(57)【要約】【課題】液体スロッシング現象により液滴が発生した場合においても冷媒の放出口からミスト状冷媒が放出されることを防いだり、吸込口から冷凍システムへミスト状冷媒が吸込まれることを防止することができる極低温冷凍装置を提供する。【解決手段】吸込口１５に、気液分離器１６を取り付けることにより、ミスト状冷媒は気液分離器１６によって液体と気体に分離し、液状冷媒は滴下して液室１２内にとどまり、冷凍システムへはガス状冷媒しか送られないため、冷凍システムの負荷が増大することなく能力を一定に保つことができる。気液分離器１６を取り付けたことにより、圧損が大きくなる場合には、吸込口を２箇所以上に設けることもできる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から定常的に振動を受ける、超電導コイルを浸漬するための液化ガスが収納された液室を備え、該液室から気化した冷媒が放出される放出口の端部にミスト状冷媒を気体と液体に分離する気液分離器を具備することを特徴とする極低温冷凍装置。
【請求項２】
外部から定常的に振動を受ける、超電導コイルを浸漬するための液化ガスが収納された液室と、該液室に供給する液化ガスを生成する冷凍システムを備え、前記液室から冷凍システムへつながるガス状冷媒を吸い込む吸入口の端部にミスト状冷媒を気体と液体に分離する気液分離器を具備することを特徴とする極低温冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の極低温冷凍装置において、前記放出口又は吸入口を複数個並列に配置することを特徴とする極低温冷凍装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の極低温冷凍装置において、前記超電導コイルは磁気浮上式鉄道車両に搭載することを特徴とする極低温冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍装置に係り、特に、超電導磁気浮上式鉄道車両に搭載される極低温冷凍装置に関するものである。
【０００２】
なお、本願において、ミスト状冷媒とは、気体と液体が混合した状態の冷媒をいい、ガス状冷媒とは、気体のみの状態の冷媒をいう。液状冷媒とは液体のみの状態の冷媒をいう。
【０００３】
【従来の技術】
図５は従来の第１の極低温冷凍装置の模式図、図６は従来の第２の極低温冷凍装置の模式図である。
【０００４】
図５において、１０１は外槽容器、１０２はその外槽容器１０１内に配置される液室、１０３はその液室１０２に配置される超電導コイル、１０４は液室１０２内部で超電導コイル１０３を浸漬し、超電導状態に冷却するヘリウムなどの液化ガス（液状冷媒）、１０５は液室１０２から気化したガス状冷媒が放出される放出口、１０６は外部に冷媒を放出する配管、１０７は外部から冷媒を供給する配管、１０８は外部から冷媒を供給する供給口である。なお、矢印は冷媒の流れを示している。
【０００５】
また、図６において、１１１は外槽容器、１１２は外槽容器１１１内に配置される液室、１１３はその液室１１２に配置される超電導コイル、１１４は液室１１２内部で超電導コイル１１３を浸漬し、超電導状態に冷却するヘリウムなどの液化ガス（液状冷媒）、１１５は液室１１２から気化したガス状冷媒を吸い込むための吸込口、１１６は外部に冷媒を吸い出し、冷凍システムへ導出する配管、１１７は配管１１６及び配管１１９に接続される冷凍器、１１８はその冷凍器１１７に接続される圧縮機ユニット、１１９は冷凍器１１７から液室１１２へ冷媒を吐出する配管、１２０は冷媒を吐出する吐出口である。なお、矢印は冷媒の流れを示している。
【０００６】
従来の、液室１０２から大気へ開放される放出口１０５（図５）や、冷凍システムへとガス状冷媒を吸い込む吸込口１１５（図６）は、円形断面の単純な開構造となっている。したがって、例えば、磁気浮上式鉄道用超電導コイルに用いられているような場合には、その走行時に定常的に振動を受け、その振動がある大きさ以上となると、液室１０２，１１２内の液化ガス（液状冷媒）１０４，１１４がミスト状態となり、上記放出口１０５や吸込口１１５からミスト状冷媒が配管１０６，１１６へ容易に吸い込まれることになる。
【０００７】
なお、下記の
【特許文献１】に開示されるように、主冷凍システムから送られた気液混合のミスト状態のヘリウムから液体と気体を分離して液体のみを液室に滴下させるようにした極低温冷凍装置は、既に公知である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−１３６４６９号公報  第３−４頁  図１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、磁気浮上式鉄道用超電導コイルのように、外部から定常的に振動を受ける超電導コイルに付属している液室においては、内部の液化ガスと液室が連成して振動する液体スロッシングと呼ばれる現象が発生することがある。この場合、振動がある大きさ以上となると、液化ガスの表面の振動が大きくなるばかりではなく、その表面波の先端部が崩壊して液滴状態、いわゆるミスト状態となることが知られている。
