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発明の名称 ガス消費ユニットへの供給方法および装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−180082
公開日 平成10年(1998)7月7日
出願番号 特願平9−260660
出願日 平成9年(1997)9月25日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外4名)
発明者 ディディエ・マニェ / エマニュエル・ガルニエ / ベルナール・ソールニエ
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ガス消費ユニットへの供給方法であって、i)ガス混合物からなる供給流を圧縮ユニットの中で圧縮し、ii)圧縮した混合物の第1の部分をガス消費ユニットへ送り、iii)圧縮した混合物の第2の部分を、一方が他方よりも高い圧力にある2つのガス流を生成するために混合物を分離する分離ユニットへ送り、iv)高い圧力にあるガス流を、場合により、圧縮した混合物の第1の部分と混合しながら、ガス消費ユニットへ送り、v)他方のガス流を、少なくとも1つの圧縮ユニットへ送り、こうして圧縮したガスを少なくとも1つのガス消費ユニットへ送ることを特徴とする方法。
【請求項2】 供給流が空気であり、分離ユニットによって生成されたガスが窒素についてまたは酸素について富化されていることを特徴とする請求項1記載の方法。
【請求項3】 2つのガス流を同じガス消費ユニットへ送ることを特徴とする請求項1または2記載の方法。
【請求項4】 他方のガス流、および、供給流または供給流の一方を、同じ圧縮ユニットの中で圧縮することを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の方法。
【請求項5】 ガス消費ユニットに、それぞれの送風機からなる圧縮ユニットによって別々に圧縮した少なくとも2つの供給流を供給することを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項記載の方法。
【請求項6】 第1の送風機には他方のガス流によって供給し、第2の送風機の中で圧縮した供給流の一部は分離ユニットへ送ることを特徴とする請求項5記載の方法。
【請求項7】 分離ユニットには、空気圧縮機によって送出された空気をも供給することを特徴とする請求項1ないし6いずれか1項記載の方法。
【請求項8】 高い圧力にあるガスは、場合により圧縮空気流との、直接または間接熱交換の中で液体を蒸発させることによって、分離ユニットにより生成されることを特徴とする請求項1ないし7いずれか1項記載の方法。
【請求項9】 高い圧力にあるガスを、この圧力にまで圧縮することを特徴とする請求項1ないし8いずれか1項記載の方法。
【請求項10】 高い圧力にある空気またはガスを、分離ユニットの膨脹タービンにより駆動される圧縮機によって圧縮することを特徴とする請求項8または9記載の方法。
【請求項11】 分離ユニットが低温蒸留ユニットであることを特徴とする請求項1ないし10いずれか1項記載の方法。
【請求項12】 ガス消費装置が、酸素富化空気を消費する溶鉱炉であることを特徴とする請求項1ないし11いずれか1項記載の方法。
【請求項13】 ガス消費ユニットへの供給装置であって、圧縮ユニット、ガス消費ユニット、ガス混合物を分離するユニット、ガス混合物を圧縮ユニットへ送る手段、圧縮した混合物の第1の部分をガス消費ユニットへ送る手段、圧縮した混合物の第2の部分を分離ユニットへ送る手段、高い圧力にある第1のガスをガス消費ユニットへ送る手段、第2のガスを少なくとも1つの圧縮ユニットへ、続いて少なくとも1つのガス消費ユニットへ送る手段を含むことを特徴とする装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス消費ユニット、特に低温(cryogenic)蒸留により空気を分離する機器を用いて生成した空気ガスを消費するユニットへの供給方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】溶鉱炉へ供給する従来の方法を、図1に示す。空気を圧縮機3、続いて低温分離ユニット5へ送る。生成された空気を、溶鉱炉HFへ送る前に圧縮機7の中で圧縮し、そして送風機1によって送出された空気流と混合する。
【0003】JP139609(1986)には、溶鉱炉HFの送風機1によって送出された酸素富化空気により、空気分離ユニット5に供給するシステムが説明されている(図2)。低圧分離ユニットによって生成された酸素4を、送風機の取入れ口へ送る。
【0004】このシステムにおいては、単一圧力のもとで前記機器によって生成されたガスを利用することのみが可能である。
【0005】さらに、生成された酸素ガスの一部を、空気回収機器の中で再循環させることにより、ループの中を循環させる。その結果、機器の大きさを拡張し、さらにエネルギー消費量を増加させることが必要になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、既知の方法および装置における上記の欠点を克服することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガス消費ユニット(HF)への供給方法であって、i)ガス混合物からなる供給流を圧縮ユニットの中で圧縮し、ii)圧縮した混合物の第1の部分をガス消費ユニット(HF)へ送り、iii)圧縮した混合物の第2の部分を、一方が他方よりも高い圧力にある2つのガス流を生成するために混合物を分離する分離ユニットへ送り、iv)高い圧力にあるガス流を、場合により、圧縮した混合物の第1の部分と混合しながら、ガス消費ユニットへ(HF)送り、v)他方のガス流を、少なくとも1つの圧縮ユニットへ送り、こうして圧縮したガスを少なくとも1つのガス消費ユニット(HF、HF2、HF3)へ送ることを特徴とする方法が提供される。
