(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状媒質もしくは極低温で液化された媒質用の多段ピストン圧縮機であり、共同して駆動するために１個の共有されたドライブトレインと相互作用する少なくとも２個の圧縮機段を有し、各圧縮機段が、前記ドライブトレインと機械的に連結されて、縦方向に移動し得るように圧縮機シリンダ内に配置されているピストンを１個ずつ有する圧縮機であって、
各圧縮機段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）のピストン（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）それぞれは圧縮機シリンダ（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）内にある非圧縮性の液体から成る液柱（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）に接続されており、
該液柱は、前記ピストン（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）の往復動を圧縮機シリンダ（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）内に配置されている圧縮機ピストン（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）の運動に、それらピストンが縦方向に移動し得るように変換し、及び前記液柱（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）が、圧縮機ピストン（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）の圧縮機行程（ＶＨ）を変更するために排出路（１５）と接続し得ることを特徴とする多段ピストン圧縮機。
【請求項２】
前記液柱（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）を前記排出路（１５）に接続するための１個ずつの弁装置（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項３】
圧縮機シリンダ（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）がそれぞれ１個ずつの分岐排出管路（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）によって１個の集合排出管路（２１）と接続されており、前記分岐排出管路（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）内には１個ずつの弁装置（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）が設置されていることを特徴とする請求項２に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項４】
弁装置（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）が制御弁、特に遮断位置と流通位置とを有する滑り弁またはボール弁として設計されていることを特徴とする請求項２または３に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項５】
前記弁装置（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）が電子制御装置（４１）によって作動され得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項６】
集合排出管路（２１）が、１個の容器（２０）、特にプリテンション圧が加えられている容器に接続されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項７】
少なくとも１個の追加弁装置（５０Ａ）が集合排出管路（２１）内または分岐排出管路（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）内に設置されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項８】
前記追加弁装置（５０Ａ）がオーバーフロー弁（５１Ａ）、特に圧力安全弁として設計されていることを特徴とする請求項７に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項９】
前記追加弁装置（５０Ａ）が制御弁（５２Ａ）、特に圧力制御弁として設計されていることを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１０】
