JPWO2016103744A1 - 圧縮機用のガス回収システム、圧縮機システム及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

圧縮機用のガス回収システム、圧縮機システム及び冷凍サイクルシステム Download PDF

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Abstract

圧縮機用のガス回収システムは、混合ガスに対して液状態の供給ガスを接触させることで、混合ガスに含まれる前記プロセスガスを冷却して液化すると共に、液状態の供給ガスを加熱して気化する蒸留塔と、蒸留塔の下部に接続され、蒸留塔から排出される液状態のプロセスガスを回収するプロセスガス回収ラインと、蒸留塔の上部に接続され、蒸留塔から排出される気体状態の供給ガスを回収する供給ガス回収ラインと、を備える。

Description

この発明は、圧縮機用のガス回収システム、これを備える圧縮機システム及び冷凍サイクルシステムに関する。
圧縮機には、内部において圧縮されるガス（プロセスガス）がケーシング両端部において回転体（ロータ）と静止体（ステータ）との隙間から外部に漏れだすことを抑制するため、ドライガスシールを設けている。また、ドライガスシールの外側にある軸受から潤滑油がドライガスシール側に混入することを防ぐため、ドライガスシールと軸受との間にさらにセパレーションシールと呼ばれるシールを設け、不活性ガス（セパレーションガス）をセパレーションシールに供給することで、潤滑油の混入を防いでいる。ドライガスシールから外側に漏れだす微量のプロセスガスと、前述したセパレーションガスとが混合されたガス（以下、混合ガスと呼ぶ。）がベントガスとして圧縮機から排出される。
特許文献１には、回収フロンからこれに含まれる油分、水分等の不純物を除去する回収フロンの再生方法が開示されている。この再生方法では、液状態の回収フロンを蒸発器において加熱し、回収フロンに含まれるフロンをガス化することで、液状態の油分、水分等の不純物から分離する。
日本国特許第３８１６０６６号
上記した圧縮機において、ドライガスシールから混合ガスがベントガスとして排出されると、閉ループのシステムではプロセスガスを追加で供給する必要があり、プロセスガスを追加する分だけ圧縮機のランニングコストが高くなってしまう。例えば、プロセスガスがフレオン等のように高価である場合、圧縮機のランニングコストが特に高くなってしまう。
特許文献１の再生方法を利用して上記した混合ガスからプロセスガスを分離回収する場合、混合ガスを全て液化する必要がある。このため、混合ガスの液化に要するエネルギーの分だけ、圧縮機のランニングコストが高くなってしまう。
上記課題は、セパレーションシールにセパレーションガスを供給する場合に限らず、ドライガスシールやセパレーションシールを含む圧縮機のシール部に、セパレーションガスや他のシールガスなどの供給ガスを供給する場合に生じ得る。
本発明の一態様は、圧縮機に対して追加供給するプロセスガスの量を削減して圧縮機のランニングコストを抑えることが可能な圧縮機用のガス回収システム、これを備える圧縮機システム及び冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。
本発明の一態様としての圧縮機用のガス回収システムは、圧縮機で圧縮されるプロセスガスと、前記圧縮機のシール部に供給される供給ガスとが混合された混合ガスを、前記プロセスガスと前記供給ガスとに分離して回収する圧縮機用のガス回収システムであって、前記混合ガスに対して液状態の前記供給ガスを接触させることで、前記混合ガスと液状態の前記供給ガスとの間で熱交換させて、前記混合ガスに含まれる前記プロセスガスを冷却して液化すると共に、液状態の前記供給ガスを加熱して気化する蒸留塔と、前記蒸留塔の下部に接続され、前記蒸留塔の下部から排出される液状態の前記プロセスガスを回収するプロセスガス回収ラインと、前記蒸留塔の上部に接続され、前記蒸留塔の上部から排出される気体状態の前記供給ガスを回収する供給ガス回収ラインと、を備える。
上記構成のガス回収システムでは、蒸留塔において混合ガスと液状態の供給ガスとの間で熱交換させることで混合ガスに含まれるプロセスガスが液化し、液状態のプロセスガスがプロセスガス回収ラインによって回収される。回収されたプロセスガスは、圧縮機に戻して再利用することができる。したがって、圧縮機に対して追加で供給するプロセスガスの量を減らすことができる。
また、蒸留塔において混合ガスとの間で熱交換される液状態の供給ガスは、加熱気化されて、混合ガスに含まれる供給ガスと共に、気体状態で供給ガス回収ラインによって回収される。回収された気体状態の供給ガスは、圧縮機のシール部に供給されるガスとして再利用することができる。したがって、圧縮機に対して供給ガスを外部の供給源から供給する量も減らすことができる。
前記圧縮機用のガス回収システムでは、前記プロセスガスがフレオン又は炭化水素であり、前記供給ガスが二酸化炭素又は炭化水素であってもよい。
上記構成のガス回収システムにおいて扱うプロセスガスが高価なフレオンである場合、圧縮機のランニングコストを効果的に抑えることができる。
また、圧縮機において扱う供給ガスが不活性ガスの一種である二酸化炭素である場合、混合ガスを蒸留塔において好適に液状態のフレオンと気体状態の二酸化炭素とに分離することができる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記プロセスガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された液状態の前記プロセスガスを気化させた上で前記蒸留塔に戻すプロセスガス循環ラインを備えてもよい。
上記構成によれば、蒸留塔から排出される液状態のプロセスガスの純度を高めることができる。すなわち、混合ガスから純度の高いプロセスガスを回収することが可能となる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記プロセスガス循環ラインの代わりに、前記圧縮機において取り扱う気体状態の前記プロセスガスを前記蒸留塔に供給するプロセスガス供給ラインを備えてもよい。
上記構成によれば、蒸留塔から排出される液状態のプロセスガスの純度を高めることができる。すなわち、混合ガスから純度の高いプロセスガスを回収することができる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記供給ガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された気体状態の前記供給ガスを液化させた上で前記蒸留塔に戻す供給ガス循環ラインを備えてもよい。
上記構成によれば、蒸留塔から排出される気体状態の供給ガスの純度を高めることができる。すなわち、混合ガスから純度の高い供給ガスを回収することが可能となる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記供給ガス循環ラインの代わりに、液状態の前記供給ガスを前記蒸留塔に供給する外部供給ラインを備えてもよい。
上記構成によれば、蒸留塔から排出される気体状態の供給ガスの純度を高めることができる。すなわち、混合ガスから純度の高い供給ガスを回収することが可能となる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記プロセスガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された液状態の前記プロセスガスを気化させた上で前記蒸留塔に戻すプロセスガス循環ラインと、前記供給ガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された気体状態の前記供給ガスを液化させた上で前記蒸留塔に戻す供給ガス循環ラインと、前記プロセスガス循環ラインを流れる液状態の前記プロセスガスと、前記供給ガス循環ラインを流れる気体状態の前記供給ガスとの間で熱交換させる循環用熱交換器と、を備えてもよい。
上記構成によれば、循環用熱交換器において、プロセスガス循環ラインを流れる液状態のプロセスガスを、供給ガス循環ラインを流れる気体状態の供給ガスによって加熱することができる。これにより、プロセスガス循環ラインにおけるプロセスガスの気化を促進することができる。また、循環用熱交換器において、供給ガス循環ラインを流れる気体状態の供給ガスを、プロセスガス循環ラインを流れる液状態のプロセスガスによって冷却することができる。これにより、供給ガス循環ラインにおける供給ガスの液化を促進することができる。
