(57)【要約】【課題】  ＬＮＧの供給が停止されても、また、ＬＮＧの供給量が変動しても液体製品を連続的に、かつ安定的に供給し得る空気分離装置を提供する。【解決手段】  主熱交換器を通して冷却した窒素ガスを圧縮する窒素圧縮機３１、窒素圧縮機３１で圧縮した圧縮窒素ガスを圧縮、循環させる循環圧縮機３２、循環圧縮機３２で圧縮した圧縮窒素ガスを断熱膨張させる膨張タービン３４、窒素圧縮機３１、循環圧縮機３２、循環タービン圧縮機３３で圧縮した窒素ガスそれぞれをＬＮＧの保有する冷熱で冷却するＬＮＧ利用熱交換器３５，３６とからなる窒素循環冷却機構３を備えた空気分離装置において、前記窒素圧縮機３１、循環圧縮機３２ｄｅ圧縮された圧縮窒素ガスを冷却媒体で冷却するクーラ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂを設ける。【選択図】        図４
2005090915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気から原料空気を取り込んで所定圧力まで圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機で圧縮された圧縮空気を浄化するＭＳ吸着器と、このＭＳ吸着器で浄化された圧縮空気を、主熱交換器を通して冷却した後に酸素と窒素とに精留分離する精留塔と、この精留塔で分離されると共に、前記主熱交換器を介して取出された窒素ガスを圧縮する窒素圧縮機、この窒素圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスを圧縮して循環させる循環圧縮機、この循環圧縮機から吐出された圧縮窒素ガスを断熱膨張させる膨張手段、前記窒素圧縮機および循環圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスのそれぞれをＬＮＧの冷熱で冷却するＬＮＧ利用熱交換器とからなる窒素循環冷却機構とを備えた空気分離装置において、前記循環圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスを前記ＬＮＧの温度よりも高温の冷却媒体で冷却するクーラが設けられてなることを特徴とする空気分離装置。
【請求項２】
前記クーラは、前記循環圧縮機と前記ＬＮＧ利用熱交換器との間に設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の空気分離装置。
【請求項３】
前記クーラは、前記窒素圧縮機と前記ＬＮＧ利用熱交換器との間に設けられてなることを特徴とする請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の空気分離装置。
【請求項４】
前記窒素圧縮機、および循環圧縮機から吐出される窒素ガスの温度が、前記冷却媒体が凍結する虞がない予め定めた温度範囲になるように、吐出される窒素ガスの温度に基づいて開度が制御され、これら窒素圧縮機、および循環圧縮機の吐出側の窒素ガスの一部を吸込側にバイパスさせるバイパス弁が介装されてなるバイパス路が設けられてなることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の空気分離装置。
【請求項５】
大気から原料空気を取り込んで所定圧力まで圧縮する空気圧縮工程と、この空気圧縮工程で圧縮された圧縮空気を浄化する空気浄化工程と、この空気浄化工程で浄化された圧縮空気を、主熱交換器を通して冷却した後に酸素と窒素とに精留分離する精留分離工程と、この精留工程で分離されると共に、前記主熱交換機を介して取出された窒素ガスを圧縮し、この圧縮された窒素ガスをさらに圧縮して循環させると共に、断熱膨張させて液体窒素を製造する窒素循環冷却工程とからなる空気分離方法において、前記窒素循環冷却工程に液化天然ガスを供給することができるときには、前記窒素循環圧縮工程で圧縮された窒素ガスを液化天然ガスおよびこの液化天然ガスの温度よりも高温の冷却媒体とで冷却する一方、液化天然ガスを供給することができないか、または供給量が少ないときには、前記窒素循環冷却工程で圧縮された窒素ガスを、液化天然ガスの温度よりも高温の冷却媒体で冷却することを特徴とする空気分離方法。
【請求項６】
前記窒素循環冷却工程で圧縮された窒素ガスを、前記冷却媒体で冷却した後に液化天然ガスで冷却することを特徴とする請求項５に記載の空気分離方法。
【請求項７】
