KR101764158B1 - 일체형 압축기-팽창기 - Google Patents

일체형 압축기-팽창기 Download PDF

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Abstract

본 개시의 일 실시예는, 중앙축 상에 오버행되는 구성으로 배치되는 저온 팽창기와, 적어도 두개의 베어링 사이에서 상기 중앙축에 지지되는 다단 원심 압축기와, 상기 중앙축에 연결되며 상기 다단 압축기의 현재 작동 모드에 따라 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하거나 상기 중앙축의 회전으로부터 동력을 생성하도록 구성된 장치를 포함하는 일체형 압축기-팽창기 조립체를 제공한다.

Description

일체형 압축기-팽창기{INTEGRAL COMPRESSOR-EXPANDER}
본 발명은 일체형 압축기-팽창기 조립체에 관한 것이다.
이 출원은, 2010년 1월 15일에 출원된 미국 가출원 61/295,633호와 2010년 2월 10일에 출원된 미국 가출원 61/303,270호에 관하여 우선권을 주장한다. 상기 선출원들은 이로써, 본 출원에 모순되지 않을 정도까지, 참조로서 일체로 본 출원에 결합된다.
여기서 본 개시(disclosure)는, 냉장 적용들, 특히, 천연가스의 액화에 사용되는 일반적인 일체형 압축기-팽창기 조립체에 관한 것이다. 본 출원의 "일체형"이라는 용어는, 일반적으로 압축기와 팽창기가 하나의 공용축에 설치되어 있다는 의미를 가지고 있다.
상기 냉장 적용에 있어서, 차가운 가스 팽창기들은 유동 가스의 압력 강하를 통해 낮은 온도들을 구현하는데 사용된다. 일반적으로 기계 에너지는 유용한 목적을 위해 팽창기로부터 회수된다. 팽창기로부터 회수된 기계적 에너지는 전기 발전기, 또는 가스 흐름을 압축하는데 적용되는 압축기로 제공된다.
회수한 에너지를 압축에 직접 이용하는 것은, 고가의 동력 발생 설비 및 관련된 에너지 손실들을 없앨 수 있기 때문에, 일반적으로 가장 효율적이고 비용적으로도 효과적인 수단이 된다.
일반적으로, 에너지가 회수되어 압축에 이용될 때, 조립체의 구성은 중앙축 상에 오버행되고 반경 방향 유입과 축 방향 유출을 가지는 단일의 팽창기와 상기 축의 다른 단부에 연결되고 축 방향 유입과 반경 방향 유출을 가지는 단일단(single-stage) 압축기이다. 이러한 구성에서, 외부의 구동기 또는 하중 없이 상기 조립체가 동력 밸런스를 유지하기 위해, 압축 수행 수준은 팽창 수행 수준에 정밀하게 맞추어지도록 제한된다. 추가로, 압축기에서의 압력 상승은 단일 임펠러에 의해 수행될 수 있는 양에 한정이 된다.
팽창의 수행 수준이 압축의 수행 수준을 초과하거나 그와 반대인 때에는, 일체로 기어가 적용된 배열 구조가 사용될 수 있다. 일체로 기어가 조립된 배열 구조를 가지면, 축 방향 유입과 반경 방향 유출 구성을 가지는 복수개의 압축기들은, 다른 축으로부터 같은 기어를 구동시키는 팽창기와 함께, 복수의 축들에 설치된 단일의 기어에 의해 구동될 수 있다. 또한, 압축의 수행 수준이 팽창의 수행 수준을 초과하는 경우에 추가적인 동력을 제공하기 위해 외부의 구동기와 결합될 수 있다. 일체형 기어 배열은 몇몇의 베어링들과 실들을 필요로 하는데, 그러한 배열 구성은 설계가 복잡하고, 기계의 고장 빈도의 증가와 신뢰성 저하를 유도한다.
따라서, 단일의 신뢰성 있는 조립체에서 더 높은 압축비를 수행하면서 효율적인 에너지 회수를 가능하게 하는 것이 필요하다.
본 개시의 실시예들은 종래에 비해 향상된 압축기-팽창기 조립체를 제공함을 주된 과제로 한다.
본 개시의 실시예들은 압축기-팽창기 조립체를 제공한다. 상기 조립체는, 중앙축 상에 오버행되는 구성으로 배치되는 저온 팽창기와, 적어도 두개의 베어링 사이에서 상기 중앙축에 지지되는 다단 원심 압축기를 포함할 수 있다. 상기 조립체는, 상기 중앙축 상에 오버행되며, 상기 다단 압축기의 현재 작동 모드에 따라 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하거나 상기 중앙축의 회전으로부터 동력을 생성하도록 구성된 장치를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들은, 다단 원심 압축기 및 장치가 연결되어 있는 중앙축 상에 오버행되는 저온 팽창기 안의 유체를 팽창하는 단계를 포함한 방법을 제공할 수 있다. 상기 방법은 상기 저온 팽창기를 회전시키고 그로부터 동력 출력을 생산하는 단계를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 저온 팽창기의 동력이 상기 압축기를 구동하는데 필요한 출력보다 적다면, 상기 장치 및 상기 저온 팽창기는 상기 압축기를 구동시킨다. 다른 실시예에서, 상기 저온 팽창기의 동력이 상기 압축기를 구동하는데 필요한 동력보다 크다면, 상기 저온 팽창기는 상기 장치와 상기 압축기를 구동시킨다. 또 다른 실시예에서, 상기 저온 팽창기의 동력이 상기 압축기를 구동하는데 필요한 동력만큼이라면, 상기 저온 팽창기는 단지 상기 압축기만를 구동시킨다.
