JP2002147344A - 液体用往復ポンプ及び液体を圧送する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 往復ポンプの利点を活かしつつ従来の往復ポ
ンプの欠点をなくす。 【解決手段】 往復ポンプ１０は閉鎖内部区画室１８を
具備するシリンダ１４を含む。ピストンアセンブリ１２
は対向直線方向に往復動可能に区画室内に取り付けられ
る。線形磁気駆動装置５０はピストンアセンブリを対向
直線方向に掃引容積だけ移動させるための直線移動磁場
を派生する。シリンダとピストンアセンブリの間に区画
室を分配室２０と蓄積室２２に分割するシール部材１７
を設ける。入口導管３０は分配室と連通し、ピストンア
センブリが分配ストロークにおいて掃引容積分を移動し
たときに圧送液体を区画室外へ指向させるべく出口導管
３２が分配室と連通する。エネルギ貯蔵放出媒体は蓄積
室と連通し、ピストンアセンブリが区画室の分配端から
離れる方向に移動した結果のエネルギを貯蔵し、ピスト
ンアセンブリが分配端に向かう方向に移動するときに貯
蔵されたエネルギを放出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は往復ポンプに関し、
特に、リニアモータ式駆動装置を具えた種々のタイプの
往復ポンプ及びこの往復ポンプによって液体を圧送する
方法に関する。最も好ましくは、本発明のポンプは密閉
式往復ポンプであり、本発明の方法はこの密閉式ポンプ
によって液体を圧送する方法である。

【０００２】

【従来の技術】往復ポンプは、多くの分野、特に液体の
流量が低く（例えば１５ｇｐｍよりも低い）、必要な液
圧上昇が高い（例えば５００ｐｓｉよりも高い）環境で
の使用に非常に適している。圧力上昇が低く流量が高い
ことが必要な分野の場合には、その構造が簡単なこと、
コストが安いこと及び保守の必要性が少ないことから、
単段遠心ポンプが望ましい。しかし、往復ポンプは、遠
心ポンプに比べて熱力学的効率が１０％〜３０％も高
い。往復ポンプは多くの分野において好ましいが、欠点
や限界も有している。

【０００３】例えば、従来の往復ポンプは、回転運動を
直線運動に変換するスライダ／クランク機構などの公知
の機械的機構を介し、回転駆動機構によって直線方向に
駆動されるのが一般的である。これらの駆動システム
は、多数の軸受、グリースやオイルによる潤滑、駆動装
置からベルトやギヤによる回転速度の減速装置、速度の
安定化のためのフライホイール、保護安全ガードその他
の機械的装置などを必要とし、これら全てはポンプの構
成を複雑にすると共にコストを上昇させる。更に、これ
らの従来の構成においては、各作動サイクル時の時間の
経過に伴うピストンの運動（例えば一般的には正弦波運
動）のように、ピストンのストローク長は一定である。
この結果、ストロークの中間近傍でピストンの速度はピ
ークとなり、これによってピストンの吸引ストローク時
にポンプに入る液体のベルヌーイ効果による圧力低下と
動的損失水頭による圧力低下とのピークが決まり、それ
によって所要の有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨ）が決まる。

【０００４】ＮＰＳＨが不充分な場合には、ポンプは機
械的損傷を受ける。特に、ポンプに入った位置において
液体が蒸発すると、蒸気の泡が発生する。この蒸発した
液体が引き続いて圧縮されると泡が激しく潰され、その
結果、衝撃波が発生して最終的にはポンプの構成部品を
損傷する恐れがある。したがって、ポンプ設備で利用可
能なＮＰＳＨはポンプの所要ＮＰＳＨよりも充分に大き
いことが重要である。

【０００５】ＮＰＳＨが低くてすむポンプ構成は、据え
付ける場合の融通性が大きく、据え付けコストを低減す
ることができる。更に、所要ＮＰＳＨが低いと、キャビ
テーションに対する余裕が大きくなり、したがって、入
口部における作動条件が仕様から外れた場合の作動の信
頼性が高くなる。

【０００６】往復ポンプの所要ＮＰＳＨは、入口管路及
び入口弁における液体管路内での加速度圧力低下や速度
に起因する圧力低下などの、局部的な流入吸込圧力を低
減させる傾向のある要因（ベルヌーイ効果や動的損失水
頭）によって決められる。シリンダとピストンの寸法、
ならびに入口弁の寸法及びピストンのピーク速度が、最
小所要ＮＰＳＨを設定する上で重要な要因である。特
に、シリンダ、ピストン及び入口弁の寸法が大きければ
大きいほど、低いポンプ速度が許容される。その結果、
所要ＮＰＳＨはそれだけ低くなる。先に述べた通り、低
いＮＰＳＨで足りるポンプ構成では、据付において高い
融通性が得られ、キャビテーションに対して大きい余裕
も得られる。両方とも実に望ましい属性である。

【０００７】従来の往復ポンプにおけるスループットを
減じる方向での速度調整（すなわち流量ターンダウン）
は主に、ポンプのフライホイールの寸法と電動機式駆動
装置の寸法によって制限される。従来の往復ポンプは、
固定されたモータ電源交流（ＡＣ）周波数と固定された
公称ポンプ速度で作動されるのが代表的である。ポンプ
速度を下げるために可変周波数駆動装置などを使ってモ
ータへの電源交流周波数を調整する場合は、ターンダウ
ンにおいて全設定ポンプ速度及び全設定流量の５０％に
制限されるのが代表的である。ポンプフライホイールの
機能は、ポンプの各ストロークサイクル時の速度変動又
は速度リプルを最小限に抑えることである。これは、各
サイクル時にポンプシャフトとフライホイールの間の運
動エネルギを吸収及び放出することによって実現され
る。ポンプの周期速度変動は公称速度を僅かに上回った
り下回ったりする。これは速度リプルと呼ばれている。
速度リプルが生じると、各ストロークサイクルのさまざ
まな位置でモータトルクが増大したり減少したりする結
果となる。このトルクの変動がモータ引抜電流の変動を
生じさせ、これは、極端な場合には過熱によってモータ
に有害となりかねない。モータ引抜電流のピークを求め
る上で鍵となる要因は、速度変動の割合である。所定の
フライホイールの寸法とモータの寸法に対し、速度リプ
ルの割合は減速された速度に対する設定速度の比の平方
ずつ増大することに注目すべきである。加えて、モータ
速度が下がるにつれて、モータを適宜冷却するモータフ
ァンの能力も下がる。これらの要因が組み合わさってほ
ぼ５０％のターンダウン限界を形成する。この限界を下
げるために、モータ冷却ファンに別個の電源を設ける、
ポンプモータフレームの寸法をかなり大きめにする、ポ
ンプフライホイールの寸法を大きめにするなど、特別な
策を講じることができる。しかしながら、これらの特別
な策には相当の費用がかかる。ポンプ速度を下げるその
他の手段、例えばシーフ径可変式のベルトシステム又は
その他の機械的な速度比調節法などは、摩耗増大、すべ
り増大、過大なピーク負荷破損などの問題を伴う。

【０００８】比較的大きな動作流量ターンダウンが要求
される場合、従来のポンプであれば、再循環モード又は
循環オン／オフモードにおいて貯留タンクを使って作動
されるのが一般的である。ポンプ周囲に再循環流を通す
方式は、ポンプ動力に極端な無駄の生じる可能性がある
上、再循環路、再循環弁、冷却器及び制御装置を必要と
することから、追加コストがかかり、複雑さが増す。貯
留タンクの使用も、システムの費用を増大させ、過分な
空間を必要とし、ポンプシステムの作動と保守を複雑に
する。

【０００９】従来の往復ポンプにはもうひとつ、ピスト
ンとポンプシリンダの間に効果的なシールを設ける必要
があるという欠点がある。このようなシールは、ピスト
ンリングの動的シールにより提供されるのが代表的であ
る。しかしながら、このようなシールを設けたとして
も、多少の漏洩は避けられないのが一般的であり、多く
の場合、漏洩した材料の処分又はリサイクルという厄介
な問題に直面する。

【００１０】従来の往復ポンプでは、ピストンリングの
摩耗がポンプの保守修理の第一の原因となるケースが多
い。これは部分的に、ポンプ吐出圧力とピストン背側の
漏液収集圧力の間の全差圧を密封することから生じるも
ので、これにより、かかるシールが急速に摩耗すること
になる。特に、背側圧力はポンプ入口圧力に等しいかそ
れよりも低いことが多く、これにより、ピストンリング
シールを横断する方向にきわめて大きな圧力低下が生じ
る。この圧力低下が今度はピストンリングの摩耗を早め
る原因となる。

【００１１】往復ポンプの入口弁と出口弁は典型的に
は、可能な限り長い寿命を達成すると同時にポンプの高
いサイクル速度を受容する特殊構成の流体作動式逆止弁
である。ただ、こうした特殊構成の弁をもってしても、
弁の破損がしばしばポンプ誤作動の原因となる。往復ポ
ンプの設定速度は、所要の体積流量とポンプシリンダ内
のピストンの掃引容積に基づいている。より大きい掃引
容積のピストンをより低い速度で動かすためにはそれだ
け大きいポンプ寸法と大きな資本コストが必要とされる
ので、実際のところこれまでは、往復力、ピストンリン
グ摩耗速度及び所要ＮＰＳＨから許容最高速度で作動す
る小型ポンプを据え付けてきた。代表的には２００〜６
００ｒｐｍの範囲内といったそのような高い速度が、弁
寿命を縮めている。

【００１２】よって、上に述べた従来の往復ポンプの欠
点を持たない往復ポンプを獲得し、合わせて従来の往復
ポンプの利点を現実に増大させるのが望ましい。本発明
の往復ポンプは、（１）弁、ピストンリング、ロッドパ
ッキンなどの摩耗部品の保守、（２）ＮＰＳＨの低い用
途におけるポンプキャビテーション損傷による保守、
（３）プロセス流からの圧送流体の漏洩、（４）ポンプ
周囲への圧送流体の漏洩、（５）据付構成のための高い
所要ＮＰＳＨ、（６）圧送流体及びポンプ周囲の潤滑汚
れ、（７）高い資本コスト、（８）据付に必要な空間、
（９）露出可動部品がもたらす危険、を含む従来の往復
ポンプの構成上の欠点を最小限に抑え、又はなくすもの
である。本発明をもってすれば、上に述べた欠点は最小
限に抑えられるか又はなくされ、同時に、高い熱力学的
効率などの従来の往復ポンプの長所が増進される。

【００１３】これまで利用できなかった本発明の往復ポ
ンプの有益な面には、（１）全設定圧力のもとでの設定
流量の０％から１００％までの可変流量、及び向上した
効率、（２）極低温液体圧送用途に適した冷態待機状態
におけるより少ない熱漏れ、（３）低減された速度にお
ける増強された出力圧能力、が含まれる。

【００１４】往復ポンプの性能を高めようとする従来の
試みでは、焦点が３つの領域に絞られていた。すなわ
ち、従来のスライダ／クランク駆動式の往復ポンプの寸
法を改良すること、極低温型及び／又は密閉型の往復ポ
ンプ構成において革新的な開発を図ること、及び、リニ
アモータ動力式の往復ポンプ構成に転換することであっ
た。

【００１５】従来のスライダ／クランク駆動式の往復ポ
ンプの寸法決めを改良する点に関しては、従来必要とみ
なされていたものよりも大きい掃引容積を有するように
ポンプ寸法を大きくしようと試みられた。より大きいポ
ンプを採用すれば、ポンプコストは増大するが、所定の
流れを送り出すのに必要なポンプサイクルの数が減少す
ることによって摩耗部分の保守の手間が減る、不十分な
ＮＰＳＨによる損失が少なくなることによって保守コス
トが下がる、高い所要ＮＰＳＨを満たすための設備コス
トが下がる（例えば高さの低いタンクで足りる）、さら
に、作動速度が低くかつ入口弁と出口弁の圧力低下損失
が減少するために熱力学的効率が上がる、という利益が
得られる。

【００１６】しかしながら、より大型のポンプの使用か
ら生じる上述の利得は、（１）ポンプ資本コストの増
大、（２）密封すべきピストンの直径が大きくなる分、
圧送流からの流体漏洩量が増す、（３）必要とされるロ
ッドシールの直径が大きくなる分、ポンプ周囲からの流
体漏洩量が増す、（４）使用部品の大型化により一般的
な設備コストが上がる、（５）使用部品の大型化により
所要空間が増す、（６）予備品の費用が増す、（７）よ
り大きな設備を扱うために保守要員の人件費が増す、と
いったことを犠牲にして獲得されるものである。

