特許 7441317 一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ並びにそのようなアセンブリを備える閉ループ冷却回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-20

(45)【発行日】2024-02-29

(54)【発明の名称】一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ並びにそのようなアセンブリを備える閉ループ冷却回路

(51)【国際特許分類】

   F01D 15/08 20060101AFI20240221BHJP

   F01D 3/04 20060101ALI20240221BHJP

   F01D 25/16 20060101ALI20240221BHJP

   F02C 7/141 20060101ALI20240221BHJP

   F02C 1/02 20060101ALI20240221BHJP

   F02C 7/06 20060101ALI20240221BHJP

   F04D 29/051 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

F01D15/08 C

F01D3/04

F01D25/16 G

F02C7/141

F02C1/02

F02C7/06 A

F04D29/051

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022540971

(86)(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-06

(86)【国際出願番号】 EP2021025004

(87)【国際公開番号】W WO2021144144

(87)【国際公開日】2021-07-22

【審査請求日】2022-07-01

(31)【優先権主張番号】2000382

(32)【優先日】2020-01-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】515121243

【氏名又は名称】サーモダイン・エスエイエス

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】アルバン、トーマス

(72)【発明者】

【氏名】デフォイ、ベンジャミン

(72)【発明者】

【氏名】ガウデス、パスカル

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１７４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４１１２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４４７７２２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００５－０９８６０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １／００－１３／１６；１７／００－１９／０２；２１／００－２５／１６；２９／００－３５／００

Ｆ２５Ｂ １／００－ ７／００

Ｆ２５Ｂ ９／００－１１／０４

Ｆ２５Ｂ ３１／００－３１／０２；３９／００－４１／４８

Ｆ２５Ｊ １／００－ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ（２）であって、
１つのハウジング（１２）と、
少なくとも２つのラジアルベアリング（１３、１４、１５、１６）によって前記ハウジング（１２）内に各々支持された、少なくとも２つの伝達シャフト（８、１０）と、
前記伝達シャフト（８、１０）を接続する可撓性連結デバイス（１１）と、
第１の伝達シャフト（８）上に取り付けられた電気モータ（６）と、
第２の伝達シャフト（１０）の自由端に片持ち支持されたエキスパンダ（３０）と、
前記第２の伝達シャフト（１０）上の前記２つのラジアルベアリング（１５、１６）の間に取り付けられており、高圧部分（１８）及び低圧部分（１７）を有する、少なくとも１つの圧縮セクション（９）であって、当該低圧部分（１７）は、前記低圧部分（１７）から出るガスが、前記高圧部分（１８）で圧縮されているように前記高圧部分（１８）に流体的に結合されている、少なくとも１つの圧縮セクション（９）と、
前記エキスパンダ（３０）と前記第２の伝達シャフト（１０）の第１のラジアルベアリング（１６）との間に位置付けられたガスディフューザ（３３）であって、前記第１のラジアルベアリング（１６）が、前記エキスパンダ（３０）に最も近いベアリングである、ガスディフューザ（３３）と、
前記ガスディフューザ（３３）と前記第１のラジアルベアリング（１６）との間に接続され、前記低圧部分（１７）の入口（１９）に接続された第１のダクト（３４）と、を備え、
前記ガスディフューザ（３３）が、前記エキスパンダ（３０）及び前記第１のラジアルベアリング（１６）に方向付けられたガスを拡散させるように構成されており、
前記ガスディフューザ（３３）が、前記高圧部分（１８）に入る前記ガスの一部が供給されるように構成されており、
前記第１のダクト（３４）が、拡散された前記ガスの一部を吸い上げるように構成されている、一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項2】

前記高圧部分（１８）が、前記第２の伝達シャフト（１０）上の前記エキスパンダ（３０）と前記低圧部分（１７）との間に取り付けられている、請求項１に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項3】

前記少なくとも１つの圧縮セクション（９）が、少なくとも１つの圧縮ホイール（２７、２８）及び前記少なくとも１つの圧縮ホイール（２７、２８）に作用する差圧を補償するための第１の平衡ピストン（２９）を備える、請求項１又は２に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項4】

前記少なくとも１つの圧縮セクション（９）が、第１及び第２の半圧縮セクション（２５、２６）を備え、前記第１及び第２の半圧縮セクション（２５、２６）の各々が、少なくとも１つの圧縮ホイールを備え、前記第２の伝達シャフト（１０）の回転中に、前記第１の半圧縮セクションの少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されたスラストが、前記第２の半圧縮セクションの前記少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されるスラストを補償するように配置され、
第１の平衡ピストン（２９）が、前記第１及び第２の半圧縮セクション（２５、２６）のうちの少なくとも１つの圧縮ホイールに作用する差圧を補償するために、前記第１及び第２の半圧縮セクション（２５、２６）の間に配置されている、請求項１又は２に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項5】

