(57)【要約】【課題】断熱冷媒移送管のバイヨネット継手部において、先端の低温接続部の密閉性に優れ、熱ロスを低減できる低温流体用バイヨネット継手を提供すること。【解決手段】低温に冷却される被冷却体を内蔵する第１真空断熱容器と、低温の寒冷を発生する冷却ステージを有する冷凍機と、冷凍機の寒冷で冷媒を冷却する熱交換器を内蔵する第２真空断熱容器の低温冷却装置間を、低温度、高圧の循環冷媒を移送させる冷媒移送用の断熱往復路管に接続した低温流体バイヨネット継手において、着脱挿入先端低温部にコイルばね圧力による密封機能を得る構造を有するようにしたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却体を内蔵する真空容器に取り付けるとともに、前記被冷却体を冷却する低温流体を移送するための低温流体用バイヨネット継手であって、前記冷温流体を大気と気密的に移送可能である、雌側の固定断熱スリーブおよびこのスリーブに対して密着するとともに着脱する雄側の断熱パイプを備え、前記被冷却体は前記固定断熱スリーブの低温部と熱的に接続され、前記固定断熱スリーブを真空容器の取付け孔に取り付けるとともに、前記断熱パイプの低温部に、シール部材を具備し、前記固定断熱スリーブの低温部に、前記シール部材と密着するとともに移動可能なシール台座部材を具備し、前記シール台座部材は、前記移動可能な空間の気密性を維持するベロー管内に配置されるとともに弾性部材で前記シール部材側に押付け力を付与し、前記ベロー管外に前記被冷却体を冷却する前もしくは冷却した後の前記低温流体の圧力が作用できるように形成されていることを特徴とする低温流体用バイヨネット継手。
【請求項２】
被冷却体を内蔵する真空容器に取り付けるとともに、前記被冷却体を冷却する低温流体を移送するための低温流体用バイヨネット継手であって、前記冷温流体を大気と気密的に移送可能である、雌側の固定断熱スリーブおよびこのスリーブに対して密着するとともに着脱する雄側の断熱パイプを備え、前記被冷却は前記固定断熱スリーブの低温部と熱的に接続され、前記固定断熱スリーブを真空容器の取付け孔に取り付けるとともに、前記固定断熱スリーブの低温部に、シール部材を具備し、前記雄側の断熱パイプの低温部に、前記シール部材と密着するとともに移動可能なシール台座部材を具備し、前記シール台座部材は、前記移動可能な空間の気密性を維持するベロー管内に配置されるとともに弾性部材で前記シール部材側に押付け力を付与できるように形成し、前記ベロー管外に前記被冷却体を冷却する前もしくは冷却した後の前記低温流体の圧力が作用できるように形成されていることを特徴とする低温流体用バイヨネット継手。
【請求項３】
前記低温流体用バイヨネット継手内に、前記被冷却体を冷却する低温流体の往復路を具備し、温度が異なる２流路間の少なくとも一部に断熱手段を具備したことを特徴とする請求項１および請求項２記載の低温流体用バイヨネット継手。
【請求項４】
前記真空容器に前記往復路の別々の単流路の低温流体用バイヨネット継手を具備したことを特徴とする請求項１および請求項２記載の低温流体用バイヨネット継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温流体用バイヨネット継手係り、とくに、超電導バルク体等の被冷却体を含む断熱容器と、前記被冷却体を冷却する冷媒を寒冷発生手段で冷却し前記冷媒を循環手段で循環させる冷却源装置とを断熱管で連通し、前記断熱管を着脱可能に接続する接続部において、前記冷媒の良好な密封機能を有することにより前記冷媒の熱ロスを低減できる低温流体用バイヨネット継手に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁性薬剤や磁性細胞を非接触誘導する磁気誘導装置に用いられる、液体ヘリウムや液体窒素等の液化ガスを使用しないで、ヘリウム冷凍機で冷却する冷凍機冷却型超電導コイル磁石や冷凍機冷却型超電導バルク磁石の低温冷却装置では、冷凍機と超電導磁石を同一断熱容器内に内蔵し冷凍機の冷却ステージと被冷却体である超電導巻線コイルや超電導バルク体を銅製やアルミニュウム製の熱伝導体で熱的に一体化する冷凍機直冷型の構成が特許公報第０４５１２６４４号（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
