JPH1024209A - 大気空気を処理するための方法および装置 - Google Patents

大気空気を処理するための方法および装置

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JPH1024209A
JPH1024209A JP9076270A JP7627097A JPH1024209A JP H1024209 A JPH1024209 A JP H1024209A JP 9076270 A JP9076270 A JP 9076270A JP 7627097 A JP7627097 A JP 7627097A JP H1024209 A JPH1024209 A JP H1024209A
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air
compressor
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storage tank
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JP9076270A
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フレデリック・フィレ
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】少なくともそのフラクションが圧縮空気と混合
されて圧縮機を出るところの液体によって冷却される圧
縮機により大気空気を圧縮し、圧縮空気を冷却液体から
分離し、分離液体を冷却し、分離液体を圧縮機へ再循環
させ、分離空気を少なくとも１つのさらなる処理工程へ
送ることからなる大気空気の処理方法において、分離工
程からの空気に対しそのさらなる処理のための所望の温
度を得させるために、圧縮機の冷却液体を用いることが
できるようにする。 【解決手段】冷却液体として水を使用し、水を分離工程
から貯蔵タンク（６）に通じ、貯蔵タンク（６）内で少
なくとも所定のレベルを維持するように貯蔵タンク
（６）に補給水を供給し、貯蔵タンク（６）から水のパ
ージ流を取り出し、水のパージ流を用いて分離工程から
の空気を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気空気を処理す
るための方法であって、少なくともそのフラクションが
圧縮空気と混合されて圧縮機を出るところの液体によっ
て冷却される圧縮機により大気空気を圧縮し、圧縮空気
を冷却液体から分離し、分離工程からの液体を冷却し、
圧縮機へ再循環させ、および分離工程からの空気を少な
くとも１つのさらなる処理工程へ送ることを包含する方
法に関する。
【０００２】本発明は、特に、吸着または透過による空
気の分離方法に適用し得る。
【０００３】
【従来の技術】これらの用途において、空気圧縮機は、
ほとんどが、油で潤滑されたツインスクリュータイプの
圧縮機である。油は、三重の機能を有する。すなわち、
スクリューのベアリングを潤滑し、２つのスクリュー間
およびそれら自体と圧縮機ケーシングとの間をシール
し、圧縮過程で空気を冷却することである。
【０００４】空気と直接接触する油の存在は、エネルギ
ーの観点から有利である。この油は等温状態に近い状態
に空気を維持するからである。しかしながら、空気と圧
縮機を出る油との分離は、費用が嵩み、油と圧縮過程で
凝縮した水との分離は、環境を保護するために必要では
あるが、非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
回避するためばかりでなく、分離工程からの空気に対し
そのさらなる処理（特に、圧力スウイング吸着（ＰＳ
Ａ）を用いた吸着または選択透過により空気を分離する
ための小さな装置の枠内で）のための所望の温度を得さ
せるために、圧縮機の冷却液体を用いることができるよ
うにすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、上記タイプの方法であって、水を冷却用
液体として使用し、分離工程からの水を貯蔵タンクに通
じ、この貯蔵タンクに少なくとも所定のレベルを維持す
るために補給水を供給し、少なくとも、周囲温度のある
値のために、分離工程からの空気を冷却するために貯蔵
タンクからパージ流を取り出すことを特徴とする方法を
提供する。
【０００７】本発明の方法は、以下の特徴の１またはそ
れ以上を有することができる。
