JPH1026469A - 空気液化装置 - Google Patents
空気液化装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 空気を冷却したり、動力発生用の液体空気を
生成する空気液化装置に関し、装置をコンパクトにして
水分固化のための冷熱を有効利用する。 【解決手段】 低圧、高圧コンプレッサ１０、１１、イ
ンター、アフタークーラ１２、１３からの空気は噴霧チ
ャンバ１に入り、液体タンク９からの液体空気がポンプ
２で送られ、噴霧ノズル３から噴霧され、空気は冷却さ
れて水分が固化し、微細な粒子となる。これら粒子のう
ち、流路、バルブ等に支障のある大きなものはデミスタ
４のフィルタ５で除去され、主熱交換器６で冷却され、
液化ノズル８より膨張して一部が液化し、液体タンク９
に溜る。液化しなかった空気は膨張タービン７で仕事を
した空気と共に主熱交換器６の冷媒として用い、昇温し
てコンプレッサへ吸入される。生成した液体空気を水分
固化の冷熱として使用し、パージガス等も不要で、熱交
換器も１つですむので効率が向上する。
生成する空気液化装置に関し、装置をコンパクトにして
水分固化のための冷熱を有効利用する。 【解決手段】 低圧、高圧コンプレッサ１０、１１、イ
ンター、アフタークーラ１２、１３からの空気は噴霧チ
ャンバ１に入り、液体タンク９からの液体空気がポンプ
２で送られ、噴霧ノズル３から噴霧され、空気は冷却さ
れて水分が固化し、微細な粒子となる。これら粒子のう
ち、流路、バルブ等に支障のある大きなものはデミスタ
４のフィルタ５で除去され、主熱交換器６で冷却され、
液化ノズル８より膨張して一部が液化し、液体タンク９
に溜る。液化しなかった空気は膨張タービン７で仕事を
した空気と共に主熱交換器６の冷媒として用い、昇温し
てコンプレッサへ吸入される。生成した液体空気を水分
固化の冷熱として使用し、パージガス等も不要で、熱交
換器も１つですむので効率が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空気液化装置に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の空気を液化する装置としては、次
のような方法で空気中の水分を除去していた。即ち、
熱交換器の伝熱面に水分が付着し、伝熱効率が低下する
のを防ぐために水分を取除く、及び空気液化装置によ
り液体空気を生成、分離し、純粋酸素、窒素、アルゴン
あるいは、これらの液化ガスを得ることを目的としてお
り、これら液化ガスに不純物が混入するのを防ぐために
必要とされていた。
のような方法で空気中の水分を除去していた。即ち、
熱交換器の伝熱面に水分が付着し、伝熱効率が低下する
のを防ぐために水分を取除く、及び空気液化装置によ
り液体空気を生成、分離し、純粋酸素、窒素、アルゴン
あるいは、これらの液化ガスを得ることを目的としてお
り、これら液化ガスに不純物が混入するのを防ぐために
必要とされていた。
【０００３】図１０は熱交換器を使用した従来の水分除
去装置の系統図である。図において、２６−１から２６
−１０はバルブ、２７−１、２７−２は同等の２系統の
熱交換器であり、これらバルブ２６−１〜２６−１０を
適宜切替えることにより、連続的な水分を除去を行って
いた。空気中から水分を除去する方法は、空気をコンプ
レッサ等により熱交換器へ送り、熱交換器で冷却して水
分を熱交換器伝熱面上に氷結させることにより行ってい
る。
去装置の系統図である。図において、２６−１から２６
−１０はバルブ、２７−１、２７−２は同等の２系統の
熱交換器であり、これらバルブ２６−１〜２６−１０を
適宜切替えることにより、連続的な水分を除去を行って
いた。空気中から水分を除去する方法は、空気をコンプ
レッサ等により熱交換器へ送り、熱交換器で冷却して水
分を熱交換器伝熱面上に氷結させることにより行ってい
る。
【０００４】図１０において、左側の熱交換器２７−１
で空気中の水分を除去する場合には、まずバルブ２６−
１、２６−２を開き、コンプレッサで送られてくる空気
を入口２８からバルブ２６−１を通り、熱交換器２７−
１の空気管２７−１ａに通し、バルブ２６−２を通り、
出口２９より空気液化装置へ導く。一方、冷媒は左側の
熱交換器２７−１のみに供給されるが、バルブ２６−３
を開き、冷媒入口３０からバルブ２６−３を通り、熱交
換器２７−１の冷媒管２７−１ｂに入り、冷媒出口３１
へ出る。
で空気中の水分を除去する場合には、まずバルブ２６−
１、２６−２を開き、コンプレッサで送られてくる空気
を入口２８からバルブ２６−１を通り、熱交換器２７−
１の空気管２７−１ａに通し、バルブ２６−２を通り、
出口２９より空気液化装置へ導く。一方、冷媒は左側の
熱交換器２７−１のみに供給されるが、バルブ２６−３
を開き、冷媒入口３０からバルブ２６−３を通り、熱交
換器２７−１の冷媒管２７−１ｂに入り、冷媒出口３１
