(57)【要約】      （修正有）【課題】予冷時間を短縮するとともに、ガスの温度変化による蓄冷量の減少やコイル温度の変化を少なくし、構成の簡単化も図ることができる極低温冷却装置を提供する。【解決手段】気密構造の密閉容器内に被冷却物１を設置し、密閉容器内に低温の加圧ガスを収容する低温ガス容器２、低温ガス容器から被冷却物と熱的に接触する冷却ガス配管を介して加圧ガスの供給を受ける低温バッファ５と、冷却ガス配管に設けられ管路を開閉する流量制御４弁と、低温バッファに収容されたガスを大気圧以上に加圧する圧縮機９と、被冷却物の状態変化を測定する測定手段とを備え、低温ガス容器２は、高圧配管を接続する高圧配管接続口Ａと、コイル冷却配管を接続するコイル冷却配管接続口Ｂとをガス容器の異なる面に形成する一方、低温バッファは、低圧ガス配管を接続する低圧ガス配管口Ｃとコイル冷却配管を接続するコイル冷却配管接続口Ｄとを低温バッファの異なる面に形成する。【選択図】図１
2010196909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密構造の密閉容器内に極低温冷却対象となる被冷却物を設置するとともに、前記密閉容器内に低温の加圧ガスを収容する低温ガス容器を配置し、この低温ガス容器から前記被冷却物と熱的に接触する冷却ガス配管を介して前記低温ガス容器から前記加圧ガスの供給を受ける低温バッファと、前記冷却ガス配管に設けられてその管路を開閉する冷却ガス流量制御弁と、前記低温バッファに収容されたガスの供給を低圧ガス配管により受けて当該ガスを大気圧以上に加圧し、前記低温ガス容器に高圧配管を介して高圧ガスを供給する圧縮機と、前記被冷却物の状態変化を測定する測定手段とを備え、前記低温ガス容器は、前記高圧配管を接続する高圧配管接続口と、前記コイル冷却ガス配管を接続するコイル冷却ガス配管接続口とを当該ガス容器の異なる面に形成する一方、前記低温バッファは、前記低圧ガス配管を接続する低圧ガス配管口と前記コイル冷却ガス配管を接続するコイル冷却ガス配管接続口とを前記低温バッファの異なる面に形成していることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項２】
前記高圧配管接続口とコイル冷却ガス配管接続口および前記低圧ガス配管口とコイル冷却ガス配管口は相対する位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の極低温冷却装置。
【請求項３】
前記低温ガス容器と前記極低温冷凍機、前記低温バッファのいずれかを直接または伝熱部材を介して熱的に接続した請求項１または２記載の極低温冷却装置。
【請求項４】
前記伝熱部材が前記低温ガス容器の壁を貫通し、容器内に突出している請求項３記載の極低温冷却装置。
【請求項５】
大気圧以上に加圧したガスを前記低温ガス容器に充填するときの流量を制御する手段と、前記低温ガス容器の温度を測定する手段とを有し、前記低温ガス容器の温度が所定温度以上に上昇しないようにガス流量を制御する設定とした請求項３または４記載の極低温冷却装置。
【請求項６】
前記低温ガス容器が配管を巻回させた構成であり、前記極低温冷凍機に取付けた伝熱部材に巻回させて冷却する構成とした請求項１ないし３のいずれか１項記載の極低温冷却装置。
【請求項７】
前記低温ガス容器にこの低温ガス容器内の温度が設定値より低下した場合にこの低温ガス容器内を加熱する加熱手段を設けた請求項１ないし６のいずれか１項記載の極低温冷却装置。
【請求項８】
前記低温バッファのガスを圧縮して前記低温ガス容器に充填する圧縮機と、前記低温バッファと前記圧縮機とを接続する低圧ガス配管と、前記圧縮機と前記低温ガス容器とを接続する高圧ガス配管と、前記低圧ガス配管と前記高圧ガス配管とを流れるガスを熱交換させる熱交換器とを備え、バッファを前記熱交換器の内部またはこの熱交換器の前後部に設けた請求項１ないし６のいずれか１項記載の極低温冷却装置。
