(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部にヒートステーション(25)が設けられた冷凍機(7)のシリンダ(20)をプラグインシリンダ(10)に挿入して成る低温保持装置において、
上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間隙に、シール部材(29)が設けられる一方、
上記冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間には、上記シリンダ(20)と上記プラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)を複数の空間に区画する区画部材(28)が設けられ、
上記冷凍機(7)のシリンダ(20)の外周面には、複数の部材を環状に接合して成るシール取付座(27)が設けられ、
上記区画部材は、上記シール取付座(27)に取り付けられたカットリング(28)によって構成されている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項２】
被冷却媒体を貯留するとともに、内部と外部とを連通するプラグインシリンダ(10)を有する貯留手段(5)と、
シリンダ(20)内をディスプレーサ(52)が往復移動して上記シリンダ(20)の先端のヒートステーション(25)に寒冷を発生させる冷凍機(7)とを備え、
上記冷凍機(7)のシリンダ(20)が上記プラグインシリンダ(10)に挿入されるとともに、上記プラグインシリンダ(10)の外端を閉塞するように上記冷凍機(7)が上記貯留手段(5)に密着固定され、上記ヒートステーション(25)で被冷却媒体を冷却する低温保持装置において、
上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間には、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との隙間を封止するシール部材(29)が設けられる一方、
上記冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間には、上記シリンダ(20)と上記プラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)を複数の空間に区画する区画部材(28)が設けられ、
上記冷凍機(7)のシリンダ(20)の外周面には、複数の部材を環状に接合して成るシール取付座(27)が設けられ、
上記区画部材は、上記シール取付座(27)に取り付けられたカットリング(28)によって構成されている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項３】
先端部にヒートステーション(25)が設けられた冷凍機(7)のシリンダ(20)をプラグインシリンダ(10)に挿入して成る低温保持装置において、
上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間隙に、シール部材(29)が設けられる一方、
上記冷凍機(7)には、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と外部空間(54)とを連通する連通路(41)が形成され、
上記連通路(41)には、被冷却媒体の排出管(44)が接続され、
上記排出管(44)には、所定圧力以上になると開口する閉鎖弁(43)が取り付けられている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項４】
被冷却媒体を貯留するとともに、内部と外部とを連通するプラグインシリンダ(10)を有する貯留手段(5)と、
シリンダ(20)内をディスプレーサ(52)が往復移動して上記シリンダ(20)の先端のヒートステーション(25)に寒冷を発生させる冷凍機(7)とを備え、
上記冷凍機(7)のシリンダ(20)が上記プラグインシリンダ(10)に挿入されるとともに、上記プラグインシリンダ(10)の外端を閉塞するように上記冷凍機(7)が上記貯留手段(5)に密着固定され、上記ヒートステーション(25)で被冷却媒体を冷却する低温保持装置において、
上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間には、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との隙間を封止するシール部材(29)が設けられる一方、
上記冷凍機(7)または貯留手段(5)には、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と外部空間(54)とを連通する連通路(41)が形成され、
上記連通路(41)には、被冷却媒体の排出管(44)が接続され、
上記排出管(44)には、所定圧力以上になると開口する閉鎖弁(43)が取り付けられている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の低温保持装置において、
冷凍機(7)のヒートステーション(25)の外周面にはシール固定部(32)が形成され、
シール部材は、上記シール固定部(32)に嵌め込まれたカットレスリング(29)によって構成されている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の低温保持装置において、
冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)に、充填物(26)が充填されている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項７】
請求項６に記載の低温保持装置において、
充填物は、断熱材(26)によって構成されている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の低温保持装置において、
プラグインシリンダ(10)は、先端側(12)がシール部材(29)と略同径に形成される一方、根元側(13)が上記先端側(12)よりも大径に形成されている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項９】
請求項１または２のいずれか一つに記載の低温保持装置において、
冷凍機(7)または貯留手段(5)には、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と外部空間(54)とを連通する連通路(41)が形成されている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の低温保持装置において、
連通路(41)には、被冷却媒体の排出管(44)が接続され、
上記排出管(44)には、所定圧力以上になると開口する閉鎖弁(43)が取り付けられている
ことを特徴とする低温保持装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の低温保持装置において、
プラグインシリンダ(10)は、貯留手段(5)に水平方向に取り付けられ、
冷凍機(7)のシリンダ(20)は、上記プラグインシリンダ(10)に水平方向に取り付けられている
ことを特徴とする低温保持装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温保持装置に係り、特に、冷凍機の取付構造に関する。
【従来の技術】
従来より、ＧＭ冷凍機等の冷凍機を備えた低温保持装置において、いわゆるプラグイン方式と呼ばれる冷凍機の取付構造（以下、「プラグイン構造」という）が知られている。
例えば、図４に示す低温保持装置では、液体窒素の貯液槽(301)に上下方向に延びる貫通部分を設け、この貫通部分にプラグインシリンダ(302)を挿入固定している。そして、プラグインシリンダ(302)に冷凍機(303)のシリンダ(304)を挿入し、モータ部(305)の根元部をＯリング(306)で封止することにより、窒素ガスの漏洩や外部からの空気または水の侵入を防いでいる。
プラグイン構造では、取付時には冷凍機(303)のシリンダ(304)をプラグインシリンダ(302)に挿入するだけで足り、また、取り外し時には、冷凍機(303)のシリンダ(304)をプラグインシリンダ(302)から引き抜くだけでよい。従って、冷凍機(303)の取り付け及び取り外しが容易であり、冷凍機(303)を簡単に交換することができるという特長を有している。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のプラグイン構造は、冷凍機(303)のシリンダ(304)をプラグインシリンダ(302)に対して上方から下向きに挿入する形態であったため、冷凍機(303)を横向きに設置することはできなかった。そのため、冷凍機の設置自由度が小さく、利便性に劣っていた。
従来、冷凍機(303)を横向きに設置できなかった理由は、以下の通りである。
まず第１に、プラグインシリンダを横向きに設置すると、貯液槽内の液体窒素が漏れやすくなり、また、貯液槽内に外部の空気や水分が侵入する危険性が大きくなったからである。つまり、プラグインシリンダが水平方向に延びていると、貯液槽内に封入した液体窒素の量が過剰であったり、振動の影響を受けたりすると、貯液槽内の液体窒素がプラグインシリンダと冷凍機のシリンダとの隙間を伝ってモータ部の近傍にまで流れやすくなる。そして、液体窒素がモータ部のＯリングにまで達すると、Ｏリングは冷却されて破損する。従って、プラグインシリンダを横向きに設置すると、Ｏリングのシール性が低下し、窒素が外部に漏れたり、外部の空気や水分が貯液槽内に侵入しやすくなった。
そこで、冷凍機とプラグインシリンダとの間のシール性を向上させるべく、シリンダにシール部材の取付座を設け、この取付座にリング状のシール部材を取り付けることが考えられる。しかし、シリンダの先端側に位置するヒートステーションはシリンダよりも大径であるので、取付座はシリンダに半割構造として取り付けるか、あるいはシリンダに対して一体的に成形しなければならなかった。ところが、半割構造では、半割部材同士の接着部分に隙間が必然的に形成され、この隙間から窒素が漏れやすく、十分なシール性を得ることができなかった。一方、このような隙間をなくすために、取付座をシリンダに一体的に形成することも考えられる。しかし、取付座をシリンダに一体的に成形するためには、太い棒材からシリンダを切削加工しなければならず、製造に多大なコストが必要となった。従って、シリンダにシール部材を設ける構成では、気密性の高い取付構造を安価に実現することは困難であった。
