JP2994063B2 - 液化ガスの蒸発装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体窒素、液体酸素、
これらを混合した液体空気、液体炭酸ガス、液体水素、
液体ヘリウム等の液化したガスを蒸発させる装置に関す
る。更に詳しくは工業、医療、美容等において所望の気
化されたガス又は冷却されたガスを得るための液化ガス
の蒸発装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に液化ガスを気化してその臨界点付
近の極低温ガス、例えば液体窒素では−１９６℃の極低
温窒素ガスを室温下の環境に取出す場合には、気化した
後の熱損失が非常に大きくなる傾向があり、しかも液体
のまま流出させてはならない制約がある。熱損失を小さ
くするためには蒸発装置の流路全体を予め所望の温度以
下に冷却し維持しておく必要がある。このため、安定し
た極低温の冷却ガスを多量に取出すために蒸発装置の流
路を長くするか又は体積を大きくすると、長大化した流
路や体積を所望の温度以下に冷却するために液化ガスを
多く消費し、蒸発効率が非常に低下する問題点があっ
た。また、これを回避するために蒸発装置の流路や体積
を小さくすると、液化ガスを蒸発させるための熱源とし
ての体積が不足し、気化したガスの出力を減らさなけれ
ば、未気化の液化ガスが放出されてしまう問題点があっ
た。従来、蒸発用流路を都市ガスの瞬間湯沸し器のよう
ないわゆる蛇管の形状にして、この蛇管の中に液化ガス
を通して極低温ガスを取出す蒸発装置が知られている。
この装置は、所望の温度の気化ガスを得るために蛇管を
室温下に設置して蒸発に必要な熱源となる流路の長さを
予め十分に確保しておき、この蛇管に一定の圧力と流量
で液化ガスを供給するものである。しかし、蛇管への液
化ガスを一定の圧力と流量で供給することは容易でな
く、もし設定した圧力又は流量以上の液化ガスを蛇管に
供給した場合には液化ガスが未気化の状態、即ちミスト
の状態で蛇管出口から放出される不具合があった。また
上記ミスト状の液化ガスを完全に気化させようとする
と、極めて長い流路を必 要とし、液化窒素等の極低温の
液体の圧力を下げる必要がある。

【０００３】ある温度の気体又は液体を所定の温度に流
路を用いて加熱又は冷却する場合には、その流路全体を
上記所定の温度に近く加熱又は冷却する必要があること
は、日常生活において知られている。例えばボイラの湯
を流路を介して取出し口から取出すときに、取出し口か
ら取出される湯の温度がこの湯の取出し時間の経過とと
もに次第にボイラ内の湯の温度に近づく。これは流路が
湯の通過により次第に暖められるためである。しかし、
取出し口から取出される湯の温度は流路による熱損失を
受けているため、ボイラから出た直後の温度より僅かに
低くなる。 一方、極低温のガスを取出す場合は、外気温
との温度差が大きいため、流路による熱損失の割合も大
きくなり、また流路が長くなればなるほど、更に流路に
よる熱損失が大きくなる。例えば、２０℃の外気温にお
いて、直径９．３５ｍｍの銅管に、何ら保温処置もせず
に送出圧力１ｋｇ／ｃｍ ² で−１９６℃の液体窒素を送
出すと、約１０ｍで完全に気化して約５℃の気体にな
り、送出圧力を２ｋｇ／ｃｍ ² にすると、約１０ｍでミ
スト状のガスになる。また上記銅管から送出される液体
窒素の温度を−２１０℃にし、送出圧力を１ｋｇ／ｃｍ
² とすると、約１０ｍで−１℃のガスとなり、送出圧力
を２ｋｇ／ｃｍ ² とすると、液体の混ざったガスとな
る。このように液体窒素等の極低温の液体の温度及び圧
力と流路における熱損失との関係は非常に微妙であり、
蛇管等の流路を用いた極低温の液体の蒸発装置は実用的
でない。また上記従来の蒸発装置では、ガスを噴射し始
めてからこのガスが所定の温度になるまでに比較的長い
時間を要する問題点もあった。

