(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導機械（２）を冷却するための装置であって、この装置は、それぞれ１つのコールドヘッド（１６，１６'，１６"）と熱接触している少なくとも２つの凝縮室（１８，１８'，１８"）を有し、これら少なくとも２つの凝縮室（１８，１８'，１８"）がそれぞれ１つの接続管路（２０，２０'，２０"）を有し、該接続管路（２０，２０'，２０"）を介して少なくとも２つの凝縮室（１８，１８'，１８"）が１つの蒸発室（１２）と流体的に連通している超電導機械（２）を冷却するための装置において、
少なくとも２つの凝縮室（１８，１８'，１８"）は、それぞれ凝縮室（１８，１８'，１８"）内の温度によって決まる第１の凝縮室（１８，１８'，１８"）内の第１圧力ｐ1と第２の凝縮室（１８，１８'，１８"）内の第２圧力ｐ2との間の圧力差によって、液状の冷却流体ｋが重力に抗して少なくとも１つの凝縮室（１８，１８'，１８"）から蒸発室（１２）へ移動できるように構成されていることを特徴する超電導機械（２）を冷却するための装置。
【請求項２】
それぞれ１つのコールドヘッド（１６，１６'，１６"）を有する少なくとも３つの凝縮室（１８，１８'，１８"）が含まれており、温度（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3）が、少なくとも３つの凝縮室（１８，１８'，１８"）においてそれぞれ付設されたコールドヘッド（１６，１６'，１６"）を介して互いに独立に閉ループ又は開ループ制御により調整可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
複数の凝縮室（１８，１８'，１８"）、複数の接続部および１つの蒸発室（１２）を介する閉鎖された、密封された１つの冷却回路、又は充填用部品および少なくとも１つの貯蔵タンクを有する１つの冷却回路が構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
超電導機械（２）を冷却するための装置が、均質な液体を含む冷却流体ｋ，ｋ'、又は異なる凝縮温度を有する複数の冷却液からなる混合物を含む冷却流体ｋ，ｋ'で充填されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
【請求項５】
超電導機械（２）が１つの超電導巻線（１０）を備えた回転子（５）を有し、その回転子（５）が軸線（Ａ）を中心に回転可能に配置されている電動機又は発電機用の回転子であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置。
【請求項６】
複数の凝縮室（１８，１８'，１８"）と、それぞれ付設された複数のコールドヘッド（１６，１６'，１６"）とが回転子（５）の外部に固定配置され、蒸発室（１２）が回転子（５）の内部に、空所（１２，１３）として回転子（５）の回転軸線（Ａ）に沿って回転可能に配置され、該空所が円筒状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
超電導機械（２）を冷却するための方法であって、
Ａ）第１のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が上昇させられ、それによって冷却流体の気化、又は第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内のガスの膨張、又は第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の圧力（ｐ1，ｐ2，又はｐ3）の上昇が引き起こされ、第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）と蒸発室（１２）との間の第１の接続管（２０，２０'，又は２０"）内の液状の冷却流体ｋが前記の温度上昇、気化又はガス膨張によって蒸発室（１２）内に移動させられステップと、
Ｂ）同時に、第２のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が一定に保持されるか又は低下させられ、第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内よりも低い温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）に低下させられ、それによってガス状の冷却流体ｋ'が、第２の接続管（２０，２０'，又は２０"）を介して、蒸発室（１２）から第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）へ、第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度上昇又は第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度低下によって移動されるステップと、を含む方法。
【請求項８】
超電導機械（２）を冷却するための方法であって、
Ｃ）第１のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触し、かつ第１の接続管（２０，２０'，又は２０"）を介して蒸発室（１２）と流体的に連通している第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が一定に保持されるステップと、
Ｄ）同時に、第２のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が低下させられ、それによってガス状の冷却流体ｋ'が、蒸発室（１２）と第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）との間の第２の接続管（２０，２０'，又は２０"）を介して、第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度低下、冷却流体の凝縮又はガスの圧縮によって、蒸発室（１２）から第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）へ移動されるステップと、
Ｅ）それによって第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）と蒸発室（１２）との間の第1の接続管（２０，２０'，又は２０"）内の液状の冷却流体ｋが、少なくとも１つの第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内での温度低下、冷却流体の凝縮又はガスの圧縮によって、蒸発室（１２）へ移動されるステップと、を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