いっぽう、冷凍機の冷凍機駆動モータの漏れ磁場の影響を避けることが必要な超電導磁石や走査型電子顕微鏡機器の低温冷却装置では、冷凍機を内蔵した冷却源と被冷却体を断熱移送管で連結し、移送管内を循環する冷媒で、被冷却体である信号受信用プローブや電子源を低温に、かつ低振動で冷却する構成が特許公報第４２７５６４０号（特許文献２）に開示されている。
【０００４】
両者の場合、被冷却体をより低温に冷却することで、磁石の発生磁場を高めて磁気特性を向上でき、低温冷却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を向上できる。
【０００５】
また、被冷却体を内蔵した断熱容器と前記断熱管先端を着脱可能にするバイヨネット継手の構造が公開特許公報２０００−３２９２６９号（特許文献３）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許公報第０４５１２６４４号
【特許文献２】特許公報第４２７５６４０号
【特許文献３】公開特許公報２０００−３２９２６９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、冷凍機が超電導巻線コイルや超電導バルク体の近傍に一体化されているため冷凍機部のサイズが大きく、目的位置に磁石を近づけて磁気誘導性能を向上させるために、体内等に連通した小径の細長い空洞内に磁場発生の磁石部分を挿入する必要がある際に、挿入できない問題があった。
【０００８】
いっぽう、特許文献２では、断熱移送管と被冷却体を内蔵した断熱容器の接続が容易な着脱構造では無いため、被冷却体の交換等で断熱管を前記断熱容器から外して再装着する必要がある場合、煩雑な作業が必要で、短時間での着脱ができない問題があった。
【０００９】
また、特許文献３で記載の断熱移送管と被冷却体を内蔵した断熱容器の着脱が容易に行えるバイヨネット継手の構造では、挿入され断熱管先端の凸形状部と、断熱容器側の受手部の凹形状部にシール構造が無くて隙間が有り、特に、低温時の熱収縮により挿入方向の隙間が拡がり、その隙間に低温冷媒が漏れ込んで、特にバイヨネット継手が水平や先端が上向き姿勢である場合、低温流体の密度が大きいため、常温端側の水平方向もしくは重力方向に流動し、熱損失の熱ロスが発生し、供給する冷媒の温度が上昇して、被冷却体の温度が上昇し、被冷却体の低温での機能が低下する問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、断熱冷媒移送管のバイヨネット継手部の先端の密閉性に優れ、熱ロスを低減できる低温流体用バイヨネット継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するために、本発明は、低温に冷却される被冷却体を内蔵する第１真空断熱容器と、低温の寒冷を発生する冷却ステージを有する冷凍機と、冷凍機の寒冷で冷媒を冷却する熱交換器を内蔵する第２真空断熱容器の低温冷却装置間を、低温、高圧の循環冷媒を移送させる冷媒移送用の断熱往復路管に接続した低温流体バイヨネット継手において、着脱挿入先端低温部に密封機能を得る構造を有するようにしたものである。
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の低温流体用バイヨネット継手は、前記第１真空断熱容器と冷媒移送往復路管との接続部における低温バイヨネット継手の低温挿入先端部に、弾性圧力で密着さて冷媒の密封機能を得る構造を有したものである。
【００１３】
本低温流体用バイヨネット継手によれば、前記冷媒が１MPaを超える高圧のヘリウムガスである場合においても、低温バイヨネット継手の低温挿入先端部において、冷媒を嵌合部での密着構造で密封できるので、バイヨネット継手の先端が水平や上向き姿勢である場合においても、密度が大きい低温流体が常温端側の水平方向もしくは重力方向に流動せず、熱ロスの発生を抑制し、供給する冷媒温度の上昇を防止して、被冷却体の冷却温度が上昇せず、被冷却体を良好に低温に冷却できる低温流体用バイヨネット継手が提供可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の低温流体バイヨネット継手は、前記弾性圧力を発生させる弾性機構を、着脱する嵌合する雄側の断熱パイプ側に具備したことを特徴としている。
本低温流体バイヨネット継手によれば、バネ圧を調整する弾性機構を脱離させた雄側の断熱パイプ側で交換調整できる低温流体バイヨネット継手が提供可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の低温流体バイヨネット継手は、バイヨネット継手内に前記被冷却体を冷却する低温流体の往復路を具備し、温度が異なる２流路間の少なくとも一部に断熱手段を具備したことを特徴としている。
