(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで効率的な液体輸送を可能にし、輸送の簡便化、輸送コストの低減が可能となるとともに、寒冷源としての窒素消費量が少なく熱効率の高い窒素ガス製造装置を提供する。【解決手段】空気圧縮機１、空気精製器２、主熱交換器３および精留塔４が個々独立したユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４として構成されるとともに、予め各ユニットが配設される配置が設定され、接続機構および内部配管を有するプレートと、ユニット間を接続するために、各ユニットの流体供給部および流体供出部に形成されたフランジＦ１ａ等と、各ユニットの電気・制御信号取合部に形成されたジャンクションと、主熱交換器３と精留塔４が収納される、それぞれ別個のコールドボックスとを有する。【選択図】図１
0003166119.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
原料空気を所定圧力に圧縮する空気圧縮機、原料空気中の水分や炭酸ガス等の不純物を吸着除去して原料空気の精製を行う空気精製器、原料空気を液化温度付近まで冷却する主熱交換器、上部に凝縮器を有し原料空気を精留して窒素を分離する精留塔を備え、該窒素ガス製造装置の寒冷源として外部から導入された液体窒素を用い、かつ前記精留塔からの戻りガスを前記主熱交換器に導入させる深冷分離法により窒素ガスを製造する装置であって、
前記空気圧縮機、空気精製器、主熱交換器および精留塔が個々独立したユニットとして構成されるとともに、
予め各ユニットが配設される配置が設定され、各ユニットの配設によってユニット間の少なくとも一部の流路が接続可能に、接続機構および内部配管を有するプレートと、
ユニット間を接続するために、各ユニットの流体供給部および流体供出部に形成されたフランジと、
ユニットの電気計装配線を接続するために、各ユニットの電気・制御信号取合部に形成されたジャンクションと、
前記主熱交換器と精留塔が収納される、それぞれ別個のコールドボックスと、
を有することを特徴とする窒素ガス製造装置。
【請求項２】
複数の段数からなる前記精留塔が、円筒配管材を用いて構成されることを特徴とする請求項１記載の窒素ガス製造装置。
【請求項３】
前記主熱交換器の断熱が常圧パーライトにより施され、前記精留塔の断熱がスーパーインシュレーション方式により施されていることを特徴とする請求項１または２記載の窒素ガス製造装置。
【請求項４】
前記空気精製器が２つの吸着塔により構成され、原料空気と前記主熱交換器を介して前記精留塔からの廃ガスが、交互に切換導入可能に構成されるとともに、該切換が前記空気圧縮機と空気精製器の間の流路および空気精製器と主熱交換器の間の流路に設けられた２つの四方切換弁を用いて行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒素ガス製造装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、窒素ガス製造装置に関し、例えば、深冷分離法を用いた小型窒素ガス製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体プロセス用を含め、一般プロセスにおける窒素ガスの需要は大きく、深冷分離法を用いた窒素ガス製造装置が多く用いられている。窒素ガス製造装置では、主として空気を原料とし、圧縮・精製プロセスを経由して窒素ガスを製造するとともに、寒冷源に液化窒素貯槽等からの液体窒素のみを用い、エネルギー効率の高い窒素ガス製造技術が広く知られている。
【０００３】
