KR20230079372A - 유체의 냉동 및/또는 액화를 위한 설비 및 방법 - Google Patents

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피에르 바주옥스
프랑크 델카이레
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

냉각될 유체의 소스에 연결되도록 한 상류단(21) 및 냉각 및/또는 액화된 유체를 수집하기 위한 부재에 연결되도록 한 하류단(22)을 포함하는 냉각될 유체의 회로(2)를 포함하는 유체의 냉동 및/또는 액화를 위한 설비(1)가 개시되며, 상기 설비(1)는 냉각될 유체의 상기 회로(2)와 열교환하는 열교환기(3, 4)의 어셈블리를 포함하고, 상기 설비(1)는, 상기 열교환기(3, 4)의 어셈블리와 열교환하는 냉각 장치를 포함하고, 상기 냉각 장치는 작업 회로에 사이클 가스의 냉동 사이클을 갖는 냉동기(5)를 포함하며, 상기 냉동기(5)의 작업 회로는 상기 사이클 가스를 압축하기 위한 메커니즘(6), 상기 사이클 가스를 냉각하기 위한 시스템(3, 4), 상기 사이클 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘(7), 및 상기 사이클 가스를 가열하기 위한 시스템(4, 3)을 포함하고, 상기 사이클 가스를 팽창시키기 위한 상기 메커니즘(7)은 공기정압 베어링(17)에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 고정된 몇몇 터빈(7)을 포함하며, 상기 설비(1)는 상기 터빈(17)을 제동하기 위한 메커니즘을 포함하고, 상기 제동 메커니즘은 각각, 터빈(7)의 샤프트에 고정된 제동 압축기(27) 및 상기 제동 압축기(27)를 통합한 제동 가스 회로(9)를 포함하고, 상기 제동 가스 회로(9)는 상기 제동 압축기(27)의 하류에 상기 제동 가스를 냉각하기 위한 시스템 및 상기 제동 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘(11)을 포함하며, 상기 설비(1)에는 압축된 리프팅 가스 소스에 연결된 단부 및 상기 베어링(17)에 연결된 하류단을 포함하는 압축된 리프팅 가스 회로가 마련되며, 상기 압축된 리프팅 가스 소스는 상기 제동 회로(9) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유체의 냉동 및/또는 액화를 위한 설비 및 방법
본 발명은 유체의 냉동 및/또는 액화를 위한 설비 및 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 냉각될 유체의 소스에 연결되기에 적합한 상류단 및 냉각 및/또는 액화된 유체를 수집하기 위한 부재에 연결되기에 적합한 하류단을 포함하는 냉각될 유체의 회로를 포함하는 유체의 냉동 및/또는 액화를 위한 설비에 관한 것으로서, 상기 설비는 냉각될 유체의 상기 회로와 열교환하는 열교환기 세트를 포함하고, 상기 설비는, 상기 열교환기 세트와 열교환하는 냉각 장치를 포함하고, 상기 냉각 장치는 작업 회로에 사이클 가스의 냉동 사이클을 갖는 냉동기를 포함하며, 상기 냉동기의 작업 회로는 상기 사이클 가스를 압축하기 위한 메커니즘, 상기 사이클 가스를 냉각하기 위한 시스템, 상기 사이클 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘, 및 상기 사이클 가스를 재가열하기 위한 시스템을 포함하고, 상기 사이클 가스를 팽창시키기 위한 상기 메커니즘은 공기정압 베어링(aerostatic bearings)에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 견고하게 연결된 복수의 터빈을 포함하며, 상기 설비는 상기 터빈을 제동하기 위한 메커니즘을 포함하고, 상기 제동 메커니즘은 각각, 터빈의 샤프트에 견고하게 연결된 제동 압축기 및 상기 제동 압축기를 통합한 제동 가스 회로를 포함하고, 상기 제동 가스 회로는 상기 제동 압축기의 하류에 상기 제동 가스를 냉각하기 위한 시스템 및 상기 제동 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘을 포함하며, 상기 설비에는 압축된 지지 가스 소스에 연결된 단부 및 상기 베어링에 연결된 하류단을 포함하는 압축된 지지 가스 회로가 마련된다.
다수의 극저온 냉동기 또는 액화기는 "정적" 또는 "공기정압"으로 알려진 베어링을 구비한 사이클 가스를 팽창시키기 위해 터빈을 이용한다.
