JP3065968B2 - 空気液化分離装置および空気液化分離方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精留塔を利用して
原料空気を分離する空気液化分離装置および空気液化分
離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の空気液化分離装置として
は、圧縮、冷却、及び不純物除去された原料空気を液化
点付近まで冷却する主熱交換器と、その冷却された原料
空気を導いて酸素濃縮成分と窒素成分とに分離する精留
部及び分離された窒素成分を一部凝縮させて還流液とす
る凝縮器を有する精留塔と、その精留塔に液体窒素を供
給弁を介して還流液の一部および寒冷源として供給する
液体窒素貯槽と、前記主熱交換器に寒冷を供給するため
の寒冷供給経路とを具備する空気液化分離装置が知られ
ていた。

【０００３】かかる装置においては、例えば、外部から
取り入れた空気を圧縮器で圧縮してから冷凍機で冷却
し、更に吸着装置等によって二酸化炭素及び水などの不
純物を除去し、その原料空気を主熱交換器にて廃ガス等
の寒冷を利用して液化点付近まで冷却し、その冷却され
た原料空気を精留塔に導いて、その精留塔内の精留部で
酸素濃縮成分と窒素成分とに分離しつつ、分離された窒
素成分を凝縮器で一部凝縮させて還流液とする一方、液
体窒素貯槽から供給弁を介して液体窒素を還流液の一部
および寒冷源として前記精留塔に供給することで、主に
窒素ガスを製造していた。

【０００４】そして、上記の装置においては、精留塔の
底部に貯留する酸素濃縮液を凝縮器に寒冷として移送し
て、その凝縮器に貯留しているが、製品ガスの消費量な
どが変化しても精留部での精留の定常性を保つために、
その上方又は精留塔外部に設置される前記凝縮器の凝縮
能力（冷却能力）をほぼ一定にすべく、凝縮器に貯留さ
れる前記酸素濃縮液の液面の高さをほぼ一定にする必要
があった。

【０００５】このような凝縮器内の寒冷の液位を制御す
る方法としては、従来より次のものが知られていた。即
ち、 特公昭６１−４６７４７号公報には、精留塔の底部に
貯留した液化空気を凝縮器に導入する量は調節せずに、
凝縮器内の寒冷の液位を検出しながら、還流液の一部お
よび寒冷源として供給する液体窒素の供給量を調節する
方法が提案されていた。

【０００６】なお、上記と類似の方法として、 特開昭６４−５４１８７号公報には、製品窒素ガスの
圧力を検出して、精留塔の底部に貯留した液化空気（酸
素濃縮成分）を凝縮器に導入する液化空気量および製品
窒素ガス量を調整する方法が提案されているが、かかる
方法は、凝縮器内の寒冷の液位を積極的に変動させるこ
とによって、製品窒素ガスの消費量の変動に対応する技
術であり、凝縮器内の寒冷の液位をほぼ一定に保って、
凝縮器の凝縮能力（冷却能力）をほぼ一定にすることは
できない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の方法では、精留塔の底部に液化空気を貯留しているた
め、還流液の一部および寒冷源として供給する液体窒素
の供給量を調節しても、精留塔の底部から凝縮器に導く
経路内の流量がほとんど変化せず、その結果、凝縮器内
の寒冷の液位の変化に制御が追従できなくなり、凝縮器
内の寒冷の液位をほぼ一定に保って精留の定常性を保つ
ことができなかった。即ち、液化空気を精留塔の底部か
ら凝縮器に導く経路内の流量は、精留塔の底部の圧力お
よび凝縮器内の圧力や、その間の経路に設けられた弁の
開度等によって決定されるため、上記の制御による
と、せっかく液体窒素の供給量を調節して、その調節に
より精留塔の底部へ流下する液体空気の量が変化して
も、精留塔の底部に貯留する液化空気の貯留量が変化す
るだけで、前記経路内の流量はほとんど変化せず、その
ため凝縮器内の寒冷の液位の変化を補うだけの寒冷が供
給されなくなる。その結果、制御が凝縮器内の寒冷の液
位の変化に追従できなくなるため、極端な場合には凝縮
器内の寒冷が空になったり、満杯になったりする場合が
生じる。