第２に、プラグインシリンダと冷凍機のシリンダとの間に形成される隙間空間において窒素ガスの対流が発生し、この対流によって熱損失が大きくなることが挙げられる。つまり、貯留槽内への侵入熱は、熱伝導による侵入熱と窒素ガスの対流による侵入熱とに大別される。従来のプラグイン構造のように冷凍機を縦置きにする場合には、対流による侵入熱は相対的に小さい。なぜなら、窒素ガスは低温になるほど密度が大きくなり、プラグインシリンダが上下方向に延びていると窒素ガスの温度勾配と密度勾配とが一致するからである。しかし、プラグインシリンダが水平方向に延びていると、窒素ガスの温度勾配と密度勾配とが直交するので、対流が発生しやすい。そのため、冷凍機を横向きに設置する形態、すなわちプラグインシリンダが水平方向に延びるような形態では、対流による侵入熱が大きくなる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、利便性に優れ、冷却性能を向上させるプラグイン構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、貯留手段と冷凍機との間を封止するシール部材をヒートステーション部分に設けることとした。
具体的には、第１の発明が講じた手段は、先端部にヒートステーション(25)が設けられた冷凍機(7)のシリンダ(20)をプラグインシリンダ(10)に挿入して成る低温保持装置において、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間隙に、シール部材(29)が設けられている。更に、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間には、上記シリンダ(20)と上記プラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)を複数の空間に区画する区画部材(28)が設けられている。加えて、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)の外周面には、複数の部材を環状に接合して成るシール取付座(27)が設けられ、上記区画部材は、上記シール取付座(27)に取り付けられたカットリング(28)によって構成されている。
上記発明特定事項により、冷凍機(7)のシリンダ(20)の先端側において、冷凍機(7)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間が封止される。そのため、シール部材(29)が容易に取り付けられる。
更に、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)は複数の空間に区画されているので、上記隙間空間(53)に被冷却媒体のガスが侵入した場合であっても、当該ガスは比較的小さな空間で対流を行う。そのため、上記隙間空間(53)の全体で対流を行う場合に比べて、対流による侵入熱が減少する。従って、侵入熱による熱損失が小さくなり、装置の冷却能力が向上する。
その上、冷凍機(7)のシリンダ(20)の周りに上記複数の部材を環状に接合することにより、シリンダ(20)の外側にシール取付座(27)が形成される。また、シール取付座(27)にカットリング(28)を取り付けることにより、隙間空間(53)を複数の空間に区画する区画部材が形成される。従って、簡易かつ安価な構成により、被冷却媒体の対流が抑制される。
第２の発明が講じた手段は、被冷却媒体を貯留するとともに、内部と外部とを連通するプラグインシリンダ(10)を有する貯留手段(5)と、シリンダ(20)内をディスプレーサ(52)が往復移動して上記シリンダ(20)の先端のヒートステーション(25)に寒冷を発生させる冷凍機(7)とを備え、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)が上記プラグインシリンダ(10)に挿入されるとともに、上記プラグインシリンダ(10)の外端を閉塞するように上記冷凍機(7)が上記貯留手段(5)に密着固定され、上記ヒートステーション(25)で被冷却媒体を冷却する低温保持装置において、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間には、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との隙間を封止するシール部材(29)が設けられている。更に、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間には、上記シリンダ(20)と上記プラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)を複数の空間に区画する区画部材(28)が設けられている。加えて、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)の外周面には、複数の部材を環状に接合して成るシール取付座(27)が設けられ、上記区画部材は、上記シール取付座(27)に取り付けられたカットリング(28)によって構成されている。
上記発明特定事項により、冷凍機(7)のシリンダ(20)内でディスプレーサ(52)が往復移動し、作動ガスの膨張によってヒートステーション(25)が極低温に冷却され、寒冷が発生する。貯留手段(5)に貯留された被冷却媒体はヒートステーション(25)に冷却され、ガス化した被冷却媒体は凝縮して液化し、その低温が維持される。冷凍機(7)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間は、ヒートステーション(25)とプラグインシリンダ(10)との隙間を封止するシール部材(29)によって封止されているので、貯留手段(5)からの被冷却媒体の漏洩や、貯留手段(5)への空気や水分の侵入は確実に阻止される。
