JP2002206855A - 液体寒冷剤を製造するためのガス液化方法及び装置 - Google Patents

液体寒冷剤を製造するためのガス液化方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液化によりガスから液体寒冷剤を製造する改
良方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 圧縮機Ｃを使用してガス流を圧縮し、圧
縮したガス流２０４の一部を少なくとも一つの膨張ター
ビンＥ１、Ｅ２を使用して仕事膨張させて膨張ガス流２
２２、２４４を作るとともに動力を発生させ、膨張ター
ビンＥ１、Ｅ２により発生された動力を圧縮機Ｃを駆動
するため機械的に伝導し、膨張ガス流２２２、２４４を
使用する熱交換により圧縮ガス流２０４の残りの液化用
の寒冷を提供し、そして熱交換した膨張ガス流２２６を
圧縮機Ｃへ再循環するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、寒冷剤を作るため
のガスの液化に関する。詳しく言えば、本発明は、液化
によりガスから液体寒冷剤を製造するための改良方法と
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】液体寒
冷剤、例えば液体窒素などのようなものを製造するため
の重要な方法は、原料ガスと再循環ガスとを含むガスの
流れを中間冷却される多段式の再循環圧縮機を使って圧
縮し、圧縮したガスを冷却し、冷却したガスの一部を液
化させ、そしてガスのその他の部分を１以上の膨張ター
ビンでもって仕事膨張させて、プロセスのために熱交換
により冷却及び凝縮用の寒冷負荷を供給することを必要
とする。
【０００３】異なる温度範囲にわたって操業し、おのお
のがその性能を最大限にする速度で運転する２台の膨張
タービンを使用するのは、主要部をなす液化装置の熱交
換器で得られる温度アプローチがより接近するために、
単一の膨張タービンを使うのよりもかなり効率的である
ということは、当該技術分野においてよく知られてい
る。液化装置の全体効率を最大限にするためには、寒冷
を生じさせる際に膨張タービンにより作り出される実質
的な機械動力を効率的に回収すべきである。全体の経費
が小さくなるためには、タービン動力の回収に関連する
資本費が安くならなければならない。
【０００４】大まかにいえば、膨張タービンにより発生
される機械的動力を回収する方法は２つある。第一に
は、膨張タービンに発電機の負荷を負わせて、それによ
り発生動力を電気の形でもって回収することがよく知ら
れている。ところが、この方法は効率的ではあるが、そ
のような発電機は高価であり、従って液化プロセスの全
体的な資本費を増加させる。その上、発電機の負荷を負
う膨張タービンは通常、減速用のギヤーボックスを必要
とし、そして膨張タービンと発電機との間のギヤー接続
において機械的エネルギーが失われる。
【０００５】第二の方法は、動力を機械的に回収するも
のである。空気の分離プロセスについて言えば、液化装
置の膨張タービンによって発生された機械的動力を使っ
て空気分離装置のプロセス流を圧縮する圧縮機を駆動す
ることが知られている。そのような圧縮機／膨張機の組
み合わせは、原価効率的であることができ、そして単一
の膨張機により発生される動力を回収する効率的手段と
なることができる。ところが、これらの組み合わせに
は、膨張機と圧縮機の両方が同じ速度で運転することが
必要であるという不利な点があり、どちらかの構成機器
については最適な速度になりそうもない。更に、この組
み合わせは液化装置の膨張機に空気分離装置の原料圧縮
機を連係させるのを必要とし、これは液化装置を空気分
離装置とは独立に運転したい場合に不利となる。
【０００６】液化装置の技術分野では、一般的には再循
環圧縮機により圧縮されたガスのうちの少なくとも一部
を更に圧縮するため、膨張タービンを使用して一つの圧
縮段を駆動することも知られている。そのような膨張タ
ービン／圧縮機の組み合わせは、時として「コンパンダ
ー」と呼ばれ、全圧縮動力のうちの約１０〜２０％を提
供する。液化装置について言えば、膨張タービンを使っ
て再循環圧縮機からのガスのうちの少なくとも一部分を
更に圧縮するのには特別な利点がある。ところが、コン
パンダーは効率的ではありながら、それらは比較的高価
であり、後段冷却器を必要とし、且つ速度超過を防ぐた
めに計装機器又は制御装置を必要とする。この余分な機
器類は、液化装置の全体の費用を上昇させる。
【０００７】本発明の発明者が知る限りで、液化装置の
再循環圧縮機にタービンを装置することによりタービン
動力を回収すること、あるいはそれから得ることができ
る利点は、これまで公に開示されていない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】ここにおいて、膨張ター
ビンにより発生された動力を効率的且つ原価効率的な様
式でもって回収する、効率的で安価な液化方法及び装置
が開発された。この改善の結果として、特に、効率を犠
牲にすることなく液化装置の資本費が減少し且つその建
設が容易になる。
【０００９】本発明の第一の側面によれば、液体寒冷剤
を製造するためガスを液化する方法であり、再循環ガス
流を含むガス流を圧縮機で圧縮して少なくとも１つの圧
縮ガス流を提供すること、この圧縮ガスのうちの少なく
とも一部を冷却し、その結果得られた冷却圧縮ガスを少
なくとも１つの膨張タービンで仕事膨張させて膨張ガス
流を提供し、且つ機械的動力を発生させること、液化さ
せようとするガスを冷却しそして少なくとも部分的に凝
縮させ、当該冷却及び凝縮のための寒冷負荷を上記膨張
ガス流との熱交換により提供すること、及びこの熱交換
した膨張ガス流を、圧縮することなく、上記圧縮機へ再
循環させて上記再循環ガス流を提供すること、を含む方
法であって、当該膨張タービンにより発生される機械的
動力が当該圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動
力の一部分を提供するよう、当該膨張タービンを当該圧
縮機に機械式に連結することを特徴とするガス液化方法
が提供される。
【００１０】原料ガス流はプロセスサイクルへ導入する
ことができ、そして導入は多数の異なる箇所で行うこと
ができる。例えば、原料流は、圧縮機での圧縮の前に、
再循環流と一緒にしてもよい。原料流の圧力が十分高い
場合には、それは新たに圧縮されたガス流と圧縮機の下
流で合流することができる。原料流の圧力が適切な中間
圧力である場合には、原料流は圧縮機への中間段原料流
としてサイクルに合流することができ、あるいは圧縮機
からの中間段出口流と一緒にすることができる。原料流
は低温のガスとして得られてもよく、そして低温閉鎖環
境の内部の適切な箇所で循環流体と合流してもよい。原
料流の一部分は低温のガスとして、そして一部分は高温
のガスとして得られてもよく、おのおのの部分は適切な
箇所でサイクルに合流する。
【００１１】本発明の一定の態様においては、原料流
は、再循環流が異なる組成を有するため、それと合流し
なくてもよい。これらの態様では、原料流は、再循環す
る流体の戻りの膨張ガス流との熱交換で冷却され凝縮さ
れて製品の液体を生じさせる。再循環流体は少しも凝縮
されない。一例は、再循環流体が空気であり、原料流と
製品流が窒素である場合、又は再循環流体が標準の窒素
であり、原料流と製品流が超純粋窒素である場合であ
る。
【００１２】原料ガスは、液体寒冷剤を製造することが
できる任意の適切なガスでよい。適切なガスの特別な例
には、窒素、酸素及びアルゴンといった普通の大気ガス
類のうちのいずれか、メタンやエタンといった多くの炭
化水素ガス類、そして空気や天然ガスといったこれらの
ガスの混合物、が含まれる。
【００１３】この改良された方法は、１以上の膨張ター
ビンと結合される、原料及び再循環の圧縮の負荷のため
の少なくとも１台の中間冷却される多段式の一体式ギヤ
接続（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ ｇｅａｒｅｄ）の遠心圧
縮機を使用する液化プロセスに特に適している。本発明
の特に好ましい態様では、膨張タービンはギヤ駆動装置
を介して圧縮機を駆動する。
【００１４】好ましくは、液化させるべきガスは圧縮し
たガスのうちの一部分を含み、そして圧縮したガスは補
給及び再循環ガスを含む。あるいはまた、液化させるべ
きガスは圧縮したガスのうちの一部からなり、そして当
該圧縮したガスは補給ガスと再循環ガスを含む。ほかの
態様においては、液化させるべきガスは再循環ガスを含
まない。
【００１５】本発明の第一の側面の好ましい態様におい
ては、圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力の
うちの一部を供給するために単一の膨張タービンがあ
る。この態様では、膨張タービンは単一のピニオンに圧
縮機とは反対側で取り付けてもよい。膨張タービンは、
専用ピニオンにより圧縮機を駆動してもよい。別の構成
では、膨張タービンはそれ自身のピニオンに取り付けら
れてギヤ駆動装置を介して圧縮機を駆動してもよい。
【００１６】特に好ましい態様では、冷却した圧縮ガス
を少なくとも２台の膨張タービンでもって異なる温度で
膨張させ、各膨張タービンは圧縮機を駆動するのに必要
とされる機械的動力のうちの一部を供給する。
【００１７】これらの特に好ましい態様においては膨張
タービンの異なる構成がいくつか存在する。一つの構成
では、膨張タービンは、これらの膨張タービンに共通の
単一のピニオンを含むギヤ接続の駆動装置により同じ速
度で運転し、そして圧縮機を駆動することができる。こ
の場合、膨張タービンは異なる圧力比で運転して、実質
的に同じ速度において最適の性能をもたらすことができ
る。もう一つの構成では、第一の膨張タービンはこの第
一の膨張タービンと圧縮機に共通の第一のピニオンを含
むギヤ接続の駆動装置により圧縮機を駆動することがで
き、そして第二の膨張タービンもこの第二の膨張タービ
ンと圧縮機に共通であるギヤ接続駆動装置の第二のピニ
オンにより圧縮機を駆動することができる。更に別の構
成では、膨張タービンは異なる速度で運転して、各ター
ビン用に別々のピニオンを含むギヤ接続の駆動装置によ
り圧縮機を駆動することができる。
【００１８】膨張タービンの圧力比は、好ましくは、２
つの膨張タービンの最適速度の差を最小にするように選
ばれる。最適な膨張タービンの空気力学的効率について
言えば、膨張タービンのホイールは、当該技術において
周知であるように、最適なホイール先端速度と最適な比
速度のために設計すべきである。
【００１９】本発明の効率は、機械の形状大きさ、レイ
ノルズ数及びマッハ数、並びに運転条件及び膨張タービ
ン速度に関係して変化する。膨張タービンの実際のホイ
ール先端速度も比速度も、１分当たりの回転数（ｒｐ
ｍ）で表した膨張タービン回転数、膨張タービンのエン
タルピー損失、インペラーの形状大きさ、及び膨張ター
ビンの排気体積流量に関係して変化する。最適なホイー
ル先端速度は、膨張タービンをまたいでの等エントロピ
ーのエンタルピー損失に関係して変化し、そしてこれ自
体は膨張タービン圧力と入口温度に関係して変化する。
当該技術分野においてはよく知られているように、エン
タルピー損失は温度を低下させるとともに減少するが、
圧力比を上昇させるとともに増大する。従って、最適な
速度の調和をみるためには、入口温度が低い方の膨張タ
ービン（「低温」膨張タービン）は入口温度が高い方の
膨張タービン（「高温」膨張タービン）よりも圧力比が
大きくなるべきである。
【００２０】同一のピニオンに取り付けられた２つの膨
張タービンを有する態様では、これらの膨張タービンは
同じｒｐｍで運転しなくてはならず、そして理想的に
は、それらの性能と効率はできるだけ最適なものに近く
なるべきである。低温膨張タービンの圧力比が高温膨張
タービンのそれより大きいものとすれば、両方の膨張タ
ービンをそれらの性能と効率の最適値の近くで運転する
ようにするために設計者にとって利用可能な十分な変数
がある。これらの変数には、膨張タービンの入口及び排
気圧力と入口温度、膨張タービン間で分けられる質量流
量、インペラーの形状寸法、そして２つの膨張タービン
が運転しなくてはならない選ばれたピニオン速度が含ま
れる。
【００２１】異なる温度で運転する２台の膨張タービン
を有する特に好ましい態様のうち第一の構成では、圧縮
ガスのうちの冷却し膨張させるべき部分を第一の温度に
冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガス流にする。この
中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの一部分を「高温」
膨張タービンで仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供
する。中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの残りの部分
を、上記の第一の温度より低い第二の温度まで更に冷却
して、更に冷却した圧縮ガス流を提供し、これを「低
温」膨張タービンで膨張させて第二の膨張ガス流にす
る。これら第一及び第二の膨張ガス流は両方とも、冷却
及び凝縮用の熱交換負荷を提供する。
【００２２】この構成では、圧縮機は第一の圧縮段と少
なくとも一つの更なる圧縮段を有することができ、第二
の膨張ガス流が第一の圧縮段へ再循環され、第一の膨張
ガス流が更なる圧縮段へ再循環される。
【００２３】「高温」膨張タービンは、圧縮機のうちの
１つの段を、「高温」膨張タービン及び当該圧縮段に共
通の第一のピニオンを含むギヤ接続の駆動装置によって
駆動することができ、そして「低温」膨張タービンは、
圧縮機のうちの更なる段を、「低温」膨張タービン及び
当該更なる圧縮段に共通であるギヤ接続駆動装置の第二
のピニオンによって駆動することができる。
【００２４】圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的
動力のうちの一部分を供給する２つの膨張タービンを有
する特に好ましい態様のうちの第二の構成においては、
圧縮ガスのうちの冷却し膨張させるべき部分を第一の温
度に冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガス流にする。
この中間的に冷却した圧縮ガス流を「高温」膨張タービ
ンで仕事膨張させて第一の膨張ガス流にし、これを上記
の第一の温度より低い第二の温度まで冷却して、冷却し
た第一の膨張ガス流にする。この冷却した第一の膨張ガ
ス流を「低温」膨張タービンで仕事膨張させて第二の膨
張ガス流にし、これを冷却及び凝縮用の熱交換負荷を提
供するのに使用する。
【００２５】第一の膨張ガス流は、必ずしも上記の第一
の温度より低い第二の温度まで冷却する必要はない。構
成によっては、第一の膨張ガス流を第二の温度まで再加
熱して再加熱した第一の膨張ガス流を作ってもよく、こ
れはその後「低温」膨張機で仕事膨張させて第二の膨張
ガス流にする。ほかの構成では、第一の膨張ガス流を、
冷却又は再加熱することなく「低温」膨張タービンへ直
接供給することができる。
【００２６】この第二の構成においては、「高温」膨張
タービンは、「高温」膨張タービン及び圧縮機に共通の
第一のピニオンを含むギヤ接続の駆動装置によって圧縮
機を駆動することができ、そして「低温」膨張タービン
は、「低温」膨張タービン及び圧縮機に共通であるギヤ
接続駆動装置の第二のピニオンによって圧縮機を駆動す
ることができる。
【００２７】２台の膨張タービンを有する本発明の第一
の側面の特に好ましい態様のうちの第三の構成では、圧
縮機は少なくとも１つの中間圧縮部と最終圧縮部とを有
する。圧縮ガスのうちの冷却し膨張させようとする部分
は、中間圧縮部の後で圧縮機から抜き出される中間圧力
部分と、そして最終圧縮部から抜き出される最終圧力部
分とを含む。中間圧力部分は第一の温度まで冷却され、
そして「高温」膨張タービンで仕事膨張して第一の膨張
ガス流を提供する。最終圧力部分は、第一の温度よりも
低い第二の温度まで冷却され、そして「低温」タービン
で膨張して第二の膨張ガス流を提供する。第一の膨張ガ
ス流も第二の膨張ガス流も、冷却及び凝縮用の熱負荷を
提供する。
【００２８】この構成では、第一の膨張ガス流も第二の
膨張ガス流も、圧縮機の第一の中間圧縮部へ再循環させ
ることができる。
【００２９】「高温」膨張タービンは、圧縮機のうちの
１つの段を、「高温」膨張タービン及び当該圧縮段に共
通の第一のピニオンを含むギヤ接続の駆動装置によって
駆動することができ、そして「低温」膨張タービンは、
圧縮機のうちの別の段を、「低温」膨張タービン及び当
該別の圧縮段に共通であるギヤ接続駆動装置の第二のピ
ニオンによって駆動することができる。
【００３０】圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的
動力のうちの一部分を提供する２つの膨張タービンを有
する特に好ましい態様のうちのこれらの構成のおのおの
では、これらの膨張タービンは、これらの膨張タービン
に共通の単一のピニオンを含むギヤ接続の駆動装置によ
り同じ速度で運転し、そして圧縮機を駆動することがで
きる。この構成では、膨張タービンは異なる圧力比で運
転して、実質的に同じ速度で最適な性能を提供すること
ができる。あるいはまた、膨張タービンは、各タービン
用に別々のピニオンを含むギヤ接続の駆動装置により異
なる速度で運転し、そして圧縮機を駆動することができ
る。
【００３１】特に好ましい態様において、ガスを液化し
て液体寒冷剤を製造する方法であり、一緒にした原料及
び再循環ガス流を圧縮機で圧縮して少なくとも一つの圧
縮ガス流を供給すること、この圧縮ガス流のうちの一部
分を冷却し、その結果得られた冷却した圧縮ガス流を少
なくとも一つの膨張タービンで仕事膨張させて膨張ガス
流を提供し、そして機械的動力を発生させること、上記
圧縮ガスのうちの残りの部分を冷却しそして少なくとも
部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらのための
寒冷負荷を提供する上記膨張ガス流との熱交換により行
うこと、及びこの熱交換した膨張ガス流を上記圧縮機へ
再循環させて上記再循環ガス流を提供すること、を含む
ガス液化方法であって、当該膨張タービンを当該圧縮機
に機械的に結合させ、そして当該膨張タービンにより発
生される機械的動力が当該圧縮機を駆動するのに必要と
される機械的動力のうちの一部分を提供することを特徴
とするものが提供される。
【００３２】本発明の一つの具体的な態様によれば、ガ
スを液化して液体寒冷剤を製造する方法であって、少な
くとも第一の圧縮部と最終の圧縮部とを有する圧縮機で
再循環ガス流を圧縮して、当該最終の圧縮部から圧縮ガ
ス流を提供すること、この圧縮ガス流のうちの一部分を
第一の温度に冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガス流
を提供すること、この中間的に冷却した圧縮ガス流のう
ちの一部分を「高温」膨張タービンで仕事膨張させて第
一の膨張ガス流を提供し、この「高温」膨張タービンは
ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連結されるピ
ニオンに取り付けられて、当該圧縮機を駆動するのに必
要とされる機械的動力の一部を提供すること、上記中間
的に冷却した圧縮ガス流の残りの部分を上記第一の温度
より低い第二の温度に更に冷却して、更に冷却した圧縮
ガス流を提供すること、この更に冷却した圧縮ガス流を
「低温」膨張タービンで仕事膨張させて第二の膨張ガス
流を提供し、この「低温」膨張タービンは、上記「高
温」膨張タービンと同じ速度であるがそれよりも高い圧
力比で運転し、そしてやはり上記ピニオンに取り付けら
れて上記圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力
の更に別の部分を提供すること、上記圧縮ガス流のうち
の残りの部分を冷却しそして少なくとも部分的に凝縮さ
せ、この冷却及び凝縮をそれらのための寒冷負荷を一緒
に提供する上記第一及び第二の膨張ガス流との熱交換に
より行って、それにより熱交換した第一及び第二の膨張
ガス流を提供すること、熱交換した第一の膨張ガス流を
上記第一の圧縮部の下流で上記圧縮機へ再循環させるこ
と、及び熱交換した第二の膨張ガス流を第一の圧縮部へ
再循環させること、を含む方法が提供される。
【００３３】本発明のもう一つの具体的な態様によれ
ば、空気及びその構成成分から選ばれるガスを液化する
方法であって、入口及び出口を有する圧縮機でもって再
循環ガス流を圧縮して当該出口から圧縮ガス流を提供す
ること、この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に
冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガス流を提供するこ
と、この中間的に冷却した圧縮ガス流を「高温」膨張タ
ービンでもって仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供
し、この「高温」膨張タービンはギヤ駆動装置により上
記圧縮機に機械的に連結されるピニオンに取り付けられ
て、当該圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力
の一部を提供すること、上記第一の膨張ガス流を上記第
一の温度より低い第二の温度に冷却して、冷却した第一
の膨張ガス流を提供すること、この冷却した第一の膨張
ガス流を「低温」膨張タービンでもって仕事膨張させて
第二の膨張ガス流を提供し、この「低温」膨張タービン
は「高温」膨張タービンと同じ速度であるがそれよりも
高い圧力比で運転し、そしてまた上記ピニオンに取り付
けられて、上記圧縮機を駆動するのに必要とされる機械
的動力のうちの更なる部分を提供すること、上記圧縮ガ
ス流のうちの残りの部分を冷却しそして少なくとも部分
的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらのための寒冷
負荷を提供する上記第二の膨張ガス流との熱交換により
行って、それにより熱交換した第二の膨張ガス流を提供
すること、及びこの熱交換した第二の膨張ガス流を上記
圧縮機の入口へ再循環させること、を含む方法が提供さ
れる。
【００３４】本発明の更なる具体的態様では、空気及び
その構成成分から選ばれるガスを液化する方法であっ
て、第一の圧縮部と最終の圧縮部とを少なくとも有する
圧縮機でもって再循環ガス流を圧縮して、当該最終の圧
縮部の上流で第一の圧縮ガス流を提供し、そして当該最
終の圧縮部から第二の圧縮ガス流を提供すること、上記
第一の圧縮ガス流を第一の温度に冷却して「中間的に」
冷却した圧縮ガス流を提供すること、この中間的に冷却
した圧縮ガス流を「高温」膨張タービンでもって仕事膨
張させて第一の膨張ガス流を提供し、この「高温」膨張
タービンはギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連
結されるピニオンに取り付けられて、当該圧縮機を駆動
するのに必要とされる機械的動力の一部を提供するこ
と、上記第二の圧縮ガス流のうちの一部分を上記第一の
温度より低い第二の温度に冷却して、第二の冷却した圧
縮ガス流を提供すること、この第二の冷却した圧縮ガス
流を「低温」膨張タービンでもって仕事膨張させて第二
の膨張ガス流を提供し、この「低温」膨張タービンは
「高温」膨張タービンと同じ速度であるがそれよりも高
い圧力比で運転し、そしてまた上記ピニオンに取り付け
られて、上記圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的
動力のうちの更なる部分を提供すること、上記第二の圧
縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少なくとも
部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらのための
寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第二の膨張ガス
流との熱交換により行って、それにより熱交換した第一
及び第二の膨張ガス流を提供すること、及び当該熱交換
した第一の膨張ガス流と当該熱交換した第二の膨張ガス
流の両方を上記第一の圧縮部へ再循環させること、を含
む方法が提供される。
【００３５】本発明の上述の種々の具体的態様を改変し
たものにおいては、「高温」膨張タービンをギヤ駆動装
置により圧縮機に機械的に連結される第一のピニオンに
取り付け、そして「低温」膨張タービンをギヤ駆動装置
により圧縮機に機械的に連結される第二のピニオンに取
