JP3803032B2

JP3803032B2 - 中間チャンバを備えるガス加圧式液体ポンプ

Info

Publication number: JP3803032B2
Application number: JP2000613950A
Authority: JP
Inventors: ジョンソン，ケネス・アラン
Original assignee: チェマンド・コーポレーション
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: WO2000065237A3; US6186745B1; WO2000065237A9; AU4679800A; CA2371571A1; JP2002543334A; EP1185796A4; EP1185796A2; WO2000065237A2; KR20020026154A; KR100484581B1; CA2371571C

Description

【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、一般に液体のポンプ装置に関し、より詳細には加圧ガスによって作動すると共に、吸入チャンバ、中間チャンバ、排出チャンバを含む液体ポンプ装置に関する。
【０００２】
（従来技術の説明）
ほとんどすべての液体移送用途においては、液体供給ラインを介して液体を移動させる原動力を供給するためのポンプを準備することが必要である。重力システムおよびサイフォン・システムは例外として、液体ポンプを利用することは必須であり、歴史的に多くの種類のポンプが開発されている。ポンプの多くは、回転式または往復式原動機によって駆動され、これらの原動機はポンプ移送する液体やポンプを使用するシステム内に振動や脈動を発生させる傾向がある。多くの用途において、このようなポンプの振動や圧力脈動は重要ではなく、これらのポンプは適切な性能をもたらす。
【０００３】
しかし、液体移送の用途の多くでは、微妙な化学組成を有する液体や、ポンプ移送する液体の脈動や振動によって悪影響を受ける化学プロセスが関係している。このような用途においては、ポンプ移送する液体に脈動や振動を発生させないポンプを使用する必要がある。さらに、多くの精密な化学プロセスにおいては、ポンプ移送する液体の流速の厳密な制御が要求され、ポンプ移送する液体中に脈動や振動を誘起する従来技術によるポンプでは、このような流速の制約を満足させることが難しい。半導体製造プロセスは、液体ポンプのパラメータに対する制約がますます厳しくなっている用途の１つである。半導体製造業界の多くの特有の用途において、ポンプ移送される化学薬品の脈動および振動が、様々な製作ステップにおける半導体基板とプロセス用液体との化学反応ばかりでなく、プロセス用液体の微妙な化学的平衡に悪影響を与える。
【０００４】
したがって、ポンプ移送する液体の流速の厳密な制御を可能にしながら、液体に脈動および振動を起こさせないポンプに対する要望がある。本発明は、本出願書で開示する様々な実施形態において、液体流通配管を通して液体を連続的にポンプ移送する原動力を供給するために加圧ガスを利用するポンプ・システムを提供する。従来技術によるポンプ・システムで発生する脈動と振動が解消されて、ポンプ移送する液体の流速が厳密に制御される。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の多重チャンバ液体ポンプは、吸入チャンバ、中間チャンバ、液体排出チャンバを含む。加圧したガスが、ポンプから液体を排出する原動力を供給し、その結果、ポンプの作動中にポンプから一定の流速で液体が排出される。液体が排出チャンバから絶え間なく排出される間に、液体は吸入チャンバに流入し、１つまたは複数の弁を通過して中間チャンバ中に入り、さらに１つまたは複数の後続の弁を通過して排出チャンバへと流れる。システム・コントローラが、ポンプの連続運転を容易にするために弁群に制御信号を供給する。
【０００６】
本発明の一利点は、振動および脈動のない液体をポンプ移送する液体ポンプを提供することである。
【０００７】
