JP6188125B2 - 統合圧縮機及びポンプを備えた単一システム及び方法 - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題の実施形態は、全体的に、方法及びシステムに関し、より詳細には、所与の流体を圧縮及びポンプ送給するための単一のシステムにおいて圧縮機部とポンプ部とを統合する機構及び技術に関する。

この数年間、石油化学製品への依存が増大したことは、汚染物質（例えば、ＣＯ₂）エミッションの大幅な増加をもたらしただけでなく、オイル及びガス派生製品を処理するのに使用されるより多くの圧縮機、ポンプ、及び他の機械を有することも必要となった。

例えば、発電分野においては、多大な量のＣＯ₂エミッションが生成される。世界中の人々が汚染エミッションに対して敏感になっており、政府は、環境に対するこれらのエミッションにペナルティーを科すシステムへと動いているので、汚染量を低減する技術、いわゆる環境保全技術（ｇｒｅｅｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）の開発がかってないほどますます重要になっている。

別の分野である、原油の二次回収（ＥＯＲ、油田から抽出できる原油の量を増大させるための技術に関する）において、ＣＯ₂及び／又はＣＯ₂混合気をより効率的で信頼性のある方法で輸送する必要性も産業及び環境にとって重要である。ＥＯＲによれば、ＣＯ₂及び／又はＣＯ₂混合気は、地下にポンプ送給して石油を取り出すために、貯蔵設備から陸上又は海上の何れかの掘削場所に提供される。従って、この分野では、ＣＯ₂及び／又はＣＯ₂混合気の輸送は重要である。

発電においては、ＣＯ₂エミッションの削減は、この流体が高分子量を有し、周囲温度での臨界点が極めて低い圧力（７４ｂａｒ）であるので困難である。通常は気体として生成されるＣＯ₂を除去するためには、ＣＯ₂は、発電プラントからの排出ガス中に存在する他の汚染物及び／又は物質から分離される必要がある。このステップは、従来から捕捉と呼ばれている。ＣＯ₂の捕捉後、ガスは、所定圧力に達するまで加圧され、冷却して気相から稠密相（例えば、液相）に変化させ、次いで、この稠密相の状態で貯蔵場所まで輸送される。以下で検討するように、稠密相は、流体のタイプ、液体中の不純物の量、及び他のパラメータによって決まる。しかしながら、液体の正確な組成が既知でない限り、一般に流体の稠密相について定量的に記述できる固有のパラメータは存在しない。同じプロセスをＥＯＲにおいて用いることができ、ＣＯ₂及び／又はＣＯ₂混合気は、捕捉された後、加圧され、再注入のための所望の場所に輸送される必要がある。

従って、従来は、捕捉段階の後、圧縮機を用いて初期の気相のＣＯ₂を稠密相又は液体相にする。その後、ＣＯ₂は、稠密又は液相の流体を再注入のための貯蔵設備又は別の所望の場所に輸送するポンプに送給される。ポンプ及び圧縮機が効率的に処理するために、圧縮機及びポンプの効率は圧力及び温度の影響を受けやすいので、気相及び稠密／液相のＣＯ₂の一定の圧力及び温度を達成しなければならない点に留意されたい。従って、従来の圧縮機及びポンプは、精密な相のＣＯ₂が圧縮機からポンプに移送されるように、互いに対して微調整をする必要がある。しかしながら、圧縮機及びポンプは従来、異なる供給者により製造されているので、これら２つの要素のマッチングは時間がかかり、製造者間の多大な協働を必要とする。更に、独立した圧縮機と独立したポンプを使用する既存のシステムは、占有面積が大きく、高価になる可能性がある。

