JP2004518049A

JP2004518049A - 二重チャンバ液体ポンプ

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Publication number: JP2004518049A
Application number: JP2002522674A
Authority: JP
Inventors: スタッツ，ウィリアム・エイ
Original assignee: チェマンド・コーポレーション
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: WO2002018781A8; KR100470543B1; AU2001286686A1; JP3924246B2; CA2388531C; CA2388531A1; US6368067B1; EP1311766A2; KR20020067506A; WO2002018781A3; EP1311766A4; WO2002018781A2

Abstract

本発明の流体ポンプは、流体流入源からの流体（典型的には液体）を保持するための上部密閉室と、流体を排出ラインに排出するための下部密閉室とを含む。第１の弁（ａ）は、上部密閉室への流体流入量を制御する。第２の弁（ｂ）は、上部密閉室と下部密閉室の間のラインに取りつけられて、上部密閉室から下部密閉室への流体の流れを制御する。第２の流体流入ラインは、下部密閉室に取りつけられて第２の流体（典型的には加圧ガス）を下部密閉室に流入し、第３の弁（ｄ）は、下部密閉室と上部密閉室の間のラインに取りつけられて、第２の密閉室への第２の流体の流れを制御する。第４の弁（ｃ）は、流体排出ラインに取りつけられて、上部密閉室からの第２の流体の流れを制御する。好ましい実施形態では、自動化されたポンプ・システム制御器によってａ、ｂ、ｃおよびｄの各弁を制御する。本発明の様々な実施形態は、継続弁および逆止弁を含んで、システムにおける制御を改善する。二重チャンバ・ポンプの好ましい実施形態は、制御された一定のガス圧のもとで、下部密閉室から液体を排出させることによって動作する。下部密閉室における液体レベルが低い場合は、下部密閉室に上部密閉室からの液体を充填する。これを達成するために、上部密閉室が下部密閉室と同じ圧力に加圧され、上部密閉室は下部密閉室の上に配置されているため、重力落差によって上部密閉室の液体が下部密閉室に流入する。下部密閉室が液体を排出するポンプ・サイクルを通じて、上部密閉室に液体が充填される。したがって、ポンプは繰り返し可能なサイクルを有するが、下部密閉室内のガス圧が一定に保たれ、制御された圧力で液体がポンプからコンスタントに排出される。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般には液体をポンプ輸送する装置に関し、より詳細には、加圧ガスによって作動するとともに、液体と気体の両方を制御する弁を備えた流入チャンバおよび排出チャンバを含む液体ポンピング装置に関する。
【０００２】
（従来技術）
ほとんどすべての液体輸送分野においては、液体供給ラインを通じて液体を移動させるための力を供給するポンプを用意することが必要である。重力システムおよびサイホン・システムを除いては、液体ポンプを利用することが必要とされ、これまでに多くの種類のポンプが開発されてきた。ポンプの多くは、ポンプ輸送される液体に振動または脈動を発生させがちな回転または往復動駆動装置、およびそのようなポンプを用いたシステムを駆動源とする。多くの分野では、当該ポンプの振動や圧力脈動は深刻な問題にならず、ポンプは十分な性能を発揮している。
【０００３】
しかしながら、多くの液体輸送分野は、ポンプ輸送される液体の脈動および振動によって悪影響を受ける微妙な化学組成や化学処理を伴う液体が含まれる。当該分野では、ポンプ輸送される液体に脈動や振動を生じさせないポンプを利用することが必要である。さらに、多くの精密な化学処理では、ポンプ輸送される液体の流量を厳密に制御することが求められ、ポンプ輸送される流体に脈動や振動を生じさせる従来技術のポンプでは、このような流量の制約条件を満たすのが困難である。半導体製作処理は、液体輸送パラメータに関するより厳密な制約が継続的に開発され続けている当該分野の１つである。半導体製作業界の中の多くの具体的な分野において、ポンプ輸送される化学物質の脈動および振動は、処理液の微妙な化学平衡、ならびに様々な製作工程における処理液と半導体基板との化学反応に悪影響を与える。
【０００４】
