特許 6559586 超電導磁石装置

(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】6559586

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】超電導磁石装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/04 20060101AFI20190805BHJP

   H01L 39/04 20060101ALI20190805BHJP

   F25B 9/00 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H01F6/04

   H01L39/04

   F25B9/00 Z

【請求項の数】10

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2016-13273(P2016-13273)

(22)【出願日】2016年1月27日

(65)【公開番号】特開2017-135236(P2017-135236A)

(43)【公開日】2017年8月3日

【審査請求日】2018年7月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大谷 安見

(72)【発明者】

【氏名】戸坂 泰造

【審査官】 鈴木 孝章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１１６１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１５１９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１８６４０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ６／００−６／０６

Ｆ２５Ｂ ９／００

Ｈ０１Ｌ ３９／０４

Ｈ０１Ｆ ４１／０４

Ｈ０１Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷凍機と、
前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、
前記排熱部に熱的に接続された配管である排熱配管と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、
前記排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する配管である媒介配管と、
前記排熱配管の他端に接続され、伸縮可能な構造の第１伸縮部と、
前記受熱配管の他端に接続され、前記第１伸縮部とは所定の位相差で伸縮可能な構造の第２伸縮部と、
前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部を伸縮させる駆動機構と、を備え、
前記第１伸縮部、前記排熱配管、前記媒介配管、前記受熱配管、及び前記第２伸縮部が順に接続され、
前記第１伸縮部、前記排熱配管、前記媒介配管、前記受熱配管、及び前記第２伸縮部に冷媒が封入され、前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部の伸縮動作により、前記排熱配管、前記媒介配管、及び前記受熱配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である超電導磁石装置。

【請求項2】

冷凍機と、
前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、
前記排熱部に熱的に接続された排熱配管である第１排熱配管及び第２排熱配管と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、
前記第１排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する媒介配管である第１媒介配管と、
前記第２排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する媒介配管である第２媒介配管と、
前記第１排熱配管の他端に接続され、伸縮可能な構造の第１伸縮部と、
前記第２排熱配管の他端に接続され、前記第１伸縮部とは所定の位相差で伸縮可能な構造の第２伸縮部と、
前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部を伸縮させる駆動機構と、を備え、
前記第１伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記第２伸縮部が順に接続され、
前記第１伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記第２伸縮部に冷媒が封入され、前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部の伸縮動作により、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である超電導磁石装置。

【請求項3】

冷凍機と、
前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、
前記排熱部に熱的に接続された配管である排熱配管と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された受熱配管である第１受熱配管及び第２受熱配管と、
前記第１受熱配管の一端と前記排熱配管の一端とを接続する媒介配管である第１媒介配管と、
前記第２受熱配管の一端と前記排熱配管の他端とを接続する媒介配管である第２媒介配管と、
前記第１受熱配管の他端に接続され、伸縮可能な構造の第１伸縮部と、
前記第２受熱配管の他端に接続され、前記第１伸縮部とは所定の位相差で伸縮可能な構造の第２伸縮部と、
前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部を伸縮させる駆動機構と、を備え、
前記第１伸縮部、前記第１受熱配管、前記第１媒介配管、前記排熱配管、前記第２媒介配管、前記第２受熱配管、及び前記第２伸縮部が順に接続され、
前記第１伸縮部、前記第１受熱配管、前記第１媒介配管、前記排熱配管、前記第２媒介配管、前記第２受熱配管、及び前記第２伸縮部に冷媒が封入され、前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部の伸縮動作により、前記第１受熱配管、前記第１媒介配管、前記排熱配管、前記第２媒介配管、及び前記第２受熱配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である超電導磁石装置。

【請求項4】

前記駆動機構としての複数の駆動機構が、前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部をそれぞれ伸縮させるように構成された請求項２又は３に記載の超電導磁石装置。

【請求項5】

前記駆動機構としての１の駆動機構が、前記第１伸縮部及び前記第２伸縮部を伸縮させるように構成された請求項２又は３に記載の超電導磁石装置。

【請求項6】

冷凍機と、
前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、
前記排熱部に熱的に接続された排熱配管である第１排熱配管及び第２排熱配管と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、
前記第１排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する媒介配管である第１媒介配管と、
前記第２排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する媒介配管である第２媒介配管と、
前記第１排熱配管の他端に接続され、伸縮可能な構造の伸縮部と、
前記伸縮部を伸縮させる駆動機構と、
前記第２排熱配管の他端に接続され、前記伸縮部を内包する容器と、を備え、
前記伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記容器が順に接続され、
前記伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記容器に冷媒が封入され、前記伸縮部の伸縮動作により、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、及び前記第２排熱配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である超電導磁石装置。

【請求項7】

冷凍機と、
前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、
前記排熱部に熱的に接続された排熱配管である第１排熱配管及び第２排熱配管と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、
前記第１排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する媒介配管である第１媒介配管と、
前記第２排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する媒介配管である第２媒介配管と、
前記第１排熱配管の他端に接続され、伸縮可能な構造の伸縮部と、
前記第２排熱配管の他端に接続され、前記伸縮部を内包し、熱シールド部の内部に設けられる容器と、
前記熱シールド部の外部に設けられ、前記伸縮部を伸縮させる駆動機構と、
前記駆動機構及び前記伸縮部を連結する連結部と、を備え、
前記伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記容器が順に接続され、
前記伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記容器に冷媒が封入され、前記伸縮部の伸縮動作により、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、及び前記第２排熱配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である超電導磁石装置。

【請求項8】

冷凍機と、
前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、
前記排熱部に熱的に接続された排熱配管である第１排熱配管及び第２排熱配管と、
超電導コイルと、
前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、
前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、
前記第１排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する媒介配管である第１媒介配管と、
前記第２排熱配管の一端と前記受熱配管の他端とを接続する媒介配管である第２媒介配管と、
前記第１排熱配管の他端に接続され、伸縮可能な構造の伸縮部と、
前記第２排熱配管の他端に接続され、前記伸縮部を内包し、熱シールド部の外部に設けられる容器と、
前記熱シールド部の外部に設けられ、前記伸縮部を伸縮させる駆動機構と、を備え、
前記伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記容器が順に接続され、
前記伸縮部、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、前記第２排熱配管、及び前記容器に冷媒が封入され、前記伸縮部の伸縮動作により、前記第１排熱配管、前記第１媒介配管、前記受熱配管、前記第２媒介配管、及び前記第２排熱配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である超電導磁石装置。

【請求項9】

前記排熱配管、前記受熱配管、及び前記媒介配管を、ステンレス材とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の超電導磁石装置。

【請求項10】

前記受熱配管の重力方向における高さが、前記冷凍機の冷却ステージの重力方向における高さよりも低くなるように前記受熱配管が設置された請求項９に記載の超電導磁石装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超電導（超伝導）磁石装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超電導磁石装置に備えられる超電導コイルは、電気抵抗がなく、発熱の問題もないので、通常のコイルよりも強力な磁力を発生させることができる。超電導磁石装置は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置等で既に実用化されている。

【0003】

超電導磁石装置では、熱力学の原理的な理由で冷凍効率が低いこともあり、比較的小さな冷凍能力を持つ冷凍機で大型の超電導コイルを冷却しなければならない。近年は、操作性やコストの観点から、小型の冷凍機が用いられる伝導冷却式の超電導磁石装置が広く利用されている。伝導冷却式の超電導磁石装置では、小型の冷凍機の冷却ステージと超電導コイルとが伝熱部材で熱的に接続される。

