JPH02293042A

JPH02293042A - ガス交換装置

Info

Publication number: JPH02293042A
Application number: JP11411789A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Sato; 佐藤　二美
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1990-12-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】概　　要閉鎖系生命維持システム等に用いられるガス交換装置に
関し、簡単な構成のガス交換装置の提倶を目的とし、第１気体
を消費し、第２気体を排出する生命体が入れられる、又
は第１気体を消費し、第２気体を生成する化学反応が行
われる第１室と、加熱手段により加熱される第２室と、
第２室内から第２気体を除去する手段と、冷却手段によ
り冷却される第３室と、該第３室内に第１気体を供給す
る手段と、該第１乃至第３室を連絡する循環パイプと、
第１乃至第３室及び循環パイプ内に封入された第１気体
及び第２気体を溶解しろる溶液と、第１、第２、第３室
の順序で溶液を循環せしめる手段とから構成する。

産業上の利用分野本発明は閉鎖系生命維持システム等に用いられるガス交
換装置に関する。

近年、科学技術の進歩に伴い、宇宙空間にスペースシャ
トル等を打ち上げ、このスペースシャトル等の宇宙船内
部で生物を長期に渡り飼育し、種々の実験データを採取
することが試みられるようになってきた。このような宇
宙空間等において生物を飼育するためには、閉鎖された
系を形成し、この閉鎖系の内部で生物の生存に必要な物
質の供給や、生物が排出した物質の処理をなす必要があ
る。例えば、魚等の水性の生物を飼育する場合には、生
物が入れられている水の中から生物が排出した二酸化炭
素を除去するとともに生物の生存に必要な酸素を水中に
溶解する必要があり、このためガス交換装置が用いられ
ている。そして、このような装置は宇宙空間に打ち上げ
るから、その大きさや重量が重要であり、その構成をな
るべく簡略化する必要がある。

従来の技術閉鎖系において魚等の水性の生物を飼育する場合、水中
に酸素を供給し水中から二酸化炭素を除去してやらなけ
ればならない。酸素も二酸化炭素も常温常圧で気体なの
で酸素の供給と、二酸化炭素の除去は気体一液体の境界
面（気液界面）で行われるのが普通であり、混合気体の
うちの所定の気体を選択的に溶液内に溶解するためには
、あるいは溶液内の所定の気体を放出させるためには、
溶液と接している混合気体のうちの所定の気体の分圧を
調整することによりなすことができる。

（以下、気液界面に対して気体側を気相、液体側を液相
ということがある。）従って、水に酸素を溶解するためには、気相部分の酸素
分圧を大きくすることによりなすことができ、反対に水
内に溶解している二酸化炭素を放出させるためには、気
相部分の二酸化炭素分圧を低くすることによりなすこと
ができる。

このようなことから、従来は水を充填した飼育容器内に
魚等の水性生物を入れ、飼育容器からパイプ等を介して
二酸化炭素を多く含む水を取り出して、ガス交換容器に
導き、その水面（気液界面）がガス交換容器の中間部分
に位置するようにし、該容器の気相部分の二酸化炭素分
圧を低くするとともに、酸素分圧を高くして、水中の二
酸化炭素を気相側に放出せしｔるとともに、水中に酸素
を溶解せしめ、この酸素を多く含んだ水を飼育容器内に
戻し、これらを循環することによりガス交換を行ってい
た。

前記ガス交換容器内の気相部分の混合気体からの二酸化
炭素の除去は、この混合気体をアルカリ性溶液又は陰イ
オン交換樹脂等に通すことにより行うことができ、ガス
交換容器内の気相部分への酸素の供給は、過酸化物から
適当な方法で酸素を発生せしめ、これをポンプ等により
ガス交換容器内に高圧力で送り込むことにより行われて
いる。

発明が解決しようとする課題しかし、従来技術によると、ガス交換容器内の気相部分
の酸素分圧及び二酸化炭素分圧を調整することにより、
水内に酸素を溶解し、あるいは水内の二酸化炭素を放出
するようにしているので、ガス交換容器やその他の部分
を高圧に耐えうる構造にする必要があるとともに、ガス
交換容器内の圧力を高めるためのポンプに高出力のもの
を用いる必要があり、その構成が複雑になっているとい
う問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、簡単な構成のガス交換装置を提
供することである。

