KR20210102383A - 피스톤 압축기 및 그러한 피스톤 압축기가 사용되는 방법 - Google Patents

Abstract

압축 챔버(13)를 갖는 하우징(8)을 갖도록 제공되는 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소(3)로서, 압축 챔버 내에 피스톤(10)이 회전 모터(6)에 의해 구동되는 구동 샤프트(5)에 의해 상사점과 하사점 사이에서 축방향(X-X')으로 전후로 이동 가능하게 배열되며, 그리고 이러한 구동 샤프트(5)와 피스톤(10) 사이에, 운동학적 전달수단(20)이, 피스톤(10)의 1차적 구동을 위해 제공되는 것인, 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소(3)를 포함하는, 피스톤 압축기로서, 피스톤(10)은, 전자기적 선형 구동기의 형태의 상보적 구동기(25)와 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기가, 제공된다.

Description

피스톤 압축기 및 그러한 피스톤 압축기가 사용되는 방법

본 발명은, 피스톤 압축기에 관한 것이다.

더욱 구체적으로, 그러나 제한 없이, 본 발명은, 예를 들어 30 kW 내지 600 kW 초과의 또는 그보다 높은 출력의, 고출력 피스톤 압축기에 관한 것이다.

예컨대, 그러한 피스톤 압축기들은, 예컨대 2000 kPa 이상의 매우 높은 작동 압력에서, 기체의 압축을 위해 사용된다.

통상적으로 공지된 바와 같이, 피스톤 압축기가, 압축 챔버를 갖는 하우징을 갖도록 제공되는 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소로서, 압축 챔버 내에 피스톤이 회전 모터에 의해 구동되는 구동 샤프트에 의해 상사점과 하사점 사이에서 축방향으로 전후로 이동 가능하게 배열되며, 그리고 운동학적 전달수단(kinematic transmission)이, 이러한 구동 샤프트와 피스톤 사이에, 크랭크 앤 로드 메커니즘의 형태로 제공되며, 그리고 가능하게는 또한, 피스톤과 함께 선형으로 이동하며 그리고 피스톤과 크랭크 앤 로드 메커니즘 사이의 연결을 형성하는, 여분의 피스톤 로드가 제공되는 것인, 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소를 포함한다.

그러한 높은 기체 압력의 실현을 위해, 통상적으로, 그들의 기체 유입구들 및 그들의 기체 배출구들을 통해 서로 직렬로 연결되며 그리고 조인트 구동 샤프트가 그 내부에 지지되는 하우징의 형태의 조인트 구동 그룹 상에 장착되는, 2개 이상의 이상에 언급된 피스톤 압축기 요소를 동반하는, 그리고 각각의 피스톤 압축기 요소에 연결되는 크랭크 앤 로드 메커니즘 그리고 가능하게는 크랭크 앤 로드 메커니즘과 피스톤들 사이의 연결을 위한 피스톤 로드를 동반하는, 복수 스테이지 피스톤 압축기가, 사용된다.

구동 그룹은, 대부분의 경우에 벨트 구동기를 통해, 조인트 구동 샤프트를 구동하기 위한, 단일 회전 모터를, 전형적으로 전기 모터를 갖도록, 제공된다. 그러한 벨트 구동기는, 비교적 저렴한 장점을 갖지만, 이는 또한, 모터의 전달된 출력의 최대 3 내지 5%의 비교적 큰 출력 손실에 대한 원인이 되는 단점을 갖는다.

구동 그룹은, 모터의 최대 출력 및 그에 따라 그의 최대 압축 출력을 취급하도록, 설계되어야만 하며, 그리고 그에 따라 높은 출력을 갖는 피스톤 압축기의 경우에 비교적 무겁고 부피가 큰 것은, 말할 것도 없다.

요구되는 출력의 함수로서, 그러한 피스톤 압축기들의 구성자는, 다수의 표준화된 피스톤 압축기 요소가, 압축된 기체의 전달 가능한 유량 및 압력의 관점에서 사용자의 요구사항을 충족하기 위해, 그에 장착되는, 각각 상이한 출력을 갖는, 별개의 시리즈의 구동 그룹들을 제공할 것이다.

구동 그룹들에 대한 제한된 선택의 관점에서, 중간 출력을 위해, 항상, 구동 그룹이, 명백하게 더욱 비쌀 것인 그리고 또한 예컨대 베어링들의 개소에서 더 많은 손실을 야기할 것인, 더 높은 출력을 갖는 시리즈로부터 선택되어야만 한다는, 단점이 있다.

높은 기계적 힘의 관점에서, 전형적으로, 유막 베어링들이, 사용되며, 이는 5 내지 10% 사이의 출력 손실에 대한 원인일 수 있을 것이다.

