JPH0147718B2 - - Google Patents
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Description
本発明は低沸点の比較的乾燥した少なくとも１
種のガスを冷却液化するための低沸点ガスの液化
装置に関する。 従来のガス液化装置においては、低温でガスを
液化するために所要の熱交換器を通してガスを低
温高圧で凝縮させ、液化したガスを高圧で深冷し
た後に膨張部材を通して膨張させて低圧タンク内
に液化ガスを回収する。このような装置において
は、低沸点の比較的乾燥したガスを冷却液化する
ためには、液化するべきガスを軽質の主冷却流体
の少なくとも一部と熱交換させ、一方、主冷却流
体を重質の補助冷却流体と熱交換させて少なくと
もその一部を予じめ液化する。これらの冷却流体
は寒冷生成回路網の一部を形成する。各冷却流体
は次第に沸点の異なる数種の成分の混合物として
閉ループ冷却サイクル内で次の作用を受ける。す
なわち、低圧から高圧までの気体状態での少なく
とも１回の圧縮、例えば水あるいは空気等の外部
媒体との熱交換による高圧での部分的な凝縮を伴
う予冷、気化した状態の冷却流体の冷却流体自身
あるいは冷却すべきガスとの向流式の熱交換によ
るガスおよび冷却流体の凝縮及び深冷を伴う自己
冷却、及び再加熱されて気化した低圧蒸気の再圧
縮である。この既知の装置は、各種の冷却流体を
圧縮するために大きな動力を必要とし、従つて、
単位製品量（液化ガスの量）当たりのエネルギ経
費が大きくなる。 本発明の目的は、従来の装置を改良して単位製
品量当たりに必要とする冷却流体圧縮用の所要動
力を減少してエネルギ消費を減少させ、ランニン
グコスト及び圧縮機購入価格を低減させることに
ある。 上述の目的を達成するために、本願発明におい
ては、低沸点ガスの開回路と、前記低沸点ガスの
開回路と寒冷熱交換器によつて熱交換関係に設け
られて低沸点ガスを冷却、深冷および予冷するた
めの主冷却流体の閉回路と、この主冷却流体の閉
回路と寒冷熱交換器により熱交換関係に設けられ
て前記主冷却流体の予冷および少なくとも部分的
な液化を行うための補助冷却流体の閉回路と、を
備え、また前記補助冷却流体の閉回路が、少なく
とも１つの気体圧縮機と、外部冷却媒体を用いる
凝縮冷却器と、前記熱交換器を通つて伸びる主冷
却流体用の通路と同一方向に伸び前記熱交換器を
流過する補助冷却流体用の通路と、前記通路の下
流側の端部に設けられる第１の膨張弁と、を備え
て成る低沸点の比較的乾燥した少なくとも１種の
ガスを冷却液化するための低沸点ガスの液化装置
において、前記凝縮冷却器を気液分離器の入口に
連結し、この気液分離器の気相スペースを他の圧
縮機の吸込側に連結し、この他の圧縮機もまた他
の凝縮冷却器の入口に連結し、また前記気液分離
器の液相スペースを加速ポンプの吸込側に連結
し、この加速ポンプの吐出側の一部を前記他の凝
縮冷却器の入口にまた他の一部は第２の膨張弁に
連結し、前記他の凝縮冷却器の出口を前記熱交換
器の前記通路の入口および第３の膨張弁に連結
し、前記第２および第３の膨張弁の出口を低沸点
ガスのための冷却器を介して前記気液分離器の入
口に連結している。 このように本願発明においては、低沸点ガスの
開回路、低沸点ガスを冷却するための主冷却流体
の閉回路およびこの主冷却流体を冷却するための
補助冷却流体の閉回路により上記低沸点ガスを液
化するに際し、上記補助冷却流体の閉回路に、圧
縮機、凝縮冷却器、気液分離器、圧縮機および凝
縮冷却器を直列に設け、上記気液分離器の気相側
を上記圧縮機に接続するとともにその液相側を加
速ポンプに接続し、この加速ポンプの吐出側すな
わち出口を上記凝縮冷却器に接続している。 すなわち、圧縮機の手前に気液分離器を設け、
この気液分離器の液体部分を加速ポンプを介して
上記凝縮冷却器に直接送ること、すなわち気液分
離器中の液体部分が上記圧縮機をバイパスするよ
うになすこと、により、圧縮機の動力費を低減
し、ひいては低沸点ガスの単位容積当たりの冷却
コストを低減するのである。 本発明の理解を容易にし目的と利点とを明らか
にするための例示とした実施例並びに図面につい
て説明する。 各図において同じ符号によつて同様の部分又は
部品を示す。実施例における圧力温度の値は例示
である。圧力は絶対圧力Kg／cm2として示す。 第１図に示す冷却装置には、冷却すべき流体例
えば天然ガスGNを冷却する開回路１と、主冷却
流体閉回路２と、補助冷却流体閉回路３とを有す
る。各回路は２点鎖線で囲み、液化すべきガス
GNの流路は太い実線で示す。冷却すべきガスの
開路１と主冷却流体の閉回路２とは熱的に互に結
合し、熱交換器４，５はガスGNの液化及び深冷
用と予冷用である。主冷却流体閉回路２と補助冷
却流体閉回路３とは互に共通熱交換器６によつて
互に結合し、主冷却流体の予冷及び一部液化を行
なう。 液化すべきガスGNの開回路１の供給導管７は
予冷熱交換器５の内部通路８に連通し、内部通路
８を出たガスはダクト９を経てガス処理装置１
０、ダクト１１を経て熱交換器４の入口に接続す
る。熱交換器４は直列接続した２段の熱交換ユニ
ツト４ａ，４ｂから成り、ユニツト４ａ内で液化
したガスはユニツト４ｂ内で深冷される。両ユニ
ツト４ａ，４ｂは別個の熱交換器とすることもで
き、図示の通り同じケーシング内に上下に取付け
ることもでき、直列接続とする。 ダクト１１は熱交換器ユニツト４ａ，４ｂ内を
延長する内部通路１２に接続し、通路出口は熱交
換器４の出口で液化ガスGNL用導管１３に接続
する。導管１３に膨脹部材１４例えば膨脹弁を介
挿する。 閉回路２内を通す主冷却流体は軽質流体であ
り、複数の凝固点の異なる成分から成る混合物と
し、主部は炭化水素である。主冷却流体の成分例
は次の通りである。 窒素N2：０〜10％ メタンCH4：30〜60％ エチレンC2H4又はエタンC2H6：30〜60％ プロピレンC3H6、プロパンC3H8、ブタンC4H10
及び重質炭化水素：０〜20％ この回路２の構成を冷却流体の流れの方向に説
明する。冷却流体をガス状で圧縮する圧縮機装置
１５は例えば低圧段１５ａと高圧段１５ｂとを有
し、個別に、又は機械的に結合した１個の原動機
によつて駆別する。両圧縮機１５ａ，１５ｂは中
間冷却器１６を介して直列接続する。冷却器１６
は外部媒体例えば水又は空気冷却する。高圧段圧
縮機１５ｂの出口はダクト１７を経て冷却器１８
に接続し、冷却器１８は外部媒体例えば水又は空
気で冷却する。冷却器１８の出口は熱交換器６の
入口において内部通路１９に接続する。通路１９
の出口は導管２０を経て気液分離器２１に接続す
る。分離器２０の液相スペースは導管２２を経て
熱交換器４のユニツト４ａ内の内部通路２３の上
流端に接続する。通路２３はユニツト４ａ内で内
部通路１２とほぼ平行に同方向に延長する。内部
通路２３の下流端は熱交換器ユニツト４ａの出口
においてダクト２４を経て膨脹部材２５例えば膨
脹弁を通りダクト２６を経てジエツトスプレ装置
２７に接続して熱交換器ユニツト４ａの頂端で内
部通路２３，１２に向けて熱交換器４のケーシン
グ内に開口する。この冷却流体は気化しながら熱
交換器スペース内を流下し内部通路１２，２３内
