JPH0587447A - 窒素ガス製造装置 - Google Patents
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- JPH0587447A JPH0587447A JP5753792A JP5753792A JPH0587447A JP H0587447 A JPH0587447 A JP H0587447A JP 5753792 A JP5753792 A JP 5753792A JP 5753792 A JP5753792 A JP 5753792A JP H0587447 A JPH0587447 A JP H0587447A
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- F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
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- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 膨張タービンを用いず、そのため故障が少な
くきめ細かい調節が可能な、純度が安定していて極めて
高い窒素ガスを製造しうる装置の提供。 【構成】 精留塔１５の上部に設けられ液体窒素の冷熱
により還流液をつくりこれを連続的に精留塔１５内へ流
下させる分縮器１６と、装置外から液体窒素の供給を受
けこれを貯蔵する液体窒素貯蔵手段２３と、この液体窒
素貯蔵手段２３内の液体窒素を冷熱発生用膨脹器からの
発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒冷源として連続的
に上記精留塔１５内に導く導入路２４と、上記精留塔１
５から気体として取り出される窒素ガスおよび上記精留
塔１５内において寒冷源としての作用を終え気化した上
記液体窒素を上記熱交換手段を経由させ上記圧縮空気と
熱交換させることにより温度上昇させ製品窒素ガスとす
る窒素ガス取出路を備えている。
くきめ細かい調節が可能な、純度が安定していて極めて
高い窒素ガスを製造しうる装置の提供。 【構成】 精留塔１５の上部に設けられ液体窒素の冷熱
により還流液をつくりこれを連続的に精留塔１５内へ流
下させる分縮器１６と、装置外から液体窒素の供給を受
けこれを貯蔵する液体窒素貯蔵手段２３と、この液体窒
素貯蔵手段２３内の液体窒素を冷熱発生用膨脹器からの
発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒冷源として連続的
に上記精留塔１５内に導く導入路２４と、上記精留塔１
５から気体として取り出される窒素ガスおよび上記精留
塔１５内において寒冷源としての作用を終え気化した上
記液体窒素を上記熱交換手段を経由させ上記圧縮空気と
熱交換させることにより温度上昇させ製品窒素ガスとす
る窒素ガス取出路を備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は窒素ガス製造装置に関
するものである。
するものである。
【０００２】
【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。このため、安価な窒素ガスの供給が望ま
れ、その要望に応えるためにＰＳＡ方式が導入され、そ
れによつて窒素ガスが製造され供給されるようになつて
いる。このＰＳＡ方式による窒素ガス製造装置を図１に
示す。図において、１は空気取入口、２は空気圧縮機、
３はアフタークーラー、３ａは冷却水供給路、４は油水
セパレーターである。５は第１の吸着槽、６は第２の吸
着槽であり、Ｖ1 およびＶ2 は空気作動弁で、空気圧縮
機２によつて圧縮された空気を弁作用により吸着槽６に
送り込む。Ｖ3 およびＶ4 は真空弁であり、吸着槽５，
６内を真空ポンプ６ａの作用により真空状態にする。６
ｂは真空ポンプ６ａに冷却水を供給する冷却パイプ、６
ｃはサイレンサー、６ｄはその排気パイプである。
Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 およびＶ9 は空気作動弁である。７は
製品槽であり、パイプ８により吸着槽５，６に接続され
ている。７ａは製品窒素ガス取出パイプ、７ｂは不純物
分析計、７ｃは流量計である。
用されている。このため、安価な窒素ガスの供給が望ま
れ、その要望に応えるためにＰＳＡ方式が導入され、そ
れによつて窒素ガスが製造され供給されるようになつて
いる。このＰＳＡ方式による窒素ガス製造装置を図１に
示す。図において、１は空気取入口、２は空気圧縮機、
３はアフタークーラー、３ａは冷却水供給路、４は油水
セパレーターである。５は第１の吸着槽、６は第２の吸
着槽であり、Ｖ1 およびＶ2 は空気作動弁で、空気圧縮
機２によつて圧縮された空気を弁作用により吸着槽６に
送り込む。Ｖ3 およびＶ4 は真空弁であり、吸着槽５，
６内を真空ポンプ６ａの作用により真空状態にする。６
ｂは真空ポンプ６ａに冷却水を供給する冷却パイプ、６
ｃはサイレンサー、６ｄはその排気パイプである。
Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 およびＶ9 は空気作動弁である。７は
製品槽であり、パイプ８により吸着槽５，６に接続され
ている。７ａは製品窒素ガス取出パイプ、７ｂは不純物
分析計、７ｃは流量計である。
【０００３】この窒素ガス製造装置は、空気圧縮機２に
より空気を圧縮し、この空気圧縮機２に付随するアフタ