【００１７】上に列挙した利益と損失を比較対照した結
果、往復ポンプの大型化の程度に制限が加えられること
になった。

【００１８】極低温型往復ポンプの開発には、（１）米
国特許第４，７９２，２８９号で開示されたような新し
い動的シールの採用、（２）米国特許第４，７９２，２
８９号、第５，５１１，９５５号及び第５，５７５，６
２６号で開示されたような入口弁及び／又は出口弁の構
成変更、（３）米国特許第４，３９６，３６２号及び第
４，３９６，３５４号で開示されたような熱漏れ減少の
構成、（４）米国特許第４，２３９，４６０号、第５，
５１１，９５５号及び第５，５７５，６２６号で開示さ
れたような所要ＮＰＳＨを下げるための第二の（又は多
重の）予圧縮室の導入、及び（５）米国特許第４，３９
６，３６２号、第４，３９６，３５４号及び第５，５１
１，９５５号で開示されたような所要ＮＰＳＨを下げて
体積効率を高めるための副冷却機構の導入、が含まれて
いた。しかしながら、上に列挙した改良のどれも、密閉
構成を採用していない（すなわち、圧送された液体のポ
ンプ周囲環境への漏洩を防止するための動的シールがな
い）。

【００１９】米国特許第４，３６５，９４２号が、圧送
すべき液体ヘリウムの極端に冷たい温度によって超伝導
状態に維持される電気コイルを具備する密閉式極低温ポ
ンプを開示している。この構成は、液体ヘリウムの特性
を利用している点でユニークである反面、他の流体の圧
送において幅広くは適用できない。

【００２０】先に指摘した通り、他の従来技術でリニア
モータを往復ポンプの駆動装置として提案したものがあ
る。この種の駆動装置をポンプに適用すれば、寸法のコ
ンパクト化、消費電力の低減、コストの低減、保守の手
間の減少、従来のポンプ駆動方式では達成不可能とされ
ていた場面への適用という点で有益であることが提案さ
れている。このようなリニアモータ式駆動装置は、密閉
式ポンプと非密閉式ポンプの両方に適用できることが立
証されている。リニアモータ動力式ポンプを、米国特許
第４，３５０，４７８号、第４，６８７，０５４号、第
５，１７９，３０６号、第５，４０９，３５６号及び第
５，７３４，２０９号で開示されたように、油及び水の
ダウンホール圧送での使用することはすでに開示されて
いる。

【００２１】米国特許第４，６８７，０５４号は、圧送
された液体をステータと電機子の間のモータエアギャッ
プから分離させるためにシールを採用しない湿式エアギ
ャップ構成を開示している。

【００２２】米国特許第４，３５０，４７８号、第５，
１７９，３０６号、第５，２５２，０４３号及び第５，
７３４，２０９号は、モータエアギャップを圧送された
液体から保護するためのシールの使用を開示している。
従来のシール構成の多くは、エアギャップを潤滑油や熱
移動油で満たしている。前述のポンプのほぼ全部が、ポ
ンプにより圧送される液体中に完全に浸漬された状態で
作動し、従ってまた、本発明の好適実施例で望ましいと
されるように、ポンプ周囲への漏洩を防止するために密
閉シールを使用するという点に議論の余地があるという
ことが認識されるべきである。

【００２３】密閉構成を採用するその他の電動リニアモ
ータ駆動式ポンプを、血液圧送（米国特許第４，３３
４，１８０号）、大容量低圧ガス移送（米国特許第４，
５１８，３１７号）、概念上の複動ポンプの構成（米国
特許第４，９６５，８６４号）、従来型の平面リニアモ
ータを採用する非密閉構成（米国特許第５，０８３，９
０５号）のなど多数の用途で使用することが開示されて
いる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上に述べた従来の技術
のどれも、本発明の利点の全部を有する、意図された工
業プロセス又は製品配送用途に適した密閉式ポンプ構成
を教示していない。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明のさまざまな実施
例を説明する本明細書の全体を通して使われる場合、分
配室及び／又は蓄積室、又はピストンアセンブリの運動
に関する用語である「掃引容積」は、分配ストロークか
吸引ストロークかどちらかによりピストンアセンブリの
運動によって生じた分配室及び蓄積室の流体受入領域の
容積の増分変化を指す。ピストンアセンブリの分配スト
ロークの間、分配室の流体領域の容積は、蓄積室の流体
領域の容積が増大するのとほぼ同じ量だけ次第に減少す
る。ピストンアセンブリの吸引ストロークの間、蓄積室
の流体領域の容積は、分配室の流体領域の容積が増大す
るのとほぼ同じ量だけ次第に減少する。上に述べた分配
室と蓄積室の流体領域の容積の漸進的増減は、分配室と
蓄積室の内部のピストンアセンブリがその分配ストロー
クと吸引ストロークによりそれぞれ移動するときのピス
トンアセンブリの容積の漸進的変化に等しい。シリンダ
とピストンアセンブリの間のシール部材がシリンダへの
移動に対し固定されているとき、掃引容積は、シール部
材を通過するピストンアセンブリの移動距離（分配スト
ロークか吸引ストロークかどちらかにおける）と、シー
ル部材を通過するピストンアセンブリの長さ部分の断面
積との積（×）に等しい。

【００２６】本発明の各種ポンプに関して「密閉式」又
は「密閉式に密封された」と言うとき、これは、圧送流
体とポンプ周囲の間に動的シールがないポンプであるこ
とを意味する。動的シールとは、互いに相対移動して密
封点において摺動動作を行う物体の間のシールであり、
流体が加圧領域からそれよりも低い圧力の領域に出てい
くのを防ぐ働きをする。上に述べた通り、このような動
的シールは、本発明の範囲内にある密閉式ポンプにおい
て圧送流体とポンプ周囲の間に設けられていない。

【００２７】本発明によれば、液体用往復ポンプにおい
て、端同士が互いに対向する閉鎖内部区画室を提供する
外壁を含むシリンダと、分配端及びこれに対向する端を
有するピストンアセンブリであって、前記閉鎖内部区画
室の互いに対向する端の間を該ピストンアセンブリ及び
前記シリンダの中心軸線に沿って対向直線方向に移動す
るように該閉鎖内部区画室内に可動に取り付けられてい
るピストンアセンブリと、該ピストンアセンブリと前記
シリンダの間にあって、ピストンアセンブリがシリンダ
の閉鎖内部区画室の互いに対向する両端間を、ピストン
アセンブリ及びシリンダの中心軸線に沿って、前記対向
直線方向に移動するときに動的流体シールをピストンア
センブリとシリンダの間に維持するシール部材とを具備
し、該シール部材が、閉鎖内部区画室を分配室と蓄積室
とに分割しており、前記ピストンアセンブリが前記対向
直線方向に移動する際に該ピストンアセンブリの分配端
が該分配室内に維持されるようになっており、往復ポン
プが更に、ピストンアセンブリを吸引ストロークにより
一方の直線方向に駆動するための磁場と、ピストンアセ
ンブリを分配ストロークにより他方の直線方向に駆動す
るための磁場との両方を発生させる線形磁気駆動装置
と、閉鎖内部区画室の分配室と連通してピストンアセン
ブリが液体受容吸引ストロークにより前記一方の直線方
向に掃引容積分だけ移動したときに液体を分配室内に指
向させることにより分配室の容積を満たすようにする弁
制御式入口導管と、閉鎖内部区画室の分配室と連通して
ピストンアセンブリが液体分配ストロークにより前記一
方の直線方向と反対方向の前記他方の方向に掃引容積分
だけ移動したときに圧送された液体を分配室外へ指向さ
せるようにする弁制御式出口導管と、前記線形磁気駆動
装置からピストンアセンブリに与えられる吸引ストロー
クの方向の磁気力でもってピストンアセンブリが吸引ス
トロークにより移動した結果生じたエネルギを貯蔵する
と共に、ピストンアセンブリが分配ストロークにより移
動するときに貯蔵されているエネルギをピストンアセン
ブリに向け放出し、それにより、エネルギ貯蔵放出媒体
から放出されるエネルギと、線形磁気駆動装置から与え
られる分配ストロークの方向の磁気力とで得られる複合
力でもってピストンアセンブリが分配ストロークにより
移動するようにするためのエネルギ貯蔵放出媒体とを具
備した往復ポンプが提供される。

【００２８】本発明の好適実施例では、ポンプは密閉式
ポンプである。

【００２９】本発明の好適実施例では、エネルギ貯蔵放
出媒体は、ピストンアセンブリがその吸引ストロークの
間に蓄積室の掃引容積分だけ移動したときにエネルギを
その中に貯蔵するために、蓄積室を少なくとも部分的に
満たしている。

【００３０】本発明の最好適実施例では、エネルギ貯蔵
放出媒体には、エネルギを貯蔵し放出するために弾性圧
縮又は弾性膨張が作用される。エネルギ貯蔵放出媒体は
ガス状物質であるのが最も望ましい。ガス状物質をエネ
ルギ貯蔵放出媒体として使用する場合、ガス状物質がシ
リンダの蓄積室を少なくとも部分的に満たすのが望まし
い。但し、本発明の最も広い観点内では、液体は蓄積室
内に、蓄積室内のピストンアセンブリの一部を完全に満
たすようなレベルで収容されうる。事実、本発明のある
実施例において液体が蓄積室を完全に満たすことはあり
得る。

【００３１】本発明の好適実施例では、磁気駆動装置
は、電子式電源と、ピストンアセンブリの運動を調整可
能に制御できるように電源の作動を制御するためのプロ
グラム可能なマイクロプロセッサとを含む多相リニアモ
ータである。

【００３２】プログラム可能なマイクロプロセッサは、
ピストンアセンブリ動作特性、例えば各直線方向におけ
るピストンアセンブリのストロークの長さ、各直線方向
におけるピストンアセンブリのかかる動作の時間周期、
ピストンアセンブリの往復運動の周期的速度、具体的に
は対向直線方向におけるピストンアセンブリの移動軌道
全体にわたってのピストンアセンブリの位置、速度及び
加速度などを、その周期的動作のどの時点においても調
整可能に制御できるように電源の作動を調整可能に制御
できるのが最も望ましい。加えて、ピストンアセンブリ
の動作は、その動作が行われない可変長の時間周期も含
まれるように制御することができる。これら動作のない
周期は、一サイクル内ででも、サイクルとサイクルの間
ででも、いかなるときでもいかなる場所でも、所望の通
り起こすことができる。

【００３３】本発明の一好適態様では、プログラム可能
なマイクロプロセッサは、ピストンアセンブリの各スト
ローク（例えば吸引ストローク及び分配ストローク）の
持続時間を、一方のストローク（例えば吸引ストロー
ク）の持続時間が他方のストローク（例えば分配ストロ
ーク）の持続時間と異なるように調整可能に制御する。
ポンプの好適な作動方法では、吸引ストロークの持続時
間が分配ストロークのそれよりも長い。

【００３４】本発明の別の好適態様では、プログラム可
能なマイクロプロセッサは、ピストンアセンブリの周期
的運動を、これが連続的か断続的かどちらかになるよう
に調整可能に制御する。すなわち、ポンプの作動は、ピ
ストンアセンブリの動作の休止が、一サイクル内でで
も、連続するサイクルの間ででも、いかなるときでも、
いかなる場所でも、所望（又は目標）のいかなる長さで
も設けられるように制御されることができる。各サイク
ルは、一つの吸引ストロークと一つの分配ストロークを
含む。

【００３５】本発明の好適実施例では、ピストンは、磁
気駆動装置のプログラム可能なマイクロプロセッサに電
気フィードバック信号を提供する位置センサを含む。

【００３６】本発明の最好適実施例では、線形磁気駆動
装置はステータと電機子を含み、ステータはポンプシリ
ンダの外側に隣接して位置し、電機子は、シリンダ内側
のピストンアセンブリ上に位置する。

【００３７】エネルギ貯蔵放出媒体がガス状物質である
本発明の好適実施例では、ピストンアセンブリの一方の
直線方向における動作に基づくエネルギの貯蔵を補助
し、また、ピストンアセンブリの前記直線方向と反対の
直線方向における次の動作の間にピストンアセンブリに
貯蔵されているエネルギを放出又は伝達するようにする
ために、追加の機械的なエネルギ貯蔵放出媒体（例えば
ばね、蛇腹など）を採用できる。

【００３８】本発明の好適実施例では、液体サンプが、
液体をポンプに供給するための弁制御式入口導管と連通
して設けられている。

【００３９】液体サンプが設けられている場合、液体サ
ンプは、圧送すべき液体で部分的に満たされると共に、
内部に弾性圧縮及び膨張性媒体（例えばガス）を含むア
リッジ空間を含み、これによりポンプに吸引されている
液体が一定でない脈動する流速であっても、ポンプへの
液体流の脈動が最小限に抑えられるようにする（すなわ
ち、液体をほぼ一定の流量でサンプに給送できることに
なる）のが最も望ましい。

【００４０】用途によっては、アリッジ空間が熱対流防
止性及び熱伝導防止性を有する断熱材を含み、また随意
には、サンプ内の液体表面を所望の高さに維持するのを
補助するために熱伝導要素が設けられる。

【００４１】サンプは、サンプ内の液体のレベルが所望
の高さに維持されるようにベント管路、弁及びこの弁を
作用するための液体フロートを含んでいるのが最も望ま
しい。

