JPH0668432B2 - 低分子気体の圧縮方法 - Google Patents
低分子気体の圧縮方法Info
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- JPH0668432B2 JPH0668432B2 JP63225737A JP22573788A JPH0668432B2 JP H0668432 B2 JPH0668432 B2 JP H0668432B2 JP 63225737 A JP63225737 A JP 63225737A JP 22573788 A JP22573788 A JP 22573788A JP H0668432 B2 JPH0668432 B2 JP H0668432B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水素、ヘリウム等の低分子気体を圧縮するた
めの方法に関するものである。
めの方法に関するものである。
従来、液化等を目的とする気体の圧縮は、ねじ圧縮機や
往復圧縮機のような容積型圧縮機、または遠心圧縮機の
ようなターボ型圧縮機等により行われている。このう
ち、上記容積型圧縮機は、その構造上容量が限られ、大
量の気体を処理するには多数の圧縮機を並列に配する等
の手段でしか対処できないため、コスト面で不利となり
易い。従って、大量の気体を処理するには一般に遠心圧
縮機が好ましいとされている。
往復圧縮機のような容積型圧縮機、または遠心圧縮機の
ようなターボ型圧縮機等により行われている。このう
ち、上記容積型圧縮機は、その構造上容量が限られ、大
量の気体を処理するには多数の圧縮機を並列に配する等
の手段でしか対処できないため、コスト面で不利となり
易い。従って、大量の気体を処理するには一般に遠心圧
縮機が好ましいとされている。
上記遠心圧縮機は、回転する羽根車に対し、その径方向
に気体を通して遠心力を与え、圧縮するものであるが、
被加圧ガスが水素やヘリウム等の低分子気体である場合
には、その気体密度が小さいために充分な遠心力が得ら
れにくく、高圧圧縮は困難である。従って従来、このよ
うな低分子気体を圧縮するには圧縮機を多段構造としな
ければならず、これによってコストが増大するととも
に、圧縮機の高速回転が必要になるためにベアリングの
損耗が促進される等の強度的な不都合が生じていた。
に気体を通して遠心力を与え、圧縮するものであるが、
被加圧ガスが水素やヘリウム等の低分子気体である場合
には、その気体密度が小さいために充分な遠心力が得ら
れにくく、高圧圧縮は困難である。従って従来、このよ
うな低分子気体を圧縮するには圧縮機を多段構造としな
ければならず、これによってコストが増大するととも
に、圧縮機の高速回転が必要になるためにベアリングの
損耗が促進される等の強度的な不都合が生じていた。
本発明は、このような事情に鑑み、水素、ヘリウム等の
低分子気体を、他の気体と同様に不都合なく遠心圧縮す
ることができる方法を提供することを目的とする。
低分子気体を、他の気体と同様に不都合なく遠心圧縮す
ることができる方法を提供することを目的とする。
本発明は、低分子気体に該低分子気体よりも沸点の高い
高分子気体を添加混合して両者を遠心圧縮し、次いでこ
の混合気体を冷却して上記高分子気体を凝縮分離するも
のである。
高分子気体を添加混合して両者を遠心圧縮し、次いでこ
の混合気体を冷却して上記高分子気体を凝縮分離するも
のである。
上記構成において、低分子気体に高分子気体が添加され
ることにより、平均気体密度が高まって遠心圧縮が容易
に行われる。そして、この遠心圧縮後に混合気体を冷却
することにより、両気体の飽和温度差によって上記高分
子気体が凝縮分離され、圧縮された高純度の低分子気体
が得られる。
ることにより、平均気体密度が高まって遠心圧縮が容易
に行われる。そして、この遠心圧縮後に混合気体を冷却
することにより、両気体の飽和温度差によって上記高分
子気体が凝縮分離され、圧縮された高純度の低分子気体
が得られる。
第１図および第２図（ａ）（ｂ）は、本発明方法を実施
するための装置の一例として、ヘリウムの液化装置を示
したものである。この装置は、混合器１、遠心圧縮機
２、水冷却器３、保冷箱Ｂ等を備え、保冷箱Ｂ内には、
切換式熱交換器4a,4b、熱交換器5,8、膨脹タービン６、
ヘリウム液分離器、膨脹弁９、フレオン液分離器10、切
換装置11等が収納されている。
するための装置の一例として、ヘリウムの液化装置を示
したものである。この装置は、混合器１、遠心圧縮機
２、水冷却器３、保冷箱Ｂ等を備え、保冷箱Ｂ内には、
切換式熱交換器4a,4b、熱交換器5,8、膨脹タービン６、
ヘリウム液分離器、膨脹弁９、フレオン液分離器10、切
換装置11等が収納されている。
上記混合器１は、シャワー1aでヘリウムガス中にフレオ
ン液を散布し、両者を混合するとともに、下部に溜るフ
レオン液をヒータ1bで加熱することにより、フレオンガ
スの分圧を一定に保つように構成されている。
ン液を散布し、両者を混合するとともに、下部に溜るフ
レオン液をヒータ1bで加熱することにより、フレオンガ