【請求項９】
前記熱交換器として直列に配置した２段熱交換器を備え、これらの熱交換器の流路を構成する低温側配管の一部を大径としてバッファとした請求項８記載の極低温冷却装置。
【請求項１０】
前記冷却ガス流量制御弁と並列に流量調整弁を有し、定常時には前記流量調整弁を介して冷却ガス配管にガスを流すことで冷却する設定とした請求項１ないし９のいずれか１項記載の極低温冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば単結晶引上げ装置、磁気分離装置等に適用される極低温冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、臨界温度が高い超電導材料を用いた高温超電導コイルが開発され、この高温超電導コイルを適用した超電導磁石が種々提案されている。超電導磁石は極低温に冷却して使用され、この冷却方式には液体ヘリウムで浸漬冷却する方式と、冷凍機で伝導冷却する方式とが採用されている。
【０００３】
一般的には、液体ヘリウム浸漬方式は大きい発熱がある装置および安定性が要求される装置等に適用され（例えば非特許文献１等参照）、伝導冷却方式は小型の超電導装置および熱負荷の少ない超電導磁石に適用される。
【０００４】
高温超電導コイルは従来の金属系超電導コイルよりも高い温度で使用できるため、従来と異なる冷却方法が考えられる。特に、超電導エネルギ貯蔵装置（ＳＭＥＳ）等の一時的に大きな発熱がある超電導コイルの冷却には、蒸発潜熱による大きな冷却能力が期待できる液体ヘリウムによる浸漬冷却方式が採用されてきた。しかし、液体ヘリウムによる浸漬冷却方式では冷却温度が４Ｋに限定されるため、高温超電導コイルに適した冷却方式ということはできない。
【０００５】
これに対し、本願発明者らは高温超電導マグネットを使用することができる高い冷却温度でも、大きい冷却能力を有するガス蓄冷冷却方式を適用した極低温冷却装置を開発している。
【０００６】
図８は、このガス蓄冷冷却方式を適用した従来の極低温冷却装置１００を一部断面として示す側面図である。図８に示すように、この極低温冷却装置１００は密閉容器として、気密な密閉箱形の真空断熱容器１０１を備えており、この真空断熱容器１０１内の一側壁側（図示右側）に冷却ガス配管１０２が縦長に配置されている。冷却ガス配管１０２の上端には極低温冷凍機１０１ａが設けられ、下端側には低温ガス（例えばヘリウムガス）を収容する低温ガス容器１０３が設けてられている。
【０００７】
真空断熱容器１０１内の低温ガス容器１０３と対峙する下端位置（図示左側）には、低温バッファ１０４が配置されており、これらの真空断熱容器１０１と低温バッファ１０４とはコイル冷却ガス配管１０５によって接続されて、低温ガス容器１０３側から冷却ガスがコイル冷却ガス配管１０５に流れる構成としてある。
【０００８】
また、コイル冷却ガス配管１０５の長さ方向中央部分には、被冷却装置である超電導コイル１０６が配置されており、コイル冷却ガス配管１０５には超電導コイル１０６と同一の軸心をもって円弧状部分１０５ａが形成されている。このコイル冷却ガス配管１０５の円弧状部分１０５ａが、超電導コイル１０６の径方向の略中央部に配置されている。コイル冷却ガス配管１０５には、冷却ガス流量制御弁１０７が設けられている。超電導コイル１０６には温度検出器（温度計）１０８が設けてある。
【０００９】
低温バッファ１０４には高温ガス配管１０９が接続され、この高温ガス配管１０９は真空断熱容器１０１上方の圧縮機流量調整弁１１０を介して極低温圧縮機１１１に接続されている。また、高温ガス配管１０９には熱交換器１１２ａ，１１２ｂが設けられている。極低温圧縮機１１１の吐出側には、高圧配管１１３が連結され、この高圧配管１１３には圧縮機流量調整弁１１４が設けられている。