同時に、少なくとも、第３のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している第３の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が一定に保持されるか、又は低下させられことを特徴とする請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップＡ）およびＢ）又はＣ）からＥ）に時間的に直後に、又は間接的に後に続いて、前記ステップＡ）およびＢ）又はＣ）からＥ）の時点で温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が上昇させられたか又は一定に保持された少なくとも1つの凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が低下させられたか又は一定に保持され、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が前記ステップＡ）およびＢ）又はＣ）からＥ）において一定に保持されたか又は低下させられた少なくとも第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が上昇させられるか又は一定に保持されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
超電導機械（２）を冷却するための方法であって、
第１のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、同時に第２のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度又は温度上昇が第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内よりも大きくなるように温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が上昇させられ、それによって第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内に比べてより多い冷却流体の気化、又はより多いガス膨張、又は第１および第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の圧力（ｐ1，ｐ2，又はｐ3）間の圧力差の発生又は増大が引き起こされ、それによって第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）と蒸発室（１２）との間の第１の接続管（２０，２０'，又は２０"）内の液状の冷却流体ｋが移動させられ、ガス状の冷却流体ｋ'が第２の接続管（２０，２０'，又は２０"）を介して蒸発室（１２）から第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内へ移動させられるステップを含む、請求項７乃至１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
超電導機械（２）を冷却するための方法であって、
第１のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、同時に第２のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が次のように低下させられ、即ち第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度が第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度よりも低いか、第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度低下が第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の温度低下よりも大きいかのいずれか一方又は両方であるように低下させられ、それによって、第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内に比べてより多い冷却流体の凝縮、又はより多いガスの圧縮、又は第１および第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内の圧力（ｐ1，ｐ2，又はｐ3）間の圧力差の発生又は増大が引き起こされ、それによって第２の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）と蒸発室（１２）との間の第２の接続管（２０，２０'，又は２０"）内の液状の冷却流体ｋが移動させられ、ガス状の冷却流体ｋ'が第２の接続管（２０，２０'，又は２０"）を介して蒸発室（１２）から第１の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内へ移動させられるステップを含む、請求項７乃至１１の1つに記載の方法。
【請求項１３】
同時に、少なくとも、第３のコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と熱接触している第３の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が上昇させられるか、同じに保持されるか、又は低下させられことを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１４】
温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が上昇させられた凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において時間的に直後に又は間接的に後に続いて、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が低下させられること、又は、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が低下させられた凝縮室（１８，１８'，又は１８"）内において時間的に直後に又は間接的に後に続いて、温度（Ｔ1，Ｔ2，又はＴ3）が上昇させられることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
蒸発室（１２）内への液状の冷却流体の連続的な又はパルス状のポンプ作用プロセスとして実施されることを特徴とする請求項７乃至１４の１つに記載の方法。
