(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易かつ低コスト化を可能にし、かつ冷却効率をさらに向上させる超電導体の冷却装置を提供する。【解決手段】超電導体を冷却して超電導状態に保持するための超電導体の冷却装置であって、第１冷媒が貯留され超電導体が第１冷媒中に浸漬される断熱容器と、断熱容器の内部に設けられ、中心軸が上下方向に向く円筒形の内側面を有する中空ケーシング１４と、内側面の少なくとも一部に冷却面１６ａを形成した熱交換器１６と、熱交換器１６に第２冷媒を供給するための冷凍機と、冷却面１６ａに摺接するように配置された掻き取り羽根２０及び掻き取り羽根２０を駆動する駆動部２２と、を備え、冷却面１６ａに形成された第１冷媒の固体層Ｓｌを、掻き取り羽根２０で冷却面１６ａから剥離させる。【選択図】図２
2016211749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導体を冷却して超電導状態に保持するための超電導体の冷却装置であって、
第１冷媒が貯留され前記超電導体が前記第１冷媒中に浸漬される断熱容器と、
前記断熱容器の内部に設けられ、中心軸が上下方向に向く円筒形の内側面を有する中空ケーシングと、
前記内側面の少なくとも一部に冷却面を形成した熱交換器と、
前記熱交換器に第２冷媒を供給するための冷凍機と、
前記冷却面に摺接するように配置された掻き取り羽根及び該掻き取り羽根を駆動する駆動部と、を備え、
前記冷却面に形成された前記第１冷媒の固体層を、前記掻き取り羽根で前記冷却面から剥離させることを特徴とする超電導体の冷却装置。
【請求項２】
前記中空ケーシングに前記中空ケーシングの外側と内側空間とを連通させる連通孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超電導体の冷却装置。
【請求項３】
前記超電導体の一側で前記断熱容器の天井壁を挟んで該天井壁の上面に前記冷凍機が固定され、該天井壁の下面に前記中空ケーシング及び前記熱交換器が固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導体の冷却装置。
【請求項４】
前記冷凍機が蓄冷型冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超電導体の冷却装置。
【請求項５】
前記超電導体は超電導変圧器を構成する環形状の超電導コイルであり、
前記超電導コイルは環形状に形成された前記断熱容器の内部に収容され、
前記超電導変圧器を構成する常電導コアが前記断熱容器の中心に形成された外側空間に配置され、
前記熱交換器が前記超電導コイルの外周面の一側に配置されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の超電導体の冷却装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の冷却装置を用い、超電導体を冷却して超電導状態に保持する超電導体の冷却方法であって、
前記断熱容器の内部に第１冷媒を貯留すると共に、超電導体を前記第１冷媒中に浸漬する浸漬ステップと、
前記熱交換器に第２冷媒を供給し、前記冷却面に前記第１冷媒の固体層を形成させる固相形成ステップと、
前記掻き取り羽根によって前記冷却面から前記固体層を剥離させる固相剥離ステップと、を含み、
前記固相剥離ステップにおいて、
前記第１冷媒の上層と下層の密度差及び前記掻き取り羽根の作動によって、前記第１冷媒の上下方向に循環する対流を形成させることを特徴とする超電導体の冷却方法。
【請求項７】
請求項２に記載の冷却装置を用い、超電導体を冷却して超電導状態に保持する超電導体の冷却方法であって、
前記固相剥離ステップにおいて、
前記第１冷媒の上層と下層の密度差及び前記掻き取り羽根の作動によって、前記連通孔を通して前記中空ケーシングの外側から前記内側空間に流入し、前記内側空間から下方へ向かう前記第１冷媒の対流を形成させることを特徴とする請求項６に記載の超電導体の冷却方法。
【請求項８】
請求項５に記載の冷却装置を用い、超電導体を冷却して超電導状態に保持する超電導体の冷却方法において、
前記固相剥離ステップにおいて、