また、上記構成によれば、プロセスガスの加熱及び供給ガスの冷却が、これらプロセスガスと供給ガスとの間の熱交換によって行われる。すなわち、別の熱源を用いることなく、プロセスガスの加熱及び供給ガスの冷却を行うことができるため、ガス回収システムのランニングコスト削減を図ることができる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記蒸留塔に接続され、前記混合ガスを前記蒸留塔に供給する混合ガス供給ラインと、前記プロセスガス回収ラインを流れる前記プロセスガスと、前記混合ガス供給ラインを流れる前記混合ガスとの間で熱交換させることで、前記プロセスガス回収ラインを流れる前記プロセスガスによって前記混合ガスを冷却する混合ガス用熱交換器と、を備えてもよい。
上記構成によれば、混合ガスを混合ガス用熱交換器において冷却することにより、混合ガスの少なくとも一部を液化できるため、少なくとも気液混合状態の混合ガスを蒸留塔に供給することができる。これにより、蒸留塔において混合ガスを効率よくプロセスガスと供給ガスとに分離することができる。
また、混合ガスは、プロセスガス回収ラインを流れるプロセスガスを利用して冷却されるため、ガス回収システムのランニングコストを削減することができる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記蒸留塔と前記混合ガス用熱交換器との間において、前記プロセスガス回収ラインに対して液状態の前記プロセスガスを追加で供給するための追加供給ラインを備えてもよい。
上記構成によれば、混合ガス用熱交換器の上流側において液状態のプロセスガスを追加で供給することで、混合ガス用熱交換器において、混合ガス供給ラインを流れる混合ガスと、プロセスガス回収ラインを流れるプロセスガスとの間の熱収支を調整し、混合ガスを冷却する度合いを適切に調整することが可能となる。
前記圧縮機用のガス回収システムでは、前記混合ガス用熱交換器が、前記供給ガス回収ラインを流れる前記供給ガスと、前記混合ガス供給ラインを流れる前記混合ガスとの間で熱交換させることで、前記供給ガス回収ラインを流れる前記供給ガスによって前記混合ガスを冷却してもよい。
上記構成によれば、混合ガスが、供給ガス回収ラインを流れる供給ガスも利用して冷却されるため、プロセスガス回収ラインに対して追加で供給される液状態のプロセスガスの量を削減することが可能となる。
前記圧縮機用のガス回収システムでは、前記シール部が、ドライガスシールと、前記圧縮機の軸受と前記ドライガスシールとの間に設置されるセパレーションシールと、を備え、前記供給ガスが、前記セパレーションシールに供給されるセパレーションガスであってもよい。
上記構成によれば、セパレーションシールに供給されるセパレーションガスがプロセスガスと混合しても、セパレーションガスをプロセスガスと分離して回収することができる。また、回収された気体状態のセパレーションガスは、圧縮機のセパレーションシールに供給されるガスとして再利用することができる。したがって、圧縮機に対してセパレーションガスを外部の供給源から供給する量を減らすことができる。
前記圧縮機用のガス回収システムは、前記セパレーションガスと、前記圧縮機の軸受からの潤滑油とが混合された第二混合ガスに対して、液状態の前記セパレーションガスを接触させることで、前記第二混合ガスと液状態の前記セパレーションガスとの間で熱交換させて、前記第二混合ガスに含まれる前記潤滑油を冷却して液化すると共に、液状態の前記セパレーションガスを加熱して気化する第二蒸留塔と、前記第二蒸留塔の上部に接続され、前記蒸留塔の上部から排出される気体状態の前記セパレーションガスを回収する第二供給ガス回収ラインと、を備えてもよい。
上記構成によれば、第二蒸留塔において第二混合ガスと液状態のセパレーションガスとの間で熱交換させることで、液状態のセパレーションガスが加熱気化されて、第二混合ガスに含まれるセパレーションガスと共に第二供給ガス回収ラインによって回収される。回収されたセパレーションガスは、圧縮機のセパレーションシールに供給されるガスとして再利用できる。したがって、圧縮機に対してセパレーションガスを外部の供給源から供給する量をさらに減らすことができる。
前記圧縮機用のガス回収システムでは、前記シール部が、複数のドライガスシールを備え、前記供給ガスが、隣り合う前記ドライガスシールの間に供給されるシールガスであってもよい。
上記構成によれば、ドライガスシールの間に供給されるシールガスがプロセスガスと混合しても、シールガスをプロセスガスと分離して回収することができる。また、回収された気体状態のシールガスは、圧縮機のドライガスシール間に供給されるガスとして再利用することができる。したがって、圧縮機に対してシールガスを外部の供給源から供給する量を減らすことができる。
本発明の一態様としての圧縮機システムは、圧縮機と、前記圧縮機用のガス回収システムと、を備える。
本発明の一態様としての冷凍サイクルシステムは、前記圧縮機システムを備える。
本発明によれば、圧縮機に対して追加供給するプロセスガスや供給ガスの量を削減して圧縮機のランニングコストを抑えることができる。
本発明の第一実施形態に係る冷凍サイクルシステムの主要部を示す模式図である。 図１の圧縮機の要部を示す半断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧縮機用のガス回収システムを示す模式図である。 第一実施形態の圧縮機用のガス回収システムの変形例を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る圧縮機用のガス回収システム、及び、圧縮機の要部を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る圧縮機用のガス回収システムを示す模式図である。 本発明の第四実施形態に係る圧縮機の要部を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明による圧縮機用のガス回収システム、これを備える圧縮機システム及び冷凍サイクルシステムを実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
〔第一実施形態〕
図１に示すように、本発明の第一実施形態に係る冷凍サイクルシステム１は、図示しない冷却対象を冷却するためのシステムである。冷凍サイクルシステム１の主要部２は、圧縮機３と、凝縮器４と、貯留部５と、蒸発器６と、を備える。これらの構成は、上記した順番で配管によって接続されている。
圧縮機３は、気体状態の冷媒（以下、プロセスガスと呼ぶ。）を圧縮する。圧縮機３のロータ１１（図２参照）には、これを駆動するモータ等の駆動機７が接続されている。凝縮器４は、圧縮機３において圧縮された高温高圧のプロセスガスを冷却して凝縮する。
貯留部５は、凝縮器４において液状態とされたプロセスガスを貯留する。蒸発器６は、貯留部５からバルブ８により断熱膨張して圧力・温度が低下した状態で供給される液状態のプロセスガスと、不図示の冷却対象との間で熱交換することで、液状態のプロセスガスを蒸発させる（気化させる）。気化したプロセスガスは再び圧縮機３に送り込まれる。
上記のプロセスガスは、例えば炭化水素（ハイドロカーボン）であってもよいが、本実施形態のプロセスガスはフレオンである。プロセスガスとして用いる炭化水素は、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等のうち適宜選択された一種類又は複数種類の炭化水素であってよい。
図１，２に示すように、上記した圧縮機３のロータ１１は、回転軸１３及びこれに取り付けられた不図示のインペラを備える。圧縮機３のステータ１２は、ロータ１１のインペラを収容する不図示のケーシングを備える。回転軸１３は、その軸方向の両端部１３Ａ，１３Ｂがケーシングの外側に突出しており、ケーシングの外側において軸受１４によってステータ１２に対して回転自在に支持されている。図２には、回転軸１３の軸方向の第一端部１３Ａのみが軸受１４によってステータ１２に対して支持されている状態が記載されているが、回転軸１３の軸方向の第二端部１３Ｂも同様に軸受１４によって支持されている。
ステータ１２と回転軸１３の両端部１３Ａ，１３Ｂにおけるロータ１１との隙間には、シール部１０が設けられている。シール部１０は、前述したプロセスガスがケーシングの内側から外側に漏れることを抑える漏れ抑制用シール部１５を備える。漏れ抑制用シール部１５は、回転軸１３の軸方向において軸受１４よりもケーシングの内側に位置する。
