(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体ポンプと第２の流体ポンプとを含むフラクシステムであって、
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された回転式等圧交換器と、
該回転式等圧交換器を潤滑するように構成された潤滑システムと、
をさらに含み、
該第１の流体は該第１の流体ポンプによってポンプ注入され該回転式等圧交換器の入口ポートに受け入れられる高圧の第１の流体であり、該第２の流体は該第２の流体ポンプによってポンプ注入され該回転式等圧交換器のさらなる入口ポートに受け入れられる低圧の第２の流体であることを特徴とする、フラクシステム、
を含む、システム。
【請求項２】
該第１の流体が実質的に微粒子のない流体であり、そして該第２の流体が微粒子を含んだ流体である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
該潤滑システムが、第３の流体を該回転式等圧交換器中にポンプで送り該回転式等圧交換器を潤滑するように構成されたポンプを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
該第１の流体と該第３の流体とが同じである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
該潤滑システムが、フィルターを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
該回転式等圧交換器が、ローター、該ローターを囲むスリーブ、第１の端部キャップおよび第２の端部キャップを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
該潤滑システムが、第３の流体を該スリーブと該ローターとの間の隙間の中へポンプで送るように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
該潤滑システムが、該第１の流体または第２の流体を第３の流体に転化させるように構成されている流体処理システムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
該フラクシステムが、該回転式等圧交換器の中への該潤滑システムの第３の流体の流れを制御するコントローラーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ローターが閾値の範囲内の速度で回転しているかどうかを検出するように構成されている第１のセンサーと、該コントローラーとが通信する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
第１の流体ポンプと第２の流体ポンプと、
回転式等圧交換器の中へ流体をポンプで送り、ローターと固定子との間の中間領域を潤滑するように構成されたポンプと、
該ローターが閾値の範囲内の速度で回転しているかどうかを検出するように構成されたセンサーと、
該センサーと通信しており、該センサーからのフィードバックに応答してポンプを制御するように構成されたコントローラーと、
を含み、
該回転式等圧交換器は第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成されており、
該第１の流体は該第１の流体ポンプによってポンプ注入され該回転式等圧交換器の入口ポートに受け入れられる高圧の第１の流体であり、該第２の流体は該第２の流体ポンプによってポンプ注入され該回転式等圧交換器のさらなる入口ポートに受け入れられる低圧の第２の流体である、潤滑システム、
を含む、システム。
【請求項１２】
該センサーが、該ローターの速度を検出するように構成された磁気センサーを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
該センサーが、該ローターの速度を検出するように構成された光学センサーを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
該センサーが、該ローターの速度を検出するように構成された音響センサーを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
該潤滑システムが該中間領域に送達する前に該流体を処理するように構成された流体処理システムを含み、そして該コントローラーが該流体処理システムを制御するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
回転式等圧交換器を運転してフラクシステムの第１の流体と第２の流体との間で圧力を移送することであって、該第１の流体が高圧の第１の流体であり、該第２の流体が低圧の第２の流体であり、該回転式等圧交換器がフラクシステムに含まれることと、
第１の流体ポンプによって該第１の流体をポンプ注入して該回転式等圧交換器の入口ポートに該高圧の第１の流体を提供することと、
第２の流体ポンプによって該第２の流体をポンプ注入して該回転式等圧交換器のさらなる入口ポートに該低圧の第２の流体を提供することと、
潤滑システムを使用して該回転式等圧交換器を潤滑することと、
を含む、方法。
【請求項１７】
回転式等圧交換器中のローターの回転を監視することと、
該ローターが閾値の範囲外の速度を有して回転している場合に、状態を検出することと、
