JP5584885B2

JP5584885B2 - ガス発生装置用熱交換器及びガス発生装置

Info

Publication number: JP5584885B2
Application number: JP2010135356A
Authority: JP
Inventors: 眞利柴田; 芳典菊地
Original assignee: Sibata Scientific Tech Ltd
Current assignee: Sibata Scientific Tech Ltd
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-06-14
Also published as: JP2012000537A

Description

本発明は、例えば、動物や細胞の暴露実験などの生物化学的実験装置、各種消毒用のガス発生装置、ガス散布装置、加湿装置、及びエバポレータなどとして使用され、大容量のガスを長時間にわたって安定して供給するためのガス発生装置に関するものである。

従来、ガスを長時間にわたって供給するためのガス発生装置として、清浄化装置を備えたコンプレッサーと、コンプレッサーに連設されたネブライザーと、ネブライザーに２段に連設された１次及び２次の恒温槽付き熱交換器と、適宜数のチャンバへ流量計を介して接続する接続管を有するバッファータンクとからなるものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１のガス発生装置は、コンプレッサーからの清浄空気を三方に分岐し、それぞれに流量計を介して、その一つをネブライザーの噴霧用に、他の一つをネブライザーで生成されたガスのキャリアーの補充用に、さらに他の一つを２次熱交換器内の希釈混合用に供給し、生物化学的実験に使用される希釈ガスを生成するものである。

また、特許文献１のガス発生装置の変形例として、ネブライザーに代え、例えば図４に示すように、有底円筒状に形成され、液体試料を収容するホウ珪酸ガラス製の蒸発缶１１０と、コンプレッサー１２０に連設されると共に、蒸発缶１１０の液体試料内に挿入され、液体試料に空気を吹き込む多孔質ガラスのバブラー１３０とを備えるガス発生装置１００が知られている。

特開昭５９−１８３８２４号公報

しかしながら、特許文献１のガス発生装置においては、ネブライザーから噴霧された試料がミスト状になり、飽和蒸気を生成するための１次及び２次熱交換器をそのまま素通りする傾向があるため、安定したガスの濃度管理を行なうことができないとの問題がある。

また、図４に示すガス発生装置においては、バブラーからの発生空気量を多くするに従い、バブラーから噴射された小さな泡同士が結合して大きな泡となるため、熱交換効率が悪化し、単位体積当たりの濃度が低くなるという問題がある。

そこで、本発明は、安定したガスの濃度管理が可能なガス発生装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明に係るガス発生装置は、液体試料を収容可能な試料収容室、及び前記試料収容室の上方に設けられると共に、仕切り板によって前記試料収容室と仕切られ、液体試料を加熱して気化させることが可能な熱媒を収容可能な加熱室を備える外管と、上端が前記外管の加熱室より上方に位置し、下端が前記外管の試料収容室の液体試料に浸されるように前記外管内に設けられ、前記外管の加熱室に対応する位置において気化された気体試料が上昇可能な少なくとも１つの上昇管と、前記上昇管内に向けて空気を噴射することにより該上昇管内に液体試料によって膜が形成された気泡を形成可能な気泡形成機構とを備え、前記気泡は、前記気泡の表面が前記上昇管の内面と接するように形成されるものであることを特徴とする。

このように、本発明に係るガス発生装置によれば、上昇管内を上昇する気泡の表面が上昇管の内面と接するため、上昇管内の気泡の上昇に伴って上昇管の内面に液体試料の薄膜が形成される。これにより、液体試料に対する境膜伝熱抵抗が小さくなるため、熱交換効率の向上を可能とし、安定したガスの濃度管理を可能とすることができる。

本発明に係るガス発生装置において、前記外管は、前記加熱室の上方に設けられると共に、仕切り板によって前記加熱室と仕切られた気液分離室を更に備え、前記上昇管は、上端が前記外管の気液分離室内に位置するように設けられ、前記外管の気液分離室は、前記上昇管内を上昇して該気液分離室に到達した試料のうち、気体試料と液体試料とを分離可能なように構成されていることが好ましい。