정적 베어링 상의 이러한 가스 터빈은 회전축을 지지하기 위해 베어링에 가압된 가스를 지속적으로 공급해야 한다.
종래에는, 상기 방식의 사이클 가스 흐름의 일부는 주 유체를 냉각시키는 방식 중에 대기 온도에서 압축되어 팽창되지 않지만, 상기 방식의 각 터빈의 베어링에서 주입되어 지지를 제공한다. 따라서 압축된 사이클 가스 중 일부는 냉각 대상에서 에너지를 추출하는 데 사용되지 않는다.
다른 솔루션은 "동적" 가스 베어링을 이용하는 것으로 구성되며, 회전 샤프트를 지지하기 위해 가스가 주입되지 않지만 이 기술은 시작 및 정지 중에 그다지 강고하지 않으며 에어 웨지 아키텍처(air wedge architecture)를 필요로 하여, (특히 헬륨 및 수소와 같은 가벼운 가스 작동 유체를 사용할 때 필요한 감소된 간극과 관련된) 부하 변동에 어느 정도 민감하다.
본 발명의 하나의 목적은 전술한 종래기술의 단점 중 일부 또는 전부를 해결하는 것이다.
이를 위해서, 전술한 서두에서 주어진 일반적인 정의에 따른 다른 측면에서, 본 발명에 따른 설비는 본질적으로, 압축된 지지 가스의 소스가 제동 회로 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이것은 주 압축기에 의한 압축된 사이클 가스의 소비를 없애거나 감소시키는 것을 가능하게 한다.
따라서, 제동 가스는 회전 샤프트의 전부 또는 일부를 지지하기 위해 충분한 압력 포텐셜 에너지를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 복수의 제동 가스 회로는 제동 압축기가 직렬로 위치된 공통 회로에 유체적으로 연결되고, 압축된 지지 가스의 상기 소스는 직렬의 상기 제동 압축기의 하류에 공통 회로의 일단을 포함하며,
- 상기 압축된 지지 가스 회로는, 각각, 직렬의 상기 압축기의 하류에서 상기 공통 회로에 연결된 상류단 및 베어링의 유입구에 연결된 하류단을 포함하는 각각의 전달 파이프를 포함하고,
- 상기 압축된 지지 가스 회로는, 각각, 직렬의 상기 압축기의 상류에서 베어링의 유출구에 연결된 상류단 및 상기 공통 회로에 연결된 하류단을 포함하는 각각의 리턴 파이프를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 또는 이하의 특징 중 어느 하나에 따른 설비를 이용하여 유체를 냉동 및/또는 액화하는 방법에 관한 것으로서, 제동 압축기의 하류의 제동 회로 중 적어도 하나로부터 제동 가스 스트림의 적어도 일부를 인출하는 단계, 상기 인출된 가스를 터빈 샤프트를 지지하기 위해 적어도 하나의 베어링에 주입하는 단계, 상기 베어링에서 순환한 제동 가스를 회수하는 단계, 및 상기 회수된 가스를 상기 적어도 하나의 제동 회로에 복귀시키는 단계를 포함한다.
다른 구별 가능한 특징에 따르면:
- 상기 방법은 적어도 상기 설비의 시작 및/또는 정지 단계 동안 상기 제동 회로와 별개의 가압된 제동 가스 소스로부터 지지 가스 흐름을 주입하는 단계를 포함하고,
- 상기 베어링에 주입된 제동 가스 스트림은 5 내지 60 바(bar)의 압력을 가지며,
- 상기 제동 가스는 He, H2, Ne, N2, O2, Ar, Co, CO2, CH4 또는 공기의 기타 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명은 또한 청구범위의 범주 내의 전술한 또는 후술되는 특징의 임의의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 장치 또는 방법에 관한 것일 수 있다.
다른 특정 특징 및 이점이, 도면을 참조하여 제공되는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 냉동 및/또는 액화 설비의 구조 및 동작의 예를 도시하는 개략적이고 부분적인 도면이다.
예로서 도시된 설비(1)는 유체용의 극저온 냉동기 및/또는 액화기이다.
설비(1)는 냉각될 유체의 소스에 연결되기에 적합한 상류단(21) 및 냉각 및/또는 액화된 유체를 수집하기 위한 부재에 연결되기에 적합한 하류단(22)을 포함하는, 냉각/액화될 유체의 회로(2)를 포함한다.
