WO2024004422A1

WO2024004422A1 - 極低温冷凍機

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Publication number: WO2024004422A1
Application number: PCT/JP2023/018540
Authority: WO
Inventors: 孝明森江
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2023-05-18
Publication date: 2024-01-04
Anticipated expiration: 2025-01-01
Also published as: JP2024006360A; EP4549838A1; KR20250029024A; US20250116434A1; CN119317803A; EP4549838A4

Abstract

極低温冷凍機（１００）は、真空容器（２０）に搭載可能なコールドヘッド（１０４）と、真空容器（２０）に対するコールドヘッド（１０４）の移動を許容するようにコールドヘッド（１０４）を真空容器（２０）に連結するように構成されるコールドヘッドマウント（１０６）と、真空容器（２０）の外でコールドヘッド１０４に接続されるフレキシブルライン（１０８）と、真空容器（２０）に対して固定的にフレキシブルライン（１０８）を保持するように構成されるフレキシブルラインホルダ（１１０）と、を備える。

Description

極低温冷凍機

　本発明は、極低温冷凍機に関する。

　ギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機に代表される極低温冷凍機は、たとえば超伝導機器の冷却、液体ヘリウムなど極低温液体の凝縮など、さまざまな冷却対象に極低温冷却を提供するために、よく利用されている。従来、こうした極低温冷凍機をベローズを介してクライオスタットに設置し、ベローズの伸縮を伴う極低温冷凍機の上下動を利用して、極低温冷凍機をクライオスタット内の冷却対象と熱的に接続しまたは切り離す熱スイッチを実現することが知られている。

特開２０１６－２１１８０３号公報

　上述の形式の熱スイッチがオンのとき（つまり極低温冷凍機が冷却対象と熱接続されているとき）には極低温冷凍機はクライオスタットに剛に固定されうるのに対して、熱スイッチがオフとされている（つまり極低温冷凍機が冷却対象から一時的に切り離されている）ときには、極低温冷凍機は、例えばベローズの柔軟性に起因して、低い剛性でクライオスタットに支持されることになりがちである。

　極低温冷凍機を現場で動作させる際には、作動ガスの給排のためのフレキシブルホースや給電のためのケーブルなど、さまざまな配管や配線が極低温冷凍機に接続され、極低温冷凍機の周りに延びている。このような極低温冷凍機の一般的なセットアップにおいて想定されるリスクの一つとして、例えば極低温冷凍機の近くを通る作業者がこれら配管類に足を引っ掛けてつまずいた場合など、極低温冷凍機に配管類から不測の大きな外力が働く可能性が懸念される。こうした不測の外力は、とくに、熱スイッチがオフのとき、問題を引き起こしうる。外力によって極低温冷凍機の位置、姿勢が乱され、周囲の構造と干渉、衝突し、最悪の場合、極低温冷凍機やその支持構造が破損することになるかもしれない。

　本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、予期せぬ外力から極低温冷凍機を保護することにある。

　本発明のある態様によると、極低温冷凍機は、真空容器に搭載可能なコールドヘッドと、真空容器に対するコールドヘッドの移動を許容するようにコールドヘッドを真空容器に連結するように構成されるコールドヘッドマウントと、真空容器の外でコールドヘッドに接続されるフレキシブルラインと、真空容器に対して固定的にフレキシブルラインを保持するように構成されるフレキシブルラインホルダと、を備える。

　本発明によれば、予期せぬ外力から極低温冷凍機を保護することができる。

実施の形態に係る極低温装置を概略的に示す図である。比較例に係る極低温冷凍機の作動ガスラインを概略的に示す図である。図１に示される極低温冷凍機に適用しうる例示的な電気接続を概略的に示す図である。図１に示される極低温冷凍機に適用しうる例示的な駆動源を概略的に示す図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

　図１は、実施の形態に係る極低温装置１０を概略的に示す図である。この実施の形態では、極低温装置１０は、極低温液体貯蔵装置として利用されうる。そこで、極低温装置１０は、例えば液体水素またはそのほかの極低温液体１２を貯蔵するための真空容器２０と、貯蔵される極低温液体１２をその液化温度（液体水素の場合、約－２５３℃（２０Ｋ））以下の極低温に冷却するための極低温冷凍機１００とを備える。