の流体と対向流熱交換し、通路１２，２３を形成
する管等の壁面外に直接接触する。 気液分離器２１の気相スペースは導管２８を経
て熱交換器ユニツト４ａの内部通路２９の上流端
に接続する。通路２９は内部通路１２，２３とほ
ぼ平行に同方向に熱交換器ユニツト４ａ，４ｂ内
を延長する。通路２９の出口はダクト３０、膨脹
弁等の膨脹部材３１、ダクト３２を経てジエツト
スプレ装置３３に接続する。スプレ装置３３は熱
交換器４の頂端内に通路１２，２９に向けてスペ
ース３４内に開口し通路１２，２９を通る流体と
対向流熱交換する。スプレ装置３３を出た流体は
通路１２，２９を形成する壁部外面に直接接触し
て気化しながら流下して熱交換する。熱交換器４
の共通内部スペース３４は内部通路１２，２３，
２９の上流端附近の出口ポート３５は熱交換器５
の内部通路３７を経て低圧段圧縮機１５ａの吸込
口に接続する。内部通路３７は内部通路８にほぼ
平行に対向流として延長する。 補助冷却流体の閉回路３内の重質流体は炭化水
素のみの混合物であり、例えば次の成分を有す
る。 メタン：０〜15％ エチレンC2H2又はエタンC2H6：30〜65％ プロピレンC3H6又はプロパンC3H8：10〜60％ イソブタン又はノルマルブタン及び重質炭化水
素：０〜30％ 補助冷却流体へ閉回路３を流体流の方向に説明
する。ガス圧縮用圧縮機装置３８は図示の例では
３段圧縮機３８ａ，３８ｂ，３８ｃを直列に連結
する。各圧縮機は個別原動機駆動とすることもで
き、２台又は３台の圧縮機を共通軸に連結して合
計２台又は１台の原動機で駆動することもでき
る。第１段圧縮機３８ａの出口ポートをダクト３
９、冷却器４０を介して第２段圧縮機３８ｂの吸
込口に接続する。冷却器４０は外部媒体例えば水
又は空気冷却とする。第２段圧縮機３８ｂの出口
ポートは導管４１を経て凝縮冷却器４２の入口に
接続する。冷却器４２は外部媒体例えば水又は空
気冷却とする。冷却器４２の出口は導管４３を経
て気液分離管４４に接続し、この気相スペースは
導管４５を経て第３端圧縮機３８ｃの吸込ポート
に接続し、吐出ポートは導管４６を経て凝縮冷却
器４７に接続する。冷却器４７は水、空気等の外
部媒体冷却とする。冷却器４７の出口はダクト４
８を経て両回路２，３に共通の熱交換器６の内部
通路１９にほぼ平行の内部通路４９に接続する。
通路４９の出口は熱交換器６の外部でダクト５
０、連続又は永久フラツクス脚暖部材例えば膨脹
弁５１、ダクト５２を経てジエツトスプレ装置５
３に接続する。スプレ装置５３は熱交換器６の内
部スペース５４頂部から内部通路１９，４９に向
けて開口し、吹出した流体は通路１９，４９の壁
部外面に直接接触して対向流熱交換する。スペー
ス５４の下端の出口ポート５５は導管５６を経て
第１段圧縮機３８ａの吸込ポートに接続する。導
管４８の分岐点５７に接続した分岐ダクト５８は
膨脹部材例えば膨脹弁５９を介して冷却装置６０
の入口に接続し、この出口はダクト６１を介して
冷却器４２と分離器４４との間の導管４３の合流
点６２に接続する。 気液分離器４４の液相スペースは導管６３を経
て加速循環ポンプ６４の吸込ポートに接続し；出
口ポートは導管６５、膨脹部材例えば膨脹弁６６
を経て、膨脹弁５９と冷却器６０との間のダクト
５８の合流点６７に接続する。冷却装置６０は入
口ダクト６８と出口ダクト６９間の天然ガスを冷
却する。 導管６５の中間点７０に接続した分岐ダクト７
１は導管４６の圧縮機３８ｃと冷却器４７間の合
流点７２に弁７３を介して接続する。 第１図の開回路１の作動は次の通りである。液
化すべきガスGNは比較的水分の少ない状態で導
管７に温度約＋20℃圧力約45Kg／cm2で供給され、
熱交換器５の内部通路８内で内部通路３７内の主
冷却流体と対向流熱交換して予冷される。熱交換
器５を出てダクト９内に入る流体GNの温度は約
−60℃圧力約44Kg／cm2で処理装置１０に入りダク
ト１１を経て熱交換器ユニツト４ａ，４ｂ内の内
部通路１２を通つて主冷却流体と対向流熱交換し
て完全に液化し更に深冷される。熱交換器４を出
る時の液化ガスは温度約−160℃圧力約40Kg／cm2
である。液化ガスは膨脹弁１４で膨脹して導管１
３に入り、液化天然ガスGNLとしてタンクに貯
蔵され又は所要用途に使用する。 主冷却流体の閉回路２の作動は次の通りであ
る。主冷却流体は温度約＋５℃圧力約３Kg／cm2で
第１の圧縮機１５ａに吸込まれ、中間圧力で中間
冷却器１６を経て第２の圧縮機１５ｂに吸込まれ
ガス状で圧力約30Kg／cm2で冷却器１８に入り、ガ
ス状で温度約35℃でダクト１７を通る。次に熱交
換器６の内部通路１９を通つて補助冷却流体と対
向流熱交換して冷却され一部は液化する。一部液
化した主冷却流体は温度約−65℃圧力約29Kg／cm2
となつて熱交換器６を去り、液相と気相とは分離
器２１で分離される。気相はダクト２８を経て熱
交換器ユニツト４ａ内の通路２９を通つて液化し
た熱交換器ユニツト４ｂ内の通路２９で深冷され
ダクト３０に入る時の温度約−160℃圧力約28
Kg／cm2となり、膨脹弁３１を通つて膨脹する。膨
脹弁３１を通つて冷却して、温度約−163℃圧力
約４Kg／cm2となつた主冷却流体は導管３２を経て
ジエツトスプレ装置３３から気化スペース３４内
に吹出される。この主冷却流体は熱交換器４内の
通路１２，２３，２９の壁部外面に直接接触して
対向流熱交換を行なう間に蒸発する。 気液分離器２１の液相スペース内の主冷却流体
は導管２２を経て熱交換器ユニツト４ａ内の内部
通路２３に入り温度約−130℃圧力約28Kg／cm2で
ダクト２４に入り膨脹弁２５で膨脹する。膨脹し
た主冷却流体は温度約−133℃圧力約3.7Kg／cm2で
ダクト２６を経てジエツトスプレ装置２７から熱
交換器内スペース３４内に吹出される。熱交換器
４内で内部通路１２，２３，２９の流れに対向流
で通路壁部外面に直接接触して蒸発しスプレ装置
３３から流下する主冷却流体と混合する。気化す
る主冷却流体と内部通路内の流体とは壁部両面に
直接接触して熱交換するため、熱交換器ユニツト
４ｂ内の通路１２，２９内の液の深冷を行ない、
熱交換器ユニツト４ａ内では通路１２，２９内の
ガスの液化と通路２３内の液の深冷を行なう。 熱交換器４内で気化した全量の主冷却流体は熱
交換器５の内部通路３７を通つて内部通路８内の
ガスGNと対向流熱交換する。熱交換器５を出る
ガス状主冷却流体は例えば温度５℃圧力３Kg／cm2
で第１段圧縮器１５ａの吸込口に入りサイクルを
繰返す。 補助冷却流体の閉回路３の作動を説明する。補
助冷却流体は温度約30℃圧力約３Kg／cm2で第１段
圧縮機に吸込まれ、低い中間圧力で中間冷却器６
０を経てガス状で第２段圧縮器３８ｂに吸込ま
れ、高い中間圧力約20Kg／cm2で冷却器４２に入
る。圧縮された補助冷却流体の一部成分は凝縮し
て気液混合物となり温度は約35℃である。冷却器
４２を出た補助冷却流体は大部分気化した他の部
分と合流して気液分離器４４に入る。ガス相は第
３段圧縮器３８ｃに吸込まれて約30Kg／cm2で導管
４６に入る。液相は加速ポンプ６４で昇圧して第
３段圧縮機３８ｃの出口圧力となり温度約＋35℃
圧力約32Kg／cm2で導管６５に入り、大部分は導管