また、本発明に係るガス発生装置において、上端が前記外管の気液分離室内に位置し、下端が前記外管の試料収容室内に位置するように、前記外管内に設けられ、前記外管の気液分離室において分離された液体試料を前記外管の試料収容室に流下させるように構成された少なくとも１つの降下管を更に備えることが好ましい。このように、外管の気液分離室において分離された液体試料を外管の試料収容室に流下させるように構成された降下管を備えることにより、降下管の内面に薄膜を形成させながら液体試料を流下させ、外管の加熱室に対応する位置において気化させることができるため、より大量の気体試料（ガス）を発生させることができる。

以上のように、本発明によれば、安定したガスの濃度管理が可能なガス発生装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るガス発生装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態に係るガス発生装置の熱交換器の概略構成を示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るガス発生装置の全体構成を示す模式図である。従来のガス発生装置の全体構成を示す模式図である。

次に、本発明の一実施形態に係るガス発生装置について、図面に基づいて説明する。本実施形態に係るガス発生装置１は、図１に示すように、液体試料を加熱してガス（気体試料）を発生させる熱交換器２と、熱交換器２により発生されたガスを所定の温度で冷却して飽和蒸気を生成する冷却器４０と、熱交換器２及び冷却器４０にそれぞれ空気を供給可能な空気供給源５０と、消費した液体試料を補充するための補助タンク６０とを備えている。

熱交換器２は、図１及び図２に示すように、液体試料及び液体試料を加熱して気化させるための熱媒を収容する外管１０と、外管１０内に設けられた複数の上昇管２０及び降下管２４と、上昇管２０内に液体試料によって膜が形成された気泡を形成させる気泡形成機構３０とを備えている。

外管１０は、例えばホウ珪酸ガラスやＰＴＦＥなどからなり、液体試料が収容された試料収容室１４と、試料収容室１４の上方に設けられ、液体試料を加熱して気化させることが可能な熱媒が収容された加熱室１２と、加熱室１２の上方に設けられた気液分離室１６とを備えている。

試料収容室１４は、円筒状に形成され、所定量の液体試料が収容されている。この試料収容室１４の周面には、液体試料を試料収容室１４内に流入させるための液体試料流入部１４ｃが形成され、この周面の上端及びその近傍並びに下端及びその近傍には、それぞれ周方向外側に突出する上部フランジ１４ａ及び下部フランジ１４ｂが周方向全域に亘って形成されている。また、試料収容室１４の下端は、気泡形成機構３０の後述する底板部材３４によって閉塞されており、この底板部材３４には、試料収容室１４内の液体試料を排出可能なドレインコック（図示せず）が設けられている。なお、試料収容室１４は、二重缶構造を有し、この二重缶に熱媒を流すことによって内部の液体試料を加熱するように構成されても良い。

試料収容室１４及び底板部材３４は、固定部材７０ａにより軸方向に固定されている。この固定部材７０ａは、リング状に形成された上部固定具７１ａと、上部固定具７１ａと同径のリング状に形成された下部固定具７２ａと、これら上部固定具７１ａ及び下部固定具７２ａを締結する締結部材７３ａと、リング状の補助リング７４ａとを備えている。この上部固定具７１ａの内周面の上端及びその近傍には、周方向内側に突出するフランジ７５ａが周方向全域に亘って形成されており、締結部材７３ａの締付けにより、上部固定具７１ａのフランジ７５ａと下部固定具７２ａとが補助リング７４ａ、試料収容室１４の下部フランジ１４ｂ及び底板部材３４を挟持し、これにより、試料収容室１４及び底板部材３４が軸方向に固定されるように構成されている。また、試料収容室１４の下端と底板部材３４との間には、気密性を確保するためのＯリング１９ａが設けられている。

加熱室１２は、試料収容室１４と同径の円筒状に形成され、熱媒となる液体又は蒸気などが収容されている。加熱室１２の周面の上方の位置には、熱媒を加熱室１２外に流出させるための熱媒流出部１２ｃが形成され、加熱室１２の周面の下方の位置には、熱媒を加熱室１２内に流入させるための熱媒流入部１２ｄが形成されている。これら熱媒流出部１２ｃ及び熱媒流入部１２ｄには、加熱室１２内の熱媒を循環させる循環路１８が接続されており、この循環路１８には、熱媒を加熱可能な加熱体１８ａと、熱媒を流動させるポンプ１８ｂとが設けられている。循環路１８を流動する熱媒は、循環路１８に設けられた加熱体１８ａ及び外管１０の気液分離室１６の温度を検知可能な温度指示調節計１８ｃにより、所定の温度に維持される。

