JPH104221A - 極低温容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱収縮や熱膨張に伴う応力の発生や、振動に
伴う摩擦発熱の発生を抑え、信頼性および断熱性能に優
れた極低温容器を得ることを目的とする。 【解決手段】 導出管５は支持装置１４により外槽容器
４に支持されている。この支持装置１４は導出管５より
大きな熱収縮率を有し、導出管５の外径より大径の貫通
孔を有する支持部材を備えている。そして、支持部材は
常温状態で貫通孔に導出管５を遊嵌状態に嵌合してい
る。そこで、冷却時の温度降下中においては、貫通孔と
導出管５との隙間が確保されて、支持部材と導出管との
相対変位が可能となる。さらに、極低温に到達すると、
熱収縮率の差による支持部材の熱収縮力により導出管５
が強固に固定され、振動による支持部材と導出管との相
対変位が阻止されて摩擦発熱の発生が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液体ヘリウムや
液体窒素等の極低温冷媒を貯液する第１の容器（以下、
内槽容器という）が真空雰囲気に保持された第２の容器
（以下、外槽容器という）内に収納され、内槽容器内で
発生した極低温冷媒ガスを外部に導出する配管や極低温
冷媒を内槽容器に注入する配管が内槽容器から外槽容器
を貫通して設けられた極低温容器に関し、特に極低温容
器の配管支持構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５は例えば特公昭６１−６１５５３
号公報に記載された従来の極低温容器の全体構成を示す
断面図、図１６は従来の極低温容器における導出管の支
持構造を示す斜視図、図１７は従来の極低温容器におけ
る導出管の支持構造を示す断面図である。図において、
１は超電導コイル、２は超電導コイル１を冷却する極低
温冷媒としての液体ヘリウム、３は超電導コイル１を収
納し、かつ、液体ヘリウム２を貯液する内槽容器、４は
内槽容器３を収納する外槽容器であり、この外槽容器４
は内部を真空状態に保持されて内槽容器３を外気温に対
して真空断熱している。５は外槽容器４を貫通して設け
られて内槽容器３と外部とを連通する導出管であり、こ
の導出管５は内槽容器３内で発生したヘリウムガスを外
部に導出したり、あるいは液体ヘリウム２を内槽容器３
内に注入するためのもので、通常複数個設けられてい
る。６は導出管５を外槽容器４に断熱支持する支持装置
である。７は内槽容器３を外槽容器４に断熱支持する内
槽支持材であり、この内槽支持材７は外槽容器４の内壁
面に固着された固定台８、導出管５の外周に巻回された
ＣＳＩ（圧縮超絶縁材）等の多層積層構造の断熱材９、
断熱材９を導出管５に締着するバンド１０、バンド１０
を固定台８に支持する支柱１１、バンド１０を支柱１１
に締着固定するボルト１２および支柱１１を固定台８に
締着固定するボルト１３とから構成されている。２５は
外槽容器４内に内槽容器３を包囲するように配設された
熱シールド板であり、この熱シールド板２５は通常液体
窒素温度（７７Ｋ）に保持されて内槽容器３への輻射熱
による熱侵入を遮蔽している。

【０００３】この種の極低温容器においては、超電導コ
イル１を超電導状態に保持するためには、極低温の液体
ヘリウム温度（４．２Ｋ）に保たねばならない。そし
て、液体ヘリウム２は外部からの１Ｗオーダの熱侵入で
容易に蒸発するので、熱侵入量を低減することは超電導
状態での超電導コイル１の運転時間の延長と省ヘリウム
化につながる。また、蒸発したヘリウムガスを冷凍機に
より再液化して運転する場合、熱侵入量を低減すること
は、冷凍機の所要電力の低減や冷凍機の小型化を実現す
るために、非常に有効である。特に、磁気浮上車両に搭
載する超電導磁石システム用の極低温容器においては、
冷凍機の所要電力の低減と小型軽量化は、最重要な課題
である。

【０００４】この極低温容器への熱侵入は、大別して導
出管５および内槽支持材７等の外槽容器４から内槽容器
３に直接つながった部材からの熱伝導に起因するもの、
内槽容器３の表面への輻射熱に起因するもの、内槽容器
３と外槽容器４との間の対流に起因するものがある。こ
のうち、輻射熱に起因する熱侵入は熱シールド板２５に
より大幅に低減され、対流に起因する熱侵入は外槽容器
４内を高真空雰囲気に保つことにより無視できる程度に
低減される。そして、熱伝導に起因する熱侵入は、超電
導コイル１を収納した内槽容器３に大きな電磁力や加振
力が発生する磁気浮上式鉄道車両に搭載される超電導磁
石等の極低温容器においては特に全熱侵入に占める比率
が高く、総熱侵入量の８０％以上となっている。導出管
５からの熱侵入を低減させる方法としては、管長を長く
するか、管径を小さくするか、管厚を薄くすることが考
えられる。そして、管径は圧力損失の制限から決定さ
れ、管厚は強度と信頼性の確保から決定されるので、管
長を容器の構造上許される範囲内で長くするのが一般的
であった。しかし、長い導出管５を内槽容器３と外槽容
器４との２点で支えると、導出管５の固有振動数が低く
なり、共振現象の発生等、強度上の問題があるので、さ
らに導出管５を外槽容器４に断熱支持装置６を介して支
持するようにしている。そして、固定台８、支柱１１お
よびバンド１０を介して外部から侵入する熱は、断熱材
９で断熱されて、導出管５への侵入が阻止される。な
お、導出管５を内槽容器３に断熱支持装置６を介して支
持するようにしてもよい。