本低温流体バイヨネット継手によれば、バイヨネット継手内に複数流路を互いに断熱的に配置することができるので、前記被冷却体を良好に冷却できる低温流体バイヨネット継手が提供可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の低温流体バイヨネット継手は、低温流体の往復路を別々の単流路の低温流体用バイヨネット継手を具備したことを特徴としている。
本低温流体バイヨネット継手によれば、冷媒の往復路間の漏洩が無くなり、更に前記被冷却体を良好に冷却できる低温流体バイヨネット継手が提供可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、断熱冷媒移送管挿入先端の低温部での冷媒の密封性に優れ、熱ロスを低減できる低温流体用バイヨネット継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例の低温流体用バイヨネット継手を用いた低温冷却装置を示す構成図である。
【図２】図１の低温流体用バイヨネット継手の長尺方向断面図である。
【図３】図１の断熱移送管の横断面図である。
【図４】図４は断熱移送管の長尺方向カット断面図である。
【図５】本発明の第２実施例の移送管の長尺方向カット断面図である。
【図６】本発明の第３実施例の移送管の冷却装置側との連結端部構造の断面図である。
【図７】断熱移送管である移送管の断面図である。
【実施例】
【００１９】
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。
【００２０】
[実施例１]
【００２１】
本発明の第１実施例の低温流体用バイヨネット継手を用いた低温冷却装置について、図１から図４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実施例の低温流体用バイヨネット継手を用いた低温冷却装置を示す構成図、図２は低温流体用バイヨネット継手の長尺方向断面図、図３は図１の断熱移送管の横断面図、図４は断熱移送管の長尺方向カット断面図を示す。
また、図中矢印は、冷媒の流動方向を示す。
【００２２】
本実施例における低温流体用バイヨネット継手を有する低温冷却装置は、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。この低温冷却装置は、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の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被冷却体であ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例えば高圧ヘリウムガスの冷媒を移送するため、前記直径が小さくて曲げ易い、リング状凹凸形状の真空ベロー管で構成した真空配管４f内に、２つの温度レベルの金属ベロー管で構成した低温冷媒の往復路管５f、６fを内蔵した断熱移送配管７を有するもので、超電導磁石の細長い空間へ挿入する等の良好な移動操作性を有している。
【００２３】
さらに、本実施例の低温流体用バイヨネット継手を有する低温冷却装置は、移送する冷媒の温度を４０Ｋ以下の低温にし、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９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。
【００２４】
すなわち、断熱移送配管７において、往路温度約３５Ｋ用と復路温度約４５Ｋ用の２つの温度レベルの低温冷媒の往復路管５f、６fを内蔵し、これを同軸管で構成することにより、（移送配管７の最外直径を小さくして曲げ半径を小さくすることができ、）曲げ易い断熱移送配管７を実現している。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、冷媒を移送する断熱移送配管７を曲げ易い可撓性に優れたものにできるので、設置室が狭い場合でも断熱移送配管７を自由に曲げることにより超電導バルク磁石１を細長い空洞内に容易に設置できる。
【００２５】
真空容器２内は、真空排気弁１０１、真空配管１０２を通じ外部の真空ポンプ１００を使用して真空排気される。
【００２６】
