(57)【要約】  非圧縮性液体チャンバから気体チャンバを分離するブラダー又はダイヤフラムを伴うアキュムレータであって、超過圧力の場合に、気体チャンバから気体を放出するための圧力レリーフ弁を有する、アキュムレータ；気体チャンバからの気体を充填及び放出するためのデバイス。
2013522566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロニューマチックシステムであって、
非圧縮性流体部分、及び
第１の圧力で圧縮性流体を含有するための圧縮性流体部分であって、前記非圧縮性流体部分と圧力連通し、かつ可撓性障壁によって前記非圧縮性流体部分から分離された圧縮性流体部分、を備える、流体導管と、
前記非圧縮性流体部分に第２の圧力で非圧縮性流体を供給するための非圧縮性流体源であって、前記第１の圧力が前記第２の圧力と実質的均衡にある、非圧縮性流体源と、
前記非圧縮性流体部分と流体連通している非圧縮性流体出口と、
前記第１の圧力が閾値圧力を超過する時に、前記流体導管から前記圧縮性流体のうちの少なくとも一部分を放出するように、前記圧縮性流体部分と流体連通している圧力レリーフ装置と、を備える、ハイドロニューマチックシステム。
【請求項２】
前記可撓性障壁が、拡張可能なブラダーを備える、請求項１に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項３】
前記可撓性障壁が、ダイヤフラムを備える、請求項１に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項４】
前記非圧縮性流体源が、濾過システムを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項５】
前記濾過システムが、逆浸透濾過エレメントを備える、請求項４に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項６】
前記非圧縮性流体源が、流体ポンプを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項７】
前記流体ポンプが、井戸ポンプを備える、請求項６に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項８】
前記圧縮性流体部分と流体連通している第１の圧縮性流体装入ポートを更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項９】
前記圧力レリーフ装置が、前記第１の圧縮性流体装入ポートに接続される、請求項８に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項１０】
前記圧力レリーフ装置が、前記第１の圧縮性流体装入ポートに螺着可能に接続される、請求項９に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項１１】
前記第１の圧縮性流体装入ポートが、第１のバネで補助されたポペット弁を備える、請求項１０に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項１２】
前記圧力レリーフ装置が、前記第１のバネで補助されたポペット弁を押圧するための弁押圧部材を備える、請求項１１に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項１３】
前記圧力レリーフ装置が前記第１の圧縮性流体装入ポートに接続されつつ、前記圧縮性流体部分と流体連通し、かつ、アクセス可能である、第２の圧縮性流体装入ポートを更に備える、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項１４】
前記非圧縮性流体源が、前記第２の圧力を動作圧力に制御するための圧力制御デバイスを備え、前記動作圧力が、前記閾値圧力を下回るか、又はそれに等しい、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のハイドロニューマチックシステム。
【請求項１５】
流体導管に格納されるポテンシャルエネルギーを制限する方法であって、
前記流体導管の非圧縮性流体部分に、第２の圧力で非圧縮性流体を供給する工程であって、前記流体導管が、第１の圧力で圧縮性流体を備える圧縮性流体部分を備え、前記圧縮性流体部分は、前記第１の圧力が前記第２の圧力と実質的均衡にあるように、前記非圧縮性流体部分と圧力連通し、かつ可撓性障壁によって前記非圧縮性流体部分から分離される、工程と、
前記非圧縮性流体を、非圧縮性流体出口に供給する工程と、
前記第１の圧力が閾値圧力を超過する時に、前記流体導管から前記圧縮性流体のうちの少なくとも一部分を放出する工程と、を含む、方法。
【請求項１６】
前記圧縮性流体部分が、拡張可能なブラダーによって、前記非圧縮性流体部分から分離される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記圧縮性流体部分が、エラストマーの障壁によって、前記非圧縮性流体部分から分離される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記流体導管から十分な量の前記圧縮性流体を放出して、前記圧縮性流体部分に、前記非圧縮性流体出口への非圧縮性流体の供給の補助を停止させる工程を更に含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の圧力を、前記閾値圧力を下回るか又はそれに等しい動作圧力に制御する工程を更に含む、請求項１５〜１８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
