断熱支持する支持体および外部
に取り付けられる各種ポート、バルブ、安全弁、センサ
ー類等は説明の煩雑さのために省賂している。

【０００４】図１３に示すように真空断熱容器１の内部
に被冷却体２が設置され、この上方には極低温冷媒３を
収容する冷媒溜部例えば液溜部４が設置され、この液溜
部４の底部に断熱支持された供給配管５の一端側に有す
る入り口部５ａが接続されている。供給配管５の他端側
は被冷却体２を冷却するループ状の冷却配管６の底部と
連通可能に接続されている。液溜部４の側壁には注液配
管７が貫通され、注液配管７の先端有する放出口７ａ
が、供給配管５の入り口部５ａに位置するように配置さ
れている。冷却配管６の上部には、戻り配管１６の一端
が連通するように接続され、戻り配管１６の他端が液溜
部４に連通するように接続されている。液溜部４の上部
には開放配管１７が接続されている。

【０００５】このような構成のものにおいて、図示しな
い極低温冷媒供給装置から注液配管７に極低温冷媒３を
供給することにより、冷媒３はこの重力により放出口７
ａ、入り口部５ａ、供給配管５を順次通り、冷却配管６
に供給されるので、冷媒３は被冷却体２と熱交換され、
気化される。この気化された冷媒は、冷却配管６内を蛇
行しながら戻り配管１６を通り、液溜部４の上部空間に
供給される。

【０００６】図１３の構成において、特開平３−２７２
１０８号公報と同様に、液溜部４への注液配管７の放出
口７ａが、供給配管５の入り口部５ａに近接するように
配設されているので、予冷時に冷媒３を外部より供給配
管５を通し直接被冷却体２へ送られ、予冷時間の短縮が
図られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の自然
落下循環方式の極低温装置では、液溜部４と被冷却体２
を冷却する冷却配管６との間を接続するための接続配管
として、供給配管５と戻り配管１６の２本必要である。

【０００８】このため、図１４に示すように、複数の被
冷却体２を冷却する極低温装置に構成した場合には、配
管系の構造が複雑になる。そこで、図１４の配管構成を
簡単にするため、図１５のように構成することが考えら
れる。すなわち、供給配管５を液溜部４に直接接続する
前に合流させ、同様に戻り配管１６を液溜部４に直接接
続する前に合流させたものである。

【０００９】このように構成することにより、配管構成
を簡素化できるが、自然落下循環方式により冷媒３を流
すことを前提としており、合流する相互の配管５，１６
間の影響が考えられ、循環を安定にする条件を見いだす
には試行錯誤による充分な検証が必要となることから、
その設定が困難である。

【００１０】さらに、図１３に示すように注液配管７に
予冷配管作用を兼用させた場合には、液溜部４に追加注
液をした時に注液管内に残る暖められたガスが注液初期
時にどうしても被冷却体２へ送られてしまい、被冷却体
２の温度を上昇させてしまうおそれがあった。

【００１１】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、外部動力を使わない自然冷却方式でかつ被
冷却体が複数あっても液溜部との配管系が複雑にならず
安定条件を容易に設定できる極低温装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、被冷却体の上方に設置
され、内部に極低温冷媒を収容する冷媒溜部と、前記冷
媒溜部からの極低温冷媒を内部に溜めることにより得ら
れる前記冷媒の蒸発気泡を前記冷媒溜部に戻すことで前
記被冷却体を冷却する閉ループ状の冷却配管と、前記冷
却配管と前記冷媒溜部の間に連通可能に接続され、前記
冷媒溜部からの極低温冷媒を前記冷却配管に導く接続配
管および補助冷媒溜部を備え、前記接続配管および前記
冷却配管の配管内の管壁に付着する冷媒の蒸発気泡の浮
力が、前記蒸発気泡の表面張力および粘着力に打ち勝つ
ように、前記接続配管および前記冷却配管の底部のうち
少なくとも前記冷却配管の底部の鉛直面に対する傾斜角
ならびに前記冷却配管および前記接続配管の直径を設定
したことを特徴とする極低温装置である。

