JP2859664B2 - 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 - Google Patents
窒素ガスおよび酸素ガス製造装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、窒素ガスおよび酸素ガス製造装置に関す
るものである。
るものである。
電子工業では極めて多量の窒素ガスが使用されている
が、部品精度維持向上の観点から窒素ガスの純度につい
て厳しい要望をだしてきている。この窒素ガスは、一般
に空気を原料とし、これを圧縮機で圧縮したのち、吸着
筒に入れて炭酸ガスおよび水分を除去し、さらに熱交換
器を通して冷媒と熱交換させて冷却し、ついで精留塔で
深冷液化分離して製品窒素ガスを製造し、これを前記の
熱交換器を通して常温近くまで昇温させるという工程を
経て製造されている。このような窒素ガス製造装置で
は、従来から圧縮機で圧縮された圧縮空気を熱交換する
ための冷媒の冷却手段として膨脹タービンを用いてお
り、精留塔内に溜まる液体空気からの気化ガスの圧力で
これを駆動するようにしている。ところが、上記膨脹タ
ービンは回転速度が極めて大（数万回／分）で負荷変動
に対する追従運転が困難なため、特別に養成した運転員
が必要である。また、上記膨脹タービンは、機械の構成
が複雑で、その組み立てに高精度が要求されるため、特
別に養成した保全要員も必要である。したがつて、上記
膨脹タービンを必要としない窒素ガス製造装置の開発が
強く望まれていた。
が、部品精度維持向上の観点から窒素ガスの純度につい
て厳しい要望をだしてきている。この窒素ガスは、一般
に空気を原料とし、これを圧縮機で圧縮したのち、吸着
筒に入れて炭酸ガスおよび水分を除去し、さらに熱交換
器を通して冷媒と熱交換させて冷却し、ついで精留塔で
深冷液化分離して製品窒素ガスを製造し、これを前記の
熱交換器を通して常温近くまで昇温させるという工程を
経て製造されている。このような窒素ガス製造装置で
は、従来から圧縮機で圧縮された圧縮空気を熱交換する
ための冷媒の冷却手段として膨脹タービンを用いてお
り、精留塔内に溜まる液体空気からの気化ガスの圧力で
これを駆動するようにしている。ところが、上記膨脹タ
ービンは回転速度が極めて大（数万回／分）で負荷変動
に対する追従運転が困難なため、特別に養成した運転員
が必要である。また、上記膨脹タービンは、機械の構成
が複雑で、その組み立てに高精度が要求されるため、特
別に養成した保全要員も必要である。したがつて、上記
膨脹タービンを必要としない窒素ガス製造装置の開発が
強く望まれていた。
そこで、この発明者は、このような要望に応えるた
め、膨脹タービンに代えて、当該装置外で製造された液
体窒素を寒冷源として精留塔内に導入するようにした装
置を開発し、すでに出願している（特開昭61−24968号
公報，特開昭59−164874号公報等）。これらの装置は、
極めて高純度の窒素ガスを製造することができ、膨脹タ
ービンにもとづく弊害もないため、電子工業向けに最適
といえる。
め、膨脹タービンに代えて、当該装置外で製造された液
体窒素を寒冷源として精留塔内に導入するようにした装
置を開発し、すでに出願している（特開昭61−24968号
公報，特開昭59−164874号公報等）。これらの装置は、
極めて高純度の窒素ガスを製造することができ、膨脹タ
ービンにもとづく弊害もないため、電子工業向けに最適
といえる。
しかしながら、電子工業では、窒素ガス以外に酸素ガ
スも使用しており、窒素ガス製造の過程で副生される酸
素ガスも併せて製品として取り出すことができるような
装置の提供が望まれている。
スも使用しており、窒素ガス製造の過程で副生される酸
素ガスも併せて製品として取り出すことができるような
装置の提供が望まれている。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
膨脹タービンや精製装置を用いることなく高純度の窒素
ガスを製造でき、しかも同時に酸素ガスを製造すること
のできる装置の提供をその目的とするものである。
膨脹タービンや精製装置を用いることなく高純度の窒素
ガスを製造でき、しかも同時に酸素ガスを製造すること
のできる装置の提供をその目的とするものである。
上記の目的を達成するため、この発明の窒素ガスおよ
び酸素ガス製造装置は、外部より取り入れた空気を圧縮
する空気圧縮手段と、この空気圧縮手段によつて圧縮さ
れた圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記熱
交換手段により超低温に冷却された圧縮空気の一部を液
化して内部に溜め窒素を気体として上部側から取り出す
窒素精留塔と、装置外から液体窒素の供給を受けてこれ
を貯蔵する液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段