【請求項１６】
温度低下が、少なくとも１つのコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）による冷却によって行われ、温度上昇が少なくとも１つのコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）又は加熱装置による加熱によって行われることを特徴とする請求項７乃至１５の１つに記載の方法。
【請求項１７】
冷却流体ｋ，ｋ'の移動が、冷却流体移動による圧力平衡時に又は重力に抗して、複数の凝縮室（１８，１８'，又は１８"）と蒸発室（１２）との間の圧力差又は温度差による閉ループ又は開ループ制御のみにより行われることを特徴とする請求項７乃至１６の１つに記載の方法。
【請求項１８】
蒸発室（１２）内において冷却流体の状態が液状ｋからガス状ｋ'へ移行して、回転する超電導装置の回転子（５）の超電導巻線（１０）を冷却し、超電導巻線（１０）がＨＴＳ材料を含むこと、又は蒸発室（１２）が回転子（５）の内部に回転子（５）の回転軸線（Ａ）に沿った円筒状の空所（１２，１３）として回転可能に配置されていることを特徴とする請求項７乃至１７の１つに記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも２つのコールドヘッド（１６，１６'，又は１６"）と、少なくとも２つの凝縮室（１８，１８'，又は１８"）と、複数の接続管（２０，２０'，又は２０"）を囲う１つの総合管によって囲まれた少なくとも２つの接続管（２０，２０'，又は２０"）とが固定配置されていることを特徴とする請求項７乃至１８の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの凝縮室がそれぞれ１つのコールドヘッドと熱接触しており、これらの少なくとも２つの凝縮室がそれぞれ１つの接続管路を有し、該接続管路を介して少なくとも２つの凝縮室が１つの蒸発室と流体的に連通している、超電導機械を冷却するための装置および冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導機械は、一般に、少なくとも機械運転中に確実に冷却されなければならない超電導コイルを含む。１９８７年以来、７７Ｋ以上の転移温度Ｔｃを有する金属酸化物の超電導体材料が知られている。これらの材料は、高Ｔｃ超電導体材料又はＨＴＣ材料とも呼ばれ、原理的に液化窒素（ＬＮ2）を用いた冷却技術を可能にする。従って、ＨＴＳ材料を有するコイルを含む機械は、例えば液化窒素（ＬＮ2）又は液化ネオン（ＬＮｅ）により冷却もしくは運転される。
【０００３】
ＨＴＳ材料を有する巻線を冷却するためには、閉鎖型のＨｅ圧力ガス回路を有する所謂極低温冷凍機の形の冷凍装置を使用することが好ましい。このような極低温冷凍機は、特にギフォードマクマホン型冷凍機又はスターリング型冷凍機であるか、あるいは所謂パルスチューブ型冷凍機として構成されている。これらの極低温冷凍機は、いわばボタン操作で冷凍出力が自由に使用でき、極低温の液体の取り扱いを回避できるという利点を有する。このような冷凍装置の場合に超電導巻線は、例えば冷凍機のコールドヘッドへの熱伝導によって間接的に冷却される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
例えば特許文献１に記載されているような冷却技術は、電気機械の回転子の冷却に使用することができる。その回転子は、熱伝導性に構成された巻線支持体内にあるＨＴＳ導体からなる回転巻線を含んでいる。この巻線支持体は、軸方向に延びた円筒状の中央空所を有し、その中央空所には巻線支持体から側方に突出した管状の複数の管路部分が接続されている。これらの管路部分は、測地学的により高い所に配置された冷凍ユニットの凝縮室に連通していて、この凝縮室および回転子の中央空所と共に閉鎖型の単管式配管系を構成している。この配管系内には、所謂熱サイホン効果により循環する冷媒もしくは冷却流体が循環する。凝縮室内で凝縮された冷却流体は、管路部分を介して中央空所に導かれ、そこにおいて巻線支持体すなわちＨＴＳ巻線と熱結合することにより熱を吸収して蒸発する。それから、蒸発した冷却流体は、同じ管路部分を介して凝縮室に戻り、そこにおいて再凝縮される。このために必要な冷凍出力は、凝縮室に熱結合しているコールドヘッドを有する冷凍機からもたらされる。
【０００５】
その冷媒の逆流は、凝縮器として動作する冷凍機部分に対する蒸発器部分として動作する中央空所内の軽度の過圧によって駆動される。蒸発器部分でのガス発生と凝縮室内での液化とによって発生させられるこの差圧が所望の冷媒逆流をもたらす。これに相当する冷媒の流れは、所謂「ヒートパイプ」から原理的に公知である。
【０００６】
従って、適切な冷凍ユニットを用いた熱サイホン冷却装置を有する公知の機械では、液状の冷媒の輸送が重力だけを利用して行われるので、他のポンプシステムは必要でない。これは、強制的に機械もしくは巻線支持体よりも測地学的に高く配置されていなければならない冷凍ユニットもしくは凝縮室を必要とする。これにともなう欠点は、特に機械および冷凍ユニットの構造空間が制限される場合に生じる。垂直に配置された機械軸を有する機械の場合、その機械によって駆動される対象、例えば電動機が、機械の上部に配置される。この機械は、機械の平面に自由空間が存在しないようにその周囲に組み込まれている。測地学的により高い位置は駆動される対象によって占有されており、冷凍ユニットの測地学的により高い配置はこの状況下では実現できない。例えば鉄道の動力車の場合ように複雑な用途においても、例えば高架線路の高さおよび／又はトンネルの高さに基づく規定から動力車の構造高さが制限されている。高さ規定のオーダーの所定の機械寸法では、機械軸の水平配置の場合でさえ、機械よりも測地学的に高い冷凍ユニットの配置が実現できないことがある。
【０００７】
冷媒の流れが純粋に重力で誘導される際に問題が生じる他の事例は、船舶又はオフショア装置である。既述の機械装置を船舶又はオフショア装置に使用したい場合には、しばしば、長手方向において、例えば±５°までの静的な傾斜状態、所謂「トリム」、および／又は例えば±７．５°までの動的な傾斜状態を、予め考慮に入れなければならない。従って、船舶使用のための船級協会の認可を得るためには、船舶のこのような船内機械装置の冷却システムは、これらの条件下でも確実な冷却を保証しなければならない。上述の機械傾斜状態を容認しようとすると、中央の回転子空所と冷凍ユニットとの間の管状の管路部分の範囲が測地学的に中央の回転子空所よりも低くなるおそれがある。その結果、冷媒が重力作用下で冷却すべき回転子空所に到達できなくなる。それにより、機械の冷却が、従って機械の運転がもはや保証されなくなる。
【０００８】