【０００８】一方、酸素ガスを製造する場合には、複式
精留塔を用いた装置、即ち、前記と同様の冷却された原
料空気を導いて酸素濃縮成分と窒素成分とに分離する中
圧精留部及び分離された窒素成分を凝縮させて還流液と
する凝縮器を有する中圧精留塔と、その中圧精留塔の還
流液の一部を膨張弁を介して導いて還流液としつつ前記
中圧精留塔の底部から酸素濃縮成分を導いて酸素成分と
窒素成分とに分離する低圧精留部、及びその低圧精留部
から前記酸素成分の流入を許容する前記凝縮器の寒冷貯
留部を有する低圧精留塔と、その寒冷貯留部に液体酸素
を供給弁を介して供給する液体酸素貯槽と、前記主熱交
換器に寒冷を供給するための寒冷供給経路とを具備する
空気液化分離装置が主に用いられるが、前記中圧精留塔
の凝縮器についても、前記と同様の問題が生じやすい。

【０００９】従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑
み、液化製品等の供給量を調節することで、凝縮器内の
寒冷の液位の変化に迅速に制御が追従できるため、精留
の定常性を高めることができる空気液化分離装置および
空気液化分離方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の第一の特徴構成は、圧縮、冷却、及び不純物
除去された原料空気を液化点付近まで冷却する主熱交換
器と、その冷却された原料空気を導いて酸素濃縮成分と
窒素成分とに分離する精留部及び分離された窒素成分を
一部凝縮させて還流液とする凝縮器を有する精留塔と、
その精留塔に液体窒素を供給弁を介して還流液の一部お
よび寒冷源として供給する液体窒素貯槽と、前記主熱交
換器に寒冷を供給するための寒冷供給経路とを具備する
空気液化分離装置において、前記精留部から前記精留塔
の底部へ流下する酸素濃縮液を前記精留塔底部に貯留す
ることなく、前記凝縮器に寒冷として移送する移送経路
と、前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮液の液面の高
さを検出する液位検出手段と、その液位検出手段からの
出力に基づいて、前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮
液の液面がほぼ設定液位に保たれるように、前記液体窒
素の供給弁の開度を制御する制御手段とを備える点に有
る。

【００１１】また、本発明の第二の特徴構成は、圧縮、
冷却、及び不純物除去された原料空気を主熱交換器で液
化点付近まで冷却し、その冷却された原料空気を精留塔
に導いて、その精留塔内の精留部で酸素濃縮成分と窒素
成分とに分離しつつ、分離された窒素成分を凝縮器で一
部凝縮させて還流液とする一方、液体窒素貯槽から供給
弁を介して液体窒素を還流液の一部および寒冷源として
前記精留塔に供給することで、製品窒素ガスを製造する
空気液化分離方法において、前記精留部から前記精留塔
の底部へ流下する酸素濃縮液を前記精留塔底部に貯留す
ることなく、前記凝縮器に寒冷として移送すると共に、
前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮液の液面の高さを
液位検出手段で検出しつつ、その液位検出手段からの出
力に基づいて、前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮液
の液面がほぼ設定液位に保たれるように、前記液体窒素
の供給弁の開度を制御する点に有る。

【００１２】本発明の第三の特徴構成は、圧縮、冷却、
及び不純物除去された原料空気を液化点付近まで冷却す
る主熱交換器と、その冷却された原料空気を導いて酸素
濃縮成分と窒素成分とに分離する中圧精留部及び分離さ
れた窒素成分を凝縮させて還流液とする凝縮器を有する
中圧精留塔と、その中圧精留塔の還流液の一部を膨張弁
を介して導いて還流液としつつ前記中圧精留塔の底部か
ら酸素濃縮成分を導いて酸素成分と窒素成分とに分離す
る低圧精留部、及びその低圧精留部から前記酸素成分の
流入を許容する前記凝縮器の寒冷貯留部を有する低圧精
留塔と、その寒冷貯留部に液体酸素を供給弁を介して供
給する液体酸素貯槽と、前記主熱交換器に寒冷を供給す
るための寒冷供給経路とを具備する空気液化分離装置に
おいて、前記中圧精留塔の底部から前記低圧精留塔へ酸
素濃縮成分を導く移送経路を、前記底部へ流下する酸素
濃縮液を前記底部に貯留することなく移送する移送経路
とし、前記寒冷貯留部に貯留される前記寒冷の液面の高
さを検出する液位検出手段と、その液位検出手段からの
出力に基づいて、前記寒冷貯留部に貯留される前記寒冷
の液面がほぼ設定液位に保たれるように、前記液体酸素
の供給弁の開度を制御する制御手段とを備える点に有
る。