ークーラー３によつて圧縮された空気を冷却してセパレ
ーター４で凝縮水を除去し、空気作動弁Ｖ1 またはＶ2
を経由させて吸着槽５，６に送入する。２基の吸着槽
５，６はそれぞれ酸素吸着用のカーボンモレキユラシー
ブを内蔵しており、これらの吸着槽５，６にはプレツシ
ヤースイング方式により１分間毎に交互に圧縮空気が送
り込まれる。この場合、圧縮空気の送り込まれていない
吸着槽５，６は真空ポンプ６ａの作用により内部が真空
状態にされる。すなわち、空気圧縮機２により圧縮され
た空気は、一方の吸着槽５内に入りカーボンモレキユラ
シーブによつてそのなかの酸素分を吸着除去され、窒素
ガスとなつて弁Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ9 を経て製品槽７に送ら
れパイプ７ａから取り出される。この時、他方の吸着槽
６は、空気圧縮機２からの空気が弁Ｖ2 の閉成によつて
遮断され、かつ弁Ｖ4 の開成によつて内部が真空ポンプ
６ａにより真空吸引される。その結果、カーボンモレキ
ユラシーブに吸着された酸素が吸引除去されカーボンモ
レキユラシーブが再生される。このようにして、吸着槽
５，６から交互に窒素ガスが製品槽７に送られ製品窒素
ガスが連続的に得られる。
より空気を圧縮し、この空気圧縮機２に付随するアフタ
ークーラー３によつて圧縮された空気を冷却してセパレ
ーター４で凝縮水を除去し、空気作動弁Ｖ1 またはＶ2
を経由させて吸着槽５，６に送入する。２基の吸着槽
５，６はそれぞれ酸素吸着用のカーボンモレキユラシー
ブを内蔵しており、これらの吸着槽５，６にはプレツシ
ヤースイング方式により１分間毎に交互に圧縮空気が送
り込まれる。この場合、圧縮空気の送り込まれていない
吸着槽５，６は真空ポンプ６ａの作用により内部が真空
状態にされる。すなわち、空気圧縮機２により圧縮され
た空気は、一方の吸着槽５内に入りカーボンモレキユラ
シーブによつてそのなかの酸素分を吸着除去され、窒素
ガスとなつて弁Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ9 を経て製品槽７に送ら
れパイプ７ａから取り出される。この時、他方の吸着槽
６は、空気圧縮機２からの空気が弁Ｖ2 の閉成によつて
遮断され、かつ弁Ｖ4 の開成によつて内部が真空ポンプ
６ａにより真空吸引される。その結果、カーボンモレキ
ユラシーブに吸着された酸素が吸引除去されカーボンモ
レキユラシーブが再生される。このようにして、吸着槽
５，６から交互に窒素ガスが製品槽７に送られ製品窒素
ガスが連続的に得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の窒素ガス製造装
置は、カーボンモレキユラシーブが酸素を選択的に吸着
するという特性を利用して窒素ガスを製造するため、安
価に窒素ガスを得ることができる。しかしながら、前記
のように、２基の吸着槽５，６に１分間毎に交互に圧縮
空気を送り、それと同時に、他方の吸着槽内を真空吸引
するため、弁が多数必要になるとともに、弁操作も煩雑
になり故障が多発しやすいという欠点を有している。そ
のため、２個１組の吸着槽５，６を２組設け、１組を予
備としなければならないのが実情である。したがつて、
設備費がかさむという欠点も有している。
置は、カーボンモレキユラシーブが酸素を選択的に吸着
するという特性を利用して窒素ガスを製造するため、安
価に窒素ガスを得ることができる。しかしながら、前記
のように、２基の吸着槽５，６に１分間毎に交互に圧縮
空気を送り、それと同時に、他方の吸着槽内を真空吸引
するため、弁が多数必要になるとともに、弁操作も煩雑
になり故障が多発しやすいという欠点を有している。そ
のため、２個１組の吸着槽５，６を２組設け、１組を予
備としなければならないのが実情である。したがつて、
設備費がかさむという欠点も有している。
【０００５】他方、従来の深冷液化方式の窒素ガス製造
装置は、圧縮機で圧縮された圧縮原料空気の冷却用熱交
換器の冷却のために、膨脹タービンを用い、これを精留
塔内に溜る液体空気（深冷液化分離により低沸点の窒素
はガスとして取り出され、残部が酸素リツチな液体空気
となつて溜る）から蒸発したガスの圧力で駆動するよう
になつている。ところが、膨脹タービンは回転速度が極
めて大（数万回／分）であつて負荷変動（製品窒素の取
出量《需要量》の変動）に対する追従運転が困難である
ため、負荷変動時に製品の純度がばらつくという難点を
有している。また、このものは高速回転するため機械構
造上高精度が要求され、かつ高価であり、機構が複雑な
ため特別に養成した要員が必要という難点も有してい
る。すなわち、膨脹タービンは高速回転部を有するた
め、上記のような諸問題を生じるのであり、このような
高速回転部を有する膨脹タービンの除去に対して強い要
望があつた。
装置は、圧縮機で圧縮された圧縮原料空気の冷却用熱交
換器の冷却のために、膨脹タービンを用い、これを精留
塔内に溜る液体空気（深冷液化分離により低沸点の窒素
はガスとして取り出され、残部が酸素リツチな液体空気
となつて溜る）から蒸発したガスの圧力で駆動するよう
になつている。ところが、膨脹タービンは回転速度が極
めて大（数万回／分）であつて負荷変動（製品窒素の取
出量《需要量》の変動）に対する追従運転が困難である
ため、負荷変動時に製品の純度がばらつくという難点を
有している。また、このものは高速回転するため機械構
造上高精度が要求され、かつ高価であり、機構が複雑な
ため特別に養成した要員が必要という難点も有してい
る。すなわち、膨脹タービンは高速回転部を有するた
め、上記のような諸問題を生じるのであり、このような