したがって、液体に脈動や振動を与えることなく液体を移動させる一方、ポンプ輸送される液体の輸送圧を厳密に制御するポンプが必要とされている。本発明は、本願に開示されたその様々な実施形態において、液体流動ラインを通じて液体を連続的にポンプ輸送するための駆動力を与える加圧ガスを利用したポンプ・システムを提供するものである。従来技術のポンピング・システムによって発生する脈動および振動を取り除き、ポンプ輸送される液体の輸送圧に対する厳密な制御を確保する。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の流体ポンプは、流体流入源からの流体（典型的には液体）を保持するための上部密閉室と、流体を排出ラインに排出するための下部密閉室とを含む。第１の弁（Ａ）は、上部密閉室への流体流入量を制御する。第２の弁（Ｂ）は、上部密閉室と下部密閉室の間のラインに取りつけられて、上部密閉室から下部密閉室への流体の流れを制御する。第２の流体流入ラインは、下部密閉室に取りつけられて第２の流体（典型的には加圧ガス）を下部密閉室に流入し、第３の弁（Ｄ）は、下部密閉室と上部密閉室の間のラインに取りつけられて、第２の密閉室への第２の流体の流れを制御する。第４の弁（Ｃ）は、流体排出ラインに取りつけられて、上部密閉室からの第２の流体の流れを制御する。好ましい実施態様では、自動化されたポンプ・システム制御器によってＡ、Ｂ、ＣおよびＤの各弁を制御する。本発明の様々な実施態様は、継続弁および逆止弁を含んで、システムにおける制御を改善する。二重チャンバ・ポンプの好ましい実施態様は、制御された一定のガス圧のもとで、下部密閉室から液体を排出させることによって動作する。下部密閉室における液体レベルが低い場合は、下部密閉室に上部密閉室からの液体を充填する。これを達成するために、上部密閉室が下部密閉室と同じ圧力に加圧され、上部密閉室は下部密閉室の上に配置されているため、重力落差によって上部密閉室の液体が下部密閉室に流入する。下部密閉室が液体を排出するポンプ・サイクルを通じて、上部密閉室に液体が充填される。したがって、ポンプは繰り返しサイクルを有するが、下部密閉室内のガス圧が一定に保たれ、制御された圧力で液体がポンプからコンスタントに排出される。
【０００６】
本発明の利点は、振動や脈動を伴わずに液体をポンプ輸送する液体ポンプが提供されることである。
【０００７】
本発明の他の利点は、液体を一定の圧力でポンプ輸送する液体ポンプが提供されることである。
【０００８】
本発明の他の利点は、液体排出流を中断することなく、下部密閉室から流れる液体を上部密閉室からの液体で置換することができるようにした上部密閉室と下部密閉室を有する液体ポンプが提供されることである。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、いくつかの図面を参照した以下の詳細な説明を読めば、当業者なら理解するであろう。
【００１０】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は、２つの（上部および下部の）加圧可能な液体保持密閉室１６および２４を備えた基本的なポンプの実施形態１０を示す。一般には、ガス圧（流体Ｙ）を使用して、下部密閉室２４から流体Ｘの排出ライン３６を通して液体（流体Ｘ）を排出させる。下部密閉室２４における液体レベル３８が低い場合は、上部密閉室１６にガス圧をかけて、そこから下部密閉室下部密閉室２４内に液体を供給して液体を充填すると同時に、流体Ｘの排出ライン３６を通して液体を排出させる。下部密閉室２４が満たされている場合は、上部密閉室１６からの液体の流動を停止し、液体を連続的に下部密閉室２４から流出させながら上部密閉室１６に液体を補給する。その後、下部密閉室２４における液体レベル３８が再び低下したら、上部密閉室１６から液体を再び充填することで、反復的な循環工程を確立する。液体の攪乱を最小限にしながらポンプ１０からの安定な液体流量が達成されるように、ポンピング動作における下部密閉室２４のガス圧を常に一定に維持することが求められる。
【００１１】