【００１３】本発明の第四の特徴構成は、圧縮、冷却、
及び不純物除去された原料空気を主熱交換器で液化点付
近まで冷却し、その冷却された原料空気を中圧精留塔に
導いて、その中圧精留塔内の中圧精留部で酸素濃縮成分
と窒素成分とに分離しつつ、分離された窒素成分を凝縮
器で凝縮させて還流液とする一方、その還流液の一部を
膨張弁を介して低圧精留部の還流液として導きつつ、前
記中圧精留塔の底部から酸素濃縮成分を導いて前記低圧
精留部にて酸素成分と窒素成分とに分離し、前記低圧精
留部から前記酸素成分を前記凝縮器の寒冷貯留部に流入
させつつ、液体酸素貯槽から液体酸素を供給弁を介して
寒冷貯留部に供給することで、製品酸素ガスを製造する
空気液化分離方法において、前記中圧精留部から前記中
圧精留塔の底部へ流下する酸素濃縮液を前記中圧精留塔
底部に貯留することなく、前記低圧精留部に移送して精
留後に前記凝縮器の寒冷貯留部に寒冷として導入すると
共に、前記寒冷貯留部に貯留される前記寒冷の液面の高
さを液位検出手段で検出しつつ、その液位検出手段から
の出力に基づいて、前記寒冷貯留部に貯留される前記寒
冷の液面がほぼ設定液位に保たれるように、前記液体酸
素の供給弁の開度を制御する点に有る。

【００１４】〔作用効果〕そして、本発明の第一の特徴
構成によると、前記精留部から前記精留塔の底部へ流下
する酸素濃縮液を前記精留塔底部に貯留することなく、
前記凝縮器に寒冷として移送する移送経路を設けてある
ため、前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮液の液面の
高さを検出する液位検出手段からの出力に基づいて、制
御手段により前記液体窒素の供給弁の開度を制御するこ
とで、その制御により精留塔の底部へ流下する酸素濃縮
成分の量が調節され、それが直ちに凝縮器に移送される
ため、凝縮器内の寒冷の液位を迅速に調節することがで
きる。その結果、液化製品等の供給量を調節すること
で、凝縮器内の寒冷の液位の変化に迅速に制御が追従で
きるため、精留の定常性を高めることができる空気液化
分離装置を提供することができた。

【００１５】また、本発明の第二の特徴構成によると、
前記精留部から前記精留塔の底部へ流下する酸素濃縮液
を前記精留塔底部に貯留することなく、前記凝縮器に寒
冷として移送すると共に、前記凝縮器に貯留される前記
酸素濃縮液の液面の高さを液位検出手段で検出しつつ、
その液位検出手段からの出力に基づいて、前記凝縮器に
貯留される前記酸素濃縮液の液面がほぼ設定液位に保た
れるように、前記液体窒素の供給弁の開度を制御するた
め、上記と同様の作用を得ることができる。その結果、
液化製品等の供給量を調節することで、凝縮器内の寒冷
の液位の変化に迅速に制御が追従できるため、精留の定
常性を高めることができる空気液化分離方法を提供する
ことができた。