例えば、液化窒素貯槽や送ガス蒸発器等のバックアップ設備を含めた窒素ガス製造装置のユニット化を進め、現地作業の削減と据付面積の削減を図れることを目的として、図６に示すような窒素ガス製造装置が提案されている。具体的には、空気液化分離法により窒素ガスを製造する装置において、精留塔２０４等の低温機器を収納したコールドボックス２０７と液化窒素貯槽２０６とを、原料空気圧縮機２０１等の常温機器を収納した下部ボックス２２２の上に並立させる。前記コールドボックス２０７と前記液化窒素貯槽２０６と前記下部ボックス２２２とは、それぞれ別個にユニットとして運搬可能に形成され、設置場所において組立可能に構成されている（例えば特許文献１参照）。ここで、２０２は吸着器、２０３は主熱交換器、２０５は凝縮器、２０６ａは注入口、２１１は送ガス蒸発器、２２１は運転パネルを表す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３０３８６５６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような窒素ガス製造装置では、以下のような種々の課題が生じることがあった。
（ｉ）従前の窒素製造装置では、主熱交換器、精留塔及び凝縮器を一体として収納したコールドボックスが１つのユニットとして纏められることから、小容量の装置であっても、これを運搬するには大型の運搬装置が必要となり、装置の搬送処理操作の負担および輸送コストが増大する。
（ii）また、使用ガス量が比較的少ない場合には、コールドエバポレーター（ＣＥ）から窒素ガスを賄うことができることから、使用設備の近くにＣＥを設け、そこからガス送気をしてすることが多い。しかしながら、送気先が遠隔であるとき、ＣＥが設けられる所定の地域まで液体窒素を輸送しなければならず、液体窒素の輸送コストが上昇する同時に、サプライヤー側にも遠隔地まで液体窒素を輸送するという負担が掛かることになる。
（iii）昨今の需要の変化に伴う頻繁な設備の稼動率や可動条件の変更は、迅速な設置が可能な小型の窒素ガス製造装置や移設が容易な構造が要求される。しかしながら、従前の長期の連続使用を想定して作製された窒素ガス製造装置では、こうした対応に向かず、設備の大きさや仕様の相違に伴うユーティリティとの取合い関係の変更等の煩雑な作業を必要とする。
（iｖ）また、装置の据付面積の削減および工場での配管等の準備工事による現地における作業量も減少し、装置の据付けに要する期間も短縮することが要望される。
【０００６】
本考案の目的は、寒冷源としての窒素消費量が少なく熱効率の高い窒素ガス製造装置を構成するとともに、低コストで効率的な液体輸送を可能にするとともに、輸送の簡便化、輸送コストの低減が可能となる窒素ガス製造装置を提供することにある。また、特に、小型の現地組立型の窒素ガス製造装置における、輸送の簡便化、輸送コストの低減とともに、現地での設置作業および組立て作業性の効率化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示す窒素ガス製造装置によって上記目的を達成できることを見出し、本考案を完成するに到った。
【０００８】
本考案は、原料空気を所定圧力に圧縮する空気圧縮機、原料空気中の水分や炭酸ガス等の不純物を吸着除去して原料空気の精製を行う空気精製器、原料空気を液化温度付近まで冷却する主熱交換器、上部に凝縮器を有し原料空気を精留して窒素を分離する精留塔を備え、該窒素ガス製造装置の寒冷源として外部から導入された液体窒素を用い、かつ前記精留塔からの戻りガスを前記主熱交換器に導入させる深冷分離法により窒素ガスを製造する装置であって、前記空気圧縮機、空気精製器、主熱交換器および精留塔が個々独立したユニットとして構成されるとともに、予め各ユニットが配設される配置が設定され、各ユニットの配設によってユニット間の少なくとも一部の流路が接続可能に、接続機構および内部配管を有するプレートと、ユニット間を接続するために、各ユニットの流体供給部および流体供出部に形成されたフランジと、ユニットの電気計装配線を接続するために、各ユニットの電気・制御信号取合部に形成されたジャンクションと、前記主熱交換器と精留塔が収納される、それぞれ別個のコールドボックスと、を有することを特徴とする。
【０００９】