【００１０】
このように、ミスト状態になった冷媒が放出されたり、吸い込まれたりすると、以下のような問題を引き起こす。
【００１１】
（１）ミスト状冷媒が、図５に示すように、液室１０２から放出口１０５を経て大気へ放出されると冷媒が著しく減少し、超電導コイル１０３を冷却している時間が減少する。
【００１２】
（２）ミスト状冷媒が、図６に示すように、液室１１２の吸込口１１５から冷凍システムへ吸い込まれると、そのミスト状冷媒は配管１１６及び冷凍器１１７内において気化する。そのミストが冷凍器１１７内で気化した場合は、冷凍器１１７が過度に冷却されて、正常運転時より冷凍能力が低下することになる。
【００１３】
本発明は、上記状況に鑑みて、液体スロッシング現象により液滴が発生した場合においても冷媒の放出口からミスト状冷媒が放出されることを防いだり、吸込口から冷凍システムへミスト状冷媒が吸込まれることを防止することができる極低温冷凍装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を解決するために、
〔１〕極低温冷凍装置において、外部から定常的に振動を受ける、超電導コイルを浸漬するための液化ガスが収納された液室を備え、この液室から気化した冷媒が放出される放出口の端部にミスト状冷媒を気体と液体に分離する気液分離器を具備することを特徴とする。
【００１５】
〔２〕極低温冷凍装置において、外部から定常的に振動を受ける、超電導コイルを浸漬するための液化ガスが収納された液室と、この液室に供給する液化ガスを生成する冷凍システムを備え、前記液室から冷凍システムへつながるガス状冷媒を吸い込む吸入口の端部にミスト状冷媒を気体と液体に分離する気液分離器を具備することを特徴とする。
【００１６】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の極低温冷凍装置において、前記放出口又は吸入口を複数個並列に配置することを特徴とする。
【００１７】
〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の極低温冷凍装置において、前記超電導コイルは磁気浮上式鉄道車両に搭載することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１実施例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【００２０】
この図において、１は外槽容器、２はその外槽容器１内に配置される液室、３はその液室２に配置される磁気浮上式鉄道用超電導コイル、４は液室２内部で超電導コイル３を浸漬し、超電導状態に冷却するヘリウムなどの液化ガス（液状冷媒）、５は液室２から気化したガス状冷媒が放出される放出口、６はその放出口５の端部に配置される気液分離器、７は外部に冷媒を放出する配管、８は外部から冷媒を供給する配管、９は外部から冷媒を供給する供給口である。なお、矢印は冷媒の流れを示している。
【００２１】
上記したように、液室２から気化したガス状冷媒が放出される放出口５に、例えばメッシュ状の金属からなる気液分離器６を取り付けることにより、ミスト状冷媒は気液分離器６によって分離され、液状冷媒は直ちに滴下して液室２内にとどまり、外部に冷媒を放出する配管７へはガス状冷媒しか送られないため、冷媒の減少を抑えることが出来る。補充すべき冷媒は外部から冷媒を供給する配管８から液室２へ供給口９を介して補充される。
【００２２】
図２は本発明の第１実施例の変形例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【００２３】
この変形例では、液室２から気化した冷媒が放出される２個の放出口５Ａ，５Ｂを配置し、それぞれに気液分離器６Ａ，６Ｂを設けるようにしている。
【００２４】
このように構成することにより、図１に示すように１個のみの気液分離器を取り付けたことにより圧損が大きくなる場合にも、圧損を低減し、確実に、かつ効率よくガス状冷媒を放出することができる。
【００２５】
なお、上記した例では、２個の放出口を配置するようにしたが、これに限定するものではなく、コストを考慮して適宜放出口の数を増加させるようにしてもよい。
【００２６】
図３は本発明の第２実施例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【００２７】
この図において、１１は外槽容器、１２はその外槽容器１１内に配置される液室、１３はその液室１２に配置される磁気浮上式鉄道用超電導コイル、１４は液室１２内部で超電導コイル１３を浸漬し、超電導状態に冷却するヘリウムなどの液化ガス（液状冷媒）、１５は液室１２から気化したガス状冷媒を吸い込むための吸込口、１６はその吸込口１５の端部に配置される気液分離器、１７は外部に冷媒を吸い出し、冷凍システムへ導出する配管、１８は配管１７及び配管２０に接続される冷凍器、１９はその冷凍器１８に接続される圧縮機ユニット、２０は冷凍器１８から液室１２へ冷媒を吐出する配管、２１は冷媒を吐出する吐出口である。なお、ここでは、冷凍器１８と圧縮機ユニット１９とを一括する場合には、冷凍システムと呼ぶことにし、図３中の矢印は冷媒の流れを示している。