少なくとも２つのスラストベアリング（３８、３９）を備え、前記少なくとも２つのスラストベアリング（３８、３９）のうちの第１のスラストベアリング（３８）が、前記少なくとも２つの伝達シャフト（８、１０）のうちの前記第１の伝達シャフト（８）に取り付けられており、前記少なくとも２つのスラストベアリング（３８、３９）のうちの第２のスラストベアリング（３９）が、前記少なくとも２つの伝達シャフト（８、１０）の前記第２の伝達シャフト（１０）に取り付けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項6】

前記スラストベアリング（３８、３９）が、活性磁気ベアリング又はガスベアリングを備える、請求項５に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項7】

各前記スラストベアリング（３８、３９）が、
第１の半スラストベアリング（４０、４１）及び第２の半スラストベアリング（４２、４３）を備え、
前記第１のスラストベアリング（３８）の前記第１の半スラストベアリング（４０）及び前記第２の半スラストベアリング（４２）の各々が、前記電気モータ（６）の各側に配置されて、前記第１の伝達シャフト（８）の前記ラジアルベアリング（１３、１４）を構成し、
前記第２のスラストベアリング（３９）の前記第１の半スラストベアリング（４１）及び前記第２の半スラストベアリング（４３）が、前記ガスディフューザ（３３）と前記可撓性連結デバイス（１１）との間に配置されて、前記第２の伝達シャフト（１０）の前記ラジアルベアリング（１５、１６）を構成し、
前記第１の半スラストベアリング（４０、４１）が、第１の軸方向（Ｘ）に前記第１及び第２の伝達シャフト（８、１０）上の前記少なくとも１つの圧縮セクション（９）の少なくとも１つの圧縮ホイール（２７、２８）によって生成されたスラストを補償するように構成されており、
前記第２の半スラストベアリング（４２、４３）が、前記第１及び第２の伝達シャフト（８、１０）上の少なくとも１つの圧縮セクション（９）の前記少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されたスラストを、前記第１の軸方向（Ｘ）とは反対の第２の軸方向（Ｙ）に補償するように構成されている、請求項５又は６に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項8】

磁気ベアリングである前記第１の半スラストベアリング（４０、４１）及び前記第２の半スラストベアリング（４２、４３）の各々が、
前記第１の伝達シャフト（８）又は前記第２の伝達シャフト（１０）内の肩部（４４、４５）と、
前記肩部の前及び近傍に位置し、前記第１又は第２の伝達シャフト（８、１０）が通過するように構成された環状のコイル（４６、４７）と、を備える、請求項７に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項9】

前記少なくとも２つの伝達シャフト（８、１０）の前記第２の伝達シャフト（１０）に沿って位置付けられ、前記エキスパンダ（３０）に作用する差圧を補償するように構成された第２の平衡ピストン（３５）を備え、
前記エキスパンダ（３０）が、少なくとも第２のダクト（３６）を備え、
前記第２の平衡ピストン（３５）が、少なくとも第３のダクト（３７）を備え、
前記第２及び第３のダクト（３６、３７）の両方が一緒に協働して、前記ガスディフューザ（３３）によって拡散された前記ガスを前記エキスパンダ（３０）の出口に排出するように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ（２）と、少なくとも３つの熱交換器（３、４、５）と、を備える、閉ループ冷却回路（１）であって、
前記少なくとも３つの熱交換器（３、４、５）の第１の熱交換器（４）が、前記低圧部分（１７）のガス出口及び前記高圧部分（１８）のガス入口と結合されており、
前記少なくとも３つの熱交換器（３、４、５）の第２の熱交換器（５）が、前記高圧部分（１８）のガス出口及び前記エキスパンダ（３０）のガス入口と結合されており、
前記少なくとも３つの熱交換器（３、４、５）の第３の熱交換器（３）が、前記エキスパンダ（３０）のガス出口及び前記低圧部分（１７）の前記ガス入口と結合されており、
前記第１及び第２の熱交換器（４、５）が、前記第１及び第２の熱交換器（４、５）を通って流れる前記ガスを冷却するように構成されており、前記第３の熱交換器（３）が、前記第３の熱交換器（３）を通って流れる前記ガスを加熱するように構成されている、閉ループ冷却回路（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリに関し、特にそのようなアセンブリの具体的な配置に関連する。

【背景技術】

【0002】

文書欧州特許第３４２６９９４号は、駆動シャフト上に取り付けられた電気モータと、第１のシャフト上のカンチレバー構成に位置付けられ、かつ隔壁によって電気モータから分離されたエキスパンダと、駆動シャフトに取り付けられた圧縮機と、両方のシャフトを接続する可撓性連結デバイスと、を備える、エキスパンダ及びモータ圧縮機ユニットを開示している。