또한, 본 개시의 실시예들은, 저온 팽창기를 포함하는 장치를 제공할 수 있다. 상기 장치가 구동하는 동안, 상기 저온 팽창기는 주위의 온도 또는 그 아래의 온도의 저온 팽창기로 유입되는 관류 유체를 받아 냉각시킬 수 있다. 상기 장치는 또한 압축기와 축을 구비할 수 있는데, 상기 축은, 상기 저온 팽창기와 상기 압축기에 작동가능하게 연결되어 있고, 상기 저온 팽창기와 상기 압축기 사이에 배치된 제1 단부, 제2 단부, 종방향 부분을 가진다. 또한, 상기 장치는 상기 축의 종방향 부분을 회전가능하게 지지하는 베어링과 케이싱을 포함할 수 있는데, 상기 케이싱은, 상기 저온 팽창기, 상기 압축기, 상기 축의 제1 단부 및 상기 축의 종방향 부분을 수용한다. 또한, 상기 축의 제2 단부는 상기 케이싱을 통해 바깥으로 연장되어, 상기 장치의 작동 중에 상기 축에 회전 동력을 제공하거나 상기 축으로부터 회전동력을 받도록 작동되는 장치에 작동가능하게 연결되어 있다.
본 개시는 첨부되는 도면을 참고로 하여 읽혀질 때 이하의 상세한 설명으로부터 잘 이해될 수 있다. 해당 산업에서의 기준 실무에 따를 때, 다양한 모습은 스케일에 좌우되지 않는다. 사실, 도면들의 다양한 모습들의 치수들은 설명을 위해 임의로 확대되거나 줄어들 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 일체형 압축기-팽창기의 바람직한 일 예의 개념도이다.
도 2는, 분리된 하우징들 안에 있는 팽창기와 압축기가 함께 결합되었을 경우에, 바람직한 일 실시예에 따른 일체형 압축기-팽창기의 개념도이다.
도 3은, 장치가 중앙축에 결합되어 있는 경우에, 바람직한 일 구성에 따른 일체형 압축기-팽창기의 개념도이다.
도 4는 상기 일체형 압축기-팽창기를 사용한 압축기의 구동 방법의 바람직한 일 실시예에 따른 순서도이다.
이하에 설명하는 개시 내용은 본 발명의 다른 모습들, 구조들, 기능들을 수행하는 몇몇의 바람직한 실시예들을 기술하는 것으로 이해된다. 부품들, 배열들, 그리고 구성들의 바람직한 실시예들은 본 개시를 단순하게 하기 위해 아래에 개시되지만, 이러한 바람직한 실시예들은 단순히 예일뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 추가적으로, 본 개시는 여기에 제공된 도면들과 다양한 바람직한 실시예들에 있는 참조 번호 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순함과 명료함을 위해서이고, 다양한 바람직한 실시예들 및/또는 다양한 도면들에서 논의되는 구성들 사이의 관계를 그것 자체로 구술하는 것은 아니다.
더 나아가, 이하의 상세한 설명에서의 첫번째 특징 또는 그것을 따르는 두번째 특징의 형성은, 상기 첫번째와 두번째 특징이 직접적인 접촉으로 형성되는 실시예들을 포함할 수 있고, 또한 상기 첫번째와 두번째 특징 사이에 형성된 추가적인 특징들이 형성된 실시예들을 포함할 수 있어 상기 첫번째와 두번째 특징이 직접적으로 접촉하지 않을 수 있다. 최종적으로, 아래에 제시된 바람직한 실시예들은 어떠한 조합으로도 조합될 수 있는데, 즉, 하나의 바람직한 실시예의 어떠한 요소도 본 개시의 범위에서 벗어남이 없이, 다른 어떠한 바람직한 실시예에서 사용될 수 있다.
추가적으로, 어떠한 용어들은 특별한 구성품들을 나타내기 위해 다음의 상세한 설명과 청구항들에 걸쳐 사용된다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 이해하듯이, 다양한 실체들은 다른 이름으로 동일한 구성을 나타낼 수 있다. 그리고, 보통 말하는, 여기서 기술된 구성들에 대한 명명 관습은, 여기서 특별히 정의된 사항이 없으면, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 더 나아가, 여기서 사용된 명명 관습은, 기능이 아니라 이름 상으로 다른 구성들간의 구별을 위한 것은 아니다. 더 나아가, 다음의 논의 및 청구항에서, "포함한다"의 용어는 제약을 두지 않는 방식으로 사용되며, 따라서 "포함한다. 그러나 제한은 없다"라는 의미로 이해되어야 한다. 본 개시의 모든 수치 값은 특별하게 언급되지 않는 한 정확한 값 또는 근사값이 될 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시예들은, 의도된 범위에서 벗어남이 없이, 여기서 개시된 숫자들, 값, 범위에서 벗어날 수 있다. 뿐만 아니라, 청구항들 또는 명세서에서 사용된 바와 같이, "또는"이라는 용어는, 여기서 명확히 명시되지 않는 한, 배제된 경우나 포함되는 경우를 모두 아우르도록 사용되는데, 즉, "A 또는 B"는 "A와 B 중 적어도 하나"와 동일하거나 비슷한 뜻을 가지도록 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 바람직한 일 실시예에서, 천연가스를 액화시키는 등의 다양한 기능들을 이용할 수 있는 일체형 압축기-팽창기(10)가 도시되어 있다.
일체형 압축기-팽창기는 기밀 케이싱(pressurized casing)(12)을 포함할 수 있다. 기밀 케이싱(12)은, 대표적으로 중앙축(16)의 제1 단부에 연결된 반경 방향 유입/축 방향 유출의 저온 팽창기(cryogenic expander)(14)와, 중앙축(16)의 종방향부를 따라 저온 팽창기(14)로부터 축 방향으로 오프셋된 축 방향 유입/반경 방향 유출의 다단 또는 멀티 휠의 원심 압축기 조립체(18)를 둘러싸고 있다. 다른 실시예에서, 팽창기(14)와 압축기(18)는 각각 분리 케이싱들 안에 위치하는데 (상기 분리 케이싱들은 제1 케이싱 및 제2 케이싱으로 명명될 수 있다), 그 분리 케이싱들은 서로 결합되거나 서로 부착된다. 상기 저온 팽창기(14)와 상기 멀티 휠 원심 압축기(18)의 각각은 유입구와 유출구를 가질 수 있으며, 상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 케이싱의 외부에 직접적으로 노출되지 않을 수 있다.
원심 압축기 조립체(18)는 대표적으로 압축기 조립체(18)의 고압측이 저압측보다 저온 팽창기(14)로부터 더 멀리 이격된 모습으로 도시되어 있다. 본 실시예에서는 기밀 케이싱이 개시되었지만, 본 개시에서의 실시예들을 수행하기 위해서는 비기밀 케이싱(non-pressurized casing)도 사용될 수 있다.
