JP2015184000A - 実験設備 - Google Patents

Abstract

【課題】実験室内の実験環境の向上と省エネ化を図ることのできる実験設備を提供する。【解決手段】窒素ガスＧを発生する窒素ガス発生部１と、この窒素ガス発生部１で発生した窒素ガスＧを用いて実験処理を実施する実験機器２とを施設Ｆ内に備える実験設備であって、施設Ｆ内の実験室ＥＲに実験機器２を配備するとともに、施設Ｆ内の機械室ＭＲに窒素ガス発生部１を配備し、機械室ＭＲ内の窒素ガス発生部１からガス供給路３を介して実験室ＥＲ内の実験機器２に窒素ガスＧを供給する構成にする。【選択図】図１

Description

本発明は、大学や研究施設等の各種の施設に配備される実験設備に関し、詳しくは、窒素ガスを発生する窒素ガス発生部と、この窒素ガス発生部で発生した窒素ガスを用いて各種の実験処理を実施する実験機器とを施設内に備える実験設備に関する。

この種の実験設備は、前記窒素ガス発生部と前記実験機器とを施設内に併設することで、実験処理の中断を招く窒素タンクの交換等を不要にし、必要な窒素ガスを施設内で随時発生させながら実験機器による実験処理を継続的且つ効率的に実施できるようにしている。

前記実験機器としては、例えば、不活性ガスとして窒素ガスを用いて試料の分析処理（実験処理の例）を実施する液体クロマトグラフ質量分析装置（下記特許文献１参照）等があり、前記窒素ガス発生部としては、例えば、圧縮空気を活性炭などの吸着剤に通して酸素を吸着させる形態で窒素を分離生成する圧力変動吸着式（所謂、ＰＳＡ式）の窒素ガス発生器（下記特許文献２参照）を備えるもの等がある。

そして、従来では、これら実験機器と窒素ガス発生部を一つの機器セットにして、この機器セットを施設内の実験室に配備する設備構成を採用していた。

特開２０１３−２５４７５２号公報 特開２００３−３４２００８号公報

上記従来の実験設備では、施設内の実験室において実験機器と窒素ガス発生部からなる機器セットの設置スペースが嵩み、実験室内の実験スペースが狭く制限される。また、作動中の窒素ガス発生部が実験室内の騒音源になる。そのため、実験室内の実験環境を悪化させる重大な問題がある。更に、作動中の窒素ガス発生部が発熱源になって実験室の空調負荷の増加を招く問題もある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な設備構成を採用することにより、実験室内の実験環境の向上と省エネ化を図ることのできる実験設備を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、窒素ガスを発生する窒素ガス発生部と、この窒素ガス発生部で発生した窒素ガスを用いて実験処理を実施する実験機器とを施設内に備える実験設備であって、
施設内の実験室に前記実験機器を配備するとともに、施設内の機械室に前記窒素ガス発生部を配備し、
前記機械室内の前記窒素ガス発生部からガス供給路を介して前記実験室内の前記実験機器に窒素ガスを供給する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、機械室内の窒素ガス発生部で必要な窒素ガスを発生させ、その窒素ガスをガス供給路を介して実験室内の実験機器に供給することで、実験機器による実験処理の継続的且つ効率的な実施を可能にする。

そして、本構成によれば、実験機器を施設内の実験室に配備するのに対して窒素ガス発生部を施設内の別室に配備するから、実験室内の設置スペースを実験機器の分だけにして実験室内の実験スペースを広く確保することができるとともに、騒音源や発熱源を実験室から取り除くことができる。

しかも、施設内での配置等で騒音対策が施され、且つ、一般に実験室等の居室に比べ温度調整を余り要しない機械室に窒素ガス発生器を配備することで、騒音対策の追加や空調負荷の増大を招くのも抑制することができる。更に、窒素ガス発生部の設置室を機械室に統一することで、窒素ガス発生部のための各機器の集約も行い易くすることができる。

