JP2005534848A - 流体作動式ポンプ - Google Patents

Abstract

ポンプ装置は作動流体を使用して圧送流体を搬送するためのポンプ２１を備え、該ポンプは、内部スペース２６を画定する剛な外側ケーシング２５と、内部スペース２６内に収容される管構造２７とを備え、管構造２７は可撓性であると共に実質的に非弾性である。管構造２７の内部は圧送流体を受け入れるためのポンプ室２８を画成し、管構造２７は、ポンプ室２８の体積を変え、それにより吐出行程及び吸込行程を行うべく横方向に拡張された状態及び圧平された状態の間に可動である。管構造２７を囲む内部スペース２６の領域は、作動流体を受け入れて収容するための作動領域を画成している。ポンプ室２８は、管構造２７を拡張された状態に向かって移動させるべく圧送流体を受け入れるように構成され、それによりポンプ室２８が吸込行程を行い、ポンプ室２８は、作動領域における作動流体の動作に呼応して管構造２７の圧平時に吐出行程を行う。ポンプ装置はまた、ポンプ室２８に吸込行程を行わせるために時系列順序で圧送流体をポンプ室２８に給送する給送手段５０と、管構造２７を横方向に圧平させ、それによりポンプ室２８に吐出行程を行わせるために時系列順序で作動流体を作動領域に供給する手段７０とを備えている。

Description

本発明は、流体作動式ポンプに関し、特に、そのようなポンプを組み入れたポンプ装置に関するものである。

本発明は、必ずしもそれだけではないが、特に、坑内採鉱施設を排水するために考え出されたものである。本発明は、多量の汚れた流体をポンプ送りもしくは圧送するのに非常に高い圧力が必要とされる用途に適応している。代表的には、２５００ｍの水頭程度の圧力及び２００ｍ³/ｈｒ程度の流量が達成されることになる。

坑内採鉱施設を排水する際、水は、固形物で必ず汚染されている。典型的には、差動プランジャーポンプ又はピストンダイヤフラムポンプが圧送プロセスのために使用されている。ピストンポンプは、作業をするのに効果的ではあるが、高い資本コストと、高い保守コストとを必要としている。高い保守コストは高摩耗率のために生じており、高摩耗率は、ポンプ吸込行程及び吐出行程を制御するポンプバルブ調節システムの厳しい作動条件に起因している。かかるシステムは、およそ毎分６０〜８０回のポンプ運転速度を必要としている。差動プランジャーポンプの高い保守コストの更なる要因は、往復動するピストン及びそれらのシールに対する汚水の攻撃的作用である。

ダイヤフラムポンプは、ピストン及びシールに対するのと同じ摩耗率の作用を受けないが、それにもかかわらずバルブ調節システムは、ダイヤフラムポンプにおいてもおよそ毎分６０〜８０回で作動するときに、同じ厳しい条件にさらされる。

少ない圧送量で作動でき、従って、ポンプに関連したバルブ調節に対してより厳しくないポンプの必要性が存在している。この必要性は、蠕動ポンプの変形であるコラプシブルチャンバ（collapsible chamber)ポンプにより満たすことが可能である。かかるポンプは、供給端及び吐出端を有する可撓性の管を利用しており、該供給端及び吐出端の間の管内にポンピングチャンバもしくはポンプ室が画成されている。流体圧力は、管を圧縮し、それによりポンピングチャンバ内の１回分の流体を吐出端に向かい駆動するのに使用されている。このようなポンプについての種々の提案は、ショーンブルク（Schomburg）の米国特許第３,４０６,６３３号明細書、ヴァン・オース（van Os)の米国特許第４,５１５,５３６号明細書、サッター(Sutter)の米国特許第６,３４５,９６２号明細書、エスビー・サーヴィス（空気圧技術）リミテッド（SB Services (Pneumatics) Ltd.)の英国特許第２１９５１４９号明細書、リーハ(RICH)の国際公開第８２/０１７３８号パンフレット、コファール(Kofahl)の米国特許第４,２５７,７５１号明細書及びキンバリン(Kimberlin)の米国特許第４,８８６,４３２号明細書に開示されている。

これら提案の各々は、弾性のある可撓性の管を利用しているので、該管は、その内部の１回の量の流体を押し出すように圧縮可能であると共に、更なる１回の量の流体をこの可撓性の管内に受け入れるように拡張可能である。これら提案の各々は、装置が作動できる最大圧力に限界を有している。この限界は、管が圧送流体により過剰に圧縮された場合に可撓性の管が耐えることができる最大差圧の結果である。過剰に圧縮されると、管は出口ポートでの破断により損傷することになる。

このような背景があり、それと関連した種々の欠点及び問題点があることから、本発明が開発されたものである。

前述した先行技術の引用は、背景としてのためだけであり、先行技術がオーストラリアにおける一般的知識の一部を形成することの承認又は如何なる形の示唆でもなく、また、その承認又は如何なる形の示唆であると解釈されるべきでもない。

本発明の第１の形態によると、作動流体を使用して圧送流体を搬送するためのポンプが提供されており、該ポンプは、内部スペースを画定する剛な外側ケーシングと、前記内部スペース内に収容される管構造とを備え、該管構造は可撓性であると共に実質的に非弾性であり、該管構造の内部は圧送流体を受け入れるためのポンプ室を画成しており、該管構造は、前記ポンプ室の体積を変え、それにより吐出行程及び吸込行程を行うべく横方向に拡張された状態及び圧平された状態の間に可動であり、前記管構造を囲む前記内部スペースの領域は、作動流体を受け入れて収容するための作動領域を画成しており、前記ポンプ室は、前記管構造を前記拡張された状態に向かって移動させるべく圧送流体を受け入れるように構成され、それにより前記ポンプ室が吸込行程を行い、前記ポンプ室が前記作動領域における作動流体の動作に呼応して前記管構造の圧平時に吐出行程を行うようになっている。

