(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導磁石を収納した冷媒貯槽と、前記冷媒貯槽を覆う輻射熱シールド板と、前記冷媒貯槽と前記輻射熱シールド板とを収納した超電導磁石用真空断熱外槽とを有する超電導磁石装置と、
冷凍機と、前記冷凍機の低温部を真空断熱する冷凍機用真空断熱外槽と、ジュールトムソン回路とを有する極低温装置と、
からなる極低温冷却装置において、前記超電導磁石用真空断熱外槽あるいは前記冷凍機用真空断熱外槽の少なくとも一方に設けられた真空排気弁と、前記真空排気弁の外側に前記真空排気弁を気密に密閉する外殻体を設け、前記外殻体の一部を破裂手段で構成したことを特徴とする、極低温冷却装置。
【請求項２】
前記外殻体と前記超伝導磁石用真空断熱外槽あるいは冷凍機用真空断熱外槽とを金属シール部材によりシールしたことを特徴とする、請求項１記載の極低温冷却装置。
【請求項３】
前記金属シール部材として、インジウムを使用したことを特徴とする、請求項２記載の極低温冷却装置。
【請求項４】
前記金属シール部材として、金属Ｏリングを使用したことを特徴とする、請求項２記載の極低温冷却装置。
【請求項５】
前記破裂板の外側に、金属または非金属の防護部材を設け、前記防護部材は、気体を透過する性質をもつことを特徴とする、請求項１記載の極低温冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超電導磁石装置に付随する極低温冷却装置に関する。この極低温冷却装置は、例えば超電導磁気浮上式鉄道（リニアモーターカー）に車載された超電導磁石装置を冷却する車載用極低温冷却装置として適応できる。
【０００２】
【従来の技術】
極低温冷却装置は冷凍機で冷却することにより長時間運転が可能である。従来の極低温冷却装置は、例えば特公昭５６−２２３８７号公報に記載されたものがある。図６を参照して、従来技術について説明する。図６は、従来技術に係る超伝導磁石装置の概略図であり、１は液体ヘリウム貯槽、２は液体ヘリウム、３ は液体ヘリウム内に浸漬された超電導磁石、４は超伝導磁石用真空断熱外槽、５は真空層、２５は真空排気部である。真空排気部２５に用いられる真空排気弁６は、車載用としては通常安全弁機能を有したシールオフバルブが用いられる。
【０００３】
図７に一例として代表的なシールオフバルブの断面図を示し、また図８に真空排気時のシールオフバルブの状態を示す。図において、６０は中空孔を有する弁体、６１はキャップ、６２はポペット、６３はプラグ、６４はディスク、６５ 、６６ 、６７ はゴムＯリング、６８は圧縮コイルバネ、６９は引っ張りコイルバネ、７０は真空引き専用オペレータである。弁体６０は真空断熱外槽４に気密溶接されている。キャップ６１は中心に孔が設けられており、弁体６０の外側に設けられたねじ部６０ａで、弁体６０にねじ込み固定されている。キャップ６１の外側には引っ張りコイルバネ６９が固着されており、引っ張りコイルバネ６９の他端には、ポペット６２が固着されている。従って、ポペット６２は引っ張りコイルバネ６９により常にキャップ６１に引き寄せられている。プラグ６３は中心及び円周方向に複数個の貫通孔が設けられており、外周部に形成されたネジ部と弁体６０の内側ねじ部６０ｂで、弁体６０にねじ込み固定されている。プラグ６３の先端には圧縮コイルバネ６８が固着されており、圧縮コイルバネ６８の他端はディスク６４に固着されている。従って、ディスク６４は圧縮コイルバネ６８により常に一定の力で弁体６０に押し付けられている。弁体６０とディスク６４はゴムＯリング６５により気密にシールされており、弁体６０とキャップ６１は、ゴムＯリング６６により気密にシールされており、キャップ６１とポペット６２は、ゴムＯリング６７により気密にシールされている。
【０００４】
液体ヘリウム貯槽１の破損等により、液体ヘリウムが真空層５内に洩れた場合、真空層５の真空が著しく悪くなり、正圧設定圧力（例えば約０．３５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）以上になると、ディスク６４は圧縮コイルバネ６８の力に抗した方向に移動し、開放状態となる。するとガス化した液体ヘリウムは、ディスク６４と弁体６０の隙間から弁体６０内部の空間Ａ内に侵入し、更にプラグ６３の中心及び円周方向に設けられた複数個の貫通孔を経て、空間Ｂ内に侵入する。ヘリウムガスは更にキャップ６１の中心孔より空間Ｃに侵入する。そして、ポペット６２を引っ張りコイルバネ６９の力に抗した方向に移動させて開放状態とし、ポペット６２とキャップ６１の隙間から外部へ排出される。このようにして、真空層内に洩れた液体ヘリウムはガス状態となってシールオフバルブから外気へ噴出し、外層容器の破損を防ぐ安全弁の役目をする。
【０００５】
