(57)【要約】流体制御されたポンプシステムは、流体空洞（１３）内に配置されたポンプユニット（１２）を含む。ポンプユニット（１２）は、ポンプユニットの吸引端まで延びる通路（６０）を含む。システムはまた、通路（６０）に結合されポンプユニットの吸引端（３４）の近くの通路から外向きに流体を押すよう動作可能な圧力源（７２）を含む。システムは通路（６０）に結合される圧力センサ（７４）を含む。システムは更にポンプユニット（１２）に結合され流体圧力を用いてポンプユニットの動作パラメータを調整するよう動作可能な制御器（７６）を含む。流体レベル制御されたポンプシステムは流体空洞内に配置されたポンプユニットを含む。ポンプユニットは流体空洞からポンプされるべき流体を受けるよう動作可能な入口（１１８）を含む。システムはまたポンプユニットに摺動可能に結合される弁（１４０）を含む。弁（１４０）はポンプユニットの出口（１２２）からポンプされた流体を受ける通路（１６０）を含む。流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、ポンプユニットに対する弁の動きは、ポンプされる流体を出口から入口へ循環させるために通路（１６０）をポンプユニットのポートに合わせる。
2004537669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体空洞内に配置され、ポンプユニットの吸引端まで延びる通路を有するポンプユニットと、
前記通路に結合され、前記ポンプユニットの前記吸引端の近くで前記通路から外向きに流体を押し出すよう動作可能な圧力源と、
前記通路に結合され、前記通路内の流体圧力を測定するよう動作可能な圧力センサと、
前記ポンプユニットに結合され、前記流体圧力を用いて前記ポンプユニットの動作パラメータを調整するよう動作可能な制御器とを含む、
流体制御されたポンプシステム。
【請求項２】
前記ポンプユニットはプログレッシブ・キャビティ・ポンプを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記動作パラメータは前記プログレッシブ・キャビティ・ポンプの回転速度を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記通路内の前記流体圧力は、前記流体空洞内の流体深さに対応する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記ポンプユニットは、
固定子と、
前記固定子の内側に配置され、前記流体空洞内の流体を第１の位置から第２の位置へポンプするために前記固定子に対して回転するよう動作可能な回転子とを含み、
前記通路は前記回転子の内部通路を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記圧力源は、空気圧力源を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記圧力源は、圧縮窒素を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記動作パラメータは前記ポンプユニットの流速を含み、前記制御器は前記流体圧力の低下に応じて前記流速を低下させるよう動作可能である、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記動作パラメータは前記ポンプユニットの流速を含み、前記制御器は前記流体圧力の上昇に応じて前記流速を上昇させるよう動作可能である、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御器は、前記流体空洞内の流体の略一定の深さを維持するために前記ポンプユニットの前記動作パラメータを調整するよう動作可能である、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
流体空洞内に配置され、ポンプユニットの吸引端まで延びる通路を有するポンプユニットを与える段階と、
前記ポンプユニットの前記吸引端の近くで前記通路から外向きに流体を押し出す段階と、
前記通路内の流体圧力を測定する段階と、
前記流体圧力を用いて前記ポンプユニットの動作パラメータを自動的に調整する段階とを含む、
流体制御されたポンプ方法。
【請求項１２】
前記ポンプユニットを与える段階は、プログレッシブ・キャビティ・ポンプを与える段階を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記動作パラメータを調整する段階は、前記プログレッシブ・キャビティ・ポンプの回転速度を調整する段階を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記通路内の前記流体圧力を測定する段階は、前記流体空洞内の流体深さを測定する段階を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記ポンプユニットを与える段階はプログレッシブ・キャビティ・ポンプを与える段階を含み、前記プログレッシブ・キャビティ・ポンプは固定子と回転子とを含み、前記回転子は前記固定子の内側に配置され、前記流体空洞内の流体を第１の位