好ましいのは、前記管構造の一端が閉じられ、他端がポートに連結されており、前記ポンプ室が吸込行程及び吐出行程を行うときに、圧送流体が前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり、前記ポンプ室から排送したりすることが可能となっている。

前記管構造は、その両端間で緊張した状態に維持されることが好ましい。

前記管構造は、その前記閉じた一端で支持されていることが好ましい。

好ましくは、前記管構造の前記閉じた一端は、該管構造の長手方向の伸張及び収縮に適応するように可動に支持されている。前記管構造の前記閉じた一端は、スプリング機構のような任意の適切な方式で可動に支持されていてもよい。

好ましいのは、前記作動領域が、前記管構造を実質的に取り囲んでいる作動環状域と、前記ポンプの前記閉じた一端に位置付けられた作動室とから構成されていることである。前記作動環状域は前記作動室と流体連通していることが好ましい。

好ましくは、ポンプは、空気のような流体を前記ポンプから逃すための手段を備えている。

好ましくは、ポンプは、前記ポンプ室及び前記作動領域から空気を逃すための別の手段を備えており、その場合、空気は前記吸込行程中に前記ポンプ室から逃され、かつ空気は前記吐出行程中に前記作動領域から逃されるようになっている。

ポンプはまた、前記吸込行程及び前記吐出行程中、前記ポンプを監視するための監視手段も備えていてもよい。

前記監視手段は前記管構造の状態を監視することが好ましい。

本発明の一実施形態によると、前記監視手段は前記管構造の前記閉じた一端の位置を直接又は間接的に監視するようになっている。ここで、管構造が充填されるにつれて、長手方向の長さが縮小させられ、結果として可動の閉じた一端が管構造の固定された開口端に向かい移動することになる。

本発明の別の実施形態によると、前記監視手段は前記ポンプの構成要素間の圧力差を監視するようになっている。

前記監視手段は、いつ前記吐出行程及び吸込行程が完了したかを少なくとも指示することが好ましい。

本発明の第２の実施形態によると、本発明の第１の形態に基づくポンプと、前記ポンプ室に吸込行程を行わせるために時系列順序で圧送流体を前記ポンプ室に給送する給送手段と、前記管構造を横方向に圧平させ、それにより前記ポンプ室に吐出行程を行わせるために時系列順序で作動流体を前記作動領域に供給する手段とを備えるポンプ装置が提供されている。

前記給送手段は給送ポンプから構成されていてもよい。

典型的には、給送手段は、圧送流体を管構造の内部に搬送して、その横方向の拡張を生じさせ、それによりポンプ室の吸込行程を行うことのみが必要とされる意味で、比較的に低圧で作動することが要求されているに過ぎない。

前記作動流体は例えば油圧オイル又は水のような任意の形態のものでよい。

前記作動流体が油圧オイルである場合、前記供給手段は、油圧オイル用のタンクと液圧ポンプとを組み込んだ液圧回路を備えていることが好ましい。前記液圧回路はまた、時系列順序で前記作動領域内への油圧オイルの給送と前記作動領域からの油圧オイルの排送とを調節するため吸込及び出口側弁装置を備えている。

前記作動流体が水である場合、前記供給手段は、前記水を適切な圧力水頭で供給するために高所位置にある水タンクから構成されていてもよい。

好ましくは、前記作動領域への前記作動流体の給送は、圧送流体が前記ポンプ室に入ったり、該ポンプ室から排送する際に通るポートに対して反対の端で行われている。前記作動領域からの前記作動流体の出口は、圧送流体が前記ポンプ室に入ったり、該ポンプ室から排送する際に通るポートに対して反対の端であってもよい。

ポンプ装置は、本発明の第１の形態に基づく２台のポンプを備えていてもよく、該２台のポンプは、一方のポンプのポンプ室が吸込行程を行っている間に他方のポンプのポンプ室が吐出行程を行っており、逆の場合も同様である。

好ましくは、前記２台のポンプの順次運転は、ほぼ中断されることのない圧送流体供給が前記ポンプ装置から出されるようになっている。これは、所定量の流体を可撓性の管から排送し、その後、続く押し退けの前に管に再充填することを必要とする先行技術のポンプ装置とは異なっている。これは、一般に望ましくない装置の間欠的な出力流れという結果になる。極端な高圧の適用例において使用された場合、間欠的な出力流れは、出口配管系統に起こる衝撃波（液圧ハンマーとしても知られている）を発生させることになる。出口配管系統における間欠的な流れは、繰返し加速及び減速することを必要とするであろうから、エネルギの消費になり、従って、ポンプ装置が非能率になる。

前記吐出行程の持続期間は前記吸込行程の持続期間よりも長くすることが可能である。好ましいのは、一方のポンプがその吸込行程を完了しその吐出行程を開始すると同時に、他方のポンプがその吐出行程を完了しつつあることである。一方のポンプの前記吐出行程は、他方のポンプからの吐出の量が前記ポンプ装置からの圧送流体の所望量に等しくなるようになるまでに完了されることが好ましい。

好ましくは、前記２台のポンプは、運転の順序を制御する適切な弁装置と共に、共通の給送手段及び共通の供給手段を有している。

好ましくは、前記又は各ポンプは、前記管構造の閉じた一端がその他端に対して高所にあるように方向付けられている。前記作動領域への前記作動流体の吐出及び出口は、前記閉じた一端の近くであることが好ましい。

