JPH087017B2 - 冷ガス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、理化学機器や低温治療
室の冷熱源として使用する液化空気や液化窒素等の液化
ガスを取り出す冷ガス発生装置に関する。

【０００２】

【従来技術】核磁気共鳴装置等の極低温状態で使用する
理化学機器では、検出精度を高めるために、液体ヘリウ
ムを使用して超電導マグネット(ＳＣＭ)を極低温状態に
維持するのであるが、試料収容部とＳＣＭとでは３００
Ｋもの温度差があることから、液体ヘリウムへの入熱量
が多く、液体ヘリウムの消費量が格段に多くなる。そこ
で、このような装置にあっては、液体ヘリウム槽の外部
を液体窒素槽で囲繞し、液体ヘリウムへの入熱量を制限
するようにしてある。

【０００３】そして、液体ヘリウム槽を囲繞する状態に
配置した液体窒素槽に供給する液体窒素の生成装置は、
上端開口部から極低温冷凍機のコールドヘッドを突入さ
せた断熱容器内に空気分離装置やガスボンベ等のガス供
給源から窒素ガスを気体状態で注入し、コールドヘッド
に発生する冷熱を窒素ガスに作用させて液化するように
形成してあった。

【０００４】従来の窒素液化装置では、断熱容器(液化
ガス貯蔵容器)内から低温の窒素ガスを取り出して使用
する場合、断熱容器内の気相部から直接ガスを取り出す
ようにしていた。また、近年、慢性リューマチ等の治療
に極低温ガスを使用することが注目されているが、この
場合には、液体窒素貯蔵槽と液体酸素貯蔵槽の気相部分
からそれぞれガスを取り出し、所定の混合比率で噴出さ
せるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、液化ガス貯
蔵槽の気相部分からガスを取り出した場合、気相部のガ
ス減少を液体部分からの気化ガスで補充するようにして
いるが、この気化に必要な熱量を補うために、従来では
液相部分に電熱ヒータを浸漬配置し、ヒータの加熱で気
化を促進させるようにしていた。ところが、ヒータ加熱
による気化促進では、ヒータ熱量が液体の蒸発に使用さ
れ、十分な気化速度を得ることができなかった。この結
果、ガス取り出し量に対するガス供給量が不足し、ガス
取り出し量が不安定になるという問題があった。本発明
は、このような点に着目してなされたもので、液化ガス
を液体状態で取り出すことができるとともに、気体状態
で取り出す際にも低温ガスを十分な量取り出すことので
きる冷ガス取り出し装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、液化ガス貯蔵容器の上面開口部を閉塞
するベースフランジを貫通させて突入した液体導出管を
液化ガス貯蔵容器の底部に開口させるとともに、ベース
フランジを貫通させて突入した低温ガス導出管を液化ガ
ス貯蔵容器の上部に開口させ、乾燥ガス発生器からの乾
燥ガス導入路を二系統に分岐し、一方の乾燥ガス導入路
を小流量導入路に形成するとともに、他方の乾燥ガス導
入路を大流量導入路に形成し、小流量導入路を液化ガス
貯蔵容器の上部に連通させるとともに、大流量導入路を
液化ガス貯蔵容器内に配置した低温精製器を介して液化
ガス貯蔵容器の底部に配置した気泡発生具に連通し、各
乾燥ガス導入路にそれぞれ流路開閉弁を配置したことを
特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明では、液化ガス貯蔵容器の上面開口部を
閉塞するベースフランジを貫通させて突入した液体導出
管を液化ガス貯蔵容器の底部に開口させるとともに、ベ
ースフランジを貫通させて突入した低温ガス導出管を液
化ガス貯蔵容器の上部に開口させ、乾燥ガス発生器から
の乾燥ガス導入路を二系統に分岐し、一方の乾燥ガス導
入路を小流量導入路に形成するとともに、他方の乾燥ガ
ス導入路を大流量導入路に形成し、小流量導入路を液化
ガス貯蔵容器の上部に連通させるとともに、大流量導入
路を液化ガス貯蔵容器内に配置した低温精製器を介して
液化ガス貯蔵容器の底部に配置した気泡発生具に連通
し、各乾燥ガス導入路にそれぞれ流路開閉弁を配置して
いるので、極低温冷凍機を運転した状態で小流量導入路
から乾燥ガスを液化ガス貯蔵容器内に導入することによ
り液化ガスを生成し、あるいは、液体導出管から液化ガ
スを液体状態で取り出す。一方、低温ガスの状態で取り
出す場合には、極低温冷凍機の運転を停止した状態で大
流量導入路から乾燥ガスを液化ガス貯蔵容器内の液相底
部に取り込み、気泡発生具から液相内に吹き込むと乾燥
ガスは小さな気泡となって液相内を上昇し、この上昇時
に乾燥ガスは冷却されるとともに、液成分を加熱して気
化を促進することになるから、冷ガスを大量に使用して
も安定して低温ガスを供給できることになる。

