JPH06506641A - 実質的酸素含有量を有するガスの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気から窒素吸着によって実質的酸素含有量を有するガスを製造する 方法に関し、特にｎ基の複数吸着器に、期間Ｔに従って、前記吸着器の各々に、 一つの吸着器から他の吸着器へとＴ／ｎの時間差をもって、 ａ）空気の送入といわゆる並流方向で高圧ガスを取り出すことによる、実質的酸 素含有量を有する前記ガスの製造段階、 ｂ）はぼ０．２　ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）のサイクル最低圧力まで、大気圧 以下の圧力での向流ボンピング最終過程を組み合わせた減圧段階、 Ｃ）酸素富化空気との向流最終再圧縮を組み合わせた再圧縮段階を、 ｄ）常に少なくとも２基の吸着器が、異なる圧力レイルで減圧段階のポンピング 過程にあるような、吸着器数及び前記段階それぞれの継続時間で、順次かつ周期 的に行う種類の製造方法に関する。

上記方法では、大気圧、又は平衡が再圧縮を開始した吸着器で保証されるならば 大気圧よシわずかに低い圧力から、大気への廃ガスの排出によって約０．２　ｘ 　１０５Ｐａ　（絶対圧）の低圧までの減圧の期間中にわたってボンピングを行 うために、大流量を処理するのに適しているのであれば、この圧力レベルでは入 口と出口との間でほぼ０．５　Ｘ　１０５Ｐａの比較的小さい圧力差しか受け入 れないルーツ（Ｒｏｏｔｓ）式の容積膨圧ｍＷ１が一般に用いられる。より大き な圧縮比については、２段の容積膨圧縮機を用いなければならず、圧力が単一の 第１段のためにほぼ０．５　ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）の値まで低下したとき に、第２段が第１段と直列に運転されるので、圧縮機の効率は低下し、ポンピン グ流量が大きいときには、しばしば多段圧縮機が用いられる。

したがってこのやシ方は、特にエネルギー消費に関して高価であシ、大流量の製 造装置については実施が困難である。

本発明は、この種の応用では不可欠である急速なやυ方でのこのような真空減圧 を、よシ少ない設備投資費及び消費エネルギー費で実施できるある梅の構成を目 的としておシ、本発明のこの目的は上記ａ）からｄ）の点で想起される方法にお いて、次の対策を組み合わせることによって達成される。

ｅ）ホンピング段階は、Ｔ／ｎ又はＴ／ｎの約数と等しい全同一継続時間を複数 の副ポンピング段階に分割され、各副ポンピング段階は、前記副段階の流量及び 圧力変化の条件に特定のポンピング手段と組み合わされる。

ｆ）各ポンピング手段は、前記手段と組み合わされた副段階を終了した吸着器か ら、前記副段階の始まる・　吸着器の方へ直ちに切換えられる。

さらに詳しくは、次の構成のどれかを備えている。

１、ポンピング手段は、はぼ０．５　Ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）の下限よシ高 い圧力値については容積形圧縮機の種類限との間に含まれる圧力値については遠 心圧ａ機の種類である。

この構成は、入口圧力レベルに関しての容積膨圧縮機の順応性及びさらに大きな 圧縮比についての遠心圧縮機の優れた効率を結合することができる。

２、いくつかの異なったポンピング手段はすべて容積膨圧縮機型であシ、最初の 副段階を除いてどのような副ポンピング段階とも対応するポンピング手段は、直 列でそれのすぐ前の副ポンピング段階のポンピング手段の下流（ガスの流れ方向 に沿って）に付加された簡単なポンピング手段を有し、与えられた最初の減圧で の副ポンピング段階と対応する簡単なポンピング手段の数は、そのすぐ前の副ポ ンピング段階と組み合わされた簡単なポンピング手段の数よシ一つだけ多く、さ らに詳しくは一実施態様では、副ポンピング段階の数は、２台の主ポンピング手 段、及び最後の副ポンピング段階の間に前記各ポンピング手段に選択的に接続さ れる１台の簡単なポンピング手段による二つである。

