WO2021005744A1

WO2021005744A1 - 空気分離装置、および空気分離方法

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Publication number: WO2021005744A1
Application number: PCT/JP2019/027313
Authority: WO
Inventors: 博志橘
Original assignee: 太陽日酸株式会社
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-01-14
Also published as: EP3998447A1; EP3998447A4; CN114041034A; US20220252344A1; CN114041034B

Abstract

本発明は、空気を低温で蒸留する空気分離装置において、高圧の原料空気を高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔、高圧酸素富化液化空気を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔、低圧塔の圧力よりも高い圧力のアルゴン富化液化酸素をアルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔、アルゴンガスと低圧液化酸素とを熱交換する第１の間接熱交換器、高圧窒素ガスと中圧液化酸素とを熱交換する第２の間接熱交換器、第１の間接熱交換器で気化した低圧酸素ガスと気化しなかった低圧液化酸素とを分離する第１の気液分離室、第２の間接熱交換器で気化した中圧酸素ガスと気化しなかった中圧液化酸素とを分離する第２の気液分離室、低圧塔の気相部と第２の気液分離室の気相部とを連通する第１の経路、低圧塔の液相部と第２の気液分離室とを連通する第２の経路、第１の経路に位置する第１の開閉機構、及び、第２の経路に位置する第２の開閉機構、を備える。

Description

空気分離装置、および空気分離方法

　本発明は、空気分離装置、および空気分離方法に関する。

　工業的に酸素、窒素、アルゴンを製造する方法としては、空気を原料としてこれを液化し、その組成分を沸点差によって蒸留分離する、いわゆる空気液化分離方法が多く採用されている。

　図１０は、従来の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図１０に示すように、従来の空気分離装置２００は、空気圧縮機２１１、空気予冷器２１２、空気精製器２１３、空気昇圧機２１４、空気昇圧機アフタークーラ２１５、主熱交換器２１６、高圧塔２１７、低圧塔２１８、アルゴン塔２１９、過冷器２２３、送出液化酸素ポンプＰ２０４、アルゴン塔２１９の頂部に配置されたアルゴン塔コンデンサＨ２０１、主凝縮器Ｈ２０２、及びタービン２２４を備える。

　ここで、特許文献１には、従来の三塔式の空気分離装置の構成、及び空気分離方法（空気分離装置の運転方法）が記載されている。すなわち、従来の空気分離装置２００では、先ず、高圧塔２１７と低圧塔２１８とを起動してアルゴン富化酸素を発生させる。次いで、アルゴン富化酸素をアルゴン塔２１９に導入して蒸留することにより、酸素成分を除去してアルゴンを採取する。

　しかしながら、従来の空気分離装置２００では、低圧塔２１８とアルゴン塔２１９とが同じ圧力で運転されており、アルゴン塔コンデンサＨ２０１においてアルゴンガスとの間接熱交換により気化して得られ、その後低圧塔２１８に供給されるガス流体の酸素濃度が４０％程度以上にできないため、低圧塔２１８の精留条件が悪化してアルゴンを分離しにくくなるといった課題があった。即ち、アルゴン塔コンデンサＨ２０１で気化して低圧塔に供給されるガス流体の酸素濃度を高くすると低圧塔２１８の精留条件は改善されるが、アルゴン塔コンデンサＨ２０１において気化するガス流体の飽和温度がアルゴンガスの飽和温度よりも高くなり、間接熱交換ができなくなる。

　また、特許文献２には、低圧塔、低圧塔よりも高い圧力で運転されるアルゴン塔、及びアルゴン塔よりも高い圧力で運転される高圧塔を備える三塔式の空気分離装置の構成と、アルゴン塔のアルゴンガスで低圧塔の液化酸素を気化させる空気分離方法（空気分離装置の運転方法）とが開示されている（以降、高性能三塔式プロセスと呼ぶ）。特許文献２に記載の空気分離装置、及びこれを用いる空気分離方法は、アルゴン塔が低圧塔よりも高い圧力で運転されており、アルゴン塔コンデンサにおいてアルゴンガスとの間接熱交換により酸素ガスを低圧塔に供給できるようになるため、低圧塔の精留条件が改善されアルゴンを分離しやすい点で有用である。

特開２０００－０３９２５７号公報特許第６１５５５１５号公報

　特許文献２に記載の空気分離装置を起動するには、従来の空気分離装置２００と同様に、低圧塔でアルゴン富化酸素を発生させ、これをアルゴン塔に導入して蒸留する必要がある。しかしながら、特許文献２に記載の空気分離装置では、従来の空気分離装置２００と異なり、高圧塔と低圧塔との間にアルゴン塔が配置され、低圧塔と高圧塔とが間接熱交換器により熱統合（heat integration）されていない。このため、従来の空気分離装置２００のように、最初に高圧塔と低圧塔とを起動し、次いで、アルゴン塔を起動することが難しいという課題があった。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、起動が容易な空気分離装置、及び空気分離方法を提供することを課題とする。

　本発明は以下の構成を有する。
［１］　高圧の原料空気を低温で蒸留し、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔と、
　前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔と、
　前記低圧塔の圧力よりも高い圧力の前記アルゴン富化液化酸素を低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、
　前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換器と、
　前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換器と、
　前記第１の間接熱交換器によって気化した低圧酸素ガスと気化しなかった低圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第１の気液分離室と、
　前記第２の間接熱交換器によって気化した中圧酸素ガスと気化しなかった中圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第２の気液分離室と、
　前記低圧塔の気相部と前記第２の気液分離室の気相部とを連通する第１の経路と、
　前記低圧塔の液相部と前記第２の気液分離室とを連通する第２の経路と、
　前記第１の経路に位置する第１の開閉機構と、
　前記第２の経路に位置する第２の開閉機構と、を備える、空気分離装置。
［２］　前記第１の開閉機構が、開度調整機能を有する、前項［１］に記載の空気分離装置。
［３］　前記アルゴン塔の気相部と前記第２の気液分離室の気相部とを連通する第３の経路と、
　前記第３の経路に位置し、開度調整機能を有する第３の開閉機構と、を備える、前項［１］又は［２］に記載の空気分離装置。
［４］　前記アルゴン塔が、直列に接続された第１アルゴン塔と第２アルゴン塔とから構成され、
　前記第２アルゴン塔が前記第２の気液分離室であり、
　前記第１アルゴン塔と前記第２アルゴン塔との間に前記第３の経路が位置する、前項［３］に記載の空気分離装置。
［５］　前記低圧塔の気相部と前記第１の気液分離室の気相部とを連通する第４の経路と、
　前記第４の経路に位置し、開度調整機能を有する第４の開閉機構と、を備える、前項［１］乃至［４］のいずれかに記載の空気分離装置。
［６］　前項［１］乃至［５］のいずれかに記載の空気分離装置を用いた空気分離方法であって、
　前記空気分離装置の起動時に、
　酸素、窒素、及びアルゴンを含む原料空気を圧縮、予冷、精製、及び冷却して、高圧の原料空気を生成し、
　前記高圧塔において、前記原料空気を低温で蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
　前記低圧塔において、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離し、
　前記低圧液化酸素を前記第２の間接熱交換器に導入して、前記高圧窒素ガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成し、前記低圧酸素ガスを前記低圧塔の気相部に導入する、空気分離方法。
［７］　前項［１］乃至［５］のいずれかに記載の空気分離装置を用いた空気分離方法であって、
　前記空気分離装置の起動時に、
　酸素、窒素、及びアルゴンを含む原料空気を圧縮、予冷、精製、及び冷却して、高圧の原料空気を生成し、
　前記高圧塔において、前記原料空気を低温で蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
　前記低圧塔において、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離し、
　前記低圧液化酸素を加圧して得られた中圧液化酸素を前記第２の間接熱交換器に導入して、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成し、前記中圧酸素ガスを減圧した後に前記低圧塔の気相部に導入する、空気分離方法。
［８］　所要の供給量の前記アルゴン富化液化酸素が得られた後、
　前記原料空気を低温で蒸留し、前記高圧窒素ガスと前記高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧分離工程と、
　前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、前記低圧窒素ガスと前記低圧液化酸素と前記アルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、
　前記アルゴン富化液化酸素を前記低圧分離工程の圧力よりも高い圧力に加圧した後に低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、
　前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換工程と、
　前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換工程と、を含む定常運転を行う、前項［６］又は［７］に記載の空気分離方法。
［９］　前記定常運転が、
　前記アルゴンガスの一部、前記第１の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す製品導出工程と、を含む、前項［８］に記載の空気分離方法。

　本発明の空気分離装置、及び空気分離方法は、起動が容易である。

本発明の第１実施形態の空気分離装置の構成の一例を示す系統図である。本発明の第１実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。本発明の第１実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。本発明の第１実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。本発明の第１実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。本発明の第１実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。本発明の第２実施形態の空気分離装置の構成の一例を示す系統図である。本発明の第２実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。本発明の第２実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。従来の空気分離装置の構成を示す系統図である。

　以下、本発明を適用した一実施形態である空気分離装置の構成について、それを用いた空気分離方法と併せて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、各構成要素のレイアウトは実際と異なる場合があり、例えば、図１において低圧塔１８やアルゴン塔１９が高圧塔１７と同じくグラウンドレベルに設置される場合もある。

　本発明において、「ライン」とは、内側の空間に流体を流通可能な流路をいう。ラインには、供給ライン、導入ライン、導出ライン、排出ライン、回収ライン等が含まれる。ラインには、１以上の分岐や合流が含まれていてもよい。ラインは、金属製又は樹脂製の、１以上の配管から構成される。
　また、ラインを流れる流体は、１種類の気体（ガス）、２種以上の混合気体（ガス）、１種類の液体、２種以上の混合液体、及びこれらの混合流体を含む。
　バルブは、開閉バルブ、減圧バルブ、流量調整バルブ等を含む。

＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明の第１実施形態の空気分離装置の構成の一例を示す系統図である。
　図１に示すように、第１実施形態の空気分離装置１０は、空気圧縮機１１、空気予冷器１２、空気精製器１３、空気昇圧機１４、空気昇圧機アフタークーラ１５、主熱交換器１６、高圧塔１７、低圧塔１８、アルゴン塔１９、第１の間接熱交換器外筒２０、第２の間接熱交換器外筒２１、第３の間接熱交換器外筒２２、過冷器２３、膨張タービン２４、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１、液化酸素ポンプＰ２～Ｐ４、第１の間接熱交換器Ｈ１、第２の間接熱交換器Ｈ２、第３の間接熱交換器Ｈ３、ラインＬ１～Ｌ２８，Ｌ３３と、バルブＶ１～Ｖ１０と、を備える。

　なお、本明細書中、以下の全ての実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいう。
　また、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２において生成される酸素ガス、第３の間接熱交換器Ｈ３において生成される酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいう。
　また、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２において生成される酸素ガス、第３の間接熱交換器Ｈ３において生成される酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
　さらに、「低温での蒸留（以下、単に「低温蒸留」ということもある）」とは、高圧の酸素の沸点よりも低い温度において、上昇ガスと下降液とが連続的に直接接触することにより高沸点成分と低沸点成分とを分離することをいう。

　ラインＬ１は、原料空気供給源（図示略）と、高圧塔１７との間に位置する。ラインＬ１の一端は、原料空気供給源（図示略）から原料空気を取り込むための導入口となる。ラインＬ１の他端は、高圧塔１７の下部と接続される。

　ラインＬ１には、空気圧縮機１１、空気予冷器１２、空気精製器１３、主熱交換器１６が、この順序で設けられている。ラインＬ１は、空気精製器１３と主熱交換器１６との間で、ラインＬ２と分岐する。

　空気圧縮機１１は、ラインＬ１に位置する。空気圧縮機１１には、ラインＬ１を介して、原料空気供給源（図示略）から酸素、窒素、及びアルゴンを含む原料空気が導入される。空気圧縮機１１は、原料空気を圧縮する。空気圧縮機１１によって圧縮された原料空気は、ラインＬ１を介して、空気予冷器１２に供給される。

　空気予冷器１２は、ラインＬ１の空気圧縮機１１の二次側に位置する。空気予冷器１２には、ラインＬ１を介して圧縮された原料空気が導入される。空気予冷器１２は、圧縮された原料空気の圧縮熱を取り除く。空気予冷器１２によって圧縮熱が取り除かれた原料空気は、ラインＬ１を介して、空気精製器１３に供給される。

　空気精製器１３は、ラインＬ１の空気予冷器１２の二次側に位置する。空気精製器１３には、ラインＬ１を介して圧縮熱が取り除かれた原料空気が導入される。空気精製器１３は、圧縮熱が取り除かれた原料空気中に含まれる不純物（具体的には、水、二酸化炭素等）を除去する。

　空気精製器１３のｋには、不純物を吸着除去するための吸着剤が充填されている。空気精製器１３の容器サイズは、内部を下方から上方に向けて通過する空気によって吸着剤が巻き上げられないような、ある一定の流速以下となるように設計されている。このため、空気精製器１３の内部を通過する空気の圧力が設計時に想定した圧力よりも低くなると、質量流量が同じであっても内部を通過する空気の流速が大きくなり、吸着剤が巻き上げられる恐れがある。また、空気精製器１３の内部を通過する空気の圧力が低下すると、空気精製器１３に供給される空気中の水分量が増えるため、空気精製器１３において水を十分に除去できない恐れが生じる。従って、空気精製器１３の内部を通過する空気の圧力は、装置の起動中であっても設計時に想定した圧力を下回ることは好ましくない。

　空気精製器１３によって不純物が除去された原料空気は、一部が主熱交換器１６で冷却された後、ラインＬ１を介して高圧塔１７の下部に供給され、残部がラインＬ１から分岐されたラインＬ２に供給される。

　ラインＬ２は、空気精製器１３と主熱交換器１６との間のラインＬ１と、高圧塔１７との間に位置する。ラインＬ２の一端は、不純物が除去された原料空気を取り込むための導入口となる。ラインＬ２の他端は、高圧塔１７の下部と接続される。

　ラインＬ２には、空気昇圧機１４、空気昇圧機アフタークーラ１５、主熱交換器１６、バルブＶ２が、この順序で設けられている。

　空気昇圧機１４は、ラインＬ２に位置する。空気昇圧機１４には、ラインＬ２を介して不純物が除去された原料空気が導入される。空気昇圧機１４は、導入された原料空気をさらに圧縮する。空気昇圧機１４によってさらに圧縮された高圧の原料空気は、ラインＬ２を介して、空気昇圧機アフタークーラ１５に導入される。

　空気昇圧機アフタークーラ１５は、ラインＬ２の空気昇圧機１４の二次側に位置する。空気昇圧機アフタークーラ１５には、ラインＬ２を介して、高圧の原料空気が導入される。空気昇圧機アフタークーラ１５は、高圧の原料空気の圧縮熱を取り除く。空気昇圧機アフタークーラ１５によって圧縮熱が取り除かれた高圧の原料空気は、主熱交換器１６及びバルブＶ２を経由した後、ラインＬ２を介して、高圧塔１７の下部または中間部に供給される。

