KR20200037801A - 고압 압축기의 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유압 시스템 및 가스 챔버를 구비한 고압 압축기에 관한 것이다. 유압 시스템은 유압 유동 경로 및 유압 유동 경로에 배치된 펌프 어셈블리에 의해 유압 유체 챔버와 연결된 저장소를 포함한다. 압축기는 유압 유동 경로 내의 유압 유체의 유동을 제어하여 유압 유체 챔버 내의 압력을 제어하는 제어 요소를 더 포함한다. 제어 요소 및 펌프 어셈블리는 압축기가 작동하지 않을 때 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력을 제어하도록 구성된다.

Description

고압 압축기의 제어
본 발명은 고압 압축기, 및 고압 압축기의 제어 방법, 보다 구체적으로는 압축기의 가압 시동을 용이하게 하기 위해 압축기가 작동하지 않는 동안 유압 챔버 내의 유압 유체의 압력을 제어하는 고압 압축기의 제어 방법에 관한 것이다.
압축기를 시동하는 것을 포함하는 압축기 제어는, 일반적으로 크랭크축을 구동하고 이로써 압축기의 피스톤을 구동하는 전기 모터에 인가되는 전압의 주파수를 조정하는 주파수 변환기를 통해 수행된다. 따라서, 전기 모터를 제어함으로써, 압축기의 크랭크축 및 피스톤의 속도 및 토크가 제어될 수 있다.
따라서, 모터가 더 클수록 그리고/또는 시동하는 동안 압축 가스 챔버 내의 압력이 더 높을수록, 더 많은 전력이 필요하고 그에 따라 더 크고 더 비싼 주파수 변환기가 필요하다.
고압 압축기는 일반적으로 연속적으로 작동하기 위해 설계된다. 그렇지 않으면, 압축기의 작동은 마모를 증가시키고 따라서 압축기의 수명이 단축될 것이다. 그러나, 수소 급유 스테이션과 같은 일부 응용예에서, 압축기를 시동하고 정지시키는 빈도는 급유 횟수에 따라 변할 수 있으며, 즉 수많은 압축기의 시동 및 정지가 예상될 수 있다.
급유를 종료하면, 가압된 수소는 저장부 또는 압축기와 디스펜서 사이의 도관 내에서 트랩(trap)되며, 트랩된 수소의 압력은 500bar를 초과할 수도 있다. 현재, 압축기를 다시 시동하기 위해서는, 이러한 압력을 감소시키도록 고압 수소의 배출이 요구된다. 명백하게, 배출된 수소는 (가스 및 이를 가압하는데 사용된 에너지의) 직접적인 손실이 되고, 또한 압축기의 압력을 다시 형성하는데 시간이 걸리며 이는 압축기 및 급유 스테이션의 효율을 감소시키므로, 문제가 된다.
본 발명의 일 목적은 앞서 설명한 단점을 피하면서 20bar보다 높은 압축 챔버 내의 압력, 그리고 심지어 수백 또는 수천 bar까지 달하는 압축 챔버 내의 압력을 갖는 압축기의 시동을 용이하게 하는 것이다.
본 발명은 고압 압축기의 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력을 제어하는 방법으로서, 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력이 원하는 압축기의 시동 압력을 향해 증가되는 유압 유체의 압력 제어 방법에 관한 것이다. 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력 증가는 제어 요소 및 유압 주입 펌프 어셈블리에 의해 제어된다. 압력 증가는 압축기가 작동하지 않은 동안에 수행된다.
압축기가 작동하지 않을 때, 압축기의 온도는 감소하며, 이에 의해 유압 유체 및 유체(또한, 수소 가스를 포함하는, 가스라고 지칭함)의 온도가 감소한다. 유압 유체의 온도가 감소되면 유압 유체의 압력 및 체적이 감소된다. 일반적으로 감소 시간(settling time)이 지난 뒤 압축기와 유압 유체의 온도는 압축기의 주변 온도에 도달하게 된다.
본 발명은 감소 시간이 지난 후(또는 감소 시간의 일부가 경과된 후) 압축기를 시동하기 전에, 유압 챔버 내의 압력이 가스 챔버 내의 압력 또는 가스 챔버의 유입구에 연결된 가스 공급 저장부 내의 압력을 향하여 증가될 수 있다(그러나, 그 이상이 될 수는 없음)는 이점을 갖는다. 이러한 압력은 원하는 압축기 시동 압력이라고 지칭된다. 이러한 압력에서, 다이어프램과 피스톤 사이에 유압 유체가 충분히 유입된다.
본 발명은 로딩(가압)되는 동안 압축기 시동 방법이 용이하다는 효과가 있다는 이점을 갖는다. 원하는 압축기 시동 압력에서 압축기를 시동하는 것은, 압축기 루프(loop)에 이미 저장된 수소 및 압축 에너지를 보존함으로써 시동 시간을 줄이고 에너지 및 전력 소비를 절약하는 효과가 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 배출하지 않음으로써, 가스 챔버로부터 가압된 유체(예컨대, 수소 가스) 및 압축 에너지(가스 챔버 내의 유체의 압력을 형성하는데 사용되는 에너지)는 손실되지 않는다.
제어 요소는 바람직하게는 전기적 요소, 예를 들어 압력 센서, 공압 또는 전기 기계적 밸브와 통신하는 PLC와 같은 제어기로 구현된다. 압력 센서는 예컨대 광학 거리 측정 센서에 의해 변위 부재의 변위가 측정되는 변위 센서로 구현될 수 있다. 대안적으로, 압력 센서는 유압 시스템 내부에서 직접 압력을 측정하는 전통적인 센서일 수 있다.
제어 요소는 대안적으로 기계적 요소, 예를 들어 주어진 압력에서 유동을 기계적으로 종료시키는 밸브로 구현될 수 있다. 그러한 밸브는 기계적으로 또는 전기적으로 조절될 수 있다.
유압 펌프 어셈블리는 그 작동이 제어 요소에 의해 제어될 수 있는 펌프로 구현될 수 있다. 대안적으로, 유압 펌프 어셈블리는 후술하는 바와 같은 주입 어셈블리로 구현될 수 있다.
유압 시스템의 크랭크축 및 피스톤의 기계적 움직임이 없을 때 또는 적어도 그러한 기계적 움직임으로부터 열이 발생하지 않을 때, 압축기는 작동 중이 아닌 것으로 정의된다.
압축기는 바람직하게는 다이어프램 압축기이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 시스템의 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력을 나타내는 표현(representation)을 형성하는 단계, 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 원하는 시동 압력을 결정하는 단계, 제어 요소에 의해 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력과 원하는 시동 압력을 비교하는 단계; 및 유압 유체 챔버의 압력이 원하는 시동 압력에 도달하면 유압 유체 챔버 내의 압력 증가를 종료시키는 단계를 더 포함하는 유압 유체의 압력 제어 방법이 제공된다.
압축기의 비-작동 기간이 지난 뒤 유압 유체 챔버 내에 원하는 시동 압력을 형성하는 것은 압축기의 효율적인 시동이 용이하고/압축기 구성요소의 마모를 줄이며 가스 및 압축 에너지를 보존하는 보다 부드러운 시동이라는 점에서 이점을 갖는다.
유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력이 결정된 원하는 시동 압력에 도달할 때 압축기를 시동하는 것은, 가스 챔버 내의 가스 압축을 시작하기 위해 압축기를 시동하고 가스 유압 챔버 내에서 원하는 압력에 도달하는데 걸리는 시간을 줄이는 효과가 있다는 점에서 추가적인 이점을 갖는다. 이는 압축기를 정지하고 뒤이어 다시 시동하는 것 사이의 기간 동안에 원하는 시동 압력이 유지될 수 있는 것에 기인한다.
유압 유체 챔버 내의 압력을 나타내는 표현을 형성하는 것은 압력 센서 또는 간단하게는 압력 증가 과정 동안에 결정된 압력에서 위치를 변경하는 밸브에 의해 수행될 수 있다.
원하는 시동 압력은 바람직하게는 가스 챔버 또는 가스 공급 저장부 내의 가스의 압력 바로 아래의 압력이다. 따라서, 원하는 시동 압력은 압축기의 가스 챔버로부터 또는 압축기의 가스 챔버로 가스를 안내하는 가스 도관에서의 압력 측정으로부터 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 원하는 시동 압력은 디스펜서(dispenser)를 향하는 압축기 하류 또는 디스펜서에서의 압축기 하류에서 측정된 압력으로 결정되거나 이에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 이 압력은 예컨대 수소 자동차 급유가 종료되는 압력일 수 있다.
원하는 시동 압력은 수소 급유 스테이션의 시스템 설계에 기초하여 결정된 레벨에서 미리 결정될 수 있다. 이는 입력 압력, 즉 수소 급유 스테이션의 공급 저장부의 압력에 기초하여 결정될 수 있다. 이는 압축기가 정지되는 압력으로 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명은 공급 저장부의 압력 정보에 의해 유압 유체 챔버 내의 압력을 공급 저장부의 압력 바로 아래의 압력으로 조절하여, 공급 저장부로부터 압축기로의 가스 유동을 가능하게 하는 밸브가 개방된 직후에 압축기가 이 압력부터 작동을 시작하며, 즉 압축기를 시동하기 전에 공급 저장부 압력의 압력 감소 또는 가스의 배출을 필요로 하지 않는다는 효과가 있다는 점에서 이점을 갖는다.
