JPH10177914A - 冷凍機付き超電導マグネットシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、蒸発に伴う極低温冷媒の消費量
をゼロとする超電導マグネットシステムを得ることを目
的とする。 【解決手段】 第１、第２および第３対向流熱交換器３
１、３２、３３が連通管４内に高温側から低温側に並設
され、冷却熱交換器３７が極低温冷媒容器２の気相部に
配設されている。第１および第２熱交換部３４、３５が
それぞれ連通管４内壁面に近接して配置されている。冷
却熱交換器３７の高圧側に絞り部３６が設けられてい
る。そこで、送り配管３８ａを流通する高圧のヘリウム
ガスが、各熱交換器で戻り配管３８ｂを流通するヘリウ
ムと熱交換して冷却される。その後、絞り部３６で膨張
して冷凍が発生され、冷却熱交換器２７に送り込まれ
て、極低温冷媒容器２内のヘリウムガスを冷却液化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、小型冷凍機で冷
却された超電導マグネットシステムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】超電導マグネットシステムは、超電導コ
イルを極低温に冷却するため、極低温の冷媒、例えば液
体ヘリウムが用いられている。この液体ヘリウム等の極
低温の冷媒は高価であることから、超電導マグネットシ
ステムでは、該冷媒の蒸発量を極力抑えるために、様々
な断熱に関する工夫が施されている。

【０００３】図１０はＭＲＩ装置用超電導磁石の冷却シ
ステム（ＮＭＲ医学 Vol.6 No.3 (1986) p.167-177）に
記載された従来の超電導マグネットシステムを示す模式
構成図である。図において、超電導コイル１は極低温冷
媒容器２内に収容され、極低温冷媒容器２内に貯液され
ている液体ヘリウム等の極低温冷媒３により極低温に冷
却されている。そして、第２熱シールド６がこの極低温
冷媒容器２を包囲するように配設され、第１熱シールド
５が第２熱シールド６を包囲するように配設され、さら
に真空容器８が第１熱シールド５を包囲するように配設
されている。これらの極低温冷媒容器２、第１および第
２熱シールド５、６は、断熱サポート９により真空容器
８に断熱支持されている。また、極低温冷媒容器２と常
温部とを連通するサービスポート用の連通管４が、極低
温冷媒容器２から第２および第１熱シールド６、５を貫
通し、真空容器８のフランジ７に至るように設けられて
いる。そして、連通管４は、第２および第１熱シールド
６、５の貫通部で、それぞれ第２および第１接続材１
２、１１により、第２および第１熱シールド６、５と熱
的に良好に接続されている。また、安全弁１０がフラン
ジ７に設けられている。

【０００４】第１小型冷凍機２１は、駆動部２２、第１
段シリンダ２３、第１段冷却ステージ２４、第２段シリ
ンダ２５、第２段冷却ステージ２６、ガス配管２７およ
び圧縮機２８から構成されている。そして、小型冷凍機
２１は、第１熱シールド５を貫通するように真空容器８
に取り付けられ、第１段冷却ステージ２４が第１熱シー
ルド５、第２段冷却ステージ２６が第２熱シールド６に
熱的に接続されている。なお、第１小型冷凍機２１とし
ては、例えば２段型ＧＭ冷凍機が用いられ、第１段およ
び第２段冷却ステージ２４、２６の温度はそれぞれ７０
Ｋ、２０Ｋ程度となっている。

【０００５】つぎに、従来の超電導マグネットシステム
の動作について説明する。超電導コイル１は極低温冷媒
容器２内に貯液されている極低温の冷媒３により極低温
に冷却される。この状態で、サービスポート用の連通管
４内にパワーリード（図示せず）を入れ、超電導コイル
１に電流を供給し、強い磁場を発生させる。そして、超
電導コイル１を永久電流モードにし、パワーリードを抜
き去る。これと同時に、小型冷凍機２１を作動させ、第
１段および第２段冷却ステージ２４、２６により、第１
および第２熱シールド５、６をそれぞれ７０Ｋおよび２
０Ｋ程度に冷却する。そこで、断熱サポート９等を介す
る熱侵入が抑えられ、極低温の冷媒３の蒸発が抑えられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の超電導マグネッ
トシステムは以上のように構成されているので、第１小
型冷凍機２１により冷却される第２熱シールド６の温度
は２０Ｋ程度と、極低温の冷媒３の温度（液体ヘリウム
の場合、４Ｋ程度）より高くなってしまっている。そこ
で、断熱サポート９等を介して極低温冷媒容器２に熱エ
ネルギが伝わり、極低温の冷媒３の蒸発を完全に抑える
ことができないという課題があった。この種の超電導マ
グネットシステムは、現在世界中で７０００台以上が稼
働しており、平均的なヘリウムガス蒸発量は０．１Ｌ／
ｈである。そこで、年間０．１×２４×３６５×７００
０＝６１３万リットルのヘリウムが大気中に放出されて
いることになる。ヘリウムは貴重な資源であり、この蒸
発による放出量は大きな問題となっている。また、近年
磁性蓄冷材を用い、４Ｋ程度の最終段冷却ステージ温度
を達成できるＧＭ冷凍機が開発され、このＧＭ冷凍機を
搭載してヘリウム蒸発に伴うヘリウム消費量をゼロとし
た超電導マグネットシステムが商品化されている。しか
しながら、このＧＭ冷凍機を既設の超電導ＭＲＩシステ
ムに適応することは難しかった。

【０００７】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、極低温冷媒の蒸発に伴う極低温
冷媒消費量を減少または完全に抑えることができる冷凍
機付き超電導マグネットシステムを得ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この第１の発明に係る冷
凍機付き超電導マグネットシステムは、極低温冷媒が貯
液された極低温冷媒容器と、極低温冷媒容器内に収納さ
れた超電導コイルと、極低温冷媒容器を包囲するように
配設された真空容器と、極低温冷媒容器を包囲するよう
に真空容器内に配設された第１および第２熱シールド
と、大気側から真空容器、第１および第２熱シールドを
貫通して極低温冷媒容器の気相部に臨むように配設され
た連通管と、第１および第２段冷却ステージを有し、該
第１および第２段冷却ステージが第１および第２熱シー
ルドにそれぞれ熱接続されて配設された第１小型冷凍機
と、極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガスを冷却液化する
第２小型冷凍機とを備え、第２小型冷凍機が、極低温冷
媒容器の気相部に臨むように配置され極低温冷媒容器内
の極低温冷媒ガスを冷却液化する冷却熱交換器と、連通
管内に高温側から低温側に並設された第１、第２および
第３対向流熱交換器と、真空容器外に配設された圧縮機
と、圧縮機、第１、第２および第３対向流熱交換器およ
び冷却熱交換器をシリーズに連結し、圧縮機で圧縮され
た冷媒ガスが流通される送り配管と、圧縮機、第１、第
２および第３対向流熱交換器および冷却熱交換器をシリ
ーズに連結し、冷却熱交換器で極低温冷媒容器内の極低
温冷媒ガスとの間で熱交換された冷媒ガスが流通する戻
り配管と、第１対向流熱交換器と第２対向流熱交換器と
の間の送り配管の経路中に設けられ第１熱シールドとの
間で熱交換を行う第１熱交換部と、第２対向流熱交換器
と第３対向流熱交換器との間の送り配管の経路中に設け
られ第２熱シールドとの間で熱交換を行う第２熱交換部
と、第３対向流熱交換器と冷却熱交換器との間の送り配
管の経路中に設けられた絞り部とから構成されているも
のである。

