JP3528937B2 - 液体冷媒の供給・排出方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温液体冷媒が冷凍プ
ローブの内部を通過し、その先端の冷却チップを冷却す
る冷却機構における液体冷媒の供給・排出方法及びその
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の低温技術は、食品の冷凍保存（約
−４０℃）、航空機等の諸材料や機器の耐寒試験（約−
５０℃以下）、金属の超伝導性研究等に利用される一
方、炭酸ガス、酸素、アルゴン、空気、窒素、ネオン、
水素、ヘリウム等の気体の液化技術の向上によって、Ｍ
Ｅ（医用工学：メディカル・エンジニアリング）の領域
にも利用されるようになっている。

【０００３】このＭＥにおける低温技術は、冷凍外科に
おいて応用されている。一般に、医学における癌等の腫
瘍の除去は、メスによって切除する外科的手術による
が、手術中の出血処理の問題、治癒期間が長期化する等
の理由から、冷凍プローブによって腫瘍の局部のみを部
分的に冷却し、その局部細胞のみを死滅させて除去する
という冷凍外科手術が、皮膚科、肛門科、婦人科、消化
器科、呼吸科、眼科等で実施され成果をあげている。

【０００４】この冷凍外科手術は、冷凍プローブによる
局部冷凍であるため、患部を正確に知り患部のみを冷凍
除去し健康な細胞を死滅させないことと、極低温に冷却
するため、局部冷却後冷凍プローブを引き出す際に他の
健康な組織を粘着破壊させないことが必要である。その
ためには、局部を正確に観察する観察装置と、その局部
を冷却後に加熱する加熱装置を冷凍プローブに付属させ
る必要がある。これらの装置は、特公昭４７−７１１９
３号公報（先行例）に開示され公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】また、上述の先行例は
観察装置で患部を観察した後冷凍プローブを患部に挿入
し、液体窒素を冷凍プローブに供給し被冷却体を冷却
後、加熱装置で被冷却体を加熱してから冷凍プローブを
患部から引き出す低温外科器具が開示されている。

【０００６】しかしながら、この技術においては被冷却
体を冷却後のもどり冷媒を直接に吸い上げポンプを駆動
して排出している。そのために、低負荷時等にもどり冷
媒が液体−気体の２相状態でもどってくる場合には、排
気ポンプの保護のために吸入排出前にヒータ等でガス化
する必要があった。また、この先行例にあっては飽和状
態の液体冷媒を細管に導入するために、侵入熱によるフ
ラッシュガスが発生し、流れ抵抗が増加し液体冷媒の流
量を多く流すことが困難であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の事情に鑑み、本発
明は、気体を液化した飽和状態の液体冷媒を、所定圧力
下に供給容器内に維持しつつ冷凍プローブに供給し、前
記供給容器内の液体冷媒の温度より低く冷却されて維持
されている低温液体冷媒を貯蔵した過冷却器内に被冷却
体を冷却したもどり冷媒を戻すとともに、前記過冷却器
内の気体を排出して所定圧力を制御する液体冷媒の供給
・排出方法に適用されるものである。そして本発明の第
１の特徴は前記過冷却器内の低温液体冷媒を、該冷媒の
三重点圧力より上の圧力であって前記容器内圧力より減
圧して液体が固化しない状態で維持しつつ、前記供給容
器内の液体冷媒を前記過冷却器内の熱交換器を介して前
記低温液体冷媒と熱交換して過冷却状態にて冷凍プロー
ブに供給させる点にある。そしてかかる特徴は、前記液
体冷媒を所定圧力下に貯蔵し供給する供給容器と、この
供給容器内圧力より負圧にされるとともに、前記液体冷
媒の三重点圧力より上の圧力であって前記液体冷媒が固
化しない状態の圧力に維持され、前記供給容器内の前記
液体冷媒より過冷にされた低温液体冷媒を貯蔵した過冷
却器と、この過冷却器内に設けられた熱交換器との構成
により具現化される。本発明の第２の特徴は、前記低温
液体冷媒を貯溜する冷媒供給容器内のガス圧を適宜過冷
却器に導いて、両者間の圧力差を一定範囲に制御しなが
ら前記過冷却器内の圧力制御を行うことにある。そして
このような圧力制御手段としては、前記液体冷媒の供給
容器と過冷却器間に安全弁や圧力調整器のような差圧設
定手段を用い、両者間の圧力差が一定圧（Ｐ_１）を越え
た際に、供給容器と過冷却器間を連通させ、冷媒ガスを
供給容器側より過冷却器側に流し、両者間の圧力差が所
定圧以下に低下した際に前記差圧設定手段を閉塞するこ
とにより、過冷却器内圧を供給容器内圧力に対応する差
圧により常に所定圧力範囲に維持するようにしてもよ
い。又、前記第２の特徴と併用して若しくは第２の特徴
の代りに、前記冷凍プローブよりのもどり冷媒を前記過
冷却器内に有する排気管の入口側に設けられた、例えば
メッシュ状のステンレス金網からなる絞り機構に噴射さ
せて、該噴射時の冷媒の位相変化により絞り機構の絞り
制御を行った後、前記過冷却器内に戻すとともに、前記
過冷却器内の気体を前記絞り機構により制御されながら
排気管により排出することによって前記過冷却器内圧力
を前記所定圧力に維持するように構成しても良い。又前
記もどり冷媒を前記過冷却器内にもどす手段として、
「過冷却器から気体を排気する排気管の入口に設けた乾
き度検出機構を介して過冷却器内にもどす」ように構成
してもよい。

