JP3571812B2 - 窒素生成のための方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空気が圧縮、冷却、清浄、再加熱され、かつ最後に少なくとも１つの分離器段を通過する窒素を生成するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒素を生成するそのような方法が、公表をされていない従前のドイツ特許出願Ｎｏ．Ｐ ４４０４ ０７２．５において説明されている。オイルの注入によって冷却される空気圧縮機が用いられ、オイルは清浄された空気を再加熱するために用いられるところの熱交換器を通過させられる。
【０００３】
この種の窒素生産は、その構造状の経費を削減するのと同時に、その効率について改善をすることが可能であることが判明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、より経済的に、かつより簡単な装置によって窒素を生成することを可能にすることをその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を達成するために、本発明にしたがった方法においては、清浄された空気の再加熱を、冷却すべき圧縮空気との熱交換において行うことを特徴とする。
【０００６】
したがって、圧縮機において生成された熱は、分離器段に導入されるべき空気に直接に伝達され、これが圧縮機において必要とされる冷却オイルを介してそれを間接的に行うよりもずっと好ましい。必要な構造状のコストも削減される。
【０００７】
本発明は、まず、冷却オイルの注入なしに動作する空気圧縮機を用いることを可能にする。したがって、冷却オイル回路全体が省略される。
【０００８】
本発明の重要な一実施例においては、冷却、清浄された空気の少なくとも一部を、生産量を削減する一方で圧縮のために再循環させることが提案される。このことは、清浄された必要とされない空気の部分を吹き出す必要がなく、回路内を導いて準備された状態で維持することから特に好適である。
【０００９】
２つ以上の分離器段を用いる場合、下流側の分離器段の少なくとも１つからの濃縮物、好ましくは最終の分離器段からの濃縮物を圧縮機に再循環させることが好ましい。第１の分離器段からの濃縮物が酸素の濃度を高くされているのに対し、この段の透過物は既に窒素の濃度が高められている。下流側の各分離器段からの濃縮物も、それぞれ応分に窒素の濃度が高められた空気でなっている。これを提案のように圧縮機に再循環させた場合、それによって、効率のかなりの向上が生じる。
【００１０】
また、本発明は、空気圧縮機と、空気圧縮機の下流において接続する少なくとも１つの空気冷却器と、空気冷却器の下流において接続する濃縮物分離器と、濃縮物分離器の下流において接続する加熱装置と、加熱装置の下流において接続する少なくとも１つの分離器とを備えた窒素を生成するための装置を提供するものであり、課題を解決するために、この装置は、加熱装置が熱交換器として構成され、かつ空気圧縮機と空気冷却器との間の高温空気側に接続することを特徴とする。したがって、清浄された空気は、分離器に流れ込む前に、圧縮機から流れ出す高温空気との熱交換において加熱され、このことが、エネルギーの観点から好ましく、かつ装置として簡単なものにしている。この高温空気はその熱の一部を放出し、下流の空気冷却器を対応したより小さな大きさのものとするか、または場合によっては完全に省略することもできる。
【００１１】
空気圧縮機の生産量は、分離器の容量に一致させられる。生産量の削減の場合、この装置は、本発明の別の実施例において、濃縮物分離器の下流において分岐して空気圧縮機の吸い込み側につながり、かつ装置の生産量を低下させる場合に開かれるバルブ制御のエアフィードバックラインによって特徴づけられる。
このため、それが、空気圧縮機の出口圧力に依存するバルブを含むことが好ましい。
【００１２】
分離器の下流において、分離器の背圧およびしたがって窒素の純度の程度を定め、かつ較正のために濃縮物分離器において清浄された空気が作用することのできるＯ２ サンプリング装置によって制御される調節可能なスロットルが接続されることが好ましい。このＯ２ サンプリング装置を、入口側において、マグネチックバルブの上流のエアフィードバックラインと連通する較正ラインに三方弁を介して接続することが好ましい。そして、この較正過程は、Ｏ２ サンプリング装置がもはや分離器の下流の窒素ラインに接続されず代わりに較正ラインに接続され、清浄された空気が作用するように三方弁を切り換えることによって開始される。このＯ２ サンプリング装置は、出口側において、（較正ガスまたは窒素）の測定ガスが再循環されるように空気圧縮機の吸い込み側に測定ガスフィードバックラインを介して接続することが好ましい。
【００１３】
