JP2023552280A - ダイヤフラムコンプレッサのための能動的油噴射システム - Google Patents

Abstract

ダイヤフラムコンプレッサを動作させるための装置及び方法。本開示の実施形態は、コンプレッサのダイヤフラムに対して作動油を加圧するように駆動されるオイルピストンを含む。実施形態において、噴射ポンプが加圧流体の領域において作動油の補足流を提供し、このようなポンプは能動的に制御されるシステムの一部とすることができる。実施形態において、圧力逃がし弁が作動油のオーバーポンプ流を排出し、このような弁は可変とすることができる。実施形態は、噴射ポンプ及び逃がし弁の制御を含む、フィードバック及び制御機構を提供する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１１月９日に出願された米国特許仮出願第６３／１１１，３５６号及び２０２１年１１月８日に出願された第６３／２７７，１２５号の先の出願日の米国特許法第１１９条ｅ項に基づく利益を主張するものであり、これらの開示を参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本出願は、２０２１年１１月９日に出願された「Hydraulic drive for diaphragm compressor」という名称の同時係属及び共同所有の米国特許出願第________号に関連するものであり、これを参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明はダイヤフラムコンプレッサに関する。

ダイヤフラムコンプレッサは、様々な目的でプロセスガスを加圧するように作動するダイヤフラムを含む。

実施形態の特徴及び利点は、ダイヤフラムコンプレッサ、油圧回路、及びフィードバック機構を含むダイヤフラムコンプレッサにおける能動的油噴射システムである。ダイヤフラムコンプレッサはコンプレッサヘッドを含む。コンプレッサヘッドは、作動油ヘッド支持プレート、プロセスガスヘッド支持プレート、及び金属ダイヤフラムを含む。作動油ヘッド支持プレート及びプロセスガスヘッド支持プレートは、これらの間にダイヤフラムキャビティを画定する。作動油ヘッド支持プレートは、ピストンキャビティ、入口、及び出口を含む。ダイヤフラムコンプレッサはドライブをさらに含む。金属ダイヤフラムは、作動油ヘッド支持プレートとプロセスガスヘッド支持プレートとの間に搭載され、ダイヤフラムキャビティを作動油領域とプロセスガス領域とに分割している。作動油領域は、ピストンキャビティ、入口、及び出口のそれぞれと別個に連通している。金属ダイヤフラムは、作動油ヘッド支持プレートに近接する第１の位置からプロセスガスヘッド支持プレートに近接する第２の位置まで作動して、プロセスガス領域においてプロセスガスをプロセスガス吐出圧力まで加圧するように構成されている。ドライブは、一次作動油を増強してコンプレッサヘッドに供給するように構成されている。ドライブは、ドライブキャビティ、ピストン、及びアクチュエータを含む。ドライブキャビティはコンプレッサヘッドから延伸し、ピストンキャビティを介して作動油領域と連通している。ピストンはドライブキャビティに搭載され、作動油領域の容積を画定する。アクチュエータは、ピストンに動力を供給するように構成されている。吐出サイクル中、ドライブは、コンプレッサヘッドに向かって移動するようにピストンに動力を供給して、作動油領域において一次作動油を第１の圧力から増強圧力まで増強し、これによってダイヤフラムを第２の位置まで作動させるように構成されている。油圧回路は作動油ヘッド支持プレートの出口を作動油ヘッド支持プレートの入口に接続する。油圧回路は、オイルリザーバ、油圧アキュムレータ、及びインジェクタポンプを含む。オイルリザーバは、作動油ヘッド支持プレートの出口を介して作動油領域から過剰圧送された作動油を収集するように構成されている。油圧アキュムレータは、作動油ヘッド支持プレートの入口に補足的作動油の供給を提供するように構成されている。インジェクタポンプは油圧アキュムレータと連通し、オイルリザーバから油圧アキュムレータへの補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成されている。インジェクタポンプはポンプ及びモータを含む。ポンプは油圧アキュムレータに動作可能に接続されている。モータは、ドライブから独立してポンプに動力を供給するように構成されている。圧力逃がし機構はダイヤフラムキャビティの作動油領域に動作可能に接続されている。圧力逃がし機構は圧力逃がし弁及び制御弁を含む。圧力逃がし弁は作動油ヘッド支持プレートの出口と連通し、作動油領域から加圧された作動油を逃がすように構成されている。圧力逃がし弁は、プロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む。制御弁は、プロセスガスの現在の状態に対応するように圧力逃がし弁の油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。フィードバック機構は、インジェクタポンプを制御するように構成されている。フィードバック機構は第１の測定装置を含む。第１の測定装置は出口及び圧力逃がし弁の１又は２以上に動作可能に接続されている。測定装置は、作動油領域から圧力逃がし弁を通って流れる加圧された作動油の現在の状態を検出するように構成されている。フィードバック機構は、検出された現在の状態に応じて油圧アキュムレータに対するインジェクタポンプの容積変位を調整するように構成されている。

いくつかの実施形態において、油圧逃がし設定は、測定されたプロセスガス吐出圧力の少なくとも１～２０％上方の圧力である。

いくつかの実施形態において、オイルリザーバはダイヤフラムコンプレッサのドライブと流体連通している。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサのアクチュエータはクランクスライダ機構を含む。オイルリザーバはクランクスライダ機構のクランクケースを含む。

いくつかの実施形態において、油圧回路は入口逆止弁及び出口逆止弁をさらに含む。入口逆止弁は作動油ヘッド支持プレートの入口に動作可能に接続されている。入口逆止弁は、作動油領域から油圧アキュムレータへの逆流を防止するように構成されている。出口逆止弁は作動油ヘッド支持プレートの出口に動作可能に接続されている。出口逆止弁は、油圧回路から作動油領域への逆流を防止するように構成されている。

いくつかの実施形態において、コンプレッサヘッドでのダイヤフラムコンプレッサの吸込みサイクル中、ダイヤフラムコンプレッサのドライブは、ピストンをコンプレッサヘッドから離れるように移動させて作動油領域を減圧し、これによってダイヤフラムを第１の位置へ引くように構成されている。吸込みサイクル中、油圧アキュムレータは、作動油ヘッド支持プレートの入口に噴射容量の補足的作動油を供給するように構成されている。

いくつかの実施形態において、油圧アキュムレータからの噴射容量は、圧力逃がし弁を通る加圧された作動油のオーバーポンプ流の容量に対応する。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサの吐出サイクル中、インジェクタポンプは、油圧アキュムレータを充填するように構成されている。

いくつかの実施形態において、インジェクタポンプは、ダイヤフラムコンプレッサの吐出及び吸込みサイクルの両方の間に油圧アキュムレータを充填するように構成されている。

いくつかの実施形態において、インジェクタポンプのポンプ及びモータは、固定容量型油圧ポンプを備えた可変速度モータ、可変容量型油圧ポンプを備えた固定速度モータ、及び可変容量型油圧ポンプを備えた可変速度モータの１つから選択されるポンプ及びモータを含む。

いくつかの実施形態において、油圧回路は、入口に動作可能に接続された計量アクチュエータをさらに含む。計量アクチュエータは、ダイヤフラムコンプレッサの吸込みサイクル及び吐出サイクルのそれぞれの間で選択的に補足的作動油を噴射するように構成されている。

いくつかの実施形態において、圧力逃がし弁は弁ばね及び調整可能な空気圧バイアスを含み、制御弁は、空気圧バイアスを調整することによって油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。

いくつかの実施形態において、フィードバック機構の第１の測定装置は、出口の下流の流量計、圧力逃がし弁における位置センサ、及び圧力逃がし弁の下流にそれぞれ配置された温度変換器を備えた圧力変換器の１又は２以上を含む。

いくつかの実施形態において、能動的油噴射システムは、ダイヤフラムコンプレッサのアクチュエータを駆動する油圧力ユニットをさらに含む。

いくつかの実施形態において、油圧力ユニットは、能動的油噴射システムの油圧回路の作動油から分離している油の第２の油圧回路を含む。

いくつかの実施形態において、オイルリザーバは、油圧力ユニットと動作可能に接続された油圧タンクである。インジェクタポンプは、インジェクタポンプをダイヤフラムコンプレッサの油圧力ユニットから選択的に隔離するように構成された能動的制御弁を含む。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサのドライブは、作動油を供給してピストンに動力を供給するように構成された複数の圧力レールによって供給される油圧ドライブを含む。複数の圧力レールは、低圧レール、中圧レール、及び高圧レールを含む。低圧レールは受動的な第１の弁を介して低圧作動油を供給する。中圧レールは能動的な三段階の第２の弁を介して中圧作動油を供給する。高圧レールは能動的な三段階の第３の弁を介して高圧作動油を供給する。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサのドライブは、中圧レール及び高圧レールに作動油の供給を提供する油圧力ユニットをさらに含む。油圧力ユニットは油圧ポンプ及びモータを含む。

実施形態の特徴及び利点は、ダイヤフラムコンプレッサ、油圧回路、及びフィードバック機構を含むダイヤフラムコンプレッサにおける能動的油噴射システムである。ダイヤフラムコンプレッサは、第１のコンプレッサヘッド、第２のコンプレッサヘッド、及びドライブを含む。第１のコンプレッサヘッドは、入口、出口、第１のヘッドキャビティ、及び第１のダイヤフラムを含む。第１のダイヤフラムは第１のヘッドキャビティを第１の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する。第１のダイヤフラムは、プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている。第２のコンプレッサヘッドは、入口、出口、第２のキャビティ、及び第２のダイヤフラムを含む。第２のダイヤフラムは第２のヘッドキャビティを第２の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する。第２のダイヤフラムは、プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている。ドライブは、作動油を増強し、増強された作動油を第１及び第２のコンプレッサヘッドに交互に提供するように構成されている。油圧ドライブは、第１のダイヤフラムピストン、第２のダイヤフラムピストン、及びアクチュエータを含む。第１のダイヤフラムピストンは、第１のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成されている。第２のダイヤフラムピストンは、第２のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成されている。アクチュエータは、第１及び第２のダイヤフラムピストンに動力を供給するように構成されている。第１のダイヤフラムピストン及び第２のダイヤフラムピストンは、それぞれの第１又は第２のダイヤフラムにおいて作動油を交互に増強するように構成されている。油圧回路は第１のコンプレッサヘッドの出口を第１のコンプレッサヘッドの入口に接続し、第２のコンプレッサヘッドの出口を第２のコンプレッサヘッドの入口に接続する。油圧回路は、オイルリザーバ、油圧アキュムレータ、及びインジェクタポンプを含む。オイルリザーバは、第１及び第２のコンプレッサヘッドの出口を介して過剰圧送された作動油を収集するように構成されている。油圧アキュムレータは、第１及び第２のコンプレッサヘッドの入口に作動油の補足的供給を提供するように構成されている。インジェクタポンプは油圧アキュムレータと連通している。インジェクタポンプは、オイルリザーバから油圧アキュムレータへの補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成されている。インジェクタポンプはポンプ及びモータを含む。ポンプは油圧アキュムレータに動作可能に接続されている。モータは、ドライブから独立してポンプに動力を供給するように構成されている。圧力逃がし機構は、第１の圧力逃がし弁、第１の制御弁、第２の圧力逃がし弁、及び第２の制御弁を含む。第１の圧力逃がし弁は第１のコンプレッサヘッドの出口と連通し、作動油領域から加圧された作動油のオーバーポンプを逃がすように構成されている。第１の圧力逃がし弁は、プロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の第１の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む。第１の制御弁は、吐出されたプロセスガスの現在の状態に対応するように第１の圧力逃がし弁の油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。第２の圧力逃がし弁は第２のコンプレッサヘッドの出口と連通し、作動油領域から加圧された作動油を逃がすように構成されている。圧力逃がし弁は、プロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の第２の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む。第２の制御弁は、現在の状態に対応するように第２の圧力逃がし弁の油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。フィードバック機構は、第１及び第２のオーバーポンプ目標状態を維持するようにインジェクタポンプを制御するように構成されている。フィードバック機構は、現在の状態を感知又は測定するように構成された１又は２以上の測定装置を含む。フィードバック機構は、現在の状態に応じてインジェクタポンプの容積変位を調整するように構成されている。

