(57)【要約】【解決手段】本質的に垂直方向を持つ１つまたはそれ以上の細長容器（５）を利用する圧縮されたガス流れ冷却方法および装置。各容器は、圧縮されたガス流れ（４’）と冷却流れ（３７，３９）との間の間接熱交換用第１仕切り（５Ａ）、および前記圧縮されたガス流れと液体流れ（１５，１７）との間の直接接触用第２仕切り（５Ｂ）を有する。前記２つの仕切りは障壁（２１）で分離され、ガスの上方への通過を許容するが、液体の下方への通過を妨げる。意図は、圧縮された空気に存在する熱を効率的に用いることを可能にする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）方向、本質的に垂直に、を持つ少なくとも１つの細長容器を用意すること、ここで前記細長容器は
(i)第１端および第２端；
(ii)ガス流れと冷却されたガス流れを生成するための少なくとも１つの冷却ガスとの間の間接熱交換用第１仕切り；
(iii)前記冷却されたガス流れとさらに冷却されたガス流れを生成するための液体流れとの間の直接接触用第２仕切り；
(iv)前記第１、第２の仕切りを分離する障壁で、使用のときにガスの上方への通過を許容するが、液体の下方への通過を妨げる；
を備える、
ｂ）前記ガス流れを前記第１端近傍の前記第１仕切りに導入し、さらに冷却されたガス流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りから取出すこと；
ｃ）少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りに導入し、暖められた少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りから取出すこと；および
ｄ）液体流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りに導入し、前記暖められた液体流れを前記障壁近傍の前記第２仕切りから取出すこと
を含む装置内のガス流れ冷却方法。
【請求項２】
前記第１仕切りへの少なくとも２つの冷却流れの導入を備え、前記冷却流れは異なる圧力または異なる温度を有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１仕切り内で前記ガス流れと前記少なくとも１つの冷却流れとの間の間接接触による、および前記第２仕切り内で前記冷却されたガス流れと前記液体流れとの間に直接接触による熱交換を備える請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの冷却流れは、前記ガス流れでの熱交換によって前記第１仕切り内の前記冷却流れを蒸発すること、および前記少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りから蒸気として取出すことを含む液体である請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第２仕切りの中間点への追加の液体流れの導入を含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
ａ）空気を圧縮すること；
ｂ）請求項１の方法によって中間温度に冷却すること；
ｃ）追加の冷却処理によって極低温に冷却すること；および
ｄ）極低温蒸留ユニットの蒸留塔に送給すること
を含む空気の分離方法。
【請求項７】
ａ）
ｉ）第１端および第２端；
ii）圧縮されたガス流れと少なくとも１つの冷却流れとの間の間接熱交換用第１仕切り；
iii）前記冷却、圧縮されたガス流れと液体流れとの間の直接接触用第２仕切り；
iv)前記第１、第２の仕切りが分離される障壁で、使用のときにガスの上方への通過を許容するが、液体の下方への通過を妨げる；
を備える、軸方向、使用中、本質的に垂直に、を持つ細長容器；
ｂ）前記圧縮されたガス流れを前記第１端近傍の前記第１仕切りに導入する管；
ｃ）冷却、圧縮されたガス流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りから取出す管；
ｄ）少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りに導入する管；
ｅ）前記暖められた少なくとも１つの流れを前記第１仕切りから取出す管；
ｆ）液体流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りに導入する管；および
ｇ）前記暖められた液体流れを前記障壁近傍の前記第２仕切りから取出す管
を備える圧縮ガス流れ冷却装置。
【請求項８】
少なくとも２つの冷却流れを前記第１仕切りに導入する管を備える請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記第１仕切り内で前記圧縮されたガス流れと前記冷却流れとの間に間接接触をなすための手段および前記第２仕切り内で前記圧縮されたガス流れと液体流れとの間に直接接触をなすための手段を備える請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記第２仕切りの中間点への追加の液体流れの導入のための管を備える請求項７記載の装置。