内の液体窒素を圧縮空気液化用の寒冷源として窒素精留
塔内に導入する液体窒素導入路と、上記窒素精留塔内か
ら取り出された気体窒素を製品として導出する製品窒素
ガス導出手段と、液体空気を対象とし窒素と酸素の沸点
の差を利用して両者を分離し酸素を液体として下部から
取り出す酸素精留塔と、上記酸素精留塔内の底部に内蔵
される凝縮器と、上記窒素精留塔内に溜まる液体空気を
上記酸素精留塔内に供給する液体空気供給路と、上記窒
素精留塔内で生成する窒素ガスの一部を上記凝縮器内に
案内する第１の還流パイプと、上記凝縮器内で生じる液
化窒素を還流として窒素精留塔内に戻す第２の還流パイ
プと、装置外から液体酸素の供給を受けてこれを貯蔵す
る液体酸素貯蔵手段と、上記液体酸素貯蔵手段内の液体
酸素を上記凝縮器の寒冷源として酸素精留塔内に導入す
る液体酸素導入路と、上記酸素精留塔内から取り出され
た液体酸素を気化し製品として導出する製品酸素ガス導
出路とを備えた窒素ガスおよび酸素ガス製造装置であつ
て、上記液体酸素精留塔に液面計Ａを設け、上記液体窒
素貯蔵手段および液体酸素貯蔵手段のそれぞれに液面計
B,Cを設け、上記液体窒素導入路および液体酸素導入路
のそれぞれに自動開閉弁Q,Pを設け、上記液面計Ａの液
面が所定の範囲より下がつたときに、上記液面計Ｂおよ
び液面計Ｃの値を対比して液面の高い方の貯蔵手段から
延びる導入路の自動開閉弁を優先的に開くように自動開
閉弁の開閉を制御し、上記液面計Ａの液面が所定の範囲
より上がつたときに、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値
を対比して液面の低い方の貯蔵手段から延びる導入路の
自動開閉弁を閉じるよう上記自動開閉弁の開閉を制御す
る制御手段Ｒを設けるという構成をとる。
び酸素ガス製造装置は、外部より取り入れた空気を圧縮
する空気圧縮手段と、この空気圧縮手段によつて圧縮さ
れた圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記熱
交換手段により超低温に冷却された圧縮空気の一部を液
化して内部に溜め窒素を気体として上部側から取り出す
窒素精留塔と、装置外から液体窒素の供給を受けてこれ
を貯蔵する液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段
内の液体窒素を圧縮空気液化用の寒冷源として窒素精留
塔内に導入する液体窒素導入路と、上記窒素精留塔内か
ら取り出された気体窒素を製品として導出する製品窒素
ガス導出手段と、液体空気を対象とし窒素と酸素の沸点
の差を利用して両者を分離し酸素を液体として下部から
取り出す酸素精留塔と、上記酸素精留塔内の底部に内蔵
される凝縮器と、上記窒素精留塔内に溜まる液体空気を
上記酸素精留塔内に供給する液体空気供給路と、上記窒
素精留塔内で生成する窒素ガスの一部を上記凝縮器内に
案内する第１の還流パイプと、上記凝縮器内で生じる液
化窒素を還流として窒素精留塔内に戻す第２の還流パイ
プと、装置外から液体酸素の供給を受けてこれを貯蔵す
る液体酸素貯蔵手段と、上記液体酸素貯蔵手段内の液体
酸素を上記凝縮器の寒冷源として酸素精留塔内に導入す
る液体酸素導入路と、上記酸素精留塔内から取り出され
た液体酸素を気化し製品として導出する製品酸素ガス導
出路とを備えた窒素ガスおよび酸素ガス製造装置であつ
て、上記液体酸素精留塔に液面計Ａを設け、上記液体窒
素貯蔵手段および液体酸素貯蔵手段のそれぞれに液面計
B,Cを設け、上記液体窒素導入路および液体酸素導入路
のそれぞれに自動開閉弁Q,Pを設け、上記液面計Ａの液
面が所定の範囲より下がつたときに、上記液面計Ｂおよ
び液面計Ｃの値を対比して液面の高い方の貯蔵手段から
延びる導入路の自動開閉弁を優先的に開くように自動開
閉弁の開閉を制御し、上記液面計Ａの液面が所定の範囲
より上がつたときに、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値
を対比して液面の低い方の貯蔵手段から延びる導入路の
自動開閉弁を閉じるよう上記自動開閉弁の開閉を制御す
る制御手段Ｒを設けるという構成をとる。
すなわち、この発明の窒素ガスおよび酸素ガス製造装
置は、窒素精留塔とともに酸素精留塔を備えており、窒
素精留塔内に溜まる酸素リツチな液体空気を上記酸素精
留塔内に供給して液体酸素としてこれを取り出し、酸素
ガスとして製品化するようにしているため、１台の装置
で高純度の窒素ガスと高純度の酸素ガスとを効率よく製
造することができる。しかも、この発明の装置は、窒素
精留塔の寒冷源として装置外で製造された液体窒素を用
意するとともに、酸素精留塔の寒冷源として装置外で製
造された液体酸素を用意し、酸素精留塔内の液体酸素量
の増減に合わせて残液の多い方を優先的に導入するよう
にしている。したがつて、この装置によれば、需要の変
動によつて急激に酸素精留塔内の液体酸素量が変化して
も、いずれかの寒冷源を導入することにより、純度にば
