JPS6346352B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気分離装置用可逆熱交換器の温度
制御法に係り、特に、空気分離装置用可逆熱交換
器の起動を円滑に行うのに好適な空気分離装置用
可逆熱交換器の温度制御法に関するものである。

一般に、空気分離装置の起動時には、空気分離
装置全体が常温であるため、原料空気に含有され
ている水分、炭酸ガス（以下、不純物と略）を空
気分離装置の精留塔側に持込まないように膨張機
で発生した寒冷により、まず、可逆熱交換器を冷
却して可逆熱交換器で原料空気に含有されている
不純物を完全に除去できる状態にし、膨張機に不
純物が持込まれなくなつた後に、精留塔が冷却さ
れる。このように、空気分離装置の起動時には、
常温状態にある可逆熱交換器、精留塔を冷却する
ために膨張機での処理ガス量を増加させる必要が
あり、この結果、可逆熱交換器の冷端から導入さ
れ可逆熱交換器の流路を流通するドライな低温ガ
ス（以下、再熱ガスと略）量若しくは可逆熱交換
器の中間から抜出される原料空気（以下、抽気空
気と略）量も増大するため、可逆熱交換器の寒冷
が過剰となり、可逆熱交換器の各部の温度バラン
スが崩れると共に過冷却状態となつて、可逆熱交
換器の切換え使用される流路壁面に凝結した不純
物の昇華除去機能を失ない、この状態を長時間続
けると運転不能となる。このような不都合事態を
避けるためには、可逆熱交換器の各部の温度を、
ある規定温度に常に制御する必要がある。

従来、可逆熱交換器の各部の温度制御は、可逆
熱交換器の中間部の温度を検知し、この検知温度
により再熱ガス量若しくは抽気空気量を減量調節
することで行われている。

このような可逆熱交換器の温度制御法では、可
逆熱交換器の中間部の温度が規定温度になるよう
に、再熱ガス量若しくは抽気空気量を強制的に減
量するため、次のような欠点があつた。

(1) 膨張機の入口温度が低下し、液が発生する異
常状態となるため、膨張機の能力をフルに発揮
させることができず、したがつて、起動時間が
長くなる。

(2) 再熱ガス量若しくは抽気空気量の減量によ
り、膨張機の運転操作をその都度変える必要が
あるため、その運転操作が極めて難しい。

本発明は、上記欠点の解消を目的としたもの
で、空気分離装置の起動時において、流路を切換
え使用され、かつ、再熱ガス量若しくは抽気空気
量を調節することで規定温度に制御される可逆熱
交換器の温度が規定温度以下に低下した場合で、
かつ、可逆熱交換器で冷却された原料空気と再熱
ガス若しくは抽気空気との合流ガスを断熱膨張さ
せ寒冷を発生させる膨張機出口側の合流ガスの温
度が飽和温度よりも高い場合は、再熱ガス量若し
くは抽気空気量を減量すると共に、膨張機出口側
の合流ガスの温度が飽和温度付近まで低下した時
点で、原料空気を分離する精留塔で原料空気から
分離され、かつ、可逆熱交換器で原料空気を冷却
する低温分離ガスの一部を可逆熱交換器の前流側
で放出することを特徴とし、空気分離装置の起動
時間が短縮できると共に、膨張機の運転操作を容
易に行うことができる空気分離装置用可逆熱交換
器の温度制御法を提供するものである。

本発明の一実施例を図面により説明する。

図面は、本発明を実施した空気分離装置の部分
系統図で、原料空気は圧縮機（図示省略）で約５
Kg／cm²Ｇに圧縮され水で冷却された後、導管１よ
り切換弁２又は３のいずれか一方を通つて可逆熱
交換器６内の切換Ａ流路７又はＢ流路８のいずれ
か一方を流通し、ここで精留塔１２で分離された
低温の戻りガスおよび再熱ガス、例えば再熱空気
により空気の飽和温度近くまで冷却される。この
冷却の段階で不純物は可逆熱交換器６の切換Ａ流
路７又はＢ流路８の壁面に凝結し完全に除去され
る。

不純物を除去され低温に冷却された原料空気は
逆止弁９又は１０を通つて導管１１より大部分は
精溜塔１２の下部塔１２ａ下部に吹込まれる。

精溜塔１２は下部塔１２ａと上部塔１２ｂが一
体の、いわゆる、複式精溜塔が使われており、そ
の中間に上部塔１２ｂ下部の液体酸素を下部塔１
２ａ上部の窒素ガスで蒸発させ窒素ガスを凝縮さ
せる、いわゆる、主凝縮器１３が設置されてい
る。

