(57)【要約】共通軸上に据えられた第１及び第２ステージ（１、２）を具備し、圧縮されるべきガスを第１ステージに供給する手段と、圧縮されたガスを第１ステージの送出側から第２ステージの吸気側へと運ぶ手段と、加圧ガスを第２ステージの送出側で生じさせる手段と、圧縮されたガスの圧力を、第１ステージの送出側の下流であり且つ第２ステージの吸気側の上流で下げるスロットルバルブ（Ｖ１）と、圧縮されたガスを第１ステージの送出側から第２ステージの吸気側へとスロットルバルブを介して送る手段と、第１ステージにおいて圧縮されたガスの一部を大気へと排出する手段（１７、ＶＤ１）とを備えた圧縮器。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通軸上に据えられた第１及び第２ステージ（１、２）を具備し、圧縮されるべきガスを前記第１ステージに供給する手段と、圧縮された前記ガスを前記第１ステージの送出側から前記第２ステージの吸気側へと運ぶ手段と、加圧ガスを前記第２ステージの送出側に生じさせる手段とを備えた圧縮器であって、前記圧縮されたガスの圧力を、前記第１ステージの前記送出側の下流であり且つ前記第２ステージの前記吸気側の上流で下げるスロットルバルブ（Ｖ１）と、前記圧縮されたガスを前記第１ステージの前記送出側から前記第２ステージの前記吸気側へと前記スロットルバルブを介して送る手段と、前記第１ステージにおいて圧縮されたガスの一部を大気へと排出する手段（１７、ＶＤ１）とを具備したことを特徴とする圧縮器。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮器であって、第３ステージ（３）と、前記加圧ガスを前記第２ステージの送出側から前記第３ステージの吸気側へと運ぶ手段と、前記圧縮されたガスの圧力を、前記第２ステージの前記送出側の下流であり且つ前記第３ステージの前記吸気側の上流で下げるスロットルバルブ（Ｖ２）と、前記第２ステージにおいて圧縮されたガスの一部を大気へと排出する手段（２７、ＶＤ２）とを具備した圧縮器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧縮器であって、前記第１ステージ（１）が流量制御用回転羽根を有している圧縮器。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項記載の圧縮器であって、１つのステージ（２）を前記第３の直後の下流に具備しているが、前記第３ステージの前記送出側と前記第３の直後の下流にある前記ステージとの間には圧力低減手段を具備していない圧縮器。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項記載の圧縮器であって、前記スロットルバルブ（Ｖ１、Ｖ２）が、前記圧縮器の１つのステージ（２、３）の上流であり且つそのステージ用の空気を冷却するように設計された冷却器（Ｒ１、Ｒ２）の上流又は下流に設置されている圧縮器。
【請求項６】
極低温蒸留を用いる空気分離ユニット（ＡＳＵ）であって、請求項１乃至５の何れか１項記載の少なくとも１つの圧縮器を具備した装置。
【請求項７】
第１空気圧縮器（Ｃ１）と、燃焼室（ＣＣ）と、ガスタービン（Ｔ１）と、空気を前記第１空気圧縮器から前記燃焼室へと送る手段（１０）と、燃焼ガスを前記ガスタービンへと送る手段と、空気分離ユニット（ＡＳＵ）と、空気を前記第１空気圧縮器から前記空気分離ユニットへと送る手段（９）と、第２圧縮器（Ｃ２）と、空気を前記第２空気圧縮器から前記空気分離ユニットへと送る手段とを具備した設備であって、前記第２圧縮器が請求項１乃至５の何れか１項記載のものであることを特徴とする設備。
【請求項８】
