(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導回転機と冷凍機との間に配置され、前記超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却保持するために前記超電導回転機にガス冷媒を供給し、該超電導回転機から戻された前記ガス冷媒を前記冷凍機に戻す、超電導回転機の冷媒給排装置であって、
前記冷媒給排装置は、前記冷凍機に非回転状態に固定された第１のチューブ（２０，２１）と、前記超電導回転機の回転とともに回転する第２のチューブ（１４）とを含み、
前記第１のチューブ（２０，２１）の前記超電導回転機側の端部が、前記第２のチューブ（１４）の前記冷凍機側の端部に内装又は外装されて、前記第１のチューブ（２０，２１）の内部空間と前記第２のチューブ（１４）の内部空間とを連通し、前記冷凍機から前記超電導回転機に前記ガス冷媒を送るための内側冷媒流路（Ｆ１）が形成されており、
前記冷媒給排装置はまた、
前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）に外装された第３のチューブ（１３）を備えており、前記第３のチューブ（１３）が前記第１のチューブ（２０，２１）と第２の回転チューブ（１４）の外側に、前記超電導回転機から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送るための外側冷媒流路（Ｆ２）を形成しており、
前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）との間には、前記内側冷媒流路（Ｆ１）と前記外側冷媒流路（Ｆ２）を連通する周方向に連続した環状の間隙が形成されており、
前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）のうち内側に配置されたチューブの外周面であって前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）のうち外側に配置されたチューブに対向する部分には、周方向に分布する凹部が形成されていることを特徴とする超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項２】
前記周方向に分布する凹部は、軸方向に等ピッチ又は不等ピッチで形成されているリング状の溝である請求項１に記載の超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項３】
前記周方向に分布する凹部は、軸方向に連続的又は不連続的に形成されている螺旋状の溝である請求項１に記載の超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項４】
前記螺旋状の溝は、前記第２のチューブ（１４）の回転に伴い、溝内に滞留している前記ガス冷媒が前記第２のチューブ（１４）内に押し戻す方向に形成されている溝である請求項３に記載の超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項５】
前記周方向に分布する凹部は、前記リング状の溝と前記螺旋状の溝の２種類の溝を軸方向に形成した溝である請求項１に記載の超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項６】
前記周方向に分布する凹部が矩形である請求項１に記載の超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項７】
少なくとも、前記第１のチューブ（２０，２１）の前記第２のチューブ（１４）に対向する外周面部分又は前記第２のチューブ（１４）の前記第１のチューブ（２０，２１）に対向する外周面部分の材質を負の線膨張係数を有する超高分子量ポリエチレン繊維強化複合材で構成した請求項１から請求項６のいずれかに記載の超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項８】
超電導回転機と冷凍機との間に配置され、前記超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却保持するために前記超電導回転機にガス冷媒を供給し、該超電導回転機から戻された前記ガス冷媒を前記冷凍機に戻す、超電導回転機の冷媒給排装置であって、
前記冷媒給排装置は、前記冷凍機に非回転状態に固定された固定チューブと、前記超電導回転機の回転とともに回転する回転チューブとを含み、