【０００９】また、この第２の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、上記第１の発明において、
第２小型冷凍機が、連通管の大気側開口を塞口するフラ
ンジと一体に構成されているものである。

【００１０】また、この第３の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、極低温冷媒が貯液された極
低温冷媒容器と、極低温冷媒容器内に収納された超電導
コイルと、極低温冷媒容器を包囲するように配設された
真空容器と、極低温冷媒容器を包囲するように真空容器
内に配設された第１および第２熱シールドと、大気側か
ら真空容器、第１および第２熱シールドを貫通して極低
温冷媒容器の気相部に臨むように配設された連通管と、
第１および第２段冷却ステージを有し、該第１および第
２段冷却ステージが第１および第２熱シールドにそれぞ
れ熱接続されて配設された第１小型冷凍機と、極低温冷
媒容器内の極低温冷媒ガスを冷却液化する第２小型冷凍
機とを備え、第２小型冷凍機が、真空容器外に配設され
た圧縮機と、一端が圧縮機の排気口に接続され、連通管
内を通り先端が極低温冷媒容器の気相部に臨むように配
設され、圧縮機で圧縮された極低温冷媒ガスが流通され
る送り配管と、一端が圧縮機の吸気口に接続され、他端
が連通管内の高温部側に臨むように配設され、連通管内
の極低温冷媒ガスが流通される戻り配管と、連通管内の
送り配管の経路中に高温側から低温側にシリーズに配設
され、連通管内を低温側から高温側に流通する極低温冷
媒ガスとの間で熱交換を行う第１、第２および第３対向
流熱交換部部と、第１対向流熱交換部と第２対向流熱交
換部との間の送り配管の経路中に設けられ第１熱シール
ドとの間で熱交換を行う第１熱交換部と、第２対向流熱
交換部と第３対向流熱交換部との間の送り配管の経路中
に設けられ第２熱シールドとの間で熱交換を行う第２熱
交換部と、第３対向流熱交換部と送り配管の先端との間
の送り配管の経路中に設けられた絞り部とから構成され
ているものである。

【００１１】また、この第４の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、上記第３の発明において、
第１、第２および第３対向流熱交換部が、熱良導体から
なる複数のフィンを送り配管の外壁面に突設して構成さ
れているものである。

【００１２】また、この第５の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、上記第３の発明において、
第１、第２および第３対向流熱交換部が、熱良導体から
なる複数の金網状体を送り配管の外壁面に突設して構成
されているものである。

【００１３】また、この第６の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、上記第４または第５の発明
において、ねじれ板が、第１、第２および第３対向流熱
交換部のそれぞれの配設部位の送り配管内に配設されて
いるものである。

【００１４】また、この第７の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、上記第４または第５の発明
において、熱良導体からなる金網状板が、第１、第２お
よび第３対向流熱交換部のそれぞれの配設部位の送り配
管内に配設されているものである。

【００１５】また、この第８の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、上記第３の発明において、
第１、第２および第３対向流熱交換部が、それぞれ一対
のヘッダと、一対のヘッダ間に併設された熱良導体から
なる複数の螺旋状配管とから構成され、高温側の送り配
管から高温側のヘッダに送り込まれた極低温冷媒ガスが
複数の螺旋状配管のそれぞれに分流されて流通した後、
低温側のヘッダで合流されて低温側の送り配管に送り出
されるようにしたものである。

【００１６】また、この第９の発明に係る冷凍機付き超
電導マグネットシステムは、極低温冷媒が貯液された極
低温冷媒容器と、極低温冷媒容器内に収納された超電導
コイルと、極低温冷媒容器を包囲するように配設された
真空容器と、極低温冷媒容器を包囲するように真空容器
内に配設された第１および第２熱シールドと、大気側か
ら真空容器、第１および第２熱シールドを貫通して極低
温冷媒容器の気相部に臨むように配設された連通管と、
第１および第２段冷却ステージを有し、該第１および第
２段冷却ステージが第１および第２熱シールドにそれぞ
れ熱接続されて配設された第１小型冷凍機と、極低温冷
媒容器内の極低温冷媒ガスを冷却液化する第２小型冷凍
機とを備え、第２小型冷凍機が、先端外周面に冷凍ステ
ージが設けられ、該冷凍ステージが極低温冷媒容器の気
相部に臨むように連通管内に挿入されたシリンダと、シ
リンダ内に摺動移動可能に配設されたディスプレサと、
シリンダ内に配設された蓄冷器と、ディスプレサを摺動
駆動して膨張空間を拡縮させる駆動モータと、冷媒ガス
をシリンダ内壁面とディスプレサ外壁面との間隙および
蓄冷器を介して膨張空間に圧送する圧縮機と、シリンダ
の外周面に設けられ、第１および第２熱シールドとの間
でそれぞれ熱交換を行う第１および第２熱交換部とから
構成されているものである。

【００１７】また、この第１０の発明に係る冷凍機付き
超電導マグネットシステムは、上記第９の発明におい
て、ディスプレサが、少なくとも２つに分割され、分割
されたディスプレサ同士が自在継ぎ手を介して連結され
ているものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る小
型冷凍機付き超電導マグネットシステムを示す模式構成
図、図２はその部分拡大図であり、図において図１０に
示した従来の超電導マグネットシステムと同一または相
当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００１９】図１および図２において、３０は図１０に
示される既存の超電導マグネットシステムのサービスポ
ート用の連通管４に取り付けられる第２小型冷凍機であ
る。この第２小型冷凍機３０は、第１、第２および第３
対向流熱交換器３１、３２、３３、第１および第２熱交
換部３４、３５、絞り部３６、冷却熱交換器３７、銅、
アルミ等からなる配管３８および圧縮機３９から構成さ
れている。ここで、第１、第２および第３対向流熱交換
器３１、３２、３３および冷却熱交換器３７は、圧縮機
３９から送出された極低温冷媒ガスとしてのヘリウムガ
スが送り配管３８ａを介して第１対向流熱交換器３１、
第２対向流熱交換器３２さらに第３対向流熱交換器３３
を流通して冷却熱交換器３７に至り、戻り配管３８ｂを
介して第３対向流熱交換器３３、第２対向流熱交換器３
２さらに第１対向流熱交換器３１を流通して圧縮機３９
に戻るように、送り配管３８ａおよび戻り配管３８ｂか
らなる配管３８により連結されている。そして、第１、
第２および第３対向流熱交換器３１、３２、３３は、例
えば送り配管３８ａを介して送り込まれたヘリウムガス
の流路が戻り配管３８ｂを介して送り込まれたヘリウム
ガスの流路内を螺旋状に通過するように構成され、送り
配管３８ａを介して送り込まれたヘリウムガスと戻り配
管３８ｂを介して送り込まれたヘリウムガスとが対向流
的に熱交換できるようになっている。また、第１熱交換
部３４は第１対向流熱交換器３１と第２対向流熱交換器
３２との間の送り配管３８ａの経路中に、第２熱交換部
３５は第２対向流熱交換器３２と第３対向流熱交換器３
３との間の送り配管３８ａ経路中に、連通管４の内壁面
と近接するように設けられている。さらに、絞り部３６
は第３対向流熱交換器３３と冷却熱交換器３７との間の
送り配管３８ａ経路中に設けられている。