【００１０】
さらに、高圧配管１１３は真空断熱容器１０１内において熱交換器１１２ａ，１１２ｂを介して冷却ガス配管１０２の冷凍機熱交換器１１５ａ，１１５ｂに接続されている。冷凍機熱交換器１１５ａ，１１５ｂには予冷配管１１６が設けられ、この予冷配管１１６には予冷弁１１７が設けられている。超電導コイル１０６は、伝熱部材１１８を介して冷却ガス配管１０２に接続されている。
【００１１】
この構成により、低温ガス容器１０３には低温に冷却した加圧ヘリウムガスが蓄えられ、必要に応じて低温バッファ１０４との差圧でコイル冷却ガス配管１０５にガスが流されて超電導コイル１０６が冷却される。低温ガス容器１０３から低温バッファ１０４に移動したヘリウムガスは、極低温圧縮機１１１で再度圧縮されるとともに、極低温冷凍機１１１と熱交換器１１２ａ，１１２ｂで冷却され、低温ガス容器１０３に戻されて次の冷却に備えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】低温工学  Ｖｏｌ．３７（２００２）ｐ１８−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、図８に示した上述の冷却系については、下記の（１）―（４）に示す課題がある。
【００１４】
（１）低温ガス容器の予冷方法についての課題
図８の構成では、超電導コイル１０６を室温から冷却する際に、冷却ガスを連続して流すことで超電導コイル１０６をガス冷却し、この超電導コイル１０６と極低温冷凍機１０１ａとの温度差を低減することで効率よく冷却し、冷却時間を短縮している。しかし、この構成では低温ガス容器１０３および低温バッファ１０４の上面側にのみコイル冷却ガス配管１０５が設けられているため、必ずしもガス冷却を効率よく行うことができず、装置全体の冷却時間の短縮が図れないという課題がある。
【００１５】
また、低温ガス容器１０３および低温バッファ１０４に接続される配管１０５，１０９が、低温ガス容器１０３の上方の一箇所にまとめて配置されているため、低温ガスによる予冷を必ずしも効率よく行うことができず、予冷に一定以上の時間が必要となっていた。
【００１６】
（２）ガスの膨張圧縮についての課題
従来の冷却方法では、ガスを加圧および減圧するときにヘリウムガスの温度が変化するが、この温度変化がガスの流れに悪影響を与える場合がある。
【００１７】
第１の影響は、低温ガス容器１０３から低温バッファ１０４にガスを流すときに、低温ガス容器１０３の圧力が低下することによって低温ガス容器１０３内のガス温度が低下する一方、低温バッファ１０４の圧力が高くなることにより低温バッファ１０４内のガス温度が上昇する場合である。
【００１８】
この場合には、低温ガス容器１０３のガス密度が高くなり、低温ガス容器１０３に残るガスの量が温度変化しない場合に比べて増加し、逆に低温バッファ１０４のガス密度が低くなり、低温バッファ１０４に充填できるガス量が、温度変化の無い場合に比べて減少する。この結果、低温ガス容器１０３から低温バッファ１０４に送り込むことができるガス量が、温度変化しない場合に比べて減少する。このように、利用できるガス量が減少するため、蓄冷量が減少し、除熱できる熱量が減少する。
【００１９】
第２の影響は、低温バッファ１０４のガスを低温ガス容器１０３に加圧して充填する場合である。この場合にも、低温ガス容器１０３内の温度が上昇してガス密度が低下し、低温バッファ１０４では温度が低下してガス密度が高くなるため、充填できるガス量が温度変化の無い場合に比べて減少する。この点も蓄冷量の減少に繋がり、除熱量が減少する。
【００２０】
（３）ガスの温度変化によるコイルへの影響の課題