【0008】本発明の他の側面として、−供給流が空気であり、分離ユニットによって生成されたガスが窒素についてまたは酸素について富化されていることを特徴とする方法、−2つのガス流を同じガス消費ユニット(HF)へ送ることを特徴とする方法、−ガス消費装置(HF)が、酸素富化空気を消費する溶鉱炉であることを特徴とする他の方法が提供される。
【0009】また、本発明によれば、ガス消費ユニット(HF)への供給機器であって、圧縮ユニット、ガス消費ユニット、ガス混合物を分離するユニット(25)、ガス混合物を圧縮ユニットへ送る手段、圧縮した混合物の第1の部分をガス消費ユニットへ送る手段(22、28)、圧縮した混合物の第2の部分を分離ユニットへ送る手段(23)、高い圧力にある第1のガスをガス消費ユニット(HF、HF1)へ送る手段、第2のガスを少なくとも1つの圧縮ユニットへ、続いて少なくとも1つのガス消費ユニット(HF、HF2、HF3)へ送る手段を含むことを特徴とする装置が提供される。
【0010】本発明は、ここで説明する以外の用途へ適用することができる。ガス消費ユニットは、酸素以外のガス、例えば窒素または水素を消費し得る。従って、分離ユニットは複数の圧力のもとで窒素または水素を生成し得る。
【0011】
【発明の実施の形態】図3から8に、本発明の異なる態様を示す。
【0012】図3において、毎時200,000m3 (標準温圧(stp))が送風機21へ送られる。溶鉱炉(HF)へは、酸素が25%にまで富化された空気を供給する必要があり、このことは1日あたり350tの純粋酸素の需要を意味する。送風機21によって圧縮されたガス流22は2つに分割されて、第1の部分28は溶鉱炉HFへ送られ、第2の部分23、すなわち毎時50,000m3 (標準温圧)の流量は、従来の仕方で熱的に結合された2つのカラムを有する蒸留機器25へ送られる。
【0013】この機器により、1日あたり120tの低圧酸素および1日あたり230tの中圧酸素が生成される。中圧酸素は流れ28と組み合わされ、そして低圧酸素は送風機21の中で圧縮される。
【0014】図4に示す別の形態においては、図3の溶鉱炉HFへ同様の空気分離ユニットを用いて供給するが、しかし2つの送風機21、21Aを用いている。ここで、一方の送風機21は分離ユニット25および消費ユニットへ供給するために使用され、他方の送風機21Aは低圧の酸素富化空気を圧縮するために使用される。
【0015】このようにして、異なる大きさであり得る送風機によって空気を圧縮することができる。これらの送風機のうち1つのみについて、酸素濃度に起因する問題を回避するために安全対策を必要とする。この結果、送風機21Aは毎時98,300m3 (標準温圧)の酸素富化空気を圧縮する。そして送風機21は毎時145,000m3 の空気を圧縮し、このうち、毎時50,000m3 (標準温圧)が機器25へ送られる(流れ23)。この機器は、圧縮されるために送風機21Aへ再循環される毎時3300m3 (標準温圧)の低圧酸素、および毎時6700m3 (標準温圧)の中圧酸素(流れ24)を生成する。流量28および24が組み合わされることによって、溶鉱炉に必要とされる毎時200,000m3 (標準温圧)の酸素富化空気が構成される。
【0016】圧縮されたガス流22は2つに分割されて、第1の部分28は溶鉱炉HFへ送られ、第2の部分23は二重カラム蒸留ユニット25へ送られる。蒸留ユニットは、流れ28と組み合わされる中圧酸素24、および送風機21の中で圧縮される低圧酸素26を生成する。この結果、酸素が23%にまで富化された空気が溶鉱炉へと送られる。
【0017】図4に示す別の形態においては、溶鉱炉は2つの送風機21、21Aによって供給される。低圧酸素26は送風機21Aに再循環され、空気は送風機21のみによって分離ユニット25へ送られる。
【0018】図5に示す別の形態においては、低圧酸素は2つの流れ36、37に分割されて、各流れはそれぞれの送風機38、39によって圧縮され、そして溶鉱炉HF2、HF3へ送られる。空気流も、圧縮機38、39へ送られる。
【0019】また、分離ユニット25へ、圧縮機51によって送出された空気流を供給することもできる(図6参照)。
【0020】中圧酸素は、場合により混合カラムの中で(直接熱交換)、または交換器の中で蒸留機器の供給空気の一部に対して(間接熱交換)、液体流を蒸発させることによって生成することができる。
【0021】また、本発明は、酸素以外のガスを消費するユニット、および、例えばガラス炉の中および銅冶金ユニットのような酸素富化空気を消費するユニットにも適用する。
【0022】また、分離ユニットによって生成された例えば窒素のような他のガスも、本発明の圧縮ガス消費ユニットへ送ることができる。
【0023】図7においては、中圧カラムの圧力にまで圧縮された空気71が3つの部分に分割されている。第1の部分71Aは、直接中圧カラムへ送られる。第2の部分71Bは、圧縮機75の中で圧縮されて交換ライン73の中で液化され、そして膨脹した後に中圧カラムへ送られる。第3の部分71Cは、送風機タービン77の中で膨脹されて低圧カラムへ送られる。液体酸素が低圧カラムから引出され、ポンプによって送られて交換ライン73の中で蒸発させられる。
【0024】図8においては、空気送風機タービン77が中圧窒素タービン81によって取り替えられている以外は図7と同様の部材が含まれている。圧縮された空気71Bは液化されて2つの部分に分割され、一方は中圧カラムへ、そして他方は低圧カラムへ送られる。




 

 


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