【００２０】このように構成された第２小型冷凍機３０
は、冷却熱交換器３７が極低温冷媒容器２の気相部に位
置するように連通管４に挿入して取り付けられている。
この時、第１熱交換部３４が第１熱接続部１１を介して
第１熱シールド５と熱接続されている部位の連通管４の
内壁面に近接され、第２熱交換部３５が第２熱接続部１
２を介して第２熱シールド６と熱接続されている部位の
連通管４の内壁面に近接されている。

【００２１】つぎに、このように構成された超電導マグ
ネットシステムの動作について説明する。圧縮機３９が
駆動され、高圧のヘリウムガスが生成される。高圧のヘ
リウムガスは送り配管３８ａを介して第１対向流熱交換
器３１、第１熱交換部３４、第２対向流熱交換器３２、
第２熱交換部３５および第３対向流熱交換器３３を経て
絞り部３６に至る。そして、高圧のヘリウムガスは絞り
部３６を通過する際に大気圧程度に膨張されて、冷却熱
交換器３７に流入される。その後、低圧となったヘリウ
ムガスは、戻り配管３８ｂを介して第３対向流熱交換器
３３、第２対向流熱交換器３２および第１対向流熱交換
器３１を経て圧縮機３９に戻される。このヘリウムガス
の循環サイクルにおいて、第１、第２および第３対向流
熱交換器３１、３２、３３では、それぞれ送り配管３８
ａを介して送り込まれた高圧のヘリウムガスと戻り配管
３８ｂを介して送り込まれた低圧のヘリウムガスとの間
で熱交換が行われる。そして、冷却熱交換器３７では、
送り配管３８ａを介して送り込まれた低圧のヘリウムガ
スと極低温冷媒容器２内のヘリウムガスとの間で熱交換
が行われる。

【００２２】そこで、圧縮機３９から送り出された高圧
のヘリウムガスは、第１対向流熱交換器３１において、
第２対向流熱交換器３２側から戻り配管３８ｂを介して
送り込まれた低温低圧のヘリウムガスと熱交換して冷却
され、第１熱交換部３４に至る。ここで、第１熱シール
ド５は第１小型冷凍機２１の第１段冷却ステージ２４に
より７０Ｋ程度に冷却されている。そして、この第１熱
シールド５と第１熱接続部１１を介して熱接続されてい
る連通管４の部位も、７０Ｋに冷却されている。従っ
て、高圧のヘリウムガスは、第１熱交換部３４におい
て、第１熱交換部３４と連通管４との僅かな隙間に存在
するヘリウムガスを介して熱交換されて、７０Ｋ程度に
冷却され、その後第２対向流熱交換器３２に送り込まれ
る。そして、高圧のヘリウムガスは、第２対向流熱交換
器３２において、第３対向流熱交換器３３側から戻り配
管３８ｂを介して送り込まれた低温低圧のヘリウムガス
と熱交換して冷却され、第２熱交換部３５に至る。ここ
で、第２熱シールド６は第１小型冷凍機２１の第２段冷
却ステージ２６により２０Ｋ程度に冷却されている。そ
して、この第２熱シールド６と第２熱接続部１２を介し
て熱接続されている連通管４の部位も、２０Ｋに冷却さ
れている。従って、高圧のヘリウムガスは、第２熱交換
部３５において、第２熱交換部３５と連通管４との僅か
な隙間に存在するヘリウムガスを介して熱交換されて、
２０Ｋ程度に冷却され、その後第３対向流熱交換器３３
に送り込まれる。

【００２３】ついで、高圧のヘリウムガスは、第３対向
流熱交換器３３において、冷却熱交換器３７側から戻り
配管３８ｂを介して送り込まれた低温低圧のヘリウムガ
スと熱交換して４Ｋに近い温度まで冷却される。そし
て、４Ｋに近い温度まで冷却されたヘリウムガスは絞り
部３６を通じて大気圧程度に膨張（等エンタルピー膨
張）され、冷凍が発生され、冷却熱交換器３７に送り込
まれる。そこで、冷却熱交換器３７において、極低温冷
媒容器２内に気相部に充満しているヘリウムガスと熱交
換する。極低温冷媒容器２内のヘリウムガスは冷却熱交
換器２７内を流通するヘリウムガスと熱交換して冷却さ
れ、凝縮液化する。その後、大気圧程度になった低圧ヘ
リウムガスは、冷却熱交換器３７から戻り配管３８ｂを
介して、第３対向流熱交換器３３、第２対向流熱交換器
３２および第１対向流熱交換器３１を経由し、各対向流
熱交換器にて送り配管３８ａを介して送り込まれる高圧
ヘリウムガスと順次熱交換し、常温となって圧縮機３９
に還流される。

【００２４】このように、この実施の形態１によれば、
極低温冷媒容器２内で蒸発したヘリウムガスが冷却液化
されて回収されるので、蒸発に伴う液体ヘリウム３の消
費量を減少または完全に抑えることができる超電導マグ
ネットシステムが得られる。また、極低温冷媒容器２内
で蒸発したヘリウムガスを冷却液化する第２小型冷凍機
３０を既存の連通管４に取り付けるようにしているの
で、特別な設計変更を必要とすることなく、既存の超電
導マグネットシステムにも簡易に適用することができ
る。また、第１小型冷凍機２１により冷却される第１お
よび第２熱シリーズ５、６の温度や極低温冷媒容器２内
で蒸発されるヘリウムガスの温度を用いて、冷却熱交換
器３７におけるヘリウムガスの４Ｋ温度を達成するよう
にしているので、第２小型冷凍機３０にはＧＭ冷凍機の
ような複雑な冷凍機構が不要となり、構成の簡素化が図
られる。

