(57)【要約】【課題】超電導コイルを充分に冷却することが可能であって、同時にそのサイズが大きくなることを抑制することが可能な超電導機器を提供する。【解決手段】超電導機器は、超電導コイル２１と、内槽４１と、熱交換器３とを備える。内槽４１は、超電導コイル２１を冷却するための液体窒素Ｒと超電導コイル２１とを内部に保持する。熱交換器３は、液体窒素Ｒを冷却するためのものである。内槽４１は、超電導コイル２１を保持する下方部４１Ａと、熱交換器３が配置された上方部４１Ｂとを含む。超電導機器は、さらにポンプ４を備える。当該ポンプ４は、上方部４１Ｂの内部に配置され、熱交換器３により冷却された液体窒素Ｒを上方部４１Ｂと下方部４１Ａとの間で循環させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
前記超電導コイルを冷却するための冷媒と前記超電導コイルとを内部に保持する内槽と、
前記冷媒を冷却するための冷却部とを備え、
前記内槽は、
前記超電導コイルを保持する第１の部分と、
前記冷却部が配置された第２の部分とを含み、
前記第２の部分の内部に配置され、前記冷却部により冷却された前記冷媒を前記第２の部分と前記第１の部分との間で循環させるポンプを備える、超電導機器。
【請求項２】
前記内槽は、前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する接続管部を含み、
前記冷却部により冷却された前記冷媒を、前記第２の部分から前記接続管部を介して前記第１の部分に供給するための供給配管をさらに備え、
前記接続管部の内壁と前記供給配管の外周面との間には、前記冷媒が流通可能な隙間が形成されるように、前記供給配管は配置されている、請求項１に記載の超電導機器。
【請求項３】
前記供給配管は、前記接続管部から前記第１の部分の内部にまで延在している、請求項２に記載の超電導機器。
【請求項４】
前記第１の部分において、前記第１の部分から前記第２の部分への前記冷媒の戻り口が、前記供給配管の先端部より前記接続管部に近い位置に配置されている、請求項２または３に記載の超電導機器。
【請求項５】
前記第１の部分の内部に配置され、前記冷媒の流通経路を規定するガイド部材を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導機器に関するものであり、より特定的には、超電導コイルを高効率に冷却することが可能な超電導機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導コイルを用いた超電導機器の一例として超電導モータが知られている。このような超電導モータとしては、たとえば超電導コイルを内部に保持する内槽の壁と超電導コイルとの間に熱伝導率の高い部材を配置することにより、冷却が困難な超電導コイルの内周側を効率良く冷却可能な構造を有するものなどが提案されている（たとえば、特開２００９−１７０７２４号公報参照）。一方、超電導電磁石システムにおいてそのサイズ制約を緩和するため、たとえば超電導電磁石（超電導コイル）を冷却するためのパルス管冷凍機の設置方法を工夫することが提案されている（たとえば、特開２００３−１１１７４５号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７０７２４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１１７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、超電導機器を構成する超電導コイルを効率的に冷却するとともに、超電導機器のサイズ制約を緩和するため当該超電導機器のサイズを小型化することが望まれる。一方で、超電導機器の一例としての超電導モータについて、たとえば従来の常電導モータにおける主流の形式であるラジアルギャップ型を採用する場合、１つの軸方向に長い（たとえば鞍型の）超電導コイルが複数個必要になる。また、超電導機器の装置構成や要求特性によって、超電導コイルの形状が単純な円形状ではなく、楕円形状など任意の形状とされる場合も考えられる。