(57)【要約】      （修正有）【課題】クライオ冷却器の２つのステージを超伝導デバイスの２つの構成部分から同時に熱的に係合及び脱係合することを可能にする、クライオ冷却器・インタフェース・スリーブ管を提供する。【解決手段】パルス管２ステージ・クライオ冷却器と超伝導デバイスを熱的に相互連結するためのスリーブ管組立体が、熱伝達シリンダ、熱伝達レセプタクルおよびこれらの間に延び通路を定める壁面を備える。熱伝達レセプタクルにはテーパ付き凹部が形成されており、クライオ冷却器のテーパ付き冷却プローブは熱伝達レセプタクルに接するように押し付けられてこれらの間に熱的連通を確立する。クライオ冷却器の冷却要素は熱伝達シリンダ内に配置されてこれらの間に熱的連通を確立する。運転中、クライオ冷却器がスリーブ管組立体と係合してこれらの間に熱的連通をし、クライオ冷却器がスリーブ管組立体と脱係合、スリーブ管組立体に対してクライオ冷却器は移動する。【選択図】図１
2007303814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却要素およびテーパ付き冷却プローブを有するクライオ冷却器を収納するスリーブ管組立体であって、
熱伝達シリンダと、
凹部が形成された熱伝達レセプタクルと、
前記熱伝達シリンダと前記熱伝達レセプタクルを相互連結してそれらの間の通路を定める中間部と、
前記スリーブ管組立体が前記クライオ冷却器に嵌め込まれ、前記テーパ付き冷却プローブが前記熱伝達レセプタクルに接するように押し付けられて、それらの間に熱的連通を確立し、また前記クライオ冷却器の前記冷却要素が前記熱伝達シリンダ内に位置して、それらの間に熱的連通を確立する第１の構成と、前記クライオ冷却器が前記スリーブ管組立体から脱係合されている第２の構成との間で、前記スリーブ管組立体に対して前記クライオ冷却器を移動させる手段と、
前記スリーブ管組立体が前記第２の構成にある場合にそれらの間の断熱性を維持するように前記熱伝達シリンダと前記クライオ冷却器を相互連結する手段と
を備えるスリーブ管組立体。
【請求項２】
前記熱伝達レセプタクルが内側表面および外側表面を備え、前記内側表面が前記凹部を定め、ある間隔をもって前記テーパ付き冷却プローブとはめあい係合するためにテーパが付いており、さらに前記熱伝達レセプタクルの前記内側表面と前記クライオ冷却器の前記テーパ付き冷却プローブとの間の前記間隔が０〜０．００５ｍｍ（０．００２インチ）の間の範囲内で変動する請求項１に記載のスリーブ管組立体。
【請求項３】
前記熱伝達シリンダが内側表面および外側表面を備え、また前記クライオ冷却器の前記冷却要素が前記熱伝達シリンダの前記内側表面からある間隔をもって位置し、さらに前記間隔が約０．０２５ｍｍ〜約０．１３ｍｍ（約０．００１インチ〜約０．００５インチ）の間の範囲にある請求項１に記載のスリーブ管組立体。
【請求項４】
クライオ冷却器とともに使用するための熱伝達スリーブ管であって、
第１の端部および第２の端部を有する中空熱伝達シリンダと、
熱伝達レセプタクルと、
前記熱伝達シリンダの前記第１の端部と前記熱伝達レセプタクルとを相互連結してそれらの間にチャンバを確立する中間部と、
前記熱伝達シリンダの第２の端部と前記クライオ冷却器との間に実質的に取り付けられて、前記スリーブ管と前記クライオ冷却器との間の相対的移動の間、前記チャンバを閉鎖するベローズと、
前記スリーブ管に取り付けられ前記チャンバと流体連通しているヘリウム源と
を備えるスリーブ管。
【請求項５】
冷却要素およびテーパ付き冷却プロ−ブを有するパルス管２ステージ・クライオ冷却器と、
前記パルス管２ステージ・クライオ冷却器を前記スリーブ管に配置して、前記テーパ付き冷却プローブを前記熱伝達レセプタクルに接するように押し付けて、それらの間に熱的連通を確立し、また前記パルス管２ステージ・クライオ冷却器の前記冷却要素を前記熱伝達シリンダ内に位置させて、それらの間に熱的連通を確立する手段と
