KR102588560B1 - 왕복동 압축기 - Google Patents

Abstract

왕복동 압축기(1A)는 흡입 밸브(36)를 개재하여 실린더(4)에 흡입된 가스를 피스톤(6)에 의해 압축함과 함께, 토출 밸브(51)를 개재하여 압축된 가스를 토출하는 압축부(2)와, 피스톤(6)에 연결된 피스톤 로드(9)를 개재하여, 피스톤(6)을 왕복동시키는 힘을 피스톤(6)에 제공하는 피스톤 구동부(3)와, 압축부(2)를 수용하고, 압축부(2)의 주위에 진공 영역을 형성하는 하우징(17)을 구비한다.

Description

왕복동 압축기

본 개시는 왕복동 압축기에 관한 것이다.

액화된 가스는 저장 또는 수송을 위하여 탱크에 수용된다. 일반적으로 가스의 액화 온도는 대기 온도보다도 낮다. 그 때문에, 탱크에 수용된 액화 가스는 탱크로의 입열에 의해 탱크의 내부에서 기화된다. 기화된 가스는 이른바 보일 오프 가스(BOG: Boil Off Gas)라고 일컬어진다. 기화된 가스(BOG)는 탱크의 내부 압력을 높인다. 이에, 기화된 가스를 압축함으로써 탱크의 내부 압력을 소정값으로 제어한다. 또한, 압축한 기화된 가스를 다른 설비로 압송한다.

특허문헌 1은 압력 제어 설비를 개시한다. 이 설비는 저온 액화 가스를 저장하는 탱크의 내부 압력을 제어한다. 이 설비는 BOG 압축기를 구비하고 있고, BOG 압축기는 기화 가스를 소망하는 압력까지 압축한다. 특허문헌 1은 BOG 압축기로서 왕복동 압축기를 예시한다.

일본 공개특허공보 제2008-232351호

근래, 새로운 에너지원으로서 수소가 주목받고 있다. 에너지원으로서 수소를 이용하는 경우에도, 천연 가스와 같이 저장 및 수송시에는 액화된 상태로 하는 것이 상정되어 있다. 그러나, 수소의 액화 온도는 공기의 액화 온도보다도 낮다. 그 때문에, 천연 가스 등을 대상으로 한 왕복동 압축기라고 하는 설비를 그대로 수소에 적용하면, 극저온의 액체 수소에 기인하는 문제가 생길 가능성이 있다. 예컨대, 액체 수소가 공급되는 장치의 주변에 액화 공기를 생기게 해버린다.

이에, 본 개시는 액화 공기의 발생을 억제 가능한 왕복동 압축기를 설명한다.

본 개시의 일 형태인 왕복동 압축기는 흡입 밸브를 개재하여 실린더에 흡입된 가스를 피스톤에 의해 압축함과 함께, 토출 밸브를 개재하여 압축된 가스를 토출하는 압축부와, 피스톤에 연결된 로드를 개재하여, 피스톤을 왕복동시키는 힘을 피스톤에 제공하는 피스톤 구동부와, 압축부를 수용하고 압축부의 주위에 진공 영역을 형성하는 용기부를 구비한다.

본 개시의 일 형태인 왕복동 압축기는 액화 공기의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은, 실시형태의 왕복동 압축기를 갖는 BOG 압축 시스템의 개요도이다.
도 2는, 왕복동 압축기의 단면을 측면시(側面視)한 도이다.
도 3은, 왕복동 압축기의 단면을 정면시(正面視)한 도이다.
도 4는, 도 2의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 5는, 흡입 기구를 나타내는 단면도이다.

본 개시의 일 형태인 왕복동 압축기는, 흡입 밸브를 개재하여 실린더에 흡입된 가스를 피스톤에 의해 압축함과 함께, 토출 밸브를 개재하여 압축된 가스를 토출하는 압축부와, 피스톤에 연결된 로드를 개재하여, 피스톤을 왕복동시키는 힘을 피스톤에 제공하는 피스톤 구동부와, 압축부를 수용하고 압축부의 주위에 진공 영역을 형성하는 용기부를 구비한다.

왕복동 압축기는 가스를 압축하는 압축부가 용기부에 수용되어 있다. 용기부는 압축부의 주위에 진공 영역을 형성한다. 그 결과, 압축부는 진공 영역에 의해 외부 영역으로부터 열적으로 절연된다. 즉, 압축부에 극저온의 가스가 제공된 경우에도, 왕복동 압축기의 주변 영역을 과도하게 냉각하는 일이 없다. 따라서, 액화 공기의 발생을 억제할 수 있다.

일 형태에서, 용기부는 진공 영역을 형성하는 하우징과, 하우징과 실린더와의 사이에 배치되는 실린더 유지부를 가져도 된다. 실린더의 측면은 실린더의 측면과 대면하는 하우징의 내면으로부터 이간되어도 된다. 실린더 유지부의 제1 단부는 실린더의 측면에 마련되어도 된다. 실린더 유지부의 제2 단부는 하우징의 내면에 마련되어도 된다. 이들 구성에 따르면, 실린더를 적합하게 지지하는 것이 가능하다. 그 결과, 피스톤의 왕복동에 기인하는 진동에 대하여 견딜 수 있다.

일 형태의 왕복동 압축기는 피스톤 구동부와 용기부와의 사이에 배치되어, 로드를 수용하는 중간통부와, 압축부와 중간통부와의 사이에 배치되는 열 저항부를 더 구비하여도 된다. 이들 구성에 따르면, 압축부와 중간통부와의 사이를 열적으로 절연할 수 있다. 그 결과, 압축부에 극저온의 가스가 공급된 경우에도, 압축부의 열의 영향이 중간통부에 미치는 것을 억제하는 것이 가능하다. 즉, 압축부에 극저온의 가스가 제공된 경우에도, 중간통부를 과도하게 냉각하지 않는다. 따라서, 액화 공기의 발생을 억제할 수 있다.

일 형태에서, 흡입 밸브는 실린더에 마련되어 실린더로의 가스의 출입을 허가하는 개방 형태와 가스의 출입을 금지하는 폐쇄 형태를 실린더의 내부 압력에 따라 상호 절환 가능하고, 용기부의 외면 측에 배치됨과 함께, 압축 기체의 제공을 받아 흡입 밸브의 폐쇄 형태를 강제적으로 개방 형태로 절환하는 언로더를 더 구비하여도 된다. 언로더는 용기부의 밖에 배치된다. 용기부의 밖은 압축부에 대하여 열적으로 절연되어 있다. 따라서, 언로더는 압축부의 열의 영향을 받지 않는다. 그 결과, 언로더는 확실하게 동작할 수 있다.

일 형태의 왕복동 압축기는 피스톤 구동부와 용기부와의 사이에 배치되어, 로드를 수용하는 중간통부를 더 구비하여도 된다. 중간통부는 제1 중간실, 제2 중간실 및 제3 중간실을 형성하여도 된다. 제1 중간실, 제2 중간실 및 제3 중간실은 피스톤 구동부로부터 용기부로 향하는 방향으로 제1 중간실, 제2 중간실 및 제3 중간실의 순서대로 배치되어도 된다. 제1 중간실의 내부 압력은 제2 중간실 및 제3 중간실의 내부 압력보다도 높아도 된다. 이들 구성에 따르면, 압축부와 피스톤 구동부와의 사이에 제1 중간실, 제2 중간실 및 제3 중간실이 형성된다. 그리고, 피스톤 구동부 측에 마련된 제1 중간실의 내부 압력이 제2 중간실 및 제3 중간실보다도 높다. 그 결과, 이 압력차에 의해. 압축부로부터 피스톤 구동부로의 가스의 누출을 억제하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 극저온의 가스의 누출이 억제된다. 그 결과, 피스톤 구동부를 확실하게 동작시킬 수 있다.