前記窒素循環冷却工程で圧縮されて吐出される冷却前の窒素ガスの温度が、前記冷却媒体が凍結する虞がない予め定めた所定温度範囲になるように、吐出側の窒素ガスの一部を吸込側にバイパスさせることを特徴とする請求項５または６のうちの何れか一つの項に記載の空気分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、液化天然ガス（以下、ＬＮＧという。）の冷熱を利用して、大気から取り込んだ原料空気を窒素と酸素とに分離する空気分離装置および空気分離方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、空気分離装置は空気中の窒素と酸素とを分離して取出すものであり、圧縮・冷却・膨張サイクルからなる寒冷熱発生装置を備えている。このような寒冷熱発生装置に加えて、ＬＮＧの冷熱を利用することによって、空気の分離、および液体製品（液体酸素、液体窒素、液体アルゴン等）の製造に必要な圧縮動力を大幅に低減させるようにした空気分離装置がある。このような空気分離装置としては、例えば、その系統図の図５に示すような構成になるものが公知である。以下、この従来例に係る空気分離装置の概要を、図５を参照しながら説明する。
【０００３】
図に示す符号５０は、従来例に係る空気分離装置である。この従来例に係る空気分離装置５０の場合、図示しない吸着塔等で前処理（水分や炭酸ガス等を除去する。）された原料ガスは、主熱交換器５１を通じて精留塔高圧塔（以下、高圧精留塔という。）５２Ｈ内に導入される。そして、この高圧精留塔５２Ｈ内の底部から精留塔低圧塔（以下、低圧精留塔という。）５２Ｌの中腹部に酸素リッチの液体空気が送られると共に、高圧精留塔５２Ｈの上段から低圧精留塔５２Ｌの塔頂に液体窒素が送られる。低圧精留塔５２Ｌの塔底液は、弁５３を通じて製品酸素として図示しない液体酸素タンク内に取出される。
【０００４】
一方、前記低圧精留塔５２Ｌの塔頂ガス（窒素ガス）は、前記主熱交換器５１で前記前処理済の原料ガスと熱交換した後、窒素予冷器５４、窒素冷却器５５、複数段の循環圧縮機５６、および窒素凝縮器５７を順に通って凝縮し、液窒分離器５８で気液分離される。
液窒分離器５８の気相成分は、前記窒素凝縮器５７および窒素冷却器５５を通じて循環圧縮機５６に戻される一方、液相成分は空気分離装置５０に液体窒素として還元される。
より具体的には、当該液体窒素の一部は弁６０を通じて前記高圧精留塔５２Ｈ内に還元され、残りは弁５９を通じて図示しない液体窒素タンク内に取出される。
【０００５】
前記窒素予冷器５４、窒素冷却器５５、および窒素凝縮器５７は熱交換器であって、これらの熱交換器を通じて、図示しないＬＮＧ貯槽から抽出されるＬＮＧと窒素ガスとの熱交換が行われる。そして、この熱交換によってＬＮＧの蒸発と窒素ガスの凝縮とが同時に行われる（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２９５７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来例に係る空気分離装置の場合には、ＬＮＧの冷熱を安定的に利用することが前提である。従って、ＬＮＧが供給されない場合や供給量が減少した場合には、循環圧縮機から吐出される圧縮ガスを冷却する中間冷却媒体がないため、空気分離装置の運転を停止しなければならず、液体製品（液体窒素、液体酸素等）を供給することができなかった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＬＮＧの供給が停止されても、また、ＬＮＧの供給量が変動しても液体製品を連続的に、かつ安定的に供給することを可能ならしめる空気分離装置および空気分離方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従って本発明の請求項１に係る空気分離装置が採用した手段は、大気から原料空気を取り込んで所定圧力まで圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機で圧縮された圧縮空気を浄化するＭＳ吸着器と、このＭＳ吸着器で浄化された圧縮空気を、主熱交換器を通して冷却した後に酸素と窒素とに精留分離する精留塔と、この精留塔で分離されると共に、前記主熱交換器を介して取出された窒素ガスを圧縮する窒素圧縮機、この窒素圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスを圧縮して循