らつきを生じることなく常時安定した量の酸素ガスおよ
び窒素ガスを製造することができる。そして、寒冷源の
導入ルートが２通りあるため、一方の寒冷源が少なくな
つても他方の寒冷源を導入して補うことができ、寒冷源
の導入が途切れて不都合な状態になることがない。
置は、窒素精留塔とともに酸素精留塔を備えており、窒
素精留塔内に溜まる酸素リツチな液体空気を上記酸素精
留塔内に供給して液体酸素としてこれを取り出し、酸素
ガスとして製品化するようにしているため、１台の装置
で高純度の窒素ガスと高純度の酸素ガスとを効率よく製
造することができる。しかも、この発明の装置は、窒素
精留塔の寒冷源として装置外で製造された液体窒素を用
意するとともに、酸素精留塔の寒冷源として装置外で製
造された液体酸素を用意し、酸素精留塔内の液体酸素量
の増減に合わせて残液の多い方を優先的に導入するよう
にしている。したがつて、この装置によれば、需要の変
動によつて急激に酸素精留塔内の液体酸素量が変化して
も、いずれかの寒冷源を導入することにより、純度にば
らつきを生じることなく常時安定した量の酸素ガスおよ
び窒素ガスを製造することができる。そして、寒冷源の
導入ルートが２通りあるため、一方の寒冷源が少なくな
つても他方の寒冷源を導入して補うことができ、寒冷源
の導入が途切れて不都合な状態になることがない。
つぎに、この発明を実施例にもとづいて説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示している。図におい
て、９は空気圧縮機、10はドレン分離器、11はフロン冷
却器である。12は第１の熱交換器で、圧縮空気がパイプ
８を経て送り込まれ、パイプ７から製品である窒素ガス
が送り込まれ、さらに、パイプ６から装置内で副生する
不純ガスが送り込まれるようになつている。したがつ
て、この第１の熱交換器12内では、常温の圧縮空気と、
超低温の窒素ガスおよび不純ガスとが熱交換を行い、圧
縮空気は超低温に冷却され、窒素ガスおよび不純ガスは
常温近くまで昇温されるようになつている。なお、上記
フロン冷却器11と第１の熱交換器12の間には、従来の窒
素ガス製造装置と同様の吸着筒が設けられているが、図
面ではこれを省略している。
て、９は空気圧縮機、10はドレン分離器、11はフロン冷
却器である。12は第１の熱交換器で、圧縮空気がパイプ
８を経て送り込まれ、パイプ７から製品である窒素ガス
が送り込まれ、さらに、パイプ６から装置内で副生する
不純ガスが送り込まれるようになつている。したがつ
て、この第１の熱交換器12内では、常温の圧縮空気と、
超低温の窒素ガスおよび不純ガスとが熱交換を行い、圧
縮空気は超低温に冷却され、窒素ガスおよび不純ガスは
常温近くまで昇温されるようになつている。なお、上記
フロン冷却器11と第１の熱交換器12の間には、従来の窒
素ガス製造装置と同様の吸着筒が設けられているが、図
面ではこれを省略している。
14は窒素精留塔で、上記第１の熱交換器12で冷却され
た圧縮空気がパイプ13を経て気−液混相状態で送り込ま
れるようになつている。窒素精留塔14内では、送り込ま
れた圧縮空気のうち、液体圧縮空気が底部に溜まり、気
体圧縮空気が滞空する。上記液体圧縮空気には、高沸点
である酸素（沸点−183℃）が多く含まれており、上記
気体圧縮空気には、低沸点である窒素（沸点−196
℃），ヘリウム（沸点−269℃），水素（沸点−253℃）
等が多く含まれている。そして、これらのガスは分子量
の軽いものほど窒素精留塔14内の上に溜まるので、精留
塔14の頂部にはヘリウムガスや水素ガス等が溜まり、そ
の下側に窒素ガスが溜まるようになつている。15は、装
置外から液体窒素が供給される液体窒素貯槽で、この液
体窒素貯槽15から導入パイプ16を介して、液体窒素が窒
素精留塔14の内側上部の液体窒素溜まり14aに導入され
るようになつている。そして、液体窒素の溢流分が窒素
精留塔14内を下方に流下して、下方から上昇してくる気
化圧縮空気と向流的に接触しこれを冷却して圧縮空気の
高沸点成分（主として酸素）のみを液化するようになつ
ている。したがつて、底部に溜まる圧縮空気は徐々に酸
素リツチになり、低沸点成分（主として窒素）のみが気
化して滞空するようになる。そして、高純度化された窒
素ガスは、パイプ７によつて窒素精留塔14外に取り出さ
れるようになつている。なお、上記窒素精留塔14には、
液面計Ｄが取り付けられており、窒素精留塔14内に溜ま
る液体圧縮空気の液面高さの変位を常時読み取るように
なつている。
た圧縮空気がパイプ13を経て気−液混相状態で送り込ま
れるようになつている。窒素精留塔14内では、送り込ま
れた圧縮空気のうち、液体圧縮空気が底部に溜まり、気
体圧縮空気が滞空する。上記液体圧縮空気には、高沸点
である酸素（沸点−183℃）が多く含まれており、上記
気体圧縮空気には、低沸点である窒素（沸点−196
℃），ヘリウム（沸点−269℃），水素（沸点−253℃）