また、加熱室１２の周面の上端及びその近傍並びに下端及びその近傍には、それぞれ周方向外側に突出する上部フランジ１２ａ及び下部フランジ１２ｂが周方向全域に亘って形成されている。

加熱室１２は、試料収容室１４及び加熱室１２の中心軸が同軸となるように、試料収容室１４の上端及び加熱室１２の下端を閉塞する仕切り板１１ａを介して試料収容室１４の上方に載置され、試料収容室１４及び底板部材３４の固定に用いられた固定部材７０ａと同様の構成からなる固定部材７０ｂにより、試料収容室１４に固定されている。この固定部材７０ｂの下部固定具７２ｂの内周面の下端及びその近傍には、固定部材７０ａの下部固定具７２ａと異なり、周方向内側に突出するフランジ７６ｂが周方向全域に亘って形成されており、締結部材７３ｂの締付けにより、上部固定具７１ｂのフランジ７５ｂと下部固定具７２ｂのフランジ７６ｂとが補助リング７４ｂ、試料収容室１４の上部フランジ１４ａ、加熱室１２の下部フランジ１２ｂ及び補助リング７４ｂを挟持し、これにより、試料収容室１４及び加熱室１２が軸方向に固定されるように構成されている。また、試料収容室１４の上端と仕切り板１１ａとの間、及び仕切り板１１ａと加熱室１２の下端との間には、気密性を確保するためのＯリング１９ｂ、１９ｃがそれぞれ設けられている。

気液分離室１６は、加熱室１２及び試料収容室１４と同径かつ上端が閉塞された円筒状に形成されている。気液分離室１６の周面の上端近傍には、軸方向と直行する方向に突出する円筒状の流出部１６ｂが形成され、この流出部１６ｂは、上昇管２０内を上昇して気液分離室１６内に流入したガスを冷却器４０へと流出可能に構成されている。この流出部１６ｂの突出した先端及びその近傍には、周方向外側に突出するフランジ１７が周方向全域に亘って形成されている。気液分離室１６の周面の下端及びその近傍には、周方向外側に突出する下部フランジ１６ｃが周方向全域に亘って形成されている。

気液分離室１６には、ガスと共に上昇管２０内を上昇して気液分離室１６内に流入したミスト状の液体試料を凝縮させて液化させるように構成された還元部１６ａが設けられている。還元部１６ａは、上端が閉塞された円筒状に形成されると共に、その周面の上端近傍に、周方向に等間隔をおいて４つの開口が形成されている。この還元部１６ａは、下端が周方向外側に広がって気液分離室１６の内面と接合されており、還元部１６ａの下端側（図２中、下側）から還元部１６ａ内に流入したガス及びミスト状の液体試料のうち、液体試料を上端の閉塞部分において付着させて捕捉し、ガスを４つの開口から排出するように構成されている。

気液分離室１６は、加熱室１２及び気液分離室１６の中心軸が同軸となるように、加熱室１２の上端及び気液分離室１６の下端を閉塞する仕切り板１１ｂを介して加熱室１２の上方に載置され、試料収容室１４及び加熱室１２の固定に用いられた固定部材７０ｂと同様の構成及び形状からなる固定部材７０ｃにより、加熱室１２に固定されている。すなわち、締結部材７３ｃの締付けにより、上部固定具７１ｃのフランジ７５ｃと下部固定具７２ｃのフランジ７６ｃとが補助リング７４ｃ、加熱室１２の上部フランジ１２ａ、気液分離室１６の下部フランジ１６ｃ及び補助リング７４ｃを挟持し、これにより、加熱室１２及び気液分離室１６が軸方向に固定されるように構成されている。また、加熱室１２の上端と仕切り板１１ｂとの間、及び仕切り板１１ｂと気液分離室１６の下端との間には、気密性を確保するためのＯリング１９ｄ、１９ｅがそれぞれ設けられている。