前記第１冷媒の上層と下層の密度差及び前記回転羽根の作動によって、前記第１冷媒が前記内側空間で下降し、前記超電導コイルの内側領域で上昇する対流を形成させることを特徴とする請求項６又は７に記載の超電導体の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超電導体を冷却して超電導状態に保持するための超電導体の冷却装置及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導体、例えば、超電導変圧器、超電導マグネット、超電導限流器等を冷却して超電導状態に保持するための手段は、超電導体を断熱容器に収容し、この断熱容器に貯留された過冷却の液体冷媒に浸漬して冷却している。該液体冷媒は該断熱容器に併設された冷凍機で冷却している。
冷媒は、例えば、窒素、ネオン、アルゴン、水素、ヘリウム等が用いられる。このうち、窒素は、例えばヘリウムなどと比較して、入手性、取扱いやコスト面で各段に有利であるという利点がある。
【０００３】
液体冷媒を用いる冷却手段は、顕熱冷却を行うため、液体冷媒の比熱が蒸発潜熱や融解潜熱と比べて小さく、冷却効果が低い。また、液体窒素は融点（６３Ｋ）から沸点（７７Ｋ）までの温度範囲が狭いため、熱容量が小さい。そのため、必要量が多くなり、装置構成が大型化するという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１では、微細な個体と液体とが混じり合ったスラッシュ冷媒を用い、固体冷媒の融解潜熱を利用することで、超電導体の冷却効果を高めるようにした冷却手段が提案されている。
なお、特許文献１には、断熱容器に貯留されたスラッシュ冷媒を撹拌混合し、スラッシュ冷媒の温度分布をなくすことで、スラッシュ冷媒と超電導体間の熱伝達効率を高める撹拌翼や、冷却壁（伝熱面）に形成された冷媒の固体層を掻き取る螺旋刃等を備えた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０５２９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された冷却手段は、スラッシュ冷媒を用いることで、超電導体の冷却効果を高めているが、スラッシュ冷媒の使用のみでは冷却効果の向上に限界がある。
一方、近年、超電導体の冷却装置の設置の自由度と超電導技術の利用範囲の拡大が期待され、冷却装置の簡易かつ低コスト化と冷却効果のさらなる向上が求められている。
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態は、上記課題に鑑み、超電導体の冷却装置の簡易かつ低コスト化を可能にし、かつ冷却効率をさらに向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る超電導体の冷却装置は、
超電導体を冷却して超電導状態に保持するための超電導体の冷却装置であって、
第１冷媒が貯留され前記超電導体が前記第１冷媒中に浸漬される断熱容器と、
前記断熱容器の内部に設けられ、中心軸が上下方向に向く円筒形の内側面を有する中空ケーシングと、
前記内側面の少なくとも一部に冷却面を形成した熱交換器と、
前記熱交換器に第２冷媒を供給するための冷凍機と、
前記冷却面に摺接するように配置された掻き取り羽根及び該掻き取り羽根を駆動する駆動部と、を備え、
前記冷却面に形成された前記第１冷媒の固体層を、前記掻き取り羽根で前記冷却面から剥離させる。
【０００９】
前記構成（１）において、第２冷媒を上記熱交換器に供給し、上記冷却面に固体層を形成させる。上記冷却面に形成された固体層は、駆動部によって掻き取り羽根を作動させることで、冷却面から剥離する。剥離した固体層は自重で落下し、超電導体近傍の断熱容器の底部に溜まる。
こうして、液体冷媒だけでなく、熱容量が大きい固体層で、超電導体を冷却するので、超電導体の冷却効果を高めることができる。
また、断熱容器内で第１冷媒だけの上層と固体冷媒が蓄積された下層とでは密度が異なるので、この密度差によって上下方向の自然対流が促進されると共に、掻き取り羽根の作動によって中空ケーシング内の第１冷媒を下方向へ向かわせる強制対流を起すことができる。
【００１０】
これら自然対流及び強制対流によって、第１冷媒が撹拌され、液体冷媒と固体層間の熱伝達が促進され、超電導体の冷却効果をさらに向上できる。さらに、この撹拌作用は超電導体の周方向にも伝播するため、超電導体の周方向で冷却の均一化が促進される。