こうした構成によって、寒冷源として外部から導入する窒素消費量が少なく熱効率の高い窒素ガス製造装置を構成することができる。単一の窒素ガス製造装置としての低コストで効率的な液体輸送が可能となる。また、ユニット化された各機能を組合せ、これを一体化することによって現地の設置条件に対応した仕様への適用が可能となる。さらに、窒素ガス製造装置の輸送の簡便化、輸送コストの低減が可能となるとともに、特に小型の現地組立型の窒素ガス製造装置における、輸送の簡便化、輸送コストの低減とともに、現地での設置作業および組立て作業性の効率化を図ることが可能となった。なお、流体供給部および流体供出部にいう「流体」には、原料空気や製品ガスのようなガス状物や液化空気のような液状物あるいはこれらが混在する性状物が含まれる（以下同様とする）。
【００１０】
本考案は、上記窒素ガス製造装置であって、複数の段数からなる前記精留塔が、円筒配管材を用いて構成されることを特徴とする。
こうした構成によって、精留塔を作製する材料を標準化・規格化することができ、窒素ガス製造装置の生産性の向上とともに、その主力構成部分である精留塔と他のユニットとの流体の取合いの標準化を図ることが可能となる。また、大小の異なる管材を使用することによって、精留塔しいては窒素ガス製造装置のコンパクト化を図ることができる。特に、小型の窒素ガス製造装置では、窒素ガスの供給量と精留塔の内部構造のスケールとの相関を容易に設定することができることから、装置のスケール変更に伴う設計の標準化を図ることができ、ユニット単位での複数の仕様を予め設定することが容易となり、合わせて現地での作業性の向上を図ることが可能となる。
【００１１】
本考案は、上記窒素ガス製造装置であって、前記主熱交換器の断熱が常圧パーライトにより施され、前記精留塔の断熱がスーパーインシュレーション方式により施されていることを特徴とする。
こうした断熱処理は、特に細小な構造部や湾曲面を有する部材の断熱に適している。本発明では、こうした断熱処理を適所に用いることによって、従前の大掛かりなコールドボックスに代り、簡便なコールドボックスあるいは非常に熱効率のよいユニット単体の使用を可能とした。特に小規模の窒素ガス製造装置においては、細小な構造を多く有し、また上記配管材を使用した精留塔のように均一で所定の湾曲面を有することから、こうした構成の技術的効果を有効に利用することが可能となる。また、円筒配管材を用いた精留塔の真空断熱によるスーパーインシュレーション方式においては、精留塔全体をさらに大径の配管材で覆うことによって、その中間を形成する径方向の距離を均一にすることができることから、大径の管材内部を均一な高真空状態を形成することが容易であり、均等な真空断熱を実現することができる。
【００１２】
本考案は、上記窒素ガス製造装置であって、前記空気精製器が２つの吸着塔により構成され、原料空気と前記主熱交換器を介して前記精留塔からの廃ガスが、交互に切換導入可能に構成されるとともに、該切換が前記空気圧縮機と空気精製器の間の流路および空気精製器と主熱交換器の間の流路に設けられた２つの四方切換弁を用いて行われることを特徴とする。
上記のように、窒素ガス製造装置においては、現地での設置作業および組立て作業性の効率化が重要な課題であるとともに、これに関連して実稼動状態における保守作業の効率化も重要である。本発明は、少なくとも２つの吸着塔に、原料空気と再生ガスを交互に切換えて導入できるような空気精製器を構成するとともに、該切換を、最小数量をなる四方切換弁を用いて行うことによって、配管部品を含む装置容量・部品数を減少させてコンパクト化および作業性の向上を図るととともに、ユニット間の接続部を含む保守作業の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案に係る窒素ガス製造装置の基本構成例を示す概略図
【図２】窒素ガス製造装置を構成するコールドボックスの構成例を示す概略図
【図３】窒素ガス製造装置を構成する空気精製器の他の構成例を示す概略図
【図４】本考案に係る窒素ガス製造装置の外観構造を例示する概略図
【図５】本考案に係る窒素ガス製造装置の現地での設置方法を例示する概略図
【図６】従来技術に係る窒素ガス製造装置の構成例を示す概略図
【考案を実施するための形態】
【００１４】