漏れ抑制用シール部１５には、ラビリンスシール１６及びドライガスシール１７が含まれる。本実施形態では、第一ラビリンスシール１６Ａ、第一ドライガスシール１７Ａ、第二ラビリンスシール１６Ｂ及び第二ドライガスシール１７Ｂが、回転軸１３の軸方向に沿ってケーシングの内側から外側に順番に配列されている。
第一ラビリンスシール１６Ａと第一ドライガスシール１７Ａとの間の第一空間Ｓ１には、圧縮機３において圧縮されたプロセスガスの一部をフィルタに通したプロセスガスが、シール用プロセスガスＧ１として供給される。シール用プロセスガスＧ１が第一空間Ｓ１に供給されることで、第一空間Ｓ１の圧力が上昇し、ケーシングの内側から第一空間Ｓ１へ３μｍよりも大きな異物を含むプロセスガスの漏れ出しを抑制する。
第一ドライガスシール１７Ａと第二ラビリンスシール１６Ｂとの間の第二空間Ｓ２には、第一空間Ｓ１から第一ドライガスシール１７Ａを通して漏れ出したプロセスガスの一部を排出するための一次ベント１８が接続されている。一次ベント１８から排出されるプロセスガスＧ２の純度は１００％である。このため、一次ベント１８から排出されたプロセスガスＧ２は適宜再昇圧された上で、図１に示す冷凍サイクルシステム１の主要部２に戻される。
また、シール部１０は、上記した漏れ抑制用シール部１５と軸受１４との間に設置されるセパレーションシール１９を備える。セパレーションシール１９は、気体状態のセパレーションガス（供給ガス）を供給することで、軸受１４において使用される潤滑油がドライガスシール１７を含む漏れ抑制用シール部１５に混入することを防ぐ。
セパレーションシール１９において使用するセパレーションガスは、図１に例示する外部供給源２１のみから供給されてもよいが、本実施形態では、後述するガス回収システム３０（図３参照）において回収されるセパレーションガスも利用される。また、上記セパレーションガスは、不活性ガスであればよいが、例えばプロセスガスよりも沸点が低いガスであるとよい。この種のセパレーションガスは、例えば窒素であってもよいが、本実施形態のセパレーションガスは二酸化炭素である。
ステータ１２とロータ１１との隙間のうち漏れ抑制用シール部１５とセパレーションシール１９との間の空間Ｓ４（以下、混合空間Ｓ４と呼ぶ。）では、漏れ抑制用シール部１５から漏れ出した微小量のプロセスガスと、セパレーションシール１９からのセパレーションガスとが混合する。混合空間Ｓ４には、これらプロセスガスとセパレーションガスとが混合された混合ガスを混合空間Ｓ４から後述するガス回収システム３０に排出する二次ベント２０が接続されている。
図２には、上記した漏れ抑制用シール部１５、セパレーションシール１９等の構成を回転軸１３の第一端部１３Ａに対して設けた状態だけが記載されているが、漏れ抑制用シール部１５、セパレーションシール１９等の構成は回転軸１３の第二端部１３Ｂに対しても同様に設けられている。
本実施形態の冷凍サイクルシステム１は、図１〜３に示すように、圧縮機３の二次ベント２０から排出された混合ガスを、プロセスガスとセパレーションガスとに分離して回収する圧縮機３用のガス回収システム３０を備える。ガス回収システム３０は、混合ガス供給ライン３１と、蒸留塔３２と、プロセスガス回収ライン３３と、供給ガス回収ライン３４と、を備える。
混合ガス供給ライン３１は、蒸留塔３２に接続され、圧縮機３から排出された混合ガスを蒸留塔３２に供給する。本実施形態の混合ガス供給ライン３１は、前述した圧縮機３の二次ベント２０に接続されている。本実施形態の混合ガス供給ライン３１には、混合ガス用圧縮機３５が設けられている。混合ガス用圧縮機３５は、混合ガスを大気圧力から蒸留塔３２における必要圧力まで昇圧する。
蒸留塔３２は、昇圧された混合ガスに対して液状態のセパレーションガスを接触させることで、混合ガスと液状態のセパレーションガスとの間で熱交換させて、混合ガスに含まれるプロセスガスを冷却して液化すると共に、液状態のセパレーションガスを加熱して気化する。
本実施形態の蒸留塔３２は、上下方向に延びて形成され、上部及び下部を閉塞した筒状に形成されている。図３において、前述した混合ガス供給ライン３１は、蒸留塔３２の上下方向の中間部に接続されているが、適切な高さに接続されればよい。
また、本実施形態の蒸留塔３２では、液状態のセパレーションガスが蒸留塔３２の上部に供給され、例えば液状態のセパレーションガスを蒸留塔３２の上部から下部に向けて流れ落ちる。これにより、混合ガスと液状態のセパレーションガスとの間で効率よく熱交換を行うことができ、混合ガスに含まれるプロセスガスを効率よく冷却して液化できる。また、液状態のセパレーションガスを効率よく加熱して気化できる。
蒸留塔３２に供給される液状態のセパレーションガスの供給源は、例えば別途用意してもよいが、本実施形態では、混合ガスに含まれていたセパレーションガスを再利用したものである。
プロセスガス回収ライン３３は、蒸留塔３２の下部に接続され、蒸留塔３２の下部から排出される液状態のプロセスガスを回収する。本実施形態のプロセスガス回収ライン３３は、図１に示す主要部２に接続されており、蒸留塔３２から回収されたプロセスガスを主要部２に回収する。
また、本実施形態のプロセスガス回収ライン３３は、蒸留塔３２から回収されたプロセスガスが再び主要部２の圧縮機３において圧縮されるように、主要部２のうち蒸発器６と圧縮機３との間の配管に接続されている。このため、本実施形態のプロセスガス回収ライン３３においては、後述する回収ライン用バルブ３６及び混合ガス用熱交換器３７を利用して、蒸留塔３２から回収された液状態のプロセスガスを気化させる。
本実施形態のプロセスガス回収ライン３３には、図３に示すように、蒸留塔３２からプロセスガス回収ライン３３に排出された液状態のプロセスガスを主要部２に戻す量を調整する回収ライン用バルブ３６が設けられている。本実施形態では、蒸留塔３２における液状態のプロセスガスの液面が所定の範囲内で保持されるように、回収ライン用バルブ３６の開度が調節されることで、液状態のプロセスガスを主要部２に戻す量が調整される。プロセスガス回収ライン３３は、主要部２のうち蒸留塔３２における圧力よりも低い箇所に接続されるため、回収ライン用バルブ３６は、蒸留塔３２から流れる液状態のプロセスガスを断熱膨張させる。これにより、液状態のプロセスガスの圧力及び温度が下がる。
供給ガス回収ライン３４は、蒸留塔３２の上部に接続され、蒸留塔３２の上部から排出される気体状態のセパレーションガスを回収する。本実施形態の供給ガス回収ライン３４は、図２に示す圧縮機３のセパレーションシール１９に接続されており、蒸留塔３２から排出された気体状態のセパレーションガスをセパレーションシール１９に再度供給する。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、混合ガス用熱交換器３７を備える。混合ガス用熱交換器３７は、混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスと、プロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスとの間で熱交換させることで、混合ガスを冷却する。
混合ガスの温度は、プロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスよりも高いため、混合ガスは混合ガス用熱交換器３７において冷却された上で、蒸留塔３２に供給される。
特に、本実施形態では、混合ガス用熱交換器３７が混合ガス用圧縮機３５よりも混合ガス供給ライン３１の下流側（蒸留塔３２側）に配されていることで、混合ガスは混合ガス用圧縮機３５において昇圧されて温度上昇した状態で混合ガス用熱交換器３７を通る。また、本実施形態では、混合ガス用熱交換器３７が回収ライン用バルブ３６よりも下流側（冷凍サイクルシステム１の主要部２側）に配されていることで、プロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスは、回収ライン用バルブ３６における断熱膨張によって温度低下した状態で混合ガス用熱交換器３７を通る。
その結果、混合ガスは、混合ガス用熱交換器３７においてプロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスによって冷却され、例えば気液混合の状態で蒸留塔３２に供給される。