펌프 어셈블리를 제어하는 제어 요소는 바람직하게는 전술한 바와 같은 원하는 시동 압력을 유압 유체 챔버 내의 유압 유체와 비교한다. 이는 바람직하게는 센서로부터 수신받은 압력 측정에 기초하여 수행되며, 상기 센서는 제어 신호를 제어 요소로부터 모터로/압축기를 제어하는 모터 드라이브로 안내한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력이 원하는 시동 압력에 도달한 후 압축기를 시동하는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 비-작동기간 후 가압 압축기 시동의 문제점을 해결한다. 비-작동기간 동안 압축기가 작동하지 않아 야기된 유압 유체의 온도 감소로 인해, 유압 유체 챔버를 포함하는 유압 시스템의 유압 유체의 압력/체적이 감소한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 펌프 어셈블리는 유압 유체 저장소로부터 도관을 통해 유압 유체 챔버로 유압 유체를 펌핑하는 전기 펌프를 포함할 수 있다. 이는 온도 감소, 피스톤에서의 누설 및 유체 챔버로부터 유체 저장소로의 복귀 도관과 관련하여 발생하는 임의의 압력 감소의 존재에도 불구하고, 이러한 방식으로 유압 유체 챔버 내의 압력이 유지될 수 있다는 효과를 갖는다는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유체 저장소로부터 유압 유체 챔버로 유압 유체를 펌핑하는 펌프 어셈블리는: 유압 시스템의 저압부와 고압부 사이의 유압 유체 경로의 일부를 형성하는 주입 어셈블리로서, 출력 밸브, 밸브 및 출력 밸브가 개방되면 상기 저압부로부터 상기 고압부로 유압 유체의 유동을 형성하는 주입 펌프를 포함하는 주입 어셈블리 및, 고압부 내 압력을 나타내는 피드백 신호를 형성하는 압력 센서를 포함한다. 주입 펌프는 밸브가 폐쇄되고 출력 밸브가 폐쇄되면 유압 유체의 주입 압력 포텐셜을 형성하고, 제어기는 피드백 신호 및 고압부 내 유압 유체의 원하는 압력의 유압 유체 피크 압력 목표값에 기초하여 주입 어셈블리(3)를 제어함으로써 고압부 내로 유압 유체를 주입하는 압력 포텐셜을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유체의 주입 압력 포텐셜은 주입 어셈블리에서 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축 사이클에서 고압부 내로 주입된 유압 유체의 양은 형성된 유압 유체의 주입 포텐셜에 의해 결정되고, 유압 유체의 주입 포텐셜은 피드백 신호에 의해 표현되는 압력과 피크 압력 목표값 사이의 압력차에 기초하여 밸브를 제어함으로써 제어된다.
대안적으로, 주입된 양은, 간단히 고압부에서의 압력이 형성된 주입 압력 포텐셜보다 작은 기간 동안에 주입될 수 있는 유압 유체의 양이다.
실제로, 이 양은 형성된 유압 유체의 주입 포텐셜의 크기, 즉 주입 어셈블리 내(즉, 밸브, 출력 밸브 및 주입 펌프 사이)에서 형성된 압력 및 유입 가스 압력에 의해 결정되며, 이 유입 가스 압력은 유압 유체 챔버 내의 최저 압력을 결정하여 (압축 사이클에서) 출력 밸브가 개방되는지 여부와 얼마나 오랜 시간 개방되는지를 결정하는 것이다.
따라서, 주입 압력 포텐셜이 유압 유체의 주입에 기초하여 제어되고, 주입된 유압 유체의 양이 피드백 신호에 의해 나타나는 압력과 피크 압력 목표값 사이의 차이에 기초하여 결정되는, 제어 루프가 존재한다.
바람직하게는 유압 유체는 비압축성 유체 또는 가능한 낮은 압축성을 갖는 유체이다. 고압부로부터 저장소까지 오일이 누설되어 압축기 피스톤의 밀봉부를 윤활한다는 점에서, 오일은 바람직하다.
주입할 유압 유체의 양을 제어하기 위해 고압부의 압력을 나타내는 피드백 신호를 이용하는 것은, 그렇지 않은 경우 피스톤에서 감지할 수 없는 유압 유체의 누설까지도 보상한다는 이점을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고압부의 압력을 나타내는 피드백 신호가 피크 압력 목표값 보다 작은 압축 사이클 이후의 복수의 압축 사이클들 동안 압력은 증가된다. 이는 피드백 신호가 획득되는 압축 사이클 이후의 오직 하나의 압축 사이클에서 압력을 조절하는데 정교한 주입 어셈블리가 필요할 것이라는 점에서 유리하다. 그러나, 상기 후속 압축 사이클에서 압력이 조절되는 경우, 압축기의 마모는 줄어들 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고압부 내의 압력을 나타내는 피드백 신호는 각 압축 사이클에서 측정된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어기는 가스의 유입 압력과 같거나 큰 기준 포텐셜보다 고압부 내의 압력이 항상 높도록 유압 유체의 주입 포텐셜을 제어한다. 이는 다이어프램이 유압 유체 챔버의 바닥과 접촉하는 것을 방지하여 캐비테이션(cavitation)을 피한다는 점에서 이점을 갖는다.
저압의 제어는 바람직하게는 가스 챔버로 들어가는 가스의 압력을 측정하는 압력 센서로부터 획득된 기준 압력 측정치 및/또는 상기 압력 센서로부터의 신호에 기초하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백 신호는 고압부의 유압 유체와 유체 연결되는 피스톤을 구비한 실린더가 배치되는 고압부에 장착된 하우징, 변위 부재, 및 변위 센서를 포함하는 압력 센서에 의해 형성되고, 고압부 내의 유압 유체의 압력은 변위 부재를 물리적으로 변위시키며, 변위의 크기는 변위 센서에 의해 측정된다.
본 발명에 따라 제어되는 압축기에 압력 센서에 기초한 변위가 사용되는 경우 이점을 갖는다. 이는 본 발명이 오직 매우 소량의 과잉 유압 유체로 이어지는 매우 소량의 유압 유체만을 주입하도록 제어하기 때문이다. 따라서, 그 양이 매우 소량이기 때문에 유량을 측정하기가 어렵다. 대신에, 상기 초과 양이 상당히 작기 때문에 피스톤을 작동시키는 압력 센서의 실린더로 이를 안내할 수 있으며, 여기서 유압 유체의 압력에 따라 변위 부재를 다시 작동시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기의 가스 챔버 내의 유체의 압력을 나타내는 표현을 형성하는 단계를 더 포함하며, 원하는 시동 압력은 가스 챔버 내의 유체의 압력보다 낮은 압력으로 결정된다. 바람직하게는, 상기 가스 챔버 내의 유체의 압력은, 밸브와 가스 챔버로 이어진 유체 입구 사이의 도관에 위치하거나, 밸브와 가스 챔버로부터 나오는 유체 출구 사이의 도관에 위치한 압력 센서에 의해 형성된다.
대안적으로, 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력에 대한 정보에 의해 가스 챔버 내의 유체의 압력이 결정될 수 있다. 또 다른 대안으로, 공급 저장부의 압력을 이용하여 원하는 시동 압력을 결정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원하는 시동 압력은 가스 챔버 내의 유체의 압력의 50% 내지 70% 사이, 바람직하게는 가스 챔버 내의 유체의 압력의 76% 내지 85% 사이, 가장 바람직하게는 가스 챔버 내의 유체의 압력의 86% 내지 100% 사이로 결정된다. 이는 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력이 가스 챔버 내의 유체의 압력까지 증가하되 그보다 초과하지 않는다는 효과를 갖는다는 이점이 있다. 원하는 시동 압력이 가스 챔버 내의 유체의 압력에 근접할수록, 압축기의 시동은 보다 비용 효율적이며 마모를 더 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 원하는 체적 증가는, 압축기를 시동하기 전에 유압 유체 챔버 내로 0.1 내지 10 밀리미터 사이의 유압 유체, 바람직하게는 0.2 내지 7 밀리미터 사이의 유압 유체, 가장 바람직하게는 0.3 내지 5 밀리미터 사이의 유압 유체를 유입시킴으로써 형성된다. 원하는 체적 증가는 가스의 압력/체적의 정보 및/또는 유압 유체의 유입을 시작하기 전의 유압 압력의 정보 및 압축기가 정지한 직후부터의 유압 압력의 정보에 기초하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력은 유압 유체 챔버와 유체 연통하는 압력 센서에 의해 형성된다. 일 예로, 압력 센서에 의해 압력 챔버 내의 압력이 측정된다. 압력 센서는 유압 유체의 유입을 제어하는 제어기와 통신하는 변위 센서일 수 있다.
압력 센서는 압력 조절 밸브로 구현될 수 있다. 압력 조절 밸브는 유압 유체가 유압 유체 저장소로 복귀할 수 있도록 하는 원하는 압력으로 조절될 수 있다.
또한, 본 발명은 유압 시스템 및 가스 챔버를 구비한 고압 압축기에 관한 것으로, 유압 시스템은 유압 유동 경로에 의해 유압 유체 챔버와 연결된 저장소 및 유압 유동 경로에 배치된 펌프 어셈블리를 포함하고, 압축기는 유압 유동 경로 내의 유압 유체의 유동을 제어하여 유압 유체 챔버 내의 압력을 제어하는 제어 요소를 더 포함하며, 상기 제어 요소 및 상기 펌프 어셈블리는 압축기가 작동하지 않을 때 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력을 제어하도록 구성된다.
이는 유압 유체의 온도가 떨어질 때 발생하는 유압 유체 챔버 내의 압력 감소에도 불구하고, 압축기가 작동하지 않는 동안에 저장소로부터 유압 유체 챔버로 유압 유체의 체적을 유입시킴으로써 그 압력을 원하는 레벨로 유지할 수 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 적어도 감소 시간의 일부가 경과한 후 압축기를 다시 시동시킬 때 시동은 가능한 한 효율적으로 이루어질 수 있으며, 심지어 로딩(가압)되는 중이라도 효율적인 시동이 이루어질 수 있다. 상기 원하는 압축기 시동 압력에서 압축기를 시동시키는 것은, 압축기 루프에 이미 저장된 수소 및 압축 에너지를 보존함으로써 에너지와 전력 소비를 절약하는 효과가 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 가압된 유체, 예컨대 수소 가스가 가스 챔버로부터 배출되는 것을 방지함으로써, 압축 에너지(가스 챔버 내의 유체의 압력을 형성하는데 사용되는 에너지)의 손실을 없앨 수 있다.
제어 요소는 바람직하게는 PLC와 같은 제어기를 포함하며, PLC는 유압 유체 챔버 내에서 원하는 압력을 형성하도록 펌프 어셈블리를 제어할 것이다. 바람직하게는 유압 유체 챔버 내로 특정 체적의 유압 유체를 유입시킴으로써 원하는 압력이 형성된다.
