WO2022201574A1 - 冷凍回路 - Google Patents

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WO2022201574A1
WO2022201574A1 PCT/JP2021/028510 JP2021028510W WO2022201574A1 WO 2022201574 A1 WO2022201574 A1 WO 2022201574A1 JP 2021028510 W JP2021028510 W JP 2021028510W WO 2022201574 A1 WO2022201574 A1 WO 2022201574A1
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WO
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coil
refrigerant
magnetic field
refrigerating circuit
holes
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PCT/JP2021/028510
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洋 向山
弘男 佐藤
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株式会社アドテックス
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B39/02—Evaporators
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/02—Details of evaporators

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerating circuit, and more particularly to a refrigerating circuit that can stably generate a magnetic field for a long time.
  • alternating magnetic field therapy that kills tumor cells using heating by alternating magnetic fields is known (for example, Patent Document 1).
  • a coil that uses the principle of induction heating, such as the Induction Heater generates heat by itself when a large current is passed through it. Therefore, cooling by flowing cooling water inside the coil is known.
  • FIG. 11 is a diagram showing a prior art cooling system 501 .
  • cooling system 501 is configured to cool conventional coil 502 with cooling water.
  • a high-frequency current generator 503 is connected to the coil 502 .
  • a cooling system 501 is configured with a path 504 for flowing cooling water to the coil 502 .
  • the path 504 is provided with a tank 505 that stores cooling water, a pump 506 that sends the cooling water from the tank 505 to circulate through the path 504, and a radiator 507 that cools the cooling water circulating through the path 504. .
  • Cooling water flowing through path 504 flows inside the pipe of coil 502 . This cools the coil 502 .
  • 10 (kW) 4.18 (J / kg ⁇ ° C.) ⁇ 10 (° C.) ⁇ mass flow rate M (kg /s) must be satisfied. That is, if the mass flow rate M that satisfies this condition is converted into volumetric flow rate, it is necessary to feed circulating water of 14 (L/min).
  • the coil pitch for generating a strong magnetic field needs to be extremely narrow. Therefore, as described above, the pressure loss due to the circulation of water becomes enormous, and the water pump for cooling becomes large-scale.
  • An object of the present invention is to provide a refrigerating circuit of a magnetic field generator capable of efficiently cooling a coil by a useful cooling method and generating a strong magnetic field stably for a long period of time.
  • a refrigerating circuit of the present invention comprises a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator which are connected via refrigerant pipes. It is formed from a solenoid-wound coil, which is characterized in that it generates a magnetic field.
  • the refrigeration circuit of the present invention comprises a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator which are connected via refrigerant pipes.
  • the evaporator is formed of a coil in which a coil base having a plurality of through-holes through which a refrigerant flows is wound in a solenoidal shape. With such a configuration, the coil can be efficiently cooled with the refrigerant as an evaporator of the refrigeration circuit. Then, the refrigerating circuit of the present invention generates a magnetic field from the coil. Therefore, a strong magnetic field can be stably generated from the cooled coil for a long time.
  • the through holes may be arranged in the winding diameter direction of the coil in the cross section of the coil base material.
  • the length of the coil in the direction of the winding axis can be shortened, and a compact coil can generate a strong magnetic field with high performance.
  • the coil base may have a rectangular cross section and may be wound so that the long side of the cross section faces the winding diameter direction of the coil.
  • the coil may be covered with an insulating material. As a result, the coil can be efficiently cooled with the evaporating refrigerant.
  • a high-frequency current generator connected to the inlet side and the outlet side of the coil and supplying an alternating current may be provided.
  • Such a configuration realizes highly efficient magnetic field generation from the cooled coil.
  • joints on the inlet side and the outlet side of the coil may be connected to the refrigerant pipe via an insulating material. This can prevent electric leakage from the coil to the refrigerant pipe. Therefore, a high current can be safely passed through the cooled coil, and a high-performance magnetic field can be safely generated.
  • hydrofluorocarbon, hydrofluoroolefin, carbon dioxide, or a mixed refrigerant thereof may be used as the refrigerant.
  • the evaporation of the refrigerant can be used to efficiently cool the coil, and a strong magnetic field can be stably generated for a long period of time.
  • FIG. 1 is a diagram showing a refrigerating circuit according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing coils of a refrigeration circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a ph diagram showing the state of cooling the coil in the refrigerating circuit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration near the ends of the coils in the refrigerating circuit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is (A) a plan view and (B) a cross-sectional view showing the coil of the refrigerating circuit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the coil base material of the refrigerating circuit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a coil base material of a refrigeration circuit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a coil base material of a refrigeration circuit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a coil base material of a refrigeration circuit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a coil base material of a refrigeration circuit according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing the circuit configuration of a conventional cooling system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a refrigerating circuit 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a refrigerating circuit 1 has a coil 14 that generates a magnetic field and has a basic circuit configuration for cooling the coil 14 with a refrigerant.
  • the refrigerating circuit 1 constitutes a magnetic field generator capable of stably generating a strong magnetic field from the coil 14 for a long period of time.
  • the coil 14 has a compact size, for example, about the size of the human head.
  • the refrigerating circuit 1 is particularly useful when it is desired to apply a large current to the coil 14 to generate a strong magnetic field.
  • the refrigeration circuit 1 is suitable, for example, for treating brain tumors, breast cancer, etc. where conventional surgery is difficult or impossible.
  • the refrigerating circuit 1 includes a compressor 11, a condenser 12, an expansion valve 13, and a coil 14 as an evaporator, which are connected via a refrigerant pipe 10.
  • the coil 14 is cooled by evaporation of the refrigerant. Configures a vapor compression refrigeration cycle circuit.
  • the compressor 11 is a device that compresses the refrigerant and sends it to the condenser 12 .
  • rotary type, scroll type, reciprocating type, screw type and other various types of compression devices can be employed.
  • the rotary compressor 11 is suitable for constructing a compact refrigeration circuit 1 with a small cooling capacity.
  • the compressor 11 may be of a two-stage compression type.
  • Employing a two-stage compression type as the compressor 11 is suitable for compressing a high-pressure carbon dioxide refrigerant.
  • the condenser 12 is, for example, an air-cooled heat exchanger in which air that exchanges heat with refrigerant is sent by a fan.
  • the condenser 12 may be a fin-and-tube heat exchanger. That is, the condenser 12 has a plurality of tubes such as copper pipes through which a refrigerant flows, and a plurality of aluminum fins provided in parallel, and the tubes are inserted into holes formed in the fins.
  • the condenser 12 may be a water-cooled heat exchanger.
  • a plate type, shell and tube type, double tube type, and other various types of heat exchangers can be employed.
  • a plate-type heat exchanger is particularly preferable because it has high heat exchange efficiency and the condenser 12 can be made compact.
  • the expansion valve 13 reduces the pressure of the refrigerant liquid that has passed through the condenser 12 .
  • the expansion valve 13 also has a function of adjusting the flow of refrigerant.
  • an electronic expansion valve, a temperature automatic expansion valve, a capillary tube, and other various types can be adopted as the expansion valve 13, the cooling of the coil 14 can be controlled with high performance, and the magnetic field generation performance can be improved.
