JPH03117799A - 高圧ガス供給方法及び設備 - 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】 ［技術分野］ この発明は、一般に高圧ガス供給の分野に関連し、特に
高圧極低温ガスの供給に適用できる。

［従来技術］ 極低温ガス、例えば窒素が様々な所から使用者に供給さ
れる。使用者が大量の使用者ならば、窒素の場合、一般
に空気の分離プラントからガスが供給される。とにかく
、−次ガス供給設備が作用しな（なる場合には、一般に
一次ガス供給設備は、生成ガスを供給する為のバックア
ップ設備を有する。典型的なバックアップガス供給設備
は、低圧液体貯蔵タンク、液体を所望される使用圧力に
する為の遠心ポンプ、及び液体を生成ガスに変える気化
器を含む。他の典型的な設備は、タンクを加圧する為に
圧力創出用コイルを使用し、そしてそれによってポンプ
を除去する。最近、ガスの臨界圧を越える圧力で極低温
ガスを供給する必要性が増加している。現在タイヤ産業
で成形工程及び硬化工程で、例えば窒素は［３，４０Ｘ
ｌＯ’Ｐａ　（４９３ｐｓｉａ）の臨界圧を有する］、
その臨界圧を超える圧力が使用されている。これらの超
臨界圧で遠心ポンプを使用する在来の設備は、多重段階
及び高回転速度が要求される為に効果的でない。

超臨界圧のバックアップガス供給に対するこれらの要求
のため、特に動力供給停止がありそして設備が特定の時
間に渡り生成物の流れを維持する必要がある場合、異な
るアプローチが必要である。この種の供給を行う一つの
アプローチは、常に所望される超臨界運転圧力で液体貯
蔵タンクを維持する事である。しかしながら、このアプ
ローチには２つの深刻な問題がある。これらの問題は、
超臨界流体の特性に関する。極低温タンク内の貯蔵圧力
が臨界圧を超える場合、２つの明瞭な流体状態（液体及
びガスで明瞭な境界面を有する）は、もはや存在しない
。超臨界流体は、一般にその圧縮性の為にガス状と考え
られるただ一種類の相を有する。

これらの問題の第一は、タンクの内容量の測定に関する
。液体貯蔵タンクの内容量を決定する為に使用される従
来の方法では、タンクの上部と底部の間の余圧の計測に
頼っている。一般に液相の密度は、気相の密度よりかな
り大きく、その飽和圧力を、決定又は推定できる。これ
らの差圧の計測値を、内容量の変換チャートで変換し、
適当な精度で内容物の残留量を決定することができる。

ところが超臨界圧力では、差圧の計測値は、知られた内
容量に直接変換できない。タンク内の温度分布は一般に
知られていないが、それ故に流体の密度を知ることはで
きない。特にこれは、タンクを数日間に渡り遊ばせて周
りの熱をタンクが吸収した場合に特に成り立つ。バック
アップ用の内容物の残留量の不確定さが、配送設備の信
頼度を減らす。

第二の問題はまた超臨界圧で貯蔵タンク中に二つの相が
ない事に関連する。流体の流れに対する駆動力としてタ
ンクの液体及び外部ガスが戻る回路の間の密度差を利用
する自給式の圧力保持の従来の方法は効果的ではないで
あろう。

超臨界圧で使用する場所に信頼できるガス供給をする為
のい（つかの方法が提案されている。これらの方法の一
つは、低圧液体の貯蔵を容量形ポンプと組み合わせる。

しかしながら極低温液体と使用する場合、これらの設備
に信頼性を減らす３つの特性がある。

第一に、運転の為にバックアップ設備が必要とされる時
、ポンプは室温であり、連続的に運転し高圧で生成物を
配送する前に冷却と呼び水の時間が必要である。

この時間は、しばしば数分になる。使用する場所まで配
管がほとんどガスバラスト（ｇａｓｂａｌｌａｓｔ）で
ない場合、圧力はすぐに落ちるであろう。第二に、バッ
クアップの時間の間、ポンプ設備の運転に電気エネルギ
ーが必要である。起こり得る動力供給停止の間、このエ
ネルギーは、バックアップ発電機から供給されなければ
ならない。

更に電気開閉装置及び電気制御装置を使用しなければな
らないので、資本経費及び運転費の両方が増加する。第
三に、極低温ポンプは沸点に近い温度の流体をポンプ輸
送する為に、連続運転の為の保全、特に呼び水の必要性
に対して同様の注意が必要である。必要とされるときに
ポンプが使用できる事を保証するために、必要な注意深
い予定された予防保全プログラムが更に設備運転費を増
す。