제어 요소에 대한 언급은 유압 유체 챔버의 입구에 배치된 밸브에 대한 언급을 포함할 수 있다. 그러나 이 밸브는 펌프 어셈블리 또는 주입 어셈블리라고 지칭되는 것에 포함되는 것으로 지칭될 수 있다. 밸브는 유동이 주어진 압력을 초과하거나 그 미만이 되도록 기계적 또는 전기적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 챔버 내의 유압 유체의 압력을 제어하는 것은, 원하는 압력을 유지하고 그리고/또는 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 현 압력을 원하는 시동 압력으로 증가시키는 것을 포함한다. 이는 유압 유체 챔버 내로 특정 체적의 유압 유체를 유입시킴으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유동 경로 내의 유압 유체의 유동은, 유압 유체 챔버 내의 유압 유체의 압력이 원하는 시동 압력 미만일 때 유압 유체가 유압 유체 챔버로 유동하도록 제어 요소에 의해 제어된다. 이러한 방식으로 유압 유체 챔버 내의 유체의 압력이 원하는 레벨로 유지될 수 있다는 효과가 있다는 점에서 이점을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원하는 시동 압력은 압축기의 가스 챔버 내의 유체의 압력을 나타내는 표현 및 유압 유체 챔버의 압력 정보에 기초하여 제어 요소에 의해 결정된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유체 저장소로부터 유압 유체 챔버로 유압 유체를 펌핑하는 펌프 어셈블리는: 유압 시스템의 저압부와 고압부 사이의 유압 유동 경로의 일부를 형성하는 주입 어셈블리로서, 출력 밸브, 밸브, 및 출력 밸브가 개방되면 저압부로부터 고압부로 유압 유체의 유동을 형성하는 주입 펌프를 포함하는 주입 어셈블리 및, 고압부 내의 압력을 나타내는 피드백 신호를 형성하는 압력 센서를 포함한다. 상기 주입 펌프는 밸브가 폐쇄되고 출력 밸브가 폐쇄되면 유압 유체의 주입 압력 포텐셜을 형성하도록 구성되며, 그리고 제어기는, 피드백 신호 및 고압부 내의 유압 유체의 원하는 압력의 유압 유체 피크 압력 목표값에 기초하여 주입 어셈블리를 제어함으로써 고압부 내로 유압 유체를 주입하는 압력 포텐셜을 제어하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고압 압축기에 의해 압축되는 유체는 수소 가스이다. 압축기에 의해 압축되는 유체는 바람직하게는 수소 가스이지만, 원칙적으로 임의의 종류의 가스상의 또는 액체상의 유체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고압 압축기는 가스 챔버 내의 유체를 10MPa 초과하는 압력으로 가압시키는 것을 용이하게 한다. 따라서, 압축기는 압력 챔버 내의 유체를 10MPa 초과하는 압력으로 가압시킬 수 있다는 점에서 고압 압축기로 분류된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스 챔버 및 고압 압축기의 유압 유체 챔버의 길이는 가스 챔버 및 고압 압축기의 유압 유체 챔버의 폭보다 더 길다. 따라서, 압축 챔버는 직사각형 형상, 바람직하게는 타원 형상을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 유체 챔버와 유압 유체 저장소를 연결하는 유일한 복귀 도관은 비상 벤트 라인이다. 이는 압축기 설계의 복잡성을 감소시키는 이점이 있지만, 동시에 유압 유체 챔버로의 유동을 제어할 필요성을 증가시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기는 압축기 헤드에 연결된 하우징을 구비한 압력 센서을 포함하고, 상기 하우징은 압축기의 유압 시스템의 고압부에 유체 연결된 실린더에 이동 가능하게 장착된 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 고압부 내의 유압 유체의 압력에 의해 압축기 헤드로부터 멀어지는 제1방향으로 움직이고, 이에 의해 하나 이상의 가요성 서스펜션에 의해 하우징에 이동 가능하게 부착된 변위 부재를 이동시키도록 구성되고, 상기 피스톤은 가요성 서스펜션에 의해 변위 부재을 통하여 압축기 헤드를 향하는 제2방향으로 움직이도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기는 제1압력을 형성하도록 구성된 제1헤드 및 제2압력을 형성하도록 구성된 제2헤드를 구비한 2단 압축기이며, 상기 제2압력은 상기 제1압력 보다 높다.
본 발명은 감소 시간이 지난 후(또는 감소 시간의 일부가 경과된 후) 압축기를 시동하기 전에, 유압 챔버 내의 압력이 가스 챔버 내의 압력 또는 가스 챔버의 유입구에 연결된 가스 공급 저장부 내의 압력을 향하여 증가될 수 있다(그러나, 그 이상이 될 수는 없음)는 이점을 갖는다. 이러한 압력은 원하는 압축기 시동 압력이라고 지칭된다. 이러한 압력에서, 다이어프램과 피스톤 사이에 유압 유체가 충분히 유입된다.
본 발명은 로딩(가압)되는 동안 압축기 시동 방법이 용이하다는 효과가 있다는 이점을 갖는다. 원하는 압축기 시동 압력에서 압축기를 시동하는 것은, 압축기 루프(loop)에 이미 저장된 수소 및 압축 에너지를 보존함으로써 시동 시간을 줄이고 에너지 및 전력 소비를 절약하는 효과가 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 배출하지 않음으로써, 가스 챔버로부터 가압된 유체(예컨대, 수소 가스) 및 압축 에너지(가스 챔버 내의 유체의 압력을 형성하는데 사용되는 에너지)는 손실되지 않는다.
본 개시에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면 및 발명의 상세한 설명과 관련하여 다음의 간단한 설명을 참조할 수 있고, 여기서 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다:
도 1은 종래 기술의 압축기의 일 예를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따라 제어되는 유압 시스템의 일 예를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 일 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 사이클의 압력 곡선을 도시하고 있다.
도 1은 다이어프램 압축기에서 유압 압력을 제어하는 종래 기술 유형의 일 예를 도시하고 있다. 펌프는 단순히 유압 유체 저장소로부터 오일 챔버 내로 오일을 펌핑하고 있으며, 다이어프램이 최대에 이르면 초과 오일은 복귀 경로를 통해 오일 챔버로부터 저장소로 빠져 나간다. 오일 챔버로 펌핑된 오일의 양은 각 압축 사이클마다 동일하며, 그리고 오일 챔버에 소정의 양이 존재하여 최대 압력에 도달하도록 보장하기에 충분하다.
도 2는 가스 유입구(27) 및 가스 챔버(14)를 구비한 압축기(2)를 도시하며, 가스는 가스 출구(28)를 통해 떠나기 전에 가스 챔버(14)에서 압축된다. 가스는 다이어프램(13)에 의해 압축되며, 다이어프램(13)의 움직임은 압축기(2)의 유압 시스템에 의해 제어된다. 본 발명의 유압 시스템은 덴마크 특허출원 PA 2017 70570에서 개시된 유압 시스템과 공통되는 많은 요소들을 포함하며, 이 문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
유압 시스템의 유압 유체의 압력은 실린더(31) 내에서 움직이는 피스톤(32)에 의해 변화한다. 피스톤(32)은 크랭크축과의 연결에 의해 움직이고, 크랭크축은 전기 모터(39)에 기계적으로 연결된다. 따라서, 피스톤(32)의 움직임(속력) 및 힘(토크)은 모터(39)에 인가되는 전압에 의해 제어되며, 전압은 바람직하게는 모터 드라이브(motor drive, 40)에 의해 제어된다. 압축기(2)를 시동시키는데 필요한 토크가 클수록, 더 큰 모터(39)와 모터 드라이브(40)가 필요하다.
유압 유체(및 가스 챔버 내의 유체)의 밀도는 온도에 따라 변한다. 따라서, 압축기가 작동하지 않을 때의 차가운(예컨대, 주위 온도의) 유압 유체의 밀도와 비교하면, 압축기(2)가 작동할 때의 유압 유체는 뜨겁고, 밀도가 높다.
이러한 사실에 기초하면, 적어도 유압 유체(작동 유체라고도 함)의 체적과 그에 따른 압력은 감소하여 다이어프램(13)과 피스톤(32) 사이의 거리가 더 좁아지게 된다. 다이어프램(13) 및 피스톤(32) 중 적어도 하나는 도 2에서 42a 및 42b로 표시된 화살표 방향으로 이동할 것이다. 압력/체적 변화로 인한 막(13)과 피스톤(32) 사이의 거리 변화는 매우 작다. 예를 들어, 5 밀리미터 미만, 가장 흔하게는 0.1 밀리미터와 2 밀리미터 사이이지만, 그럼에도 불구하고 압축 사이클의 매우 미세한 공차로 인해 이러한 변화는 압축기(2)의 시동과 관련하여 매우 중요하게 된다. 대개, 이러한 변화는 다이어프램(13)과 피스톤(32)이 위상(phase)을 이탈하게 하기에 충분한 변화이다.
유압 유체를 유압 유체 챔버(23) 내로 유입시킴으로써, 유압 유체의 압력 및 체적 모두 증가하게 된다. 비-작동기간 동안에 유압 유체를 유입시킴으로써, 압축기의 기계적 시스템이 로딩된(loaded) 시동을 수행하기 위한 준비가 된다. 유압 유체는 바람직하게는 압력 변화가 측정될 때까지, 보다 구체적으로는 유압 유체 챔버(23)에서 시동 압력이 측정될 때까지 유입된다. 가장 중요한 것은, 압축기(2)의 기계적 부품, 특히 유압 시스템의 다이어프램(13) 및 밀봉부에서의 높은 부하를 피하기 위해 압축기(2)를 시동하기 전에 유압 유체를 유입시킴으로써 다이어프램(13)과 피스톤(32) 사이에 충분한 유압 유체가 존재하도록 보장하는 것이다.
온도 감소로 인한 다이어프램(13)의 움직임은 화살표(42a) 및 다이어프램의 명시된 예시(13a)로 도시되어 있다. 압축기(2)의 작동이 중단된 직후, 다이어프램(13)은 가스 챔버(14) 및 유압 유체 챔버(23) 내의 압력에 따라 휴지 위치를 찾는다. 이러한 휴지 위치는 실선인 다이어프램(13a)으로 도시되어 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 온도 감소로 인해 압축된 유압 유체는 화살표(42b)로 표시된 바와 같이 피스톤(32)의 변위를 초래할 수 있다.
