(57)【要約】流体を低圧状態の流体の第１の流体源から高圧状態の流体の第２の流体源へと移動させるための流体ポンプは、チャンバと、チャンバ内で移動でき、容積を変える第１および第２のサブチャンバにチャンバを分ける仕切り部材とを含み、第１のサブチャンバは第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し、第２のサブチャンバは第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し、また、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を含む。【選択図】図６
2008517203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本特許出願は、２００４年１０月１５日に出願された仮出願番号６０／６１８，７４９号の優先権を主張するものであり、この仮出願の内容を参照及び援用して、本文の記載の一部とする。
【０００２】
関連する米国特許第４，６９８，９７３号、第４，９３８，１１７号、第４，９４７，７３１号、第５，８０６，４０３号、第６，５０５，５３８号、米国仮出願番号６０／５０６，１４１号、６０／６１８，７４９号、そして２００５年１０月７日に受理官庁としてＵＳＰＴＯに出願された「マルチシリンダ往復型ユニフローエンジン（MULTI-CYLINDER RECIPROCATING UNIFLOW ENGINE）」という名称の国際出願（代理人整理番号２３３−０１６ＰＣＴ）等の全てを参照及び援用し、本文の記載の一部とする。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、流体ポンプに関し、特に、ボイラとヒートエンジンとを有する熱システムで使用するための流体ポンプに関する。
【背景技術】
【０００４】
ヒートエンジンが冷却シンクまたはエンジン排気口からボイラなどの熱源への作動流体の循環を必要とすることは熱力学において周知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、当該分野でも周知のように、かかる熱システムで通常使用されるランキンサイクルは、低圧レベルのシンクまたはエンジン排気口から高圧レベルのボイラへ作動流体を送るために相変化を必要とする。すなわち、作動流体の低圧蒸気は、再循環のために元の高圧レベルのボイラへと圧送される前に液体へと冷却されなければならない。ランキンサイクル中、エンジン排気口後の半飽和状態の低圧蒸気は、その後、液体状態へと相変化できるように凝縮器コイルを使用して冷却されなければならない。冷却液体は、その後、元の高圧ボイラへと圧送されて再び蒸気状態へと再加熱され、したがって、液体から元の蒸気への相変化が必要となる。この液体を再加熱して蒸気へと再び気化させるためには多量のさらなる熱入力が必要となり、それにより、サイクルの熱効率の大きなロスが引き起こされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態において、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は、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。
【０００７】
他の実施の形態において、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は、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。
【０００８】
他の実施の形態において、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は、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。
【０００９】
他の実施の形態において、システムは、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。
【００１０】
他の実施の形態において、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は、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。
【００１１】
開示する実施形態の更なる態様及び利点については、以下の記載においてその一部を説明し、以下の記載から一部が明らかになる。あるいは、それらは開示する実施形態から慣行により認識されるであろう。また、添付の特許請求の範囲において特定的に示す手段及び組み合わせによって、開示する実施形態の態様及び利点を実現し獲得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態を添付の図面に例示して説明するが、それらは本発明を限定するものではない。なお図面中、同様の要素については全図を通して同じ参照番号を付して示すと共に、同じ参照番号が付されている場合には、それら要素は同様であることを意味する。
【００１３】
以下の詳細な説明では、説明を目的として、実施形態を十分に理解できるように多くの特定の詳細な内容が示してある。しかし、それらの特定の内容を伴わずに実施形態が実行されても良いことは明らかである。他の場合には、図面を簡略化するために既知の構造および装置が概略的に示される。
【００１４】
図１は、開示される実施形態に係る流体ポンプが使用される熱システム１０００の概略図である。一実施形態のシステム１０００は、ボイラ１００１と、エンジン１００３と、流体ポンプ１００７とを含む。
【００１５】
ボイラ１００１は密閉容器であり、この容器内では一実施形態において加圧下で作動流体が加熱される。ここでは高圧状態にある加熱された作動流体のスチームまたは蒸気は、その後、エンジン１００３内で使用するためにボイラ１００１から出て循環される。ボイラ１００１のための熱源１００２は、一実施形態では木材、石炭、油、天然ガスなどの任意のタイプの化石燃料の燃焼であっても良い。さらなる実施形態において、熱源１００２は太陽、電気、核などであっても良い。また、熱源１００２は、自動車の排気ガスまたは工場の煙突などの他のプロセスから廃棄された熱であっても良い。
【００１６】
エンジン１００３は、加熱された作動流体によって作動するタイプのものである。したがって、エンジン１００３は、加熱された作動流体のエネルギを例えばクランクシャフトまたは発電機などであっても良い出力機構１００６によって有用な仕事へ変換するヒートエンジンである。加熱された作動流体は、入口バルブ１００４を介してエンジン１００３内に入るとともに、排気口またはシンク１００５を介してエンジン１００３から排出される。ボイラ１００１から送られる熱がシンク１００５へ伝わる間、熱の一部が出力機構１００６によって有用な仕事に変換される。エンジン１００３の例としては、この明細書の冒頭で記載した特許および出願、特に米国特許第５，８０６，４０３号および第６，５０５，５３８号に開示された多気筒ユニフローエンジンが挙げられるが、これに限定されない。
【００１７】
開示された実施形態で使用される作動流体は、ヒートエンジンで使用できる任意のタイプの作動流体であっても良い。例としては、水、空気、水素、ヘリウムが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、作動流体としてＲ−１３４が使用される。さらなる実施形態では、約２１２°Ｆを越えるヘリウムが利用される。
【００１８】
流体ポンプ１００７は、低圧状態の作動流体をシンク１００５から高圧状態のボイラ１００１へと強制的に戻すために設けられている。
【００１９】
