JP3163024B2 - 空気分離装置 - Google Patents
空気分離装置Info
- Publication number
- JP3163024B2 JP3163024B2 JP00483997A JP483997A JP3163024B2 JP 3163024 B2 JP3163024 B2 JP 3163024B2 JP 00483997 A JP00483997 A JP 00483997A JP 483997 A JP483997 A JP 483997A JP 3163024 B2 JP3163024 B2 JP 3163024B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- pressure
- air
- refrigerator
- pulse tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/044—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a single pressure main column system only
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04278—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using external refrigeration units, e.g. closed mechanical or regenerative refrigeration units
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1406—Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric geometrical arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1418—Pulse-tube cycles with valves in gas supply and return lines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1419—Pulse-tube cycles with pulse tube having a basic pulse tube refrigerator [PTR], i.e. comprising a tube with basic schematic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
- F25J2270/908—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration
- F25J2270/91—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration using pulse tube refrigeration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、寒冷源として冷凍
機を用いる空気分離装置に関するものである。
機を用いる空気分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、深冷空気分離装置は、寒冷によ
り空気を液化して各成分（Ｎ2 ，Ｏ2，Ａｒ等）に精留
分離したのち、所望の成分を気体状態または液体状態で
取り出すようにしており、寒冷源として、膨張タービン
や液体窒素等の冷熱エネルギーを利用している。このよ
うな深冷空気分離装置として、図９に示すような、膨脹
タービンを利用した高純度窒素ガス製造装置がある。図
において、２１は原料空気（圧縮空気）を熱交換器２２
に供給する圧縮空気供給パイプである。この圧縮空気供
給パイプ２１を通る圧縮空気は、大気中の空気を空気圧
縮機により取り込んで圧縮したのち、ドレン分離器，フ
ロン冷却器および吸着筒を経由した圧縮空気である（図
面では、これら空気圧縮機，ドレン分離器，フロン冷却
器および吸着筒を省略している）。２２は熱交換器であ
り、この内部に、吸着筒内部のモレキュラーシーブによ
り水分（Ｈ2 Ｏ）および炭酸ガス（ＣＯ2 ）が吸着除去
された圧縮空気が送り込まれ、超低温に冷却される。
り空気を液化して各成分（Ｎ2 ，Ｏ2，Ａｒ等）に精留
分離したのち、所望の成分を気体状態または液体状態で
取り出すようにしており、寒冷源として、膨張タービン
や液体窒素等の冷熱エネルギーを利用している。このよ
うな深冷空気分離装置として、図９に示すような、膨脹
タービンを利用した高純度窒素ガス製造装置がある。図
において、２１は原料空気（圧縮空気）を熱交換器２２
に供給する圧縮空気供給パイプである。この圧縮空気供
給パイプ２１を通る圧縮空気は、大気中の空気を空気圧
縮機により取り込んで圧縮したのち、ドレン分離器，フ
ロン冷却器および吸着筒を経由した圧縮空気である（図
面では、これら空気圧縮機，ドレン分離器，フロン冷却
器および吸着筒を省略している）。２２は熱交換器であ
り、この内部に、吸着筒内部のモレキュラーシーブによ
り水分（Ｈ2 Ｏ）および炭酸ガス（ＣＯ2 ）が吸着除去
された圧縮空気が送り込まれ、超低温に冷却される。
【０００３】２３は精留塔であり、熱交換器２２により
超低温に冷却され圧縮空気導入パイプ２４を経て送り込
まれる圧縮空気をさらに冷却し、その一部を液化し液体
空気として底部に溜め、Ｎ2 を気体状態で上部に溜める
ようになっている。２６は精留塔２３の上方に配設され
た凝縮器２７内蔵のコンデンサー（分縮器）である。こ
の凝縮器２７には、精留塔２３の上部に溜るＮ2 ガスの
一部が第１還流液パイプ２８ａを介して送入される。こ
のコンデンサー２６内は、精留塔２３内よりも減圧状態
になっており、精留塔２３の底部の貯留液体空気
（Ｎ2 ；５０〜７０％，Ｏ2 ；３０〜５０％）２５が膨
脹弁２９ａ付き送給パイプ２９を経て送り込まれ、気化
して内部温度を液体窒素（ＬＮ2 ）の沸点以下の温度に
冷却するようになっている。この冷却により、精留塔２
３から第１還流液パイプ２８ａを介して凝縮器２７内に
送入されたＮ2 ガスが液化する。精留塔２３の上部に
は、凝縮器２７で生成したＬＮ2 が第２還流液パイプ２
８ｂを流下して還流供給され、これがＬＮ2 溜め（図示
せず）を経て精留塔２３内を下方に流下し、精留塔２３
の底部から上昇する圧縮空気と向流的に接触し冷却して
その一部を液化するようになっている。この過程で圧縮
空気中の高沸点成分（Ｏ2 ）は液化されて精留塔２３の
底部に溜り、低沸点成分のＮ2 ガスが精留塔２３の上部
に溜る。
超低温に冷却され圧縮空気導入パイプ２４を経て送り込
まれる圧縮空気をさらに冷却し、その一部を液化し液体
空気として底部に溜め、Ｎ2 を気体状態で上部に溜める
ようになっている。２６は精留塔２３の上方に配設され
た凝縮器２７内蔵のコンデンサー（分縮器）である。こ
の凝縮器２７には、精留塔２３の上部に溜るＮ2 ガスの
一部が第１還流液パイプ２８ａを介して送入される。こ
のコンデンサー２６内は、精留塔２３内よりも減圧状態
になっており、精留塔２３の底部の貯留液体空気
（Ｎ2 ；５０〜７０％，Ｏ2 ；３０〜５０％）２５が膨
脹弁２９ａ付き送給パイプ２９を経て送り込まれ、気化
して内部温度を液体窒素（ＬＮ2 ）の沸点以下の温度に
冷却するようになっている。この冷却により、精留塔２
３から第１還流液パイプ２８ａを介して凝縮器２７内に
送入されたＮ2 ガスが液化する。精留塔２３の上部に
は、凝縮器２７で生成したＬＮ2 が第２還流液パイプ２
８ｂを流下して還流供給され、これがＬＮ2 溜め（図示
せず）を経て精留塔２３内を下方に流下し、精留塔２３
の底部から上昇する圧縮空気と向流的に接触し冷却して
その一部を液化するようになっている。この過程で圧縮
空気中の高沸点成分（Ｏ2 ）は液化されて精留塔２３の
底部に溜り、低沸点成分のＮ2 ガスが精留塔２３の上部
に溜る。
【０００４】３０は精留塔２３の上部に溜まるＮ2 ガス
を製品Ｎ2 ガスとして取り出すＮ2ガス取出パイプであ
り、低温のＮ2 ガスを熱交換器２２内に案内し、そこに
送り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温にしメインパ
イプ３１に送り込む作用をする。３１ａは一定量のＮ2
ガスを所定の圧力で需要側に供給する製品Ｎ2 ガス供給
弁である。３２は放出パイプであり、コンデンサー２６