いくつかの実施形態において、圧力逃がし弁の油圧逃がし設定は、所定のプロセスガス吐出圧力の約１０～２０％上方に対応する固定値である。

いくつかの実施形態において、圧力逃がし弁は可変であり、圧力逃がし機構は、現在の状態に対応するように圧力逃がし弁の油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成された制御弁をさらに含む。油圧逃がし設定は、プロセスガス吐出圧力の１０～２０％上方の圧力である。

いくつかの実施形態において、ドライブは、油圧アクチュエータを含む油圧ドライブである。油圧ドライブはアクチュエータハウジングを含む。アクチュエータハウジングは、第１及び第２のコンプレッサヘッド間に延伸したドライブキャビティを含む。ドライブキャビティは、１又は２以上の駆動圧力での作動油のための１又は２以上の入口を含む。第１のダイヤフラムピストンは第１のダイヤフラムピストンと第１のコンプレッサヘッドのダイヤフラムとの間に第１の可変容積領域を画定する。第２のダイヤフラムピストンは第２のダイヤフラムピストンと第２のコンプレッサヘッドのダイヤフラムとの間に第２の可変容積領域を画定する。

実施形態の特徴及び利点は、油圧駆動ダイヤフラムコンプレッサ、油圧回路、及びフィードバック機構を含む油圧駆動ダイヤフラムコンプレッサにおける能動的油噴射システムである。油圧駆動ダイヤフラムコンプレッサは、第１のコンプレッサヘッド、第２のコンプレッサヘッド、及び油圧ドライブを含む。第１のコンプレッサヘッドは、入口、出口、第１のヘッドキャビティ、及び第１のダイヤフラムを含む。第１のダイヤフラムは第１のヘッドキャビティを第１の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する。第１のダイヤフラムは、プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている。第２のコンプレッサヘッドは、入口、出口、第２のヘッドキャビティ、及び第２のダイヤフラムを含む。第２のダイヤフラムは第２のヘッドキャビティを第２の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する。第２のダイヤフラムは、プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている。油圧ドライブは、作動油を増強し、増強された作動油を第１及び第２のコンプレッサヘッドに交互に提供するように構成されている。油圧ドライブは、第１のダイヤフラムピストン、第２のダイヤフラムピストン、及び油圧アクチュエータを含む。第１のダイヤフラムピストンは、第１のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成されている。第２のダイヤフラムピストンは、第２のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成されている。油圧アクチュエータは、第１及び第２のダイヤフラムピストンに動力を供給するように構成されている。第１のダイヤフラムピストン及び第２のダイヤフラムピストンは、それぞれの第１又は第２の作動油領域において作動油を増強圧力まで交互に増強し、これによってそれぞれの第１又は第２のダイヤフラムを作動させるように構成されている。油圧回路は第１のコンプレッサヘッドの出口を接続し、第２のコンプレッサヘッドの出口を第２のコンプレッサヘッドの入口に接続する。油圧回路は、オイルリザーバ、油圧アキュムレータ、及びインジェクタポンプを含む。オイルリザーバは、第１及び第２のコンプレッサヘッドの出口を介して過剰圧送された作動油を収集するように構成されている。油圧アキュムレータは、第１及び第２のコンプレッサヘッドの入口に作動油の補足的供給を提供するように構成されている。インジェクタポンプは油圧アキュムレータと連通している。インジェクタポンプは、オイルリザーバから油圧アキュムレータへの補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成されている。インジェクタポンプはポンプ及びモータを含む。ポンプは油圧アキュムレータに動作可能に接続されている。モータは、ドライブから独立してポンプに動力を供給するように構成されている。圧力逃がし機構は第１の圧力逃がし弁及び第２の圧力逃がし弁を含む。第１の圧力逃がし弁は第１のコンプレッサヘッドの出口と連通し、作動油領域から加圧された作動油を逃がすように構成されている。第１の圧力逃がし弁は、プロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の第１の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む。第２の圧力逃がし弁は第２のコンプレッサヘッドの出口と連通し、作動油領域から加圧された作動油を逃がすように構成され、圧力逃がし弁は、プロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の第２の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む。フィードバック機構は、インジェクタポンプを制御するように構成されている。フィードバック機構は、第１のコンプレッサヘッド及び第２のコンプレッサヘッドの１又は２以上から流出する増強された作動油の現在の状態を感知又は測定するように構成された１又は２以上の測定装置を含む。フィードバック機構は、現在の状態に応じてインジェクタポンプの容積変位を調整するように構成されている。

本発明の様々な代表的な実施形態の上の概要は、図示する各実施形態又は本発明のすべての実施形態を説明するように意図されていない。むしろ、他の当業者が本発明の原理及び実践を評価及び理解することができるように、実施形態を選択及び説明している。続く詳細な説明における図は、これらの実施形態をより具体的に例示するものである。

本発明は、添付の図面と併せて本発明の様々な実施形態の次の詳細な説明を考慮することによって完全に理解することができる。
本開示の実施形態によるクランク駆動ダイヤフラムコンプレッサの正面斜視及び断面図である。 図１のコンプレッサのコンプレッサヘッドの側断面図である。 本開示の実施形態による噴射ポンプシステムを備えた図１のコンプレッサの概略図である。 本開示の実施形態による噴射ポンプシステムを備えた油圧駆動ダイヤフラムコンプレッサの概略図である。 クランク駆動ダイヤフラムコンプレッサについての圧力グラフである。 クランク駆動ダイヤフラムコンプレッサについての圧力グラフである。 本開示の実施形態による能動的油噴射システム（ＡＯＩＳ，active oil injection system）の一実施形態を備えたクランク駆動コンプレッサの概略図である。 図６のコンプレッサについての圧力グラフである。 本開示の実施形態による能動的油噴射システム（ＡＯＩＳ）の一実施形態を備えたクランク駆動コンプレッサの概略図である。 図８のコンプレッサについての圧力グラフである。 本開示の実施形態による弁の側断面図である。 圧力グラフである。 本開示の実施形態による弁の側断面図である。

本発明は様々な修正及び代替形態に従うことができるが、その詳細を例として図面に示しており、詳細に説明する。しかしながら、その意図は、説明する特定の実施形態に本発明を限定することではないということが理解されるべきである。逆に、その意図は、添付の請求項によって定義されるような本発明の精神及び範囲内に入るすべての修正、均等物、及び代替物を網羅することである。

図１に示されるようないくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサ１は、クランク２を使用して、コンプレッサ１の吸込み及び吐出サイクルを通して油圧流体４の柱を移動させる高圧オイルピストン３を駆動する。油圧流体４の容量が上向きに押されて下部プレート８のキャビティを満たし、ダイヤフラム５の底部に対して均一な力を及ぼすにつれて、プロセスガスの圧縮が起こる。これにより、プロセスガスで満たされているガスプレート６における上部キャビティ内へとダイヤフラム５が偏向する。上部ガスプレート６のキャビティに対するダイヤフラム５の偏向により、ガスがまず圧縮され、次いで吐出逆止弁７を通して排出される。オイルピストン３が逆行して吸込みサイクルを開始すると、ダイヤフラム５は下向きに引かれてオイルプレート８の下部キャビティに接近して進む一方、入口逆止弁９が開き、上部キャビティを新鮮なガスの充填で満たす。オイルピストン３は下死点を通過してその上昇工程（stroke）を開始し、圧縮サイクルが繰り返される。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラム５は、金属、複合材料とすることができ、又はコンプレッサの要求を満たす適切な可撓性及び強度を備えた任意の材料で形成することができる。実施形態において、ダイヤフラム５は、一緒に挟まれて調和して作用する複数のダイヤフラムプレートを含むダイヤフラムセットであり、例えば２、３、４、又は５以上のダイヤフラムプレートがダイヤフラムセットを含むことができる。このようなセットのダイヤフラムプレートは同じ又は異なる材料から形成することができる。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサ１は、コンプレッサ１の一次クランクシャフト１１から駆動されるカム駆動の油圧噴射ポンプシステム１０を使用する。図３に示すように、油圧噴射ポンプシステム１０は、クランク駆動ラジアルピストンポンプ１２、少なくとも１つの油逆止弁１３及び固定設定油逃がし弁１４からなる。噴射ポンプシステム１０の主な機能は、高圧オイルピストン３とダイヤフラム５との間に要求される油容積を維持することである。コンプレッサ１の吸込み工程中、固定容積の油圧流体が、コンプレッサ１のクランクシャフト１１に接続されたカムによって駆動されるラジアルピストンポンプ１２のプランジャによってコンプレッサ１内へ噴射される。この機械的結合により、各吸込み工程中に固定容積の油が確実に噴射され、この油容積が適切なコンプレッサ１の性能のために確実に維持される。

いくつかの実施形態において高圧オイルピストン３とダイヤフラム５との間の油容積は油損失の２つのモードによって影響される。油損失の第１のモードは、高圧オイルピストン３を通過して周囲圧力のクランクケース１３に戻る環状漏れである。この環状漏れは、マッチフィット高圧オイルピストン３及びボアの使用のため５，０００ｐｓｉの上方で動作する高圧コンプレッサ１で最も顕著である。５，０００ｐｓｉの上方の圧力では、要求される期待寿命を備えた動的封止技術が限定されるので、マッチフィットピストン及びボアの使用によりシールなしの堅牢な解決策が提供される。しかしながら、このアーキテクチャは、ピストンとボアとの間の隙間が小さいため、コンプレッサ１の動作中、より顕著な環状漏れの傾向がある。高圧オイルピストン３を通過する漏れは、他の関数の中でも、油温度、油圧、流体粘度及び製造公差の関数である。コンプレッサ１の動作中、油圧油の温度及び圧力のようなパラメータは大幅に変化するので、高圧オイルピストン３を通過する実際の環状漏れは動作中に大幅に変化する。

油損失の第２のモードは「オーバーポンプ」として定義され、これは、通常のコンプレッサ１の動作中、サイクル毎に起こる、油逃がし弁１４を越えてクランクケース１３に戻る油圧流である。インジェクタポンプシステム１０は、各吐出サイクルにおいて油逃がし弁１４を通る作動油流の「オーバーポンプ」状態を維持するように設計及び運転され、ダイヤフラム５がコンプレッサキャビティ１５全体を掃引することを保証し、これによってコンプレッサ１の容積効率を最大化する。

クランクベースの噴射ポンプシステム１０は、コンプレッサ１内へのラジアルピストンポンプ１２の体積流量を変更するようにユーザによって機械的に調整可能である。しかしながら、これには手動の観察及び調整が要求される。ラジアルピストンポンプ１２の容積変位設定が間違っていると、様々な機械の故障及びプロセスの損失につながる可能性がある。

いくつかの実施形態において、油逃がし弁１４は手動で調整可能な逃がし設定を有する。油逃がし弁１４は、最大プロセスガス圧力より少なくとも１０～２０％高い固定油逃がし圧力設定に設定される。最大プロセスガス圧力はいかなる特定の使用ケースにでも予想されるプロセスガスの最大圧力である。この高い逃がし設定により、いかなる油圧流体でも逃がし弁１４を越えて流れる前に、ダイヤフラム５がガスプレート６のキャビティ１５の頂部にしっかりと接触することが可能になり、したがって、プロセスガスの予想される最も高い圧力でキャビティ１５の容積全体を完全に掃引することが保証される。ダイヤフラム５がキャビティ１５の頂部に接触するとき、オイルピストン３は、上死点（「ＴＤＣ」，top dead center）に達する前にまだ数度のクランク２の角度を残している。この期間中、油はさらに圧縮され、油圧は、油逃がし弁１４の設定に達するまでコンプレッサ１のガス吐出圧力の上方に上昇する。この時点で、油逃がし弁１４が開き、油は、油圧噴射ポンプシステム１０における環状漏れを差し引いた１回転当たりの噴射ポンプ変位の量において、油逃がし弁１４を越えて変位する。逃がし弁１４からのこの油の流れはオーバーポンプとして定義される。図５Ａは、最大プロセスガス圧力で動作するダイヤフラムコンプレッサ１についての圧縮サイクルを示す。