【０００８】

【作用】かかる技術によれば、気体を液化した飽和状態
の液体冷媒を所定の圧力下に供給容器内に維持する一
方、前記供給容器内の液体冷媒の温度より低く冷却され
て維持されている低温液体冷媒を過冷却器内に貯蔵し、
この過冷却器内の低温液体冷媒内に熱交換器を設け、液
体冷媒を前記供給容器内と前記過冷却器内の圧力差によ
って前記供給容器内から前記過冷却器内に向かって、前
記熱交換器によって過冷却されて冷凍プローブに向けて
流れる。過冷却された液体冷媒は、途中、冷凍プローブ
によって被冷却体を冷却した後、そのもどり冷媒を、も
どり配管によって前記過冷却器内にもどされ、排気管そ
の他の排出手段により過冷却器内より排出され、過冷却
器内は所定の圧力に制御される。この際過冷却器内圧力
及び温度は戻り配管よりの戻り冷媒により支配されるこ
ととなり、一方戻り冷媒の圧力及び温度は冷凍プローブ
の奪熱量によって支配されるものである為に、不定であ
る。この為、コンピュータ等を利用して戻り冷媒の導入
及び排出量等を制御する必要があるが、負荷としての冷
凍プローブの性能に影響することなく過冷却器内温度及
び圧力を緻密に制御するには、予冷装置や予備タンクを
設ける等構成が煩雑化する。この為、前記過冷却器より
戻り冷媒を排出するための過冷却器内に有する排気管の
入口側に、例えばメッシュ状のステンレス金網からなる
絞り機構（メッシュ部）を配設し、冷凍プローブよりの
もどり冷媒を前記絞り機構に噴射させて、該噴射時の冷
媒の位相変化、具体的には前記噴射により液体窒素等の
戻り液体冷媒が固化する圧力に減圧されると前記メッシ
ュ部で窒素が固化し、必然的に排出管の絞り、即ち圧損
が増大して過冷却器内の圧力が上昇し、一方該過冷却器
内の圧力が上昇するとメッシュ部の固体窒素が融解して
排気されると圧損が減少して過冷却器内の圧力が減少
し、これにより前記過冷却器内圧力を所定圧力範囲に維
持出来る。かかる点が本第２発明である。しかしながら
前記構成では冷凍プローブよりのもどり冷媒圧力によっ
てもメッシュ部の窒素固化量が変動し、尚緻密な制御が
困難である。そこで本第１発明は前記低温液体冷媒を貯
溜する冷媒供給容器内のガス圧を適宜過冷却器に導いて
前記過冷却器内の圧力制御を行うことにある。即ち、液
体冷媒供給容器は過冷却器より数倍容量が大きい為に、
安定した冷媒の充填が行える。又冷媒供給容器は別異の
安全弁等により、定圧に維持されている。又冷媒供給容
器と過冷却器間の温度差は小さく且つその差温度は一定
しているために、温度変動に起因する圧力変動も小さ
い。又冷媒供給容器から０℃より大幅に低い飽和冷媒ガ
スによる圧力制御が行える為に、水蒸気の混入を防ぐこ
とが出来、且つ常温ガス充填時にみられるような急激な
圧力上昇も防ぐことが出来る。又装置上も液体冷媒供給
容器と過冷却器間を単に安全弁等を介して連通するだけ
でよい。従って本発明によれば、装置も簡便で過冷却器
内の圧力設定も緻密に安定して制御でき、安全性と信頼
性が向上する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品
の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な
記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１０】図１は本発明の基本実施例に係る液体冷媒
の供給・排出方法及びその装置を示す第１実施例図、図
２は本発明に係る液体冷媒の供給・排出方法及びその装
置を示す第２実施例図、図３は乾き度検出機構を示す部
分図である。図１において、鋼材、合成樹脂、ガラス等
で形成された気密壁１ａ、１ｂ、１ｃにより真空断熱さ
れて囲繞されたデュア１は、内部に絶対温度７０Ｋの液
体窒素５を収納して、窒素の三重点圧力より上の絶対圧
力０．４ａｔａに、後述する機構で制御され、過冷却器
１を構成している。これを三重点圧力より上に設定する
理由は、以下の通りである。一般に、従来技術の欄に記
載したような気体を液化するには、温度を下げる代わり
に、それぞれの気体固有のある温度以下ならば、一定温
度で圧力を上げてもよいが、それ以上の温度ではどんな
に圧力を加えても液化しないという臨界温度が存在し、
又それぞれの気体固有の圧力以下でなければ液化しない
という臨界圧力も存在し、固体、液体、気体が共存する
三重点圧力は、臨界圧力より低い圧力で存在する。した
がって、過冷却器内の圧力が三重点圧力以下になると、
後述するもどり配管の出口でもどり冷媒の凍結が助長的
に生じて、ひいてはもどり配管出口が固化冷媒によって
閉鎖し、液体冷媒の供給不足または不能状態になるのを
防ぐことができ、これにより本実施例は過冷却器内の圧
力を三重点圧力以下に設定している。また、同じく気密
壁２ａ、２ｂ、２ｃにより真空断熱され囲繞された冷媒
貯蔵供給容器２（デュワ２）は、内部に絶対温度８０Ｋ
の液体窒素６を収納して、後述するように絶対圧力１．
５ａｔａに制御されている。これらの過冷却器１及び供
給容器２は気密容器３を構成している。

