特許 7012410 極低温機器の冷却構造

(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】

(24)【登録日】2022-01-20

(45)【発行日】2022-01-28

(54)【発明の名称】極低温機器の冷却構造

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/02 20060101AFI20220121BHJP

【ＦＩ】

F28D15/02 101L

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018057402

(22)【出願日】2018-03-26

(65)【公開番号】P2019168188

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】中尾 健吾

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２５７９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０３８８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０８９８６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １５／０２－１５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷凍機を備える極低温機器の冷却構造であって、
前記冷凍機と、前記冷凍機による冷却の対象との間に、内部に作動媒体が封入されたヒートパイプが配置されており、
前記ヒートパイプには、当該ヒートパイプ内の前記作動媒体を加熱するための加熱領域が設けられており、
前記加熱領域で加熱された前記作動媒体を前記ヒートパイプ内で対流させて前記対象を加熱することができるように構成されており、
前記ヒートパイプは、閉ループ管と、その下端部分に迂回管が設けられて構成されており、当該迂回管に前記加熱領域が設けられていることを特徴とする極低温機器の冷却構造。

【請求項2】

前記冷凍機が、前記対象よりも上方に配置されており、
前記ヒートパイプの前記加熱領域が、前記対象よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の極低温機器の冷却構造。

【請求項3】

前記ヒートパイプの前記加熱領域を加熱する加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の極低温機器の冷却構造。

【請求項4】

前記ヒートパイプの前記加熱領域が常温で温められることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の極低温機器の冷却構造。

【請求項5】

前記ヒートパイプの前記迂回管が前記閉ループ管から分岐した部分に開閉弁が設けられており、
前記開閉弁は、前記対象の冷却時には閉じられ、前記対象の加熱時には開放されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の極低温機器の冷却構造。

【請求項6】

前記ヒートパイプの前記作動媒体は、ネオン、窒素、酸素、二酸化炭素、水素のいずれか又は組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の極低温機器の冷却構造。

【請求項7】

前記ヒートパイプに、前記冷凍機と熱的に接続された金属板が取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の極低温機器の冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極低温機器の冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、超電導コイルを用いた超電導フライホイール蓄電装置やシリコン単結晶引上げ（ＭＣＺ）装置等の極低温機器では、超電導コイル等の冷却対象を冷却するための冷凍機が設けられる場合がある。
そして、この場合、冷凍機を冷却対象の近傍（すなわち極低温機器の内部）に配置すると、超電導コイルの非常に強い磁場のために冷凍機の冷凍効率が低下したり、あるいは冷凍機のメンテナンスがしにくくなる等の問題が生じ得るため、冷凍機を極低温機器の外槽側に設けるように構成されることが多い。

【0003】

しかし、このように構成すると、冷凍機と超電導コイル等の冷却対象とが離れてしまい、冷凍機で冷却対象を直接冷却することができなくなる。
そのため、例えば、冷凍機と冷却対象との間に金属体を配置し、冷凍機で冷却対象がこの金属体を介した熱伝導により冷却されるように構成される場合がある（例えば特許文献１等参照）。

【0004】

具体的には、例えば図４に示す超電導フライホイール蓄電装置１００では、内槽容器１０１内に超電導コイル１０２が配置され、外槽容器１０３に冷凍機１０４が取り付けられている。そして、冷凍機１０４と、内槽容器１０１に取り付けられた銅ブロック１０５とがアルミ板等の金属板１０６で接続されている。
そのため、銅ブロック１０５や金属板１０６を介して超電導コイル１０２の熱が冷却機１０４に伝導され、冷却対象（超電導コイル１０２）が冷凍機１０４で冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－９９１５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、例えば、上記のように構成された極低温機器を施設に設置して初めて冷凍機で冷却対象（例えば超電導コイル１０２）を冷却する場合や、極低温機器のメンテナンスが終了して冷凍機で冷却するような場合、極低温機器の規模や冷凍機の性能等にもよるが、冷却を開始して、冷却対象が常温から例えば２０Ｋ等の所定の稼働温度まで冷却するまでに数日（例えば３日）かかる場合がある。

