JP2007167517A - 液浸型冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸型冷却装置において、小型の冷凍機で冷却運転を可能としつつ、冷凍機が停止した場合でも被冷却物の冷却を長時間維持できるようにすること。
【解決手段】液浸型冷却装置５０は、被冷却物２を浸す液体寒剤３及び気体寒剤４の気液２層からなる寒剤を格納する貯蔵容器１と、寒剤又は貯蔵容器を冷却する冷凍機６と、冷凍機６が停止した場合に貯蔵容器１内の圧力の上昇を抑制するように気体寒剤４を貯蔵容器の外部に放出する機能が備えられた第１流路２１と、冷凍機６が停止した場合に液体寒剤内で発生する気泡を捕集するボイド捕集器１３とを備える。ボイド捕集器１３は、気泡を捕集する捕集器本体１３Ａと、この捕集器本体１３Ａ内に捕集した気体を貯蔵容器１内の気体寒剤４中に放出するように導く第２流路１５とを備える。第２流路１５の有効断面積は捕集器本体１３Ａの有効断面積に比べて小さくした。
【選択図】図７

Description

本発明は、液浸型冷却装置に係り、特に核磁気共鳴画像診断装置の超伝導コイルを冷却する液浸型冷却装置に好適なものである。

従来の一般的な液浸型冷却装置（以下、従来例１と呼ぶ。）を図１から図３を参照しながら説明する。図１は従来例１の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図、図２は従来例１の液浸型冷却装置における冷凍機停止時の動作状況を示す図、図３は従来例１の液浸型冷却装置における通常運転から冷凍機停止に移行した場合の主要パラメータ（侵入熱量、除熱量、熱収支、ボイド発生率、圧力、排気流量、液位）の時間に対する変化を示す図である。

従来例１の液浸型冷却装置では、図１に示すように、貯蔵容器１がヘリウムなどの液体寒剤３が格納されており、被冷却物２はその液体寒剤３の中に浸されている。なお、安全上の観点（容器内圧力の過剰な上昇の抑制）から、その貯蔵容器１の自由空間の一部に気体寒剤４が格納され、液面５が形成されている。また、液浸型冷却装置では、内部の温度が外部より低いため、外部から内部に対して熱９が侵入する。これによって、液体寒剤３の一部は、その熱９により気化し、気泡１１が発生する。その気泡１１は浮力により液体寒剤３内で浮き上がり、気体寒剤４になる。このため、通常運転時、電源などの駆動源１７により冷凍機６を駆動し、冷凍機６における貯蔵容器１内に設置冷却器６ａの周辺の気体寒剤４を凝縮することにより、系内の熱１０を外部に放出させている。なお、冷凍機６で凝縮した液体寒剤１４は液体寒剤３へ戻り、寒剤が循環することとなる。また、冷凍機６は、貯蔵容器１も冷却している。

駆動源１７の喪失などにより冷凍機６が停止した場合には、図２及び図３に示すように、それまで除去さていた熱１０が無くなって熱の収支が崩れ、液体寒剤３の温度が上昇し、液体寒剤３内で発生する気泡１１の発生率（発生量）が通常運転時よりも増加する。このため、貯蔵容器１内の圧力が上昇し、容器の過圧による破裂などを防止するために設けた逃し弁８が間歇的に開放され、気体寒剤４の蒸気１２が系外へ放出される。これにより、液体寒剤４の液面５が低下し始め、短時間Ｔ_１で被冷却物２が寒剤から露出し、その冷却が十分に行われなくなり、その温度が上昇する恐れが出てくる。このため、冷凍機６の復旧が遅れた場合には、被冷却物２が液体寒剤３から露出し、被冷却物２の冷却が十分に行われなくなってしまう。また、例えば、被冷却物２が超伝導コイルであった場合には、この超伝導コイルでクエンチが発生する可能性があり、その場合、発生した熱により液体寒剤３が急激に気化し、高価な寒剤が大量に外部へ放出されてしまう。また、液浸型冷却装置の運転を容易に継続できない場合もあり得る。

そこで、図４に示す液浸型冷却装置（以下、従来例２と呼ぶ。）が案出されている。図４は従来例２の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図である。