【００１６】また、本発明の第三の特徴構成によると、
前記中圧精留塔の底部から前記低圧精留塔へ酸素濃縮成
分を導く移送経路を、前記底部へ流下する酸素濃縮液を
前記底部に貯留することなく移送する移送経路としてあ
るため、上記と同様に底部へ流下する酸素濃縮液を直ち
に低圧精留塔に導くことができるので、制御手段により
前記液体酸素の供給弁の開度を制御することにより、複
式精留塔内への寒冷供給量の変化に対応して、精留の定
常性をより高めることができる。その結果、液体酸素の
供給量を調節することで、凝縮器内の寒冷の液位の変化
に迅速に制御が追従できるため、精留の定常性を高める
ことができる空気液化分離装置を提供することができ
た。

【００１７】また、本発明の第四の特徴構成によると、
前記中圧精留部から前記中圧精留塔の底部へ流下する酸
素濃縮液を前記中圧精留塔底部に貯留することなく、前
記低圧精留部に移送して精留後に前記凝縮器の寒冷貯留
部に寒冷として導入すると共に、前記寒冷貯留部に貯留
される前記寒冷の液面の高さを液位検出手段で検出しつ
つ、その液位検出手段からの出力に基づいて、前記寒冷
貯留部に貯留される前記寒冷の液面がほぼ設定液位に保
たれるように、前記液体酸素の供給弁の開度を制御する
ため、上記と同様の作用を得ることができる。その結
果、液体酸素の供給量を調節することで、凝縮器内の寒
冷の液位の変化に迅速に制御が追従できるため、精留の
定常性を高めることができる空気液化分離方法を提供す
ることができた。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本発明は前述の如く第一の
特徴構成〜第四の特徴構成が存在するため、第一の特徴
構成と第二の特徴構成とに対応する第１実施形態と、第
三の特徴構成と第四の特徴構成とに対応する第２実施形
態とに分けて説明する。

【００１９】〔第１実施形態〕図１に示すように、図示
しないフィルタを通して大気中の空気が圧縮機１に取り
入れられ、圧縮機１により９ｋｇ／ｃｍ²Ｇに圧縮され
た後、配管２を通って冷凍機（フレオン冷凍機）３に導
入され、この冷凍機３で約５℃に予備冷却された後、配
管４を通って予備精製器５の一方の吸着筒５ａに導入さ
れ、この一方の吸着筒５ａにおいて、圧縮された原料空
気中の二酸化炭素及び水等が除去され（装置によっては
炭化水素の除去も可能である）、配管６を通って主熱交
換器７に導入される。このとき、予備精製器の他方の吸
着筒５ｂの再生は、後述するように配管２７を通って導
入される廃ガスによってなされるが、両吸着筒５ａ，５
ｂの切り換えは、切り換え弁ＶＣによって行われる。

【００２０】主熱交換器７に導入された原料空気は、後
述する窒素ガス及び廃ガスと熱交換され、液化点近くま
で冷却される。そして、冷却された原料空気は、配管８
を経て、精留塔９Ｓの下部空間１１Ｓに導入され上昇す
る。

【００２１】一方、精留塔９Ｓの精留部１３の上方に
は、後述のようにして液体窒素が導入され、前記精留塔
９Ｓを上昇した気体は凝縮器３５Ｓで液化され、還流液
となって精留部１３に流下され、上昇する気体と気液接
触されて精留され、前記精留塔９Ｓの下部に酸素濃縮液
化空気（酸素濃縮成分）を生出流下させ、頂部に窒素ガ
ス（窒素成分）を精留分離する。

【００２２】前記精留塔９Ｓの底部へ生出流下する酸素
濃縮液化空気は前記精留塔底部に貯留させることなく、
わずかな量の空気と共に（すなわち、酸素濃縮液化空気
の体積の２倍より少ない量、好ましくは１０％より少な
い量の空気と共に）配管１８に吸い込まれ、オリフィス
Ｖ２によって約１．９ｋｇ／ｃｍ²Ｇに膨張された後、
凝縮器３５Ｓの寒冷貯留部に導入される。つまり、精留
部１３から前記精留塔９Ｓの底部へ流下する酸素濃縮液
を前記精留塔底部に貯留することなく、前記凝縮器３５
Ｓに寒冷として移送する移送経路を、配管１８とオリフ
ィスＶ２により構成しているが、十分に開いたバルブ
や、配管１８自体の圧損調整により前記移送経路を構成
してもよい。