等が多く含まれている。そして、これらのガスは分子量
の軽いものほど窒素精留塔14内の上に溜まるので、精留
塔14の頂部にはヘリウムガスや水素ガス等が溜まり、そ
の下側に窒素ガスが溜まるようになつている。15は、装
置外から液体窒素が供給される液体窒素貯槽で、この液
体窒素貯槽15から導入パイプ16を介して、液体窒素が窒
素精留塔14の内側上部の液体窒素溜まり14aに導入され
るようになつている。そして、液体窒素の溢流分が窒素
精留塔14内を下方に流下して、下方から上昇してくる気
化圧縮空気と向流的に接触しこれを冷却して圧縮空気の
高沸点成分（主として酸素）のみを液化するようになつ
ている。したがつて、底部に溜まる圧縮空気は徐々に酸
素リツチになり、低沸点成分（主として窒素）のみが気
化して滞空するようになる。そして、高純度化された窒
素ガスは、パイプ７によつて窒素精留塔14外に取り出さ
れるようになつている。なお、上記窒素精留塔14には、
液面計Ｄが取り付けられており、窒素精留塔14内に溜ま
る液体圧縮空気の液面高さの変位を常時読み取るように
なつている。
また、18は酸素精留塔で、上記窒素精留塔14内に溜ま
る液体圧縮空気が、上記液面計Ｄによつて開閉制御され
る膨脹弁19付きパイプ20を経て送り込まれるようになつ
ている。上記酸素精留塔18内は、前記窒素精留塔14に比
べて非常に低圧（例えば窒素精留塔14が7kg/cm2で酸素
精留塔が0.5kg/cm2）に設定されており、送り込まれる
液体圧縮空気のうち低沸点成分（窒素，ヘリウム，水素
等）が瞬時に気化し、高沸点成分である酸素のみが液体
のまま底部に溜まるようになつている。なお、上記酸素
精留塔18の底部には、凝縮器21が設けられており、前記
窒素精留塔14内からパイプ７内に取り出された窒素ガス
の一部が第１の還流パイプ22を介して導入されるように
なつている。この窒素ガスは、酸素精留塔18内に溜まる
液体酸素を加温して酸素中の低沸点不純分を気化させる
働きをし、それ自身は液体酸素の冷熱によつて液化し、
その一部が第２の還流パイプ23を通つて窒素精留塔14内
の液体窒素溜まり14bに還流するようになつている。こ
の溢流分は、前記液体窒素貯槽15内から導入される液体
窒素の溢流分と同様、窒素精留塔14内における圧縮空気
の冷却に用いられる。また、上記液化窒素の残部は、パ
イプ25を通つて酸素精留塔18内の上部の液体窒素溜まり
18aに導入され酸素の精留に供されるようになつてい
る。なお、酸素精留塔18の頂部に溜まる低沸点不純分
は、パイプ６を通り第１の熱交換器12を経由して装置外
に除去される。26は装置外から液体酸素が供給される液
体酸素貯槽で、この貯槽26から導入パイプ27を介して上
記酸素精留塔18内に液体酸素が導入されるようになつて
いる。この液体酸素は酸素精留塔18内の寒冷源として用
いられる。また、上記酸素精留塔18には、この中に溜ま
る液体酸素の液面の変位を常時読み取る液面計Ａが取り
付けられている。
る液体圧縮空気が、上記液面計Ｄによつて開閉制御され
る膨脹弁19付きパイプ20を経て送り込まれるようになつ
ている。上記酸素精留塔18内は、前記窒素精留塔14に比
べて非常に低圧（例えば窒素精留塔14が7kg/cm2で酸素
精留塔が0.5kg/cm2）に設定されており、送り込まれる
液体圧縮空気のうち低沸点成分（窒素，ヘリウム，水素
等）が瞬時に気化し、高沸点成分である酸素のみが液体
のまま底部に溜まるようになつている。なお、上記酸素
精留塔18の底部には、凝縮器21が設けられており、前記
窒素精留塔14内からパイプ７内に取り出された窒素ガス
の一部が第１の還流パイプ22を介して導入されるように
なつている。この窒素ガスは、酸素精留塔18内に溜まる
液体酸素を加温して酸素中の低沸点不純分を気化させる
働きをし、それ自身は液体酸素の冷熱によつて液化し、
その一部が第２の還流パイプ23を通つて窒素精留塔14内
の液体窒素溜まり14bに還流するようになつている。こ
の溢流分は、前記液体窒素貯槽15内から導入される液体
窒素の溢流分と同様、窒素精留塔14内における圧縮空気
の冷却に用いられる。また、上記液化窒素の残部は、パ
イプ25を通つて酸素精留塔18内の上部の液体窒素溜まり
18aに導入され酸素の精留に供されるようになつてい
る。なお、酸素精留塔18の頂部に溜まる低沸点不純分
は、パイプ６を通り第１の熱交換器12を経由して装置外
に除去される。26は装置外から液体酸素が供給される液
体酸素貯槽で、この貯槽26から導入パイプ27を介して上
記酸素精留塔18内に液体酸素が導入されるようになつて
いる。この液体酸素は酸素精留塔18内の寒冷源として用
いられる。また、上記酸素精留塔18には、この中に溜ま
る液体酸素の液面の変位を常時読み取る液面計Ａが取り
付けられている。
上記酸素精留塔18内に溜まる液体酸素は、精留塔18の
底部から、パイプ29によつて取り出され、液体加圧ポン
プ30によつて所定の圧力に圧縮されてパイプ31内に取り