手動で調整可能な油逃がし弁１４が典型的には固定油圧逃がし設定に設定される。この設計には、通常のコンプレッサ動作中、各サイクルでキャビティ１５内の油圧がこの逃がし設定点に達することが想定及び要求される。図５Ｂは、最大プロセスガス圧力用に設定されたが、実際のプロセスガス圧力は、例えば、大きな貯蔵タンクをプロセスガスで満たし始めた時点ではるかに低い、油逃がし弁１４を備えたコンプレッサ１についての圧縮サイクルを示す。プロセスガス圧力と固定油圧逃がし設定との間のこの追加の差により、コンプレッサ内に大きな交番応力が生じ、これにより、各サイクルでコンプレッサが受ける等価応力の振幅が大きくなる結果として疲労耐性が減少する可能性がある。

本発明のいくつかの実施形態はダイヤフラムコンプレッサ１における能動的油噴射システム３０（「ＡＯＩＳ」）を含む。これらの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサ１は、作動油ヘッド支持プレート８及びプロセスガスヘッド支持プレート６を含み、これらの間にダイヤフラムキャビティ１５を画定する、コンプレッサヘッド３１を含む。これらの実施形態において、作動油ヘッド支持プレート８はピストンボア３２を含み、これはオイルピストン３用のシリンダとして動作する。いくつかの実施形態において、作動油ヘッド支持プレート８はまた入口３３及び出口３４を含み、これにより作動油が入口３３を通って作動油ヘッド支持プレート８に入り、出口３４を通って出ることが可能になる。コンプレッサヘッド３１はまた、作動油ヘッド支持プレート８とプロセスガスプレート６との間に搭載された金属ダイヤフラム５を含むことができる。これらの実施形態において、ダイヤフラム５はダイヤフラムキャビティ１５を作動油領域３５とプロセスガス領域３６とに分割する。いくつかの実施形態において、作動油領域３５は、ピストンボア３２、入口３３、及び出口３４のそれぞれと別個に連通している。換言すれば、作動油領域３５は、作動油が作動油領域３５に出入りすることができるピストンボア３２、作動油が作動油領域３５に入ることができる入口３３、及び作動油が作動油領域３５を出ることができる出口３４のそれぞれと流体連通している。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラム５は、作動油ヘッド支持プレート８に近接する第１の位置からプロセスガスプレート６に近接する第２の位置まで作動して、プロセスガス領域３６においてプロセスガスをプロセスガス吐出圧力まで加圧するように構成されている。

いくつかの実施形態は、オイルピストン３に動力を供給するように構成されたアクチュエータを含み、吐出サイクル中、ドライブは、コンプレッサヘッド３１に向かって移動するようにオイルピストン３に動力を供給して、作動油領域３５において一次作動油を第１の圧力から増強圧力まで増強し、これによってダイヤフラム５を第２の位置まで作動させるように構成されている。

いくつかの実施形態において、増強圧力は少なくとも５，０００ｐｓｉである。他の実施形態において、増強圧力は少なくとも７，５００ｐｓｉ、少なくとも１０，０００ｐｓｉ、又は少なくとも１５，０００ｐｓｉである。さらに他の実施形態において、増強圧力は約５，０００ｐｓｉから約１５，０００ｐｓｉである。

いくつかの実施形態において、ドライブは、クランクシャフト１１を含むクランクスライダシステムのような機械的ドライブであり、一次作動油を増強してコンプレッサヘッド３１に供給するように構成され、ドライブは、コンプレッサヘッド３１から延伸し、ピストンボア３２を介して作動油領域３５と連通するドライブキャビティ３７、及びドライブキャビティ３７に搭載されたオイルピストン３を含む。オイルピストン３は、オイルピストン３の頂面とダイヤフラム５の底面との間の作動油領域３５の容積を画定し、オイルピストン３及びダイヤフラム５は動的であるため、作動油領域３５の容積は可変である。いくつかの実施形態において、ドライブはクランクシャフト１１のような機械的ドライブとすることができ、他の実施形態において、ドライブは油圧アクチュエータ１１０とすることができる。いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサ１のドライブは、上述したクランクドライブ２のようなクランクスライダ機構であり、オイルリザーバ３８はクランクスライダ機構のクランクケースである。他の実施形態において、ドライブは、ダイヤフラムコンプレッサ１のアクチュエータを駆動する油圧力ユニット１１８を含む。いくつかの実施形態において、油圧力ユニット１１８は、ＡＯＩＳシステム３０の油圧回路の作動油から分離している油の第２の油圧回路１６０を含む。さらなる実施形態において、オイルリザーバ３８は、油圧力ユニット１１８と動作可能に接続された油圧タンクを含み、インジェクタポンプ４０は制御弁４６を含む。実施形態において、制御弁４６は、ダイヤフラムコンプレッサ１の油圧力ユニット１１８からインジェクタポンプ４０を選択的に隔離するように構成することができる。他の実施形態において、制御弁４６は、インジェクタポンプ４０を１又は２以上のコンプレッサヘッド（例えば、第１及び第２のコンプレッサヘッド３１、５１）に選択的に接続することができる１又は２以上の弁を含む。さらなる実施形態において、制御弁４６は、インジェクタポンプ４０を１又は２以上のコンプレッサ（例えば、コンプレッサ１及び図示していない別のダイヤフラムコンプレッサ）に選択的に接続するように構成された１又は２以上の弁を含む。このように、ＡＯＩＳシステム３０及び油圧回路６０は、１又は２以上のコンプレッサに補足的作動油を供給し、及び／又は１又は２以上のコンプレッサヘッドに補足的作動油を供給するように構成されている。

いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサ１のドライブは、作動油を供給してオイルピストン３に動力を供給するように構成された複数の圧力レール（図示せず）によって供給される油圧ドライブ１１０を含む。いくつかの実施形態において、複数の圧力レールは、受動的な第１の弁を介して低圧作動油（例えば、周囲圧力を僅かに上回る、又は約５００ｐｓｉ、又は５００ｐｓｉ未満の圧力の作動油）を供給する低圧レール、能動的な第２の弁を介して中圧作動油を供給する中圧レール、及び能動的な第３の弁を介して高圧作動油を供給する高圧レールを含む。いくつかの実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサ１のドライブは、中圧レール及び高圧レールに作動油の供給を提供する油圧力ユニット１１８をさらに含み、油圧力ユニット１１８は、油圧ドライブ１１０専用の油圧ポンプ及びモータを含む。

いくつかの実施形態において、コンプレッサ１は、作動油ヘッド支持プレート８の出口３４を作動油ヘッド支持プレート８の入口３３に接続する油圧回路６０を形成する。これらの実施形態において、油圧回路はまた、作動油ヘッド支持プレート８の出口３４を介して作動油領域３５から過剰圧送された作動油を収集するように構成されたオイルリザーバ３８を含むことができる。油圧回路を形成することによって、油がオイルリザーバ３８から、入口３３を通って作動油領域３５内へと循環し、次いで出口３４から過剰圧送されてオイルリザーバ３８内へ戻る。他の実施形態において、オイルリザーバ３８はダイヤフラムコンプレッサ１のドライブと流体連通している。

図６に示す他の実施形態において、油圧回路６０はまた、作動油ヘッド支持プレート８の入口３３に補足的作動油の供給を提供するように構成された油圧アキュムレータ３９を含むＡＯＩＳ３０を含む。いくつかの実施形態において、油圧アキュムレータ３９は、ブラダ、ピストン、又はダイヤフラムの流体上ガス形式の油圧アキュムレータのような、油圧容積又は任意の形式の油圧アキュムレータ３９とすることができる。さらに別の実施形態において、ＡＯＩＳはインジェクタポンプ４０を含み、インジェクタポンプ４０は、オイルリザーバ３８又は１３８から油圧アキュムレータ３９への、又はアキュムレータなしで直接入口３３への補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成されている。本明細書で使用されるように、可変容積変位とは、ＡＯＩＳシステム３０が、コンプレッサヘッド３１の特定のプロセス状態に応じて、可変容積流、すなわち作動油の可変噴射量を作動油領域３５に提供することができるということを意味する。これにより、コンプレッサ１の動作中の可変噴射量が可能になり、コンプレッサ１、及び特に作動油領域３５内でコンプレッサ１の油容積が最も効率的に維持される。いくつかの実施形態において、これにより、ＡＯＩＳシステムが、作動油領域３５の状態に直接応答して、コンプレッサヘッド３１の動作中、油圧アキュムレータ３９に、又は直接入口３３に供給される補足的作動油の量を能動的に調整することが可能になる。いくつかの実施形態において、ＡＯＩＳシステム３０は、油圧アキュムレータ３９に動作可能に接続されたインジェクタポンプ４０、及びドライブから独立してインジェクタポンプ４０に動力を供給するように構成されたモータ４１を含む。換言すれば、モータ４１の速度及び制御は、オイルピストン３に動力を供給する機械的又は油圧駆動から完全に独立しており、これに機械的に結合又は依存していない。

いくつかの実施形態において、油圧回路６０は、作動油ヘッド支持プレート８の入口３３に動作可能に接続された少なくとも１つの入口逆止弁４５をさらに含み、入口逆止弁４５は、作動油領域３５から油圧アキュムレータ３９への逆流を防止するように構成されている。さらなる実施形態において、油圧回路は、作動油ヘッド支持プレート８の出口３４に動作可能に接続された出口逆止弁をさらに含み、出口逆止弁は、油圧回路から作動油領域３５への逆流を防止するように構成されている。

いくつかの実施形態において、油圧回路６０は、入口３３に動作可能に接続された計量アクチュエータ５２（図８）をさらに含み、計量アクチュエータは、ダイヤフラムコンプレッサ１の吸込みサイクル及び吐出サイクルのそれぞれの間で選択的に補足的作動油を噴射するように構成されている。

いくつかの実施形態において、コンプレッサヘッド３１でのダイヤフラムコンプレッサ１の吸込みサイクル中、ダイヤフラムコンプレッサ１のドライブは、オイルピストン３をコンプレッサヘッド３１から離れるように移動させて作動油領域３５を減圧し、これによってダイヤフラム５を第１の位置へ引くように構成されている。他の実施形態において、吸込みサイクル中、油圧アキュムレータ３９は、作動油ヘッド支持プレート８の入口３３を介して作動油領域３５に噴射容量の補足的作動油を供給するように構成されている。他の実施形態において、油圧アキュムレータ３９からの噴射容量は、圧力逃がし弁４３を通る加圧された作動油の出口容量、及び環状漏れの容量に対応する。さらなる実施形態において、ダイヤフラムコンプレッサ１の吐出サイクル中、インジェクタポンプ４０は、油圧アキュムレータ３９を充填するように構成されている。さらに別の実施形態において、インジェクタポンプ４０は、ダイヤフラムコンプレッサ１の吐出及び吸込みサイクルの両方の間に油圧アキュムレータ３９を充填するように構成されている。