高速回転部を有する膨脹タービンの除去に対して強い要
望があつた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、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
手段によつて圧縮された圧縮空気中の炭酸ガスと水分と
を除去する除去手段と、この除去手段を経た圧縮空気を
超低温に冷却する熱交換手段と、この熱交換手段により
超低温に冷却された圧縮空気の一部を液化して底部に溜
め窒素のみを上部側から気体として取り出す精留塔を備
えた窒素ガス製造装置において、精留塔の上部に設けら
れ液体窒素の冷熱により還流液をつくりこれを連続的に
精留塔内へ流下させる分縮器と、装置外から液体窒素の
供給を受け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冷熱発生用膨脹器からの
発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒冷源として連続的
に上記精留塔内に導く導入路と、上記精留塔から気体と
して取り出される窒素ガスおよび上記精留塔内において
寒冷源としての作用を終え気化した上記液体窒素を上記
熱交換手段を経由させ上記圧縮空気と熱交換させること
により温度上昇させ製品窒素ガスとする窒素ガス取出路
を備えたことを特徴とする窒素ガス製造装置をその要旨
とするものである。
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中の炭酸ガスと水分と
を除去する除去手段と、この除去手段を経た圧縮空気を
超低温に冷却する熱交換手段と、この熱交換手段により
超低温に冷却された圧縮空気の一部を液化して底部に溜
め窒素のみを上部側から気体として取り出す精留塔を備
えた窒素ガス製造装置において、精留塔の上部に設けら
れ液体窒素の冷熱により還流液をつくりこれを連続的に
精留塔内へ流下させる分縮器と、装置外から液体窒素の
供給を受け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冷熱発生用膨脹器からの
発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒冷源として連続的
に上記精留塔内に導く導入路と、上記精留塔から気体と
して取り出される窒素ガスおよび上記精留塔内において
寒冷源としての作用を終え気化した上記液体窒素を上記
熱交換手段を経由させ上記圧縮空気と熱交換させること
により温度上昇させ製品窒素ガスとする窒素ガス取出路
を備えたことを特徴とする窒素ガス製造装置をその要旨
とするものである。
【０００７】すなわち、この発明の窒素ガス製造装置
は、液体窒素の蒸発熱を利用して、精留塔に送り込まれ
る圧縮空気を冷却し、圧縮空気の一部を液化分離して窒
素を気体のままで保持し、これを、精留塔における寒冷
源としての作用を終えて気化した液体窒素と合わせて製
品窒素ガスとして取り出すため、膨脹タービンが不要に
なり、膨脹タービンに起因する上記負荷変動時における
純度ばらつき等の弊害を回避でき、かつ窒素ガスを安価
に得ることができるようになる。そのうえ、この装置
は、精留塔とは別個に液体窒素蒸発器を備えており、精
留塔ラインの故障時もしくは精留塔だけでは対応できな
いような製品窒素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記
液体窒素蒸発器を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液
体窒素をその液体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化
させうるため、製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要
量の大幅増加時における製品窒素ガスの純度低下が生じ
ないのである。
は、液体窒素の蒸発熱を利用して、精留塔に送り込まれ
る圧縮空気を冷却し、圧縮空気の一部を液化分離して窒
素を気体のままで保持し、これを、精留塔における寒冷
源としての作用を終えて気化した液体窒素と合わせて製
品窒素ガスとして取り出すため、膨脹タービンが不要に
なり、膨脹タービンに起因する上記負荷変動時における
純度ばらつき等の弊害を回避でき、かつ窒素ガスを安価
に得ることができるようになる。そのうえ、この装置
は、精留塔とは別個に液体窒素蒸発器を備えており、精
留塔ラインの故障時もしくは精留塔だけでは対応できな
いような製品窒素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記
液体窒素蒸発器を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液
体窒素をその液体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化
させうるため、製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要
量の大幅増加時における製品窒素ガスの純度低下が生じ
ないのである。
【０００８】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳
しく説明する。
しく説明する。
【０００９】
【実施例】図２はこの発明の一実施例の構成図である。
図において、９は空気圧縮機、１０はドレン分離器、１
１はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒である。吸
着筒１２は内部にモレキユラシーブが充填されていて空
気圧縮機９により圧縮された空気中のＨ2 ＯおよびＣＯ
2 を吸着除去する作用をする。１３は第１の熱交換器で
あり、吸着筒１２によりＨ2 ＯおよびＣＯ2 を吸着除去
された圧縮空気が送り込まれる。１４は第２の熱交換器
であり、第１の熱交換器１３を経た圧縮空気が送り込ま
れる。１５は液体窒素を溜めるための分縮器１６を塔頂
に備えた精留塔であり、第１および第２の熱交換器１
３，１４により超低温に冷却された圧縮空気をさらに冷
却し、その一部を液化して底部に溜め、窒素のみを気体
状態で上部から取り出すようになつている。すなわち、
この精留塔１５は、第１および第２の熱交換器１３，１
４を経て超低温（約−１７０℃）に冷却された圧縮空気
を、パイプ１７により精留塔１５の底部の貯溜液体空気
（Ｎ2 ５０〜７０％，Ｏ2３０〜５０％）１８中を通し
てさらに冷却し、ついで膨脹弁１９を経て内部に噴射さ
せ、精留棚および分縮器１６で酸素等を液化し、窒素を
気体のまま残すようになつている。この分縮器１６は、
多数のチユーブ２０が植設されている仕切板２１によつ
て塔部２２と区切られていて、仕切板２１上には圧縮空
気の液化分離の際に生じた液体窒素および液体窒素貯槽
２３から第１の導入路パイプ２４を経て供給された液体
窒素が貯溜される。そして、上記分縮器１６は、精留棚
を経て精留塔１５内を上昇する圧縮空気由来のガスをチ
ユーブ２０内に案内して貯溜液体窒素の冷熱で冷却し、
そのガスを分縮すると同時にそのガス中の微量酸素（沸
点−１８３℃）等を液化して流下させ窒素（沸点−１９
６℃）を気体のまま上方に移行させるようになつてい
る。上方に移行した気体窒素の一部は先に述べたように
液化して仕切板２１上の貯溜液体窒素となる。
図において、９は空気圧縮機、１０はドレン分離器、１
１はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒である。吸
着筒１２は内部にモレキユラシーブが充填されていて空
気圧縮機９により圧縮された空気中のＨ2 ＯおよびＣＯ
2 を吸着除去する作用をする。１３は第１の熱交換器で
あり、吸着筒１２によりＨ2 ＯおよびＣＯ2 を吸着除去
された圧縮空気が送り込まれる。１４は第２の熱交換器
であり、第１の熱交換器１３を経た圧縮空気が送り込ま
れる。１５は液体窒素を溜めるための分縮器１６を塔頂
に備えた精留塔であり、第１および第２の熱交換器１
３，１４により超低温に冷却された圧縮空気をさらに冷
却し、その一部を液化して底部に溜め、窒素のみを気体
状態で上部から取り出すようになつている。すなわち、
この精留塔１５は、第１および第２の熱交換器１３，１
４を経て超低温（約−１７０℃）に冷却された圧縮空気
を、パイプ１７により精留塔１５の底部の貯溜液体空気
（Ｎ2 ５０〜７０％，Ｏ2３０〜５０％）１８中を通し
てさらに冷却し、ついで膨脹弁１９を経て内部に噴射さ
せ、精留棚および分縮器１６で酸素等を液化し、窒素を
気体のまま残すようになつている。この分縮器１６は、
多数のチユーブ２０が植設されている仕切板２１によつ
て塔部２２と区切られていて、仕切板２１上には圧縮空
気の液化分離の際に生じた液体窒素および液体窒素貯槽
２３から第１の導入路パイプ２４を経て供給された液体
窒素が貯溜される。そして、上記分縮器１６は、精留棚
を経て精留塔１５内を上昇する圧縮空気由来のガスをチ
ユーブ２０内に案内して貯溜液体窒素の冷熱で冷却し、
そのガスを分縮すると同時にそのガス中の微量酸素（沸
点−１８３℃）等を液化して流下させ窒素（沸点−１９
６℃）を気体のまま上方に移行させるようになつてい
る。上方に移行した気体窒素の一部は先に述べたように
液化して仕切板２１上の貯溜液体窒素となる。
【００１０】この場合、精留塔１５の塔部２２内に噴射
された圧縮空気は、チユーブ２０から流下する液体酸素
と向流的に接触するため、酸素の液化分離が一層促進さ
れる。２５は上記分縮器１６内の貯溜液体窒素の液面を
一定に保つ液面計であり、分縮器１６内の液体窒素の液
面の変動に応じてバルブ２６を制御し液体窒素貯槽２３
からの液体窒素の供給量を制御する。２７は分縮器１６
の上部に溜まつた窒素ガスを取り出す取り出しパイプ
で、超低温の窒素ガスを第２，第１の熱交換器１４，１
３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２８に送り込む作用をする。
２９は精留塔１５の底部の貯溜液体空気１８を第２およ
び第１の熱交換器１４，１３に送り込む送り込みパイプ
で、２９ａは保圧弁である。上記第２および第１の熱交
換器１４，１３で熱交換（熱交換器１４，１３内の圧縮
空気の冷却）を終えた上記貯溜液体空気は気化して第１
の熱交換器１３から矢印Ａのように放出されるようにな
つている。３０はバツクアツプ系ラインであり、液体窒
素蒸発器３１，これに上記液体窒素貯槽２３から液体窒
素を供給する第２の導入路パイプ３０ａ，上記液体窒素
蒸発器３１で気化生成した窒素ガスをメインパイプ２８
に送入する案内パイプ３０ｂ，この案内パイプ３０ｂに
設けられた圧力調節弁３３ａから構成されている。上記
圧力調節弁３３ａは、２次側（使用側）の圧力が設定圧
力より下がると、弁を開き、または弁の開度を調節し、
２次側の圧力が設定圧力を保つよう作用する。このバツ
クアツプ系ライン３０では、精留塔ラインが故障した
り、または製品窒素ガスの需要量が大幅に増加したりし
てメインパイプ２８内の圧力が下がると、上記圧力調節
弁３３ａが開成作動するため、上記液体窒素貯槽２３か