７１、弁７３を通つて分流して導管４６に入り圧
縮機３８ｃの吐出すガス状流体に混合する。一部
はダクト６５を通り膨脹弁６６で相変化を生ずる
ことなく膨脹して高い中間圧力20Kg／cm2となる。
合流点７２の下流のダクト４６内のガス液混合物
は冷却器４７に入つて主部は液化される。冷却器
４７を通つた流体はダクト４８を通り、分岐部点
５７で２部分に合流する。第１の部分は熱交換器
６の内部通路４９を流れて熱交換し完全に液化し
て次に深冷される。他の部分はダクト５８、弁５
９を通つて高い中間圧力約20Kg／cm2となり部分的
に気化する。熱交換器６の内部通路４９内で深冷
された液は温度約−65℃圧力約28Kg／cm2でダクト
５０に入り膨脹弁５１で膨脹する。膨脹弁を通つ
て温度約−70℃圧力約3.5Kg／cm2となつた流体は
スプレ装置５３から熱交換器内部スペース５４内
に吹出される。内部スペース５４の形成する気化
通路を流れる流体は内部通路１９，４９内の流体
流と対向流となり、通路の壁部外面に直接接触し
て熱交換して気化し、通路１９，４９内の流体を
冷却し、通路１９内の主冷却流体の少なくとも一
部を液化し、通路４９内の補助冷却流体を完全に
液化し深冷する。熱交換器６内スペース５４で蒸
発した補助冷却流体は出口ポート５５を出る時は
温度約＋30℃圧力約３Kg／cm2であり、導管５６を
経て第１段圧縮機３８ａの吸込口に吸込まれる。 膨脹弁６６を通つて膨脹した補助冷却流体の液
部分は合流点６７において弁５９を通つた一部気
化部分と合流し冷却装置６０を通つた冷却装置６
０内で補助冷却流体と水分を含む天然ガスとの間
の熱交換を行なう。天然ガスは冷却装置６０の内
部通路７４を補助冷却流体に対して対向流で流れ
る。天然ガスGNは導管６８を経て温度約＋35℃
圧力約48Kg／cm2で冷却装置６０に供給され、内部
通路７４内で少なくとも一部の水分が凝縮され、
温度約＋20℃圧力約47Kg／cm2で比較的乾燥状態で
導管６９に入り、次に回路１の入口ダクト７に入
る。圧力低下があるため圧力値は45Kg／cm2とな
る。冷却装置６０内で補助冷却流体は天然ガスと
熱交換して加熱され、冷却装置を出る時に温度約
＋30℃圧力約20Kg／cm2となつてダクト６１を通り
合流点６２においてダクト４３内の一部液化した
補助冷却流体に合流する。ガス液混合物は分離器
４４で気液分離される。 高圧補助冷却流体の液部分を加速ポンプ６４ダ
クト６５を経て冷却装置６０に送ることによつて
膨脹弁５９を経て膨脹した補助冷却流体温度を所
定温度に保つてダクト５８を経て冷却装置６０に
送り、このため含水分天然ガスGL中から炭化水
素が凝縮するのを防ぐ。 熱交換器４，６はネスト型、管群型等の所要型
式とし、熱交換器５はプレート型が好適である。 第２図に示す回路装置の第１図との差異は、第
１に熱交換器６をプレート型の構成とし、膨脹弁
５１の出口のダクト５２は熱交換器６内の気化内
部通路７５に入り、内部通路７５の出口はダクト
５６に接続する。第２は熱交換器６内に他の気化
内部通路７６を形成し、通路７６の下流端はダク
ト７７を経て第２段圧縮機３８ｂの吸込口に接続
し、上流端はダクト７８、膨脹弁７９、導管８０
を経て内部通路４９と膨脹弁５１との間へ導管５
０の分岐点８１に接続する。第１第２段圧縮機３
８ａ，３８ｂ間の中間冷却器４０の出口の合流点
８２にダクト７７の下流端を接続する。 第２図の回路装置において、閉回路２内の主冷
却流体の組成は第１図の例と同様とし、補助冷却
流体の組成は次のようにする。 メタンCH4：０〜10％ エチレンC2H4又はエタンC2H6：30〜70％ プロピレンC3H3又はプロパンC3H8：10〜60％ イソブタン又はノルマンブタンC4H10及び重質炭
化水素：０〜20％ 第２図においては液化すべきガスの開回路１、
主冷却流体の閉回路２については第１図と同様で
ある。補助冷却流体の閉回路３については次のよ
うに変える。深冷液状補助冷却流体を通す導管５
０は分岐点８１で２本の平行の流れに分割し、一
方は膨脹弁５１を通つて温度約−70℃圧力約３
Kg／cm2として内部通路７５内で気化し内部通路１
９，４９を流れる流体と対向流熱交換する。通路
７５の下端は熱交換器６外でダクト５６に接続
し、温度約＋30℃圧力約2.5Kg／cm2で第１段圧縮
機３８ａに入る。分流した他の部分は導管８０膨
脹弁７９を通つて圧力約10Kg／cm2に低下する。次
に熱交換器６の内部通路７６内で気化し、内部通
路１９，４９内の主及び補助冷却流体と対向流熱
交換する。完全に気化した流体は通路７６からダ
クト７７に温度約＋30℃圧力約９Kg／cm2で入り、
導管３９内の第１段圧縮機３８ａの出口圧力に相
当する。合流点８２で中間冷却器４０からの補助
冷却流体と合流して第２段圧縮機３８ｂに吸込ま
れる。 かくして第２図に示した例では補助冷却流体は
３種の異なる圧力で蒸発し、第１段圧縮機３８ａ
の吸込側に生ずる低圧と、第１第２段圧縮機３８
ａ，３８ｂ間の第１の中間圧力と、第２第３段圧
縮機３８ｂ，３８ｃ間の第２の中間圧力とであ
る。 第３図に示す回路装置の第２図の装置との差易
は、主冷却流体は第２図の熱交換器６による補助
冷却流体との１回の熱交換による冷却ではなく、
直列の２個の熱交換器６ａ，６ｂを通す。主冷却
流体を通す内部通路１９ａ，１９ｂは中間のダク
ト８３を介して直列に接続し、通路１９ｂの下流
端を導管２０を経て気液分離器２１に接続する。
第２図に示した熱交換器６内の内部通路４９は第
３図の熱交換器６ａの内部通路４９ａに相当す
る。分岐点８１を過ぎた後に導管５０は第２の熱
交換器６ｂの内部通路４９ｂに接続し、通路４９
ｂの下流端は導管５０′を経て膨脹弁５１に接続
する。膨脹弁７９，５１で膨脹した液状冷却流体
は夫々異なる圧力即ち低圧と低い中間圧力で気化
を行ない、分離した熱交換器６ａ，６ｂに対して
ダクト７８，５２を通る補助冷却流体は夫々ジエ
ツトスプレ装置５３ａ，５３ｂに接続し、熱交換
器６ａ，６ｂの内部スペース５４ａ，５４ｂ内に
スプレ装置５３ａ，５３ｂから吹出して気化して
対向流熱交換する。スプレ装置の一方又は双方を
気化内部通路とすることもできる。 主冷却流体は第３図の回路２内での作動は第２
図と同様の温度圧力得件とする。 熱交換器６ａの内部通路４９ａを深冷液状で出
る補助冷却流体は温度約−10℃圧力約29Kg／cm2で
導管５０に入る。分流して膨脹弁７９を通り導管
８０に入る時は温度約−15℃圧力約10Kg／cm2であ
る。この流体はスプレ装置５３を経て熱交換器６
ａの内部スペース５４ａに入つて内部通路１９
ａ，４９ａの壁部外面に直接接触して対向流熱交
換して蒸発し熱交換器の出口ポート５５ａを温度
約＋30℃圧力約９Kg／cm2で出て導管７７に入る。
分流点８１で分流した補助冷却流体の液部分は熱
交換器６ｂの内部通路４９ｂに入つて深冷されて
ダクト５０′に温度約−65℃圧力約28Kg／cm2で入
り、膨脹弁５１で膨脹して温度約−70℃圧力約３
Kg／cm2で導管５２を経てスプレ装置５３ｂから熱
交換器６ｂの内部スペース５４ｂに吹出される。
この流体は内部通路１９ｂ，４９ｂ内の流体と対
向流熱交換して気化する。気化した第２の部分流
は熱交換器６ｂの出口ポート５５ｂを温度約−15