超臨界圧のガスを供給する為に提案される信頼できる第
二の方法は、低圧液体の貯蔵を多段タービンポンプと組
み合わせる。しかしながら、この設備に関連する問題は
、容量形ポンプに関する上記で論じられた問題と同様で
ある。設備に接続させる応答速度は、液体寒剤で満たさ
れた別々の断熱された液体タンクがタービンポンプを囲
み素早いスタートの為に常に冷却している為に、設計選
択次第では容量形ポンプの応答より速いとはいえ、断熱
された液体タンクから液体が沸騰して洩れるので待機の
間の内容物の損失は非常に大きい。

更に提案される三番目の設備は、高圧ガス受は器の専用
の溜りから成る設備を含む。バックアップ運転は直ちに
開始でき、受は器の溜り中の圧力が使用者が要求する圧
力より高い圧力にとどまる間は持続できる。電気エネル
ギーは必要ではな（、保全の必要性は、はとんど除去さ
れる。不幸にも、このアプローチは短時間の間だけ実用
になるのでこの設備の有効性は制限される。

従来の圧力創出用コイルは、必要な圧力を達成する為に
かなりの時間を取り、動力がない間は運転できない。

［発明が解決しようとする課題］ 明らかに、高圧ガスを使用する場所に供給する為の信頼
でき効率の良い設備が必要であり所望されている。

従って本発明の目的は、ガスを高送達圧力で使用する場
所に供給する為の改良された方法を提供する事である。

本発明の他の目的は、高送達圧力で極低温ガスを使用す
る場所に供給する為の改良された方法を提供する事であ
る。

本発明の更なる目的は、超臨界圧でガスを使用する場所
に供給する為の改良された方法を提供する事である。

本発明の更に他の目的は、上で規定された目的を達成す
る為のガス供給システムを提供する事である。

［課題を解決する為の手段］ 当業者がこの開示を読むことにより明らかになるであろ
う上記及び他の目的は、次の、（Ａ）送達圧力より低い
圧力に液体供給タンクを維持し、そして少なくとも送達
圧力に等しい圧力でガス供給を維持する事、 （Ｂ）ガス供給タンクから液体供給タンクにガスを送り
、少なくとも送達圧力より液体供給タンクの圧力を上げ
る事、 （Ｃ）少なくとも送達圧力に等しい圧力で液体供給タン
クからの液体を生成ガスに気化する事、 及び、 （Ｄ）上記（Ｃ）で生成されたガスを高送達圧力で使用
する場所まで送る事、 から成る高送達圧力でガスを使用する場所に供給する為
の方法、 の本発明の一つの面により達成される。

この発明の他の面は、次の、 （Ａ）液体タンク、 （Ｂ）導管により液体タンクに接続されたガスタンク、 （Ｃ）液体タンクから液体を気化する為の手段、 及び、 （Ｄ）気化装置から使用する場所までガスを送る手段、 から成る高送達圧力でガスを使用する場所に供給する為
のガス供給設備である。

ここで使用される用語「極低温ガス」は、大気圧で１２
０°により低い温度で凝縮させるガスを意味する。

ここで使用される用語「超臨界圧力」は、流体の臨界圧
力より高い圧力を意味する。臨界圧力は、圧縮によりガ
スを液化できない臨界温度にｍ個する飽和圧力である。

臨界圧力より高い流体は、全ての温度で単一相である。

［実施例］ 本発明を図と関連して詳細に記述する。図を参照すると
、使用する場所１は、高圧ガス、特に超臨界圧力のガス
を使用する機器である。これらを使用する場所の多くの
例のうちの一つは、タイヤの成形及び硬化である。

本発明のガス供給設備は、ガスタンク及び液体タンクを
含む。図において説明される好ましい具体例の中で、４
つのタンク２．３．４及び５から成る補助ガスタンクも
使用される。説明される具体例の中で、本発明のガスタ
ンクは、４つのタンク６．７．８及び９から成り、液体
タンクは２つのタンク１０及び１１から成る。補助ガス
タンクは、使用する場所ｌにバルブ１３を通じて導管１
２により接続される。ガスタンクは液体タンクにバルブ
１５及び１６を通じて導管１４により接続される。通常
の待機運転の間、補助ガスタンクは、使用する場所の使
用圧力である送達圧力に少なくとも等しい圧力に維持さ
れる供給ガスを有する。ガスタンクは、少なくとも送達
圧力に等しい圧力に維持される供給ガスを有し、液体タ
ンクは送達圧力より小さい圧力に維持される供給液体を
有する。好ましい具体例で、送達圧力は、ガスの超臨界
圧に等しいか又は越えて、液体供給は、待機運転でおよ
そ大気圧の圧力で維持される。導管１９を通じて環境の
熱漏れによる蒸発ガスのガス抜きをする為に、ガス抜き
バルブ１７及び１８を開く間は、バルブ１３．１５及び
１６を閉じる。