【００１１】冷凍プローブ４は、図５に示すように、液
体冷媒導入管４ａから内部の蒸発部４１に向かって真空
断熱された配管４２が設けられるとともに、蒸発部４１
の近傍には加熱コイル４３が設けられている。液体冷媒
は蒸発部４１で冷凍プローブ先端の冷却チップ４０を介
して被冷却体を冷却し、そこで液体冷媒の全部または一
部は気化し、もどり冷媒となって排出管４ｂからもどり
配管２１に排出される。そして、必要に応じて加熱コイ
ル４３によって、冷却チップ４０を加熱して被冷却体を
解凍することができるように構成されている。かかる構
成は特公昭４７ー７１１９号により公知である。

【００１２】図１に戻り、導入管４ａに連結された電磁
弁１３は導入管１３ａを介して過冷却器１内の液体窒素
５内に設けられた熱交換器７の排出口に連結し、ＣＰＵ
２２の出力端子Ｔ８の信号により電磁弁１３を開閉する
ように構成されている。尚、液体冷媒導入管４ａ、電磁
弁１３、導入管１３ａ及び排出管４ｂは真空断熱された
部材で被装されている。また、これらの部材は冷凍プロ
ーブ４内に設けてもよい。また、冷凍プローブ４の先端
チップの形状寸法は、使用目的によって種々変更できる
ものである。

【００１３】熱交換器７の吸入口７ａは過冷却器１の壁
１ａ、１ｂ、１ｃを貫通して供給容器２の液体窒素６内
に延在開口している。したがって、液体窒素６は供給容
器２内の絶対圧力１．５ａｔａと過冷却器１内の絶対圧
力０．４ａｔａとの圧力差により循環ポンプなしで、冷
凍プローブ４に供給される。

【００１４】もどり配管２１は過冷却器１内に延在し
て、もどり冷媒を過冷却器１に排出できるように設けら
れている。過冷却器１には、また、排出管２０が設けら
れ、この排出管２０には圧力スイッチ８が連結されてい
る。この圧力スイッチ８は過冷却器１内が所定の圧力を
超えると閉成し、ＣＰＵ（中央演算素子）２２に信号を
送出し、所定圧力を下回ると開成するように構成されて
いる。勿論、所定圧力を超えると開成し、所定圧力を下
回ると閉成するように構成してもよい。この圧力スイッ
チ８はＣＰＵ２２の入力端子Ｔ３に接続され、電磁弁１
１及び排出ポンプ１５の制御用信号として用いている。