このような軸方向に長い形状、あるいは比較的複雑な形状を有する超電導コイルのように、単純な円形ではない超電導コイルを用いる場合には、冷凍機と当該超電導コイルとの位置関係によって、超電導コイルにおいて冷却が不十分になる部分が発生する可能性があった。また、超電導コイルの全体を充分に冷却するため、冷凍機の能力を大きくするといった対応では、冷凍機のサイズ自体も大きくなり、結果的に超電導機器のサイズが大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、超電導機器を構成する超電導コイルの形状に関わらず、超電導コイルを充分に冷却することが可能であって、同時にそのサイズが大きくなることを抑制することが可能な超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った超電導機器は、超電導コイルと、内槽と、冷却部とを備える。内槽は、超電導コイルを冷却するための冷媒と超電導コイルとを内部に保持する。冷却部は、冷媒を冷却するためのものである。内槽は、超電導コイルを保持する第１の部分と、冷却部が配置された第２の部分とを含む。超電導機器は、さらにポンプを備える。当該ポンプは、第２の部分の内部に配置され、冷却部により冷却された冷媒を第２の部分と第１の部分との間で循環させる。
【０００７】
このようにすれば、冷却部によって冷却された冷媒を、第２の部分の内部に配置されたポンプを用いて第２の部分と第１の部分との間で循環させることができる。すなわち、超電導コイルが保持された第１の部分にポンプを用いて強制的に冷媒を供給するので、第１の部分の内部において冷媒が流動する。このため、冷媒が自然循環するような場合に比べて、超電導コイルの全体を効果的に冷却することができる。また、ポンプは内槽の一部である第２の部分の内部に配置されているので、ポンプを内槽の外部に配置して当該ポンプと内槽とを配管で接続するといった構成のように超電導機器のサイズが大きくなることを抑制できる。この結果、超電導コイルを充分冷却しながら、超電導機器のサイズが大きくなることを抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、サイズの増大を抑制しつつ超電導コイルを充分冷却することが可能な超電導機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に従った超電導機器の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に従った超電導モータの構造を示す断面模式図である。
【図３】超電導モータの構造を拡大して示す断面模式図である。
【図４】図３の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。
【図５】図３に示した超電導モータの変形例を示す断面模式図である。
【図６】図３に示した超電導モータの他の変形例を示す部分模式図である。
【図７】図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。
【図８】図６の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１１】
図１を参照して、本発明に従った超電導機器の基本的な構成を説明する。図１に示すように、この発明に従った超電導機器は、たとえば超電導モータや、超電導コイル２１を搭載した産業用あるいは医療用機器などが挙げられる。超電導機器は、超電導コイル２１と、内槽４１と、外槽４２と、冷却部としての熱交換器３とを備える。内槽４１は、超電導コイル２１を冷却するための冷媒である液体窒素Ｒと超電導コイル２１とを内部に保持する。冷却部としての熱交換器３は、液体窒素Ｒを冷却するためのものである。内槽４１は、超電導コイル２１を保持する第１の部分と、熱交換器３が配置された第２の部分とを含む。第１の部分と第２の部分とは、相対的に断面積が第１の部分および第２の部分より小さいネック部４７により接続されている。超電導機器は、さらにポンプ４を備える。当該ポンプ４は、内槽４１における第２の部分の内部に配置され、熱交換器３により冷却された液体窒素Ｒを第２の部分と第１の部分との間で循環させる。内槽４１の内部には、ポンプ４を駆動するためのモータＭが設置されている。