環させる循環圧縮機、この循環圧縮機から吐出された圧縮窒素ガスを断熱膨張させる膨張手段、前記窒素圧縮機および循環圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスのそれぞれをＬＮＧの冷熱で冷却するＬＮＧ利用熱交換器とからなる窒素循環冷却機構とを備えた空気分離装置において、前記循環圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスを前記ＬＮＧの温度よりも高温の冷却媒体で冷却するクーラが設けられてなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る空気分離装置が採用した手段は、請求項１に記載の空気分離装置において、前記クーラは、前記循環圧縮機と前記ＬＮＧ利用熱交換器との間に設けられてなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項３に係る空気分離装置が採用した手段は、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の空気分離装置において、前記クーラは、前記窒素圧縮機と前記ＬＮＧ利用熱交換器との間に設けられてなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係る空気分離装置が採用した手段は、請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の空気分離装置において、前記窒素圧縮機、および循環圧縮機から吐出される窒素ガスの温度が、前記冷却媒体が凍結する虞がない予め定めた温度範囲になるように、吐出される窒素ガスの温度に基づいて開度が制御され、これら窒素圧縮機、および循環圧縮機の吐出側の窒素ガスの一部を吸込側にバイパスさせるバイパス弁が介装されてなるバイパス路が設けられてなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係る空気分離方法が採用した手段は、大気から原料空気を取り込んで所定圧力まで圧縮する空気圧縮工程と、この空気圧縮工程で圧縮された圧縮空気を浄化する空気浄化工程と、この空気浄化工程で浄化された圧縮空気を、主熱交換器を通して冷却した後に酸素と窒素とに精留分離する精留分離工程と、この精留工程で分離されると共に、前記主熱交換機を介して取出された窒素ガスを圧縮し、この圧縮された窒素ガスをさらに圧縮して循環させると共に、断熱膨張させて液体窒素を製造する窒素循環冷却工程とからなる空気分離方法において、前記窒素循環冷却工程に液化天然ガスを供給することができるときには、前記窒素循環圧縮工程で圧縮された窒素ガスを液化天然ガスおよびこの液化天然ガスの温度よりも高温の冷却媒体とで冷却する一方、液化天然ガスを供給することができないか、または供給量が少ないときには、前記窒素循環冷却工程で圧縮された窒素ガスを、液化天然ガスの温度よりも高温の冷却媒体で冷却することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項６に係る空気分離方法が採用した手段は、請求項５に記載の空気分離方法において、前記窒素循環冷却工程で圧縮された窒素ガスを、前記冷却媒体で冷却した後に液化天然ガスで冷却することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項７に係る空気分離方法が採用した手段は、請求項５または６のうちの何れか一つの項に記載の空気分離方法において、前記窒素循環冷却工程で圧縮されて吐出される冷却前の窒素ガスの温度が、前記冷却媒体が凍結する虞がない予め定めた所定温度範囲になるように、吐出側の窒素ガスの一部を吸込側にバイパスさせることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１乃至４に係る空気分離装置、および本発明の請求項５乃至７に係る空気分離方法によれば、循環圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスを、ＬＮＧで冷却することができるのに加えて、前記ＬＮＧの温度よりも高温の冷却媒体でも冷却することができる。