【００２３】そして、精留塔９Ｓの頂部の窒素ガスが配
管２９を通して主熱交換器７に導入されると共に、凝縮
器３５Ｓに貯留された酸素濃縮液のうち精留塔９Ｓの窒
素ガスにより気化された酸素濃縮空気（廃ガス）が配管
２４を通って主熱交換器７に導入される。これらの窒素
ガス及び廃ガスは、それぞれ主熱交換器７で圧縮原料空
気と熱交換される。そして、窒素ガスは、配管３０を通
って約８．７ｋｇ／ｃｍ²Ｇの圧力で常温の製品窒素ガ
ス（ＧＮ₂）として取り出され、廃ガスは、配管２７を
通って約１．７ｋｇ／ｃｍ²Ｇの圧力で常温となって予
備精製器５の再生すべき吸着筒５ｂに送られ、前述した
ようにその吸着筒５ｂの再生ガスとして二酸化炭素及び
水等を取り出すことに使用される。

【００２４】また、この精留塔を含む保冷函３６内に必
要な全冷熱は、液体窒素貯槽３１Ｓ内に外部から導入さ
れ、貯留された液体窒素（ＬＮ₂）によって賄われ、こ
の液体窒素は、配管３２を通して取り出され、前記精留
塔９Ｓの凝縮器３５Ｓの液面を設定液位に保つように、
制御手段である液位表示制御装置ＬＩＣにより弁Ｖ３の
開度が調節されながら、前記精留塔９Ｓの精留部１３の
上方に導入される。つまり、凝縮器３５Ｓに貯留される
前記酸素濃縮液の液面の高さを検出する液位検出手段
（図示せず）を設けてあり、その液位検出手段からの出
力に基づいて、前記凝縮器３５Ｓに貯留される前記酸素
濃縮液の液面がほぼ設定液位に保たれるように、前記液
体窒素の供給弁Ｖ３の開度を制御している。

【００２５】更に、窒素需要量が精留塔９Ｓにおける製
造能力を超える場合には、液体窒素貯槽３１Ｓ内の下部
から延びる配管３４を通って液体窒素が導出され、蒸発
器３３ａで気化された後、弁Ｖ４により約８．５ｋｇ／
ｃｍ²Ｇの圧力に調節され配管３０に導入される。

【００２６】なお、配管３４より分岐した配管３７は蒸
発器３３ｂと圧力調節弁Ｖ５を挿入されており、液体窒
素貯槽３１Ｓの頂部に戻されており、液体窒素貯槽３１
Ｓの圧力を所定の圧力に維持する。

【００２７】配管４０と弁Ｖ６とは、必要により凝縮器
３５Ｓ内の酸素濃縮液を排出するために設けられてお
り、装置の運転継続によりその酸素濃縮液に炭化水素類
が濃縮された際に、そのような酸素濃縮液の一部又は全
部を排出することができる。なお、点線で示される保冷
函３６は低温機器を構成する主熱交換器７、精留塔９
Ｓ、液体窒素貯槽３１Ｓ等を収納するコールドボックス
（断熱容器）である。

【００２８】〔第２実施形態〕図２に示すように、図示
しないフィルタを通して大気中の空気が圧縮機１に取り
入れられ、圧縮機１により９ｋｇ／ｃｍ²Ｇに圧縮され
た後、配管２を通って冷凍機（フレオン冷凍機）３に導
入され、この冷凍機３で約５℃に予備冷却された後、配
管４を通って予備精製器５の一方の吸着筒５ａに導入さ
れ、この一方の吸着筒５ａにおいて、圧縮された原料空
気中の二酸化炭素及び水等が除去され（装置によっては
炭化水素の除去も可能である）、配管６を通って主熱交
換器７に導入される。このとき、予備精製器の他方の吸
着筒５ｂの再生は、後述するように配管２７を通って導
入される廃ガスによってなされる。

