(57)【要約】【課題】  熱伝導率が高い素材を用いて熱交換効率の向上及び小型化を図れる理化学実験用コンデンサーを提供する。【解決手段】  複数枚のセラミック板１１〜１６を鉛直方向に向けて所定間隔で平行に配置し、各セラミック板間に蒸気流体通路２２，２４と冷却流体通路２１，２３，２５とを交互に形成し、各流体通路の両側縁を側部閉塞部材でそれぞれ閉塞するとともに、蒸気流体通路の上下両端部には、冷却流体通路に対しては第１閉塞部材３３によって遮断され、蒸気流体通路にのみ連通する蒸気流体導入部４１及び蒸気流体導出部をそれぞれ設け、冷却流体通路の上下両端部には、蒸気流体通路に対しては第２閉塞部材３４によって遮断され、冷却流体通路にのみ連通する冷却流体導入部及び冷却流体導出部５２をそれぞれ設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮成分を含む蒸気流体が流通する蒸気流体通路と、該蒸気流体と間接熱交換して前記凝縮成分を凝縮させる冷却流体が流通する冷却流体通路とを備えた理化学実験用コンデンサーにおいて、複数枚のセラミック板を鉛直方向に向けてあらかじめ設定された間隔で平行に配置し、各セラミック板間に前記蒸気流体通路と前記冷却流体通路とを交互に形成し、各流体通路の両側縁を側部閉塞部材でそれぞれ閉塞するとともに、前記蒸気流体通路の上下両端部には、前記冷却流体通路に対しては第１閉塞部材によって遮断され、蒸気流体通路にのみ連通する蒸気流体導入部及び蒸気流体導出部をそれぞれ設け、前記冷却流体通路の上下両端部には、前記蒸気流体通路に対しては第２閉塞部材によって遮断され、冷却流体通路にのみ連通する冷却流体導入部及び冷却流体導出部をそれぞれ設けたことを特徴とする理化学実験用コンデンサー。
【請求項２】
前記セラミック板は、４枚以上で、偶数枚のセラミック板が鉛直方向に向けて配置され、外面側から奇数番目となる流体通路を前記冷却流体通路とし、偶数番目となる流体通路を前記蒸気流体通路としたことを特徴とする請求項１記載の理化学実験用コンデンサー。
【請求項３】
前記各流体通路内に、隣接するセラミック板同士を連結するとともに、流体の流れをガイドする補強部材兼ガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の理化学実験用コンデンサー。
【請求項４】
前記蒸気流体導入部を前記蒸気流体通路の上部に設け、前記蒸気流体導出部を前記蒸気流体通路の下部に設けるとともに、前記冷却流体導入部を前記冷却流体通路の下部に設け、前記冷却流体導出部を前記冷却流体通路の上部に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の理化学実験用コンデンサー。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、理化学実験用コンデンサーに関し、詳しくは、一般研究用器材として、理化学研究現場における濃縮、乾燥、分離、精製、蒸留、抽出液の溶媒除去等の作業に使用される理化学実験用のコンデンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種理化学実験における蒸留操作や還流操作にコンデンサーが広く用いられており、この種のコンデンサーには、耐薬品性を考慮してガラス製のものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７９７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ガラス製のコンデンサーは、外管の内部に内管を配置した二重管構造を有しており、熟練したガラス職人の手作りで製作されるため、中規模以上のコンデンサーになると製造原価が高価になり、製品コストを大きく押し上げる要因となっていた。また、ガラスは熱伝導率が低いため、小型化が困難であるという問題もあった。
【０００５】