【０００５】ここで、内槽容器３に液体ヘリウム２を充
填した場合の熱収縮と熱応力について説明する。内槽容
器３および導出管５は、図１５において、常温（３００
Ｋ）から極低温（４．２Ｋ）の温度差をもって熱収縮す
る。そして、内槽容器３が低剛性な内槽支持材７で外槽
容器４に、特に図１５の上下方向に熱収縮分フリーな状
態で支持されていると、内槽容器３と導出管５はそれぞ
れ熱収縮し、両者の熱収縮量に応じて上方に持ち上が
る。この場合、導出管５には熱収縮に伴う応力は発生し
ない。一方、内槽容器３が導出管５に比べて高い剛性を
もつ内槽支持材７で外槽容器４に強固に支持されている
と、内槽容器３は容器の中心に向かって熱収縮し、内槽
容器３の中心は内槽支持材７の中心上にとどまる。そし
て、導出管５にも熱収縮力が発生するが、内槽容器３の
導出管引き出し位置が若干下方に移動し、外槽容器４の
導出管引き出し位置は移動しないので、導出管５は収縮
できない。そこで、導出管５には引っ張り応力が発生し
てしまう。この引っ張り応力は、通常過大な値となり、
支持装置６の支柱１１の強度上の問題があった。

【０００６】そこで、導出管５に発生する引っ張り応力
を抑制するために、例えば図１８に示されるように、導
出管５の途中にベローズ１８を介挿し、熱収縮が大きい
方向に小さい力で導出管５の熱収縮分伸びることが可能
な構成が提案されている。図１８に示される極低温装置
においては、導出管５の途中にベローズ１８を介挿して
いる。そして、導出管５の熱収縮力が発生した際に、内
槽容器３の導出管引き出し位置が若干下方に移動し、外
槽容器４の導出管引き出し位置が移動しないが、ベロー
ズ１８が伸びて導出管５が収縮でき、導出管５には引っ
張り応力が発生しない。また、導出管５はベローズ１８
介挿部で可撓性を有することから、振動が発生するよう
な場合には導出管５の揺動が大きくなってしまう。そこ
で、導出管５はベローズ１８の両側で支持装置６により
支持されている。なお、ベローズ１８の代わりに、導出
管５を螺旋状に構成して、発生応力の低減を図っている
場合もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の極低減容器は以
上のように、導出管５が断熱支持装置６を介して外槽容
器４に支持されているので、内槽容器３に液体ヘリウム
２を充填したときには、導出管５は常温（３００Ｋ）か
ら極低温（４．２Ｋ）の温度差をもって熱収縮が起こ
り、内槽容器３を昇温したときには、その逆に低温時か
らみると熱膨張が起こる。この熱収縮、熱膨張によっ
て、導出管５は支持装置６に対して動くことになる。ま
た、バンド１０はステンレスで作製され、断熱材９に比
べて熱収縮率が小さいので、それらの熱収縮差によって
バンド１０と断熱材９との間に隙間が生じ、支持装置６
による導出管５の締付力が緩むことになる。このような
導出管５の動きや締付力の変化によって断熱材９が追従
できず崩れたり、特に振動が発生する極低温容器におい
ては、導出管５の支持が緩んだ状態で加振を続けると振
動によって相対変位する箇所で摩擦発熱が発生してしま
い、前述の熱侵入とは別に摩擦発熱によって内槽容器３
に対して摩擦熱が入り、低温容器としての断熱性能を悪
化させるという問題があった。また、断熱材９とバンド
１０の固定部が導出管５に追従して上方に変位した場合
には、支持装置６の支柱１１に過大な曲げ応力が発生し
てしまい、支柱１１の強度上の問題があった。また、図
１８に示される極低温容器では、導出管５の途中にベロ
ーズ１８を介挿しているので、導出管５の熱収縮をベロ
ーズ１８で吸収して、導出管５と支持装置６との相対変
位を無くし、摩擦発熱を抑え、かつ、支柱１１の曲げ応
力の発生を抑えることができるが、ベローズ１８の多用
に伴う低温容器全体としての信頼性の確保、支持装置６
の設置箇所の増加に伴う熱侵入量の増加等の課題を残し
ている。

【０００８】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、熱収縮、熱膨張に伴う支持装置
の過大な応力発生や、振動に伴う摩擦発熱を防止して、
信頼性が高く、断熱性能に優れた極低温容器を得ること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この第１の発明に係る極
低温容器は、極低温冷媒が貯液された第１の容器を第２
の容器で囲繞して真空断熱し、上記第２の容器を貫通し
て上記第１の容器と連結された導出管を有し、上記第２
の容器内で上記導出管を上記第１および第２の容器の少
なくとも一方に固定する支持装置を有する極低温容器に
おいて、上記支持装置は、その支持部材が上記導出管と
異なる熱収縮率を有し、上記極低温冷媒が上記第１の容
器内に貯液されていない時に上記支持部材が上記導出管
に遊嵌状態で嵌合され、かつ、上記極低温冷媒が上記第
１の容器内に貯液されている時に上記支持部材が上記熱
収縮率の差に起因する熱収縮力により上記導出管に緊締
状態で嵌合されるように構成されているものである。

【００１０】この第２の発明に係る極低温容器は、上記
第１の発明において、上記支持部材は、上記導出管より
大きな熱収縮率を有し、かつ、常温時の内径が上記導出
管の外径より大径の貫通孔を有し、該貫通孔内に上記導
出管を挿通させて配設されているものである。