【０００８】

【実施例】図面は、本発明の一実施例を示す液体空気を
使用しての冷ガス発生装置の概略構成図であり、図中符
号(１)は断熱容器で構成した液体空気貯蔵容器、(２)は
液体空気貯蔵容器(１)の上端開口部を閉塞するベースフ
ランジ、(３)はベースフランジ(２)に配置した極低温冷
凍機(Ｒ)のコールドヘッド、(４)は極低温冷凍機(Ｒ)の
圧縮機ユニット、(５)は乾燥ガス発生器としてのドライ
エア発生器、(６)は液体空気貯蔵容器(１)の上部開口部
に充填配置した断熱材層である。

【０００９】ドライエア発生器(５)は、圧縮機(７)と、
熱交換器(８)とゼオライト等の脱水剤を充填した乾燥器
(９)、及び乾燥空気を貯溜する乾燥空気タンク(10)とで
構成してある。

【００１０】ベースフランジ(２)には、液体導出管(11)
と低温ガス導出管(12)とが貫通する状態で配置してあ
り、液体導出管(11)の下端部は液体空気貯蔵容器(１)内
の底部に開口しており、低温ガス導出管(12)の下端部は
液体空気貯蔵容器(１)内の上部でコールドヘッド(３)の
コールドエンド部分(13)よりも低い位置に開口してい
る。そして、液体導出管(11)の液体空気貯蔵容器(１)外
の部分に流路開閉弁(14)が装着してある。また、低温ガ
ス導出管(12)の上端部に断熱可撓チューブ(15)が接続し
てあり、この断熱可撓チューブ(15)の先端部にユニバー
サル継手(16)を介して冷ガスノズル(17)が接続してあ
り、この冷ガスノズル(17)の先端部に温度計(18)を装着
するとともに、ノズル先端部に冷ガス取り出し後のノズ
ルでの氷結を防止するためにシールキャップ(19)が着脱
可能に嵌着してある。

【００１１】液体空気貯蔵容器(１)とドライエア発生器
(５)とを接続する乾燥空気導入路(20)は大きく二系統に
形成してあり、一方の乾燥空気導入路(21)に小流量に調
整した流量制御弁付き流量計(22)を配置して小流量導入
路とするとともに、他方の乾燥空気導入路(23)に大流量
に調整した流量制御弁付き流量計(24)を配置して大流量
導入路としている。

【００１２】小流量導入路(21)は流量制御弁付き流量計
(22)よりも下流側に配置した流路開閉弁(25)を介して前
記ベースフランジ(２)のコールドヘッド挿入孔部分に開
口させてある。そして、この小流量導入路(21)は流路開
閉弁(25)よりも下流側部分から大気開放路(26)が分岐導
出してあり、この大気開放路(26)に常開式電磁弁で構成
した大気放出弁(27)が配置してある。

【００１３】大流量導入路(23)は流量制御弁付き流量計
(24)よりも下流側を３つの流路(28)(29)(30)に分岐して
あり、各分岐流路(28)(29)(30)にはそれぞれ電磁式流路
開閉弁(31)(32)(33)が配置してある。そして、第１の分
岐流路(28)は低温ガス導出管(12)に接続している断熱可
撓チューブ(15)の途中に配置したガス混合器(34)に連結
してある。第２の分岐流路(29)は液体空気貯蔵容器(１)
内に配置した低温精製器(35)を介して液体空気貯蔵容器
(１)内の底部に配管してあり、この第２分岐流路(29)の
先端部には気泡発生具(36)が装着してある。第３の分岐
流路(30)は低温精製器(35)と気泡発生具(36)との間の第
２分岐流路(29)に連通接続してある。なお、第２分岐流
路(29)の低温精製器(35)の入口側は小流量導入路(21）
にバイパス連通させてある。

【００１４】図中符号(37)は運転制御装置であり、この
運転制御装置(37)からの信号で極低温冷凍機(１)の運転
状態を制御するとともに、小流量導入路(21)に配置した
流路開閉弁(25)や大気放出弁(27)、大流量導入路(23)に
配置した各流路開閉弁(31)(32)(33)、あるいは液体導出
管(11)に配置した流路開閉弁(14)の開閉を制御するよう
に構成してある。