　主熱交換器１６は、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ９，Ｌ１４，Ｌ２１，Ｌ２７に亘るように配置されている。主熱交換器１６には、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ９，Ｌ１４，Ｌ２１，Ｌ２７の一部がそれぞれ通過する。主熱交換器１６では、ラインＬ１，Ｌ２を流れる高温流体と、ラインＬ６，Ｌ９，Ｌ１４，Ｌ２１，Ｌ２７を流れる低温流体と、が間接的に熱交換することで、各高温流体が冷却され、各低温流体が加温される。

　バルブＶ２は、主熱交換器１６と高圧塔１７との間のラインＬ２に位置する。バルブＶ２は、減圧機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ２には、ラインＬ２を介して、空気昇圧機アフタークーラ１５及び主熱交換器１６によって冷却された高圧の原料空気が供給される。バルブＶ２は、ラインＬ２を流れる高圧の原料空気を、その開度に応じて減圧する。

　すなわち、ラインＬ１は、原料空気を空気圧縮機１１で圧縮し、空気予冷器１２で予冷し、空気精製器１３で精製し、主熱交換器１６で冷却した後、高圧塔１７に供給する。
　また、ラインＬ２は、空気精製器１３で精製された空気の一部を空気昇圧機１４で圧縮し、空気昇圧機アフタークーラ１５で予冷し、主熱交換器１６で冷却し、バルブＶ２で減圧した後、高圧塔１７に供給する。

　高圧塔１７には、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ１０が、それぞれ接続されている。
　高圧塔１７は、ラインＬ１から供給される原料空気と、ラインＬ２から供給される高圧の流体と、ラインＬ１０から供給される流体と、を含む混合流体を低温で蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する。この低温での蒸留により、高圧塔１７の上部には高圧窒素ガスが濃縮され、高圧塔１７の下部には高圧酸素富化液化空気が濃縮される。

　ラインＬ８は、高圧塔１７と第２の間接熱交換器Ｈ２との間に位置する。ラインＬ８の一端は、高圧塔１７の上部と接続されている。ラインＬ８の他端は、第２の間接熱交換器Ｈ２の液化通路入口と接続されている。ラインＬ８は、高圧塔１７の上部に濃縮した高圧窒素ガスの一部を抜き出して、第２の間接熱交換器Ｈ２に供給する。

　第２の間接熱交換器Ｈ２は、後述する第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１の内側に収容されている。なお、本実施形態の空気分離装置１０の定常運転時（以下、単に「定常運転時」ということもある）、第２の間接熱交換器外筒２１の内側には、中圧液化酸素が貯留される。第２の間接熱交換器Ｈ２の液化通路入口には、ラインＬ８が接続されており、第２の間接熱交換器Ｈ２の液化通路出口には、後述するラインＬ１０が接続されている。

　第２の間接熱交換器Ｈ２は、定常運転時、ラインＬ８から供給される高圧窒素ガスと第２の間接熱交換器外筒２１の内側に貯留される中圧液化酸素とを間接的に熱交換させ、高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する。

　ラインＬ９は、ラインＬ８から分岐した、製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ_２）の回収ラインである。ラインＬ９には、ラインＬ８を流れる高圧窒素ガスの一部が供給される。ラインＬ９は、その一部が主熱交換器１６を通過するように配置されている。これにより、ラインＬ９を流れる高圧窒素ガスは、主熱交換器１６で熱回収された後、製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ_２）として回収される。

　ラインＬ１０は、第２の間接熱交換器Ｈ２と高圧塔１７との間に位置する。ラインＬ１０の一端は、第２の間接熱交換器Ｈ２の液化通路出口と接続されている。ラインＬ１０の他端は、高圧塔１７の頂部と接続されている。ラインＬ１０は、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成した高圧液化窒素を高圧塔１７の頂部に供給する。

　ラインＬ１１は、ラインＬ１０から分岐しており、低圧塔１８の頂部と接続されている。ラインＬ１１は、その一部が過冷器２３を通過するように配置されている。ラインＬ１１には、バルブＶ３が設けられている。ラインＬ１１は、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成した高圧液化窒素の一部を抜き出し、過冷器２３で冷却し、バルブＶ３で減圧した後に低圧塔１８に供給する。

　バルブＶ３は、低圧塔１８と過冷器２３との間のラインＬ１１に位置する。バルブＶ３は、減圧機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ３には、ラインＬ１１を介して、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成した高圧液化窒素の一部が供給される。バルブＶ３は、ラインＬ１１を流れる高圧液化窒素を、その開度に応じて減圧する。

　ラインＬ１２は、ラインＬ１１から分岐した、製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ_２）の回収ラインである。ラインＬ１２には、ラインＬ１１を流れる高圧液化窒素の一部が供給される。ラインＬ１２を流れる高圧液化窒素は、製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ_２）として回収される。

　ラインＬ１３は、高圧塔１７と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ１３の一端は、高圧塔１７の底部と接続される。ラインＬ１３の他端は、低圧塔１８の中間部と接続される。ラインＬ１３は、その一部が過冷器２３を通過するように配置されている。ラインＬ１３には、バルブＶ５が設けられている。ラインＬ１３は、高圧塔１７の底部から抜き出した高圧酸素富化液化空気の一部を、過冷器２３で冷却し、バルブＶ５で減圧した後に低圧塔１８に供給する。

　バルブＶ５は、ラインＬ１３に位置する。バルブＶ５は、減圧機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ５には、ラインＬ１３を介して、高圧酸素富化液化空気が供給される。バルブＶ５は、ラインＬ１３を流れる高圧酸素富化液化空気を、その開度に応じて減圧する。

　ラインＬ５は、ラインＬ１３から分岐する。ラインＬ５の一端は、ラインＬ１３を介して高圧塔１７の底部と接続されている。ラインＬ５の他端は、第３の間接熱交換器外筒２２と接続されている。ラインＬ５には、バルブＶ１が設けられている。ラインＬ５は、高圧塔１７の底部から抜き出した高圧酸素富化液化空気の一部をバルブＶ１で減圧した後、第３の間接熱交換器外筒２２に供給する。

　バルブＶ１は、ラインＬ５に位置する。バルブＶ１は、減圧機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ１には、ラインＬ５を介して、高圧酸素富化液化空気が供給される。バルブＶ１は、ラインＬ５を流れる高圧酸素富化液化空気を、その開度に応じて減圧し、中圧酸素富化液化空気を生成する。

　ラインＬ３は、高圧塔と第３の間接熱交換器Ｈ３との間に位置する。ラインＬ３の一端は、高圧塔１７の中間部または下部と接続されている。ラインＬ３の他端は、第３の間接熱交換器Ｈ３の液化通路入口と接続されている。ラインＬ３は、高圧塔１７の中間部または下部を上昇する高圧窒素富化空気の一部を抜き出して、第３の間接熱交換器Ｈ３に供給する。

　なお、ラインＬ３は、高圧塔１７の中間部または下部から高圧窒素富化空気を抜き出す替わりに、ラインＬ１から分岐させて高圧の原料空気の一部を抜き出したり、高圧塔１７の上部から高圧窒素ガスを抜き出したりすることもできる。

　第３の間接熱交換器外筒２２は、第３の間接熱交換器Ｈ３を収容する。第３の間接熱交換器外筒２２は、バルブＶ１で減圧された後にラインＬ５から供給される流体（中圧酸素富化液化空気）と、第３の間接熱交換器Ｈ３によって気化した中圧酸素富化空気と、第３の間接熱交換器Ｈ３によって気化しなかった中圧酸素富化液化空気との混合流体を貯留し、上記混合流体を中圧酸素富化空気と中圧酸素富化液化空気とに分離する。第３の間接熱交換器外筒２２には、ラインＬ５、Ｌ６、Ｌ７がそれぞれ接続されている。

　第３の間接熱交換器Ｈ３は、第３の間接熱交換器外筒２２の内側に収容されている。第３の間接熱交換器Ｈ３の液化通路入口は、ラインＬ３と接続されている。第３の間接熱交換器Ｈ３の液化通路出口は、ラインＬ４と接続されている。第３の間接熱交換器Ｈ３は、ラインＬ３から供給される流体と、第３の間接熱交換器外筒２２に貯留される中圧酸素富化液化空気と、を間接的に熱交換し、ラインＬ３から供給された流体を液化して高圧液化ガス流体を生成し、第３の間接熱交換器外筒２２に貯留された中圧酸素富化液化空気を気化して中圧酸素富化空気を生成する。

　ラインＬ４は、第３の間接熱交換器Ｈ３と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ４の一端は、第３の間接熱交換器Ｈ３の液化通路出口と接続されている。ラインＬ４の他端は、低圧塔１８の中間部または上部と接続されている。ラインＬ４は、その一部が過冷器２３を通過するように配置されている。ラインＬ４には、バルブＶ４が設けられている。ラインＬ４は、第３の間接熱交換器Ｈ３で生成した高圧液化ガス流体を、過冷器２３で冷却し、バルブＶ４で減圧した後に低圧塔１８に供給する。

　バルブＶ４は、低圧塔１８と過冷器２３との間のラインＬ４に位置する。バルブＶ４は、減圧機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ４には、ラインＬ４を介して、第３の間接熱交換器Ｈ３で生成した高圧液化ガス流体が供給される。バルブＶ４は、ラインＬ４を流れる高圧液化ガス流体を、その開度に応じて減圧する。

　ラインＬ６は、第３の間接熱交換器外筒２２と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ６の一端は、第３の間接熱交換器外筒２２のガス取出し口（頂部）と接続されている。ラインＬ６の他端は、低圧塔１８の中間部と接続されている。ラインＬ６は、その一部が主熱交換器１６を通過するように配置されている。ラインＬ６には、膨張タービン２４が設けられている。ラインＬ６は、第３の間接熱交換器Ｈ３で生成した中圧酸素富化空気を、主熱交換器１６によって熱回収し、次いで膨張タービン２４で断熱膨張させて装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧塔１８の中間部に供給する。

　膨張タービン２４は、主熱交換器１６と低圧塔１８との間のラインＬ６に位置する。膨張タービン２４には、第３の間接熱交換器Ｈ３によって生成され、主熱交換器１６によって熱回収された中圧酸素富化空気が導入される。膨張タービン２４は、中圧酸素富化空気を断熱膨張させて、装置の運転に必要な寒冷を発生させる。膨張タービン２４によって断熱膨張された流体は、ラインＬ６を介して、低圧塔１８の中間部に供給される。

　ラインＬ７は、第３の間接熱交換器外筒２２と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ７の一端は、第３の間接熱交換器外筒２２の液取出し口（底部）と接続されている。ラインＬ７の他端は、低圧塔１８の中間部と接続されている。ラインＬ７には、バルブＶ６が設けられている。ラインＬ７は、第３の間接熱交換器外筒２２の内部に貯留される中圧酸素富化液化空気を、バルブＶ６で減圧した後に低圧塔１８に供給する。

　バルブＶ６は、ラインＬ７に位置する。バルブＶ６は、減圧機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ６には、ラインＬ７を介して、第３の間接熱交換器外筒２２の内部に貯留される中圧酸素富化液化空気が供給される。バルブＶ６は、ラインＬ７を流れる流体を、その開度に応じて減圧する。

　低圧塔１８には、ラインＬ４，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１９，Ｌ２６，Ｌ３３が、それぞれ接続されている。
　低圧塔１８は、ラインＬ４から供給される流体と、ラインＬ６から供給される流体と、ラインＬ７から供給される流体と、ラインＬ１１から供給される流体と、ラインＬ１３から供給される流体と、ラインＬ１６から供給される流体と、ラインＬ２６から供給される流体と、を含む混合流体を低温で蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する。この低温での蒸留により、低圧塔１８の上部には低圧窒素ガスが濃縮され、低圧塔１８の底部には低圧液化酸素が濃縮される。

　ラインＬ１４は、製品低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ_２）の回収ラインである。ラインＬ１４の一端は、低圧塔１８の頂部と接続されている。ラインＬ１４の他端は、製品低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ_２）の取り出し口となっている。ラインＬ１４には、低圧窒素ガスが供給される。ラインＬ１４は、その一部が過冷器２３及び主熱交換器１６を通過するように配置されている。これにより、ラインＬ１４を流れる低圧窒素ガスは、過冷器２３及び主熱交換器１６によって熱回収された後、製品低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ_２）として回収される。

　ラインＬ１５は、低圧塔１８と第１の間接熱交換器外筒２０との間に位置する。ラインＬ１５の一端は、低圧塔１８の底部と接続されている。ラインＬ１５の他端は、第１の間接熱交換器外筒２０と接続されている。ラインＬ１５には、液化酸素ポンプＰ２が設けられている。ラインＬ１５は、低圧塔１８の底部に濃縮される低圧液化酸素の一部を抜き出し、液化酸素ポンプＰ２で加圧した後に第１の間接熱交換器外筒２０に供給する。

　液化酸素ポンプＰ２は、ラインＬ１５に位置する。液化酸素ポンプＰ２には、ラインＬ１５を介して、低圧液化酸素が供給される。液化酸素ポンプＰ２は、ラインＬ１５に流れる低圧液化酸素を加圧する。
　なお、低圧塔１８が、第１の間接熱交換器外筒２０よりも十分に高い位置に設置されている場合、液ヘッド差を利用して低圧液化酸素を加圧できるため、液化酸素ポンプＰ２を省略できる場合もある。

　ラインＬ１９は、低圧塔１８とアルゴン塔１９との間に位置する。ラインＬ１９の一端は、低圧塔１８の中間部と接続されている。ラインＬ１９の他端は、アルゴン塔１９の中間部または下部と接続されている。ラインＬ１９には、低圧塔１８の中間部に濃縮するアルゴン富化液化酸素の一部が供給される。ラインＬ１９には、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１が設けられている。ラインＬ１９を流れるアルゴン富化液化酸素は、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１で加圧された後にアルゴン塔１９に供給される。

　アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１は、ラインＬ１９に位置する。アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１には、ラインＬ１９を介して、アルゴン富化液化酸素が供給される。アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１は、ラインＬ１９に流れるアルゴン富化液化酸素を加圧する。

　なお、低圧塔１８の中間部に接続されるラインＬ１９の一端が、アルゴン塔１９の中間部または下部に接続されるラインＬ１９の他端よりも十分に高い位置である場合、液ヘッド差を利用してアルゴン富化液化酸素を加圧、送液できるため、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１を省略できる場合もある。

　ラインＬ３３は、低圧塔１８に液体窒素を導入するための導入ラインである。ラインＬ３３の一端は、液体窒素の供給口である。ラインＬ３３の他端は、低圧塔１８の上部に接続されている。ラインＬ３３には、図示略のバルブ（開閉弁）が設けられている。本実施形態の空気分離装置１０は、ラインＬ３３を介して、低圧塔１８に液体窒素を供給できる。これにより、空気分離装置１０を起動する際、液体窒素により低圧塔１８を冷却することができるため、軌道時間を短縮できる。