  • the coil 14 is, for example, a member for generating an alternating magnetic field as indicated by arrow B, and also functions as an evaporator of the refrigeration cycle. Coil 14 is cooled by the refrigerant by being an evaporator. As a result, the coil 14 does not reach a high temperature even when a high current flows, and can stably generate a strong magnetic field for a long period of time. Details of the coil 14 will be described later.
  • the refrigerating circuit 1 has an electric circuit for operating the coil 14.
  • a high-frequency current generator 35 is provided in the electrical circuit.
  • a high-frequency current generator 35 is connected to the inlet side 22 of the coil 14 via a wire 38 and is connected to the outlet side 23 of the coil 14 via a wire 39 to apply an alternating current to the coil 14 .
  • a magnetic field can be generated from the cooled coil 14 with high efficiency.
  • FIG. 1 shows a refrigerant path of a refrigeration cycle circuit formed by refrigerant pipes 10, that is, a refrigerant circulation path.
  • the coolant flows in the direction A in the coolant pipe 10 and circulates through the coolant path.
  • the refrigerant compressed by the compressor 11 is sent to the condenser 12 via the refrigerant pipe 10 and cooled by the condenser 12 .
  • the refrigerant cooled by the condenser 12 flows through the refrigerant pipe 10 to the expansion valve 13 and is decompressed by the expansion valve 13 .
  • the refrigerant is then decompressed by the expansion valve 13 to become a low-temperature gas-liquid mixed fluid, which is introduced into the coil 14 via the refrigerant pipe 10 .
  • the refrigerant sent to the coil 14 is vaporized using the heat generated by the current in the coil 14 as latent heat of vaporization. That is, the refrigerant evaporates inside the coil 14 and removes heat from the coil 14 .
  • the refrigerant evaporated in the coil 14 then returns to the compressor 11 via the refrigerant pipe 10 and is compressed again. The above steps are then repeated. That is, a circulating flow of refrigerant for cooling the coil 14 is formed through the compressor 11, the condenser 12, the expansion valve 13, and the coil 14 as an evaporator in sequence.
  • the refrigerant used in the refrigeration circuit 1 is, for example, hydrofluorocarbon, hydrofluoroolefin, carbon dioxide, or a mixed refrigerant thereof.
  • the latent heat of evaporation of the refrigerant can be used to cool the coil 14 with high efficiency, and a strong magnetic field can be stably generated for a long period of time.
  • the condenser 12 may be a gas cooler in which the refrigerant is not clearly condensed. That is, representative refrigerants HFC-32, HFC-404A, and other fluorocarbon-based refrigerants have condensability at temperatures of about -20 (° C.) to 42 (° C.), which is the operating environment of the normal condenser 12. .
  • the condenser 12 is called a gas cooler because it operates in the supercritical region. Even if the condenser 12 is a gas cooler, it is a mechanism for cooling the refrigerant.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the coil 14 of the refrigeration circuit 1.
  • coil 14 is a member that generates a magnetic field by current flow, and is wound like a solenoid. Moreover, as described above, the coil 14 constitutes an evaporator of the refrigeration cycle.
  • the coil 14 is formed by winding a long flat plate or the like made of a good conductor such as silver, aluminum, copper, or copper alloy in a coil shape.
  • the coil 14 has a substantially rectangular cross section of a flat plate as a material thereof, and the long side direction of the cross section is the winding diameter direction of the coil 14, and the short side direction is the winding axial direction of the coil 14. It is wound in a substantially spiral shape. In other words, the coil 14 is wound so that the short side of the substantially rectangular cross section follows the substantially cylindrical shape.
  • the coil 14 has a structure in which a plurality of fine through-holes 21, that is, microchannels, penetrate through the through-holes 21, and the coolant can flow through the through-holes 21.
  • a plurality of fine through-holes 21 extending through the flat plate in the longitudinal direction are formed in the flat plate that is the material of the coil 14 . That is, the coil 14 is formed with a plurality of through holes 21 that serve as flow paths for the coolant.
  • the coil 14 may be an induction coil.
  • the voltage of the drive power source for the coil 14 is, for example, preferably 12 (V) to 440 (V), more preferably 12 (V) to 100 (V). This makes it possible to generate a suitable magnetic field according to the treatment site. For example, when an effective voltage of 50 (V) is applied to the coil 14 and a current of 100 (A) is applied, the DC resistance component of the coil 14 is 0.5 ( ⁇ ), and 5 ( kW).
  • FIG. 3 is a ph diagram (pressure-specific enthalpy diagram) showing the state of cooling the coil 14 in the refrigeration circuit 1.
  • FIG. 1 and 3 the refrigerant is compressed by the compressor 11 in the compression process S1 to a high pressure, and cooled by the condenser 12 in the heat release process S2. Next, the refrigerant is decompressed by the expansion valve 13 in the expansion process S3 and evaporated in the coil 14 to cool the coil 14 in the evaporation process S4.
  • the hydrofluorocarbon refrigerant HFC-32 which is commonly used in air conditioners, evaporates at a temperature of 15 (° C.) inside the coil 14, and condenses at a temperature of 35 (° C.) inside the condenser 12.
  • a refrigeration cycle is configured. That is, a refrigerating cycle is configured in which the evaporation temperature T1 of the refrigerant in the evaporation process S4 is 15 (°C) and the condensation temperature T2 of the refrigerant in the heat dissipation step S2 is 35 (°C).
  • the coil 14 is supplied with a coolant and an electric current at the same time.
  • electrodes 36 and 37 are provided near two ends of the coil 14 , ie, the inlet side 22 and the outlet side 23 , in order to pass current through the coil 14 .
  • High-frequency current generator 35 has one output terminal connected to electrode 36 on inlet side 22 of coil 14 via wiring 38 and the other output terminal connected to electrode 37 on outlet side 23 of coil 14 via wiring 39 . It is connected.
  • the refrigerant pipe 10, which constitutes the refrigerant path through which the refrigerant flows, is made of, for example, a copper pipe or a steel pipe. Since the refrigerant pipe 10 is made of a highly conductive material such as copper or iron, there is a risk that the current in the coil 14 may flow through the refrigerant path formed by the refrigerant pipe 10 . In that case, electric leakage to the driving devices such as the compressor 11 and the expansion valve 13 and to the outside of the refrigeration circuit 1 becomes a problem.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration near the end of the coil 14 in the refrigerating circuit 1. As shown in FIG. In order to solve the above-described problem of electric leakage, in the refrigeration circuit 1, the connecting portion 25 between the coil 14 and the refrigerant pipe 10 is connected via an insulating material 31, as shown in FIG.
  • an insulating material 31 is provided between the coil side flange 27 that is the flange portion of the coil side joint 26 and the pipe side flange 29 that is the flange portion of the pipe side joint 28 . That is, the coil-side flange 27 and the pipe-side flange 29 are connected via the insulating material 31 .
  • the insulating material 31 is made of, for example, a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) having excellent insulating properties.
  • the insulating material 31 may include a base material such as paper, cloth, and various synthetic fibers. Also, the insulating material 31 may be an insulating paint.
  • the coil side joint 26 and the pipe side joint 28 are fixed by support members 33 such as bolts and nuts. Therefore, it is necessary to prevent current from flowing from the coil 14 to the refrigerant pipe 10 through the support member 33 .
  • a coil-side insulating material 30 is provided between the coil-side flange 27 and the support member 33
  • a pipe-side insulating material 32 is provided between the pipe-side flange 29 and the support member 33 .