上昇管２０は、例えばホウ珪酸ガラスやＰＴＦＥなどからなり、外管１０と比較して径の小さい円筒状に形成されている。この上昇管２０は、上端２１が外管１０の気液分離室１６内の還元部１６ａの下方に位置し、下端２２が外管１０の試料収容室１４の液体試料に浸されるように、かつ、上昇管２０内において発生したガスが上昇管２０内を上昇して上端２１より排出されるように、第１及び第２仕切板１１ａ、１１ｂを貫通して外管１０内に複数配置されている。

降下管２４は、例えばホウ珪酸ガラスやＰＴＦＥなどからなり、外管１０と比較して径の小さい円筒状に形成されている。この降下管２４は、上端２５が外管１０の気液分離室１６内の還元部１６ａの下方に位置し、下端２６が外管１０の試料収容室１４内に位置するように、かつ、外管１０の気液分離室１６によって液化した液体試料を外管１０の試料収容室１４に向けて流下させると共に、降下管２４内において発生したガスが降下管２４内を上昇して上端２５より排出されるように、第１及び第２仕切板１１ａ、１１ｂを貫通して外管１０内に複数配置されている。

気泡形成機構３０は、各上昇管２０、２０内に空気を噴射するノズル３２、３２と、ノズル３２、３２を保持する底板部材３４とを備えている。

ノズル３２は、円筒状に形成され、その径は、ノズル３２の上端及びその近傍が上昇管２０内に挿入可能で、かつノズル３２の上端及びその近傍が上昇管２０内に挿入された際に、ノズル３２の外周面と上昇管２０の内面との間に液体試料が通過可能な隙間が形成されるような大きさを有する。このノズル３２は、下端側が底板部材３４に保持されると共に、上端が上昇管２０内の液体試料に浸っている領域に位置し、かつノズル３２の上端と上昇管２０内の液体試料の水面との間に所定の間隔が形成されるように各上昇管２０内に挿入されている。

底板部材３４は、外管１０の試料収容室１４の下端を閉塞可能な板状に形成されている。この底板部材３４には、各ノズル３２、３２にそれぞれ連通された流路３４ａと、流路３４ａに空気を流入可能な流入部３４ｂとが形成されている。この流入部３４ｂは、電磁弁５１ａ、５１ｃ及びこれら電磁弁５１ａ、５１ｃの間に設けられた流量調節計５１ｂを介して空気供給源５０と接続されており、電磁弁５１ａ、５１ｃ及び流量調節計５１ｂによって流量が調整された空気が、空気供給源５０から供給されるように構成されている。

また、底板部材３４は、ノズル３２、３２を選択的に開放及び閉塞可能なバルブ状の閉塞部（図示せず）を備えており、この閉塞部を操作することにより、空気供給源５０から供給された空気を噴射させるノズル３２の本数を制御できるように構成されている。

熱交換器２は、気泡形成機構３０のノズル３２から上昇管２０内に噴射された空気によって、上昇管２０内に液体試料によって膜が形成された気泡を形成するように構成されている。この気泡は、液体試料の粘度に応じて、上昇管２０の径、上昇管２０の液体試料に浸っている部分の長さ、ノズル３２の上端と上昇管２０内の液体試料の水面との間の間隔、及び気泡形成機構３０によって供給される空気量などを適宜調整することによって、気泡の表面が上昇管２０の内面と接するように形成することができる。また、熱交換器２は、気泡形成機構３０が連続的に又は所定の間隔をおいて上昇管２０内に空気を噴射するように構成されることにより、上昇管２０内に気泡が連続的に形成されるように構成されている。

冷却器４０は、熱交換器２により生成されたガスを冷却して飽和蒸気を生成する冷却室４１と、冷却室４１の下方に設けられ、飽和蒸気及び空気を混合させて任意の濃度の希釈ガスを生成する希釈ガス生成室４６とを備えている。

冷却室４１は、上端が閉塞された円筒状に形成され、この冷却室４１の周面の上端近傍には、軸方向と直行する方向に突出する流入部４１ａが形成されている。この流入部４１ａは、熱交換器２の外管１０の気液分離室１６の流出部１６ｂと同径の円筒状に形成されており、熱交換器２の外管１０の気液分離室１６の流出部１６ｂから流出されたガスを冷却室４１内に流入可能に構成されている。流入部４１ａの突出した先端及びその近傍には、周方向外側に突出するフランジ４３が周方向全域に亘って形成されている。また、冷却室４１の周面の下端及びその近傍には、周方向外側に突出する下部フランジ４１ｂが周方向全域に亘って形成されている。

