特許 6403608 極低温冷凍機及びロータリージョイント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6403608

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】極低温冷凍機及びロータリージョイント

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/14 20060101AFI20181001BHJP

【ＦＩ】

   F25B9/14 530B

   F25B9/14ZAA

【請求項の数】16

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-38220(P2015-38220)

(22)【出願日】2015年2月27日

(65)【公開番号】特開2016-161169(P2016-161169A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2017年7月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】許 名堯

【審査官】 久島 弘太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１５６９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４８−０４１９９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０６１３５１３８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、
前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間、前記第１高圧区間と隣接し前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間、及び、前記第２高圧区間とは反対側で前記第１高圧区間と隣接する加圧区間へと前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い中間圧を有することを特徴とする極低温冷凍機。

【請求項2】

前記作動ガスシール部は、前記第１高圧区間とは反対側で前記第２高圧区間と隣接する第１緩衝区間を形成し、前記第１緩衝区間は、前記周囲圧力より高く前記第２高圧より低い第１緩衝圧を有することを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。

【請求項3】

前記第１緩衝区間に接続される緩衝容積を備えることを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。

【請求項4】

前記緩衝容積は、圧力制御弁を介して前記第１緩衝区間に接続されることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷凍機。

【請求項5】

前記第１緩衝区間からガスを回収する補助圧縮機を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の極低温冷凍機。

【請求項6】

前記第１緩衝圧は、０．１１ＭＰａから０．２ＭＰａの範囲から選択されることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の極低温冷凍機。

【請求項7】

前記作動ガスシール部は、前記第１高圧区間とは反対側で前記加圧区間と隣接する第２緩衝区間を形成し、前記第２緩衝区間は、前記周囲圧力より高く前記中間圧より低い第２緩衝圧を有することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の極低温冷凍機。

【請求項8】

前記加圧区間は、前記第２高圧流路に連通す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。

【請求項9】

前記第２高圧及び／または前記中間圧は、０．１１ＭＰａから０．２ＭＰａの範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。

【請求項10】

極低温冷凍機の圧縮機と前記極低温冷凍機の膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントであって、前記圧縮機は静止部に設置され、前記膨張機は前記静止部に軸回転可能に支持される回転部に設置され、前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い圧力を有する作動ガスの流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る作動ガスの流路と、
前記作動ガスの流路に連通する高圧区間、前記高圧区間と隣接する第１加圧区間、及び、前記第１加圧区間とは反対側で前記高圧区間と隣接する第２加圧区間へと前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記第１加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記高圧区間より低い第１中間圧を有し、前記第２加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記高圧区間より低い第２中間圧を有することを特徴とするロータリージョイント。

【請求項11】

静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、
前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間と前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記ロータは、前記回転軸の周囲で径方向に延在し前記回転軸に垂直な環状平坦面を有し、
前記作動ガスシール部は、前記周囲圧力から前記第２高圧区間をシールするよう前記回転軸まわりに配設されるシールディスクを備え、前記シールディスクは、前記環状平坦面に接触するシール面を有することを特徴とする極低温冷凍機。

【請求項12】

前記作動ガスシール部は、前記シールディスクを前記ステータに連結し前記シールディスクを前記環状平坦面に付勢する付勢部材を備えることを特徴とする請求項１１に記載の極低温冷凍機。

【請求項13】

前記シールディスクは、前記第２高圧を受ける受圧面を有し、前記第２高圧によって前記環状平坦面に押し付けられることを特徴とする請求項１１または１２に記載の極低温冷凍機。

【請求項14】

前記作動ガスシール部は、前記シールディスクと前記ロータとの間に配設され前記回転軸まわりに延在する第１補助シールを備え、前記クリアランスは、前記第１補助シールと前記シール面との間に形成される緩衝区間を含み、前記緩衝区間は、前記周囲圧力より高く前記第２高圧より低い緩衝圧を有することを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の極低温冷凍機。

【請求項15】

静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、
前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間と前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記作動ガスシール部は、前記第１高圧区間において第１径を有し、前記第２高圧区間において第２径を有し、前記第１径は前記第２径より小さいことを特徴とする極低温冷凍機。

【請求項16】

静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、
前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間と前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記ロータは、前記回転部に固定されるロータ基部と、前記ロータ基部とは軸方向反対側に位置し前記ステータとの間に前記第１高圧区間を形成するロータ軸端と、を備え、
前記ステータは、前記ロータ軸端を囲む半密閉区画を形成するステータ底壁部を備えることを特徴とする極低温冷凍機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極低温冷凍機に関し、特に、回転する物体を冷却するための極低温冷凍機に関する。また、本発明は、そうした極低温冷凍機に適するロータリージョイントに関する。

【背景技術】

【0002】

連続回転する系で極低温を実現する極低温冷却装置が知られている。この冷却装置は、無冷媒冷凍機と、無冷媒冷凍機にヘリウムガスを循環させるコンプレッサと、を有する。ヘリウムガスは、ヘリウムガス用回転継手を通して冷凍機とコンプレッサとを循環する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１５６９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の回転継手には、ヘリウムガスをシールするＯリングが設けられている。１本のＯリングが冷凍機に流入するヘリウムガスを大気圧からシールする。また、別の１本のＯリングがコンプレッサに還流するヘリウムガスを大気圧からシールする。一般に、冷凍機に使用されるヘリウムガスは大気圧よりも顕著に高い圧力を有するので、１本のＯリングだけで大気環境へのヘリウムガスの漏れを完全に防ぐのは難しい。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、回転する物体を冷却する極低温冷凍機において作動ガスのシール性を向上することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によると、静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機は、前記静止部に設置される圧縮機と、前記回転部に設置される膨張機と、前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備える。前記ロータリージョイントは、前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間、前記第１高圧区間と隣接し前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間、及び、前記第２高圧区間とは反対側で前記第１高圧区間と隣接する加圧区間へと前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備える。前記加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い中間圧を有する。