内の気化液体空気（排Ｎ2 ガス）の全部または一部を分
岐パイプ３４を経て膨脹タービン３３の駆動部に送り込
み他部を外部に放出する作用をする。３２ａは分岐パイ
プ３４に供給する排Ｎ2 ガス量をコントロールすること
により寒冷量の調節を行う流量調節弁である。３３は膨
脹タービンであり、分岐パイプ３４から供給された排Ｎ
2 ガスを膨脹させて低温排Ｎ2 ガスを得たのち、戻しパ
イプ３５を経て放出パイプ３２の流量調節弁３２ａ下流
側部分に合流させる。これにより、分岐パイプ３４を通
る排Ｎ2 ガス、放出パイプ３２を通る低温排Ｎ2 ガス，
排Ｎ2 ガスおよびＮ2 ガス取出パイプ３０から送り込ま
れる製品Ｎ2 ガスにより、熱交換器２２内へ送り込まれ
る圧縮空気を低温に冷却するようになっている。
を製品Ｎ2 ガスとして取り出すＮ2ガス取出パイプであ
り、低温のＮ2 ガスを熱交換器２２内に案内し、そこに
送り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温にしメインパ
イプ３１に送り込む作用をする。３１ａは一定量のＮ2
ガスを所定の圧力で需要側に供給する製品Ｎ2 ガス供給
弁である。３２は放出パイプであり、コンデンサー２６
内の気化液体空気（排Ｎ2 ガス）の全部または一部を分
岐パイプ３４を経て膨脹タービン３３の駆動部に送り込
み他部を外部に放出する作用をする。３２ａは分岐パイ
プ３４に供給する排Ｎ2 ガス量をコントロールすること
により寒冷量の調節を行う流量調節弁である。３３は膨
脹タービンであり、分岐パイプ３４から供給された排Ｎ
2 ガスを膨脹させて低温排Ｎ2 ガスを得たのち、戻しパ
イプ３５を経て放出パイプ３２の流量調節弁３２ａ下流
側部分に合流させる。これにより、分岐パイプ３４を通
る排Ｎ2 ガス、放出パイプ３２を通る低温排Ｎ2 ガス，
排Ｎ2 ガスおよびＮ2 ガス取出パイプ３０から送り込ま
れる製品Ｎ2 ガスにより、熱交換器２２内へ送り込まれ
る圧縮空気を低温に冷却するようになっている。
【０００５】３６はＬＮ2 貯蔵タンク（内部は精留塔２
３の圧力より１ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度低い圧力に設定され
ている）であり、精留塔２３の上部のＬＮ2 溜めから導
入弁３７ａ付き導入パイプ３７を経てＬＮ2 が圧力差に
より供給されるようになっている。３８はＬＮ2 貯蔵タ
ンク３６の下部から延びる自己加圧蒸発器３８ａ付きＬ
Ｎ2 取出パイプである。このＬＮ2 取出パイプ３８を設
けているため、バックアップ作動（メインパイプ３１か
らの製品Ｎ2 ガスの供給量低下，供給不能等の場合に、
ＬＮ2 貯蔵タンク３６のＬＮ2 を後述のバックアップ系
パイプ４２を通して気化し需要側に供給する）後に、Ｌ
Ｎ2 貯蔵タンク３６の上部圧力が降下して所定圧力を下
回っても、開閉弁３９が開き、ＬＮ2 貯蔵タンク３６内
のＬＮ2が自己加圧蒸発器３８ａに送り込まれて蒸発し
体積膨張したのち、上部パイプ４０を経てＬＮ2 貯蔵タ
ンク３６の上部空間に導入される。これにより、ＬＮ2
貯蔵タンク３６の上部圧力が上記所定圧力に戻り、開閉
弁３９は閉弁する。４１は上部パイプ４０から延びる開
閉弁４１ａ付き排出パイプであり、ＬＮ2 貯蔵タンク３
６の上部圧力が上記所定圧力を上回ると、開閉弁４１ａ
が開き、ＬＮ2 貯蔵タンク３６内のＬＮ2 が外部に放出
されて所定圧力に戻るようになっている。４２はＬＮ2
貯蔵タンク３６からメインパイプ３１に延びるバックア
ップ系パイプであり、空気圧縮系ラインが故障等して、
バックアップ系パイプ４２内の圧力が所定圧力（製品Ｎ
2 ガス圧力〔ＬＮ2 貯蔵タンク３６の上部圧力と同じ〕
より０．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度低い圧力）に降下する
と、開閉弁４３が開き、ＬＮ2 貯蔵タンク３６内のＬＮ
2 がバックアップ用蒸発器４２ａに送り込まれて蒸発
し、製品Ｎ2 ガスとしてメインパイプ３１に導入され
る。これにより、Ｎ2 ガスの供給が途絶えないようにし
ている。
３の圧力より１ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度低い圧力に設定され
ている）であり、精留塔２３の上部のＬＮ2 溜めから導
入弁３７ａ付き導入パイプ３７を経てＬＮ2 が圧力差に
より供給されるようになっている。３８はＬＮ2 貯蔵タ
ンク３６の下部から延びる自己加圧蒸発器３８ａ付きＬ
Ｎ2 取出パイプである。このＬＮ2 取出パイプ３８を設
けているため、バックアップ作動（メインパイプ３１か
らの製品Ｎ2 ガスの供給量低下，供給不能等の場合に、
ＬＮ2 貯蔵タンク３６のＬＮ2 を後述のバックアップ系
パイプ４２を通して気化し需要側に供給する）後に、Ｌ
Ｎ2 貯蔵タンク３６の上部圧力が降下して所定圧力を下
回っても、開閉弁３９が開き、ＬＮ2 貯蔵タンク３６内
のＬＮ2が自己加圧蒸発器３８ａに送り込まれて蒸発し
体積膨張したのち、上部パイプ４０を経てＬＮ2 貯蔵タ
ンク３６の上部空間に導入される。これにより、ＬＮ2
貯蔵タンク３６の上部圧力が上記所定圧力に戻り、開閉
弁３９は閉弁する。４１は上部パイプ４０から延びる開
閉弁４１ａ付き排出パイプであり、ＬＮ2 貯蔵タンク３
６の上部圧力が上記所定圧力を上回ると、開閉弁４１ａ
が開き、ＬＮ2 貯蔵タンク３６内のＬＮ2 が外部に放出
されて所定圧力に戻るようになっている。４２はＬＮ2
貯蔵タンク３６からメインパイプ３１に延びるバックア
ップ系パイプであり、空気圧縮系ラインが故障等して、
バックアップ系パイプ４２内の圧力が所定圧力（製品Ｎ
2 ガス圧力〔ＬＮ2 貯蔵タンク３６の上部圧力と同じ〕
より０．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度低い圧力）に降下する
と、開閉弁４３が開き、ＬＮ2 貯蔵タンク３６内のＬＮ
2 がバックアップ用蒸発器４２ａに送り込まれて蒸発
し、製品Ｎ2 ガスとしてメインパイプ３１に導入され
る。これにより、Ｎ2 ガスの供給が途絶えないようにし
ている。
【０００６】この装置は、つぎのようにして製品窒素ガ
スを製造する。すなわち、空気圧縮機により空気を圧縮
し、ドレン分離器により圧縮された空気中のＨ2 Ｏを除
去してフロン冷却器により冷却し、その状態で吸着筒に
送り込み、空気中のＨ2 ＯおよびＣＯ2 を吸着除去す
る。ついで、Ｈ2 Ｏ，ＣＯ2 が吸着除去された圧縮空気
を、精留塔２３からＮ2 ガス取出パイプ３０を経て送り
込まれる製品Ｎ2 ガス，膨脹タービン３３から送り込ま
れる低温排ガス等の冷媒によって冷やされている熱交換
器２２に送り込んで超低温に冷却し、その状態で精留塔
２３の下部内に投入する。つぎに、この投入圧縮空気を
ＬＮ2 溜めからの溢流ＬＮ2 と接触させて冷却し、一部
を液化して精留塔２３の底部に液体空気２５として溜め
る。この過程において、Ｎ2 とＯ2 の沸点の差により、
圧縮空気中の高沸点成分であるＯ2が液化し、Ｎ2 が気
体のまま残る。つぎに、この気体のまま残ったＮ2 をＮ
2 ガス取出パイプ３０から取り出して熱交換器２２に送
り込み、常温近くまで昇温させメインパイプ３１から製
品Ｎ2 ガスとして送り出す。一方、精留塔２３の下部に
溜った液体空気２５については、これをコンデンサー２
６内に送り込み凝縮器２７を冷却させる。この冷却によ
り、精留塔２３の上部から凝縮器２７に送入されたＮ2
ガスが液化して精留塔２３用の還流液となり、第２還流
液パイプ２８ｂを経て精留塔２３に戻る。そして凝縮器
２７を冷却し終えた液体空気２５は気化し、放出パイプ
３２により熱交換器２２に送られてこの熱交換器２２を
冷やしたのち、空気中に放出される。他方、コンデンサ
ー２６から取り出した排Ｎ2 ガスの全部もしくは一部は
熱交換器２２を通ったのち膨脹タービン３３の駆動部に
送り込まれ、これを駆動し冷媒を循環させ、再度熱交換
器２２に送り込まれて、熱交換器２２内へ送り込まれる
圧縮空気を冷却するようになっている。
スを製造する。すなわち、空気圧縮機により空気を圧縮
し、ドレン分離器により圧縮された空気中のＨ2 Ｏを除
去してフロン冷却器により冷却し、その状態で吸着筒に
送り込み、空気中のＨ2 ＯおよびＣＯ2 を吸着除去す
る。ついで、Ｈ2 Ｏ，ＣＯ2 が吸着除去された圧縮空気
を、精留塔２３からＮ2 ガス取出パイプ３０を経て送り
込まれる製品Ｎ2 ガス，膨脹タービン３３から送り込ま
れる低温排ガス等の冷媒によって冷やされている熱交換
器２２に送り込んで超低温に冷却し、その状態で精留塔
２３の下部内に投入する。つぎに、この投入圧縮空気を
ＬＮ2 溜めからの溢流ＬＮ2 と接触させて冷却し、一部