【0004】

また、ヘリウム及び窒素等の冷媒の凝縮や蒸発を利用し、熱を超電導コイルから冷凍機の冷却ステージまで運ぶヒートパイプを備えた超電導磁石装置もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１２９６０９号公報

【特許文献2】特開平９−３０６７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

伝導冷却式の超電導磁石装置では、軽量化の観点から金属である伝熱部材を無制限に大きくすることはできない。伝熱部材の重量が、高温側及び低温側の温度差（圧力差）とのトレードオフの関係となるので、伝熱部材を小さく軽量とした場合に、温度差を十分に小さくすることはできない。温度差が大きいと、つまり、圧力差が大きいと、冷凍機の圧縮機に負荷がかかってしまい、また、断熱効率も悪くなり、冷凍能力が小さくなる。

【0007】

ヒートパイプを備えた超電導磁石装置では、上述の伝導冷却式と比較して軽量で大きな熱量を運ぶことができる。しかしながら、使用される冷媒の種類が限られることから、作動する温度領域に制限があり、自由度が低い。

【0008】

そこで、作動する温度領域が広く、軽量で、効率が高い方式の超電導磁石装置の開発が求められる。特に、超電導磁石装置の普及に伴い、大型の超電導コイル、強磁場分野への適用も進むと考えられる。

【0009】

本発明が解決しようとする課題は、装置の重量を抑えながら、被冷却体側と冷凍機側との間における十分に小さい温度差を確保することができる超電導磁石装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本実施形態に係る超電導磁石装置は、冷凍機と、前記冷凍機に熱的に接続された排熱部と、前記排熱部に熱的に接続された配管である排熱配管と、超電導コイルと、前記超電導コイルに熱的に接続された受熱部と、前記受熱部に熱的に接続された配管である受熱配管と、前記排熱配管の一端と前記受熱配管の一端とを接続する配管である媒介配管と、前記排熱配管及び前記受熱配管の少なくとも一方に接続され、伸縮可能な構造の伸縮部と、前記伸縮部を伸縮させる駆動機構と、を備えた。超電導磁石装置は、前記排熱配管、前記受熱配管、前記媒介配管、及び前記伸縮部に冷媒が封入され、前記伸縮部の伸縮動作により、前記排熱配管、前記受熱配管、及び前記媒介配管内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能な構成である。

【発明の効果】

【0011】

本発明の実施形態に係る超電導磁石装置によれば、装置の重量を抑えながら、被冷却体側と冷凍機側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【図2】従来技術に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【図3】第２の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【図4】第３の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【図5】第４の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【図6】第５の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【図7】第６の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【図8】第７の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本実施形態に係る超電導磁石装置について、添付図面を参照して説明する。

【0014】

（第１の実施形態）
１．構成
図１は、第１の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0015】

図１は、第１の実施形態に係る超電導磁石装置１を示す。例えば、超電導磁石装置１は、ＭＲＩ装置等に実装される。超電導磁石装置１は、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル（被冷却体）１５、コイル支持体１６、及び熱輸送装置２０を備える。

【0016】

真空容器１１は、断熱真空容器とも呼ばれる。真空容器１１は、熱シールド部１２及び超電導コイル１５等を収容する。真空容器１１は、外部との熱移動を抑制するため、その内部が真空状態である。これによって、超電導コイル１５と真空容器１１との間を断熱状態に保持することができる。

【0017】

熱シールド部１２は、熱放射による真空容器１１から超電導コイル１５への熱伝達を防止するために、超電導コイル１５を覆うように設けられる。熱シールド部１２は、例えば、銅及びアルミニウム等の熱伝導率が高い材料で構成される。

【0018】

また、熱シールド部１２は、機械的強度を増すために、例えば、銅及びアルミニウム等の熱伝導率が高い材料に、ステンレス鋼及びＦＲＰ（Fiberglass Reinforced Plastics）等の剛性部材が裏打ちされた複合材料で構成されてもよい。この場合、熱シールド部１２は、熱伝導率が高い材料側が、超電導コイル１５の対向面となるように設置される。また、熱シールド部１２は、冷凍機１４によって冷却される。

【0019】

シールド支持材１３は、熱シールド部１２を真空容器１１に支持する。

【0020】

冷凍機１４は、単段冷凍機又は多段冷凍機である。冷凍機１４が多段冷凍機である場合、多段冷凍機は、多段の冷却ステージを通じて極低温の寒冷を生成する。冷凍機１４としての多段冷凍機は、例えば４［Ｋ］程度以下の低い到達温度を実現可能な２段４Ｋ−ギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機である。冷凍機１４としての２段冷凍機の高段の冷却ステージは、低段の冷却ステージに至る途中で生成される寒冷により、高段の冷却ステージに熱的に接続された部材を伝導冷却する。冷凍機１４としての２段冷凍機の低段の冷却ステージは、生成される寒冷により、低段の冷却ステージに熱的に接続された部材を伝導冷却する。

【0021】

冷凍機１４が単段冷凍機である場合、単段冷凍機は、単段の冷却ステージを通じて極低温の寒冷を生成する。冷凍機１４としての単段冷凍機は、例えば４０Ｋ〜５０［Ｋ］程度の到達温度を実現可能なＧＭ冷凍機又はパルスチューブ型冷凍機である。冷凍機１４としての単段冷凍機に備えられる唯一の冷却ステージは、生成される寒冷により、冷却ステージに熱的に接続された部材を伝導冷却する。ＧＭ冷凍機は、液体窒素や液体ヘリウム等を使用する装置に比べて、コスト的にも維持管理の面でも負担が軽い。そのため、ＭＲＩ装置やリニアモーターカー等の超伝導材料の冷却に広く用いられる。

【0022】

ここでは、冷凍機１４が多段冷凍機であり、冷凍機１４としての２段冷凍機の低段の冷却ステージ１４ａに熱輸送装置が熱的に接続される例を説明する。冷凍機１４が多段冷凍機である場合、熱輸送装置は、複数の冷却ステージのいずれかの冷却ステージに熱的に接続されればよい。

【0023】

超電導コイル１５は、例えば、コイルの線材に金属系のＮｂ_３Ｓｎが用いられるＮｂ_３Ｓｎ超電導コイルである。なお、コイルに用いられる線材は、Ｎｂ_３Ｓｎに限られるものではなく、他の金属系の超電導線材が用いられてもよい。

【0024】

また、超電導コイル１５は、例えば、コイルの線材に酸化物系の高温超電導線材が用いられる高温超電導コイルである。高温超電導線材として、例えば、ビスマス系（例えば、Ｂｉ２２２３）材料等が用いられる。

【0025】

コイル支持体１６は、超電導コイル１５を熱シールド部１２に支持する。

【0026】

熱輸送装置２０は、排熱部２１、排熱配管２２、受熱部２３、受熱配管２４、媒介配管２５、及び伸縮制御部２６を備える。

【0027】

排熱部２１は、冷凍機１４の冷却ステージ１４ａに熱的に接続されている。熱的に接続とは、接触状態の他、熱伝導が可能な距離が保持されている非接触の状態を意味する。

【0028】

排熱配管２２は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱部２１に熱的に接続された配管である。排熱部２１及び排熱配管２２によって熱交換器が形成される。例えば、排熱配管２２は、排熱部２１に、らせん状に巻き付けられる。

【0029】

受熱部２３は、超電導コイル１５に熱的に接続されている。なお、超電導コイル１５が複数存在する場合、複数の超電導コイル１５に接続される伝熱部１７が備えられてもよい。その場合、受熱部２３は、伝熱部１７を介して複数の超電導コイル１５に熱的に接続される。