  • the coil-side insulating material 30 and the pipe-side insulating material 32 are made of synthetic resin or the like with excellent insulating properties. Also, the coil-side insulating material 30 and the pipe-side insulating material 32 may include base materials such as paper and cloth. By providing the coil-side insulating material 30 and the pipe-side insulating material 32 in this way, it is possible to prevent electric leakage via the support member 33 .
  • the refrigeration circuit 1 can prevent current from flowing out of the coil 14 through the refrigerant pipe 10 to the outside. Therefore, a high current can be safely passed through the cooled coil 14, and a high-performance magnetic field can be safely generated.
  • hydrofluorocarbons, hydrofluoroolefins, and carbon dioxide used as refrigerants have good insulating properties.
  • carbon dioxide is a non-polar molecule, so it is a very useful refrigerant for this application.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the coil 14 of the refrigerating circuit 1. As shown in FIG. 5(A) is a plan view, and FIG. 5(B) is a sectional view taken along line CC shown in FIG. 5(A). As shown in FIG. 5, the coil 14 is covered with an insulating material 24 over substantially the entire coil substrate 20 portion.
  • the insulating material 24 is molded from a synthetic resin material such as ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PP (polypropylene), or the like. Also, as the material of the insulating material 24, a ceramic material or the like may be used. Alternatively, the insulating material 24 may be formed by coating with an insulating paint. Since substantially the entire coil 14 is covered with the insulating material 24 in this way, it is possible to prevent the current from leaking from the coil 14 to the human body or surrounding structures.
  • the coil 14 has a role as an evaporator of the refrigeration cycle. That is, the coolant evaporates while flowing through the coil 14 , thereby cooling the coil 14 .
  • a typical prior art evaporator is a structure responsible for producing cold. In other words, a typical evaporator exists to create cold air, for example, like an air conditioner, or to make ice, like a refrigerator. Therefore, the conventional evaporator cannot play its role if the entire surface is covered like the coil 14 according to the present embodiment.
  • the heat generated by the coil 14 itself should be removed by the refrigerant, and there is no need to cool the outside. Therefore, even if almost the entire surface of the coil 14 is covered with the insulating material 24, there is no problem. . As a result, the coil 14 can be efficiently cooled by the evaporating refrigerant, and magnetic force can be stably generated.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the coil 14 of the refrigeration circuit 1.
  • FIG. 6 shows a cross section of the coil substrate 20 of the coil 14 .
  • the cross section of the coil 14, that is, the cross section of the coil base 20 is substantially rectangular.
  • the coil 14 is formed from a plate-shaped coil base 20 .
  • the short side of the cross section of the coil 14 may be formed in a curved shape such as, for example, a substantially circular arc shape.
  • the coil 14 is formed by winding the short sides of a rectangular cross section along a substantially cylindrical shape. This constitutes a solenoid that generates a magnetic field. A large number of turns per unit length is desirable in order to generate a strong magnetic field in a substantially helically wound structure such as a solenoid.
  • the coil 14 has a substantially rectangular cross section, and the length of the short side of the cross section, that is, the thickness t1 of the coil base 20 is formed small.
  • the thickness t1 of the coil base material 20 is approximately 1 to 10 (mm), preferably approximately 3 (mm).
  • the flow path of the coolant formed in the coil 14 having such a thin belt-like rectangular cross section, that is, the through hole 21 is a substantially circular fine hole having an inner diameter d1 of about 1 (mm).
  • a compactly formed coil 14 that generates a strong magnetic field has fine through-holes 21 and cannot be conventionally cooled with water.
  • the refrigerant has a much lower viscosity than water, and can generally easily flow through holes with an inner diameter d1 of about 1 (mm). Therefore, the coil 14 functions as an evaporator of the refrigeration cycle and utilizes the latent heat of vaporization of the refrigerant. As a result, high-performance magnetic field generation capability is obtained.
  • the coil 14 is made of a good conductor such as silver, aluminum, copper, or copper alloy.
  • the most preferable material for the coil 14 is copper or a copper alloy.
  • coil bases 120, 220, 320, and 420 in which the form of the coil base 20 is changed will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 10.
  • FIG. 7 to 10 components other than the coil bases 120, 220, 320, and 420 showing the modified examples are the same as or similar to the already described embodiments, and thus the description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a coil base material 120 of a coil 14 according to another embodiment of the present invention, showing a cross section of the coil base material 20. As shown in FIG. As shown in FIG. 7, the through hole 121 may be formed to have a substantially rectangular cross section.
  • the through hole 121 may be a substantially rectangular fine hole with a long side length, that is, a height h1 of about 1 (mm). Such a configuration also provides the same effect as the coil 14 formed from the coil base material 20 shown in FIG. In addition, a large heat transfer area of the evaporator can be ensured, and even better cooling performance can be obtained. As a result, excellent magnetic field generation capability is obtained.
  • the through-hole 121 is not limited to the above-described shape, and may be, for example, another polygonal shape.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a coil base material 220 of the coil 14 according to another embodiment of the invention. That is, FIG. 8 shows a cross section of the coil base 220. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, through holes 221 are formed in a plurality of rows in the coil base 220 substantially along the long side of the cross section.
  • the coil base material 220 has a configuration in which another coolant flow path, that is, the through hole 221 is formed between the through hole 221 serving as the coolant flow path and the outer wall surface of the coil base material 220. be. Even with such a configuration, the same effect as that of the coil base 20 shown in FIG. 6 can be obtained.
  • the coil base 220 can have a larger surface area than the coil base 20 and the coil base 120 shown in FIG. That is, since the through-holes 221 of the coil base 220 are provided in a plurality of rows, the through-holes 21 of the coil base 20 (see FIG. 6) and the through-holes 121 of the coil base 120 (see FIG. 7) The total peripheral area is large.
  • the coil base 220 is a member for passing a high-frequency current for generating a magnetic field.
  • the current that generates the magnetic field tends to flow over the surface of the coil base 220 due to the skin effect of the high-frequency current. Therefore, a structure in which fine holes, that is, the through holes 221 are formed so as to increase the surface area is useful for improving the flow of high-frequency current and generating a strong electric field.
  • the surface area is increased by forming the through-holes 221 as fine holes in multiple layers. There is an advantage that it can be suppressed to .
  • the configuration in which the through holes 221 were formed in a plurality of rows would be disadvantageous from the viewpoint of heat transfer.
  • the through-holes 221, which serve as coolant flow paths there is a gap between the through-holes 221, which serve as coolant flow paths, and the outer wall surface of the coil base 220, which serves as the surface to be cooled.
  • a configuration in which the through-hole 221 is present cannot be adopted. This is because another through hole 221 existing between the through hole 221 and the outer wall surface of the coil base 220 inhibits heat transfer.
  • the refrigerating circuit 1 is not intended to cool the outside, but cools the coil 14 that generates heat by generating a magnetic field. Therefore, as described above, the configuration of the coil base 220 in which the through holes 221 are formed in a plurality of rows can be adopted, thereby obtaining excellent magnetic field generation performance. That is, it is possible to obtain a compact refrigerating circuit 1 capable of stably generating a strong magnetic field for a long time. Although the arrangement of the through-holes 221 is substantially zigzag, it is also possible to employ other arrangements.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a coil substrate 320 according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows a cross section of the coil substrate 320 of the coil 14.