該状態に応答して潤滑流体を用いて該回転式等圧交換器を潤滑することと、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該ローターの回転を監視することが、コントローラーを用いて、音響センサー、光学センサー、または圧力センサーを監視することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
該状態に応答して、該回転式等圧交換器を通して該潤滑流体をポンプで送るポンプを制御することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
流体処理システムを制御して、該回転式等圧交換器を潤滑する前に、該潤滑流体を処理することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
該回転式等圧交換器に結合したフラクシステムを運転する間に、該回転式等圧交換器を通して潤滑流体をポンプで送るポンプを制御することを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
本出願は、２０１３年１２月３１日出願の米国仮特許出願第６１/９２２,５９８号明細書、名称’’Ｒｏｔａｒｙ Ｉｓｏｂａｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｆｌｕｓｈ Ｓｙｓｔｅｍ、’’、２０１３年１２月３１日出願の米国仮特許出願第６１/９２２,４４２号明細書、名称’’Ｒｏｔａｒｙ Ｉｓｏｂａｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ、’’、および２０１４年１２月３０日出願の米国非仮特許出願第１４/５８６,５４５号明細書、名称’’Ｒｏｔａｒｙ Ｉｓｏｂａｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、’’の優先権および利益を主張し、そしてすべての目的のためにこれらのすべてを参照により本明細書中に取り込む。
【背景技術】
【０００２】
このセクションは、下記の記載および／または請求項である本発明の種々の形態に関連できる種々の形態の技術を読者に紹介することを目的とする。この記載は、本発明の種々の形態のより良い理解を促進する背景情報を読者に提供する助けであると考えられる。したがって、当然のことながら、これらの記載は、この観点から読まれるべきであり、そして従来技術を認めるものとして読まれるべきではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
石油およびガス産業における良好な作業の完了は、多くの場合、岩層中の石油およびガスの放出を増やすために、（多くの場合、フラッキング（ｆｒａｃｋｉｎｇ）またはフレーシング（ｆｒａｃｉｎｇ）とも呼ばれる）水圧破砕を含む。水圧破砕は、水、薬品およびプロッパント（例えば、砂、セラミック）の組み合わせを含む流体（例えば、フラク流体）を高圧で井戸中にポンプで送ることを含む。流体の高圧は、亀裂寸法および亀裂伝搬を増加させて、岩層を通して石油およびガスをさらに放出し、一方一旦流体が減圧されるとプロッパントは亀裂が閉じるのを妨ぐ。破砕作業は、高圧を使用して、フラク流体の圧力を高めるようにポンプで送る。あいにく、フラク流体中のプロッパントは、回転装置の運転と干渉する場合がある。ある状況において、固体は、回転装置と非回転装置との間の隙間に入ると、回転構成部分が回転するのを妨げ、そして／または摩耗を生じる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の種々の特徴、形態および利点は、（図中類似の符号が類似の部分を示す）付属の図を参照して以下の詳細な記載を読むと、より良好に理解されるであろう、ここで、
【０００５】
【図１】図１は、水力エネルギー移送システムを用いたフラクシステムの態様の略図である。
【０００６】
【図２】図２は、回転式等圧交換器（回転式ＩＰＸ）の態様の拡大斜視図である。
【０００７】
【図３】図３は、第１の操作位置での回転式ＩＰＸの態様の拡大斜視図である。
【０００８】
【図４】図４は、第２の操作位置での回転式ＩＰＸの態様の拡大斜視図である。
【０００９】
【図５】図５は、第３の操作位置での回転式ＩＰＸの態様の拡大斜視図である。
【００１０】
【図６】図６は、第４の操作位置での回転式ＩＰＸの態様の拡大斜視図である。
【００１１】
【図７】図７は、潤滑システムを有する回転式ＩＰＸの態様の断面図である。
【００１２】
【図８】図８は、フラッシュシステムを有する回転式ＩＰＸの態様の断面図である。
【００１３】
【図９】図９は、図８のライン９−９内のローターＩＰＸの態様の部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の１つまたは２つ以上の特定の実施形態が下記に記載されるであろう。これらの記載された態様は本発明の例示のみである。さらに、これらの例示的な態様の簡潔な記載を提供するために、実際の実施のすべての特徴は、本明細書中に記載されていない場合がある。当然のことながら、任意の工学または設計プロジェクトにおけるような任意のそうした実際の実施の開発において、多数の実施の具体的決定はシステムに関連したおよび事業に関連した制約に従うなどの開発者の具体的な目的を達成するためになされるべきであり、これはある実施と別の実施とで異なる場合がある。さらに、当然のことながら、そうした開発努力は複雑かつ時間がかかるであろうが、とは言ってもこの開示の利益を有する当業者のための、設計、製作および製造の所定の引き受けとなるであろう。
【００１５】