【００１１】この第３の発明に係る極低温容器は、上記
第２の発明において、上記導出管は上記支持部材の貫通
孔内の部位に、該導出管より大きな熱収縮率を有し、か
つ、低摩擦係数を有する円筒状の第２の支持部材が嵌着
されているものである。

【００１２】この第４の発明に係る極低温容器は、上記
第１の発明において、上記導出管は常温時の内径が上記
支持部材の外径より大径の貫通孔を有する保持具が一体
に取り付けられ、上記支持部材は、上記保持具より小さ
な熱収縮率を有し、上記保持具の貫通孔内に挿通して配
設されているものである。

【００１３】この第５の発明に係る極低温容器は、上記
第４の発明において、上記支持部材をダイニーマＦＲＰ
としたものである。

【００１４】この第６の発明に係る極低温容器は、極低
温冷媒が貯液された第１の容器を第２の容器で囲繞して
真空断熱し、上記第２の容器を貫通して上記第１の容器
と連結された複数の導出管を有し、上記第２の容器内で
上記複数の導出管同士を固定する拘束部材を有する極低
温容器において、上記拘束部材は、上記導出管より大き
な熱収縮率を有し、かつ、上記導出管が挿通される複数
の貫通孔を有し、該貫通孔内に上記導出管を挿通させて
配設され、上記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液さ
れている時に上記拘束部材が上記熱収縮率の差に起因す
る熱収縮力により上記導出管に緊締状態で嵌合されるよ
うに構成されているものである。

【００１５】この第７の発明に係る極低温容器は、極低
温冷媒が貯液された第１の容器を第２の容器で囲繞して
真空断熱し、上記第２の容器を貫通して上記第１の容器
と連結された複数の導出管を有し、上記第２の容器内で
上記複数の導出管同士を固定する拘束部材を有する極低
温容器において、上記拘束部材は、上記導出管より小さ
な熱収縮率を有し該導出管間に介装される中間部材と、
上記中間部材が介装された導出管を張力をかけて巻回さ
れる縛り部材とから構成され、上記極低温冷媒が上記第
１の容器内に貯液されている時に上記中間部材が上記熱
収縮率の差に起因する熱収縮力により上記縛り部材の張
力を増加させて上記導出管同士を緊締状態で固定するよ
うにしたものである。

【００１６】この第８の発明に係る極低温容器は、極低
温冷媒が貯液された第１の容器を第２の容器で囲繞して
真空断熱し、上記第２の容器を貫通して上記第１の容器
と連結された導出管を有し、上記第２の容器内で上記導
出管を上記第１および第２の容器の少なくとも一方に固
定する支持装置を有する極低温容器において、上記支持
装置は、上記第１および第２の容器の少なくとも一方に
固定された支持部材と、上記導出管より小さな熱収縮率
を有し該導出管と上記支持部材との間に介装される中間
部材と、上記中間部材が介装された導出管と支持部材と
を張力をかけて巻回される縛り部材とから構成され、上
記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液されている時に
上記中間部材が上記熱収縮率の差に起因する熱収縮力に
より上記縛り部材の張力を増加させて上記導出管を上記
支持部材に緊締状態で固定するようにしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る極
低温容器の全体構成を示す断面図、図２はこの発明の実
施の形態１に係る極低温容器における導出管の支持構造
を示す側面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る極
低温容器における導出管の支持構造を示す平面図であ
り、図において図１６乃至図１８に示した従来の極低温
容器と同一または相当部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。図において、１４は導出管５を支持する
支持装置であり、この支持装置１４は、外槽容器４の内
壁面に固着された固定台２７、導出管５を支持する支持
部材１５、支持部材１５を固定台２７に支持する支柱２
６、支持部材１５を支柱２６に締着固定するボルト１２
および支柱２６を固定台２７に締着固定するボルト１３
とから構成されている。ここで、支持部材１５は、導出
管５の熱収縮率より大きな熱収縮率を有する部材で作製
され、貫通孔１５ａが穿設されている。そして、貫通孔
１５ａの内径は、常温状態で、導出管５の外径より大径
に形成されている。また、支柱２６はＦＲＰ，ＣＦＲ
Ｐ，ＧＦＲＰ等の断熱材で作製されている。

【００１８】つぎに、この実施の形態１による導出管５
の支持構造について説明する。まず、外槽容器４の内壁
面に固着された固定台２７にボルト１３により支柱２６
を締着固定する。そして、導出管５が貫通孔１５ａ内を
通るように支持部材１５を導出管５に取り付け、ボルト
１２により支持部材１５を締着固定する。この組み立て
は常温で行われるので、導出管５は支持部材１５の貫通
孔１５ａに遊嵌状態となっている。そして、導出管５を
介して内槽容器３内に液体ヘリウム２を注入すると、導
出管５および内槽容器３が常温（３００Ｋ）から極低温
（４．２Ｋ）の温度差をもって熱収縮する。同様に、支
持部材１５も熱収縮する。この時、支持部材１５の熱収
縮率が導出管５より大きいので、温度が下がるにつれて
貫通孔１５ａと導出管５との隙間が小さくなり、ついに
は導出管５は支持部材１５の熱収縮力により強固に固定
される。

