KR20200108823A - 피스톤 압축기의 작동 방법, 및 피스톤 압축기 - Google Patents

피스톤 압축기의 작동 방법, 및 피스톤 압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실린더(110) 내의 왕복 피스톤(111)을 갖는 피스톤 압축기(100)의 작동 방법 - 실린더(110) 내에는 압축 및 이송될 매체(b) 측에 유입 밸브(112) 및 유출 밸브(113)가 제공되고, 왕복 피스톤(111)은 제1 체적(141) 내의 유압 매체(a)를 사용하여 유압 피스톤(120)을 구비한 유압 구동부(120, 121)에 의해 전방 및 후방으로 이동되며, 이에 따라 왕복 피스톤(111)은 유압 구동부(120, 121) 측에 로딩되며, 필요한 경우, 유압 매체(a)는, 유압 피스톤(120)의 위치, 및/또는 왕복 피스톤(120)의 위치(x) 및/또는 제1 체적(141) 내의 압력(p)과 관련하여 유압 피스톤(120)을 이동시키기 위해 제공되는 샤프트(121)의 회전각(φ)에 의존하는 방식으로 제1 체적(141) 내로 공급되고/되거나 제1 체적(141)으로부터 배출됨 - 및 이러한 유형의 피스톤 압축기(100)에 관한 것이다.

Description

피스톤 압축기의 작동 방법, 및 피스톤 압축기
본 발명은 피스톤 압축기의 작동 방법 및 피스톤 압축기에 관한 것이다.
압축기는 특히 가스 매체 압축용으로 사용된다. 종래의 피스톤 압축기의 효율은 상사점(top dead center) 내의 잔류 체적 또는 사공간(dead space)의 존재에 의해 매우 강하게 영향을 받는다. 이러한 영역 내의 가스 또는 매체는 흡입 사이클에서 가능한 유입 전달 체적의 재팽창 및 감소로 이어진다. 이러한 영역은 부품의 제조 공차 및 열 팽창을 보상하고 또한 압축기 내의 실린더 헤드와 왕복 피스톤의 기계적 접촉을 피하기 위해 불가피하다. 흡입 밸브 및 압력 밸브(즉, 유입 밸브 및 유출 밸브)를 위한 유로들은 이러한 부정적인 효과를 증가시킨다.
이러한 사공간의 감소는 나머지 매체의 재팽창을 감소시키며, 이에 의해 전달 체적을 증가시키거나 압축 공정의 효율을 증가시킨다. 소위 이온 압축기(ionic compressor) - 특히, 피스톤 압축기 -는 한편으로는 유압식으로 작동하고, 다른 한편으로는 매체 또는 가스 및 기화될 수 없는 액체 윤활제(즉, 이온성 유체)로 이루어진 2-상 혼합물을 압축하는데, 이러한 이유로, 간단한 침착 공정에 의해 다시 완전히 분리될 수 있다. 그러한 이온 압축기의 이점은 압축 챔버 내의 액체상을 사용함으로써, 실린더 내의 사공간이 최소로 감소될 수 있어서, 이에 의해 압축 공정의 효율을 최적화할 수 있다는 것이다.
단점은 추가 부품 부하들이 초래되고, 이에 의해 액체 타격(liquid strike)과 유사한 특성으로 인해 소리 방출이 증가한다는 것이다. 또한, 유압-구동식 압축 개념에서, 오일 충전량(filling quantity)은, 필요한 경우, 유압 회로에서의 내부 누설로 인해 제어 및 보상되어야 한다. 주요 문제는 왕복 피스톤의 반전점(reversal point)에서의 기계적 접촉으로부터 초래되며, 이에 의해 부품 부하 및 소음 방출이 증가되는데, 이는 - 특히 주거 지역 부근에 설치된 경우 - 문제가 많은 것으로 간주되고 추가 방음이 요구된다.
예를 들어, 댐핑의 개념이 - 특히 충격 흡수기의 경우임 - 자동차 조립 분야에서 알려져 있다. 이러한 경우에, 운동 에너지는 진동 형태로 소산된다. 차량의 원하지 않는 요동 또는 진동을 감소시키는 것에 더하여, 이는 또한 부품 부하 및 소리 방출의 감소를 가능하게 한다.