下記で詳細に記載するように、フラクシステムまたは水圧破砕システムは、第１の流体（例えば、実質的にプロッパントのない流体などの圧力交換流体）と第２の流体（例えば、プロッパントを含んだ流体などのフラク流体）との間で、ワーク（ｗｏｒｋ）および／または圧力を移送する水力エネルギー移送システムを含む。例えば、第１の流体は、約５,０００ｋＰａ〜２５,０００ｋＰａ、２０,０００ｋＰａ〜５０,０００ｋＰａ、４０,０００ｋＰａ〜７５,０００ｋＰａ、７５,０００ｋＰａ〜１００,０００ｋＰａの間または第２の流体の第２の圧力より上である第１の圧力にあることができる。運転中に、水力エネルギー移送システムは、第１の流体と第２の流体との間の圧力を完全に同じにすることができるかまたはできない。したがって、水力エネルギー移送システムは等圧で、または（例えば、第１の流体および第２の流体の圧力が互いに、ほぼ±１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０％以内で等しくなる）実質的に等圧で運転できる。
【００１６】
水力エネルギー移送システムは、水力保護システム、水力バッファーシステム、または水力単離システムとしてまた記載されることができ、なぜなら、水力エネルギー移送システムは、フラク流体と種々の水圧破砕装置（例えば、高圧ポンプ）との間の接触を阻止または制限し、その間依然第１の流体と第２の流体との間でワークおよび／または圧力を交換するからである。水圧破砕装置の種々の部品と第２の流体（例えば、プロッパント含有流体）との間で接触を阻止または制限することによって、水力エネルギー移送システムは、摩耗および摩損を減少させ、したがってこの装置（例えば、高圧ポンプ）の寿命および性能を高める。さらに、これはフラクシステムが破砕システムにおいてより高価でない装置、例えば、研削剤流体（例えば、フラク流体および／または腐食性流体）のために設計されていない高圧ポンプを使用することを可能にする。いくつかの態様において、水力エネルギー移送システムは、回転等圧交換器（例えば、回転式ＩＰＸ）であることができる。回転等圧交換器は、遠心技術を利用することなく約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、または約９０％超の効率で、高圧入口流と低圧入口流との間で流体圧力を移送する機器として一般に規定されることができる。
【００１７】
運転中に、水力エネルギー移送システムは、第１の流体と第２の流体との間でワークおよび／または圧力を移送する。これらの流体は、気体/液体流れ、気体/固体粒子流れ、液体/固体粒子流れ、気体/液体/固体粒子流れ、または任意の他の多相流れなどの多相流体であることができる。例えば、多相流体は、砂、固体粒子、粉末、くず、セラミック、またはそれらいずれかの組み合わせを含むことができる。これらの流体はまた、非ニュートン流体（例えば、ずり減粘流体）、高粘性流体、プロッパントを含む非ニュートン流体、またはプロッパントを含む高粘性流体であることができる。回転を促進するために、水力エネルギー移送システムは、潤滑システムおよび／またはフラッシュシステムを含むことができる。例えば、水力エネルギー移送システムは、回転構成部分と静止構成部分との間に流体の流れを提供し、流体軸受を作り、そして／または流体軸受を補完し、水力エネルギー移送システムの運転を促進する潤滑システムを含むことができる。いくつかの態様において、水力エネルギー移送システムは、（例えば、流体軸受における）回転構成部分と非回転構成部分との間の隙間の中への微粒子の流れ（例えば、プロッパント）を除き、そして／または阻止するフラッシュシステムを含むことができる。例えば、フラッシュシステムは、水力エネルギー移送システムの運転前、運転後、または運転中に微粒子を除去して、水力エネルギー移送システムの効率を高め、そして水力エネルギー移送システムが失速するのを阻止できる。流体軸受は、流体の（例えば、薄い）層の上で荷重を支える軸受である。
【００１８】
図１は、水力エネルギー移送システム１２を有するフラクシステム１０（例えば、流体取り扱いシステム）の態様の略図である。運転中に、フラクシステム１０は、岩層中の石油およびガスの放出を高める作業を充分に完了できる。フラクシステム１０は、水力エネルギー移送システム１２に連結した１つまたは２つ以上の第１の流体ポンプ１８および１つまたは２つ以上の第２の流体ポンプ２０を含むことができる。例えば、水力エネルギーシステム１２は、回転式ＩＰＸであることができる。さらに、水力エネルギー移送システム１２は、フラクシステム１０の他の構成部分と別個のスキッド（ｓｋｉｄ）上に配置されることができ、これは水力エネルギー移送システム１２が既存のフラクシステム１０に加えられている状況において望ましいことができる。運転中に、水力エネルギー移送システム１２は、第１の流体ポンプ１８によってポンプ注入される第１の流体（例えば、プロッパントのない流体）と第２の流体ポンプ２０によってポンプ注入される第２の流体（例えば、プロッパント含有流体またはフラク流体）との間のいずれかの実質的な混合なしで、圧力を移送する。このように、水力エネルギー移送システム１２は、第１の流体ポンプ１８（例えば、高圧ポンプ）での摩損を阻止または制限し、同時にフラクシステム１０が井戸１４中に高圧フラク流体をポンプ注入して、石油およびガスを放出することを可能にする。さらに、水力エネルギー移送システム１２は第１の流体および第２の流体に曝されるように構成されているので、水力エネルギー移送システム１２は、第１の流体および第２の流体のいずれかの中の腐食性および研削剤物質に耐性のある材料でできていることができる。例えば、水力エネルギー移送システム１２は、ＣｏＣｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒまたはＣｏのマトリックス中タングステンカーバイドなどの、金属マトリックス（例えば、Ｃｏ、ＣｒまたはＮｉまたはそれらいずれかの組み合わせ）中セラミック（例えば、アルミナ、炭化物、酸化物、窒化物、またはホウ化物の硬質相などの陶性合金、）でできていることができる。