【0007】

しかし、このような場合、極低温機器のユーザは、例えば極低温機器のメンテナンスが終わってから極低温機器が稼働を開始するまでに何日も待たなければならなくなる。
また、冷却対象を高速に冷却するために液体窒素等の冷媒で冷却するように構成することも可能であるが、極低温機器内で冷媒を循環させるための構造が複雑になったり、極低温機器にそのような構造を新たに設けることが困難であったり、あるいは冷媒を極低温機器に供給するという新たな作業が必要になる等の種々の問題があり、実際上、極低温機器の冷却対象を冷却するために冷媒を用いることできない場合も少なくない。

【0008】

一方、反対に、極低温機器のメンテナンスを行う場合には、冷却対象の温度を２０Ｋ等の稼働温度から常温（例えば２０℃）等まで上昇させることが必要になる。
しかし、例えば上記のように構成された極低温機器では、冷凍機のスイッチを切った後は、超電導コイル等の温度は、外槽容器１０３等を介して熱輻射により外から入ってくる熱や太い配線等を介して入ってくる侵入熱等によって上昇するため温度上昇の速度が遅い。

【0009】

そのため、極低温機器のユーザは、メンテナンス等のために極低温機器の冷凍機のスイッチを切ってから超電導コイル等の温度が常温まで上昇してメンテナンスを開始するまでに、やはり何日も待たなければならなくなるといった問題があった。
極低温機器のユーザ等にとっては、極低温機器は、その内部が所定の稼働温度まで冷却されるまでの時間や、稼働温度から常温まで温度が上昇するためにかかる時間が短く、極低温機器を使用できない時間が短いものであることが望ましい。

【0010】

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、極低温機器において冷凍機による冷却の対象の温度を速やかに下げたり上昇させて、極低温機器を使用できない時間を短縮することが可能な極低温機器の冷却構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
冷凍機を備える極低温機器の冷却構造であって、
前記冷凍機と、前記冷凍機による冷却の対象との間に、内部に作動媒体が封入されたヒートパイプが配置されており、
前記ヒートパイプには、当該ヒートパイプ内の前記作動媒体を加熱するための加熱領域が設けられており、
前記加熱領域で加熱された前記作動媒体を前記ヒートパイプ内で対流させて前記対象を加熱することができるように構成されており、
前記ヒートパイプは、閉ループ管と、その下端部分に迂回管が設けられて構成されており、当該迂回管に前記加熱領域が設けられていることを特徴とする。

【0012】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の極低温機器の冷却構造において、
前記冷凍機が、前記対象よりも上方に配置されており、
前記ヒートパイプの前記加熱領域が、前記対象よりも下方に設けられていることを特徴とする。

【0013】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の極低温機器の冷却構造において、前記ヒートパイプの前記加熱領域を加熱する加熱装置が設けられていることを特徴とする。

【0014】

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の極低温機器の冷却構造において、前記ヒートパイプの前記加熱領域が常温で温められることを特徴とする。

【0016】

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の極低温機器の冷却構造において、
前記ヒートパイプの前記迂回管が前記閉ループ管から分岐した部分に開閉弁が設けられており、
前記開閉弁は、前記対象の冷却時には閉じられ、前記対象の加熱時には開放されることを特徴とする。

【0017】

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の極低温機器の冷却構造において、前記ヒートパイプの前記作動媒体は、ネオン、窒素、酸素、二酸化炭
素、水素のいずれか又は組み合わせで構成されていることを特徴とする。

【0018】

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の極低温機器の冷却構造において、前記ヒートパイプに、前記冷凍機と熱的に接続された金属板が取り付けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ヒートパイプを用いて、極低温機器において冷凍機による冷却の対象の温度を速やかに下げることが可能となるだけでなく、速やかに上昇させることが可能となる。
そのため、極低温機器のメンテナンス等にかかる時間を短縮することが可能となり、ユーザが極低温機器を使用できない時間を短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態に係る極低温機器の冷却構造の構成を表す図であり、（Ａ）は正面から見た図、（Ｂ）は側方から見た図である。

【図2】ヒートパイプの構成例を表す図である。

【図3】ヒートパイプの加熱領域と外槽容器とを金属体で熱的に接続した構成を表す図である。

【図4】従来の極低温機器の冷却構造の構成を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、本発明に係る極低温機器の冷却構造について説明する。ただし、以下に述べる各実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態や図示例に限定するものではない。

