KR20130056856A - 원심 압축기 - Google Patents

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Abstract

입력 드라이브를 갖는 임펠러(impeller)를 포함하는 원심 압축기로서, 상기 임펠러는 그 임펠러에서 배출되는 가스에 의해 구동되는 임펠러의 주변을 둘러싸도록 배치된 충동형(impulse) 터빈을 구비하며, 상기 터빈의 출력은 상기 임펠러의 드라이브에 연결되도록 구성된다.

Description

원심 압축기{A CENTRIFUGAL COMPRESSOR}
본 발명은 원심 압축기(centrifugal compressor)에 관한 것이다.
원심 압축기는 원심력으로 기체(가스)가 압축되게 하여 고속으로 회전하는 임펠러(impeller)를 사용하여 동작한다. 이러한 유형의 압축기에 있어서 가스는 매우 고속으로 임펠러로부터 배출된다. 이러한 가스의 속도가 떨어짐에 따라 에너지는 열로 변화되어 임펠러의 선단으로부터 약간 이격된 지점에서 온도가 현저히 상승하도록 작용한다. 이 열은 통상 대기 중으로 상실됨으로써 압축기의 전체 효율을 저하시킨다.
본 발명은 상기 문제들을 해결하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 입력 드라이브(input drive)를 구비한 임펠러(impeller)를 포함하는 원심 압축기(centrifugal compressor)가 제공되는바, 상기 임펠러는 그 임펠러에서 배출되는 가스에 의해 구동되는 임펠러의 주변을 둘러싸게 배치된 충동 터빈(impulse turbine)을 가지며, 상기 터빈의 출력은 상기 임펠러의 드라이브에 연결되도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 임펠러의 배출구와 터빈의 사이에는 배출된 가스를 재안내하기 위한 스테이터(stator)가 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 임펠러를 구동하기 위하여 이중 유성기어장치(double planetary gearbox)가 활용된다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시적 방법으로 본 발명의 실시예들이 설명된다.
도 1은 원심 압축기의 일 실시예에 대한 단면도이다;
도 2는 압축기의 외부 투시도이다;
도 3은 압축기의 내부 투시도이다;
도 4는 압축기의 드라이브 라인을 예시하는 투시도이다;
도 5는 터빈의 드라이브 라인을 예시하는 투시도이다;
도 6은 케이스가 제거된, 2단 터빈과 연결된 원심 압축기 조립체의 일 측면도이다;
도 7은 상기 조립체의 단부 측면도이다;
도 8은 도 6의 절단선 X-X를 따라 취해진 조립체의 단면도이다;
도 9는 일단에서 본 조립체의 투시도이다;
도 10은 타단에서 본 조립체의 투시도이다;
도 11은 터빈과 압축기 조립체의 저온에서의 사용을 예시하는 개략적 회로도이다;
도 12는 스팀 터빈을 갖춘 압축기 조립체 및 터빈의 사용을 예시하는 개략적 회로도이다; 그리고
도 13 및 도 14는 기체를 액화하기 위한 압축기 조립체 및 터빈의 냉간 사용에 대한 개략적인 회로도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(컴프레서)(10)는 중앙 가스 입구(12) 및 접선방향의 출구(13)를 갖는 압축기 하우징(11)을 포함한다. 상기 압축기는 이중 유성기어장치(double planetary gearbox)(50)를 통해 구동되는 블레이드 임펠러(bladed impeller)(20)를 포함하고 있다. 벨 하우징(30)은 압축기 하우징(11)에 상기 기어장치(50)를 연결한다. 이들 구성요소들의 외관은 도 2에 도시되며, 도 3은 커버들이 제거된 같은 구성요소들을 사시도 형태로 보여주고 있다. 도 3은 임펠러 날개(vane)들의 외주가 스테이터(stator)(40)와 통하고, 잇따라 압축기의 외부에 장착되어 있는 충동 터빈(60)에 배출된 가스를 재안내하는 구성을 예시하고 있다. 상기 충동 터빈은 압축기 임펠러(20)에 대한 구동(드라이브)을 돕기 위한 유성기어장치(50)에 동력을 제공하는 출력 드라이브 커플링(65)을 구비한다.