【００１９】
図２は、流体の最小限の混合を用いて、第１の流体と第２の流体（例えば、プロッパントのない流体とプロッパントを含んだ流体）との間で、圧力および／またはワークを移送できる回転式等圧交換器４０（回転式ＩＰＸ）の態様の拡大斜視図である。回転式ＩＰＸ４０は、一般にスリーブ４４およびローター４６を含む円筒型の本体部分４２を含むことができる。回転式ＩＰＸ４０は、マニホールド５２および５４を、それぞれ含む２つの端部キャップ４８および５０をまた含むことができる。マニホールド５２は、入口ポートおよび出口ポート５６および５８のそれぞれを含み、一方、マニホールド５４は、入口ポートおよび出口ポート６０および６２のそれぞれを含む。運転中に、これらの入口ポート５６、６０は、第１の流体（例えば、プロッパントのない流体）が回転式ＩＰＸ４０に入り、圧力を交換することを可能にし、一方出口ポート６０、６２は、第１の流体が回転式ＩＰＸ４０から出ることを可能にする。運転中に、入口ポート５６は高圧の第１の流体を受けることができ、そして圧力を交換した後で、出口ポート５８は回転式ＩＰＸ４０から低圧の第１の流体を出すように使用されることができる。同様に、入口ポート６０は低圧の第２の流体（例えば、プロッパント含有流体、フラク流体（フラク流体））を受けることができ、そして出口ポート６２は回転式ＩＰＸ４０から高圧の第２の流体を出すように使用されることができる。端部キャップ４８および５０は、流体にローター４６とのシーリング接触を可能にするマニホールド５２および５４中にそれぞれ配置した端部カバー６４および６６をそれぞれ含む。ローター４６は、円筒型でありかつスリーブ４４中に配置されていることができ、これはローター４６が軸６８周りに回転することを可能にする。ローター４６は、縦軸６８周りに対称に配置されたそれぞれの端部において開口７２および７４を有するローター４６を通して実質的に縦方向に伸びる複数のチャネル７０を有することができる。ローター４６の開口７２および７４は、回転の間にチャネル７０が高圧にある流体および低圧にある流体に曝される様式で、端部カバー５２および５４中の入口開口および出口開口７６および７８ならびに８０および８２と水力連通して配置されている。具体的に説明したように、入口開口および出口開口７６および７８ならびに７８および８０は、弧または円の一部（例えば、Ｃ−形）の形態で設計されていることができる。
【００２０】
いくつかの態様において、センサーのフィードバックを使用したコントローラーは、回転式ＩＰＸ４０中の第１の流体と第２の流体との間の混合の程度を制御でき、これは流体取り扱いシステムの操作性を改善するために使用されることができる。例えば、回転式ＩＰＸ４０に入る第１の流体および第２の流体の比を変えることは、プラントの運転者に水力エネルギー移送システム１２内で混合する流体の量を制御することを可能にする。混合に影響する回転式ＩＰＸ４０の３つの特徴は：（１）ローターチャネル７０のアスペクト比、（２）第１の流体と第２の流体との間の短期間の曝露、および（３）ローターチャネル７０内の第１の流体と第２の流体との間の流体バリアー（例えば、界面）の生成である。第１に、ローターチャネル７０は一般に長くかつ狭く、これは回転式ＩＰＸ４０中の流れを安定させる。さらに、第１の流体および第２の流体は最小限の軸上の混合と伴に、栓流レジーム（ｐｌｕｇ  ｆｌｏｗ  ｒｅｇｉｍｅ）で、チャネル７０を通って動くことができる。第２に、ある態様において、ローター４６の速度は、第１の流体と第２の流体との間の接触を減少させる。例えば、ローター４６の速度は第１の流体と第２の流体との間の接触時間を約０．１５秒、約０．１０秒、または約０．０５秒未満に減少させることができる。第３に、ローターチャネル７０のわずかな部分は、第１の流体と第２の流体との間の圧力の交換に使用される。したがって、流体の大部分は第１の流体と第２の流体との間のバリアーとしてチャネル７０中に留まる。すべてのこれらのメカニズムは、回転式ＩＰＸ４０中の混合を制限できる。さらに、いくつかの態様において、回転式ＩＰＸ４０は、圧力移送を可能にしながら、第１の流体および第２の流体を隔離する内部ピストンで動作するように設計されることができる。
【００２１】
図３〜６は、チャネル７０が１サイクルを回転するにつれての、ローター４６中の単一のチャネル７０の位置の順序を具体的に記載する回転式ＩＰＸ４０の態様の拡大図である。ここで図３〜６は、１つのチャネル７０を示す、回転式ＩＰＸ４０を単純化したものであり、そしてチャネル７０は、円形の断面形状を有するとして示されている。他の態様において、回転式ＩＰＸ４０は、同じまたは異なる断面形状（例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、多角形など）を有する複数のチャネル７０を含むことができる。したがって、図３〜６は具体的な説明のために単純化されたものであり、そして回転式ＩＰＸ４０の他の態様は、図３〜６に示されたものと異なる形状を有することができる。下記で詳細に記載するように、回転式ＩＰＸ４０は、第１の流体および第２の流体がローター４６中で互いに瞬間的に接触することを可能にすることによって、第１の流体と第２の流体（例えば、プロッパントのない流体およびプロッパントを含んだ流体）との間の圧力交換を促進する。ある態様において、この交換は第１の流体および第２の流体の限定された混合となる速度で起こる。