いくつかの実施形態において、ＡＯＩＳは、コンプレッサ１内への、及び特に作動油領域３５内への油圧流要件を満たすように、コンプレッサ１内で既存の圧力力学を利用する。コンプレッサ１がその吸込み及び吐出サイクルを通して移行するにつれて、ＡＯＩＳポンプ４０は油圧アキュムレータ３９を満たしたり空けたりする。コンプレッサ１の吸込み工程中、作動油領域３５を含む、コンプレッサ１内のこのより低い圧力状態により、油圧アキュムレータ３９とコンプレッサヘッド３１内、及び特に作動油領域３５における油との間に正の圧力差が生成される。この吸込み状態の間、油圧流は油入口逆止弁４５を通って、そして入口３３を通って作動油領域３５内へ入って噴射事象を満たす。この時間の間、インジェクタポンプ４０は、油圧アキュムレータ３９内へ連続的に圧送を行うことができる。この吐出工程中、作動油領域３５内の油圧は油圧アキュムレータ３９における圧力よりも大きく、したがって油圧アキュムレータ３９からコンプレッサ１内への流れがない。少なくとも１つの入口逆止弁４５、及びいくつかの実施形態において少なくとも２つの入口逆止弁４５が、作動油領域３５から油圧アキュムレータ３９内への及びこれを越える逆流を防止する。この状態の間、ＡＯＩＳポンプ４０からの油圧流は次の噴射事象に備えて油圧アキュムレータ３９を加圧する。コンプレッサ１の吸込み及び吐出サイクルに関連するこの一連の噴射及び加圧事象を図７に示す。

いくつかの実施形態において、インジェクタポンプ４０は、オイルリザーバ３８から油圧アキュムレータ３９への補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成されている。いくつかの実施形態において、モータ４１は可変速度モータ４１を含み、インジェクタポンプ４０は固定容量型油圧インジェクタポンプ４０を含む。モータ４１の速度は、油圧アキュムレータ３９内への固定容量型ポンプ４０の容積変位を制御するように能動的に制御及び調整される。容積変位の能動的制御の結果、油圧アキュムレータ３９内の圧力に一定の変化が生じてＡＯＩＳ噴射事象を満たす。いくつかの実施形態において、可変速度モータ４１は、とりわけサーボ、ＡＣ誘導であり、とりわけ、共通コントローラ又は可変周波数ドライブ（ＶＦＤ，variable frequency drive）によって駆動することもできる。

他の実施形態において、モータ４１は固定速度モータを含み、インジェクタポンプ４０は可変容量型油圧インジェクタポンプ４０を含む。モータ４１の速度は動作中一定に留まり、可変容量型ポンプ４０は、油圧アキュムレータ３９において所望の圧力を達成してＡＯＩＳ噴射事象を満たすのに十分な流れを生成するように制御されるであろう。

さらに別の実施形態において、モータ４１は可変速度モータ４１を含み、インジェクタポンプ４０は可変容量型油圧インジェクタポンプ４０を含む。可変容量型ポンプ４０をその最大効率範囲で動作させることができるため、可変速度モータ４１と可変速度インジェクタポンプ４０の組み合わせにより可変油圧送出が可能になり、最大システム効率が維持される。容積変位の能動的制御の結果、油圧アキュムレータ３９内の圧力に一定の変化が生じてＡＯＩＳ噴射事象を満たす。

他の実施形態において、ＡＯＩＳシステム３０は、上述のインジェクタポンプ４０の実施形態のいずれかに追加される制御弁４６を含む。制御弁４６を追加することにより、とりわけ、故障モードの防止及び独立したサイクル間の噴射制御のために、インジェクタポンプ４０をコンプレッサ１から隔離することが可能になる。いくつかの実施形態において、制御弁４６は、とりわけ、ソレノイド弁又は比例弁とすることができる。

さらに他の実施形態において、図８に示すように、ＡＯＩＳシステム３０は、固定又は可変の油圧容積をコンプレッサ１内へと変位させるように作動させることができる計量アクチュエータを含む。アクチュエータの独立した制御により、所望であれば、コンプレッサ１の吸込み及び吐出サイクル中に噴射事象を起こすことが可能になる。

さらなる実施形態は可変圧力逃がし弁（ＶＰＲＶ，variable pressure relieve valve）を含み、これは、ダイヤフラムキャビティ１５の作動油領域３５に動作可能に接続された圧力逃がし機構４２を含み、圧力逃がし機構４２は、作動油ヘッド支持プレート８の出口３４と連通し、作動油領域３５から加圧された作動油の出口容積を逃がすように構成された圧力逃がし弁４３を含む。これらの実施形態において、圧力逃がし弁４３は、プロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む。いくつかの実施形態において、目標圧力状態は最大プロセスガス吐出圧力に対応する。換言すれば、目標圧力状態は、コンプレッサヘッド３１が特定の動作モードについて動作するように構成されている最大プロセスガス吐出圧力に対応し、そのためプロセスガス領域３６は、最大ガス吐出圧力でダイヤフラム５によって完全に排気されるように構成されている。

いくつかの実施形態において、吐出サイクル中の油逃がし事象中、逃がし弁４３が開き、１回転当たりの噴射容積からシステムにおける環状漏れを差し引いた量の油が油逃がし弁４３４を越えて変位し、オーバーポンプとして定義される。この時間の間、インジェクタポンプ４０からの油圧流は次の吸込みサイクル中の次の噴射事象に備えて油圧アキュムレータ３９を加圧する。

しかしながら、いくつかの実施形態において、圧力逃がし弁４３は、プロセスガスの現在の状態に対応するように圧力逃がし弁４３の油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。換言すれば、圧力逃がし弁４３は、プロセスガス吐出圧力の相対的な増加又は減少に対応して油圧逃がし設定を上下に調整するように構成されている。現在の状態は、リアルタイムでコンプレッサヘッド３１で経験される、又は他の方法でシステムによって測定されるような、測定されたプロセスガス吐出圧力に対応する。いくつかの実施形態において、油圧逃がし設定は、測定されたプロセスガス吐出圧力の１０～２０％上方の圧力に対応する。他の実施形態において、油圧逃がし設定は、測定されたプロセスガス吐出圧力の１～１０％上方の圧力に対応する。さらに別の実施形態において、油圧逃がし設定は、測定されたプロセスガス吐出圧力の１～２０％及び１～５％上方の１つの圧力に対応する。本開示全体を通して議論される「現在」及び「リアルタイム」は、最近の、又は所与の時間の直前の測定を含むことができ、また、関連データ又は以前の測定に基づく現在の状態の計算又は推定を含むことができる。

最大プロセスガス吐出圧力に対応する固定設定圧力逃がし弁４３を使用すると、さもなければ必要である以上にコンプレッサ１内の周期応力が高くなり、コンプレッサ全体の寿命が減少する可能性がある。大きな交番応力は、最大プロセスガス吐出圧力と比較して低いプロセスガス吐出圧力（例えば、タンクの充填開始時に起こる吐出の圧力）のギャップによって駆動されるが、固定目標圧力状態は最大プロセスガス吐出圧力状態に対応する。このギャップにより、必要以上に多くの力で及び／又は長い時間、ダイヤフラム５を上部ガスヘッド６に対して押し付ける、必要以上に高い作動油圧力が引き起こされる。現在のガス吐出圧力にさらに近づけるように作動油圧力を減少させれば、図９に示すように、コンプレッサ１の吐出及び吸込みサイクル中、振幅等価応力が低くなる結果として、コンプレッサ１の、及び特にダイヤフラム５の寿命及び耐疲労性を増加させることができる。例えば、固定逃がし弁４３は、実際の現在のプロセスガス状態に関係なく、最大プロセスガス圧力の１０～２０％上方の設定で固定されるため、このときコンプレッサ１内の油圧は、通常動作中、オーバーポンプ要件を満たすように各サイクルでこの最大圧力状態に達する。いくつかの実施形態において、逃がし設定が現在のプロセスガス状態に基づいて調整されると、コンプレッサ１に与えられる周期応力の大きさを低減することができ、機械の寿命を延ばすことができる。また、コンプレッサ１は、目標（最大）プロセスガス状態より少ない現在のプロセスガス状態中に作動油を加圧するのに消費するエネルギーが少なくなる。同様に、コンプレッサ１のロッド負荷は、逃がし弁４３によって設定された作動油圧力に比例する。逃がし弁４３の油逃がし設定が能動的に調整されれば、コンプレッサ１が経験する最大ロッド負荷は現在のプロセスガス状態に比例して調整されることになり、したがってコンプレッサ１のエネルギー効率を改善することができる。いくつかの実施形態において、プロセスガス圧力状態は圧力変換器を介して測定される。これらの実施形態において、吐出ガス圧力測定は、逃がし弁４３の圧力設定点を制御するフィードバックを提供することができるが、他のフィードバック方法を使用することもできる。様々な実施形態において、逃がし設定は、プロセスガス状態の少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、及び少なくとも１００％上方の圧力に設定される。いくつかの実施形態において、逃がし設定は、ガス状態の約１～５％、１～１０％、１～２０％、５～１０％、５～２０％、５～３０％、５％～５０％、１０～２０％、１０～３０％、１０～５０％上方の圧力に設定される。他の実施形態において、逃がし設定は、プロセスガス状態の少なくとも１ｐｓｉ、少なくとも１０ｐｓｉ、約１～１０ｐｓｉ、約１～５０ｐｓｉ、約１～１００ｐｓｉ、約１０～５０ｐｓｉ、約１０～１００ｐｓｉ、約１００～１，０００ｐｓｉ、約１，０００～１，５００ｐｓｉ、約１，０００～２，０００ｐｓｉ、及び約１，０００～２，５００ｐｓｉ上方の圧力に設定される。

いくつかの実施形態において、ＶＰＲＶは、逃がし弁内の既存のばね力７７を支援する又はこれに対抗することのいずれかを行うために能動的に制御される空気圧バイアス７８を含む。図１０は、弁入口７９から弁出口８０を介して低圧貯蔵所、例えばクランク駆動ダイヤフラムコンプレッサ１のクランクケースに高圧作動油を逃がす、この力バイアス逃がし弁７０の一実施形態を含む。力バイアス逃がし弁７０の組み立て中、力バイアス逃がし弁７０のばね７１が圧縮され、これにより弁ポペット７２と弁座７３とが一緒に押し付けられる結果、力バイアス逃がし弁７０内でばね力７７と座力７４との間の力バランスが生じる。この座力７４を弁７０の座部７３の面積（有効面積）と組み合わせることにより、力バイアス逃がし弁７０の油圧逃がし圧力が設定される。図１０に示す実施形態は、力バイアス逃がし弁７０内にバイアス力７６を加えることを可能にする内部ピストン７５を含む。いくつかの実施形態において、油圧又は空気圧のいずれかのバイアス圧力７８がバイアス圧力入口８１を介して内部ピストン７５に加えられると、内部ピストン７５からの力はばね力７７を押し、その結果、座力が低下し、したがって圧力逃がし設定が減少する。いくつかの実施形態において、力バイアス逃がし弁７０内のバイアス力／圧力７６を調整することによって、座力７４を能動的に制御することができ、制御された圧力逃がし設定が可能になる。いくつかの実施形態において、圧力バイアス７８は、例えば、Ｉ／Ｐ（電流から圧力）変換器の使用によって印加することができる。他の実施形態において、ばね７１と内部ピストン７５の組み合わせで達成することができる複数のバイアスの組み合わせ。いくつかの実施形態において、内部ピストン７５は、力バイアス逃がし弁７０の座力７４を増加させる又は減少させることのいずれかを行うように配向され、したがって、バイアス圧力／力７８が力バイアス逃がし弁７０内に印加されるにつれて、圧力逃がし設定を増加させる又は減少させることのいずれかを行うことができる。

いくつかの実施形態において、圧力逃がし弁７０は弁ばね７１及び調整可能な空気圧バイアス７８を含み、制御弁４６は、空気圧バイアス７８を調整することによって油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。力バイアス逃がし弁７０の一実施形態はバイアス圧力７８を介してバイアス力７６のためのエネルギー源としてプロセスガスを使用する。いくつかの実施形態において、プロセスガスはバイアス圧力入口８１のようなＶＰＲＶ上のポートに配管され、このガス圧力が、圧力逃がし設定を調整するように内部ピストン７５に作用するようになっている。他の実施形態において、バイアス圧力７８を介してバイアス力７６のためのエネルギー源として油圧源からの油圧を使用することができる。さらに別の実施形態において、バイアス圧力７８を介してバイアス力７６のためのエネルギー源として電気アクチュエータを使用することができる。アクチュエータを移動させて逃がし弁７０のばね７１の予荷重を調整し、こうして座力７４及び圧力逃がし設定を変更することもできる。