本発明の重要な別の実施例においては、少なくとも２つの分離器が設定され、少なくとも１つの下流側分離器の濃縮物出口、好ましくは最終の分離器の濃縮物出口を、濃縮物フィードバックラインを介して圧縮機の吸い込み側に接続することが提案される。窒素の濃度が高められた空気でなる下流側分離器の濃縮物が再循環され、このことが効率の向上を生じる。この濃縮物フィードバックラインは、Ｏ２ サンプリング装置の較正中においては遮断される。
【００１４】
エアフィードバックライン、濃縮物フィードバックラインおよび測定ガスフィードバックラインは、圧縮機の上流において接続するエアフィルタと連通することが効果的である。
【００１５】
また、空気圧縮機が送風機を備えたモータを有し、かつその送風機が空気冷却器の反対側に配列されれば効果的である。したがって、送風機が、モータを冷却するばかりではなく、空気冷却器に冷却空気を供給する。したがって、構造的経費が最小限にされる。
【００１６】
添付の請求の範囲とは異なる本発明の特徴の組み合わせおよび二次的な組み合わせも、本発明に重要なものとして開示される。
【００１７】
【実施例】
以下において、本発明を、添付の図面と関連させて好ましい実施例についてより詳細に説明する。
【００１８】
図示するように、空気圧縮機１が設定され、その上流において吸気側にはエアフィルタ２が接続されている。圧縮され、かつそれに応じて加熱された空気が熱交換器３を通過させられるものであり、その機能を以下において説明する。
【００１９】
まだ高温の空気が熱交換器３を流れ出して空気冷却器４に向かい、そこにおいてその不純物のかなりのものの露点以下まで冷却される。この空気は、下流において接続する濃縮物分離器５において対応して清浄することができる。
【００２０】
次に、清浄された空気は熱交換器３を通過させられ、そこで空気圧縮機１から出てくる清浄されていない高温の空気との熱交換により、窒素の分離が行われる温度まで再加熱される。したがって、この空気の再加熱は、いずれにしろ圧縮機から得られる熱を用いて生じ、かつ高い効率および構造的に極めて簡単な状態でそうなる。
【００２１】
再加熱された空気は、次に並列に接続された３つの分離器７，８および９でなる第１の分離器段６を通過する。これに続いて、単一の分離器でなる第２の分離器段１０が設けられる。
【００２２】
そして、生成された窒素であるところの分離器１１の透過物は、調節可能スロットル１２を介して貯蔵容器１２´に供給される。
【００２３】
この調節可能スロットル１２は、生成された窒素の純度を制御する役目をする。このため、スロットル１２は、三方弁１４を介して制御ライン１５に接続するＯ２ サンプリング装置１３に依存して動作する。後者は、分離器１１と調節可能スロットル１２との間のラインに連通する。
【００２４】
第２分離器段１０に供給をする第１分離器段６の透過物は、窒素の濃度を高めた空気でなっている。第２分離器段１０の透過物も、窒素の濃度を高めた空気でなっている。
この濃縮物は、濃縮物フィードバックライン１６を介してエアフィルタ２に供給され、したがって工程へと再循環させられる。この結果として、効率のかなりの向上がもたらされる。
【００２５】
空気圧縮機１の生産量は分離器の容量と一致させられる。生産量削減の場合、濃縮物分離器５と熱交換器３との間において分岐し、エアフィルタ２につながるエアフィードバックライン１７を設けることができる。エアフィードバックライン１７を通じての流れは、空気圧縮機の出口圧力に調節可能に依存して動作するバルブ１８によって制御される。
【００２６】
濃縮物分離器５の下流において、較正ライン２０が分岐し、三方弁１４につながっている。Ｏ２ サンプリング装置１３が較正されることになるとすぐに、三方弁１４が切り換えられる。そうすると、Ｏ２ サンプリング装置１３はもはや制御ライン１５には接続されず、較正ライン２０に接続されて、そこから冷却かつ清浄された空気を受けとる。
【００２７】
Ｏ２ サンプリング装置１３は、さらに、測定ガスフィードバックライン２１を介してエアフィルタ２に接続されている。測定ガスは、窒素または較正ガスのいずれであっても、工程の中に再循環させられる。
【００２８】
較正中においては、第２分離器段１０の濃縮物のエアフィルタ２へのフィードバックを中断することが推奨される。このため、濃縮物フィードバックライン１６は、三方弁の形態のしゃ断弁２２を備えている。
【００２９】
空気圧縮機１は、送風機２４を装備したモータ２３を有している。前者は空気冷却器４の反対側に配列され、それに冷却空気を供給する。
【００３０】
全体として、所定の純度の窒素を極めて高い効率で生成する構造的に極めて簡単な装置が作成される。
【００３１】
