(57)【要約】  本発明は、振動体（１１１）が２つの反転点（Ｕ１，Ｕ２）間にて振動し、・前記振動体（１１１）の振動運動（１１１ａ）によって、流体（１１２）の少なくとも一部の緩和と圧縮とが交互に行われ、前記振動体（１１１）は前記流体（１１２）にピストン力（ＦＭ）を加え、前記流体（１１２）は前記振動体（１１１）に流体力（ＦＦ）を加え、前記流体力（ＦＦ）と前記ピストン力（ＦＭ）との差として合成圧縮力（Ｆ＊）が定義される圧縮機（１１０）に関する。前記振動体（１１１）は第１の質量（ｍ１）を有し、第１の質量（ｍ１）を有する前記振動体（１１１）を用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値は、同一の構成の参照圧縮機（１２０）において同一の流体（１１２）を用いて参照質量（ｍｒｅｆ）を有する参照振動体（１２１）を用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値より小さく、当該参照振動体（１２１）を用いた場合の当該最大値の所定の率Ｆであり、前記第１の質量（ｍ１）は、前記参照質量（ｍｒｅｆ）の、前記所定の率に応じたパーセンテージだけ大きく、前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値は、前記参照振動体（１２１）を用いて、当該参照振動体（１２１）の有効断面積（Ａ）を縮小するとした場合、同様に前記所定の率Ｆに減少する値である。
2016515679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体（１１１）が２つの反転点（Ｕ１，Ｕ２）間にて振動する圧縮機（１１０）であって、
・前記振動体（１１１）の振動運動（１１１ａ）によって、流体（１１２）の少なくとも一部の緩和と圧縮とが交互に行われ、
・前記振動体（１１１）は前記流体（１１２）にピストン力（ＦＭ）を加え、
・前記流体（１１２）は前記振動体（１１１）に流体力（ＦＦ）を加え、
・前記流体力（ＦＦ）と前記ピストン力（ＦＭ）との差として合成圧縮力（Ｆ＊）が定義される
圧縮機（１１０）において、
・前記振動体（１１１）は第１の質量（ｍ１）を有し、
・前記第１の質量（ｍ１）を有する前記振動体（１１１）を用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値は、同一の構成の参照圧縮機（１２０）において同一の流体（１１２）を用いて、かつ参照質量（ｍｒｅｆ）を有する参照振動体（１２１）を用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値のうち所定の率（Ｆ）であり、
・前記第１の質量（ｍ１）は、前記参照質量（ｍｒｅｆ）より、前記所定の率に応じたパーセンテージだけ大きく、
・前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値は、前記参照振動体（１２１）を用いて、当該参照振動体（１２１）の有効断面積（Ａ）を縮小するとした場合、同様に前記所定の率（Ｆ）に減少する値である
ことを特徴とする圧縮機（１１０）。
【請求項２】
・前記振動体（１１１）は、前記２つの反転点（Ｕ１，Ｕ２）間において振動周波数で振動し、
・前記第１の質量（ｍ１）を有する前記振動体（１１１）と前記振動周波数とを用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の前記最大値は、同一の構成の参照圧縮機（１２０）において同一の流体（１１２）を用いて、かつ参照質量（ｍｒｅｆ）を有する参照振動体（１２１）と参照周波数（ｍｒｅｆ）とを用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の前記最大値のうち所定の第２の率であり、
・前記振動周波数は、前記参照周波数より、前記所定の第２の率に応じた第２のパーセンテージだけ大きく、
・前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値は、前記参照振動体（１２１）と前記参照周波数とを用いて、当該参照振動体（１２１）の有効断面積（Ａ）を縮小するとした場合、同様に前記所定の第２の率に減少する値である、
請求項１記載の圧縮機（１１０）。
【請求項３】