압축기(10)에 대한 구동과 터빈의 압축기와의 관계 그리고 유성기어장치로의 역구동에 대한 상세사항은 압축기(10)의 단면도인 도 1에, 그리고 압축기 드라이브 라인과 터빈 드라이브 라인에 대한 각각의 투시도인 도 4 및 도 5에 더 세부적으로 도시되어 있다.
원심 압축기에서 가스가 임펠러(20)를 벗어날 때 매우 높은 속도를 형성한다는 것은 잘 알려져 있다. 이러한 가스의 감속은 때로는 배출온도가 300℃에 이를 정도로 온도의 급상승을 초래한다. 이러한 열은 대기 중에서 또는 냉각기를 통해 손실됨으로써 통상적으로 압축기의 전반적 효율을 떨어뜨린다. 본 발명의 목적은, 배기가스가 압력을 유지하면서도 최저로 가능한 온도로 유지되도록 함으로써 압축기가 압축기로서의 기능을 잘 수행하도록 하는 것을 보장하기 위하여 충동 터빈(60)을 구동하는 배출 속도를 통제하기 위한 것이다. 상기 터빈은 고속의 배기가스가 감속과정에서 열로 변환될 기회를 갖기 전에 그 가스로부터 에너지를 추출한다.
이러한 목적을 위해 스테이터(40)가 압축기(10)의 배출 경로(25) 근처에 배치되어 압축기의 외부를 둘러싸고 그 주변에 장착된 충동 터빈(60)에 공급되는 배기가스를 재안내하도록 구성된다. 상기 충동 터빈(60)은 압축기의 이중 유성기어장치(50)로 공급되는 출력 샤프트(61)를 구비함으로써 상기 터빈(60)에 의해 생성되는 에너지가 압축기(10)의 드라이브에 도움이 되도록 사용된다. 터빈(60)의 가스 배출은 본질적으로는 압축기의 배기가 되는데, 상기한 가스들은 원하는 수준의 고압으로 또한 정상보다 약 60% 미만의 낮은 동작온도에서 방출된다. 따라서 열 손실을 감소시킴으로써 효율이 증대된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기어장치는 동축으로 일정 간격을 두고 고정된 한 쌍의 내치차기어들(annular gear; '환상기어'라고도 칭함)(52, 53)을 지지하는 하우징을 포함하는데, 그 각각은 중앙 태양기어들(sun gear)(84, 85)과 맞물리는 같은 간격으로 배치된 세 개의 유성기어들(81, 82, 83)과 맞물리게 구성된다. 제1 내치차기어(51)의 유성기어들(81, 82, 83)은 제1 캐리어(88)에 저널로 연결된 샤프트들(86) 상에 장착되고, 제2 원형기어(52)의 유성기어들은 제2 캐리어(89)에 저널로 연결된 샤프트들(86) 상에 장착된다. 태양기어(84)는 제2 세트의 유성기어들(81, 82, 83)의 캐리어를 구동하는 샤프트(95) 상에 장착된다. 일차(제1) 기어(51)의 유성기어들(81, 82, 83)은 외부적으로 구동되는 중공의 드라이브 샤프트(90)에 의해 구동된다. 이차(제2) 기어(85)는 유성기어들(81, 82, 83)에 의해 구동되며, 벨 하우징을 통해 연장되고 그에 장착된 임펠러(20)를 갖는 메인 드라이브 샤프트(96)에 연결된다.
임펠러(20)는 배출구 볼류트(exit volute: 와류)(25)를 형성하는 볼류트 케이싱 내에서 고속으로 회전한다. 압축기의 전면에 있는 중앙 개구부를 통해서 공기가 흡입되고 그 공기는 임펠러(20)가 고속으로 회전하여 압축기의 배출구 볼류트로부터 방출될 때 원심력에 의해 압축된다. 배출구 볼류트는 약 2/3 정도 크기가 감소된 배출 높이를 가짐으로써 출력 속도를 더욱 증가시키고 배출 온도를 감소시키게 된다.
상기한 터빈(60)은 중공의 출력 샤프트(61) 상에 장착된 일련의 터빈 블레이드들에 가스의 흐름의 방향을 재안내하도록 임펠러 블레이드들(21)의 선단부 근처에 배치된 스테이터(40)를 포함하는 충동 터빈이다.