  • a coil base 320 has a plurality of rows of substantially triangular through holes 321 .
  • a large number of substantially triangular through-holes 321 are arranged so that their sides are substantially parallel to each other.
  • the coil base 320 may be arranged in such a manner that another through hole 321 exists between the through hole 321 and the outer wall surface of the coil base 320 .
  • the through hole 321 of the coil base 320 can have a larger area than the through hole 221 of the coil base 220 . Therefore, a high-performance refrigerating circuit 1 capable of generating a magnetic field more efficiently can be obtained.
  • the through-holes 321 have a substantially triangular cross-sectional shape, but the cross-sectional shape and arrangement of the through-holes 321 are not limited to this.
  • the cross-sectional shape of the through-hole 321 may be square, rectangular, trapezoidal or other quadrangular, pentagonal, hexagonal, elliptical or any other shape. Also, various configurations can be adopted for the number of through-holes 321 arranged and the arrangement format.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a coil base material 420 of the coil 14 according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 10 shows a cross section of the coil substrate 420.
  • a coil base 420 has a configuration in which a plurality of circular tube portions 419 are joined.
  • the circular pipe portions 419 have a substantially circular pipe shape, and each circular pipe portion 419 is formed with a through hole 421 having a substantially circular cross section.
  • the coil base 420 has a form in which a plurality of circular tube portions 419 are joined in parallel. That is, the through holes 421 are arranged in the winding radial direction of the coil 14 in the cross section of the coil base 420 .
  • a high-performance coil 14 is obtained that can generate a strong magnetic field at . Since the through-hole 421 has a substantially circular cross section, it can withstand high pressure when carbon dioxide is used as a coolant.
  • circular pipe portions 419 may be joined together by brazing or the like after each is processed into a circular pipe shape. This facilitates the processing of the coil 14 and improves the productivity of the refrigerating circuit 1 .
  • the through holes 421, that is, the circular tube portions 419 may be arranged in a line as shown in FIG. 10, or may be arranged in a plurality of lines (not shown). A total area of the through-holes 421 can be increased by providing the circular tube portions 419 in a plurality of rows. Therefore, the coil 14 can generate a magnetic field more efficiently.
  • the cross section of the circular tube portion 419 may be circular, oval, elliptical, rectangular tube, or any other shape.
  • this embodiment has the following features.
  • cooling liquid of (1) is a hydrofluorocarbon or hydrofluoroolefin refrigerant, a single carbon dioxide refrigerant, or a mixture thereof.
  • the coil 14 may be wound in a conical shape. As a result, the magnetic field generated inside the conical shape becomes larger than the current flowing through the coil 14 . Therefore, the current flowing through the coil 14 can be made relatively small, and the configuration of the refrigerating circuit 1 that cools the coil 14 can be simplified.
  • the refrigeration circuit 1 has a structure and circuit configuration that can directly cool the coil 14 with the refrigerant. Therefore, even if a large current is passed through the coil 14, cooling suitable for generating a magnetic field can be efficiently performed, and a magnetic field generator capable of stably generating a predetermined magnetic field is realized.
  • Refrigeration circuit 10 Refrigerant pipe 11
  • Compressor 12 Condenser 13
  • Expansion valve 14 Coils 20, 120, 220, 320, 420 Coil base material 21, 121, 221, 321, 421 Through hole 22