前記追加弁装置（５０Ａ）が流量制御弁として設計されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１１】
ドライブトレイン（４）が、駆動モータ（５）によって駆動されている１個のクランク軸または偏心軸（６）を含んで成り、ピストン（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）がそれぞれの連結棒（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ）によって前記クランク軸または偏心軸（６）に連結されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１２】
液柱（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）が１個の供給源（２５）と接続され得ることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１３】
前記供給源（２５）が容器（２０）に通じる１基の供給ポンプ（２６）を含んで成り、該供給ポンプは１個の供給管路（２７）を経由して送液し、前記圧縮機シリンダ（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）はそれぞれの分岐供給管路（２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ）によって供給管路（２７）に接続されており、前記分岐供給管路（２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ）にはそれぞれ１個ずつの弁装置（２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ）が組み込まれていることを特徴とする請求項１２に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１４】
圧縮機段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の多段ピストン式圧縮機。
【請求項１５】
圧縮機段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１６】
圧縮機（１）がイオン性圧縮機として設計されており、該圧縮機内ではそれぞれの圧縮機段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に対応する圧縮機ピストン（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）が、圧縮機シリンダ（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）内にあるイオン性操作液の液柱（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ）と接触していて、媒質（Ｍ）を圧縮するために使用されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１７】
液柱（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）と排出路（１５）との接続が、ドライブトレイン（４）の駆動を継続しながら、１個の圧縮機段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）または複数個の圧縮機段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を部分的もしくは完全に不作動化することを可能にすることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【請求項１８】
複数個ある圧縮機段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）すべての液柱 （９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）と排出路（１５) との接続が、ドライブトレイン (４）の駆動を継続しながら、圧縮機（１）の緊急時シャットダウンを開始することを可能にすることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の多段ピストン圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２個の圧縮機段(Verdichterstufen)を有し、ガス状もしくは極低温で液化された媒質用の多段ピストン圧縮機に関するものであり、該圧縮機段が、共同の原動力となるための、共有される１個の動力伝達系 (ドライブトレイン) との相互作用によって駆動し、各圧縮機段が、それぞれ上記動力伝達系と機械的に連結され、かつ１個の圧縮機シリンダ内に配置されて縦方向に移動し得るピストンを１個ずつ有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の一般的な多段ピストン圧縮機は、特許文献１によって知られている。
