KR102159661B1 - 왕복동 압축기용 전자기 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

압축기가 하우징(41) 내에 배치되고 압축 챔버(43)를 형성하는 대향하는 피스톤들(42, 44)의 쌍을 포함한다. 전자기 액추에이터(20)는, 힘 축적기와 협력하여, 피스톤들(42, 44)을 하우징 내에서 왕복 구동시킨다. 힘 축적기들은 제 1 왕복 중에 힘을 저장하여 피스톤들(42, 44)을 감속시키고, 그리고 후속하는 왕복에서 힘을 인가하여 피스톤들을 가속한다. 일 실시예에서, 2개의 전자기 액추에이터들은 압축 피스톤들을 구동한다. 다른 실시예에서, 단일 전자기 액추에이터가 압축 피스톤들을 구동한다. 작동 시스템 및 방법이 개시된다.

Description

왕복동 압축기용 전자기 액추에이터{ELECTROMAGNETIC ACTUATOR FOR A RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 명세서에서 개시하는 청구 대상은 일반적으로 압축기들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서에서 개시하는 개시하는 청구 대상은 오일이나 천연 가스와 같은 유체들을 변위시키는데 있어서 이용하도록 구성된 전자기적으로 구동되는 왕복동 압축기들에 관한 것이다.
왕복동 압축기들은 가스를 가압 및 변위시키기 위해서 오일 및 가스 산업에서 널리 이용되고 있다. 예를 들어, 가스 파이프라인 전송 시스템들 및 분배 네트워크들에서, 비교적 낮은 압력의 가스 흡입하여 이 가스를 높은 압력으로 방출함으로써, 왕복동 압축기들은 천연 가스를 생산 사이트들로부터 최종 사용자들까지 이동시킨다. 또한, 왕복동 압축기들은, 압축기들이 중간 및 최종 제품 가스들을 이동시키는, 석유 정제소들 및 화학적 플랜트들과 같은, 산업용 플랜트들에서 이용되는 동일한 기능을 실시한다.
왕복동 압축기들은 전형적으로 내연 기관 또는 모터와 같은 회전 모터에 의해서 구동되는 피스톤을 포함한다. 그러한 시스템들에서, 크랭크샤프트 및 커넥팅 로드가 모터 샤프트 회전을 압축 챔버 내의 피스톤 병진운동으로 변환시킨다. 실린더 보어 내의 피스톤 병진운동은 다시 실린더 보어의 단부에 위치된 압축 챔버 내에서 가스를 압축한다. 그러한 기계들은, 피스톤이 단일 방향으로 이동할 때에만 가스 압축이 이루어지는 단동식(sigle action), 또는 피스톤이 양 방향들로 이동할 때 가스 압축이 이루어지는 복동식(double action)일 수 있을 것이다.
회전 왕복동 압축기들은 몇 가지 단점들을 갖는다.
첫 번째로, 모터 샤프트의 각각의 회전의 대부분 동안에, 커넥팅 로드는 피스톤 병진운동 축에 대해서 각도를 가지고 피스톤으로 힘을 인가한다.
크랭크샤프트가 피스톤에 기계적으로 연결되기 때문에, 각각의 행정 중의 피스톤 이동은 정해져 있다. 그에 따라, 행정 중에 피스톤이 스위핑(sweeping)하는 부피가 또한 정해져 있다. 이는, 시간에 걸쳐서 펌핑되는 가스의 부피를 변화시키기 위해서, 작동 속도가 반드시 변화되어야 한다는 것을 의미한다. 동작 속력 변화는, 분배 네트워크 내의 가스 수요가 증가되거나 감소될 때 필요에 따라서, 시간에 걸쳐 펌핑되는 가스의 부피를 변화시키기 위해서, 기계가 가속 또는 감속되어야 함에 따라, 펌핑 용량에 있어서 기계의 탄력성(flexibility)을 제한한다. 동작 속력을 변화시키는 것은 바람직하지 못한데, 이는 그러한 변화가 효율을 감소시키고 장비에 부과되는 진동 주파수를 변화시키기 때문이다.
이러한 문제점들에 대한 하나의 해결책은 전자기적으로 작동되는 왕복동 압축기이다. 그러한 시스템들은, 단일 압축 챔버 내에서 대향된 피스톤들을 구동하기 위해서 피스톤 로드들에 부착된 리니어 모터들을 이용한다. 피스톤들이 0도 오프셋의 동위상(in-phase)으로 이동할 때, 그에 의해서 대향된 피스톤들 사이의 고정된 거리가 유지되고, 압축 챔버 부피는 일정하게 유지되고, 왕복은 최소 가스 변위(또는 가스 압축)를 실시한다. 피스톤들이 180도 오프셋의 역위상(out of phase)으로 이동할 때, 그에 의해서 피스톤들이 상사점에 도달할 때 압축 챔버 부피를 최소화하고, 그리고 피스톤들이 하사점에 도달할 때 압축 챔버 부피를 최소화하며, 왕복은 최대 가스 변위(또는 가스 압축)를 실시하기 위해서 부피를 교번적으로 최대화 및 최소화한다. 그에 따라, 이러한 두 극단들 사이에서 위상 각도를 변화시키는 것은, 피스톤들이 "동위상(in phase)"으로 이동할 때의 최소로부터 피스톤들이 "역위상(out of phase)"으로 이동할 때의 최대까지 변위(및 압축)를 변화시키기 위한 수단을 제공한다.
불행하게도, 현재 이용가능한 리니어 모터 기술은 그러한 위상형 압축기들에서의 이용에 적합하지 않은데, 이는 연관된 큰 관성적 로드 부하들(inertial rod loads) 때문이다. 기존의 리니어 모터들은 제한된 양의 힘을 생성할 수 있고, 천연 가스 시스템들에서의 이용에 적합한 기계들 내의 피스톤 로드/압축기 피스톤 조립체들과 연관된 관성은 기존 리니어 모터들로부터 이용가능한 것을 초과한다. 또한, 표준형 왕복동 압축기 내에서 대향적으로 배열되는 피스톤들은 기계를 너무 크게 만들 수 있을 것이다. 표준형 왕복동 압축기 내의 대향 배열된 피스톤들 사이의 위상을 변화시키는 것은 용이하거나 신속한 동작도 아니다.
따라서, 전자기 모터에 대한 제어 전류 명령에 의해서 위상 제어가 용이하게 달성될 수 있는 피스톤 로드를 위한 전자기 액추에이터가 요구되고 있다. 콤팩트한한 기계를 가능하게 하는 전자기 액추에이터가 또한 요구되고 있다. 마지막으로, 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체를 가속 및 감속하는 것과 연관된 큰 관성력들을 극복할 수 있는 전자기 액추에이터가 요구되고 있다.
첨부 도면들 및 구체적인 설명으로부터, 발명의 여러 가지 특징들, 대항들, 및 장점들이 당업자에게 자명해질 것이다.
일 실시예에서, 왕복동 압축기가 제공된다. 왕복동 압축기는, 압축 챔버를 획정하는 내측 표면을 구비하고 제 1 개구 및 제 2 개구를 갖는 하우징; 압축 면(compression face)을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는 제 1 피스톤; 상기 제 1 개구 내에 슬라이딩식으로 수용되는 근위 부분(proximal portion)과 원위 부분(distal portion)을 구비하고 상기 제 1 피스톤에 구동식으로 연결되는 제 1 피스톤 로드; 상기 제 1 피스톤 압축 면과 대향하는 압축 면을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는 제 2 피스톤; 상기 제 2 개구 내에 슬라이딩식으로 수용되는 근위 부분과 원위 부분을 구비하고 상기 제 2 피스톤에 구동식으로 연결되는 제 2 피스톤 로드; 상기 제 1 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 1 액추에이터; 및 상기 제 2 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 2 액추에이터를 포함한다. 상기 피스톤 로드들은 압축 챔버를 통과해 연장하는 병진운동 축을 획정하고, 상기 제 1 및 제 2 액추에이터들은 상기 압축 챔버 내에서 상기 제 1 및 제 2 피스톤들을 상기 병진운동 축을 따라서 구동식으로 왕복시키도록 구성된다.
왕복동 압축기의 다른 실시예에서, 압축기는 압축 챔버를 획정하는 내측 표면을 갖고 개구를 구비하는 하우징; 압축 면을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는 제 2 피스톤; 상기 개구 내에 슬라이딩식으로 수용되는 근위 부분과 원위 부분을 구비하고 상기 제 2 피스톤에 구동식으로 연결되는 제 2 피스톤 로드; 상기 제 2 피스톤 압축 면과 대향하는 압축 면을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는 제 1 피스톤; 상기 제 2 피스톤 로드 내에 슬라이딩식으로 수용되는 근위 부분과 원위 부분을 구비하고 상기 제 1 피스톤에 구동가능하게 연결되는 제 1 피스톤 로드; 상기 제 1 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 1 액추에이터; 및 상기 제 2 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 2 액추에이터를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들은 압축 챔버를 통과해 연장하는 병진운동 축을 획정하고, 상기 제 1 및 제 2 액추에이터들은 상기 압축 챔버 내에서 상기 제 1 및 제 2 피스톤들을 상기 병진운동 축을 따라서 구동식으로 왕복시키도록 구성된다.