【0003】

各シャフトは、２つのラジアルベアリング、例えば磁気ベアリングによって支持される。

【0004】

動作中、エキスパンダ内で膨張したガスによって生成される電力は、圧縮機による圧縮作業として部分的に回収される。電気モータは、圧縮機を追加の機械的動力で供給する。

【0005】

更に、ユニットは、最も下流の圧縮機段のうちの１つと、隔壁壁に位置する第１のシャフトの周りに位置付けられた封止配置との間の流体接続を備え、その結果、冷却された膨張したガスが、ベアリング及び電気モータに移動して損傷を与えることを回避するために、圧縮機によって封止配置に送達される。

【0006】

しかしながら、可撓性連結デバイスの破壊の場合、圧縮機は機械的動力で供給されない。結果として、圧縮ガスは封止配置に送達されず、冷却された膨張ガスは、ベアリング及び電気モータに移動し、それに損傷を与える。

【0007】

更に、エキスパンダが電気モータと同じシャフト上にあるため、ガス膨張によって発生する電力は使用されず、その結果、駆動シャフトの速度が上がり、アセンブリに損傷を与える。エキスパンダの速度を制御するために、過速度制御システムが必要である。

【0008】

また、エキスパンダ及びモータ圧縮機ユニットが可撓性連結デバイスを備えていないとき、エキスパンダ、電気モータ、及び圧縮機は、共通シャフトに取り付けられている。

【0009】

その結果、一般的なシャフトの動的挙動は、可撓性連結デバイスと接続された第１及び第２のシャフトの実施形態と比較して劣化する。

【0010】

文書米国特許出願公開第２０１３／００９１８６９号は、中央シャフト上のカンチレバー構成に位置付けられたエキスパンダと、２つのベアリングの間で中央シャフト上に支持された多段圧縮機と、を備える、圧縮機エキスパンダを開示している。

【0011】

動作中、ガスは、エキスパンダ内で拡張され、ガス拡張によって生成される電力は、圧縮機による圧縮作業として部分的に回収される。

【0012】

中央シャフトの自由端は、中央シャフトに追加の回転電力を供給するように適合されたデバイスに接続されている。

【0013】

しかしながら、圧縮機の低圧段は、エキスパンダ側に位置する。

【0014】

したがって、冷却された膨張ガスが、ベアリングに移動し、ベアリングを損傷させる可能性がある。

【0015】

更に、デバイスが圧縮機エキスパンダに機械的に接続されると、中央シャフト及びデバイスシャフトを備える結果として生じるシャフトは、中央シャフトよりも長い。結果として、結果として生じるシャフトの動的挙動は、可撓性連結デバイスに接続された２つのシャフトを使用する配置と比較して劣化する。

【0016】

開示されたエキスパンダ及びモータ圧縮機ユニット及び開示された圧縮機エキスパンダは、圧縮機ホイールに加えられる差圧によって生成されるスラストを補償するための軸方向スラストベアリングを備える。

【0017】

一般に、軸方向スラストベアリングは、シャフト上に取り付けられたディスクと、ディスクの各側に配置されたコイルと、を備え、各シャフトは、少なくとも１つの軸方向スラストベアリングを備える。

【0018】

この配置は、ボリュームがあり、より大きなシャフトを必要とし、シャフトの一部は、ディスクをその上に固定し、コイルを取り付けるために使用される。

【0019】

したがって、シャフトの動的挙動は劣化する。

【0020】

特にシャフトの長さを縮小することによって、及び冷却された膨張ガスが、故障の場合、アセンブリのケーシング内の構成要素に損傷を与えることを回避することによって、前述の欠点の少なくともいくつかを回避する必要がある。

【発明の概要】

【0021】

一態様によれば、新しい一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリが提案される。

【0022】

新しい一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリは、
－１つのハウジングと、
－少なくとも２つのラジアルベアリングによってハウジング内に各々支持された、少なくとも２つの伝達シャフトと、
－伝達シャフトを接続する可撓性連結デバイスと、
－第１の伝達シャフト上に取り付けられた電気モータと、
－第２の伝達シャフトの自由端に片持ち支持されたエキスパンダと、
－第２の伝達シャフト上の２つのラジアルベアリングの間に取り付けられ、高圧部分及び高圧部分に流体的に結合された低圧部分を有する少なくとも１つの圧縮セクションであって、低圧部分から出るガスが高圧部分で圧縮される、少なくとも１つの圧縮セクションと、を含む。

【0023】

アセンブリは、エキスパンダと第２の伝達シャフトの第１のラジアルベアリングとの間にガスディフューザを含み、第１のベアリングは、エキスパンダに最も近いベアリングである。