前記第１の質量（ｍ１）を有する前記振動体（１１１）を用いた場合、前記合成圧縮力（Ｆ＊）の前記最大値は、前記圧縮機（１１０）の駆動装置（１１５）により生成される駆動力（ＦＡ）の最大値より小さい、
請求項１または２記載の圧縮機（１１０）。
【請求項４】
前記圧縮機の前記駆動装置（１１５）はリニアモータである、
請求項３記載の圧縮機（１１０）。
【請求項５】
前記振動体（１１１）は往復ピストンであり、
および／または、
前記圧縮機（１１０）は往復ピストン型圧縮機である、
請求項１から４までのいずれか１項記載の圧縮機（１１０）。
【請求項６】
前記所定の率（Ｆ）は０．２から０．９までの間である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の圧縮機（１１０）。
【請求項７】
前記パーセンテージは、０％を上回りかつ３００％以下の値を有し、とりわけ５０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％または３００％の値を有する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の圧縮機（１１０）。
【請求項８】
前記所定の第２の率の値は、０．２から０．９までの間であり、かつ、前記第２のパーセンテージは、０％を上回りかつ３００％以下の値を有し、特に５０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％または３００％の値を有する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の圧縮機（１１０）。
【請求項９】
・振動体（１１１）が２つの反転点（Ｕ１，Ｕ２）間にて振動し、
・前記振動体（１１１）の振動運動（１１１ａ）によって、流体（１１２）の少なくとも一部の緩和と圧縮とが交互に行われ、
・前記振動体（１１１）は前記流体（１１２）にピストン力（ＦＭ）を加え、
・前記流体（１１２）は前記振動体（１１１）に流体力（ＦＦ）を加え、
・前記流体力（ＦＦ）と前記ピストン力（ＦＭ）との差として合成圧縮力（Ｆ＊）が定義される
圧縮機（１１０）の設計方法において、
・第１の質量（ｍ１）を有する前記振動体（１１１）を用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値は、同一の構成の参照圧縮機（１２０）において同一の流体（１１２）を用いて、かつ参照質量（ｍｒｅｆ）を有する参照振動体（１２１）を用いた場合の前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値のうち所定の率（Ｆ）となるように、当該振動体（１１１）の当該第１の質量（ｍ１）を選択し、
・前記第１の質量（ｍ１）は、前記参照質量（ｍｒｅｆ）より、前記所定の率に応じたパーセンテージだけ大きく、
・前記合成圧縮力（Ｆ＊）の最大値は、前記参照振動体（１２１）を用いて、当該参照振動体（１２１）の有効断面積（Ａ）を縮小するとした場合、同様に前記所定の率（Ｆ）に減少する値である
ことを特徴とする設計方法。
【請求項１０】
前記合成圧縮力（Ｆ＊）を低減するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧縮機（１１０）または請求項９記載の設計方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体が２つの反転点間にて振動する圧縮機、圧縮機の設計方法および圧縮機の使用であって、当該振動体の振動運動によって流体の少なくとも一部（デッドスペース容積の寸法に相当する）の緩和と圧縮とを交互に行い、当該振動体は当該流体にピストン力を加え、当該流体は当該振動体に流体力を加え、これにより生じる合成圧縮力は、前記流体力と前記ピストン力との差として定義される圧縮機、圧縮機の設計方法および圧縮機の使用に関する。
【０００２】
従来技術
ガスの密度は、標準状態では比較的非常に低く、ガスを効率的に貯蔵できるようにするためには、使用可能な貯蔵スペース内においてガスの質量を増大させる必要がある。ガスの質量の増大は、体積が一定である場合の理想的なガスの熱状態方程式に従い、ガス圧を上昇させるかまたはガスの温度を減少させることによって行うことができる。ガスの効率的な貯蔵は、たいてい、ガス圧を上昇させることによって実現される。