【００２２】
図３において、チャネル開口７２は第１の位置にある。第１の位置において、チャネル開口７２は、端部プレート６４中の開口７８と、したがってマニホールド５２と流体連通しており、一方、反対側のチャネル開口７４は、端部カバー６６中の開口８２と、そして延長によりマニホールド５４と水力連通している。下記で記載するであろうように、ローター４６は、矢印８４によって示された時計回り方向に回転できる。運転中に、低圧の第２の流体８６は、端部カバー６６を通過し、そしてチャネル７０に入り、そこで動的な流体界面９０において第１の流体８８と接触する。次に第２の流体８６は第１の流体８８をチャネル７０から、端部カバー６４を通って、そして回転式ＩＰＸ４０の外に出す。しかし、短期間の接触により、第２の流体８６と第１の流体８８との間の最小限の混合がある。
【００２３】
図４において、チャネル７０は約９０°の弧で時計回りに回転した。この位置において、出口７４は端部カバー６６の開口８０および８２ともはや流体連通しておらず、そして開口７２は端部カバー６４の開口７６および７８ともはや流体連通していない。したがって、低圧の第２の流体８６はチャネル７０中に一時的に含まれる。
【００２４】
図５において、チャネル７０は図６に示される位置から弧で約６０°回転した。開口７４はいまや、端部カバー６６中の開口８０と流体連通し、そしてチャネル７０の開口７２はいまや、端部カバー６４の開口７６と流体連通している。この位置において、高圧の第１の流体８８が入り、そして低圧の第２の流体８６を加圧し、フラクシステム１０での使用のために、第２の流体８６を流路７０から、そして開口８０を通って出す。
【００２５】
図６において、チャネル７０は、図６中に示される位置から約２７０°の弧で回転した。この位置において、出口７４はもはや、端部カバー６６の開口８０および８２と流体連通しておらず、および開口７２はもはや、端部カバー６４の開口７６および７８と流体連通していない。したがって、第１の流体８８はもはや加圧されておらず、そしてローター４６がさらに９０°回転して周期をもう一度開始するまで、一時的にチャネル７０中に含まれている。
【００２６】
図７は、潤滑システム１１０を有するフラクシステム１０の態様の断面図である。上記で説明したように、フラクシステム１０は、ローター４６がスリーブ４４内を回転するにつれて、第１の流体８８と第２の流体８６との間で圧力を移送する回転式ＩＰＸ４０を含むことができる。ローター４６の回転を促進するために、回転式ＩＰＸ４０は、端部キャップ６４とローター４６との間の第１の隙間１１２；端部キャップ６６とローター４６との間の第２の隙間１１４（例えば、ラジアル平面（ｒａｄｉａｌ  ｐｌａｎｅ）中の軸上の隙間）；およびローター４６とスリーブ４４との間の第３の隙間１１６（例えば、放射状隙間または環状の空間）内の第１の流体８８および／または第２の流体８６を用いて流体軸受を形成する。あいにく、回転式ＩＰＸ４０は、隙間１１２、１１４および１１６中の流体軸受を維持するように充分に流体を向ける／供給することができない。したがって、回転式ＩＰＸ４０は、潤滑システム１１０を含み、これは、潤滑流体１１８を、回転式ＩＰＸ４０の外側ケーシング１２０（例えば、ハウジング）を通し、そして隙間１１２、１１４および１１６の中へ連続的にポンプで送ることができる。
【００２７】
具体的に説明したように、潤滑システム１１０は、潤滑流体１１８を回転式ＩＰＸ４０中にポンプで送る１つまたは２つ以上の高圧ポンプ１８、１２２を含むことができる。潤滑流体１１８は、流体の供給元１２４からの流体１２３および／または第１の流体の供給元１２６からの第１の流体８８の組み合わせであることができる。例えば、第１の流体８８の一部分は第１の流体の供給元１２６から、そして流体処理システム１２８中に向けられ、そして流体１２３と混合されて潤滑流体１１８を生成することができる。実際、流体１２３（例えば、低摩擦流体など）は、第１の流体８８の粘度を改変し、化学組成などを調整して、適当な潤滑流体８８を生成できる。いくつかの態様において、流体処理システム１２８は、第１の流体８８を処理し、第１の流体８８を潤滑流体１１８中に向けることができる。例えば、流体処理システム１２８は、微粒子をろ過（例えば、１つまたは２つ以上のフィルター１２９を有するフィルター）、粘度を改変、化学組成などを調整することによって、第１の流体８８を処理または変えることができる。また他の態様において、第２の流体８６は、第２の流体の供給元１３０から流体処理システム１２８中に向けられて、第２の流体８６を潤滑流体１１８に転化することができる。一旦生成されると、次に潤滑流体１１８は回転式ＩＰＸ４０中にポンプで送られて、隙間１１２、１１４および１１６中の液体軸受を形成または補完することができる。
【００２８】