원심 압축기 조립체의 방향 및/또는 구성은 압축기 유닛을 선택하는데 전통적으로 사용되었던 특별한 공정 요구, 공간 또는 다른 변수에 적합하도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 조립체(18)의 바람직한 구성은 압축기 조립체(18)의 고압측이 저온 팽창기(14)에 인접하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 압축기 조립체(18)의 고압측은 팽창기(14)로부터 떨어지도록 배치될 수 있다. 추가적으로, 압축기는, 발명자의 의도된 개시의 범위의 벗어남이 없이, 백 투 백(back to back), 더블 플로우(double flow), 또는 복합 압축기(compound compressor) 구성과 같은 다른 많은 구성들이 될 수 있다.
적어도 두개의 레이디얼 베어링(20a)(20b)과 적어도 하나의 스러스트 베어링(22)은 기밀 케이싱(12)의 내부에 배치될 수 있다. 더 나아가, 많은 다른 내부 시일(seal)들은 케이싱(12) 내에서 수행될 수 있고, 내부 누출들을 제한하도록 구성된다. 시일의 특별한 구성과 형식은 본 출원에 의존하지만, 적용될 수 있는 시일들의 다양한 형태는, 여기서 특별히 도시되지는 않았지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않는다.
적어도 하나의 실시예에서, 스러스트 베어링(22)은 도시된 바와 같이, 레이디얼 베어링(20b)으로부터 안쪽에(즉, 레이디얼 베어링(20b)의 왼쪽으로) 위치할 수 있다. 그러나, 스러스트 베어링(22)은 레이디얼 베어링(20b)의 바깥쪽에(즉, 레이디얼 베어링(20b)의 오른쪽으로) 위치할 수 있다. 스러스트 베어링(22)을 레이디얼 베어링(20b)의 바깥쪽에 배치하면 스러스트 베어링(22)이 더 넓은 활동 영역을 포함하게 되고, 그렇게 되면 효율성이 증가된다.
다른 실시예들에서, 레이디얼 베어링(20b)과 스러스트 베어링(22)은 케이싱(12)의 외부에 위치할 수 있다. 레이디얼 베어링(20b)과 스러스트 베어링(22)을 케이싱(12)의 외부에 배치하게 되면, 베어링(20b)(22)의 조립 또는 유지 보수의 목적에 좀 더 편리하게 접근 가능하게 되고, 더 나아가 만약 이러한 구성물들이 기밀 용기의 외부에 배치된다면 베어링들 및 스러스트 베어링들의 운용과 관련된 몇몇 도전들을 회피할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 레이디얼 베어링(20a)(20b)는 마그네틱 베어링이 될 수 있는데, 그러한 마그네틱 베어링은 마그네틱 베어링의 고장 시에 회전축을 일시적으로 지지해주도록 구성된 적어도 하나의 잡기 부재(catcher) 또는 활주 베어링(coast down bearing)(미도시)와 결합된 구조를 가질 수 있다.
해당 기술분야에서 널리 알려진 바와 같이, 마그네틱 베어링은 압력하에서 작용할 수 있고, 따라서, 여기에 개시된 공정들을 위한 최소의 실링 기준을 일반적으로 충족시킬 수 있다. 또한, 마그네틱 베어링들은 일반적으로 더 넓은 범위의 온도에서 사용될 수 있는데, 그러한 점은 온도가 일상적으로 결빙 온도 아래, 또한 저온 범위의 실시예에서 유리한 것이 입증되었다. 더 나아가 마그네틱 베어링은 작동 도중에 비-부식성 공정 유체(non-corrosive process flulids)에 직접적으로 노출될 수 있는데, 그 경우에도 적절하게 기능을 유지할 수 있다.
터보 기계에 일반적으로 사용되는 다른 종류의 베어링은, 마그네틱 베어링 대신에 또는 마그네틱 베어링에 추가하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 실시예에 있어서, 레이디얼 베어링(20a)(20b)은 윤활 오일 베어링을 포함할 수 있다. 레이디얼 베어링(20a)(20b)의 구조적 위치에 따라(즉, 케이싱(12) 바깥쪽의 내외), 윤활 오일 베어링들은 기밀 공급원과 함께 기밀 윤활-오일 드레인(drain) 또는 대기 상태의(atmospheric) 윤활 오일 드레인을 가질 수 있다.
윤활 오일 베어링들을 사용하는 적어도 하나의 잇점은, 기어 박스 또는 모터 발전기와 같은 일체형 압축기-팽창기(10)의 다른 부분들도 압력 또는 대기 압력하에서 윤활 오일을 사용할 수 있다는 것이다. 그래서, 베어링을 지지하는 윤활 오일 시스템의 실행에 있어 추가적인 복잡함이 없다. 그러나, 발명자들은 윤활 오일 시스템에서 사용되는 오일은 윤활을 위한 적절한 온도가 유지될 필요가 있다는 사실을 인식하고 있다. 즉, 적절한 점도를 유지하기 위해 열을 가하던지 해서 적절한 온도를 유지하는데, 그러한 사항은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.
도시된 바와 같이, 저온 팽창기(14)와 원심 압축기 조립체(18) 사이에 위치하는 레이디얼 베어링(20a)은, 저온 팽창기(14) 및/또는 원심 압축기 조립체(18)를 거쳐 흐르는 유체에 노출될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 레이디얼 베어링(20a)은 오일 윤활 베어링이 될 수 있는데, 레이디얼 베어링(20a)의 드레인 라인에서의 압력이 저온 팽창기(14)와 원심 압축기 조립체(18) 사이의 정상 작동 압력에 일치하도록, 오일은 높은 압력에서 레이디얼 베어링(20a)에 공급되고 그 결과 베어링 위치에서의 추가적인 시일은 필요하지 않다.