また、断熱容器の内部には中空ケーシング及び熱交換器を配置するだけなので、断熱容器が大型化せず、設備費を低コスト化できる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
前記中空ケーシングに前記中空ケーシングの外側と内側空間とを連通させる連通孔が形成される。
前記構成（２）によれば、上記連通孔から第１冷媒の流出入が可能になるので、第１冷媒の対流形成がより促進され、超電導体の冷却効果をさらに向上できる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
前記超電導体の一側で前記断熱容器の天井壁を挟んで該天井壁の上面に前記冷凍機が固定され、該天井壁の下面に前記中空ケーシング及び前記熱交換器が固定される。
前記構成（３）によれば、冷凍機、中空ケーシング及び熱交換器を断熱容器の上部にコンパクトにまとめて配置できるので、断熱容器の大型化を招かず、設備を低コスト化できる。また、中空ケーシングを超電導体の一側で断熱容器の天井壁に固定することで、中空ケーシング内で下方へ向かう対流によって第１冷媒の拡散が促進される。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
前記冷凍機が蓄冷型冷凍機、例えば、ギフォード・マクマホン冷凍機（以下「ＧＭ冷凍機」とも言う。）である。
前記構成（４）によれば、冷凍機として蓄冷型冷凍機を用いることで、冷凍機を小型化できる。そのため、冷却装置の大型化を招かず、簡易かつ低コスト化できる。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（４）の何れかにおいて、
前記超電導体は超電導変圧器を構成する環形状の超電導コイルであり、
前記超電導コイルは環形状に形成された前記断熱容器の内部に収容され、
前記超電導変圧器を構成する常電導コアが前記断熱容器の中心に形成された外側空間に配置され、
前記熱交換器が前記超電導コイルの外周面の一側に配置される。
前記構成（５）によれば、上記環形状の超電導コイルの横断面上で、超電導コイルの周囲を上下方向に循環する第１冷媒の対流を形成できる。これによって、液体冷媒と固体層間の熱伝達を促進でき、第１冷媒の上下方向の温度差をなくし、超電導体の冷却効果を向上できる。
また、掻き取り羽根によって起る強制対流の拡散作用で、超電導コイルの周方向にも第１冷媒を拡散できる。そのため、超電導コイルの周方向に亘って冷却効果を向上できる。
【００１５】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る超電導体の冷却方法は、
前記構成（１）〜（５）の何れかの冷却装置を用い、超電導体を冷却して超電導状態に保持する超電導体の冷却方法であって、
前記断熱容器の内部に第１冷媒を貯留すると共に、超電導体を前記第１冷媒中に浸漬する浸漬ステップと、
前記熱交換器に第２冷媒を供給し、前記冷却面に前記第１冷媒の固体層を形成させる固相形成ステップと、
前記掻き取り羽根によって前記冷却面から前記固体層を剥離させる固相剥離ステップと、を含み、
前記固相剥離ステップにおいて、
前記第１冷媒の上層と下層の密度差及び前記掻き取り羽根の作動によって、前記第１冷媒の上下方向に循環する対流を形成させる。
【００１６】
前記（６）の方法では、掻き取り羽根によって冷却面から剥離した第１冷媒の固体層は自重で落下し、断熱容器の底部で超電導体の近傍に固体層が蓄積する。
こうして、液体冷媒だけでなく、熱容量が大きい固体層で、超電導体を冷却するので、超電導体の冷却効果を高めることができる。
また、前述のように、第１冷媒を上下方向に向かわせる自然対流及び強制対流が起るので、液体冷媒と固体層間の熱伝達が促進され、超電導体の冷却効果をさらに向上できる。さらに、この対流による撹拌作用は超電導体の周方向にも伝播するため、超電導体の周方向で冷却の均一化が促進できると共に、断熱容器の内部には中空ケーシング及び熱交換器を配置するだけなので、断熱容器が大型化せず、設備費を低コスト化できる。
【００１７】
（７）幾つかの実施形態では、前記（６）の方法において、
前記構成（２）を有する冷却装置を用い、超電導体を冷却して超電導状態に保持する超電導体の冷却方法であって、
前記固相剥離ステップにおいて、