スの分圧を一定に保つように構成されている。
上記切換式熱交換器4a,4bには、切換弁12a,12bを介して
交互に液体窒素が給送されるようになっている。これに
対して切換装置11は、第２図（ａ）（ｂ）に示されるよ
うな４つの切換弁11a〜11bを備え、これらの弁が上記切
換弁12a,12bの開閉と連係して開閉切換されることによ
り、上記切換式熱交換器4a,4bにおいて混合気体のリバ
ーシング熱交換（再生式熱交換）が行われるようになっ
ている（詳細後述）。
交互に液体窒素が給送されるようになっている。これに
対して切換装置11は、第２図（ａ）（ｂ）に示されるよ
うな４つの切換弁11a〜11bを備え、これらの弁が上記切
換弁12a,12bの開閉と連係して開閉切換されることによ
り、上記切換式熱交換器4a,4bにおいて混合気体のリバ
ーシング熱交換（再生式熱交換）が行われるようになっ
ている（詳細後述）。
また、上記水冷却器３と混合器１の間、およびフレオン
液分離器10と混合器１の間には、それぞれ分離液の液面
レベルを一定に保つための流量調節弁13,14が設けられ
ている。
液分離器10と混合器１の間には、それぞれ分離液の液面
レベルを一定に保つための流量調節弁13,14が設けられ
ている。
次に、この装置によるヘリウムガスの圧縮液化の工程
を、第３図の流れ図を参照しながら説明する。
を、第３図の流れ図を参照しながら説明する。
まず、混合器１において、ヘリウムガスに対し高分子気
体（ここではフレオン；商品名）が一定の比率で添加混
合される（プロセスP1）。このような添加高分子ガスと
しては、被加圧ガス（ここではヘリウムガス）よりも高
密度で、かつ沸点の高いことが条件であり、上記フレオ
ン（フレオン113）等は好適である。
体（ここではフレオン；商品名）が一定の比率で添加混
合される（プロセスP1）。このような添加高分子ガスと
しては、被加圧ガス（ここではヘリウムガス）よりも高
密度で、かつ沸点の高いことが条件であり、上記フレオ
ン（フレオン113）等は好適である。
このようにヘリウムとフレオンが混合された気体は、遠
心圧縮機２に給送され、そのまま遠心圧縮される（ステ
ップS2）。このとき、上記混合気体はフレオンの添加で
高密度となっているため、容易に高圧圧縮が行われる。
心圧縮機２に給送され、そのまま遠心圧縮される（ステ
ップS2）。このとき、上記混合気体はフレオンの添加で
高密度となっているため、容易に高圧圧縮が行われる。
圧縮された混合気体は、水冷却器３で予備冷却され、こ
れによって大部分のフレオンが液化分離される（プロセ
スP3）。この液化されたフレオンは流量調節弁13を介し
て上記混合器１に逆送される。
れによって大部分のフレオンが液化分離される（プロセ
スP3）。この液化されたフレオンは流量調節弁13を介し
て上記混合器１に逆送される。
予備冷却された残りの高圧気体は、保冷箱Ｂに収納され
た熱交換器５に給送され、この熱交換器５で戻りの低圧
ヘリウムガス（後述）と熱交換した後、切換装置11に送
られる。この切換装置11は、切換弁11a,11cのみが開く
状態（第２図（ａ））と、切換弁11b,11dのみが開く状
態（同図（ｂ））とに切換えられるようになっている。
た熱交換器５に給送され、この熱交換器５で戻りの低圧
ヘリウムガス（後述）と熱交換した後、切換装置11に送
られる。この切換装置11は、切換弁11a,11cのみが開く
状態（第２図（ａ））と、切換弁11b,11dのみが開く状
態（同図（ｂ））とに切換えられるようになっている。
まず、同図（ａ）の状態について説明すると、同図実線
21aに示されるように、混合気体は熱交換器５から切換
弁11aを通って切換式熱交換器4aに入り、その中で凝固
しているフレオンと熱交換される。これによって、混合
気体中のフレオンガスが液化分離されるとともに、上記
フレオンが融解してフレオン液となる。この液はフレオ
ン液分離器10に回収され、流量調整弁14を介して上記混
合器１に逆送される。
21aに示されるように、混合気体は熱交換器５から切換
弁11aを通って切換式熱交換器4aに入り、その中で凝固
しているフレオンと熱交換される。これによって、混合
気体中のフレオンガスが液化分離されるとともに、上記
フレオンが融解してフレオン液となる。この液はフレオ
ン液分離器10に回収され、流量調整弁14を介して上記混
合器１に逆送される。
一方、この状態では切換弁12bが開かれ、切換式熱交換
器4bにのみ液体窒素が給送されるようになっており（一
点鎖線22a参照）、上記混合気体はこの切換式熱交換器4
b内で上記液体窒素および戻りの低温ヘリウムガスと熱
交換し、さらに温度降下してその中のフレオンガスが切
換式熱交換器4b内の伝熱面上に凍結する。
器4bにのみ液体窒素が給送されるようになっており（一
点鎖線22a参照）、上記混合気体はこの切換式熱交換器4
b内で上記液体窒素および戻りの低温ヘリウムガスと熱
交換し、さらに温度降下してその中のフレオンガスが切
換式熱交換器4b内の伝熱面上に凍結する。
上記工程により、添加されたフレオンガスはほぼ完全に
凝固分離除去され、混合気体は高純度の被加圧ヘリウム