【００１９】ここで、導出管５がステンレスで作製され
ている場合には、支持部材１５は例えばテフロンを用い
ることができる。そして、極低温（７７Ｋ）における常
温（２９４Ｋ）からの熱収縮率は、ステンレスの場合
０．３％、テフロンの場合２．１％である。そこで、テ
フロンで作製された支持部材１５の貫通孔１５ａ（内
径：２０ｍｍ）にステンレスで作製された導出管５（外
径：２０ｍｍ）を嵌合させた状態で極低温に冷却する
と、導出管５の外径は１９．９４ｍｍに、貫通孔１５ａ
の内径は１９．５８ｍｍに収縮し、０．３６ｍｍの締め
代が発生する。また、常温時外径２０ｍｍの導出管５に
対して、極低温における締め代が０ｍｍとなる支持部材
１５の貫通孔１５ａの内径は常温時に２０．３ｍｍとな
る。従って、ステンレスとテフロンとの熱収縮率の差に
基づく導出管５と支持部材１５の貫通孔１５ａとの熱収
縮量の差は、径で０．３６ｍｍ程度であり、組立前の部
品寸法を管理することによって極低温時の締め代管理が
十分可能となる。

【００２０】そこで、導出管５と支持部材１５の貫通孔
１５ａとの常温時の嵌合隙間を所定寸法に設定しておけ
ば、冷却時の温度降下中においては導出管５と支持部材
１５の貫通孔１５ａとの隙間を確保して導出管５と支持
部材１５との相対変位を可能とし、極低温に到達して両
者の相対変位がし終わった位置で導出管５を支持部材１
５で強固に固定することが可能となる。

【００２１】このように、この実施の形態１によれば、
支持部材１５を導出管５より熱収縮率の大きな材料で作
製し、常温時の内径が導出管５の外径より大きな貫通孔
１５ａを支持部材１５に設け、導出管５が貫通孔１５ａ
に遊嵌状態となるように支持部材１５を配設しているの
で、冷却時の温度降下中においては、導出管５と支持部
材１５の貫通孔１５ａとの隙間が確保されて、導出管５
と支持部材１５とが熱収縮量の差に基づいて相対変位
し、両者が極低温に到達して相対変位がし終わった後、
導出管５は熱収縮量の差に基づいた支持部材１５の熱収
縮力で強固に固定される。そこで、極低温状態におい
て、振動が発生しても、導出管５が支持部材１５に強固
に固定されて相対変位が抑えられ、相対変位に起因する
摩擦発熱が低減される。その結果、内槽容器３への熱侵
入が低減され、超電導状態での超電導コイル１の運転時
間を延長でき、省ヘリウム化を達成できる極低温容器が
得られる。さらに、液体ヘリウム２の蒸発量が抑えら
れ、ヘリウムガスを再液化する冷凍機の所要電力の低減
や小型軽量化を実現することができる。また、冷却時の
温度降下中において、導出管５と支持部材１５の貫通孔
１５ａとの隙間が確保されるので、導出管５と支持部材
１５とが熱収縮量の差に基づいて相対変位し、支柱２６
に過大な応力が発生せず、支持装置１４の信頼性を向上
させることができる。また、支持装置１４の支柱２６が
断熱材で作製されているので、外部から支持装置１４を
介して熱伝導してきた熱は支柱２６により遮断され、支
持装置１４を介して熱伝導による内槽容器３への熱侵入
が抑えられる。

【００２２】なお、上記実施の形態１では、導出管５に
ステンレスを、支持部材１５にテフロンを用いるものと
しているが、導出管５と支持部材１５との材料の組み合
わせはこれに限定されるものではなく、導出管５に比べ
て支持部材１５の熱収縮率が大きければよい。また、上
記実施の形態１では、支持装置１４により導出管５を外
槽容器４の内壁面に支持するものとしているが、支持装
置１４により導出管５を内槽容器３の外壁面に支持する
ようにしてもよい。

【００２３】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２に係る極低温容器における導出管の支持構造を示す
側面図、図５はこの発明の実施の形態２に係る極低温容
器における導出管の支持構造を示す平面図である。図に
おいて、２４は摩擦係数の小さい滑動材、例えばテフロ
ンで作製された薄肉の筒状の第２の支持部材であり、こ
の第２の支持部材２４の外径は、常温状態で貫通孔１５
ａの内径より小径に形成され、内径は、常温状態で導出
管５の外径と同じあるいは若干小径に形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されて
いる。

【００２４】つぎに、この実施の形態２による導出管５
の支持構造について説明する。まず、第２の支持部材２
４を導出管５の所望の位置に嵌着する。また、外槽容器
４の内壁面に固着された固定台２７にボルト１３により
支柱２６を締着固定する。そして、第２の支持部材２４
が貫通孔１５ａ内を通るように支持部材１５を導出管５
に取り付け、ボルト１２により支持部材１５を締着固定
する。この組み立ては常温で行われるので、第２の支持
部材２４は支持部材１５の貫通孔１５ａに遊嵌状態とな
っている。そして、導出管５を介して内槽容器３内に液
体ヘリウム２を注入すると、導出管５、第２の支持部材
２４および内槽容器３が常温（３００Ｋ）から極低温
（４．２Ｋ）の温度差をもって熱収縮する。同様に、支
持部材１５も熱収縮する。この時、第２の支持部材２４
の熱収縮率が導出管５より大きいので、温度が下がるに
つれて第２の支持部材２４の熱収縮力が増し、第２の支
持部材２４は導出管５に強固に固定される。この場合、
第２の支持部材２４の熱収縮量は肉厚が薄く導出管５の
熱収縮量に規制される。一方、支持部材１５の熱収縮率
は導出管５より大きいので、温度が下がるにつれて貫通
孔１５ａと第２の支持部材２４との隙間が小さくなり、
ついには導出管５および第２の支持部材２４は支持部材
１５の熱収縮力により強固に固定される。