【００１２】
熱交換器３には、伝熱部材４３を介して冷凍機４４が接続されている。冷凍機４４は内槽４１および外槽４２を貫通してその一部が外槽４２の外部にまで延在するように配置されている。なお、後述するように伝熱部材４３を、内槽４１の内周側から内槽４１の外周側であって、外槽４２の内周側に位置する領域にまで伸びるように形成し、当該内槽４１の外周側の位置で伝熱部材４３と冷凍機４４とを接続してもよい。
【００１３】
内槽４１の第２の部分における熱交換器３から、ネック部４７を通り内槽４１の第１の部分の内部にまで伸びるように、配管５が配置されている。この配管５は、ポンプ４を用いて熱交換器３に供給された液体窒素Ｒを、第１の部分へと供給するためのものである。なお、ネック部４７においては、ネック部４７を構成する内槽の部分の内周面と配管５の外周面との間に液体窒素Ｒの流路となるべき空間が形成されている。当該空間を介して、第１の部分から第２の部分へと液体窒素が還流する。
【００１４】
このように、内槽４１の内部に、熱交換器３と、当該熱交換器３から超電導コイル２１が配置された領域にまで冷媒である液体窒素Ｒを供給するためのポンプ４とを配置しているので、内槽４１の第１の部分に配置された超電導コイル２１に液体窒素Ｒを確実に供給することができる。このため、超電導コイル２１を確実に冷却できる。また、内槽４１の内部にポンプ４などを配置しているので、内槽４１の外側にポンプを配置して、内槽４１と当該外部のポンプとを配管によって繋ぎ、液体窒素の循環路を形成する場合より、超電導機器のサイズを小さくできる。
【００１５】
次に、図２〜図４を参照して、本発明による超電導機器の一例である超電導モータの構成を説明する。
【００１６】
図２〜図４を参照して、超電導モータ１は、ロータ１０およびステータ２０からなるモータ本体部と、冷却要素部４０と、軸受５０とを主に備えている。冷却要素部４０は、図３および図４に示すように、内槽４１と、外槽４２と、伝熱部材４３と、冷凍機４４とを主に有している。
【００１７】
図２を参照して、ロータ１０は、ロータ１０の回転中心となるロータ軸１１と、ロータ軸１１に接続されたロータ本体１２とを含んでいる。ロータ本体１２は、たとえば円柱形状を有している。
【００１８】
ステータ２０は、ロータ１０の周囲に配置された超電導コイル２１と、超電導コイル２１に隣接して配置された鉄心２２と、超電導コイル２１および鉄心２２を取り囲むように配置されたケース２３とを有している。鉄心２２およびケース２３の一部には、鉄心２２の内部とケース２３の外部とを連通する開口部２４が形成されている。ケース２３の端部側面には、ロータ１０のロータ軸１１が軸受５０を介して接続されている。このように軸受５０が配置されることにより、ロータ軸１１は、ケース２３に対して回転可能となっている。
【００１９】
図３および図４を参照して、内槽４１は、第１の部分としての下方部４１Ａと、第２の部分としての上方部４１Ｂと、下方部４１Ａと上方部４１Ｂとの間に介在する内槽ネック部４１Ｃとを含み、その内部は超電導コイル２１を冷却するための冷却媒体である液体窒素Ｒにより充填されている。内槽４１は、下方部４１Ａにおいて超電導コイル２１を内部に保持する。上方部４１Ｂには、液体窒素Ｒを冷却するための熱交換器３が配置されている。熱交換器３は、たとえば一方が開口部となった容器の内部に複数のフィンが配置された構成となっていてもよい。これらのフィンは、図４に示すように接続部４３Ａを介して伝熱部材４３と接続されている。
【００２０】
当該伝熱部材４３は冷凍機４４と接続されている。接続部４３Ａは、上方部４１Ｂの壁部を貫通するように配置されている。また、伝熱部材４３は内槽４１の上方部４１Ｂの外周と外槽４２の内周との間の真空断熱層４５に位置する。冷凍機４４は、真空断熱層４５から外槽４２の壁部を貫通して当該外槽４２の外部にまで延在している。熱交換器３、接続部４３Ａおよび伝熱部材４３は、たとえば銅などの熱伝導率が高い金属からなる。