この冷却室４１の流入部４１ａは、冷却室４１の流入部４１ａ及び熱交換器２の気液分離室１６の流出部１６ｂの中心軸が同軸となるように、試料収容室１４及び加熱室１２の固定に用いられた固定部材７０ｂと同様の構成及び形状からなる固定部材７０ｅにより、気液分離室１６の流出部１６ｂに固定されている。すなわち、締結部材７３ｅの締付けにより、上部固定具７１ｅのフランジ７５ｅと下部固定具７２ｅのフランジ７６ｅとが補助リング７４ｅ、流出部１６ｂのフランジ１７、流入部４１ａのフランジ４３及び補助リング７４ｅを挟持し、これにより、冷却室４１及び気液分離室１６が軸方向に固定されるように構成されている。

冷却室４１は、冷媒が流動する冷却部４２ａと、冷媒の温度が所定の温度となるように制御する恒温槽４２ｂと、冷却器４０内の冷却温度を検知可能な温度指示調節計４２ｃとを備えている。

冷却部４２ａは、冷却室４１内に設けられた蛇管４５と、蛇管４５の外側を覆う冷却層４７とを備えている。

蛇管４５は、軸方向に伸びる螺旋状に形成された三重管構造を有している。この蛇管４５の下端には、恒温槽４２ｂと連通された冷媒流出部４５ａが形成されており、蛇管４５の上端から下端に向かって流動した冷媒が冷媒流出部４５ａから恒温槽４２ｂに流出されるように構成されている。

冷却部４２ａの冷却層４７は、冷却部４２ａが設けられた領域の冷却室４１を二重壁構造に形成すると共に、この二重壁の外壁及び内壁の間に冷媒を充填させることにより形成されている。冷却層４７の周面の下方の位置には、恒温槽４２ｂにより温度調節された冷媒を冷却層４７内に流入させる冷媒流入部４７ａが形成されている。この冷却層４７は、その上方の位置において蛇管４５の上端と連通しており、冷却層４７内の冷媒が蛇管４５内に流動されるように構成されている。

希釈ガス生成室４６は、冷却室４１と同径かつ下端が閉塞された円筒状に形成され、この希釈ガス生成室４６の下部には、所定量の液体試料が溜められることにより、下部液溜部４４が形成されている。この希釈ガス生成室４６の周面には、希釈ガス生成室４６内に空気を流入させる気体流入部４６ａと、希釈ガス生成室４６内において生成された希釈ガスを希釈ガス生成室４６内から流出させる気体流出部４６ｂと、後述する補助タンク６０の配管６０ａと接続し、補助タンク６０から供給される液体試料を下部液溜部４４に流入させる液体流入部４６ｄとが形成されている。これら気体流入部４６ａ及び気体流出部４６ｂは、希釈ガス生成室４６の下部液溜部４４よりも上方に形成され、液体流入部４６ｄは、希釈ガス生成室４６の下部液溜部４４に溜められた液体試料の水面上に位置するように形成されている。

この気体流入部４６ａは、電磁弁５２ａ、５２ｃ及びこれら電磁弁５２ａ、５２ｃの間に設けられた流量調節計５２ｂを介して空気供給源５０と接続されており、電磁弁５２ａ、５２ｃ及び流量調節計５２ｂによって流量が調整された空気が空気供給源５０から供給されるように構成されている。また、気体流出部４６ｂは、電磁弁８１ａ、８２ａ、８３ａ、フローコントロールバルブ８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ及び流量計８１ｃ、８２ｃ、８３ｃを介して複数のチャンバ８１、８２、８３とそれぞれ接続されている。

希釈ガス生成室４６の底面には、下部液溜部４４に溜められた液体試料を希釈ガス生成室４６内から流出させる液体流出部４４ａが形成されている。この希釈ガス生成室４６の液体流出部４４ａは、流路４４ｂを介して熱交換器２の外管１０の試料収容室１４の液体試料流入部１４ｃと接続されており、試料収容室１４の液体試料が減少した際に、下部液溜部４４に溜められている液体試料を試料収容室１４に流出し、補充するように構成されている。