【０００８】補給水の少なくとも一部を外部水源から取
ること、少なくともある回数で、パージ流を外部水源か
らの補い流で補うこと、補給水の少なくとも一部をさら
なる処理工程の過程で行われた凝縮から供給すること、
最終処理工程からの、水で飽和されていない残存ガス流
中でパージ流を気化させ、所望により補足水流で補い、
このガス流を分離工程からの空気との熱交換関係に置く
こと、調節可能な空気流により、分離工程からの水を冷
却すること。
【０００９】本発明によれば、上記本発明の方法を実施
するために適切な、大気空気の処理装置が提供される。
この装置は、空気と直接接触して液体が循環し、その液
体によって冷却される大気空気圧縮機、圧縮機出口に設
けられた、空気および液体のための分離手段、圧縮機へ
向かって動く液体のリフラックスループであって、冷却
装置を備えるループ、および分離手段を出て少なくとも
１つのさらなる処理装置へ向かう空気を移送する中間導
管を備え、上記液体が水であり、上記ループが、補給水
供給導管を備えた貯蔵容器（タンク）、および上記中間
導管に設けられた空気用冷却装置に接続されたパージ導
管を包含することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００１１】図１に示す装置は、主に、スクリュータイ
プ、ルーツ（ROOTS）タイプ、もしくは液体リングタイ
プであり得る空気圧縮機１；相分離器３とそれに続く凝
縮器４を包含する空気−水分離装置２;相分離器３およ
び凝縮器４で集められた水のための再循環ループ５であ
って、貯蔵タンク６とそのファン８が速度調節可能なモ
ーター９によって動作されるところの空冷（式）冷却器
（air cooled cooler）７を備えるループ；間接向流熱
交換器１０；第２の相分離器１１;および空気からの窒
素を通過させ、酸素を維持するための透過器（permeato
r）１２を備える。
【００１２】貯蔵タンク６は、弁１４を備えるとともに
水をミネラル塩およびバクテリアから精製するための装
置１５を介して外部の水源例えば供給水本管（the main
s）に接続された供給導管１３を備えている。この装置
１５は、イオン交換タイプのものであり得る。弁１４
は、所定の低レベルが貯蔵タンク６において到達された
らすぐに開放できるように、レベル検出器ＬＣ１により
制御される。
【００１３】貯蔵タンク６は、また、その底部から開放
し、熱交換器１０の冷端に配置されたインジェクター
（injector）１７に至るパージ導管１６を備えている。
導管１８により透過器１２の透過物（permeate）出口が
インジェクター１７に接続され、得られた混合物は、交
換器の冷却液体（frigorific liquid）のための通路１
９を通じて送られた後に、符号２０で示すところで大気
に排出される。
【００１４】さらに、貯蔵タンク６は、貯蔵タンクに収
容された水を加熱するための電気抵抗２１を備えてい
る。
【００１５】第１の温度検出器ＴＣ１は、空冷冷却器７
を出る水の温度の関数としてモーター９の速度を制御す
る。さらに、パージ導管１６は、弁２２を備え、その弁
は、透過器１２に入る空気の温度を連続的に測定する第
２の温度検出器ＴＣ２により制御される。
【００１６】貯蔵タンク６の底部を空冷冷却器７に接続
する導管には、弁２４を備えたオーバーフロー導管２３
が接続されている。この弁は、第２のレベル検出器ＬＣ
２により制御され、この検出器は、貯蔵タンク内に所定
の高レベルが到達されたときに弁２４を開く。
【００１７】透過器１２のリテンテート（retentate）
を構成する窒素は、生産物導管２５を介して装置から排
気される。
【００１８】操作に当たり、透過器は、穏やかな温度
で、典型的には、１５ないし３０℃のオーダーの温度
で、空気を処理することが望ましい。一例として、公称
温度ＴＣ２５℃を取り、空気と水とが同じ温度で圧縮機
を出るものと仮定する。
【００１９】圧縮機１中での空気の圧縮により、その値
ΔＴが既知である、例えば１１℃である水が加熱され
る。空気が２５℃で圧縮機を出るのであるから、水は、
Ｔ１＝２５℃−ΔＴ＝１４℃で圧縮機に入る必要があ
る。
【００２０】モーター９が最大速度で回転するとき、水
は、約ＴＡ＋２℃（ここで、ＴＡは、周囲温度）の温度
で冷却器７を出る。
【００２１】２つのケースは、それ故、区別されるべき
ものである。
【００２２】（１）ＴＡ≦ＴＣ−ΔＴ−２℃（本例で
は、ＴＡ≦１２℃） このケースでは、冷却器７は、圧縮熱のすべてを除去し
得る。かくして、冷却器は、圧縮された空気の温度ＴＡ
