KR101975917B1 - 저온 공기 분리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 방법 및 장치는 증류 칼럼 시스템(distillation columm system)에서 저온 공기를 분리할 목적으로 제공되며, 상기 증류 칼럼 시스템은 하나 이상의 싱글 칼럼(12)을 갖는다. 압축된 공급 공기 흐름(6, 8)은 상기 증류 칼럼 시스템으로부터 배출되는 제 1 역방향 흐름(16, 23)에 반대 방향으로 메인 열교환기(9)에서 냉각된다. 상기 냉각된 공급 공기 흐름(11)은 상기 증류 칼럼 시스템으로 유입된다. 상기 싱글 칼럼(12)의 상부 영역에서는 질소가 풍부한 단편(15)이 생성된다. 상기 질소가 풍부한 단편(15)의 적어도 일부분(16b)은 응축기-증발기로 형성된 헤드 응축기(13)에서 응축된다. 상기 헤드 응축기(13)에서 생성된 질소가 풍부한 액상 단편(52)은 적어도 일부분(54)이 환류로서 상기 싱글 칼럼(12)으로 유입된다. 산소를 함유한 재순환 단편(18a)은 싱글 칼럼(12)으로부터 액상으로 배출된다. 상기 액상 재순환 단편(18a)은 과냉각 열교환기(100)에서 냉각된다. 상기 냉각된 재순환 단편(18b)은 상기 헤드 응축기(13)에서 증발된다. 상기 증발된 재순환 단편(29)은 재압축기(30)에서 재압축된다. 상기 재압축된 재순환 단편(31, 32)은 상기 싱글 칼럼(12)의 하부 영역에 공급된다. 상기 메인 열교환기(9) 및 상기 과냉각 열교환기(100)는 집적 열교환기(101)로 형성된다. 상기 집적 열교환기(101)는 제 1 역방향 흐름(16, 23)을 위한 제 1 통로 그룹을 가지며, 상기 통로 그룹은 상기 집적 열교환기의 냉 단부에서 온 단부까지 연속한다. 상기 제 1 역방향 흐름(16, 23)은 상기 냉 단부에서 상기 통로 그룹으로 유입되어 상기 집적 열교환기(101)의 온 단부까지 관류하며, 동시에 액상 재순환 단편(18a) 및 상기 공급 기류(8) 모두에 의해 간접 열교환된다.

Description

저온 공기 분리 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR THE LOW TEMPERATURE AIR SEPARATION}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 저온 공기 분리 방법에 관한 것이다.
잔류 가스 재순환과 관련한 유사 공정들은 DE 2261234, US 4966002, US 5363657, US 5528906, US 5934106, US 5611218, US 5582034, US 2004244417, DE 19909744 A1, DE 19919933 A1, DE 19954593 A1, US 2007204652 A1, DE 102006027650 A1 및 EP 1995537 A2에 공지되어 있다. 이 경우, US 4966002 및 US 5582034에는 또한 과냉각 열교환기(supercooling heat exchanger)가 기술되어 있으며, 상기 열교환기에서는 산소를 함유한 액상 재순환 단편(recycling fraction)이 "과냉각", 즉 자신의 비등점 이하로 냉각된다.
본 발명에서 "싱글 칼럼"은 증류 칼럼(destillation columm)을 의미하며, 상기 증류 칼럼은 표준 압력 범위에서 동작되고―즉, 칼럼의 헤드와 배수조(sump) 간의 압력차가 전적으로 칼럼 내에서 상승하는 증기의 압력 손실에 기인함―, 상기 증류 칼럼에는 주요 공급 단편으로서 공급 공기가 공급될 뿐만 아니라 칼럼의 상부 영역에서 생성되는 질소가 풍부한 단편의 부분 형태인 질소 생성물도 생성된다. 따라서, 질소와 산소를 분리하기 위한 이중 또는 삼중 칼럼 방법은 포함되어 있지 않다. 그러나 싱글 칼럼에 접속되고 순수 출력 칼럼으로서 작동되는 순수 산소 칼럼이 불가능한 것은 아니다.
저온 공기를 분리하기 위한 방법 및 장치는 일반적으로 Hausen/Linde(저온 공학, 1985년, 제 2판, 4장, 281-337p.)에 기술되어 있다.
본 발명의 목적은, 경제적인 측면에서 특히 효율적인 도입부에 언급한 유형의 방법 및 그에 상응하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다.