【0007】

本発明のある態様によると、極低温冷凍機の圧縮機と前記極低温冷凍機の膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントであって、前記圧縮機は静止部に設置され、前記膨張機は前記静止部に軸回転可能に支持される回転部に設置され、前記ロータリージョイントは、前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い圧力を有する作動ガスの流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る作動ガスの流路と、前記作動ガスの流路に連通する高圧区間、前記高圧区間と隣接する第１加圧区間、及び、前記第１加圧区間とは反対側で前記高圧区間と隣接する第２加圧区間へと前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備える。前記第１加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記高圧区間より低い第１中間圧を有し、前記第２加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記高圧区間より低い第２中間圧を有する。

【0008】

本発明のある態様によると、静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機は、前記静止部に設置される圧縮機と、前記回転部に設置される膨張機と、前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備える。前記ロータリージョイントは、前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間と前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備える。前記ロータは、前記回転軸の周囲で径方向に延在し前記回転軸に垂直な環状平坦面を有する。前記作動ガスシール部は、前記周囲圧力から前記第２高圧区間をシールするよう前記回転軸まわりに配設されるシールディスクを備え、前記シールディスクは、前記環状平坦面に接触するシール面を有する。

【0009】

本発明のある態様によると、静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機は、前記静止部に設置される圧縮機と、前記回転部に設置される膨張機と、前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備える。前記ロータリージョイントは、前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間と前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備える。前記作動ガスシール部は、前記第１高圧区間において第１径を有し、前記第２高圧区間において第２径を有し、前記第１径は前記第２径より小さい。

【0010】

本発明のある態様によると、静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機は、前記静止部に設置される圧縮機と、前記回転部に設置される膨張機と、前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備える。前記ロータリージョイントは、前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第１高圧を有する第１高圧作動ガスのための第１高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第１高圧流路と、前記周囲圧力より高く前記第１高圧より低い第２高圧を有する第２高圧作動ガスのための第２高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第２高圧流路と、前記第１高圧流路に連通する第１高圧区間と前記第２高圧流路に連通する第２高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備える。前記ロータは、前記回転部に固定されるロータ基部と、前記ロータ基部とは軸方向反対側に位置し前記ステータとの間に前記第１高圧区間を形成するロータ軸端と、を備える。前記ステータは、前記ロータ軸端を囲む半密閉区画を形成するステータ底壁部を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、回転する物体を冷却する極低温冷凍機において作動ガスのシール性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図2】本発明の第２の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図3】本発明の第２の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図4】本発明の第２の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図5】本発明の第２の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図6】本発明の第３の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図7】本発明の第３の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図8】本発明の第４の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図9】本発明の第５の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。

【図10】本発明の第６の実施の形態に係る超電導風力発電装置を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

【0014】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。極低温冷凍機１０は、作動ガス（例えばヘリウムガス）を圧縮する圧縮機１２と、作動ガスを断熱膨張により冷却する膨張機１４と、を備える。極低温冷凍機１０は、ギフォードマクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機など任意の蓄冷式冷凍機である。

【0015】

極低温冷凍機１０は、静止部５０と回転部５２を有する装置に設置されている。回転部５２は、静止部５０に軸回転可能に支持されている。つまり回転部５２は所定の回転軸まわりに回転可能に静止部５０に支持されている。回転軸の方向は図１における上下方向である。極低温冷凍機１０は、回転部５２に設けられた回転する物体６８を冷却する。物体６８は例えば超伝導装置（例えば超電導コイル）である。そのため、膨張機１４は、回転部５２に設置されている。圧縮機１２は、静止部５０に設置されている。

【0016】

回転部５２は、回転テーブル５４と真空容器５６を備え、静止部５０は、支持表面５８、支持体６０、及び支持台６２を備える。回転テーブル５４は、回転部５２の回転軸まわりに回転可能に軸受６４を介して支持体６０に支持されている。真空容器５６は回転テーブル５４に取り付けられている。膨張機１４は、その低温部が真空容器５６に収容されるように真空容器５６に取り付けられている。極低温冷凍機１０によって冷却されるべき物体６８も真空容器５６に収容されている。物体６８は、膨張機１４の低温部に熱的に連結されるとともに、回転テーブル５４に物体支持部材６９によって支持されている。物体支持部材６９は、熱伝導率が小さい材料（例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ））で形成されている。また、回転テーブル５４は、回転部５２の回転軸を中心とするテーブル開口６６を有する。一方、支持体６０は支持表面５８に支持されている。支持台６２もまた支持表面５８に支持されている。圧縮機１２は、支持表面５８に取り付けられている。

【0017】

圧縮機１２は、第１高圧作動ガスを膨張機１４に供給する。第１高圧作動ガスは、極低温冷凍機１０の周囲圧力Ｐａより高い第１高圧Ｐｈを有する。極低温冷凍機１０の周囲圧力Ｐａは例えば大気圧または０．１ＭＰａである。第１高圧Ｐｈは例えば、周囲圧力Ｐａの１０倍の圧力（１ＭＰａ）、または、周囲圧力Ｐａの２０倍の圧力（２ＭＰａ）より大きい。