従って、ＬＮＧが供給されない場合には、循環圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスをＬＮＧの温度よりも高温の冷却媒体で冷却することにより、空気分離装置を運転することができる。また、ＬＮＧの供給量が安定しない場合でも、循環圧縮機で圧縮された圧縮窒素ガスをＬＮＧとこのＬＮＧの温度よりも高温の冷却媒体で冷却できるので、ＬＮＧの供給の停止、供給量の減少の如何にかかわらず液体製品を連続的に、かつ安定的に製造することができ、ＬＮＧの供給量に応じて空気の分離、および液体製品の製造に必要な動力を低減することができる。
【００１６】
さらに、本発明の請求項３に係る空気分離装置によれば、窒素圧縮機とＬＮＧ利用熱交換器との間に、この窒素圧縮機から吐出された圧縮窒素ガスを、ＬＮＧの温度よりも高温の冷却媒体で冷却するクーラが設けられている。従って、ＬＮＧの供給の停止、供給量の減少の如何にかかわらず空気の分離、および液体製品の製造を連続的に、かつ安定的に行うことができ、ＬＮＧの供給量に応じて必要な動力を低減することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に係る空気分離装置、または本発明の請求項７に係る空気分離方法によれば、圧縮されて吐出された冷却前の窒素ガスの温度が、前記冷却媒体が凍結する虞がない予め定めた所定温度範囲になるように、吐出側の窒素ガスの一部を吸込側にバイパスさせる。従って、前記冷却媒体が凍結するようなことがないから、この冷却媒体と窒素ガスとの熱交換が効果的に行われると共に、この冷却媒体が流されるクーラが損傷するような虞がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の空気分離方法を実施する空気分離装置を、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の形態に係る空気分離装置の模式的系統図、図２は本発明の形態に係る空気分離装置の原料空気処理部の構成説明図、図３は本発明の形態に係る空気分離装置のコールドボックスと液体窒素過冷却部のコールドボックスとの構成説明図、図４は本発明の形態に係る空気分離装置の窒素循環冷却機構の構成説明図である。
【００１９】
本発明の形態に係る空気分離装置は、主として後述する４つの主要部から構成されている。第１の主要部は、大気から原料空気を取り込んで所定圧力まで圧縮すると共に、圧縮空気を浄化する原料空気処理部１である。第２の主要部は、主熱交換器と、精留塔と、過冷却器等を収容したコールドボックス２である。また、第３の主要部は、前記コールドボックス２から排出された窒素ガスを圧縮すると共に、圧縮された窒素ガスをＬＮＧ利用熱交換器と、ＬＮＧよりも高温の冷却媒体を用いる冷却媒体利用熱交換器とで冷却して液体窒素を製造する窒素循環冷却機構３である。そして、第４の主要部は、前記窒素循環冷却機構３で製造された液体窒素と低温の窒素ガスとを分離すると共に、液体窒素を過冷却して液体窒素製品とする液体窒素過冷却ボックス４である。以下、本発明の形態に係る空気分離装置を構成するこれら主要部の構成を、図面を順次参照しながら説明する。
【００２０】
前記原料空気処理部１は、図２に示すように構成されている。即ち、吸込フィルタ１１を介して大気から空気圧縮機１２に吸込まれた原料空気は、この空気圧縮機１２で所定圧力、例えば０．６ＭＰａまで圧縮される。この空気圧縮機１２から吐出された原料空気は冷却媒体と熱交換するクーラ１３により冷却された後にＭＳ吸着器１４に導入され、水分や炭酸ガス等が除去される。ＭＳ吸着器１４は２個並列配設されており、通常、原料空気は何れか一方のＭＳ吸着器１４に導入され、他方の使用に供されないＭＳ吸着器１４の図示しない吸着剤は、再生電気ヒータ１５を通って加熱された窒素ガスによって吸着機能が再生された後、切り替え使用のために待機するように構成されている。
【００２１】
つまり、交互に使用することによって、ＭＳ吸着器１４の再生のために空気分離装置の運転を停止することのないように配慮されている。ＭＳ吸着器１４により水分や炭酸ガス等が除去された原料空気は、図２に示す流路Ａを介してコールドボックス２に送られるように構成されている。なお、前記再生電気ヒータ１５は、後述するコールドボックス２に収納されている低圧精留塔２３から、図２に示す流路Ｂを介して供給される窒素ガスを加熱し、この加熱した窒素ガスをＭＳ吸着器１４に供給することにより吸着剤を再生させるものである。そして、ＭＳ吸着器１４の吸着剤を再生した後の窒素ガスはサイレンサ１６から大気中に放出される。
【００２２】