【００２５】このように、この実施の形態２において
も、温度降下中においては導出管５および第２の支持部
材２４が支持部材１５に遊嵌状態にあり、冷却された後
導出管５および第２の支持部材２４が支持部材１５に強
固に固定されるので、上記実施の形態１と同様の効果が
得られる。また、この実施の形態２においては、極低温
時、滑動材であるテフロンからなる支持部材１５と第２
の支持部材２４とが密接状態で固定されているので、過
大な振動が加わり支持部材１５と第２の支持部材２４と
が相対変位したとしても、相対変位に伴う摩擦発熱が抑
えられ、その分液体ヘリウム２の蒸発を抑えることがで
きる。

【００２６】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３に係る極低温容器における導出管の支持構造を示す
側面図、図７はこの発明の実施の形態３に係る極低温容
器における導出管の支持構造を示す平面図である。図に
おいて、１６は導出管５と一体化された保持具であり、
この保持具１６は第１および第２の貫通孔１６ａ，１６
ｂが穿設されている。そして、第１の貫通孔１６ａの内
径が導出管５の外径と同じあるいは若干小径に形成され
ており、保持具１６はこの第１の貫通孔１６ａに導出管
５を挿入されて導出管５に嵌着されている。この保持具
１６は例えばステンレスで作製されている。１７は円柱
状の支持部材であり、この支持部材１７の外径は、常温
状態で第２の貫通孔１６ｂの内径より小径に形成されて
いる。そして、支持部材１７は、常温の組立時、第２の
貫通孔１６ｂに遊嵌状態で挿入され、両端部をボルト１
２により支柱２６に締着固定されている。この支持部材
１７は、負の熱収縮率、すなわち冷却することにより熱
膨張する材料、例えばダイニーマＦＲＰで作製されてい
る。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成さ
れている。

【００２７】この実施の形態３によれば、冷却時温度が
下がるにつれて保持具１６が熱収縮し、支持部材１７が
熱膨張し、第２の貫通孔１６ｂと支持部材１７との隙間
が小さくなり、ついには導出管５は保持具１６を介して
支持部材１７により強固に固定される。

【００２８】例えば、極低温（７７Ｋ）における常温
（２９４Ｋ）からの熱収縮率は、ステンレスで作製され
た保持具１６が０．３％、ダイニーマＦＲＰで作製され
た支持部材１７が負の熱収縮率で０．２％である。そこ
で、保持具１６の第２の貫通孔１６ｂ（内径：２０ｍ
ｍ）に支持部材１７（外径：２０ｍｍ）を嵌合させた状
態で極低温に冷却すると、保持具１６の第２の貫通孔１
６ｂの内径は１９．９４ｍｍに、支持部材１７の外径は
２０．０２ｍｍとなる。従って、ステンレスとダイニー
マＦＲＰとの熱収縮率の差に基づく保持具１６の第２の
貫通孔１６ｂと支持部材１７との熱収縮量の差は、径で
０．０６ｍｍ程度であり、組立前の部品寸法を管理する
ことによって極低温時の締め代管理が十分可能となる。

【００２９】そこで、導出管５の保持具１６の第２の貫
通孔１６ｂと支持部材１７との常温時の嵌合隙間を所定
寸法に設定しておけば、冷却時の温度降下中においては
保持具１６の第２の貫通孔１６ｂと支持部材１７との隙
間を確保して導出管５と支持部材１７との相対変位を可
能とし、極低温に到達して両者の相対変位がし終わった
位置で導出管５を支持部材１７で保持具１６を介して強
固に固定することが可能となる。

【００３０】このように、この実施の形態３において
も、温度降下中においては導出管５と一体化された保持
具１６と支持部材１７とが遊嵌状態にあり、冷却された
後保持具１６と支持部材１７とが強固に固定されるの
で、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００３１】なお、上記実施の形態３では、保持具１６
にステンレスを、支持部材１７にダイニーマＦＲＰを用
いるものとしているが、保持具１６と支持部材１７との
材料の組み合わせはこれに限定されるものではなく、保
持具１６に比べて支持部材１７の熱収縮率が小さければ
よい。

【００３２】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４に係る極低温容器を示す要部断面図、図９はこの発
明の実施の形態４に係る極低温容器における導出管の支
持構造を示す平面図、図１０は図９のＸ−Ｘ矢視断面
図、図１１はこの発明の実施の形態４に係る極低温容器
における導出管の支持構造を示す平面図、図１２は図１
１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視断面図である。図において、２
１は２つの導出管５ａ，５ｂを拘束する拘束部材であ
り、この拘束部材２１は第１および第２の貫通孔２１
ａ，２１６ｂが穿設されている。そして、拘束部材２１
は第１および第２の貫通孔２１ａ，２１ｂに導出管５
ａ，５ｂが嵌合されて装着されている。２２は導出管５
ａ，５ｂ間に配設される中間部材、２３は中間部材２２
を挟持された導出管５ａ，５ｂ周りに張力をかけて巻回
される縛り部材である。ここで、拘束部材２１は熱収縮
率が導出管５ａ，５ｂより大きい材料で作製されてお
り、導出管５ａ，５ｂがステンレスの場合、例えばテフ
ロンが用いられる。また、中間部材２２は負の熱収縮率
を有する材料（熱収縮率が導出管５ａ，５ｂより小さい
材料）、例えばダイニーマＦＲＰが用いられる。縛り部
材２３はケブラー紐、ガラステープ、銅線が用いられ
る。なお、２つの導出管５ａ，５ｂを外槽容器４に支持
する代わりに導出管５ａ，５ｂ同士を連結している点を
除いて、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成され
ている。