課題を解決するための手段第１図に示す本発明の原理構成図を参照すると、第１気
体を消費し、第２気体を生成する生命体１が入れられた
第１室２と、加熱手段３により加熱される第２室４と、
冷却手段５により冷却される第３室６とを設ける。これ
らの第１乃至第３室２、４、６を循環パイプ７により連
絡するとともに、第１乃至第３室２、４、６及び循環パ
イプ７内に第１気体及び第２気体を溶解しろる溶液８を
封入する。そして、第２室４内から第２気体を除去する
手段９と、該第３室６内に第１気体を供給する手段１０
とを設け、循環手段１１により第１、第２、第３室２、
４、６の順序で溶′ｔＬ８を循環せしめるように構成し
て、上述した課題を解決する。

尚、上述の構成は生命維持システムに用いられるガス交
換装置の構成を示しているが、第１室２内で第１気体を
消費し、第２気体を生成する化学反応が行われるような
システムにおいても適用可能である。

作　　　用気体の飽和溶存濃度は圧力一定ならば液体の温度に依存
する。例えば、水温が変化した場合の水に対する酸素及
び二酸化炭素の溶解度は、第３図に示すように温度が上
昇するに従って低くなる。

これはイオン化等がない場合においては、ほとんどの気
体についてあてはまるものである。本発明はこのような
性質を利用するものである。

即ち、第１室２内では溶液８内の第１気体が消費され、
第２気体が生成されて溶液８内に溶け込んでおり、この
溶液８を循環手段１１により第２室４に導く。第２室４
は加熱手段３により加熱されており、第２室４内で溶液
８の温度が上昇せしめられる。これにより、第２室４内
で溶液８に溶け込んでいる第１気体（これは第１室２で
消費されているので僅かである）及び第２気体が気相部
分に放出される。そして第２気体は第２気体除去手段９
により除去され、第１気体はそのままの状態なのでその
分圧が高くなり、気相部分への放出は少なくなる。

次いで、この溶液８は第３室６内に導かれ、第３室６内
で冷却手段５により冷却される。このとき第３室６内の
気相部分には第１気体併給手段１０により第１気体が供
給されているから、溶液８の温度低下に伴い第１気体が
溶液８内に溶解する。

この第１気体を多く含んだ溶液８を第１室２に導き、順
次このサイクルが繰り返されることにより、ガス交換が
行われるものである。

実　　施　　例以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するこ
とにする。

第１図は本発明の一実施例を説明するための図である。

２１は魚等の水性生物２２を飼育するための飼育容器、
２３はヒータ２４により加熱される加熱容器、２５はク
ーラ２６により冷却される冷却容器である。飼育容器２
１、加熱容器２３、及び冷却容器２５は循環バイプ２７
により連絡されており、これらの内部には水２８が封入
されている。２９は水２８を循環するためのボンブであ
る。加熱容器２３の気＋百２　３　Ｇ側にはＣ　Ｏ　２
　除去手段３０が設けられ、冷却容器２５の気相２５Ｇ
側には調圧弁３１を有する０２　ボンベ３２が設けられ
ている。加熱容器２３及び冷却容器２５内部では、水２
８の水面（気液界面）３３が容器２３、２５の中間部分
に位置するように、水壷及び各部の圧力が調整されてい
る。

然して、飼育容器２１内では魚２２が酸素を消費すると
ともに、二酸化炭素を排出しており、こ？二酸化炭素は
水２８内に溶け込んでいる。この二酸化炭素を多く含ん
だ水２８はポンブ２９によりバイブ２７を通って加熱容
器２３に導かれる。

