(57)【要約】      （修正有）【課題】真空断熱低温容器であるトランスファーチューブにおける断熱支持スペーサの断熱性が優れ、熱ロスを低減できる真空断熱低温容器における断熱支持スペーサを提供すること。【解決手段】ブレード４v、4b付き真空配管４v内部の真空空間内に、プラスチック製の海綿状体３９の内周部と外周部に熱伝導率が小さな例えばステンレス製やエポキシ樹脂等のプラスチック製の保護リング４０、４１を設け、保護リング４０と海綿状体３９の接触曲面および保護リング４０と海綿状体３９の接触曲面を接着剤等で一体化し、保護リング４０内部に冷却冷媒を移送する金属ベロー管の往路管４fおよびブレード４bを保持するものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも単数の低温の被保持体を真空配管の内に内蔵し、断熱性機能を有する真空断熱低温機器であって、前記被保持体と真空部材の間の真空空間の間隙に配置され、前記被保持体と前記真空配管の相互の位置関係を保持するスペーサを有し、前記スペーサの少なくとも一部は、前記真空空間内において内部に残留ガスを有しない海綿状体で構成されていることを特徴とする真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項２】
前記スペーサが、前記海綿状体の少なくとも内周部および外周部に、前記海綿状体よりも密度の高いリング体を具備して構成されていることを特徴とする請求項１記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項３】
前記スペーサの外周部と内周部の間に前記海綿状体の輻射率よりも小さい輝面筒体を1個もしくは同心状に複数個具備して構成されていることを特徴とする請求項１および請求項２記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項４】
前記スペーサの少なくとも外周部と内周部のいずれかの形状が、多角形の形状で構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２および請求項３記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項５】
前記海綿状体と前記リング体の接触曲面部が一体化されていないことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３および請求項４記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項６】
前記スペーサの側面に前記海綿状体の輻射率よりも小さい輝面筒体を、少なくとも片側面側に具備して構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４および請求項５記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項７】
前記被保持体を挟み込んで装着できるように前記スペーサを分割し、分割された海綿状体を保持する分割された内周および外周に配置するリング体を合体後に締結手段で一体化して構成されていることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４、請求項５および請求項６記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項８】
前記真空部材の内の真空空間内に、温度が異なる被保持体を内蔵し、前記スペーサで前記複数の被保持体を同一スペーサ内周部に保持して構成されていることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６および請求項７記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項９】
前記真空断熱低温機器が冷却冷媒を断熱的に移送するトランスファーチューブであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７および請求項８記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【請求項１０】
前記海綿状体が微細通気空洞を有するガス吸着材であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８および請求項９記載の真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱低温機器における断熱支持スペーサに係り、例えばトランスファーチューブ内で被保持体である低温流体流路管を、高温の保持部材から断熱的に保持する等に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
液体窒素、液体ネオンや液体ヘリウム等の液化ガス温度で超電導を生じるＭＥＧ（脳磁計）や、ＮＭＲ（超電導核磁気共鳴装置）、ＭＲＩ（磁気共鳴画像法）装置、超電導磁石や超電導ケーブル等の超電導装置では、それぞれの被冷却体を冷却温度に冷却保持する必要があり、冷却冷媒である液化ガスの貯蔵容器や、冷凍機の寒冷を冷却冷媒である例えばヘリウムガスを循環して移送する冷却装置と超電導装置とを連結する、真空断熱低温機器の一種である冷却冷媒移送用断熱移送管のトランスファーチューブが必要である。
