JPH07324604A - Expander turbine/pump unit - Google Patents

Expander turbine/pump unit

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JPH07324604A
JPH07324604A JP13953594A JP13953594A JPH07324604A JP H07324604 A JPH07324604 A JP H07324604A JP 13953594 A JP13953594 A JP 13953594A JP 13953594 A JP13953594 A JP 13953594A JP H07324604 A JPH07324604 A JP H07324604A
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pump
discharge port
pressure
gas
expander turbine
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正夫 松村
Takao Takeuchi
崇雄 竹内
Seigo Katsuta
政吾 勝田
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Ebara Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a pump suitable for pressing a self-completion liquid type that is, extremely low temperature liquefied fluid which does not require any external supply of energy. CONSTITUTION:An-expander turbine pump unit comprises a pump PU having a first discharge port 2 provided at one end of one shaft for pressurizing a liquefied fluid to a first pressure and discharging it and a second discharge port 3 for further pressurizing the liquefied fluid of the first pressure and discharging it, a heat exchanger 7 connected to the first discharge port or the second discharge port for heating and gasifying the pressurized liquefied fluid and an expander turbine ET provided at the other end of one shaft and driven by the thermal step difference obtained by reducing the pressure of the gas from the heat exchanger to a prescribed exhaust pressure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エキスパンダタービン
・ポンプユニットに係り、特に液化天然ガス(LNG)
等の極低温液体の圧送に好適なガスタービンで駆動され
るポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an expander turbine / pump unit, and more particularly to liquefied natural gas (LNG).
And a pump driven by a gas turbine suitable for pumping a cryogenic liquid such as.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばLNG基地において、LNG船か
ら荷揚げされたLNGは、LNGタンクに貯蔵された
後、LNGポンプによりタンクから払い出され、気化器
で気化され、発電用はそのまま発電所に送られるが、都
市ガス用の場合にはLPGを添加して発熱量を調整、付
臭して都市ガスとして送出される。送出圧力は、発電用
が約0.5〜0.8MPa、都市ガス用が4.5MPa
であり、都市ガス用の場合には気化前に二段目のLNG
ポンプで昇圧される。ここで極低温のLNGを加圧する
LNGポンプは、一般に多段縦型遠心ポンプであり、軸
封部からの液洩れの可能性をなくすため、ポンプ及びポ
ンプを駆動するモータ全体をLNG中に浸漬したサブマ
ージドタイプが使用されている(相沢、久保田、“LN
G機器の運転と制御”、ターボ機械第17巻第5号PP
8〜13)。
2. Description of the Related Art At an LNG terminal, for example, LNG unloaded from an LNG ship is stored in an LNG tank, then discharged from the tank by an LNG pump, vaporized by a carburetor, and directly sent to a power plant for power generation. However, in the case of city gas, LPG is added to adjust the calorific value, odor is added, and the gas is delivered as city gas. The delivery pressure is about 0.5 to 0.8 MPa for power generation and 4.5 MPa for city gas.
And for city gas, the second stage LNG before vaporization
It is boosted by the pump. The LNG pump that pressurizes the cryogenic LNG is generally a multi-stage vertical centrifugal pump, and the pump and the entire motor that drives the pump are immersed in the LNG in order to eliminate the possibility of liquid leakage from the shaft seal portion. Submerged type is used (Aizawa, Kubota, "LN
Operation and Control of G Equipment ", Turbomachinery Vol. 17, No. 5, PP
8-13).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述のようにLNGを
加圧するためのポンプには、その駆動にモータが用いら
れており、このモータには数百乃至数千kWの電力供給
が必要であり、この全密閉型のポンプに外部から送配電
線を通して電力を供給していた。しかしながら、数百乃
至数千kWの電力を要するモータを、極低温のLNG中
に浸漬するサーブマージドポンプ中に収納することは製
作が大変であり、かつそこに電力を供給するための設備
も大掛りなものとならざるを得なかった。又、省エネル
ギー的な見地からも、発電所においてLNGにより発電
した電力を、発電所から長い送配電線を経て、LNGタ
ンク内のLNGポンプに引込み、そこでモータに電力を
供給しポンプを回転駆動させねばならなかった。このた
め、LNGポンプへの電力の供給には、LNGをガス又
は液体として発電所に送るまでの損失、発電所における
発電効率の損失、送配電線における損失、モータを回転
駆動する際の損失等が必然的に伴っていた。
As described above, the pump for pressurizing the LNG uses a motor to drive it, and this motor needs to be supplied with electric power of several hundred to several thousand kW. Power was supplied to this totally sealed pump from the outside through a power distribution line. However, it is difficult to manufacture a motor that requires electric power of several hundred to several thousand kW in a serve merged pump immersed in cryogenic LNG, and a facility for supplying electric power to the motor is also required. It had to be a big one. Also, from the viewpoint of energy saving, the electric power generated by the LNG at the power plant is drawn into the LNG pump in the LNG tank from the power plant through a long transmission and distribution line, and the electric power is supplied to the motor to rotate the pump. I had to do it. Therefore, to supply power to the LNG pump, loss until LNG is sent to the power plant as gas or liquid, loss of power generation efficiency at the power plant, loss at the transmission and distribution lines, loss at the time of rotating and driving the motor, etc. Was inevitably accompanied.

【0004】本発明は係る従来技術の問題点に鑑みて為
されたものであり、自己完結型の、即ち外部からエネル
ギーの供給を必要としない極低温の液状流体の加圧圧送
に好適なポンプを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is a self-contained pump suitable for pressurizing and pumping a cryogenic liquid fluid that does not require external energy supply. The purpose is to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のエキスパンダタ
ービン・ポンプユニットは、一軸の一端に設けられた、
液状流体を第一の圧力に加圧し吐出す第一の吐出口と、
該第一の圧力の液状流体を更に加圧し吐出す第二の吐出
口とを備えたポンプと、前記第一の吐出口又は第二の吐
出口に接続され前記加圧された液状流体を加熱してガス
化する熱交換器と、前記一軸の他端に設けられた、該熱
交換器からのガスを所定の排気圧力迄減圧して得られる
熱落差により駆動されるエキスパンダタービンとからな
ることを特徴とする。
The expander turbine pump unit of the present invention is provided at one end of a single shaft,
A first discharge port for pressurizing and discharging a liquid fluid to a first pressure;
A pump having a second discharge port for further pressurizing and discharging the liquid fluid having the first pressure, and heating the pressurized liquid fluid connected to the first discharge port or the second discharge port. And a gas heat exchanger that is gasified by the heat exchanger, and an expander turbine that is provided at the other end of the one shaft and that is driven by a heat drop obtained by reducing the gas from the heat exchanger to a predetermined exhaust pressure. It is characterized by

【0006】本発明の第一の態様は、前記ポンプの第一
の吐出口からは、前記第一の圧力に加圧された液状流体
が外部に送出され、前記熱交換器は前記加圧された液状
流体を燃焼加熱して高温高圧にガス化する燃焼加熱器で
あり、該燃焼加熱器は前記ポンプの第二の吐出口に接続
され、加熱されたガスを前記エキスパンダタービンに給
気して、該エキスパンダタービンで減圧したガスを前記
燃焼加熱器で燃焼させることにより前記液状流体を加熱
することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, the liquid fluid pressurized to the first pressure is delivered from the first discharge port of the pump to the outside, and the heat exchanger is pressurized. Is a combustion heater that combusts and heats a liquid fluid to a high temperature and high pressure, and the combustion heater is connected to the second discharge port of the pump and supplies the heated gas to the expander turbine. Then, the liquid fluid is heated by burning the gas decompressed by the expander turbine by the combustion heater.

【0007】本発明の第二の態様は、前記ポンプの第一
の吐出口からは、前記第一の圧力に加圧された液状流体
が外部に送出され、前記熱交換器は、前記加圧された液
状流体を常温流体により加熱して高圧ガス化する加温器
であり、前記ポンプの第二の吐出口に接続され、加熱さ
れたガスを前記エキスパンダタービンに給気して、該エ
キスパンダタービンで減圧したガスを高圧ガスとして外
部に送出することを特徴とする。
In a second aspect of the present invention, the liquid fluid pressurized to the first pressure is delivered to the outside from the first discharge port of the pump, Is a warmer that heats the liquid fluid heated by a normal temperature fluid into high-pressure gas, and is connected to the second discharge port of the pump, and supplies the heated gas to the expander turbine, It is characterized in that the gas decompressed by the panda turbine is sent to the outside as high-pressure gas.