下部塔１２ａに吹込まれた原料空気は精溜され
下部塔１２ａ上部の液体窒素と下部塔１２ａ下部
の酸素濃度約40％の液体空気とに分離され、下部
塔１２ａ上部の液体窒素は導管１４より膨張弁１
５で減圧され圧力約0.5Kg／cm²Ｇとなつて導管１
６より上部塔１２ｂの上部に還流液として供給さ
れる。下部塔１２ａ下部の液体空気は導管１７よ
り過冷却器１８で上部塔１２ｂからの窒素ガスで
冷却され導管１９より膨張弁２０で圧力約0.5
Kg／cm²Ｇまで減圧され導管２１より上部塔１２ｂ
中部に還流液として供給される。

一方、可逆熱交換器６で冷却され不純物を除去
された残りの原料空気は、導管１１より分岐管２
２を経て、一部は可逆熱交換器６の再熱空気とし
て導管２３より可逆熱交換器６の冷端より切換の
ない通路を通つて原料空気を冷却するとともに自
身は昇温され、温度約−120℃の状態で可逆熱交
換器６の中間から抜出され、導管２４より再熱空
気量調節弁２５で炭酸ガス昇華の適量に制御さ
れ、導管２６より残りの導管２７より調節弁２
８、導管２９を通つて来る低温の原料空気と導管
３０で合流し、均一温度となつて膨張機３１で断
熱膨張し、自身低温となつて導管３２より上部塔
１２ｂの中間に吹込まれる。このように原料空気
は全て上部塔１２ｂに送られて精溜作用によつて
酸素と空気に分離され、窒素は上部塔１２ｂ上部
より導管３３を通り、過冷却器１８で昇温され更
に第１液化器３４で空気の一部を液化することに
よつて可逆熱交換器６の切換Ａ流路７又はＢ流路
８のいずれか一方の不純物が凝結している流路に
昇温されて導かれ、原料空気を冷却するとともに
自身は昇温され、この時、凝結している不純物を
昇華し、常温となつて切換弁４又は５の一方を通
つて導管３６より系外に放出される。

切換Ａ流路７とＢ流路８は10〜15分ごとに周期
的に切換されて不純物で閉塞することなく連続的
に運転される。

一方、上部塔１２ｂで分離された酸素は上部塔
１２ｂ下部の主凝縮器１３に液体酸素として貯め
られ、蒸発ガスの一部を導管３７より取出して第
２液化器３８で原料空気を液化して自身昇温され
て導管３９より可逆熱交換器６の冷端に導かれ、
切換のない流路を流通し、その間、原料空気を冷
却するとともに自身は昇温され常温状態となつて
導管４０より製品酸素ガスとして別途使用先（図
示省略）に送出される。

このような空気分離装置の起動時において、導
管２４の再熱空気の出口側に設けられた温度検出
器４１で検出された可逆熱交換器６の温度が規定
温度以下に低下した場合で、かつ、膨張機３１出
口側の導管３２に設けられた温度検出器４２で検
出された膨張機３１出口側の合流ガスの温度が飽
和温度よりも高い場合は、温度検出器４１，４２
の信号を受けて自動制御装置４３が作動し、導管
２４の再熱空気の出口側に設けられた再熱空気量
調節弁２５が絞られ、これにより、可逆熱交換器
６を流通する再熱空気量が減量し可逆熱交換器６
の中間部の温度は規定温度に制御される。この状
態で、温度検出器４２で検出された膨張機３１出
口側の合流ガスの温度が飽和付近まで低下した時
点で、温度検出器４２の信号を受けて自動制御装
置４３が作動し、上部塔１２ｂ下部の酸素ガスの
導管３９より分岐された導管４４に設けられた低
温ガス放出調節弁４５が適正量開弁され、これに
より、上部塔１２ｂで原料空気から分離され、か
つ、可逆熱交換器６で原料空気を冷却する低温分
離ガスである低温酸素ガスの一部が導管４４、低
温ガス放出弁４５および導管４６を通して可逆熱
交換器６の前流側で大気へ放出される。このた
め、可逆熱交換器６への低温酸素ガス供給量が減
量し、可逆熱交換器６での寒冷が減少することに
より、可逆熱交換器の過冷却が防止される。