【０００３】
たとえば水素は、自動車用の燃料としてその重要度を一層増してきている。ボイルオフガスの形態の水素の隔離手段は限られており、これにより生じる水素の損失によって、自動車では水素はたいてい、高圧ガス貯蔵器内に保管される。
【０００４】
ガス圧の上昇を実現できる圧縮機は種々存在し、たとえば往復ピストン型圧縮機がある。原理に起因して、このような圧縮機の最大生成可能な力は制限されている。たとえばリニアモータ等の電動機を用いて圧縮機を駆動する場合、最大生成可能力は、電動機の最大到達可能な駆動力によって制限される。
【０００５】
ガス圧の上昇は、合成圧縮力の上昇を伴う。この合成圧縮力は、圧縮機によってガスに加わるピストン力と、ガスによって圧縮機に加わるガス力との差として定義される。
【０００６】
合成圧縮力が上昇すると、負荷が高くなるということになり、これにより、圧縮機にて使用される材料に課される要求が厳しくなる。圧縮機の最大生成可能力が制限されている場合、合成圧縮力を構造的に小さく抑えることが非常に重要になる。よって、圧縮機の最大生成可能力がガス力の限界となり、ひいては、圧縮機の吐出量にもなる。
【０００７】
所望の密度に達した圧縮流体は、圧縮機内から取り出され、その過程において新たな未圧縮の流体が圧縮機へ供給される。圧縮機内から取り出される圧縮流体の量が、圧縮機の吐出量を決定する。
【０００８】
たとえば往復ピストン型圧縮機内では、摩擦力が無視できる程度に小さい場合、合成圧縮力の低下を同じガス圧で、往復ピストンの有効断面積の縮小により行うことができる。
【０００９】
しかし、往復ピストンの有効断面積を縮小すると、これに付随して圧縮機の吐出量の低下も生じてしまう。
【００１０】
よって、吐出量の損失を甘受する必要無く、合成圧縮力を低下させることができ、これにより圧縮機にかかる負荷と要求とを小さくできる圧縮機を実現するのが望まれている。
【００１１】
発明の開示
前記課題は、独立請求項にて特定した本発明の圧縮機と、方法と、当該圧縮機の使用とによって解決される。本発明の圧縮機内では、振動体が２つの反転点間において振動する。第１段階において、第１の方向への振動体の運動により流体が圧縮され、第２段階において、前記第１の方向とは逆方向である第２の方向への当該振動体の運動により、当該流体が緩和される（デッドスペース容積の寸法に相当する一部）。このとき、振動体はピストン力（慣性質量の質量力とモータ／駆動力とから成る）を流体に加え、流体は流体力を振動体に加える。その合成圧縮力は、流体力とピストン力との差として定義される。
【００１２】
振動体は第１の質量を有し、当該第１の質量を有する当該振動体を用いた場合の合成圧縮力の最大値は、同一の構成の参照圧縮機において同一の流体を用いて参照質量を有する参照振動体を用いた場合の合成圧縮力の最大値より小さく、当該参照振動体を用いた場合の当該最大値のうち予め定められた率Ｆである。
【００１３】
前記第１の質量は、前記参照質量より、前記予め定められた率に依存するパーセンテージだけ大きい。参照振動体を用いる場合、前記合成圧縮力の最大値は、当該参照振動体の有効断面積を縮小することにより、前記予め定められた率Ｆに減少する。
【００１４】
発明の利点
本発明では、前記合成圧縮力の最大値を低下できるのは振動体の有効断面積の縮小だけではなく、振動体の質量の増大によっても合成圧縮力の最大値が低下するという認識が得られた。本発明の基礎となる認識は、振動体の質量を増大させることにより、振動体の有効断面積を縮小することによる減少率に等しい率だけ、合成圧縮力の最大値を減少できるということである。
【００１５】
よって本発明では、振動体は第１の質量を有し、当該第１の質量は参照質量より所定のパーセンテージだけ大きく、第１の質量を有する振動体を用いた場合に生じる合成圧縮力の最大値は、参照質量を有する参照振動体を用いた場合の合成圧縮力の最大値の、予め定められた率Ｆに小さくなる。参照質量を有する参照振動体は、本発明の圧縮機と同一構造を有する参照圧縮機において用いられる。その際には、本発明の圧縮機にて用いられる流体と、参照圧縮機において用いられる流体とは同じである。参照質量に対する第１の質量のパーセンテージは、前記予め定められた率Ｆに依存する。
【００１６】