機械の傾斜状態においても信頼性のある冷却を保証するために、水平面に対して機械を次のように傾斜配置することができる。即ち、考えられる最大のトリム状態又は最大の揺れ振幅の場合にも熱サイホン配管系において依然として回転子空所方向への落差が存在するように傾斜配置することができる。これに対応した傾斜配置は、特に船舶構造体内において、特に機械長がより大きい場合に、その際に必要な大きな占有スペースの理由から望ましくない。あるいは、凝縮室と蒸発室との間の冷媒循環のために液状の冷媒とガス状の冷媒とが同じ管部分を通して凝縮室から流出しかつ凝縮室へ流入する単管式配管系の代わりに、二重管式配管系を使用することができる。この場合には例えば特許文献２に記載されているような熱サイホン効果が使用される。しかし、回転子の中空回転軸の部分にガス状の冷媒のための付加的な管が設けられなければならない。重力により凝縮室から蒸発室への冷却流体の確実な流れを保証するためには、凝縮室が測地学的に蒸発室に対して十分に高く配置されなければならない。これは構造空間を必要とし、このような構造空間は、例えば船舶内では非常に限られている。
【０００９】
他の代替案は機械的なポンプおよび／又は機械的な弁の使用である。冷媒はポンプ装置によって強制循環させられる。しかし、このためには、特に冷媒が、例えば２５〜３０Ｋの温度を有する場合に、著しい装置費用が必要である。この種の循環装置は著しい損失の原因となり、メンテナンス間隔の長い船舶構造物における寿命要求を殆ど満たすことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３２１４６３Ａ１号明細書
【特許文献２】国際公開第００／１３２９６Ａ号パンフレット
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】“Proc. 16th Int. Cryog. Engng. Conf. (ICEC16)”, Kitakyushu, JP, 20.-24.05.1996, Verlag Elsevier Science, 1997, 1109-1129頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の課題は、機械の傾斜状態においても信頼性のある冷却を可能にする超電導機械の冷却装置および冷却方法を提供することにある。その際に、例えば機械式ポンプおよび弁のような機械的な可動部品は省略されなければならない。何故ならば、これらは極低温の場合には複雑で、高コストで故障しやすいからである。更に、本発明の課題は、例えば機械式ポンプおよび弁のような機械的な可動部品なしに、重力の方向もしくは作用に抗しても冷却流体を移動させることができる装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題は、超電導機械を冷却するための装置に関しては請求項１の特徴により、超電導機械を冷却するための方法に関しては請求項７の特徴および請求項８の特徴により解決される。
【００１４】
超電導機械を冷却するための本発明による装置および方法の有利な実施形態はそれぞれに付属する従属請求項からもたらされる。等位関係にある特徴は互いにかつ従属請求項の特徴と共に組み合わせることができ、また従属請求項の特徴は互いに組み合わせることができる。
【００１５】
超電導機械を冷却するための本発明による装置は、それぞれ１つのコールドヘッドに熱接触している少なくとも２つの凝縮室を有する。少なくとも２つの凝縮室がそれぞれ１つの接続管路を有し、該接続管路を介して少なくとも２つの凝縮室が流体的に１つの蒸発室に連通している。少なくとも２つの凝縮室は、冷却流体が液状の形で第１の凝縮室内の第１の圧力と第２の凝縮室内の第２の圧力との間の圧力差によって、重力に抗しても少なくとも１つの凝縮室から蒸発室へ移動可能であるように構成されている。両圧力は、それぞれの凝縮室内の温度によって決まる（冷媒の沸騰曲線）。
【００１６】
それぞれ１つの蒸発室への接続管路を有する２つの凝縮室を使用することによって、これらの凝縮室内の温度を、凝縮室のそれぞれに熱結合されたコールドヘッドを介して異ならせて調整することができる。これは、液状および／又はガス状の冷却流体を充填されている複数の凝縮室間もしくはそれらの内部空間容積の間で圧力差を形成することを可能にする。温度が上昇させられる方の凝縮室内では液体の気化および／又はガス状の冷却流体の膨張が起きて圧力が上昇する。温度が低減させられる方の凝縮室ではガス状冷媒が凝縮するので圧力が減少する。それらの凝縮室内での、もしくはそれらのコールドヘッドを介しての異なった温度変化によって、それらの凝縮室の間で圧力差が形成される。
【００１７】
この圧力差は、少なくとも１つの接続管路から蒸発室への液状の冷却流体の移動を生じさせる。１つの凝縮室内における他の凝縮室に比べて高い圧力によって生じ得る、１つの凝縮室における蒸発室に比べて高い圧力によって、その圧力差が十分に大きいならば、その１つの凝縮室の接続管内の冷却流体が蒸発室内へ重力に抗しても移動する。ここでは弁や機械式ポンプの如きいかなる可動部品も必要でない。
【００１８】
それぞれ１つのコールドヘッドを有する少なくとも３つの凝縮室も使用することができ、特に、少なくとも３つの凝縮室において、それぞれ付設のコールドヘッドを介して互いに独立に温度を閉ループ又は開ループ制御により調整することができる。その際に２つの凝縮室内で同時に温度を低下させ、１つの凝縮室内で温度を上昇させると有利である。その場合、経時的に、温度上昇させる凝縮室と温度低下させる凝縮室とを交換するとよい。しかし常に一方の凝縮室で温度上昇をさせ、他方の凝縮室で温度低下させてもよい。そのようにして、常に１つの接続配管から液状の冷却流体が流れて信頼性のある冷却が保証される。温度が低下させられる２つの凝縮室においては、第３の凝縮室の接続管路から液状の冷却流体が蒸発室へ流れる間に、蒸発室から前者の２つの凝縮室へ流れるガス状の冷却流体が液化される。
【００１９】
複数の凝縮室、複数の接続部および蒸発室により、閉鎖された、特に密閉式の１つの冷却回路を構成することができる。冷却流体は失われず、冷却回路のメンテナンスもしくは冷却流体の注入は、特に適切な大きさの平衡タンクが設けられている場合には必要でない。
【００２０】
この装置には、均質な液体、特に液化窒素又は液化ネオンを含む冷却流体、もしくはそれらからなる冷却流体、又は異なった凝縮温度を有する冷却液の混合物を含む冷却流体が充填されているとよい。冷却流体の蒸発温度は、超電導巻線もしくは超電導機械を冷却することができる温度、即ち超電導材料が使用できる温度を決定する。冷却流体の凝縮温度は、気化されたガス状の冷却流体を再び液化するためにコールドヘッドが凝縮室を冷却しなければならない温度を決定する。これらの冷却流体の混合又はこれらへの添加により、例えば純粋な窒素又は純粋なヘリウムの如き純粋な物質が気化もしくは液化する温度の中間にある冷却流体の気化温度もしくは液化温度も調整することができる。