이러한 배경에 따라, 제시되는 목적은 피스톤 압축기의 작동을 개선할 가능성 - 특히 부품 부하 및 소리 방출과 관련됨 -을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항의 특징들을 갖는 피스톤 압축기의 작동 방법 및 압축기에 의해 달성된다. 바람직한 실시예가 종속 청구항 및 하기의 설명의 요지이다.
<발명의 이점>
본 발명은 실린더 내의 왕복피스톤을 갖는 피스톤 압축기의 작동 방법에 관한 것으로, 실린더 내에는 압축 및 이송될 매체 측에(즉, 실린더 헤드 내에) 유입 밸브 및 유출 밸브(또는 흡입 밸브 및 압력 밸브)가 제공된다. 유압 피스톤을 포함하는 유압 구동부에 의해, 왕복 피스톤은 제1 체적 내의 유압 매체를 사용하여 전방 및 후방으로(또는 상방 및 하방으로) 이동되고, 이에 따라 왕복 피스톤이 유압 구동부 측에 로딩된다.
유압 피스톤은 실린더 내에서 2개의 반전점들 - 소위 하사점(bottom dead center, BDC) 및 소위 상사점(top dead center, TDC) 사이에서 왕복운동한다. 상사점의 방향으로 이동할 때, 실린더 또는 실린더 헤드 내에 존재하는 매체는 압축되고, 이어서 유출 밸브를 통해 배출되며; 하사점의 방향으로 이동할 때, 매체는 유입 밸브를 통해 인입된다.
원론적으로, 왕복 피스톤은 이 경우에 유압 피스톤과 동기식으로 이동될 것이다. 그러나, 유압 매체의 회로(즉, 언급된 제1 체적) 내의 누설 효과들로 인해, 왕복 피스톤이 더 이상 유압 피스톤과 동기식으로 이동되지 않는 일이 생길 수 있다. 이는, 예를 들어, 하사점에서, 왕복 피스톤은 실린더 하부를 타격하지만, 유압 피스톤은 하향으로 더 이동한다는 것을 의미한다. 이는 제1 체적 내에 또는 유압 회로 내에 음압을 생성한다. 왕복 피스톤은 또한 실린더 헤드를 타격할 수 있는 한편, 유압 피스톤은 상향으로 더 이동한다. 이는 제1 체적 내에 또는 유압 회로 내에 과압(overpressure)을 생성한다.
이제, 필요한 경우, 유압 매체가, 유압 피스톤의 위치, 및/또는 왕복 피스톤의 위치 및/또는 제1 체적 내의 압력과 관련하여 유압 피스톤을 이동시키기 위해 제공되는 샤프트의 회전각에 의존하는 방식으로, 제1 체적 내로 공급되고/되거나 제1 체적으로부터 배출되는 것으로 한다. 이 공정에서, 각각의 변수들이 하나 이상의 적합한 측정 장치에 의해 결정될 수 있다.
유압 피스톤의 위치 및 유압 피스톤을 이동시키기 위해 제공되는 샤프트의 회전각은 서로 연관되고 유압 구동부의 현재 위치를 나타낸다. 왕복 피스톤의 위치 및 제1 체적 내의 압력도 또한 서로 연관되므로, 왕복 피스톤이 실린더 내에서 타격할 때 압력이 상승하거나 하강한다. 이제 이들 변수가 결정되면, 이들은 왕복 피스톤의 타격이 발생하는지 여부, 또는 적용가능한 경우, 왕복 피스톤의 그러한 타격이 임박했는지 여부가 검출될 수 있도록 서로 관련하여 설정될 수 있다. 따라서, 유압 매체는 이어서 제1 체적 내로 공급되거나, 제1 체적으로부터 배출될 수 있다.
유압 피스톤이 하사점에서 실린더 하부를 타격할 때 또는 그 전에, 제1 체적 내에 또는 유압 회로 내에 발생하는 음압은 따라서 유압 매체를 공급함으로써 상쇄될 수 있다. 따라서, 타격은 감소되거나 심지어 방지될 수 있으며, 이는 소리 방출 및 부품 부하의 감소를 가져온다.
따라서, 상사점에 대한 타격은 유압 매체를 배출함으로써 감소되거나 심지어 방지될 수 있으며, 이는 마찬가지로 소리 방출 및 부품 부하의 감소를 가져온다. 이러한 목적을 위해 적합한 밸브가 제공될 수 있으며, 이들은 대응적으로 작동되는데, 즉 개방 또는 폐쇄된다. 그러한 밸브의 보다 상세한 설명을 위해, 이 시점에서 피스톤 압축기에 대한 설명 또는 도면에 대한 설명이 참조된다.