図１２は、圧力逃がし弁１７０と同様に機能することができる圧力逃がし弁１７０の別の一実施形態を示す。いくつかの実施形態において、圧力逃がし弁１７０は弁ばね１７１及び調整可能な空気圧バイアス１７８を含み、制御弁４６は、空気圧バイアス１７８を調整することによって油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。

ＡＯＩＳのいくつかの実施形態は、ＶＰＲＶなしでインジェクタポンプ４０及び油圧アキュムレータ３９を含むが、他の実施形態は両システムを含む。

いくつかの実施形態において、コンプレッサ１の通常動作中、ダイヤフラム５が各吐出サイクル中にコンプレッサ容積１５を完全に掃引してコンプレッサ１の容積効率を最大化することを保証するため、油逃がし弁１４に対して一定量のオーバーポンプが要求される。いくつかの実施形態は、コンプレッサ１内への正しい流量を生成するようにインジェクタポンプ４０及びモータ４１を制御するため、コンプレッサ１の動作中、逃がし弁４３から出るオーバーポンプの量を測定又は推測するためのフィードバック機構を含む。いくつかの実施形態において、フィードバック機構は一次フィードバック、すなわちオーバーポンプの直接測定を含む。他の実施形態において、一次フィードバックは、間接フィードバック、すなわちオーバーポンプの測定値を間接的に推測するためのコンプレッサ１の何らかの他のパラメータの測定値によって強化、又は置換される。

図４に示すように、ダイヤフラムコンプレッサ１のいくつかの実施形態は、第１のコンプレッサヘッド３１及び第２のコンプレッサヘッド５１、及び作動油を増強し、増強された作動油を第１及び第２のコンプレッサヘッド３１、５１に交互に提供するように構成されたドライブを含む。図４の実施形態において、ドライブは油圧ドライブ１１０である。いくつかの実施形態において、油圧ドライブ１１０は、第１のダイヤフラム５に対して作動油を増強するように構成された第１のダイヤフラムオイルピストン３と、第２のコンプレッサヘッド５１の第２のダイヤフラム５に対して作動油を増強するように構成された第２のダイヤフラムオイルピストン１４０と、第１及び第２のダイヤフラムオイルピストン３に動力を供給するように構成されたアクチュエータ１１２とを含み、第１のダイヤフラムオイルピストン３及び第２のダイヤフラムオイルピストン３は、それぞれの第１又は第２の作動油領域において作動油を増強圧力まで交互に増強し、これによって、それぞれの第１又は第２のダイヤフラム５を作動させるように構成されている。

いくつかの実施形態において、コンプレッサ１はまた、第１のコンプレッサヘッド３１の出口３４を第１のコンプレッサヘッド３１の入口３３に接続し、第２のコンプレッサヘッド５１の出口３４を第２のコンプレッサヘッド３１の入口３３に接続する油圧回路６０を含む。いくつかの実施形態において、油圧回路６０は、第１及び第２のコンプレッサヘッド３１、５１の出口３４を介して過剰圧送された作動油を収集するように構成されたオイルリザーバ１３８を含む。他の実施形態において、コンプレッサ１は、第１及び第２のコンプレッサヘッド３１、５１の入口３３に作動油の補足的供給を提供するように構成された少なくとも１つの油圧アキュムレータ３９（図６）を含む。いくつかの実施形態において、第１及び第２のコンプレッサヘッド３１、５１のそれぞれが油圧アキュムレータ３９を含む。いくつかの実施形態において、コンプレッサ１は、第１のコンプレッサヘッド３１の出口３４と連通し、第１の作動油領域３５から加圧された作動油を逃がすように構成された第１の圧力逃がし弁４３を含む圧力逃がし機構を含み、第１の圧力逃がし弁４３は、第１のコンプレッサヘッド３１におけるプロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の第１の目標状態に対応する第１の油圧逃がし設定を含み、第１の圧力逃がし弁４３は、第１のコンプレッサヘッド３１におけるプロセスガスの第１の現在の状態に対応するように油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている。これらの実施形態はまた、第２のコンプレッサヘッド５１の出口３４と連通し、第２の作動油領域から加圧された作動油を逃がすように構成された第２の圧力逃がし弁４３を含むことができ、第２の圧力逃がし弁４３は、第２のコンプレッサヘッド５１におけるプロセスガス吐出圧力に対する加圧された作動油の第２の目標状態に対応する第２の油圧逃がし設定を含み、第２の圧力逃がし弁４３は、第２のコンプレッサヘッド５１におけるプロセスガスの第２の現在の状態に対応するように第２の圧力逃がし弁４３を能動的に調整するように構成されている。いくつかの実施形態において、第１の目標状態と第２の目標状態とは、第１のヘッドと第２のヘッドとにおける異なる状態に対応して異なっていてもよく、他の実施形態において、これらは同じであってもよい。さらなる実施形態において、第１の現在の状態と第２の現在の状態とは、第１のヘッドと第２のヘッドとにおける異なる状態に対応して異なっていてもよく、他の実施形態において、これらは同じであってもよい。

いくつかの実施形態において、コンプレッサ１は、第１及び第２の目標状態、又は第１及び第２の現在の状態を維持するようにインジェクタポンプ４０を制御するように構成されたフィードバック機構を含み、フィードバック機構は、第１のコンプレッサヘッド３１及び第２のコンプレッサヘッド５１の１又は２以上から流出する増強された作動油の現在の状態を感知又は測定するように構成された１又は２以上の測定装置４４を含み、フィードバック機構は、第１の現在の状態と第２の現在の状態の両方に応じてインジェクタポンプ４０の容積変位を調整するように構成されている。

いくつかの実施形態において、第１の圧力逃がし弁４３及び第２の圧力逃がし弁４３の油圧逃がし設定は、本明細書で議論するように、所定のプロセスガス吐出圧力の上方である第１の目標状態及び第２の目標状態に対応する固定値である。他の実施形態において、第１の圧力逃がし弁４３及び第２の圧力逃がし弁４３は可変であり、圧力逃がし機構４２は、第１の現在の状態に対応するように第１の圧力逃がし弁４３の油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成された第１の制御弁４６と、第２の現在の状態に対応するように第２の圧力逃がし弁４３の油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成された第２の制御弁４６とをさらに含み、第１の現在の状態及び第２の現在の状態は、本明細書で議論するように、プロセスガス吐出圧力の上方である。

図４のようないくつかの実施形態において、コンプレッサ１は、油圧アクチュエータを含む油圧ドライブ１１０を含み、油圧ドライブは、第１及び第２のコンプレッサヘッド３１、５１間に延伸したドライブキャビティ１１６を含むアクチュエータハウジング１１４を含む。いくつかの実施形態において、ドライブキャビティ１１６は１又は２以上の駆動圧力での作動油用の１又は２以上の入口１４２を含む。他の実施形態において、第１のダイヤフラムオイルピストン３は第１のダイヤフラムオイルピストン３と第１のコンプレッサヘッド３１のダイヤフラム５との間に第１の可変容積領域１４４を画定し、第２のダイヤフラムオイルピストン３は第２のダイヤフラムオイルピストン３と第２のコンプレッサヘッド５１のダイヤフラム５との間に第２の可変容積領域１４６を画定する。

いくつかの実施形態において、ＡＯＩＳは、作動油領域３５の目標状態又は現在の状態を維持するようにインジェクタポンプ４０を制御するように構成されたフィードバック機構を含む。フィードバック機構は、現在の状態がインジェクタポンプシステム３０を制御するのに合っていることを確認するためにフィードバックを提供する測定装置４４を含む。いくつかの実施形態において、フィードバック機構は、ダイヤフラムコンプレッサ１に動作可能に接続された第１の測定装置４４を含み、測定装置４４は、作動油領域３５から出口３４の外に流出する増強された作動油の容積流のオーバーポンプの現在の状態を検出及び／又は測定するように構成されている。他の実施形態において、測定装置４４は、油圧回路６０、吐出されたプロセスガス、又はドライブの別のセクションに動作可能に接続され、このような実施形態は間接的なフィードバックを提供し、これによって測定装置に基づいてコントローラがオーバーポンプの現在の状態を推測することができる。いずれの実施形態においても、測定装置４４は１又は２以上の場所で複数の測定装置を含むことができる。いくつかの実施形態において、フィードバック機構は、オーバーポンプの現在の状態に応じて油圧アキュムレータ３９へのインジェクタポンプ４０の容積変位を調整するように構成されている。いくつかの実施形態において、フィードバック機構の第１の測定装置４４は、出口３４の下流の流量計、圧力逃がし弁４３における位置センサ、及び圧力逃がし弁４３の下流にそれぞれ配置された温度変換器を備えた圧力変換器の１又は２以上を含む。

一実施形態において、フィードバック機構は、逃がし弁出口８０の下流で、及び油圧タンク、オイルリザーバ３８若しくは１３８、又はクランクケースの間に流量計を含む直接フィードバック機構を含む。いくつかの実施形態において、流量計は、容積式流量計、タービン流量計、超音波流量計、オリフィスプレート上の圧力の変化を測定するセンサ、又はコリオリ流量計を含むことができる。

いくつかの実施形態において、流量計はパルス出力を含むことができる。これらの実施形態のいくつかにおいて、時間に基づく移動平均に基づいて流れを計算することができる。この方法において、一定の時間間隔で新たな移動平均を計算することができ、流量は定期的に更新することができるが、大きな流量の変化は他の選択肢より遅く検出される可能性がある。さらなる実施形態において、流れは、パルス数に基づく移動平均によって計算することができ、この方法は、特定の数のパルスが流量計から読み取られた後に、新たな移動平均を計算することができる。流量計がより多くのパルスを報告するために移動平均がより頻繁に更新されることになるので、この方法は高流量及び増加流量の状態で良好に働くことができる。しかしながら、低流量及び減少流量の状態では、この方法はそれほど速く更新されず、又は流量計がパルスの報告を停止すればまったく更新されない可能性がある。これにより、流量の減少に対するコントローラの応答が遅れる可能性がある。さらに別の実施形態において、流れは、時間とパルスとのハイブリッドの方法によって計算することができ、この方法では、時間又は流量のいずれか又は両方に基づいて新たな移動平均を計算することができ、どちらの状態でも最初に満たされる方が新たな流量計平均を誘発することになる。この方法により、パルスベースの方法をより高い流量で使用し、時間ベースの方法をより低い流量で使用することが可能になり得る。

他の実施形態において、フィードバック機構は、逃がし事象中、弁の軌道、すなわち弁座７３が開いている位置及び／又は時間を監視する例えば弁座７３の位置フィードバックを含む油逃がし弁４３を含む間接フィードバック機構を含む。弁軌道を監視することにより、制御システムが、逃がし事象中に逃がされた流体の量を間接的に測定することが可能になり得る。この弁軌道の測定は、他の選択肢の中でも、直接アナログ又はデジタル位置測定又は弁ポペット７２と弁座７３との間の電気的連続性測定を含み得る。いくつかの実施形態において、センサは、弁の軌道を監視するため、ホール効果、ＬＶＤＴ、磁気抵抗、又は光センサを含むことができる。

いくつかの実施形態において、油逃がし弁１４の位置の連続位置測定を測定するセンサが、アナログホール効果センサ、超音波変位センサ、光学センサ（例えば、レーザドップラ振動計、又はその他）、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ，linear variable differential transformer）、容量性変位センサ、及び渦電流センサの少なくとも１つを含むことができる。他の実施形態において、油逃がし弁１４の２つの弁位置（すなわち開対閉）を測定するセンサが、光学的近接センサ、接触スイッチ、及びデジタルホール効果センサの少なくとも１つを含むことができる。

別の一実施形態において、フィードバック機構は、逃がし弁４３の下流の圧力ダイナミクスを監視することを含む間接フィードバック機構を含む。いくつかの実施形態において、油圧流体の圧力及び温度を監視して、各逃がし事象中に起こる圧力スパイクを測定して逃がし弁４３を通る流量を推測することができる。