図１のポンプ１０の動作についての詳細な説明は、液体レベルセンサ４０によって下部密閉室２４の液体レベル３８が十分であることが示され、上部密閉室１６の液体レベル４１が低くなっているポンプの状態から説明を開始する。この状態では、下部密閉室２４におけるガス（流体Ｙ）の圧力が維持されるように弁Ｄが閉じ、上部密閉室１６が開かれた流体Ｙの排出ライン４２を通して大気圧になるように弁Ｃが開く。弁Ｂが閉じて下部密閉室２４からの液体の逆流を防ぎ、密閉室２４におけるガス圧はガス（流体Ｙ）流入源３０から一定の値に維持されるため、下部密閉室２４内の液体は一定の圧力で密閉室２４から排出される。流入ライン４４からの液体（流体Ｘ）が弁Ａを介して上部密閉室１６に流入されるように弁Ａが開く。したがって、液体が下部密閉室２４から排出される一方、それと同時に上部密閉室１６に液体が充填される。この機能的状態は、下部密閉室２４における液体レベルが低下したことが液体レベルセンサ４８によって示されるまで継続し、液体レベルの低下に応じて弁Ａが閉じて液体の逆流を防止し、弁Ｃが閉じ、さらに弁Ｄが開いて、下部密閉室２４と同じガス圧で上部密閉室１６に加圧ガスを提供する。その後、弁Ｂが開いて、密閉室１６内の加圧ガスの影響下で上部密閉室１６から液体を流動させる。上部密閉室１６からの一定量の液体が弁Ｂ、そして流体排出口３６を通って流れ、上部密閉室１６からの流体下部密閉室２４と同じガス圧で輸送されるため、排出口の流体圧力は一定に保たれ、遮られることはない。また、上部密閉室１６は下部密閉室２４の上に配置されているため、重力による液圧の落差が生じることにより、上部密閉室１６からの液体の一部が下部密閉室２４に流入してそこに充填される。下部密閉室２４における液体レベルが高液体レベルセンサ４０に達すると、弁ＤおよびＢが閉じ、弁ＡおよびＣが開くことで、ポンプが上述の初期状態に戻る。すなわち、下部密閉室２４内のガス圧によって内部の液体が排出口３６に輸送される一方、弁Ｃからガス排出ライン４２を介して大気圧に開放された上部密閉室１６に弁Ａを介して液体が流入される。
【００１２】
弁Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ、ならびに以降に記載する他の弁は、適切なポンプ操作に向けた所定のシーケンスで弁を自動的に開閉するシステム制御器５０によって制御されるのが好ましい。システム制御器は、液体レベルセンサ４０および４８から信号を受信してポンプを制御することもできる。弁は、ソレノイド弁またはガス動作弁のような遠隔または自動制御型の弁であってもよい。当該弁は、空気制御器、あるいはコンピュータ・ベースの制御器あるいはシングル・チップまたはマルチ・チップ集積回路ポンプ制御器を含むが、それに限定されない電気制御器を含みうる自動化ポンプ制御器の如き様々なシステム制御器５０によって走査することができる。当該システム制御器５０は、複数のポンプの制御を含めたポンプに関連する、または関連しない他の有用な機能を発揮しうる。総ポンピング量、超過排出流の検出、および排出流量の計算の如きポンプ関連機能も、ここに記載したセンサを利用することにより可能である。
【００１３】
高液体レベルセンサ５４および低液体レベルセンサ５８を上部密閉室１６内に設けて、さらなる工程制御信号を制御器５０に提供することができる。例えば、上部密閉室１６内の液体レベルが高くなって、ガス導入ラインから弁ＣおよびＤのほうに流出しないようにするために、上部密閉室１６内の高液体レベルセンサ５４からの信号が弁Ａを閉じてオーバフローを防止する。同様に、上部密閉室１６内の低液体レベルセンサ５８からの信号は、システム制御器が適切な手段を講じて、密閉室１６内の加圧ガスが液体流動ラインに侵入するのを防ぐようにする。
【００１４】
センサ４０、４８、５４および５８は、手動制御ポンプに簡単な視覚指示を与えることができ、またはより精密なポンプ制御が望まれる場合は多種多様なセンサのいずれかを使用することができる。好適なセンサは、流体の１つ以上の特性を利用して出力信号を生成するか、または入力信号を変調して、何らかの通信形態における出力信号にする。いくつかの通信形態としては、機械的、電気的および空圧的出力がある。センサは、その機構に応じて流体に直接接触してもしなくてもよい。好ましくは、センサ４０、４８、５４および５８は、それぞれの密閉室がほぼ満杯、またはほぼ空の状態になった場合にシステム制御器５０に信号を提供して、システム制御器が適切なポンプ値を正しく制御してシステムをコントロールするよう機能する。単一センサは記載のセンサの２つ以上の機能を発揮することができ、例えば上部密閉室１６の単一センサは、ほぼ満杯およびほぼ空の両方の状態を示すことができる。また、何も予想されないときに排出ラインにおいて何らかの液体流（したがってシステム漏れを示す）を検出する特殊なケースは、先の排出流に伴って最後に充填した後の下部密閉室２４の液量がほぼ満杯より低下していることをセンサ４０が示しているかどうかを判断することによって遂行することができる。
【００１５】
すべてのセンサ・ポイントを必要としないいくつかの場合が存在しうる。例えば、密閉室の幾何学構造が、センサ４０のレベルとセンサ５８のレベルが同一になるように構成されている場合は、これら２つのレベルを示すのに１つのセンサのみが必要とされる。加えて、流入または排出流量が許容の精度で把握される場合は、それぞれ流入レベルまたは排出レベルの終点を示すセンサの代わりに単純な時間遅れを用いることができる。