【００１５】過冷却器１内の排出管２０は、さらに電磁
弁１１の入口に連結され、出口は排出ポンプ１５に連結
されている。電磁弁１１は、ＣＰＵ２２の出力端子Ｔ６
からの信号を受けて駆動し、排出ポンプ１５はＣＰＵ２
２の出力端子Ｔ８からの信号を受けて駆動するように構
成されている。

【００１６】供給容器２内には、真空断熱された配管９
ａ及び配管１０ａが設けられ、それぞれ圧力スイッチ９
及び圧力スイッチ１０に連結されている。この圧力スイ
ッチ９は供給容器２内が所定圧力を下回ったとき閉成
し、超えた時開成し、前記圧力スイッチ１０は供給容器
２内が所定圧力を超えたとき閉成し、下回った時開成す
るする圧力検出スイッチである。これらのスイッチはそ
れぞれＣＰＵ２２の入力端子Ｔ２及びＴ１に接続されて
いる。勿論、これらのスイッチはＣＰＵ２２に供給容器
２内の圧力の状態の変化を切り替え信号として送出する
ものであるため、所定圧力を下回ったとき閉成し、超え
た時開成しても、またその逆の組合せであってもよいも
のである。

【００１７】また、供給容器２内にはヒータ１８が設け
られ真空断熱された配線１８ａによりＣＰＵ２２の出力
端子Ｔ１２に接続されている。このヒータ１８は、供給
容器２内の圧力が所定圧力を下回ると圧力スイッチ９が
閉成しＣＰＵ２２に信号が入来すると、ＣＰＵ２２は端
子Ｔ１２に信号を送出し液体窒素６を加熱し気化させ
る。供給容器２内が所定圧力に復帰すると圧力スイッチ
９が開成し、ＣＰＵ２２に切り替わり信号が送出されヒ
ータ１８の加熱を止める。

【００１８】さらに、供給容器２内には、真空断熱され
た配管１９が設けられ、電磁弁１２に連結され、その電
磁弁１２は排出ポンプ１４に連結されている。電磁弁１
２及び排出ポンプ１４はＣＰＵ２２の出力端子Ｔ１１及
びＴ１０の信号により駆動するように構成されている。
いま、供給容器２内の圧力が所定圧力を超えると圧力ス
イッチ１０が閉成し、入力信号がＣＰＵ２２の入力端子
Ｔ１に入来する。これによりＣＰＵ２２の出力端子Ｔ１
１及びＴ１０から信号が送出され、電磁弁１２が開かれ
ポンプ１４が駆動して気体窒素が排出される。供給容器
２内が所定圧力に復帰すると圧力スイッチ１０が開成さ
れ、電磁弁１２が閉鎖されポンプ１４の駆動が停止され
る。

【００１９】尚、上述した圧力スイッチ８、９及び１０
の作動点を同一レベルに設定すると、圧力スイッチ９に
よりヒータ１８か、または圧力スイッチ８、１０により
排出ポンプ１１、１４や電磁弁１１、１２が、常時動作
することとなり、不経済であるのみならず電磁弁１１、
１２がチャタリングを起こす恐れもある。よって、これ
らの部材の応答性、液体窒素の容積、配管や壁等の熱伝
導性等を考慮して、所定の圧力レベルを中心として適宜
の不感帯幅を設けるべきである。

【００２０】又電磁弁スイッチ１６が押圧されるとＣＰ
Ｕ２２の出力端子Ｔ８から信号が送出され、電磁弁１３
が開成し低温液体窒素５が冷凍プローブ４に供給される
ように構成されている。更に、ヒータスイッチ１７はＣ
ＰＵ２２の入力端子Ｔ４に接続され、このスイッチが押
圧されるとＣＰＵ２２の出力端子Ｔ９から信号が送出さ
れ、冷凍プローブ４が加熱されるように構成されてい
る。尚、冷凍プローブ内の加熱コイル、ヒータ１８、電
磁弁及びポンプ等への電源は図示されていないが、それ
らの駆動回路とともに公知の方法で接続されていること
は勿論である。