本発明の第３の形態によると、作動流体を使用して圧送流体を搬送するためのポンプが提供されており、該ポンプは、内部スペースを画定する剛な外側ケーシングと、前記内部スペース内に収容される可撓性の管構造とを備え、該管構造の内部は圧送流体を受け入れるためのポンプ室を画成しており、該管構造は、前記ポンプ室の体積を変え、それにより吐出行程及び吸込行程を行うべく横方向に拡張された状態及び圧平された状態の間に可動であり、前記管構造の一端は閉じられていると共に他端はポートと連絡していて、圧送流体は、前記ポンプ室が吸込行程及び吐出行程を行うときに前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり前記ポンプ室から排送したりすることが可能であり、前記管構造を囲む前記内部スペースの領域は、作動流体を受け入れるための作動領域を画成しており、前記ポンプ室は、前記管構造を前記拡張された状態に向かって移動させるべく圧送流体を受け入れるように構成され、それにより前記ポンプ室が吸込行程を行い、前記ポンプ室は、前記作動領域における作動流体の動作に呼応して前記管構造の圧平時に吐出行程を行うようになっている。

前記管構造は実質的に非弾性であることが好ましい。

好ましくは、作動流体が通って前記ポンプ室に入る前記ポートは、前記作動流体が前記ポンプに入る位置とは反対の端にある。

本発明の第４の形態によると、ポンプ装置が提供されており、該ポンプ装置は、
作動領域内に収容されるポンプ室を各々が有している少なくとも２台のポンプと、
各ポンプ室に時系列順序で圧送流体を給送し、各ポンプ室に吸込行程を行わせる給送手段と、
各管構造を横方向に圧平させ、前記ポンプ室に吐出行程を行わせるために時系列順序で作動流体を各作動領域に供給する手段とを備えており、
前記少なくとも２台のポンプの順次運転が前記ポンプ装置から圧送流体のほぼ中断されない供給を吐き出すようになっている。

好ましくは、各ポンプ室は可撓性且つ実質的に非弾性の管構造から構成されている。

好ましくは、前記ポンプ室は、閉じた一端とポートに接続された他端とを有しており、圧送流体は、前記ポンプ室が吸込行程及び吐出行程を行うときに前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり、前記ポンプ室から排送したりすることが可能となっている。前記ポンプ室の前記閉じた一端は、その他端に対して高所にあることが好ましい。

本発明の第５の形態によると、本発明の第４の形態に基づくポンプ装置を運転するための方法が提供されており、この方法において、一方のポンプの前記吐出行程の持続期間は他方のポンプの前記吸込行程の持続期間よりも長く、逆の場合も同様であり、そのために順次運転されたときに、前記ポンプ装置はほぼ中断されない流体の供給を出すようになっている。

本発明の第６の形態によると、作動流体を使用して圧送流体を搬送するためのポンプが提供されており、該ポンプは、内部スペースを画定する剛な外側ケーシングと、前記内部スペース内に収容される管構造とを備え、前記管構造は、他端に対して高所位置にある閉じた一端を有しており、他端は、ポートに連絡していて、圧送流体が前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり、前記ポンプ室から排送したりすることが可能となっており、該管構造の内部は、圧送流体を受け入れるためのポンプ室を画成しており、該管構造は、前記ポンプ室の体積を変え、それにより吐出行程及び吸込行程を行うべく横方向に拡張された状態及び圧平された状態の間に可動であり、前記管構造を囲む前記内部スペースの領域は、作動流体を受け入れるための作動領域を画成しており、前記ポンプ室は、前記管構造を前記拡張された状態に向かって移動させるべく圧送流体を受け入れるように構成され、それにより前記ポンプ室が吸込行程を行い、前記ポンプ室は、前記作動領域における作動流体の動作に呼応して前記管構造の圧平時に吐出行程を行うようになっている。

好ましいのは、前記作動流体が、前記ポンプ室の前記閉じた一端の近くで前記作動領域に入ることである。

前記管構造は、可撓性であると共に実質的に非弾性であることが好ましい。

本発明の更なる形態によると、脈動流を別個に供給する少なくとも２台のポンプを備えるポンプ装置を運転する方法が提供されており、この方法において、前記少なくとも２台のポンプは時系列順序で運転され、前記ポンプ装置からほぼ中断されない排送を供給している。

前記少なくとも２台のポンプの一方の吐出行程の持続期間は、前記少なくとも２台のポンプの他方の吸込行程の持続期間よりも長く、逆の場合も同様であることが好ましい。

本発明は、添付図面に示されたようなその特定実施形態に関する以下の記載を参照することにより一層良く理解されるであろう。

図１〜図１３を参照すると、連続流の汚染水を高圧で且つ大流量で搬送するのに適するポンプ装置１が示されている。汚染水は、固形物を含んでおり、そのためスラリーを構成しているのが一般的である。従って、今後は、該汚染水をスラリーと呼ぶことにする。

ポンプ装置１は、排送パイプライン５６を経由してスラリーを排送するために、（説明されるように）所定の時系列順序で作動可能である２台のポンプ２１，２２を備えている。

図２を参照すると、各ポンプ２１，２２は、円筒形の構造であると共に内部スペース２６を画定する剛な外側ケーシング２５を備えている。各ケーシング２５は、その一端が他端に対して高所にあるように、水平に対して傾斜した長手方向軸線を有している。第１の端板３４はケーシング２５の上端に装着されており、第２の端板２３はその下端に装着されている。

