(57)【要約】【課題】いかなる流体種別、流体温度、吐出圧力等であっても、その使用に十分な安全性を確保できるポンプ装置を提供する。【解決手段】第１ピストン連結軸９の両端部に各々第１ピストン１１，１３を固着し、各第１ピストン１１，１３を各々第１シリンダ３，５内に収容し、前記第１ピストン連結軸を駆動手段３５で往復駆動することにより、各第１ピストン１１，１３を第１シリンダ３，５内で各々往復駆動させると共に、当該各第１ピストン１１，１３の押し退け側に吸込口１９及び吐出口２１を備えたポンプ室１５ａ，１７ａを形成した。【選択図】図１
2008184902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ピストン連結軸の両端部に各々第１ピストンを固着し、
各第１ピストンを各々第１シリンダ内に収容し、
前記第１ピストン連結軸を駆動手段で往復駆動することにより、各第１ピストンを第１シリンダ内で各々往復駆動させると共に、当該各第１ピストンの押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室を形成したことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記第１ピストン連結軸を前記第１シリンダ内に配置し、
各第１ピストンの背圧側に交互に圧力流体を導いて前記第１ピストン連結軸を往復駆動することを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
【請求項３】
各第１ピストンのピストン長さをピストンストロークの１．５倍以上としたことを特徴とする請求項１又は２記載のポンプ装置。
【請求項４】
正逆回転自在な作動流体ポンプを備え、
前記作動流体ポンプの吸排口と各第１ピストンの背圧側とを接続し、
該作動流体ポンプを正逆回転させて各第１ピストンの背圧側に作動流体を交互に供給可能としたことを特徴とする請求項２記載のポンプ装置。
【請求項５】
一方向に回転する作動流体ポンプを備え、
前記作動流体ポンプの吸排口に流路切替弁を介して各第１ピストンの背圧側を接続し、
該作動流体ポンプを一方向に回転し、前記流路切替弁を切り替えることにより、各第１ピストンの背圧側に作動流体を交互に供給可能としたことを特徴とする請求項２記載のポンプ装置。
【請求項６】
第２ピストン連結軸の両端部に各々第２ピストンを固着し、
各第２ピストンを各々第２シリンダ内に収容し、各第２ピストンの押し退け側に吸排口を有するポンプ室を形成した直動ポンプを備え、
前記直動ポンプの吸排口と前記各第１ピストンの背圧側とを接続し、
該直動ポンプの第２ピストン連結軸を往復駆動することにより、各第２ピストンを第２シリンダ内で各々往復駆動させて、前記各第１ピストンの背圧側に作動流体を交互に供給可能としたことを特徴とする請求項２記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記第２ピストン連結軸にラックギヤを形成し、該ラックギヤに噛み合うピニオンギヤを備え、該ピニオンギヤを駆動モータで回転駆動して、第２ピストン連結軸を往復駆動することを特徴とする請求項６記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記第１ピストンの背圧側に出入りする作動流体冷却用の熱交換器を備えたことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記第１ピストンの内部を真空構造としたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体(液体／気体)を圧送あるいは循環させるポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、流体を圧送あるいは循環させるポンプに対する要求は、次第に厳しさを増している。吐出圧力では、直接噴射式ガソリン・エンジンの１０ＭＰａ以上、ディーゼル・エンジンの２００ＭＰａ以上等の要求がある（特許文献１参照）。流体温度では、超伝導のための−５０℃〜−２７３℃以下、化学反応のための８００℃以上等の要求がある。流体種別では、「半導体関連の不純物のない流体」、「浸透・拡散性の高い超臨界流体」、「高濃度硫酸や塩酸等の腐食性流体」、あるいは「将来燃料としてのＤＭＥ等の高圧可燃性流体」等の要求がある。また、原子力の発生熱を用いて次世代燃料である「水素」を「水」から生成する技術が、独立法人日本原子力研究開発機構で研究されている。その実用化のためには、「≦５００℃、９８％硫酸」や「≦５００℃、溶融沃素」の流体(気体／液体)をライン圧力≧２ＭＰａの状態で循環させる必要があり、この場合には、可燃性の「水素」を取り扱う関係から、ポンプには「防爆性」が要求される。