一方、蒸留塔３２からプロセスガス回収ライン３３に排出された液状態のプロセスガスは、回収ライン用バルブ３６において断熱膨張された上で、混合ガス用熱交換器３７を通ることで、混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスによって加熱されて気化する。これにより、蒸留塔３２から回収されたプロセスガスを気体状態で圧縮機３に供給することができる。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、蒸留塔３２と混合ガス用熱交換器３７との間において、プロセスガス回収ライン３３に対して液状態のプロセスガスを追加で供給する追加供給ライン３８を備える。本実施形態の追加供給ライン３８は、プロセスガス回収ライン３３のうち回収ライン用バルブ３６と混合ガス用熱交換器３７との間に接続されている。
プロセスガス回収ライン３３に対して追加で供給する液状態のプロセスガスの量を調整することにより、混合ガス用熱交換器３７における混合ガスとプロセスガスとの熱収支を調整し、混合ガスを冷却する度合いを適切に調整することが可能となる。本実施形態では、追加供給ライン３８に調整用バルブ３８Ｚが設けられている。調整用バルブ３８Ｚの開度を調節することで、プロセスガス回収ライン３３に対して追加で供給する液状態のプロセスガスの量を調整できる。
プロセスガス回収ライン３３に対して追加供給する液状態のプロセスガスの供給源は、例えば別途用意してもよいが、本実施形態では、図１に示す冷凍サイクルシステム１の主要部２である。追加供給ライン３８は、例えば図１，３に示すように主要部２の貯留部５に接続されていてもよい。この場合には、貯留部５に貯留された液状態のプロセスガスが、追加供給ライン３８を通してプロセスガス回収ライン３３に供給される。
さらに、本実施形態のガス回収システム３０では、混合ガス用熱交換器３７が、供給ガス回収ライン３４を流れるセパレーションガスと、混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスとの間で熱交換させることで、混合ガスを冷却する。
混合ガスの温度は、供給ガス回収ライン３４を流れるセパレーションガスよりも高いため、混合ガスは、混合ガス用熱交換器３７において供給ガス回収ライン３４を流れるセパレーションガスよって冷却された上で、蒸留塔３２に供給される。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、プロセスガス回収ライン３３から分岐し、蒸留塔３２から排出された液状態のプロセスガスを気化させた上で蒸留塔３２に戻す蒸留塔下部循環ライン（プロセスガス循環ライン）４１を備える。
本実施形態の蒸留塔下部循環ライン４１は、蒸留塔３２と回収ライン用バルブ３６との間においてプロセスガス回収ライン３３から分岐している。また、蒸留塔下部循環ライン４１は、蒸留塔３２の下部に接続されている。また、本実施形態では後述する循環用熱交換器４７を利用することで、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスを気化させる。
本実施形態の蒸留塔下部循環ライン４１には、蒸留塔３２から排出された液状態のプロセスガスを循環用熱交換器４７に供給するための循環用ポンプ４２が設けられている。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、供給ガス回収ライン３４から分岐し、蒸留塔３２から排出された気体状態のセパレーションガスを液化させた上で蒸留塔３２に戻す蒸留塔上部循環ライン（供給ガス循環ライン）４４を備える。本実施形態の蒸留塔上部循環ライン４４は、蒸留塔３２と混合ガス用熱交換器３７との間において供給ガス回収ライン３４から分岐している。また、蒸留塔上部循環ライン４４は、蒸留塔３２の上部に接続されている。
本実施形態の蒸留塔上部循環ライン４４においては、後述する循環用圧縮機４５、循環用熱交換器４７及び循環用バルブ４６を利用して、蒸留塔３２から回収された気体状態のセパレーションガスを液化させて蒸留塔３２の上部に戻している。
本実施形態の蒸留塔上部循環ライン４４には、循環用圧縮機４５が設けられている。循環用圧縮機４５は、蒸留塔３２から排出されたセパレーションガスを供給ガス回収ライン３４から蒸留塔上部循環ライン４４に引き込んだ上で蒸留塔３２に戻す。また、循環用圧縮機４５は、セパレーションガスを昇圧する。
また、本実施形態の蒸留塔上部循環ライン４４のうち循環用圧縮機４５と蒸留塔３２との間には、循環用バルブ４６が設けられている。循環用バルブ４６は、その開度を調整することで、循環用圧縮機４５の吐出圧力を調整し、蒸留塔上部循環ライン４４を流れるセパレーションガスを断熱膨張させる。これにより、循環用圧縮機４５によって昇圧、昇温されたセパレーションガスの圧力及び温度が下がる。
供給ガス回収ライン３４のうち蒸留塔上部循環ライン４４との接続部分と混合ガス用熱交換器３７との間には、プロセスガス回収ライン３３に設けられた回収ライン用バルブ３６と同様に、蒸留塔３２から供給ガス回収ライン３４に排出された気体状態のセパレーションガスをセパレーションシール１９に戻す量を調整する回収用バルブが設けられてもよい。回収用バルブの開度は、蒸留塔３２におけるガスの圧力が所定の範囲内で保持されるように調節されるとよく、これにより、気体状態のセパレーションガスをセパレーションシール１９に戻す量を調整できる。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、循環用熱交換器４７を備える。循環用熱交換器４７は、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスと、蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスとの間で熱交換させる。
本実施形態において、セパレーションガスは、循環用圧縮機４５において圧縮された状態、すなわち、セパレーションガスの温度が上昇した状態で循環用熱交換器４７を通ることで、セパレーションガスの温度がプロセスガスよりも高くなる。
このため、循環用熱交換器４７においては、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスが、蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスによって加熱される。これにより、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスが気化し、気体状態のプロセスガスが蒸留塔３２の下部に戻る。
また、循環用熱交換器４７においては、蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスが蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスによって冷却される。さらに、循環用熱交換器４７を通過した後のセパレーションガスは、循環用バルブ４６を通ることで断熱膨張するため、セパレーションガスの液化が促進される。これにより、少なくとも一部が液状態とされたセパレーションガスが、蒸留塔上部循環ライン４４から蒸留塔３２の上部に戻る。蒸留塔上部循環ライン４４から蒸留塔３２の上部に戻った液状態のセパレーションガスは、前述したように、蒸留塔３２において混合ガスに接触することで、混合ガスとの間で熱交換する。
以上のように構成される本実施形態のガス回収システム３０は、主要部２の圧縮機３と共に圧縮機システムを構成する。
次に、上記構成のガス回収システム３０の作用について説明する。
図１，２に示す圧縮機３の二次ベント２０から排出された気体状態の混合ガスは、混合ガス供給ライン３１を流れ、混合ガス用圧縮機３５によって昇圧される。この際、混合ガスの温度も上昇する。混合ガス用圧縮機３５において昇圧、昇温された混合ガスは、混合ガス用熱交換器３７を通ることで、プロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガス及び供給ガス回収ライン３４を流れるセパレーションガスによって冷却され、例えば気液混合の状態で蒸留塔３２に供給される。
蒸留塔３２に供給された混合ガスは、液状態のセパレーションガスに接触することで、液状態のセパレーションガスとの間で熱交換する。これにより、混合ガスに含まれるプロセスガスが液状態のセパレーションガスによって冷却されて液化する。一方、蒸留塔３２において混合ガスに含まれるセパレーションガスは気体状態に保持される。また、液状態のセパレーションガスが混合ガスに含まれるプロセスガスによって加熱されて気化する。
蒸留塔３２において液化されたプロセスガス（液状態のプロセスガス）は、蒸留塔３２の下部からプロセスガス回収ライン３３に排出される。また、気体状態のセパレーションガスは、蒸留塔３２の上部から供給ガス回収ライン３４に排出される。