【００２１】
内槽ネック部４１Ｃは、下方部４１Ａおよび上方部４１Ｂよりも幅が小さく形成されている。また図２に示すように、内槽４１は、下方部がステータ２０の鉄心２２に取り囲まれ、上方部が開口部２４より内槽ネック部を介してステータ２０の外側に引き出されるように配置されている。
【００２２】
熱交換器３の容器において開口部が形成された側（一方端部）と反対側（他方端部）は、ポンプ４に接続されている。ポンプ４には、当該ポンプ４から内槽ネック部４１Ｃを介して下方部４１Ａの内部にまで延在する配管５が接続されている。ポンプ４を回転駆動するためのモータ（図示せず）も上方部４１Ｂの内部に配置されている。このポンプ４を駆動することにより、液体窒素Ｒは熱交換器の開口部（図３において上方部４１Ｂの内壁に向かうように配置された開口部）から矢印で示すように熱交換器３の内部に吸い込まれる。そして、熱交換器３によって冷却された液体窒素Ｒは、ポンプ４から配管５を介して下方部４１Ａの内部に供給される。
【００２３】
下方部４１Ａの内部には、超電導コイル２１が配置されている。また、超電導コイル２１の周囲には、液体窒素Ｒの流れを規定するためのガイド部材６が配置されている。当該ガイド部材６は、配管５の先端部から下方部４１Ａの内部に供給された液体窒素Ｒが超電導コイル２１の周囲に均一に供給されるように、液体窒素Ｒの流れる経路を規定する。そして、下方部４１Ａの内部にて超電導コイル２１を冷却した液体窒素Ｒは、内槽ネック部４１Ｃを介して上方部４１Ｂの内部へと還流する。上方部４１Ｂの内部に戻った液体窒素Ｒは、再び熱交換器３の開口部から熱交換器３の内部に導入される。このようにして、液体窒素Ｒを循環させることで効率的に超電導コイル２１を冷却することができる。
【００２４】
図３を参照して、内槽４１の下方部４１Ａを構成する壁部材と、内槽４１の上方部４１Ｂを構成する壁部材とは同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。たとえば、具体的には、内槽４１の下方部４１Ａを構成する壁部材は、内槽４１の上方部４１Ｂを構成する壁部材よりも熱伝導率が高い材料からなっていてもよい。内槽４１の下方部４１Ａを構成する壁部材は、たとえば銅などの金属材料からなっており、また内槽４１の上方部４１Ｂを構成する壁部材は、たとえばステンレス鋼からなっていてもよい。
【００２５】
また、たとえば、内槽４１の下方部４１Ａを構成する壁部材は、電気絶縁性を有する材料からなっていてもよい。本実施の形態では、内槽４１の下方部４１Ａを構成する壁部材は、たとえばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの電気絶縁性を有する材料からなっており、また内槽４１の上方部４１Ｂを構成する壁部材は、たとえばステンレス鋼からなっていてもよい。
【００２６】
内槽ネック部４１Ｃは円筒形状を有する。内槽ネック部４１Ｃの上端部は、上方部４１Ｂの内部に開放した開口部となっており、上述のように当該下方部４１Ａの内部から内槽ネック部４１Ｃの内周側を介して上方部４１Ｂの内部にまで液体窒素Ｒが流通可能となっている。上方部４１Ｂの一部は、内槽ネック部４１Ｃの外周を覆う伸縮部５２となっている。当該伸縮部５２の端部は内槽ネック部４１Ｃの外周壁面と接続固定されている。内槽ネック部４１Ｃと伸縮部５２との接続部にはたとえばシール部材が配置されている。伸縮部５２はたとえば蛇腹状の配管部材からなる。伸縮部５２はたとえばステンレス鋼からなっていてもよい。また、内槽ネック部４１Ｃは内槽４１の下方部４１Ａと同じ材料からなっていてもよいし、異なる材料からなっていてもよい。内槽ネック部４１Ｃを構成する材料として、たとえばＦＲＰなどの電気絶縁性を有する材料、あるいはステンレス鋼などの金属材料を用いることができる。
【００２７】