置から第２の位置へポンプするために前記回転子は前記固定子に対して回転するよう動作可能であり、前記通路は前記回転子の内部通路を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記流体を押し出す段階は、圧縮空気を前記通路から外向きに押し出す段階を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記流体を押し出す段階は、圧縮窒素を前記通路から外向きに押し出す段階を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記動作パラメータを調整する段階は、前記流体圧力の低下に応じて前記ポンプユニットの流速を低下させる段階を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記動作パラメータを調整する段階は、前記流体圧力の上昇に応じて前記ポンプユニットの流速を上昇させる段階を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
前記動作パラメータを調整する段階は、前記流体空洞内の略一定の流体レベルを維持するために前記ポンプユニットの流速を調整する段階を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項２１】
流体空洞内に配置され、固定子と、ポンプの吸引端まで延びる内部通路を有する回転子とを有するプログレッシブ・キャビティ・ポンプと、
前記通路に結合され、前記ポンプの前記吸引端の近くで前記通路から下向きに流体を押すよう動作可能な圧力源と、
前記通路内の流体圧力を測定するよう動作可能な圧力センサと、
前記通路内の前記流体圧力を用いて前記回転子の回転速度を調整するよう動作可能な制御器とを含む、
流体レベル制御されたポンプシステム。
【請求項２２】
前記制御器は、前記流体空洞内の略一定の流体レベルを維持するために前記回転子の回転速度を調整するよう更に動作可能である、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記制御器は、前記流体圧力の上昇に応じて前記回転子の回転速度を高めるよう動作可能である、請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
前記制御器は、前記流体圧力の低下に応じて前記回転子の回転速度を低下させるよう動作可能である、請求項２１記載のシステム。
【請求項２５】
前記圧力源は、空気圧力源を含む、請求項２１記載のシステム。
【請求項２６】
前記ポンプに結合され、前記回転子へ回転力を分け与えるよう動作可能なモータを更に含み、前記制御器は前記回転力を調整するために前記モータへ制御信号を送信するよう動作可能である、請求項２１記載のシステム。
【請求項２７】
前記制御器は、前記回転子が前記流体空洞内で流体潤滑なしで回転することを実質的に防止するために前記回転子の前記回転速度を調整するよう更に動作可能である、請求項２１記載のシステム。
【請求項２８】
流体空洞内に配置され、固定子と、ポンプの吸引端まで延びる内部通路を有する回転子とを有するプログレッシブ・キャビティ・ポンプを与える段階と、
前記通路を通って下向きに、前記ポンプの前記吸引端の近くで前記通路から外向きに流体を押し出す段階と、
前記通路内の流体圧力を測定する段階と、
前記通路内の前記流体圧力を用いて前記回転子の回転速度を自動的に調整する段階とを含む、
流体レベル制御されたポンプ方法。
【請求項２９】
前記調整する段階は、前記流体空洞内で実質的に一定の流体レベルを維持するために前記回転子の前記回転速度を調整する段階を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記調整する段階は、前記流体圧力の上昇に応じて前記回転子の回転速度を上昇させる段階を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
前記調整する段階は、前記流体圧力の低下に応じて前記回転子の回転速度を低下させる段階を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
前記流体を下向きに押し出す段階は、前記通路を通じて圧縮空気を下向きに押し出す段階を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３３】
モータを用いて前記回転子へ回転力を分け与える段階を更に含み、前記調整する段階は、前記回転力を調整するために前記モータへ制御信号を送信する段階を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３４】
前記調整する段階は、前記流体空洞内で流体潤滑なしに前記回転子が回転することを実質的に防止するために前記回転子の回転速度を調整する段階を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３５】
第１の位置から第２の位置へ空洞流体を移送するためにポンプユニットの中に空洞流体を引き入れるよう動作可能な吸引端を有するポンプユニットを空洞内に与える段階と、