【００３３】つぎに、この実施の形態４による導出管５
ａ，５ｂの支持構造について説明する。まず、第１およ
び第２の貫通孔２１ａ，２１ｂに導出管５ａ，５ｂを挿
入し、拘束部材２１を嵌合状態に導出管５ａ，５ｂに装
着する。また、中間部材２２を導出管５ａ，５ｂ間に挟
持させ、縛り部材２３を導出管５ａ，５ｂに張力をかけ
て巻回し、導出管５ａ，５ｂと中間部材２２とを締着一
体化する。そして、導出管を介して内槽容器３内に液体
ヘリウム２を注入すると、導出管５ａ，５ｂ、拘束部材
２１、縛り部材２３および内槽容器３が常温（３００
Ｋ）から極低温（４．２Ｋ）の温度差をもって熱収縮
し、一方中間部材２２が熱膨張する。この時、拘束部材
２１の熱収縮率が導出管５ａ，５ｂより大きいので、温
度が下がるにつれて拘束部材２１の熱収縮力が増し、導
出管５ａ，５ｂは拘束部材２１の熱収縮力により強固に
固定される。また、縛り部材２３は熱収縮して張力が残
り、中間部材２２が熱膨張して縛り部材２３の張力を増
大させる。そこで、縛り部材２３は常温時より張力が付
加され、導出管５ａ，５ｂはより強固に固定される。

【００３４】この実施の形態４によれば、導出管５ａ，
５ｂ相互間が強固に固定されているので、極低温状態に
おいて、振動が発生しても、支持装置１４を用いること
なく導出管５ａ，５ｂの振動が抑制され、極低温容器の
構成の簡素化が図れるとともに信頼性を高めることがで
きる。また、振動に伴う導出管５ａ，５ｂと拘束部材２
１、中間部材２２および縛り部材２３との相対変位が抑
えられ、摩擦発熱を低減でき、液体ヘリウム２の蒸発を
抑えることができる。

【００３５】なお、上記実施の形態４では、導出管５
ａ，５ｂにステンレスを、拘束部材２１にテフロンを用
いるものとしているが、導出管５ａ，５ｂと拘束部材２
１との材料の組み合わせはこれに限定されるものではな
く、導出管５ａ，５ｂに比べて拘束部材２１の熱収縮率
が大きければよい。また、中間部材２２としてダイニー
マＦＲＰを用いるものとしているが、中間部材２２はこ
れに限定されるものではなく、導出管５ａ，５ｂに比べ
て中間部材２２の熱収縮率が小さければよい。また、上
記実施の形態４において、支持部材１４をさらに設けて
もよい。この場合、導出管５ａ，５ｂの支持がより強固
になり、大きな振動に対しても十分耐えられる極低温容
器が得られる。

【００３６】実施の形態５．図１３はこの発明の実施の
形態５に係る極低温容器を示す要部断面図、図１４は図
１３のＸＩＶ−ＸＩＶ矢視断面図である。図において、
２０は内槽容器３の外壁面に固着された支持部材として
のステープルであり、このステープル２０は導出管５と
同様にステンレスで作製されている。ここで、ステープ
ル２０、中間部材２２および縛り部材２３から支持装置
が構成されている。なお、他の構成は上記実施の形態１
と同様に構成されている。

【００３７】つぎに、この実施の形態５による導出管５
の支持構造について説明する。ステープル２０と導出管
５との間に中間部材２２を挟持させ、縛り部材２３を導
出管５とステープル２０とに張力をかけて巻回し、導出
管５と中間部材２２とステープル２０とを締着一体化す
る。そして、導出管５を介して内槽容器３内に液体ヘリ
ウム２を注入すると、導出管５、ステープル２０、縛り
部材２３および内槽容器３が常温（３００Ｋ）から極低
温（４．２Ｋ）の温度差をもって熱収縮し、一方中間部
材２２が熱膨張する。この時、縛り部材２３は熱収縮し
て張力が残り、中間部材２２が熱膨張して縛り部材２３
の張力を増大させる。そこで、縛り部材２３は常温時よ
り張力が付加され、導出管５はステープル２０により強
固に固定される。

【００３８】この実施の形態５によれば、導出管５がス
テープル２０に強固に固定されているので、極低温状態
において、振動が発生しても、導出管５の振動が抑制さ
れ、極低温容器の信頼性を高めることができる。また、
振動に伴う導出管５、ステープル２０、中間部材２２お
よび縛り部材２３との相対変位が抑えられ、摩擦発熱を
低減でき、液体ヘリウム２の蒸発を抑えることができ
る。

【００３９】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４０】この第１の発明によれば、極低温冷媒が貯
液された第１の容器を第２の容器で囲繞して真空断熱
し、上記第２の容器を貫通して上記第１の容器と連結さ
れた導出管を有し、上記第２の容器内で上記導出管を上
記第１および第２の容器の少なくとも一方に固定する支
持装置を有する極低温容器において、上記支持装置は、
その支持部材が上記導出管と異なる熱収縮率を有し、上
記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液されていない時
に上記支持部材が上記導出管に遊嵌状態で嵌合され、か
つ、上記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液されてい
る時に上記支持部材が上記熱収縮率の差に起因する熱収
縮力により上記導出管に緊締状態で嵌合されるように構
成されているので、熱収縮、熱膨張に伴う支持装置の過
大な応力発生や、振動に伴う摩擦発熱を防止して、信頼
性が高く、断熱性能に優れた極低温容器が得られる。