그러나, 레버런스(labyrinth) 시일 또는 다른 수동 시일(passive seal)들과 같은 다른 시일들의 사용은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 다른 대안적인 일 실시예에서, 적어도 하나의 베어링 및/또는 시일은 팽창기 출구의 반경방향으로 바깥쪽에 위치할 수 있는데, 그렇게 되면 연결 구성(overhung configuration)을 없앨 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 베어링 및/또는 시일은, 팽창기(14)의 출력 지점의 온도에 해당할 것 같은 저온 범위에서 효과적으로 작동할 수 있는 특별한 구조/재료가 필요할 수 있다.
밸런스 피스톤(23)은 기밀 케이싱(12) 내에 위치할 수 있다. 밸런스 피스톤(23)은 적어도 두 개의 베어링들 중 하나와 상기 다단 원심 압축기(18)의 유출구 사이에서 상기 중앙축(16)을 따라 배치될 수 있다. 밸런스 피스톤(23)의 크기 및 위치는 일체형 압축기-팽창기(10)의 작동 중에 발생하는 축 방향 하중(force)에 따른다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 밸런스 피스톤(23)은 수동적일 수 있으며, 또는 해당 기술 분야의 사람들에게 널리 알려진 방식으로 조정 요소들(미도시)를 사용하여 조정될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서는, 밸런스 피스톤(23)은 압력 가스 또는 오일들과 같은 알려진 기술로 조정될 수 있다.
적어도 하나의 시일(24)은 기밀 케이싱(12) 내의 개구(25)에 인접한 중앙축(16)에 설치될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 기밀 케이싱(12) 안에 배치되지 않은 중앙축(16)의 제2 단부는 개구(25)를 통해 연장될 수 있다. 작동 중에, 시일(24)은 공정 가스(process gas)와 같은 유체가 기밀 케이싱(12)의 개구(25)를 통해 바깥쪽으로 유출되는 것을 실질적으로 방지하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 시일(24)은 유사한 적용들에서 유출의 양을 최소로 하는 드라이 가스 시일이 될 수 있다. 질소는 드라이 가스 시일에서의 공급 가스로 사용될 수 있는데, 적절한 압력과 조건이 충족되면 공정 가스도 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시일(24)은 적어도 하나의 레버런스(labyrinth) 시일을 포함할 수 있다. 해당 기술 분야예서 알려진 바와 같이, 레버런스 시일은 비싸지 않으며, 예측가능한 신뢰성을 가지고 있다. 그러나, 패시브 시일들의 다른 종류(즉, 외부의 입력을 필요로 하지 않고 작용을 위한 압력차에만 의존하는 시일)도 역시 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 브러쉬 시일이 시일(24)로서 사용될 수 있다.
이해할 수 있는 바와 같이, 일체형 압축기-팽창기(10) 시스템 내에 레이디얼 베어링(20a)(20b), 스러스트 베어링(22), 시일(24)을 배치하는 방법에 대해서는 몇몇의 다른 구성이 존재할 수 있다. 본 출원에 따르면, 예를 들면, 시일(24)은 레이디얼 베어링(20b)과 스러스트 베어링(22)의 안쪽과 바깥쪽에서 작동될 수 있다. 그래서, 적어도 하나의 실시예에서, 전술한 바와 같이, 레이디얼 베어링(20b)와 스러스트 베어링(22)은 모두 케이싱(12)의 바깥쪽에 위치할 수 있으며, 그 경우 시일(24)은 개구(25)를 통해 유체 유출을 방지하는 기능을 수행하게 된다. 다른 바람직한 실시예들에서, 레이디얼 베어링(20b)과 스러스트 베어링(22)의 하나만이 케이싱(12)의 바깥쪽에 위치할 수 있는데, 그 경우 레이디얼 베어링(20b)과 스러스트 베어링(22)의 사이에 시일(24)이 위치하게 된다.
바람직한 작동 예에서, 가압된 유체(26)는 저온 팽창기(14)에 반경 방향으로 유입되고, 그 안에서 팽창 후, 축 방향으로 유출된다. 다른 바람직한 실시예에서는, 유체가 처음에 반경 방향으로 원심 압축기 조립체로 유입되고, 유체가 압축된 후, 유체는 반경 방향으로 압축기 조립체로부터 유출된다. 따라서, 본 실시예에서는, 반경 방향과 축 방향의 유체 유출뿐만 아니라 반경 방향과 축 방향의 유체 유입도 개시한다. 그러나, 도면과 본 개시에 논의된 실시예에서, 실시예에 관한 개시가 이러한 특별한 구성에 한정되지 않는다고 하더라도, 반경 방향과 축 방향의 압축기 유입/유출은 숙고되는 바와 같이, 유입이 반경 방향이고, 유출은 축 방향이 될 수 있다.
유입/유출에 대한 특별한 구성과 관계없이, 작동 중, 가압된 유체(26)의 팽창은 저온 팽창기(14)에 에너지를 주고, 저온 팽창기(14)를 회전시킨다. 저온 팽창기(14)의 회전은, 차례차례, 중앙축(16)을 회전시키고, 그로 인해 원심 압축기 조립체(18)의 임펠러들을 회전시킨다.
하나 또는 그 이상의 실시예에서, 유체(28)는 최초에 반경 방향으로 원심 압축기 조립체(18)로 진입하고, 이어 원심 압축기 조립체(18)의 임펠러로 축 방향으로 흘러들어 가게 되고, 유체(28)는 그곳에서 원심 압축기 조립체(18)의 회전 임펠러에 의해 압축된다. 압축된 유체(28)는 원심 압축기 조립체(18)로부터 반경 방향으로 유될 수 있다.
명확하게 하기 위해, 도면에서 유체(26)(28)의 유입을 각각, 26a, 28a로 표기하였고, 유체(26)(28)의 유출을 각각, 26b, 28b로 표기하였다. 유입과 유출시 유체(26)(28)의 대표적인 온도와 압력 범위들은 아래 표 1에 기재되어 있다. 그러나, 테이블에 기재된 온도들은 대략적인 수치(온도계에 표시된 온도)이며, ±5%, 10%, 15%, 20%, 30% 정도의 변동이 있을 수 있다. 따라서, 유입 흐름의 온도(26a)는, 예를 들어, 표에 기재된 온도가 -150℃인 경우에 실제로 -195℃ 정도가 될 수도 있다. 유사하게, 흐름(26a)의 유입 온도 범위는 가장 저온일 때 약 -195℃(-150℃보다 약 30% 정도 더 저온임)가 되거나, 가장 고온일 때 65℃(50℃보다 약 30% 정도 더 고온임)가 될 수도 있다.
