JPH074891U - 密閉系ガス循環実験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置を簡素化し、かつ、ガス消費量の節減及
び密閉実験スペース内のガス雰囲気の均一性の維持を図
る。 【構成】 チャンバーやグローブボックス等の密閉実験
スペース１と接続してガスを循環する循環管路２中にベ
ーンポンプ３を介装する。ベーンポンプ３の回転軸９の
軸受部に磁性流体シール１５を設け、軸受部を気密にシ
ールする。ポンプ３の吐出口１８における上記循環管路
２中に高気密性の三方コックよりなる開閉弁４を介装
し、管路２の吐出口１８側とスペース１側、及び管路２
側の吐出口１８側とドレーン管路１９とを開閉弁４で択
一的に連通させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、チャンバー，グローブボックス，デシケータその他の密閉実験スペ ースのガス雰囲気で各種の実験を行う密閉系ガス循環実験装置、さらに詳しくは 、アルゴン，ヘリウム，チッ素，ドライエア，炭酸ガスその他のガスを小流量で 密閉系を循環させながら、実験スペースで実験を行う実験装置、特に密閉系の空 気とガスとの置換及びガス循環機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、たとえばグローブボックス等でアルゴンガスを使用して実験する場合、 ガスをグローブボックス等へ入口側から連続的に導入して出口側から排気（使い 捨て）しながら行う方法（以下、従来技術１という）が一般に知られている。こ の方法はガスを使い捨てするものであるためガス消費量が大になり、ランニング コストが高くなると共にガス公害の問題も生じる。

【０００３】 また、従来、ガスを使用する密閉系の実験装置として、チャンバーやグローブ ボックス等の密閉実験スペースと接続した密閉管路中に真空ポンプ，送風ブロア 及び多種類のバルブを介装したものがある（以下、従来技術２という）。この従 来技術２は次のように使用するものである。すなわち、上記管路中のドレーンに 通じるバルブを開いて真空ポンプを稼動し、実験スペースを含む密閉系内の空気 を外部に可及的排出した後、上記ドレーン側のバルブを閉じてポンプを停止する 。次いで、密閉管路に接続されているガスボンベのバルブを開いてガスを密閉系 内に、系内の陰圧で吸引した後、ボンベ側のバルブを閉じる。これにより密閉系 内の空気はガスと置換される。この状態で実験スペース内で各種の実験を行う。 また、この置換されたガスを循環する必要があるときは、密閉管路中の一部に特 別な密閉室を設け、この室内に送風ブロアを設置して実験を行う場合もある。こ の従来技術２によれば、従来技術１に比べガス消費量を節減できると共にガス公 害の問題も解消し得る。

【０００４】 しかし、従来技術２は構造が複雑であると共に操作も煩雑であり、かつ、次の ような問題を有している。すなわち、ガスを使用して実験スペース内で実験する 場合、スペース内のガス雰囲気を均一にすることが肝要であるが、従来技術２は 密閉系内の空気をガスと置換後、このガスの流動を基本的には停止して実験する ように構成してあり、ガスの循環が必要な場合に送風ブロアを稼動してガスに流 動性を付与し、その目的を達成しようと試みている。

【０００５】 しかるに、送風ブロアでガスを循環する場合、小量のガスの流量調整は極めて 困難であり、特にフィルタを介装した密閉系でガスを循環させる場合、ガスがフ ィルタを透過するとき抵抗が大になるため、送風ブロアでは円滑なガス循環を期 待することは、ほとんど不可能である。そのため、小型実験装置では一般にガス の循環は行われていない。したがって、実験スペース内のガス雰囲気が不均一に なり易く、その結果、実験の均一性に問題がある。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、上記実情に鑑みてなされたもので、装置及び操作を簡略化すると共 にガス消費量の節減及び密閉実験スペース内のガス雰囲気の均一性の維持を図る ことを目的とするものである。

【０００７】 上記目的を達成するため、請求項１記載の密閉系ガス循環実験装置は、密閉実 験スペースと、この実験スペースと接続してガスを循環する循環管路と、この循 環管路中に介装したベーンポンプと、このポンプの吐出口側にあって、上記循環 管路中に介装した開閉弁とを有し、上記ポンプの軸受部には磁性流体シールが設 けてあり、上記開閉弁は高気密性の三方コックからなり、上記循環管路の上記ポ ンプ側と上記実験スペース側、及び上記循環管路の上記ポンプ側とドレーン管路 とを上記開閉弁で択一的に連通させるように構成したことを特徴とするものであ る。