前記固定チューブと前記回転チューブは、前記固定チューブを前記回転チューブに内装することにより、前記固定チューブの内部と前記回転チューブの内部を連通する冷媒流路を形成し、
前記固定チューブと前記回転チューブとの間には、周方向に連続した環状の間隙が形成され、
前記固定チューブの先端部は、横断面を縮小した縮径部が形成され、
さらに、中央部に縮径部、そこから両側に漸次拡開するテーパ部を有するレジューサを、前記固定チューブの先端部にオーバラップさせて配置し、該固定チューブの内部と外部とを連通する開口を形成したことを特徴とする超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項９】
超電導回転機と冷凍機との間に配置され、前記超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却保持するために前記超電導回転機にガス冷媒を供給し、該超電導回転機から戻された前記ガス冷媒を前記冷凍機に戻す、超電導回転機の冷媒給排装置であって、
前記冷媒給排装置は、前記冷凍機に非回転状態に固定された固定チューブと、前記超電導回転機の回転とともに回転する回転チューブとを含み、
前記固定チューブと前記回転チューブは、前記固定チューブを前記回転チューブに内装することにより、前記固定チューブの内部と前記回転チューブの内部を連通する冷媒流路を形成し、
前記固定チューブと前記回転チューブとの間には、周方向に連続した環状の間隙が形成され、
前記固定チューブの先端部の形状を、横断面を下流側に向けて漸次縮小した縮径部、そこから下流側に向けて漸次拡開するテーパ部を有するレジューサノズル部として形成し、
前記レジューサノズル部の縮径部に固定チューブの内部と外部とを連通する開口を形成したことを特徴とする超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項１０】
前記第１のチューブ（２０，２１）又は前記第２のチューブ（１４）のうちの内側に配置された内側チューブの外側に配置された外側チューブに対する挿入深さをＬ、前記内側チューブの内径をＤとしたとき、前記ＬとＤとの関係がＬ≧５Ｄで、かつ、前記内側チューブと前記外側チューブとで形成される円環状の間隙を内側チューブの内径に対して１／１００〜２／１００に設定した請求項１に記載の超電導回転機の冷媒給排装置。
【請求項１１】
前記請求項１から請求項９のいずれかに記載の超電導回転機の冷媒給排装置が具備されていることを特徴とする超電導回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導回転機と冷凍機との間に配置され、超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却するために超電導回転機に冷媒を供給し、該超電導回転機から戻された冷媒を前記冷凍機に戻す、超電導回転機の冷媒給排装置、該冷媒給排装置を具備する超電導回転機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却するための冷媒給排装置として、超電導回転機のロータと極低温の例えば、ヘリウムガス等の冷却気体の供給源との間に設けられ、冷却気体を供給するための冷却流体継手が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この冷却流体継手は、ロータ内でロータの軸線と同軸に、入口冷却チューブと出口冷却チューブとを備え、入口冷却チューブは、極低温の冷却気体の供給源から冷却気体を受けるように連結された入口ポートを有する。出口冷却チューブは、冷却気体をロータから供給源へ戻すように連結された出口ポートを有する。固定されている運動間隙シールにより継手の入口ポートと出口ポートとが隔てられ、外側を流れる戻りガスの低い圧力に向かって流れようとする入口冷却気体のリークを制限し、供給源から供給された所定温度の冷却気体を無駄に消費してしまうことを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０６４７２１号公報（第９図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されている冷媒給排装置にあっては、入口冷却気体のリークをなくすため、静止側部材に固定された静止側シールと回転側部材に固定された回転側シールを有している。しかしながら、斯かる構造では、ロータの回転中に静止側シールと回転側シールとが接触した場合にシールの寿命が低下し、装置のメンテナンスコストが増加するという問題がある。
【０００６】