更に、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)は複数の空間に区画されているので、上記隙間空間(53)に被冷却媒体のガスが侵入した場合であっても、当該ガスは比較的小さな空間で対流を行う。そのため、上記隙間空間(53)の全体で対流を行う場合に比べて、対流による侵入熱が減少する。従って、侵入熱による熱損失が小さくなり、装置の冷却能力が向上する。
その上、冷凍機(7)のシリンダ(20)の周りに上記複数の部材を環状に接合することにより、シリンダ(20)の外側にシール取付座(27)が形成される。また、シール取付座(27)にカットリング(28)を取り付けることにより、隙間空間(53)を複数の空間に区画する区画部材が形成される。従って、簡易かつ安価な構成により、被冷却媒体の対流が抑制される。
第３の発明が講じた手段は、先端部にヒートステーション(25)が設けられた冷凍機(7)のシリンダ(20)をプラグインシリンダ(10)に挿入して成る低温保持装置において、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間隙に、シール部材(29)が設けられている。更に、上記冷凍機(7)には、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と外部空間(54)とを連通する連通路(41)が形成されている。加えて、上記連通路(41)には、被冷却媒体の排出管(44)が接続され、上記排出管(44)には、所定圧力以上になると開口する閉鎖弁(43)が取り付けられている。
第４の発明が講じた手段は、被冷却媒体を貯留するとともに、内部と外部とを連通するプラグインシリンダ(10)を有する貯留手段(5)と、シリンダ(20)内をディスプレーサ(52)が往復移動して上記シリンダ(20)の先端のヒートステーション(25)に寒冷を発生させる冷凍機(7)とを備え、上記冷凍機(7)のシリンダ(20)が上記プラグインシリンダ(10)に挿入されるとともに、上記プラグインシリンダ(10)の外端を閉塞するように上記冷凍機(7)が上記貯留手段(5)に密着固定され、上記ヒートステーション(25)で被冷却媒体を冷却する低温保持装置において、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との間には、上記ヒートステーション(25)と上記プラグインシリンダ(10)との隙間を封止するシール部材(29)が設けられている。更に、上記冷凍機(7)または貯留手段(5)には、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と外部空間(54)とを連通する連通路(41)が形成されている。加えて、上記連通路(41)には、被冷却媒体の排出管(44)が接続され、上記排出管(44)には、所定圧力以上になると開口する閉鎖弁(43)が取り付けられている。
上記第３及び第４の発明特定事項により、隙間空間(53)と外部空間(54)とが連通路(41)を通じて連通されているので、隙間空間(53)に侵入した被冷却媒体は連通路(41)を通じて外部空間(54)に排出される。
また、隙間空間(53)内の被冷却媒体の圧力が所定圧力以上になると閉鎖弁(43)が開弁し、排出管(44)を通じて被冷却媒体が外部に排出される。そのため、隙間空間(53)における圧力上昇が抑制され、冷凍機(7)及びプラグインシリンダ(10)の破損が防止される。
第５の発明が講じた手段は、上記第１〜第４の発明のいずれか一つにおいて、冷凍機(7)のヒートステーション(25)の外周面にはシール固定部(32)が形成され、シール部材は、上記シール固定部(32)に嵌め込まれたカットレスリング(29)によって構成されていることとしたものである。
上記発明特定事項により、冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間は、継ぎ目のないカットレスリング(29)によって封止されているので、冷凍機(7)の取付構造の気密性が向上する。また、カットレスリング(29)はヒートステーション(25)の外周面に形成されたシール固定部(32)に嵌め込まれているので、カットレスリング(29)のみならず、カットレスリング(29)の内側にも継ぎ目がないことから、取付構造の気密性は一層向上する。
第６の発明が講じた手段は、上記第１〜第５のいずれか一つの発明において、冷凍機(7)のシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)に充填物(26)が充填されていることとしたものである。
上記発明特定事項により、上記隙間空間(53)に充填物(26)が充填されているので、被冷却媒体の対流が抑制され、対流による侵入熱が減少する。
第７の発明が講じた手段は、上記第６の発明において、充填物は、断熱材(26)によって構成されていることとしたものである。
上記発明特定事項により、上記隙間空間(53)を充填する充填物は断熱材(26)であるので、対流による侵入熱だけでなく、熱伝導による侵入熱も顕著に抑制される。従って、装置の冷却性能が向上する。
第８の発明が講じた手段は、上記第１〜第４の発明のいずれか一つにおいて、プラグインシリンダ(10)は、先端側(12)がシール部材(29)と略同径に形成される一方、根元側(13)が上記先端側(12)よりも大径に形成されていることとしたものである。
上記発明特定事項により、プラグインシリンダ(10)の根元側(13)はシール部材(29)よりも大径に形成されているので、冷凍機(7)の取り付けまたは取り外しの際に、シール部材(29)はプラグインシリンダ(10)の先端側(12)のみと接触することになる。従って、シール部材(29)とプラグインシリンダ(10)との接触長さを短くすることができる。そのため、冷凍機(7)の取り付け及び取り外しが迅速かつ容易に行われる。