真空排気を行う場合は、図８に示すように、キャップ６１とポペット６２を弁体６０から取り外し、専用オペレータ７０を弁体６０に取付け、ディスク６４を圧縮コイルバネ６８に抗して弁体から引き上げ、専用オペレータ７０を介して真空排気を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の極低温冷却装置は、上記のように構成されているため、真空断熱外槽に設けられた真空排気弁のゴムＯリングを介して、外気に含まれた僅かなヘリウムガスが透過により真空層内部へ侵入してくる。その結果、真空層の真空度が悪くなり、液体ヘリウムの蒸発量が著しく多くなるため度々真空排気を行わなければならず、また付属冷凍装置の容量を大きくする等の対策が必要となり、所要電力も多くなる等の欠点があった。
【０００７】
故に、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、真空層の真空度の劣化を皆無にし、超高真空を長時間安定して維持すると共に、所要電力の少ない極低温冷却装置を提供することを、その技術的課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために請求項１の発明において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、超電導磁石を収納した冷媒貯槽と、前記冷媒貯槽を覆う輻射熱シールド板と、前記冷媒貯槽と前記輻射熱シールド板とを収納した超電導磁石用真空断熱外槽とを有する超電導磁石装置と、
冷凍機と、前記冷凍機の低温部を真空断熱する冷凍機用真空断熱外槽と、ジュールトムソン回路とを有する極低温装置と、
からなる極低温冷却装置において、前記超電導磁石用真空断熱外槽あるいは前記冷凍機用真空断熱外槽の少なくとも一方に設けられた真空排気弁と、前記真空排気弁の外側に前記真空排気弁を気密に密閉する外殻体を設け、前記外殻体の一部を破裂手段で構成したことを特徴とする、極低温冷却装置としたことである。
【０００９】
上記技術的課題を解決するために請求項２の発明において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記外殻体と前記超伝導磁石用真空断熱外槽あるいは冷凍機用真空断熱外槽とを金属シール部材によりシールしたことを特徴とする、請求項１記載の極低温冷却装置としたことである。
【００１０】
上記技術的課題を解決するために請求項３の発明において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、前記金属シール部材として、インジウムを使用したことを特徴とする、請求項２記載の極低温冷却装置としたことである。
【００１１】
上記技術的課題を解決するために請求項４の発明において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、前記金属シール部材として、金属Ｏリングを使用したことを特徴とする、請求項２記載の極低温冷却装置としたことである。
【００１２】
上記技術的課題を解決するために請求項５の発明において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、前記破裂板の外側に、金属または非金属の防護部材を設け、前記防護部材は、気体を透過する性質をもつことを特徴とする、請求項１記載の極低温冷却装置としたことである。
【００１３】
【作用】
上記第１の技術的手段によれば、真空排気弁を外側から覆う外殻体を設け、外殻体と真空断熱槽とを気密に接続した。また外殻体の一部に破裂手段を設けた。
【００１４】
外殻体と真空断熱槽とが気密に接続されているために、外気からのヘリウムガスが透過して真空層内部に侵入することはない。また外殻体の一部に破裂手段を設けたことにより、液体ヘリウム貯槽の破損等によりヘリウムガスが真空排気弁から洩れた場合、内部圧力によって破裂手段が破裂し、ヘリウムガスが外部に放出される。このようにして、安全弁としての機能をも有する。
【００１５】
上記第２の技術的手段によれば、外殻体と真空断熱外槽とを金属シール部材によりシールした。これにより、従来のゴムＯリングによるシールに比べて外気と真空断熱外槽との気密性が向上し、真空層の真空度劣化を皆無にすることができる。
【００１６】
上記第３の技術的手段によれば、第２の技術的手段における金属シール部材として、インジウムを使用した。インジウムは、ヘリウムガスを全く透すことなく、またシール部材に適した物理的性質を有する。これにより、従来のシール方法に比べて外気と真空断熱外槽との気密性が向上し、真空層の真空度劣化を皆無にすることができる。
【００１７】
上記第４の技術的手段によれば、第２の技術的手段における金属シール部材として、金属Ｏリングを使用した。これにより、従来のＯリングによるシールに比べて外気と真空断熱外槽との気密性が向上し、真空層の真空度劣化を皆無にすることができる。