【０００４】従来、上記問題点を解決した装置として、
底部に液化ガスを加熱するためのヒータが取付けられた
液化ガスを収容する金属製魔法瓶と、この魔法瓶の液化
ガス取出し口に接続される連結部材と、可撓性接続管を
介して前記連結部材の一端に接続され液化ガスを噴射す
るノズルとからなる極低温ガス発生装置が開示されてい
る（実開昭５９−４４５３９）。この装置では、ヒータ
によって気化したガスで魔法瓶内に圧力を生じさせ、こ
の圧力によって気化したガスを可撓性接続管を介してノ
ズルから自然放出させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この装置は、広いスペ
ースを要することなく、また流路の長さや体積を小さく
して、多量のガスが得られる利点がある。しかし、液化
ガスの液量とヒータの発熱量を正確に制御しないと、魔
法瓶内の液化ガスの液温を安定して極低温に維持するこ
とが困難であった。また勢いよくガスを噴出させるため
には魔法瓶内に気化したガスを一時的に蓄積して高圧に
した上で弁により放出する必要があり、魔法瓶を耐圧容
器にしなければならない不具合があった。またこの装置
によっても未だ無用なガスの消費量が多く、しかも放出
されるガスの温度がある程度限られてしまう問題点があ
った。

【０００６】本発明の目的は、蒸発用の流路の長さや体
積が小さくて済み、広いスペースを要することなく、し
かも比較的多量の気化したガスを取出すことができる液
化ガスの蒸発装置を提供することにある。本発明の別の
目的は、−１８０℃前後の極低温から室温を越える温度
までの間の所望の温度と所望の速度を有する噴出ガスを
短時間で得ることができる噴出し得る液化ガスの蒸発装
置を提供することにある。本発明の更に別の目的は、ガ
スを高圧で蓄積する必要がなく、無用なガス消費が少な
く効率的にガスを蒸発し得る液化ガスの蒸発装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、極低温の気
化ガスを気化したばかりの臨界点近くの温度で取出すた
めに蒸発用流路はできるだけ小さくかつ短くすること、
気化したガスを多量に取出すためには液化ガスを蒸発さ
せるための加熱用流路を多く必要とすることの相反する
２つの要件を次の手段により達成した。

【０００８】即ち、図１に示すように、本発明の液化ガ
スの蒸発装置１０は、高比熱の媒体２９を貯える恒温槽
２８と、媒体２９を一定温度に保温する保温手段３２，
３３と、恒温槽２８内に設けられ媒体２９に浸漬された
蒸発器とを備え、前記蒸発器は入口蒸発筒３１ａと出口
蒸発筒３１ｄを含む複数の蒸発筒３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３１ｄからなり、これらの蒸発筒は１つの蒸発筒の
出口が隣接する別の蒸発筒の入口に連通管３７ａ，３７
ｂ，３７ｃを介して接続され、入口蒸発筒３１ａには流
量調整弁２６を有する液化ガスの流入管２４が接続さ
れ、出口蒸発筒３１ｄには気化されたガスの流出管３６
が接続されたものである。

【０００９】

【作用】流量調整弁２６を開くと、液化ガスが入口蒸発
筒３１ａに流入する。噴出ガスの温度を低くし勢いよく
ガスを噴出させるときは調整弁２６の開度を大きくし、
反対に温度を高くし穏やかにガスを噴出させるときには
開度を小さくする。蒸発筒３１ａに流入した液化ガスは
一部が蒸発筒３１ａの底部に溜まり、一部は霧状又は泡
状になって連通管３７ａを通って隣接する次の蒸発筒３
１ｂに入る。蒸発筒３１ａ，３１ｂの底部に溜まった液
化ガスはそこで保温手段３２，３３で一定の温度に保温
された媒体２９の熱により気化して次の蒸発筒３１ｂ，
３１ｃに入り、更に液化ガスは出口蒸発筒３１ｄで完全
に気化し、或いは温められて流出管３６から噴出する。
調整弁２６の開度を大きくすれば入口蒸発筒３１ａに流
入した液化ガスは連通管３７ａ，３７ｂ，３７ｃを通過
して気化したばかりの臨界点近くの温度で流出管３６か
ら取出される。