두 상황 모두에서, 피스톤(32) 및/또는 다이어프램(13)의 위치는 확실하게 알려지지 않을 수 있고, 따라서 말하자면 위상 이탈일 수 있다. 다이어프램(13) 및 피스톤(32)의 위치의 위상 이탈은, 로딩된 시동을 하는 경우 위험한 시동을 초래할 수 있다. 가스 챔버(14) 내의 가스의 압력이 예를 들어, 100 내지 900 bar 사이(또는 모터(39)의 크기에 따라 훨씬 더 높은 압력)이고 다이어프램 및/또는 피스톤의 위치에 대한 정확한 정보가 없는 상황에서 고압 압축기(2)를 시동시키면, 다이어프램에 매우 높은 부하/마모가 발생할 수 있고 그리고/또는 피스톤에서 누설이 발생할 수 있다. 적절한 위상 조정 없이 로딩된 압축기를 작동/시동시키는 것의 주요한 문제점은 막 밀봉부 및 피스톤/로드 밀봉부를 포함하는 유압 시스템의 밀봉부들 및 막에 손상을 준다는 것이지만, 압축기의 다른 구성요소에도 또한 잠재적인 위험이 있다. 이러한 구성요소들은 피스톤, 크랭크축을 포함할 수 있고, 마모 증가 및 수명 단축으로 이어질 수 있다. 따라서, 압축기가 작동되지 않는 동안에 압력을 제어함으로써 이러한 문제를 피할 수 있다. 유압 유체 챔버(23) 내로 유압 유체를 유입시켜 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 체적을 증가시킴으로써, 압력을 제어할 수 있다.
설명한 바와 같이, 언급한 단점을 갖는 압축기를 시동시킬 때 다이어프램(13)과 피스톤(32) 사이의 충분한 유압 유체를 확보하기 위해, 또한 다이어프램(13)이 하부 챔버, 즉 유압 유체 챔버(23)의 바닥에 부딪히지 않도록 하기 위해, 공지된 시스템은 가스를 배출시킨다.
감소 시간, 즉 압축기(2) 및 유압 유체(및 가스)의 온도가 주위 온도로 감소하는 시간이 지난 후, 다이어프램(13)은 실선의 다이어프램(13a)에 의해 도시된 위치까지 움직일 수 있다. 위치(13)으로부터 위치(13a)으로의 다이어프램의 움직임은, 유압 유체 및 (가스 챔버(14)의) 가스의 온도가 감소될 때 유압 유체 및 가스의 밀도 변화로 인해 발생한다. 만약 피스톤(32)의 누설이 있다면 이는 상기 변위에 영향을 미칠 수 있다.
압축기(2)를 시동하고 시동 압력을 형성하는 것은, 본 발명에 따라 유압 챔버(23) 내의 압력 증가가 발생하지 않는 상황과 비교할 때 더 많은 시간을 필요로 한다. 이는 유압 유체 챔버에서의 압력이 다이어프램을 움직여 가스 챔버(14) 내의 가스를 압축하기 위해 충분히 높아지기 전에 유압 유체 챔버(23)에서의 압력을 형성하기 위해서는 피스톤(32)으로 다수의 스트로크가 이루어져야 하기 때문이다. 본 발명은 압축기가 작동하지 않는 동안에 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력을 제어하여 압력 형성을 위한 시간을 줄이는 것이 용이하다는 이점을 갖는다.
전술한 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력의 제어는, 펌프 어셈블리(30)와 그리고 바람직하게는 압력 센서(7)와도 통신하는 제어 요소(8)에 의해 이루어진다(단, 후자는 필수는 아니다).
바람직한 실시예에서, 제어 요소(8)는 가스 챔버(14) 내의 가스의 압력 또는 공급 저장부의 압력(압축기(2)에 대한 유입 압력, 도시하지 않음)을 나타내는 데이터를 수신하는 PLC(Programmable Logic Controller)이다. 이 압력은 바람직하게는 하나 이상의 압력 센서(29)로부터 측정된다. 이 압력은 원하는 시동 압력(desired start pressure)을 결정하는데 이용되며, 상기 원하는 시작 압력은 일반적으로 가스의 압력 바로 아래(즉, 1bar 내지 10bar 아래 또는 그 이상 아래)의 압력이다. 일 예로서, 1bar 내지 3bar, 1bar 내지 5bar, 또는 이보다 높을 수 있다. 또한, 제어기(8)는 바람직하게는 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력을 나타내는 데이터를 수신하며, 바람직하게는 압력 센서(7)로부터 측정된 데이터이다.
다이어프램(13)의 양측 압력을 비교한 결과는 펌프 어셈블리(30)의 펌프(5)의 작동을 결정하고, 이로써 유압 유체 챔버 내의 압력 증가가 요구되는 경우에 이용될 수 있다. 예컨대, 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력이 가스 챔버(14)의 가스의 압력, 공급 저장부의 압력 또는 원하는 시동 압력 보다 작은 백분율 또는 고정 숫자이면, 압력 증가의 필요성을 결정할 수 있다. 압력 증가는 예컨대, 압축기(2)의 계획된 시동 시 원하는 시동 압력을 보장하기 위해 밀도(및 압력/체적)가 떨어지거나 분리되면(시동 직전) 압력이 증가될 수 있도록 연속적으로 제어될 수 있다.
따라서, 유압 유체를 유입시킴으로써, 유압 유체 챔버(23) 내의 압력 증가는 압축기가 작동하지 않은 시간 동안에 언제든지 이루어질 수 있다. 이는 시동 시 다이어프램(13)과 피스톤(32) 사이에 충분한 유압 유체를 생성하여, 더 빠른 시동 스퀀스로 이어져 가스 챔버의 출구(28)에서 원하는 배출 압력에 도달한다. 또한, 보다 부드러운 시동으로 수소 급유 스테이션에서와 같이 압축기(2)가 빈번하게 시동하고 정지하는 응용분야와 매구 관련있는 압축기의 마모가 더 적도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기(2)는 두 개의 압축기 헤드(즉, 저압 및 고압 헤드/단계)를 구비한 2단 압축기이다.
상기로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 고압 압축기, 즉 유체(바람직하게는 수소 가스와 같은 가스)를 100bar 초과의 압력으로 가압하는 압축기를 시동하는 방법에 관한 것이다. 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력을 제어함으로써 시동을 최적화할 수 있다. 이러한 압력을 제어하는 일 방법으로 유압 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력 및 가스 챔버(14) 또는 공급 저장부의 가스 압력을 결정하는 것이 있다. 그 다음, 이에 기초하여 압축기(2)를 시동하기 전에 펌프/주입 어셈블리(30) 및 제어기(8)를 이용하여 (가스 챔버(14) 내의 가스 압력 미만인) 원하는 시동 압력까지 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 압력을 형성한다. 이에 의해, 압축기(2)를 시동하기 전에 유압 유체 챔버 내에서 유압 유체의 충분한 체적이 확보된다.
도 3 (및 다른 도면들)은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하므로, 도면과 관련된 발명의 설명은 변경의 여지가 있으며, 이는 여전히 본 발명의 범위 이내에 있는 것으로 이해되어야 한다.
압축기(2)는 가스 챔버(14)가 존재하는 상부 압축기 헤드(24) 및 유압 유체 챔버(26)가 존재하는 하부 압축기 헤드(25)를 구비한다.
상부 압축기 헤드(24)는 가스 유입 포트(27) 및 가스 배출 포트(28)를 갖는다. 가스 유입의 압력은 압력 센서(29)에 의해 측정될 수 있다.
하부 압축기 헤드(25)는 1점 쇄선 위에 도시된 고압부(1)의 일부이다. 따라서, 고압부(1)는 유압 유체 유로의 일부, 유압 분배 플레이트(22), 유압 챔버(26) 및 압축기 실린더(31)의 일부를 포함하는 주입 어셈블리(3)의 하류에서 찾을 수 있다.
또한, 고압부(1)로부터 유압 유체 저장소(11)(저장소라고 지칭됨)까지의 비상 벤트 라인(33)이 도시되어 있다. 비상 벤트 라인(33) 내의 유동은 비상 밸브(34)에 의해 제어된다. 비상 밸브(34)는 바람직하게는 압력이 미리 정해진 값을 초과하면 비상 밸브(34)가 개방되어 고압부(1) 내의 압력이 감소되고 유압 유체가 저장소(11)로 배출되도록, 기계적으로 제어된다. 따라서, 이 비상 벤트 라인은 고압부(1)의 유압 압력을 제어하는 것의 일부가 아니라, 소위 2단 과잉 보호로서 비상 시에만 이용된다.
출력 밸브(38) 및 압축기 피스톤(32)에서 유압 시스템을 분할하는 1점 쇄선 아래에는 저압부(4)가 있다. 따라서, 저압부(4)는 유동 경로, 저장소(11), 유압 유체 공급 스테이션(12)(공급 스테이션으로 지칭됨)의 일부 및 여기에 펌프(35)에 의해 도시된 연결부를 포함하는 주입 어셈블리(3)의 상류에 있다. 펌프(35)는 저장소(11)로부터 공급 스테이션(12)까지 유압 유체를 펌핑한다. 또한, 연결부는 도시되지 않은 필터 또는 벤팅(venting)요소를 포함할 수 있다.
주입 어셈블리(3) 하류의 유압 유동 경로의 일부에서의 압력은 일반적으로 주입 어셈블리(3) 상류의 일부에서의 압력보다 높다는 점이 언급되어야 한다. 일반적으로, (주입 펌프(5), 밸브(6) 및 출력 밸브(38) 사이의) 주입 어셈블리(3)에서의 압력은 가스 유입 압력에 근접하여 이 압력보다 큰 증가된 압력(압력 포텐셜)이 빠르게 형성될 수 있도록 한다.