【００１３】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、複数の被冷却体の上方に設置され、内部に
極低温冷媒を収容する冷媒溜部と、前記冷媒溜部からの
極低温冷媒を内部に溜めることにより得られる前記冷媒
の蒸発気泡を前記冷媒溜部に戻すことで前記各被冷却体
をそれぞれ冷却する複数の閉ループ状の冷却配管と、前
記各冷却配管と前記冷媒溜部の間にそれぞれ連通可能に
接続され、前記冷媒溜部からの極低温冷媒を前記各冷却
配管に導く複数の接続配管および複数の補助冷媒溜部を
備え、前記各接続配管および前記各冷却配管の配管内の
管壁に付着する冷媒の蒸発気泡の浮力が、前記蒸発気泡
の表面張力および粘着力に打ち勝つように、前記各接続
配管および前記各冷却配管の底部のうち少なくとも前記
各冷却配管の底部の鉛直面に対する傾斜角ならびに前記
各冷却配管および前記接続配管の直径を設定した構成と
したことを特徴とする極低温装置である。

【００１４】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、複数の被冷却体の上方に設置され、内部に
極低温冷媒を収容する冷媒溜部と、前記冷媒溜部からの
極低温冷媒を内部に溜めることにより得られる前記冷媒
の蒸発気泡を前記冷媒溜部に戻すことで前記各被冷却体
をそれぞれ冷却する複数の閉ループ状の冷却配管と、前
記冷却配管のうちの一つと前記冷媒溜部の間にそれぞれ
連通可能に接続され、前記冷媒溜部からの極低温冷媒を
前記冷却配管のうちの一つに導く第１の接続配管および
補助冷媒溜部と、前記補助冷媒溜部と前記冷却配管のう
ちの残り全てとそれぞれ連通可能に接続された第２の接
続配管を備え、前記各接続配管および前記各冷却配管の
配管内の管壁に付着する冷媒の蒸発気泡の浮力が、前記
蒸発気泡の表面張力および粘着力に打ち勝つように、前
記各接続配管および前記各冷却配管の底部のうち少なく
とも前記各冷却配管の底部の鉛直面に対する傾斜角なら
びに前記各冷却配管および前記接続配管の直径を設定し
た構成としたことを特徴とする極低温装置である。

【００１５】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、前記冷却配管の一部と前記補助媒体溜部の
間に連通可能に接続され断熱支持した供給配管を接続し
たことを特徴とする請求項１記載の極低温装置である。

【００１６】請求項１〜４のいずれかに対応する発明に
よれば、冷媒の蒸発気泡の浮力が蒸発気泡の表面張力お
よび粘着力に打ち勝ち各冷却管内で発生した蒸発気泡は
各冷却管を上昇し補助液溜に抜け、合流した蒸発気泡は
接続配管を通し補助液溜部から液溜め部へ戻され、蒸発
気泡が抜ければ自重により冷媒が補給されるので安定し
た冷却が行われる。この結果、被冷却体と液溜部途の間
の接続配管の本数が減らせ構造の簡素化が可能となる。

【００１７】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、前記冷却配管の一部に予冷用供給配管を接
続するかまたは前記各冷却配管の一部にそれぞれ予冷用
供給配管を連通可能に接続したことを特徴とする請求項
１〜４のいずれかに記載の極低温装置である。

【００１８】請求項５に対応する発明によれば、請求項
１の作用の他に、予冷用供給配管を備えているので、冷
却配管の予冷時間の短縮が可能となる。前記目的を達成
するため、請求項６に対応する発明は、前記各冷却配管
相互間を連通配管により連通可能に接続したことを特徴
とする請求項２項または請求項３記載の極低温装置であ
る。

【００１９】請求項６に対応する発明によれば、連通配
管を備えているので、請求項１の作用の他に、冷却配管
の一部に一時的に過大な入熱があっても、安定した冷却
が維持できる。

【００２０】前記目的を達成するため、請求項７に対応
する発明は、前記接続配管、前記連通配管および前記予
冷用供給配管にベローズまたは配管曲げ等の伸縮可能部
を設けたことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記
載の極低温装置である。

【００２１】請求項７に対応する発明によれば、請求項
１の作用の他に、ベローズまたは伸縮可能部を設けてあ
るので、熱収縮逃げが可能となり、配管に働く過大な熱
応力を回避することができる。