いくつかの実施形態において、フィードバック機構は、Ｉ／Ｐ変換器とＶＰＲＶとの間の空気圧ライン上にＩ／Ｐ空気圧変換器を含むことができ、これを使用して、ＶＰＲＶに印加されるバイアス圧力を測定することができる。

さらに別の実施形態において、フィードバック機構は、コンプレッサ１内の圧力を監視することを含む間接フィードバック機構を含む。これらの実施形態において、コンプレッサ１内の油圧が油逃がし弁４３の設定に達しなければ、コンプレッサ１に十分な油がない可能性があり、オーバーポンプ状態が満たされていない可能性がある。

さらなる一実施形態において、フィードバック機構は、油圧アキュムレータ３９における圧力を監視することを含む間接フィードバック機構を含む。これらの実施形態のいくつかにおいて、圧力は圧力変換器によって測定されるか、又はコンプレッサ１のモータ４１のトルク測定（モデル又はルックアップテーブルに基づく）、若しくは油圧容積における圧力変換器から推測される。これらの実施形態において、油圧アキュムレータ３９内の圧力が作動油領域３５内の圧力より大幅に低ければ、これは、ＡＯＩＳがコンプレッサ１内へ流体を噴射していないことを示している可能性がある。他の実施形態において、ダイヤフラム５がプロセスガスヘッド支持プレート８に接触し始めれば、コンプレッサ１内でキャビテーション及びボイディングが起こる可能性がある。コンプレッサ１内でのいかなるキャビテーション又はボイディング事象も、油圧アキュムレータ３９内の圧力を大幅に低減する可能性がある。いくつかの実施形態において、通常動作中、入口３３での油圧はプロセスガス吸込み圧力に非常に近くなる可能性がある。油圧アキュムレータ３９における油圧が大幅に低下すれば、ダイヤフラム５が作動油ヘッド支持プレート８に当たったと推測することができ、ＡＯＩＳ圧力が回復するまでＡＯＩＳシステム３０はより多くの流れを提供する必要がある。加えて、吐出サイクル中、油逃がし弁１４の油逃がし設定に到達しなければ、これは、図１１に示すように、油圧アキュムレータ３９の容量がコンプレッサ１へ流入し始めるときに影響する可能性がある。いくつかの実施形態において、これらの状態を測定して、サイクル毎に、オーバーポンプ状態が満たされているか、又はコンプレッサ１内でキャビテーションが起こっているかを監視することができる。

さらなる一実施形態において、フィードバック機構は、プロセスガスの温度及び圧力を測定して動作中に起こっている環状漏れの量を推測することを含む間接フィードバック機構を含む。いくつかの実施形態において、これらの測定に基づいて、モデルベースの適応コントローラを実装して、オーバーポンプ要件を満たすようにＡＯＩＳインジェクタポンプ４０を制御することができる。これらの実施形態において、吸込み、段間、及び出口圧力、及びキャビティ１５内のガス圧力の１つによって、プロセスガス圧力を測定することができる。いくつかの実施形態において、これらの測定値は生でもフィルタリングされてもよい。他の実施形態において、本明細書で議論するタイプの流量計、又は捕捉及び計量法によって、環状漏れを直接測定することができる。

さらなる一実施形態において、フィードバック機構は、逃がし弁４３を通るオーバーポンプを物理的に捕捉し、捕捉された油の量を測定することを含む、直接フィードバック機構を含む。いくつかの実施形態において、この測定は、逃がし弁を通る流量を計算するため、とりわけ、時間ベースのスケールで監視され得る。

さらなる一実施形態において、フィードバック機構は、コンプレッサ１の電気モータのモータ電流を監視することを含む間接フィードバック機構を含む。これらの実施形態において、油圧油逃がし設定が各サイクルでモータから追加のトルク要件を生成すれば、モータ電流を監視して、これらの圧力スパイクが各サイクルで起こってオーバーポンプ状態が満たされていることを保証することができる。

さらに他の実施形態において、センサが、モータ４１の電流測定、モータドライブ（可変周波数ドライブ又はその他）から報告されるトルクの少なくとも１つによることを含め、ＡＯＩＳシステム３０のインジェクタポンプ４０のモータ４１のトルク及び速度を監視することができ、モータ４１の速度は、ロータリエンコーダ及びモータ４１のドライブ（可変周波数ドライブ又はその他）から報告される速度の少なくとも１つによって測定することができる。

さらなる実施形態において、インジェクタポンプ４０を通る油圧流体の流量は、モータ４１の速度及び変位、並びに流量計（容積式、タービン、又はその他）の少なくとも１つから決定する方法を含む。

いくつかの実施形態において、センサが、弁からのフィードバック、プロセスガス圧力、及びプロセスガス制御サブシステムからの信号の少なくとも１つを測定することによって、プロセスガス弁の状態を監視することができる。

さらなる実施形態において、センサが、少なくとも熱電対、サーミスタ、及び測温抵抗体（ＲＴＤ，resistance temperature detector）の使用を含め、ＡＯＩＳにおける任意の点で油圧流体の温度を測定することができる。

ターンダウン比とは装置の動作範囲の幅を指し、最大容量の最小容量に対する比として定義される。能動的油噴射システムのいくつかの実施形態において、油噴射システムは、作動油領域３５における一次作動油に対するターンダウン比を提供するように構成されている。他の実施形態において、最大容量は目標状態を満たすことができ、最小容量はゼロ容積流である。ドライブとインジェクタポンプ４０の機能を分離することによって、先の調整不可能なクランク駆動噴射ポンプシステム１０と比較したとき、大きなターンダウン比を達成して噴射量の調整が可能になる。インジェクタポンプ４０が、例えばクランク駆動コンプレッサ１において、ドライブに機械的に結合されているとき、コンプレッサ１のＲＰＭは、通常動作中、一定であり、これでは容積変位の調整が可能にならない。しかしながら、独立したＡＯＩＳの大きなターンダウン比により、ゼロ容積流から、現在の状態に対応する流れまで、目標又は最大状態に対応する流れまでの広範囲の動作状態にわたって、逃がし弁４３を通るオーバーポンプの量を厳密に制御するための高度に可変の噴射量が可能になる。

本明細書のいくつかの実施形態はＡＯＩＳのための制御システムの変形を含むことができる。いくつかの実施形態において、フィードバックを使用して油圧アキュムレータ３９からの流量を制御することができる。この制御戦略の下では、コンプレッサヘッド３１からの、そしてＶＰＲＶ７０を通る、作動油のオーバーポンプが測定されるか、又は他のセンサ入力から導出される。何らかの形式のＰＩＤコントローラを使用して、測定された流量に基づいてインジェクタポンプ４０及び／又はモータ４１の速度を調整することができる。いくつかの実施形態において、所望のオーバーポンプは、モデルから、ルックアップテーブルから、又はオペレータ入力から導出することができる。いくつかの実施形態において、流量測定値は生でもフィルタリングされてもよい。いくつかの実施形態において、コンプレッサ１の始動動作中、油圧アキュムレータ３９及びコンプレッサヘッド３１に作動油が初期注入されるため、通常の流量が期待されない。結果として、指定された時間が経過するまで、又は一貫した流量測定値が得られるまで、流量測定値をフィードバックに使用することができない。

他の実施形態は環状漏れモデルからのフィードフォワード制御を使用することができる。これらの実施形態において、プロセスガス出口圧力及び油温度を使用して環状漏れ率を予測することができる。インジェクタポンプ４０の出力が予測される環状漏れとコンプレッサヘッド３１からの所望のオーバーポンプとの合計に等しくなるように、インジェクタポンプ４０及び／又はモータ４１の速度を調整することができる。これらの実施形態において、環状漏れ率は、モデル、ルックアップテーブルから、又はオペレータ入力から決定することができ、所望のオーバーインジェクタポンプ４０は、モデルから、ルックアップテーブルから、又はオペレータ入力から導出することができる。これらの実施形態において、オイルピストン３の偏心のように、環状漏れモデルにおいて説明することができず、センサによって測定することができないいくつかの変数がある。結果として、予測される環状漏れは、これに関連する誤差を有する可能性があり、これは、追加の形式のフィードバックなしで説明するのが困難であることがある。したがって、いくつかの実施形態においてこの変形例は、本明細書で議論する流量測定と併せてフィードバックコントローラのためのバイアスとして使用され得る。

いくつかの実施形態はモデル基準適応制御を採用することができ、オイルピストン３にわたる環状漏れを予測するために環状漏れモデルが使用されるであろう。これらの実施形態において、プロセスガス出口圧力及び油圧流体温度を測定して環状漏れを予測することができる。これらの実施形態において、オーバーポンプ流量は、コンプレッサヘッド３１からの作動油のオーバーポンプのフィードバックを提供するために使用されるであろう。モデルによって予測される予期されるオーバーポンプと流量を比較することができ、この誤差を考慮するようにモデルに対する調整を行うことができる。これらの実施形態において、流量測定値は生でもフィルタリングされてもよい。いくつかの実施形態において、モデルから予測されるオーバーポンプが測定された流量と一致するように、環状漏れモデルにおけるパラメータを調整することができる。

他の実施形態はＩ／Ｐ変換器のフィードバック制御を採用することができ、圧力変換器を使用してＩ／Ｐ変換器の空気圧出力を測定することができ、これは、アナログ電気信号をＶＰＲＶのためのバイアス圧力として使用される空気圧出力に変換することができる。これらの実施形態において、圧力測定値は加工されていなくてもフィルタリングされてもよい。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｐ変換器の圧力出力はＩ／Ｐ変換器の所望の圧力出力と比較することができる。これらの実施形態において、Ｉ／Ｐ変換器コマンドは、Ｉ／Ｐ変換器の実際の及び所望の空気圧出力間の誤差を低減するように調整することができる。さらなる実施形態において、Ｉ／Ｐ変換器の所望の圧力出力は、モデルから、ルックアップテーブルから、又はオペレータ入力から導出することができる。

いくつかの実施形態はプロセスガス制御サブシステムからのフィードバックを採用することができ、ＡＯＩＳでは、ガスローディング及びアンローディングプロセス中、プロセスガス制御サブシステムからのフィードバックを使用することができる。これらの実施形態において、ガスローディング中、プロセスガスの段間及び出口圧力が急速に増加する可能性がある。噴射ポンプモータ４１のフィードバック制御が流量計フィードバックを使用すれば、流量計にわたる実際の流量の減少と流量計にわたる測定された流量の減少との間の時間遅延が大きすぎて、噴射ポンプモータ４１が追いついて環状漏れ及び所望のオーバーポンプを考慮した十分な流量を提供することができない可能性がある。これらの実施形態において、プロセスガス制御サブシステムがガスローディングプロセスの一部として弁を作動させれば、この弁の状態を監視し、これに応じて反応させることができる。一例において、ガスローディングプロセスの一部として弁を作動させれば、ＡＯＩＳ制御システムは定常状態の制御状態からガスローディング状態に移行することができる。このガスローディング状態において、噴射ポンプモータ４１の速度は、環状漏れの増加を考慮してその最大速度に指令することができる。これらの実施形態において、プロセスガス圧力変換器及び流量計測定を使用して、いつガスローディングプロセスが完了し、ＡＯＩＳ制御システムが定常状態の制御状態に戻ることになるかを決定することができる。いくつかの実施形態において、ガスローディング中、コンプレッサキャビティ１５における油圧流体が逃がし弁４３を越えて圧送されるのを防止するように迅速にＶＰＲＶを調整する必要があることもある。ＡＯＩＳ制御システムがガスローディング状態にあるとき、流入するプロセスガス圧力に基づいてＶＰＲＶバイアス圧力７８を低減することができる。さらに別の実施形態において、ガスアンローディング中、プロセスガスの吸込み及び出口圧力が急速に減少する可能性がある。プロセスガス制御サブシステムがガスアンローディングプロセスの一部として弁を作動させれば、この弁の状態を監視し、これに応じて反応させることができる。ガスアンローディングプロセスを開始するように弁を作動させれば、ＡＯＩＳ制御システムは定常状態の制御状態からガスアンローディング制御状態に移行することができる。ガスアンローディング状態中、噴射ポンプモータ４１の速度を減少させて、逃がし弁４３を越える油圧流体のオーバーポンプの量を減少させることができる。ガスアンローディングプロセスが完了すると、例えば圧力又は流量測定によって決定されると、ＡＯＩＳ制御システムは定常状態の制御状態に戻ることができる。