놀랍게도, 메인 열교환기 및 과냉각 열교환기의 기능들을 동시에 소유한 집적 열교환기(integrated heat exchanger)의 적용은 공기의 모든 사전 액화 현상(pre-liquefaction)을 방지 가능하게 한다. 그로 인해 전체 공기는 칼럼 내에서 상승하여 정류(rectification)에 참여할 수 있으며, 더욱 우수한 분리 효과로 인해 전체적으로는 본 발명에 따른 방법이 특히 유리해진다. 이 경우, 집적 열교환기의 정확한 설계는 개별 케이스의 경계 조건에 의해 좌우되고 각각의 장치들에 대해서는 프로세스 엔지니어가 사용하는 산출 공구들에 의해 정해질 수 있다.
그 외에도 본 발명에 따른 통합(integration)은 배관과 관련한 구조를 뚜렷이 간소화한다. 메인 열교환기 내부로 통합됨으로써 과냉각 열교환기는 훨씬 더 넓은 횡단면을 얻게되고, 그 때문에 직교류(crossflow)시 가스 흐름을 야기한 액상 흐름들에 최상의 가열 표면이 제공된다. 저온 박스(cold box) 내에는 단 1개의 열교환기가 지지되어 배관 처리되어야 한다. 두 열교환기의 헤드 부분들의 절댓값이 감소한다. 저온 박스의 헤드의 가스 흐름들(터빈으로 공급되는 잔류 가스, 질소 생성물, 터빈으로부터 배출되는 잔류 가스)은 2개의 고정된 지점(과냉각 열교환기 및 메인 열교환기)을 관통해서는 안된다. 팽창 밴드들은 생략될 수 있으며, 통합 솔루션은 최소화된 관 응력을 갖는 관 곡선을 구현한다.
질소-질소 분리를 위한 2개 이상의 칼럼을 갖는 공기 분리 방법에서는 메인 열교환기 및 과냉각 열교환기의 통합이 잘 알려져 있다. 그러나 지금까지는 이러한 조치를 도입부에 언급한 유형의 방법에 적용하는 것이 도외시되었는데, 그 이유는 싱글 칼럼 공정들에서 특히 (공간적으로) 긴 집적 열교환기의 제조 비용이 적절하지 않은 것으로 보였기 때문이다. 현재까지 공기의 사전 액화 방지에 대한 놀라운 효과는 공지되지 않았다.
기본적으로 집적 열교환기로서 모든 타입의 열교환기가 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는데, 예를 들면 나사 형태로 감긴 열교환기 또는 직관식 교환기(straight pipe exchanger)도 사용 가능하다. 그러나 플레이트 열교환기, 특히 납땜 처리된 알루미늄-플레이트 열교환기의 사용이 특히 유리하다. 이러한 경우에 집적 열교환기는 단일 플레이트 열교환기 블록으로 형성된다.
싱글 칼럼이 증류 칼럼 시스템의 단일 증류 칼럼일 경우, 비용적인 측면에서 특히 유리하다.
냉동 능력을 발생하기 위하여, 산소를 함유한 추가 단편은 청구항 4에 상세하게 설명된 것처럼 일을 생산하도록 팽창될 수 있다. 집적 열교환기는 산소를 함유한 추가 단편의 과냉각에도 이용됨으로써, 산소를 함유한 액상의 추가 단편은 증발되기 전에 과냉각 열교환기에서 냉각된다. 본 발명에 따른 통합은 추출되는 공기(량)의 온도보다 높은 온도에서 산소를 함유한 액상의 추가 단편을 열교환기에 공급하는 것을 가능케 한다. 온도차는 예컨대 0.2 내지 5K이다. 이러한 사실은 사전 액화를 방지하는데 기여한다.
추가적으로 증발된 산소를 함유한 추가 단편은 일을 생산하기 위한 팽창 전에 집적 열교환기에서 공기에 반대 방향으로 예열된다.
산소를 함유한 추가 단편은 예컨대 재순환 단편과 동일한 조성물을 포함할 수 있다. 이러한 경우 두 단편은 공통의 라인들 및 통로들에서 헤드 응축기 배면까지 이송될 수 있다.
대안적으로 산소를 함유한 재순환 단편은 하나 이상의 이론상 또는 실제의 트레이보다 높은 위치에 놓인, 산소를 함유한 추가 단편이 추출되는 싱글 칼럼의 중간 지점에서 추출된다. 이러한 경우 두 단편을 위해 분리된 라인들 및 통로들이 헤드 응축기 및 경우에 따라 과냉각 열교환기에 제공될 수 있다.