本発明の別の利点は、円滑かつ絶え間のない、また変動のない流れで、液体をポンプ移送する液体ポンプを提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる利点は、加圧ガスを利用して液体のポンプ力をもたらす液体ポンプを提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別の利点は、ガス動力式で、制御された一定の液体流速をもたらす液体ポンプを提供することである。
【００１０】
本発明のさらに別の利点は、吸入チャンバ、中間チャンバ、排出チャンバを備え、排出チャンバから流出する液体を、中間チャンバを使用して、吸入チャンバからの液体で補充することのできる液体ポンプを提供することである。
【００１１】
本発明の上記およびその他の特徴と利点は、図面のいくつかの図表を参照する以下の詳細な説明を読めば、当業者には明らかになるであろう。
【００１２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明のポンプ１０の第１実施形態を図１および２に概略図で示してある。図１は第１ステージにおけるポンプを、図２は第２ステージにおけるポンプを示している。図１および２に示すように、ポンプ１０は、吸入チャンバ１４、排出チャンバ１８、中間チャンバ２２の３つの隔離されたチャンバを備える。各チャンバ１４、１８、２２は、チャンバ壁２４で区画されている。この好ましい実施形態においては、フロー制御弁２８を内部に配置した内部チャンバ壁２６が、吸入チャンバ１４を中間チャンバ２２から隔離している。同様に、フロー制御弁３２を内部に配置した内部チャンバ壁３０が、中間チャンバ２２を排出チャンバ１８から隔離している。ポンプ１０は、さらにコンピュータ搭載のポンプ・コントローラ３６を含み、このコントローラは様々なガス流制御弁、液面検出器、フロート・センサなどに電子的に連結されて、以下に詳細を示すようにポンプを通過する液体の流れを自動的に制御または調節する。図１および２に示す実施形態１０において、電気信号線４０は、コントローラ３６および、このコントローラ３６に制御信号を送ったり、受けたりする様々な弁、検出器、センサの位置で示してある。わかりやすくするために、図１および２では電気制御線４０は完全に結線した状態では示していないが、個々の制御用電気配線はコントローラと様々な制御弁、検出器、センサの間に配置されているものと理解される。
【００１３】
ガス抜き配管４４は、通常吸入チャンバ１４を、ポンプ運転プロセスを通して大気圧（０ｐｓｉ）に維持するために、吸入チャンバ１４に連結されている。制御ガス弁４６は開放されており、揮発性あるいは危険性のある化学薬品をポンプで処理する場合などのように、吸入チャンバの通気制御が望まれるときには、ベント配管に連結することもある。制御式液体弁５２を備える液体取込み配管５０が、液体を吸入チャンバ１４中に吸入するために、吸入チャンバ１４に連結されている。必須ではないが、液面ＨＩ検出器５４および液面ＬＯ検出器５６を吸入チャンバに装備して、吸入チャンバ１４内の液面が適切なポンプ運転には高すぎる、または低すぎると判断されるときにコントローラに警報信号を送るようにしてもよい。
【００１４】
加圧ガス供給源６０は、必須ではないが好ましくは窒素であり、ガス配管６２を介して供給され、このガス配管は以下に示すガス制御弁によって制御されて、排出チャンバ１８と中間チャンバ２２に加圧ガスを供給する。制御式ガス吸入弁６６は、ポンプ１０中へのガス流を計量する働きをする。排出チャンバ１８は、制御式ガス弁７２で制御される加圧ガス吸入配管７０を含む。この好ましい実施形態においては、排出チャンバ１８内のガス圧は、システムの要件に依存して通常は約２〜４０ｐｓｉの一定の正圧に維持され、ガス弁７２は、コントローラ３６と共に、排出チャンバ１８内の液面高さにかかわらずこの圧力を維持しようとする。制御式液体排出弁７８で調節される液体排出配管７６が、そこから液体を取り出すために排出チャンバ１８に連結されている。ポンプ１０の重要な特徴の１つは、液体出力弁７８の作動と、排出チャンバ１８内のガス圧を介してコントローラ３６とによって制御される、円滑で変動のない一定の流速で、液体が排出配管７６を経由して排出されることである。ポンプ１０の好ましい一実施形態においては、液体は、例えば定常圧力４０ｐｓｉで毎分５ガロンのように、一定の流速で排出される。