【０００３】
このような圧縮機は、水素、窒素、あるいは気体または液体状態の天然ガスのようなガス状もしくは液状の媒質を圧縮するために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２００６  ０４２  １２２  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な多段圧縮機では、個々の圧縮機段に所属するピストンが１個の共有ドライブトレインと連結されており、かつ上記個々の圧縮機段に所属するピストンが機械的に上記ドライブトレインと連結されており、圧縮機段に所属する複数個のピストンはドライブトレインによって共同して駆動され、ドライブトレインが作動する時、それぞれのピストンは一定のピストン行程で往復動を行う。各圧縮機段に対応するそれぞれのピストンは、対応する圧縮機段内に蓄積される媒質の圧力を受ける。ある圧縮機段が、同時並行的に圧縮機としての力を発揮せずに、例えば部分的負荷範囲で、もしくは無負荷状態で作動している場合、同時並行的に作動し往復動を行っているピストンに作用する媒質の蓄積圧力によって余分のエネルギー必要量が発生し、この必要量はピストンを駆動させるドライブトレインによって供給されねばならない。それに加えて、同時並行的に作動しているピストンによる蓄積圧力がドライブトレインに負荷を加え、その結果として、特にある圧縮機段の部分負荷運転中もしくは無負荷運転中には、ドライブトレインに不均一な負荷が加えられることになる。さらに、部分負荷もしくは無負荷状態で同時並行的に作動している圧縮機段に所属するピストンに割り振られている構成部品、たとえば圧縮機シリンダ内のピストンをシールするシール手段、該ピストンの取り付け部材、及び圧縮される媒質の吸入弁及び圧力弁などに負荷が加わり、機械的摩耗が生じる。さらに、同時並行的に作動している圧縮機段のピストンの往復動によって、該ピストンと圧縮機シリンダの間の対応する二つの表面にも摩耗が生じる。
【０００６】
一般的に、多段圧縮機内の圧縮機段が段式圧縮機として直列に接続されており、ある圧縮機段の吐出側が次の圧縮機段の吸入側に接続されているならば、複数個の圧縮機段に所属する複数個のピストンが１個の共有ドライブトレインと連結され、同期して駆動されるこの種の圧縮機においては、それぞれの圧縮機段における吸入圧力範囲と圧縮比が、対応する圧縮機段のピストンによる固定された一定のピストン行程によって、狭い範囲に限定されることなる。
【０００７】
本発明の目的は、この種の多段圧縮機において、圧縮機段が互いに独立して作動することができ、かつ摩耗及びエネルギー効率の点で改良されている圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、本発明において、圧縮機段それぞれのピストンが圧縮機シリンダ内にある非圧縮性の液体からなる液柱に接続されており、該液柱が上記ピストンの往復行程運動を圧縮機シリンダ内に配置されている圧縮機ピストンの運動に変換することで該圧縮機ピストンを縦方向に変位可能とし、圧縮機ピストンの往復動行程を変更するために、液柱を１個の排出路に接続可能としたという事実によって達成される。それ故、本発明によれば、従ってドライブトレインと機械的に連結されている各圧縮機段のピストンは、液柱としての非圧縮性液体、例えば作動液によって１個の圧縮機ピストンと結合されており、該圧縮機ピストンが被圧縮媒質の圧縮に応じた圧縮機行程を実行する。各圧縮機段の液柱は、本発明による方式、すなわち該液柱を１個の排出路に接続することによって変更可能であり、互いに異ならしめることができ、そのため前記ドライブトレインによって機械的に駆動されるピストンのピストン行程が一定に固定されていても、当該ピストンに割り当てられている圧縮機ピストンの圧縮機行程は、上記ピストン行程と独立して調節することができる。このため、当該ピストンが駆動されていても、ある圧縮機ピストンを部分的に、もしくは全面的に不作動化し、それによって当該圧縮機ピストンをシャットダウンして停止させること、あるいは当該圧縮機ピストンの圧縮機行程を調節することが可能になる。従って、本発明の多段ピストン圧縮機では、１個の共有ドライブトレインによりそれぞれ独立して個別に操作可能な圧縮機段が達成され得る。その結果、本発明に従ってピストンにより駆動される作動液の液柱を圧縮機ピストンに接続することは、対応する圧縮機段の部分負荷運転を容易に可能ならしめる。さらに、液柱を１個の排出路に接続することによって、１つ以上の圧縮機段を不作動化し、該圧縮機段内の圧縮機ピストンを停止させシャットダウンして、圧縮機シリンダ内で一切の動作を行わないようにすることも可能になる。当該圧縮機ピストンの圧縮機行程をシャットダウンまたは変更することは、エネルギー効率の改善に通じる。何故なら、不作動化されている圧縮機ピストンのために駆動力を加える必要はなくなり、もしくは圧縮機ピストンの圧縮機行程をそれに応じて変更することにより、部分的負荷範囲においてドライブトレインに加わる負荷が一様になるからである。それに加えて、圧縮機ピストンがシャットダウンされることにより、ピストンと圧縮機シリンダの間の表面、ピストンのシール、及び無負荷の圧縮機段の媒質の吸入・吐出弁における機械的摩耗が軽減もしくは回避される。