도면들 전반을 통해서 유사한 문자들이 유사한 부분들을 나타내는 첨부 도면들을 참조한 이하의 구체적인 설명으로부터, 본원 발명의 이러한 그리고 다른 특징들, 양태들 및 장점들이 보다 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 공진 스프링들을 구비하는 복동식 전자기 액추에이터를 가지는 본원 발명의 실시예의 위상형 피스톤 왕복동 압축기의 개략적 단면도를 도시한다.
도 2-3은 압축기의 동작 중에 왕복 구성요소들로 가해지는 힘들을 설명하는 도 1의 압축기의 개략적 단면도들을 도시한다.
도 4는 동축적으로 포개지는(nested) 피스톤 로드들 및 공진 스프링들을 구비하는 단일 전자기 액추에이터를 가지는 본원 발명의 실시예의 위상형 피스톤 왕복동 압축기의 개략적 단면도를 도시한다.
도 5-6은 압축기의 동작 중에 왕복 구성요소들로 가해지는 힘들을 설명하는 도 4의 압축기의 개략적 단도들을 도시한다.
이하의 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참조하고, 상기 도면들에서는 실시될 수 있는 특정 실시예들을 설명으로서 도시하였다. 이러한 실시예들은 당업자가 실시예들을 실시할 수 있게 할 정도로 충분히 설명되어 있고, 그리고 다른 실시예들이 이용될 수 있다는 것 및 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않고도 논리적, 기계적, 전기적 및 다른 변화들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 이하의 구체적인 설명은, 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
도 1-3은 본원 발명의 실시예에 따른 공진 스프링들을 가지는 복동식 전자기 액추에이터들에 의해서 구동되는 위상형 피스톤들을 가지는 압축기를 도시한다.
도 1은 제 1 구동 조립체(20), 제 1 축적기(accumulator) 조립체(30), 압축 조립체(40), 제 2 축적기 조립체(50), 및 제 2 구동 조립체(60)를 포함하는 압축기(10)를 도시한다. 제 1 피스톤 로드(12)는 제 1 구동 조립체(20), 제 1 축적기 조립체(30), 및 압축 조립체(40)를 연결한다. 제 2 피스톤 로드(14)는 제 2 구동 조립체(60), 제 2 축적기 조립체(50), 및 압축 조립체(40)를 연결한다. 제 1 피스톤 로드(12) 및 제 2 피스톤 로드(14)는 축(16)을 따라서 직렬로 그리고 실질적으로 동축적으로 배열되고, 상기 축(16)은 압축 조립체(40)의 중심을 통해서 연장한다.
제 1 구동 조립체(20)는 제 1 피스톤 로드(12)를 통해서 제 1 축적기 조립체(30) 및 압축 조립체(40)와 기계적으로 소통한다. 제 1 축적기 조립체(30)는 제 1 피스톤 로드(12)를 통해서 제 1 구동 조립체(20) 및 압축 조립체(40)와 기계적으로 소통한다. 제 2 구동 조립체(60)는 제 2 피스톤 로드(14)를 통해서 제 2 축적기 조립체(50) 및 압축 조립체(40)와 기계적으로 소통한다. 제 2 축적기 조립체(50)는 제 2 피스톤 로드(14)를 통해서 제 2 구동 조립체(60) 및 압축 조립체(40)와 기계적으로 소통한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압축 조립체(40)는 하우징(41), 제 1 압축 피스톤(42), 및 제 2 압축 피스톤(44)을 포함한다. 이하에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, 제 1 압축 피스톤(42) 및 제 2 압축 피스톤(44)은 하우징(41) 내에서 축방향으로 배치되고, 적어도 하나의 유체적으로 격리된 압축 챔버를 형성한다. 일 실시예에서, 압축 피스톤들(42, 44)은 하우징 부피를 3개의 챔버들로 분할하고, 각각의 챔버는 다른 챔버들에 대해서 실질적으로 유체적으로 격리된다.
하우징(41)은 제 1 개구 및 제 2 개구를 더 포함하고, 각각의 개구는 축(16)과 실질적으로 정렬되고, 상기 개구들은 상기 하우징의 내부를 압축 조립체(40) 외부의 분위기와 연결하는 오리피스를 형성한다. 제 1 개구는 축(16)을 따라서 제 1 피스톤 로드(12)를 슬라이딩식으로 그리고 밀봉식으로 수용하고, 상기 제 1 피스톤 로드(12)는 하우징(41) 내로 연장하고 제 1 압축 피스톤(42)에 연결된다. 제 2 개구는 축(16)을 따라서 제 2 피스톤 로드(14)를 슬라이딩식으로 그리고 밀봉식으로 수용하고, 상기 제 2 피스톤 로드(14)는 하우징(41) 내로 연장하고 제 2 압축 피스톤(44)에 연결된다.
제 1 피스톤(42)은 표면을 포함한다. 제 1 피스톤 표면은 엣지를 포함하고, 상기 엣지는 하우징의 내측 표면과 슬라이딩식으로 그리고 밀봉식으로 결합하도록 구성된다. 제 1 피스톤 표면은 근위 면(proximal face)을 더 포함하고, 상기 근위 면은 축(16)에 실질적으로 직교하고 제 2 피스톤(44)과 대면한다(facing). 제 1 피스톤 표면은 그 근위 면과 대면하는 원위 면(distal face)을 더 포함하고, 그러한 후방 면은 축(16)에 대해서 실질적으로 직교한다. 실시예에서, 제 1 피스톤 로드(12)는 제 1 압축 피스톤(42)의 후방 면에서 제 1 압축 피스톤(42)에 연결된다. 여기에서 사용된 바와 같이, "근위(proximal)"라는 용어는 압축 조립체(40)의 중심 쪽으로의 배치 또는 이동을 지칭한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "원위(distal)"라는 용어는 압축 조립체(40)의 중심으로부터 먼 쪽으로의 배치 또는 이동을 지칭한다.
제 2 피스톤(44)은 표면을 포함한다. 제 2 피스톤 표면은 엣지를 포함하고, 상기 엣지는 하우징의 내측 표면과 슬라이딩식으로 그리고 밀봉식으로 결합하도록 구성된다. 제 2 피스톤 표면은 근위 면을 더 포함하고, 상기 근위 면은 축(16)에 실질적으로 직교하고 제 1 피스톤(42)의 근위 면과 대면한다. 제 2 피스톤 표면은 그 근위 면과 대면하는 원위 면을 더 포함하고, 그러한 후방 면은 축(16)에 대해서 실질적으로 직교한다. 실시예에서, 제 2 피스톤 로드(14)는 제 2 압축 피스톤(44)의 후방 표면에서 제 2 압축 피스톤(44)에 연결된다.
하우징 내측 표면의 일부, 제 1 피스톤 근위 면, 및 제 2 피스톤 근위 면은 중앙 압축 챔버(43)를 집합적으로 형성한다. 다시 중앙 압축 챔버(43)는 유입구/배출구 밸브(47)를 통해서 유체 공급원(미도시 됨) 및 유체 목적지(또한 미도시 됨)와 유체적으로 소통한다. 실시예에서, 하우징 내측 표면의 일부와 제 1 피스톤 원위 면은 제 1 압축 챔버(45)를 추가적으로 형성한다. 다시 제 1 압축 챔버(45)는 또한 유입구/배출구 밸브(48)를 통해서 유체 공급원 및 유체 목적지와 유체적으로 소통한다. 실시예에서, 하우징 내측 표면의 일부와 제 2 피스톤 원위 면이 제 2 압축 챔버(46)를 더 형성한다. 제 2 압축 챔버(46)는 다시 유입구/배출구 밸브(49)를 통해서 유체 공급원 및 유체 목적지와 유체적으로 소통한다. 실시예들에서, 중앙 압축 챔버(43), 제 1 압축 챔버(45), 및 제 2 압축 챔버(46) 중 하나가 다른 것으로부터 실질적으로 유체적으로 격리된다. 여기에서의 개시 내용 및 교시 내용들에 비추어 볼 때, 당업자는, "유체"가 액체, 가스를 포함하거나, 유체 및 가스의 조합을 포함하는 물질들을 지칭한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예들에서, 밸브들(47, 48, 49) 중 적어도 하나가 솔레노이드 액추에이터(미도시)를 포함한다. 실시예들에서, 액추에이터는 전기자(armature) 및 홀딩 플레이트를 구비하는 솔레노이드를 포함하며, 홀딩 플레이트가 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 부착되고 전기자가 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 대해서 고정된다. 다른 실시예들에서, 밸브들(47, 48, 49) 중 적어도 하나가 자기 기어링(magnetic gearing) 액추에이터(미도시)를 포함한다. 작동적으로, 밸브들(47, 48, 49)이 피스톤들(42, 44)의 운동과 협력하여, 유체가 제 1 압력으로 적어도 하나의 압축 챔버 내로 진입하고 제 2 압력으로 그 챔버를 빠져나오게 한다. 여기에서의 개시 내용 및 교시 내용들에 비추어 볼 때 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 챔버들(43, 45, 46) 및 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통은, 도 1-3에 도시된 바와 같은, 전용의 개별적인 유입구 및 배출구 밸브들에 의해서, 또는 챔버를 유체 공급원 및 유체 목적지와 선택적으로 연결하도록 구성된 단일 밸브를 통해서 이루어질 수 있을 것이다.