【００１５】
フロート弁８０などの液面センサが、排出チャンバ１８内に配置され、コントローラ３６に連結されて、排出チャンバ１８内部の液体の液面に関する情報を供給する。さらに、必須ではないが、液面ＨＩセンサ８２および液面Ｌ０センサ８４を排出チャンバ１８内に装備して、排出チャンバ内の液面が高すぎる（ＨＩ）、あるいは低すぎる（ＬＯ）場合には、コントローラに信号を供給するようにすることもできる。
【００１６】
排出チャンバ１８内の液体が出力配管７６を経由して排出されるとき、排出チャンバ１８内の液面が低下し、補充を必要とすることになることがわかるであろう。これを達成するために、次に論ずるように、弁３２を経由して中間チャンバ２２から、排出チャンバ１８に液体が追加される。
【００１７】
一般に中間チャンバ２２は、ポンプ運転の第１ステージの間に、吸入チャンバ１４から液体を受け入れると共に、ポンプ運転の第２ステージの間には、中間チャンバ２２から排出チャンバに液体を供給する役割をする。中間チャンバ２２内部のガス圧は、吸入チャンバ１４および排出チャンバ１８とは異なり、以下に述べるガス配管および制御式ガス弁を利用して変化させ、この中間タンク２２のガス圧の変化をタンクを充填したり空にしたりするのに利用する。とりわけ、図１に示すように、ガス配管８６が制御式ガス弁９０を経由して中間チャンバ２２に加圧ガスを供給する。中間チャンバ２２内のガスは、制御式ガス弁９６によって調節された状態で、ガス配管８６を経由して、ガス抜き配管９４へ、またさらに吸入チャンバ１４中に排出される。中間チャンバ２２と吸入チャンバ１４との間のガス通路を０ｐｓｉに開放するために、ガス弁９０を閉じると共にガス弁９６を開いて、中間チャンバ２２内のガス圧を０ｐｓｉに低下させ、これによって中間チャンバ２２のガス圧が０ｐｓｉまで低下する。この時に、吸入チャンバ１４と中間チャンバ２２の間の弁２８が、その両側のガス圧が等しいこと、およびその上にある吸入チャンバ内の液体の重量がかかるために開くことになる。次いで吸入チャンバ１４内部の液体は、９８の方向に流れて中間チャンバ２２に入る。中間チャンバ２２内の置換されたガスは、ガス配管８６と９４および解放弁９６を通過して、吸入チャンバ１４に流入する。液面ＨＩセンサ１００を中間チャンバ２２内部に備えて、中間チャンバ２２内部の液面高さが高さＨＩに達したという信号をコントローラに供給するようにし、この高さで中間タンク２２は満杯になっているとして、液体吸入弁２８を閉じるために、ガス弁９６を閉じ、かつガス弁９０を開き、中間チャンバ２２内部にいくらかのガス圧を供給するようにしてもよい。その後に、排出チャンバ１８内の液面高さが、フロート弁８０の高さ以下に低下するときには、排出チャンバ１８内部の液面高さを補充する必要がある。これを達成するためには、図２に示すように、ガス弁７２および９０を開いて、中間チャンバ２２内部のガス圧を上げて、その圧力が、排出チャンバ１８内部の加圧されたガス圧力と等しくなるようにする。中間チャンバ２２のガス圧が上昇すると、液体制御弁２８は閉じる。チャンバ２２および１８内のガス圧が等しくなると、液体制御弁３２が開き、中間チャンバ２２からの液体が１０２の方向に流れてチャンバ１８中に入る。排出チャンバ１８から排出されたガスは、ガス配管７０、１０４、８６中を流れ、ガス弁７２、９０を開いて中間チャンバ２２中に入る。ここで排出チャンバ１８からの液体排出は、排出チャンバ１８の圧力が通常一定値に保たれているので、排出チャンバ１８の充填過程中、概して一定の流速のままであることを理解すべきである。排出チャンバ１８内部の液面高さが、フロート弁８０より上に上昇すると、コントローラはガス弁９０を閉じ、ガス弁９６を開いて、中間チャンバ２２内部のガス圧を下げる。その結果液体制御弁３２が閉まり、したがって中間チャンバ２２から排出チャンバ１８への液体の流れを止める。中間チャンバ２２内のガス圧が０ｐｓｉに達すると、吸入チャンバ１４と中間チャンバ２２の間の液体制御弁２８が開いて、中間チャンバ２２を再充填することになる。