例えばルーツ式の容積膨圧縮機を実際にもっばら使用することに導くこの構成は 、０．５　Ｘ　１０”　Ｐａ　（絶対値）又はそれ以下の圧力で、１台又は複数 台の他の圧縮機、１段又は複数段をもった１台の圧縮機、又は多段主圧縮機の１ 段又は複数段を時々１台の主圧縮機に付加することによって、回転機械への投資 費を最低限まで減少できる。

３、　副ボンピング段階と同じ数の簡単なポンピング手段があり、最初の副ポン ピング段階は、中間の副段階の間は並列に、場合によっては直列−並列に接続さ れ、最後の副ボンピング段階の間は直列に接続され、さらに詳しくは、副段階の 数が二つである実施態様では、並列に配置され次いで直列に配置される２台の簡 単なポンピング手段と接続される前記簡単なポンピング手段を使用する。

この構成のために、減圧レベルが適度に留まっているときに、例えば並列に接続 された２台のポンプを用いる方向で使用される機材の能力が最高に利用され、こ のことは排気を著しく速めることができ、一方２台のポンプは、減圧が０．５　 ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）以下に下がるときは直列に分岐され、このことは大 きな圧縮比での運転を可能にする。本発明による構成は、排気操作を実施するだ めの時間の点で大きな利益を、また設置すべき真空ポンプの大きさを小さくする 点でも利益を得ることができる。

本発明は、本発明による設備の第１及び第２実施態様、並びに本発明による方法 を実施するだめのポンピング装置の一実施態様をそれぞれ示す第１図から第３図 に関して以下に述べられる。

第１図の実施態様では、窒素吸着によって実質的酸素含有量を有するガスを製造 する設備は、周期的に作動する弁（図示しない）によって吸着器１〜５０入ロア に接続された管路６を経て圧縮空気を供給される、ｎ＝５の５基の吸着器１．２ ．３．４及び５を用い、そのとき各製品出口８は、図示しない弁の働きによって 、製造の終了した及び／又は最初の減圧中の吸着器と再圧縮の開始及び／又は再 圧縮中の吸着器との間の平衡管路９に選択的かつ周期的に接続される。出口８は また、製品酸素管路１０にも接続される。

有利には製品酸素によるパージ−溶離で終る減圧による再生は、大気圧以下の圧 力で行われ、そのため吸着器の各”入口″７から２本の排気ライン、すなわち一 方は容積膨圧縮機１３に達する１１、他方は遠心圧縮機１４に達する１２が設け られる。

再生操作中、各吸着器１〜５はまず、大気圧又はさらに低い平衡終了時の圧力か らほぼ０．５　ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）まで、ライン１１を経て容積膨圧縮 機１３の作用を受けさせられる。容積膨圧縮機１３は、取シ出すべき流量に応じ て、一段のみのもの、又は二段、さらにそれ以上の段のものである。

ほぼ０．５　Ｘ　１０５　の圧力に達するとすぐ、当該吸着器は管路１２に切換 えられ、それから０．５　Ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）から０．２　ｘ　１０５ Ｐａ　（絶対圧）に減圧するのに特に適した遠心圧縮機１４が作動する。

との権の製造設備では、サイクルは所定の継続時間Ｔを有し、Ｔ／ｎ　（ｎは吸 着器の合計数）と等しい継続時間の吸着器ポンピング操作は、ポンプ１３（又は １４）が吸着器への作用を終ったとき、ポンプが次の吸着器への作用を開始し、 その結果ポンプ１３及び１４が常に働いているように、臼型的には等しい継続時 間（Ｔ／２ｎ）の二つの副段階に分割される。