【0008】本発明の第三の態様は、前記ポンプの第二
の吐出口からは、前記第二の圧力に加圧された液状流体
が外部に送出され、前記熱交換器は前記加圧された液状
流体を燃焼加熱して高温高圧にガス化する燃焼加熱器で
あり、前記ポンプの第一の吐出口に接続され、加熱され
たガスを前記エキスパンダタービンに給気して、該エキ
スパンダタービンで減圧したガスを前記燃焼加熱器で燃
焼させることにより前記液状流体を加熱することを特徴
とする。
In a third aspect of the present invention, the liquid fluid pressurized to the second pressure is delivered to the outside from the second outlet of the pump, and the heat exchanger is pressurized to the outside. Is a combustion heater that combusts and heats a liquid fluid to a high temperature and high pressure, and is connected to the first outlet of the pump, and supplies the heated gas to the expander turbine to expand the expander. It is characterized in that the liquid fluid is heated by burning gas decompressed by a turbine by the combustion heater.

【0009】本発明の第四の態様は、前記ポンプの第二
の吐出口からは、前記第二の圧力に加圧された液状流体
が外部に送出され、前記熱交換器は、前記加圧された液
状流体を常温流体により加熱して高圧ガス化する加温器
であり、前記ポンプの第一の吐出口に接続され、加熱さ
れたガスを前記エキスパンダタービンに給気して、該エ
キスパンダタービンで減圧したガスを高圧ガスとして外
部に送出することを特徴とする。
In a fourth aspect of the present invention, the liquid fluid pressurized to the second pressure is delivered to the outside from the second discharge port of the pump, and the heat exchanger applies the pressure to the pressure. Is a warmer that heats the liquid fluid heated by a normal temperature fluid to gasify it at high pressure, is connected to the first discharge port of the pump, and supplies the heated gas to the expander turbine, It is characterized in that the gas decompressed by the panda turbine is sent to the outside as high-pressure gas.

【0010】[0010]

【作用】本発明のポンプは、上述のように第一の吐出口
と、第二の吐出口とを有する。従って、一方の吐出口か
ら液状流体を所定の圧力に加圧し、送出するとともに、
他方の吐出口に加圧された液状流体を加熱してガス化す
る熱交換器を接続し、その熱交換器からの高圧ガスを所
定の排気圧力まで減少して得られる熱落差によりエキス
パンダタービンを駆動することによりポンプを回転させ
ることができる。エキスパンダタービンを駆動して所定
の排気圧力まで減圧して得られたガスは、都市ガスある
いは発電用ガスとして送出することができるし、又、燃
焼加熱器で燃焼させ液状流体の加熱に用いることもでき
る。このようにして、本発明のエキスパンダタービン・
ポンプユニットによれば、外部から電力エネルギー等の
供給を受けることなく、ポンプを自液により回転駆動し
て液状流体を所定の圧力に加圧して送出することができ
る。
The pump of the present invention has the first discharge port and the second discharge port as described above. Therefore, while pressurizing the liquid fluid to a predetermined pressure from one of the discharge ports and delivering it,
The expander turbine is connected to the other discharge port by connecting a heat exchanger that heats the pressurized liquid fluid to gasify it, and reduces the high-pressure gas from the heat exchanger to a predetermined exhaust pressure to obtain a heat drop. The pump can be rotated by driving. The gas obtained by driving the expander turbine to reduce the exhaust pressure to a specified level can be sent as city gas or power generation gas, and can also be burned by a combustion heater and used to heat the liquid fluid. You can also In this way, the expander turbine of the present invention
According to the pump unit, the pump can be rotationally driven by its own liquid to pressurize the liquid fluid to a predetermined pressure and send it out without receiving supply of electric energy or the like from the outside.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。図1は、本発明の第一及び第三実
施例のエキスパンダタービン・ポンプユニットのシステ
ム系統の説明図である。図2は、本発明の第二及び第四
実施例のエキスパンダタービン・ポンプユニットのシス
テム系統の説明図である。図3は本発明の第一及び第二
実施例の、図4は本発明の第三及び第四実施例のポンプ
ユニットの断面図である。図5は本発明の第一及び第二
実施例の、図6は本発明の第三及び第四実施例のエキス
パンダタービン・ポンプユニットにおける液状流体の熱
力学的な状態を示す圧力一エンタルピ線図である。尚、
各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of a system system of an expander turbine pump unit according to the first and third embodiments of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of a system system of the expander turbine pump unit according to the second and fourth embodiments of the present invention. 3 is a sectional view of a pump unit according to the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view of a pump unit according to the third and fourth embodiments of the present invention. FIG. 5 is a pressure-enthalpy line showing the thermodynamic state of the liquid fluid in the expander turbine pump unit of the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 6 is the third and fourth embodiments of the present invention. It is a figure. still,
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

【0012】全体を符号PUで示すポンプの垂直に配置
された駆動軸DSは、その上部において、全体を符号E
Tで示すエキスパンダタービンの主軸に連結されてい
る。この駆動軸DSは、ポンプPU及びエキスパンダタ
ービンETを貫通する一本の主軸であるが、ポンプ及び
タービンのそれぞれの主軸を連結するようにしてもよ
い。これらポンプPU及びタービンETのそれぞれのケ
ーシング間は、主軸方向の熱変形吸収器すなわち蛇腹部
21aを備えた連結管21で連結されている。このポン
プPUの吐出口2は、液状流体を所定の圧力に加圧して
外部に送出する第一段の吐出口である。吐出口3は、吐
出口2から送出される液状流体の残余の液状流体を更に
加圧して、吐出す第二段の吐出口である。エキスパンダ
タービンETは、給気口5及び排気口6を備え給気口5
から吸入した高圧ガスが膨張することにより羽根車を回
転させるタービンであり、膨張して減圧したガスが排気
口6より排出される。図1における燃焼加熱器7は、加
圧された液状流体を加熱して高温高圧のガス状態とする
熱交換器である。この燃焼加熱器7は液状流体をガス化
したものを燃料として用い、燃焼させることによって生
じる発熱を加圧された液状流体に与えることにより、液
状流体を高温高圧のガス化する。本実施例において、燃
焼加熱器7に流入する極低温の液状流体は、一例として
500゜K程度の高温のガスとなる。尚、図2における
加温器8は、その入口8Aから流入する極低温のポンプ
PUで加圧された液状流体を、常温(300゜K)程度
に加熱して高圧ガス化して、出口8Dから排出する熱交
換器である。例えば海水等の常温の熱交換媒体がその入
口8Cから流入し出口8Dから流出する間に熱交換が行
われる。
The vertically arranged drive shaft DS of the pump, which is generally designated by the symbol PU, is designated by the symbol E at its upper part.
It is connected to the main shaft of the expander turbine indicated by T. The drive shaft DS is one main shaft that penetrates the pump PU and the expander turbine ET, but the main shafts of the pump and the turbine may be connected to each other. The casings of the pump PU and the turbine ET are connected to each other by a connecting pipe 21 having a main axis direction thermal deformation absorber, that is, a bellows portion 21a. The discharge port 2 of the pump PU is a first-stage discharge port that pressurizes the liquid fluid to a predetermined pressure and sends it to the outside. The discharge port 3 is a second-stage discharge port that further pressurizes and discharges the remaining liquid fluid of the liquid fluid delivered from the discharge port 2. The expander turbine ET is provided with an air supply port 5 and an exhaust port 6
The turbine is a turbine that rotates an impeller by expanding the high-pressure gas sucked from the exhaust gas, and the expanded and depressurized gas is discharged from the exhaust port 6. The combustion heater 7 in FIG. 1 is a heat exchanger that heats a pressurized liquid fluid into a high-temperature and high-pressure gas state. The combustion heater 7 uses a gasified liquid fluid as a fuel and applies heat generated by combustion to the pressurized liquid fluid to gasify the liquid fluid at high temperature and high pressure. In this embodiment, the cryogenic liquid fluid flowing into the combustion heater 7 is, for example, a high temperature gas of about 500 ° K. In addition, the warmer 8 in FIG. 2 heats the liquid fluid pressurized from the cryogenic pump PU flowing from the inlet 8A to normal temperature (300 ° K) to high pressure gas, and then from the outlet 8D. It is a heat exchanger that discharges. For example, heat exchange is performed while a heat exchange medium at room temperature, such as seawater, flows in through the inlet 8C and flows out through the outlet 8D.