【０００９】
本発明の好ましい一実施形態においては、液柱を排出路に接続すべく、１個の弁装置が設けられている。それぞれ対応する弁装置は、該弁装置によりピストンによって作動される液柱が排出路に送られて当該ピストンに所属する圧縮機シリンダを部分的もしくは全面的に不作動化するように、ドライブトレインと伝動的にリンクされているピストンによって作動される液柱と排出路との接続プロセスを簡単に制御するのに用いることができる。
【００１０】
本発明の一実施形態では、複数個の圧縮機シリンダがそれぞれ分岐した排出管路によって１個の集合排出管路と接続され、かつ前記弁装置が分岐排出管路に位置していることが特に有利である。集合排出管路と、弁装置を備えた各圧縮機シリンダに対応する分岐排出管路を、多段ピストン式圧縮機の各圧縮機段に使用して、圧縮機段に対応する圧縮機ピストンを部分的もしくは全面的に不作動化するためにそれぞれの圧縮機段に対応する作動液の液柱を排出路に個別に接続するプロセスを容易に制御することができる。
【００１１】
弁装置は、閉鎖位置と流通位置を有する制御弁、特に滑り弁または玉弁として設計されることが最適である。適切に作動させることにより、そのような制御弁は、圧縮機ピストンの動きと圧縮機行程とを制御するためにドライブトレインによって駆動されるピストンに液柱を排出路へ輸送せしめることを目的として、液柱を流通位置に向いている排出路と容易に接続するために使用できる。
【００１２】
弁装置は、電子制御装置によって操作可能とすることにより、特別な利点が得られる。弁装置の適切な作動によって、電子制御装置を用いて圧縮機の動作を容易に制御することができる。
【００１３】
集合排出管路は、１個の容器、特にプリテンション圧力が加えられた容器に接続されるのが最適である。プリテンション圧力が加えられた容器によって、液柱はある逆圧下に弁装置が開かれた時、駆動されるピストンにより容器へと輸送されるようになる。それに代わる方式では、集合排出管路に設けられたオーバーフロー弁を利用して、該集合排出管路内に特定のプリテンション圧力を得ることができる。
【００１４】
本発明のさらなる発展形態では、少なくとも1個の追加された弁装置を集合排出管路、もしくは分岐排出管路に設置することによって特別な利点が得られる。追加設置された弁装置によって、圧縮機の動作に影響を及ぼし、及び／または制御することが容易になる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、前記追加された弁装置をオーバーフロー弁、特に圧力安全弁として設計することができる。対応する分岐排出管路に1個の圧力安全弁を設置することにより、当該圧縮機段の吸入圧及び／または吐出圧を保証することができ、当該圧縮機段を、変更された吸入圧及び／または吐出圧に適応させることが可能となる。
【００１６】
本発明のもう一つの実施形態では、前記追加された弁装置を圧力制御弁及び／または流量制限弁として設計することができる。そのような追加された弁装置によって、当該圧縮機段の部分負荷的な不作動化を可能にすることが容易になる。
【００１７】
本発明の有利な一実施形態では、ドライブトレインは、１個の駆動用モータによって駆動されるクランク軸もしくは偏心軸を備え、各ピストンが、それぞれの連結棒によってクランク軸に連結されている。この場合、ピストン圧縮機は、複数個のピストンが圧縮機シリンダ内で純然たる直線運動を行い、連結棒が取付部材によってクランク軸上に配置されている直線型圧縮機 (リニアコンプレッサー) として設計することができる。それに代わる型式として、本発明の圧縮機は、複数個のピストンが圧縮機シリンダ内で振り子運動を行い、連結棒がクランク軸もしくは偏心軸に一体的に固定されているスイベルピストンの形態を有しても良い。
【００１８】
本発明の別の好ましい形態によれば、液柱は供給源に連通されても良い。供給源を用いて当該圧縮機段の液柱を容易に補充することができ、それによって圧縮機段に接続を可能とする。また、供給源によって、容易に作動液の交換と、液柱の排気を行うことが可能となる。
【００１９】
供給源は、容器に接続され、供給管路によって作動液を輸送する１基の供給ポンプを含んで成り、複数個の圧縮機シリンダがそれぞれの分岐供給管路によって１個の供給管路に接続されており、かつ分岐供給管路にはれぞれ１個の弁装置が組み込まれているのが最適である。それぞれの分岐供給管路に組み込まれている弁装置は、供給管路に作動液を供給する供給ポンプによる当該圧縮機段の液柱の補充を容易にする。
【００２０】
