(57)【要約】  頂部と第１の開口を有する底部を有する垂直方向に設置されたシリンダーで構成するピストンタイプのポンプ装置である。シリンダーの頂部と底部にそれぞれシリンダー内の液体用の第１及び第２通路を有する。ピストンは、シリンダー内に往復可能に取り付けられ、ピストンの動く方向に加圧液体が作用する面積を有する。空洞のピストンロッドは、ピストンに連結されており、ピストンの下方に延長され、第１の開口をスライド可能に通っている。シリンダーの下方には再補充チャンバーがある。ピストンロッドは、再補充チャンバーにスライド可能に延長し、それと連絡している液体用の第３の通路を有する。第１の１方向バルブは第３通路内に配置されている。また、再補充チャンバーからポンプされる液体の水源及び第２の１方向バルブに延長した第４の通路を有する。  【選択図】  図１
2007519849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の開口を有する底部と、頂部とを有する垂直方向に設置されたシリンダーと、
このシリンダーの頂部にある液体用第１通路と、
このシリンダーの底部にある液体用第２通路と、
シリンダー内に往復運動するように取り付けられており、加圧された液体をピストンの動きの方向に作用させる領域を有しているピストンと、
シリンダーの下の再補充チャンバーと、
ピンストンに連結されてこのピストンの下方に延伸しており、シリンダーの底部の第１の開口を通して摺動可能かつこの開口を密閉可能であると共に、再補充チャンバー内に摺動可能かつこのチャンバーを密閉可能であって、再補充チャンバーに連通する液体用第３通路と、再補充チャンバー内の加圧液体をピストン及びピストンロッドの動きの方向に作用させる、再補充チャンバー内の前記ピストン領域よりも小さな領域とを有するピストンロッドと、
液体を再補充チャンバーからピストンロッド内及び上方に流すことを可能にし、液体がピストンロッドを通って再補充チャンバー内に逆流するのを防止する、第３通路に配置された第１の１方向バルブと、
汲み上げられる液体の水源に再補充チャンバーから延伸している液体用第４通路と、
液体をこの液体の水源から再補充チャンバーに流すことを可能にし、液体が再補充チャンバーから液体の水源へ流れるのを防止する、第４通路の第２の１方向バルブと、
ピストンの下方に移された加圧された液体を貯水するための、第２の通路に連結された貯水手段であって、ピストンが下方へ移動したときにピストンとピストンロッド内に含まれる液体とが上昇するのを補助し、液体を上方へ汲み上げて第１通路を通過させる貯水手段と、
ピストンを上昇させるためにシリンダー内のピストンの下に液体を汲み入れるために液体とつながったポンプと、
シリンダーの底部近傍の液体用第５通路と、
この第５通路を遠心ポンプと連結させている第１水路と、
第２通路を液体と連結させている第２水路とを有することを特徴とするピストンタイプのポンプ装置。
【請求項２】
液体が受容器であることを特徴とする請求項１記載の装置
【請求項３】
第２水路内の第２通路近傍に圧力開放バルブを含むことを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
第１の開口を有する底部と、頂部と有する垂直方向に設置されたシリンダーと、
このシリンダー内の頂部にある液体用第１通路と、
このシリンダー内の底部にある液体用第２通路と、
このシリンダー内に往復運動するように取り付けらており、加圧された液体をピストンの動きの方向に作用させる領域を有しているピストンであって、加圧された液体によってポンピングストローク中に上昇してピストンの下に液体を流入させ、回復ストローク中にはこの下方に流入した液体に作用するピストンと、
回復ストローク中に前記流入した液体の体積を加圧する手段であって、この液体を加圧することによってこの液体の体積を次のポンピングストロークでピストンが上昇するのを補助する運動エネルギーに変換される位置エネルギーを生じさせる加圧手段と、
ピストンの下に移動された加圧液体を貯水するための、第２通路に連結された加圧液体貯水手段と、
シリンダーの下の再補充チャンバーと、
ピンストンに連結されてこのピストンの下方に延伸しており、シリンダーの底部の第１の開口を通して摺動可能かつこの開口を密閉可能であると共に、再補充チャンバー内に摺動可能かつこのチャンバーを密閉可能であって、再補充チャンバーに連通する液体用第３通路と、再補充チャンバー内の加圧液体をピストン及びピストンロッドの動きの方向に作用させる、再補充チャンバー内の前記ピストン領域よりも小さな領域とを有するピストンロッドと、
液体を再補充チャンバーからピストンロッド内及び上方に流すことを可能にし、液体がピストンロッドを通って再補充チャンバー内に逆流するのを防止する、第３通路に配置された第１の１方向バルブと、
汲み上げられる液体の水源に再補充チャンバーから延伸している液体用第４通路と、
液体をこの液体の水源から再補充チャンバーに流すことを可能にし、液体が再補充チャンバーから液体の水源へ流れるのを防止する、第４通路の第２の１方向バルブと、
液体を含む前記流入した液体の体積を加圧する手段と、
シリンダー内のピストン下に液体を汲み上げてピストンを上昇させるための、液体とつながった遠心ポンプと、
シリンダーの底部近傍の液体用第５通路と、この第５通路をポンプに連結している第１水路と、第２通路を液体に連結している第２水路と、
を備えたことを特徴とするピストンタイプのポンプ装置。
【請求項５】
液体は受容器であることを特徴とする請求項４記載の装置
【請求項６】
第２水路内の第２通路近傍に圧力開放バルブを含むことを特徴とする請求項５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関し、特に、液体を極めて高い位置にポンプで汲み上げるピストンタイプのポンプ及びエネルギー回収手段を有するポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
実質的な水圧ヘッドに反して液体を汲み上げることは、鉱山、深井戸及び低いエネルギー使用期中に水量発電用ダムを通って上へ水を汲み上げ、続いて高いエネルギー使用中に回収する、又は、スタンディングコラム内で水の位置エネルギーを流水を利用する水力の用途での使用といった類似の用途において、水を汲み上げる際に遭遇する問題がある。
【０００３】
