JPH03158694A - 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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- JPH03158694A JPH03158694A JP1298710A JP29871089A JPH03158694A JP H03158694 A JPH03158694 A JP H03158694A JP 1298710 A JP1298710 A JP 1298710A JP 29871089 A JP29871089 A JP 29871089A JP H03158694 A JPH03158694 A JP H03158694A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
ものである。
（従来の技術〕
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。
、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。
したがって、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。
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５９１６４８７４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。
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５９１６４８７４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。
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。
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って圧縮され
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、上記酸素精密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
記酸素精密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の還流バイブと、上記凝縮器内で生じる液化
窒素を還流液として窒素精密塔内に戻す第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、上記酸素精密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５！造装置であ
って、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
面計への液面が所定の範囲より下がったときに、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
定の範囲より上がったときに、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。
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って圧縮され
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、上記酸素精密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
記酸素精密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の還流バイブと、上記凝縮器内で生じる液化
窒素を還流液として窒素精密塔内に戻す第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、上記酸素精密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５！造装置であ
って、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
面計への液面が所定の範囲より下がったときに、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
定の範囲より上がったときに、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ッ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。したがって、この装置によれば、需要の変動
によっ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っ
ても他方の寒冷源を導入して補うことかでき、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。
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ッ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。したがって、この装置によれば、需要の変動
によっ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っ
ても他方の寒冷源を導入して補うことかでき、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、バイブロ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っている。したがっ
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っている。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。
、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、バイブロ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っている。したがっ
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っている。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−液温相状態で送り
込まれるようになっている。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°Ｃ）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’Ｃ）、ヘリウム（沸点−２６９°Ｃ）、水素
（沸点−２５３’Ｃ）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
うになっている。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っている
。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っている。したがっ
て、底部に溜まる圧縮空気は徐々に酸素リッチになり、
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によって窒素精留塔１４外に取り出されるようになっ
ている。なお、上記窒素精留塔１４には、液面計りが取
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っている
。
れた圧縮空気がパイプ１３を経て気−液温相状態で送り
込まれるようになっている。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°Ｃ）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’Ｃ）、ヘリウム（沸点−２６９°Ｃ）、水素
（沸点−２５３’Ｃ）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
うになっている。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っている
。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っている。したがっ
て、底部に溜まる圧縮空気は徐々に酸素リッチになり、
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によって窒素精留塔１４外に取り出されるようになっ
ている。なお、上記窒素精留塔１４には、液面計りが取
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っている
。
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Ｊ１Ｄによって開閉制御
される膨張弁１９付きパイプ２０を経て送り込まれるよ
うになっている。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
７ ｋｇ ／ ｃ４で酸素精留塔が０．５ｋｇ／ｃ＋ｆ
ｌ）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
るようになっている。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Ｉ＃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って
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って液化し、その
一部が第２の還流パイプ２３を通って窒素精留塔１４内
の液体窒素溜まり１４ｂに還流するようになっている。
まる液体圧縮空気が、上記液面Ｊ１Ｄによって開閉制御
される膨張弁１９付きパイプ２０を経て送り込まれるよ
うになっている。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
７ ｋｇ ／ ｃ４で酸素精留塔が０．５ｋｇ／ｃ＋ｆ
ｌ）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
るようになっている。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Ｉ＃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って
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って液化し、その
一部が第２の還流パイプ２３を通って窒素精留塔１４内
の液体窒素溜まり１４ｂに還流するようになっている。
この溢流骨は、前記液体窒素貯槽１５内から導入される
液体窒素の溢流骨と同様、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を通って酸素精留塔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
になっている。なお、酸素精留塔１８の頂部に溜まる低
沸点不純分は、バイブロを通り第１の熱交換器１２を経
由して装置外に除去される。２Ｇ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
入されるようになっている。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。
液体窒素の溢流骨と同様、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を通って酸素精留塔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
になっている。なお、酸素精留塔１８の頂部に溜まる低
沸点不純分は、バイブロを通り第１の熱交換器１２を経
由して装置外に除去される。２Ｇ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
入されるようになっている。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によって取り出され、液体加圧
ポンプ３０によっ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っている。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によって常
温の圧縮空気が導入される第２の熱交換器３２を通って
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、プレートフィン型
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はバック
アップラインであり、４１は窒素のバックアップライン
である。
の底部から、パイプ２９によって取り出され、液体加圧
ポンプ３０によっ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っている。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によって常
温の圧縮空気が導入される第２の熱交換器３２を通って
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、プレートフィン型
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はバック
アップラインであり、４１は窒素のバックアップライン
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。
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
み取るようになっている。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
力されるようになっている。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１４．１Ｂ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
うになっている。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った場合には、
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
方の貯槽がら延びるパイプの自動開閉弁（ＰもしくはＱ
）を開くよう上記自動開閉弁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った場合には、
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ＰＱの開閉を制御するよ
うに設定されている。
み取るようになっている。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
力されるようになっている。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１４．１Ｂ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
うになっている。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った場合には、
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
方の貯槽がら延びるパイプの自動開閉弁（ＰもしくはＱ
）を開くよう上記自動開閉弁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った場合には、
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ＰＱ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、例えばっ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Ｈ，ＯおよびＣＯ！を吸着除
去する。ついで、Ｈｌ Ｏ，Ｃｏ、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自流接触
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°Ｃ２窒素の沸点−１９６°ｃ）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５
０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の下部に溜った液体空気は、パイプ２
０を経て酸素精留塔１８に送り込まれ、窒素を気化除去
され液体酸素となって酸素精留塔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。
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Ｈ，ＯおよびＣＯ！を吸着除
去する。ついで、Ｈｌ Ｏ，Ｃｏ、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自流接触
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°Ｃ２窒素の沸点−１９６°ｃ）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５
０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の下部に溜った液体空気は、パイプ２
０を経て酸素精留塔１８に送り込まれ、窒素を気化除去
され液体酸素となって酸素精留塔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。
したがって、この装置によれば、膨脂タービンを用いる
ことなく、高純度の製品窒素ガスと製品酸素ガスとを製
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、需要の変動によって急激に酸素精留
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っ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。
ことなく、高純度の製品窒素ガスと製品酸素ガスとを製
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、需要の変動によって急激に酸素精留
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っ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
態で行っている。したがって、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２２．４１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。
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
態で行っている。したがって、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２２．４１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、−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、−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ッ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、需要の変動によって急激に酸素精
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っ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。
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ッ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、需要の変動によって急激に酸素精
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っ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 １
８ａ・・・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５３５−
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 １
８ａ・・・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５３５−
Claims (2)
- （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上記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。 - （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 true JPH03158694A (ja) | 1991-07-08 |
| JP2859664B2 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 |
|---|---|
| JP2859664B2 (ja) | 1999-02-17 |
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