℃圧力約2.5Kg／cm2で出て導管５６に入る。導管
５６内の低圧ガス状補助冷却流体は第１の圧縮機
３８ａに吸込まれ、第２図の回路３の吸込温度30
℃より低温である。 第４図に示す実施例の第２図との差異は、比較
的乾燥した天然ガスGN用の予冷熱交換器８４を
ガス供給導管７に、ガス冷却熱交換器５の前に、
介挿する。予冷熱交換器８４は例えばプレート型
とし内部通路８５の上流端を供給導管７に接続
し、下流端を連結ダクト７′を経てガス冷却熱交
換器５の内部通路８の上流端に接続する。熱交換
器８４に内部通路８６と気化内部通路８７とを有
し、補助冷却流体を直列に通す。通路８６の上流
端はダクト８８を経て、内部通路４９と分流点５
７との間の導管４８の分流点８８に接続する。通
路８６の下流端は導管９０、膨脹弁９１、導管９
２を経て気化内部通路８７の上流端に接続し、通
路８７の下流端は導管９３を経て第２段圧縮機３
８ｂの吸込口に接続する。導管９３の中間点８
２，９４には中間冷却器４０の出口と導管７７を
通る流体を合流させる。 第４図に示す主冷却流体及び補助冷却流体の組
成は第２図についての説明と同様であり、開回路
１、閉回路２の作動も第２図と同様とし、閉回路
３の作動のみを以下に説明する。 液化すべきガスGNは比較的乾燥状態とし、温
度約＋20℃本力約45Kg／cm2で供給導管７に供給さ
れ、予冷熱交換器８４の内部通路８５を通つて予
冷され温度−15℃圧力約44.5Kg／cm2に補助冷却流
体との熱交換によつて冷却すぬ。予冷されたガス
GNは導管７′を経て熱交換器５に流入するこの
後は前述の説明と同様である。 導管４８を通る大部分液化した補助冷却流体は
分流点５７の後の分流点８９から導管８８を経て
予冷熱交換器８４の内部通路８６に入り熱交換に
よつて液化冷却する。通路８６を出て温度約−15
℃圧力約29Kg／cm2で導管９０に入つた流体は膨脹
弁９１を通つて膨脹し温度約−20℃圧力約10Kg／
cm2となつて導管９２を経て気化通路８７に流入す
る。この流体は通路８５，８６内の流体と対向流
熱交換して蒸発し、通路８５内の天然ガスGNを
予冷し、通路８６内の補助冷却流体を完全に液化
させて更に冷却する。完全に蒸発した流体は熱交
換器８４を出て温度約＋30℃圧力は低い中間圧力
約９Kg／cm2で導管９３に入り合流点９４，８２で
補助冷却流体の気化部分を導管７７，３９から合
流させて中間圧縮機３８ｂに吸込まれる。 第４図に示す回路装置は圧縮入力を主冷却流体
回路２と補助冷却流体回路とに分割し、図示の例
では回路２，３の圧縮入力はほぼ等しくする。第
２図の場合よりも補助冷却流体用の圧縮負荷が大
きい。第４図の例では回路２，３の圧縮機駆動用
原動機は夫々２個とする。即ち、 圧縮機１５ａを駆動する原動機、 圧縮機１５ｂを駆動する原動機、 圧縮機３８ａを駆動する原動機、 圧縮機３８ｂ，３８ｃを共通軸に連結して駆動
する原動機である。 予冷熱交換器８４の気化内部通路８７に代え
て、導管９２にジエツトスプレ装置を接続して熱
交換器８４の内部スペース９５内に補助冷却流体
を吹出させ、内部通路８５，８６内の流体流と対
向流と対向通路８５，８６の壁部外面に直接接触
して熱交換して蒸発させることもできる。 第５図に示す回路装置は第３図に示した回路装
置に第４図に示したガス予却熱交換器８４を付加
し、熱交換器８４は図示の例ではプレート型でな
くコイル巻きした管群を収容した型式とする。ジ
エツトスプレ装置９６から熱交換器８４の内部ス
ペース９５に吹出された補助冷却流体は通路８
５，８６内の流体流に対向流となつて通路８５，
８６を形成する管外面に直接接触して蒸発し、通
路８５内の天然ガスGLを予冷し、通路８６内の
補助冷却流体を液化冷却する。補助冷却流体はス
ペース９５内で完全に蒸発して熱交換器８４の出
口ポート９７を出て導管９３に入り前述の通り第
２段圧縮機３８ｂに吸込まれる。供給導管７に供
給された比較的乾燥した天然ガスGNは温度約＋
20℃圧力約46Kg／cm2で熱交換８４で予冷され温度
約−15℃圧力約45Kg／cm2となる。 回路１，２，３の他の部分は前述の実施例と同
様に作動する。 次の表は主及び冷却流体のサイクルに使用した
圧縮機及びポンプの入力と既知の装置の圧縮機入
力に対する利得を示す。
種のガスを冷却液化するための低沸点ガスの液化
装置に関する。 従来のガス液化装置においては、低温でガスを
液化するために所要の熱交換器を通してガスを低
温高圧で凝縮させ、液化したガスを高圧で深冷し
た後に膨張部材を通して膨張させて低圧タンク内
に液化ガスを回収する。このような装置において
は、低沸点の比較的乾燥したガスを冷却液化する
ためには、液化するべきガスを軽質の主冷却流体
の少なくとも一部と熱交換させ、一方、主冷却流
体を重質の補助冷却流体と熱交換させて少なくと
もその一部を予じめ液化する。これらの冷却流体
は寒冷生成回路網の一部を形成する。各冷却流体
は次第に沸点の異なる数種の成分の混合物として
閉ループ冷却サイクル内で次の作用を受ける。す
なわち、低圧から高圧までの気体状態での少なく
とも１回の圧縮、例えば水あるいは空気等の外部
媒体との熱交換による高圧での部分的な凝縮を伴
う予冷、気化した状態の冷却流体の冷却流体自身
あるいは冷却すべきガスとの向流式の熱交換によ
るガスおよび冷却流体の凝縮及び深冷を伴う自己
冷却、及び再加熱されて気化した低圧蒸気の再圧
縮である。この既知の装置は、各種の冷却流体を
圧縮するために大きな動力を必要とし、従つて、
単位製品量（液化ガスの量）当たりのエネルギ経
費が大きくなる。 本発明の目的は、従来の装置を改良して単位製
品量当たりに必要とする冷却流体圧縮用の所要動
力を減少してエネルギ消費を減少させ、ランニン
グコスト及び圧縮機購入価格を低減させることに
ある。 上述の目的を達成するために、本願発明におい
ては、低沸点ガスの開回路と、前記低沸点ガスの
開回路と寒冷熱交換器によつて熱交換関係に設け
られて低沸点ガスを冷却、深冷および予冷するた
めの主冷却流体の閉回路と、この主冷却流体の閉
回路と寒冷熱交換器により熱交換関係に設けられ
て前記主冷却流体の予冷および少なくとも部分的
な液化を行うための補助冷却流体の閉回路と、を
備え、また前記補助冷却流体の閉回路が、少なく
とも１つの気体圧縮機と、外部冷却媒体を用いる
凝縮冷却器と、前記熱交換器を通つて伸びる主冷
却流体用の通路と同一方向に伸び前記熱交換器を
流過する補助冷却流体用の通路と、前記通路の下
流側の端部に設けられる第１の膨張弁と、を備え
て成る低沸点の比較的乾燥した少なくとも１種の
ガスを冷却液化するための低沸点ガスの液化装置
において、前記凝縮冷却器を気液分離器の入口に
連結し、この気液分離器の気相スペースを他の圧
縮機の吸込側に連結し、この他の圧縮機もまた他
の凝縮冷却器の入口に連結し、また前記気液分離
器の液相スペースを加速ポンプの吸込側に連結
し、この加速ポンプの吐出側の一部を前記他の凝
縮冷却器の入口にまた他の一部は第２の膨張弁に
連結し、前記他の凝縮冷却器の出口を前記熱交換
器の前記通路の入口および第３の膨張弁に連結
し、前記第２および第３の膨張弁の出口を低沸点
ガスのための冷却器を介して前記気液分離器の入