【0024】

アセンブリはまた、ガスディフューザと第１のラジアルベアリングとの間に接続され、低圧部分の入口に接続された第１のダクトを含む。

【0025】

ガスディフューザは、エキスパンダに、かつ第１のラジアルベアリングに方向付けられたガスを拡散させるように構成されている。

【0026】

動作中、ガスディフューザは、高圧部分に入るガスの一部で供給され得、第１のダクトは、拡散ガスの一部を引き上げるように構成されている。

【0027】

高圧部分は、第２の第２の伝達シャフト上のエキスパンダと低圧部分との間に取り付けられ得る。

【0028】

第１の実施形態では、少なくとも１つの圧縮セクションは、少なくとも１つの圧縮ホイール及び第２の平衡ピストンを含み、少なくとも１つの圧縮ホイールに作用する差圧を補償し得る。

【0029】

第２の実施形態では、少なくとも１つの圧縮セクションは、少なくとも１つの圧縮ホイールを各々備える２つの半圧縮セクションを含み得、第２の伝達シャフトの回転中に、第１の半セクションの少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されたスラストが、第２の半圧縮セクションの少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されるスラストを補償するように配置され得る。

【0030】

第２の平衡ピストンは、第１及び第２の半セクションのうちの少なくとも１つの圧縮ホイールに作用する差圧を補償するために、２つの半圧縮セクションの間に配置され得る。

【0031】

有利には、エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリは、少なくとも２つのスラストベアリングを備える。

【0032】

少なくとも２つのスラストベアリングの第１のスラストベアリングは、少なくとも２つの伝達シャフトのうちの第１の伝達シャフトに取り付けられ、少なくとも２つのスラストベアリングのうちの第２のスラストベアリングは、少なくとも２つの伝達シャフトの第２の伝達シャフトに取り付けられている。

【0033】

スラストベアリングは、活性磁気ベアリング又はガスベアリングを含み得る。

【0034】

有利には、各スラストベアリングは、第１の半スラストベアリング及び第２の半スラストベアリングを含む。

【0035】

第１のスラストベアリングの第１の半スラストベアリング及び第２の半スラストベアリングは、電気モータの各側に配置されて、第１の伝達シャフトのラジアルベアリングをフレーム化し、第２のスラストベアリングの第１の半スラストベアリング及び第２の半スラストベアリングは、ガスディフューザと可撓性カップリングとの間に配置されて、第２の伝達シャフトのラジアルベアリングをフレーム化する。

【0036】

第１の半スラストベアリングは、第１及び第２の伝達シャフト上の少なくとも１つの圧縮セクションの少なくとも１つの圧縮ホイールによって発生したスラストを第１の軸方向に補償するように構成されており、第２の半スラストベアリングは、第１及び第２の伝達シャフト上の少なくとも１つの圧縮セクションの少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されたスラストを第１の軸方向とは反対の第２の軸方向に補償するように構成されている。

【0037】

各磁気半スラストベアリングは、第１又は第２の伝達シャフトにおける肩部と、肩部の前及び近接に位置するコイルと、を含む。

【0038】

第１又は第２の伝達シャフトは、コイルを通過する。

【0039】

エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリは、少なくとも２つの伝達シャフトの第２の伝達シャフトに沿って位置付けられ、エキスパンダに作用する差圧を補償するように構成された第１の平衡ピストンを含み得る。

【0040】

エキスパンダは、少なくとも第２のダクトを含む。

【0041】

第１の平衡ピストンは、少なくとも第３のダクトを含み、その結果、両方のダクトが一緒に協働して、ガスディフューザによって拡散されたガスをエキスパンダの出口に排出するように構成されている。

【0042】

別の態様によれば、閉ループ冷却回路が提案されている。

【0043】

回路は、上記で定義されたエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ及び少なくとも３つの熱交換器を含み得る。

【0044】

少なくとも３つの熱交換器の第１の熱交換器は、低圧部分のガス出口及び高圧部分のガス入口と結合される。

【0045】

少なくとも３つの熱交換器の第２の熱交換器は、高圧部分のガス出口及びエキスパンダのガス入口と結合される。

【0046】

少なくとも３つの熱交換器の第３の熱交換器は、エキスパンダのガス出口及び高圧部分のガス入口と結合される。

【0047】

第１及び第２の熱交換器は、第１及び第２の熱交換器を通って流れるガスを冷却するように構成されており、第３の熱交換器は、第３の熱交換器を通って流れるガスを加熱するように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0048】

本発明の他の利点及び特徴は、決して限定するものではない実施形態の詳細な説明の考察に、及び添付図面に現れるであろう。

【図1】冷却回路の一実施形態を表す。

【図2】一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリの第２の実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0049】

