JPS5817832A - 圧縮した不活性ガスを製造する方法および装置 - 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】 本発明は不活性ガスを製造し、圧縮し、分離する方法お
よび装置に関する。

容器を不活性化することはしばしば必要である。不活性
ガスで空気を洗い流し、−または液体を取出したもしく
は漏洩した空間を不活性ガスで置替えることが行われる
。最初の場合この洗浄過程を迅速に完了することが望ま
れる。第２の場合不活性ガス流をできるだけよく所要量
に適合させるのが有利である。両方の場合に圧力容器か
ら取出すチッ素が非常圧良く適する。しかしチッ素は比
較的高価な不活性ガスである。

一般【（液体またはガス燃料の空気による燃焼によつ℃
得られる排ガスは・、安価である。この場合使用目的に
応じて水の除去およびとくに金属処理の場合２酸化炭素
または残留酸素の除去が必要であるうこの費用にもかか
わらず、この排ガスから得た不活性ガスは空気分離法に
より得たチッ素より安価である。液体またはガス燃料の
燃焼によって得た不活性ガスを使用する場合、チッ素の
使用に比して不活性ガス製造を所要量に適合させるのが
困難なのが欠点である。

液体またはガス燃料の燃焼忙よって得る不活性ガス製造
装置の核心は燃焼装置である。たとえば排ガス流の大き
さ忙よって決定されるこの燃焼装置の能力は上方にも下
方にも制限される。

調節範囲は比較的小さい。それゆえ液体またはガス燃料
の燃焼の際発生する不活性ガスを経済的に圧縮し、この
ガスから燃焼の際発生した水分をできるだけ十分忙取出
す課題が生ずる。さらに本発明の目的は燃焼の際発生し
た不活性ガスの２酸化炭素分も除去することである。最
後に本発明の目的はこの方法を有利に実施しさる装置を
得ることである。

この目的を解決するため、内燃機関の排ガスの少なくと
も１部を冷却し、コンプレッサで圧縮し、その際コンプ
レッサを内燃機関で駆動することが提案される。この手
段によつ【内燃機関とくにオツドまたはディーゼルエン
ジンの不循性排ガスは中間冷却の後コンプレッサ内で圧
縮され、その際コンプレッサは不活性ガスを発生する内
燃機関により【駆動される。中間冷却によって、使用す
るコンプレッサは熱的に過負荷されず、特殊仕様な必要
としない。圧縮した不活性ガスはそのまま使用すること
ができる。

さらに排ガスを１０−９−ルより高い圧力とくに２０〜
５０／セールに圧縮し、圧縮後６０℃より低い温度に冷
却することが提案される。高圧への圧縮によって水の分
圧も同じ比で上昇する。

しかし１００℃より低い温度への冷却罠より圧縮後の分
圧より低い水の飽和分圧が決定される。

これは過剰の水が液体の形に凝縮することを表わす。凝
縮した水は圧縮した不活性ガスから簡Ｑｉ、に分離する
ことができる。

さらに不活性ガスを圧縮後、不活性化媒体として使用す
る前圧圧力容器に貯蔵することが提案される。この貯蔵
により不活性ガスを衝撃的に発生する所要量に適合させ
ることができる。

方法の１つの変化によれば、排ガスを２酸化炭素の臨界
圧力より高い圧力と（［２００〜５ＯＯＪ−ルに圧縮し
、２酸化炭素の臨界温度より低い温度と（１ｍ３１℃よ
り低い温度に冷却し、液化した２酸化炭素を残りの凝縮
しない不活性ガスと分離する。この方法によれば２酸化
炭素の分圧は圧縮の際圧縮比忙応じて上昇する。圧縮し
た不活性ガスを２酸化炭素の臨界温度より低い温度とく
に３１℃より低い温度へ冷却するととｋよって、・２酸
イし炭素の飽和圧力は達成される分圧より低くなる。過
剰の２酸化炭素は液体の形に凝縮し、凝縮しない残りの
不活性ガスから分離することができる。

この方法を実施するため内燃機関とコンプレッサの間に
、中間に熱交換器を配置した排ガス導管を備えることが
提案される。さらにコンプレッサの後方に圧力容器を配
置し、コンプレッサから圧力容器へ通ずる導管に蓄熱交
換器を配置することが提案される。この２つの提案によ
つて内燃機関の圧縮すべき排ガスをコンプレッサに入る
前圧冷却することが保証される。さらにコンプレッサか
ら圧力容器へ流れる圧縮した排ガスを、圧縮熱のために
上昇した温度を低下するように冷却することが保証され
る。