　真空容器２０は、外槽２２および内槽２４を備える。外槽２２と内槽２４との間には真空断熱層２６が形成される。外槽２２は、極低温装置１０の周囲環境（例えば、室温大気圧環境）から真空断熱層２６を隔てるように構成される。また、内槽２４は、その内部容積を真空断熱層２６から隔てるように構成される。極低温液体１２は、内槽２４に収容される。外槽２２および内槽２４は、内外の圧力差に耐えるように、例えばステンレス鋼などの金属材料またはその他の適する高強度材料で形成される。

　真空断熱層２６には、断熱支持体２８ａおよび断熱層２８ｂを含む断熱構造２８が配置されてもよい。断熱支持体２８ａは、例えば繊維強化プラスチックなどの断熱性をもつ硬質材料から形成され、内槽２４を外槽２２に支持するように構成される。断熱層２８ｂは、多層断熱材(multilayer insulation(MLI))を備えてもよい。断熱層２８ｂとともにまたはそれに代えて、断熱構造２８は、真空断熱層２６に充填された粒状またはその他の形状の断熱材（例えば、粒状のパーライト）を含んでもよい。

　内槽２４は、その槽壁に設けられた再凝縮部３０を備える。再凝縮部３０は、極低温冷凍機１００によって内槽２４の外から冷却される。再凝縮部３０は、内槽２４の外側に露出され、極低温冷凍機１００と接触する伝熱面３０ａを有する。再凝縮部３０は、極低温液体１２又は気化した極低温液体１２と接触する表面積を増やすためにフィン状の突起または凹凸を内槽２４の内部に有してもよい。再凝縮部３０は、例えば純銅（例えば、無酸素銅、タフピッチ銅など）、または他の高熱伝導金属で形成される。

　極低温冷凍機１００は、圧縮機１０２と、真空容器２０に搭載可能なコールドヘッド１０４と、真空容器２０に対するコールドヘッド１０４の移動を許容するようにコールドヘッド１０４を真空容器２０に連結するように構成されるコールドヘッドマウント１０６とを備える。

　圧縮機１０２は、極低温冷凍機１００の作動ガスをコールドヘッド１０４から回収し、回収した作動ガスを昇圧して、再び作動ガスをコールドヘッド１０４に供給するよう構成されている。コールドヘッド１０４は、膨張機または冷凍機とも称される。圧縮機１０２とコールドヘッド１０４により極低温冷凍機１００の冷凍サイクルが構成され、それにより極低温冷凍機１００は極低温冷却を提供する。作動ガスは、冷媒ガスとも称され、通例はヘリウムガスであるが、適切な他のガスが用いられてもよい。

　極低温冷凍機１００は、この実施の形態では、単段式のＧＭ冷凍機である。従って、コールドヘッド１０４は、冷却ステージ１０４ａ、シリンダ１０４ｂ、駆動部１０４ｃ、およびコールドヘッドフランジ１０４ｄを備える。冷却ステージ１０４ａは、例えば純銅（例えば、無酸素銅、タフピッチ銅など）、または他の高熱伝導金属で形成される。極低温冷凍機１００の運転中、冷却ステージ１０４ａは、所望の極低温、例えば極低温液体１２の液化温度以下の温度範囲に冷却される。極低温液体１２が液体水素の場合、冷却ステージ１０４ａは、例えば、１０Ｋから３０Ｋの温度範囲に含まれる冷却温度（例えば、２０Ｋ±１Ｋ、または２０Ｋ±２Ｋ、または２０Ｋ±５Ｋなど、２０Ｋ付近の冷却温度）に冷却される。

　シリンダ１０４ｂは、冷却ステージ１０４ａをコールドヘッドフランジ１０４ｄに接続する。シリンダ１０４ｂ内には、冷却ステージ１０４ａに隣接する作動ガスの膨張空間の容積を制御するためのディスプレーサ（図示せず）が、シリンダ１０４ｂの軸方向（図１において上下方向）に移動可能に配置されている。シリンダ１０４ｂおよびコールドヘッドフランジ１０４ｄは通例、例えばステンレス鋼など適宜の金属材料で形成される。駆動部１０４ｃは、シリンダ１０４ｂとは反対側でコールドヘッドフランジ１０４ｄに取り付けられている。駆動部１０４ｃには、シリンダ１０４ｂ内のディスプレーサを駆動するための例えば電気モータなどのコールドヘッド駆動モータ１０４ｅ、およびシリンダ１０４ｂ内の膨張空間の作動ガス圧力を制御するための例えばロータリーバルブなどの圧力制御機構（図示せず）が設けられている。