【0018】

膨張機１４における断熱膨張によって、第１高圧作動ガスは第２高圧作動ガスへと減圧される。第２高圧作動ガスは、極低温冷凍機１０の周囲圧力Ｐａより高く第１高圧Ｐｈより低い第２高圧Ｐｌを有する。第２高圧Ｐｌは例えば、周囲圧力Ｐａの１０倍の圧力（１ＭＰａ）、または、周囲圧力Ｐａの２０倍の圧力（２ＭＰａ）より小さい。圧縮機１２は、第２高圧作動ガスを膨張機１４から回収する。圧縮機１２によって、第２高圧作動ガスは第１高圧作動ガスへと再び加圧される。

【0019】

極低温冷凍機１０は、圧縮機１２から膨張機１４に第１高圧作動ガスを送出すると共に膨張機１４から圧縮機１２に第２高圧作動ガスを還流するよう圧縮機１２を膨張機１４に接続する作動ガスライン１６を備える。作動ガスライン１６は、圧縮機１２と膨張機１４との間で作動ガスを循環させるための配管系である。作動ガスライン１６は、第１静止部ガスライン１８、第２静止部ガスライン２０、第１回転部ガスライン２２、第２回転部ガスライン２４、及びロータリージョイント１００を備える。ロータリージョイント１００は、圧縮機１２と膨張機１４との流体連絡のために設けられており、第１高圧流路１０２と第２高圧流路１０４を有する。

【0020】

第１静止部ガスライン１８及び第２静止部ガスライン２０は静止部５０に配置されている。第１静止部ガスライン１８は、圧縮機１２のガス送出ポートをロータリージョイント１００の第１高圧流路１０２に接続する。第２静止部ガスライン２０は、圧縮機１２のガス受入ポートをロータリージョイント１００の第２高圧流路１０４に接続する。

【0021】

第１回転部ガスライン２２及び第２回転部ガスライン２４は回転部５２に配置されている。第１回転部ガスライン２２は、膨張機１４のガス受入ポートをロータリージョイント１００の第１高圧流路１０２に接続する。第２回転部ガスライン２４は、膨張機１４のガス送出ポートをロータリージョイント１００の第２高圧流路１０４に接続する。第１回転部ガスライン２２及び第２回転部ガスライン２４はそれぞれテーブル開口６６を通じて第１高圧流路１０２及び第２高圧流路１０４に接続されている。

【0022】

よって、圧縮機１２は、第１高圧作動ガスを、第１静止部ガスライン１８、第１高圧流路１０２、及び第１回転部ガスライン２２を通じて膨張機１４に供給する。また、圧縮機１２は、第２高圧作動ガスを、第２回転部ガスライン２４、第２高圧流路１０４、及び第２静止部ガスライン２０を通じて膨張機１４から回収する。

【0023】

ロータリージョイント１００は、ロータ１０６とステータ１０８を備える。ロータ１０６は、回転部５２の回転軸と同軸に配設される軸部材である。ロータ１０６は、回転部５２の回転軸を中心軸とする円筒状の外周面を有する。ステータ１０８は、静止部５０に固定される非回転部材である。ステータ１０８は、回転部５２の回転軸と同軸に配設されロータ１０６を囲む中空部材である。ステータ１０８は、回転部５２の回転軸を中心軸とする円筒状の内周面を有する。

【0024】

ロータ１０６とステータ１０８との間にはクリアランス１１０が形成されている。ステータ１０８は、クリアランス１１０を形成するようロータ１０６と隣接配置されている。クリアランス１１０は、ステータ１０８に対するロータ１０６の回転運動を許容するための僅かな径方向隙間であり、ステータ１０８の内径はロータ１０６の外径よりわずかに大きい。

【0025】

ロータ１０６は、回転部５２に固定されるロータ基部１１２を有する。ロータ１０６は、回転部５２の回転軸に沿ってロータ基部１１２から延在し、ロータ軸端１１４で終端する。ロータ軸端１１４は、支持台６２との間に狭い軸方向隙間を有して支持台６２の近傍に位置する。ステータ１０８は、支持台６２に固定されロータ軸端１１４を囲むステータ基部１１６を有する。ステータ１０８は、回転部５２の回転軸に沿ってステータ基部１１６から延在し、ステータ端１１８で終端する。ステータ端１１８は、ロータ基部１１２との間に狭い軸方向隙間を有してロータ基部１１２の近傍に位置する。このようにして、クリアランス１１０は、ロータ基部１１２／ステータ端１１８とロータ軸端１１４／ステータ基部１１６との間に形成されている。

【0026】

本書では、説明の便宜のために、軸方向においてロータ基部１１２／ステータ端１１８に近い側を「上」と称し、ロータ軸端１１４／ステータ基部１１６に近い側を「下」と称することがある。このような表記は極低温冷凍機１０の配置を限定するものではない。回転部５２の回転軸は任意の方向に向けられていてもよい。例えば、回転軸は水平面に平行であってもよく、極低温冷凍機１０の現実の配置においてロータ１０６が左右に延在していてもよい。

【0027】

ロータリージョイント１００は、クリアランス１１０を軸方向に少なくとも３つの区間に仕切る作動ガスシール部１２０を備える。作動ガスシール部１２０は、上方第２高圧区間１２４、第１高圧区間１２６、及び下方第２高圧区間１２８へとクリアランス１１０を分割する。第１高圧区間１２６は軸方向中央に位置し、この両側に２つの第２高圧区間が隣接する。第１高圧区間１２６は第１高圧流路１０２に連通する。上方第２高圧区間１２４及び下方第２高圧区間１２８は第２高圧流路１０４に連通する。