また、従来では低温に冷却したガスを低温ガス容器１０３に充填していたが、この場合、ガス充填時に低温ガス容器１０３内に収容されていたガスを圧縮するために、ガス温度が上昇する問題があった。すなわち、ガス充填時に低温ガス容器１０３の温度が上昇すると、極低温冷凍機１１１の温度が上昇し、超電導コイル１０６の温度が上昇する。
【００２１】
（４）２重冷却システムについての課題
図８に示した冷却システムでは、通常は伝導冷却により冷却し、一時的な発熱があった時のみガス冷却しており、二つの冷却システムを併用している。このため、構造が複雑になっている。
【００２２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、予冷時間を短縮するとともに、ガスの温度変化による蓄冷量の減少やコイル温度の変化を少なくし、構成の簡単化も図ることができる極低温冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記の目的を達成するため、本発明では、気密構造の密閉容器内に極低温冷却対象となる被冷却物を設置するとともに、前記密閉容器内に低温の加圧ガスを収容する低温ガス容器を配置し、この低温ガス容器から前記被冷却物と熱的に接触する冷却ガス配管を介して前記低温ガス容器から前記加圧ガスの供給を受ける低温バッファと、前記冷却ガス配管に設けられてその管路を開閉する冷却ガス流量制御弁と、前記低温バッファに収容されたガスの供給を低圧配管により受けて当該ガスを大気圧以上に加圧し、前記低温ガス容器に高圧配管を介して高圧ガスを供給する圧縮機と、前記被冷却物の状態変化を測定する測定手段とを備え、前記低温ガス容器は、前記高圧配管を接続する高圧配管接続口と、前記コイル冷却配管を接続するコイル冷却配管接続口とを当該ガス容器の異なる面に形成する一方、前記低温バッファは、前記低圧ガス配管を接続する低圧ガス配管口と前記コイル冷却配管を接続するコイル冷却配管接続口とを前記低温バッファの異なる面に形成したことを特徴とする極低温冷却装置を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、低温ガス容器および低温バッファのそれぞれ異なる面に配管接続口を形成することによって効率よくガスを流動させることができ、予冷時間を短縮することができるとともに、ガスの温度変化による蓄冷量の減少やコイル温度の変化を減少することができ、しかも構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。
【図２】本発明の第２実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。
【図３】本発明の第３実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。
【図４】本発明の第４実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。
【図５】本発明の第５実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。
【図６】本発明の第６実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。
【図７】本発明の第７実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。
【図８】従来例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る極低温冷却装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
［第１実施形態］（図１）