プロセスガス回収ライン３３に排出された液状態のプロセスガスの少なくとも一部は、循環用ポンプ４２によって蒸留塔下部循環ライン４１に引き込まれる。蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスは、循環用熱交換器４７を通ることで、蒸留塔上部循環ライン４４を流れるセパレーションガスによって加熱されて気化する。これにより、蒸留塔下部循環ライン４１を流れるプロセスガスは、気体状態で蒸留塔３２の下部に戻る。
蒸留塔下部循環ライン４１から蒸留塔３２に戻った気体状態のプロセスガスは、再び液状態のセパレーションガスによって冷却されて液化し、液状態で蒸留塔３２の下部から排出される。また、蒸留塔下部循環ライン４１から蒸留塔３２に戻った気体状態のプロセスガスに、気体状態のセパレーションガスが含まれている場合には、この気体状態のセパレーションガスが蒸留塔３２の上部に上昇し、蒸留塔３２の上部から供給ガス回収ライン３４に排出される。これにより、蒸留塔３２の下部のプロセスガスの純度が上がる。
また、蒸留塔３２の上部から供給ガス回収ライン３４に排出された気体状態のセパレーションガスの少なくとも一部は、循環用圧縮機４５によって蒸留塔上部循環ライン４４に引き込まれる。蒸留塔上部循環ライン４４に引き込まれた気体状態のセパレーションガスは、循環用圧縮機４５において昇圧され、次いで、循環用熱交換器４７を通ることにより、蒸留塔下部循環ライン４１を流れるプロセスガスによって冷却される。その後、蒸留塔上部循環ライン４４を流れるセパレーションガスは、循環用バルブ４６において断熱膨張することで冷却されるため、セパレーションガスの液化が促進される。循環用バルブ４６を通過した後のセパレーションガスは、蒸留塔３２の上部に戻る。
蒸留塔上部循環ライン４４から蒸留塔３２に戻ったセパレーションガスのうち液状態のセパレーションガスは、再び混合ガスに含まれるプロセスガスや、蒸留塔下部循環ライン４１から蒸留塔３２に戻った気体状態のプロセスガスによって加熱されて気化し、蒸留塔３２の上部から排出される。
また、蒸留塔上部循環ライン４４から蒸留塔３２に戻ったセパレーションガスのうち気体状態のセパレーションガスは、そのまま蒸留塔３２の上部から排出される。また、蒸留塔上部循環ライン４４から蒸留塔３２に戻ったセパレーションガスに、プロセスガスが含まれている場合、このプロセスガスは液化されて蒸留塔３２の下部から排出される。これにより、蒸留塔３２の上部のセパレーションガスの純度が上がる。
蒸留塔３２の下部からプロセスガス回収ライン３３に排出され、蒸留塔下部循環ライン４１に引き込まれずにプロセスガス回収ライン３３を流れる液状態のプロセスガスは、回収ライン用バルブ３６において断熱膨張することでさらに温度が下がる。次いで、プロセスガス回収ライン３３を流れる液状態のプロセスガスは、混合ガス用熱交換器３７を通ることで、混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスによって加熱され、気化する。気化した気体状態のプロセスガスは、再び主要部２の圧縮機３に供給される。
蒸留塔３２の上部から供給ガス回収ライン３４に排出され、蒸留塔上部循環ライン４４に引き込まれずに供給ガス回収ライン３４を流れる気体状態のセパレーションガスは、混合ガス用熱交換器３７を通ることで、混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスによって加熱された後、セパレーションシール１９に供給される。
以上説明したように、本実施形態のガス回収システム３０、これを備える圧縮機システム及び冷凍サイクルシステム１によれば、圧縮機３から排出された混合ガスは、蒸留塔３２においてプロセスガスとセパレーションガスとに分離され、蒸留塔３２から排出されたプロセスガスが圧縮機３に戻される。したがって、圧縮機３に対して追加で供給するプロセスガスの量を減らすことができる。また、蒸留塔３２から排出されたセパレーションガスも圧縮機３のセパレーションシール１９に戻されるため、圧縮機３に対してセパレーションガスを外部の供給源から供給する量も減らすことができる。
以上のことから、圧縮機３及びこれを備える冷凍サイクルシステム１のランニングコストを抑えることができる。特に、本実施形態では、プロセスガスとして高価なフレオンを使用するため、圧縮機３及び冷凍サイクルシステム１のランニングコストを効果的に抑えることができる。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、プロセスガス回収ライン３３から分岐して、蒸留塔３２の下部から排出されたプロセスガスを気化させた上で蒸留塔３２に戻す蒸留塔下部循環ライン４１を備える。このため、蒸留塔３２から排出される液状態のプロセスガスに含まれるセパレーションガスの量を効果的に削減し、純度の高いプロセスガスを回収することが可能となる。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、供給ガス回収ライン３４から分岐して、蒸留塔３２の上部から排出されたセパレーションガスを液化させた上で蒸留塔３２に戻す蒸留塔上部循環ライン４４を備える。このため、蒸留塔３２から排出される気体状態のセパレーションガスに含まれるプロセスガスの量を効果的に削減し、純度の高いセパレーションガスを回収することが可能となる。
また、蒸留塔３２において混合ガスとの間で熱交換する液状態のセパレーションガスとして、混合ガスから分離されたセパレーションガスを利用できるため、ガス回収システム３０のランニングコストを抑えることもできる。
また、本実施形態のガス回収システム３０は、蒸留塔下部循環ライン４１を流れるプロセスガスと、蒸留塔上部循環ライン４４を流れるセパレーションガスとの間で熱交換させる循環用熱交換器４７を備える。このため、循環用熱交換器４７において、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスを、蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスによって加熱し、蒸留塔下部循環ライン４１におけるプロセスガスの気化を促進することができる。また、循環用熱交換器４７において、蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスを、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスによって冷却し、蒸留塔上部循環ライン４４におけるセパレーションガスの液化を促進することができる。
また、蒸留塔下部循環ライン４１を流れるプロセスガスの加熱、及び、蒸留塔上部循環ライン４４を流れるセパレーションガスの冷却が、これらプロセスガスとセパレーションガスとの間の熱交換によって行われる。すなわち、別の熱源を用いることなく、プロセスガスの加熱及びセパレーションガスの冷却を行うことができるため、ガス回収システム３０のランニングコスト削減を図ることができる。
さらに、本実施形態のガス回収システム３０は、プロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスと混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスとの間で熱交換させる混合ガス用熱交換器３７を備える。これにより、混合ガスを混合ガス用熱交換器３７において冷却して混合ガスの少なくとも一部を液化できるため、少なくとも気液混合状態の混合ガスを蒸留塔３２に供給することができる。したがって、蒸留塔３２において混合ガスを効率よくプロセスガスとセパレーションガスとに分離することができる。
また、混合ガスは、プロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスを利用して冷却されるため、すなわち、別の冷熱源によって冷却されないため、ガス回収システム３０のランニングコストを削減することができる。
また、本実施形態のガス回収システム３０によれば、混合ガス用熱交換器３７の上流側において、プロセスガス回収ライン３３に対して液状態のプロセスガスを追加で供給する。このため、混合ガス用熱交換器３７において、混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスと、プロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスとの間の熱収支を調整し、混合ガスを冷却する度合いを適切に調整することが可能となる。