도 1에서 더 도시된 바와 같이, 제 1 구동 조립체 구동부(20)는 스테이터(22) 및 코어(24)를 포함한다. 코어(24)는 피스톤 로드(12)의 원위 단부에 부착되고, 스테이터(22)는 코어(24)에 대해서 고정된다. 작동적으로, 스테이터(22)는 전자기력을 코어(24)로 가하도록 구성되고, 그에 의해서 축(16)을 따라서 코어(24)를 원위 방향 및 근위 방향으로 왕복 구동시킨다.
도 1에 또한 도시된 바와 같이, 제 2 구동 조립체 구동부(60)는 스테이터(62) 및 코어(64)를 포함한다. 코어(64)는 피스톤 로드(14)의 원위 단부에 부착되고, 스테이터(62)는 코어(64)에 대해서 고정된다. 작동적으로, 스테이터(62)는 전자기력을 코어(64)로 가하도록 구성되고, 그에 의해서 축(16)을 따라서 코어(64)를 원위 방향 및 근위 방향으로 왕복 구동시킨다.
실시예에서, 전자기 구동부(20)는 리니어 모터이고, 스테이터(22)는 제어기를 통해서 전원으로 선택적으로 연결가능한 인접한 코일들의 연속체(succession)를 포함한다. 선택된 코일이 전원에 연결될 때, 코일들은 전자기력을 코일로 가하고, 그에 의해서 피스톤 로드/압축 피스톤을 축(16)을 따라서 축방향으로 구동한다. 인접한 코일들의 그룹이 전원에 연결될 때, 전자기력이 증가한다. 피스톤 로드/압축 조립체 병진운동의 방향을 따른 인접 코일이 전원에 연결된 코일들의 세트로 부가되고, 병진운동 방향에 반대되는 인접한 코일이 전원에 연결된 코일들의 세트로부터 제거될 때, 스테이터(22)는 코어(24) 상에서 전자기력을 일정한 레벨로 유지한다. 따라서, 제어기는, 임의의 주어진 시간에 전원에 연결되는 코일들의 그룹을 동적으로(dynamically) 선택하도록, 그리고 코일들로 에너지를 공급(energizing)하고 탈-에너지화함으로써, 축(16)을 따라 코일을 제어식으로 변위시키도록 구성된다. 발명의 실시예에서, 전자기 구동부는 상업적으로 이용가능한 리니어 모터를 포함한다.
도 1에 부가적으로 도시된 바와 같이, 제 1 축적기(30)는 제 1 플랜지(32), 제 1 탄성 부재(34), 제 1 포스트(38), 제 2 탄성 부재(37), 및 제 2 플랜지(39)를 포함한다. 실시예에서, 플랜지들(32, 39) 중 하나 또는 양자 모두가 피스톤 로드(12)에 의해서 형성될 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 플랜지들 중 하나 또는 양자 모두가, 조립체들을 피스톤 로드(12)에 부착하는 것에 의해서 구축될 수 있을 것이다. 제 1 포스트(38)는 피스톤 로드(12)를 슬라이딩식으로 수용하는 개구(36)를 포함하고, 피스톤 로드(12)에 대해서 고정된다. 각각의 탄성 부재(34, 37)는 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다. 제 1 탄성 부재(34)는 제 1 단부에서 제 1 플랜지(32)에 부착되고, 제 1 탄성 부재(34)는 제 2 단부에서 제 1 포스트(38)에 부착된다. 제 2 탄성 부재(37)는 제 1 단부에서 제 2 플랜지(39)에 부착되고, 제 2 탄성 부재(34)는 제 2 단부에서 제 1 포스트(38)에 부착된다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 제 2 축적기(50)는 제 3 플랜지(52), 제 3 탄성 부재(54), 제 2 포스트(56), 제 4 탄성 부재(57), 및 제 4 플랜지(59)를 포함한다. 실시예에서, 플랜지들(54, 59) 중 하나 또는 양자 모두가 피스톤 로드(14)에 의해서 형성될 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 플랜지들 중 하나 또는 양자 모두가, 조립체들을 피스톤 로드(14)에 부착하는 것에 의해서 구축될 수 있을 것이다. 제 2 포스트(56)는 피스톤 로드(14)를 슬라이딩식으로 수용하는 개구(58)를 포함하고, 피스톤 로드(14)에 대해서 고정된다. 각각의 탄성 부재(54, 57)는 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다. 제 3 탄성 부재(54)는 제 1 단부에서 제 3 플랜지(52)에 부착되고, 제 3 탄성 부재(54)는 제 2 단부에서 제 2 포스트(56)에 부착된다. 제 4 탄성 부재(57)는 제 1 단부에서 제 4 플랜지(59)에 부착되고, 제 4 탄성 부재(57)는 제 2 단부에서 포스트(56)에 부착된다.
도 2 및 3은 구동 조립체들(20, 60)에 의해서 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체들(12, 42; 14, 44)로 가해지는 힘을 도시한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "상사점"이라는 문구는, 압축 조립체(40) 내에 배치된 피스톤(42, 44)이 축(16)을 따라서 병진운동의 가장 원위의 지점에 실질적으로 있게 되는 위치적 배열을 지칭한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "하사점"이라는 문구는, 압축 조립체(40) 내에 배치된 피스톤(42, 44)이 축(16)을 따라서 병진운동의 가장 근위의 지점에 실질적으로 있게 되는 위치적 배열을 지칭한다.
도 2는 축(16)을 따라 근위 방향으로 제 1 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(12, 42)를 구동하기 위해서 가해지는 힘을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 피스톤(42)은 상사점에 실질적으로 배치된다. 근위 방향 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 제 1 구동 조립체(20)는 전술한 기전력(F1)을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(16)을 따라 근위 방향으로 조립체를 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 1 탄성 부재(34)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 근위 방향으로 향한 가속력(F2)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 중앙 압축 챔버(43) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 압축 피스톤(42)의 근위 면 상으로 원위 방향으로 향한 힘(F3)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 피스톤(42)이 하사점에 도달할 때까지 계속하여, 제 2 탄성 부재(37)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 원위 방향으로 향한 감속력(F4)을 조립체로 가한다.
도 2는 또한 축(16)을 따라 근위 방향으로 제 2 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(14, 44)를 구동하기 위해서 가해지는 힘을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 피스톤(44)은 상사점에 실질적으로 배치된다. 전술한 바와 같이, 근위 방향 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 제 2 구동 조립체(60)는 전술한 기전력(F5)을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 상기 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(16)을 따라 근위 방향으로 상기 조립체를 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 3 탄성 부재(57)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 근위 방향으로 향한 가속력(F6)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 중앙 압축 챔버(43) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 압축 피스톤(44)의 근위 면 상으로 원위 방향으로 향한 힘(F7)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 피스톤(44)이 하사점에 도달할 때까지 계속하여, 제 4 탄성 부재(54)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 원위 방향으로 향한 감속력(F8)을 조립체로 가한다.
도 3은 축(16)을 따라 원위 방향으로 제 1 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(12, 42)를 구동하기 위해서 가해지는 힘을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 피스톤(42)은 하사점에 실질적으로 배치된다. 원위 방향 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 제 1 구동 조립체(20)는 힘(F9)과 같은 전술한 기전력을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(16)을 따라 원위 방향으로 조립체를 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 2 탄성 부재(37)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 원위 방향으로 향한 가속력(F10)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 제 1 압축 챔버(45) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 제 1 압축 피스톤(42)의 원위 면 상으로 근위 방향으로 향한 힘(F11)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 피스톤(42)이 상사점에 도달할 때까지 계속하여, 제 1 탄성 부재(34)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 근위 방향으로 향한 감속력(F12)을 조립체로 가한다.
도 3은 또한 축(16)을 따라 원위 방향으로 제 2 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(14, 44)를 구동하기 위해서 가해지는 힘을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 피스톤(44)은 하사점에 실질적으로 배치된다. 전술한 바와 같이, 원위 방향 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 제 2 구동 조립체(60)는 전술한 기전력(F13)을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 상기 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(16)을 따라 원위 방향으로 상기 조립체를 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 3 탄성 부재(54)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 원위 방향으로 향한 가속력(F14)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 제 2 압축 챔버(46) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 압축 피스톤(44)의 원위 면 상으로 근위 방향으로 향한 힘(F15)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 피스톤(44)이 상사점에 도달할 때까지 계속하여, 제 4 탄성 부재(57)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 원위 방향으로 향한 감속력(F16)을 조립체로 가한다.