いくつかの実施形態は作動油領域３５の圧力変換器からのフィードバックを採用することができる。これらの実施形態において、ＡＯＩＳインジェクタポンプ４０は流体を油圧アキュムレータ３９内へ圧送し、これはコンプレッサヘッド３１の入口３３に接続することができる。通常動作状態下では、この油圧アキュムレータ３９の圧力はプロセスガス入口圧力と同様とすることができ、コンプレッサ１の排出工程中（コンプレッサヘッド３１への入口逆止弁９が閉じているとき）増加することになる。これらの実施形態において、油圧アキュムレータ３９の圧力が閾値圧力の下方に低下すれば、油圧アキュムレータ３９はインジェクタポンプ４０から十分な流体を受け取っておらず、コンプレッサダイヤフラム５がコンプレッサ１の油圧ヘッド８に当たる危険性がある。このシナリオにおいて、ＡＯＩＳインジェクタポンプ４０の速度を増加させて、ダイヤフラム５が油圧ヘッド８に当たるのを防止することができる。いくつかの実施形態において、閾値圧力は、モデル、ルックアップテーブル、又はオペレータ入力から導出することができる。他の実施形態において、圧力測定値はフィルタリングされてもよく、又は加工されていなくてもよい。

いくつかの実施形態は逃がし弁４３の位置からのフィードバックを採用することができ、コンプレッサヘッド３１からの、そしてＶＰＲＶ７０を通る、作動油のオーバーポンプが測定されることになる。これらの実施形態において、何らかの形式のＰＩＤコントローラを使用して、測定された流量に基づいて作動油の可変容積流を調整することができる。これらの実施形態において、所望のオーバーポンプは、モデルから、ルックアップテーブルから、又はオペレータ入力から導出することができる。これらの実施形態において、流量測定値は生でもフィルタリングされてもよい。いくつかの実施形態において、コンプレッサ１の始動動作中、油圧アキュムレータ３９及びコンプレッサヘッド３１に作動油が初期注入されるため、通常の流量が期待されない。結果として、指定された時間が経過するまで、又は一貫した流量測定値が得られるまで、流量測定値はフィードバックに使用することができない。

さらに別の実施形態は逃がし弁４３の開／閉スイッチからのフィードバックを採用することができる。いくつかの実施形態において、逃がし弁４３が開くタイミングは逃がし弁４３が開く所望のタイミングと比較されることになる。実際の開／閉時間が所望のタイミングと一致しなければ、ＡＯＩＳインジェクタポンプ４０の速度のような、システムに対する調整を行うことができる。これらの実施形態において、所望のタイミングは、モデル、ルックアップテーブルから、又はオペレータ入力から導出することができる。

他の実施形態はＡＯＩＳの他の予知又は診断機能を含むことができる。いくつかの実施形態はＩ／Ｐ変換器出力の圧力測定を採用することができ、Ｉ／Ｐ変換器の空気圧出力を測定することを含むことができ、これによりＩ／Ｐ変換器におけるあらゆる故障を検出することが可能になり得る。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｐ変換器圧力出力が指令より高い場合、ＶＰＲＶ７０のクラッキング圧力は所望より低くなることになり、作動油領域３５における作動油が作動油領域３５から急速に流出する危険性がある。このシナリオにおいて、Ｉ／Ｐ変換器が無効になる可能性があり、これにより圧力出力が０ｐｓｉになる可能性があり、バイアス圧力７８が印加されないため、ＶＰＲＶクラッキング圧力はそのベースライン設定に戻ることになる。いくつかの実施形態において、指令より高いＩ／Ｐ圧力出力はＩ／Ｐ変換器の誤動作を示し、オペレータに警告することができる。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｐ圧力出力が指令より低い場合、ＶＰＲＶクラッキング圧力は所望より高くなる可能性があり、これによりシステムの効率が減少する可能性があり、コンプレッサ１の構成要素にかかる周期応力の大きさが増加する可能性がある。指令より低いＩ／Ｐ圧力出力はＩ／Ｐ変換器の誤動作を示している可能性があり、オペレータに警告することができる。

いくつかの実施形態はオーバーポンプの流量を監視することができ、流量計が制御システムに提供する流量測定フィードバックに加えて、これを使用してシステム全体の健全性及び機能性を監視することもできる。これらの実施形態において、コンプレッサ１が完全に初期注入されていない始動状態中、流量計を使用して、油圧流体がコンプレッサキャビティ１５から流出しているというフィードバックを提供することができる。一定の流量測定の指定された期間の後、初期注入プロセスに完了のフラグを立てることができ、コンプレッサ１は通常の動作を続行することができる。他の実施形態において、通常動作状態中、流量測定値が予想より低ければ、流量測定値を使用して警告及び故障フラグの両方を設定することができる。例えば、不十分な制御戦略によって、短期間の予想より低い流量測定値が引き起こされる可能性があり、オペレータへの警告が保証されるのみということもある。流量測定値が下限閾値を下回るさらに深刻な場合において、又は低流量測定値が長期間記録されれば、故障フラグを設定することができ、コンプレッサ１のシステムを停止させることができる。

いくつかの実施形態は過度の環状漏れがないかを監視することができ、環状漏れモデルを使用して、オイルピストン３を越える油圧流体の漏れを予測することができる。流量計から測定されるオーバーポンプが予測されるオーバーポンプより少なく、環状漏れモデルにおける径方向の隙間及び偏心のような調整可能なパラメータがその限界にあれば、制御システムはオペレータに警告を発することができる。この警告は、過度のコンプレッサ１の摩耗又は対処することができる他の機械的摩耗／故障を示している可能性がある。

いくつかの実施形態は、モータ４１のトルクレベルが限界外にあるかを監視することができ、過剰なモータ４１のトルクは油圧ラインの詰まりを示している可能性があり、モータ４１のトルクの予想からの偏差に応じて警告又は故障をオペレータに警告することができる。いくつかの実施形態において、ある閾値を下回るモータ４１のトルクは油圧ラインの漏れ又は破断を示している可能性があり、モータ４１のトルクの予想からの偏差に応じて警告又は故障をオペレータに警告することができる。

いくつかの実施形態は油圧アキュムレータ３９における油圧を監視することができ、油圧を潜在的な制御方法として使用することに加えて、これを診断のために監視することもできる。油圧アキュムレータ３９における圧力が閾値の下方に低下すれば、インジェクタポンプ４０は十分な作動油を供給していない。これらの実施形態において、閾値は、モデル、ルックアップテーブルから、又はオペレータ入力から導出することができる。

本明細書に開示され、特許請求され、そして参照により組み込まれる特徴のすべて、及びそのように開示される任意の方法又はプロセスのステップのすべては、このような特徴及び／又はステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除き、任意の組み合わせで組み合わせることができる。本明細書で開示される各特徴は、特に明記しない限り、同じ、同等又は同様の目的を果たす代替の特徴によって置換することができる。したがって、特に明記しない限り、開示される各特徴は、一連の同等又は同様の特徴の一般的な一例にすぎない。本開示の発明の態様は前述の実施形態の詳細に制限されず、むしろ、本開示で提示される特徴の任意の新規な実施形態、又は任意の新規な実施形態の組み合わせに、及びこのように開示される任意の方法若しくはプロセスのステップの任意の新規な実施形態、又は任意の新規な実施形態の組み合わせにまで広がる。

本明細書では具体的な例を図示及び説明してきたが、同じ目的を達成するように計算された任意の構成を開示された具体的な例に置き換えることもできるということが当業者によって理解されよう。本出願は、本主題の適応例又は変形例を網羅するように意図されている。したがって、本発明は添付の請求項及びその法的均等物、並びに例示的な態様によって定義されることが意図されている。上述の実施形態は単にその原理を説明するものであり、限定的とみなされるべきではない。本明細書に開示される本発明のさらなる修正は当業者であれば思いつくであろうし、すべてのこのような修正は本発明の態様の範囲内にあるものとみなされる。

Claims (20)