【0028】

さらに、上方第２高圧区間１２４及び下方第２高圧区間１２８それぞれの軸方向外側には上方周囲圧力区間１２２及び下方周囲圧力区間１３０がある。よって、作動ガスシール部１２０は、クリアランス１１０を５つの区間、すなわち、上方周囲圧力区間１２２、上方第２高圧区間１２４、第１高圧区間１２６、下方第２高圧区間１２８、及び下方周囲圧力区間１３０に分割するとも言える。

【0029】

このような区間分割のために、作動ガスシール部１２０は、軸方向に互いに離間して配設される４つのシールを備える。各シールは、ロータ１０６の外周面とステータ１０８の内周面との間を回転軸まわりに延在するリング状または環状のシール部材、例えばＯリングなどのシールリングである。４つのシールとは、図において上から下に、第１シール１３２、第２シール１３４、第３シール１３６、及び第４シール１３８である。

【0030】

第１シール１３２は、上方周囲圧力区間１２２と上方第２高圧区間１２４との第１境界を定める。第２シール１３４は、上方第２高圧区間１２４と第１高圧区間１２６との第２境界を定める。第３シール１３６は、第１高圧区間１２６と下方第２高圧区間１２８との第３境界を定める。第４シール１３８は、下方第２高圧区間１２８と下方周囲圧力区間１３０との第４境界を定める。すなわち、第１シール１３２及び第４シール１３８は、加圧区間を周囲環境から仕切る一対の外側シールである。第２シール１３４及び第３シール１３６は、加圧区間の中央部に第１高圧区間１２６を形成する一対の内側シールである。

【0031】

第１高圧流路１０２は、ステータ１０８からクリアランス１１０の第１高圧区間１２６を通じてロータ１０６に至るロータリージョイント１００のガス流通路である。第１高圧流路１０２は、ロータ基部１１２に開口する第１出口１４０、第１高圧区間１２６に開口する第１入口１４２、及び、第１入口１４２を第１出口１４０につなぐ第１接続路１４４を有する。第１入口１４２は、ロータ１０６の外周面上で回転軸まわりに形成された環状溝である。第１接続路１４４は、回転軸に垂直な方向から回転軸に平行な方向に途中で方向を変える。第１高圧作動ガスは、第１静止部ガスライン１８から第１高圧区間１２６、第１入口１４２、第１接続路１４４、及び第１出口１４０を通じて第１回転部ガスライン２２へと流れる。

【0032】

第２高圧流路１０４は、第１高圧流路１０２と並列に形成され、ロータ１０６からクリアランス１１０の上方第２高圧区間１２４及び下方第２高圧区間１２８を通じてステータ１０８に至るもう１つのガス流通路である。第２高圧流路１０４は、ロータ基部１１２に開口する第２入口１４６、上方第２高圧区間１２４に開口する第２上方出口１４８、下方第２高圧区間１２８に開口する第２下方出口１５０、及び、第２入口１４６を第２上方出口１４８と第２下方出口１５０に分岐する第２接続路１５２を有する。第２上方出口１４８及び第２下方出口１５０はそれぞれロータ１０６の外周面上で回転軸まわりに形成された環状溝である。第２接続路１５２は、回転軸に平行な方向から回転軸に垂直な方向に途中で方向を変える。

【0033】

第２高圧作動ガスは、第２回転部ガスライン２４から第２入口１４６、第２接続路１５２、第２上方出口１４８、及び上方第２高圧区間１２４を通じて第２静止部ガスライン２０へと流れる。また、第２高圧作動ガスは、第２回転部ガスライン２４から第２入口１４６、第２接続路１５２、第２下方出口１５０、及び下方第２高圧区間１２８を通じて第２静止部ガスライン２０へと流れる。第２接続路１５２で分岐した２つの第２高圧作動ガス流れは第２静止部ガスライン２０で合流する。

【0034】

第１の実施の形態によると、第１高圧区間１２６が２つの第２高圧区間で挟まれている。こうして、第１高圧区間１２６の両側に中間圧区間が介在する。したがって、第１高圧区間１２６が周囲圧力Ｐａに直に隣接する場合に比べて、第１高圧区間１２６から周囲環境への第１高圧作動ガスの漏れを低減することができる。

【0035】

ある実施の形態においては、作動ガスシール部１２０は、第１高圧区間１２６、上方第２高圧区間１２４、及び、下方加圧区間へとクリアランス１１０を仕切ってもよい。あるいは、作動ガスシール部１２０は、第１高圧区間１２６、上方加圧区間、及び、下方第２高圧区間１２８へとクリアランス１１０を仕切ってもよい。あるいは、作動ガスシール部１２０は、第１高圧区間１２６、上方加圧区間、及び、下方加圧区間へとクリアランス１１０を仕切ってもよい。ここで、上方加圧区間及び下方加圧区間は、第１高圧区間１２６と隣接するが第２高圧流路１０４から独立した中間圧領域である。上方加圧区間及び下方加圧区間はそれぞれ、周囲圧力Ｐａより高く第１高圧Ｐｈより低い第１中間圧及び第２中間圧を有する。第１中間圧は、第２中間圧と等しくてもよいし、異なってもよい。第１中間圧及び第２中間圧の少なくとも一方は第２高圧Ｐｌに等しくてもよい。

【0036】

ある実施の形態においては、少なくとも１つの第２高圧区間は、第１高圧区間１２６と隣接せず軸方向に離れていてもよい。この場合、作動ガスシール部１２０は、第２高圧区間、上方加圧区間、及び、下方加圧区間へとクリアランス１１０を仕切ってもよい。ここで、上方加圧区間及び下方加圧区間はそれぞれ、周囲圧力Ｐａより高く第２高圧Ｐｌより低い第１中間圧及び第２中間圧を有する。