を液化して精留塔２３の底部に液体空気２５として溜め
る。この過程において、Ｎ2 とＯ2 の沸点の差により、
圧縮空気中の高沸点成分であるＯ2が液化し、Ｎ2 が気
体のまま残る。つぎに、この気体のまま残ったＮ2 をＮ
2 ガス取出パイプ３０から取り出して熱交換器２２に送
り込み、常温近くまで昇温させメインパイプ３１から製
品Ｎ2 ガスとして送り出す。一方、精留塔２３の下部に
溜った液体空気２５については、これをコンデンサー２
６内に送り込み凝縮器２７を冷却させる。この冷却によ
り、精留塔２３の上部から凝縮器２７に送入されたＮ2
ガスが液化して精留塔２３用の還流液となり、第２還流
液パイプ２８ｂを経て精留塔２３に戻る。そして凝縮器
２７を冷却し終えた液体空気２５は気化し、放出パイプ
３２により熱交換器２２に送られてこの熱交換器２２を
冷やしたのち、空気中に放出される。他方、コンデンサ
ー２６から取り出した排Ｎ2 ガスの全部もしくは一部は
熱交換器２２を通ったのち膨脹タービン３３の駆動部に
送り込まれ、これを駆動し冷媒を循環させ、再度熱交換
器２２に送り込まれて、熱交換器２２内へ送り込まれる
圧縮空気を冷却するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置に用いる膨張タービン３３は、１分間に数万回と高速
回転させるため、負荷変動に対する追従運転が困難であ
り、かつ故障が生じやすいという欠点等がある。そこ
で、比較的小型の空気分離装置では、膨張タービン３３
の代替として、外部からＬＮ2 を供給するＬＮ2 収容タ
ンクを用い、このＬＮ2 収容タンク内のＬＮ2 を直接に
精留塔２３に供給している場合もある。ところが、この
ものでは、ＬＮ2 を消費するのみであり、ＬＮ2 の製造
は不可能である。このため、ＬＮ2 の補給が必要とな
り、ＬＮ2 供給源の確保およびＬＮ2 の輸送等のコスト
アップとなる。一方、膨脹タービン３３を用いた空気分
離装置では、ＬＮ2 の製造は、ＬＮ2 の還流液の一部を
精留塔２３のＬＮ2 溜めからＬＮ 2 貯蔵タンク３６に取
り出すことにより行われているため、ＬＮ2 製造量と還
流液量のバランスに変動が生じると、製品Ｎ2 ガスの純
度に悪影響を及ぼす等運転が難しくなる。また、精留塔
２３からＬＮ2 をＬＮ2 貯蔵タンク３６に減圧供給した
場合にフラッシュロスが発生し、ＬＮ2 の収率が低下す
る等の欠点がある。しかも、ＬＮ2 貯蔵タンク３６の上
部圧力は精留塔２３の圧力よりも少なくとも１ｋｇ／ｃ
ｍ2 Ｇ程度低圧にする必要があり、Ｎ2 ガスのバックア
ップ時にはＬＮ2 貯蔵タンク３６の上部圧力をＮ2 供給
圧力にまで上昇させなければならず、この上昇時間はバ
ックアップが停止する。これを防ぐため、Ｎ2 供給圧力
を精留塔２３の圧力より１ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度低い状態
にしているが、精留塔２３の状態は低圧運転の方が効率
がよく、効率の悪い運転をしていることになる。
置に用いる膨張タービン３３は、１分間に数万回と高速
回転させるため、負荷変動に対する追従運転が困難であ
り、かつ故障が生じやすいという欠点等がある。そこ
で、比較的小型の空気分離装置では、膨張タービン３３
の代替として、外部からＬＮ2 を供給するＬＮ2 収容タ
ンクを用い、このＬＮ2 収容タンク内のＬＮ2 を直接に
精留塔２３に供給している場合もある。ところが、この
ものでは、ＬＮ2 を消費するのみであり、ＬＮ2 の製造
は不可能である。このため、ＬＮ2 の補給が必要とな
り、ＬＮ2 供給源の確保およびＬＮ2 の輸送等のコスト
アップとなる。一方、膨脹タービン３３を用いた空気分
離装置では、ＬＮ2 の製造は、ＬＮ2 の還流液の一部を
精留塔２３のＬＮ2 溜めからＬＮ 2 貯蔵タンク３６に取
り出すことにより行われているため、ＬＮ2 製造量と還
流液量のバランスに変動が生じると、製品Ｎ2 ガスの純
度に悪影響を及ぼす等運転が難しくなる。また、精留塔
２３からＬＮ2 をＬＮ2 貯蔵タンク３６に減圧供給した
場合にフラッシュロスが発生し、ＬＮ2 の収率が低下す
る等の欠点がある。しかも、ＬＮ2 貯蔵タンク３６の上
部圧力は精留塔２３の圧力よりも少なくとも１ｋｇ／ｃ
ｍ2 Ｇ程度低圧にする必要があり、Ｎ2 ガスのバックア
ップ時にはＬＮ2 貯蔵タンク３６の上部圧力をＮ2 供給
圧力にまで上昇させなければならず、この上昇時間はバ
ックアップが停止する。これを防ぐため、Ｎ2 供給圧力
を精留塔２３の圧力より１ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度低い状態
にしているが、精留塔２３の状態は低圧運転の方が効率
がよく、効率の悪い運転をしていることになる。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、寒冷源として膨脹タービンを用いることなく、
ＬＮ2 等の製造が可能で、フラッシュの発生がなく、効
率の良い運転をすることのできる空気分離装置の提供を
その目的とする。
もので、寒冷源として膨脹タービンを用いることなく、
ＬＮ2 等の製造が可能で、フラッシュの発生がなく、効
率の良い運転をすることのできる空気分離装置の提供を
その目的とする。
【０００９】
【課題を解決するたの手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の空気分離装置は、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って
圧縮された圧縮空気中の不純物を除去する除去手段と、
この除去手段を経た圧縮空気を冷却する熱交換器と、こ
の熱交換器を経由し低温に冷却された圧縮空気を各成分
の沸点差を利用して分離し所望の成分を気体状態で取り
出す精留塔とを備えた空気分離装置であって、上記精留
塔に、精留塔内の空気液化用の寒冷源として塔内冷却用
冷凍機を設け、かつ、上記精留塔から気体状態で取り出
した成分の一部を導入する貯蔵手段、および上記貯蔵手
段に導入した気体状態の成分を液化して上記貯蔵手段内
に溜めるタンク内冷却用冷凍機を設けたという構成をと
る。
め、本発明の空気分離装置は、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って
圧縮された圧縮空気中の不純物を除去する除去手段と、
この除去手段を経た圧縮空気を冷却する熱交換器と、こ
の熱交換器を経由し低温に冷却された圧縮空気を各成分
の沸点差を利用して分離し所望の成分を気体状態で取り
出す精留塔とを備えた空気分離装置であって、上記精留
塔に、精留塔内の空気液化用の寒冷源として塔内冷却用
冷凍機を設け、かつ、上記精留塔から気体状態で取り出
した成分の一部を導入する貯蔵手段、および上記貯蔵手
段に導入した気体状態の成分を液化して上記貯蔵手段内
に溜めるタンク内冷却用冷凍機を設けたという構成をと
る。
【００１０】すなわち、本発明では、精留塔の空気液化
用の寒冷源として塔内冷却用冷凍機を用いている。した
がって、従来例のように、膨脹タービンを用いた場合の
欠点（すなわち、膨脹タービンは１分間に数万回と高速
回転するため、負荷変動に対する追従運転が困難であ
り、かつ故障が生じやすいという欠点）がなくなる。ま
た、本発明では、上記精留塔から気体状態で取り出した
成分（Ｎ2 ，Ｏ2 ，Ａｒ等）の一部を導入する貯蔵手段
と、上記貯蔵手段に導入した気体状態の成分を液化して
上記貯蔵手段内に溜めるタンク内冷却用冷凍機とを設け
たため、液化成分（ＬＮ2 ，ＬＯ2 ，ＬＡｒ等）の製造
を行うこともできる。しかも、本発明では、精留塔にて
上記の成分を気体状態で製造し、この気体状態の成分の
一部を貯蔵手段に導入したのちタンク内冷却用冷凍機に
より液化し貯蔵しているため、従来例では生じたフラッ
シュロスが生じなくなり、収率が向上するうえ、上記の
成分の製造量と還流液量のバランスに変動が生じなくな
り、上記の成分の純度が劣化しない。さらに、精留塔の
圧力（Ｎ2 等の発生圧力）と貯蔵手段内の圧力は同圧で
よく、バックアップ時に貯蔵手段内の圧力を上昇させる
必要がなくなる。このため、精留塔を低圧運転すること
ができ、効率の良い運転が行える。また、貯蔵手段に溜
めた液化成分を、装置の定期検査等で加温状態となった
機器のクールダウンや装置停止等のガスバックアップ供
給に利用することもできる。
用の寒冷源として塔内冷却用冷凍機を用いている。した
がって、従来例のように、膨脹タービンを用いた場合の
欠点（すなわち、膨脹タービンは１分間に数万回と高速
回転するため、負荷変動に対する追従運転が困難であ
り、かつ故障が生じやすいという欠点）がなくなる。ま
