JP2008517203A - 流体ポンプ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図6
Description
Q1=△h212°−h120°
Q2=(d480psi/d150psi)×△h212°−h100°
δ=Q1/(Q1+Q2)=△h212°−h120°÷[(d480psi/d150psi)×△h212°−h100°+△h212°−h120°]
ここで、δ=効率、△h212°−h120°=所定質量のヘリウムを150psiから480psiまで上げるために必要な熱、△h212°−h100°=等しい質量のヘリウムを480psiから100psiまで冷却するために費やされる熱=480psiにおけるヘリウム密度と150psiにおけるヘリウム密度との比率である。
1002 熱源
1003 エンジン
1004 入り口
1005 排気口
1006 出力機構
1007 ポンプ
1008 凝縮器
2107 バルブ制御機構
2108 冷却システム
3001 補助ボイラ
Claims (26)
- 流体を低圧状態の前記流体の第1の流体源から高圧状態の前記流体の第2の流体源へと移動させるための流体ポンプであって、
チャンバと、
前記チャンバ内で移動でき、前記チャンバを、容積を変える第1および第2のサブチャンバに分ける仕切り部材と、
第2の流体源または第3の流体源のいずれかと制御可能に連通できる開口を有する前記第1のサブチャンバと、
第1および第2の流体源のそれぞれと制御可能に連通できる入口開口および出口開口を有する前記第2のサブチャンバと、
前記第1のサブチャンバ内の流体を冷却するための冷却要素と、
を備えることを特徴とする流体ポンプ。 - 前記ポンプは、スターリングサイクルを利用して、蒸気−液体相変化を伴うことなく前記流体の低圧蒸気を前記第1の流体源から第2の流体源へと強制的に移動させる蒸気ポンプであること、
を特徴とする請求項1に記載の流体ポンプ。 - 前記冷却要素は、前記第1のサブチャンバ内の流体を動作可能に冷却することにより、前記第1のサブチャンバ内の流体圧を低下させるとともに、仕切り部材を第1のサブチャンバへと移動させ、前記第2のサブチャンバの入口開口が動作可能に開いている際に低圧流体を第1の流体源から前記第2のサブチャンバ内へ引き込むための吸引力を前記第2のサブチャンバ内に形成させ、
前記第2のサブチャンバの入口開口が動作可能に閉じると、低圧流体を前記第2のサブチャンバから前記第2の流体源へと移動させるために前記第2のサブチャンバの前記出口開口が動作可能に開くこと、
を特徴とする請求項1に記載の流体ポンプ。 - 前記仕切り部材は、前記サブチャンバ間の圧力差によって移動できるダイヤフラムであること、
を特徴とする請求項1に記載の流体ポンプ。 - 前記仕切り部材は、前記サブチャンバ間の圧力差のみによって移動できる自由ピストンまたは前記第2のサブチャンバへバイアスされるピストンであること、
を特徴とする請求項1に記載の流体ポンプ。 - 前記第1のサブチャンバの前記開口が前記第2の流体源と連通でき、
前記第1のサブチャンバの前記開口および前記第2のサブチャンバの前記出口開口が動作可能に開き、前記第2のサブチャンバの前記入口開口が動作可能に閉じられると、前記サブチャンバ内の流体圧が第2の流体源の流体圧と等しくなり、それにより、前記仕切り部材が前記第2のサブチャンバへ移動すること、
を特徴とする請求項1に記載の流体ポンプ。 - 前記第1のサブチャンバの前記開口が第2の流体源から独立して第3の流体源と連通でき、
前記第1のサブチャンバの前記開口および前記第2のサブチャンバの前記出口開口が動作可能に開き、前記第2のサブチャンバの前記入口開口が動作可能に閉じると、前記サブチャンバ内の流体圧の差により、前記仕切り部材が前記第2のサブチャンバへ移動すること、
を特徴とする請求項1に記載の流体ポンプ。 - 前記第2のサブチャンバの入口開口および出口開口と前記第1のサブチャンバの開口とを制御可能に開閉するためのバルブをさらに備えること、
を特徴とする請求項1に記載の流体ポンプ。 - 前記バルブのうちの少なくとも一つが前記流体源の少なくとも一方の流体圧によって駆動されること、
を特徴とする請求項8に記載の流体ポンプ。 - 前記バルブのうちの少なくとも一つは、前記流体源の流体圧とは無関係に、電気的方法、磁気的方法、機械的方法のうちの少なくとも一つの方法で駆動されること、
を特徴とする請求項8に記載の流体ポンプ。 - 流体を低圧状態の前記流体の第1の流体源から高圧状態の前記流体の第2の流体源へと移動させるための流体ポンプであって、
第1および第2のチャンバと、
前記第1のチャンバ内で移動でき、前記第1のチャンバを容積を変える第1および第2のサブチャンバに分ける第1の仕切り部材と、
前記第2のチャンバ内で移動でき、前記第2のチャンバを、容積を変える第3および第4のサブチャンバに分ける第2の仕切り部材と、