１つまたは複数の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内に配置され、熱伝導率が小さいステンレス製のスリーブ１０の先端部の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やステンレス製の保護リング１１、取付フランジ１２とともに熱的、機械的にボルト１３で一体化されている。
【００２７】
第２の真空容器１４を有する冷却装置９９は、螺管式熱交換器１５を熱的に一体化した冷凍機の冷却ステージ１６を有するヘリウム低温冷凍機１７を備えている。冷却装置９９は、さらに、冷媒循環用の圧縮機１８、向流式熱交換器１９を備える。向流式熱交換器１９では、往復路直管５s，６s内を流動するヘリウムガスの循環冷媒間で熱交換する。
【００２８】
冷凍機１７の低温部は真空容器１４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１３２から供給され、高圧ヘリウムガスは高圧配管１３３で冷凍機１７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１３４で圧縮機に回収され、再度圧縮される。
【００２９】
冷媒循環用の圧縮機１８で加圧された、圧力約１MPaの高圧循環冷媒は、常温で冷却装置９９に流入し、向流式熱交換器１９の往路で向流式熱交換器１９の復路内の低温の循環作動媒体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１６で冷却された螺管式熱交換器１５で熱交換し、温度約３５Kとなる。
【００３０】
往路管５fに流入した低温高圧循環冷媒は、低温流体用バイヨネット継手を介して超電導バルク磁石１に流入し、低温流体用バイヨネット継手の循環冷媒供給直管２０ラインの出口２１から、スリーブ１０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３を約４０Kに冷却する。
【００３１】
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。
【００３２】
循環冷媒供給直管２０の外周部には、真空空間２２を確保するために底付き円筒状隔壁２３を設け、低温の循環冷媒供給直管２０を真空断熱している。
【００３３】
低温流体用バイヨネット継手の循環冷媒供給直管２０の出口部では、中央部に流路２４を有した例えばフッ素樹脂製の雄ねじ２５m付きの気密用シール駒２５を柔軟に支持するネジ付きフランジ２６を底付き円筒状隔壁２３の先端部に気密的に一体化している。
【００３４】
ネジ付きフランジ２６の外周部には、ネジで支持された例えばエポキシ樹脂製の円盤状スペーサ２７が装着されており、雄側の気密用シール駒２５がスリーブ１０の中央部に配置される。円盤状スペーサ２７には、通気用の通気口２８が設けられている。ネジ付きフランジ２６と循環冷媒供給直管２０と底付き円筒状隔壁２３の先端部は、溶接や接着剤等で気密的に一体化されている。
【００３５】
いっぽう、スリーブ１０の先端部には、気密用シール駒２５の先端の凸状のテーパーに嵌合する凹状のテーパーを有し、金属ベロー管２９を介して気密性を担保した移動可能なシール台座３０を配置している。シール台座３０は、摺動支持円筒体３１に配置し、コイルばね３２により、所定の圧力で気密用シール駒２５側に押し付けられ、シール台座３０とのシール性を担保している。さらに、コイルばね３２に押し付け力により、気密用シール駒２５とネジ付きフランジ２６との接触部もシール性を担保している。
【００３６】
シール台座３０と摺動支持円筒体３１にはそれぞれ通気口３３、３４が設けられ、冷却冷媒は漏れることなく出口２１から、冷却空間３５に流入し、冷却ステージ８を良好に冷却できる。ここで、気密性を担保した前記金属ベロー管２９内は前記被冷却体を冷却する前の冷媒の圧力が、金属ベロー管２９外は主に冷却した後の冷媒の圧力が作用するので、前記金属ベロー管内外の差圧は冷媒が空間３７まで流動する圧力損失であり、この差圧は非常に小さい。したがって、前記金属ベロー管の板厚に作用する応力が小さいので、冷媒圧力が大きい場合においても金属ベロー管が破損することはない。
【００３７】
冷却ステージ８冷却後の冷媒は、通気口３６を通り、次に空間３７、通気口２８、空間３８、通気口３９を通り、循環冷媒回収流路４０に流入する。
【００３８】