ガスとなる（プロセスP4）。このガスは膨脹タービン６
および膨脹弁９を通ってさらに低温となり、一部がヘリ
ウム液分離器７で液化される（プロセスP5）。残りのヘ
リウムガスは、熱交換器８を通って切換式熱交換器4bに
給送され、この切換式熱交換器4bに給送される上記混合
気体と熱交換し、さらに熱交換器５内で熱交換され温度
上昇した状態で上記混合器１に逆送される（破線23a参
照）。
凝固分離除去され、混合気体は高純度の被加圧ヘリウム
ガスとなる（プロセスP4）。このガスは膨脹タービン６
および膨脹弁９を通ってさらに低温となり、一部がヘリ
ウム液分離器７で液化される（プロセスP5）。残りのヘ
リウムガスは、熱交換器８を通って切換式熱交換器4bに
給送され、この切換式熱交換器4bに給送される上記混合
気体と熱交換し、さらに熱交換器５内で熱交換され温度
上昇した状態で上記混合器１に逆送される（破線23a参
照）。
一方、この第２図（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態に
切換えられると、同図実線21bに示されるように、混合
気体は熱交換器５から切換弁11bを通って切換式熱交換
器4bに給送され、この切換式熱交換器4b内において上記
第２図（ａ）の状態で凝固したフレオンと熱交換してフ
レオンを融解させる。さらに、この混合気体は切換式熱
交換器4aに給送され、切換弁12aから供給される液体窒
素（一点鎖線22b）および戻りのヘリウムガスとの熱交
換によりフレオンガスが凍結分離される。そして、上記
と同様の工程で一部のヘリウムが液化された後、切換式
熱交換器4aおよび熱交換器５を通って混合器１に逆送さ
れる（破線23b）。
切換えられると、同図実線21bに示されるように、混合
気体は熱交換器５から切換弁11bを通って切換式熱交換
器4bに給送され、この切換式熱交換器4b内において上記
第２図（ａ）の状態で凝固したフレオンと熱交換してフ
レオンを融解させる。さらに、この混合気体は切換式熱
交換器4aに給送され、切換弁12aから供給される液体窒
素（一点鎖線22b）および戻りのヘリウムガスとの熱交
換によりフレオンガスが凍結分離される。そして、上記
と同様の工程で一部のヘリウムが液化された後、切換式
熱交換器4aおよび熱交換器５を通って混合器１に逆送さ
れる（破線23b）。
以上のように、この圧縮方法は、低分子のヘリウムガス
に高分子のフレオンガスを添加することにより、全体の
平均密度を上げて遠心分離を容易にし、かつ、その後に
両気体の飽和温度差を利用してフレオンガスを液化分離
するものであり、これによって高圧、高純度のヘリウム
ガスを得ることができる。また、上記のような再生式熱
交換を行うことにより、導入ガスによってフレオンの寒
冷を効率良く除去できるとともに、同混合気体を有効に
冷却することができ、高い熱効率によって純度の高いヘ
リウムガスを生成することができる。
に高分子のフレオンガスを添加することにより、全体の
平均密度を上げて遠心分離を容易にし、かつ、その後に
両気体の飽和温度差を利用してフレオンガスを液化分離
するものであり、これによって高圧、高純度のヘリウム
ガスを得ることができる。また、上記のような再生式熱
交換を行うことにより、導入ガスによってフレオンの寒
冷を効率良く除去できるとともに、同混合気体を有効に
冷却することができ、高い熱効率によって純度の高いヘ
リウムガスを生成することができる。
第１表は、上記第２図（ａ）のＡ〜Ｄ地点における気体
の温度、圧力、およびヘリウム純度を示したものである
が、この表から分かるように、切換式熱交換器4a,4bを
通過した地点（Ｂ地点）では、極めて高い純度（フレオ
ン1ppm以下）のヘリウムガスが得られている。
の温度、圧力、およびヘリウム純度を示したものである
が、この表から分かるように、切換式熱交換器4a,4bを
通過した地点（Ｂ地点）では、極めて高い純度（フレオ
ン1ppm以下）のヘリウムガスが得られている。
なお、本発明方法は、上記ヘリウムの他例えば水素等、
低分子および低密度の気体の圧縮に優れた効果を発揮す
る。また、本発明方法では冷却手段を問わず、例えば上
記装置では水冷却器３によって混合気体の予備冷却を行
っているが、直接熱交換器によって混合気体を本冷却し
てもよい。
低分子および低密度の気体の圧縮に優れた効果を発揮す
る。また、本発明方法では冷却手段を問わず、例えば上
記装置では水冷却器３によって混合気体の予備冷却を行
っているが、直接熱交換器によって混合気体を本冷却し
てもよい。
〔発明の効果〕 以上のように本発明は、低分子気体に高沸点の高分子気
体を添加して遠心圧縮し、この混合気体を冷却して上記
高分子気体を凝縮分離するようにしたものであるので、
大量の低分子気体を遠心圧縮機を用いて容易に高圧圧縮
することができるとともに、その添加後は両気体の飽和
温度差を利用した高分子気体の冷却分離により高純度の
被加圧低分子気体を得ることができる効果がある。
体を添加して遠心圧縮し、この混合気体を冷却して上記
高分子気体を凝縮分離するようにしたものであるので、
大量の低分子気体を遠心圧縮機を用いて容易に高圧圧縮