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전술한 바와 같이, 다른 바람직한 실시예들에서, 압축기 조립체(18)의 압축기 부품들의 일반적인 배치와 구성은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 역전될 수 있다. 예를 들면, 임펠러들의 압축 방향은 유체(28)를 압축기 조립체(18)에 유입시키되, 도면 상 오른쪽에서 왼쪽으로의 축 방향으로 이동시킬 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 압축기 조립체(18)의 구성들 및/또는 실시예들의 변형에 의한 스러스트의 역전을 보상하기 위해, 밸런스 피스톤(23)을 압축기 조립체(18)의 다른 측부로 이동시킬 수 있다. 더 나아가, 회전 임펠러들의 개수, 또는 "단수(stages)"은, 더 높은 압축비를 수행하는 경우에 증가될 수 있다.
저온 팽창기(14) 및 원심 압축기 조립체(18)의 작용은 중앙축(16)을 따라 축방향 하중을 일으킬 수 있다. 축방향 하중은 스러스트 베어링(22) 및 밸런스 피스톤(23)에 의해 지지될 수 있다.
회전축(16)에 의해 생성될 수 있는 반경 방향 하중들과 로터 하중은 레이디얼 베어링(20a)(20b)에 의해 지지될 수 있다. 추가적인 도관들(미도시)은 작동 유체의 실링, 통풍구, 밸브들을 제공하기 위해 존재할 수 있는데, 여기서 도관들은 베어링(20a)(20b)(22), 밸런스 피스톤(23), 실링(24)의 작동을 위해 필요한 부품이다.
팽창기(14)는 압축기 조립체(18)와 스러스트 밸런스(thrust balance)가 항상 유지되지는 않기 때문에, 적어도 하나의 실시예에서, 밸런스 피스톤(23)은 액티브 스러스트 밸런싱 시스템(미도시)으로 교체되거나 보완될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 액티브 스러스트 밸런싱 시스템은, 외부 밸브(미도시)의 사용에 의해 케이싱(12) 내에 나타나는 캐버티(cavity)의 압력을 조절하기 위해 채용된 시스템을 포함할 수 있다. 그 외부 밸브는, 캐버티 내의 압력을 더 낮은 소정의 압력으로 낮추는 압력 브리딩(bleeding) 현상을 규제하기 위해 구성될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 그 캐버티는 팽창기(14)의 뒤에 위치할 수 있고, 캐버티는 밸브를 통하여 유체적으로 팽창기(14)의 전방의 위치(압력이 실질적으로 낮은 위치)에 연결될 수 있다. 팽창기(14) 뒤에 위치한 캐버티의 밸런스 지름은, 정상 작동 조건에서 스러스트 하중을 제공하기 위해 채용될 수 있는데, 이는 시일(24)이 위치한 곳인 마주보는 시일 단부에 생성될 수 있는 스러스트에 대항하기 위해서이다.
적어도 하나의 실시예에서, 캐버티로부터 초래된 스러스트 하중은 정상 구동 조건에서 팽창기에 순수한 제로 스러스트를 생성시키도록 구성될 수 있다. 만약 밸브가 고장나고 밸런스 피스톤(23)의 예비 지원도 없다면, 밸브는 개방 조건하에서 작동되지 않도록 설계될 수 있고, 그로 인해 팽창기(14) 뒤에 위치하는 캐버티에게 팽창기(14)의 유출구의 압력과 동일한 압력 또는 실질적으로 동일한 압력을 제공하게 된다. 따라서, 만약 밸브의 고장이 일어난다면 축(16)에 작용하는 순수 스러스트는 시일된 단부에 의한 스러스트와 같게 된다.
바람직한 실시예에서, 기밀 케이싱(12)은 일체형 압축기-팽창기(10)의 구성부품들을 수용하는 하나의 부재로 제조될 수 있다. 다른 바람직한 실시예들에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기밀 케이싱(12)은, 저온 팽창기 하우징(34)와 압축기 하우징(36)의 두 조각으로 구성될 수 있는데, 그 두 조각은 접속면(38)를 따라 근접한 관계로 함께 결합된다. 적어도 하나의 실시예에서, 저온 팽창기 하우징(34)와 압축기 하우징(36)은, 일련의 볼트(미도시)로 함께 결합될 수 있지만, 두개의 하우징(34)(36)은, 용접의 방법을 사용하거나 두개의 하우징을 결합하여 단일의 몸체로 할 수 있는 다른 알려진 방법을 사용하여 결합될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 베어링(20a)(20b)(22)과 시일(24)는 압축기 하우징(36)의 내부에 수용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 추가적인 베어링 및/또는 시일은 개구(25)에 위치할 수 있다.
유체(28)의 목표 압력 및 온도에 도달하기 위해 필요한 원심 압축기 조립체(18)의 압축비는 저온 팽창기(14)의 출력 동력에 반드시 한정되지는 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 축 커플링(56)은, 축(16a)에 의해 지지되는 장치(58)를 중앙축(16)의 제2 단부에 결합하기 위해 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 있어서, 축(16a)은 중앙축(16)의 연속이 될 수 있거나 분리된 독립 축이 될 수 있다. 축 커플링(56)은 적용에 따라 경성(rigid) 커플링 또는 플렉서블 커블링이 될 수 있다. 속도 증가 또는 감속 기어(미도시)는 장치(58)와 일체형 압축기-팽창기(10)을 연결할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 압축기 조립체(18)의 현재 작동 모드에 따라서, 장치(58)는 (i) 축(16)에 회전 동력을 제공하거나, (ii) 축(16)으로부터 회전 동력을 받거나, 또는 (iii) 축(16)으로부터 회전 동력을 받거나 축(16)으로 회전 동력을 제공하도록 구성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 장치(58)가 축(16)으로부터 회전 동력을 받기 위해 구성된다면, 장치(58)는 발전기 및/또는 압축기를 포함할 수 있다.