前記コールドボックス２内には、図３の左側に示すような複数種の機器類が収容されている。これら機器類は、主熱交換器２１、上部の低圧精留塔２３、下部の高圧精留塔２４、および過冷却器２５である。即ち、前記原料空気処理部１で処理され、流路Ａを介して主熱交換器２１に送られた原料空気は、この主熱交換器２１で冷却される。そして、原料空気は、低圧精留塔２３の頂部から過冷却器２５を介して取出された高純度窒素ガス、低圧精留塔２３の上部付近から過冷却器２５を介して取出された低純度窒素ガス（前記ＭＳ吸着器１４に供給される。）、および高圧精留塔２４から取出された高純度窒素ガスと熱交換することにより冷却される。
【００２３】
前記主熱交換器２１を通過した冷却空気は、高圧精留塔２４の底部に供給される。この高圧精留塔２４に供給された冷却空気は、塔内を上昇する間に次第に窒素リッチになり、高圧精留塔２４の頂部では高純度窒素となる。高純度窒素の一部は、高圧精留塔２４からガス状で抜き出され、主熱交換器２１を通って加熱されて系外に送出される。残部は主凝縮器２７に導かれ、冷却、凝縮されて液体窒素となる。凝縮された液体窒素の一部は、高圧精留塔２４の上部より抜出され、前記過冷却器２５を通って過冷却され、減圧された後に低圧精留塔２３の頂部に供給される。残りの液体窒素は塔内を流下する間に次第に酸素リッチになり、高圧精留塔２４の底部に液体空気２６として溜まる。液体空気２６は、高圧精留塔２４から引出された後に、過冷却器２５で過冷却されて低圧精留塔２３の中部に導入される。
【００２４】
前記低圧精留塔２３の中部に導入された酸素リッチな液体空気２６は塔内を流下しながら次第に酸素が凝縮され、底部において高純度酸素となる。そして、この低圧精留塔２３の底部に溜まった液体酸素は、液体酸素製品として系外に取出されるようになっている。
一方、低圧精留塔２３の頂部から過冷却器２５を介して取出された高純度窒素ガス、および高圧精留塔２４から取出された高純度窒素ガスは主熱交換器２１において原料空気と熱交換した後、図３に示す流路Ｃ，Ｄを介して送出され、それぞれ窒素循環冷却機構３に送られる。
【００２５】
前記窒素循環冷却機構３は、図４に示すように構成されている。流路Ｃから窒素循環冷却機構３に送り込まれた窒素ガスは窒素圧縮機３１によって、流路Ｄから導かれた窒素ガスの圧力と等しい圧力になるまで圧縮されると共に冷却された後に、Ｃ流路から導かれた窒素ガスとＤ流路から導かれた窒素ガスとが合流して、循環圧縮機３２に導かれる。窒素循環冷却機構３には、２段の窒素圧縮機３１に加え、この窒素圧縮機３１から吐出された窒素ガスを循環させる２段の循環窒縮機３２が設けられている。循環圧縮機３２から吐出された窒素ガスをさらに圧縮する循環タービン圧縮機３３、この循環タービン圧縮機３３から吐出される窒素ガスを断熱膨張させる、膨張手段である膨張タービン３４が設けられている。
【００２６】
また、窒素循環冷却機構３に送り込まれる窒素ガス、前記窒素圧縮機３１の各段から吐出される窒素ガス、循環圧縮機３２の各段から吐出される窒素ガス、循環タービン圧縮機３３から吐出される窒素ガスを、ＬＮＧ流路３７ａを介して供給されるＬＮＧと熱交換させて冷却する第１ＬＮＧ利用熱交換器３５が設けられている。なお、本実施の形態の場合には、窒素圧縮機３１および循環圧縮機３２は２段構成を例示しているが、通常、必要とされる圧縮圧力に応じて、任意の段数構成の圧縮機が採用される。
【００２７】
前記ＬＮＧ流路３７ａには、前記第１ＬＮＧ利用熱交換器３５を迂回する冷却媒体バイパス流路３７ｂが設けられている。この冷却媒体バイパス流路３７ｂには、前記第１ＬＮＧ利用熱交換器３５から出たＮＧの温度を検出する冷却媒体温度検出センサ３７ｄの検出温度に基づいて開度が制御される冷却媒体バイパス弁３７ｃが介装されている。このような構成にすることにより、冷却媒体温度検出センサ３７ｄで検出される検出温度を予め定めた所定温度範囲にすることができる。つまり、前記第１ＬＮＧ利用熱交換器３５の冷却機能を所定範囲内に維持することにより、前記窒素圧縮機３１の各段から吐出される窒素ガス、および循環圧縮機３２の各段から吐出される窒素ガスの温度を所定温度範囲内に維持させることが容易になる。
【００２８】