일 형태에서, 가스의 액화 온도는 산소의 액화 온도 또는 질소의 액화 온도보다도 낮아도 된다. 이와 같은 가스에 대하여, 일 형태의 왕복동 압축기는 적합하게 적용할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 왕복동 압축기를 실시하기 위한 형태를 상세하게 설명한다. 도면의 설명에서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.

도 1은, 왕복동 압축기(1A, 1B)를 갖는 보일 오프 가스 압축 시스템을 나타낸다. 보일 오프 가스 압축 시스템은 이하의 설명에서 'BOG 압축 시스템(100)'이라고 칭한다. BOG 압축 시스템(100)은 수소를 대상으로 한 수입 기지 및 저장 기지 등에 설치된다. 저장 기지는 액체 수소를 저장하는 탱크를 구비하고 있다. 당해 탱크의 내부에서는 액체 수소가 기화됨으로써 수소 가스가 생긴다. BOG 압축 시스템(100)은, 이 수소 가스의 압축에 이용된다.

또한, 이하의 설명에서는, BOG 압축 시스템(100)은 수소 가스를 대상으로 한 경우를 예시한다. 그러나, BOG 압축 시스템(100)이 대상으로 하는 가스는, 수소 가스로 한정되지 않는다. BOG 압축 시스템(100)은 천연 가스, 프로판 가스라고 하는 기체 연료에도 적용 가능하다. 즉, BOG 압축 시스템(100)은 BOG를 생기게 하는 시스템에 적용 가능하다. 구체적으로는, BOG 압축 시스템(100)은 공기의 액화 온도보다도 낮은 액화 온도를 갖는 가스를 대상으로 하는 시스템에 적합하게 이용할 수 있다. 공기는 주로 산소와 질소를 포함한다. 따라서, BOG 압축 시스템(100)은 산소의 액화 온도 또는 질소의 액화 온도보다도 낮은 액화 온도를 갖는 가스를 대상으로 하는 시스템에 적합하게 이용할 수 있다. 이와 같은 가스로서는, 상술한 수소 및 헬륨 등을 들 수 있다. 본 개시에서, 단순히 '가스'라는 기재는, 광의의 의미로서 천연 가스 등도 포함하는 기체 연료를 의미한다. 또한 '가스'라는 기재는 협의의 의미로서 기체 연료 중 공기의 액화 온도보다도 낮은 액화 온도를 갖는 수소 가스 등을 의미한다.

BOG 압축 시스템(100)은 2기의 왕복동 압축기(1A, 1B)를 갖는다. 한쪽의 왕복동 압축기(1A)는, 예컨대 탱크로부터 수소 가스를 흡입한다. 다음으로, 왕복동 압축기(1A)는 흡입한 수소 가스를 압축한다. 그리고, 왕복동 압축기(1A)는 압축한 수소 가스를 다른 쪽의 왕복동 압축기(1B)에 제공한다. 다른 쪽의 왕복동 압축기(1B)는 수소 가스를 더 압축한 후에 토출한다. 즉, BOG 압축 시스템(100)은 한쪽의 왕복동 압축기(1A)에서 압축한 가스를, 추가로 다른 쪽의 왕복동 압축기(1B)에서 압축하는 2단식의 압축 시스템이다. 왕복동 압축기(1A, 1B)는 압축부(2)와 피스톤 구동부(3)를 갖는다. 또한, BOG 압축 시스템(100)이 갖는 왕복동 압축기의 수는 BOG 압축 시스템(100)에 요구되는 성능에 따라 적절히 선택하여도 된다. 예컨대, BOG 압축 시스템(100)은 3대의 왕복동 압축기를 구비한 3단식이어도 되고, 4대의 왕복동 압축기를 구비한 4단식이어도 된다. 또한, 예컨대, BOG 압축 시스템(100)은 4대의 왕복동 압축기를 구비한 3단식이어도 된다.

왕복동 압축기(1A, 1B)는 배치가 상이할 뿐이고, 각각의 상세한 구성은 공통이다. 이하, 한쪽의 왕복동 압축기(1A)(지면 좌측)에 대하여 상세하게 설명하고, 다른 쪽의 왕복동 압축기(1B)(지면 우측)의 설명을 생략한다.

압축부(2)는 실린더(4)와, 피스톤(6)과, 흡입 기구(7)와, 토출 기구(8)를 갖는다. 실린더(4) 및 피스톤(6)은 가스를 압축하는 압축 공간(P1, P2)을 형성한다. 예컨대, 압축부(2)는 2개의 압축 공간(P1, P2)을 갖는다. 흡입 기구(7) 및 토출 기구(8)는 각각의 압축 공간(P1, P2)에 가스를 흡입 가능 및 토출 가능하게 마련된다. 피스톤(6)에는 피스톤 로드(9)의 단부가 연결되어 있다. 피스톤 로드(9)의 다른 단부는 피스톤 구동부(3)에 연결되어 있다.

피스톤 구동부(3)는 크랭크샤프트(11)를 갖는다. 크랭크샤프트(11)는 구동원(12)으로부터 제공되는 회전 운동을 피스톤 로드(9)의 왕복 운동으로 변환한다. 피스톤 구동부(3)는 크랭크샤프트(11)에 더하여, 크랭크케이스(13)와, 크로스헤드(14)와, 커넥팅 로드(16)를 갖는다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 왕복동 압축기(1A)는 압축부(2) 및 피스톤 구동부(3)에 더하여, 추가로 용기부(15)와, 중간통부(18)와, 하우징 단열재(19)를 갖는다.

압축부(2)의 실린더(4)의 형상은 요구되는 성능이나 조건에 따라 적절히 선택하여도 된다. 예컨대, 실린더(4)의 형상은 직방체 또는 원통으로 하여도 된다. 본 개시에서는 실린더(4)의 형상을 직방체로 하여 설명한다. 실린더(4)는 실린더(4)의 중심 축선이 수평 방향을 따르도록 배치되어 있다. 실린더 선단부(4a)는 개구를 갖는다. 개구는 리드(4H)에 의해 기밀하게 폐쇄되어 있다. 리드(4H)에는 클리어런스 밸브가 마련되어 있어도 된다. 실린더 기단부(4b)는 용기부(15)에 고정되어 있다. 보다 상세하게는, 실린더 기단부(4b)와 용기부(15)와의 사이에는, 하우징 단열재(19)(열 저항부)가 끼워 넣어져 있다. 이 하우징 단열재(19)는 실린더(4)와 용기부(15)와의 사이의 열의 이동을 억제한다. 하우징 단열재(19)로서 예컨대, 유리 섬유 강화 수지라고 하는 단열용의 섬유 강화 수지를 이용하여도 된다.