およそ大気圧に液体タンク１０及び１１の中の圧力を維
持することにより、蒸発によるガス抜きの損失は最小に
なるであろう。液体タンクがかなり高い圧力、例えば送
達圧力に維持される場合には、ガス抜きの損失は大きく
なるであろう。

通常運転の間は使用する場所には主要供給源、例えば空
気分離プラントからの高圧ガスが供給されて、同時に本
発明の供給設備は待機状態で運転されている。主要供給
源が、例えば性能低下或いは動力供給停止の為に必要な
生成物をもはや供給できなくなる場合、本発明の供給設
備は次のように働く。使用する場所の圧力が落ち始めた
場合、圧力低下は、例えばバルブ１３を開ける圧力セン
サー２０により感知され、補助ガスタンクから導管１２
を通じて使用する場所１にガスが通過する。本発明の好
ましい具体例で、生成ガスは、必要性が生じた場合はと
んど直ちに必要な送達圧力で使用する場所に供給される
。ガス抜きバルブ１７及び１８が閉じられ、そしてバル
ブ１５が開けられ、従ってガスタンクから導管１４を通
じてタンク１０にガスが通過する。更に、タンク１０及
び１１の両方が、各々液体を熱交換機２１及び２２に通
して気化し、そして生じたガスを各々バルブ２３及び２
４を通してタンクに戻す事からなる圧力維持設備により
圧力維持を行なう。これらの圧力維持設備は、送達圧力
或いはそれ以上の圧力でタンク内の圧力を維持する為に
運転する。

ガスタンクからの素早い気圧増加の為に、ポンプ或いは
圧力創出用コイルタイプの設備を使用する従来の設備よ
りも液体供給タンクは、ずっと速く必要な送達圧力に達
する。必要な送達圧力が液体供給タンクにより達成され
る時、バルブ１５及び１３が閉じられ、そして生成ガス
が液体供給タンクから供給される。これはバルブ２５を
開き、そして気化器２６を通過させる事により高圧液体
を気化し、送達圧力に対して少なくとも等しい圧力で生
成ガスを生ずる事により行なわれる。気化器２６は、好
ましくは常圧気化器であり、特に好ましい常圧気化器が
ボグラー（Ｖｏｇｌｅｒ）及びその他の者による米国特
許第４．３９９．６６０号に開示され、そして特許請求
されている。生成ガスは、逆止弁２７を通じて使用する
場所１に通過する。

熱交換器２１及びバルブ２３から成る圧力維持設備によ
り、液体タンク１０内の必要圧力が維持される。タンク
１０内を適当な圧力に維持する為に適当な圧力スイッチ
でバルブ２３の開閉を繰り返す。タンク１０内の液体が
実質上消費された場合、バルブ２５を閉じてバルブ２８
を開ける事により生成ガスがタンク１１内の液体から供
給されるであろう。気化器２１を通して流体の流れを起
こす為に、十分な液体をタンク１０内に残して十分な波
頭を提供しなければならない。タンク１０について記載
されたのと同じ方法で、熱交換器２２及びバルブ２４か
ら成る圧力維持設備によりタンクｌｌ内が必要な圧力に
維持される。タンク切り換えの前に圧力維持設備で所望
される圧力にする為の十分な時間がある為に、ガスタン
クからガスを使用する為にタンク１１を加圧する必要が
ない事に注意しなければならない。もちろんタンク１１
は、もし液体を供給する為に使用される最初のタンクで
ある場合には、バルブ１６を通してあらかじめ加圧され
るであろう。高圧ガス供給設備は、従って、主要ガス源
が再び運転を始めるまで必要な高送達圧力で使用する場
所までガスの供給を続ける運転をするであろう。この発
明の供給設備は、液体タンクに液体を再装填する事によ
り不確定な時間の間、運転することができる。再び主要
ガス供給が戻ると、本発明のガス供給設備は待機に戻る
。ガスタンク及び補助ガスタンクは少なくとも送達圧力
に等しい圧力でガスが再充填される。これは冷却及びわ
ずかに高い圧力の容量形ポンプ３１に呼び水を差す為に
バルブ３０を開ける事により行なわれる。その後バルブ
３０を閉じ、ポンプ３１によりバルブ３２を通して液体
を気化器３３及び逆止弁３４及び３５を通じて、補助ガ
スタンク及びガスタンクの各々に注入する。