【００１５】また、図中符号(38)は液体空気貯蔵容器
(１)内の液面を検出する液面計、(39)は液体空気貯蔵容
器(１)の内圧を逃がすガス放出路であり、このガス放出
路(39)は炭酸ガスや水分等の不純物での通路閉塞を防止
するため断熱材層(６)よりも下側に開口している。ま
た、このガス放出路(39)には安全弁(40)と重量のある蓋
体で構成した破封機構(41)とが装備してある。

【００１６】上記構成の冷ガス発生装置を使用しての冷
ガス取り出し操作を説明する。まず、ドライエア発生器
(５)を運転して、乾燥空気タンク(10)内に貯溜し、この
貯溜されている製品ガスの露点が所定の値をクリアする
と、極低温冷凍機(Ｒ)の運転を開始するとともに、小流
量導入路(21)の流路開閉弁(25)を開弁させて乾燥空気タ
ンク(10)内の乾燥空気を液体空気貯蔵容器(１)に供給し
液化させる。このとき、小流路導入路(21)から分岐導出
した大気開放路(26)に配置した大気放出弁(27)は開弁し
ており、液体空気貯蔵容器(１)に送給される乾燥空気の
一部は大気に放出されるようになっている。

【００１７】液体空気貯蔵容器(１)に貯溜されている液
体空気を液体の状態で取り出す場合には、小流量導入路
(21)の流路開閉弁(25)を開弁するとともに大気放出弁(2
7)を閉弁し、液体導出管(11)に配置した流路開閉弁(14)
を開弁する。これにより、液体空気貯蔵容器(１)内の圧
力が上昇し、この液体空気貯蔵容器(１)の内圧で液体空
気を圧送する。このとき、極低温冷凍機(Ｒ)は運転状態
にしてあり、導入された乾燥空気の液化を継続してい
る。

【００１８】液体空気貯蔵容器(１)から低温気体の状態
で取り出す場合には、極低温冷凍機(Ｒ)の運転を停止し
た状態で、小流量導入路(21)に配置した流路開閉弁(25)
及び大気放出弁(27)を閉弁し、大流量導入路(22)の第２
分岐流路(29)に配置した流路開閉弁(32)を開弁させる。
すると、乾燥空気タンク(10)内の乾燥空気は低温精製器
(35)を介して液体空気貯蔵容器(１)内の底部に導入さ
れ、気泡発生具(36)から液相内に噴出され、液相内を微
小気泡となって上昇する。

【００１９】この微小気泡の状態で液相内を上昇する間
に乾燥空気と液体空気との間で熱交換し、乾燥空気が液
体空気温度まで冷却されるとともに、液体空気にも乾燥
空気からの入熱があることから気化が促進されることに
なり、液体空気貯蔵容器(１)内で供給ガス量に気化ガス
量を加えた大量の低温ガスが発生することになる。この
低温ガスは冷ガスノズル(17)から取り出される。そし
て、冷ガスノズル(17)の先端部には温度計(18)が装着し
てあることから、この温度計の検出温度信号を運転制御
装置(37)に入力し、この温度検出信号に基づき、大流量
導入路(23)の第１分岐流路(28)に配置した流路開閉弁(3
1)を開弁制御して乾燥空気タンク(10)から乾燥空気をガ
ス混合器(34)に供給して液体空気貯蔵容器(１)内から取
り出された冷ガスと乾燥空気タンク(10)から供給された
ガスとを混合して温度を一定範囲に調整する。

【００２０】そして、第２分岐流路(29)に配置した流路
開閉弁(32)及び第１分岐流路(28)に配置した流路開閉弁
(31)を閉弁するとともに、大気放出弁(27)を開弁して冷
ガス取り出し作業が終了すると、第３分岐流路(30)に配
置した流路開閉弁(33)を開弁する。これにより、乾燥空
気が低温精製器(34)と気泡発生具(36)との間に供給され
る。気泡発生具(36)には、液体空気の水頭圧と内圧とが
作用していることから、供給された乾燥空気は液槽内に
は噴出せず低温精製器(34)を逆流する。低温精製器(34)
に接続している第２分岐流路(29)は流路開閉弁(32)で閉
塞されているが、バイパス路によって小流量導入路(21)
に連通されていること、及び液体空気貯蔵容器(１)内の
圧力はわずかに正圧になっていることから、小流量導入
路(21)に流入した乾燥空気は大気開放弁(27)から放出さ
れることになり、低温精製器(34)で捕捉されていた水分
や二酸化炭素が乾燥空気によって連れ出され、低温精製
器(34)が逆洗浄されて再生されることになる。

【００２１】上記実施例では、液体空気を使用する冷ガ
ス取り出しに付いて説明したが、液体窒素を使用する冷
ガス取り出し装置に適用するようにしてもよい。なお、
液体窒素を使用する場合には、ドライエア発生器(５)に
代えてドライ窒素発生器を使用することになる。