　第１の間接熱交換器外筒（第１の気液分離室）２０は、低圧塔１８とアルゴン塔１９との間に位置する。すなわち、第１の間接熱交換器外筒２０は、低圧塔１８よりも下方、かつアルゴン塔１９よりも上方となるように設置されている。第１の間接熱交換器外筒２０は、第１の間接熱交換器Ｈ１を収容する。第１の間接熱交換器外筒２０には、ラインＬ１５、Ｌ１６、Ｌ１７がそれぞれ接続されている。第１の間接熱交換器外筒２０は、低圧塔１８からラインＬ１５を介して供給される低圧液化酸素と、第１の間接熱交換器Ｈ１によって気化した低圧酸素ガスと、第１の間接熱交換器Ｈ１によって気化しなかった低圧液化酸素との混合流体を貯留し、上記混合流体を低圧酸素ガスと低圧液化酸素とに分離する。

　第１の間接熱交換器Ｈ１は、第１の間接熱交換器外筒２０の内側に収容されている。第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路入口は、ラインＬ２０と接続されている。第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路出口は、ラインＬ２２と接続されている。第１の間接熱交換器Ｈ１は、定常運転時、ラインＬ２０を介して供給されるアルゴンガスと、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧液化酸素と、を間接的に熱交換し、ラインＬ２０から供給されるアルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する。

　ラインＬ１６は、第１の間接熱交換器外筒２０と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ１６の一端は、第１の間接熱交換器外筒２０のガス取出し口（気相部）と接続されている。ラインＬ１６の他端は、低圧塔１８の下部（気相部）と接続されている。ラインＬ１６には、バルブ（第４の開閉機構）Ｖ８が設けられている。ラインＬ１６は、第１の間接熱交換器外筒２０の気相部から第１の間接熱交換器Ｈ１によって生成する低圧酸素ガスを抜き出し、低圧塔１８の下部に供給する。

　本実施形態の空気分離装置１０では、ラインＬ１６により、低圧塔１８の気相部と第１の間接熱交換器外筒（第１の気液分離室）２０の気相部とを連通する第４の経路が構成される。
　第４の経路は、第１の間接熱交換器Ｈ１によって生成され、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧酸素ガスを低圧塔１８の気相部に供給するための経路である。

　なお、第４の経路は、ラインＬ１６以外の流路を含んでいてもよい。
　すなわち、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧酸素ガスが低圧塔１８に至るまでに経由する流路の全てが、第４の経路となる。

　バルブ（第４の開閉機構）Ｖ８は、ラインＬ１６に位置する。バルブＶ８は、ラインＬ１６の流路（第４の経路）を開放状態及び閉止状態にできる機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ８には、ラインＬ１６を介して、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧酸素ガスが供給される。バルブＶ８は、ラインＬ１６を流れる低圧酸素ガスを、その開度に応じて減圧する。

　ラインＬ１７は、第１の間接熱交換器外筒２０と第２の間接熱交換器外筒２１との間に位置する。ラインＬ１７の一端は、第１の間接熱交換器外筒２０の液取出し口（底部）と接続されている。ラインＬ１７の他端は、第２の間接熱交換器外筒２１と接続されている。ラインＬ１７には、バルブ（第２の開閉機構）Ｖ７が設けられている。ラインＬ１７は、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧液化酸素を抜き出し、バルブＶ７で減圧した後に第２の間接熱交換器外筒２１に供給する。

　本実施形態の空気分離装置１０では、ラインＬ１５、第１の間接熱交換器外筒２０、及びラインＬ１７により、低圧塔１８の底部（液相部）と第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１とを連通する第２の経路が構成される。
　第２の経路は、低圧塔１８の液相部に濃縮される低圧液化酸素を第２の間接熱交換器外筒２１に供給するための経路である。

　なお、第２の経路は、上述したライン及び機器以外の流路を含んでいてもよい。
　すなわち、低圧塔１８の液相部に濃縮される低圧液化酸素が第２の間接熱交換器外筒２１に至るまでに経由する流路の全てが、第２の経路となる。例えば、起動時において低圧塔１８の低圧液化酸素を、ラインＬ１９、アルゴン塔１９、ラインＬ２４を経由して第２の間接熱交換器外筒２１（第２の気液分離室）に供給する場合、これらの経路が第２の経路となる。この場合、図１には図示されていないがラインＬ１９に第２の開閉機構としてのバルブが設けられる。

　バルブ（第２の開閉機構）Ｖ７は、ラインＬ１７に位置する。バルブＶ７は、ラインＬ１７の流路（第２の経路）を開放状態及び閉止状態にできる機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ７には、ラインＬ１７を介して、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧液化酸素が供給される。バルブＶ７は、ラインＬ１７を流れる低圧液化酸素を、その開度に応じて減圧する。

　ラインＬ１８は、ラインＬ１７から分岐した、製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ_２）の回収ラインである。ラインＬ１８には、ラインＬ１７を流れる低圧液化酸素の一部が供給される。ラインＬ１８を流れる低圧液化酸素は、製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ_２）として回収される。

　ラインＬ２０は、アルゴン塔１９と第１の間接熱交換器Ｈ１との間に位置する。ラインＬ２０の一端は、アルゴン塔１９の上部と接続されている。ラインＬ２０の他端は、第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路入口と接続されている。ラインＬ２０は、アルゴン塔１９の上部に濃縮したアルゴンガスを抜き出して、第１の間接熱交換器Ｈ１に供給する。

　ラインＬ２１は、ラインＬ２０から分岐した、製品アルゴンガス（ＧＡＲ）の回収ラインである。ラインＬ２１には、ラインＬ２０を流れるアルゴンガスの一部が供給される。ラインＬ２１は、その一部が主熱交換器１６を通過するように配置されている。これにより、ラインＬ２１を流れるアルゴンガスは、主熱交換器１６で熱回収された後に製品アルゴンガス（ＧＡＲ）として回収される。

　ラインＬ２２は、第１の間接熱交換器Ｈ１とアルゴン塔１９との間に位置する。ラインＬ２２一端は、第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路出口と接続されている。ラインＬ２２の他端は、アルゴン塔１９の上部と接続されている。ラインＬ２２は、第１の間接熱交換器Ｈ１で生成する液化アルゴンをアルゴン塔１９に供給する。

　ラインＬ２３は、ラインＬ２２から分岐した、製品液化アルゴン（ＬＡＲ）の回収ラインである。ラインＬ２３には、ラインＬ２２を流れる液化アルゴンの一部が供給される。ラインＬ２３を流れる液化アルゴンは、製品液化アルゴン（ＬＡＲ）として回収される。

　アルゴン塔１９は、低圧塔１８と高圧塔１７との間に位置する。アルゴン塔１９は、低圧塔１８よりも下方に、かつ高圧塔１７よりも上方に配置されている。
　また、アルゴン塔１９は、第１の間接熱交換器外筒２０と第２の間接熱交換器外筒２１との間に位置する。アルゴン塔１９は、第１の間接熱交換器外筒２０よりも下方に、かつ第２の間接熱交換器外筒２１よりも上方に配置されている。

　アルゴン塔１９には、ラインＬ１９，Ｌ２０，Ｌ２２，Ｌ２４，Ｌ２５が、それぞれ接続されている。アルゴン塔１９は、ラインＬ１９を介して供給されるアルゴン富化液化酸素と、ラインＬ２２から供給される流体と、ラインＬ２５から供給される流体と、を含む混合流体を低温で蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。なお、アルゴン塔１９での蒸留は、低圧塔１８よりも高い圧力で行う。この低温での蒸留により、アルゴン塔１９の上部には、アルゴンガスが濃縮され、アルゴン塔１９の下部には中圧液化酸素が濃縮される。

　ラインＬ２４は、アルゴン塔１９と第２の間接熱交換器外筒２１との間に位置する。ラインＬ２４の一端は、アルゴン塔１９の底部と接続されている。ラインＬ２４の他端は、第２の間接熱交換器外筒２１と接続されている。ラインＬ２４には、アルゴン塔１９の下部に貯留される中圧液化酸素の一部が供給される。ラインＬ２４には、液化酸素ポンプＰ３が設けられている。ラインＬ２４を流れる中圧液化酸素は、液化酸素ポンプＰ３によって第２の間接熱交換器外筒２１に供給される。

　液化酸素ポンプＰ３は、ラインＬ２４に位置する。液化酸素ポンプＰ３は、ラインＬ２４を流れる中圧液化酸素を送液する。
　なお、アルゴン塔１９が、第２の間接熱交換器外筒２１よりも十分に高い位置に設置されている場合、液ヘッド差を利用して中圧液化酸素を送液できるため、液化酸素ポンプＰ３を省略できる場合もある。

　第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１は、アルゴン塔１９と高圧塔１７との間に位置する。第２の間接熱交換器外筒２１は、アルゴン塔１９よりも下方、かつ高圧塔１７よりも上方に配置されている。第２の間接熱交換器外筒２１は、第２の間接熱交換器Ｈ２を収納する。第２の間接熱交換器外筒２１には、ラインＬ１７，Ｌ２４，Ｌ２５，Ｌ２７がそれぞれ接続されている。第２の間接熱交換器外筒２１は、ラインＬ２４を介して供給される中圧液化酸素と、ラインＬ１７を介して供給される低圧液化酸素と、第２の間接熱交換器Ｈ２によって気化した中圧酸素ガスと、第２の間接熱交換器Ｈ２によって気化しなかった中圧液化酸素との混合流体を貯留し、上記混合流体を中圧酸素ガスと中圧液化酸素とに分離する。

　ラインＬ２５は、第２の間接熱交換器外筒２１とアルゴン塔１９との間に位置する。ラインＬ２５の一端は、第２の間接熱交換器外筒２１のガス取出し口（気相部）と接続されている。ラインＬ２５の他端は、アルゴン塔１９の下部（気相部）と接続されている。ラインＬ２５には、第２の間接熱交換器Ｈ２によって生成され、第２の間接熱交換器外筒２１に貯留される中圧酸素ガスが導出される。ラインＬ２５には、バルブ（第３の開閉機構）Ｖ９が設けられている。ラインＬ２５を流れる中圧酸素ガスはアルゴン塔１９の下部に供給される。

　本実施形態の空気分離装置１０では、ラインＬ２５により、アルゴン塔１９の気相部と第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１の気相部とを連通する第３の経路が構成される。
　第３の経路は、第２の間接熱交換器Ｈ２によって生成され、第２の間接熱交換器外筒２１に貯留される中圧酸素ガスをアルゴン塔１９の気相部に供給するための経路である。

　なお、第３の経路は、ラインＬ２５以外の流路を含んでいてもよい。
　すなわち、第２の間接熱交換器外筒２１に貯留される中圧酸素ガスがアルゴン塔１９に至るまでに経由する流路の全てが、第３の経路となる。

　バルブ（第３の開閉機構）Ｖ９は、ラインＬ２５に位置する。バルブＶ９は、ラインＬ２５の流路（第３の経路）を開放状態及び閉止状態にできる機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ９には、ラインＬ２５を介して、第２の間接熱交換器外筒２１に貯留される中圧酸素ガスが供給される。バルブＶ９は、ラインＬ２５を流れる中圧酸素ガスを、その開度に応じて減圧する。

　ラインＬ２６は、ラインＬ２５から分岐する。ラインＬ２６は、第２の間接熱交換器外筒２１と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ２６一端は、ラインＬ２５の分岐点に接続されている。ラインＬ２６の他端は、低圧塔１８の下部（気相部）と接続されている。ラインＬ２６には、ラインＬ２５を流れる中圧酸素ガスの一部が供給される。すなわち、ラインＬ２６には、第２の間接熱交換器Ｈ２によって生成され、第２の間接熱交換器外筒２１の内部に貯留される中圧酸素ガスラインの一部が、Ｌ２５を介して供給される。ラインＬ２６には、バルブ（第１の開閉機構）Ｖ１０が設けられている。ラインＬ２６を流れる中圧酸素ガスは、バルブＶ１０で減圧された後に低圧塔１８の下部（気相部）に供給される。

　本実施形態の空気分離装置１０では、ラインＬ２５とラインＬ２６とにより、低圧塔１８の下部（気相部）と第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１の下部（気相部）とを連通する第１の経路が構成される。
　第１の経路は、第２の間接熱交換器Ｈ２により生成する中圧酸素ガスを低圧塔１８の気相部に供給するための経路である。

　なお、ラインＬ２６の一端は、ラインＬ２５の分岐点の代わりに、第２の間接熱交換器外筒２１のガス取り出し口（気相部）に直接接続されていてもよい。
　この場合、第２の間接熱交換器Ｈ２により生成する中圧酸素ガスは、ラインＬ２６を経由して、低圧塔１８の気相部に供給される。
　すなわち、ラインＬ２６が、第１の経路となる。

　また、ラインＬ２６の一端は、アルゴン塔１９のガス取り出し口（気相部）、ラインＬ２０の分岐点、又はラインＬ２１の分岐点に接続されていてもよい。
　この場合、第２の間接熱交換器Ｈ２により生成する中圧酸素ガスは、第２の間接熱交換器外筒２１、ラインＬ２５、アルゴン塔１９、ラインＬ２０、ラインＬ２１のいずれか又は全てを経由し、その後、ラインＬ２６を経由して低圧塔１８の気相部に供給される。
　すなわち、第２の間接熱交換器Ｈ２により生成する中圧酸素ガスが低圧塔１８の気相部に至るまでに経由する（少なくとも、ラインＬ２６を含む）流路の全てが、第１の経路となる。

　バルブ（第１の開閉機構）Ｖ１０は、ラインＬ２６に位置する。バルブＶ１０は、ラインＬ２６の流路（第１の経路）を開放状態及び閉止状態にできる機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ１０には、ラインＬ２６を介して、第２の間接熱交換器外筒２１に貯留される中圧酸素ガスの一部が供給される。バルブＶ１０は、ラインＬ２６を流れる中圧酸素ガスを、その開度に応じて減圧する。

　ラインＬ２７は、製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ_２）の回収ラインである。ラインＬ２７の一端は、第２の間接熱交換器外筒２１の液取り出し口（底部）と接続されている。ラインＬ２７の他端は、製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ_２）の取り出し口となっている。ラインＬ２７には、第２の間接熱交換器外筒２１に貯留される中圧液化酸素の一部が供給される。ラインＬ２７には液化酸素ポンプＰ４が設けられている。ラインＬ２７は、その一部が主熱交換器１６を通過するように配置されている。これにより、ラインＬ２７を流れる中圧液化酸素は、液化酸素ポンプＰ４で加圧され、主熱交換器１６によって気化され、熱回収された後、製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ_２）として回収される。