【００２２】前記目的を達成するため、請求項８に対応
する発明は、前記冷却配管の少なくとも１カ所を該冷却
配管の材料より電気抵抗の高い材料で構成したことを特
徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の極低温装置で
ある。

【００２３】請求項８に対応する発明によれば、請求項
１の作用の他に、冷却配管の閉ループの一部を高電気抵
抗部に変更することにより、閉ループ抵抗を高くし、誘
導される電流値を下げ発熱を抑えることが可能となる。

【００２４】前記目的を達成するため、請求項９に対応
する発明は、前記冷却配管の途中に連通可能で、かつ前
記被冷却体に接触されるように良熱伝導体からなる補助
媒体溜部を少なくとも１個を設けたことを特徴とする請
求項１，２，３のいずれかに記載の極低温装置である。

【００２５】請求項９に対応する発明によれば、請求項
１の作用の他に、冷却配管だけでなく、補助液溜部によ
っても被冷却体の冷却が可能となり、より一層の冷却効
率の向上が図られる。

【００２６】前記目的を達成するため、請求項１０に対
応する発明は、前記補助媒体溜部は、超電導装置の電流
リードの冷却部を兼用したことを特徴とする請求項９記
載の極低温装置である。

【００２７】請求項１０に対応する発明によれば、請求
項１の作用の他に、補助媒体溜部で電流リードの冷却を
兼ねさせることができ、この結果電流リード専用の冷却
装置が不必要になり装置の構造を簡素化できる。

【００２８】前記目的を達成するため、請求項１１に対
応する発明は、前記液溜部に極低温冷媒を再凝縮させる
極低温冷凍機を接続したことを特徴とする請求項１〜９
のいずれかに記載の極低温装置である。

【００２９】前記目的を達成するため、請求項１２に対
応する発明は、前記液溜部に極低温冷媒を液化供給させ
る極低温冷凍機を接続したことを特徴とする請求項１〜
９のいずれかに記載の極低温装置である。

【００３０】請求項１１または請求項１２に対応する発
明によれば、請求項１の作用の他に、供給配管、予冷用
用供給配管および連通配管等の追加により運用がより便
利になると共に、冷却の安定性を確保できる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。 ＜第１実施形態（請求項１に対応）＞ （構成）図１は、真空断熱容器１内の構成のみを示して
いる。真空断熱容器１内には、断熱支持等で固定される
被冷却体２が設置され、この上方には極低温冷媒３を収
容する冷媒溜部例えば液溜部４が設置されている。被冷
却体２の表面には、蛇腹形状で閉ループ状の冷却配管６
が密着するように設けられている。冷却配管６は図のよ
うに蛇腹状に折曲された２本の配管６ａ，６ｂの端部同
士を連結したものであり、配管６ａ，６ｂの直径は後述
するような値であって、配管６ａ，６ｂの下端部は鉛直
面に対して所定の傾斜角度となるように設定されてい
る。

【００３２】冷却配管６の上端部には、補助媒体溜部例
えば補助液溜部８が連通するように連結され、補助液溜
部８には接続配管９の一端部が連通するように接続さ
れ、接続配管９の他端部が液溜部４の底部に、この底部
に対して垂直でかつ液溜部４内部と連通するように接続
されている。

【００３３】液溜部４の側壁には、注液配管７の一端部
が貫通され、かつ底面部に近接するように設けられ、ま
た液溜部４の上部に通常開放状態の開放配管１７が接続
されている。

【００３４】そして、接続配管９および冷却配管６の配
管内の管壁に付着する冷媒３の蒸発気泡の浮力が、鉛直
面に対して蒸発気泡の表面張力および粘着力に打ち勝つ
ように、冷却配管６の底部が鉛直面に対して蒸発気泡の
表面張力および粘着力に打ち勝つに足りる傾斜角に設定
されている。また、接続配管９および冷却配管６の直径
は、接続配管９および冷却配管６の配管内の管壁に付着
する冷媒３の蒸発気泡の浮力が、該蒸発気泡の表面張力
および粘着力に打ち勝つように設定されている。