また、ロータの回転中に静止側シールと回転側シールとが接触することによる摩擦熱で当該部位の冷却気体の温度が上昇するという問題がある。
【０００７】
したがって、本発明は、上記問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、入口冷却気体のリーク量を制御でき、かつ、静止側部材と回転側部材とが接触しない構成とすることにより、静止側部材と回転側部材との接触に起因する装置のメンテナンスコストの増加や、冷却気体の温度上昇を回避することができる超電導回転機の冷媒給排装置、該冷媒給排装置を具備する超電導回転機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超電導回転機の冷媒給排装置は、超電導回転機と冷凍機との間に配置され、前記超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却保持するために前記超電導回転機にガス冷媒を供給し、該超電導回転機から戻された前記ガス冷媒を前記冷凍機に戻す、超電導回転機の冷媒給排装置であって、前記冷媒給排装置は、前記冷凍機に非回転状態に固定された第１のチューブ（２０，２１）と、前記超電導回転機の回転とともに回転する第２のチューブ（１４）とを含み、前記第１のチューブ（２０，２１）の前記超電導回転機側の端部が、前記第２のチューブ（１４）の前記冷凍機側の端部に内装又は外装されて、前記第１のチューブ（２０，２１）の内部空間と前記第２のチューブ（１４）の内部空間とを連通し、前記冷凍機から前記超電導回転機に前記ガス冷媒を送るための内側冷媒流路（Ｆ１）が形成されており、前記冷媒給排装置はまた、前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）に外装された第３のチューブ（１３）を備えており、前記第３のチューブ（１３）が前記第１のチューブ（２０，２１）と第２の回転チューブ（１４）の外側に、前記超電導回転機から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送るための外側冷媒流路（Ｆ２）を形成しており、前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）との間には、前記内側冷媒流路（Ｆ１）と前記外側冷媒流路（Ｆ２）を連通する周方向に連続した環状の間隙が形成されており、前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）のうち内側に配置されたチューブの外周面であって前記第１のチューブ（２０，２１）と前記第２のチューブ（１４）のうち外側に配置されたチューブに対向する部分には、周方向に分布する凹部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記周方向に分布する凹部は、軸方向に等ピッチ又は不等ピッチで形成されているリング状の溝であることが好ましい。
【００１０】
前記周方向に分布する凹部は、軸方向に連続的又は不連続的に形成されている螺旋状の溝であってもよい。
【００１１】
前記螺旋状の溝は、前記第２のチューブ（１４）の回転に伴い、溝内に滞留している前記ガス冷媒が前記第２のチューブ（１４）内に押し戻す方向に形成されている溝であることが好ましい。
【００１２】
前記周方向に分布する凹部は、前記リング状の溝と前記螺旋状の溝の２種類の溝を軸方向に形成した溝であってもよい。
【００１３】
前記周方向に分布する凹部が矩形であることが好ましい。
【００１４】
少なくとも、前記第１のチューブ（２０，２１）の前記第２のチューブ（１４）に対向する外周面部分又は前記第２のチューブ（１４）の前記第１のチューブ（２０，２１）に対向する外周面部分の材質を負の線膨張係数を有する超高分子量ポリエチレン繊維強化複合材で構成することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る超電導回転機の冷媒給排装置は、超電導回転機と冷凍機との間に配置され、前記超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却保持するために前記超電導回転機にガス冷媒を供給し、該超電導回転機から戻された前記ガス冷媒を前記冷凍機に戻す、超電導回転機の冷媒給排装置であって、前記冷媒給排装置は、前記冷凍機に非回転状態に固定された固定チューブと、前記超電導回転機の回転とともに回転する回転チューブとを含み、前記固定チューブと前記回転チューブは、前記固定チューブを前記回転チューブに内装することにより、前記固定チューブの内部と前記回転チューブの内部を連通する冷媒流路を形成し