前記膨張タービン３４により膨張させた窒素ガスを、ＬＮＧ流路３７ａを介して供給されるＬＮＧと熱交換させて冷却する第２ＬＮＧ利用熱交換器３６が設けられている。この場合、前記循環タービン圧縮機３３から吐出されて第１ＬＮＧ利用熱交換器３５を通過した窒素ガスの一部は膨張タービン３４に送られ、この膨張タービン３４により断熱膨張させられる。そして、断熱膨張により低温になった窒素ガスは第２ＬＮＧ利用熱交換器３６で熱回収され、昇温されて前記循環圧縮機３２に送り込まれる。一方、前記循環タービン圧縮機３３から吐出されて第１ＬＮＧ利用熱交換器３５を通過した残りの窒素ガスは第２ＬＮＧ利用熱交換器３６で冷却され、液体窒素となって図４に示す流路Ｅを介して液体窒素過冷却ボックス４に送り込まれるように構成されている。
【００２９】
また、前記窒素圧縮機３１の各段の吐出側、前記循環圧縮機３２の各段の吐出側、および前記循環タービン圧縮機３３の吐出側のそれぞれに、ＬＮＧよりも高温の冷却媒体を利用して、圧縮されて吐出される窒素ガスを冷却するクーラが設けられている。より詳しくは、前記窒素圧縮機３１の各段の吐出口と第１ＬＮＧ利用熱交換器３５との間にクーラ３１ａ，３１ｂが、前記循環圧縮機３２の各段の吐出口と第１ＬＮＧ利用熱交換器３５との間に３２ａ，３２ｂが、前記循環タービン圧縮機３３の吐出口と第１ＬＮＧ利用熱交換器３５との間にアフタークーラ３３ｂが設けられている。
【００３０】
これらクーラ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，アフタークーラ３３ｂには、冷却媒体循環ポンプ３８ａが介装された冷却媒体循環流路３８が連通しており、この冷却媒体循環流路３８を循環する冷却媒体との熱交換により窒素ガスが冷却されるように構成されている。この冷却媒体循環流路３８を循環する冷却媒体は、第１ＬＮＧ利用熱交換器３５と第２ＬＮＧ利用熱交換器３６とで窒素ガスと熱交換してガス状になったＮＧを活用する冷却媒体冷却器３８ｃ、およびブラインを活用する冷却媒体クーラ３８ｂによって冷却されるようになっている。そして、窒素ガスと冷却媒体との熱交換によりガス化したＮＧ（天然ガス）は燃料として使用に供される。ところで、本実施の形態の場合には、各クーラに使用するＬＮＧよりも高温の冷却媒体として周知のブラインを用いるが、通常の冷却水を用いることもできる。なお、冷却媒体循環流路３８を循環する冷却媒体の一部は、段落番号〔００２０〕で説明した原料空気処理部１のクーラ１３に対しても供給されるように構成されている。
【００３１】
また、前記窒素圧縮機３１の各段の吐出側と吸込側との間、前記循環圧縮機３２の各段の吐出側と吸込側との間のそれぞれに、窒素バイパス弁３９ａが介装された窒素バイパス流路３９が設けられている。これら窒素バイパス弁３９ａの開度は何れも吐出される窒素ガスの温度を測定する窒素ガス温度検出センサ３９ｂの検出温度に基づいて制御されるように構成されている。つまり、窒素ガス温度検出センサ３９ｂの検出温度が予め定めた温度範囲になるように、窒素バイパス弁３９ａの開度を制御する。これにより、吐出側の窒素ガスの一部を吸込側にバイパスさせ、前記窒素圧縮機３１、および前記循環圧縮機３２の各段から吐出される冷却前の窒素ガスの温度を予め定めた温度範囲内に維持することが可能になる。
【００３２】
上記構成になる窒素循環冷却機構３の場合には、ＬＮＧを十分に供給することができる場合、またＬＮＧの供給量が減少して十分に供給することができなくなった場合の何れも、前記窒素圧縮機３１の各段、前記循環圧縮機３２の各段、前記循環タービン圧縮機３３で圧縮され、また前記膨張タービン３４で膨張された窒素ガスを、第１ＬＮＧ利用熱交換器３５、第２ＬＮＧ利用熱交換器３６と、クーラ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、アフタークーラ３３ｂとの両冷却手段によって冷却するように運転される。一方、ＬＮＧを供給することができなくなった場合には、圧縮された窒素ガスを、クーラ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、アフタークーラ３３ｂに供給される冷却媒体によって冷却するように運転される。勿論、従来例と同様に、第１ＬＮＧ利用熱交換器３５、第２ＬＮＧ利用熱交換器３６に供給するＬＮＧだけで、圧縮された窒素ガスを冷却するという運転方法を採用することができる。
【００３３】
上記形態に係る窒素循環冷却機構３によれば、窒素ガスは圧縮される毎に冷却されるので、窒素ガスの温度をより低くする維持することができる。そのため、必要な圧縮動力が小動力で済むから、上記態様は液体窒素の生産効率の向上にとって最も好ましい態様である。また、次に好ましい態様は、前記循環圧縮機３２の各段の吐出側と窒素圧縮機３１の各段の吐出側、または前記循環圧縮機３２の各段の吐出側と循環タービン圧縮機３３の吐出側にクーラを設ける態様である。勿論、前記循環圧縮機３２の各段の吐出側だけにクーラを配設した構成であっても液体窒素を製造することができるので、窒素循環冷却機構の形態は上記形態に限定されるものではない。