へ出る。
【０００５】このとき、停止中の熱交換器２７−２の空
気管２７−２ａは図示省略の液化装置の低温空気を昇温
した乾燥空気をパージ用乾燥空気入口３２から送るが、
バルブ２６−９とバルブ２６−１０を開き、入口３２か
らバルブ２６−９、空気管２７−２ａ、バルブ２６−１
０、放出口３３から放出し、空気流路をパージして経路
中の水分を除去している。
気管２７−２ａは図示省略の液化装置の低温空気を昇温
した乾燥空気をパージ用乾燥空気入口３２から送るが、
バルブ２６−９とバルブ２６−１０を開き、入口３２か
らバルブ２６−９、空気管２７−２ａ、バルブ２６−１
０、放出口３３から放出し、空気流路をパージして経路
中の水分を除去している。
【０００６】一定時間が経過すると、空気流路、冷媒流
路、パージ流路を反対側に切替える。即ち、バルブ２６
−１、２６−２及び２６−３を閉じ、２６−４、２６−
５及び２６−６を開いて熱交換器２７−１を停止し、右
側の熱交換器２７−２を作動状態とし、バルブ２６−９
及び２６−１０を閉じ、２６−７及び２６−８を開けて
パージ流路も切替える。
路、パージ流路を反対側に切替える。即ち、バルブ２６
−１、２６−２及び２６−３を閉じ、２６−４、２６−
５及び２６−６を開いて熱交換器２７−１を停止し、右
側の熱交換器２７−２を作動状態とし、バルブ２６−９
及び２６−１０を閉じ、２６−７及び２６−８を開けて
パージ流路も切替える。
【０００７】このような切替えにより、右側の熱交換器
２７−２で同様に空気中の水分除去、左側の熱交換器２
７−１で空気流路のパージを行う。これを繰り返すこと
により連続的な空気中の水分除去を行うものである。
２７−２で同様に空気中の水分除去、左側の熱交換器２
７−１で空気流路のパージを行う。これを繰り返すこと
により連続的な空気中の水分除去を行うものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述のように空気中の
水分を除去するために、空気の温度を低下させ、液化、
固化するが、このために冷熱が費され、固化した水分は
系外に排出されるため、その冷熱は損失となる。又、図
１０で示すように大型で重い熱交換器２７−１、２７−
２を２式必要とする。
水分を除去するために、空気の温度を低下させ、液化、
固化するが、このために冷熱が費され、固化した水分は
系外に排出されるため、その冷熱は損失となる。又、図
１０で示すように大型で重い熱交換器２７−１、２７−
２を２式必要とする。
【０００９】又、複数の系統の流路切替が必要となるた
め、多数の配管、バルブ類が必要であり、制御も複雑で
ある。更に、パージ用乾燥空気を常時放出することによ
る損失、熱交換器において温度低下、上昇を繰り返すた
め熱的な損失があり、熱損失が大きい。
め、多数の配管、バルブ類が必要であり、制御も複雑で
ある。更に、パージ用乾燥空気を常時放出することによ
る損失、熱交換器において温度低下、上昇を繰り返すた
め熱的な損失があり、熱損失が大きい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために次の手段を提供する。
を解決するために次の手段を提供する。
【００１１】空気を導入し、同空気中に噴霧ノズルより
液体空気を直接噴霧して同空気を冷却し、空気中の水分
を固体粒子とすると共に流路に影響する固体粒子を除去
する液体空気噴霧手段と；同液体空気噴霧手段からの同
空気を導き、同空気を冷媒により冷却する熱交換器と；
同熱交換器で冷却した空気を膨張させ、液化して溜める
と共に、前記噴霧ノズルに液体空気の一部を送り、液化
しない冷却空気を前記熱交換器の前記冷媒として送る空
気液化手段とを具備してなることを特徴とする空気液化
装置。
液体空気を直接噴霧して同空気を冷却し、空気中の水分
を固体粒子とすると共に流路に影響する固体粒子を除去
する液体空気噴霧手段と；同液体空気噴霧手段からの同
空気を導き、同空気を冷媒により冷却する熱交換器と；
同熱交換器で冷却した空気を膨張させ、液化して溜める
と共に、前記噴霧ノズルに液体空気の一部を送り、液化
しない冷却空気を前記熱交換器の前記冷媒として送る空
気液化手段とを具備してなることを特徴とする空気液化
装置。
【００１２】本発明は上記の手段により、液化サイクル
において液体空気噴霧手段の噴霧ノズルから空気中に液
体空気を直接噴霧することにより空気は冷却され、空気
中の水分は固体粒子となって固化する。更に、噴霧手段
では配管流路やバルブ類に影響を与える可能性のある固
化した粒子を、例えばフィルタ等で除去するので固化し
た水分は熱交換器には付着せず流れ、熱交換器において
冷却され、空気液化手段に送られる。空気液化手段で
は、例えば、液体タンクの液化ノズルを設けておき、冷
却した空気をノズルで膨張させて空気を液化し、生成し
た液体空気中に混入する。
において液体空気噴霧手段の噴霧ノズルから空気中に液