【００１８】
上記第５の技術的手段によれば、外殻体の一部に設けられた破裂板の外側に、金属または非金属の防護部材を設けた。またこの防護部材は、気体を透過させる性質を持つものとした。これにより、外殻体の外部からの衝撃により、破裂板が破壊され、気密シールの機能を失うことを防止する。また防護部材は気体透過性であるため、破裂板が正常に破裂した場合、外殻体内のヘリウムガスはこの防護部材を介して外部に放出されるために、安全弁としての機能を損なうことはない。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る極低温冷却装置の全体概略図であり、図２は本発明の第１実施例における真空排気弁及び外殻体の部分断面図、図４は本発明の第２実施例における真空排気弁及び外殻体の部分断面図、図５は本発明の第３実施例における真空排気弁及び外殻体の
部分断面図であるが、図６、図７、図８に示した従来例のものと同一部分に対しては、同一符号を記す。
【００２１】
図１において、２７は極低温装置、１８は冷凍機用真空断熱外槽、１９は冷凍機側真空層、２０は冷凍機側真空排気部、２１は冷凍機、２１ａは冷凍機２１の低温部、２２は冷凍機圧縮部、２３は冷凍機駆動部、２４はジュールトムソン回路用圧縮機である。ヘリウムガスは、冷凍機用真空断熱外槽１８内の冷凍機低温部２１ａ及び熱交換器で逐次冷却され、ジュールトムソン膨張弁により液化される。超伝導磁石装置２６は、被冷却体である超電導磁石３、超電導磁石３を浸漬している液体ヘリウム２、液体ヘリウム２を封入している液体ヘリウム貯槽１、液体ヘリウム貯槽１を覆うように設けられ外部からの輻射熱を遮蔽する輻射熱シールド板７、輻射熱シールド板７を覆うように設けられた超電導磁石用真空断熱外槽４から構成される。また超伝導磁石用真空断熱外槽４には、真空排気部２５が設けられている。
【００２２】
真空排気部２０及び２５の具体的構成を、真空排気部２５を例にとって図２、図４、図５に示す。図２は、本発明における第１実施例が示されている。図２において、真空排気弁６は超伝導磁石用真空断熱外槽４に気密溶接されている。真空排気弁６の外側には、外殻体１３が設けられている。外殻体１３は、本体部１４、破裂板支持部１５、破裂手段８から構成されており、本体部１４は、ボルト１２により超伝導磁石用真空断熱外槽４に固定されている。また本体部１４と破裂板支持部１５は、気密溶接されている。破裂手段８は、破裂部材９と破裂板破壊歯１０とで構成されており、破裂板支持部１５と破裂部材９、破裂部材９と破裂板破壊歯１０はそれぞれ気密溶接されている。また外気に含まれたヘリウムガスがボルト１２と外殻体の本体部１４との隙間を伝わって真空排気弁６内のＯリングを透過して真空槽５内に流入するのを防止するため、インジウム１１が、外殻体１３と超伝導磁石用真空断熱外槽４との間に設けられ、金属シールの役割を果たしている。
【００２３】
図３は、図２における真空排気部のＤ方向矢視図である。破裂板破壊歯１０は破裂部材９の外周の一部に設けられており、破裂部材９が破裂板破壊歯１０に接触して破裂することにより、外殻体１３と外気とが連通するように構成されている。
【００２４】
このように構成された極低温冷却装置において、通常状態においては外殻体１３はインジウム１１により超伝導磁石用真空断熱外槽４と金属シールされ、またその他の接続部は気密溶接されているため、外気から外殻体１３を経て真空層内にヘリウムガスが侵入することはない。また真空排気を行う場合は、ボルト１２を外して外殻体１３を取り外し、さらに真空排気弁６の図示せぬキャップとポペットを外し、専用オペレーターにより真空排気をすることができる。また液体ヘリウム層の破損等により液体ヘリウムが真空層内に洩れた場合、真空層の真空度が著しく悪くなり、正圧設定圧力の約０．３５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ（０．０３４ＭＰａ）以上になると、真空層内に洩れた液体ヘリウムはガス状態となって真空排気弁６から外殻体１３の内側に噴出する。すると、外殻体内部の圧力が上昇し、破裂部材９は内部圧力により、破裂板破壊歯１０の方へ膨張する。更に圧力が上昇し、０．５ｋｇ／ｃｍ2 （０．０４９ＭＰａ）以上になると破裂部材９が破裂板破壊歯１０に接触し、破裂部材９は破壊し、ヘリウムガスは外気に噴出する。このようにして、外槽の破損を防ぐ。
【００２５】
図４は、本発明の第２実施例を示す真空排気部２５の断面図である。図４において１１ａは、金属Ｏリングである。
【００２６】
上記のように構成された極低温冷凍装置において、金属Ｏリングは前述のインジウムと同様の働きをする。
【００２７】
図５は、本発明の第３実施例を示す真空排気部の２５断面図である。図５において、１６は破裂板外側支持部材、１７は破裂板外側支持部材１６に固定された金属または非金属の防護部材である。破裂板外側支持部材１６は、破裂板破壊歯１０に溶接されている。また防護部材１７は、例えば金属メッシュや焼結金属のような、気体を通し、大きな固体は通さないようなものである。