바람직하게 팽창기(21)는 재압축기(31)에 기계적으로 결합된다. 그로 인해 일을 생산하기 위한 팽창시 수득된 역학적 에너지가 재압축에 사용된다. 바람직하게는 이렇게 수득된 에너지가 재압축기를 구동하기 위한 유일한 에너지원이다.
재압축기(30)는 저온 압축기(cold compressor)로 형성되는 것이 유리하다. 본 발명에서 "저온 압축기"는 주변 온도보다 뚜렷이 낮은, 일반적으로는 250K보다 낮은, 바람직하게는 200K보다 낮은 온도에서 압축 가스를 공급하는 장치를 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 방법에서 재압축된 재순환 단편은 싱글 칼럼의 하부 영역으로 유입되기 전에 집적 열교환기에서 냉각되는 것이 유리하며, 이 경우 재압축된 재순환 단편은 완전히 기체로 집적 열교환기로부터 배출되어 완전히 기체로 싱글 칼럼으로 유입된다. 그 결과, 재순환 단편 또한 사전 액화 현상에서 벗어나며, 상승하는 증기로서 완벽하게 싱글 칼럼 내의 정류에 참여한다. 따라서, 싱글 칼럼을 위한 두 공급 흐름에서, 더 정확히 말해 공급 공기 및 재순환 단편에서 사전 액화가 완벽하게 방지된다.
또한, 본 발명은 청구항 10에 따른 장치에 관한 것이다.
본 발명 및 본 발명의 추가 세부 사항들은 개략적으로 도시된 도면을 참고로 이하에서 상세히 설명된다.
도 1은 저온 공기를 분리하기 위한 장치를 개략적으로 도시화한 것이다.
대기(1)는 필터(2)를 통과하여 공기 압축기(3)로부터 흡기되어 상기 장소에서 6 내지 20bar, 예컨대 약 9bar의 절대 압력으로 압축된다. 애프터 쿨러(4)(after-cooler) 및 수분 분리기(5)를 관류한 후 압축된 공기(6)는 정화 장치(7)에서 정화된다. 정화 장치(7)는 흡착 재료, 바람직하게는 분자체 흡착기로 자리가 채워지는 한 쌍의 저장 용기를 갖는다. 정화된 공기(8)는 메인 열교환기(9)에서 융해점을 약간 초과하여 냉각되고, 최종적으로는 완전히 기체상의 공급 공기 흐름(11)으로서 싱글 칼럼(12)에 유입된다.
(헤드 상의) 싱글 칼럼(12)의 작동 압력은 6 내지 20bar, 바람직하게는 약 9bar이다. 상기 싱글 칼럼의 헤드 응축기는 산소를 함유한 재순환 단편(18a, 18b) 및 산소를 함유한 추가 단편(14a, 14b)에 의해 냉각된다. 산소를 함유한 추가의 단편(14a)은 싱글 칼럼(12)의 배수조로부터 배출되며, 재순환 단편(18a)은 실제 또는 이론상의 몇몇 트레이들 보다 높은 위치에 놓인 중간 지점으로부터 배출된다. 두 단편(14a, 18a)은 헤드 응축기(13)로의 공급(14b, 18b) 전에 과냉각 열교환기(100)에서 냉각되고, 이 경우 본 발명에 따르면 메인 열교환기(9) 및 과냉각 열교환기(100)는 본 발명에서 하나의 플레이트 열교환기 블록으로 구현된 집적 열교환기(101)로 형성된다. 싱글 칼럼(12)으로부터의 흐름(14a)의 (더 정확하게는: 칼럼의 배수조 내의 액체 상태) 배출과 집적 열교환기(101)로의 유입 사이의 레벨 차이는 기본적으로 팽창에 의한 가스 성분이 5vol-% 이하가 되도록 선택될 수 있다. 그와 달리 가스 성분이 5vol-% 이상일 경우, 헤드 부분에서는 유입구를 거쳐 통로들로 이어지는 전체 영역에 걸쳐 기공이 형성된 시트가 설치되어야 하며, 상기 시트의 압력 손실은 기포가 모든 통로에 걸쳐 분할되도록 선택된다. 그 후에 2상류 혼합물(two phase mixture)은 집적 열교환기에서 먼저 횡으로 나머지 흐름들을 야기하고(경우에 따라 하나 이상의 편향에 의해), 상기 흐름들 내에서 가스 성분은 완전히 응축되며, 즉 인접한 통로들은 모든 구동시에 상응하게 비교적 차갑다.