장치(58)가 축(16)에 회전 동력을 공급하는 실시예의 경우에는, 장치(58)는 모터 또는 터빈을 포함할 수 있다. 그러나, 장치(58)가 모터와 발전기의 조합체를 포함하는 실시예도 있을 수 있으며, 그 경우 장치(58)는 일 작동 모드에서 축(16)에 회전 동력을 공급하고, 다른 작동 모드에서 축(16)으로부터 회전 동력을 받도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 있어서, 장치(58)는 고속 고주파수 모터를 포함할 수 있는데, 그러한 고속 고주파수 모터는, 터빈이 알맞지 않거나 다른 이유로 고속 압축 장치를 구동하기 위해 해당 기술분야에서 흔히 사용하는 장치이다.
작동 중에, 저온 팽창기(14)로부터의 동력이 압축기 조립체(18)를 구동하기 위해 필요한 동력보다 작은 경우에, 장치(58)는 축(16)에 추가적인 회전 동력을 공급해주기 위해 채용될 수 있다. 이러한 구성에서, 장치(58)와 저온 팽창기(14)의 조합은 압축기 조립체(18)를 함께 구동할 수 있다.
만약 저온 팽창기(14)로부터의 회전 동력의 입력이 압축기 조립체(18)를 구동하는데 필요한 동력보다 크다면, 장치(58)은 축(16)으로부터 회전 동력를 받을 수 있다. 이러한 구성에서, 장치(58)와 압축기 조립체(18)는 저온 팽창기(14)에 의해 구동될 수 있다.
만약 저온 팽창기(14)로부터의 회전 동력이 압축기 조립체(18)를 구동하는데 필요한 동력과 동일하다면, 저온 팽창기(14)는 오직 압축기 조립체(18)만을 구동한다. 장치(58)가 축(16)으로부터의 동력을 받는 구성인 경우에는, 장치(58)는, 예를 들어 전기를 생산하도록 구성되거나(발전기로서), (압축기로서)유체에 추가 공정을 수행하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 장치(58)는 팽창기(14)로부터 생성된 추가 동력을 수거하여 유용한 일 생산을 제공하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 팽창기(14), 압축기(18), 추가적인 장치(58)의 작동은 전자 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(미도시)는 부품들의 각각의 동력 상태의 대표 입력을 받고 그에 대한 응답 제어 신호를 생성한다.
팽창기(14)가 압축기(18)에 초과 동력을 제공하는 경우에는 컨트롤러는 초과 동력을 받아 전기로 전환하기 위해 장치(58)을 작동시키도록 구성되는데, 전환된 전기는 다른 장비를 구동시키는데 사용하거나 코스트 크레딧(cost credit)을 받기 위해 전기 공급 설비로 다시 전달된다. 더 나아가, 팽창기(14)가 원하는 압축을 생성시킬 정도로 압축기(18)에 동력을 공급하지 못하는 경우에는, 컨트롤러는 팽창기(14)에 의해 공급되는 회전 동력을 보충하기 위해 장치(58)(전기 모터/발전기)를 작동시켜 추가적인 회전 동력을 축(16)에 공급하도록 구성된다. 그래서, 컨트롤러는 감지된 입력과 소정의 알고리즘에 기초하여 전체 시스템의 부품들의 각각의 작동을 제어하도록 구성될 수 있는데, 그 알고리즘은 현재의 상황/감지된 입력하에서 부품의 각각이 작동되는 상태를 결정한다.
예를 들어, 장치(58)는 상기 축(16)에 결합된 모터와 발전기의 조합체로 구성될 수 있다. 상기 장치(58)는 압축기(18)의 현재 작동 모드에 따라, 회전 동력을 축(16)에 제공하거나, 상기 축(16)의 회전으로부터 동력을 제공받을 수 있다. 보다 상세하게, 상기 모터와 발전기의 조합체는 제1 내지 제3 모드로 작동되도록 구성될 수 있는데, 제1 모드에서는 저온 팽창기(14)는 회전 동력을 축(16)에 제공하고, 상기 장치(58)는 상기 축(16)의 회전으로부터 전기를 생산하도록 작동된다. 제2 모드에서는 저온 팽창기(14)는 회전 동력을 축(16)에 제공하고, 상기 장치(58)는 추가적인 회전 동력을 상기 축(16)에 제공한다. 제3 모드에서는 저온 팽창기(14)는 회전 동력을 축(16)에 제공하고, 상기 장치(58)는 추가적인 회전 동력 또는 전기를 생산하지 않고 상기 축(16)을 회전시키도록 작동된다.
바람직한 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기를 구동하는 방법이 일반적으로 참조 번호 70으로 참조되어 있다. 압축기를 구동하는 방법은, 저온 팽창기에서의 유체를 팽창하는 것을 포함하는데, 저온 팽창기는, 저온 팽창기를 회전시켜 블록 72에 기재된 동력 출력을 생성하기 위해 다단 원심 압축기 및 장치와도 결합된 중앙축에 결합되어 있다.
만약 팽창기에서의 동력이 압축기를 구동하기 위해 필요한 동력보다 적다면, 그 장치와 저온 팽창기는 블록 74에 기재된 대로 압축기를 구동시킨다. 만약 저온 팽창기로부터의 동력이 블록 76에 지시된 대로 압축기를 구동하는데 필요한 동력보다 크다면, 그 장치와 압축기는 저온 팽창기에 의해 구동된다. 만약 저온 팽창기가 압축기를 구동하는데 필요한 양만큼의 동력을 생산한다면 저온 팽창기는 오직 압축기만을 구동한다.
본 개시는 대표적으로 천연 가스의 액화와 관련된 실시예들에 대해 기술하였지만 여기서 기술된 장치들, 시스템들, 방법들은, 본 개시의 범위를 벗어남이 없이, 다른 환경들에 적용될 수 있다. 예를 들면, 다른 바람직한 실시예에 따르면, 산업용 냉장에 사용되는 회전 기계가 전술한 일체형 압축기-팽창기 시스템의 실시예들을 이용하기 위해 구성될 수 있다.