【００２５】また、送り側のヘリウムガスが、第１対向
流熱交換器３１における戻り側のヘリウムガスと、第１
熱交換部３４における第１熱シールド５と、第２対向流
熱交換器３２における戻り側のヘリウムガスと、第２熱
交換部３５における第２熱シールド６と、さらには第３
対向流熱交換器３３における戻り側のヘリウムガスと、
順次熱交換が行われて段階的に冷却されるようにしたの
で、各所において効率的な熱交換が行われ、簡易な構成
で４Ｋ近くの温度を達成することができる。

【００２６】なお、上記実施の形態１では、送り配管３
８ａを連通管４の内壁面に近接させて第１および第２熱
交換部３４、３５を構成するものとしているが、送り配
管３８ａを連通管４の内壁面に密接させて第１および第
２熱交換部を構成するようにしてもよい。この場合、第
１および第２熱交換部における熱交換効率を高めること
ができる。

【００２７】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２に係る超電導マグネットシステムを示す要部拡大図
である。この実施の形態２では、図３に示すように、第
１、第２および第３対向流熱交換器３１、３２、３３を
ＦＲＰ等からなるサポート部材４０にてフランジ７の下
面に支持し、圧縮機３９をフランジ７の上面に固定し、
さらに圧縮機カバー４１を圧縮機３９を覆うようにフラ
ンジ７に取り付け、第２小型冷凍機３０をフランジ７お
よび安全弁１０と一体に構成するものである。なお、他
の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。こ
のように、この実施の形態２によれば、第２小型冷凍機
３０がフランジ７と一体に構成されているので、第２小
型冷凍機３０の着脱が簡単となり、メンテナンス性を向
上させることができる。

【００２８】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３に係る超電導マグネットシステムを示す要部拡大図
である。この実施の形態３では、図４に示すように、送
り配管３８ａは、その一端が圧縮機３９の排気口に接続
され、他端が絞り部３６を介して極低温冷媒容器２の気
相部に開放されている。そして、銅、アルミ等の熱良導
体からなる複数のフィン５０が送り配管３８ａの外壁面
に長さ方向に所定範囲にわたって設けられ、それぞれ第
１、第２および第３対向流熱交換部５１、５２、５３を
構成している。また、戻り配管３８ａは、その一端が圧
縮機３９の吸気口に接続され、他端が連通管４の上部、
即ち高温側に開放されている。そして、連通管４が戻り
配管３８ｂとして機能している。ここで、第１、第２お
よび第３対向流熱交換部５１、５２、５３はそれぞれ極
低温冷媒容器２の気相部から連通管４内を上昇してくる
ヘリウムガスと熱交換を行う対向流熱交換器として機能
している。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に
構成されている。

【００２９】つぎに、このように構成された超電導マグ
ネットシステムの動作について説明する。圧縮機３９が
駆動され、極低温冷媒容器２の気相部から連通管４内を
上昇してくるヘリウムガスが戻り配管３８ｂを介して吸
引され、圧縮されて、高圧のヘリウムガスとなって送り
配管３８ａに送り出される。この高圧のヘリウムガスは
連通管４内を上昇してくるヘリウムガスと第１対向流熱
交換部５１を介して熱交換して冷却され、第１熱交換部
３４に至る。ここで、第１熱シールド５は第１小型冷凍
機２１の第１段冷却ステージ２４により７０Ｋ程度に冷
却されている。そして、この第１熱シールド５と第１熱
接続部１１を介して熱接続されている連通管４の部位
も、７０Ｋに冷却されている。従って、高圧のヘリウム
ガスは、第１熱交換部３４において、第１熱交換部３４
と連通管４との僅かな隙間に存在するヘリウムガスを介
して熱交換されて、７０Ｋ程度に冷却された後、第２対
向流熱交換部５２に至る。そして、高圧のヘリウムガス
は、第２対向流熱交換部５２において、連通管４内を上
昇してくるヘリウムガスと熱交換して冷却され、第２熱
交換部３５に至る。ここで、第２熱シールド６は第１小
型冷凍機２１の第２段冷却ステージ２６により２０Ｋ程
度に冷却されている。そして、この第２熱シールド６と
第２熱接続部１２を介して熱接続されている連通管４の
部位も、２０Ｋに冷却されている。従って、高圧のヘリ
ウムガスは、第２熱交換部３５において、第２熱交換部
３５と連通管４との僅かな隙間に存在するヘリウムガス
を介して熱交換されて、２０Ｋ程度に冷却された後、第
３対向流熱交換部５３に至る。ついで、高圧のヘリウム
ガスは、第３対向流熱交換部５３において、連通管４内
を上昇してくるヘリウムガスと熱交換して４Ｋに近い温
度まで冷却される。そして、４Ｋに近い温度まで冷却さ
れたヘリウムガスは絞り部３６を通じて大気圧程度に膨
張され、冷凍が発生され、極低温冷媒容器２内に排出さ
れる。そこで、極低温冷媒容器２内の気相部に充満して
いるヘリウムガスが冷却され、凝縮液化される。

【００３０】このように構成された超電導マグネットシ
ステムでは、送り配管３８ａの外周面にフィン５０を設
けて熱交換器として機能する第１、第２および第３対向
流熱交換部５１、５２、５３を構成しているので、上記
実施の形態１に比べて、対向流熱交換器の構成が簡素化
されるとともに、各対向流熱交換器間を連結する戻り配
管３８ｂが不要となり、さらには冷却熱交換器３７が不
要となり、組立性を向上でき、低コスト化が図られる。
また、第１、第２および第３対向流熱交換部５１、５
２、５３がそれぞれ送り配管３８ａの外壁面に複数のフ
ィン５０を設けて構成されているので、連通管４内を上
昇してくるヘリウムガスとの接触面積、即ち熱交換面積
が増大され、効率的に熱交換が行われる。

【００３１】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４に係る超電導マグネットシステムにおける熱交換器
の構造を示す斜視図である。図において、銅、アルミ等
の熱良導体からなる拡大放熱フィン６１が送り配管３８
ａの外壁面に長さ方向の所定範囲にわたって設けられ、
さらに銅、アルミ等の熱良導体からなるねじれ板として
の螺旋状板６２が拡大放熱フィン６１が設けられた範囲
にわたって送り配管３８ａ内に収納されて、第１対向流
熱交換部６０を構成している。また、この第１対向流熱
交換部６０は極低温冷媒容器２の気相部から連通管４内
を上昇してくるヘリウムガスと熱交換を行う第１対向流
熱交換器として機能している。なお、図示していない
が、第２および第３対向流熱交換器として機能する第２
および第３対向流熱交換部も、第１対向流熱交換部６０
と同様に構成されている。

【００３２】ここで、この実施の形態４では、このよう
に構成された第１、第２および第３対向流熱交換部を、
上記実施の形態３における第１、第２および第３対向流
熱交換部５１、５２、５３に代えて、採用するものであ
る。なお、他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成
されている。