【００２１】
超電導機械は、電動機又は発電機、特に少なくとも１つの超電導巻線を備えた回転子を有し回転子が軸線を中心に回転可能に配置されている電動機又は発電機とすることができる。超電導巻線はＨＴＳ材料からなるか、又はこれを含むことができる。これは窒素を冷却流体として使用することを可能にする。この機械は、例えば船内において使用することができる。
【００２２】
複数の凝縮室およびそれぞれに付設されたコールドヘッドは、回転子の外部に固定配置され、蒸発室は、回転子の内部に、特に回転子の回転軸に沿った円筒状の中空として回転可能に配置されているとよい。接続管は、熱サイホン原理に基づいて蒸発室内に突出し、同様に固定配置されているとよい。それによって、この機械の有利な特性が達成される。
【００２３】
超電導機械を冷却するための本発明による方法、特に熱サイホン効果を用いた超電導機械を冷却するための方法は次のステップを含む。
Ａ）第１のコールドヘッドと熱接触している１つの第１の凝縮室内において、温度が上昇させられて、第１の凝縮室内の圧力が上昇させられ、第１の凝縮室と蒸発室との間の第１の接続管内の液状の冷却流体がその温度上昇および／又はガス膨張によっての蒸発室に移動させられるステップ、
Ｂ）同時に、第２のコールドヘッドと熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室内において、温度が一定に保持されるか又は低下させられ、特に第１の凝縮室内よりも低い温度に低下させられ、それによってガス状の冷却流体が、特に蒸発室と第２の凝縮室との間の第２の接続管を介して、第１の凝縮室内の温度上昇および／又は第２の凝縮室内の温度低下によって、蒸発室から第２の凝縮室へ移動されるステップ。
【００２４】
その際に圧力差が第１の凝縮室内の温度上昇によって形成されもしくは強められ、それによって第１の凝縮室内に生じる過圧（蒸発室内の圧力に比べても過圧）によって液状の冷却流体が蒸発室内へ押し込まれる。温度上昇は簡単かつ迅速に実現でき、それによって高い圧力差を発生させることができ、数センチメートルから数メートルまでの範囲の大きな高低差を越えて重力に抗して接続管路内で液状の冷却流体を移動することができる。
【００２５】
超電導機械を冷却するための特に熱サイホン効果を用いた別の方法は、次のステップを含む。
Ｃ）第１のコールドヘッドと熱接触していて第１の接続管を介して蒸発室と流体的に連通している第１の凝縮室内において、温度が一定に保持されるステップ、
Ｄ）同時に、第２のコールドヘッドと熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室内において、温度が低下させられ、それによってガス状の冷却流体が、蒸発室と第２の凝縮室との間の第２の接続管を介して、第２の凝縮室内の温度低下によって、蒸発室から第２の凝縮室へ移動されるステップ、
Ｅ）それによって、第１の凝縮室と蒸発室との間の第1の接続管内の液状の冷却流体が、少なくとも第２の凝縮室内での温度低下によって、蒸発室へ移動されるステップ。
【００２６】
その際に、圧力差が少なくとも第２の凝縮室内の温度低下により形成され、もしくは強められ、それによって第１の凝縮室内に生じる過圧（蒸発室内の圧力に比べても過圧）によって液状の冷却流体が蒸発室内へ押し込まれる。温度低下の際に同時に少なくとも第２の凝縮室内のガス状の冷却流体が液化され、この液化された冷却流体はその後の時点で蒸発室内に移動することができる。
【００２７】
同時に、少なくとも、第３のコールドヘッドと熱接触している第３の凝縮室内において、温度が一定に保持されるか、又は低下させられとよい。例えば、ステップＣ）からＥ）において、第1の凝縮室内により大きい負圧を発生させて、短時間でより多くの液状の冷却流体を蒸発室内へ移動させることができる。ステップＡ）およびＢ）においては、第１の凝縮室と第２の凝縮室との間の圧力差の形成の効果を第３の凝縮室によって支援し、同様に短時間でより多くの液状の冷却流体を蒸発室へ移動させることができる。
【００２８】
ステップＡ）およびＢ）、又はＣ）からＥ）の後に続いて、時間的に直接的又は間接的にステップＡ）およびＢ）、又はＣ）からＥ）の時点で温度が上昇させられたか又は一定に保持された少なくとも１つの凝縮室において、温度が低下させられるか又は一定に保持されるとよい。ステップＡ）およびＢ）、又はＣ）からＥ）の時点で温度が一定に保持されたか又は低下させられた、少なくとも第２の、特に第２および第３の凝縮室において、温度が上昇させられるか又は一定に保持されるとよい。
【００２９】
超電導機械を冷却するための、特に熱サイホン効果を用いた他の代替方法は、次のステップを含む。即ち、第１のコールドヘッドと熱接触している第１の凝縮室内において、同時に、第２のコールドヘッドと熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室内において、温度が上昇させられ、第１の凝縮室内の温度および／又は温度上昇が第２の凝縮室内よりも大きく、それによって第１の凝縮室内において第２の凝縮室内よりも多く冷却流体が気化され、および／又はガスがより多く膨張させられ、および／又は第1および第２の凝縮室内の圧力間の圧力差が発生又は上昇させられ、それによって第１の凝縮室と蒸発室との間の第１の接続管内の液状の冷却流体ｋが移動させられ、ガス状の冷却流体ｋ’が特に第２の接続管を介して蒸発室から第２の凝縮室内へ移動させられるステップを含む。
【００３０】
代替として、超電導機械を冷却するための、特に熱サイホン効果を用いた方法では、次のステップが含まれている。即ち、第１のコールドヘッドと熱接触している第１の凝縮室内において、同時に、第２のコールドヘッドと熱接触している少なくとも１つの第２の凝縮室内において、温度が低下させられ、第１の凝縮室内の温度が第２の凝縮室内よりも低く、および／又は第１の凝縮室内の温度低下が第２の凝縮室内よりも大きく、それによって第１の凝縮室内において、冷却流体が第２の凝縮室内よりも多く凝縮され、および／又はガスがより多く圧縮され、および／又は第１および第２の凝縮室内の圧力間の圧力差が発生又は上昇させられ、それによって第２の凝縮室と蒸発室との間の第２の接続管内の液状の冷却流体ｋが移動させられ、ガス状の冷却流体ｋ’が特に第１の接続管を介して蒸発室から第１の凝縮室内へ移動されるステップが含まれている。
【００３１】
最後に述べた両方法において、同時に、少なくとも、１つの第３のコールドヘッドと熱接触している１つの第３の凝縮室内において、温度が上昇させられるか、同じに保持されるか、又は低下させられるとよい。