【０００８】 請求項２記載の密閉系ガス循環実験装置は、密閉実験スペースと、この実験ス ペースと接続してガスを循環する循環管路と、この循環管路中に介装したベーン ポンプと、このポンプの吐出口側にあって、上記循環管路中に介装した開閉弁と 、この開閉弁と上記ポンプの吐出口との間における上記循環管路中で分岐させた ドレーン管路中に介装した開閉弁とを有し、上記ポンプの軸受部には磁性流体シ ールが設けてあり、上記両開閉弁は高気密性の二方コックよりなることを特徴と するものである。

【０００９】

【作用】

請求項１記載の実験装置によれば、開閉弁を操作してドレーン管路側に切換（ この時、循環管路は開閉弁で閉になる）えてポンプを稼動すると、実験スペース 及び循環管路、すなわち、密閉系内の空気はポンプで吸引され、ドレーンから外 部に排出されるので、密閉系内は真空に近い状態になる（この場合、ポンプは排 気作用をする）。逆に開閉弁を循環管路側に切換（この時、ドレーン管路は開閉 弁で閉になる）えてポンプを稼動すると、上記密閉系内の空気（ガスも同様）は ポンプの作用で循環する（この場合、ポンプは循環ポンプとして機能する）。

【００１０】 そこで、循環管路のポンプの吸込口側をボンベ等のガス供給部と接続（この際 、ガス供給部のバルブは閉にしておく）し、ポンプを稼動して開閉弁をドレーン 側に切換え、密閉系内を減圧して真空に近い状態にした後、ガス供給部のバルブ を開き、開閉弁を循環管路側に切換えると、ガス供給部のガスは密閉系内へ吸引 されるので、密閉系内の空気はガスと置換される。ガス供給部のバルブを閉めて 、ポンプの稼動を継続すれば、ガスは密閉系内を循環するので、実験スペース内 のガス雰囲気は均一に維持される。

【００１１】 請求項２記載の実験装置は二方コックよりなる開閉弁を２個設け、両弁を別個 に操作するように構成したもので、この実験装置も請求項１記載のものと同様に 作用する。

【００１２】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案の実施例につき説明する。図１は本考案に係る密 閉系ガス循環実験装置の１実施例の全体構成を示す概略配置図、図２は同上装置 に使用するベーンポンプの１実施例のポンプ室部の縦断面図、図３は同上装置に 使用する開閉弁の１実施例を示す斜視図である。

【００１３】 上記図１〜図３において、この実施例の密閉系ガス循環実験装置は、密閉実験 スペース１と、この実験スペース１と接続して配設した循環管路２と、この管路 ２中に介装したベーンポンプ３と、ポンプ３の吐出口側にあって、上記管路２中 に介装した開閉弁４とを有している。

【００１４】 上記実験スペース１は所要の容積を有し、密閉内部で各種の実験を行うもので 、その目的、用途等に応じ、各種のチャンバーやグローブボックス或いはデシケ ータ等を採用する。

【００１５】 上記循環管路２は、実験中に使用するアルゴン，ヘリウム，ドライエアその他 のガスをスペース１に導入して循環するもので、管路２の一端はスペース１のガ ス入口５に、また、他端はスペース１のガス出口６に夫々気密に接続されている 。

【００１６】 上記ベーンポンプ３はポンプ室７のハウジング８内に、回転軸９により回転さ れるロータ１０を、ポンプ室７のリング内面の曲線の中心と偏心させて収納し、 ロータ１０の放射状の溝に摺動自在に設けたベーン１１を遠心力によってリング 内面に押し付けながら回転させるように構成したもので、このポンプ３は任意の 型式のものを適宜選択して採用する。

【００１７】 上記ポンプ３の回転軸９は、軸受部のハウジング１２内で、軸受１３，１４で 支持させてあると共に、軸受１３，１４間に磁性流体シール１５を設け、回転軸 ９の軸受部を気密にシールしてある。この磁性流体シール１５は、これによりポ ンプ３の軸受部を外部と気密に遮断するためのもので、磁性流体シール１５の構 成及び設ける位置等は任意に変更可能である。１６はポンプ３を駆動するモータ を示すものである。