た、本発明では、上記精留塔から気体状態で取り出した
成分（Ｎ2 ，Ｏ2 ，Ａｒ等）の一部を導入する貯蔵手段
と、上記貯蔵手段に導入した気体状態の成分を液化して
上記貯蔵手段内に溜めるタンク内冷却用冷凍機とを設け
たため、液化成分（ＬＮ2 ，ＬＯ2 ，ＬＡｒ等）の製造
を行うこともできる。しかも、本発明では、精留塔にて
上記の成分を気体状態で製造し、この気体状態の成分の
一部を貯蔵手段に導入したのちタンク内冷却用冷凍機に
より液化し貯蔵しているため、従来例では生じたフラッ
シュロスが生じなくなり、収率が向上するうえ、上記の
成分の製造量と還流液量のバランスに変動が生じなくな
り、上記の成分の純度が劣化しない。さらに、精留塔の
圧力（Ｎ2 等の発生圧力）と貯蔵手段内の圧力は同圧で
よく、バックアップ時に貯蔵手段内の圧力を上昇させる
必要がなくなる。このため、精留塔を低圧運転すること
ができ、効率の良い運転が行える。また、貯蔵手段に溜
めた液化成分を、装置の定期検査等で加温状態となった
機器のクールダウンや装置停止等のガスバックアップ供
給に利用することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて詳しく説明する。
面にもとづいて詳しく説明する。
【００１２】図１は本発明の空気分離装置の一実施の形
態を示す構成図である。この実施の形態では、図９の空
気分離装置において用いた膨脹タービン３３の代替とし
て、精留塔２に空気液化用パルスチューブ冷凍機３を設
けるようにしている。また、ＬＮ2 貯蔵タンク４にＮ2
ガス液化用のパルスチューブ冷凍機６を設け、精留塔２
で製造したＮ2 ガスをＬＮ2 貯蔵タンク４に導入したの
ち、パルスチューブ冷凍機６でＬＮ2 にして貯蔵するよ
うにしている。それ以外の部分は図９に示す空気分離装
置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付してい
る。図１において、１は熱交換器である。この熱交換器
１は、図９の熱交換器２２と同様構造の熱交換器であ
り、同様の作用をする。ただし、この実施の形態では、
膨脹タービン３３を用いていないため、熱交換器１内を
図９の分岐パイプ３４が通っていない。これにより、熱
交換器１内へ送り込まれる圧縮空気は、放出パイプ３２
を通る排Ｎ2 ガスおよびＮ2 ガス取出パイプ３０から送
り込まれる製品Ｎ2 ガスにより冷却されるようになって
いる。
態を示す構成図である。この実施の形態では、図９の空
気分離装置において用いた膨脹タービン３３の代替とし
て、精留塔２に空気液化用パルスチューブ冷凍機３を設
けるようにしている。また、ＬＮ2 貯蔵タンク４にＮ2
ガス液化用のパルスチューブ冷凍機６を設け、精留塔２
で製造したＮ2 ガスをＬＮ2 貯蔵タンク４に導入したの
ち、パルスチューブ冷凍機６でＬＮ2 にして貯蔵するよ
うにしている。それ以外の部分は図９に示す空気分離装
置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付してい
る。図１において、１は熱交換器である。この熱交換器
１は、図９の熱交換器２２と同様構造の熱交換器であ
り、同様の作用をする。ただし、この実施の形態では、
膨脹タービン３３を用いていないため、熱交換器１内を
図９の分岐パイプ３４が通っていない。これにより、熱
交換器１内へ送り込まれる圧縮空気は、放出パイプ３２
を通る排Ｎ2 ガスおよびＮ2 ガス取出パイプ３０から送
り込まれる製品Ｎ2 ガスにより冷却されるようになって
いる。
【００１３】２は精留塔である。この精留塔２は、図９
の精留塔２３と同様構造の精留塔であり、同様の作用を
する。ただし、この実施の形態では、精留塔２の下部周
壁から筒体２ａが上向きに突設されており、この筒体２
ａの上端開口を蓋する蓋体に空気液化用のパルスチュー
ブ冷凍機３（Ｈｅを冷媒として利用している）が取り付
けられている。このパルスチューブ冷凍機３は精留塔２
内に寒冷を発生させるものであり、この寒冷により、圧
縮空気導入パイプ２４を経て精留塔２に送り込まれる圧
縮空気を冷却し、その一部を液化し液体空気として底部
に溜め、Ｎ2 を気体状態で上部に溜めるようになってい
る。５は第１還流液パイプ２８ａから分岐する導出パイ
プであり、Ｎ2 ガス取出パイプ３０を通るＮ2 ガスの一
部を第１還流液パイプ２８ａを介して取り出してＬＮ2
貯蔵タンク４に導入する作用をする。５ａはＬＮ2 貯蔵
タンク５への最大供給量を制限する導出弁であり、精留
塔２のＮ2 の濃度が劣化した場合およびＬＮ2 貯蔵タン
ク４のＬＮ2 の液面が上限に達した場合に、閉じるよう
になっている。６はＬＮ2 貯蔵タンク４の頂部に設けた
Ｎ2 ガス液化用のパルスチューブ冷凍機（Ｈｅを冷媒と
して利用している）であり、導出パイプ５を経て送り込
まれる（液化温度近くの）Ｎ2 ガスを液化してＬＮ2 貯
蔵タンク４内に溜めるようになっている。７は供給弁７
ａ付きＬＮ2供給パイプであり、寒冷エネルギー不足時
等に供給弁７ａを開いてＬＮ2 貯蔵タンク４内のＬＮ2
をコンデンサー２６に供給する作用をする。８は断熱保
冷箱であり、内部に熱交換器１，精留塔２，コンデンサ
ー２６およびＬＮ2 貯蔵タンク４が収容されている。こ
の断熱保冷箱８の内部は真空状態に保持されており、か
つパーライト（図示せず）が充填されている。この実施
の形態では、精留塔２の圧力，ＬＮ2 貯蔵タンク４の上
部圧力および製品Ｎ2 ガス圧力が同一に設定されてい
る。
の精留塔２３と同様構造の精留塔であり、同様の作用を
する。ただし、この実施の形態では、精留塔２の下部周
壁から筒体２ａが上向きに突設されており、この筒体２
ａの上端開口を蓋する蓋体に空気液化用のパルスチュー
ブ冷凍機３（Ｈｅを冷媒として利用している）が取り付
けられている。このパルスチューブ冷凍機３は精留塔２
内に寒冷を発生させるものであり、この寒冷により、圧
縮空気導入パイプ２４を経て精留塔２に送り込まれる圧
縮空気を冷却し、その一部を液化し液体空気として底部
に溜め、Ｎ2 を気体状態で上部に溜めるようになってい
る。５は第１還流液パイプ２８ａから分岐する導出パイ
プであり、Ｎ2 ガス取出パイプ３０を通るＮ2 ガスの一
部を第１還流液パイプ２８ａを介して取り出してＬＮ2
貯蔵タンク４に導入する作用をする。５ａはＬＮ2 貯蔵
タンク５への最大供給量を制限する導出弁であり、精留
塔２のＮ2 の濃度が劣化した場合およびＬＮ2 貯蔵タン
ク４のＬＮ2 の液面が上限に達した場合に、閉じるよう
になっている。６はＬＮ2 貯蔵タンク４の頂部に設けた
Ｎ2 ガス液化用のパルスチューブ冷凍機（Ｈｅを冷媒と
して利用している）であり、導出パイプ５を経て送り込
まれる（液化温度近くの）Ｎ2 ガスを液化してＬＮ2 貯
蔵タンク４内に溜めるようになっている。７は供給弁７
ａ付きＬＮ2供給パイプであり、寒冷エネルギー不足時
等に供給弁７ａを開いてＬＮ2 貯蔵タンク４内のＬＮ2
をコンデンサー２６に供給する作用をする。８は断熱保
冷箱であり、内部に熱交換器１，精留塔２，コンデンサ
ー２６およびＬＮ2 貯蔵タンク４が収容されている。こ
の断熱保冷箱８の内部は真空状態に保持されており、か
つパーライト（図示せず）が充填されている。この実施
の形態では、精留塔２の圧力，ＬＮ2 貯蔵タンク４の上
部圧力および製品Ｎ2 ガス圧力が同一に設定されてい
る。
【００１４】上記装置において、パルスチューブ冷凍機
３の冷凍能力は、熱交換器１の温端温度差によるエンタ
ルピーのロス分とヒートリークロス分でよく、また、パ
ルスチューブ冷凍機６の冷凍能力はＮ2 の潜熱分とヒー
トリークロス分の冷凍能力でよく、両冷凍機３，６とも
に、例えばＮ2 ガス２００Ｎｍ3 ／ｈを発生する空気分
離装置であれば、５００Ｗ程度の冷凍能力で運転可能と
なる。この場合に、ＬＮ2 製造量は約７Ｎｍ3 ／ｈとな
る。また、通常運転時には、パルスチューブ冷凍機３は
コンデンサー２６の液体空気の液面を制御しながら運転
され、パルスチューブ冷凍機６は貯蔵タンク４の上部圧
力を制御しながら運転される。また、導出パイプ５によ
りＬＮ2 貯蔵タンク４に供給される最大供給量はパルス
チューブ冷凍機６の冷凍能力に左右される。
３の冷凍能力は、熱交換器１の温端温度差によるエンタ
ルピーのロス分とヒートリークロス分でよく、また、パ
ルスチューブ冷凍機６の冷凍能力はＮ2 の潜熱分とヒー
トリークロス分の冷凍能力でよく、両冷凍機３，６とも
に、例えばＮ2 ガス２００Ｎｍ3 ／ｈを発生する空気分
離装置であれば、５００Ｗ程度の冷凍能力で運転可能と
なる。この場合に、ＬＮ2 製造量は約７Ｎｍ3 ／ｈとな
る。また、通常運転時には、パルスチューブ冷凍機３は