【００１０】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。この例では、冷凍美容装置に用いられる液体
空気の蒸発装置について説明する。図１及び図２に示す
ように、液体空気の蒸発装置１０は液体窒素と液体酸素
を８：２の割合で混合した市販の液体空気１１を貯蔵す
るタンク１２と蒸発装置１０で気化された空気を噴出す
るノズル１３との間に設けられる。

【００１１】タンク１２は液体空気１１が入る内筒１４
とこの内筒を保護する外筒１６により構成される。保温
のために内筒１４と外筒１６の間には断熱材が充填され
る。内筒１４の頂部には内筒内の液体空気１１を排出す
る排出管１７が取付けられる。排出管１７は内筒１４の
頂部を貫通してその下端が内筒１４の底部近傍に位置す
る。排出管１７には液体排出弁１８が設けられる。内筒
１４の底部には蒸発用細管１９の基端が接続される。細
管１９は内筒１４と外筒１６の間に配管され昇圧弁２１
を介してその先端が内筒１４の頂部に貫通して設けられ
る。昇圧弁２１を開くと細管１９内の液体空気が気化し
て内筒１４内に還流し、内筒内の圧力を高めて液体空気
１１の排出管１７への排出圧を高める。

【００１２】排出管１７には断熱材２２で被包された接
続管２３を介して蒸発装置１０の流入管２４が接続され
る。流入管２４には流量調整弁２６が設けられる。蒸発
装置１０はハウジング２７内に高さ約６５０ｍｍ、幅約
２００ｍｍ、奥行約２００ｍｍの恒温槽２８を収容す
る。この恒温槽２８内には高比熱の媒体２９、この例で
はエチレングリコールが貯えられ、媒体２９には４個の
蒸発筒３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄがその容積の２
分の１程度浸漬される。この媒体２９の量は気化する空
気の温度又は速度、或いは蒸発筒の数に応じて適宜決め
られる。

【００１３】これらの蒸発筒はそれぞれ熱伝導度の高い
銅により外径２２ｍｍ、長さ６００ｍｍの円筒状に形成
される。３１ａは入口蒸発筒、３１ｄは出口蒸発筒であ
る。恒温槽２８の底部にはヒータ３２及びサーモスタッ
ト３３が取付けられ、これらには交流電源３４が接続さ
れる。サーモスタット３３はこの例では１５℃以下にな
ると閉じる常開スイッチである。恒温槽２８により蒸発
筒３１ａ〜３１ｄによって冷却された空気の放散が防止
される。

【００１４】入口蒸発筒３１ａには流入管２４が接続さ
れ、出口蒸発筒３１ｄには流出管３６が接続される。蒸
発筒３１ａと蒸発筒３１ｂとは連通管３７ａにより、蒸
発筒３１ｂと蒸発筒３１ｃとは連通管３７ｂにより、更
に蒸発筒３１ｃと蒸発筒３１ｄとは連通管３７ｃにより
それぞれ接続される。これらの連通管３７ａ〜３７ｃは
それぞれ逆Ｕ字状に形成され、それぞれの両端が蒸発筒
の頂部を貫通して設けられる。図１の符号ｈで示すよう
に、蒸発筒３１ａにおいて流入管２４の端部は連通管３
７ａの端部より、また蒸発筒３１ｄにおいて連通管３７
ｃの端部は流出管３６の端部よりそれぞれ低い位置に設
けられる。同様に連通管３７ａ（３７ｂ）の蒸発筒３１
ｂ（３１ｃ）への流入端部は連通管３７ｂ（３７ｃ）の
蒸発筒３１ｂ（３１ｃ）からの流出端部より低い位置に
設けられる。流出管３６には断熱材３８で被包された可
撓導管３９を介して前述したノズル１３が接続される。

【００１５】このように構成された冷凍美容装置の動作
並びに使用方法を説明する。先ず、液体空気タンク１２
の昇圧弁２１を開いて内筒１４の圧力を２〜５kg/cm²程
度に高める。この状態で液体排出弁１８及び流量調整弁
２６を開くと、タンク１２内の液体空気は勢いよく流入
管２４に流入し、その一部が流入管２４の内壁に接触す
ることにより気化して膨張し、更に勢いを増して蒸発筒
３１ａに流入する。