【００４１】この第２の発明によれば、上記第１の発明
において、上記支持部材は、上記導出管より大きな熱収
縮率を有し、かつ、常温時の内径が上記導出管の外径よ
り大径の貫通孔を有し、該貫通孔内に上記導出管を挿通
させて配設されているので、冷却時の温度降下中におい
ては、導出管と支持部材の貫通孔との隙間が確保され
て、導出管と支持部材とが熱収縮量の差に基づいて相対
変位し、両者が極低温に到達して相対変位がし終わった
後、導出管は熱収縮量の差に基づいた支持部材の熱収縮
力で強固に固定される。

【００４２】この第３の発明によれば、上記第２の発明
において、上記導出管は上記支持部材の貫通孔内の部位
に、該導出管より大きな熱収縮率を有し、かつ、低摩擦
係数を有する円筒状の第２の支持部材が嵌着されている
ので、極低温状態で大きな振動が加わり支持部材と第２
の支持部材とが相対変位しても、摩擦発熱が抑えられ、
第２の容器への熱侵入が抑えられる。

【００４３】この第４の発明によれば、上記第１の発明
において、上記導出管は常温時の内径が上記支持部材の
外径より大径の貫通孔を有する保持具が一体に取り付け
られ、上記支持部材は、上記保持具より小さな熱収縮率
を有し、上記保持具の貫通孔内に挿通して配設されてい
るので、冷却時の温度降下中においては、保持具の貫通
孔と支持部材との隙間が確保されて、保持具と支持部材
とが熱収縮量の差に基づいて相対変位し、両者が極低温
に到達して相対変位がし終わった後、導出管は保持具を
介して熱収縮量の差に基づいた支持部材の熱収縮力で強
固に固定される。

【００４４】この第５の発明によれば、上記第４の発明
において、上記支持部材をダイニーマＦＲＰとしたの
で、冷却により支持部材が熱膨張し、保持具と支持部材
とがより強固に固定される。

【００４５】この第６の発明によれば、極低温冷媒が貯
液された第１の容器を第２の容器で囲繞して真空断熱
し、上記第２の容器を貫通して上記第１の容器と連結さ
れた複数の導出管を有し、上記第２の容器内で上記複数
の導出管同士を固定する拘束部材を有する極低温容器に
おいて、上記拘束部材は、上記導出管より大きな熱収縮
率を有し、かつ、上記導出管が挿通される複数の貫通孔
を有し、該貫通孔内に上記導出管を挿通させて配設さ
れ、上記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液されてい
る時に上記拘束部材が上記熱収縮率の差に起因する熱収
縮力により上記導出管に緊締状態で嵌合されるように構
成されているので、極低温状態で導出管同士が強固に固
定され、耐振性に優れ、振動に伴う摩擦発熱の発生が抑
えられ、信頼性に優れ、極低温冷媒の蒸発を低減できる
極低減容器が得られる。

【００４６】この第７の発明によれば、極低温冷媒が貯
液された第１の容器を第２の容器で囲繞して真空断熱
し、上記第２の容器を貫通して上記第１の容器と連結さ
れた複数の導出管を有し、上記第２の容器内で上記複数
の導出管同士を固定する拘束部材を有する極低温容器に
おいて、上記拘束部材は、上記導出管より小さな熱収縮
率を有し該導出管間に介装される中間部材と、上記中間
部材が介装された導出管を張力をかけて巻回される縛り
部材とから構成され、上記極低温冷媒が上記第１の容器
内に貯液されている時に上記中間部材が上記熱収縮率の
差に起因する熱収縮力により上記縛り部材の張力を増加
させて上記導出管同士を緊締状態で固定するようにした
ので、極低温状態で導出管同士が強固に固定され、耐振
性に優れ、振動に伴う摩擦発熱の発生が抑えられ、信頼
性に優れ、極低温冷媒の蒸発を低減できる極低減容器が
得られる。

【００４７】この第８の発明によれば、極低温冷媒が貯
液された第１の容器を第２の容器で囲繞して真空断熱
し、上記第２の容器を貫通して上記第１の容器と連結さ
れた導出管を有し、上記第２の容器内で上記導出管を上
記第１および第２の容器の少なくとも一方に固定する支
持装置を有する極低温容器において、上記支持装置は、
上記第１および第２の容器の少なくとも一方に固定され
た支持部材と、上記導出管より小さな熱収縮率を有し該
導出管と上記支持部材との間に介装される中間部材と、
上記中間部材が介装された導出管と支持部材とを張力を
かけて巻回される縛り部材とから構成され、上記極低温
冷媒が上記第１の容器内に貯液されている時に上記中間
部材が上記熱収縮率の差に起因する熱収縮力により上記
縛り部材の張力を増加させて上記導出管を上記支持部材
に緊締状態で固定するようにしたので、熱収縮、熱膨張
に伴う支持装置の過大な応力発生や、振動に伴う摩擦発
熱を防止して、信頼性が高く、断熱性能に優れた極低温
容器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る極低温容器の
全体構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る極低温容器に
おける導出管の支持構造を示す側面図である。

【図３】 この発明の実施の形態１に係る極低温容器に
おける導出管の支持構造を示す平面図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る極低温容器に
おける導出管の支持構造を示す側面図である。

【図５】 この発明の実施の形態２に係る極低温容器に
おける導出管の支持構造を示す平面図である。

【図６】 この発明の実施の形態３に係る極低温容器に
おける導出管の支持構造を示す側面図である。

【図７】 この発明の実施の形態３に係る極低温容器に
おける導出管の支持構造を示す平面図である。

【図８】 この発明の実施の形態４に係る極低温容器を
示す要部断面図である。

【図９】 この発明の実施の形態４に係る極低温容器に
おける導出管の支持構造を示す平面図である。

【図１０】 図９のＸ−Ｘ矢視断面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態４に係る極低温容器
における導出管の支持構造を示す平面図である。