従来、上述した「様々な極限環境」で使用可能な「同一形式(＝同一構造)のポンプ／ブロワー」は存在しない。そのため、それぞれの要求に合わせるべく、その都度、「カスケード(遠心)式ポンプ」や「歯車(容積)式ポンプ」等の多くのポンプ(ブロワー)型式の中から構造選択し、特注製作してきた。
【特許文献１】特開平１０−２８８１４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで「腐食性流体(液体)」や「広い温度範囲の流体」に関しては、「吐出機構」部分が非接触であり、シールが不要であることから、セラミックス系材料を用いた「カスケード(遠心式)式ポンプ」が用いられている。その中には使用温度≦４５０℃で、吐出圧力≦５．５ＭＰａに至る性能のものも市販されている。しかし、このような「カスケード(遠心式)式ポンプ」で、上述した「水素」製造に必要な、「≦４５０℃、９８％硫酸」や「≦４５０℃、溶融沃素」等の流体に対応可能な、高温・耐食性の複合した要求に応えられるポンプは存在しない。しかも、この種の「カスケード(遠心式)式ポンプ」で、「１０ＭＰａ」を越える液体吐出圧力性能を発揮させることは不可能である。殊に、「カスケード(遠心式)式ポンプ」は、「気体の圧送能力」で、「≧０．２ＭＰａ」の吐出圧力は不可能である。また、吐出のための「インペラ」形状が特殊なため、使用条件や要求仕様が変更された時のポンプ製造が極めて困難である。吐出圧力≧０．０２ＭＰａの場合には、「ルーツ式」や「スクリュー(ネジ)式」等のギヤ式ポンプが用いられる。このギヤ式ポンプは、液体用ポンプとしても、吐出圧力性能に優れているが、歯車の２箇所の側面、歯先の３箇所のシールを維持する間隙設定が困難なため、広い温度範囲の流体への適用は困難である。また、「特殊なギヤ形状と副ギヤ等の必要性」から、腐食性流体への適用は勿論、≧４５０℃の高温度、あるいは−２７３℃に至る超低温流体への適用は困難である。また、「ポンプ」の駆動系としては、「電動モータ」、「マグネット・ドライブ」、「電磁駆動」等々、電気を用いて駆動されるため、「可燃性流体」への適用が困難である。このため、「電気側」を「安増防爆」や「耐圧防爆」等の対応をとることが必要で、駆動系に電気を用いる限り、「本質安全防爆」は困難である。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、いかなる流体種別、流体温度、吐出圧力等であっても、その使用に十分な安全性を確保できるポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１ピストン連結軸の両端部に各々第１ピストンを固着し、各第１ピストンを各々第１シリンダ内に収容し、前記第１ピストン連結軸を駆動手段で往復駆動することにより、各第１ピストンを第１シリンダ内で各々往復駆動させると共に、当該各第１ピストンの押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室を形成したことを特徴とする。
この場合において、前記第１ピストン連結軸を前記第１シリンダ内に配置し、各第１ピストンの背圧側に交互に圧力流体を導いて前記第１ピストン連結軸を往復駆動するようにしてもよい。また、各第１ピストンのピストン長さをピストンストロークの１．５倍以上としてもよい。
【０００６】
正逆回転自在な作動流体ポンプを備え、前記作動流体ポンプの吸排口と各第１ピストンの背圧側とを接続し、該作動流体ポンプを正逆回転させて各第１ピストンの背圧側に作動流体を交互に供給可能としてもよい。また、一方向に回転する作動流体ポンプを備え、前記作動流体ポンプの吸排口に流路切替弁を介して各第１ピストンの背圧側を接続し、該作動流体ポンプを一方向に回転し、前記流路切替弁を切り替えることにより、各第１ピストンの背圧側に作動流体を交互に供給可能としてもよい。
第２ピストン連結軸の両端部に各々第２ピストンを固着し、各第２ピストンを各々第２シリンダ内に収容し、各第２ピストンの押し退け側に吸排口を有するポンプ室を形成した直動ポンプを備え、前記直動ポンプの吸排口と前記各第１ピストンの背圧側とを接続し、該直動ポンプの第２ピストン連結軸を往復駆動することにより、各第２ピストンを第２シリンダ内で各々往復駆動させて、前記各第１ピストンの背圧側に作動流体を交互に供給可能としてもよい。