本明細書の実施形態は、エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリのうちの少なくとも１つの圧縮セクションの配置を開示しており、これは、ハウジング内に位置するベアリング及び／又は電気モータなどの、冷却された膨張ガスが構成要素に損傷を与えることを防止する。

【0050】

更に、電気モータは、第１の伝達シャフトに取り付けられ、少なくとも１つの圧縮セクション及びエキスパンダは、第２の伝達シャフトに取り付けられている。

【0051】

可撓性連結デバイスは、伝達シャフトの曲げモードを分離する両方の伝達シャフトを接続する。

【0052】

可撓性カップリングが故障した場合、エキスパンダは、第２の伝達シャフトが回転を停止するまで圧縮セクションを駆動し続け、その結果、圧縮セクションは依然としてガスバリアを送達する。

【0053】

このガスバリアは、ハウジング内に位置するベアリング及び／又は電気モータなどの、冷却された膨張したガスが構成要素に損傷を与えることを防止する。加えて、各磁気スラストベアリングは、伝達シャフトの各肩部を備える第１及び第２の半スラストベアリングと、シャフト上に取り付けられたディスクを抑制し、シャフト上にスラストベアリングを取り付けるために必要なシャフトの一部を低減するコイルと、を含む。

【0054】

一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ２の第１の実施形態、及び閉ループ冷却回路１を形成する３つの熱交換器３、４、及び５を表す図１を参照する。

【0055】

冷却回路は、例えば第１の熱交換器３で循環する流体「ＦＬ」を冷却するように構成されている。

【0056】

別の実施形態では、冷却回路１は、３つより多い又は少ない熱交換器を含み得る。

【0057】

一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ２は、第１のシャフト８（又は駆動シャフト）を回転させる電気モータ６と、可撓性連結デバイス１１及び封止されたハウジング１２によって第１のシャフトに結合された第２のシャフト１０（又は駆動シャフト）に取り付けられた少なくとも１つの圧縮セクション９と、を含み得る。各シャフト８、１０は、ガスラジアルベアリング、又は好ましくは磁気ラジアルベアリングなどの２つのラジアルベアリング１３、１４、１５、１６によってハウジング１２内に支持される。

【0058】

可撓性連結デバイス１１は、２つの伝達シャフト８及び１０を分離して、シャフト８及び１０並びに各シャフトに取り付けられた構成要素を備える２つのロータの曲げモードを分離し、各ロータを動的に平衡化する。

【0059】

圧縮セクション９は、第２の伝達シャフト１０上の２つのベアリング１５、１６の間に取り付けられ、ガス入力１９、２０、ガス出力２１、２２、及び圧縮セクション２３、２４を各々含む低圧１７部分及び高圧１８部分を含む。

【0060】

低圧部分１７の圧縮セクション２３は、第１の半圧縮セクション２５を含み、高圧部分１８の圧縮セクション２４は、第２の半圧縮セクション２６を備える。

【0061】

各圧縮セクションは、少なくとも１つの圧縮ホイール２７、２８を備える。

【0062】

第１及び第２の半圧縮セクション２５、２６は、第２の伝達シャフト１０の回転中に、第１の半圧縮セクション２５の圧縮ホイール２７によって生成されたスラストが、第２の半圧縮セクション２６の圧縮ホイール２８によって生成されるスラストを補償するように配置されている（「背中合わせ」配置）。

【0063】

第１の平衡ピストン２９は、第１の半圧縮セクション２５と第２の半圧縮セクション２６との間に配置されて、圧縮セクション９の圧縮ホイール２７、２８に作用する差圧に作用する差圧を補償することができる。

【0064】

低圧部分１７から高圧部分１８に流れるガスを冷却するために、低部分圧力１７のガス出口２１は、第２の熱交換器４を介して高圧部分１８のガス入口２０と連結されている。

【0065】

低圧部分１７は、使用中に、入口１９で流れるガスを圧縮することを目的とし、高圧部分１８は、低圧部分１７によって圧縮されたガスを圧縮することを目的としている。

【0066】

エキスパンダ３０は、第２の伝達シャフト１０の自由端で片持ち支持されており、高圧部分１８からエキスパンダ３０に流れるガスを冷却する第３の熱交換器５を介して高圧部分１８のガス出口２２に接続されたガス入口３１を備える。

【0067】

エキスパンダ３０は、エキスパンダガス出口３２の低圧排気ガスが非常に低い温度、例えば－１６５℃になるように、ガス入口３１上を流れる圧縮ガスを拡張することを目的としている。

【0068】

動作中、２つの伝達シャフト８及び１０が機械的に切断されるように可撓性連結デバイス１１が損傷すると、圧縮ガスはエキスパンダ３１内で膨張し、ガス膨張によって発生する電力は圧縮機セクション９による圧縮作業として回収される。