可撓性の管構造２７は、外側ケーシング２５内の内部スペース２６に収容されていると共に、長手方向に緊張した状態で支持されている。この可撓性の管構造２７は、可撓性ではあるが実質的に非弾性である。該管構造は、特定の状態から撓んだ後に該管構造をその状態に戻そうとする傾向のある記憶装置を有していない点で、実質的に非弾性であると共に、引張り強度を有しており、それにより管の弾性伸びを制限している。

管構造２７の内部は、ポンプ室２８を画成している。管構造２７は、その可撓性の性質のため、ポンプ室２８の体積を変えるべく横方向の圧平（collapsed)状態と拡張状態との間に可動である。このような構成では、ポンプ室２８は、吸込行程及び吐出行程を遂行することが可能である。

横方向の圧平状態において、管構造２７は、後から説明される方法で支持されるその両端を除いて、弛緩されており、基本的にそれ自体に圧平されるようになっている。横方向の拡張状態において、管構造２７は膨らまされており、応力が管壁に発生することになる。後からより詳細に説明されるように、これは管構造に幾分かの長手方向の収縮もしくは短縮が生ずる結果になる。

管構造２７の一端は、下側の端板２３上に支持されている。特に、下側の端板２３はポート４２を画定する開口を採用しており、ポンプ送りを受けているスラリーは、このポートを介して、管構造２７内に画成されたポンプ室２８内に入ったり、出たりすることが可能となっている。端板２３はスリーブ部２４を合体させており、該スリーブ部の上に管構造２７の一端が封止状態で係合している。

管構造２７の他端は、可動の支持体に取り付けられている。この可動の支持体は、円筒形の剛な末端継手２９と、端壁部３１と、円錐形の内側輪郭部３０とから構成されている。管構造２７の端は、円筒形の剛な末端継手２９の上に封止状態で嵌め込まれている。端壁部３１は、上側の端板３４にある開口３８を通って延在する管状ロッド３２に支持されている。管状ロッド３２は、端板３４中に封止状態で滑動自在に支持されている。管状ロッド３２の外側端部分には、カラー３６が嵌合されており、このカラー３６と端板３４の外面との間に圧縮ばね３５が作用するようになっている。このように構成すると、圧縮ばね３５は管状ロッド３２を外方に駆動し、従って、末端継手２９は端板３４に向かって駆動されることになる。この配置は、管構造２７の上側端を可動に支持すると共に、後から説明されるように管構造の長手方向の伸縮することになる。更に、それは管構造２７を長手方向に緊張状態に維持するのを支援するものである。

管構造２７を囲む内部スペース２６の領域及び剛な外側ケーシング２５の内部の領域は、作動流体を受け入れるための作動環状域４１を画成している。円形端壁３１の外側の領域及び端板３４の内側の領域は、作動流体を受け入れるための作動室４０を画成しており、該作動室４０は作動環状域４１と流体連通して作動領域を提供している。

開始と同時に、そして吐出行程の間、作動流体は、作動環状域４１に流入する前に、ポート３９を経由して作動室４０に入ることになる。ポート３９は、作動室４０に入ったときの作動流体の流れが管構造２７と直接に一直線に並ばず、従って、それに衝突しないように、外側ケーシング２５の上端部に接続されている。

開始と同時に、そして吸込行程の間、作動流体は、ポート３３を経由して出る前に、作動環状域４１を通り作動室４０に流入することになる。ポート３３は、最高所位置において外側ケーシング２５の上端部に接続されている。この構成は、同伴空気が作動流体の吐出のときに作動室４０から追い出されることを可能にするものである。

図１を参照すると、ポンプ装置１は更に、後述するように時系列順序で複数のポンプ室２８にスラリーを給送するための給送手段５０を備えている。この給送手段５０は、スラリータンク５１に連絡すると共に、プライミングポンプ５２と、該プライミングポンプ５２から延在する給送ライン５３とを備えており、該給送ラインは２つの給送分岐ライン５４，５５に分岐している。特に、各給送分岐ライン５４，５５は、ポート４２を介してそれぞれのポンプのポンプ室２８に連絡している。各給送分岐ライン５４，５５にある入口側逆止弁６１，６３は分岐ラインに沿ったスラリーの流れ方向を制御するものである。

各ポート４２はまた、各排送分岐ライン５７，５８を経由して排送パイプライン５６と連絡している。各排送分岐ライン５７，５８は、分岐ラインに沿ってスラリーを吐き出す流れ方向を制御するため、出口側逆止弁６２，６４を備えている。

また、作動流体を各作動室４０に時系列順序で供給するために、供給手段７０も設けられている。

この実施形態において、作動流体は油圧オイルであり、供給手段７０は、各ポンプ２１，２２の作動室４０と連絡する液圧回路を備えている。供給手段７０は、油圧オイルのためのタンク７１と、圧力を受けている油圧オイルを分岐ライン７５，７６に沿って作動室４０に給送するための電気モータ駆動の液圧ポンプ７２とを備えている。液圧弁７３，７４は、各分岐ライン７５，７６における圧力リリーフ流れがタンク７１に戻るのを可能にするものである。

各ポンプ２１，２２の作動室４０は、各分岐ライン７５，７６とポート３９との間に接続された搬送ライン７７，７８を経由して分岐ライン７５，７６と連絡している。

分岐ライン７６には、ポンプ２２に関連したプレチャージ入口弁８１と、ポンプ２１に関連したプレチャージ入口弁８４とが組み込まれている。分岐ライン７５には、ポンプ２２に関連した供給入口弁８２と、ポンプ２１に関連した供給入口弁８５とが組み込まれている。