구동 그룹 및 피스톤 압축기 요소들의 적절한 조합을 선택할 때 가장 중요한 제한 인자는, 크랭크 앤 로드 메커니즘 사이의 연결부의 기계적 부하, 더욱 구체적으로, 피스톤 로드의 그리고, 피스톤 로드와 크랭크 앤 로드 메커니즘 사이의 또는, 피스톤 로드가 존재하지 않을 때, 피스톤과 크랭크 앤 로드 메커니즘 사이의 관절부의 임계 부하이며, 그러한 부하는, 기체 힘의 그리고 관성력의 충격의 결과이다.

이러한 제한 인자는, 유량 및 압력 요건을 충족시키도록 하기 위해, 더욱 비싼 과도한 크기의 구동 그룹에 대한 또는 더 높은 비용의 복수의 구동 그룹의 적용에 대한, 선택으로 이어질 수 있을 것이다.

또한, 피스톤이 압축 챔버 내에서 기체를 압축하기 위해 전자기적 선형 작동에 의해 전후로 이동되는 응용이, 앞서 공지된다. 그러나, 이러한 응용은, 낮은 출력으로 제한된다. 더 높은 출력에 대한 학술적 연구는, 예컨대 30 kW의 출력을 위해 400 kg의 피스톤을 갖는, 극히 무겁고 부피가 큰 압축기들로 이어졌다.

더불어, 이러한 응용은, 압축 행정의 종점에서 피스톤의 헤드와 압축 챔버의 종단벽 사이의 충돌을 방지하도록 하기 위해, 넓은 안전 여유를 동반하는 복잡해진 운동 제어를 요구한다.

본 발명의 목적은, 이상에 언급된 및/또는 다른 단점들 중의 하나 이상에 대한 해법을 제공하는 것이다.

이러한 목적에 대해, 본 발명은, 압축 챔버를 갖는 하우징을 갖도록 제공되는 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소로서, 압축 챔버 내에 피스톤이 회전 모터에 의해 구동되는 구동 샤프트에 의해 상사점과 하사점 사이에서 축방향으로 전후로 이동 가능하게 배열되며, 그리고 운동학적 전달수단이, 이러한 구동 샤프트와 피스톤 사이에, 피스톤의 1차적 구동을 위해 제공되는 것인, 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소를 포함하는, 피스톤 압축기로서, 피스톤은, 전자기적 선형 구동기의 형태의 상보적 구동기와 함께 제공되는 것인, 피스톤 압축기에 관련된다.

크랭크 앤 로드 메커니즘에 의한 전통적인 구동 외에도, 피스톤은, 이제, 회전 모터와의 조합으로 제2의 독립적인 방식으로 상보적으로 또한 구동되기 때문에, 전통적인 크랭크 앤 로드 메커니즘 또는 다른 운동학적 전달수단은, 압축 페이즈 도중의 적절한 순간에 상사점의 방향으로 피스톤 상에 상보적 전자기력을 가함에 의해, 부분적으로 완화될 수 있다.

운동학적 전달수단과, 있을 수 있는 피스톤 로드가 그의 일부일 수 있는, 피스톤 사이의 기계적 전달수단의 임계 부하는, 그에 따라, 회전 모터 및 벨트 구동기의 1차적 구동에 대한 상보적 구동기의 분담분에 의존하여, 훨씬 덜 중요해진다.

이는 또한, 요구되는 유량 및 요구되는 압력을 달성하기 위해 구동 그룹과 피스톤 압축기 요소의 최적의 그리고 가장 비용-효율적인 조합을 결정하기 위한, 설계에 관한 자유도를 부가한다.

전형적으로, 이는, 피스톤 로드를 충분히 완화시키도록 허용하기 위해, 총 출력 요건의 20 내지 30%의 상보적 전자기적 출력 도입을 요구한다.

본 발명으로 인해, 이제, 예컨대 총 출력 요건의 80 내지 90%까지 상보적 전자기적 구동기의 분담분을 더욱 증가시킴에 의해, 그러나 운동학적 전달수단을 포기하지 않는 가운데, 한 걸음 더 나아가는 것이 가능하다.

상보적 전자기적 구동기의 더 큰 분담분으로 인해, 주어진 요구되는 유량 및 주어진 요구되는 압력을 위해, 더 작은 그리고 그에 따라 덜 비싼 구동 그룹 및 모터가, 선택될 수 있으며, 그 결과, 베어링들에서의 손실이, 또한 감소될 수 있으며, 그리고 더 낮은 손실을 동반하는, 덜 비싼, 전통적인 볼 베어링들이, 선택될 수 있을 것이다.