体空気を直接噴霧することにより空気は冷却され、空気
中の水分は固体粒子となって固化する。更に、噴霧手段
では配管流路やバルブ類に影響を与える可能性のある固
化した粒子を、例えばフィルタ等で除去するので固化し
た水分は熱交換器には付着せず流れ、熱交換器において
冷却され、空気液化手段に送られる。空気液化手段で
は、例えば、液体タンクの液化ノズルを設けておき、冷
却した空気をノズルで膨張させて空気を液化し、生成し
た液体空気中に混入する。
【００１３】液化しなかった冷却空気は熱交換器の冷媒
として作用し、冷却後の空気は入口の導入側に戻すよう
にする。従って、水分固化のための冷熱は、本液化サイ
クル内部では見かけ上損失となるが、液体空気を冷媒と
して使用する際には逆にプラスとなり、結果的には損失
がキャンセルされる。
として作用し、冷却後の空気は入口の導入側に戻すよう
にする。従って、水分固化のための冷熱は、本液化サイ
クル内部では見かけ上損失となるが、液体空気を冷媒と
して使用する際には逆にプラスとなり、結果的には損失
がキャンセルされる。
【００１４】上記のように本空気液化装置により生成し
た液体空気は、空気等を冷却するため、もしくは空気等
を冷却し自らは高エンタルピーの流体となって動力を発
生するために使用される。
た液体空気は、空気等を冷却するため、もしくは空気等
を冷却し自らは高エンタルピーの流体となって動力を発
生するために使用される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る空気液化装置における液体空気噴霧
部の系統図、図２は同噴霧部の変形例を示す系統図、図
３は本発明の実施の第１形態に係る空気液化装置の全体
の系統図である。図１、図２において、１は噴霧チャン
バ、２はポンプ、３は噴霧ノズル、４はデミスタ、５は
デミスタ４内のフィルタである。図３において、６は主
熱交換器、７は膨張タービン、９は流体タンクであり、
８はタンク９内の液化ノズルである。１０は低圧コンプ
レッサ、１１は高圧コンプレッサ、１２はインタークー
ラ、１３はアフタークーラである。
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る空気液化装置における液体空気噴霧
部の系統図、図２は同噴霧部の変形例を示す系統図、図
３は本発明の実施の第１形態に係る空気液化装置の全体
の系統図である。図１、図２において、１は噴霧チャン
バ、２はポンプ、３は噴霧ノズル、４はデミスタ、５は
デミスタ４内のフィルタである。図３において、６は主
熱交換器、７は膨張タービン、９は流体タンクであり、
８はタンク９内の液化ノズルである。１０は低圧コンプ
レッサ、１１は高圧コンプレッサ、１２はインタークー
ラ、１３はアフタークーラである。
【００１６】本実施の第１の形態の空気液化装置におけ
る液体空気噴霧部は、図１に示すように噴霧チャンバ
１、その下流に設けられたフィルタ５を内蔵するデミス
タ４、噴霧チャンバ１内に固定した噴霧ノズル３及び噴
霧ノズル３に液体空気を供給するポンプ２により構成さ
れる。又、この液体空気噴霧部の変形例を図２に示す
が、噴霧チャンバ１を設けずに、デミスタ４内に直接噴
霧ノズル３を設けても良い。
る液体空気噴霧部は、図１に示すように噴霧チャンバ
１、その下流に設けられたフィルタ５を内蔵するデミス
タ４、噴霧チャンバ１内に固定した噴霧ノズル３及び噴
霧ノズル３に液体空気を供給するポンプ２により構成さ
れる。又、この液体空気噴霧部の変形例を図２に示す
が、噴霧チャンバ１を設けずに、デミスタ４内に直接噴
霧ノズル３を設けても良い。
【００１７】上記の液体空気噴霧部では、コンプレッサ
からの高圧空気は噴霧チャンバ１に入り、液化装置から
の液体空気がポンプ２より噴霧チャンバ１内に送られ、
噴霧ノズル３より噴霧され、空気を冷却して水分を微細
な氷粒子とし、空気と氷粒子はデミスタ４に導かれ、氷
粒子の大きなものはフィルタ５により除去して液化装置
へ送られる。
からの高圧空気は噴霧チャンバ１に入り、液化装置から
の液体空気がポンプ２より噴霧チャンバ１内に送られ、
噴霧ノズル３より噴霧され、空気を冷却して水分を微細
な氷粒子とし、空気と氷粒子はデミスタ４に導かれ、氷
粒子の大きなものはフィルタ５により除去して液化装置
へ送られる。
【００１８】図３は上記の液体空気噴霧部を含む実施の
第１形態の全体系統図である。図において、低圧コンプ
レッサ１０、インタークーラ１２、高圧コンプレッサ１
１、アフタークーラ１３により昇圧された常温の空気は
前述のように液体空気噴霧部において、水分を固化後、
主熱交換器６に入り、主熱交換器６により冷却された
後、液体空気タンク９に設けられた液化ノズル８で膨張
し、一部が液化し、タンク９に溜まる。液化しなかった
低温気体空気は膨張タービン７で仕事をすることにより
温度低下した空気とともに主熱交換器６の冷媒として空