【００３５】（作用）以上述べた第１実施形態によれ
ば、自然落下循環方式のように冷媒を循環させるのでは
なく、冷媒を冷却配管中に溜めて蒸発気泡を戻す方式と
し、冷媒３の蒸気気泡の浮力が蒸発気泡の表面張力およ
び粘着力に打ち勝つように、冷却配管６の傾斜角ならび
に冷却配管６および接続配管９の直径が設定を行ってい
るため、冷却配管６内で発生した蒸発気泡は各配管６
ａ，６ｂを上昇し補助液溜部８に抜け、合流した蒸発気
泡は接続配管９を通し補助液溜部８から液溜部４に抜け
る。蒸発気泡が抜ければ自重により冷媒３が冷却管６に
補助液溜部８を通し補給され、安定した冷却が行われ
る。

【００３６】また、冷却配管６ａの配管６ａの一部で一
時的に入熱が過大になり、冷媒３の蒸発気泡が多量に発
生し、その冷却配管６ａが蒸発気泡で満たされ冷媒３の
補給が不足するような場合でも、閉ループを構成する他
の配管６ｂから補給がなされる。

【００３７】図１では、冷却配管６の構成として配管６
ａ，６ｂが２本の場合を示しているが、３本以上の配管
でも同様な作用が可能である。 （効果）この結果、第１実施形態によれば、図１３の従
来の自然落下循環方式の極低温装置に較べ、被冷却体２
と液溜部４との間の接続配管の本数が減らすことがで
き、これにより配管系の構成の簡素化が図れる。具体的
には、図１３の供給配管５を省いた構造に近い。

【００３８】また、冷却配管６の一部例えば配管６ａで
一時的に過大な入熱があった場合でも閉ループを構成す
る他の配管６ｂから冷媒３が補給されるため、安定した
冷却状態を保つことができる。

【００３９】さらに、本冷却方式では冷媒３が冷却配管
６内に常に溜まっていることから、最悪上部の液溜部４
の冷媒３がなくなった時でも、冷却配管６内に残ってい
る冷媒３の沸騰熱伝達による冷却が確保されるという大
きな利点がある。

【００４０】なお、液溜部４内部の冷媒３の量が少なく
なっても、注液配管７から液溜部４内に冷媒３を補給す
るだけで、被冷却体２の温度を上昇させるおそれもな
い。 ＜第２実施形態（請求項２に対応）＞図２に示すよう
に、被冷却体２が複数個あり（図では２個であるが、３
個以上でもよい）、各被冷却体２に冷却配管６をそれぞ
れ密着させ、各被冷却体２の上方に液溜部４を設置する
ことは前述の実施形態と同様であり、各冷却配管６の上
部と液溜部４の底部にはそれぞれ補助液溜部８とほぼク
ランク状の接続配管９を接続した配管部材の両端部がそ
れぞれ連通可能に接続されている。この場合、冷媒３の
蒸気気泡の浮力が蒸発気泡の表面張力および粘着力に打
ち勝つように、冷却配管６の底部および接続配管９の大
半の部分が鉛直面に対して所定の傾斜角となるように設
定され、さらに冷媒３の蒸気気泡の浮力が蒸発気泡の表
面張力および粘着力に打ち勝つように冷却配管６および
接続配管９の直径が設定されている。

【００４１】以上述べた第２実施形態も第１実施形態と
同様の作用効果が得られる。 ＜第３実施形態（請求項３に対応）＞図３に示すよう
に、被冷却体２が複数個あり（図では２個であるが、３
個以上でもよい）、各被冷却体２に冷却配管６をそれぞ
れ密着させ、各被冷却体２の上方に液溜部４を設置する
ことは前述の実施形態と同様であり、各冷却配管６のう
ち例えば右側の冷却配管６の上部と液溜部４の底部には
補助液溜部８と接続配管９を接続した直線状の配管部材
を両端部がそれぞれ連通可能に接続されている。そし
て、左側の冷却配管６の上部にほぼ垂直に補助液溜部８
の一端部が接続され、補助液溜部８の他端部に、新たに
接続配管９ａの一端部が鉛直面に対して所定の傾斜角と
なるように接続され、接続配管９ａの他端部が補助液溜
部８に連結可能に接続されている。