【０００３】
低温断熱容器の一つであるトランスファーチューブは、主に室温の真空容器外管と、低温流体が流動する低温の単数もしくは複数の内管との両管を接触させないように、真空空間で伝導伝熱を防止し断熱的におよび物理的に保持するスペーサおよび内管の外周に巻付けて輻射熱の侵入を防止する積層断熱材とで構成され、断熱性能を維持している。
【０００４】
従来のトランスファーチューブで用いられ、トランスファーチューブ内の低温の流体流路の内管をより高温の支持部材から保持する断熱保持材のスペーサの構造が、特開２００８−８４８２（特許文献１）に開示されている。
【０００５】
トランスファーチューブの断熱性能を上げることにより、被冷却体をより低温に冷却することで、超電導体の機能を向上でき、超電導装置の測定機能の向上や走査型電子顕微鏡機器の画像の画質等を向上できる。また、トランスファーチューブの断熱性能を上げることにより、移送する液化ガスの蒸発量を低減し、液化ガスの移送効率を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許公報第０４５１２６４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、スペーサを構成する保持体が中実部材で構成されており、高温側から低温側の内管側に伝導伝熱で侵入する熱ロスが大きくなるために断熱性能が低下し、内管を流動する低温流体の寒冷量が減少して被冷却体の冷却温度が上昇し、超電導装置内の超電導体の超電導機能が低下する問題があった。
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、断熱性に優れ、熱ロスを低減できる真空断熱低温機器内に配置される断熱支持スペーサ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】
【０００９】
前記目的を達成するための、本発明の真空断熱低温機器で使用される断熱支持スペーサの構成は、断熱材の一部を海綿状の海綿状体で構成したことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の断熱支持スペーサの構成は、断熱材をプラスチック製の円筒状の海綿状体で構成したことを特徴とする。
【００１１】
本スペーサ構造によれば、海綿状体の外周部の高温部から、内周部の低温部への伝導伝熱量は、海綿状体を構成する発泡体状の殻構造における殻構成部材の内部の伝導伝熱量の合計であり、殻構成であるため伝導伝熱方向に直角な実質肉厚は、中実円筒体の場合に比べ数十分の一程度に小さく、さらに伝導伝熱方向の伝熱距離も殻構成部材に沿った長さであり、中実円筒体の場合に比べ数倍以上長くなる。
【００１２】
スペーサの伝導伝熱量Qc（W）は、次式で示される。
Qc=λSΔT/L      ・・・・・・・（１）
ここで、λは伝熱部材の熱伝導率（W/（m・K））、Sは伝導伝熱方向と直角方向の伝熱部材の断面積（m２）、Lは伝熱部材の伝導伝熱方向の長さ（m）、ΔTは伝熱部材両端部の温度差（K）である。
【００１３】
したがって、伝導伝熱量Qcを小さくしスペーサの断熱性能を向上させるためには、ΔTを小さくできない場合、Sを小さくするか、Lを長くすることが必要であり、本スペーサ構造によればSを小さくし、Lを長くすることができるので、伝導伝熱量Qcを小さくしたスペーサが提供可能となる。
【００１４】
また、前記目的を達成するための、請求項２に記載の断熱支持スペーサの構成は、前記円筒状の海綿状体の外周部および内周部に熱伝導率の小さな例えばステンレス鋼やプラスチック製のリングを具備し、両リングと海綿状体の接触部を接着剤等で一体化したことを特徴とする。
【００１５】
本スペーサの構造によれば、内管の重量等のスペーサに作用する荷重が増加する場合、その荷重が内管の接触面で集中的に直接強度が弱い海綿状体に作用せず、内周リングで一旦受け、その荷重を内周リングと接合されたリング外周の海綿状体全面で受けるため、海綿状体の破壊を防止でき内管の位置を保持でき前記Lの長さを維持できるので、伝導伝熱量Qcを小さくしたスペーサが提供可能となる。外周に具備したリングの効果も同様である。
【００１６】
また、前記目的を達成するための、請求項３に記載の断熱支持スペーサの構成は、前記海綿状体の外周部および内周部の間に輻射率の小さい例えば純アルミニュウム製の金属のリングや、アルミニュウムや金を蒸着した例えばポリエステルやポリイミド製のフィルムを貼付した金属もしくは非金属製の筒体を同心状に1個もしくは複数個具備し、前記リングもしくは筒体と海綿状体の接触部を接着剤等で一体化したことを特徴とする。
【００１７】
本スペーサの構造によれば、海綿体内の空洞空間部内を輻射熱で侵入する熱侵入量を低減させるために、輻射熱の侵入経路空間に輻射率の小さな筒体を配置することで輻射熱の侵入を防止できる。これにより、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。
【００１８】
また、前記目的を達成するための、請求項４に記載の断熱支持スペーサの構成は、スペーサ形状を海綿状多角筒体としたことを特徴とする。
【００１９】