제2 유성기어 캐리어(89)는 터빈(60)의 배출구 샤프트(61)에 의해 구동됨으로써 배출구 샤프트는 고정된 내치차기어(53) 주위에 동일 간격으로 배치된 세 개의 유성기어들(81, 82, 83)을 구동하고, 유성기어들은 임펠러(20)를 구동하도록 메인 드라이브 샤프트(96) 상에 장착된 중앙 태양기어(85)를 구동한다. 상기 터빈(60)의 출력 샤프트(61)는 압축기의 입력 샤프트(96)과 동축으로 동작하고 원형 커플링(63)에 결합되도록 독립적으로 작동하는데, 이것은 잇따라 제2 기어 셋의 유성기어 캐리어(89)를 구동하게 된다.
터빈 블레이드들은 압축기 배출 볼류트 내에 존재하므로 압축된 가스는 터빈을 벗어난 다음 압축기 배출구(13)를 통해 배출된다. 압축기(10)는 질소가스를 액체로 압축하는 데에 특히 유용하며 6-10:1 사이의 압축비로써 동작한다. 유성기어장치는 3-7:1의 기어비를 가지며, 배출가스 온도는 정상보다 현저히 더 낮다. 제2 기어 셋의 태양기어(85)는 터빈 출력에 의해 오버드라이브(과구동)됨으로써 압축기의 입력 드라이브(96)에 대해 도움을 주게 된다. 유성기어 셋의 기어비(gearing ratio)에 대해 조절 가능하게 구성함으로써 고정비로 유지되는 임펠러(20)와 터빈(60) 간의 정확한 비율을 보장한다. 상기 터빈(60)은 임펠러로부터의 감속된 배출가스가 터빈을 구동하도록 임펠러(20)와 비교하여 훨씬 감속된 속도로 이동하도록 설계된다.
전기, 휘발유 또는 경유로 작동하는 모터일 수도 있는 압축기의 드라이브 사이에 일차 유성기어 셋(set)이 또한 삽입되어 전통적인 드라이브 모터들과의 양립성을 보장하고 임펠러에 의해 요구되는 고속의 속도를 제공하도록 하는 것을 보장한다는 점이 이해된다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 충동 터빈(60)과 협동관계에 있는 압축기인 원심 압축기(10)는 도 6 내지 도 10에 도시된 드라이브 조립체(유닛)을 구성하도록 2단으로 된 메인 터빈(100)에 결합되며, 여기서 외부 케이싱의 대부분은 편의상 제거되었다. 상기 2단 메인 터빈(100)은 스테이터(91)에 인접한 제1 터빈 로터(90)와 제2 스테이터(93)에 인접한 제2 터빈 로터(92)를 포함한다. 메인 터빈의 가스 배출은 카울링(cowling)(94)을 통해 이루어진다. 터빈(100)의 출력 샤프트(101)는 원심 압축기(10)와 충동 터빈(60)의 중심을 통해 메인 출력 샤프트(150)로 연장된다. 전술한 제1 실시예를 참조하여 기술된 유성기어장치(50)는 압축기 샤프트 드라이브, 충동 터빈 샤프트 및 메인 터빈 샤프트가 모두 메인 출력 샤프트(150)에 공급되는 것을 보장하기 위해 활용된다. 도 6은 일 측면에서 본 구동장치(drive unit)의 측면도를 도시하고, 도 7은 그 장치의 측면도이다. 도 8은 상기 구동장치, 특히 유성기어장치(50)를 나타내는 단면도이다. 도 9 및 도 10은 반대쪽 단부에서 본 상기 구동장치의 동일 치수로 된 도면들이다.
메인 터빈(100), 원심 압축기(10) 및 충동 터빈(60)의 조합에 의해 구성되는 구동장치는 도 11, 도 12, 도 13 및 도 14에 도시된 실시예들을 참조하여 기술된 다양한 방식으로 사용될 수도 있다.