싱글 칼럼(12)의 메인 생성물로는 기체 상태의 질소(15, 16a)가 헤드에서 배출되고, 제 1 역방향 흐름으로서 집적 열교환기의 냉 단부(cold end)로부터 온 단부(warm end)까지 연속하는 통로 그룹(102)을 관통한다. 이 경우, 상기 역방향 흐름은 과냉각 열교환기(100) 영역에서 산소를 함유한 두 단편(14a, 18a)에 의한 간접 열교환을 시작하고, 이어서 메인 열교환기(9) 영역에서 공급 공기 흐름(8)에 의한 간접 열교환을 시작한다. 최종적으로 역방향 흐름은 라인(17)을 통과하여 대략 주변 온도 이하에서 기체 상태의 압력 생성물(PGAN)로 배출된다.
기체 상태의 질소(15) 잔류물(16b)은 헤드 응축기(13)에서 완전히 또는 실질적으로 완전히 응축된다. 헤드 응축기(13)로부터의 응축물(52)의 일부(53)는 액체 질소 생성물(PLIN)로 수득될 수 있다; 잔류물(54)은 환류(reflow)로서 싱글 칼럼의 헤드에 제공된다. 세정 라인(90)을 통해서는 응축되지 않은 성분들이 배출될 수 있다.
재순환 단편(18b)은 2 내지 9bar, 바람직하게 약 4bar의 압력하에 헤드 응축기(13)에서 증발되어 기체 상태로 라인(29)을 통과하여 저온 압축기(30)로 흐르며, 상기 저온 압축기에서 상기 재순환 단편은 충분한 압력으로 재압축되는데, 이는 상기 재순환 단편이 싱글 칼럼 내로 재순환되기 위해서이다. 재압축된 재순환 단편(31)은 과냉각 열교환기(100)에서 다시 칼럼 온도로 냉각되어 완전히 기체 상태로 싱글 칼럼(12)의 배수조 상의 라인(32)을 통과하여 다시 공급된다.
산소를 함유한 추가 단편(14b)은 2 내지 9bar, 바람직하게는 약 4bar의 압력하에 헤드 응축기(13)에서 증발되어 기체 상태로 라인(19)을 통과하여 집적 열교환기(101)의 냉 단부로 흐른다. 그곳에서 상기 산소를 함유한 추가 단편은 과냉각 열교환기(100) 영역에서 산소를 함유한 액상의 두 단편(14a, 18a)에 의한 간접 열교환을 시작하고, 이어서 메인 열교환기(9) 영역에서 공급 공기 흐름(8)에 의한 간접 열교환을 시작한다. 중간 온도에서 상기 산소를 함유한 추가 단편은 메인 열교환기(9)로부터 (라인 20을 통해) 다시 추출되고, 실시예에서 터보 팽창기(turbo-expander)로 형성된 팽창기(21)에서 대기압을 초과한 약 300mbar로 일을 생산하도록 팽창된다. 상기 팽창기는 저온 압축기(30) 및 실시예에서 오일 브레이크로 형성되는 제동 장치(22)에 기계적으로 결합된다. 팽창된 추가 단편(23)은 집적 열교환기(101)에서 대략 주변 온도와 동일하게 예열된다. 데워진 추가 단편(24)은 (라인(25)을 통해) 대기로 빼내어지고 그리고/또는 정화 장치(7)에서 재생 가스(26, 27)로 사용되며, 경우에 따라 가열 장치(28)에서 가열된 후 사용된다.
실시예에서 헤드 응축기(13)는 강제 흐름 증발기(forced flow evaporator)로 형성된다. 대안적으로는 욕실용 증발기(bath evaporator) 또는 강하 경막 증발기(falling film evaporator)가 사용된다.