、前記固定チューブと前記回転チューブとの間には、周方向に連続した環状の間隙が形成され、前記固定チューブの先端部は、横断面を縮小した縮径部が形成され、さらに、中央部に縮径部、そこから両側に漸次拡開するテーパ部を有するレジューサを、前記固定チューブの先端部にオーバラップさせて配置し、該固定チューブの内部と外部とを連通する開口を形成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る超電導回転機の冷媒給排装置は、超電導回転機と冷凍機との間に配置され、前記超電導回転機の超電導コイルを超電導状態に保持する温度まで冷却保持するために前記超電導回転機にガス冷媒を供給し、該超電導回転機から戻された前記ガス冷媒を前記冷凍機に戻す、超電導回転機の冷媒給排装置であって、前記冷媒給排装置は、前記冷凍機に非回転状態に固定された固定チューブと、前記超電導回転機の回転とともに回転する回転チューブとを含み、前記固定チューブと前記回転チューブは、前記固定チューブを前記回転チューブに内装することにより、前記固定チューブの内部と前記回転チューブの内部を連通する冷媒流路を形成し、前記固定チューブと前記回転チューブとの間には、周方向に連続した環状の間隙が形成され、前記固定チューブの先端部の形状を、横断面を下流側に向けて漸次縮小した縮径部、そこから下流側に向けて漸次拡開するテーパ部を有するレジューサノズル部として形成し、前記レジューサノズル部の縮径部に固定チューブの内部と外部とを連通する開口を形成したことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る超電導回転機の冷媒給排装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１のチューブ（２０，２１）又は前記第２のチューブ（１４）のうちの内側に配置された内側チューブの外側に配置された外側チューブに対する挿入深さをＬ、前記内側チューブの内径をＤとしたとき、前記ＬとＤとの関係がＬ≧５Ｄで、かつ、前記内側チューブと前記外側チューブとで形成される円環状の間隙を内側チューブの内径に対して１／１００〜２／１００に設定したものである。
【００１８】
本発明に係る超電導回転機は、電磁的に結合されたステータとロータを含む超電導回転機において、前記請求項１から請求項９のいずれかに記載の超電導回転機の冷媒給排装置が具備されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、入口冷却気体のリーク量を制御でき、かつ、静止側部材と回転側部材とが接触することがないので、静止側部材と回転側部材との接触に起因する装置のメンテナンスコストの増加や、冷却気体の温度上昇という問題を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】超電導モータの全体システムを示した概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る冷媒給排装置の詳細構造を示した側面断面図である。
【図３】円筒体を冷媒供給管に内装した例を示した側面断面図である。
【図４】冷媒供給管の先端部を先絞り状に形成し、その前方に両端拡開部材を配置した形態の冷媒給排装置の側面断面図である。
【図５】冷媒供給管の流路断面積を絞る小径部を形成し、その小径部の円周方向に複数の貫通孔を設けた形態の冷媒給排装置の側面断面図である。
【図６】２種類の溝部が形成された円筒体を示す図である。
【図７】円筒体を用いることなくヘリウムガスのリーク量を制御する冷媒給排装置の他の構成を示す図である。
【図８】冷媒供給管の外周面と第２の二重管の内管の内周面との間隙を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍに設定した場合の上記間隙とリーク量の割合の関係を示した実験例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る超電導回転機の冷媒給排装置について、添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、「基端」、「末端」、及びそれらの用語を含む用語を便宜上用いるが、これらは、発明の理解を容易にするためであり、それらの用語によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきではない。
【００２２】
なお、本明細書では、各構成要素の位置規定として、冷凍機側を「基端（側）」、超電導モータ側を「末端（側）」と記す。
【００２３】