전기의 발생은 페쇄형 사이클로 동작하는 스팀 터빈의 사용을 통해, 또는 빈도가 더 적게는, 개방형 사이클 가스터빈에 의해 종종 수행된다. 이러한 터빈들의 효율은 전통적으로 낮고 발전시설들은 타워와 배기 굴뚝을 냉각시킴을 통해 대기 중에 열과 이산화탄소를 방출한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전기의 생성을 위하여 구동장치는 도 11의 개략적인 회로도에 예시되어 있다. 메인 터빈(100)은 터빈의 가스 출력이 원심 압축기(10)에 공급되도록 원심 압축기(10)에 직접 연결된다. 동작 가스는 공기이다. 충동형(impulse) 또는 회수형(recovery) 터빈(60)은 도 1 내지 도 5의 실시예에 기술된 것과 같이 원심 압축기의 임펠러 날개들의 주변 근처에 장착되고 충동 터빈(60)의 가스 출력은 열교환기(120)를 통해 공급된다. 터빈들과 압축기의 출력 샤프트들의 기어로 구성된 상호연결이 개략적으로 도시된다. 메인 터빈(100)의 출력 샤프트(101) 및 충동형(회수형) 터빈(60) 및 압축기(10)의 출력 샤프트들(61 및 11)은 모두 기어로 연결되어 메인 출력 샤프트(150)를 구동하고, 이것은 잇따라서 전기를 발생하기 위한 교류 발전기(alternator)(미도시)를 구동한다. 메인 터빈의 출력 샤프트(101)는 일련의 기어들(104, 105, 106)을 통해, 샤프트(107)를 경유하여 또 다른 기어(108)로 구동되는데, 이 기어는 발전을 위한 교류 발전기를 구동하는 스텝다운 기어들(131, 132, 133)을 잇따라 구동하는 기어(109)와 맞물린다. 원심 압축기(10)의 출력 샤프트(11)는 기어(131)를 통해 교류 발전기로 스텝다운 기어장치를 또한 구동한다. 회수형 터빈(60)의 출력(61)은 또한 기어(109)를 구동한다. 이러한 방식으로 상기한 교류 발전기는 메인 터빈(100), 원심 압축기(10)의 출력 및 상기 원심 압축기(10)와 연동하는 회수형 터빈(60)의 출력에 의해 구동된다.
도 11에 도시된 구동장치는 약 310K의 온도에서 열 소스로써 사용이 가능하다. 특히, 그것은 폐쇄형 사이클 스팀 터빈을 이용하는 발전소와 관련하여 사용되도록 설계된다. 상기한 열 소스는 응축기(콘덴서) 후단에 그리고 발전소(electricity generating power plant)의 냉각탑 전단에서 획득된다. 본 실시예에 있어서, 스팀 터빈의 응축기(미도시)의 출력은 310K의 온도에서 열 교환기가 동작하는 것을 보장하기 위해 열 교환기(120)에 공급된다. 열 교환기(120)는 310K의 온도에서 동작하고 열교환기로부터의 가스 출력은 그 온도에서 7.1bar의 압력으로 터빈(100)에 공급된다. 메인 터빈(100)은 8,000rpm에서 동작한다. 그 다음 상기 터빈(100)의 가스 출력은 1bar 압력으로 180K의 온도에서 원심 압축기(10)에 공급된다. 열 교환기(120)로 귀환되는 회수형 터빈(60) 뒤의 압축기(10)의 가스 출력은 7.1bar의 압력에서 248K의 온도이다. 압축기의 기계적 출력은 20,000rpm으로 작동하는 고속의 샤프트인데, 감속 기어장치(130)는 3,000rpm에서 설정된 교류발전기에 대한 드라이브(150)에 대하여 그 속도를 감속한다.
도 11을 참조하여 기술된 상기 시스템은 압축기와 관련된 회수형 터빈(60)의 배출가스를 가열하기 위하여 스팀 터빈 응축기로부터의 열을 이용한다. 전술한 시스템은 다른 경우에는 발전설비 냉각탑에서 단순히 상실될 터빈의 응축기로부터 나오는 열에 의해 간단하게 동력이 제공된다.
도 12에 도시된 또 다른 실시예에 있어서, 스팀 터빈(100)을 이용해 전기를 생산하기 위한 같은 시스템이 또한 사용될 수 있다. 상기 장치는 스팀 터빈 폐쇄 사이클에서의 전통적인 응축기와 공급펌프의 이용을 효과적으로 대체한다.