【請求項１１】
ａ）軸方向、使用中、本質的に垂直に、を持つ第１、第２の細長容器、各容器は第１端、第２端を備える；
ｂ）前記第１容器は圧縮されたガス流れと冷却、圧縮されたガス流れを生成するための少なくとも１つの冷却流れの間の間接熱交換用仕切りを備える；
ｃ）前記第２容器は前記冷却、圧縮されたガス流れと液体流れとの間の直接接触用仕切りを有する；
ｄ）前記圧縮ガス流れをその第１端近傍の前記第１仕切りに導入する管；
ｅ）前記冷却、圧縮されたガス流れその第１端近傍の前記第１仕切りから取出す管；
ｆ）前記冷却、圧縮されたガス流れをその第１端近傍の前記第２仕切りに導入する管；
ｇ）さらに冷却、圧縮されたガス流れをその第２端近傍の前記第２容器から取出す管；
ｈ）前記少なくとも１つの冷却流れを前記第１容器に導入する管；
ｉ）前記暖められた少なくとも１つの冷却流れを前記第１容器から取出す管；
ｊ）前記液体流れを前記第２端近傍の前記第２容器に導入する管；および
ｋ）前記暖められた液体流れをその第１端近傍の前記第２容器から取出す管
を備える圧縮ガス流れ冷却装置。
【請求項１２】
ａ）圧縮機；
ｂ）空気を圧縮機に送給する管；
ｃ）請求項７記載の冷却装置；
ｄ）空気を前記圧縮機から前記冷却装置に送給する管；
ｅ）空気を前記冷却装置からもう一つの冷却装置に送給する管；
ｆ）少なくとも１つの蒸留塔を含む塔システム；
ｇ）空気を前記もう一つの冷却装置から前記塔システムの塔に送給する管；および
ｈ）製品を前記塔システムの塔から取出す管
を備える空気分離装置。
【請求項１３】
ａ）圧縮機；
ｂ）空気を圧縮機に送給する管；
ｃ）請求項１１記載の冷却装置；
ｄ）空気を前記圧縮機から前記冷却装置に送給する管；
ｅ）空気を前記冷却装置からもう一つの冷却装置に送給する管；
ｆ）少なくとも１つの蒸留塔を含む塔システム；
ｇ）空気を前記もう一つの冷却装置から前記塔システムの塔に送給する管；および
ｈ）製品を前記塔システムの塔から取出す管
を備える空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮された空気流れの冷却方法および装置に関する。
【発明の開示】
【０００２】
圧縮された空気の流れを冷却し、熱圧縮を取出し、かつある場合、空気を断熱圧縮が極低温蒸留プラントで分離すべき空気を圧縮するために用いられる場合のような亜環境温度に冷却することがしばしば望まれている。
【０００３】
標準手順は、圧縮された空気を冷凍回路からの水との直接接触によって冷却される冷却塔に送給する。ＵＳＰ４，３６７，０８２および５，６６９，２３７は空気が水との直接熱交換によって冷却され、それから精製され、分離すべき塔に送られる標準極低温蒸留空気分離ユニットを開示する。
【０００４】
断熱圧縮機で圧縮された空気は水が供給されるボイラーを予備加熱するのに用いられてもよいことがＵＳＰ４，４６１，１５４で知られている。
【０００５】
ＵＳＰ６，１１７，９１６は、前記圧縮機から空気を送る前に動作流体を暖めるために断熱圧縮機からの熱の使用を開示している。空気は、それからさらに冷却され、空気分離ユニットに送られる。
【０００６】
本発明の目的は、効率的にエネルギーを発生するように圧縮された空気に存在する熱を使用することである。
【０００７】
本発明は、ａ）本質的に垂直に方向を持つ少なくとも１つの細長容器を用意すること、ここで前記細長容器は
(i)第１端および第２端；
(ii)ガス流れと冷却されたガス流れを生成するための少なくとも１つの冷却ガスとの間の間接熱交換用第１仕切り；
(iii)前記冷却されたガス流れとさらに冷却されたガス流れを生成するための液体流れとの間の直接接触用第２仕切り；
(iv)前記第１、第２の仕切りを分離する障壁で、ガスの上方への通過を許容するが、液体の下方への通過を妨げる；
を備える、
ｂ）前記ガス流れを前記第１端近傍の前記第１仕切りに導入し、さらに冷却されたガス流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りから取出すこと；
ｃ）少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りに導入し、暖められた少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りから取出すこと；および
ｄ）液体流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りに導入し、前記暖められた液体流れを前記障壁近傍の前記第２仕切りから取出すこと
を含む装置内のガス流れ冷却方法を提供する。
【０００８】
さらに、本発明は本質的に垂直軸方向を持つ少なくとも１つの細長容器を備え、前記細長容器が
ａ）第１端および第２端；
ｂ）圧縮されたガス流れと少なくとも１つの冷却流れとの間の間接熱交換用第１仕切り；