希釈ガス生成室４６の周面の上端及びその近傍には、周方向外側に突出する上部フランジ４６ｃが周方向全域に亘って形成されている。

冷却室４１は、冷却室４１及び希釈ガス生成室４６の中心軸が同軸となるように、希釈ガス生成室４６の上方に載置され、試料収容室１４及び加熱室１２の固定に用いられた固定部材７０ｂと同様の構成及び形状からなる固定部材７０ｄにより、希釈ガス生成室４６に固定されている。すなわち、締結部材７３ｄの締付けにより、上部固定具７１ｄのフランジ７５ｄと下部固定具７２ｄのフランジ７６ｄとが補助リング７４ｄ、冷却室４１の下部フランジ４１ｂ、希釈ガス生成室４６の上部フランジ４６ｃ及び補助リング７４ｄを挟持し、これにより、冷却室４１及び希釈ガス生成室４６が軸方向に固定されるように構成されている。

空気供給源５０は、例えばクリーンエアを供給可能なコンプレッサなどから構成されており、それぞれ第１電磁弁５１ａ、５２ａ、流量調節計５１ｂ、５２ｂ及び第２電磁弁５１ｃ、５２ｃを介して、熱交換器２の気泡形成機構３０に気泡形成用の空気を供給し、冷却器４０の希釈ガス生成室４６に希釈用の空気を供給するように構成されている。

補助タンク６０は、補助タンク６０の下部から冷却器４０の希釈ガス生成室４６に亘って設けられた配管６０ａによって、冷却器４０の希釈ガス生成室４６の液体流入部４６ｄと接続されている。この補助タンク６０は、冷却器４０の希釈ガス生成室４６の下部液溜部４４に収容されている液体試料の液面を一定にし、下部液溜部４４から熱交換器２の外管１０の試料収容室１４に補充されることにより減少した液体試料を補充するように構成されている。

次に、本実施形態に係るガス発生装置１を用いた希釈ガスの生成方法について、説明する。ここでは、本実施形態に係るガス発生装置１が、動物や細胞の暴露実験などの生物化学的実験に使用される例について説明するが、これに限定されず、例えば、各種消毒用のガス発生装置や、ガス散布装置、加湿装置、エバポレータなどとして使用することもできる。

まず、装置の容積や、実験に必要なガスの濃度などの所定の条件に基づいて各流量計における流量を算出しておき、目的ガスを発生させるための液体試料を熱交換器２の外管１０の試料収容室１４に収容させる。次に、空気供給源５０から所定流量の空気を熱交換器２の気泡形成機構３０に供給させ、気泡形成機構３０の底板部材３４及びノズル３２、３２を介して各上昇管２０、２０内に空気を噴射させ、上昇管２０内に気泡を形成させる。

この際、上昇管２０内に形成される気泡は、その表面が上昇管２０の内面と接するように形成されることにより、上昇管２０の内面に液体試料の薄膜を形成しながら上昇管２０内を上昇する。すなわち、熱交換器２の気泡形成機構３０のノズル３２から上昇管２０内に噴射された空気が、液体試料と混合して上昇管２０内に気泡を形成し、この形成された気泡が、その上部に液体試料を乗せた状態で上昇管２０内を上昇する。このとき、気泡の上部の液体試料は、気泡と共に上昇管２０内を上昇するが、その一部が上昇管２０の内面に沿って薄膜を形成しながら上昇管２０内を流下する。ここで、気泡が連続的に形成される場合には、流下した液体試料が、上昇管２０内を次に上昇してきた気泡の上部に乗り、再度薄膜を形成するため、上昇管２０の内面に連続的した薄膜が形成される。

その後、薄膜状の液体試料は、加熱室１２の熱媒によって加熱され、上昇管２０内において気化する。液体試料が気化することにより生成されたガスは、上昇管２０内を上昇し、上昇管２０の上端２１から外管１０の気液分離室１６内に流入される。この際、気液分離室１６の還元部１６ａによって液化された液体試料は、降下管２４を試料収容室１４に向けて流下し、その一部が降下管２４内において熱交換されてガスとなり、再度気液分離室１６内に流入され、液体状の液体試料のみが試料収容室１４に戻される。