電力と空気中のガスのうちの１種とを生成する統合された方法であって、空気が第１空気圧縮器（Ｃ１）において第１圧力まで圧縮され、前記第１圧縮器からの前記空気の一部が燃焼室(ＣＣ)へと送られ、燃焼ガスがガスタービン（Ｔ１）へと送られ、前記第１圧縮器からの前記空気の一部が空気分離ユニット（ＡＳＵ）へと送られ、空気が、第２圧縮器（Ｃ２）において前記第１圧力まで圧縮されて、前記空気分離ユニットへと送られ、前記第２圧縮器は少なくとも２つのステージを具備しており、公称流量を前記空気分離ユニット用の前記第１圧力まで圧縮するために、空気が前記第２圧縮器の第１ステージ（１）からその第２ステージ（２）へと送られ、前記空気分離ユニット用の下げられた圧力にある低減された流量を生じさせるために、前記第１ステージにおいて圧縮された空気の一部が大気へと排出され、前記第１ステージからの残りの空気の圧力が、前記第２ステージの上流で、スロットルバルブ（Ｖ１）において下げられることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記第２圧縮器は少なくとも３つのステージを具備しており、公称流量を前記空気分離ユニット用の前記第１圧力まで圧縮するために、前記空気が前記第２圧縮器の第２ステージからその第３ステージ（３）へと送られ、前記空気分離ユニット用の下げられた圧力にある低減された流量を生じさせるために、前記第２ステージにおいて圧縮された空気の一部が大気へと排出され、前記第２ステージからの残りの空気の圧力が、前記第３ステージの上流で、スロットルバルブ（Ｖ３）において下げられることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の方法であって、前記第２（及び第３）ステージの吸気側及び／又は送出側における前記圧縮された空気の容積流量は、公称動作と非定格動作との間で、実質的に一定である方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、多段圧縮器と、この圧縮器を具備した空気分離ユニットと、設備とに関する。
【０００２】
酸素をガス化装置において使用するＩＧＣＣ発電方法では、ガスタービン圧縮器において圧縮された空気の一部を使用することを選択して、酸素をこのガス化装置へと送る空気分離ユニット（ＡＳＵ）に供給を行うことが可能である。
【０００３】
この配置は、ガス化装置から生ずるガスよりも高い発熱量のガスを燃焼するように一般的に設計されたガスタービンの動作に適合させるために使用される。
【０００４】
このガスタービンから得られる空気の圧力は、一般には、ＡＳＵにおいて通常使用されるものよりも高い。電力（energie）の損失を避けるためには、この空気が、それが得られた圧力で、ＡＳＵにおいて使用されることが有利である。この空気がＡＳＵへの供給物の一部しか形成しない場合には、必要とされる残りの空気は、独立した圧縮器において圧縮されねばならない。この第２空気の流量は、この方法がガスタービンから得られる空気の割合に依存しないように、ガスタービン圧縮器からの空気の流量と同じ圧力へと圧縮されることが好ましく、この割合は、いつでも変化する可能性がある。
【０００５】
更に、ＩＧＣＣが一般的に直面する問題が生じる。これは、公称充填量（charge）の５０％まで低減され得ることが必要である空気の充填量を、ガスタービンにおいて圧縮される空気の圧力を同じく約５０％下げるのと同時に、如何にして低減するかということである。
【０００６】
それ故に、ＡＳＵに供給を行う先の独立した空気圧縮器は、５０又は６０％程度になるかも知れない流量の低減に供される（抽気される空気の割合の増加が、ＡＳＵの流量の低減に加えられる場合）。更に、独立した空気圧縮器において圧縮されるこの空気の圧力は、約５０％低減される必要がある。
【０００７】
従来の方法は、圧縮器の流量を、例えばステージの吸気側で回転羽根（aubes mobiles）などの内部制御システムを使用して、或る程度まで低減させるというものである。流量の著しい低減を達成するために、全てのステージの吸気側で回転羽根を使用するという着想が可能かもしれない。このようにして、送出側の圧力を下げることなく、流量を公称流量の７０％まで低減させることが可能だと思うかもしれない。効率の損失は５乃至１０％であろうし、その上、空気は、その圧力を必要な圧力まで下げられねばならないであろう。羽根車（roue）の効率が公称効率に対して下がらないと仮定した場合でさえ、公称流量の５０％のみが低い圧力へと圧縮される必要があるとしても、電力消費量はなおも公称値の７０％であろう。各ステージの送出側の圧力を下げることが望まれる場合、圧縮器の羽根車の特徴は、これが流量の増加をもたらすであろうということであり、これは、回転羽根が一層広範囲に亘る効果を有する必要があり、効率のより大きな損失をもたらすであろうことを意味する。それ故に、本発明に従う解決策では、公称流量の２０％が大気（l'air）へと排気され、圧縮された空気は流れを絞られて（etrangler）、その圧力を必要な圧力まで下げる。