潤滑システム１１０の運転を制御するために、フラクシステム１０は、種々の弁（例えば、弁を開けおよび閉める電子アクチュエーター）を制御するためのプロセッサー１３２により行われる指示を貯蔵するプロセッサー１３２およびメモリー１３４を有するコントローラー１３０；ポンプ１８、２０および１２２；ならびに流体処理システム１２８を含むことができる。実際、コントローラー１３０は、潤滑流体として異なる流体の選択的な使用を可能にする弁１３６、１３８および１４０と通信かつこれらを制御する。例えば、コントローラー１３０は、潤滑流体１１８として第１の流体８８のみを使用するために、弁１３６を開け、そして弁１３８および１４０を閉めることができる。別の態様では、コントローラー１３０は、弁１３８および１４０を開けて、流体の供給元１２４中の第１の流体８８と流体１２３とを組み合わせる（例えば、流体８８と１２３を混合する）ことができる。例えば、潤滑システム１２８は、第１の流体８８をろ過し、そして次に流体の供給元１２４からの流体１２３を用いて第１の流体８８の化学組成を変える（例えば、粘度などを変える）ことによって、潤滑流体１１８を生成できる。別の態様では、コントローラー１３０は、全ての弁１３６、１３８および１４０を開いて潤滑流体１１８を生成することができる。
【００２９】
潤滑流体の組成を制御することに加えて、コントローラー１３０はポンプ１８、２０および１２２と通信して、潤滑流体１１８が回転式ＩＰＸ１４０に隙間１１２、１１４および１１６中で流体軸受を生成しまたは維持するのに充分な圧力でポンプにより送られることを確かにする。例えば、コントローラー１３０は、ケーシング１２０内の圧力センサー１４２と通信できる。コントローラー１３０は、圧力センサー１４２からの圧力信号を使用し、次にポンプ１８、２０および１２２を制御し、回転式ＩＰＸ４０に入る潤滑流体１１８が、第１の流体８８の圧力以上の圧力で入ることを確かにできる。潤滑流体１１８の圧力が第１の流体８８の圧力以上である場合、潤滑流体１１８は隙間１１２、１１４および１１６中に液体軸受を生成または補完でき、一方、同時に（例えば、隙間から出る正の流れ）を追い出し、または未処理の第１の流体および第２の流体８８、８６が隙間１１２、１１４および１１６に入るのを妨げる。例えば、潤滑システム１１０は、ケーシング１２０およびスリーブ４４中の開口１４４を通して潤滑流体１１８をポンプで送ることができる。具体的に説明したように、開口１４４は、潤滑流体１１８が隙間１１６に入り、そしてローター４６の外部表面１４６と接触することを可能にする。潤滑流体１１８がローター４６と接触するにつれて、潤滑流体１１８が軸上の方向１４８、１５０におよび外周の方向１５２に、外部表面１４６流れにわたって広がり、ローター４６が回転する流体軸受を生成する。１つの開口１４４が示されているが、他の態様は、潤滑流体１１８が回転式ＩＰＸ４０中にポンプで送られることを可能にする（例えば、１、２、３、４、５、またはそれ以上の）追加の開口１４４を含むことができる。これらの開口１４４はまた、ケーシング１２０（例えば、放射状位置、軸上の位置、外周の位置、またはそれらの組み合わせ）上の異なる位置にあることができる。
【００３０】
図８は、フラッシュシステム１７８を有するフラクシステム１０の態様の断面図である。上記で説明したように、フラクシステム１０は、ローター４６がスリーブ４４内で回転するにつれて第１の流体８８と第２の流体８６との間で圧力を移送する回転式ＩＰＸ４０を含むことができる。ローター４６の回転を促進するために、回転式ＩＰＸ４０は、端部キャップ６４とローター４６との間の第１の隙間１１２（例えば、軸上の隙間）；端部キャップ６６とローター４６との間の第２の隙間１１４（例えば、軸上の隙間）；およびローター４６とスリーブ４４との間の第３の隙間１１６（例えば、放射状隙間）内に第１の流体８８および／または第２の流体８６を用いて流体軸受を形成する。あいにく、非常に粘性のあるおよび／または微粒子を含んだ流体は、回転式ＩＰＸ４０中のローター４６の運転に潜在的に干渉する場合がある。例えば、粘性のあるまたは微粒子を含んだ流体は隙間１１２、１１４および１１６中に入ることができ、これは回転式ＩＰＸ４０を遅くさせるかまたは失速させることができる。したがって、回転式ＩＰＸ４０は、フラッシュシステム１１０を含み、このシステムは、フラッシュ流体１８０を、回転式ＩＰＸ４０の外側ケーシング１２０（例えば、ハウジング）を通って、そして隙間１１２、１１４および１１６の中へポンプで送り、微粒子、堆積物などを除去できる。当然のことながら、いくつかの態様は、図８中のフラッシュシステム１７８と図７中の潤滑システム１１０とを組み合わせることができ、フラクシステム１０が回転式ＩＰＸ４０を湿潤させかつ洗い流す（ｆｌｕｓｈ）ことの両方を可能にできる。フラッシュシステム１７８と潤滑システム１１０とを組み合わせるある態様のコントローラー１３０は、種々のモードを含み、２つのシステム（例えば、潤滑モード、フラッシュモード、クリーニングモードなど）を制御することができる。異なるモードは、予めプログラムされた、スケジュール、センサーフィードバックなどに応答して、始動されることができる。
【００３１】
具体的に説明したように、フラッシュシステム１７８は、フラッシュ流体１８０を回転式ＩＰＸ４０中にポンプで送る１つまたは２つ以上の高圧ポンプ１８、１２２を含むことができる。フラッシュ流体１８０は、流体の供給元１２４（例えば、実質的に微粒子のない流体）から流体１２３（例えば、洗剤、溶媒、低摩擦流体など）および／または第１の流体の供給元１２６からの第１の流体８８の組み合わせであることができる。例えば、第１の流体８８の一部分は、第１の流体の供給元１２６から流体処理システム１２８中に迂回させられ、そして流体１２３と組み合わされて、フラッシュ流体１８０を生成することができる。実際、流体１２３は、第１の流体８８の粘度を改変し、化学組成などを調整して、適当なフラッシュ流体１８０を生成できる。いくつかの態様において、流体処理システム１２８は、第１の流体８８を処理して、第１の流体８８をフラッシュ流体１８０に変えることができる。例えば、流体処理システム１２８は、微粒子をろ過し（例えば、１つまたは２つ以上のフィルター１２９を有するフィルター）、粘度改変し、化学組成を調整するなどにより、第１の流体８８を処理または改変できる。また他の態様において、第２の流体８６は、第２の流体の供給元１３０から流体処理システム１２８中へ迂回させられて、第２の流体８６をフラッシュ流体１８０に転化できる。一旦生成されると、次にフラッシュ流体１８０は、回転式ＩＰＸ４０中にポンプで送られて、隙間１１２、１１４および１１６中の微粒子または非常に粘性のある流体を除去できる。