【0013】次に、図1を参照しながら本発明の第一実
施例のエキスパンダタービン・ポンプユニットのシステ
ム系統及びその動作について説明する。再加圧された液
状流体の吐出口3とエキスパンダタービンETの給気口
5とは、ラインLにより接続され、そのラインLには燃
焼加熱器7が設けられている。このラインLの途中に
は、流量調整弁V1が設けられ、その弁V1はコントロ
ーラCUに接続され、このコントローラCUには、駆動
軸DSの回転センサ29が接続されている。燃焼加熱器
7のガス化された液状流体の出口7Bは、タービンET
の吸込口5に接続され、高圧ガスが膨張した後の減圧さ
れたガスはタービンETの排気口6から燃焼加熱器7の
バーナBUに送られるように接続されている。またライ
ンLの弁V1の上流側は、ラインL1によりコントロー
ラCUに接続された流量調整弁V2を介して、液状流体
送出ライン9に接続され、連結管21の開口はラインL
2よりエキスパンダタービンETの排気口6に接続され
ている。なお、このラインL2には必要により途中にオ
リフィスを入れるとよい。更に、ラインLには、図示し
ないプライマリポンプ等からの起動用ラインL3が接続
され、タービンETの給気口5の上流側には、起動に使
用できる余剰ガスラインL4が接続されている。
Next, the system system and operation of the expander turbine pump unit of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The re-pressurized liquid fluid discharge port 3 and the air supply port 5 of the expander turbine ET are connected by a line L, and the line L is provided with a combustion heater 7. A flow rate adjusting valve V1 is provided in the middle of the line L, the valve V1 is connected to a controller CU, and the rotation sensor 29 of the drive shaft DS is connected to the controller CU. The outlet 7B of the gasified liquid fluid of the combustion heater 7 is connected to the turbine ET.
Of the turbine ET is connected to the burner BU of the combustion heater 7 through the exhaust port 6 of the turbine ET. The upstream side of the valve V1 of the line L is connected to the liquid fluid delivery line 9 via the flow rate adjusting valve V2 connected to the controller CU by the line L1, and the opening of the connecting pipe 21 is the line L.
2 is connected to the exhaust port 6 of the expander turbine ET. If necessary, an orifice may be inserted in the line L2. Further, the line L is connected to a starting line L3 from a primary pump (not shown) or the like, and an excess gas line L4 that can be used for starting is connected to the upstream side of the air supply port 5 of the turbine ET.

【0014】従って、図示しないプライマリポンプによ
り吸込口1からポンプPUに吸い込まれた液状流体W
は、所定の圧力に加圧されて、第一の吐出口2から加圧
された液状流体として送出管9より外部に送出される。
例えば、液状流体がLNGであれば、液状の加圧された
状態で他のLNG基地にパイプラインを介して送られ
る。ポンプPUの第二の吐出口3からは更に一段と加圧
された液状流体が、流量調整弁V1、ラインLを通り燃
焼加熱器7にその入口7Aから入る。燃焼加熱器7に入
口7Aから押し込まれた液状流体は、加熱されて高温高
圧のガスとなってエキスパンダタービンETの給気口5
に流入し、膨張してタービンの羽根車を回転させ、減圧
されたガスとなる。燃焼加熱器7は、エキスパンダター
ビンの排気口6から減圧されたガス(例えばLNG等の
燃料ガス)の供給を受け、燃焼することにより、ライン
Lから流入した液状流体を燃焼加熱する。なお、燃焼器
BUで燃焼された排ガスはラインLEX より排気され
る。
Therefore, the liquid fluid W sucked into the pump PU from the suction port 1 by a primary pump (not shown)
Is pressurized to a predetermined pressure and is delivered to the outside from the delivery pipe 9 as a liquid fluid pressurized from the first discharge port 2.
For example, if the liquid fluid is LNG, it is sent in a liquid pressurized state to another LNG base via a pipeline. The liquid fluid further pressurized from the second discharge port 3 of the pump PU passes through the flow rate adjusting valve V1 and the line L and enters the combustion heater 7 through its inlet 7A. The liquid fluid pushed into the combustion heater 7 from the inlet 7A is heated and becomes a high-temperature and high-pressure gas, which is the air supply port 5 of the expander turbine ET.
Flow into the turbine, expand and rotate the impeller of the turbine, and the gas becomes decompressed. The combustion heater 7 is supplied with a gas (for example, a fuel gas such as LNG) whose pressure is reduced from the exhaust port 6 of the expander turbine and combusts the same to thereby combust and heat the liquid fluid flowing from the line L. The exhaust gas burned in the combustor BU is exhausted from the line L EX .

【0015】このポンプユニットは、自ら始動する機能
を持っていないので、起動時はラインL3又はL4を通
じて高圧ガスを給気口5から送り込むことによりタービ
ンETを始動し、又はバーナBUを点火した後徐々にポ
ンプPUを回転させ、所定の回転数まで上昇させれば、
エネルギーバランスが成立して、バランスするところま
で自動的に回転数が上昇する。その回転数を回転センサ
29で検出し、コントローラCUにより流量調整弁V
1,V2により燃焼加熱器7への流入量を加減し、回転
数を制御することができる。またバーナBUにおける燃
焼ガスの流量、あるいは燃焼温度を加減することによっ
ても回転数を同様に制御することができる。またタービ
ンETの主軸に発電機を直結して、余剰エネルギーで発
電を行うこともできる。
Since this pump unit does not have a function of starting itself, at the time of start-up, high pressure gas is sent from the air supply port 5 through the line L3 or L4 to start the turbine ET or ignite the burner BU. If you gradually rotate the pump PU and raise it to a predetermined speed,
The energy balance is established, and the number of revolutions increases automatically until the balance is reached. The rotation speed is detected by the rotation sensor 29, and the controller CU controls the flow rate adjusting valve V.
The amount of inflow to the combustion heater 7 can be adjusted by 1 and V2 to control the rotation speed. Further, the rotational speed can be similarly controlled by adjusting the flow rate of the combustion gas or the combustion temperature in the burner BU. Further, a generator can be directly connected to the main shaft of the turbine ET to generate electricity with surplus energy.

【0016】このように、本ポンプユニットは、液状流
体を加圧して液状態で長距離輸送等に使用することがで
きるとともに、更に液状流体の一部を再加圧して、加熱
によりガス化して、膨張させることによりエキスパンダ
タービンの羽根車を回転させ、タービンの主軸に直結さ
れたポンプを回転駆動することができる。そして、加熱
はタービンを駆動した排ガスを燃焼させることによって
行える。
As described above, the present pump unit can pressurize the liquid fluid and use it in a liquid state for long-distance transportation and the like, and further repressurize a part of the liquid fluid to gasify it by heating. By expanding, the impeller of the expander turbine can be rotated, and the pump directly connected to the main shaft of the turbine can be rotationally driven. The heating can be performed by burning the exhaust gas that drives the turbine.