従って、前述の問題及び欠点を回避したシステム及び方法を提供することが望ましいことになる。

１つの例示的な実施形態によれば、気相の流体を加圧し且つ稠密相の流体をポンプ送給するよう構成されたシステムが提供される。本システムは、気相の流体を加圧するよう構成された少なくとも１つのインペラを有する圧縮機部と、圧縮機部に接続され、気相の流体を受けるよう且つ少なくとも１つのインペラに流体を提供するよう構成された圧縮機部入口と、所定密度以上の密度で気相の流体を提供するよう構成された圧縮機部出口と、圧縮機部出口に接続され且つ流体を稠密相に変えるよう構成された温度変化装置と、稠密相の流体をポンプ送給するよう構成された少なくとも１つのインペラを有するポンプ部と、圧縮機部出口から稠密相の流体を受けるよう構成されたポンプ部入口と、システムから稠密相の流体を出力するよう構成されたポンプ部出口と、所定速度で軸方向軸線の周りを回転するよう構成された単一のブルギアと、単一のブルギアに接触し、互いに異なる所定速度で回転するよう構成され且つ各々が対応する圧縮機部インペラを作動させるよう構成されている複数のピニオンと、ポンプ部から延び且つ単一のブルギアに係合してポンプ部の少なくとも１つのインペラを回転させるよう構成されたポンプシャフトと、を含む。圧縮機部の少なくとも１つのインペラが、前記ポンプ部の少なくとも１つのインペラとは異なる速度を有し、稠密相は、前記所定密度よりも高い密度を有する流体によって定められる。

別の例示的な実施形態によれば、圧縮機部及びポンプ部を含み、該圧縮機部が少なくとも１つの圧縮機部インペラを有し、ポンプ部が少なくとも１つのポンプ部インペラを有するシステムによって気相の流体を加圧し、稠密相の流体をポンプ送給するための方法が提供される。本方法は、圧縮機部の圧縮機部入口において気相の流体を受け取るステップと、気相の流体を圧縮機部の１つ又はそれ以上の段において加圧、所定密度以上の密度で気相の流体として圧縮機部の圧縮機部出口に出てくるようにするステップと、流体を圧縮機部から流出した後に冷却することにより流体の相を稠密相に転換するステップと、ポンプ部のポンプ部入口にて稠密相の流体を受けるステップと、ポンプ部の１つ又はそれ以上の段を通って稠密相の流体をポンプ送給し、ポンプ部入口よりも高い圧力を有するポンプ部のポンプ部出口において流体が出てくるようにするステップと、単一のブルギアを回転させて、少なくとも１つ又はそれ以上の圧縮機段及び少なくとも１つ又はそれ以上のポンプ段の全てを作動させるようにするステップと、を含む。稠密相は、所定密度よりも高い密度を有する流体により定義される。

別の例示的な実施形態によれば、コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ可読媒体が提供され、本命令は、実行時に、圧縮機部及びポンプ部を含み、該圧縮機部が少なくとも１つの圧縮機部インペラを有し、ポンプ部が少なくとも１つのポンプ部インペラを有するシステムによって気相の流体を加圧し、稠密相の流体をポンプ送給するための方法を実施する。本方法は、種々の段落に記載されるステップを含む。

本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、１つ又はそれ以上の実施形態を例証しており、本明細書と共にこれらの実施形態を説明する。

例示的な実施形態による、統合された圧縮機及びポンプを有するシステムの全体図。 例示的な実施形態による、統合された圧縮機及びポンプを有するシステムの概略図。 例示的な実施形態による、一定の温度及び圧力で圧縮機により加圧されポンプによりポンプ送給される流体の位相図。 例示的な実施形態による、圧縮機部を作動させるブルギアに接続されたポンプ部の概略図。 例示的な実施形態による、統合された圧縮機及びポンプを有するシステムの側面図。 例示的な実施形態による、システムのポンプ部の概略図。 統合された圧縮機及びポンプ並びに冷却システムを有するシステムの概略図。 例示的な実施形態による、流体を圧縮及び輸送するための方法を例示するフローチャート。

例示的な実施形態の以下の説明は添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は同じ又は同様の要素とみなされる。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項によって定義される。以下の実施形態は、簡単にするために、ＣＯ２用に使用される圧縮機及びポンプの用法及び構造に関して検討する。しかしながら、以下で検討することになる実施形態は、この流体に限定されず、他の流体にも適用することができる。

本明細書を通して「１つの実施形態」又は「実施形態」としての表現は、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。