Claims (11)

  1. - 압축된 공급 공기 흐름(6, 8)은 증류 칼럼 시스템으로부터 배출되는 제 1 역방향 흐름(16, 23)에 반대 방향으로 메인 열교환기(9)에서 냉각되고,
    - 상기 냉각된 공급 공기 흐름(11)은 싱글 칼럼(12)으로 유입되며,
    - 상기 싱글 칼럼(12)의 상부 영역에서는 질소가 풍부한 단편(15)이 생성되고,
    - 상기 질소가 풍부한 단편(15)의 적어도 일부분(16b)은 응축기-증발기로 형성된 헤드 응축기(13)에서 응축되며,
    - 상기 헤드 응축기(13)에서 생성된 질소가 풍부한 액상 단편(52)은 적어도 일부분(54)이 환류로서 상기 싱글 칼럼(12)으로 유입되고,
    - 산소를 함유한 재순환 단편(18a)은 상기 싱글 칼럼(12)으로부터 액상으로 추출되며,
    - 상기 액상으로 추출된 재순환 단편(18a)은 과냉각 열교환기(100)에서 냉각되고,
    - 상기 냉각된 재순환 단편(18b)은 상기 헤드 응축기(13)에서 증발되며,
    - 상기 증발된 재순환 단편(29)은 재압축기(30)에서 재압축되고,
    - 상기 재압축된 재순환 단편(31, 32)이 상기 싱글 칼럼(12)의 하부 영역에 공급되는, 하나 이상의 싱글 칼럼(12)을 갖는 증류 칼럼 시스템에서 저온 공기를 분리하기 위한 방법으로서,
    - 상기 메인 열교환기(9) 및 과냉각 열교환기(100)는 집적 열교환기(101)로 형성되고,
    - 상기 집적 열교환기(101)는 상기 제 1 역방향 흐름(16, 23)을 위한 제 1 통로 그룹을 포함하며, 상기 통로 그룹은 상기 집적 열교환기의 냉 단부에서 온 단부까지 연속되고,
    - 상기 제 1 역방향 흐름(16, 23)은 상기 집적 열교환기의 상기 냉 단부에서 상기 통로 그룹(102)으로 유입되어 상기 집적 열교환기(101)의 온 단부를 관류하며, 이 경우
    - 상기 액상 재순환 단편(18a) 및 공급 공기 흐름(8) 모두에 의해 간접 열교환되고,
    - 상기 냉각된 공급 공기 흐름(11)은 완전히 기체 상태로 상기 집적 열교환기(101)로부터 추출되어 완전히 기체 상태로 상기 싱글 칼럼(12)으로 유입되고,
    - 산소를 함유한 추가 단편(14a)은 상기 싱글 칼럼(12)으로부터 액상으로 추출되고,
    - 상기 산소를 함유한 액상 추가 단편(14a)은 상기 집적 열교환기(101)에서 냉각되며,
    - 상기 냉각된 산소를 함유한 추가 단편은 상기 헤드 응축기(13)에서 증발되고,
    - 상기 증발된 산소를 함유한 추가 단편(19)은 공기에 반대 방향으로 상기 집적 열교환기에서 예열되며,
    - 상기 예열된 산소를 함유한 추가 단편은 팽창기(21)에서 일을 생산하도록 팽창되고,
    - 상기 집적 열교환기(101)로 상기 산소를 함유한 액상 추가 단편(14a)의 유입시의 온도가 상기 집적 열교환기(101)로부터 상기 냉각된 공급 공기 흐름(11)의 배출시의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는, 저온 공기 분리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집적 열교환기가 단일 플레이트 열교환기 블록으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 저온 공기 분리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 싱글 칼럼이 상기 증류 칼럼 시스템의 단일 증류 칼럼인 것을 특징으로 하는, 저온 공기 분리 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발된 산소를 함유한 추가 단편이 일을 생산하기 위한 팽창 전에 공기에 반대 방향으로 상기 집적 열교환기에서 예열되는 것을 특징으로 하는, 저온 공기 분리 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    산소를 함유한 재순환 단편은 하나 이상의 트레이보다 높은 위치의 놓인, 상기 산소를 함유한 추가 단편이 추출되는 상기 싱글 칼럼의 중간 지점에서 추출되는, 저온 공기 분리 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 팽창기(21)가 기계적으로 재압축기(31)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 저온 공기 분리 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재압축기(30)가 저온 압축기로 형성되는 것을 특징으로 하는, 저온 공기 분리 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재압축된 재순환 단편(31)이 상기 싱글 칼럼(12)의 하부 영역으로 유입되기 전에 상기 집적 열교환기(101)에서 냉각되고, 이 경우 재압축된 재순환 단편(32)은 완전히 기체 상태로 상기 집적 열교환기(101)에서 배출되어 완전히 기체 상태로 상기 싱글 칼럼(12)으로 유입되는 것을 특징으로 하는, 저온 공기 분리 방법.