【００２８】
上記したように、液室１２から気化したガス状冷媒を吸い込むための吸込口１５に、例えばメッシュ状の金属からなる気液分離器１６を取り付けることにより、ミスト状冷媒は気液分離器１６によって分離され、液状冷媒は直ちに滴下して液室１２内にとどまり、冷凍システムへはガス状冷媒しか送られないため、冷凍器１８の冷凍能力を一定に保つことが出来る。
【００２９】
図４は本発明の第２実施例の変形例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【００３０】
この変形例では、液室１２から気化した冷媒が放出される２個の吸込口１５Ａ，１５Ｂを配置し、それぞれに気液分離器１６Ａ，１６Ｂを設けるようにしている。その他の部分は、図３に示した部分と同様であり、符号を同じくしてそれらの説明は省略する。
【００３１】
このように構成することにより、図３に示すように、１個のみの気液分離器を取り付けたことにより、圧損が大きくなる場合にも、２個の吸込口１５Ａ，１５Ｂを有することにより、圧損を低減し、確実に、かつ効率よく冷媒を吸い出すことができる。
【００３２】
なお、上記した例では、２個の吸込口を配置するようにしたが、これに限定するものではなく、コストを考慮して適宜吸込口の数を増加させるようにしてもよい。
【００３３】
上記したように、放出口や吸込口に、例えばメッシュ状の金属といった気液分離器を取り付けることにより、ミスト状冷媒は気液分離器によって分離され、液状冷媒は滴下して液室内にとどまり、大気開放口や冷凍システムへはガス状冷媒しか送られないため、冷媒の減少を防ぎ、冷凍器の負荷を増大させることなく能力を一定に保つことができる。また、気液分離器を取り付けたことにより、圧損が大きくなる場合には、吸込口を２箇所以上設けることもできる。
【００３４】
また、第１実施例における供給口や第２実施例における吐出口にも気液分離器を配置するようなことは適宜実施することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３７】
（Ａ）液体スロッシング現象によりミストが発生した場合においても、ミスト状冷媒は気液分離器によって分離され、液状冷媒は直ちに滴下して、液室内にとどまるとともに、大気への放出口からミスト状冷媒が放出されることを防止することができるため、液室の放出口から大気へ開放されるミスト状冷媒が著しく減少することになり、冷媒の保持につながることから、超電導コイルを冷却できる時間を減少させることなく、また、極低温冷凍装置の能力も一定に保つことができる。
【００３８】
（Ｂ）液体スロッシング現象によりミスト状冷媒が発生した場合においても、ミスト状冷媒は気液分離器によって分離され、液状冷媒は直ちに滴下して、液室内にとどまるとともに、吸込口から冷凍システムへミスト状冷媒が吸い込まれることを防止することができる。それにより、冷凍器の負荷が増加するのを抑制することができ、冷凍器の効率を高めることができる。一般に、冷凍器の能力を増大させることは、冷凍システムの電力消費量の増大ばかりではなく、重量や容積も増加させることとなるが、本発明によれば、冷凍器の能力を増大させる必要がなくなり、冷凍システムの電力消費が抑制され、重量や容積も抑制できることから、磁気浮上式鉄道用超電導コイルのように電源容量が限られていたり、重量や容積に制約がある場合には、特に有利である。
【００３９】
（Ｃ）ミスト状冷媒の放出口や吸込口を複数にすることにより、圧損を低減することができ、確実に、かつ効率よくガス状冷媒のみを放出または吸い込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施例の変形例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【図４】本発明の第２実施例の変形例を示す極低温冷凍装置の模式図である。
【図５】従来の第１の極低温冷凍装置の模式図である。
【図６】従来の第２の極低温冷凍装置の模式図である。
【符号の説明】
１，１１    外槽容器
２，１２    外槽容器に配置される液室
３，１３    超電導コイル
４，１４    液化ガス（液状冷媒）
５，５Ａ，５Ｂ    放出口
６，６Ａ，６Ｂ，１６，１６Ａ，１６Ｂ    気液分離器
７    外部へ冷媒を放出する配管
８    外部から冷媒を供給する配管
９    供給口
１５，１５Ａ，１５Ｂ    吸込口
１７    外部へ冷媒を吸い出し、冷凍システムへ導出する配管
１８    冷凍器
１９    圧縮機ユニット
２０    冷凍システムから液室へ冷媒を吐出する配管
２１    吐出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004179443.tif 000006
【図５】
2004179443.tif 000007
【図６】
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