従来例２では、図４に示すように、貯蔵容器１内に発生した寒剤の気泡１１を捕集するためのボイド捕集器１３と、捕集した気体を外部に放出させるための制御弁７とが設けられている。これにより、従来例２における冷凍機６が停止した場合の貯蔵容器１内の液面５は、従来例１の場合に比べて緩やかに低下するため、被冷却物２が寒剤３から露出するまでの時間を遅くすることが可能である。なお、従来例２に関する特許文献として、例えば、特開２００５−１１１０５８号公報（特許文献１）が挙げられる。

特開２００５−１１１０５８号公報

しかしながら、この従来例２では、制御弁７の配管を介して外部から熱が熱伝導などにより侵入してしまうため、冷凍機６の容量を大きくする必要があった。また、通常運転時にボイド捕集器１３に気泡１１が蓄積しないよう、ボイド捕集器１３に捕集した気体を制御弁７から外部に放出しているため、液浸型冷却装置を長時間通常運転させる場合には、高価な寒剤を適時補充する必要があった。

そこで、従来例２の液浸型冷却装置から制御弁を削除してボイド捕集器１３の上面に穴を設けた図５及び図６に示す液浸型冷却装置（以下、比較例１と呼ぶ）が考えられる。図５は比較例１の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図、図６は比較例１の液浸型冷却装置における冷凍機停止時の動作状況を示す図である。

比較例１におけるボイド捕集器１３は、図５に示すように、通常運転時、捕集した気泡１１が過剰に蓄積されないよう、その気泡の一部を貯蔵容器１内の上部に開放するための穴１３ａを上面に設けている。この穴１３ａの面積は、冷凍機６が停止した際、発生した気泡１１の発生割合（流量）により差圧が発生し、それによりボイド捕集器１３内に気体が全て満たされるような大きさに設定される。換言すれば、ボイド捕集器１３内の液位１８がボイド捕集器１３の最下部になるように設定される。なお、通常運転時、ボイド捕集器１３内は気体が溜まることになる。

この比較例１の液浸型冷却装置において、冷凍機６が停止した場合には、図６に示すように、液体寒剤３内で発生した気泡１１がボイド捕集器１３で捕集され、液体寒剤３の液面５が上昇するため、その液体寒剤３の液面の低下は従来例１の場合よりも遅くなり、被冷却物２が液体寒剤３から露出するまでの時間は従来例１の場合よりも遅くすることが可能である。このように、比較例１の液浸型冷却装置によれば、被冷却物２が液体寒剤３から露出するまでの時間を従来例１と比較して遅くすることができると共に、従来例２のように制御弁７の配管を介して外部から熱が熱伝導されて内部に侵入することをなく、高価な寒剤の補充を抑制できる、という利点を有する。

しかし、この比較例１の液浸型冷却装置では、図５に示すように、通常運転時に静水頭差によりボイド捕集器１３内に気体が蓄積されるため、冷凍機６の停止時にボイド捕集器１３内に蓄積できる気体が通常運転時に蓄積された気体を差し引いた分となり、被冷却物２が液体寒剤３から露出するまでの時間を十分に遅くすることができない、という課題があった。

本発明の目的は、小型の冷凍機で冷却運転を可能としつつ、冷凍機が停止した場合でも被冷却物の冷却を長時間維持できる液浸型冷却装置を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、被冷却物を浸す液体寒剤及び気体寒剤の気液２層からなる寒剤を格納する貯蔵容器と、前記寒剤又は前記貯蔵容器を冷却する冷凍機と、前記冷凍機が停止した場合に前記貯蔵容器内の圧力の上昇を抑制するように前記寒剤を前記貯蔵容器の外部に放出する機能が備えられた第１流路と、前記冷凍機が停止した場合に前記液体寒剤内で発生する気泡を捕集するボイド捕集器と、を備えた液浸型冷却装置において、前記ボイド捕集器は、気泡を捕集する捕集器本体と、この捕集器本体内に捕集した気体を前記貯蔵容器内の気体寒剤の中に放出するように導く第２流路とを備えて構成し、前記第２流路の有効断面積は前記捕集器本体の有効断面積に比べて小さくしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記被冷却物が核磁気共鳴画像診断装置に用いられる超伝導コイルであり、前記寒剤がヘリウムであること。
（２）前記第２流路を流れる気体の流量を抑制するための気体流量抑制部を前記第２流路に設けたこと。
（３）前記気体流量抑制部を前記第２流路の有効断面積より小さな有効断面積を有するオリフィスで構成したこと。
（４）液浸型冷却装置の通常運転時における前記ボイド捕集器内の液位を前記第２流路内となるように設定したこと。
（５）前記第２流路から前記貯蔵容器内の気体寒剤の中に放出する気体中のミストを分離する湿分分離器を前記第２流路に設けたこと。
（６）前記湿分分離器は、前記第２流路の上部に設けられ、前記第２流路から連続する流路を構成すると共に上方に開口する内筒と、この内筒の上端部を覆うリング状フランジ部と、このフランジ部の外側から下方に延びる外筒と、前記内筒内に配置した旋回羽根とを備えて構成したこと。