口に連結している。 このように本願発明においては、低沸点ガスの
開回路、低沸点ガスを冷却するための主冷却流体
の閉回路およびこの主冷却流体を冷却するための
補助冷却流体の閉回路により上記低沸点ガスを液
化するに際し、上記補助冷却流体の閉回路に、圧
縮機、凝縮冷却器、気液分離器、圧縮機および凝
縮冷却器を直列に設け、上記気液分離器の気相側
を上記圧縮機に接続するとともにその液相側を加
速ポンプに接続し、この加速ポンプの吐出側すな
わち出口を上記凝縮冷却器に接続している。 すなわち、圧縮機の手前に気液分離器を設け、
この気液分離器の液体部分を加速ポンプを介して
上記凝縮冷却器に直接送ること、すなわち気液分
離器中の液体部分が上記圧縮機をバイパスするよ
うになすこと、により、圧縮機の動力費を低減
し、ひいては低沸点ガスの単位容積当たりの冷却
コストを低減するのである。 本発明の理解を容易にし目的と利点とを明らか
にするための例示とした実施例並びに図面につい
て説明する。 各図において同じ符号によつて同様の部分又は
部品を示す。実施例における圧力温度の値は例示
である。圧力は絶対圧力Kg／cm2として示す。 第１図に示す冷却装置には、冷却すべき流体例
えば天然ガスGNを冷却する開回路１と、主冷却
流体閉回路２と、補助冷却流体閉回路３とを有す
る。各回路は２点鎖線で囲み、液化すべきガス
GNの流路は太い実線で示す。冷却すべきガスの
開路１と主冷却流体の閉回路２とは熱的に互に結
合し、熱交換器４，５はガスGNの液化及び深冷
用と予冷用である。主冷却流体閉回路２と補助冷
却流体閉回路３とは互に共通熱交換器６によつて
互に結合し、主冷却流体の予冷及び一部液化を行
なう。 液化すべきガスGNの開回路１の供給導管７は
予冷熱交換器５の内部通路８に連通し、内部通路
８を出たガスはダクト９を経てガス処理装置１
０、ダクト１１を経て熱交換器４の入口に接続す
る。熱交換器４は直列接続した２段の熱交換ユニ
ツト４ａ，４ｂから成り、ユニツト４ａ内で液化
したガスはユニツト４ｂ内で深冷される。両ユニ
ツト４ａ，４ｂは別個の熱交換器とすることもで
き、図示の通り同じケーシング内に上下に取付け
ることもでき、直列接続とする。 ダクト１１は熱交換器ユニツト４ａ，４ｂ内を
延長する内部通路１２に接続し、通路出口は熱交
換器４の出口で液化ガスGNL用導管１３に接続
する。導管１３に膨脹部材１４例えば膨脹弁を介
挿する。 閉回路２内を通す主冷却流体は軽質流体であ
り、複数の凝固点の異なる成分から成る混合物と
し、主部は炭化水素である。主冷却流体の成分例
は次の通りである。 窒素N2：０〜10％ メタンCH4：30〜60％ エチレンC2H4又はエタンC2H6：30〜60％ プロピレンC3H6、プロパンC3H8、ブタンC4H10
及び重質炭化水素：０〜20％ この回路２の構成を冷却流体の流れの方向に説
明する。冷却流体をガス状で圧縮する圧縮機装置
１５は例えば低圧段１５ａと高圧段１５ｂとを有
し、個別に、又は機械的に結合した１個の原動機
によつて駆別する。両圧縮機１５ａ，１５ｂは中
間冷却器１６を介して直列接続する。冷却器１６
は外部媒体例えば水又は空気冷却する。高圧段圧
縮機１５ｂの出口はダクト１７を経て冷却器１８
に接続し、冷却器１８は外部媒体例えば水又は空
気で冷却する。冷却器１８の出口は熱交換器６の
入口において内部通路１９に接続する。通路１９
の出口は導管２０を経て気液分離器２１に接続す
る。分離器２０の液相スペースは導管２２を経て
熱交換器４のユニツト４ａ内の内部通路２３の上
流端に接続する。通路２３はユニツト４ａ内で内
部通路１２とほぼ平行に同方向に延長する。内部
通路２３の下流端は熱交換器ユニツト４ａの出口
においてダクト２４を経て膨脹部材２５例えば膨
脹弁を通りダクト２６を経てジエツトスプレ装置
２７に接続して熱交換器ユニツト４ａの頂端で内
部通路２３，１２に向けて熱交換器４のケーシン
グ内に開口する。この冷却流体は気化しながら熱
交換器スペース内を流下し内部通路１２，２３内
の流体と対向流熱交換し、通路１２，２３を形成
する管等の壁面外に直接接触する。 気液分離器２１の気相スペースは導管２８を経
て熱交換器ユニツト４ａの内部通路２９の上流端
に接続する。通路２９は内部通路１２，２３とほ
ぼ平行に同方向に熱交換器ユニツト４ａ，４ｂ内
を延長する。通路２９の出口はダクト３０、膨脹
弁等の膨脹部材３１、ダクト３２を経てジエツト
スプレ装置３３に接続する。スプレ装置３３は熱
交換器４の頂端内に通路１２，２９に向けてスペ
ース３４内に開口し通路１２，２９を通る流体と
対向流熱交換する。スプレ装置３３を出た流体は
通路１２，２９を形成する壁部外面に直接接触し
て気化しながら流下して熱交換する。熱交換器４
の共通内部スペース３４は内部通路１２，２３，
２９の上流端附近の出口ポート３５は熱交換器５
の内部通路３７を経て低圧段圧縮機１５ａの吸込
口に接続する。内部通路３７は内部通路８にほぼ
平行に対向流として延長する。 補助冷却流体の閉回路３内の重質流体は炭化水
素のみの混合物であり、例えば次の成分を有す
る。 メタン：０〜15％ エチレンC2H2又はエタンC2H6：30〜65％ プロピレンC3H6又はプロパンC3H8：10〜60％ イソブタン又はノルマルブタン及び重質炭化水
素：０〜30％ 補助冷却流体へ閉回路３を流体流の方向に説明
する。ガス圧縮用圧縮機装置３８は図示の例では
３段圧縮機３８ａ，３８ｂ，３８ｃを直列に連結
する。各圧縮機は個別原動機駆動とすることもで
き、２台又は３台の圧縮機を共通軸に連結して合
計２台又は１台の原動機で駆動することもでき
る。第１段圧縮機３８ａの出口ポートをダクト３
９、冷却器４０を介して第２段圧縮機３８ｂの吸
込口に接続する。冷却器４０は外部媒体例えば水
又は空気冷却とする。第２段圧縮機３８ｂの出口
ポートは導管４１を経て凝縮冷却器４２の入口に
接続する。冷却器４２は外部媒体例えば水又は空
気冷却とする。冷却器４２の出口は導管４３を経
て気液分離管４４に接続し、この気相スペースは
導管４５を経て第３端圧縮機３８ｃの吸込ポート
に接続し、吐出ポートは導管４６を経て凝縮冷却
器４７に接続する。冷却器４７は水、空気等の外
部媒体冷却とする。冷却器４７の出口はダクト４
８を経て両回路２，３に共通の熱交換器６の内部
通路１９にほぼ平行の内部通路４９に接続する。
通路４９の出口は熱交換器６の外部でダクト５
０、連続又は永久フラツクス脚暖部材例えば膨脹
弁５１、ダクト５２を経てジエツトスプレ装置５
３に接続する。スプレ装置５３は熱交換器６の内
部スペース５４頂部から内部通路１９，４９に向
けて開口し、吹出した流体は通路１９，４９の壁
部外面に直接接触して対向流熱交換する。スペー
ス５４の下端の出口ポート５５は導管５６を経て
第１段圧縮機３８ａの吸込ポートに接続する。導
管４８の分岐点５７に接続した分岐ダクト５８は
膨脹部材例えば膨脹弁５９を介して冷却装置６０
の入口に接続し、この出口はダクト６１を介して
冷却器４２と分離器４４との間の導管４３の合流
点６２に接続する。 気液分離器４４の液相スペースは導管６３を経
て加速循環ポンプ６４の吸込ポートに接続し；出
口ポートは導管６５、膨脹部材例えば膨脹弁６６