【００１８】
したがって、ポンプ１０は２段階で作動して、排出チャンバ１８からの液体の流出が、円滑で脈動のない一定の流速を保つように、排出チャンバ１８内部の圧力を連続的にほぼ一定値に維持する一方で、加圧した排出チャンバ１８内の液体を補充することを理解すべきである。さらに、運転中のポンプ１０は、主として排出チャンバ内の液面センサ８０によって制御されることも理解すべきである。つまり、センサ８０がコントローラ３６に、排出チャンバ１８内でさらに液体を必要としているという信号を供給すると、コントローラから適当なガス弁に信号が送られて、中間チャンバを排出チャンバの圧力レベルまで加圧し、この結果弁３２が開いて、中間チャンバから排出チャンバに液体を流入させる。センサ８０がコントローラに、排出チャンバは満杯であるという信号を送ると、コントローラは中間チャンバを減圧するための信号を送り、これによって弁３２が閉まる。中間チャンバの圧力レベルが、吸入チャンバの圧力レベルに達すると、弁２８が開いて、液体は吸入チャンバから中間チャンバ中に吸入される。排出チャンバ内の液面高さが、液面センサ８０を作動させる高さまで再び低下すると、前記の２段階のプロセスが再開される。このようにして、排出チャンバ１８の液面センサ８０からの信号が、ポンプ１０の運転のための制御信号を供給する。
【００１９】
本発明のガス加圧ポンプの多くの用途を当業者は想定するであろう。そのような用途の第１は、再循環／流体配送ポンプである。このような装置においては、流体排出配管７６は、排出配管１２０を経由して、制御式流体排出配送弁１２４に接続されている。したがって、弁１２４が開かれると、排出チャンバ１８から排出配管１２０および弁１２４を経由して流体が外部装置に配送される。一方、液体の補充は、制御式液体弁５２を使用して、液体を流体吸入配管５０を経由して吸入チャンバ１４に供給する。吸入チャンバ１４内の低液面センサ５６は、吸入配管５０を経由しての液体の補充をトリガするのに必要なセンサ信号を送る。再循環配管１２８が液体排出配管１２０に接続されており、液体再循環弁１３２の制御の下で、吸入チャンバ１４に液体を戻す。つまり、液体排出弁１２４が閉じているとき、液体再循環弁１３２は開いており、ポンプ１０は再循環ポンプとして作動し続け、液体は排出チャンバ１８を経由して絶え間なく排出されて、再循環配管１２８を経由して吸入チャンバ１４へと再循環される。当業者には知られているように、液体再循環は、脱イオン水や多くの化学溶液において特に重要であり、本発明のガス加圧液体ポンプは、再循環の実施と、機械式ポンプ装置に伴う振動および液体脈動のない液体ポンプ排出の両方を達成する。
【００２０】
図３は、本発明第２のポンプ実施形態２０２の装置２００を示しており、このポンプは、通常半導体製造業界で実施されている多くの化学プロセスに適する流速一定式液体浴２０４を備える。図３に示すように、ポンプ１０の共通の特徴と要素は、わかりやすいように、図１および２を参照して説明したものと、同じ番号をつけてある。ポンプ２０２は、吸入チャンバ１４、排出チャンバ１８、中間チャンバ２２を区画するチャンバ壁２４を含む。さらに、上述した制御式ガス弁およびガス配管は、ハウジング壁２１２で取り囲まれている。
【００２１】
液体排出配管７６はフィルタ２１６に接続されており、フィルタ２１６からの排出配管２２０は、浴２０４の底に配置された浴液体取込み口２２４に送り込まれる。液体は浴２０４を満たし、浴２０４の縁２３０を越えて外部に溢れて、浴保持液溜り２３４中に入る。廃液口２４８が、液溜り２３４のベースに配置されており、廃液配管２５４がポンプ２０２の吸入配管５０と廃液口２４８を連結している。したがって、ポンプ装置２００は基本的に液体再利用装置を構成していることを理解すべきである。つまり、排出配管からの液体は浴２０４を経由して循環されて、吸入配管５０を経由して戻り、吸入チャンバへの液体流速が排出チャンバからの液体流速と同じとなって、ポンプ２０２の連続運転が維持される。
【００２２】