外槽４２は、内槽４１の外周において、当該内槽４１の表面との間に真空断熱層４５を隔てつつ配置され、内槽４１と伝熱部材４３とをその内部に保持する。外槽４２は、たとえばステンレス鋼などの金属材料やＦＲＰなどの電気絶縁性を有する材料からなっている。なお、外槽４２のうち上記内槽ネック部４１Ｃを囲む部分は、外槽４２の他の部分よりその断面積が小さくなっている外槽伸縮部４２Ａである。外槽伸縮部４２Ａはたとえば蛇腹状の配管部材からなる。外槽伸縮部４２Ａは外槽４２の他の部分と同じ材料からなっていてもよいし、異なる材料からなっていてもよい。外槽伸縮部４２Ａを構成する材料として、たとえばステンレス鋼などの金属材料を用いることができる。
【００２８】
冷凍機４４は、外槽４２にその一部が固定された状態となっている。より具体的には、外槽４２の一部には開口部が形成されており、冷凍機４４は当該開口部に嵌め込まれた状態で固定されている。外槽４２の開口部と冷凍機４４との接続部には、シール部材（図示しない）などが配置されている。当該シール部材は、外槽４２と内槽４１との間の隙間（真空断熱層４５）を気密に保持するため、たとえば真空状態に保持するために設けられている。
【００２９】
このように、内槽４１の内部に、熱交換器３と、ポンプ４とを配置しているので、図１に示した超電導機器と同様に、内槽４１の下方部４１Ａに配置された超電導コイル２１に液体窒素Ｒを確実に供給することができる。このため、超電導コイル２１を確実に冷却できる。また、内槽４１の内部にポンプ４などを配置しているので、内槽４１の外側にポンプを配置して、内槽４１と当該外部のポンプとを配管によって繋ぎ、液体窒素Ｒの循環路を形成する場合より、超電導モータのサイズを小さくできる。
【００３０】
図５を参照して、図２〜図４に示した超電導モータ１の変形例を説明する。なお、図５は図３に対応する。
【００３１】
図５に示した超電導モータは、基本的には図２〜図４に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、内槽４１の上方部４１Ｂ内における熱交換器３とポンプ４との配置が図２〜図４に示した超電導モータ１と異なっている。すなわち、図５に示した超電導モータでは、ポンプ４の下流側に熱交換器３が接続され、当該熱交換器３の下流側に配管５が接続されている。当該配管５は内槽ネック部４１Ｃを介して下方部４１Ａの内部にまで延在している。ポンプ４には、上方部４１Ｂの内部から液体窒素Ｒを取り込むための取り込み口が設置されており、当該取り込み口から吸引された液体窒素Ｒはポンプ４から熱交換器３の内部に導入される。当該熱交換器３の内部で冷却された液体窒素Ｒは配管５を介して下方部４１Ａの内部に供給され、超電導コイル２１を冷却する。
【００３２】
このような構成の超電導モータにおいても、図２〜図４に示した超電導モータ１と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
図６〜図８を参照して、図２〜図５に示した超電導コイルにおける内槽４１の下方部４１Ａの構成例を説明する。内槽４１の下方部４１Ａは、円筒状の外観を有しており、その中央部にはモータのロータ１０（図２参照）が配置される開口部が形成されている。当該開口部は、下方部４１Ａの延在する方向に沿った中心軸に沿って延びるように形成されている。
【００３４】
下方部４１Ａの中心軸方向の端部に、内槽ネック部４１Ｃが形成されている。内槽ネック部４１Ｃを介して、配管５が上方部４１Ｂ（図３または図５参照）の内部から下方部４１Ａの内部にまで延びている。配管５は、その先端部が、上記内槽ネック部４１Ｃが形成された側から見て下方部４１Ａの開口部を介して反対側にまで延びている。配管５の当該先端部では、配管５に吐出口が形成されており、当該吐出口から液体窒素Ｒが矢印に示すように下方部４１Ａの内部に供給されている。
【００３５】
下方部４１Ａの内部では、中心軸に沿った方向に延びるように、複数の超電導コイル２１が配置されている。超電導コイル２１は、中心軸に沿った方向に延びる２つの直線部と、当該２つの直線部の端部同士を繋ぐ曲線部とからなり、いわゆるレーストラック型のコイルである。これらの超電導コイル２１は、図７や図８に示すように、下方部４１Ａの中心軸に直交する断面（図７や図８に示す断面）において、下方部４１Ａの中心軸の周囲を周回する周方向において等間隔に配置されている。そして、配管５の吐出口から図７の矢印６１に示すように下方部４１Ａの内部に供給された液体窒素Ｒは、図６の矢印に示すように超電導コイル２１に沿って下方部４１Ａの一方端部（内槽ネック部４１Ｃが接続された側の端部）から、他方端部（内槽ネック部４１Ｃが接続された側と反対側の端部）に向けて流れる。このような液体窒素Ｒの流れを規定するように、下方部４１Ａの内部にはガイド部材６（図７参照）により流通路が形成されている。