第２図を参照すると、酸素製造設備は、管路１１及び１２が、弁２５．２６を経 °Ｃ大気排出管路２３．２４にそれぞれ排出する容積膨圧縮機型の主ポンプ２１ ．２２にそれぞれ接続されているという相違点を除けば第１図で述べた設備と類 似している。ポンプ２１（２２）とそれと組み合わされた弁２５（２６）との間 には、弁２９　（３０）をもった分岐管路２７（２８）が設けられ、分岐管路は ２本とも他の圧縮機３１（同様に容積形のが有利）の入口に達し、この圧縮機３ １は出口３２を経て大気中に排出し、かつ一般的には多段圧縮機の第２段でろシ 、第１段は圧縮機２１又は圧縮機２２によって構成される。さらに同じ単一の回 転機械は３段を組み込んでおり、その二つの同一の第１段２１．２２は、それぞ れ単独で０．５　Ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）への減圧を行うのに適しておシ、 一方第３段３１は、どちらかの段２１．２２と直列で０．２　ｘ　１０５Ｐａ　 （絶対圧）への減圧を行うようにすることができる。

着器に割当てられ、一方排気管路１２は他の一つの吸着器に、当該排気操作間に 常にＴ／２ｎの遅れをもって割当てられる。排気管路１１はまず単一のポンピン グ段２１と接続され、一方他の管路１２は直列に配置された二つのポンピング段 ２２及び３１と接続される（弁２５及び３０は開かれ、弁２６及び２９は閉じら れる）。継続時間の終了時には管路１１がほぼ０．５　Ｘ　１０５Ｐａ　（絶対 圧）に、管路】２がほぼ０．２　Ｘ　１０５Ｐａ（絶対圧）に々るＴ／２ｎと等 しい継続時間の経過後、弁が切換えられ（弁２６及び２９は開かれ、弁２５及び ３０は閉じられ）、その結果ポンピング操作は同一吸着塔について管路１１のレ ベルで続けられ、一方ポンピング開始操作は次の吸着塔について開始される。

第３図には、モーター３５によって駆動される駆動軸３４に配置された二段ポン プ（第１段５４．第２段５５）を有する、管路５３を経て少なくとも１基の吸着 器から出る廃ガスのポンピング側副集合体の変形実施態様が示されている。ポン プの第１段５４は吸引管路５３に直接接続された入口３６を有し、一方その送出 口３７は、一方では管路３８によって弁３９、大気に４１で排出するための消音 器４０に接続され、他方では管路４２によって弁４３、ポンプの第２段５５の入 口４４に接続され、第２段５５の送出口４５は管路４６によって直接消音器４０ に接続される。供給管路２段５５の入口４４に接続され、他方では管路４９によ って弁５０、消音器４０に接続される。管路４２はそれ自身、弁４３と第２段５ ５の入口４４の間で、大気に導く消音器４０と連通ずる、弁５２をもった管路５ １に接続される。

このポンピング側副集合体の作動は次のようである。

ポンピング開始で廃ガス吸引管路５３の圧力がほぼ０．５　ｘ　１０５Ｐａ　’ ４では、弁３９及び４８は開かれ弁５０゜４３及び５２は閉じられ、そのため二 つの段５４及び５５は、一方（５４）は管路３８を経て、他方（５５）は管路４ ７によって供給され管路４６内に送出して、消音器４０内に並列で排出する。し たがって最大流量が、はぼ０．５　ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）の減圧までポン ピングされ得る。はぼ０．５　ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）の減圧が達成された とき、弁３９及び４８は閉じられ、弁５０は閉じられたｉｔであシ、一方弁４３ 及び５２は開かれる。そのとき廃ガスは、これを３８．４３．４２を経て第２段 ５５の入口４４に送出する第１段５４にのみ到達し、第２段はこのガスを大気に 排出する消音器４０に送出する。そのとき第１段５４及び第２段５５は、直列で 作動し、そのとき０．２　ｘ　１０５Ｐａ　（絶対圧）の最終圧力に容易に到達 できる。ポンプ５４及び５５の直列の分岐管路と平行な分岐管路の通過が、管路 ５６から直接ポンプ５５の入口へのあまシにも急激な真空化を避けていることは 注目されよう。そのため例えば弁４８及び３９の閉に比べて弁４３の開を数十秒 遅らせたシ、あるいは場合によっては、非常に短い時間の間開いている管路５１ 及び弁５２を経てわずかな空気を流入させることができる。

本発明は、特定の実施態様に関して述べられてきたけれども、本発明はこれに限 られるものではなくて、むしろ当業者にとって明らかな修正及び変形を受け入れ るものである。