多くの先行特許は、エネルギーがピストンが下方に動く際に、ピストン内で下方方向に作用する液体コラムから回収され、続いて上方向にポンプされる液体の体積とともにピストンを上昇させるのを補助するため、ピストンタイプのポンプを利用した装置の提供を試みている。こうした先行特許の例として、スゥイーニーの米国特許番号６,１９３,４７６号がある。しかしながら、先行の装置は、商業的使用を正当化するのに十分な効率を有していなかった。例えば、スゥイーニーでは、上方ピストン３８が下方ピストン４３と等しい断面積を有しているという事実のため、装置の効率は極めて低いものであった。そのため、下方ピストン４３内での上方向に作用する液体圧力は、上のシリンダー内の液体の重さの影響を受けて上方ピストン３８の下方方向の動きを妨げる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、深井戸や鉱山での汲み上げで遭遇するような高い出力ヘッドを有するポンプを必要とすることなく、有効な水圧ヘッドに反して液体を汲み上げることが可能な改良されたポンプ装置を提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、スタンディングコラムの位置エネルギーを使用する機能だけでなく、一般的なタイプの先行技術の装置と比較して極めて高い効率を有し、エネルギー回収の機構をも備えた改良したピストンタイプのポンプ装置を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、構造上単純で、丈夫であるととに、操作や設置に効率的な改良ピストンタイプのポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、頂部近傍のシリンダー内に液体用第１通路を備えた頂部と底部を有し、垂直に設置されたシリンダーで構成されたピストンタイプのポンプ装置が提供される。底部近傍のシリンダーには液体用第２通路がある。ピストンはシリンダー内で往復運動可能に取り付けられている。ピストンは、圧力がピストンの動く方向に対して作用する面を有する。空洞のピストンロッドはピストンに接続されており、シリンダー底部の開口を通って、スライド可能かつこの開口を密閉可能(封水)にして延長されている。シリンダーの下には再補充チャンバーがあり、再補充チャンバー内にスライド可能かつ密閉可能にして延長し、再補充チャンバーと連結されている液体用第３通路を有するピストンロッドがある。ピストンロッドは、再補充チャンバー内の加圧液体がピストン及びピストンロッドの動く方向に影響を与える再補充チャンバー内に、ピストンの面積と比較して小さな面積を有している。これによって、ピストン内で下方方向に作用するシリンダー内の液体は、ピストンロッドに対して作用する再補充チャンバー内の液体より、ピストン内により大きな力を与える。液体が再補充チャンバーからピストンロッドへ流入するのを可能にし、液体がピストンロッドから再補充チャンバーへ流入するのを防止する第３通路内に設置された第１の１方向バルブがある。液体用第４通路が再補充チャンバーからポンプされる液体の水源へ延びている。第４通路内の第２の１方向バルブは、液体を液水源から再補充チャンバーへ流すが、液体を再補充チャンバーから液体の水源へ流れるのを防止する。ピストンを下方向に移動させ、及びピストンを上昇させるのを補助し、その結果、ピストンロッド内に含まれている液体、液体を上方向に第１通路を通って汲み上げ、ピストン下に移動された加圧液体を貯水する第２通路と連結されている加圧液体を貯水する手段がある。
【０００８】
例えば、貯水するための手段が液体の加圧本体に含んでいてもよい。
【０００９】
ピストンを上昇させるため、ピストン下方のシリンダーに液体を送り込む液本体に連結されたポンプであってもよい。
【００１０】
１つの例では、ポンプはピストンポンプであり、液本体は、液体の垂直なコラムであってもよい。
【００１１】
他の例では、ポンプは、ロータリーポンプであってもよく、貯水手段は、ポンプと連結された加圧液体の受容部を含む。
【００１２】
本発明は、水力ダムでのエネルギー回復のように、深井戸、鉱山からの汲み上げ、高い水圧ヘッドと比較して液体を汲み上げる他の用途に使用される従来のポンプと比較して重要な利益を提供する。非常に少ない入力エネルギーを必要とするポンプの使用で、液体を垂直方向に長い距離を上昇させることができる。なぜなら、スタンディングコラムの位置エネルギーを運動エネルギーに変換するからである。同時に、比較すると、その効率を著しく増加させることによって、一般的なタイプの先行技術のポンプに関連する損失を克服する。したがって、先行技術手段が実行可能であることが判明しないような場所で、本発明は商業的応用に魅力的なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面、まず最初に図１を参照すると、これは本発明の実施形態に関するピストン型のポンプ装置２０を示す。本装置は、液体、一般的には水を、端部２２と２４間の距離に例示されるような鉱山の底部から表層までの如く、比較的長い垂直距離を汲み上げることが意図されたものである。システムは、頂部２８、近傍の端部２４及び底部３０を有する垂直方向に配置された第１移動シリンダー２６を備えている。液体がシリンダーから排出される頂部近傍の液体用第１通路がある。シリンダーの底部の近くに液体をシリンダーに流入又は排出することが可能な第２通路を有する。
可動ピストン４０は、シリンダー内に往復運動可能に設けられ、シリンダー底部の開口４４を通ってスライド可能かつ遮水して延長している垂直に配置された空洞のピストンロッド４２に連結されている。ピストン４０は、その頂部にシリンダー内の加圧液体の作用に対する面２９を有する。通路３２は上層部又はピストンの最上部の位置近傍にあり、通路３４はその最下部の位置の下方にある。図１は、本発明を簡略化した図であり、本技術分野の当業者によって明らかであると思われる遮水部及び他の従来の要素は省略されていることが理解されるであろう。こうした構成要素は参照としてここに挙げられた米国特許第６９１３４７６号で開示されたものと同様である。
【００１４】
ピストンロッド４２の底部に、弁部材４３と、ピストンロッド底部４９内の第３通路４７周囲に延長する弁台座４５とを備えた第１の１方向バルブ４１がある。この１方向バルブは、液体がピストンロッドに流入することは可能だが、ピストンロッドの底部から外へ逆流するのを妨げる。
【００１５】
ピストンロッド４２をスライド可能かつ遮水して収容する、頂部５０にある開口４８から分かれて、底部５４に第４通路５２で遮水されたシリンダー２６下方の再補充チャンバー４６がある。ピストンロッドは再補充チャンバー内でピストン運動するように作用する。再補充チャンバー内のロッド端部にピストン部材がある可能性もあり、用語「ピストンロッド」はこうした可能性も含むものである。第２の１方向バルブ５６は通路５２に配置され、ボール５８形状の弁部材及び再補充チャンバー底部近傍の弁台座を備えている。ボールの上方方向の動きを制限する環状の停止部６２がある。この１方向バルブは液体を水源チャンバー７０から再補充チャンバー４６に流入することを可能にするが、液体を再補充チャンバーからチャンバー７０の方向へ流入することを防止する。チャンバー７０は、シリンダーの頂部の通路３２の外へポンプで送出される液体を収容している。