【0037】

第２高圧Ｐｌ、第１中間圧、及び／または第２中間圧は、０．１１ＭＰａから０．２ＭＰａの範囲から選択されてもよい。このようにすれば、周囲圧力Ｐａが大気圧である場合に、第２高圧区間（及び／または加圧区間）と周囲圧力区間との差圧を０．１ＭＰａ以下に小さくすることができる。その場合、加圧区間を周囲環境から仕切る一対の外側シールとして磁性流体シールを採用することができる。

【0038】

ある実施の形態においては、作動ガスライン１６は、第１静止部ガスライン１８を第１回転部ガスライン２２に接続する第１ロータリージョイントと、第２静止部ガスライン２０を第２回転部ガスライン２４に接続する第２ロータリージョイントと、を備えてもよい。第１ロータリージョイントは第１ロータ及び第１ステータを備え、第１ロータと第１ステータとの間に第１クリアランスが形成されてもよい。第１ロータリージョイントは、第１高圧区間、上方加圧区間、及び、下方加圧区間へと第１クリアランスを仕切る第１作動ガスシール部を備えてもよい。第２ロータリージョイントは第２ロータ及び第２ステータを備え、第２ロータと第２ステータとの間に第２クリアランスが形成されてもよい。第２ロータリージョイントは、第２高圧区間、上方加圧区間、及び、下方加圧区間へと第２クリアランスを仕切る第２作動ガスシール部を備えてもよい。

【0039】

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０は、２つの第２高圧区間（または、上方加圧区間及び下方加圧区間）の更に両側に２つの緩衝区間を追加的に有する点で、第１の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と相違する。すなわち、第２高圧区間と周囲圧力区間との間に緩衝区間が形成される。

【0040】

作動ガスシール部１２０は、第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６をクリアランス１１０に形成する。第１緩衝区間１５４は、第１高圧区間１２６とは軸方向反対側で上方第２高圧区間１２４と隣接する。第２緩衝区間１５６は、第１高圧区間１２６とは軸方向反対側で下方第２高圧区間１２８と隣接する。また、第１緩衝区間１５４は、ロータ１０６の外周面上で回転軸まわりに形成された第１環状溝１５５を含む。第２緩衝区間１５６は、ロータ１０６の外周面上で回転軸まわりに形成された第２環状溝１５７を含む。

【0041】

第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６はそれぞれ、周囲圧力Ｐａより高く第２高圧Ｐｌより低い第１緩衝圧及び第２緩衝圧を有する。第１緩衝圧は第２緩衝圧と等しくてもよいし、異なっていてもよい。

【0042】

作動ガスシール部１２０は、第１シール１３２、第２シール１３４、第３シール１３６、及び第４シール１３８に加えて、第１補助シール１５８及び第２補助シール１６０を備える。これら６つのシールは、軸方向に互いに離間してクリアランス１１０に配設される。第１補助シール１５８及び第２補助シール１６０は、他のシールと同様に、ロータ１０６の外周面とステータ１０８の内周面との間を回転軸まわりに延在するリング状または環状のシール部材、例えばＯリングなどのシールリングである。

【0043】

第１補助シール１５８は、上方周囲圧力区間１２２と第１緩衝区間１５４との境界を定める。第２補助シール１６０は、第２緩衝区間１５６と下方周囲圧力区間１３０との境界を定める。第１補助シール１５８及び第２補助シール１６０は、緩衝区間を周囲環境から仕切る一対の最外側シールである。これら最外側シールの間に第１シール１３２及び第４シール１３８は位置する。よって、第１シール１３２は、第１緩衝区間１５４と上方第２高圧区間１２４との境界を定める。第４シール１３８は、下方第２高圧区間１２８と第２緩衝区間１５６との境界を定める。

【0044】

第２の実施の形態によると、第１高圧区間１２６が２つの第２高圧区間で挟まれ、これら２つの第２高圧区間がさらに２つの緩衝区間で挟まれている。こうして、第１高圧区間１２６の両側で、第１高圧区間１２６と周囲圧力Ｐａとの間に２つの中間圧区間がある。したがって、第１高圧区間１２６が周囲圧力Ｐａに直に隣接する場合に比べて、第１高圧区間１２６から周囲環境への第１高圧作動ガスの漏れを低減することができる。また、第２高圧区間が周囲圧力Ｐａに直に隣接する場合に比べて、第２高圧区間から周囲環境への第２高圧作動ガスの漏れを低減することができる。

【0045】

第１緩衝圧及び／または第２緩衝圧は、０．１１ＭＰａから０．２ＭＰａの範囲から選択されてもよい。このようにすれば、周囲圧力Ｐａが大気圧である場合に、緩衝区間と周囲圧力区間との差圧を０．１ＭＰａ以下に小さくすることができる。その場合、緩衝区間を周囲環境から仕切る一対の最外側シールとして磁性流体シールを採用することができる。また、極低温冷凍機１０の通常の運転圧力を第２高圧Ｐｌとして使用することができる。この場合、第２高圧Ｐｌは、例えば、０．２ＭＰａより高く１ＭＰａより低い範囲から選択される圧力であってもよい。

【0046】

ある実施の形態においては、図３に示されるように、ロータリージョイント１００は、緩衝容積１６２または圧力制御容積を備えてもよい。緩衝容積１６２は例えばバッファタンクである。緩衝容積１６２は、静止部５０に設置され、連絡路１６４を用いて第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６に接続される。緩衝容積１６２は、周囲圧力Ｐａより高く第２高圧Ｐｌより低い圧力、例えば、０．１１ＭＰａから０．２ＭＰａの範囲から選択される圧力を有する。たとえ第１シール１３２及び第４シール１３８を通じた緩衝区間へのガス漏れが生じたとしても、第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６の圧力上昇を緩衝容積１６２によって抑制することができる。