　液化酸素ポンプＰ４は、ラインＬ２７に位置する。液化酸素ポンプＰ４には、ラインＬ２７を介して、第２の間接熱交換器外筒２１に貯留される中圧液化酸素が供給される。液化酸素ポンプＰ４は、ラインＬ２７に流れる中圧液化酸素を加圧する。

　なお、第２の間接熱交換器外筒２１が、十分に高い位置に設置されている場合、液ヘッド差を利用して中圧液化酸素を加圧できるため、液化酸素ポンプＰ４を省略できる場合もある。

　なお、ラインＬ２７の一端は、第１の間接熱交換器外筒２０の液取り出し口と接続されていてもよい。この場合、ラインＬ２７には、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留される低圧液化酸素の一部が供給される。ラインＬ２７を流れる低圧液化酸素は、液化酸素ポンプＰ４によって加圧され、主熱交換器１６によって気化され、熱回収された後、製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ_２）として回収される。

　ラインＬ２８は、ラインＬ２７から分岐した、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ_２）の回収ラインである。ラインＬ２８には、ラインＬ２７を流れる中圧液化酸素の一部が供給される。これにより、ラインＬ２８を流れる中圧液化酸素は、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ_２）として回収される。

　過冷器２３は、ラインＬ４，Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１４に亘るように配置されている。過冷器２３には、ラインＬ４，Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１４の一部がそれぞれ通過する。過冷器２１では、ラインＬ１４を流れる低温流体と、ラインＬ４，Ｌ１１，Ｌ１３を流れる高温流体と、が間接的に熱交換することで、低温流体が加温され、各高温流体が冷却される。なお、過冷器２３における低温流体と高温流体との組み合わせは、これらに限定されない。

　なお、図１には示していないが、製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ_２）を回収する場合、本実施形態の空気分離装置１０は、一端が第１の間接熱交換器外筒２０または低圧塔１８の下部に接続され、その一部が主熱交換器１６を通過する製品導出ラインを有してもよい。この場合、製品導出ラインを流れる低圧酸素ガスは、主熱交換器１６で熱回収された後に製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ_２）として回収される。

　また、製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ_２）を回収する場合、本実施形態の空気分離装置１０は、一端が第２の間接熱交換器外筒２１またはアルゴン塔１９の下部に接続され、その一部が主熱交換器１６を通過する製品導出ラインを有してもよい。この場合、製品導出ラインを流れる中圧酸素ガスは、主熱交換器１６で熱回収された後に製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ_２）として回収される。

　また、製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ_２）、製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ_２）、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ_２）、及び製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ_２）等を回収する代わりに、製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ_２）を回収しない場合、または製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ_２）の圧力が低い場合（例えば、３００ｋＰａＡ以下の場合）には、ラインＬ２、空気昇圧機１４、空気昇圧機アフタークーラ１５、バルブＶ２、及び液化酸素ポンプＰ４を省略できる。

　また、本実施形態の空気分離装置１０は、各機器のレイアウトにより、低圧液化酸素または中圧液化酸素を輸送するラインＬ１５、Ｌ１７、Ｌ２４の接続位置を適宜変更することができる。

　例えば、本実施形態の空気分離装置１０では、ラインＬ１５の一端が接続する場所を第１の間接熱交換器外筒２０からアルゴン塔１９の底部に変更し、ラインＬ１５によって低圧塔１８の低圧液化酸素をアルゴン塔１９の底部に供給し、ラインＬ２４の一端が接続する場所を第２の間接熱交換器外筒２１から第１の間接熱交換器外筒２０に変更し、ラインＬ２４によってアルゴン塔１９の中圧液化酸素を第１の間接熱交換器外筒２０に供給してもよい。このとき、各機器のレイアウトによる液ヘッド差に応じて、各ラインに液化酸素ポンプを設けてもよいし、液化酸素ポンプをバルブに変更してもよい。

　以下、本実施形態の空気分離装置１０の運転方法、すなわち、空気分離方法の一例について、詳細に説明する。

　本実施形態の空気分離装置１０の運転方法（空気分離方法）は、先ず、空気分離装置１０を常温状態から起動し、製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）を回収できる状態となった後に定常運転に移行する。
　以下、空気分離装置１０の起動時から定常運転に切り替えるまでの手順について、図１を参照しながら示す。

（起動時）
　本実施形態の空気分離方法は、空気分離装置１０の起動時に、酸素、窒素、及びアルゴンを含む原料空気を圧縮、予冷、精製、及び冷却して、高圧の原料空気を生成し、高圧塔１７において、原料空気を低温で蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、低圧塔１８において、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する。この時、前記低圧液化酸素を加圧した後に第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１に導入して、前記高圧窒素ガスと前記低圧液化酸素を加圧して得られた中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成し、前記中圧酸素ガスを減圧した後に低圧塔１８の気相部に導入する。
　次に、アルゴン塔１９において、前記アルゴン富化液化酸素を低温で蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。この時、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する。これと同時に第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）から導出し、低圧塔１８の気相部に導入していた前記中圧酸素ガスの流量を減量またはゼロとする。
　次に、アルゴン塔１９の塔頂に所定の濃度のアルゴンガスが濃縮したら、所定の流量の製品（製品液化アルゴンＬＡＲ、製品アルゴンガスＧＡＲなど）を抜き出して、定常運転の状態に移行する。

　具体的には、先ず、空気圧縮機１１、空気予冷器１２、空気精製器１３を順次起動し、圧縮、精製、冷却された、約８００ｋＰａＡの圧力の原料空気を高圧塔１７に供給する。同時に、原料空気の一部を起動用のバイパスライン（図示略）を用いて膨張タービン２４に供給し、原料空気の一部を断熱膨張させて低温の空気を発生させる。発生した低温の空気により、高圧塔１７、低圧塔１８、アルゴン塔１９、第１の間接熱交換器Ｈ１、第２の間接熱交換器Ｈ２、第３の間接熱交換器Ｈ３、第１の間接熱交換器外筒２０、第２の間接熱交換器外筒２１、第３の間接熱交換器外筒２２、過冷器２３、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１、液化酸素ポンプＰ２～Ｐ４、各ライン、各バルブを徐々に冷却していく。

　次に、各機器が飽和温度付近まで冷却されたら、液化窒素供給用のラインＬ３３を用い、低圧塔１８の上部から低圧塔１８内に液化窒素を供給する。供給された液体窒素は、低圧塔１８、ラインＬ１５、液化酸素ポンプＰ２、第１の間接熱交換器外筒２０、ラインＬ１７、バルブＶ７を経由して、第２の間接熱交換器外筒２１に液化ガス流体として貯留される。

　このとき、第１の間接熱交換器Ｈ１で間接熱交換が生じないように、第１の間接熱交換器外筒２０には液化ガス流体を貯めない。すなわち、バルブＶ７（第２の開閉機構）を開状態とし、バルブＶ７の開度に応じてラインＬ１７（第２の経路）を開放する。

　第２の間接熱交換器外筒２１に液化ガス流体が貯まると、第２の間接熱交換器外筒２１に収容される第２の間接熱交換器Ｈ２によって、高圧塔１７に供給されている高圧の空気との間接熱交換が開始される。この熱交換により、高圧の空気が液化すると同時に、第２の間接熱交換器外筒２１にガス流体が発生する。液化した高圧の液化空気は、ラインＬ１０から高圧塔１７に供給され、高圧塔１７の還流液となり、高圧塔１７で低温蒸留が始まる。

　一方で、バルブＶ１０を開状態とすることで、第２の間接熱交換器外筒２１で発生したガス流体は、ラインＬ２５、Ｌ２６（第１の経路）、バルブＶ１０（第１の開閉機構）を経由して、低圧塔１８の下部に供給される。これにより、低圧塔１８では、下部から供給されたガス流体と頂部から供給された液化窒素との気液接触により低温蒸留が始まる。

　このとき、バルブＶ９を開状態とすることで、第２の間接熱交換器外筒２１で発生したガス流体の一部は、ラインＬ２５、バルブＶ９、アルゴン塔１９、ラインＬ２０、ラインＬ２１を経由して、大気放出される。これにより、アルゴン塔１９は冷却されるが、還流液が存在しないため、低温蒸留は始まらない。

　上述の手順により、先ず、高圧塔１７と低圧塔１８とが起動される。これにより、高圧塔１７の上部には高圧窒素ガスが、下部には高圧酸素富化液化空気がそれぞれ濃縮される。また、低圧塔１８の上部には低圧窒素ガスが、中間部にはアルゴン富化液化酸素が、下部には低圧液化酸素がそれぞれ濃縮される。

　ところで、空気分離装置１０の起動時においても、低圧塔１８の圧力は定常運転時と同じ圧力、例えば、約１３０ｋＰａＡで運転される。仮に、第１の経路を構成するラインＬ２６にバルブＶ１０が設けられていない場合、第２の間接熱交換器外筒２１の圧力も約１３０ｋＰａＡとなり、第２の間接熱交換器Ｈ２で熱統合（heat integration）されている高圧塔１７の圧力が約５００ｋＰａＡになる。このため、定常運転時の高圧塔１７の圧力である約８００ｋＰａＡで設計されている空気精製器１３の圧力が５００ｋＰａＡ近くまで低下してしまい、空気精製器１３の内部の吸着剤が巻き上げられる恐れや、空気精製器１３に供給される空気の水分量が増えて、水を十分に除去できない恐れがある。

　本実施形態の空気分離装置１０によれば、ラインＬ２６に設けられたバルブＶ１０を操作して、第２の間接熱交換器外筒２１の圧力を定常運転時と同じ２３０ｋＰａＡ程度に調節することができる。これにより、高圧塔１７の圧力を約８００ｋＰａＡに維持できるため、空気精製器１３の圧力低下を避けることができる。

　低圧塔１８での低温蒸留により、低圧塔１８の中間部にはアルゴン富化液化酸素が濃縮される。次に、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１の運転を開始し、低圧塔１８の中間部からアルゴン富化液化酸素の一部をラインＬ１９に導出する。次いで、ラインＬ１９及びアルゴン富化液化酸素ポンプＰ１を介して、アルゴン塔１９へのアルゴン富化液化酸素の供給を開始する。これと同時に、バルブＶ７の開度を調節して、第１の間接熱交換器外筒２０への低圧液化酸素の貯留を開始する。

　次に、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧液化酸素が貯まると、第１の間接熱交換器Ｈ１において、低圧液化酸素とアルゴン塔１９から供給される中圧酸素ガスとの間接的な熱交換が開始される。第１の間接熱交換器外筒２０内で低圧液化酸素が気化して低圧酸素ガスが発生すると同時に、アルゴン塔１９から供給される中圧酸素ガスが液化して中圧液化酸素が発生する。なお、この時点において、アルゴン塔１９では低温蒸留が行われていないため、アルゴン塔１９の上部にはアルゴンガスが濃縮されず、中圧酸素ガスが存在する。

　次に、バルブＶ８を開状態とし、第１の間接熱交換器外筒２０の低圧酸素ガスをラインＬ１６に導出する。導出された低圧酸素ガスは、ラインＬ１６、バルブＶ８を介して、低圧塔１８の下部に供給される。一方、第１の間接熱交換器Ｈ１で液化した中圧液化酸素は、ラインＬ２２を介してアルゴン塔１９の上部に供給され、アルゴン塔１９の還流液となり、アルゴン塔１９で低温蒸留が始まる。

　ところで、低温蒸留が開始した段階では、アルゴン塔１９の上部にアルゴン成分が濃縮しておらず酸素が主成分となる。このため、第１の間接熱交換器Ｈ１では液化酸素と酸素ガスとの間接熱交換となり、定常運転時の液化酸素とアルゴンガスとの間接熱交換に比べて、流体間の圧力差が小さくなる。

　仮に、ラインＬ１６（第４の経路）にバルブＶ８（第４の開閉機構）が、ラインＬ２５（第３の経路）にバルブＶ９（第３の開閉機構）がそれぞれ設けられていない場合、第１の間接熱交換器外筒２０の圧力は低圧塔１８の圧力と同じく１３０ｋＰａＡ程度となり、第１の間接熱交換器Ｈ１で熱統合されているアルゴン塔１９の圧力が定常運転時よりも低い約１５０ｋＰａＡになる。このため、アルゴン塔１９に繋がる第２の間接熱交換器外筒２１の圧力が定常運転時の圧力２３０ｋＰａＡよりも低下し、高圧塔１７の圧力も低下する。したがって、前述の通り、空気精製器１３の圧力低下によるトラブルが生じる恐れがある。なお、この場合、第２の間接熱交換器外筒２１の圧力を調節するバルブＶ１０を全閉としても、第２の間接熱交換器外筒２１の圧力が定常運転時の圧力を保持できない状態になる。

　本実施形態の空気分離装置１０によれば、ラインＬ１６（第４の経路）にバルブＶ８（第４の開閉機構）が、ラインＬ２５（第３の経路）にバルブＶ９（第３の開閉機構）がそれぞれ設けられている。ここで、アルゴン塔１９の上部にアルゴンガスが濃縮されるまでの間、ラインＬ１６に設けられたバルブＶ８の開度を調整して、第１の間接熱交換器外筒２０の圧力を定常運転時よりも高くし、アルゴン塔１９およびそれに繋がる第２の間接熱交換器外筒２１の圧力を定常運転時と同程度に維持する。このようにバルブＶ８の開度を調整することで、高圧塔１７の圧力を定常運転時と同様に約８００ｋＰａＡに維持できるため、空気精製器１３の圧力低下を避けることができる。

　また、本実施形態の空気分離装置１０によれば、バルブＶ８を用いる代わりに、ラインＬ２５に設けられたバルブＶ９の開度を調整して、第２の間接熱交換器外筒２１の圧力が定常運転時と同程度になるように維持してもよい。上記バルブＶ８と同様に、バルブＶ９の開度を調整することで、高圧塔１７の圧力を定常運転時と同様に約８００ｋＰａＡに維持できるため、空気精製器１３の圧力低下を避けることができる。

　次に、バルブＶ８またはバルブＶ９の操作により、第２の間接熱交換器外筒２１の圧力を定常運転時と同程度に保つように調節しながら、バルブＶ１０の開度を絞っていき、最終的には全閉または微開（定常運転時のバルブ開度）とする。この操作により、ラインＬ２６に流れる中圧酸素ガスの流量を減らし、アルゴン塔１９に供給される中圧酸素ガスを所定量まで増加させる。

その後、アルゴン塔１９の上部にアルゴンが濃縮し、ラインＬ２１またはラインＬ２３から導出される製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）が所定量まで増加したことを確認して、空気分離装置１０の起動を完了する。