【０００７】
前記第２ピストン連結軸にラックギヤを形成し、該ラックギヤに噛み合うピニオンギヤを備え、該ピニオンギヤを駆動モータで回転駆動して、第２ピストン連結軸を往復駆動するようにしてもよい。
前記第１ピストンの背圧側に出入りする作動流体冷却用の熱交換器を備えてもよい。
前記第１ピストンの内部を真空構造としてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、「−２７３℃〜８００℃」に至る広い温度範囲の腐食性流体等の各種流体を、液体で例えば≧３０ＭＰａ、気体で例えば≧１ＭＰａに至る吐出圧力性能で、安全、確実且つ容易に移送を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。
図１において、１は「極限環境ポンプシステム」に適用されるポンプ本体を示す。このポンプ本体１は、外周に放熱フィン５ａを有した左右一対の第１シリンダ（以下、単にシリンダとする。）３，５と、各シリンダ３，５を連結する連結体７と、連結体７の貫通孔７ａを貫通し、その両端が各シリンダ３，５内に延出した、一本の剛性の高い中空軸からなる第１ピストン連結軸（以下、単にピストン連結軸とする。）９と、ピストン連結軸９の両端部に固着された第１ピストン（以下、単にピストンとする。）１１，１３と、ピストン１１，１３の押し退け室側に形成されたポンプ部１５，１７とを備えて構成されている。ポンプ部１５，１７は、ポンプ室１５ａ，１７ａと、ポンプ室１５ａ，１７ａに連通自在に構成した、流体の吸込口１９、及び吐出口２１とを備える。吸込口１９、及び吐出口２１には、各々吸込弁２３、吐出弁２５が配置されている。
【００１０】
ポンプ部１５，１７は高温、腐食流体接液部であり、その構成部材は例えば炭化珪素（ＳｉＣ）等で形成される。ピストン１１，１３のピストンクラウン１１ａ，１３ａは、同じく炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐食材料で構成され、ピストンの内部空間は、流体温度損失の低減と熱伝達を遮断するため、真空とされている。
【００１１】
ピストン１１，１３の外周にはピストンリング１４が嵌められ、ピストンリング１４の摺動部での吐出流体混合による漏洩防止のため、ピストン１１，１３の長さは、ピストンストロークの１．５倍長以上、望ましくは２倍長以上に設定される。ピストンリング１４は三段階に亘って配置される。「吐出流体側リング１４ａ」材質には、耐熱・耐食性の例えば「ファインカーボン」等を用い、「中央部リング１４ｂ」材質には、ベスペルやＴＩ樹脂等の耐熱・耐食性樹脂を用い、「ピストン下部リング１４ｃ」材質には、テフロン（登録商標）系シールを用いて、吐出流体の漏洩を完全防止している。「ピストン／ピストンリング」により「吐出流体」と完全遮断された結果、ポンプ室１５ａ，１７ａを「高温・腐食性流体」が循環しても、ピストン１１，１３の摺動部、すなわち連結体７の貫通孔は「高温・腐食性流体」に暴露されない。ピストン(ダイアフラム)下部の摺動作動部分（ピストン連結軸９）は、常温・非腐食性環境を確保できるため、例えば、ＳＵＳ３１６等の一般的な金属材料の適用を可能としている。但し、「９８％硫酸や塩酸」等の危険な腐食性吐出流体を取扱う場合のみ、フェイル・セーフのために、「ピストン連結軸９摺動部分」にはテフロン（登録商標）・コートされたＳＵＳ３１６等の一般的な金属が使用される。フェイル・セーフ設計で耐食性を施す場合であっても、連結体７は純粋炭化水素系潤滑剤等を含浸した材料で形成されており、連結体７の貫通孔を摺動するピストン連結軸９の外周部には安価なテフロン（登録商標）・コート処理が行われている。
【００１２】