水又は他の液体といった、非圧縮性流体は、しばしば、居住及び商業用途における使用のために供給される。しばしば、かかる流体は、ポンプ又は他の原動力によって、ユーザー又は機械による消費のために、蛇口といった出口に供給される。ユーザー又は機械は、しばしば、流体が、所与の最終用途に対して、タイミング良く送達されることを確実にするように、流体が、比較的高い、維持された流速で供給されることを要求する。例えば、ユーザーは、飲用水で、いくつかの容器を素早く充填したい場合がある。別の例として、商業用コーヒーマシンは、需要が高い間に、顧客のために熱いコーヒーでカラフを充填するように、短時間で、比較的大きな体積の水を必要とする場合がある。かかる用途において、安定した水の流速は、コーヒーの味がバッチ間で同じであるように、一貫して淹れることを達成するためには望ましいことであり得る。
【０００２】
典型的に、ポンプ単独では、上記の維持された高い流速の要件を満たすには、不十分である。典型的なポンプは、それが稼動している時のみ、圧力及び流量を供給する。このため、典型的なポンプは、流体が下流のユーザー又は機械によって要求された時に、常に、稼動していることが必要であろう。しかしながら、かかる要求は、しばしば、ポンプが迅速に間欠的に循環させられ得るように、頻繁かつ断続的であり、電気の非効率的な使用、及び恐らく早期のポンプ故障につながる可能性が高い。更に、かかる構成におけるポンプは、典型的に、圧力の低下に依存して、サービスへ切り替わるであろうことから、エンドユーザー又は機械は、流速における望ましくない変動を経験する可能性が高いであろう。
【０００３】
上記の問題を軽減するために、ハイドロニューマチックタンクは、蛇口又は他の出口の上流を除き、ポンプの非圧縮性流体ライン下流に取り付けられてもよい。あるタイプのハイドロニューマチックタンクは、圧縮性流体から非圧縮性流体を分離する、内部可撓性障壁を含む。かかるハイドロニューマチックタンクにおいて、可撓性障壁の片側は、典型的に、固定量の圧縮性流体（しばしば、空気又は窒素）が事前装入され、汲み上げられた非圧縮性流体がそれに対して押しやり得るクッションを提供する。ハイドロニューマチックタンクにおける、非圧縮性流体の体積及び圧力の増加は、事前装入された圧縮性流体が、圧縮されるように、可撓性障壁の対応する拡張又は収縮を引き起こす。圧縮性流体のかかる圧縮は、ハイドロニューマチックタンクから出口に、非圧縮性流体を強制するために、後に使用することができる、ポテンシャルエネルギーを格納する。非圧縮性流体は、圧縮性流体に格納されるポテンシャルエネルギーによって、出口へ駆動されるため、ポンプは、維持された流体流量を提供するように、継続的に稼動する必要は無い。むしろ、ポンプは、許容可能なレベルで、ハイドロニューマチックタンクにおける圧力を維持するように、時折、オンに切り替わることのみ必要である。
【０００４】
実際には、ある機能不全により、非圧縮性流体の圧力が許容可能なレベルを超過する可能性がある。例えば、非圧縮性流体流における圧力スイッチが、故障し、ポンプへの誤ったフィードバックを引き起こし、ポンプが許容可能なレベルを上回る流体の加圧を継続することを可能にし得る。別の例において、非圧縮性流体の予想外の熱膨張が、許容可能なレベルを超過する圧力状態を引き起こし得る。かかる場合、ハイドロニューマチックタンクを、無制御状態で加圧することを可能にしてもよい。無制御超過加圧は、システムの機能不全及び構造的なタンクの故障につながる可能性がある。
【０００５】
上記の問題に対する１つの解決策は、非圧縮性流体流に圧力レリーフ弁を提供することである。かかる弁は、動作時、システムから非圧縮性流体を排出することによって、非圧縮性流体の圧力規制を提供し、このため、その圧力が安全かつ許容可能な動作レベルを超過しないことを確実とすることができる。
【０００６】
残念ながら、非圧縮性流体流における圧力レリーフ弁の提供は、根本的な問題を隠すのみに過ぎず、それを検出されないまま存続させることが可能である。例えば、非圧縮性流体流における圧力レリーフ弁の流体出口は、しばしば、排出された流体（しばしば、加圧される、及び／又は熱い）が、排水管へ下方に、かつエンドユーザー又は機械から離れて、安全に経路をたどるように、排水管に直接汲み上げられる。排出された流体のこの自動的な再経路決定のため、多忙な作業者は、超過圧力状態が発生していることに気づかない場合がある。その兆候に気づいていないことで、彼らは、望ましくない超過圧力を引き起こしている根本的な状態に気づいていない可能性がより高い。
【０００７】
更に、超過圧力状態が非圧縮性流体流において存続することが可能であるため、圧力レリーフ弁は、繰り返し作動されることが可能であり、潜在的に、最終的に故障につながり得る磨耗を引き起こす。磨耗が故障を引き起こさない場合でさえも、液体流における圧力レリーフ弁の繰り返しの作動は、弁の適切な動作を妨げる、非圧縮性流体における溶解された固体又は他の汚染物質をもたらす可能性がある。経時的に、かかる汚染物質は、圧力レリーフ弁が、汚染、腐食、又は急止することを引き起こし、最終的に、弁の故障につながり得る。
【０００８】