【0022】

なお、以下では、極低温機器が超電導フライホイール蓄電装置である場合について説明するが、極地温機器は、このほか、前述したシリコン単結晶引上げ装置や、核磁気共鳴分析装置（ＮＭＲ）や磁場共鳴診断装置（ＭＲＩ）等であってもよく、超電導フライホイール蓄電装置に限定されない。
また、超電導フライホイール蓄電装置を、以下、フライホイール装置という。

【0023】

［構成］
図１は、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造の構成を表す図であり、（Ａ）は正面から見た図、（Ｂ）は側方から見た図である。
ここで、極低温機器としてのフライホイール装置１０について説明すると、フライホイール装置１０は、図４に示したものと同様に、内槽容器１１内に冷却の対象としての超電導コイル１２が配置されており、外槽容器１３に冷凍機２が取り付けられている。また、内槽容器１１には、銅ブロック１４が取り付けられており、図示しない金属体を介して超電導コイル１２と銅ブロック１４とが熱的に接続されている。

【0024】

そして、銅ブロック１２を冷却することで超電導コイル１２を冷却することができるようになっている。
なお、本実施形態で、以下、極低温機器の冷却構造１で冷却の対象を冷却するという場合、上記のフライホイール装置１０の場合には銅ブロック１４を冷却することで冷却の対象である超電導コイル１２が冷却される。また、後述するように、ヒートパイプ３で対象を加熱するという場合、上記のフライホイール装置１０の場合には銅ブロック１４を加熱することで対象の超電導コイル１２が加熱される。

【0025】

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造１は、冷凍機２を備えている。冷凍機２は、例えばギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機やスターリング冷凍機等の公知の冷凍機を用いることが可能である。
また、極低温機器の冷却構造１では、冷凍機２と、冷凍機２による冷却の対象（この場合は超電導コイル１２）との間にヒートパイプ３が配置されている。ヒートパイプ３は、内部に作動媒体が封入されており、冷凍機２で冷やされた作動媒体を内部で対流させて冷却対象を冷却することができるようになっている。

【0026】

本実施形態では、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、冷凍機２が冷却対象よりも上方に設けられている。
そのため、後述するように、冷凍機２で温度が下がり液化したり密度が高くなった作動媒体３１が自然に降下して下方の冷却対象の所に移動する。また、冷却対象の熱を奪って気化したり密度が低くなった作動媒体３１が自然に上昇して上方の冷凍機２の所に移動するようになる。そのため、ヒートパイプ３内で効果的に作動媒体３１の対流を生じさせることが可能となり、冷却対象を効率良く冷却することが可能となる。

【0027】

また、本実施形態では、ヒートパイプ３には、冷凍機２と熱的に接続されたアルミ板等の金属板１５が取り付けられており、例えば金属板１５に形成した溝にヒートパイプ３をろう付け等で取り付けられている。
このようにヒートパイプ３に金属板１５を取り付けることで、冷却対象の熱の一部が金属板１５を介して冷凍機２に伝導されるようになり、冷却対象の冷却が促進されるため好ましいが、金属板１５は必ずしも設けられていなくてもよい。

【0028】

一方、本実施形態では、極低温機器の冷却構造１は、上記のように冷却対象（この場合は超電導コイル１２）の冷却に用いられるヒートパイプ３に、当該ヒートパイプ３内の作動媒体を加熱するための加熱領域が設けられている。そして、このヒートパイプ３を用いて、加熱領域で加熱された作動媒体をヒートパイプ３内で対流させて、冷却対象を加熱することができるようになっている。
以下、この点について詳しく説明する。

【0029】

図２は、ヒートパイプ３の構成例を表す図である。
本実施形態では、ヒートパイプ３は、閉ループ管３Ａで構成されている。そして、閉ループ管３Ａの下端部分に迂回管３Ｂが設けられており、迂回管３Ｂに加熱領域αが設けられている。
なお、以下では、このように、ヒートパイプ３が閉ループ管３Ａと迂回管３Ｂとを有する８の字型（あるいは日の字型）に形成されている場合について説明するが、ヒートパイプ３は、その機能を適切に発揮できるものであれば、例えば棒状等の他の形状に形成されていてもよい。