ｃ）前記冷却、圧縮されたガス流れと液体流れとの間の直接接触用第２仕切り；
ｄ）前記第１、第２の仕切りを分離する障壁で、使用中にガスの上方への通過を許容するが、液体の下方への通過を妨げる；
ｅ）前記圧縮されたガス流れを前記第１端近傍の前記第１仕切りに導入する管；
ｆ）前記冷却、圧縮されたガス流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りから取出す管；
ｇ）前記少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りに導入する管；
ｈ）前記暖められた少なくとも１つの流れを前記第１仕切りから取出す管；
ｉ）液体流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りに導入する管；および
ｊ）前記暖められた液体流れを前記障壁近傍の前記第２仕切りから取出す管
を備える、圧縮ガス流れ冷却装置を提供する。
【０００９】
本発明にとっての本質および目的の更なる理解のために、参照は図面を伴って関連する次の詳細な説明でなされ、要素は同じまたは類似の参照番号を挙げる。
【００１０】
本発明は、軸方向、使用中本質的に垂直に、を持つ細長容器を備え、細長容器が第１端および第２端、ガス流れと冷却されたガス流れを生成するための少なくとも１つの冷却流れとの間の間接熱交換用第１仕切り、前記冷却されたガス流れと液体流れとの間の直接接触用第２仕切りを備え、前記第１、第２の仕切りは障壁で分離され、使用中にガスの上方への通過を許容するが、液体の下方への通過を妨げ、ガス流れを前記第１端近傍の前記第１仕切りに導入すること、さらに冷却されたガス流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りから取出すこと、前記少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りに導入すること、前記暖められた少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りから取出すこと、液体流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りに導入すること、および前記暖められた液体流れを前記障壁近傍の前記第２仕切りから取出すことを含む、装置内のガス流れ冷却方法を提供する。
【００１１】
本発明の別の実施形態によれば、方法は
ａ）少なくとも２つの冷却流れを第１仕切りに導入し、前記少なくとも２つの冷却流れは少なくとも１つの異なる圧力および異なる温度を有する；
ｂ）第１仕切りで前記ガス流れと前記少なくとも１つの冷却ガスの間の間接接触によって熱交換することおよび第２仕切りで冷却されたガス流れと液体流れの間の直接接触によって熱交換すること；
ｃ）少なくとも１つの冷却流れが液体である場合、前記ガス流れとの熱交換によって第１仕切りで冷却流れを蒸発し、かつ前記少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りから蒸気として取出すこと；および
ｄ）もう一つの液体流れを前記第２仕切りにその中間点で供給すること
を含む。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、空気が圧縮され、それから前述した方法で中間温度に冷却され、次いで追加の冷却処理で極低温に冷却し、それから極低温蒸留ユニットの蒸留塔に送給される、空気の分離方法を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は軸方向、本質的に垂直に、を持つ細長容器を備え、前記細長容器は
ａ）第１端および第２端；
ｂ）圧縮されたガス流れと、少なくとも１つの冷却流れとの間の間接熱交換用第１仕切り；
ｃ）前記冷却、圧縮されたガス流れと液体流れとの間の直接接触用第２仕切り，前記第１、第２の仕切りは障壁で分離され、使用中、ガスの上方への通過を許容するが、液体の下方への通過を妨げる；
ｄ）前記圧縮されたガス流れを前記第１端近傍の前記第１仕切りに導入する管；
ｅ）前記冷却、圧縮されたガス流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りから取出す管；
ｆ）少なくとも１つの冷却流れを前記第１仕切りに導入する管；
ｇ）前記暖められた少なくとも１つの流れを前記第１仕切りから取出す管；
ｈ）液体流れを前記第２端近傍の前記第２仕切りに導入する管；および
ｉ）前記暖められた液体流れを前記障壁近傍の前記第２仕切りから取出す管
を備える、圧縮ガス流れ冷却装置を提供する。
【００１４】
別の実施形態の装置は、
ａ）少なくとも２つの冷却ガスを前記第１仕切り内に導入するための手段；
ｂ）第１仕切り内で前記圧縮されたガス流れと前記冷却流れの間に間接接触をさせるための手段；
ｃ）前記圧縮されたガス流れと液体流れの間に直接接触をさせるための手段；および
ｄ）もう一つの第２液体流れを第２仕切りにその中間点で導入するための手段
を備えてもよい。
【００１５】