【0030】

受熱配管２４は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、受熱部２３に熱的に接続された配管である。受熱部２３及び受熱配管２４によって熱交換器が形成される。例えば、受熱配管２４は、受熱部２３に、らせん状に巻き付けられる。受熱配管２４は、重力方向における高さが、冷却ステージ１４ａの重力方向における高さよりも低くなるように設置されることが好適である。このような構成とすることで、熱スイッチのＯＦＦ時の熱侵入量を低減することができる。

【0031】

冷凍機１４が停止した際、冷却ステージ１４ａの温度が上昇するが、冷却ステージ１４ａの高さが受熱配管２４より高いと、高温となった冷媒が下降することがなく上部に留まるため、受熱配管２４に侵入することがない。したがって、熱スイッチとしてのＯＦＦ時の熱侵入量を低減でき、超電導コイル１５の温度上昇の速度を遅くすることが可能となる。

【0032】

媒介配管２５は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱配管２２の一端と受熱配管２４の一端とを接続する配管である。

【0033】

伸縮制御部２６は、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部２６は、排熱配管２２に接続される第１伸縮制御部２６ａと、受熱配管２４に接続される第２伸縮制御部２６ｂと、を備える。

【0034】

第１伸縮制御部２６ａは、伸縮部としてのベローズ３１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３）と、を備える。第１伸縮制御部２６ａの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ３１は、伸縮動作により内容積が可変であり、排熱配管２２の一端に接続される。ベローズ３１としては、極低温でも伸縮が可能な金属で構成され、かつ、応力集中が１箇所で起こりにくいように、厚さを均一に製作した電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ３１は、伸縮動作により可動の可動底面（排熱配管２２との接続面の対向面）と、固定底面（排熱配管２２との接続面）とを備える。

【0035】

ベローズ用コイル３２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石３３は、ベローズ３１の可動底面（図１に示すベローズ３１の左側面）を固定底面（図１に示すベローズ３１の右側面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図１の左右方向）に往復移動可能な可動子である。

【0036】

ベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３は、ベローズ３１を伸縮させるための駆動機構である。図１に示すベローズ３１は、伸びている状態を示す。

【0037】

第２伸縮制御部２６ｂは、伸縮部としてのベローズ４１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル４２及びベローズ用永久磁石４３）と、を備える。第２伸縮制御部２６ｂの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ４１は、伸縮動作により内容積が可変であり、受熱配管２４の一端に接続される。ベローズ４１としては、ベローズ３１と同様に、電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ４１は、伸縮動作により可動の可動底面（受熱配管２４との接続面の対向面）と、固定底面（受熱配管２４との接続面）とを備える。

【0038】

ベローズ用コイル４２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石４３は、ベローズ４１の可動底面（図１に示すベローズ４１の右側面）を固定底面（図１に示すベローズ４１の左側面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図１の左右方向）に往復移動可能な可動子である。

【0039】

ベローズ用コイル４２及びベローズ用永久磁石４３は、ベローズ４１を伸縮させるための駆動機構である。図１に示すベローズ４１は、縮んでいる状態を示す。なお、ベローズ４１は伸びると図１中に示すベローズ３１と同様な状態となる。また、ベローズ用永久磁石３３，４３は縦線が中央に入った形で示されているが、これはＳ極とＮ極を概略的に示しているものである。

【0040】

ここで、順に接続されたベローズ３１、排熱配管２２、媒介配管２５、受熱配管２４、及びベローズ４１には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図１において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ３１，４１は、所定の位相差で周期的に（繰り返し）伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ３１，４１の伸縮動作によれば、排熱配管２２、媒介配管２５、及び受熱配管２４の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。

【0041】

第１に、ベローズ３１が縮む過程、かつ、ベローズ４１が伸びる過程では、ベローズ３１が冷媒を排熱配管２２に向かって押し出し、ベローズ４１が冷媒を受熱配管２４から引き込む。つまり、ベローズ３１が縮む過程、かつ、ベローズ４１が伸びる過程では、ベローズ３１内の冷媒は排熱配管２２に向かって流れ、排熱配管２２内の冷媒は媒介配管２５に向かって流れ、媒介配管２５内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒はベローズ４１に向かって流れる。

【0042】

第２に、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、ベローズ４１が縮む過程では、ベローズ３１が冷媒を排熱配管２２から引き込み、ベローズ４１が冷媒を受熱配管２４に向かって押し出す。つまり、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、ベローズ４１が縮む過程では、ベローズ４１内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は媒介配管２５に向かって流れ、媒介配管２５内の冷媒は排熱配管２２に向かって流れ、排熱配管２２内の冷媒はベローズ３１に向かって流れる。

【0043】

排熱部２１及び排熱配管２２によって形成される熱交換器では、ベローズ３１，４１の伸縮動作により排熱配管２２内に移動してくる冷媒と、冷却ステージ１４ａとの間で熱交換が行われる。また、受熱部２３及び受熱配管２４によって形成される熱交換器では、ベローズ３１，４１の伸縮動作により受熱配管２４内に移動してくる冷媒と、超電導コイル１５との間で熱交換が行われる。

【0044】

２．作用
図１に示す超電導磁石装置１の構成を用いて、超電導磁石装置１の作用について説明する。

【0045】

超電導磁石装置１の排熱配管２２内の冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。また、受熱配管２４内の冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。そして、ベローズ３１，４１が所定の位相差で周期的に伸縮されると、排熱配管２２、媒介配管２５、及び受熱配管２４の配管系内の冷媒が往復動される。

【0046】

ベローズ３１が伸びる過程、かつ、ベローズ４１が縮む過程では、受熱配管２４内で温められた冷媒は、媒介配管２５を介して排熱配管２２まで移動する。排熱配管２２まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。

【0047】

続くベローズ３１が縮む過程、かつ、ベローズ４１が伸びる過程では、排熱配管２２内で冷却された冷媒は、媒介配管２５を介して超電導コイル１５側に移動する。受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、再び、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。

【0048】

このように、ベローズ３１，４１の伸縮動作により、超電導コイル１５の発熱を、定常的に、媒介配管２５を介して冷却ステージ１４ａ側に移動させることができる。

【0049】

ここで、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との温度差については、配管系に封入される冷媒の比熱や、往復動される冷媒の流速や、冷媒の流量等により制御（設計）が可能となる。つまり、超電導磁石装置１では、ヒートパイプが用いられる場合のような温度領域の制限がない。

【0050】

また、超電導磁石装置１では、発熱量の変化に従ってベローズ３１，４１の伸縮量を調整することで、大小の発熱量の変化に対応できるような制御が可能となる。発熱量が比較的大きい場合、例えば、比較的大きな重量の超電導磁石の予冷（室温から所定温度までの冷却）の場合と、発熱量が比較的小さい場合、例えば、定常状態の場合との両方で効率の高い熱輸送が可能となる。

【0051】

また、上述したように、配管系として熱伝導率が低いステンレス等の材料が用いられる。冷凍機１４の停止時にベローズ３１，４１の伸縮動作も停止させることで、熱輸送装置２０による熱輸送を、配管系の熱伝導分も含めて低減する（断熱する）ことができる。トラブル時のように意図せずに冷凍機１４が停止した場合、冷却ステージ１４ａの温度上昇による熱侵入を超電導コイル１５に伝え難くすることが可能となり、超電導コイル１５の温度上昇速度を低減することが可能となる。超電導コイル１５における臨界温度まで上昇する時間が延び、超電導状態を保持できる時間を増加させることができる。