  • Inlet side 23 Outlet side 24
  • Insulating material 25 Connection portion 26
  • Coil-side joint 27 Coil-side flange 28
  • Pipe-side joint 29 Pipe-side flange 30
  • Coil-side insulating material 31 Insulating material
  • Support member 35 High-frequency current generator 36
  • Electrode 38 Electrode 38
  • Wiring 39 Wiring 419 Circular pipe Part d1 Inner Diameter t1 Thickness h1 Height T1 Evaporation Temperature T2 Condensation Temperature S1 Compression Process S2 Heat Dissipation Process S3 Expansion Process S4 Evaporation Process

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Abstract

磁界発生装置のコイルに長時間安定的に磁界を発生させることができる冷凍回路を提供する。　冷媒配管（１０）を介して接続された圧縮機（１１）、凝縮器（１２）、膨張弁（１３）及び蒸発器を具備し、蒸発器は、冷媒を流す複数の貫通孔（２１）が形成され断面が矩形状でソレノイド状に巻かれたコイル（１４）から形成されており、コイル（１４）から磁界を発生させる。これにより、コイル（１４）を蒸発器として冷媒で効率良く冷却することができ、長時間安定的に強い磁界を発生させることができる。

Description

冷凍回路
　本発明は、冷凍回路に関し、特に、長時間安定的に磁界を発生することができる冷凍回路に関する。
　従来、交番磁界による加熱を利用して腫瘍細胞を死滅させる交番磁界治療が知られている（例えば、特許文献１）。Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｈｅａｔｅｒのような誘導加熱の原理を利用したコイルは、大電流が流されることにより自ら発熱する。そこでコイルの内部に冷却水を流して冷却することが知られている。
　図１１は、従来技術の冷却システム５０１を示す図である。図１１を参照して、冷却システム５０１は、従来技術のコイル５０２を冷却水で冷却する構成である。コイル５０２としては、パイプをコイル状に成型されたものが用いられている。コイル５０２のパイプ内部には、水を流すことができる。コイル５０２には、高周波電流発生器５０３が接続されている。
　冷却システム５０１には、コイル５０２に対して冷却水を流すための経路５０４が構成されている。経路５０４には、冷却水を貯めるタンク５０５と、タンク５０５から冷却水を送って経路５０４を循環させるポンプ５０６と、経路５０４を循環する冷却水を冷却する放熱器５０７と、が設けられている。経路５０４を流れる冷却水は、コイル５０２のパイプ内部を流れる。これにより、コイル５０２が冷却される。
特表２０１８－５１０７００
　磁界を発生させるためにコイルに通電するとコイルの電気抵抗からジュール熱が生じることは避けられない。例えば１００（Ａ）程度の大電流を高周波の交番電流で流す場合、抵抗成分が大きくなる。
　そのため、例えば抵抗値が１（Ω）となるような場合、１（Ω）×１００（Ａ）×１００（Ａ）＝１００００（Ｗ）もの発熱となってしまう。これを水で冷却する場合、冷却水の昇温幅を１０（℃）で抑えるには、１０（ｋＷ）＝４．１８（Ｊ／ｋｇ・℃）×１０（℃）×質量流量Ｍ（ｋｇ／ｓ）を満たす必要がある。即ち、これを満たす質量流量Ｍを体積流量に換算すれば、１４（Ｌ／ｍｉｎ）の循環水を送水する必要がある。
　しかし一方で、強力な磁界を発生させるためのコイルは、コイルピッチを極めて詰める必要がある。そのため、前述のように水を循環することによる圧力損失が膨大になり、冷却用の送水ポンプが大掛かりなものになる。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされた。本発明の目的は、有用な冷却方法によってコイルを効率良く冷却することができ、長時間安定的に強い磁界を発生させることができる磁界発生装置の冷凍回路を提供することにある。
　本発明の冷凍回路は、冷媒配管を介して接続された圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を具備し、前記蒸発器は、冷媒を流す複数の貫通孔が形成されたコイル基材がソレノイド状に巻かれたコイルから形成されており、前記コイルは、磁界を発生することを特徴とする。
　本発明の冷凍回路によれば、冷媒配管を介して接続された圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を具備する。そして、蒸発器は、冷媒を流す複数の貫通孔が形成されたコイル基材がソレノイド状に巻かれたコイルから形成されている。このような構成により、コイルを冷凍回路の蒸発器として冷媒で効率良く冷却することができる。そして、本発明の冷凍回路は、コイルから磁界を発生させる。よって、冷却されたコイルから長時間安定的に強い磁界を発生させることができる。
　また、本発明の冷凍回路によれば、前記貫通孔は、前記コイル基材の断面において前記コイルの巻き径方向に並んでいても良い。これにより、コイルの巻き軸方向の長さを短くすることができ、コンパクトなコイルで強い磁界を高性能に発生することができる。
　また、本発明の冷凍回路によれば、前記コイル基材は、断面が矩形状であり前記断面の長辺が前記コイルの巻き径方向を向くよう巻かれていても良い。これにより、コイルの巻き軸方向の長さを短くすることができ、コンパクトなコイルで強い磁界を高性能に発生することができる。
　また、本発明の冷凍回路によれば、前記コイルは、絶縁材料で被覆されていても良い。これにより、蒸発する冷媒で効率良くコイルを冷却することができる。
　また、本発明の冷凍回路によれば、前記コイルの入口側及び出口側に接続され交番電流を流す高周波電流発生器を具備しても良い。このような構成により、冷却されたコイルからの高効率な磁界の発生が実現する。
　また、本発明の冷凍回路によれば、前記コイルの入口側及び出口側の継手は、絶縁材を介して前記冷媒配管に接続されても良い。これにより、コイルから冷媒配管への漏電を防止することができる。よって、冷却されたコイルに高電流を安全に流すことが可能となり、安全に高性能な磁界を発生させることができる。
　また、本発明の冷凍回路によれば、前記冷媒としてハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、二酸化炭素またはこれらの混合冷媒が用いられても良い。これにより、冷媒の蒸発を利用して高効率にコイルを冷却し、長時間安定的に強い磁界を発生させることができる。
図１は、本発明の実施形態に係る冷凍回路を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る冷凍回路のコイルを示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係る冷凍回路でコイルを冷却する状態を示すｐ－ｈ線図である。 図４は、本発明の実施形態に係る冷凍回路におけるコイルの端部近傍の構成を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係る冷凍回路のコイルを示す（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。 図６は、本発明の実施形態に係る冷凍回路のコイル基材の断面図である。 図７は、本発明の他の実施形態に係る冷凍回路のコイル基材の断面図である。 図８は、本発明の他の実施形態に係る冷凍回路のコイル基材の断面図である。 図９は、本発明の他の実施形態に係る冷凍回路のコイル基材の断面図である。 図１０は、本発明の他の実施形態に係る冷凍回路のコイル基材の断面図である。 図１１は、従来技術の冷却システムの回路構成を示す図である。
　以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施形態に係る冷凍回路を詳細に説明する。なお、図示された態様は本発明を限定するものではなく、あくまでも本発明を例示したものである。