【００１６】
ピストン４０は、ピストンロッドの直径Ｄ２より実質的に大きい直径Ｄ１を有し、その結果、再補充チャンバー内でピストンの如く作用するピストンロッドは、ピストン４０の断面及びシリンダー２６の内側と比較して再補充チャンバー４６内で加圧された液体がピストンロッド及びピストン４０の動く方向に作用する、著しく小さな面積を有している。例えば、１つの実施形態において、ピストンは直径３インチであり、一方、ピストンロッド４２は直径１インチである。それゆえ、加圧時におけるシリンダー内の液体は、再補充チャンバー７０内の液体と同様の圧力で、ピストンロッドとピストンに与えられた上方向の力と比較して、ピストンとピストンロッドにはるかに大きな力を与える。
【００１７】
第２通路３４に連結された加圧液体８２を貯水する手段８０がある。この手段８０はピストン４０下方のシリンダー２６内のチャンバー９０から回収した加圧液体を貯水する。この特定の実施形態においては、手段は通路３４からコラム頂部の端部９４へ拡がっている液体９２のコラムを含む。この例におけるコラムは、シリンダー２６の周囲に延びている環状の被覆体９６及び第２出力シリンダー１０２の端部１００を開放して延長された水路９８によって形成されている。コラムは、離れて配置された出力シリンダー又は圧力ヘッドのように高い位置に配置されて液（水）本体を使用して加圧されうる。
【００１８】
シリンダー１０２は、そこに往復運動可能に取り付けられたピストン１０４を有する。液体８２は、シリンダーの排出端部１００と面しているピストンの側面１０８内のチャンバー１０６を満たしている。ピストンの反対側のチャンバー１１０は、通路１１２を通って大気への排出口が設けられている。ピストンを排出端部へ移動するピストン１０４に連結されているピストンロッド１１４があり、それによって、シリンダーから液体８２を排出する。
【００１９】
作動中、シリンダー２６のピストン４０の上が、液体、一般的には水で満たされている。同様にチャンバー９０は、被覆体９６に沿って水で満たされており、第２シリンダー１０２のチャンバー１０６も同様に満たされている。同様に、ピストンロッド４２は再補充チャンバー４６及び水源チャンバーと同様に水又は他の液体で満たされている。ピストンは、図１に示されるようにもっとも低い位置にある。これはポンプに呼び水を入れるために必要とされる。
【００２０】
これは他の方法で行うことも出来るかもしれないが、ピストンロッド１１４は、その後、図１でいえば、一般的にクランク機構あるいは空力又は水力装置を有するモーター又はエンジンによって左へ移動される。これは液体８２をコラム９２を通ってシリンダー１０２から下位へ移動し、第２通路３４からピストン４０の底部に対して上方向に作用するチャンバー９０へ移動し、シリンダー２６内のピストンを上方へ押す。
【００２１】
再補充チャンバー内のピストンロッドによって占められる体積は、ピストンロッドを上方向に移動することによって減少されるので、ピストンロッド４２はピストンとともに上方向に押され、それによって再補充チャンバー４６内の圧力を減少させる。１方向バルブ４１は液体がピストンロッドから再補充チャンバーに流入するのを防止するが、再補充チャンバー内の減少した圧力は液体がチャンバー７０から再補充チャンバーへ流入するように、ボール５８をその台座６０から上へ持ち上げる。
【００２２】
シリンダー１０２のピストン１０４が、排出端部１００近傍の通路端部まで近づき、そして、ピストン４０がシリンダー２６の頂部２８へ最上方の位置に近づいたとき、液体が通路３２から排出される。ピストン１０４はその排出端部１００近傍の境界まで達したとき、ピストンロッド１１４に対する圧力は開放される。ピストン４０の上方のシリンダー２６に満たされた液体の重さは、ピストン内で下方方向に作用し、ピストンを図１に示された最も下方の位置に押しやる。これは、図１によると、液体をチャンバー９０の外に排出し、シリンダー１０２のチャンバー１０６内に流入させ、ピストン１０４を右に動かし、示されている最初の位置に戻される。
【００２３】
同時に、ピストンロッド４２は、下方方向へ再補充チャンバー４６内に向かって押される。これは再補充チャンバー内の圧力を増加させ、液体が通路５２を通って水源チャンバー７０に逆流することを防止するために、弁台座６０に対してボール５８をとどまらせる。従って、再補充チャンバー内の液体が、弁台座４５の弁部材４３を持ち上げることによって、上方向のピストンロッド内に押し出される。こうした方法で、ピストンが先に上昇したように、水源チャンバーから再補充チャンバー内に流れる再補充チャンバー４６内の液体の一部は、再補充チャンバーからピストンロッドに移動し、ピストンが図１に示される最下部位置の下方方向に動くにつれてピストン４０の上のシリンダー２６に再充填する。
【００２４】
そして、シリンダー１０２内のピストン１０４は、図１によれば、再度左に押され、再度ピストン４０を上昇させる。ピストン４０が以前に下方へ移動したときのように再補充チャンバー４６からピストンロッド４２に移動する液体の体積と同量の液体の体積が、ピストン４０が最も上部位置に近づき、ピストン１０２がシリンダー１０２の排出端部１００に最も近づいた位置に接近するにつれて、通路３２から排出される。
【００２５】
このサイクルが、その後も継続され、容易に理解されるように、ピストン４０は下方に動き、上へ戻るごとに、ピストン４０が最も上方の位置に届いたとき、再補充チャンバー４６、究極的には水源チャンバー７０から、図１に示されているようにピストン４０が最も下部の位置にあるときに再補充チャンバー４６内のピストンロッド４４によって満たされる体積の差と等しく、（もしあれば）再補充チャンバー内に満たされる液体より少ない、液体の体積が汲み上げられる。ピストン４０の移動量は、ピストンロッドがピストン４０及びピストンロッドの移動の再上部の境界点で開口内に留まるように調整される。
【００２６】
上述されたポンプ装置は、上述したように端部２２から端部３２へ液体をポンプで運ぶことができる。従って、本装置は、高い水力ヘッド出力を有するポンプを必要とすることなく、鉱山の底から水をポンプで汲み上げるのに体験されるような重要な水力ヘッドに反して液体をポンプで運ぶことが可能である。これは、図１によると、コラム９２の液体がピストン４０の底部に対して上方向に作用し、ピストン１０４の左方向へ動きを補助するからである。ピストン４０はピストンの上のシリンダー２６内の液体の重さによって下方方向に移動されるとき、チャンバー９０内の液体を上方向へ動かし、その水力ヘッドを増加させ、その位置エネルギーを増加させる。従って、ピストン４０が下方方向へ移動したと同時に失う大部分のエネルギーは、シリンダー１０２に拡がっているコラム内の液体９２によって代表される位置エネルギーに回収される。
【００２７】
従って、シリンダー１０２が、エネルギーを最大に回収するためにできるだけ高く置かれるべきことは理解されるであろう。シリンダー１０２の位置が図１に示されるものと異なるかも知れないことも理解されるべきだろう。例えば、それを垂直に配置することも可能であろう。シリンダー、ピストン及びピストンに関して上で使用された用語「左」及び「右」は、本発明の理解を助けるためにであり、本発明のすべての可能な方向を包含することを意図されたものではない。
【００２８】
図２は、図１に示された装置と全体的に類似し、１を追加した類似番号を有するポンプ装置２０．１を示す。ここでは、２つの実施形態間の違いに関してのみ記述する。装置の上部部分のみが示され、再補充チャンバーと水源チャンバーは、第１の実施形態と実質的に同一であるので省略されている。この例では、通路３４．１は、チャンバー９０．１から水路１２２に液体を流すことを可能にし、液体が反対方向に流れるのを防止する１方向バルブ１２０に備え付けられている。水路１２２は、例えば、加圧された水圧流体を貯水することが可能な水力アキュムレーターの構造と類似しうる受容体１２４と連結されている。ピストン４０．１がシリンダー２６．１内の液体によって下方向に移動されたとき、それは、受容体１２４に押される。
【００２９】
受容体を水路１３２を介してピストン４０．１の下方のシリンダー０内の通路１３０と接続した遠心ポンプ１２８に連結された水力水路１２６がある。ピストンがその最底部の位置まで達した後、図２に示されるように、ポンプ１２８は、ピストン４０．１を上昇させるため、液体を受容体１２４からチャンバー９０．１へポンピングし始める。受容体１２４内の液体が、ピストン４０．１の前の下方向の動きの間に加圧されたという事実は、ピストンを上昇させるのを補助するため、ポンプ１２８から必要とされる仕事量を減少させる。従って、この装置は図１の実施例と類似の方法で操作されるが、前の実施例でのような物理的な垂直な水力ヘッドを利用する代わりに、加圧された水液体を貯水する受容体を使用する。さらに、遠心ポンプ１２８が、前記実施例のシリンダー１０２及びピストン１０４で構成されるピストンポンプの代わりに使用される。そのほかのこの装置は、同様の方法で操作される。
【００３０】
＜＜圧力と力のバランス分析＞＞
図１から図５を参照して、
Ａ1は、移動シリンダー２６の面積である可動ピストン４０の頂部２９の面積である。
Ａ2は、ピストンロッド４２の底部の面積である。
Ａ1−Ａ2は、出力流体と接している可動ピストンの面積である。
Ｓは、ストロークの長さである。
Ｐ1は、スタンディングコラムの圧力である。
Ｐ2は、出力ストローク中に仕事をしている流体の圧力である。
Ｐ3は、ポンプされる液体の有効なヘッド
Ｐ4は、移動チャンバー内の圧力である。
Ｐ5は、回復ストローク中の出力流体の圧力である。
Ｐcは、スタンディングコラム排出３２と同じレベルに配置された出力シリンダー１０２内で発生する圧力である。
【００３１】
Ｗは、ピストンの重さである。
Ｒは、シールによって発生する抵抗である。
ｄは、水の密度である（0.036ｌｂｓ/ｉｎ3)。
Ａcは、出力シリンダーの面積である。
Ｓcは、出力シリンダーのストロークである。
Ｈは、スタンディングコラムの水の高さである。
ｄは、水の密度である。
【００３２】
移動ピストンは下方へ動き、弁部材は開き、弁５６は閉じられる回復ストローク中
下方方向への力Ｆd＝Ｐ1Ａ1＋Ｗ
上方方向への力Ｆu＝Ｐ2（Ａ1−Ａ2）＋Ｐ4Ａ2＋Ｒ
正味の力＝Ｆ＝Ｆd−Ｆu＝Ｐ1Ａ1＋Ｗ−Ｐ2（Ａ1−Ａ2）−Ｐ4Ａ2−Ｒ
以下と仮定すると、
Ｐ1＝４５ｐｓｉｇ, 約水１００feet,  及びＡ１＝８ｉｎ2,
Ｐ1Ａ1＝４５×８＝３６０ｌｂｓ
−２ｌｂｓのピストンの重さ (約スチールの８ｉｎ3 )
−シールの抵抗２０ｌｂｓ
Ｐ4＝Ｐ1 それゆえ Ｐ4Ａ2＝Ｐ1Ａ2
Ｆ＝Ｐ1Ａ1−Ｐ1Ａ1−Ｐ5（Ａ1−Ａ2）−Ｒ
Ｆ＝Ｐ1（Ａ1−Ａ2）−Ｐ5（Ａ1−Ａ2）−Ｒ＝（Ｐ1−Ｐ5）（Ａ1−Ａ2）−Ｒ
ここから正味の下方方向の力を得るためには、Ｐ5 は、Ｐ1未満でなければならない。 Ｐ1 が作用する面積は、（Ａ1−Ａ2）. 
【００３３】
移動ピストンが上昇し、弁部材４３が閉じられる出力ストローク中は、
下方方向の力 Ｆd＝Ｐ1Ａ1＋Ｗ＋Ｒ
上方方向の力 Ｆu＝Ｐ2（Ａ1−Ａ2）＋Ｐ4Ａ2
正味の力＝Ｆ＝Ｆu−Ｆd＝Ｐ2（Ａ1−Ａ2）＋Ｐ4Ａ2−Ｐ1Ａ1−Ｗ−Ｒ
Ｐ4＝Ｐ3. Ｐ3 ＜＜Ｐ1又はＰ2と仮定すると、Ｐ4Ａ2は無視することができる。
回復ストロークに関しては、Ｗは、無視することができる。
Ｆ＝Ｐ2（Ａ1−Ａ2）−Ｐ1Ａ1−Ｒ
【００３４】
＜効率＞
（回復ストローク中の仕事）
Ｐcがスタンディングコラム排出通路と同じレベルで配置された出力シリンダーによって発生された圧力Ｐcを使用して、Ｐ5＝Ｐ1−Ｐc
出力シリンダーでなされた仕事は、
Ｗi＝ＰcＡcＳｃ,
ＡcＳcは、ストローク当たりに移動した出力流体の体積＝（Ａ1−Ａ2）Ｓ
Ｗi＝Ｐc（Ａ1−Ａ2）Ｓ,
例えば、Ｐc＝１４ｐｓｉｇ, Ａ1＝８ｉｎ21Ａ2＝４ｉｎ21及びＳ＝１２ｉｎ
Ｗ1＝１４（８−４）１２＝６７２ｉｎ ｌｂｓ（５６ｆｔ ｌｂｓ）plusＲ×Ｓ２０×１２＝２４０ｉｎ  ｌｂｓ
Ａ2／Ａ1＝０．５
【００３５】
（出力ストローク中の仕事）
Ｐ2＝Ｐ1＋Ｐｃ. スタンディングコラム内でａ倍ｇ (３２．２ ft/sec２)の加速度を発生するためには、正味の力は、スタンディングコラムのａ倍の重さでなければならない。
Ｆ＝Ｐ2（Ａ1−Ａ2）−Ｐ1Ａ1−Ｒ＝ａＨＡ1ｄ＝ａＰ1Ａ1
（Ｐ1＋Ｐc）（Ａ1−Ａ2）−Ｐ1Ａ1−Ｒ＝ａＰ1Ａ1
Ｐ1Ａ1−Ｐ1Ａ2＋ＰcＡ1−ＰcＡ2−Ｐ1Ａ1−Ｒ＝ａＰ1Ａ1  太字の項（第１項と第５項）は相殺
Ｐc（Ａ1−Ａ2）＝ａＰ1Ａ1＋Ｐ1Ａ1＋Ｒ
Ｐｃ＝Ｐ1（ａＡ1＋Ａ2）  ＋      Ｒ                                                    （Ａ1−Ａ2）        （Ａ1−Ａ2）
１００feetの水圧ヘッドのため、Ｐ１＝４３．３ｐｓｉｇ，及びa＝１ｇ, Ｒ＝２０ｌｂｓ.
Ｐｃ＝４３．３（１×８＋４）＋２０＝１３０＋５＝１３５ｐｓｉｇ                               ４                ４
【００３６】
（出力シリンダー内の仕事）
Ｗi＝Ｐc（Ａ1−Ａ2）Ｓ＝１３５×４×１２＝６４８０ｉｎ ｌｂｓ
（仕事出力）
上昇した水の量は、ＳＡ2ｄ＝１２×４×０．０３６＝１．７３ｌｂｓ
これは１２００inches 上げられる。
Ｗ０＝１／７３×１２００＝２０７０ in lbs＝１７３ft lbs
０．５のＡ2／Ａ1の比率に基づく効率
Ｅ＝Ｗ0／Ｗ1＝２０７０／（６４８０＋６７２＋２４０）＝２８．０％
Ｐｃの上記式を判断することによって、どのように加速度が変化するか見ることができ、Ａ2／Ａ1の比率がポンプを動かすのに必要な圧力に影響する。例えば、
Ａ2／Ａ1＝０．８ 又は、例えばＡ2がここで＝６．４ sq. in.及びａ＝０．２５ｇとすると、
Ｐc＝Ｐ1（ａＡ1＋Ａ2）＋    Ｒ                                                          （Ａ1−Ａ2）    （Ａ1−Ａ2）
Ｐc＝４３.３（.２５×８＋２）＋２０＝２２７＋１２.５＝２３９.５ｐｓｉｇ                    １.６              １.６
又は、より低いＡ2／Ａ1比率の使用−約０．２５、Ａ2＝２ 及び、残留加速度０．２５ｇ、
Ｐｃ＝Ｐ1（ａＡ1＋Ａ2）  ＋    Ｒ                                                     （Ａ1−Ａ2）      （Ａ1−Ａ2）
Ｐｃ＝４３.３（.２５×８＋２）＋２０＝２８＋３.３３＝３１.３３ｐｓｉｇ                    ６                     ６
我々は、ヘッドの３１.３３ｐｓｉ（７２．３７ｆｔ）を出力コラムに加えることによって、我々の例において、水の体積を１００フィート上昇させる。
【００３７】
＜＜オリジナル概念の動態分析＞＞
＜回復ストローク＞
同様の例で続けると、スタンディングコラム２６の正味の力は、
Ｆ＝Ｐc（Ａ1−Ａ2）−Ｒ＝１４（８−４）−２０＝３６ｌｂｓ
スタンディングコラムの質量は、
１２００×８×０．０３６＝３４６ｌｂｓ. 
加速度は、
３６／３４６＝０.１０ｇ＝３.２２  ｆｔ／sec2
完全なストロークに必要な時間
Ｄ＝ａｔ2：Ｄ＝Ｓ ｉｎ ｆｅｅｔ＝１ ｆｏｏｔ                                        ２
ｔ＝（２Ｓ／ａ）0.5＝（２／３.２２）0.5＝０．７９ｓｅｃ
【００３８】
＜出力ストローク＞
加速度は、１ｇ又は３２．２ ｆｔ／ｓｅｃ. と定義される。
ｔ＝（２／３２．２）０．５＝０．２５  ｓｅｃ
完全なストロークは ０．７９＋０．２５＝１．０３秒 要するであろう。
【００３９】
圧力と力の上記分析は、異なるＡ2／Ａ1, Ｐ2／Ｐ1の比率 と加速度"a"を使用して操作されうる。
【００４０】
図３として添付されたものは、Ａ2／Ａ1の比率に対する効率を示す圧力ヘッド概念の性能曲線である。また、テーブル１は、パラメーターを変化させた絶対数値のバリエーションを示すよう図示された図３からの計算結果をも含む。
テーブル１
2007519849.tif 000003
【００４１】
圧力ヘッドの概念に関して、もし、スタンディングコラムの高さと比較して、超高圧のヘッドが利用可能で、出力水がとても低いレベルで排出されることができるという２つの適用して使用されるならば、ポンプは６１％効率まで近づくことができるであろうことを証明している。効率的なポンプの設計は、スタンディングコラムから排出される水の体積が移動ピストンの出力サイドに使用される水の体積よりも多いことを示す高いＡ2／Ａ1比率を有する。この特徴は、ポンプが適切な出力水の好都合な水源がある限り、言い換えれば、汲み上げる水を有することと、非常に高いヘッドを有することが両立する場合、井戸や排水鉱山から水を汲み上げるのに魅力的なものとなりうることを示している。先に検討したように、圧力ヘッドポンプは、適切な出力水の水源が利用可能である場合、いくつかの流水利用の水力発電の応用に魅力的なものとなりうるだろう。
【００４２】
出力シリンダーの概念に関しては、曲線は、Ａ2／Ａ1比率が高ければ高いほど、より効率的なポンプとなり、より加速度が低ければ低いほど、より 効率的なポンプとなりうることを示している。
【００４３】
効率的な圧力ヘッド概念のポンプは、必要とされる出力水の体積より、ストローク当たりでより多くの処理水の体積を移動させる。これもまた、Ａ2／Ａ1の高い比率の直接の結果である。これは、出力水が処理水と合流するため排出されて、さらに効果的なポンプを発生させることを可能にさせうる。反対に、低いＡ2／Ａ1比率を有し、多くの出力水と低いヘッドを有するポンプは、より少ない処理水をより高い位置に汲み上げることができる。それらは、移動させる処理水より多くの出力水を消費するであろう。この工程は、低い圧力ヘッドで大量の流体が少ない水量をより高い位置に移動させるのに使用される古典的な水圧ラムの原理に類似する。
【００４４】
ポンプの異なる実施形態がウォーターシステムの圧力タンクに類似するブラッダー、又は空気又は水圧によって加圧され、そして圧力を低くしたり又再加圧される出力シリンダー内に水を収容するドリルホールパッカーと同様のパッカーに利用する。これは、出力流体を消費することなくポンプの使用を可能にする。
【００４５】
＜＜分析＞＞
図５は、２つの主要な実施形態を示す。図５Ａは、ポイント８９が出力水を放水するために使用されたときに、どのように高い位置８３に貯水された液体、一般的には水が、出力ストローク８５のために超過圧力及び減少した圧力を供給したかを示す圧力ヘッドの概念について記述している。図５Ｂは、超過圧力が出力シリンダー１２０によって発生された場合、及びピストン１０４が出力流体のコラムから引き出されたとき、回復ストロークが減圧の発生によって増大させられる場合の出力シリンダー概念を示す。
【００４６】
＜性能曲線＞
（圧力ヘッドの概念）
テーブル１を参照すると、バルブは、様々な圧力ヘッドの配置での能力を計算するために操作される。必要な操作は、
− それぞれの比率に対して、０．４から０．８２まで様々なＡ2／Ａ1の比率を設定する。
− Ｐ5／Ｐ1（スタンディングコラムと比較した出力水の排出の高さ）の様々な比率に対する回復ストローク性能を計算する。
− 可能であれば、８ft/sec2の回復ストロークの加速度を得るためＰ5／Ｐ1の「最適化」する。
− 出力ストローク計算のための入力値として回復ストロークからの「最適化」された結果を使用する。
− Ｐ2／Ｐ1（スタンディングコラムと比較したときの出力水の水源の高さ）の様々な比率に対する出力ストローク性能を計算する。
− Ｐ2／Ｐ1を「最適化」することは、８ｆｅｅｔ／sec2の出力ストロークの加速度を得ることであった。
− 計算した効率を「最適化された」Ｐ5／Ｐ1及びＰ2／Ｐ1の比率及び回復ストロークの加速度とともに、他の表計算（集計表）に移す。
− 最も重要な比率Ｐ2／Ｐ1のためＡ2／Ａ1に対する効率のグラフをプロットするため、計算した効率を使用する。
【００４７】
結果は、Ａ2／Ａ1の高い比率は、高い効率と低い加速を結果として生じることが示された。結果は、またＰ5／Ｐ1の低い比率は、妥当な回復ストローク加速度を生成するために必要であることを示している。
【００４８】
テーブル１を参照すると、Ａ2／Ａ1＝０．８２の比率の性能データは、８ｆｔ．ｓｅｃ2（０．２５ｇ）の出力ストロークの加速度が許容可能であると考えられる場合、６１％の効率が得られることを示されている。
【００４９】
直ちに明らかでないのは、Ａ2／Ａ1の比率が高いとき、ストローク毎に排出された出力水がストローク毎に上昇された処理水の量よりとても少ないことである。ストローク当たりで上昇した処理水の量は、Ａ2Ｓであり、ストローク当たりに排出された出力水の量は、（Ａ2−Ａ1）Ｓである。
【００５０】
Ａ2／Ａ1＝０．８のとき、
（Ａ2−Ａ1）＝Ａ1−０．８Ａ1＝０．２Ａ1
そして、ストローク当たりの放出される出力水の量は、
（Ａ2−Ａ1）Ｓ＝０．２Ａ1Ｓ
及びＡ2＝０．８Ａ
それゆえ、上昇した処理水の量は、
Ａ2Ｓ＝０．８Ａ1Ｓ
又は、４倍の出力水の量である。
これは、出力水が処理水に放出されうること、及びポンプはストローク当たり、（０．８―０．２）Ａ1Ｓ＝０．６Ａ1Ｓの正味量をまだ汲み上げられるであろうことを意味する。
【００５１】
（出力シリンダーの概念）
値は、様々な出力シリンダーの配置に対する効率を計算するため、操作される。必要とされる操作は、
− それぞれの比率に対して、 ０．４から０．８２まで様々なＡ2／Ａ1の比率を設定する。
− 回復ストロークの間の出力シリンダーの圧力を設定する。
− Ｈp／Ｈl（スタンディングコラムの高さと比較したポンプの高さ）の様々な比率に対する回復ストローク性能を計算する。
− もし可能なら、８ｆｔ／ｓｅｃ2の回復ストローク加速度を得るめにＨp／Ｈlを「最適化」する。
− 出力ストロークに対する入力として、回復ストロークの計算結果から「最適化された」結果を使用する。
− Ｐ2／Ｐ1の様々な比率に対して出力ストローク性能を計算する。
− ８ft／ｓｅｃ2の出力ストロークを得るためのＰ2／Ｐ1を「最適化」する。
− 計算された効率を他の表計算に「最適化」されたＨp／Ｈl及びＰ2／Ｐ1の比率と回復ストロークの加速度とともに移す。
− 最も重要なＰ2／Ｐ1の比率に対して、Ａ2／Ａ1に対する効率のグラフをプロットするため計算された効率を使用する。
【００５２】
結果は、Ａ2／Ａ1の大きい比率は高い効率を結果として生じ、低い比率は、移動する流体を高いヘッドにすることを可能にするが、もしブラッダーやパッカー内に含まれていれば、より多くの処理水又は大きな出力コラムを使用する。
【００５３】
＜魅力的な応用＞
合理性のある効率的なポンプの概念のためには、Ａ2／Ａ1は大きくなければならない。合理的な回復ストローク加速度を有するこうした種類のポンプのため、圧力ヘッドスタイルのポンプの出力水は、スタンディングコラムの高さに対してとても低くなければならない。合理的な出力ストロークの加速度を有するため、この種のポンプはスタンディングコラムに対して非常に高くなくてはならない。こうした特徴は、ポンプがスタンディングコラムの高さよりもはるかに高い位置に出力水の水源があるような適用においては、とても魅力的なものとなるであろう。また、圧力ヘッドスタイルのポンプの出力コラムの高さと比較して、とても低い位置に出力水を排出することを可能にするにちがいない。
− 先に検討した流水利用の水力発電ブースターへの適用は、こうした要求に適合するであろう。分析は、こうした適用が、底部に載置された圧力ヘッドスタイルのポンプに対して水路が形成された場合、高い位置の支流エネルギーの５５％以上の回収を可能にするであろうことを示している。ポンプは、もし水が出力ヘッドの高さの1/１０持ち上げられたならば、ポンプにエネルギーを与えるのに使用されるよりもほぼ５倍多くの水を汲み上げる。水は、その後、底部のタービンを通してリサイクルされる。
− 鉱山から排水するためにポンプを使用することもまた、魅力的になるだろう。
− 井戸から水を汲み上げるのにとても魅力的なものとなるだろう。
− 水を貯水槽または高い位置（圧力）に汲み上げることもまた魅力的となるだろう。
【００５４】
本実施例の他の実施例が図６ａ及び６ｂに図示されている。類似した部品は、語尾に２を追加した類似の参照番号を付する。最初に図６ａを参照すると、ピストンタイプのポンプ装置が、参照番号２０．２によって全体が示されている。装置は、端部２２．２と２４．２の間の距離によって例示されるような比較的高い垂直距離を、液体、一般的には水を汲み上げることを意図されている。
【００５５】
頂部２８．２及び底部３０．２を有する垂直に配置されたシリンダー２６．２がある。ピストン４０．２は、往復運動可能に、シリンダー２６．２内に取り付けられ、シリンダーの頂部２８．２内の開口４４．２及びシリンダーの底部３０．２内の開口４８．２を通してスライド可能かつこの開口を密閉可能にして垂直に配置された空洞のピストンロッド４２．２と連結されている。ピストン４０．２は環状形状をしており、この例では、表面領域４１．２を有し、シリンダーをピストン下方のシリンダースペース２７とピストンの上のシリンダースペース３１によって示される２つの区画に分割してある。シリンダー２６．２は直径Ｄcを有し、空洞のピストンロッド４２．２は直径ＤPRを有する。
【００５６】
ピストンロッド４２．２は、ピストン４０．２下方の第１部分２１８及びピストンの上の第２部分２２０を有する。第１部分２１８は開口４８．２を通してスライド可能かつこの開口を密閉可能にして延長されており、第２部分は、開口４４．２を通してスライド可能かつこの開口を密閉可能にして延長されている。図６ａ及び６ｂが本発明を簡略化したものであること、及び本技術分野の当業者によって明らかであると思われる開口の密閉及びその他の要素は省略されていることは、理解されるべきである。
【００５７】
ピストンロッド４２．２の頂部５０に、参照番号４１．２によって全体を示されている第１の１方向バルブがある。バルブ４１．２は弁部材４３．２とピストンロッド４２．２の頂部５０内の第１通路４７．２の周囲に延長している弁台座４５．２を有する。
【００５８】
シリンダー２６．２の底部３０．２近傍に再補充チャンバーがあり、開口４８．２から別となるようシリンダーでこの開口を密閉可能にされている。再補充チャンバー４６．２は、本実施例ではシリンダーの形態をなしており、直径ＤRLを有している。参照番号５６．２で全体が示された第２の１方向バルブは再補充チャンバー４６．２の底部５７に配置されており、弁部材５８．２と再補充チャンバーの底部内の第２通路５２．２の周囲に延長した弁台座６０．２を有している。
【００５９】
第２の１方向バルブは、液体が、装置２０．２の下方でポンプされる液体水源から、再補充チャンバー４６．２及び空洞のピストンロッド４２．２に流れるのを可能にするが、液体が再補充チャンバーから下方の水源へ流れるのを防止する。
【００６０】
シリンダー２６．２の頂部２８．２近傍に移動チャンバー２００があり、開口４４．２から離れるようシリンダーでこの開口を密閉可能にされている。移動チャンバー２００は、この例では、シリンダーの形状をなし、直径ＤTCを有する。ピストンロッド４２．２の第２部分２２０は、移動チャンバー２００内のピストンの如く作用をする。移動チャンバー２００内のピストンロッド４２．２の端部にピストン部材を設けることもでき、用語「ピストンロッド」はこうした可能性も含む。
【００６１】
第１の１方向バルブ４１．２は、液体を、空洞のピストンロッド４２．２及び再補充チャンバー４６．２から移動チャンバー２００に流れるのを可能にするが、空洞のピストン及び再補充チャンバーに逆流するのを防止する。
【００６２】
本実施例では、移動チャンバー２００及び再補充チャンバー４６．２がそれぞれシリンダー２６．２の上方及び下方にあるので、シリンダーの直径Ｄcはピストンロッドの直径ＤPRがそれぞれ移動チャンバー２００及び再補充チャンバー４６．２の直径ＤTR及びＤRLと同じかそれ以下となる大きさとすることができ、また、ピストン４０．２の表面面積４１．２が最適なポンピングのため十分な大きさにできる。ピストンロッド４２．２の直径が大きければ大きいほど、装置２０．２によってポンプされうる液体の体積は大きくなる。ピストン４０．２の表面面積４１．２が大きければ大きいほど、ポンプの力は大きくなる。
【００６３】
参照番号２０２によって全体を示された第３の１方向バルブは、移動チャンバー２００の頂部２０４に配置され、弁部材と移動チャンバー頂部内の第３通路の周囲に延長した弁台座を含む。移動チャンバー２００上の近傍に排出チャンバー２１２があり、第３の１方向バルブ２０２から移動チャンバーで密閉可能にされている。第３の１方向バルブ２０２は、液体を移動チャンバー２００から放出チャンバー２１２に流れるのを可能にするが、排出チャンバー２１２から移動チャンバーに流れるのを防止する。
【００６４】
第４通路２１４がシリンダー２６．２の底部３０．２内に配置されており、第５通路２１６がシリンダーの頂部２８．２に配置されている。第４及び第５通路２１４及び２１６は、加圧された液体が、以下に説明される如くそれぞれのシリンダースペース３１及び２７の中及び外へ流れるのを可能にする。一般的に、第４及び第５通路２１４及び２１６は、それぞれの管及びそれぞれの弁を介して加圧液体の水源と連絡されていてもよい。
【００６５】
操作において、装置２０．２は、再補充チャンバー４６．２、空洞のピストンロッド４２．２及び排出チャンバー２００に液体、一般的には水を満たすことによって、呼び水が入れられ、ピストンはシリンダー２６．２の底部３０．２の隣の最下部の位置に配置される。第１、第２及び第３の１方向バルブ４１．２、５６．２及び２０２は閉じられている。
【００６６】
出力ストロークの間は、図６ａに示されるように、加圧液体が通路２１４を通ってシリンダースペース２７に送られる。加圧液体は、ピストン４０．２に作用し、それを底部３０．２から頂部２８．２に上昇させる。
【００６７】
ピストンロッド４２．２の第２部分２２０は、開口４４．２を通って、上昇し、それによって、移動チャンバー内の第２部分によって占められたスペースの体積は増加されるため、移動チャンバー２００内に高い圧力を生成する。
【００６８】
液体が通路４７．２を通って流れるのを防止するように、移動チャンバー２００内の高い圧力が、第１の１方向バルブ４１．２の弁部材４３．２をその弁台座４５．２内にしっかり固定する。高い圧力は、また、液体が移動チャンバー２００から排出チャンバー２１２に流れるのを可能にさせるため、第３の１方向バルブ２０２の弁部材２０６をその弁台座２０８から上昇させる。
【００６９】
移動チャンバー２００から排出チャンバー２１２に流れる液体の体積は、実質的に、移動チャンバー内のピストンロッド４２．２の第２部分２２０によって占められる増加体積と同等である。
【００７０】
これに対して、ピストンロッド４２．２の第１部分２１８は、開口４８．２を通って上方向に上昇し、再補充チャンバー４６．２と空洞のピストンロッド４２．２両方によって示されるスペースの体積を増加させる。第１の１方向バルブ４３．２は閉じられたため、上で検討したように、再補充チャンバー４６．２内及び空洞のピストンロッド４２．２内の圧力が減少される。
【００７１】
再補充チャンバー４６．２内の減少した圧力は、液体を下方の水源から通路５２．２を通って再補充チャンバーに流れるように、第２の１方向バルブ５６．２の弁部材５８．２をその弁台座６０．２から上昇させる。圧力は水源、再補充チャンバー及び空洞のピストンロッド間で等しくされるので、水源から再補充チャンバー４６．２に流れる液体の体積は、実質的に連結された空洞のピストンロッド４２．２及び再補充チャンバー４６．４によって占められた総体積内の増加と等しい。
【００７２】
出力ストロークの間、ピストン４０．２は、それがシリンダー２６．２の頂部２８．２に到達するまで動き続ける。空洞のピストンロッド４２．２と再補充チャンバー４６．２によって占められたスペースの総体積内の増加は、移動チャンバー２００内の液体によって占められた体積の減少と同量である。移動チャンバー２００の体積の減少は移動チャンバー２００内のピストンロッドの第２部分２２０によって占められるスペースの体積内の増加と等しい。
【００７３】
図６ｂをここで参照すると、回復ストロークの間、加圧液体は、通路２１６を通ってシリンダースペース３１に送られる。加圧液体はピストン４０．２に、それがシリンダー２６．２の頂部２８．２から底部３０．２に下降へそらされるように作用する。同時にスペース２７から加圧された液体は通路２１４を通って排出される。
【００７４】
始めに、回復ストロークの間、閉じた第１の１方向バルブ４１．２と、開かれた第３の１方向をバルブ２０２を有し、ピストンロッド４２．２の第２部分２２０よって占められたスペースの体積が減少されるため、移動チャンバー２００内の圧力が減少される。この圧力の減少は、第３の１方向バルブ２０２の弁部材２０６を弁台座２０８に固定し、それによって、排出チャンバー２１２からのいかなる液体も通路２１０を通って移動チャンバー２００に流れるのを防止する。
【００７５】
同様に、閉じた第１の１方向バルブ４１．２と開いた第２の１方向バルブを備えた回復ストロークの最初の周期で、液体の体積が最初そこに一定に保っている間にピストンロッド４２．２と再補充チャンバーによって占められる総スペースの体積が減少されることから、再補充チャンバー４６．２内の圧力は増加される。この増加した圧力は、第２の１方向バルブ５６．２の弁部材５８．２を弁台座６０．２上に固定させ、それによって、再補充チャンバー４６．２及び空洞のピストンロッド４２．２からのいかなる液体も通路５２．２を通って水源に流れるのを防止する。
【００７６】
一旦第２の１方向バルブ５６．２が閉じられると、再補充チャンバー４６．２、空洞のピストン４２．２及び移動チャンバー２００によって画定されるスペース内の総液体体積が一定となる。この回復ストロークの周期の間、第１の１方向バルブ４１．２、第２の１方向バルブ５６．２及び第３の１方向バルブ２０２は閉じられ、移動チャンバー２００内のピストンロッド４２．２の第２部分２２０によって占められるスペースの体積は、ピストン４０．２が移動チャンバー内の圧力減少を引き起こすシリンダー２６．２の底部３０．２の方へ移動するように減少される。圧力内で同時に生じる増加は再補充チャンバー４６．２及び空洞ピストンロッド４２．２内に含まれたスペースの体積内で発生する。
【００７７】
移動チャンバー２００内の圧力の減少及び空洞のピストンロッド４２．２及び再補充チャンバー４６．２内の圧力の増加は弁部材４３．２を弁台座４５．２から上昇させ、圧力が等しくなるように液体を再補充チャンバー及び空洞のピストンロッドから移動チャンバーに流すのを可能にする。
【００７８】
回復ストロークは、シリンダー２６．２の底部３０．２の隣のピストン４０．２及び液体で占められた移動チャンバー２００、空洞のピストンロッド４２．２及び再補充チャンバー６２で終了する。装置２０．２はその後、他の出力ストロークの準備が整う。回復ストロークに続く出力ストロークのサイクルは、装置２０．２の操作中交互に繰り返される。
【００７９】
本発明の実施形態の有利な点は、回復ストローク中に排出チャンバー２１２内の液体が移動チャンバー２００内に再度入ることを防止する第３の１方向バルブ２０２の新規な使用によって得られる。これは、エネルギーが、同じ液体を再ポンプする無駄がないので、大きくポンプの効果を改善する。
【００８０】
他の利益は、再補充チャンバー４６．２、シリンダー２６．２及び移動チャンバー２００の形状による。この形状は、ピストンロッドの直径ＤPRをそれぞれ再補充チャンバー及び移動チャンバーの直径ＤRL及びＤTCと同じかそれ以下であることを許容する。ピストンロッドの直径ＤPRが大きければ大きいほど、装置２０．２によってポンプされうる液体の体積が大きくなる。それゆえ、シリンダー２６．２の直径ＤCは再補充チャンバー４６．２又は移動チャンバー２００によって拘束されないため、ピストン４０．１の表面領域４１．２は理想的なポンピング力のため必要な大きさが得られる。通路２１４を通じたピストンの加圧された液体のため移動チャンバー２００内の水に影響するピストンロッド４２．２力が増加する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、本発明の１実施形態に関するポンプ装置の部分断面を示す簡略化された正面図である。
【図２】図２は、遠心ポンプを使用する他の実施形態の上方断片の部分断面を示す陥落かされた正面図である。
【図３】図３は、ポンプの圧力ヘッドの概念（Pressure Head Concept)の効率を示すグラフである。
【図４】図４は、ポンプの力平衡（Force Balance）を示す図１の実施形態の断面図である。
【図５ａ】図５aは、ポンプの圧力ヘッドの概念を示す簡略化された断面図である。
【図５ｂ】５ｂは、ポンプの出力シリンダーの概念（Power Cylinder Concept）を示す簡略化された断面図である。
【図６ａ】図６ａは、本発明の他の実施形態によるそれぞれ出力ストロークと回復ストロークが示されたポンプ装置の部分断面を示す簡略化された正面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、本発明の他の実施形態によるそれぞれ出力ストロークと回復ストロークが示されたポンプ装置の部分断面を示す簡略化された正面図である。
【図１】
2007519849.tif 000004
【図２】
2007519849.tif 000005
【図３】
2007519849.tif 000006
【図４】
2007519849.tif 000007
【図５ａ】
2007519849.tif 000008
【図５ｂ】
2007519849.tif 000009
【図６Ａ】
2007519849.tif 000010
【図６Ｂ】
2007519849.tif 000011
【国際調査報告】
2007519849.tif 000012
2007519849.tif 000013
2007519849.tif 000014