【0047】

ある実施の形態においては、緩衝容積１６２は、回転部５２に設置されてもよく、その場合、緩衝容積１６２は、連絡路１６４としてのロータ内部流路を通じて第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６に接続されてもよい。また、ある実施の形態においては、緩衝容積１６２は、第１緩衝区間１５４に接続される第１緩衝容積と、第２緩衝区間１５６に接続される第２緩衝容積と、を含んでもよい。

【0048】

ある実施の形態においては、図４に示されるように、ロータリージョイント１００は、連絡路１６４に圧力制御弁１６６を備えてもよい。緩衝容積１６２は、圧力制御弁１６６を介して第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６に接続される。圧力制御弁１６６は、緩衝容積１６２と緩衝区間との差圧によって機械的に開閉される。緩衝区間のほうが高圧となって差圧が所定値を越えるとき圧力制御弁１６６は開かれる。こうして、圧力制御弁１６６を通じて第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６の圧力を緩衝容積１６２に解放することができる。よって、第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６の圧力上昇を抑制することができる。

【0049】

ある実施の形態においては、ロータリージョイント１００は、第１圧力制御弁及び第２圧力制御弁を備えてもよい。緩衝容積１６２は、第１圧力制御弁を介して第１緩衝区間１５４に接続され、第２圧力制御弁を介して第２緩衝区間１５６に接続されてもよい。

【0050】

緩衝容積１６２に代えて、ある実施の形態においては、図５に示されるように、ロータリージョイント１００は、連絡路１６４に補助圧縮機１６８を備えてもよい。緩衝区間及び連絡路１６４の圧力を測定する圧力センサ１７０が設けられていてもよい。また、圧力センサ１７０の測定圧力に基づいて補助圧縮機１６８を制御する制御部１７２が設けられていてもよい。制御部１７２は、極低温冷凍機１０を制御するための制御装置の一部であってもよい。

【0051】

第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６は、補助圧縮機１６８を介して上方第２高圧区間１２４に接続される。制御部１７２は、緩衝区間の圧力が所定値を超えるか否かを圧力センサ１７０の測定圧力から決定する。制御部１７２は、緩衝区間の圧力が所定値を超えない場合、補助圧縮機１６８を運転しない。一方、制御部１７２は、緩衝区間の圧力が所定値を超える場合、補助圧縮機１６８を運転する。こうして、補助圧縮機１６８は、第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６からガスを回収して圧縮し、そのガスを上方第２高圧区間１２４に供給する。このようにしても、第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６の圧力上昇を抑制することができる。

【0052】

ある実施の形態においては、第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６は、補助圧縮機１６８を介して、第１高圧区間１２６、下方第２高圧区間１２８、または極低温冷凍機１０における他の任意の高圧領域に接続されてもよい。また、ある実施の形態においては、補助圧縮機１６８は、第１補助圧縮機及び第２補助圧縮機を含んでもよい。第１緩衝区間１５４は、第１補助圧縮機を介して上方第２高圧区間１２４または他の任意の高圧領域に接続されてもよい。第２緩衝区間１５６は、第２補助圧縮機を介して下方第２高圧区間１２８または他の任意の高圧領域に接続されてもよい。ある実施の形態においては、ロータリージョイント１００は、緩衝容積１６２及び補助圧縮機１６８の両方を備えてもよい。

【0053】

ある実施の形態においては、作動ガスシール部１２０は、第１緩衝区間１５４及び第２緩衝区間１５６の一方のみをクリアランス１１０に形成してもよい。また、ある実施の形態においては、第１緩衝区間１５４及び／または第２緩衝区間１５６には、極低温冷凍機１０の作動ガスとは異なるガス、例えば周囲環境と同じガスが封じられていてもよい。

【0054】

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。第３の実施の形態に係る極低温冷凍機１０は、低圧側のシール構造に関して第１及び第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と相違する。

【0055】

第１及び第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と同様に、第３の実施の形態に係る極低温冷凍機１０においても、ロータ１０６とステータ１０８との間にはクリアランス１１０が形成されている。ステータ１０８は、クリアランス１１０を形成するようロータ１０６と隣接配置されている。

【0056】

ロータ１０６は、回転部５２に固定されるロータ基部１１２と、回転部５２の回転軸に沿ってロータ基部１１２から同軸に延在するロータ軸部１７４と、を備える。ロータ基部１１２は、回転軸の周囲で径方向に延在し回転軸に垂直な環状平坦面１７５を有する。ロータ軸部１７４は、ロータ基部１１２より細い。ロータ軸部１７４は、環状平坦面１７５の中心部から突出しロータ軸端１１４で終端する。

【0057】

こうしたロータ形状に対応して、ステータ１０８は、ステータ小径部１７６及びステータ大径部１７８を備える。ステータ１０８は、ステータ小径部１７６とステータ大径部１７８の間にこれらを径方向につなぐステータ段部１７７を備える。ステータ小径部１７６はロータ軸端１１４を同軸に囲み、ステータ大径部１７８はロータ軸部１７４を同軸に囲む。

【0058】

また、ステータ１０８は、支持台６２に固定されるステータ底壁部１７９を備える。ステータ底壁部１７９は、ステータ小径部１７６の下端を閉じ、ロータ軸端１１４を囲む半密閉区画を形成する。隣接する二部材間にシールを挟み込むことに代えて、ステータ１０８は、ステータ１０８の下端における気密性を構造的に保持する。