【００３２】
温度が上昇させられた複数の凝縮室内において、これに続いて時間的に直接的又は間接的に、温度が低下させられ、および／又は、温度が低下させられた複数の凝縮室内において、これに時間的に直接的又は間接的に続いて、温度が上昇させられるとよい。この場合に、役割が時間的に交換される少なくとも３つの凝縮室による方法に関する前述の利点が同様に当てはまる。
【００３３】
この方法は蒸発室内への液状の冷却流体の連続的な又はパルス状のポンピングプロセスとして実施することができる。
【００３４】
温度低下は、少なくとも１つのコールドヘッドによる冷却により行うことができる。温度上昇は少なくとも１つのコールドヘッドおよび／又は加熱装置による加熱によって行なうことができる。
【００３５】
冷却流体の移動は、複数の凝縮室と蒸発室との圧力差および／又は温度差による閉ループ制御又は開ループ制御のみにより、特に冷却流体移動による圧力平衡時におよび／又は特に重力に抗して行なうことができる。接続管路内の液状の冷却流体を重力に抗しても蒸発室へ移動させるのに、弁又は機械式ポンプを使用する必要がない。極低温における機械部分の問題が回避され、メンテナンス費用およびコストが低減される。
【００３６】
蒸発室内において冷却流体の状態が液状態からガス状状態へ移行し、回転する超電導装置、特に電動機又は発電機の回転子の特にＨＴＳ材料を含む超電導巻線を冷却することができる。蒸発室は、回転子の内部に、特に回転子の回転軸線に沿った円筒状の空所として回転可能に配置することができる。
【００３７】
少なくとも２つコールドヘッドと、少なくとも２つの凝縮室と、特に複数の接続管を囲う１つの総合管によって囲まれた少なくとも２つの接続管とが固定配置されているとよい。１つの総合管による複数の接続管の包囲は、固定部から回転部へ移行する際のシール材や軸受の個数の低減を可能にする。
【００３８】
超電導機械を冷却するための装置と超電導機械を冷却するための方法とに関連する利点は同じように互いに当てはめることができる。
【００３９】
以下において、従属請求項の特徴に応じた有利な発展的構成を有する本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて更に詳細に説明するが、これに本発明を限定しようとするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は従来技術による冷却装置を有する超電導機械２の概略断面図を示す。
【図２】図２は本発明に応じた冷却装置の簡略化された概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
これらの図において、対応する部分には同じ参照符号が付されている。
【００４２】
これらの図に応じた機械は、それぞれ１つの固定子および回転子と１つの付設の冷凍ユニットとを含む。以下に示す機械の実施形態は同期電動機又は発電機である。この機械は回転する超電導巻線を含み、この超電導巻線は原理的に金属のＬＴＳ材料（低Ｔｃ超電導体材料）又は酸化物のＨＴＳ材料（高Ｔｃ超電導体材料）を使用する。以下の実施例については後者の材料を基本とする。巻線は、１つのコイルからなるか、あるいは２極配置、４極配置又はその他の多極配置の複数のコイルのコイルシステムからなる。相応の同期電動機の原理的な構成は図1から明らかで、従来技術から知られているとおりである。
【００４３】
符号２で示された機械は、室温下で固定設置された外側ハウジング３を含み、この外側ハウジングは固定子巻線４を有する。この外側ハウジング内において固定子巻線４によって取り囲まれて状態で、回転子５が軸受６において回転軸線Ａを中心として回転可能に支持されている。これらの軸受は従来型の機械軸受か、又は磁気軸受とすることができる。回転子は更に真空容器７を有し、この真空容器内では、例えばトルクを伝達する中空円筒状の複数の懸架部材８に、ＨＴＳ巻線１０を有する巻線支持体９が保持されている。この巻線支持体内に、回転軸Ａに対して同心的に軸方向に延びた中央空所１２が存在し、この中央空所１２は例えば円筒形状を有する。その巻線支持体はその空所を真空密閉している。その巻線支持体は、回転子の一方の側でこの中央空所を密閉し、この一方の側で軸線方向の中実の回転子軸部５aにより支持されている。これの対向側では、中央空所１２が相対的に小さい直径を有する側方空所１３に連通している。この側方空所は、巻線支持体の領域から外側に向かい、外側ハウジング３の領域から外に突出している。この側方空所１３を取り囲み、一方の軸受で支持された管状の回転子軸部が５ｂで示されている。
【００４４】
ＨＴＳ巻線１０を間接的に冷却するために、熱伝導部材を介して冷凍ユニットが設けられているが、その冷凍ユニットのうちコールドヘッド１６のみが図示されている。この冷凍ユニットは、ギフォードマクマホン型の極低温冷凍機であるか、あるいは特に、例えばパルスチューブ型冷凍機又はスプリットスターリング型冷凍機のような再生式極低温冷凍機とすることができる。その際にコールドヘッド１６が、従って冷凍ユニットの他の主要部の全てが、回転子５もしくは回転子の外側ハウジング３の外部に存在する。
【００４５】
回転子５から側方に例えば数メートル離れた場所に配置されたコールドヘッド１６の低温部は、真空容器２３内において、熱伝達体１７を介して、凝縮室１８を有する冷媒凝縮ユニットと良好に熱接触している。この凝縮室には、真空絶縁された位置固定のヒートパイプ２０が連通しており、このヒートパイプは、軸線方向の領域内において側方から、回転する側方空所１３又は中央空所１２の中に突入している。側方空所１３に対してヒートパイプ２０を封止するために、詳しくは図示されていない少なくとも１つのシール部品を有する封止装置２１が用いられ、このシール部品は磁性流体シールおよび／又はラビリンスシールおよび／又はすき間シールとして構成することができる。中央空所１２は、ヒートパイプ２０および側方空所１３を介して凝縮室１８の熱交換区域に、外部に対して気密に封止されて連通している。中央空所１２と凝縮室１８との間に延在していて冷媒を収容するために役立つ複数の管状部分は、全体として管路部分２２と呼ばれている。これらの管路部分は凝縮室１８および中央空所１２と共に１つの配管系とみなされる。
【００４６】