행정 중에, 힘들의 합계는, 축(16)을 따른 조립체의 병진운동 중에 조립체가 가속되고 감속되는 비율(rate)을 좌우한다. 조립체가 가속될 때, 조립체의 관성이 증가된다. 조립체가 감속될 때, 조립체의 관성이 감소된다. 조립체가 일정한 속도로 이동할 때, 조립체의 관성은 일정하다. 그에 따라, 행정의 시작시에, 제 1 탄성 부재의 완화(relaxation)는 조립체를 가속하고, 그에 의해서 조립체 내의 관성을 증가시킨다. 이동 지점 중에, 제 2 탄성 부재가 변형되기 시작하고, 조립체를 감속시키며, 그에 의해서 조립체 내의 관성을 감소시킨다. 포괄적으로, 탄성 부재들은 제 1 행정 중에 조립체 내에 관성 에너지를 저장하는, 그리고 후속 행정 중에 저장된 에너지를 조립체로 부과하는 기술적 효과를 가지고, 그에 의해서 왕복 중에 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체들(12, 42; 14, 44) 내에 존재하는 에너지를 보존한다.
여기에서의 개시 내용 및 교시 내용들에 비추어 볼 때 당업자에게 자명한 바와 같이, 연관된 힘들이 인가되는 타이밍을 변화시키도록 전술한 탄성 부재 쌍들의 구성이 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도시된 탄성 부재들(34, 37; 54, 57)의 쌍들이 상이한 스프링 상수들을 가지는 것이 본원 발명의 범위 내에서 포함된다. 대안적으로, 탄성 부재가 힘을 인가하는 거리가 탄성 부재들(34, 37; 54, 57)의 쌍 내에서 상이할 수 있을 것이다. 마지막으로, 단일 탄성 부재로 전술한 기능들을 실시하는 것, 예를 들어 행정의 시작에서 원위 방향으로 신장되는 행정을 시작하는 것, 행정의 과정 중에 이완되는 것, 그리고 행정의 종료 부분 중에 근위 방향으로 변형시키는 것도 본원 발명의 범위 내에 포함된다.
유리하게, 탄성 부재는 스프링 상수, 공진 주파수, 및 스프링 공진 주파수의 고조파 주파수들을 가지는 공진 스프링을 포함한다. 도시된 실시예에서, 공진 스프링(34)은 피스톤이 제 1 포스트(38)에 대해서 제 1 플랜지(32)의 원위 방향 병진운동에 의해서 상사점에 접근함에 따라 변형되도록 구성되는데, 그러한 병진운동은 공진 스프링을 연신시켜 그 스프링이 에너지를 흡수하게 하며, 스프링은 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(12, 42)가 상사점에 접근함에 따라 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(12, 42)를 추가적으로 감속시킨다. 실시예에서, 연신된 공진 스프링(34)은 후속 행정 중에 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 축(16)을 따른 제 1 원위 행정 중에 조립체 내에 관성 에너지를 축적하고, 축(16)을 따라서 근위 방향으로 조립체를 가속하는 것에 의해서 축(16)을 따른 제 2 근위 방향 행정 중에 조립체로 에너지를 되돌려 보낸다.
특정 실시예들에서, 스프링은, 요동(oscillations)(왕복 운동)의 주파수가 공진 스프링의 고유 주파수 또는 그 고조파 주파수와 매칭될 때 보다 많은 에너지를 흡수하도록 구성된 공진 스프링이다. 예를 들어, 피스톤 로드(12)/압축 피스톤(42)의 왕복동 속도가 공진 스프링(34)의 고유 주파수와 실질적으로 매칭할 때, 전술한 주기적인 스프링 변형들은 연속적인 왕복 운동들에서 스프링에 의해서 축적 및 인가되는 에너지를 최대화한다. 그러한 실시예들에서, 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체가 스프링 공진 주파수 또는 그 고조파 주파수와 실질적으로 매칭되는 속도로 왕복하도록 압축기(10)를 동작시키는 것은 구동력 요건을 최소화한다.
유리하게, 압축기의 실시예들이 부분적으로 부하가 인가된(loaded) 상태로 작동될 수 있을 것이다. 하나의 모드에서, 피스톤(42)의 원위 면 상의 부하가 밸브(48)의 선택적인 동작을 통해서 챔버(45)와 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통의 타이밍을 제어하는 것에 의해서 변조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 피스톤(42)이 밸브(48)를 동작시키는 것에 의해서 부분적으로 부하제거(unloaded)될 수 있을 것이며, 그에 따라 피스톤 운동의 일부 중에, 챔버(45) 내로 진입하는 유체와 챔버를 진출하는 유체 사이의 압력 차가 감소되거나, 실질적으로 최소화된다. 유사하게, 피스톤(44)의 원위 면 상의 부하가 밸브(49)의 선택적인 동작을 통해서 챔버(46)와 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통의 타이밍을 제어하는 것에 의해서 변조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 피스톤(44)이 밸브(49)를 동작시키는 것에 의해서 부분적으로 부하제거될 수 있을 것이며, 그에 따라 피스톤 운동의 일부 중에, 챔버(46) 내로 진입하는 유체와 챔버를 진출하는 유체 사이의 압력 차가 감소되거나, 실질적으로 최소화된다. 다른 모드에서, 피스톤들(42, 44)의 근위 면들 상의 부하가, 밸브(47)를 동작시키는 것에 의해서 챔버(43)와 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통의 타이밍을 제어하는 것에 의해서 변조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 피스톤(42, 44)이 밸브(47)를 동작시키는 것에 의해서 부분적으로 부하제거될 수 있을 것이며, 그에 따라 피스톤 운동의 일부 중에, 챔버(43) 내로 진입하는 유체와 챔버를 진출하는 유체 사이의 압력 차가 감소되거나, 실질적으로 최소화된다. 그러한 동작 모드들은, 예를 들어, 천연 가스 분배 네트워크에서 천연 가스 수요가 변화될 때와 같이, 유체 수요가 변화하는 기간들에서, 탄력적인 동작을 허용한다.
유리하게, 실시예에서, 압축기는 가변적인 용량 압축기이다. 예를 들어, 비-일시적(non-transitory) 기계-판독가능 매체 상에 기록된 일련의 명령들로 프로그래밍됨으로써, 제어기는 피스톤 위상, 나아가서는 압축기 용량을 변화시키도록 구성될 수 있을 것는데, 상기 명령들은 제어기로 하여금 (i) 0도 내지 180도의 피스톤 오프셋을 포함하는 압축기 위상 셋팅을 수신하도록; (ii) 각각의 행정 길이들을 규정하기 위해서 피스톤 로드/압축 피스톤의 행정 중에 전원에 연결될 필요가 있는, 복수의 코일들로부터의 코일들의 그룹을 선택하도록; (iii) 각각의 선택된 코일이 전원에 반드시 연결되어야 하는 시간을 규정하도록, 각각의 행정 중에 코일이 전원에 연결되어야 하는 시간의 기간을 규정하도록, 그리고 각각의 행정 중에 코일이 전원으로부터 분리되어야 하는 시점을 규정하도록, 그리고 (iv) 규정된 시간에 식별된 코일들을 전원으로 선택적으로 연결하도록, 선택된 코일들이 규정된 시간 기간 동안 전원에 연결되어 유지되게 허용하도록, 그리고 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체를 구동하기 위해서, 규정된 시간에 식별된 코일들을 선택적으로 분리하도록, 유도한다. 실시예에서, 제어기는 또한 코일들의 선택에 있어서 그리고 연결 시간, 연결 지속시간, 및 분리 시간을 규정하는데 있어서 이용하기 위한 행정 길이 셋팅을 수신하도록 구성될 수 있을 것이다.
도 4-6은 본원 발명의 실시예에 따른 공진 스프링을 구비한 단일 전자기 액추에이터에 의해서 구동되는 위상형 피스톤들을 가지는 압축기를 도시한다.
도 4는 구동 조립체(220), 제 1 축적기 조립체(230), 압축 조립체(240), 및 제 2 축적기 조립체(250)를 포함하는 압축기(200)를 도시한다. 제 1 피스톤 로드(212)는 구동 조립체(220), 제 1 축적기 조립체(230), 및 압축 조립체(240)를 연결한다. 제 2 피스톤 로드(214)는 구동 조립체(220), 제 2 축적기 조립체(250), 및 압축 조립체(240)를 연결한다.
