KR20200045469A - 압축기 작동 방법, 및 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축기(100)를 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로, 이온성 액체(a)는 작동 액체로서 사용되며, 압축기(100)의 2개의 상이한 재료(c, d)는 이온성 액체(b)와 접촉하게 되어 전기화학적 요소를 형성하게 된다. 압축기(110)에서의 전기화학적 요소의 전압(U)을 부분적으로 평형시키기 위해, 역전압(UG)이 인가된다. 또한, 본 발명은 그러한 압축기(100)에 관한 것이다.

Description

압축기 작동 방법, 및 압축기
본 발명은, 이온성 액체가 작동 유체로서 사용되는 압축기를 작동시키기 위한 방법, 및 그러한 압축기에 관한 것이다.
압축기는 특히 가스 매체 압축용으로 사용된다. 이러한 목적을 위해, 이 매체는 예를 들어 배기 실린더(displacement cylinder) 내의 작동 유체에 의해 배기될 수 있다. 이와 관련하여, 그러한 압축기는 또한 무-피스톤 압축기로 지칭된다.
이온성 액체가 작동 유체로서 사용될 수 있다. 이는 이어서 특히 실제 유압 오일 회로에 그리고 가스 회로에 존재한다. 이온성 액체는 증기압을 갖지 않거나 또는 적어도 측정가능한 증기압을 갖지 않는다는 이점을 갖는다. 그러므로, 유압 오일과 같은 종래의 작동 유체의 경우에서와 같이, 가스는 작동 유체의 부분들이 압축 가스 내에 남아 있지 않고도 기술된 방식으로 압축될 수 있다.
이온성 액체는 특히 액체 염(salt)이며, 따라서 이는 압축기 또는 압축기 시스템 내에서 전해질을 형성한다. 대체로, 이온성 액체가 또한 접촉하는 압축기의 상이한 구성요소 또는 부품에 대해 상이한 재료가 그러한 압축기에서 사용되기 때문에, 전기화학적 요소(electrochemical element)가 형성된다. 이러한 경우에, 전기화학적 시리즈(series)와 관련하여 덜 불활성인(less noble) 재료 또는 요소는 이온성 액체 중에 용해되고 열화되거나 소모된다. 다른 관점에서, 이러한 재료는 상응하게 축적된다. 전체적으로, 이는 압축기의 사용 수명 또는 작동 시간의 감소로 이어진다.
이러한 배경에 대해, 그러한 아이오닉 압축기(ionic compressor)의 사용 수명 또는 작동 시간을 연장시키기 위한 옵션을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적은 독립 청구항의 특징들을 갖는 압축기 및 압축기를 작동시키기 위한 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기의 설명의 요지(subject matter)가 된다.
발명의 이점
본 발명은 이온성 액체가 작동 유체로서 사용되는 압축기를 작동시키기 위한 방법에 기초한다. 그러한 압축기가 이온성 액체와 접촉하게 되는 2가지 상이한 재료를 갖는 경우, 전기화학적 요소가 자동으로 형성된다.
이러한 경우에 적합한 이온성 액체는 바람직하게는 하기 물질들 중 하나를 갖는 조성물이다:
- 화학식 I에 따른 화합물:
[화학식 I]
Figure pct00001
(상기 식에서, R1 및 R2는, 서로 독립적으로, 수소 또는 치환되거나 비치환된 C1-C8 알킬, 특히 치환되거나 비치환된 C1-C4 알킬일 수 있으며, 여기서 화학식 I에 따른 화합물은 특히 1-에틸-3-메틸이미다졸륨이다),
- 4차 암모늄 화합물, 특히 하기 화학식 II의 화합물:
[화학식 II]
N+R4
(상기 식에서, 각각의 R은, 서로 독립적으로, 치환되거나 비치환된 C1-C4 알킬일 수 있으며, 여기서 알킬은 OH에 의해 특히 치환될 수 있으며, 화학식 II에 따른 화합물은 특히 N,N,N-트라이메틸에틸암모늄 또는 트리스(2-하이드록시에틸)-메틸암모늄이다).
조성물은 마찬가지로 반대 이온, 특히 Cl-를 가질 수 있다.