本スペーサの構造によれば、外管との接触点面積が海綿状体の場合に比べ小さくなり、かつ接触点から内管までの伝導距離も長くなるので、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。
【００２０】
また、前記目的を達成するための、請求項５に記載の断熱支持スペーサの構成は、海綿状体と外周、内周リングとの接触面を一体化せずに組合せたことを特徴とする。
【００２１】
本スペーサの構造によれば、内管の重量等の荷重を少ない接触面で保持することができるので、熱が移動する箇所の接触面積がさらに小さくなり、かつ外管との接触点から内管までの伝導伝熱距離も長くなるので、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。
【００２２】
また、前記目的を達成するための、請求項６に記載の断熱支持スペーサの構成は、海綿状体の側面にアルミニュウムや金を蒸着した例えばポリイミド製のフィルムを輻射熱侵入側にアルミニュウムや金を蒸着した面が対向するように配置した構造としたことを特徴とする。
【００２３】
本スペーサの構造によれば、海綿筒体の側面に侵入する輻射熱量を低減できるので、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。
【００２４】
また、前記目的を達成するための、請求項７に記載の断熱支持スペーサの構成は、スペーサ形状を径方向に半割着脱可能構造としたことを特徴とする。
【００２５】
本スペーサの構造によれば、スペーサ設置外に積層断熱材を巻付施工した後からも積層断熱材を損傷することなくスペーサの施工が可能となるので、積層断熱材の輻射率を小さいままに保持でき、輻射熱による熱侵入を防止した熱ロスの小さいスペーサの提供が可能となる。
【００２６】
また、前記目的を達成するための、請求項８に記載の断熱支持スペーサの構成は、複数の内管を断熱保持可能な構造としたことを特徴とする。
【００２７】
本スペーサの構造によれば、1本の外管内に往復路を構成する２流路の内管の施工が可能となるので、往復両流路のトータルの熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。
【００２８】
また、前記目的を達成するための、請求項９に記載の断熱支持スペーサの構成は、真空断熱低温機器がトランスファーチューブである場合に限定したもので、被保持体を冷却冷媒移送配管で構成したことを特徴とする。
【００２９】
トランスファーチューブ内に設置された本スペーサの構造によれば、冷却冷媒移送配管内を流動する流体の振動や、冷媒を冷却するための冷凍機の機械振動が生じる場合、振動を海綿状体が有する弾性機能で吸収し、冷却冷媒移送配管外に巻きつけた積層断熱材がスペーサとの摩擦で破損することを防止できるので、積層断熱材の輻射率を小さいままに保持でき、輻射熱による熱侵入を防止した熱ロスの小さいスペーサの提供が可能となる。
【００３０】
また、前記目的を達成するための、請求項１０に記載の断熱支持スペーサの構成は、活性炭粒子の積層接着体で構成したことを特徴とする。
【００３１】
本スペーサの構造によれば、積層接着体の低温部でスペーサを配置した真空空間の残留ガスを活性炭で吸着できるので、さらに真空圧力が低下し真空断熱性能が向上し、さらに熱ロスの小さいスペーサが提供可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、熱ロスを小さくして断熱性能に優れた真空断熱低温機器のトランスファーチューブ内に配置するに好適な断熱支持スペーサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例の真空断熱低温機器である低温流体用トランスファーチューブを用いた低温冷却装置を示す構成図である。
【図２】トランスファーチューブにおける断熱支持スペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図である。
【図３】図２中のX-X矢視の断熱支持スペーサ配置部のトランスファーチューブの長尺方向断面図である。
【図４】本発明の第２実施例のスペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図である。
【図５】本発明の第３実施例のスペーサ配置部のトランスファーチューブの長手方向断面図である。
【図６】本発明の第４実施例のスペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図である。
【図７】本発明の第５実施例のスペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図である。
【図８】本発明の第６実施例のスペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図である。
【図９】本発明の第７実施例のスペーサ配置部のトランスファーチューブの長手方向断面図である。
【図１０】本発明の第７実施例の図９中のY-Y矢視のスペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図である。