それぞれが第2の流体源または第3の流体源のいずれかと制御可能に連通できる開口を有する前記第1および第4のサブチャンバと、
それぞれが第1および第2のそれぞれと制御可能に連通できる入口開口および出口開口を有する前記第2および第3のサブチャンバと、
前記第1および第4のサブチャンバ内の流体を冷却することにより、前記第1および第4のサブチャンバ内の流体圧を低下させて、低圧流体を前記第1の流体源から前記第2および第3のサブチャンバの内部へとそれぞれに引き込むための吸引力を前記第2および第3のサブチャンバの内部にそれぞれ形成する冷却要素と、
を備え、前記第1の流体源は第2および第3のサブチャンバの少なくとも一方とそれぞれの入口開口を介して常に流体連通し、それにより、低圧流体が第1の流体源からほぼ連続的に引き出されること、
を特徴とする流体ポンプ。 - さらに、前記第2および第3のサブチャンバの入口開口を択一的に閉じるための入口バルブからなり、
前記入口バルブは、前記入口バルブが第2のサブチャンバの入口開口を開き、第3のサブチャンバの入口開口を閉じる第1の位置と、前記入口バルブが第2のサブチャンバの入口開口を閉じ、第3のサブチャンバの入口開口を開く第2の位置との間で移動できること、
を特徴とする請求項11に記載の流体ポンプ。 - 前記第1および第2の仕切り部材は前記入口バルブを制御するように動作可能に結合され、それにより、前記第1および第4のサブチャンバのそれぞれへの前記第1および第2の仕切り部材のそれぞれが移動することによって規定される所定の容積まで前記第2および第3のサブチャンバが広がると、第2および第3のサブチャンバのそれぞれの入口開口が閉じること、
を特徴とする請求項12に記載の流体ポンプ。 - 前記入口バルブは前記第2および第3のサブチャンバの出口開口にある出口バルブを制御するように動作可能に結合され、それにより、前記第2および第3のサブチャンバのそれぞれの入口開口が閉じると、第2および第3のサブチャンバのそれぞれの出口バルブが開くこと、
を特徴とする請求項13に記載の流体ポンプ。 - 第2の流体源を前記入口バルブの両側に連通させる第1および第2の管路を択一的に閉じるための制御バルブをさらに備え、
前記制御バルブが前記仕切り部材に動作可能に結合され、
前記第2のサブチャンバが所定の容積まで広がると、前記制御バルブは、前記制御バルブが第1の管路を開いて、第2の管路を閉じる第3の位置へと前記第1の仕切り部材により移動でき、それにより、前記第2の流体源からの流体圧が入口バルブの両側のうちの一方のみにかかり、その結果、入口バルブが第1の位置から第2の位置へと移動して、前記第2のサブチャンバの入口開口が閉じるとともに、前記第3のサブチャンバの入口開口が開き、
前記第3のサブチャンバが所定の容積まで広がると、前記制御バルブは、前記制御バルブが第2の管路を開いて、第1の管路を閉じる第4の位置へと前記第2の仕切り部材により移動でき、それにより、前記第2の流体源からの流体圧が入口バルブの両側のうちの他方のみにかかり、その結果、入口バルブが第2の位置から第1の位置へと移動して、前記第3のサブチャンバの入口開口が閉じるとともに、前記第2のサブチャンバの入口開口が開くこと、
を特徴とする請求項14に記載の流体ポンプ。 - 前記入口バルブが第2の位置にある場合に、前記入口バルブは第1の管路を前記第2のサブチャンバの出口バルブにつながる第3の管路に連通させ、それにより、前記制御バルブ、前記第1の管路、前記第3の管路を介して前記第2の流体源に流体圧をかけて前記第2のサブチャンバの出口バルブが開き、それにより、前記第2のサブチャンバ内に捕捉された低圧流体が第2の流体源へと移動し、
前記入口バルブが第1の位置にある場合に、前記入口バルブは第2の管路を前記第3のサブチャンバの出口バルブにつながる第4の管路に連通させ、それにより、前記制御バルブ、前記第2の管路、前記第4の管路を介して前記第2の流体源に流体圧をかけて前記第3のサブチャンバの出口バルブが開き、それにより、前記第3のサブチャンバ内に捕捉された低圧流体が第2の流体源へと移動すること、
を特徴とする請求項15に記載の流体ポンプ。 - 前記第2のサブチャンバの出口バルブが開くと、前記第1のサブチャンバの開口も開き、それにより、前記第1のサブチャンバ内の冷却流体がさらに高い温度及び/又は圧力の新たな充填流体と置き換えられるとともに、第1の仕切り部材が第2のサブチャンバへ移動し、
前記第3のサブチャンバの出口バルブが開くと、前記第4のサブチャンバの開口も開かれ、それにより、前記第4のサブチャンバ内の冷却流体がさらに高い温度及び/又は圧力の新たな充填流体と置き換えられるとともに、第2の仕切り部材が第3のサブチャンバへ移動すること、
を特徴とする請求項16に記載の流体ポンプ。 - 前記第2および第3のサブチャンバの出口開口および前記第1および第4のサブチャンバの開口を所定時間後に閉じるための戻し機構をさらに備えること、