제 2 피스톤 로드(214)는 중공형이고, 원위 단부에 원위 개구부(228)를 가지고 근위 단부에 근위 개구부(215)를 가지는 통로(미도시)를 포함한다. 제 2 피스톤 로드는 그 축 길이를 따라서 제 1 피스톤 로드(212)의 일부를 슬라이딩으로 그리고 밀봉식으로 수용하도록 구성되고, 제 1 및 제 2 피스톤 로드들은 축(216)을 따라서 동축적으로 정렬된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 파선들(218)은 제 2 피스톤 로드(214) 내에 수용된 제 1 피스톤 로드(212)의 부분을 나타낸다. 작동적으로, 피스톤 로드들(212, 214)이 축(216)을 따라서 서로에 대해서 독립적으로 병진운동할 수 있도록, 피스톤 로드들이 구성된다.
구동 조립체(220)는 제1 피스톤 로드(212)를 통해서 제 1 축적기 조립체(230) 및 압축 조립체(240)와 기계적으로 소통한다. 제 1 축적기 조립체(230)는 제 1 피스톤 로드(212)를 통해서 구동 조립체(220) 및 압축 조립체(240)와 기계적으로 소통한다. 구동 조립체(220)는 또한 제 2 피스톤 로드(214)를 통해서 제 2 축적기 조립체(250) 및 압축 조립체(240)와 기계적으로 소통한다. 제 2 축적기 조립체(250)는 제 2 피스톤 로드(214)를 통해서 구동 조립체(220) 및 압축 조립체(240)와 기계적으로 소통한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 압축 조립체(240)는 하우징(241), 제 1 압축 피스톤(244), 및 제 2 압축 피스톤(242)을 포함한다. 제 1 압축 피스톤(244) 및 제 2 압축 피스톤(242)은 하우징(241) 내에서 축방향으로 배치되고, 적어도 하나의 유체적으로 격리된 압축 챔버를 형성한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 압축 피스톤들(242, 244)은 하우징 부피를 3개의 챔버들로 분할하고, 각각의 챔버는 다른 챔버들에 대해서 실질적으로 유체적으로 격리된다.
하우징(241)은 축(216)과 실질적으로 정렬된 개구를 더 포함하고, 상기 개구들은 상기 하우징의 내부를 압축 조립체(240) 외부의 분위기와 연결하는 오리피스를 형성한다. 제 1 개구는 축(216)을 따라서 제 2 피스톤 로드(214)를 슬라이딩식으로 그리고 밀봉식으로 수용하고, 상기 제 2 피스톤 로드(214)는 하우징(241) 내로 연장하고 제 2 압축 피스톤(242)에 연결된다.
제 2 압축 피스톤(242)은 표면을 포함한다. 제 2 압축 피스톤 표면은 엣지를 포함하고, 상기 엣지는 하우징(241)의 내측 표면과 슬라이딩식으로 그리고 밀봉식으로 결합하도록 구성된다. 제 1 피스톤 표면은 근위 면을 더 포함하고, 상기 근위 면은 축(216)에 실질적으로 직교한다. 제 1 피스톤 근위 면은 개구(215)를 더 포함하고, 제 1 피스톤 로드(212)는 상기 개구(215)를 통해서 연장하고 제 1 압축 피스톤(244)에 부착된다.
제 1 압축 피스톤 표면은 근위 면에 대향하는 원위 면을 더 포함하고, 그러한 후방 면은 축(216)에 실질적으로 직교한다. 실시예에서, 제 2 피스톤 로드(214)는 제 2 압축 피스톤(242)의 후방 면에서 제 2 압축 피스톤(242)에 연결된다.
제 1 압축 피스톤(244)은 표면을 포함한다. 제 1 압축 피스톤 표면은 엣지를 포함하고, 상기 엣지는 하우징의 내측 표면과 슬라이딩식으로 그리고 밀봉식으로 결합하도록 구성된다. 제 1 압축 피스톤 표면은 근위 면을 더 포함하고, 상기 근위 면은 축(216)에 실질적으로 직교하고 제 2 압축 피스톤(242)의 근위 면과 대면한다. 제 1 피스톤 표면은 그 근위 면과 대면하는 원위 면을 더 포함하고, 그러한 후방 면은 축(216)에 대해서 실질적으로 직교한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 제 1 피스톤 로드(212)는 그 근위 표면에서 제 1 압축 피스톤(244)에 연결된다.
하우징 내측 표면의 일부, 제 1 피스톤 근위 면, 및 제 2 피스톤 근위 면은 중앙 압축 챔버(243)를 집합적으로 형성한다. 다시 중앙 압축 챔버(243)는 유입구/배출구 밸브(247)를 통해서 유체 공급원(미도시 됨) 및 유체 목적지(또한 미도시 됨)와 유체적으로 소통한다. 실시예에서, 하우징 내측 표면의 일부와 제 2 피스톤 원위 면은 제 1 압축 챔버(245)를 추가적으로 형성한다. 다시 제 1 압축 챔버(245)는 또한 유입구/배출구 밸브(248)를 통해서 유체 공급원 및 유체 목적지와 유체적으로 소통한다. 실시예에서, 하우징 내측 표면의 일부와 제 1 피스톤 원위 면이 제 2 압축 챔버(246)를 더 형성한다. 제 2 압축 챔버(246)는 다시 유입구/배출구 밸브(249)를 통해서 유체 공급원 및 유체 목적지와 유체적으로 소통한다. 실시예들에서, 중앙 압축 챔버(243), 제 1 압축 챔버(245), 및 제 2 압축 챔버(246) 중 하나가 다른 것으로부터 실질적으로 유체적으로 격리된다.
실시예들에서, 밸브들(247, 248, 249) 중 적어도 하나가 솔레노이드 액추에이터(미도시)를 포함한다. 실시예들에서, 액추에이터는 전기자(armature) 및 홀딩 플레이트를 구비하는 솔레노이드를 포함하며, 홀딩 플레이트가 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 부착되고 전기자가 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 대해서 고정된다. 다른 실시예들에서, 밸브들(247, 248, 249) 중 적어도 하나가 자기 기어링 액추에이터(미도시)를 포함한다. 작동적으로, 밸브들(247, 248, 249)이 피스톤들(242, 244)의 운동과 협력하여, 유체가 제 1 압력으로 적어도 하나의 압축 챔버 내로 진입하고 제 2 압력으로 그 챔버를 빠져나오게 한다. 여기에서의 개시 내용 및 교시 내용들에 비추어 볼 때 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 챔버들(243, 245, 246) 및 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통은, 도 4-6에 도시된 바와 같은, 전용의 개별적인 유입구 및 배출구 밸브들에 의해서, 또는 챔버를 유체 공급원 및 유체 목적지와 선택적으로 연결하도록 구성된 단일 밸브를 통해서 이루어질 수 있을 것이다.
도 4에서 더 도시된 바와 같이, 구동 조립체 구동부(220)는 스테이터(222), 제 1 코어(226), 및 제 2 코어(228)를 포함한다. 제 1 코어(226)는 제 1 피스톤 로드(212)에 부착되고, 제 2 코어(228)는 제 2 피스톤 로드(214)의 원위 부분에 부착되고, 스테이터(222)는 코어들(226, 228)에 대해서 고정된다. 작동적으로, 스테이터(222)는 전자기력을 코어들(226, 228)로 가하도록 구성되고, 그에 의해서 축(216)을 따라서 코어들(226, 228)을 원위 방향 및 근위 방향으로 왕복 구동시킨다. 발명의 실시예에서, 스테이터는 코어들(226, 228)을 서로에 대해서 독립적으로 구동시키도록 구성된다.
실시예에서, 구동 조립체(220)는 리니어 모터이고, 스테이터(222)는 제어기(미도시)를 통해서 전원(미도시)으로 선택적으로 연결가능한 복수의 코일들(225)을 포함한다. 복수의 코일들(2251)로부터의 개별적인 코일이 전원에 연결될 때, 코일들은 전자기력을 코어들(226, 228)로 가하고, 그에 의해서 각각의 코어에 부착된 피스톤 로드/압축 피스톤을 축(216)을 따라서 축방향으로 구동한다. 코일이 전원에 연결된 코일들의 세트에 부가될 때, 전자기력이 증가된다. 코일이 전원에 연결된 코일들의 세트로부터 제거될 때, 전자기력이 감소된다. 인접한 코일들의 그룹이 전원에 연결될 때, 전자기력이 증가한다. 피스톤 로드/압축 조립체 병진운동의 방향을 따른 인접 코일이 전원에 연결된 코일들의 세트로 부가되고, 병진운동 방향에 반대되는 인접한 코일이 전원에 연결된 코일들의 세트로부터 제거될 때, 스테이터(222)는 해당 코어(24) 상에서 전자기력을 일정하게 유지하며, 사실상 코어 자체를 따라는 전자기력은 축을 따라 병진이동한다. 발명의 일 실시예에서, 전자기 구동부는 상업적으로 이용가능한 리니어 모터를 포함한다.