이상의 내용은 몇몇의 실시예들의 특징들을 개략적으로 서술하였는데, 해당 기술분야의 숙련된 사람들은 그 상세한 설명을 더 잘 이해할 것이다. 해당 기술분야의 사람들은, 여기서 소개된 실시예들의 동일한 잇점을 성취 및/또는 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 공정과 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기초로 본 개시를 쉽게 이용할 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 해당 기술분야의 사람들은 그러한 등가의 구조는 본 개시의 사상과 범위를 벗어나지 않는다는 것을 인식할 것이고, 그들은 본 개시의 사상과 범위를 벗어나지 않고 여기의 다양한 변화들, 대용들, 대안들을 만들 것이다.

Claims (23)

  1. 중앙축 상에 오버행되는 구성으로 배치되는 저온 팽창기;
    적어도 두개의 베어링 사이에서 상기 중앙축에 지지되는 다단 원심 압축기;
    상기 적어도 두개의 베어링들 중 하나와 상기 다단 원심 압축기의 유출구 사이에 상기 중앙축을 따라 배치되는 밸런스 피스톤; 및
    상기 중앙축을 따라 배치되는 스러스트 베어링;을 포함하는 압축기-팽창기 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다단 원심 압축기의 현재 작동 모드에 따라 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하거나 상기 중앙축의 회전으로부터 회전 동력을 전달받도록 구성되고, 상기 중앙축에 연결된 전기 모터-발전기 조합체를 더 포함하는 압축기-팽창기 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중앙축에 연결되며, 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하거나 상기 중앙축으로부터 회전 동력을 받는 회전 기계 장치를 더 포함하는 압축기-팽창기 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저온 팽창기는, 반경 방향 유입-축 방향 유출의 팽창기인 압축기-팽창기 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베어링들은, 레이디얼 마그네틱 베어링들과 윤활 오일 베어링들 중 적어도 하나를 포함하는 압축기-팽창기 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 저온 팽창기와 상기 다단 원심 압축기는 단일의 케이싱에 수용되고,
    상기 중앙축은 상기 단일의 케이싱으로부터 연장되고, 상기 중앙축은 상기 전기 모터-발전기 조합체에 연결되는 압축기-팽창기 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저온 팽창기는 첫번째 케이싱에 수용되고, 상기 다단 원심 압축기는 두번째 케이싱에 수용되는데, 상기 첫번째 케이싱과 상기 두번째 케이싱은 함께 결합되는 압축기-팽창기 조립체.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 저온 팽창기는 -150℃ 내지 50℃의 온도를 가지는 유입 유체 흐름을 받도록 구성된 압축기-팽창기 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다단 원심 압축기로부터의 유출 압력은 2 bara 내지 165 bara 인 압축기-팽창기 조립체.
  11. 중앙축 상에 오버행되는 구성으로 배치되는 저온 팽창기;
    적어도 두개의 베어링 사이에서 상기 중앙축에 지지되는 다단 원심 압축기; 및
    상기 다단 원심 압축기의 현재 작동 모드에 따라 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하거나 상기 중앙축의 회전으로부터 회전 동력을 전달받도록 구성되고, 상기 중앙축에 연결된 전기 모터-발전기 조합체;를 포함하며,
    상기 전기 모터-발전기 조합체는 세가지 모드로 작동하도록 구성되되, 상기 세가지 모드는,
    상기 저온 팽창기가 회전 동력을 상기 중앙축에 공급하며, 상기 전기 모터-발전기 조합체가 상기 중앙축의 회전으로부터 전기 동력을 생산하도록 작동하는 제1모드;
    상기 저온 팽창기가 회전 동력을 상기 중앙축에 공급하며, 상기 전기 모터-발전기 조합체가 추가적인 회전 동력을 상기 중앙축으로 공급하는 제2모드; 및
    상기 저온 팽창기가 회전 동력을 상기 중앙축에 공급하며, 상기 전기 모터-발전기 조합체는, 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하지 않거나 상기 중앙축으로부터 전기 동력을 생성하지 않으면서 상기 중앙축과 함께 회전하는 제3모드;를 포함하는 압축기-팽창기 조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    유체는 처음에 상기 다단 원심 압축기에 반경 방향으로 유입되고, 압축된 유체는 상기 다단 원심 압축기로부터 반경방향으로 유출되는 압축기-팽창기 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 다단 원심 압축기는, 백 투 백(back to back) 구성, 더블 플로우(double flow) 구성, 복합 압축기 구성 중 어느 하나인 압축기-팽창기 조립체.
  14. 중앙축에 회전 출력을 제공하고 저온 팽창기를 회전시키기 위해 저온 팽창기 안의 유체를 팽창하는 단계로서, 다단 원심 압축기와 전기 모터/발전기 장치가 수반되는 회전을 위해 상기 중앙축에 직접적으로 연결되어 있는, 저온 팽창기 안의 유체를 팽창하는 단계 ;
    상기 저온 팽창기의 출력이 상기 압축기를 구동하는데 필요한 출력보다 적다면, 상기 전기 모터/발전기 장치 및 상기 저온 팽창기에 의해 상기 압축기를 구동하는 단계;
    상기 저온 팽창기의 출력이 상기 압축기를 구동하는데 필요한 출력보다 크다면, 상기 저온 팽창기에 의해 상기 전기 모터/발전기 장치 및 상기 압축기를 구동하는 단계;
    상기 저온 팽창기의 출력이 상기 압축기를 구동하는데 필요한 출력 만큼이라면, 상기 저온 팽창기와 함께 상기 압축기만을 구동하는 단계;를 포함한 일체형 압축기-팽창기를 사용하는 압축기를 구동하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중앙축의 일 단부에 연결되는 구성으로 상기 저온 팽창기가 배치되는 단계를 더 포함하는 일체형 압축기-팽창기를 사용하는 압축기를 구동하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 중앙축에 상기 전기 모터/발전기 장치를 지지하는 단계를 더 포함하는 일체형 압축기-팽창기를 사용하는 압축기를 구동하는 방법.