本発明の可能な一実施形態では、ピストン圧縮機における複数個の圧縮機段が、本発明に従って直列に接続される。少なくとも２個の圧縮機段が直列に接続されており、１個の圧縮機段の吐出口がもう１個の圧縮機段の吸入口に接続されている段式圧縮機では、１個の、またはすべての圧縮機段を本発明に記述されているような排出路と接続することにより、ある圧縮機段の部分負荷稼働を容易に可能にする。その結果、ドライブトレインに加わる負荷が均一になる。それに加えて、対応する圧縮機段を吸入圧または吐出圧に適応させることが可能であり、そのため本発明のピストン圧縮機は広い吸入圧及び吐出圧の範囲内で稼働することができる。
【００２１】
本発明の可能なもう一つの実施形態では、複数個の圧縮機段が並列に接続されている。それぞれの圧縮機段が個別の圧縮機を構成し、圧縮される媒質に応じた送出能を発揮するその種のピストン圧縮機では、本発明で説明されるように個々の圧縮機段を部分的もしくは全面的に不作動化することによって、可変かつ調節可能な送出吐出容量を容易に得ることができる。割り当てられている圧縮機段に対応する液柱を本発明に従って接続することにより、共有のドライブトレインを持ちながら可変の送出能を多段圧縮機で得る解決を実現することが容易になる。この場合、部分的もしくは全面的に不作動化される圧縮機段のそれぞれは、個別の、独立型圧縮機を構成する。そのような多段ピストン圧縮機がより高い送出能を必要とするならば、追加圧縮機段を順次接続することができる。それに加えて、本発明の圧縮機は、駆動モータの設置エンジン出力の最適利用を可能にする。圧縮された媒質の逆圧がその出力側で低ければ、複数個の圧縮機段を同時に稼働することができる。その出力側の逆圧が高ければ、あるいはブースタ運転中、エンジン出力に適応することができるように、個々の圧縮機段は容易に接続解除することができる。
【００２２】
さらに本発明の多段圧縮機の場合には、本発明で説明されているように対応する圧縮機段の液柱を排出路に接続することによって、選択された複数個の圧縮機段を個々に稼働することが可能になる。これにより、他の圧縮機段が稼働状態にない、例えばある圧縮機段が作動不良であるような場合にも、選択された複数個の圧縮機段の稼働が可能となる。本発明の多段圧縮機を構成する1個またはそれ以上の圧縮機段に故障もしくは作動不良が生じた場合には、影響を受ける圧縮機段を遮断し、正常に作動する圧縮機段を用いて圧縮機の稼働を継続することができる。
【００２３】
本発明のピストン圧縮機は、液柱によって作動する圧縮機ピストンが、圧縮されるべき媒質と直接接触し、該媒質を圧縮する態様に設計することができる。本発明の好ましいさらなる発展形態では、圧縮機はイオン性圧縮機として設計され、該圧縮機内では対応する圧縮機段の圧縮機ピストンが、圧縮機シリンダ内にあって媒質を圧縮するために使用されるイオン性操作液と接触している。そのようなイオン性圧縮機は、圧縮される媒質をイオン性液柱により排除シリンダへと排出するものであり、好ましくはガス状の媒質、例えば水素の圧縮に使用される。
【００２４】
本発明の多段ピストン圧縮機では、液柱を排出路と接続することによって、ドライブトレインの駆動が継続している間に１個もしくは複数個の圧縮機段を部分的または全面的に不作動化することが可能である。個々の圧縮機段を部分的に不作動化することにより、選択された複数個の圧縮機段を部分負荷稼働することが容易に可能となる。個々の圧縮機段を全面的に不作動化させることにより、圧縮機の出力をドライブトレインの駆動モータの設置エンジン出力に適合させること、及び／または圧縮機の可変出力を実現することが可能になる。それに加えて、個々の圧縮機段を完全に不作動化することで、ある圧縮機段が破損または作動不能状態に陥った場合にも、圧縮機の稼働を継続することが可能になる。
【００２５】
さらに本発明の多段ピストン圧縮機では、ドライブトレインが駆動を続けたままで緊急時シャットダウンを開始するように、すべての圧縮機段の液柱を排出路と接続することが可能である。本発明の多段ピストン圧縮機の場合、複数個ある圧縮機段の全ての液柱を同時に排出路と接続させて、緊急負荷制限（emergency load shedding ）を実現し、ドライブトレインを直ちに停止させる必要なしにすべての圧縮機段を不作動化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の多段ピストン式圧縮機圧縮機を示す模式図である。
【図２】本発明のさらなる発展形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明のその他の利点及び詳細を、模式図によって示されている代表的な実施形態に基づいて、より詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の多段ピストン圧縮機を示し、この典型的実施形態は４個の圧縮機段Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを含んで成る。