【００４２】本発明の好適実施例では、ポンプからの吐
出路を取外し可能な密封連結部を介しサンプの底壁セク
ションに連結する導管が設けられている。

【００４３】本発明の別の実施例では、ポンプからの吐
出路をサンプのアリッジ空間を介し連結するための導管
が設けられている。

【００４４】本発明によれば、液体サンプを、弾性圧縮
性及び膨張性媒体を受け入れるためのアリッジ空間がな
くされるように、圧送されている液体で完全に満たすこ
とができる。かかる実施例では、追加の弾性圧縮性及び
膨張性媒体、例えば液体充填式可撓性蛇腹又はダイアフ
ラム形アキュムレータが、サンプに給送される液体の脈
動が最小限に抑えられるように、すなわち液体がほぼ一
定の流量でサンプに送り込まれるように、サンプの内部
に連通した状態に保持されている。

【００４５】本発明のある実施例では、ポンプの内部区
画室の蓄積室内のエネルギ貯蔵放出媒体を構成するガス
は非凝縮性であり、かつ圧送されている液体の蒸気でな
く、ポンプは、非凝縮性ガスの制御された量をポンプに
供給しかつポンプから排出するための手段を含んでい
る。

【００４６】別の実施例では、ポンプの内部区画室の蓄
積室内のエネルギ貯蔵放出媒体を構成するガスは、圧送
されている液体の蒸気から部分的になり、圧送されてい
る液体の蒸気でない非凝縮性ガスから部分的になり、ポ
ンプは、非凝縮性ガスの制御された量をポンプに供給し
かつポンプから排出するための手段を含んでいる。用途
によっては、ガスは圧送されている液体の蒸気のみから
なるものであり得る。

【００４７】本発明の好適実施例では、ポンプは、極低
温で液化されたガスでありうる液化ガスを圧送するのに
使用され、シリンダは、液体を所望の冷たい温度に維持
するための断熱手段を分配室の領域内に含み、ガスを領
域内で所望の温かい温度に維持するための加熱手段を蓄
積室の領域内に含み、蓄積室の領域内のガスの圧力はガ
スの臨界圧力よりも低く維持される。但し、本発明の最
も広い観点によれば、蓄積室内のガスをその臨界圧力に
等しいかそれよりも高い圧力でポンプを作動できると解
するべきであろう。

【００４８】本発明の別の実施例では、ポンプ室の蓄積
室が蛇腹セクションを含んでおり、この蛇腹セクション
とエネルギ貯蔵放出媒体が連通して蛇腹セクションがピ
ストンアセンブリの吸引ストロークに応じ移動し、それ
によりエネルギが前記エネルギ貯蔵放出媒体に貯蔵され
るようになっている。

【００４９】本発明の好適実施例では、蛇腹セクション
は蓄積室の端セクションであり、エネルギ貯蔵放出媒体
（例えばばね）は蛇腹セクションの外壁と係合する。か
かる実施例では、蓄積室の蛇腹セクションを液体で満た
すことができる。

【００５０】本発明の好適実施例では、蛇腹セクション
又は部材が蓄積室内に位置し、エネルギ貯蔵放出媒体
は、前記蛇腹セクションを満たすガス状物質である。

【００５１】本発明によれば、液体を圧送する方法にお
いて、（ａ）閉鎖された端同士が互いに対向するピスト
ンシリンダの閉鎖内部区画室内を往復運動するように取
り付けられたピストンアセンブリを含むポンプを用意
し、該ピストンアセンブリは分配端及びこれと対向する
端を含み、（ｂ）電機子とステータとを含む線形磁気駆
動装置を設け、該ステータは該電機子に隣接しており、
該電機子は該ステータと協働するために前記ピストンア
センブリ上にあり、（ｃ）該ステータに変調電流を提供
してピストンアセンブリを吸引ストロークにより一方の
直線方向に駆動するための磁気力と、ピストンアセンブ
リを分配ストロークにより他方の直線方向に駆動するた
めの磁気力との両方を発生し、（ｄ）ピストンアセンブ
リとピストンシリンダの間にシール部材を設けてピスト
ンアセンブリの全直線分配及び吸引ストロークの間、シ
ールがピストンアセンブリとピストンシリンダの間に維
持されるようにし、該シール部材は、閉鎖内部区画室
を、分配すべき液体を収容する分配室と蓄積室とに分割
しており、前記ピストンアセンブリが前記対向直線方向
に移動する際に該ピストンアセンブリの分配端が該分配
室内に維持されるようになっており、（ｅ）圧送すべき
液体を分配室に導入するために、磁気力でもってピスト
ンアセンブリを吸引ストロークにより移動し、（ｆ）シ
リンダ内の液体を、シール部材の下面とピストンアセン
ブリの分配端とが該ピストンアセンブリの分配ストロー
ク及び吸引ストロークの長さ全体にわたって液体中に保
持されるようなレベルに維持し、（ｇ）磁気力でもって
ピストンアセンブリが吸引ストロークにより移動すると
きにエネルギを貯蔵し、ピストンアセンブリが分配スト
ロークにより移動するときに貯蔵されているエネルギを
ピストンアセンブリに向け放出し、それにより、エネル
ギ貯蔵放出媒体から放出されるエネルギと、線形磁気駆
動装置から与えられる分配ストロークの方向の磁気力と
で得られる複合力でもってピストンアセンブリが分配ス
トロークにより移動するようにするためのエネルギ貯蔵
放出媒体を所定位置に設ける、各段階を具備した方法が
提供される。

【００５２】本発明の好適な方法によれば、エネルギ貯
蔵放出媒体は内部区画室の蓄積室内に用意される。

【００５３】本発明の好適な方法によれば、エネルギ貯
蔵放出媒体はガス状物質であり、ピストンアセンブリの
対向側の端（すなわち分配端と反対の端）がピストンア
センブリの全分配及び吸引ストロークの間ガス状物質内
にあるようなレベルまで蓄積室を満たすのが最も望まし
い。

【００５４】エネルギ貯蔵放出媒体としてガス状物質を
使用する好適な方法では、分配すべき液体とガス状物質
の間の液体／蒸気界面が、ポンプ作動時、シール部材が
液体中に完全に浸漬される高さに形成されて維持され
る。

【００５５】本発明の好適な方法によれば、直線移動磁
場を発生させる段階は、プログラム可能なマイクロプロ
セッサにより制御される電子式電源によって提供され
る。

【００５６】本発明の好適な方法は、シリンダ内のピス
トンアセンブリの位置を決定し、その決定された位置に
応答して直線移動磁場を制御する段階を含む。

【００５７】本発明の好適な方法は、ステータと電機子
を含む線形磁気駆動装置を使って直線移動磁場を発生さ
せる段階を含む。ここで、ステータがポンプのピストン
シリンダの外側に隣接して位置されると共に、電機子が
ピストンシリンダ内側のピストンアセンブリ上に位置さ
れてステータの内面と電機子の外面の間にエアギャップ
が形成され、このエアギャップ内にピストンシリンダの
外壁が配置される。

【００５８】本発明の好適な方法は、ピストンアセンブ
リの分配ストロークか吸引ストロークかどちらか一方に
おける動作に基づくエネルギを貯蔵すると共に、ピスト
ンアセンブリの他方のストロークにおける次の動作の間
にピストンアセンブリに貯蔵されたエネルギを付与する
ためにガス状物質と追加の機械的媒体の両方を採用する
段階を含む。

【００５９】本発明の一方法によれば、蓄積室内のガス
状物質は非凝縮性であり、かつ圧送されている液体の蒸
気でなく、かかる方法は、非凝縮性ガスの制御された量
をポンプに供給し、かつポンプから排出する段階を含
む。

【００６０】本発明の一方法によれば、蓄積室内のガス
状物質は圧送されている液体の蒸気である。

【００６１】本発明の方法の別の観点によれば、蓄積室
内のガス状物質は、圧送されている液体の蒸気から部分
的になり、圧送されている液体の蒸気でない非凝縮性ガ
スから部分的になり、かかる方法は、非凝縮性ガスの制
御された量をポンプに供給し、かつポンプから排出する
段階を含む。

【００６２】本発明の好適な方法は、圧送動作中に直線
移動磁場を変調してピストンアセンブリの動作を変える
段階を含む。

【００６３】ピストンアセンブリの動作を変える好適な
方法は、ピストンアセンブリのストロークの長さ、ピス
トンアセンブリの往復運動の周期的速度、ピストンアセ
ンブリの位置、ピストンアセンブリの速度及びピストン
アセンブリの加速度のうちの一つ以上を変える段階を含
む。

【００６４】本発明の好適な方法は、圧送すべき液体を
液体サンプからピストンシリンダに提供する段階を含
む。本発明の最好適実施例では、かかる方法は、サンプ
内の液位を所望の高さに維持する段階を含む。

【００６５】液体サンプを採用する本発明の好適な方法
は、サンプを圧送すべき液体で部分的に満たし、サンプ
内のアリッジ空間内に圧縮性媒体を含む段階を含む。

【００６６】本発明の方法の別の観点によれば、サンプ
は、分配すべき液体でほぼ完全に満たされ、サンプに指
向されている液体流の脈動を最小限に抑えるために例え
ば可撓性蛇腹又はダイアフラムなどのアキュムレータが
設けられる。

【００６７】本発明の好適な方法は、圧送すべき液体が
所望の冷たい温度に維持されるように分配室の領域内で
ポンプのシリンダを断熱し、蓄積室の領域が所望の温か
い温度に維持されるように該領域を加熱して蓄積室容積
の少なくとも一部分がガス状態に維持されるようにする
段階を含む。蓄積室内のガスの圧力はガスの臨界圧力よ
りも低く維持されるのが最も望ましい。但し、本発明の
最も広い観点では、蓄積室内のガスをその臨界圧力に等
しいかそれよりも高い圧力にしてポンプを作動させるこ
とができる。かかる方法は、特に液化ガス、更に特に極
低温で液化されたガスの圧送において特に有用である。

【００６８】本発明の一方法によれば、蛇腹セクション
が、前記蓄積室内にエネルギ貯蔵放出媒体と連通するよ
うに設けられて吸引ストロークによるピストンアセンブ
リの移動により蛇腹セクションが移動させられ、それに
よりエネルギが前記エネルギ貯蔵放出媒体内に貯蔵され
るようになっている。

【００６９】かかる後者の方法の好適態様では、蛇腹セ
クションは蓄積室の端セクションであり、エネルギ貯蔵
放出媒体（例えばばね）は該蛇腹セクションと連通す
る。かかる実施例では、蛇腹セクションを液体で完全に
満たすことができる。

【００７０】本発明による方法の一実施例では、蛇腹セ
クションは蓄積室の内側に位置し、ガス状物質で満たさ
れる。ここで、このガス状物質は前記エネルギ貯蔵放出
媒体である。

【００７１】

【発明の実施の形態】本発明の好適実施例による往復ポ
ンプが、図１に符号１０で示されている。このポンプ１
０は、組合せ相手のシリンダ１４内に配置されたピスト
ンアセンブリ１２を含む密閉型ポンプである。このピス
トンアセンブリ１２はピストン１３を具え、シリンダ１
４は閉鎖内部区画室１８を提供する外壁１６を有し、ピ
ストンアセンブリ１２はこの区画室内に可動に保持され
ている。シリンダの閉鎖内部区画室１８内におけるピス
トンアセンブリの自由な運動を可能にしつつピストンア
センブリ１２を支えるためのブッシュ１５が、シリンダ
１４の外壁の内面から設けられている。このブッシュ１
５は、低摩擦係数と許容可能な摩耗性能とを有する材
料、例えば対面する摺動面に乾いた潤滑移転膜を提供す
る複合材充填テフロン（商標）その他の高分子材料な
ど、から形成されている。これら後者の材料を用いる
と、ブッシュに別の液体潤滑剤を使用する必要性がなく
なる。このブッシュ１５は必要に応じてシリンダ壁又は
ピストンアセンブリに取付けることができる。

【００７２】ピストン１３の外面とシリンダ１４の内面
との間にはピストンシール部材１７が挿入されて閉鎖内
部区画室１８が分配室２０と蓄積室２２とに区分され
る。このようにすると、分配及び復帰（吸引）ストロー
クによるピストンアセンブリ１２の上下運動の際にピス
トンシール部材１７を通過する液体の漏洩を効果的に最
小化することにより、ポンプ効率が最適化される。この
シール機能を提供するのに適した構成は当業者にとって
は自明であり、したがって本発明の最も広い観点を限定
する因子にはならない。例えば、シール機能は、ピスト
ンリング、ラビリンスシール、分割ピストンロッド型シ
ールその他の周知のシール装置によって提供されうる。
更に、シール装置はピストン１３、シリンダ１４又はそ
の両方に装着されるように構成されうる。好適実施例に
おいては、このピストンシール部材１７は静止してお
り、ピストン１３が動く領域内のシリンダ１４の内壁に
装着され、それによりピストンアセンブリ１２の往復ス
トロークの全体にわたってピストンとシリンダの内壁と
の間に効果的なシールを提供する。このピストンシール
部材１７は動的シールであり、それに印加される差圧の
方向と大きさとにより決められるそれを通過する少量の
制御された液体漏洩を伴って作動すると認識されてい
る。