そこで本発明は、熱伝導率が高い素材を用いることにより、熱交換効率の向上及び小型化を図ることができる理化学実験用コンデンサーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の理化学実験用コンデンサーは、凝縮成分を含む蒸気流体が流通する蒸気流体通路と、該蒸気流体と間接熱交換して前記凝縮成分を凝縮させる冷却流体が流通する冷却流体通路とを備えた理化学実験用コンデンサーにおいて、複数枚のセラミック板を鉛直方向に向けてあらかじめ設定された間隔で平行に配置し、各セラミック板間に前記蒸気流体通路と前記冷却流体通路とを交互に形成し、各流体通路の両側縁を側部閉塞部材でそれぞれ閉塞するとともに、前記蒸気流体通路の上下両端部には、前記冷却流体通路に対しては第１閉塞部材によって遮断され、蒸気流体通路にのみ連通する蒸気流体導入部及び蒸気流体導出部をそれぞれ設け、前記冷却流体通路の上下両端部には、前記蒸気流体通路に対しては第２閉塞部材によって遮断され、冷却流体通路にのみ連通する冷却流体導入部及び冷却流体導出部をそれぞれ設けたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の理化学実験用コンデンサーは、前記セラミック板が４枚以上で、偶数枚のセラミック板が鉛直方向に向けて配置され、外面側から奇数番目となる流体通路を前記冷却流体通路とし、偶数番目となる流体通路を前記蒸気流体通路としたこと、前記各流体通路内に、隣接するセラミック板同士を連結するとともに、流体の流れをガイドする補強部材兼ガイド部材を設けたこと、また、前記蒸気流体導入部を前記蒸気流体通路の上部に設け、前記蒸気流体導出部を前記蒸気流体通路の下部に設けるとともに、前記冷却流体導入部を前記冷却流体通路の下部に設け、前記冷却流体導出部を前記冷却流体通路の上部に設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の理化学実験用コンデンサーによれば、コンデンサー用材料として、ガラスに比べて熱伝導率が２０倍以上のセラミックを用いているので、冷却流体通路を流れる冷却流体と蒸気流体通路を流れる蒸気流体との間接熱交換効率を大幅に向上させることができ、ガラス製と同性能のコンデンサーを製作した場合、コンデンサーの大幅な小型化を図ることができる。また、コンデンサーの製作を機械化することが可能になるため、製造コストの大幅な低減を図ることができるとともに、個体差のない安定した形状、性能のコンデンサーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の理化学実験用コンデンサーの一形態例を示す正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】金属製カバー取付前のコンデンサー本体を示す正面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】蒸気流体通路を示す斜視図である。
【図８】図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】冷却流体通路を示す斜視図である。
【図１０】コンデンサー本体を積層した本発明の理化学実験用コンデンサーの他の形態例を示す一部断面側面図である。
【図１１】同じく蒸気流体通路の構造を示す断面図である。
【図１２】同じく冷却流体通路の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１乃至図９は、本発明の理化学実験用コンデンサーの一形態例を示している。本形態例に示す理化学実験用コンデンサーは、外面板及び仕切板となる６枚のセラミック板１１〜１６を使用して蒸気流体通路と冷却流体通路とを交互に配置した５層の流体通路２１〜２５を有するコンデンサー本体１０を、断熱材１７を介して箱形の一対の金属製カバー１８で覆ったものである。
【００１１】
仕切板となるセラミック板１２〜１５（以下、仕切セラミック板１２〜１５という）は、例えば、高さが１００〜２００ｍｍ、幅が７５〜１２５ｍｍ、厚さが０．６〜１．８ｍｍの板材であって、外面板となるセラミック板１１，１６（以下、外面セラミック板１１，１６という）は、仕切セラミック板１２〜１５に対して高さ方向が１５〜５０ｍｍ大きく、上下両端が仕切セラミック板１２〜１５の上下端縁からあらかじめ設定された長さだけそれぞれ突出する大きさに設定されている。
【００１２】