【０００８】
本発明の或る側面は、共通軸上に据えられた第１及び第２ステージを具備し、圧縮されるべきガスを第１ステージに供給する手段と、圧縮されたガスを第１ステージの送出側から第２ステージの吸気側へと運ぶ手段と、加圧ガスを第２ステージの送出側に生じさせる手段とを備えた圧縮器であって、圧縮されたガスの圧力を、第１ステージの送出側の下流であり且つ第２ステージの吸気側の上流で下げるスロットルバルブと、圧縮されたガスを第１ステージの送出側から第２ステージの吸気側へとスロットルバルブを介して送る手段と、第１ステージにおいて圧縮されたガスの一部を大気へと排出する手段とを具備したことを特徴とする圧縮器を提供することである。
【０００９】
任意に、
−圧縮器は、第３ステージと、加圧ガスを第２ステージの送出側から第３ステージの吸気側へと運ぶ手段と、圧縮されたガスの圧力を、第２ステージの送出側の下流であり且つ第３ステージの吸気側の上流で下げるスロットルバルブと、第２ステージにおいて圧縮されたガスの一部を大気へと排出する手段とを具備している。
【００１０】
−第１ステージは、流量制御用回転羽根を有している。
【００１１】
−圧縮器は、少なくとも１つのステージを第３の下流に具備しているが、第３ステージの送出側と第３の下流にあるステージとの間には圧力低減手段を具備していない。
【００１２】
−スロットルバルブは、圧縮器の１つのステージの上流であり且つそのステージ用の空気を冷却するように設計された冷却器の上流又は下流に設置されている。
【００１３】
本発明の他の側面は、極低温蒸留を用いる空気分離ユニットであって、上で説明した少なくとも１つの圧縮器を具備した装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の側面は、第１空気圧縮器と、燃焼室と、ガスタービンと、空気を第１空気圧縮器から燃焼室へと送る手段と、燃焼ガスをガスタービンへと送る手段と、空気分離ユニットと、空気を第１空気圧縮器から空気分離ユニットへと送る手段と、第２圧縮器と、空気を第２空気圧縮器から空気分離ユニットへと送る手段とを具備した設備であって、第２圧縮器が上で説明したものであることを特徴とする設備を提供することである。
【００１５】
本発明の他の側面は、電力と空気中のガスのうちの１種とを生成する統合された方法であって、空気が第１空気圧縮器において第１圧力まで圧縮され、第１圧縮器からの空気の一部が燃焼室へと送られ、燃焼ガスがガスタービンへと送られ、第１圧縮器からの空気の一部が空気分離ユニットへと送られ、空気が、第２圧縮器において第１圧力まで圧縮されて、空気分離ユニットへと送られ、第２圧縮器が少なくとも２つのステージを具備しており、公称流量を空気分離ユニット用の第１圧力まで圧縮するために、空気が第２圧縮器の第１ステージからその第２ステージへと送られ、空気分離ユニット用の下げられた圧力にある低減された流量を生じさせるために、第１ステージにおいて圧縮された空気の一部が大気へと排出され、第１ステージからの残りの空気の圧力が、第２ステージの上流で、スロットルバルブにおいて下げられることを特徴とする方法を提供することである。
【００１６】
場合によっては、
−第２圧縮器は少なくとも３つのステージを具備しており、公称流量を空気分離ユニット用の第１圧力まで圧縮するために、空気が第２圧縮器の第２ステージからその第３ステージへと送られ、空気分離ユニット用の下げられた圧力にある低減された流量を生じさせるために、第１ステージにおいて圧縮された空気の一部が大気へと排出され、第２ステージからの残りの空気の圧力が、第３ステージの上流で、スロットルバルブにおいて下げられることを特徴とする。