前記第１冷媒の上層と下層の密度差及び前記掻き取り羽根の作動によって、前記連通孔を通して前記中空ケーシングの外側から前記内側空間に流入し、前記内側空間から下方へ向かう前記第１冷媒の対流を形成させる。
前記（７）の方法によれば、上記連通孔を形成することで、自然対流及び強制対流による第１冷媒の拡散作用をさらに促進でき、上記熱交換器や超電導体の冷却効果をさらに向上できる。
【００１８】
（８）幾つかの実施形態では、前記（６）又は（７）の方法において、
前記構成（１）を有する冷却装置を用い、超電導体を冷却して超電導状態に保持する超電導体の冷却方法において、
前記固相剥離ステップにおいて、
前記第１冷媒の上層と下層の密度差及び前記掻き取り羽根の作動によって、前記第１冷媒が前記内側空間で下降し、前記超電導コイルの内側領域で上昇する対流を形成させる。
前記（８）の方法によれば、超電導変圧器の横断面上で超電導変圧器の周囲を上下方向に循環する第１冷媒の対流を形成できる。これによって、液体冷媒と固体層間の熱伝達を促進できる。そのため、第１冷媒の上下方向の温度差をなくし、超電導体の冷却効果を向上できる。
また、掻き取り羽根の拡散作用で超電導コイルの周方向にも第１冷媒を拡散できるので、超電導コイルの周方向に亘って均一な冷却効果が可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、超電導体の冷却装置を簡易かつ低コスト化できると共に、冷却効果をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係る冷却装置の斜視図である。
【図２】上記冷却装置のＡ部拡大断面図である。
【図３】一実施形態に係る冷却方法の工程図である。
【図４】スラッシュ冷媒と液体冷媒の熱伝達効率の違いを示す線図である。
【図５】本発明者等が本発明に至る過程で考えた冷却装置（非公開）の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２２】
図５は、本発明者等が本発明に至る過程で考えた超電導体の冷却装置（非公開）を示している。
図５において、冷却装置１００は、第１冷媒、例えば窒素などが貯留された断熱容器１０２を備えている。断熱容器１０２の一側に突出部１０４が形成され、突出部１０４の上壁に冷凍機１０６が設けられ、冷凍機１０６で第１冷媒の固相を生成する。
図示された例示的な構成では、断熱容器１０２の主要部は環形状（ドーナッツ形状）を有し、中心に円筒形の外側空間１０２ａが形成されている。主要部の一側に突出部１０４が形成され、突出部１０４の上壁に冷凍機１０６が設けられ、冷凍機１０６で第１冷媒の固相を生成する。
断熱容器１０２の内部に、超電導体として、例えば、超電導変圧器の一部を構成する環形状の超電導コイルＳｃが断熱容器１０２の底面１０２ｂ付近に吊り下げられ、断熱容器１０２に貯留した液体冷媒中に浸漬される。外側空間１０２ａには、上記超電導変圧器の一部を構成する常電導コアＮｃが配置される。
【００２３】
突出部１０４の底面１０４ａは断熱容器１０２の本体側に向けて下降する傾斜面となっている。断熱容器１０２の天井壁１０２ｃには、超電導コイルＳｃと外部の励磁電源（不図示）とを電気的に接続する導体部品である電流リード１０８が設けられている。
冷凍機１０６によって断熱容器１０２に貯留した液体冷媒の一部から固体冷媒Ｓｒが生成され、固体冷媒Ｓｒは底面１０４ａまで落下する。底面１０４ａに落下した固体冷媒Ｓｒは超電導コイルＳｃ側へ滑り落ち、超電導体の近傍で堆積する。超電導体は液状の第１冷媒及び超電導体の近傍に堆積した固体冷媒Ｓｒによって冷却される。
【００２４】
冷却装置１００では、固体冷媒Ｓｒの融解潜熱で超電導体を冷却できるため、冷却効果を向上できる。また、熱容量が大きい固体冷媒Ｓｒの存在で蓄熱効果が期待でき、熱負荷変動時でもその変動を固体窒素の融解量の増減で吸収することが可能であり、超電導コイルＳｃの温度や冷凍機１０６の運転を安定して行うことが可能である。また、液体冷媒と固体冷媒Ｓｒとの密度差の違いによって上下方向の自然対流がより促進され、これによって、超電導コイルＳｃと第1冷媒間の熱伝達が促進され、超電導体を均一かつ低温に冷却できると共に、稼動部がないため、装置構成を簡易かつ低コスト化できる、等の利点がある。
しかし、突出部１０４があるため、断熱容器１０２の設置スペースが増加し、断熱容器１０２の小型化が達成できないという問題がある。