용기부(15)는 하우징(17)과, 실린더 서포트(21)를 갖는다. 하우징(17)은 압축부(2)를 수용하는 수용 공간(S)을 형성한다. 수용 공간(S)은 감압되어 있고, 이른바 진공 상태이다. 용기부(15)에는 도시하지 않는 진공 펌프가 접속되어 있다. 진공 펌프는 왕복동 압축기(1A)의 가동 중에 있어서, 필요에 따라 작동시킨다. 진공 펌프에 의한 진공 흡인 동작은 연속적이어도 되고, 간헐적이어도 된다. 진공 상태란, 하우징(17)의 내부 압력이 대기압보다도 낮은 것을 의미한다. 즉, 진공 상태를 정의함에 있어서, 구체적인 내부 압력의 값 및 진공도에는 특별히 제한은 없다. 하우징(17)이 형성하는 수용 공간(S)은 압축부(2)를 대기 환경으로부터 열적으로 절연한다. 따라서, 하우징(17)은 압축부(2)의 주위에 단열부를 형성한다. 요컨대, 수용 공간(S)의 진공 상태란, 소망하는 단열의 효과를 발휘할 수 있는 상태이면 된다.

또한, 본 개시에서는, 왕복동 압축기(1A, 1B)의 각각에, 용기부(15)를 마련하는 구성을 예시하였다. 예컨대, 용기부(15)는 BOG 압축 시스템(100)이 구비하는 모든 왕복동 압축기(1A, 1B)에 마련될 필요는 없다. 예컨대, BOG 압축 시스템(100)에서는, 초단의 왕복동 압축기(1A)만이 용기부(15)를 구비하는 것으로 하고, 왕복동 압축기(1B)에서는 용기부(15)를 생략하여도 된다.

하우징(17)의 형상은, 예컨대 원통이다. 하우징(17)은 하우징 선단부(17a)와, 하우징 기단부(17b)와, 하우징 주벽(17c)을 갖는다. 하우징 선단부(17a), 하우징 기단부(17b) 및 하우징 주벽(17c)에 둘러싸인 공간은 수용 공간(S)이다. 하우징 기단부(17b)는 하우징 단열재(19)를 개재하여 실린더(4)에 고정되어 있다. 하우징(17)의 축선 방향의 길이는 실린더(4)의 축선 방향의 길이보다도 길다. 따라서, 하우징 선단부(17a)와 실린더 선단부(4a)와의 사이에는 틈새가 형성된다. 하우징(17)의 직경은 실린더(4)의 높이 및 폭보다도 크다. 그리고, 실린더(4)의 중심 축선은 하우징(17)의 중심 축선과 대체로 중복된다. 따라서, 하우징 주벽(17c)과 실린더 상면(4c)과의 사이에도 틈새가 형성된다. 마찬가지로, 하우징 주벽(17c)과 실린더 하면(4d)과의 사이에도 틈새가 형성된다. 이들 틈새는 실린더(4)의 주위에 형성되는 진공 영역이다.

실린더 기단부(4b)는 하우징(17)에 고정되어 있다. 그렇게 하면, 실린더 선단부(4a), 실린더 상면(4c) 및 실린더 하면(4d)은 하우징(17)으로부터 이간된다. 이 상태는 실린더 기단부(4b)를 지지단으로 하는 외팔보의 상태이다. 이에, 실린더 서포트(21)에 의해, 실린더(4)의 선단 측을 지지한다.

실린더(4)의 선단부에는 실린더 서포트(21)가 배치되어 있다. 실린더 서포트(21)는 실린더(4)의 선단부를 연직 방향으로 지지한다. 실린더 서포트(21)는 용기 외 서포트(26)와, 하부 용기 내 서포트(27A)와, 상부 용기 내 서포트(27B)를 갖는다. 이들 용기 외 서포트(26), 하부 용기 내 서포트(27A) 및 상부 용기 내 서포트(27B)는 연직 방향에 따른 동일한 기준선상에 배치되어 있다. 또한, 이 '동일한 기준선상에 배치'란, 용기 외 서포트(26), 하부 용기 내 서포트(27A) 및 상부 용기 내 서포트(27B)의 축선이 공통의 기준 축선과 엄밀하게 일치하여 있는 구성으로 한정되는 것은 아니다. 용기 외 서포트(26), 하부 용기 내 서포트(27A) 및 상부 용기 내 서포트(27B)는 실린더(4)의 중량을 적합하게 기초(200)로 전달하는 것이 가능하도록 배치되어 있으면 된다.

용기 외 서포트(26)는 하우징(17)의 외부에 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 용기 외 서포트(26)는 하우징 주벽(17c)의 외주면과 기초(200)와의 사이에 배치되어 있다. 환언하면, 용기 외 서포트(26)의 상단은 하우징 주벽(17c)의 외주면에 고정된다. 용기 외 서포트(26)의 하단은 기초(200)에 고정된다.

하부 용기 내 서포트(27A)는 하우징(17)의 내부에 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 하부 용기 내 서포트(27A)는 하우징 주벽(17c)의 내주면과 실린더 하면(4d)과의 사이에 배치되어 있다. 하부 용기 내 서포트(27A)는 하우징 주벽(17c)을 끼고 용기 외 서포트(26)의 위에 배치되어 있다. 이 구조에 따르면, 압축부(2)의 중량은 하부 용기 내 서포트(27A), 하우징 주벽(17c) 및 용기 외 서포트(26)를 개재하여 기초(200)로 전달된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 하부 용기 내 서포트(27A)는 외주 받침대(28)(제2 단부)와, 내주 받침대(29)(제1 단부)와, 탄성부(31)를 갖는다. 외주 받침대(28)는 하우징 주벽(17c)의 내주면에 고정되어 있다. 내주 받침대(29)는 실린더 하면(4d)에 고정되어 있다. 탄성부(31)는 외주 받침대(28)와 내주 받침대(29)와의 사이에 끼워 넣어져 있다. 탄성부(31)는 외주 받침대(28)에 대한 내주 받침대(29)의 상대적인 이동을 허용한다. 예컨대, 탄성부(31)는 외주 받침대(28)에 대한 내주 받침대(29)의 수직 방향으로의 이동을 허용한다.

내주 받침대(29)는 받침대 베이스부(32)와, 받침대 연결부(33)를 갖는다. 받침대 베이스부(32)는 실린더 하면(4d)에 고정되어 있다. 받침대 연결부(33)는 탄성부(31)에 고정되어 있다. 받침대 베이스부(32) 및 받침대 연결부(33)의 적어도 한쪽은 단열 부재이어도 된다. 예컨대, 받침대 연결부(33)의 전체 또는 일부를 단열 수지재에 의해 구성하여도 된다. 받침대 베이스부(32)와 받침대 연결부(33)와의 접속 부분은 서로 고정되어 있지 않다. 구체적으로는, 받침대 베이스부(32)의 베이스부 주면(32s)은 받침대 연결부(33)의 연결 주면(33s)에 접하여 있다. 그리고, 베이스부 주면(32s)의 단면 형상은 삼각형이다. 베이스부 주면(32s)의 능선은 피스톤(6)의 이동 방향으로 연장되어 있다. 연결 주면(33s)의 단면은 골짜기 형상을 나타낸다. 이 구성에 따르면, 받침대 연결부(33)는 받침대 베이스부(32)에 대하여 피스톤(6)의 이동 방향에 따라 상대적으로 이동 가능하다.

피스톤(6)의 왕복동에 기인하여, 받침대 연결부(33)에 대한 받침대 베이스부(32)의 진동이 발생한다. 그리고, 이 진동은 베이스부 주면(32s)과 연결 주면(33s)과의 사이의 마찰에 의해 저감할 수 있다. 보다 상세하게는, 실린더(4)의 상대적인 이동에 하부 용기 내 서포트(27A)가 추종된다. 그리고, 실린더(4)의 중량은 하부 용기 내 서포트(27A)에 적절하게 작용한다. 그 결과, 가압력 및 마찰력이 얻어진다. 따라서, 피스톤(6)의 동작에 기인하는 왕복동의 방향에 따른 진동이 억제된다.