り付ける。「高温」及び「低温」膨張タービンは両方と
も、圧縮機を駆動するための機械的動力のうちの一部分
を提供する。
【００３６】本発明の第二の側面では、ガスを液化して
液体寒冷剤を製造するための装置も提供され、この装置
は、再循環ガス流を含むガス流を圧縮して少なくとも一
つの圧縮ガス流を提供するための圧縮機、この圧縮ガス
のうちの少なくとも一部分を冷却するための熱交換手
段、その結果得られる冷却した圧縮ガスを仕事膨張させ
て膨張ガス流を提供し且つ機械的動力を生じさせるため
の少なくとも一つの膨張タービン、液化させようとする
ガスを冷却しそして少なくとも部分的に凝縮させて、こ
の冷却と凝縮のための寒冷負荷を上記膨張ガス流との熱
交換で提供するための凝縮用熱交換手段、及びこの熱交
換した膨張ガス流を圧縮せずに上記圧縮機へ再循環させ
て上記再循環流を提供するための再循環導管手段、を含
む装置であって、当該膨張タービン及び圧縮機が、当該
膨張タービンが当該圧縮機を駆動するのに必要とされる
機械的エネルギーのうちの一部分を提供するように機械
的に連結されていることを特徴とする装置である。
【００３７】圧縮機は、好ましくは、共通のギヤ駆動装
置、例えばブルギヤ、により駆動されるピニオン軸によ
り集成された複数の遠心圧縮機段と膨張タービン段とを
備えた、中間冷却され一体式にギヤ接続されたターボマ
シンアセンブリである。ピニオン軸を有する本発明の態
様においては、ピニオン軸は、ピニオンがギヤ駆動装置
を駆動するのを可能にするピニオンギヤを有することが
できる。
【００３８】膨張タービンと圧縮機は、ギヤ駆動装置に
より接続してもよい。好ましくは、膨張タービンは圧縮
機に機械的に連結される専用ピニオンに取り付けられ
る。とは言え、好ましい態様では、膨張タービンは圧縮
機の反対側でピニオンに取り付けられる。
【００３９】本発明の装置の側面の好ましい態様におい
ては、冷却した圧縮ガスの部分を異なる温度で膨張させ
る少なくとも二つの膨張タービンがあり、両方の膨張タ
ービンはギヤ駆動装置により圧縮機へ機械的に連結され
る。
【００４０】これらの好ましい態様の別の配置構成のも
のがいくつかある。一つの配置構成では、第一の膨張タ
ービンが圧縮機を、この第一の膨張タービンと圧縮機と
に共通の第一のピニオンを含むギヤ駆動装置により駆動
し、そして第二の膨張タービンが圧縮機を、この第二の
膨張タービンと圧縮機とに共通であるギヤ駆動装置の第
二のピニオンにより駆動する。
【００４１】第二の配置構成では、膨張タービンは共通
のピニオンを有する。あるいは、膨張タービンは異なる
速度で運転し、そして各タービンのために別個のピニオ
ンを含むギヤ駆動装置により圧縮機を駆動する。
【００４２】本発明のこの側面の特に好ましい態様で
は、本発明の装置は、圧縮したガスの部分を第一の温度
に冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガス流を提供する
ための熱交換手段、この中間的に冷却した圧縮ガス流の
うちの一部分を仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供
するための「高温」膨張タービン、上記中間的に冷却し
た圧縮ガス流のうちの残りの部分を第一の温度より低い
第二の温度に更に冷却して更に冷却した圧縮ガス流を提
供するための熱交換手段、この更に冷却した圧縮ガス流
を仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供するための
「低温」膨張タービン、及び第一及び第二の膨張ガス流
を上述の凝縮用熱交換手段へ供給するための導管手段、
を含む。
【００４３】この態様では、圧縮機は好ましくは、第一
の圧縮部と少なくとも一つの更なる圧縮部とを有する。
再循環導管手段は、好ましくは、第二の膨張ガス流を第
一の圧縮部へ再循環させ、第一の膨張ガス流を更なる圧
縮部へ再循環させる。
【００４４】第一の膨張タービンは、圧縮機の一段を、
第一の膨張タービンと当該圧縮段とに共通の第一のピニ
オンを含むギヤ駆動装置により駆動してもよく、そして
第二の膨張タービンは、圧縮機のもう一つの段を、第二
の膨張タービンと当該もう一つの圧縮段とに共通である
ギヤ駆動装置の第二のピニオンにより駆動してもよい。
【００４５】随意に、二つの膨張タービンを同じピニオ
ンの互いに反対側に取り付けてもよい。あるいは、膨張
タービンが異なる速度で運転する場合には、それらは各
タービンごとに別個のピニオンを含むギヤ駆動装置によ
り圧縮機を駆動してもよい。
【００４６】本発明のこの側面の第二の特に好ましい態
様においては、本発明の装置は、圧縮したガスの部分を
第一の温度に冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガス流
を提供するための熱交換手段、この中間的に冷却した圧
縮ガス流を仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供する
ための「高温」膨張タービン、この第一の膨張ガス流を
第一の温度より低い第二の温度に冷却して冷却した第一
の膨張ガス流を提供するための熱交換手段、この冷却し
た第一の膨張ガス流を仕事膨張させて第二の膨張ガス流
を提供するための「低温」膨張タービン、及びこの第二
の膨張ガス流を上述の凝縮用熱交換手段へ供給するため
の導管手段、を含む。
【００４７】第一の膨張タービンは、圧縮機を、第一の
膨張タービンと当該圧縮機とに共通の第一のピニオンを
含むギヤ駆動装置により駆動してもよく、そして第二の
膨張タービンは圧縮機を、第二の膨張タービンと当該圧
縮機とに共通であるギヤ駆動装置の第二のピニオンによ
り駆動してもよい。
【００４８】随意に、二つの膨張タービンは、同じピニ
オンの互いに反対側に取り付けてもよく、あるいは、膨
張タービンが異なる速度で運転する場合、それらは各タ
ービンごとに別個のピニオンを含むギヤ駆動装置により
圧縮機を駆動してもよい。
【００４９】好ましくは、上記の装置は、圧縮したガス
の部分を第一の温度に冷却して「中間的に」冷却した圧
縮ガス流を提供するための熱交換手段、この中間的に冷
却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第一の膨張ガス流を
提供するための高温膨張タービン、この第一の膨張ガス
流を仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供するための
「低温」膨張タービン、及びこの第二の膨張ガス流を上
述の凝縮用熱交換手段へ供給するための導管手段、を含
む。
【００５０】本発明のこの側面の第三の特に好ましい態
様では、圧縮機は少なくとも一つの中間圧縮部と最終の
圧縮部とを有し、中間圧縮部の後で圧縮機から抜き出さ
れる中間圧力の圧縮ガス流と圧縮機の最終圧縮部から抜
き出される最終圧力の圧縮ガス流を提供する。上記の熱
交換手段は、上記中間圧力の圧縮ガス流を第一の温度に
冷却し、そして上記最終圧力の圧縮ガス流を第一の温度
より低い第二の温度に冷却する。第一の「高温」膨張タ
ービンは、冷却された中間圧力の圧縮ガス流を仕事膨張
させて第一の膨張ガス流を提供し、第二の「低温」膨張
タービンは最終圧力の圧縮ガス流を仕事膨張させて第二
の膨張ガス流を提供し、そして導管手段が、当該第一及
び第二の膨張ガス流を上記の凝縮用熱交換手段に供給す
る。
【００５１】この好ましい態様においては、再循環導管
手段は好ましくは、熱交換した第一及び第二の膨張ガス
流を圧縮機の第一の圧縮部へ再循環させる。
【００５２】装置の側面の第一の特に好ましい態様の場
合のように、この第三の特に好ましい態様では、第一の
膨張タービンは、圧縮機の一段を、第一の膨張タービン
と当該圧縮段とに共通の第一のピニオンを含むギヤ駆動
装置により駆動してもよく、そして第二の膨張タービン
は、圧縮機の更なる段を、第二の膨張タービンと当該更
なる圧縮段とに共通であるギヤ駆動装置の第二のピニオ
ンにより駆動してもよい。
【００５３】随意に、二つの膨張タービンを同じピニオ
ンの互いに反対側に取り付けてもよく、あるいは、膨張
タービンが異なる速度で運転する場合、それらは各ター
ビンごとに別個のピニオンを含むギヤ駆動装置により圧
縮機を駆動してもよい。
【００５４】本発明の装置の具体的な態様によれば、第
一の圧縮部と最終の圧縮部とを少なくとも有し、再循環
ガス流を圧縮して当該最終の圧縮部から圧縮ガス流を提
供するための圧縮機、この圧縮ガス流のうちの一部分を
第一の温度に冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガス流
を提供するための熱交換手段、この中間的に冷却した圧
縮ガス流のうちの一部分を仕事膨張させて第一の膨張ガ
ス流を提供するための「高温」膨張タービンであって、
ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連結されるピ
ニオンに取り付けられて当該圧縮機を駆動するのに必要
とされる機械的動力のうちの一部分を提供する「高温」
膨張タービン、上記中間的に冷却した圧縮ガス流のうち
の残りの部分を上記第一の温度より低い第二の温度に更
に冷却して更に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱
交換手段、この更に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させ
て第二の膨張ガス流を提供するための「低温」膨張ター
ビンであって、上記「高温」膨張タービンと同じ速度で
あるがそれよりも高い圧力比で運転するためのものであ
り、そしてやはり上記ピニオンに取り付けられて上記圧
縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力のうちの更
なる部分を提供するための「低温」膨張タービン、上記
圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少なくと
も部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらのため
の寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第二の膨張ガ
ス流との熱交換により行って、熱交換した第一及び第二
の膨張ガス流を提供するための熱交換手段、及び上記熱
交換した第一の膨張ガス流を第一の圧縮部の下流で上記
圧縮機へ再循環させそして上記熱交換した第二の膨張ガ
ス流を当該第一の圧縮部へ再循環させるための再循環導
管手段、を含む、空気及びその構成成分から選ばれるガ
スを液化するための装置が提供される。
【００５５】本発明の装置のもう一つの具体的な態様に
よれば、入口と出口とを有し、再循環ガス流を圧縮して
当該出口から圧縮ガス流を提供するための圧縮機、この
圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して「中
間的に」冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手
段、この中間的に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて
第一の膨張ガス流を提供するための「高温」膨張タービ
ンであって、ギヤ駆動装置により圧縮機に機械的に連結
されるピニオンに取り付けられて当該圧縮機を駆動する
のに必要とされる機械的動力のうちの一部分を提供する
「高温」膨張タービン、上記第一の膨張ガス流を上記第
一の温度より低い第二の温度に冷却して冷却した第一の
膨張ガス流を提供するための熱交換手段、この冷却した
第一の膨張ガス流を仕事膨張させて第二の膨張ガス流を
提供するための「低温」膨張タービンであって、上記
「高温」膨張タービンと同じ速度であるがそれよりも高
い圧力比で運転するためのものであり、そしてやはり上
記ピニオンに取り付けられて、上記圧縮機を駆動するの
に必要とされる機械的動力のうちの更なる部分を提供す
る「低温」膨張タービン、上記圧縮ガス流のうちの残り
の部分を冷却しそして少なくとも部分的に凝縮させ、当
該冷却及び凝縮をそれらのための寒冷負荷を提供する上
記第二の膨張ガス流との熱交換により行って、それによ
り熱交換した第二の膨張ガス流を提供するための熱交換
手段、及びこの熱交換した第二の膨張ガス流を上記圧縮
機の入口へ再循環させるための再循環導管手段、を含
む、空気及びその構成成分から選ばれるガスを液化する