５層の流体通路２１〜２５は、両側縁が側部閉塞部材３１でそれぞれ閉塞されており、外面側から偶数番目となる流体通路２２，２４が蒸気流体通路、奇数番目となる流体通路２１，２３，２５が冷却流体通路となっている。また、各流体通路２１〜２５における流路幅（セラミック板同士の間隔）は、片側のみ熱交換を行う流体通路２１，２５が狭く、両側で熱交換を行う流体通路２２，２３，２４は広く設定している。
【００１３】
蒸気流体通路である流体通路２２，２４（以下、蒸気流体通路２２，２４という）の上部及び下部には、外面セラミック板１１，１６の対向面外縁を外縁部閉塞部材３２で閉塞した蒸気流体導入部４１及び蒸気流体導出部４２がそれぞれ設けられている。冷却流体通路となる流体通路２１，２３，２５（以下、冷却流体通路２１，２３，２５という）の上下両端部には、蒸気流体導入部４１又は蒸気流体導出部４２との間を遮断する第１閉塞部材３３，３３がそれぞれ設けられており、蒸気流体通路２２，２４の上下両端部は、開口部２２ａ，２４ａによって蒸気流体導入部４１又は蒸気流体導出部４２にそれぞれ連通している。
【００１４】
蒸気流体導入部４１を画成する一方の外面セラミック板１１には、蒸気流体導入部４１に連通する蒸気流体導入口４１ａが開口しており、該蒸気流体導入口４１ａの外部には、蒸気流体導入ノズル４３がＯリング４４を介して密封状態で連結されている。同様に、蒸気流体導出部４２を画成する他方の外面セラミック板１６には、蒸気流体導出部４２に連通する蒸気流体導出口４２ａが開口しており、該蒸気流体導出口４２ａの外部には、蒸気流体導出ノズル４５がＯリング４６を介して密封状態で連結されている。
【００１５】
蒸気流体導入部４１及び蒸気流体導出部４２は、蒸気流体導入口４１ａ又は蒸気流体導出口４２ａを頂点とし、開口部２２ａ，２４ａの部分を底辺とした二等辺三角形状に形成されており、蒸気流体導入口４１ａから導入される蒸気流体を蒸気流体通路２２，２４の全体に満遍なく導入できるようにするとともに、蒸気流体通路２２，２４で発生した凝縮液を、鉛直方向に設けられた蒸気流体導出部４２の下端中央に位置する蒸気流体導出口４２ａから確実に導出できるようにしている。
【００１６】
また、蒸気流体通路２２，２４の内部には、対向する仕切セラミック板１２，１３及び仕切セラミック板１４，１５の対向面同士を連結するとともに、蒸気流体の流れをガイドする補強部材を兼ねた複数の蒸気流体ガイド部材２６，２６が、蒸気流体の流れと平行な方向に等間隔でそれぞれ設けられている。
【００１７】
一方、前記第１閉塞部材３３の流体通路側には、冷却流体導入部５１及び冷却流体導出部５２がそれぞれ設けられている。この冷却流体導入部５１及び冷却流体導出部５２は、蒸気流体通路２２，２４及び蒸気流体導入部４１、蒸気流体導出部４２に対しては、リング状の第２閉塞部材３４によって遮断され、冷却流体通路２１，２３，２５に対しては、第２閉塞部材３４の冷却流体通路２１，２３，２５側を切り欠いた状態の連通部５３によってそれぞれ連通している。
【００１８】
適宜な外面セラミック板、本形態例では、前記他方の外面セラミック板１６には、下方に位置する冷却流体導入部５１に連通する冷却流体導入口５１ａと、上方に位置する冷却流体導出部５２に連通する冷却流体導出口５２ａとが設けられるとともに、冷却流体導入口５１ａの外部には、冷却流体導入ノズル５４がＯリング５５を介して密封状態で連結され、冷却流体導出口５２ａの外部には、冷却流体導出ノズル５６がＯリング５７を介して密封状態で連結されている。
【００１９】
また、冷却流体通路２１，２３，２５の内部には、対向する外面セラミック板１１と仕切セラミック板１２との間、仕切セラミック板１２，１４の間、仕切セラミック板１５と外面セラミック板１６との間に、対向面同士を連結するとともに、冷却流体の流れをガイドする補強部材を兼ねた冷却流体ガイド部材２７，２７がそれぞれ設けられている。この冷却流体ガイド部材２７は、通路長を長くするため、冷却流体通路２１，２３，２５の内部で冷却流体をＳ字状に１往復半させるように形成されている。
【００２０】
断熱材１７及び金属製カバー１８には、前記各ノズル４３，４５、５４，５６に対応したノズル挿通孔６１がそれぞれ設けられるとともに、前記外縁部閉塞部材３２を貫通するボルト挿通孔６２が四隅部の４箇所に設けられている。また、ボルト挿通孔６２を挿通したボルト６３にナット６４を締結することによって金属製カバー１８をコンデンサー本体１０の両面に取り付けると、金属製カバー１８の内面が、各ノズルの基部に形成したフランジ６５を各導入口、導出口の外面に向けて押圧して各ノズルを固定する。