本発明によれば、小型の冷凍機で冷却運転を可能としつつ、冷凍機が停止した場合でも被冷却物の冷却を長時間維持できる液浸型冷却装置を実現できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態、従来例１、２及び比較例１の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の液浸型冷却装置を図７から図１４を用いて説明する。

まず、本実施形態の液浸型冷却装置の全体構成に関して図７から図９を参照しながら説明する。図７は本発明の第１実施形態の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図、図８は図７のボイド捕集器部の拡大図、図９は本発明の第１実施形態の液浸型冷却装置における冷凍機停止時の動作状況を示す図である。

液浸型冷却装置５０は、核磁気共鳴画像診断装置における冷却装置を構成するものであり、寒剤３，４、貯蔵容器１、冷凍機６、逃し弁８、配管２１、ボイド捕集器１３、及びボイド排気筒１５を備えている。

貯蔵容器１は、密閉した断熱容器で構成され、被冷却物２を浸す液体寒剤３及び気体寒剤４の気液２層からなる寒剤を格納している。気体寒剤４は、安全上の観点（容器内圧力の過剰な上昇の抑制）から、その貯蔵容器１の自由空間の一部に形成されるものであり、液体寒剤３の液面５から寒剤が蒸発することや液体寒剤３内で発生する気泡１１が上昇することにより形成される。被冷却物２は、核磁気共鳴画像診断装置に用いられる超伝導コイルで構成され、上下に３段に設置されている。寒剤３，４は、超伝導コイルで構成された被冷却物２を冷却するため、ヘリウムが用いられている。

冷凍機６は、寒剤３、４及び貯蔵容器１を冷却するためのものであり、貯蔵容器１の上部に設置されている。冷凍機６は、熱交換器である冷却部６ａを貯蔵容器１の内部に配置し、熱交換器である放熱部６ｂを貯蔵容器１の外部に配置することにより、冷却部６ａで気体寒剤４から吸熱し、放熱部６ｂで貯蔵容器１の外部の大気中に放熱するようになっている。冷凍機６は駆動源１７に接続されて電力が供給されるようになっている。

配管２１は、貯蔵容器１の内部と外部とを連通する第１流路を構成するものであり、貯蔵容器１の上面に設置されている。配管２１の途中には逃し弁８が設置されている。この逃し弁８は、貯蔵容器１内の圧力が所定圧力以上に上昇することを防止するためのものであり、冷凍機６が停止した場合に貯蔵容器１内の圧力の上昇を抑制するように気体寒剤４を貯蔵容器１の外部に放出する機能を有している。

ボイド捕集器１３は、冷凍機６が停止した場合に液体寒剤３内で発生する気泡１１を捕集するためのものである。このボイド捕集器１３は、液体寒剤３内で発生する気泡１１を多く捕集できるように、液体寒剤３内の上部に複数配置されている。ボイド捕集器１３は、気泡を捕集する捕集器本体１３Ａと、この捕集器本体１３Ａ内に捕集した気体を貯蔵容器１内の気体寒剤４の中に放出するように導くボイド排気筒１５とを備えて構成されている。複数のボイド捕集器１３の総容積は、冷凍機６が停止した場合に発生する気泡１１により液体寒剤３の液面５が低下して被冷却物２が液面５上に露出しないように設定される。