第９の発明が講じた手段は、上記第１または第２の発明のいずれか一つにおいて、冷凍機(7)または貯留手段(5)には、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と外部空間(54)とを連通する連通路(41)が形成されていることとしたものである。
上記発明特定事項により、隙間空間(53)と外部空間(54)とが連通路(41)を通じて連通されているので、隙間空間(53)に侵入した被冷却媒体は連通路(41)を通じて外部空間(54)に排出される。
第１０の発明が講じた手段は、上記第９の発明において、連通路(41)には、被冷却媒体の排出管(44)が接続され、該排出管(44)には、所定圧力以上になると開口する閉鎖弁(43)が取り付けられていることとしたものである。
上記発明特定事項により、隙間空間(53)内の被冷却媒体の圧力が所定圧力以上になると閉鎖弁(43)が開弁し、排出管(44)を通じて被冷却媒体が外部に排出される。そのため、隙間空間(53)における圧力上昇が抑制され、冷凍機(7)及びプラグインシリンダ(10)の破損が防止される。
第１１の発明が講じた手段は、上記第１〜第１０の発明のいずれか一つにおいて、プラグインシリンダ(10)は、貯留手段(5)に水平方向に取り付けられ、冷凍機(7)のシリンダ(20)は、上記プラグインシリンダ(10)に水平方向に取り付けられていることとしたものである。
上記発明特定事項により、冷凍機(7)を横方向に設置することができ、設置自由度が増大する。従って、プラグイン構造の利便性が向上する。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
−低温保持装置(50)の構成−
図１に示すように、本実施形態に係る低温保持装置(50)は、超伝導磁気浮上式鉄道に搭載される超電導磁石(1)に設けられている。超電導磁石(1)は磁界を生成することによって、コイルガイドウェイ（図示せず）に取り付けられた推進コイル（図示せず）から推進力を受けるとともに、浮上・案内コイル（図示せず）から浮上力及び案内力を受け、車両を超高速で浮上走行させる。
超電導磁石(1)の外槽(2)の内部には、輻射シールド(3)が車両の長手方向（図１のＸ方向）に４つ配設されている。輻射シールド(3)は、筒状体に形成された輻射シールド部材がトラック状に閉ループを構成して成っている。つまり、輻射シールド(3)の内部は、外部からの輻射熱の侵入が抑制されたチューブ状の密閉空間になっている。
輻射シールド(3)の内部には、輻射シールド(3)と同心状に配置された内槽容器(3a)が収納されている。内槽容器(3a)は、輻射シールド(3)と同じように断面が筒状体に形成され、トラック状の閉ループを構成している。内槽容器(3a)の内部には、図示しない超伝導コイルが同心状に配置されている。内槽容器(3a)の内部には４Ｋ程度に冷却された液体ヘリウムが満たされ、この液体ヘリウムによって上記超伝導コイルが冷却されている。
各輻射シールド(3)の周りには、それぞれ５本の窒素配管(19,19,…)が配設されている。各窒素配管(19)の一部は、各窒素配管(19)と輻射シールド(3)との間の熱抵抗が小さくなるように、輻射シールド(3)の外壁面に接合されている。窒素配管(19)の内部には約８０Ｋ程度に冷却された液体窒素が充填され、窒素配管(19)を介して輻射シールド(3)が上記液体窒素によって冷却されている。
外槽(2)の上側に当該外槽(2)と一体に形成された真空槽(49)の中には、液体ヘリウムを貯留するヘリウムタンク(4)と、液体窒素を貯留する窒素タンク(5)とが設けられている。ヘリウムタンク(4)及び貯留手段としての窒素タンク(5)は、いずれも円筒型の密閉容器から成り、横置き状態で外槽(2)の上側に取付固定されている。ヘリウムタンク(4)及び窒素タンク(5)は、それぞれの底部が対向するように並べられている。
ヘリウムタンク(4)は図示しない配管を通じて各内槽容器(3a)に接続され、各内槽容器(3a)に液体ヘリウムを供給している。窒素タンク(5)は、窒素配管(19)内で蒸発した窒素ガスを窒素タンク(5)に戻すガス配管(8a)と、窒素タンク(5)内の液体窒素を窒素配管(19)に供給する液配管(8b)とを介して、分配器(8,8,…)に接続されている。各分配器(8)はそれぞれ各輻射シールド(3)に配設された５本の窒素配管(19,19,…)に接続され、窒素タンク(5)からの液体窒素を各窒素配管(19)に分配して供給するとともに、窒素配管(19)からの窒素ガスを集合させて窒素タンク(5)に戻す。
ヘリウムタンク(4)の頂部、すなわち図１における右側部分には、ＧＭ＋ＪＴ冷凍機から成る極低温冷凍機(6)が取り付けられている。極低温冷凍機(6)は、ＧＭ冷凍部で予備冷却したヘリウムガスをＪＴ（ジュール・トムソン）膨張することにより４Ｋ程度の寒冷を得るように構成されている。極低温冷凍機(6)とヘリウムタンク(4)との間には、ヘリウムガスを図示しないＪＴ回路に吸入するループ（図示せず）が形成され、ＪＴ回路に吸入されＪＴ膨張に用いられたヘリウムガスは、ヘリウムタンク(4)に放出されるようになっている。
窒素タンク(5)の頂部、すなわち図１における左側部分には、ＧＭ冷凍機から成る冷凍機(7)が設けられている。
図２及び図３に示すように、冷凍機(7)は、いわゆるプラグイン方式の取付構造によって窒素タンク(5)に取り付けられている。つまり、窒素タンク(5)の開口(51)にプラグインシリンダ(10)が挿入され、このプラグインシリンダ(10)に冷凍機(7)のシリンダ(20)が挿入されて固定されている。そして、本実施形態の特徴として、冷凍機(7)は水平方向に取り付けられている。つまり、横向きに設置されている。