【００１６】
センサを使用せず、時間遅れのみを用いるいくつかのポンプ構成が実用化されている。そのようなケースとしては、液体流体Ｘ源４４が重力によって供給され、ガス流体Ｙ排出４２が液体源の自由表面より高い高さで大気に戻り、ガス弁（ＤおよびＣ）も液体源の自由表面より高くに位置し、液体流体Ｘの最大流量が既知である場合である。
【００１７】
上部密閉室１６は、典型的には、下部密閉室２４を満たすとともに、下部密閉室２４を満たしている間に十分な排出液を供給するのに十分な液体を保持および分配すべきであることも当業者なら理解するであろう。また、センサ４０、５４および５８を含むものの必ずしもセンサ４８を含まないポンプは、密閉室１６に対するそのような量的要件を備える必要がないことも理解されるであろう。また、密閉室２４は、上部密閉室１６を満たしている間に十分な排出液を機能的に保持および分配しなければならない。加えて、ポンプ１０は一定の排出量を確保する一方、弁Ａを介した液体流入は周期的で、上部密閉室１６から液体が輸送されるときに弁Ａが閉じるようになる。しかし、反復サイクルを通じて、ポンプに流入した流体の合計量は、ポンプから流出した流体の合計量に等しくなるはずである。ポンプの基本的な動作特徴について述べたが、次にいくつかの代替的な実施形態および改良された実施形態を説明する。
【００１８】
図２は、図１に示されたポンプ１０の流体Ｙ流入ライン３０のなかに配置された逆止弁Ｗを含む第１の改良ポンプ１００を示す図である。逆止弁Ｗは、流体Ｙ流入ライン３０から流し、そこへの流れるのを防止することによって、エラーや故障に際しての逆流を防ぐ。この逆止弁Ｗは、流体Ｘが流体Ｙに少なくともわずかに可溶で、しかも動作上または安全上の理由から流体Ｙ源への逆方向拡散を防止しなければならない場合にも有用である。この防止策が有用である具体的な一例としては、腐食性の液体Ｘが不活性ガスの流体Ｙのなかに気体を放出し、拡散および反応して成分を汚染し、またはガス流体Ｙの供給物を有害なものにする場合が挙げられる。液体−液体ポンプを実行する他の例としては、流体Ｙが水の如き環境的に敏感な液体で、流体Ｘが水銀の如き汚染液体物質である場合が挙げられる。
【００１９】
図３は、ポンプ１００の逆止弁Ｗの代わりに閉成可能弁Ｅを使用した他のポンプ１１０を示す概略図である。動作弁Ｅは、それが閉じると、流体Ｙがポンプに入るのを遮られることになる。流体Ｙを遮ることにより、下部密閉室２４内の圧力が流体Ｘ排出３６による背圧に等しくなると、ポンプ１１０の動作が停止することになる。弁Ｅおよび弁Ｃを閉に設定し、弁Ａおよび弁Ｂを開くことにより、ポンプ１１０の動作停止状態にし、そこでは流体Ｘ流入４４と流体Ｘ排出３６が同じ圧力になることによってバイパス・モードが達成される。このバイパス・モードは、流体Ｘがポンプ１１０による顕著な干渉を受けることなく、流体Ｘ流入と流体Ｘ排出の間をいずれかの方向に流れることを可能にする。
【００２０】
以下により詳細に説明する、流体Ｘ排出の逆流が防止されたポンプでは、弁Ａ、弁Ｃおよび弁Ｅをすべて閉じて、密閉室および他の弁を効果的に隔離することができる。これにより、外部接続を乱すことなくポンプの部品を修理することが可能になる。さらに、環境的に安全な流体や背圧に関係する何らかの外部ポートについては、最も近い弁を開き、かつ／または操作して修理することもできる。これは、液体流体Ｘおよび受動性ガス流体Ｙのケースに対して共通に当てはまり、流体Ｙ出口ポート４２は典型的には真空になる。さらに、この特定のケースでは、流体Ｘ排出ライン３６が排出のための手段または接続を含むとすれば、弁Ｅおよび弁Ａが閉じ、他のすべての弁が開いているときに重力排出が可能になる。
【００２１】
図４は、図１に示されているポンプ１０の弁Ａの代わりに一方向逆止弁Ｇを使用した他のポンプ実施形態１２０を示す概略図である。一方向逆止弁Ｇを使用することの長所としては、操作を必要とする弁が１つ減少すること、このタイプの弁は動作弁よりしばしば低コストであること、ならびに他の動作弁に比べると、動作が迅速であるためポンプのスループットが向上することが挙げられる。短所としては、一方向逆止弁はしばしば流れに対する制約が比較的大きく、上部密閉室１６を満たすのに利用可能な圧力を低下させるチェッキング機構により直接的な圧力降下を引き起こし、閉じるときに、流体Ｘまたは他の装置を乱すおそれのあるノイズや衝撃波を発生させ、かつ粉末スラリの如き流体Ｘ媒体によっては確実に閉じない可能性があることが挙げられる。