【００３６】
そして、当該他方端部において、矢印６５（図６参照）に示すように、液体窒素はそれまで流れていた流通路と隣接する他の流通路へ導かれる。その後、液体窒素は下方部４１Ａの内部を他方端部から一方端部側へ向けて流れる。さらに、下方部４１Ａの一方端部側においては、図６の矢印６６に示すようにさらに別の流通路へ導かれる。このようにして、下方部４１Ａの内部において、中心軸に沿って一方端部側から他方端部側へと、また他方端部側から一方端部側への交互に流通方向を変えながら、すべての超電導コイル２１を冷却しつつ、液体窒素は流通する。下方部４１Ａの内部では、このような液体窒素の流通路を規定するようにガイド部材６が形成されている。そして、図７の矢印６１〜６３に示すように下方部４１Ａの内部を流通して超電導コイル２１を冷却した液体窒素は、矢印６４に示すように内槽ネック部４１Ｃの内部（内槽ネック部４１Ｃの内周面と配管５の外周面との間の隙間）を介して内槽４１の上方部４１Ｂへと還流する。
【００３７】
このように、内槽４１の下方部４１Ａではガイド部材６によって超電導コイル２１の全体を冷却できるように、液体窒素の流通路が形成されているため、超電導コイル２１を確実に冷却することができる。
【００３８】
ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００３９】
この発明に従った超電導機器（たとえば超電導モータ１）は、超電導コイル２１と、内槽４１と、冷却部（熱交換器３）とを備える。内槽４１は、超電導コイル２１を冷却するための冷媒（液体窒素Ｒ）と超電導コイル２１とを内部に保持する。冷却部（熱交換器３）は、液体窒素Ｒを冷却するためのものである。内槽４１は、超電導コイル２１を保持する第１の部分（下方部４１Ａ）と、冷却部（熱交換器３）が配置された第２の部分（上方部４１Ｂ）とを含む。超電導機器は、さらにポンプ４を備える。当該ポンプ４は、上方部４１Ｂの内部に配置され、冷却部（熱交換器３）により冷却された液体窒素Ｒを上方部４１Ｂと下方部４１Ａとの間で循環させる。
【００４０】
このようにすれば、熱交換器３によって冷却された液体窒素Ｒを、上方部４１Ｂの内部に配置されたポンプ４を用いて上方部４１Ｂと下方部４１Ａとの間で循環させることができる。すなわち、超電導コイル２１が保持された下方部４１Ａにポンプ４を用いて強制的に液体窒素Ｒを供給するので、下方部４１Ａの内部において液体窒素Ｒが流動する。このため、液体窒素Ｒが下方部４１Ａ内部を自然循環するような場合に比べて、超電導コイル２１の全体を効果的に冷却することができる。また、ポンプ４は内槽４１の一部である上方部４１Ｂの内部に配置されているので、ポンプ４を内槽４１の外部に配置して当該ポンプ４と内槽４１とを配管で接続するといった構成のように超電導機器のサイズが大きくなることを抑制できる。この結果、超電導コイル２１を充分冷却しながら、超電導機器のサイズが大きくなることを抑制できる。
【００４１】
上記超電導機器において、内槽４１は、第１の部分（下方部４１Ａ）と第２の部分（上方部４１Ｂ）とを接続する接続管部（内槽ネック部４１Ｃ）を含んでいてもよい。超電導機器は、冷却部（熱交換器３）により冷却された液体窒素Ｒを、上方部４１Ｂから内槽ネック部４１Ｃを介して下方部４１Ａに供給するための供給配管（配管５）をさらに備えていてもよい。接続管部（内槽ネック部４１Ｃ）の内壁と配管５の外周面との間には、液体窒素Ｒが流通可能な隙間が形成されるように、配管５は配置されていてもよい。
【００４２】