したがって、実験室内の実験環境の向上と省エネ化の双方を効果的に達成することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記窒素ガス発生部は、圧縮空気から窒素ガスを取り出す窒素ガス発生器を備えるとともに、
前記窒素ガス発生器による窒素ガス取り出し後の使用済圧縮空気を回収する圧縮空気回収手段を設けてある点にある。

つまり、膜分離式の窒素ガス発生器等の圧縮空気から窒素ガスを取り出す窒素ガス発生器では、供給圧縮空気量の７〜８割程度が窒素取り出し後に使用済圧縮空気として排気されることになる。

これに対し、上記構成によれば、窒素ガス発生器による窒素ガス取り出し後の使用済圧縮空気を圧縮空気回収手段で回収するから、この回収圧縮空気を施設内で動力源等に有効活用することが可能となり、更なる省エネ化を図ることができる。

本発明の第３特徴構成は、前記ガス供給路は、前記実験室側で分岐して複数の前記実験機器に窒素ガスを分配する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、複数の実験機器への窒素ガスの分配を実験室側で行うから、機械室から複数の実験機器へのガス供給路のうちの機械室から実験室側までのガス供給路部分を集約することができる。

したがって、設備構成の効率化を図ることができるとともに、機械室側での窒素ガス発生部のための各機器の集約も更に行い易くすることができる。

実験設備の設備構成図 実験設備の別実施形態を示す設備構成図

図１は、大学等の施設Ｆに配備した実験設備の概略構成を示し、１は窒素ガスＧを発生する窒素ガス発生部であり、２は窒素ガスＧを用いて実験処理を実施する実験機器である。

この実験設備では、施設Ｆ内において、実験処理を実施する室と、この実験処理に必要な窒素ガスを発生させる室とを区画して配置してある。具体的には、施設Ｆ内の実験室ＥＲに実験機器２を配備するとともに、施設Ｆ内の機械室ＭＲに窒素ガス発生部１を配備し、ガス供給路３を介して機械室ＭＲ内の窒素ガス発生部１で発生させた窒素ガスＧを実験室ＥＲ内の実験機器２に供給する構成にしてある。

なお、前記実験室ＥＲは、教員や学生等の実験員が滞在して各種の実験処理を行う居室であり、他方、前記機械室ＭＲは、施設Ｆ全般用の熱源や動力源を発生させる施設用熱源機（図示省略）や施設用空気圧縮機（図示省略）などを主として配備する非居室である。

実験室ＥＲ内に配備された実験機器２としては、供給窒素ガスＧを用いて試料の分析処理を実施する市販の液体クロマトグラフ質量分析装置（所謂ＬＣ/ＭＳ）を用いている。この実験機器２としては、液体クロマトグラフ質量分析装置に限らず、窒素ガスＧをキャリアガスとして用いるガスクロマトグラフ装置（所謂ＧＣ）やガスクロマトグラフ質量分析装置（所謂ＧＣ／ＭＳ）など、窒素ガスＧを用いて実験処理を実施する各種の機器を用いることができる。

機械室ＭＲ内に配備された窒素ガス発生部１は、複数台の窒素ガス発生器４を備え、これら複数台の窒素ガス発生器４としては、圧縮空気ＣＡをガス分離膜で分離して非透過分や透過速度の遅い分を窒素ガスＧとして取り出す市販の膜分離式のものを用いている。

一般的に、この種の窒素ガス発生器４では、供給圧縮空気量の２〜３割が窒素ガスＧとして取り出され、残りの７〜８割が窒素ガス取り出し後の使用済圧縮空気（富酸素圧縮空気）ＣＡ´として排気される。この窒素ガス発生器４は、上述した膜分離式に限らず、圧力変動吸着式（所謂、ＰＳＡ式）なども用いることができる。

機械室ＭＲ内における各窒素ガス発生器４の近傍には、窒素ガス発生器４の付帯設備として、圧縮空気供給源５を設けてある。つまり、この窒素ガス発生部１は、圧縮空気供給源５から各窒素ガス発生器４に圧縮空気ＣＡを供給することで、複数台の窒素ガス発生器４で窒素ガスＧを発生させる。