【００１６】極低温の気化したばかりの状態の空気をノ
ズル１３から取出す場合には、蒸発筒３１ａ〜３１ｄ内
で気化した空気は連通管３７ａ〜３７ｃを通ってすばや
く短時間でノズル１３から放出される。即ち、入口蒸発
筒３１ａに流入した極低温の空気は、蒸発筒３１ａ〜３
１ｄが有底構造であるため、液体空気以外は蒸発筒の底
部には行かず、気化した空気は蒸発筒３１ａ〜３１ｄ全
体を冷却することなく各蒸発筒の一部である頂部を冷却
するだけで次の連通管に進み、ノズル１３から放出され
る。このためこの装置では気化した極低温の空気の流路
である連通管３７ａ〜３７ｃ及び蒸発筒３１ａ〜３１ｄ
のみを使用する空気の温度以下にすればよい。

【００１７】具体的には、入口蒸発筒３１ａに流入した
液体空気の一部は図２の一点鎖線矢印で示すように蒸発
筒３１ａの底部に溜まり、一部は破線矢印で示すように
霧状又は泡状になって連通管３７ａを通って次の蒸発筒
３１ｂに入る。蒸発筒３１ａ又は３１ｂの底部に溜まっ
た液体空気はそこでヒータ３２及びサーモスタット３３
で約１５℃に保温された媒体２９の熱により気化して白
抜き矢印で示すように上昇し、蒸発筒の底部に溜まらず
に気化した空気とともに次の蒸発筒３１ｂ又は３１ｃに
入り、更に液体空気は蒸発筒３１ｄで完全に気化し、或
いは温められて可撓導管３９を通ってノズル１３から噴
出する。

【００１８】恒温槽２８内の媒体２９はサーモスタット
３３によるヒータ３２で温度制御され、常に液体空気を
加熱する状態を維持するので、液体空気を蒸発するのに
必要な熱源としての体積はほぼ無限な状態にあり、高圧
力の未気化の液体空気が流入してもその蒸発用の熱源が
不足することはない。

【００１９】連通管の端部を図１のｈだけ変位させるこ
とにより、タンク１２から高圧の液体空気が霧状で蒸発
筒に流入しても次の蒸発筒へは霧状で流入しにくくな
り、その結果、ノズル１３からは完全に気化した空気が
噴出する。ノズル１３から噴出する空気は蒸発筒内での
体積膨張とタンク１２からの供給圧が加わって安定した
高い圧力を有する。ノズル１３を人体の皮膚に向けて、
そこに極低温の空気を吹付けると、寒冷刺激により皮膚
の新陳代謝が活発になり、肌の若返りを促すようにな
る。

【００２０】図３は本発明の別の実施例の蒸発装置を示
す。図３において、図１と同一符号は同一構成部品を表
わす。この蒸発装置は前記実施例のものより空気を弱く
噴出するように構成される。即ち、この例では、前記実
施例の４個の蒸発筒の代わりに７つの蒸発室４１ａ，４
１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ，４１ｇが設け
られ、これらの蒸発室は隣接する室毎に上端に開口４２
ａを有する隔壁４２でそれぞれ仕切られる。また各蒸発
室はその頂部に仕切板４３が垂設される。またサーモス
タット３３には４０℃以下で閉じる常開スイッチが用い
られる。このような構成の蒸発装置１０を図１に示した
液体空気タンクと可撓導管にそれぞれ接続して使用する
と、前記実施例よりも蒸発室の数が多いため、またサー
モスタット３３の作動温度が高く槽２８の媒体２９の温
度が高まるため、ノズルからは前記実施例より高い温度
の冷気が噴出する。

【００２１】図１に示した蒸発装置の蒸発筒の数を７つ
にし、作動温度が１５℃と４０℃のサーモスタットを用
い、更に流量調整弁２６の開度を変えて蒸発筒への流入
圧を調整したときのノズル１３から噴出する空気の温度
を測定した。その結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から調整弁２６の開度を大きくして流
入圧を高め、媒体の温度を低くすると、極低温の空気が
得られることが判明した。