【００４２】この場合も、冷媒３の蒸気気泡の浮力が蒸
発気泡の表面張力および粘着力に打ち勝つように、冷却
配管６の底部および接続配管９ａが鉛直面に対して所定
の傾斜角となるように設定され、さらに冷媒３の蒸気気
泡の浮力が蒸発気泡の表面張力および粘着力に打ち勝つ
ように冷却配管６および接続配管９，９ａの直径が設定
されている。

【００４３】以上述べた第３実施形態も第１実施形態と
同様の作用効果が得られるばかりでなく、図２の実施形
態に比べて接続配管９の数を減少させることができ、さ
らに配管系の構造の簡素化が図れる。

【００４４】＜第４実施形態（請求項４に対応）＞図４
は、図１の実施形態に新たに断熱支持した供給配管５ｂ
を準備し、供給配管５ｂの両端部を冷却配管６の底部と
補助液溜部８に一部にそれぞれ連通可能に接続した点の
みが図１とは異なる。

【００４５】このように構成することにより、被冷却体
２の熱負荷が大きく冷却配管６での蒸発気泡が多量に発
生し、冷却配管６が蒸発気泡で塞がれることが予想され
る場合、冷却配管６の直径を大きく設定することが考え
られるが、図４に示すように補助液溜部８から断熱した
供給配管５ｂを冷却配管６の底部に接続することによっ
ても冷媒３の循環が確保され同様の効果が期待できる。
これ以外は、第１実施形態と同様の作用効果が得られ
る。

【００４６】＜第５実施形態（請求項５に対応）＞図５
は、図１の実施形態の冷却配管６の底部に予冷用供給配
管１０の一端部を、冷却配管６と連通するように接続し
た点のみが図１とは異なる。

【００４７】このように構成することにより、外部から
直接冷媒３を予冷用供給配管１０を通して冷却配管６に
送液できるので、被冷却体２の予冷時間の短縮が図れ
る。これ以外は、第１実施形態と同様の作用効果が得ら
れる。

【００４８】図５は、被冷却体２が１個の場合を示して
いるが、被冷却体２が複数個ある場合でも図５と同様に
構成することもできる。 ＜第６実施形態（請求項６に対応）＞図６は、図３の実
施形態に新たに連通配管１１を準備し、連通配管１１の
両端部を、前記各冷却配管６の底部相互間に連通可能に
接続した点のみが、図３とは異なる点である。

【００４９】このように構成することにより、予冷時に
は各冷却配管６の底部（下部）から冷却されるため、連
通配管１１を通して被冷却体２ａ，２ｂ毎の冷却が均等
化され、予冷時間の短縮が図れる。また、一部の被冷却
体２ａで一時的に発熱（入熱）が過大となり、冷媒３の
蒸発気泡が多量に発生し、冷却配管６もしくは接続配管
９ａで蒸発気泡の抜けが悪くなり、冷媒３の補給が不足
するような場合でも、連通配管１１を通して周辺の被冷
却体２ｂより冷媒３の補給がなされるため、安定な冷却
状態を保つことができる。これ以外の作用効果は図３と
同一である。

【００５０】図６では被冷却体２ａ，２ｂが２個の場合
を示しているが、被冷却体２が３個以上の場合も同様で
ある。 ＜第７実施形態（請求項７に対応）＞図７に示すように
複数の被冷却体２毎に、複数の冷却配管６がそれぞれ密
着された場合であって、各冷却配管６の底部同士が連通
配管１１により連通接続され、連通配管１１には予冷用
供給配管１０が連通するように接続され、さらに各冷却
配管６の上部に補助液溜８の一端部がそれぞれ連通する
ように接続され、各補助液溜８の他端部に接続配管９ａ
が接続され、該補助液溜８の一つと液溜部４の底部の間
に接続配管９の両端部が連通されるように接続したもの
である。接続配管９，９ａはいずれも鉛直面に対して所
定の傾斜角だけ傾斜して設置されている。

【００５１】このような構成のものにおいて、接続配管
９，９ａ、予冷用供給配管１０および連通配管１１の途
中に、ベローズまたは配管曲げ等の伸縮可能部１２，１
２ａ，１２ｂを設けたものである。