気液分離室１６に流入したガスは、気液分離室１６の流出部１６ｂ及び冷却器４０の流入部４１ａを介して冷却室４１内に流入される。冷却室４１内に流入したガスは、冷却室４１の冷却部４２により冷却され、その一部が飽和蒸気となって希釈ガス生成室４６に留まり、他の部分が液化されて液体試料となって下部液溜部４４に蓄積される。

次に、空気供給源５０から所定流量の空気を冷却器４０の希釈ガス生成室４６に供給させ、希釈ガス生成室４６において任意の濃度の希釈ガスを生成する。希釈ガス生成室４６において生成された希釈ガスは、希釈ガス生成室４６の気体流出部４６ｂから各チャンバ８１、８２、８３にそれぞれ供給され、動物や細胞の暴露実験などの生物化学的実験に供される。

近年、動物の吸入実験設備においては、高濃度の有機ハロゲン系ガスの実験が要求される状況にあり、大容量のガスを発生させることができるガス発生装置の開発が望まれている。
しかしながら、このようなガス発生装置においては、有機塩素系溶剤に対する耐食性を確保するためにホウ珪酸ガラスやＰＴＦＥなどにより構成部品を形成する必要があり、また、加圧条件下で使用される場合がある。それゆえ、図４に示す従来のガス発生装置では、蒸発缶１１０が、ホウ珪酸ガラスやＰＴＦＥにより形成されると共に、加圧条件下で使用可能な肉厚かつ小型の形状に制約されてしまうため、熱交換効率が悪く、また、大容量のガスを発生させることができないものである。
これに対し、本実施形態に係るガス発生装置１は、以下のような効果を奏することができる。

本実施形態に係るガス発生装置１によれば、熱交換器２の上昇管２０内を上昇する気泡が、その表面が上昇管２０の内面と接するように形成されることにより、上昇管２０内の気泡の上昇に伴って上昇管２０の内面に液体試料の薄膜を形成することができる。これにより、液体試料に対する境膜伝熱抵抗が小さくなるため、熱交換効率の向上を可能とし、安定したガスの濃度管理を可能とすることができる。

また、本実施形態に係るガス発生装置１によれば、高効率の熱交換を行なうことができるため、従来のガス発生装置と比較してコンパクトにすることができ、これにより、ガス発生装置の設置スペースを小さくすることができる。さらに、複数台のガス発生装置により大容量のガスを発生させる必要がある場合においては、本実施形態に係るガス発生装置１台で大容量かつ安定した濃度のガスを供給することができるため、従来よりもガス発生装置の台数を減らすことができる。またさらに、本実施形態に係るガス発生装置１によれば、熱交換面積を大きくできるため、蒸気圧の低い試料でも高濃度のガスを発生させることができる。

さらに、本実施形態に係るガス発生装置１によれば、熱交換器２の外管１０内に降下管２４が設けられることにより、外管１０の気液分離室１６によって液化した液体試料を試料収容室１４に還流させるための外部配管を不要とすることができ、また、降下管２４内においても高効率な熱交換を行なうことができるため、熱ロスの少ないガス発生装置とすることができる。

またさらに、本実施形態に係るガス発生装置１は、熱交換器２が外管１０と上昇管２０及び降下管２４とを備える多管式熱交換器であるため、従来のガス発生装置に使用される蒸発缶よりも高圧条件下において安全に操作することができる。また、本実施形態に係るガス発生装置１は、高圧条件下で操作可能であることにより、より濃度の高いガスを発生させることができる。さらに、本実施形態に係るガス発生装置１は、従来のガス発生装置と異なり、熱交換器２の上昇管２０の径を小さくすることができるため、加圧条件下においても上昇管２０の肉厚を薄くすることができ、これにより、更に伝熱効率を向上させることができる。またさらに、本実施形態に係るガス発生装置１は、低圧条件下においても高いガス発生能力を実現することができ、安全に操作することができる。