コンデンサー２６の液体空気の液面を制御しながら運転
され、パルスチューブ冷凍機６は貯蔵タンク４の上部圧
力を制御しながら運転される。また、導出パイプ５によ
りＬＮ2 貯蔵タンク４に供給される最大供給量はパルス
チューブ冷凍機６の冷凍能力に左右される。
【００１５】この装置は、つぎのようにして製品窒素ガ
スを製造する。すなわち、圧縮機で圧縮した空気を吸着
塔に送り、この吸着塔で空気中の不純物（Ｈ2 Ｏ，ＣＯ
2 ）を除去し、ついで熱交換器１で液化温度まで冷却し
たのち、精留塔２下部に供給する。精留塔２内では、供
給された圧縮空気が上昇ガスになるとともに、圧縮空気
の少量（約１〜２％）がパルスチューブ冷凍機３の寒冷
により液化し、精留塔２底部の液体空気２５と混合す
る。一方、精留塔２の底部に溜まる液体空気２５を膨張
弁２９ａで減圧し、コンデンサー２６に供給する。この
コンデンサー２６では、凝縮器２７により精留塔２上部
のＮ2 ガスの一部を液化するとともに、液体空気をガス
化して排Ｎ2 ガスとして放出パイプ３２に放出し、熱交
換器１で冷熱を回収したのち、装置外へ排出する。凝縮
器２７で液化したＬＮ2 を精留塔２上部から供給し還流
液として精留塔２内を降下させる。一方、精留塔２上部
のＮ 2 ガスの一部をＮ2 ガス取出パイプ３０，第１還流
液パイプ２８ａおよび導出パイプ５を通してＬＮ2 貯蔵
タンク４の上部へ供給し、パルスチューブ冷凍機６で液
化してＬＮ2 貯蔵タンク４内に溜め、残りのＮ2 ガスを
熱交換器１で冷熱を回収したのち、メインパイプ３１に
供給する。
スを製造する。すなわち、圧縮機で圧縮した空気を吸着
塔に送り、この吸着塔で空気中の不純物（Ｈ2 Ｏ，ＣＯ
2 ）を除去し、ついで熱交換器１で液化温度まで冷却し
たのち、精留塔２下部に供給する。精留塔２内では、供
給された圧縮空気が上昇ガスになるとともに、圧縮空気
の少量（約１〜２％）がパルスチューブ冷凍機３の寒冷
により液化し、精留塔２底部の液体空気２５と混合す
る。一方、精留塔２の底部に溜まる液体空気２５を膨張
弁２９ａで減圧し、コンデンサー２６に供給する。この
コンデンサー２６では、凝縮器２７により精留塔２上部
のＮ2 ガスの一部を液化するとともに、液体空気をガス
化して排Ｎ2 ガスとして放出パイプ３２に放出し、熱交
換器１で冷熱を回収したのち、装置外へ排出する。凝縮
器２７で液化したＬＮ2 を精留塔２上部から供給し還流
液として精留塔２内を降下させる。一方、精留塔２上部
のＮ 2 ガスの一部をＮ2 ガス取出パイプ３０，第１還流
液パイプ２８ａおよび導出パイプ５を通してＬＮ2 貯蔵
タンク４の上部へ供給し、パルスチューブ冷凍機６で液
化してＬＮ2 貯蔵タンク４内に溜め、残りのＮ2 ガスを
熱交換器１で冷熱を回収したのち、メインパイプ３１に
供給する。
【００１６】この実施の形態では、精留塔２内の寒冷源
としてパルスチューブ冷凍機３を用いているため、従来
例のように膨脹タービン３３を用いる必要がなく、負荷
変動に対する追従運転が困難であるという欠点や、故障
が生じやすいという欠点がなくなる。しかも、精留塔２
で製造したＮ2 ガスをＬＮ2 貯蔵タンク４に溜めている
（すなわち、ＬＮ2 の製造が行える）ため、ＬＮ2 貯蔵
タンク４へのＬＮ2 の補給が不必要となり、ＬＮ2 供給
源の確保およびＬＮ2 の輸送等に費用がかからない。ま
た、ＬＮ2 貯蔵タンク４のＬＮ2 を装置の定期検査等に
より加温状態となった機器のクールダウンや装置停止時
のＮ2 ガスのバックアップ供給にも利用することができ
る。さらに、ＬＮ2 貯蔵タンク４に精留塔２から取り出
したＮ2ガスを導入しているため、ＬＮ2 製造量と還流
液量のバランスに変動が生じることがなく、製品Ｎ2 ガ
スの純度に悪影響を及ぼこともなく、装置の運転が容易
になる。また、フラッシュロスが発生せず、ＬＮ2 の収
率が低下しない。さらに、ＬＮ2 貯蔵タンク４内の圧力
を高くすることができ、従来例のように、Ｎ2 ガスのバ
ックアップ時にＮ2 供給圧力を保つため貯蔵タンク４の
上部圧力を上昇させる必要がない。このため、精留塔２
を低圧運転にすることができ、効率の良い運転を行うこ
とができる。さらに、パルスチューブ冷凍機３を精留塔
２の下部（精留塔２内の最も温度の高い部分）に取り付
けているため、精留効率をアップさせることができる。
また、パルスチューブ冷凍機３を精留塔２の上部に設け
て、ＬＮ2 の還流量を増加させてもよい。また、通常運
転時には、コンデンサー２６の液体空気の液面が所定液
面より高くなると、パルスチューブ冷凍機３の冷凍能力
が低下し、逆に、上記液面が所定液面より低くなると、
冷凍能力が上昇するように液面をコントロールしてい
る。一方、貯蔵タンク４の上部圧力が所定圧力より高く
なると、パルスチューブ冷凍機６の冷凍能力が上昇し、
逆に、上記上部圧力が所定圧力より低くなると、冷凍能
力が低下するようにしている。
としてパルスチューブ冷凍機３を用いているため、従来
例のように膨脹タービン３３を用いる必要がなく、負荷
変動に対する追従運転が困難であるという欠点や、故障
が生じやすいという欠点がなくなる。しかも、精留塔２
で製造したＮ2 ガスをＬＮ2 貯蔵タンク４に溜めている
（すなわち、ＬＮ2 の製造が行える）ため、ＬＮ2 貯蔵
タンク４へのＬＮ2 の補給が不必要となり、ＬＮ2 供給
源の確保およびＬＮ2 の輸送等に費用がかからない。ま
た、ＬＮ2 貯蔵タンク４のＬＮ2 を装置の定期検査等に
より加温状態となった機器のクールダウンや装置停止時
のＮ2 ガスのバックアップ供給にも利用することができ
る。さらに、ＬＮ2 貯蔵タンク４に精留塔２から取り出
したＮ2ガスを導入しているため、ＬＮ2 製造量と還流
液量のバランスに変動が生じることがなく、製品Ｎ2 ガ
スの純度に悪影響を及ぼこともなく、装置の運転が容易
になる。また、フラッシュロスが発生せず、ＬＮ2 の収
率が低下しない。さらに、ＬＮ2 貯蔵タンク４内の圧力
を高くすることができ、従来例のように、Ｎ2 ガスのバ
ックアップ時にＮ2 供給圧力を保つため貯蔵タンク４の
上部圧力を上昇させる必要がない。このため、精留塔２
を低圧運転にすることができ、効率の良い運転を行うこ
とができる。さらに、パルスチューブ冷凍機３を精留塔
２の下部（精留塔２内の最も温度の高い部分）に取り付
けているため、精留効率をアップさせることができる。
また、パルスチューブ冷凍機３を精留塔２の上部に設け
て、ＬＮ2 の還流量を増加させてもよい。また、通常運
転時には、コンデンサー２６の液体空気の液面が所定液
面より高くなると、パルスチューブ冷凍機３の冷凍能力
が低下し、逆に、上記液面が所定液面より低くなると、
冷凍能力が上昇するように液面をコントロールしてい
る。一方、貯蔵タンク４の上部圧力が所定圧力より高く
なると、パルスチューブ冷凍機６の冷凍能力が上昇し、
逆に、上記上部圧力が所定圧力より低くなると、冷凍能
力が低下するようにしている。
【００１７】上記両パルスチューブ冷凍機３，６は、図
２に示すように、円筒状のパルスチューブ１０と、高圧
Ｈｅガス溜め（高圧バッファタンク）１１と、低圧Ｈｅ
ガス溜め（低圧バッファタンク）１２とを備えており、
上記パルスチューブ１０内でＨｅガスを膨張させること
により、寒冷を発生させるようにしている。このような
パルスチューブ１０は、その冷端（低温側・ガスの入口
側）１０ａが精留塔２の下部に配設されているととも
に、その熱端（高温側）１０ｂが精留塔２の外部に配設
され放熱するようになっている。１３ａ，１３ｂは上記
パルスチューブ１０の冷端１０ａおよび熱端１０ｂに配
設される円盤状の層流化部材である。１４ａ，１４ｂは
上記パルスチューブ１０の冷端１０ａおよび熱端１０ｂ
に取り付けられる蓋体である。１５は上記冷端側蓋体１
４ａの中央貫通穴１４ｃに内嵌状に取り付けられた冷端
側本管であり、給気バルブ１６ａを設けた給気管１６と
排気バルブ１７ａを設けた排気管１７に分岐している。
そして、上記給気管１６の先端が高圧Ｈｅガス源（図示
せず）に連通し、上記排気管１７の先端が低圧Ｈｅガス
源（図示せず）に連通している。１８は上記熱端側蓋体
１４ｂの中央貫通穴１４ｄに内嵌状に取り付けられた熱
端側本管であり、第１バルブ１９ａを設けた第１分岐管
１９と第２バルブ２０ａを設けた第２分岐管２０に分岐
している。そして、上記第１分岐管１９の先端が高圧Ｈ
ｅガス溜め１１に連通し、上記第２分岐管２０が低圧Ｈ
ｅガス溜め１２に連通している。
２に示すように、円筒状のパルスチューブ１０と、高圧
Ｈｅガス溜め（高圧バッファタンク）１１と、低圧Ｈｅ
ガス溜め（低圧バッファタンク）１２とを備えており、
上記パルスチューブ１０内でＨｅガスを膨張させること
により、寒冷を発生させるようにしている。このような
