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液体窒素ジェネレータ - 技術レポート

1. はじめに

液体窒素は極低温の寒剤として幅広く使用されている。
一般的に使用される理由としては、原料の窒素ガスが大気中の80％を占めているため大量に製造でき入手性が良く、不活性ガスであり、熱容量が大きく保持時間を長くできるということがあげられる。

医療用途として、MRI の液体ヘリウムのシールド用、低温治療や低温美容、理化学用途としてもNMR の液体ヘリウムのシールド用やガスクロ等の成分分析の不準物除去、農業畜産業用途としては、精子卵子の凍結保存等、今や我々の生活にとってはなくてはならない存在である。

また、液体窒素の価格も大半は輸送コストであり、大量に買えば輸送コストの削減により牛乳より安い値段で購入できるようになっている。その反面、少量の液体窒素は、輸送コスト単価が上がり、高価格での購入となってしまう。特に地方の交通の便の悪いところでは、輸送コスト上昇の傾向が顕著になる。

少量の液体窒素を使用するユーザーに、使用する場所の近くで製造し提供する目的で製品化したのが、液体窒素ジェネレーターである。本装置は、大気中の空気を原料として、電気と水のみで純度99％以上の液体窒素を製造できる装置である。最近、40 L/day 以上の液化量を有する「UMP-40W」を新たに製作販売したので、その紹介も含めて、液体窒素ジェネレーターについて報告する。
(※この記事は、2017年2月発行のテクニカルジャーナルMo.80に掲載されたもので、内容は取材時のものです。)

2. 液体窒素ジェネレーターの概要

液体窒素ジェネレーターはTable 1 に示すラインアップとなっている。本装置は、岩谷瓦斯株式会社より技術継承された装置を、より使いやすくした装置である。液体窒素ジェネレーターのフローシートをFigure 1に示す。液体窒素ジェネレーターは、窒素ガスを液化するための液体窒素ジェネレーター本体と、大気から窒素ガスを分離、抽出する窒素ガス発生装置（発生方式：PressureSwing Adsorption 以下PSA）で構成される。液体窒素ジェネレーター本体は、窒素ガスを液化するための冷凍機システム、液体窒素を貯蔵するための真空断熱容器、液面計、安全装置、および制御システムが内蔵されている。オプション機能として、顧客が準備した容器の液体窒素の液面高さに応じ自動で供給する機能を有している。この自動供給機能により、顧客は窒素補充の手間を省くことができる。液体窒素の製造能力は主として冷凍機の冷凍能力で決まり、適切な窒素ガス供給能力のPSA および適切な容量の貯蔵容器と組み合わせることで、1 日当たりの使用量が少量の場合から大量の場合までTable 1 のようなラインナップで対応することができる。