本考案は、窒素ガス製造装置（以下「本装置」という）であって、空気圧縮機と、空気精製器と、主熱交換器と、精留塔とを備え、寒冷源として外部から導入された液体窒素を用い、かつ精留塔からの戻りガスを主熱交換器に導入させる。空気圧縮機、空気精製器、主熱交換器および精留塔が個々独立したユニットとして構成されるとともに、予め各ユニットが配設される配置が設定され、各ユニットの配設によって各ユニット間の少なくとも一部の流路が接続可能に、接続機構および内部配管を有するプレートと、ユニット間を接続するために、各ユニットの流体供給部および流体供出部に形成されたフランジと、各ユニットの電気計装配線を接続するために、各ユニットの電気・制御信号取合部に形成されたジャンクションと、主熱交換器と精留塔が収納される、それぞれ別個のコールドボックスと、を有することを特徴とする。以下、本考案の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
＜本装置の基本構成例＞
本装置の基本構成例（第１構成例）の概要を、図１に示す。本装置は、原料空気を所定圧力に圧縮する空気圧縮機１と、原料空気中の水分や炭酸ガス等の不純物を吸着除去して原料空気の精製を行う空気精製器２と、原料空気を液化温度付近まで冷却する主熱交換器３と、上部に凝縮器を有し原料空気を精留して窒素を分離する精留塔４とを備える。寒冷源としての窒素消費量が少なく熱効率の高い窒素ガス製造装置を構成することができる。また、本装置では、一対の吸着塔からなる空気精製器２を設け、一方を精製処理に供し他方を再生処理に供するとともに、周期的に交互に処理機能を入れ替えることができる構成（以下「２塔式の空気精製器」という）を例示する。これによって、長期間の連続使用が可能となる。ただし、これに限定されるものでないことはいうまでもない。ここで、空気圧縮機１、空気精製器２、主熱交換器３および精留塔４が個々独立したユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４として構成される。
【００１６】
このとき、本装置は、
（ｉ）予め各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が配設される配置が設定され、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の配設によってユニット間の少なくとも一部の流路が接続可能に、接続機構および内部配管を有するプレート（図４参照）と、
（ii）ユニット間を接続するために、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の流体供給部および流体供出部に形成されたフランジ（Ｆ１ａ等）と、
（iii）ユニットの電気計装配線を接続するために、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の電気・制御信号取合部に形成されたジャンクション（図示せず）と、
を有する。こうした構成によって、輸送の簡便化、現地での設置作業および組立て作業性の効率化を図ることができる。
【００１７】
〔空気圧縮ユニット〕
ユニットＵ１は、空気圧縮機１を備え、窒素ガスの原料となる原料空気を空気精製器２に圧送して不純物の除去処置に供する機能を有する。空気圧縮機１としては、圧送用ポンプやコンプレッサ等を用いることができ、昇圧条件下での吸着剤との接触により高い吸着除去処理を確保することができる。また、本装置の第１構成例では、上記のように２塔式の空気精製器２を用い、一方の充填塔への精製処理用原料空気の供給機能と同時に、他方の充填塔内の吸着剤の再生・パージ用ガス（以下「再生ガス」という）の供給機能をも有する。具体的には、空気精製器２への原料空気の供給の切換えを可能とする開閉弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ７，Ｖａ８と空気精製器２への再生ガスの供給の切換えを可能とする開閉弁Ｖａ３〜Ｖａ６を有し、一方の吸着塔（例えば２ａ）における空気精製器２内部の吸着剤による精製を行なう原料空気の供給機能と、他方の吸着塔（例えば２ｂ）主熱交換器３において加温された精留塔４からの廃ガスを空気精製器２に導入し吸着剤等の再生やパージを行なう再生ガスの供給機能と、原料空気の供給を例えば吸着塔２ｂに切換え、再生ガスの供給を吸着塔２ａに切換える機能を有する。
【００１８】