출력 밸브(38)는 바람직하게는 체크 밸브 또는 또 다른 종류의 기계적으로 제어되는 압력 밸브이지만, 전기적으로 제어되는 밸브일 수도 있다.
펌프(35)는 레벨 센서(36)에 의해 제어된다. 저장소(11) 내의 유압 유체의 레벨(level)이 미리 정해진 레벨보다 높으면, 유압 유체는 공급 스테이션(12)으로 펌핑된다. 도시된 바와 같이, 공급 스테이션(12)은 비스듬한 형태의 벽부(37)를 포함하며, 벽부(37)를 통해 유압 유체가 흐르게 된다. 따라서, 벽부(37)는 구멍이 나있거나, 50μm과 150μm 사이, 바람직하게는 50μm과 100μm 사이의 메쉬를 갖는 그물과 같이 설계된다. 벽부(37)는 바스켓(basket)을 형성하는 것으로 구현될 수 있고, 공기와 혼합된 유압 유체가 저장소(11)로부터 바스켓으로 유입되며, 벽부(37)를 통해 바스켓을 떠날 때 저장소 내 공기가 제거된다.
이러한 작은 크기의 구멍들과 표면 장력으로 인해, 유압 유체에 혼합된 기포는 공급 스테이션(12)의 상단을 향해 이동하면서 여과되고 공기가 없는(air free) 유압 유체가 주입 펌프(5)에 의해 전방 경로(9) 내로 흡입될 준비가 되도록 둔다.
도시된 바와 같이, 주입 어셈블리(3)는 고압부(1)와 저압부(4) 사이의 유동 경로에 위치된다. 주입 어셈블리(3)는 주입 펌프(5) 외에, 바람직하게는 복귀 경로(10)에 위치된 밸브(6) 및 고압부(1)의 유동 경로에 위치된 출력 밸브를 포함한다.
바람직하게는, 주입 펌프는 압축기 피스톤(32)에서의 누설을 보상하기 위해 공급 스테이션(12)으로부터 유압 유체를 연속적으로 펌핑한다. 또한, 연속 펌핑은 유압 유체가 저장소(11)로 다시 순환되는 양에 의해 제어되는 레벨에서 주입 압력 포텐셜을 생성하는데 이용된다.
전방 경로(9)는 또한 저장소(11)와 주입 펌프(5)를 간단히 연결시킬 수 있다는 것이 언급되어야 한다.　그러나, 압축기 피스톤(32)의 움직임으로 인해, 저장소(11) 내의 유압 유체는 공기와 혼합되고 그 다음 주입 펌프(5) 내로, 그리고 고압부(1) 내로 흡입된다. 공기는 압축 가능하기 때문에, 즉 유압 유체의 원하는 특성과 반대이므로, 고압부에 공기가 존재하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서 유압 유체 내의 공기로 인해 압축이 덜 효과적이다. 따라서, 이를 피하기 위해 공급 스테이션(12)은 공기를 여과하도록 개발된다.
밸브(6)가 또한 주입 펌프(5)의 하류에 위치될 수 있다는 것이 언급되어야 하지만, 이 위치는 주입 펌프의 제어 및 압력 포텐셜의 제어에 있어서 유연성이 떨어진다는 점에서 바람직하지 않다. 이 이유는 주어진 압력 포텐셜에 도달하면 이를 초과하지 않도록 펌프를 정지시켜야 하기 때문이다.
제어기(8)는 압축기의 작동을 제어한다. 제어기(8)는 적어도 주입 어셈블리 및 압력 센서(7)와 통신한다. 동일하거나 다른 제어기들은 펌프(35)의 제어, 피스톤(32)의 작동, 가스 유입/배출의 제어 및 제어기의 작동과 관련된 도시되지 않은 다른 요소의 제어를 용이하게 할 수 있다.
유압 유체는 바람직하게는 비압축성 오일이며, 이는 피스톤 밀봉부 주위에서 누설되면 윤활을 위해 이용된다. 원칙적으로 유압 유체는, 윤활을 용이하게 할 수 있는 제한된 압축 특성을 갖는 임의의 유체를 사용할 수 있다.
도 3에서 압력 센서(7)는 유압 분배 플레이트(22) 및 유압 유체 챔버(23)를 포함하는 하부 압축기 헤드(25)에 부착된 것으로 도시되어 있다. 압력 센서(7)의 위치와 관련하여, 원칙적으로 고압부(1) 내 어느 곳에나 위치될 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 압력 센서의 위치를 제한하는 한가지 요인은, 압축기에 의해 생성된 100MPa 이상의 압력을 견딜 수 있도록 견고하게 부착될 수 있어야 한다는 것이다. 이러한 점에 의해 하부 압축기 헤드(25)가 확실한 선택이 된다.
도 3에서, 유압 유체 분배 플레이트(22)는 압력 센서(7)와 유체 연결되는 유체 경로를 갖는다. 언급한 바와 같이, 유사한 유체 경로는 압력 센서(7)를 유압 유체 챔버(23)에 연결하거나, 주입 어셈블리(3)로부터 하부 압축기 헤드(25)까지 유압 유체 유동 경로를 연결할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서(7)를 도시한다. 언급한 바와 같이, 압축기(2)의 고압부(1)의 어느 부분에 압력 센서(7)가 부착되어 있는지는 중요하지 않다.
도 4에서, 압력 센서(7)의 하우징(15)은 볼트(21)에 의해 하부 압축기 헤드(25)에 부착된 것으로 도시되어 있다. 바람직하게는 하부 압축기 헤드(25)는 나사산부를 포함하고, 도시되진 않았으나 하우징(15)은 볼트(21)가 나사산부와 맞닿아 하우징(15)을 압축기(2)에 고정시키는 덕트를 포함한다. 하우징이 고압부(1)에 연결되는 위치에 따라 다른 고정 수단이 또한 이용될 수 있다.
하우징(15)의 반대편 단부에서 변위 부재(18)는 볼트(21)/스프링(20) 배열 어레이와 같은 가요성 서스펜션(suspension)에 의해 하우징(15)에 이동 가능하게 부착된다. 볼트(21)를 조이는 토크 및 스프링(20)의 장력은 주어진 압력에서의 변위 부재(18)의 이동을 결정한다. 따라서, 이들을 조절함으로써, 이동을 조절할 수 있다.
압력 센서(7)는 실린더(16)를 포함하며 피스톤(17)은 실린더(16) 내에서 이동할 수 있다. 압축기(2)로부터 멀어지는 제1방향으로의 이동은 유압 유체의 압력에 의해 결정되고, 압축기(2)를 향하는 제2방향으로의 이동은 변위 부재(18)에 의해 결정된다.
도 4에서, 피스톤은 변위 부재(18)을 압축기(2)로부터 멀어지도록 움직이고, 이에 따라 고압부(1)의 압력은 최대 압력에 도달하거나 그에 근접한다.
압력 센서(7)에 부착되거나 이와 관련되는 변위 센서(19)가 도시되어 있으며, 변위 센서(19)는 피스톤(17)에 의해 야기되는 변위 부재(18)의 이동의 길이 또는 크기를 측정하기 위한 목적을 갖는다. 변위 센서(19)는 제어기(8)와 통신하고, 따라서 압력 센서(7)로부터의 피드백에 기초하여 주입 어셈블리(3)의 제어가 이루어지는 제어 루프가 형성된다.
전형적으로, 변위 부재(18)는 1 밀리미터 미만으로 이동된다. 이동의 크기 조정은 테스트 위상 동안에 주어진 압력으로 정렬된다. 테스트 위상 전에, 필요한 하중(스프링이 가요성 서스펜션으로 사용되는 일 실시예에서, 스프링 하중)의 추정치는 유압 유체의 예상 압력 및 실린더(16)의 면적에 기초하여 계산된다. 그런 다음 스프링(20)은 변위 압력이라고도 하는 이 하중에 대응하도록 조정된다. 따라서, 피스톤(17)에 작용하는 유압 유체의 압력은 변위 부재(18)를 이동시키기 위해 변위 압력보다 높아야 한다.
테스트 위상 동안, 예컨대 원하는 압력에서 원하는 변위가 얻어질 때까지 변위 압력을 기계적으로 조정함으로써, 변위 압력은 미세 조정된다. 원하는 압력을 압력 피크 목표값이라고 하며, 실제 측정된 압력을 압력 피크 값이라고 한다. 비제한적인 일 예로서, 100MPa의 압력 피크 값에서 변위의 크기가 0.05mm[밀리미터]로 조정된다.
고압부(1)에서 측정된 변위의 크기와 압력 사이의 관계는 다음과 같은 비제한적인 실시예에 따른다. 　변위 부재(18)를 유지하는 스프링(20)은 변위 부재가 예컨대 100MPa의 압력에서 예컨대 0.05mm 이동하도록 고정되어 있다. 따라서, 50MPa만 필요한 경우 측정된 변위는 0.025mm가 되어야 한다. 그러므로, 0.025mm를 초과하는 변위가 측정된다면, 유입 압력보다 큰 유압 유체의 주입 포텐셜의 형성은 시작되지 않는다.
압축기 피스톤(32)에서의 누설로 인해 고압부(1)에서 압력이 저하되어, 결과적으로 측정된 변위가 0.025mm 아래, 예컨대 0.020mm로 떨어질 때, 밸브(6)는 폐쇄되어 고압부(1) 내로의 유압 유체의 주입 포텐셜이 형성되는 것을 용이하게 한다.
주입 포텐셜의 형성은 하나 이상의 바람직하게는 연속적인 압축 사이클 동안 밸브(6)를 폐쇄함으로써 간단히 이루어진다.　이를 통해 유입 가스 압력이 출력 밸브(38)의 상류에 형성된 압력보다 낮은 압축 사이클 동안, 고압부에서 유압 유체의 주입이 이루어질 것이다. 주입은, 포텐셜이 출력 밸브(38)로 형성되는 유압 유동 경로의 일 부분(즉, 주입 펌프(5)/(바람직하게는 완전히 폐쇄된) 밸브(6)로부터의 부분) 사이에 압력이 같아지기 때문에 이루어진다. 이는 다음 압축 사이클에서 유압 챔버 내의 압력이 증가하여 변위 부재(18)의 변위가 증가하도록 한다(적어도 주입된 양이 압축기 피스톤(32)을 통해 누설되는 것보다 많은 경우). 따라서, 측정된 변위가 다시 0.025mm 이상인 경우 밸브(6)을 개방하여 압력 포텐셜의 형성을 다시 중지한다.