더 작은 모터로 인해, 더 낮은 손실을 동반하는, 덜 무거운 벨트 전달수단이, 사용될 수 있을 것이다.

운동학적 전달수단을 유지하는 것은, 둘 사이에 최소의 헤드룸(headroom)을 동반하는 가운데, 피스톤이 종단벽에 매우 근접할 때까지 이동하는 것을 허용하도록, 피스톤이 그의 상사점에서 압축 행정의 종점에서 압축 챔버의 종단벽과 충돌할 수 있는 위험이 존재하지 않는 것을 보장한다. 이는, 헤드룸이 더 작으면, 압축 챔버 내의 유익하게 생성되는 기체의 압력이 더 높으며 그리고 압축기의 체적 효율이 더 높기 때문에, 유용하다.

더불어, 최소의 헤드룸을 유지하기 위해, 복잡한 제어가, 필요하지 않으며, 그리고 큰 안전 여유가 그에 대해 고려되어야만 하는 것도 아니다.

상보적 전자기적 구동기는, 압축 챔버 둘레의 또는 압축 챔버를 따르는 하나 또는 여러 개의 전기적 코일들을 통해 피스톤 상에 직접적인 전자기적 영향을 미치는, 직접적인 전자기적 구동기를 포함할 수 있을 것이다.

더불어 또는 대안적으로, 상보적 전자기적 구동기는, 피스톤과 연결되며 그리고, 압축 챔버의 축방향에 평행하게 연장되는 선형 가이드 내에서, 피스톤과 함께 전후로 동기식으로 이동하는, 플런저를 동반하는, 그리고 개별적인 플런저와 유도 방식으로 상호 작용할 수 있는 선형 가이드 둘레에 또는 선형 가이드를 따라 배열되는 하나 또는 여러 개의 코일을 동반하는, 피스톤의 간접적 전자기적 구동기를 포함할 수 있을 것이다.

피스톤 압축기는, 적어도 2개의 개별적인 피스톤 압축기 요소를 갖는, 복수 스테이지 압축기로서, 적어도 2개의 개별적인 피스톤 압축기 요소는 각각, 압축 챔버 내에서 축방향으로 전후로 이동 가능하며 그리고 조인트 구동 샤프트 및 회전 모터에 의해 구동되는, 피스톤을 구비하고, 그리고 피스톤들을 구동하기 위한 개별적인 운동학적 전달수단이, 이러한 구동 샤프트와 적어도 2개의 개별적인 피스톤 압축기 요소 각각과의 사이에 제공되며, 그리고 피스톤의 상기 상보적 선형 전자기적 구동기가, 적어도 2개의 피스톤 압축기 요소의 각각에 제공되는 것인, 복수 스테이지 압축기일 수 있을 것이다.

본 발명은 또한, 이상에 설명된 바와 같은 피스톤 압축기기 사용되는 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 작동될 때, 회전 모터에 의해 구동되는 운동학적 전달수단에 의해 압축 챔버 내에서 상사점과 하사점 사이에서 축방향으로 전후로 주기적으로 이동되는, 피스톤을 갖는, 그리고 피스톤은 부가적으로, 피스톤의 전후 이동의 주기의 적어도 일부의 도중에 상보적 전자기적 선형 구동기에 의해 구동되는 것인, 피스톤 압축기 요소에 의해 기체를 압축하는 방법에 관한 것이다.

이득은, 이상에 설명된 것과 동일하다.

바람직하게, 피스톤은, 피스톤의 적어도, 압축 챔버 내의 압력이 그의 도중에 가장 높은, 압축 행정 페이즈 도중에, 전자기적으로 구동된다.

바람직하게, 압축 행정 도중에 또는 그의 일부의 도중에, 적어도 20 내지 30% 그리고 최대 적어도 80 내지 90%의 요구되는 압축 출력이, 상보적 선형 전자기적 구동기에 의해 공급되며, 나머지는, 회전 모터(6)에 의해 공급된다. 본 발명의 특징을 더욱 양호하게 시연하기 위해, 본 발명에 따른 피스톤 압축기에 대한 그리고 방법에 대한, 일부 예들이, 첨부 도면을 참조하여, 예시적인 방식으로 그리고 어떠한 제한적인 특성 없이, 이하에 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 피스톤 압축기의 개략적 도면이고;
도 2 및 도 3은, 개별적으로 본 발명의 사용을 동반하지 않는 그리고 사용을 동반하는, 도 1의 피스톤 압축기가 사용될 때 작용하는 힘에 대한 그래프를 나타내며;
도 4는 본 발명에 따른 피스톤 압축기의 변형예를 나타내고;
도 5는, 도 3에서와 같은, 그러나 도 4의 피스톤 압축기에 대한 그래프를 나타내며;
도 6은 본 발명에 따른 피스톤 압축기의 다른 변형예를 나타내고;
도 7은, 도 5에서와 같은, 그러나 도 6의 피스톤 압축기에 대한 그래프를 나타내며;
도 8, 도 9, 및 도 10은, 본 발명에 따른 피스톤 압축기의 다른 실시예들을 도시한다.