を特徴とする請求項17に記載の流体ポンプ。 - 前記制御バルブはストリングによって前記仕切り部材に対して接続され、前記戻し機構がバネを備え、前記入口バルブおよび出口バルブが空気圧駆動されるバルブを備えること、
を特徴とする請求項18に記載の流体ポンプ。 - 前記第1および第2の仕切り部材は、第2および第3のサブチャンバをそれぞれ圧縮するようにバイアスされるピストンであること、
を特徴とする請求項19に記載の流体ポンプ。 - 前記第2および第3のサブチャンバが所定の容積まで広がったことを検出する際に電気信号を択一的に生成するための少なくとも一つのセンサと、
入口バルブおよび出口バルブを制御するとともに、前記信号に動作可能に応答して、前記第1の流体源から引き出された低圧流体を前記第2および第3のサブチャンバ内に捕捉するために第2および第3のサブチャンバの入口開口を択一的に閉じるように結合された電子コントローラと、
さらに、第2または第3のサブチャンバの入口開口が閉じてから所定時間が経過した後に前記コントローラに第2または第3のサブチャンバの出口開口を択一的に開くことにより捕捉された低圧流体を第2の流体源へ移動させるためのタイマと、
を備えることを特徴とする請求項14に記載の流体ポンプ。 - 前記コントローラは、前記第1および第4のサブチャンバ内の冷却流体をさらに高い温度及び/又は圧力の新たな充填流体に置き換えるために、前記第1および第4のサブチャンバの開口を択一的に開くように動作可能であり、それによって第2および第3のサブチャンバのそれぞれを圧縮するために第1および第2の仕切り部材が戻ること、
を特徴とする請求項21に記載の流体ポンプ。 - 流体を低圧状態の前記流体の第1の流体源から高圧状態の前記流体の第2の流体源へと移動するための流体ポンプであって、
第1および第2の流体源と制御可能に連通できるチャンバと、
チャンバを一時に第1および第2の流体源のうちの一方だけと連通させるためのロック手段と、
前記チャンバ内に吸引力を生成して、前記ロック手段がチャンバと第1の流体源とを連通させ、前記チャンバを第2の流体源から独立させるときに低圧流体を前記第1の流体源から前記チャンバ内に引き込むための吸引手段と、
を備え、前記ロック手段はさらに、前記チャンバ内に捕捉され引き込まれた低圧流体を第1の流体源から独立させた後、チャンバを第2の流体源に連通させることにより、捕捉した低圧流体を第2の流体源へ移動させること、
を特徴とする流体ポンプ。 - 高圧流体を供給するためのボイラと、
前記ボイラと結合し、前記高圧流体により駆動するとともに、前記流体を低圧状態で排出するエンジンと、
前記エンジンの排気口からの低圧流体を前記ボイラへ戻すための流体ポンプと、
を備え、前記流体ポンプは、
チャンバと、
前記チャンバ内で移動でき、前記チャンバの容積を変える第1および第2のサブチャンバに分ける仕切り部材と、を含み、
前記第1のサブチャンバは、ボイラまたはさらなる流体源のいずれかと制御可能に連通できる開口を有し、
前記第2のサブチャンバは、エンジン排気口およびボイラのそれぞれと制御可能に連通できる入口開口および出口開口を有し、
前記第1のサブチャンバ内の流体を冷却することにより、前記第1のサブチャンバ内の流体圧を低下させ、低圧流体を前記エンジン排気口から前記第2のサブチャンバ内へと引き込むための吸引力を前記第2のサブチャンバ内に形成し、それによって前記出口開口の開放時に前記第2のサブチャンバから前記低圧流体がさらに前記ボイラへと移動する冷却要素前記ボイラへと移動する冷却要素を含むこと、
を特徴とするシステム。 - 流体を低圧状態の前記流体の第1の流体源から高圧状態の前記流体の第2の流体源へと圧送する方法であって、
チャンバ内部に移動できる仕切り部材を有し、容積を変える第1および第2のサブチャンバに前記チャンバを分けるチャンバを提供し、
前記第1のサブチャンバ内の流体媒体を冷却して、前記第1のサブチャンバ内の圧力を低下させることにより、仕切り部材を移動させて第2のサブチャンバを広げ、それにより、第2のサブチャンバ内に吸引力を生成し、
前記第2のサブチャンバを第1の流体源に連通させることにより、生成された前記吸引力により低圧流体を前記第2のサブチャンバ内に引き込み、
第2のサブチャンバを前記第1の流体源から独立させた後、第2のサブチャンバを第2の流体源に連通させることにより、引き込まれた低圧流体を、相変化を伴うことなく第2の流体源へ移動させること、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記第1のサブチャンバ内の冷却流体媒体をさらに高い温度及び/又は圧力の新たな充填流体媒体と置き換えることにより、仕切り部材を移動させて第2のサブチャンバを圧縮させ、その後の圧送サイクルに備えることをさらに含むこと、
を特徴とする請求項25に記載の方法。
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