【0052】

また、冷凍機１４を交換する場合やメンテナンスする場合のように、冷却ステージ１４ａを室温レベルまで温度上昇をさせようと、意図して冷凍機１４を停止させる場合、冷凍機１４からの熱侵入を低減でき、超電導コイル１５の温度上昇を抑えることが可能となる。つまり、再冷却時間の短縮にも効果がある。配管系の各配管の長さをさらに長く、断面積をさらに小さくすることで伝導による熱侵入量は低減でき、超電導コイル１５の温度上昇をさらに抑えることができる。

【0053】

図２は、従来技術に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0054】

図２は、従来技術に係る伝導冷却式の超電導磁石装置Ｐを示す。超電導磁石装置Ｐは、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル１５、コイル支持体１６、及び伝熱部材Ｌを備える。なお、図２において、図１に示す構成部材と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

【0055】

伝熱部材Ｌとしては、一般的に、熱伝導率が極低温で高い無酸素銅又は高純度アルミニウム等の材料が使用される。超電導磁石装置Ｐでは、軽量化の観点から金属である伝熱部材Ｌを無制限に大きくすることはできない。伝熱部材Ｌの重量が、高温側及び低温側の温度差とのトレードオフの関係となるので、伝熱部材Ｌを小さく軽量とした場合に、十分に小さい温度差を得ることはできない。

【0056】

３．効果
第１の実施形態に係る超電導磁石装置１によると、超電導磁石装置１の重量を抑えながら、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。

【0057】

（第２の実施形態）
１．構成
図３は、第２の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0058】

図３は、第２の実施形態に係る超電導磁石装置１Ａを示す。超電導磁石装置１Ａは、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル１５、コイル支持体１６、及び熱輸送装置２０Ａを備える。

【0059】

熱輸送装置２０Ａは、図１に示す熱輸送装置２０と同様に、排熱部２１、排熱配管２２、受熱部２３、受熱配管２４、及び媒介配管２５を備える。ここでは、排熱配管２２は第１排熱配管２２と称され、媒介配管２５は第１媒介配管２５と称される。

【0060】

加えて、熱輸送装置２０Ａは、伸縮制御部２６Ａ、第２排熱配管２７、及び第２媒介配管２８を備える。

【0061】

第２排熱配管２７は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱部２１に熱的に接続された配管である。排熱部２１及び第２排熱配管２７によって熱交換器が形成される。例えば、第２排熱配管２７は、排熱部２１に、らせん状に巻き付けられる。

【0062】

第２媒介配管２８は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、受熱配管２４の一端と第２排熱配管２７の一端とを接続する配管である。

【0063】

伸縮制御部２６Ａは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部２６Ａは、第１排熱配管２２に接続される第１伸縮制御部２６ａと、第２排熱配管２７に接続される第３伸縮制御部２６ｃと、を備える。

【0064】

第３伸縮制御部２６ｃは、伸縮部としてのベローズ５１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル５２及びベローズ用永久磁石５３）と、を備える。第３伸縮制御部２６ｃの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ５１は、伸縮動作により内容積が可変であり、第２排熱配管２７の一端に接続される。ベローズ５１としては、ベローズ３１と同様に、電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ５１は、伸縮動作により可動の可動底面（第２排熱配管２７との接続面の対向面）と、固定底面（第２排熱配管２７との接続面）とを備える。

【0065】

ベローズ用コイル５２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石５３は、ベローズ５１の可動底面（図３に示すベローズ５１の左側面）を固定底面（図３に示すベローズ５１の右側面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図３の左右方向）に往復移動可能な可動子である。

【0066】

ベローズ用コイル５２及びベローズ用永久磁石５３は、ベローズ５１を伸縮させるための駆動機構である。図３に示すベローズ３１は伸びている状態を示し、ベローズ５１は縮んでいる状態を示す。

【0067】

ここで、順に接続されたベローズ３１、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、第２排熱配管２７、及びベローズ５１には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図３において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ３１，５１は、所定の位相差で周期的に伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ３１，５１の伸縮動作によれば、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。

【0068】

第１に、ベローズ３１が縮む過程、かつ、ベローズ５１が伸びる過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２に向かって押し出し、ベローズ５１が冷媒を第２排熱配管２７から引き込む。つまり、ベローズ３１が縮む過程、かつ、ベローズ５１が伸びる過程では、ベローズ３１内の冷媒は第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒はベローズ５１に向かって流れる。

【0069】

第２に、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、ベローズ５１が縮む過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２から引き込み、ベローズ５１が冷媒を第２排熱配管２７に向かって押し出す。つまり、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、ベローズ５１が縮む過程では、ベローズ５１内の冷媒は第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒はベローズ３１に向かって流れる。

【0070】

排熱部２１及び第１排熱配管２２によって形成される熱交換器と、排熱部２１及び第２排熱配管２７によって形成される熱交換器とでは、ベローズ３１，５１の伸縮動作により排熱配管２２，２７内に移動してくる冷媒と冷却ステージ１４ａとの間で熱交換が行われる。また、受熱部２３及び受熱配管２４によって形成される熱交換器では、ベローズ３１，４１の伸縮動作により受熱配管２４内に移動してくる冷媒と超電導コイル１５との間で熱交換が行われる。

【0071】

つまり、熱輸送装置２０Ａは、図１に示す熱輸送装置２０と比較して、単に配管の取り回しを増加させることで、受熱部２３の近傍に伸縮制御部をもたない。熱輸送装置２０Ａでは、熱輸送装置２０と比較して、複数の伸縮制御部どうしを近い場所に設置するため、全体としては複数の伸縮制御部をコンパクトに集約できる。また、熱輸送装置２０Ａのような構成とすることで、熱輸送装置２０と同じ制御により、熱輸送装置２０の効果に加え、媒介配管が１本から２本に増加したによる熱輸送量が２倍となる。

【0072】

なお、熱輸送装置２０Ａにおいて、媒介配管は、１又は２本に限定されるものではなく、ｎ（ｎ＝１，２，…）本であればよい。媒介配管が１本からｎ本に増加したによる熱輸送量は、ｎ倍となる。ただし、媒介配管の全体の長さは増加するため、媒介配管内の流量に伴う圧損の増加を考慮した設計が必要となる。

【0073】

２．作用
図３に示す超電導磁石装置１Ａの構成を用いて、超電導磁石装置１Ａの作用について説明する。

【0074】

超電導磁石装置１Ａの排熱配管２２，２７内の冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。また、受熱配管２４内の冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。そして、ベローズ３１，５１が所定の位相差で周期的に伸縮されると、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒が往復動される。

【0075】

ベローズ３１が伸びる過程、かつ、ベローズ５１が縮む過程では、第２排熱配管２７内で冷却された冷媒は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動する。

【0076】

第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0077】

続くベローズ３１が縮む過程、かつ、ベローズ５１が伸びる過程では、第１排熱配管２２内で冷却された冷媒は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動する。

【0078】

第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0079】

このように、ベローズ３１，５１の伸縮動作により、超電導コイル１５の発熱を、定常的に、媒介配管２５，２８を介して冷却ステージ１４ａ側に移動させることができる。

【0080】

３．効果
第２の実施形態に係る超電導磁石装置１Ａによると、超電導磁石装置１Ａの重量を抑えながら、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。

【0081】

（第３の実施形態）
１．構成
図４は、第３の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0082】

図４は、第３の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂを示す。超電導磁石装置１Ｂは、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル１５、コイル支持体１６、及び熱輸送装置２０Ｂを備える。

【0083】

熱輸送装置２０Ｂは、図１に示す熱輸送装置２０と同様に、排熱部２１、排熱配管２２、受熱部２３、受熱配管２４、及び媒介配管２５を備える。ここでは、受熱配管２３は第１受熱配管２３と称され、媒介配管２５は第１媒介配管２５と称される。