【図１２】 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視断面図であ
る。

【図１３】 この発明の実施の形態５に係る極低温容器
を示す要部断面図である。

【図１４】 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ矢視断面図であ
る。

【図１５】 従来の極低温容器の全体構成を示す断面図
である。

【図１６】 従来の極低温容器における導出管の支持構
造を示す斜視図である。

【図１７】 従来の極低温容器における導出管の支持構
造を示す断面図である。

【図１８】 従来の極低温容器の他の例の全体構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

２ 液体ヘリウム（極低温冷媒）、３ 内槽容器（第１
の容器）、４ 外槽容器（第２の容器）、５，５ａ，５
ｂ 導出管、１２，１３ ボルト（支持装置）、１４
支持装置、１５，１７ 支持部材（支持装置）、１５ａ
貫通孔、１６保持具、１６ｂ 第２の貫通孔（貫通
孔）、２０ ステープル（支持部材）、２１ 拘束部
材、２１ａ 第１の貫通孔（貫通孔）、２１ｂ 第２の
貫通孔（貫通孔）、２２ 中間部材、２３ 縛り部材、
２４ 第２の支持部材、２６ 支柱（支持装置）、２７
固定台（支持装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沖 雅雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 赤木 秀成 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極低温冷媒が貯液された第１の容器を第
   ２の容器で囲繞して真空断熱し、上記第２の容器を貫通
   して上記第１の容器と連結された導出管を有し、上記第
   ２の容器内で上記導出管を上記第１および第２の容器の
   少なくとも一方に固定する支持装置を有する極低温容器
   において、 上記支持装置は、その支持部材が上記導出管と異なる熱
   収縮率を有し、上記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯
   液されていない時に上記支持部材が上記導出管に遊嵌状
   態で嵌合され、かつ、上記極低温冷媒が上記第１の容器
   内に貯液されている時に上記支持部材が上記熱収縮率の
   差に起因する熱収縮力により上記導出管に緊締状態で嵌
   合されるように構成されていることを特徴とする極低温
   容器。
2. 【請求項２】 上記支持部材は、上記導出管より大きな
   熱収縮率を有し、かつ、常温時の内径が上記導出管の外
   径より大径の貫通孔を有し、該貫通孔内に上記導出管を
   挿通させて配設されていることを特徴とする請求項１記
   載の極低温容器。
3. 【請求項３】 上記導出管は上記支持部材の貫通孔内の
   部位に、該導出管より大きな熱収縮率を有し、かつ、低
   摩擦係数を有する円筒状の第２の支持部材が嵌着されて
   いることを特徴とする請求項２記載の極低温容器。
4. 【請求項４】 上記導出管は常温時の内径が上記支持部
   材の外径より大径の貫通孔を有する保持具が一体に取り
   付けられ、上記支持部材は、上記保持具より小さな熱収
   縮率を有し、上記保持具の貫通孔内に挿通して配設され
   ていることを特徴とする請求項１記載の極低温容器。
5. 【請求項５】 上記支持部材がダイニーマＦＲＰである
   ことを特徴とする請求項４記載の極低温容器。
6. 【請求項６】 極低温冷媒が貯液された第１の容器を第
   ２の容器で囲繞して真空断熱し、上記第２の容器を貫通
   して上記第１の容器と連結された複数の導出管を有し、
   上記第２の容器内で上記複数の導出管同士を固定する拘
   束部材を有する極低温容器において、 上記拘束部材は、上記導出管より大きな熱収縮率を有
   し、かつ、上記導出管が挿通される複数の貫通孔を有
   し、該貫通孔内に上記導出管を挿通させて配設され、上
   記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液されている時に
   上記拘束部材が上記熱収縮率の差に起因する熱収縮力に
   より上記導出管に緊締状態で嵌合されるように構成され
   ていることを特徴とする極低温容器。
7. 【請求項７】 極低温冷媒が貯液された第１の容器を第
   ２の容器で囲繞して真空断熱し、上記第２の容器を貫通
   して上記第１の容器と連結された複数の導出管を有し、
   上記第２の容器内で上記複数の導出管同士を固定する拘
   束部材を有する極低温容器において、 上記拘束部材は、上記導出管より小さな熱収縮率を有し
   該導出管間に介装される中間部材と、上記中間部材が介
   装された導出管を張力をかけて巻回される縛り部材とか
   ら構成され、上記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液
   されている時に上記中間部材が上記熱収縮率の差に起因
   する熱収縮力により上記縛り部材の張力を増加させて上
   記導出管同士を緊締状態で固定するようにしたことを特
   徴とする極低温容器。
8. 【請求項８】 極低温冷媒が貯液された第１の容器を第
   ２の容器で囲繞して真空断熱し、上記第２の容器を貫通
   して上記第１の容器と連結された導出管を有し、上記第
   ２の容器内で上記導出管を上記第１および第２の容器の
   少なくとも一方に固定する支持装置を有する極低温容器
   において、 上記支持装置は、上記第１および第２の容器の少なくと
   も一方に固定された支持部材と、上記導出管より小さな
   熱収縮率を有し該導出管と上記支持部材との間に介装さ
   れる中間部材と、上記中間部材が介装された導出管と支
   持部材とを張力をかけて巻回される縛り部材とから構成
   され、上記極低温冷媒が上記第１の容器内に貯液されて
   いる時に上記中間部材が上記熱収縮率の差に起因する熱
   収縮力により上記縛り部材の張力を増加させて上記導出
   管を上記支持部材に緊締状態で固定するようにしたこと
   を特徴とする極低温容器。