ら液体窒素が液体窒素蒸発器３１に流れて気化し、その
生成気化窒素ガスが製品窒素ガスとして上記メインパイ
プ２８内に流入するようになつている。３２は不純物分
析計であり、メインパイプ２８から送り出される製品窒
素ガスの純度を分析し、純度の低いときは、弁３４，３
４ａを作動させて製品窒素ガスを矢印Ｂのように外部に
逃気する作用をする。３３はメインパイプ２８に設けら
れた圧力調節弁である。
された圧縮空気は、チユーブ２０から流下する液体酸素
と向流的に接触するため、酸素の液化分離が一層促進さ
れる。２５は上記分縮器１６内の貯溜液体窒素の液面を
一定に保つ液面計であり、分縮器１６内の液体窒素の液
面の変動に応じてバルブ２６を制御し液体窒素貯槽２３
からの液体窒素の供給量を制御する。２７は分縮器１６
の上部に溜まつた窒素ガスを取り出す取り出しパイプ
で、超低温の窒素ガスを第２，第１の熱交換器１４，１
３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２８に送り込む作用をする。
２９は精留塔１５の底部の貯溜液体空気１８を第２およ
び第１の熱交換器１４，１３に送り込む送り込みパイプ
で、２９ａは保圧弁である。上記第２および第１の熱交
換器１４，１３で熱交換（熱交換器１４，１３内の圧縮
空気の冷却）を終えた上記貯溜液体空気は気化して第１
の熱交換器１３から矢印Ａのように放出されるようにな
つている。３０はバツクアツプ系ラインであり、液体窒
素蒸発器３１，これに上記液体窒素貯槽２３から液体窒
素を供給する第２の導入路パイプ３０ａ，上記液体窒素
蒸発器３１で気化生成した窒素ガスをメインパイプ２８
に送入する案内パイプ３０ｂ，この案内パイプ３０ｂに
設けられた圧力調節弁３３ａから構成されている。上記
圧力調節弁３３ａは、２次側（使用側）の圧力が設定圧
力より下がると、弁を開き、または弁の開度を調節し、
２次側の圧力が設定圧力を保つよう作用する。このバツ
クアツプ系ライン３０では、精留塔ラインが故障した
り、または製品窒素ガスの需要量が大幅に増加したりし
てメインパイプ２８内の圧力が下がると、上記圧力調節
弁３３ａが開成作動するため、上記液体窒素貯槽２３か
ら液体窒素が液体窒素蒸発器３１に流れて気化し、その
生成気化窒素ガスが製品窒素ガスとして上記メインパイ
プ２８内に流入するようになつている。３２は不純物分
析計であり、メインパイプ２８から送り出される製品窒
素ガスの純度を分析し、純度の低いときは、弁３４，３
４ａを作動させて製品窒素ガスを矢印Ｂのように外部に
逃気する作用をする。３３はメインパイプ２８に設けら
れた圧力調節弁である。
【００１１】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
モレキユラシーブが充填されている吸着筒１２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第１の
熱交換器１３および第２の熱交換器１４に送り込んで超
低温に冷却し、さらに精留塔１５の下部の貯溜液体空気
１８で冷却したのち、精留塔１５内に噴射させる。そし
て、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−１８３℃，窒
素の沸点−１９６℃）を利用して空気中の酸素を液化
し、窒素を気体のまま取り出して第１または第２の熱交
換器１３，１４に送り込み常温近くまで昇温させメイン
パイプ２８から窒素ガスとして取り出す。この場合、液
体窒素貯槽２３内の液体窒素は、精留塔１５の分縮器１
６の寒冷源として作用し、それ自身は気化してメインパ
イプ２８内に送り込まれ、上記精留塔１５から得られる
空気中の窒素ガスと合わされ製品窒素ガスとして取り出
される。
スを製造する。すなわち、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
モレキユラシーブが充填されている吸着筒１２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第１の
熱交換器１３および第２の熱交換器１４に送り込んで超
低温に冷却し、さらに精留塔１５の下部の貯溜液体空気
１８で冷却したのち、精留塔１５内に噴射させる。そし
て、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−１８３℃，窒
素の沸点−１９６℃）を利用して空気中の酸素を液化
し、窒素を気体のまま取り出して第１または第２の熱交
換器１３，１４に送り込み常温近くまで昇温させメイン
パイプ２８から窒素ガスとして取り出す。この場合、液
体窒素貯槽２３内の液体窒素は、精留塔１５の分縮器１
６の寒冷源として作用し、それ自身は気化してメインパ
イプ２８内に送り込まれ、上記精留塔１５から得られる
空気中の窒素ガスと合わされ製品窒素ガスとして取り出
される。
【００１２】このように、この窒素ガス製造装置によれ
ば、液体窒素の蒸発熱を利用して圧縮空気を冷却し、そ
れを精留塔１５に送り込んで酸素等を分離し窒素のみを
取り出し、これを寒冷源となつた液体窒素（気体状にな
つている）と合わせて製品窒素ガスとするため、膨脹タ
ービンに起因する前記弊害を全く生じず、極めて安価
に、かつ高純度の窒素ガスを得ることができる。
ば、液体窒素の蒸発熱を利用して圧縮空気を冷却し、そ
れを精留塔１５に送り込んで酸素等を分離し窒素のみを
取り出し、これを寒冷源となつた液体窒素（気体状にな
つている）と合わせて製品窒素ガスとするため、膨脹タ
ービンに起因する前記弊害を全く生じず、極めて安価
に、かつ高純度の窒素ガスを得ることができる。