【００３３】このように構成された実施の形態４によれ
ば、各対向流熱交換部において、送り配管３８ａ内を流
通するヘリウムガスに対する熱伝達面積が螺旋状板６２
により増大され、熱伝達が促進され、熱交換効率を向上
させることができる。

【００３４】実施の形態５．図６はこの発明の実施の形
態５に係る超電導マグネットシステムにおける熱交換器
の構造を示す斜視図である。図において、銅、アルミ等
の熱良導体からなる金網状体としての金網状拡大放熱フ
ィン６３が送り配管３８ａの外壁面に長さ方向の所定範
囲にわたって所定ピッチで設けられ、銅、アルミ等の熱
良導体からなる金網状板としての金網６４が金網状拡大
放熱フィン６３が設けられた範囲にわたって送り配管３
８ａ内に所定ピッチで収納されて、第１対向流熱交換器
として機能する第１対向流熱交換部６５が構成されてい
る。なお、図示していないが、第２および第３熱交換器
として機能する第２および第３対向流熱交換部も、第１
対向流熱交換部６５と同様に構成されている。

【００３５】ここで、この実施の形態５では、このよう
に構成された第１、第２および第３対向流熱交換部を、
上記実施の形態３における第１、第２および第３対向流
熱交換部５１、５２、５３に代えて、採用するものであ
る。なお、他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成
されている。

【００３６】このように構成された実施の形態５によれ
ば、各対向流熱交換部において、送り配管３８ａ内を流
通するヘリウムガスに対する熱伝達面積が金網６４によ
り増大され、熱伝達が促進されると同時に、金網状拡大
放熱フィン６３により連通管４内を上昇してくるヘリウ
ムガスとの間の熱交換面積が増大され、熱交換効率をさ
らに向上させることができる。

【００３７】実施の形態６．図７はこの発明の実施の形
態６に係る超電導マグネットシステムにおける熱交換器
の構造を示す斜視図である。図において、第１対向流熱
交換部６８は、一対のヘッダ６７、６７と一対のヘッダ
６７、６７間に併設された複数の螺旋状配管６６とから
構成されている。そして、この第１対向流熱交換部６８
は、送り配管３８ａの経路中に介装され、ヘリウムガス
が高温側の送り配管３８ａから高温側のヘッダ６７に送
り込まれ、複数の螺旋状配管６６内をそれぞれ分流して
流通した後、低温側のヘッダ６７で１つの流れとなって
低温側の送り配管３８ａに流出するようになっている。
なお、図示していないが、第２および第３対向流熱交換
部も、第１対向流熱交換部６８と同様に構成されてい
る。

【００３８】ここで、この実施の形態６では、このよう
に構成された第１、第２および第３対向流熱交換部を、
上記実施の形態３における第１、第２および第３対向流
熱交換部５１、５２、５３に代えて、採用するものであ
る。なお、他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成
されている。

【００３９】このように構成された実施の形態６によれ
ば、各対向流熱交換部において、複数の螺旋状管６６内
を流通することにより、圧力損失を低減でき、ヘリウム
ガスに対する熱伝達面積が増大され、熱伝達が促進され
ると同時に、複数の螺旋状管６６により連通管４内を上
昇してくるヘリウムガスとの間の熱交換面積が増大さ
れ、熱交換効率を向上させることができる。また、フィ
ン構造を省略できるので、低コスト化を図ることができ
る。

【００４０】実施の形態７．図８はこの発明の実施の形
態７に係る超電導マグネットシステムを示す要部拡大図
である。図において、第２小型冷凍機６９は、蓄冷型冷
凍機であり、例えばホーニングパイプの構成された１段
のシリンダ７４、このシリンダ７４内に摺動自在に配設
されたディスプレーサ７０、ディスプレーサ７０内の下
端に設けられた蓄冷器７１、シリンダ７４とディスプレ
ーサ７０との間に配設されたピストンリング７２、シリ
ンダ７４の先端に設けられた冷凍ステージ７３、シリン
ダ７４の外周面に設けられた第１および第２熱交換部７
５、７６、クランク室８１のクランク機構を駆動してデ
ィスプレーサ７０を摺動往復移動させて膨張空間を拡張
あるいは収縮させる駆動モータ７７、圧縮機８０、配管
８２の経路中に設けられた吸気バルブ７８および排気バ
ルブ７９から構成されている。ここで、第２小型冷凍機
６９は、冷凍ステージ７３が極低温冷媒容器２の気相部
に位置するように連通管４に取り付けられている。この
時、第１熱交換部７５が第１熱接続部１１を介して第１
熱シールド５と熱接続されている部位の連通管４の内壁
面に熱接続され、第２熱交換部７６が第２熱接続部１２
を介して第２熱シールド６と熱接続されている部位の連
通管４の内壁面に熱接続されている。なお、他の構成
は、上記実施の形態１と同様にに構成されている。

【００４１】つぎに、このように構成された超電導マグ
ネットシステムの動作について説明する。ディスプレー
サ７０が下死点にある状態で、吸気バルブ７８を開き、
駆動モータ７７を駆動して、ディスプレーサ７０を上死
点方向に移動させる。このディスプレーサ７０の上死点
方向への移動動作において、圧縮機８０で圧縮されたヘ
リウムガスを配管８２を介して導入する。導入されたヘ
リウムガスは、ディスプレーサ７０とシリンダ７４との
間隙を通り、下降する。そして、ヘリウムガスは第１熱
交換部７５、連通管４および第１熱接続部１１を介して
第１熱シールド５と熱交換されて７０Ｋに冷却され、さ
らに第２熱交換部７６、連通管４および第２熱接続部１
２を介して第２熱シールド６と熱交換されて２０Ｋに冷
却された後、蓄冷器７１に導入される。そして、蓄冷器
７１内を通る際にさらに冷却されて、膨張空間に導入さ
れる。ディスプレーサ７０が上死点付近に達した状態で
吸気バルブ７８が閉じられ、次いで排気バルブ７９が開
けられる。この時、膨張空間内に導入されている高圧の
ヘリウムガスは膨張して冷凍が発生し、ヘリウムガスは
４Ｋ温度に近い低温となる。この冷凍の発生により冷凍
ステージ７３が冷却され、極低温冷媒容器２内の気相部
に充満しているヘリウムガスが冷却され、凝縮液化す
る。

【００４２】このように、この実施の形態７において
も、極低温冷媒容器２内のヘリウムガスが凝縮液化され
るので、液体ヘリウム３の蒸発に伴う液体ヘリウム３の
消費量を減少または完全に抑えることができる。