さらに、本実施形態のガス回収システム３０では、供給ガス回収ライン３４を流れるセパレーションガスも、混合ガス用熱交換器３７において混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスの冷却に寄与する。このため、プロセスガス回収ライン３３に対して追加で供給される液状態のプロセスガスの量を削減することが可能となる。
また、本実施形態の冷凍サイクルシステム１では、圧縮機３において扱うセパレーションガスとして、不活性ガスの一種である二酸化炭素を使用するため、混合ガスを蒸留塔３２において好適に液状態のフレオンと気体状態の二酸化炭素とに分離することができる。
上記第一実施形態のガス回収システム３０は、混合ガス用熱交換器３７を備える代わりに、例えば図４に示すように、混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスを冷却する別の冷熱源３７Ａを備えてもよい。
また、第一実施形態のガス回収システム３０は、例えばプロセスガス回収ライン３３を流れるプロセスガスや供給ガス回収ライン３４を流れるセパレーションガスを加熱する別の温熱源を備えてもよいが、例えば図４に示すように、備えなくてもよい。この場合、プロセスガス回収ライン３３を主要部２に向けて流れるプロセスガスは液状態である。このため、プロセスガス回収ライン３３は、液状態のプロセスガスを主要部２に戻せるように、例えば主要部２のうち凝縮器４と貯留部５との間の配管に接続されるとよい。
また、循環用熱交換器４７において、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスによって蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスを冷却する大きさが不足する場合、具体的には、蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスの冷却が不足して循環用熱交換器４７と循環用バルブ４６とを通っても液化しない場合には、例えば図４に示すように、循環用圧縮機４５を通過した後の気体状態のセパレーションガスを冷熱源４９によってさらに冷却してもよい。
また、蒸留塔下部循環ライン４１には、例えば循環用ポンプ４２が設けられなくてもよい。例えば、蒸留塔３２における液ヘッド差を利用することで、蒸留塔３２から蒸留塔下部循環ライン４１に排出された液状態のプロセスガスを循環用熱交換器４７に供給してもよい。
また、上記第一実施形態のガス回収システム３０は、循環用熱交換器４７を備える代わりに、例えば、蒸留塔下部循環ライン４１を流れる液状態のプロセスガスを加熱する別の温熱源、及び、蒸留塔上部循環ライン４４を流れる気体状態のセパレーションガスを冷却する別の冷熱源、を備えてもよい。
〔第二実施形態〕
次に、図５を参照して第二実施形態について説明する。
第二実施形態において第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示すように、本発明の第二実施形態に係るガス回収システム３０Ａでは、セパレーションシール１９からのセパレーションガス（供給ガス）と、圧縮機３の軸受１４からの潤滑油とが混合された第二混合ガスから、セパレーションガスを分離して回収する。以下、具体的に説明する。
第二混合ガスは、ステータ１２とロータ１１との隙間のうちセパレーションシール１９と軸受１４との間の空間Ｓ５（以下、第二混合空間Ｓ５）において生じる。第二混合空間Ｓ５には、第二混合ガスをガス回収システム３０Ａに排出する軸受ベント２０Ａが接続されている。
図５に示すガス回収システム３０Ａは、第一実施形態と同様の構成に加え、第二混合ガス供給ライン３１Ａと、第二蒸留塔３２Ａと、第二供給ガス回収ライン３４Ａと、を備える。
第二混合ガス供給ライン３１Ａは、第一実施形態の混合ガス供給ライン３１と同様に、圧縮機３の軸受ベント２０Ａと第二蒸留塔３２Ａとに接続され、圧縮機３から排出された第二混合ガスを第二蒸留塔３２Ａに供給する。
第二蒸留塔３２Ａは、第二混合ガスに対して液状態のセパレーションガスを接触させることで、第二混合ガスと液状態のセパレーションガスとの間で熱交換させて、第二混合ガスに含まれる潤滑油を冷却して液化すると共に、液状態のセパレーションガスを加熱して気化する。
図５において第二蒸留塔３２Ａは簡略化して記載されているが、第二蒸留塔３２Ａは、第一実施形態の蒸留塔３２と同様に構成されている。例えば、液化した潤滑油は、第二蒸留塔３２Ａの下部から潤滑油回収ライン５１に排出される。また、気化したセパレーションガス及び第二混合ガスに含まれる気体状態のセパレーションガスは、第二蒸留塔３２Ａの上部から第二供給ガス回収ライン３４Ａに排出される。
第二供給ガス回収ライン３４Ａに排出された気体状態のセパレーションガスは、セパレーションシール１９に再度供給される。図５において第二供給ガス回収ライン３４Ａは、供給ガス回収ライン３４に接続されているが、例えばセパレーションシール１９に直接接続されてもよい。図５には図示しないが、第二蒸留塔３２Ａに液状態のセパレーションガスを供給する構成は、第一実施形態と同様の蒸留塔上部循環ライン４４等であってよい。
上記した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
すなわち、圧縮機３においてセパレーションガスと潤滑油とが混合した第二混合ガスを第二蒸留塔３２Ａにおいてセパレーションガスと潤滑油とに分離し、分離されたセパレーションガスを圧縮機３のセパレーションシール１９に供給されるガスとして再利用できる。したがって、圧縮機に対してセパレーションガスを外部の供給源から供給する量をさらに減らすことができる。
〔第三実施形態〕
次に、主に図６を参照して第三実施形態について説明する。
第三実施形態において第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図６に示すように、本発明の第三実施形態に係るガス回収システム３０Ｂでは、第一実施形態と同様に、プロセスガスと、圧縮機３のシール部１０のセパレーションシール１９（図２参照）に供給されるセパレーションガス（供給ガス）とが混合された混合ガスを、プロセスガスとセパレーションガスとに分離して回収する。以下、具体的に説明する。
本実施形態のガス回収システム３０Ｂは、第一実施形態と同様の混合ガス供給ライン３１、蒸留塔３２、プロセスガス回収ライン３３及び供給ガス回収ライン３４を備える。図６においては、混合ガス供給ライン３１、プロセスガス回収ライン３３、供給ガス回収ライン３４の各中途部の記載が省略されているが、各中途部は、前述した第一実施形態（例えば図３）やその変形例（例えば図４）などと同様に構成されてよい。
本実施形態のガス回収システム３０Ｂは、第一実施形態の蒸留塔下部循環ライン４１（図３参照）を備えず、蒸留塔下部供給ライン（プロセスガス供給ライン）４１Ｂを備える。蒸留塔下部供給ライン４１Ｂは、主要部２の圧縮機３（図１参照）において取り扱う気体状態のプロセスガスを蒸留塔３２に供給する。
蒸留塔３２に供給される気体状態のプロセスガスは、例えば圧縮機３に取り込まれる前の気体状態のプロセスガスであってもよいし、例えば圧縮機３において圧縮された後の気体状態のプロセスガスであってもよい。すなわち、蒸留塔下部供給ライン４１Ｂは、冷凍サイクルシステム１の主要部２において、例えば圧縮機３と凝縮器４とを接続する配管に接続されてもよいし、例えば蒸発器６と圧縮機３とを接続する配管に接続されてもよい（図１参照）。
本実施形態の蒸留塔下部供給ライン４１Ｂには、調整用バルブ４１Ｂ１が設けられている。調整用バルブ４１Ｂ１の開度を調節することで、蒸留塔３２に供給される気体状態のプロセスガスの量を調整することができる。
また、本実施形態のガス回収システム３０Ｂは、第一実施形態の蒸留塔上部循環ライン４４（図３参照）を備えず、蒸留塔上部供給ライン（外部供給ライン）４４Ｂを備える。蒸留塔上部供給ライン４４Ｂは、液状態のセパレーションガスを蒸留塔３２に供給する。蒸留塔３２に供給される液状態のセパレーションガスは、例えば図６に示す外部供給源２１Ｂから供給されればよい。外部供給源２１Ｂの具体例としては、例えば、セパレーションガスを液状態で貯蔵する貯蔵部や、セパレーションガスを取り扱う他の設備などがある。
本実施形態の蒸留塔上部供給ライン４４Ｂには、調整用バルブ４４Ｂ１が設けられている。調整用バルブ４４Ｂ１の開度を調節することで、蒸留塔３２に供給される液状態のセパレーションガスの量を調整することができる。
また、本実施形態のガス回収システム３０Ｂは、供給ガス回収ライン３４から分岐し、セパレーションガスの一部を供給ガス回収ライン３４から排出する供給ガス排出ライン６１Ｂを備える。供給ガス排出ライン６１Ｂに排出されたセパレーションガスは、例えば単純に外部に排出されてもよいし、例えば他の設備用のガス、他のプラント用のガスとして使用されてもよい。すなわち、供給ガス排出ライン６１Ｂは、例えば大気開放とされてもよいし、例えば他の設備やプラントに接続されてもよい。
