JP2005095318A - 極低温ガス供給装置 - Google Patents

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義則 溝口
Tomoyoshi Kamoshita
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Abstract

【目的】呼気用ガスや、スポーツ傷害の際のアイシング処置に必要な冷媒が安定して連続的に得られる装置を得る。
【構成】容器７に取込んだ空気を、圧縮機１、蓄冷器２、パルスチューブ３、コールドヘッド４、イナータンスチューブ５、バッファタンク６からなるパルスチューブ方式の極低温冷凍機により冷却して液化酸素を分離し、液化酸素取出し口１２より取出された液化酸素を、取込まれる空気との熱交換により気化させたのち呼気として使用し、極低温ガス取出し口から取出したガスをアイシング用の冷媒ガスとして使用する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、極低温冷凍機により空気を冷却し、酸素リッチガス、および窒素を主成分とする極低温ガスを得る極低温ガス供給装置に関する。
病院等においては、患者の健康維持のために呼気として酸素リッチなガスを供給する方法が採られている。またこのほか、例えば各種の運動選手等においては、ハードな運動の後に酸素リッチなガスを呼気として供給し、急速な回復を図る等の措置が採られている。酸素ガスは、通常、ＰＳＡを用いて空気中の酸素と窒素を分離する方法、極低温冷凍機を用いて空気を冷却し、液化温度の差を利用して酸素と窒素をそれぞれ液化して分離する方法、あるいはＰＡＳと極低温冷凍機とを組み合わせて処理する方法等によって製造されており、製造された酸素を大小の貯蔵容器に貯え、これより採りだしている。すなわち、病院等においては、通常、ガス供給センターに据え付けられた大型の貯蔵容器より配送する方式が採られており、上記の運動選手等に用いられている呼気用の酸素リッチガスは、可搬式の小型貯蔵容器より取出している。
一方、昨今、疲労性のスポーツ傷害、例えば、捻挫、肉離れ、腱炎、滑液包炎等のスポーツ傷害を生じた場合や、術後のリハビリテーションの際には、患部を冷却するアイシング処置を行うことが常識となっている。このようにアイシング処置を行うと、炎症反応による代謝変化が低下し、浮腫（腫脹）が最低限に抑えられるので、痛みと神経の興奮が軽減され、治癒過程が促進されることとなる。上記のごときスポーツ傷害の発生場所は特定個所に限定されないので、このアイシング処置も任意の場所で実施可能であることが要求される。このため、アイシング処置に用いられる冷却手段には、可搬式の小型貯蔵容器に収納された冷媒が用いられている。
上記のように、従来、呼気用の酸素リッチガスには可搬式の小型貯蔵容器に貯蔵されたガスが用いられており、また、疲労性のスポーツ傷害の際のアイシング処置にも、可搬式の小型貯蔵容器に貯蔵された冷媒が用いられている。このように、可搬式の小型貯蔵容器に貯蔵されたガスや冷媒を用いれば任意の位置で使用できるので、場所の制約を受けることなく随時適切な措置を講ずることが可能である。しかしながら、この種の方式においても、以下のごとき問題点がある。
すなわち、この種の方式では可搬式の小型貯蔵容器に貯蔵されたガスや冷媒を用いているので、使用可能なガスや冷媒の量が貯蔵量によって限定され、長時間にわたって連続的に使用することが困難である。このため、長時間に渡ってこれらの措置を講じる必要がある場合には、小型貯蔵容器を適宜新規の容器と交換して運転を継続する等の方法が採られている。したがって、この種の方法を用いる際には、補充用の貯蔵容器を予め備えておく必要があるので場所が制約され、かつ、使用コストも高くなるという難点がある。
本発明は、このような従来技術の難点を考慮してなされたもので、本発明の目的は、呼気用に使用可能な酸素リッチガスや、疲労性のスポーツ傷害の際のアイシング処置に必要な冷媒が、場所や時間の制約を受けることなく安定して連続的に得られる極低温ガス供給装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明においては、導入した空気を極低温冷凍機で冷却し、酸素を液化分離することによって、液化酸素と窒素を主成分とする極低温ガスとを得る極低温ガス供給装置において、上記の液化酸素を導入する空気との熱交換により気化させたのち呼気として用いることとする。また、上記の極低温ガスを身体のアイシング処置に用いることとする。
空気を酸素の液化温度以下、窒素の液化温度以上に冷却すれば、酸素が液化分離され、液化酸素と窒素を主成分とする極低温ガスとが得られる。この液化分離により得られた液化酸素を気化させると極めて酸素濃度の高い酸素リッチガスが得られるので、呼気として用いるのに好適である。また、極低温ガスは酸素の液化温度近傍の低温のガスであるのでアイシング用に用いることができる。したがって、この空気を冷却して酸素を液化分離する操作をパルスチューブ方式等の極低温冷凍機により行うこととすれば、呼気用の酸素リッチガスや、疲労性のスポーツ傷害の際のアイシング処置に必要な冷媒が、場所および時間の制約を受けることなく安定して連続的に得られることとなる。