かかる圧力レリーフ弁が故障した場合、非圧縮性流体流は、チェックされずに加圧されることが可能となり得、潜在的に、ハイドロニューマチックタンクにおける、周期的又は維持された不安全な圧力につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ハイドロニューマチックタンクにおける、許容不可能な超過圧力状態を軽減することを助力することができるシステムに対する必要性が存在する。また、エンドユーザー及び作業者に、超過加圧を引き起こしている根本的な状態の存在を警告しつつ、ハイドロニューマチックタンクにおける、許容不可能な超過圧力状態を軽減することを助力することができるシステムに対する必要性も存在する。また、タンクの故障時に放出可能なエネルギーが低減されるように、ハイドロニューマチックタンクに格納されるポテンシャルエネルギーを減少させることができるシステムに対する必要性も存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は、超過圧力状態が、対応する非圧縮性流体において発生するときに、ハイドロニューマチック導管から圧縮性流体を放出することができる、ハイドロニューマチックシステムを提供する。導管から圧縮性流体を放出することによって、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムは、圧縮のために利用可能な圧縮性流体の量を低減し、このため、ポテンシャルエネルギーを格納するための導管の容量を低減することができる。本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムは、ポテンシャルエネルギーを格納するための導管の容量を低減することができるため、ハイドロニューマチックシステムの全体的な流動性能利益は、低減され、かつ最終的に、経時的に排除され、このため、エンドユーザーに、非圧縮性流体の許容不可能な超過加圧を引き起こす状態の存在を警告することができる。本開示に従う、ポテンシャルエネルギーを格納するための導管の容量を低減することの更なる利益は、導管が構造的に故障した場合に、放出可能なエネルギーの量における低減である。
【００１１】
一態様において、本開示は、非圧縮性流体部分と、第１の圧力で圧縮性流体を含有するための圧縮性流体部分であって、非圧縮性流体部分と圧力連通し、かつ可撓性障壁によって非圧縮性流体部分から分離された圧縮性流体部分、を備える、流体導管を備えるハイドロニューマチックシステムを提供する。かかる実施形態は、更に、第２の圧力で非圧縮性流体を非圧縮性流体部分に供給するための非圧縮性流体源であって、第１の圧力が第２の圧力と実質的均衡にある、非圧縮性流体源を備える。かかる実施形態は、更に、非圧縮性流体部分と流体連通している非圧縮性流体出口と、第１の圧力が、閾値圧力を超過する時に、流体導管から圧縮性流体のうちの少なくとも一部分を放出するように、圧縮性流体部分と流体連通している圧力レリーフ装置と、を備える。
【００１２】
一部の実施形態において、可撓性障壁は、拡張可能なブラダー（ｂｌａｄｄｅｒ）を備える。一実施形態において、可撓性障壁は、ダイヤフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）を備える。
【００１３】
一態様において、非圧縮性流体源は、濾過システムを備える。かかる実施形態において、濾過システムは、逆浸透濾過エレメントを備えてもよい。
【００１４】
一実施形態において、非圧縮性流体源は、流体ポンプを備える。かかる実施形態において、流体ポンプは、井戸ポンプを備えてもよい。
【００１５】
一部の実施形態において、ハイドロニューマチックシステムは、更に、圧縮性流体部分と流体連通している第１の圧縮性流体装入ポートを備える。一部のかかる実施形態において、圧力レリーフ装置は、第１の圧縮性流体装入ポートに接続される。一実施形態において、圧力レリーフ装置は、第１の圧縮性流体装入ポートに螺着可能に接続される。
【００１６】
一部の実施形態において、第１の圧縮性流体装入ポートは、第１のバネで補助されたポペット弁を備える。一部のかかる実施形態において、圧力レリーフ装置は、第１のバネで補助されたポペット弁を押圧するための弁押圧部材を備える。
【００１７】
一実施形態において、ハイドロニューマチックシステムは、圧力レリーフ装置が第１の圧縮性流体装入ポートに接続されつつ、圧縮性流体部分と流体連通し、かつ、アクセス可能である、第２の圧縮性流体装入ポートを更に備える。
【００１８】
一態様において、本開示は、上で説明されるようなハイドロニューマチックシステムであって、非圧縮性流体源が、第２の圧力を動作圧力に制御するための圧力制御デバイスを備え、動作圧力が、閾値圧力を下回るか、又はそれに等しい、ハイドロニューマチックシステムを提供する。
【００１９】
本開示は、更に、流体導管に格納されるポテンシャルエネルギーを制限する方法であって、流体導管の非圧縮性流体部分に、第２の圧力で非圧縮性流体を供給する工程であって、流体導管が、第１の圧力で圧縮性流体を備える圧縮性流体部分を備え、圧縮性流体部分は、第１の圧力が第２の圧力と実質的均衡にあるように、非圧縮性流体部分と圧力連通し、かつ可撓性障壁によって非圧縮性流体部分から分離される、工程と、非圧縮性流体を、非圧縮性流体出口に供給する工程と、第１の圧力が閾値圧力を超過する時に、流体導管から圧縮性流体のうちの少なくとも一部分を放出する工程と、を含む方法を提供する。
【００２０】
一実施形態において、圧縮性流体部分は、拡張可能なブラダーによって、非圧縮性流体部分から分離される。一部の実施形態において、圧縮性流体部分は、エラストマーの障壁によって、非圧縮性流体部分から分離される。
【００２１】
一部の実施形態において、該方法は、流体導管から十分な量の圧縮性流体を放出して、圧縮性流体部分に、非圧縮性流体出口への非圧縮性流体の供給の補助を停止させる工程を更に含む。
【００２２】
一態様において、該方法は、第２の圧力を、閾値圧力を下回るか又はそれに等しい動作圧力に制御する工程を更に含む。
【００２３】
本明細書において使用される際、「非圧縮性流体」は、実質的に非圧縮性であるが、例えば、変動圧力又は温度状態において、非常にわずかな圧縮を可能にする流体を含む。例えば、水は、それが、ある状態において、極度に小さく圧縮され得るとしても、典型的に「非圧縮性流体」であると見なされる。
【００２４】
本発明のこれら及び他の態様は、以下の「発明を実施するための形態」から明らかになるであろう。しかし、決して、上記概要は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができる添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本明細書全体にわたって、類似の参照数字が類似のエレメントを指す添付図面が参照される。
【図１Ａ】流体導管が、完全装入の圧縮性流体、及び比較的低い圧力の比較的小さな体積の非圧縮性流体を含有する、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図１Ｂ】流体導管内の圧縮性流体が、非圧縮性流体出口へ非圧縮性流体を駆動するための力を供給するように圧縮される、典型的な動作状態における、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図１Ｃ】圧縮性流体の圧力が閾値圧力を超過し、圧縮性流体が、流体導管から放出されている、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図１Ｄ】圧縮性流体のうちの実質的に全てが、流体導管から放出された、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図２Ａ】流体導管が、完全装入の圧縮性流体、及び比較的低い圧力の比較的小さな体積の非圧縮性流体を含有する、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図２Ｂ】流体導管内の圧縮性流体が、非圧縮性流体出口へ非圧縮性流体を駆動するための力を供給するように圧縮される、典型的な動作状態における、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図３】非圧縮性流体源が濾過システムを備える、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図４】非圧縮性流体源が流体ポンプを備える、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの概略図。
【図５】流体導管が、第１の圧縮性流体装入ポートと、圧力レリーフ装置とを備える、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの部分的な詳細概略図。
【図６】流体導管が、第１の圧縮性流体装入ポートと、第１の圧縮性流体装入ポートに接続される圧力レリーフ装置とを備える、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの部分的な詳細概略図。
【図７】流体導管が、第１の圧縮性流体装入ポートと、圧力レリーフ装置と、第１の圧縮性流体装入ポートに接続される第２の圧縮性流体装入ポートとを備える、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステムの部分的な詳細概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１Ａは、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステム１０の概略図である。示されるように、流体導管１００は、圧縮性流体部分１４０及び非圧縮性流体部分１２０に、内部分離される。圧縮性及び非圧縮性流体１２２部分は、可撓性障壁１１０によって分離される。可撓性障壁１１０は、例えば、図２Ａ及び２Ｂに描写されるような、拡張可能なブラダーを備えてもよく、又は、図１Ａ〜１Ｄに示されるようなダイヤフラムであってもよい。典型的に、可撓性障壁１１０は、圧縮性流体部分１４０と非圧縮性流体部分１２０との間の流体連通が無いように、いずれかの流体に不透過性である材料で構築される。しかしながら、例えば、非圧縮性流体１２２における、可撓性障壁１１０を通じた、圧縮性気体の遅い拡散による、可撓性障壁１１０にわたる、あるレベルの非実質的な流体連通は、システムの適切な定常状態動作には影響し得ず、このため、許容され得るということが理解されるものとする。可撓性障壁１１０に対する可能な材料としては、例えば、エラストマー、並びに強度、弾性、又は透過性を改変するためのエラストマー及び他の材料の合成材料が挙げられる。
【００２７】
図１Ａに示されるように、圧縮性流体部分１４０は、第１の圧力で固定圧力の圧縮性流体１４２が事前装入され、非圧縮性流体部分１２０は、第２の圧で非圧縮性流体１２２を備える。流体導管１００における非圧縮性流体１２２の第２の圧力及び体積は、図１に示されるように、比較的低いため、かつ第１の圧力及び第２の圧力は、実質的均衡にあるため、圧縮性流体１４２は、最小限に圧縮される。第１の圧力は、圧力レリーフ装置１８０の閾値圧力を下回るため、圧縮性流体１４２は、圧縮性流体部分１４０から放出されない。
【００２８】
ここで図１Ｂを参照すると、より多くの非圧縮性流体１２２が、非圧縮性流体源１５０から供給され、非圧縮性流体出口１７０を通って流出することが可能になる。したがって、第２の圧力が増加される。第１の圧力は比例的に増加し、このため、固定量の圧縮性流体１４２をより小さな体積に圧縮する。このため、図１Ｂは、圧縮性流体部分１４０は、圧縮性流体部分１４０が、クッション、及び要求に応じて、非圧縮性流体出口１７０から非圧縮性流体１２２を駆動するための力を供給する十分な程度まで圧縮される、圧縮性流体１４２を含有する、ハイドロニューマチックシステムに対する典型的な動作状態を描写する。重ねて、第１の圧力は、図１Ａに描写される状態に対して増加されているが、圧力レリーフ装置１８０の閾値圧力を下回ったままであり、圧縮性流体１４２は、圧縮性流体部分１４０から放出されない。
【００２９】
図１Ｃを見ると、非圧縮性流体源１５０で生じる超過圧力状態は、第２の圧力を、閾値圧力を上回って更に増加させている。第１の圧力及び第２の圧力は、実質的均衡にあるため、第１の圧力もまた、閾値圧力を上回って増加される。このため、圧縮性流体１４２のうちの一部分は、第１の圧力が閾値圧力以下のレベルに減少するまで、圧力レリーフ装置１８０から放出される。圧縮性流体１４２のうちの一部分が放出されると、ハイドロニューマチックシステム１０は、ここで、より少ない量の圧縮性流体１４２が圧縮性流体部分１４０に存在することを除き、実質的に、図１Ｂに示される構成に戻る。より少ない非圧縮性流体１２２が存在しているため、圧縮性流体部分１４０は、非圧縮性流体１２２へのクッション及び力を提供する能力が低く、非圧縮性流体出口１７０に維持された流体流量を送達する、流体導管１００の能力における純損失をもたらす。
【００３０】
各超過圧力状態の間に放出される圧縮性流体１４２の量に依存して、ある数の超過圧力事象は、圧縮性流体１４２のうちの実質的に全てが、流体導管１００から放出された、図１Ｄに描写される状態を引き起こす。維持された超過圧力状況の間、この放出は、１つの継続的事象において発生し得る。圧縮性流体１４２のうちの実質的に全てが、流体導管１００から放出されると、流体導管１００は、非圧縮性流体１２２に対するクッション又は駆動力の提供を停止する。実際的な影響において、図１Ｄに描写される状態は、流体導管１００がシステムから完全に除去される状況と異ならない。クッション又は駆動力が無いため、ハイドロニューマチックシステム１０は、非圧縮性流体出口１７０に非圧縮性流体１２２を駆動することを補助する能力を損失し、このため、非圧縮性流体出口１７０に、圧力及び体積を供給するように、非圧縮性流体源１５０を残すのみである。上で説明されるように、この状態は、典型的に、許容不可能なシステム性能をもたらす。存続することが可能である場合、この状態は、最終的に、ポンプ故障等につながり得る。
【００３１】
流体導管１００の圧縮性流体部分１４０上に圧力レリーフ装置１８０を提供することは、図１Ａ〜１Ｄに描写される進行が発生することを可能にする。非圧縮性流体出口１７０での流量性能が減少するにつれて、エンドユーザーは、非圧縮性流体１２２供給における、超過圧力状態の発生を警告される。この警告機能は、システムへの損傷が発生する前に、かかる超過圧力状態を修復することができるように、エンドユーザーが、適切な技術者に連絡して、かかる超過圧力状態の源を調査することを可能にすることができる。
【００３２】
図１Ａ〜１Ｄに描写される進行が発生することを可能にすることの更なる利益は、流体導管１００の予想外の構造的故障が発生した場合の、より許容可能な故障モードへのハイドロニューマチックシステム１０の遷移である。例えば、現場における、持続して損傷した流体導管１００は、構造的に悪化し得る。その悪化した状態において、流体導管１００は、その定格圧力よりも下回る圧力で破裂し得る。かかる破裂が発生した場合、流体導管１００内に含有されるいかなる流体も、大気に放出される。相当な量の高度に圧縮された圧縮性流体１４２が、破裂持に、流体導管１００に存在する場合、かかる圧縮された流体は、圧縮された流体内のポテンシャルエネルギーが、容易に放出されるように、爆発的に拡張することができる。本開示に従うハイドロニューマチックシステムは、流体導管１００内の圧縮性流体１４２の量を低減し、代わりに、ずっと低いポテンシャルエネルギーを非圧縮性流体１２２に残すように作用するため、かかる破裂時に放出可能なポテンシャルエネルギーは、先のシステムよりも実質的により低いエネルギーであることが可能である。
【００３３】
以下で説明される予測的実施例は、仮定的な流体導管１００に関して、上で説明される利益を例示する。
【００３４】
予想される実施例
圧力レリーフ装置１８０が提供されないことを除き、図１Ａ〜１Ｂに描写され、以下の表１に示される体積を有する、流体導管１００を想定されたい。更に、以下の表１に説明されるような特性を有する、圧縮性及び非圧縮性流体を想定されたい。
【００３５】
【表１】
2013522566.tif 000003
次に、流体導管の内部体積全体（現在、いかなる非圧縮性流体も含まない）が、圧縮性流体として、当初に空気で大気圧まで事前装入されるように、十分に拡張可能な可撓性障壁１１０を想定されたい。前述の想定は、実際には、実現可能である可能性が高くないものの、本開示の利益を例示するために有用である、理想化された状態を反映することを理解されたい。
【００３６】
次いで、流体導管が、ハイドロニューマチックシステム１０に接続され、非圧縮性流体（水）が、非圧縮性流体源から、流体導管の非圧縮性流体部分１２０に導入される。次いで、水を、表１からの９０ｐｓｉ（６２０，５２８Ｐａ）の典型的な絶対流体圧力まで加圧することが可能となる。圧縮性流体圧力及び非圧縮性流体圧力は、実質的均衡にあるため、空気圧力もまた、９０ｐｓｉ（６２０，５２８Ｐａ）まで加圧される。
【００３７】
これらの流体の加圧により、ここで、それらは各々、それらの圧縮された状態で、いくらかのポテンシャルエネルギーを格納する。空気は、圧縮性気体であるため（及び損失を伴わない等温圧縮及び拡張を想定して）、その利用可能なポテンシャルエネルギー（ｋｊの単位）は、以下のように表すことができる：
【００３８】
【数１】
2013522566.tif 000004
【００３９】
式中、Ｒ、Ｔ、Ｐｏ、Ｍ空気は、上の表１において見出され、Ｐ１は、現在の流体圧力であり、この場合は、９０ｐｓｉ（６２０，５２８Ｐａ）である。空気が流体導管から放出されなかったため、空気の質量は変化していないことに留意されたい。しかしながら、空気の体積は、圧縮により減少した。理想気体の法則を使用して、空気の新たな体積（Ｖ１）を以下のように計算してもよい：
【００４０】
【数２】
2013522566.tif 000005
【００４１】
反対に、水は、実質的に非圧縮性流体であるため、その利用可能なエネルギー（同様にｋｊの単位）は、以下として表すことができる：
【００４２】
【数３】
2013522566.tif 000006
【００４３】
式中、γは、上の表１からの水の圧縮性であり、Ｖ水は、流体導管における現在の水の体積であり、Ｐ１は、現在の流体圧力であり、この場合、９０ｐｓｉ（６２０，５２８Ｐａ）である。我々は、流体導管における新たな空気の体積を知っているため、Ｖ水は、以下として計算することができる：
【００４４】
【数４】
2013522566.tif 000007
【００４５】
表１からの値を当てはめると、以下の結果が出る：
【００４６】
【表２】
2013522566.tif 000008
典型的なシステムにおいて、かかる内部圧力（９０ｐｓｉ（６２０，５２８Ｐａ））は、流体導管に対して十分に安全な動作範囲内であり、このため、流体導管の構造的故障の危険性はほとんどない。このため、流体導管に格納されるエネルギーの大気への放出に関する危険性はほとんどない。
【００４７】
次に、内部圧力が表１からの２００ｐｓｉ（１，３７８，９５１Ｐａ）の上昇した圧力まで増加される、同じ流体導管を考慮されたい。上昇した圧力が、流体導管の安全な動作圧力を満たす、又は超過することを更に想定されたい。上昇した値を式１〜４に当てはめると、以下の結果が出る：
【００４８】
【表３】
2013522566.tif 000009
表３に説明される上昇した圧力状態において、５１．７６ｋｊのエネルギーは、流体導管の構造的故障の場合、大気に放出され得る。９９．８％のこの放出されたエネルギーの合計は、格納された圧縮された空気からのものであろう。圧縮された空気は、容易に拡張することができるため、得られたエネルギー放出は、爆発的であり得る。
【００４９】
ここで、同じ仮定的な流体導管が、本明細書において示され、説明されるように、圧力レリーフ装置１８０に装着される（この予測的実施例の目的上、「改変された流体導管」）ことを想定されたい。圧力レリーフ装置１８０が、１００ｐｓｉ（６８９，４７５Ｐａ）の第１の圧力を超過すると、圧縮性流体を放出するように設定されることを更に想定されたい。
【００５０】
９０ｐｓｉ（６２０，５２８Ｐａ）の典型的な圧力は、閾値圧力よりも下回るため、改変された流体導管内の体積及びエネルギー状態は、上の表２に示されるものと同一であろう。
【００５１】
しかしながら、改変された流体導管内の水が、表１からの２００ｐｓｉ（１，３７８，９５１Ｐａ）の上昇した圧力まで増加される時、圧力レリーフ装置１８０は、改変された流体導管から空気を放出するように起動される。上昇した圧力が維持される場合、又はそれが十分に反復する場合、空気のうちの全ては、改変された流体導管から強制される。この状態において、改変された流体導管に格納される体積及びエネルギーは、以下のとおりである：
【００５２】
【表４】
2013522566.tif 000010
ここで、改変された流体導管は、表３の流体導管に格納される５１．７６ｋｊと比較して、０．１１６ｋｊのみを格納することが、上の表４から分かる。換言すれば、両方の流体導管が、同じサイズであり、両方における圧力が２００ｐｓｉ（１，３７８，９５１Ｐａ）である場合でさえも、改変された流体導管は約９９．８％少ないエネルギーを格納する。更に、改変された流体導管に格納されるエネルギーは、非圧縮性流体（水）において格納されるため、かかるエネルギーの放出は、迅速な拡張をもたらす。
【００５３】
当業者によって理解されるように、本開示は、予測的実施例において説明される実施形態によって制限されない。更に、本開示のある利益を例示するために、空気及び水が、圧縮性及び非圧縮性流体として使用されつつ、同等又は類似の利益が、他の圧縮性及び非圧縮性流体を使用して、実現可能であることを理解されたい。
【００５４】
−−予測的実施例の終了−−
図２Ａは、本開示に従う、別の例示的なハイドロニューマチックシステム１０の概略図である。図２Ａに描写される実施形態は、可撓性障壁１１０が、ダイヤフラムではなくむしろ拡張可能なブラダーを備えることを除き、図１Ａに示される実施形態に類似する。拡張可能なブラダーは、可撓性障壁１１０の将来の置換が、望ましい、又は必要であり得る場合、選択されてもよい。かかるシステムにおいて、サービス開口部は、拡張可能なブラダーが除去及び置換されることを可能にするように、流体導管１００の上部に提供されてもよい。典型的なダイヤフラムシステムにおいて、図１Ａ〜１Ｄに示されるように、ダイヤフラムは、置換可能ではなく、新たな流体導管１００が、ダイヤフラム故障時には購入されなければならない。
【００５５】
図２Ｂは、図２Ａのような、例示的なハイドロニューマチックシステム１０の概略図である。図２Ｂの図は、可撓性障壁１１０が、ダイヤフラムではなく拡張可能なブラダーを備えることを除き、図１Ｂの図に対応する。
【００５６】
図３に移ると、非圧縮性流体源１５０が、濾過システム１５４を備える、図１Ａ〜１Ｄに描写及び説明されるようなハイドロニューマチックシステム１０が示される。示されるように、濾過システム１５４は、逆浸透濾過エレメントを備える。図３に示される逆浸透システムは、流体ポンプ１６０が、逆浸透濾過エレメントに給水を供給するためのブースターポンプとして作用するように、上流に配置される、典型的なものである。逆浸透濾過エレメントを通過する水（透過水）は、ハイドロニューマチックシステム１０に供給される。濃縮又はブライン水は、流量制限器を通って、排水管に送られる。
【００５７】
一部のかかるシステムにおいて、圧力制御デバイス１５８は、非圧縮性流体１２２と流体連通して提供される。圧力制御デバイス１５８は、第２の圧力を動作圧力に制御するために、第２の圧力を監視し、流体ポンプ１６０にフィードバックを提供することができる。しばしば、マイクロコントローラ、機械的圧力スイッチ等を通じて提供される、このフィードバックは、第２の圧力が動作圧力を下回って低下する時、より多くの非圧縮性流体１２２を供給するように、流体ポンプ１６０を促すことができる。
【００５８】
多くの逆浸透システムにおいて、逆浸透濾過エレメントは、比較的高い圧力低下、及び対応する低い流体流速を生成する。このため、水は、しばしば、非圧縮性流体出口１７０で維持された下流の需要を満たすように、十分な体積流量で逆浸透濾過エレメントにわたって強制することができない。かかる場合、図３に示されるようなハイドロニューマチックシステム１０は、増加した流体容量及び駆動力を提供するために有用であり得る。しかしながら、上述のように、超過圧力状態が、流体導管１００からの、圧縮性流体１４２のうちの一部又は全ての（圧力レリーフ装置１８０を通じた）放出を引き起こす場合、非圧縮性流体出口１７０での性能は、減退し、最終的に、非ハイドロニューマチックシステムの比較的乏しい性能に戻る。かかる状態は、例えば、圧力制御デバイス１５８が、誤作動する、又はそうでなければ、流体ポンプ１６０への適切なフィードバックの提供を停止する場合に、発生し得、このため、第２の圧力が動作圧力を上回って上昇し、最終的に、第１の圧力が圧力レリーフ装置１８０の閾値圧力を超過することを可能にする。
【００５９】
圧縮性流体１４２のこの制御された放出は、上に説明される利益、即ち、超過圧力状態の軽減、システム流動性能を低減することによる、エンドユーザーへの超過圧力状態の警告、及び流体導管１００の構造的故障の深刻度を減少させるための、流体導管１００に格納されるポテンシャルエネルギーの低減を提供することができる。
【００６０】
示される濾過システム１５４は、逆浸透濾過エレメントを備えつつ、本明細書において説明される利益が、他のタイプの濾過システムを使用して達成可能であることを理解されたい。例えば、本開示に従う実施形態において、濾過システム１５４が、１つ以上の炭素ブロック、沈殿物フィルタ、イオン交換フィルタ等を備えてもよいことが想定される。
【００６１】
図４は、非圧縮性流体源１５０が、流体ポンプ１６０を備える、図１Ａ〜１Ｄに描写及び説明されるような、例示的なハイドロニューマチックシステム１０の概略図である。１つのかかる実施形態において、圧力制御デバイス１５８は、第２の圧力を監視し、第２の圧力を動作圧力に制御するための流体ポンプ１６０にフィードバックを提供する。
【００６２】
ここで、図５を参照すると、流体導管１００が、第１の圧縮性流体装入ポート１０４と、圧力レリーフ装置１８０を備える、例示的なハイドロニューマチックシステム１０の部分的な詳細概略図が示される。第１の圧縮性流体装入ポート１０４は、典型的に、圧縮性流体部分１４０を圧縮性流体１４２で装入又は充填するために使用される。場合によっては、圧縮性流体１４２は、流体導管１００が使用される前に、初期圧力まで事前装入される。例えば、流体導管１００が、エンドユーザーに出荷される前に、第１の圧縮性流体装入ポート１０４は、その範囲内の全ての値を含む、１ｐｓｉ（６，８９４Ｐａ）、５ｐｓｉ（３４，４７３Ｐａ）、７ｐｓｉ（４８，２６３Ｐａ）、１０ｐｓｉ（６８，９４７Ｐａ）、１５ｐｓｉ（１０３，４２１Ｐａ）、２０ｐｓｉ（１３７，８９５Ｐａ）、３０ｐｓｉ（２０６，８４３Ｐａ）、３５ｐｓｉ（２４１，３１７Ｐａ）、４５ｐｓｉ（３１０，２６４Ｐａ）、５５ｐｓｉ（３７９，２１２Ｐａ）、又は更には６５ｐｓｉ（４４８，１５９Ｐａ）で、圧縮性流体部分１４０に圧縮性流体１４２を事前装入するように使用されてもよい。圧縮性流体１４２は、任意の好適な圧縮性流体１４２であってもよいが、一般的には空気又は窒素である。ある場合において、窒素は、可撓性障壁１１０を通って透過する傾向がより少ない可能性がある。
【００６３】
一実施形態において、第１の圧縮性流体装入ポート１０４は、第１のバネで補助されたポペット弁を備える。典型的に、第１のバネで補助されたポペット弁は、圧縮性流体１４２が、圧縮性流体部分１４０の中に注入させるが、ポペットが、ユーザー又はツールによって、物理的に強制的に開口されない限り、そこから放出されないことを可能にする、一方向弁（又はチェック弁）を備える。一実施形態において、第１のバネで補助されたポペット弁は、シュレーダー弁を備える。典型的なシュレーダー弁において、中央に配置されたバルブコアは、流体が弁を通過することを可能にするように、押圧されなければならない、プランジャを備える。このため、圧縮性流体部分１４０から圧縮性流体１４２を注入又は放出するために、いずれかのプランジャが、最初に押圧されなければならないか、又はバルブコア全体が除去されなければならない。第１の流体装入ポートは、代替として、プレスタ弁といった、他の一般的に既知の空気弁を備えてもよい。
【００６４】
図５はまた、圧縮性流体部分１４０と流体連通する、例示的な圧力レリーフ装置１８０を描写する。一実施形態において、圧力レリーフ装置１８０は、圧縮性流体１４２の第１の圧力が閾値圧力を超過する時、圧縮性流体１４２が圧縮性流体部分１４０から放出されることを可能にする、一方向弁（又はチェック弁）を備える。
【００６５】
図６は、流体導管１００が、第１の圧縮性流体装入ポート１０４と、第１の圧縮性流体装入ポート１０４に接続される圧力レリーフ装置１８０とを備える、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステム１０を描写する。一部の実施形態において、第１の圧縮性流体装入ポート１０４は、圧力レリーフ装置１８０の螺着可能な接続を可能にするように、螺刻された表面を備える。示されるように、第１の圧縮性流体装入ポート１０４は、押圧可能なプランジャを備える、第１のバネで補助されたポペット弁を備える。圧力レリーフ装置１８０は、第１のバネで補助されたポペット弁のプランジャを押圧することができる弁押圧部材を備え、このため、圧縮性流体部分１４０における圧縮性流体１４２が、圧力レリーフ装置１８０にアクセスすることを可能にする。一実施形態において、第１のバネで補助されたポペット弁は、シュレーダー弁を備え、圧力レリーフ装置１８０は、シュレーダー弁プランジャを押圧するための弁押圧部材を備える。
【００６６】
代替として、シュレーダー弁のバルブコアは、除去されてもよく、弁押圧部材を伴わない圧力レリーフ装置１８０が、シュレーダー弁に接続されてもよい。バルブコアが除去された、シュレーダー弁に接続するように設計される、圧力レリーフ装置１８０の一例は、ＧＥＮＵＩＮＥ  ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮＳ，Ｔｕｓｃｏｎ，Ａｒｉｚｏｎａから入手可能なモデル４１１０圧力レリーフ弁である。しかしながら、図５に示されるような実施形態において、バルブコアを除去するプロセスが、圧縮性流体１４２のうちの全て又は一部分を圧縮性流体部分１４０の外に出すため、バルブコアを除去することは典型的に望ましくない。次いで、圧力レリーフ装置１８０が、第１の圧縮性流体装入ポート１０４を被覆するため、より多くの圧縮性流体１４２を圧縮性流体部分１４０の中に注入することができない。このため、モデル４１１０といった製品は、かかる用途においては望ましくない場合がある。
【００６７】
なお別の実施形態を、図７に示す。図７は、流体導管１００が、第１の圧縮性流体装入ポート１０４と、圧力レリーフ装置１８０とを備え、第２の圧縮性流体装入ポート１０８が、第１の圧縮性流体装入ポート１０４に接続される、本開示に従う、例示的なハイドロニューマチックシステム１０の部分的な詳細概略図である。かかる実施形態において、ユーザーは、第１の圧縮性流体装入ポート１０４のバルブコアをそのままにしておくことを選択してもよく、圧縮性流体部分１４０が圧力レリーフ装置１８０と流体連通することを可能にするように、圧力レリーフ装置１８０に弁押圧部材を提供してもよい。代替として、第２の圧縮性流体装入ポート１０８は、圧縮性流体部分１４０に装入又は再装入するために提供されるため、ユーザーは、第１の圧縮性流体装入ポート１０４からバルブコアを除去してもよい。図７に示されるような実施形態において、ユーザーは、有利に、機能的な圧力レリーフ装置１８０を保持し、かつ同時に圧縮性流体部分１４０に装入するためのアクセスを維持することができる。
【００６８】
この発明の種々の修正及び変更が発明の趣旨及び範囲から逸脱しないことは、当業者には分かるであろう。本発明は、本明細書において説明した例示の実施形態に制限されないことを理解されたい。
【図１Ａ】
2013522566.tif 000011
【図１Ｂ】
2013522566.tif 000012
【図１Ｃ】
2013522566.tif 000013
【図１Ｄ】
2013522566.tif 000014
【図２Ａ】
2013522566.tif 000015
【図２Ｂ】
2013522566.tif 000016
【図３】
2013522566.tif 000017
【図４】
2013522566.tif 000018
【図５】
2013522566.tif 000019
【図６】
2013522566.tif 000020
【図７】
2013522566.tif 000021
【国際調査報告】
2013522566.tif 000022
2013522566.tif 000023
2013522566.tif 000024
2013522566.tif 000025
2013522566.tif 000026