이러한 경우에 영향을 받을 수 있는 압축기의 관련 구성요소 또는 부품은 특히 실린더 헤드, 파이프라인(pipeline), 피스톤, 밸브 하우징 및 밸브이다. 적합한 재료는, 예를 들어, 철(또는 강), 알루미늄 및 아연이다.
본 발명에 따르면, 적어도 전기화학적 요소의 전압을 부분적으로 균등화시키기 위해 역전압(counter-voltage)이 압축기에 인가된다는 것이 이제 규정된다. 전압을 가능한 한 완전히, 그러나 예를 들어 80% 이상, 특히 90% 이상으로 평형화시키는 것이 특히 유용하다.
그러한 역전압을 인가함으로써, 따라서 전류(즉, 외부 전류)가 압축기에 외부적으로 도입되고, 따라서 상응하게 덜 불활성인 재료 또는 요소의 용해가 상쇄되거나 심지어 정지된다. 그러한 역전압이 2개의 재료들 사이에 한 번 인가될 뿐만 아니라 추가의 상이한 재료들이 있을 때 재료들의 추가의 쌍들 사이에도 인가될 수 있다는 것은 말할 것도 없다. 역전압은 적합한 전압원에 의해 발생될 수 있고 압축기 또는 상응하는 구성요소 또는 부품 내의 적합한 지점에 인가될 수 있다.
예를 들어 전기화학적 시리즈 및 그로부터 유도될 수 있는 관련 재료의 전압에 기초하여, 역전압의 수준을 미리 결정하는 것이 이제 구상될 수 있다. 알루미늄(E0 = -1.66 V) 및 아연(E0 = -0.76 V)의 경우, 예를 들어 0.9 V의 (절대) 전압이 생성된다. 아연 및 철(E0= -0.44 V)의 경우, 예를 들어 0.32 V의 (절대) 전압이 생성된다. 이어서, 역전압은 상응하게 특정될 수 있다.
그러나, 전기화학적 요소의 전압이 측정되고 역전압이 그에 기초하여 설정되는 경우에 특히 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어 다양한 재료의 적합한 지점들에서 인가된 전압을 검출하는 적합한 측정 장치가 제공될 수 있다. 이어서, 이는 역전압의 특히 정밀한 설정 또는 규격을 가능하게 하고, 이에 따라 가능한 한 광범위한 전기화학적 요소에 의해 야기되는 전압의 보상을 가능하게 한다. 이는 궁극적으로 압축기의 재료 및 그에 따른 전체적인 압축기의 최소한의 마모로 이어진다.
역전압은 조절의 일부로서 설정되는 것이 또한 바람직하다. 이러한 방식으로, 압축기의 작동 동안의 가능한 편차(deviation)가 균등화될 수 있다.
왕복 압축기 및/또는 다단 압축기가 바람직하게는 압축기, 특히, 예를 들어 다단 왕복 압축기로서 사용된다. 그러한 압축기는 설계가 비교적 간단하지만, 그럼에도 불구하고 작동 유체로서의 이온성 액체의 이점으로부터 이익을 얻는다. 추가적으로, 스크류 압축기, 스크롤 압축기, 회전 압축기, 또는 2-상 혼합물이 사용될 수 있는 압축기가 적합하다.
가스, 특히 수소, 또는 가스 혼합물이 압축기에 의해 압축되는 경우에 유리하다. 이미 언급된 바와 같이, 이온성 액체의 사용은, 이러한 액체의 잔류물이 압축 가스 내에 남아 있지 않게 하여 특히 순수한 압축 가스가 얻어질 수 있다는 이점을 가져온다. 이는 특히 수소의 경우에 특별한 관심이 있게 되는데, 그 이유는 수소가, 예를 들어, 구동 장치(drive), 특히 연료 전지에 사용되기 때문이다.
추가로, 본 발명의 요지는, 이온성 액체가 작동 유체로서 제공되며 압축기의 2가지 상이한 재료가 이온성 액체와 접촉하게 되어 전기화학적 요소를 형성하게 되는 압축기이다. 이는 특히 소위 아이오닉 압축기이다. 추가적으로, 적어도 전기화학적 요소의 전압을 부분적으로 균등화시키기 위해 역전압이 압축기에 인가될 수 있게 하는 전압원이 이제 제공된다.