【００２９】主熱交換器７に導入された原料空気は、後
述する酸素ガス、窒素ガス及び廃ガスと熱交換され、液
化点近くまで冷却される。そして、冷却された原料空気
は、配管８を経て、複式精留塔９の中圧精留塔１１の下
部空間１０に導入され上昇する。

【００３０】一方、複式精留塔９の低圧精留塔１２の底
部へは液体酸素貯槽３１から配管３２及び減圧弁Ｖ３を
通して液体酸素が導入され、前記中圧精留塔１１を上昇
した気体（窒素成分）は主凝縮器３５で液化され、還流
液となって精留部１３に流下され、上昇する気体と気液
接触されて精留され、前記中圧精留塔１１の下部に酸素
濃縮液化空気（酸素濃縮成分）を生出流下させ、頂部に
窒素ガスを精留分離する。

【００３１】前記中圧精留塔１１の底部へ生出流下する
酸素濃縮液化空気（酸素濃縮成分）は前記中圧精留塔底
部に貯留させることなく、わずかな量の空気と共に（す
なわち、酸素濃縮液体空気の体積の２倍より少ない量、
好ましくは１０％より少ない量の空気と共に）配管１８
に吸い込まれ、オリフィスＶ２によって約１．９ｋｇ／
ｃｍ²Ｇに膨張された後、低圧精留塔１２の第１上部精
留部１４Ａと第２上部精留部１４Ｂとの間の空間２３に
導入される。つまり、前記中圧精留塔１１の底部から前
記低圧精留塔１２へ酸素濃縮成分を導く移送経路を、配
管１８とオリフィスＶ２によって、前記底部へ流下する
酸素濃縮液を前記底部に貯留することなく移送する移送
経路としてある。但し、第１実施形態と同様に十分に開
いたバルブや、配管１８自体の圧損調整により前記移送
経路を構成してもよい。

【００３２】また、中圧精留塔１１の頂部には中圧精留
塔１１の精留部１３を通って精留され上昇する窒素ガス
が貯留される。この頂部では窒素ガスの一部が主凝縮器
３５で液化され、その一部が還流液として中圧精留塔１
３を流下し、この還流液は、この中圧精留部１３で上昇
してくる空気と気液接触して精留する。一方、液体窒素
の残部は、中圧精留塔１１の液体窒素貯留部２０に貯留
され、配管２１を通って膨張弁Ｖ１で約１．８ｋｇ／ｃ
ｍ²Ｇに膨張された後、低圧精留塔１２の第１上部精留
部１４Ａの上部の空間２２に導かれる。

【００３３】そして、低圧精留塔１２の頂部の廃ガス
（窒素成分）が配管２４を通して主熱交換器７に導入さ
れると共に、低圧精留塔１２の底部の主凝縮器３５に貯
留された液体酸素（寒冷）のうち中圧精留塔１１の窒素
ガスにより気化された酸素ガスが配管２５を通って主熱
交換器７に導入される。これらの酸素ガス及び廃ガス
は、それぞれ主熱交換器７で圧縮原料空気と熱交換され
る。そして、酸素ガスは、配管２６を通って約２ｋｇ／
ｃｍ²Ｇの圧力で常温の製品酸素ガス（ＧＯ₂）として取
り出され、廃ガスは、配管２７を通って約１．８ｋｇ／
ｃｍ²Ｇの圧力で常温となって予備精製器５の再生すべ
き吸着筒５ｂに送られ、前述したようにその吸着筒５ｂ
の再生ガスとして二酸化炭素及び水等を取り出すことに
使用される。

【００３４】また、同時に窒素ガスが必要な場合は、窒
素ガスは中圧精留塔１１の精留部１３の上部から配管２
９を通して約８．７ｋｇ／ｃｍ²Ｇの圧力で取り出さ
れ、主熱交換器７で原料空気との熱交換に供された後、
常温の製品窒素ガス（ＧＮ₂）として配管３０を通って
取り出される。