【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態に係る超電導体の冷却装置１０は、図１及び図２に示すように、第１冷媒（例えば窒素）が貯留され超電導体が第１冷媒中に浸漬される断熱容器１２を備えている。断熱容器１２の内部に、中心軸が上下方向に向く円筒形の内側面を有する中空ケーシング１４と、中空ケーシング１４の内側面の少なくとも一部に冷却面１６ａを形成した熱交換器１６とが設けられている。
熱交換器１６には冷凍機１８から第２冷媒（例えばヘリウム、ネオン等、沸点が第１冷媒の凝固点より低い冷媒）が供給され、冷却面１６ａに第１冷媒の固体層Ｓｌが形成される。
【００２６】
さらに、冷却面１６ａに摺接するように配置された掻き取り羽根２０及び掻き取り羽根２０を駆動する駆動部２２を備え、冷却面１６ａに形成された第１冷媒の固体層Ｓｌを掻き取り羽根２０で冷却面１６ａから剥離させる。
図示した例示的な実施形態では、掻き取り羽根２０は上下方向に向く回転軸２４に取り付けられ、回転軸２４は駆動部２２（例えばモータ）によって回転される。
掻き取り羽根２０によって内側冷却面１６ａから剥離された固体層Ｓｌは自重で落下し、超電導体の近傍で断熱容器１２の底部１２ｂに溜まり、液体冷媒と共に、超電導体を冷却する。
【００２７】
上層の液体冷媒と底面１２ｂに溜まった固体層Ｓｌとは密度差があり、この密度差によって上下方向の自然対流が促進される。さらに、掻き取り羽根２０の回転と固体層Ｓｌの落下によって、中空ケーシング１４の内側空間Ｓｉにある液体冷媒に下方向の力が加わり、強制対流を起す。こうして、自然対流に強制対流が加わった対流Ｆｃが形成される。
なお、熱交換器１６の中心軸線Ｃは、上下方向に形成される第１冷媒の対流形成に妨げとならない範囲で、垂直方向に対し傾いていてもよい。
【００２８】
例示的な実施形態として、図２に示すように、中空ケーシング１４の外部と内側空間Ｓｉと連通させる連通孔２６が形成される。第１冷媒が連通孔２６を通過可能になることで、対流Ｆｃの形成が促進される。
例示的な実施形態として、図１に示すように、超電導コイルＳｃの一側で断熱容器１２の天井壁１２ｃを挟んで天井壁１２ｃの上面に冷凍機１８が固定され、天井壁１２ｃの下面に中空ケーシング１４及び熱交換器１６が固定される。
例示的な実施形態として、冷凍機１８が蓄冷型冷凍機、例えば、ＧＭ冷凍機である。
【００２９】
例示的な実施形態として、図１に示すように、超電導体は超電導変圧器の一部を構成する環形状の超電導コイルＳｃであり、超電導コイルＳｃは環形状に形成された断熱容器１２の内部に収容される。また、上記超電導変圧器の一部を構成する常電導コアＮｃが断熱容器１２の中心に形成された外側空間１２ａに配置され、熱交換器１６が超電導コイルＳｃの外周面の一側に配置される。
超電導体が環形状の超電導コイルＳｃである場合、超電導コイルＳｃの横断面上で、超電導コイルＳｃの周囲を上下方向に循環する第１冷媒の対流（自然対流＋強制対流）Ｆｃを形成できる。
断熱容器１２の天井壁１２ｃには、超電導コイルＳｃと外部の励磁電源（不図示）とを電気的に接続する導体部品である電流リード２８が設けられている。
【００３０】
本発明の少なくとも一実施形態に係る冷却方法は、図３に示すように、浸漬ステップＳ１０、固相形成ステップＳ１２及び固相剥離ステップＳ１４を含む。
浸漬ステップＳ１０は、断熱容器１２の内部に第１冷媒を貯留すると共に、超電導体を第１冷媒中に浸漬する。
固相形成ステップＳ１２は、熱交換器１６に冷凍機１８で冷却した第２冷媒を供給し、熱交換器１６の冷却面１６ａに第１冷媒の固体層Ｓｌを形成させる。
固相剥離ステップＳ１４は、駆動部２２によって掻き取り羽根２０を作動させ、固体層Ｓｌを冷却面１６ａから剥離させる。
【００３１】
冷却面１６ａから剥離した固体層Ｓｌは自重で落下し、断熱容器１２の底面１２ｂで超電導コイルＳｃの近傍に蓄積する。固体層Ｓｌの蓄積によって、超電導コイルＳｃの冷却効果が増すと共に、第１冷媒の上層と下層では密度差が生じ、この密度差で上下方向の自然対流が生じる。この自然対流によって固体層Ｓｌ及び液体冷媒間の熱伝達が促進され、超電導コイルＳｃを低温で冷却できる。
【００３２】