바람직하게는, 전기화학적 요소의 전압을 측정하기 위한 측정 장치가 또한 제공되며, 여기서 전압원은 측정된 전압에 기초하여 역전압을 설정하도록 구성된다.
역전압을 설정 및/또는 조절하기 위해 제어 및/또는 조절 유닛이 제공되는 경우에 유리하다. 압축기가 왕복 압축기로서 및/또는 다수의 단을 갖도록 구성되는 경우에 또한 유리하다.
본 발명에 따른 압축기에 대한 상세한 설명뿐만 아니라 이의 추가의 바람직한 실시예 및 이점과 관련하여, 상기의 설명을 참조하는데, 이는 반복을 피하기 위해 압축기와 관련하여 설명되는 본 발명에 따른 방법에 관하여 본 명세서에 상응하게 적용가능하다.
본 발명은 예시적인 실시예를 사용하여 도면에 개략적으로 나타내어지며 도면을 참조하여 이하에 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합한 본 발명에 따른 압축기를 바람직한 실시예로 개략적으로 도시한다.
도 1은 바람직한 실시예의 본 발명에 따른 압축기(100)를 도시한다. 이러한 경우에, 압축기는 5개의 실린더(110, 111, 112, 113, 114) 및 추가 챔버(150)를 갖는다. 실린더(110)는 가동 피스톤(120)뿐만 아니라 입구 밸브(140) 및 출구 밸브(141)를 가지며, 이들 2개의 밸브는 각각 실린더 헤드(130) 내에 배열된다.
추가 4개의 실린더는 유사한 설계를 갖지만, 명료하게 하기 위해 어떠한 도면 부호도 본 도면에 도시되어 있지 않다. 상응하는 다단식(stage-like) 압축을 가능하게 하기 위해 추가 실린더(111 내지 114)가 실린더(110)보다 더 작다는 것에 또한 유의하여야 한다. 각각의 피스톤은, 예를 들어 종래 기술에 따른 적합한 구동 장치(여기서는 도시되지 않음)를 통해 이동될 수 있다.
가스(b), 예를 들어 수소가 입구(121)를 통해 실린더(110) 내로 이제 도입될 수 있다. 이어서, 실린더(110) 내에서 압축된 가스는 파이프라인(120)(또는 다른 적합한 연결로)을 통해 후속 실린더(111) 내로 향하게 할 수 있다. 그러한 추가 파이프라인들을 통해, 더 추가로 압축된 가스는 최종적으로 챔버(150) 내로 그리고 그로부터 출구(122)를 통해 압축기(100) 밖으로 향하게 할 수 있다. 추가적으로, 밀봉가능한 연결 라인(123)이 입구(121)로부터 챔버(150)로 제공된다. 챔버(150)는 가스 스트림으로부터 이온성 액체를 분리하는 역할을 하며; 연결 라인(123)은 제1 압축기 단과 최종 압축기 단 사이의 압력 차이로 인한 액체의 유동을 가능하게 하며, 그 결과 가스 스트림 내로의 이온성 액체의 목표로 하는 주입이 가능하다.
각각의 실린더(110 내지 114)에서뿐만 아니라 챔버(150)에서, 처음에 언급된 바와 같은 이온성 액체(a)가 이제 작동 유체로서 제공된다. 압축기에 대한 냉각 및/또는 윤활 효과에 더하여, 가스(b)의 압축 동안 가스에 어떠한 잔류물도 남아 있지 않은 이러한 이온성 액체의 특성이 제공된다. 이는, 처음에 이미 언급된 바와 같이, 이온성 액체가 증기압을 갖지 않거나 또는 적어도 측정가능한 증기압을 갖지 않는다는 사실에 기인한다.