を経て、膨脹弁５９と冷却器６０との間のダクト
５８の合流点６７に接続する。冷却装置６０は入
口ダクト６８と出口ダクト６９間の天然ガスを冷
却する。 導管６５の中間点７０に接続した分岐ダクト７
１は導管４６の圧縮機３８ｃと冷却器４７間の合
流点７２に弁７３を介して接続する。 第１図の開回路１の作動は次の通りである。液
化すべきガスGNは比較的水分の少ない状態で導
管７に温度約＋20℃圧力約45Kg／cm2で供給され、
熱交換器５の内部通路８内で内部通路３７内の主
冷却流体と対向流熱交換して予冷される。熱交換
器５を出てダクト９内に入る流体GNの温度は約
−60℃圧力約44Kg／cm2で処理装置１０に入りダク
ト１１を経て熱交換器ユニツト４ａ，４ｂ内の内
部通路１２を通つて主冷却流体と対向流熱交換し
て完全に液化し更に深冷される。熱交換器４を出
る時の液化ガスは温度約−160℃圧力約40Kg／cm2
である。液化ガスは膨脹弁１４で膨脹して導管１
３に入り、液化天然ガスGNLとしてタンクに貯
蔵され又は所要用途に使用する。 主冷却流体の閉回路２の作動は次の通りであ
る。主冷却流体は温度約＋５℃圧力約３Kg／cm2で
第１の圧縮機１５ａに吸込まれ、中間圧力で中間
冷却器１６を経て第２の圧縮機１５ｂに吸込まれ
ガス状で圧力約30Kg／cm2で冷却器１８に入り、ガ
ス状で温度約35℃でダクト１７を通る。次に熱交
換器６の内部通路１９を通つて補助冷却流体と対
向流熱交換して冷却され一部は液化する。一部液
化した主冷却流体は温度約−65℃圧力約29Kg／cm2
となつて熱交換器６を去り、液相と気相とは分離
器２１で分離される。気相はダクト２８を経て熱
交換器ユニツト４ａ内の通路２９を通つて液化し
た熱交換器ユニツト４ｂ内の通路２９で深冷され
ダクト３０に入る時の温度約−160℃圧力約28
Kg／cm2となり、膨脹弁３１を通つて膨脹する。膨
脹弁３１を通つて冷却して、温度約−163℃圧力
約４Kg／cm2となつた主冷却流体は導管３２を経て
ジエツトスプレ装置３３から気化スペース３４内
に吹出される。この主冷却流体は熱交換器４内の
通路１２，２３，２９の壁部外面に直接接触して
対向流熱交換を行なう間に蒸発する。 気液分離器２１の液相スペース内の主冷却流体
は導管２２を経て熱交換器ユニツト４ａ内の内部
通路２３に入り温度約−130℃圧力約28Kg／cm2で
ダクト２４に入り膨脹弁２５で膨脹する。膨脹し
た主冷却流体は温度約−133℃圧力約3.7Kg／cm2で
ダクト２６を経てジエツトスプレ装置２７から熱
交換器内スペース３４内に吹出される。熱交換器
４内で内部通路１２，２３，２９の流れに対向流
で通路壁部外面に直接接触して蒸発しスプレ装置
３３から流下する主冷却流体と混合する。気化す
る主冷却流体と内部通路内の流体とは壁部両面に
直接接触して熱交換するため、熱交換器ユニツト
４ｂ内の通路１２，２９内の液の深冷を行ない、
熱交換器ユニツト４ａ内では通路１２，２９内の
ガスの液化と通路２３内の液の深冷を行なう。 熱交換器４内で気化した全量の主冷却流体は熱
交換器５の内部通路３７を通つて内部通路８内の
ガスGNと対向流熱交換する。熱交換器５を出る
ガス状主冷却流体は例えば温度５℃圧力３Kg／cm2
で第１段圧縮器１５ａの吸込口に入りサイクルを
繰返す。 補助冷却流体の閉回路３の作動を説明する。補
助冷却流体は温度約30℃圧力約３Kg／cm2で第１段
圧縮機に吸込まれ、低い中間圧力で中間冷却器６
０を経てガス状で第２段圧縮器３８ｂに吸込ま
れ、高い中間圧力約20Kg／cm2で冷却器４２に入
る。圧縮された補助冷却流体の一部成分は凝縮し
て気液混合物となり温度は約35℃である。冷却器
４２を出た補助冷却流体は大部分気化した他の部
分と合流して気液分離器４４に入る。ガス相は第
３段圧縮器３８ｃに吸込まれて約30Kg／cm2で導管
４６に入る。液相は加速ポンプ６４で昇圧して第
３段圧縮機３８ｃの出口圧力となり温度約＋35℃
圧力約32Kg／cm2で導管６５に入り、大部分は導管
７１、弁７３を通つて分流して導管４６に入り圧
縮機３８ｃの吐出すガス状流体に混合する。一部
はダクト６５を通り膨脹弁６６で相変化を生ずる
ことなく膨脹して高い中間圧力20Kg／cm2となる。
合流点７２の下流のダクト４６内のガス液混合物
は冷却器４７に入つて主部は液化される。冷却器
４７を通つた流体はダクト４８を通り、分岐部点
５７で２部分に合流する。第１の部分は熱交換器
６の内部通路４９を流れて熱交換し完全に液化し
て次に深冷される。他の部分はダクト５８、弁５
９を通つて高い中間圧力約20Kg／cm2となり部分的
に気化する。熱交換器６の内部通路４９内で深冷
された液は温度約−65℃圧力約28Kg／cm2でダクト
５０に入り膨脹弁５１で膨脹する。膨脹弁を通つ
て温度約−70℃圧力約3.5Kg／cm2となつた流体は
スプレ装置５３から熱交換器内部スペース５４内
に吹出される。内部スペース５４の形成する気化
通路を流れる流体は内部通路１９，４９内の流体
流と対向流となり、通路の壁部外面に直接接触し
て熱交換して気化し、通路１９，４９内の流体を
冷却し、通路１９内の主冷却流体の少なくとも一
部を液化し、通路４９内の補助冷却流体を完全に
液化し深冷する。熱交換器６内スペース５４で蒸
発した補助冷却流体は出口ポート５５を出る時は
温度約＋30℃圧力約３Kg／cm2であり、導管５６を
経て第１段圧縮機３８ａの吸込口に吸込まれる。 膨脹弁６６を通つて膨脹した補助冷却流体の液
部分は合流点６７において弁５９を通つた一部気
化部分と合流し冷却装置６０を通つた冷却装置６
０内で補助冷却流体と水分を含む天然ガスとの間
の熱交換を行なう。天然ガスは冷却装置６０の内
部通路７４を補助冷却流体に対して対向流で流れ
る。天然ガスGNは導管６８を経て温度約＋35℃
圧力約48Kg／cm2で冷却装置６０に供給され、内部
通路７４内で少なくとも一部の水分が凝縮され、
温度約＋20℃圧力約47Kg／cm2で比較的乾燥状態で
導管６９に入り、次に回路１の入口ダクト７に入
る。圧力低下があるため圧力値は45Kg／cm2とな
る。冷却装置６０内で補助冷却流体は天然ガスと
熱交換して加熱され、冷却装置を出る時に温度約
＋30℃圧力約20Kg／cm2となつてダクト６１を通り
合流点６２においてダクト４３内の一部液化した
補助冷却流体に合流する。ガス液混合物は分離器
４４で気液分離される。 高圧補助冷却流体の液部分を加速ポンプ６４ダ
クト６５を経て冷却装置６０に送ることによつて
膨脹弁５９を経て膨脹した補助冷却流体温度を所
定温度に保つてダクト５８を経て冷却装置６０に
送り、このため含水分天然ガスGL中から炭化水
素が凝縮するのを防ぐ。 熱交換器４，６はネスト型、管群型等の所要型
式とし、熱交換器５はプレート型が好適である。 第２図に示す回路装置の第１図との差異は、第
１に熱交換器６をプレート型の構成とし、膨脹弁
５１の出口のダクト５２は熱交換器６内の気化内
部通路７５に入り、内部通路７５の出口はダクト
５６に接続する。第２は熱交換器６内に他の気化
内部通路７６を形成し、通路７６の下流端はダク
ト７７を経て第２段圧縮機３８ｂの吸込口に接続
し、上流端はダクト７８、膨脹弁７９、導管８０
を経て内部通路４９と膨脹弁５１との間へ導管５