本発明に係るガス発生装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において種々の改変を行なうことができる。例えば、本実施形態に係るガス発生装置１において、熱交換器２は、降下管２４を備えるとしたが、これに限定されず、降下管２４を備えない構成としても良い。この場合において、熱交換器２´は、例えば図３に示すように、外管１０´の外部に配置された液溜槽９０を備え、熱交換器２´の外管１０´の気液分離室１６´によって液化した液体試料が、流路９０ａを介して液溜槽９０に還流されると共に、液溜槽９０内の液体試料が、流路９０ｂを介して外管１０´の試料収容室１４´内に補充されるように構成されても良い。また、図３に示すガス発生装置１´において、補助タンク６０´は、補助タンク６０´の下部から液溜槽９０の液体試料の液面と接する位置に亘って設けられた配管６０´ａによって液溜槽９０と接続され、液溜槽９０に液体試料を補充するように構成されても良い。

また、本実施形態に係るガス発生装置１において、熱交換器２の外管１０は、気液分離室１６を備えるとしたが、これに限定されず、気液分離室を備えない構成としても良い。この場合、熱交換器の上昇管は、上端が外管の加熱室より上方に位置し、下端が外管の試料収容室の液体試料に浸されるように外管内に設けられれば良い。

さらに、本実施形態に係るガス発生装置１において、熱交換器２の上昇管２０は、外管１０内に複数配置されるとしたが、これに限定されず、少なくとも１つ設けられていれば良い。

またさらに、本実施形態に係るガス発生装置１において、熱交換器２の加熱室１２、試料収容室１４、気液分離室１６及び底板部材３４は、それぞれ固定部材７０ａ、７０ｂ、７０ｃによって軸方向に固定されているとしたが、これに限定されず、これら熱交換器２の加熱室１２、試料収容室１４、気液分離室１６及び底板部材３４は、一体的に形成されても良い。

またさらに、本実施形態に係るガス発生装置１において、熱交換器２の加熱室１２は、循環路１８と接続されるとしたが、これに限定されず、例えば、熱媒の温度が所定の温度となるように制御する恒温槽と接続しても良い。

１ガス発生装置、２熱交換器、１０外管、１２加熱室、１４試料収容室、１６気液分離室、２０上昇管、２４降下管、３０気泡形成機構、４０冷却器、５０空気供給源、６０補充タンク

Claims

液体試料を収容可能な試料収容室、及び前記試料収容室の上方に設けられると共に、仕切り板によって前記試料収容室と仕切られ、液体試料を加熱して気化させることが可能な熱媒を収容可能な加熱室を備える外管と、
上端が前記外管の加熱室より上方に位置し、下端が前記外管の試料収容室の液体試料に浸されるように前記外管内に設けられ、前記外管の加熱室に対応する位置において気化された気体試料が上昇可能な少なくとも１つの上昇管と、
前記上昇管内に向けて空気を噴射することにより該上昇管内に液体試料によって膜が形成された気泡を形成可能な気泡形成機構とを備え、
前記気泡は、前記気泡の表面が前記上昇管の内面と接するように形成されるものであることを特徴とするガス発生装置用熱交換器。
前記外管は、前記加熱室の上方に設けられると共に、仕切り板によって前記加熱室と仕切られた気液分離室を更に備え、
前記上昇管は、上端が前記外管の気液分離室内に位置するように設けられ、
前記外管の気液分離室は、前記上昇管内を上昇して該気液分離室に到達した試料のうち、気体試料と液体試料とを分離可能なように構成されていることを特徴とする請求項１記載のガス発生装置用熱交換器。
上端が前記外管の気液分離室内に位置し、下端が前記外管の試料収容室内に位置するように、前記外管内に設けられ、前記外管の気液分離室において分離された液体試料を前記外管の試料収容室に流下させるように構成された少なくとも１つの降下管を更に備えることを特徴とする請求項２記載のガス発生装置用熱交換器。
請求項１〜３いずれか１項記載のガス発生装置用熱交換器と、
前記熱交換器により発生された前記気体試料を冷却して飽和蒸気を生成する冷却器と、
前記熱交換器及び前記冷却器にそれぞれ空気を供給可能な空気供給源と、
消費した液体試料を補充するための補助タンクとを備える
ことを特徴とするガス発生装置。