をさらに備える請求項４に記載のスリーブ管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にクライオ冷却器と冷却しようとする装置とを熱的に結合するためのカップリング組立体に関する。より詳細には、本発明はクライオ冷却器の２つのステージと超伝導デバイスの２つの構成部分を同時に熱的に相互連結するスリーブ管組立体に関する。本発明は特に、これのみに限定されるわけではないが、超伝導デバイスの熱的条件を悪くすることなく、クライオ冷却器の整備の間、超伝導デバイスからパルス管２ステージ・クライオ冷却器を脱係合することができるスリーブ管組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導は極低温で達成されるということはよく知られている。いわゆる高温超伝導体でさえ２０度ケルビン程度の低温を必要とする。他のそれほど高温で超伝導体でないものは、４度ケルビン程度の低温を必要とする。
【０００３】
どの場合であれ、低温を必要とする超伝導デバイスを使用する多くの特殊な応用が存在する。例えば１つの特殊な応用には、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）技術を用いる医療診断法が含まれる。医療診断に使用される場合、ＭＲＩ技術は非常に強力で実質的に均一な磁場を発生させることが求められる。超伝導磁石がこの強力な磁場を発生させるのに使用される場合、必要とされる低い運転温度を達成するためにあるタイプの冷却装置が欠かせない。
【０００４】
超伝導デバイスに必要とされる低い運転温度を達成するために、冷却装置には通常、超伝導デバイスに熱的に結合する独立した低温ユニットすなわちクライオ冷却器が含まれる。超伝導デバイスの運転中にこのような結合は欠くことができない。しかし、クライオ冷却器が超伝導デバイスから選択的に切り離されるかまたは脱係合されることが望ましい場合がある。例えば、冷却装置のクライオ冷却器の修理または定期点検の間、冷却されている超伝導デバイスからそれを切り離した場合、クライオ冷却器で作業することがずっと容易である。重要なことに、そのように脱係合されると、クライオ冷却器を使用するために室温まで温めることができる。しかし、超伝導デバイスからのクライオ冷却器の脱係合は再係合を許さなければならない。さらに、超伝導デバイスが脱係合されている間、極定温に保たれることが望ましい。
【０００５】
当分野の技術者には知られているように、新世代のクライオ冷却器、例えば「パルス管」では、旧世代のクライオ冷却器では可能であるように「中身を取り出し」て再び組み立てることができない。替りに、これらのパルス管クライオ冷却器では、整備のためには全体を入れ替えるかまたは室温まで温めなければならない。したがって、これらの新世代クライオ冷却器では超伝導デバイスを冷却するために冷却装置またはスリーブ管を使用することが必要である。整備のためにはパルス管の全体を取り去る必要があるので、パルス管クライオ冷却器については、直接また固定的にスリーブ管に、また同様に超伝導デバイスにボルトで留めることができない。さらに、パルス管の内部部品を、多くのギホード・マクマホン（ＧＭ）２ステージ・クライオ冷却器では可能であるように別々に取り去ることはできない。
【０００６】
実際の熱結合に対して、１つの物体から別の物体への熱伝達の効率はいくつかの要因に依存することが知られている。より詳細には、固体を通しての伝導伝達あるいは１つの物体から別の物体へ気体または液体を通しての伝導伝達熱量（Ｑ）は正確に、
Ｑ＝ｋ（Ａ／Ｌ）ΔＴ
で表される。
【０００７】
上式で、ｋは熱伝導率であり、Ａは固体の横断面積、あるいは気体または液体伝導に対する２つの物体の間の接触表面積であり、Ｌは固体の伝熱長さまたは物体間のギャップ間隔であり、またΔＴは固体を横切ってのまたは２つの物体間の温度差である。この表式から、１つの物体（例えば、超伝導デバイス）を別の物体（例えば、クライオ冷却器）で効果的に冷却するためには熱伝達Ｑが起こらなければならないということを理解することができる。物体間の温度差が非常に小さいことが望ましく、また熱伝導率が与えられた場合、比Ａ／Ｌが十分に大きいことが必要である。
【０００８】