【0069】

第２の伝達シャフト１０は停止する。アセンブリ２を過速度の損傷に対して保護するために、過速度制御システムは必要ない。

【0070】

ガス出口３２は、熱交換器３を通って低圧部分１７のガス入口１９に接続されており、流体ＦＬからガスに熱を伝達することによって流体ＦＬを冷却し、このプロセスはガスの温度を上昇させる。

【0071】

例えば、熱交換器３、４、及び５は、クロスフロー熱交換器を備える。

【0072】

また、アセンブリ２は、エキスパンダ３０と第２の伝達シャフト１０の第１のラジアルベアリング１６との間に位置付けられたガスディフューザ３３を含む。

【0073】

第１のラジアルベアリング１６は、エキスパンダ３０に最も近いラジアルベアリングである。

【0074】

ガスディフューザ３３は、高圧部分１８のガス入口２０と結合されており、ガス入口２０内を流れるガスの一部を拡散させる。

【0075】

ディフューザ３３によって拡散されたガス（ガスバリア）は、エキスパンダ３０及び第２の伝達シャフト１０の第１のラジアルベアリング１６に方向付けられる。

【0076】

可撓性カップリング１１が故障した場合、エキスパンダ３０は、第２の伝達シャフト１０が回転を停止するまで圧縮セクション９を駆動し続け、その結果、圧縮セクション９は依然としてガスバリアを送達する。

【0077】

このガスバリアは、ハウジング１２内に位置するベアリング１３、１４、１５、１６及び／又は電気モータ６などの、冷却された膨張したガスが構成要素に損傷を与えることを防止する。

【0078】

第１のダクト３４は、一方ではガスディフューザ３３と第１のラジアルベアリング１６との間、他方では低圧部分１７のガス入口１９、すなわち、モータ圧縮機内のガス流を考慮して、低圧部分の上流に結合されており、ガスディフューザ３３による拡散ガスの一部を引き上げる。

【0079】

ガス入口１９への第１のダクト３４の接続は、ガスバリアが第１のダクト３４によって吸引されるように、窪みを生成し、ガスバリアによって生成される熱バリアの効率を高める。

【0080】

アセンブリ２は、エキスパンダ３０に作用する差圧を補償するために、第２の伝達シャフト１０に沿って位置付けられた第２の平衡ピストン３５を含み得る。そのような場合、エキスパンダ３０は、第２の平衡ピストン３５とエキスパンダ３０の出口３２との間に第２のダクト３６を含む。

【0081】

第２の平衡ピストン３５は、第２のダクト３６と協働して、ガスバリアをエキスパンダ３０の出口３２に排出する第３のダクト３７を含み得る。

【0082】

ガスバリアの圧力は、低圧排気ガスの圧力よりも高いため、ガスバリアはエキスパンダ３０の出口３２に吸引され、低圧排気ガスが第１のラジアルベアリング１６に移動し、ハウジング１２の内側に更に移動することを更に回避する。

【0083】

高圧部分１８は、エキスパンダ３０と低圧部分１７との間に取り付けられ得る。

【0084】

高圧部分１８内のガスの圧力は、低圧膨張ガスよりも高く、低圧排気ガスが第１のラジアルベアリング１６に移動し、ハウジング１２の内側に更に移動することを更に回避する。

【0085】

アセンブリは、第１の伝達シャフト８に取り付けられた第１のスラストベアリング３８と、第２の伝達シャフト１０に取り付けられた第２のスラストベアリング３９と、を更に備え、両方のスラストベアリングは、例えば、活性磁気ベアリング又はガスベアリングを備える。

【0086】

各スラストベアリング３８、３９は、第１の半スラストベアリング４０、４１、及び第２の半スラストベアリング４２、４３を含み得る。

【0087】

第１のスラストベアリング３８の第１の半スラストベアリング４０及び第２の半スラストベアリング４２は、電気モータ６の各側に配置されて、第１の伝達シャフト８のラジアルベアリング１３、１４をフレーム化する。

【0088】

第２のスラストベアリング３９の第１の半スラストベアリング４１及び第２の半スラストベアリング４３は、ガスディフューザ３３と可撓性カップリング１１との間に配置されて、第２の伝達シャフト１０のラジアルベアリング１５、１６をフレーム化する。

【0089】

第１の半スラストベアリング４０及び４１は、第１及び第２の伝達シャフト８、１０上の圧縮セクション９の圧縮ホイール２７、２８によって発生したスラストを第１の軸方向Ｘに補償し、第２の半スラストベアリング４２、４３は、第１及び第２の伝達シャフト８、１０上の圧縮セクション９の圧縮ホイール２７、２８によって生成されたスラストを第１の軸方向Ｘとは反対側の第２の軸方向Ｙに補償する。

