JPS6034260Y2 - 低温空気供給装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は低温度の空気組成ガスを供給す装置に関すもの
である。

近時リウマチの治療法として患者の患部に冷気を送り、
患部を冷やして一時的に麻卑せしめて痛みをやわらげた
上積極的に運動させることを特徴としたいわゆる低温治
療法が行なわれている。

この治療法に用いられる冷気は極低温のものが要求され
るため、液体窒素、あるいは液体酸素等の極低温液化ガ
スを利用することが考えられるが、種々の問題点が生じ
、容易に実施し得なかった。

たとえば液体窒素を気化せしめて所望の低温度の窒素ガ
スとしてこれを用いると、使用後の窒素ガスにより治療
室内が酸素欠乏となり、好ましくなく、又液体酸素を気
化せしめて所望の低温度の酸素ガスで使用すると、使用
後の酸素ガスが治療室内に充満し、酸素ガスが支燃性で
あるため保安上好ましくない。

このようなことから液体窒素と液体酸素を液状で混合し
て、これを所望の低温度の混合ガス（空気組成）として
使用する方法も考えられるが、それぞれの沸点が異なる
ため、空気組成の混合ガスを得ることは極めて困難であ
り、どうしても低沸点の窒素成分が多量となって、前記
欠点は解消しな得ない。

又窒素及び酸素をガス状で混合して空気組成ガスを得、
これを所望の低温度に冷却したり、あるいは大気の空気
をこれに含まれる不純物を除去した後、低温度に冷却す
る方法も提案されているが、いずれも別途に、これ等を
冷却するための冷却手段を必要とし、しかも必要とする
冷気の温度が一１００°Ｃ以下である場合、通常の冷凍
機では極めて困難であり、このため前記液体窒素の如き
極低温液化ガスを冷媒として、これと熱交換して所望す
る低温度に冷却している。

しかるに前記冷却用に使用した液体窒素は単に冷却用に
使用されているにとどまり、冷却に使用した結果気化し
た窒素ガスは大気に放散して無駄に消費されていた。

本考案はこのようなことから提案されたもので、その特
徴は空気組成分である酸素、窒素のうち一方の成分を気
体状で用意し、他方の成分を液化ガスとして用意し、前
記液化ガスを、後工程で生戊七た空気組成混合ガスを冷
却するための寒冷に使用すると共に、該冷却で生じた液
化ガスの気化ガスを前記用意した気体状成分と混合して
空気組成としついでこれを前記のように冷却して供給す
る低温空気供給装置に係り、これにより前記従来の欠点
を解消した装置を提供することにある。

以下本考案の装置を図面によりその一実施例態様を例示
して説明する。

図において、１は酸素、窒素いずれか一方の成分を気体
状で充填したボンベ等の容器、２は容器１の元弁、３は
減圧弁で前記元弁２の取出口４と管５で連結されている
。

６は下流側圧力を一定圧力に保持するための圧力調整弁
、７はニードル弁、あるいはオリフィスの如き流量を調
整する流量調整機構、８は酸素ガスと窒素ガスを均一に
混合する混合器で、これらは、前記減圧弁３より順次管
９．１０．１１で連結されている。

又１２は他方成分を液体状の液化ガスで充填した断熱貯
槽、該断熱貯槽１２には図示していないが液を導出する
ための加圧機構が適宜備えられている。

１４は一端が断熱貯槽１２内の底部近くに開口し他端が
液取出し弁１５と連結した液取出し管である。

１６は逆止弁、１７は後述する空気組成ガスを所望の低
温度に冷却し、かつ空気組成分ガスとする一方の成分ガ
スを得るための熱交換器で、その内部はコイル状蛇管１
８が設けられている。

そして、該蛇管１８の一端は前記、液取出し弁１５と断
熱配管１９、逆止弁１６、断熱管２０を介して連結され
ている。

一方前記蛇管１８の他端は管２１を介して加温器２２に
連結されている。

該加温器２２は前記熱交換器１７で気化した成分ガスを
、以後の混合器８での混合比率を精度よく達成するため
、その流量が温度の函数であることにより、常に大気温
度の一定値に保つよう昇温して、その流量を正確に計量
し得るようにしたものである。

２３は下流側の圧力を一定圧力を調節する圧力調整弁、
２４は一定流量を供給するためのニードル弁あるいはオ
リフィスの如き流量調節機構で、これらは、前記加温器
２２より順次管２５．２６で連結され、更に前記流量調
節機構２４は管２７を介して前記混合器８に連通してい
る。

又２８は自動放出弁で前記管２５より分岐した管２９に
連結して設けられ、該自動放出弁２８の開閉作動は、定
常状態では閉作動しているが、後述する如く、供給すべ
き冷気の温度が、所定温度以上に昇温した場合開作動し
、前記熱交換器１７の蛇管１８へより多くの液化ガスを
供給せしめて、この結果ここで熱交換して冷却する空気
組成ガスに与える冷熱を多くして、より低い所望温度に
冷却する。