바람직하게는, 유압 매체를 사용하고 왕복 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 경계지어지는 제2 체적을 형성하는 유압 댐핑 유닛에 의해, 유압 구동부 측에서의 왕복 피스톤의 이동이 필요에 따라 제한된다. 그러한 댐핑 유닛은 왕복 피스톤의 이동을 추가로 댐핑시키기 위해서 뿐만 아니라 압축비(compression ratio)를 조절하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 목적을 위해, 제2 체적은, 피스톤 압축기에 의해 이송될 매체의 양을 감소시키기 위해 바람직하게는 제1 체적에 연결된다. 이는 실린더 헤드 내의 사공간의 증가를 수반한다. 이러한 목적을 위해, (따라서, 제2 체적 내의 유압 매체를 감소시키기 위해) 과잉 유압 매체가 제1 체적으로부터 저장소 내로 배출된다. 피스톤 압축기에 의해 이송될 매체의 양을 증가시키기 위해, 제1 체적이 유압 매체를 위한 저장소에 연결되는 것이 또한 바람직하다. 이는 실린더 헤드 내의 사공간의 감소를 수반한다. 이러한 경우에, (따라서, 제2 체적 내의 유압 매체의 양을 증가시키거나 제2 체적을 충전하기 위해) 필요한 유압 매체가 저장소로부터 공급된다.
따라서, 필요한 경우, 제2 체적은 더 많거나 더 적은 유압 매체로 충전될 수 있다. 하사점의 방향으로의(따라서, 유압 구동부의 방향으로의) 왕복 피스톤의 이동이 제2 체적 내의 유압 매체에 의해 제한될 수 있기 때문에, 실린더 헤드에서의, 또는 상사점에서의 압축에 이용가능한 체적은 변경될 수 있다. 따라서, 압축비가 변경될 수 있다.
적어도 2개의 왕복 피스톤들 및 대응하는 실린더들을 갖는 다단(multi-stage) 피스톤 압축기가 피스톤 압축기로서 유리하게 사용된다. 그러나, 대응하는 실린더 내의 이들 왕복 피스톤의 이동은 하나의 유압 구동부를 이용해, 그리고 이어서 대응하는 수의 그러한 제1 체적들을 이용해 여전히 일어날 수 있다. 이어서, 대응하는 수의 그러한 댐핑 유닛들이 또한 제공될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 이어서, 상황에 따라, 개별 실린더들이 예를 들어, 연속하여 또는 별의 형상으로 배열될 수 있다. 이어서, 실린더로부터 배출된 매체가 다른 실린더에 공급되고 그 안에서 추가로 압축되는 방식으로 압축이 일어난다.
작동 유체로서 이온성 유체가 사용되는 것이 특히 바람직하다. 이와 관련하여, 압축기는 또한 소위 이온 압축기로도 지칭된다. 위에 이미 언급된 바와 같이, 그러한 이온 압축기는 감소된 사체적(dead volume)과 같은 이점들을 제공한다. 본 명세서에 제안된 유압 매체의 공급 또는 배출을 통해, 소리 방출 또는 부품 마모의 나머지 단점들도 이제 감소될 수 있다.
추가로, 본 발명은 실린더 내의 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 압축기에 관한 것으로, 실린더 내에는 압축 및 이송될 매체 측에 유입 밸브 및 유출 밸브가 제공된다. 또한, 피스톤 압축기는 유압 피스톤을 갖는 유압 구동부를 가지며, 이에 의해 왕복 피스톤은 유압 매체를 사용하여 제1 체적 내에서 전방 및 후방으로 이동될 수 있고, 이에 따라 왕복 피스톤은 유압 구동부 측에 로딩될 수 있다. 이 경우에, 적어도 하나의 측정 장치가 제공되며, 이에 의해 유압 피스톤의 위치 및/또는 유압 피스톤을 이동시키기 위해 제공되는 샤프트의 회전각, 및 왕복 피스톤의 위치 및/또는 제1 체적 내의 압력이 결정될 수 있다. 이제 피스톤 압축기는, 유압 피스톤의 위치, 및/또는 왕복 피스톤의 위치 및/또는 제1 체적 내의 압력과 관련하여 유압 피스톤을 이동시키기 위해 제공되는 샤프트의 회전각에 의존하는 방식으로, 유압 매체를 제1 체적 내로 공급하고/하거나, 필요한 경우, 그것을 제1 체적으로부터 배출시키도록 구성된다.