０の分岐点８１に接続する。第１第２段圧縮機３
８ａ，３８ｂ間の中間冷却器４０の出口の合流点
８２にダクト７７の下流端を接続する。 第２図の回路装置において、閉回路２内の主冷
却流体の組成は第１図の例と同様とし、補助冷却
流体の組成は次のようにする。 メタンCH4：０〜10％ エチレンC2H4又はエタンC2H6：30〜70％ プロピレンC3H3又はプロパンC3H8：10〜60％ イソブタン又はノルマンブタンC4H10及び重質炭
化水素：０〜20％ 第２図においては液化すべきガスの開回路１、
主冷却流体の閉回路２については第１図と同様で
ある。補助冷却流体の閉回路３については次のよ
うに変える。深冷液状補助冷却流体を通す導管５
０は分岐点８１で２本の平行の流れに分割し、一
方は膨脹弁５１を通つて温度約−70℃圧力約３
Kg／cm2として内部通路７５内で気化し内部通路１
９，４９を流れる流体と対向流熱交換する。通路
７５の下端は熱交換器６外でダクト５６に接続
し、温度約＋30℃圧力約2.5Kg／cm2で第１段圧縮
機３８ａに入る。分流した他の部分は導管８０膨
脹弁７９を通つて圧力約10Kg／cm2に低下する。次
に熱交換器６の内部通路７６内で気化し、内部通
路１９，４９内の主及び補助冷却流体と対向流熱
交換する。完全に気化した流体は通路７６からダ
クト７７に温度約＋30℃圧力約９Kg／cm2で入り、
導管３９内の第１段圧縮機３８ａの出口圧力に相
当する。合流点８２で中間冷却器４０からの補助
冷却流体と合流して第２段圧縮機３８ｂに吸込ま
れる。 かくして第２図に示した例では補助冷却流体は
３種の異なる圧力で蒸発し、第１段圧縮機３８ａ
の吸込側に生ずる低圧と、第１第２段圧縮機３８
ａ，３８ｂ間の第１の中間圧力と、第２第３段圧
縮機３８ｂ，３８ｃ間の第２の中間圧力とであ
る。 第３図に示す回路装置の第２図の装置との差易
は、主冷却流体は第２図の熱交換器６による補助
冷却流体との１回の熱交換による冷却ではなく、
直列の２個の熱交換器６ａ，６ｂを通す。主冷却
流体を通す内部通路１９ａ，１９ｂは中間のダク
ト８３を介して直列に接続し、通路１９ｂの下流
端を導管２０を経て気液分離器２１に接続する。
第２図に示した熱交換器６内の内部通路４９は第
３図の熱交換器６ａの内部通路４９ａに相当す
る。分岐点８１を過ぎた後に導管５０は第２の熱
交換器６ｂの内部通路４９ｂに接続し、通路４９
ｂの下流端は導管５０′を経て膨脹弁５１に接続
する。膨脹弁７９，５１で膨脹した液状冷却流体
は夫々異なる圧力即ち低圧と低い中間圧力で気化
を行ない、分離した熱交換器６ａ，６ｂに対して
ダクト７８，５２を通る補助冷却流体は夫々ジエ
ツトスプレ装置５３ａ，５３ｂに接続し、熱交換
器６ａ，６ｂの内部スペース５４ａ，５４ｂ内に
スプレ装置５３ａ，５３ｂから吹出して気化して
対向流熱交換する。スプレ装置の一方又は双方を
気化内部通路とすることもできる。 主冷却流体は第３図の回路２内での作動は第２
図と同様の温度圧力得件とする。 熱交換器６ａの内部通路４９ａを深冷液状で出
る補助冷却流体は温度約−10℃圧力約29Kg／cm2で
導管５０に入る。分流して膨脹弁７９を通り導管
８０に入る時は温度約−15℃圧力約10Kg／cm2であ
る。この流体はスプレ装置５３を経て熱交換器６
ａの内部スペース５４ａに入つて内部通路１９
ａ，４９ａの壁部外面に直接接触して対向流熱交
換して蒸発し熱交換器の出口ポート５５ａを温度
約＋30℃圧力約９Kg／cm2で出て導管７７に入る。
分流点８１で分流した補助冷却流体の液部分は熱
交換器６ｂの内部通路４９ｂに入つて深冷されて
ダクト５０′に温度約−65℃圧力約28Kg／cm2で入
り、膨脹弁５１で膨脹して温度約−70℃圧力約３
Kg／cm2で導管５２を経てスプレ装置５３ｂから熱
交換器６ｂの内部スペース５４ｂに吹出される。
この流体は内部通路１９ｂ，４９ｂ内の流体と対
向流熱交換して気化する。気化した第２の部分流
は熱交換器６ｂの出口ポート５５ｂを温度約−15
℃圧力約2.5Kg／cm2で出て導管５６に入る。導管
５６内の低圧ガス状補助冷却流体は第１の圧縮機
３８ａに吸込まれ、第２図の回路３の吸込温度30
℃より低温である。 第４図に示す実施例の第２図との差異は、比較
的乾燥した天然ガスGN用の予冷熱交換器８４を
ガス供給導管７に、ガス冷却熱交換器５の前に、
介挿する。予冷熱交換器８４は例えばプレート型
とし内部通路８５の上流端を供給導管７に接続
し、下流端を連結ダクト７′を経てガス冷却熱交
換器５の内部通路８の上流端に接続する。熱交換
器８４に内部通路８６と気化内部通路８７とを有
し、補助冷却流体を直列に通す。通路８６の上流
端はダクト８８を経て、内部通路４９と分流点５
７との間の導管４８の分流点８８に接続する。通
路８６の下流端は導管９０、膨脹弁９１、導管９
２を経て気化内部通路８７の上流端に接続し、通
路８７の下流端は導管９３を経て第２段圧縮機３
８ｂの吸込口に接続する。導管９３の中間点８
２，９４には中間冷却器４０の出口と導管７７を
通る流体を合流させる。 第４図に示す主冷却流体及び補助冷却流体の組
成は第２図についての説明と同様であり、開回路
１、閉回路２の作動も第２図と同様とし、閉回路
３の作動のみを以下に説明する。 液化すべきガスGNは比較的乾燥状態とし、温
度約＋20℃本力約45Kg／cm2で供給導管７に供給さ
れ、予冷熱交換器８４の内部通路８５を通つて予
冷され温度−15℃圧力約44.5Kg／cm2に補助冷却流
体との熱交換によつて冷却すぬ。予冷されたガス
GNは導管７′を経て熱交換器５に流入するこの
後は前述の説明と同様である。 導管４８を通る大部分液化した補助冷却流体は
分流点５７の後の分流点８９から導管８８を経て
予冷熱交換器８４の内部通路８６に入り熱交換に
よつて液化冷却する。通路８６を出て温度約−15
℃圧力約29Kg／cm2で導管９０に入つた流体は膨脹
弁９１を通つて膨脹し温度約−20℃圧力約10Kg／
cm2となつて導管９２を経て気化通路８７に流入す
る。この流体は通路８５，８６内の流体と対向流
熱交換して蒸発し、通路８５内の天然ガスGNを
予冷し、通路８６内の補助冷却流体を完全に液化
させて更に冷却する。完全に蒸発した流体は熱交
換器８４を出て温度約＋30℃圧力は低い中間圧力
約９Kg／cm2で導管９３に入り合流点９４，８２で
補助冷却流体の気化部分を導管７７，３９から合
流させて中間圧縮機３８ｂに吸込まれる。 第４図に示す回路装置は圧縮入力を主冷却流体
回路２と補助冷却流体回路とに分割し、図示の例
では回路２，３の圧縮入力はほぼ等しくする。第
２図の場合よりも補助冷却流体用の圧縮負荷が大
きい。第４図の例では回路２，３の圧縮機駆動用
原動機は夫々２個とする。即ち、 圧縮機１５ａを駆動する原動機、 圧縮機１５ｂを駆動する原動機、 圧縮機３８ａを駆動する原動機、 圧縮機３８ｂ，３８ｃを共通軸に連結して駆動
する原動機である。 予冷熱交換器８４の気化内部通路８７に代え
て、導管９２にジエツトスプレ装置を接続して熱
交換器８４の内部スペース９５内に補助冷却流体
を吹出させ、内部通路８５，８６内の流体流と対
向流と対向通路８５，８６の壁部外面に直接接触