【００４３】実施の形態８．上記実施の形態７では、長
尺のシリンダ７４内に１つのディスプレーサ７０を摺動
自在に配設するものとしている。しかしながら、ディス
プレーサ７０は長く、温度勾配がある部位に配設される
ことから、機械精度を高精度に保つことが困難であり、
ディスプレーサ７０の摺動動作に際に、シリンダ７４と
こすれて発熱する恐れがある。そこで、この実施の形態
８では、図９に示すように、ディスプレーサ７０を第１
および第２ディスプレーサ７０ａ、７０ｂに分割し、第
１ディスプレーサ７０ａと第２ディスプレーサ７０ｂと
の間、さらには第２ディスプレーサ７０ｂと蓄冷器７１
との間をそれぞれ自在継ぎ手８１、８２で連結するもの
としている。なお、他の構成は上記実施の形態７と同様
に構成されている。

【００４４】このように、この実施の形態８によれば、
ディスプレーサ７０に代えて分割された第１および第２
ディスプレーサ７０ａ、７０ｂを採用しているので、長
さ方向の短縮化が図られ、機械精度を高精度に保つこと
ができる。そこで、第１および第２ディスプレーサ７０
ａ、７０ｂの摺動動作に際に、シリンダ７４とこすれに
くくなり、発熱が小さくなり、熱損失を低減することが
できる。

【００４５】なお、上記各実施の形態では、超電導マグ
ネットを冷却するシステムに適用するものとしている
が、本発明はＳＱＵＩＤ等のセンサの冷却や、超電導コ
ンピュータの冷却にも適用できることはいうまでもない
ことである。

【００４６】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４７】この第１の発明によれば、極低温冷媒が貯
液された極低温冷媒容器と、極低温冷媒容器内に収納さ
れた超電導コイルと、極低温冷媒容器を包囲するように
配設された真空容器と、極低温冷媒容器を包囲するよう
に真空容器内に配設された第１および第２熱シールド
と、大気側から真空容器、第１および第２熱シールドを
貫通して極低温冷媒容器の気相部に臨むように配設され
た連通管と、第１および第２段冷却ステージを有し、該
第１および第２段冷却ステージが第１および第２熱シー
ルドにそれぞれ熱接続されて配設された第１小型冷凍機
と、極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガスを冷却液化する
第２小型冷凍機とを備え、第２小型冷凍機が、極低温冷
媒容器の気相部に臨むように配置され極低温冷媒容器内
の極低温冷媒ガスを冷却液化する冷却熱交換器と、連通
管内に高温側から低温側に並設された第１、第２および
第３対向流熱交換器と、真空容器外に配設された圧縮機
と、圧縮機、第１、第２および第３対向流熱交換器およ
び冷却熱交換器をシリーズに連結し、圧縮機で圧縮され
た冷媒ガスが流通される送り配管と、圧縮機、第１、第
２および第３対向流熱交換器および冷却熱交換器をシリ
ーズに連結し、冷却熱交換器で極低温冷媒容器内の極低
温冷媒ガスとの間で熱交換された冷媒ガスが流通する戻
り配管と、第１対向流熱交換器と第２対向流熱交換器と
の間の送り配管の経路中に設けられ第１熱シールドとの
間で熱交換を行う第１熱交換部と、第２対向流熱交換器
と第３対向流熱交換器との間の送り配管の経路中に設け
られ第２熱シールドとの間で熱交換を行う第２熱交換部
と、第３対向流熱交換器と冷却熱交換器との間の送り配
管の経路中に設けられた絞り部とから構成されているの
で、極低温冷媒容器内で蒸発した極低温冷媒ガスが冷却
液化されて回収され、蒸発に伴う極低温冷媒の消費量を
減少または完全に抑えることができる超電導マグネット
システムが得られる。また、極低温冷媒容器で蒸発した
極低温冷媒ガスを冷却液化する第２小型冷凍機を連通管
４に取り付けるようにしているので、特別な設計変更を
必要とすることなく、既存の超電導マグネットシステム
にも簡易に適用することができる。

【００４８】この第２の発明によれば、第２小型冷凍機
が、連通管の大気側開口を塞口するフランジと一体に構
成されているので、第２小型冷凍機の着脱が簡単とな
り、メンテナンス性を向上させることができる。

【００４９】この第３の発明によれば、極低温冷媒が貯
液された極低温冷媒容器と、極低温冷媒容器内に収納さ
れた超電導コイルと、極低温冷媒容器を包囲するように
配設された真空容器と、極低温冷媒容器を包囲するよう
に真空容器内に配設された第１および第２熱シールド
と、大気側から真空容器、第１および第２熱シールドを
貫通して極低温冷媒容器の気相部に臨むように配設され
た連通管と、第１および第２段冷却ステージを有し、該
第１および第２段冷却ステージが第１および第２熱シー
ルドにそれぞれ熱接続されて配設された第１小型冷凍機
と、極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガスを冷却液化する
第２小型冷凍機とを備え、第２小型冷凍機が、真空容器
外に配設された圧縮機と、一端が圧縮機の排気口に接続
され、連通管内を通り先端が極低温冷媒容器の気相部に
臨むように配設され、圧縮機で圧縮された極低温冷媒ガ
スが流通される送り配管と、一端が圧縮機の吸気口に接
続され、他端が連通管内の高温部側に臨むように配設さ
れ、連通管内の極低温冷媒ガスが流通される戻り配管
と、連通管内の送り配管の経路中に高温側から低温側に
シリーズに配設され、連通管内を低温側から高温側に流
通する極低温冷媒ガスとの間で熱交換を行う第１、第２
および第３対向流熱交換部部と、第１対向流熱交換部と
第２対向流熱交換部との間の送り配管の経路中に設けら
れ第１熱シールドとの間で熱交換を行う第１熱交換部
と、第２対向流熱交換部と第３対向流熱交換部との間の
送り配管の経路中に設けられ第２熱シールドとの間で熱
交換を行う第２熱交換部と、第３対向流熱交換部と送り
配管の先端との間の送り配管の経路中に設けられた絞り
部とから構成されているので、極低温冷媒容器内で蒸発
した極低温冷媒ガスが冷却液化されて回収され、蒸発に
伴う極低温冷媒の消費量を減少または完全に抑えること
ができる超電導マグネットシステムが得られる。また、
第１、第２および第３対向流熱交換部と連通管内を低温
側から高温側に流通する極低温冷媒ガスとの間で熱交換
を行うようにしているので、対向流熱交換器の構成が簡
素化され、さらには冷却熱交換器が不要となり、組立性
を向上でき、低コスト化が図られる。

【００５０】この第４の発明によれば、第１、第２およ
び第３対向流熱交換部が、熱良導体からなる複数のフィ
ンを送り配管の外壁面に突設して構成されているので、
連通管内を上昇してくる極低温冷媒ガスとの接触面積、
即ち熱交換面積が増大され、効率的に熱交換が行われ
る。

【００５１】この第５の発明によれば、第１、第２およ
び第３対向流熱交換部が、熱良導体からなる複数の金網
状体を送り配管の外壁面に突設して構成されているの
で、連通管内を上昇してくる極低温冷媒ガスとの接触面
積、即ち熱交換面積がさらに増大され、より効率的に熱
交換が行われる。