바람직하게는, 피스톤 압축기는 유압 댐핑 유닛을 더 포함하며, 이에 의해, 유압 매체를 사용하고 왕복 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 경계지어지는 제2 체적을 형성하여, 필요한 경우, 유압 구동부 측에서의 왕복 피스톤의 이동이 제한될 수 있다. 유리하게는 이러한 경우에서 그에 의해 제2 체적이 제1 체적에 연결될 수 있는 제1 밸브, 및 그에 의해 유압 매체가 제1 체적으로부터 유압 매체를 위한 저장소 내로 배출될 수 있는 제2 밸브가 제공된다. 따라서, 피스톤 압축기에 의해 이송될 매체의 양이 감소될 수 있다. 또한, 바람직하게는 제3 밸브가 제공된다면 바람직할 것인데, 이에 의해 제1 체적이 유압 매체를 위한 저장소에 연결될 수 있다. 따라서, 유압 매체가 제1 체적으로 공급될 수 있다. 이러한 제3 밸브는 또한 바람직하게는 저장소 측에서보다 제1 체적 측에 더 낮은 압력이 존재하는 경우, 유압 매체가 저장소로부터 제1 체적으로 자동으로 공급될 수 있는 방식으로 설계될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제3 밸브는 예를 들어 체크 밸브로서 설계될 수 있다.
피스톤 압축기는 유리하게는 적어도 2개의 왕복 피스톤들 및 대응하는 실린더들을 갖는 다단 피스톤 압축기로서 설계된다. 이온성 유체는, 편의상, 작동 유체로서 피스톤 압축기 내에 제공된다.
본 발명에 따른 피스톤 압축기에 대한 상세한 설명뿐만 아니라 이의 추가의 바람직한 실시예 및 이점과 관련하여, 반복을 피하기 위해 상기의 설명을 참조하며, 이는 피스톤 압축기와 관련하여 설명되는 본 발명에 따른 방법에 관하여 본 명세서에 상응하게 적용가능하다.
본 발명은 예시적인 실시예를 사용하여 도면에 개략적으로 예시되며 도면을 참조하여 후술된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합한 본 발명에 따른 피스톤 압축기를 바람직한 실시예로 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합한 본 발명에 따른 피스톤 압축기(100)를 바람직한 실시예로 개략적으로 도시한다.
도시된 형태의 왕복 피스톤 압축기로도 지칭되는 피스톤 압축기(100)는 왕복 피스톤(111)이 그 내부에서 전방 및 후방으로 또는 상방 및 하방으로 이동될 수 있는 실린더(110)를 포함한다. 원칙적으로, 그러한 피스톤 압축기는 다단일 수 있는데, 즉 왕복 피스톤들(111)과 함께 도시된 실린더들(110)이 몇몇 존재할 수 있다. 이어서 왕복 피스톤을 갖는 실린더에 관한 아래의 설명은 따라서 왕복 피스톤을 갖는 추가의 실린더들에도 적용된다.
피스톤 압축기(100)는 본 명세서에서 유압 피스톤(120)을 포함하는 유압 구동부에 의해 구동된다. 유압 피스톤(120)은 적합한 링키지를 갖는 샤프트(121)를 갖는 회전 휠(유압 크랭크 구동부)에 의해 구동된다. 화살표로 나타낸 바와 같이, 이러한 샤프트(121)의 회전은, 마찬가지로 화살표로 표시된 바와 같이, 제1 체적(141) 내의 유압 매체(a)(유압 오일)를 사용함으로써 왕복 피스톤(110)의 상방 및 하방 이동으로 이어진다. 왕복 피스톤(111)은 하사점(BDC)과 상사점(TDC)으로 지칭되는 2개의 반전점들 사이에서 실린더(110) 내에서 왕복운동한다.