　図１に示されるように、真空容器２０の外槽２２には、コールドヘッド１０４を真空容器２０に装着するための装着口３２が設けられている。装着の際、コールドヘッド１０４は、装着口３２から真空容器２０内に挿入され、コールドヘッドマウント１０６を介して装着口３２に取り外し可能に取り付けられる。コールドヘッド１０４は、冷却ステージ１０４ａが真空容器２０内の真空断熱層２６に配置され、駆動部１０４ｃが真空容器２０の外に配置されるようにして、真空容器２０に装着される。

　一例として、装着口３２は、真空容器２０の天板または上部に形成されている。コールドヘッド１０４は、その中心軸を鉛直方向に一致させるようにして真空容器２０に設置される。しかし、装着口３２の位置およびコールドヘッド１０４の取付姿勢はこれに限られない。例えば、装着口３２は、真空容器２０の底板または下部に形成されてもよい。コールドヘッド１０４は、所望される姿勢で設置可能であり、中心軸を斜め方向または水平方向に一致させるようにして真空容器２０に設置されてもよい。

　コールドヘッドマウント１０６は、真空容器２０に取付可能な取付フランジ１０６ａと、コールドヘッド１０４を取付フランジ１０６ａに接続する伸縮可能な気密隔壁１０６ｂとを備える。取付フランジ１０６ａは、例えばボルトなどの締結部材を用いて、またはそのほか適宜の固定手段により、真空容器２０の装着口３２に固定される。なお取付フランジ１０６ａは、図示のように真空容器２０に直接固定されることに代えて、連結部材を介して真空容器２０に固定されてもよい。伸縮可能な気密隔壁１０６ｂは、例えばベローズであり、コールドヘッドフランジ１０４ｄを取付フランジ１０６ａに接続する。従って、取付フランジ１０６ａ、気密隔壁１０６ｂ、およびコールドヘッドフランジ１０４ｄによって装着口３２が塞がれ、真空容器２０の気密性が保持される。

　取付フランジ１０６ａは中心部に開口を有し、伸縮可能な気密隔壁１０６ｂは筒状に形成されている。コールドヘッド１０４のシリンダ１０４ｂは、コールドヘッドフランジ１０４ｄから伸縮可能な気密隔壁１０６ｂ内および取付フランジ１０６ａの開口を通じて真空容器２０内へと延びている。

　また、コールドヘッドマウント１０６は、コールドヘッドマウント１０６に搭載され、コールドヘッド１０４を真空容器２０に対して移動させるように構成される駆動源１０６ｃを備える。駆動源１０６ｃは、空圧、油圧、電動モーター、電磁石など適宜の動力を用いてコールドヘッド１０４を移動させるように構成されてもよく、あるいは、手動によりコールドヘッド１０４を移動させるように動作可能であってもよい。

　駆動源１０６ｃは、取付フランジ１０６ａ上に設置され、気密隔壁１０６ｂの伸縮方向にコールドヘッドフランジ１０４ｄを移動させるようにコールドヘッドフランジ１０４ｄと連結されている。従って、駆動源１０６ｃを作動させることにより、気密隔壁１０６ｂを伸縮させながらコールドヘッドフランジ１０４ｄを取付フランジ１０６ａに対して移動させることができる。図１に示される例では、駆動源１０６ｃは、取付フランジ１０６ａに対してコールドヘッドフランジ１０４ｄを（つまり、真空容器２０に対してコールドヘッド１０４を）上下に昇降させることができる。