【００７３】図１によれば、シリンダ１４はその両端２
４、２６が閉じられ、ピストンアセンブリ１２はそれと
組合せ相手のシリンダ１４との中心軸線２７に沿って往
復運動するように取付けられている。

【００７４】図１から判るように、圧送されるべき液体
は、好ましくはピストンアセンブリ１２の先端２８の下
の領域内のシリンダの分配室２０内に流入し、そこから
流出する。詳しくは、圧送された液体は入口導管３０を
経て区画室１８の閉鎖端２４に入り、出口導管３２を経
て閉鎖端から流出する。シリンダ１４の内部区画室１８
から出入りする流れは、それぞれ、入口弁３４と出口弁
３６によって制御される。

【００７５】好ましくは、蓄積室２２は分配室２０の断
面積と同じ断面積を有する下部セクション３８と、それ
よりも大きい断面積を有する上部セクション４０を具え
ている。

【００７６】本発明の好適実施例においては、ピストン
アセンブリの分配ストロークと吸引ストロークとの全長
にわたってピストンアセンブリ１２の頂部上方にある蓄
積室２２の拡大上部セクション４０の上部領域は、ガス
状物質によって部分的に又は完全に満たされている。最
も好ましい実施例では、上部領域は完全にガス状物質に
よって満たされている。しかし、この上部領域が部分的
にのみガス状物質で満たされている場合には、上部領域
の残りの部分はほぼ一定量の蓄積液体で占められうる。

【００７７】本発明によれば、このガス状物質は圧送さ
れるべき液体の蒸気相、別の非凝縮性ガス、又は両者の
混合物からなりうる。ピストンアセンブリ１２上方の蓄
積室２２の拡大セクション４０の上部領域内のガス状物
質は一定の弾性的圧縮性と膨張性を提供し、これによっ
て、ピストンアセンブリの各往復サイクルを通じてピス
トンアセンブリ１２の上方における圧力変化が最小化さ
れる。

【００７８】図１によれば、この上部拡大セクション４
０は、ピストンアセンブリの往復運動の各サイクルにお
ける上部空間の圧力変化を最小化するような寸法と形状
を有している。最も好ましくは、ピストンアセンブリ１
２上方のガス状物質の温度は熱移動手段４４により制御
されて上部セクション４０内に適宜なガス容積と圧力と
が維持されるようにしている。ここに採用されている特
定の熱移動手段は本発明の最も広い観点を限定する要因
にはならず、公知でかつ当業者にとって自明の様々な熱
移動源の任意の一つを採用することができる。例えば、
この熱移動手段４４には電熱要素、循環流体コイル、外
気対流システムなどが含まれる。所望に応じて又は必要
に応じ、圧送されている液体の仕様、例えば液体温度、
圧力及び蒸気圧力などに基づいてシリンダ１４の蓄積室
２２の上部セクション４０へのガス状物質の流入を制御
するためのガス導入弁４６、及び前記上部セクションか
らのガス状物質の排出を制御するためのガス排出弁４８
を使用することもできる。

【００７９】図１によれば、ポンプ１０は全体が符号５
０で示された線形磁気駆動システムを具えている。この
駆動システム５０は、ピストンアセンブリ１２を収容し
た閉鎖内部区画室１８外部において、組合せ相手のシリ
ンダ１４の外壁１６に極めて近接又は隣接したステータ
５２を具えている。このステータ５２は、ピストンアセ
ンブリ１２に印加されてピストンアセンブリに往復運動
を起こさせる磁力の源である。ステータ５２は、磁性的
に柔らかい複数の磁極片５４（好ましくは鉄製）と複数
のコイル状捲線５６（好ましくは絶縁された銅製）とで
構成されている。柔らかい極片とコイル状捲線の両者は
ほぼ環状をなし、ステータ５２の中心軸線に沿って交互
に積層されている。

【００８０】ステータ５２はピストンアセンブリ１２の
往復運動の方向に直線的に移動する磁場を発生し、この
移動磁場は周知の構成の電子部品及び電源パッケージ６
０に接続された導線５８を介してコイル状捲線５６に向
かう電流を変調することによって得られる。この電子部
品及び電源パッケージ６０は、従来型の外部マイクロプ
ロセッサ（図示しない）の一部を形成するソフトウエア
プログラムの制御下で、ステータの捲線への電流のため
の電圧と周波数の変調制御を行い、それにより直線移動
磁場を発生させてピストンアセンブリ１２をシリンダ１
４の閉鎖内部区画室１８内で両直線方向に往復運動させ
る。特に、ステータ５２の変調された磁場はピストンア
センブリ１２の一部を構成する電機子６２と作用し合
う。

【００８１】図１によれば、電機子６２は複数の永久磁
石６４と複数の磁性的に柔らかい磁極片６６（好ましく
は鉄製）とで構成されている。これらの永久磁石６４と
磁極片６６はほぼ環状をなし、電機子の中心軸線に沿っ
て中心アーバ６５上に交互に積層されている。ステータ
５２と電機子６２とは多相リニアモータを構成し、電機
子磁石の静的磁場とステータの動的磁場との相互作用に
よって、シリンダ１４の内部区画室１８内部でピストン
アセンブリ１２を往復運動させる駆動力が発生される。

【００８２】前述したように、ポンプ１０の好適実施例
においては、ステータ５２はシリンダ１４と同軸にその
外壁１６の外側に装着されている。したがって、ステー
タは、圧送されている液体又はピストンアセンブリ１２
上方のシリンダ１４の上部セクション４０に入っている
ガスで濡らされることがない。磁力線が集中して通過し
ている電機子６２の外径とステータ５２の内径との間の
環状間隙は、「エアギャップ」として知られており、図
１のステータ５２と電機子６２の部分拡大図に符号６８
で示されている。この構成では、シリンダ外壁１６はエ
アギャップ６８内に位置し、したがって非磁性材料から
形成されている。

【００８３】別の構成（図示しない）においては、ステ
ータ５２はシリンダの圧力境界の内側に装着されうる。
しかし、この構成は、ステータ５２が圧送される液体及
び／又はシリンダ１４の内部区画室１８の上部セクショ
ン４０のガスに露呈されるので、あまり好ましくない。
こうした露呈を勘案して、ステータ構成部品とこれらの
流体との間（即ちステータと液体及びステータとガスと
の間）に材料適合性を確立することが必要であり、ステ
ータ５２の構成に圧力密封作用を組み込むことが求めら
れる。

【００８４】ポンプ１０の上端には図示されているよう
に、ピストンアセンブリ１２に隣接して非接触的に磁気
歪み型位置フィードバックセンサ７２が取付けられ、ピ
ストン１３の位置及び速度を代表しかつ模式的に符号７
３で示されている電気的フィードバック信号が提供され
る。このフィードバック信号７３は電子部品及び電源制
御パッケージ６０に入力され、電子部品及び電源制御パ
ッケージ６０は次いで導体５８を通じてステータ捲線５
６に入力される電流の電圧と周波数を変調する。フィー
ドバック信号が磁気駆動システムの性能を高めるので、
このフィードバック又は「閉ループ」システムの採用
は、本発明にとって好ましいものである。しかし、フィ
ードバックシステムの採用は必須のものではなく、本発
明の最も広い観点によれば、位置のフィードバックシス
テムを備えていない「開ループ」の作動モードも採用す
ることができることを理解すべきである。

【００８５】図示されるように、ポンプ１０はほぼ垂直
方向に指向して示されており、これが最も好ましい。し
かし、シリンダの内部区画室１８の液相と気相との間に
比較的はっきりとした界面７４が維持されかつこの界面
がピストンシール部材１７上方の蓄積室２２内に存在し
ている限り、或る程度はこの垂直指向から外れてもよ
い。特に、ポンプ作動軸線２７の向きが水平に近くなる
と、内部区画室１８の蓄積室２２からピストンシール部
材１７下方の分配室２０へのガスの損失の危険性が生
じ、結局、ピストン１３が横断する仕事掃引容量へのガ
スの損失の危険性が生ずる。ピストンシール部材１７の
直ぐ上のこれら両方の流体（ガスと液体）が攪拌混合す
ると、このガスの損失が始まりうる。ピストンシール部
材１７上方での混合は、ピストンアセンブリ１２の運動
と流体同士の相対浮力に起因する流体作用とによって生
じる。シール部材１７を通過するこの気液混合物の下方
への漏洩は、このシール部材の両側の圧力差がその方向
への流体の漏洩を起こさせるように設定されると生じ
る。ピストン１３下方の分配室２０の領域へ漏洩したガ
スはポンプの吐出流内に出て行く。こうしたガス損失に
よって、蓄積室２２の上部セクション４０へのガスの補
給が必要となり、これによりポンプの作動制御が複雑に
なる。垂直指向からのポンプ作動軸線２７の偏差の許容
度合いは、蓄積室２２の上部セクション４０内のガスの
密度に対する圧送されている液体の相対密度比及びその
他の変数、例えばピストンアセンブリのストロークの長
さやそのストロークのサイクル速度などの関数である。
垂直軸線に対する傾斜指向の許容範囲に関する精密な限
界については、あまりにも多くの因子が関係しているの
で述べることができない。しかし、ポンプ１０が瞬間的
又は周期的な加速度を受ける運動をするように装着され
ている場合には、この加速度を重力加速度にベクトル的
に加算して垂直軸線からのポンプ作動軸線の偏差の許容
限界を更に限定する必要があることに留意しなければな
らない。

【００８６】最も好ましい作動モードにおいては、ピス
トン１３の往復ストロークの全体を通じて、液体／ガス
の見掛け上の界面７４はシール部材１７の上方に明瞭に
維持されている。即ち、シール部材１７の上側７５と下
側７７の両者は、ピストン１３がその往復運動の基端
（上限）と末端（下限）限界の間を移動する際に、液相
内だけに留まっている。この重要な特徴によって、シリ
ンダ１４の蓄積室２２内のガス状物質がシール部材１７
を通過して分配室２０から圧送されている液体中に入る
ことが防がれる。これは、ピストン１３が往復運動の基
端限界と末端限界の間の分配ストロークを行う際に、シ
ール部材１７の少なくとも下側７７を液相内に維持する
ことで達成される。

【００８７】界面７４の最適位置は、圧送されている液
体の実際の仕様によって決まる。特に、ステータ５２及
び電機子６２の許容可能な作動温度限界に対する分配室
２２から圧送されている液体と蓄積室２２の上部セクシ
ョン４０内のガス状物質との温度要件は、ピストンアセ
ンブリ１２の長さに沿う気液界面７４の位置を適宜に設
定する際に、留意する必要がある臨界的因子である。

【００８８】蓄積室２２内のガスと液体の圧力を一定の
水準に維持して往復運動の各サイクルにおいてピストン
シール部材１７を通過する正味の漏洩液体をほぼゼロで
あるのを確保することが重要である。詳しくは、ピスト
ンアセンブリ１２の下向きストローク即ち液体分配スト
ロークの際に、ピストンシール部材１７を通過する漏れ
は上向きであり、ピストンアセンブリの上向きストロー
ク即ち後退（吸引）ストロークの際に、この漏れは下向
であり、ピストン１３の上向きストロークの全体を通じ
てピストンシール部材１７上方の漏洩液体溜め７６から
引き出すものである。

【００８９】蓄積室２２内の漏洩液体溜め７６の高さ即
ち容量は厳密には一定ではなく、ピストンアセンブリ１
２の各往復運動のサイクルの進捗にしたがって幾分変動
する。各サイクルにおける正味のピストン漏洩がゼロに
なると、上昇も下降もしない時間的に平均された気液界
面の高さ位置又はレベル、即ちほぼ一定の高さに維持さ
れた平均的なレベルが得られる。勿論、ストロークの長
さに沿うピストンアセンブリ１２の往復運動とその結果
としてのシール部材の両側での圧力差の変動の結果、ピ
ストンシール部材１７を通過する漏洩の変動のために気
液界面７４の瞬間的な高さは、見掛け上は上昇／下降す
るであろう。しかし、前述したように、時間的に平均さ
れた気液界面レベル７４は上昇も下降もしない。

【００９０】蓄積室２２の上部セクション４０のガス状
物質の圧力を制御してピストンシール部材１７を通過す
る液体の正味の漏洩をゼロにするには、幾つかの手段が
ありうる。特に、この圧力はポンプの液体入口圧力と液
体出口圧力とのほぼ中間のレベルに制御される。蓄積室
２２の上部セクション４０のガス状物質の圧力の変化
は、ピストンシール部材１７を通過する液体の漏洩速度
に影響を与える。この漏洩は、ピストンアセンブリ１２
が上向き及び下向きにそれぞれ移動すると、上下方向に
潜在的に異なる速度で生じる。ピストンアセンブリ１２
が掃引容積を通じて移動する際の蓄積室２２の上部セク
ション４０のガス状物質の圧力と分配室２０内の圧力
は、ピストンアセンブリ１２の運動の全ての地点におけ
るピストンシール部材１７を通過して液体を漏洩させる
差圧を規定するよう作用する。分配室２０の掃引容積内
の圧力がポンプのプロセス適用分野によって固定されて
いる場合には、蓄積室２２の上部セクション４０のガス
状物質の圧力は、ピストンシール部材１７を通過する上
向き及び下向きの液体の漏洩速度を調節してピストンア
センブリ１２の各完全往復サイクルにおいて正味の漏洩
が見掛け上ゼロとなる状態を達成するように、制御され
る。ピストンシール部材１７を通って漏洩する液体は、
ピストンシール部材を横切る差圧の高い側から低い側に
向かい、漏洩の量はシール部材を横切る差圧が増加する
につれて増大する。