　図１は、本発明の実施形態に係る冷凍回路１の概略構成を示す図である。図１を参照して、冷凍回路１は、磁界を発生するコイル１４を有すると共に、コイル１４を冷媒で冷却する基本回路構成を有する。冷凍回路１は、コイル１４から長時間安定的に強い磁界を発生させることができる磁界発生装置を構成する。
　コイル１４は、例えば、人体の頭部程度のコンパクトなサイズである。冷凍回路１は、コイル１４に大電流を流して強力な磁界を発生させたい場合に特に有用である。冷凍回路１は、例えば、脳腫瘍、乳癌等、従来の手術が困難または不可能である場所の治療に適している。
　具体的には、冷凍回路１は、冷媒配管１０を介して接続された圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３及び蒸発器としてのコイル１４を具備し、冷媒の蒸発によりコイル１４を冷却する蒸気圧縮式の冷凍サイクル回路を構成する。
　圧縮機１１は、冷媒を圧縮して凝縮器１２に送る装置である。圧縮機１１としては、ロータリー式、スクロール式、レシプロ式、スクリュー式その他各種形式の圧縮装置を採用することができる。
　特にロータリー式の圧縮機１１は、冷却能力の小さいコンパクトな冷凍回路１を構成する際に好適である。また、圧縮機１１は、２段圧縮式でも良い。圧縮機１１として２段圧縮式を採用することは、高圧になる二酸化炭素冷媒の圧縮に適している。
　凝縮器１２は、例えば、冷媒と熱交換する空気が送風ファンによって送られる空冷式の熱交換器である。例えば凝縮器１２は、図示を省略するが、フィンアンドチューブ式の熱交換器でも良い。即ち、凝縮器１２は、冷媒が流れる複数の銅管等のチューブと、それぞれ平行に設けられた複数のアルミニウム製のフィンと、を有し、チューブは、フィンに形成された孔に挿入されている。
　なお、凝縮器１２は、水冷式の熱交換器であっても良い。また、凝縮器１２としては、プレート式、シェルアンドチューブ式、二重管式その他各種形式の熱交換器を採用することができる。特にプレート式の熱交換器は、熱交換効率が高く凝縮器１２をコンパクトにできるので好ましい。
　膨張弁１３は、凝縮器１２を通過した冷媒液を減圧する。また、膨張弁１３は、冷媒の流れを調整する機能を有する。膨張弁１３としては、電子膨張弁、温度自動膨張弁、キャピラリーチューブその他各種形式を採用することができる。膨張弁１３として電子膨張弁を採用することにより、コイル１４の冷却を高性能に制御することができ、磁界発生性能を向上させることができる。
　コイル１４は、例えば矢印Ｂで示すような交番磁界を発生させるための部材であると共に、冷凍サイクルの蒸発器としての機能を有する。コイル１４は、蒸発器であることにより、冷媒によって冷却される。これにより、コイル１４は、高電流が流れても高温度にならず、長時間安定的に強い磁界を発生することができる。コイル１４の詳細については後述する。
　冷凍回路１は、コイル１４を動作させるための電気回路を有する。その電気回路には、高周波電流発生器３５が設けられている。高周波電流発生器３５は、配線３８を介してコイル１４の入口側２２に接続されると共に、配線３９を介してコイル１４の出口側２３に接続され、コイル１４に交番電流を流す。このような構成により、冷却されたコイル１４から高効率に磁界を発生させることができる。
　図１には、冷媒配管１０で形成された冷凍サイクル回路の冷媒経路、即ち冷媒の循環経路、が示されている。冷媒は、冷媒配管１０内をＡ方向に流れて冷媒経路を循環する。具体的には、圧縮機１１で圧縮された冷媒は、冷媒配管１０を経由して凝縮器１２に送られ、凝縮器１２で冷却される。
　凝縮器１２で冷却された冷媒は、冷媒配管１０を経由して膨張弁１３に流れ、膨張弁１３で減圧される。そして冷媒は、膨張弁１３で減圧され低温の気液混合流体となって、冷媒配管１０を介して、コイル１４に導入される。
　コイル１４に送られた冷媒は、コイル１４の電流による発熱を蒸発潜熱として利用して気化する。即ち、冷媒は、コイル１４の内部で蒸発して、コイル１４から熱を除去する。
　次いで、コイル１４で蒸発した冷媒は、冷媒配管１０を経由して、圧縮機１１に戻って再び圧縮される。そして、上述の工程が繰り返される。即ち、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３及び蒸発器としてのコイル１４を順次経由してコイル１４を冷却する冷媒の循環流れが形成される。
　冷凍回路１で用いられる冷媒は、例えば、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、二酸化炭素またはこれらの混合冷媒である。これにより、冷媒の蒸発潜熱を利用して高効率にコイル１４を冷却し、長時間安定的に強い磁界を発生させることができる。
　なお、凝縮器１２は、冷媒の凝縮が明確でないガスクーラでも良い。即ち、代表的な冷媒ＨＦＣ－３２、ＨＦＣ－４０４Ａ等のフルオロカーボン系の冷媒は、通常の凝縮器１２の動作環境である－２０（℃）～４２（℃）程度であれば、凝縮性を持つ。しかし、二酸化炭素冷媒の場合は、超臨界域で動作することになるので、凝縮器１２はガスクーラと呼称される。凝縮器１２がガスクーラであっても冷媒を冷却する機構であることに相違はない。
　図２は、冷凍回路１のコイル１４の概略構成を示す図である。図２を参照して、コイル１４は、電流の流れによって磁界を発生する部材であり、ソレノイド状に巻かれている。また、前述のとおり、コイル１４は、冷凍サイクルの蒸発器を構成する。
　具体的には、コイル１４は、銀、アルミニウム、銅、銅合金等の良導体からなる長尺の平板等がコイル状に巻かれることによって形成されている。詳しくは、コイル１４は、その素材となる平板の横断面が略矩形状の形態であり、その横断面の長辺方向がコイル１４の巻き径方向、短辺方向がコイル１４の巻き軸方向となるように略螺旋状に巻かれている。換言すれば、コイル１４は、略矩形状の横断面の短辺が略円筒に沿うように巻き上げられている。
　コイル１４は、微細な貫通孔２１、即ちマイクロチャンネル、が複数貫通している構造を有しており、貫通孔２１に冷媒を流すことができる。具体的には、コイル１４の素材となる平板には、平板の長手方向に貫通する複数の微細な貫通孔２１が形成されている。即ち、コイル１４には、冷媒が流れる流路となる複数の貫通孔２１が形成されている。なお、コイル１４は、誘導コイルであっても良い。
　図１を参照して、コイル１４の駆動電源の電圧は、例えば、１２（Ｖ）から４４０（Ｖ）が好ましく、更に望ましくは、１２（Ｖ）から１００（Ｖ）である。これにより治療部位に応じた好適な磁界を発生させることができる。例えば、コイル１４に、実効値で５０（Ｖ）の電圧をかけて１００（Ａ）の電流を流す例を示すと、コイル１４の直流抵抗成分は、０．５（Ω）であり、５（ｋＷ）の発熱がある。
　図３は、冷凍回路１でコイル１４を冷却する状態を示すｐ－ｈ線図（圧力－比エンタルピ線図）である。図１及び図３を参照して、冷媒は、圧縮過程Ｓ１において圧縮機１１で圧縮され高圧になり、放熱過程Ｓ２において凝縮器１２で冷却される。次いで冷媒は、膨張過程Ｓ３において膨張弁１３で減圧され、蒸発過程Ｓ４においてコイル１４で蒸発してコイル１４を冷却する。
　例えばエアコンで一般に使用されているハイドロフルオロカーボン系の冷媒ＨＦＣ－３２で、コイル１４内部の温度を１５（℃）で冷媒を蒸発、凝縮器１２では内部の温度を３５（℃）で冷媒を凝縮させる冷凍サイクルが構成される。即ち、蒸発過程Ｓ４における冷媒の蒸発温度Ｔ１を１５（℃）、放熱過程Ｓ２における冷媒の凝縮温度Ｔ２を３５（℃）とする冷凍サイクルが構成される。
　この時、表１に示すように、冷媒の循環量は、０．０１８６１（ｋｇ／ｓ）で冷却が可能である。この冷媒の循環量を得るためには、５０（Ｈｚ）の商用電源で回転する圧縮機１１の排除容積としては、１０．６（ｃｃ）であれば良く、小型のコンプレッサで実現可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１を参照して、コイル１４には、冷媒が流され、同時に電流も流される。冷凍回路１では、コイル１４に電流を流すために、コイル１４の２か所の端部近傍、即ち入口側２２及び出口側２３に、電極３６、３７が設けられている。
　高周波電流発生器３５は、一方の出力端子が配線３８を介してコイル１４の入口側２２の電極３６に接続され、他方の出力端子が配線３９を介してコイル１４の出口側２３の電極３７に接続されている。
　なお、冷媒が流れる冷媒経路を構成する冷媒配管１０は、例えば銅管や鋼管から形成されている。冷媒配管１０は極めて導電性が高い銅や鉄系等の材料から形成されているので、コイル１４の電流が冷媒配管１０から構成された冷媒経路に流れてしまう恐れがある。その場合、圧縮機１１及び膨張弁１３等の駆動装置や、冷凍回路１の外部への漏電が問題となる。
　図４は、冷凍回路１におけるコイル１４の端部近傍の構成を示す図である。上述の漏電の問題を解決するため、図４に示すように、冷凍回路１では、コイル１４と冷媒配管１０との接続部２５が絶縁材３１を介して接続されている。