（定常運転時）
　本実施形態の空気分離装置１０の運転方法（空気分離方法）では、空気分離装置１０の起動後、定常運転に移行する。
　本実施形態の空気分離方法では、空気分離装置１０の起動後、以下の各工程を含む定常運転を行う。
・高圧塔１７において、原料空気を低温で蒸留し、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する（高圧分離工程）。
・低圧塔１８において、高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する（低圧分離工程）。
・アルゴン塔１９において、アルゴン富化液化酸素を低圧分離工程の圧力よりも高い圧力に加圧した後に低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する（アルゴン分離工程）。
・第１の間接熱交換器Ｈ１において、アルゴンガスと低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する（第１の間接熱交換工程）。
・第２の間接熱交換器Ｈ２において、高圧窒素ガスと中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する（第２の間接熱交換工程）。
・ラインＬ２１またはラインＬ２３において、アルゴンガスの一部、第１の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）として回収する（製品導出工程）。

　なお、本実施形態の空気分離方法では、定常運転時は、バルブＶ１０（第１の開閉機構）が全閉でラインＬ２６（第１の経路）に流体が流れないか、またはバルブＶ１０が微開でラインＬ２６に少量の中圧酸素ガスが流れるのみとする。ラインＬ２６に流れる少量の中圧酸素ガスにより、低圧塔１８の上昇ガス量を調節し、ラインＬ１９から導出されるアルゴン富化液化酸素の組成を調節することができる。

　以上説明したように、本実施形態の空気分離装置１０は、高圧の原料空気を低温で蒸留し、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔１７と、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔１８と、低圧塔１８の圧力よりも高い圧力の前記アルゴン富化液化酸素を低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔１９と、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換器Ｈ１と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換器Ｈ２と、第１の間接熱交換器Ｈ１によって気化した低圧酸素ガスと気化しなかった低圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第１の間接熱交換器外筒（第１の気液分離室）２０と、第２の間接熱交換器Ｈ２によって気化した中圧酸素ガスと気化しなかった中圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１と、低圧塔１８の気相部と第２の間接熱交換器外筒２１の気相部とを連通する第１の経路（ラインＬ２５，Ｌ２６）と、低圧塔１８の液相部と第２の間接熱交換器外筒２１とを連通する第２の経路（ラインＬ１７）と、第１の経路に位置する第１の開閉機構（バルブＶ１０）と、第２の経路に位置する第２の開閉機構（バルブＶ７）と、を備える。
　本実施形態の空気分離装置１０によれば、バルブＶ７の開閉状態を切り替えることで、低圧塔１８の液相部と第２の間接熱交換器外筒２１とを連通する第２の経路を開放あるいは遮断できる。
　また、本実施形態の空気分離装置１０によれば、バルブＶ１０の開閉状態を切り替えることで、低圧塔１８の気相部と第２の間接熱交換器外筒２１の気相部とを連通する第１の経路を開放あるいは遮断できる。

　本実施形態の空気分離方法は、特許文献２に記載された従来の高性能三塔式プロセスにおいても高圧塔１７と低圧塔１８とを最初に起動し、低圧塔１８でアルゴン富化酸素を発生させる。次いで、このアルゴン富化液化酸素をアルゴン塔１９に導入して蒸留する。これにより、アルゴン塔１９から酸素成分を除去してアルゴンを採取することができ、アルゴン塔１９を起動する。
　本実施形態の空気分離方法によれば、空気分離装置１０を容易に起動できる。

　本実施形態の空気分離装置１０および空気分離方法によれば、定常運転時には、バルブＶ１０（第１の開閉機構）が全閉でラインＬ２６（第１の経路）に流体が流れないか、またはバルブＶ１０が微開でラインＬ２６に少量の中圧酸素ガスが流れるのみである。これに対して、空気分離装置１０の起動時には、バルブＶ１０が開いて、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成される中圧酸素ガスの大部分（少なくとも半分以上）がラインＬ２６に流れる。これにより、アルゴン塔１９での低温蒸留によって第１の間接熱交換器Ｈ１に供給されるアルゴンガスが生成されるよりも前の段階で、高圧塔１７と低圧塔１８とを起動できる。次いで、低圧塔１８での低温蒸留によってアルゴン富化液化酸素を分離して、アルゴン塔１９の原料となるアルゴン富化液化酸素を生成することができる。

　また、本実施形態の空気分離装置１０および空気分離方法によれば、空気分離装置１０の起動時に、バルブＶ１０を操作して開度を調整することで、第２の間接熱交換器外筒２１内の圧力を定常運転時と同程度の圧力に維持できる。これにより、第２の間接熱交換器Ｈ２で液化する高圧窒素ガスの圧力および高圧塔１７に供給される原料空気の圧力を定常運転時と同程度の圧力に保ち、空気精製器１３を流れる空気の圧力を定常運転時と同程度の圧力に保つことができるため、空気精製器１３の圧力低下によるトラブルを防止できる。

　なお、空気分離装置１０の起動時に、高圧塔１７と低圧塔１８とを起動し、次いで、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧塔１８から供給される低圧液化酸素を貯めて第１の間接熱交換器Ｈ１で間接熱交換を開始すると、第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路入口に供給される流体はアルゴンガスではなく、アルゴンガスよりも飽和圧力が低い酸素ガスとなる。このため、第１の間接熱交換器Ｈ１での間接熱交換により、アルゴン塔１９に存在する酸素ガスが定常運転時よりも低い圧力で液化し、アルゴン塔１９およびそれに繋がる第２の間接熱交換器外筒２１の圧力が定常運転時よりも低下する恐れがある。

　本実施形態の空気分離装置１０は、ラインＬ１６（第４の経路）にバルブＶ８（第４の開閉機構）を有しており、バルブＶ８の操作により、第１の間接熱交換器外筒２０の圧力を定常運転時よりも高い圧力に保つことができる。これにより、アルゴン塔１９および第２の間接熱交換器外筒２１の圧力を定常運転時と同程度に保つことができる。

　また、本実施形態の空気分離装置１０は、ラインＬ２５（第３の経路）にバルブＶ９（第３の開閉機構）を有しており、バルブＶ９の操作により、アルゴン塔１９の圧力が低下した場合でも第２の間接熱交換器外筒２１の圧力を定常運転時と同程度に保つことができる。

　また、本実施形態の空気分離装置１０によれば、バルブＶ８またはバルブＶ９を操作することで、装置の起動時に第２の間接熱交換器外筒２１の圧力低下に起因する空気精製器１３の圧力低下によるトラブルを防ぐことができる。さらに、定常運転時に処理量を抑えた減量運転を行う際に、低圧塔１８やアルゴン塔１９の圧力損失の低下や、第１の間接熱交換器Ｈ１や第２の間接熱交換器Ｈ２の流体間の温度差の低下に起因する高圧塔１７の圧力低下を防ぎ、製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ_２）の圧力を一定に維持できるという利点がある。

　また、本実施形態の空気分離装置１０及び空気分離方法によれば、空気分離装置１０の起動時に、膨張タービン２４から導出される低温の空気で各機器を冷却していく段階において、バルブＶ１０を開状態とすることで、ラインＬ２６およびラインＬ２５（すなわち、第１の経路）を介して低圧塔１８に供給された低温の空気をアルゴン塔１９の下部に供給できる。このように、第１の経路を上述した方向と逆方向に用いて、アルゴン塔１９に低温の空気を供給することにより、アルゴン塔１９を比較的短時間で冷却できる。この場合、膨張タービン２４から導出される低温の空気は、ラインＬ６、低圧塔１８、ラインＬ２６、ラインＬ２５、アルゴン塔１９、ラインＬ２０、ラインＬ２１を経由し、各機器を冷却した後に大気中に放出される。

　これに対して、ラインＬ２６を含む第１の経路を有さない場合には、ラインＬ１９を利用してアルゴン塔１９を冷却することになる。しかしながら、ラインＬ１９は、定常運転時に液化流体が流れるため、通常、ガスラインに比べて細い配管が使用される。したがって、ラインＬ１９にガス流体を多量に流すことは困難であり、アルゴン塔１９の冷却時間が長くなる。

　なお、起動時における空気精製器１３の圧力低下を防ぐ手段として、ラインＬ１の空気精製器１３の二次側に圧力調節バルブを設置することもできるが、このラインは配管口径が比較的大きく、バルブが大型になりコストアップになることから上記の装置および方法を用いるのがより好ましい。

（第１実施形態の変形例）
　本発明を適用した第１の実施形態である空気分離装置１０の構成は、一例であり、これに限定されるものではない。
　図２および図３は、本発明の第１実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。
　さらに、図４～図６は、本発明の第１実施形態の空気分離装置の変形例の要部を示す系統図である。

　本実施形態の空気分離装置１０を用いた空気分離方法によれば、空気分離装置１０の起動時に、先に高圧塔１７と低圧塔１８とを起動する。そして、低圧塔１８において低圧窒素ガスと、アルゴン富化液化酸素と、低圧液化酸素とが濃縮されるまでの間は、第１の間接熱交換器Ｈ１での間接熱交換の開始を避けることが好ましい。

　すなわち、低圧塔１８で低圧液化酸素が濃縮されていない段階で、第１の間接熱交換器Ｈ１での間接熱交換を開始すると、アルゴン塔１９内のガス流体が液化してアルゴン塔１９内が大気圧以下となり、大気中の不純物を含んだ空気を吸入する恐れや、アルゴン塔１９が破損する恐れがある。

　そこで、本実施形態の空気分離装置１０を用いた空気分離方法によれば、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧液化酸素が貯まらないように、ラインＬ１７に位置するバルブＶ７の開度を調節する。

　他の方法として、第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ａを用いてもよい。
　図２に示すように、空気分離装置１０Ａは、上述した空気分離装置１０の構成に加えて、ラインＬ３１と、バルブＶ１２とを備える。

　ラインＬ３１は、低圧塔１８と第２の間接熱交換器外筒２１（またはアルゴン塔１９）との間に位置する。ラインＬ３１は、ラインＬ１５から分岐する。ラインＬ３１の一端は、液化酸素ポンプＰ２の二次側のラインＬ１５（分岐点）と接続されている。ラインＬ３１の他端は、アルゴン塔１９または第２の間接熱交換器外筒２１に接続されている。ラインＬ３１には、バルブＶ１２が設けられている。バルブＶ１２が開状態のとき、ラインＬ３１には、ラインＬ１５および液化酸素ポンプＰ２を介して低圧塔１８に濃縮される低圧液化酸素が加圧され、中圧液化酸素となって供給される。ラインＬ３１を流れる中圧液化酸素は、バルブＶ１２を経由してアルゴン塔１９、あるいは第２の間接熱交換器外筒２１に供給される。

　バルブＶ１２は、ラインＬ３１に位置する。バルブＶ１２は、ラインＬ３１の流路（第２の経路の一部）を開放状態及び閉止状態にできる機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ１２には、ラインＬ１５およびラインＬ３１を介して、低圧塔１８に濃縮される低圧液化酸素が加圧され、中圧液化酸素となって供給される。バルブＶ１２は、ラインＬ３１を流れる中圧液化酸素を、その開度に応じて供給する。

　ここで、空気分離装置１０Ａでは、ラインＬ１５及びラインＬ３１により、低圧塔１８の底部（液相部）と第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１とを連通する第２の経路が構成される。また、バルブＶ１２が第２の開閉機構である。

　図２に示す空気分離装置１０Ａを用いた空気分離方法によれば、ラインＬ１５，Ｌ３１（すなわち、第２の経路）及びバルブＶ１２（第２の開閉機構）を有するため、装置の起動時に、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧液化酸素を供給することなく、低圧液化酸素の一部または全量をアルゴン塔１９の底部または第２の間接熱交換器外筒２１に供給できる。

　さらに、他の方法として、第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ｂを用いてもよい。
　図３に示すように、空気分離装置１０Ｂは、上述した空気分離装置１０の構成のうち、ラインＬ１５，Ｌ２４の構成が異なり、さらに、ラインＬ３２と、バルブＶ１３とを備える。

　ラインＬ１５は、低圧塔１８とアルゴン塔１９との間に位置する。ラインＬ１５の一端は、低圧塔１８の底部と接続されている。ラインＬ１５の他端は、アルゴン塔１９の下部と接続されている。ラインＬ１５には、低圧塔１８の底部に濃縮される低圧液化酸素が供給される。ラインＬ１５には、バルブＶ１４が設けられている。ラインＬ１５を流れる低圧液化酸素は、バルブＶ１４を経由してアルゴン塔１９の下部に供給される。

　ラインＬ２４は、アルゴン塔１９と第１の間接熱交換器外筒２０との間に位置する。ラインＬ２４の一端は、アルゴン塔１９の底部と接続されている。ラインＬ２４の他端は、第１の間接熱交換器外筒２０と接続されている。定常運転時、ラインＬ２４には、アルゴン塔１９の下部に貯留される中圧液化酸素が供給される。ラインＬ２４には、液化酸素ポンプＰ３が設けられている。ラインＬ２４を流れる中圧液化酸素は、液化酸素ポンプＰ３によって第１の間接熱交換器外筒２０に供給される。

　ラインＬ３２は、ラインＬ２４から分岐する。ラインＬ３２は、アルゴン塔１９と第２の間接熱交換器外筒２１との間に位置する。ラインＬ３２の一端は、液化酸素ポンプＰ３の二次側のラインＬ２４（分岐点）と接続されている。ラインＬ３２の他端は、第２の間接熱交換器外筒２１に接続されている。ラインＬ３２には、バルブＶ１３が設けられている。バルブＶ１３が開状態のとき、ラインＬ３２には、ラインＬ２４を介してアルゴン塔１９の底部に濃縮される中圧液化酸素が供給される。ラインＬ３２を流れる中圧液化酸素は、第２の間接熱交換器外筒２１に供給される。

　バルブＶ１３は、ラインＬ３２に位置する。バルブＶ１３は、ラインＬ３２の流路（第２の経路の一部）を開放状態及び閉止状態にできる機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ１３には、ラインＬ２４およびラインＬ３２を介して、アルゴン塔１９の底部に濃縮される中圧液化酸素が供給される。バルブＶ１３は、ラインＬ３２を流れる中圧液化酸素を、その開度に応じて供給する。

　ここで、空気分離装置１０Ｂでは、ラインＬ１５，アルゴン塔１９，ラインＬ２４，Ｌ３２により、低圧塔１８の底部（液相部）と第２の間接熱交換器外筒（第２の気液分離室）２１とを連通する第２の経路が構成される。また、バルブＶ１３が第２の開閉機構である。

　図３に示す空気分離装置１０Ｂを用いた空気分離方法によれば、ラインＬ１５，アルゴン塔１９，ラインＬ２４，Ｌ３２（すなわち、第２の経路）及びバルブＶ１３（第２の開閉機構）を有するため、装置の起動時に、第１の間接熱交換器外筒２０に中圧液化酸素を供給することなく、中圧液化酸素の一部または全量を第２の間接熱交換器外筒２１に供給できる。