【００３５】更に、この複式精留塔９を含む保冷函３６
内に必要な全冷熱は、液体酸素貯槽３１内に外部から導
入され、貯留された液体酸素（ＬＯ₂）によって賄わ
れ、この液体酸素は、配管３２を通して取り出され、前
記低圧精留塔１２の底部の液面を設定液位に保つよう
に、制御手段である液位表示制御装置ＬＩＣにより弁Ｖ
３の開度が調節されながら、前記低圧精留塔１２の底部
に導入される。つまり、寒冷貯留部に貯留される寒冷の
液面の高さを検出する液位検出手段（図示せず）を設け
てあり、その液位検出手段からの出力に基づいて、前記
寒冷貯留部に貯留される前記寒冷の液面がほぼ設定液位
に保たれるように、前記液体酸素の供給弁Ｖ３の開度を
制御している。

【００３６】更に、酸素需要量が複式精留塔９における
製造能力を超える場合には、液体酸素貯槽３１内の下部
から延びる配管３４を通って液体酸素が導出され蒸発器
３３ａで気化された後、弁Ｖ４により２ｋｇ／ｃｍ²Ｇ
の圧力に調節され配管２６に導入される。なお、配管３
４より分岐した配管３７は蒸発器３３ｂと圧力調節弁Ｖ
５を挿入されており、液体酸素貯槽３１の頂部に戻され
ており、液体酸素貯槽３１の圧力を所定の圧力に維持す
る。

【００３７】〔別実施形態〕以下に別実施形態を説明す
る。 （１）先の実施形態では、凝縮器を塔内に配置する例を
示したが、凝縮器を塔外に配置するものであってもよ
い。

【００３８】（２）先の実施形態では、液位検出手段と
一体化したＬＩＣにより制御手段を構成する例を示した
が、制御手段としては、液位検出手段と別体で構成され
たものであってもよい。

【００３９】（３）前記の説明において示した、温度、
圧力等は、本発明を実施する場合の一例であり、各種装
置部分の設計や運転条件により異なるため、上記の数値
に限定されるものではない。

【００４０】（４）先の実施形態では、液化製品貯槽を
精留塔を配置した保冷函内に配置する例を示したが、液
化製品貯槽を精留塔を配置した保冷函の外部に配置して
もよく、その場合、別の保冷函内に配置等される。

【００４１】（５）先の実施形態では、精留塔の底部を
流下する酸素濃縮液が配管に向けて流動し易いように、
底部を逆円錐型に構成したが、更に酸素濃縮液の流動性
を高めるために、流路を形成し得る案内溝を設けるなど
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の空気液化分離装置の一例を示す
概略構成図