図１は、本発明の第１実施形態による極低温冷却装置１００Ａを示す模式図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の極低温冷却装置１００Ａは、気密構造の真空断熱容器からなる密閉容器２０を備えており、この密閉容器２０内の一方の側（図示右下側）に低温ガス容器２が配置され、低温ガス容器２には低温の加圧ガスが収容されている。
【００２９】
また、密閉容器２０内には、極低温冷却の対象となる被冷却物である超電導コイル１が設置されている。さらに、密閉容器２０内の他方の側（図示左側）には低温バッファ５が設けられ、低温ガス容器２側からコイル冷却配管であるコイル冷却ガス配管３を介して冷却ガス（矢印ａ１）の供給を受ける構成となっている。コイル冷却ガス配管３には管路を開閉する冷却ガス流量制御弁４が設けられている。
【００３０】
また、低温バッファ５に収容されたガスは低圧ガス配管１０ａを介して圧縮機９に供給されて、大気圧以上に加圧される。そして、高圧ガス配管１０ｂを介して低温ガス容器２に高圧ガスが供給される。また、被冷却物である超電導コイル１の状態変化を測定する温度測定手段として、温度計７が備えられている。
【００３１】
さらに、低温ガス容器２の上面側には、高圧ガス配管１０ｂを接続する高圧配管接続口「Ａ」が形成される一方、低温ガス容器２の下面側には、コイル冷却ガス配管３を接続するコイル冷却ガス配管接続口「Ｂ」が形成されている。このように、本実施形態では、ガス容器の異なる面に高圧配管接続口「Ａ」と、コイル冷却ガス配管接続口「Ｂ」とが形成されている。
【００３２】
また、低温バッファ５には、コイル冷却ガス配管３を接続するコイル冷却ガス配管接続口「Ｃ」と低圧ガス配管２を接続する低圧ガス配管口「Ｄ」とが、低温バッファ５の異なる面に形成されている。すなわち、被冷却物である超電導コイル１と、加圧したガスを収容可能な低温ガス容器２と、前記低温ガス容器２に接続されるとともに被冷却物に熱的に接触しているコイル冷却ガス配管３とが設けられている。
【００３３】
また、コイル１を極低温冷凍機６で冷却するための伝熱部材８と、低温バッファ５に収容したガスを圧縮し低温ガス容器２に再充填するための圧縮機９と、低圧ガス配管１０ａおよび高圧ガス配管１０ｂとが備えられている。さらに、圧縮したガスを極低温冷凍機６で冷却するための冷凍機熱交換器１１ａ，１１ｂと、圧縮機９による圧縮過程で低温部分と室温部分とを往復するガスの熱交換のための熱交換器１２ａ，１２ｂと、圧縮機９の出入口に設けられた圧縮機流量調整弁１３ａ，１３ｂとが備えられている。
【００３４】
そして、高圧ガス配管１０ｂから分岐した２段熱交換器１２ｂをバイパスする予冷配管１４と、この予冷配管１４に設けられた予冷弁１５と、これらの低温部分を内包する真空断熱容器２０とが備えてある。また、超電導コイル６には、伝熱部材８が連結されており、コイル冷却ガス配管３は、傾斜状に配置された金属製の伝熱部材８により低温ガス容器２に接続されている。
【００３５】
このように構成された極低温冷却装置１００Ａにおいて、超電導コイル１は定常時に伝熱部材８を介して極低温冷凍機６によって冷却される。電流変化等によって大きな発熱があり、超電導コイル１の温度が上昇した場合には、冷却ガス流量制御弁４が開となり、極低温冷凍機６で冷却されて、低温ガス容器２に蓄えられているガスが大気圧以上の加圧ガスとなる。
【００３６】
そして、矢印ａ１で示すように、大流量の低温ガスを一気にコイル冷却ガス配管３に流すことで、超電導コイル１を速やかに冷却する。超電導コイル１を冷却した後のガスは、低温バッファ５に一時的に蓄えられ、低圧ガス配管１０ａを通り、圧縮機９で圧縮された後、高圧ガス配管１０ｂを通して低温ガス容器２に充填される。
【００３７】