  17. 회전 동력을 생성하는 동안에 유체를 받아 냉각시키는 저온 팽창기;
    멀티 휠(multi-wheel) 원심 압축기;
    상기 회전 동력을 받도록 상기 저온 팽창기에 작동가능하게 연결되고, 상기 멀티 휠 원심 압축기에 연결되며, 상기 저온 팽창기와 상기 멀티 휠 원심 압축기 사이에 제1 단부, 제2 단부, 종방향 부분을 구비하는 축;
    상기 축의 종방향 부분을 회전가능하게 지지하는 베어링;
    상기 저온 팽창기, 상기 멀티 휠 원심 압축기, 상기 축의 제1 단부 및 상기 축의 종방향 부분을 수용하며, 그것의 부분을 통해 상기 축의 제2 단부는 바깥으로 연장되어 회전 기계의 외부 부분과 연결되는 케이싱;
    상기 멀티 휠 원심 압축기의 유출구와 상기 베어링 사이에서 상기 축을 따라 배치되는 밸런스 피스톤; 및
    상기 축을 따라 배치되는 스러스트 베어링;을 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 케이싱의 내부는 기밀인(pressurized) 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 저온 팽창기와 상기 멀티 휠 원심 압축기의 각각은 유입구와 유출구를 가지며, 상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 케이싱의 외부에 직접적으로 노출되지 않은 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 저온 팽창기는 -150℃ 내지 50℃의 온도를 가지는 유입 유체 흐름을 받아들이도록 구성된 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 멀티 휠 원심 압축기로부터의 유출 압력은 2 bara 내지 165 bara인 장치.
  22. 중앙축 상에 오버행되는 구성으로 배치되는 저온 팽창기;
    적어도 두개의 베어링 사이에서 상기 중앙축에 지지되는 다단 원심 압축기를 포함하는 압축기-팽창기 조립체에서,
    상기 압축기-팽창기 조립체는,
    상기 다단 원심 압축기의 현재 작동 모드에 따라 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하거나 상기 중앙축의 회전으로부터 회전 동력을 전달받도록 구성되고, 상기 중앙축에 연결된 전기 모터-발전기 조합체; 또는
    상기 중앙축에 연결되며, 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하거나 상기 중앙축으로부터 회전 동력을 받는 회전 기계 장치;를 포함하고,
    상기 저온 팽창기는 반경 방향 유입-축 방향 유출의 팽창기이고,
    상기 베어링들은 레이디얼 마그네틱 베어링들과 윤활 오일 베어링들 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 저온 팽창기와 상기 다단 원심 압축기는 단일의 케이싱에 수용되고, 상기 중앙축은 상기 단일의 케이싱으로부터 연장되고, 상기 중앙축은 상기 전기 모터-발전기 조합체에 연결되고,
    상기 저온 팽창기는 첫번째 케이싱에 수용되고, 상기 다단 원심 압축기는 두번째 케이싱에 수용되는데, 상기 첫번째 케이싱과 상기 두번째 케이싱은 함께 결합되어 있고,
    상기 압축기-팽창기 조립체는, 상기 다단 원심 압축기의 유출구와 상기 적어도 두개의 베어링들 중 하나 사이에 상기 중앙축을 따라 배치되는 밸런스 피스톤과, 상기 중앙축을 따라 배치되는 스러스트 베어링을 더 포함하고,
    상기 저온 팽창기는 -150℃ 내지 50℃의 온도를 가지는 유입 유체 흐름을 받도록 구성되어 있고,
    상기 다단 원심 압축기로부터의 유출 압력은 2 bara 내지 165 bara 이며,
    상기 전기 모터-발전기 조합체는 세가지 모드로 작동하도록 구성되되, 상기 세가지 모드는, 상기 저온 팽창기가 회전 동력을 상기 중앙축에 공급하며 상기 전기 모터-발전기 조합체가 상기 중앙축의 회전으로부터 전기 동력을 생산하도록 작동하는 제1모드와, 상기 저온 팽창기가 회전 동력을 상기 중앙축에 공급하며 상기 전기 모터-발전기 조합체가 추가적인 회전 동력을 상기 중앙축으로 공급하는 제2모드와, 상기 저온 팽창기가 회전 동력을 상기 중앙축에 공급하며 상기 전기 모터-발전기 조합체는 회전 동력을 상기 중앙축에 제공하지 않거나 상기 중앙축으로부터 전기 동력을 생성하지 않으면서 상기 중앙축과 함께 회전하는 제3모드를 포함하며,
    유체는 처음에 상기 다단 원심 압축기에 반경 방향으로 유입되고, 압축된 유체는 상기 다단 원심 압축기로부터 반경 방향으로 유출되며,
    상기 다단 원심 압축기는, 백 투 백(back to back) 구성, 더블 플로우(double flow) 구성, 복합 압축기 구성 중 어느 하나인 압축기-팽창기 조립체.
  23. 회전 동력을 생성하는 동안에 유체를 받아 냉각시키는 저온 팽창기;
    멀티 휠(multi-wheel) 원심 압축기;
    상기 회전 동력을 받도록 상기 저온 팽창기에 작동가능하게 연결되고, 상기 멀티 휠 원심 압축기에 연결되며, 상기 저온 팽창기와 상기 멀티 휠 원심 압축기 사이에 제1 단부, 제2 단부, 종방향 부분을 구비하는 축;
    상기 축의 종방향 부분을 회전가능하게 지지하는 베어링;
    상기 저온 팽창기, 상기 멀티 휠 원심 압축기, 상기 축의 제1 단부 및 상기 축의 종방향 부분을 수용하며, 그것의 부분을 통해 상기 축의 제2 단부는 바깥으로 연장되어 회전 기계의 외부 부분과 연결되는 케이싱;
    상기 멀티 휠 원심 압축기의 유출구와 상기 베어링 사이에서 상기 축을 따라 배치되는 밸런스 피스톤; 및
    상기 축을 따라 배치되는 스러스트 베어링;을 포함하며,
    상기 케이싱의 내부는 기밀이며(pressurized),
    상기 저온 팽창기와 상기 멀티 휠 원심 압축기의 각각은 유입구와 유출구를 가지며, 상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 케이싱의 외부에 직접적으로 노출되지 않으며,
    상기 저온 팽창기는 -150℃ 내지 50℃의 온도를 가지는 유입 유체 흐름을 받아들이도록 구성되며,
    상기 멀티 휠 원심 압축기로부터의 유출 압력은 2 bara 내지 165 bara 인 장치.
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