　具体的には、コイル側継手２６のフランジ部であるコイル側フランジ２７と、配管側継手２８のフランジ部である配管側フランジ２９との間には、絶縁材３１が設けられている。即ち、コイル側フランジ２７と、配管側フランジ２９とは、絶縁材３１を介して接続されている。
　絶縁材３１は、例えば、絶縁性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の合成樹脂等から形成されている。絶縁材３１は、紙、布、その他各種合成繊維等の基材を含んでも良い。また、絶縁材３１は、絶縁性塗料でも良い。このようにコイル側フランジ２７と配管側フランジ２９との間に絶縁材３１が設けられることにより、コイル側フランジ２７と配管側フランジ２９の接触による漏電を防止することができる。
　また、コイル側継手２６と配管側継手２８とは、ボルト及びナット等の支持部材３３によって固定されている。そのため、支持部材３３を通ってコイル１４から冷媒配管１０に電流が流れることを阻止する必要がある。
　そこで、コイル側フランジ２７と支持部材３３との間には、コイル側絶縁材３０が設けられ、配管側フランジ２９と支持部材３３との間には、配管側絶縁材３２が設けられている。
　コイル側絶縁材３０及び配管側絶縁材３２は、絶縁性に優れた合成樹脂等から形成されている。また、コイル側絶縁材３０及び配管側絶縁材３２は、紙、布等の基材を含んでも良い。このようにコイル側絶縁材３０及び配管側絶縁材３２が設けられることにより、支持部材３３を介した漏電を防止することができる。
　このように冷凍回路１は、コイル１４から冷媒配管１０を介した電流が外部等に流れ出ることを防止することができる。よって、冷却されたコイル１４に高電流を安全に流すことができ、高性能な磁界を安全に発生させることができる。
　なお、冷媒として利用されるハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン及び二酸化炭素は、良い絶縁性を持つ。特に二酸化炭素は無極性分子であるので、本用途には極めて有用な冷媒である。
　図５は、冷凍回路１のコイル１４の概略構成を示す図である。図５（Ａ）は平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すＣ－Ｃ線断面図である。図５に示すように、コイル１４は、コイル基材２０部分の略全体が絶縁材料２４で覆われている。
　絶縁材料２４は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル　ブタジエン　スチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂材料等からモールド成形されている。また、絶縁材料２４の素材としては、セラミック系材料等が用いられても良い。また、絶縁材料２４は、絶縁性塗料を用いた塗装によって形成されても良い。
　このようにコイル１４の略全体が絶縁材料２４で覆われることにより、人体や周囲の構造物にコイル１４から電流が漏れることを防止することができる。
　なお、前述のとおり、コイル１４は、冷凍サイクルの蒸発器としての役割を有する。即ち、冷媒がコイル１４の内部を流れる過程で蒸発することで、コイル１４を冷却する。一般的な従来技術の蒸発器は、冷熱を生成する役割を持つ構造である。言い換えれば、一般的な蒸発器は、例えばエアコンのように冷風を作ったり、冷蔵庫のように製氷したりするために存在する。そのため従来技術の蒸発器は、本実施形態に係るコイル１４のように全面が覆われてしまうと、その役割を果たせない。
　しかし、本実施形態に係る蒸発器としてのコイル１４は、コイル１４が自ら発熱する熱を冷媒が除去すれば良く、外部を冷却する必要はない。そのため、コイル１４の略全面が絶縁材料２４で覆われても何ら問題がなく、コイル１４は、人体や周囲の構造物に対して、絶縁性と断熱性を適切に設計できる有用な構造である。これにより、蒸発する冷媒で効率良くコイル１４を冷却することができ、安定的に磁力を発生させることができる。
　図６は、冷凍回路１のコイル１４を示す断面図である。詳しくは、図６は、コイル１４のコイル基材２０の横断面を示している。図６に示すように、コイル１４の断面、即ちコイル基材２０の横断面は、略矩形状である。換言すれば、コイル１４は、板状のコイル基材２０から形成されている。なお、コイル１４の断面の短辺は、例えば略円弧状である等、曲線状に形成されても良い。
　コイル１４は、図２に示すように矩形断面の短辺を略円筒に沿って巻き上げるようにして形成されている。これにより磁界を発生させるソレノイドが構成される。ソレノイドのような略螺旋巻きの構造において強い磁界を生成するためには、単位長さ辺りの巻き数が多いことが望ましい。そのためには、図６に示すように、コイル１４は、略矩形状の断面を有し、断面の短辺の長さ、即ちコイル基材２０の厚みｔ１、が小さく形成されている。
　例えば図６の例では、コイル基材２０の厚みｔ１は、約１～１０（ｍｍ）、好ましくは、約３（ｍｍ）である。このように薄い帯状の矩形断面を持つコイル１４に形成される冷媒の流路、即ち貫通孔２１は、内径ｄ１が約１（ｍｍ）の略円形状の微細な孔である。
　一般的にこのような微細孔に水を流そうとしても、流動抵抗が極めて高くなる。また、若干でもコンタミネーションや異物が流れ込めば孔が詰まり、局部的に冷却不良を起こす。最悪の場合、溶断に至る危険性がある。強い磁界を発生させるコンパクトに成形されたコイル１４では、貫通孔２１が微細であって、従来のように水で冷却することは不可能である。
　一方、冷媒は水に比べて粘度が極めて低く、一般的に内径ｄ１が１（ｍｍ）程度の孔は容易に流動可能である。よって、コイル１４は、冷凍サイクルの蒸発器として機能して冷媒の蒸発潜熱を利用するので、微細な貫通孔２１が形成されたコンパクトな形態でありながら、高性能な冷却性能が得られ、その結果、高性能な磁界発生能力が得られる。
　なお、前述のとおり、コイル１４は、銀、アルミニウム、銅、銅合金等の良導体から形成されている。コイル１４の素材としては、銅あるいは銅合金が最も望ましい。これにより、電気抵抗が小さく高電流を流すことができ、且つ熱伝導率が高く冷媒の蒸発で好適に冷却されるので、強い磁界を長時間安定的に発生させることができる。
　次に、図７ないし図１０を参照して、実施形態を変形した例として、コイル基材２０の形態を変更したコイル基材１２０、２２０、３２０、４２０について詳細に説明する。なお、図７ないし図１０において変形例を示すコイル基材１２０、２２０、３２０、４２０以外の構成要素については、既に説明した実施形態と同一若しくは同様であるのでその説明を省略する。
　図７は、本発明の他の実施形態に係るコイル１４のコイル基材１２０を示す断面図であり、コイル基材２０の横断面を示している。図７に示すように、貫通孔１２１は、断面略四角形状に形成されても良い。
　例えば、貫通孔１２１は、長辺の長さ、即ち高さｈ１、が１（ｍｍ）程度の略矩形状の微細な孔で良い。このような形態によっても、図６に示すコイル基材２０から形成されたコイル１４と同様の効果が得られる。また、蒸発器の伝熱面積を広く確保することができ、更に優れた冷却性能が得られる。その結果、優れた磁界発生能力が得られる。
　なお、貫通孔１２１は、上記の形態に限定されるものではなく、例えば、その他の多角形状でも良い。
　図８は、本発明の他の実施形態に係るコイル１４のコイル基材２２０を示す断面図である。即ち、図８は、コイル基材２２０の横断面を示している。図８に示すように、コイル基材２２０には、断面の長辺に略沿って複数の列状に貫通孔２２１が形成されている。
　具体的には、コイル基材２２０は、冷媒流路となる貫通孔２２１と、コイル基材２２０の外壁面と、の間に他の冷媒流路、即ち貫通孔２２１、が形成される構成である。このような構成によっても、図６に示すコイル基材２０と同様の効果を奏することができる。
　また更に、コイル基材２２０は、コイル基材２０及び図７に示すコイル基材１２０に比べて表面積を大きくできる。即ち、コイル基材２２０の貫通孔２２１は、複数列設けられる構成であるので、コイル基材２０の貫通孔２１（図６参照）及びコイル基材１２０の貫通孔１２１（図７参照）よりも合計の周面積が大きい。
　このように表面積が大きくなることにより、コイル１４の磁界を発生させる性能を高めることができる。詳しくは、コイル基材２２０は、磁界を発生させるための高周波電流を流すための部材である。磁界を発生させる電流は、高周波電流の表皮効果によって、コイル基材２２０の表面に偏って流れるようになる。そのため、表面積が大きくなるように微細孔、即ち貫通孔２２１、が形成される構成は、高周波電流の流れを良好にし、強い電界を発生させるために有益である。
　言い換えれば、高周波電流が流れるコイル基材２２０からなるコイル１４においては、微細孔として貫通孔２２１が多層に形成されることにより表面積が増えるので、コイル１４のインピーダンスの直流抵抗成分の増加を効果的に抑えることができるメリットがある。