図３に示すように、吸入チャンバ１４は、通常開いている制御式ガス弁４６によって制御されるガス抜出し口４４を備える。制御式液体弁２６４を備える液体吸入配管２６０は、液体をシステム２００に吸入するために利用される。制御式液体弁２７８を有する液体排出配管２７４は、システム２００から液体を排出するために利用される。
【００２３】
制御式ガス弁の構成に関して、窒素ガス６０が、ガス配管６２および制御式ガス弁６６を経由して取り込まれる。この窒素ガスを手動で遮断できるようにするために、手動式ガス制御弁２９０がガス配管６２にも配置されている。第２の手動式のガス制御弁２９４が、ポンプ２０２の弁制御システムに加圧ガスを供給するガス弁制御配管２９８へのガス流量を計測する。制御配管２９８内の制御ガスは、排出チャンバ・フロート弁センサ８０によって制御される制御式ガス弁３０２と、排出チャンバ制御式ガス弁７２に供給される。制御配管２９８の部分３０４は、制御弁３０２から、中間チャンバ制御式ガス弁９０および中間チャンバ制御式ガス抜出し弁９６へと、制御ガスを供給する。図３に示すように、排出チャンバ内のガス圧を一定に保ち、液体の排出の原動力を供給するために、制御式ガス弁７２は開位置になるように加圧されている。制御式ガス弁３０２は、ガス弁制御配管２９８の部分３０４への弁制御ガスの流れを制御し、この結果制御配管２９８の部分３０４内のガス圧がセンサ８０で制御される。つまり、弁３０２が開いているとき、制御配管３０４が加圧ガスを保持し、制御式ガス弁９０は開いているのに対して、制御ガス弁９６は閉じられている。弁３０２が、フロート弁８０によって操作されて閉じられると、弁３０２が配管３０４内のガス圧を抜き、制御式ガス弁９０が閉まり、制御式ガス弁９６が開く。したがって、ポンプ２０２の２段階動作は、図３に示すように、中間チャンバ２２へのガス吸入弁９０と中間チャンバのガス抜き弁９６の、２つのガス弁だけを制御するフロート弁８０によって制御されることを理解すべきである。
【００２４】
装置２００内に示すように、ポンプ２０２は、図１および２に示し、以上に説明したポンプ１０と同様に機能する。基本的に、排出チャンバ１８が常時加圧されて、これによって排出チャンバ１８内の液体が、排出配管７６およびフィルタ２１６を経由し、液体浴２０４の取込み口２２４中へと、常時一定の制御可能な流速で排出されるように、排出チャンバ１８へのガス圧取込み弁７２は常時オンにされている。同時に、浴２０４内の液体は、常時浴２０４の縁２３０を越えて溢れ、浴保持液溜り２３４中に入り、続いて抜出し口２４８を経由して吸入チャンバ１４の取込み配管５０中を通り、その結果液体は常時吸入チャンバに流入している。このようにして、ポンプ２０２は、浴２０４を経由しての液体の円滑で絶え間ない流れを維持する。液体が排出チャンバから流出するとき、排出チャンバ１８の液面高さは低下する。排出チャンバの液面高さがフロート弁８０を作動させる程度に低下すると、弁３０２が開いて弁制御配管３０４内に加圧ガスを配給し、その結果配管３０４が加圧されて、制御ガス弁９０を開かせると共に、制御ガス弁９６を閉じさせる。この弁構成においては、ガス圧を排出チャンバ１８のガス圧と等しくするように、加圧ガスが中間チャンバ２２に供給され、その結果液体が弁３２を経由して排出チャンバ１８に流入し、そこに充満する。排出チャンバ内のフロート弁８０が最高指示位置まで上昇すると、弁３０２が閉まると共に配管３０４内のガス圧が抜かれ、この結果ガス制御弁９０が閉まり、ガス制御弁９６が開く。この弁構成においては、中間チャンバ２２内の加圧ガスは、吸入チャンバ１４内に抜け出し、中間チャンバと吸入チャンバ内の圧力が等しいときに、液体弁２８が開き、中間チャンバ２２にさらに液体を供給する。この間、液体は排出チャンバから排出されており、排出チャンバ内の液面高さが再びセンサ８０を作動させるまで低下すると、弁３０２が開いて制御配管３０４に加圧ガスを供給し、その結果、吸入弁９０が開き、抜出し弁９６が閉まり、このようにして２段階のポンプ・サイクルが再開される。したがって、ポンプ２０２の実際作動は原理的に、図３に示すように、加圧ガス６０をガス弁システムに供給すること、および各チャンバ１４、２２、１８特にチャンバ１８内に液体が存在することに依存し、この結果として排出チャンバ１８内の液面高さによって決まるフロート弁８０の作動が、ポンプを通過する液体の流れを制御することを理解すべきである。つまり、ポンプ２０２の進行中の作動は、電気的に制御されるのではなく、十分な量の液体と共に、加圧ガス供給することによって制御される。