냉각될 유체는 예를 들어 수소, 헬륨, 네온, 또는 공기 또는 다른 혼합물 중의 임의의 다른 가스를 포함할 수 있다.
이를 위해, 설비(1)는 냉각될 유체의 회로(2)와 열교환하는 직렬의 열교환기(3, 4)의 세트를 포함한다.
설비(1)는 열교환기(3, 4)의 세트와 열교환하는 냉각 장치를 포함한다. 상기 냉각 장치는 작업 회로에 가스의 냉동 사이클을 갖는 냉동기(5)를 포함한다. 상기 사이클 가스는 예를 들어 수소, 헬륨, 네온 등 중 적어도 하나를 포함한다.
냉동기(5)의 작업 회로(바람직하게는 폐쇄 루프 회로)는 사이클 가스를 압축하기 위한 메커니즘(6)(하나 이상의 압축기), 사이클 가스를 냉각하기 위한 시스템(3, 4)(하나 이상의 교환기, 예컨대, 도시한 것과 같은 역류 열 회수 교환기), 사이클 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘(7), 및 사이클 가스를 재가열하기 위한 시스템(4, 3)(예를 들어 전술한 열 교환기의 전부 또는 일부)을 포함한다.
상기 사이클 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘(7)은 복수의 터빈(7)(이 예에서는 직렬이지만, 그 중 일부는 개별 비율의 사이클 가스 스트림을 팽창시키기 위해 병렬로 장착될 수 있음)을 포함한다.
도시된 예에서, 각각의 터빈(7)은 공기정압 베어링(17)에 장착된 회전 샤프트의 일단에 장착된다.
설비(1)는 각각의 터빈(7)에 대해 별도의 제동 메커니즘을 포함한다.
각각의 제동 메커니즘은 터빈(7)을 유지하는 샤프트의 타단에 견고하게 연결된 제동 압축기(27) 및 제동 압축기(27)를 통합하는 제동 가스 회로(9)를 포함한다. 각각의 터빈(7)의 제동 회로는 제동 압축기(27)(예를 들어, 물 또는 공기와 같은 열 전달 유체를 갖는 제동 가스 교환기) 하류에 제동 가스를 냉각하기 위한 시스템(10) 및 하류에 제동 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘(11)(예컨대, 팽창 밸브 또는 교정된(calibrated) 오리피스)를 직렬로 포함하는 루프를 형성한다. 따라서 각 제동 회로는, 압축기를 형성하는 제동 휠에서 압축된 다음 냉각되고 팽창되는 등의 제동 가스의 루프를 형성할 수 있다.
설비(1)에는 터빈(7)의 샤프트를 지지하기 위한 압축된 가스 회로가 제공된다.
하나의 유리한 특정 특징에 따르면, 이 가압된 지지 가스는 (사이클 가스 대신 또는 사이클 가스에 추가하여) 제동 가스 회로(9)에 의해 베어링(17)에 공급된다.
바람직하게는, 복수의 제동 가스 회로(9)(예를 들어 이들 모두)는 제동 압축기(27)가 중간 냉각과 직렬로 위치되는 공통 회로에 유체적으로 연결된다.
즉, 직렬의 제동 압축기(27)는 공통 루프에 위치될 수 있다. 마지막 제동 압축기(27)(하류)를 떠나는 제동 가스는 제1 압축기(상류)의 팽창기(11)에서 팽창될 수 있다.
도시된 바와 같이, 각각의 제동 압축기(27)의 제동 회로는, 각각, (a) 밸브(들) 및/또는 팽창기(11)(및/또는 (a) 교정된 오리피스(들))가 마련된 바이패스 파이프를 포함할 수 있고, 각 바이패스 파이프는 제1 제동 압축기(27)(상류)와 최종 제동 압축기(27)(하류) 사이의 각각의 중간 제동 압축기(27)의 흡입 유입구에 공통 회로를 각각 연결한다. 한 가지 가능한 변형에서, 스트림(들)의 전부 또는 일부가 상기 제1 압축기의 흡입 유입구로 복귀될 수 있다.
적용 가능한 경우, 이 구성은 제동 압축기(7)의 각 단계에서 압축된 제동 가스 흐름을 조정할 수 있게 한다. 이 제동 흐름은 축 방향 및 반경 방향 힘을 받는 각 회전 샤프트의 요구 사항에 맞게 조정될 수 있다.