さら忙熱交換器Ｋａｌ縮液ｒレンを備えることが提案さ
れる。この凝縮液ドレンは内燃機関とコンプレッサの間
に配置された熱交換器の場合、凝縮した水の取出に役立
ち、コンプレッサと圧力容器の間忙配置された熱交換器
の場合、凝縮した２酸化−炭素の取出に役立つ、大気圧
より高い内圧の場合、凝縮液ドレンがゲートとして形成
されていることは明らかである。

さらにコンプレッサと圧力容器の間に圧力容器の方向に
開きうる逆止弁誉備えることが提案される。作業中たと
えば充てんした圧力容器の圧力が、始動するコンプレッ
サによって発生する圧力より大きい作業状態が生ずるこ
とは避けられない。この場合圧力容器の圧力がコンプレ
ッサへ作用すると、コンプレッサの始動は著し逆止弁圧
よりこれが避けられる。

この方法りより内燃機関の排ガスを圧縮することができ
る。さらに適当な冷却によって水の大部分を凝縮除去す
ることができる。内燃機関をコンプレッサの駆動に使用
する提案忙よって、ゾ目パン、ベンジン、ティーゼル油
およヒ天然ガスのような高発熱量の燃料を使用する場合
、内燃機関の排ガスを全部捕そくしてこの排ガスなｌ　
Ｑ　ｚｅ−ルより高い圧力、多くは２０〜２５・セール
に圧縮するために十分な出力が得られることが明らかに
なった。意外な副次効果として系の高い固有の信頼性が
低い監視費用で得られる、圧縮は相当する排ガス発生が
前提となっているので、ン；活性ガス燃焼装置に必要な
フレーム監視を年月とすることができる。コンプレッサ
は不活性二戸スを排ガスとして発生する内燃機関で駆動
されるので、”・コンプレッサは電気的忙接続またはバ
断されない。

圧縮前後υ排ガスの冷却とともに高い圧縮比によって、
水の大部分は凝縮除去される。不活性ガスは大気圧へ膨
張後、付加的収着乾燥器によってしか達成されない一２
０℃より低い一点を有する。

意外にも注意深い冷却および多段圧縮の際、最近のオツ
ドエンジン忙より得られる出力は全排ガスを７５−々−
ルより高く圧縮するために十分であることが明らか忙な
った。排ガスを２酸化炭素の臨界圧力より高く圧縮し、
最終的に臨界温度３１℃より低く冷却する場合、排ガス
の２酸化炭素分が凝縮する。液体２酸化炭素は容易に第
２の圧力容器へ流れうるので、大部分チッ素からなる凝
縮しない不活性ガス力′を残される。

次に側圧より本発明を説明する。自由内容積５０ゼの容
器を不活性化するものとする。そのために必要な時間は
なるべく短く維持しなければならない゛。１５分を超え
本時間はもはや許容されない。その結果１回の洗浄過８
にすでに２００　ｍ”／　ｈより大きい不活性ガス容量
が必要になる、しかし２回の不活化の間隔はプロセスに
よって３時間より早いことを必要としないので、膨張状
態でＳｏｄより大きい不活性ガス収容能力を有する貯蔵
容器を使用することができる。

不活性ガス発生装置はその際２ｏｗ”／ｈの能力で設定
すれば十分である。

不発明忙より燃料としてプロパンを使用する出力６に−
のオツドエンジンを選択し、この場合所要の不活性ガス
２ｏｍ”／ｈが発生する。直結コンプレッサにより排ガ
スを約３０ノセールに圧縮する。圧力容器は２Ｗ？の容
積しか有しない。

排ガスをエンジンとコンプレッサの間で間接冷却する。

圧縮の後もう１度管熱交換器で間接冷却する。冷却水所
要量はエンジンおよびコンプレッサ自体の冷却を含み約
１ｄ／ｈである。エンジンおよびコンプレッサは圧力容
器がその最終圧力３０／々−ルに達するまで連続的に運
転する。次に容器（ｓｏｍ’）の１回の洗浄は圧力容器
からの迅速な放出によって数分間で実施可能である。