例示的な実施形態によれば、圧縮機部及びポンプ部を含む単一システムがある。単一システムは、気相の流体を入力として取り込み、これを稠密相（又は液相）の流体に変換して、稠密相の流体を所望の場所に輸送するよう構成される。稠密相は、流体の密度、圧力、及び温度によって定義することができる。各流体に対して予め定められる密度は、とりわけ、流体の組成によって決まる。稠密相の流体は、気体とすることができるが、ポンプ送給されるときには液体のように振る舞うほど高密度である点に留意されたい。この理由から、稠密相又は液相の流体をポンプ部に供給するのが望ましい。システムは、圧縮機部及びポンプ部の両方を駆動する単一のブルギアを有することができる。このようなシステムは、圧縮機段及びポンプ段の両方がブルギアの周りに形成されるので、独立型圧縮機と独立型ポンプを含む従来のシステムよりも小さな占有面積を有することができる。本システムはまた、独立型圧縮機及び独立型ポンプよりも使用する電力を少なくすることができる。本システムは、例えば、圧縮機からの気相の流体をポンプ部に供給する前に冷却して稠密相にするために、圧縮機部とポンプ部との間に設けられる１つ又はそれ以上の冷却装置を用いることができる。他の冷却装置は、任意選択的に、圧縮機部及び／又はポンプ部の種々の段の間に設置することができる。図１に示す例示的な実施形態によれば、統合システム１０は、圧縮機部１２とポンプ部１４とを含む。圧縮機部１２はケーシング１６内に収容される。ケーシング１６内部には、とりわけ、単一のブルギア２０及び１つ又はそれ以上のピニオン２２を含むギアボックス１８がある。１つの用途では、ギアボックス１８はケーシング１６の外部に設けてもよい。各ピニオン２２は、対応する圧縮機インペラに接続される対応するシャフト２４に取り付けることができる。シャフト２３は、一方の端部でブルギア２０に直接、又は１つ又はそれ以上のピニオン２５又は他の同等の機構を介して接続され、シャフト２３の他方の端部がポンプ部１４に入り、ポンプ部中に存在する１つ又はそれ以上の段を作動させるようにする。ギア２６は、ブルギア２０と、ピニオン２２の１つ又はそれ以上との間に設けることができる。例示的な実施形態によれば、圧縮機部の段は、ホイールのハブの周りのスパイクのようにブルギア２０の周りに分散されるが、ポンプ部１４は、図示のようにシャフト２３に沿ってインラインで分散され、これは、圧縮機及びポンプの段が全て共通シャフトに沿って分散されるインライン構成とは異なる。図１に示す構成と、インライン構成との別の相違点は、システム１０の段がこれら独自の回転速度を有することができるが、インライン構成の段は全て単一の回転速度を有することである。

圧縮機部１２は、例えば、所望の流体を駆動する複数のインペラなど、複数の段を含むことができる。１つの用途において、圧縮機部１２は、遠心圧縮機であり、圧縮機インペラ及び対応する圧縮機段の数は１つ又はそれ以上とすることができる。例示的な実施形態によれば、圧縮機インペラは、遠心力によって流動する流体を加速するよう選択され、その結果、圧縮機部１２が遠心圧縮機として機能するようになる。例えば、図１に示す実施形態は、６つの段３０−１〜３０−６を示しており、各々が対応する圧縮機インペラを有する。各段は、入口と出口とを有する。圧縮機部１２は、全体的圧縮機部入口３２と全体的圧縮機部出口３６とを有する。圧縮機部入口３２は、気相の流体を受けるよう構成され、圧縮機部全体的出口３５は、増大した圧力及び／又は密度の気相の流体を提供するよう構成される。例えば、入力圧力は１ｂａｒとすることができ、出力圧力は、１０〜１０００ｂａｒの間とすることができる。１つの用途において、出力圧力は、１０〜１２０ｂａｒの間とすることができる。出力密度は、０と５％の間の比較的低い不純物含有量を有するＣＯ₂が１００と５００ｋｇ／ｍ³の間とすることができる。ポンプ部１４はまた、１つ又は複数の段、例えば、稠密又は液体相の流体を駆動する複数のインペラを含むことができる。各段は、入口と出口とを有することができる。ポンプ部１４は、全体的なポンプ部入口とポンプ部出口（後で図示）とを有する。ポンプ部入口は、全体的圧縮機部出口３６に接続されて、圧縮機部から稠密相の流体を受けるように構成される。ポンプ部出口は、例えば、貯蔵場所に輸送するために所望の圧力で稠密相の流体を吐出するよう構成することができる。例えば、上述の不純物を有するＣＯ₂では、４００〜８００ｋｇ／ｍ³の間の密度が、稠密相を特徴付ける所定密度である。換言すると、この特定の純度のＣＯ₂では、流体の密度が４００〜８００ｋｇ／ｍ³付近又はそれよりも高く、流体の温度及び圧力が臨界値を上回る場合、流体は稠密相とみなされる。上述のように、この値は、ＣＯ₂の特定の純度に対して適正であり、従って、この値は流体及びその純度の性質に伴って変化する。