また、本実施形態の供給ガス排出ライン６１Ｂには、排出用バルブ６１Ｂ１が設けられている。排出用バルブ６１Ｂ１の開度は、例えば供給ガス回収ライン３４における圧力が所定の範囲内に保持されるように調節されてよい。
上記した第三実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
すなわち、第三実施形態のガス回収システム３０Ｂによれば、第一実施形態の蒸留塔下部循環ライン４１の代わりに蒸留塔下部供給ライン４１Ｂを備えることで、蒸留塔３２から排出される液状態のプロセスガスの純度を高めることができる。すなわち、混合ガスから純度の高いプロセスガスを回収することができる。
また、本実施形態の蒸留塔下部供給ライン４１Ｂは、第一実施形態の蒸留塔下部循環ライン４１の代わりに設けられる。このため、本実施形態のガス回収システム３０Ｂには、第一実施形態のように蒸留塔下部循環ライン４１を流れるプロセスガスを加熱する温熱源（例えば図３における循環用熱交換器４７など）を設ける必要がない。したがって、ガス回収システム３０Ｂを簡素に構成でき、また、ガス回収システム３０Ｂの製造コスト削減を図ることができる。
また、第三実施形態のガス回収システム３０Ｂによれば、第一実施形態の蒸留塔上部循環ライン４４の代わりに蒸留塔上部供給ライン４４Ｂを備えることで、蒸留塔３２から排出される気体状態のセパレーションガスの純度を高めることができる。すなわち、混合ガスから純度の高いセパレーションガスを回収することが可能となる。
また、本実施形態の蒸留塔上部供給ライン４４Ｂは、第一実施形態の蒸留塔上部循環ライン４４の代わりに設けられる。このため、本実施形態のガス回収システム３０Ｂには、第一実施形態のように蒸留塔上部循環ライン４４を流れるセパレーションガスを冷却する冷熱源（例えば図３における循環用熱交換器４７、図４における冷熱源４９など）を設ける必要がない。したがって、ガス回収システム３０Ｂを簡素に構成でき、また、ガス回収システム３０Ｂの製造コスト削減を図ることができる。
また、本実施形態のガス回収システム３０Ｂによれば、供給ガス回収ライン３４を流れるセパレーションガスの一部を供給ガス排出ライン６１Ｂに排出することができる。このため、セパレーションガスが蒸留塔上部供給ライン４４Ｂを通して蒸留塔３２に供給されても、セパレーションシール１９（図２参照）に供給されるセパレーションガスの量が過剰となることを防止できる。
上記した第三実施形態の構成は、前述した第一実施形態の構成や第二実施形態の構成と適宜組み合わされてよい。
すなわち、本発明のガス回収システムは、例えば蒸留塔下部循環ライン４１及び蒸留塔上部供給ライン４４Ｂを備えてもよいし、例えば蒸留塔下部供給ライン４１Ｂ及び蒸留塔上部循環ライン４４を備えてもよい。
また、第三実施形態のガス回収システム３０Ｂは、例えば第二実施形態のガス回収システム３０Ａに適用されてもよい。
〔第四実施形態〕
次に、主に図７を参照して第四実施形態について説明する。
第四実施形態において第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第四実施形態では、ガス回収システムにおいて扱う供給ガスを供給する圧縮機３のシール部１０の部位が、第一実施形態と異なる。
図７に示すように、本発明の第四実施形態に係るシール部１０は、第一実施形態と同様の漏れ抑制用シール部１５を備える。また、漏れ抑制用シール部１５は、第一実施形態と同様に、回転軸１３の軸方向に沿ってケーシングの内側から外側に順番に配列された複数のドライガスシール１７を備える。本実施形態における複数のドライガスシール１７は、第一実施形態と同様の第一ドライガスシール１７Ａ及び第二ドライガスシール１７Ｂである。
これら二つのドライガスシール１７Ａ，１７Ｂの間には、例えば他のシールが設けられなくてもよいが、本実施形態では、第一実施形態と同様の第二ラビリンスシール１６Ｂが設けられる。このため、第一ドライガスシール１７Ａと第二ラビリンスシール１６Ｂとの間に第二空間Ｓ２が形成され、第二ラビリンスシール１６Ｂと第二ドライガスシール１７Ｂとの間に第三空間Ｓ３が形成される。第二ラビリンスシール１６Ｂは、例えばバリアシールであってもよい。
本実施形態では、第一実施形態と同様のガス回収システム３０において扱う供給ガスが、第一〜第三実施形態で例示したセパレーションガスではなく、第一ドライガスシール１７Ａと第二ドライガスシール１７Ｂとの間に供給される供給されるシールガスである。本実施形態では、シールガスが第二ラビリンスシール１６Ｂと第二ドライガスシール１７Ｂとの間の第三空間Ｓ３に供給される。これにより、第三空間Ｓ３の圧力が上昇し、第一空間Ｓ１から第一ドライガスシール１７Ａを通して第二空間Ｓ２に漏れ出したプロセスガスが、第二ラビリンスシール１６Ｂを通して第三空間Ｓ３に漏れ出すことを防ぐ。
第一ドライガスシール１７Ａと第二ドライガスシール１７Ｂとの間に供給されるシールガスは、少なくとも第一実施形態と同様のガス回収システム３０（図３参照）において回収されるシールガスを含む。このため、第一ドライガスシール１７Ａと第二ドライガスシール１７Ｂとの間には、第一実施形態と同様の供給ガス回収ライン３４が接続される。本実施形態では、供給ガス回収ライン３４が第三空間Ｓ３に接続される。
また、第一ドライガスシール１７Ａと第二ドライガスシール１７Ｂとの間に供給されるシールガスは、例えばガス回収システム３０からのシールガスに加え、図１に例示する外部供給源２１からのシールガスも含んでよい。
本実施形態におけるプロセスガスは、第一実施形態と同様に、例えばフレオンであってもよいし、例えば炭化水素（ハイドロカーボン）であってもよい。
一方、上記したシールガスは、第一実施形態におけるセパレーションガスと同様に、例えばプロセスガスよりも沸点が低いガスであるとよい。本実施形態におけるシールガスは、例えば二酸化炭素であってもよいし、例えば炭化水素であってもよい。
前述した第二空間Ｓ２（以下、混合空間Ｓ２と呼ぶ。）では、第一ドライガスシール１７Ａから漏れ出したプロセスガスと、供給されたシールガスとが混合する。混合空間Ｓ２には、これらプロセスガスとシールガスとが混合された混合ガスを混合空間Ｓ２から第一実施形態と同様のガス回収システム３０に排出する一次ベント１８Ｃが接続されている。すなわち、一次ベント１８Ｃは混合ガス供給ライン３１に接続されている。
また、本実施形態のシール部１０は、第一実施形態と同様のセパレーションシール１９を備える。本実施形態において、セパレーションガスは外部供給源７１のみからセパレーションシール１９に供給される。セパレーションガスは、少なくとも不活性ガスであればよい。セパレーションガスは、例えば二酸化炭素であってもよいが、本実施形態では二酸化炭素よりも安価な窒素である。
本実施形態では、漏れ抑制用シール部１５とセパレーションシール１９との間の混合空間Ｓ４において、漏れ抑制用シール部１５から漏れ出したシールガス（供給ガス）と、セパレーションシール１９からのセパレーションガスとが混合する。
本実施形態の混合空間Ｓ４には、これらシールガスとセパレーションガスとが混合された混合ガスＧ４を混合空間Ｓ４から外部（例えば大気開放）に排出する二次ベント２０Ｃが接続されている。
上記した第四実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
すなわち、隣り合うドライガスシール１７Ａ，１７Ｂの間に供給されるシールガスがプロセスガスと混合しても、シールガスとプロセスガスとを分離して各々回収することができる。また、回収された気体状態のシールガスは、圧縮機３のドライガスシール１７Ａ，１７Ｂの間に供給されるガスとして再利用することができる。したがって、圧縮機３に対してシールガスを外部の供給源から供給する量を減らすことができる。
また、第四実施形態によれば、隣り合うドライガスシール１７Ａ，１７Ｂの間にシールガスが供給されると共に、第二ドライガスシール１７Ｂと軸受１４との間にセパレーションガスが供給される。このため、仮にシールガスが炭化水素であっても、炭化水素がシール部１０の外側に位置する軸受１４に到達することを防止できる。これにより、潤滑油供給系統への可燃性ガスである炭化水素の混入を防止することができる。
上記した第四実施形態の構成は、第一実施形態のガス回収システム３０に適用されることに限らず、例えば第三実施形態のガス回収システム３０Ｂにも適用可能である。
