JPH0711382B2 - 液体空気製造装置 - Google Patents

液体空気製造装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体空気を製造する装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、ガスを液化させる装置として、液体窒素製造装置
および液体酸素製造装置が公知である。これらは基本的
に同一構成となっており、第５図に液体窒素製造装置を
例示している。
同図において、１は循環窒素圧縮機で、図示しない空気
分離装置によって酸素と分離された窒素ガスがこの循環
窒素圧縮機１により加圧された後コールドボックスＡ内
に入る。
このコールドボックスＡ内には、入口側から順に、予冷
器２、冷凍機３から寒冷を受けるフレオン冷却器４、第
１熱交換器５、第２熱交換器６が設けられている。
コールドボックスＡに入った窒素ガスは、予冷器２およ
びフレオン冷却器４で冷却された後、第１熱交換器５で
さらに冷却されて低温化する。
この第１熱交換器５から出た窒素ガスは、二つの流れに
分けられ、その一方が膨張タービン７で断熱膨張されて
寒冷を発生した後、第２熱交換器６の出口側で、予冷器
２および熱交換5,6の低温部を通る戻リラインL2に入
り、循環窒素ガスとなって圧縮機１の吸込側に戻る。残
りの窒素ガスはそのまま予冷器２および熱交換器5,6の
高温部を通る液化ラインL1を通って第２熱交換器６に入
り、上記循環窒素ガスにより冷却されて液化する。
この液体窒素は、減圧弁８により減圧され、フラッシュ
ボトル９経由で製品タンク10に送られる。
ところで、このような窒素または酸素の製造装置は、そ
のまま液体空気の製造装置に転用することが可能であ
り、現にこの転用による空気の液化方式は各種文献に示
されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、この場合、次のような問題があった。
第５図の構成をそのまま転用した形での空気液化プロセ
スにおいて、第１熱交換器５から出た液化前の空気は、
第２熱交換器６で液化して減圧弁８で減圧される。
この場合、組成成分である酸素と窒素に沸点差があるこ
とから、低沸点成分である窒素が減圧作用により優先的
にガス化し、フラッシュボトル９で窒素リッチのガス分
と酸素リッチの液分とに分離されるため、一定組成の液
体空気を得ることができない。
なお、運転を継続するうちに、フラッシュボトル９から
循環圧縮機１に戻る窒素ガスによって循環空気中の窒素
成分が増加し、液体空気中の窒素成分も増加傾向となる
ため、液体空気が一定組成に近づいていくが、製品液体
空気が得られるまでに長時間を要するため、製造効率が
悪く、実用的でない。
これが、公知の液体窒素または液体酸素の製造装置を液
体空気製造装置として転用するにあたっての問題であ
り、空気の液化方式が文献では知られていながら実機と
して現われていない理由のひとつであった。
そこで本発明は、液体空気のタンク圧力への減圧時にお
けるガス化を防止して一定組成の液体空気を効率良く製
造することができる液体空気製造装置を提供するもので
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、圧縮機により加圧された原料空気を冷却し液
化させる熱交換器の出口側に、この熱交換器から出た液
体空気を製品タンクの圧力における液体空気の沸点以下
の温度まで過冷却する過冷却器と、この過冷却器から出
た液体空気を上記タンク圧力まで減圧する減圧弁と、上
記過冷却器から出た液体空気の一部を上記減圧弁の入口
側から抽出して膨張させ寒冷を与えて上記過冷却器およ
び熱交換器用の寒冷源とする膨張弁とが設けられてなる
ものである。
また本発明は、上記構成を前提に、熱交換器の高温部を
通る液化ラインから取出した原料空気を膨張させ低温化
させて熱交換器の低温部経由で圧縮機の吸込側に戻す第
１戻りラインと、膨張弁により寒冷を与えられた液体空
気を過冷却器および熱交換器に寒冷源として送る第２戻
りラインとが互いに独立して設けられてなるものであ
る。
〔作用〕
請求項１の基本構成により、熱交換器から出た液体空気
が、過冷却器によってタンク圧力下での液体空気の沸点