더욱이, 측정 장치(160)가 이제 제공되는데, 이에 의해 예를 들어 피스톤(120)과 실린더(110) 또는 그 벽 사이의 전압(U)이 이러한 경우에 측정된다. 피스톤(120)과 실린더(110) 또는 그 벽이 상이한 재료들로 제조되는 경우, 이들 2개의 재료는 (여기서, 측정 장치(160)에 의해) 측정가능한 전압(U)을 갖는 전기화학 전지를 형성한다. 예를 들어, 실린더(110) 또는 그 벽은 강(c로 표기됨)으로 제조될 수 있는 반면에 피스톤(120)은 알루미늄(d로 표시됨)으로 제조될 수 있다. 마찬가지로 이미 언급된 바와 같이, 이는 재료들 중 하나가 이온성 액체(b)에 용해되고 특히 다른 재료 상에 침착되게 한다.
더욱이, 특히 제어 및/또는 조절 유닛의 일부일 수도 있는 전압원(170)이 이제 제공된다. 이러한 전압원(170)에 의해, 역전압(UG)을 압축기에, 이 경우에는 피스톤(120)과 실린더(110) 또는 그 벽 사이에 인가하는 것이 이제 가능하게 되고, 그 결과 전류(IG)가 흐르게 된다. 역전압은 측정된 전압에 대해 가능한 한 정밀하게 이제 정합될 수 있고, 그 결과 압축기의 상응하는 구성요소들 또는 부품들 사이에 전압이 없거나 적어도 상당히 낮아서, 이온성 액체 중의 하나의 재료의 용해를 방지하거나 또는 적어도 감소시킨다. 이는 압축기(110)의 사용 수명을 상응하게 증가시킨다.
그러한 추가 측정 장치 및 전압원(또는 제어 및/또는 조절 유닛)이 또한 제공될 수 있는데, 다시 말하면 각각의 경우에 상이한 재료를 갖는 2개의 다른 구성요소들 또는 부품들 사이에 제공될 수 있다는 것은 말할 것도 없다. 특히, 전술한 구성요소들 또는 부품들이 여기에 적합하다. 전체적으로, 압축기(110)의 사용 수명은 이러한 방식으로 상당히 증가될 수 있다.

Claims (9)

  1. 이온성 액체(a)가 작동 유체로서 사용되고 압축기(100)의 2개의 상이한 재료(c, d)가 상기 이온성 액체(b)와 접촉하게 되어 전기화학적 요소를 형성하게 되는 상기 압축기(100)를 작동시키기 위한 방법으로서,
    적어도 상기 전기화학적 요소의 전압(U)을 부분적으로 균등화시키기 위해 역전압(counter-voltage)(UG)이 상기 압축기(110)에 인가되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기화학적 요소의 상기 전압(U)이 측정되고 상기 역전압(UG)은 그에 기초하여 설정되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역전압(UG)은 조절의 일부로서 설정되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 왕복 압축기, 스크류 압축기, 스크롤 압축기, 회전 압축기, 2-상 혼합물이 사용될 수 있는 압축기, 및/또는 다단 압축기가 상기 압축기(100)로서 사용되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가스(b), 특히 수소, 또는 가스 혼합물이 상기 압축기에 의해 압축되는, 방법.
  6. 이온성 액체(a)가 작동 유체로서 제공되고 압축기(100)의 2개의 상이한 재료(c, d)가 상기 이온성 액체(a)와 접촉하게 되어 전기화학적 요소를 형성하게 되는 상기 압축기(110)로서,
    적어도 상기 전기화학적 요소의 전압(U)을 부분적으로 균등화시키기 위해 역전압(UG)이 상기 압축기(U)에 인가되게 할 수 있는 전압원(170)에 의해 특징지워지는, 압축기(110).
  7. 제6항에 있어서, 상기 압축기는 상기 전기화학적 요소의 상기 전압(U)을 측정하기 위한 측정 장치(160)를 포함하고, 상기 전압원(170)은 상기 측정된 전압(U)에 기초하여 상기 역전압(UG)을 설정하도록 구성되는, 압축기(100).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 역전압(UG)을 설정 및/또는 조절하기 위한 제어 및/또는 조절 유닛을 포함하는, 압축기(100).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 왕복 압축기, 스크류 압축기, 스크롤 압축기, 회전 압축기, 2-상 혼합물이 사용될 수 있는 압축기로서 구성되고/되거나, 다수의 단을 갖도록 구성되는, 압축기(100).
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