　このようにして、コールドヘッドマウント１０６は、極低温液体１２の貯蔵タンクである真空容器２０の内槽２４にコールドヘッド１０４を熱的に接続しまたは切り離す熱スイッチとして動作することができる。図１には、この熱スイッチがオンの状態を実線で示し、熱スイッチがオフの状態を破線で示している。熱スイッチがオンのとき、コールドヘッド１０４の冷却ステージ１０４ａが内槽２４の再凝縮部３０の伝熱面３０ａと接触する。これにより、冷却ステージ１０４ａは、極低温液体１２の液化温度に再凝縮部３０を冷却することができ、内槽２４に極低温液体１２を保持するとともに、気化した極低温液体１２を再凝縮することができる。一方、駆動源１０６ｃの作動によりコールドヘッド１０４が持ち上げられると、冷却ステージ１０４ａは再凝縮部３０の伝熱面３０ａから離れる。冷却ステージ１０４ａは真空断熱層２６に配置されているので、冷却ステージ１０４ａと再凝縮部３０の熱接触は解除される。このとき、コールドヘッド１０４は内槽２４を冷却しない。

　こうした熱スイッチは、極低温装置１０の省エネルギー性の向上に有利である。極低温冷凍機１００の例示的な運用として、真空容器２０が十分に冷却された状態では極低温冷凍機１００の冷却運転を停止することが考えられる。このとき、コールドヘッド１０４が真空容器２０の内槽２４と接触したままであったとすると、コールドヘッド１０４が極低温装置１０の周囲環境から内槽２４への伝熱経路となり、極低温液体１２への望まれない熱侵入が生じうる。これに対して、極低温冷凍機１００を停止する際に、熱スイッチを利用してコールドヘッド１０４を内槽２４から切り離すことにより、このような侵入熱を遮断することができる。

　熱スイッチの切り替えのために、極低温装置１０には、極低温液体１２の物理量を検出するセンサ３４が設けられてもよい。駆動源１０６ｃは、検出された極低温液体１２の物理量を示すセンサ３４からの出力信号を受信し、検出された極低温液体１２の物理量に基づいてコールドヘッド１０４を移動させるように構成されてもよい。

　例えば、センサ３４は、真空容器２０の内槽２４に配置され、内槽２４の内圧を測定するように構成されてもよい。内槽２４における極低温液体１２の蒸気圧がセンサ３４によって測定される。駆動源１０６ｃは、測定圧力を圧力しきい値と比較し、測定圧力が圧力しきい値を超える場合に熱スイッチをオンにし、測定圧力が圧力しきい値を下回る場合に熱スイッチをオフにするように動作してもよい。このようにして、圧力しきい値に相当する適正圧力に内槽２４の内圧を維持することができる。

　あるいは、センサ３４は、極低温液体１２の温度を測定するように構成されてもよい。この場合、センサ３４は、内槽２４の中に配置され、または内槽２４の再凝縮部３０に設置されてもよい。駆動源１０６ｃは、測定温度を温度しきい値と比較し、測定温度が温度しきい値を超える場合に熱スイッチをオンにし、測定温度が温度しきい値を下回る場合に熱スイッチをオフにするように動作してもよい。このようにして、温度しきい値に相当する適正温度に極低温液体１２を維持することができる。

　また、極低温冷凍機１００は、真空容器２０の外でコールドヘッド１０４に接続されるフレキシブルライン１０８と、真空容器２０に対して固定的にフレキシブルライン１０８を保持するように構成されるフレキシブルラインホルダ１１０とを備える。フレキシブルライン１０８は、真空容器２０の外に配置される外部要素（例えば圧縮機１０２）にコールドヘッド１０４の駆動部１０４ｃを接続する。フレキシブルラインホルダ１１０は、コールドヘッドマウント１０６の取付フランジ１０６ａに固定されており、コールドヘッド１０４から外部要素への途中でフレキシブルライン１０８を保持する。言い換えれば、フレキシブルラインホルダ１１０は、フレキシブルライン１０８を真空容器２０に固定する中継点にあたる。

　圧縮機１０２は、例えばコールドヘッド１０４および真空容器２０が設置される部屋または区画とは別の部屋または区画に設置される等、コールドヘッド１０４および真空容器２０から遠隔の位置に配置されてもよく、フレキシブルライン１０８の長さは、例えば１０ｍ以上であってもよい。フレキシブルラインホルダ１１０は、取付フランジ１０６ａに固定されるため、フレキシブルライン１０８のコールドヘッド１０４側の端部（例えば、フレキシブルライン１０８の全長の１０％以内、または５％以内となるフレキシブルライン１０８の端部）でフレキシブルライン１０８を保持する。