도 4에 부가적으로 도시된 바와 같이, 제 1 축적기(230)는 제 1 플랜지(232), 제 1 탄성 부재(234), 제 1 포스트(238), 제 2 탄성 부재(237), 및 제 2 플랜지(239)를 포함한다. 실시예에서, 플랜지들(232, 239) 중 하나 또는 양자 모두가 제 1 피스톤 로드(212)에 의해서 형성될 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 플랜지들 중 하나 또는 양자 모두가, 조립체들을 제 1 피스톤 로드(212)에 부착하는 것에 의해서 구축될 수 있을 것이다. 제 1 포스트(238)는 제 1 피스톤 로드(212)를 슬라이딩식으로 수용하는 개구(236)를 포함하고, 포스트(238)는 피스톤 로드(212)에 대해서 고정된다. 각각의 탄성 부재(234, 237)는 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다. 제 1 탄성 부재(234)는 그 제 1 단부에서 제 1 플랜지(232)에 부착되고, 제 1 탄성 부재(234)는 그 제 2 단부에서 제 1 포스트(238)에 부착된다. 제 2 탄성 부재(237)는 그 제 1 단부에서 제 2 플랜지(239)에 부착되고, 제 2 탄성 부재(234)는 그 제 2 단부에서 제 1 포스트(238)에 부착된다.
도 4에 더 도시된 바와 같이, 제 2 축적기(250)는 제 3 플랜지(252), 제 3 탄성 부재(254), 제 2 포스트(256), 제 4 탄성 부재(257), 및 제 4 플랜지(259)를 포함한다. 실시예에서, 플랜지들(254, 259) 중 하나 또는 양자 모두가 제 2 피스톤 로드(214)에 의해서 형성될 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 플랜지들 중 하나 또는 양자 모두가, 조립체들을 제 2 피스톤 로드(214)에 부착하는 것에 의해서 구축될 수 있을 것이다. 제 2 포스트(256)는 제 2 피스톤 로드(214)를 슬라이딩식으로 수용하는 개구(258)를 포함하고, 제 2 피스톤 로드(214)에 대해서 고정된다. 각각의 탄성 부재(254, 257)는 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다. 제 3 탄성 부재(254)는 그 제 1 단부에서 제 3 플랜지(252)에 부착되고, 제 3 탄성 부재(254)는 그 제 2 단부에서 제 2 포스트(256)에 부착된다. 제 4 탄성 부재(257)는 그 제 1 단부에서 제 4 플랜지(259)에 부착되고, 제 4 탄성 부재(257)는 그 제 2 단부에서 포스트(256)에 부착된다.
도 5 및 6은 압축기(200) 내에서 구동 조립체(220)에 의해서 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체들(212, 242; 214, 244)로 가해지는 힘들을 도시한다.
도 5는, 압축기(200)의 제 1 왕복 중에 인가될 수 있는, 축(216)을 따라서 근위 방향으로 피스톤(244)을 구동하기 위해서 제 1 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(212, 244)를 구동하기 위해서 가해지는 힘을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 피스톤(242)은 상사점에 실질적으로 배치된다. 근위 방향 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 구동 조립체(220)는 전술한 원위 방향으로 향한 기전력(F101)을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(216)을 따라 원위 방향으로 조립체를 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 1 탄성 부재(237)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 원위 방향으로 향한 가속력(F102)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 중앙 압축 챔버(243) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 압축 피스톤(244)의 근위 면 상으로 대향하는 힘(F103)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 피스톤(244)이 하사점에 도달할 때까지 계속하여, 제 2 탄성 부재(234)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 대향하는 힘(F104)을 조립체로 가하고, 그에 의해서, 조립체가 그 하사점 위치에 접근함에 따라, 조립체를 감속시킨다.
도 5는 또한, 압축기(200)의 제 1 왕복 중에 인가될 수 있는, 축(216)을 따라 근위 방향으로 피스톤(242)을 구동하기 위해서 제 2 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(214, 242)를 구동하기 위해서 가해지는 힘을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 피스톤(242)은 상사점에 실질적으로 배치된다. 제 2 피스톤의 근위 방향 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 구동 조립체(220)는 전술한 근위 방향으로 향한 기전력(F105)을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 상기 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(216)을 따라 근위 방향으로 상기 조립체를 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 3 탄성 부재(254)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 근위 방향으로 향한 가속력(F106)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 중앙 압축 챔버(243) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 제 2 압축 피스톤(242)의 근위 면 상으로 대향하는 힘(F107)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 피스톤(242)이 하사점에 도달할 때까지 계속하여, 제 4 탄성 부재(257)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 부가적인 대향하는 힘(F108)을 조립체로 가하고, 그에 의해서, 조립체가 그 하사점 위치에 접근함에 따라, 조립체를 감속시킨다.
작동적으로, 동작 중에 함께 합계된 힘 및 결과적인 힘이 피스톤의 이동을 유발한다. 유리하게, 탄성 부재들에 의해서 인가되는 힘들은 행정의 부분에 대해서만 인가되고 구동 조립체 힘을 보충한다(complement). 예를 들어, 축적기의 하나의 탄성 부재는 신장된 상태에서 행정을 시작하고, 그에 의해서 행정의 시작에서 부가적인 힘을 인가함으로써, 구동 조립체에서 요구하였을 힘을 감소시키는 기술적 효과를 가진다. 유사하게, 축적기의 보충적인 탄성 부재는 정상 상태에서 행정을 시작하고, 그리고 행정의 종료를 향해서 신장되기 시작하고, 그에 의해서 조립체를 감속시키고 그리고 조립체의 후속 왕복을 위해서 관성 에너지를 저장하는 기술적 효과를 가지게 된다.
도 6은, 압축기(200)의 제 2 왕복 중에 인가될 수 있는, 축(216)을 따라 원위 방향으로 제 1 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(212, 244)를 구동하기 위해서 가해지는 힘들을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 제 1 압축 피스톤(244)은 하사점에 실질적으로 배치된다. 원위적 피스톤 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 구동 조립체(220)는 근위 방향으로 향한 기전력(F109)을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(216)을 따라 원위 방향으로 피스톤을 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 1 탄성 부재(234)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 근위 방향으로 향한 가속력(F110)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 제 1 압축 챔버(245) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 제 1 압축 피스톤(244)의 원위 면 상으로 대향하는 힘(F111)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 피스톤(42)이 상사점 위치에 실질적으로 도달할 때까지 계속하여, 제 2 탄성 부재(237)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 대향하는 힘(F112)을 조립체로 가하며, 그에 의해서 조립체가 그 상사점 위치에 접근할 때 조립체를 감속시킨다.
도 6은 또한, 압축기(200)의 제 2 왕복 중에 인가될 수 있는, 축(216)을 따라 원위 방향으로 제 2 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(214, 242)를 구동하기 위해서 가해지는 힘을 도시한다. 행정의 시작시에, 조립체가 실질적으로 정지되어 있고, 제 2 압축 피스톤(242)은 하사점에 실질적으로 배치된다. 제 2 압축 피스톤(242)의 원위 방향 병진운동 중에 4개의 힘들이 조립체에 가해진다. 첫 번째로, 구동 조립체(220)는 전술한 기전력(F113)을 조립체 상으로 가하는 것에 의해서 상기 조립체를 가속하고, 그에 의해서 축(216)을 따라 원위 방향으로 상기 피스톤(242)을 구동시킨다. 두 번째로, 행정의 시작에서 그리고 행정의 일부 중에, 변형된(신장된) 제 4 탄성 부재(257)가 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 원위 방향으로 향한 가속력(F114)을 조립체로 가한다. 세 번째로, 제 2 압축 챔버(246) 내의 부피가 감소됨에 따라, 챔버 내에 체류하는 가스가 압축 피스톤(242)의 원위 면 상으로 대향하는 힘(F115)을 가한다. 마지막으로, 행정의 종료 전의 지점에서 그리고 제 2 압축 피스톤(242)이 그 상사점 위치에 도달할 때까지 계속하여, 제 3 탄성 부재(254)가 변형되고(신장되고), 그에 의해서 대향하는 힘(F116)을 조립체로 가하고, 그에 의해서 조립체가 그 상사점 위치에 접근할 때 조립체를 감속시킨다.
행정 중에, 힘들의 합계는, 축(216)을 따른 조립체의 병진운동 중에 조립체가 가속되고 감속되는 비율을 좌우한다. 조립체가 가속될 때, 조립체의 관성이 증가된다. 조립체가 감속될 때, 조립체의 관성이 감소된다. 조립체가 일정한 속도로 이동할 때, 조립체의 관성은 일정하다. 그에 따라, 행정의 시작시에, 제 1 탄성 부재의 완화는 조립체를 가속하고, 그에 의해서 조립체 내의 관성을 증가시킨다. 이동 지점 중에, 제 2 탄성 부재가 변형되기 시작하고, 조립체를 감속시키며, 그에 의해서 조립체 내의 관성을 감소시킨다. 포괄적으로, 탄성 부재들은 제 1 행정 중에 조립체 내에 관성 에너지를 저장하는, 그리고 후속 행정 중에 저장된 에너지를 조립체로 부과하는 기술적 효과를 가지고, 그에 의해서 왕복 중에 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체들(212, 244; 214, 242) 내에 존재하는 에너지를 보존한다.
