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液体窒素を低温で取り出す方法
- 液体窒素を低温で取り出す方法について教えてください。
- 現在は液体窒素を蒸発器を通し、配管より取り出していますが、取り出した窒素ガスを低温で取り出す方法を知りたいです。
- 必要な流量は最大で100Nl/minで、配管長さは約30メートル、取り出し口は4か所あります。どのようにすれば低温で窒素ガスを取り出せるでしょうか？
- 溶接・組立技術
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何人かの方が答えられているのですが、液体窒素の取り扱いが心配なので老婆心ながらアドバイスします。 液体窒素の取り扱いは十分注意して下さい。 かつて、某大学で部屋を冷やすために液体窒素を床にまき、作業者が窒息死した痛ましい事故がありました。大量に使う場合は換気が必要です。開け放たれた工場などでは問題なさそうですがね。 それと、液体窒素と液体酸素はほぼ同じ温度で、僅かに酸素の方が温度が高いことから、液体窒素は空気中の酸素を液化して混入させます。酸化防止のために窒素ガスを使うのであれば液体酸素混入は避けなければなりません。不燃ガスと思って排気をかけたら激しく燃え上がるという事故もありました。 また、ヒーターに予想以上の電力が供給されると急激に気化したり、供給口が霜で詰まったり、バルブで閉じられるなどすると、容器の圧力が上がり、耐圧を超えて最悪爆発ということにもなりまねません。安全弁などが設置されていれば安心ですが・・・ 以上のように、液体窒素の取り扱いは、少量ならば問題ないのですが、大量に使われるようなので、労働安全衛生法、高圧ガス取締法などを参考に、安全対策をしっかり取っておいて下さい。 液体窒素タンクにヒーターを入れて電流をコントロールすれば適度の流量で窒素ガスを得ることができますが、４カ所から一定温度のガ窒素スを得ることは不可能と思います。周囲の条件が異なるので発生側ではコントロールできません。 取り出し口が一カ所で流量が一定なら、ノズル近くに温度計を入れて、ヒーターの電流をコントロールすれば良が・・・この場合も安全弁などお忘れなく！ どなたかおっしゃっていたように、単に窒素タンクからレギュレータを介して一度－２０℃にストレージするというやり方、あるいは４個の取り出し口に別々に－２０℃のストレージを設けるしかないように思います。 何れも簡単にはいきませんね。
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その後どうなったのでしょうか？ 問題が解決したなら締め切りませんか？ それと結果を教えていただけると助かります。
補足
問題は解決しておりません。 今のところ、良い方法が見つからずに、何も前に進んでおりませんが、たくさんの方からいろいろアドバイスいただいた事は感謝しております。 これにて、締め切らせていただきます。
こんばんは しろうとのたわごとに丁寧に返信して頂き恐縮です >タンクの出口の配管は霜が沢山付いて樹氷状態、蒸発器は冷たくない。 >冷たくない物に断熱処理して意味があるのかどうか？ 蒸発器の動作原理が分らないのですが もしヒータとかで加熱せずに常温で圧力制御だけで 気化させているとすれば断熱処理すれば効果があると思ったのですが ボイルシャルルの法則や熱力学の第2法則ではそうなります ヒータで加熱していないのであれば気化熱量は常温空気から取っているのかな？ もしそうなら断熱してしまうと気化用常温空気自体の温度が下がりそうなんですが 気化熱量が下がれば比例して出力温度も下がるだろうと 気化熱量がさがったら気化しないかも？ でも液体窒素は－１７０℃ 気化用空気温度は－１００℃も有れば充分じゃなかろうか それともそんな条件では蒸発器が動作出来ないのかも？ そもそも必要な流量は確保できるのか？ しろうとのたわごとばかりですみません
お礼
お返事、ありがとうございます。 >気化熱量がさがったら気化しないかも？ >でも液体窒素は－１７０℃ >気化用空気温度は－１００℃も有れば充分じゃ>なかろうか >それともそんな条件では蒸発器が動作出来ないのかも？ >そもそも必要な流量は確保できるのか？ 私も同じように思います。（話しが進みませんが） ところで、おもしろい物をみつけました。 下記URLを御覧下さい。 http://www.ba.wakwak.com/~k.i/intro.html
こんばんは 液体窒素に関してはしろうとですので参考までに 前出の先生方はなにやら液体のまま取り出す事を考えられておられる様ですが 質問の条件自体は液体のまま取り出すとは規定されていない ここで疑問が有るのですが蒸発器を出た所の温度は何度でしょうか？ まさか－１７０℃からいきなり常温にまで上がっているとは考えられません よく液体窒素タンクを見かけます （m-sudoさんの回答のURLにもありますが） 大抵はタンクの出口の配管は霜が沢山付いて樹氷状態？ と言うことはタンク出口温度は－４０度ぐらいはあるのか？ もしそうであるのなら多少効率が悪くても保温材を沢山巻けばそれですみそうな？ 可能かどうかは分りませんが，もし保温材直径が１ｍ有ったら？ 最大流量100Nl/minが大きすぎるのかどうかは分りませんが じゃあ上記の保温材を沢山巻いたとしたら流量は何処まで出せるのか？ １００Lまで行かなくても３０L程度なら可能なのか？ ３０Lどころか０．１Lでも難しいのか？ すみませんしろうとがしゃしゃり出て余計な事を ただ，質問者の意向と違うような回答が並んでいるような？ 蛇足ついでに Bigheart先生の液体窒素に直接手を入れても大丈夫との事 テレビでよくやっている液体窒素で冷凍してバナナで釘を打つヤツ 実はあれ，昔に実際にやってみたんです でも釘を打てるまでカチンカチンにはならなくて シャーベット程度までしか温度が下がらなかった bigheart先生の解説で良く分りました