　フレキシブルライン１０８は、この実施の形態では、作動ガスのコールドヘッド１０４への供給またはコールドヘッド１０４からの排出のための作動ガスライン、より具体的には、ガス供給ライン１１２およびガス回収ライン１１４を備える。ガス供給ライン１１２は、圧縮機１０２の作動ガス吐出ポート１０２ａをコールドヘッド１０４の高圧ポート１１６ａに接続し、ガス回収ライン１１４は、圧縮機１０２の作動ガス吸入ポート１０２ｂをコールドヘッド１０４の低圧ポート１１６ｂに接続する。

　よって、極低温冷凍機１００の作動ガスは、圧縮機１０２からガス供給ライン１１２を通じてコールドヘッド１０４に供給され、コールドヘッド１０４からガス回収ライン１１４を通じて圧縮機１０２に回収される。よく知られているように、ガス供給ライン１１２における作動ガスの圧力と、ガス回収ライン１１４における作動ガスの圧力は、ともに大気圧よりかなり高く、それぞれ第１高圧及び第２高圧と呼ぶことができる。説明の便宜上、第１高圧及び第２高圧はそれぞれ単に高圧及び低圧とも呼ばれる。典型的には、高圧は例えば２～３ＭＰａである。低圧は例えば０．５～１．５ＭＰａであり、例えば約０．８ＭＰａである。

　フレキシブルラインホルダ１１０は、こうした作動ガスラインを保持する作動ガスラインホルダを備えてもよい。フレキシブルラインホルダ１１０は、ガス供給ライン１１２を保持する第１ホルダおよびガス回収ライン１１４を保持する第２ホルダを有してもよく、これら２つのホルダが取付フランジ１０６ａに固定されてもよい。フレキシブルラインホルダ１１０は、例えばねじ止め、溶接、またはそのほか適宜の固定手段により、取付フランジ１０６ａに剛に固定されうる。

　２つのホルダは、取付フランジ１０６ａ上で横並びに配置されてもよいし、取付フランジ１０６ａ上で駆動部１０４ｃを挟むように配置されてもよいし、取付フランジ１０６ａ上でそのほか任意の場所に配置されてもよい。図１に示される例では、フレキシブルラインホルダ１１０は取付フランジ１０６ａの上面に取り付けられているが、取付フランジ１０６ａの下面またはそのほかの部位に取り付けられてもよい。

　ガス供給ライン１１２は、コールドヘッド１０４の高圧ポート１１６ａから延びる第１部分１１２ａと、圧縮機１０２の作動ガス吐出ポート１０２ａから延びる第２部分１１２ｂとを備える。フレキシブルラインホルダ１１０は、極低温冷凍機１００の作動ガスが流れることができる内部流路を有する中間継手として構成されてもよい。例えば、第１ホルダが第１内部流路を有する第１中間継手であってもよい。この場合、ガス供給ライン１１２の第１部分１１２ａは、一端で第１ホルダに接続され、他端で高圧ポート１１６ａに接続される。ガス供給ライン１１２の第２部分１１２ｂは、一端で第１ホルダに接続され、他端で作動ガス吐出ポート１０２ａに接続される。こうして、作動ガス吐出ポート１０２ａから吐出される高圧の作動ガスは、第２部分１１２ｂ、第１ホルダ、第１部分１１２ａを通じてコールドヘッド１０４に流入する。

　同様に、ガス回収ライン１１４は、コールドヘッド１０４の低圧ポート１１６ｂから延びる第１部分１１４ａと、圧縮機１０２の作動ガス吸入ポート１０２ｂから延びる第２部分１１４ｂとを備える。フレキシブルラインホルダ１１０は、極低温冷凍機１００の作動ガスが流れることができる内部流路を有する中間継手として構成されてもよい。例えば、第２ホルダが第２内部流路を有する第２中間継手であってもよい。この場合、ガス回収ライン１１４の第１部分１１４ａは、一端で第２ホルダに接続され、他端で低圧ポート１１６ｂに接続される。ガス回収ライン１１４の第２部分１１４ｂは、一端で第２ホルダに接続され、他端で作動ガス吸入ポート１０２ｂに接続される。こうして、コールドヘッド１０４の低圧ポート１１６ｂから流出する低圧の作動ガスは、第１部分１１４ａ、第２ホルダ、第２部分１１４ｂを通じて圧縮機１０２に回収される。