ための装置が提供される。
【００５６】本発明の装置の別の具体的な態様によれ
ば、第一の圧縮部と最終の圧縮部とを少なくとも有し、
再循環ガス流を圧縮して当該最終の圧縮部の上流で第一
の圧縮ガス流を提供し、そして当該最終の圧縮部から第
二の圧縮ガス流を提供する圧縮機、上記第一の圧縮ガス
流を第一の温度に冷却して「中間的に」冷却した圧縮ガ
ス流を提供するための熱交換手段、この中間的に冷却し
た圧縮ガス流を仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供
するための「高温」膨張タービンであって、ギヤ駆動装
置により上記圧縮機に機械的に連結されるピニオンに取
り付けられて当該圧縮機を駆動するのに必要とされる機
械的動力のうちの一部分を提供する「高温」膨張タービ
ン、上記第二の圧縮ガス流のうちの一部分を上記第一の
温度より低い第二の温度に冷却して第二の冷却した圧縮
ガス流を提供するための熱交換手段、この第二の冷却し
た圧縮ガス流を仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供
するための「低温」膨張タービンであって、上記「高
温」膨張タービンと同じ速度であるがそれよりも高い圧
力比で運転するためのものであり、そしてやはり上記ピ
ニオンに取り付けられて上記圧縮機を駆動するのに必要
とされる機械的動力のうちの更なる部分を提供する「低
温」膨張タービン、上記第二の圧縮ガス流のうちの残り
の部分を冷却しそして少なくとも部分的に凝縮させ、こ
の冷却及び凝縮をそれらのための寒冷負荷を一緒に提供
する上記第一及び第二の膨張ガス流との熱交換により行
って、それにより熱交換した第一及び第二の膨張ガス流
を提供するための熱交換手段、及び上記熱交換した第一
の膨張ガス流と熱交換した第二の膨張ガス流の両方を上
記第一の圧縮部へ再循環させるための再循環導管手段、
を含む、空気及びその構成成分から選ばれるガスを液化
するための装置が提供される。
【００５７】本発明の装置の上述の具体的な態様に代わ
る別の態様においては、「高温」膨張タービンはギヤ駆
動装置により上記圧縮機に機械的に連結される第一のピ
ニオンに取り付けられ、そして低温膨張タービンは当該
ギヤ駆動装置により当該圧縮機に機械的に接続される第
二のピニオンに取り付けられる。この「高温」膨張ター
ビンも「低温」膨張タービンも、圧縮機を駆動するため
の機械的動力のうちの一部分を提供する。
【００５８】上記の液化方法の好ましい態様において使
用される膨張タービンを再循環圧縮用途用の一体式ギヤ
駆動の遠心圧縮機へ組み込むことによって、経費を有意
に低減することができる。単一の機械モジュールのみ
が、低温閉鎖環境（ｃｏｌｄｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）及び
配管とともに必要とされるに過ぎない（何らかの原料圧
縮機が必要とされる場合のそれとは別に）。この利点の
結果として、液化装置のための敷地が小さくなり、建設
の時間が短くなり、また液化装置の移設が容易になる。
【００５９】液化装置が二つの膨張タービンを使用する
場合には、これら二つの膨張タービンを再循環圧縮機の
単一のピニオンに取り付けることによって、経費を更に
低減することができる。詳しく言えば、液化装置には単
一の主要な機械モジュールしかない（何らかの原料圧縮
機が必要とされる場合のそれ以外には）。また、後段冷
却器も必要とされず、それにより液化装置の経費と敷地
が更に減少する。更に、一体式ギヤ駆動の遠心圧縮機の
負荷を担う膨張タービンは一定の速度で運転するので、
膨張タービンを過剰速度で運転する可能性が著しく低下
する。
【００６０】本発明の更に別の利点は、膨張タービンが
再循環圧縮機に取り付けられるので液化装置の機器モジ
ュールの数が減少することである。これは液化装置の建
設時間を減らし、またそれを移設する費用を低下させ
る。
【００６１】
【発明の実施の形態】図１において、圧縮機の第一段Ｃ
１をこの圧縮機の第二段Ｃ２の反対側で第一の圧縮機ピ
ニオン軸１０に取り付ける。この圧縮機の第三段Ｃ３を
この圧縮機の第四段Ｃ４の反対側で第二の圧縮機ピニオ
ン軸１１に取り付ける。第一及び第二の圧縮機ピニオン
軸は、一体式ギヤ接続のターボ機械ギヤ（又はブルギ
ヤ）１２によって機械的に接続される。これらの圧縮段
を駆動するのに必要とされる機械的動力のうちの大部分
は、駆動軸１３によりブルギヤに供給される。
【００６２】膨張タービン１４は、ブルギヤに機械的に
接続される膨張タービンピニオン軸１５に取り付けられ
る。膨張タービンは、圧縮機の上記の四つの段を駆動す
るのに必要とされる機械的動力の残りの部分を提供す
る。
【００６３】図２においてピニオン軸１０、１１を軸と
する圧縮機の四つの段Ｃ１〜Ｃ４、ブルギヤ１２及び駆
動軸１３を含む一体式ギヤ接続のターボ機械集成装置
は、図１に示したものと同様である。図２では、膨張タ
ービンピニオン軸１５に取り付けられた膨張タービン１
４は「高温」膨張タービンである。この第一の膨張ター
ビンよりも低い温度で運転するので「低温」膨張タービ
ンと呼ばれる第二の膨張タービン１６は、ブルギヤに機
械的に接続される第二の膨張タービンピニオン軸１７に
取り付けられる。この配置構成では、「高温」及び「低
温」膨張タービンは一緒になって、圧縮機の四つの段を
駆動するのに必要とされる機械的動力のうちの残りの部
分を提供する。
【００６４】図３においてピニオン軸１０、１１を軸と
する圧縮機の四つの段Ｃ１〜Ｃ４、ブルギヤ１２及び駆
動軸１３を含む一体式ギヤ接続のターボ機械集成装置
は、図１及び図２に示したものと同様である。図３で
は、「高温」膨張タービン１４は、ブルギヤに機械的に
接続される膨張タービンピニオン軸１５に「低温」膨張
タービン１６の反対側で取り付けられる。この配置構成
では、「高温」及び「低温」膨張タービンは一緒になっ
て、圧縮機の四つの段を駆動するのに必要とされる機械
的動力のうちの残りの部分を提供する。
【００６５】図４において圧縮機ピニオン軸１０に取り
付けられる圧縮機の第一及び第二の段Ｃ１、Ｃ２、ブル
ギヤ１２及び駆動軸１３を含む一体式ギヤ接続のターボ
機械集成装置は、図１、２及び３に示したものと同様で
ある。とは言え、「高温」膨張タービン１４は圧縮機の
第三段Ｃ３の反対側で圧縮機ピニオン軸１１に取り付け
られる。その上、圧縮機の第四段Ｃ４は、「低温」膨張
タービン１６の反対側で膨張タービンピニオン軸１５に
取り付けられる。圧縮機ピニオン軸と膨張タービンピニ
オン軸は、ブルギヤに機械的に接続される。圧縮機の各
段は、タービンにより供給される機械的動力と組み合わ
される駆動軸により供給される機械的動力により駆動さ
れる。
【００６６】図５において、低温膨張タービンＥ２は圧
縮機Ｃの第一段の吸い込み圧力と最終の吐出圧力との間
で運転し、高温膨張タービンＥ１は圧縮機Ｃの中間圧縮
部の側流圧力と最終の吐出圧力との間で運転する。
【００６７】原料ガス流２００は、熱交換器Ｘ１の低温
閉鎖環境から取り出される再循環ガス流２２６と一緒に
され、そして再循環圧縮機Ｃで圧縮されて圧縮ガス流２
０４を提供する。流れ２０４は熱交換器Ｘ１で第一の中
間温度に冷却される。この冷却した圧縮ガス流のうちの
一部分は、流れ２４２として熱交換器Ｘ１から抜き出さ
れ、そして高温膨張タービンＥ１の入口へと流れる。膨
張タービンＥ１から膨張ガスの流れ２４４が排出され、
熱交換器Ｘ１へ供給されて、そこで冷却及び凝縮の負荷
を提供することで加温される。加温された流れは熱交換
器Ｘ１から取り出されて、次いで中間圧縮部原料流２４
６として再循環圧縮機Ｃへ再循環させられる。
【００６８】第一の中間温度まで冷却された圧縮ガス流
のうちの残りの部分は、熱交換器Ｘ１で、第一の中間温
度よりも冷たい第二の中間温度に更に冷却される。この
更に冷却した流れは少なくとも二つの部分に分割され
る。第一の部分は、熱交換器Ｘ１から取り出され、そし
て低温膨張タービンＥ２の入口へ流れ２２０として流れ
て膨張させられる。膨張したガスの流れは、膨張ガス流
２２２として低温膨張タービンＥ２の出口から排出さ
れ、下記で説明する分離器Ｓ１から取り出される蒸気分
２０８と合流する。合流した流れ２２４は次いで、熱交
換器Ｘ１へ供給され、そこで凝縮の負荷を提供すること
により加温される。加温したガスは、その後流れ２２６
として原料ガス流２００へ供給されることで再循環され
る。
【００６９】第二の中間温度に冷却された圧縮ガス流の
うちの残りの部分は、熱交換器Ｘ１で更に冷却され、そ
して熱交換器Ｘ１から流れ２０６として流出する。流れ
２０６はジュール−トムソン弁Ｖ１を通して供給され、
そこで膨張して、そしてこの膨張流は分離器Ｓ１へと流
れて、そこで蒸気分と液体分とに分離される。蒸気分は
分離器Ｓ１から流れ２０８として取り出され、そして膨
張ガス流２２２と一緒にされる。液体分は分離器Ｓ１か
ら液体製品流２１０として流出する。
【００７０】この液体製品流２１０は、当該技術におい
てよく知られているように液体製品のうちの気化する部
分との熱交換で過冷却してもよい。
【００７１】膨張タービンＥ１とＥ２は、圧縮機Ｃに機
械的に接続された同一のピニオンに取り付けてもよくあ
るいは別個のピニオンに取り付けてもよい。高温膨張タ
ービンＥ１の出口から出てきて圧縮機Ｃへ中間圧縮部供
給原料として供給される流れ２４４の圧力は、二つの膨
張タービンの最適速度の差を最小にするように選ばれ
る。
【００７２】図６において、低温膨張タービンＥ２と高
温膨張タービンＥ１は直列に組み合わされ、そしてこの
組み合わせは圧縮機Ｃの第一段の吸い込み圧力と最終吐
出圧力との間で運転する。
【００７３】原料ガス流３００は、熱交換器Ｘ１の低温
閉鎖環境からの再循環ガス流３２６と一緒にされ、そし
て圧縮されて圧縮ガス流３０４を提供する。圧縮ガス流
３０４は熱交換器Ｘ１で第一の中間温度まで冷却され
る。冷却した圧縮ガス流のうちの一部分は熱交換器Ｘ１
から抜き出され、冷却ガス流３４２として高温膨張ター
ービンＥ１の入口へ送られる。この膨張タービンＥ１か
らは膨張したガスの流れ３４４が排気され、そして熱交
換器Ｘ１へ戻されて、そこで第一の中間温度よりも冷た
い第二の中間温度に冷却されて、加温用の負荷を提供す
る。熱交換器Ｘ１からは冷却したガス流が取り出され
て、流れ３２０として低温膨張タービンＥ２の入口へ供
給される。この膨張タービンＥ２の出口からは膨張した
ガスの流れが膨張ガス流３２２として取り出され、下記
で検討される分離器Ｓ１からの蒸気流３０８と一緒にさ
れ、そして一緒にされた流れ３２４は熱交換器Ｘ１へ供
給されて、こうして流れ３２４は凝縮負荷を提供するこ
とにより加温される。加温されたガスは流れ３２６とし
て原料ガス流３００へ再循環される。
【００７４】第一の中間温度まで冷却された圧縮ガス流
のうちの残りの部分は、熱交換器Ｘ１で第三の中間温度
（これは第二の中間温度よりも冷たい）まで更に冷却さ
れ、そして熱交換器Ｘ１から流れ３０６として取り出さ
れる。流れ３０６はジュール−トムソン弁Ｖ１を通して
減圧され、分離器Ｓ１へ流入して、液体分と蒸気分とに
分離される。蒸気分は分離器Ｓ１から流れ３０８として
取り出されて、低温膨張タービンＥ２の出口からの膨張
ガス流３２２と一緒にされる。一緒にされた流れ３２４
は次に、上述のとおり再循環される。液体分は分離器Ｓ
１から液体製品流３１０として取り出される。
【００７５】液体製品流３１０は、当該技術において周
知のように、液体製品のうちの気化する部分との熱交換
で過冷却してもよい。
【００７６】膨張タービンＥ１及びＥ２は、両方のター
ビンに共通の単一のピニオンに取り付けてもよく、ある
いは別々のピニオンに取り付けてもよい。どちらの場合
も、ピニオンは圧縮機Ｃに機械的に接続される。２台の
膨張タービン間の中間圧力が、２台の膨張タービンの圧
力比を決定し、そしてこの中間圧力は２台の膨張タービ
ンの最適速度の差を最小にするように選ばれる。この特
定の例においては、低温膨張タービンＥ２をまたいでの
圧力比は高温膨張タービンＥ２をまたいでのそれよりも
大きい。
【００７７】図７において、低温膨張タービンＥ２は再
循環圧縮機Ｃの第一段吸い込み圧力と最終吐出圧力との
間で運転し、高温膨張タービンＥ２は圧縮機Ｃの中間圧
縮部の圧力と第一段吸い込み圧力との間で運転する。
【００７８】原料ガス流１００は、熱交換器Ｘ１の低温
閉鎖環境からの再循環ガス流１２６と一緒にされ、そし
て圧縮機Ｃの第一の圧縮部により中間圧力まで圧縮され