【0059】

ステータ小径部１７６は、回転部５２の回転軸に沿ってステータ底壁部１７９からステータ段部１７７へと延在する。ステータ大径部１７８は、回転部５２の回転軸に沿ってステータ段部１７７からステータ端１１８へと延在する。

【0060】

作動ガスシール部１２０は、第１高圧流路１０２に連通する第１高圧区間１２６と第２高圧流路１０４に連通する第２高圧区間１２７とにクリアランス１１０を仕切る。第１高圧区間１２６は第２高圧区間１２７と隣接する。周囲圧力区間１２３は、第１高圧区間１２６とは反対側で第２高圧区間１２７と隣接する。そのために、作動ガスシール部１２０は、軸方向に互いに離間して配設される３つのシール、すなわち、第１シール１３２、第２シール１３４、及びシールディスク１８０を備える。

【0061】

シールディスク１８０は、周囲圧力Ｐａから第２高圧区間１２７をシールするよう回転部５２の回転軸まわりに配設される。シールディスク１８０は、ステータ大径部１７８に囲まれている。また、シールディスク１８０は、ロータ軸部１７４を同軸に囲む筒状部材である。この筒部の一方の端面は、環状平坦面１７５に接触するリング状のシール面１８２である。筒部の他方の端面は、第２高圧区間１２７に面する受圧面１８４である。受圧面１８４が第２高圧Ｐｌを受けることにより、シールディスク１８０は環状平坦面１７５に押し付けられる。

【0062】

また、作動ガスシール部１２０は、シールディスク１８０をステータ１０８に連結しシールディスク１８０を環状平坦面１７５に付勢する付勢部材１８６を備える。付勢部材１８６は例えば、押しバネである。付勢部材１８６の一端はステータ段部１７７に取り付けられ、他端は受圧面１８４に取り付けられている。第２高圧Ｐｌだけでなく付勢部材１８６によっても、シールディスク１８０は環状平坦面１７５に押し付けられる。

【0063】

シールディスク１８０はステータ１０８に連結されているので、ステータ１０８と同様に非回転部材である。ただし、シールディスク１８０は、ステータ１０８に対し軸方向に遊びをもって連結されている。ガイドピン１８８がステータ大径部１７８に設けられ、シールディスク１８０はガイドピン１８８を受け入れるガイドピン穴１９０を有する。ガイドピン１８８はステータ大径部１７８の内周面から径方向内向きに突き出している。ガイドピン穴１９０はシールディスク１８０の外周面においてガイドピン１８８に対向する位置に形成されている。ガイドピン１８８とガイドピン穴１９０との間には軸方向に遊びがあり、シールディスク１８０が環状平坦面１７５に付勢されるときシールディスク１８０は軸方向に僅かに移動することができる。

【0064】

シール面１８２は、周囲圧力区間１２３と第２高圧区間１２７との境界を定める。第１シール１３２も、周囲圧力区間１２３と第２高圧区間１２７との境界を定める。ただし、第１シール１３２は、ステータ１０８とシールディスク１８０との間に配設される。第１シール１３２は、ステータ大径部１７８の内周面とシールディスク１８０の外周面との隙間を回転軸まわりに周方向に延在する。第２シール１３４は、第２高圧区間１２７と第１高圧区間１２６との境界を定める。第２シール１３４は、ステータ小径部１７６の内周面とロータ軸部１７４の外周面との隙間を回転軸まわりに周方向に延在する。第１高圧区間１２６は、ロータ軸端１１４とステータ底壁部１７９との間に形成される。

【0065】

第１高圧流路１０２は、第１ロータ流路１９２及び第１ステータ流路１９４を有する。第１ロータ流路１９２は、ロータ基部１１２からロータ軸端１１４へと軸方向にロータ軸部１７４を貫通する。第１ステータ流路１９４は、ステータ小径部１７６を径方向に貫通する。第１高圧作動ガスは、第１静止部ガスライン１８から第１ステータ流路１９４、第１高圧区間１２６、及び第１ロータ流路１９２を通じて第１回転部ガスライン２２へと流れる。

【0066】

第２高圧流路１０４は、第２ロータ流路１９６及び第２ステータ流路１９８を有する。第２ロータ流路１９６は、ロータ基部１１２を軸方向に貫通する。第２ステータ流路１９８は、ステータ大径部１７８を径方向に貫通する。第２高圧作動ガスは、第２回転部ガスライン２４から第２ロータ流路１９６、第２高圧区間１２７、及び第２ステータ流路１９８を通じて第２静止部ガスライン２０へと流れる。

【0067】

第３の実施の形態によると、作動ガスシール部１２０は、シールディスク１８０とロータ基部１１２との間に軸方向接触シールを形成する。シール面１８２の面積を十分に大きくすることにより、第２高圧区間１２７から周囲環境への第２高圧作動ガスの漏れを顕著に低減することができる。第１シール１３２は２つの非回転部材の間に設けられているので、これを回転部５２と静止部５０との間に設ける場合に比べて、良好なシール性を実現することが容易である。

【0068】

また、ステータ１０８の下端はステータ底壁部１７９によって密閉されているので、第１高圧区間１２６から周囲環境への第１高圧作動ガスの漏れを防止することができる。

【0069】

作動ガスシール部１２０は、第１高圧区間１２６において第１径を有し、第２高圧区間１２７において第２径を有し、第１径は第２径より小さい。よって、第２シール１３４の周方向長さは、第１シール１３２の周方向長さより短い。短いシールを高圧側に用いることにより、高圧側からの漏れを抑制することができる。