【0084】

加えて、熱輸送装置２０Ｂは、伸縮制御部２６Ｂ、第２媒介配管２８、及び第２受熱配管２９を備える。

【0085】

第２受熱配管２９は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、受熱部２３に熱的に接続された配管である。受熱部２３及び第２受熱配管２９によって熱交換器が形成される。例えば、第２受熱配管２９は、受熱部２３に、らせん状に巻き付けられる。受熱配管２４，２９のうち少なくとも一方は、重力方向における高さが、冷却ステージ１４ａの重力方向における高さよりも低くなるように設置されることが好適である。このような構成とすることで、熱スイッチのＯＦＦ時の熱侵入量を低減することができる。

【0086】

第２媒介配管２８は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、排熱配管２２の一端と第２受熱配管２９の一端とを接続する配管である。

【0087】

伸縮制御部２６Ｂは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部２６Ｂは、第１受熱配管２４に接続される第２伸縮制御部２６ｂと、第２受熱配管２９に接続される第４伸縮制御部２６ｄと、を備える。

【0088】

第４伸縮制御部２６ｄは、伸縮部としてのベローズ６１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル６２及びベローズ用永久磁石６３）と、を備える。第４伸縮制御部２６ｄの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ６１は、伸縮動作により内容積が可変であり、第２受熱配管２９の一端に接続される。ベローズ６１としては、ベローズ４１と同様に、電着ベローズ等の高寿命部材が用いられる。ベローズ６１は、伸縮動作により可動の可動底面（第２受熱配管２９との接続面の対向面）と、固定底面（第２受熱配管２９との接続面）とを備える。

【0089】

ベローズ用コイル６２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石６３は、ベローズ６１の可動底面（図４に示すベローズ６１の右側面）を固定底面（図４に示すベローズ６１の左側面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図４の左右方向）に往復移動可能な可動子である。

【0090】

ベローズ用コイル６２及びベローズ用永久磁石６３は、ベローズ６１を伸縮させるための駆動機構である。図４に示すベローズ４１は伸びている状態を示し、ベローズ６１は縮んでいる状態を示す。

【0091】

ここで、順に接続されたベローズ４１、第１受熱配管２４、第１媒介配管２５、排熱配管２２、第２媒介配管２８、第２受熱配管２９、及びベローズ６１には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図４において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ４１，６１は、所定の位相差で周期的に伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ４１，６１の伸縮動作によれば、第１受熱配管２４、第１媒介配管２５、排熱配管２２、第２媒介配管２８、及び第２受熱配管２９の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。

【0092】

第１に、ベローズ４１が縮む過程、かつ、ベローズ６１が伸びる過程では、ベローズ４１が冷媒を第１受熱配管２４に向かって押し出し、ベローズ６１が冷媒を第２受熱配管２９から引き込む。つまり、ベローズ４１が縮む過程、かつ、ベローズ６１が伸びる過程では、ベローズ４１内の冷媒は第１受熱配管２４に向かって流れ、第１受熱配管２４内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は排熱配管２２に向かって流れ、排熱配管２２内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は第２受熱配管２９に向かって流れ、第２受熱配管２９内の冷媒はベローズ６１に向かって流れる。

【0093】

第２に、ベローズ４１が伸びる過程、かつ、ベローズ６１が縮む過程では、ベローズ４１が冷媒を第１受熱配管２４から引き込み、ベローズ６１が冷媒を第２受熱配管２９に向かって押し出す。つまり、ベローズ４１が伸びる過程、かつ、ベローズ６１が縮む過程では、ベローズ６１内の冷媒は第２受熱配管２９に向かって流れ、第２受熱配管２９内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は排熱配管２２に向かって流れ、排熱配管２２内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は第１受熱配管２４に向かって流れ、第１受熱配管２４内の冷媒はベローズ４１に向かって流れる。

【0094】

排熱部２１及び排熱配管２２によって形成される熱交換器では、ベローズ４１，６１の伸縮動作により排熱配管２２内に移動してくる冷媒と、冷却ステージ１４ａとの間で熱交換が行われる。また、受熱部２３及び第１受熱配管２４によって形成される熱交換器と、受熱部２３及び第２受熱配管２９によって形成される熱交換器とでは、ベローズ４１，６１の伸縮動作により受熱配管２４，２９内に移動してくる冷媒と、超電導コイル１５との間で熱交換が行われる。

【0095】

つまり、熱輸送装置２０Ｂは、図１に示す熱輸送装置２０と比較して、単に配管の取り回しを増加させることで、排熱部２１の近傍に伸縮制御部をもたない。熱輸送装置２０Ｂでは、熱輸送装置２０と比較して、複数の伸縮制御部どうしを近い場所に設置するため、全体としては複数の伸縮制御部をコンパクトに集約できる。また、熱輸送装置２０Ｂのような構成とすることで、熱輸送装置２０と同じ制御により、熱輸送装置２０の効果に加え、媒介配管が１本から２本に増加したによる熱輸送量が２倍となる。

【0096】

なお、熱輸送装置２０Ｂにおいて、媒介配管は、１又は２本に限定されるものではなく、ｎ本であればよい。媒介配管が１本からｎ本に増加したによる熱輸送量は、ｎ倍となる。ただし、媒介配管の全体の長さは増加するため、媒介配管内の流量に伴う圧損の増加を考慮した設計が必要となる。

【0097】

２．作用
図４に示す超電導磁石装置１Ｂの構成を用いて、超電導磁石装置１Ｂの作用について説明する。

【0098】

超電導磁石装置１Ｂの排熱配管２２内の冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。また、受熱配管２４，２９内の冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。そして、ベローズ４１，６１が所定の位相差で周期的に伸縮されると、第１受熱配管２４、第１媒介配管２５、排熱配管２２、第２媒介配管２８、及び第２受熱配管２９の配管系内の冷媒が往復動される。

【0099】

ベローズ４１が縮む過程、かつ、ベローズ６１が伸びる過程では、第１受熱配管２４内で温められた冷媒は、第１媒介配管２５を介して排熱配管２２まで移動するとともに、排熱配管２２内で冷却された冷媒は、第２媒介配管２８を介して第２受熱配管２９まで移動する。

【0100】

第１媒介配管２５を介して排熱配管２２まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却されるとともに、第２媒介配管２８を介して第２受熱配管２９まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。すなわち、超電導コイル１５は、第２媒介配管２８を介して第２受熱配管２９まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0101】

続くベローズ４１が伸びる過程、かつ、ベローズ６１が縮む過程では、第２受熱配管２９内で温められた冷媒は、第２媒介配管２８を介して排熱配管２２まで移動するとともに、排熱配管２２内で冷却された冷媒は、第１媒介配管２５を介して第１受熱配管２４まで移動する。

【0102】

第２媒介配管２８を介して排熱配管２２まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却されるとともに、第１媒介配管２５を介して第１受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。すなわち、超電導コイル１５は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0103】

このように、ベローズ４１，６１の伸縮動作により、超電導コイル１５の発熱を、定常的に、媒介配管２５，２８を介して冷却ステージ１４ａ側に移動させることができる。

【0104】

３．効果
第２の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｂによると、超電導磁石装置１Ｂの重量を抑えながら、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。

【0105】

（第４の実施形態）
１．構成
図５は、第４の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0106】

図５は、第４の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｃを示す。超電導磁石装置１Ｃは、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル１５、コイル支持体１６、及び熱輸送装置２０Ｃを備える。