循環冷媒回収流路４０は、底付き円筒状隔壁２３と底付き円筒状隔壁４２の間に形成され、底付き円筒状隔壁４２と底付き円筒状隔壁４３の間には、真空空間２２が形成され、低温の循環冷媒回収流路４０を真空断熱している。
【００３９】
また、スリーブ１０の内壁と底付き円筒状隔壁４３の間の空間４４には、空間３９の回収冷媒が円盤状スペーサ１２７との隙間から漏込み、回収冷媒がほぼ静止した充満している。空間４４には、回収冷媒の流動を阻止するプラスチック製の海綿状の対流防止材を挿入しても良い。
【００４０】
スリーブ１０の継ぎ目側端部では、バイヨネット雌フランジ４５と溶接等で冶金的に気密一体化され、真空容器２のフランジ４６と真空Oリング４７でボルト６２等により、バイヨネット雌フランジ４５と真空締結されている。真空容器２の内部は、真空弁４８、配管４９を介して外部の真空ポンプ１００を使用し、真空排気される。
【００４１】
低温流体用バイヨネット継手と断熱移送管７の継ぎ目部において、断熱移送管７内の金属ベロー管で構成した往路管５f端部と、循環冷媒供給直管２０の端部とは、例えばステンレス製の端部フランジ５０と溶接等で冶金的もしくは機械的に一体化され、往路管５f内の高圧の冷媒により金属ベロー管の往路管５fが伸びることを防止するため往路管５fの外周部にブレード５bを設け、その端部も例えばステンレス製の端部フランジ５０と冶金的もしくは機械的に一体化されている。供給冷媒で低温に冷却された端部フランジ５０は、断熱のために例えばプラスチック製のリング状のスペーサ５１を介して、端部支持フランジ５２と、接着剤やボルト（図示せず）等で一体化されている。
【００４２】
いっぽう、端部支持フランジ５２と底付き円筒状隔壁２３の継ぎ目側端部は冶金的に気密一体化しており、通気口５３で底付き円筒状隔壁２３内側の真空空間２２と、断熱移送管内７の真空空間２２と連通している。
【００４３】
断熱移送管内７内の冷媒復路６fを構成する金属ベロー管５４f、５５fの端部は端部フランジ４４と冶金的に気密一体化しており、金属ベロー管５４f、５５f管の間に構成されると冷媒復路６fと、循環冷媒回収流路出口部４１は通気口５６で連通している。
【００４４】
金属ベロー管５５fの外周部には、ブレード５５bを設け、その端部は端部フランジ４４と冶金的もしくは機械的に一体化されている。
【００４５】
往路管５fには、ブレード５bの外周部に熱伝導率が小さなプラスチック製の糸状スペーサ５７を螺旋状に巻きつけて、より温度が高い復路管６fを構成する金属ベロー管４６fの内周部と往路管５fが直接接触することを防止している。
【００４６】
低温の復路管６fを構成する金属ベロー管５５fのブレード５５bの外周部には積層断熱材５８を巻きつけ、常温の真空ベロー管４fからの往路管５fに侵入する輻射熱の侵入量を低減させる。真空ベロー管４fの外周にもブレード４bを装着し、真空ベロー管４fの端部は、バイヨネット雄フランジ５９と冶金的に気密一体化しており、バイヨネット雄フランジ５９とブレード４bの端部は、冶金的もしくは機械的に一体化されている。
【００４７】
低温の端部支持フランジ５２は、熱伝導率が小さな例えばエポキシ樹脂製の支持ロッド６０で、断熱的にバイヨネット雄フランジ５９と接着剤やボルト（図示せず）等で機械的に一体化されている。
【００４８】
バイヨネット雌フランジ４５とバイヨネット雄フランジ５９とは、高圧用Oリング６３を介し、ボルト６４で気密的に締結している。
【００４９】
復路管６fで回収された低温冷媒は、断熱移送管７内を通り冷却装置９９に流入し、冷却装置９９内の復路直管６sから向流式熱交換器１９の復路に流入し、向流式熱交換器１９内の往路の循環冷媒を冷却して向流式熱交換器１９を出て常温となり、流量調整弁６1を介して圧縮機１８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。
【００５０】
図３中の記号４t、５t、５４t、５５t、は、ベロー管で構成した真空ベロー管４f、往路管５f、復路管６fを構成する金属ベロー管５４f、５５fの板厚断面を示している。
【００５１】
往路管５f、復路管６fの金属ベロー管５５fとブレード５b、５５bのそれぞれ間の空間２２の排気はブレード５b、５５bの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。
【００５２】
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５８が巻き付けられている（ブレード５bの外周の積層断熱材は図示せず）。
【００５３】