上記連結体７には、ピストン１１，１３の背圧側に各々連通した一対の流路２７，２９が穿孔形成されている。流路２７，２９には配管３１，３３を介して正逆回転可能なギヤポンプ３５（駆動手段）が接続され、該ギヤポンプ３５にはカップリング３７を介して正逆回転駆動自在にＡＣサーボモータ３９が連結されている。ギヤポンプ３５を正逆回転させる手段はＡＣサーボモータ３９に限定されない。また、配管３１，３３間は配管３０で接続され、配管３０には二方電磁弁３２が接続され、さらに、配管３１，３３間は配管８１で接続され、配管８１には三方電磁弁８２が接続され、三方電磁弁８２には作動流体を貯留した作動流体リザーブ・タンク８３が連結されている。４１は、作動流体冷却用の熱交換器であり、外部冷熱源との熱交換により配管３１，３３内を流れる流体を冷却してピストン１１，１３の背圧側に供給する。上記総ての部品は、旋盤とフライス加工等の一般加工により、安価に製造されている。右側のシリンダ５には、右側のピストン１３の下死点位置を検出するための検出センサ９１が配置され、上記連結体７には、ピストン連結軸９の中間位置を検出するための検出センサ９２が配置されており、各検出センサ９１，９２はコントローラ９０に接続され、コントローラ９０はＡＣサーボモータ３９及び三方電磁弁８２に接続されている。
【００１３】
本構成では、シリンダ３，５内を左右に直動する「摺動軸／軸受構造」と、一本のピストン軸９に連接された左右２つのピストン１１，１３から構成される。
左右のピストン１１，１３(ストロークの小さい場合は、吐出流体の漏洩＝ゼロの、ＳＵＳ３１６、ハステロイ、タンタル製のダイアフラムの使用も可)の背圧側には、吐出流体に無反応な“潤滑油等の液”で満たされた「独立した部屋４２，４３」が構成され、独立した左右の部屋４２，４３は接続配管３１，３３によりギヤポンプ３５の吸排口に接続されている。そして、ＡＣサーボモータ３９（ステッピングモータ等でも可）によりギヤポンプ３５を正逆回転駆動し、一方のピストン１１の背圧側４２から他方のピストン１３の背圧側４３に充填液体を移動し、他方のピストン１３の背圧側４３から一方のピストン１１の背圧側４２に充填液体を移動し、これを繰り返すことで、ピストン１１，１３を直動し、これによりポンプ部１５，１７がポンプ動作する。
【００１４】
本構成では、左右のピストン１１，１３が、一本の剛性の高いピストン連結軸９で連接されているため、ピストンクラウン１１ａ，１３ａに負荷される「吐出ライン圧力」が相殺される。この結果、「ライン圧力」の大きさに関わらず、吐出圧力と吐出流量に対応した仕事で済むため、「ピストン１１，１３」作動のための必要駆動トルクが小さい。ピストン１１，１３は、シリンダ・ライナー３，５とは非接触で（＝ある一定の間隙を保って）ポンプ作用を行なう。このため、「吐出ライン温度」において「−２７３℃〜８００℃」に至る広い温度範囲でのポンプ作用を約束している。すなわち、「ピストン」／「シリンダ・ライナー」の間隙は充分な広さを有しているため、例えば厳寒のシベリア等におけるエンジン始動時の「−５０℃」から、稼動時の、その燃焼温度が３，０００℃に至る温度で円滑に作動する「自動車用エンジン」に匹敵する「−２７３℃〜８００℃」に至る広い範囲での流体等に適用可能である。
【００１５】
本構成では、「非圧縮性流体の“液体”」を用いて、「ＡＣサーボモータ３９の回転方向制御」により、左右のピストン１１，１３の背圧側に供給する流体の方向を切り替えているため、ピストン１１，１３を等速運動で作動させることができ、無脈動のポンプを構成することができる。「ＡＣサーボ・モータ３９」による「駆動流体用ポンプ」は、等速で作動され、左右のピストン１１，１３の一方が「吐出作用」を行なっている時、他方は、「吸入作用」を行ない、吐出を完了し、ピストン１１，１３が上死点に達すると同時に、当該ピストン１１，１３は「吸入作用」に移行し、他方は「吸入から吐出作用」に移行する。例えば、右側のピストン１３の下死点を検知する下死点位置検出センサ９１が該ピストン１３の下死点を検出した場合（その時、左側のピストン１１は上死点位置にある。）に、「コントローラ９０」に信号を出力し、「ＡＣサーボ・モータ３９」を逆回転させ、ギヤポンプ３５を逆回転させ、「吐出ポンプ」の「左右のピストン１１，１３」にそれぞれ逆の動作を行なわせる。本構成では、クランクを用いたピストン・ポンプが正弦波形状の吐出流量挙動を呈するのに対し、等速でピストン１１，１３を作動させるため、「定流量」特性且つ脈動の無い、優れた流量特性を有する。
【００１６】
尚、ギヤポンプ３５の始動時には、図１の配管３１，３３間を連結する配管３０に設けた二方電磁弁３２を、配管３１，３３間の連通位置に切り替えておき、ギヤポンプ３５の吐出をショートカットして吸込みに戻し、無負荷運転し、ポンプ本体１側の準備が整った段階で、二方電磁弁３２を図１の状態に切り替え、配管３１，３３間の連通を断ち、ギヤポンプ３５の吐出を、左右のピストン１１，１３の背圧側に供給する。また、本システムに異常が発生した場合、二方電磁弁３２を配管３１，３３間の連通位置に切り替えることで、ギヤポンプ３５の吐出をショートカットして吸込みに戻し、無負荷運転し、いわばシステムを緊急停止することも可能である。