　ガス供給ライン１１２およびガス回収ライン１１４は、例えばフレキシブルホースなど柔軟性をもつ配管であってもよい。また、ガス供給ライン１１２およびガス回収ライン１１４は、例えば損耗による交換に便利となるように、圧縮機１０２、コールドヘッド１０４、フレキシブルライン１０８と着脱可能であってもよい。

　図２は、比較例に係る極低温冷凍機の作動ガスラインを概略的に示す図である。図示されるように、極低温冷凍機２００は、圧縮機２０２およびコールドヘッド２０４を備える。圧縮機２０２とコールドヘッド２０４は、フレキシブルホース２０６により接続されている。コールドヘッド２０４は、真空容器２０に対して移動（昇降）することができるように真空容器２０に搭載されている。コールドヘッド２０４は、その昇降により、コールドヘッド２０４を被冷却物２０８と熱的に接続しまたは切り離す熱スイッチとして動作可能である。図２では、熱スイッチがオフの場合、つまり、コールドヘッド２０４が被冷却物２０８から離れた状態が示されている。

　極低温冷凍機２００の近くを通る作業者が、自分の足２１０をフレキシブルホース２０６に引っ掛けてつまずくことがあるかもしれない。そうすると、フレキシブルホース２０６は、引っ掛けられた足２１０によって瞬時に強く引っ張られ、コールドヘッド２０４に強い横荷重２１２が作用することになりうる。熱スイッチがオフのときコールドヘッド２０４はベローズなど剛性の低い支持構造によって真空容器２０に支持されているから、横荷重２１２は、図２に黒矢印２１４および破線で示すように、極低温冷凍機２００の位置および姿勢を乱し、場合によっては極低温冷凍機２００を真空容器２０や被冷却物２０８など周囲の構造物と衝突させるかもしれない。その結果、極低温冷凍機２００や周囲の構造物が破損することになるかもしれない。

　これに対して、実施の形態によれば、フレキシブルライン１０８がフレキシブルラインホルダ１１０によって真空容器２０に対して固定的に保持されている。コールドヘッド１０４から遠い側のフレキシブルライン１０８の第２部分（例えば、１１２ｂ、１１４ｂ）については、依然として作業者が足を引っ掛けてしまうリスクが想定されうる。しかし、そのような事態がたとえ起こったとしても、第２部分に働く引張力は、フレキシブルラインホルダ１１０が固定された取付フランジ１０６ａおよび真空容器２０が受けるにすぎない。この引張力は、コールドヘッド１０４には直接伝わらず、熱スイッチがオフであってもコールドヘッド１０４の位置、姿勢を保持することができるものと期待される。このようにして、極低温冷凍機１００を予期せぬ外力から保護することができる。

　図３は、図１に示される極低温冷凍機１００に適用しうる例示的な電気接続を概略的に示す図である。フレキシブルライン１０８は、コールドヘッド１０４への給電のための給電ケーブルであってもよい。給電ケーブルは、真空容器２０の外に配置された電源１１８をコールドヘッド１０４の駆動部１０４ｃ（例えば、図１に示されるコールドヘッド駆動モータ１０４ｅ）に接続する。例示的な構成では、圧縮機１０２が電源１１８として用いられてもよい。

　フレキシブルラインホルダ１１０は、取付フランジ１０６ａに固定され、給電ケーブルを保持するケーブルホルダであってもよい。図示される例では、フレキシブルラインホルダ１１０は、取付フランジ１０６ａを貫通するように取付フランジ１０６ａに取り付けられている。これにより、取付フランジ１０６ａの一方の面（例えば上面）からその反対側の面（例えば下面）へと給電ケーブルを導くことができる。取付フランジ１０６ａの上面側のみで給電ケーブルを取り回す場合に比べて、給電ケーブルの配置の自由度を高めることができる。