参照圧縮機における参照振動体の有効断面積が縮小すると、当該参照振動体を使用したときの合成圧縮力も、上記予め定められた率Ｆに減少する。
【００１７】
合成圧縮力の最大値は、第１段階と第２段階との間の反転点において必ず生じなければならないわけではなく、振動質量力（または一般的にピストン力）が重畳されることに起因してシフトし得る（図２ｂの実施例を参照されたい）。
【００１８】
振動体の質量を本発明にしたがって参照振動体より増大させることにより、合成圧縮力の最大値が減少する。振動体の質量が増大すると、当該振動体の慣性力が増大する。よって、振動体の振動運動の死点である反転点を克服するのが容易になる。これにより、振動体に及ぼされる流体の作用は低減し、この作用の低減によって合成圧縮力が低減する。直観的にいうと、振動体の質量の増大は、内燃機関で動作する自動車におけるフライホイールと同一の効果を有する、ということである。
【００１９】
本発明では第１の質量は、合成圧縮力の最大値を規定通りに所望値にまで低減させるように選択される。たとえば、参照振動体を備えた参照圧縮機の合成圧縮力の最大値の仕様は、予め定められたものとすることができ、当該最大値は、許容最大値を、または駆動装置により生成可能な最大力値を上回ることができる。よって、参照圧縮機が前記予め定められた仕様等を満足するためには、参照圧縮機の合成圧縮力の最大値を、予め定められた率Ｆに減少しなければならない。したがって参照振動体は、上記予め定められた率Ｆに応じた所定のパーセンテージだけ大きい、適切に選択された第１の質量を有する振動体と「交換」される。
【００２０】
振動体の質量を参照振動体よりも増大させることにより、参照振動体の有効断面積を縮小させる場合とは対照的に、吐出量の損失が生じなくなる。本発明により、吐出量の損失を甘受する必要なく、合成圧縮力を参照圧縮機より有効に小さくすることができ、これにより、圧縮機にかかる負荷および要求を、参照圧縮機より有効に小さくすることができる。このことにより静止時間を長くすることができ、保守間隔を長くすることができる。その際には、参照圧縮機の複雑、面倒または高コストの構成変更を行う必要はなく、参照圧縮機の構成を引き続き使用することができる。参照振動体を高質量の振動体に交換するだけでよく、この交換によって大きなコストが生じることはない。
【００２１】
本発明の圧縮機により、同一構成の参照圧縮機と比較して、圧縮された流体の最大吐出量を多くし、かつ、最大流体圧を増大することができる。なおかつ、参照圧縮機よりたとえば駆動力または質量力が小さい本発明の圧縮機の圧縮された流体の流体圧を、参照圧縮機と同じとし、かつ、吐出量を参照圧縮機と同じとすることができる。
【００２２】
とりわけ、振動体の密度と参照振動体の密度とは等しい。よって、振動体の体積は参照振動体の体積より大きい。これに代えて択一的に、振動体と参照振動体とは、それぞれ異なる密度の材料から成り、等しいおよび／または異なる体積を有することができる。
【００２３】
有利には、振動体の質量を増大させると共に、または振動体の質量の増大に代えて、振動体の振動運動の振動周波数を上昇させる。この択一的な実施態様については、個別の保護が明示的に留保される。これにより、振動体の速度の最大値が上昇する。（増大した）第１の質量と（増大した）振動周波数とを用いて振動体を使用した場合の合成圧縮力の最大値は、参照圧縮機において参照質量と参照周波数とを有する参照振動体を使用した場合の合成圧縮力の最大値の、予め定められた第２の率まで減少する。前記第２の率は、予め定められた前記第１の率より大きい。
【００２４】
振動周波数は、参照周波数より第２のパーセンテージだけ大きく、当該第２のパーセンテージは前記予め定められた第２の率に応じたものである。本発明の１つの特に有利な実施形態の圧縮機の振動体の質量は参照振動体より大きく、参照振動体より高い周波数で振動する。このようにして、増大した慣性力の作用をさらに増幅させることができる。
【００２５】
その際には第１の質量を、上記でも説明したように、参照振動体の、前記予め定められた率に応じたパーセンテージだけ大きくすることができ、これにより、参照圧縮機の合成圧縮力の最大値が当該予め定められた率に減少する。参照圧縮機の合成圧縮力の最大値をさらに、総じて前記予め定められた第２の率にまで低減するためには、さらに、振動周波数を参照周波数より上昇させることができる。直観的にいうと、このように振動周波数を上昇させることにより、参照振動体が振動体に交換されたことによって、圧縮力の最大値の粗調整を行うことができ、参照周波数を振動周波数まで上昇させることによって、圧縮力の最大値が、予め定められた所定の値に達するまで微調整を行うことができる。