この配管系のこれらの空間は、ＨＴＳ巻線１０の所望の運転温度に応じて選択される冷媒で満たされている。例えばヘリウム（常圧下で凝縮温度４．２Ｋ）、水素（常圧下で凝縮温度２０．４Ｋ）、ネオン（常圧下で凝縮温度２７．１Ｋ）、窒素（常圧下で凝縮温度７７．４Ｋ）又はアルゴン（常圧下で凝縮温度８７．３Ｋ）が用いられる。これらのガスのうちからなる混合気を用いてもよい。冷媒の循環は、所謂熱サイホン効果を用いて行われる。このためにコールドヘッド１６の１つの低温面で、凝縮室１８の区域内において冷媒が凝縮される。次に、そのようにして液化されたｋで示された冷媒が管路部分２２を通して中央空所１２内に流入する。その凝縮液の輸送は重力作用により行われる。このために、ヒートパイプ２０の開放端２０ａから液状の冷媒ｋが流れ出すのを支援すべく、ヒートパイプ２０は、回転軸線Ａに対して地球中心方向にほんの僅かだけ（ほんの数度だけ）傾けられているのが有利である。それから、回転子の内部において液状の冷媒が気化される。気化された冷媒はｋ’で示されている。熱の吸収により気化されたこの冷媒は、管路部分２２の内部を通して凝縮室１８へ逆流する。その逆流は、蒸発器として動作する空所１２内における軽度の過圧によって凝縮室１８の方向へ誘導される。その過圧は蒸発器内でのガス発生と凝縮室内での液化とによって引き起こされる。凝縮室１８から中央空所１２への液化冷媒の循環と、この中央空所から凝縮室へ戻る気化冷媒ｋ’の逆流の循環が、凝縮室１８、管路部分２２および中央空所１２から構成された管状の配管系内で行われることから、熱サイホン効果を利用した冷媒ｋ，ｋ’の循環は単管システムと言われる。
【００４７】
更に図１に示すように、船舶又はオフショア装置において機械２を使用する場合に、回転軸線Ａが水平線Ｈに対して数度の角度δだけ傾斜した傾斜状態が生じ得る。その際に、確かに依然として凝縮室１８内で冷媒の凝縮が行われるが、もはや冷媒が中央空所１２に到達し得ないので、管路部分２０が徐々に液化冷媒ｋで満ち溢れる。配管系の冷媒充填量が比較的少ない場合に、回転子内部空間もしくは中央空所１２は液枯れし、従ってもはや冷却されない。配管系の充填量が多い場合にも、管路部分２０内における蒸発室１２の方への液化冷媒ｋの流れが或る時間後に停止される。この場合にも回転子もしくはそれの超電導巻線の確実な冷却はもはや保証されない。
【００４８】
従って、従来技術によれば、この状態において凝縮器側のガス圧を、（傾斜角δが存在する場合）冷媒流体が管路部分２０から重力に抗して中央空所１２の中へ押し込まれるまで、短時間高めることを用意しなければならない。このような圧力増大は、従来技術によれば、ホット状態の緩衝器容積ＰＶWおよび機械式ポンプ２８の助けにより行われる。これらの手段の助けにより凝縮室１８内のガス圧を一時的に増大させることができ、それによって凝縮室１８および管路部分２０に存在する液状の冷媒ｋが中央空所１２の中に押し込まれる。従って、過圧状態にある緩衝器容積ＰＶWと凝縮室１８との間の接続管路２４に制御弁２９が配置されており、この制御弁２９がポンプ２８への接続を開き、このポンプ２８がガスｋ’を緩衝器容積から凝縮室へ運ぶ。弁３０は凝縮室１８からの余剰ガスの返還を可能にする。
【００４９】
このようにして引き起こされる圧力振動は、永続的に、即ち短い繰り返しの時間間隔で（それぞれ、短い時間の間）行うことができ、あるいは公知の構造の姿勢センサ２６を通して制御ユニット２７によって制御することができる。この姿勢センサは、機械２の傾斜角δに関する傾斜状態を検出し、制御ユニット２７を介して上述の圧力容積（ガスパルス）導入を作動させる。
【００５０】
図1において、例えばこのシステムから接続管路２４を介してガス状の冷媒を充填することを可能にする充填弁の如きガスの供給および排出のための他の部分は、それらが周知であるゆえ図示されていない。システム内の許容できない過圧に対応する圧力逃がし弁３１だけが示されている。
【００５１】
勿論、冷媒ｋもしくはｋ'を包囲する部分又は容器は、熱伝導から防護されていなければならない。それらの熱絶縁のためには真空環境を設けることが望ましく、場合によっては、それに対応した真空室内に付加的になおも、例えば超絶縁又は絶縁フォームのような絶縁手段を設けるとよい。図１には真空容器７によって封じ込められた真空がＶで示されている。真空Ｖは更に側方空所１３を包囲して封止装置２１まで延びた管を取り囲んでいる。ヒートパイプ２０と、凝縮室１８および熱伝達体１７とを包囲する真空はＶ'で示されている。場合によっては、回転子５を包囲し外側ハウジング３によって囲われている内部空間２２内にも負圧を発生することができる。
【００５２】
機械的なポンプ２８および弁２９，３０，３１のシステムには次の欠点がある。即ち、簡略化のために図示されていない極低温領域内に部品を配置した際に、極低温ではこれらの部品が非常に故障しやすく、これらの温度に対しての可動部品の設計が複雑で高コストである。特に船舶への使用に関しては、しかしこの機械の一般的なその他の使用の場合にも、長時間にわたるメンテナンスフリーの運転が不可欠である。従って、機械的可動部品は、一般的に故障しやすいので、最小限に減らすべきである。
【００５３】
本発明によれば、図２に示されているように、既述の機械２において新規な冷却原理が使用される。その際に、ポンプ２８および弁２９，３０，３１のような部品が省略可能であり、機械の他の部分は全て、以下に他に何も言及しない限り、図１で既に説明した機械のそれらと同様である。
【００５４】
超電導機械２の冷却のために、１つのコールドヘッド１６と１つの凝縮室１８とを有する図１に示されている装置と違って、図２に示されている本発明による装置の実施例は、第１、第２および第３の凝縮室１８，１８’，１８”を有し、それぞれが１つの付設のコールドヘッド１６，１６’，１６”を備えている。代替として、複数の付設のコールドヘッド１６を有する２つ又は３以上の凝縮室１８が存在してもよいが、これは簡略化のため図示されていない。各凝縮室１８，１８’，１８”は、以下に一般的に接続管路２０，２０’，２０”と呼ぶヒートパイプ２０，２０’，２０”を介して、図１に中央空所１２によって与えられている蒸発室と流体的に接続されている。接続管路２０，２０’，２０”は、Ｖ字形又はＵ字形に変形して傾斜形成されており、即ち、それらは図１に示されている水平線Ｈに対して軽く傾斜しており、重力の作用により液体がたまる最深点を有する。しかし、接続管路２０，２０’，２０”はその他の形を有することもでき、その場合、Ｕ字管マノメータに類似して液体が内部に集まることが重要である。
【００５５】
付設の接続管路２０，２０’，２０”および蒸発室１２と共に凝縮室１８，１８’，１８”は、１つの閉鎖系を構成し、即ち外部に対して液体漏れのない１つの内部空間を成している。その内部空間は以下において冷却流体と呼ぶ冷媒ｋ，ｋ’で冷却さる。冷却流体は液状ｋおよび／又はガス状ｋ’の集合状態にあり、即ち液状の冷却流体ｋおよび／又はガス状の冷却流体ｋ’として存在する。
【００５６】