図１に示すポンプ部は、圧縮機部１２のハウジング１６内部に延びたシャフト２３を有し、これによりブルギア２０がシャフト２３を駆動するようになる。従って、ブルギア２０の（シャフト２１による）回転は、圧縮機段のピニオンの回転だけでなく、ポンプシャフト２３の回転、すなわちポンプ部インペラの回転を決定付ける。１つの用途において、圧縮機の段及びポンプの段を作動させるために、ブルギアの代わりに別の機構を用いることもできる。ブルギア２０は、所与の速度で回転することができ、各圧縮機インペラは、対応するピニオンのサイズに応じた異なる速度で回転することができる点に留意されたい。しかしながら、ポンプインペラは、インラインで分散され、例えば、ポンプ部インペラは、同じ速度を有する。換言すると、単一のブルギアを使用することにより、圧縮機部及びポンプ部の種々の段は、単一のシステムが入力として気相の流体を受けて、稠密相又は液相の流体を出力するように設計することができる。

例示的な実施形態によれば、種々の圧縮機部及びポンプ部の入口及び出口間の接続が図２に示されている。圧縮機部１２は、この実施形態では６つの段を含む。しかしながら、上記で検討したように、この数は例示的なものであり、圧縮機部は、各用途の必要に応じてより多く又はより少ない段を含むことができる。圧縮機部１２の全体入口３２及び全体出口３６は、図１に示されている。

図２は、圧縮機部１２の様々な段間の入口及び出口を示している。例えば、気相の流体が全体入口３２に流入した後、第１の段が、出口３４−１にて依然として気相の流体を吐出する。出口３４−１は、第１の段の出口であり、全体出口３６は、最後の段の出口であり且つ圧縮機部１２の全体出口である。出口３４−１にて増大した圧力及び温度を有する気相の流体は、気相の流体の温度を低減するため温度冷却装置４０−１に提供することができる。圧縮機部の種々の段間で使用される冷却装置の数は、用途毎に変えることができる。冷却装置は、クーラー（クーラーは、液体の周りを所望の温度で水又は他の媒体を循環させて液体から熱を除去する装置である）、チラー（チラーは、蒸気圧縮又は吸収冷凍サイクルにより液体から熱を除去する機械である）、又は膨張器（ジュール・トムソン弁とも呼ばれ、機械的トルクを発生させるガスを膨張させることができる装置）とすることができる。

図３は、圧力エンタルピーすなわちＰｈ図上での図２の圧力を示している。また、Ｐｈ図には定温線が含まれる。定温線は、対応する温度により識別される。例えば、図３は、入口３２において温度が２５℃で圧力がおよそ１ｂａｒであり、第１の段の出口３４−１では、温度はおよそ１２０℃まで上昇し圧力がおよそ５ｂａｒまで増大することを示している。図３に示す数字は、説明の目的であり、検討される実施形態の適用性を限定する意図はない。簡単にするために、図２の入口と出口に使用した参照符号は、これらの対応する温度及び圧力を示すために図３においても使用している。更に図３に関して、冷却装置４０−１は、第２の段の入口３２−２に流入する前に、第１の段の後の流体の温度を約１２０℃から約２５℃まで低下させることができる。分離装置４２−１は、第１の段の出口３４−１と第２の段の入口３２−２との間に接続され、加圧されたＣＯ₂流体から水（又は他の液体）を除去することができる。分離装置の数は、２つの隣接する各段の間に１つから、用途に応じてゼロまで変えることができる。第２の段は、出口３４−２において依然として気相の流体を放出し、任意選択の第２の温度冷却装置４０−２を通過した後、ガスは、第３の段の入口３２−３に達する。気相の流体は、全体出口３６から高圧で流出するまで、段から段まで、例えば、要素３４−３、３２−４、３４−４、３２−５、３４−５、及び３２−６を連続して通過する。図３は、ドーム５０に近接しているがその外部にある気相の流体の温度及び圧力が維持されるのを示している。例示的な実施形態によれば、圧縮機部１２は、流体がドーム５０に流入することにより圧縮機の性能を低下させ、又は損傷を及ぼす結果となる可能性があるので、この流体のドーム５０への流入を阻止することにより、気相の流体を処理するよう設計することができる。