【００１３】すなわち、精留塔１５を高精度に設定する
ことにより、純度９９．９９９％の窒素ガスを純度ばら
つきなく得ることができるようになる。これに対して、
ＰＳＡ方式の窒素ガス製造装置では、たかだか９９．３
％の純度のものしか得られないのであり、膨脹タービン
を用いる深冷液化分離装置では負荷変動時に純度がばら
つくのである。そのうえ、この窒素ガス製造装置は、製
品窒素ガスの需要量に変動が生じても、その変動に応じ
て液面計２５がバルブ２６の開度や開閉を制御するた
め、迅速に対応できる。そして、液面計２５によるバル
ブ制御では対応できないような需要量の大幅な増加時、
もしくは精留塔ラインの故障によつて精留塔１５から製
品窒素ガスが得られなくなつたりした時等に、バツクア
ツプ系ライン３０が作動して液体窒素貯槽２３内の液体
窒素を直接蒸発器３１で気化し、これを製品窒素ガスと
してメインパイプ２８に流すため、需要量の大幅増加時
における製品窒素ガスの純度低下現象の発生や、製品窒
素ガス供給のとだえが回避され、常時安定に製品窒素ガ
スを供給しうるのであり、これが大きな特徴である。し
かも、この装置は、１基の液体窒素貯槽２３を、精留塔
ラインとバツクアツプラインの双方の貯槽として共用す
るため、設備費を大幅に節約できると同時に、液体窒素
貯槽の設置スペースを小さくでき、装置全体のコンパク
ト化を実現できるのであり、これも大きな特徴である。
ことにより、純度９９．９９９％の窒素ガスを純度ばら
つきなく得ることができるようになる。これに対して、
ＰＳＡ方式の窒素ガス製造装置では、たかだか９９．３
％の純度のものしか得られないのであり、膨脹タービン
を用いる深冷液化分離装置では負荷変動時に純度がばら
つくのである。そのうえ、この窒素ガス製造装置は、製
品窒素ガスの需要量に変動が生じても、その変動に応じ
て液面計２５がバルブ２６の開度や開閉を制御するた
め、迅速に対応できる。そして、液面計２５によるバル
ブ制御では対応できないような需要量の大幅な増加時、
もしくは精留塔ラインの故障によつて精留塔１５から製
品窒素ガスが得られなくなつたりした時等に、バツクア
ツプ系ライン３０が作動して液体窒素貯槽２３内の液体
窒素を直接蒸発器３１で気化し、これを製品窒素ガスと
してメインパイプ２８に流すため、需要量の大幅増加時
における製品窒素ガスの純度低下現象の発生や、製品窒
素ガス供給のとだえが回避され、常時安定に製品窒素ガ
スを供給しうるのであり、これが大きな特徴である。し
かも、この装置は、１基の液体窒素貯槽２３を、精留塔
ラインとバツクアツプラインの双方の貯槽として共用す
るため、設備費を大幅に節約できると同時に、液体窒素
貯槽の設置スペースを小さくでき、装置全体のコンパク
ト化を実現できるのであり、これも大きな特徴である。
【００１４】上記のように、この発明の窒素ガス製造装
置によれば高純度の窒素ガスが安定な状態で得られるた
め、それをそのまま電子工業向けにすることができる。
そして、このガスには炭酸ガスが含まれていない（製造
装置内で除去されている）ため、炭酸ガス用の吸着槽を
別個に装備する必要がない。さらに、少量の液体窒素を
供給するだけで大量の窒素ガスが得られるようになる。
すなわち、この発明の窒素ガス製造装置によれば、液体
窒素貯槽２３から１００Ｎｍ3 （ガス換算）の液体窒素
を分縮器１６に送り込むことにより、１０００Ｎｍ3 の
製品窒素ガスを得ることができる。このように、この製
造装置によれば少量の液体窒素を供給するだけで、その
１０倍の製品窒素ガスが得られるようになるのである。
したがつて、極めて安価な窒素ガスが得られるようにな
る。また、ＰＳＡ方式や膨脹タービン使用の従来の深冷
液化分離方式による窒素ガス製造装置に比べて、装置が
簡単であるため装置全体が安価であり、かつ多数の弁等
も不要なため、装置の信頼度が大である。また、膨脹タ
ービンに起因する特別な要員も不要になる。
置によれば高純度の窒素ガスが安定な状態で得られるた
め、それをそのまま電子工業向けにすることができる。
そして、このガスには炭酸ガスが含まれていない（製造
装置内で除去されている）ため、炭酸ガス用の吸着槽を
別個に装備する必要がない。さらに、少量の液体窒素を
供給するだけで大量の窒素ガスが得られるようになる。
すなわち、この発明の窒素ガス製造装置によれば、液体
窒素貯槽２３から１００Ｎｍ3 （ガス換算）の液体窒素
を分縮器１６に送り込むことにより、１０００Ｎｍ3 の
製品窒素ガスを得ることができる。このように、この製
造装置によれば少量の液体窒素を供給するだけで、その
１０倍の製品窒素ガスが得られるようになるのである。
したがつて、極めて安価な窒素ガスが得られるようにな
る。また、ＰＳＡ方式や膨脹タービン使用の従来の深冷
液化分離方式による窒素ガス製造装置に比べて、装置が
簡単であるため装置全体が安価であり、かつ多数の弁等
も不要なため、装置の信頼度が大である。また、膨脹タ
ービンに起因する特別な要員も不要になる。
【００１５】図３は他の実施例の構成図である。この窒
素ガス製造装置は、精留塔１５の上方に凝縮器３５を付
帯させて連通パイプ３６により分縮器１６の上部と連通
させ、分縮器１６の上部に溜められた窒素ガス（分縮器
１６によつて酸素が液化分離され得られた窒素ガス＋液
体窒素貯槽２３から供給された液体窒素の気化窒素ガ
ス）を凝縮器３５内に入れるように構成している。そし
て、この窒素ガスを、一端３５ｂが精留塔１５の底部と
連通し他端３５ｃが第２および第１の熱交換器１４，１
３を通つて空気中に開放されている冷却パイプ３５ａで
冷却して（冷媒は精留塔１５底部の貯溜液体空気）その