本発明は、また軸方向、使用中、本質的に垂直に、を持つ両方の第１、第２の細長容器、各容器は第１端、第２端を備え、前記第１容器は圧縮されたガス流れと冷却、圧縮されたガス流れを生成するための少なくとも１つの冷却流れの間の間接熱交換用仕切りを備え、前記第２容器は前記冷却、圧縮されたガス流れと液体流れとの間の直接接触用仕切りを有し、前記圧縮ガス流れをその第１端近傍の前記第１仕切りに導入する管、前記冷却、圧縮されたガス流れその第１端近傍の前記第１仕切りから取出す管、前記冷却、圧縮されたガス流れをその第１端近傍の前記第２仕切りに導入する管、さらに冷却、圧縮されたガス流れをその第２端近傍の前記第２容器から取出す管、前記少なくとも１つの冷却流れを前記第１容器に導入する管、前記暖められた少なくとも１つの冷却流れを前記第１容器から取出す管、前記液体流れを前記第２端近傍の前記第２容器に導入する管、および前記暖められた液体流れをその第１端近傍の前記第２容器から取出す管を備える圧縮ガス流れ冷却装置を提供する。
【００１６】
本発明の別の側面は、圧縮機、空気を圧縮機に送給する管、前述した冷却装置、空気を前記圧縮機から前記冷却装置に送給する管、空気を前記冷却装置からもう一つの冷却装置に送給する管、少なくとも１つの蒸留塔を備える塔システム、空気を前記もう一つの冷却装置から前記塔システムの前記塔に送給する管、および製品を前記塔システムの塔から取出す管を備える空気分離装置を提供する。
【００１７】
別の実施形態は、圧縮機、空気を圧縮機に送給する管、前述した冷却装置、空気を前記圧縮機から前記冷却装置に送給する管、空気を前記冷却装置からもう一つの冷却装置に送給する管、少なくとも１つの蒸留塔を備える塔システム、空気を前記もう一つの冷却装置から前記塔システムの塔に送給する管、および製品を前記塔システムの塔から取出す管を備える空気分離装置を提供する。
【００１８】
図１において、断熱圧縮機１は空気流れ２を圧縮するために用いる。７バールアブス位に圧縮すると、空気は３５０℃位の温度になる。空気は、それから水３７，３９の２つの流れを熱交換器３で２つの異なる圧力にて加熱するために用いる熱交換器に送られ、２つの異なる圧力で蒸気７,９の流れを形成する。いくつかの熱交換器は、生産すべき蒸気の流れの数に依存して交換器３を置き換えることができる。典型的に、交換器３は間接熱交換が少なくとも１つの水流れと冷却、圧縮された空気流れを生成するための圧縮された空気の間に起こる第１、第２の端を持つ仕切りとして考慮することができる。
【００１９】
交換器３で冷却された空気４は、２つの分離点で導入された水１５,１７との直接接触によって熱を交換する冷却塔５の底部に送られる。
【００２０】
冷却塔５で冷却された空気１７は、それから精製ユニット８で精製される。
【００２１】
図２に示される別の実施形態によれば、交換器３は必要とせず、水３７,３９の流れと圧縮機１から直接来る空気の間の熱交換は冷却塔５の底部で起こる。前記冷却塔５は２つの仕切り、間接接触が熱空気と水３７,３９の間で起こる第１仕切り５Ａ、直接接触が第１仕切りで冷却された空気と第２仕切りに導入される少なくとも１つの水流れ１５,１７の間で起こる第２仕切り、に区画される。障壁２１は、水が第２仕切り５Ｂを下向くに通過して第１仕切り５Ａに透過するのを妨げるが、空気が第１仕切りから第２仕切り５Ｂに上向きに通過するのを許容する。
【００２２】
第１仕切り５Ａにおいて、高圧３７の水流れは温度が最も高い仕切りの底部でコイル１３７を循環し、かつ低圧の水流れは温度がより低いコイル１３７上のコイル１３９を循環する。多少の数の水の流れおよび／またはコイルが用いられてもよいことは明らかである。
【００２３】
第２仕切り５Ｂはトレイ、構造的パッキング、丸いパッキングまたは空気と水の間の質量および熱の移動をなすいくつかの他のパッキングを含む。引続いて吸収型冷却器３１で冷却される水流れ１５は、塔の頂部に導入され、水流れ１７は第２仕切り５Ｂの中間点に導入される。空気は第１仕切りから第２仕切り５Ｂに上昇し、水との直接熱移動によってそこで冷却される。暖められた水４１は、第２仕切りの底部で除去され、それから従来からよく知られた手法で冷却塔で再利用される。
【００２４】
塔の頂部で除去された空気は、精製され、さらに極低温熱交換器で冷却され、ガス状および／または液状の製品に分離すべき蒸留塔システムの塔に送られる。少なくとも１つの製品は、蒸気が要求されるユニットに送られてもよく、その蒸気は図１および図２に示すように圧縮された空気流れに対する蒸発によって生産される。
【００２５】
本発明の１つの実施形態はこの前に示されかつ述べられる一方で、多くの変更はこの発明の精神および範囲から逸脱せずに当業者によって作れることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す。
【図２】本発明の第２実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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