【0090】

第１の半スラストベアリング４０、４１、及び第２の半スラストベアリング４２、４３を各々備える両方のスラストベアリング３８、２９は同一であるため、第１のスラストベアリング３８のアーキテクチャのみが以下に説明される。

【0091】

第１のスラストベアリング３８は、磁気ベアリングを備えると想定される。

【0092】

各磁気半スラストベアリング４０、４１は、第１の伝達シャフト８の肩４４、４５、及びコイル４６、４７を備える。

【0093】

コイル４６、４７は、環状コイルであり得る。

【0094】

第１のコイル４６は、第１の肩部４４の前及び近傍に位置し、第２のコイル４７は、第２の肩部４５の前及び近傍に位置する。

【0095】

第１の伝達シャフト８は、コイル４６及び４７を通過する。

【0096】

先行技術による軸方向磁気スラストベアリングの伝達シャフトに取り付けられた専用ディスクは、抑制され、肩部４４、４５によって置き換えられる。

【0097】

専用ディスクの抑制は、伝達シャフト上の空間を節約することを可能にし、したがって、より短いより剛性の高い伝達シャフト８、１０を設計する。伝達シャフト８、１０が先行技術の伝達シャフトとしてより短いため、第１及び第２の伝達シャフト８、１０の曲げモードの周波数は、電気モータ６の回転速度の範囲よりも高い。

【0098】

図２は、一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ２の第２の実施形態を示している。

【0099】

アセンブリ２の第２の実施形態は、圧縮セクション９の第１の半圧縮セクション２５及び第２の半圧縮セクション２６が直列であり、第１の平衡ピストン２９がガスディフューザ３０と高圧部分１８との間にあるという点で、図１に示されるアセンブリの第１の実施形態とは異なる。

【0100】

別の実施形態によれば、圧縮セクション９は、直列に３つ以上の半圧縮セクションを備え得る。

【0101】

閉ループ冷却回路１の動作の一実施形態では、電気モータ６は、第２の伝達シャフト１０を駆動する。圧縮されるプロセスガスは、低圧部分１７のガス入力１９を介して導入される。次いで、アセンブリ２は、圧縮ホイール２７及び２８を通してプロセスガスを圧縮し、それによって、第２及び第３の熱交換器４及び５によって冷却された圧縮されたプロセスガスを生成する。次いで、冷却された圧縮されたプロセスガスは、エキスパンダ３０内で膨張する。

【0102】

冷却された膨張したプロセスガスは、第１の熱交換器３内を流れ、流体ＦＬによって加熱される。

【0103】

熱交換器から流出するプロセスガスは、入口１９に逆流する。

【0104】

冷却回路１は、液化天然ガスタンカー（ＬＮＧ）で使用され得、気体天然ガスＦＬが第１の熱交換器３に流れ、液化天然ガスが第１の熱交換器から流出する。

【0105】

様々な発明的本発明の態様を以下の付記に記載し、これらの付記は、別途指示されない限り、任意の好適な方法で組み合わせられ得る。
Ａ．一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ（２）であって、
－１つのハウジング（１２）と、
－少なくとも２つのラジアルベアリング（１３、１４、１５、１６）によってハウジング内に各々支持された、少なくとも２つの伝達シャフト（８、１０）と、
－伝達シャフトを接続する可撓性連結デバイス（１１）と、
－第１の伝達シャフト上に取り付けられた電気モータ（６）と、
－第２の伝達シャフトの自由端に片持ち支持されたエキスパンダ（３０）と、
－第２の伝達シャフト上の２つのラジアルベアリング（１５、１６）の間に取り付けられ、高圧部分（１８）及び高圧部分に流体的に結合された低圧部分（１７）を有する少なくとも１つの圧縮セクション（９）であって、低圧部分から出るガスが高圧部分で圧縮される、少なくとも１つの圧縮セクション（９）と、を備え、
一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリは、
エキスパンダと第２の伝達シャフトの第１のラジアルベアリング（１６）との間に位置付けられたガスディフューザ（３３）であって、第１のベアリングが、エキスパンダに最も近いベアリングである、ガスディフューザ（３３）と、
ガスディフューザと第１のラジアルベアリングとの間に接続され、低圧部分の入口（１９）に接続された第１のダクト（３４）と、を備え、
ガスディフューザが、エキスパンダに、かつ第１のラジアルベアリング（１６）に方向付けられたガスを拡散させるように構成されており、
ガスディフューザが、高圧部分に入るガスの一部で供給されるように構成されており、
第１のダクトが、拡散ガスの一部を引き上げるように構成されている、一体型エキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0106】

Ｂ．高圧部分（１８）が、第２の伝達シャフト（１０）上のエキスパンダ（３０）と低圧部分（１７）との間に取り付けられている、Ａに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0107】