도 1에 도시된 피스톤 압축기(1)는, 구동 그룹(2) 및 그에 장착되는 피스톤 압축기 요소(3)를 포함한다.

구동 그룹(2)은, 구동 샤프트(5)가 그 내부에서 회전가능하게 지지되며 그리고 벨트 전달수단(7)을 통해 전기 회전 모터(6)에 의해 구동되는, 하우징(4)을 포함한다.

피스톤 압축기 요소(3)는, 피스톤(10)이 그 내부에 축방향(X-X')으로 전후로 이동 가능하게 배열되며 그리고 종단벽(11)에 의해 하나의 측면 상에서 폐쇄되는, 실린더 외통(cylinder mantle)(9)을 갖도록 제공되는, 구동 그룹(2)의 하우징(4) 상에 장착되는 하우징(8)을 갖도록 제공된다.

피스톤 압축기 요소(3)의, 피스톤 크라운(12), 이상에 언급된 종단벽(11), 및 실린더 외통(9) 사이에, 유입 밸브(15)를 갖는 밀봉 가능한 유입구(14)를 통해 그리고 배출 밸브(17)를 갖는 밀봉 가능한 배출구(16)를 통해, 화살표(I)에 의해 지시되는 바와 같이 압축될 기체를 흡입하기 위해 그리고 화살표(O)의 방향으로 압축 행정의 종점에서 기체를 방출하기 위해 주변환경과 통상적으로 공지되는 방식으로 연결되는, 압축 챔버(13)가, 둘러싸인다.

압축 행정 도중에, 피스톤(10)은, 종단벽(11)의 방향에서 종단벽(11)으로부터 가장 먼 소위 하사점으로부터, 종단벽(11)에 가장 가까운 소위 상사점으로 이동하며, 그리고 폐쇄된 유입 밸브(15) 및 배출 밸브(17)를 동반하는 가운데 그렇게 행한다.

상사점에서, 압축 챔버(13)의 용적, 소위 사적(dead volume)은, 가장 적으며, 그리고 압축 챔버(13) 내의 기체의 압력은, 그 시점에 가장 높다.

축방향(X-X')으로 연장되며 그리고 피스톤 압축기 요소(3)의 하우징(8)과 구동 그룹(2)의 하우징(4) 사이의 기체 시일을 형성하는 하우징의 밀봉된 가이드(19) 내에서 피스톤(10)과 함께 동기식으로 전후로 이동할 수 있는, 피스톤 로드(18)가, 피스톤(10)에 연결된다.

피스톤 로드(18)와 구동 샤프트(5) 사이에, 운동학적 전달수단(20)이, 구동 샤프트(5)의 회전 운동의 피스톤(10)의 전후 운동으로의 변환을 위해, 제공된다.

도 1의 경우에서, 이는, 구동 샤프트(5)와 함께 회전하는 반경 방향으로 배향되는 크랭크(21) 및, 일단부에서 크랭크 핀(23)에 의해 크랭크(21)에 선회 가능하게 부착되며 그리고 타단부에서 피스톤 핀(24)에 의해 피스톤(10) 또는 피스톤 로드(18)에 부착되는, 크랭크에 부착되는 구동 로드(22)를 갖는, 크랭크 앤 로드 메커니즘이다.

모터(6) 및 운동학적 전달수단(20)에 의한 피스톤의 1차적 구동에 부가하여, 실린더 챔버(13) 둘레에 또는 실린더 챔버(13)를 따라 배열되는 하나 또는 여러 개의 전기 코일(26)에 의해 형성되는, 그리고 제어기(27)에 의해 여기되는 경우에, 그러한 목적으로 적절한 자기 전달 재료로 구성되거나 또는 예컨대 하나 또는 여러 개의 영구 자석을 갖도록 제공되는, 피스톤(10)과 직접적으로 유도식으로 상호작용할 수 있는, 전자기적 선형 구동기의 형태의 피스톤(10)의 상보적 구동기(25)가 또한 존재한다는 것이, 본 발명의 특별한 점이다.

대안적으로 또는 상보적으로, 피스톤(10)은 또한, 전자기적 재료로 이루어지거나 또는 영구자석들을 갖도록 제공되는 실린더 외통과 유도식으로 상호작용할 수 있는, 코일들을 갖도록 제공될 수 있을 것이다.