気を冷却し、自らは昇温して高圧コンプレッサ１１に吸
入され再度昇圧される。
第１形態の全体系統図である。図において、低圧コンプ
レッサ１０、インタークーラ１２、高圧コンプレッサ１
１、アフタークーラ１３により昇圧された常温の空気は
前述のように液体空気噴霧部において、水分を固化後、
主熱交換器６に入り、主熱交換器６により冷却された
後、液体空気タンク９に設けられた液化ノズル８で膨張
し、一部が液化し、タンク９に溜まる。液化しなかった
低温気体空気は膨張タービン７で仕事をすることにより
温度低下した空気とともに主熱交換器６の冷媒として空
気を冷却し、自らは昇温して高圧コンプレッサ１１に吸
入され再度昇圧される。
【００１９】上記の構成の空気液化装置における全体の
作用は次のようになる。コンプレッサより噴霧チャンバ
１に供給された空気中に、液体タンク９より抜き出した
液体空気をポンプ２により空気より高い圧力に昇圧し、
噴霧ノズル３において、均一かつ微細に噴霧する。これ
により空気は温度低下し、空気中の水分は固化し、微細
な粒子となる。
作用は次のようになる。コンプレッサより噴霧チャンバ
１に供給された空気中に、液体タンク９より抜き出した
液体空気をポンプ２により空気より高い圧力に昇圧し、
噴霧ノズル３において、均一かつ微細に噴霧する。これ
により空気は温度低下し、空気中の水分は固化し、微細
な粒子となる。
【００２０】これら微細な氷粒子は、下流の熱交換器に
付着しないが、下流に流れる氷粒子量のうち、バルブ、
噴霧ノズル等の流路をふさぐ可能性のある大きなものは
簡単なフィルタ５によりその一部を捕集する。その後
は、前述のように空気は主熱交換器６で冷却され、液化
ノズル８より噴射して膨張して一部が液化してタンク９
に溜る。
付着しないが、下流に流れる氷粒子量のうち、バルブ、
噴霧ノズル等の流路をふさぐ可能性のある大きなものは
簡単なフィルタ５によりその一部を捕集する。その後
は、前述のように空気は主熱交換器６で冷却され、液化
ノズル８より噴射して膨張して一部が液化してタンク９
に溜る。
【００２１】このようにして生成した液体空気は、空気
を冷却するため、もしくは空気を冷却し、自らは高エン
タルピーの流体となって動力を発生するために使用され
る。
を冷却するため、もしくは空気を冷却し、自らは高エン
タルピーの流体となって動力を発生するために使用され
る。
【００２２】上記に説明の実施の第１形態によれば、固
化した水分の大部分は生成した液体空気中に混入し、液
化サイクルにおいて水分固化に費やされた冷却は、生成
した液体空気を冷熱源として使用する際に再生され、更
に、パージガスも放出しないので全体では効率が向上す
る。又、ポンプ２、噴霧チャンバ１やデミスタ４等のチ
ャンバ、噴霧ノズル３、フィルタ５という単純でコンパ
クトな機器の組合せで、複雑な制御も必要とせずに空気
の冷却を行うことができるので大幅なコストダウン、省
スペース、及び信頼性の向上が期待出来、装置の保守も
容易となる。
化した水分の大部分は生成した液体空気中に混入し、液
化サイクルにおいて水分固化に費やされた冷却は、生成
した液体空気を冷熱源として使用する際に再生され、更
に、パージガスも放出しないので全体では効率が向上す
る。又、ポンプ２、噴霧チャンバ１やデミスタ４等のチ
ャンバ、噴霧ノズル３、フィルタ５という単純でコンパ
クトな機器の組合せで、複雑な制御も必要とせずに空気
の冷却を行うことができるので大幅なコストダウン、省
スペース、及び信頼性の向上が期待出来、装置の保守も
容易となる。
【００２３】図４は本発明の実施の第２形態に係る空気
液化装置における流体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第２形態においては、図１に示す実施の第１形態の
デミスタ４部においてフィルタ５を加振する加振機１４
を追加したものである。加振機１４はデミスタ４の外部
に設置し、軸シール１５により完全にシールしている。
この加振機１４は又、デミスタ４の内部に設備すること
も可能である。
液化装置における流体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第２形態においては、図１に示す実施の第１形態の
デミスタ４部においてフィルタ５を加振する加振機１４
を追加したものである。加振機１４はデミスタ４の外部
に設置し、軸シール１５により完全にシールしている。
この加振機１４は又、デミスタ４の内部に設備すること
も可能である。
【００２４】又、上記の加振機１４を用いずに、フィル
タ５が空気流によって自励振動を起こす様にデミスタ４
の流速を調整してフィルタ４自身が振動するようにする
こともできる。
タ５が空気流によって自励振動を起こす様にデミスタ４
の流速を調整してフィルタ４自身が振動するようにする
こともできる。
【００２５】上記の実施の第２形態は前述の実施の第１