유리하게, 탄성 부재는 스프링 상수, 공진 주파수, 및 스프링 공진 주파수의 고조파 주파수들을 가지는 공진 스프링을 포함한다. 도시된 실시예에서, 공진 스프링(34)은 피스톤이 제 1 포스트(38)에 대해서 제 1 플랜지(32)의 원위 방향 병진운동에 의해서 상사점에 접근함에 따라 변형되도록 구성되며, 그러한 병진운동은 공진 스프링을 연신시켜 스프링이 에너지를 흡수하게 하며, 스프링은 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(12, 42)가 상사점에 접근함에 따라 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체(12, 42)를 추가적으로 감속시킨다. 실시예에서, 연신된 공진 스프링(34)은 후속 행정 중에 그 정상 형상으로 복귀되고, 그에 의해서 축(16)을 따른 제 1 원위 행정 중에 조립체 내에 관성 에너지를 축적하고, 축(16)을 따라서 근위 방향으로 조립체를 가속하는 것에 의해서 축(16)을 따른 제 2 근위 방향 행정 중에 조립체로 에너지를 되돌려 보낸다.
특정 실시예들에서, 스프링은, 진동들(왕복들)의 주파수가 공진 스프링의 고유 주파수 또는 그 고조파 주파수와 매칭될 때 보다 많은 에너지를 흡수하도록 구성된 공진 스프링이다. 예를 들어, 피스톤 로드(12)/압축 피스톤(42)의 왕복동 속도가 공진 스프링(34)의 고유 주파수와 실질적으로 매칭할 때, 전술한 주기적인 스프링 변형들은 연속적인 왕복들에서 스프링에 의해서 축적 및 인가되는 에너지를 최대화한다. 그러한 실시예들에서, 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체가 스프링 공진 주파수 또는 그 고조파 주파수와 실질적으로 매칭되는 속도로 왕복하도록 압축기(10)를 동작시키는 것은 구동력 요건을 최소화한다.
유리하게, 압축기의 실시예들이 부분적으로 부하가 인가된 상태로 작동될 수 있을 것이다. 하나의 모드에서, 피스톤(242)의 원위 면 상의 부하가 밸브(248)의 선택적인 동작을 통해서 챔버(245)와 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통의 타이밍을 제어하는 것에 의해서 변조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 피스톤(242)이 밸브(248)를 동작시키는 것에 의해서 부분적으로 부하제거될 수 있을 것이며, 그에 따라 피스톤 운동의 일부 중에, 챔버(245) 내로 진입하는 유체와 챔버를 진출하는 유체 사이의 압력 차가 감소되거나, 실질적으로 최소화된다. 유사하게, 피스톤(244)의 원위 면 상의 부하가 밸브(249)의 선택적인 동작을 통해서 챔버(246)와 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통의 타이밍을 제어하는 것에 의해서 변조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 피스톤(244)이 밸브(249)를 동작시키는 것에 의해서 부분적으로 부하제거될 수 있을 것이며, 그에 따라 피스톤 운동의 일부 중에, 챔버(246) 내로 진입하는 유체와 챔버를 진출하는 유체 사이의 압력 차가 감소되거나, 실질적으로 최소화된다. 다른 모드에서, 피스톤들(242, 244)의 근위 면들 상의 부하가, 밸브(247)를 동작시키는 것에 의해서 챔버(243)와 유체 공급원/목적지 사이의 유체 소통의 타이밍을 제어하는 것에 의해서 변조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 피스톤(242, 244)이 밸브(247)를 동작시키는 것에 의해서 부분적으로 부하제거될 수 있을 것이며, 그에 따라 피스톤 운동의 일부 중에, 챔버(243) 내로 진입하는 유체와 챔버를 진출하는 유체 사이의 압력 차가 감소되거나, 실질적으로 최소화된다. 그러한 동작 모드들은, 예를 들어, 천연 가스 분배 네트워크에서 천연 가스 수요가 변화될 때와 같이, 유체 수요가 변화하는 기간들에서, 탄력적인 동작을 허용한다.
유리하게, 실시예에서, 압축기는 가변적인 용량 압축기이다. 예를 들어, 비-일시적 기계-판독가능 매체 상에 기록된 일련의 명령들로 프로그래밍됨으로써, 제어기는 피스톤 위상, 나아가서는 압축기 용량을 변화시키도록 구성될 수 있을 것이고, 상기 명령들은 제어기로 하여금 (i) 0도 내지 180도의 피스톤 오프셋을 포함하는 압축기 위상 셋팅을 수신하도록; (ii) 각각의 행정 길이들을 규정하기 위해서 피스톤 로드/압축 피스톤의 행정 중에 전원에 연결될 필요가 있는, 복수의 코일들로부터의 코일들의 그룹을 선택하도록; (iii) 각각의 선택된 코일이 전원에 반드시 연결되어야 하는 시간을 규정하도록, 각각의 행정 중에 코일이 전원에 연결되어야 하는 시간의 기간을 규정하도록, 그리고 각각의 행정 중에 코일이 전원으로부터 분리되어야 하는 시점을 규정하도록, 그리고 (iv) 규정된 시간에 식별된 코일들을 전원으로 선택적으로 연결하도록, 선택된 코일들이 규정된 시간 기간 동안 전원에 연결되어 유지되게 허용하도록, 그리고 피스톤 로드/압축 피스톤 조립체를 구동하기 위해서, 규정된 시간에 식별된 코일들을 선택적으로 분리하도록, 유도한다. 실시예에서, 제어기는 또한 코일들의 선택에 있어서 그리고 연결 시간, 연결 지속시간, 및 분리 시간을 규정하는데 있어서 이용하기 위한 행정 길이 셋팅을 수신하도록 구성될 수 있을 것이다.
유리하게, 압축기(200)의 포개진 피스톤 로드들(212 214)은 보다 작고, 보다 콤팩트한 압축기를 초래하고, 압축기가 단일 구동 조립체로부터 구성될 수 있게 한다. 결과적으로, 기계의 전체적인 치수들이 보다 작고, 압축기를 수용하기 위해서 필요한 설비의 크기를 유리하게 감소시킨다.
여기에서의 개시 내용 및 교시 내용들에 비추어 볼 때 당업자에게 자명한 바와 같이, 연관된 힘들이 인가되는 타이밍을 변화시키도록 전술한 탄성 부재 쌍들의 구성이 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도시된 보충적인 탄성 부재들(234, 237; 254, 257)이 상이한 스프링 상수들을 가지는 것이 본원 발명의 범위 내에서 포함된다. 대안적으로, 탄성 부재가 힘을 인가하는 거리가, 보충적인 탄성 부재들(234, 237; 254, 257) 사이에서 상이할 수 있을 것이다. 마지막으로, 단일 탄성 부재로 전술한 기능들을 실시하는 것, 예를 들어 행정의 시작에서 원위 방향으로 신장되는 행정을 시작하는 것, 행정의 과정 중에 완화시키는 것, 그리고 행정의 말단 부분 중에 근위 방향으로 변형시키는 것도 본원 발명의 범위 내에 포함된다.
가능한 유리한 실시예에 따라서, 제 1 또는 제 2 피스톤 로드에 고정된 제 1 전도체 및 제 1 또는 제 2 피스톤 로드에 부착된 제 2 전도체를 가지는 커패시터가 유전체(예를 들어, 공기)에 의해서 분리된다; 이러한 방식에서, 커패시터는 가동 플레이트(정확하게 말해, 하나의 플레이트가 다른 플레이트에 대해 이동함)를 가지고 그에 따라 가변적인 커패시턴스를 가진다. 이러한 실시예의 변형예에 따라서, 2개의 전도성 플레이트들 사이에 유전체가 점유한 간격은 피스톤 로드들의 병진운동과 함께 변화된다. 제 1 및 제 2 전도체들이 한차례 대전되어 압축기의 동작 중에 격리된 채 유지될 수 있거나, 상이하게 대전되고 압축기들의 구분된 동작 기간들 동안 격리되어 유지될 수 있거나, 또는 압축기의 동작 중에 일정 전압 발생기에 영구적으로 연결될 수 있거나, 또는 압축기의 동작 중에 가변 전압 발생기(전형적으로, 발전기의 전압은 병진운동 가능 조립체의 요동 기간에 대해서 느리게 변화된다)에 영구적으로 연결될 수 있을 것이다. 그러한 축적기는 피스톤 로드들의 이동에 상응하는 변화가능한 전기 전하를 저장하고, 그에 의해서 커패시터는 피스톤 로드들의 관성 에너지를 모으고(banking) 피스톤 로드들의 후속 병진운동으로 파워를 제공하기 위해서 전하를 공급하도록 구성된다. 하나 이상의 커패시터의 이용이, 일정하거나 가변적인 스프링 상수들을 가질 수 있는 하나 이상의 스프링들의 이용과 조합될 수 있을 것이다.