例えば、第四実施形態の構成を適用した第三実施形態のガス回収システム３０Ｂにおいて、外部供給源２１Ｂから蒸留塔上部供給ライン４４Ｂを通して蒸留塔３２に供給される液状態のシールガス（供給ガス）が炭化水素である場合、外部供給源２１Ｂは、例えばＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）を精製するＬＮＧプラントであってもよい。すなわち、蒸留塔３２に供給される液状態のシールガス（炭化水素）は、例えばＬＮＧプラントにおいて精製されるＬＮＧであってもよい。
図１に例示した冷凍サイクルシステム１はＬＮＧプラントに設けられることもあるため、精製されるＬＮＧを蒸留塔３２に供給される液状態のシールガスとして有効に利用することができる。
また、第四実施形態の構成を適用した第三実施形態のガス回収システム３０Ｂにおいて、蒸留塔３２から供給ガス排出ライン６１Ｂに排出される気体状態のシールガスが炭化水素である場合、供給ガス排出ライン６１Ｂに排出されたシールガス（炭化水素）は、例えばガスフレアとして焼却処分されてもよいし、例えば燃料ガスとして使用されてもよい。
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
また、本発明のガス回収システムは、上記実施形態の冷凍サイクルシステム１に設けられることに限らず、少なくとも混合ガスを排出する圧縮機に対して設けることができる。
１ 冷凍サイクルシステム
２ 主要部
３ 圧縮機
４ 凝縮器
５ 貯留部
６ 蒸発器
７ 駆動機
１０ シール部
１１ ロータ
１２ ステータ
１３ 回転軸
１４ 軸受
１５ 漏れ抑制用シール部
１７，１７Ａ，１７Ｂ ドライガスシール
１８，１８Ｃ 一次ベント
１９ セパレーションシール
２０，２０Ｃ 二次ベント
２０Ａ 軸受ベント
３０，３０Ａ，３０Ｂ ガス回収システム
３１ 混合ガス供給ライン
３１Ａ 第二混合ガス供給ライン
３２ 蒸留塔
３２Ａ 第二蒸留塔
３３ プロセスガス回収ライン
３４ 供給ガス回収ライン
３４Ａ 第二供給ガス回収ライン
３５ 混合ガス用圧縮機
３６ 回収ライン用バルブ
３７ 混合ガス用熱交換器
３８ 追加供給ライン
４１ 蒸留塔下部循環ライン（プロセスガス循環ライン）
４１Ｂ 蒸留塔下部供給ライン（プロセスガス供給ライン）
４２ 循環用ポンプ
４４ 蒸留塔上部循環ライン（供給ガス循環ライン）
４４Ｂ 蒸留塔上部供給ライン（外部供給ライン）
４５ 循環用圧縮機
４６ 循環用バルブ
４７ 循環用熱交換器
６１Ｂ 供給ガス排出ライン
Ｓ２ 第二空間（混合空間）
Ｓ４ 混合空間

Claims (15)

  1. 圧縮機で圧縮されるプロセスガスと、前記圧縮機のシール部に供給される供給ガスとが混合された混合ガスを、前記プロセスガスと前記供給ガスとに分離して回収する圧縮機用のガス回収システムであって、
    前記混合ガスに対して液状態の前記供給ガスを接触させることで、前記混合ガスと液状態の前記供給ガスとの間で熱交換させて、前記混合ガスに含まれる前記プロセスガスを冷却して液化すると共に、液状態の前記供給ガスを加熱して気化する蒸留塔と、
    前記蒸留塔の下部に接続され、前記蒸留塔の下部から排出される液状態の前記プロセスガスを回収するプロセスガス回収ラインと、
    前記蒸留塔の上部に接続され、前記蒸留塔の上部から排出される気体状態の前記供給ガスを回収する供給ガス回収ラインと、
    を備える圧縮機用のガス回収システム。
  2. 前記プロセスガスがフレオン又は炭化水素であり、前記供給ガスが二酸化炭素又は炭化水素である請求項１に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  3. 前記プロセスガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された液状態の前記プロセスガスを気化させた上で前記蒸留塔に戻すプロセスガス循環ラインを備える請求項１又は請求項２に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  4. 前記圧縮機において取り扱う気体状態の前記プロセスガスを前記蒸留塔に供給するプロセスガス供給ラインを備える請求項１又は請求項２に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  5. 前記供給ガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された気体状態の前記供給ガスを液化させた上で前記蒸留塔に戻す供給ガス循環ラインを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  6. 液状態の前記供給ガスを前記蒸留塔に供給する外部供給ラインを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  7. 前記プロセスガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された液状態の前記プロセスガスを気化させた上で前記蒸留塔に戻すプロセスガス循環ラインと、
    前記供給ガス回収ラインから分岐し、前記蒸留塔から排出された気体状態の前記供給ガスを液化させた上で前記蒸留塔に戻す供給ガス循環ラインと、
    前記プロセスガス循環ラインを流れる液状態の前記プロセスガスと、前記供給ガス循環ラインを流れる気体状態の前記供給ガスとの間で熱交換させる循環用熱交換器と、
    を備える請求項１又は請求項２に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  8. 前記蒸留塔に接続され、前記混合ガスを前記蒸留塔に供給する混合ガス供給ラインと、
    前記プロセスガス回収ラインを流れる前記プロセスガスと、前記混合ガス供給ラインを流れる前記混合ガスとの間で熱交換させることで、前記プロセスガス回収ラインを流れる前記プロセスガスによって前記混合ガスを冷却する混合ガス用熱交換器と、
    を備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  9. 前記蒸留塔と前記混合ガス用熱交換器との間において、前記プロセスガス回収ラインに対して液状態の前記プロセスガスを追加で供給するための追加供給ラインを備える請求項８に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  10. 前記混合ガス用熱交換器が、前記供給ガス回収ラインを流れる前記供給ガスと、前記混合ガス供給ラインを流れる前記混合ガスとの間で熱交換させることで、前記供給ガス回収ラインを流れる前記供給ガスによって前記混合ガスを冷却する請求項９に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  11. 前記シール部が、ドライガスシールと、前記圧縮機の軸受と前記ドライガスシールとの間に設置されるセパレーションシールと、を備え、
    前記供給ガスが、前記セパレーションシールに供給されるセパレーションガスである請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  12. 前記セパレーションガスと、前記圧縮機の軸受からの潤滑油とが混合された第二混合ガスに対して、液状態の前記セパレーションガスを接触させることで、前記第二混合ガスと液状態の前記セパレーションガスとの間で熱交換させて、前記第二混合ガスに含まれる前記潤滑油を冷却して液化すると共に、液状態の前記セパレーションガスを加熱して気化する第二蒸留塔と、
    前記第二蒸留塔の上部に接続され、前記蒸留塔の上部から排出される気体状態の前記セパレーションガスを回収する第二供給ガス回収ラインと、
    を備える請求項１１に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  13. 前記シール部が、複数のドライガスシールを備え、
    前記供給ガスが、隣り合う前記ドライガスシールの間に供給されるシールガスである請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の圧縮機用のガス回収システム。
  14. 圧縮機と、
    請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の圧縮機用のガス回収システムと、
    を備える圧縮機システム。
  15. 請求項１４に記載の圧縮機システムを備える冷凍サイクルシステム。
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