【図１１】本発明の第８実施例のスペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図である。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００３５】
[実施例１]
【００３６】
本発明の第１実施例の真空断熱低温機器である低温流体用のトランスファーチューブを用いた低温冷却装置について、図１、図２、図３を参照しながら、さらに具体的に説明する。図１は本発明の第１実施例のトランスファーチューブを用いた低温冷却装置を示す構成図、図２は真空断熱低温機器における断熱支持スペーサ配置部のトランスファーチューブの断面図、図３は図２中のX-X矢視の断熱支持スペーサ配置部のトランスファーチューブの長手方向断面図である。また、図中矢印は、冷媒の流動方向を示す。
【００３７】
本実施例の真空断熱低温機器であるトランスファーチューブおよび冷却装置は、超電導磁石の一種である超電導バルク磁石１の冷却装置として用いられるものである。往復路用のトランスファーチューブは、従来技術の問題点の解決を図りつつ、装置の性能向上を図ったものであり、第１真空断熱容器である細身の断熱真空容器２内に磁場発生手段となる高温超伝導バルク体３を内蔵し、これを低温に冷却する冷媒を移送するため、前記直径が小さくて、曲げ半径が小さく曲げ易い真空ベロー管で構成した真空配管４v、５v内に、金属ベロー管で構成した被保持体である低温冷媒の往復路管４f，５fをそれぞれ内蔵した可撓性のあるトランスファーチューブ６g、6hを有するもので、細長い空間へ超電導磁石を挿入し、脱離する等の移動操作性を有している。
【００３８】
さらに、本実施例のトランスファーチューブおよび冷却装置は、移送する冷媒の温度を４０Ｋ以下の低温にし、被冷却体として例えばイットリウムーバリウムー銅―酸素系の高温超電導バルク体３の冷却温度を７７Ｋ以下（換言すれば、被冷却体の超伝導温度以下）にして、着磁用外部磁石７の磁場により、磁束密度の捕捉性能を向上させるようにしている。
【００３９】
超電導バルク体３とその冷却ステージ８を細身の真空容器２内へ設置でき、冷媒を移送するトランスファーチューブを曲げ易い可撓性を有するものにすることで超電導バルク磁石１を細長い空洞内に設置できる。真空容器２内は、真空排気弁３０を通じ外部の真空ポンプ１００を使用して真空排気される。
【００４０】
高温超電導バルク体３を備えた超電導バルク磁石１において、超電導バルク体３は断熱のために大気と真空隔離した細身の真空容器２に配置され、熱伝導率が小さいステンレス製のスリーブ９の先端に気密性を有し冶金的に一体化した、熱伝導率が大きい銅製の冷却ステージ８上に、例えばアルミニウム合金製保護リング１０とともに熱的、機械的に一体化されている。
【００４１】
第２の真空容器１１を有する冷却装置９９は、螺管式熱交換器１２を有する冷凍機の冷却ステージ１３を有するヘリウム低温冷凍機１４を備えている。冷却装置９９は、さらに、冷媒の循環手段である圧縮機１５、向流式熱交換器１６を備える。向流式熱交換器１６では、移送往復路直管４s，５s内を流動する冷媒、例えばヘリウムガスの循環冷媒間で熱交換する。
【００４２】
圧縮機１５で加圧された、圧力約１MPaのヘリウムガスの高圧循環冷媒は、常温３００Ｋで冷却装置９９に流入し、向流式熱交換器１６の往路で向流式熱交換器１６の復路内の低温の循環冷媒と熱交換して温度約５０Ｋとなり、次に冷凍機の寒冷発生部である冷却ステージ１３で冷却された螺管式熱交換器１２で熱交換し、温度約３５Ｋとなる。往路直管４sから金属ベロー管の往路管４fに流入した低温高圧循環冷媒は、トランスファーチューブ６gの出口から超電導バルク磁石１に流入し、スリーブ９を有するバイオネット継手を構成する循環冷媒供給直管１７に流入し、先端出口１８からスリーブ９先端の冷却ステージ８底面に吹きつけられ、冷却ステージ８を温度約４０Ｋに冷却し、超電導バルク体を約４０Ｋに冷却する。
【００４３】
ここで、循環冷媒による寒冷輸送性能は、循環冷媒の比熱を大きくすることにより、少ない流量の循環冷媒で大きな寒冷量を輸送できるので有利であり、循環冷媒がヘリウムガスである場合は、圧力を高めて冷媒の比熱を高めることが有効である。
【００４４】
冷却後の加温された高圧循環冷媒は、循環冷媒供給直管１７の外周部に真空空間１９aを確保する底付き円筒状隔壁２０の先端部２０aの外周部に取り付けたプラスチック製の筒状の支持体２１とスリーブ９の内壁との隙間２２を流動しながらスリーブ９を冷却してスリーブ９の常温フランジ２３部から低温部に熱伝導で侵入する熱侵入や、常温の真空容器２の内壁からスリーブ９に輻射熱で侵入する熱侵入で加温されるスリーブ９を冷却しながら流動し、通気孔２４から循環冷媒回収管２５に流入し、バイオネット継手の出口でトランスファーチューブ６hの金属ベロー管の復路管５fに流入し、冷却装置９９に回収される。
【００４５】
循環冷媒回収管２５の外周部は真空層１９bを隔壁２６で構成し、隔壁２６の長手方向長さを長くとることにより、バイオネットの常温フランジ２７から低温の循環冷媒回収管に熱伝導により侵入する侵入熱を低減している。
【００４６】
次に循環冷媒は、冷却装置９９内の向流式熱交換器１６の復路に流入し、向流式熱交換器１６内の往路の循環冷媒を冷却して向流式熱交換器１６を出て常温となり、流量調整弁２９を介して圧縮機１５に流入し、再度加圧されて常温の高圧循環冷媒となり、冷却装置９９内を循環する。