る。圧縮機Ｃの中間部から中間圧力の圧縮ガスの流れ１
４０が排出され、熱交換器Ｘ１で第一の中間温度に冷却
され、次いで冷却流１４２として高温膨張タービンＥ１
の入口へ送られる。この膨張タービンＥ１の出口からは
膨張したガスの流れ１４４が排出され、熱交換器Ｘ１へ
戻されて、そこで膨張タービンＥ２の排出口からくる冷
却用のガスの流れ１２４と一緒にされて、この一緒にさ
れた流れが冷却及び凝縮の負荷を提供する。加温された
ガス流は流れ１２６として供給されて原料ガス流１００
へ再循環される。
【００７９】中間圧力の圧縮ガスのうちの残りの部分
は、再循環圧縮機Ｃの高圧圧縮部で更に圧縮されて、流
れ１０４として再循環圧縮機Ｃから吐出される。圧縮ガ
ス流１０４は熱交換器Ｘ１で第二の中間温度まで冷却さ
れ、この第二の中間温度は第一の中間温度よりも冷た
い。第二の中間温度の圧縮ガス流のうちの一部分は、熱
交換器Ｘ１から流れ１２０として取り出されて、低温膨
張タービンＥ２の入口へ供給される。膨張タービンＥ２
からは、膨張したガスの流れが膨張ガス流１２２として
排出され、下記で説明する分離器Ｓ１から取り出された
蒸気分１０８と一緒にされる。一緒にされた流れ１２４
は次に熱交換器Ｘ１へ供給されて、そこで凝縮負荷を提
供することにより加温される。次いで、加温されたガス
流１２６が上記のように再循環される。
【００８０】第二の中間温度の圧縮ガス流のうちの残り
の部分は熱交換器Ｘ１で更に冷却され、この熱交換器か
ら流れ１０６として抜き出される。流れ１０６は、ジュ
ール−トムソン弁Ｖ１を通して減圧され、次いで分離器
Ｓ１へ供給されて、そこで蒸気分と液体分とに分離され
る。蒸気分は分離器Ｓ１から流れ１０８として取り出さ
れ、そして膨張ガス流１２２と一緒にされる。液体分は
分離器Ｓ１から液体製品１１０として抜き出される。
【００８１】液体製品流１１０は、当該技術において周
知のように、液体製品のうちの気化する部分との熱交換
により過冷却してもよい。
【００８２】膨張タービンＥ１とＥ２は、同一ピニオン
に互いに相対する側で取り付けてもよく、あるいは別々
のピニオンに取り付けてもよい。どちらの場合も、ピニ
オンは圧縮機Ｃに機械的に接続される。圧縮機Ｃの中間
部から抜き出される流れ１４０の圧力は、これらの膨張
タービンの最適速度の差を最小にするように選ぶことが
できる。
【００８３】
【実施例】〔例１〕図５のプロセスにおいて図３に示し
たギヤ駆動装置の構成を使用する窒素液化装置について
の本発明の例は次のとおりである。
【００８４】再循環圧縮機には二つのピニオンに各二つ
ずつの四つの段があり、中間の圧縮部の供給原料は二番
目の圧縮部の中間冷却器から出てくるガスと一緒にな
る。二つの膨張タービンは、第三の再循環圧縮機のピニ
オンに互いに相対する側で取り付けられる。
【００８５】
【表１】
【００８６】・高温膨張タービン： 速度＝５００００
ｒｐｍ、等エントロピー効率＝８４．３％、インペラー
直径＝８３ｍｍ ・低温膨張タービン： 速度＝５００００ｒｐｍ、等エ
ントロピー効率＝８２．８％、インペラー直径＝８５ｍ
ｍ
【００８７】液体窒素製品流２１０は、当該技術におい
て周知のやり方でもって液体窒素のうちの気化する部分
との熱交換で過冷却してもよい。
【００８８】２台の膨張タービンが再循環圧縮機の第三
のピニオンにより同じ速度で運転するという制約があっ
ても、この小さな液化装置については比較的高い膨張タ
ービン効率を達成することができる。これは、低温膨張
タービン圧力比が高温膨張タービンのそれよりも最適に
高いことから達成可能になる。
【００８９】本発明は好ましい態様を参照して上で説明
した細目に限定されるものでなく、特許請求の範囲によ
り明確にされる本発明の範囲から逸脱せずに多くの変更
及び改変を行うことができることが認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】四段の遠心圧縮機と単一の膨張タービンとを有
する一体式ギヤ駆動のターボ機械を模式的に示す図であ
る。
【図２】四段の遠心圧縮機と二つの膨張タービンとの間
のギヤ駆動装置の第一の配置構成を模式的に示す図であ
る。
【図３】四段の遠心圧縮機と二つの膨張タービンとの間
のギヤ駆動装置の第二の配置構成を模式的に示す図であ
る。
【図４】四段の遠心圧縮機と二つの膨張タービンとの間
のギヤ駆動装置の第三の配置構成を模式的に示す図であ
る。
【図５】本発明の特に好ましい態様の第一の配置構成を
模式的に示す図である。
【図６】本発明の特に好ましい態様の第二の配置構成を
模式的に示す図である。
【図７】本発明の特に好ましい態様の第三の配置構成を
模式的に示す図である。
【符号の説明】
Ｃ…圧縮機 Ｃ１…圧縮機の第一段 Ｃ２…圧縮機の第二段 Ｃ３…圧縮機の第三段 Ｃ４…圧縮機の第四段 Ｅ１…高温膨張タービン Ｅ２…低温膨張タービン Ｓ１…分離器 １０、１１…ピニオン軸 １２…ブルギヤ １３…駆動軸 １４…高温膨張タービン １５、１７…膨張タービンピニオン軸 １６…低温膨張タービン
フロントページの続き (72)発明者 ロドニー ジョン アラム イギリス国，ジーユー２ ５イーユー，サ リー，ギルドフォード，ギルダウン ロー ド 83，ウエストエイカー (72)発明者 レベッカ ジェイ．コットン イギリス国，ケーティー３ ４エイチエ ヌ，サリー，ニュー マルデン，デューク ス アベニュ 20エー (72)発明者 ジョン ロイド ディロン ザ フォース アメリカ合衆国，ペンシルベニア 19530, カッツタウン，ステージコーチ ロード 9770 (72)発明者 デクラン パトリック オコナー イギリス国，ケーティー９ １キューエ ヌ，サリー，チェシントン，ノース パレ ード，ブレイ コート 11 Ｆターム(参考） 4D047 AA01 AA08 AA09 AA10 CA17 DB05

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体寒冷剤を製造するためガスを液化す
    る方法であって、 再循環ガス流を含むガス流を圧縮機で圧縮して少なくと
    も一つの圧縮ガス流を提供すること、 この圧縮ガスのうちの少なくとも一部を冷却し、その結
    果得られた冷却圧縮ガスを少なくとも一つの膨張タービ
    ンで仕事膨張させて膨張ガス流を提供し、且つ機械的動
    力を発生させること、 液化させようとするガスを冷却しそして少なくとも部分
    的に凝縮させ、当該冷却及び凝縮のための寒冷負荷を上
    記膨張ガス流との熱交換により提供すること、及びこの
    熱交換した膨張ガス流を、圧縮することなく、上記圧縮
    機へ再循環させて上記再循環ガス流を提供すること、を
    含む方法であって、当該膨張タービンにより発生される
    機械的動力が当該圧縮機を駆動するのに必要とされる機
    械的動力の一部分を提供するよう、当該膨張タービンを
    当該圧縮機に機械式に連結することを特徴とするガス液
    化方法。
  2. 【請求項２】 前記液化させようとするガスが前記圧縮
    ガスのうちの一部分を含み、当該圧縮ガスが補給及び再
    循環ガスを含む、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記液化させようとするガスが前記圧縮
    ガスのうちの一部分からなり、当該圧縮ガスが補給及び
    再循環ガスを含む、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記液化させようとするガスが再循環ガ
    スを含まない、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記膨張タービンがギヤ駆動装置を介し
    て前記圧縮機を駆動する、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記膨張タービンが専用のピニオンを介
    して前記圧縮機を駆動する、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記膨張タービンが前記膨張タービン及
    び圧縮機の両方に共通の単一のピニオンを介して前記圧
    縮機を駆動する、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記液化させようとするガスを空気及び
    その構成成分から選ぶ、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記冷却圧縮ガスを少なくとも二つの膨
    張タービンでもって異なる温度で膨張させ、各膨張ター
    ビンが前記圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動
    力のうちの一部分を提供する、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 第一の膨張タービンが当該第一の膨張
    タービン及び前記圧縮機に共通の第一のピニオンを含む
    ギヤ駆動装置により前記圧縮機を駆動し、そして第二の
    膨張タービンが当該第二の膨張タービン及び前記圧縮機
    に共通であるギヤ駆動装置の第二のピニオンにより前記
    圧縮機を駆動する、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記圧縮ガスの冷却し膨張させようと
    する部分を第一の温度に冷却して中間的に冷却した圧縮
    ガス流を提供し、この中間的に冷却した圧縮ガス流のう
    ちの一部分を高温膨張タービンで仕事膨張させて第一の
    膨張ガス流を提供し、上記中間的に冷却した圧縮ガス流
    のうちの残りの部分を、上記第一の温度より低い第二の
    温度まで更に冷却して更に冷却した圧縮ガス流を提供
    し、この更に冷却した圧縮ガス流を低温膨張タービンで
    膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、そして当該第一
    及び第二の膨張ガス流が冷却及び凝縮用の熱交換負荷を
    一緒に提供する、請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記圧縮機が第一の圧縮部と少なくと
    も一つの更なる圧縮部を有し、前記第二の膨張ガス流を
    当該第一の圧縮部へ再循環させ、そして前記第一の膨張
    ガス流を更なる圧縮部へ再循環させる、請求項１１記載
    の方法。
  13. 【請求項１３】 前記圧縮ガスの冷却し膨張させようと
    する部分を第一の温度に冷却して中間的に冷却した圧縮
    ガス流を提供し、この中間的に冷却した圧縮ガス流を高
    温膨張タービンで仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提
    供し、この第一の膨張ガス流を上記第一の温度より低い
    第二の温度まで冷却して冷却した第一の膨張ガス流を提
    供し、この冷却した第一の膨張ガス流を低温膨張タービ
    ンで仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、そして
    この第二の膨張バス流が冷却及び凝縮用の熱交換負荷を
    提供する、請求項９記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記圧縮ガスの冷却し膨張させようと
    する部分を第一の温度に冷却して中間的に冷却した圧縮
    ガス流を提供し、この中間的に冷却した圧縮ガス流を高
    温膨張タービンで仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提
    供し、この第一の膨張ガス流を低温膨張タービンで仕事
    膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、そしてこの第二
    の膨張ガス流が冷却及び凝縮用の熱交換負荷を提供す
    る、請求項９記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記圧縮機が少なくとも１つの中間圧
    縮部と最終圧縮部とを有し、前記圧縮ガスの冷却し膨張
    させようとする部分が、中間圧縮部の後で当該圧縮機か
    ら抜き出される中間圧力部分と当該圧縮機の最終圧縮部