前述したように、ランキンサイクルが使用されると、シンク１００５からの低圧作動流体を高圧レベルのボイラ１００１へ送る前に相変化を行なうために、凝縮器１００８がシンク１００５の下流側に接続される（図１の仮想線）。すなわち、シンク１００５内の低圧作動蒸気は、元の高圧ボイラへと圧送されて再び蒸気状態へと再加熱される前に、凝縮器１００８内で液体状態へと冷却される。したがって、凝縮された液体を蒸気へ再加熱するために多量のさらなる熱入力が必要になり、それにより、サイクルの熱効率の損失が大きくなる。
【００２０】
本明細書において以下で説明される実施形態の流体ポンプは、相変化を必要としないスターリングサイクルの使用を可能にする。代わりに、エンジンの排気口、すなわち、シンク１００５における低圧流体半飽和蒸気を流体ポンプ１００７によって相変化を伴うことなく元の高圧のボイラ１００１へと送ることができ、それにより、作動流体の蒸気を再び使用してエンジン１００１を駆動することができる。これは前述した相変化を回避することにより起こるため、熱システム１０００全体の熱力学的な効率がかなり高められる。本明細書において、以下で説明する実施形態に係る流体ポンプ１００７は、低圧蒸気の液体への相変化を伴うことなくエンジン排気口すなわちシンク１００５に蓄積する低圧流体蒸気を元の高圧レベルのボイラ１００１へと送るスターリングサイクル手段を含んでいる。しかし、開示された実施形態の流体ポンプが蒸気のみの圧送に限定されず、開示された実施形態の流体ポンプがエンジン排気口１００５でしばしば見出される液体及び／又は液体と蒸気との混合物を圧送できることに留意されたい。
【００２１】
図２は一実施形態に係る流体ポンプ１００７の概略図である。流体ポンプ１００７は、移動可能な仕切り部材２１０４によって二つのサブチャンバ２１０２、２１０３に分割された一つのチャンバ２１０１を含んでいる。第１のサブチャンバ２１０２および第２のサブチャンバ２１０３は、一実施形態では出口バルブ２１０５により開閉する制御可能な開口を介してボイラ１００１と連通できる。また、第２のサブチャンバ２１０３は、一実施形態では入口バルブ２１０６により開閉する他の制御可能な開口を介してシンクまたはエンジン排気口１００５とも連通できる。バルブ２１０５、２１０６はバルブ制御機構２１０７によって制御される（図１の仮想線）。また、流体ポンプ１００７は、第１のサブチャンバ２１０２内で流体媒体を冷却するための冷却システム２００８も含んでいる。
【００２２】
以下でさらに詳しく説明するように、エンジン排気口１００５における作動流体の低圧蒸気は第２のサブチャンバ２１０３内に吸込まれる。第２のサブチャンバ２１０３の容積は仕切り部材２１０４の変位動作と共に広がる。仕切り部材２１０４の背面側には、ボイラ１００１からの高圧蒸気が第１のサブチャンバ２１０２内に注入される。注入された高圧蒸気は、その後、独立して冷却システム２１０８によって凝縮され、それにより、仕切り部材２１０４に対して吸引力が形成され、そのため、凝縮器シンクまたはエンジン排気口１００５から第２のサブチャンバ２１０３内へ低圧蒸気を吸い込む作用が引き起こる。第２のサブチャンバ２１０３が吸引された低圧蒸気で満たされると、第２のサブチャンバ２１０３が独立するとともに、第２のサブチャンバ２１０３内の吸引された低圧蒸気および第１のサブチャンバ２１０２内の凝縮された蒸気の両方がボイラ１００１の高圧蒸気に対して開放される。仕切り部材２１０４の両側の圧力が等しくなることにより、仕切り部材２１０４が戻って第２のサブチャンバ２１０３を圧縮することができる。したがって、エンジン排気口１００５から第２のサブチャンバ２１０３内に引き込まれた所定容積の低圧蒸気は、ボイラ１００１から第２のサブチャンバ２１０３内に流入する同じ容積の高圧蒸気と置き換えられる。その結果、所定容積の低圧蒸気における作動流体のかなりの部分がボイラ１００１の高圧蒸気側へと移される。
【００２３】
なお、流体ポンプ１００７の効率はδ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）によって決定される。ここで、δ＝効率、Ｑ１＝凝縮器シンクまたはエンジン排気口１００５の所定質量の低圧蒸気をその低圧からボイラ１００１の高圧へと引き上げるために必要な熱量、Ｑ２＝第１のサブチャンバ２１０２により凝縮されるボイラ１００１からの等しい質量の高圧蒸気を冷却するために必要な熱量である。２１２°Ｆのヘリウムおよびスターリングサイクルを使用する限定されない典型的な実施形態において、効率は以下のように計算される：
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。
【００２４】
高圧蒸気の既知の特徴、すなわち、その蒸気が冷却されるとその容積が減少されるという特徴は注目に値する。とりわけ、蒸気が冷却されて液体状態に変換されると、その容積が著しく減少する。使用される作動流体のタイプおよび作動流体の圧力・温度に応じて、作動流体の液体容積はその蒸気容積の僅か１００分の幾つかに過ぎない場合がある。
【００２５】
ここで、流体ポンプ１００７の一つの動作サイクルについて図２を参照して説明する。サイクルは、ボイラ１００１からの高圧蒸気が第１のサブチャンバ２１０２および第２のサブチャンバ２１０３の両方を満たせるようにする出口バルブ２１０５の開放（入口バルブ２１０６は閉じたまま）から始まるものとする。第１のサブチャンバ２１０２および第２のサブチャンバ２１０３内の圧力が等しくされ、その結果、図２に示されるように仕切り部材２１０４がその初期位置をとる。
【００２６】
次に、出口バルブ２１０５が閉じ、所定量の高圧蒸気が第１のサブチャンバ２１０２内に捕捉される。凝縮器として機能する冷却システム２１０８が作動流体の捕捉された蒸気を冷却し、それにより、蒸気の容積、すなわち圧力が減少する。一実施形態において、冷却システム２１０８は、第１のサブチャンバ２１０２内で作動流体の捕捉された蒸気を液体状態まで冷却することによりその容積にしたがって圧力を大きく減少させるように構成される。その結果、第１のサブチャンバ２１０２と第２のサブチャンバ２１０３との間の圧力差分だけ仕切り部材２１０４が移動され、図２に矢印Ａで示されるように第２のサブチャンバ２１０３の容積が広がる。その後、その容積の拡大に起因して第２のサブチャンバ２１０３の圧力が減少する。
【００２７】
また、出口バルブ２１０５が閉じたままの状態で入口バルブ２１０６が開放される。第２のサブチャンバ２１０３内の圧力が当該チャンバの容積拡大によって減少するため、第２のサブチャンバ２１０３内に吸引力が形成され、エンジン排気口１００５から第２のサブチャンバ２１０３内へ低圧蒸気が引き込まれる。なお、エンジン排気口１００５における蒸気が“低圧蒸気”と呼ばれるが、その圧力は、流体ポンプ１００７が適切に機能できるように、広げられる第２のサブチャンバ２１０３内の圧力よりも依然として高くなければならない。入口バルブ２１０６がその後に閉じると、所定量の低圧蒸気が第２のサブチャンバ２１０３内に捕捉される。
【００２８】
ここで、サイクルが最初のステップに戻る。すなわち、入口バルブ２１０６を閉じた状態に保ちつつ出口バルブ２１０５を開放する。先と同様に、ボイラ１００１からの高圧蒸気が第１のサブチャンバ２１０２および第２のサブチャンバ２１０３の両方に流入してこれらを満たす。第２のサブチャンバ２１０３内では等しい容積の交換が起こる。すなわち、捕捉された所定容積の低圧蒸気がボイラ１００１からの同じ容積の高圧蒸気と置き換えられる。前述したように、かかる等容積交換は、捕捉された低圧蒸気のかなりの部分をボイラ１００１へと移動させる。第１のサブチャンバ２１０２内では、流入する高圧蒸気が、次のサイクルのための新たな高圧蒸気充填を第１のサブチャンバ２１０２に供給する。仕切り部材２１０４は、矢印Ｂで示されるように、圧力平衡により最初の位置へと移動する。
【００２９】
言うまでもなく、作動流体が高圧蒸気状態から冷却液体状態へと冷却されることによるサブチャンバ２１０２の容積減少は、前述したように凝縮器シンク１００５の低圧蒸気を第２のサブチャンバ２１０３内に吸引する駆動力である。
【００３０】
また、低圧の凝縮器シンク１００５から第２のサブチャンバ２１０３内に吸引された容積を前述した等容積交換作用により高圧ボイラへ送ることができることは言うまでもない。