주입 압력 포텐셜은 다음과 같이 형성되는 이상적인 시나리오에 있다. 센서(29)에 의해 측정된 가스 유입 압력은 압력 포텐셜에 대한 기준 압력(기준 0으로도 지칭됨)으로 이용된다. 따라서, 밸브(6)를 폐쇄함으로써 주입 압력 포텐셜이 증가하여, 주입 펌프(5)가 밸브(6), 출력 밸브(38) 및 주입 펌프(5) 사이의 압력을 증가시킬 수 있도록 한다. 여기서 압력은, 출력 밸브(38)를 개방시켜 유압 유체를 고압부(1)로 주입시키는 기준 압력보다 커질 때까지 계속 증가한다. 압축 사이클에서 주입될 수 있는 작은 양/체적의 유압 유체라도, 다음 압축 사이클에서 피크 압력 값을 증가시키기에 충분하다.
주입 압력 포텐셜을 원하지 않는 경우, 밸브(6)는 개방 상태로 유지되어 주입 펌프(5)가 주입 압력 포텐셜을 형성하지 않고 공급 스테이션(12)으로부터 저장소(11)로 유압 유체만을 펌핑한다.
따라서, 상기 이상적인 시나리오에서, 밸브(6)는 밸브(6), 출력 밸브(38) 및 주입 펌프(5) 사이의 압력이 기준 압력의 바로 위 또는 바로 아래가 되도록 제어한다.
가요성 서스펜션을 구현하는 가장 간단한 방법은 예시한 볼트/스프링 배치이다. 볼트(21)의 배치에 대한 대안으로, 하나의 나사 로드(threaded rod)가 이용될 수 있으며, 변위 부재(18)는 나사 로드를 중심으로 회전되어 하우징(15)을 향하여 또는 멀어지도록 움직이고 스프링(20)의 장력을 변화시킬 수 있다. 또 다른 대안은 변위 부재(18)로부터의 스프링(20) 상의 장력을 제어하기 위해 전기를 사용하는 전자기 제어식 변위 부재(18)를 이용하는 것이다.　상기 두 대안에서, 하나의 스프링이 변위 부재(18)의 중심에서 이용될 수 있다.
가요성 서스펜션의 스프링 하중의 조정을 용이하게 하는 전자 제어식 기어링을 구현하는 것이 가능할 수 있음이 언급되어야 한다.
유압 유체 챔버(23) 내의 압력을 나타내는 피드백 신호를 형성하는 것 외에, 압력 센서(7)는 과압 보호 기능도 갖는다. 이는, 다이어프램(13)이 압력 센서의 상부 위치에 있고, 예컨대 압축기 피스톤(32)이 압력 센서의 상부 위치에 도달하지 않아 압력이 여전히 증가할 때, 유압 유체의 이러한 추가 체적이 압력 센서(7) 내로 가압되기 때문이다. 여기서, 이 체적은 피스톤(17)을 가압하고, 피스톤(17)은 다시 변위 부재(18)를 가압하여, 실린더(16) 내의 체적을 팽창/증가시킨다. 이러한 추가 체적에 의해, 압력 센서(7)는 유압 유체의 추가 체적을 흡수할 수 있고(압력이 흡수됨), 제1단계 과압 보호가 제공된다.
이러한 제1단계 과압 보호의 원리는 압축기의 정상 작동 동안에 유압 유체 챔버(23) 내의 압력을 나타내는 피드백 신호를 형성하게 하는 원리와 동일하다. 따라서, 압축기의 비정상적인 작동 동안에, 변위 부재(18)의 변위는 여전히 측정되고 제어기에 제공되지만, 이제 변위는 정상 작동 압력보다 높은 압력을 나타낸다.
언급한 바와 같이, 제1단계 과압 보호 외에, 제2단계 과압 보호도 압축기 설계에 포함된다. 제1단계 과압 보호는 정상 작동 동안에 압축기를 보호하기에 충분한 유압 유체의 고정량/압력을 흡수하도록 제한된다. 상기 고정량은 가요성 서스펜션이 흡수할 수 있는 압력과 동일하다. 그러나, 압축기 제어의 실패 또는 부품의 고장이 발생할 경우, 제2단계 과압 보호(비상 라인(33) 및 밸브(34))는 유압 유체를 저장소(11)로 유도함으로써 유압 유체 챔버(32)로부터의 압력을 해소시키도록 이용된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 사이클의 원리를 도시한다. 다이어프램(13)의 상하 움직임을 포함하여, T1과 T6 사이에 하나의 압축 사이클이 존재한다. 압축기 피스톤(32)의 움직임은 점선으로 도시되어 있다.
T1과 T3 사이에서 다이어프램(13)은 가스 챔버(14)를 향하여 위로 움직여 가스를 가압한다. T2부터, 가스 출구(28)를 개방함으로써 압력이 일정하게 유지되고 이때 가압된 가스가 배출된다.
T3에서, 가스 챔버(14)는 비어 있고 (적어도, 가스 챔버 내 유입 포트 등과 관련한 작은 공간에 약간의 가스가 남아있을 수 있음) 압축기 피스톤(32)이 T4에서 이것의 상부 위치에 올 때까지 압력은 계속 증가한다. 도시된 바와 같이, 압축기 피스톤(32)은 T1로부터 T4까지 위로 움직인다.
일 실시예에서, 압력 센서(7)는 변위 부재를 유지하는 가요성 서스펜션의 초기 부하 조정에 따라 이동하는 변위 부재(18)를 포함한다. 일 실시예에서, 변위 부재(18)는 예컨대 35MPa의 압력에서 이동하기 시작하고, 압력이 예컨대 80MPa의 압력 피크 값을 향해 증가함에 따라 변위 부재(18)의 변위의 크기는 압력 증가와 함께 증가한다.
압력 증가 및 변위 부재의 변위는 반드시 선형일 필요는 없다. 비선형의 경우, 주어진 변위의 압력 계산은 선형인 경우보다 더 복잡하다. 실제로 다음과 같은 결과로 귀결될 수 있는데, 만약 100MPa의 기체 유체의 배출 압력을 원하는 경우, 변위 부재(18)의 움직임의 측정 가능한 변위를 보장하기 위해 압력 피크 목표값이 110MPa일 수 있다. 만약 대신에 원하는 배출 압력이 50MPa인 경우, 압력 피크 목표값은 70MPa일 수 있다.
가스 챔버(14)에 가스가 더 이상 없는 T3에서, 변위 부재(18)의 변위로서 측정될 수 있는 압력이 다시 증가한다.
일반적으로, 가요성 서스펜션의 하중 조정은, 먼저 고압부(1)의 압력이 피크 압력 목표값의 50%를 초과할 때 변위 부재(18)의 변위를 측정할 수 있도록 한다. 도 5에는 압력 센서(7)에 의해 측정된 원하는 압력 간격의 일 예가 도시되어 있다.
T4에서(피스톤(32)의 상사점이라고 함), 피스톤(32)이 유압 유체 챔버(23)를 향해 움직이기 시작함에 따라 압력이 감소하기 시작한다. 가스 챔버(14) 내의 잔류 가스는 팽창하고, 가스는 압축 사이클이 T6에서 종료될 때까지 가스 유입구(27)를 통해 가스 챔버(14) 내로 유입되어, T1에서 설명한 바와 같이 다시 시작된다.
설명한 바와 같이, 본 발명은 상사점 압력을 감소시켜 부하를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 과잉 유압 유체가 유압 분배 플레이트(22)/유압 유체 챔버(23)를 빠져나가지 않아도 되는 점에서 압축기의 효율을 증가시킨다는 이점이 있다. 이는 주입 어셈블리(3)에 의해 형성된 압력 포텐셜의 제어에 압력 센서(7)로부터의 피드백을 사용함으로써 획득된다.
고압부(1)의 압력은, 압축기 피스톤(32)을 통해 누설되는 유압 유체의 양, 가스 챔버(14)로 유입되는 가스의 유입 압력, 가스의 속성 등에 의존한다는 점에서 예측이 매우 어렵다.
그러므로, 피크 압력 목표값은 배출 포트(28)를 떠나는 가압 가스의 원하는 압력보다 높도록 선택된다. 피크 압력 목표값은 변위 부재(18)의 이동을 용이하게 하도록 충분히 높아야 하지만, 가요성 서스펜션에 의해 흡수될 수 있는 T3에서 T4까지의 여분의 압력을 초래하는 유압 유체보다 여전히 높지 않아야 한다. 그러므로 바람직하게는, 피크 압력 목표값은 배출 포트(28)를 떠나는 가압 가스의 원하는 압력보다 약 10% 더 높다. 물론 백분율은 압력 센서(7), 실린더(16) 및 가요성 서스펜션의 치수에 의해 결정된다. 기체 유체의 배출 압력과 압력 피크 목표값 사이의 차이의 일 예가 도 4에 도시되어 있다.
압력 센서(7)로부터의 피드백에 기초하여 주입 어셈블리(3)를 제어하는 것이 부하/효율 최적화의 균형을 맞추면서 피크 압력의 형성을 보장하기 위해 발명된 해결책이다. 상기 제어를 설명하기 위한 일 예가 이제 기술될 것이다.
설명한 바와 같이, 고압부(1)에서의 최소 압력은 가스 챔버(14)로 유입되는 가스의 유입 압력과 같거나 그보다 바로 위가 되도록 제어된다. 가스 유입 압력은 바람직하게는 압력 센서(29)에 의해 측정되며, 압력 센서(29)는 제어기(8)와 통신하고 주입 어셈블리(3)가 주입 압력 포텐셜을 제어하는 것의 기초가 되는 압력 기준을 형성하기 위해 제어기(8) 의해 이용된다. 이것은 가스 압력이 다이어프램을 유압 유체 챔버의 바닥 쪽으로 움직이게 하는 것을 방지하기 위함이다.