することができるとともに、その添加後は両気体の飽和
温度差を利用した高分子気体の冷却分離により高純度の
被加圧低分子気体を得ることができる効果がある。
第１図は、本発明方法を実施するためのヘリウム液化装
置の全体図、第２図（ａ）（ｂ）は同装置において再生
式熱交換が行われる部分の構成図、第３図は本発明方法
によるヘリウム液化の工程を示す流れ図である。 １……混合器、２……遠心圧縮機、３……水冷却器、4
a,4b……切換式熱交換器。
置の全体図、第２図（ａ）（ｂ）は同装置において再生
式熱交換が行われる部分の構成図、第３図は本発明方法
によるヘリウム液化の工程を示す流れ図である。 １……混合器、２……遠心圧縮機、３……水冷却器、4
a,4b……切換式熱交換器。
Claims (1)
- 【請求項１】低分子気体に該低分子気体よりも沸点の高
い高分子気体を添加混合して両者を遠心圧縮し、次いで
この混合気体を冷却して上記高分子気体を凝縮分離する
ことを特徴とする低分子気体の圧縮方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63225737A JPH0668432B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 低分子気体の圧縮方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63225737A JPH0668432B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 低分子気体の圧縮方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0275882A JPH0275882A (ja) | 1990-03-15 |
| JPH0668432B2 true JPH0668432B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=16834043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63225737A Expired - Lifetime JPH0668432B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 低分子気体の圧縮方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668432B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3099151B1 (fr) * | 2019-07-24 | 2021-06-18 | Air Liquide | Appareil de compression et de separation et procede de compression |
| FR3108390B1 (fr) * | 2020-03-23 | 2022-11-25 | Air Liquide | Installation et procédé de réfrigération d’hydrogène |
| US11773873B2 (en) | 2021-03-15 | 2023-10-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process and apparatus for compressing hydrogen gas in a centrifugal compressor |
| US11453950B1 (en) | 2021-03-15 | 2022-09-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method and apparatus for dosing hydrogen in a centrifugal compression system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3992167A (en) * | 1975-04-02 | 1976-11-16 | Union Carbide Corporation | Low temperature refrigeration process for helium or hydrogen mixtures using mixed refrigerant |
| JPS5825954A (ja) * | 1981-08-10 | 1983-02-16 | 出光興産株式会社 | 三層積層構造物 |
-
1988
- 1988-09-08 JP JP63225737A patent/JPH0668432B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0275882A (ja) | 1990-03-15 |
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