【0017】図3は、本実施例のポンプユニットの構造
を示す。エキスパンダタービンETは、ポンプPUのポ
ンプカバー17の上に設けられている。これらポンプP
U及びタービンETの共通の駆動軸DSは、上方から順
にタービンET側の非接触磁気軸受で構成されたスラス
ト軸受12及びラジアル軸受13と、ポンプPU側の磁
気軸受又は低圧軸受で構成された上部軸受19、下部軸
受20で支持されている。尚、図中の符号14は非接触
式のラビリンスシール、符号1はポンプの吸込口、2は
ポンプの第一の吐出口、3は第二の吐出口である。ポン
プの吸込口1より流入する液状流体は、上部羽根車23
により加圧されて、中間段の室25で分岐し、一方は第
一の吐出口2より外部に送出され残余の加圧された液状
流体は、更に下部羽根車28により再加圧され、吐出口
3より送出される。
FIG. 3 shows the structure of the pump unit of this embodiment. The expander turbine ET is provided on the pump cover 17 of the pump PU. These pumps P
The common drive shaft DS of U and the turbine ET is an upper portion composed of a thrust bearing 12 and a radial bearing 13 formed of non-contact magnetic bearings on the turbine ET side and a magnetic bearing or a low pressure bearing on the pump PU side in order from above. It is supported by a bearing 19 and a lower bearing 20. In the figure, reference numeral 14 is a non-contact type labyrinth seal, reference numeral 1 is a suction port of the pump, 2 is a first discharge port of the pump, and 3 is a second discharge port. The liquid fluid flowing in from the suction port 1 of the pump is the upper impeller 23.
And is branched in the intermediate chamber 25, one of which is sent to the outside through the first discharge port 2 and the remaining pressurized liquid fluid is further repressurized by the lower impeller 28 and discharged. It is sent out from the outlet 3.

【0018】次に、本発明の第二実施例を図2を参照し
ながら説明する。本実施例においては、熱交換器として
第一実施例が燃焼加熱器7を用いたのに対して、熱交換
媒体として常温の海水等の流体を用いた加温器8を用い
ている。このため、加温器8の入口8Aから流入する極
低温の加圧された流体は、その出口8Bにおいて常温
(300゜K)程度に加熱された高圧のガス体となる。
そして、この高圧ガスがラインLからタービンETの給
気口5に吸い込まれ、膨張してタービンの羽根車を回転
駆動し、減圧されたガスはタービンETの排気口6から
所定の圧力の高圧ガスとして外部のラインに送出され
る。その他のシステム系統は図1に示す第一実施例と同
様であり、また、ポンプの構造に関しても図3に示す前
述の第一実施例と同じである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the combustion heater 7 is used as the heat exchanger in the first embodiment, whereas the warmer 8 using a fluid such as normal temperature seawater is used as the heat exchange medium. Therefore, the cryogenic pressurized fluid flowing in from the inlet 8A of the warmer 8 becomes a high-pressure gas body heated to about room temperature (300 ° K) at its outlet 8B.
Then, this high-pressure gas is sucked into the air supply port 5 of the turbine ET through the line L, expands, rotationally drives the impeller of the turbine, and the depressurized gas is discharged from the exhaust port 6 of the turbine ET to a high pressure gas of a predetermined pressure. As an external line. The other system system is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and the structure of the pump is also the same as that of the first embodiment shown in FIG.

【0019】本実施例のポンプユニットは、LNG基地
に設置され地元でガス(LNG)で発電する一方、長距
離輸送のため液体(LNG)で送出する場合等に好適で
ある。なお、この場合ポンプの吐出圧力が必要な送出圧
力に対して高すぎるときは、動力回収タービンにより必
要圧力まで減圧し、エネルギー回収を行うことができ
る。
The pump unit of the present embodiment is suitable for a case where it is installed at an LNG base and locally generates electricity with gas (LNG) while delivering it with liquid (LNG) for long-distance transportation. In this case, when the discharge pressure of the pump is too high with respect to the required delivery pressure, the power recovery turbine can reduce the pressure to the required pressure to recover energy.

【0020】次に、本発明の第三実施例を図1及び図4
を用いて、第四実施例を図2及び図4を用いて説明す
る。上述の本発明の第一及び第二実施例が、ポンプの第
一の吐出口を液状流体の外部への送出に用い、第二の吐
出口を熱交換器に接続し再加圧された液状流体を加熱し
てガス化するのに対して、本第三及び第四実施例ではポ
ンプの再加圧された液状流体の第二の吐出口を外部への
加圧送液ラインに接続し、中間段の第一の吐出口を熱交
換器に接続したものである。ここで、熱交換器としては
第三実施例は加熱燃焼器7を用い、第四実施例としては
常温流体により加熱する加温器8を用いている。図4は
本実施例のポンプの構造を示し、吸込口1に対して所定
の圧力に加圧する上部羽根車23を備え、所定の圧力で
吐き出す第一の吐出口2′と、更に残余の液状流体を下
部羽根車28により再加圧して吐き出す第二の吐出口
3′とを備えている。第三実施例のシステム構成はポン
プPUの中間段の第一の吐出口2′を燃焼加熱器7の入
口7Aに接続し、ポンプPUの再加圧した第二の吐出口
3′を外部への送出ライン9に接続したものである。
又、第四実施例のシステム構成は、ポンプPUの中間段
の第一の吐出口2′を常温流体の加熱器8の入口8Aに
接続し、ポンプPUの再加圧した第二の吐出口3′を外
部への送出ライン9に接続したものである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 4. In the first and second embodiments of the present invention described above, the first discharge port of the pump is used to deliver the liquid fluid to the outside, and the second discharge port is connected to the heat exchanger to repressurize the liquid. While the fluid is heated and gasified, in the third and fourth embodiments, the second outlet of the repressurized liquid fluid of the pump is connected to the pressurized liquid delivery line to the outside, and the intermediate The first outlet of the stage is connected to a heat exchanger. Here, as the heat exchanger, the heating combustor 7 is used in the third embodiment, and the warmer 8 which is heated by the normal temperature fluid is used in the fourth embodiment. FIG. 4 shows the structure of the pump of this embodiment, which is provided with an upper impeller 23 for pressurizing the suction port 1 to a predetermined pressure, a first discharge port 2'that discharges at a predetermined pressure, and the remaining liquid. A second discharge port 3 ′ is provided for repressurizing the fluid by the lower impeller 28 and discharging the fluid. In the system configuration of the third embodiment, the first discharge port 2'of the intermediate stage of the pump PU is connected to the inlet 7A of the combustion heater 7, and the repressurized second discharge port 3'of the pump PU is exposed to the outside. Is connected to the sending line 9 of.
Further, in the system configuration of the fourth embodiment, the first discharge port 2'of the intermediate stage of the pump PU is connected to the inlet 8A of the heater 8 for the normal temperature fluid, and the repressurized second discharge port of the pump PU is connected. 3'is connected to the outgoing line 9 to the outside.

【0021】係る第三及び第四実施例によれば、長距離
輸送のため液で送出する場合の液の加圧圧力を高くと
れ、且つ、中間段から取り出した液体を熱交換によりガ
ス化して、エキスパンダタービンを回転駆動することに
より自液でポンプを駆動することができる。又、タービ
ンETで膨張し減圧されたガスは、第三実施例において
は液状流体を加熱する燃焼ガスとして用いられ、第四実
施例においては外部へ発電用或いは都市ガス用として送
出することができる。
According to the third and fourth embodiments, the pressure applied to the liquid can be increased when the liquid is sent out for long-distance transportation, and the liquid taken out from the intermediate stage is gasified by heat exchange. By rotating the expander turbine, the pump can be driven by its own liquid. Further, the gas expanded and decompressed by the turbine ET is used as a combustion gas for heating a liquid fluid in the third embodiment, and can be sent to the outside for power generation or city gas in the fourth embodiment. .