【００１８】 上記のように構成したベーンポンプ３は循環管路２のスペース１の出口６と一 端を接続した管路２Ａの他端をポンプ室７の吸込口１７と気密に接続すると共に 循環管路２のスペース１の入口５と一端を接続した管路２Ｂの他端をポンプ室７ の吐出口１８と気密に接続して配設されている。

【００１９】 上記開閉弁４は循環管路２の管路２Ｂ中に介装して設けられ、循環管路２のポ ンプ３の吐出口１８側と実験スペース１の入口５側、及びポンプ３の吐出口１８ 側とドレーン管路１９側とを択一的に連通させるもので、開閉弁４は高気密性の 三方コックからなっている。この開閉弁４はガラス製の三方コックを採用するの が好ましい（但し、金属製等も採用可）。実施例では、図３に示すように、スリ ーブ２０に三つの切換ポート２１，２２，２３を突設し、スリーブ２０に回動自 在に気密に嵌挿した切換弁２４を回動操作することにより、ポート２１と２２及 びポート２１と２３とを択一的に連通させるように構成したガラス製の真空三方 コックを採用している。図示の三方コックは理化学実験用のガラス器具の真空装 置や真空ライン用として広く用いられているものである。

【００２０】 実施例の開閉弁４は上記のように構成され、ポート２１をポンプ３の吐出口１ ８に気密に接続すると共にポート２２を管路２Ｂに気密に接続して配設され、ま た、ポート２３はドレーン管路１９として機能させるようになっている。これに より切換弁２４を回動操作することにより、ポンプの吐出口１８側と実験スペー ス１の入口５側、及び吐出口１８側とドレーン管路１９側とを択一的に連通させ るようになる。

【００２１】 図１において、２５，２６，２７は循環管路２の管路２Ｂ中に介装して配設し た熱交換器，フィルタ，流量計、２８は管路２Ａから分岐した連結管２９に接続 したガスボンベ、３０はボンベの開閉バルブを示すものである。

【００２２】 この実施例の実験装置は上記のように構成したもので、次に使用方法及び動作 等につき説明する。たとえばアルゴンガスを使用する場合には、アルゴンのガス ボンベ２８を連結管２９に連結する。そして、ボンベ２８のバルブ３０を閉じる と共に開閉弁４をドレーン側に切換えてポンプ３を稼動する。これにより密閉実 験スペース１，循環管路２，熱交換器２５，フィルタ２６，流量計２７で構成さ れる密閉系内の空気はポンプ３で吸引されてドレーン管路１９から系外へ排出さ れ、密閉系内は真空に近い状態になる。次いで、ボンベ２８のバルブ３０を開き 、開閉弁４を循環管路２側へ切換えるとアルゴンガスは密閉系内へ吸引されるの で、適量のガスを吸引後、ボンベのバルブ３０を閉じる。これにより密閉系内の 空気はガスと置換される。そこで再び開閉弁４をドレーン側に切換えると密閉系 内のガス及び一部の残留空気はドレーンから排出され、密閉系内の空気の濃度は 更に低くなり、この操作を３〜４回繰返して行うことにより密閉系内の空気は限 りなく０に近くなり、ガスと完全に置換される。この一連の操作中、ポンプを停 止する必要はない。

【００２３】 そこで、上記のように操作して密閉系内のガスの濃度及び圧力を調整した後、 ボンベのバルブ３０を閉じ、開閉弁４を循環管路２側へ切換える。これにより密 閉系内のガスを循環せしめ、実験スペース１内のガス雰囲気で各種の実験を行う ものである。

【００２４】 図４は本考案に係る密閉系ガス循環実験装置の別実施例の全体構成を示す概略 配置図、図５は同上装置に使用する開閉弁の１実施例を示す斜視図である。この 実施例の実験装置は、ベーンポンプ３の吐出口１８側にあって、循環管路２中に 介装した開閉弁４Ａと、この開閉弁４Ａとポンプ３の吐出口１８との間における 循環管路２中で分岐させたドレーン管路１９Ａ中に介装した開閉弁４Ｂとを有し ている。