    から抜き出される最終圧力部分とを含み、当該中間圧力
    部分を第一の温度まで冷却しそして高温膨張タービンで
    仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供し、当該最終圧
    力部分を上記第一の温度よりも低い第二の温度まで冷却
    しそして低温タービンで膨張させて第二の膨張ガス流を
    提供し、そして当該第一及び第二の膨張ガス流が冷却及
    び凝縮用の熱負荷を一緒に提供する、請求項９記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記第一及び第二の膨張ガス流の両方
    を前記圧縮機の第一の中間圧縮部へ再循環させる、請求
    項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記膨張タービンが同じ速度で運転
    し、且つ、当該膨張タービンに共通の単一のピニオンを
    含むギヤ駆動装置により前記圧縮機を駆動する、請求項
    ９、１１、１３又は１５記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記膨張タービンが異なる圧力比で運
    転して実質的に同じ速度で最適な性能を示す、請求項１
    ７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記膨張タービンが異なる速度で運転
    し、且つ、各タービンのための別個のピニオンを含むギ
    ヤ駆動装置により前記圧縮機を駆動する、請求項９、１
    １、１３又は１５記載の方法。
  20. 【請求項２０】 ガスを液化して液体寒冷剤を製造する
    方法であって、 一緒にした原料及び再循環ガス流を圧縮機で圧縮して少
    なくとも一つの圧縮ガス流を供給すること、 この圧縮ガス流のうちの一部分を冷却し、その結果得ら
    れた冷却した圧縮ガスを少なくとも一つの膨張タービン
    で仕事膨張させて膨張ガス流を提供し、且つ機械的動力
    を発生させること、上記圧縮ガス流のうちの残りの部分
    を冷却しそして少なくとも部分的に凝縮させ、この冷却
    及び凝縮をそれらのための寒冷負荷を提供する上記膨張
    ガス流との熱交換により行うこと、及びこの熱交換した
    膨張ガス流を上記圧縮機へ再循環させて上記再循環ガス
    流を提供すること、を含む方法であって、当該膨張ター
    ビンを当該圧縮機に機械的に結合させ、そして当該膨張
    タービンにより発生される機械的動力が当該圧縮機を駆
    動するのに必要とされる機械的動力の一部分を提供する
    ことを特徴とするガス液化方法。
  21. 【請求項２１】 空気及びその構成成分から選ばれるガ
    スを液化する方法であって、 一緒にした原料及び再循環ガス流を、少なくとも第一の
    圧縮部と最終の圧縮部とを有する圧縮機で圧縮して当該
    最終の圧縮部から圧縮ガス流を提供すること、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの一部分を高温
    膨張タービンでもって仕事膨張させて第一の膨張ガス流
    を提供し、この高温膨張タービンはギヤ駆動装置により
    上記圧縮機に機械的に連結されるピニオンに取り付けら
    れて、当該圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動
    力の一部を提供すること、 上記中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの残りの部分を
    上記第一の温度よりも低い第二の温度まで更に冷却して
    更に冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この更に冷却した圧縮ガス流を低温膨張タービンでもっ
    て仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、この低温
    膨張タービンは上記高温膨張タービンと同じ速度である
    がそれよりも高い圧力比で運転し、そしてまた上記ピニ
    オンに取り付けられて、上記圧縮機を駆動するのに必要
    とされる機械的動力のうちの更なる部分を提供するこ
    と、 上記圧縮ガス流のうちの上記残りの部分を冷却しそして
    少なくとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれ
    らのための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第二
    の膨張ガス流との熱交換により行って、それにより熱交
    換した第一及び第二の膨張ガス流を製造すること、 当該熱交換した第一の膨張ガス流を上記第一の圧縮部の
    下流で上記圧縮機へ再循環させること、及び当該熱交換
    した第二の膨張ガス流を上記第一の圧縮部へ再循環させ
    ること、を含むガス液化方法。
  22. 【請求項２２】 空気及びその構成成分から選ばれるガ
    スを液化する方法であって、 一緒にした原料及び再循環ガス流を、少なくとも第一の
    圧縮部と最終の圧縮部とを有する圧縮機で圧縮して当該
    最終の圧縮部から圧縮ガス流を提供すること、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの一部分を高温
    膨張タービンでもって仕事膨張させて第一の膨張ガス流
    を提供し、この高温膨張タービンはギヤ駆動装置により
    上記圧縮機に機械的に連結される第一のピニオンに取り
    付けられて、当該圧縮機を駆動するのに必要とされる機
    械的動力の一部を提供すること、 上記中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの残りの部分を
    上記第一の温度よりも低い第二の温度まで更に冷却して
    更に冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この更に冷却した圧縮ガス流を低温膨張タービンでもっ
    て仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、この低温
    膨張タービンは上記ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機
    械的に連結される第二のピニオンに取り付けられて、上
    記圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力のうち
    の更なる部分を提供すること、 上記圧縮ガス流のうちの上記残りの部分を冷却しそして
    少なくとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれ
    らのための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第二
    の膨張ガス流との熱交換により行って、それにより熱交
    換した第一及び第二の膨張ガス流を製造すること、 当該熱交換した第一の膨張ガス流を上記第一の圧縮部の
    下流で上記圧縮機へ再循環させること、及び当該熱交換
    した第二の膨張ガス流を上記第一の圧縮部へ再循環させ
    ること、を含むガス液化方法。
  23. 【請求項２３】 空気及びその構成成分から選ばれるガ
    スを液化する方法であって、 一緒にした原料及び再循環ガス流を、入口及び出口を有
    する圧縮機で圧縮して当該出口から圧縮ガス流を提供す
    ること、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を高温膨張タービンで
    もって仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供し、この
    高温膨張タービンはギヤ駆動装置により上記圧縮機に機
    械的に連結されるピニオンに取り付けられて、当該圧縮
    機を駆動するのに必要とされる機械的動力の一部を提供
    すること、 上記第一の膨張ガス流を上記第一の温度より低い第二の
    温度に冷却して、冷却した第一の膨張ガス流を提供する
    こと、 この冷却した第一の膨張ガス流を低温膨張タービンでも
    って仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、この低
    温膨張タービンは上記高温膨張タービンと同じ速度であ
    るがそれよりも高い圧力比で運転し、そしてまた上記ピ
    ニオンに取り付けられて、上記圧縮機を駆動するのに必
    要とされる機械的動力のうちの更なる部分を提供するこ
    と、 上記圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少な
    くとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらの
    ための寒冷負荷を提供する上記第二の膨張ガス流との熱
    交換により行って、それにより熱交換した第二の膨張ガ
    ス流を提供すること、及びこの熱交換した第二の膨張ガ
    ス流を上記圧縮機の入口へ再循環させること、を含むガ
    ス液化方法。
  24. 【請求項２４】 空気及びその構成成分から選ばれるガ
    スを液化する方法であって、 一緒にした原料及び再循環ガス流を、入口及び出口を有
    する圧縮機で圧縮して当該出口から圧縮ガス流を提供す
    ること、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を高温膨張タービンで
    もって仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供し、この
    高温膨張タービンはギヤ駆動装置により上記圧縮機に機
    械的に連結される第一のピニオンに取り付けられて、当
    該圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力の一部
    を提供すること、 上記第一の膨張ガス流を上記第一の温度より低い第二の
    温度に冷却して、冷却した第一の膨張ガス流を提供する
    こと、 この冷却した第一の膨張ガス流を低温膨張タービンでも
    って仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、この低
    温膨張タービンは上記ギヤ駆動装置により上記圧縮機に
    機械的に連結される第二のピニオンに取り付けられて、
    上記圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力のう
    ちの更なる部分を提供すること、 上記圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少な
    くとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらの
    ための寒冷負荷を提供する上記第二の膨張ガス流との熱
    交換により行って、熱交換した第二の膨張ガス流を提供
    すること、及びこの熱交換した第二の膨張ガス流を上記
    圧縮機の入口へ再循環させること、を含むガス液化方
    法。
  25. 【請求項２５】 空気及びその構成成分から選ばれるガ
    スを液化する方法であって、 一緒にした原料及び再循環ガス流を、第一の圧縮部と最
    終の圧縮部とを少なくとも有する圧縮機でもって圧縮し
    て、当該最終の圧縮部の上流で第一の圧縮ガス流を提供
    し、そして当該最終の圧縮部から第二の圧縮ガス流を提
    供すること、 上記第一の圧縮ガス流を第一の温度に冷却して中間的に
    冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を高温膨張タービンで
    もって仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供し、この
    高温膨張タービンはギヤ駆動装置により上記圧縮機に機