本実施例のような空気分離装置用可逆熱交換器
の温度制御法では、空気分離装置の起動時におい
て、再熱空気量を減量することで、可逆熱交換器
の中間部の温度が規定温度になるように制御でき
ると共に、膨張機出口側の合流ガスの温度が常に
飽和温度以下となることがないので、膨張機の寒
冷発生能力をフルに発揮させることができ、ま
た、再熱空気量の減量により、膨張機の運転操作
を変える必要もない。なお、従来は、空気分離装
置の起動時に低温分離ガスを大気に放出すること
は、空気分離装置全体の寒冷損失になるばかりで
なく、凝結した不純物の昇華除去に悪影響を及ぼ
すと考えられていたが、しかし、本発明では、膨
張機の寒冷発生能力をフルに発揮させることがで
きるため、空気分離装置全体の寒冷発生量は逆に
増加し、また、大気に放出される低温分離ガス量
は、空気分離装置全体の空気量の１〜５％程度に
すぎず、凝結した不純物の昇華除去が阻害される
心配もない。

なお、本実施例では、再熱ガス並びに膨張機で
断熱膨張されるガスとして可逆熱交換器で冷却さ
れた原料空気を用い説明したが、その他に、空気
分離装置の系統上、精溜塔の下部塔からの窒素ガ
スを用いても上記と同様の作用並びに効果が得ら
れることは明白であり、更に、再熱ガスに代え抽
気空気を用いても特に問題は生じない。また、低
温分離ガスの放出については、本実施例では、低
温酸素ガスを放出する場合につき説明したが、そ
の他に、低温窒素ガスを放出させることも可能で
あり、更に、空気分離装置が、高純窒素を採取す
る装置である場合は、高純窒素の可逆熱交換器の
入口導管から低温ガスを放出させても同様の効果
が得られる。更に、本実施例では、可逆熱交換器
として、再熱ガスを可逆熱交換器の中間から取出
す中間再熱方式の可逆熱交換器を用いて説明した
が、その他に、再熱ガスを可逆熱交換器の温端か
ら取出す温端再熱方式の可逆熱交換器を用いても
同様の効果が得られる。また、一般の空気分離装
置では、本実施例で説明した低温ガス放出弁と同
様に、空気分離装置の停止時の加温乾燥用のブロ
ー弁が設けられているが、本実施例で説明した自
動制御装置を設置せずに手動運転操作する場合に
は、ブロー弁を利用して低温分離ガスを放出して
も良い。

本発明は、以上説明したように、空気分離装置
用可逆熱交換器の温度制御法において、可逆熱交
換器の温度が規定温度以下に低下した場合で、か
つ、膨張機出口側の合流ガスの温度が飽和温度よ
りも高い場合は、再熱ガス量若しくは抽気空気量
を減量すると共に、膨張機出口側の合流ガスの温
度が飽和温度付近まで低下した時点で、精溜塔で
原料空気から分離され、かつ、可逆熱交換器で原
料空気を冷却する低温分離ガスの一部を可逆熱交
換器の前流側で放出するということで、可逆熱交
換器の温度を規定温度に制御できると共に、膨張
機の寒冷発生能力をフルに発揮させることができ
るので、空気分離装置の起動時間を短縮できる効
果があり、かつ、再熱ガス量若しくは抽気空気量
の減量により、膨張機の運転操作を変える必要が
ないので、膨張機の運転操作を極めて容易化でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の一実施例を説明するもので、
本発明を実施した空気分離装置の部分系統図であ
る。 ２から５……切換弁、６……可逆熱交換器、
９，１０……逆止弁、１１，２２，２３，２４，
２６，２７，３０，３２，３３，３５，３７，３
９，４４，４６……導管、１２……精溜塔、１８
……過冷却器、２５……再熱空気調節弁、２８…
…調節弁、３１……膨張機、３４……第１液化
器、３８……第２液化器、４１，４２……温度検
出器、４３……自動制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流路を切換え使用され、かつ、再熱ガス量若
   しくは抽気空気量を調節することで規定温度に制
   御される可逆熱交換器と、該可逆熱交換器で冷却
   された原料空気と前記再熱ガス若しくは前記抽気
   空気との合流ガスを断熱膨張させ寒冷を発生させ
   る膨張機と、前記原料空気を分離する精留塔とで
   構成された空気分離装置の前記可逆熱交換器の起
   動時における温度制御法において、前記可逆熱交
   換器の温度が規定温度以下に低下した場合で、か
   つ、前記膨張機の出口側の前記合流ガスの温度が
   飽和温度よりも高い場合は、前記再熱ガス量若し
   くは抽気空気量を減量すると共に、膨張機の出口
   側の合流ガスの温度が飽和温度付近まで低下した
   時点で、前記精留塔で前記原料空気から分離さ
   れ、かつ、可逆熱交換器で原料空気を冷却する低
   温分離ガスの一部を可逆熱交換器の前流側で放出
   することを特徴とする空気分離装置用可逆熱交換
   器の温度制御法。