【００２５】 上記両開閉弁４Ａ，４Ｂは高気密性の二方コックからなり、この弁４Ａ，４Ｂ もガラス製の二方コックを採用するのが好ましい（但し、金属製等も採用可能） 。実施例では、図５Ａに示すように、スリーブ２０Ａの側壁面と底部に夫々１個 の開閉ポート２１Ａ，２２Ａを突設し，スリーブ２０Ａに回動自在に気密に嵌挿 した切換弁２４Ａを回動操作することにより、ポート２１Ａと２２Ａを連通・遮 断させるように構成したガラス製の真空二方コック、或いは同図Ｂに示すように 、スリーブ２０Ｂの側壁面に二個の開閉ポート２１Ｂ，２２Ｂを突設し、スリー ブ２０Ｂに回動自在に気密に嵌挿した切換弁２４Ｂを回動操作することにより、 ポート２１Ｂと２２Ｂを連通・遮断させるように構成したガラス製の真空二方コ ックを採用している。この二方コックは理化学実験用のガラス器具の真空装置や 真空ライン用として一般に使用されているものである。実施例の開閉弁４Ａ，４ Ｂは上記のように構成され、一方の開閉弁４Ａは両ポート２１Ａ（２１Ｂ），２ ２Ａ（２２Ｂ）を管路２Ｂと気密に接続し、また、他方の開閉弁４Ｂはポート２ １Ａ（２１Ｂ）を開閉弁４Ａと吐出口１８との間における管路２Ｂと気密に接続 すると共にポート２２Ａ（２２Ｂ）をフリーに開放して配設されている。他の構 成は図１の実施例と全く同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。

【００２６】 この実施例の実験装置は上記のように構成したもので、両開閉弁４Ａ，４Ｂを 夫々別個に操作して循環管路の連通・遮断及び循環管路とドレーン管路の連通・ 遮断を選択的に行うもので、図１の実施例と同様に使用し、動作する。

【００２７】

【考案の効果】

本考案によれば、次のような効果を奏する。

【００２８】 装置の構成を簡素化かつコンパクト化することができると共に、密閉系内の空 気とガスとの置換及びガスの循環を簡単な操作で良好に行うことができる。

【００２９】 ガスの消費量を節減できると共に、密閉実験スペース内のガス雰囲気の均一性 を維持することができる。

【００３０】 ベーンポンプの軸受部には磁性流体シールを設けて気密にシールしてあるので 、密閉系内の密閉性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る密閉系ガス循環実験装置の１実施
例の全体構成を示す概略配置図である。

【図２】同上装置に使用するベーンポンプの１実施例の
ポンプ室部の縦断面図である。

【図３】同上装置に使用する開閉弁の１実施例を示す斜
視図である。

【図４】本考案に係る密閉系ガス循環実験装置の別実施
例の全体構成を示す概略配置図である。

【図５】同上装置に使用する開閉弁の１実施例を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１ 密閉実験スペース ２ 循環管路 ３ ベーンポンプ ４，４Ａ，４Ｂ 開閉弁 ９ 回転軸 １０ ロータ １１ ベーン １５ 磁性流体シール

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉実験スペースと、この実験スペース
   と接続してガスを循環する循環管路と、この循環管路中
   に介装したベーンポンプと、このポンプの吐出口側にあ
   って、上記循環管路中に介装した開閉弁とを有し、上記
   ポンプの軸受部には磁性流体シールが設けてあり、上記
   開閉弁は高気密性の三方コックからなり、上記循環管路
   の上記ポンプ側と上記実験スペース側、及び上記循環管
   路の上記ポンプ側とドレーン管路とを上記開閉弁で択一
   的に連通させるように構成したことを特徴とする密閉系
   ガス循環実験装置。
2. 【請求項２】 密閉実験スペースと、この実験スペース
   と接続してガスを循環する循環管路と、この循環管路中
   に介装したベーンポンプと、このポンプの吐出口側にあ
   って、上記循環管路中に介装した開閉弁と、この開閉弁
   と上記ポンプの吐出口との間における上記循環管路中で
   分岐させたドレーン管路中に介装した開閉弁とを有し、
   上記ポンプの軸受部には磁性流体シールが設けてあり、
   上記両開閉弁は高気密性の二方コックよりなることを特
   徴とする密閉系ガス循環実験装置。