【００２６】
また、第１の質量と振動周波数とを互いに依存して選択することも可能である。参照振動体を備えた参照圧縮機の圧縮力の最大値を、予め定められた第２の率に低減しようとする場合、前記第１の質量と振動周波数との双方をそれぞれ、参照振動体ないしは参照周波数を基準として、当該予め定められた第２の率に応じたパーセンテージだけ増大させる。
【００２７】
本発明の上記実施形態では、振動体の質量を単に増大させる他に択一的に、第１の質量と振動周波数との双方を適切に選択することにより、場合によっては互いに依存して選択することにより、合成圧縮力の最大値をよりフレキシブルに、かつより大きな余裕をもって、予め定められた仕様に合わせて調整することができる。
【００２８】
有利には、第１の質量と、場合によっては前記振動周波数とを有する振動体を用いた場合の合成圧縮力の最大値は、圧縮機の駆動装置により生成される駆動力の最大値より小さい。振動体の質量を増大させること、ないしは、振動体の周波数の増大をさらに行うことにより、圧縮機の限られた最大到達可能な駆動力の合成圧縮力の最大値で十分となる程度にまで、合成圧縮力の最大値を減少させることができる。流体の圧縮により生じる圧縮力は、本発明により、当該生じる圧縮力を圧縮機の駆動装置が生成ないしは補償できる程度まで低減することができる。
【００２９】
有利には、前記振動体は往復ピストンとして構成され、および／または、前記圧縮機は往復ピストン型圧縮機として構成される。しかし、本発明は往復ピストン型圧縮機に限定すべきものではない。本発明は基本的に、動作を遂行するために、２つの反転点の間で振動する振動体の質量を利用する圧縮機であれば、ないしは一般的に装置であれば、どの圧縮機ないしは装置にも適用することができる。
【００３０】
本発明はたとえば、互いに入り組んで設けられた２つの螺旋体が互いに逆方向に回転運動するスクロール式圧縮機にも適している。たとえば偏心部材を用いて、前記２つの螺旋体を回転運動させることが可能である。前記２つの各偏心部材において、２つの反転点間にて振動する振動体が直線振動運動を行う。この直線運動を、螺旋体の回転運動に変換することにより、最終的には流体が圧縮および緩和される。よって、本発明はたとえば、スクロール式圧縮機を併用して動作する偏心部材の振動体にも適用することが可能である。
【００３１】
実際には、合成圧縮力の最大値を、参照圧縮機の合成圧縮力の対応する値の予め定められた率Ｆに減少させるように努めることができる。この率は有利には、０．２から０．９までの値をとることができる。よって、圧縮力は参照圧縮力の２０％から９０％にまで減少する。有利なのは、５０％前後の値、または、７０％から８０％までの間の値である。
【００３２】
そのために必要とされる、参照質量を基準とした質量の増大率は、有利には最大約３００％である。とりわけ、前記第１の質量は参照質量より５０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％または３００％大きい。特に有利なのは、１００％から２００％までの間の範囲である。
【００３３】
第２の率については、上記にて第１の率について記載した事項が適用可能である。振動周波数を上昇させることにより、既に実現された第１の率の圧縮力の減少をさらに、上記第２の率にまで減少させることができる。こうするためには、振動周波数を参照周波数より第２のパーセンテージ増大させる。この第２のパーセンテージについても、上記にて記載した第１のパーセンテージの値を適用することが可能である。特に有利なのは、５０％から１５０％までのパーセンテージである。
【００３４】
たとえば質量を２倍にすると、合成圧縮力を初期値の約７０％にまで低減させることができるが、振動周波数を２倍にするだけでは、元の値の約８０％までしか低減させることができない（下記実施例を参照されたい）。
【００３５】