して熱交換して蒸発させることもできる。 第５図に示す回路装置は第３図に示した回路装
置に第４図に示したガス予却熱交換器８４を付加
し、熱交換器８４は図示の例ではプレート型でな
くコイル巻きした管群を収容した型式とする。ジ
エツトスプレ装置９６から熱交換器８４の内部ス
ペース９５に吹出された補助冷却流体は通路８
５，８６内の流体流に対向流となつて通路８５，
８６を形成する管外面に直接接触して蒸発し、通
路８５内の天然ガスGLを予冷し、通路８６内の
補助冷却流体を液化冷却する。補助冷却流体はス
ペース９５内で完全に蒸発して熱交換器８４の出
口ポート９７を出て導管９３に入り前述の通り第
２段圧縮機３８ｂに吸込まれる。供給導管７に供
給された比較的乾燥した天然ガスGNは温度約＋
20℃圧力約46Kg／cm2で熱交換８４で予冷され温度
約−15℃圧力約45Kg／cm2となる。 回路１，２，３の他の部分は前述の実施例と同
様に作動する。 次の表は主及び冷却流体のサイクルに使用した
圧縮機及びポンプの入力と既知の装置の圧縮機入
力に対する利得を示す。
【表】
【表】
上述の表に示した通り、第５図の装置では利得
11％に達する。 本発明は種々の変型が可能であり実施例並びに
図面は例示であつて発明を限定するものではな
い。
11％に達する。 本発明は種々の変型が可能であり実施例並びに
図面は例示であつて発明を限定するものではな
い。
第１図は天然ガス液化回路装置の第１の実施例
を示し補助冷却流体を低圧中圧で膨脹させる配管
系統図、第２図は第２の実施例を示し補助冷却流
体を低圧と２種の中圧で膨脹させる系統図、第３
図は第３の実施例を示し主冷却流体を２段に冷却
する系統図、第４図は第４の実施例を示し液化す
べきガスを補助冷却流体で予冷する系統図、第５
図は第５の実施例を示し液化すべきガスを補助冷
却流体で予冷する系統図である。 １……冷却すべきガスの開回路、２……主冷却
流体の閉回路、３……補助冷却流体の閉回路、
４，５，６，６ａ，６ｂ……熱交換器、８，１
２，１９，２３，２９，３７，４９……内部通
路、１５，３８……圧縮機装置、１４，２５，３
１……膨脹弁、１６，１８，４０，４２，４７…
…冷却器、２１，４４……気液分離器。
を示し補助冷却流体を低圧中圧で膨脹させる配管
系統図、第２図は第２の実施例を示し補助冷却流
体を低圧と２種の中圧で膨脹させる系統図、第３
図は第３の実施例を示し主冷却流体を２段に冷却
する系統図、第４図は第４の実施例を示し液化す
べきガスを補助冷却流体で予冷する系統図、第５
図は第５の実施例を示し液化すべきガスを補助冷
却流体で予冷する系統図である。 １……冷却すべきガスの開回路、２……主冷却
流体の閉回路、３……補助冷却流体の閉回路、
４，５，６，６ａ，６ｂ……熱交換器、８，１
２，１９，２３，２９，３７，４９……内部通
路、１５，３８……圧縮機装置、１４，２５，３
１……膨脹弁、１６，１８，４０，４２，４７…
…冷却器、２１，４４……気液分離器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 低沸点の比較的乾燥した少なくとも１種のガ
スを冷却液化するための低沸点ガスの液化装置で
あつて、 低沸点ガスの開回路１と、 前記低沸点ガスの開回路と寒冷熱交換器４，５
によつて熱交換関係に設けられて低沸点ガスを冷
却、深冷および予冷するための主冷却流体の閉回
路２と、 この主冷却流体の閉回路と寒冷熱交換器６によ
り熱交換関係に設けられて前記主冷却流体の予冷
および少なくとも部分的な液化を行うための補助
冷却流体の閉回路３と、を備えて成り、 前記補助冷却流体の閉回路が、少なくとも１つ
の気体圧縮機３８と、外部冷却媒体を用いる凝縮
冷却器４２と、前記熱交換器６を通つて伸びる主
冷却流体用の通路１９と同一方向に伸び前記熱交
換器６を流過する補助冷却流体用の通路４９と、
前記通路４９の下流側の端部に設けられる第１の
膨張弁５１と、を備え、 前記凝縮冷却器４２は気液分離器４４の入口に
連結されており、この気液分離器の気相スペース
は他の圧縮機３８ｃの吸込側４５に連結されてお
り、この他の圧縮機３８ｃもまた他の凝縮冷却器
４７の入口に連結されており、また前記気液分離
器４４の液相スペースは加速ポンプ６４の吸込側
６３に連結されており、この加速ポンプの吐出側
の一部は前記他の凝縮冷却器４７の入口７２にま
た他の一部は第２の膨張弁６６に連結されてお
り、前記他の凝縮冷却器４７の出口４８は前記熱
交換器６の前記通路４９の入口および第３の膨張
弁５９に連結されており、前記第２および第３の
膨張弁６６，５９の出口６７は低沸点ガスのため
の冷却器６０を介して前記気液分離器の入口に連
結されていることを特徴とする低沸点ガスの液化
装置。 ２ 前記流通路４９の下流側の端部もまた、他の
膨張弁７９を介して、前記熱交換器６を通つて伸
びる他の通路７６に並列に連結されており、前記
２つの通路７５，７６のそれぞれの下流側の端部
は前記２つの圧縮機３８ａ，３８ｂの吸込側にそ
れぞれ連結されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の低沸点ガスの液化装置。 ３ 前記低沸点ガスの予冷を行うための少なくと
も１つの予冷熱交換器８４を備え、この予冷熱交
換器はこれを横断する３つの通路、すなわち、前
記低沸点ガスのための通路８５、前記補助冷却流
体を全部液化するとともに深冷を行うための通路
８６、および補助冷却流体をを気化するための通
路８７、を有しており、前記通路８６の上流側の
端部は導管４８に連結されており、この導管は前
記他の凝縮冷却器４７の出口を前記熱交換器６の
入口に連結して前記主冷却流体を予冷するように
なされており、またこの通路８６の下流側の端部
は第４の膨張弁９１に連結されており、更に前記
通路８７は前記第４の膨張部材９１の出口の上流
側および前記第２の圧縮機３８の吸込側の下流端
に連結されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項に記載の低沸点ガスの液化装
置。 ４ 前記熱交換器６が２つの熱交換器６ａ，６ｂ
を備え、上流側の熱交換器６ａを通つて伸びかつ
内部を前記主冷却流体が流れる通路１９ａが上流
側の熱交換器６ｂを通つて伸びる通路１９ｂに直
列に連結され、前記熱交換器６ａを通つて伸び内
部に全面的に液化された補助冷却流体が流入する
通路４９ａが、前記下流側の熱交換器６ｂを通つ
て伸び補助冷却流体の補助的な予冷を許容してこ
の予冷された補助冷却流体がその後に膨張弁５１
を通過して気化され前記熱交換器５ｂの内部スペ
ース５４ｂの中に流入することを許容する通路４
９ｂに、連結されており、前記内部スペース５４
ｂはその下流側の端部によつて前記第１の圧縮機
３８ａの吸込側に連結されており、更に、その中
に気化した補助冷却流体が流入する前記上流側の
熱交換器６ａの内部スペース５４ａが前記第２の
圧縮機３８ｂの吸込側に連結されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
れかに記載の低沸点ガスの液化装置。
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