【００２２】
図５は、ポンプ１０の排出ライン３６内の流体Ｘ排出弁Ｓを含むさらなる改良ポンプ１３０を示す概略図である。弁Ｓは、ポンプをポンプの目的環境または装置から隔離できるように、流体Ｘ排出ライン３６を実用的に遮断する手段を提供する。保守または修理可能にすること、複数のポンプまたはポンプ部品が共通の排出または輸送ライン、あるいは開放環境を共用することを可能にすること、およびこの排出ライン３６に接続された消耗部品のための流体Ｘの流れの制御を可能にすることを含めて、この遮断機能が有用でありうることを示す多くの理由がある。流量制限弁、圧力調節弁、過圧遮断弁、過流防止弁、加温遮断弁、手動作動弁、自動作動弁などの様々な種類の弁Ｓを流体Ｘ消耗エレメントのために使用することができる。機能が異なる複数の弁Ｓを縦列に、または他の配列に接続することができる。一方向逆止弁についての具体的な事例を、詳細を示した図６に関連して如何に説明する。
【００２３】
図６は、実施形態１３０（図５）の弁Ｓの代わりに逆止弁Ｚを使用した他のポンプ実施形態１４０を示す概略図である。逆止弁Ｚは、流体Ｘ排出３６に対する流れを可能にするもののそこからの流れを防止することにより、エラーや故障に際しての逆流を防ぐとともに、他のシステムと流体Ｘ排出経路３６を共用を可能にする。この共用によって、複数のポンプが１つ以上の液体Ｘの行き先に分配して、複数のポンプが同時に使用される場合の流れを改善し、少なくとも１つのポンプが必要になるまで動作させないでおく場合に冗長性を与え、ポンプが互いに取り換えて使用できる複数の流体源を提供することが可能になる。異なる流体Ｘの液体を扱う複数のポンプを使用して、共通の流体Ｘ排出ラインを共用し、複数のラインを節約し、あるいは計画的な混合、配合または共通排出を行うことができる。どの場合も、弁Ｚは、ポンプ出口からポンプへの逆流を防ぐことで、望ましくない効果と予想されることを防止する。
【００２４】
図７は、さらなる流体Ｙ流入ライン１５４に制御弁Ｊが設けられたさらなるポンプ実施形態１５０を示す概略図である。弁Ｊは、上部密閉室１６への流体Ｙの独立供給を可能にする。それは、上部密閉室１６の加圧時における液体流体Ｘおよびガス流体Ｙのケースに特に有用である。加圧前は、密閉室１６は比較的液体流体Ｘで満たされているものの、流体Ｙ排出４２の低背圧において少なくとも少量のガス流体Ｙを含む。ポンプ実施形態１０と同様に、弁Ｄが単独で作用するため、ガス流体Ｙは、流体Ｙ（Ａ）流入３０を介しての圧力源からよりも、下部密閉室２４からより直接流入する。下部密閉室２４における圧力は低下、または急激に下方変動し、次いで上部密閉室１６が加圧されるとより高圧に戻る。したがって、弁Ｊは弁Ｄの前に開かれ、同圧力にあり弁Ｊが開いているため、独立した流体源の流体Ｙ（Ｂ）流入１５４から上部密閉室１６を加圧する。上部密閉室１６を加圧した後に弁Ｊを閉じて、個別的な流体Ｙ（Ｂ）１５４の流体源への流体Ｙの逆流を防止するのが望ましく、流体Ｙの２つの流体源の圧力が十分に異なることで当該逆流を防止することが可能である。
【００２５】
図８は、図７に示されているポンプ実施形態１５０の下部密閉室２４への流体流入ライン３０に逆止弁Ｗが含まれ、制御弁Ｆを備えた第２のラインが、上部密閉室１６への流体流入ライン３０から形成されるさらに他のポンプ実施形態１６０を示す図である。したがって、弁Ｗは下部密閉室２４から流体流入ライン３０への逆流を防ぐ役割を果たす。弁Ｗは、弁Ｆと併用すると付加的な機能を発揮する。この場合、流体Ｙ流入の単一源しか与えられていなくても、弁Ｆを開いて上部密閉室１６を加圧するときに、下部密閉室２４における圧力の急激な低下が緩和される。流体流入ライン３０における利用可能圧がその流体源の特性により実質的に低下しても、弁Ｗの一方向作用により、下部密閉室２４からの圧縮性流体Ｙの流れが阻止される。上部密閉室１６の加圧は、それが流体Ｘで十分に満たされ、よってガス流体Ｙによる加圧対象となる容量が比較的小さいときにしばしば行われる。また、上部密閉室１６が満杯近くまで流体で満たされ、上部密閉室１６と弁Ｃと弁Ｄの間の接続部の容量が小さくなるに従ってこのポンプの仕事効率が向上する。これは、これらの容量においてガスを圧縮するのに遂行される仕事は、流体Ｘを移動させるのに利用されない無効仕事であるという事実に起因する。これらすべての要因により、弁Ｗの使用は負の圧力変動を所望の最小レベルに抑える効果的な手段であるといえる。
【００２６】