【００１７】
また、「吐出流体」周りには、「ポンプを駆動するための流体」のみのため、“完全防爆環境”を実現でき、このことにより、「水素」、「ガソリン」、「ＤＭＥ」等々の可燃性流体環境での使用を約束させる。本構成では、ピストン１１，１３の内部を「真空断熱構造」としたため、「吐出流体の温度低下の防止（＝吐出流体を冷却させない）」が図れ、しかも「ピストン背圧側への熱伝達の抑制」が図れる。
【００１８】
「ピストン１１，１３」摺動部は、上述したように、耐食性対応が不要で常温環境に有るため、吐出流体に関わらず、一般的な最適材料が使用可能である。接液部部品であるピストン、シリンダ・ライナー、シリンダ・ヘッド等に関しては、吐出流体に対応した最適な材質選定により、あらゆる流体に対応が可能である。
【００１９】
この構造方式では、吐出流体に暴露される、「ピストン１１，１３」、「シリンダ３，５」、「シリンダ・ヘッド１５，１７」、「吸・吐出バルブ２３，２５」、「ピストンリング１４」、「ガスケット」の６部品は、一般加工機械である「旋盤とフライス盤」のみでの加工が容易なため、「吐出流体」に合わせた最適な耐食材料での製造が簡単に行なえる。また、構成部品が旋盤やフライス盤等の一般的な製造機器で製造が可能なため、ポンプの大型化も容易で、比較的安価に製造できる。
【００２０】
上記構成では、ギヤポンプ３５の左右の吸排口から吐出される駆動用流体温度が不均衡変化した場合に、駆動流体のライン圧力が変化する恐れがある。これを解消するため、本構成では、配管３１，３３に作動流体冷却用の熱交換器４１が設けられ、ピストン駆動流体の温度管理が行われる。万一、左右の「駆動用流体温度」が不均衡変化した場合でも、「ピストン１１，１３」駆動を、「ピストン」位置（＝例えば、下死点）検出センサ９１で管理して動作させるため、大きな問題に至ることがない。但し、長期稼動で、「左右の圧力バランスが崩れたり」、あるいは、「駆動流体温度が異常に高くなったり」、「駆動流体の漏洩により」、駆動流体のライン圧力が変化する場合が想定される。このため、本実施の形態では、ピストン駆動流体を流す２つの配管３１，３３同士を配管８１で接続し、配管８１に三方電磁弁８２を設け、該三方電磁弁８２に駆動流体リザーブ・タンク８３を接続して構成される。そして、本構成では、上記連結体７に設けた検出センサ９２が、ピストン連結軸９の中間位置を検出し、左右ピストン１１，１３位置が等しくなった時に、コントローラ９０を介して三方電磁弁８２を連通し、左右の圧力差を均質にさせる機能が付加されている。また、リザーブ・タンク８３上部は、真空に保持され、「駆動流体」内部に発生した“気泡”を同時且つ瞬時に除去できる。この結果、「駆動流体」の移送に伴い、応答遅れの無い「ピストン」作動が約束される。なお、「駆動流体」充填時には、「流体の真空気泡除去」が行なわれるため、「リザーブ・タンク８３」上部には、Ｈｅ、Ｎ2、ＣＯ2等の不活性気体を充填させてもよい。
【００２１】
ポンプ本体１の作動は、「ピストン駆動流体」を介して行なわれるため、「可燃性流体」や「腐食性流体」等の吐出流体が、万一、「ピストンリング１４」を介して漏洩した場合であっても、当該領域は「常温」且つ「完全防爆環境」である。従って、構成材質は「テフロン（登録商標）・コート」処理程度の対応で済む。また、上述したように、左右の「ピストン１１，１３」は直動軸９を介して連接されているため、吐出流体のライン圧力に影響されずに、「吐出圧力と流量」のみに比例した“最小の仕事”でポンプ作用を行なえる。この「ポンプ／ブロワー」の実現は、２つの社会的な意義と効果を有する。
(イ)その一つは、石油系燃料の枯渇に対応して、可搬エネルギとしての「水素」を、原子炉での反応熱を利用して「水」から生成させる場合において、そこでの中核技術である高温、耐腐食性「≦４５０℃、９８％硫酸や溶融沃素」ポンプを容易に実現できる。そのため、「本発明」の技術の実現は、次世代燃料の「水素製造技術」を確立させる重要な意義がある。(ロ)「ポンプやブロワー」は、我々の心臓(ポンプ)や肺(ブロワー)に見られるように、機械要素技術として重要な技術であり、例えば、超伝導のための「―２７３℃に至る低温流体移送」や超臨界流体のための「高温・高圧流体移送」、次世代自動車用燃料の一つであるＤＭＥ等の「高圧可燃性流体」等の極限環境対応のポンプ・ブロワーを、本提案の技術は、安価且つ安全に提供可能なため、社会に対する影響も大きく、要素技術故に、他の技術への波及効果も大である。