【００２５】
本発明のさらなる実施形態を図４に示してあり、この実施形態においてはガス加圧液体ポンプ４００が、デイ・タンクのような大型の液体保持タンク４２０とともに装備されており、このようなタンクは半導体加工業界において、脱イオン水などの液体の１日または数日の在庫を保管するのに一般的に使用されている。このようなタンクは、高さが１０から１５フィートあり、数千ガロンの液体を収納するようなものである。図４に示すように、デイ・タンク４２０は、円筒形の側壁４２４と、ドーム型天井４２８と、円形の基台４３２を有し、高さ４３６までの量の液体がその中に収納される。タンクを保持するポンプ構造４４０は、円形の基台４４８に接続された円筒形の側壁４４４を含む。ポンプ構造４４０は、２つの内壁４６０、４６４によって、中間チャンバ４５２と排出チャンバ４５６に分割されている。先述のポンプ実施形態１０、２０２と比較として、デイ・タンク４２０はポンプの吸入チャンバ１４として機能し、中間壁４６０に配置した２つの液体流制御フロート弁４７０によって、タンク４２０から中間チャンバ４５２への液体流が可能となり、中間壁４６４内に配置した３つの液体制御フロート弁４７４によって、中間チャンバ４５２から排出チャンバ４５６への液体の流れが可能になることを理解すべきである。液体排出配管４８０は、液体を、排出チャンバ４５６からそれを必要とする化学処理装置へと取り出すのに使用する。
【００２６】
加圧窒素ガスが、供給源４８４から、ガス配管４８８を経由して、手動式ガス調整弁４９２および制御式ガス弁４９６に、さらに排出チャンバ４５６中に供給される。制御式ガス弁４９６および先述の他の制御式ガス弁および液体弁は、制御配線４９９を利用して様々な制御要素に電気的に接続したコンピュータ制御のシステム・コントローラ４９８を用いて、電気的に制御される。したがって、前述のガス加圧式ポンプの実施形態１０および２０２と同様に、排出配管４８０内に制御された、連続的な液体排出を維持するために、制御式弁４９６を経由する加圧ガスを利用して、排出チャンバ４５６内部の液体排出圧力を一定に維持している。加圧窒素ガスは、配管４８８、手動式ガス制御弁５００、制御式ガス圧力弁５０４を経由して、中間チャンバ４５２にも供給される。先述の実施形態１０および２０２と同様に、中間チャンバ４５２内の圧力が排出チャンバ４５６内の圧力にほぼ等しいときに、中間チャンバ４５２からの液体が制御式弁４７４を経由して排出チャンバ４５６に流れるように、制御式弁５０４経由の加圧ガスを利用して、中間チャンバ４５２内の圧力を変化させる。制御式ガス弁５１２で制御されるガス抜出し配管５０８を利用して、中間チャンバ４５２から吸入チャンバ（デイ・タンク）４２０にガスを抜き出し、これによって吸入チャンバ（デイ・タンク）４２０から、制御式弁４７０を経由して中間チャンバ４５２への液体の流れを制御している。空気圧平準化弁５２０が、デイ・タンク４２０内部の大気圧を維持するために、吸入チャンバ（デイ・タンク）４２０に連結されている。液体を排出チャンバ４５６から背圧制御弁５３４を経由して、吸入チャンバ（デイ・タンク）４２０に復帰かつ再循環させるために、液体再循環／復帰配管５３０が液体排出配管４８０に連結されている。排出チャンバ４５６から、排出弁５３８を介してポンプ排出され、化学プロセスで使用され、かつ元に戻されない液体を補充するために、液体供給源５４０が、吸入配管５４４を介して吸入チャンバ（デイ・タンク）４２０に連結されている。
【００２７】