供給手段７０はまた、戻しパイプライン９５を備えている。

戻しパイプライン９５は、各ポンプ２１，２２にあるポート３３と連通関係にあると共に、ポンプ２１に関連した吐出弁８６及びポンプ２２に関連した吐出弁８３を組み込んでいる。

弁８１〜８６は、制御システム（図示せず）の制御を受けて時系列順序で作動するように構成されている。典型的には、弁８１〜８６は、該制御システムからの電気信号に応答して作動可能である。

弁８１〜８６の作動は、該制御システムにより時系列順序で制御されているが、ポンプ室２８内へのスラリー吸込み及びポンプ室２８からのスラリー排送に関係した弁６１〜６４は、流体圧力に応答する単なる逆止弁であることに留意すべきである。

上記で暗に指摘したように、１回分のスラリーは、周囲の作動環状域４１及び作動室４０に入る１回分の油圧オイルの影響下で各ポンプ室２８から追い出されるようになっている。１回分の油圧オイルは、吐出行程の完了時に使い果たされることになる。使われた１回分の油圧オイルは、続いて、ポンプ室２８の次の吸込行程中に管構造２７の膨張により作動環状域４１及び作動室４０から追い出されることになる。この順序は、勿論、制御弁８１〜８６の時系列作動により制御されている。特に、各ポンプ２１，２２についての吐出行程は、各入口弁８２，８５が開き、各出口弁８３，８６が閉じるときに行われている。同様に、吸込行程は、各出口弁８３，８６が開き、各入口弁８２，８５が閉じるときに行われている。各出口弁８３，８６は、作動流体の追出しを可能とするため、及びスラリーの吸込み時に管構造２７がその拡張状態に移動するだけのスペースを可能とするために開かれている。

ポンプの満足できる運転を確実にするため、空気は、ポンプ室２８は勿論のこと、作動環状域４１及び作動室４０の双方から逃さねばならない。ポート３３は、作動室４０の最上方部位に配置されており、各制御弁８３，８６が前述したように開いたときに各ポンプ２１，２２における作動環状域４１及び作動室４０内に同伴された空気を排出することになる。しかるに、各ポンプ室２８内の同伴空気は、ポート３７を通って出されることになる。

図２から分かるように、ポート３７は、中空の管状ロッド３２によりポンプ室２８に接続されている。円錐形の内側輪郭部３０は、ポンプ室２８中の同伴空気を当該中空の管状ロッド３２へと案内するものである。管状ロッド３２と連通関係にある出口弁６５が開くと共にポンプ室２８が吸込行程中にスラリーで充填されるときに、スラリーは、中空の管状ロッド３２を通って流出し、同伴空気をポンプ室２８から強制的に追い出されることになる。

ポンプ室２８からの同伴空気の追出しは、管構造２７の最高所位置にある抽気管位置を経由するような種々の他の手段を通じてもよいことが分かる。

第１の実施形態に基づくポンプ装置１の運転について次に説明する。作動順序は、図１８において表形式にされている。

ポンプ装置１を使用する圧送運転の開始時に、図３及び図４に示すように、各ポンプのポンプ室２８が十分にスラリーを充填するように、双方のポンプ２１，２２に呼び水を差すことが必要である。

次に、油圧オイルをポンプ２２の作動室４０に送り出すように制御システムが作動される。油圧オイルがポンプ２２の作動室４０及び作動環状域４１を満たすときに、図５及び図６に示すように、それにより、作動流体の作用を受ける管構造２７がその内部のスラリーを排送分岐ライン５７に沿ってパイプライン５６へと追い出す。ポンプ２２の吐出行程の完了近くに、図７に示すように、ポンプ２１がその吐出行程を開始する。瞬時の間、双方のポンプ２２，２１から同時に吐き出すことによって一定圧力が達成され、それにより、排送パイプライン５６を通るスラリーの流量が、ポンプ２１，２２間の移行中、一定に維持されることを確実にする。ポンプ２１，２２間の円滑な移行を確認したら、ポンプ２２の吐出行程は終り、図８に示すように、その吸込行程の開始が続く。

吸込行程の間、スラリーは給送手段５０によりポンプ２２に給送される。次いで、図９〜図１３に示すように、サイクルが繰り返されて、スラリーが時系列順序で作動する２台のポンプ２１，２２により排送パイプライン５６を通り連続的に圧送もしくはポンプ送りされるので、一定の流量がポンプ装置１により排送される。

排送パイプライン５６への圧送スラリーの実質的に中断されない給送があるようにするには、吸込行程を行うのに要する時間が吐出行程のために許された時間よりも短時間であることが必要である。これは、一方から他方へのポンプの切換え順序における種々の制御弁の作動に必要な時間を与えるものである。

各ポンプの行程の開始時に、一方のポンプの作動環状域４１及び作動室４０は、他方のポンプ（これはその吐出行程の終期近くにある）の作動環状域４１及び作動室４０と同じ圧力まで加圧されている。吐出行程を開始しているポンプの作動環状域４１及び作動室４０がその吐出行程の開始前にそのように加圧されていなければ、排送パイプライン５６への連続的な給送を途絶させることになる圧力損失が生じるであろう。

ポンプ装置１の運転中、最も重要であるのは、各ポンプ室２８がその圧送行程の開始前にスラリーで十分に満たされていることを確実にすることである。この要件が満たされていないと、管構造２７は、各ポンプ室２８内での吐出行程の繰返し後に、最終的に損傷する可能性がある。これは、例えば、管構造２７がポート４２に強引に通されることになりうる。