피스톤 압축기의 작동은, 다음과 같이 단순하다:

상보적 구동기(25)를 여기시키지 않으면, 피스톤 압축기(1)의 작동은, 단지 모터(6)에 의해 1차적으로 구동되는 전통적인 피스톤 압축기의 작동과 전체적으로 유사하다.

이러한 경우에, 구동 샤프트(5)는, 크랭크(21)가 회전 운동 상태로 야기되며 그리고 피스톤(10)이 전후로 이동되도록, 하나의 방향으로 모터(6)에 의해 구동된다.

상사점으로부터 하사점으로의 모든 흡입 행정과 더불어, 기체가 유입구(14)를 통해 압축 챔버(13) 내로 흡입되고, 이에 반하여, 하사점으로부터 상사점으로의 반대 방향의 모든 운동과 더불어, 흡입된 기체는, 유입 밸브(15) 및 배출 밸브(17)가 폐쇄됨에 따라, 압축된다.

작동 도중에, 피스톤 로드(18) 및 피스톤 핀(24)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기체 힘(Fg)에 그리고, 사인파형 관성력(Fi) 및 가능하게는 고조파에 종속되며, 그의 순간적인 값이, 크랭크(21)의 선회 각도(A)의 함수로서, 도 2의 그래프에 도시된다. 기체 힘(Fg)이 피스톤 압축기(1)의 요구되는 작동 압력에 비례한다는 것은, 말할 것도 없다.

이러한 그래프에, 힘들(Fg 및 Fi)의 합계인, 피스톤 로드(18) 상에 그리고 피스톤 핀(24) 상에 가해지는, 합력(Fr)이, 또한 도시된다. 피스톤(10)의 압축 행정 도중에, 압축력이 존재하며, 그로 인해 피스톤 로드(18)가 압축된다.

구조적으로, 이러한 합력은, 주로 피스톤 로드(18)의 압축 강도 및/또는 피스톤 핀(24) 및 그의 베어링의 강도에 의해 결정되는, 특정 최대값(Frmax)보다 더 높지 않을 수 있을 것이다.

도 2의 경우에, 상보적 구동기를 동반하지 않으면, 값(Frmax)은, 피스톤 압축기(1)의 특정 작동 압력에 대응하는 강한 기체 힘(Fg)에 의해, 초과될 것이라는 것이, 입증된다.

상보적 구동기(25)의 여기를 동반하지 않는 경우, 피스톤 압축기(1)는, 그에 따라, 그러한 기체 압력 및 대응하는 작동 압력에 적절하지 않으며, 그리고 피스톤 압축기(1)는, 그에 따라, 더 큰 형식 및 더 큰 출력을 동반하도록 선택되어야만 한다.

이를 회피하기 위해, 본 발명에 따라, 코일(26)이, 또한 피스톤 로드(18) 상에 그리고 피스톤 핀(24) 상에 전달되며 그리고 피스톤 로드(18) 상의 그리고 피스톤 핀(24) 상의 압력 완화를 보장하는, 대항하는 전자기적 견인력(Fe)을 피스톤(10) 상에 유도하도록 하기 위해, 피스톤(10)의 압축 행정 도중에 여기될 수 있다.

도 2의 합력(Fg+Fi)에 부가되는, 이러한 견인력(Fe)은, 상보적 유도 전자기적 힘(Fe)을 제외한 도 2의 힘(Fg+Fi)이 또한 도시되는, 도 3의 그래프에 도시된 바와 같은 더 낮은 합력(Fg+Fi+Fe)을 야기한다.

이러한 경우에, 합력(Fg+Fi+Fe)은, 한계(Frmax) 아래로 유지된다.

상보적 전자기적 구동기(25)로 인해, 작동 압력을 제한하는 것을 동반하지 않는 더 무거운 피스톤 압축기(1)로의 전환이 그에 따라 회피될 수 있으며, 따라서 개별적인 피스톤 압축기(1)는 그에 따라 더 넓은 작동 분야에서 사용될 수 있다.

전형적으로, 총 전력의 20% 내지 30%의 요구되는 상보적 전자기적 출력의 분담분이, 이를 위해 추천될 것이다.

바람직하게 단지 압축 행정 또는 압축 행정의 일부의 도중에, 코일들을 여기시키기 위해, 제어기(27)는, 크랭크(21)의 순간적 위치를 결정하기 위한 수단을, 예컨대 각도(A)를 측정하기 위한 탐침을 갖도록 제공된다.