【００２２】
本構成では、「駆動流体用ポンプ」の一つである、市販の「ギヤポンプ３５」を使用できる。一般のギヤポンプ３５では、２０ＭＰａの吐出圧力性能を有するため、「２０ＭＰａ≧」を超える、自由な吐出圧力性能を有するポンプを提供可能である。
今、「吐出ポンプ」の「ピストン上面の面積」を「Ａｕ」、「ピストン下面の面積」を「Ａｄ」とすると、吐出圧力「Ｐｍａｘ」は、次式で与えられる。
Ｐｍａｘ＝２０(Ａｄ／Ａｕ)        ・・・・・（１）
「吐出ポンプ」の大きさによっても異なるが、凡そ、通常の「(Ａｄ／Ａｕ)≒〜(３／４)」から、逆に、「ピストン」の径を小さくして「Ａｕ≪Ａｄ」とした構造が可能であるので、仮に、「Ａｄ＝４・Ａｕ」とした場合は、「Ｐｍａｘ＝〜１５ＭＰａ〜８０ＭＰａ」程度が期待される。
【００２３】
「気体」の場合は、圧縮比の影響を受けるため、行程容積を「Ｖｓ」、下死点における容積を「Ｖｓ＋Ｖｃ」、その時の「吸入終わりのシリンダ内圧力」を「Ｐ１」、上死点における容積を「Ｖｃ」とすると、吐出圧力「Ｐｍａｘ」は次式で与えられる。
Ｐｍａｘ＝｛(Ｖｓ＋Ｖｃ)／Ｖｃ｝Ｐ１
＝ε・Ｐ１              ・・・・・（２）
（２）式中の「ε」は圧縮比であり、ストロークや「吐出ポンプ」の大きさによっても異なるが、凡そ、「ε≒〜２０」が可能で、「気体」の場合は、「Ｐｍａｘ≦２ＭＰａ」程度が期待される。
【００２４】
図２及び図３は、別の実施形態を示す。尚、図２及び図３において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。本実施の形態では、ギヤポンプ３５の代わりに、一方向にのみ回転するポンプ１００が使用される。ポンプ１００の吸入及び吐出には、三方電磁弁（流路切替弁）１０１，１０２が各々接続され、三方電磁弁１０１，１０２を介して、配管３１，３３に接続されている。４１は、作動流体冷却用の熱交換器であり、外部冷熱源との熱交換により配管３１，３３内を流れる流体を冷却してピストン１１，１３の背圧側に供給する。左右のシリンダ３，５には、ピストン１３，１５の下死点位置を検出する検出センサ１０３，１０４が配置され、各々の検出センサ１０３，１０４はコントローラ１０５に接続され、該コントローラ１０５は三方電磁弁１０１，１０２に接続されている。１０６は駆動用モータである。
【００２５】
左右のピストン１１，１３の背圧側には、吐出流体に無反応な“潤滑油等の液”で満たされた部屋４２，４３が構成され、左右の部屋４２，４３は接続配管３１，３３によりポンプ１００の吸入及び吐出口に接続されている。そして、駆動用モータ１０６によりポンプ１００を一方向に回転駆動すると、充填液体が、図２に示すように、一方のピストン１１の背圧側４２から三方電磁弁１０１を経てポンプ１００の吸い込みに至り、ポンプ１００で吐出され、三方電磁弁１０２を経て他方のピストン１３の背圧側４３に移動し、他方のピストン１３を上死点に向けて押動する。この場合、一方のピストン１１は下死点に至り、検出センサ１０３が下死点を検出すると、コントローラ１０５が三方電磁弁１０１，１０２を、図３に示す位置に切り替える。すると、充填液体は、図３に示すように、他方のピストン１３の背圧側４３から三方電磁弁１０１を経てポンプ１００の吸い込みに至り、ポンプ１００で吐出され、三方電磁弁１０２を経て一方のピストン１１の背圧側４２に移動し、一方のピストン１１を上死点に向けて押動する。
【００２６】
本構成では、ポンプ１００が一方向にのみ回転し、三方電磁弁１０１，１０２の切り替えにより充填流体の流れが切り替わり、これを繰り返し、ピストン１１，１３を直動し、これによりポンプ部１５，１７をポンプ動作させる。
【００２７】
図４は、別の実施形態を示す。尚、図４において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。