【0070】

ある実施の形態においては、図７に示されるように、作動ガスシール部１２０は、シールディスク１８０とロータ１０６との間に配設され回転部５２の回転軸まわりに延在する第１補助シール１５８を備えてもよい。

【0071】

ロータ軸部１７４は、第１補助シール１５８を取り付けるための拡径部１７４ａを備えてもよい。第１補助シール１５８は、シールディスク１８０の内周面とロータ軸部１７４の拡径部１７４ａの外周面との隙間を回転軸まわりに周方向に延在してもよい。第１補助シール１５８は、第１シール１３２と同じ軸方向位置において第１シール１３２の径方向内側に配置されていてもよい。

【0072】

クリアランス１１０は、第１補助シール１５８とシール面１８２との間に形成される緩衝区間１５３を含んでもよい。緩衝区間１５３は、周囲圧力Ｐａより高く第２高圧Ｐｌより低い緩衝圧を有してもよい。このようにしても、第２高圧区間１２７から周囲環境への第２高圧作動ガスの漏れを低減することができる。

【0073】

（第４の実施の形態）
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。第４の実施の形態に係る極低温冷凍機１０においては、第３の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と同様に、作動ガスシール部１２０は、第１高圧区間１２６において第１径を有し、第２高圧区間１２７において第２径を有し、第１径は第２径より小さい。

【0074】

ただし、第４の実施の形態に係る極低温冷凍機１０は、第３の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と異なり、シールディスクを有しない。第４の実施の形態に係る極低温冷凍機１０は、第１及び第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と同様に、第１シール１３２、第２シール１３４、及び第３シール１３６を有する。

【0075】

第１高圧区間１２６は第２高圧区間１２７より小径であるので、第２シール１３４及び第３シール１３６の周方向長さは、第１シール１３２の周方向長さより短い。短いシールを高圧側に用いることにより、高圧側からの漏れを抑制することができる。言い換えれば、クリアランス１１０は、高圧側において低圧側よりも小さい流路断面積を有する。このようにしても、第１高圧区間１２６から周囲環境への第１高圧作動ガスの漏れを抑制することができる。

【0076】

ある実施の形態においては、第３シール１３６の軸方向厚さは、第１シール１３２及び／または第２シール１３４の軸方向厚さより大きくてもよい。

【0077】

（第５の実施の形態）
図９は、本発明の第５の実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。第５の実施の形態に係る極低温冷凍機１０においては、第３の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と同様に、ステータ底壁部１７９がロータ軸端１１４を囲む半密閉区画を形成する。ただし、第５の実施の形態に係る極低温冷凍機１０は、第３の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と異なり、シールディスクを有しない。このようにしても、第１高圧区間１２６から周囲環境への第１高圧作動ガスの漏れを防止することができる。

【0078】

なお、第５の実施の形態に係る極低温冷凍機１０においても、第４の実施の形態に係る極低温冷凍機１０と同様に、作動ガスシール部１２０は、第１高圧区間１２６において第１径を有し、第２高圧区間１２７において第２径を有し、第１径は第２径より小さくてもよい。第２シール１３４の周方向長さは、第１シール１３２の周方向長さより短くてもよい。

【0079】

（第６の実施の形態）
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る超電導風力発電装置２００を概略的に示す図である。超電導風力発電装置２００は、基礎２０２上に立設される支柱２０４と、支柱２０４の上端に設置されるナセル２０６と、該ナセル２０６に対して回転自在に組付けられた回転ヘッド２０８とを有している。回転ヘッド２０８には、複数枚の風車ブレード２１０が取り付けられている。ナセル２０６の内部において、回転ヘッド２０８には、超電導発電機２１２が接続されている。

【0080】

超電導発電機２１２は、静止部５０、回転部５２、及び、静止部５０を回転部５２に連結する連結機構２１４を備える。回転部５２は、超電導コイルを有する。連結機構２１４は、第１ないし第５の実施の形態のいずれかに係るロータリージョイント１００を含む。また、超電導発電機２１２には、第１ないし第５の実施の形態のいずれかに係る極低温冷凍機１０が設置されている。上述のように、静止部５０には圧縮機１２が設置され、回転部５２には膨張機１４が設置されている。回転部５２の超電導コイルが膨張機１４によって冷却される。このようにして、超電導発電機２１２の回転部５２を冷却する極低温冷凍機１０を提供することができる。

【0081】

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。

【符号の説明】

【0082】

１０ 極低温冷凍機、 １２ 圧縮機、 １４ 膨張機、 ５０ 静止部、 ５２ 回転部、 １００ ロータリージョイント、 １０２ 第１高圧流路、 １０４ 第２高圧流路、 １０６ ロータ、 １０８ ステータ、 １１０ クリアランス、 １１２ ロータ基部、 １１４ ロータ軸端、 １２０ 作動ガスシール部、 １２２ 上方周囲圧力区間、 １２３ 周囲圧力区間、 １２４ 上方第２高圧区間、 １２６ 第１高圧区間、 １２７ 第２高圧区間、 １２８ 下方第２高圧区間、 １３０ 下方周囲圧力区間、 １３２ 第１シール、 １３４ 第２シール、 １３６ 第３シール、 １３８ 第４シール、 １５３ 緩衝区間、 １５４ 第１緩衝区間、 １５６ 第２緩衝区間、 １５８ 第１補助シール、 １６２ 緩衝容積、 １６６ 圧力制御弁、 １６８ 補助圧縮機、 １７５ 環状平坦面、 １７９ ステータ底壁部、 １８０ シールディスク、 １８２ シール面、 １８４ 受圧面、 １８６ 付勢部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】