　このようにしても、図１および図２を参照して説明した実施の形態と同様にして、極低温冷凍機１００を予期せぬ外力から保護することができる。すなわち、フレキシブルラインホルダ１１０から電源１１８へと延びるフレキシブルライン１０８の第２部分に不測の外力が作用したとしても、フレキシブルラインホルダ１１０が固定された取付フランジ１０６ａおよび真空容器２０でこの外力を受けることができる。外力によるコールドヘッド１０４への悪影響を低減することができる。

　なお、上述のように取付フランジ１０６ａを貫通するタイプのフレキシブルラインホルダ１１０が、図１を参照して説明した作動ガスラインのホルダとして用いられてもよい。

　図４は、図１に示される極低温冷凍機１００に適用しうる例示的な駆動源を概略的に示す図である。駆動源１０６ｃは、コールドヘッド１０４の上方に配置されたプレート状の支持体１２０に取り付けられている。駆動源１０６ｃは、支持体１２０を貫通して下方に突出する可動ピストン１２２を備える。複数本（例えば４本）のガイドロッド１２４がコールドヘッド１０４を囲むようにして取付フランジ１０６ａに立設されており、ガイドロッド１２４の先端に支持体１２０が固定されている。ガイドロッド１２４は、コールドヘッドフランジ１０４ｄを上下方向に貫通しており、コールドヘッドフランジ１０４ｄは、ガイドロッド１２４に沿って上下方向に移動可能である。

　また、支持柱１２６ａおよび可動プレート１２６ｂを含む可動フレーム１２６がコールドヘッドフランジ１０４ｄに設置されている。支持柱１２６ａは、コールドヘッドフランジ１０４ｄに立設されており、支持柱１２６ａの先端どうしを架橋するように可動プレート１２６ｂが支持柱１２６ａに固定されている。可動プレート１２６ｂには、可動ピストン１２２の下端が固定されている。

　従って、駆動源１０６ｃの作動により可動ピストン１２２が上下に進退するとき、可動フレーム１２６を介してコールドヘッドフランジ１０４ｄも上下に移動することができる。このとき、コールドヘッドフランジ１０４ｄは、気密隔壁１０６ｂの伸縮を伴いながら、ガイドロッド１２４に沿って上下に移動することになる。このようにして、駆動源１０６ｃは、コールドヘッド１０４の真空容器２０に対する移動を提供できる。

　極低温冷凍機１００は、駆動源１０６ｃに接続される別のフレキシブルライン１２８と、真空容器２０に対して固定的に別のフレキシブルライン１２８を保持するように構成される別のフレキシブルラインホルダ１３０と、を備えてもよい。駆動源１０６ｃは、例えばエアシリンダであってもよく、その場合、フレキシブルライン１２８は、駆動源１０６ｃに圧縮空気を給排するための圧縮空気ラインであってもよい。フレキシブルラインホルダ１３０は、取付フランジ１０６ａに固定され、圧縮空気ラインを保持するホルダであってもよい。

　このようにしても、極低温冷凍機１００を予期せぬ外力から保護することができる。すなわち、フレキシブルラインホルダ１３０から圧縮空気源１３２へと延びるフレキシブルライン１２８の第２部分に不測の外力が作用したとしても、フレキシブルラインホルダ１３０が固定された取付フランジ１０６ａおよび真空容器２０でこの外力を受けることができる。外力によるコールドヘッド１０４への悪影響を低減することができる。

　以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。

　上述の実施の形態は、作動ガスラインホルダが中間継手である場合を例として説明しているが、他の構成も可能である。例えば、作動ガスラインホルダは作動ガスラインを保持するホースクランプなど適宜の固定具であってもよく、こうした固定具が取付フランジ１０６ａに固定されていてもよい。この場合、作動ガスラインは、ホルダで分割される必要はない（作動ガスラインは、第１部分と第２部分に分割されなくてもよく、１本のフレキシブルホースであってもよい）。