管構造２７からの過剰の排送の場合、同管構造は、該管構造２７が実質的に非弾性であるならば、ポンプ室２８の体積がスラリーの排送によって減少されるので、長さが短くなるであろう。可動の支持アセンブリ、管状ロッド３２及びスプリング３５は、管構造２７の短縮に適応するようになっている。短縮の度合いは、例えば管状ロッド３２の動きを参照して、測定することができる。次いで、これを使用して、管構造が十分に排出されたこと、即ち、管状ロッド３２がその最内方位置にあるときに吐出行程が完了したことを指示する信号を発生させることができる。

吐出行程の開始前に各ポンプ室２８が正しく充填されていることを確実にすべく、ポンプ装置の運転を監視できる種々の方法がある。１つの方法は、作動室４０及びポンプ室２８の間に存在する圧力差を監視することを含んでいる。説明として、スラリーがそれぞれのポート４２を通りポンプ室２８の１つに入りつつあるときに、作動流体は作動室４０から排送されつつある。換言すれば、特定の作動室４０と関連した液圧回路におけるそれぞれの出口制御弁８３，８６は、作動流体の排除を可能とすべく開いている。作動室４０には最小の背圧があるので（何故なら出口弁８３，８６は開いている）、スラリーは、作動流体が排除されるにつれて管構造２７を膨張させることができる。管構造２７が十分に充填されたときに、給送手段５０は管構造２７に圧力を加え続けており、この圧力は管構造２７の引張り特性により吸収される。管構造２７内の内圧により管構造２７は固く張ったようになり、従って、その最大可能膨張状態になる。管構造２７がこの状態にあるときに、作動室４０の後の出口弁８３，８６は依然として開いているので、作動室４０に残っている作動流体に働く圧力はないであろう（何故なら管構造２７はもう膨張できない）。その結果、検出されることができ、そのためポンプ室２８が十分に充填されていることの指示を与えるのに使用できる、圧力差がある。

別の検出システムでは、管構造２７が力の抜けた状態から十分に充填された状態に移るときの各管構造の短縮効果を利用している。短縮効果は、図１４〜図１７を参照すると見ることができる。図１４及び図１５は、管構造２７が十分に充填された場合のその閉端部を例示している。図１６及び図１７を参照すると分かるように、管構造２７が力の抜けた状態にあるとき、管構造の符号９１で示された半径方向の膨張は、符号９０で示すように長手方向の収縮をもたらし、その結果、管構造２７の全体にわたる短縮になる。管構造２７の短縮は、可動の支持アセンブリ、管状ロッド３２及びスプリング３５により吸収される。短縮の度合いは、例えば、管状ロッド３２の動きを参照することにより測定することができる。次にこれを使用して、ポンプ室２８が十分に充填されたこと、すなわち、管状ロッド３２がその最内方位置にある時期であることを指示する信号を発生させることができる。

管構造２７の端部は、任意の適当な方法で閉じられることが理解されるべきである。

ポンプ２１，２２の傾斜は、スラリー内の固体粒子の沈降がスラリーがポンプ室２８内にある間に起こると仮定した場合、沈降粒子がポート４２に近いポンプ室２８の下端に溜まるよう、選択されている。その後、沈降粒子は集められ、次の吐出行程中に、出口ポート４２に存在する高速の流れの結果として、出て行く１回分のスラリーによって排送される。

前述したことから、本発明は、等流の方式で流体を高圧で圧送することができる簡単ではあるが非常に効果的なポンプ装置を提供していることが明らかである。このポンプ装置１は、従来の往復動型ピストンポンプの高運転サイクルと比較して相対的に低い圧送サイクルで運転することができ、従って、ポンプ装置において使用される弁装置は、そんなに厳しくない条件下で作動することができる。一例として、ポンプ装置１内の各ポンプ２１，２２は、毎分約２〜４サイクルの速度で運転することができ、これは、産業環境において使用される従来のピストンポンプについての毎分６０〜８０サイクルの通常速度よりも著しく低い。

本発明の範囲は、説明されてきた実施形態の範囲に限定されるものではないことが理解されるべきである。この点に関し、本発明によるポンプ装置は、流体の圧送もしくはポンプ送りが必要とされる種々の分野に用途を有することが理解されるべきである。

更に、実施形態に基づくポンプ装置１は、時系列順序で運転する２台のポンプ２１，２２を利用しているが、１台のポンプのみが必要とされる（その場合、間欠的な吐出流れが容認できる）用途が存在しており、或いは順に運転する２台以上の一連のポンプを使用することが可能な用途が存在していることが理解されるべきである。

本発明の範囲から逸脱することなく種々の改善及び改変が具体化されてもよい。

明細書全体を通じて、文脈が他の意味を必要としているのでなければ、“備える”という用語或いは“備えている”というような変形は、記載の完全体（integer)又は完全体群の包含を意味しており、任意のその他の完全体又は完全体群の除外を意味しているのではない。

本発明の実施形態に基づくポンプ装置の概略立面図である。 図１に示されたポンプ装置のポンプの部分図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 図１に示された実施形態によるポンプ装置の運転についての経時的な図である。 充填（横方向に拡張）状態で示された、ポンプ装置の一部を形成する管構造の閉止端の側面図である。 図１４の端面図である。 緩んだ（横方向に潰れた）状態で示された、管構造の閉止端の側面図である。 図１６の端面図である。 図３〜図１３に関連してポンプ装置の経時的な運転を表わす表である。

Claims (50)