【００５２】この第６の発明によれば、ねじれ板が、第
１、第２および第３対向流熱交換部のそれぞれの配設部
位の送り配管内に配設されているので、送り配管内を流
通する極低温冷媒ガスに対する熱伝達面積がねじれ板に
より増大され、熱伝達が促進され、熱交換効率を向上さ
せることができる。

【００５３】この第７の発明によれば、熱良導体からな
る金網状板が、第１、第２および第３対向流熱交換部の
それぞれの配設部位の送り配管内に配設されているの
で、送り配管内を流通する極低温冷媒ガスに対する熱伝
達面積が金網状板により増大され、熱伝達が促進され、
熱交換効率を向上させることができる。

【００５４】この第８の発明によれば、第１、第２およ
び第３対向流熱交換部が、それぞれ一対のヘッダと、一
対のヘッダ間に併設された熱良導体からなる複数の螺旋
状配管とから構成され、高温側の送り配管から高温側の
ヘッダに送り込まれた極低温冷媒ガスが複数の螺旋状配
管のそれぞれに分流されて流通した後、低温側のヘッダ
で合流されて低温側の送り配管に送り出されるようにし
たので、各対向流熱交換部における圧力損失を低減で
き、極低温冷媒ガスに対する熱伝達面積が増大され、熱
伝達が促進されると同時に、複数の螺旋状配管により連
通管内を上昇してくる極低温冷媒ガスとの間の熱交換面
積が増大され、熱交換効率を向上させることができる。

【００５５】この第９の発明によれば、極低温冷媒が貯
液された極低温冷媒容器と、極低温冷媒容器内に収納さ
れた超電導コイルと、極低温冷媒容器を包囲するように
配設された真空容器と、極低温冷媒容器を包囲するよう
に真空容器内に配設された第１および第２熱シールド
と、大気側から真空容器、第１および第２熱シールドを
貫通して極低温冷媒容器の気相部に臨むように配設され
た連通管と、第１および第２段冷却ステージを有し、該
第１および第２段冷却ステージが第１および第２熱シー
ルドにそれぞれ熱接続されて配設された第１小型冷凍機
と、極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガスを冷却液化する
第２小型冷凍機とを備え、第２小型冷凍機が、先端外周
面に冷凍ステージが設けられ、該冷凍ステージが極低温
冷媒容器の気相部に臨むように連通管内に挿入されたシ
リンダと、シリンダ内に摺動移動可能に配設されたディ
スプレサと、シリンダ内に配設された蓄冷器と、ディス
プレサを摺動駆動して膨張空間を拡縮させる駆動モータ
と、冷媒ガスをシリンダ内壁面とディスプレサ外壁面と
の間隙および蓄冷器を介して膨張空間に圧送する圧縮機
と、シリンダの外周面に設けられ、第１および第２熱シ
ールドとの間でそれぞれ熱交換を行う第１および第２熱
交換部とから構成されているので、極低温冷媒容器内で
蒸発した極低温冷媒ガスが冷却液化されて回収され、蒸
発に伴う極低温冷媒の消費量を減少または完全に抑える
ことができる超電導マグネットシステムが得られる。

【００５６】この第１０の発明によれば、ディスプレサ
が、少なくとも２つに分割され、分割されたディスプレ
サ同士が自在継ぎ手を介して連結されているので、分割
されたディスプレサの長さ方向の短縮化が図られ、機械
精度を高精度に保つことができ、摺動動作時に、シリン
ダとこすれにくくなり、発熱が小さくなり、熱損失を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る超電導マグネ
ットシステムを示す模式構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る超電導マグネ
ットシステムを示す要部拡大図である。

【図３】 この発明の実施の形態２に係る超電導マグネ
ットシステムを示す要部拡大図である。

【図４】 この発明の実施の形態３に係る超電導マグネ
ットシステムを示す要部拡大図である。

【図５】 この発明の実施の形態４に係る超電導マグネ
ットシステムにおける熱交換器の構造を示す斜視図であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態５に係る超電導マグネ
ットシステムにおける熱交換器の構造を示す斜視図であ
る。