本発明の範囲内において変更が可能なのは勿論のことである。したがって、２つ以上の分離器段を用いることができる。各段における分離器の数およびその並列または直列の接続は、運転上の条件と一致させることができる。熱交換器３が空気圧縮機１から出てくる高温空気を充分な程度まで冷却する場合は、下流の空気冷却器４を省略することができる。その一方、複数の空気冷却器を直列に接続することもできる。圧縮機と分離器との最適な処理量一致によって、圧縮機のための生産量制御装置を省略することができる。さらに、バルブ１８の代わりに、調節可能なスロットルも、マグネチックバルブとの任意の組み合わせによって、出力制御のために考慮にいれることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがった装置の流れを示す回路図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ エアフィルタ
３ 熱交換器
４ 空気冷却器
５ 濃縮物分離器
６ 第１分離器段
７，８，９，１１ 分離器
１０ 第２分離器段
１２ 調節可能スロットル
１２´ 貯蔵容器
１３ Ｏ２ サンプリング装置
１４ 三方弁
１５ 制御ライン
１６ 濃縮物フィードバックライン
１７ エアフィードバックライン
１８ バルブ
２０ 較正ライン
２１ 測定ガスフィードバックライン
２２ しゃ断弁
２３ モータ
２４ 送風機
【産業上の利用分野】
本発明は、空気が圧縮、冷却、清浄、再加熱され、かつ最後に少なくとも１つの分離器段を通過する窒素を生成するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒素を生成するそのような方法が、公表をされていない従前のドイツ特許出願Ｎｏ．Ｐ ４４０４ ０７２．５において説明されている。オイルの注入によって冷却される空気圧縮機が用いられ、オイルは清浄された空気を再加熱するために用いられるところの熱交換器を通過させられる。
【０００３】
この種の窒素生産は、その構造状の経費を削減するのと同時に、その効率について改善をすることが可能であることが判明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、より経済的に、かつより簡単な装置によって窒素を生成することを可能にすることをその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を達成するために、本発明にしたがった方法においては、清浄された空気の再加熱を、冷却すべき圧縮空気との熱交換において行うことを特徴とする。
【０００６】
したがって、圧縮機において生成された熱は、分離器段に導入されるべき空気に直接に伝達され、これが圧縮機において必要とされる冷却オイルを介してそれを間接的に行うよりもずっと好ましい。必要な構造状のコストも削減される。
【０００７】
本発明は、まず、冷却オイルの注入なしに動作する空気圧縮機を用いることを可能にする。したがって、冷却オイル回路全体が省略される。
【０００８】
本発明の重要な一実施例においては、冷却、清浄された空気の少なくとも一部を、生産量を削減する一方で圧縮のために再循環させることが提案される。このことは、清浄された必要とされない空気の部分を吹き出す必要がなく、回路内を導いて準備された状態で維持することから特に好適である。
【０００９】
２つ以上の分離器段を用いる場合、下流側の分離器段の少なくとも１つからの濃縮物、好ましくは最終の分離器段からの濃縮物を圧縮機に再循環させることが好ましい。第１の分離器段からの濃縮物が酸素の濃度を高くされているのに対し、この段の透過物は既に窒素の濃度が高められている。下流側の各分離器段からの濃縮物も、それぞれ応分に窒素の濃度が高められた空気でなっている。これを提案のように圧縮機に再循環させた場合、それによって、効率のかなりの向上が生じる。
【００１０】
また、本発明は、空気圧縮機と、空気圧縮機の下流において接続する少なくとも１つの空気冷却器と、空気冷却器の下流において接続する濃縮物分離器と、濃縮物分離器の下流において接続する加熱装置と、加熱装置の下流において接続する少なくとも１つの分離器とを備えた窒素を生成するための装置を提供するものであり、課題を解決するために、この装置は、加熱装置が熱交換器として構成され、かつ空気圧縮機と空気冷却器との間の高温空気側に接続することを特徴とする。したがって、清浄された空気は、分離器に流れ込む前に、圧縮機から流れ出す高温空気との熱交換において加熱され、このことが、エネルギーの観点から好ましく、かつ装置として簡単なものにしている。この高温空気はその熱の一部を放出し、下流の空気冷却器を対応したより小さな大きさのものとするか、または場合によっては完全に省略することもできる。
【００１１】
空気圧縮機の生産量は、分離器の容量に一致させられる。生産量の削減の場合、この装置は、本発明の別の実施例において、濃縮物分離器の下流において分岐して空気圧縮機の吸い込み側につながり、かつ装置の生産量を低下させる場合に開かれるバルブ制御のエアフィードバックラインによって特徴づけられる。