본원 발명의 실시예들의 스프링들이, 나선형 스프링들에 대한 대부분의 공통적인 경우에 상응하는, 시간 및 공간에 대한 일정한 스프링 상수를 가질 수 있을 것이고; 대안적으로, 스프링 상수가 시간 및/또는 위치에 따라서, 특히 그 길이에 따라서(즉, 스프링 상수가 스프링의 압축 정도에 의존한다) 변화될 수 있다는 것을 주목할 필요가 있을 것이다.
가능한 유리한 실시예에 따라서, 행정을 증가시키고 작동 시간을 유지하며, 그에 의해서 자석 위치가 최적화되도록 허용하는 것에 의해서 압축기 용량을 변화시키도록 구성된 가변적인 축적기가 제공된다. 예시적인 방식에서, 축적기는 복수의 선택가능한 병렬 스프링들을 가지는 탄성 부재를 포함한다. 행정에서 이용되는 스프링들의 수는 달라질 수 있고, 그에 의해서 스프링 상수를 변경할 수 있고, 그에 의해서 행정 길이를 변화시킬 수 있고 자석 위치를 최적화할 수 있다.
보다 일반적으로, 그러한 축적기는 제 1 또는 제 2 피스톤 로드에 커플링된 제 1 단부 및 제 1 또는 제 2 피스톤 로드에 대해서 고정된 제 2 단부를 가지는 스프링 조립체를 포함할 수 있을 것이다. 스프링 조립체는 복수의 스프링들을 포함할 수 있을 것이고, 이러한 스프링 조립체의 스프링 상수가 조정될 수 있을 것이며; 스프링이 상이한 스프링 상수를 가질 수 있을 것이다. 대안적으로, 스프링 조립체는, 상이한 유효 행정들을 가지도록 상이한 길이들을 가지고 병렬로 배열된 복수의 스프링들을 포함할 수 있을 것이다(즉, 병진운동 가능한 조립체의 제 1 변위에서, 스프링들의 제 1 세트가 병진운동 가능한 조립체에 대해서 활성화되고, 제 2 변위 범위에서, 스프링들의 제 2 세트가 활성화되고, 제 3 변위 범위에서, 스프링들의 제 3 세트가 활성화되고, ...). "병렬로 배열된" 이라는 표현은 기능적인 관점으로부터 해석되어야 할 것이고; 사실상 스프링들의 축들이 서로에 대해서 평행할 수 있을 것이고(제한된 경우로서 심지어 동시적이다(coincident)) 또는 서로에 대해서 경사질 수 있을 것이다.
특정 실시예들을 참조하여 발명을 설명하였지만, 당업자는, 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 여러 가지 변화들이 이루어질 수 있을 것이고 균등물들이 치환될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 발명의 교시 내용들에 대해서 특별한 상황 또는 재료를 맞추기 위해서, 많은 변경들이 이루어질 수 있을 것이다. 그에 따라, 개시된 특별한 실시예로 발명이 제한되지 않고, 발명이 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 모든 실시예들을 포함하도록 의도되었다.

Claims (23)

  1. 왕복동 압축기(100)로서:
    적어도 하나의 압축 챔버(43)를 획정하는 내측 표면(25)을 갖고, 제 1 개구(26) 및 제 2 개구(27)를 구비하는 하우징(41);
    적어도 하나의 압축 면(28)을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는 제 1 피스톤(42);
    근위 부분(11) 및 원위 부분(13)을 구비하는 제 1 피스톤 로드(12)로서, 상기 근위 부분이 상기 제 1 개구 내에 슬라이딩식으로 수용되고, 상기 제 1 피스톤 로드가 상기 제 1 피스톤에 구동식으로 연결되는 것인, 제 1 피스톤 로드(12);
    상기 제 1 피스톤 압축 면과 대향하는 적어도 하나의 압축 면(29)을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는, 제 2 피스톤(44);
    근위 부분(15) 및 원위 부분(17)을 구비하는 제 2 피스톤 로드(14)로서, 상기 근위 부분이 상기 제 2 개구 내에 슬라이딩식으로 수용되고, 상기 제 2 피스톤 로드가 상기 제 2 피스톤에 구동식으로 연결되는 것인, 제 2 피스톤 로드(14);
    상기 제 1 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 1 액추에이터; 및
    상기 제 2 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 2 액추에이터
    를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드는 상기 압축 챔버를 통과해 연장하는 병진운동 축(16)을 획정하며,
    상기 제 1 및 제 2 액추에이터들은 상기 압축 챔버 내에서 상기 제 1 및 제 2 피스톤들을 상기 병진운동 축을 따라서 구동식으로 왕복시키도록 구성되고,
    적어도 하나의 액추에이터가 힘 발생기 및 힘 축적기를 포함하며,
    상기 축적기는, 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 부착된 제 1 전도성 재료 및 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 대해서 고정된 제 2 전도성 재료를 구비하는 커패시터를 포함하며, 적어도 하나의 커패시터는 가동 플레이트들을 구비하고 가변적인 커패시턴스를 갖는 것인 왕복동 압축기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 축적기는, 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 부착되는 제 1 단부 및 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 대해서 고정된 제 2 단부를 가지는 스프링 조립체를 포함하며, 상기 스프링 조립체는 하나 이상의 스프링을 포함하고 상기 스프링 조립체의 스프링 상수는 조절 가능한 것인 왕복동 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스프링 조립체 중의 적어도 하나의 스프링은 그 길이를 따라서 가변적인 스프링 상수를 갖는 것인 왕복동 압축기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 스프링 조립체는, 상이한 유효 행정들을 가지도록 상이한 길이들을 갖고 병렬로 배열된 복수의 스프링들을 포함하는 것인 왕복동 압축기.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 스프링 조립체는, 상이한 스프링 상수를 갖는 복수의 스프링들을 포함하는 것인 왕복동 압축기.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 피스톤 로드는 상기 스프링의 공진 주파수 및 상기 스프링의 공진 주파수의 고조파 주파수 중 하나에 매칭되는 주파수로 왕복하도록 구성되는 것인 왕복동 압축기.
  8. 삭제
  9. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 전기자(armature) 및 홀딩 플레이트를 구비하는 솔레노이드를 포함하며, 상기 홀딩 플레이트가 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 부착되고 상기 전기자가 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 상기 하나에 대해서 고정되는 것인 왕복동 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 액추에이터가 상기 병진운동 축을 따라서 병진운동하도록 구성되는 것인 왕복동 압축기.
  11. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 스테이터 및 코어를 가지는 리니어 모터를 포함하며 상기 코어는 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 부착되고 상기 스테이터는 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 상기 하나에 대해서 고정되는 것인 왕복동 압축기.
  12. 왕복동 압축기(200)로서:
    내측 표면(250)을 구비하고, 적어도 하나의 압축 챔버를 획정하며, 개구(260)를 갖는 하우징(241);
    적어도 하나의 압축 면을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는 제 2 피스톤(242);
    근위 부분(263) 및 원위 부분(264)을 구비하는 제 2 피스톤 로드(214)로서, 상기 근위 부분이 상기 개구 내에 슬라이딩식으로 수용되고, 상기 제 2 피스톤 로드가 상기 제 2 피스톤에 구동식으로 연결되는 것인, 제 2 피스톤 로드(214);
    상기 제 2 피스톤 압축 면과 대향하는 적어도 하나의 압축 면(265)을 구비하고 상기 압축 챔버 내에서 슬라이딩식으로 배치되는 제 1 피스톤(244);
    근위 부분(267) 및 원위 부분(266)을 구비하는 제 1 피스톤 로드(212)로서, 상기 근위 부분이 상기 제 2 피스톤 로드 내에 슬라이딩식으로 수용되고, 상기 제 1 피스톤 로드가 상기 제 1 피스톤에 구동식으로 연결되는 것인, 제 1 피스톤 로드(212);
    상기 제 1 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 1 액추에이터; 및
    상기 제 2 피스톤 로드의 원위 부분에 부착된 제 2 액추에이터
    를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들은 상기 압축 챔버를 통과해 연장하는 병진운동 축(216)을 획정하며,
    상기 제 1 및 제 2 액추에이터들은 상기 압축 챔버 내에서 상기 제 1 및 제 2 피스톤들을 상기 병진운동 축을 따라서 구동식으로 왕복시키도록 구성되는 것인 왕복동 압축기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    적어도 하나의 액추에이터가 힘 발생기 및 힘 축적기를 포함하는 것인 왕복동 압축기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 축적기는, 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 부착되는 제 1 단부 및 상기 제 1 및 제 2 피스톤 로드들 중 하나에 대해서 고정된 제 2 단부를 구비하는 스프링 조립체를 포함하며, 상기 스프링 조립체는 하나 이상의 스프링을 포함하고, 상기 스프링 조립체의 스프링 상수는 조절 가능한 것인 왕복동 압축기.
  15. 삭제
  16. 삭제
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