압축된 지지 가스의 소스는, 직렬의 제동 압축기(27) 중 마지막 제동 압축기의 하류에서, 공통 회로의 일단에 위치될 수 있다. 이것은 터빈(7)의 샤프트 전부 또는 일부를 지지하기 위해 가압된 가스의 충분한 흐름을 가능하게 한다. 공통 제동 회로는 다양한 제동 회로로부터의 제동 가스를 결합한다.
도시된 바와 같이, 압축된 지지 가스 회로는 복수의 각각의 가압된 가스 전달 파이프(12)를 포함할 수 있고, 이들 파이프 각각은 직렬로 압축기(17)의 하류에서 공통 회로에 연결된 상류단, 및 각각의 베어링(17)의 유입구에 연결된 하류단을 포함한다. 즉, 공통 회로는 각각의 병렬 라인을 통해 지지 가스를 베어링(17)에 공급한다.
마찬가지로, 압축된 지지 가스 회로는 각각의 리턴 파이프(13)를 포함할 수 있고, 각각의 리턴 파이프는 직렬의 제1 제동 압축기(17)의 상류에, 베어링(17)의 유출구에 연결된 상류단 및 공통 회로에 연결된 하류단을 포함한다. 다시 말해, 베어링(17)을 지지하는 데 사용된 가압된 가스 스트림은 공통 제동 회로로 복귀된다(참조 기호 A, B 및 C는, 스트림의 이해를 돕기 위해 지지 가스 스트림의 제동 회로에의 복귀를 나타낸다).
이러한 제동 회로의 공유는 서로 다른 독립적인 제동 회로로부터 별도의 제동 가스를 이용하는 것에 비해 더 높은 작동 가스 흐름과 압력을 달성하는 것을 가능하게 한다.
공통 제동 회로는 전체 압축률이 높고, 따라서 모든 회전 샤프트를 지지하기 위해 충분한 압력 포텐셜 에너지를 공급할 수 있다. 예를 들어, 시설에 따라 이러한 구조는 초당 10 내지 50 g의 유량과 15 내지 50 bar의 압력에서 가압된 지지 가스 스트림을 공급할 수 있게 한다.
본 발명은 많은 이점을 갖는다: 사용 가능한 압축률이 높기 때문에 회전 샤프트를 지지할 수 있으며 이를 위한 사이클 가스 소비를 제거할 수 있다. 이는 설비(1)의 효율 및 비용을 향상시킨다(예를 들어, 2 내지 10% 정도).
도시된 바와 같이, 냉동기(5)의 작업 회로는 압축 메커니즘(6)의 출구에, 예를 들어 밸브(28)가 제공된 버퍼 탱크(120)의 하류에 있는 바이패스 파이프를 통해 (설비의 천이 단계, 특히 시작 및 정지 단계 중에) 필요하다면 베어링(17)에서 지지 가스로서 사용될 수 있는 가압된 사이클 가스를 저장하기 위한 버퍼 탱크(120)를 포함할 수 있다. 버퍼 탱크(120)에 의해 공급되는 이 가스는 특히 특정 천이 단계 동안 및/또는 터빈(7)의 시동 시 조정 단계 동안 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, (예를 들어, 냉동기의 출력에 영향을 미치지 않으면서 천이 단계 동안) 제동 가스를 사이클 압축기(6)의 흡입구에 배출하기 위한 (밸브(29)가 마련된) 파이프가 제공될 수 있다.
또한 도시된 바와 같이, 압축된 사이클 가스를 냉각하기 위한 시스템(8)이 압축 메커니즘(6)과 버퍼 탱크(12) 사이에 제공될 수 있다.
물론, 본 발명은 전술한 예시적인 실시형태로 제한되지 않는다. 따라서 제동 회로의 개별 냉각 교환기(10)는 단일 장비 내부에서 결합될 수 있다. 도시된 예에서, 제동 가스를 냉각하기 위한 4개의 열 전달 유체 회로는 공통 열 전달 유체 회로(예컨대, 물 또는 글리콜 워터)에 의해 냉각될 수 있다. 이러한 회로는 단일 장비 내부에 수용될 수 있다.
마찬가지로, 냉동기(5)의 회로는 하나 이상의 중간 작동 압력을 포함할 수 있다(예를 들어, 처음 2개의 상류측 터빈이 직렬로 설치될 수 있는 중간 압력 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 제2 터빈의 배기부는 이 중간 압력에 연결될 것이다).