【００２１】次に、上述のように構成された、本発明の
基本実施例の動作の説明をする。図１において、いま、
供給容器２内が所定圧力より下回ると、圧力スイッチ９
が閉成しＣＰＵ２２の入力端子Ｔ２に信号を送り、ＣＰ
Ｕ２２は出力端子Ｔ１２に電気信号を送りヒータ１８を
駆動して液体窒素６を加熱する。デュア２内圧力が所定
圧力に復帰すると圧力スイッチ９は開成しヒータ１８の
加熱が停止する。一方、供給容器２内が所定圧力を超え
ると圧力スイッチ１０が閉成しＣＰＵ２２の入力端子Ｔ
１に信号を送り、ＣＰＵ２２は出力端子Ｔ１１及びＴ１
２に電気信号を送り、電磁弁１２を開成しポンプ１４を
駆動して排出管１９を介して供給容器２内の気体を排気
し、絶対圧力１．５ａｔａを中心として許容される範囲
に供給容器２内圧力が制御される。

【００２２】このように制御された状態において、室温
に暖められている冷凍プローブ４を体内に挿入し、その
先端チップ４０を患部に当て、電磁弁スイッチ１６が押
圧されると、ＣＰＵ２２の出力端子Ｔ８より電気信号が
送出され、電磁弁１３が開成される。供給容器２内の液
体窒素６は絶対圧力１．５ａｔａ、絶対温度８０Ｋに、
過冷却器１内の液体窒素５は０．４ａｔａ、７０Ｋに設
定されているので、その圧力差により供給容器２内の液
体窒素６は過冷却器１内に設けられている熱交換器７に
より８０Ｋから略７４Ｋに過冷却し冷凍プローブ４に供
給される。冷凍プローブ４内では蒸発部４１により被冷
却体を冷却し、全部または一部が気化したもどり冷媒が
排出管４ｂから排出され、そのもどり冷媒はもどり配管
２１により過冷却器１内に排出される。

【００２３】過冷却器１内にもどり冷媒が増えるたびに
過冷却器１内圧力が増し、供給容器２と過冷却器１内の
圧力差が少なくなり、低温液体冷媒の供給量が減少し、
このままでは低温液体冷媒の供給が停止してしまう。そ
のため、圧力スイッチ８が過冷却器１内圧力を検出し、
所定圧力を超えると閉成し信号をＣＰＵ２２の入力端子
Ｔ３に送る。ＣＰＵ２２は出力端子Ｔ６及びＴ７から電
気信号を電磁弁１１及び排出ポンプ１５に送り、電磁弁
１１を開成しポンプ１５を駆動して過冷却器１内の気体
窒素を排出する。過冷却器１内圧力が所定圧力に復帰す
ると圧力スイッチ８は開成し、ＣＰＵ２２は電磁弁１１
を閉成させ、排出ポンプ１５の駆動を停止させる。この
ようにして、過冷却器１内圧力が絶対圧力０．４ａｔａ
を中心として許容される範囲に制御される。この結果、
もどり冷媒の気体部分のみが過冷却器１外に排出され、
同じ排気ポンプを使用した従来の液体窒素の供給方法に
比べて、数倍以上の冷却能力を安定に達成できるもので
ある。

【００２４】被冷却体の冷却が完了すると、再度電磁弁
スイッチ１６を押圧し、電磁弁１３を閉成し冷凍プロー
ブ４への低温液体冷媒の供給を停止させ、次にヒータス
イッチ１７を押圧すると冷凍プローブ４内の加熱コイル
に電流が流れ、冷却チップが体温まで暖められてから冷
凍プローブ４が体外に取り出される。

【００２５】上述した、本発明の基本実施例は、飽和状
態の液体窒素を過冷却状態にて冷凍プローブに供給する
ことにより、導管内でのフラッシュガスの発生を極小に
でき、流れ抵抗を軽減できる。また、もどり冷媒が２相
状態であっても、過冷却器内で液とガスとが分離され、
ガスのみが排気ポンプに吸引されるため、同ポンプの耐
久性が確保される。そして、過冷却器の負圧を冷媒の固
化温度飽和圧力より上に維持することによって冷媒の固
化による導管のつまり等の故障を防止することができ
る。といった効果を奏するものである。

【００２６】しかしながら、低負荷状態の被冷却体を考
えると、もどり冷媒中で気体の占める割合は少なく、乾
き度ｘは小さい状態で過冷却器に放出される。すなわ
ち、余分な液体冷媒を過冷却して無駄に冷凍プローブに
供給することになるとともに、過冷却器にもどり液体冷
媒を放出することにより、無駄に過冷却器内の液体冷媒
を暖め過冷却能力を下げる結果となる。