このとき、空気圧縮機１からの原料空気のうち所定の流量のみがコールドボックスに導入されるように流量調整弁Ｖｆによって調整される。なお、第１構成例では、ユニットＵ１を、空気圧縮機１による原料空気の供給機能に加え、再生ガスの供給機能および原料空気と再生ガスの供給切換え機能を一体的に備えたユニットとしたが、後述するように、これらの原料空気の供給機能と，再生ガスの供給機能および供給切換え機能とを分離した別ユニットとする構成も可能である。また、第１構成例では、８つの開閉弁Ｖａ１〜Ｖａ８を用いた場合を挙げたが、これに代え、３方向の切換弁あるいは四方向の切換弁を用いることができる。詳細は後述する。さらに、原料空気および再生ガスの供給操作についても、詳細は後述する。
【００１９】
〔空気精製ユニット〕
ユニットＵ２は、内部に吸着剤を充填した一対の吸着塔２ａ，２ｂからなる空気精製器２を備え、窒素ガスの原料となる原料空気の精製処理を行う。合成ゼオライトあるいはシリカ／アルミナ系の吸着剤等が吸着塔２ａ，２ｂ内に充填され、原料空気中の水分や二酸化炭素あるいは炭化水素等の不純物を吸着除去処理するとともに、所定時間の除去処理後に加熱された再生ガスによる脱着処理により再生処理され、繰り返し吸着除去処理に供される。本装置では、２つの吸着塔２ａ，２ｂを設け、吸着除去処理と再生処理を同時に行い、かつ交互に２つの処理の切換えを行うことによって、連続的に高い除去効率を維持することができるとともに、比較的容量の小さな吸着塔２ａ，２ｂによって高い除去効率を確保することができる。
【００２０】
〔熱交換ユニット〕
ユニットＵ３は、主熱交換器３を備え、窒素ガスの原料となる原料空気と精留塔４からの廃ガスおよび製品窒素ガスの熱交換が行われる。原料空気は、主熱交換器３において冷却され液化されて空気精製器２に送給される。廃ガス（凝縮液を含む場合がある）および製品窒素ガスは冷熱として主熱交換器３に導入され、廃ガスは主熱交換器３を介して空気精製器２に導入されて空気精製器２内部の吸着剤等の再生やパージに供され、製品窒素ガスは主熱交換器３を介して所定の消費設備に給送される。
【００２１】
ここで、主熱交換器３の断熱を、常圧パーライトにより施されることが好ましい。パーライト粉末充填層を主熱交換器３の内周面側あるいは外周面側に施すことによって、小空間による高い断熱機能を確保することができる。特に本装置のように、小規模の窒素ガス製造装置を想定した場合には、主熱交換器３において細小な構造を有することから、こうした断熱処理を適所に用いることによって、非常に効率のよいユニット単体の断熱効果を確保することが可能となる。また、主熱交換器３は、常温に近い温度領域の部分と低温領域の部分が分布しているので、外部から侵入する熱量の影響が少ないことから、常圧パーライトによって十分な断熱機能を確保することができる。
【００２２】
また、本装置においては、図２（Ａ）に例示するように、主熱交換器３として単独の機能を有することから、これを１つのコールドボックスＣ１に収容することによって、非常にエネルギー効率の高い熱交換機能を確保することができる。コールドボックスＣ１では、主熱交換器３全体が常圧パーライトによる断熱処理施されて収納部３ａに収容されることによって、一層熱効率の高い熱交換機能を確保することができる。
【００２３】
〔精留塔ユニット〕
ユニットＵ４は、精留塔４を備え、主熱交換器３で低温液化された原料空気が精留塔４の塔下部４ａに導入されるとともに、精留部４ｂを介して塔頂部４ｄから製品窒素ガスとして供出される。塔下部４ａの酸素リッチとなった液体空気は、自動弁４ｅを介して所定量に制御され、冷熱として凝縮器４ｄに導入されるとともに、その一部が気化され廃ガスとして供出され、主熱交換器３を介して再生ガスとして空気精製器２に導入され、空気精製器２内部の吸着剤等の再生やパージに供される。さらに、第１構成例においては、液面計Ｌの信号に基づき差圧液面調節弁Ｐが調整され、所定の圧力の液体窒素が塔頂部４ｃに導入される。製品窒素ガス（製品液化窒素を含む）の要求に応じて、原料の補充を図るとともに、凝縮器４ｄの冷熱の補充として機能することができる。
【００２４】