窒素タンク(5)は、外壁(5a)と内壁(5b)とが真空空間(5c)によって隔てられた２重構造に形成されている。
プラグインシリンダ(10)は、窒素タンク(5)の軸方向（水平方向）に平行に延びる略円筒形状のシリンダであり、窒素タンク(5)の内部と外部とを連通するように窒素タンク(5)の頂部を貫通している。本実施形態の特徴の一つとして、プラグインシリンダ(10)の中央やや左側には段差部(11)が設けられている。段差部(11)の左側（先端側）は冷凍機(7)のヒートステーション(25)の根元部(31)とほぼ同径の第１シリンダ部(12)を形成し、段差部(11)の右側（根元部）は第１シリンダ部(12)よりも大径の第２シリンダ部(13)を形成している。言い換えると、プラグインシリンダ(10)は、根元側が先端側よりも径の太い２段形状のシリンダである。第１シリンダ部(12)の先端側、つまり図２に示す左側には複数の孔(33)が形成され、これらの孔(33)を通じて窒素ガスが第１シリンダ部(12)の内側と外側とを自由に流通するようになっている。プラグインシリンダ(10)の根元部(14)は、窒素タンク(5)に固定されている。一方、プラグインシリンダ(10)の先端部(15)は、窒素タンク(5)内に設けられた取付具(9)に固定されている。
冷凍機(7)は、ガス圧によりディスプレーサ(52)を駆動するＧＭ冷凍機であり、モータ部(23)と膨張部(24)とから構成されている。ディスプレーサ(52)を往復移動させる駆動手段としてのモータ部(23)は、高圧ガス導入管(21)と低圧ガス導出管(22)とに接続されている。モータ部(23)には、高圧ガス導入管(21)から導入した高圧ガスの流路を適宜切り替えるバルブディスク（図示せず）と当該バルブディスクを駆動するモータ（図示せず）とが設けられ、高圧ガスの流路を切り替えることによって、ディスプレーサ(52)を往復動させるガス圧が発生する。膨張部(24)は、シリンダ(20)と、シリンダ(20)内に収納されたディスプレーサ(52)と、シリンダ(20)の先端側に形成されたヒートステーション(25)とから構成されている。ヒートステーション(25)は、窒素ガスを冷却して凝縮させる再凝縮部を構成している。
冷凍機(7)のモータ部(23)は、フランジ(40)を介して窒素タンク(5)に固定支持されている。窒素タンク(5)の外壁(5a)にはＯリング(55)が設けられ、フランジ(40)と窒素タンク(5)の外壁(5a)とが気密に密着固定されている。また、フランジ(40)には、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と窒素タンク(5)の外部空間(54)とを連通する連通路(41)が形成されている。フランジ(40)の外周面には、連通路(41)の出口となる連通口(42)が設けられている。連通口(42)にはガス排出管(44)が接続され、ガス排出管(44)には、所定圧力以上になると開口する閉鎖弁としての安全弁(43)が取り付けられている。
冷凍機(7)のシリンダ(20)は、プラグインシリンダ(10)に挿入されている。シリンダ(20)は、外部から窒素タンク(5)内への熱伝導による熱侵入を抑制するため、薄肉のステンレスで形成されている。シリンダ(20)には、２つのシール取付座(27)がシリンダ(20)を軸方向に３等分するような位置に嵌め込まれている。シール取付座(27)は半割りの環状部材、つまり半環状の部材が、シリンダ(20)を挟んで互いに環状に接着されて構成されている。シール取付座(27)は断面形状が凹状に形成され、凹部には内側から順にスプリング(39)及びカットリング(28)が嵌め込まれている。カットリング(28)はシリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)の第２シリンダ部(13)との隙間を塞ぐシール部材であり、カット部が最上部に位置するように設けられている。カットリング(28)はスプリング(39)によって径方向外向きの押圧力を受け、この力によりカットリング(28)の外周面がプラグインシリンダ(10)の第２シリンダ部(13)の内面に密着している。その結果、カットリング(28)は、隙間空間(53)を３つの小空間に分割している。
シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)には、硬質発泡ウレタンから成る断熱材(26)が充填材として万遍なく充填されている。なお、断熱材(26)はＦＲＰ、テフロン、発泡スチロール等の断熱性素材により形成されていてもよい。
ヒートステーション(25)は、先端部(30)が根元部(31)よりも細く、シルクハットのような形状に形成されている。ヒートステーション(25)の根元部(31)は、シリンダ(20)よりも大径に形成され、プラグインシリンダ(10)の第１シリンダ部(12)とほぼ同径に形成されている。ヒートステーション(25)の根元部(31)はシリンダ(20)に接合されている。ヒートステーション(25)は、シリンダ(20)内のディスプレーサ(52)の往復動によって発生する寒冷を窒素ガスに伝えやすいように、熱伝導率の高い材料で形成されている。本実施形態では、ヒートステーション(25)は銅で形成されている。