【0030】

そして、ヒートパイプ３の加熱領域αにヒータ等の加熱装置４を取り付けて、加熱装置４で加熱領域αを加熱して内部の作動媒体３１を加熱するように構成することが可能である。
また、冷凍機２による冷却時には、ヒートパイプ３内の作動媒体３１の温度は所定の稼働温度（例えば２０Ｋ等）近くまで冷えている。そのため、そのような作動媒体３１を常温（例えば２０℃）等の雰囲気下に置けば、常温と例えば２０Ｋの作動媒体３１との温度差が２７３Ｋ程度あるため、常温側から作動媒体３１に熱が加わり、作動媒体３１が加熱される。そのため、上記のようにヒートパイプ３の加熱領域αをヒータ等の加熱装置４で加熱する代わりに、ヒートパイプ３の加熱領域αを常温で温めるように構成することも可能である。

【0031】

すなわち、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ヒートパイプ３の迂回管３Ｂをフライホイール装置１０の外槽容器１３に近接する位置まで延ばせば、外槽容器１３からの熱輻射で迂回管３Ｂが温められ、加熱領域αを常温で温めることができる。なお、この場合は、迂回管３Ｂ全体、あるいはフライホイール装置１０の外槽容器１３に近接する部分が加熱領域αになる。
また、図３に示すように、例えば、ヒートパイプ３の迂回管３Ｂの加熱領域αと、フライホイール装置１０の外槽容器１３等の常温になる部分とを、例えば金属体等の熱伝導性を有する部材５で熱的に接続するように構成すれば、部材５を介して常温になる部分から迂回管３Ｂに熱が伝わり、加熱領域αを常温で温めることができる。この場合は、迂回管３Ｂと部材５との接続部分が加熱領域αになる。

【0032】

一方、本実施形態では、図１～図３に示すように、ヒートパイプ３の加熱領域αが、冷却対象（超電導コイル１２や銅ブロック１４）よりも下方に設けられている。
そのため、後述するように、作動媒体３１が加熱領域αで温められると気化したり密度が低くなって自然に上昇して上方の冷却対象の所に移動する。また、作動媒体３１が低温の冷却対象で冷やされると液化したり密度が高くなって自然に降下して下方の加熱領域αの所に移動する。そのため、ヒートパイプ３内で効果的に作動媒体３１の対流を生じさせることが可能となり、冷却対象を効率良く温めることが可能となる。

【0033】

また、本実施形態では、図２等に示すように、ヒートパイプ３の迂回管３Ｂが閉ループ管３Ａから分岐した部分に開閉弁３Ｃ、３Ｃが設けられている。また、閉ループ管３Ａの下端部分（閉ループ管３Ａの下方で左右を結ぶ部分）に開閉弁３Ｄが設けられている。
そして、冷却対象の冷却時には、迂回管３Ｂの開閉弁３Ｃ、３Ｃは閉じられ、閉ループ管３Ａの開閉弁３Ｄは開放される。また、冷却対象の加熱時には、迂回管３Ｂの開閉弁３Ｃ、３Ｃが開放され、閉ループ管３Ａの開閉弁３Ｄが閉じられるようになっている。
開閉弁３Ｃ、３Ｄの開閉を、メンテナンスを行う作業者等が手動で行うように構成してもよく、また、制御装置の制御により行うように構成してもよい。

【0034】

なお、前述したように冷却対象を冷却する際には、ヒートパイプ３の加熱領域αを加熱する必要がないため、加熱領域αにヒータ等の加熱装置４が取り付けられている場合は、加熱装置４の電源はオフにする。
また、ヒートパイプ３の加熱領域αを常温で温めるように構成されている場合は、冷却対象の冷却中も加熱領域αが常温で温められているが、上記のように開閉弁３Ｃ、３Ｃが閉じられているため、加熱領域αの部分の常温の作動媒体３１が閉ループ管３Ａ側に入り込むことがない。そのため、冷却対象の冷却中に加熱領域αが常温で温められていても、上記のヒートパイプ３による冷却動作に支障はない。

【0035】

また、冷却対象の冷却時にヒートパイプ３の管構造を介して迂回管３Ｂ（加熱領域α）の温度（熱）が閉ループ管３Ａ側に伝わらないようにするために、例えば、開閉弁３Ｃ、３Ｃを熱伝導率が低い材料で形成することも可能である。
あるいは、閉ループ管３Ａと迂回管３Ｂとの間に熱伝導率が低い管構造を挟むように構成することも可能である。