【００２２】

【発明の効果】本発明では、液化ガス貯蔵容器の上面開
口部を閉塞するベースフランジを貫通させて突入した液
体導出管を液化ガス貯蔵容器の底部に開口させるととも
に、ベースフランジを貫通させて突入した低温ガス導出
管を液化ガス貯蔵容器の上部に開口させ、乾燥ガス発生
器からの乾燥ガス導入路を二系統に分岐し、一方の乾燥
ガス導入路を小流量導入路に形成するとともに、他方の
乾燥ガス導入路を大流量導入路に形成し、小流量導入路
を液化ガス貯蔵容器の上部に連通させるとともに、大流
量導入路を液化ガス貯蔵容器内に配置した低温精製器を
介して液化ガス貯蔵容器の底部に配置した気泡発生具に
連通し、各乾燥ガス導入路にそれぞれ流路開閉弁を配置
しているので、極低温冷凍機を運転した状態で小流量導
入路から乾燥ガスを液化ガス貯蔵容器内に導入すること
により液化ガスを生成し、あるいは、液体導出管から液
化ガスを液体状態で取り出すことができる。また、低温
ガスの状態で取り出す場合には、極低温冷凍機の運転を
停止した状態で大流量導入路から乾燥ガスを液化ガス貯
蔵容器内の液相底部に取り込むとにより、気泡発生具か
ら噴出した乾燥ガスは小さな気泡となって液相内を上昇
し、この上昇時に乾燥ガスが冷却されるとともに、乾燥
ガスで液成分を加熱して気化を促進することになるか
ら、冷ガスを大量に使用しても安定して低温ガスを供給
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液体空気を使用しての冷ガス発生装置の概略構
成図である。

【符号の説明】

Ｒ…極低温冷凍機、１…液化ガス貯蔵容器、２…ベース
フランジ、５…乾燥ガス発生器、11…液体導出管、12…
低温ガス導出管、13…極低温冷凍機のコールドエンド部
分、20…乾燥ガス導入路、21…小流量導入路、23…大流
量導入路、25・31・32・33…流路開閉弁、28・30…分岐
路、34…混合器、35…低温精製器、36…気泡発生具。

フロントページの続き (72)発明者 川口 悦治 滋賀県守山市勝部町1095番地 イワタニプ ランテック株式会社滋賀工場内 (56)参考文献 特開 平２−71085（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−93282（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−38091（ＪＰ，Ｕ) 特公 平６−5293（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−26784（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−26785（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平５−33911（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極低温冷凍機(Ｒ)を装備した液化ガス貯
   蔵容器(１)に乾燥ガス発生器(５)からの乾燥ガスを供給
   して液化ガスを生成し、この液化ガスを導出して冷熱源
   として使用する冷ガス発生装置において、 液化ガス貯蔵容器(１)の上面開口部を閉塞するベースフ
   ランジ(２)を貫通させて突入した液体導出管(11)を液化
   ガス貯蔵容器(１)の底部に開口させるとともに、ベース
   フランジ(２)を貫通させて突入した低温ガス導出管(12)
   を液化ガス貯蔵容器(１)の上部に開口させ、乾燥ガス発
   生器(５)からの乾燥ガス導入路(20)を二系統に分岐し、
   一方の乾燥ガス導入路を小流量導入路(21)に形成すると
   ともに、他方の乾燥ガス導入路を大流量導入路(23)に形
   成し、小流量導入路(21)を液化ガス貯蔵容器(１)の上部
   に連通させるとともに、大流量導入路(23)を液化ガス貯
   蔵容器(１)内に配置した低温精製器(35)を介して液化ガ
   ス貯蔵容器(１)の底部に配置した気泡発生具(36)に連通
   し、各乾燥ガス導入路(21)(22)にそれぞれ流路開閉弁(2
   5)(32)を配置したことを特徴とする冷ガス発生装置。
2. 【請求項２】 低温ガス導出管(12)の液化ガス貯蔵容器
   (１)内での開口部を極低温冷凍機(Ｒ)のコールドエンド
   部分(13)の配設位置よりも下側に位置させた請求項１に
   記載の冷ガス発生装置。
3. 【請求項３】 大流量導入路(23)を分岐させ、この分岐
   路(28)を低温ガス導出管(11)に混合器(34)を介して接続
   し、取出しガスの温度を調整するように構成した請求項
   １又は２に記載の冷ガス発生装置。
4. 【請求項４】 大流量導入路(23)から分岐導出した分岐
   路(30)を低温精製器(35)の出口部分に接続し、低温精製
   器(35)を逆洗するように構成した請求項１〜３のいずれ
   か１項に記載の冷ガス発生装置。