Claims (7)

  1. 냉각될 유체의 소스에 연결되기에 적합한 상류단(21) 및 냉각 및/또는 액화된 유체를 수집하기 위한 부재에 연결되기에 적합한 하류단(22)을 포함하는 냉각될 유체의 회로(2)를 포함하는 유체의 냉동 및/또는 액화를 위한 설비(1)로서, 상기 설비(1)는 냉각될 유체의 상기 회로(2)와 열교환하는 열교환기(3, 4) 세트를 포함하고, 상기 설비(1)는, 상기 열교환기(3, 4) 세트와 열교환하는 냉각 장치를 포함하고, 상기 냉각 장치는 작업 회로에 사이클 가스의 냉동 사이클을 갖는 냉동기(5)를 포함하며, 상기 냉동기(5)의 작업 회로는 상기 사이클 가스를 압축하기 위한 메커니즘(6), 상기 사이클 가스를 냉각하기 위한 시스템(3, 4), 상기 사이클 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘(7), 및 상기 사이클 가스를 재가열하기 위한 시스템(4, 3)을 포함하고, 상기 사이클 가스를 팽창시키기 위한 상기 메커니즘(7)은 공기정압 베어링(17)에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 견고하게 연결된 복수의 터빈(7)을 포함하며, 상기 설비(1)는 상기 터빈(17)을 제동하기 위한 메커니즘을 포함하고, 상기 제동 메커니즘은 각각, 터빈(7)의 샤프트에 견고하게 연결된 제동 압축기(27) 및 상기 제동 압축기(27)를 통합한 제동 가스 회로(9)를 포함하고, 상기 제동 가스 회로(9)는 상기 제동 압축기(27)의 하류에 상기 제동 가스를 냉각하기 위한 시스템 및 상기 제동 가스를 팽창시키기 위한 메커니즘(11)을 포함하며, 상기 설비(1)에는 압축된 지지 가스 소스에 연결된 단부 및 상기 베어링(17)에 연결된 하류단을 포함하는 압축된 지지 가스 회로가 마련되고, 상기 압축된 지지 가스 소소는 상기 제동 회로(9) 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제동 압축기(27)가 직렬로 위치된 공통 회로에 복수의 제동 가스 회로(9)가 유체적으로 연결되고, 상기 압축된 지지 가스 소스는 직렬의 상기 제동 압축기(27)의 하류에 상기 공통 회로의 일단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축된 지지 가스 회로는, 각각, 직렬의 상기 압축기(17)의 하류에서 상기 공통 회로에 연결된 상류단 및 베어링(17)의 유입구에 연결된 하류단을 포함하는 각각의 전달 파이프(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압축된 지지 가스 회로는, 각각, 직렬의 상기 압축기(17)의 상류에, 베어링(17)의 유출구에 연결된 상류단 및 상기 공통 회로에 연결된 하류단을 포함하는 각각의 리턴 파이프(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 설비(1)를 이용하여 유체를 냉동 및/또는 액화하는 방법으로서, 상기 제동 압축기(27)의 하류의 제동 회로(9) 중 적어도 하나로부터 제동 가스 스트림의 적어도 일부를 인출하는 단계, 상기 인출된 가스를 상기 터빈 샤프트를 지지하기 위해 적어도 하나의 베어링(17)에 주입하는 단계, 상기 베어링(17)에서 순환한 상기 제동 가스를 회수하는 단계, 및 상기 회수된 가스를 상기 적어도 하나의 제동 회로(9)에 복귀시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방법은 적어도 상기 설비의 시작 및/또는 정지 단계 동안 상기 제동 회로(9)와 별개의 가압된 제동 가스 소스(12)로부터 지지 가스 흐름을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 베어링(들)에 주입된 제동 가스의 스트림은 5 내지 60 바의 압력을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제동 가스는 He, H2, Ne, N2, O2, Ar, Co, CO2, CH4 또는 기타 공기 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3105631A (en) * 1961-08-15 1963-10-01 Sulzer Ag Expansion turbine having a gas bearing
CH393382A (de) * 1962-05-04 1965-06-15 Sulzer Ag Kühlanlage
DE1938830A1 (de) * 1969-07-30 1971-02-11 Linde Ag Leistungsregelung fuer eine Vorrichtung zur Kaelteerzeugung bei tiefer Temperatur mit mindestens einer einen Verdichter antreibenden Entspannungsturbine
JP6526492B2 (ja) * 2015-06-19 2019-06-05 川崎重工業株式会社 膨張タービン装置
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