　さらに、他の方法として、第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ｃを用いてもよい。
　図４に示すように、空気分離装置１０Ｃは、上述した空気分離装置１０の構成から第１の間接熱交換器外筒２０が省略されており、ラインＬ３４および第１の気液分離器２５が追加されている。

　ラインＬ３４は、第１の間接熱交換器Ｈ１と第１の気液分離器２５との間に位置する。ラインＬ３４の一端は、第１の間接熱交換器Ｈ１の気化通路出口と接続されている。ラインＬ３４の他端は、第１の気液分離器２５と接続されている。ラインＬ３４には、第１の間接熱交換器Ｈ１によって低圧液化酸素が気化した低圧酸素ガスと気化しなかった低圧液化酸素との気液二相の混合流体が導出される。ラインＬ３４を流れる低圧酸素ガスと低圧液化酸素との混合流体は、第１の気液分離器２５に供給される。

　第１の気液分離器２５は、第１の間接熱交換器Ｈ１とアルゴン塔１９との間に位置する。第１の気液分離器２５には、ラインＬ１６，Ｌ１７，Ｌ３４がそれぞれ接続される。第１の気液分離器２５は、ラインＬ３４を介して供給される低圧酸素ガスと低圧液化酸素との混合流体を貯留し、気相の低圧酸素ガスと液相の低圧液化酸素とに分離する。

　ラインＬ１６は、第１の気液分離器２５と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ１６の一端は、第１の気液分離器２５のガス取出し口（頂部）と接続されている。ラインＬ１６の他端は、低圧塔１８の気相部と接続されている。ラインＬ１６には、バルブ（第４の開閉機構）Ｖ８が設けられている。ラインＬ１６には、第１の気液分離器２５の気相部から低圧酸素ガスが導出される。ラインＬ１６を流れる低圧酸素ガスは、低圧塔１８の下部に供給される。

　ここで、空気分離装置１０Ｃでは、ラインＬ１６により、低圧塔１８の気相部と第１の気液分離器（第１の気液分離室）２５の気相部とを連通する第４の経路が構成される。また、バルブＶ８が第４の開閉機構である。

　第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ｃによれば、第１実施形態の空気分離装置１０と同様に、最初に高圧塔１７と低圧塔１８とを起動し、次いで、アルゴン塔１９を容易に起動することができる。

　また、図４に示す空気分離装置１０Ｃを用いた空気分離方法によれば、ラインＬ１６（第４の経路）及びバルブＶ８（第４の開閉機構）を有するため、起動時にアルゴン塔１９の上部にアルゴンガスが濃縮されるまでの間、ラインＬ１６に設けられたバルブＶ８の開度を調整して、第１の気液分離器２５および第１の間接熱交換器Ｈ１の気化通路の圧力を定常運転時よりも高くし、アルゴン塔１９およびそれに繋がる第２の間接熱交換器外筒２１の圧力を定常運転時と同程度に維持することができる。このように、バルブＶ８の開度を調整することで、高圧塔１７の圧力を定常運転時と同程度の圧力（例えば、約８００ｋＰａＡ）に維持できるため、空気精製器１３の圧力低下を避けることができる。なお、この場合、第１の間接熱交換器Ｈ１で気化する流体は中圧酸素ガスであり、第１の気液分離器２５で分離される流体は中圧酸素ガスと中圧液化酸素である。

　さらに、他の方法として、第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ｄを用いてもよい。
　また、図５に示すように、空気分離装置１０Ｄは、上述した空気分離装置１０の構成から第１の間接熱交換器外筒２０およびバルブＶ８が省略されており、ラインＬ３４が追加されている。

　ラインＬ３４は、第１の間接熱交換器Ｈ１と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ３４の一端は、第１の間接熱交換器Ｈ１の気化通路出口と接続されている。ラインＬ３４の他端は、低圧塔１８の下部の気相部と接続されている。ラインＬ３４には、第１の間接熱交換器Ｈ１によって低圧液化酸素が気化した低圧酸素ガスと気化しなかった低圧液化酸素との気液二相の混合流体が導出される。ラインＬ３４を流れる低圧酸素ガスと低圧液化酸素との混合流体は、低圧塔１８の下部に供給される。

　低圧塔１８の下部では、低圧塔１８での低温蒸留により分離された低圧液化酸素と、ラインＬ３４を介して供給される低圧酸素ガスと低圧液化酸素との混合流体とを貯留し、気相の低圧酸素ガスと液相の低圧液化酸素とに分離する。ここで、空気分離装置１０Ｄでは、低圧塔１８の下部が第１の気液分離室となる。

　第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ｄによれば、第１実施形態の空気分離装置１０と同様に、最初に高圧塔１７と低圧塔１８とを起動し、次いで、アルゴン塔１９を容易に起動することができる。

　さらに、他の方法として、第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ｅを用いてもよい。
　また、図６に示すように、空気分離装置１０Ｅは、上述した空気分離装置１０の構成から第２の間接熱交換器外筒２１が省略されており、ラインＬ３５および第１の気液分離器２６が追加されている。

　ラインＬ３５は、第２の間接熱交換器Ｈ２と第２の気液分離器２６との間に位置する。ラインＬ３５の一端は、第２の間接熱交換器Ｈ２の気化通路出口と接続されている。ラインＬ３５の他端は、第２の気液分離器２６と接続されている。ラインＬ３５には、第２の間接熱交換器Ｈ２によって中圧液化酸素が気化した中圧酸素ガスと気化しなかった中圧液化酸素との気液二相の混合流体が導出される。ラインＬ３５を流れる中圧酸素ガスと中圧液化酸素との混合流体は、第２の気液分離器２６に供給される。

　第２の気液分離器２６は、第２の間接熱交換器Ｈ２と高圧塔１７との間に位置する。第２の気液分離器２６には、ラインＬ２５，Ｌ２７，Ｌ３５がそれぞれ接続される。第２の気液分離器２６は、ラインＬ３５を介して供給される中圧酸素ガスと中圧液化酸素との混合流体を貯留し、気相の中圧酸素ガスと液相の中圧液化酸素とに分離する。

　ラインＬ２５は、第２の気液分離器２６とアルゴン塔１９との間に位置する。ラインＬ２５の一端は、第２の気液分離器２６のガス取出し口（頂部）と接続されている。ラインＬ２５の他端は、アルゴン塔１９の気相部と接続されている。ラインＬ２５には、バルブ（第３の開閉機構）Ｖ９が設けられている。ラインＬ２５には、第２の気液分離器２６の気相部から中圧酸素ガスが導出される。ラインＬ２５を流れる中圧酸素ガスは、アルゴン塔１９の下部に供給される。

　ここで、空気分離装置１０Ｅでは、ラインＬ２５によって、アルゴン塔１９の気相部と第２の気液分離器（第２の気液分離室）２６の気相部とを連通する第３の経路が構成される。また、バルブＶ９が第３の開閉機構である。

　第１実施形態の変形例である空気分離装置１０Ｅによれば、第１実施形態の空気分離装置１０と同様に、最初に高圧塔１７と低圧塔１８とを起動し、次いで、アルゴン塔１９を容易に起動することができる。

　また、図６に示す空気分離装置１０Ｅを用いた空気分離方法によれば、ラインＬ２５（第３の経路）及びバルブＶ９（第３の開閉機構）を有するため、起動時にアルゴン塔１９の上部にアルゴンガスが濃縮されるまでの間、ラインＬ２５に設けられたバルブＶ９の開度を調整して、第２の気液分離器２６の圧力を定常運転時と同程度に維持することができる。このようにバルブＶ９の開度を調整することで、高圧塔１７の圧力を定常運転時と同程度の圧力（例えば、約８００ｋＰａＡ）に維持できるため、空気精製器１３の圧力低下を避けることができる。

＜第２の実施形態＞
　図７は、本発明の第２実施形態の空気分離装置の構成の一例を示す系統図である。図７において、図１に示す第１実施形態の空気分離装置１０を同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

　図７に示すように、本実施形態の空気分離装置３０は、以下に列挙する変更点以外は、上述した第１実施形態の空気分離装置１０と同様に構成される。
・本実施形態の空気分離装置３０は、第１実施形態の空気分離装置１０のアルゴン塔１９に代えて、直列に接続される第１アルゴン塔１９ａと第２アルゴン塔１９ｂとを備える。
・本実施形態の空気分離装置３０は、第１実施形態の空気分離装置１０の第２の間接熱交換器外筒２１を構成要素から除く。
・本実施形態の空気分離装置３０は、第２の間接熱交換器Ｈ２を第２アルゴン塔１９ｂの底部に収容する。
・本実施形態の空気分離装置３０は、第１実施形態の空気分離装置１０を構成する、ラインＬ２４、Ｌ２５、バルブＶ９、液化酸素ポンプＰ３に代えて、ラインＬ２９、Ｌ３０、バルブＶ１１、液化アルゴンポンプＰ５を有する。
・本実施形態の空気分離装置３０は、ラインＬ２６の構成が第１実施形態の空気分離装置１０と異なる。
・本実施形態の空気分離装置３０は、ラインＬ１７の構成が第１実施形態の空気分離装置１０と異なる。
　以下、変更点に係る構成について、詳細に説明する。

　第１アルゴン塔１９ａは、第１の間接熱交換器外筒２０と、第２アルゴン塔１９ｂとの間に位置する。第１アルゴン塔１９ａには、ラインＬ２０，Ｌ２２，Ｌ２９，Ｌ３０がそれぞれ接続されている。第１アルゴン塔１９ａは、ラインＬ２２を介して供給される液化アルゴンと、ラインＬ３０を介して供給される低純度アルゴンガスと、を低圧塔１８よりも高い圧力で低温蒸留することで、アルゴンガスと低純度液化アルゴンとに分離する。この低温蒸留により、第１アルゴン塔１９ａの上部にはアルゴンガスが濃縮され、第１アルゴン塔１９ａの下部には低純度液化アルゴンが濃縮される。

　第２アルゴン塔（第２の気液分離室）１９ｂは、第１アルゴン塔１９ａと、高圧塔１７との間に位置する。第２アルゴン塔１９ｂには、ラインＬ１７，Ｌ１９，Ｌ２６，Ｌ２７，Ｌ２９，Ｌ３０がそれぞれ接続される。第２アルゴン塔１９ｂの底部には、第２の間接熱交換器Ｈ２が収容される。第２アルゴン塔１９ｂは、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１で加圧されたアルゴン富化液化酸素と、ラインＬ２９を介して供給される低純度液化アルゴンと、ラインＬ１７を介して供給される低圧液化酸素と、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される中圧酸素ガスと、を低圧塔１８よりも高い圧力で低温蒸留することで、低純度アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。この低温蒸留により、第２アルゴン塔１９ｂの上部には低純度アルゴンガスが濃縮され、第２アルゴン塔１９ｂの下部には中圧液化酸素が濃縮される。

　ラインＬ２９は、第１アルゴン塔１９ａと第２アルゴン塔１９ｂとの間に位置する。ラインＬ２９の一端は、第１アルゴン塔１９ａの底部と接続される。ラインＬ２９の他端は、第２アルゴン塔１９ｂの頂部（あるいは上部）と接続される。ラインＬ２９には、第１アルゴン塔１９ａの底部に貯留される低純度液化アルゴンの一部が導出される。ラインＬ２９には、液化アルゴンポンプＰ５が設けられている。ラインＬ２９を流れる低純度液化アルゴンは、液化アルゴンポンプＰ５で加圧された後に第２アルゴン塔１９ｂの頂部に供給される。

　液化アルゴンポンプＰ５は、ラインＬ２９に位置する。液化アルゴンポンプＰ５は、第１アルゴン塔１９ａの底部からラインＬ２９に導出された低純度液化アルゴンを加圧する。

　ラインＬ３０は、第２アルゴン塔１９ｂと第１アルゴン塔１９ａとの間に位置する。ラインＬ３０の一端は、第２アルゴン塔１９ｂの頂部（あるいは上部）と接続される。ラインＬ３０の他端は、第１アルゴン塔１９ａの下部と接続される。ラインＬ３０には、第２アルゴン塔１９ｂの頂部に濃縮される低純度アルゴンガス（定常運転時）または中圧酸素ガス（起動時）が導出される。ラインＬ３０には、バルブ（第３の開閉機構）Ｖ１１が設けられている。ラインＬ３０を流れる低純度アルゴンガスは、バルブＶ１１を経由して第１アルゴン塔１９ａの下部に供給される。
　本実施形態の空気分離装置３０では、ラインＬ３０により、第１アルゴン塔１９ａ（アルゴン塔）の気相部と第２アルゴン塔１９ｂ（第２の気液分離室）の気相部とを連通する第３の経路が構成される。
　第３の経路は、第２アルゴン塔１９ｂの気相部に貯留された低純度アルゴンガスまたは中圧酸素ガスを第１アルゴン塔１９ａの気相部に供給するための経路である。
　なお、第３の経路は、ラインＬ３０以外の流路を含んでいてもよい。すなわち、第２アルゴン塔１９ｂに貯留される低純度アルゴンガスまたは中圧酸素ガスが第１アルゴン塔１９ａに至るまでに経由する流路の全てが、第３の経路となる。

　バルブＶ１１は、ラインＬ３０に位置する。バルブＶ１１は、減圧機能を有していれば特に限定されないが、全閉（開度０％）から全開（開度１００％）にわたって開度を自在に調整できるものが好ましい。バルブＶ１１には、ラインＬ３０を介して、第２アルゴン塔１９ｂの頂部に濃縮される低純度アルゴンガスが供給される。バルブＶ１１は、ラインＬ３０を流れる流体を、その開度に応じて減圧する。

　第２の間接熱交換器Ｈ２は、第２アルゴン塔１９ｂの底部に収容される。第２の間接熱交換器Ｈ２の液化通路入口には、ラインＬ８の一端と接続される。第２の間接熱交換器Ｈ２の液取出し口には、ラインＬ１７の一端が接続される。第２の間接熱交換器Ｈ２は、ラインＬ８から供給される高圧窒素ガスと、第２アルゴン塔１９ｂの底部に貯留される中圧液化酸素と、を間接的に熱交換することで、高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する。
　本実施形態においては、第２アルゴン塔１９ｂが第２の気液分離室となり、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成された中圧酸素ガスと、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化しなかった中圧液化酸素との混合流体を貯留するとともに、該混合流体を中圧酸素ガスと中圧液化酸素とに分離する。

　ラインＬ１７は、第１の間接熱交換器外筒２０と第２アルゴン塔１９ｂとの間に位置する。ラインＬ１７の一端は、第１の間接熱交換器外筒２０の液取出し口（底部）と接続される。ラインＬ１７の他端は、第２アルゴン塔１９ｂの底部（あるいは下部）と接続される。ラインＬ１７には、第１の間接熱交換器外筒２０に貯留され、第１の間接熱交換器Ｈ１で気化されなかった低圧液化酸素の一部が導出される。ラインＬ１７には、バルブＶ７が設けられている。ラインＬ１７を流れる低圧液化酸素は、バルブＶ７を経由して第２アルゴン塔１９ｂの底部に供給される。