形態と同様の作用を奏すると共に、更に、加振機１４に
よりフィルタ５を振動させてフィルタ５に付着した水分
（氷）をはく離し、デミスタ４下部に落下させることが
できる。
形態と同様の作用を奏すると共に、更に、加振機１４に
よりフィルタ５を振動させてフィルタ５に付着した水分
（氷）をはく離し、デミスタ４下部に落下させることが
できる。
【００２６】前述の実施の第１形態においては、空気中
の水分を固化し、固化した水分のうち、バルブ、ノズル
等の閉塞の原因となる大きな氷粒子のみをフィルタで捕
集するものであり、その際フィルタの目づまりの対策が
施されておらず、連続作動時間の低下が避けられなかっ
た。本実施の第２形態では、フィルタ５で捕集した固化
水分を加振機１４で加振し、連続的にふるい落とすた
め、第１形態の装置よりは長時間の作動を良好にするも
のである。
の水分を固化し、固化した水分のうち、バルブ、ノズル
等の閉塞の原因となる大きな氷粒子のみをフィルタで捕
集するものであり、その際フィルタの目づまりの対策が
施されておらず、連続作動時間の低下が避けられなかっ
た。本実施の第２形態では、フィルタ５で捕集した固化
水分を加振機１４で加振し、連続的にふるい落とすた
め、第１形態の装置よりは長時間の作動を良好にするも
のである。
【００２７】図５は本発明の実施の第３形態に係る空気
液化装置における液体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第３形態は図１に示す実施の第１形態の構成品であ
る噴霧チャンバ１、噴霧ノズル１３、デミスタ４、フィ
ルタ５の組合せからなる液体空気噴霧部を２式直列に配
置し、これに１つのポンプ２でバルブ１６−１、１６−
２を切替えることにより交互に液体空気を噴霧可能な構
成としたものである。そのためにこれら構成品には第１
形態と同一符号を用い、符号に（−１）、（−２）をそ
れぞれ付している。
液化装置における液体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第３形態は図１に示す実施の第１形態の構成品であ
る噴霧チャンバ１、噴霧ノズル１３、デミスタ４、フィ
ルタ５の組合せからなる液体空気噴霧部を２式直列に配
置し、これに１つのポンプ２でバルブ１６−１、１６−
２を切替えることにより交互に液体空気を噴霧可能な構
成としたものである。そのためにこれら構成品には第１
形態と同一符号を用い、符号に（−１）、（−２）をそ
れぞれ付している。
【００２８】次に、上記実施の第３形態における作用を
説明する。通常はバルブ１６−１を開、１６−２を閉に
して、前段のノズル３−１のみ噴霧し、前段フィルタ５
−１にのみ大きな固化水分を捕集するようにしている。
前段のフィルタ５−１の差圧が許容値以上に大きくなる
と、バルブ１６−１を閉、１６−２を開として前段ノズ
ル３−１の噴霧を停止し、後段ノズル３−２の噴霧を開
始する。
説明する。通常はバルブ１６−１を開、１６−２を閉に
して、前段のノズル３−１のみ噴霧し、前段フィルタ５
−１にのみ大きな固化水分を捕集するようにしている。
前段のフィルタ５−１の差圧が許容値以上に大きくなる
と、バルブ１６−１を閉、１６−２を開として前段ノズ
ル３−１の噴霧を停止し、後段ノズル３−２の噴霧を開
始する。
【００２９】これにより前段フィルタ５−１部の温度は
上昇し、付着していた氷は融解滴下し、前段デミスタ４
−１の下部にたまる。一方、この間後段では通常の噴霧
プロセスが行われるため、装置出口空気温度は低くおさ
えられたままとなる。
上昇し、付着していた氷は融解滴下し、前段デミスタ４
−１の下部にたまる。一方、この間後段では通常の噴霧
プロセスが行われるため、装置出口空気温度は低くおさ
えられたままとなる。
【００３０】前段フィルタ５−１の温度が０℃以上とな
り、しばらくすると、再度バルブ１６−１を開、１６−
２を閉とし、前段での噴霧に切替える。後段での噴霧
は、前段フィルタ５−１での氷が融け、水分が飛ぶしば
らくの間であり、その時間割合は全体の１／５以下とな
る。
り、しばらくすると、再度バルブ１６−１を開、１６−
２を閉とし、前段での噴霧に切替える。後段での噴霧
は、前段フィルタ５−１での氷が融け、水分が飛ぶしば
らくの間であり、その時間割合は全体の１／５以下とな
る。
【００３１】上記の実施の第３形態によれば、前段フィ
ルタ５−１での着氷は本サイクルにより融解除去が出
来、後段フィルタ５−２での時間当りの氷捕集量は前段
フィルタに比較して大幅に小さくなる。従って、上記の
図４に示す実施の第２形態における加振機１４なしに長
時間作動が可能となる。
ルタ５−１での着氷は本サイクルにより融解除去が出
来、後段フィルタ５−２での時間当りの氷捕集量は前段
フィルタに比較して大幅に小さくなる。従って、上記の
図４に示す実施の第２形態における加振機１４なしに長
時間作動が可能となる。
【００３２】図６は本発明の実施の第４形態に係る空気