어떠한 이유로 유압 챔버 내의 유압 유체가 너무 많으면(이로 인해 가스 배출 압력이 너무 높으면), 압력 감소를 용이하게 하기 위해(유압 챔버 내의 유압 유체의 체적을 줄이기 위해), 밸브(6)는 주입 펌프(5)에 의해 형성된 압력이 기준 압력 바로 아래에 있도록 제어된다(개방된다). 이에 의해, 주입 압력 포텐셜이 형성되지 않고, 고압부(1) 내로 유압 유체가 주입되지 않는다. 고압부의 압력은 피스톤(32)에서의 누설에 의해 떨어질 것이다.
주입 어셈블리(3)에서/에 의해 형성된 압력이 기준 압력보다 아래에 있기 때문에, 유압 유체가 고압부(1) 내로 주입되지 않는다. 얼마나 기준 압력보다 아래에 있는지는 중요하지 않다.
일 예에서, 가스 유입 압력은 20MPa이고, 주입 어셈블리(3)를 통해 제어되는 주입 포텐셜에 대한 압력 기준(제로 기준)으로서 이용된다. 따라서, 주입 어셈블리(3)의 제1목적은 다이어프램이 유압 유체 챔버(23)의 바닥과 접촉하지 않도록 하는 것이다.
이러한 예에서, 제어기(8)에서 20MPa의 압력 기준은 1/100 밀리미터일 수 있는 변위 부재(18)의 변위 크기와 연결된다. 따라서, T1/T6에서 압력 센서(7)에 의해 측정된 변위 크기가 밀리미터의 1/100 미만이면, 제어기(8)는 주입 어셈블리(3)를 통해 유압 유체의 주입 포텐셜을 증가시킨다.
주입 어셈블리(3)의 제2목적은 압력 피크 값을 증가/제어하기 위해 고압부(1)에 유압 유체를 주입하는 것이다.
고압부(1)의 최대 압력은 가능한 피크 압력 목표값의 최대값에 가깝게 제어된다. 피크 압력 목표값은 예를 들어 가스 챔버를 떠나는 가스 압력보다 5% 내지 15% 더 높도록 결정된다. 고압부(1)의 압력은 다음과 같이 제어된다.
주입 펌프(5)는 바람직하게는 압축기 피스톤(32)에서 누설되는 유압 유체 및 가스 유입 압력 또는 배출 압력의 변화를 보상하기 위해 각 압축 사이클에서 연속적으로 작동한다. 그러나, 설명한 바와 같이 요구되는 유압 유체의 양을 예측하기는 매우 어렵다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 변위 부재(18)의 움직임을 이용하는 것을 제안한다.
따라서, 예를 들어 100MPa의 압력에서 0.1mm의 변위가 측정되면, 0.05mm은 50MPa의 압력을 나타낸다.　압력 피크 목표값이 50MPa인 것으로 결정되고 0.05mm 미만이 측정되면, 주입 어셈블리(3)는 주입 압력 포텐셜을 증가시키도록 제어된다.
따라서, 출력 밸브(38)가 폐쇄되는 (바람직하게는 폐쇄되거나 적어도 부분적으로 폐쇄되는) 압축 사이클의 일부 동안 복귀 경로(10)를 통해 유동할 수 있는 유압 유체의 양을 감소시키기 위해 밸브(6)가 제어된다. 이에 의해, 밸브(6), 주입 펌프(5) 및 출력 밸브(38) 사이의 유압 유동 경로에 (즉, 주입 어셈블리(3) 내에) 주입 압력 포텐셜이 형성된다. 이러한 유압 유동 경로의 부분에서, 유입 압력보다 높은 압력이 형성되어 결국 출력 밸브(38)를 개방시키고 압력이 동일해져 유압 유체가 고압부(1)에 주입될 것이다. 만약 변위 부재를 적어도 0.05mm만큼 변위 시키기에 충분하지 않은 경우, 주입된 유압 유체의 체적은 압력 피크 값을 증가시키며, 밸브(6)는 50Mpa의 압력을 나타내는 0.05mm의 측정치가 측정될 때까지 하나 이상의 사이클 동안 폐쇄되어 유지된다.
이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제어는 동적이며, 바람직하게는 각각의 압축 사이클에서 유압 유체의 양을 조절하여 다이어프램 압축기의 유압 시스템의 고압부에서의 피크 압력을 최적화하는 것이다.
같은 방식으로 만약 가스 유입 압력이 감소한다면, 원하는 만큼의 가스 챔버의 가스를 다이어프램이 계속 보장하도록, 주입 어셈블리(3)는 밸브(6)을 개방(또는 적어도 부분적으로 개방)함으로써 고압부(1) 내의 유압 유체의 압력/양을 감소시키도록 제어될 수 있다
바람직하게는, 피스톤(17)과 변위 부재(18)는 두 개의 독립적인 구성 요소이지만, 하나의 재료로 만들어 질 수 있다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 유압 유체의 피크 압력 값은 압력 센서(7)의 변위 부재(18)의 변위에 의해 측정된다. 원하는 피크 압력 목표값과 관련하여 피크 압력 값이 불충분하면, 이는 변위 부재(18)의 불충분한 변위에 의해 측정되고 주입 포텐셜은 증가되며, 즉, 주입 어셈블리(3)에 의해 형성된 주입 압력이 증가된다. 동일한 방식으로, 원하는 피크 압력 목표값과 관련하여 피크 압력 값이 너무 높으면, 이는 변위 부재(18)의 초과된 변위에 의해 측정되고 주입 포텐셜은 감소되며, 즉, 주입 어셈블리(3)에 의해 형성된 주입 압력은 감소한다.
상기 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명은 유압 시스템, 보다 구체적으로 유압 시스템의 고압부(1)에 단지 소량의 유압 유체를 유입시킴으로써, 유압 시스템의 피크 압력의 제어를 가능하게 한다. 이상적인 고압 압축기(2)에서 언급된 바와 같이, 저압부(4)과 고압부(1) 사이에서 오직 압축기 피스톤(32)을 통해만 누설된다. 따라서, 누설된 유압 유체의 양(체적이라고도 함)은 매우 소량이므로, 원하는 압력과 누설된 유압 유체 사이의 균형을 유지하기 위해 동일한 양의 유압 유체만 추가하면 된다. 반면에 압력을 증가시켜야 하는 경우 누설량 보다 많은 (밀리리터 또는 드랍(drop) 단위로 측정되는)소량만 추가하면 된다.
압력 센서(7)는 바람직하게는 유압 유체의 압력을 직접 측정하는 것이 아니라 대신에 유압 유체의 체적을 측정한다. 유압 유체가 압력을 받은 경우 유압 유체는 비압축성이므로, 부피는 동일하게 유지된다. 이는 압력 센서(7)의 변위 부재(18)의 변위를 초래하며, 압력 센서가 고압부(1)와 유체 연통하기 때문이다. 테스트 및 교정 동안, 주어진 변위는 주어진 압력과 관련되고, 이러한 방식으로 변위를 관찰하여 유압 유체의 압력을 형성한다.
본 발명의 다른 장점은, 유입된 유압 유체의 양이 제어되기 때문에 압축기 피스톤(32)을 통해 누설되는 유압 유체의 양을 결정할 수 있다는 것이다. 이러한 정보는 적어도 피스톤 및 피스톤 밀봉부의 양호 상태를 결정하는데 이용될 수 있다. (유입/출력 압력의 변화에 대해 보정된) 유압 유체의 주입량이 시간에 따라 모니터링될 때, 적어도 주어진 압력을 유지하기 위해 주입이 증가하는 경향이 형성될 수 있다.　이러한 증가는 밀봉부가 손상되었거나 결함이 있음을 나타낼 수 있다. 주입된 유압 유체의 양의 경향성이 더 가파른 경사로 증가하기 시작한다면 결함이 관찰될 수 있다.
앞서 설명한 유압 유체의 피크 압력을 제어하는 방법은 공지된 압축기용 주입 시스템과 비교할 때 더 넓은 범위의 작동 속도가 가능하다.
전술한 압력 센서(7)의 대안으로서, 유압 유체 챔버 내의 압력을 형성하는 펌프(5)를 제어하는 도관(41) 내의 밸브를 구현하는 것이 가능할 수 있다.　밸브는 펌프를 제어하여 압력을 증가시키고 챔버(23) 내의 압력이 원하는 압력에 도달하면 밸브는 위치를 변경하고(유동을 종료시킴) 모터를 정지시킨다.
일 실시예에서, 본 발명은 유압 유체 챔버(23) 내의 압력을 측정하는 압력 센서(7)를 구비한 압축기에 관한 것이므로, 유압 유체 챔버로부터 유압 유체 저장소로의 복귀 경로가 필요하지 않다는 것이 상기 설명으로부터 명백하다. 또한, 본 발명은 주입 어셈블리/펌프 어셈블리에 의해 유압 유체 챔버 내의 압력을 제어하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는 압력 센서로부터 획득된 측정치에 기초하여 제어된다. 또한, 본 발명은, 전술한 바와 같은 압축기 및 제어 방법을 포함하는 유압 급유 스테이션에 관한 것이다.