このとき、圧縮ガスは２つの熱交換器１２ａ，１２ｂと、冷凍機熱交換器１１ａ，１１ｂによって冷却される。この場合のガス流量は、冷凍機６への熱負荷を少なくするため、超電導コイル１を冷却する場合の流量に比べて格段に少ない流量に設定される。
【００３８】
これにより、冷凍機６の冷凍能力に比べて極めて大きい冷凍能力で超電導コイル１を急速に冷却することが可能となる。
【００３９】
この極低温冷却装置１００Ａを室温から所定の温度まで冷却する場合には、冷却ガス流量制御弁４と予冷弁１５とを開き、圧縮機流量制御弁１３ａ，１３ｂでガス充填過程と同程度に流量を絞った状態で、圧縮機９により圧縮したガスを冷凍機熱交換器１１ａ，１１ｂで冷却し、コイル冷却ガス配管３に流すことで超電導コイル１を冷却する。これにより超電導コイル１を伝熱部材８で冷却した場合に比べて短時間で超電導コイル１を冷却することができる。
【００４０】
なお、予冷配管１４および予冷弁１５を設けることにより、１段冷凍機熱交換器１１ａで冷却したガスが、２段熱交換器１２ａ，１２ｂで低圧ガス配管１０ａを流れるガスに暖められ、冷凍効率が悪くなることを防止している。
【００４１】
また、図１に示した構成では、低温ガス容器２に入る高温ガス配管１０ｂの接続部Ａと、低温ガス容器２から出るコイル冷却ガス配管３の接続部Ｂとが、低温ガス容器２の概ね反対側の相対する位置（上下位置）に取付けられているため、低温ガス容器２も短時間で冷却される。
【００４２】
同様に、低温バッファ５に出入りする低圧ガス配管１０ａとコイル冷却ガス配管３の接続部Ｃ，Ｄも概ね反対側の相当する位置（上下位置）に取付けられているため、低温バッファ５を短時間で冷却することが可能になる。従来では低温ガス容器２に出入りする配管が１箇所にまとめて設置されていたため、低温ガスで予冷することができず、予冷時には一定以上の時間を必要としていたが、本実施形態によれば、低温ガス容器２および低温バッファ５を低温ガスで予冷することができるため、従来に比して予冷時間を短縮することができる。
【００４３】
すなわち、本実施形態によれば、低温ガス容器２に、高圧配管１０ｂを接続する接続口「Ａ」と、コイル冷却配管であるコイル冷却ガス配管３を接続する接続口「Ｂ」とを個別に配置し、低温バッファ５にコイル冷却ガス配管３を接続する接続口「Ｃ」と、低圧ガス配管１０ａを接続する接続口「Ｄ」とを別々に設けたことにより、低温ガス容器２に入る高温ガス配管１０ｂの接続部と、低温ガス容器２から出るコイル冷却ガス配管３の接続部が低温ガス容器２の概ね反対側に取付けられているため低温ガス容器２も短時間で冷却される。
【００４４】
［第２実施形態］（図２）
図２は、本発明の第２実施形態による極低温冷却装置１００Ｂを示す模式図である。なお、以下の実施の形態において第１実施形態と同一部分については同一符号を付し当該部分の構成の説明は省略する。
【００４５】
本発明の第２実施形態では、図２に示すように、低温ガス容器２の内部にフィン１６ａ付きの銅ブロック１６が挿入されている。これにより、低温ガス容器２内部のガスがフィン１６ａとの直接接触により冷却される構成となっている。
【００４６】
すなわち、本実施形態では極低温冷凍機６で低温ガス容器２内のガスを直接冷却するため、低温ガス容器２内のガスを充分に冷却することが可能になる。この結果、超電導コイル１を冷却するときの低温ガスの温度を充分低温にできるのみならず、ガスの密度が高くなる結果、低温ガス容器２に充填できるガスの量を増やすことができる。
【００４７】
ただし、本実施形態では充填時のガス流量が多いと、低温ガス容器２の温度が上昇して冷凍機の冷却ステージ温度が上昇し、超電導コイル１の温度が上昇する場合がある。そこで、本実施形態では低温ガス容器２の温度を測定するための温度計７ｂが取付けられており、この温度が上昇しないように圧縮機流量制御弁１３ｂを調整する。これによりガス充填時に超電導コイル１の温度上昇を防止することができる。なお、他の構成については第１実施形態と略同様である。