本実施の形態では、ギヤポンプ３５の代わりに直動ポンプ（駆動手段）５０が使用される。直動ポンプ５０は本体部５１を備え、この本体部５１の内側を一対の軸受け５２，５３により支持した第２ピストン連結軸５５が貫通している。第２ピストン連結軸５５の両端部には、各々第２ピストン５６，５７が固着され、各第２ピストン５６，５７は本体部５１の両端に固定した第２シリンダ５８，５９内に各々収容されている。各第２ピストン５６，５７の押し退け側には吸排口６０，６１を有するポンプ室６２，６３が形成され、この吸排口６０，６１と上述した連結体７の流路２７，２９とが配管７２，７３を介して接続され、該閉ループ内には作動流体が封入される。６４は、作動流体冷却用熱交換器であり、外部冷熱源との熱交換により、配管７２，７３内を流れる作動流体を冷却してピストン１１，１３の背圧側４２，４３に供給する。
【００２８】
第２ピストン連結軸５５には軸方向に延びるラックギヤ６５が形成され、ラックギヤ６５にはピニオンギヤ６６が噛み合う。ピニオンギヤ６６は軸受け６７で支持した回転軸６８に固定され、回転軸６８はカップリング６９を介してＡＣサーボモータ７０の出力軸７１に連結されている。そして、ＡＣサーボモータ７０が駆動されるとピニオンギヤ６６が回転し、ラックギヤ６５と一体の第２ピストン連結軸５５が往復駆動し、第２ピストン５６，５７が第２シリンダ５８，５９内で各々往復駆動する。これによりポンプ室６３の吸排口６０，６１を通じて各第１ピストン１１，１３の背圧側に作動流体が交互に供給され、第１ピストン連結軸９が往復運動する。
【００２９】
すなわち、直動ポンプ５０の動作により、一方のポンプ室６２の作動流体が排出されると、その作動流体が供給される側のポンプ本体１のピストン１１が上死点側に移動し、圧縮作用をして吐出を行なう。この時、ポンプ本体１の他方のピストン１３は、「作動流体」を排出するため、ポンプ本体１の「ピストン１３」は下死点側に移動し、膨張作用をして吸入を行なう。この動作を連続的且つ等速で行なうため、吐出脈動の小さい特徴を有するポンプが構成される。
【００３０】
「ラック＆ピニオン」による「直動ポンプ」では、自由な供給圧力を提供できるため、液体吐出の場合は、「Ｐｍａｘ≧５０ＭＰａ」を越えて、≧１００ＭＰａの吐出圧力も可能である。但し、気体の場合、前述の「ε」によって一義的に決定されるので、「Ｐｍａｘ≦２ＭＰａ」程度となる。なお、ポンプ本体１の駆動源としては、上記「ラック＆ピニオン」に拠らず、「クランク軸とプランジャ」から構成される「プランジャポンプ」型の「駆動流体移送ポンプ」を用いてもよい。但し、クランク軸駆動の場合には、クランクの回転方向に、プランジャがシリンダ・ライナーに押し付けられる力を生じるため、摩擦・磨耗の面で劣る欠点がある。
【００３１】
工業的利用価値
（１）「−２７３℃〜８００℃」の広い温度範囲で、その流体温度を低下させることなく、吐出・循環させるポンプを提供可能。このため、「Ａ．超伝導のための低温流体」、「Ｂ．高温溶融金属流体」、「Ｃ．高温反応流体」、「Ｄ．高温・高圧の超臨界流体」等々の「極限環境流体」の搬送や循環ポンプの提供が可能となる。
（２）「流体(液体)」を用いてポンプを駆動する「完全防爆構造」のため、「水素」、「ガソリン」、「ＤＭＥ」等の可燃性流体に適用できる。
（３）「ピストン駆動流体用ポンプ」の供給圧力、「吐出用ピストンの外径／駆動ピストンの外径」比を変更することにより、吐出液体の圧力を「Ｐｍａｘ≧３０ＭＰａ」、吐出気体の圧力を「Ｐｍａｘ≧１ＭＰａ」の性能を有するポンプを提供できる。しかも、左右のピストンが機械的に連接されているため、「高いライン圧力環境」でもそれに影響されず、「吐出圧力と吐出流量」のみに対応した最小仕事で効率良いポンプを実現できる。
（４）吐出流体に暴露される、「ピストン」、「シリンダ」、「シリンダ・ヘッド」、「吸・吐出バルブ」、「ピストンリング」、「ガスケット」等の６部品が、一般加工機械である「旋盤とフライス盤」のみで加工でき、該加工が容易なため、「吐出流体」に合わせた最適材料で構成された「Ａ．９８％硫酸や塩酸等の腐食性流体」、「Ｂ．浸透・拡散性の強い、水素や超臨界流体」、「Ｃ．超純水等のコンタミを嫌う流体」等々の、あらゆる流体に対応したポンプを実現できる。
【００３２】
別の実施形態
（１）「ピストン１１，１３」の背圧側に充填された流体の、「吐出流体」への混入を防止するために、「シリンダ・ヘッド」と「シリンダ」間に、「ダイアフラム」を挟んで構成し、当該「ダイアフラム」を「ピストン」上面に機械的に接合してもよい。
（２）「５００℃、９８％硫酸」のような吐出流体の場合、「ピストン」背圧側充填流体には、当該硫酸と無反応の「ＣｎＨ2n+2」の純粋な潤滑剤等を、あるいは、「食品等の吐出流体」の場合には、「ピストン」背圧側充填流体として、「水」等の「吐出流体」に不活性な流体を使用してもよい。