一部を凝縮させ、生成した液体窒素３７を、ヘツド差を
利用して戻しパイプ３８から分縮器１６内へ戻し、未凝
縮の窒素ガスを第２および第１の熱交換器１４，１３を
通してメインパイプ２８に送り込むようにしている。そ
れ以外の部分は前記の実施例と同じであり、同一部分に
同一符号を付している。
素ガス製造装置は、精留塔１５の上方に凝縮器３５を付
帯させて連通パイプ３６により分縮器１６の上部と連通
させ、分縮器１６の上部に溜められた窒素ガス（分縮器
１６によつて酸素が液化分離され得られた窒素ガス＋液
体窒素貯槽２３から供給された液体窒素の気化窒素ガ
ス）を凝縮器３５内に入れるように構成している。そし
て、この窒素ガスを、一端３５ｂが精留塔１５の底部と
連通し他端３５ｃが第２および第１の熱交換器１４，１
３を通つて空気中に開放されている冷却パイプ３５ａで
冷却して（冷媒は精留塔１５底部の貯溜液体空気）その
一部を凝縮させ、生成した液体窒素３７を、ヘツド差を
利用して戻しパイプ３８から分縮器１６内へ戻し、未凝
縮の窒素ガスを第２および第１の熱交換器１４，１３を
通してメインパイプ２８に送り込むようにしている。そ
れ以外の部分は前記の実施例と同じであり、同一部分に
同一符号を付している。
【００１６】すなわち、この窒素ガス製造装置は、分縮
器１６の上部から得られる製品窒素ガスを凝縮器３５に
導き、その一部を凝縮させて分縮器１６内に戻し、液体
窒素貯槽２３から供給される液体窒素に合わせるように
するため、上記凝縮器３５が精留作用を発揮するように
なる。したがつて、前記の実施例の装置に比べて、液体
窒素貯槽２３に供給する液体窒素として純度の低いもの
を用いうるという優れた効果を得ることができるように
なる。 図４はさらに他の実施例の構成図である。この
窒素ガス製造装置は、戻しパイプ３８を分縮器１６では
なく、精留塔１５の上部に接続して凝縮液体窒素を精留
塔１５の上部へ戻すようにしている。それ以外の部分は
図３の実施例と同じであり同一部分に同一符号を付して
いる。
器１６の上部から得られる製品窒素ガスを凝縮器３５に
導き、その一部を凝縮させて分縮器１６内に戻し、液体
窒素貯槽２３から供給される液体窒素に合わせるように
するため、上記凝縮器３５が精留作用を発揮するように
なる。したがつて、前記の実施例の装置に比べて、液体
窒素貯槽２３に供給する液体窒素として純度の低いもの
を用いうるという優れた効果を得ることができるように
なる。 図４はさらに他の実施例の構成図である。この
窒素ガス製造装置は、戻しパイプ３８を分縮器１６では
なく、精留塔１５の上部に接続して凝縮液体窒素を精留
塔１５の上部へ戻すようにしている。それ以外の部分は
図３の実施例と同じであり同一部分に同一符号を付して
いる。
【００１７】この実施例によれば、上記と同様の効果が
得られるほか、還流液量が増加するため精留効果の向上
も実現しうるようになる。
得られるほか、還流液量が増加するため精留効果の向上
も実現しうるようになる。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、この発明の窒素ガス製造
装置は、膨脹タービンを用いず、それに代えて何ら回転
部を持たない液体窒素貯槽のような液体窒素貯蔵手段を
用いるため、装置全体として回転部がなくなり故障が全
く生じない。しかも膨脹タービンは高速回転機器である
ため、負荷変動（製品窒素ガスの取出量の変化）に対す
るきめ細かな追従運転が困難であるところ、この発明の
装置は、膨脹タービンに代えて液体窒素貯槽を用い、供
給量のきめ細かい調節が可能な液体窒素を寒冷源として
用いるため、負荷変動に対するきめ細かな追従が可能と
なり、純度が安定していて極めて高い窒素ガスを製造し
うるようになる。特に、この発明の装置は、精留塔とは
別個に液体窒素蒸発器を備えており、精留塔ラインの故
障時もしくは精留塔だけでは対応できないような製品窒
素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記液体窒素蒸発器
を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液体窒素をその液
体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化させうるため、
製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要量の大幅増加時
における製品窒素ガスの純度低下が生じないという優れ
た効果を奏するのである。しかも、この装置は、１基の
液体窒素貯蔵手段を、精留塔ラインとバツクアツプライ
ンの双方の液体窒素貯蔵手段として共用するため、設備
費を大幅に節約できると同時に、液体窒素貯槽等の液体
窒素貯蔵手段の設置スペースを小さくでき、装置全体の
コンパクト化を実現できるのであり、これが大きな特徴
である。
装置は、膨脹タービンを用いず、それに代えて何ら回転
部を持たない液体窒素貯槽のような液体窒素貯蔵手段を
用いるため、装置全体として回転部がなくなり故障が全
く生じない。しかも膨脹タービンは高速回転機器である
ため、負荷変動（製品窒素ガスの取出量の変化）に対す
るきめ細かな追従運転が困難であるところ、この発明の
装置は、膨脹タービンに代えて液体窒素貯槽を用い、供
給量のきめ細かい調節が可能な液体窒素を寒冷源として
用いるため、負荷変動に対するきめ細かな追従が可能と
なり、純度が安定していて極めて高い窒素ガスを製造し
うるようになる。特に、この発明の装置は、精留塔とは
別個に液体窒素蒸発器を備えており、精留塔ラインの故
障時もしくは精留塔だけでは対応できないような製品窒