또한, 이 상대적인 이동이 허용됨으로써, 압축부(2)의 온도와 용기부(15)의 온도차에 기인하는 열 변형을 허용할 수 있다. 예컨대, 압축부(2)에 수소 가스가 제공되면, 실린더(4)가 냉각되어 피스톤(6)의 이동 방향으로 줄어들 수 있다. 즉, 압축부(2)와 용기부(15)와의 상대적인 위치 관계가 변화한다. 하부 용기 내 서포트(27A)는 하우징(17) 측의 받침대 연결부(33)에 대하여, 실린더(4) 측의 받침대 베이스부(32)가 이동할 수 있다. 따라서, 실린더(4)의 변형은 받침대 연결부(33)에 대한 받침대 베이스부(32)의 상대적인 이동에 의해 허용된다. 따라서, 왕복동 압축기(1A)는 온도차에 기인하는 열 변형에 의해, 불필요한 응력의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 압축부(2)의 온도와 용기부(15)의 온도차에 기인하는 열 변형에 따르면, 피스톤(6)의 이동 방향과 교차하는 방향(예컨대, 수직 방향)에도 상대적인 위치 관계의 변화가 생긴다. 이 방향의 변화는 탄성부(31)에 의해 허용된다.

또한, 받침대 베이스부(32) 및 받침대 연결부(33)의 구성은, 상기의 구성으로 한정되지 않는다. 보다 상세하게는, 베이스부 주면(32s)과 연결 주면(33s)과의 구성은 상기의 구성으로 한정되지 않는다. 예컨대, 베이스부 주면과 연결 주면과의 요철의 관계를 반대로 하여도 된다. 또한, 베이스부 주면은 볼록 형상의 곡면이고, 연결 주면은 오목 형상의 곡면이어도 된다. 또한, 베이스부 주면 및 연결 주면은 안내 구조를 가져도 된다. 구체적으로는 받침대 베이스부와 받침대 연결부와의 접속 부분에는, 축선 방향으로 연장되는 안내 구조가 마련되어도 된다. 받침대 베이스부에는 적어도 1개의 릿지가 마련되어 있다. 한편, 받침대 연결부에는 적어도 1개의 가이드 홈이 마련되어 있다. 릿지의 단면 형상은 가이드 홈의 단면 형상과 거의 동일하고, 릿지가 가이드 홈에 끼워 넣어진다. 그리고, 릿지는 축선 방향으로 접동 가능하다. 한편, 릿지는 축선 방향과 교차하는 방향으로는 이동할 수 없다.

하부 용기 내 서포트(27A) 및 용기 외 서포트(26)는 압축부(2)의 중량을 지지하는 것임은 이미 상술하였다. 즉, 하부 용기 내 서포트(27A)는 실린더 유지부를 구성한다. 하우징(17)의 내부는 감압되어 있다. 따라서, 하우징(17)에는 대기압에 기인하는 외력이 작용한다. 예컨대, 이 외력은 하우징 주벽(17c)을 부수는 방향으로 작용한다. 이에, 이 외력에 대항하는 부재로서, 하부 용기 내 서포트(27A)에 더하여, 추가로 상부 용기 내 서포트(27B)를 마련하였다. 상부 용기 내 서포트(27B)도 상술한 하부 용기 내 서포트(27A)와 마찬가지로, 탄성체에 의한 가압력에 의해 피스톤(6)의 동작에 기인하는 진동을 억제하는 기능도 발휘한다.

상부 용기 내 서포트(27B)는 하우징(17)의 내부에 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 상부 용기 내 서포트(27B)는 하우징 주벽(17c)의 내주면과 실린더 상면(4c)과의 사이에 배치되어 있다. 상부 용기 내 서포트(27B)는 하부 용기 내 서포트(27A)와 마찬가지로, 용기 외 서포트(26)의 상방에 배치되어 있다. 또한, 상부 용기 내 서포트(27B)의 구성은 하부 용기 내 서포트(27A)와 마찬가지이다. 따라서, 상부 용기 내 서포트(27B)의 상세한 설명은 생략한다.

압축부(2)는 실린더(4), 피스톤(6), 흡입 기구(7) 및 토출 기구(8)에 더하여, 추가로 피스톤 로드 패킹(22)을 갖는다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 피스톤 로드 패킹(22)의 일부는 실린더 기단부(4b)에 개구를 갖는 패킹 홀(4p)에 배치되어 있다. 피스톤 로드 패킹(22)은 실린더(4)에 대하여 피스톤 로드(9)의 왕복 운동을 허한다. 또한, 피스톤 로드 패킹(22)은 압축 공간(P1, P2)의 기밀을 유지한다. 피스톤 로드 패킹(22)은 실린더(4)로부터의 가스의 누출을 억제하는 봉지부로서 기능한다.

피스톤 로드 패킹(22)은 복수의 패킹 유닛(23A, 23B, 23C)과, 단열 링(24)을 갖는다. 패킹 유닛(23A, 23B, 23C)은 1개의 패킹 케이스(23h)와, 적어도 1개의 패킹 링(23r)을 갖는다. 패킹 링(23r)의 재질, 형상 및 수는 피스톤 로드 패킹(22)에 요구되는 봉지 성능에 따라 적절히 선택하여도 된다. 패킹 링(23r)의 재료로서, 예컨대, 테플론(등록상표)을 이용하여도 된다. 그리고, 패킹 유닛(23A, 23B, 23C)은 그의 축선 방향으로 적층되어 피스톤 로드 패킹(22)을 구성한다. 이 적층 구조에는 패킹 유닛(23A, 23B, 23C)에 더하여 단열 링(24)도 포함한다.

패킹 유닛(23A)은 실린더(4)의 패킹 홀(4p)에 배치된다. 이들 패킹 유닛(23A)은 하우징(17)의 내부에 배치되어 있는 것이라고 말할 수 있다. 여기에서 말하는 '하우징(17)의 내부'란, 환언하면 가스의 온도의 영향을 받는 것이다. 즉, 패킹 유닛(23A)은 극저온의 환경에 노출된다.

한편, 패킹 유닛(23B, 23C)은 패킹 홀(4p)의 외부에 배치된다. 패킹 유닛(23B)은 하우징(17)의 일부로 간주하여도 된다. 패킹 유닛(23C)은 중간통부(18)의 일부로 간주하여도 된다. 패킹 유닛(23B, 23C)은 하우징(17)의 외부에 배치되어 있다. 여기에서 말하는 '하우징(17)의 외부'란, 환언하면 가스의 온도의 영향을 받기 어려운 것이다. 즉, 패킹 유닛(23B, 23C)은 극저온의 환경으로부터 절연되어 있다.