【0036】

［動作］
次に、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造１の動作について説明する。
冷却対象（この場合は超電導コイル１２）の冷却時には、上記のように、ヒートパイプ３の迂回管３Ｂの開閉弁３Ｃ、３Ｃが閉じられ、閉ループ管３Ａの開閉弁３Ｄが開放される。
そして、その状態で冷凍機２を稼働させると、冷凍機２の温度が下がり、冷凍機２に接触しているヒートパイプ３の閉ループ管３Ａの部分で作動媒体３１の温度が下がる。そのため、作動媒体３１が液化したり密度が高くなって閉ループ管３Ａ中を下降する。

【0037】

また、閉ループ管３Ａ中を下降した作動媒体３１は、閉ループ管３Ａが冷却対象と接している部分で対象から熱を奪い、気化したり密度が低くなって、今度は閉ループ管３Ａ中を上昇する。
このように、本実施形態では、作動媒体３１がヒートパイプ３の閉ループ管３Ａ内を下降したり上昇したりしながら冷却対象から奪った熱を冷凍機２に放出することで、冷却対象を冷却するようになっている。

【0038】

図４に示した冷却構造では、冷凍機１０４と冷却対象（超電導コイル１０２）が金属板１０６で熱的に接続されているだけであり、他に冷却対象から冷凍機１０４に熱を伝えるものがない。
そのため、冷凍機１０４が稼働すると、冷凍機１０４だけが先に冷えて極低温になるが、冷却対象の熱が凍機１０４に伝わりづらく、冷却対象の温度はなかなか下がらない。そのため、結局、冷却を開始してから数日（例えば３日）経たないと冷却対象の温度が所定の稼働温度（例えば２０Ｋ）まで冷却しない状況になっていた。

【0039】

それに対し、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造１では、上記のように、冷凍機２を稼働させると、ヒートパイプ３の閉ループ管３Ａ内を作動媒体３１が下降したり上昇したりして、いわば積極的に冷却対象から熱を奪って冷凍機２に放出する。
そのため、冷凍機２を稼働させると冷却対象の温度が速やかに低下し、冷却を開始してから短時間（例えば１日）で冷却対象の温度を所定の稼働温度（例えば２０Ｋ）まで冷却することが可能となる。

【0040】

なお、図１（Ａ）に示すように、冷凍機２と熱的に接続された金属板１５にヒートパイプ３の閉ループ管３Ａの一部が取り付けられており、閉ループ管３Ａの他の部分は金属板１５には取り付けられていない。
そのため、金属板１５に取り付けられている閉ループ管３Ａの部分の作動媒体３１は、他の部分の作動媒体３１よりも金属板１５で冷却が促進されるため、閉ループ管３Ａを下降する作動媒体３１の流れが他の部分よりも強くなる。

【0041】

そのため、ヒートパイプ３の閉ループ管３Ａでは、金属板１５に取り付けられている部分で作動媒体３１が下降し、他の部分で作動媒体３１が上昇する流れ（すなわち図１（Ａ）中では閉ループ管３Ａを反時計回りに回る流れ）が生じる。
そのため、閉ループ管３Ａ内を下降する作動媒体３１と上昇する作動媒体３１とが閉ループ管３Ａ内でぶつかることなく循環するようになるため、冷却対象を効率良く冷却することが可能となる。

【0042】

一方、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造１では、冷却対象（この場合は超電導コイル１２）の加熱時には、冷凍機２の稼働が停止される。そして、上記のように、ヒートパイプ３の迂回管３Ｂの開閉弁３Ｃ、３Ｃが開放され、閉ループ管３Ａの開閉弁３Ｄが閉じられる。
なお、迂回管３Ｂの加熱領域αに加熱装置４が取り付けられている場合は、加熱装置４の電源が投入される。