샤프트가 회전하고 왕복 피스톤이 상방 및 하방으로 이동하는 주파수는 예를 들어 0.5 ㎐ 내지 12 ㎐일 수 있고(그러나, 대체로 일정하게 유지됨); 왕복 피스톤의 행정(stroke)은 예를 들어 30 mm 내지 100 mm일 수 있다. 일반적으로 유압 피스톤의 행정 또는 행정 체적도 또한 일정하다.
따라서, 유압 매체(a)는 본 명세서에서 왕복 피스톤(111)의 하부 측으로 이송된다. 따라서, 왕복 피스톤(111)은 상향 이동되고, 소위 가스 실린더(114), 즉 실린더의 상부 영역에서 2상 혼합물을 압축한다. 본 명세서에서, 이러한 2상 혼합물은 한편으로는 압축 및 이송될 매체(b)를 포함하고, 다른 한편으로는 이온성 작동 유체를 포함한다. 실린더(110) 내의 압력이 압력 밸브 또는 유출 밸브(113)에서의 배압을 초과하면, 후자는 개방되고, 매체(b)는 상사점에 도달할 때까지 압력 영역 내로 대략 등압적(isobarically)으로 이송된다.
유압 피스톤(120)이 하향으로 이동하자마자, 실린더(110) 내의 배압이 언더슈트(undershoot)되고, 유출 밸브(113)가 폐쇄된다. 하향으로 이동하는 왕복 피스톤(111)은 흡입 밸브 또는 유입 밸브(112)에서의 인가된 압력이 흡입 영역 내의 레벨 아래로 떨어질 때까지 실린더(110) 내의 압력을 감소시킨다.
잔류 체적 또는 사공간이 더 적을수록, 유입 밸브(112)가 더 일찍 개방될 수 있고, 그에 대한 인입량(drawn-in quantity)이 비례해서 증가된다. 시스템으로 인해, 왕복 피스톤(111)의 위치는 유압 피스톤(120)의 행정 위치로부터 벗어날 수 있다. 유압 구동부 내의 누설-동반 압축은 후속적으로 유압 매체(a)가 유압 피스톤(120)을 지나 이송되어 먼저 저장소(130)(또는 탱크)로 진입하게 한다.
거기로부터, 그것은 유압 피스톤(120)과 왕복 피스톤(111) 사이의 위치 편차를 보상하기 위해 펌프(131) 및 열 교환기(132), 그리고 마지막으로 체크 밸브(153)를 통해 유압 회로 또는 제1 체적(141)으로 다시 이송될 수 있다.
필요량(required quantity)은 이제 본 발명의 범주 내에서, 예를 들어 측정 장치(161)(예를 들어, 변위 측정 시스템)와 측정 장치(160)(예를 들어, 회전각 센서) 사이의 데이터 비교를 통해 계산 및 보정될 수 있다. 예를 들어, 왕복 피스톤(111)의 위치(x)가 측정 장치(161)에 의해 결정될 수 있는 한편, 샤프트(121)의 회전각(φ)은 측정 장치(160)에 의해 결정될 수 있다. 또한, 제1 체적(141) 내의 압력(p)은 예를 들어 적합한 측정 장치(162)에 의해 또한 검출될 수 있다.
실린더 헤드를 타격하는 왕복 피스톤(111)은 이제 실제 등압 연장 상(isobar extension phase)의 단부에서의 과도한 압력 증가에 의해 검출되고, 이에 의해 과잉 유압 매체는 압력 제한 밸브(154)를 통해 다시 저장소(130) 내로 이송된다.
피스톤 또는 실린더 하부와의 왕복 피스톤(111)의 기계적 접촉은 유입 단계 동안의 압력 부족에 의해 검출된다. 이러한 경우에, 유압 매체의 누락된 양은, 왕복 피스톤(111)을 정상 범위 내로 이동시키기 위해 체크 밸브(153)(본 발명의 범주 내에서 제3 밸브로도 지칭됨)를 통해 인입 또는 공급된다.
예를 들어, 샤프트(121)의 회전각에 의존하는 방식으로 압력 측정이 이제 제1 체적 내에서 취해지기 때문에, 실린더 헤드 또는 실린더 하부에 대한 왕복 피스톤(111)의 타격이 발생하거나 임박할 때가 검출될 수 있고, 유압 매체는 예를 들어 밸브(153 또는 154)의 적합한 작동에 의해 배출되거나 공급될 수 있다.