一方前記混合器８は熱交換器１７の外殻内の蛇管１８の
周囲空間と管３０により連通され、ついで周囲空間は断
熱管３１を介して加温器３２に連結している。

加温器３２は供給すべき冷気の温度が所望する温度以下
に降下した場合、加温器３２と電磁弁３３とを連結して
いる断熱管３４内を流れる冷気の温度を検知する温度検
知器と連設されている温度制御器３５の作用により、加
熱エネルギーを付与するものである。

又電磁弁３３は冷気の酸素、窒素成分が空気組成分とな
った場合に開作動となるよう酸素分析計あるいは窒素分
析計の如き分析装置３６と連動して開閉作動する。

そして前記電磁弁３３は断熱管３７、手動操作弁３８、
断熱管３９を介して噴射器４０に連結している。

噴射器４０は多数の噴出孔を設ける外は任意であるが、
外表部を断熱構造とすることが好ましい。

なお４１は放出弁で前記断熱管３７より分岐した管４２
に設けてあり、供給する冷気ガスが空気組成よりはずれ
た場合、該組成が正規の範囲に戻るまて該弁４１を開き
冷気ガスを外気に放出するものである。

モして該弁４１は前記分析装置３６と連動して開閉作動
するよう電磁弁としてもよい。

本考案の低温空気供給装置は以上にように構成されてい
るものであり、その運転態様は以下の通りである。

なお理解を容易にするため、空気組成分のうち酸素を気
体状で、又窒素を液体状で用意した場合を例示して説明
する。

まず断熱貯槽１２の元弁１５を開き、断熱貯槽１２より
液体窒素を断熱管１９、逆止弁１６、断熱管２０を介し
て熱交換器１７の蛇管１８に供給する。

この時冷気ガスの所望する温度をたとえば＝１８０°Ｃ
として温度制御器３５を設定しておくと、運転開始時に
は、噴射器４０に至る配管３４内はほぼ常温であるので
、設定温度より高く、従って温度制御器３５は電磁弁２
８を開動作せしめている。

このため、液体窒素は熱交換器１７の蛇管１８に逐次供
給される。

そして蛇管１８に供給された液体窒素は熱交換器１７を
冷却して気化して窒素ガスとなり管２１を介して加温器
２２に導びかれ、該器２２でほぼ常温（２０℃）に加温
された後身くは管２５を介して圧力調整弁２３に導びか
れ、残部は管２９、自動放出弁２８を介して外気に放出
される。

なお運転が定常状態に達し噴射器４０に通じる管３４で
の冷気ガスが一１８０℃となると自動放出弁２８は閉止
され、ここでの外気放出は停止する。

ついて前記圧力調整弁２３に導かれた常温の窒素ガスは
、該弁２３で一定圧力たとえば２ｋｏ／Ｃｌｆｔになる
ように調節されて管２６に至り、更に流量調節機構２４
で一定流量たとえば１ ｇＮｒｒｅ ／ｈｒに調整され
て管２７を介して混合器８に導ひかれる。

一方酸素ガスは容器１の元弁２を開作動してガス取出し
口４より減圧弁３で適当な圧力たとえば２．５ｋｇ／Ｃ
１ｆｔに減圧して管９に導出され、ついで圧力調整弁６
で、一定圧力たとえば２に９／Ｃｉに維持されるよう調
整されて管１０に至り、更に流量調整機構７で一定流量
たとえば５Ｎｒｒｅ／ｈｒに調整されて管１１を介して
混合器８に供給される。

混合器８に供給された圧力２ｋｐ／ｃｔｆｔでＩＣｔＪ
ｄ／ｈｒの流量の窒素ガスと、圧力２ｋｇ／ｃ７Ｉ！で
５Ｎ ７７Ｌ’ ／ｈｒの流量の酸素ガスは、該器８で
充分均一に混合されて、圧力２ｋｑ／ｃｒｆｔのほぼ空
気組成の混合ガスとなり、２４Ｎｒｒｌ／ｈｒの流量て
管３０を介して熱交換器の外殻内空間に導入される。

該空間には前記した如く液体窒素が供給されている蛇管
１８が設けられているので、前記空間に導入された圧力
２ｋｇ／ｃｌで２４Ｎｒｒｅ／ｈｒの空気組成の混合ガ
スは、前記蛇管１８内を流れる液体窒素と熱交換して冷
却されて一１８０°Ｃの冷気となり管３１、加温器３２
及び管３４を経て電磁弁３３に導びかれる。

この間管３４に連設された温度制御器３５により、冷気
の温度を検知して、冷気温度が設定温度たとえば一１８
０’Ｃより高い場合は、前記電磁弁２８を開作動して熱
交換器１７に供給する液体窒素量を増加せしめて寒冷量
を増加して、温度降下せしめ、一方低い場合は加温器３
２を作動せしめて昇温するようにして所望温度に維持す
る。