捕集器本体１３Ａの上面には、捕集器本体１３Ａ内と気体寒剤４の存在する空間とを連通するボイド排気筒１５が取り付けられている。このボイド排気筒１５は、第２流路を構成するものであり、捕集器本体１３Ａ内の気体を捕集器本体１３Ａ外に導いて貯蔵容器１内の気体寒剤４中に放出するように構成されている。ボイド排気筒１５の有効断面積は捕集器本体１３Ａの有効断面積に比べて小さく設定されている。

ボイド排気筒１５の上部には、流れる気体の流量を抑制するための気体流量抑制部１６が設置されている。この気体流量抑制部１６は、ボイド排気筒１５の流路断面積より小さな流路断面積を有するオリフィス、換言すれば、ボイド排気筒１５の内径より小さなオリフィスにより形成されている。具体的には、気体流量抑制部１６の流路面積（有効断面積）は、通常運転時に、図７及び図８に示すように、発生する気泡１１により差圧が発生し、それにより捕集器本体１３Ａ内が全て液体寒剤３で満たされるように設定されている。本実施形態では、通常運転時にボイド排気筒１５内の内部に液体寒剤３の液面１８が存在するように気体流量抑制部１６の流路面積（有効断面積）が設定されている。ここで、気体流量抑制部１６の流路面積（有効断面積）は比較例１の穴１３ａの流路面積（有効断面積）に比べて十分に小さく設定されている。

図７及び図８を参照しながら、液浸型冷却装置５０の通常運転時の動作状況を説明する。

液浸型冷却装置５０の通常運転が開始されると、冷凍機６に駆動源１７より電力が供給され、冷凍機６が運転される。これによって、冷却部６ａで貯蔵容器１内の気体寒剤４から吸熱し、放熱部６ｂで貯蔵容器１外の大気中に放熱し、図７に模式的に示すように、冷却部６ａの周囲の気体寒剤４が液体寒剤１４となって液体寒剤３に戻されると共に、蒸気流１２が生ずる。このようにして、液体寒剤３及び貯蔵容器１が冷却され、侵入熱９と除熱１０とがバランスする通常運転が行われる。

この通常運転において、侵入熱９により液体寒剤３が加熱され、液体寒剤３内に気泡１１が発生する。この気泡１１の多くは、捕集器本体１３Ａにより捕集され、ボイド排気筒１５を通して気体寒剤４内に送られ、蒸気流１２となる。ここで、ボイド排気筒１５に気体流量抑制部１６が設けられているため、捕集器本体１３Ａ内の全体に液体寒剤３が満たされ、その液面１８がボイド排気筒１５内の内部に存在するように設定されている。

図９を参照しながら、冷凍機６の停止時における液浸型冷却装置５０の動作状況を説明する。

停電などの何らか理由により駆動源１７から冷凍機６への電力供給が停止され、冷凍機６が停止した場合には、図９に示すように、それまで除去さていた熱１０が無くなって熱の収支が崩れ、液体寒剤３の温度が上昇し、液体寒剤３内で発生する気泡１１の発生率（発生量）が通常運転時よりも大幅に増加する。このため、貯蔵容器１内の圧力が上昇し、容器の過圧による破裂などを防止するために設けた逃し弁８が間歇的に開放され、気体寒剤４の蒸気１２が系外へ放出される。

気泡１１の発生量が増加して逃し弁８が開放されることにより、液体寒剤４の液面５が低下し始めるが、捕集器本体１３Ａで気泡１１の捕集するので、ボイド捕集器を有しない従来例１に比較して液体寒剤４の液面５の低下を遅くすることができる。

そして、ボイド捕集器１３内の気体が捕集器本体１３Ａの下端に至るまで、換言すれば、ボイド捕集器１３内の液面１８が捕集器本体１３Ａの下端に至るまで、気泡１１の捕集が行われる。ここで、捕集される気体は、ボイド排気筒１５の内部の体積分と捕集器本体１３Ａ内の全体積分であり、比較例１に比較して大幅に多くなる。これによって、比較例１に比較して液体寒剤４の液面５の低下を遅くすることができる。従って、核磁気共鳴画像診断装置においては、超伝導コイル（被冷却物２）がクエンチする可能性が低くなり、また、その間に駆動源１７が復旧する可能性が高まることから、駆動源１７が復旧した際には、そのまま冷却を継続することができる。