精留塔４は、複数の段数からなり（第１構成例においては精留部４ｂおよび塔頂部４ｃから構成される）、大径の円筒配管材を用いて構成されるとともに、各段空間部の間にあって熱交換を行い生成物の形成を行なう少なくとも１以上の熱交換部（第１構成例においては凝縮器４ｄが該当する）が、複数の小径の円筒配管材を用いて構成されることが好ましい。円筒配管材という標準化・規格化された材料を用いて構成することによって、生産性の向上とともに、取り付けや他のユニットとの取合いの標準化を図ることが可能となる。また、精留塔４のコンパクト化を図ることができる。特に、小型の窒素ガス製造装置では、窒素ガスの供給量と精留塔の内部構造のスケールとの相関を容易に設定することができることから、ユニット単位での複数の仕様を予め設定することが容易となり、搬送作業や現地での設営作業の作業性の向上を図ることが可能となる。
【００２５】
本装置にあっては、精留塔４の断熱がスーパーインシュレーション方式により施され、図２（Ｂ）に例示するように、精留塔４を１つのコールドボックスＣ２に収容することが好ましい。コールドボックスＣ２は、精留塔４全体を収容する収納部４ｆを有するとともに、収納部４ｆを真空状態にして真空断熱によるスーパーインシュレーション方式の構成によって、非常にエネルギー効率の高い熱交換機能を確保することができる。こうした断熱処理は、複雑な表面構造部や湾曲面を有する部材の断熱に適している。特に、本装置のように、小規模の窒素ガス製造装置を想定した場合においては、複雑な表面構造部が精留塔４の表面全体に占める割合が大きくなることから、真空断熱によるスーパーインシュレーション方式の技術的効果を有効に利用することが可能となる。特に、後述する配管材を使用した精留塔のように均一で所定の湾曲面を有することから、こうした断熱処理を用いることによって、従前の大掛かりなコールドボックスに代り、簡便なコールドボックスあるいは非常に熱効率のよいユニット単体の使用を可能とした。特に上記のように、円筒配管材を用いた精留塔の真空断熱によるスーパーインシュレーション方式においては、精留塔全体をさらに大径の配管材で覆うことによって、その中間を形成する径方向の距離を均一にすることができることから、大径の管材内部を均一な高真空状態を形成することが容易であり、均等な真空断熱を実現することができる。
【００２６】
〔フランジ〕
本装置において、図１に示すように、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４は、その流体供給部および流体供出部に形成されたフランジによって他のユニットと接合される。具体的には、ユニットＵ１は、原料空気あるいは再生ガス用流路がフランジＦ１ａ−Ｆ２ａ〜Ｆ１ｄ−Ｆ２ｄでユニットＵ２と接合され、フランジＦ１ｅ−Ｆ３ｅおよびＦ１ｆ−Ｆ３ｆでユニットＵ３と接合され、製品ガス用流路がフランジＦ１ｇ−Ｆ３ｇでユニットＵ３と接合される。また、ユニットＵ３とユニットＵ４は、液化原料空気用流路がフランジＦ３ａ−Ｆ４ａで接合され、再生ガス用流路がフランジＦ３ｂ−Ｆ４ｂで接合され、製品ガス用流路がフランジＦ１ｃ−Ｆ３ｃで接合される。ユニットＵ４への液体窒素供給用流路はフランジＦ４ｄで接合される。こうした取り合い構成を有することによって、現地での設置作業および組立て作業性の効率化を図ることができる。フランジの形状およびシール材については特に制限はなく、例えば、後述する図４（Ｂ）のようなシール材配設用の切り欠き部を有する平坦な接合面同士を接合し合う構造などを適用することができる。
【００２７】
〔本装置の他の構成例〕
本装置の他の構成例（第２，３構成例）の概要を、図３（Ａ），（Ｂ）に示す。第１構成例では、空気精製器２への原料空気および再生ガスの導入制御を、８つの開閉弁Ｖａ１〜Ｖａ８を用いた場合を挙げたが、これに代え、３方向の切換弁Ｖｂ１〜Ｖｂ４あるいは四方向の切換弁Ｖｃ１，Ｖｃ２を用いることができる。前者を図３（Ａ）に示し、後者を図３（Ｂ）に示す。原料空気と再生ガスの交互切換を、少数の切換弁を用いて行うことによって、配管部品を含む装置容量・部品数を減少させてコンパクト化および作業性の向上を図るととともに、ユニット間の接続部を含む保守作業の簡素化を図ることができる。特に、最小数量をなる四方切換弁Ｖｃ１，Ｖｃ２を用いることによって、流路のデッドスペースを最小限にすることができるとともに、作業性の向上や保守作業の簡素化に加え、さらに小型化・コンパクト化を図ることができる。また、図３（Ｂ）では、ユニットＵ１を原料空気の供給機能を有するユニットＵａと，再生ガスの供給機能および供給切換え機能を有するユニットＵｂとの別ユニットに分離された構成を示す。なお、自動弁４ｅに代えて制限オリフィスを使用することも可能である。