상술한 '하우징(17)의 내부'와 '하우징(17)의 외부'는, 단열 링(24)에 의해 구별할 수 있다. 즉, '하우징(17)의 내부'에 배치된 패킹 유닛(23A)은 단열 링(24)보다도 실린더(4) 측에 배치되어 있다. '하우징(17)의 외부'에 배치된 패킹 유닛(23B, 23C)은 단열 링(24)보다도 중간통부(18) 측에 배치되어 있다. 도 4의 예시에서는, 단열 링(24)은 하우징 단열재(19)의 일부이다. 즉, 단열 링(24)은 실린더 기단부(4b)와 하우징(17)과의 사이에 배치되어 있다. 또한, 단열 링(24)은 하우징 단열재(19)와는 다른 부품이어도 된다. 이 경우에는, 단열 링(24)을 실린더(4)의 패킹 홀(4p)에 배치하여도 된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 흡입 기구(7)는 실린더(4)의 내부로 가스를 인도한다. 흡입되는 가스는 일례로서 마이너스 245℃의 수소 가스이다. 흡입 기구(7)는 신축 조인트(34)와, 흡입 밸브(36)와, 언로더(38)(도 5 참조)를 갖는다. 신축 조인트(34)는 실린더(4)와 하우징(17)과의 사이에 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 신축 조인트(34)의 일단은 하우징(17)의 흡입 리드(17N)에 접속되어 있다. 신축 조인트(34)의 타단은 실린더 상면(4c)에 접속되어 있다. 신축 조인트(34)의 내부에는 가스 경로를 구성하는 홀(34h)이 마련되어 있다. 홀(34h)은 실린더(4)에 마련된 가스 도입 홀(4n)에 연결되어 있다. 가스 도입 홀(4n)에는 흡입 밸브(36)가 마련되어 있다. 흡입 밸브(36)는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력에 따라, 가스의 흡입을 허용하는 상태(개방 형태)와, 가스의 흡입을 허용하지 않는 상태(폐쇄 형태)를 상호 절환한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 흡입 밸브(36)는 실린더(4)의 내부 압력에 따라 가스 유로를 개방 또는 폐쇄한다. 흡입 밸브(36)는 밸브 리시버(39)와, 밸브 플레이트(41)와, 밸브 시트(42)를 갖고 있다. 밸브 리시버(39), 밸브 플레이트(41) 및 밸브 시트(42)는 제어 밸브를 구성한다. 밸브 플레이트(41)는 밸브 리시버(39)와 밸브 시트(42)와의 사이에 배치되고, 이들 사이에서 이동 가능하게 되어 있다. 밸브 플레이트(41)가 밸브 시트(42)에 접촉한 상태일 때, 흡입 밸브(36)는 폐쇄 형태이다. 한편, 밸브 플레이트(41)가 밸브 리시버(39)에 접촉한 상태일 때, 흡입 밸브(36)는 개방 형태이다. 개방 형태와 폐쇄 형태는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력에 따라 절환된다. 예컨대, 흡입 밸브(36)는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력이 저하될 때(흡기)에는 가스의 출입을 허가하는 개방 형태를 취한다. 한편, 흡입 밸브(36)는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력이 높아질 때(압축)에는 가스의 출입을 금지하는 폐쇄 형태를 취한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 토출 기구(8)는 실린더(4)의 내부로부터 가스를 토출한다. 예컨대, 토출되는 가스는 일례로서 마이너스 200℃의 수소 가스이다. 토출 기구(8)는 신축 조인트(49)와, 토출 밸브(51)를 갖는다. 신축 조인트(49)는 실린더(4)와 하우징(17)과의 사이에 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 신축 조인트(49)의 일단은 하우징(17)의 토출 리드(17M)에 접속되어 있다. 신축 조인트(49)의 타단은 실린더 하면(4d)에 접속되어 있다. 신축 조인트(49)의 관통 홀(49h)은 실린더(4)에 마련된 가스 토출 홀(4m)에 연결되어 있다. 가스 토출 홀(4m)에는 토출 밸브(51)가 마련되어 있다.

토출 밸브(51)는 흡입 밸브(36)와 마찬가지로, 밸브 리시버(39)와, 밸브 플레이트(41)와, 밸브 시트(42)와, 스프링(43)을 갖는다. 그러나 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력과 개폐쇄 형태와의 관계는 흡입 밸브(36)와는 상이하다. 즉, 토출 밸브(51)는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력이 저하될 때(흡기)에는 폐쇄 형태를 취한다. 한편, 토출 밸브(51)는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력이 높아질 때(압축)에는 개방 형태를 취한다.

왕복동 압축기(1A)는 용량 조정 기구로서의 언로더(38)(도 5 참조)를 갖는다. 언로더(38)는 흡입 밸브(36)에 장착되어 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 언로더(38)는 요크 봉(44)과, 요크 플레이트(46)와, 요크 로드(61)와, 로드 구동부(48)를 갖는다. 요크 봉(44)은 그의 선단이 밸브 플레이트(41)에 바짝 닿아있다. 요크 봉(44)의 기단은 요크 플레이트(46)에 고정되어 있다. 요크 플레이트(46)는 원판이고, 그의 중앙에는 요크 로드(61)가 고정되어 있다. 요크 로드(61)는 요크 로드(61)의 축선이 왕복 축선과 직교하는 방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 요크 로드(61)의 기단은 하우징 주벽(17c)으로부터 돌출된다. 요크 로드(61)의 기단은 로드 구동부(48)에 수용되어 있다. 로드 구동부(48)는 하우징 주벽(17c)의 외주면에 마련되어 있다. 로드 구동부(48)는 요크 로드(61)의 위치를 제어한다. 로드 구동부(48)는 예컨대, 다이어프램(48a)을 갖고 있다. 다이어프램(48a)의 양측에서의 압력차를 제어함으로써, 요크 로드(61)의 위치가 제어된다. 압력차는 다이어프램(48a)의 한쪽 측에 공급되는 압축 기체에 의해 제어된다.

요크 로드(61)는 제1 로드(63)와, 단열 로드(62)와, 엣지 커팅부(65)와, 제2 로드(64)를 갖는다. 이들 부품은 하우징(17)의 외부로부터 실린더(4)를 향하여 이 순서대로 배치되어 있다. 제1 로드(63)의 상단은 요크 로드(61)의 상단이다. 제1 로드(63)의 상단은 다이어프램(48a)에 접한다. 제1 로드(63)의 하단은 단열 로드(62)에 접속되어 있다. 단열 로드(62)는 하우징(17) 측에 배치된 제1 로드(63)와, 실린더(4) 측에 배치된 제2 로드(64)를 열적으로 절연한다. 단열 로드(62)의 상단은 제1 로드(63)의 하단에 접속되어 있다. 단열 로드(62)의 하단은 엣지 커팅부(65)에 접속되어 있다. 엣지 커팅부(65)는 제1 로드(63) 및 단열 로드(62)를, 제2 로드(64)로부터 분리 가능하게 한다. 예컨대, 실린더(4)에 수소 가스가 제공되었을 때, 실린더(4)는 열 수축한다. 그 결과, 실린더(4)와 하우징(17)과의 상대적인 거리가 변화한다. 가령, 요크 로드(61)가 일체의 봉체이면, 당해 봉체에 인장 응력이 작용하게 된다. 이에, 실린더(4)와 하우징(17)과의 상대적인 거리가 커진 경우에 대응하기 위하여, 제1 로드(63) 및 단열 로드(62)를, 제2 로드(64)로부터 분리하는 구성으로서, 엣지 커팅부(65)를 마련한다. 엣지 커팅부(65)의 상부는 단열 로드(62)에 접속된다. 엣지 커팅부(65)의 하부는 제2 로드(64)의 상단에 접속된다. 제2 로드(64)의 상단은 엣지 커팅부(65)의 하단에 접속된다. 제2 로드(64)의 하단은 요크 로드(61)의 하단으로서, 요크 플레이트(46)에 접속된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 흡입 밸브(36)는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력이 높아질 때(압축)에는 폐쇄한다. 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력이 높아질 때, 언로더(38)는 폐쇄 상태를 강제적으로 해제한다. 구체적으로는 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력이 높아질 때, 밸브 플레이트(41)가 밸브 시트(42)에 접촉한다. 언로더(38)는 용량 제어를 필요로 할 때에, 밸브 플레이트(41)를 가압함으로써, 밸브 시트(42)와의 접촉을 해제한다. 그 결과, 실린더(4)에서 가스의 압축이 행하여 지지 않게 되기 때문에, 내부 압력이 높아지지 않는다. 압축 공간(P1, P2)의 내부 압력의 증가에 의해 개방되는 토출 밸브(51)가 해방되지 않기 때문에, 압축 가스가 제공되지 않는다. 따라서, 왕복동 압축기(1A)의 용량을 조정하는 것이 가능하게 된다.