液化装置における液体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第４形態においては図１に示す実施の第１形態の噴
霧チャンバ１、噴霧ノズル３、デミスタ４、フィルタ５
の組合せを２式並列に配置し、空気側の２つのバルブ１
６−３、１６−４及び液体空気側の２つのバルブ１６−
５、１６−６を切替えることにより交互に液体空気を噴
霧可能な構成としたものである。そのために、これら構
成部品には第１形態と同一符号を用い、符号に（−
３）、（−４）をそれぞれ付している。
液化装置における液体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第４形態においては図１に示す実施の第１形態の噴
霧チャンバ１、噴霧ノズル３、デミスタ４、フィルタ５
の組合せを２式並列に配置し、空気側の２つのバルブ１
６−３、１６−４及び液体空気側の２つのバルブ１６−
５、１６−６を切替えることにより交互に液体空気を噴
霧可能な構成としたものである。そのために、これら構
成部品には第１形態と同一符号を用い、符号に（−
３）、（−４）をそれぞれ付している。
【００３３】次に、上記の実施の第４形態における作用
を説明する。初めバルブ１６−３を開、１６−５を開、
１６−４を閉、１６−６を閉にて上側の噴霧チャンバ１
−３でのみノズル３−３により液体空気を噴霧してい
る。上側フィルタ５−３の差圧が許容値以上に大きくな
ると、バルブ１６−３と１６−５を閉、バルブ１６−４
と１６−６を開とし、下側のチャンバ１−４のノズル３
−４による噴霧に切替える。
を説明する。初めバルブ１６−３を開、１６−５を開、
１６−４を閉、１６−６を閉にて上側の噴霧チャンバ１
−３でのみノズル３−３により液体空気を噴霧してい
る。上側フィルタ５−３の差圧が許容値以上に大きくな
ると、バルブ１６−３と１６−５を閉、バルブ１６−４
と１６−６を開とし、下側のチャンバ１−４のノズル３
−４による噴霧に切替える。
【００３４】上側のフィルタ５−３に付着した氷は時間
とともに融解、滴下し、再生される。これを繰り返すこ
とにより連続作動を行う。本実施の第４形態によれば第
３形態と比較し、構造、制御は複雑となるが、両フィル
タ５−３、５−４とも再生されるため、連続作動が可能
となる。
とともに融解、滴下し、再生される。これを繰り返すこ
とにより連続作動を行う。本実施の第４形態によれば第
３形態と比較し、構造、制御は複雑となるが、両フィル
タ５−３、５−４とも再生されるため、連続作動が可能
となる。
【００３５】図７は本発明の実施の第５形態に係る空気
液化装置における液体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第５形態においては、図１に示す実施の第１形態に
おいて空気流上流に前段熱交換器１７を配置したもの
で、その冷媒側流量をコントロールするためのバルブ１
６−７、１６−８を設け、液体空気の噴霧ノズル３への
噴霧をコントロールするバルブ１６−９とポンプ２出口
に予冷用のバルブ１６−１０を設けた構成となってい
る。
液化装置における液体空気噴霧部の系統図である。本実
施の第５形態においては、図１に示す実施の第１形態に
おいて空気流上流に前段熱交換器１７を配置したもの
で、その冷媒側流量をコントロールするためのバルブ１
６−７、１６−８を設け、液体空気の噴霧ノズル３への
噴霧をコントロールするバルブ１６−９とポンプ２出口
に予冷用のバルブ１６−１０を設けた構成となってい
る。
【００３６】次に、上記の実施の第５形態における作用
を説明する。通常はバルブ１６−７を開、１６−８を閉
にして冷媒を流し、入口空気は前段熱交換器１７にて−
２０〜−４０℃に冷却される。この時、バルブ１６−９
を閉、ポンプ２を停止して液体空気噴霧は行っておら
ず、バルブ１６−１０は開とし、微量の液体空気を放出
し、ポンプ２がいつでも起動出来る様冷却しておく。
を説明する。通常はバルブ１６−７を開、１６−８を閉
にして冷媒を流し、入口空気は前段熱交換器１７にて−
２０〜−４０℃に冷却される。この時、バルブ１６−９
を閉、ポンプ２を停止して液体空気噴霧は行っておら
ず、バルブ１６−１０は開とし、微量の液体空気を放出
し、ポンプ２がいつでも起動出来る様冷却しておく。
【００３７】この状態では空気中の水分はほとんどすべ
てが前段熱交換器１７で氷結し、熱交換器伝熱面上に付
着、蓄積する。前段熱交換器１７の伝熱性能の許容以上
の低下、もしくは流路差圧の許容以上の上昇が発生する
と、バルブ１６−８を開、１６−７を閉とし、前段熱交
換器１７の冷却を止め、同時にバルブ１６−９を開、１
６−１０を閉、ポンプ２を起動し、噴霧ノズル３より液
体空気の噴霧を開始する。
てが前段熱交換器１７で氷結し、熱交換器伝熱面上に付
着、蓄積する。前段熱交換器１７の伝熱性能の許容以上