冷凍機１７の低温部は真空容器１４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。
【００５４】
また、真空容器１４と断熱された移送配管７は冶金的、気密的にて一体化されており、それぞれ共通な真空空間２２を共有している。
【００５５】
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９は例えばソレノイド超電導磁石で大気空間６２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移送配管７の真空空間２２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。
【００５６】
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１７で冷却された向流式熱交換器１９、螺管式熱交換器１５で冷却され、断熱移送配管７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に冷却される。
【００５７】
その後、着磁用外部磁石９の磁場を消磁すると、高温超電導バルク体３が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９の数テスラのほぼ同じ磁場を捕捉し、強力な超超電導バルク磁石１となる。その後、着磁用外部磁石９を取り除く。高温超電導バルク体３の温度が低温であるほど、着磁用外部磁石９による捕捉磁場は大きくなり、より高い磁場を有する超電導バルク磁石１を提供できる。
【００５８】
以上、本実施例によれば、バイヨネット継手の先端部において、雌側のスリーブ１０の先端部に備えた凹状のテーパーを有する、シール台座３０に、低温の高圧循環冷媒を供給する雄側の気密用シール駒２５の先端の凸状のテーパーに良好に嵌合し、かつシール台座３０は金属ベロー管２９を有したコイルばね３２が具備されているので前記凹凸部の密着シール性が担保され、更に気密用シール駒２５とネジ付きフランジ２６との接触部もシール性が担保される。
【００５９】
また、低温の循環冷媒供給直管２０が熱収縮で挿入方向に数ミリメートル縮んでも、シール台座３０はコイルばね３２でその縮量を吸収しできるので、前記テーパー凹凸部と、気密用シール駒２５とネジ付きフランジ２６との密着シール性が担保される。
【００６０】
したがって、低温の高圧循環冷媒は漏れることなくほぼ供給される全量が出口２１から、冷却空間３５に流入し、冷却ステージ８を良好に冷却できるので、バイヨネット継手部の先端の密閉性に優れ、熱ロスを低減できる低温流体用バイヨネット継手を提供できる効果がある。
【００６１】
また、特にバイヨネット継手が水平や先端が上向き姿勢で、冷媒が液体ヘリウムや液体窒素等の液化ガスである場合、低温流体の密度が大きいため、仮に前記シール部で低温冷媒が漏れば、空間３７、空間３８および空間４４において、常温端側の水平方向もしくは重力方向に冷媒が流動し、液化ガスが蒸発して熱損失の熱ロスが発生し、供給する液化ガス量が減少し、超電導バルク体３の温度が上昇し、超電導バルク体３の低温での機能が低下するが、本実施例によれば  前記シール部のシール性が担保できるので、供給する冷媒温度上昇を防止して、超電導バルク体３を良好に冷却でき、非常に高い磁場を提供できる低温流体用バイヨネット継手を提供できる効果がある。
【００６２】
また、本実施例において、冷媒圧力が大きい場合においても金属ベロー管が破損することはなく、バイヨネット継手部の先端の密閉性に優れ、熱ロスを低減できる低温流体用バイヨネット継手を提供できる効果がある。
【００６３】
また、本実施例では、コイルばね３２を金属ベロー管２９の内部に配置した場合について説明したが、コイルばねを金属ベロー管２９の外側、摺動支持円筒体３の内側に配置し、シール台座３０に摺動支持円筒体３の内側でバネ圧を供与できるようにしても同様な効果が生じる。
【００６４】
また、本実施例では、気密用シール駒２５とネジ付きフランジ２６は気密一体化されていない場合で説明したが、両者のネジ部において接着剤等で気密一体化した場合においても、同様な効果が生じる。
【００６５】
[実施例２]
【００６６】
次に、本発明の第２実施例について図５を用いて説明する。図５は本発明の第２実施例の低温流体用バイヨネット継手先端部とスリーブ１０の先端部を含む超電導バルク磁石１の断面図を示す。
【００６７】