1. 作動流体を使用して圧送流体を搬送するためのポンプであって、内部スペースを画定する剛な外側ケーシングと、前記内部スペース内に収容される管構造とを備え、該管構造は可撓性であると共に実質的に非弾性であり、該管構造の内部は圧送流体を受け入れるためのポンプ室を画成しており、該管構造は、前記ポンプ室の体積を変え、それにより吐出行程及び吸込行程を行うべく横方向に拡張された状態及び圧平された状態の間に可動であり、前記管構造を囲む前記内部スペースの領域は、作動流体を受け入れて収容するための作動領域を画成しており、前記ポンプ室は、前記管構造を前記拡張された状態に向かって移動させるべく圧送流体を受け入れるように構成され、それにより前記ポンプ室が吸込行程を行い、前記ポンプ室は、前記作動領域における作動流体の動作に呼応して前記管構造の圧平時に吐出行程を行うようになっている、ポンプ。
2. 前記管構造の一端は閉じられており、他端はポートに接続されており、圧送流体は、前記ポンプ室が吸込行程及び吐出行程を行うときに前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり、前記ポンプ室から排送したりすることが可能となっている、請求項１に記載のポンプ。
3. 前記管構造は、前記閉じた一端から前記他端へと徐々に圧平されるようになっている、請求項２に記載のポンプ。
4. 前記管構造は、その両端間で緊張した状態に維持されている、請求項１、２又は３のいずれかに記載のポンプ。
5. 前記管構造は、その前記閉じた一端で支持されている、請求項２、３又は４のいずれかに記載のポンプ。
6. 前記管構造の前記閉じた一端は、該管構造の長手方向の伸張及び収縮に適応するように可動に支持されている、請求項２〜５のいずれか１項に記載のポンプ。
7. 前記管構造の前記閉じた一端は、スプリング機構のような任意の適切な方式で可動に支持されている、請求項２〜６のいずれか１項に記載のポンプ。
8. 前記作動領域は、前記管構造を実質的に取り囲んでいる作動環状域と、前記ポンプの前記閉じた一端に配置された作動室とから構成されている、請求項２〜７のいずれか１項に記載のポンプ。
9. 前記作動環状域は前記作動室と流体連通している、請求項８に記載のポンプ。
10. 空気のような流体を前記ポンプから逃すための手段を備えている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のポンプ。
11. 前記ポンプ室及び前記作動領域から空気を逃すための別の手段を備えており、空気は、前記吸込行程中に前記ポンプ室から逃され、かつ空気は、前記吐出行程中に前記作動領域から逃されるようになっている、請求項１０に記載のポンプ。
12. 前記吸込行程及び前記吐出行程中に前記ポンプを監視するための監視手段を備えている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポンプ。
13. 前記監視手段は前記管構造の状態を監視するものである、請求項１２に記載のポンプ。
14. 前記監視手段は前記管構造の前記閉じた一端の位置を直接又は間接的に監視するものである、請求項１２又は１３に記載のポンプ。
15. 前記監視手段は前記ポンプの構成要素間の圧力差を監視するものである、請求項１２に記載のポンプ。
16. 前記監視手段は、いつ前記吐出行程及び吸込行程が完了したかを少なくとも指示するようになっている、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のポンプ。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のポンプと、前記ポンプ室に吸込行程を行わせるために時系列順序で圧送流体を前記ポンプ室に給送する給送手段と、前記管構造を横方向に圧平させ、それにより前記ポンプ室に吐出行程を行わせるために時系列順序で作動流体を前記作動領域に供給する手段とを備えている、ポンプ装置。
18. 前記給送手段は給送ポンプから構成されている、請求項１７に記載のポンプ装置。
19. 前記作動流体は、油圧オイル又は水のような任意の形態のものである、請求項１７又は１８に記載のポンプ装置。
20. 前記作動流体は油圧オイルである、請求項１９に記載のポンプ装置。
21. 前記供給手段は、油圧オイル用のタンクと液圧ポンプとを組み込んだ液圧回路を有している、請求項２０に記載のポンプ装置。
22. 前記液圧回路はまた、時系列順序で前記作動領域内への油圧オイルの給送と前記作動領域からの油圧オイルの排送とを調節するための吸込及び出口側弁装置を有している、請求項２１に記載のポンプ装置。
23. 前記作動流体は水である、請求項１９に記載のポンプ装置。
24. 前記供給手段は、前記水を適切な圧力水頭で供給するために、高所位置にある水タンクから構成されている、請求項２３に記載のポンプ装置。
25. 前記作動領域への前記作動流体の給送は、圧送流体が前記ポンプ室に入ったり、該ポンプ室から排送する際に通るポートに対して反対の端で行われている、請求項１７〜２４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
26. 前記作動領域からの前記作動流体の出口もまた、圧送流体が前記ポンプ室に入ったり、該ポンプ室から排送する際に通るポートに対して反対の端にある、請求項１７〜２５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
27. 請求項１〜１６に記載の２台のポンプを備えており、該２台のポンプは、一方のポンプのポンプ室が吸込行程を行っている間に他方のポンプのポンプ室が吐出行程を行い、逆の場合も同様に行うべく順次運転するようになっている、請求項１７〜２６のいずれか１項に記載のポンプ装置。
28. 前記２台のポンプの順次運転は、ほぼ中断されることのない圧送流体の供給が前記ポンプ装置から吐き出されるようになっている、請求項２７に記載のポンプ装置。