本発明の高圧ガス供給設備は一つの好ましい具体例に関
して詳細に記載されているが、特許請求の範囲の意図及
び目的の範囲内で本発明の他の具体例が多数ある事は当
業者には明らかである。例えば、ガスタンクを構成する
個々のタンクの数は、１〜６或いはそれ以上に変えられ
る。別の補助ガスタンクを使用する必要はない。更に、
他の具体例では、ガスタンクは液体タンクと同様に、使
用する場所まで直接ガスを供給する事により補助ガスタ
ンクの機能を提供する。１個又はそれ以上の適当な数の
液体タンクが液体タンクとして使用できる。液体タンク
は一般に、液体の再充填が必要となる前に、少なくとも
およそ２４時間ガスを供給できる大きさに作られる。

本発明の高圧ガス供給設備は臨界圧を超える圧力で極低
温ガス、例えば窒素を供給する為には最も有効であると
期待される。本発明で使用可能な他の流体は、アルゴン
、酸素、水素及びメタンを含む。本発明の実施において
、ガス及び液体は好ましくは同じ化学組成である。

今、本発明の方法及び装置を使用する事により、確実に
ガス、特に超臨界圧のガスを供給することができ、事実
上−度主要ガス源が停止すると直ちに、電気に依存する
事又はポンプを維持する困難なしに、主要ガス源が十分
に再び運転できるまで、この供給を維持する。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明のガス供給設備のある好ましい具体例の
概要を表す。 ■は高圧ガスを使用する場所、 ２〜５は補助ガスタンク、 ６〜９はガスタンク、 １０及び１１は液体タンク、 １２．１４及び１９は導管、 １３．１５．１６．２３．２４．２５．２８及び３０は
バルブ、 １７及び１８はガス抜きバルブ、 ２０は圧力センサー ２１．２２．２６及び３３は気化器、 ２７．３２．３４及び３５は逆止弁、 ３１は容量形ポンプ、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）次、 （Ａ）送達圧力より低い圧力に液体供給タンクを維持し
   、そして少なくとも該送達圧力に等しい圧力にガス供給
   タンクを維持する事、 （Ｂ）該ガス供給タンクから該液体供給タンクにガスを
   送り、少なくとも該送達圧力よりも該液体供給タンクの
   圧力を上げる事、 （Ｃ）少なくとも該送達圧力に等しい圧力で、液体供給
   タンクからの液体を生成ガスに気化する事、 及び、 （Ｄ）上記（Ｃ）で生成された該生成ガスを高送達圧力
   で使用する場所に送る事、 から成る該高送達圧力でガスを使用する場所に供給する
   為の方法。 ２）ガスが極低温ガスである特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３）ガスが窒素である特許請求の範囲第２項記載の方法
   。 ４）該送達圧力がガスの臨界圧力以上である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ５）加圧された液体が周囲空気と熱交換する事により気
   化される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）更に、加圧された液体の一部を気化して生じたガス
   を該液体供給タンクに送る事により該液体供給タンクの
   圧力を維持する事を含む特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ７）更に、加圧された液体を気化して、生じたガスを該
   ガス供給タンクに送る事により該ガス供給タンクを再充
   填する事を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８）更に、該ガス供給タンクから該液体供給タンクにガ
   スを送る間、該ガス供給タンクから直接使用する場所に
   ガスを送る事を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９）更に、該ガス供給タンクから該液体供給タンクにガ
   スを送る間、少なくとも該送達圧力に等しい圧力に補助
   ガス供給タンクを維持し、そして該補助ガス供給タンク
   から使用する場所にガスを送る事を含む特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 １０）次の、 （Ａ）該液体タンク、 （Ｂ）導管により該液体タンクに接続されたガスタンク
   、 （Ｃ）該液体タンクからの液体を気化する為の手段、 及び、 （Ｄ）気化手段から使用する場所にガスを送る為の手段
   、 から成る該高送達圧力でガスを使用する場所に供給する
   為のガス供給設備。 １１）該ガスタンクが複数のタンクから成る特許請求の
   範囲第１０項記載のガス供給設備。 １２）該液体タンクが複数のタンクから成る特許請求の
   範囲第１０項記載のガス供給設備。 １３）該気化手段が常圧気化器である特許請求の範囲第
   １０項記載のガス供給設備。 １４）更に、該液体タンクから気化器に液体を送る為の
   手段及び該気化器から該液体タンクにガスを送る為の手
   段から成る圧力維持手段を含む特許請求の範囲第１０項
   記載のガス供給設備。 １５）更に、該液体タンクから気化器に液体を注入する
   為の手段及び該気化器から該ガスタンクにガスを送る為
   の手段から成るガスタンクの再充填手段を含む特許請求
   の範囲第１０項記載のガス供給設備。 １６）更に、該ガスタンクから使用する場所にガスを送
   る為の手段を含む特許請求の範囲第１０項記載のガス供
   給設備。 １７）更に、補助ガスタンク及び該補助ガスタンクから
   使用する場所にガスを送る為の手段を含む特許請求の範
   囲第１０項記載のガス供給設備。