【0022】次に、本発明の第一及び第二実施例のエキ
スパンダタービン・ポンプユニットの動作原理について
図5を参照しながら説明する。LNG、あるいは液体水
素等の極低温流体は、大気圧近辺圧力P0 の状態S0
り、プライマリポンプにより圧力P1 迄加圧され状態S
1 となる。そして、セコンダリポンプである本実施例の
ポンプPUにより損失を考慮に入れてポリトロープ的に
圧力P2 まで加圧され、大半の液状流体を吐出口2から
送出する。更に圧力P3 まで加圧された残余の液状流体
は、状態S3 に至る。ここで、第一実施例では燃焼加熱
器7、第二実施例では加温器8の熱交換器で熱量を受け
取り、熱交換器損失分だけ圧力の低い状態S4 に移る。
この状態S4 から、エントロピ一定の線上をタービン損
失分だけずれた状態S5 までポリトロープ膨張を行う。
そして、この先は第一実施例においては燃焼加熱器バー
ナBUにおける等圧変化で状態S6 側に向かう(燃
焼)。第二実施例においては、P5 の圧力を有する高圧
ガスとして、外部に送出される。
Next, the operating principle of the expander turbine pump unit of the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. The cryogenic fluid such as LNG or liquid hydrogen is pressurized from the state S 0 near atmospheric pressure P 0 to the pressure P 1 by the primary pump in the state S 0.
Becomes 1 . Then, the pump PU of the present embodiment, which is a secondary pump, pressurizes to a pressure P 2 in a polytropic manner in consideration of the loss, and discharges most of the liquid fluid from the discharge port 2. The remaining liquid fluid further pressurized to the pressure P 3 reaches the state S 3 . Here, the heat quantity of the combustion heater 7 in the first embodiment and the heat exchanger of the warmer 8 in the second embodiment receive the heat quantity, and the state moves to the state S 4 where the pressure is low by the loss of the heat exchanger.
Polytropic expansion is performed from this state S 4 to a state S 5 which is deviated by a turbine loss on the line with constant entropy.
Then, ahead of this, in the first embodiment, the pressure goes toward the state S 6 side (combustion) due to a constant pressure change in the combustion heater burner BU. In the second embodiment, a high pressure gas having a pressure of P 5 is delivered to the outside.

【0023】係るエキスパンダタービン・ポンプユニッ
トは、過飽和液範囲の等エントロピ線と過熱状態での等
エントロピ線との勾配の差を利用してエキスパンダター
ビンを駆動しようとするものである。このことは、状態
1 ,S2 ,S3 ,S4 ,S5 のエンタルピをそれぞれ
1 ,i2 ,i3 ,i4 ,i5 とし、ポンプ全流入量W
kg,抽出量wkgとするとき、 W(i2−i1)+w(i3−i2)≦w(i4−i5) であれば、系として成立する。即ち、 W(i2−i1)≦w(i4−i5−i3+i2) w/W≧(i2−i1)/(i4−i5+i2−i3) つまり、 (i2−i1)/(i4−i5+i2−i3) が1以下であればよい。加熱されたガスを前記エキスパ
ンダタービンに給気して、該エキスパンダタービンの排
気ガスを高圧ガスとして外部に送出する上式が成立する
ように状態S3,S4 を設定すればよい。それには圧力
3 を変えることと、入熱によるエントロピ増加量i4
−i3 を加減するという二つの自由度が考えられる。ま
た、量w(i4 −i5 )が量W(i2 −i1 )+w(i
3 −i2 )に対して充分に大きいときは、一部をポンプ
駆動用に用い、残りは発電に使用することができる。そ
の際、周波数調整の必要は生じるものの、エキスパンダ
タービンの軸端に発電機を取付け電力を発生することが
可能である。
The expander turbine / pump unit is intended to drive the expander turbine by utilizing the difference in gradient between the isentropic line in the supersaturated liquid range and the isentropic line in the superheated state. This means that the enthalpies of the states S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , and S 5 are i 1 , i 2 , i 3 , i 4 , and i 5 , respectively, and the total inflow amount W of the pump is W.
If W (i 2 −i 1 ) + w (i 3 −i 2 ) ≦ w (i 4 −i 5 ), where kg is the extracted amount wkg, then the system is valid. That, W (i 2 -i 1) ≦ w (i 4 -i 5 -i 3 + i 2) w / W ≧ (i 2 -i 1) / (i 4 -i 5 + i 2 -i 3) That is, It is sufficient that (i 2 −i 1 ) / (i 4 −i 5 + i 2 −i 3 ) is 1 or less. The states S 3 and S 4 may be set so that the above equation for supplying the heated gas to the expander turbine and sending the exhaust gas of the expander turbine as high-pressure gas to the outside is satisfied. To do this, change the pressure P 3 and increase the amount of entropy i 4 due to heat input.
Two degrees of freedom are conceivable, that is, -i 3 is adjusted. Further, the quantity w (i 4 −i 5 ) is the quantity W (i 2 −i 1 ) + w (i
When it is sufficiently larger than 3- i 2 ), a part can be used for driving the pump and the rest can be used for power generation. At that time, although it is necessary to adjust the frequency, a generator can be attached to the shaft end of the expander turbine to generate electric power.

【0024】ここで、以上のような系が成立すること
を、液体水素を例にして定量的に説明する。
Here, the establishment of the above system will be quantitatively explained by taking liquid hydrogen as an example.

【0025】ここで、21°Kの飽和圧力P0 =0.1
2MPa、i0 =270kJ/kgの液体水素を、P5
0.5MPaのガスとして燃焼させる場合を考える。プ
ライマリポンプによってP1 =0.28MPaまで昇圧
し、更にセコンダリポンプで圧力P2 まで加圧送出す
る。一部抽出した液体をP3 =10MPaまで再加圧し
て、これを1.5MPaの損失のある熱交換器(燃焼加
熱器)で500°Kまで昇温させた後、エキスパンダタ
ービンによって0.5MPaまで膨張させるとする。ま
ず状態S1 に相当する状態は、等エントロピ変化とすれ
ば、P1 =0.28MPa、i1s =272kJ/kg、
ポンプ効率ηpを60%と仮定すると、 i1 =(i1s −i0 )/ηp+i0=(272−270)/
0.60+270=273kJ/kg 次に状態S2 は,P2 =7.5MPa i2 =(i2s −i1)/ηp+i1 =(370−27
3)/0.6+273=434kJ/kg 更に一部抽出した液体をP3 =10MPaまで加圧し、
3 の状態とすると、 i3S=470kJ/kg i3 =(i3s −i2 )/ηp+i2 =(470−43
4)/0.6+434=494kJ/kg T=500°Kまで加熱すれば、i4 =7180kJ/
kg エキスパンダ全断熱効率ηe=70%とすれば、等エン
トロピ的にP5 =0.5MPaまで落とすと i5s =3030kJ/kg であるから i4 −i5 =(i4 −i5s )*ηe=(7180−3
030)*0.7=2905kJ/kg 従って、(i2 −i1)/(i4−i5+i2−i3) =(434−273)/(2905+434−494) =0.0566 このように充分にポンプを駆動することができることが
わかる。即ち、圧力P3又は温度Tは、もっと低くてよ
いことになる。同様の計算により、LNGの主成分であ
る液体メタンにおいても、圧力P3 を適宜に選ぶことに
よりポンプを駆動できることがわかる。
Here, the saturation pressure P 0 = 0.1 at 21 ° K.
2 MPa, i 0 = 270 kJ / kg of liquid hydrogen, P 5 =
Consider the case of burning as a gas of 0.5 MPa. The primary pump raises the pressure to P 1 = 0.28 MPa, and further, the secondary pump pressurizes the pressure to P 2 . The partially extracted liquid was repressurized to P 3 = 10 MPa, and the temperature was raised to 500 ° K by a heat exchanger (combustion heater) having a loss of 1.5 MPa, and then it was adjusted to 0. Suppose to expand to 5 MPa. First, assuming that the state corresponding to the state S 1 is isentropic change, P 1 = 0.28 MPa, i 1s = 272 kJ / kg,
Assuming that the pump efficiency ηp is 60%, i 1 = (i 1s −i 0 ) / ηp + i 0 = (272-270) /
0.60 + 270 = 273 kJ / kg Next, in the state S 2 , P 2 = 7.5 MPa i 2 = (i 2s −i 1 ) / ηp + i 1 = (370−27
3) /0.6+273=434 kJ / kg Further pressurizing the partially extracted liquid to P 3 = 10 MPa,
Assuming the state of S 3 , i 3S = 470 kJ / kg i 3 = (i 3s −i 2 ) / ηp + i 2 = (470−43
4) /0.6+434=494 kJ / kg T = 500 ° K, i 4 = 7180 kJ /
If the kg expander total adiabatic efficiency ηe = 70%, then i 5s = 3030 kJ / kg if it isentropically reduced to P 5 = 0.5 MPa i 4 −i 5 = (i 4 −i 5s ) * ηe = (7180-3
030) * 0.7 = 2905kJ / kg Therefore, (i 2 -i 1) / (i 4 -i 5 + i 2 -i 3) = (434-273) / (2905 + 434-494) = 0.0566 Thus It can be seen that the pump can be driven sufficiently. That is, the pressure P 3 or the temperature T may be lower. From the same calculation, it can be seen that even in the case of liquid methane, which is the main component of LNG, the pump can be driven by appropriately selecting the pressure P 3 .