もう１つの方法例により方法の第２５Ｊ！施例を説明す
る。排気量１２００　Ｃ１ｌ！の対向シリンダ形の４気
筒４サイクルオツドエンジンを２００　Ｏｒｐｍで運転
し、約１５ｋｌの出力および標準状態の排ガス流約５０
ｍ”／ｈが得られた。燃料としてプロＡン７０％および
ブタン３０％の組成を有する液化ガスを使用した。４段
、４気筒コンプレツサな減速ギヤを介して駆動装置と結
合し、駆動する内燃機関が２０００ｆＫ達したとき、コ
ンプレッサは１５００−の回転数を示した。エンジンの
排気口とコンプレッサの吸込口を大気へ開く室を介して
互い忙結合した。この室、コンプレッサおよび駆動装置
はブロアで空冷７した。４つの圧縮段のそれぞれは凝縮
液自動ドレンな備えた。最終段は２０Ｇ　／々−ル忙達
した。凝縮液ドレンから水および２酸化炭素が導出され
た。最終圧縮ガスは９９．５容量％より多いチッ素から
なり、０．１容量５より低い２１Ｉ化炭素が含まれた。

このガスを逆止弁を介して各５０１の市販の鋼−７４１
０本からなる貯鼠所に送った。この圧力容器にはばチッ
素からなる標準状態に換算して１ｏｏ　ｖｒ？の不活性
ガスを貯蔵した。

次に図面により装置の実施例を説明する。内燃機関２は
燃料タンクｌからたとえば気化器または噴射タンクを介
して燃料を得る。燃料空気は吸気管３から吸入され、燃
焼室に供給される・エンジンの排ガスは導管４．１を介
してエンジンを去り、第１熱交換器５を貫流する。多く
の場合発生する凝縮液は熱交換器から凝縮液ドレン１２
により【導出される。内燃機関２の機械的仕事は軸６を
介して、場合によりクラッチを中間に接続してコンプレ
ッサ７Ｋｉｌされる。コンプレッサ７の吸込口は導管４
．２を介して熱交換器５の出口と係合する。コンプレッ
サ自体の吐出口は導管８゛を介しても５１つの熱交換器
９に通ずる。冷却および圧縮されたガスは導管１Ｇを介
して圧力容器１１に、またはただちに使用場所に供給さ
れる。凝縮液ドレン１２から発生する凝縮液が取出され
る。逆止弁１３により貯東容器１１からコンプレッサへ
圧縮した不活性ガスが逆流することが防止され、それｋ
よってコンプレッサは背圧なしに始動することができる
。弁１４を介して不活性ガスが使用のため取出される。

エンジン冷却装置およびコンプレッサ冷却装置を備え【
いることは明らかである。さらに多段コンプレッサの場
合１つの段から次の段へ流れるガスを中間冷却すること
は明らかである。

その際発生する凝縮液も適当に取出される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置のデｐツク図である。 １・・・燃料タンク、２・・・エンジン、５．９・・・
熱交換器、７・・・コンプレッサ、１１・・・貯蔵容器
／ 量

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　内燃機関の排ガスの少なくとも１部を冷却し、コ
   ンプレッサで圧縮し、その際−ンプレツサを内燃機関に
   よって駆動することを特徴とする圧縮した不活性ガスを
   製造する方法。 ２、　排ガスなｌ　Ｑ　ｔｔ−ルより高い圧力に圧縮し
   、圧縮後＋６０℃より低い温度に冷却する特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３、排ガスを圧縮後、不活性化媒体として使用する前に
   圧力容器内に貯蔵する特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の方法。 ４、排ガスを２酸化炭素の臨界圧力より高い圧力に圧縮
   し、２酸化炭素の臨界温度より低い温度に冷却し、液化
   した２１Ｉ化炭素を凝縮しない残りの不活性ガスと分離
   する特許請求の範囲第１項〜第３項の１つに記載の方法
   。 翫　内燃機関の排ガスの少なくとも１部を冷却し１コン
   ゾレツサで圧縮する、圧縮した不活性ガスを製造する装
   置において、内燃機関とコンプレッサの間に、途中に熱
   交換器を配置した導管を有することを特徴とする圧縮し
   た不活性ガスを製造する装置。 ６、　熱交換器が凝縮液ドレンを備えている特許請求の
   範囲第５項記載の装置。 ７、　コンプレッサと圧力容器の間忙、圧力容器の方向
   へ開きうる逆止弁を備えている特許請求の範囲第５項ま
   たは第６項記載の装置。 ８、　内燃機関の排ガスの少なくとも１部を冷却し、コ
   ンプレッサで圧縮する、圧縮した不活性ガスを製造する
   装置において、コンプレッサ後方に圧力容器が配置され
   、コンプレッサから圧力容器へ通ずる導管に蓄熱交換器
   が配置されていることを特徴とする圧縮した不活性ガス
   を製造する装置。 ９、　熱交換器が凝縮液ドレンを備え【いる特許請求の
   範囲第８項記載の装置。 １０、　　コンプレッサと圧力容器の間に、圧力容器の
   方向へ開きうる逆止弁を備えている特許請求の範囲第８
   項または第９項記載の装置。