【００５２】このように構成することにより、以下のよ
うな作用効果が得られる。すなわち、被冷却体２が大形
になると、通常その冷却時の熱収縮により被冷却体２間
を相互に接続される上記の配管９，９ａ，１０，１１が
相互に引っ張られて熱応力を受けるが、上記のベローズ
または伸縮可能部１２、１２ａ、１２ｂを設けることに
より熱収縮逃げが可能となり、配管９，９ａ，１０，１
１に働く過大な熱応力を回避することができる。

【００５３】図７では被冷却体２が２個の場合を示して
いるが、被冷却体２が３個以上の場合も同様である。 ＜第８実施形態（請求項８に対応）＞図８は、図１の実
施形態において、閉ループ状に形成されている冷却配管
６の途中に、冷却配管６の材料より電気抵抗の大きい材
料からなる高電気抵抗部６ｃを構成した点のみが異な
る。

【００５４】通常、冷却配管６は熱伝達を良くするため
アルミニウムおよび銅もしくはそれらの合金等の電気抵
抗の低い材料を使用するため、超電導磁石装置等では強
力な磁界変動もしくは強磁界中での振動により冷却配管
６の閉ループに誘導電流が流れ発熱を生じるが、上述の
ように冷却配管６の閉ループの一部を高電気抵抗部６ｃ
に変更することにより、閉ループ抵抗を高くし、誘導さ
れる電流値を下げ発熱を抑えることが可能となる。

【００５５】図８では被冷却体２が１個の場合を示して
いるが、２個以上の場合も同様である。 ＜第９実施形態（請求項９に対応）＞図９は、図１と類
似した構成で、被冷却体２に密着されている冷却配管９
の上部および底部にそれぞれ補助液溜部８，８ａを連通
可能に連結し、補助液溜部８，８ａをそれぞれ被冷却体
２と接触（固定）させたものであるする。この場合、補
助液溜部８，８ａはアルミニウム、銅もしくはそれらの
合金等の良熱伝導体で構成されている。これ以外の構成
は、図１と同一構成である。

【００５６】このように構成することにより、冷却配管
６だけでなく、補助液溜部８、８ａによっても被冷却体
２の冷却が可能となり、より一層の冷却効率の向上が図
られ、冷却配管６の簡素化が可能となる。

【００５７】なお、図９は補助液溜部８、８ａを設けた
場合を示しているが、このうちの補助液溜部８だけでも
冷却効率の向上が図られる。また、図９は被冷却体２が
１個の場合を示しているが、被冷却体２が複数個あって
も同様に構成することができる。

【００５８】＜第１０実施形態（請求項１０に対応）＞
図１０は図１と類似した構成で、冷却配管６の上部に補
助液溜部８ｂを連通可能に連結し、補助液溜部８ｂに超
電導装置の電流リード１３に接触（固定）させるように
構成したものである。これ以外の構成は図１と同一であ
る。

【００５９】このように構成することにより、電流リー
ド１３の冷却を兼ねさせることができ、この結果電流リ
ード１３専用の冷却装置が不必要になり装置の構造を簡
素化できる。

【００６０】図１０では被冷却体２が１個の場合を示し
ているが、２個以上の場合も同様である。 ＜第１１実施形態（請求項１１に対応）＞図１１は図１
の構成に、新たに極低温冷凍機１４、凝縮部１４ａ、コ
ンプレッサ１５、バルブ１８、安全弁１９を追加したも
ので、これ以外の構成は図１と同一である。

【００６１】具体的には、冷却サイクルの液溜部４にコ
ンプレッサ１５と連通された冷凍機１４を取り付け、凝
縮部１４ａを液溜部４内に配置し、また注液配管７およ
び開放配管１７の端部にそれぞれバルブ１８を設置し、
さらに開放配管１７の一部に安全弁１９を設置したもの
である。

【００６２】このように構成することにより、冷却配管
６内で蒸発してきた冷媒３の気泡が冷凍機１４により冷
却されることから再液化され、追加注液することなく運
用できる。