図１は、超電導モータの全体システムを示した概略構成図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る冷媒給排装置の詳細構造を示した側面断面図である。
【００２４】
１．冷媒給排装置の構成
図１に示すように、本実施の形態の冷媒給排装置Ｔは、超電導モータのロータ軸と冷凍機との間に配置される。この冷媒給排装置Ｔは、冷凍機により所定温度まで冷却された極低温の冷媒（本実施の形態では、以降、「ヘリウムガス」で説明する。）を、冷媒供給管を介してロータコイルへ供給し、該冷媒によってロータコア全体を冷却しつつ、伝導冷却で超電導コイルを例えば、３０Ｋ程度まで冷却する。そして、熱交換後のヘリウムガスを、冷媒排気管を介して上記冷凍機に戻すための装置である。
【００２５】
次に、本実施の形態の冷媒給排装置Ｔの詳細構造について説明する。図２に示すように、冷媒給排装置Ｔは、回転部１と固定部２とから構成されている。なお、本図では、図１とは異なり、図２の右側が超電導モータ側、左側が冷凍機側としている。
【００２６】
回転部１は、モータ軸１０と、モータ軸１０と同軸上に直列に接続されたカップリング１１及び回転軸１２と、回転軸１２内に配設されている第１の二重管１３及び第２の二重管１４を含む。
【００２７】
モータ軸１０は、軸芯に沿って超電導モータ側に延在する略円筒形状の部材で形成されている。モータ軸１０の中央部には、１本の冷媒供給管が配設されているともに、冷媒供給管に沿って冷媒排気管（一部図示）が配設され、これらが超電導モータのロータコア（図示せず）内に連通している。また、冷媒排気管の排出端には、プレート１００に固着されたリング状の排気ヘッダ１０１が形成されており、この排気ヘッダ１０１と後述する排気流路がフレキシブルホース２１１を介して連通している。これにより、超電導モータ側から戻された熱交換後のヘリウムガスが排気ヘッダ１０１にいったん集合した後、フレキシブルホース２１１を介して上記排気流路に排気される。
【００２８】
カップリング１１は、小径フランジ部と大径フランジ部を連結する円筒部からなる連結筒部材１１ａと、外向きフランジ部と内向きフランジ部を連結する円筒部からなる連結筒部材１１ｂとで構成されている。上記連結筒部材１１ａの大径フランジ部と連結筒部材１１ｂとは同一径であり、上記連結筒部材１１ｂの内向きフランジ部の内面（大径フランジ部側の面）には、段差部１１１が形成されている。
【００２９】
図２に示すように、連結円筒体１１ａの小径フランジ部が上記モータ軸１０の基端部にボルト等の固定部材により接続、固定され、該連結円筒体１１ａの連結筒部材１１ａの大径フランジ部と連結筒部材１１ｂの大径フランジ部とがボルト等の固定部材により接続される一方、円筒状の回転軸１２が上記カップリング１１の内側から冷凍機側に向けて挿通されている。
【００３０】
円筒状の回転軸１２は、内側に段差部１２１が形成されている鍔部１２ａを具備しており、この段差部１２１と上記連結筒部材１１ｂの内向きフランジ部の段差部１１１とが互いに嵌合することによりカップリング１１に回転軸１２が取付け、固定されるとともに、後述する固定部２の軸受け２５により軸支される。
【００３１】
また、回転軸１２の内側には、該回転軸１２と同軸上に外管１３ａと内管１３ｂとからなる第１の二重管１３と外管１４ａと内管１４ｂとからなる第２の二重管１４とが互いに所定空間をもって内装されている。
【００３２】
図示のとおり、回転軸１２の内周面１２ｂと第１の二重管１３の外管１３ａとで形成される環状空間は、部材１２０により封止されている。第１の二重管１３は基端側が部材１３０により封止されている一方、末端側がチャンバ１１０内に連通する開放端となっている。
【００３３】
また、上記第１の二重管１３の内管１３ｂと第２の二重管１４の外管１４ａとで形成されている円筒状空間は、基端側が開放端となっており、末端側が円環状の閉塞部材１３１により閉塞されている。さらに、閉塞部材１３１を貫通してフレキシブルホース２１１が接続されている。これにより、上記円筒空間は、フレキシブルホース２１１を介して上記リング状の排気ヘッダ１０１と連通するヘリウムガスの戻り流路Ｆ２として形成される。
【００３４】
第２の二重管１４は、基端側が円環状の部材１４０により封止されている。末端側において、内管１４ｂは閉塞しており、外管１４ａはチャンバ１１０内に連通する開口が形成されている。さらに、末端側の内管１４ｂには、フレキシブルホース２１０が接続されている。これにより、第２の二重管１４の内管１４ｂの円筒状空間は、ヘリウムガスの供給源と連通するヘリウムガスの供給流路Ｆ１として形成される。
【００３５】
