JPS58108381A - 空気分離装置用可逆熱交換器の温度制御法 - 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、空気分離装置用可逆熱交換器の温度制御法に
係シ、特に、空気分離装置用可逆熱交換器の起動を円滑
に行うのに好適な空気分離装置用可逆熱交換器の温度制
御法に関するものである。

一般螢こ、空気分離装置の起動時には、空気分離装置全
体が常温であるため、原料空気に含有されている水分、
炭酸ガス（以下、不純物と略）を空気分離装置の精留塔
伺に持込まないように膨張機で発生した寒冷により、ま
ず、可逆熱交換器を冷却して可逆熱交換器で原料空気に
含有されている不純物を完全に除去できる状態にし、膨
張機に不純物が持込まれなくなった後に、精留塔が冷却
される。このように、９気分離装置の起動時には、常温
状態にある可逆熱交換器、精留塔を冷却するために膨張
機での処理ガス量を増加させる必要があシ、この結果、
可逆熱交換器の冷端から導入され可逆熱交換器の流路な
流通するドライな低温ガス（以下、再熱ガスと略）量若
しくは可逆熱交換器の中間から抜出される原料空気（以
下、抽気空気と略）量も増大するため、可逆熱交換器の
寒冷が過剰となル、可逆熱交換器の各部の温度ノ（ラン
スが崩れると共に過冷却状態となって、可逆熱交換器の
切換え使用される流路壁面に凝結した不純物の昇華除去
機能を失ない、この状態を長時間続けると運転不能とな
る。とのような不都合事態を避けるためには、可逆熱交
換器の各部の温度を、ある規定温度に常に制御する必要
がある。

従来、可逆熱交換器の各部の温度制御は、可逆熱交換器
の中間部の温度を検知し、この検知温度によシ再熱ガス
量若しくは抽気９気量な減量調節することで行われてい
る。

このような可逆熱交換器の温度制御法では、可逆熱交換
器の中間部の温度が規定温度になるように、再熱ガス量
若しくは抽気空気量を強制的に減量するため、次のよう
な欠点があった。

１１）膨張機の入口温度が低下し、箪が発生する異常状
態となるため、膨張機の能力をフルに発揮させることが
できず、シ九がって、起動時間が長くなる。

（２）再熱ガス量若しくは抽気空気量の減量によシ、膨
張機の運転操作をその都度変える必要があるため、その
運転操作が極めて難しい。

本発明は、上記欠点の解消を目的としたもので、空気分
離装置の起動時において、流路を切換え使用され、かつ
、再熱ガス量若しくは抽気空気量を調節することで規定
温度に制御される可逆熱交換器の温度が規定温度以下に
低下した場合で、かつ、可逆熱交換器で冷却された原料
空気と再熱ガス若しくは抽気空気との合流ガスを断熱膨
張させ寒冷を発生させる膨張機出口側の合流ガスの温度
が飽和温度よシも高い場合は、再熱ガス量若しくは抽気
空気量を減量すると共に、膨張機出口側の合流ガスの温
度が飽和温度付近まで低下した時点で、原料空気を分離
する精留塔でぶ料９気から分離され、かり、可逆熱交換
器で原料空気を冷却する低温分離ガスの一部を可逆熱交
換器の前流側で放出することを４＄１１とし、空気分離
装置の起動時間が短縮できると共に、膨張機の運転操作
を容易に行うことがで暑る空気分離装置用可逆熱交換器
の温度制御法を提供するものである。

本発明の一実施例をｇｔｉ＋により説明する。

図面は、本ｌｌ＠を実施した空気分離装置の部分系統図
で、原料空気は圧縮機（図示省略）で約５即／ａｌＧに
圧縮され水で冷却された後、導管１よ〕切換弁２又は３
のいずれか一方を通って可逆熱交換器６内の切換人流路
７又はＢ流路８のいずれラ一方を流通し、こζで精ｗ４
１２で分離された低温の戻〕ガスおよび再熱ガス、例え
ば再熱９気によ〕空気の飽和温度近くまで冷却される。

この冷却の段階で不純物は可逆熱交換器６の切換Ａ流路
７又はＢｍ路８の壁面に凝結し完全に除去される。

不純物な除去され低温に冷却さ゛れた原料空気は逆止弁
９又はＷを通つて導管Ｕよル大部分は精溜塔認の下部塔
１２ｍ下部に吹込すれる。

精溜塔認は下部塔１２ｍと上部塔１２ｂが一体の、いわ
ゆる、複式精箇塔が使われてお〕、その中間に上部塔１
２ｂ下部の筐体ａＳを下部塔１２ｍ上部の窒素ガスで蒸
発させ窒素ガスを凝縮させる、いわゆる、主凝縮器塾が
設置されている。