この第２実施例は、シール台座と気密用シール駒とのテーパー凹凸部において、押付け用バネ機構を、挿入する雄側のバイヨネット先端部に組込んだ点で第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。
【００６８】
この第２実施例では、図５に示すように、凸側のテーパーを有した気密用シール駒６５は、隔壁版６６に溶接等で冶金的に一体化されている。
【００６９】
前記シール駒６５の先端の凸状のテーパーに嵌合する凹状のテーパーを有したフッ素樹脂製等のシール台座６７は、摺動支持円筒体６８に配置し、気密性を有した金属ベロー管６９の外周部に配置した金属製のコイルばね７０により、所定の圧力で気密用シール駒６５側に押し付けられ、シール台座６７とのシール性を担保している。
【００７０】
気密用シール駒６５とシール台座６７には、それぞれ通気口７１、７２が設けられ、冷却冷媒は漏れることなく出口２１から、冷却空間３５に流入し、冷却ステージ８を良好に冷却できる。
【００７１】
冷却ステージ８冷却後の冷媒は、通気口３６を通り、次に空間３７、プラスチック製のスペーサ７３の通気口７４、空間３８、通気口３９を通り、循環冷媒回収流路４０に流入する。
【００７２】
本実施例によれば、バイヨネット継手の先端部の気密用シール駒６５とシール台座６７の凹凸状のテーパーが良好に嵌合し、かつシール部が一箇所のみで、更に良好なシール性が担保されるので、バイヨネット継手部の先端の密閉性が更に優れ、更に熱ロスを低減できる低温流体用バイヨネット継手を提供できる効果がある。
【００７３】
[実施例３]
【００７４】
次に、本発明の第３実施例について図６、図７を用いて説明する。図６は前記断熱移送管７を断熱単流路移送管２本の低温流体用バイヨネット継手で構成した超電導バルク磁石２００の断面図を示し、図７は図６の側面断面図を示す。
【００７５】
この第３実施例では、断熱移送管を断熱往路管７５、断熱復路管７６で構成し、両管は同一構造である。
【００７６】
断熱往路管７５の低温流体用バイヨネット継手の循環冷媒供給直管２０の出口部では、中央部に流路２４を有した例えばフッ素樹脂製の雄ねじ２５m付きの気密用シール駒２５をネジ付きフランジ７７内で柔軟に支持している。
【００７７】
ネジ付きフランジ７７の外周部には、ネジで支持された例えばエポキシ樹脂製の円盤状スペーサ７８が装着されており、雄側の気密用シール駒２５がスリーブ７９の中央部に配置される。ネジ付きフランジ７７と循環冷媒供給直管２０と底付き円筒状隔壁２３の先端部は、溶接や接着剤等で気密的に一体化されている。
【００７８】
いっぽう、スリーブ７９の先端部には、気密用シール駒２５の先端の凸状のテーパーに嵌合する凹状のテーパーを有し、金属ベロー管２９を介して気密性を担保した移動可能なシール台座３０を配置している。シール台座３０は、摺動支持円筒体３１に配置し、コイルばね３２により、所定の圧力で気密用シール駒２５側に押し付けられ、シール台座３０とのシール性を担保している。さらに、コイルばね３２に押し付け力により、気密用シール駒２５とネジ付きフランジ７７との接触部もシール性を担保している。
【００７９】
シール台座３０と摺動支持円筒体３１にはそれぞれ通気口３３、３４が設けられ、冷却冷媒は漏れることなく出口２１から、冷却空間８０に流入し、冷却ステージ８１を良好に冷却できる。
【００８０】
断熱往路管７５と低温流体用バイヨネット継手との継ぎ目部において、断熱往路管７５内の金属ベロー管で構成した往路管５f端部と、循環冷媒供給直管２０の端部とは、例えばステンレス製の端部支持フランジ８２と溶接等で冶金的もしくは機械的に一体化され、往路管５f内の高圧の冷媒により金属ベロー管の往路管５fが伸びることを防止するため往路管５fの外周部にブレード５bを設け、その端部も例えばステンレス製の端部支持フランジ８２と冶金的もしくは機械的に一体化されている。
【００８１】
供給冷媒で低温に冷却された端部支持フランジ８２は、断熱のために例えばプラスチック製の円筒状のスペーサ８３を介して、バイヨネット雄フランジ８４と、接着剤やボルト（図示せず）等で一体化されている。
【００８２】
いっぽう、バイヨネット雄フランジ８４と底付き円筒状隔壁２３の継ぎ目側端部は冶金的に気密一体化しており、通気口８５で底付き円筒状隔壁２３内側の真空空間２２と、断熱往路管７５の真空空間２２と連通している。
【００８３】