【００３４】
前記液体窒素過冷却ボックス４の内部には、図３の右側に示すように、主として気液分離器４１と液体窒素過冷却器４２が収容されている。即ち、流路Ｅを介して前記窒素循環冷却機構３から供給される液体窒素は、気液分離器４１で低温の窒素ガス４６と液体窒素４７とに分離される。気液分離器４１で分離された窒素ガス４６の一部は低圧精留塔２３の底部付近に送られ、残りは流路Ｆを介して膨張タービン３４から吐出される窒素ガスに合流する。一方、液体窒素４７は液体窒素過冷却器４２で過冷却されて液体窒素製品として系外に取出される。前記液体窒素４７の一部は気液分離器４１の流出口付近で分岐して高圧精留塔２４の頂部に送出される。
【００３５】
また、その下流側において精留塔２２の高圧精留塔２４の底部に連通する液体窒素流路４３が分岐しており、この液体窒素流路４３を介して液体窒素の一部が液体窒素製品の過冷却に使用されるようになっている、前記液体窒素流路４３には、液体窒素製品となる液体窒素の温度を検出する液体窒素温度検出センサ４５の検出温度に基づいて開度が制御される流量制御弁４４が介装されると共に、前記液体窒素過冷却器４２を介して液体窒素製品となる液体窒素を過冷却するように構成されている。これにより、所定温度範囲内に過冷却された窒素製品が製造されることとなる。
【００３６】
上記構成になる空気分離装置によれば、上記のとおり、ＬＮＧを供給することができなくなった場合でも、前記窒素圧縮機３１の各段、前記循環圧縮機３２の各段、前記循環タービン圧縮機３３で圧縮され、そして前記膨張タービン３４で膨張された窒素ガスを、クーラ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、アフタークーラ３３ｂに供給される冷却媒体によって冷却することができる。従って、上記従来例に係る空気分離装置のように、空気分離装置の運転を停止する必要がなくなる。また、上記構成になる空気分離装置によれば、ＬＮＧの供給停止、供給量の減少の如何にかかわらず、冷却媒体との併用活用により液体製品を連続的に、かつ安定的に製造することができ、ＬＮＧの供給量に応じて空気の分離および液体製品の製造に必要な動力を低減することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の形態に係る空気分離装置の模式的系統図である。
【図２】本発明の形態に係る空気分離装置の原料空気処理部の構成説明図である。
【図３】本発明の形態に係る空気分離装置のコールドボックスと液体窒素過冷却部のコールドボックスとの構成説明図である。
【図４】本発明の形態に係る空気分離装置の窒素循環冷却機構の構成説明図である。
【図５】従来例に係る空気分離装置の系統図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ…流路
１…原料空気処理部，１１…吸込フィルタ，１２…空気圧縮機，１３…クーラ、１４…ＭＳ吸着器，１５…再生電気ヒータ，１６…サイレンサ
２…コールドボックス，２１…主熱交換器，２３…低圧精留塔，２４…高圧精留塔，２５…過冷却器，２６…酸素リッチな液体空気，２７…主凝縮器
３…窒素循環冷却機構，３１…窒素圧縮機，３１ａ，３１ｂ…クーラ，３２…循環圧縮機，３２ａ，３２ｂ…クーラ，３３…循環タービン圧縮機，３３ｂ…アフタークーラ，３４…膨張タービン，３５…第１ＬＮＧ利用熱交換器，３６…第２ＬＮＧ利用熱交換器，３７ａ…ＬＮＧ流路，３７ｂ…冷却媒体バイパス流路，３７ｃ…冷却媒体バイパス弁，３７ｄ…冷却媒体温度検出センサ，３８…冷却媒体循環流路，３８ａ…冷却媒体循環ポンプ，３８ｂ…冷却媒体クーラ，３８ｃ…冷却媒体冷却器，３９…窒素バイパス流路，３９ａ…窒素バイパス弁，３９ｂ…窒素ガス温度検出センサ
４…液体窒素過冷却ボックス，４１…気液分離器，４２…液体窒素過冷却器，４３…液体窒素流路，４４…流量制御弁，４５…液体窒素温度検出センサ、４６…低温の窒素ガス，４７…液体窒素
【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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