【００４７】
図２のトランスファーチューブ６g（トランスファーチューブ６hも同様な構造）の横断面図と、図２中のX-X矢視の断面図である図３のトランスファーチューブ６gの長手方向断面図に示すように、往路管４f（復路管５fも同様）は例えばステンレス製の金属ベロー管で構成され、それぞれの外周部は細いステンレス線を円筒状に編み込んだ金属製のブレード４b（ブレード５bも同様）で覆われており、ブレード４bの端部は、往路管４fの端部で冶金的に固定（図２、図３中に図示せず）されており、往路管４f内を流動する高圧の循環冷媒の圧力で往路管４fを構成する低温の金属ベロー管が、真空配管４v（トランスファーチューブ６hでは真空配管５v）内の真空空間１９内で伸びて、常温の真空配管４vの内壁に強く接触し、大きな熱侵入が生じ循環冷媒の温度が上昇し、被冷却体が所定の温度に冷却できなくなることを、ブレード４bが防止する。
【００４８】
図１の往路管４f、復路管５fとブレード４b、５b（図１中には図示せず）のそれぞれ間の空間の排気はブレード４b、５b網目の隙間から行われ、排気抵抗は大きいが、時間をかければ真空排気され、真空断熱の機能を生じる。
【００４９】
ブレード４b、５bの外周部は、輻射熱を防止するため複層数の積層断熱材４c、５c（図１中には図示せず）が巻き付けられている。
【００５０】
真空配管４v、５vの外周にも細いステンレス線を編み込んだブレード４vb、５vb（図１中には図示せず）が設けられ、その両端部はそれぞれの真空配管４v、５vの両端部と冶金的に一体化（図示せず）され、真空配管４v、５vの内部を真空排気した際に縮もうとするベロー管の収縮をブレード４vb、５vbで防止している。
【００５１】
冷凍機１４の低温部は真空容器１１に気密的に固定され、冷凍機内を循環するヘリウムガスの作動流体は、圧縮機３２から供給され、高圧ヘリウムガスは高圧配管３３で冷凍機１４に供給され、冷凍機内で断熱膨張して寒冷を発生し、膨張後の低圧ヘリウムガスは配管３４で圧縮機に回収され、再度圧縮される。
【００５２】
真空容器２のフランジ３５は、フランジ２３、２７とともにOリング（図示せず）を介して、ボルト（図示せず）等で締結され、それぞれの内部と大気を気密隔離している。フランジ２７は、他の２つのフランジと別に着脱ができるボルトピッチ構成となっており、このフランジは高圧の循環冷媒と大気間を気密隔離している。
【００５３】
また、トランスファーチューブ６g、６hは真空容器１１と大気と気密的に連結されており真空空間１９を共有している。
【００５４】
高温超電導バルク体３の着磁手順を説明する。着磁用外部磁石７は例えばソレノイド超電導磁石で大気空間３７内に数テスラの磁場を励磁し、室温の超電導バルク体を図１中の位置に挿入する。その後、冷却装置９９内および冷却装置内と連通した循環冷媒の往復路用のトランスファーチューブ６g、６hの真空空間１９を外部の真空ポンプ１００により真空配管１０１を通じて十分に真空排気し、断熱機能を確保する。
【００５５】
その後、冷却装置９９で高圧ヘリウムガスの循環冷媒を冷凍機１４で冷却された螺管式熱交換器１２、向流式熱交換器１６で冷却され、トランスファーチューブ６gを移送された低温冷媒で、冷却ステージ８が温度約４０Ｋに冷却され、冷却ステージ８に熱的に一体化された高温超電導バルク体３は超電導臨界温度以下の温度約４０Ｋに冷却され、冷却後の循環冷媒はトランスファーチューブ６hを通り冷却装置９９に回収される。
【００５６】
その後、着磁用外部磁石７の磁場を消磁すると、高温超電導バルク体３内の磁場変化に伴ってバルク体内に誘導電流が生じ、その電流は冷却されている限り電気抵抗がゼロのバルク体内に流れ続き、ほぼ励磁された着磁用外部磁石７の数テスラとほぼ同じ磁場を捕捉し、強力な超電導バルク磁石１となる。その後、着磁用外部磁石７を取り除く。
【００５７】
ここで、図２、図３において、トランスファーチューブ６gの円筒状のスペーサは、材質が例えばポリイミド製のプラスチックの海綿状体３８で構成され、発泡体内に残留ガスを有する気泡部は存在せず全発泡体内で通気性が確保されている。海綿状体３８の内部空洞内に冷却冷媒の被保持体である往路管４fおよびそのブレード４bを貫通させ、重力方向が紙面下方向である場合、その重量を内周面との接点部A点で支持している。海綿状体３８の外周部と真空配管４v内周面の接点部Bで冷却冷媒の往路管４f、ブレード４bおよび海綿状体３８の重量を支持している。海綿状体３８に負荷される重量は、海綿状体３８の配置ピッチで定まる。
【００５８】
海綿状体３８を介して常温の真空配管４vから低温の往路管４fおよびそのブレード４bへの伝導伝熱による熱進入路は主に接点部A点から接点部Bへの直線距離の経路である。
【００５９】
したがって、本実施例におけるトランスファーチューブで使用される断熱支持スペーサによれば、海綿状体３８の外周部の高温部から、内周部の低温部への伝導伝熱量は、海綿状体３８を構成する発泡体状の殻構造における殻構成部材の内部の伝導伝熱量の合計であり、発泡体を構成するポリイミド製の殻の伝導伝熱方向に直角な実質肉厚は非常の薄く、中実円筒体の場合に比べ数十分の一程度に小さく、さらに伝導伝熱方向の伝熱距離も殻構成部材に沿ったくの字状の連続の伝導長さであり、中実円筒体の場合に比べ数倍以上長くなる。これにより、伝導伝熱量Qcは従来技術よりも数十分の一まで小さくしたスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さい真空断熱低温機器であるトランスファーチューブを提供できる効果がある。