図９は、流体流入ライン３０と弁Ｆの間にさらなる逆止弁Ｖを含むさらに他のポンプ実施形態１７０を示す概略図である。弁Ｖは、弁Ｆおよび弁Ｗを含むポンプに付加的な逆流防止手段を提供する。このポンプ１７０は、上部密閉室１６の圧力が変化した場合における流体Ｘ排出３６に対する低圧力変動に対して最適化されている。一般に、正常動作時に大きな逆流が生じうる場合は弁Ｆを開く必要はないが、他の弁が故障した場合のような動作異常時には逆流防止がしばしば必要となる。したがって、弁Ｖは、何らかの理由により弁Ｆが開かれる場合に逆流防止を与えるものである。弁Ｖは、付加的な圧力変動緩和機能をも提供する。弁Ｆに至る流体Ｙの流入路に弁Ｖを含めることは、下部密閉室２４に至る流体Ｙの流入路に弁Ｗが存在することに類似および匹敵する。多くの一方向逆止型の弁は、媒体の流れによって開かれたときの弁の圧力損失を表す「クラッキング圧力」降下を有する。
【００２７】
弁Ｖがなければ、弁Ｗのこの圧力降下は、弁Ｆが開いたときの圧力変動として顕在化し、上部密閉室１６の圧力が、「クラッキング圧力」に等しい分だけ下部密閉室２４より高くなり、次いで弁Ｆが閉じた後に密閉室２４の正常圧力で低下することになる。密閉室２４の見かけの圧力は、流体Ｙ流入３０の圧力から弁Ｗの先のクラッキング圧力を減じた圧力である。理想的には弁Ｗに類似した弁Ｖをクラッキング圧力弁に含めることにより、弁Ｆを開いた際の上部密閉室１６の圧力が下部密閉室２４の圧力と同じ目標値まで減じられることによって、圧力変動が最小限に抑えられる。
【００２８】
図１０は、特定の弁、あるいは弁Ｈと平行関係を保って上部密閉室１６に取りつけられる適当な大きさの付加的な配管でありうる流量制限デバイス１８４を含む他のポンプ実施形態１８０を示す概略図である。弁Ｈと制限デバイス１８４とを組み合わせることにより、上部密閉室１６内のガス圧が低下したときの圧力変動緩和機能が提供される。上部密閉室１６を加圧するには、弁Ｃを閉じたまま弁Ｄおよび弁Ｈを開くことによって、密閉室１６が迅速に加圧される。密閉室１６の圧力を下げるには、弁Ｄを閉じて弁Ｃを開くことにより、急激な圧力変動を避けるように、制限デバイス１８４からガスを徐々にリークさせる。その後、弁Ｈを開いて、密閉室１６からより急速にガスを流動させる。したがって、制限デバイス１８４は、ポンプ１８０内の液体流量の変動を含めて（ただし、それに限定されない）望ましくない効果を生じる圧力変動を防ぐ役割を果たす。
【００２９】
図１１は、多くの特徴を重ねうることを示している、弁の組み合わせを有するさらに他のポンプ実施形態１９０を示す図である。この構成は、実質的な変動抑止機能、ならびに流体Ｘと流体Ｙの両方に対する十分な遮断機能を与える。弁Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦを含む弁構成の１つの重要な態様は、弁Ｃと弁Ｆが互いに補完し合って動作することができ、弁Ｄと弁Ｅが互いに補完し合って動作することができるという制御思想の簡略化にある。補完し合う動作とは、常に、一方が開いている場合は他方が閉じていることを意味する。これは、２つの論理制御のみによって、これらすべての４つの弁を使用する必要がある自動制御を用いる実施態様に有用である。
【００３０】
図１２は、補完し合って動作しうる２つの二方弁が１つの三方弁に統合されたさらなるポンプ実施形態２００を示す図である。弁２０４の如き三方弁は、共通ポート（「Ｐ」）、常時開放ポート２０６（無色の三角形）、および常時閉鎖ポート２０８（黒色の三角形）を備える。弁２０４は、閉じたときは、接続され、共通ポートＰと常時開放ポート２０６の間の流れを可能にする一方、常時閉鎖ポート２０８を遮る。弁２０４は、開いたときは、接続され、共通ポートＰと常時閉鎖ポート２０８の間の流れを可能にする一方、常時開放ポート２０６を遮る。この場合、弁ＣＦおよび弁ＥＤは、既に示した配置の二方弁の補完物から還元された三方弁である。
【００３１】
図１３は、流体Ｘが流体Ｙより低密度であるさらに他のポンプ実施形態２１０を示す図である。したがって、流体Ｘは、より高い接続ライン位置から密閉室１６および２４を出る。流体Ｘが気体である場合は、下部密閉室２４が満杯に近づき、下部密閉室２４と弁Ａと弁Ｂの接続部の容量が小さくなるに従ってポンプの仕事効率が向上する。これは、これらの容量においてガスを圧縮するのに遂行される仕事は、ガス流体Ｘを移動させるのに利用されない無効仕事であるという事実に起因する。また、下部密閉室２４の最大ガス容量と最小ガス容量の比率（圧縮比）が、流体流入３０の圧力に等しいガス（流体Ｘ）の圧縮による圧力を生じるのに十分な大きさでなければならない。加えて、場合によっては、ガス流体Ｘ流入を十分に圧縮して、下部密閉室２４内で液体に相変化させ、次いで上部密閉室１６に移して、液体の流出体Ｘとして輸送することが可能であることに留意されたい。