の低下、もしくは流路差圧の許容以上の上昇が発生する
と、バルブ１６−８を開、１６−７を閉とし、前段熱交
換器１７の冷却を止め、同時にバルブ１６−９を開、１
６−１０を閉、ポンプ２を起動し、噴霧ノズル３より液
体空気の噴霧を開始する。
【００３８】これにより前段熱交換器１７に蓄積された
氷は融解後流され、噴霧チャンバ１の下部にたまる。一
方、液体空気の噴霧により空気の温度は低く保たれ、空
気中の水分は固化し、その大部分は下流に流れて大きな
固体のみフィルタ５に捕集される。前段熱交換器１７の
水分がほぼ飛ばされた後、バルブ１６−７を開、１６−
８を閉じ、前段熱交換器１７での冷却を開始するととも
にポンプ２停止、バルブ１６−１０を開、１６−９を閉
じ、液体空気の噴霧を停止し、通常の状態に戻る。な
お、噴霧を行っている時間割合は第３形態と同じく、全
体の１／５以下となる。
氷は融解後流され、噴霧チャンバ１の下部にたまる。一
方、液体空気の噴霧により空気の温度は低く保たれ、空
気中の水分は固化し、その大部分は下流に流れて大きな
固体のみフィルタ５に捕集される。前段熱交換器１７の
水分がほぼ飛ばされた後、バルブ１６−７を開、１６−
８を閉じ、前段熱交換器１７での冷却を開始するととも
にポンプ２停止、バルブ１６−１０を開、１６−９を閉
じ、液体空気の噴霧を停止し、通常の状態に戻る。な
お、噴霧を行っている時間割合は第３形態と同じく、全
体の１／５以下となる。
【００３９】図８は本発明の実施の第５形態に係る空気
液化装置の全体の系統図であり、図７に示す構成の液体
空気噴霧部を用いたものである。この場合、前段熱交換
器１７の冷媒としては主熱交換器６の低温側出口空気を
用い、これにより別途冷媒を準備しなくても良い。ただ
し、この場合には、バルブ１６−７、１６−８の切替に
よって、高圧コンプレッサ１１の入口温度が変動するこ
とになる。その他のデミスタ４、フィルタ５、主熱交換
器６、膨張タービン７、液化ノズル８、液化タンク９、
の構成における空気液化についての作用は図３に示す第
１形態と同様であるので説明は省略する。
液化装置の全体の系統図であり、図７に示す構成の液体
空気噴霧部を用いたものである。この場合、前段熱交換
器１７の冷媒としては主熱交換器６の低温側出口空気を
用い、これにより別途冷媒を準備しなくても良い。ただ
し、この場合には、バルブ１６−７、１６−８の切替に
よって、高圧コンプレッサ１１の入口温度が変動するこ
とになる。その他のデミスタ４、フィルタ５、主熱交換
器６、膨張タービン７、液化ノズル８、液化タンク９、
の構成における空気液化についての作用は図３に示す第
１形態と同様であるので説明は省略する。
【００４０】図９は本発明の実施の第５形態に係る空気
液化装置の別の例を示す系統図である。この場合の前段
熱交換器１７の冷媒は液体空気を直接用いており、バル
ブ１６−１１、１６−１２により噴霧と前段熱交換器１
７への液体空気の供給を切替える。
液化装置の別の例を示す系統図である。この場合の前段
熱交換器１７の冷媒は液体空気を直接用いており、バル
ブ１６−１１、１６−１２により噴霧と前段熱交換器１
７への液体空気の供給を切替える。
【００４１】この例では図８に示す例でのバイパス用の
バルブ１６−８が不要である上に高圧コンプレッサ入口
温度の変動が小さくなるメリットがある。さらに、通常
液体空気を供給するため、予冷のためのバルブが不要に
なり、液体空気の損失もなくなる。
バルブ１６−８が不要である上に高圧コンプレッサ入口
温度の変動が小さくなるメリットがある。さらに、通常
液体空気を供給するため、予冷のためのバルブが不要に
なり、液体空気の損失もなくなる。
【００４２】上記の実施の第５形態によれば、既設設備
に追設が可能であり、熱交換器に付着した固化水分除去
のための消費冷熱は再生されないが、液体空気噴霧中の
分は再生される。本実施の第５形態においては、装置は
大型化するが、それでも従来の熱交換器を用いるタイプ
に比べて、（１）空気液化のための熱交換器６が１つで
済む、（２）複雑な流路切替機構を要しない、（３）パ
ージガスを放出しないため効率が高いというメリットが
ある。
に追設が可能であり、熱交換器に付着した固化水分除去
のための消費冷熱は再生されないが、液体空気噴霧中の
分は再生される。本実施の第５形態においては、装置は
大型化するが、それでも従来の熱交換器を用いるタイプ
に比べて、（１）空気液化のための熱交換器６が１つで
済む、（２）複雑な流路切替機構を要しない、（３）パ
ージガスを放出しないため効率が高いというメリットが
ある。
【００４３】なお、上記の各実施の形態におけるバルブ
１６−１〜１６−１２の開閉操作、そのタイミング等は
図示省略の制御装置で圧力、温度センサと組合せ、それ
らの信号に基づいて自動的に制御しても良いし、もちろ
ん、手動で制御しても良いものである。
１６−１〜１６−１２の開閉操作、そのタイミング等は
図示省略の制御装置で圧力、温度センサと組合せ、それ