1. ダイヤフラムコンプレッサにおける能動的油噴射システムであって、
   作動油ヘッド支持プレート及びプロセスガスヘッド支持プレートであって、前記作動油ヘッド支持プレート及び前記プロセスガスヘッド支持プレートの間にダイヤフラムキャビティを画定し、前記作動油ヘッド支持プレートが、ピストンキャビティ、入口、及び出口を含む、前記作動油ヘッド支持プレート及びプロセスガスヘッド支持プレート、並びに
   前記作動油ヘッド支持プレートと前記プロセスガスヘッド支持プレートとの間に搭載され、前記ダイヤフラムキャビティを作動油領域とプロセスガス領域とに分割している、金属ダイヤフラムであって、前記作動油領域が、前記ピストンキャビティ、前記入口、及び前記出口のそれぞれと別個に連通し、前記金属ダイヤフラムが、前記作動油ヘッド支持プレートに近接する第１の位置から前記プロセスガスヘッド支持プレートに近接する第２の位置まで作動して、前記プロセスガス領域においてプロセスガスをプロセスガス吐出圧力まで加圧するように構成されている、前記金属ダイヤフラム
   を含むコンプレッサヘッドと、
   一次作動油を増強して前記コンプレッサヘッドに供給するように構成されたドライブと
   を有し、
   前記ドライブが、
   前記コンプレッサヘッドから延伸し、前記ピストンキャビティを介して前記作動油領域と連通しているドライブキャビティ、
   前記ドライブキャビティに搭載され、前記作動油領域の容積を画定するピストン、及び
   前記ピストンに動力を供給するように構成されたアクチュエータ
   を含み、
   吐出サイクル中、前記ドライブが、前記コンプレッサヘッドに向かって移動するように前記ピストンに動力を供給して、前記作動油領域において一次作動油を第１の圧力から増強圧力まで増強し、これによって前記ダイヤフラムを前記第２の位置まで作動させるように構成されている、ダイヤフラムコンプレッサと、
   前記作動油ヘッド支持プレートの出口を前記作動油ヘッド支持プレートの入口に接続する油圧回路であって、
   前記作動油ヘッド支持プレートの出口を介して前記作動油領域から過剰圧送された作動油を収集するように構成されたオイルリザーバ、
   前記作動油ヘッド支持プレートの入口に補足的作動油の供給を提供するように構成された油圧アキュムレータ、
   前記油圧アキュムレータと連通しているインジェクタポンプであって、前記オイルリザーバから前記油圧アキュムレータへの前記補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成され、
   前記油圧アキュムレータに動作可能に接続されたポンプ、及び
   前記ドライブから独立して前記ポンプに動力を供給するように構成されたモータ
   を含む、前記インジェクタポンプ、並びに
   前記ダイヤフラムキャビティの作動油領域に動作可能に接続された圧力逃がし機構
   を有し、
   前記圧力逃がし機構が、
   前記作動油ヘッド支持プレートの出口と連通し、前記作動油領域から前記加圧された作動油を逃がすように構成された圧力逃がし弁であって、前記プロセスガス吐出圧力に対する前記加圧された作動油の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む、圧力逃がし弁、及び
   前記プロセスガスの現在の状態に対応するように前記圧力逃がし弁の前記油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成された制御弁
   を含む、前記油圧回路と、
   前記インジェクタポンプを制御するように構成されたフィードバック機構であって、
   前記出口及び前記圧力逃がし弁の１又は２以上に動作可能に接続された第１の測定装置を含み、前記測定装置が、前記作動油領域から前記圧力逃がし弁を通って流れる前記加圧された作動油の現在の状態を検出するように構成され、
   前記フィードバック機構が、前記検出された現在の状態に応じて前記油圧アキュムレータに対する前記インジェクタポンプの前記容積変位を調整するように構成されている、前記フィードバック機構と
   を備えた、前記能動的油噴射システム。
2. 前記油圧逃がし設定が測定されたプロセスガス吐出圧力の少なくとも１０～２０％上方の圧力である、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
3. 前記オイルリザーバが前記ダイヤフラムコンプレッサの前記ドライブと流体連通している、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
4. 前記ダイヤフラムコンプレッサのアクチュエータがクランクスライダ機構であり、前記オイルリザーバが前記クランクスライダ機構のクランクケースである、請求項３に記載の能動的油噴射システム。
5. 前記油圧回路が、
   前記作動油ヘッド支持プレートの入口に動作可能に接続された入口逆止弁であって、前記作動油領域から前記油圧アキュムレータへの逆流を防止するように構成されている、前記入口逆止弁と、
   前記作動油ヘッド支持プレートの出口に動作可能に接続された出口逆止弁であって、前記油圧回路から前記作動油領域への逆流を防止するように構成されている、前記出口逆止弁と
   をさらに有する、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
6. 前記コンプレッサヘッドでの前記ダイヤフラムコンプレッサの吸込みサイクル中、前記ダイヤフラムコンプレッサのドライブが、前記ピストンを前記コンプレッサヘッドから離れるように移動させて前記作動油領域を減圧し、これによって前記ダイヤフラムを前記第１の位置へ引くように構成され、
   前記吸込みサイクル中、前記油圧アキュムレータが、前記作動油ヘッド支持プレートの入口に噴射容量の前記補足的作動油を供給するように構成されている、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
7. 前記油圧アキュムレータからの前記噴射容量が、前記圧力逃がし弁を通る加圧された作動油のオーバーポンプ流の容量に対応する、請求項６に記載の能動的油噴射システム。
8. 前記ダイヤフラムコンプレッサの前記吐出サイクル中、前記インジェクタポンプが、前記油圧アキュムレータを充填するように構成されている、請求項６に記載の能動的油噴射システム。
9. 前記インジェクタポンプが、前記ダイヤフラムコンプレッサの吐出及び吸込みサイクルの両方の間に前記油圧アキュムレータを充填するように構成されている、請求項６に記載の能動的油噴射システム。
10. 前記インジェクタポンプのポンプ及びモータが、固定容量型油圧ポンプを備えた可変速度モータ、可変容量型油圧ポンプを備えた固定速度モータ、及び可変容量型油圧ポンプを備えた可変速度モータの１つから選択されるポンプ及びモータを含む、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
11. 前記油圧回路が、前記入口に動作可能に接続された計量アクチュエータをさらに含み、前記計量アクチュエータが、前記ダイヤフラムコンプレッサの吸込みサイクル及び前記吐出サイクルのそれぞれの間で選択的に前記補足的作動油を噴射するように構成されている、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
12. 前記圧力逃がし弁が弁ばね及び調整可能な空気圧バイアスを含み、前記制御弁が、前記空気圧バイアスを調整することによって前記油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成されている、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
13. 前記フィードバック機構の前記第１の測定装置が、前記出口の下流の流量計、前記圧力逃がし弁における位置センサ、及び前記圧力逃がし弁の下流にそれぞれ配置された温度変換器を備えた圧力変換器の１又は２以上を含む、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
14. 前記ダイヤフラムコンプレッサのアクチュエータを駆動する油圧力ユニットをさらに含む、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
15. 前記油圧力ユニットが、前記能動的油噴射システムの油圧回路の前記作動油から分離している油の第２の油圧回路を含む、請求項１４に記載の能動的油噴射システム。
16. 前記オイルリザーバが、前記油圧力ユニットと動作可能に接続された油圧タンクであり、
    前記インジェクタポンプが、前記インジェクタポンプを前記ダイヤフラムコンプレッサの油圧力ユニットから選択的に隔離するように構成された能動的制御弁を含む、請求項１４に記載の能動的油噴射システム。
17. 前記ダイヤフラムコンプレッサのドライブが、作動油を供給して前記ピストンに動力を供給するように構成された複数の圧力レールによって供給される油圧ドライブを含み、前記複数の圧力レールが、
    受動的な第１の弁を介して低圧作動油を供給する低圧レールと、
    能動的な第２の弁を介して中圧作動油を供給する中圧レールと、
    能動的な第３の弁を介して高圧作動油を供給する高圧レールと、
    を含む、請求項１に記載の能動的油噴射システム。
18. 前記ダイヤフラムコンプレッサのドライブが、前記中圧レール及び前記高圧レールに作動油の前記供給を提供する油圧力ユニットをさらに含み、前記油圧力ユニットが油圧ポンプ及びモータを含む、請求項１７に記載の能動的油噴射システム。
19. ダイヤフラムコンプレッサにおける能動的油噴射システムであって、
    入口、出口、第１のヘッドキャビティ、及び
    前記第１のヘッドキャビティを第１の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する第１のダイヤフラムであって、前記プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている、前記第１のダイヤフラム
    を含む第１のコンプレッサヘッドと、
    入口、出口、第２のヘッドキャビティ、及び
    前記第２のヘッドキャビティを第２の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する第２のダイヤフラムであって、前記プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている、前記第２のダイヤフラム
    を含む第２のコンプレッサヘッドと、
    作動油を増強し、増強された作動油を前記第１及び第２のコンプレッサヘッドに交互に提供するように構成されたドライブと
    を有し、
    前記油圧ドライブが、
    前記第１のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成された第１のダイヤフラムピストン、
    前記第２のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成された第２のダイヤフラムピストン、及び
    前記第１及び第２のダイヤフラムピストンに動力を供給するように構成されたアクチュエータ
    を含み、
    前記第１のダイヤフラムピストン及び前記第２のダイヤフラムピストンが、前記それぞれの第１又は第２の作動油領域において前記作動油を増強圧力まで交互に増強し、これによって前記それぞれの第１又は第２のダイヤフラムを作動させるように構成されている、ダイヤフラムコンプレッサと、
    前記第１のコンプレッサヘッドの出口を前記第１のコンプレッサヘッドの入口に接続し、前記第２のコンプレッサヘッドの出口を前記第２のコンプレッサヘッドの入口に接続する油圧回路であって、
    前記第１及び第２のコンプレッサヘッドの出口を介して過剰圧送された作動油を収集するように構成されたオイルリザーバと、
    前記第１及び第２のコンプレッサヘッドの入口に作動油の補足的供給を提供するように構成された油圧アキュムレータと、
    前記油圧アキュムレータと連通しているインジェクタポンプであって、
    前記オイルリザーバから前記油圧アキュムレータへの補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成され、
    前記油圧アキュムレータに動作可能に接続されたポンプ、及び
    前記ドライブから独立して前記ポンプに動力を供給するように構成されたモータ、
    を含む、前記インジェクタポンプと、
    圧力逃がし機構と
    を有し、
    前記圧力逃がし機構が、
    前記第１のコンプレッサヘッドの出口と連通し、前記作動油領域から前記加圧された作動油のオーバーポンプを逃がすように構成され、前記プロセスガス吐出圧力に対する前記加圧された作動油の第１の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む、第１の圧力逃がし弁と、
    吐出されたプロセスガスの現在の状態に対応するように前記第１の圧力逃がし弁の前記油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成された第１の制御弁と、
    前記第２のコンプレッサヘッドの出口と連通し、前記作動油領域から前記加圧された作動油を逃がすように構成され、前記プロセスガス吐出圧力に対する前記加圧された作動油の第２の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む、第２の圧力逃がし弁と、
    前記吐出されたプロセスガスの前記現在の状態に対応するように前記第２の圧力逃がし弁の前記油圧逃がし設定を能動的に調整するように構成された第２の制御弁と
    を有する、前記油圧回路と、
    前記インジェクタポンプを制御するように構成されたフィードバック機構であって
    前記第１の作動油領域及び前記第２の作動油領域から前記圧力逃がし弁を通って流れる前記加圧された作動油の前記現在の状態を測定するように構成された１又は２以上の測定装置を有し、
    前記第１の作動油領域及び前記第２の作動油領域から前記圧力逃がし弁を通って流れる前記加圧された作動油の前記現在の状態に応じて前記インジェクタポンプの前記容積変位を調整するように構成されている、前記フィードバック機構と
    を備えた前記能動的油噴射システム。
20. 油圧駆動ダイヤフラムコンプレッサにおける能動的油噴射システムであって、
    入口、出口、第１のヘッドキャビティ、及び
    前記第１のヘッドキャビティを第１の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する第１のダイヤフラムであって、前記プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている、前記第１のダイヤフラム
    を含む第１のコンプレッサヘッドと、
    入口、出口、第２のヘッドキャビティ、及び
    前記第２のヘッドキャビティを第２の作動油領域とプロセスガス領域とに分割する第２のダイヤフラムであって、前記プロセスガス領域においてプロセスガスを加圧するように作動するように構成されている、前記第２のダイヤフラム
    を含む第２のコンプレッサヘッドと、
    作動油を増強し、増強された作動油を前記第１及び第２のコンプレッサヘッドに交互に提供するように構成された油圧ドライブと
    を有し、
    前記油圧ドライブが、
    前記第１のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成された第１のダイヤフラムピストン、
    前記第２のダイヤフラムに対して作動油を増強するように構成された第２のダイヤフラムピストン、及び
    前記第１及び第２のダイヤフラムピストンに動力を供給するように構成された油圧アクチュエータ、
    を含み、
    前記第１のダイヤフラムピストン及び前記第２のダイヤフラムピストンが、前記それぞれの第１又は第２の作動油領域において前記作動油を増強圧力まで交互に増強し、これによって前記それぞれの第１又は第２のダイヤフラムを作動させるように構成されている、油圧駆動ダイヤフラムコンプレッサと、
    前記第１のコンプレッサヘッドの出口を前記第１のコンプレッサヘッドの入口に接続し、前記第２のコンプレッサヘッドの出口を前記第２のコンプレッサヘッドの入口に接続する油圧回路であって、
    前記第１及び第２のコンプレッサヘッドの出口を介して過剰圧送された作動油を収集するように構成されたオイルリザーバと、
    前記第１及び第２のコンプレッサヘッドの入口に作動油の補足的供給を提供するように構成された油圧アキュムレータと、
    前記油圧アキュムレータと連通しているインジェクタポンプであって、
    前記オイルリザーバから前記油圧アキュムレータへの補足的作動油の可変容積変位を生成するように構成され、
    前記油圧アキュムレータに動作可能に接続されたポンプと、
    前記ドライブから独立して前記ポンプに動力を供給するように構成されたモータと
    を含む、前記インジェクタポンプと、
    圧力逃がし機構と、を含み、前記圧力逃がし機構が、
    前記第１のコンプレッサヘッドの出口と連通し、前記作動油領域から前記加圧された作動油を逃がすように構成され、前記プロセスガス吐出圧力に対する前記加圧された作動油の第１の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む、第１の圧力逃がし弁と、
    前記第２のコンプレッサヘッドの出口と連通し、前記作動油領域から前記加圧された作動油を逃がすように構成され、前記プロセスガス吐出圧力に対する前記加圧された作動油の第２の目標圧力状態に対応する油圧逃がし設定を含む、第２の圧力逃がし弁と
    を有する、前記油圧回路と、
    前記インジェクタポンプを制御するように構成されたフィードバック機構であって
    前記第１のコンプレッサヘッド及び前記第２のコンプレッサヘッドの１又は２以上から流出する前記増強された作動油の現在の状態を感知又は測定するように構成された１又は２以上の測定装置を有し
    前記現在の状態に応じて前記インジェクタポンプの前記容積変位を調整するように構成されている、前記フィードバック機構と
    を備えた前記能動的油噴射システム。