【図７】 この発明の実施の形態６に係る超電導マグネ
ットシステムにおける熱交換器の構造を示す斜視図であ
る。

【図８】 この発明の実施の形態７に係る超電導マグネ
ットシステムを示す要部拡大図である。

【図９】 この発明の実施の形態８に係る超電導マグネ
ットシステムを示す要部拡大図である。

【図１０】 従来の超電導マグネットシステムを示す模
式構成図である。

【符号の説明】

１ 超電導コイル、２ 極低温冷媒容器、３ 液体ヘリ
ウム（極低温冷媒）、４ 連通管、５ 第１熱シール
ド、６ 第２熱シールド、７ フランジ、８ 真空容
器、２１ 第１小型冷凍機、２４ 第１段冷却ステー
ジ、２６ 第２段冷却ステージ、３０、６９ 第２小型
冷凍機、３１ 第１対向流熱交換器、３２ 第２対向流
熱交換器、３３ 第３対向流熱交換器、３４、７５ 第
１熱交換部、３５、７６ 第２熱交換部、３６ 絞り
部、３７ 冷却熱交換器、３８ａ 送り配管、３８ｂ
戻り配管、３９、８０ 圧縮機、５０ フィン、５１、
６０、６５、６８ 第１対向流熱交換部、５２ 第２対
向流熱交換部、５３ 第３対向流熱交換部、６１ 拡大
放熱フィン、６２ 螺旋状板（ねじれ板）、６３ 金網
状放熱フィン（金網状体）、６４ 金網（金網状板）、
６６ 螺旋状配管、６７ ヘッダ、７０、７０ａ、７０
ｂ ディスプレサ、７１ 蓄冷器、７３ 冷凍ステー
ジ、７４ シリンダ、７７ 駆動モータ、８１、８２
自在継ぎ手。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極低温冷媒が貯液された極低温冷媒容器
   と、前記極低温冷媒容器内に収納された超電導コイル
   と、前記極低温冷媒容器を包囲するように配設された真
   空容器と、前記極低温冷媒容器を包囲するように前記真
   空容器内に配設された第１および第２熱シールドと、大
   気側から前記真空容器、前記第１および第２熱シールド
   を貫通して前記極低温冷媒容器の気相部に臨むように配
   設された連通管と、第１および第２段冷却ステージを有
   し、該第１および第２段冷却ステージが前記第１および
   第２熱シールドにそれぞれ熱接続されて配設された第１
   小型冷凍機と、前記極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガス
   を冷却液化する第２小型冷凍機とを備え、 前記第２小型冷凍機が、前記極低温冷媒容器の気相部に
   臨むように配置され前記極低温冷媒容器内の極低温冷媒
   ガスを冷却液化する冷却熱交換器と、前記連通管内に高
   温側から低温側に並設された第１、第２および第３対向
   流熱交換器と、前記真空容器外に配設された圧縮機と、
   前記圧縮機、前記第１、第２および第３対向流熱交換器
   および前記冷却熱交換器をシリーズに連結し、前記圧縮
   機で圧縮された冷媒ガスが流通される送り配管と、前記
   圧縮機、前記第１、第２および第３対向流熱交換器およ
   び前記冷却熱交換器をシリーズに連結し、前記冷却熱交
   換器で前記極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガスとの間で
   熱交換された冷媒ガスが流通する戻り配管と、前記第１
   対向流熱交換器と前記第２対向流熱交換器との間の前記
   送り配管の経路中に設けられ前記第１熱シールドとの間
   で熱交換を行う第１熱交換部と、前記第２対向流熱交換
   器と前記第３対向流熱交換器との間の前記送り配管の経
   路中に設けられ前記第２熱シールドとの間で熱交換を行
   う第２熱交換部と、前記第３対向流熱交換器と前記冷却
   熱交換器との間の前記送り配管の経路中に設けられた絞
   り部とから構成されていることを特徴とする冷凍機付き
   超電導マグネットシステム。
2. 【請求項２】 第２小型冷凍機が、連通管の大気側開口
   を塞口するフランジと一体に構成されていることを特徴
   とする請求項１記載の冷凍機付き超電導マグネットシス
   テム。
3. 【請求項３】 極低温冷媒が貯液された極低温冷媒容器
   と、前記極低温冷媒容器内に収納された超電導コイル
   と、前記極低温冷媒容器を包囲するように配設された真
   空容器と、前記極低温冷媒容器を包囲するように前記真
   空容器内に配設された第１および第２熱シールドと、大
   気側から前記真空容器、前記第１および第２熱シールド
   を貫通して前記極低温冷媒容器の気相部に臨むように配
   設された連通管と、第１および第２段冷却ステージを有
   し、該第１および第２段冷却ステージが前記第１および
   第２熱シールドにそれぞれ熱接続されて配設された第１
   小型冷凍機と、前記極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガス
   を冷却液化する第２小型冷凍機とを備え、 前記第２小型冷凍機が、前記真空容器外に配設された圧
   縮機と、一端が前記圧縮機の排気口に接続され、前記連
   通管内を通り先端が前記極低温冷媒容器の気相部に臨む
   ように配設され、前記圧縮機で圧縮された極低温冷媒ガ
   スが流通される送り配管と、一端が前記圧縮機の吸気口
   に接続され、他端が前記連通管内の高温部側に臨むよう
   に配設され、前記連通管内の極低温冷媒ガスが流通され
   る戻り配管と、前記連通管内の前記送り配管の経路中に
   高温側から低温側にシリーズに配設され、前記連通管内
   を低温側から高温側に流通する極低温冷媒ガスとの間で
   熱交換を行う第１、第２および第３対向流熱交換部部
   と、前記第１対向流熱交換部と前記第２対向流熱交換部
   との間の前記送り配管の経路中に設けられ前記第１熱シ
   ールドとの間で熱交換を行う第１熱交換部と、前記第２
   対向流熱交換部と前記第３対向流熱交換部との間の前記
   送り配管の経路中に設けられ前記第２熱シールドとの間
   で熱交換を行う第２熱交換部と、前記第３対向流熱交換
   部と前記送り配管の先端との間の送り配管の経路中に設
   けられた絞り部とから構成されていることを特徴とする
   冷凍機付き超電導マグネットシステム。
4. 【請求項４】 第１、第２および第３対向流熱交換部
   が、熱良導体からなる複数のフィンを送り配管の外壁面
   に突設して構成されていることを特徴とする請求項３記
   載の冷凍機付き超電導マグネットシステム。
5. 【請求項５】 第１、第２および第３対向流熱交換部
   が、熱良導体からなる複数の金網状体を送り配管の外壁
   面に突設して構成されていることを特徴とする請求項３
   記載の冷凍機付き超電導マグネットシステム。
6. 【請求項６】 ねじれ板が、第１、第２および第３対向
   流熱交換部のそれぞれの配設部位の送り配管内に配設さ
   れていることを特徴とする請求項４または５記載の冷凍
   機付き超電導マグネットシステム。
7. 【請求項７】 熱良導体からなる金網状板が、第１、第
   ２および第３対向流熱交換部のそれぞれの配設部位の送
   り配管内に配設されていることを特徴とする請求項４ま
   たは５記載の冷凍機付き超電導マグネットシステム。
8. 【請求項８】 第１、第２および第３対向流熱交換部
   が、それぞれ一対のヘッダと、一対のヘッダ間に併設さ
   れた熱良導体からなる複数の螺旋状配管とから構成さ
   れ、高温側の送り配管から高温側のヘッダに送り込まれ
   た極低温冷媒ガスが複数の螺旋状配管のそれぞれに分流
   されて流通した後、低温側のヘッダで合流されて低温側
   の送り配管に送り出されるようにしたことを特徴とする
   請求項３記載の冷凍機付き超電導マグネットシステム。
9. 【請求項９】 極低温冷媒が貯液された極低温冷媒容器
   と、前記極低温冷媒容器内に収納された超電導コイル
   と、前記極低温冷媒容器を包囲するように配設された真
   空容器と、前記極低温冷媒容器を包囲するように前記真
   空容器内に配設された第１および第２熱シールドと、大
   気側から前記真空容器、前記第１および第２熱シールド
   を貫通して前記極低温冷媒容器の気相部に臨むように配
   設された連通管と、第１および第２段冷却ステージを有
   し、該第１および第２段冷却ステージが前記第１および
   第２熱シールドにそれぞれ熱接続されて配設された第１
   小型冷凍機と、前記極低温冷媒容器内の極低温冷媒ガス
   を冷却液化する第２小型冷凍機とを備え、 前記第２小型冷凍機が、先端外周面に冷凍ステージが設
   けられ、該冷凍ステージが前記極低温冷媒容器の気相部
   に臨むように前記連通管内に挿入されたシリンダと、前
   記シリンダ内に摺動移動可能に配設されたディスプレサ
   と、前記シリンダ内に配設された蓄冷器と、前記ディス
   プレサを摺動駆動して膨張空間を拡縮させる駆動モータ
   と、冷媒ガスを前記シリンダ内壁面と前記ディスプレサ
   外壁面との間隙および前記蓄冷器を介して前記膨張空間
   に圧送する圧縮機と、前記シリンダの外周面に設けら
   れ、前記第１および第２熱シールドとの間でそれぞれ熱
   交換を行う第１および第２熱交換部とから構成されてい
   ることを特徴とする冷凍機付き超電導マグネットシステ
   ム。
10. 【請求項１０】 ディスプレサが、少なくとも２つに分
    割され、分割されたディスプレサ同士が自在継ぎ手を介
    して連結されていることを特徴とする請求項９記載の冷
    凍機付き超電導マグネットシステム。