【００３２】
いくつかの態様において、フラクシステム１０は、プロセッサー１３２および弁１３６、１３８および１４０（例えば、弁を開けおよび閉じる電子アクチュエーター）；ポンプ１８、２０および１２２；ならびに流体処理システム１２８を制御するためのプロセッサー１３２により行われることのできる指示を貯蔵するメモリー１３４を有するコントローラー１３０を含むことができる。運転中に、コントローラー１３０は、弁１３６、１３８および１４０と通信し、回転式ＩＰＸ４０を洗い流すための第１の流体８８および／または流体１２３の選択的な使用を可能にする。例えば、始動の間に、コントローラー１３０は、弁１４０を開き、したがって高圧ポンプ１２２が回転式ＩＰＸ４０を流体１２３のみで洗い流すことを可能にすることができる。回転式ＩＰＸ４０を洗い流した後で、コントローラー１３０は、弁１４０を閉じ始め、そして回転式ＩＰＸ４０の通常の運転（例えば、第１の流体と第２の流体８８、８６との間の圧力交換）を開始できる。言い換えれば、コントローラー１３０は、フラッシュ流体１８０を用いて回転式ＩＰＸ４０の運転を開始することができ、そして次に第１の流体および第２の流体８８、８６を用いて、回転式ＩＰＸ４０を洗い流すことから定常状態の運転に徐々に移行することができる。いくつかの態様において、コントローラー１３０は、定常状態運転を第１の流体および第２の流体８８、８６を用いて開始する前に、すべての洗い流しを停止できる。
【００３３】
定常状態運転の間に、コントローラー１３０は、回転式ＩＰＸ４０の運転を監視するセンサー１９０、１９２および１９４からの入力を受けることができる。これらのセンサー１９０、１９２および１９４は、回転速度センサー、圧力センサー、流量センサー、音響センサーなどを含むことができる。例えば、センサー１９２は、ローター４６の回転速度を検知する回転速度センサー（例えば、視覚または光学、磁気、音響など）であることができ、回転式ＩＰＸ４０が遅くなっているかまたは減速しているかどうかをコントローラー１３０が監視することを可能にできる。いくつかの態様において、センサー１９２は適切な運転（例えば、ローター４６の適切な回転速度）に関連した振動または騒音を検出する音響センサーであることができ、回転式ＩＰＸ４０が遅くなっているかまたは減速しているかどうかをコントローラー１３０が監視することを可能にできる。センサー１９０および１９４は、同様にコントローラー１３０が回転式ＩＰＸ４０の運転を監視することを可能にできる、流量センサー、音響センサー、または流量組成センサー（ｆｌｏｗ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ）であることができる。例えば、流量組成センサー１９０、１９４は、出口７８を通る増加した微粒子流れまたは出口８０を通る微粒子流れがないことを検出することによって、失速したローター４６を検出でき、これは、ローター４６が失速したこと、および第１の流体および第２の流体８８、８６が圧力を交換することなくローター４６を通って流れていることを示す。同様に、音響センサー１９０、１９４は、出口７８を通る微粒子流れから追加の騒音または出口８０を通る減少した騒音を検出でき、これはローター４６が失速したことを示す。コントローラー１３０が失速したまたは遅くなったローター４６を検出する場合、コントローラー１３０は、弁１３６、１３８および／または１４０を開きまたは部分的に開くことができ、回転式ＩＰＸ４０を洗い流せる。例えば、コントローラー１３０はフラッシュ流体１８０を回転式ＩＰＸ４０中にポンプで送ることができ、その間に、回転式ＩＰＸ４０を運転する（例えば、第１の流体と第２の流体８８、８６との間で圧力を交換する）。フラッシュ流体１８０が回転式ＩＰＸ４０を通って流れるにつれて、フラッシュ流体１８０は隙間１１２、１１４および１１６から微粒子、堆積物などを除去し、そしてコントローラー１３０は、センサー１９０、１９２および／または１９４を用いて回転式ＩＰＸ４０の運転を監視し続けることができる。コントローラー１３０はローター４６が、依然適切に回転していないかまたは適切な運転状態に戻っていないと決定すると、コントローラー１３０は弁１３６、１３８および／または１４０を開き続けることができ、一方完全に回転式ＩＰＸ４０を洗い流すために、ポンプ２０の運転（例えば、非常に粘性のあるまたは微粒子を含んだ流体をポンプで送るポンプ）を停止する。回転式ＩＰＸ４０を洗い流した後で、コントローラー１３０は、再度ポンプ２０のスイッチを入れて、回転式ＩＰＸ４０を定常状態の運転状態に戻すことができる。フラクシステム１０の停止の前に、フラクシステム１０はまた、フラッシュシステム１７８��使用して、将来の運転に備えて、回転式ＩＰＸ４０を洗い流すことができる。したがって、フラッシュシステム１７８は、フラクシステム１０の運転前、中および後に使用されて、回転式ＩＰＸ４０の効率および運転を改善することができる。
【００３４】