本発明は、パルスチューブ方式等の極低温冷凍機によって、空気より酸素を液化分離して液化酸素と極低温ガスを生成し、液化酸素より得られた酸素リッチガスを呼気として使用するとともに、極低温ガスをアイシング処置用の冷媒として用いることを最も望ましい形態とする。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の極低温ガス供給装置の一実施例のシステム構成図で、極低温冷凍機としてパルスチューブ方式冷凍機を用いて構成されている。パルスチューブ方式冷凍機は、圧縮機１、蓄冷器２、パルスチューブ３、コールドヘッド４、イナータンスチューブ５、バッファタンク６により構成されている。コールドヘッド４は断熱構造の容器７内に配設されており、コールドヘッド４に連結された蓄冷器２の他端は容器７の上面を貫通して圧縮機１に連結されている。また、コールドヘッド４に連結されたパルスチューブ３の他端は容器７の上面を貫通してイナータンスチューブ５に連結されており、イナータンスチューブ５の他端はバッファタンク６に連結されている。圧縮機１は、図示されていないピストンとこのピストンを駆動するリニアモーターを内蔵しており、制御装置２２からリニアモーターへと交流電力を送り、ピストンを往復運動させて作動流体であるヘリウムガスを圧縮膨張させることによってコールドヘッド４が冷却される。冷凍機の冷却出力は、リニアモーターへ印加する交流電圧を制御することによって所定の値に保持される。
容器７には、外部より空気を取込むための空気供給口１１、空気の液化分離により得られた液化酸素を取出すための液化酸素取出し口１３、および液化分離に伴って得られた窒素を主成分とする極低温ガスを取出すための極低温ガス取出し口１２が備えられており、コールドヘッド４の下部には液化分離される液化酸素の温度を計測するための温度センサー１５を付設した伝熱手段が配設されている。上記の液化酸素取出し口１３より取出された液化酸素は、熱交換器１７へと送られて外部より取込む空気の冷却に用いられ、加温されて酸素リッチガスとして取出される。また、極低温ガス取出し口１２より取出された極低温ガスは、熱交換器１８に送られて所定の温度に調整されたのちアイシング用冷媒ガスとして取出される。
本構成の極低温ガス供給装置において、極低温冷凍機を運転すると、コールドヘッド４の温度降下に伴って容器７の内部空間に取込まれた空気が冷却される。温度センサー１５により温度を計測し、温度設定値が酸素の液化温度の−183.0℃以下となるよう設定して運転を継続すると、この設定値に達するまで空気が冷却される。空気の温度が酸素の液化温度の−183.0℃に到達した時点から空気中の酸素の液化が始まり、上記の温度設定値に到達した時点からこの温度設定値を維持するように制御装置２２によって極低温冷凍機の運転が制御される。この時点で、図示されていない送風機を用いて空気供給口１１より容器７の内部へと空気を送り込むと、空気は冷却されて含まれる酸素が液化され、容器７の底部に液化酸素が貯えられ、液化酸素が分離された窒素を主成分とする極低温ガスが極低温ガス取出し口１２より排出される。したがって、空気を継続して供給すれば、液化酸素と極低温ガスが連続して得られることとなり、呼気用の酸素リッチガスとアイシング用の冷媒が間断なく得られることとなる。
上記のように、本発明の極低温ガス供給装置を用いれば酸素リッチガスと窒素ガスを主成分とする極低温ガスが連続して得られるので、呼気用の酸素リッチガスを必要とする病院や家庭での健康管理設備としての使用が見込まれる。また、上記の極低温ガスは疲労性のスポーツ傷害の際のアイシング処置に必要な冷媒として好適であるので、アイシング処置が必要となる各種運動施設の健康管理設備として使用可能である。
本発明の極低温ガス供給装置の一実施例のシステム構成図
符号の説明
１ 圧縮機
２ 蓄冷器
３ パルスチューブ
４ コールドヘッド
５ イナータンスチューブ
６ バッファタンク
７ 容器
１７ 熱交換器
１８ 熱交換器

Claims (2)

  1. 導入した空気を極低温冷凍機で冷却し、酸素を液化分離することによって、液化酸素と窒素を主成分とする極低温ガスとを得る極低温ガス供給装置で、前記の液化酸素を導入される前記空気との熱交換により気化させたのち呼気として用いる極低温ガス供給装置。
  2. 導入した空気を極低温冷凍機で冷却し、酸素を液化分離することによって、液化酸素と窒素を主成分とする極低温ガスとを得る極低温ガス供給装置で、前記の極低温ガスを身体のアイシング処置に用いる極低温ガス供給装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102297540A (zh) * 2011-07-12 2011-12-28 浙江大学 利用汽车振动能的脉管制冷机系统
KR101939329B1 (ko) * 2017-08-30 2019-01-16 한국항공우주연구원 극저온 가스 공급 장치
CN112220608A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 中国科学院理化技术研究所 一种超低温局部冷疗系统

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