【００４８】
本実施形態によれば、従来低温に冷却したガスを低温ガス容器２に充填していた場合に比べて、ガス充填時に低温ガス容器２内にあったガスを圧縮するためのガス温度上昇を防止することができる。
【００４９】
［第３実施形態］（図３）
図３は、本発明の第３実施形態による極低温冷却装置１００ｃを示す模式図である。
【００５０】
本実施形態では、図３に示すように、低温ガス容器２が大径管からなるコイル状の低温ガス蓄積配管２ｂとして構成されている。また、この低温ガス蓄積配管２ｂは銅ブロック１６ｂに巻回された構成としてある。なお、他の構成については、第１実施形態と略同様である。
【００５１】
本実施形態によれば、極低温冷凍機６で低温ガス蓄積配管２ｂ内のガスを充分に冷却することができるため、超電導コイル１を冷却するときのガスの温度を充分低温にすることができる。しかも、この構成によれば、低温ガスの密度が高くなる結果、低温ガス容器２に充填できるガスの量を増大することができる。なお、他の構成については第１実施形態と略同様である。
【００５２】
［第４実施形態］（図４）
図４は、本発明の第４実施形態による極低温冷却装置１００ｄを示す模式図である。
【００５３】
本実施形態では、図４に示すように、低温ガス容器２と低温バッファ５を伝熱部材１７で熱的に接続している。これにより、温度上昇した低温バッファ５から温度低下した低温ガス容器２に熱が流れ、低温ガス容器２と低温バッファ５との温度変化が小さくなる。
【００５４】
その結果、低温ガス容器２から低温バッファ５へ流すことができるガス量が多くなり、冷凍能力を大きくすることができる。
【００５５】
すなわち、従来では低温ガス容器２から低温バッファ５へガスを流したときに、低温ガス容器２の温度は圧力が低下すると共に下がり、逆に低温バッファ５の温度は圧力が上昇するとともに上がっていた。このため、低温ガス容器２の圧力は流出したガスによる低下分を上回って下がり、逆に低温バッファ５の圧力は流入したガスによる圧力上昇分を上回って上がる。
【００５６】
この結果、低温ガス容器２と低温バッファ５との圧力差が温度変化の無い場合よりも小さくなり、供給することができるガス量が少なくなっていた。
【００５７】
これに対し、本実施形態によれば、低温ガス容器２から低温バッファ５へ流すことができるガス量が多くなり、冷凍能力を大きくすることができる。なお、他の構成については第１実施形態と略同様である。また、本実施の形態では伝熱部材１７で接続した例を示したが、直接熱的に接続することも可能である。
【００５８】
［第５実施形態］（図５）
図５は、本発明の第５実施形態による極低温冷却装置１００Ｅを示す模式図である。
【００５９】
本実施形態では、低温バッファ５と極低温冷凍機６を接続する伝熱部材１８と、低温ガス容器２を加熱するヒーター１９を有する。これにより低温バッファ５の温度が上昇しても冷凍機６で冷却することで温度変化を小さくでき圧力上昇を抑えることができる。一方低温ガス容器２内の温度が設定値より低下した場合にはヒーター１９で加熱することで低温ガス容器２の温度変化を小さくでき、圧力低下を小さく抑えることができる。その結果、低温ガス容器２から低温バッファ５へ流せるガス量が多くなり、冷凍能力を大きくすることができる。
【００６０】
［第６実施形態］（図６）
図６は、本発明の第６実施形態による極低温冷却装置１００Ｆを示す模式図である。
【００６１】
本実施形態の極低温冷却装置１００Ｆでは、図６に示すように、低温バッファ５のガスを圧縮して低温ガス容器２に充填する圧縮機９と、低温バッファ５と圧縮機９とを接続する低圧配管１０ａと、圧縮機９と低温ガス容器２とを接続する高圧配管１０ｂと、低圧配管１０ａと高圧配管１０ｂとを流れるガスを熱交換させる熱交換器１２ａ，１２ｂとを有し、これらの熱交換器１２ａ，１２ｂ内またはその前後にバッファ１０ｃを有する構成としてある。