【００３１】
なお、幾つかの実施形態では第１のサブチャンバ２１０２内に捕捉された高圧蒸気を液体状態まで冷却することができる、すなわち、高圧蒸気が相変化を受けるが、第２のサブチャンバ２１０３内に捕捉された低圧蒸気は相変化を受けることなくその蒸気状態をほぼ保持する。その結果、作動流体は、蒸気−液体相変化を伴うことなくエンジン排気口１００５からボイラ１００１へ圧送され、それにより、もしくは冷却液体を再び蒸気へと再加熱するために必要となるさらなる熱が節約される。幾つかのさらなる実施形態では、第１のサブチャンバ２１０２内に捕捉された（例えばヘリウムの）高圧蒸気も相変化を伴うことなく冷却される。この場合、第１のサブチャンバ２１０２内の冷却蒸気は、第２のサブチャンバ２１０３内に捕捉された低圧蒸気と同様の方法でボイラ１００１内に放出される。幾つかの他の実施形態では、作動流体としてＲ−１３４ａを使用して第１のサブチャンバ２１０２内で相変化があり、第２のサブチャンバ２１０３内の吸引力が最大にされる。
【００３２】
また、前述した循環システムにおけるバルブ２１０５、２１０６およびバルブ制御機構２１０７が運河の水門の閘門システムのように機能することに留意すべきである。特に、高圧ロックバルブ（出口バルブ２１０５）は、低圧ロックバルブ（入口バルブ２１０６）が開いて負荷（エンジン排気口１００５からの低圧）をロックチャンバ（第２のサブチャンバ２１０３）内へ解放する前に閉じる。その後、高圧ロックバルブ（出口バルブ２１０５）は、低圧ロックバルブ（入口バルブ２１０６）が閉じた後に開き、それにより、ロックチャンバ（第２のサブチャンバ２１０３）内に捕捉された低圧蒸気をボイラ１００１に対して解放する。運河の水門における場合のように、低圧側（エンジン排気口１００５）および高圧側（ボイラ１００１）は常に互いに独立する。
【００３３】
前述した実施形態に係る流体ポンプを使用し、スターリングサイクルを利用する熱システム１０００全体の熱力学的効率は、ランキンサイクルが使用される場合と比べてかなり高められる。システム効率はＣ＝Ｗ／Ｑであり、エンジン１００３の消費量が仕事出力Ｗであり、必要な熱入力がＱである。非常に特異な例では、エンジン１００３および流体ポンプ１００７の両方を駆動させるためにヘリウムが作動流体として使用され、ヘリウムがエンジンを通過して例えば４８０ｐｓｉから約１００ｐｓｉまで冷える際の容積減少は２．４８２倍未満である。このことは、エンジン１００３により消費される等質量循環を維持するために約２．５倍さらに多い容積が元のボイラ１００１内へ圧送されなければならないことを意味する。このことにより、仕切り部材２１０４の移動によって引き起こされる容積変位は、等しい量の蒸気を元のボイラ１００１内へ圧送するために、エンジン１００３のためにボイラ１００１から消費される容積よりも約２．５倍多くなければならない。一実施形態において、流体ポンプ１００７内の凝縮器２１０８の冷却媒体は約５７°Ｆの水である。必要とされる温度範囲は２１２°Ｆ〜約７０°Ｆであり、したがって、圧力降下は約４８０ｐｓｉから約８０ｐｓｉまでである。この温度降下は１ストローク当たり１８０Ｂｔｕ／ｌｂｓを消費する。したがって、同じ質量を排気シンク１００５からボイラ１００１へと圧送するために必要な全体の熱損失は、１８０Ｂｔｕ／ｌｂｓ×２．４８２すなわち４４７Ｂｔｕ／ｌｂｓ＋エンジン１００３によって消費された熱の合計加算すなわち１４２Ｂｔｕである。この損失を補給するために加えられなければならない熱量は、４４７Ｂｔｕ／ｌｂｓ＋１４２Ｂｔｕ、すなわち、５８９Ｂｔｕ／ｌｂｓの全所要熱入力である。なお、エンジン１００３の熱損失は１４２Ｂｔｕ／ｌｂｓであり、エンジン効率８５％で、流体ポンプ効率が８５％である場合、システム効率Ｃ＝Ｗ／Ｑは（１４２／５８９）×（０．８５）×（０．８５）すなわち１７．４％である。
【００３４】
しかし、Ｒ−１３４ａが使用される場合、それが２００°Ｆの５００ｐｓｉから８０°Ｆの１０１ｐｓｉまで冷える際の容積減少は７．０９倍であり、そのため、流体ポンプ１００７は、圧力降下中にエンジン１００３により使用される等量の質量を送るために７倍を越えて圧送しなければならない。エンジン１００３によるエンタルピ損失は約４．７８Ｂｔｕ／ｌｂｓである。流体ポンプ１００７を駆動させる熱損失は７．０９×５．９７Ｂｔｕ／ｌｂｓすなわち４２．３２７である。エンジン効率が８５％で、流体ポンプ効率が８５％である場合、Ｒ１３４ａにおけるシステム効率Ｃ＝Ｗ／Ｑは（４．７８／４７．１１）×（．８５）×（．８５）すなわち７．３３％である。再生（すなわち、相変化）を伴う従来のランキンサイクルが使用される場合であっても、従来のランキンサイクルが再生および熱入力により蒸気から液体への状態変化に起因して少なくとも８０Ｂｔｕの損失を出すことを考えると、かかる効率を得るのに苦労する。作動流体としてＲ−１３４ａを使用する場合、従来のランキンサイクルの８０Ｂｔｕの損失は、典型的な流体ポンプを用いる４７．１１損失と比べて８０／４７．１１すなわち１７０％を越える効率のシステムを達成するのが分かる。
【００３５】
図３はさらなる実施形態に係る流体ポンプ１００７’の概略図である。流体ポンプ１００７’は、補助ボイラ３００１が設けられ、第１のサブチャンバ２１０２および第２のサブチャンバ２１０３の制御可能な出口が個別に制御される点を除き図２の流体ポンプ１００７と同様である。
【００３６】
特に、図２の共通の出口バルブ２１０５は、図３の流体ポンプ１００７’では、第１のサブチャンバ２１０２および第２のサブチャンバ２１０３のための二つの出口バルブ２１０５２、２１０５３のそれぞれと置き換えられている。第１のサブチャンバ２１０２は出口バルブ２１０５２を介して補助ボイラ３００１と連通可能であり、また、第２のサブチャンバ２１０３は出口バルブ２１０５３を介してボイラ１００１と連通可能である。バルブすなわち入口バルブ２１０６および出口バルブ２１０５２、２１０５３はバルブ制御機構２１０７により制御される。
【００３７】
図３において補助ボイラ３００１はボイラ１００１内に位置され或いはボイラ１００１の一部として示してあるが、補助ボイラ３００１は同じ熱源１００２または異なる熱源を有する別個のボイラであっても良い。補助ボイラ３００１のボイラコイルを通り抜ける流体媒体は加圧下で加熱されて蒸発する。かかる流体媒体は、ボイラ１００１によって加熱され、エンジン１００３を動かす作動流体と同じであっても良く或いは異なっていても良い。
【００３８】
図３に示される特定の実施形態において、補助ボイラ３００１は、ボイラ１００１内に位置されるボイラコイルであり、同じ熱源１００２によって加熱される。したがって、内部コイルボイラ３００１は、流体ポンプ１００７’を駆動させる副次的な内部システム（冷却システム１００８、第１のサブチャンバ２１０２）のための作動圧を供給する。主ボイラ１００１の内側にこの内部コイルボイラ３００１を位置させると、ボイラ１００１の作動流体および補助ボイラ３００１の流体媒体の両方に関して作動温度が同じになる。副次的な内部システムを駆動させる内部コイルボイラ３００１内の圧力は、一実施形態では、主ボイラ１００１内の作動流体の圧力以上である。しかし、他の構成も排除されない。
【００３９】
第１のサブチャンバ２１０２および補助ボイラ３００１で使用される流体媒体をボイラ１００１、第２のサブチャンバ２１０３、エンジン１００３で使用される作動流体から分離する理由は、制御の柔軟性のためである。特に、（１）エンジン１００３を駆動させる主作動流体のパラメータは最適な出力能力を与えるように構成／制御することができ、一方、（２）流体ポンプ１００７’を駆動させる副次的な内部システムの流体媒体のパラメータは、最小ＢＴＵ損失を伴う温度パラメータ間で最適な伸縮能力を与えるように独立に構成／制御することができる。
【００４０】