　上述の実施の形態は、フレキシブルラインホルダ１１０がコールドヘッドマウント１０６の取付フランジ１０６ａに固定される場合を例として説明しているが、他の構成も可能である。例えば、フレキシブルラインホルダ１１０は、真空容器２０に直接固定されてもよい。例えば、フレキシブルラインホルダ１１０は、取付フランジ１０６ａが取り付けられる（すなわち、装着口３２が設けられている）真空容器２０の壁面、または真空容器２０のそのほかの部位に固定されてもよい。

　上述の実施の形態は、極低温冷凍機１００が単段式のＧＭ冷凍機である場合を例として説明しているが、他の構成も可能である。例えば、極低温冷凍機１００は、二段式のＧＭ冷凍機であってもよい。この場合、極低温冷凍機１００は、約４Ｋ以下の極低温冷却を提供してもよく、極低温液体１２は、液体ヘリウムであってもよい。あるいは、極低温冷凍機１００は、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはそのほかのタイプの極低温冷凍機であってもよい。

　上述の実施の形態は、極低温装置１０が極低温液体１２の貯蔵装置である場合を例として説明しているが、他の構成も可能である。例えば、極低温装置１０は、超伝導機器であってもよく、極低温冷凍機１００は、真空容器２０内に配置された超伝導コイルを冷却するために用いられてもよい。

　実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

　本発明は、極低温冷凍機の分野における利用が可能である。

　２０　真空容器、　１００　極低温冷凍機、　１０４　コールドヘッド、　１０６　コールドヘッドマウント、　１０６ａ　取付フランジ、　１０６ｂ　気密隔壁、　１０６ｃ　駆動源、　１０８　フレキシブルライン、　１１０　フレキシブルラインホルダ。

Claims

　真空容器に搭載可能なコールドヘッドと、
　前記真空容器に対する前記コールドヘッドの移動を許容するように前記コールドヘッドを前記真空容器に連結するように構成されるコールドヘッドマウントと、
　前記真空容器の外で前記コールドヘッドに接続されるフレキシブルラインと、
　前記真空容器に対して固定的に前記フレキシブルラインを保持するように構成されるフレキシブルラインホルダと、を備えることを特徴とする極低温冷凍機。
　前記フレキシブルラインホルダは、前記フレキシブルラインの前記コールドヘッド側の端部で前記フレキシブルラインを保持することを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
　前記フレキシブルラインは、作動ガスの前記コールドヘッドへの供給または前記コールドヘッドからの排出のための作動ガスラインを備え、
　前記フレキシブルラインホルダは、前記作動ガスラインを保持する作動ガスラインホルダを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の極低温冷凍機。
　前記作動ガスラインホルダは、前記作動ガスが流れることができる内部流路を有する中間継手を備え、
　前記作動ガスラインは、前記コールドヘッドを前記中間継手に接続する第１部分と、前記中間継手に接続される第２部分とを備えることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷凍機。
　前記コールドヘッドマウントは、前記真空容器に取付可能な取付フランジと、前記コールドヘッドを前記取付フランジに接続する伸縮可能な気密隔壁と、を備え、
　前記作動ガスラインホルダは、前記取付フランジに固定されていることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷凍機。
　前記フレキシブルラインは、前記コールドヘッドへの給電のための給電ケーブルを備え、
　前記フレキシブルラインホルダは、前記給電ケーブルを保持するケーブルホルダを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の極低温冷凍機。
　前記コールドヘッドマウントは、前記真空容器に取付可能な取付フランジと、前記コールドヘッドを前記取付フランジに接続する伸縮可能な気密隔壁と、を備え、
　前記ケーブルホルダは、前記取付フランジに固定されていることを特徴とする請求項６に記載の極低温冷凍機。
　前記コールドヘッドマウントに搭載され、前記コールドヘッドを前記真空容器に対して移動させるように構成される駆動源と、
　前記駆動源に接続される別のフレキシブルラインと、
　前記真空容器に対して固定的に前記別のフレキシブルラインを保持するように構成される別のフレキシブルラインホルダと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の極低温冷凍機。
　前記コールドヘッドマウントは、前記真空容器に取付可能な取付フランジと、前記コールドヘッドを前記取付フランジに接続する伸縮可能な気密隔壁と、を備え、
　前記別のフレキシブルラインホルダは、前記取付フランジに固定されていることを特徴とする請求項８に記載の極低温冷凍機。