ヒートステーション(25)の根元部(31)の外周面は、継ぎ目のない滑らかな面に形成されている。そして、当該外周面には、シール固定部(32)が形成されている。このシール固定部(32)には、環状のリング押さえ部材(32a)とカットレスリング(29)とが交互に嵌め込まれている。カットレスリング(29)は窒素タンク(5)の内部空間と外部空間とを封止するためのシール部材である。カットレスリング(29)は継ぎ目のないリング部材であり、図３に示すように、芯部材としてのスプリング(38)と、このスプリング(38)の周りを覆う断面コ字状のリング部材(37)とから構成されている。リング部材(37)は、四ふっ化エチレン、すなわちＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）によって形成されている。なお、リング部材(37)は三ふっ化エチレン、すなわちＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）等の他の樹脂材料で形成してもよい。リング部材(37)の外径はプラグインシリンダ(10)の第１シリンダ部(12)とほぼ同径である。リング部材(37)は、スプリング(38)から外向きに広がろうとする力を受け、第１シリンダ部(12)の内面に密着している。
ヒートステーション(25)の先端部(30)は第１シリンダ部(12)よりも小径に形成され、ヒートステーション(25)の先端部(30)と第１シリンダ部(12)との間には隙間が設けられている。言い換えると、ヒートステーション(25)の先端部(30)は、複数の孔(33)が形成された第１シリンダ部(12)の壁面から所定間隔を存した位置に保持されている。
ヒートステーション(25)の先端部(30)には、底の浅い皿状であって断面がＬ型の取付金具(34)が雄ねじ(35)でネジ止めされている。この取付金具(34)は、プラグインシリンダ(10)の第１シリンダ部(12)の先端部内側に固定された板ばね(36)に挟持されている。このように取付金具(34)が板ばね(36)に挟持されることにより、ヒートステーション(25)の先端側がプラグインシリンダ(10)に固定支持されている。
−冷凍機(6),(7)の冷却動作−
内槽容器(3a)内の液体ヘリウムや窒素配管(19)内の液体窒素は、外部から伝わる熱や車両の走行に伴って発生する熱等により、徐々に蒸発してガス化する。内槽容器(3a)のヘリウムがガス化すると超伝導コイルを十分に冷却することができなくなり、超伝導コイルの超伝導現象を維持することが困難になる、従って、超伝導磁気浮上式鉄道を安定して走行させるためには、ガス化したヘリウムを液化し、超伝導コイルに液体ヘリウムを常時供給しなければならない。また、窒素配管(19)内の液体窒素がガス化すると、輻射シールド(3)の機能が低下する。そのため、輻射シールド(3)の機能を維持するためには、ガス化した窒素を冷却して再凝縮させ、窒素配管(19)に液体窒素を常時供給しなければならない。そこで、本超電導磁石(1)では、ヘリウムタンク(4)内のヘリウムガスを極低温冷凍機(6)によって液化するとともに、窒素タンク(5)内の窒素ガスを冷凍機(7)によって液化することとしている。
窒素タンク(5)内では、冷凍機(7)のヒートステーション(25)において、窒素ガスが冷却されて凝縮する。凝縮した液体窒素は、ヒートステーション(25)からプラグインシリンダ(10)の複数の孔(33)を通じて、窒素タンク(5)の底部に貯留した液体窒素中に滴下する。窒素ガスは、プラグインシリンダ(10)の複数の孔(33)を通じてヒートステーション(25)に連続的に供給され、窒素ガスの凝縮が連続的に行われる。
−本実施形態の効果−
以上のように、本実施形態によれば、ヒートステーション(25)の根元部(31)にシール部材を嵌め込むシール固定部(32)を設けることとしたので、シリンダ(20)に一体的に形成することなく、継ぎ目のない滑らかな取付座を容易に形成することが可能となった。また、シール部材として、継ぎ目のないカットレスリング(29)を用いることが可能となった。従って、シール部材の取付座及びシール部材の双方とも継ぎ目のない構成を、容易かつ安価に実現することが可能となった。そのため、容易かつ安価に窒素タンク(5)の気密性を向上させることが可能となった。また、シール材を容易に取り付けることができるので、冷凍機(7)の組立性が向上した。さらに、シール材の交換も容易になった。
気密性を高めるためのカットレスリング(29)だけでなく、冷凍機(7)のシリンダ(20)にカットリング(28)を嵌め込み、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)を区画して複数の空間に分割したので、個々の空間を小さくすることができた。そのため、横置きのプラグイン構造であるにもかかわらず、窒素ガスの対流を抑制することが可能となった。従って、対流による熱侵入を抑制することができ、断熱性が向上した。また、シール取付座(27)及びカットリング(28)は冷凍機(7)の組立後に取り付けるため、冷凍機(7)自体に改造を加える必要がなく、簡易に対流を防止することができる。また、カットリング(28)の交換も容易である。
さらに、上記隙間空間(53)に断熱材(26)を充填することとしたので、窒素ガスの流れを顕著に抑制することができ、対流による熱侵入を一層低減することが可能となった。また、充填物として断熱材(26)を用いているので、熱伝導による侵入熱も効果的に抑制することができる。
このように、本実施形態によれば、カットレスリング(29)を用いることによるシール性の向上、隙間空間(53)を複数の小空間に分割するカットリング(28)を用いることによる対流の防止、または隙間空間(53)を充填する断熱材(26)を用いることによる対流の防止により、プラグイン構造を横置きの冷凍機(7)に使用することが可能となった。