　ラインＬ１９は、低圧塔１８と第２アルゴン塔１９ｂとの間に位置する。ラインＬ１９の一端は、低圧塔１８の中間部と接続されている。ラインＬ１９の他端は、第２アルゴン塔１９ｂの中間部または下部と接続されている。ラインＬ１９には、低圧塔１８の中間部に濃縮するアルゴン富化液化酸素の一部が供給される。ラインＬ１９には、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１が設けられている。ラインＬ１９を流れるアルゴン富化液化酸素は、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１で加圧された後に第２アルゴン塔１９ｂに供給される。

　ラインＬ２６は、第２アルゴン塔１９ｂ（第２の気液分離室）と低圧塔１８との間に位置する。ラインＬ２６の一端は、第２アルゴン塔１９ｂの下部と接続される。ラインＬ２６の他端は、低圧塔１８の下部と接続される。ラインＬ２６には、第２アルゴン塔１９ｂの下部に貯留される中圧酸素ガスの一部が導出される。ラインＬ２６には、バルブＶ１０（第１の開閉機構）が設けられている。ラインＬ２６を流れる中圧酸素ガスは、バルブＶ１０で減圧された後に低圧塔１８の下部に供給される。

　本実施形態の空気分離装置３０は、ラインＬ２６により、低圧塔１８の下部（気相部）と第２アルゴン塔（第２の気液分離室）１９ｂの下部（気相部）とを連通する第１の経路が構成される。

　なお、本実施形態の空気分離装置３０では、ラインＬ２６の一端が、第２アルゴン塔１９ｂの下部と接続される構成を一例として説明したが、これに限定されない。ラインＬ２６の一端は、第２アルゴン塔１９ｂの中間部または上部のガス取り出し口、ラインＬ３０の分岐点、第１アルゴン塔１９ａのガス取り出し口、ラインＬ２０の分岐点、又はラインＬ２１の分岐点に接続される場合もある。
　この場合、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成される中圧酸素ガスは、第２アルゴン塔１９ｂ、ラインＬ３０、第１アルゴン塔１９ａ、ラインＬ２０、ラインＬ２１のいずれか又は全てを経由し、その後、ラインＬ２６を経由してバルブＶ１０で減圧された後に低圧塔１８の下部に供給される。
　すなわち、第２の間接熱交換器Ｈ２により生成する中圧酸素ガスが低圧塔１８の気相部に至るまでに経由する流路の全てが、第１の経路となる。

　以下、本実施形態の空気分離装置３０の運転方法、すなわち、空気分離方法の一例について、詳細に説明する。

　本実施形態の空気分離装置３０の運転方法（空気分離方法）は、先ず、空気分離装置３０を常温状態から起動し、製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）を回収できる状態となった後に定常運転に移行する。
　以下、空気分離装置３０の起動時から定常運転に切り替えるまでの手順について、図７を参照しながら示す。

（起動時）
　本実施形態の空気分離方法は、空気分離装置３０の起動時に、酸素、窒素、及びアルゴンを含む原料空気を圧縮、予冷、精製、及び冷却して、高圧の原料空気を生成し、高圧塔１７において、原料空気を低温で蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、低圧塔１８において、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する。この時、前記低圧液化酸素を加圧して得られた中圧液化酸素を第２アルゴン塔（第２の気液分離室）１９ｂに導入して、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成し、前記中圧酸素ガスを減圧後に低圧塔１８の気相部に導入する。
　その後、第１アルゴン塔１９aと第２アルゴン塔１９ｂにおいて、前記アルゴン富化液化酸素を低温で蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。この時、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する。これと同時に第２アルゴン塔１９ｂ（第２の気液分離室）から導出し、低圧塔１８の気相部に導入していた前記中圧酸素ガスの流量を減量またはゼロとする。
　その後、第１アルゴン塔１９ａの塔頂に所定の濃度のアルゴンガスが濃縮したら、所定の流量の製品（製品液化アルゴンＬＡＲ、製品アルゴンガスＧＡＲなど）を抜き出して、定常運転の状態に移行する。

　具体的には、先ず、空気圧縮機１１、空気予冷器１２、空気精製器１３を順次起動し、圧縮、精製、冷却された、約８００ｋＰａＡの圧力の原料空気を高圧塔１７に供給する。同時に、原料空気の一部を起動用のバイパスライン（図示略）を用いて膨張タービン２４に供給し、原料空気の一部を断熱膨張させて低温の空気を発生させる。発生した低温の空気により、高圧塔１７、低圧塔１８、第１アルゴン塔１９ａ、第２アルゴン塔１９ｂ、第１の間接熱交換器Ｈ１、第２の間接熱交換器Ｈ２、第３の間接熱交換器Ｈ３、第１の間接熱交換器外筒２０、第３の間接熱交換器外筒２２、過冷器２３、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１、液化酸素ポンプＰ２，Ｐ４、液化アルゴンポンプＰ５、各ライン、各バルブを徐々に冷却していく。

　次に、各機器が飽和温度付近まで冷却されたら、液化窒素供給用のラインＬ３３を用い、低圧塔１８の上部から低圧塔１８内に液化窒素を供給する。供給された液体窒素は、低圧塔１８、ラインＬ１５、液化酸素ポンプＰ２、第１の間接熱交換器外筒２０、ラインＬ１７、バルブＶ７を経由して、第２アルゴン塔１９ｂに液化ガス流体として貯留される。

　第２アルゴン塔１９ｂに液化ガス流体が貯まると、第２アルゴン塔１９ｂに収容される第２の間接熱交換器Ｈ２によって、高圧塔１７に供給されている高圧の空気との間接熱交換が開始される。この熱交換により、高圧の空気が液化すると同時に、第２アルゴン塔１９ｂにガス流体が発生する。液化した高圧の液化空気は、ラインＬ１０から高圧塔１７に供給され、高圧塔１７の還流液となり、高圧塔１７で低温蒸留が始まる。

　一方で、バルブＶ１０を開状態とすることで、第２アルゴン塔１９ｂで発生したガス流体は、ラインＬ２６（第１の経路）、バルブＶ１０（第１の開閉機構）を経由して、低圧塔１８の下部に供給される。これにより、低圧塔１８では、下部から供給されたガス流体と頂部から供給された液化窒素との気液接触により低温蒸留が始まる。

　このとき、バルブＶ１１を開状態とすることで、第２アルゴン塔１９ｂで発生したガス流体の一部は、ラインＬ３０、バルブＶ１１、第１アルゴン塔１９ａ、ラインＬ２０、ラインＬ２１を経由して、大気放出される。これにより、第１アルゴン塔１９ａは冷却されるが、還流液が存在しないため、低温蒸留は始まらない。

　低圧塔１８での低温蒸留により、低圧塔１８の中間部にはアルゴン富化液化酸素が濃縮される。次に、アルゴン富化液化酸素ポンプＰ１の運転を開始し、低圧塔１８の中間部からアルゴン富化液化酸素の一部をラインＬ１９に導出する。次いで、ラインＬ１９及びアルゴン富化液化酸素ポンプＰ１を介して、第２アルゴン塔１９ｂへのアルゴン富化液化酸素の供給を開始する。これと同時に、バルブＶ７の開度を調節して、第１の間接熱交換器外筒２０への低圧液化酸素の貯留を開始する。

　次に、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧液化酸素が貯まると、第１の間接熱交換器Ｈ１において、低圧液化酸素と第１アルゴン塔１９ａから供給される中圧酸素ガスとの間接的な熱交換が開始される。第１の間接熱交換器外筒２０内で低圧液化酸素が気化して低圧酸素ガスが発生すると同時に、第１アルゴン塔１９ａから供給される中圧酸素ガスが液化して中圧液化酸素が発生する。なお、この時点において、第１アルゴン塔１９ａでは低温蒸留が行われていないため、第１アルゴン塔１９ａの上部にはアルゴンガスが濃縮されず、中圧酸素ガスが存在する。

　次に、バルブＶ８を開状態とし、第１の間接熱交換器外筒２０の低圧酸素ガスの一部をラインＬ１６に導出する。導出された低圧酸素ガスは、ラインＬ１６、バルブＶ８を介して、低圧塔１８の下部に供給される。一方、第１の間接熱交換器Ｈ１で液化した中圧液化酸素は、ラインＬ２２を介して第１アルゴン塔１９ａの上部に供給され、第１アルゴン塔１９ａの還流液となり、次いで第１アルゴン塔１９ａの底部から導出された流体がラインＬ２９と液化アルゴンポンプＰ５を介して第２アルゴン塔１９ｂに供給され、第２アルゴン塔１９ｂの還流液となる。これにより第１アルゴン塔１９ａと第２アルゴン塔１９ｂで低温蒸留が始まる。

　ところで、低温蒸留が開始した段階では、第１アルゴン塔１９ａの上部にアルゴン成分が濃縮しておらず酸素が主成分となる。このため、第１の間接熱交換器Ｈ１では液化酸素と酸素ガスとの間接熱交換となり、定常運転時の液化酸素とアルゴンガスとの間接熱交換に比べて、流体間の圧力差が小さくなる。

　仮に、ラインＬ１６（第４の経路）にバルブＶ８（第４の開閉機構）が、ラインＬ３０（第３の経路）にバルブＶ１１（第３の開閉機構）がそれぞれ設けられていない場合、第１の間接熱交換器外筒２０の圧力は低圧塔１８の圧力と同じく１３０ｋＰａＡ程度となり、第１の間接熱交換器Ｈ１で熱統合されている第１アルゴン塔１９ａの圧力が定常運転時よりも低い約１５０ｋＰａＡになる。また、第１アルゴン塔１９ａに繋がる第２アルゴン塔１９ｂの圧力も定常運転時の圧力２３０ｋＰａＡよりも低下する。このため、高圧塔１７の圧力も低下し、第１実施形態の空気分離装置１０と同様に、空気精製器１３の圧力低下によるトラブルが生じる恐れがある。なお、この場合、第２アルゴン塔１９ｂの圧力を調節するバルブＶ１０を全閉としても、第２アルゴン塔１９ｂの圧力が定常運転時の圧力を保持できない状態になる。

　本実施形態の空気分離装置３０によれば、ラインＬ１６（第４の経路）にバルブＶ８（第４の開閉機構）が、ラインＬ３０（第３の経路）にバルブＶ１１（第３の開閉機構）がそれぞれ設けられている。ここで、第１アルゴン塔１９ａの上部にアルゴンガスが濃縮されるまでの間、ラインＬ１６に設けられたバルブＶ８の開度を調整して、第１の間接熱交換器外筒２０の圧力を定常運転時よりも高くし、第１アルゴン塔１９ａおよびそれに繋がる第２アルゴン塔１９ｂの圧力を定常運転時と同程度に維持する。このようにバルブＶ８の開度を調整することで、高圧塔１７の圧力を定常運転時と同様に約８００ｋＰａＡに維持できるため、空気精製器１３の圧力低下を避けることができる。

　また、本実施形態の空気分離装置３０によれば、バルブＶ８を用いる代わりに、ラインＬ３０に設けられたバルブＶ１１の開度を調整して、第２アルゴン塔１９ｂの圧力が定常運転時と同程度になるように維持してもよい。上記バルブＶ８と同様に、バルブＶ１１の開度を調整することで、高圧塔１７の圧力を定常運転時と同様に約８００ｋＰａＡに維持できるため、空気精製器１３の圧力低下を避けることができる。

　次に、バルブＶ８またはバルブＶ１１の操作により、第２アルゴン塔１９ｂの圧力を定常運転時と同程度に保つように調節しながら、バルブＶ１０の開度を絞っていき、最終的には全閉または微開（定常運転時のバルブ開度）とする。この操作により、ラインＬ２６に流れる中圧酸素ガスの流量を減らし、第１アルゴン塔１９ａに供給される中圧酸素ガスを所定量まで増加させる。

　その後、第１アルゴン塔１９ａの上部にアルゴンが濃縮し、ラインＬ２１またはラインＬ２３から導出される製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）が所定量まで増加したことを確認して、空気分離装置３０の起動を完了する。

（定常運転時）
　本実施形態の空気分離装置３０の運転方法（空気分離方法）では、空気分離装置３０の起動後、定常運転に移行する。
　本実施形態の空気分離方法では、空気分離装置３０の起動後、以下の各工程を含む定常運転を行う。
・高圧塔１７において、原料空気を低温で蒸留し、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する（高圧分離工程）。
・低圧塔１８において、高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する（低圧分離工程）。
・第１アルゴン塔１９ａ及び第２アルゴン塔１９ｂにおいて、アルゴン富化液化酸素を低圧分離工程の圧力よりも高い圧力に加圧した後に低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する（アルゴン分離工程）。
・第１の間接熱交換器Ｈ１において、アルゴンガスと低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する（第１の間接熱交換工程）。
・第２アルゴン塔第２の間接熱交換器Ｈ２において、高圧窒素ガスと中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する（第２の間接熱交換工程）。
・ラインＬ２１またはラインＬ２３において、アルゴンガスの一部、第１の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）として回収する（製品導出工程）。

　なお、本実施形態の空気分離方法では、定常運転時は、バルブＶ１０（第１の開閉機構）が全閉でラインＬ２６（第１の経路）に流体が流れないか、またはバルブＶ１０が微開でラインＬ２６に少量の中圧酸素ガスが流れるのみとする。

　以上説明したように、本実施形態の空気分離装置３０は、高圧の原料空気を低温で蒸留し、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔１７と、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔１８と、低圧塔１８の圧力よりも高い圧力の前記アルゴン富化液化酸素を低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する第１アルゴン塔１９ａ及び第２アルゴン塔１９ｂと、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換器Ｈ１と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換器Ｈ２と、第１の間接熱交換器Ｈ１によって気化した低圧酸素ガスと気化しなかった低圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第１の間接熱交換器外筒（第１の気液分離室）２０と、第２の間接熱交換器Ｈ２によって気化した中圧酸素ガスと気化しなかった中圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第２アルゴン塔（第２の気液分離室）１９ｂと、低圧塔１８の気相部と第２アルゴン塔１９ｂの気相部とを連通する第１の経路（ラインＬ２６）と、低圧塔１８の液相部と第２アルゴン塔１９ｂとを連通する第２の経路（ラインＬ１７）と、第１の経路に位置する第１の開閉機構（バルブＶ１０）と、第２の経路に位置する第２の開閉機構（バルブＶ７）と、を備える。
　本実施形態の空気分離装置３０によれば、バルブＶ７の開閉状態を切り替えることで、低圧塔１８の液相部と第２アルゴン塔１９ｂとを連通する第２の経路を開放あるいは遮断できる。
　また、本実施形態の空気分離装置３０によれば、バルブＶ１０の開閉状態を切り替えることで、低圧塔１８の気相部と第２アルゴン塔１９ｂの気相部とを連通する第１の経路を開放あるいは遮断できる。