互いに接触しているどのような２つの独立した物体に対しても、それらが非常に高圧で一体化されたとしても、物体の境界の横断面表面の間に、ある平均ギャップ間隔Ｌが常に存在する。ギャップが真空である場合、そのギャップは望ましくない断熱材となりうる。したがって、これらのギャップは気体、例えばヘリウムで満たされると有益である。これが実施された場合、接触している物体間の熱伝達は、ａ）物体間に実際に接触がある場所での固体伝導、ｂ）ヘリウムで満たされたギャップを通しての分子／気体伝導、および可能性としてｃ）気体が液化している場所でのギャップにおける液体伝導から生じうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記に照らして、本発明の目的は、クライオ冷却器の２つのステージを超伝導デバイスの２つの構成部分から同時に熱的に係合及び脱係合することを可能にする、パルス管クライオ冷却器の２ステージと超伝導デバイスの２つの構成部分との間のインタフェース・スリーブ管を提供することである。本発明の別の目的は、超伝導デバイスの極低温は実質的に維持されたままでクライオ冷却器を室温で整備できる、パルス管２ステージ・クライオ冷却器および超伝導デバイスの間のインタフェース・スリーブ管を提供することである。本発明のさらの別の目的は、実際に使用しやすく比較的簡単に製造でき、またコストに対して比較的効果の高い、パルス管２ステージ・クライオ冷却器および超伝導デバイスの間のインタフェース・スリーブ管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、パルス管２ステージ・クライオ冷却器と超伝導デバイスとを熱的に相互連結するスリーブ管組立体に関する。具体的には、本発明のスリーブ管組立体は熱伝達シリンダ、熱伝達レセプタクルならびに熱伝達シリンダと熱伝達レセプタクルを相互連結する中間部を有する。
【００１１】
より詳細には、スリーブ管組立体の中間部は中空で長くまた熱伝達シリンダと熱伝達レセプタクルの間の通路を定める。本発明の熱伝達シリンダはまた中空で環状形であり、内側表面および外側表面を有する。熱伝達レセプタクルは凹部が形成されまた内側表面および外側表面を有する。重要なことに、凹部を定める熱伝達レセプタクルの内側表面にはテーパが付いている。熱伝達シリンダおよび熱伝達レセプタクルのいずれも好ましくは銅、アルミニウムまたは他の何らかの高熱伝導性材料で作られている。さらに、スリーブ管組立体の中間部は好ましくはステンレス・スチールまたは他の何らかの当技術分野で既知の低熱伝導性材料で作られている。
【００１２】
スリーブ管組立体の構造は、冷却要素およびテーパ付き冷却プローブを含むクライオ冷却器と係合可能な寸法とされる。本発明で想定されているように、クライオ冷却器がスリーブ管組立体に係合している第１の構成とクライオ冷却器がスリーブ管組立体から脱係合している第２の構成との間で、クライオ冷却器はスリーブ管組立体に対して移動可能である。すなわち、スリーブ管組立体を通してクライオ冷却器の２つのステージは超伝導デバイスの２つの構成部分と同時に熱的に係合また脱係合する。
【００１３】
より詳細には、このスリーブ管組立体は、クライオ冷却器のテーパ付き冷却プローブがスリーブ管組立体の熱伝達レセプタクルに接するように押し付けられてそれらの間に熱的連通を確立する場合、クライオ冷却器と係合している。前記のように、熱伝達レセプタクルの内側表面はクライオ冷却器のテーパ付き冷却プローブとはめあい係合するようにテーパが付いている。しかし、この係合は完全ではない。常に、熱伝達レセプタクルとクライオ冷却器のテーパ付きプローブとの間にはある平均ギャップ間隔が存在する。本発明で想定されているように、このギャップ間隔は０〜約０．０５ｍｍ（０〜約０．００２インチ）の間の範囲内で変動する。重要なことに、これらの条件のもとで、前記Ｑに対する表式における面積に対するギャップ間隔の比Ａ／Ｌは約２５４００ｃｍ2／ｃｍ（１００００ｉｎ2／ｉｎ）から約５１００００ｃｍ2／ｃｍ（２０００００ｉｎ2／ｉｎ）の間の範囲にある。結果として、熱伝達レセプタクルとテーパ付き冷却プローブの間のΔＴが小さいにもかかわらず実質的な熱流Ｑが存在しうる。
【００１４】
クライオ冷却器がスリーブ管組立体と係合している時（第１の構成）、クライオ冷却器の冷却要素は熱伝達シリンダの内側表面から非常に小さい距離に位置する。重要なことに、このギャップ間隔は冷却要素と熱伝達シリンダとの間の効果的な熱的連通を確立するために十分小さくなければならない。本発明に対して、このギャップ間隔は約０．０２５ｍｍ〜約０．１３ｍｍ（約０．００１インチ〜約０．００５インチ）の間の範囲内で変動する。この場合の面積に対するギャップ間隔の比Ａ／Ｌはレセプタクル／プローブ・インタフェ−スの場合より小さいがなお実質的な熱流Ｑが存在する。
【００１５】