【００２８】
このように構成された真空排気部において、防護部材１７は外部からの接触力または飛石等により破裂手段８が破壊されるのを防止する。また気体を透過させるため、外殻体１３の内部からの圧力上昇に対しては、破裂手段８は破壊し、内部のヘリウムガスは防護部材１７を経て外部に噴出する。このため、安全弁としての機能も損なうことはない。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、以下の如く効果を有する。
【００３０】
外部からのヘリウムガスが透過して真空層内部に侵入することを防止するため、真空排気弁の外側を覆う外殻体を設け、外殻体と真空断熱外槽とを気密に接続した。また、外殻体の一部に破裂手段を設けた。このように構成することにより、安全弁としての機能を損なうことなく、かつ外部からのヘリウムガスの侵入を防止できるため、真空層の真空度劣化を皆無にし、超高真空を長時間安定して維持することができる。また、付属冷凍機の容量を大きくする等の対策も必要とせず、所要電力の少ない極低温冷却装置を提供することができる。
【００３１】
請求項２の発明は、以下の如く効果を有する。
【００３２】
外殻体と真空断熱外槽とを、金属シール部材によりシールした。これにより、ゴムＯリングによるシールよりも気密にシールすることができ、真空層の真空度劣化をさらになくすことができる。
【００３３】
請求項３の発明は、以下の如く効果を有する。
【００３４】
外殻体と真空断熱外槽とをシールする金属シール部材として、インジウムを使用した。インジウムはシール性が非常に優れた材料であり、これを使用することにより、更に一層真空層の真空度劣化を皆無にすることができる。
【００３５】
請求項４の発明は、以下の如く効果を有する。
【００３６】
外殻体と真空断熱外槽とを、金属Ｏリングによりシールした。これにより、ゴムＯリングによるシールよりも気密にシールすることができ、真空層の真空度劣化をさらになくすことができる。
【００３７】
請求項５の発明は、以下の如く効果を有する。
【００３８】
外殻体の一部に設けられた破裂手段の外側に、金属または非金属の防護部材を設けた。またこの防護部材は、気体を透過させる性質を持つものとした。これにより、外殻体の外部からの衝撃によって破裂手段が破壊され、安全弁としての機能を失うことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る極低温冷却装置の全体概略図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る極低温冷却装置の真空排気部の部分断面図である。
【図３】図２におけるＤ方向矢視図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る極低温冷却装置の真空排気部の部分断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る極低温冷却装置の真空排気部の部分断面図である。
【図６】従来技術に係る超伝導磁石装置の概略図である。
【図７】従来技術に係る極低温冷却装置の真空排気弁の断面図である。
【図８】従来技術に係る極低温冷却装置の真空排気弁の真空排気時の状態を表す断面図である。
【符号の説明】
１    液体ヘリウム貯槽（冷媒貯槽）
２    液体ヘリウム
３    超電導磁石
４    超伝導磁石用真空断熱外槽
５    真空層
６    真空排気弁
７    輻射熱シールド板
８    破裂手段
９    破裂部材
１０    破裂板破壊歯
１１    インジウムシール部材
１１ａ  金属Ｏリング
１２    ボルト
１３    外殻体
１４    本体部
１５    破裂板支持部
１６    破裂板外側支持部
１７    防護部材
１８    冷凍機用真空断熱外槽
１９    冷凍機側真空層
２０    冷凍機側真空排気部
２１    冷凍機
２１ａ  冷凍機低温部
２２    冷凍機圧縮部
２３    冷凍機駆動部
２４    ジュールトムソン回路用圧縮機
２５    真空排気部
２６    超伝導磁石装置
２７    極低温装置
【図１】
0003674967.tif 000002
【図２】
0003674967.tif 000003
【図３】
0003674967.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003674967.tif 000007
【図７】
0003674967.tif 000008
【図８】
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