【００２９】
それぞれの圧縮機段Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは１個ずつの圧縮機シリンダ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内に位置し、縦方向に移動し得る１個ずつのピストン３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを含む。ピストン３Ａ〜３Ｄは、１個の共有されたドライブトレイン４と伝動的に連結されており、それによりピストン３Ａ〜３Ｄは共同して駆動される。
【００３０】
図１に例示されている実施形態では、ドライブトレイン４は駆動モータ（例えば電動機または内燃機関）５によって駆動される１個のクランク軸もしくは偏心軸６で構成され、ピストン３Ａ〜３Ｄはそれぞれ連結棒７Ａ〜７Ｄによって機械的にクランク軸６と連結されている。取り付け部材８Ａ〜８Ｄを組み込んで、それを介して連結棒７Ａ〜７Ｄがクランク軸または偏心軸６に蝶番式に取り付けられても良い。
【００３１】
本発明に従って、それぞれのピストン３Ａ〜３Ｄは、非圧縮性媒質、例えば作動液から成る液柱９Ａ〜９Ｄによって、圧縮機シリンダ２Ａ〜２Ｄ内で圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｄと接続されており、該圧縮機ピストンは圧縮機シリンダ２Ａ〜２Ｄ内を縦方向に動くことができ、圧縮されるべき媒質Ｍ、例えばガス状もしくは液状の水素を直接、あるいはイオン性媒質３０Ａ〜３０Ｄを介在させて圧縮するために使用される。模式的に図示されている密封手段は、ピストン３Ａ〜３Ｄを対応する圧縮機シリンダ２Ａ〜２Ｄに対してシールするために使用される。
【００３２】
ドライブトレイン４に動力が供給され、クランク軸６及び連結棒７Ａ〜７Ｄが運動する結果、各圧縮機段Ａ〜Ｄ内にある対応するピストン３Ａ〜３Ｄの、あらかじめ定められた上下死点間の一定したピストン行程ＫＨが得られる。
【００３３】
本発明に従って、割り当てられている圧縮機段Ａ〜Ｄそれぞれの液柱９Ａ〜９Ｄは、さらに１つの排出路１５に接続され得る。
【００３４】
この目的のために、１個の集合排出管路２１が設置されており、この集合排出管路は、容器２０に通じ、かつそれぞれの圧縮機シリンダ２Ａ〜２Ｄに、対応する１個ずつの分岐排出管路２２Ａ〜２２Ｄによって接続されている。液柱９Ａ〜９Ｄを集合排出管路２１に接続するプロセスを制御して、割り当てられている液柱９Ａ〜９Ｄの作動液を適切に排出させるために、それぞれの分岐排出管路２２Ａ〜２２Ｄには１個ずつの弁装置２３Ａ〜２３Ｄが組み込まれている。容器２０には、弱いプリテンション圧力を加えることができる。
【００３５】
弁装置２３Ａ〜２３Ｄは、流通位置と遮断位置の間で操作可能な滑り弁またはボール弁として設計することができる。
【００３６】
容器２０から圧縮機段Ａ〜Ｄのそれぞれ対応する液柱９Ａ〜９Ｄに作動液を補充するために、１個の供給源２５が備えられており、該供給源は吸入側が容器２０に接続され、加圧側の供給管路２７中に作動液を輸送する１基の供給ポンプ２６を有する。圧縮機シリンダ２Ａ〜２Ｄは、それぞれ分岐供給管路２８Ａ〜２８Ｄによって供給管路２７に接続されている。供給管路２８Ａ〜２８Ｄ内には、割り当てられた液柱９Ａ〜９Ｄ内に対応する作動液を充填するために、それぞれの弁装置２９Ａ〜２９Ｄが設置されている。弁装置２９Ａ〜２９Ｄは、流通位置と遮断位置の間で操作可能な滑り弁またはボール弁として設計することができる。
【００３７】
作動液は、弁装置２３Ａ〜２３Ｄを適切に作動させることによってそれぞれの液柱９Ａ〜９Ｄから排出することができるので、割り当てられているピストン３Ａ〜３Ｄが予め定められた一定のピストン行程ＫＨで図１の上方に向かって移動する場合、圧縮機シリンダ２Ａ〜２Ｄ中に送られるべき液柱９Ａ〜９Ｄを構成する作動液という形態の流体圧作動手段は、弁装置２３Ａ〜２３Ｄが開いていれば、一部もしくは全量が排出路１５に、したがって容器２０へと送られる。弁装置２３Ａ〜２３Ｄが開かれている場合、機械的に駆動しているピストン３Ａ〜３Ｄによって圧送される作動液の全量もしくは一部が当該ピストンに割り当てられている圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｄに達することが妨げられ、当該圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｄにはそれに応じた運動が付与される。このように液柱９Ａ〜９Ｄを構成する作動液を集合排出管路２１に送るように方向転換させることにより、問題が発生している圧縮機段Ａ〜Ｄ、したがって圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｄを部分的もしくは全面的に無負荷に切り換え、それによって不作動化させることが可能になる。この場合、ドライブトレイン４の駆動は継続し、他の圧縮機段を稼働させ続けることができる。