クライオ冷却器およびスリーブ管組立体が第１（係合された）および第２（脱係合された）配置の間で移動するために伸縮性ベローズが装備され、それはスリーブ管組立体の熱伝達シリンダとクライオ冷却器の室温部分とを相互連結してそれらの間に閉鎖チャンバを作り出す。運転中、ベローズはクライオ冷却器がスリーブ管組立体からそれらの間にある空間をもって引き離されることを可能にし、この空間はクライオ冷却器およびスリーブ管組立体の間に気体による断熱性を維持する。別の言い方をすると、クライオ冷却器がスリーブ管組立体から外され室温まで温められるとき、スリーブ管組立体を実質的に同じ低い温度を維持するのに十分な断熱性がスリーブ管組立体とクライオ冷却器の間に存在する。
【００１６】
スリーブ管組立体が超伝導デバイスの２つの別の構成部分を連続的に冷却するために、スリーブ管組立体が実質的に低い２つの温度を維持することは重要である。これを行うために、本発明のスリーブ管組立体を近位の導体および遠位の導体により運転中超伝導デバイスに結合する。より詳細には、近位の導体は熱伝達シリンダの外側表面と超伝導デバイスのシースとの間に取り付けられて、それらの間に熱的連通を確立する。さらに、遠位の導体は熱伝達レセプタクルの外側表面と超伝導デバイスの超伝導ワイヤとの間に取り付けられて、それらの間に熱的連通を確立する。
【００１７】
ヘリウム源もまた本発明のスリーブ管組立体に結合される。パイプを通って、ヘリウム源はヘリウムガスをスリーブ管組立体にポンプで送る。本発明で想定されているように、クライオ冷却器およびスリーブ管組立体の間の空間にヘリウムガスを導入することは、クライオ冷却器がスリーブ管組立体から外されて位置を変えられた場合に真空が生成されることを防ぐ。重要なことに、ヘリウムガスはスリーブ管組立体およびクライオ冷却器の間に、これらの２つの構成部分が互いに係合した時、それらの間の効果的な熱的結合のために分子伝導を確立するのに役立つ。
【００１８】
本発明の新規な特徴は、発明自体と同様に、その構造および運転に関して、添付の説明との関連において考慮されるならば、類似の参照数字は類似の部分を示す添付の図により最もよく理解されるであろう。
【実施例】
【００１９】
最初に図１を参照すると、本発明による冷却システムが示されており全体として１０で表されている。より詳細には、冷却システム１０は、熱的にパルス管２ステージ・クライオ冷却器１４と超伝導デバイス１６を相互連結するスリーブ管組立体１２を含む。また示されるように、ヘリウム源１８はパイプ１９を通してスリーブ管組立体１２に結合している。本発明で意図されるように、スリーブ管組立体１２はクライオ冷却器１４を超伝導デバイス１６に熱的に結合および切り離すことを可能にする。
【００２０】
図２に示されるように、パルス管２ステージ・クライオ冷却器１４は、第２ステージ２２（第２クライオ冷却器ステーション）と一直線に並ぶ第１ステージ２０（第１クライオ冷却器ステーション）を有するバルブ・モータ本体１７を有する。冷却要素２４はステージ２０および２２の間に配置されている。重要なことに、冷却要素２４は第１ステージ２０と熱的連通状態にある。示されるように、テーパ付き冷却プローブ２６は第２ステージ２２から延びまた第２ステージ２２と熱的連通している。本発明で意図されるように、第２ステージ２２は約４度ケルビン（４°Ｋ）の温度に維持されてテーパ付き冷却プローブ２６を実質的に同じ低温に冷却する。さらに、第１ステージ２０は約４０度ケルビン（４０°Ｋ）の温度に維持されて冷却要素２４を実質的にそれと同じ温度に冷却する。好ましくは、クライオ冷却器１４の冷却要素２４およびテーパ付き冷却プローブ２６を、いずれも銅、アルミニウムまたは何らかの他の既知の高熱伝導性材料で作ることができる。フランジ２９を有するベローズ２８はクライオ冷却器１４にフランジ２９で取り付けられて示されている。ヘリウム源１８とスリーブ管組立体１２を相互連結するパイプ１９は、図１に示されるようにベローズ・フランジ２９を通して取り付けられている。
【００２１】
図２をなお参照すると、スリーブ管組立体１２は、熱伝達レセプタクル３０、熱伝達シリンダ３２ならびに熱伝達レセプタクル３０と熱伝達シリンダ３２とを相互連結する中間部３４を含む。熱伝達レセプタクル３０がクライオ冷却器１４のテーパ付き冷却プローブ２６を収納する寸法であることが重要である。同様に、熱伝達シリンダ３２はクライオ冷却器１４の冷却要素２４を収納する寸法がある。スリーブ管組立体１２の詳細な構造についてはおそらく図３Ａおよび図３Ｂにより最もよく理解できる。