【００１７】
−第２（及び第３）ステージの吸気側及び／又は送出側における圧縮された空気の容積流量は、公称動作と非定格動作（marche reduite）との間で、実質的に一定である。
【００１８】
本発明により提案される解決策は、スロットルバルブを、第２圧縮ステージの吸気側へと及び、必要であれば、第３及び続くステージの吸気側へと追加することである。このバルブは、次のステージの吸気圧力を、その圧縮比が維持され且つその送出圧力が吸気圧力と同じ割合だけ下がった場合に、その容積流量は保たれるが、その質量流量はその吸気圧力と同じ割合で低減されるように下げる効果を有する。続くステージの公称圧縮比を維持することによって、即ち、圧力を同様の割合で下げることによって、これら全てのステージが事実的にその公称点で動作するため、同様の流量の低減が、効率の損失なしにこれら全てのステージで達成されるであろう。このようにして、スロットルバルブの後にある全てのステージについて、効率の損失なしに、全て同様の割合で、低減された流量が、下げられた送出圧力及び低減された電力とともに得られる。
【００１９】
図を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００２０】
図１は、同軸上にある５つのステージ１、２、３、４、５と、各ステージ間及び最終ステージの下流にある冷却手段Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５とを備えた圧縮器Ｃ２を図示している。空気７は、流量制御用回転羽根を備えた第１ステージ１に送られる。
【００２１】
公称動作の最中、ステージ１の羽根は流量を低減せず、第１ステージ１において圧縮された空気の全てが、スロットルバルブＶ１を通して、圧力低下なしに、パイプ１５、１９、２１へと入る。次に、この流量は、ステージ２、３、４及び５において圧縮される。
【００２２】
非定格動作の最中、第１ステージ１の羽根は、空気７の流量を、公称流量の７０％まで低減させる。公称流量の１２．２％に相当する流量が、大気へと、パイプ１７及び減圧バルブＶＤ１を通して排出される。公称流量の５７．８％に相当する空気の残部は、冷却器Ｒ１へと送られ、次に、その圧力を公称圧力値の５７．８％まで下げるスロットルバルブへと送られる。この減圧された流量は、パイプ２１を通して、第２ステージ２の吸気側へと送られる。次に、この流量はステージ２、３、４及び５において圧縮されるが、冷却器Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５を通しての圧力低下を原因とする圧力減少を除き、隣接する２つのステージ間での圧力減少を受けない。最終的な空気の圧力は８．９ｂａｒであろう。
【００２３】
圧縮器の各任意の点に関し、容積流量は、公称動作と非定格動作との間で実質的に一定のままである。
【００２４】
図２は、５つのステージ１、２、３、４、５と、各ステージ間及び最終ステージの下流にある冷却手段Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５とを備えた圧縮器Ｃ２を図示している。空気７は、流量制御用回転羽根を備えた第１ステージへと送られる。
【００２５】
公称動作では、ステージ１の羽根は流量を低減せず、第１ステージにおいて圧縮された空気の全てが、スロットルバルブＶ１を介して、圧力低下なしに、パイプ１５、１９、２１へと入る。第２ステージ２の下流で、それは、冷却器Ｒ２によって冷却され、次に、その圧力が下がることなく、スロットルバルブＶ２を通る。次に、この流量は、ステージ３、４及び５において圧縮される。
【００２６】