図１で既に説明したように極低温Ｔk又はそれ以下に回転子５の超電導巻線が冷却される機械の運転時に、蒸発室１２は部分的に液状の流体ｋで充填されている。冷却流体ｋが気化し、それによって回転子５から熱量を運び出し、もしくは回転子５の超電導巻線１０を冷却する。図２には、超電導機械２を冷却するための本発明による装置が、第１の時点で示されている。この時点では気化されたガス状の冷却流体ｋ’が蒸発室１２から接続管路２０’および２０”を介して凝縮室１８’および１８”へ導かれる。凝縮室１８’および１８”の内部は、それぞれ付設のコールドヘッド１６’および１６”の助けで冷却流体ｋの凝縮温度以下の温度Ｔ2およびＴ3にあり、それによってガス状の冷却流体ｋ’から熱量が奪い去られ、ガス状の冷却流体ｋ’が液状の冷却流体ｋに凝縮される。液状の冷却流体ｋは接続管路２０’および２０”の中に集まる。
【００５７】
第１の凝縮室１８内では、温度Ｔ1が、冷却流体ｋの凝縮温度以下の温度から出発して、付設のコールドヘッド１６および／又は簡略化のために図示されていない加熱装置の助けにより、冷却流体ｋの凝縮温度以上の温度Ｔ1*に上昇させられる。その際に、凝縮室１８内において、液状の冷却流体の気化および／又はガス状の冷却流体ｋ’の膨張が起こり、即ち、第１の凝縮室１８内の圧力ｐ1が、蒸発室１２内の圧力ｐVならびに他の２つの凝縮室１８’および１８”内の圧力ｐ2およびｐ3よりも高い値に上昇させられる。それによって、接続管路２０内にある液状の冷却流体ｋが、その冷却流体ｋの重力よりも大きい押圧力で、重力作用に抗して蒸発室１２内に押し込まれる。冷却流体ｋは凝縮室１８および接続管路２０から蒸発室１２内に押し込まれる。
【００５８】
この効果は凝縮室１８'および１８"内の負圧ｐ2およびｐ3によって更に強められ、その負圧は冷却時におけるガス状の冷却流体ｋ'の体積減少と凝縮室１８'および１８"内での凝縮とによって生じる。この負圧はガス状の冷却流体ｋ'を蒸発室１２から接続管路２０'および２０"内に吸い込み、蒸発室１２内の圧力ｐVを減らす。それによって第１の凝縮室１８と蒸発室１２との間の圧力差Δｐ（ｐ1−ｐV）が強められ、付加的に圧力平衡のために液状の冷却流体ｋが接続管路２０から蒸発室１２へ移動させられる。
【００５９】
前述のプロセスは、とりわけ、液状の冷却流体ｋが接続管路２０から完全に又は少なくともほぼ完全に蒸発室１２へ移動させられたときに終了する。連続的冷却を保証するためには、もしくは蒸発室１２内への液状の冷却流体ｋの連続的又は準連続的な又はパルス状の流れを保証するためには、適切な時期にコールドヘッド１６，１６’，１６”を介する凝縮室１８，１８’，１８”内の温度Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3の交換を行うとよい。その場合、凝縮室１８はコールドヘッド１６を介して冷却流体の凝縮温度以下に冷却されるとよく、その際に、例えば凝縮室１８および１８”は同じ温度を有する。凝縮室１８’は、コールドヘッド１６’又は簡略化のために図示されていない加熱装置を介して、冷却流体の凝縮温度以上の温度に加熱することができる。これによって、この段落で説明する第２の時点では凝縮室１８’が第１の時点での凝縮室１８と同様に作用し、第２の時点では凝縮室１８および１８”が第１の時点での凝縮室１８’ および１８”と同様に作用することになる。凝縮室１８’内では温度上昇によって過圧が形成され、液状の冷却流体ｋが接続管路２０’から蒸発室１２の中へ移動させられる。この状況は、凝縮室１８，１８’，１８”間で役割（温度、圧力および流体流）が交換されただけであり、図２に示された状況と類似しているので、第２の時点での状況もしくはプロセスは簡略化のために図示されていない。
【００６０】
第３の時点では凝縮室１８，１８’，１８”の作用が同様に交換される。この場合には凝縮室１８”がコールドヘッド１６”の助けにより冷却流体ｋの気化温度以上の温度に移行させられるとよい。その際に凝縮室１８および１８’は、冷却流体ｋ’の凝縮温度以下の温度である例えば同じ温度を有するとよい。凝縮室１８”はコールドヘッド１６”又は簡略化のために図示されていない加熱装置を介して冷却流体の凝縮温度以上の温度に加熱されるよい。こうして、第３の時点で凝縮室１８”が第１の時点での凝縮室１８と同様に作用し、第３の時点では凝縮室１８および１８’が第１の時点での凝縮室１８’ および１８”と同様に作用する。凝縮室１８”内では温度上昇によって過圧が形成され、液状の冷却流体ｋが接続管路２０”から蒸発室１２の中へ移動する。この状況は、凝縮室１８，１８’，１８”間で役割（温度、圧力および流体流）が交換されただけであり、図２に示された状況と類似しているので、第３の時点での状況もしくはプロセスは簡略化のために図示されていない。
【００６１】
第４の時点では再び第１の時点での状態を作り出せばよい。固定の時間周期又は異なる時間に基づく凝縮室１８，１８’，１８”の作用の規則的な交換によって、超電導機械２を冷却するための装置の連続的又は準連続的な又はパルス状の運転を保証することができる。
【００６２】
凝縮室１８，１８’，１８”の作用を交換する際に、任意に異なった順序も可能であり、その場合、この基本原理は変わらない。従って、機械２が傾斜する場合にも、例えば船舶への使用時にも、より確実な冷却運転を保証することができる。
【符号の説明】
【００６３】
２          機械
３          外側ハウジング
４          固定子巻線
５          回転子
５ａ        中実回転子軸部
５ｂ        管状回転子軸部
６          軸受
７          真空容器
８          懸架部材
９          巻線支持体
１０        ＨＴＳ巻線
１２        中央空所（蒸発室）
１３        側方空所
１６        コールドヘッド
１６’      コールドヘッド
１６”      コールドヘッド
１７        熱伝達体
１８        凝縮室
１８’      凝縮室
１８”      凝縮室
２０        接続管路（ヒートパイプ）
２０’      接続管路（ヒートパイプ）
２０”      接続管路（ヒートパイプ）
２０ａ      開放端
２１        封止装置
２２        管路部分
２４        接続管路
２６        姿勢センサ
２７        制御ユニット
２８        機械式ポンプ
２９        制御弁
３０        弁
３１        圧力逃がし弁
３２        内部空間
Ａ          回転軸線
Ｈ          水平線
ｋ          液化冷媒（液状の冷却流体）
ｋ’        気化冷媒（ガス状の冷却流体）
Ｔ1〜Ｔ3  温度
ｐ1〜ｐ3  圧力
ＰＶW      緩衝器容積
Ｖ          真空
Ｖ’        真空
δ          傾斜角
【図１】
0005606631.tif 000002
【図２】
0005606631.tif 000003