【００６０】
[実施例２]
【００６１】
次に、本発明の第２実施例について図４を用いて説明する。図４は本発明のスペーサ配置部のトランスファーチューブ６gの断面図を示す。
【００６２】
この第２実施例のスペーサでは、プラスチック製の海綿状体３９の内周部と外周部に、海綿状体３９の密度よりも大きい密度で、かつ熱伝導率が小さな例えばステンレス製や、エポキシ樹脂等のプラスチック製の保護リング４０、４１を設け、保護リング４０と海綿状体３９の接触曲面および保護リング４０と海綿状体３９の接触曲面を接着剤等で一体化した点が第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００６３】
この第２実施例では、保護リング４０の内周部で、冷却冷媒の往路管４fおよびそのブレード４b、海綿状体３９と保護リング４０，４１と冷却冷媒の往路管４f、ブレード４bの重量を支持している。また、さらに往路管４f、ブレード４bが冷却されることによる熱収縮や、往路管４f内で移送される冷却冷媒の圧力による往路管４fの伸び等が原因で生じる往路管４fの変形をスペーサによって拘束する際に作用する荷重が加算される場合が生じる。
【００６４】
スペーサで支持する荷重は、まず保護リング４０で受け、その荷重を保護リング４０全周に一体化した海綿状体３９全体で受け、次に海綿状体３９と一体化した保護リング４１で受け、最終的に真空配管４vで支持される。
【００６５】
本スペーサの構造によれば、保護リング４０の内周部で支持する荷重を海綿状体３９全体で支えることができるため、荷重による海綿状体３９の変形をさらに小さくできるので往路管４f、ブレード４bが高温側の真空配管４v側に移動して接触することを防止できる。
【００６６】
したがって、本実施例におけるトランスファーチューブで使用される断熱支持スペーサによれば、保護リング４０の内周部に作用する荷重が増加した場合においても、海綿状体３９の変形を低減できるスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さいトランスファーチューブを提供できる効果がある。
【００６７】
[実施例３]
【００６８】
次に、本発明の第３実施例について図５を用いて説明する。図５は本発明のスペーサ配置部のランスファーチューブ６gの長手方向断面図を示す。
【００６９】
この第３実施例のスペーサでは、プラスチック製の海綿状体３９の内周部の熱伝導率が小さな例えばステンレス製やエポキシ樹脂等のプラスチック製の保護リング４２の内周部に雌ねじ４３を設け、それに嵌合する雄ねじ４４を設けた例えばステンレス製の連結リング４５を具備し、前記保護リング４２と海綿状体３９の接触曲面は接着剤等で一体化する。連結リング４５の両端は冷却冷媒の往路管４fの端部で気密、冶金的に一体化された接続リング４６と気密、冶金的に一体化されている。また、冷却冷媒のブレード４bの端部も連結リング４５と気密、冶金的に一体化されている。これらの点が第２実施例と相違するものであり、その他の点については第２実施例と基本的には同一である。
【００７０】
この第３実施例では、保護リング４２の内周部と連結リング４５は、真空空間１９内において雌ねじ４３と雄ねじ４４との接触部で断熱的に固定支持されるが、雌ねじ４３と雄ねじ４４どの接触箇所はねじ面での線的接触で接触面積は狭く、接触面での熱移動量はさらに小さくなり熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さいトランスファーチューブを提供できる効果がある。また、ねじ固定によりスペーサと往路管４fの相対位置を安定的に確保でき、往路管４f、ブレード４bが高温側の真空配管４v側に移動して接触することを防止できる効果がある。
【００７１】
[実施例４]
【００７２】
次に、本発明の第４実施例について図６を用いて説明する。図６は本発明のスペーサ配置部のトランスファーチューブ６gの断面図を示す。
【００７３】
この第４実施例のスペーサでは、プラスチック製の海綿状体３９の内部の円周方向に、輻射率が小さな例えばアルミニュウム製の輝面円筒体や輻射率が小さい例えばアルミニュウムや金を蒸着した例えばポリエステルフィルムやポリイミドフィルムを表裏面に接着したステンレス鋼製やエポキシ樹脂等のプラスチック製の輝面円筒体４７を挿入配置した点が第２実施例と相違するものであり、その他の点については第２実施例と基本的には同一である。輝面円筒体４７と海綿状体３９は少なくとも挿入側面端部において、接着剤等で一体化されている。
【００７４】
この第４実施例では、海綿状体３９内の空洞空間部内を侵入する輻射熱を、挿入した輝面円筒体４７で反射させ、より低温側に侵入することを防止できるため、熱侵入量を低減し、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さいトランスファーチューブを提供できる効果がある。また、本実施例では輝面円筒体４７を単数挿入する場合について説明したが、同心状に多重複数挿入すればさらに熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。