出されるようになつている。また、上記液体加圧ポンプ
30内の空間部は、パイプ32を介して上記酸素精留塔18内
と連通されている。そして、この加圧液体酸素は、パイ
プ８から分岐するパイプ8aによつて常温の圧縮空気が導
入される第２の熱交換器32を通つて圧縮空気が導入され
る第２の熱交換器32を通つて圧縮空気と熱交換して気化
し、パイプ33からさらに蒸発管33aを経由して製品酸素
ガスとして取り出される。なお、上記第３の熱交換器32
は、プレートフイン型の縦長熱交換器を縦方向に２段連
結したものである。これは、上記液体加圧ポンプ30が間
歇的に加圧液体酸素を吐出するのに対応させたもので、
第２の熱交換器32内に導入される液体酸素量が多少変化
しても、定量的に導入される圧縮空気との熱交換が充分
に確保されるよう配慮したものである。また、図におい
て、40はバツクアツプラインであり、41は窒素のバツク
アツプラインである。
底部から、パイプ29によつて取り出され、液体加圧ポン
プ30によつて所定の圧力に圧縮されてパイプ31内に取り
出されるようになつている。また、上記液体加圧ポンプ
30内の空間部は、パイプ32を介して上記酸素精留塔18内
と連通されている。そして、この加圧液体酸素は、パイ
プ８から分岐するパイプ8aによつて常温の圧縮空気が導
入される第２の熱交換器32を通つて圧縮空気が導入され
る第２の熱交換器32を通つて圧縮空気と熱交換して気化
し、パイプ33からさらに蒸発管33aを経由して製品酸素
ガスとして取り出される。なお、上記第３の熱交換器32
は、プレートフイン型の縦長熱交換器を縦方向に２段連
結したものである。これは、上記液体加圧ポンプ30が間
歇的に加圧液体酸素を吐出するのに対応させたもので、
第２の熱交換器32内に導入される液体酸素量が多少変化
しても、定量的に導入される圧縮空気との熱交換が充分
に確保されるよう配慮したものである。また、図におい
て、40はバツクアツプラインであり、41は窒素のバツク
アツプラインである。
なお、この装置において、液体窒素貯槽15および液体
酸素貯槽26のそれぞれには液面計B,Cが取り付けられて
おり、各貯槽内の液面高さを常時読み取るようになつて
いる。そして、上記液面計B,Cの読み取り信号および前
記酸素精留塔18に取り付けられた液面計Ａの読み取り信
号は、カスケード制御計Ｒに入力されるようになつてい
る。このカスケード制御計Ｒは、上記液面計A,B,Cの読
み取り信号を受け、予め入力された判定基準にもとづい
て各貯槽15,26と各精留塔14,18を結ぶ導入パイプ16,27
の途中にそれぞれ設けられる自動開閉弁P,Qの開閉制御
を行うようになつている。すなわち、上記カスケード制
御計Ｒは、液面計Ａの液面が所定の範囲より下がつた場
合には、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値を対比して液
面の高い方の貯槽から延びるパイプ自動開閉弁（Ｐもし
くはＱ）を開くように上記自動開閉弁P,Qの開閉を制御
し、上記液面計Ａの液面が所定の範囲より上がつた場合
には、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値を対比して液面
の低い方の貯槽から延びるパイプの自動開閉弁（Ｐもし
くはＱ）を閉じるよう上記自動開閉弁P,Qの開閉を制御
するように設定されている。
酸素貯槽26のそれぞれには液面計B,Cが取り付けられて
おり、各貯槽内の液面高さを常時読み取るようになつて
いる。そして、上記液面計B,Cの読み取り信号および前
記酸素精留塔18に取り付けられた液面計Ａの読み取り信
号は、カスケード制御計Ｒに入力されるようになつてい
る。このカスケード制御計Ｒは、上記液面計A,B,Cの読
み取り信号を受け、予め入力された判定基準にもとづい
て各貯槽15,26と各精留塔14,18を結ぶ導入パイプ16,27
の途中にそれぞれ設けられる自動開閉弁P,Qの開閉制御
を行うようになつている。すなわち、上記カスケード制
御計Ｒは、液面計Ａの液面が所定の範囲より下がつた場
合には、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値を対比して液
面の高い方の貯槽から延びるパイプ自動開閉弁（Ｐもし
くはＱ）を開くように上記自動開閉弁P,Qの開閉を制御
し、上記液面計Ａの液面が所定の範囲より上がつた場合
には、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値を対比して液面
の低い方の貯槽から延びるパイプの自動開閉弁（Ｐもし
くはＱ）を閉じるよう上記自動開閉弁P,Qの開閉を制御
するように設定されている。
この装置を用い、例えばつぎのようにして窒素ガスお
よび酸素ガスを製造することができる。すなわち、まず
空気圧縮機９により空気を圧縮し、ドレン分離器10によ
り圧縮された空気中の水分を除去してフロン冷却器11に