【００２２】
図３Ａおよび図３Ｂにおいて、スリーブ管組立体１２の熱伝達レセプタクル３０には凹部３６が形成されているように示されている。図３Ｂで最もよく分かるように、熱伝達レセプタクル３０には、内側表面３８および外側表面４０がある。重要なことに、凹部３６を定める、熱伝達レセプタクル３０の内側表面３８にはテーパが付いている。また図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、スリーブ管組立体１２の中間部３４は中空で長く、またそれは熱伝達レセプタクル３０および熱伝達シリンダ３２の間の通路４２を定める。熱伝達シリンダ３２もまた中空で環状形であり、内側表面４４および外側表面４６がある。好ましくは、熱伝達レセプタクル３０および熱伝導シリンダ３２については、銅、アルミニウムまたは何らかの他の既知の高熱伝導性材料で作ることができる。スリーブ管組立体１２の中間部３４については、ステンレス・スチールまたは何らかの他の低熱伝導性材料で作ることができる。
【００２３】
再び図１を参照すると、スリーブ管組立体１２が近位の導体５２および遠位の導体５４により超伝導デバイス１６の２つの構成部分に結合して示されている。より詳細には、近位の導体５２には第１の端部５６および第２の端部５８があり、また遠位の導体５４にも第１の端部６２および第２の端部６４がある。図１に示されるように、近位導体５２の第１端部５６は熱伝達シリンダ３２の外側表面４６に取り付けられており、また第２端部５８は超伝導デバイス１６の熱シールド６０に取り付けられている。同様に、図１に示されるように、遠位導体５４の第１端部６２は熱伝達レセプタクル３０の外側表面４０に取り付けられており、また第２端部６４は超伝導デバイス１６の超伝導ワイヤ６８に取り付けられている。
【００２４】
図３Ａに示されるように、伸縮性ベローズ２８のフランジ２９はスリーブ管組立体１２の熱伝達シリンダ３２とクライオ冷却器１４の室温のフランジ６６とを相互連結する。この相互連結により、スリーブ管組立体１２およびクライオ冷却器１４の間にベローズ２８により閉鎖チャンバ５０が作り出される（図３Ｂ参照）。また、長く細いステンレス・スチール管４８がベローズ２８および熱伝達シリンダ３２の間に配置される。ヘリウムガスがヘリウム源１８からベローズ・フランジ２９を通してチャンバ５０にポンプで送られる。重要なことに、チャンバ５０にヘリウムガスが存在する状態で、ベローズ２８はスリーブ管組立体１２およびクライオ冷却器１４の間にエアロック・シールを作り出し、クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２から脱係合される時は常にクライオ冷却器１４を超伝導デバイス１６から隔離する。
【００２５】
おそらく図３Ａおよび図３Ｂの相互参照により本発明のスリーブ管組立体１２およびクライオ冷却器１４の協働を最もよく理解できる。具体的に言うと、クライオ冷却器１４は、クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２と係合している第１の構成（図３Ａ）およびクライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２から脱係合している第２の構成（図３Ｂ）の間で、スリーブ管組立体１２に対して移動可能である。重要なことに、クライオ冷却器１４の第１ステージ２０および第２ステージ２２は、スリーブ管組立体１２に同時に係合また脱係合される。クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２と係合している時、面積とギャップ間隔の比Ａ／Ｌは非常に大きいということが理解されるべきである。具体的に言うと、係合状態では、Ａ／Ｌは通常約２５４００ｃｍ2／ｃｍｎ（１００００ｉｎ2／ｉ）から約１２７０００ｃｍ2／ｃｍ（５００００ｉｎ2／ｉｎ）の間の範囲にあり、したがって非常に小さい温度差ΔＴが存在する。クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２から脱係合した時、Ａ／Ｌは約２５．４ｃｍ2／ｃｍ（１０ｉｎ2／ｉｎ）から約１２７ｃｍ2／ｃｍ（５０ｉｎ2／ｉｎ）の間の範囲にある。Ａ／Ｌが小さいこの場合には、ΔＴは非常に大きく、また結果として熱伝達Ｑは効果的に達成されない。