＋２℃＋ΔＴ（この値は、ＴＣより低いか、等しいと仮
定される）に対応するＴＡ＋２℃で水を圧縮機に供給す
ることができる。かくして、モーター９の速度は、ＴＣ
＝２５℃で圧縮空気を得るように調節され得る。
【００２３】これらの状況下で、検出器ＴＣ２は、弁２
２を閉じたまま維持し、水は、分離装置２から貯蔵タン
ク６へ、後者から冷却器７へ、ついで圧縮機１へと、ル
ープ５内を循環する。大気水分の凝縮と分離装置２およ
び分離器１１において凝縮した水の貯蔵タンク６中での
回収とにより、レベルは貯蔵タンク中で上昇する傾向に
ある。すると、検出器ＬＣ１は弁１４を閉じたまま維持
し、貯蔵タンク６中に所定の高レベルが到達されたと
き、弁２４は、検出器ＬＣ２の制御の下で、間欠的に開
く。これにより、貯蔵タンク６の周期的なパージが確保
される。
【００２４】周囲温度が非常に低く、例えば、５℃未満
であり、圧縮機が真空下で動作されるとき、氷の生成の
危険性を排除するために、水の温度を＋５℃で安定させ
るべく抵抗２１が動作される。
【００２５】（２）ＴＡ＞ＴＣ−ΔＴ−２℃（本例で
は、ＴＡ＞１２℃） このケースでは、冷却器７は、もはや、圧縮機の出口で
温度ＴＣを直接得ることができるように再循環された水
の温度を十分に低下させることはできない。
【００２６】従って、交換器を出る空気は、温度ＴＣを
超え、これは、検出器ＴＣ２の作用の下で、弁２２を開
放させる。導管１６を通る、貯蔵タンク６からのパージ
水は、かくして、導管１８により移送される、透過器１
２の透過物を構成する酸素に富む空気中においてインジ
ェクター１７内で気化される。この気化により、残存ガ
スは、温度が低下し、圧縮空気と向流的に交換器１０内
を循環する冷却流体となる。このようにして、透過器を
入る空気の温度を公称値ＴＣにもたらすことができる。
【００２７】この態様において、大気水分により、レベ
ルが貯蔵タンク６内で上昇もしくは下降し得る。これ
は、検出器ＬＣ１およびＬＣ２の作用の下で、所定の高
および低値の間に維持される。
【００２８】コンピュータにより、交換器１０は空気の
温度を約１３℃低下させることができることが示されて
いる。その結果、圧縮機を出る圧縮空気は、ＴＣ＋１３
℃＝３８℃までの温度を有し得る。冷却器７の性能が上
記の通りとすると、温度ＴＣは、周囲温度３８℃−ΔＴ
−２℃＝３８−１１−２＝２５℃で得られる。
【００２９】透過器の最適の操作が、他の熱交換器や冷
却手段を要することなく、２５℃に等しいかそれよりも
低いいずれもの周囲温度で維持され得ることがわかるで
あろう。
【００３０】補給水のための導管１３が存在することに
より、インジェクター１７で注入され、またはオーバー
フロー導管２３により取り出された水流は、大気空気の
湿度とは独立しており、特に、圧縮機に供給されるもの
としてそのミネラル塩や生物学的組成に関する所望の質
の水を維持するに十分なものであり得る。
【００３１】変形例として、交換器１０は、パージ水が
噴霧される空冷冷却器により置き換えることができる。
【００３２】さらに、図１において破線で示されている
ように、所望により、弁１６Ｂを備えた導管１６Ａによ
り水精製装置１５を導管１６と直接接続し、パージの開
始時に補充冷水を供給するようにすることができる。
【００３３】図２の変形例において、窒素生産のための
導管２５は、精製手段に、より具体的には、典型的に数
パーセントのオーダーの割合で存在する残存酸素を除去
するための手段に至る。この装置は、水素の注入のため
の導管２６、反応Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 ＝Ｈ2 Ｏが生じると
ころの触媒チャンバー２７、空冷冷却器２８、分離バッ
ト（separator vat）２９および乾燥器３０を備えてい
る。分離バット２９に、および所望により乾燥器３０に
集められた水は、導管３１を介して補給水用の導管１３
に戻される。対応する水の流量が十分であれば、給水本
管のような外部水源への接続は、省略することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従い選択的透過による窒素の生産のた
めの装置の概略図。
【図２】本発明の別の態様による装置の部分図。
【符号の説明】
１…空気圧縮機 ２…空気−水分離装置 ３，１１…相分離器 ４…凝縮器 ５…再循環ループ ６…貯蔵タンク ７，２８…空冷冷却器 ８…ファン ９…モーター １０…熱交換器 １２…透過器 １３…供給導管 １５…水精製装置 １６…パージ導管 １７…インジェクター ２６…水素注入導管 ２７…触媒チャンバー ２９…分離バット ３０…乾燥器