【００２４】なお、上記例では液体空気を蒸発して冷気
を皮膚に当てる冷凍美容用の蒸発装置を示したが、本発
明は美容に限らず、リウマチ、打身、捻挫等の治療に用
いることができる他、溶接又は救急医療等のための液体
酸素の蒸発装置や、食品の冷凍、冷却、酸化防止のため
の液体窒素の蒸発装置等の各種工業、医療に幅広く利用
することができる。また、蒸発筒又は蒸発室の数及びサ
イズは一例であって、本発明は上記例に限定されるもの
ではない。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の蒸発装置
は、蒸発筒又は蒸発室内での液化ガスが気化する際の体
積膨張による圧力上昇を利用して流出管より勢いのある
ガスを得るため、ガスを高圧で蓄積する必要がなく、無
用なガス消費が少なく効率的にガスを蒸発させることが
できる。また、流量調整弁の開度又は媒体の保温温度を
変えることによって、噴出時に−１８０℃前後の極低温
から室温を越える温度までの間の所望の温度と速度を有
するガスをすばやく短時間で得ることができる。更に、
蒸発筒内において連通管の液化ガスが流入する端部を流
出する端部より低い位置に設けることにより、液化ガス
をより確実に気化することができる。特に、本発明の蒸
発装置を用いれば、蒸発用の流路の長さや体積が小さく
て済み、広いスペースを要することなく、多量のガスを
安定して供給できるため、美容、医療、工業等の各種分
野における広範囲の利用が見込まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の液化ガスの蒸発装置を含む冷凍
美容装置の構成図。

【図２】その冷凍美容装置の恒温槽の要部拡大構成図。

【図３】本発明の別の実施例蒸発装置の構成図。

【符号の説明】

１０ 液化ガスの蒸発装置 １１ 液体空気 １２ 液体空気タンク １３ ノズル ２４ 流入管 ２６ 流量調整弁 ２８ 恒温槽 ２９ 媒体 ３１ａ〜３１ｄ 蒸発筒 ３２ ヒータ（保温手段） ３３ サーモスタット（保温手段） ３６ 流出管 ３７ａ〜３７ｃ 連通管 ４１ａ〜４１ｇ 蒸発室

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高比熱の媒体(29)を貯える恒温槽(28)
   と、前記媒体(29)を一定温度に保温する保温手段(32,3
   3)と、前記恒温槽内に設けられ前記媒体に浸漬された蒸
   発器とを備え、前記蒸発器は入口蒸発筒(31a)と出口蒸
   発筒(31d)を含む複数の蒸発筒(31a,31b,31c,31d)からな
   り、前記複数の蒸発筒は１つの蒸発筒の出口が隣接する
   別の蒸発筒の入口に連通管(37a,37b,37c)を介して接続
   され、前記入口蒸発筒(31a)には流量調整弁(26)を有す
   る液化ガスの流入管(24)が接続され、前記出口蒸発筒(3
   1d)には気化されたガスの流出管(36)が接続された液化
   ガスの蒸発装置。
2. 【請求項２】 連通管(37a,37b,37c)は逆Ｕ字状に形成
   され、前記連通管の一端が１つの蒸発筒の頂部に設けら
   れ、前記連通管の他端が別の蒸発筒の頂部に設けられた
   請求項１記載の液化ガスの蒸発装置。
3. 【請求項３】 連通管(37a,37b)の蒸発筒(31b,31c)への
   流入端部は連通管(37b,37c)の蒸発筒(31b,31c)からの流
   出端部より低い位置に設けられた請求項２記載の液化ガ
   スの蒸発装置。
4. 【請求項４】 高比熱の媒体(29)を貯える恒温槽(28)
   と、前記媒体(29)を一定温度に保温する保温手段(32,3
   3)と、前記恒温槽内に設けられ前記媒体に浸漬された蒸
   発器とを備え、前記蒸発器は入口蒸発室(41a)と出口蒸
   発室(41g)を含む複数の蒸発室(41a,41b,41c,41d,41e,41
   f,41g)からなり、前記複数の蒸発室は１つの蒸発室の出
   口が隣接する別の蒸発室の入口に連通し、前記入口蒸発
   室(41a)には流量調整弁(26)を有する液化ガスの流入管
   (24)が接続され、前記出口蒸発室(41g)には気化された
   ガスの流出管(36)が接続された液化ガスの蒸発装置。