【００２６】
図３Ａは、熱伝達レセプタクル３０の凹部３６に接するように押し付けられてそれとの間に熱的連通を確立するクライオ冷却器１４のテーパ付き冷却プローブ２６を示す。前記のように、熱伝達レセプタクル３０は、各々のすべての境界表面の間でギャップ間隔７０をもってテーパ付き冷却プローブ２６とはめあい係合するようにテーパが付いている。通常、テーパ付き冷却プローブ２６と熱伝達レセプタクル３０の内側表面３８との間のこのギャップ間隔７０は０〜０．０５ｍｍ（０〜０．００２インチ）の間の範囲内で変動しうる。重要なことに、ヘリウム分子／ガスまたは液体伝導がギャップ間隔７０を通して確立される。図３Ａはまた、クライオ冷却器１４の冷却要素２４が熱伝達シリンダ３２の内側表面４４から非常に小さいギャップ間隔７２で位置することを示す。このギャップ間隔７２が冷却要素２４および熱伝達シリンダ３２の間でヘリウムガスを通して効果的な分子／ガス伝導が確立されるのに十分なだけ小さいことが重要である。他方、冷却要素２４が熱伝達シリンダ３２に挿入されるのに十分なギャップ間隔７２が必要である。本発明で想定されるように、このギャップ間隔７２は約０．０２５ｍｍ〜約０．１３ｍｍ（約０．００１インチ〜約０．００５インチ）の間の範囲内で変動する。
【００２７】
図３Ｂは、スリーブ管組立体１２から脱係合したたクライオ冷却器１４を示す。ベローズ２８はクライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２から引き離されることを可能にする。スリーブ管組立体１２とクライオ冷却器１４の間には、クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２から脱係合した時、スリーブ管組立体１２を実質的に同じ低温に維持するのに十分な断熱性がある。その間、スリーブ管組立体１２は超伝導デバイス１６と熱的連通したままである。
【００２８】
本発明のスリーブ管組立体１２の操作では、図２がまず参照され、パルス管２ステージ・クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２に配置されて示されている。より詳細には、図３Ｂに示されるように、クライオ冷却器１４のテーパ付き冷却プローブ２６はスリーブ管組立体１２の通路４２を通され、図３Ａに示されるように熱伝達レセプタクル３０の凹部３０に挿入される。クライオ冷却器１４はスリーブ管組立体１２内に置かれてベローズ・フランジ２９にボルトで留められる。テーパ付き冷却プローブ２６が熱伝達レセプタクル３０に接触すると、クライオ冷却器１４の第２ステージ２２がスリーブ管組立体１２の通路４２に配置される。さらに、クライオ冷却器１４の冷却要素２４はスリーブ管組立体１２の熱伝達シリンダ３２内に配置される。重要なことに、クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２と係合するとき、このＡ／Ｌは非常に大きい。具体的には、Ａ／Ｌは通常約２５４００ｃｍ2／ｃｍ（１００００ｉｎ2／ｉｎ）から約１２７０００ｃｍ2／ｃｍ（５００００ｉｎ2／ｉｎ）の間の範囲にあり、したがって、クライオ冷却器１４およびスリーブ管組立体１２の間の温度差ΔＴは非常に小さい。
【００２９】
図１に示されるように、超伝導デバイス１６はスリーブ管組立体１２と熱的連通しており、次いでスリーブ管組立体１２はクライオ冷却器１４と熱的連通している。別の言い方をすれば、熱的連通は、スリーブ管組立体１２を通してクライオ冷却器１４と超伝導デバイス１６との間に確立される。より詳細には、遠位の導体５４を通じて、テーパ付き冷却プローブ２６は超伝導デバイス１６の超伝導ワイヤ６８を約４度ケルビン（４°Ｋ）に冷却する。同様に、近位の導体５２を通じて、クライオ冷却器１４の冷却要素２４は超伝導デバイス１６の熱シールド６０を約４０度ケルビン（４０°Ｋ）に冷却する。
【００３０】
クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２と係合しているかまたは脱係合している間、ヘリウムガスがスリーブ管組立体１２にポンプで送られて、クライオ冷却器１４とスリーブ管組立体１２との間にギャップ間隔７０および７２を通して分子伝導を確立する。重要なことに、ヘリウムガスはＡ／Ｌの３桁の大きさの違いがスイッチのように働くことを可能にする。したがって、このスイッチ作用は望ましいときにクライオ冷却器１４およびスリーブ管組立体１２の間の係合および脱係合を可能にする。