또한, 댐핑 유닛(140)이 제공될 수 있는데, 이에 의해 주파수들과 무관하게, 피스톤 압축기 내의 압력비들 및 유압 영역에서의 누설에 대한 적응형 댐핑 시스템이 실현될 수 있다. 이러한 댐핑 유닛(140)은 왕복 피스톤(111)의 하향 이동을 댐핑시키고 따라서 하사점의 방향으로의 이동 동안에 소리 방출 및 기계적 부하를 감소시키는 데 사용될 수 있다.
오일 회로 내의 누설, 즉 여기서는 제1 체적(141) 내의 누설이 유압 시스템 내에서, 즉 여기서는 제1 체적(141) 내에서 회전각-분해(rotational-angle-resolved) 압력 측정을 통해 검출되면, 이는 보상될 수 있다. 또한, 적응형 댐핑 시스템에 의해, 상사점뿐만 아니라 하사점을 조정할 수 있으며, 따라서 매체의 압축비 또는 전달량(delivered quantity)을 조정할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 필요량에 대한 수요 또는 필요에 따라 추가의 유압 매체가 공급되거나, 과잉 유압 매체가 다시 저장소 내로 배출되거나 가압된다.
전달량이 증가되어야 하거나 기존의 사공간이 감소되어야 하는 경우, 제1 밸브(150)가 폐쇄된다. 이에 의해, 왕복 피스톤(111)은 유압 피스톤(120)이 하향으로 이동하더라도, 하사점의 방향으로 또는 유압 구동부의 방향으로 이동하는 것이 방지된다. 이에 의해, 유압 매체의 필요량은, 생성된 부압으로 인해, 체크 밸브(153)를 통해 회로 내로 또는 제1 체적(141) 내로 인입된다. 유압 피스톤(120)이 다시 상향으로 이동할 때, 시스템은 폐쇄되고, 왕복 피스톤(111)은 (유압 매체의 추가로 이송된 양에 의해) 규정된 체적에 의해 상승되며, 이에 의해 사공간이 감소되고, 압축될 매체의 전달량이 증가된다.
유압 매체의 양이 너무 많이 증가되고, 왕복 피스톤(111)이 실린더 헤드와 충돌하는 위험에 있는 경우, 제3 밸브(155)가 개방될 수 있고, 충전량이 감소될 수 있다.
전달량이 감소되어야 하거나, 기존의 사공간이 증가되어야 하는 경우, 왕복 피스톤(111)의 하향 이동에 영향을 주지 않도록 제1 밸브(150)가 개방된다. 동시에, 유압 매체의 규정된 양을 감소시키거나 배출시키기 위해 제2 밸브(155)가 개방되는데, 이는 유압 피스톤(120)의 상향 이동에 의해 유발된다. 왕복 피스톤의 요구되는 위치에 도달하면, 제1 밸브(150)는 다시 폐쇄될 수 있다.
이것이 유압 피스톤(120)이 하사점에 도달하기 전에 완료되면, 유압 피스톤은 체크 밸브(153)를 통해 유압 매체의 필요한 양을 보충한다.
제어 루프에서, 거듭된 반복에 의해, 이러한 조정은 요구되는 동작점에 더 가까워질 수 있다. 개별 스테이지들의 중간 회로 압력의 변화가 요구되는 경우(따라서, 다단 피스톤 압축기의 경우), 이는 방금 기술된 것과 동일한 방식으로 일어날 수 있다. 압력만이 제어 변수로서 사용되고, 회로 내에서 다른 스테이지들과 조정된다.
작동점이 설정된 경우, 시스템 내의 압력의 변화는 왕복 피스톤(111)의 위치에 정비례한다. 누설로 인한 샤프트(121)의 회전각(φ)과 연관된 왕복 피스톤(111)의 위치(x)의 위치 편차는 댐핑 유닛(140)에 의해 왕복 피스톤(111)을 차단함으로써 일어날 수 있고, 유압 매체가 체크 밸브(153)를 통해 보충되고, 부정확한 위치가 보상된다.
이러한 적응형 댐핑 시스템은 사용가능한 행정 체적에 대해 유압-구동식 피스톤 압축기를 최적화하는 것을 가능하게 한다. 시스템의 요건에 따라 피스톤 이동이 변동되게 하는 것과 전달 체적, 압력 및 유효성을 최적화하는 것이 가능하게 된다.