流体、この場合はＣＯ₂の臨界点５２は、ドーム５０の上部に示されており、その例示的な基準圧力及び温度値が図３に記載されている。臨界点は、流体の相間の境界が消滅する点である。臨界点よりも高い圧力及び温度を有する点は、超臨界相を形成する。例示的な実施形態によれば、稠密相は超臨界相である。しかしながら、以下で検討するように、稠密相は、超臨界相の点のサブセットを形成する点を含むことができる。（圧縮機内で）最も高い圧力を有して圧縮機部１２から出る気相の流体は、図３の点３６に達し、次いで、この流体は、ポンプ部１４の入口６０−１に提供される。ポンプ部は、気相ではなく、稠密相又は液相の流体で作動するよう設計されており、従って、圧縮機部１２からの気相の流体は、稠密相又は液相に達するよう更に処理しなければならない点に留意されたい。

流体を気相から稠密相に移送するプロセスは、各圧縮機段の速度、各段の流体の温度及び圧力、並びにドーム５０に対する流体の温度及び圧力の調整と相関性がある。図３は、各圧縮機段後の温度を次の圧縮機段に合わせて調整（低下）させ、必要な圧縮機の仕事量を低減しながら圧縮機効率をどのように向上させるかを示しており、また、圧縮機部１２の全体出口での気相の流体の温度がポンプ部１４の入口に合わせてその相を変化させるのに適切な温度までどのように冷却されるかを示している。例示的な実施形態によれば、気相から稠密相への相転移は、例えば、圧縮機部１２とポンプ部１４との間の冷却装置４０−６にて区間５４に沿って行われる。１つの用途において、流体の温度は、図３に示すように、ポンプ部に提供される流体のエンタルピーが臨界点５２におけるエンタルピーよりも小さいように変わる。図３は、ＣＯ₂流体の所定密度に相当する一定密度ライン５５を示している。上述のように、気相の加圧された流体は、稠密相に入るために曲線５５と交差する必要がある。例証として、９５％以上のＣＯ₂純度では、所定密度曲線５５は、４００〜８００ｋｇ／ｍ³の範囲の一定密度によって特徴付けられる。所定密度は、用途、ポンプの特性、流体のタイプ、流体の不純物、環境、その他に応じて変化することができる。例示的な実施形態によれば、稠密相は、所定密度よりも大きい密度を有する超臨界相に存在する点のみを含む。

図２は、温度冷却装置４０−６が圧縮機部１２の最終段とポンプ部１４の第１の段との間に挿入され、気相から稠密相に変化している間の流体の温度を制御できることを示している。ポンプ入口圧力は所与の圧力において流体入口温度に依存し、また、ポンプを駆動するための所要出力を決定付けるので、この機能により、ポンプ部のオペレータが当該流体温度を微調整することが可能になる。ポンプ部に提供されることになる流体の圧力は、圧縮機部１２によって制御され、ポンプ部に提供されることになる流体の温度は、冷却装置４０−６によって制御される。