【００３１】
スリーブ管組立体１２からクライオ冷却器１４を脱係合してそれらの間の熱的連通を切り離すために、クライオ冷却器１４は当分野で既知の何らかの機械的手段によりスリーブ管組立体１２から持ち上げられる。しかし、クライオ冷却器１４はスリーブ管組立体１２から取り去られはしない。替わりに、クライオ冷却器１４は、スリーブ管組立体１２からクライオ冷却器１４を熱的に切断するのに丁度必要とされるだけ持ち上げられる。クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２から持ち上げられる時、第１ステージ２０および第２ステージ２２はスリーブ管組立体１２内でのこれらの各々の位置から同時に脱係合され、次いでこれらは超伝導デバイス１６との各々の熱的連通と脱係合するということに注意することが重要である。
【００３２】
クライオ冷却器１４およびスリーブ管組立体１２の間の熱的脱係合時、２つの本体間のＡ／Ｌが非常に小さくなるということを理解することが重要である。具体的には、Ａ／Ｌは約２５．４ｃｍ2／ｃｍ（１０ｉｎ2／ｉｎ）から約１２７ｃｍ2／ｃｍ（５０ｉｎ2／ｉｎ）の間の範囲にある。結果として、ΔＴは非常に大きく、熱伝達は相対的に重要ではない。
【００３３】
前記のように、ベローズ２８はクライオ冷却器１４とスリーブ管組立体１２を相互連結してそれらの間にチャンバ５０を作り出す。ベローズ２８以外にはスリーブ管組立体１２およびクライオ冷却器１４の間に他にいかなる機械的結合も存在しない。重要なことに、クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２と脱係合字、Ａ／Ｌは非常に大きい値（約２５４００ｃｍ2／ｃｍ〜約１２７０００ｃｍ2／ｃｍ（約１００００ｉｎ2／ｉｎ〜約５００００ｉｎ2／ｉｎ））から非常に小さい値（約２５．４ｃｍ2／ｃｍ〜約１２７ｃｍ2／ｃｍ（約１０ｉｎ2／ｉｎ〜約５０ｉｎ2／ｉｎ））へと変わる。この結果として、断熱性が作り出される。さらに、ベローズ２８は、スリーブ管組立体１２が実質的に同じ低温を維持するのに十分なクライオ冷却器１４およびスリーブ管組立体１２の間の断熱性を維持する。
【００３４】
クライオ冷却器１４とスリーブ管組立体１２の間の熱的脱係合時、クライオ冷却器１４は整備のために室温まで暖められることが可能である。この間、スリーブ管組立体１２は超伝導デバイス１６と熱的連通したままである。重要なことに、超伝導デバイス１６は外されている間もその低温を維持する傾向をもつ（すなわち、超伝導ワイヤに対して４°ケルビンまた熱シールドに対して４０°Ｋ）。
【００３５】
クライオ冷却器１４が整備のためにスリーブ管組立体１２から脱係合される時、クライオ冷却器１４は、それが室温に暖められるので膨張する傾向がある。したがって、クライオ冷却器１４をスリーブ管組立体１２に再係合する前に、クライオ冷却器１４がスリーブ管組立体１２にうまく寸法が合うように、クライオ冷却器１４を再冷却する必要がある。これを行うために、クライオ冷却器１４のステージ２０および２２はテーパ付き冷却プローブ２６および冷却要素２４をそれぞれ冷却してそれぞれの低温に下げる。次に、冷却されたクライオ冷却器１４はスリーブ管組立体１２に再係合されてそれらの間に熱的連通を確立する。
【００３６】
本明細書において詳細に示され開示された特定のクライオ冷却器・インタフェース・スリーブ管は、本明細書に記載された目的を達成することおよび利点を提供することが十分に可能であるが、それは本発明の現時点での好ましい実施形態の例示にすぎず、特許請求の範囲に記載される以外に、本明細書に示された構成または設計の詳細に限定しようとするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】パルス管２ステージ・クライオ冷却器と係合した本発明のスリーブ管組立体が、分かりやすくするために部分的に取り除いて描かれた超伝導デバイスに運転中結合している様子を示す概略的斜視図である。
【図２】パルス管２ステージ・クライオ冷却器との構造的関係が分かるように本発明のスリーブ管組立体を示す斜視分解図である。
【図３Ａ】図１の線３−３に沿って見た、運転中互いに係合したスリーブ管組立体およびパルス管２ステージ・クライオ冷却器の横断面図である。