【００６２】
すなわち、低温ガス容器２と低温バッファ５とが直接または伝熱部材１７を介して熱的に接続されている。
【００６３】
本実施形態では２段熱交換器１２ａ，１２ｂの高圧ガス配管１０ｂの一部を太くしてバッファ１０ｃとしている。
【００６４】
低温ガス容器２のガスを流すと、高圧ガス配管１０ｂの一部であるバッファ１０ｃ内の温度の高いガスが低温ガス容器２に流れ込み、低温ガス容器２の温度変化が小さくなり、圧力変化を小さく抑えることができる。他の構成については第１実施形態と略同様である。
【００６５】
［第７実施形態］（図７）
図７は、本発明の第７実施形態による極低温冷却装置１００Ｇを示す模式図である。
【００６６】
本実施形態の極低温冷却装置１００Ｇでは、図７に示すように、低温ガス容器２と超電導コイル１との間に設けられたコイル冷却ガス配管３に対し、前記各実施形態と同様の冷却ガス流量制御弁４と並列にバイパス配管３ａが設けられ、このバイパス配管３ａに流量調整弁４ｂが設けられている。この追加された流量調整弁４ｂは小流量用の流量調整弁とされている。また、低温ガス容器２にはヒーター１９および温度計７ｂが設けられ、低温ガス容器２を所定温度に加熱することができる構成となっている。
【００６７】
そして、極低温冷却装置１００Ｇの定常運転時には冷却ガス流量制御弁４を閉じ、小流量用の流量調整弁４ｂを開とし、この流量調整弁４ｂ介して低温ガス容器２からコイル冷却ガス配管３に小流量のガスを流し、これにより超電導コイル１の冷却を行う。
【００６８】
一方、電流変化等により大きな発熱があり、超電導コイル１の温度が上昇した場合には、本設の冷却ガス流量制御弁４も開として、大量のガスを流して急速に超電導コイル１の冷却を行う。
【００６９】
本実施形態によれば、流量調整弁４ｂを設けたことにより、定常時の冷却に必要であった前記他の実施形態で設けたコイルの伝熱部材８が不要となる。
【００７０】
また、超電導コイル１はコイル冷却ガス配管３からのみ冷却されるため、伝熱経路が一定になるので、冷却設計が容易になるという利点がある。なお、他の構成については前記各実施形態と同様であり、説明を省略する。
【符号の説明】
【００７１】
１‥超電導コイル
１ａ〜１ｇ‥極低温冷却装置
２‥低温ガス容器
３‥コイル冷却ガス配管
４‥冷却ガス流量制御弁
５‥低温バッファ
６‥極低温冷凍機
７‥温度計（測定手段）
８‥伝熱部材
９‥圧縮機
１０ａ‥低圧ガス配管
１０ｂ‥高圧ガス配管
１１ａ，１１ｂ‥冷凍機熱交換器
１２ａ，１２ｂ‥熱交換器
１３ａ，１３ｂ‥圧縮機流量調整弁
１４‥予冷配管
１５‥予冷弁
１６‥銅ブロック
１６ａ‥フィン
１７‥伝熱部材
１８‥伝熱部材
１９‥ヒーター
２０‥密閉容器（真空断熱容器）
１００Ａ〜１００Ｆ‥極低温冷却装置
１０１‥真空断熱容器
１０１ａ‥極低温冷凍機
１０２‥冷却ガス配管
１０３‥低温ガス容器
１０４‥低温バッファ
１０５‥コイル冷却ガス配管
１０５ａ‥円弧状状部分
１０６‥超電導コイル
１０７‥冷却ガス流量制御弁
１０８‥温度検出器
１０９‥高温ガス配管
１１０‥圧縮機流量調整弁
１１１‥極低温圧縮機
１１２ａ，１１２ｂ‥熱交換器
１１３‥高圧配管
１１４‥圧縮気流量調整弁
１１５ａ，１１５ｂ‥冷凍機熱交換器
１１６‥予冷配管
１１７‥予冷弁
１１８‥超電導部材
「Ａ」‥高圧配管接続口
「Ｂ」‥コイル冷却配管接続口
「Ｃ」‥低圧ガス配管口
「Ｄ」‥コイル冷却配管接続口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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