図示のとおり、回転軸１２、第１の二重管１３は、図示しない真空排気装置に連通する排気ポート２７０が形成されている。このため、回転軸１２の内周面１２ｂと第１の二重管１３の外周面とで形成される環状空間並びに第１の二重管１３の外管１３ａと内管１３ｂとで形成される環状空間は、真空断熱層として形成される。また、排気ポート２７０に連通するチャンバ１１０内及び該チャンバ１１０に連通する第２の二重管１４の外管１４ａと内管１４ｂとで形成される環状空間も真空に維持される。
【００３６】
次に、固定部２について説明する。図２に示すように、固定部２は、上述した回転部１に対して静止している構成要素である。固定部２は、上記回転部１と同一軸芯上に配置される円筒体２０、冷媒供給管２１、外管２２及び二重管２３と、ケーシング２４と、軸受け２５と、磁性流体封止機構２６と、排気チャンバ２７と、排気チャンバ２７内に配設される磁性流体封止機構２８とを含む。
【００３７】
円筒体２０は、上記第２の二重管１４の内径よりも僅かに小さい外径を有している。具体的には、図において上記第２の二重管１４と互いにオーバラップさせて該円筒体２０が第２の二重管１４内に配設する際、円筒体２０と第２の二重管１４の内管１４ｂとで形成される環状の間隙が例えば、０．１ｍｍとなるように設計されている。また、円筒体２０の外周部には、軸方向に等ピッチで配置された複数のリング状の溝部２００が形成されている。なお、この複数のリング状の溝部２００は軸方向に不等ピッチで形成されていてもよい。
【００３８】
この円筒体２０は、超高分子量ポリエチレン繊維の一例である例えば、ダイニーマ（登録商標）やSpectra（Honeywell社製）を用いて構成することが特に好ましい。この構成によると、ダイニーマ（登録商標）やSpectra（Honeywell社製）は、高強度で熱伝導率が優れ、製造過程においてフィラメントワインディングの角度を調整することにより、負の線膨張係数を有する部材とすることができる。これにより、図３に示すように、例えば、円筒体２０を上記第２の二重管１４の内管１４ｂに内装した場合であっても、ヘリウムガスの冷却作用により径方向に膨張するため、円筒体２０が脱落することはない。
【００３９】
なお、本実施の形態では、円筒体２０を固定部２の冷媒供給管２１の末端側に配設しているが、これに限らず、例えば、第２の二重管１４の基端側に配設することも可能である。また、互いにオーバラップして配設されている、第１の二重管（回転部１）と二重管（固定部２）のいずれか一方の末端側あるいは基端側に配設してもよい。
【００４０】
冷媒供給管２１は、上記円筒体２０と接続されている。これにより、図示しないヘリウムガスの供給源から超電導モータまでのヘリウムガスの供給流路が形成される。
【００４１】
外管２２は、冷媒供給管２１の外側に所定空間をもって外装されており、該外管２２の末端側が円環状の部材２２０により封止されている。外管２３ａと内管２３ｂからなる二重管２３は、外管２２の外側に所定空間をもって外装されており、該二重管２３の末端側が円環状の部材２３０により封止されている。
【００４２】
図示のとおり、二重管２３は、上記第１の二重管１３と互いにオーバラップして該第１の二重管１３外側に外装される。なお、詳細な説明は省略するが、冷媒供給管２１の外周面と外管２２の内周面とで形成される環状空間及び二重管２３の外管２３ａと内管２３ｂとで形成される環状空間もまた、真空断熱層として形成されている。
【００４３】
ケーシング２４は、二重管２３の外管２３ａに固着されており、該ケーシング２４内には、２つの軸受け２５により互いに相対回転自在に組み付けられている回転軸１２とケーシング２４の間の隙間を封止する磁性流体封止機構２６が内蔵されている。また、図示しない真空排気装置と連通する排気チャンバ２７は、磁性流体封止機構２８を具備しており、排気ポート２７０が形成されている回転軸１２の周りを封止するよう構成されている。なお、回転軸１２（回転部１）の周速は、磁性流体の内部粘性による発熱で磁性流体を構成する油分が散逸しないよう適切な周速となるように設計されている。
【００４４】
２．冷媒給排装置の動作
次に、本実施の形態の冷媒給排装置Ｔの動作について、図２を参照して説明する。
【００４５】
図２に示すように、図示しない冷凍機により所定極低温度に維持されたヘリウムガスは、図２の左側から冷媒供給管２１、円筒体２０を介して供給流路Ｆ１を流れ、フレキシブルホース２１０を介してモータ軸１０内に供給される。
【００４６】
そして、供給されたヘリウムガスは、図２の右側に配置されている、図示しない超電導モータ内に送り込まれ、このヘリウムガスによって超電導モータ内に具備されているロータコア全体を冷却しつつ、ロータコアに保持されている超電導コイルを伝導冷却で例えば、３０Ｋ程度まで冷却し、当該超電導コイルを超電導状態に保つ。