【００２８】
〔本装置の現地での設置形態〕
本装置が現地で設置された形態を、図４（Ａ）に例示する。例えば、最大横幅約１０ｍ，最大奥行き約４ｍ，最大高さ約１２ｍ程度の小型の半導体プロセス用窒素ガス製造装置などを挙げることができる。予め各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が配設される配置が設定されたプレート５の上に、空気圧縮ユニットＵ１、空気精製ユニットＵ２、熱交換ユニットＵ３、精留塔ユニットＵ４が設置され、本装置が形成される。ここでは、ユニットＵ１を、上記図３（Ｂ）で例示したユニットＵａとユニットＵｂとに分離された構成を用いた形態例を示す。
【００２９】
予め各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が配設される配置が設定されたプレート５は、各ユニットの配設によってユニット間の少なくとも一部の流路が接続可能に、接続機構および内部配管を有する。プレート５は、現地の設置場所に設営されるが、小型の窒素ガス製造装置においては、予め接続機構および内部配管を備えた搬送可能な組み立てられた構成として、現地に搬送し設営することが可能である。また、所定規模の窒素ガス製造装置にあっては、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が配設される配置が設定された基板および接続機構や内部配管を有するサブユニットを搬送し、現地において各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が配設できるように設営することも可能である。また、ユニット間の接続は、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の流体供給部および流体供出部に形成されたフランジ（Ｆ１ａ等）によって行われることが好ましい。さらに、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の電気計装配線の接続は、電気・制御信号取合部に形成されたジャンクション（図示せず）によって行われることが好ましい。
【００３０】
このとき、プレート５は、図４（Ｂ）、（Ｃ）に例示するように、ユニット間の少なくとも一部の流路が接続可能に、接続機構および内部配管を有する。具体的には、図４（Ｂ）に示すように、プレート５に設けられた内部配管５ａと内部配管５ａの一端に設けられた接続機構５ｂを介して、例えばユニットＵ１とユニットＵ２の原料ガス流路の一部がフランジＦ１ａ−Ｆ２ａで接合される。流路の端部に、平坦な接合面Ｆａを有するフランジＦ１ａ−Ｆ２ａが形成されるとともに、接合面Ｆａの一部に切欠部Ｆｂを有し、ここに配設されたシール材Ｆｃを、接合面Ｆａ同士を接合し合うことによって変形させてシールが形成される。
【００３１】
また、図４（Ｃ）に示すように、プレート５の一部に設けられた架橋部５ｃに設けられた内部配管５ａと接続機構５ｂを介して、例えばユニットＵ３とユニットＵ４がフランジＦ３ａ−Ｆ４ａ〜Ｆ３ｃ−Ｆ４ｃで接合される。他のユニットとの関係において、プレート５からの熱や振動等を遮断したい場合や液体の給送に高さを必要とする場合あるいはユニット間の取り合いの変更等がある場合や保守頻度の相違がある場合等に好適である。
【００３２】
＜本装置の現地での設置方法＞
本装置は、図５に示すように、以下の操作を行なうことによって、現地で設置し実動状態を形成することができる。
【００３３】
〔本装置の現地での設置方法〕
本装置は、以下の操作を行なうことによって、現地に設置することができる。