【0026】図6は、第三及び第四実施例のエキスパン
ダタービン・ポンプユニットの圧力一エンタルピ線図で
ある。図5と同様にLNG、あるいは液体水素等の極低
温流体は、大気圧近辺圧力P0 の状態S0 より、プライ
マリポンプにより圧力P1 迄加圧され状態S1 となる。
そして、セコンダリポンプである本実施例のポンプPU
により損失を考慮に入れてポリトロープ的に圧力P3
で加圧され、一部の液状流体wkgを吐出口2′から熱交
換器7,8に送出する。更に残余の液状流体(W−w)
kgは、圧力P2まで加圧され、状態S2 に至る。そし
て、状態S2 に至った液状流体は、外部のパイプライン
に送出される。状態S3 で抽出された液状流体wkgは、
第三実施例では燃焼加熱器7、第四実施例では加温器8
の熱交換器で熱量を受け取り、熱交換器損失分だけ圧力
の低い状態S4 に移る。この状態S4 から、エントロピ
一定の線上をタービン損失分だけずれた状態S5 までポ
リトロープ膨張を行う。そして、この先は、第三実施例
においては燃焼加熱器のバーナBUにおける等圧変化で
状態S6 側に向かう(燃焼)。第四実施例においては、
5 の圧力を有する高圧ガスとして、外部に送出され
る。従って、図5と同様に W(i3 −i1 )+(W−w)(i2 −i3 )≦w(i
4 −i1 ) であれば、系として成立する。即ち、 w/W≧(i2 −i1 )/(i4 −i5+i2 −i3) であればよい。
FIG. 6 is a pressure-enthalpy diagram of the expander turbine pump unit of the third and fourth embodiments. Similar to FIG. 5, the cryogenic fluid such as LNG or liquid hydrogen is pressurized from the state S 0 near the atmospheric pressure P 0 to the pressure P 1 by the primary pump to be the state S 1 .
Then, the pump PU of the present embodiment, which is a secondary pump
Is polytropically pressurized to a pressure P 3 in consideration of the loss, and a part of the liquid fluid wkg is delivered from the discharge port 2 ′ to the heat exchangers 7 and 8. Furthermore, the remaining liquid fluid (W-w)
kg is pressurized to a pressure P 2, reaches state S 2. Then, the liquid fluid that has reached the state S 2 is sent to the external pipeline. The liquid fluid wkg extracted in the state S 3 is
Combustion heater 7 in the third embodiment, warmer 8 in the fourth embodiment.
The heat quantity is received by the heat exchanger, and the state moves to the state S 4 where the pressure is low by the loss of the heat exchanger. Polytropic expansion is performed from this state S 4 to a state S 5 which is deviated by a turbine loss on the line with constant entropy. Then, in the third embodiment, the tip moves toward the state S 6 (combustion) due to the equal pressure change in the burner BU of the combustion heater. In the fourth embodiment,
It is delivered to the outside as a high-pressure gas having a pressure of P 5 . Therefore, as in FIG. 5, W (i 3 −i 1 ) + (W−w) (i 2 −i 3 ) ≦ w (i
If 4- i 1 ), then the system holds. That is, w / W ≧ (i 2 −i 1 ) / (i 4 −i 5 + i 2 −i 3 ).

【0027】この系が成立することを液体水素を例にし
て定量的に検討する。前述と同様に、21°Kの飽和圧
力P0 =0.12MPa、i0 =270kJ/kgの液体
水素を、P5 =0.5MPaのガスとして燃焼させる場
合を考える。プライマリポンプによってP1 =0.28
MPaまで昇圧し、更にセコンダリポンプで圧力P3
4MPaまで加圧する。一部抽出した液体を1.5MP
aの損失のある熱交換器(燃焼加熱器)で500°Kま
で昇温させた後、エキスパンダタービンによって0.5
MPaまで膨張させるとする。まず状態S1 に相当する
状態は、等エントロピ変化とすれば、P1 =0.28M
Pa、i1s =272kJ/kg、ポンプ効率ηpを60
%と仮定すると、 i1 =(i1s −i0 )/ηp+i0=(272−270)/
0.60+270=273kJ/kg 次に状態S3 は,P3 =4MPa i3 =(i3s −i1)/ηp+i1 =(326−27
3)/0.6+273=361kJ/kg 更に一部抽出した液体をT=500°Kまで加熱すれ
ば、i4 =7120J/kg、又、P2 =7.5MPaと
して、i2s =410kJ/kg i2 =i3 +(i2s −i3 )/ηp=361+(410−
361)/0.6=443kJ/kg エキスパンダ全断熱効率ηe=70%とすれば、等エン
トロピ的にP5 =0.5MPaまで落とすと i4 −i5 =(i4 −i5s )*ηe=(7120−4
500)*0.7=1834kJ/kg 従って、(i2 −i1)/(i4−i5+i2−i3) =(443−273)/(1834+443−361) =0.088 このように第三及び第四実施例においても充分にポンプ
を駆動することができることがわかる。
The establishment of this system will be quantitatively examined using liquid hydrogen as an example. Similar to the above, consider a case where liquid hydrogen having a saturation pressure of 21 ° K P 0 = 0.12 MPa and i 0 = 270 kJ / kg is burned as a gas of P 5 = 0.5 MPa. P 1 = 0.28 by the primary pump
The pressure is increased to MPa and the pressure P 3 = with the secondary pump.
Pressurize to 4 MPa. 1.5MP for partially extracted liquid
After raising the temperature to 500 ° K with a heat exchanger (combustion heater) having a loss of a, 0.5 with an expander turbine.
Suppose to expand to MPa. First, if the state corresponding to the state S 1 is an isentropic change, P 1 = 0.28M
Pa, i 1s = 272 kJ / kg, pump efficiency ηp is 60
%, I 1 = (i 1s −i 0 ) / ηp + i 0 = (272-270) /
0.60 + 270 = 273 kJ / kg Next, in the state S 3 , P 3 = 4 MPa i 3 = (i 3s −i 1 ) / ηp + i 1 = (326−27
3) /0.6+273=361 kJ / kg Further, if the partially extracted liquid is heated to T = 500 ° K, i 4 = 7120 J / kg and P 2 = 7.5 MPa, i 2s = 410 kJ / kg. i 2 = i 3 + (i 2s −i 3 ) / ηp = 361 + (410−
361) /0.6=443 kJ / kg Expander Total adiabatic efficiency ηe = 70%, i 4 −i 5 = (i 4 −i 5s ) * with isentropic drop to P 5 = 0.5 MPa ηe = (7120-4
500) * 0.7 = 1834kJ / kg Therefore, (i 2 -i 1) / (i 4 -i 5 + i 2 -i 3) = (443-273) / (1834 + 443-361) = 0.088 Thus In addition, it can be seen that the pumps can be sufficiently driven also in the third and fourth embodiments.