お礼
アドバイス有難うございます。 蒸発器を出た所の温度は何度なんでしょうね？ タンクの出口の配管は霜が沢山付いて樹氷状態、蒸発器は冷たくない。冷たくない物に断熱処理して意味があるのかどうか？では、蒸発器を無くしたらどうなるのか？質問と疑問ばかりですみません、難しいです。
門外漢です。下記URLをご覧下さい。 工業的に利用する場合は安全面に要注意です。 それだけのメリットがあるのかどうか熟慮さ れてください。お二方のお話に念押しする形 になりますが・・・。気化の膨張の評価をま 違えないでくださいね。（特に）
お礼
ありがとうございます。 安全面に要注意.. 上記URL参考にさせて頂きます。
訂正します。 膨張率はおよそ７００倍でした。 しかしこの値は１℃の場合で通常温度になった場合にはもう少し多くなります。 温度は－１９６です。 ちなみに液体窒素自体を直接かけても無駄です。 瞬時に気化してしまうため冷却効果は期待できません。長時間かけ続ければ別ですが・・・ 実は液体窒素に手を入れてもすぐに上げれば全く何事にもなりません。 手の温度と液体窒素の温度がおよそ２４０℃ありますので手は気化した窒素ガスに覆われてしまい液体窒素に触れることが無いからです。（それ程冷たさも感じません） 冷たい窒素ガスが必要でしたら何かで再冷却したほうが早いと思いますよ。 もしもそちらが希望でしたら再度質問してください。 ご参考までに
お礼
何かで再冷却... 流量計より後で再冷却しなければいけませね。 何か、良い方法がありますでしょうか？
ちょっと考えてみたのですが、火口で気化させれば可能かもしれません。 しかし、流量のコントロールは難しいと思います。 冷却しすぎて切れなくなることはありませんか？ 溶融部分を吹き飛ばすガスも窒素ですよね？ もし液化状の物が吹き付けられた場合その部分はアークが途切れる可能性はあると思います。 ちなみに液化ガス自体は、配管による圧力損失が十分に小さければ配管内を移動しただけでは凍結するほどは冷却しないと思います。 膨張しながらの移動だと気化熱を伴って冷却されますが・・・（ノズル直近で制御しないと配管自体が凍結します。しかしどの場合も調整（制御）バルブが凍結しますのでこの辺の対策の方が難しいかもしれません。） 別のノズルを間近に設置するとかして考えれば出来ないことはなさそうですが、いかがでしょう？ ちなみに炭酸ガスではだめでしょうか？ 板は冷たい方がきれいに切れるのでしょうか？
お礼
確かに、低温のまま取りだせたとしても、圧力計、バルブ、流量計等が正常に動かないような気がします。 炭酸ガスでは切断面が荒れて良くなかったです。 板の温度の件は良くわかりませんが、夏よりも冬の方がきれいにきれます。
火口まで来ているホース（可動部）が硬直して折れる等の問題が出るかもしれませんよ。 板を冷却した方が簡単かもしれません。 ちなみに、1気圧での液体窒素の膨張率は645.3倍です。
お礼
そうですね、勉強になりました。 良く考えてみます。 有難うございました。
何の用途で窒素ガスを使用しているのですか？ （シールドガス？不活性ガス置換？） また、何をどのように冷却するのですか？
補足
説明不足ですみません。 プラズマ切断用のシールドガスです。 低温にして、プラズマアークのサーマルピンチ効果をより高めると同時に、切断面の焼けを少なくできないかと考えているところです。
何やら間違った回答をされているようですね。 液体窒素の場合には気化熱で冷却するということは、それほどありませんよ。 エアコンなどの触媒に比べ液体窒素の膨張率は大きく（確か８０００倍）大量の熱を奪うくらいの質量を気化させてしまうと管やタンクが破裂してしまうことがあります。 そのため少量づつ取り出す必要があるため気化器がそれ程冷えないのです。 それに液体のまま搬送するなど至難の業です。 相当な断熱処理をしても配管は氷に覆われてしまいますし温度コントロールなど微細な管理はできません。 －２０℃で１００Nl/min取り出すということは膨張率・圧力・温度の３つを検討しなければなりませんが膨張率が大き過ぎてまず無理だと考えられます。 余談かもしれませんが液体窒素による部屋の冷却を試みた学生達が全員窒息死したことがありました。 膨張率が大きいため一瞬にして部屋の空気を窒素だけにしまったためです。 工場でも同じことが考えられますので慎重に御願いします。 ご参考までに
お礼
アドバイス有難うございます。 全員窒息死...恐すぎます。 素人では危険すぎますね。 考えてる事が無理なんでしょうかね？
気化器の元配管が気体の部分を取り出しているのでしたらそんなに冷えませんよ。 （この場合、冷えているのは液面ですよ。） 気体取り出しの場合流量とタンク容量、温度が問題です。 どれくらいのタンクに貯蔵されているのですか？
お礼
ガス屋さんの伝票をみててました。 液化窒素119Kgとなっています。 これで解りますでしょうか？
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お礼
中途半端な知識で液体窒素を取り扱う事がいかに危険か大変良くわかりました。 又、簡単にはできないと言う事もつくずく感じております。（すでにあきらめモード） アドバイス有難うございました。