なお、これら複数台の窒素ガス発生器４の運転制御については、例えば、制御器（図示省略）や人為操作によって窒素ガスＧの需要に応じて稼働台数を増減させる台数制御等を適宜に行うことができる。

前記圧縮空気供給源５は、複数台の空気圧縮機６、第一エアタンク７、エア供給路８Ａ、８Ｂ、及び、複数の遮断弁８ａを備えている。

そして、この圧縮空気供給源５は、複数台の空気圧縮機６で発生させた圧縮空気ＣＡを合流させてエア供給路８Ａを通じて第一エアタンク７に貯留しておき、この第一エアタンク７の貯留圧縮空気ＣＡをエア供給路８Ｂを通じて並列の各窒素ガス発生器４に分配する構成にしてある。

要するに、この実験設備は、実験機器２を施設Ｆ内の実験室ＥＲに配備するのに対して窒素ガス発生部１を施設Ｆ内における実験室ＥＲとは別室に配備することで、実験室ＥＲ内の設置スペースを実験機器２の分だけにして実験室ＥＲ内の実験スペースを広く確保し、併せて、騒音源や発熱源を実験室ＥＲから取り除く。

更に、施設Ｆ内の前記別室として、施設Ｆ内での配置等で騒音対策が施され、且つ、一般的に実験室ＥＲ等の居室に比べ温度調整を余り要しない機械室ＭＲに窒素ガス発生部１を配備することで、施設Ｆにおいて騒音対策の追加や空調負荷の増大を招くことも抑制する。

しかも、窒素ガス発生部１の設置室を共通の機械室ＭＲに統一することで、窒素ガス発生部１のための各機器（例えば、窒素ガス発生器４や空気圧縮機６やエアタンク７）の集約も行い易くする。

本例では、窒素ガス発生器４を実験機器２の台数よりも少ない台数に集約するとともに、空気圧縮機６を窒素ガス発生器４よりも少ない台数に集約することで、設備構成の効率化を図っている。

９は、窒素ガスＧの取り出し後に窒素ガス発生器４から排気される使用済圧縮空気ＣＡ´を回収する圧縮空気回収手段である。この圧縮空気回収手段９は、使用済圧縮空気ＣＡ´を貯留する第二エアタンク１０と、窒素ガス発生器４から排気される使用済圧縮空気ＣＡ´を第二エアタンク１０に送るエア回収路１１とを備える。

そして、本例では、第二エアタンク１０に貯留された使用済圧縮空気ＣＡ´をエア供給路１２を通じて施設Ｆ全般の動力源となる駆動用圧縮空気ＣＡが流れる主エア供給路ＣＰに合流させる構成にしてある。

つまり、この実験設備は、窒素ガスＧの取り出し後の使用済圧縮空気ＣＡ´を圧縮空気回収手段９で回収し、この回収使用済圧縮空気ＣＡ´を施設Ｆ全般の動力源として再利用することで、施設Ｆ全体としての省エネ化を図るようにしてある。

前記ガス供給路３は、窒素ガスＧを機械室ＭＲから実験室ＥＲの手前（実験室ＥＲ側の一例）まで導く主管路３Ａと、この主管路３Ａの上流部に対し機械室ＭＲ内の複数台の窒素ガス発生器４の各々を並列接続する複数の取出路３Ｂと、主管路３Ａの下流部に対し実験室ＥＲ内の複数台の実験機器２の各々を並列接続する複数の分岐路３Ｃとを備えている。

すなわち、このガス供給路３は、機械室ＭＲから実験室ＥＲ側までのガス供給路部分を主管路３Ａとして集約することで、設備構成の効率化を図るとともに、機械室ＭＲ内での窒素ガス発生部１のための各機器の集約も容易に実施できるようにする。

なお、複数の取出路３Ｂは、機械室ＭＲ内の複数台の窒素ガス発生器４の発生窒素ガスＧを合流させる合流路を構成し、複数の分岐路３Ｃは、実験室側に供給された窒素ガスを複数台の実験機器の各々に分配する分流路を構成する。