このため、それが、空気圧縮機の出口圧力に依存するバルブを含むことが好ましい。
【００１２】
分離器の下流において、分離器の背圧およびしたがって窒素の純度の程度を定め、かつ較正のために濃縮物分離器において清浄された空気が作用することのできるＯ２ サンプリング装置によって制御される調節可能なスロットルが接続されることが好ましい。このＯ２ サンプリング装置を、入口側において、マグネチックバルブの上流のエアフィードバックラインと連通する較正ラインに三方弁を介して接続することが好ましい。そして、この較正過程は、Ｏ２ サンプリング装置がもはや分離器の下流の窒素ラインに接続されず代わりに較正ラインに接続され、清浄された空気が作用するように三方弁を切り換えることによって開始される。このＯ２ サンプリング装置は、出口側において、（較正ガスまたは窒素）の測定ガスが再循環されるように空気圧縮機の吸い込み側に測定ガスフィードバックラインを介して接続することが好ましい。
【００１３】
本発明の重要な別の実施例においては、少なくとも２つの分離器が設定され、少なくとも１つの下流側分離器の濃縮物出口、好ましくは最終の分離器の濃縮物出口を、濃縮物フィードバックラインを介して圧縮機の吸い込み側に接続することが提案される。窒素の濃度が高められた空気でなる下流側分離器の濃縮物が再循環され、このことが効率の向上を生じる。この濃縮物フィードバックラインは、Ｏ２ サンプリング装置の較正中においては遮断される。
【００１４】
エアフィードバックライン、濃縮物フィードバックラインおよび測定ガスフィードバックラインは、圧縮機の上流において接続するエアフィルタと連通することが効果的である。
【００１５】
また、空気圧縮機が送風機を備えたモータを有し、かつその送風機が空気冷却器の反対側に配列されれば効果的である。したがって、送風機が、モータを冷却するばかりではなく、空気冷却器に冷却空気を供給する。したがって、構造的経費が最小限にされる。
【００１６】
添付の請求の範囲とは異なる本発明の特徴の組み合わせおよび二次的な組み合わせも、本発明に重要なものとして開示される。
【００１７】
【実施例】
以下において、本発明を、添付の図面と関連させて好ましい実施例についてより詳細に説明する。
【００１８】
図示するように、空気圧縮機１が設定され、その上流において吸気側にはエアフィルタ２が接続されている。圧縮され、かつそれに応じて加熱された空気が熱交換器３を通過させられるものであり、その機能を以下において説明する。
【００１９】
まだ高温の空気が熱交換器３を流れ出して空気冷却器４に向かい、そこにおいてその不純物のかなりのものの露点以下まで冷却される。この空気は、下流において接続する濃縮物分離器５において対応して清浄することができる。
【００２０】
次に、清浄された空気は熱交換器３を通過させられ、そこで空気圧縮機１から出てくる清浄されていない高温の空気との熱交換により、窒素の分離が行われる温度まで再加熱される。したがって、この空気の再加熱は、いずれにしろ圧縮機から得られる熱を用いて生じ、かつ高い効率および構造的に極めて簡単な状態でそうなる。
【００２１】
再加熱された空気は、次に並列に接続された３つの分離器７，８および９でなる第１の分離器段６を通過する。これに続いて、単一の分離器でなる第２の分離器段１０が設けられる。
【００２２】
そして、生成された窒素であるところの分離器１１の透過物は、調節可能スロットル１２を介して貯蔵容器１２´に供給される。
【００２３】
この調節可能スロットル１２は、生成された窒素の純度を制御する役目をする。このため、スロットル１２は、三方弁１４を介して制御ライン１５に接続するＯ２ サンプリング装置１３に依存して動作する。後者は、分離器１１と調節可能スロットル１２との間のラインに連通する。
【００２４】
第２分離器段１０に供給をする第１分離器段６の透過物は、窒素の濃度を高めた空気でなっている。第２分離器段１０の透過物も、窒素の濃度を高めた空気でなっている。
この濃縮物は、濃縮物フィードバックライン１６を介してエアフィルタ２に供給され、したがって工程へと再循環させられる。この結果として、効率のかなりの向上がもたらされる。
【００２５】
空気圧縮機１の生産量は分離器の容量と一致させられる。生産量削減の場合、濃縮物分離器５と熱交換器３との間において分岐し、エアフィルタ２につながるエアフィードバックライン１７を設けることができる。エアフィードバックライン１７を通じての流れは、空気圧縮機の出口圧力に調節可能に依存して動作するバルブ１８によって制御される。
【００２６】
濃縮物分離器５の下流において、較正ライン２０が分岐し、三方弁１４につながっている。Ｏ２ サンプリング装置１３が較正されることになるとすぐに、三方弁１４が切り換えられる。そうすると、Ｏ２ サンプリング装置１３はもはや制御ライン１５には接続されず、較正ライン２０に接続されて、そこから冷却かつ清浄された空気を受けとる。
【００２７】