【0107】

熱輸送装置２０Ｃは、図３に示す熱輸送装置２０Ａと同様に、排熱部２１、第１排熱配管２２、受熱部２３、受熱配管２４、第１媒介配管２５、第２排熱配管２７、及び第２媒介配管２８を備える。

【0108】

加えて、熱輸送装置２０Ｃは、伸縮制御部２６Ｃを備える。

【0109】

伸縮制御部２６Ｃは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部２６Ｃは、第１排熱配管２２と、第２排熱配管２７とに接続される。

【0110】

伸縮制御部２６Ｃは、伸縮部としてのベローズ３１，５１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３）と、を備える。伸縮制御部２６Ｃの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ５１は、ベローズ用永久磁石３３を挟んでベローズ３１に対向するように設置される。ベローズ３１は、伸縮動作により可動の可動底面（第１排熱配管２２との接続面の対向面）と、固定底面（第１排熱配管２２との接続面）とを備える。ベローズ５１は、伸縮動作により可動の可動底面（第２排熱配管２７との接続面の対向面）と、固定底面（第２排熱配管２７との接続面）とを備える。

【0111】

ベローズ用コイル３２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石３３は、ベローズ３１の可動底面（図５に示すベローズ３１の下面）を固定底面（図５に示すベローズ３１の上面）に対して往復動させるように、また、ベローズ５１の可動底面（図５に示すベローズ５１の上面）を固定底面（図５に示すベローズ５１の下面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図５の上下方向）に往復移動可能な可動子である。

【0112】

ベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３は、ベローズ３１，５１を伸縮させるための駆動機構である。図５に示すベローズ３１は伸びている状態を示し、ベローズ５１は縮んでいる状態を示す。

【0113】

ここで、図３の熱輸送装置２０Ａと同様に、順に接続されたベローズ３１、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、第２排熱配管２７、及びベローズ５１には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図５において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、図３の熱輸送装置２０Ａと同様に、ベローズ３１，５１は、所定の位相差で周期的に伸縮する。所定の位相差は、逆位相であることが好適であるが、ほぼ逆位相であればよい。ベローズ３１，５１の伸縮動作によれば、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。

【0114】

つまり、熱輸送装置２０Ｃは、図１に示す熱輸送装置２０と比較して、単に配管の取り回しを増加させることで、受熱部２３の近傍に伸縮制御部をもたない。熱輸送装置２０Ｃでは、熱輸送装置２０と比較して、複数の伸縮制御部どうしを近い場所に設置するため、全体としては複数の伸縮制御部をコンパクトに集約できる。また、熱輸送装置２０Ｃのような構成とすることで、熱輸送装置２０と同じ制御により、熱輸送装置２０の効果に加え、媒介配管が１本から２本に増加したによる熱輸送量が２倍となる。

【0115】

また、熱輸送装置２０Ｃにおいて、媒介配管は、１又は２本に限定されるものではなく、ｎ本であればよい。媒介配管が１本からｎ本に増加したによる熱輸送量は、ｎ倍となる。ただし、媒介配管の全体の長さは増加するため、媒介配管内の流量に伴う圧損の増加を考慮した設計が必要となる。

【0116】

なお、超電導磁石装置１Ｃは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置１Ａ（図３に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、伸縮制御部を受熱側に集約する超電導磁石装置１Ｂ（図４に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。

【0117】

２．作用
超電導磁石装置１Ｃの作用は、図３に示す超電導磁石装置１Ａの作用と同様であるので、説明を省略する。

【0118】

３．効果
第４の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｃによると、超電導磁石装置１Ｃの重量を抑えながら、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、第４の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｃによると、図３に示す超電導磁石装置１Ａや図４に示す超電導磁石装置１Ｂと比較して、伸縮制御部の簡素化、小型化が可能となるメリットがある。

【0119】

（第５の実施形態）
１．構成
図６は、第５の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0120】

図６は、第５の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｄを示す。超電導磁石装置１Ｄは、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル１５、コイル支持体１６、及び熱輸送装置２０Ｄを備える。

【0121】

熱輸送装置２０Ｄは、図３に示す熱輸送装置２０Ａと同様に、排熱部２１、第１排熱配管２２、受熱部２３、受熱配管２４、第１媒介配管２５、第２排熱配管２７、及び第２媒介配管２８を備える。

【0122】

加えて、熱輸送装置２０Ｄは、伸縮制御部２６Ｄを備える。

【0123】

伸縮制御部２６Ｄは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部２６Ｄは、第１排熱配管２２と、第２排熱配管２７とに接続される。

【0124】

伸縮制御部２６Ｄは、伸縮部としてのベローズ３１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３）と、容器７１と、を備える。伸縮制御部２６Ｄの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ３１は、伸縮動作により可動の可動底面（第１排熱配管２２との接続面の対向面）と、固定底面（第１排熱配管２２との接続面）とを備える。

【0125】

ベローズ用コイル３２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石３３は、ベローズ３１の可動底面（図６に示すベローズ３１の下面）を固定底面（図６に示すベローズ３１の上面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図６の上下方向）に往復移動可能な可動子である。

【0126】

容器７１は、ベローズ３１が伸縮する空間と、ベローズ用永久磁石３３を挟んでベローズ３１に対向する空間Ｖ１とがベローズ用永久磁石３３によって仕切られるように設置される。容器７１の空間Ｖ１は、第２排熱配管２７の一端に接続される。

【0127】

ここで、順に接続されたベローズ３１、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、第２排熱配管２７、及び空間Ｖ１には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図６において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ３１は、周期的に伸縮する。ベローズ３１の伸縮動作によれば、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。

【0128】

第１に、ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ１が拡がる過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２に向かって押し出し、空間Ｖ１が冷媒を第２排熱配管２７から引き込む。つまり、ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ１が拡がる過程では、ベローズ３１内の冷媒は第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒は空間Ｖ１に向かって流れる。

【0129】

第２に、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ１が縮む過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２から引き込み、空間Ｖ１が冷媒を第２排熱配管２７に向かって押し出す。つまり、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ１が縮む過程では、空間Ｖ１内の冷媒は第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒はベローズ３１に向かって流れる。

【0130】

排熱部２１及び第１排熱配管２２によって形成される熱交換器と、排熱部２１及び第２排熱配管２７によって形成される熱交換器とでは、容器７１内のベローズ３１の伸縮動作により排熱配管２２，２７内に移動してくる冷媒と、冷却ステージ１４ａとの間で熱交換が行われる。また、受熱部２３及び受熱配管２４によって形成される熱交換器では、容器７１内のベローズ３１の伸縮動作により受熱配管２４内に移動してくる冷媒と、超電導コイル１５との間で熱交換が行われる。

【0131】

つまり、熱輸送装置２０Ｄのような構成とすることで、図１に示す熱輸送装置２０と同じ制御により、熱輸送装置２０の効果に加え、媒介配管が１本から２本に増加したによる熱輸送量が２倍となる。

【0132】

なお、超電導磁石装置１Ｄは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置１Ａ（図３に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、伸縮制御部を受熱側に集約する超電導磁石装置１Ｂ（図４に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。

【0133】

また、ベローズ３１は通常薄肉であるため、ベローズ３１の内外で圧力差が生じると強度不足でベローズ３１が破損してしまう恐れがある。そこで、超電導磁石装置１Ｄでは、ベローズ３１の内外で、冷媒を移動させる程度の圧力差しか差圧をかけず、耐圧力は外側の低容積の肉厚の筒で持たせればよい。このような超電導磁石装置１Ｄの構成によれば、ベローズ３１を破損させる恐れがなく、差圧も小さいため、ベローズ３１の薄肉化、長寿命化が期待できる。