【図２】第２実施形態の空気液化分離装置の一例を示す
概略構成図

【符号の説明】

７ 主熱交換器 ９ 複式精留塔 ９Ｓ 精留塔 １１ 中圧精留塔 １２ 低圧精留塔 １３ 精留部 １８ 配管（移送経路） ３１ 液体酸素貯槽 ３１Ｓ 液体窒素貯槽 ３５ 主凝縮器 ３５Ｓ 凝縮器 Ｖ１ 膨張弁 Ｖ２ オリフィス（移送経路） Ｖ３ 供給弁 ＬＩＣ 液位表示制御装置（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮、冷却、及び不純物除去された原料
   空気を液化点付近まで冷却する主熱交換器と、その冷却
   された原料空気を導いて酸素濃縮成分と窒素成分とに分
   離する精留部及び分離された窒素成分を一部凝縮させて
   還流液とする凝縮器を有する精留塔と、その精留塔に液
   体窒素を供給弁を介して還流液の一部および寒冷源とし
   て供給する液体窒素貯槽と、前記主熱交換器に寒冷を供
   給するための寒冷供給経路とを具備する空気液化分離装
   置であって、 前記精留部から前記精留塔の底部へ流下する酸素濃縮液
   を前記精留塔底部に貯留することなく、前記凝縮器に寒
   冷として移送する移送経路と、 前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮液の液面の高さを
   検出する液位検出手段と、 その液位検出手段からの出力に基づいて、前記凝縮器に
   貯留される前記酸素濃縮液の液面がほぼ設定液位に保た
   れるように、前記液体窒素の供給弁の開度を制御する制
   御手段とを備える空気液化分離装置。
2. 【請求項２】 圧縮、冷却、及び不純物除去された原料
   空気を主熱交換器で液化点付近まで冷却し、その冷却さ
   れた原料空気を精留塔に導いて、その精留塔内の精留部
   で酸素濃縮成分と窒素成分とに分離しつつ、分離された
   窒素成分を凝縮器で一部凝縮させて還流液とする一方、
   液体窒素貯槽から供給弁を介して液体窒素を還流液の一
   部および寒冷源として前記精留塔に供給することで、製
   品窒素ガスを製造する空気液化分離方法であって、 前記精留部から前記精留塔の底部へ流下する酸素濃縮液
   を前記精留塔底部に貯留することなく、前記凝縮器に寒
   冷として移送すると共に、 前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮液の液面の高さを
   液位検出手段で検出しつつ、その液位検出手段からの出
   力に基づいて、前記凝縮器に貯留される前記酸素濃縮液
   の液面がほぼ設定液位に保たれるように、前記液体窒素
   の供給弁の開度を制御する空気液化分離方法。
3. 【請求項３】 圧縮、冷却、及び不純物除去された原料
   空気を液化点付近まで冷却する主熱交換器と、その冷却
   された原料空気を導いて酸素濃縮成分と窒素成分とに分
   離する中圧精留部及び分離された窒素成分を凝縮させて
   還流液とする凝縮器を有する中圧精留塔と、その中圧精
   留塔の還流液の一部を膨張弁を介して導いて還流液とし
   つつ前記中圧精留塔の底部から酸素濃縮成分を導いて酸
   素成分と窒素成分とに分離する低圧精留部、及びその低
   圧精留部から前記酸素成分の流入を許容する前記凝縮器
   の寒冷貯留部を有する低圧精留塔と、その寒冷貯留部に
   液体酸素を供給弁を介して供給する液体酸素貯槽と、前
   記主熱交換器に寒冷を供給するための寒冷供給経路とを
   具備する空気液化分離装置であって、 前記中圧精留塔の底部から前記低圧精留塔へ酸素濃縮成
   分を導く移送経路を、前記底部へ流下する酸素濃縮液を
   前記底部に貯留することなく移送する移送経路とし、 前記寒冷貯留部に貯留される前記寒冷の液面の高さを検
   出する液位検出手段と、 その液位検出手段からの出力に基づいて、前記寒冷貯留
   部に貯留される前記寒冷の液面がほぼ設定液位に保たれ
   るように、前記液体酸素の供給弁の開度を制御する制御
   手段とを備える空気液化分離装置。
4. 【請求項４】 圧縮、冷却、及び不純物除去された原料
   空気を主熱交換器で液化点付近まで冷却し、その冷却さ
   れた原料空気を中圧精留塔に導いて、その中圧精留塔内
   の中圧精留部で酸素濃縮成分と窒素成分とに分離しつ
   つ、分離された窒素成分を凝縮器で凝縮させて還流液と
   する一方、その還流液の一部を膨張弁を介して低圧精留
   部の還流液として導きつつ、前記中圧精留塔の底部から
   酸素濃縮成分を導いて前記低圧精留部にて酸素成分と窒
   素成分とに分離し、前記低圧精留部から前記酸素成分を
   前記凝縮器の寒冷貯留部に流入させつつ、液体酸素貯槽
   から液体酸素を供給弁を介して寒冷貯留部に供給するこ
   とで、製品酸素ガスを製造する空気液化分離方法であっ
   て、 前記中圧精留部から前記中圧精留塔の底部へ流下する酸
   素濃縮液を前記中圧精留塔底部に貯留することなく、前
   記低圧精留部に移送して精留後に前記凝縮器の寒冷貯留
   部に寒冷として導入すると共に、 前記寒冷貯留部に貯留される前記寒冷の液面の高さを液
   位検出手段で検出しつつ、その液位検出手段からの出力
   に基づいて、前記寒冷貯留部に貯留される前記寒冷の液
   面がほぼ設定液位に保たれるように、前記液体酸素の供
   給弁の開度を制御する空気液化分離方法。