また、ボイド捕集器１３内に捕集した気体は、貯蔵容器１内の気体寒剤４に放出されるので、冷凍機６の運転が再開されば、再度、寒剤として利用することができる。これによって、高価な寒剤を有効に活用することができる。

さらには、本実施形態では、ボイド排気筒１５を断熱貯蔵容器１の外部に延ばしていないので、断熱貯蔵容器１の外部からボイド排気筒１５を通して熱が侵入することがなく、従来例２と比較して冷凍機６の容量を小さくすることができる。

ボイド捕集器１３内に形成される液体寒剤３の液位１８とボイド発生率の関係は図１０に示す通りである。図１０において、ボイド発生率は気体流量制御部１３ａ、１６を通過する気体の流量と同じである。比較例１における貯蔵容器１における気泡１１の発生割合とボイド捕集器１３内に形成される液位１８との関係は、穴１３ａにおける圧損が流量のほぼ自乗に比例し、その圧損がボイド捕集器１３の内外の液位差に基づくヘッドに対応することから、図１０に破線で示すようになる。また、第１実施形態における貯蔵容器１における気泡１１の発生割合とボイド捕集器１３内に形成される液位１８との関係は、図１０に実線で示すようになる。即ち、第１実施形態は、比較例１と比較して、ボイド発生率が少ない場合からボイド発生率が多い場合にわたって液位を高くすることができる。

ボイド捕集器１３内に形成される液体寒剤３の液位とボイド捕集器１３内の気体の体積の関係は、図１１に示す通りである。比較例１におけるボイド捕集器１３内に形成される液体寒剤３の液位１８とボイド捕集器１３内の気体４の体積の関係は、ボイド捕集器１３の水平方向の断面積が高さ方向で一定であるのであれば、図１１に破線で示すように、１次式になる。即ち、液位がボイド捕集器１３の頂部にあれば体積はゼロであり、液位が最下部にあれば体積は最大となる。第１実施形態におけるボイド捕集器１３及びボイド排気筒１５内に形成される液体寒剤３の液位とボイド捕集器１３及びボイド排気筒１５内の気体４の体積の関係は、図１１の実線で示すようになる。

以上から、ボイド発生率とボイド捕集器内の気体の体積との関係は、図１２に示す通りである。図１２において、ボイド発生率は気体流量制御部１３ａ、１６を通過する気体の流量と同じである。図１２の破線が比較例１の場合であり、図１２の実線が第１実施形態の場合である。図１２から明らかなように、比較例１及び第１実施形態の何れも、ボイド発生率が増加すると体積が増加する特性となっているが、最大ボイド捕集体積は第１実施形態の方が比較例１より格段に大きくなっている。その具体的な理由は次の通りである。

前述のように通常運転時にも僅かではあるが気泡が発生しているが、比較例１では、その時のボイド捕集器１３内の液位１８は、図５に示すように、ボイド捕集器１３の頂部より下にあり、寒剤の気体が溜まっている。従って、冷凍機６が止まり、寒剤内３で気泡１１が大量に発生した場合にはボイド捕集器１３が全て気泡１１で満たされることになることから、冷凍機６が停止した後に捕集できる気泡１１の量は、次の式（１）に示すようになる。

冷凍機停止後捕集可能体積＝捕集器自由体積−通常運転時の気泡の体積 …（１）
即ち、通常運転時に蓄えられている気泡１１の体積が少ないほど、冷凍機６の停止時に捕集できる気泡１１の量が多くなり、外部の液位５の低下もより緩やかなものとすることができる。

第１実施形態においては、気体流量抑制部１６における圧損が流量のほぼ自乗に比例し、その圧損がボイド捕集器１３の内外の液位差に基づくヘッドに対応することから、貯蔵容器１内の気泡１１の発生割合とボイド捕集器１３内に形成される液位１８との関係は、図１０に実線で示すようになる。なお、第１実施形態において通常運転時にボイド捕集器１３内に形成される液位１８は、気体流量抑制部１６の流路の面積が必然的に従来例３のものに比べて小さいため、比較例１のものに比べて高くなる。