【００４７】
超電導コイルを所定温度に冷却することにより熱交換されたヘリウムガスは、再びモータ軸１０側に戻され、排気ヘッダ１０１いったん集合した後、フレキシブルホース２１１を介して戻り流路Ｆ２に戻される。そして、戻り流路Ｆ２内を流れるヘリウムガスは、外管２２の外周面と二重管２３の内管２３ｂとで形成される環状空間を介して冷凍機側に戻される。
【００４８】
そこで、本実施の形態の冷媒給排装置Ｔでは、上記円筒体２０の構成により、第２の二重管１４（回転部１）の回転に際して、円筒体２０と第２の二重管１４の内管１４ｂとで形成される環状の間隙によりヘリウムガスのリーク量が制御される。
【００４９】
また、本実施の形態の冷媒給排装置Ｔは、従来技術のように、固定側シールと回転側シールとが接触し得る構成と根本的に異なる構成であるので、静止側部材と回転側部材との接触に起因する装置のメンテナンスコストの増加や、冷却気体の温度上昇という問題を排除することができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態の冷媒給排装置Ｔは、回転部１と固定部２とを回転軸方向に一部オーバラップさせて配置した構成であるので、シンプルで、かつ、コンパクトな冷媒給排装置を提供することができる。
【００５１】
３．円筒体のバリエーション
なお、上記円筒体２０は、ダイニーマ（登録商標）やSpectra（Honeywell社製）に限らず、その他のポリエチレン繊維強化プラスチック等を用いることも可能である。  さらに、円筒体２０の材質を上記ダイニーマ（登録商標）やSpectra（Honeywell社製）に代えて、有機系充填材料を含むポリテトラフルオロチレン（４フッ化）樹脂で構成してもよい。この構成によると、低温脆化による円筒体２０の割れ等の損傷もない。また、例えば、上記第２の二重管１４の内管１４ｂの寸法公差をマイナス側に加工しても、内管１４ｂと馴染みやすく、仮に、連続する溝部２００の凸部と内管１４の内周面が接触したとしても、発熱が少なく超電導コイルの冷却に影響することはない。
【００５２】
また、円筒体２０の外周部に、軸方向に等ピッチで配置された複数のリング状の溝部２００の一部に例えば、四フッ化エチレン樹脂やテフロン（登録商標）樹脂を充填し、結果として、軸方向に不等ピッチで配置されたリング状の溝部２００を形成してもよい。
【００５３】
本実施の形態では、円筒体２０の外周部に軸方向に連続する複数リング状の溝部２００を形成した例を説明したが、これに限らず、円筒体２０の外周部に軸方向に連続的又は不連続的に形成した螺旋状の溝であってもよい。また、この螺旋状の溝は、隣接する凹部（谷部）に滞留する気体が第２の二重管１４（回転部１）の回転に伴って供給流路Ｆ１内に押し戻す方向に形成されている溝であってもよい。
【００５４】
さらに、上述した作用を生じさせるものであれば、例えば、円筒体２０の外周面部分に周方向に分布する矩形状の窪みは、壁面の高さよりも底面の四角の長さを長く形成した窪みであってもよい。なお、この多数の窪みは、円筒体２０の外周面部分に不均一に分布させてもよいし、例えば、外周面部分に斜めに形成してもよく、種々の変更が可能である。
【００５５】
また、図６に示すように、例えば、軸方向に等ピッチで配置された複数のリング状の溝部２００を円筒体２０の基端側の領域に形成し、上記隣接する凹部（谷部）に滞留する気体を供給流路内（図示せず）に押し戻す螺旋状の溝部２０１を円筒体２０の末端側の領域に形成してもよい。
【００５６】
なお、本実施の形態では、円筒体２０の外周面と円筒体２０と第２の二重管１４の内管１４ｂとで形成される環状の間隙を介して流出しようとするヘリウムガスのリーク量を制御するため、軸方向に等ピッチ又は不等ピッチで形成されているリング状の溝、あるいは、軸方向に連続的又は不連続的に形成される螺旋状の溝等の凹部を円筒体２０の外周面部分に形成する例を説明したが、本実施の形態に限定するものではない。例えば、円筒体２０と対向する第２の二重管１４の内管１４ｂ側に上記凹部を形成してもよいし、二重管２３（固定部２）の第１の二重管１３（回転部１）に対向する外周面部分又は前記二重管１３の二重管２３に対向する外周面部分に上記凹部を形成することも可能である。
【００５７】
４．円筒体を具備しない冷媒給排装置の形態
なお、本実施の形態の冷媒給排装置Ｔでは、円筒体２０を用いる例を説明したが、円筒体２０を用いることなく本願の目的を達成することも可能である。その具体例を図４、図５及び図７を参照して説明する。