【0028】図7は、本発明の別の実施例を示す。この
実施例では、駆動軸DSAが水平軸で構成され、その駆
動軸DSAの両端に、それぞれポンプPUAとエキスパ
ンダタービンDTAとが設けられている。ポンプPUA
とタービンDTAは、連結部である連結胴21で連結さ
れ、その連結胴21Aの下部には、回収ケーシング21
Bが備えられている。図中の符号10Aは、ポンプPU
A側の液の漏れをある程度許容する非接触式の軸シール
であり、符号4AはタービンDTA側の非接触式のラビ
リンスシールである。ポンプPUA及びタービンDTA
の構成は、これらが横軸型である点を除き、図1乃至図
4に示すポンプPU及びタービンETと同じである。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the drive shaft DSA is a horizontal shaft, and a pump PUA and an expander turbine DTA are provided at both ends of the drive shaft DSA, respectively. Pump PUA
The turbine DTA and the turbine DTA are connected by a connecting cylinder 21 which is a connecting portion, and the recovery casing 21 is provided below the connecting cylinder 21A.
B is provided. Reference numeral 10A in the figure is a pump PU
A non-contact type shaft seal that allows the liquid leakage on the A side to some extent, and a reference numeral 4A is a non-contact type labyrinth seal on the turbine DTA side. Pump PUA and turbine DTA
The configuration of is the same as the pump PU and the turbine ET shown in FIGS. 1 to 4 except that they are of the horizontal axis type.

【0029】本図においては、液体の流れを実線で、ガ
スの流れを鎖線で示し、太線は主流、細線は漏れを示し
ている。液体は、吸込口1から状態S1でポンプPUA
内に入り、所定の圧力に加圧されて状態S2となり、吐
出口2から外部に送出される。一部の液体は更に加圧さ
れて吐出口3から状態S3で吐出される。吐出口3から
吐き出された液体は、燃焼加熱器7に入り、加熱されて
状態S4となり、タービンDTAに吸込口5から流入
し、減圧されて状態S5となって排気口6から吐き出さ
れ、燃焼加熱器7のバーナBUに送られ燃焼する。
In the figure, the liquid flow is shown by a solid line, the gas flow is shown by a chain line, the thick line shows the main flow, and the thin line shows the leakage. The liquid is pumped from the suction port 1 in the state S1 to the pump PUA.
It enters the inside, is pressurized to a predetermined pressure, becomes the state S2, and is delivered to the outside from the discharge port 2. A part of the liquid is further pressurized and discharged from the discharge port 3 in the state S3. The liquid discharged from the discharge port 3 enters the combustion heater 7 and is heated to a state S4, flows into the turbine DTA from the suction port 5 and is decompressed to a state S5 and is discharged from the exhaust port 6 to burn. It is sent to the burner BU of the heater 7 and burned.

【0030】連結胴21内の圧力は、図1乃至図2に示
す実施例と同様に、ポンプPUAの段数の配置により、
状態S5のエキスパンダタービンDTAの吐出圧力に基
本的に等しく、わずかに高い値に保持される。この連結
胴21へのタービンDTAへの漏れは非接触のラビリン
スシール4Aを介して出てくるが、連結胴21の内部
は、タービンDTAの落差程度の差圧を有する。他方、
ポンプPUA側の軸貫通部は、基本的には差圧がなく、
差圧があっても僅少であり、この部分の漏れ止めはメカ
ニカルシールと類似の非接触の軸シール10A、あるい
はフローティングリング等である程度の漏れを許容して
行うことができる。このような漏れをある程度許容した
シール機構により産業機械として望ましい寿命が保持さ
れる。このように、連結胴21Aの内部の圧力は、前述
のように基本的にタービンの吐出圧の状態S5と同じで
あるので、タービンDTAからの漏れガス及びポンプP
UAから漏れた際に発生したガスは、開口Nからタービ
ンDTAの出口であるガス送出ラインに注入することが
できる。又、ポンプPUAから漏れた液は、連結胴21
から下部のドレン回収ケーシング21Bに回収され、小
型の回収ポンプにより燃焼加熱器7に注入され、ガス化
して送出ラインに注入することができる。
The pressure in the connecting cylinder 21 is set by the arrangement of the number of stages of the pump PUA as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
It is basically equal to the discharge pressure of the expander turbine DTA in state S5 and is kept at a slightly higher value. The leakage to the turbine DTA to the connecting cylinder 21 comes out through the non-contact labyrinth seal 4A, but the inside of the connecting cylinder 21 has a pressure difference of about the head of the turbine DTA. On the other hand,
There is basically no differential pressure in the shaft penetrating portion on the pump PUA side,
Even if there is a differential pressure, it is very small, and leakage prevention at this portion can be performed by allowing a certain amount of leakage with a non-contact shaft seal 10A similar to a mechanical seal, a floating ring, or the like. A seal mechanism that allows such leakage to some extent maintains a desired life as an industrial machine. As described above, the pressure inside the coupling cylinder 21A is basically the same as the discharge pressure state S5 of the turbine as described above, so that the leakage gas from the turbine DTA and the pump P
The gas generated when leaking from the UA can be injected from the opening N into the gas delivery line that is the outlet of the turbine DTA. Also, the liquid leaked from the pump PUA is
Can be recovered in the lower drain recovery casing 21B, injected into the combustion heater 7 by a small recovery pump, gasified, and injected into the delivery line.

【0031】尚、横軸型のポンプPUA及びタービンE
TAの構成において、上述の本発明の第2実施例に準じ
て燃焼加熱器7を加温器8にしてもよい。又、本発明の
第3実施例に準じて、ポンプPUAの中間段の吐出口を
燃焼加熱器7に接続して、再加圧された液体の吐出口か
ら液体を外部に送出するようにしてもよい。更に又、本
発明の第4実施例に準じて、ポンプの中間段の吐出口を
加温器8に接続し、再加圧された液体の吐出口から外部
に送液するようにしてもよい。
The horizontal axis type pump PUA and turbine E
In the TA configuration, the combustion heater 7 may be replaced with the warmer 8 according to the second embodiment of the present invention described above. Further, according to the third embodiment of the present invention, the discharge port of the intermediate stage of the pump PUA is connected to the combustion heater 7 so that the liquid is discharged from the discharge port of the repressurized liquid to the outside. Good. Furthermore, according to the fourth embodiment of the present invention, the discharge port of the intermediate stage of the pump may be connected to the warmer 8 so that the repressurized liquid is discharged to the outside. .

【0032】尚、以上の実施例の説明は、ポンプの加圧
対象の液体として液体水素、LNGの例について述べた
が、その他の液体窒素等の低温流体についても適用でき
るのは勿論のことである。又、ポンプの吐出口を二段に
する例について述べたが、全体のシステム構成の必要性
から三段又は四段にしてもよい。又、図7の横軸型ポン
プの連結部の構成、つまりポンプ側の液漏れ防止非接触
式軸シールを含む構成を、例えば図3乃至図4に示す堅
軸型ポンプに適用することも勿論可能である。
In the above description of the embodiments, liquid hydrogen and LNG are used as the liquid to be pressurized by the pump, but it goes without saying that other low temperature fluids such as liquid nitrogen can be applied. is there. Further, the example in which the discharge port of the pump has two stages has been described, but it may have three stages or four stages because of the necessity of the entire system configuration. Further, it goes without saying that the configuration of the connecting portion of the horizontal shaft type pump of FIG. 7, that is, the configuration including the non-contact type shaft seal for preventing liquid leakage on the pump side can be applied to the hard shaft type pump shown in FIGS. 3 to 4, for example. It is possible.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のエキス
パンダタービン・ポンプユニットは、ポンプが二段の吐
出口を備え、一方の吐出口から加圧された液体を熱交換
してガス化することにより、エキスパンダタービンを駆
動して、もう一方のポンプの吐出口から加圧送液をする
ことができる。従って、外部からエネルギ源の供給を要
さない自己完結型のポンプを構成することができる。そ
れ故、係るポンプはLNG基地等に利用することによ
り、省エネルギ及びクリーンな環境の維持に貢献するも
のである。
As described above, in the expander turbine / pump unit of the present invention, the pump has the two-stage discharge port, and the liquid pressurized from one of the discharge ports is heat-exchanged for gasification. By doing so, the expander turbine can be driven and pressurized liquid can be sent from the discharge port of the other pump. Therefore, it is possible to configure a self-contained pump that does not require the supply of an energy source from the outside. Therefore, such a pump contributes to energy conservation and maintenance of a clean environment by being used in an LNG base or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一及び第三実施例のエキスパンダタ
ービン・ポンプユニットのシステム系統を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a system system of an expander turbine pump unit according to first and third embodiments of the present invention.