【００９１】ピストンアセンブリ１２上方の蓄積室２２
の上部セクション４０内のガス状物質は、エネルギ貯蔵
機能を有する。特に、ピストンアセンブリ１２のその吸
引ストロークによる上向き動作は、ピストン１３下方の
分配室２０の掃引容積に低圧液体を引き入れるのに磁気
仕事の入力をほとんど必要としない。ところが、ピスト
ンアセンブリ１２の両側の差圧は、ピストンアセンブリ
１２の上向き動作の間に線形磁気駆動システム５０から
の磁気仕事エネルギの顕著な入力を必要とする。次に続
く下向き動作、すなわち分配ストロークにおいて、液体
が出口弁３６を通って吐き出されるとき、ピストン１３
下方の圧送された液体に作用する高圧がかなりの仕事入
力を必要とする。ピストン１３の下向き動作、すなわち
分配ストロークの間に必要とされる仕事入力は、一部は
電機子６２とステータ５２の間の磁力線によって提供さ
れ、残りの仕事入力は、蓄積室２２の上部セクション４
０内の圧縮されたガス状物質の再膨張によって提供され
る。ピストンアセンブリ１２の上向きストロークの間に
入力された磁気エネルギは、蓄積室２２の上部セクショ
ン４０においてガス状物質内に圧力／体積エネルギとし
て貯蔵されているが、この磁気エネルギは下向きストロ
ークの間に放出され、ピストンアセンブリ１２に戻され
る。これにより、ピストンアセンブリ１２の上向きスト
ロークと下向きストロークの両方において磁気駆動シス
テム５０に名目上等しい負荷がかけられることになる。

【００９２】代替の実施例では、ガス状物質を使っても
使わなくても、シリンダ１４の内側上部端面とピストン
アセンブリ１２の上部端面又は基端面の間で作用する圧
縮ばねによって、ピストンアセンブリ１２の上向きスト
ローク、すなわち後退吸引ストロークの間に潜在エネル
ギを貯蔵することができる。また、上に述べた圧縮性ガ
ス状物質の代わりに又はこれに加えて、その他の機械
的、電気的又は磁気的なエネルギ貯蔵要素を使用するこ
とも、本発明の範囲内である。しかしながら、この代替
の貯蔵装置を用いると、かかる追加の要素によって複雑
さが増すので、蓄積室２２の上部セクション４０におい
てガス状物質を使用するときほど好ましくはない。

【００９３】本発明の最好適実施例によるポンプ１０
が、圧送された液体とポンプの周囲環境の間の動的シー
ルを全てなくす構成になっており、これにより密閉式構
造が提供されることに注目すべきである。

【００９４】従来の装置で使用された動的シールは、加
圧された流体を通常収容しかつ互いに相対移動する物体
間において流体が加圧領域からそれよりも低い圧力の環
境領域に流出するのを防ぐ働きをする。従来の往復ポン
プにおいて、定置物体は典型的にはポンプハウジング用
シールであり、可動物体はピストンロッドである。ピス
トンロッドは、ポンプハウジングに入り込んで機械的仕
事を流体に伝える。このような動的シールの使用は、本
発明の密閉式装置から排除される。但し、本発明の最も
広い観点によれば、往復ポンプは密閉式ポンプであるこ
とを要求されない。

【００９５】往復運動を行うピストンアセンブリ１２
は、上に述べた通り、電磁式手段によって形成される磁
力線によって駆動される。特に、ピストンアセンブリ１
２の動作は多重外部磁場の変調によって生じせしめられ
る。外部磁場の変調は、磁場を形成する電流の変調によ
って達成され、この変調により、ピストンアセンブリ動
作の可変制御が可能となる。これには、ピストンアセン
ブリの移動軌跡全体を通じて、対向する直線方向におい
て、その周期的動作のすべての時点で行われるピストン
アセンブリの直線ストロークの長さ、ピストンアセンブ
リの運動周期、ピストンアセンブリの位置、ピストンア
センブリの速度及びピストンアセンブリの加速度の調整
可能な可変制御が含まれる。

【００９６】好適作動モードでは、リニアモータは、ピ
ストンアセンブリ１２の吸引ストロークと吐出（分配）
ストロークをそれぞれ完成させるために相異なる時間周
期が形成されるように作動される。ここで、吸引ストロ
ークは好ましくは吐出（分配）ストロークよりも低速で
ある。

【００９７】別の好適作動モードでは、プログラム可能
なマイクロプロセッサは、ピストンアセンブリの周期的
運動を、連続的か断続的かどちらかになるように調整可
能に制御する。すなわち、任意の所望の時間のピストン
アセンブリの動作の休止を、ピストンアセンブリの任意
のサイクル内又はサイクルとサイクルの間において、様
々な箇所で設けられるように、ポンプの作動を制御する
ことができる。ここで各サイクルは、一つの吸引ストロ
ークと一つの分配ストロークを含む。

【００９８】本明細書において先に言及した通り、本発
明の最も広い観点によれば、リニアモータは、プログラ
ム可能なコントローラを通じてピストンアセンブリ動作
の多数の相異なる属性を変えるのに使用することができ
る。

【００９９】図２によれば、本発明による密閉式往復ポ
ンプの第２の実施例が符号１００で図示されている。

【０１００】密閉式往復ポンプ１００は、特に温度が周
囲温度よりも低くかつ周囲温度では蒸気の状態でしか存
在しない液体（例えば工業用液化ガス、代表的には窒
素、酸素、アルゴン、水素、ヘリウム、メタンなど）を
圧送できるように構成されている。かかる構造では、ピ
ストンシール部材１７上方の蓄積室２２の上部セクショ
ン１０２におけるガス圧力を制御するための好適な方法
は、圧送されている液相を沸騰させることである。これ
により、蓄積室２２の上部セクション１０２が、圧送さ
れている液体の蒸気相でほぼ完全に満たされる。蓄積室
２２の上部セクション１０２内に余分の蒸気が介在する
場合、液体／蒸気界面１０４は、閉鎖されたシリンダ１
０８の極低温端部１０６と往復するピストンアセンブリ
１１０とに向け下降されて再配置される。これにより、
介在蒸気の一部が、熱勾配領域１１２の下端でより低い
表面温度に晒される。これによって再凝縮が引き起こさ
れ、この再凝縮によって介在蒸気が減少され、液体／蒸
気界面１０４が元の高さまで上昇させられる。

【０１０１】逆に、上部セクション１０２内に介在する
蒸気が不足する場合、液体／蒸気界面１０４は自動的に
上昇し、これにより、ピストンシール部材１７上方の液
相は熱勾配領域１１２においてより高い表面温度に晒さ
れることになる。これによって液体の蒸発が引き起こさ
れ、これにより、上部セクション１０２において蒸気が
補充されることになる。

【０１０２】上の説明から、上部セクション１０２内の
介在蒸気量の制御が、閉鎖されたシリンダ１０８及びそ
れ内のピストンアセンブリ１１０の長さ全体にわたって
の熱勾配の制御に基づくものであることが明らかであろ
う。

【０１０３】上部セクション１０２内のガス状物質の全
部又は大部分が圧送されている液体からの蒸気によって
構成され、かつピストンアセンブリ１１０上方の圧力が
圧送されている液体の臨界圧力よりも高くなっているこ
れらの場合では、明瞭な液体／蒸気界面は存在しなくな
る。特に、かかる臨界圧力よりも高い圧力のもとでは、
流体温度が上昇する熱勾配方向において流体密度が減少
する勾配が存在する。この後者の場面では、冷たくかつ
高密度の「液体状流体」が、温かくかつ低密度の「ガス
状流体」と混ざり合うことにより、ポンプの作動に影響
が及ぼされる。液体状ゾーンとガス状ゾーンの間の熱勾
配の長さを増大させてかかる流体の混合が最小限である
のを確保し、伝導によって許容可能な熱伝達を確保し、
安定した温度プロフィルにおける残留混合によって許容
可能な熱伝達を確保するなど、ポンプ構成を適応させて
前記問題を解決しなければならない。

【０１０４】上に述べた「臨界圧力」が、どんな温度で
でも液相と気相との明瞭な分離が見られない流体の圧力
であることに注目すべきである。この臨界圧力よりも低
い圧力のもとでは、気相から液相への凝縮の明瞭な状態
が液化温度（沸騰温度としても知られている）で現れ、
液体／蒸気界面が生じることになる。

【０１０５】線形磁気駆動装置の電機子１１４及びステ
ータ１１６（図２に概略的に示されているが、ポンプ１
０に採用された電機子６２及びステータ５２と同一の構
造であり得る）は、好適には、電気抵抗損失と渦電流損
によって発生した熱（図２に波矢印１１８で示された）
が周囲にはねかえされると共に、圧送された液体にはは
ねかえされないように、周囲温度よりも幾分高い温度で
作動する。極低温液体に入力された熱が熱力学的なポン
プ効率を引き下げ、流入流体の所要ＮＰＳＨを引き上げ
ることに注意すべきである。

【０１０６】図２から省略されているが、ポンプ１００
に採用された磁気駆動システムはポンプ１０に採用され
た線形磁気駆動システム５０と同一であり得ると解する
べきであろう。すなわち、ポンプ１００に採用された線
形磁気駆動システムは、ポンプ１０に採用された電機子
６２及びステータ５２とほぼ同一の構造の電機子及びス
テータに加えて、ポンプ１０に採用された電子装置及び
電源パッケージ６０とほぼ同一の外部マイクロプロセッ
サ制御式電子装置及び電源パッケージを含んでいてよ
い。その上、ポンプ１００におけるパッケージの電気出
力の制御は、ポンプ１０におけるパッケージ６０の電気
出力の制御と同じであってよく、これはソフトウェアプ
ログラムによるのが望ましい。加えて、ポンプ１００に
採用された駆動システムは、ポンプ１０に採用されたの
と同じタイプの位置フィードバックシステムを含んでい
てよい。

【０１０７】本明細書において先に言及した通り、ＮＰ
ＳＨは、入口液体静圧と、液体入口温度におけるその液
体の蒸気圧力との差であり、静止液体の高さで表され
る。ＮＰＳＨが不充分であると、液体がポンプ入口セク
ションで沸騰する。この沸騰から生じた蒸気の泡が、次
いで圧送プロセスにおける加圧の間に激しく潰れ、その
結果、衝撃波が液体中に音響的に伝達される。これが、
ポンプの機械的構成部品を損傷する原因となることがあ
る。従って所要ＮＰＳＨの低いポンプ構成が、液体レベ
ルが低く従って有効ＮＰＳＨが低い容器からの圧送を可
能にする上で望ましいと理解すべきである。

【０１０８】ピストンシール部材１７下方の分配室２０
は、ポンプにおいて液体／蒸気界面１０４のレベルを適
宜制御するのに必要な熱勾配を確保するために、極低温
の温度に維持されなければならない。ポンプ１００の吸
込を、直接、極低温液体入口供給管路（図示なし）に施
すことも、極低温入口サンプ１２０から施すこともでき
る。入口液体１２２の副冷却の量が低い場合にはサンプ
の使用が望ましい。本明細書に言う「副冷却」の量は、
入口液体の温度と、入口圧力におけるその液体の沸騰温
度との差を意味する。

【０１０９】本発明によれば、入口サンプ１２０は、ポ
ンプへの入口にかかる液体の圧力に関し構成された圧力
容器１２４を含んでいる。この圧力容器１２４は、その
基端又は上端でポンプ１００の高温端に取り付けられる
と共に、名目上、圧力容器の軸線が外側シリンダ１０８
及びピストンアセンブリ１１０の中心線と同一線上に延
びる軸対称構造である。圧力容器１２４は、極低温の温
度に適した材料で形成されており、さもなければ圧送さ
れるべき液体との間に適合性がある。

【０１１０】図２で分かる通り、サンプの圧力容器１２
４はポンプ１００の高温端で適合板１２６に取り付けら
れており、この板は圧力容器内のサンプ圧力空洞部のた
めの閉鎖具として働く。サンプ１２０は、その温かい上
端から冷たい下端への熱伝達が最小限に抑えられるよう
に構成され、その垂直長さ全体にわたって熱勾配を維持
するのに適していなければならない。圧力容器１２４の
外面は、周囲からサンプ１２０への熱伝達（波線１３０
で概略的に図示される）を防ぐために、符号１２８で概
略的に図示される真空ジャケット又はその他の適当な断
熱手段によって断熱されている。