【0134】

２．作用
図６に示す超電導磁石装置１Ｄの構成を用いて、超電導磁石装置１Ｄの作用について説明する。

【0135】

超電導磁石装置１Ｄの排熱配管２２，２７内の冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。また、受熱配管２４内の冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。そして、容器７１内のベローズ３１が周期的に伸縮されると、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒が往復動される。

【0136】

ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ１が拡がる過程では、第１排熱配管２２内で冷却された冷媒は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動する。

【0137】

第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0138】

続くベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ１が縮む過程では、第２排熱配管２７内で冷却された冷媒は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動する。

【0139】

第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0140】

このように、ベローズ３１の伸縮動作により、超電導コイル１５の発熱を、定常的に、媒介配管２５，２８を介して冷却ステージ１４ａ側に移動させることができる。

【0141】

３．効果
第５の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｄによると、超電導磁石装置１Ｄの重量を抑えながら、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、超電導磁石装置１Ｄによると、図３に示す超電導磁石装置１Ａや図４に示す超電導磁石装置１Ｂと比較して、伸縮制御部の簡素化、小型化が可能となるメリットがある。

【0142】

（第６の実施形態）
１．構成
図７は、第６の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0143】

図７は、第６の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｅを示す。超電導磁石装置１Ｅは、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル１５、コイル支持体１６、及び熱輸送装置２０Ｅを備える。

【0144】

熱輸送装置２０Ｅは、図３に示す熱輸送装置２０Ａと同様に、排熱部２１、第１排熱配管２２、受熱部２３、受熱配管２４、第１媒介配管２５、第２排熱配管２７、及び第２媒介配管２８を備える。

【0145】

加えて、熱輸送装置２０Ｅは、伸縮制御部２６Ｅを備える。

【0146】

伸縮制御部２６Ｅは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部２６Ｅは、第１排熱配管２２と、第２排熱配管２７とに接続される。

【0147】

伸縮制御部２６Ｅは、伸縮部としてのベローズ３１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３）と、容器７２と、連結部７３と、を備える。伸縮制御部２６Ｅの駆動機構のベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３は、非磁性体によって形成される、真空容器１１の外部の筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ３１は、伸縮動作により可動の可動底面（第１排熱配管２２との接続面の対向面）と、固定底面（第１排熱配管２２との接続面）とを備える。

【0148】

ベローズ用コイル３２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石３３は、連結部７３を介してベローズ３１の可動底面（図７に示すベローズ３１の下面）を固定底面（図７に示すベローズ３１の上面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図７の上下方向）に往復移動可能な可動子である。

【0149】

容器７２は、真空容器１１の内部でベローズ３１を収容する。連結部７３は、ベローズ用永久磁石３３の往復運動に従ってベローズ３１を伸縮させるようにベローズ用永久磁石３３及びベローズ３１を連結する。容器７２の空間Ｖ２は、第２排熱配管２７の一端に接続される。

【0150】

連結部７３は、熱伝導率が低いステンレス等の材料によって構成され、断面積が強度を保つ程度の最低限の断面積であることが好適である。ステンレス等によって構成された連結部７３は、駆動機構の熱を伝え難いので、冷凍機１４の小型化及び高効率化を実現できる。

【0151】

駆動機構は、真空容器１１の外部に設けられる。しかしながら、駆動機構は、真空容器１１の内部であって、熱シールド部１２の外部に設けられてもよい。その場合、駆動機構の発熱分が冷凍機１４の第１段の冷却ステージで冷却されるように構成されてもよい。また、駆動機構は、リニア駆動機構に限定されるものではない。駆動機構は、クランク及びガス圧制御等の他の駆動方式の機構でもよい。

【0152】

ここで、順に接続されたベローズ３１、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、第２排熱配管２７、及び空間Ｖ２には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図７において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ３１は、周期的に伸縮する。ベローズ３１の伸縮動作によれば、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。

【0153】

第１に、ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ２が拡がる過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２に向かって押し出し、空間Ｖ２が冷媒を第２排熱配管２７から引き込む。つまり、ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ２が拡がる過程では、ベローズ３１内の冷媒は第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒は空間Ｖ２に向かって流れる。

【0154】

第２に、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ２が縮む過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２から引き込み、空間Ｖ２が冷媒を第２排熱配管２７に向かって押し出す。つまり、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ２が縮む過程では、空間Ｖ２内の冷媒は第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒はベローズ３１に向かって流れる。

【0155】

排熱部２１及び第１排熱配管２２によって形成される熱交換器と、排熱部２１及び第２排熱配管２７によって形成される熱交換器とでは、容器７２内のベローズ３１の伸縮動作により排熱配管２２，２７内に移動してくる冷媒と冷却ステージ１４ａとの間で熱交換が行われる。また、受熱部２３及び受熱配管２４によって形成される熱交換器では、容器７２内のベローズ３１の伸縮動作により受熱配管２４内に移動してくる冷媒と超電導コイル１５との間で熱交換が行われる。

【0156】

つまり、熱輸送装置２０Ｅのような構成とすることで、図１に示す熱輸送装置２０と同じ制御により、熱輸送装置２０の効果に加え、媒介配管が１本から２本に増加したによる熱輸送量が２倍となる。

【0157】

なお、超電導磁石装置１Ｅは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置１Ａ（図３に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、冷媒移動機構を受熱側に集約する超電導磁石装置１Ｂ（図４に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。

【0158】

２．作用
図７に示す超電導磁石装置１Ｅの構成を用いて、超電導磁石装置１Ｅの作用について説明する。

【0159】

超電導磁石装置１Ｅの排熱配管２２，２７内の冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。また、受熱配管２４内の冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。そして、容器７２内のベローズ３１が周期的に伸縮されると、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒が往復動される。

【0160】

ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ２が拡がる過程では、第１排熱配管２２内で冷却された冷媒は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動する。

【0161】

第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0162】

続くベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ２が縮む過程では、第２排熱配管２７内で冷却された冷媒は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動する。

【0163】

第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0164】

このように、ベローズ３１の伸縮動作により、超電導コイル１５の発熱を、定常的に、媒介配管２５，２８を介して冷却ステージ１４ａ側に移動させることができる。

【0165】

３．効果
第６の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｅによると、超電導磁石装置１Ｅの重量を抑えながら、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、超電導磁石装置１Ｅによると、駆動機構の発熱分の超電導コイル１５への熱伝導を低減することができる。

【0166】

（第７の実施形態）
１．構成
図８は、第７の実施形態に係る超電導磁石装置の構成例を示す概略図である。

【0167】

図８は、第７の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｆを示す。超電導磁石装置１Ｆは、真空容器１１、熱シールド部１２、シールド支持材１３、冷凍機１４、超電導コイル１５、コイル支持体１６、及び熱輸送装置２０Ｆを備える。

【0168】

熱輸送装置２０Ｆは、図３に示す熱輸送装置２０Ａと同様に、排熱部２１、第１排熱配管２２、受熱部２３、受熱配管２４、第１媒介配管２５、第２排熱配管２７、及び第２媒介配管２８を備える。

【0169】

加えて、熱輸送装置２０Ｆは、伸縮制御部２６Ｆを備える。

【0170】

伸縮制御部２６Ｆは、排熱配管及び受熱配管の少なくとも一方に接続される。ここでは、伸縮制御部２６Ｆは、第１排熱配管２２と、第２排熱配管２７とに接続される。

【0171】

伸縮制御部２６Ｆは、伸縮部としてのベローズ３１と、駆動機構としてのリニア駆動機構（ベローズ用コイル３２及びベローズ用永久磁石３３）と、容器７４と、熱交換器７５と、を備える。伸縮制御部２６Ｆの伸縮部及び駆動機構は、非磁性体によって形成される筒状筐体（図示しない）内に設けられる。ベローズ３１は、伸縮動作により可動の可動底面（第１排熱配管２２との接続面の対向面）と、固定底面（第１排熱配管２２との接続面）とを備える。