より具体的には、補助ボイラ３００１の流体媒体は、第１のサブチャンバ２１０２の所望の容積減少を与え、したがってエンジン排気口１００５から第２のサブチャンバ２１０３内へ低圧蒸気を引き込むための所望の吸引力を与えるように選択することができ、あるいは、それがボイラ１００１の作動流体と同じ場合には前記吸引力を与えるために作動流体のパラメータ以外の温度及び／又は圧力などのパラメータを有するように構成することができる。図２の流体ポンプ１００７の作動中、作動流体の例えば温度及び／又は圧力等のパラメータのうちの少なくとも一つを変更すべき場合には、それに応じて第１のサブチャンバ２１０２内の作動流体の同じパラメータが変更されるが、これにより吸引力が過大になり或いは不十分になるため望ましくない場合がある。しかし、図３の流体ポンプ１００７’において、第１のサブチャンバ２１０２および補助ボイラ３００１内の流体媒体のパラメータは、ボイラ１００１およびエンジン１００３におけるパラメータ変化に応じて変更される必要がなく、あるいは、第２のサブチャンバ２１０３において所望の十分な吸引力を常に利用できるようにするためにボイラ１００１およびエンジン１００３の作動流体とは無関係に制御することができる。
【００４１】
流体ポンプ１００７’の動作は、流体ポンプ１００７とほぼ同様であるためここでは繰り返さない。図２の流体ポンプ１００７では共通の出口バルブ２１０５の開放時に第１のサブチャンバ２１０２および第２のサブチャンバ２１０３が同時にボイラ１００１と連通される点に留意すれば十分である。しかし、図３の流体ポンプ１００７’では出口バルブ２１０５２、２１０５３を制御機構２１０７によって制御して互いに僅かな遅れをもって開くことにより、第２のサブチャンバ２１０３のポンプ作用及び／又は第１のサブチャンバ２１０２の冷却作用を調整することができる。
【００４２】
図３の流体ポンプ１００７’における第１のサブチャンバの出口バルブ２１０５２および第２のサブチャンバ２１０３の出口バルブ２１０５３の両方を一つの共通の出口バルブ、例えば図２の流体ポンプ１００７の２１０５と置き換えることは本発明の範囲内である。かかる実施形態はポンプ構造を簡略化するが、補助ボイラ３００１の流体媒体および１００１の作動流体が混合され、それにより、幾つかの用途において望ましくない場合がある。
【００４３】
なお、前述した実施形態では、動作サイクルにおいて入口バルブ２１０６が閉じる区間がある。その結果、かかる区間中に低圧蒸気がエンジン排気口１００５から引き出されない。これは、特に、シリンダのうちの一つが常に下り行程にあり低圧蒸気をエンジン排気口１００５へ解放する例えば前述した特許および出願に開示された多気筒エンジンにおいて望ましくない場合がある。したがって、低圧蒸気をエンジン排気口１００５から高圧レベルのボイラ１００１へとほぼ連続的に圧送する流体ポンプを設けることが望ましい。図４から図１０はかかる流体ポンプを示す。
【００４４】
具体的には、図４−１０は動作時の流体ポンプ４００の断面図である。流体ポンプ４００は、仮想中心軸４０１によって同じになるよう二等分した半体を含む。各半体は、図２に関して前述した流体ポンプ１００７のそれに対応している。すなわち、流体ポンプ４００はタンデムで機能する二つの同様の流体ポンプ１００７を含む。
【００４５】
より具体的には、図４に示されるように、流体ポンプ４００はチャンバ４０２を含んでおり、このチャンバは二つの半体１０１、１０２を有する。各半体１０１、１０２は可動仕切り部材１０３、１０４のそれぞれによって第１のサブチャンバ１０５と第２のサブチャンバ１０７と第３のサブチャンバ１０８と第４のサブチャンバ１０６とに分けられる。これらのサブチャンバは、それぞれの仕切り部材１０３、１０４の変位により変動する容積を有している。この実施形態において、仕切り部材１０３、１０４は、両端４１０３Ａ、４１０３Ｂ、４００４Ａ、４１０４Ｂがチャンバ４０２の壁に対して固定されているダイヤフラムである。仕切り部材１０３、１０４は流体ポンプ１００７の仕切り部材２１０４に対応している。水、空気または任意の他の適当な冷却媒体を収容する複数のチューブ１０９、１１０がチャンバ４０２の両側に配置されるとともに流体ポンプ１００７の第１のサブチャンバ２１０２に対応する第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６と熱接触している。チューブ１０９、１１０は冷却システムまたは凝縮器２１０８の役割を果たす。第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８は流体ポンプ１００７の第２のサブチャンバ２１０３に相当する。
【００４６】
第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８の上部は、共通の入口バルブ１１１により択一的に開閉される制御可能な開口４１０７、４１０８を有している。入口バルブ１１１は、バルブハウジング４１１１内でスライドでき、断面縮小部１１３を有するバルブ本体１１２を含んでいる。断面縮小部１１３は、開口４１０７または４１０８と位置合わせされると、当該開口を開いて第２のサブチャンバ１０７または第３のサブチャンバ１０８のそれぞれをエンジン排気口１００５に連通させる。図４−１０から分かるように、開口４１０７、４１０８の少なくとも一方が常にエンジン排気口１００５と流体連通し、したがって、エンジン排気口１００５からの低圧蒸気のほぼ連続的な圧送が確保される。入口バルブ１１１は流体ポンプ１００７の入口バルブ２１０６の役割を果たす。バルブ本体１１２はその両側に貫通孔１１８、１１９をさらに有している。貫通孔１１８、１１９については他の図面を参照して以下で説明する。
【００４７】
第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８の下部は、出口バルブ１２１、１２２のそれぞれによって開閉される制御可能な開口４１０７’、４１０８’を有している。各出口バルブ１２１、１２２は、バルブハウジング４１２１、４１２２内でスライドでき、断面縮小部１２５、１２６を有するバルブ本体１２３、１２４を含んでいる。断面縮小部１２５、１２６は、開口４１０７’または４１０８’と位置合わせされると、当該開口を開いて第２のサブチャンバ１０７または第３のサブチャンバ１０８のそれぞれをボイラ１００１に連通させる。出口バルブ１２１、１２２は流体ポンプ１００７の出口バルブ２１０５に対応している。バルブ本体１２３、１２４はその端部に貫通孔１２９、１３０をさらに有している。出口バルブ１２１、１２２はそれぞれ、それらの開放後直ぐに出口バルブを閉じるための戻しバネ１３１、１３２をさらに備えている。貫通孔１２９、１３０およびバネ１３１、１３２については他の図面を参照して以下で説明する。
【００４８】
第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６の上部は、チャンバ４０２の壁上の各仕切り部材１０３、１０４の端部４１０３Ａ、４１０４Ａの位置決めによってシールされている。第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６の下部は、出口バルブ１２１、１２２のそれぞれによって開閉される制御可能な開口４１０５、４１０６を有している。断面縮小部１２５、１２６は、それぞれの開口４１０７’、４１０８’と位置合わせされると、第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６の開口４１０５、４１０６とも位置合わせされて、第１のサブチャンバ１０５および第２のサブチャンバ１０７の両方を同時にボイラ１００１に対して連通させるとともに第４のサブチャンバ１０６および第３のサブチャンバ１０８の両方を同時にボイラ１００１に対して連通させる。他の構成は排除されない。
【００４９】
各仕切り部材１０３、１０４は、以下で説明するように制御バルブ１４０を作動させるためにストリング１４３、１４４により制御バルブ１４０に対して接続されている。制御バルブ１４０は、バルブハウジング４１４０内でスライドでき、縮小断面部１４２を有するバルブ本体１４１を含んでいる。縮小断面部１４２は、バルブハウジング４１４０を貫通して延びる第１の管路１５４および第２の管路１５５のうちの一方に位置されると、前記管路を開いて他方の管路を閉じる。したがって、第１の管路１５４および第２の管路１５５の一方だけが同時に開放される。
【００５０】
第１の管路１５４および第２の管路１５５のそれぞれは、制御バルブ１４０がそれぞれの開放位置にあり、図４に示されるように出口バルブ１２１、１２２が第１の管路１５４および第２の管路１５５をそれぞれの孔１２９、１３０に位置合わせする閉位置にあるときに、高圧レベルのボイラ１００１を入口バルブ１１１の両側１１４、１１５のうちの一方に連通させる。また、第１の管路１５４、１５５は、バルブ本体１１２のそれぞれの孔１１８、１１９が入口バルブ１１１の移動によって第１の管路１５４または第２の管路１５５と位置合わせされると、それぞれの孔１１８、１１９を介して高圧レベルのボイラ１００１を出口バルブ１２１、１２２のうちの一方に連通させる。図４において、第２の管路１５５は、孔１１９を介して高圧レベルのボイラ１００１を出口バルブ１２２に連通させるように示してある。
【００５１】
ここで、図４−１０を参照して流体ポンプ４００の動作について説明する。なお、最後のステップであるステップ７（図１０）はサイクルの最初のステップであるステップ１（図４）へ戻る。
【００５２】
ステップ１
【００５３】
図４に示されるように、チャンバ１０１、１０２とボイラ１００１との間の両方の出口バルブ１２１、１２２が閉じる。入口バルブ１１１の断面縮小部１１３がエンジン排気口１００５と第２のサブチャンバ１０７とを連通させる。第３のサブチャンバ１０８の開口４１０８が入口バルブ１１１によって閉じられ、第３のサブチャンバ１０８からエンジン排気口１００５が切り離される。左側チャンバ１０１内において、ダイヤフラム１０３は左側に引き伸ばされるように示してある。ダイヤフラム１０３の右側の第２のサブチャンバ１０７の開放容積は、エンジン排気シンク１００５から吸込まれた低圧蒸気１２０で満たされている。ダイヤフラム１０３の左側の第１のサブチャンバ１０５内の流体媒体、この場合にはボイラ１００１の作動流体は、左側流体ポンプチャンバ１０１の左側壁にある水冷却凝縮システム１０９を使用し、その望ましい最低容積まで冷却されている。
【００５４】
なお、先と同様に、この特定の実施形態においても、各バルブ１１１、１２１、１２２は、それぞれのバルブ１１１、１２１、１２２がその閉位置へ移動するときだけ開く運河バルブまたは貫通孔１１８、１１９、１２９、１３０を内部に形成している。これは、互いに完全に独立な二つの出口バルブ１２１、１２２に関して当てはまる。また、これは、一つのユニットとして開口４１０７、４１０８をタンデムで開閉する上側二重入口バルブに関して当てはまる。一連の第１の管路１５４および第２の管路１５５のそれぞれ並びにそれらのチューブ部分１５２、１５３、１５４、１５５、１１６、１１７を辿ってボイラ１００１からそれぞれの空気圧バルブ１１１、１２１、１２２へと流せば、各運河バルブまたは貫通孔１１８、１１９、１２９、１３０がどのようにしてボイラ１００１からの高圧蒸気にアクセスしてそれぞれのバルブ１１１、１２１、１２２を開閉させるのかを理解できる。
【００５５】
ここで、図４に戻ると、前述したように、出口バルブ１２１、１２２はいずれも閉じられており、一方、それらの運河バルブ１２９、１３０は開いている。高圧蒸気１３８は、出口バルブ１２１の左側運河バルブ１２９を通過することができ、その後、装置の中心にあるダイヤフラム作動の制御バルブ１４０の左側開口を通過することができる。この制御バルブ１４０は、左側ダイヤフラム１０３がその左側へ引き伸ばされた際に既に開かれていた。
【００５６】
それぞれの対応するチャンバ１０１、１０２に関して、各出口バルブ１２１、１２２は、上側タンデム入口バルブ１１１のそれぞれの側が開いているときには常に閉じていなければならない。これは、エンジン排気口１００５からそれぞれのチャンバすなわち第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８内に供給される低圧蒸気１２０がその内部に捕捉され、その後、捕捉された容積を高圧ボイラ１００１内に放出できなければならないからである。この場合も先と同様、ここで説明される実施形態のバルブシステムが運河の水門の閘門システムのように機能することに留意すべきである。
【００５７】
図４では、上側入口バルブ１１１の左側（すなわち、開口４１０７）が開いているため、対応する運河バルブ１１８が閉じている。したがって、入口バルブ１１１を通り過ぎて延びる第１の管路１５４の部分１５１は、ボイラ圧力１３８にアクセスしてボイラ１００１と第２のサブチャンバ１０７との間にある下側の左側出口バルブ１２１を開くことができない。
【００５８】
ダイヤフラム１０３は左側へ完全に引き伸ばされており、右側の第２のサブチャンバ１０７の容積をエンジン排気シンク１００５からの低圧蒸気１２０で完全に満たすことができる。左側ダイヤフラム１０３のこの作用は、ダイヤフラム１０３の左側（すなわち、第１のサブチャンバ１０５）で引き起こされる吸引力により生じる。特に、ボイラ１００１（あるいは、後述するように、内部コイルボイラ２３７からの二重流体ポンプ内）から注入された熱い作動流体が水または空気冷却凝縮器１０９により冷却される。上側タンデム入口バルブ１１１では、エンジン排気シンク１００５と第２のサブチャンバ１０７との間にある左側が開かれ、それにより、排気シンク１００５からの低圧蒸気１２０を第２のサブチャンバ１０７へ流すことができることに留意されたい。
【００５９】
また、左側チャンバ１０１のダイヤフラム１０３が左側へ完全に引き伸ばされると、当該ダイヤフラムが流体ポンプの中心にあるダイヤフラム作動のバルブ１４０を引いて開く（ストリング１４３の接続を介して）ことに留意されたい。空気圧出口バルブ１２１の運河開口１２９が開き、第１の管路１５４が制御バルブ１４０によって開いているため、上側入口バルブ１１１はボイラ１００１から加圧蒸気１３８を受けることができ、この加圧蒸気が上側入口バルブ１１１の左側１１４に作用することにより、上側入口バルブ１１１が右側にスライドし、それにより、タンデム入口バルブ１１１の左側（すなわち開口４１０７）が閉じる。これによりステップ２へ移行する。
【００６０】
ステップ２
【００６１】
図５は、上側入口バルブ１１１の左側１１４に作用して入口バルブ１１１を右側にスライドさせるボイラ圧１３８がそのようにして右側（すなわち、第３のサブチャンバ１０８の開口４１０８）を開いてエンジン排気口１００５を第３のサブチャンバ１０８に連通させるとともに左側のチャンバ１０１の第２のサブチャンバ１０７をエンジン排気口１００５から独立させた状態を示してある。一方、下側の二つの出口バルブ１２１、１２２はいずれも閉じられたままである。この時点では、ステップ１においてエンジン排気シンク１００５から引き出された第２のサブチャンバ１０７内の低圧蒸気は独立している。一方、このとき、右側チャンバ１０２の第３のサブチャンバ１０８はエンジン排気シンク１００５からの低圧蒸気１２０に対してアクセスされている。これに先立って、ダイヤフラム１０４の右側にある第４のサブチャンバ１０６内の圧力は第３のサブチャンバ１０８内の圧力以上となっている。これにより、ダイヤフラム１０４は、図５に示されるようにその自然の引き伸ばされていない位置へと戻ることができている。右側チャンバ１０２内のダイヤフラム１０４は右側に偏って移動しているように示されていない。無論、ボイラ１００１から或いは内部コイルボイラ２３７から先立って注入される高圧蒸気が既に冷却し始めていることから、右側ダイヤフラム１０４の伸張が既に始まってしまっていても良い。冷却作用は、右側チャンバ１０２の外側壁に配置される凝縮器コイル１１０により引き起こされる。
【００６２】
下側の左側出口バルブ１２１は、下側出口バルブ１２１内に位置される運河バルブ１２９によってアクセスされるボイラ圧１３８がダイヤフラム作動のバルブ１４０により開く第１の管路１５４を介して及び上側入口バルブ１１１内に位置される運河バルブ１１８およびチューブ部分１５１を通じて出口バルブ１２１の端部１２７に作用するときまで開かれている。これによりステップ３へ移行する。
【００６３】
ステップ３
【００６４】
図６は下側の左側出口バルブ１２１が開かれたばかりの状態を示している。下側出口バルブ１２１は、ダイヤフラム１０３の両側すなわち第１のサブチャンバ１０５および第２のサブチャンバ１０７内の圧力が等しくなるのに十分な時間だけ開き、それにより、ダイヤフラム１０３はその自然の位置へと収縮して戻ることができるとともに、第２のサブチャンバ１０７内に集められたエンジン排気口１００５からの既に捕捉された低圧蒸気１２０がボイラ１００１からの高圧蒸気と混合し、したがって、第２のサブチャンバ１０７からの殆ど全ての質量の作動流体がボイラ１００１内へ押し流される。下側の左側出口バルブ１２１の運河ポートまたは孔１２９は、出口バルブ１２１が開くと迅速に閉じる。この作用は、下側の左側出口バルブ１２１をその開放位置に維持しているボイラ圧１３８を断ち切る。第１の管路１５４内に捕捉された高圧１３８が冷えると、その容積が減少し、それにより、下側の左側出口バルブ１２１の戻しバネ１３１は出口バルブ１２１を閉じることができる。
【００６５】
ダイヤフラム１０３の両側すなわち第１のサブチャンバ１０５および第２のサブチャンバ１０７内の圧力が等しくなってダイヤフラム１０３が最初の引き伸ばされていない位置へ戻ることができると、右側チャンバ１０２の第３のサブチャンバ１０８が吸引作用によりエンジン排気シンク１００５からの低圧蒸気１２０で満たされる。これは、ステップ２において第４のサブチャンバ１０６内に注入されて捕捉されていたボイラ蒸気が凝縮器１１０によって冷却されるためである。
【００６６】
ステップ４
【００６７】
図７においては、右側チャンバ１０２内のダイヤフラム１０４がダイヤフラム作動のバルブ１４０を引いて第２の管路１５５を開き、それにより、前述したように左側チャンバ１０１内で起こった作用と同じ作用が右側チャンバ１０２内で始まる。
【００６８】
ステップ５
【００６９】
図８では、高いボイラ圧１３９が出口バルブ１２２の運河１３０およびダイヤフラム作動の制御バルブ１４０により開かれた第２の管路１５５を介して上側入口バルブ１１１の右側１１５にアクセスされ、それにより入口バルブ１１１が左側に押され、したがって、右側（すなわち開口４１０８）が閉じるとともに、エンジン排気シンク１００５と第２のサブチャンバ１０７との間にある上側入口バルブ１１１の左側（すなわち開口４１０７）が開く。
【００７０】
出口バルブ１２２は、下側出口バルブ１２２内に位置される運河バルブ１３０によってアクセスされるボイラ圧１３９がダイヤフラム作動のバルブ１４０により開く第２の管路１５５を介して及び上側入口バルブ１１１内に位置される運河バルブ１１９およびチューブ部分１５０を通じて出口バルブ１２２の端部１２８に作用するときまで開かれている。これによりステップ６へ移行する。
【００７１】
ステップ６
【００７２】
図９では、出口バルブ１２２が開かれたところであり、これにより、第３のサブチャンバ１０８は、ステップ４においてエンジン排気シンク１００５から流入し、ステップ５において捕捉されたその捕捉低圧蒸気をボイラ１００１へと放出できる。右側ダイヤフラム１０４は、ダイヤフラム１０４のそれぞれの側すなわち第４のサブチャンバ１０６および第３のサブチャンバ１０８の圧力が等しくなると、その自然の位置へ戻る。ダイヤフラム１０４がその自然の位置へ戻ると、第３のサブチャンバ１０８内に集められた低圧蒸気がボイラ１００１の高圧蒸気と混合してボイラ１００１内へ放出される。出口バルブ１２２は、ステップ３に関して説明したように一時的にだけ開く。
【００７３】
ステップ７
【００７４】
ステップ７はステップ１への戻りである。図１０では、ダイヤフラム１０３によって作動される制御バルブ１４０により閉じる第２の管路１５５内に捕捉されたボイラ蒸気１３９が冷えて凝縮すると、下側の右側出口バルブ１２２が閉じ、それにより、バネ１３２が出口バルブ１２２を左側へ押して閉位置に移動させることができる。ここで、流体ポンプ４００は図４に示されるステップ１のその元の位置に戻る。
【００７５】
要約すると、ユニフローエンジン排気口１００５からの低圧蒸気は、相変化を伴うことなく流体ポンプ４００により高圧ボイラ１００１内へ圧送される。このポンプ４００は、僅かな容積を形成するように流体媒体の熱い蒸気を冷却することにより駆動される吸引手段を使用する。この流体媒体は、二つのダイヤフラム１０３、１０４の背後にあり、冷却コイル１０９、１１０に隣接する外側の第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６内に配置されている。ダイヤフラム１０３、１０４の背後にある第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６内の冷却流体媒体の容積変位は、エンジン１００３の排気口１００５から流体ポンプ４００の第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８のそれぞれの内部への低圧蒸気１２０の吸引を引き起こす。この吸引は、流体媒体（例えばヘリウムまたはＲ１３４ａ）が冷えてさらに小さい容積へと凝縮するときに引き起こされ、前記小さい容積は、本実施形態では液体容積であっても良く、その後に元のボイラ１００１内へと送られなければならない。第２のサブチャンバ１０７または第３のサブチャンバ１０８が低圧蒸気で満たされた後、低圧蒸気は次に独立してボイラ１００１内へ放出される。
【００７６】
なお、図４−１０の流体ポンプ４００は、図２に関して説明した単一作動流体実施形態に対応している。流体ポンプ４００に類似し、図３に関して説明した二重作動流体エンジンに対応するさらなる流体ポンプを提供することは本発明の範囲内である。かかるさらなる流体ポンプの一例が図１１に示されている。
【００７７】
具体的に、図１１は、図９に示された流体ポンプ４００のステップ６に類似する状態における流体ポンプ５００の断面図である。流体ポンプ５００は流体ポンプ４００に類似しており、そのため、同様の参照符号は同様の要素を示している。流体ポンプ４００と流体ポンプ５００との間の主な違いとしては、内部ボイラコイル２３７および出口バルブ１２１、１２２の断面縮小部の構造が挙げられる。
【００７８】
特に、内部ボイラコイル２３７は図３の補助ボイラ３００１の役割を果たす。内部ボイラコイル２３７の流体媒体はボイラ１００１の作動流体と同じであっても良く或いは異なっていても良い。この場合、チャンバ４０２の内部構造は、内部ボイラコイル２３７の流体媒体をボイラ１００１の作動流体から独立させる延出壁５８１、５８２を含んでいる。延出壁５８１、５８２には、内部ボイラコイル２３７を第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６のみに連通させ第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８に連通させないように開口２３３、２３４が形成されている。また、延出壁は、ボイラ１００１を第１のサブチャンバ１０７および第４のサブチャンバ１０６から独立させ、それにより、内部ボイラコイル２３７の流体媒体および１００１の作動流体が混ざり合って“誤った”サブチャンバ内に入らないようにする。
【００７９】