下部塔１２ｍに吹込まれた原料空気は精溜され下部塔１
２ｍ上部の液体窒素と下部塔１２１下部の酸素機度約４
０９６の液体９気とに分離され、下部塔ｎ署上部の液体
窒素は導管１４よル膨張弁すで減圧され圧力約ｏ、ｓ！
ｆ／６ｄｏとな９て導管１６よル上部塔１２ｂの上部に
還流液として供給される。下部塔νａ下部の液体空気は
導管１７よシ過冷却器扉で上部塔１２ｂからの窒素ガス
で冷却され導管肋よ多膨張弁加で圧力約０．５１１ｆ／
ｄＧｔで減圧され導管４よ〕上部塔１２ｂ中部に還流液
として供給される。

一方、可逆熱交換器６で冷却され不純物を除去された残
ルの原料空気は、導管■より分岐管４を経て、一部は可
逆熱交換器６の再熱９気として導管区よル可逆熱交換器
６の冷端より切換のない通路を通りで原料空気を冷却す
るとともに自身は昇温され、温度約−１２０℃の状態で
可逆熱交換器６の中間から抜出され、導管謳より再熱間
気量調節弁３で炭酸ガス昇華の適量を制御され、導管瀝
より残シの導管１よル調節弁ツ、導管部を通りて来る低
温の原料空気と導管（資）で合流し、均一温度となって
膨張機社で新島膨張し、自身低温となりて導管冨よ〕上
部塔ｕｂの中間に吹込まれる。このように原料空気は全
て上部塔１２ｂに送られて積雪作用によって酸素と空気
に分離され、窒素は上部塔１２ｂ上部より導管羽を通夛
、過冷却器正で昇温され更にｊ［１１１ｍ化１１Ｂ４で
空気の一部を液化することによって可逆熱交換器６の切
換Ａ流路７又はＢ流路８のいずれか一方の不純物が凝結
している　　。

流路に昇温されて導かれ、原料空気を冷却するとともに
自身は昇温され、この時、凝結している不純物を昇華し
、常温となって切換弁４又は５の一方を通って導管調よ
ｊｌ系外に放出される。

切換Ａ流路７とＢ流路８は１０〜１５分ごとに周期的に
切換されて不純物で間車することなく連続的に運転され
る。

一方、上部塔１２ｂで分離された酸素は上部塔ルｂ下部
の主凝縮９１３に筐体酸素として貯められ、蒸発ガスの
一部を導管訂よシ取出してＭ２箪化器シ可逆熱交換器６
の冷端に導かれ、切換のない流路を流通し、その間、原
料空気を冷却するとともに自身は昇温され常温状態とな
って導管荀よ〕製品酸素ガスとして別途使用先（図示省
略）に送出される。

このような空気分離装置の起動時において、導管スの再
熱９気の出口側に設けられた温度検出器４１で検出され
た可逆熱交換器６の温度が規定温度以下に低下した場合
で、かつ、膨張機３１出口側の導管冨に設けられた温度
検出離心で検出され九膨張機社出口側の合流ガスの温度
が飽和温度よシも高い場合は、温度検出器４１．４２の
信号を受けて自動制御装置４Ｉが作動し、導管スの再熱
９気の出口側に設けられた再熱空気量調節弁５が絞られ
、これによシ、可逆熱交換器６を流通する再熱空気量が
減量し可逆熱交換器６の中間部の温度は規定温度に制御
される。この状態で、温度検出器Ｃで検出された膨張機
３１出口側の合流ガスの温度が飽和付近まで低下した時
点で、温度検出器社の信号な受けて自動制御装置−が作
動し、上部塔１２ｂ下部の酸素ガスの導管諺よル分絃さ
れた導管舗に設けられた低温ガス放出調節弁部が適正量
開弁され、これにより、上部塔１２ｂで原料空気から分
離され、かつ、可逆熱交換ＩＩ６で原料空気を冷却する
低温分離ガスである低温酸素ガスの一部が導管舗、低温
ガス放出弁藝および導管−を通して可逆熱交換ｌｌｌ６
の前流側で大気へ放出される。このため、可逆熱交換器
６への低温酸素ガス供給量が減量し、可逆熱交換器６で
の寒冷が減少するーことによ〕、可逆熱交換器の過冷却
が防止される。