중간통부(18)는 하우징(17)과 피스톤 구동부(3)와의 사이에 배치되어 있다. 중간통부(18)는 예컨대, 서포트(40)에 의해 지지되어 있어도 된다. 중간통부(18)는 피스톤 로드(9)를 수용한다. 중간통부(18)는 전 중간통(52)과, 후 중간통(53)을 갖는다. 전 중간통(52)은 하우징(17) 측에 배치되어 있다. 후 중간통(53)은 피스톤 구동부(3) 측에 배치되어 있다. 또한, 중간통부(18)는 전 중간통(52) 및 후 중간통(53)이 일체로 되어 있어도 된다. 전 중간통(52)은 하우징 기단부(17b)에 고정되어 있다. 전 중간통(52)은 후 중간통(53)에도 고정되어 있다.

전 중간통(52)은 전단부에 마련된 홀(52a)과, 후단부에 마련된 홀(52b)을 갖는다. 홀(52a, 52b)의 내경은 피스톤 로드(9)의 외경보다도 크다. 홀(52a)에는 패킹 유닛(23C)이 끼워 넣어져 있다. 즉, 전단면에서 피스톤 로드(9)는 패킹 유닛(23C)에 삽통되어 있다. 또한, 홀(52b)에서도 패킹 유닛 등의 소망하는 부품을 배치하여도 된다.

전 중간통(52)은 로드 패킹실(52R)을 형성한다. 로드 패킹실(52R)에는 압축부(2)에 제공되는 가스와 동일한 종류의 가스가 충진되어 있다. 예컨대, 압축부(2)에 제공되는 가스가 수소 가스인 경우에는, 로드 패킹실(52R)에는 상온의 수소 가스가 충진된다. 또한, 전 중간통(52)은 로드 패킹실(52R)의 압력을 제어하기 위한 벤트(52B)를 갖는다.

후 중간통(53)의 내부 공간은 칸막이 벽(53W)에 의해 분리되어 있다. 그 결과, 후 중간통(53)은 제1 중간실(53E)과, 제2 중간실(53F)을 갖는다. 제1 중간실(53E) 및 제2 중간실(53F)은 피스톤 로드(9)의 축선 방향을 따라 늘어서 있다. 제1 중간실(53E)은 피스톤 구동부(3) 측에 마련된다. 제2 중간실(53F)은 전 중간통(52) 측에 마련된다. 후 중간통(53)은 홀(53a, 53b, 53c)을 갖는다. 이들 홀(53a, 53b, 53c)은 피스톤 로드(9)를 위한 것이다. 홀(53a, 53b, 53c)의 내경은 홀(52a, 52b)과 마찬가지로 피스톤 로드(9)의 외경보다도 크다. 홀(53a, 53b, 53c)은 서로 동축이다. 나아가, 홀(53a, 53b, 53c)은 전 중간통(52)의 홀(52a, 52b) 모두 동축이다. 그리고, 홀(53a)에는 패킹 유닛(55C)이 끼워 넣어 진다. 홀(53b)에는 패킹 유닛(55A)이 끼워 넣어 진다. 홀(53c)에는 패킹 유닛(55B)이 끼워 넣어 진다.

제1 중간실(53E)에는 질소 가스가 충진된다. 제1 중간실(53E)은 내부 압력을 유지하기 위하여 가스 공급부로부터 질소 가스의 공급을 받는다. 예컨대, 질소 가스는 공급부(53S)로부터 제1 중간실(53E)에 제공된다. 가스 공급부는 제1 중간실(53E)의 내부 압력이 소망하는 압력이 되도록 제어한다. 예컨대, 패킹 유닛(55A, 55B)으로부터 질소 가스가 누출된 경우에는, 내부 압력은 내려간다. 이 때, 가스 공급부는 내부 압력의 저하를 트리거로 하여, 제1 중간실(53E)로 질소 가스를 공급한다.

제1 중간실(53E)과 제2 중간실(53F)과의 사이에는 패킹 유닛(55A)이 존재하기 때문에, 이상적으로는 질소 가스의 왕래는 없을 것이다. 그러나 패킹 유닛(55A)은 제1 중간실(53E) 및 제2 중간실(53F)의 서로의 기밀을 유지함과 함께, 피스톤 로드(9)의 왕복동도 허용한다. 따라서, 제1 중간실(53E)과 제2 중간실(53F)과의 사이에서는 적지만 질소 가스가 이동할 수도 있다.

이에, 제1 중간실(53E)의 내부 압력은 예컨대, 제2 중간실(53F)의 내부 압력보다도 높게 설정된다. 제1 중간실(53E)의 내부 압력을 제2 중간실(53F)의 내부 압력보다도 높게 설정함으로써, 제1 중간실(53E)과 제2 중간실(53F)과의 사이에서의 질소 가스의 이동 방향을 결정할 수 있다. 즉, 질소 가스의 이동은 상대적으로 내부 압력이 높은 제1 중간실(53E)로부터, 상대적으로 내부 압력이 낮은 제2 중간실(53F)로의 흐름으로 한정할 수 있다. 이 구성에 따르면, 실린더(4)에서 압축되는 극저온의 가스가 제2 중간실(53F)로부터 제1 중간실(53E)로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제2 중간실(53F)에는, 로드 패킹실(52R)로부터 수소 가스가 누출될 수도 있다. 그리고, 후 중간통(53)은 수소와 질소를 포함하는 혼합 가스를 토출하는 벤트(53B)를 갖는다. 벤트(53B)는 제2 중간실(53F)에 대응하는 위치에 마련된다. 또한, 후 중간통(53)에는 크랭크케이스(13)로부터 누출되는 오일을 토출하는 배유부를 가져도 된다.

상술한 왕복동 압축기(1A)는 특징적인 구성 요소로서, 하우징(17), 실린더 서포트(21), 하우징 단열재(19), 언로더(38) 및 중간통부(18)를 갖는다. 이하, 각 구성 요소가 발휘하는 작용 효과에 대하여 설명한다.

왕복동 압축기(1A)는 압축부(2)와, 피스톤 구동부(3)와, 하우징(17)을 갖는다. 압축부(2)는 흡입 밸브(36)를 개재하여 실린더(4)에 흡입된 가스를 피스톤(6)에 의해 압축함과 함께, 토출 밸브(51)를 개재하여 압축된 가스를 토출한다. 피스톤 구동부(3)는 피스톤(6)에 연결된 피스톤 로드(9)를 개재하여 피스톤(6)을 왕복동시키는 힘을 피스톤(6)에 제공한다. 하우징(17)은 압축부(2)를 수용하고, 압축부(2)의 주위에 진공 영역을 형성한다.