    械的に連結されるピニオンに取り付けられて、当該圧縮
    機を駆動するのに必要とされる機械的動力の一部を提供
    すること、 上記第二の圧縮ガス流のうちの一部分を上記第一の温度
    より低い第二の温度に冷却して、第二の冷却した圧縮ガ
    ス流を提供すること、 この第二の冷却した圧縮ガス流を低温膨張タービンでも
    って仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、この低
    温膨張タービンは上記高温膨張タービンと同じ速度であ
    るがそれよりも高い圧力比で運転し、そしてまた上記ピ
    ニオンに取り付けられて、上記圧縮機を駆動するのに必
    要とされる機械的動力のうちの更なる部分を提供するこ
    と、 上記第二の圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそし
    て少なくとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそ
    れらのための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第
    二の膨張ガス流との熱交換により行って、それにより熱
    交換した第一及び第二の膨張ガス流を提供すること、及
    び当該熱交換した第一の膨張ガス流と当該熱交換した第
    二の膨張ガス流の両方を上記第一の圧縮部へ再循環させ
    ること、を含むガス液化方法。
  26. 【請求項２６】 空気及びその構成成分から選ばれるガ
    スを液化する方法であって、 一緒にした原料及び再循環ガス流を、第一の圧縮部と最
    終の圧縮部とを少なくとも有する圧縮機でもって圧縮し
    て、当該最終の圧縮部の上流で第一の圧縮ガス流を提供
    し、そして当該最終の圧縮部から第二の圧縮ガス流を提
    供すること、 上記第一の圧縮ガス流を第一の温度に冷却して中間的に
    冷却した圧縮ガス流を提供すること、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を高温膨張タービンで
    もって仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提供し、この
    高温膨張タービンはギヤ駆動装置により上記圧縮機に機
    械的に連結されるピニオンに取り付けられて、当該圧縮
    機を駆動するのに必要とされる機械的動力の一部を提供
    すること、 上記第二の圧縮ガス流のうちの一部分を上記第一の温度
    より低い第二の温度に冷却して、第二の冷却した圧縮ガ
    ス流を提供すること、 この第二の冷却した圧縮ガス流を低温膨張タービンでも
    って仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供し、この低
    温膨張タービンは上記ギヤ駆動装置により上記圧縮機に
    機械的に連結される別のピニオンに取り付けられて、上
    記圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力のうち
    の更なる部分を提供すること、 上記第二の圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそし
    て少なくとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそ
    れらのための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第
    二の膨張ガス流との熱交換により行って、それにより熱
    交換した第一及び第二の膨張ガス流を製造すること、及
    び当該熱交換した第一の膨張ガス流と当該熱交換した第
    二の膨張ガス流の両方を上記第一の圧縮部へ再循環させ
    ること、を含むガス液化方法。
  27. 【請求項２７】 請求項１記載の方法により液体寒冷剤
    を製造するためガスを液化するための装置であり、 再循環ガス流を含むガス流を圧縮して少なくとも一つの
    圧縮ガス流を提供するための圧縮機、 この圧縮ガス流のうちの少なくとも一部分を冷却するた
    めの熱交換手段、 その結果得られる冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて
    膨張ガス流を提供し且つ機械的動力を生じさせるための
    少なくとも一つの膨張タービン、 液化させようとするガスを冷却しそして少なくとも部分
    的に凝縮させて、この冷却と凝縮のための寒冷負荷を上
    記膨張ガス流との熱交換で提供するための凝縮用熱交換
    手段、及びこの熱交換した膨張ガス流を圧縮せずに上記
    圧縮機へ再循環させて上記再循環流を提供するための再
    循環導管手段、を含む装置であって、当該膨張タービン
    及び圧縮機が、当該膨張タービンが当該圧縮機を駆動す
    るのに必要とされる機械的エネルギーのうちの一部分を
    提供するように機械的に連結されていることを特徴とす
    るガス液化装置。
  28. 【請求項２８】 前記膨張タービン及び圧縮機がギヤ駆
    動装置により連結されている、請求項２７記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記膨張タービンが前記圧縮機に機械
    的に連結される専用のピニオンに取り付けられている、
    請求項２７記載の装置。
  30. 【請求項３０】 前記膨張タービンが圧縮機と反対側で
    ピニオンに取り付けられている、請求項２７記載の装
    置。
  31. 【請求項３１】 前記冷却した圧縮ガスの部分を異なる
    温度で膨張させる少なくとも２台の膨張タービンがあ
    り、両方の膨張タービンがギヤ駆動装置により前記圧縮
    機に機械的に接続されている、請求項２７記載の装置。
  32. 【請求項３２】 第一の膨張タービンが前記圧縮機を、
    この第一の膨張タービンと当該圧縮機とに共通の第一の
    ピニオンを含むギヤ駆動装置により駆動し、そして第二
    の膨張タービンが当該圧縮機を、この第二の膨張タービ
    ンと当該圧縮機とに共通であるギヤ駆動装置の第二のピ
    ニオンにより駆動する、請求項３１記載の装置。
  33. 【請求項３３】 圧縮したガスの部分を第一の温度に冷
    却して中間的に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱
    交換手段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの一部分を仕事
    膨張させて第一の膨張ガス流を提供するための高温膨張
    タービン、 上記中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの残りの部分を
    上記第一の温度より低い第二の温度に更に冷却して更に
    冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手段、 この更に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第二の膨
    張ガス流を提供するための低温膨張タービン、及び上記
    第一及び第二の膨張ガス流を上記凝縮用の熱交換手段へ
    供給するための導管手段、を含む、請求項３１記載の装
    置。
  34. 【請求項３４】 前記圧縮機が第一の圧縮部と少なくと
    も一つの更なる圧縮部とを有し、そして前記再循環導管
    手段が前記第二の膨張ガス流を当該第一の圧縮部へ再循
    環させ、且つ前記第一の膨張ガス流を更なる圧縮部へ再
    循環させる、請求項３３記載の装置。
  35. 【請求項３５】 圧縮したガスの部分を第一の温度に冷
    却して中間的に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱
    交換手段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第一
    の膨張ガス流を提供するための高温膨張タービン、 この第一の膨張ガス流を上記第一の温度より低い第二の
    温度に冷却して冷却した第一の膨張ガス流を提供するた
    めの熱交換手段、 この冷却した第一の膨張ガス流を仕事膨張させて第二の
    膨張ガス流を提供するための低温膨張タービン、及びこ
    の第二の膨張ガス流を前記凝縮用の熱交換手段へ供給す
    るための導管手段、を含む、請求項３１記載の装置。
  36. 【請求項３６】 圧縮したガスの部分を第一の温度に冷
    却して中間的に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱
    交換手段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第一
    の膨張ガス流を提供するための高温膨張タービン、 この第一の膨張ガス流を仕事膨張させて第二の膨張ガス
    流を提供するための低温膨張タービン、及びこの第二の
    膨張ガス流を前記凝縮用の熱交換手段へ供給するための
    導管手段、を含む、請求項３１記載の装置。
  37. 【請求項３７】 前記圧縮機は少なくとも一つの中間圧
    縮部と最終の圧縮部とを有し、中間圧縮部の後で当該圧
    縮機から抜き出される中間圧力の圧縮ガス流と当該圧縮
    機の当該最終圧縮部から抜き出される最終圧力の圧縮ガ
    ス流とを提供し、前記熱交換手段は、上記中間圧力の圧
    縮ガス流を第一の温度に冷却し、そして上記最終圧力の
    圧縮ガス流を上記第一の温度より低い第二の温度に冷却
    し、第一の高温膨張タービンが、冷却された上記中間圧
    力の圧縮ガス流を仕事膨張させて第一の膨張ガス流を提
    供し、第二の低温膨張タービンが、上記最終圧力の圧縮
    ガスの部分を仕事膨張させて第二の膨張ガス流を提供
    し、そして導管手段が、当該第一及び第二の膨張ガス流
    を前記凝縮用の熱交換手段に供給する、請求項３１記載
    の装置。
  38. 【請求項３８】 前記再循環導管手段が前記熱交換した
    第一及び第二の膨張ガス流を前記圧縮機の前記第一の圧
    縮部へ再循環させる、請求項３７記載の装置。
  39. 【請求項３９】 前記膨張タービンが共通のピニオンを
    有する、請求項３１、３３、３５又は３７記載の装置。
  40. 【請求項４０】 前記膨張タービンが異なる速度で運転
    し、そして各タービンのために別個のピニオンを含むギ
    ヤ駆動装置により前記圧縮機を駆動する、請求項３１、
    ３３、３５又は３７記載の装置。
  41. 【請求項４１】 第一の圧縮部と最終の圧縮部とを少な
    くとも有し、一緒にされた原料及び再循環ガス流を圧縮
    して当該最終の圧縮部から圧縮ガス流を提供するための
    圧縮機、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手
    段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの一部分を仕事
    膨張させて第一の膨張ガス流を提供するための高温膨張
    タービンであって、ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機
    械的に連結されるピニオンに取り付けられて当該圧縮機
    を駆動するのに必要とされる機械的動力のうちの一部分
    を提供する高温膨張タービン、 上記中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの残りの部分を
    上記第一の温度より低い第二の温度に更に冷却して更に
    冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手段、 この更に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第二の膨
    張ガス流を提供するための低温膨張タービンであって、