도 4는, 이 경우에, 피스톤(10)은, 실린더 외통(9) 둘레에 코일들(26)을 갖지 않는 전통적인 피스톤 이지만, 피스톤의 상보적 구동기(25)가, 피스톤 로드(18) 상에 장착되는 내부 플런저(29)에 의해 실현되며, 그리고 내부 플런저(29)는, 여기될 때, 압축 행정 도중에 간접적으로 피스톤(10)을 전자기적으로 구동하도록 하기 위해 개별적인 플런저(29)와 유도식으로 상호작용할 수 있는, 그의 둘레에 또는 그를 따르는 하나 또는 여러 개의 코일(26)을 갖는 선형 가이드(30) 또는 격실 내에서 전후로 이동 가능하게 배열되는 것인, 본 발명에 따른 피스톤 압축기(1)의 변형예를 도시한다.

가이드(30) 또는 격실은, 실린더 외통(9)의 축방향 연장부 내에 배열된다.

도 4의 경우에, 플런저(29)와 전자기적으로 상호작용할 수 있는 2개의 코일(26)이, 존재하여, 이러한 코일들(26)이 여기될 때, 2가지 독립적인 전자기력(Fe1 및 Fe2)이, 도 5의 그래프에 도시된 바와 같은 전개에 따라 생성될 수 있도록 한다.

도 6은, 도 4의 실시예와 비교 가능하지만, 이 경우에, 플런저(29)는, 압축 챔버(13) 및 이상에 언급된 종단벽(11)을 통해 외부로 연장되는 연결 로드(32)를 통해 플런저(29) 상에 전자기력을 유도하기 위해 코일들(26)에 의해 둘러싸이는 외부 선형 가이드(31) 내에 외부적으로 배열되고, 그러한 힘은 그에 따라 피스톤(10) 상에 또한 간접적으로 가해지는, 차이점을 갖는, 본 발명에 따른 피스톤 압축기(1)의 또 다른 실시예를 도시한다.

더불어, 이 경우에, 3개의 코일(26)이, 도 7의 그래프에 도시된 바와 같이, 압축 페이즈 도중에, 가해지는 전자기력들의 더욱 양호한 변조를 허용하기 위해, 제공된다.

피스톤(10)의 직접적 여기의 내부 플런저(29) 또는 외부 플런저(29)를 통한 간접적 여기와의 조합이, 또한 가능하다는 것이, 명확하다.

더불어, 피스톤(10) 및 하나 또는 여러 개의 플런저(29)를, 선형 모터로서, 더욱 구체적으로 선형 스텝 모터로서, 실행하는 것이, 가능하다.

본 발명은 또한, 피스톤(10)이 피스톤 핀(24)에 의해 구동 로드(22)와 직접적으로 연결되며 그리고 전자기적 구동기(25)가 피스톤(10)의 개소에 위치되는, 도 8의 경우에서와 같은, 피스톤(10)과 운동학적 전달수단(20) 사이에 피스톤 로드(18)를 갖지 않는 피스톤 압축기(1)에 적용 가능하다.

이러한 경우에, 전자기적 구동기(25)는, 20 내지 30%의 분담분의 전자기적 출력 만큼, 피스톤 핀(24)을 완화하도록 사용될 수 있다.

예컨대 80 내지 90%의 더 큰 분담분의 전자기적 출력이, 이러한 더 큰 출력 분담분이 훨씬 더 작은 출력을 갖는 구동 그룹(2) 및 모터(6)를 선택하는 것을 가능하도록 하며, 이는, 공간 및 비용 절약으로 이어질 수 있으며 그리고 더불어, 이제 전통적으로 고출력 피스톤 압축기들과 함께 사용되는 유막 베어링 대신에 예컨대 볼 베어링으로 교체될 수 있는, 베어링(33) 내에서의 그리고 벨트 구동기 내에서의 손실의 강렬한 감소로 이어질 수 있다는 관점에서, 피스톤 로드(18) 및/또는 피스톤 핀(24)의 완화가 부가적인 장점의 실현으로 이어지는 것을 야기할 수 있을 것이다.

이러한 경우에, 이는, 전자기적 구동기(25)의 예컨대 20 내지 30%의 더 작은 분담분이 그를 위해 충분한, 피스톤 로드(18) 및 피스톤 핀(24)에서의 힘의 제한을 위한 지지와 비교할 때, 가장 큰 출력 분담분이 전자기적 구동기(25)에 의해 공급되는, 강력한 지지라고 말할 수 있을 것이다.

도 9 및 도 10은, 조인트 모터(6) 및 구동 샤프트(5)와 함께 조인트 구동 그룹(2) 상에 모듈형으로 장착되는, 각각 2개의, 4개의, 개별적인 피스톤 압축기 요소(3)를 갖는, 본 발명에 따른 복수 스테이지 압축기들(1)이다.