パルスチューブ１０は、その冷端（低温側・ガスの入口
側）１０ａが精留塔２の下部に配設されているととも
に、その熱端（高温側）１０ｂが精留塔２の外部に配設
され放熱するようになっている。１３ａ，１３ｂは上記
パルスチューブ１０の冷端１０ａおよび熱端１０ｂに配
設される円盤状の層流化部材である。１４ａ，１４ｂは
上記パルスチューブ１０の冷端１０ａおよび熱端１０ｂ
に取り付けられる蓋体である。１５は上記冷端側蓋体１
４ａの中央貫通穴１４ｃに内嵌状に取り付けられた冷端
側本管であり、給気バルブ１６ａを設けた給気管１６と
排気バルブ１７ａを設けた排気管１７に分岐している。
そして、上記給気管１６の先端が高圧Ｈｅガス源（図示
せず）に連通し、上記排気管１７の先端が低圧Ｈｅガス
源（図示せず）に連通している。１８は上記熱端側蓋体
１４ｂの中央貫通穴１４ｄに内嵌状に取り付けられた熱
端側本管であり、第１バルブ１９ａを設けた第１分岐管
１９と第２バルブ２０ａを設けた第２分岐管２０に分岐
している。そして、上記第１分岐管１９の先端が高圧Ｈ
ｅガス溜め１１に連通し、上記第２分岐管２０が低圧Ｈ
ｅガス溜め１２に連通している。
【００１８】上記両パルスチューブ冷凍機３，６の作動
は、つぎのサイクルを繰り返すことにより行う。まず、
図３に示すように、給気バルブ１６ａ，排気バルブ１７
ａおよび第２バルブ２０ａを閉弁する。この状態で、パ
ルスチューブ１０内は低圧Ｈｅガス源の内圧と同一圧力
となっている。ついで、第１バルブ１９ａを開弁する
と、高圧Ｈｅガス溜め１１内の高圧Ｈｅガスがパルスチ
ューブ１０の熱端１０ｂに流れ込み、パルスチューブ１
０内のガス圧は高圧Ｈｅガス溜め１１の圧力近くまで上
昇する。この過程Ｐのパルスチューブ１０内の気体分布
が図３に示されている。図３において、Ｄは高圧Ｈｅガ
ス溜め１１から導入された高圧Ｈｅガスで、Ｂ，Ｃは低
圧から高圧になったパルスチューブ１０内のＨｅガスで
ある。
は、つぎのサイクルを繰り返すことにより行う。まず、
図３に示すように、給気バルブ１６ａ，排気バルブ１７
ａおよび第２バルブ２０ａを閉弁する。この状態で、パ
ルスチューブ１０内は低圧Ｈｅガス源の内圧と同一圧力
となっている。ついで、第１バルブ１９ａを開弁する
と、高圧Ｈｅガス溜め１１内の高圧Ｈｅガスがパルスチ
ューブ１０の熱端１０ｂに流れ込み、パルスチューブ１
０内のガス圧は高圧Ｈｅガス溜め１１の圧力近くまで上
昇する。この過程Ｐのパルスチューブ１０内の気体分布
が図３に示されている。図３において、Ｄは高圧Ｈｅガ
ス溜め１１から導入された高圧Ｈｅガスで、Ｂ，Ｃは低
圧から高圧になったパルスチューブ１０内のＨｅガスで
ある。
【００１９】つぎに、図４に示すように、第１バルブ１
９ａを開弁した状態で給気バルブ１６ａのみを開弁する
（その他のバルブ１７ａ，２０ａは元のまま）と、高圧
Ｈｅガス源から高圧Ｈｅガスが供給されてパルスチュー
ブ１０の冷端１０ａに流入する。このとき、高圧Ｈｅガ
ス源の給気圧力が高圧Ｈｅガス溜め１１の圧力よりやや
高く設定されており、上記過程Ｐでパルスチューブ１０
の熱端１０ｂに流れ込んだ高圧Ｈｅガス溜め１１の高圧
ガスＤ（図３参照）はただちに高圧Ｈｅガス溜め１１内
に戻される。この過程Ｑは基本的には等圧給気過程であ
り、パルスチューブ１０内の気体分布が図４に示されて
いる。図４において、Ａは高圧Ｈｅガス源からパルスチ
ューブ１０内に導入された高圧Ｈｅガスである。
９ａを開弁した状態で給気バルブ１６ａのみを開弁する
（その他のバルブ１７ａ，２０ａは元のまま）と、高圧
Ｈｅガス源から高圧Ｈｅガスが供給されてパルスチュー
ブ１０の冷端１０ａに流入する。このとき、高圧Ｈｅガ
ス源の給気圧力が高圧Ｈｅガス溜め１１の圧力よりやや
高く設定されており、上記過程Ｐでパルスチューブ１０
の熱端１０ｂに流れ込んだ高圧Ｈｅガス溜め１１の高圧
ガスＤ（図３参照）はただちに高圧Ｈｅガス溜め１１内
に戻される。この過程Ｑは基本的には等圧給気過程であ
り、パルスチューブ１０内の気体分布が図４に示されて
いる。図４において、Ａは高圧Ｈｅガス源からパルスチ
ューブ１０内に導入された高圧Ｈｅガスである。
【００２０】つぎに、図５に示すように、第１バルブ１
９ａと給気バルブ１６ａを閉弁したのち（排気バルブ１
７ａは閉弁したたまま）、第２バルブ２０ａを開弁する
と、パルスチューブ１０の熱端１０ｂのガスＣ（図４参
照）が低圧Ｈｅガス溜め１２に流入する（戻る）ため、
パルスチューブ１０内の圧力が低圧ガス溜め１２の圧力
まで低下する。すなわち、上記過程Ｑにおいてパルスチ
ューブ１０の冷端１０ａに入った高圧ＨｅガスＡは、Ｈ
ｅガスＢとともに低圧Ｈｅガス溜め１２の圧力まで膨脹
し、温度降下してパルスチューブ１０の冷端１０ａ側を
冷却する。この過程Ｒのパルスチューブ１０内の気体分
布が図５に示されている。
９ａと給気バルブ１６ａを閉弁したのち（排気バルブ１
７ａは閉弁したたまま）、第２バルブ２０ａを開弁する
と、パルスチューブ１０の熱端１０ｂのガスＣ（図４参
照）が低圧Ｈｅガス溜め１２に流入する（戻る）ため、
パルスチューブ１０内の圧力が低圧ガス溜め１２の圧力
まで低下する。すなわち、上記過程Ｑにおいてパルスチ
ューブ１０の冷端１０ａに入った高圧ＨｅガスＡは、Ｈ
ｅガスＢとともに低圧Ｈｅガス溜め１２の圧力まで膨脹
し、温度降下してパルスチューブ１０の冷端１０ａ側を
冷却する。この過程Ｒのパルスチューブ１０内の気体分
布が図５に示されている。
【００２１】つぎに、図６に示すように、排気バルブ１
７ａを開弁する（その他のバルブ１６ａ，１９ａ，２０
ａは元のまま）と、上記過程Ｒにおいてパルスチューブ
１０内で膨脹したＨｅガスＡが低圧Ｈｅガス源に排出さ
れ、低圧Ｈｅガス溜め１２の低圧Ｈｅガスがパルスチュ
ーブ１０内に流入する。
７ａを開弁する（その他のバルブ１６ａ，１９ａ，２０
ａは元のまま）と、上記過程Ｒにおいてパルスチューブ
１０内で膨脹したＨｅガスＡが低圧Ｈｅガス源に排出さ
れ、低圧Ｈｅガス溜め１２の低圧Ｈｅガスがパルスチュ
ーブ１０内に流入する。
【００２２】こうして１サイクルが終わり、ついで新た
に上記過程Ｐが始まる。このように循環してワークする
ので、高圧Ｈｅガスは、不断に膨脹して低圧となる。気
体のパルスチューブ１０内における熱伝導、混合と、流
動によるロスとを考慮しない場合、高圧Ｈｅガス溜め１
１内の圧力は高圧Ｈｅガス源の給気圧力に、また低圧Ｈ
ｅガス溜め１２内の圧力は低圧Ｈｅガス源の内圧にそれ
ぞれ等しい。そして、上記の１サイクルが終わると、結
局、ＨｅガスＡが高圧Ｈｅガス源からパルスチューブ１
０内に入り、このパルスチューブ１０内で断熱膨脹し寒
冷を発生したのち、低圧Ｈｅガス源内に排出されたこと
になる。また、ＨｅガスＢは常にパルスチューブ１０内
でガスピストンの役割を演じ、Ｃ，Ｄはそれぞれ各Ｈｅ
ガス溜め１１，１２から出入りしているだけである。
に上記過程Ｐが始まる。このように循環してワークする
ので、高圧Ｈｅガスは、不断に膨脹して低圧となる。気
体のパルスチューブ１０内における熱伝導、混合と、流
動によるロスとを考慮しない場合、高圧Ｈｅガス溜め１
１内の圧力は高圧Ｈｅガス源の給気圧力に、また低圧Ｈ
ｅガス溜め１２内の圧力は低圧Ｈｅガス源の内圧にそれ
ぞれ等しい。そして、上記の１サイクルが終わると、結
局、ＨｅガスＡが高圧Ｈｅガス源からパルスチューブ１
０内に入り、このパルスチューブ１０内で断熱膨脹し寒
冷を発生したのち、低圧Ｈｅガス源内に排出されたこと
になる。また、ＨｅガスＢは常にパルスチューブ１０内
でガスピストンの役割を演じ、Ｃ，Ｄはそれぞれ各Ｈｅ
ガス溜め１１，１２から出入りしているだけである。
【００２３】図７は本発明の空気分離装置の他の実施の
形態を示している。この実施の形態では、図１の空気分
離装置において、ＬＮ2 貯蔵タンク４から延びるＬＮ2
供給パイプ７を精留塔２の上部に接続し、これにより、
ＬＮ2 貯蔵タンク４内のＬＮ 2 を精留塔２のＬＮ2 溜め
に導入するようにしている。それ以外の部分は図１に示
す空気分離装置と同様であり、同様の部分には同じ符号
を付している。この実施の形態でも、上記実施の形態の
同様に作用し、同様の効果を奏する。
形態を示している。この実施の形態では、図１の空気分
離装置において、ＬＮ2 貯蔵タンク４から延びるＬＮ2
供給パイプ７を精留塔２の上部に接続し、これにより、
ＬＮ2 貯蔵タンク４内のＬＮ 2 を精留塔２のＬＮ2 溜め
に導入するようにしている。それ以外の部分は図１に示
す空気分離装置と同様であり、同様の部分には同じ符号
を付している。この実施の形態でも、上記実施の形態の
同様に作用し、同様の効果を奏する。
【００２４】図８は本発明の空気分離装置のさらに他の
実施の形態を示している。この実施の形態では、図１の