ポンプ４００は、先述のポンプ１０および２０２と異なり、その作動を制御するためにフロートまたは液面センサを使用しない。そのかわりに、ポンプ４００は、システム・コントローラ４９８のソフトウエアと電子制御システムを利用して、時系列方式でガス弁を開閉することにより制御される。特に、様々な液体流速および液体圧力が既知の場合には、ある量の液体を所定の流速で、排出チャンバから送出するのに要する時間を、排出チャンバのガス圧およびその他の既知のパラメータから計算することは比較的簡単である。また中間チャンバで使用される既知のガス圧を用いて、中間チャンバから排出チャンバを充填するのにかかる時間も計算可能であると共に、吸入チャンバから中間チャンバを充填するのに要する時間も同様に計算可能である。したがって、中間タンクおよび排出タンクを充填するために必要な時間間隔を決定すると、ガス圧力式ポンプ４００は、時間弁制御モードで電子的に運転することが可能である。つまり、ポンプが排出チャンバから絶え間なく液体を排出している間に、ポンプの作動が一定して進行するように、吸入チャンバから適当な時間間隔で中間チャンバを充填し、中間チャンバを適切な時間間隔で排出チャンバ中に排出して空にすることができる。
【００２８】
ポンプ実施形態４００を問題なく運転を進行させるためには、排出チャンバ４５６の液面高さに対して、ある程度の制御が必要になることもある。特に、排出チャンバ４５６の液面高さが、排出チャンバ４８０内の加圧ガスが液体排出配管に流れ込むほど低くなりすぎることは許容できない。同様に、排出チャンバ４５６内の液面高さが、ガス吸入弁４９６より上まで上昇すると、弁の腐食が発生する可能性がある。このような問題を防ぐために、液面センサ５５０を排出チャンバ４５６と共に装備してもよい。液面センサ５５０は、配線５５４によって電子的にシステム・コントローラ４９８に接続され、システム・コントローラに液面情報を供給する。排出タンク４５６内の液面高さが低くなりすぎると、システム・コントローラ４９８は、各サイクル中に排出チャンバ４５６に流入する液体量が増加するように、制御弁４７４および４７０が各サイクル中に開かれている時間を電子的に増加させる。この結果として、排出チャンバ４５６の液面高さは上昇することになる。同様に、液面センサ５５０が、排出チャンバ４５６内の液面高さが高くなりすぎたという信号をシステム・コントローラ４９８に供給する場合には、システム・コントローラ４９８は各サイクルで弁４７０および４７４が開いている時間を減少させて、これによって各サイクル中に排出チャンバに流入する液体量は減少することになる。またその結果、排出チャンバ内の液面高さは低下することになる。
【００２９】
中間チャンバ４５２および排出チャンバ４５６がデイ・タンク４２０の下方に配置された構成の、デイ・タンク用ポンプ・システム４００を示し、それについて説明したが、同様にシステム４００は、図５に示すようにセグメント化したポンプ６００として構築することもできることを理解すべきである。そこに示すように、ポンプ４００と同じ特徴要素には、同じ番号をつけてある。デイ・タンク４２０は、ポンプ６００の吸入チャンバを備え、デイ・タンク４２０からの取出し口６０４は、液体配管６０８を経由して、別の中間チャンバ４５２内へと配管されている。コンピュータ制御式弁４７０が、吸入チャンバ（デイ・タンク４２０）から中間チャンバ４５２への液体の流れを制御し、制御弁４７４が中間チャンバから排出チャンバ４５６への液体の流れを制御する。システム６００用のコンピュータ制御システム４９８およびガス弁システム６１２は、タンク・ポンプ実施形態４００用のコンピュータ制御システムと同じでもよい。ポンプ実施形態６００は、先に示したデイ・タンクを装備する、本発明の多重チャンバ液体ポンプ・システムの利用を容易にする。
【００３０】
本発明を特定の好ましい実施形態について説明したが、本発明者の意図するところは、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の精神と範囲を含んでなされる、様々な変更形態および修正形態すべてを包含することである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１ステージにおける本発明のポンプを示す概略図である。
【図２】第２ステージにおける、図１に示すポンプを表す概略図である。
【図３】化学プロセス容器と共に装備された本発明の別の実施形態を示す概略図である。
【図４】デイ・タンク中に装備された本発明のさらなる実施形態を示す概略図である。