Ｃ．少なくとも１つの圧縮セクション（９）が、少なくとも１つの圧縮ホイール（２７、２８）及び第２の平衡ピストン（２９）を備え、少なくとも１つの圧縮ホイールに作用する差圧を補償する、Ａ又はＢに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0108】

Ｄ．
－少なくとも１つの圧縮セクション（９）が、少なくとも１つの圧縮ホイールを各々備え、第２の伝達シャフト（１０）の回転中に、第１の半圧縮セクション（２５）の少なくとも１つの圧縮ホイール（２７）によって生成されたスラストが、第２の半圧縮セクション（２６）の少なくとも１つの圧縮ホイール（２８）によって生成されるスラストを補償するように配置されている、２つの半圧縮セクション（２５、２６）を備え、
－第２の平衡ピストン（２９）が、第１及び第２の半圧縮セクションのうちの少なくとも１つの圧縮ホイールに作用する差圧を補償するために、２つの半圧縮セクションの間に配置されている、Ａ又はＢに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0109】

Ｅ．少なくとも２つのスラストベアリング（３８、３９）を備え、少なくとも２つのスラストベアリングの第１のスラストベアリング（３８）が、少なくとも２つの伝達シャフトのうちの第１の伝達シャフト（８）に取り付けられ、少なくとも２つのスラストベアリングのうちの第２のスラストベアリング（３９）が、少なくとも２つの伝達シャフトの第２の伝達シャフト（１０）に取り付けられている、Ａ、Ｂ、Ｃ、又はＤのいずれか一項に記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0110】

Ｆ．スラストベアリング（３８、３９）は、活性磁気ベアリング又はガスベアリングを備える、Ｅに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0111】

Ｇ．各スラストベアリング（３８、３９）が、
第１の半スラストベアリング（４０、４１）及び第２の半スラストベアリング（４２、４３）を備え、
第１のスラストベアリング（３８）の第１の半スラストベアリング（４０）及び第２の半スラストベアリング（４２）の各々が、電気モータ（６）の各側に配置されて、第１の伝達シャフト（８）のラジアルベアリング（１３、１４）をフレーム化し、
第２のスラストベアリング（３９）の第１の半スラストベアリング（４１）及び第２の半スラストベアリング（４３）が、ガスディフューザ（３３）と可撓性カップリング（１１）との間に配置されて、第２の伝達シャフト（１０）のラジアルベアリング（１５、１６）をフレーム化し、
第１の半スラストベアリングが、第１の軸方向（Ｘ）に第１及び第２の伝達シャフト上の少なくとも１つの圧縮セクションの少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されたスラストを補償するように構成されており、
第２の半スラストベアリングが、第１及び第２の伝達シャフト上の少なくとも１つの圧縮セクションの少なくとも１つの圧縮ホイールによって生成されたスラストを、第１の軸方向とは反対の第２の軸方向（Ｙ）で補償するように構成されている、Ｅ又はＦに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0112】

Ｈ．各磁気半スラストベアリング（４０、４１、４２、４３）が、
－第１（８）又は第２の伝達シャフト内の肩部（４４、４５）と、
－肩部の前及び近傍に位置するコイル（４６、４７）と、を備え、
第１又は第２の伝達シャフトが、コイルを通過する、Ｇに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0113】

Ｉ．
少なくとも２つの伝達シャフトの第２の伝達シャフト（１０）に沿って位置付けられ、エキスパンダ（３０）に作用する差圧を補償するように構成された第１の平衡ピストン（３５）を備え、
エキスパンダが、少なくとも第２のダクト（３６）を備え、
第１の平衡ピストンが、少なくとも第３のダクト（３７）を備え、
両方のダクトが一緒に協働して、ガスディフューザによって拡散された拡散されたガスをエキスパンダの出口に排出するように構成されている、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、又はＨに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ。

【0114】

Ｊ．Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、又はＩに記載のエキスパンダ及びモータ圧縮機アセンブリ（２）と、少なくとも３つの熱交換器（３、４、５）と、を備える、閉ループ冷却回路（１）であって、
－少なくとも３つの熱交換器の第１の熱交換器（４）が、低圧部分（１７）のガス出口及び高圧部分（１８）のガス入口と結合されており、
－少なくとも３つの熱交換器の第２の熱交換器（５）が、高圧部分（１８）のガス出口及びエキスパンダのガス入口と結合されており、
－少なくとも３つの熱交換器の第３の熱交換器（３）が、エキスパンダのガス出口及び高圧部分のガス入口と結合されており、
－第１及び第２の熱交換器が、第１及び第２の熱交換器を通って流れるガスを冷却するように構成されており、第３の熱交換器が、第３の熱交換器を通って流れるガスを加熱するように構成されている、閉ループ冷却回路（１）。

【図1】

【図2】