本実施例のような空気分離装置用可逆熱交換器の温度制
御法では、空気分離装置の起動時において、再熱交気量
を減量することで、可逆熱交換器の中間部の温度が規定
温度になるように制御できると共に、膨張機出口側の合
流ガスの温度が常に飽和温度以下となることがないので
、膨張機の寒冷発生能力をフルに発揮させることができ
、また、再熱交気量の減量によシ、膨張機の運転操作を
変える必要もない、なお、従来は、空気分離装置の起動
時に低温分離ガスを大気に放出することは、空気分離装
置全体の寒冷損失になるばかシでなく、凝結した不純物
の昇華除去に悪影響を及ぼすと考えられていたが、しか
し、本発明では、膨張機の寒冷発生能力をフルに発揮さ
せることができるため、空気分離装置全体の寒冷発生量
は逆に増加し、また、大気に放出される低温分離ガス量
は、９気分離装置全体の９気量の１〜５−程度畳こすぎ
ず、凝結した不純物の昇華除去が阻害される心配もない
。

なお、本実施例では、再熱ガス並びに膨張機で断熱膨張
されるガスとして可逆熱交換器で冷却された原料空気を
用い説明したが、その他に、９気分離装置の系統上、積
雪塔の下部塔からの窒素ガスを用いても上記と同様の作
用並びに効果が得られることは明白であシ、更に、再熱
ガスに代え抽気９気を用いて４４１に問題は生じない。

また、低温分離ガスの放出については、本実施例では、
低温酸素ガスを放出する場合につき説明したが、その他
に、低温ｉｉｎガスを放出させることも可能であ〕、更
に、空気分離ｍ１１ｍが、高純窒素を採取する装置であ
る場合は、高純窒素の可逆熱交換器の入口導管から低温
ガスを放出させても同様の効果が得られる。更に、本実
施例では、可逆熱交換器として、再熱ガスを可逆熱交換
器の中間から龜出す中間再熱方式の可逆熱交換器を用い
て説明したが、その他に、再熱ガスを可逆熱交換器の温
端から攻出す温端再熱方式の可逆熱交換器を用いても同
様の効果が得られる。また、一般の空気分離装置では、
本実施例で説明した低温ガス放出弁と同様に、９気分離
装置の停止時の加温乾燥用のプルー弁が設けられている
が、本実施例で説明した自動制御ｍｌを設置せずに手動
運転操作する場合には、ブロー弁を利用して低温分離ガ
スを放出しても良い。

本発明は、以上説明し几ように、空気分離装置用可逆熱
交換器の温度制御法において、可逆熱交換器の温度が規
定温度以下に低下した場合で、かつ、膨張機出口側の合
流ガスの温度が飽和温度よシも高い場合は、再熱ガス量
若しくは抽気空気素度が飽和温度付近まで低下した時点
で、積雪塔で原料空気から分離され、かつ、可逆熱交換
器で原料空気を冷却する低温分離ガスの一部を可逆熱交
換器の前流側で放出するということで、可逆熱交換器の
温度を規定温度に制御できると共に、膨張機の寒冷発生
能力をフルに発揮させることができるので、９気分離装
置の起動時間を短縮できる効果があり、かつ、再熱ガス
量若しくは抽気空気量の減量により、膨張機の運転操作
を変える必要がないので、膨張機の運転操作を極めて容
易化できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の一実施例を説明するもので、本発明を
実施した空気分離装置の部分系統図である。 ２から５・・・・・・切換弁、６・・−・・可逆熱交換
器、９゜ｌＯ・・・・・・逆止弁、１１．２２．２３．
２４．２６．２７．３０．３２゜羽、　３５．３７．３
９．４４．４６・・・・・・導管、ν・・・・・・積雪
塔、膿・・・・・・過冷却器、ｂ・・・・・・再熱！気
調節弁、Ｚ・・・・・・調節弁、菖・・−・・膨張機、
萬・・−・・第２１１化器、田・・・第２１１化器、４
１．４２・・−・・温度検出器、−・・・・・・自動制
御装置 代理人　弁理士　　薄　１）利　幸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、流路を切換え使用され、かつ、再熱ガス量若しくは
   抽気空気量な調節することで規定温度に制御される可逆
   熱交換器と、該可逆熱交換器で冷却された原料空気と前
   記再熱ガス若しくは前記抽気空気との合流ガスを断熱膨
   張させ寒冷を発生させる膨張機と、前記原料空気を分離
   する精留塔とで構成された空気分離装置の前記可逆熱交
   換器の起動時における温度制御法において、前記可逆熱
   交換器の温度が規定温度以下に低下した場合で、かつ、
   前ｌｅｍ彊機の出口側の前記合流ガスの温度が飽和温度
   よ〕も高い場合は、前記再熱ガス量若しくは抽気空気量
   を減量すると共に、膨張機の出口側の合流ガスの温度が
   飽和温度付近まで低下した時点で、前記精留塔で前記原
   料空気から分離され、かつ、可逆熱交換器で原料空気を
   冷却する低温分離ガスの一部を可逆熱交換器の前流側で
   放出することを特徴とする空気分離装置用可逆熱交換器
   の温度制御法。