具体的に説明したように、フラッシュシステム１７８は、ケーシング１２０中の１つまたは２つ以上の開口１４４（例えば、１、２、３、４、５、またはそれ以上）を通してフラッシュ流体１８０をポンプで送ることができる。これらの開口１４４は、回転式ＩＰＸ４０の軸にそっておよび周囲で異なる位置に位置することができる。例えば、ケーシング１２０は、第１の端部カバー６４とローター４６との間の軸上に位置する開口１４４；ケーシング１２０およびロータースリーブ４４を通る別の開口１４４；および／またはローター４６と第２の端部カバー６６との間の軸上に位置する開口１４４を有することができる。このように、フラッシュシステム１７８は、濃縮物フラッシュ流体１８０を隙間１１２、１１４および１１６中に濃縮して、微粒子および／または非常に粘性のある流体を除去できる。
【００３５】
図９は、図８中の回転式ＩＰＸのライン９−９に沿った断面図である。具体的に説明したように、開口１４４はフラッシュ流体１８０がケーシング１２０を通って通過し、そして回転式ＩＰＸ４０中に入ることを可能にする。フラッシュ流体１８０が回転式ＩＰＸ４０に入るにつれて、フラッシュ流体１８０は、隙間１１２、１１４および１１６を通って流れ、微粒子２００を除去し、堆積された堆積物２００を破壊するなどし、回転式ＩＰＸの効率的な運転を可能にする。
【００３６】
本発明は種々の改質および代替形態を受けやすいことができるが、特定の実施形態は図中の一例として示され、そして本明細書中に詳細に記載された。しかし、当然のことながら、本発明は開示された特定の形態に限定されることを意図していない。むしろ、本発明は、付属の請求項によって規定されるように、本発明の精神および範囲内にあるすべての改質、均等および代替を網羅する。
（態様）
（態様１）
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された回転式等圧交換器と、
該回転式等圧交換器を潤滑するように構成された潤滑システムと、
を含むフラクシステム、
を含む、システム。
（態様２）
該第１の流体が実質的に微粒子のない流体であり、そして該第２の流体が微粒子を含んだ流体である、態様１に記載のシステム。
（態様３）
該潤滑システムが、第３の流体を該回転式等圧交換器中にポンプで送り該回転式等圧交換器を潤滑するように構成されたポンプを含む、態様１に記載のシステム。
（態様４）
該第１の流体と該第３の流体とが同じである、態様３に記載のシステム。
（態様５）
該潤滑システムが、フィルターを含む、態様１に記載のシステム。
（態様６）
該回転式等圧交換器が、ローター、該ローターを囲むスリーブ、第１の端部キャップおよび第２の端部キャップを含む、態様５に記載のシステム。
（態様７）
該潤滑システムが、第３の流体を該スリーブと該ローターとの間の隙間の中へポンプで送るように構成されている、態様６に記載のシステム。
（態様８）
該潤滑システムが、該第１の流体または第２の流体を第３の流体に転化させるように構成されている流体処理システムを含む、態様１に記載のシステム。
（態様９）
該フラクシステムが、該回転式等圧交換器の中への該潤滑システムの第３の流体の流れを制御するコントローラーを含む、態様１に記載のシステム。
（態様１０）
ローターが閾値の範囲内の速度で回転しているかどうかを検出するように構成されている第１のセンサーと、該コントローラーとが通信する、態様９に記載のシステム。
（態様１１）
回転式等圧交換器の中へ流体をポンプで送り、ローターと固定子との間の中間領域を潤滑するように構成されたポンプと、
該ローターが閾値の範囲内の速度で回転しているかどうかを検出するように構成されたセンサーと、
該センサーと通信しており、該センサーからのフィードバックに応答してポンプを制御するように構成されたコントローラーと、
を含む潤滑システム、
を含む、システム。
（態様１２）
該センサーが、該ローターの速度を検出するように構成された磁気センサーを含む、態様１１に記載のシステム。
（態様１３）
該センサーが、該ローターの速度を検出するように構成された光学センサーを含む、態様１１に記載のシステム。
（態様１４）
該センサーが、該ローターの速度を検出するように構成された音響センサーを含む、態様１１に記載のシステム。
（態様１５）
該潤滑システムが該中間領域に送達する前に該流体を処理するように構成された流体処理システムを含み、そして該コントローラーが該流体処理システムを制御するように構成されている、態様１１に記載のシステム。
（態様１６）
回転式等圧交換器中のローターの回転を監視することと、
該ローターが閾値の範囲外の速度を有して回転している場合に、状態を検出することと、
該状態に応答して潤滑流体を用いて該回転式等圧交換器を潤滑することと、
を含む、方法。
（態様１７）
該ローターの回転を監視することが、コントローラーを用いて、音響センサー、光学センサー、または圧力センサーを監視することを含む、態様１６に記載の方法。
（態様１８）
該状態に応答して、該回転式等圧交換器を通して該潤滑流体をポンプで送るポンプを制御することを含む、態様１６に記載の方法。
（態様１９）
流体処理システムを制御して、該回転式等圧交換器を潤滑する前に、該潤滑流体を処理することを含む、態様１６に記載の方法。
（態様２０）
該回転式等圧交換器に結合したフラクシステムを運転する間に、該回転式等圧交換器を通して潤滑流体をポンプで送るポンプを制御することを含む、態様１６に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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