본 실시예에서 열교환기(120)는 외부 연료공급형 보일러의 형태로 구성된다. 동작 사이클은 1bar의 압력, 400k의 온도에서 스팀으로써 시작된다. 스팀은 2730kj/kg의 시점에서 엔탈피(enthalpy)를 갖는다. 그 다음 스팀은 일단(single stage) 원심 압축기의 능력 내에서 충분히 대략 6의 압축비로써 압축된다. 이 과정은 압력을 7.1bar로 상승시키며 그것의 온도는 3185kj/kg의 엔탈피를 가지며 보통은 633K일 것이다. 압축기 임펠러에서 배출되는 고속의 가스로부터 에너지를 회수함으로써 압축기가 필요로 하는 입력 에너지의 약 60%가 회복될 수 있다. 이것은 엔탈피를 2885kj/kg로 그리고 온도를 491K로 감소시킨다.
온도
(K) 		압력
( MPa ) 		밀도
( kg /m 3 ) 		엔탈피
( kJ / kg ) 		엔트로피
( kJ / kg -K)
1)
399.99 0.10000 0.54761 2730.4 7.5025

사이클 시작시 팽창전
2)
633.54 0.71000 2.4571 3185.7 7.5025

455.3 kj / kg 의 정상 압력 엔탈피 증가
3)
503.82 0.71000 3.1462 2912.2 7.0192

회수 터빈의 적용 후
4)
633.54 0.71000 2.4571 3185.7 7.5025

외부 열의 적용 후
5)
399.99 0.10000 0.54761 2730.4 7.5025

터빈을 통한 팽창 후
회수 터빈(60)은 압축 엔탈비를 60%까지 감소시킴으로써 엔탈피 상승은 이제 182.12kj/kg이고 차이는 273.18kj/kg이다.
열교환기(120)에서 스팀 온도는 633k까지 상승할 수 있으며 재압축을 위해 준비된 400k까지 다시 온도를 낮출 메인 터빈(100)을 통해 팽창될 수 있다. 메인 터빈(100)의 에너지 출력은 회수 터빈(60) 없이 압축기에 의해 요구되는 원래의 에너지와 같으며, 따라서 장치 출력은 회수 터빈(60)에 의해 회수된 것과 동등하다. 실제로는 15 내지 20% 정도가 효율손실로 상실될 것이며, 이것은 218.5kj/kg의 최종 출력을 산출한다.
도 12의 스팀 터빈 사이클은 또한 가스 터빈과 협동하여 사용될 수 있다. 이 경우, 보일러는 열교환기(120)를 가열하기 위해 가스 터빈의 배기에 의해 대체된다.
동일한 시스템의 압축 및 회수 과정을 이용하는 다단(multi-stage) 압축은 온도와 압력을 훨씬 더 높은 출력으로 상승시킬 수 있는데, 이로써 스팀 터빈을 위한 정상 압력과 온도가 달성된다. 스팀 터빈에 대한 현재의 기술은 92% 정도 또는 더 좋은 효율을 예상할 수 있어서 전체적인 결과는 80% 정도로 높을 수 있다.
같은 원리로, 열교환기 또는 응축기를 통해 스팀의 잠재열로부터의 에너지를 이용하는 대신에 응축 가스의 잠재열이 전술한 유형의 터빈/압축기에서 전기를 생성하기 위한 열교환기에서 사용될 수 있다. 동작가스로서 질소와 네온 양자를 사용하는 개략적인 사이클이 도 13 및 도 14에 도시되어 있다. 이 장치들은 공기를 그것의 기체 성분들로 분리하는 공기 분리장치에서 또는 액화가스의 생산에 특히 유용하다. 양자의 산업들에 있어 가스의 액화는 매우 중요한 구성요소이다.