1 고압부
2 다이어프램 압축기
3 주입 어셈블리
4 저압부
5 주입 펌프
6 밸브
7 압력 센서
8 제어기
9 전방 경로
10 복귀 경로
11 유압 유체 저장소
12 유압 유체 공급 스테이션
13 다이어프램
14 가스 챔버
15 하우징
16 실린더
17 피스톤
18 변위 부재
19 변위 센서
20 스프링
21 볼트
22 분배 플레이트
23 유압 유체 챔버
24 상부 압축기 헤드
25 하부 압축기 헤드
26 유압 유체 챔버
27 가스 유입 포트
28 가스 배출 포트
29 압력 센서
30 펌프 어셈블리
31 압축기 실린더
32 압축기 피스톤
33 비상 벤트 라인
34 비상 밸브
35 펌프
36 레벨 센서
37 벽부
38 출력 밸브
39 모터
40 모터 드라이브
41 도관
42 화살표(막(42a) 및 피스톤(42b)의 변위)

Claims (26)

  1. 고압 압축기(2)의 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력을 제어하는 방법으로서, 상기 유압 유체 챔버(23) 내의 상기 유압 유체의 압력은 원하는 압축기 시동 압력을 향해 증가되고,
    상기 유압 유체의 압력 증가는 제어 요소(8) 및 유압 주입 펌프 어셈블리(30)에 의해 제어되며,
    상기 압력 증가는 상기 압축기가 작동하지 않은 동안에 수행되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    - 유압 시스템의 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력을 나타내는 표현을 형성하는 단계;
    - 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 원하는 시동 압력을 결정하는 단계;
    - 제어 요소(8)에 의해, 상기 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 상기 압력과 상기 원하는 시동 압력을 비교하는 단계; 및
    - 유압 유체 챔버(23)의 상기 압력이 상기 원하는 시동 압력에 도달하면 유압 유체 챔버(23) 내의 압력 증가를 종료시키는 단계;를 더 포함하는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유압 액체 챔버(23) 내 유압 유체의 상기 압력이 상기 원하는 시동 압력에 도달한 후 압축기(2)를 시동하는 단계;를 더 포함하는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 어셈블리(30)는 유압 유체 저장소(11)로부터 도관(41)을 통해 유압 유체 챔버(23)로 유압 유체를 펌핑하는 전기 펌프(5)를 포함하는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유압 유체 저장소(11)로부터 유압 유체 챔버로 유압 유체를 펌핑하는 상기 펌프 어셈블리(30)는,
    - 유압 시스템의 저압부(4)와 고압부(1) 사이의 유압 유체 경로의 일부를 형성하는 주입 어셈블리(3)로서,
    출력 밸브(38);
    밸브(6); 및
    상기 출력 밸브(38)가 개방되면 상기 저압부(4)로부터 상기 고압부(1)로 유압 유체의 유동을 형성하는 주입 펌프(5);를 포함하는, 주입 어셈블리;
    - 상기 고압부(1) 내의 압력을 나타내는 피드백 신호를 형성하는 압력 센서(7);를 포함하고,
    상기 주입 펌프(5)는 상기 밸브(6)가 폐쇄되고 상기 출력 밸브(38)가 폐쇄되면 유압 유체의 주입 압력 포텐셜을 형성하고,
    제어기(8)는, 상기 피드백 신호 및 상기 고압부(1) 내의 유압 유체의 원하는 압력의 유압 유체 피크 압력 목표값에 기초하여 주입 어셈블리(3)를 제어함으로써, 고압부(1) 내로 유압 유체를 주입하는 압력 포텐셜을 제어하는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 유체의 주입 압력 포텐셜은 주입 어셈블리(3)에서 형성되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축 사이클에서 고압부(1) 내로 주입된 유압 유체의 양은 형성된 유압 유체의 주입 포텐셜에 의해 결정되고, 상기 유압 유체의 주입 포텐셜은, 상기 피드백 신호에 의해 표현되는 압력과 상기 피크 압력 목표값 사이의 압력차에 기초하여 상기 밸브(6)를 제어함으로써 제어되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압부(1)의 압력을 나타내는 피드백 신호가 상기 피크 압력 목표값 보다 작은 압축 사이클 이후의 복수의 압축 사이클들 동안 상기 압력이 증가되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압부(1) 내의 압력을 나타내는 상기 피드백 신호는 각 압축 사이클에서 측정되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(8)는 가스의 유입 압력과 같거나 큰 기준 포텐셜보다 상기 고압부(1) 내의 압력이 항상 높도록 유압 유체의 주입 포텐셜을 제어하는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드백 신호는, 상기 고압부(1)의 유압 유체와 유체 연결되는 피스톤(17)을 구비한 실린더(16)가 배치되는 상기 고압부(1)에 장착된 하우징(15), 변위 부재(18), 및 변위 센서(19)를 포함하는 압력 센서(7)에 의해 형성되고,
    상기 고압부(1) 내의 유압 유체의 압력은 변위 부재(18)를 물리적으로 변위시키며,
    변위의 크기는 변위 센서(19)에 의해 측정되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축기(2)의 가스 챔버(14) 내의 유체의 압력을 나타내는 표현을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 원하는 시동 압력은 상기 가스 챔버(14) 내의 유체의 압력보다 낮은 압력으로 결정되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원하는 시동 압력은 상기 가스 챔버(14) 내의 유체의 압력의 50% 내지 70% 사이, 바람직하게는 상기 가스 챔버(14) 내의 유체의 압력의 76% 내지 85% 사이, 가장 바람직하게는 상기 가스 챔버(14) 내의 유체의 압력의 86% 내지 100% 사이로 결정되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 원하는 체적 증가는, 압축기(2)를 시동하기 전에 유압 유체 챔버(23) 내로 0.1 내지 10 밀리미터 사이의 유압 유체, 바람직하게는 0.2 내지 7 밀리미터 사이의 유압 유체, 가장 바람직하게는 0.3 내지 5 밀리미터 사이의 유압 유체를 유입시킴으로써 형성되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력은 상기 유압 유체 챔버(23)와 유체 연통하는 압력 센서에 의해 형성되는, 유압 유체의 압력 제어 방법.
  16. 유압 시스템 및 가스 챔버(14)를 구비한 고압 압축기(2)로서,
    상기 유압 시스템은 유압 유동 경로(41)에 의해 유압 유체 챔버(23)와 연결된 저장소(11), 및 상기 유압 유동 경로(41)에 배치된 펌프 어셈블리(30)를 포함하고,
    상기 압축기(2)는 상기 유압 유동 경로(41) 내의 유압 유체의 유동을 제어하여 유압 유체 챔버(23) 내의 압력을 제어하는 제어 요소(8)를 더 포함하며,
    상기 제어 요소(8) 및 상기 펌프 어셈블리(30)는 상기 압축기(2)가 작동하지 않을 때 상기 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력을 제어하도록 구성되는, 고압 압축기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유압 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력은, 원하는 압력을 유지하고 그리고/또는 상기 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 현 압력을 원하는 시동 압력으로 증가시켜 제어되는, 고압 압축기.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    유압 유동 경로(41) 내의 유압 유체의 유동은, 유압 유체 챔버(23) 내의 유압 유체의 압력이 상기 원하는 시동 압력 미만일 때 유압 유체가 유압 유체 챔버(23)로 유동하도록 제어 요소(8)에 의해 제어되는, 고압 압축기.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원하는 시동 압력은 상기 압축기(2)의 가스 챔버(14) 내의 유체의 압력을 나타내는 표현 및 유압 유체 챔버(23)의 압력 정보에 기초하여 상기 제어 요소(8)에 의해 결정되는, 고압 압축기.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    유압 유체 저장소(11)로부터 유압 유체 챔버로 유압 유체를 펌핑하는 상기 펌프 어셈블리(30)는,
    - 유압 시스템의 저압부(4)와 고압부(1) 사이의 유압 유체 경로의 일부를 형성하는 주입 어셈블리(3)로서,
    출력 밸브(38);
    밸브(6); 및
    상기 출력 밸브(38)가 개방되면 상기 저압부(4)로부터 상기 고압부(1)로 유압 유체의 유동을 형성하는 주입 펌프(5);를 포함하는, 주입 어셈블리; 및
    - 상기 고압부(1) 내의 압력을 나타내는 피드백 신호를 형성하는 압력 센서(7);를 포함하고,
    상기 주입 펌프(5)는 상기 밸브(6)가 폐쇄되고 상기 출력 밸브(38)가 폐쇄되면 유압 유체의 주입 압력 포텐셜을 형성하고,
    제어기(8)는, 상기 피드백 신호 및 상기 고압부(1) 내의 유압 유체의 원하는 압력의 유압 유체 피크 압력 목표값에 기초하여 주입 어셈블리(3)를 제어함으로써, 고압부(1) 내로 유압 유체를 주입하는 압력 포텐셜을 제어하는, 고압 압축기.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기, 또는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기 제어 방법으로서,
    상기 고압 압축기(2)에 의해 압축되는 유체는 수소 가스인, 고압 압축기 또는 고압 압축기 제어 방법.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기, 또는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기 제어 방법으로서,
    상기 고압 압축기(2)는 상기 가스 챔버(14) 내의 유체를 10MPa 초과하는 압력으로 가압하는, 고압 압축기 또는 고압 압축기 제어 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기, 또는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기 제어 방법으로서,
    상기 가스 챔버(14) 및 상기 고압 압축기(2)의 유압 유체 챔버(23)의 길이는 그 폭보다 더 긴, 고압 압축기 또는 고압 압축기 제어 방법.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기, 또는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기 제어 방법으로서,
    상기 유압 유체 챔버(23)와 상기 유압 유체 저장소(11)를 연결하는 유일한 복귀 도관은 비상 벤트 라인(33)인, 고압 압축기 또는 고압 압축기 제어 방법.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기, 또는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기 제어 방법으로서,
    상기 고압 압축기(2)는 압축기 헤드에 연결된 하우징(15)을 구비한 압력 센서(7)을 포함하고, 상기 하우징은 상기 고압 압축기(2)의 유압 시스템의 고압부(1)와 유체 연결된 실린더(16)에 이동 가능하게 장착된 피스톤(17)을 포함하고,
    상기 피스톤(17)은 고압부(1) 내의 유압 유체의 압력에 의해 상기 압축기 헤드로부터 멀어지는 제1방향으로 움직이고, 이에 의해 하나 이상의 가요성 서스펜션에 의해 상기 하우징(15)에 이동 가능하게 부착된 변위 부재(18)를 이동시키도록 구성되고,
    상기 피스톤(17)은 상기 가요성 서스펜션에 의해 상기 변위 부재(18)을 통하여 상기 압축기 헤드를 향하는 제2방향으로 움직이도록 구성된, 고압 압축기 또는 고압 압축기 제어 방법.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기, 또는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고압 압축기 제어 방법으로서,
    상기 고압 압축기는 제1압력을 형성하도록 구성된 제1헤드 및 제2압력을 형성하도록 구성된 제2헤드를 구비한 2단 압축기이며, 상기 제2압력은 상기 제1압력 보다 높은, 고압 압축기 또는 고압 압축기 제어 방법.
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