【0172】

ベローズ用コイル３２は、筒状筐体の側面に沿って配置される。ベローズ用永久磁石３３は、ベローズ３１の可動底面（図８に示すベローズ３１の下面）を固定底面（図８に示すベローズ３１の上面）に対して往復動させるように、筒状筐体の軸方向（図８の上下方向）に往復移動可能な可動子である。

【0173】

容器７４は、ベローズ３１が伸縮する空間と、ベローズ用永久磁石３３を挟んでベローズ３１に対向する空間Ｖ３とがベローズ用永久磁石３３によって仕切られるように設置される。容器７４の空間Ｖ３は、第２排熱配管２７の一端に接続される。

【0174】

熱交換器７５は、第１排熱配管２２に接続された配管と、第２排熱配管２７に接続された配管との間で、熱交換を行う。

【0175】

駆動機構は、真空容器１１の外部に設けられる。しかしながら、駆動機構は、真空容器１１の内部であって、熱シールド部１２の外部に設けられてもよい。その場合、駆動機構の発熱分が冷凍機１４の第１段の冷却ステージで冷却されるように構成されてもよい。また、駆動機構は、リニア駆動機構に限定されるものではない。駆動機構は、クランク及びガス圧制御等の他の往復制御機構でもよい。

【0176】

ここで、順に接続されたベローズ３１、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、第２排熱配管２７、及び空間Ｖ３には、液体又は気体の状態の冷媒が封入されている。図８において、冷媒が封入されている部分をドットで示す。また、ベローズ３１は、周期的に伸縮する。ベローズ３１の伸縮動作によれば、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒を、周期的に往復動させることが可能である。

【0177】

第１に、ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ３が拡がる過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２に向かって押し出し、空間Ｖ３が冷媒を第２排熱配管２７から引き込む。つまり、ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ３が拡がる過程では、ベローズ３１内の冷媒は熱交換器７５を介して第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒は熱交換器７５を介して空間Ｖ３に向かって流れる。

【0178】

第２に、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ３が縮む過程では、ベローズ３１が冷媒を第１排熱配管２２から引き込み、空間Ｖ３が冷媒を第２排熱配管２７に向かって押し出す。つまり、ベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ３が縮む過程では、空間Ｖ３内の冷媒は熱交換器７５を介して第２排熱配管２７に向かって流れ、第２排熱配管２７内の冷媒は第２媒介配管２８に向かって流れ、第２媒介配管２８内の冷媒は受熱配管２４に向かって流れ、受熱配管２４内の冷媒は第１媒介配管２５に向かって流れ、第１媒介配管２５内の冷媒は第１排熱配管２２に向かって流れ、第１排熱配管２２内の冷媒は熱交換器７５を介してベローズ３１に向かって流れる。

【0179】

排熱部２１及び第１排熱配管２２によって形成される熱交換器と、排熱部２１及び第２排熱配管２７によって形成される熱交換器とでは、容器７４内のベローズ３１の伸縮動作により排熱配管２２，２７内に移動してくる冷媒と冷却ステージ１４ａとの間で熱交換が行われる。また、受熱部２３及び受熱配管２４によって形成される熱交換器では、容器７４内のベローズ３１の伸縮動作により受熱配管２４内に移動してくる冷媒と超電導コイル１５との間で熱交換が行われる。

【0180】

つまり、熱輸送装置２０Ｆのような構成とすることで、図１に示す熱輸送装置２０と同じ制御により、熱輸送装置２０の効果に加え、媒介配管が１本から２本に増加したによる熱輸送量が２倍となる。

【0181】

ここで、熱輸送装置２０Ｆでは、ガス振動の振幅を定常よりも大きくとることで、冷凍機１４の高段の冷却ステージと超電導コイル１５との熱交換（熱輸送）も可能となる。例えば、熱輸送装置２０Ｆは、排熱配管２２，２７及び伸縮制御部２６Ｆの間の配管と、高段の冷却ステージとの間で熱交換を行う構成をもつ。その場合、高段の冷却ステージと初期冷却時の超電導コイル１５の温度が高い条件において、高段の冷却ステージの冷凍能力を超電導コイル１５の冷却に有効に使うことができる。

【0182】

なお、超電導磁石装置１Ｆは、伸縮制御部を排熱側に集約する超電導磁石装置１Ａ（図３に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現するものである。本発明は、伸縮制御部を受熱側に集約する超電導磁石装置１Ｂ（図４に図示）の配管系と同等な配管系において装置の小型化を実現してもよい。

【0183】

２．作用
図８に示す超電導磁石装置１Ｆの構成を用いて、超電導磁石装置１Ｆの作用について説明する。

【0184】

超電導磁石装置１Ｆの排熱配管２２，２７内の冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。また、受熱配管２４内の冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められる。そして、容器７４内のベローズ３１が周期的に伸縮されると、第１排熱配管２２、第１媒介配管２５、受熱配管２４、第２媒介配管２８、及び第２排熱配管２７の配管系内の冷媒が往復動される。

【0185】

ベローズ３１が縮む過程、かつ、空間Ｖ３が拡がる過程では、第１排熱配管２２内で冷却された冷媒は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動する。

【0186】

第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第２媒介配管２８を介して第２排熱配管２７まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第１媒介配管２５を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0187】

続くベローズ３１が伸びる過程、かつ、空間Ｖ３が縮む過程では、第２排熱配管２７内で冷却された冷媒は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動するとともに、受熱配管２４内で温められた冷媒は、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動する。

【0188】

第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒は、超電導コイル１５に熱的に接続された受熱部２３を冷却することで温められるとともに、第１媒介配管２５を介して第１排熱配管２２まで移動してきた冷媒は、冷却ステージ１４ａに熱的に接続された排熱部２１によって冷却される。すなわち、超電導コイル１５は、第２媒介配管２８を介して受熱配管２４まで移動してきた冷媒によって冷却される。

【0189】

このように、ベローズ３１の伸縮動作により、超電導コイル１５の発熱を、定常的に、媒介配管２５，２８を介して冷却ステージ１４ａ側に移動させることができる。

【0190】

３．効果
第７の実施形態に係る超電導磁石装置１Ｆによると、超電導磁石装置１Ｆの重量を抑えながら、超電導コイル１５側と冷凍機１４側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。また、超電導磁石装置１Ｅによると、伸縮制御部２６Ｆの駆動機構の発熱分の超電導コイル１５への熱伝導を低減することができる。

【0191】

さらに、超電導磁石装置１Ｆによると、伸縮制御部２６Ｆの駆動機構等の可動部のメンテナンス性が向上する。

【0192】

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、装置の重量を抑えながら、被冷却体側と冷凍機側との間における十分に小さい温度差を確保することができる。

【0193】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0194】

１０〜１０Ｆ…超電導磁石装置、１４…冷凍機、１５…超電導コイル、２０〜２０Ｆ…熱輸送装置、２１…排熱部、２２，２７…排熱配管、２３…受熱部、２４，２９…受熱配管、２５，２８…媒介配管、２６〜２６Ｅ…伸縮制御部、３１，４１，５１，６１…ベローズ、３２，４２，５２，６２…ベローズ用コイル、３３，４３，５３，６３…ベローズ用永久磁石、７１，７２，７４…容器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】