도 13 및 도 14에 예시된 바와 같이, 가스를 액화하기 위한 구동장치(drive unit)이 사용될 수 있다. 도 13과 도 14에 예시된 예에서, 액화될 가스는 메탄(methane)이고, 액화공정은 전기를 생성하기 위해 사용될 수 있는 기계적인 출력을 제공하는 두 개의 사이클들을 통해 수행된다. 첫 번째 사이클에서 동작가스는 수소이고, 개략적인 사이클은 도 13에 예시된다. 메탄은 대기온도, 즉 300K로 열교환기(120)에 공급된다. 열교환기를 통과하는 질소는 회수 터빈(60)을 벗어난 다음 7.1bar의 압력과 134K의 온도로 열교환기에 들어간다. 메탄 가스는 176°K의 온도까지 질소를 가열하고, 그 시점에서 가스는 후속해서 메인 터빈(100)을 구동하기 위해 공급된다. 열교환기는 메탄 가스를 300°K에서 114°K까지 냉각되게끔 한다. 그 다음 114°K에서의 메탄가스는 도 14에 도시된 사이클의 제2부분으로 공급된다. 이 사이클에서 동작가스는 네온(neon)이고, 이것은 훨씬 더 낮은 액화온도를 갖는다. 이 사이클에서 회수터빈(60)으로부터의 배기는 7.1bar에서 77°K의 온도이고 열교환기(120)에서 나와 터빈에 들어가는 온도는 114°K인데, 이것은 메탄가스가 111°K로 떨어져 액체로 변한다는 것을 의미한다. 따라서, 메탄가스로부터 추출된 열은 폐쇄형 사이클 조립체를 구동하여 각각의 사이클에서 발전기를 통해 전기를 생성하고 메탄가스가 액화되도록 한다.
메탄가스의 액화는 동작가스로서 더 낮은 온도의 액화가스 네온을 이용하여 단일 사이클로 발생할 수도 있음이 이해될 것이다. 또한 상기 시스템은 다른 가스들을 액화하기 위해 이용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 도 13에 도시된 첫 번째 사이클에서 상기 열교환기(120)는 열교환기로서 동작하지만 두 번째 사이클에서는 상기 열교환기는 효과적으로 응축기(condenser)가 되어 메탄가스를 액체 메탄으로 액화한다.
상기 장치의 효율성은 메탄과 같은 가스를 액화하는 동시에 부산물로서 전기를 생성하는 메커니즘을 제공한다.
온도 차이가 동작가스로서 건조한 공기를 이용하는(도 11) 폐열 사이클(waste heat cycle)보다 훨씬 더 크기 때문에 두 개의 독립적인 사이클들, 즉 첫 번째로는 상당한 열 추출을 위해 질소로 동작하고, 두 번째에는 잠열을 추출하기 위해 네온을 사용하는 사이클을 이용하는 것이 최선일 수도 있다. 이것은 네온으로써 단일한 장치를 사용하여 수행될 수가 있지만, 판명되었듯이 질소가 더 나은 동작가스이고, 게다가, 네온보다는 훨씬 더 용이하게 입수 가능하다. 그러나 네온은 질소보다는 훨씬 더 낮은 온도까지 이를 것이다.
온도
(K)		 압력
(MPa)		 밀도
(kg/m3)		 엔탈피
(kJ/kg)		 엔트로피
(kJ/kg-K)
100.00 0.10000 3.4366 101.91 5.6937
176.19 0.71000 13.914 178.35 5.6937
134.78 0.71000 18.863 132.48 5.3965
175.00 0.71000 14.016 177.07 5.6864
99.100 0.10000 3.4697 100.94 5.6840
1) 사이클 시작 - 압축 전
2) 정상 압축 엔탈피 상승 76.44
3) 회수 터빈 후 압축, 엔탈피 상승은 30.567까지 감소
4) 외부 열 도입. 온도 175까지 상승
5) 터빈을 통한 팽창. 재압축을 위해 100k까지 온도를 다시 내림.
6) 압축을 위해 준비된 - 사이클 완료
상기 장치의 출력(output)은 효율 손실을 뺀 회수 터빈의 출력 또는 대략 45kj/kg x 0.8 = 36이다.
온도
(K)		 압력
(MPa)		 밀도
(kg/m3)		 엔탈피
(kJ/kg)		 엔트로피
(kJ/kg-K)
1) 52.000 0.10000 4.7044 112.69 3.8794
2) 114.02 0.71000 15.124 176.18 3.8794
3) 77.967 0.71000 22.416 138.09 3.4775
4) 114.00 0.71000 15.126 176.16 3.8792
5) 51.990 0.10000 4.7054 112.68 3.8792
1) 사이클 시작 - 압축 전
2) 정상 압축, 엔탈피 상승 63.49
3) 압축, 회수 터빈 후. 엔탈피 상승은 25.396으로 감소됨
4) 외부 열의 도입. 온도가 114k로 상승함
5) 터빈을 통한 팽창. 온도는 재압축을 위해 52k로 다시 내려감
6) 사이클 시작, 1)과 같음.