각각의 개별적인 피스톤 압축기 요소(3)에 대해, 개별적인 운동학적 전달수단(20)이, 피스톤(10)을 구동하기 위해 제공되며, 그리고 각각의 피스톤 압축기 요소(3)에 대해, 이상에 언급된 상보적 선형 전자기적 구동기(25)가, 제공된다.

그러한 복수 스테이지 피스톤 압축기를 취득할 때, 사용자는, 상이한 출력을 갖는 일련의 구동 그룹들 사이에서의 선택지를 갖는다. 선택은, 궁극적으로 피스톤 로드(18) 및 피스톤 핀(24)이 종속될 부하를 결정하는, 사용자에게 요구되는 작동 압력에 크게 의존한다.

피스톤 로드(18) 및 피스톤 핀(24)을 완화하기 위해 상보적 전자기적 지지를 사용하는 것은, 궁극적으로, 전자기적 지지를 동반하는 않는 경우에 필요한 것보다 더 작은 출력을 동반하는 시리즈로부터의 구동 그룹의 유리한 선택을 허용할 것이다.

본 발명은, 어떤 식으로 든 이상에 설명된 그리고 도면들에 도시된 실시예들로 제한되지 않는다. 대신에, 본 발명에 따른 피스톤 압축기는, 본 발명의 범위를 초과하지 않는 가운데, 상이한 변형예들로 실현될 수 있을 것이다.

Claims (25)