Ｏ２ サンプリング装置１３は、さらに、測定ガスフィードバックライン２１を介してエアフィルタ２に接続されている。測定ガスは、窒素または較正ガスのいずれであっても、工程の中に再循環させられる。
【００２８】
較正中においては、第２分離器段１０の濃縮物のエアフィルタ２へのフィードバックを中断することが推奨される。このため、濃縮物フィードバックライン１６は、三方弁の形態のしゃ断弁２２を備えている。
【００２９】
空気圧縮機１は、送風機２４を装備したモータ２３を有している。前者は空気冷却器４の反対側に配列され、それに冷却空気を供給する。
【００３０】
全体として、所定の純度の窒素を極めて高い効率で生成する構造的に極めて簡単な装置が作成される。
【００３１】
本発明の範囲内において変更が可能なのは勿論のことである。したがって、２つ以上の分離器段を用いることができる。各段における分離器の数およびその並列または直列の接続は、運転上の条件と一致させることができる。熱交換器３が空気圧縮機１から出てくる高温空気を充分な程度まで冷却する場合は、下流の空気冷却器４を省略することができる。その一方、複数の空気冷却器を直列に接続することもできる。圧縮機と分離器との最適な処理量一致によって、圧縮機のための生産量制御装置を省略することができる。さらに、バルブ１８の代わりに、調節可能なスロットルも、マグネチックバルブとの任意の組み合わせによって、出力制御のために考慮にいれることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがった装置の流れを示す回路図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ エアフィルタ
３ 熱交換器
４ 空気冷却器
５ 濃縮物分離器
６ 第１分離器段
７，８，９，１１ 分離器
１０ 第２分離器段
１２ 調節可能スロットル
１２´ 貯蔵容器
１３ Ｏ２ サンプリング装置
１４ 三方弁
１５ 制御ライン
１６ 濃縮物フィードバックライン
１７ エアフィードバックライン
１８ バルブ
２０ 較正ライン
２１ 測定ガスフィードバックライン
２２ しゃ断弁
２３ モータ
２４ 送風機
Claims (7)
- 空気が圧縮、冷却、清浄、再加熱され、かつ最後に少なくとも１つの分離器段を通過する窒素を生成するための方法において、清浄された空気の再加熱を、冷却すべき圧縮空気との熱交換において行うことを特徴とする窒素生成のための方法。
- ２つ以上の分離器段を用いる場合、下流側の分離器段の少なくとも１つからの濃縮物を圧縮機に再循環させることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 空気圧縮機（１）と、空気圧縮機の下流において接続する少なくとも１つの空気冷却器（４）と、空気冷却器の下流において接続する濃縮物分離器（５）と、濃縮物分離器の下流において接続する加熱装置と、加熱装置の下流において接続する少なくとも１つの分離器（７，８，９，１１）とを備えた窒素を生成するための装置において、加熱装置は熱交換器として構成され、かつ空気圧縮機（１）と空気冷却器（４）との間の高温空気側に接続することを特徴とする窒素生成のための装置。
- 分離器（７，８，９，１１）の下流において、Ｏ2 サンプリング装置（１３）によって制御される調節可能なスロットル（１２）を設け、かつＯ2 サンプリング装置には較正のために濃縮物分離器（５）において清浄された空気が作用することができることを特徴とする請求項３記載の装置。
- 少なくとも２つの分離器（７，８，９，１１）が設定され、少なくとも１つの下流側分離器の濃縮物出口が濃縮物フィードバックライン（１６）を介して圧縮機の吸い込み側に接続することを特徴とする請求項３または４のいずれか記載の装置。
- 下流側の分離器段の少なくとも１つからの濃縮物は、最終の分離器段からの濃縮物であることを特徴とする請求項２記載の方法。
- 少なくとも１つの下流側分離器の濃縮物出口は、最終の分離器（１１）の濃縮物出口であることを特徴とする請求項５記載の装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4435702A DE4435702C2 (de) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Stickstoff |
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| JP18621695A Expired - Fee Related JP3571812B2 (ja) | 1994-10-06 | 1995-06-28 | 窒素生成のための方法および装置 |
Country Status (7)
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