【００７５】
[実施例５]
【００７６】
次に、本発明の第５実施例について図７を用いて説明する。図７は本発明のスペーサ配置部のトランスファーチューブ６gの断面図を示す。
【００７７】
この第５実施例のスペーサでは、プラスチック製の海綿状体３９の外周部に具備した保護リング４８を多角形である五角形の円筒体にした点が第２の実施例と相違するものであり、その他の点については第２実施例と基本的には同一である。
【００７８】
本実施例によるスペーサの構造によれば、保護リング４８と真空配管４v内周面の接点部Cから接点部A点への熱進入路となる海綿状体３９内の伝導伝熱距離が、実施例２の場合に比べさらに長くなるので、前記伝熱経路での熱移動量はさらに小さくなり、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さいトランスファーチューブを提供できる効果がある
【００７９】
[実施例６]
【００８０】
次に、本発明の第６実施例について図８を用いて説明する。図は本発明のスペーサ配置部のトランスファーチューブ６gの長手方向断面図を示す。
【００８１】
この第６実施例のスペーサでは、プラスチック製の海綿状体３８の側面側に、輻射率が小さい例えばアルミニュウムや金を片面もしくは両面に蒸着した例えばポリエステルフィルムやポリイミド製の円盤状のプラスチックフィルムの輝面反射膜４９を配置し、海綿状体３８との接触面の少なくとも一部を、接着剤等で固着して支持した点が第１の実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００８２】
本実施例によるスペーサの構造によれば、海綿状体３８側面から侵入する輻射熱を、配置した輝面反射膜４９で反射して熱侵入量を低減し、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さいトランスファーチューブを提供できる効果がある。
【００８３】
[実施例７]
【００８４】
次に、本発明の第７実施例について図９および図１０を用いて説明する。図９は本発明のスペーサ配置部のトランスファーチューブ６gの長手方向断面図を、図１０に図９中のY-Y矢視断面図を示す。ただし、真空ベロー管は図示せず。
【００８５】
この第７実施例のスペーサでは、紙面上下方向に２分割して、往路管４fとブレード４bを挟み込むようにして配置できる構造とした点が、前記実施例のスペーサと相違するものであり、その他の点については第２実施例と基本的には同一である。
【００８６】
紙面上下に2分割されたプラスチック製の海綿状体５０u,５０dは、紙面上下に２分割された例えばステンレス鋼製、アルミニウム製やプラスチック製の内周保護リング５１u,５１dおよび紙面上下に２分割されたステンレス鋼製、アルミニウム製やプラスチック製外周保護リング５２u,５２dの間に挟まれ、スペーサを構成している。海綿状体５０u,５０dの側面側は、図９に示すように内周保護リング５１u,５１d両端部の鍔５３u,５３dおよび外周保護リング５１u,５１d両端部の鍔５４u,５４dで支持され、長手方向に移動することを防止している。
【００８７】
スペーサの組立方法は、まず、輻射熱侵入防止のために輻射率が小さい例えばアルミニュウムや金を片面もしくは両面に蒸着した例えばポリエステルフィルムやポリイミド製のプラスチックフィルムの輝面フィルム５７を、一枚もしくは数枚巻きつけた往路管４fのブレード４bを、挟むように内周保護リング５１u,５１dをセットし、その両端部をステンレス製の細線５５で縛り付けて内周保護リング５１u,５１dを固定する。この際、合わせ目を接着剤や部分溶接で一体化しても良い。その後、海綿状体５０u,５０dを配置し、その外周部に外周保護リング５１u,５１dをセットし、その両端部をステンレス製の細線５６で縛り付けて内周保護リング５１u,５１dを固定する。この際、合わせ目を接着剤や部分溶接で一体化しても良い。また、細線の代わりに、ホースバンドのようにねじ締め付け構造付きのバンドで固定しても良い。また、細線の代わりに、合わせ目においてボルト通し孔（図示せず）のついたタブを上下の保護リングに一体化し、保護リングをボルトで締結しても良い。
【００８８】
本実施例によるスペーサの構造によれば、スペーサを分割して装着できるので、円筒体状のスペーサを挿入する場合に比べ輝面フィルム５７の蒸着膜を傷つけることなく装着できるので、往路管４fのブレード４bへの輻射熱の侵入を防止でき、熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さいトランスファーチューブを提供できる効果がある。
【００８９】
[実施例８]
【００９０】
次に、本発明の第８実施例について図１１を用いて説明する。図１１は本発明のスペーサ配置部のトランスファーチューブ５８の断面図を示す。
【００９１】
この第８実施例のスペーサでは、トランスファーチューブ５８内に往路管４fおよびそのブレード４bと復路管５fおよびそのブレード５bをプラスチック製の海綿状体６０の内周孔６１内で支持し、海綿状体６０を金属ベロー管の真空配管５９vに配置する点が前記実施例のスペーサと相違するものであり、その他の点については第２実施例と基本的には同一である。真空配管５９vの外周部にはブレード５９vbを具備している。