非定格動作では、ステージ１の羽根は、空気７の流量を、公称流量の７０％まで低減させる。公称流量の１２．２％に相当する流量が、大気へと、パイプ１７及び減圧バルブＶＤ１を通して排出される。公称流量の５７．８％に相当する空気の残部は、冷却器Ｒ１へと送られ、次に、その圧力を公称圧力の５７．８％まで下げるスロットルバルブへと送られる。減圧された流量は、パイプ２１を通して、第２ステージ２の吸気側へと送られる。この流量は、第２ステージにおいて圧縮され、２つに分けられる。公称流量の６．３％が、大気へと、パイプ２７及び減圧バルブＶＤ２を通して排出され、一方、第２ステージからの空気の残部は、冷却器Ｒ２によって冷却され、次に、その圧力が第２スロットルバルブＶ２によって下げられることによって、流量が公称流量の５１．５％まで低減され、圧力が公称圧力の５１．５％まで下げられる。次に、この流量はステージ３、４及び５において圧縮されるが、冷却器Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５を通しての圧力低下を原因とする圧力の減少を除き、隣接する２つのステージ間での圧力減少を受けない。最終的な空気の圧力は８．０４ｂａｒであろう。
【００２７】
圧縮器の各任意の点に関し、容積流量は、公称動作と非定格動作との間で実質的に一定のままである。
【００２８】
図３において、空気は、断熱圧縮器Ｃ１において圧縮され、２つに分けられる。一部９は、冷却され（図示しない）、空気分離ユニットＡＳＵへと送られる。一部１０は、燃焼室ＣＣへと送られて、天然ガス又は石炭などの燃料と共に燃焼に用いられる。燃焼ガス１３は、圧縮器Ｃ１に連結したタービンＴ１において、膨張し、圧力が低下する。また、空気分離ユニットは、図１及び図２を参照して説明したものであり得る本発明に従う圧縮器２によって、空気８を供給される。空気分離ユニットからの窒素は、場合によっては、ガスタービンへと送られても良く、また、空気分離ユニットはガス化装置用の酸素を生成する。
【００２９】
質量流量及び圧力を同時に低減するこの手段によって与えられる利点の或る例が、ここで見出され得る。
【００３０】
１００Ｎｍ3／時間の公称流量及び１６ａｔｍａｂｓの公称送出圧力と、５つのステージを有した圧縮器とを仮定する。
【００３１】
各ステージの電力は、ｋＷで表した実際的な値を与える、０．１×ｌｏｇ（Ｐref／Ｐasp）×流量の積と等しいと見積もられ、Ｐrefは送出圧力であり、Ｐaspは吸気圧力であり、圧縮器の電力は、これらステージの電力の和として与えられる。
【００３２】
非定格シナリオ（scenario）では、流量は５０Ｎｍ3／時間であり、必要とされる送出圧力は８ａｔｍａｂｓであると仮定される。
【００３３】
効率が維持されたのであれば、消費された電力は、公称電力の３７．５％に当たる、０．５×ｌｏｇ（８）×ｌｏｇ（１６）とほぼ等しかったであろう。
【００３４】
添付の表において、第１非定格シナリオは、効率の損失することなく、７０％までの流量の低減の測定が可能であると（非常に楽観的に）仮定した場合の、各ステージでの回転羽根を使用して得られる電力を示している。
【００３５】
第２非定格シナリオは、第１ステージ上のみの回転羽根及び第２ステージの吸気側のスロットルバルブの使用を示しており、従って、本発明に従った圧縮器を示している。この例において、この解決策は、圧力及び流量を所望の値まで低減させるのに十分でないが、回転羽根のみを用いる解決策に比べて、電力消費の点で、約１４％が節約される。
【００３６】
第３非定格シナリオでは、本発明に従う圧縮器が使用され、シナリオ２と比較して、バルブが、第３ステージの吸気側に追加されており、続いてのステージでの送出圧力及び流量を低減させる。基本的なシナリオに対しての電力の低減は、約２０％である。
【００３７】
本発明は、２５％を超える質量流量及び送出圧力の同時低減を供される多段圧縮器、第２ステージ及び、必要であれば、続くステージの吸気側でのスロットルバルブの使用について、特許を請求するものである。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に従う圧縮器を示す図。
【図２】本発明に従う圧縮器を示す図。
【図３】本発明に従う設備を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2009530528.tif 000009
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