より冷却し、その状態で吸着筒（図面では省略してい
る）に送り込み、空気中のH2OおよびCO2を吸着除去す
る。ついで、H2O,CO2が吸着除去された圧縮空気の一部
を第２の熱交換器32内に送り込んで低温に冷却するとと
もに、残部を第１の熱交換器12に送り込んで超低温に冷
却し、その状態で窒素精留塔14の下部内に導入する。つ
いで、この圧縮空気と、液体窒素貯槽15から窒素精留塔
14内に送り込まれた液体窒素および酸素精留塔18から還
流する液体窒素とを向流接触させて圧縮空気を冷却し、
窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−183℃，窒素の沸
点−196℃）により、圧縮空気中の高沸点成分である酸
素を液化させ、窒素やヘリウム，水素等を気体として滞
空させる。この気体窒素をパイプ７から取り出して第１
の熱交換機器12に送り込み常温近くまで昇温させ製品窒
素ガス取出パイプ50から製品窒素ガスとして送り出す。
この場合、液体窒素貯槽15から窒素精留塔14内に導入さ
れる液体窒素は、圧縮空気液化用の寒冷源として作用
し、それ自身は気化して製品窒素ガスの一部として取り
出される。他方、窒素精留塔14の下部に溜つた液体空気
は、パイプ20を経て酸素精留塔18に送り込まれ、窒素を
気化除去され液体酸素となつて酸素精留塔18内に溜ま
る。この液体酸素は、液体のまま液体加圧ポンプ30内に
送り込まれて圧縮され、所定の圧力で第２の熱交換器32
内に送り込まれて昇温気化され、所定圧力の酸素ガスと
して製品酸素ガス取出パイプ33から取り出される。この
ようにして、高純度の窒素ガスと酸素ガスとが１台の装
置により同時に得られるようになる。
よび酸素ガスを製造することができる。すなわち、まず
空気圧縮機９により空気を圧縮し、ドレン分離器10によ
り圧縮された空気中の水分を除去してフロン冷却器11に
より冷却し、その状態で吸着筒（図面では省略してい
る）に送り込み、空気中のH2OおよびCO2を吸着除去す
る。ついで、H2O,CO2が吸着除去された圧縮空気の一部
を第２の熱交換器32内に送り込んで低温に冷却するとと
もに、残部を第１の熱交換器12に送り込んで超低温に冷
却し、その状態で窒素精留塔14の下部内に導入する。つ
いで、この圧縮空気と、液体窒素貯槽15から窒素精留塔
14内に送り込まれた液体窒素および酸素精留塔18から還
流する液体窒素とを向流接触させて圧縮空気を冷却し、
窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−183℃，窒素の沸
点−196℃）により、圧縮空気中の高沸点成分である酸
素を液化させ、窒素やヘリウム，水素等を気体として滞
空させる。この気体窒素をパイプ７から取り出して第１
の熱交換機器12に送り込み常温近くまで昇温させ製品窒
素ガス取出パイプ50から製品窒素ガスとして送り出す。
この場合、液体窒素貯槽15から窒素精留塔14内に導入さ
れる液体窒素は、圧縮空気液化用の寒冷源として作用
し、それ自身は気化して製品窒素ガスの一部として取り
出される。他方、窒素精留塔14の下部に溜つた液体空気
は、パイプ20を経て酸素精留塔18に送り込まれ、窒素を
気化除去され液体酸素となつて酸素精留塔18内に溜ま
る。この液体酸素は、液体のまま液体加圧ポンプ30内に
送り込まれて圧縮され、所定の圧力で第２の熱交換器32
内に送り込まれて昇温気化され、所定圧力の酸素ガスと
して製品酸素ガス取出パイプ33から取り出される。この
ようにして、高純度の窒素ガスと酸素ガスとが１台の装
置により同時に得られるようになる。
したがつて、この装置によれば、膨脹タービンを用い
ることなく、高純度の製品窒素ガスと製品窒素ガスとを
製造することができる。しかも、この装置は、窒素精留
塔14の寒冷源として装置外で製造された液体窒素を用意
するとともに、酸素精留塔18の寒冷源として装置外で製
造された液体酸素を用意し、酸素精留塔内の液体酸素量
の増減に合わせて残液の多い方を優先的に導入するよう
にしているため、需要の変動によつて急激に酸素精留塔
内の液体酸素量が変化しても、いずれかの寒冷源を導入
することにより、純度にばらつきを生じることなく常時
安定した量の酸素ガスおよび窒素ガスを製造することが
できる。そして、寒冷源の導入ルートが２通りあるた
め、一方の寒冷源が少なくなつても他方の寒冷源を優先
的に導入して補うことができ、寒冷源の導入が途切れて
不都合な状態になることがない。
ることなく、高純度の製品窒素ガスと製品窒素ガスとを
製造することができる。しかも、この装置は、窒素精留
塔14の寒冷源として装置外で製造された液体窒素を用意
するとともに、酸素精留塔18の寒冷源として装置外で製
造された液体酸素を用意し、酸素精留塔内の液体酸素量
の増減に合わせて残液の多い方を優先的に導入するよう
にしているため、需要の変動によつて急激に酸素精留塔
内の液体酸素量が変化しても、いずれかの寒冷源を導入