らの信号に基づいて自動的に制御しても良いし、もちろ
ん、手動で制御しても良いものである。
【００４４】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、液体空気を空気中に直接噴霧して空気中の水分を固
化し、流路に影響する固体粒子を除去する液体空気噴霧
手段と、噴霧手段からの空気を導き、冷却する熱交換器
と、熱交換器で冷却した空気を液化し、噴霧ノズルに液
体空気の一部を送り、液化しない空気を熱交換器の冷媒
として送る空気液化手段とを備えた構成としたので次の
ような効果を奏する。
は、液体空気を空気中に直接噴霧して空気中の水分を固
化し、流路に影響する固体粒子を除去する液体空気噴霧
手段と、噴霧手段からの空気を導き、冷却する熱交換器
と、熱交換器で冷却した空気を液化し、噴霧ノズルに液
体空気の一部を送り、液化しない空気を熱交換器の冷媒
として送る空気液化手段とを備えた構成としたので次の
ような効果を奏する。
【００４５】（１）空気液化装置において、水分固化に
要する冷熱を有効に再生出来る。
要する冷熱を有効に再生出来る。
【００４６】（２）装置全体が従来の装置と比べて簡単
で、かつコンパクトになる。
で、かつコンパクトになる。
【００４７】（３）従来のようにパージガスを放出しな
いため装置の全体効率が向上する。
いため装置の全体効率が向上する。
【図１】本発明の実施の第１形態に係る空気液化装置に
おける液体空気噴霧部の系統図である。
おける液体空気噴霧部の系統図である。
【図２】図１に示す液体空気噴霧部の変形例を示す系統
図である。
図である。
【図３】本発明の実施の第１形態に係る空気液化装置の
全体系統図である。
全体系統図である。
【図４】本発明の実施の第２形態に係る空気液化装置に
おける液体空気噴霧部の系統図である。
おける液体空気噴霧部の系統図である。
【図５】本発明の実施の第３形態に係る空気液化装置に
おける液体空気噴霧部の系統図である。
おける液体空気噴霧部の系統図である。
【図６】本発明の実施の第４形態に係る空気液化装置に
おける液体空気噴霧部の系統図である。
おける液体空気噴霧部の系統図である。
【図７】本発明の実施の第５形態に係る空気液化装置に
おける液体空気噴霧部の系統図である。
おける液体空気噴霧部の系統図である。
【図８】本発明の実施の第５形態に係る空気液化装置の
全体系統図である。
全体系統図である。
【図９】本発明の実施の第５形態に係る空気液化装置の
他の例を示す全体系統図である。
他の例を示す全体系統図である。
【図１０】従来の熱交換器を使用した水分除去装置の系
統図である。
統図である。
１、１−１〜１−４ 噴霧チャンバ ２ ポンプ ３、３−１〜３−４ 噴霧ノズル ４、４−１〜４−４ デミスタ ５、５−１〜５−４ フィルタ ６ 主熱交換器 ７ 膨張タービン ８ 液化ノズル ９ 液体タンク １０ 低圧コンプレッサ １１ 高圧コンプレッサ １２ インタークーラ １３ アフタークーラ １４ 加振機 １５ 軸シール １６−１〜１６−１２ バルブ １７ 前段熱交換器
Claims (1)
- 【請求項１】 空気を導入し、同空気中に噴霧ノズルよ
り液体空気を直接噴霧して同空気を冷却し、空気中の水
分を固体粒子とすると共に流路に影響する固体粒子を除
去する液体空気噴霧手段と；同液体空気噴霧手段からの
同空気を導き、同空気を冷媒により冷却する熱交換器
と；同熱交換器で冷却した空気を膨張させ、液化して溜
めると共に、前記噴霧ノズルに液体空気の一部を送り、
液化しない冷却空気を前記熱交換器の前記冷媒として送
る空気液化手段とを具備してなることを特徴とする空気
液化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18203096A JP3416406B2 (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | 空気液化装置及び空気液化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18203096A JP3416406B2 (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | 空気液化装置及び空気液化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1026469A true JPH1026469A (ja) | 1998-01-27 |
| JP3416406B2 JP3416406B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=16111116
Family Applications (1)
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