□ ←ｍｙｒ（ゴー＞す１喝１［ｔｌｌｌｌｌｌｌｕｌｌｌｎｎｎｌｉｅｍｎｄ＋ｈ ｅｔｍハ１．１ｏｏごフロントページの続き （７２）発明者　モンロー、クリスチアンフランス国、エフ−７５０１トパリ、 リュ・ド・シャロン、１５９

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．ｎ基の複数吸着器（１〜５）によって、期間Ｔに従って前記吸着器のそれぞ れに、一つの吸着器から他の吸着器へとＴ／ｎの時間差をもつて、ａ）（６での ）空気の送入といわゆる並流方向で（１０を経て）高圧ガスを取り出すことによ る、実質的酸素含有量を有するガスの製造段階、 ｂ）ほぼ０．２×１０５Ｐａ（絶対圧）のサイクル最低圧力まで、大気圧以下の 圧力での向流ポンピング（１３）（２１，２２，３１）（５４，５５）最終過程 を組み合わせた減圧段階、ｃ）酸素富化空気との向流最終再圧縮を組み合わせた 再圧縮段階を、 ｄ）常に少々くとも２基の吸着器（１，２）（２，３）（３，４）（４，５）（ ５，１）が異在る圧力レベルで減圧段階のポンピング過程にあるような吸着器数 （ｎ）及び前記段階それぞれの継続時間で、 順次かつ周期的に行う種類の、空気から窒素吸着によって実質的酸素含有量を有 するガスを製造する方法において、 ｅ）ポンピング段階が、Ｔ／ｎ又はＴ／ｎの約数と等しい全同一継続時間を複数 の副ポンピング段階に分割され、各副ポンピング段階が、前記副段階の流量及び 圧力変化の条件に特定のポンピング手段（１３又は１４）（２１，又は２１と３ １，又は２２と３１）（並列の５４と５５、又は直列の５４と５５）と組み合わ されること、ｆ）各ポンピング手段が、前記ポンピング手段と組み合わされた副 段階を終了した吸着器（１又は２又は３又は４又は５）から、前記副段階の始ま る吸着器（それぞれ２又は３又は４又は５又は１）の方へ直ちに切換えられるこ と を特徴とする方法。
2. ２．１台のポンピング手段が、ほぼ０．５×１０５Ｐａ（絶対圧）の下限より高 い圧力値については容積形圧縮機型（１３）であり、第２ポンピング手段が、前 記上限とほぼ０．２×１０５Ｐａ（絶対圧）との間に含まれる圧力値については 遠心圧縮機型（１４）であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．いくつかの異々るポンピング手段が、すべて容積形圧縮機型（２１，２２， ３１）であり、最初の副段階を除いてどのような副ポンピング段階とも対応する ポンピング手段が、直列でそれのすぐ前の副ポンピング段階のポンピング手段の 下流に付加された簡単なパンピング手段（２１又は２２）を有し、与えられた最 初の減圧での副ポンピング段階と対応する簡単なポンピング手段の数が、そのす ぐ前の副ポンピング段階と組み合わされた簡単なポンピング手段（３１）の数よ り一つだけ多く、与えられた最初の減圧での副ポンピング段階と対応する簡単な ポンピング手段（２１と３１のような）の数が、そのすぐ前の副ポンピング段階 と組み合わされた簡単なポンピング手段（２２のような）の数より一つだけ多い ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．副ポンピング段階の数が、２台の最初のポンピング手段（２１，２２）、及 び最後の副ポンピング段階の間に最初のポンピング手段のそれぞれ（２１又は２ ２）と選択的に接続される１台のポンピング手段（３１）による二つであること を特徴とする請求の範囲第３項記載の方法。
5. ５．副ポンピング段階と同じ数の簡単なポンピング手段（５４，５５のような） があり、簡単衣ポンピング手段（５４，５５のような）が、最初の副ポンピング 段階の間は並列に、最後の副ポンピング段階の間は直列に用いられることを特徴 とする請求の範囲第１項記載の方法。