この場合、図３や図５などに示すように、内槽ネック部４１Ｃの内側（たとえば中心部）に配管５（熱交換器３により冷却された液体窒素Ｒが下方部４１Ａへと供給されるための配管）が配置される一方、配管５と内槽ネック部４１Ｃの内壁との間の隙間（配管５の外周に位置する空間）は下方部４１Ａから上方部４１Ｂへ液体窒素Ｒが戻るための通路として利用される。このように、下方部４１Ａと上方部４１Ｂとを繋ぐ内槽ネック部４１Ｃに、下方部４１Ａへ冷却された液体窒素Ｒを供給する配管５と、下方部４１Ａから液体窒素Ｒが戻るための流路との両方が配置されるので、内槽ネック部４１Ｃをたとえば１つだけ形成するといった構成が可能になる。このため、超電導コイル２１が保持された下方部４１Ａと冷却部（熱交換器３）が配置された上方部４１Ｂとの間の接続部を２つ設けて、一方の接続部に配管５を配置し、他方の接続部では下方部４１Ａから上方部４１Ｂへの液体窒素Ｒの戻り流路を形成すると言った構成より、接続部の数を低減できる。この結果、超電導コイル２１が配置された下方部４１Ａにおいて、外部からの熱侵入の経路となり得る接続部の数を減らすことができる。
【００４３】
上記超電導機器において、配管５は、図６や図７に示すように、内槽ネック部４１Ｃから下方部４１Ａの内部にまで延在していてもよい。この場合、下方部４１Ａのより内部にまで、冷却された液体窒素Ｒを配管５から直接供給することができる。このため、内槽ネック部４１Ｃと下方部４１Ａとの接続部近傍までしか配管５が延びていない場合に比べて、下方部４１Ａにおいて内槽ネック部４１Ｃから離れた領域に位置する超電導コイル２１を当該液体窒素Ｒによって効率的に冷却できる。
【００４４】
上記超電導機器では、図６や図７に示すように、下方部４１Ａにおいて、下方部４１Ａから上方部４１Ｂ（図３参照）への液体窒素Ｒの戻り口（下方部４１Ａと内槽ネック部４１Ｃとの接続部）が、配管５の先端部より内槽ネック部４１Ｃに近い位置に配置されている。たとえば、図６などに示すように、内槽ネック部４１Ｃの内壁と配管５の外周との間の隙間における下方部４１Ａ側の端部開口が上記液体窒素Ｒの戻り口として機能してもよい。この場合、配管５の先端部から下方部４１Ａの内部に供給された液体窒素Ｒは、当該下方部４１Ａの内部を図６〜図８に示すように上記戻り口へ向けて流れる。そのため、たとえば図６などに示すように当該液体窒素Ｒの流れる経路が超電導コイル２１の周囲の領域を含むように設定できるので、超電導コイル２１の冷却を確実に行なうことが可能である。
【００４５】
上記超電導機器は、下方部４１Ａの内部に配置され、液体窒素Ｒの流通経路を規定するガイド部材６を備えていてもよい。この場合、当該ガイド部材６を配置することで、下方部４１Ａの内部における液体窒素Ｒの流れを、超電導コイル２１の全体に当該液体窒素Ｒが接触するように調整することができる。たとえば、図６〜図８に示すように、ガイド部材６によって、超電導コイル２１の延在方向（下方部４１Ａの中心軸に沿った方向）に液体窒素を流すとともに、複数の超電導コイル２１と順番に液体窒素が接触するように、液体窒素の流通経路を規定することができる。この結果、超電導コイル２１の冷却を確実に行うことができる。
【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、冷媒を用いて超電導コイルを冷却する構成を有する超電導機器に特に有利に適用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１  超電導モータ、３  熱交換器、４  ポンプ、５  配管、６  ガイド部材、１０  ロータ、１１  ロータ軸、１２  ロータ本体、２０  ステータ、２１  超電導コイル、２２  鉄心、２３  ケース、２４  開口部、４０  冷却要素部、４１  内槽、４１Ａ  下方部、４１Ｂ  上方部、４１Ｃ  内槽ネック部、４２  外槽、４２Ａ  外槽伸縮部、４３  伝熱部材、４３Ａ  接続部、４４  冷凍機、４５  真空断熱層、４７  ネック部、５０  軸受、５２  伸縮部、６１〜６６  矢印、Ｍ  モータ、Ｒ  液体窒素。
【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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