【図2】本発明の第二及び第四実施例のエキスパンダタ
ービン・ポンプユニットのシステム系統を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a system system of an expander turbine / pump unit according to second and fourth embodiments of the present invention.

【図3】本発明の第一及び第二実施例のポンプの構成を
示す部分断面正面図。
FIG. 3 is a partial cross-sectional front view showing the configuration of the pumps according to the first and second embodiments of the present invention.

【図4】本発明の第三及び第四実施例のポンプの構成を
示す部分断面正面図。
FIG. 4 is a partial cross-sectional front view showing the configurations of pumps according to third and fourth embodiments of the present invention.

【図5】本発明の第一及び第二実施例のエキスパンダタ
ービン・ポンプユニットにおける液状流体の熱力学的な
状態を示す圧力−エンタルピ線図。
FIG. 5 is a pressure-enthalpy diagram showing the thermodynamic state of the liquid fluid in the expander turbine pump unit of the first and second embodiments of the present invention.

【図6】本発明の第三及び第四実施例のエキスパンダタ
ービン・ポンプユニットにおける液状流体の熱力学的な
状態を示す圧力−エンタルピ線図。
FIG. 6 is a pressure-enthalpy diagram showing the thermodynamic state of the liquid fluid in the expander turbine / pump unit of the third and fourth embodiments of the present invention.

【図7】本発明の他の実施例の横軸型のエキスパンダタ
ービン・ポンプユニットのシステム系統を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a system system of a horizontal axis type expander turbine pump unit according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

PU,PUA ポンプ DT,DTA エキスパンダタービン 1 ポンプの吸込口 2 ポンプの第一の吐出口 3 ポンプの第二の吐出口 5 タービンの給気口 6 タービンの排気口 7 燃焼加熱器 8 加温器 9 液状流体送出ライン 21 連結胴 PU, PUA Pump DT, DTA Expander Turbine 1 Pump suction port 2 Pump first discharge port 3 Pump second discharge port 5 Turbine air inlet port 6 Turbine exhaust port 7 Combustion heater 8 Heater 9 Liquid fluid delivery line 21 Connection cylinder

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一軸の一端に設けられた、液状流体を第
一の圧力に加圧し吐出す第一の吐出口と、該第一の圧力
の液状流体を更に加圧し吐出す第二の吐出口とを備えた
ポンプと、前記第一の吐出口又は第二の吐出口に接続さ
れ前記加圧された液状流体を加熱してガス化する熱交換
器と、前記一軸の他端に設けられた、該熱交換器からの
ガスを所定の排気圧力迄減圧して得られる熱落差により
駆動されるエキスパンダタービンとからなることを特徴
とするエキスパンダタービン・ポンプユニット。
1. A first discharge port which is provided at one end of a uniaxial shaft and pressurizes and discharges a liquid fluid at a first pressure, and a second discharge port which further pressurizes and discharges the liquid fluid at the first pressure. A pump having an outlet, a heat exchanger connected to the first discharge port or the second discharge port to heat and gasify the pressurized liquid fluid, and the heat exchanger provided at the other end of the one shaft. An expander turbine / pump unit comprising an expander turbine driven by a heat drop obtained by reducing the gas from the heat exchanger to a predetermined exhaust pressure.
【請求項2】 前記ポンプの第一の吐出口からは、前記
第一の圧力に加圧された液状流体が外部に送出され、前
記熱交換器は前記加圧された液状流体を燃焼加熱して高
温高圧にガス化する燃焼加熱器であり、該燃焼加熱器は
前記ポンプの第二の吐出口に接続され、加熱されたガス
を前記エキスパンダタービンに給気して、該エキスパン
ダタービンで減圧したガスを前記燃焼加熱器で燃焼させ
ることにより前記液状流体を加熱することを特徴とする
請求項1記載のエキスパンダタービン・ポンプユニッ
ト。
2. The liquid fluid pressurized to the first pressure is delivered to the outside from the first discharge port of the pump, and the heat exchanger burns and heats the pressurized liquid fluid. Is a combustion heater that gasifies to high temperature and high pressure, the combustion heater is connected to the second discharge port of the pump, the heated gas is supplied to the expander turbine, The expander turbine / pump unit according to claim 1, wherein the liquid fluid is heated by burning the depressurized gas in the combustion heater.
【請求項3】 前記ポンプの第一の吐出口からは、前記
第一の圧力に加圧された液状流体が外部に送出され、前
記熱交換器は、前記加圧された液状流体を常温流体によ
り加熱して高圧ガス化する加温器であり、該加温器は前
記ポンプの第二の吐出口に接続され、加熱されたガスを
前記エキスパンダタービンに給気して、該エキスパンダ
タービンで減圧したガスを高圧ガスとして外部に送出す
ることを特徴とする請求項1記載のエキスパンダタービ
ン・ポンプユニット。
3. The liquid fluid pressurized to the first pressure is delivered to the outside from the first discharge port of the pump, and the heat exchanger supplies the fluid liquid pressurized to the room temperature fluid. Is a warmer for heating to high pressure gas by means of a heater, the warmer being connected to the second discharge port of the pump, and supplying heated gas to the expander turbine, The expander turbine / pump unit according to claim 1, wherein the gas decompressed by the above is sent to the outside as a high pressure gas.
【請求項4】 前記ポンプの第二の吐出口からは、前記
第二の圧力に加圧された液状流体が外部に送出され、前
記熱交換器は前記加圧された液状流体を燃焼加熱して高
温高圧にガス化する燃焼加熱器であり、前記ポンプの第
一の吐出口に接続され、加熱されたガスを前記エキスパ
ンダタービンに給気して、該エキスパンダタービンで減
圧したガスを前記燃焼加熱器で燃焼させることにより前
記液状流体を加熱することを特徴とする請求項1記載の
エキスパンダタービン・ポンプユニット。
4. The liquid fluid pressurized to the second pressure is delivered to the outside from the second discharge port of the pump, and the heat exchanger burns and heats the pressurized liquid fluid. Is a combustion heater that gasifies to high temperature and high pressure, is connected to the first discharge port of the pump, supplies the heated gas to the expander turbine, the gas decompressed by the expander turbine is The expander turbine pump unit according to claim 1, wherein the liquid fluid is heated by being burned by a combustion heater.
【請求項5】 前記ポンプの第二の吐出口からは、前記
第二の圧力に加圧された液状流体が外部に送出され、前
記熱交換器は、前記加圧された液状流体を常温流体によ
り加熱して高圧ガス化する加温器であり、前記ポンプの
第一の吐出口に接続され、加熱されたガスを前記エキス
パンダタービンに給気して、該エキスパンダタービンで
減圧したガスを高圧ガスとして外部に送出することを特
徴とする請求項1記載のエキスパンダタービン・ポンプ
ユニット。
5. The liquid fluid pressurized to the second pressure is delivered to the outside from the second discharge port of the pump, and the heat exchanger transfers the pressurized liquid fluid to a normal temperature fluid. Is a warmer that is heated by means of a high pressure gas, is connected to the first discharge port of the pump, the heated gas is supplied to the expander turbine, the gas decompressed by the expander turbine The expander turbine pump unit according to claim 1, wherein the expander turbine pump unit is delivered as high-pressure gas to the outside.
【請求項6】 前記ポンプ及びエキスパンダタービンの
それぞれのケーシングを、前記一軸を覆うように、連結
して密閉構造として、前記一軸の前記ポンプ及びエキス
パンダタービンの貫通部には非接触式の軸シールを設
け、該軸シールにより漏れた液状流体及びガスを回収し
て再利用する配管を備えたことを特徴とする請求項1記
載のエキスパンダタービン・ポンプユニット。
6. The shaft of the pump and the expander turbine is connected so as to cover the one shaft to form a closed structure, and a non-contact shaft is provided in a penetrating portion of the pump and the expander turbine of the one shaft. The expander turbine pump unit according to claim 1, further comprising a pipe provided with a seal, and the liquid fluid and the gas leaked by the shaft seal are collected and reused.
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