【００３２】
図１４は、気相の流体Ｘ流入４４を流体Ｘ排出３６として排出するために液層の流体Ｘに変換するさらなるポンプ実施形態２２０を示す図である。密閉室の充填度を判断するために、流体Ｘと流体Ｙがともに液体であってもそれらを区別する方法が必要である。流体の便利な任意の特性をこの目的に利用できる。流体の密度が、それぞれの流出ポートにおいてそれらを分離しておくのに必要な程度に異なっていてもこのポンプは正しく機能するため、流体の密度は常に異なる。上部密閉室１６においてガスを圧縮して液相にする場合は、一度生成した液体流体Ｘが液体流体Ｙを通じて移動して、該密閉室の底に沈降する。下部密閉室２４への輸送が始まる前に、この移動および分離が行われるための十分な時間を確保する必要がある。さらに、弁Ｃを介して上部密閉室１６の圧力を下げたときに、上部密閉室１６および排出配管内に残留するあらゆる液体流体Ｘが気相に戻るため、このガスが流体Ｙとともに出るのを防いで、単に上部密閉室１６のより高い位置に蒸散させるために特定の形状の密閉室が望ましいこともある。
【００３３】
特定の好ましい実施形態に関して本発明を提示および説明したが、当業者なら、本発明の真の趣旨および範囲を含みながらもそれに対する特定の変更および改造を展開するであろう。よって、添付の請求項は、本発明の真の趣旨および範囲を含む、それに対する当該すべての変更および改造を包括するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の二重チャンバ液体ポンプの基本的特徴を示す概略図である。
【図２】〜
【図１４】
図１に示された基本的な二重チャンバ・ポンプの代替的な実施形態、および改良された実施形態を示す概略図である。

Claims

第１の流体を第１の流体源から流入するよう構成される上部密閉室と、
前記第１の流体を第１の流体排出ラインに排出するよう構成される下部密閉室と、
前記第１の流体源と前記上部密閉室の間に取りつけられて、前記第１の流体源から前記上部密閉室への前記第１の流体の流れを制御する第１の弁（Ａ）と、
前記上部密閉室と前記下部密閉室の間に取りつけられて、前記上部密閉室から前記下部密閉室への前記第１の流体の流れを制御する第２の弁（Ｂ）と、
前記下部チャンバに取りつけられて、第２の流体源から前記下部密閉室に第２の流体を供給する第２の流体用流入ラインと、
前記第２の流体源と前記上部密閉室の間に取りつけられて、前記上部密閉室への前記第２の流体の流れを制御する第３の弁（Ｄ）と、
前記上部密閉室に取りつけられ、前記上部密閉室から第２の流体排出ラインへの前記第２の流体の流れを制御するよう動作する第４の弁（Ｃ）とを備えた二重チャンバ流体ポンプ。
前記第１の流体が液体で、前記第２の流体が気体である請求項１に記載のポンプ。
前記上部密閉室および前記下部密閉室に対する前記第１の流体の流れを制御するとともに、前記上部密閉室および前記下部密閉室に対する前記第２の流体の流れを制御するよう動作する制御器をさらに備えた請求項１に記載のポンプ。
前記制御器に制御信号を提供する、前記下部密閉室内に配置された流体レベル感知デバイスをさらに含み、前記制御器は、前記弁Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを制御するための信号を提供する請求項３に記載のポンプ。
前記弁Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、前記制御器によりタイマ・モードで制御される請求項３に記載のポンプ。
前記第２の流体源と前記下部密閉室の間に取りつけられて、前記第２の流体源への流体の逆流を防止する逆止弁（Ｗ）をさらに含む請求項４に記載のポンプ。
前記第２の流体源と前記下部密閉室の間に配置されて、前記ポンプへの前記第２の流体の流れを制御する可制御弁（Ｅ）をさらに含む請求項４に記載のポンプ。
前記第１の流体源と前記上部密閉室の間に配置されて、前記第１の流体源への前記第１の流体の逆流を防止する逆止弁（Ｇ）をさらに含む請求項４に記載のポンプ。
前記下部密閉室と前記第１の流体排出ラインの間に配置されて、前記ポンプからの前記第１の流体の排出を制御する可制御弁（Ｓ）をさらに含む請求項４に記載のポンプ。
前記下部密閉室と前記第１の流体排出ラインの間に配置されて、前記第１の流体排出ラインから前記ポンプへの流体の逆流を防止する逆止弁（Ｚ）をさらに含む請求項４に記載のポンプ。
弁Ｄと前記上部密閉室の間に取りつけられて、前記第２の流体を前記上部密閉室に供給する第２の流体流入ラインをさらに含む請求項４に記載のポンプ。