更に、図２は、圧縮機部の段はペアにされ、例えば、第１の段が第２の段とペアにされ、ブルギア２０と接触した対応するピニオンによって回転される単一のシャフト２４−１を有することができることを概略的に示している。更に、図２は、ブルギア２０が圧縮機部１２の全てのピニオン及びポンプ部１４の全ての段に回転運動を伝達できることを示している。加えて、図２は、１つの駆動部５９がブルギア２０を駆動し、駆動部５９が圧縮機部を収容するケーシングの外部に配置できることを示している。図２はまた、ポンプ部１４が同じブルギア２０によって駆動されることを示している。例示的な実施形態によれば、ブルギア２０に対する圧縮機部及びポンプ部の段間の接続が図４に示されており、これはシステム１０の概略図である。図４は、６つの段３０−１〜３０−６を有する圧縮機部１２を示し、各々がブルギア２０に接続され、ブルギア２０に接続された単一のシャフト２３を有する。図５は、駆動部５と反対側の側部からの圧縮機ポンプ段とポンプ部間の配管接続を示している。図１からの参照符号は、同じ要素に対して図４及び５で使用されており、従って、これらの要素の説明はここでは繰り返して行わない。駆動部５９は、電気モータ、ガスタービン、ターボ機械、その他とすることができる。例示的な実施形態によれば、１つの駆動部のみを用いて圧縮機部とポンプ部の両方を駆動する。別の例示的な実施形態において、駆動部は、圧縮機部及びポンプ部を収容するケーシングの外部か、或いはケーシングの内部に設けることができる。

ポンプ部１４は、図６に示す例示的な実施形態によれば、１０個の段を有するように実施することができる。用途に応じてより多くの又はより少ない段を実施することができる。第１の段は、稠密相の流体を受ける入口６０−１と、第２の段に流体を吐出する出口（番号表記なし）とを有する。第２の段の入口は、第１の段からの流体を受け入れ、第２の段は、流体が１０番目の段の全体出口３６（ポンプ部１４の全体出口でもある）に達するまで次の段に流体を吐出する。例示的な実施形態によれば、ポンプ部インペラは、同じシャフト２３に接続され、従って、これらは同じ速度出回転する点に留意されたい。ブルギア２０の速度に対するポンプ部インペラの速度は、接続しているピニオン２５のサイズによって決まる。例示的な実施形態によれば、ポンプは、少なくとも８つの段を有する。加えて、ポンプ部は、他の装置、例えば、稠密相の流体の温度を低下させるための冷却装置を含むことができる。ポンプ部は、ポンプケーシング６４内に収容される。ポンプケーシング６４は、圧縮機ケーシング１６に取り付ける（ボルト締めする）ことができ、或いは、圧縮機ケーシング１６と一体的に作ることもできる。ギアボックス１８は、圧縮機ケーシング１６内、ポンプケーシング６４内、２つのケーシングの間、或いは両方のケーシング内に配置することができる。

同じシステム及び／又は同じスキッド内に一体化された圧縮機部及びポンプ部を有すること、また、圧縮機及びポンプの種々の段を駆動する単一のブルギアを有することにより、１つ又はそれ以上の実施形態は、圧縮機の出力をポンプの入力と一致させ、圧縮機からの気相の流体がポンプにおいて稠密相又は液相の流体に円滑に転移するように、システムオペレータが圧縮機及びポンプを特注する必要がないという利点を有することができる。換言すると、圧縮機部及びポンプ部の単一の製造業者が特定の流体（例えば、ＣＯ₂）を効率的に扱うように圧縮機及びポンプの性能を一致させることにより、システムのオペレータは、第１の供給者によって製造された圧縮機を第２の供給者によって製造されたポンプに特定の流体に合わせて適切に一致させる問題から解放される。

１つ又はそれ以上の実施形態の他の利点は、統合された圧縮機及びポンプ部によって使用される出力の低減、駆動機構の簡素化、構成要素の削減（２つの駆動部ではなく１つの駆動部）、圧縮機部とポンプ部が同じギアによって駆動されるときのこれら両方の同期の改善、統合システムの占有面積の低減、及び圧縮機部とポンプ部が同じ製造業者によって提供されることによる保守時間及びコストの低減に関連する。