素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記液体窒素蒸発器
を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液体窒素をその液
体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化させうるため、
製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要量の大幅増加時
における製品窒素ガスの純度低下が生じないという優れ
た効果を奏するのである。しかも、この装置は、１基の
液体窒素貯蔵手段を、精留塔ラインとバツクアツプライ
ンの双方の液体窒素貯蔵手段として共用するため、設備
費を大幅に節約できると同時に、液体窒素貯槽等の液体
窒素貯蔵手段の設置スペースを小さくでき、装置全体の
コンパクト化を実現できるのであり、これが大きな特徴
である。
【図１】従来例の構成図である。
【図２】この発明の一実施例の構成図である。
【図３】他の実施例の構成図である。
【図４】さらに他の実施例の構成図である。
９ 空気圧縮機 １２ 吸着筒 １３，１４ 熱交換器 １５ 精留塔 １６ 分縮器 １８ 貯溜液体空気 ２３ 液体窒素貯槽 ２４ 第１の導入路パイプ ２５ 液面計 ２６ バルブ ２７ 取り出しパイプ ２８ メインパイプ ３０ バツクアツプライン系 ３０ａ 第２の導入路パイプ ３１ 液体窒素蒸発器 ３３，３３ａ 圧力調節弁
Claims (1)
- 【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つて圧縮された圧縮
空気中の炭酸ガスと水分とを除去する除去手段と、この
除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段
と、この熱交換手段により超低温に冷却された圧縮空気
の一部を液化して底部に溜め窒素のみを上部側から気体
として取り出す精留塔を備えた窒素ガス製造装置におい
て、精留塔の上部に設けられ液体窒素の冷熱により還流
液をつくりこれを連続的に精留塔内へ流下させる分縮器
と、装置外から液体窒素の供給を受けこれを貯蔵する液
体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体窒素
を冷熱発生用膨脹器からの発生冷熱に代えて圧縮空気液
化用の寒冷源として連続的に上記精留塔内に導く導入路
と、上記精留塔から気体として取り出される窒素ガスお
よび上記精留塔内において寒冷源としての作用を終え気
化した上記液体窒素を上記熱交換手段を経由させ上記圧
縮空気と熱交換させることにより温度上昇させ製品窒素
ガスとする窒素ガス取出路を備えたことを特徴とする窒
素ガス製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5753792A JPH0587447A (ja) | 1987-11-20 | 1992-02-10 | 窒素ガス製造装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62294664A JPH01136572A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | Ｐｗｍインバータ |
| JP5753792A JPH0587447A (ja) | 1987-11-20 | 1992-02-10 | 窒素ガス製造装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29469487A Division JPS63148080A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 窒素ガス製造装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32044194A Division JPH07305952A (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 窒素ガス製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587447A true JPH0587447A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=26398599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5753792A Pending JPH0587447A (ja) | 1987-11-20 | 1992-02-10 | 窒素ガス製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0587447A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07305952A (ja) * | 1994-12-22 | 1995-11-21 | Daido Hoxan Inc | 窒素ガス製造装置 |
| US6023943A (en) * | 1997-05-14 | 2000-02-15 | China Petro-Chemical Corporation | Condensating-fractionating tower system |
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