また、流体ポンプ４００の出口バルブ１２１、１２２の一つの断面縮小部１２５、１２６は、それぞれが二つの断面縮小部２２５ａ、２２５ｂおよび２２６ａ、２２６ｂを含むように変更されている。断面縮小部２２５ａ、２２６ａは、第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６のそれぞれの下側開口と位置合わせされると、図１１に双頭矢印Ｚで示されるように流体媒体が内部ボイラコイル２３７から第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６内に流入できるようにする。同様に、断面縮小部２２５ｂ、２２６ｂは、第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８のそれぞれの下側開口と位置合わせされると、図１１に単頭矢印Ｗで示されるように作動流体がボイラ１００１から第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８内に流入できるようにする。この場合、断面縮小部２２５ａ、２２６ａは図３のバルブ２１０５２の役割を果たし、一方、断面縮小部２２５ｂ、２２６ｂはバルブ２１０５３に対応している。
【００８０】
流体ポンプ５００の動作は流体ポンプ４００と同様であり、そのためここでは繰り返さない。流体ポンプ４００のステップ３、６（図６、９）に類似するステップでは、流体ポンプ４００に関して説明したボイラ１００１の作動流体の代わりに、内部ボイラコイル２３７の流体媒体が第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６内に入って、これらのサブチャンバに対して新たな高圧蒸気が充填され、隣接する第１のサブチャンバ１０５と第２のサブチャンバ１０７との間で圧力が等しくなるとともに隣接する第４のサブチャンバ１０６と第３のサブチャンバ１０８との間で圧力が等しくなることに留意すれば十分である。
【００８１】
一実施形態において、内部ボイラコイル２３７から第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６内に流入する流体媒体の新たな高圧蒸気は、ボイラ１００１から第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８内に流入する作動流体よりも高い圧力であっても良い。その結果、第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６が拡張し、第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８が縮小するため、ダイヤフラム１０３、１０４は中立位置へ戻って当該中立位置を越える。第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８のこの容積縮小は、より多くの質量の捕捉高圧蒸気を第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８からボイラ１００１へと移動させる。また、内部ボイラコイル２３７によって供給される流体媒体の高圧により、適切な冷却時に、多量の低圧蒸気をエンジン排気口１００５から第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８内に引き込むための大きな吸引力が与えられる。
【００８２】
しかし、用途に応じてボイラ１００１の作動流体よりも低い作動圧を流体媒体に与えることは本発明の範囲内である。
【００８３】
図１２はさらなる実施形態に係る流体ポンプ６００を示す断面図である。流体ポンプ６００は、ダイヤフラム１０３、１０４がピストン３０３、３０４に置き換えられ、バイアスバネ６０１、６０２が加えられ、凝縮器コイルがチャンバ４０２の壁中ではなく第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６内で延びている点を除き、多くの方法において流体ポンプ４００、５００と類似している。前述した三つの全ての変更よりも少ない変更を含む流体ポンプを提供することも本発明の範囲内に入る。
【００８４】
第１のサブチャンバ１０５を第２のサブチャンバ１０７から密閉状態で独立させ、第４のサブチャンバ１０６を第３のサブチャンバ１０８から密閉状態で独立させるためにピストンリング６６１、６６２が設けられている。ピストン３０３、３０４は自由ピストンであっても良く、その場合、これらのピストンの移動は、隣り合うサブチャンバ間すなわち１０５、１０７間および１０６、１０８間の圧力差のみによって影響される。この構成において、ピストンがダイヤフラム１０３、１０４と同様に機能する。
【００８５】
しかし、ピストン３０３、３０４はバイアスバネ６０１、６０２によって駆動またはバイアスすることもできる。バイアスバネ６０１、６０２は、それぞれのピストン３０３、３０４を装置の中心に向けて、すなわち第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８を圧縮させる方向へバイアスする。この構成は、流体ポンプ５００に関して前述した過圧された流体媒体の効果と同様の効果を有する。すなわち、バイアスされたピストンは、流体ポンプ４００のステップ３、６（図６、９）と同様のステップにおいて第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８をそれぞれさらに圧縮して、大きな質量の捕捉された高圧蒸気を第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８のそれぞれからボイラ１００１へと移動させる。図１２に典型的に示された実施形態では、第３のサブチャンバ１０８の容積がバネ６０２によって最大限に圧縮されており、これにより、作動流体蒸気の全部ではないがかなりの部分が第３のサブチャンバ１０８からボイラ１００１内へ強制的に放出される。その結果、出口バルブ１２２を閉じた後において第３のサブチャンバ１０８内に残される任意の残留圧力が最小になり、入口バルブ１１１による第３のサブチャンバ１０８の上側開口４１０８の開放時に残留蒸気が凝縮器シンクまたはエンジン排気口１００５内へ逆流する可能性がかなり減少される。
【００８６】
最後に、第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６内に凝縮器コイル３０９、３１０を配置することにより冷却効果が高まる。また、バイアスバネ６０１、６０２の存在は、ピストン３０３、３０４が凝縮器コイル３０９、３１０に衝突してその後にこれらを損傷させることを防止する。
【００８７】
流体ポンプ６００の動作は流体ポンプ４００、５００と同様であるため、ここでは繰り返さない。
【００８８】
なお、冷却サブチャンバすなわち第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６に関して及び圧送サブチャンバすなわち第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８に関して別個の作動流体を使用するように流体ポンプ６００を変更することができる。
【００８９】
図１３はさらなる実施形態に係る流体ポンプ７００の概略断面図である。流体ポンプ７００においては、前述した空気圧で駆動されるバルブ、例えば１１１、１２１、１２２が電気的に駆動されるバルブ７１１、７２１、７２２と置き換えられている。また、制御バルブ１４０および関連する第１の管路１５４、第２の管路１５５が省かれ、バルブ７１１、７２１、７２２の開閉を適切に制御するようにプログラムされ或いはハードウェアに組み込まれる電子コントローラ７９９によってバルブ制御機構２１０７の機能が果たされる。
【００９０】
特に、この場合、各バルブ７１１、７２１、７２２は、その例えば１１２等のバルブ本体に取り付けられた磁気的に引き付けることができる例えば７８１等の要素を含んでいる。また、各バルブは、磁気吸引可能要素７８１との相互作用のための電磁コイル、例えば７８２を有している。コイル７８２を流れる電流は、適切な配線を介してコントローラ７９９により制御される。コイル７８２は磁気吸引可能要素７８１を吸引して反発することができ、その場合、例えば４１２２、４１２１などの戻しバネを省くことができる。しかし、コイル７２が磁気吸引可能要素７８１を引く付けること（あるいは、反発すること）しかできない場合、かかる戻しバネはそれぞれのバルブを初期位置に戻す必要はある。
【００９１】
以上、磁気的に駆動されるように流体ポンプ７００のバルブ７１１、７２１、７２２を説明したが、バルブが機械的及び／又はモータ等により電気的に駆動される他の構成も排除されない。
【００９２】
バルブを制御する前述した運河水門原理はコントローラ７９９にも適用できる。特に、コントローラ７９９は、第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８のそれぞれの入口バルブおよび出口バルブの両方を同時に開かないようにプログラムされ或いはハードウェアに組み込まれる。また、各バルブを開くためのタイミングは、それぞれの仕切り部材すなわちピストン３０３、３０４の位置と同期される。
【００９３】
例えば、流体ポンプ４００における制御バルブ１４０の作動およびその後の第２のサブチャンバ１０７の上側開口の閉塞に対応するピストン３０３の最も左側の位置は（図４、５）、コントローラ７９９をトリガしそれに応じて入口バルブ７１１を移動させて第２のサブチャンバ１０７の上側開口を閉じるために流体ポンプ７００において使用される。この目的のため、電気接点スイッチ７９２および対応するプローブ７９１がチャンバ４０２の壁上およびピストン３０３にそれぞれ設けられる。プローブ７９１がピストン３０３の最も左側の位置で対応する電気接点スイッチ７９２と接触すると、電気接点スイッチ７９２が作動してコントローラ７９９に信号が送られ、第２のサブチャンバ１０７の上側開口４１０７が閉じる。さらなる実施形態においては、スイッチ／プローブ構成に代わる手段として、磁気的に及び／又は光学的に及び／又は機械的に作動可能で、ピストン３０３の最も左側の位置の近傍に配置される位置センサを使用することができる。
【００９４】
空気圧バルブ１２１、１２２において、バルブの閉塞は、第１の管路１５４および第２の管路１５５のそれぞれに捕捉されて冷却し始める作動流体の高圧に打ち勝つ戻しバネ４１２１、４１２２によって行なわれる。したがって、バルブ閉塞タイミングは、作動流体の高圧蒸気のパラメータおよび捕捉された作動流体の冷却速度に依存する。これにより、空気圧バルブの動作に不確定性がもたらされる。一方、コントローラ７９９は、それぞれの出口バルブ１２１、１２２の開放時にカウントし始める内部タイマまたは外部タイマを使用して、出口バルブ１２１、１２２を開いておくことができる正確な時間を計ることができる。
【００９５】
前述したように、第１のサブチャンバ１０５および第２のサブチャンバ１０７の出口バルブ並びに第４のサブチャンバ１０６および第３のサブチャンバ１０８の出口バルブは独立に制御して駆動させることができる。これは、各出口バルブ７２１、７２２が第２のサブチャンバ１０７および第３のサブチャンバ１０８の出口のみを閉じ、さらなる出口バルブがコントローラ７９９により制御されるように付加されて第１のサブチャンバ１０５および第４のサブチャンバ１０６の出口のみを閉じる流体ポンプ７００と類似する流体ポンプで行なうことができる。したがって、例えば第１のサブチャンバ１０５および第２のサブチャンバ１０７の出口を同時ではなく異なるタイミングで開くことができる。例えば、第２のサブチャンバ１０７の出口バルブ７２１を最初に開いて殆どの質量の捕捉低圧蒸気をボイラ１００１へ放出することができ、その後、第１のサブチャンバ１０５の独立に制御された出口バルブ（図示せず）が開かれて、ボイラ１００１または内部ボイラコイル２３７からの高圧蒸気の圧力作用＋バイアスバネ６０１のバネ作用により対応するピストン３０３がその最も右側の位置へ押し出され、それにより、作動流体の全体が第２のサブチャンバ１０７からボイラ１００１内へ実質的に放出される。第１のサブチャンバ１０５および第２のサブチャンバ１０７の出口バルブの開放間の遅延は、コントローラ７９９により容易に設定でき／制御でき／調整できる。
【００９６】
三つ以上の関連するポンプ装置（例えば流体ポンプ４００に関して前述した１０１、１０２）を有し、各ポンプ装置が図２−３に示される構成のうちの一つに対応する流体ポンプを提供することは本発明の範囲内である。マルチポンプ装置構造において、コントローラ７９９は、集中バルブ制御装置として全てのポンプ装置のバルブの開閉を管理するようにプログラムでき或いはハードウェアに組み込むことができる。
【００９７】
図１４は、さらなる実施形態に係る流体ポンプ８００のコンパクトな構造を示す概略断面図である。図１４の流体ポンプ８００は、図１２の流体ポンプ６００に類似しており、それらの軸方向に沿って見られるように入口弁および出口弁１１１、１２１、１２２を示している。図１４から分かるように、バルブはそれぞれのサブチャンバのそれぞれの開口に隣接して位置されており、したがって、構造がコンパクトになっている。電子コントローラを使用する流体ポンプ（図示せず）を提供するために図１３の流体ポンプ７００のバルブを図１４に示される方法で配置することも本発明の範囲内に含まれる。
【００９８】
以上開示した内容は例示の実施形態を示すが、記載した実施形態の範囲は添付の特許請求の範囲に定義されており、その範囲を逸脱することなく多様に変化及び変更を行うことができる。さらに、上記実施形態の要素が単数であっても、単数であるとの限定を明示しない限り、それらは複数であることも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】一実施形態に係る熱システムの概略図である。
【図２】さらなる実施形態に係る流体ポンプの概略図である。
【図３】さらなる実施形態に係る流体ポンプの概略図である。
【図４】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図５】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図６】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図７】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図８】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図９】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図１０】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図１１】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図１２】さらなる実施形態に係る流体ポンプの断面図である。
【図１３】さらなる実施形態に係る流体ポンプの概略断面図である。
【図１４】さらなる実施形態に係る流体ポンプの概略断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００１  ボイラ
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
【図１】
2008517203.tif 000003
【図２】
2008517203.tif 000004
【図３】
2008517203.tif 000005
【図４】
2008517203.tif 000006
【図５】
2008517203.tif 000007
【図６】
2008517203.tif 000008
【図７】
2008517203.tif 000009
【図８】
2008517203.tif 000010
【図９】
2008517203.tif 000011
【図１０】
2008517203.tif 000012
【図１１】
2008517203.tif 000013
【図１２】
2008517203.tif 000014
【図１３】
2008517203.tif 000015
【図１４】
2008517203.tif 000016
【国際調査報告】
2008517203.tif 000017