상기 장치의 출력은 효율 손실을 뺀 회수 터빈의 출력 또는 대략 (38kj/kg) x 0.8 = 30.4kj/kg이다.
이러한 수치는 일정한 출력으로서 킬로그램당 kw로 인용될 수 있는데, 예를 들면, 상기 장치가 10kg/sec을 사용하고자 한다면, 상기한 일정 출력은 10 x 30.4 또는 304 kw일 것이다.
후술하는 특허청구범위에서 그리고 전술한 본 발명의 상세한 설명에 있어서, 특정한 언어 또는 불가피한 필요한 함의로 인하여 달리 필요한 경우를 제외하고는, "포함한다"라는 용어 또는 "포함하는"과 같은 변형어들은 포괄적인 의미로, 즉 서술된 특징들의 존재를 특정하기는 하지만 본 발명의 다양한 실시예들에서의 기술된 것 이상의 다른 특징들의 존재 또는 추가를 배제하기는 않는다는 의미로 사용된다는 것을 이해하여야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 입력 드라이브를 갖는 임펠러를 포함하는 원심 압축기로서, 상기 임펠러는 임펠러에서 나오는 가스에 의해 구동되는 임펠러의 주변을 둘러싸도록 배치된 충동 터빈을 구비하며, 상기 터빈의 출력은 상기 임펠러의 드라이브에 연결되도록 구성된 원심 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터빈의 출력과 상기 임펠러의 드라이브 사이에 기어장치가 삽입되는 원심 압축기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 터빈의 출력은 상기 임펠러를 구동하는 이중 유성기어장치에 연결되는 것인 원심 압축기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러의 배출구와 터빈의 사이에는 배출된 가스를 재안내하기 위해 스테이터가 배치되는 것인 원심 압축기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 원심 압축기와 연동하여 작동하는 드라이브 터빈을 포함하는 폐쇄형 사이클 구동장치로서, 충동 터빈의 배기가스는 열교환기를 통과하여 드라이브 터빈을 구동하도록 공급되고, 드라이브 터빈의 배기는 원심 압축기의 흡입구에 공급되며, 그리고 상기 드라이브 터빈의 출력 샤프트는 드라이브에 연결되는 것인 폐쇄형 사이클 구동장치.
  6. 교류발전기 또는 발전기를 구동하는 폐쇄형 사이클 스팀 터빈, 및 교류발전기 또는 발전기를 구동하는 제5항에 따른 폐쇄형 사이클 구동장치를 포함하는 발전소로서, 상기 스팀 터빈은 냉각탑에 연결된 응축기를 가지며, 상기 응축기로부터 나온 열은 열교환기로 공급되어 상기 열교환기를 통과하는 가스를 가열하도록 구성한 발전소.
  7. 외부에서 가열되는 열교환기로부터 나온 스팀에 의해 구동되는 스팀 터빈을 포함하는 발전소로서, 상기 스팀 터빈의 배기는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 원심 압축기의 흡입구로 공급되고, 충동 터빈의 배기는 열교환기를 통해 스팀 터빈으로 통과하고, 상기 스팀 터빈, 압축기, 충동 터빈의 출력 샤프트들은 교류발전기를 구동하도록 기어장치에 연결되어 전기를 생산하는 것인 발전소.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열교환기는 가스 터빈의 배기에 의해 가열되는 것인 발전소.
  9. 제5항에 따른 폐쇄형 사이클 구동장치를 구비한 가스 액화장치로서, 상기 폐쇄형 사이클 구동장치의 동작가스는 액화될 가스보다 더 낮은 액화 온도를 갖는 가스이어서 상기 액화될 가스가 열교환기에 의해 액체 형태로 냉각되는 것인 가스 액화장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 동작가스는 네온(neon)이고 액화될 가스는 메탄(methane)인 가스 액화장치.
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