本発明はさらに、圧縮機の設計方法にも関し、当該設計方法では、振動体の質量を上述のように規定通りに、所定のパーセンテージだけ増大させる。このパーセンテージは、‐上記にて詳細に述べたように‐合成圧縮力の最大値の減少率に依存する。本発明の当該設計方法の実施形態は、本発明の圧縮機の上記記載事項と同等のものである。当該圧縮機の本発明の使用についても、同様のことが当てはまる。
【００３６】
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態の圧縮機（図１ａ）と、２つの参照圧縮機（図１ｂ，１ｃ）とを示す概略図である。
【図２】本発明の前記実施形態の圧縮機により得られる力を、時間を横軸として概略的に示す図である。
【００３８】
本発明の圧縮機の有利な実施形態を図１ａに概略的に示しており、符号１１０を付している。本実施例では、圧縮機は往復ピストン型圧縮機１１０として構成されている。
【００３９】
リニアモータ１１５が往復ピストン型圧縮機１１０を駆動する。このリニアモータ１１５は、最大で駆動力ＦＡを生成することができる。この生成した力ＦＡを用いて、リニアモータ１１５は往復ピストン型圧縮機１１０の振動体を駆動する。振動体は往復ピストン１１１として構成されている。この往復ピストン１１１は第１の質量ｍ１と有効断面積Ａとを有する。リニアモータ１１５が往復ピストン１１１に加える力ＦＡによって、往復ピストン１１１はシリンダ１１３内において振動運動を開始し、２つの反転点Ｕ１およびＵ２間において振動する。このことは、双方向矢印１１１ａによって示されている。往復ピストン１１１の振動運動１１１ａが行われる周波数は、リニアモータ１１５によって事前に定まる。
【００４０】
第１段階では、ピストン１１１は第２の反転点Ｕ２から第１の反転点Ｕ１へ運動し、これにより流体１１２を圧縮する。第２段階では、ピストン１１１は第１の反転点Ｕ１から第２の反転点Ｕ２へ移動し、これにより流体１１２（デッドスペース容積の寸法に相当する一部）を緩和する。流体１１２は流入路１１４ａを介してシリンダ内に流入し、流出路１１４ｂを介してシリンダ内から流出することができる。振動運動１１１ａ中、ピストン１１１は流体１１２にピストン力ＦＭを加え、流体はピストン１１１に流体力ＦＦを加える。合成圧縮力Ｆ＊は、ピストン力ＦＭと流体力ＦＦとの差である。
【００４１】
往復ピストンの振動運動１１１ａの段階に応じて、生じる力の向きはその都度変化するので、図１では、その都度の力を双方向矢印によって示している。
【００４２】
図１ｂに参照圧縮機を概略的に示しており、符号１２０を付している。この参照圧縮機も往復ピストン型圧縮機である。この参照往復ピストン型圧縮機１２０の構成は、往復ピストン１１１を参照往復ピストン１２１の形態の参照体に交換したのみで、他は、往復ピストン型圧縮機１１０と同一である。参照往復ピストン１２１の有効断面積（直径４２ｍｍ）および密度は往復ピストン１１１と等しいが、参照往復ピストン１２１の体積はより小さいので、参照往復ピストン１２１は、第１の質量ｍ１より小さい参照質量ｍｒｅｆを有する。参照往復ピストン１２１もリニアモータ１１５によって、２つの反転点Ｕ１およびＵ２の間において振動運動１２１ａを開始し、これによって参照往復ピストン１２１も同様に、流体１１２の緩和（デッドスペース容積の寸法に相当する一部）と圧縮とを交互に行う。
【００４３】
第１の質量ｍ１が参照質量ｍｒｅｆより大きいことにより、往復ピストン型圧縮機１１０の合成圧縮力Ｆ＊の最大値は、参照往復ピストン型圧縮機１２０の合成圧縮力Ｆ＊の最大値の予め定められた率Ｆに減少することとなる。第１の質量ｍ１は参照質量ｍｒｅｆより、前記率Ｆに依存するパーセンテージだけ大きい。
【００４４】
合成圧縮力Ｆ＊の最大値を上述のように率Ｆに減少させることは、参照往復ピストン１２１の有効断面積Ａを縮小することによっても実現できる。これについては、図１ｃにおいて第２の参照往復ピストン型圧縮機１３０を概略的に示しており、この第２の参照往復ピストン型圧縮機１３０は、前記有効断面積Ａより小さい有効断面積Ａ２（直径１６ｍｍ）を有する第２の参照往復ピストン１３１を備えている。第２の参照往復ピストン１３１と同様、第２の参照往復ピストン型圧縮機１３０の第２のシリンダ１３３の断面積はシリンダ１１３の断面積より小さい。第２の参照往復ピストン型圧縮機１３０もリニアモータ１１５によって駆動され、振動運動１３１ａによって流体１１２の圧縮と緩和（デッドスペース容積の寸法に相当する一部）とを交互に行う。この第２の参照往復ピストン型圧縮機１３０の合成圧縮力Ｆ＊の最大値は、往復ピストン型圧縮機１１０の合成圧縮力Ｆ＊の最大値に等しい。