왕복동 압축기(1A)는 가스를 압축하는 압축부(2)가 하우징(17)에 수용되어 있다. 그리고, 하우징(17)은 압축부(2)의 주위에 진공 영역을 형성한다. 그 결과, 압축부(2)는 진공 영역에 의해 왕복동 압축기(1A)가 배치된 영역으로부터 열적으로 절연된다. 따라서, 압축부(2)에 극저온의 가스가 제공된 경우에도, 왕복동 압축기(1A)가 배치된 영역이 과도하게 냉각되는 것이 억제된다. 따라서, 액화 공기의 발생을 억제할 수 있다.

진공 용기인 하우징(17)에 압축부(2)를 수용함으로써, 압축기의 동작 효율을 향상시킬 수 있다.

압축부(2)의 단열에 진공 용기를 이용함으로써, 압축부(2)의 단열을 위하여 발포계의 단열재를 이용할 필요가 없다. 발포계의 단열재는 마이너스 200℃ 이하의 온도에서 성능이 보증된 것이 없다. 한편, 하우징(17)에 의하면, 사용 온도 환경에 좌우되지 않고 소망하는 단열 성능을 얻을 수 있다. 또한, 발포계의 단열 재료는 압축부(2)의 외형 형상이 복잡하기 때문에, 압축부(2)의 표면에 밀착시키는 것이 어렵다. 한편, 하우징(17)에 의하면, 압축부(2)의 외형 형상에 좌우되지 않고, 압축부(2)의 주위에 단열 영역(진공 영역)을 형성할 수 있다. 또한, 발포계의 단열재는 극저온과 상온에 반복 노출되는 환경에 적합하지 않다. 또한, 발포계의 단열재와 압축부와의 사이에 공극이 존재하면, 액화된 공기가 침투하는 경우가 있다. 그리고, 침투한 공기가 증발할 수도 있다. 이들의 침투와 증발이 반복되면, 발포계의 단열재는 열화하기 쉬워진다. 게다가, 압축부(2)의 보수 및 정비를 행할 시에는, 발포계의 단열재의 제거와 재차의 설치가 필요하게 된다. 한편, 하우징(17)에 의하면, 이들 문제에 대해서도 적합하게 적용 가능하다.

용기부(15)는 하우징(17)과 하부 용기 내 서포트(27A)를 갖는다. 하우징(17)은 진공 영역을 형성한다. 하부 용기 내 서포트(27A)는 하우징(17)과 실린더(4)와의 사이에 배치된다. 하부 용기 내 서포트(27A)의 내주 받침대(29)는 실린더 하면(4d)에 마련된다. 하부 용기 내 서포트(27A)의 외주 받침대(28)는, 하우징(17)의 내면에 마련된다. 이들 구성에 따르면, 실린더(4)를 적합하게 지지하는 것이 가능하다. 그 결과, 피스톤(6)의 왕복동에 기인하는 진동에 대하여 견딜 수 있다.

왕복동 압축기(1A)는 하우징 단열재(19)를 더 구비한다. 하우징 단열재(19)는 실린더(4)와 하우징(17)과의 사이에 배치된다. 실린더 기단부(4b)는 하우징 기단부(17b)에 연결되어 있다. 하우징 단열재(19)는 실린더 기단부(4b)와 하우징 기단부(17b)와의 사이에 협지되어 있다. 이들 구성에 따르면, 실린더(4)와 하우징(17)과의 사이를 열적으로 절연할 수 있다. 그 결과, 실린더(4)에 극저온의 가스가 공급된 경우에도, 실린더(4)의 열의 영향이 하우징(17)에 미치는 것을 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 왕복동 압축기(1A)가 배치된 영역이 과도하게 냉각되는 것이 더 억제된다.

흡입 밸브(36)에 마련되는 언로더(38)의 로드 구동부(48)는 하우징(17)의 외주면 측에 배치되어 있다. 이 구성에 따르면, 로드 구동부(48)는 하우징(17)의 밖에 배치된다. 하우징(17)의 밖은 진공 영역에 의해 압축부(2)에 대하여 열적으로 절연되어 있다. 따라서, 언로더(38)는 압축부(2)의 열의 영향을 받지 않고, 확실하게 동작할 수 있다. 구체적으로는, 언로더(38)는 다이어프램을 구동하기 위한 압축 기체를 받는다. 압축 기체로서, 압축 공기 및 압축 질소 등을 들 수 있다. 상기의 구성에 따르면, 언로더(38)는 압축부(2)의 열의 영향을 받지 않는다. 그 결과, 압축 공기도 액화되지 않는다. 따라서, 언로더(38)는 확실하게 동작할 수 있다.

왕복동 압축기(1A)는 중간통부(18)를 더 구비한다. 중간통부(18)는 피스톤 구동부(3)과 용기부(15)와의 사이에 배치되어 있다. 중간통부(18)는 피스톤 로드(9)를 수용한다. 중간통부(18)는 제1 중간실(53E), 제2 중간실(53F) 및 로드 패킹실(52R)을 형성한다. 제1 중간실(53E), 제2 중간실(53F) 및 로드 패킹실(52R)은 피스톤 구동부(3)로부터 하우징(17)으로 향하는 방향으로 제1 중간실(53E), 제2 중간실(53F) 및 로드 패킹실(52R)의 순서대로 배치되어 있다. 제1 중간실(53E)의 내부 압력은 제2 중간실(53F) 및 제3 중간실의 내부 압력보다도 높다.

이들 구성에 따르면, 압축부(2)와 피스톤 구동부(3)와의 사이에, 제1 중간실(53E), 제2 중간실(53F) 및 로드 패킹실(52R)이 형성된다. 그리고, 피스톤 구동부(3)의 측에 마련된 제1 중간실(53E)의 내부 압력이 제2 중간실(53F) 및 로드 패킹실(52R)보다도 높다. 그 결과, 이 압력차에 의해 압축부(2)로부터 피스톤 구동부(3)로의 가스의 누출을 억제하는 것이 가능하다. 극저온의 가스의 누출을 억제함으로써, 피스톤 구동부(3)를 확실하게 동작시킬 수 있다.

또한, 압축부(2)로부터 피스톤 구동부(3)까지의 사이에 3개의 방을 마련하고 있다. 이 구성에 따르면, 압축부(2)로부터 피스톤 구동부(3)까지의 거리를 길게 할 수 있다. 그 결과, 피스톤 구동부(3)에 압축부(2)의 열의 영향이 미치기 어려워진다. 따라서, 피스톤 구동부(3)를 확실하게 동작시킬 수 있다.

이상, 본 개시의 왕복동 압축기(1A, 1B)에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 개시의 왕복동 압축기(1A, 1B)는 상기 실시형태로 한정되지 않고 다양한 형태로 실시하여도 된다.