また、プラグインシリンダ(10)に段差部(11)を設け、根元側の第２シリンダ部(13)を先端側の第１シリンダ部(12)よりも大径に形成したので、冷凍機(7)をプラグインシリンダ(10)に挿入する際、ヒートステーション(25)に設けたカットレスリング(29)と接触するプラグインシリンダ(10)の領域が小さくなる。つまり、カットレスリング(29)とプラグインシリンダ(10)との摩擦に抗して冷凍機(7)を挿入する距離が短くなる。そのため、冷凍機(7)の挿入時に、カットレスリング(29)が第２シリンダ部(13)を通過している間は、冷凍機(7)を小さな力で挿入することができる。従って、カットレスリング(29)が接触した状態でのスライド量が減少するので、挿入に必要な仕事が低減し、冷凍機(7)を容易かつ迅速に取り付けることが可能となる。また、同様の理由から、冷凍機(7)の取り外しも容易かつ迅速になる。
冷凍機(7)のフランジ(40)に、シリンダ(20)とプラグインシリンダ(10)との間の隙間空間(53)と外部空間(54)とを連通する連通路(41)を設け、この連通路(41)にガス排出管(44)を接続しているので、隙間空間(53)内の窒素ガスを排出することができる。従って、隙間空間(53)に滞留する窒素ガスの増加による熱侵入の増加を抑制することができる。また、ガス排出管(44)に安全弁(43)を設けているので、カットレスリング(29)の損傷等により隙間空間(53)に液体窒素が漏洩し、この隙間空間(53)内で蒸発してガス化した場合であっても、所定圧力以上の窒素ガスはガス排出管(44)から排出されるので、異常な圧力上昇を抑制することができる。そのため、シリンダ(20)やプラグインシリンダ(10)の破損を防止することができる。
なお、ヒートステーション(25)にシール固定部(32)を設け、当該シール固定部(32)にカットレスリング(29)を嵌め込むのではなく、プラグインシリンダ(10)のヒートステーション(25)に対応する位置の内面にシール固定部を設け、このシール固定部にカットレスリングを嵌め込んでもよいことは勿論である。
【発明の効果】
以上のように、第１及び第２の発明によれば、冷凍機の先端側にシール部材を設けることとしたので、シール部材の取付が容易になる。また、ヒートステーションとプラグインシリンダとの間にシール部材を設けることとしたので、気密性を高めることができ、被冷却媒体の漏れや空気または水の侵入を確実に防止することができる。
また、冷凍機のシリンダとプラグインシリンダとの間の隙間空間を複数の空間に区画したので、個々の空間は相対的に小さくなり、隙間空間に侵入した被冷却媒体は小さな空間でのみ対流を行う。従って、対流による侵入熱を低減することができ、熱損失を減少させることが可能となる。その結果、装置の冷却能力を向上させることができる。
また、冷凍機のシリンダの周りに複数の部材を環状に接合することによりシール取付座を形成し、このシール取付座にカットリングを取り付けて隙間空間を複数の空間に区画することとしたので、簡易かつ安価に対流による侵入熱を抑制することができる。
第３及び第４の発明と第９の発明とによれば、隙間空間と外部空間とを連通する連通路を設けたので、隙間空間に侵入した被冷却媒体を当該連通路を通じて外部空間に排出することができる。
第３及び第４の発明と第１０の発明とによれば、連通路に排出管を接続し、当該排出管に閉鎖弁を取り付けることとしたので、隙間空間における被冷却媒体の圧力の過上昇を抑制することができ、冷凍機及びプラグインシリンダの破損を防止することができる。
第５の発明によれば、ヒートステーションの外周面にシール固定部を形成し、このシール固定部に嵌め込んだカットレスリングによって、冷凍機のシリンダとプラグインシリンダとの間を封止したので、シール部材及びその取付座の双方ともに継ぎ目がなく、取付構造の気密性を一層高めることができる。
第６の発明によれば、隙間空間に充填物を充填することとしたので、被冷却媒体の対流を一層抑制することができる。
第７の発明によれば、充填物を断熱材によって構成することとしたので、熱伝導による侵入熱も効果的に抑制することができ、装置の冷却能力を更に向上させることができる。
第８の発明によれば、プラグインシリンダの先端側をシール部材と略同径にする一方、プラグインシリンダの根元側をシール部材よりも大径に構成したので、冷凍機の取り付け及び取り外しを迅速かつ容易に行うことができる。
第１１の発明によれば、プラグインシリンダを貯留手段に水平方向に取り付けることとしたので、冷凍機を横向きに設置することができる。従って、冷凍機の設置自由度を増大することができ、プラグイン構造の利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  超電導磁石の正面図である。
【図２】  低温保持装置の部分断面図である。
【図３】  低温保持装置の一部分を拡大した部分断面図である。
【図４】  従来の低温保持装置の模式図である。
【符号の説明】
(5)  窒素タンク
(7)  冷凍機
(10)  プラグインシリンダ
(20)  シリンダ
(25)  ヒートステーション
(28)  カットリング
(29)  カットレスリング
(32)  シール固定部
(41)  連通路
(43)  安全弁
(50)  低温保持装置
(53)  隙間空間
【図１】
0003827477.tif 000002
【図２】
0003827477.tif 000003
【図３】
0003827477.tif 000004
【図４】
0003827477.tif 000005