왕복 피스톤과 실린더 헤드 사이의 잔류 체적 - 소위 사공간 -은 왕복 피스톤의 하향 이동 동안 팽창되고, 크기에 따라, 통상 스프링 작동식인 흡입 밸브의 개방 시간에 영향을 준다. 사공간이 더 클수록, 더 나중에 개방되고, 더 적은 전달 체적이 인입될 수 있다.
이는 각각의 압축기 스테이지의 효율에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서, 소정의 동작 범위들에서 필요할 수 있는 중간 회로 압력들의 적응은 나머지 스테이지들과 협력하여 일어날 수 있다. 따라서, 제안된 방법 또는 피스톤 압축기를 이용하여, 요구되는 전달 체적 및 인가된 압력에 대한 큰 가변성을 중간 회로에서 실현하는 것이 가능하다.
왕복 피스톤을 댐핑하고 행정을 최적화하는 가능성은 기계적 부하를 영구적으로 감소시키는 것을 가능하게 하고 - 이는, 한편으로는 압축기 부품의 가능한 사용 수명의 증가로 이어지고, 다른 한편으로는, 보다 낮은 품질의 재료의 사용을 허용함 -, 이에 의해 원재료 및 생산 비용에 대한 비용 최적화에 대해 더 큰 자유를 제공한다.
언급된 효과는 진동 및 소음 방출의 감소를 수반하며, 그 결과, 이전에 필요했던 댐핑 방안들에 대한 절약이 또한 달성될 수 있고, 예를 들어, 주거 지역 내의 (예를 들어, 수소가 그러한 피스톤 압축기로 압축되는) 탱크 제어 시스템의 동작이 결과적으로 더 용이하게 이루어질 수 있다.
기술된 구성의 결과로서, 그러한 피스톤 압축기는 매우 가변적이어서, 심지어 상이한 작동 매체들, 한계값들 및 요건들에 대해서도 모듈형 시스템의 응용을 단순화하며, 따라서 상이한 응용들에도 불구하고, 개별 부품들의 현재 가능한 구조적 균일성으로 인해 더 간단한 대량 생산을 허용한다.
기존의 또는 이미 전달된 피스톤 압축기를 제안된 피스톤 압축기로 확장하는 것은 작동 파라미터의 최적화 및 효율의 증가를 허용한다. 또한, 기존의 서비스 수명을 증가시키고 진동 및 소리 방출을 감소시킬 수 있다.
기존의 시스템(즉, 기존의 피스톤 압축기 또는 그 중 몇몇) 내로의 통합은 일상적인 유지 보수 공정의 과정에서 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 변위 측정 시스템 및 회전각 송신기(언급된 측정 장치의 의미에서)가 추가적으로 부착될 수 있고, 시스템의 자동화 프로그래밍은 필요한 제어 루틴에 의해 확장될 수 있다.
추가의 실시예는, - 예를 들어, 자동차 응용에서 사용되는 바와 같은, 예를 들어 압전 기반의 제어가능한 흡입 밸브 및 압력 밸브와 함께 - 팽창기 시스템을 구현하는 가능성에 관한 것이다. 그러한 팽창기 시스템은, 예를 들어 더 낮은 압력 레벨의 가스가 요구되는 분배 시스템 내의 가스의 팽창의 팽창 작업을 사용하며, 이에 의해 에너지 회수 시스템에 기초하여 발전에 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 실린더(110) 내의 왕복 피스톤(111)을 갖는 피스톤 압축기(100)의 작동 방법으로서, 상기 실린더(110)에는 압축 및 이송될 매체(b) 측에 유입 밸브(112) 및 유출 밸브(113)가 제공되고,
    상기 왕복 피스톤(111)은 제1 체적(141) 내의 유압 매체(a)를 사용하여 유압 피스톤(120)을 구비한 유압 구동부(120, 121)에 의해 전방 및 후방으로 이동되며, 이에 따라 상기 왕복 피스톤(111)은 상기 유압 구동부(120, 121) 측에 로딩되며,
    상기 방법은, 필요한 경우, 유압 매체(a)가, 상기 유압 피스톤(120)의 위치, 및/또는 상기 왕복 피스톤(120)의 위치(x) 및/또는 상기 제1 체적(141) 내의 압력(p)과 관련하여 상기 유압 피스톤(120)을 이동시키기 위해 제공되는 샤프트(121)의 회전각(φ)에 의존하는 방식으로, 상기 제1 체적(141) 내로 공급되고/되거나 상기 제1 체적(141)으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유압 매체(a)를 사용하고, 상기 왕복 피스톤(111)에 의해 적어도 부분적으로 경계지어지는 제2 체적(142)을 형성하는 유압 댐핑 유닛(140)에 의해, 상기 유압 구동부(120, 121) 측에서의 상기 왕복 피스톤(111)의 이동이 필요에 따라 제한되는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 체적(142)은 상기 피스톤 압축기(100)에 의해 이송될 매체(b)의 양을 감소시키기 위해 상기 제1 체적(141)에 연결되며, 이때 과잉 유압 매체(a)가 상기 제1 체적(141)으로부터 저장소(130) 내로 배출되고/되거나,
    상기 제1 체적(141)은 상기 피스톤 압축기(100)에 의해 이송될 매체(b)의 양을 증가시키기 위해 상기 유압 매체를 위한 상기 저장소(130)에 연결되고, 이때 필요한 유압 매체가 상기 저장소(130)로부터 공급되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 왕복 피스톤들 및 대응하는 실린더들을 갖는 다단(multi-stage) 피스톤 압축기가 피스톤 압축기(100)로서 사용되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 이온성 유체가 작동 유체로서 사용되는, 방법.