　本実施形態の空気分離方法は、高性能三塔式プロセスにおいても高圧塔１７と低圧塔１８とを最初に起動し、低圧塔１８でアルゴン富化酸素を発生させる。次いで、このアルゴン富化液化酸素を第２アルゴン塔１９ｂに導入し、第１アルゴン塔１９ａと第２アルゴン塔１９ｂで蒸留する。これにより、第１アルゴン塔１９ａから酸素成分を除去してアルゴンを採取することができ、第１アルゴン塔１９ａと第２アルゴン塔１９ｂと（アルゴン塔）を起動できる。
　本実施形態の空気分離方法によれば、空気分離装置３０を容易に起動できる。

　また、本実施形態の空気分離装置３０および空気分離方法によれば、空気分離装置３０の定常運転時には、バルブＶ１０が全閉でラインＬ２６に流体が流れないか、またはバルブＶ１０が微開でガスバイパスラインＬ２６に少量の中圧酸素ガスが流れるのみである。これに対して、空気分離装置３０の起動時には、バルブＶ１０が開き、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成された中圧酸素ガスの大部分（少なくとも半分以上）がラインＬ２６に流れることで、第１アルゴン塔１９ａおよび第２アルゴン塔１９ｂでの低温蒸留により第１の間接熱交換器Ｈ１に供給されるアルゴンガスを生成するよりも前の段階で、高圧塔１７と低圧塔１８を起動できる。さらに、低圧塔１８での低温蒸留でアルゴン富化液化酸素を分離し、第１アルゴン塔１９ａおよび第２アルゴン塔１９ｂの原料となるアルゴン富化液化酸素を生成できる。

　また、空気分離装置３０の起動時に、バルブＶ１０を操作することで、第２アルゴン塔１９ｂの圧力を定常運転時と同程度の圧力に調節できる。これにより、第２の間接熱交換器Ｈ２で液化する高圧窒素ガスの圧力および高圧塔１７に供給される原料空気の圧力を定常運転時と同程度の圧力に維持できる。したがって、空気精製器１３を流れる空気の圧力を定常運転時と同程度の圧力に維持でき、空気精製器１３の圧力低下によるトラブルを防ぐことができる。

　また、空気分離装置３０の起動時に、高圧塔１７と低圧塔１８とを起動し、次いで、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧塔１８から供給される低圧液化酸素を貯めて第１の間接熱交換器Ｈ１で間接熱交換を開始する際、第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路入口に供給される流体はアルゴンガスではなく、アルゴンガスよりも飽和圧力が低い酸素ガスである。このため、第１の間接熱交換器Ｈ１での間接熱交換により、第１アルゴン塔１９ａに存在する酸素ガスが定常運転時よりも低い圧力で液化し始め、第１アルゴン塔１９ａおよびそれに繋がる第２アルゴン塔１９ｂの圧力が定常運転時よりも低下する恐れがある。本実施形態の空気分離装置３０および空気分離方法によれば、バルブＶ８を操作することで、第１の間接熱交換器外筒２０の圧力を定常運転時よりも高い圧力に維持でき、第１アルゴン塔１９および第２アルゴン塔１９ｂの圧力を定常運転時と同程度に維持できる。

　また、空気分離装置３０の起動時に、バルブＶ１１を操作することで、第１アルゴン塔１９ａの圧力が低下した場合でも第２アルゴン塔１９ｂの圧力を定常運転時と同程度に維持できる。

　上述したように、バルブＶ８またはバルブＶ１１を調節して第２アルゴン塔１９ｂの圧力低下を防ぐことは、装置の起動時において空気精製器１３の圧力低下によるトラブルを防ぐことができる。さらに、定常運転時に処理量を抑えた減量運転を行う際に、低圧塔１８、第１アルゴン塔１９ａおよび第２アルゴン塔１９ｂの圧力損失の低下、並びに第１の間接熱交換器Ｈ１および第２の間接熱交換器Ｈ２の流体間の温度差の低下に起因する高圧塔１７の圧力低下を防ぎ、製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ_２）の圧力を一定に維持できるという利点がある。

　なお、空気分離装置３０の構成要素から、第１の間接熱交換器外筒２０と、ラインＬ１５、Ｌ１６と、バルブＶ８と、液化酸素ポンプＰ２と、を除いて、低圧塔１８の底部に第１の間接熱交換器Ｈ１を収容する構成としてもよい。

（第２実施形態の変形例）
　本発明を適用した第２の実施形態である空気分離装置３０の構成は、一例であり、これに限定されるものではない。
　図８は、本発明の第２実施形態の空気分離装置の変形例を示す系統図である。
　さらに、図９は、本発明の第２実施形態の空気分離装置の変形例の要部を示す系統図である。

　本実施形態の空気分離装置３０を用いた空気分離方法によれば、空気分離装置３０の起動時に、先に高圧塔１７と低圧塔１８とを起動する。そして、低圧塔１８において低圧窒素ガスと、アルゴン富化液化酸素と、低圧液化酸素とが濃縮されるまでの間は、第１の間接熱交換器Ｈ１での間接熱交換の開始を避けることが好ましい。

　そこで、本実施形態の空気分離装置３０を用いた空気分離方法によれば、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧液化酸素が貯まらないように、ラインＬ１７に位置するバルブＶ７の開度を調節する。

　他の方法として、第２実施形態の変形例である空気分離装置３０Ａを用いてもよい。
　図８に示すように、空気分離装置３０Ａは、上述した空気分離装置３０の構成に加えて、ラインＬ３１と、バルブＶ１２とを備える。

　ラインＬ３１は、低圧塔１８と第２アルゴン塔１９ｂとの間に位置する。ラインＬ３１は、ラインＬ１５から分岐する。ラインＬ３１の一端は、液化酸素ポンプＰ２の二次側のラインＬ１５（分岐点）と接続されている。ラインＬ３１の他端は、第２アルゴン塔１９ｂに接続されている。ラインＬ３１には、バルブＶ１２が設けられている。バルブＶ１２が開状態のとき、ラインＬ３１には、ラインＬ１５および液化酸素ポンプＰ２を介して低圧塔１８に濃縮される低圧液化酸素が加圧され、中圧液化酸素となって供給される。ラインＬ３１を流れる中圧液化酸素は、バルブＶ１２を経由して第２アルゴン塔１９ｂに供給される。

　ここで、空気分離装置３０Ａでは、ラインＬ１５及びラインＬ３１により、低圧塔１８の底部（液相部）と第２アルゴン塔（第２の気液分離室）１９ｂとを連通する第２の経路が構成される。また、バルブＶ１２が第２の開閉機構である。

　図８に示す空気分離装置３０Ａを用いた空気分離方法によれば、ラインＬ１５，Ｌ３１（すなわち、第２の経路）及びバルブＶ１２（第２の開閉機構）を有するため、装置の起動時に、第１の間接熱交換器外筒２０に低圧液化酸素を供給することなく、低圧液化酸素の一部または全量を第２アルゴン塔１９ｂに供給できる。

　さらに、他の方法として、第２実施形態の変形例である空気分離装置３０Ｂを用いてもよい。
　図９に示すように、空気分離装置３０Ｂは、上述した空気分離装置３０の構成にラインＬ３５が追加されている。また、空気分離装置３０の下方において、上述した空気分離装置３０ではアルゴン塔１９ｂの内側に収容される第２の間接熱交換器Ｈ２が、第２アルゴン塔１９ｂの外側に配置されている。

　ラインＬ３５は、第２の間接熱交換器Ｈ２と第２アルゴン塔１９ｂとの間に位置する。ラインＬ３５の一端は、第２の間接熱交換器Ｈ２の気化通路出口と接続されている。ラインＬ３５の他端は、第２アルゴン塔１９ｂの下部の気相部と接続されている。ラインＬ３５には、第２の間接熱交換器Ｈ２において中圧液化酸素が気化した中圧酸素ガスと気化しなかった中圧液化酸素との気液二相の混合流体が導出される。ラインＬ３５を流れる中圧酸素ガスと中圧液化酸素との混合流体は、第２アルゴン塔１９ｂの下部に供給される。

　第２アルゴン塔１９ｂの下部では、第２アルゴン塔１９ｂでの低温蒸留によって分離された中圧液化酸素と、ラインＬ３５を介して供給される中圧酸素ガスと中圧液化酸素との混合流体とを貯留し、気相の中圧酸素ガスと液相の中圧液化酸素とに分離する。

　ここで、空気分離装置３０Ｂでは、第２アルゴン塔１９ｂの下部が第２の気液分離室となり、ラインＬ２６が低圧塔１８の気相部と第２アルゴン塔１９ｂの下部（第２の気液分離室）の気相部とを連通する第１の経路となる。

　第２実施形態の変形例である空気分離装置３０Ｂによれば、第２実施形態の空気分離装置３０と同様に、最初に高圧塔１７と低圧塔１８とを起動し、次いで、第１及び第２のアルゴン塔１９ａ，１９ｂを容易に起動することができる。

　なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣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可能である。例えば、上述した第１及び第２実施形態の空気分離装置１０，３０において、空気昇圧機１４の代わりに循環窒素圧縮機を用いて高圧塔１７から導出され、主熱交換器１６で熱回収された高圧窒素ガスを圧縮して、冷却、液化した後に高圧塔１７に供給する構成としてもよい。

　また、上述した第１及び第２実施形態の空気分離装置１０，３０において、第３の間接熱交換器Ｈ３で生成される中圧酸素富化空気を断熱膨張させて装置運転に必要な寒冷を発生させる膨張タービン２４の代わりに、原料空気の一部や高圧塔１７から導出される高圧窒素ガスを断熱膨張させて装置運転に必要な寒冷を発生させる構成としてもよい。

　また、上述した第１及び第２実施形態の空気分離装置１０，３０において、第３の間接熱交換器Ｈ３で液化させる流体を、高圧塔１７の中間部または下部を上昇する高圧窒素富化空気に代えて、原料空気の一部を断熱膨張させて得られた流体とする構成としてもよい。

　本発明の空気分離装置および空気分離方法は、空気から窒素、酸素及びアルゴンを分離、回収する方法であり、蒸留技術、気液分離技術などの分野において、産業上利用が可能である。

１０，３０・・・空気分離装置
１１・・・空気圧縮機
１２・・・空気予冷器
１３・・・空気精製器
１４・・・空気昇圧機
１５・・・空気昇圧機アフタークーラ
１６・・・主熱交換器
１７・・・高圧塔
１８・・・低圧塔
１９・・・アルゴン塔
１９ａ・・・第１アルゴン塔
１９ｂ・・・第２アルゴン塔
２０・・・第１の間接熱交換器外筒
２１・・・第２の間接熱交換器外筒
２２・・・第３の間接熱交換器外筒
２３・・・過冷器
２４・・・膨張タービン
２５・・・第１の気液分離器
２６・・・第２の気液分離器
Ｐ１・・・アルゴン富化液化酸素ポンプ
Ｐ２～Ｐ４・・・液化酸素ポンプ
Ｐ５・・・液化アルゴンポンプ
Ｈ１・・・第１の間接熱交換器
Ｈ２・・・第２の間接熱交換器
Ｈ３・・・第３の間接熱交換器
Ｌ１～Ｌ３５・・・ライン
Ｖ１～Ｖ１４・・・バルブ

Claims

　高圧の原料空気を低温で蒸留し、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔と、
　前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔と、
　前記低圧塔の圧力よりも高い圧力の前記アルゴン富化液化酸素を低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、
　前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換器と、
　前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換器と、
　前記第１の間接熱交換器によって気化した低圧酸素ガスと気化しなかった低圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第１の気液分離室と、
　前記第２の間接熱交換器によって気化した中圧酸素ガスと気化しなかった中圧液化酸素とを、気相と液相とに分離する第２の気液分離室と、
　前記低圧塔の気相部と前記第２の気液分離室の気相部とを連通する第１の経路と、
　前記低圧塔の液相部と前記第２の気液分離室とを連通する第２の経路と、
　前記第１の経路に位置する第１の開閉機構と、
　前記第２の経路に位置する第２の開閉機構と、を備える、空気分離装置。
　前記第１の開閉機構が、開度調整機能を有する、請求項１に記載の空気分離装置。
　前記アルゴン塔の気相部と前記第２の気液分離室の気相部とを連通する第３の経路と、
　前記第３の経路に位置し、開度調整機能を有する第３の開閉機構と、を備える、請求項１又は２に記載の空気分離装置。
　前記アルゴン塔が、直列に接続された第１アルゴン塔と第２アルゴン塔とから構成され、
　前記第２アルゴン塔が前記第２の気液分離室であり、
　前記第１アルゴン塔と前記第２アルゴン塔との間に前記第３の経路が位置する、請求項３に記載の空気分離装置。
　前記低圧塔の気相部と前記第１の気液分離室の気相部とを連通する第４の経路と、
　前記第４の経路に位置し、開度調整機能を有する第４の開閉機構と、を備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空気分離装置。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の空気分離装置を用いた空気分離方法であって、
　前記空気分離装置の起動時に、
　酸素、窒素、及びアルゴンを含む原料空気を圧縮、予冷、精製、及び冷却して、高圧の原料空気を生成し、
　前記高圧塔において、前記原料空気を低温で蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
　前記低圧塔において、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離し、
　前記低圧液化酸素を前記第２の間接熱交換器に導入して、前記高圧窒素ガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成し、前記低圧酸素ガスを前記低圧塔の気相部に導入する、空気分離方法。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の空気分離装置を用いた空気分離方法であって、
　前記空気分離装置の起動時に、
　酸素、窒素、及びアルゴンを含む原料空気を圧縮、予冷、精製、及び冷却して、高圧の原料空気を生成し、
　前記高圧塔において、前記原料空気を低温で蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
　前記低圧塔において、前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離し、
　前記低圧液化酸素を加圧して得られた中圧液化酸素を前記第２の間接熱交換器に導入して、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成し、前記中圧酸素ガスを減圧した後に前記低圧塔の気相部に導入する、空気分離方法。
　所要の供給量の前記アルゴン富化液化酸素が得られた後、
　前記原料空気を低温で蒸留し、前記高圧窒素ガスと前記高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧分離工程と、
　前記高圧酸素富化液化空気を低温で蒸留し、前記低圧窒素ガスと前記低圧液化酸素と前記アルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、
　前記アルゴン富化液化酸素を前記低圧分離工程の圧力よりも高い圧力に加圧した後に低温で蒸留し、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、
　前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成し、前記低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換工程と、
　前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接的に熱交換し、前記高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成し、前記中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換工程と、を含む定常運転を行う、請求項６又は７に記載の空気分離方法。
　前記定常運転が、
　前記アルゴンガスの一部、前記第１の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す製品導出工程と、を含む、請求項８に記載の空気分離方法。