【００４５】
本実施例（図２参照）において計算および設計される圧縮機の具体例は、以下の通りである：
参照圧縮機：mref=16 kg, f=10 Hz = fosz= fref, |F*1max@10 Hz |= 12.33 kN,
質量２倍：m1=2 x mref, |F*2max@10 Hz |=8.9 kN,
質量２．５倍：m1=2.5 x mref, |F*3max@10 Hz|=7.35 kN
【００４６】
注：質量の増大とＦ＊の減少との関係は線形ではない。質量の増大は常に、各全システム個別に行わなければならず、よって、各システムを総括して一般化することはできない。基本的に、増大が好適であるのは、時間／角度に対して推移する、振動するピストン力の各時点の大きさの最大値が、同様に時間／角度に対して推移する、参照圧縮機の合成圧縮力の大きさの最大値以下になる程度までであるいうべきである（それ以上力加算しても、有利な結果にはならない）。
【００４７】
これまでは、すべての運動１１１ａ，１２１ａおよび１３１ａが等しい周波数で行われる事例のみを検討してきた。以下、参照往復ピストン１２１の振動運動１２１ａないしは第２の参照往復ピストン１３１の振動運動１３１ａの各運動が参照周波数ｆｒｅｆで行われる事例を検討する。それに対し、往復ピストン１１１の振動運動１１１ａは振動周波数ｆｏｓｚで行われ、参照周波数ｆｒｅｆは振動周波数ｆｏｓｚより低い周波数である。これに対応する、往復ピストン型圧縮機１１０の合成圧縮力Ｆ＊の最大値は、本実施例においても第２の参照往復ピストン型圧縮機１３０の合成圧縮力Ｆ＊の最大値に等しく、参照往復ピストン型圧縮機１２０の合成圧縮力Ｆ＊の最大値の第２の率にまで減少する。振動周波数ｆｏｓｚないしは第１の質量ｍ１はそれぞれ、参照質量ｍｒｅｆないしは参照周波数ｆｒｅｆの、前記第２の率に応じたパーセンテージだけ大きい。
【００４８】
本実施例（図２参照）において計算および設計される圧縮機の具体例は、以下の通りである：
参照圧縮機：mref =16 kg, fosz=5 Hz = fref, |F*1max@5 Hz |=14.93 kN,
周波数１．５倍：fosz =7.5 Hz, |F*2max@7.5 Hz |=13.84 kN；
周波数２倍：fosz =10 Hz, |F*3max@10 Hz |=12.33 kN
【００４９】
注：周波数の増大とＦ＊の減少との関係は線形ではなく、周波数の増大は常に、各全システムごとに個別に行わなければならないので、各システムを総括して一般化することはできない。基本的に、増大が好適であるのは、時間／角度に対して推移する、振動するピストン力の各時点の大きさの最大値が、同様に時間／角度に対して推移する、参照圧縮機の合成圧縮力の大きさの最大値以下になる程度までであるというべきである。それ以上力加算しても、有利な結果にはならないからである。
【００５０】
図２に、本発明の一実施形態の圧縮機において検出される２つのグラフを概略的に示している。この具体例では、図１ａに示した往復ピストン型圧縮機１１０を用いることを前提としており、往復ピストン１１１の第１の質量ｍ１は５０ｋｇの値を有している。両反転点Ｕ１およびＵ２間の距離であるストロークは１２０ｍｍであり、振動運動１１１ａの振動周波数は１０Ｈｚであり、当該振動運動１１１ａの周期は１００ｍｓである。リニアモータ１１５が生成できる最大駆動力は１３．８ｋＮである。
【００５１】
図２ａに、図１ａに示した往復ピストン型圧縮機のピストン力と、生じた流体力とを示す。縦軸には力を示しており、横軸には時間ｔを示している。
【００５２】
同図において曲線２１０は、第１段階中に流体１１２がピストン１１１に加える第１の流体力ＦＦ１を示しており、曲線２２０は、第２段階中に流体１１２がピストン１１１に加える第２の流体力ＦＦ２を示す。曲線２３０はピストン力ＦＭを示す。時点ｔ１およびｔ３では、往復ピストン１１１は反転点Ｕ１に存在し、第１段階から第２段階に移行する。これらの時点において、流体１１２の圧縮は最大になる。時点ｔ０，ｔ２およびｔ４では、往復ピストン１１１は反転点Ｕ２に存在し、第２段階から第１段階に移行する。これらの時点において、流体１１２の緩和は最大になる。
【００５３】