〔別実施形態〕
（１）窒素ガス発生部１は、前述の実施形態で示した圧縮空気ＣＡを原料として窒素ガスＧを発生させるものに限らず、液体窒素などの圧縮空気ＣＡ以外の原料から窒素ガスＧを発生させるもの等であってもよい。

（２）前述の実施形態では、窒素ガス発生部１として、専用の圧縮空気供給源５から圧縮空気ＣＡの供給を受けて窒素ガスＧを発生させるものを例に示したが、例えば、図２に示すように、大量の圧縮空気ＣＡを使用する施設Ｆなど、施設Ｆの種別によっては、専用の圧縮空気供給源５を省き、施設Ｆの全般用の施設用圧縮空気供給源１３から圧縮空気ＣＡの供給を受けて窒素ガスＧを発生させるようにしてもよい。

なお、図２中、１４は施設用空気圧縮機、１５は施設用エアタンク、１６はエア供給路である。また、同図において前述の実施形態で説明した構成と同一の構成箇所には同一の番号を付記している。

（３）前述の実施形態では、圧縮空気回収手段９として、エア回収路１１を通じて使用済圧縮空気ＣＡ´を回収専用の第二エアタンク１０に貯留し、この第二エアタンクから使用済圧縮空気ＣＡ´主エア供給路ＣＰに供給するものを例に示したが、例えば、エア回収路１１を通じて主エア供給路ＣＰに直接に供給するものであってもよく、或いは、この第二エアタンク１０から圧縮空気使用機器に直接に供給するものであってもよい。

また、例えば、図２に示すように、エア回収路１１を通じて施設Ｆの全般用の圧縮空気ＣＡを貯留する施設用エアタンク１５に貯留するものであってもよい。

（４）前述の実施形態では、圧縮空気回収手段９で回収した使用済圧縮空気ＣＡ´を施設Ｆの動力源として再利用する場合を例に示したが、例えば、搬送過程等で減圧した上で富酸素空気として居室に供給するなどにより換気補助空気として再利用するようにしてもよい。

（５）前述の実施形態では、窒素ガス発生器４を、実験機器２の台数よりも少ない複数台に集約する場合を例に示したが、実験機器２の台数と同数にしてもよく、或いは、一台に集約（統合）してもよい。

（６）前述の実施形態では、空気圧縮機６を、窒素ガス発生器４の台数よりも少ない複数台に集約する場合を例に示したが、窒素ガス発生器４の台数と同数にしてもよく、或いは、一台に集約（統合）してもよい。

本発明は、種々の実験を実施する各種の実験設備に好適に適用することができる。

１ 窒素ガス発生部
２ 実験機器
３ ガス供給路
４ 窒素ガス発生器
９ 圧縮空気回収手段
Ｆ 施設
ＥＲ 実験室
ＭＲ 機械室
Ｇ 窒素ガス
ＣＡ 圧縮空気
ＣＡ´ 使用済圧縮空気

Claims (3)

1. 窒素ガスを発生する窒素ガス発生部と、この窒素ガス発生部で発生した窒素ガスを用いて実験処理を実施する実験機器とを備える実験設備であって、
   施設内の実験室に前記実験機器を配備するとともに、施設内の機械室に前記窒素ガス発生部を配備し、
   前記機械室内の前記窒素ガス発生部からガス供給路を介して前記実験室内の前記実験機器に窒素ガスを供給する構成にしてある実験設備。
2. 前記窒素ガス発生部は、圧縮空気から窒素ガスを取り出す窒素ガス発生器を備えるとともに、
   前記窒素ガス発生器による窒素ガス取り出し後の使用済圧縮空気を回収する圧縮空気回収手段を設けてある請求項１記載の実験設備。
3. 前記ガス供給路は、前記実験室側で分岐して複数の前記実験機器に窒素ガスを分配する構成にしてある請求項１又は２記載の実験設備。

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