【図３Ｂ】運転中にクライオ冷却器の整備のために互いに脱係合している時の、図３Ａに見られるスリーブ管組立体およびパルス管２ステージ・クライオ冷却器の横断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
３  図３Ａおよび図３Ｂに対応した見る方向
１０  冷却システム
１２  スリーブ管組立体
１４  パルス管２ステージ・クライオ冷却器
１６  超伝導デバイス
１７  バルブ・モータ本体
１８  ヘリウム源
１９  パイプ
２０  クライオ冷却器の第１ステージ
２２  クライオ冷却器の第２ステージ
２４  冷却要素
２６  テーパ付き冷却プローブ
２８  伸縮性ベローズ
２９  フランジ
３０  熱伝達レセプタクル
３２  熱伝達シリンダ
３４  中間部
３６  凹部
３８  熱伝達レセプタクルの内側表面
４０  熱伝達レセプタクルの外側表面
４２  通路
４４  熱伝達シリンダの内側表面
４６  熱伝達シリンダの外側表面
４８  ステンレス・スチール管
５０  閉鎖チャンバ
５２  近位の導体
５４  遠位の導体
５６  近位導体の第１端部
５８  近位導体の第２端部
６０  熱シールド
６２  遠位導体の第１端部
６４  遠位導体の第２端部
６６  室温のフランジ
６８  超伝導ワイヤ
７０  ギャップ間隔
７２  ギャップ間隔
【図１】
2007303814.tif 000003
【図２】
2007303814.tif 000004
【図３Ａ】
2007303814.tif 000005
【図３Ｂ】
2007303814.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月23日(2007.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却プローブを有するクライオ冷却器と、該クライオ冷却器を収納するスリーブ管組立体とを有する冷却システムにおいて、
前記スリーブ管組立体が、熱伝達シリンダと、熱伝達レセプタクルと、前記熱伝達シリンダおよび前記熱伝達レセプタクルを相互連結してそれらの間に通路を画定する中間部とを有し、
前記熱伝達レセプタクルおよび前記クライオ冷却器の接触と、前記熱伝達レセプタクルおよび前記クライオ冷却器が接触した状態において前記クライオ冷却器および前記スリーブ管組立体の間の空間に導入されたヘリウムガスとによって、前記熱伝達レセプタクルおよび前記クライオ冷却器が熱的に結合され、
前記熱伝達シリンダおよび前記クライオ冷却器の接触と、前記熱伝達シリンダおよび前記クライオ冷却器が接触した状態において前記クライオ冷却器および前記スリーブ管組立体の間の空間の間に導入されたヘリウムガスとによって、前記熱伝達シリンダおよび前記クライオ冷却器が熱的に結合され、
前記中間部および前記クライオ冷却器が熱的に切り離されていることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記クライオ冷却器は、前記スリーブ管組立体に嵌め込まれるように係合して該スリーブ管組立体との間に熱的連通を確立する第１の構成と、前記スリーブ管組立体内にとどまりつつ前記熱伝達シリンダおよび前記熱伝達レセプタクルから脱係合されて前記スリーブ管組立体との間の熱的連通を遮断する第２の構成との間で、前記スリーブ管組立体に対して移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記冷却プローブがテーパ付き冷却プローブであり、
前記熱伝達レセプタクルが内側表面および外側表面を有し、前記内側表面は、前記テーパ付き冷却プローブが所定の間隔をもって嵌め込まれるテーパ付き凹部を画定し、前記熱伝達レセプタクルの前記内側表面と前記クライオ冷却器の前記テーパ付き冷却プローブとの間の前記間隔が０〜０．０５ｍｍ（０．００２インチ）の間の範囲内で変動する請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記スリーブ管組立体は、前記熱伝達シリンダの外側表面に取り付けられる第１の端部と超伝導デバイスの熱シールドに取り付けられる第２の端部とを備えた導体をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷却システム。