することにより、純度にばらつきを生じることなく常時
安定した量の酸素ガスおよび窒素ガスを製造することが
できる。そして、寒冷源の導入ルートが２通りあるた
め、一方の寒冷源が少なくなつても他方の寒冷源を優先
的に導入して補うことができ、寒冷源の導入が途切れて
不都合な状態になることがない。
なお、上記実施例では、製品酸素ガスの円滑な送出お
よび消費サイドにおける使用の便を図るために、製品酸
素ガスを加圧状態で送出しているが、その加圧を液体の
状態で行つている。したがつて、気化させてから加圧す
るよりも加圧効率が高く、僅かな動力で充分な圧縮を行
うことができる。すなわち、気体は１モルが22.4と大
容積であるため、これを圧縮するには大掛かりな装置を
必要とするが、液体の体積は小さく、その圧縮が容易で
ある。特に、酸素は活性が高く、気体状態ではポンプの
潤滑油等と反応して直ちに爆発するところ、液体状態で
はそのような事態の発生を防止できるうえ、ポンプのシ
ールも気体に比べて液体の方が容易であり簡易に行いう
るという利点を有する。ただし、酸素精留塔18から取り
出された酸素を、上記のように液体のまま加圧するか、
あるいは先に気化させるかどうかは任意である。
よび消費サイドにおける使用の便を図るために、製品酸
素ガスを加圧状態で送出しているが、その加圧を液体の
状態で行つている。したがつて、気化させてから加圧す
るよりも加圧効率が高く、僅かな動力で充分な圧縮を行
うことができる。すなわち、気体は１モルが22.4と大
容積であるため、これを圧縮するには大掛かりな装置を
必要とするが、液体の体積は小さく、その圧縮が容易で
ある。特に、酸素は活性が高く、気体状態ではポンプの
潤滑油等と反応して直ちに爆発するところ、液体状態で
はそのような事態の発生を防止できるうえ、ポンプのシ
ールも気体に比べて液体の方が容易であり簡易に行いう
るという利点を有する。ただし、酸素精留塔18から取り
出された酸素を、上記のように液体のまま加圧するか、
あるいは先に気化させるかどうかは任意である。
なお、第２図に示すように、酸素精留塔18の底部から
取り出した液体酸素を、一旦吸着筒60内に送り込んで、
液体酸素中に含まれる炭化水素等の不純物高沸点成分を
吸着除去するようにしてもよい。このようにすると、よ
り純度の高い酸素ガスが得られる。
取り出した液体酸素を、一旦吸着筒60内に送り込んで、
液体酸素中に含まれる炭化水素等の不純物高沸点成分を
吸着除去するようにしてもよい。このようにすると、よ
り純度の高い酸素ガスが得られる。
以上のように、この発明の窒素ガスおよび酸素ガスの
製造装置は、窒素精留塔とともに酸素精留塔を備えてお
り、窒素精留塔内に溜まる酸素リツチな液体空気を上記
酸素精留塔内に供給して液体酸素としてこれを取り出
し、酸素ガスとして製品化するようにしているため、１
台の装置で高純度の窒素ガスと高純度の酸素ガスとを効
率よく製造することができる。しかも、この発明の装置
は、窒素精留塔の寒冷源として装置外で製造された液体
窒素を用意するとともに、酸素精留塔の寒冷源として装
置外で製造された液体酸素を用意し、酸素精留塔内の液
体酸素量の増減に合わせて残液の多い方を優先的に導入
するようにしているため、需要の変動によつて急激に酸
素精留塔内の液体酸素量が変化しても、いずれかの寒冷
源を導入することにより、純度にばらつきを生じること
なく常時安定した量の酸素ガスおよび窒素ガスを製造す
ることができる。そして、寒冷源の導入ルートが２通り
あるため、一方の寒冷源が少なくなつても他方の寒冷源
を導入して補うことができ、寒冷源の導入が途切れて不
都合な状態になることがない。
製造装置は、窒素精留塔とともに酸素精留塔を備えてお
り、窒素精留塔内に溜まる酸素リツチな液体空気を上記
酸素精留塔内に供給して液体酸素としてこれを取り出
し、酸素ガスとして製品化するようにしているため、１
台の装置で高純度の窒素ガスと高純度の酸素ガスとを効
率よく製造することができる。しかも、この発明の装置
は、窒素精留塔の寒冷源として装置外で製造された液体
窒素を用意するとともに、酸素精留塔の寒冷源として装
置外で製造された液体酸素を用意し、酸素精留塔内の液
体酸素量の増減に合わせて残液の多い方を優先的に導入
するようにしているため、需要の変動によつて急激に酸
素精留塔内の液体酸素量が変化しても、いずれかの寒冷
源を導入することにより、純度にばらつきを生じること
なく常時安定した量の酸素ガスおよび窒素ガスを製造す
ることができる。そして、寒冷源の導入ルートが２通り
あるため、一方の寒冷源が少なくなつても他方の寒冷源
を導入して補うことができ、寒冷源の導入が途切れて不
都合な状態になることがない。
第１図はこの発明の一実施例の構成図、第２図はその変
形例の構成図である。 ９……空気圧縮機、12……第１の熱交換器、14……窒素
精留塔、14a,14b……液体窒素溜まり、15……液体窒素
貯槽、18……酸素精留塔、18a……液体窒素溜まり、21