【０１１１】図２に示す通り、ポンプ１００で扱われる
べき極低温液体は、符号１３２で概略的に図示される適
当な入口導管を通り、圧力容器１２４の壁の開口を通っ
てサンプ１２０に入る。その後、液体はサンプ１２０か
ら、極低温の温度条件下で機能できる従来構成の入口弁
１３４を通ってポンプ１００に引き入れられる。液体
は、ピストンアセンブリ１１０の上向きストローク、す
なわち吸引ストロークによって形成される末端掃引容量
内の圧力減少分だけポンプ１００に引き入れられると解
すべきである。

【０１１２】他方、分配ストロークの間に往復ピストン
アセンブリ１１０の下向き運動によってポンプ１００か
ら吐出された液体は、出口弁１３６を通って流出し、定
置式のしかし分離可能な密封連結部１３８を介しサンプ
１２０外に出る。この密封連結部が分離可能であること
により、保守又はその他の何らかの所望の目的のために
ポンプ１００をサンプ１２０から取外すことができる。

【０１１３】あるいは、吐出された液体への熱伝達が許
容される適用分野について、破線１２７で概略的に図示
された通り、吐出された液体を適合板１２６を通過させ
ることによってサンプ１２０の外へ指向させるようにし
てもよい。この後者の配置では、適合板１２６は、局部
的な冷態浸透を受けとめるのに適した構成でなければな
らず、このような構成は当業者には明白であり、極低温
の真空ジャケット付きアセンブリにおいてしばしば見ら
れる。従って、局部的な冷態浸透を受けとめるために採
用された特別な構成は、本発明を限定するものであると
はみなされず、これ以上論述されない。

【０１１４】サンプ１２０は、ポンプ１００によって圧
送されるべき極低温液体のための貯蔵容器として働くの
に加えて、ピストンアセンブリ１１０の各往復サイクル
の間の圧送吸込圧力の変動を最小限に抑えるアキュムレ
ータとしても働く。サンプ１２０内の液体上方の蒸気１
４０は、前記ピストンアセンブリの各往復サイクルの間
にサンプ液位１４２が周期的にわずかばかり上下動する
のを可能にする圧縮性要素として働き、その結果、サン
プ内の圧力変化又は圧力変動が最小限に抑えられる。

【０１１５】サンプ液位１４２の維持は、より大きいシ
ステムでの適用分野に大きく依存して、様々な方法によ
り制御できる。一つの方法は、閉鎖されたシリンダ１０
８内側の液体／蒸気界面レベルを制御するために上に述
べたのと同じ仕方で、サンプ容器全体にわたって熱勾配
を制御するというものである。液位１４２の位置を明確
に特定するため、熱伝導要素１４４が、サンプ容器１２
４の温かい上端にある適合板１２６を貫通してサンプ液
位にとって望ましい冷たい下位置まで延びるよう取り付
けられている。熱伝導要素１４４の外面は、サンプ１２
０の末端を除いて、その内部の液体上方の蒸気１４０へ
の熱伝達から断熱されている。要素１４４の下端又は末
端は、上昇する液位にとっての沸騰開始点を提供する。
熱伝導要素１４４の温かい上端は、伝導性構成、周囲雰
囲気に対する対流構成、電気的要素、又はかかる目的に
適したその他の手段によって適当な温かい温度に維持さ
れていてよい。熱伝導要素１４４の上端を温かく維持す
るために採用される特別な手段は、本発明の最も広い観
点を限定するものとはみなされず、採用された特別な手
段は当業者には明白なものである。

【０１１６】図３には、本発明による密閉式往復ポンプ
の代替実施例が符号２００で図示されている。かかるポ
ンプの構造は、ポンプ１００の構造とほぼ同一であり、
従ってポンプ１００の要素と同一であるポンプ２００の
要素は、図２に使われたのと同じ符号が付けられてお
り、図２を参照して上に述べられたのと同じ仕方で機能
する。かかる要素は、ポンプ２００については詳述され
ない。ポンプ２００に採用された磁気駆動システムは、
ポンプ１０及びポンプ１００に採用された駆動システム
と同一であり、従ってこれ以上論述されないことが理解
されるべきである。

【０１１７】ポンプ２００がポンプ１００と異なるの
は、その構造及びサンプ液位１４２を制御する方法にお
いてである。特に、ポンプ２００においてサンプ液位１
４２を制御する方法とシステムは、ポンプ流量の少ない
周期又はポンプ流量ゼロの周期を必要とする用途にとっ
て望ましく、しかしこの用途ではポンプ及びサンプを急
速再始動のために冷たい温度に維持しなければならな
い。本実施例では、フロート弁２０２がサンプ蒸気ベン
ト管路２０４に接続されている。フロート弁２０２は、
サンプ容器１２４内の所望のサンプ液位に位置せしめら
れる。液位状態がフロート弁２０２よりも下にあって低
液位状態を示しているとき、フロート弁２０２は、重力
効果により弁体２０６が弁座２０８から開くのを可能に
することによって開弁する。このフロート弁２０２の開
弁により、サンプ内の圧力よりも低い圧力のシンクで終
わっているベント管路に基づいて、蒸気がサンプ１２０
から蒸気ベント管路２０４を通って排出されるのが可能
になる。蒸気の除去によるサンプ１２０内の圧力低下に
基づいてサンプへの液体の流入量が増大するので、蒸気
がベント管路２０４を通り排出されることによってサン
プ液位が上昇するのが可能になる。

【０１１８】逆に、サンプ１２０内の液位が高いと、フ
ロート弁２０２が閉弁される。サンプからの蒸気ベント
管路が閉じられることによって、サンプ容器１２４の温
かい方の端からその末端すなわち冷たい方の端に向かう
通常の熱伝達により生ずるサンプ液体の沸騰のために、
蒸気量が増大する。このプロセスは、サンプ液位１４２
をフロート弁２０２の概ね付近にある名目上の安定点に
到達させる。かかる配置では、図２に図示された熱伝導
要素１４４などの伝導性要素が、液位の高い状態のもと
で沸騰プロセスを増進させるために採用されうる。フロ
ート弁２０２及び接続されたサンプ蒸気ベント管路２０
４の使用により、ポンプ流量の少ないか又はゼロの状態
がサンプ乾燥部を沸騰させるのが防止される。

【０１１９】入口サンプ液位１４２がシリンダ及びピス
トンアセンブリの熱勾配領域２１０の下方すなわち末端
の位置を形成することに注目すべきである。入口サンプ
１２０内の液体も、液体シール部材１７とピストン１３
の間の運動によって発生させられるような摩擦熱をシリ
ンダ１０８の壁から除去する。本発明の好適実施例で
は、サンプ容器１２４の温かい上端から冷たい下端への
蒸気による過剰な熱伝達を最小限に抑えるために、対流
防止断熱構造２１２がサンプ１２０の蒸気空間内に取り
付けられている。この対流防止断熱構造２１２は、ここ
に述べた通り、その意図される機能を果たすことのでき
るあらゆる従来の構成でありうる。

【０１２０】図４には、本発明による密閉式往復ポンプ
の別の実施例が符号３００で図示されている。ポンプ３
００は、図１に図示されたポンプ１０に非常に類似して
いるが、ピストンアセンブリ上方に、圧送されている液
体の蒸気とは異なる非凝縮性ガスで満たすことのできる
ガス空間を提供するように構成されている。簡潔を期し
て、ポンプ１０内の対応する要素と同じであるポンプ３
００内の要素は、図１に使われたのと同じ符号が付けら
れており、ここでは詳述されない。ポンプ３００に採用
された磁気駆動システムは、先に述べられたポンプ１
０、１００及び２００に採用された駆動システムと同一
であることに注目すべきである。

【０１２１】ポンプ３００は、特に周囲温度により近い
温度の液体（極低温でない液体）を圧送できるように構
成されており、ここで、そのような液体の入口温度蒸気
圧力が入口液体圧力と出口液体圧力との平均の何分の一
かになるように構成されている。この種のポンプでは、
ピストンアセンブリ１２上方の蓄積室２２の上部セクシ
ョン４０は非凝縮性ガスで満たされていなければならな
い。所望のガスの介在量は、上方容積入口及び出口制御
弁３０２，３０４でそれぞれガスを添加又は除去するこ
とによって維持されなければならない。ピストンアセン
ブリ１２の長さ全体にわたって気液界面７４の適正な位
置を維持するための前記弁３０２及び３０４の作用は、
適当な液位測定計器と制御装置によって実行又は制御さ
れる。これは当業者によく知られており、本発明の最も
広い観点に制限を加えるものではない。例えば、液位を
感知して目標のレベルを維持するように前記弁の作用を
制御するのに潜在的に適した方法はいくつかあり、どの
方法を選択するかは当業者に明白であると思われる。図
示された実施例では、ポンプ３００は、蓄積室２２の上
部セクション４０の上側内部領域に連通する圧力変換器
３０６を具備する。蓄積室２２の上部セクション４０に
おけるガス状物質の圧力は、ピストンアセンブリ１２の
各往復サイクルの動作中に最大値と最小値の間で変動す
るのが一般的である。ガス圧力の変動のピーク差が許容
可能な所定の最大値と最小値の間に維持されるように構
成されるように制御弁３０２及び３０４を作動させるべ
く、弁制御装置３０８は前記圧力変換器の出力によって
制御される。ガス量が少なすぎると、サイクル中の圧力
変動のピーク差は増大する。ガス量が多すぎると、サイ
クル中の圧力変動のピーク差は減少する。ガスのいくら
かの量が圧送される液体内に溶解されることになるの
で、上部容積部４０のための非凝縮性ガスの選択は、圧
送される液体との間に適合性がなければならず、ポンプ
吐出し流において汚染物質とみなされないのが望まし
い。

【０１２２】図５には、ポンプ３００の改良された構造
が図示され、これにより、圧送されている液体との間に
適合性がないかも知れず、実際にその液体にとって汚染
物質であるかも知れない非凝縮性ガスに対しポンプを使
用できるようになる。この改良された構造では、可撓性
部材３１０、好ましくはステンレス鋼製蛇腹の形の可撓
性部材３１０が、非凝縮性ガスを保持し、かつ蓄積室２
２の上部セクション４０においてこのガスを液体から分
離させる目的で設けられている。蛇腹３１０は、入口ガ
ス制御弁３０２と出口ガス制御弁３０４を通じてガス入
口及びガス出口とそれぞれ連通する。蛇腹内で所望のガ
ス圧力を維持するためのこれらの弁３０２及び３０４の
作用は、図４に図示されたポンプの実施例との関連にお
いて上に述べたのと同じであってよい。具体的には、ポ
ンプは、蓄積室２２の上壁２６を通じて蛇腹３１０の内
部領域と連通する圧力変換器３０６を具備してよい。蛇
腹におけるガス状物質の圧力は、ピストンアセンブリ１
２の各往復サイクルの動作中に最大値と最小値の間で変
動するのが一般的である。ガス圧力の変動のピーク差が
許容可能な所定の最大値と最小値の間に維持されるよう
に構成されるように制御弁３０２及び３０４を作動させ
るべく、弁制御装置３０８が前記圧力変換器の出力によ
って制御される。ガス量が少なすぎると、サイクル中の
圧力変動のピーク差は増大する。ガス量が多すぎると、
サイクル中の圧力変動のピーク差は減少する。

【０１２３】図６には、本発明による密閉式往復ポンプ
のさらに別の実施例が符号４００で図示されている。ポ
ンプ３００に類似のポンプ４００は、図１に図示された
ポンプ１０に類似する多数の要素を含んでいる。但し、
ポンプ４００は、周囲温度に近い温度の液体を圧送し、
このときそのような液体の入口温度における蒸気圧力が
入口液体圧力の何分の一かであって蒸気圧力が温度上昇
につれて大きく増大するようになっている場合にこのポ
ンプの使用をきわめて好適にする特徴を有する。この環
境において、各種の熱伝達手段４４の採用によりピスト
ンアセンブリ上方の上部セクション４０がそれよりも下
方の液体の温度よりも高い温度に維持されて適正なガス
量が維持される場合、ピストンアセンブリ１２上方の蓄
積室２２の上部セクション４０の領域は、かかる液体か
らの蒸気だけで満たされうる。熱伝達手段４４は、図１
に図示されたポンプ１０との関連において先に述べた通
りの従来公知の装置であってよい。簡潔を期すため、そ
の記述はここで繰り返さない。同様に、熱勾配４０２を
維持するために熱勾配の温かい端で熱伝達手段４０６を
設ける必要があることがあり得る。この熱伝達手段４０
６は、冷却水コイルであっても、周囲対流熱伝達表面で
あっても、当業者によく知られているような他のどんな
手段であってもよい。

【０１２４】ポンプ４００は、液体プロパンの圧送に使
用しても、ボイラ給水ポンプとして使用してもよい。後
者の用途では、ポンプ４００の上部構造（上部セクショ
ン）４０を、ボイラからの過剰流、燃焼煙道ガス、又は
先に開示された通りの独立した手段を使って加熱するこ
とができる。これらの用途のために、ステータ５２及び
電機子６２は、圧送すべき液体が置かれるポンプの末
端、すなわち低温側端の付近に取り付けられているのが
最も望ましい。ポンプ４００に採用された磁気駆動シス
テムが、先に述べたポンプ１０、１００、２００及び３
００に採用された駆動システムと同一であることに注目
されるべきであり、従ってこれ以上論述しない。