空気分離装置において、ＬＮ2 貯蔵タンク４に供給弁９
ａ付き外部ＬＮ2 供給パイプ９を取り付けている。それ
以外の部分は図１に示す空気分離装置と同様であり、同
様の部分には同じ符号を付している。この実施の形態で
も、図１の実施の形態の同様に作用し、同様の効果を奏
する。しかも、ＬＮ2貯蔵タンク４に外部ＬＮ2 供給パ
イプ９を介して外部からＬＮ2 を供給することができる
ため、装置のスタートアップ前にＬＮ2 貯蔵タンク４に
外部からＬＮ2を供給しておき、スタートアップ時にＬ
Ｎ2 貯蔵タンク４からＬＮ2 をコンデンサー２６に供給
することにより、スタートアップ時のクールダウンの時
間短縮をすることができるようになる。
実施の形態を示している。この実施の形態では、図１の
空気分離装置において、ＬＮ2 貯蔵タンク４に供給弁９
ａ付き外部ＬＮ2 供給パイプ９を取り付けている。それ
以外の部分は図１に示す空気分離装置と同様であり、同
様の部分には同じ符号を付している。この実施の形態で
も、図１の実施の形態の同様に作用し、同様の効果を奏
する。しかも、ＬＮ2貯蔵タンク４に外部ＬＮ2 供給パ
イプ９を介して外部からＬＮ2 を供給することができる
ため、装置のスタートアップ前にＬＮ2 貯蔵タンク４に
外部からＬＮ2を供給しておき、スタートアップ時にＬ
Ｎ2 貯蔵タンク４からＬＮ2 をコンデンサー２６に供給
することにより、スタートアップ時のクールダウンの時
間短縮をすることができるようになる。
【００２５】なお、上記各実施の形態では、冷凍機とし
て、パルスチューブ冷凍機３，６を用いているが、これ
に限定するものではなく、ＧＭ（ギフォード・マクマホ
ン）冷凍機，スターリング冷凍機等を用いることができ
る。これら冷凍機の冷媒としては、Ｈｅが好適に用いら
れる。また、上記各実施の形態では、Ｎ2 ガスを製造す
る空気分離装置が示されているが、これに限定するもの
ではなく、Ｎ2 以外にＯ2 やＡｒを製造するようにして
もよい。
て、パルスチューブ冷凍機３，６を用いているが、これ
に限定するものではなく、ＧＭ（ギフォード・マクマホ
ン）冷凍機，スターリング冷凍機等を用いることができ
る。これら冷凍機の冷媒としては、Ｈｅが好適に用いら
れる。また、上記各実施の形態では、Ｎ2 ガスを製造す
る空気分離装置が示されているが、これに限定するもの
ではなく、Ｎ2 以外にＯ2 やＡｒを製造するようにして
もよい。
【００２６】また、各実施の形態において、パルスチュ
ーブ冷凍機３が故障した場合や、精留塔２のＮ2 発生量
が増大した（原料空気が増大した）場合に、パルスチュ
ーブ冷凍機３の補助として、ＬＮ2 貯蔵タンク４のＬＮ
2 を精留塔２もしくはコンデンサー２６に供給し、寒冷
源として用いることができる。また、図８の実施の形態
において、ＬＮ2 貯蔵タンク４から延びるＬＮ2 供給パ
イプ７を精留塔２の上部に接続し、これにより、ＬＮ2
貯蔵タンク４内のＬＮ2 を精留塔２のＬＮ2 溜めに導入
するようにしてもよい。また、上記パルスチューブ冷凍
機３，６において、各バルブ１６ａ，１７ａ，１９ａ，
２０ａのタイプとして電動バルブ、電磁バルブ、気動バ
ルブまたは回転バルブ等が用いられる。
ーブ冷凍機３が故障した場合や、精留塔２のＮ2 発生量
が増大した（原料空気が増大した）場合に、パルスチュ
ーブ冷凍機３の補助として、ＬＮ2 貯蔵タンク４のＬＮ
2 を精留塔２もしくはコンデンサー２６に供給し、寒冷
源として用いることができる。また、図８の実施の形態
において、ＬＮ2 貯蔵タンク４から延びるＬＮ2 供給パ
イプ７を精留塔２の上部に接続し、これにより、ＬＮ2
貯蔵タンク４内のＬＮ2 を精留塔２のＬＮ2 溜めに導入
するようにしてもよい。また、上記パルスチューブ冷凍
機３，６において、各バルブ１６ａ，１７ａ，１９ａ，
２０ａのタイプとして電動バルブ、電磁バルブ、気動バ
ルブまたは回転バルブ等が用いられる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明の空気分離装置に
よれば、精留塔の空気液化用の寒冷源として塔内冷却用
冷凍機を用いている。したがって、従来例のように、膨
脹タービンを用いた場合の欠点（すなわち、膨脹タービ
ンは１分間に数万回と高速回転するため、負荷変動に対
する追従運転が困難であり、かつ故障が生じやすいとい
う欠点）がなくなる。また、本発明では、上記精留塔か
ら気体状態で取り出した成分（Ｎ2 ，Ｏ2 ，Ａｒ等）の
一部を導入する貯蔵手段と、上記貯蔵手段に導入した気
体状態の成分を液化して上記貯蔵手段内に溜めるタンク
内冷却用冷凍機とを設けたため、液化成分（ＬＮ2 ，Ｌ
Ｏ2 ，ＬＡｒ等）の製造を行うこともできる。しかも、
本発明では、精留塔にて上記の成分を気体状態で製造
し、この気体状態の成分の一部を貯蔵手段に導入したの
ちタンク内冷却用冷凍機により液化し貯蔵しているた
め、従来例では生じたフラッシュロスが生じなくなり、
収率が向上するうえ、上記の成分の製造量と還流液量の
バランスに変動が生じなくなり、上記の成分の純度が劣
化しない。さらに、精留塔の圧力（Ｎ2 等の発生圧力）
と貯蔵手段内の圧力は同圧でよく、バックアップ時に貯
蔵手段内の圧力を上昇させる必要がなくなる。このた
め、精留塔を低圧運転することができ、効率の良い運転
が行える。また、貯蔵手段に溜めた液体状態の成分を、
装置の定期検査等で加温状態となった機器のクールダウ
ンや装置停止等のガスバックアップ供給に利用すること
もできる。
よれば、精留塔の空気液化用の寒冷源として塔内冷却用
冷凍機を用いている。したがって、従来例のように、膨
脹タービンを用いた場合の欠点（すなわち、膨脹タービ
ンは１分間に数万回と高速回転するため、負荷変動に対
する追従運転が困難であり、かつ故障が生じやすいとい
う欠点）がなくなる。また、本発明では、上記精留塔か
ら気体状態で取り出した成分（Ｎ2 ，Ｏ2 ，Ａｒ等）の
一部を導入する貯蔵手段と、上記貯蔵手段に導入した気
体状態の成分を液化して上記貯蔵手段内に溜めるタンク
内冷却用冷凍機とを設けたため、液化成分（ＬＮ2 ，Ｌ
Ｏ2 ，ＬＡｒ等）の製造を行うこともできる。しかも、
本発明では、精留塔にて上記の成分を気体状態で製造
し、この気体状態の成分の一部を貯蔵手段に導入したの
ちタンク内冷却用冷凍機により液化し貯蔵しているた
め、従来例では生じたフラッシュロスが生じなくなり、
収率が向上するうえ、上記の成分の製造量と還流液量の
バランスに変動が生じなくなり、上記の成分の純度が劣
化しない。さらに、精留塔の圧力（Ｎ2 等の発生圧力）
と貯蔵手段内の圧力は同圧でよく、バックアップ時に貯
蔵手段内の圧力を上昇させる必要がなくなる。このた
め、精留塔を低圧運転することができ、効率の良い運転
が行える。また、貯蔵手段に溜めた液体状態の成分を、
装置の定期検査等で加温状態となった機器のクールダウ
ンや装置停止等のガスバックアップ供給に利用すること
もできる。
【図１】本発明の空気分離装置の一実施の形態を示す構
成図である。
成図である。
【図２】パルスチューブ冷凍機の説明図である。
【図３】上記パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図
である。
である。
【図４】上記パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図
である。
である。
【図５】上記パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図
である。
である。
【図６】上記パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図
である。
である。
【図７】本発明の空気分離装置の他の実施の形態を示す
構成図である。
構成図である。
【図８】本発明の空気分離装置のさらに他の実施の形態
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図９】従来例を示す構成図である。
１ 熱交換器 ２ 精留塔 ３，６ パルスチューブ冷凍機 ４ ＬＮ2 貯蔵タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 垣見 康浩 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同 ほくさん株式会社 堺工場内 (72)発明者 菊池 延尚 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同 ほくさん株式会社 堺工場内 (56)参考文献 特開 昭58−205072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−4874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−4872（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00 F25B 9/00