【００６３】＜第１２実施形態（請求項１２に対応）＞
図１２は、図１１と類似した構成で、極低温冷凍機１４
に凝縮部１４ａを設けず、極低温冷凍機１４に有する液
化供給口１４ｂおよび回収口１４ｃを液溜部４内に開口
するように構成したものである。

【００６４】冷却配管６内で蒸発してきた冷媒３の気泡
が、回収口１４ｃから冷凍機１４内に回収されて冷却さ
れ、これにより再液化された冷媒３が、液化供給口１４
ｂから液溜部４に供給されることから、追加注液するこ
となく運用できる。図１２では被冷却体２が１個の場合
を示しているが、２個以上の場合も同様である。

【００６５】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、外部動力を
使わない自然冷却方式でかつ被冷却体が複数あっても液
溜部との配管系が複雑にならず安定条件を容易に設定で
きる極低温装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の極低温装置の第１実施形態の概略構成
を示す図。

【図２】本発明の極低温装置の第２実施形態の概略構成
を示す図。

【図３】本発明の極低温装置の第３実施形態の概略構成
を示す図。

【図４】本発明の極低温装置の第４実施形態の概略構成
を示す図。

【図５】本発明の極低温装置の第５実施形態の概略構成
を示す図。

【図６】本発明の極低温装置の第６実施形態の概略構成
を示す図。

【図７】本発明の極低温装置の第７実施形態の概略構成
を示す図。

【図８】本発明の極低温装置の第８実施形態の概略構成
を示す図。

【図９】本発明の極低温装置の第９実施形態の概略構成
を示す図。

【図１０】本発明の極低温装置の第１０実施形態の概略
構成を示す図。

【図１１】本発明の極低温装置の第１１実施形態の概略
構成を示す図。

【図１２】本発明の極低温装置の第１２実施形態の概略
構成を示す図。

【図１３】従来の極低温装置の第１の例の概略構成を示
す図。

【図１４】従来の極低温装置の第２の例の概略構成を示
す図。

【図１５】従来の極低温装置の第３の例の概略構成を示
す図。

【符号の説明】

１…真空断熱容器 ２、２ａ、２ｂ…被冷却体 ３…極低温冷媒 ４…液溜部 ５、５ｂ…供給配管 ５ａ…入り口部 ６、６ａ、６ｂ…冷却配管 ６ｃ…高電気抵抗部 ７…注液配管 ７ａ…放出口 ８、８ａ、８ｂ…補助液溜部 ９、９ａ…接続配管 １０…予冷用供給配管 １１…連通配管 １２、１２ａ、１２ｂ…伸縮可能部 １３…電流リード １４…極低温冷凍機 １４ａ…凝縮部 １４ｂ…液化供給口 １４ｃ…回収口 １５…コンプレッサー １６…戻り配管 １７…開放配管 １８…バルブ １９…安全弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺井 元昭 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 菊川 和雅 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 三浦 秋彦 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝トランスポートエンジニアリング株式会 社内 (72)発明者 藤波 孝洋 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝トランスポートエンジニアリング株式会 社内 (72)発明者 中尾 裕行 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被冷却体の上方に設置され、内部に極低
   温冷媒を収容する冷媒溜部と、 前記冷媒溜部からの極低温冷媒を内部に溜めることによ
   り得られる前記冷媒の蒸発気泡を前記冷媒溜部に戻すこ
   とで前記被冷却体を冷却する閉ループ状の冷却配管と、 前記冷却配管と前記冷媒溜部の間に連通可能に接続さ
   れ、前記冷媒溜部からの極低温冷媒を前記冷却配管に導
   く接続配管および補助冷媒溜部を備え、 前記接続配管および前記冷却配管の配管内の管壁に付着
   する冷媒の蒸発気泡の浮力が、前記蒸発気泡の表面張力
   および粘着力に打ち勝つように、前記接続配管および前