【０１２５】符号４０２で概略的に図示された熱勾配領
域は、圧送すべき液体の中、及びポンプの熱的に分離さ
れた熱い端と温かい端の間にあるピストンアセンブリ１
２及び外側シリンダ１４内に存在するように構成されて
いる。気液界面７４は、かかる熱勾配領域内に位置す
る。

【０１２６】過剰な温度が、リニアモータ式駆動システ
ムの構成部品、例えばステータを構成する電気巻線の絶
縁物や永久磁石などにとって有害であるので、ポンプ４
００において２つの温度ゾーンの所望の断熱を確立する
ことが重要である。２つの温度ゾーンの間に所望の断熱
を達成するため、断熱スペーサ４０４がピストンアセン
ブリ１２の一部として設けられている。この断熱スペー
サ４０４は、電機子６２上方の液体の過剰混合を防ぐ働
きもする。そのような混合が、２つの温度領域の間の熱
伝達を増進させることがある。

【０１２７】図７には、本発明による密閉式ポンプのさ
らに別の実施例が符号５００で図示されている。このポ
ンプは、エネルギ貯蔵／放出機能を果たすのにガス状物
質に依存していない点で、先に開示された実施例と異な
る。しかも、ポンプ５００におけるエネルギ貯蔵放出媒
体は、往復ピストンアセンブリ１２を収容するピストン
シリンダ５０２に対して外側にある。

【０１２８】図１に図示されたポンプ１０の特徴と同じ
又はほぼ同じであるポンプ５００の特徴は、図１に使わ
れているのと同じ符号により参照される。

【０１２９】往復ピストンアセンブリ１２は、先に述べ
たピストンアセンブリとほぼ同一であるが、長さが幾分
短くてもよい。前記実施例におけると同様、シール部材
１７がピストンアセンブリ１２とシリンダ５０２の間に
設けられており、これで、内部区画室は分配室２０と蓄
積室２２に分割される。

【０１３０】図７で分かる通り、シリンダ５０２の蓄積
室２２は上部蛇腹セクション５０４を含んでおり、圧送
されている液体で完全に満たされる。蓄積室２２を満た
す液体は本質的に非圧縮性であるので、また、シール部
材１７を通過した液体の漏洩がほとんど生じないことか
ら、蓄積室内の液量は相対的に固定される。

【０１３１】図７で分かる通り、蛇腹セクション５０４
の上端は力伝達端板５０６を含んでおり、これに圧縮ば
ね５０８の一端が付勢されている。圧縮ばねの反対側の
端はポンプ基端側取付用板５１０に押し付けられてお
り、取付用板５１０は、周方向に互いに間隔をあけた支
持部材５１２の一端に固定されている。支持部材５１２
の反対側の端は、何らかの適当な手段（例えば溶接）に
よってシリンダ５０２の外面に固定されている。間隔を
あけた支持部材の数は、複数の位置、例えば３又は４で
取付用板５１０が支持されるように変えることができ
る。ポンプ５００において圧縮ばね５０８はエネルギ貯
蔵放出媒体であると解するべきである。

【０１３２】支持部材５１２は各々、その両端の中間に
切り込み５１４を付けており、これにより、下向き及び
上向きにそれぞれ止め面５１６及び５１８が設けられて
いる。この止め面が蛇腹５０４の許容伸張量と許容圧縮
量を制限し、これにより、前記蛇腹の弾性特性が確保さ
れる。かかる止め面５１６及び５１８は、通常の作用の
間に力伝達端板５０６によって制御されることを意図し
たのではなく、むしろ、始動、停止又はその他の過渡的
状況での移動を制限するものである。

【０１３３】ピストンアセンブリ１２が吸引ストローク
の間に基端側取付用板５１０に向かって移動するにつれ
て、そのピストンアセンブリの掃引容積の分だけ、蓄積
室２２内の非圧縮性液体が押しのけられる。その結果、
蛇腹５０４及び力伝達端板５０６の伸張が生じる。この
力伝達端板５０６の伸張された（基端側）位置は、破線
５０７で示されている。これが今度はばね５０８を圧縮
し、それ内に潜在エネルギを貯蔵させる。ピストンアセ
ンブリ１２の逆のストローク、すなわち分配ストローク
において、ばね内に貯蔵されたエネルギは順次、端板５
０６、それ内の液体、ピストンアセンブリ１２の上端に
付与される。この力伝達端板５０６の圧縮された（末端
側）状態は、破線５０９で示されている。

【０１３４】ポンプに入る作動液体の入口圧力及びポン
プから出る作動液体の出口圧力には、蛇腹５０４を過剰
な伸張及び／又は圧縮から保護し、それにより蛇腹の弾
性特性を確保し、特に端板５０６が止め面５１６及び５
１８に衝突するのを防ぐ必要から、限界が設定されてい
る。許容ポンプ入口圧力及び許容ポンプ出口圧力を変更
できるようにするため、エネルギ貯蔵ばね５０８の公称
圧縮量又は平均圧縮量を変える機構（図示なし）を設け
ることができる。例えば、ばね５０８の基端を取付用板
５１０に対して相対的に再位置決めするためにねじ式調
節装置を設けることができる。しかしながら、このよう
な再位置決め機構は、ガス状物質をエネルギ貯蔵放出媒
体として使用するときには存在しない欠点を有する。機
械式ばねを使用する場合、ばねの単位変形当たりのばね
力の変化量（すなわち、ばね定数）は、ばねのその自由
長からのずれに関係なく、一定である。ピストンアセン
ブリのストロークが一定であれば、所要の周期的（最大
から最小までの）ばね変形の量が一定になることに注目
すべきである。ピストンストローク一定と仮定すれば、
最大から最小までのばね力の変化は、ばねの基端の位置
を遠ざかる方向か近づく方向かどちらかの方向に移動さ
せることによって平均ばね動作長及び平均ばね力が調節
されうるときでも、各サイクルを通じて一定である。こ
の結果、最大ばね力の最小ばね力に対する比が平均ばね
圧縮量及び力の調節とともに変化することとなる。ばね
５０８の平均圧縮量及び力が低い分配室２０において平
均ポンプ圧力が低くなると、最大ばね力の最小ばね力に
対する比は増大する。最小ばね力がゼロに近づくにつれ
て、ばね力比は無限大に近づく。蓄積室２２内の液体圧
力はばね力に正比例するので、この液体圧力も、ポンプ
の液体入口及び液体出口の平均圧力が下がるにつれて、
ピストンアセンブリの周期的動作の各点において次第に
大きく変動していく。例えば、入口圧力が固定された状
態では、吐出圧力が下がる場合にそれが起こる。蓄積室
２２内の圧力が大きく変動することは、リニアモータか
ら最大かつ一定のエネルギ出力を獲得する上で好ましく
ない。

【０１３５】他方、ガス状物質をエネルギ貯蔵放出媒体
として使用することは、ガス介在量を調節できる融通性
があることから、述べたような制限を持たない。ガス状
物質の介在量を加減することによって、力が変えられる
だけでなく、「ばね定数」も変えられるのである。その
結果、所定のガス量の周期的変化に対し、ピストンアセ
ンブリに作用する力が変化しても、従ってまた、ピスト
ンの基端側に作用する圧力が変化しても、最大値の最小
値に対する比は固定されたままということになる。これ
により、リニアモータからのエネルギの流れは、ピスト
ンアセンブリの各作動サイクルにおいて吸引ストローク
と分配ストロークの両方を通じてより一定に近い水準に
維持できることになる。これにより、ポンプシステム全
体の最大限の効率が確保されることになる。

【０１３６】しかしながら、ポンプ５００は利点、特に
ある種のニッチ的用途にとって有利な点を有することに
注目すべきである。ポンプ５００が上に述べたように、
より狭い範囲の入口圧力及び出口圧力で働くものと制限
されているとすると、結果としてその構成は相対的にコ
ンパクトであり、エネルギ貯蔵放出媒体においてガス量
を制御したり熱勾配を確保したりするための複雑な制御
手段は設けられない。ポンプ５００にとって望ましい用
途は、入口圧力と出口圧力がきわめて安定しているもの
である。このポンプはどんな姿勢で取り付けてもよく、
どんな程度の加速動作も付加され得るというのが、もう
ひとつの利点である。というのは、ポンプにシリンダの
基端側からガスを放出させるのを妨げることになりそう
な、又は妨げかねない自然な気液界面が存在しないから
である。

【０１３７】本発明によるポンプの構成においては、周
囲温度よりも低い温度及びそれよりも高い温度の、相対
蒸気圧力の変化する液体を圧送するために多数の変更が
可能であると解すべきである。本発明のある好適実施例
によれば、動作中のピストンアセンブリ上方で適正なガ
ス量を獲得し、維持することが重要であり、また、必要
とされるならば（例えば極低温液体を圧送する場合）、
ピストンシリンダ内の蓄積室と分配室の間に許容可能な
熱勾配を確立することが重要である。

【０１３８】上の論述から、本発明の往復ポンプが工業
プロセスに好適であり、磁力線を介してピストンアセン
ブリを駆動するためのリニアモータ式駆動システムと、
ピストンアセンブリ背側の蓄積室内の掃引容積分の閉鎖
とが、密閉式装置を維持する一方で、エネルギ貯蔵放出
媒体、例えばガス状物質を収容するか、エネルギ貯蔵放
出媒体、例えばばねと共働するかどちらかをするユニー
クな共働作用を採用していることは明瞭であろう。本発
明の密閉式ポンプに採用されたリニアモータ式駆動シス
テムは、密閉式でないポンプにおいて、従来の機械式駆
動システム、例えば回転運動を直線運動に変換する装置
を備えたロータリモータの使用に取って代わる。

【０１３９】本発明のポンプは、極低温液体と非極低温
液体の両方の圧送に適用できる多数の利点を有する。本
発明のすべての態様において、ポンプは、室温又は室温
に近い温度で働くように構成された市販のリニアモータ
を採用してよい。圧送すべき液体が圧送セクション付近
でのモータの接続を許さない用途、例えば極低温流体を
圧送する場合に対しては、本発明は単一動作ピストン構
造を採用し、ポンプがリニアモータから適宜物理的に分
離できるようにする。

【０１４０】本発明は、特に既存の極低温往復圧送装置
を越える多数の利点を有する。しかも、これら利点の多
くは、先に詳述した通り、非極低温圧送の用途に適用で
きる。

【０１４１】先に言及した通り、本発明のリニアモータ
においてステータと電機子の間に円筒状エアギャップ又
は空気間隙を確保する幾何形状により、エアギャップに
おいてステータのボアに非磁性ライナを固定できるよう
になる。これにより、ステータアセンブリは電機子から
絶縁され、リニアモータの製造者から提供された通りに
ステータの材料及び構造を標準化できることになる。言
い換えれば、かかる絶縁により、例えば液体酸素又はそ
の他のアグレッシブ液体に必要であるかも知れない、材
料のポンプ流体との適合性に関する要求は回避される。
その上、ピストンアセンブリへの仕事入力のための力
が、ステータライナを通じて作用する磁力線によって加
えられるので、ライナは、ポンプセクションの加圧液体
境界部と一体に形成されてよく、これにより、全体とし
て密閉式のポンプ構成が創造される。

【０１４２】本発明は、従来技術と異なり、蓄積室内の
圧力をピストンの背側又は基端側で高めることによって
ピストンシールを通過した漏れをきわめて効果的に最小
限に抑える。これは、ピストンロッドパッキンの漏洩又
はピストンロッドの寿命短縮につながる悪影響をほとん
ど伴うことなく達成される。というのは、ポンプ周囲環
境への漏洩を防止する目的で従来技術のポンプに採用さ
れた、過大な摩耗をこうむるのが一般的である動的シー
ルが、本発明の最好適実施例によるポンプ構造に採用さ
れていないからである。ピストンシールの漏洩が本発明
のポンプでは双方向的であり、ポンプ内にある液体から
失われないので、幾分多めの漏洩速度を許容するシール
構成が可能であり、その分、シール接触圧力が減少する
ことによって圧送液体に入り込む摩擦熱が減少するとい
う利益が得られる。ピストンシール漏洩がポンプ容積効
率の名目損失となって現れる反面、圧送液体流に作用す
る熱負荷が減少し、その結果、望ましくない蒸発が減少
するという大きな利益がある。