Claims (4)
- 【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って圧縮された圧縮
空気中の不純物を除去する除去手段と、この除去手段を
経た圧縮空気を冷却する熱交換器と、この熱交換器を経
由し低温に冷却された圧縮空気を各成分の沸点差を利用
して分離し所望の成分を気体状態で取り出す精留塔とを
備えた空気分離装置であって、上記精留塔に、精留塔内
の空気液化用の寒冷源として塔内冷却用冷凍機を設け、
かつ、上記精留塔から気体状態で取り出した成分の一部
を導入する貯蔵手段、および上記貯蔵手段に導入した気
体状態の成分を液化して上記貯蔵手段内に溜めるタンク
内冷却用冷凍機を設けたことを特徴とする空気分離装
置。 - 【請求項２】 冷凍機がＨｅ（ヘリウム）を利用した冷
凍機である請求項１記載の空気分離装置。 - 【請求項３】 冷凍機がＧＭ冷凍機，スターリング冷凍
機またはパルスチューブ冷凍機である請求項２記載の空
気分離装置。 - 【請求項４】 精留塔で取り出される成分がＮ2 ，Ｏ2
およびＡｒの少なくとも１つである請求項１記載の空気
分離装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00483997A JP3163024B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 空気分離装置 |
| JP2000206256A JP3609009B2 (ja) | 1997-01-14 | 2000-07-07 | 空気分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00483997A JP3163024B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 空気分離装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000206256A Division JP3609009B2 (ja) | 1997-01-14 | 2000-07-07 | 空気分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10206009A JPH10206009A (ja) | 1998-08-07 |
| JP3163024B2 true JP3163024B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=11594869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00483997A Expired - Fee Related JP3163024B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 空気分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3163024B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3584186B2 (ja) * | 1999-09-24 | 2004-11-04 | エア・ウォーター株式会社 | 深冷ガス分離装置 |
| JP5005894B2 (ja) | 2005-06-23 | 2012-08-22 | エア・ウォーター株式会社 | 窒素発生方法およびそれに用いる装置 |
-
1997
- 1997-01-14 JP JP00483997A patent/JP3163024B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10206009A (ja) | 1998-08-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9528758B2 (en) | Method and system for regulation of cooling capacity of a cooling system based on a gas expansion process | |
| JP4521833B2 (ja) | 低温液化冷凍方法及び装置 | |
| CN101410678B (zh) | 冷冻装置 | |
| JP2005083588A (ja) | ヘリウムガス液化装置およびヘリウムガス回収・精製・液化装置 | |
| JP3609009B2 (ja) | 空気分離装置 | |
| JP2005134036A (ja) | 空気分離装置およびその運転方法 | |
| JP3163024B2 (ja) | 空気分離装置 | |
| JP3208547B2 (ja) | 液化天然ガスの寒冷を利用した永久ガスの液化方法 | |
| US8549878B2 (en) | Method of generating nitrogen and apparatus for use in the same | |
| US6170290B1 (en) | Refrigeration process and plant using a thermal cycle of a fluid having a low boiling point | |
| JP3217005B2 (ja) | 空気分離方法およびそれに用いる装置 | |
| JP3007581B2 (ja) | 空気分離装置 | |
| JPH07234027A (ja) | 多元冷凍装置 | |
| JPS6119902B2 (ja) | ||
| JPH06241647A (ja) | 水素液化装置及びスラッシュ水素製造装置 | |
| JP2711879B2 (ja) | 低温冷凍機 | |
| JP4879606B2 (ja) | 冷熱供給システム | |
| JPH0882476A (ja) | 高純度窒素ガス製造装置 | |
| JPS6036547B2 (ja) | 液化ガス気化装置における気化熱の有効利用方法 | |
| JP2003526065A (ja) | 相転移無熱冷却方法および装置 | |
| JPH01127862A (ja) | 極低温冷凍装置における膨張弁の制御方法 | |
| JPH05322343A (ja) | リザーバタンク付き冷凍装置 | |
| KR200151248Y1 (ko) | 냉동기의 냉매저온화장치 | |
| JP3476525B2 (ja) | 酸素・窒素ガス製造装置 | |
| JP3476524B2 (ja) | 酸素・窒素ガス製造装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000509 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010206 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080223 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090223 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100223 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100223 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110223 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120223 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120223 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130223 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140223 Year of fee payment: 13 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |