JP7125024B2 - 複数の流体ポンプを介した流体の流れ制御及び送出 - Google Patents
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Description
一実施形態において、既知の参照体積C1(チャンバ150)を用いて、既知でない体積C2(ポンプチャンバ130-2)の体積が、理想気体の法則を用いて測定され得、
PV=nRT
であり、ここで、
P=圧力
V=体積
n=分子の数
R=気体定数
T=温度
である。
である。ここで、
Q=流量率
t=それぞれの体積測定が要する時間
C2=ポンプチャンバ130-2の体積
である。
1.流体バルブ125-3及び125-2(任意選択)が閉じられ、チャンバ内への又はチャンバの外への流体の流れを終わらせ、一時的に、チャンバ130-1の体積を一定に保つ。その結果、チャンバ130-2(C2)における空気量も測定の間一定となる。
2.空気バルブ160-5は閉じられ、チャンバ130-2(C2)及びチャンバ150(C1)を隔離する。また、バルブ160-4及び160-1も閉じられ、さらにこれらのチャンバを隔離する。
3.空気バルブ160-3が開かれ、チャンバ150を大気圧に対して通気する。
4.空気バルブ160-3が再び閉じられ、チャンバ150を隔離する。
5.この地点で適時に、センサ135-5の圧力読み取り値(リーディング)が記録され(P2)、センサ135-3の圧力読み取り値が記録される(P1)。これらの2つの圧力値が、グラフ610の時間t1で示される。
6.次に、バルブ160-5が開かれ、チャンバ130-2(C2)とチャンバ150(C1)を接続する。
7.グラフ610の時間t2として示した時間のこの地点で、統合された圧力(Pmerge)が、圧力センサ135-5及び135-3によって記録される。チャンバはこの時点で接続されているので、センサ135-5及び135-3の各々による圧力は同じである。
P1=チャンバ150(C2)の圧力
P2=チャンバ130-2(C1)の圧力
V1=チャンバ150(C2)の体積
V2=チャンバ130-2(C1)の体積
T1=チャンバ150(C2)の温度
T2=チャンバ130-2(C1)の温度
チャンバ150(C2)に関して、
であり、
チャンバ130-2(C1)に関して、
である。
チャンバが隔離される時間t1で、
である。
として式が記され得る。
PmV1+PmV2=P1V1+P2V2
に変形(reduce)される。
レシピエント108への流体の流れを測定するために、従来の技法を用いることに対する代替策として、さらなる非限定的な例示の実施形態によって、コントローラ140は、理想気体の法則及び質量保存を考慮に入れるために、質量流体の流れをベースとした測定アルゴリズムを実装するように構成され得ることに留意されたい。式は、閉システムに対して成り立つ。
Ma1+Mb1=Ma2+Mb2 (式1)
Rは一定であり、そのため、式は以下に因数分解(factor down)される。
ここで、
V=体積
Cv=一定の体積での比熱
Cp=一定の圧力での比熱
T=温度
Q=質量の流れ
H=熱伝達係数
である。
1つの非限定的な例示の実施形態において、本願において説明されるような流体ポンピングシステムは、ニューマチックに駆動されるダイアフラム(例えば、ダイアフラムポンプ130)を中心とした、中間ポンピングチャンバ(「IPC、Intermediate Pumping Chanber」)であり、このIPCは、可撓性のダイアフラム(メンブレン127)によって二又に分岐される体積から構成される。IPCの一方の側は、流体システムのニューマチック部分に接続される。IPCの他方の側は、流体システムの油圧部分に接続される。前述したように、油圧ポンピングは、正圧及び負圧を、IPCのニューマチック側(チャンバ130-2)に交互に印加することによって達成され、それゆえ、ダイアフラム(メンブレン127)を前後に(又は内外に)動かす。
以下の実施形態において、流体源120-1からダイアフラムポンプ130内に流体を引き込み、ダイアフラムポンプ130に圧力を印加して、流体を、下流に、容積式ポンプ184のセグメント1110に送出する動きとして、ポンプサイクルが規定されることに留意されたい。具体的な非限定的な例示の実施形態によれば、或るポンプサイクルは、一つの極端な状態(例えば、「充填」)から別の極端な状態(例えば、「空(カラ)」)への、ダイアフラムポンプ130におけるメンブレン127の少なくとも部分的な動きとして規定され得る。
図11は、本願における実施形態に従った、流体送出サイクルの間、(時間CからIのいずれかにおける)例示の測定サイクルを図示する例示の図である。本図は、本願における実施形態に従った流体流量率測定を行うことについてのより具体的な図である。
P1V1=P2V2 (式6)
Vcom=チャンバ150(共通タンク)の既知の体積
Ppc=地点[4]におけるチャンバ130-2の圧力
Pcom=地点[3]におけるチャンバ150(共通タンク)の圧力
Pmerge=Ppc=Pcom 地点[5]において2つのチャンバ(130-2及び150)が等化されるときの圧力
VpcPpc+VcomPcom=VpcPmerge+VcomPmerge (式7)
.
.
.
1.チャンバにおける圧力変化に起因する断熱加熱又は冷却
2.気体とチャンバ壁との間の熱伝達
3.IPCチャンバからの量流率に起因する体積変化
熱伝達効果 H(Twall-Ti) (式11)
であり、
Ti=チャンバiに対する温度の最新の推定
H=熱伝達係数
Twall=温度センサ152によって感知される周囲温度Ttc
である。圧力変化効果は、2つのチャンバの圧力差に起因する、1つのチャンバから別のチャンバへの質量の流れに基づく。
ここで、
Mi=チャンバiにおける気体の質量
Qij=チャンバiからチャンバjへの質量流量率
Cij=チャンバiとjとの間のバルブの流量係数(discharge coefficient)
Aij=チャンバiとjとの間のバルブのオリフィスの領域
pi=チャンバiにおける気体の密度
Cv=一定の体積での比熱
Cp=一定の圧力での比熱
である。
ここで、
V=体積
Cv=一定の体積での比熱
Cp=一定の圧力での比熱
である。
ここで、
Vpc=ダイアフラムポンプ130のチャンバ130-2の既知でない体積(例えば、左IPC)
Vcom=チャンバ150の既知の体積
Pcom1=地点[3]におけるチャンバ150の圧力センサ135-3からの圧力P3
Pcom2=地点[5]におけるチャンバ150の圧力センサ135-3からの圧力P3
Ppc1=地点[4]におけるチャンバ130-2の圧力センサ135-5からの圧力P5
Ppc2=地点[5]におけるチャンバ130-2の圧力センサ135-5からの圧力P5
Tcom1=地点[3A]におけるチャンバ150の推定された温度
Tcom2=地点[5A1]におけるチャンバ150の推定された温度
Tpc1=地点[4A]におけるチャンバ130-2の推定された温度
Tpc2=地点[5A2]におけるチャンバ130-2の推定された温度
である。
Claims (28)
- 流体送出を制御する流体送出システムの作動方法であって、
当該流体送出システムが、流体をダイアフラムポンプのチャンバ内に引き込むことと、
当該流体送出システムが、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバにおける前記流体を、下流に、流体導管を介して容積式ポンプに出力するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに正の圧力を印加することと、
当該流体送出システムが、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバから前記流体導管に放出される流体の流量率を測定することと、
当該流体送出システムが、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバへの前記正の圧力の印加、及び、前記チャンバにおける前記流体を、下流に、前記容積式ポンプに出力する間、前記容積式ポンプで受け取られた前記流体をレシピエントに送出するため、前記測定された流量率に基づき前記容積式ポンプが送出する流体の流量率を制御すること、を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記容積式ポンプがぜん動流体ポンプであり、前記ぜん動流体ポンプが、前記流体導管の或るセグメントと物理的に接触するぜん動ポンプ要素を含み、前記セグメントが、前記ぜん動流体ポンプによって駆動される導管の弾性的に変形可能な部分であり、前記ぜん動ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記セグメントを介して、下流に、前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れの通過を制限する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記ぜん動ポンプ要素と前記ダイアフラムポンプとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の上流の前記流体導管の第1の部分における前記流体の圧力が、前記ぜん動ポンプ要素と前記レシピエントとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の下流の前記流体導管の第2の部分における前記流体の圧力とは異なる、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、さらに、
当該流体送出システムが、前記流体を前記レシピエントに所望の流量率で送出するように、前記ぜん動ポンプ要素を動かすレートを制御すること、を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記流体を前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に引き込むことが、前記流体の或る量を、流体源から前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に周期的に受け取ることを含み、前記流体源が、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに対して別々に位置される、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、
当該流体送出システムは、予め設定された流量率に従い前記容積式ポンプから前記レシピエントへの流体の送出を制御するために、前記測定された流量率を利用することを含み、
前記容積式ポンプが、前記ダイアフラムポンプから受け取られる前記流体の流れをブロックする、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
当該流体送出システムが、前記流体の流量率を測定するために、前記チャンバにおける前記正の圧力の印加を一時的に中断させること、を含む方法。 - 請求項2に記載の方法であって、さらに、
当該流体送出システムが、決められた時間において、前記セグメントから前記レシピエントへの流体の連続的な流れを提供するために、前記容積式ポンプを制御することと、
当該流体送出システムが、前記決められた時間内で生じる複数の測定時間の各々の間、前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記圧力の大きさを一時的に低減すること、を含む方法。 - 請求項8に記載の方法であって、前記圧力の一時的に低減することが、前記ダイアフラムポンプから気体を外部に放出することを含み、前記気体が、前記チャンバに印加される前記正の圧力をつくる、方法。
- 請求項9に記載の方法であって、さらに、
当該流体送出システムが、前記容積式ポンプによって前記レシピエントに送出される流体の流量率を計算するために、前記複数の測定期間の間に測定された前記ダイアフラムポンプに残っている流体の測定された部分の各々を利用すること、を含む、方法。 - 請求項10に記載の方法であって、前記容積式ポンプは、弾性的に変形可能な導管のセグメントと物理的に接触する、対応するぜん動ポンプ要素を含み、前記ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記セグメントを介して受け取られる前記流体の流れを制限する、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、
当該流体送出システムが、流体導管の弾性的に変形可能なセグメントと物理的に接触する前記容積式ポンプのぜん動ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記弾性的に変形可能なセグメントを介して受け取られる前記流体の流れをブロックする状況の間、流体源から前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に前記流体を引き込むこと、
を含む、方法。 - 流体送出装置であって、
ダイアフラムポンプと、
容積式ポンプと、
前記ダイアフラムポンプと前記容積式ポンプとの間を延在する流体導管と、
コントローラハードウェアと、
を含み、
前記コントローラハードウェアが、
前記ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込むように、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバにおける前記流体を、下流に、前記流体導管を介して前記容積式ポンプに出力するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに圧力を印加するように、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバから、下流に、流体導管に放出される流体の流量率を測定するように、及び、
前記チャンバへの前記圧力の印加、及び、前記チャンバにおける前記流体を出力する間、前記容積式ポンプからレシピエントに前記流体を送出するため、前記測定された流量率に基づき前記容積式ポンプが送出する流体の流量率を制御するように、動作可能である、流体送出装置。 - 請求項13に記載の流体送出装置であって、前記容積式ポンプがぜん動流体ポンプであり、前記ぜん動流体ポンプが、前記流体導管の弾性的に変形可能なセグメントと物理的に接触するぜん動ポンプ要素を含み、前記ぜん動ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記弾性的に変形可能なセグメントを介して、下流に、前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れを制限するように動作可能である、流体送出装置。
- 請求項14に記載の流体送出装置であって、前記ぜん動ポンプ要素と前記ダイアフラムポンプとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の上流の前記流体導管の第1の部分における前記流体の圧力が、前記ぜん動ポンプ要素と前記レシピエントとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の下流の前記流体導管の第2の部分における前記流体の圧力とは異なる、流体送出装置。
- 請求項14に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
前記流体を、所望の流量率で、前記容積式ポンプから前記レシピエントに送出するために、前記ぜん動ポンプ要素を動かすレートを制御するように、動作可能である、流体送出装置。 - 請求項13に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
複数の充填時間の各々において、前記流体の或る量を、流体源から前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に周期的に受け取るように動作可能であり、前記流体源が、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに対して別々に位置される、流体送出装置。 - 請求項13に記載の流体送出装置であって、前記コントローラがさらに、
予め設定された流量率に従い前記容積式ポンプから前記レシピエントへの流体の送出を制御するために、前記流体の前記測定された流量率を利用するように、動作可能であり、
前記容積式ポンプの機械ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れをブロックする、流体送出装置。 - 請求項13に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
流体源から前記チャンバ内に前記流体を引き込む、前記チャンバの第1の充填と後続の時間との間の複数の時間の各々において、前記チャンバから、下流に、前記容積式ポンプに前記流体を送出する流量率を測定するために、前記チャンバへの前記圧力の印加を一時的に中断するように動作可能である、流体送出装置。 - 請求項13に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
決められた時間において、容積式ポンプから前記レシピエントへの流体の連続的な流れを提供するために、前記容積式ポンプの機械ポンプ要素を制御するように、及び、
前記決められた時間内で生じる複数の測定時間の各々の間、前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記圧力の大きさを一時的に低減するように、動作可能である、流体送出装置。 - 請求項20に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、流体の流れの測定のそれぞれの一時的な低減の間、前記チャンバに印加される前記圧力を解放するように動作可能である、流体送出装置。
- 請求項20に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、前記容積式ポンプによって前記レシピエントに送出される流体の流量率を計算するために、前記複数の測定時間の間に測定される、前記ダイアフラムポンプに残っている流体の前記それぞれの測定された部分を利用するように動作可能である、流体送出装置。
- 請求項22に記載の流体送出装置であって、前記容積式ポンプが、流体導管の弾性的に変形可能なセグメントと物理的に接触する、対応するぜん動ポンプ要素を含むぜん動流体ポンプであり、前記ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記弾性的に変形可能なセグメントを介して受け取られる前記流体の流れを制限する、流体送出装置。
- 請求項13に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
前記容積式ポンプが、前記ダイアフラムポンプから前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れをブロックする状況の間、流体源から前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に前記流体を引き込むように動作可能である、流体送出装置。 - そこに記憶された命令を有するコンピュータ読出し可能ストレージハードウェアであって、前記命令が、コンピュータプロセッサハードウェアによって実行されるとき、前記コンピュータプロセッサハードウェアに、
ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込ませ、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバにおける前記流体を、下流に、前記流体導管を介して容積式ポンプに出力するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに圧力を印加させ、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバから、下流に、流体導管に放出される流体の流量率を測定させ、及び、
前記チャンバへの前記圧力の印加、及び、前記チャンバ内における前記流体を下流に出力する間、前記容積式ポンプからレシピエントに前記流体を送出するため、前記測定された流量率に基づき前記容積式ポンプが送出する流体の流量率を制御させる、コンピュータ読出し可能ストレージハードウェア。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
当該流体送出システムが、流体の流量率の測定時間の間、前記容積式ポンプのポンプ要素の動きを終わらせることと、
当該流体送出システムが、前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記正の圧力を一時的に低減すること、を含む方法。 - 請求項13に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
前記容積式ポンプのポンプ要素の動きを停止するように、及び、
前記ポンプ要素が停止される一方で、前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記圧力を一時的に低減するように、動作可能である、流体送出装置。 - 請求項2に記載の方法であって、前記容積式ポンプと前記ダイアフラムポンプとの間の、前記容積式ポンプの上流の前記流体導管の第1の部分における前記流体の圧力が、前記容積式ポンプと前記レシピエントとの間の、前記容積式ポンプの下流の前記流体導管の第2の部分における前記流体の圧力より小さい、方法。
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