【００９２】
本実施例によるスペーサの構造によれば、往復路管を一つのトランスファーチューブに配置できるので、往路、復路別々にトランスファーチューブを設ける場合よりも、スペーサの配置総数を約半分に減少できるため、トータルの熱ロスを小さくしたスペーサが提供可能となる。したがって、本スペーサ構造を有することで熱ロスが小さいトランスファーチューブを提供できる効果がある。本実施例では内周孔６１は四角形の形状である場合について説明したが、往復路管を包含する三角形や円形とし、トランスファーチューブが曲げられた場合、両流路が内周孔内を拘束なく移動できるようにした場合においても、同様な効果が生じる。
【００９３】
以上の実施例では、本発明のスペーサをトランスファーチューブに適用した例で説明しており、真空断熱低温機器がトランスファーチューブである場合で被保持体が冷却冷媒移送配管である場合、さらに本スペーサの構造によれば、冷却冷媒移送配管内を流動する流体の振動や、冷媒を冷却するための冷凍機の機械振動が生じる場合、振動を海綿状体が有する弾性機能で吸収し、冷却冷媒移送配管外に巻きつけた積層断熱材がスペーサ内周部との摩擦で、蒸着膜等が破損し、輻射率が上昇して輻射熱侵入量が増加することを防止できるので、積層断熱材の輻射率を小さいままに保持し輻射熱による熱侵入を防止した熱ロスの小さい断熱支持スペーサの提供が可能となる。
【００９４】
以上の実施例では、低温冷却装置の被冷却体が超電導磁石を構成する超電導バルク体である場合について説明したが、被冷却体が超電導磁石を構成する超電導コイル巻線体、超電導送電装置を構成し、断熱冷媒トランスファーチューブ中に長尺に渡って配置された超電導線、磁気計測装置のＳＱＵＩＤ素子、コンピュータの電子素子、ＮＭＲ受信・照射用のコイルの真空断熱低温機器であっても同様の作用、効果を生じる。
【００９５】
また、以上の実施例では、冷媒が高圧のヘリウムガスである場合について説明したが、移送する冷媒が低温状態の液体窒素等の液化ガスであっても、断熱支持スペーサを配置した真空断熱低温機器である低温流体用トランスファーチューブにおいて、同様の作用、効果を生じる。
【００９６】
また、以上の実施例では、トランスファーチューブに配置するスペーサについて説明したが、超電導体を内蔵する真空断熱低温機器内で例えば超電導磁石の高温超電導電流リード線やＳＱＵＩＤ素子等を保持する断熱支持材に本発明の断熱支持スペーサを使用しても、熱ロスの小さいスペーサの断熱機能を有した真空断熱低温機器において同様の作用、効果を生じる。
【００９７】
また、以上の実施例では、プラスチック製の海綿状体として、ポリイミド製の発泡体状の殻構造における殻構成部材を使用した場合について説明したが、発泡体状の殻構造の代わりに、ポリイミド等のプラスチック製の３次元の繊維状の網構造や外観がサッカーボール積層体構造で構成した場合であっても、熱ロスの小さい断熱機能を有し、断熱支持スペーサにおいて同様の作用、効果を生じる。
【００９８】
また、以上の実施例では、プラスチック製の海綿状体として、ポリイミド製の発泡体状の殻構造における殻構成部材を使用した場合について説明したが、代わりに活性炭粒子やゼオライト粒子等の微細通気空洞を有するガス吸着材の積層接着体で構成した場合、同様な作用、効果で熱ロスの小さいスペーサを提供でき、さらに前記積層接着体の低温部でスペーサを配置した真空空間の残留ガスを活性炭が吸着し、さらに真空圧力が低下し真空断熱性能が向上し、さらに熱ロスの小さい断熱支持スペーサを提供できる効果を生じる。
【００９９】
以上、本発明になる真空断熱低温機器における断熱支持スペーサによれば、断熱材の一部を海綿状の海綿状体で構成することにより、断熱性に優れ、熱ロスを低減する真空断熱低温機器における断熱支持スペーサを提供できる効果がある。
【符号の説明】
【０１００】
１…超電導バルク磁石、２…断熱真空容器、３…高温超伝導バルク体、４b…ブレード、４f…往路管、４v…真空配管、５b、５f…復路管、５v…真空配管、６g…トランスファーチューブ、６b…ブレード、６h…トランスファーチューブ、７…着磁用外部磁石、８…冷却ステージ、９…スリーブ、１１…真空容器、１２…螺管式熱交換器、１３…冷却ステージ、１４…ヘリウム低温冷凍機、１５…圧縮機、１６…向流式熱交換器、１９…真空空間、３８…スペーサ、３９…海綿状体、４０…保護リング、４１…保護リング、４２…保護リング、４５…連結リング、４６…接続リング、４７…輝面円筒体、４８…保護リング、５０u、５０d…海綿状体、５１u,５１d…内周保護リング、５２u,５２d…外周保護リング、５７…輝面フィルム、５８…トランスファーチューブ雄フランジ、５９v…真空配管、６０…海綿状体、６１…内周孔。
【図１】
2014059022.tif 000003
【図２】
2014059022.tif 000004
【図３】
2014059022.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014059022.tif 000008
【図７】
2014059022.tif 000009
【図８】
2014059022.tif 000010
【図９】
2014059022.tif 000011
【図１０】
2014059022.tif 000012
【図１１】
2014059022.tif 000013