【００２７】そのような課題を解決するために、本願発
明者は以下に述べるごとく第１実施例の改良発明をなし
たものである。よって、次に、その改良発明である本発
明の第２実施例を説明する。図２において、図１と共通
部材は共通番号を使用している。図１との絶対的相違点
は、図２において、もどり配管２１の先端部が圧力損失
を防ぐために適宜の曲率で湾曲して排気管２０に近接さ
せた点である。その詳細は、図３に図示したように、排
気管２０の入口にメッシュ状のステンレス金網からなる
絞り機構２０ａを設け、前述したようにもどり配管２１
の先端部２１ａを湾曲させ、もどり冷媒の体積流量の半
分がメッシュ状の絞り機構２０ａに直接噴射されるよう
に、もどり配管２１の出口先端部２１ａの位置を下方に
ずらしてメッシュ状の絞り機構２０ａに対向させて設け
てある。したがって、もどり配管２１内のもどり冷媒２
３は冷媒ガス２３ａと冷媒液２３ｂの冷媒二相液として
メッシュ２０ａに噴射される。被冷却体を冷却して、二
相液状態（約７０Ｋ、乾き度ｘ＝０．３）で過冷却器で
ある過冷却器１に排出されたとき循環流量の約０．３５
の冷媒液がメッシュ絞り機構を濡らしている状態とな
り、排気ポンプ１５により絶対圧力０．４ａｔａに維持
が可能であるように、同機構の圧力損失が冷却負荷と排
気ポンプの関係にて適当な値に設定されている。

【００２８】このように構成された本発明の第２実施例
の動作を説明する。大気圧あるいはそれ以上の飽和液
（１．５ａｔａ，８２Ｋ）である供給容器２内の液体窒
素６は、供給容器２内の液体冷媒より低温である飽和液
（０．４ａｔａ，７０Ｋ）により過冷却（７３Ｋ）され
冷凍プローブ４に供給される。被冷却体を冷却し、二相
液状態（約７０Ｋ、乾き度ｘ＝０．３）で過冷却器であ
る過冷却器１内に排出される。図３のごとく、もどり冷
媒の体積流量の半分がメッシュ２０ａの絞り機構に直接
噴射されるように構成されているので、このとき循環流
量Ｒは、Ｒ＝（１−０．３）×０．５＝０．３５とな
り、約０．３５の冷媒液がメッシュ絞り機構２０ａを濡
らしている状態となっている。このような状態から冷却
負荷が５０％減少した場合、過冷却分を無視すると、も
どり冷媒（約７４Ｋ、ｘ＝０．１５）の状態で、もどり
配管２１の先端部２１ｂから放出される。このときの循
環流量Ｒは、Ｒ＝（１−０．１５）×０．５＝０．４２
５となり、約０．４２５の冷媒液がメッシュ絞り機構を
濡らすこととなり、同絞り機構の圧力損失が増加する。
よって、同排気ポンプの能力が一定であれば、メッシュ
絞り機構２０ａに冷媒液が部分的にあるため、同絞り機
構の圧力損失の増加により過冷却器内圧力が増加するこ
とになる。

【００２９】このことによって、供給冷媒流量が低下す
るとともに過冷却度も小さくなる。したがって、もどり
冷媒の乾き度ｘは０．１５より大きくなり、メッシュ絞
り機構の濡れ面積も小さくなるとともに同絞り機構での
圧損も低下することとなる。したがって、５０％負荷の
場合、冷媒循環流量は１００％のときと比べて少なくな
るとともに乾き度ｘが０．１５〜０．３の間に又、過冷
却器内圧力は多少高くバランスすることになる。そし
て、冷却負荷が増加した場合は、低負荷時と逆の状態変
化が行なわれる。このように、冷却負荷を変化させた場
合も過冷却器内の多少の変動はあるものの負荷に見合っ
た冷媒の循環流量で安定した冷媒供給が連続して達成さ
れるものである。

【００３０】さて前記第２実施例では冷凍プローブより
のもどり冷媒圧力によってもメッシュ部の窒素固化量が
変動し、尚緻密な制御が困難である。又図１の圧力スイ
ッチ８の制御に基づく電磁弁１１及び排気ポンプ１５で
は過冷却器１が小容量であるために、やはり緻密な制御
が困難である。そこで本第３実施例においては、図５に
示すように、前記低温液体冷媒を貯溜する冷媒供給容器
２内のガス圧を適宜過冷却器１に導いて前記過冷却器１
内の圧力制御を行っている。