【０１４３】本発明の往復ポンプは、すべて線形磁気モ
ータを採用しており、概して固定長のピストンストロー
ク及び概して固定された正弦波運動を通じてピストンロ
ッドアセンブリを往復させるために回転運動を直線運動
に機械的に変換する装置を採用している従来の往復ポン
プをはるかに越える利点をもたらす。本発明のポンプに
採用されたリニアモータは、固定された正弦波運動に対
して、ストローク長が調節可能なピストン動作及びプロ
グラム可能な動作を提供する。本発明のポンプの作用に
おけるこうした融通性は、ポンプ作動の前、又はポンプ
が実際に働いている間に調節可能である。ピストン動作
の入口部分におけるピストン速度のピーク値の最小化
と、吸込時間と吐出時間の長さが等しくないことは、ポ
ンプ全体の所要ＮＰＳＨに及ぼすシリンダ減圧の影響を
制御する上で有益であるとみなされる。このような時間
制御と速度制御は、従来のポンプで一般的に採用されて
いる従来の機械式変換装置、例えばスライダ／クランク
リンク機構をもってしては実現不可能である。しかも、
本発明のリニアモータ駆動式ポンプにおいてピストンア
センブリのストローク、速度及び動作を調節できること
により、かかるポンプを、現用の極低温往復ポンプでは
遂行不可能な作動に使用できるようになる。これは理論
上、本発明のポンプが構成上の０〜１００％のどんな流
量でも作動できることを意味する。これは、従来のポン
プ構造では達成不可能な作動モードである。特に、従来
の往復ポンプは、速度安定化のためにフライホイールを
使用し、このような広い流量範囲を達成できない。特
に、フライホイールは速度に依存する運動力学を基礎と
してエネルギを貯蔵する。本発明のポンプは速度に依存
しないガス圧力又はその他の弾性圧縮性／膨張性媒体に
よりエネルギを貯蔵する。

【０１４４】従来の往復ポンプ構成は、振動が設備及び
ポンプ軸受に及ぼす影響を制限するために往復ポンプ全
体の重量を減じる傾向があった。本発明のポンプが従来
構造よりも長いストローク、遅いシリンダ速度で作動可
能であるという事実に鑑みて、往復動重量に対する制限
は緩和される。これにより、本発明による極低温ポンプ
の温かい端と冷たい端の間の長さを増大でき、それによ
り、ポンプの冷たい端への熱漏れが減少する。本願出願
人はこれを熱力学的ポンプ効率及び所要ＮＰＳＨにとっ
て大いに有益であるとみなすが、他方、これは「定常的
な冷態待機」状態を許容することでもある。この点に関
して、従来のポンプは、冷たい端が温かい端に比較的近
くに連結された構造となっている。そのため、ポンプが
停止した後、冷たい端は急速に温まる。これは、本発明
のポンプでは直面しない問題点である。そのため、従来
のポンプは、ポンプ休止が数時間を越える場合、再始動
の前に冷却の時間を必要とする。これは作動上有害なこ
とであり、冷却プロセスの間に液体の蒸発が生じること
から製品の損失を表している。本発明は、介在する液体
がポンプ吸込みに利用できるまま残っている限り、冷却
の要求を排除し、又は最小限に抑える。冷態待機状態で
の許容可能なほど少量の液体の蒸発は、極低温液体貯蔵
源タンクのアリッジ空間に戻されてその所望の利益が維
持される。

【０１４５】本発明のさらなる利益は、本発明が機械的
な複雑さを減少し、対応して、保守の必要度を減少する
ことにある。先に言及した通り、従来の往復ポンプと対
照的に、本発明のポンプは、クランク軸、コンロッド、
ピストンロッド、クロスヘッド、リストピン、フライホ
イール、ベルト及び／又はモータプーリがないなど可動
部品の数が少なくなっている。同様に、定置部品の数
も、多数の部品例えばベルトガード、モータマウント、
スライダ、クランクケース、主軸受、シャフトシール、
ピストンロッド用スペーサ、ピストンロッドパッキン、
ロッドワイパアセンブリなどをなくすことによって減少
している。本発明では、これら後者の構成部品は、その
相対する機械的部品よりもはるかに保守の要らない電子
制御及び電源パッケージに取って代わられている。

【０１４６】これ以上の説明がなくても、これまでの記
述で本発明は、他の者が現在又は将来の知識を当てはめ
ることによって、本発明をさまざまな条件のもとでの使
用に容易に適合させ得るほど十分に明らかにされてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密閉式往復ポンプの一実施例の概略的
な断面図であり、線形磁気駆動装置の一部分の拡大図を
含む。

【図２】本発明による密閉式往復ポンプの別の実施例の
概略的な断面図である。

【図３】本発明による密閉式往復ポンプのさらに別の実
施例の概略的な断面図である。

【図４】本発明による密閉式往復ポンプのさらに別の実
施例の概略的な断面図である。

【図５】本発明による密閉式往復ポンプのさらに別の実
施例による改良式蓄積室の構成の断片的な断面図であ
る。

【図６】本発明による密閉式往復ポンプのさらに別の実
施例の概略的な断面図である。

【図７】本発明による密閉式往復ポンプのさらに別の実
施例の概略的な断面図である。

【符号の説明】

１０…往復ポンプ １２…ピストンアセンブリ １４…シリンダ １８…閉鎖内部区画室 ２０…分配室 ２２…蓄積室 ３０…入口導管 ３２…出口導管 ５０…線形磁気駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム カーティス コック アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18051, フォゲルスビル，アップル ロード 2230 Ｆターム(参考） 3H069 AA01 BB02 CC04 CC06 DD06 EE02 EE05 EE06 EE07 EE37 EE42 3H075 AA01 BB03 BB04 BB13 CC25 DA03 DA04 DA05 DA15 DB08 DB49 EE12 5H641 BB05 GG02 GG08 HH03 JA06 JB08

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体用往復ポンプにおいて、端同士が互
   いに対向する閉鎖内部区画室を提供する外壁を含むシリ
   ンダと、分配端及びこれに対向する端を有するピストン
   アセンブリであって、前記閉鎖内部区画室の互いに対向
   する端の間を該ピストンアセンブリ及び前記シリンダの
   中心軸線に沿って対向直線方向に移動するように該閉鎖
   内部区画室内に可動に取り付けられているピストンアセ
   ンブリと、該ピストンアセンブリと前記シリンダの間に
   あって、ピストンアセンブリがシリンダの閉鎖内部区画
   室の互いに対向する両端間を、ピストンアセンブリ及び
   シリンダの中心軸線に沿って、前記対向直線方向に移動
   するときに動的流体シールをピストンアセンブリとシリ
   ンダの間に維持するシール部材とを具備し、該シール部
   材が、閉鎖内部区画室を分配室と蓄積室とに分割してお
   り、前記ピストンアセンブリが前記対向直線方向に移動
   する際に該ピストンアセンブリの分配端が該分配室内に
   維持されるようになっており、往復ポンプが更に、ピス
   トンアセンブリを吸引ストロークにより一方の直線方向
   に駆動するための磁場と、ピストンアセンブリを分配ス
   トロークにより他方の直線方向に駆動するための磁場と
   の両方を発生させる線形磁気駆動装置と、閉鎖内部区画
   室の分配室と連通してピストンアセンブリが液体受容吸
   引ストロークにより前記一方の直線方向に掃引容積分だ
   け移動したときに液体を分配室内に指向させることによ
   り分配室の容積を満たすようにする弁制御式入口導管
   と、閉鎖内部区画室の分配室と連通してピストンアセン
   ブリが液体分配ストロークにより前記一方の直線方向と
   反対方向の前記他方の方向に掃引容積分だけ移動したと
   きに圧送された液体を分配室外へ指向させるようにする
   弁制御式出口導管と、前記線形磁気駆動装置からピスト
   ンアセンブリに与えられる吸引ストロークの方向の磁気
   力でもってピストンアセンブリが吸引ストロークにより
   移動した結果生じたエネルギを貯蔵すると共に、ピスト
   ンアセンブリが分配ストロークにより移動するときに貯
   蔵されているエネルギをピストンアセンブリに向け放出
   し、それにより、エネルギ貯蔵放出媒体から放出される
   エネルギと、線形磁気駆動装置から与えられる分配スト
   ロークの方向の磁気力とで得られる複合力でもってピス
   トンアセンブリが分配ストロークにより移動するように
   するためのエネルギ貯蔵放出媒体とを具備した往復ポン
   プ。
2. 【請求項２】 前記エネルギ貯蔵放出媒体が前記蓄積室
   内のガス状物質を含んでいる請求項１に記載の往復ポン
   プ。
3. 【請求項３】 前記液体が液化ガスであり、前記シリン
   ダが、圧送すべき液化ガスを所望の冷たい温度に維持し
   て液体状態を維持するための断熱手段を前記分配室の領
   域内に含み、前記蓄積室の一領域が所望の暖かい温度に
   維持されて蓄積室の容積の少なくとも一部がガス状態に
   維持されるようになっている請求項１に記載の往復ポン
   プ。
4. 【請求項４】 前記液化ガスが極低温で液化されたガス
   である請求項３に記載の往復ポンプ。
5. 【請求項５】 前記磁気駆動装置が、前記ピストンアセ
   ンブリの運動を調整可能に制御すべく電源の作動を制御
   するためのプログラム可能なマイクロプロセッサを含ん
   でいる請求項１に記載の往復ポンプ。
6. 【請求項６】 前記弁制御式入口導管と連通して液体を
   前記往復ポンプに供給するための液体サンプを更に含む
   請求項１に記載の往復ポンプ。
7. 【請求項７】 前記線形磁気駆動装置が、前記ピストン
   アセンブリ上の電機子と、該電機子と協働して直線移動
   磁場を形成するステータと、ピストンアセンブリに前記
   他方の方向の磁気力を提供するための直線移動磁場を発
   生させるために該ステータに変調電流を与える電源とを
   含んでいる請求項１に記載の往復ポンプ。
8. 【請求項８】 前記線形磁気駆動装置の前記ステータを
   前記シリンダの外側に隣接して位置した請求項７に記載
   の往復ポンプ。
9. 【請求項９】 液体を圧送する方法において、 （ａ）閉鎖された端同士が互いに対向するピストンシリ
   ンダの閉鎖内部区画室内を往復運動するように取り付け
   られたピストンアセンブリを含むポンプを用意し、該ピ
   ストンアセンブリは分配端及びこれと対向する端を含
   み、 （ｂ）電機子とステータとを含む線形磁気駆動装置を設
   け、該ステータは該電機子に隣接しており、該電機子は
   該ステータと協働するために前記ピストンアセンブリ上
   にあり、 （ｃ）該ステータに変調電流を提供してピストンアセン
   ブリを吸引ストロークにより一方の直線方向に駆動する
   ための磁気力と、ピストンアセンブリを分配ストローク
   により他方の直線方向に駆動するための磁気力との両方
   を発生し、 （ｄ）ピストンアセンブリとピストンシリンダの間にシ
   ール部材を設けてピストンアセンブリの全直線分配及び
   吸引ストロークの間、シールがピストンアセンブリとピ
   ストンシリンダの間に維持されるようにし、該シール部
   材は、閉鎖内部区画室を、分配すべき液体を収容する分
   配室と蓄積室とに分割しており、前記ピストンアセンブ
   リが前記対向直線方向に移動する際に該ピストンアセン
   ブリの分配端が該分配室内に維持されるようになってお
   り、 （ｅ）圧送すべき液体を分配室に導入するために、磁気
   力でもってピストンアセンブリを吸引ストロークにより
   移動し、 （ｆ）シリンダ内の液体を、シール部材の下面とピスト
   ンアセンブリの分配端とが該ピストンアセンブリの分配
   ストローク及び吸引ストロークの長さ全体にわたって液
   体中に保持されるようなレベルに維持し、 （ｇ）磁気力でもってピストンアセンブリが吸引ストロ
   ークにより移動するときにエネルギを貯蔵し、ピストン
   アセンブリが分配ストロークにより移動するときに貯蔵
   されているエネルギをピストンアセンブリに向け放出
   し、それにより、エネルギ貯蔵放出媒体から放出される
   エネルギと、線形磁気駆動装置から与えられる分配スト
   ロークの方向の磁気力とで得られる複合力でもってピス
   トンアセンブリが分配ストロークにより移動するように
   するためのエネルギ貯蔵放出媒体を所定位置に設ける、
   各段階を具備した方法。
10. 【請求項１０】 プログラム可能なマイクロプロセッサ
    により制御される電源により、前記ステータ内に直線移
    動磁場を発生させる段階を含む請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 圧送動作時に直線移動磁場を変調して
    各直線方向におけるピストンアセンブリのストロークの
    長さ、各直線方向におけるピストンアセンブリの往復運
    動の周期、及び、ピストンアセンブリの位置、速度及び
    加速度を含むピストンアセンブリの往復運動の周期的速
    度のうちの一つ以上を、対向直線方向におけるピストン
    アセンブリの移動軌道全体にわたってそのサイクル動作
    中のあらゆる時点で変える段階を含む請求項９に記載の
    方法。
12. 【請求項１２】 前記エネルギ貯蔵放出媒体がガス状物
    質を含んでいる請求項９に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記液体が液化ガスであり、圧送すべ
    き液化ガスが所望の冷たい温度に維持されて液体状態に
    維持されるように分配室の領域を断熱する段階と、蓄積
    室の容積の少なくとも一部がガス状態に維持されるよう
    に蓄積室を所望の温かい温度に維持する段階とを含む請
    求項１２に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記液化ガスが極低温で液化されたガ
    スである請求項１３に記載の方法。