そして、ボイド捕集器１３内に形成される液体寒剤４の液位１８とボイド捕集器１３内の気体４の体積との関係は、液位１８が捕集器本体１３Ａの頂部より下の場合には、捕集器本体１３Ａの水平方向の断面積が高さ方向で一定であるのであれば、図１１に実線（左側）で示すようになる。液位１８が捕集器本体１３Ａの頂部より上の場合には、ボイド排気筒１５の水平方向の断面積が高さ方向で一定であり、また、ボイド排気筒１５の水平方向の断面積がボイド捕集器１３の穴１３ａに比べて十分小さくしているので、同図に実線（右側）で示すように、液位１８が頂部より下の場合に比べて緩やかに変化する。

これらから、第１実施形態におけるボイド発生率とボイド捕集器１３内の気体の体積の関係は、前述の関係から、図１２に実線で示すように、比較例１のものに比べると、ボイド発生率が小さい場合の変化率（傾き）が小さくなっている。

従って、第１実施形態における通常運転時のボイド捕集器１３内の気体の体積は、図１３に示すように、比較例１のものに比べると小さくなっており、冷凍機６が停止した場合に捕集できる気泡１１の体積（図１３で、市松模様で示す部分）は、比較例１のものに比べ大きくすることができる。なお、図１３は、第１実施形態の場合と比較例１の場合とにおける通常運転時と冷凍機停止後にボイド捕集器１３で蓄積される気体の量を比較したものである。

以上のように、被冷却物２が寒剤から露出するまでの時間は、図１４のＴ_２に示すように、比較例１の場合（図３に示すＴ_１）に比べて格段に遅くすることができる。なお、図１４は、第１実施形態による液浸型冷却装置において、冷凍機６が停止した場合の、侵入熱量、除熱量、熱収支、ボイド発生率、圧力、排気流量、ボイド蓄積量、液位の時間に対する変化を示すものである。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は本発明の第２実施形態の液浸型冷却装置のボイド捕集器１３部の拡大図、図１６は図１５の旋回式湿分分離器１８の内部構造を示す図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

第２実施形態では、第１実施形態のボイド排気筒１５の上部に、その下部から上昇して来る寒剤の気体中に含まれるミスト（寒剤の飽和液体の霧）を分離させ、上方には除湿された気体を排出し、下方には除去した液体を排出させる湿分分離器１８を有している。湿分分離器１９は、図１６に示すように、ボイド排気筒１５から連続する流路を構成すると共に上方に開口する内筒１９ａと、この内筒１９ａの上端部を覆うリング状フランジ部１９ｂと、このフランジ部１９ｂの外側から下方に延びる外筒１９ｃと、内筒１９ａ内に配置した旋回羽根２０とを備えて構成されている。内筒１９ａ、フランジ部１９ｂ及び旋回羽根２０は同心円状に配置されている。内筒１９ａは、旋回羽根２０が配置された部分より上方の部分を拡大して形成されている。

係る構成により、湿分分離器１８の下方からミストが混入した気体が入った場合には、旋回羽根２０の働きにより同気体が旋回し、その中に含まれているミストは、遠心力により外周方向へ移動する。また、外周へ移動したミストは、湿分分離器１８の上部出口に設けられたフランジ部１９ｂにより外周の導かれ、内筒１９ａと外筒１９ｃとの間を通って下側の出口より液体寒剤３へ戻される。

これにより、ボイド排気筒１５からの蒸気流１２のミストの割合は減少し、質量密度が小さくなるため、逃し弁８から同じ体積の気体が排出された場合には、第２実施形態の場合の方が、系外へ放出される寒剤の質量が第１実施形態に比べて少なくなり、液位の低下量を少なくすることができる。

冷凍機６は、その先端に設けられた熱交換器で気体寒剤４を凝縮させることにより冷却している。第２実施形態によれば、貯蔵容器１内の気体寒剤４の湿り度が低下することから、通常運転時、同熱交換器の表面に不要に付着し、蒸気の凝縮を阻害していた湿分（ミスト）の量が減る。従って、冷凍機６の効率が改善され、その容量の小型化、或いは、台数低減を計ることが可能となる。