前記第２の流体流入ラインに流体制御弁（Ｊ）が取りつけられた請求項１１に記載のポンプ。
前記第２の流体源と前記下部密閉室の間に配置された逆止弁（Ｗ）と、前記第２の流体源と前記上部密閉室の間に取りつけられて前記第２の流体源からの流体を制御する可制御弁（Ｆ）とをさらに含む請求項４に記載のポンプ。
前記第２の流体源への流体の逆流を防ぐために、前記第２の流体源と弁Ｆの間に逆止弁（Ｖ）が配置された請求項１３に記載のポンプ。
前記上部密閉室と弁Ｃの間に取りつけられて、前記上部密閉室からの前記第２の流体の流れを制御する可制御弁（Ｈ）をさらに含み、その弁（Ｈ）と平行関係を保って流量制限デバイスが配置された請求項４に記載のポンプ。
前記第２の流体源と前記下部密閉室の間に配置されて、前記下部密閉室および前記弁（Ｄ）への前記第２の流体の流れを制御する流体制御弁（Ｅ）をさらに含む請求項４に記載のポンプ。
前記弁（Ｅ）および（Ｄ）の代わりに三方弁（ＥＤ）を使用し、弁（Ｃ）および（Ｆ）の代わりに三方弁（ＣＦ）を使用した請求項１６に記載のポンプ。
前記第２の流体源への流体の逆流を防止するために前記第２の流体源と弁（ＣＦ）の間に逆止弁（Ｖ）が配置され、前記第２の流体源への流体の逆流を防止するために前記第２の流体源と弁（ＥＤ）の間に逆止弁（Ｗ）が配置された請求項１７に記載のポンプ。
前記第２の流体は前記第１の流体より密度が高く、前記ポンプのポンピング動作のサイクルの少なくとも一部を通じて、前記第１の流体が前記下部密閉室に流入され、前記上部密閉室から排出される請求項４に記載のポンプ。
前記ポンプの動作サイクルの少なくとも一部を通じて、前記第１の流体が前記上部密閉室に気相で導入され、前記下部密閉室から液相で排出される請求項４に記載のポンプ。
液体をポンプ輸送する方法であって、
二重チャンバ・ポンプの上部密閉室に液体を流入させるステップと、
前記上部密閉室内のガス圧を制御して、前記上部密閉室内の前記液体を前記ポンプの下部密閉室に流動させるステップと、
前記ポンプの前記下部密閉室内のガス圧を制御して、前記液体を前記下部密閉室からコンスタントに流動させるステップとを含む方法。
前記下部密閉室内のガス圧を制御する前記ステップは、前記下部密閉室内の液体レベルを判断するステップを含む請求項２１に記載の液体輸送方法。
前記上部密閉室内のガス圧を制御する前記ステップは、前記下部密閉室内の前記液体レベルが低下している場合に前記上部密閉室内のガス圧を上昇させるステップを含む請求項２２に記載の液体輸送方法。
前記上部密閉室内の前記ガス圧を上昇させる前記ステップは、前記上部密閉室内の液体を前記下部密閉室に流動させる請求項２３に記載の液体輸送方法。
前記上部密閉室内のガス圧を制御する前記ステップは、前記下部密閉室内の前記液体レベルが上昇している場合に、前記上部密閉室内のガス圧を低下させるステップを含む請求項２２に記載の液体輸送方法。
前記上部密閉室内の前記ガス圧を低下させる前記ステップは、液体を液体源から前記上部密閉室に流動させる請求項２５に記載の液体輸送方法。
前記上部チャンバ内のガス圧を制御する前記ステップは、所定の時間間隔で、前記上部密閉室内の前記ガス圧を変更するステップを含む請求項２１に記載の液体輸送方法。
前記上部密閉室内の前記ガス圧を変更する前記ステップは、液体を前記上部密閉室から前記下部密閉室に流動させる請求項２７に記載の液体輸送方法。
前記上部密閉室への液体の流れを制御するために、液体源と前記上部密閉室の間に可制御弁（Ａ）が配置され、
前記上部密閉室と上記下部密閉室の間の前記液体の流れを制御するために前記上部密閉室と上記下部密閉室の間に可制御弁（Ｂ）が配置され、
前記上部密閉室への前記ガスの流れを制御するために、ガス源と前記上部密閉室の間に制御弁（Ｄ）が配置され、
前記上部密閉室からガス導出ラインへの前記ガスの流れを制御するために、前記上部密閉室と前記ガス排出ラインの間に可制御弁（Ｃ）が配置される請求項２１に記載の方法。
ポンプ・システム制御器が前記弁（Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ）に信号を提供して弁の開閉を制御する請求項２９に記載の方法。
前記下部密閉室内の液体レベルに関連する制御信号を前記システム制御器に提供して、前記システム制御器による弁（Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ）の制御に機能的に影響を与える請求項３０に記載の方法。
前記下部密閉室の液体レベル制御信号は低液体レベル信号および高液体レベル信号を含む請求項３１に記載の方法。