例示的な実施形態によれば、圧縮機部及び／又はポンプ部における様々な段での流体の温度制御は、制御装置に組み込まれたプロセッサによって達成することができる。例えば、図７に示すように、制御ユニット７０は、少なくとも１つのプロセッサ７２を含み、該制御ユニットは、システム１０に設けられた種々のセンサ７４に接続される。この接続は、図７に示すように無線接続か、配線接続、或いはこれらの組み合わせとすることができる。センサ７４は、温度センサ、圧力センサ、ブルギア用の速度センサ、及び圧縮機部及びポンプ部を監視するのに当該技術分野での使用が公知である他のセンサを含むことができる。制御ユニット７０は、ソフトウェア命令がプログラムされることができ、或いは、ハードウェア内に実装されて圧縮機及びポンプ段の圧力及び温度を監視し、又は所望の温度に流体を冷却するよう冷却装置を制御することができる。例示的な実施形態によれば、ルックアップテーブル又は図３に示すようなグラフをプロセッサ７２にリンクされたメモリ７６内に記憶し、プロセッサ７２が、システム１０内の流体の位置、ブルギアの速度、及び／又は流体圧力に基づいて流体を何度まで冷却すべきかを決定できるようにすることができる。加えて、プロセッサ７２は、圧縮機部の流体及びポンプ部の流体が図３に示したドーム５０の下方の領域に達しないようにシステム１０を制御することができる。また、プロセッサ７２は、流体がポンプ部に流入する前に流体の相を変更するよう構成することができる。

図８に示す例示的な実施形態によれば、圧縮機部及びポンプ部を含み、該圧縮機部が少なくとも１つの圧縮機部インペラを有し、ポンプ部が少なくとも１つのポンプ部インペラを有する、システムによって気相の流体を加圧し、稠密相の流体をポンプ送給するための方法が提供される。本方法は、圧縮機部の圧縮機部入口において気相の流体を受け取るステップ８００と、気相の流体を圧縮機部の１つ又はそれ以上の段を通じて押し出し、流体が増大した密度で気相の流体として圧縮機部の圧縮機部出口に出てくるようにするステップ８０２と、ある相の流体を稠密相に変換するステップ８０４と、ポンプ部のポンプ部入口にて稠密相の流体を受けるステップ８０６と、ポンプ部の１つ又はそれ以上の段を通って稠密相の流体を駆動し、ポンプ部入口よりも高い圧力を有するポンプ部のポンプ部出口において流体が出てくるようにするステップ８０８と、単一のブルギアを回転させて、少なくとも１つ又はそれ以上の圧縮機段及び少なくとも１つ又はそれ以上のポンプ段の全てを作動させるようにするステップ８１０と、を含む。稠密相は、増大した密度よりも高い密度を有する流体によって定められる。

開示された例示的な実施形態は、気相の流体を加圧し、稠密相又は液相の流体を輸送するシステム及び方法を提供する。本明細書は本発明を限定することを意図していない点を理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の請求項によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる、代替形態、修正形態、及び均等形態を保護するものとする。更に、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求項に記載された本発明を包括的に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、種々の実施形態はこのような具体的な詳細事項がなくとも実施できる点は当業者であれば理解されるであろう。

本発明の例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明したが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わず単独で、或いは本明細書で開示される他の特徴及び要素の有無に関わりなく種々の組み合わせで用いることができる。本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の範囲内にあるものとする。

１０ 統合システム
１２ 圧縮機部
１４ ポンプ部
１６ ケーシング
２０ 単一のブルギア
２２ ピニオン
１８ ギアボックス
２４ シャフト
２３ シャフト
２５ ピニオン
２６ ギア
３０−１〜３０−６ ６つの段
３２ 全体入口
３６ 全体出口

Claims (8)