【００３８】
その結果、圧縮機段Ａ〜Ｄそれぞれの液柱９Ａ〜９Ｄを本発明に記述されるような態様で排出路１５と接続することにより、各圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｄの圧縮機行程ＶＨを、割り当てられているピストン３Ａ〜３Ｄの一定したピストン行程ＫＨから独立して変更することが可能になり、その場合、さらに圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｄは、圧縮機行程ＶＨをゼロとして完全にシャットダウンすることもできる。それ故、排出路１５すなわち容器２０を用いて液柱９Ａ〜９Ｄを制御することにより、圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｂを部分的もしくは全面的に不作動化することが可能になる。さらに弁装置２３Ａ〜２３Ｄを個々に作動させることにより、圧縮機ピストン１０Ａ〜１０Ｄそれぞれの圧縮機行程ＶＨを、他の圧縮機段における他の圧縮機ピストンの圧縮機行程から独立して制御し、変更することが可能になる。
【００３９】
図２は、本発明の圧縮機１の圧縮機段Ａに基づくさらなる一発展形態を図示したものである。本発明の圧縮機１における他の圧縮機段Ｂ〜Ｄも、同様に設計することができる。
【００４０】
図２の圧縮機１はイオン性圧縮機１として設計されており、この圧縮機では、相分離器として設計されていて作動液すなわち液柱９Ａ〜９Ｄによって動かされる圧縮機ピストン１０Ａは、圧縮機シリンダ２Ａ内にあり、充填レベル３１において上記圧縮機ピストン１０Ａの圧縮機行程ＶＨに対応する圧縮機行程を実行するイオン性操作液の液柱と接触している。イオン性操作液３０Ａは、排出シリンダ２Ａとイオン性操作液３０Ａによって形成される排出スペース内にある媒質Ｍを圧縮するために使用される。媒質Ｍを吸入し、吐出するために、圧縮機シリンダ２Ａに設けられた吸入弁３２Ａと排出弁３３Ａを使用することができる。
【００４１】
図２はさらに、分岐排出管路２２Ａ内に配置されている弁装置２３Ａを作動するための電気式作動装置４０Ａ、例えば磁石式または電気式のアクチュエータを示す。弁装置２３Ａは、この目的にために上記作動装置４０Ａに接続されている電子制御装置４１を用いて作動することができる。
【００４２】
図２では、分岐排出管路２２Ａ内に少なくとも１個の弁装置５０Ａが追加配置されている。この例示されている実施形態では、１個のオーバーフロー弁５１Ａ、例えば圧力安全弁、及び１個の制御弁５２Ａ、例えば圧力制御弁または圧力安全弁、が分岐排出管路２２Ａ内に追加の弁装置５０Ａとして配置されている。
【００４３】
本発明の多段圧縮機１に関連する幾つもの利点が存在する。
【００４４】
本発明の多段ピストン式圧縮機１では、１基の駆動モータ５を持つ１個の共有ドライブトレイン４を持ちながら、独立した圧縮機段Ａ〜Ｄを構成することができる。１個の共有ドライブトレイン４を有する本発明の多段ピストン式圧縮機１では、圧縮機段Ａ〜Ｄを個別に部分的もしくは全面的に不作動化し、それによって部分負荷条件または無負荷条件下で稼働することができ、あるいは個々の圧縮機ピストンだけを停止させることもできる。このためエネルギー効率が改善され、かつ不作動化されている圧縮機段を稼働するための負荷が低減される。それに加えて、ある圧縮機段の停止している圧縮機ピストンでは、例えば圧縮機ピストンのシール、及び圧縮機ピストンならびに圧縮機シリンダの表面、及び当該圧縮機段の弁などに加わる負荷と、それに起因する機械的摩耗の低減が達成される。
【００４５】
部分負荷稼働の間、個々の圧縮機段をドライブトレインから部分的もしくは全面的に切り離すことにより、さらなるエネルギー効率の向上が得られる。それに加えて、これによりドライブトレインに加わる負荷を均一に維持することが可能になる。
【００４６】
さらに、本発明中に記述されるように別個の圧縮機段を個々に不作動化することにより、圧縮機１を圧縮されるべき媒体の吸入圧及び吐出圧の変更に適応させることができる。その結果、段式圧縮機として設計されている本発明の多段ピストン圧縮機においては、これによって拡張された吸入圧範囲での稼働と、対応する圧縮機段における可変圧縮比とが可能になる。
【００４７】
対応する分岐排出管路内に１個またはそれ以上の弁装置を追加して配置することにより、圧縮機の動作に容易に影響を与え、及び／または制御することが可能となる。当該圧縮機段を不作動化する１種またはそれ以上の変法（部分負荷、圧力放出、完全シャットダウンなど）が、オーバーフロー弁、例えば圧力安全弁、及び／または制御弁、例えば圧力制御弁または流量制御弁、をある圧縮機段の分岐排出管路内に配置することによって容易に可能となる。
【図１】
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【図２】
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