【００５８】
図４に示すように、冷媒供給管２１（固定部２）を、第２の二重管１４（回転部１）の内径よりも僅かに小さい外径に形成するとともに、該冷媒供給管２１の末端部を先絞り状に形成する。そして、先絞り部２１１を有する冷媒供給管２１を第２の二重管１４の内管１４ｂ内に挿入する。さらに、中央部に縮径部２１５ｂ、そこから両側に漸次拡開するテーパ部２１５ａ、２１５ｃを有するレジューサ２１５を該先絞り部２１１の末端を一部オーバラップさせて第２の二重管１４の内管１４ｂに固定配置する。
【００５９】
冷媒供給管２１の先絞り部２１１から高速で噴出されるヘリウムガスＨｅ１の作用により、先絞り部２１１とレジューサ２１５とで形成される流路ｆｐ内の圧力が低下し、二重管１４の内管１４ｂの内周面とレジューサ２１５とで形成される環状の間隙を介して図４の右側から左側へ流出するヘリウムガスが流路ｆｐに吸引され、流路ｆｐ内のヘリウムガスＨｅ２がヘリウムガスＨｅ１に同伴される。その結果、上記環状の間隙を介して流出するヘリウムガスを確実にモータ側へ供給することによりヘリウムガスのリーク量を制御することが可能となる。なお、冷媒供給管２１の先絞り部２１１の内径とレジューサ２１５の縮径部２１５ｂの内径が同一であることが好ましい。また、冷媒供給管２１の内径に対して、先絞り部２１１の内径と縮径部２１５ｂの内径を４０％まで絞り込んだ場合、先絞り部２１１の外面と漸次拡開するテーパ部２１５ａの内面の間隙を縮径部２１５ｂの内径の１０％に設定すれば、リーク量を１０％程度に制御できることが発明者らの実験で確認されている。
【００６０】
また、図５に示すように、冷媒供給管２１の先端部の形状を、横断面を下流側に向けて漸次縮小した縮径部、そこから下流側に向けて漸次拡開するテーパ部を有する、所謂、レジューサノズル部として形成するとともに、該縮径部の円周方向に複数の貫通孔２１ａを設けた構造であってもよい。例えば、この貫通孔２１ａ孔径及び孔の個数で決まる開口面積は、冷媒供給管２１の外周面と第２の二重管１４の内管１４ｂの内周面とで形成される環状の間隙の面積の２０％〜４０％となるように設定されている。
【００６１】
この構成によれば、流路断面積が絞られた縮径部から高速で噴出されるヘリウムガスＨｅ１の作用により、縮径部の外側の空間の圧力が低下し、冷媒供給管２１の外周面と第２の二重管１４の内管１４ｂの内周面とで形成される環状の間隙を介して図５の右側から左側へ流出するヘリウムガスＨｅ２が縮径部の外側の空間を介して貫通孔２１ａから吸引される循環流が生じる。その結果、図４で示した構成の冷媒給排装置Ｔと同様にヘリウムガスを確実にモータ側へ供給することによりヘリウムガスのリーク量を制御することが可能となる。
【００６２】
また、さらに、図７に示すように、円筒形状の冷媒供給管２１を第２の二重管１４の内管１４ｂ内に挿入し、冷媒供給管２１の外周面と第２の二重管１４の内管１４ｂの内周面との間隙ｄを以下の条件とすることでリーク量を例えば、１０％程度に制御することが可能となる。具体的には、上記間隙ｄの冷媒供給管２１の挿入長さＬと冷媒供給管２１の内径Ｄとの関係をＬ≧５Ｄとするとともに、間隙ｄを冷媒供給管２１の内径に対して１／１００〜１／２００に設定すればよい。好ましくは、間隙ｄは冷媒供給管２１の内径に対して１／２００にした場合である。図８は、第２の二重管１４の内管１４ｂの内径が例えば、２０ｍｍの場合の上記間隙ｄとリーク量との関係を示した実験例である。本実験例から明らかなように、上記間隙ｄを０．２ｍｍに設定した場合にリーク量を１０％程度に制御できることが確認できる。なお、本実施形態において、例えば、冷媒供給管２１（固定部２）を第２の二重管１４（回転部１）に外装した場合でも同様の効果が得られる。
【００６３】
今回、開示した実施の形態は例示であってこれに限定されるものではない。本発明は、上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲での全ての変更が意図される。
【符号の説明】
【００６４】
１  回転部
２  固定部
１０  モータ軸
１１  カップリング
１２  円筒状の回転軸
１３  第１の二重管
１４  第２の二重管
２０  円筒体
２１  冷媒供給管
２２  外管
２３  二重管
２４  ケーシング
２５  軸受け
２６  磁性流体封止機構
２７  排気チャンバ
２８  磁性流体封止機構
Ｔ  冷媒給排装置
【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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