【0043】

ヒートパイプ３の加熱領域αが常温で温められる場合も含め、作動媒体３１が加熱領域αで温められると気化したり密度が低くなって自然に上昇して上方の冷却対象の所に移動する。また、作動媒体３１が低温の冷却対象で冷やされると液化したり密度が高くなって自然に降下して下方の加熱領域αの所に移動する。
このように、本実施形態では、作動媒体３１がヒートパイプ３の閉ループ管３Ａ内を下降したり上昇したりしながら加熱領域αで得た熱を冷却対象に放出することで、冷却対象を加熱する（温める）ようになっている。

【0044】

図４に示した冷却構造では、冷却対象（超電導コイル１０２）には、フライホイール１００の外槽容器１０３等を介して熱輻射により外から入ってくる熱や太い配線等を介して入ってくる侵入熱等しか入ってこない。
そのため、冷凍機１０４の稼働を停止させた後、冷却対象の温度がなかなか上がらず、冷凍機１０４の稼働を停止してから数日（例えば３日）経たないと冷却対象の温度が常温まで上昇しない状況になっていた。

【0045】

それに対し、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造１では、上記のように、冷凍機２の稼働を停止させると、作動媒体３１がヒートパイプ３の閉ループ管３Ａ内と迂回管３Ｂ内を上昇したり下降したりして、いわば積極的に加熱領域αの熱を冷却対象に伝える。
そのため、冷凍機２の稼働を停止させた後、冷却対象の温度が速やかに上昇し、冷凍機２の稼働を停止してから短時間（例えば１日）で冷却対象の温度を常温まで上昇させることが可能となる。

【0046】

［効果］
以上のように、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造１によれば、ヒートパイプ３を用いて、極低温機器（例えばフライホイール１０）において冷凍機２による冷却の対象（例えば超電導コイル１２）の温度を速やかに下げることが可能となるだけでなく、速やかに上昇させることが可能となる。
そのため、極低温機器のメンテナンス等にかかる時間を短縮することが可能となり、ユーザが極低温機器を使用できない時間を短縮することが可能となる。

【0047】

また、本実施形態に係る極低温機器の冷却構造１では、上記のように冷却対象（超電導コイル１２）の冷却に用いるヒートパイプ３を使って、冷却対象の加熱を行うことができる。
そのため、冷却対象を加熱するための構造を新たに設ける必要がなくなるため、冷却構造１をコンパクトに構成することが可能となるとともに、低コストで製造することが可能となる。

【0048】

なお、冷却対象を冷却したり加熱したりする際の温度の変動範囲が広い（例えば常温（例えば２０℃＝約２９３Ｋ）～２０Ｋ）ため、ヒートパイプ３に用いられる作動媒体３１は適切な媒体が選択されて用いられる。
例えば、作動媒体３１は、ネオンや窒素、酸素、二酸化炭素等で構成することが可能であり、それらを組み合わせて構成することも可能である。

【0049】

また、ヒートパイプ３内で作動媒体３１がすべて液化したり凝固したりすると、ヒートパイプ３内の圧力が大きく低下してしまい、ヒートパイプ３が所定の機能を発揮できなくなる可能性がある。
そのため、ヒートパイプ３を使用する温度範囲では液化しない水素等を、作動媒体３１として用いたり作動媒体３１に加えたりすることで、ヒートパイプ３を使用する温度範囲でヒートパイプ３内の圧力を適切な圧力に保ち、ヒートパイプ３が所定の機能を発揮できるように構成することも可能である。

【0050】

なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。

【0051】

例えば、ヒートパイプ３の迂回管３Ｂの内径を太くしたり球等の形状に膨らませる等して作動媒体３１が溜まる気体溜まりを形成するように構成することも可能である。
また、図１（Ｂ）や図３等ではヒートパイプ３の加熱領域αが形成される迂回管３Ｂを、閉ループ管３Ａの略鉛直下方の位置に設けた場合を示したが、例えば、鉛直方向から傾斜させて、迂回管３Ｂの下端部分が極低温機器（フライホイール１０）の外槽容器１３の近傍に位置するように（あるいは外槽容器１３に接するように）構成することも可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ 極低温機器の冷却構造
２ 冷凍機
３ ヒートパイプ
３Ａ 閉ループ管
３Ｂ 迂回管
３Ｃ 開閉弁
４ 加熱装置
１０ 超電導フライホイール蓄電装置（極低温機器）
１２ 超電導コイル（冷却の対象）
１５ 金属板
３１ 作動媒体
α 加熱領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】