以下に過冷却されるため、減圧弁での液体空気のガス化
がなくなる。
このため、一定組成の液体空気を効率良く製造すること
ができる。
また、請求項２のように、原料空気を膨張、低温化させ
て熱交換器経由で圧縮機の吸入側に戻す第１戻りライン
と、膨張弁により寒冷を与えられた液体空気を過冷却器
および熱交換器に寒冷源として送る第２戻りラインとを
互いに独立して設けることにより、これらを合流させた
場合のように、膨張弁による膨張圧力が圧縮機吸込圧力
によって規制されることがなく、膨張圧力を自由に設定
できるため、液体空気の過冷却度を調整することが可能
となる。
〔実施例〕
本発明の実施例を第１図乃至第４図によって説明する。
第１実施例（第１図参照） 第１図において、11はエアフィルタ、12は原料空気圧縮
機、13は冷凍機14によって寒冷を与えられる冷却器、15
は吸着塔である。
エアフィルター11を通過した原料空気は、原料空気圧縮
機12により吸着塔15での吸着圧力まで加工され、かつ冷
却器13で吸着塔15での吸着に適した温度に冷却された
後、吸着塔15に入り、成分中の炭酸ガスと水分とを吸着
除去される。
吸着塔15を出た原料空気は、循環空気圧縮機16によりさ
らに加圧されてコールドボックスＢに入り、予冷器17、
冷凍機18で寒冷を与えられるフレオン冷却器19、第１お
よび第２熱交換器20,21の順で液化ラインL1を通る。
ここで、原料空気は、第１熱交換器20の出口側で二つの
流れに分かれ、一方が膨張タービン22で断熱膨張されて
寒冷を発生した後、第２熱交換器21の出口側で、予冷器
17および両熱交換器20,21の低温部を通る第１戻りライ
ンL2に入り、循環空気となって循環空気圧縮機16の吸込
側に戻る。残りの空気はそのまま液化ラインL1を通って
第２熱交換器21に入り、上記循環空気により冷却されて
液化する。
コールドボックスＢ内における第２熱交換器21の出口側
には過冷却器23が設けられ、第２熱交換器21で液化した
空気が、この過冷却器23を通り、その一部が膨張弁24で
膨張して温度を下げられた後、過冷却器23の低温部に戻
り、この寒冷により液体空気が過冷却される。
この過冷却された液体空気は、減圧弁25により製品タン
ク26の圧力まで減圧された後、製品として同タンク26に
送り込まれる。
ここで、第２熱交換器21から出た液体空気は、過冷却器
23で、タンク圧力下での液体空気の沸点以下の温度まで
過冷却される。具体的にいうと、たとえばタンク圧力が
3kg/cm2Gの場合では、液体空気の沸点は−179℃となる
ため、過冷却器23で液体空気が−180℃以下まで過冷却
される。
このように、液体空気が過冷却されて減圧弁25に入るた
め、同減圧弁25での減圧時に液体空気のガス化が起こら
ず、従って運転開始当初から一定組成の製品液体空気を
製造することができる。
一方、過冷却器23に寒冷源として戻された液体空気は、
第１戻りラインL2とは別の第２戻りラインL3を通って第
２熱交換器21、第１熱交換器20、予冷器17の各低温部を
通過し、これらに寒冷を与えた後、ガス化して大気に放
出される。あるいは、この第２戻りラインL3を吸着塔15
の再生ガス入口に接続し、吸着塔15内に吸着された成分
を排出して吸着塔15を再生させるための所謂再生ガスと
して利用するようにしてもよい。
このように、膨張弁24によって寒冷を与えられた過冷却
用の液体空気を、膨張タービン22によって寒冷を与えら
れた循環空気とは別のライン（第２戻りラインL3）に戻
すようにすれば、次のような効果が得られる。
すなわち、第５図に示す従来公知の装置では、フラッシ
ュボトル９内のガスを、膨張タービン７によって寒冷を
与えられたガスと合流させて戻りラインL2に戻すように
している。この方式を本発明における過冷却用液体空気
と循環空気との関係にあてはめると、過冷却用液体空気
を循環空気に合流させて循環空気圧縮機16の吸込側に戻
すことになる。
しかし、こうすると、膨張弁24で液体空気を膨張させる
圧力が圧縮機吸込圧力に規制されてしまう。
これに対し、上記のように循環空気と過冷却用液体空気
とをそれぞれ互いに独立した第１および第２両戻りライ
ンL2,L3に別々に戻す構成とすれば、膨張弁24での膨張
圧力を、圧縮機16の吸込圧力に関係なく自由に設定する