【００３１】即ち、冷媒供給容器２と過冷却器１間に管
路３１ａ、３１ｂを介して連通し、所定の差圧で開放で
開放される安全弁３１を設け、両者間の圧力差が一定圧
（１．１ａｔａ）を越えた際に、供給容器２と過冷却器
１間を連通させ、冷媒ガスを供給容器２側より過冷却器
１側に流し、両者間の圧力差が所定圧以下に低下した際
に前記安全弁３１を閉塞することにより、過冷却器１内
圧を供給容器２内圧力に対応して常に所定圧力範囲に維
持することが出来る。この際、液体冷媒供給容器２は過
冷却器１より数倍容量が大きい為に、安定した冷媒の充
填が行える。又冷媒供給容器２は管路３２ａを介して室
内に開放される別異の安全弁３２が設けられているため
に、定圧に維持される。

【００３２】又冷媒供給容器２と過冷却器１間の温度差
は１０℃と小さく且つその差温度はほぼ一定しているた
めに、温度変動に起因する圧力変動も小さい。又冷媒供
給容器のガス温度はー７０℃と、０℃より大幅に低い飽
和冷媒ガスによる圧力制御が行える為に、水蒸気の混入
を防ぐことが出来、且つ常温ガス充填時にみられるよう
な急激な圧力上昇も防ぐことが出来る。又装置上も液体
冷媒供給容器２と過冷却器１間を単に安全弁３１を介し
て連通するだけでよい。

【００３３】従って本実施例によれば、装置も簡便で過
冷却器内の圧力設定も緻密に安定して制御でき、安全性
と信頼性が向上する。尚、本実施例では、液体窒素で説
明したが、液体冷媒はこれに限るものではなく、本発明
の要旨を逸脱しないかぎりすべての液体冷媒に適用でき
るものである。そして、使用目的によって有害となる液
体冷媒の場合は、排出先に低圧の容器を付属させ、使用
部屋内に漏れないないようにすべきであることは勿論で
ある。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれば
飽和の液体冷媒を過冷却状態にて供給する事により、導
管内でのフラッシュガスの発生を極小にでき、流れ抵抗
を低減でき、効率の良い液体冷媒の供給・排出方法及び
その装置を提供することができ、従来と比べて数倍以上
の冷却能力を安定して達成することができるものであ
る。又もどり冷媒が２相状態においても、過冷却器内で
液と気体に分離され、気体のみを排気ポンプで吸引排出
されるため、同ポンプの耐久性が確保される。更に過冷
却器の負荷を冷媒の固化温度飽和圧力より上に維持する
ことによって、冷媒の固化による導管のつまり等の故障
防止ができる。特に、排出管の入口側に絞り機構を設け
た装置にあっては、冷却負荷が変化した場合であって
も、負荷に見合った冷媒の循環流量で安定した液体冷媒
の供給・排出が可能となる。又過冷却器内圧力を、圧力
的に安定し且つ温度差も小さい液体冷媒供給容器をもっ
て圧力制御する為に、本発明によれば、装置も簡便で過
冷却器内の圧力設定も緻密に安定して制御でき、安全性
と信頼性が向上する。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本実施例に係る液体冷媒供給・排出
装置の概略図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る液体冷媒供給・排出
装置の概略図である。