加熱容器２３はヒータ２４により加熱されているから、
水２８の温度が上昇し、これにより、加熱容器２３内で
水に溶け込んでいる酸素（これは飼育容器２１内で消費
されているので僅かである）及び二酸化炭素が液相２３
Ｌ側から気相２３Ｇ側に放出される。そして二酸化炭素
はＣＯ２　除去手段３０により除去される。ＣＯ■除去
手段３０はアルカリ性溶液あるいは陰イオン交換樹脂等
から構成されており、気相２３Ｇ内の混合気体の内の二
酸化炭素のみを吸着し、外部に放出するものである。気
相２３Ｇ内の酸素はそのままの状態なのでその分圧が高
くなり、飽和した後は温度上昇によっても液相２３Ｌ側
から気相２３Ｇ側に放出されなくなる。このようにして
、水２８内から二酸化炭素のみが除去される。

次いで、この二酸化炭素が除去された水２８はバイブ２
７を通って冷却容器２５に導かれる。冷？容器２５はク
ーラ２６により冷却されており、水２８の水温が下げら
れる。冷却容器２５の気相２５Ｇ部分には、０■　ボン
ベ３２により酸素が供給されているから、水温の低下に
伴い酸素が気相２５Ｇ側から水２８内に溶け込む。この
ようにして、酸素が水２８内に溶解される。

酸素を多く含んだ水２８は、バイプ２７を通って飼育容
器２１に導かれ、これらの行程が順次繰り返されること
により、二酸化炭素が少なく、酸素を多く含んだ水を魚
２２に供給することができるのである。

本実施例によれば、水からの二酸化炭素の除去、及び水
への酸素の供給を、気体の液体に対する溶解度は液体の
温度が上昇するに従って低くなるという性質に基づいて
、水を加熱し及び冷却することによりなすようにしてい
るから、加熱容器２３、冷却容器２５、及びパイプ２７
等を耐圧構造とする必要がないとともに、酸素分圧を上
昇するためのポンプ等も必要なく、その構成が非常に簡
単である。また、水内の溶存二酸化炭素濃度及び溶存酸
素濃度は、加熱容器２３での加熱温度及び冷却容器２５
での冷却温度により調整することが可能であり、これら
の濃度を厳密に制御する必要がある場合に有効である。

尚、本実施例においては、酸素を消費し、二酸化炭素を
排出する魚等の水性生物を例にとり説明しているが、本
発明は勿論これに限定されるものではなく、溶液内であ
る気体を消費し、他の気体を放出する化学反応について
、そのガス交換を行う場合にも適用することができる。

発明の効果以上詳述したように本発明によれば、気体の液体に対す
る溶解度が液体の温度上昇に伴って低下するという性質
を利用して、液体への気体の溶解及び液体からの気体の
放出を液体の温度を変更することにより行うようにして
いるから、従来構成の如く、耐圧構造としたり、高圧力
なポンプ等を用いる必要がなく、その構成を簡略化する
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図は本発明一実施例の構成図、第３図は気体の水に対する溶解度を示す図である。１・・・生命体、　　　２・・・第１室、３・・・加熱
手段、　　４・・・第２室、５・・・冷却手段、　　６
・・・第３室、７・・・循環バイブ、　８・・・溶液、
９・・・第２気体除去手段、ｌＯ・・・第１気体供給手段、１１・・・循環手段。１゛生命イオ一（イζ壬ｒＩＸｒこ）

Claims

【特許請求の範囲】第１気体を消費し、第２気体を排出する生命体（１）が
入れられる、又は第１気体を消費し、第２気体を生成す
る化学反応が行われる第１室（２）と、加熱手段（３）
により加熱される第２室（４）と、第２室（４）内から
第２気体を除去する手段（９）と、冷却手段（５）によ
り冷却される第３室（６）と、該第３室（６）内に第１
気体を供給する手段（１０）と、該第１乃至第３室（２
、４、６）を連絡する循環パイプ（７）と、第１乃至第３室（２、４、６）及び循環パイプ（７）内
に封入された第１気体及び第２気体を溶解しうる溶液（
８）と、第１、第２、第３室（２、４、６）の順序で溶液（８）
を循環せしめる手段（１１）とから構成されたことを特
徴とするガス交換装置。