29. 前記吐出行程の持続期間は前記吸込行程の持続期間よりも長い、請求項２７又は２８に記載のポンプ装置。
30. 一方のポンプがその吸込行程を完了しその吐出行程を開始すると同時に、他方のポンプがその吐出行程を完了しつつある、請求項２７、２８又は２９のいずれかに記載のポンプ装置。
31. 一方のポンプの前記吐出行程は、他方のポンプからの吐出の量が前記ポンプ装置からの圧送流体の所望量に等しくなるようになるまでに完了されている、請求項２７〜３０のいずれか１項に記載のポンプ装置。
32. 前記２台のポンプは、運転の順序を制御する適切な弁装置と共に、共通の給送手段及び共通の供給手段を有している、請求項２７〜３１のいずれか１項に記載のポンプ装置。
33. 前記又は各ポンプは、前記管構造の閉じた一端がその他端に対して高所にあるように方向付けられている、請求項２７〜３２のいずれか１項に記載のポンプ装置。
34. 前記作動領域への前記作動流体の吐出及び出口は前記閉じた一端の近くにある、請求項２７〜３３のいずれか１項に記載のポンプ装置。
35. 作動流体を使用して圧送流体を搬送するためのポンプであって、内部スペースを画定する剛な外側ケーシングと、前記内部スペース内に収容される可撓性の管構造とを備え、該管構造の内部は圧送流体を受け入れるためのポンプ室を画成しており、該管構造は、前記ポンプ室の体積を変え、それにより吐出行程及び吸込行程を行うべく横方向に拡張された状態及び圧平された状態の間に可動であり、前記管構造の一端は閉じられていると共に他端はポートと連絡していて、圧送流体は、前記ポンプ室が吸込行程及び吐出行程を行うときに前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり、前記ポンプ室から排送したりすることが可能であり、前記管構造を囲む前記内部スペースの領域は、作動流体を受け入れるための作動領域を画成しており、前記ポンプ室は、前記管構造を前記拡張された状態に向かって移動させるべく圧送流体を受け入れるように構成され、それにより前記ポンプ室が吸込行程を行い、前記ポンプ室は、前記作動領域における作動流体の動作に呼応して前記管構造の圧平時に吐出行程を行うようになっている、ポンプ。
36. 前記管構造は実質的に非弾性である、請求項３５に記載のポンプ。
37. 作動流体が通って前記ポンプ室に入る前記ポートは、前記作動流体が前記ポンプに入るところとは反対の端にある、請求項３５又は３６に記載のポンプ。
38. 作動領域内に収容されるポンプ室を各々が有している少なくとも２台のポンプと、
    各ポンプ室に時系列順序で圧送流体を給送し、各ポンプ室に吸込行程を行わせる給送手段と、
    各管構造を横方向に圧平させ、前記ポンプ室に吐出行程を行わせるために時系列順序で作動流体を各作動領域に供給する手段とを備えており、
    前記少なくとも２台のポンプの順次運転が前記ポンプ装置からほぼ中断されない圧送流体の供給を吐き出すようになっている、ポンプ装置。
39. 各ポンプ室は可撓性且つ実質的に非弾性の管構造から構成されている、請求項３８に記載のポンプ装置。
40. 前記ポンプ室は、閉じた一端とポートに接続された他端とを有しており、圧送流体は、前記ポンプ室が吸込行程及び吐出行程を行うときに前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり、前記ポンプ室から排送したりすることが可能となっている、請求項３８又は３９に記載のポンプ装置。
41. 前記ポンプ室の前記閉じた一端はその他端に対して高所にある、請求項４０に記載のポンプ装置。
42. 請求項３８〜４１のいずれか１項に記載のポンプ装置を運転するための方法であって、一方のポンプの前記吐出行程の持続期間は他方のポンプの前記吸込行程の持続期間よりも長く、逆の場合も同様であり、そのために順次運転されたときに、前記ポンプ装置はほぼ中断されない流体の供給を吐き出す、方法。
43. 作動流体を使用して圧送流体を搬送するためのポンプであって、内部スペースを画定する剛な外側ケーシングと、前記内部スペース内に収容される管構造とを備え、前記管構造は、他端に対して高所位置にある閉じた一端を有しており、他端は、ポートに連絡していて、圧送流体が前記ポートを介して前記ポンプ室に流入したり、前記ポンプ室から排送したりすることが可能であり、該管構造の内部は、圧送流体を受け入れるためのポンプ室を画成しており、該管構造は、前記ポンプ室の体積を変え、それにより吐出行程及び吸込行程を行うべく横方向に拡張された状態及び圧平された状態の間に可動であり、前記管構造を囲む前記内部スペースの領域は、作動流体を受け入れるための作動領域を画成しており、前記ポンプ室は、前記管構造を前記拡張された状態に向かって移動させるべく圧送流体を受け入れるように構成され、それにより前記ポンプ室が吸込行程を行い、前記ポンプ室は、前記作動領域における作動流体の動作に呼応して前記管構造の圧平時に吐出行程を行うようになっている、ポンプ。
44. 前記作動流体は、前記ポンプ室の前記閉じた一端の近くで前記作動領域に入るようになっている、請求項４３に記載のポンプ。
45. 前記管構造は可撓性であると共に実質的に非弾性である、請求項４３又は４４に記載のポンプ。
46. 脈動流を別個に供給する少なくとも２台のポンプを備えるポンプ装置を運転する方法であって、前記少なくとも２台のポンプは時系列順序で運転されて、前記ポンプ装置からほぼ中断されない排送を供給する、方法。
47. 前記少なくとも２台のポンプの一方の吐出行程の持続期間は前記少なくとも２台のポンプの他方の吸込行程の持続期間よりも長く、逆の場合も同様である、請求項４６に記載の方法。
48. 図面に対してここに実質的に記載した通りのポンプ。
49. 図面に対してここに実質的に記載した通りのポンプ装置。
50. 図１８に関連してここに実質的に記載した通りの方法。
    

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