  6. 피스톤 압축기(100)로서, 실린더(110) 내의 왕복 피스톤(111)을 가지고 - 상기 실린더(110) 내에는 압축 및 이송될 매체(b) 측에 유입 밸브(112) 및 유출 밸브(113)가 제공됨 -,
    유압 피스톤(120)을 갖는 유압 구동부(120, 121)를 가지며 - 이에 의해 상기 왕복 피스톤(111)은 제1 체적(141) 내의 유압 매체(a)를 사용하여 전방 및 후방으로 이동되며, 이에 따라 상기 왕복 피스톤(111)은 상기 유압 구동부(120, 121) 측에 로딩될 수 있음 -,
    적어도 하나의 측정 장치(160, 161, 162)에 의해 특징지어질 수 있으며, 이에 의해 상기 유압 피스톤(111)의 위치, 및/또는 상기 유압 피스톤(120)을 이동시키기 위해 제공되는 샤프트(121)의 회전각(φ), 및 상기 왕복 피스톤의 위치(x) 및/또는 상기 제1 체적(141) 내의 압력(p)이 결정될 수 있고,
    상기 피스톤 압축기(100)는, 필요한 경우, 상기 유압 피스톤(111)의 위치, 및/또는 상기 왕복 피스톤(111)의 위치(x) 및/또는 상기 제1 체적(141) 내의 압력(p)과 관련하여 상기 유압 피스톤(120)을 이동시키기 위해 제공되는 상기 샤프트(121)의 회전각(φ)에 의존하는 방식으로, 유압 매체(a)를 상기 제1 체적(141) 내로 공급하도록 그리고/또는 그것을 상기 제1 체적(141)으로부터 배출시키도록 구성되는, 피스톤 압축기(100).
  7. 제6항에 있어서, 유압 댐핑 유닛(140)을 더 가지며, 이에 의해, 상기 유압 매체(a)를 사용하고 상기 왕복 피스톤(111)에 의해 적어도 부분적으로 경계지어지는 제2 체적(142)을 형성하여, 상기 유압 구동부(120, 121) 측에서의 상기 왕복 피스톤(111)의 이동이 필요에 따라 제한될 수 있는, 피스톤 압축기(100).
  8. 제7항에 있어서, 그에 의해 상기 제2 체적(142)이 상기 제1 체적(141)에 연결될 수 있는 제1 밸브(150)를 가지고, 그에 의해 유압 매체(a)가 상기 제1 체적(141)으로부터 상기 유압 매체를 위한 저장소(130) 내로 배출될 수 있는 제2 밸브(155)를 가지고/가지거나,
    그에 의해 상기 제1 체적(141)이 상기 유압 매체를 위한 상기 저장소(130)에 연결될 수 있는 제3 밸브(153)를 갖는, 피스톤 압축기(100).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 왕복 피스톤들 및 대응하는 실린더들을 갖는 다단 피스톤 압축기로서 설계되는, 피스톤 압축기(100).
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 이온성 유체가 작동 유체로서 제공되는, 피스톤 압축기(100).
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