   記冷却配管の底部のうち少なくとも前記冷却配管の底部
   の鉛直面に対する傾斜角ならびに前記冷却配管および前
   記接続配管の直径を設定したことを特徴とする極低温装
   置。
2. 【請求項２】 複数の被冷却体の上方に設置され、内部
   に極低温冷媒を収容する冷媒溜部と、 前記冷媒溜部からの極低温冷媒を内部に溜めることによ
   り得られる前記冷媒の蒸発気泡を前記冷媒溜部に戻すこ
   とで前記各被冷却体をそれぞれ冷却する複数の閉ループ
   状の冷却配管と、 前記各冷却配管と前記冷媒溜部の間にそれぞれ連通可能
   に接続され、前記冷媒溜部からの極低温冷媒を前記各冷
   却配管に導く複数の接続配管および複数の補助冷媒溜部
   を備え、 前記各接続配管および前記各冷却配管の配管内の管壁に
   付着する冷媒の蒸発気泡の浮力が、前記蒸発気泡の表面
   張力および粘着力に打ち勝つように、前記各接続配管お
   よび前記各冷却配管の底部のうち少なくとも前記各冷却
   配管の底部の鉛直面に対する傾斜角ならびに前記各冷却
   配管および前記接続配管の直径を設定した構成としたこ
   とを特徴とする極低温装置。
3. 【請求項３】 複数の被冷却体の上方に設置され、内部
   に極低温冷媒を収容する冷媒溜部と、 前記冷媒溜部からの極低温冷媒を内部に溜めることによ
   り得られる前記冷媒の蒸発気泡を前記冷媒溜部に戻すこ
   とで前記各被冷却体をそれぞれ冷却する複数の閉ループ
   状の冷却配管と、 前記冷却配管のうちの一つと前記冷媒溜部の間にそれぞ
   れ連通可能に接続され、前記冷媒溜部からの極低温冷媒
   を前記冷却配管のうちの一つに導く第１の接続配管およ
   び補助冷媒溜部と、 前記補助冷媒溜部と前記冷却配管のうちの残り全てとそ
   れぞれ連通可能に接続された第２の接続配管を備え、 前記各接続配管および前記各冷却配管の配管内の管壁に
   付着する冷媒の蒸発気泡の浮力が、前記蒸発気泡の表面
   張力および粘着力に打ち勝つように、前記各接続配管お
   よび前記各冷却配管の底部のうち少なくとも前記各冷却
   配管の底部の鉛直面に対する傾斜角ならびに前記各冷却
   配管および前記接続配管の直径を設定した構成としたこ
   とを特徴とする極低温装置。
4. 【請求項４】 前記冷却配管の一部と前記補助媒体溜部
   の間に連通可能に接続され断熱支持した供給配管を接続
   したことを特徴とする請求項１記載の極低温装置。
5. 【請求項５】 前記冷却配管の一部に予冷用供給配管を
   接続するかまたは前記各冷却配管の一部にそれぞれ予冷
   用供給配管を連通可能に接続したことを特徴とする請求
   項１〜４のいずれかに記載の極低温装置。
6. 【請求項６】 前記各冷却配管相互間を連通配管により
   連通可能に接続したことを特徴とする請求項２項または
   請求項３記載の極低温装置。
7. 【請求項７】 前記接続配管、前記連通配管および前記
   予冷用供給配管にベローズまたは配管曲げ等の伸縮可能
   部を設けたことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに
   記載の極低温装置。
8. 【請求項８】 前記冷却配管の少なくとも１カ所を該冷
   却配管の材料より電気抵抗の高い材料で構成したことを
   特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の極低温装
   置。
9. 【請求項９】 前記冷却配管の途中に連通可能で、かつ
   前記被冷却体に接触されるように良熱伝導体からなる補
   助媒体溜部を少なくとも１個を設けたことを特徴とする
   請求項１，２，３のいずれかに記載の極低温装置。
10. 【請求項１０】 前記補助媒体溜部は、超電導装置の電
    流リードの冷却部を兼用したことを特徴とする請求項９
    記載の極低温装置。
11. 【請求項１１】 前記液溜部に極低温冷媒を再凝縮させ
    る極低温冷凍機を接続したことを特徴とする請求項１〜
    ９のいずれかに記載の極低温装置。
12. 【請求項１２】 前記液溜部に極低温冷媒を液化供給さ
    せる極低温冷凍機を接続したことを特徴とする請求項１
    〜９のいずれかに記載の極低温装置。