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともそのフラクションが圧縮空気
    と混合されて圧縮機を出るところの液体によって冷却さ
    れる圧縮機により大気空気を圧縮し、該圧縮空気を該冷
    却用液体から分離し、該分離された液体を冷却し、該分
    離された液体を圧縮機へ再循環させ、該分離された空気
    を少なくとも１つのさらなる処理工程へ送ることを包含
    する大気空気を処理するための方法において、該液体と
    して水を使用し、該水を該分離工程から貯蔵タンクに通
    じ、該貯蔵タンク内で少なくとも所定のレベルを維持す
    るように該貯蔵タンクに補給水を供給し、該貯蔵タンク
    から水のパージ流を取り出し、該水のパージ流を用いて
    該分離工程からの空気を冷却することを特徴とする大気
    空気を処理するための方法。
  2. 【請求項２】 補給水の少なくとも一部を外部水源から
    取ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 該パージ流を該外部水源からの流れによ
    り補うことを特徴とする請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 該少なくとも１つのさらなる処理工程か
    ら生じた凝縮から該補給水の少なくとも一部を供給する
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 該さらなる工程からの、水で飽和されて
    いない残存ガスの流れ中で該パージ流を気化させ、該ガ
    スの流れを該分離工程からの空気との熱交換関係に置く
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 該分離工程からの水を調節可能な空気流
    により冷却することを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 空気と直接接触して循環する液体により
    冷却される大気空気圧縮機、該圧縮機出口において該空
    気と該液体とを分離するための分離手段、および水を該
    圧縮機へ送るための再循環ループであって、冷却装置と
    該分離手段から少なくとも１つのさらなる処理装置へと
    延びる、空気を移送する中間導管を含むループを備えた
    大気空気を処理するための装置において、該液体が水で
    あり、該ループは、補給水供給のための導管を備えた貯
    蔵タンクと該中間導管に備えられた空気を冷却するため
    の装置に接続されたパージ導管とを含むことを特徴とす
    る大気空気を処理するための装置。
  8. 【請求項８】 補給水供給導管が外部水源に接続されて
    いることを特徴とする請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 外部水源が選択的にパージ導管に接続さ
    れ得ることを特徴とする請求項７記載の装置。
  10. 【請求項１０】 さらなる処理のための装置が凝縮手段
    を備え、該凝縮手段は、該導管内で凝縮された、補給水
    を供給するための水用の帰還導管を備えたことを特徴と
    する請求項７記載の装置。
  11. 【請求項１１】 空気冷却装置が、パージ導管により運
    ばれた水をさらなる処理装置からの、水で飽和されてい
    ない残存ガスと混合するための手段、および該残存ガス
    を該分離手段からの空気と熱交換関係に置くための熱交
    換器を備えたことを特徴とする請求項７記載の装置。
  12. 【請求項１２】 該冷却装置が、速度が調節可能なファ
    ンを備えた空冷式冷却器を包含する請求項７記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】 該圧縮機が、ルーツタイプのスクリュ
    ー式圧縮機または液体リングタイプであることを特徴と
    する請求項７記載の装置。
JP9076270A 1996-03-27 1997-03-27 大気空気を処理するための方法および装置 Pending JPH1024209A (ja)

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