1. 気相の流体を加圧し且つ稠密相の流体をポンプ送給するよう構成されたシステムであって、
   前記気相の流体を加圧するよう構成され、流体連結する複数のインペラを有する圧縮機部と、
   前記圧縮機部に接続され、前記気相の流体を受けるよう且つ前記複数のインペラに流体を提供するよう構成された圧縮機部入口と、
   所定密度以上の密度で前記気相の流体を提供するよう構成された圧縮機部出口と、
   前記圧縮機部出口に接続され且つ流体を稠密相に変えるよう構成された温度変化装置と、
   稠密相の流体をポンプ送給するよう構成された少なくとも１つのインペラを有するポンプ部と、
   前記圧縮機部出口から前記温度変化装置を経て稠密相の流体を受けるよう構成されたポンプ部入口と、
   前記システムから稠密相の流体を出力するよう構成されたポンプ部出口と、
   所定速度で軸方向軸線の周りを回転するよう構成された単一のブルギアと、
   前記単一のブルギアに接触し、互いに異なる所定速度で回転するよう構成され且つ各々が対応する圧縮機部インペラを作動させるよう構成されている複数のピニオンと、
   前記ポンプ部から延び且つ前記単一のブルギアに係合して前記ポンプ部の少なくとも１つのインペラを回転させるよう構成されたポンプシャフトと、
   を備え、
   前記圧縮機部の少なくとも１つのインペラが、前記ポンプ部の少なくとも１つのインペラとは異なる速度を有し、稠密相は、前記所定密度よりも高い密度を有する流体によって定められ、
   前記稠密相が、前記流体はガスであるが、ポンプで送給されるときには液体のように振る舞うほど高密度の相である、
   システム。
2. 前記温度変化装置が、冷却装置、チラー、又は膨張器のうちの１つであり、前記圧縮機部出口と前記ポンプ部入口との間に設けられ、前記流体がＣＯ₂であり、前記圧縮機部が、気相のＣＯ₂を受け取り且つ気相のＣＯ₂を放出するよう構成され、前記ポンプ部が、稠密相のＣＯ₂を受け取り且つ稠密相のＣＯ₂を放出するよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記温度変化装置が、気相の流体のエンタルピーを前記流体の臨界点のエンタルピー以下にまで低減するよう構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記ブルギアを駆動する単一の駆動機構を更に備える、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記圧縮機部及び前記ブルギアを収容するよう構成された圧縮機ケーシングと、
   前記ポンプ部を受けるよう構成されたポンプケーシングと、
   を備え、
   前記ポンプケーシングが前記圧縮機ケーシングに取り付けられる、
   請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
6. Ｎ個の圧縮機インペラ及びＭ個のポンプインペラと、
   前記気相の入力流体が前記Ｎ個の圧縮機インペラ全てを直列に通って駆動されるように前記Ｎ個の圧縮機インペラの出力及び入力を接続する配管と、
   Ｎ番目の前記圧縮機インペラからの気相の流体が、相変化を受けた後にＭ個のポンプインペラ全てを直列に通って駆動されるように、前記Ｍ個のポンプインペラにＮ番目の前記圧縮機インペラの出力を接続する配管と、
   圧縮機又はポンプインペラの出力と、次の圧縮機又はポンプインペラの入力との間に設けられる水除去装置と、
   気相又は稠密相の流体の温度を次の圧縮機又はポンプインペラに流入する前に低下させるよう構成された、前記配管に沿った少なくとも１つの温度変化装置と、
   を更に備え、
   Ｎは２よりも大きく、Ｍは１以上である、
   請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
7. ６つの圧縮機インペラと８つのポンプインペラがあり、気相のＣＯ₂の前記圧縮機部における入力圧力が１ｂａｒであり、稠密相のＣＯ₂の前記ポンプ部における出力圧力が１０と１２０ｂａｒの間である、請求項２に記載のシステム。
8. 圧縮機部及びポンプ部を含み、該圧縮機部が少なくとも１つの圧縮機部インペラを有し、前記ポンプ部が少なくとも１つのポンプ部インペラを有するシステムによって気相の流体を加圧し、稠密相の流体をポンプ送給するための方法であって、
   前記圧縮機部の圧縮機部入口において気相の流体を受け取るステップと、
   前記気相の流体を前記圧縮機部の１つ又はそれ以上の段において加圧、所定密度以上の密度で気相の流体として前記圧縮機部の圧縮機部出口に出てくるようにするステップと、
   前記流体を前記圧縮機部から流出した後に冷却することにより前記流体の相を稠密相に転換するステップと、
   前記ポンプ部のポンプ部入口にて前記稠密相の流体を受けるステップと、
   前記ポンプ部の１つ又はそれ以上の段を通って前記稠密相の流体をポンプ送給し、前記ポンプ部入口よりも高い圧力を有する前記ポンプ部のポンプ部出口において前記流体が出てくるようにするステップと、
   単一のブルギアを回転させて、少なくとも１つ又はそれ以上の圧縮機段及び少なくとも１つ又はそれ以上のポンプ段の全てを作動させるようにするステップと、
   を含み、
   前記稠密相は、前記所定密度よりも高い密度を有する流体により定義され、
   前記稠密相が、前記流体はガスであるが、ポンプで送給されるときには液体のように振る舞うほど高密度の相である、
   方法。