（３）「ピストン」背圧側充填流体の移動に、「ＡＣサーボ・モータやステッピングモータ」等により駆動された「ギヤポンプ」や「ピストン・ポンプ」、あるいは「プランジャポンプ」を用い、一方のピストンが上死点（あるいは、他方のピストンが下死点）に達すると同時に、当該ピストン下部の充填流体を他方のピストン下部に供給し、当該ピストンが上死点（あるいは、他方のピストンが下死点）に達すると同時に、逆に、他方のピストン背圧側に充填流体を供給し、連続稼動させてもよい。
【００３３】
別の実施形態
（４）「ピストン」背圧側充填流体の温度を一定に管理するために、「極限環境吐出ポンプ」と「駆動流体供給ポンプ」の間に、熱交換器４１を連接させてもよい。
（５）「極限環境吐出ポンプ」の左右のピストン下部の「駆動流体の温度上昇や温度差」による「駆動流体の配管内圧力上昇や圧力不均衡」の抑制のため、「左右ピストン位置が同じ(＝中間位置)」に達した瞬間に、「駆動流体リザーバー・タンク８３」と連通する「電磁弁８２」を開放し、「左右ピストン」下部の充填圧力を均一にしてもよい。
（６）「駆動流体リザーバー・タンク８３」上部を「真空」とし、「駆動流体温度上昇により発生した“気泡”」等を除去して、極限環境吐出ポンプの運動特性を最適に保持させるように構成してもよい。
（７）閉ループへの「駆動流体」充填時に、流体内部の気泡を「真空脱泡」した場合は、「リザーバー・タンク８３」上部に、Ｈｅ、Ｎ2、ＣＯ2等の「駆動流体」に不活性な気体を充填してもよい。
【００３４】
別の実施形態
（８）「ピストン１１，１３」上面に、ＳＵＳ３１６、ハステロイ、タンタル等の耐食性ダイアフラムを機械的に接合構成してもよい。この場合、吐出流体「漏れゼロ」を実現できる。「ダイアフラム」は、「シリンダ上面」と「シリンダ・ヘッド」とにより挟んで構成してもよい。「吐出流体」温度が、「−５０〜２５０℃」の場合、「真空断熱構造ピストン」を省略し、「駆動流体」で「ダイアフラム」を直接稼動してもよい。
（９）「ピストン１１，１３」の長さは、「ストローク」の１．５倍以上が望ましい。「ピストンリング１４」の摺動部には、必ず、吐出流体の残渣があり、「残渣領域」を、ピストンリング１４が摺動すると、「吐出流体」と「ピストン駆動流体」とが混在してしまう。これを避けるには、吐出流体側「ピストンリング１４ａ」は、「吐出流体側」のみで摺動し、駆動流体側「ピストンリング１４ｃ」は「駆動流体側」のみで摺動させる必要がある。これを実現すべく、ストロークの１．５倍以上のピストン長さが必要となる。有効最小長さが、ストロークの１．５倍となる。
【００３５】
別の実施形態
（１０）圧力は一様に伝達される。
すなわち、「一方のピストン１１の面積をＡ１」、「他方のピストン１３の面積をＡ２」とした場合、「Ａ１」側に、「ＰIN」の駆動圧力を負荷すると、力は同じため、「Ａ２」側には、「ＰOUT」の駆動圧力が発生する。
ＰOUT＝(Ａ１／Ａ２)ＰIN    ・・・・・・（３）
仮に、「(Ａ１／Ａ２)＝４」の段付きピストンを構成し、
上記市販のギヤポンプ３５を駆動流体ポンプとして使用した場合、「ＰOUT＝４×２０＝８０ＭＰａ」の吐出圧力性能を有するポンプを実現できる。
このように、「吐出ポンプ」駆動に「駆動流体」を用いれば、「吐出圧力性能」を自由設計することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示す回路図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ポンプ本体
３，５  シリンダ
７  連結体
９  第１ピストン連結軸
１１，１３  第１ピストン
１５，１７  ポンプ部
１５ａ，１７ａ  ポンプ室
１９  吸込口
２１  吐出口
２３  吸込弁
２５  吐出弁
３５  ギヤポンプ（駆動手段）
３９  ＡＣサーボモータ
５０  直動ポンプ（駆動手段）
５５  第２ピストン連結軸
５６，５７  第２ピストン
５８，５９  第２シリンダ
６５  ラックギヤ
６６  ピニオンギヤ
８３  作動流体リザーブ・タンク
１００  ポンプ
１０１，１０２  三方電磁弁
１０３，１０４  検出センサ
１０５  コントローラ
１０６  駆動用モータ
【図１】
2008184902.tif 000003
【図２】
2008184902.tif 000004
【図３】
2008184902.tif 000005
【図４】
2008184902.tif 000006