往路管５f外周部には積層断熱材８６を巻きつけ、常温の真空ベロー管８７fからの往路管５fに侵入する輻射熱の侵入量を低減させる。真空ベロー管８７fの外周にもブレード８７bを装着し、真空ベロー管８７fの端部は、バイヨネット雄フランジ８４と冶金的に気密一体化しており、バイヨネット雄フランジ８４とブレード８７bの端部は、冶金的もしくは機械的に一体化されている。
【００８４】
バイヨネット雌フランジ８８とバイヨネット雄フランジ８４とは、高圧用Oリング８９を介し、ボルト９０で気密的に締結している。
【００８５】
また、スリーブ７９の内壁と底付き円筒状隔壁２３の間の空間９１には、冷媒がほぼ静止した充満しており、空間９１には冷媒の流動を阻止するプラスチック製の海綿状の対流防止材９２を挿入する。スリーブ７９は、バイヨネット雌フランジ８８と冶金的に気密一体化されている。
【００８６】
バイヨネット雌フランジ８８と真空容器９３の真空フランジ９４とは、真空Oリング９５でボルト９６等により真空締結されている。真空容器９３の内部は、真空弁４８、配管４９を介して外部の真空ポンプ１００を使用し、空間９７を真空排気される。
【００８７】
冷却ステージ８１冷却後の冷媒は、冷却空間８０を通り、次に通気口９８から断熱復路管７６側の循環冷媒回収流路１１０に流入し、断熱復路管７６内の金属ベロー管で構成した復路管６fに流入し、冷却装置９９の復路直管６sに回収される。断熱復路管７６内および低温流体用バイヨネット継手の構造は、断熱往路管７５と低温流体用バイヨネット継手の組合せ構造と同一である。復路管６fの外周には、ブレード６bが取り付けられている。ここで、空間１１１は大気空間である。
【００８８】
本実施例によれば、冷媒の往復路をそれぞれ単独に分離して設けることにより、往復路間での漏洩がなく、冷媒の全量で冷却ステージ８１を良好に冷却できるで、冷却ステージ８１を更に低温に冷却できる低温流体用バイヨネット継手を提供できる効果がある。
【００８９】
また、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移送管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、であっても同様の作用、効果を生じる。
【００９０】
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、低温流体用バイヨネット継手において、同様の作用、効果を生じる。
【００９１】
また、以上の実施例では、低温流体用バイヨネット継手の雄雌フランジの締結部にOリングとフランジと締結ボルトによる気密結合構造を用いて気密性を付与する場合について説明したが、フランジ締結の代わりに、雌シール台座とシール材と雄シール台座とこれら３部材をネジ締め込み圧を作用させる袋ナットを用いて気密締結構造を形成しても、同様の作用、効果を生じる。
【００９２】
また、以上の実施例では、シール部の構造を凹凸の嵌合するテーパー面とした構造について説明したが、片方のシール面がフラットで、他方のシール面がリング状の凸部を有するフラット面で、リング状の凸部の全周でシールする構造で形成する場合であっても同様の作用、効果を生じる。
【符号の説明】
【００９３】
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…真空ベロー管、５f…低温冷媒の往路管、６f…低温冷媒の復路管、５b、６b…ブレード、７…断熱移送管、９…着磁用外部磁石、８…冷却ステージ、１０…スリーブ、１４…真空容器、１５…螺管式熱交換器、１６…冷却ステージ、１７…ヘリウム低温冷凍機、１８…圧縮機、１９…向流式熱交換器、２０…循環冷媒供給直管、２２…真空空間、２２…真空空間、２５…気密用シール駒、２６…ネジ付きフランジ、２９…金属ベロー管、３０…シール台座、３１…摺動支持円筒体、３２…コイルばね、４０…循環冷媒回収流路、４５…バイヨネット雌フランジ、５９…バイヨネット雄フランジ、６０…支持ロッド、６３…高圧用Oリング、６５…気密用シール駒、６６…隔壁版、６７…シール台座、６８…摺動支持円筒体、７０…コイルばね、７５…断熱往路管、７６…断熱復路管、８１…冷却ステージ、８４…バイヨネット雄フランジ、８８…バイヨネット雌フランジ、８９…高圧用Oリング、９３…真空容器、９４…真空フランジ、９７…空間、９９…冷却装置、１００…真空ポンプ、２００…超電導バルク磁石。
【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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