　なお、仮にコイル１４が外部を冷却するものであれば、貫通孔２２１が複数の列状に形成される構成は、熱伝達の観点から不利益である。つまり、貫通孔２２１内部の熱をコイル基材２２０の外部に伝える必要があるので、冷媒流路となる貫通孔２２１と、被冷却面となるコイル基材２２０の外壁面と、の間に他の貫通孔２２１が存在する構成は採用できない。貫通孔２２１と、コイル基材２２０の外壁面と、の間に存在する他の貫通孔２２１によって熱伝達が阻害されるからである。
　これに対して本実施形態に係る冷凍回路１は、外部を冷却することを目的としておらず、磁界を発生して発熱するコイル１４を冷却するものである。よって、前述のとおり、貫通孔２２１が複数の列状に形成されるコイル基材２２０の構成を採用することができ、それによって、優れた磁界発生性能が得られる。即ち、強い磁界を長時間安定的に発生することができるコンパクトな冷凍回路１が得られる。
　なお、貫通孔２２１の配列は、略千鳥状であるが、その他の配列形式を採用することも可能である。
　図９は、本発明の他の実施形態に係るコイル基材３２０を示す断面図である。図９は、コイル１４のコイル基材３２０の横断面を示している。図９に示すように、コイル基材３２０には、略三角形状の貫通孔３２１が複数の列状に形成されている。
　具体的には、略三角形状に形成された貫通孔３２１が、互いの辺部が略平行に接近するよう並べられて多数設けられている。コイル基材３２０は、貫通孔３２１と、コイル基材３２０の外壁面と、の間に他の貫通孔３２１が存在するような配列で形成されても良い。
　このような構成によっても、既に説明した図８に示すコイル基材２２０と同様に、優れた磁界発生性能が得られる。また更に、コイル基材３２０の貫通孔３２１は、コイル基材２２０の貫通孔２２１よりも面積を大きくできる。よって、更に効率良く磁界を発生することができる高性能な冷凍回路１が得られる。
　なお、上記の例では、貫通孔３２１の断面形状は、略三角形状であるが、貫通孔３２１の断面形状及び配列はこれに限定されるものではない。貫通孔３２１の断面形状としては、正方形、長方形、台形その他四角形状、五角形、六角形、楕円形その他種々の形状を採用することができる。また、貫通孔３２１の配列数、配列形式についても種々の形態を採用可能である。
　図１０は、本発明の他の実施形態に係るコイル１４のコイル基材４２０を示す断面図である。図１０は、コイル基材４２０の横断面を示している。図１０に示すように、コイル基材４２０には、複数の円管部４１９が接合された形態である。
　具体的には、円管部４１９は、略円管状の形態をなし、それぞれの円管部４１９に略円形状の断面となる貫通孔４２１が形成されている。コイル基材４２０は、複数の円管部４１９が並列に接合されたような形態をなしている。即ち、貫通孔４２１は、コイル基材４２０の断面においてコイル１４の巻き径方向に並んでいる。
　このような構成によっても、図６から図９を参照して既に説明したコイル基材２０、１２０、２２０、３２０と同様に、コイル１４の巻き軸方向の長さを短くすることができ、コンパクトで強い磁界を発生することができる高性能なコイル１４が得られる。貫通孔４２１の断面は、略円形状であるので、二酸化炭素を冷媒として採用する際の高圧にも耐え得る。
　また、円管部４１９は、それぞれが円管状に加工された後に、ロー付け等によって互いに接合されても良い。これにより、コイル１４の加工が容易になり、冷凍回路１の生産性が向上する。
　また、貫通孔４２１、即ち円管部４１９は、図１０に示すように一列に並んでいても良いし、図示を省略するが、複数列に並べられても良い。円管部４１９が複数列設けられることにより、貫通孔４２１の合計面積を大きくすることができる。よって、コイル１４は、更に効率良く磁界を発生することができる。
　なお、円管部４１９の断面は、円形の他、長円形、楕円形、角管状等その他の形状でも良い。
　以上説明のとおり、本実施形態は、以下の特徴を有する。
（１）狭い領域に冷却液を循環させることができる複数の微細孔としての貫通孔２１、１２１、２２１、３２１、４２１が形成された断面形状のコイル１４に電流と冷却液を流す構造。
（２）前記（１）の冷却液をハイドロフルオロカーボン系あるいはハイドロフルオロオレフィン系の冷媒や、二酸化炭素の単一冷媒、または、それらの混合物を冷却液とした冷却方法。
（３）前記（２）の冷媒を循環させる冷凍回路１の回路構成。
（４）冷媒と電流を流すことができるコイル１４と冷媒配管１０との接続部２５の構成。
　なお、図示を省略するが、コイル１４は、円錐形状に巻かれた構成が採用されても良い。これにより、コイル１４に流す電流に対して、円錐形状の内部に発生する磁界が大きくなる。よって、コイル１４に流れる電流を相対的に小さくすることができ、コイル１４を冷却する冷凍回路１の構成をより簡略化することができる。
　以上のとおり、本発明の実施形態によれば、冷凍回路１は、コイル１４を直接冷媒で冷却できる構造及び回路構成である。よって、コイル１４に大電流を流しても磁界発生に好適な冷却を効率的に行うことができ、安定的に所定の磁界を発生させることができる磁界発生装置が実現する。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。
１     冷凍回路
１０   冷媒配管
１１   圧縮機
１２   凝縮器
１３   膨張弁
１４   コイル
２０、１２０、２２０、３２０、４２０      コイル基材
２１、１２１、２２１、３２１、４２１      貫通孔
２２   入口側
２３   出口側
２４   絶縁材料
２５   接続部
２６   コイル側継手
２７   コイル側フランジ
２８   配管側継手
２９   配管側フランジ
３０   コイル側絶縁材
３１   絶縁材
３２   配管側絶縁材
３３   支持部材
３５   高周波電流発生器
３６   電極
３７   電極
３８   配線
３９   配線
４１９ 円管部
ｄ１   内径
ｔ１   厚み
ｈ１   高さ
Ｔ１   蒸発温度
Ｔ２   凝縮温度
Ｓ１   圧縮過程
Ｓ２   放熱過程
Ｓ３   膨張過程
Ｓ４   蒸発過程

Claims (7)

  1. 　冷媒配管を介して接続された圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を具備し、
    　前記蒸発器は、冷媒を流す複数の貫通孔が形成されたコイル基材がソレノイド状に巻かれたコイルから形成されており、
    　前記コイルは、磁界を発生することを特徴とする冷凍回路。
  2. 　前記貫通孔は、前記コイル基材の断面において前記コイルの巻き径方向に並んでいることを特徴とする請求項１に記載の冷凍回路。
  3. 　前記コイル基材は、断面が矩形状であり前記断面の長辺が前記コイルの巻き径方向を向くよう巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍回路。
  4. 　前記コイルは、絶縁材料で被覆されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の冷凍回路。
  5. 　前記コイルの入口側及び出口側に接続され交番電流を流す高周波電流発生器を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の冷凍回路。
  6. 　前記コイルの入口側及び出口側の継手は、絶縁材を介して前記冷媒配管に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の冷凍回路。
  7. 　前記冷媒としてハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、二酸化炭素またはこれらの混合冷媒が用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の冷凍回路。
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JPH0955322A (ja) * 1995-08-11 1997-02-25 Toshiba Corp 変圧器
CN110975152A (zh) * 2019-12-17 2020-04-10 华中科技大学 一种可连续工作的磁刺激装置及方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0955322A (ja) * 1995-08-11 1997-02-25 Toshiba Corp 変圧器
CN110975152A (zh) * 2019-12-17 2020-04-10 华中科技大学 一种可连续工作的磁刺激装置及方法

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