参照質量ｍｒｅｆに対して第１の質量ｍ１を本発明にしたがって増大させることにより、両反転点Ｕ１およびＵ２において生じる第１の流体力ＦＦ１および第２の流体力ＦＦ２の大きさの最大値を低減させることができる。破線２１１ないしは２２１は、参照質量ｍｒｅｆを有する参照往復ピストン１２１を備えた参照往復ピストン型圧縮機１２０の、両反転点Ｕ１およびＵ２における第１の流体力ＦＦ１ないしは第２の流体力ＦＦ２の推移を示す。この具体例では、第１の流体力ＦＦ１の大きさの最大値は２０．５ｋＮの値まで減少する。第２の流体力ＦＦ２の大きさの最大値は、１２．１ｋＮの値まで減少する。既に説明したように、第１の質量ｍ１の本発明による増大は直観的にいうと、内燃機関のフライホイールと同一の効果を有し、ピストン１１１の慣性力を増大させる。よって、第１の流体力ＦＦ１および第２の流体力ＦＦ２の曲線の極値は、参照往復ピストン１２１に対し「切り取られた」状態となる。
【００５４】
図２ｂは、図２ａと同様のグラフである。同図中、曲線２４０は流体力ＦＦを示しており、これは、第１の流体力ＦＦ１と第２の流体力ＦＦ２との和である。曲線２５０は合成圧縮力Ｆ＊を示しており、これは、前記流体力ＦＦとピストン力ＦＭとの差である。同図によれば、第１の流体力ＦＦ１および第２の流体力ＦＦ２の大きさの最大値を低減することにより、流体力ＦＦの最大値も低減する。本実施例では、第１の反転点における合成圧縮力Ｆ＊の最大値は７．５ｋＮであり、よって、この合成圧縮力Ｆ＊は１３．８ｋＮの最大駆動力より小さい。
【００５５】
ここで留意すべき点は、往復ピストン型圧縮機１１０と参照往復ピストン型圧縮機１２０とを同一のリニアモータ１１５によって、同一の最大生成可能駆動力ＦＡかつ同一の周波数で動作させると、同一の駆動力ＦＡでより大きな質量を運動させなければならないので、質量力の振幅ひいては最大値が増大し、この増大によって、ピストン力ＦＭの振幅ひいては最大値が増大することである。第１の質量ｍ１を増大させることによる合成圧縮力Ｆ＊の最大値の本発明の減少は、これにより生じる、質量力ＦＭの最大値の増大より必ず大きくなければならないわけではなく、また小さくなければならないわけでもない。
【００５６】
すなわち、図２ｂ中の曲線２５０から分かるように、大きさが比較的大きい複数の値が存在する。質量力の増大により、元の最大値が低減するのに対し、この事例では、大きさが大きい他の値は増大し、圧縮プロセス中の「新たな」最大値となる。このようにして、質量力増大と元の最大圧縮力の低減との線形の関係は失われる。
【符号の説明】
【００５７】
１１０        圧縮機、往復ピストン型圧縮機
１１１        振動体、往復ピストン
１１１ａ      振動運動
１１２        流体
１１３        シリンダ
１１４ａ      流入路
１１４ｂ      流出路
１１５        リニアモータ
１２０        参照圧縮機、参照往復ピストン型圧縮機
１２１        参照体、参照往復ピストン
１２１ａ      振動運動
１３０        参照圧縮機、参照往復ピストン型圧縮機
１３１        参照体、参照往復ピストン
１３１ａ      振動運動
１３３        シリンダ
２１０，２２０，２３０，２４０，２５０  力グラフ
２１１，２２１  参照往復ピストン型圧縮機の流体力推移
Ａ，Ａ２    有効断面積
Ｕ１，Ｕ２  反転点
ＦＭ        ピストン力
ＦＦ        流体力
Ｆ＊        合成圧縮力
ＦＡ        駆動力
ｍ１        第１の質量
ｍｒｅｆ    参照質量
Ｆ          率
ｆｒｅｆ    参照周波数
ｆｏｓｚ    振動周波数
【図１ａ】
2016515679.tif 000003
【図１ｂ】
2016515679.tif 000004
【図１ｃ】
2016515679.tif 000005
【図２ａ】
2016515679.tif 000006
【図２ｂ】
2016515679.tif 000007
【国際調査報告】
2016515679.tif 000008
2016515679.tif 000009
2016515679.tif 000010
2016515679.tif 000011
2016515679.tif 000012
2016515679.tif 000013