【図３】絞り機構を示す部分図である。

【図４】本発明の第１実施例に係る液体冷媒供給・排出
装置の要部概略図である。

【図５】本発明が適用される公知の冷凍プローブの断面
図である。

【符号の説明】

１ 過冷却器 ２ 供給容器 ３ 気密容器 ４ 冷凍プローブ ５、６ 液体窒素 ７ 熱交換器 ８、９、１０ 圧力スイッチ １１、１２、１３ 電磁弁 １４、１５ 排出ポンプ １６、１７ スイッチ １８ ヒータ １９、２０ 排気管 ２１ もどり配管 ２２ ＣＰＵ（中央演算素子） ２３ もどり冷媒 ３１ 安全弁 ３２ 安全弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 18/02 F25D 9/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体を液化した飽和状態の液体冷媒を、
   所定圧力下に供給容器内に維持しつつ冷凍プローブに供
   給し、前記供給容器内の液体冷媒の温度より低く冷却さ
   れて維持されている低温液体冷媒を貯蔵した過冷却器内
   に被冷却体を冷却したもどり冷媒を戻り管を介して戻す
   とともに、前記過冷却器内の気体を排出手段を介して排
   出して所定圧力を制御する液体冷媒の供給・排出方法に
   おいて、 前記過冷却器内の低温液体冷媒を、該冷媒の三重点圧力
   より上の圧力であって前記容器内圧力より減圧して液体
   が固化しない状態で維持しつつ、前記供給容器内の液体
   冷媒を前記過冷却器内の熱交換器を介して前記低温液体
   冷媒と熱交換して過冷却状態にて冷凍プローブに供給さ
   せるとともに、 前記低温液体冷媒を貯溜する冷媒供給容器内のガス圧を
   適宜過冷却器に導いて、両者間の圧力差を所定範囲に制
   御しながら前記過冷却器内の圧力制御を行うことを特徴
   とする液体冷媒の供給・排出方法。
2. 【請求項２】 気体を液化した飽和状態の液体冷媒を、
   所定圧力下に供給容器内に維持しつつ冷凍プローブに供
   給し、前記供給容器内の液体冷媒の温度より低く冷却さ
   れて維持されている低温液体冷媒を貯蔵した過冷却器内
   に被冷却体を冷却したもどり冷媒を戻すとともに、前記
   過冷却器内の気体を排気管を介して排出して所定圧力を
   制御する液体冷媒の供給・排出方法において、 前記過冷却器内の低温液体冷媒を、該冷媒の三重点圧力
   より上の圧力であって前記容器内圧力より減圧して液体
   が固化しない状態で維持しつつ、前記供給容器内の液体
   冷媒を前記過冷却器内の熱交換器を介して前記低温液体
   冷媒と熱交換して過冷却状態にて冷凍プローブに供給さ
   せるとともに、 前記冷凍プローブよりのもどり冷媒を前記過冷却器内に
   有する排気管の入口側に設けられた絞り機構に噴射させ
   て、該噴射時の冷媒の位相変化により絞り機構の絞り制
   御を行った後、前記過冷却器内に戻すとともに、前記過
   冷却器内の冷媒ガスを前記絞り機構により制御されなが
   ら排気管により排出することによって前記過冷却器内圧
   力を前記所定圧力に維持することを特徴とする請求項１
   記載の液体冷媒の供給・排出方法。
3. 【請求項３】 気体を液化した飽和状態の液体冷媒を、
   所定圧力下に供給容器内に維持しつつ冷凍プローブに供
   給し、前記供給容器内の液体冷媒の温度より低く冷却さ
   れて維持されている低温液体冷媒を貯蔵した過冷却器内
   に被冷却体を冷却したもどり冷媒を戻すとともに、前記
   過冷却器内の気体を排出して所定圧力を制御する液体冷
   媒の供給・排出装置において、 前記液体冷媒を所定圧力下に貯蔵し供給する供給容器
   と、この供給容器内圧力より負圧にされるとともに、前
   記液体冷媒の三重点圧力より上の圧力であって前記液体
   冷媒が固化しない状態の圧力に維持され、前記供給容器
   内の前記液体冷媒より過冷にされた低温液体冷媒を貯蔵
   した過冷却器と、この過冷却器内に設けられた熱交換器
   とにより、前記液体冷媒を過冷却して前記冷凍プローブ
   に供給するとともに、 前記液体冷媒の供給容器と過冷却器間を、差圧設定手段
   を介して連通させ、両者間の圧力差を一定範囲に制御し
   たことを特徴とする液体冷媒の供給・排出装置。
4. 【請求項４】 気体を液化した飽和状態の液体冷媒を、
   所定圧力下に供給容器内に維持しつつ冷凍プローブに供
   給し、前記供給容器内の液体冷媒の温度より低く冷却さ
   れて維持されている低温液体冷媒を貯蔵した過冷却器内
   に戻り管を介して被冷却体を冷却したもどり冷媒を戻す
   とともに、前記過冷却器内の気体を排出手段を介して排
   出して所定圧力を制御する液体冷媒の供給・排出装置に
   おいて、 前記液体冷媒を所定圧力下に貯蔵し供給する供給容器
   と、この供給容器内圧力より負圧にされるとともに、前
   記液体冷媒の三重点圧力より上の圧力であって前記液体
   冷媒が固化しない状態の圧力に維持され、前記供給容器
   内の前記液体冷媒より過冷にされた低温液体冷媒を貯蔵
   した過冷却器と、この過冷却器内に設けられた熱交換器
   とにより、前記液体冷媒を過冷却して前記冷凍プローブ
   に供給するとともに、 前記排出手段に、管入口に絞り機構を有する排気管で構
   成し、前記もどり管のもどり冷媒出口を前記絞り機構と
   対面させ、前記もどり冷媒を前記絞り機構に噴射させて
   前記過冷却器内にもどすように構成してなる液体冷媒の
   供給・排出装置。