  10. - 증류 칼럼 시스템으로부터 배출되는 제 1 역방향 흐름(16, 23)에 반대 방향으로 압축된 공급 공기 흐름(6, 8)을 냉각하기 위한 메인 열교환기(9)를 구비하고,
    - 싱글 칼럼(12)으로 상기 냉각된 공급 공기 흐름(11)을 유입하기 위한 수단들을 구비하며,
    - 상기 싱글 칼럼(12)의 상부 영역에서 질소가 풍부한 단편(15)을 생성하기 위한 수단들을 구비하고,
    - 상기 질소가 풍부한 단편(15, 16b)의 적어도 일부분을 응축하기 위한, 응축기-증발기로 형성된 헤드 응축기(13)를 구비하며,
    - 상기 헤드 응축기(13)에서 생성된 질소가 풍부한 액상 단편(52)을 환류로서 상기 싱글 칼럼(12)으로 유입하기 위한 수단들을 구비하고,
    - 상기 싱글 칼럼(12)으로부터 배출된 액체 상태의 산소를 함유한 재순환 단편(18a)을 배출하기 위한 수단들을 구비하며,
    - 상기 액상 재순환 단편(18a)을 냉각하기 위한 과냉각 열교환기(100)를 구비하고,
    - 상기 냉각된 재순환 단편(18b)을 상기 헤드 응축기(13)에 공급하기 위한 수단들을 구비하며,
    - 상기 헤드 응축기(13)로부터 증발된 재순환 단편(29)을 압축하기 위한 재압축기(30)를 구비하고,
    - 상기 재압축된 재순환 단편(31, 32)을 상기 싱글 칼럼(12)의 하부 영역에 공급하기 위한 수단들을 구비하는, 적어도 하나의 싱글 칼럼(12)을 갖는 증류 칼럼 시스템에서 저온 공기를 분리하기 위한 장치로서,
    - 상기 메인 열교환기(9) 및 상기 과냉각 열교환기(100)가 집적 열교환기(101)로 형성되며,
    - 상기 집적 열교환기(101)는 제 1 역방향 흐름(16, 23)을 위한, 상기 집적 열교환기의 냉 단부에서 온 단부까지 연속되는 제 1 통로 그룹(102)을 포함하고,
    - 상기 집적 열교환기(101)의 냉 단부는 상기 제 1 역방향 흐름(16, 23)을 상기 통로 그룹으로 유입하기 위한 수단들에 연결되며,
    - 상기 집적 열교환기(101)의 온 단부는 상기 통로 그룹으로부터 상기 제 1 역방향 흐름(16, 23)을 배출하기 위한 수단들에 연결되고,
    - 상기 집적 열교환기(101)는 상기 장치가 작동하는 동안 상기 제 1 역방향 흐름(16, 23)이 액상 재순환 단편(18a) 및 공급 공기 흐름(8) 모두에 의해 간접 열교환되도록 형성되며,
    - 상기 집적 열교환기(101) 내의 통로들은 장치의 작동시 상기 냉각된 공급 공기 흐름(11)이 완전히 기체 상태로 상기 집적 열교환기(101)로부터 배출되어 완전히 가스 상태로 상기 싱글 칼럼(12)에 유입되도록 설계되고,
    - 산소를 함유한 추가 단편(14a)은 상기 싱글 칼럼(12)으로부터 액상으로 추출되고,
    - 상기 산소를 함유한 액상 추가 단편(14a)은 상기 집적 열교환기(101)에서 냉각되며,
    - 상기 냉각된 산소를 함유한 추가 단편은 상기 헤드 응축기(13)에서 증발되고,
    - 상기 증발된 산소를 함유한 추가 단편(19)은 공기에 반대 방향으로 상기 집적 열교환기에서 예열되며,
    - 상기 예열된 산소를 함유한 추가 단편은 팽창기(21)에서 일을 생산하도록 팽창되고,
    - 상기 집적 열교환기(101)로 상기 산소를 함유한 액상 추가 단편(14a)의 유입시의 온도가 상기 집적 열교환기(101)로부터 상기 냉각된 공급 공기 흐름(11)의 배출시의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는, 저온 공기를 분리하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 재압축기(30)는 저온 압축기로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    저온 공기를 분리하기 위한 장치.
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