【００２１】
各セラミック板や各閉塞部材などのコンデンサー本体１０の構成部材は、アルミナやジルコニアを初めとした適宜なセラミック材料を、加圧成形、射出成形、押出成形などの周知の成形方法で所定形状に成形し、組み付け状態で焼成するなどの手法でコンデンサー本体１０を形成するものであって、セラミック板部分と閉塞部材部分とは、適宜に一体成形することができ、３Ｄプリンターを利用することによって全体を一体成形することも可能である。また、各ノズルやＯリング、断熱材は、耐薬品性を有する合成樹脂で形成することが好ましく、金属製カバーも、耐薬品性、耐食性を有する金属材料で形成することが好ましい。
【００２２】
セラミック板の積層数は任意に選択することができるが、４枚以上の複数枚とし、各セラミック板の間に奇数層の通路を形成し、外面から奇数番目の通路を冷却流体通路、偶数番目を蒸気流体通路に設定することにより、蒸気流体通路の両側に冷却流体通路を配置することができ、蒸気流体通路を流れる蒸気流体を両側から効果的に冷却することができる。
【００２３】
さらに、各通路内に、蒸気流体ガイド部材２６や冷却流体ガイド部材２７を設けることにより、コンデンサー本体１０の成形性の向上や強度の向上を図れるとともに、熱交換効率の向上も図ることができる。また、蒸気流体通路２２，２４では、下向流で蒸気流体を流し、冷却流体通路２１，２３，２５では、全体として上昇流で冷却流体を流して向流状態で間接熱交換させることにより、熱交換効率の向上が図れるとともに、蒸気流体通路２２，２４で発生した凝縮液を下方から容易かつ確実に排出することができる。
【００２４】
図１０乃至図１２は、本発明の理化学実験用コンデンサーの他の形態例を示すもので、前記形態例に示したコンデンサー本体と同様の構成を有する３個のコンデンサー本体７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃを積層して３層構造の理化学実験用コンデンサーを形成した例を示している。なお、以下の説明において、前記形態例に示した理化学実験用コンデンサーの構成要素と同一の主な構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２５】
図１１に示すように、蒸気流体に関しては、第１のコンデンサー本体７０Ａは、上部の蒸気流体導入部７１Ａの両側に蒸気流体上部連通口７２Ａ，７２Ａを設け、下部の蒸気流体導出部７３Ａの内側となる第２のコンデンサー本体７０Ｂの積層側に蒸気流体下部連通口７４Ａを設けるとともに、蒸気流体導出部７３Ａの外側を外面セラミック板１１で覆って閉塞している。
【００２６】
中間に挟まれる第２のコンデンサー本体７０Ｂは、上部の蒸気流体導入部７１Ｂ及び下部の蒸気流体導出部７３Ｂの両側に蒸気流体上部連通口７２Ｂ，７４Ｂをそれぞれ設けている。
【００２７】
第３のコンデンサー本体７０Ｃは、上部の蒸気流体導入部７１Ｃの内側となる第２のコンデンサー本体７０Ｂの積層側に蒸気流体上部連通口７２Ｃを設け、蒸気流体導入部７１Ｃの外側を外面セラミック板１６で覆って閉塞するとともに、下部の蒸気流体導出部７３Ｃの両側に蒸気流体下部連通口７４Ｃ，７４Ｃを設けている。
【００２８】
また、図１２に示すように、冷却流体に関しては、第１のコンデンサー本体７０Ａは、下部の冷却流体導入部７５Ａ及び上部の冷却流体導出部７６Ａ共に、外側を外面セラミック板１１でそれぞれ覆って閉塞するとともに、内側に冷却流体連通口７７Ａ，７８Ａをそれぞれ設けている。
【００２９】
中間に挟まれる第２のコンデンサー本体７０Ｂでは、下部の冷却流体導入部７５Ｂ及び上部の冷却流体導出部７６Ｂ共に、両側に冷却流体連通口７７Ｂ，７８Ｂをそれぞれ設けている。
【００３０】
冷却流体の導入、導出側となる第３のコンデンサー本体７０Ｃにおいても、中間の第２のコンデンサー本体７０Ｂと同様に、下部の冷却流体導入部７５Ｃ及び上部の冷却流体導出部７６Ｃ共に、両側に冷却流体連通口７７Ｃ，７８Ｃをそれぞれ設けている。
【００３１】