……凝縮器、22……第１の還流パイプ、23……第２の還
流パイプ、26……液体酸素貯槽、30……液体加圧ポン
プ、32……第２の熱交換器、A,B,C,D……液面計、P,Q…
…自動開閉弁、Ｒ……カスケード制御計
形例の構成図である。 ９……空気圧縮機、12……第１の熱交換器、14……窒素
精留塔、14a,14b……液体窒素溜まり、15……液体窒素
貯槽、18……酸素精留塔、18a……液体窒素溜まり、21
……凝縮器、22……第１の還流パイプ、23……第２の還
流パイプ、26……液体酸素貯槽、30……液体加圧ポン
プ、32……第２の熱交換器、A,B,C,D……液面計、P,Q…
…自動開閉弁、Ｒ……カスケード制御計
Claims (2)
- 【請求項１】外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧
縮手段と、この空気圧縮手段によつて圧縮された圧縮空
気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記熱交換手段に
より超低温に冷却された圧縮空気の一部を液化して内部
に溜め窒素を気化として上部側から取り出す窒素精留塔
と、装置外から液体窒素の供給を受けてこれを貯蔵する
液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体窒
素を圧縮空気液化用の寒冷源として窒素精留塔内に導入
する液体窒素導入路と、上記窒素精留塔内から取り出さ
れた気体窒素を製品として導出する製品窒素ガス導出手
段と、液体空気を対象とし窒素と酸素の沸点の差を利用
して両者を分離し酸素を液体として下部から取り出す酸
素精留塔と、上記酸素精留塔内の底部に内蔵される凝縮
器と、上記窒素精留塔内に溜まる液体空気を上記酸素精
留塔内に供給する液体空気供給路と、上記窒素精留塔内
で生成する窒素ガスの一部を上記凝縮器内に案内する第
１の還流パイプと、上記凝縮器内で生じる液化窒素を還
流液として窒素精留塔内に戻す第２の還流パイプと、装
置外から液体酸素の供給を受けてこれを貯蔵する液体酸
素貯蔵手段と、上記液体酸素貯蔵手段内の液体酸素を上
記凝縮器の寒冷源として酸素精留塔内に導入する液体酸
素導入路と、上記酸素精留塔内から取り出された液体酸
素を気化し製品として導出する製品酸素ガス導出路とを
備えた窒素ガスおよび酸素ガス製造装置であつて、上記
酸素精留塔に液面計Ａを設け、上記液体窒素貯蔵手段お
よび液体酸素貯蔵手段にそれぞれ液面計B,Cを設け、上
記液体窒素導入路および液体酸素導入路にそれぞれ自動
開閉弁P,Qを設け、上記液面計Ａの液面が所定の範囲よ
り下がつたときに、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値を
対比して液面の高い方の貯蔵手段から延びる導入路の自
動開閉弁を優先的に開くよう自動開閉弁の開閉を制御
し、上記液面計Ａの液面が所定の範囲より上がつたとき
に、上記液面計Ｂおよび液面計Ｃの値を対比して液面の
低い方の貯蔵手段から延びる導入路の自動開閉弁を優先
的に閉じるよう上記自動開閉弁の開閉を制御する制御手
段Ｒを設けたことを特徴とする窒素ガスおよび酸素ガス
製造装置。 - 【請求項２】上記製品酸素ガス導出路において、酸素精
留塔から取り出された液体酸素を液体のまま加圧して圧
縮する加圧手段を設けた請求項（１）記載の窒素ガスお
よび酸素ガス製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1298710A JP2859664B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1298710A JP2859664B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03158694A JPH03158694A (ja) | 1991-07-08 |
| JP2859664B2 true JP2859664B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=17863286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1298710A Expired - Fee Related JP2859664B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2859664B2 (ja) |
-
1989
- 1989-11-16 JP JP1298710A patent/JP2859664B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03158694A (ja) | 1991-07-08 |
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