かくして−１８０℃の一定温度に冷却された圧力２ｋｇ
／ａｌｌの空気組成冷気２４Ｎｉ／ｈｒは電磁弁３３よ
り、管３７及び治療時に手動操作する手動操作弁３８、
更に管３９等を介して噴射器４０へと供給されるが、運
転開始時等冷気ガスの組成が空気組成より逸脱している
場合は、常時作動している分析装置３６がこれを検知し
て電磁弁３３を閉止して冷気を噴射器４０へ供給するの
を停止し、この間その組成が空気組成に達するまで放出
弁４１を開き外気へ放散する。

一方熱交換器１７では前記した如く、該器１７に設けた
蛇管１８に供給されている液体窒素が２に９／ａｌ！＋
２４Ｎｉ、／ｈｒの空気組成ガスと熱交換してこれを
常に冷却していることにより、気化して窒素ガスとなり
、空気組成の窒素成分ガスとして常に管２１を加温器２
２、管２５を経て圧力調整弁２３で一定圧力とされ更に
管２６により流量調整機構２４で一定流量に調節されて
混合器８に常に一定圧力で一定流量の窒素ガスが供給さ
れる。

このようにして噴射器４０には一定圧力（たとえば２ｋ
ｇ／ｃｆｔ）で一定流量（たとえば２４Ｎｙｒｆ’／ｈ
ｒ）に調節された空気組成の混合ガスが所望する低い温
度（たとえば−１８０℃）の冷気ガスとして供給される
。

なお前記必要とする圧力は圧力調整弁６，２３の設定圧
力を適宜調節すればよく、そしてこれらの圧力は両者差
異があっても実施は可能であるが、流量の調整操作の点
から、両者の圧力が等し′いことがより好ましい。

又必要とする流量は、流量調整機構７，２４を調節すれ
ばよく、そして前記圧力調整弁６，２３の両者圧力と関
連して、それぞれの流量の和が所望する流量となり、か
つそれぞれの流量比が空気組成比になるよう適宜選択し
て設定すればよい。

更に所望する温度は前記温度制御器３５を所望する設定
温度に適宜設定すれば前記した如く自動的に所望する低
い温度に調節して、所望の温度の冷気が得られる。

なお上記実施例では空気組成分のうち酸素戊分を気体状
で、窒素成分を液体状の液化ガスとして用意した場合に
ついて説明したが、酸素成分を液化ガスで、一方の窒素
成分を気体状で用意しても又可能であり、この場合液体
酸素を断熱貯槽１２に充填し、気体状窒素を容器１より
導出するようにし、それぞれの流量調整機構７，２４を
空気組成になるよう調節すればよい。

又前記実施例はリウマチの低温治療に際しての低温空気
を供給について説明したが、その他機械加工に際しての
切削用刃、あるいは切断用刃等を冷却するための供給装
置としても適宜使用し得ることは勿論である。

本考案は以上にように、冷却用に使用する冷気を得るた
め、環境衛生上安全で、かつ保安上においても安全かつ
空気組成を有する混合気体を極めて確実に生皮するばか
りでなく、空気組成分の一方の成分を気体状で用意腰他
方の成分を液体状で用意してこれを気化して使用し、し
かも前記液体状の成分の気化は、空気組成の混合ガスを
必要とする低温度に冷却する際の寒冷に使用することに
より得るようにしたので、別途に寒冷源を設置すること
もなく、液体成分を、必要とする成分のガス源とすると
共に寒冷源として効果的に利用することを可能としたも
のである。

又従来の大気を冷気として使用する場合の如き不純物（
水や炭酸ガス等）を取り除く操作、装置も又必要としな
い等極めて著しい作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図は本考案装置の一実施例を示す系統図である。 １は容器、６，２３は圧力調整弁、７，２４は流量調整
機構、８は混合器、１２は断熱貯槽、１７は熱交換器、
２２は加温器、２８は自動放出弁、３２は加温器、３３
は電磁弁、３５は温度制御器である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ■ 酸素ガスと窒素ガスを混合して空気組成混合ガスと
   し、これを所望の低温度に冷却して空気組成の冷気を得
   る低温空気供給装置において、前記空気組成成分ガスの
   うち一方の成分を気体状で充填してなる容器１と、他方
   の成分を液化ガスで充填してなる断熱貯槽１２を設け、
   該ガス容器１を圧力調整弁６、流量調整機構７を介して
   混合器８に連結し、かつ断熱貯槽１２を熱交換器１７、
   加温器２２、圧力調整弁２３、流量調整機構２４を介し
   て混合器８に連結すると共に、該混合器δ内の混合ガス
   を導出する管３０を前記熱交換器１７に連結して該熱交
   換器に供給される液化ガスと熱交換せしめて低温空気を
   供給できるようにしたことを特徴とする低温空気供給装
   置。 ２ 液化ガスを熱交換して得られる前記低温空気は、加
   温器３２及び所望の空気組成で開作動する電磁弁３３を
   介して供給すると共に、前記低温空気を温度制御器３５
   により前記加温器３２及び前記圧力調整弁２３の上流側
   で分岐した管２９に設けた自動放出弁２８をそれぞれ開
   閉作動せしめることにより温度制御するようにしたこと
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の低温
   空気供給装置。