ことができる。このため、製品温度量等に応じて過冷却
度を自由に調整することが可能となる。
第２実施例（第２図参照） 第１実施例との相違点のみを説明すると、この第２実施
例においては、第１実施例のフレオン冷却器19に代えて
第１、第２両熱交換器20,21と同様の熱交換器27を予冷
器17と第１熱交換器20との間に設けている。
また、第１実施例の冷凍機18に代わる寒冷源を確保する
ために、第１および第２の二台の膨張タービン28,29を
並列に設けている。
この構成とすれば、比較的運転制御が面倒が冷凍機18が
不要となることによって、装置の運転が容易となる。
第３実施例（第３図参照） 第３実施例においては、上記第１および第２両実施例の
併合構成として、フレオン冷却器19に加えてさらに第１
熱交換器20の前段に熱交換器30を設けるとともに、第１
および第２の二台の膨張タービン28,29を設けている。
このように動力回収効率の良い膨張タービンを寒冷発生
手段として二台用いることにより、装置全体の液化動力
が少なくてすむ。
第４実施例（第４図参照） 第１実施例では、過冷却器23から出た液体空気の一部を
膨張弁24で膨張させて寒冷を発生させるようにしたのに
対し、第４実施例では、第２熱交換器21から出た液体空
気を二つの流れに分け、その一方は過冷却器23経由で減
圧弁25に向かわせ、残りを膨張弁24に送入して膨張させ
るようにしている。
この構成によっても第１実施例の場合と同様の作用効果
を得ることができる。
〔発明の効果〕
上記のように本発明によるときは、熱交換器により冷却
されて液化した空気を過冷却器によってタンク圧力下で
の液体空気の沸点以下に過冷却して減圧弁に送るため、
減圧弁での液体空気のガス化を防止することができる。
このため、一定組成の液体空気を効率良く製造すること
ができる。
また、請求項２のように、原料空気を膨張、低温化させ
て熱交換器経由で圧縮機の吸込側に戻す第１戻りライン
と、膨張弁により寒冷を与えられた液体空気と過冷却器
および熱交換器に寒冷源として送る第２戻りラインとを
互いに独立して設けることにより、これらを合流させた
場合のように、膨張弁による膨張圧力が圧縮機吸込圧力
によって規制されることがなく、膨張圧力を自由に設定
できるため、液体空気の過冷却度を調整することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例、第２図は同第２実施例、
第３図は同第３実施例、第４図は同第４実施例をそれぞ
れ示すフローシート、第５図は従来公知の液体窒素製造
装置のフローシートである。 16……循環空気圧縮機、Ｂ……コールドボックス、20,2
1……熱交換器、23……過冷却器、24……膨張弁、25…
…減圧弁、26……タンク、L1……液化ライン、L2……第
１戻りライン、L2……第２戻りライン。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】圧縮機により加圧された原料空気を冷却し
    液化させる熱交換器の出口側に、この熱交換器から出た
    液体空気を製品タンクの圧力における液体空気の沸点以
    下の温度まで過冷却する過冷却器と、この過冷却器から
    出た液体空気を上記タンク圧力まで減圧する減圧弁と、
    上記過冷却器から出た液体空気の一部を上記減圧弁の入
    口側から抽出して膨張させ寒冷を与えて上記過冷却器お
    よび熱交換器用の寒冷源とする膨張弁とが設けられてな
    ることを特徴とする液体空気製造装置。
  2. 【請求項２】熱交換器の高温部を通る液化ラインから取
    出した原料空気の一部を膨張させ低温化させて熱交換器
    の低温部経由で圧縮機の吸込側に戻す第１戻りライン
    と、膨張弁により寒冷を与えられた液体空気を過冷却器
    および熱交換器に寒冷源として送る第２戻りラインとが
    互いに独立して設けられてなることを特徴とする請求項
    １記載の液体空気製造装置。
JP63271824A 1988-10-26 1988-10-26 液体空気製造装置 Expired - Fee Related JPH0711382B2 (ja)

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