1. 압축 챔버(13)를 갖는 하우징(8)을 갖도록 제공되는 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소(3)로서, 압축 챔버 내에 피스톤(10)이 회전 모터(6)에 의해 구동되는 구동 샤프트(5)에 의해 상사점과 하사점 사이에서 축방향(X-X')으로 전후로 이동 가능하게 배열되며, 그리고 이러한 구동 샤프트(5)와 피스톤(10) 사이에, 운동학적 전달수단(20)이, 피스톤(10)의 1차적 구동을 위해 제공되는 것인, 적어도 하나의 피스톤 압축기 요소(3)를 포함하는, 피스톤 압축기로서,
   상기 피스톤(10)은, 전자기적 선형 구동기의 형태의 상보적 구동기(25)와 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상보적 전자기적 선형 구동기(25)는, 피스톤(10)과 유도식으로 상호작용할 수 있는, 압축 챔버(13) 둘레에 또는 압축 챔버(13)를 따라 배열되는 하나 또는 여러 개의 전기 코일(26)을 갖는, 피스톤(10)의 직접적 전자기적 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   피스톤(10) 및/또는 실린더 외통(9)은, 하나 이상의 자석을 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상보적 전자기적 선형 구동기(25)는, 선형 가이드 또는 격실(30) 내에서 전후로 이동 가능하게 배열되거나 또는 압축 챔버(13)의 축방향(X-X')에 평행하게 연장되는, 플런저(29), 및, 선형 가이드 또는 격실(30) 둘레에 또는 선형 가이드 또는 격실(30)을 따라 배열되며 그리고 개별적인 플런저(29)와 유도식으로 상호작용할 수 있는, 하나 또는 여러 개의 코일(26)을 갖는, 피스톤(10)의 간접적 전자기적 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
5. 제2항에 있어서,
   상기 플런저(29)는, 하나 이상의 자석을 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 플런저(29)의 가이드 또는 격실(30)은, 압축 챔버(13)의 축방향 연장부(X-X') 내에 배열되며, 그리고 플런저(29)는, 피스톤(10)과 기계적으로 견고하게 연결되며 그리고 피스톤(10)의 선형 이동과 동기식으로 전후로 이동되는, 로드(18) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   피스톤(10)은, 피스톤(10)의 축방향 연장부(X-X') 내에 배열되는 선형 피스톤 로드(18)에 의해, 운동학적 전달수단(20)과 기계적으로 연결되며, 그리고 간접적인 상보적 전자기적 선형 구동기(25)는, 이러한 피스톤 로드(18) 상에 부착되는 내부 플런저(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   간접적 전자기적 구동기(25)는, 압축 챔버(13)를 통해 연장되며 그리고 압축 챔버(13) 외부에 도달하는 연결 로드(32)에 의해 피스톤(10)과 기계적으로 연결되는, 외부 플런저(29)를 포함하고, 연결 로드 상에 외부 플런저(29)가 부착되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상보적 전자기적 구동기(25)는, 직접적 전자기적 구동기 및/또는, 하나 이상의 내부 플런저(29) 및/또는 외부 플런저(29)를 갖는, 간접적 전자기적 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
10. 제3항 및/또는 제5항에 있어서,
    피스톤(10) 내의 및/또는 플런저들(29) 내의 및/또는 가이드(31) 내의 자석들은, 영구자석들인 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    피스톤 압축기(1)는, 적어도 피스톤(10)의 하사점으로부터 상사점으로의 피스톤(10)의 압축 행정의 일부의 도중에, 전자기적 구동기(25)를 활성화하기 위한 제어기(27)를 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
12. 제11항에 있어서,
    제어기(27)는, 적어도 압축 챔버(13) 내의 압력이 가장 높은 피스톤(10)의 압축 행정의 페이즈 도중에, 전자기적 구동기(25)를 활성화하도록 프로그램되거나 또는 설정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(27)는, 압축 행정 또는 압축 행정의 일부의 도중에, 요구되는 압축 출력의 적어도 20 내지 30%가, 상보적 선형 전자기적 구동기(25)에 의해 공급되며, 그리고 나머지가 회전 모터(6)에 의해 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(27)는, 압축 행정 또는 압축 행정의 일부의 도중에, 요구되는 압축 출력의 적어도 80 내지 90%가, 상보적 선형 전자기적 구동기(25)에 의해 공급되며, 그리고 나머지가 회전 모터(6)에 의해 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    운동학적 전달수단(20)은, 크랭크 앤 로드 메커니즘(21-22)을 포함하며, 그리고 회전 모터(6)는 전기 모터인 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
16. 제15항에 있어서,
    크랭크 앤 로드 메커니즘은, 크랭크 샤프트(5), 크랭크 핀(23), 및 폐쇄된 볼 베어링(33)에 의해 배타적으로 지지되는 피스톤 핀(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    피스톤 압축기는, 적어도 2개의 개별적인 피스톤 압축기 요소(3)를 갖는, 복수 스테이지 피스톤 압축기로서, 적어도 2개의 개별적인 피스톤 압축기 요소는 각각, 압축 챔버(13) 내에서 축방향으로 전후로 이동 가능하며 그리고 조인트 구동 샤프트(5) 및 회전 모터(6)에 의해 구동되는, 피스톤(10)을 구비하고, 개별적인 운동학적 전달수단(20)이, 피스톤(10)을 구동하기 위해, 이러한 구동 샤프트(5)와 적어도 2개의 개별적인 피스톤 압축기 요소(3) 각각과의 사이에 제공되며, 그리고 이상에 언급된 상보적 선형 전자기적 구동기(25)가, 적어도 2개의 피스톤 압축기 요소(3)의 각각을 위해 제공되는 것인, 복수 스테이지 피스톤 압축기인 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
18. 제17항에 있어서,
    피스톤 압축기는, 조인트 구동 그룹(2) 및 그에 장착되는 2개 이상의 개별적인 피스톤 압축기 요소(3)로 모듈형으로 구성되고, 구동 그룹(2)은, 조인트 구동 샤프트(5)가 그 내부에 지지되는 하우징(4)을 포함하며, 그리고 2개 이상의 개별적인 피스톤 압축기 요소(3)의 개별적인 운동학적 전달수단(20), 및 가능하게는 개별적인 피스톤 압축기 요소(3)의 피스톤(10)과 연결하기 위한 피스톤 로드(18)를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    조인트 구동 샤프트(5)는, 볼 베어링(33)에 의해 구동 그룹(2)의 하우징 내에서 지지되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    벨트 구동기(7)가, 구동 샤프트(5)와 회전 모터(6) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    30 kW 초과의 최대 압축 출력을 갖는 피스톤 압축기(1)인 것을 특징으로 하는 피스톤 압축기.
22. 작동될 때, 회전 모터(6)에 의해 구동되는 운동학적 전달수단(20)에 의해 압축 챔버(13) 내에서 상사점과 하사점 사이에서 축방향(X-X')으로 전후로 주기적으로 이동되는, 피스톤(10)을 구비하는, 피스톤 압축기 요소(3)에 의해 기체를 압축하는 방법으로서,
    피스톤(10)은 부가적으로, 피스톤(10)의 전후 이동의 주기의 적어도 일부의 도중에, 상보적 전자기적 선형 구동기(25)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제22항에 있어서,
    피스톤(10)은, 적어도 압축 챔버(13) 내의 압력이 가장 높은 피스톤(10)의 압축 행정의 페이즈 도중에, 전자기적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    압축 행정 또는 압축 행정의 일부의 도중에, 요구되는 압축 출력의 적어도 20 내지 30%가, 상보적 선형 전자기적 구동기(25)에 의해 공급되며, 그리고 나머지가 회전 모터(6)에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축 행정 또는 압축 행정의 일부의 도중에, 요구되는 압축 출력의 적어도 80 내지 90%가, 상보적 선형 전자기적 구동기(25)에 의해 공급되며, 그리고 나머지가 회전 모터(6)에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
    

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