（１）個々独立したユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４として構成された空気圧縮機１、空気精製器２、主熱交換器３および精留塔４をユニット単位で現地に搬送する。
（２）予め各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が配設される配置が設定されたプレート５を現地の窒素ガス製造装置の設置場所に設営する。
（３）プレート５に各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４を配設する。
（４）ユニット間を接続するために、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の流体供給部および流体供出部に形成されたフランジＦ１ａ等で接合し、ユニット間の流路を形成する。
（５）ユニットの電気計装を接続するために、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の電気・制御信号取合部に形成されたジャンクションを接合し、各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４へ供給可能な電気計装を形成する。
【００３４】
〔窒素ガス製造装置の作動〕
本装置は、以下の操作を行なうことによって、実動状態を形成することができる。
（１）各ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の電気計装の作動を開始する。具体的には、空気圧縮機１を駆動可能な状態とし、空気精製器２の一方の吸着塔（ここでは図１の２ａとする）を吸着処理可能状態とし、他方の吸着塔（ここでは２ｂとする）の加熱を開始して再生処理可能状態とし、精留塔４の循環流の形成を開始し、差圧液面調節弁Ｐを介して精留塔４への液体窒素の供給を開始する。
（２）空気圧縮機１を駆動し、開閉弁Ｖａ１，Ｖａ７，Ｖａ４，Ｖａ６を開とし、圧送された原料空気を吸着塔２ａに導入する。精製された原料空気は、主熱交換器３を介して精留塔４の塔下部４ａに導入される。精留塔４からの廃ガスは、主熱交換器３を介して吸着塔２ｂに導入され、内部に充填された吸着剤の再生処理が行われる。安定な運転状態になった後、精留塔４の塔頂部４ｄからの製品ガスが、主熱交換器３，ユニットＵ１を介して供出される。
（３）所定時間後、吸着塔２ｂの加熱を停止して冷却する。さらに、所定時間経過後、開閉弁Ｖａ１，Ｖａ７，Ｖａ４，Ｖａ６を閉，開閉弁Ｖａ２，Ｖａ８，Ｖａ３，Ｖａ５を開とし、吸着塔２ｂに原料空気を導入する。原料空気は、主熱交換器３を介して精留塔４の塔下部４ａに導入される。精留塔４からの廃ガスは、主熱交換器３を介して吸着塔２ａに導入され、内部に充填された吸着剤の再生処理を行い、排出される。製品ガスは、連続して主熱交換器３，ユニットＵ１を介して供出される。
（４）上記（２），（３）を繰り返し行い、精留塔４への液体窒素の供給を停止する。製品ガスが、連続して本装置から供出される。
【符号の説明】
【００３５】
１    空気圧縮機
２    空気精製器
２ａ，２ｂ  吸着塔
３    主熱交換器
３ａ  収容部
４    精留塔
４ａ  塔下部
４ｂ  精留部
４ｃ  塔頂部
４ｄ  凝縮器
４ｅ  自動弁
４ｆ  収納部
５    プレート
５ａ  内部配管
５ｂ  接続機構
５ｃ  架橋部
Ｃ１，Ｃ２  コールドボックス
Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇ，Ｆ２ａ〜Ｆ２ｄ，Ｆ３ａ〜Ｆ３ｇ，Ｆ４ａ〜Ｆ４ｄ  フランジ
Ｆａ  接合面
Ｆｂ  切欠部
Ｆｃ  シール材
Ｐ    差圧液面調節弁
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４  ユニット
Ｖａ１〜Ｖａ８  開閉弁
Ｖｂ１〜Ｖｂ４  ３方向の切換弁
Ｖｃ１，Ｖｃ２  四方向の切換弁
Ｖｆ  流量調節弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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