例示的な実施形態として、図２及び図３に示すように、第１冷媒の上層と下層の密度差により生じる自然対流、及び掻き取り羽根２０の作動により生じる強制対流によって、連通孔２６を通して中空ケーシング１４の外側から内側空間Ｓｉに流入し、内側空間Ｓｉから下方へ向かう第１冷媒の対流Ｆｃを形成する（ステップＳ１６）。
【００３３】
例示的な実施形態として、図１に示すように、超電導体が超電導変圧器の一部を構成する環形状の超電導コイルＳｃである場合、ステップＳ１６において、第１冷媒が内側空間Ｓｉで下降し、超電導コイルＳｃの内側領域で上昇する対流Ｆｃを形成する。
【００３４】
少なくとも一実施形態によれば、熱容量が大きい固体冷媒Ｓｒで超電導コイルＳｃを冷却するので、超電導コイルＳｃの冷却効果を高めることができる。
図４は、超電導体を冷却する場合の熱伝達率を示し、冷媒として窒素を用い、横軸は超電導コイルを模擬したヒータの加熱量を示している。図中、Ｓは、断熱容器底部に固体窒素が溜まっている場合であり、Ｌは過冷却液体窒素のみを用いた場合である。図から、固体窒素が存在するＳを用いたほうが熱伝達効率が大きく、冷却効果が高いことがわかる。
【００３５】
また、前述のように、自然対流に強制対流が加わった対流Ｆｃが形成され、対流Ｆｃによって第１冷媒が撹拌されるので、液状の第１冷媒と固体冷媒Ｓｒ間の熱伝達が促進され、超電導コイルＳｃの冷却効果をさらに向上できる。
また、対流Ｆｃの形成によって、上記撹拌作用は超電導体の周方向にも伝播するため、超電導コイルＳｃを全周でより低温に冷却できる。
さらに、断熱容器１２の内部には中空ケーシング１４及び熱交換器１６を配置するだけなので、断熱容器１２が大型化せず、設備費を低コスト化できる。
【００３６】
また、例示的な実施形態によれば、図２に示すように、連通孔２６から第１冷媒の出入りが可能になるので、対流Ｆｃの形成が促進され、超電導コイルＳｃの冷却効果をさらに向上できる。
また、例示的な実施形態によれば、図１に示すように、冷凍機１８、中空ケーシング１４及び熱交換器１６を断熱容器１２の上部にコンパクトにまとめて配置できるので、断熱容器１２の大型化を招かず、設備を低コスト化できる。また、中空ケーシング１４を超電導コイルＳｃの一側で断熱容器１２の天井壁１２ｃに固定することで、中空ケーシング１４内で下方へ向かう対流Ｆｃによって第１冷媒の拡散が促進される。
【００３７】
また、例示的な実施形態によれば、冷凍機１８として、ＧＭ冷凍機を用いるので、冷凍機を小型化できる。そのため、冷却装置１０の大型化を招かず、簡易かつ低コスト化できる。
さらに、例示的な実施形態によれば、超電導体が超電導コイルＳｃである場合、環形状の超電導コイルＳｃの横断面上で、超電導コイルＳｃの周囲を上下方向に循環する第１冷媒の対流Ｆｃを形成できる。これによって、液状の第１冷媒と固体冷媒Ｓｒ間の熱伝達を促進でき、第１冷媒の上下方向の温度差をなくし、超電導コイルＳｃの冷却効果を向上できる。
また、対流Ｆｃの拡散作用で、超電導コイルＳｃの周方向にも第１冷媒を拡散できる。そのため、超電導コイルＳｃを周方向で均一に冷却でき、周方向に亘って冷却効果を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、超電導体の冷却効率を高め、かつ冷却装置を簡易かつ低コスト化可能にした冷却手段を実現できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１００    冷却装置
１２、１０２    断熱容器
１２ａ、１０２ａ    外側空間
１２ｂ、１０２ｂ    底面
１２ｃ、１０２ｃ    天井壁
１４        中空ケーシング
１６        熱交換器
１６ａ    冷却面
１８、１０６    冷凍機
２０        掻き取り羽根
２２        駆動部
２４        回転軸
２６        連通孔
２８、１０８    電流リード
１０４      突出部
１０４ａ    底面
Ｃ          中心軸線
Ｆｃ        対流
Ｎｃ        常電導コア
Ｓｃ        超電導コイル（超電導体）
Ｓｉ        内側空間
Ｓｌ        固体層
Ｓｒ        固体冷媒
【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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