３個のコンデンサー本体７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃを積層する際には、積層時に対向する各蒸気流体連通口同士、各冷却流体連通口同士の間に、必要に応じてＯリングや円形ガスケット７９ａ，７９ｂを配置して密着させる。また、外側に位置する蒸気流体連通口及び冷却流体連通口には、前記形態例と同様にして蒸気流体導入ノズル４３，蒸気流体導出ノズル４５，冷却流体導入ノズル５４及び冷却流体導出ノズル５６をそれぞれ連結する。
【００３２】
積層したコンデンサー本体７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの外側は、断熱材１７を介して金属製カバー１８で覆い、ボルト６３で締結することにより、コンデンサー本体を３個積層した３層構造の理化学実験用コンデンサーが得られる。
【００３３】
これにより、大型化や重量増を抑えながら、熱交換容量の増大を図ることができる。また、中間に位置するコンデンサー本体７０Ｂの積層数を変更することにより、２層以上の任意の積層数の理化学実験用コンデンサーを形成することができる。このとき、断熱材１７として十分な柔軟性を有する材料を選択するとともに、金属製カバー１８をインロー方式とすることにより、積層数が異なる場合でも対応することが可能となる。
【００３４】
このような構成を有する本発明の理化学実験用コンデンサーは、前記特許文献１に記載されたロータリーエバポレーターの冷却器として最適であるが、蒸留水製造装置、試験管濃縮装置、反応装置、各種トラップ装置などの各種用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…コンデンサー本体、１１…外面セラミック板、１２，１３，１４，１５…仕切セラミック板、１６…外面セラミック板、１７…断熱材、１８…金属製カバー、２１…冷却流体通路、２２…蒸気流体通路、２２ａ…開口部、２３…冷却流体通路、２４…蒸気流体通路、２４ａ…開口部、２５…冷却流体通路、２６…蒸気流体ガイド部材、２７…冷却流体ガイド部材、３１…側部閉塞部材、３２…外縁部閉塞部材、３３…第１閉塞部材、３４…第２閉塞部材、４１…蒸気流体導入部、４１ａ…蒸気流体導入口、４２…蒸気流体導出部、４２ａ…蒸気流体導出口、４３…蒸気流体導入ノズル、４４…Ｏリング、４５…蒸気流体導出ノズル、４６…Ｏリング、５１…冷却流体導入部、５１ａ…冷却流体導入口、５２…冷却流体導出部、５２ａ…冷却流体導出口、５３…連通部、５４…冷却流体導入ノズル、５５…Ｏリング、５６…冷却流体導出ノズル、５７…Ｏリング、６１…ノズル挿通孔、６２…ボルト挿通孔、６３…ボルト、６４…ナット、６５…フランジ、７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ…コンデンサー本体、７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ…蒸気流体導入部、７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ…蒸気流体上部連通口、７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ…蒸気流体導出部、７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ…蒸気流体下部連通口、７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ…冷却流体導入部、７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃ…冷却流体導出部、７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃ，７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ…冷却流体連通口、７９ａ，７９ｂ…円形ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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