예컨대, 왕복동 압축기(1A)의 실린더(4)는 중간통부(18)에 직접적으로 고정되어 있지 않다. 실린더(4)와 중간통부(18)와의 사이에는 하우징 단열재(19)와 하우징(17)의 하우징 기단부(17b)가 끼워 넣어져 있었다. 예컨대, 왕복동 압축기의 실린더(4)는 하우징(17)을 개재하지 않고, 중간통부(18)에 고정되어 있어도 된다. 이 경우에는, 실린더(4)와 중간통부(18)와의 사이에는 열 저항부로서의 단열재가 배치된다. 환언하면, 열 저항부는 실린더(4)와 중간통부(18)에 각각 접한다. 열 저항부가 압축부(2)와 중간통부(18)와의 사이에 배치되는 구성은, 압축부(2)와 중간통부(18)와의 사이에 열 저항부만이 끼워지는 구성이어도 된다. 실시형태와 같이 압축부(2)와 중간통부(18)와의 사이에 열 저항부와 그 밖의 구성 요소(하우징(17)의 하우징 기단부(17b))가 끼워지는 구성이어도 된다.

상기의 설명에서는, 중간통부(18)에서의 가스의 이동 방향을 제한하는 구성으로서, 제1 중간실(53E)로 질소 가스를 공급하는 구성을 예시하였다. 가스의 이동 방향을 제한하는 구성은 이 구성으로 한정되지 않는다. 가스의 이동 방향을 제한하는 구성은 압력의 관리에 의해 질소 가스의 이동 방향을 제한할 수 있는 구성을 적절히 채용하여도 된다. 예컨대, 제1 중간실(53E)로 질소 가스를 공급하는 구성 대신, 패킹 유닛(55A)으로 질소 가스를 공급하는 구성을 채용하여도 된다. 이 구성에서도 패킹 유닛(55A)으로 공급되는 질소 가스의 압력은 제2 중간실(53F)의 내부 압력보다도 높아지도록 설정된다.

상기의 설명에서는, 언로더(38)의 구동 기구로서, 압축 기체에 의해 구동되는 다이어프램(48a)을 예시하였다. 언로더(38)의 구동 기구는 이 구성으로 한정되지 않는다. 예컨대, 언로더(38)의 구동 기구로서 다이어프램(48a) 대신, 압축 기체에 의해 구동하는 에어 실린더를 구비하여도 된다.

1A, 1B: 왕복동 압축기
2: 압축부
3: 피스톤 구동부
4: 실린더
6: 피스톤
7: 흡입 기구
8: 토출 기구
9: 피스톤 로드
11: 크랭크샤프트
12: 구동원
13: 크랭크케이스
14: 크로스헤드
15: 용기부
16: 커넥팅 로드
17: 하우징
17N: 흡입 리드
17M: 토출 리드
18: 중간통부
19: 하우징 단열재
21: 실린더 서포트
22: 피스톤 로드 패킹
23A, 23B, 23C: 패킹 유닛
24: 단열 링
26: 용기 외 서포트
27A: 하부 용기 내 서포트
27B: 상부 용기 내 서포트
28: 외주 받침대
29: 내주 받침대
31: 탄성부
32: 받침대 베이스부
33: 받침대 연결부
34: 신축 조인트
36: 흡입 밸브
38: 언로더
48: 로드 구동부
49: 신축 조인트
51: 토출 밸브
52: 전 중간통
52B, 53B: 벤트
52R: 로드 패킹실
53: 후 중간통
53S: 공급부
53W: 칸막이 벽
61: 요크 로드
100: BOG 압축 시스템
200: 기초
P1, P2: 압축 공간
S: 수용 공간

Claims (6)

1. 흡입 밸브를 개재하여 실린더에 흡입된 가스를 피스톤에 의해 압축함과 함께, 토출 밸브를 개재하여 압축된 상기 가스를 토출하는 압축부와,
   상기 피스톤에 연결된 로드를 개재하여, 상기 피스톤을 왕복동시키는 힘을 상기 피스톤에 제공하는 피스톤 구동부와,
   상기 압축부를 수용하고, 상기 압축부의 주위에 진공 영역을 형성하는 용기부와,
   상기 피스톤 구동부와 상기 용기부와의 사이에 배치되어, 상기 로드를 수용하는 중간통부를 구비하고,
   상기 중간통부는 제1 중간실, 제2 중간실 및 제3 중간실을 형성하며,
   상기 제1 중간실, 상기 제2 중간실 및 상기 제3 중간실은, 상기 피스톤 구동부로부터 상기 용기부로 향하는 방향으로 상기 제1 중간실, 상기 제2 중간실 및 상기 제3 중간실의 순서대로 배치되고,
   상기 제1 중간실의 내부 압력은 상기 제2 중간실 및 상기 제3 중간실의 내부 압력보다도 높은, 왕복동 압축기.
2. 흡입 밸브를 개재하여 실린더에 흡입된 가스를 피스톤에 의해 압축함과 함께, 토출 밸브를 개재하여 압축된 상기 가스를 토출하는 압축부와,
   상기 피스톤에 연결된 로드를 개재하여, 상기 피스톤을 왕복동시키는 힘을 상기 피스톤에 제공하는 피스톤 구동부와,
   상기 압축부를 수용하고, 상기 압축부의 주위에 진공 영역을 형성하는 용기부를 구비하고,
   상기 용기부는,
   상기 진공 영역을 형성하는 하우징과,
   상기 하우징과 상기 실린더와의 사이에 배치되는 실린더 유지부를 갖고,
   상기 실린더의 측면은 상기 실린더의 측면과 대면하는 상기 하우징의 내면으로부터 이간되며,
   상기 실린더 유지부의 제1 단부는 상기 실린더의 측면에 마련되고,
   상기 실린더 유지부의 제2 단부는 상기 하우징의 내면에 마련되고,
   상기 제1 단부는, 상기 실린더의 측면에 고정되는 받침대 베이스부와, 상기 받침대 베이스부에 접함과 함께 상기 제2 단부에 연결되는 받침대 연결부를 구비하고,
   상기 받침대 연결부는 상기 받침대 베이스부에 대하여 피스톤의 이동 방향을 따라 상대적으로 이동 가능한, 왕복동 압축기.
3. 흡입 밸브를 개재하여 실린더에 흡입된 가스를 피스톤에 의해 압축함과 함께, 토출 밸브를 개재하여 압축된 상기 가스를 토출하는 압축부와,
   상기 피스톤에 연결된 로드를 개재하여, 상기 피스톤을 왕복동시키는 힘을 상기 피스톤에 제공하는 피스톤 구동부와,
   상기 압축부를 수용하고, 상기 압축부의 주위에 진공 영역을 형성하는 용기부와,
   상기 피스톤 구동부와 상기 용기부와의 사이에 배치되어, 상기 로드를 수용하는 중간통부와,
   상기 압축부와 상기 중간통부와의 사이에 배치되는 열 저항부를 구비하고,
   상기 압축부는 상기 용기부에 대하여 별체(別體)이며,
   상기 열 저항부는 서로 대면하는 상기 압축부의 면과 상기 용기부의 면 사이에 끼워지는 단열재인, 왕복동 압축기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡입 밸브는 상기 실린더에 마련되어, 상기 실린더로의 상기 가스의 출입을 허가하는 개방 형태와 상기 가스의 출입을 금지하는 폐쇄 형태를, 상기 실린더의 내부 압력에 따라 상호 절환 가능하고,
   상기 용기부의 외면 측에 배치됨과 함께, 압축 기체의 제공을 받아 상기 흡입 밸브의 상기 폐쇄 형태를 강제적으로 상기 개방 형태로 절환하는 언로더를 더 구비하는, 왕복동 압축기.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가스의 액화 온도는 산소의 액화 온도 또는 질소의 액화 온도보다도 낮은, 왕복동 압축기.
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