【図５】デイ・タンクと一緒に使用される本発明のさらなる実施形態を示す概略図である。

Claims

液体を吸入するための手段を有する吸入チャンバと、
中間チャンバと、
液体を排出するための手段を有する液体排出チャンバと、
前記吸入チャンバと中間チャンバの間に連結された第１の液体流制御弁と、
前記中間チャンバと排出チャンバの間に連結された第２の液体流制御弁と、
前記排出チャンバ中に加圧ガスを供給して、前記排出チャンバから液体を排出するために、前記排出チャンバに連結されている加圧ガス供給源と
を有し、前記加圧ガス供給源が、前記中間チャンバに加圧ガスを供給するために前記中間チャンバに連結されており、
さらに、前記吸入チャンバから前記中間チャンバ中、および前記中間チャンバから前記排出チャンバ中への液体流を制御するために、前記中間チャンバの外へ、あるいはその中への加圧ガスの流れを制御できるポンプ・コントローラ
を備える多重チャンバ液体ポンプ。
前記ポンプ・コントローラが、中間チャンバ中へのガス流を制御する第１の制御式ガス弁と、前記中間チャンバからのガス流を制御する第２の制御式ガス弁を含む請求項１に記載のポンプ。
前記ポンプ・コントローラが、前記排出チャンバ内に配置された、前記第１および第２の制御可能なガス弁を制御する液面センサ装置を含む請求項２に記載のポンプ。
前記液面センサ装置が、前記ポンプ・コントローラに電子制御信号を供給し、前記ポンプ・コントローラが前記第１および第２制御式弁の作動を制御するための電子信号を供給する請求項３に記載のポンプ。
前記液面センサ装置が、前記第１および第２制御式ガス弁の作動を制御するために、ガス制御配管を経由するガス流を制御する請求項３に記載のポンプ。
前記第１および第２制御式ガス弁が、前記ポンプ・コントローラによってタイマ・モードで制御される請求項２に記載のポンプ。
前記排出チャンバから排出される液体が、前記液体を前記ポンプを経由して再循環させるために、その後に前記吸入チャンバ中に吸入される請求項１に記載のポンプ。
多重チャンバ式ポンプの吸入チャンバ中に液体を吸入するステップと、
前記吸入チャンバ内部の液体を、前記中間チャンバ内に流入させるように、前記ポンプの中間チャンバ内のガス圧を制御するステップと、
前記中間チャンバから前記ポンプの排出チャンバに液体を流入させるように、前記中間チャンバ内部のガス圧を制御するステップと、
前記排出チャンバから絶え間なく液体が流出するように、前記ポンプの前記排出チャンバ内部のガス圧を制御するステップと
を含む液体をポンピングする方法。
前記中間チャンバ内部のガス圧を制御するステップが、前記排出チャンバ内部の液面高さを決定するステップを含む請求項８に記載の方法。
前記排出チャンバ内部の前記液面高さを決定するステップが、フロート・センサの使用を含む請求項９に記載の方法。
前記中間チャンバ内部のガス圧を制御するステップが、前記排出チャンバ内部の液面高さが低いときに、前記中間チャンバ内部のガス圧を増大させるステップを含む請求項９に記載の方法。
前記中間チャンバ内部のガス圧を増大させるステップが、前記中間チャンバ内部の液体を前記排出チャンバ内に流入させる請求項１１に記載の方法。
前記中間チャンバ内部のガス圧を制御するステップが、前記排出チャンバ内部の前記液面高さが高いときに、前記中間チャンバ内部のガス圧を低減するステップを含む請求項９に記載の方法。
前記中間チャンバ内部の前記ガス圧を減少させるステップが、前記吸入チャンバ内部の液体を前記中間チャンバ内に流入させる請求項１３に記載の方法。
前記中間チャンバ内部の前記ガス圧を制御するステップが、所定の時間間隔で、前記中間チャンバ内部の前記ガス圧を変更するステップを含む請求項８に記載の方法。
前記ガス圧の前記変更のステップが、液体を前記中間チャンバから前記排出チャンバへと流入させるように、前記中間チャンバ内部の前記ガス圧を増大するステップを含む請求項１５に記載の方法。
前記ガス圧の前記変更ステップが、前記吸入チャンバ内部の液体を前記中間チャンバ内に流入させるように、前記中間チャンバ内部のガス圧を低減するステップを含む請求項１５に記載の方法。