従来例１の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図である。 従来例１の液浸型冷却装置における冷凍機停止時の動作状況を示す図である。 従来例１の液浸型冷却装置における通常運転から冷凍機停止に移行した場合の主要パラメータの時間に対する変化を示す図である。 従来例２の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図である。 比較例１の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図である。 比較例１の液浸型冷却装置における冷凍機停止時の動作状況を示す図である。 本発明の第１実施形態の液浸型冷却装置の通常運転時の動作状況を示す図である。 図７のボイド捕集器部の拡大図である。 本発明の第１実施形態の液浸型冷却装置における冷凍機停止時の動作状況を示す図である。 比較例１及び第１実施形態におけるボイド捕集器内の寒剤の液位に対するボイド発生率を示す図である。 比較例１及び第１実施形態におけるボイド捕集器内の寒剤の液位に対するボイド捕集器内の気体の体積を示す図である。 比較例１及び第１実施形態におけるボイド発生率に対するボイド捕集器内の気体の体積を示す図である。 比較例１及び第１実施形態における追加ボイド捕集量の相違を示す図である。 本発明の第１実施形態を適用した液浸型冷却装置における冷凍機停止時の主要パラメータの変化を示す図である。 本発明の第２実施形態の液浸型冷却装置のボイド捕集器部の拡大図である。 図１５の旋回式湿分分離器の内部構造を示す図である。

符号の説明

１…貯蔵容器、２…被冷却物、３…寒剤（液相）、４…寒剤（気相）、５…寒剤の液面、６…冷凍機、７…制御弁、８…逃し弁、９…侵入熱、１０…除熱、１１…気泡、１２…蒸気の流れ、１３…ボイド捕集器、１３Ａ…捕集器本体、１４…凝縮した液体寒剤、１５…ボイド排気筒（第２流路）、１６…気体流量抑制部、１７…駆動源、１８…ボイド捕集器内の液位、１９…湿分分離器、２０…旋回羽根、２１…配管（第１流路）、５０…液浸型冷却装置。

Claims (7)

1. 被冷却物を浸す液体寒剤及び気体寒剤の気液２層からなる寒剤を格納する貯蔵容器と、
   前記寒剤又は前記貯蔵容器を冷却する冷凍機と、
   前記冷凍機が停止した場合に前記貯蔵容器内の圧力の上昇を抑制するように前記寒剤を前記貯蔵容器の外部に放出する機能が備えられた第１流路と、
   前記冷凍機が停止した場合に前記液体寒剤内で発生する気泡を捕集するボイド捕集器と、を備えた液浸型冷却装置において、
   前記ボイド捕集器は、気泡を捕集する捕集器本体と、この捕集器本体内に捕集した気体を前記貯蔵容器内の気体寒剤の中に放出するように導く第２流路とを備えて構成し、
   前記第２流路の有効断面積は前記捕集器本体の有効断面積に比べて小さくしたこと、
   を特徴とする液浸型冷却装置。
2. 請求項１において、前記被冷却物が核磁気共鳴画像診断装置に用いられる超伝導コイルであり、前記寒剤がヘリウムであること、を特徴とする液浸型冷却装置。
3. 請求項１において、前記第２流路を流れる気体の流量を抑制するための気体流量抑制部を前記第２流路に設けたこと、を特徴とする液浸型冷却装置。
4. 請求項３において、前記気体流量抑制部を前記第２流路の有効断面積より小さな有効断面積を有するオリフィスで構成したこと、を特徴とする液浸型冷却装置。
5. 請求項４において、液浸型冷却装置の通常運転時における前記ボイド捕集器内の液位を前記第２流路内となるように設定したこと、を特徴とする液浸型冷却装置。
6. 請求項１において、前記第２流路から前記貯蔵容器内の気体寒剤の中に放出する気体中のミストを分離する湿分分離器を前記第２流路に設けたこと、を特徴とする液浸型冷却装置。
7. 請求項６において、前記湿分分離器は、前記第２流路の上部に設けられ、前記第２流路から連続する流路を構成すると共に上方に開口する内筒と、この内筒の上端部を覆うリング状フランジ部と、このフランジ部の外側から下方に延びる外筒と、前記内筒内に配置した旋回羽根とを備えて構成したこと、を特徴とする液浸型冷却装置。
   

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