    上記高温膨張タービンと同じ速度であるがそれよりも高
    い圧力比で運転するためのものであり、そしてやはり上
    記ピニオンに取り付けられて上記圧縮機を駆動するのに
    必要とされる機械的動力のうちの更なる部分を提供する
    ための低温膨張タービン、 上記圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少な
    くとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらの
    ための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第二の膨
    張ガス流との熱交換により行って、熱交換した第一及び
    第二の膨張ガス流を提供するための熱交換手段、及び上
    記熱交換した第一の膨張ガス流を上記第一の圧縮部の下
    流で上記圧縮機へ再循環させそして上記熱交換した第二
    の膨張ガス流を当該第一の圧縮部へ再循環させるための
    再循環導管手段、を含む、空気及びその構成成分から選
    ばれるガスを液化するための装置。
  42. 【請求項４２】 第一の圧縮部と最終の圧縮部とを少な
    くとも有し、一緒にされた原料及び再循環ガス流を圧縮
    して当該最終の圧縮部から圧縮ガス流を提供するための
    圧縮機、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手
    段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの一部分を仕事
    膨張させて第一の膨張ガス流を提供するための高温膨張
    タービンであって、ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機
    械的に連結される第一のピニオンに取り付けられて当該
    圧縮機を駆動するのに必要とされる機械的動力のうちの
    一部分を提供する高温膨張タービン、 上記中間的に冷却した圧縮ガス流のうちの残りの部分を
    上記第一の温度より低い第二の温度に更に冷却して更に
    冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手段、 この更に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第二の膨
    張ガス流を提供するための低温膨張タービンであって、
    上記ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連結され
    る第二のピニオンに取り付けられて上記圧縮機を駆動す
    るのに必要とされる機械的動力のうちの更なる部分を提
    供する低温膨張タービン、 上記圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少な
    くとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらの
    ための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第二の膨
    張ガス流との熱交換により行って、熱交換した第一及び
    第二の膨張ガス流を提供するための熱交換手段、及び上
    記熱交換した第一の膨張ガス流を上記第一の圧縮部の下
    流で上記圧縮機へ再循環させそして上記熱交換した第二
    の膨張ガス流を当該第一の圧縮部へ再循環させるための
    再循環導管手段、を含む、空気及びその構成成分から選
    ばれるガスを液化するための装置。
  43. 【請求項４３】 入口と出口とを有し、一緒にされた原
    料及び再循環ガス流を圧縮して当該出口から圧縮ガス流
    を提供するための圧縮機、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手
    段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第一
    の膨張ガス流を提供するための高温膨張タービンであっ
    て、ギヤ駆動装置により圧縮機に機械的に連結されるピ
    ニオンに取り付けられて当該圧縮機を駆動するのに必要
    とされる機械的動力のうちの一部分を提供する高温膨張
    タービン、 上記第一の膨張ガス流を上記第一の温度より低い第二の
    温度に冷却して冷却した第一の膨張ガス流を提供するた
    めの熱交換手段、 この冷却した第一の膨張ガス流を仕事膨張させて第二の
    膨張ガス流を提供するための低温膨張タービンであっ
    て、上記高温膨張タービンと同じ速度であるがそれより
    も高い圧力比で運転するためのものであり、そしてやは
    り上記ピニオンに取り付けられて、上記圧縮機を駆動す
    るのに必要とされる機械的動力のうちの更なる部分を提
    供する低温膨張タービン、 上記圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少な
    くとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらの
    ための寒冷負荷を提供する上記第二の膨張ガス流との熱
    交換により行って、熱交換した第二の膨張ガス流を提供
    するための熱交換手段、及びこの熱交換した第二の膨張
    ガス流を上記圧縮機の入口へ再循環させるための再循環
    導管手段、を含む、空気及びその構成成分から選ばれる
    ガスを液化するための装置。
  44. 【請求項４４】 入口と出口とを有し、一緒にされた原
    料及び再循環ガス流を圧縮して当該出口から圧縮ガス流
    を提供するための圧縮機、 この圧縮ガス流のうちの一部分を第一の温度に冷却して
    中間的に冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手
    段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第一
    の膨張ガス流を提供するための高温膨張タービンであっ
    て、ギヤ駆動装置により圧縮機に機械的に連結される第
    一のピニオンに取り付けられて当該圧縮機を駆動するの
    に必要とされる機械的動力のうちの一部分を提供する高
    温膨張タービン、 上記第一の膨張ガス流を上記第一の温度より低い第二の
    温度に冷却して冷却した第一の膨張ガス流を提供するた
    めの熱交換手段、 この冷却した第一の膨張ガス流を仕事膨張させて第二の
    膨張ガス流を提供するための低温膨張タービンであっ
    て、上記ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連結
    される第二のピニオンに取り付けられて、上記圧縮機を
    駆動するのに必要とされる機械的動力のうちの更なる部
    分を提供する低温膨張タービン、 上記圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそして少な
    くとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそれらの
    ための寒冷負荷を提供する上記第二の膨張ガス流との熱
    交換により行って、熱交換した第二の膨張ガス流を提供
    するための熱交換手段、及びこの熱交換した第二の膨張
    ガス流を上記圧縮機の入口へ再循環させるための再循環
    導管手段、を含む、空気及びその構成成分から選ばれる
    ガスを液化するための装置。
  45. 【請求項４５】 第一の圧縮部と最終の圧縮部とを少な
    くとも有し、一緒にされた原料及び再循環ガス流を圧縮
    して当該最終の圧縮部の上流で第一の圧縮ガス流を提供
    し、そして当該最終の圧縮部から第二の圧縮ガス流を提
    供する圧縮機、 上記第一の圧縮ガス流を第一の温度に冷却して中間的に
    冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第一
    の膨張ガス流を提供するための高温膨張タービンであっ
    て、ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連結され
    るピニオンに取り付けられて当該圧縮機を駆動するのに
    必要とされる機械的動力のうちの一部分を提供する高温
    膨張タービン、上記第二の圧縮ガス流のうちの一部分を
    上記第一の温度より低い第二の温度に冷却して第二の冷
    却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手段、 この第二の冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第二の
    膨張ガス流を提供するための低温膨張タービンであっ
    て、上記高温膨張タービンと同じ速度であるがそれより
    も高い圧力比で運転するためのものであり、そしてやは
    り上記ピニオンに取り付けられて上記圧縮機を駆動する
    のに必要とされる機械的動力のうちの更なる部分を提供
    する低温膨張タービン、 上記第二の圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそし
    て少なくとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそ
    れらのための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第
    二の膨張ガス流との熱交換により行って、熱交換した第
    一及び第二の膨張ガス流を提供するための熱交換手段、
    及び上記熱交換した第一の膨張ガス流と上記熱交換した
    第二の膨張ガス流の両方を上記第一の圧縮部へ再循環さ
    せるための再循環導管手段、を含む、空気及びその構成
    成分から選ばれるガスを液化するための装置。
  46. 【請求項４６】 第一の圧縮部と最終の圧縮部とを少な
    くとも有し、一緒にされた原料及び再循環ガス流を圧縮
    して当該最終の圧縮部の上流で第一の圧縮ガス流を提供
    し、そして当該最終の圧縮部から第二の圧縮ガス流を提
    供する圧縮機、 上記第一の圧縮ガス流を第一の温度に冷却して中間的に
    冷却した圧縮ガス流を提供するための熱交換手段、 この中間的に冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第一
    の膨張ガス流を提供するための高温膨張タービンであっ
    て、ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連結され
    る第一のピニオンに取り付けられて当該圧縮機を駆動す
    るのに必要とされる機械的動力のうちの一部分を提供す
    る高温膨張タービン、 上記第二の圧縮ガス流のうちの一部分を上記第一の温度
    より低い第二の温度に冷却して第二の冷却した圧縮ガス
    流を提供するための熱交換手段、 この第二の冷却した圧縮ガス流を仕事膨張させて第二の
    膨張ガス流を提供するための低温膨張タービンであっ
    て、上記ギヤ駆動装置により上記圧縮機に機械的に連結
    される第二のピニオンに取り付けられて上記圧縮機を駆
    動するのに必要とされる機械的動力のうちの更なる部分
    を提供する低温膨張タービン、 上記第二の圧縮ガス流のうちの残りの部分を冷却しそし
    て少なくとも部分的に凝縮させ、この冷却及び凝縮をそ
    れらのための寒冷負荷を一緒に提供する上記第一及び第
    二の膨張ガス流との熱交換により行って、熱交換した第
    一及び第二の膨張ガス流を提供するための熱交換手段、
    及び上記熱交換した第一の膨張ガス流と上記熱交換した
    第二の膨張ガス流の両方を上記第一の圧縮部へ再循環さ
    せるための再循環導管手段、を含む、空気及びその構成
    成分から選ばれるガスを液化するための装置。
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