前記ポンプユニットの前記吸引端の近くの、前記空洞内の前記空洞流体の深さに対応する圧力を測定する段階と、
前記測定された圧力を用いて前記ポンプユニットを介して前記空洞流体の流速を自動的に調整する段階とを含む、
流体レベル制御されたポンプ方法。
【請求項３６】
前記ポンプユニットを配置する段階は、プログレッシブ・キャビティ・ポンプを配置する段階を含み、前記調整する段階は、前記測定された圧力を用いて前記プログレッシブ・キャビティ・ポンプの回転子の回転速度を調整する段階を含む、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記圧力を測定する段階は、
流体の制御された体積を、前記ポンプユニットの前記吸引端に近い出口を有する通路から外向きに押し出す段階と、
前記通路内の前記圧力を測定する段階とを含む、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記流体の制御された体積を押し出す段階は、前記流体の制御された体積を前記回転子の内部通路内で下向きに押し出す段階を含む、請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
前記流速を調整する段階は、
前記圧力を示す圧力センサから第１の信号を受信する段階と、
前記ポンプユニットに結合され前記ポンプユニットの流速を制御するよう動作可能な駆動モータへ第２の信号を送信する段階とを含む、請求項３５記載の方法。
【請求項４０】
前記ポンプユニットを与える段階はプログレッシブ・キャビティ・ポンプを与える段階を含み、前記第２の信号を送信する段階は、前記プログレッシブ・キャビティ・ポンプの回転子の回転速度を制御するよう前記駆動モータへ前記第２の信号を送信する段階を含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
流体空洞内に配置され、固定子と、ポンプの吸引端まで延びる内部通路を有する回転子とを有するプログレッシブ・キャビティ・ポンプと、
前記通路に結合され、前記ポンプの前記吸引端の近くで前記通路から下向きに流体を押すよう動作可能な圧力源と、
前記流体空洞内の流体レベルを示す前記通路内の流体圧力を測定するよう動作可能なセンサとを含む、
ポンプシステム。
【請求項４２】
前記回転子に結合され、前記流体圧力を用いて前記流体空洞内の略一定の流体レベルを維持するために前記回転子の回転速度を調整するよう動作可能な制御器を更に含む、請求項４１記載のシステム。
【請求項４３】
前記回転子に結合され、前記流体圧力の上昇に応じて前記回転子の回転速度を上昇させるよう動作可能な制御器を更に含む、請求項４１記載のシステム。
【請求項４４】
前記回転子に結合され、前記流体圧力の低下に応じて前記回転子の回転速度を低下させるよう動作可能な制御器を更に含む、請求項４１記載のシステム。
【請求項４５】
前記回転子に結合され、前記回転子に回転力を分け与えるよう動作可能なモータと、
前記流体圧力に基づいて前記回転力を調整するために前記回転子へ制御信号を送信するよう動作可能な制御器とを更に含む、請求項４１記載のシステム。
【請求項４６】
前記圧力源は、空気圧力源を含む、請求項４１記載のシステム。
【請求項４７】
流体空洞内に配置され、前記流体空洞からポンプされるべき流体を受けるよう動作可能な入口を有するポンプユニットと、
前記ポンプユニットに摺動可能に結合され、前記ポンプユニットの出口からポンプされた流体を受ける通路を有するバルブとを有し、
前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、前記ポンプユニットに対する前記弁の動きは前記ポンプされる流体を前記出口から前記入口へ循環させるよう前記通路を前記ポンプユニットのポートに合わせる、
流体レベル制御されたポンプシステム。
【請求項４８】
前記ポンプユニットはプログレッシブ・キャビティ・ポンプを含む、請求項４７記載のシステム。
【請求項４９】
前記弁は内部室を含み、前記内部室は前記流体空洞内の流体の密度よりも低い密度を有する流体で満たされる、請求項４７記載のシステム。
【請求項５０】
前記弁は浮動弁を含む、請求項４７記載のシステム。
【請求項５１】
前記弁を前記ポンプユニットに対して所定の位置に解除可能に固定するよう動作可能なロックシステムを更に含む、請求項４７記載のシステム。
【請求項５２】
前記ロックシステムは、
前記弁に配置されたロック素子と、
前記ロック素子を受容するよう構成される前記ポンプユニット上に配置された凹部とを含む、請求項５１記載のシステム。
【請求項５３】
前記入口の近くに配置された逆止め弁を更に含み、前記逆止め弁は前記循環された流体を前記入口へ導くよう動作可能である、請求項４７記載のシステム。
【請求項５４】
前記逆止め弁は、前記循環された流体が前記入口を迂回することを実質的に防止するよう更に動作可能である、請求項５３記載のシステム。
【請求項５５】
前記弁の近くに配置される複数の止め部を更に含み、前記止め部は前記弁の動きを前記ポンプユニットに対する所定の位置へ制限するよう動作可能である、請求項４７記載のシステム。
【請求項５６】
前記弁の近くに配置され、前記弁の下向きの動きを前記ポンプユニットに対する第１の所定の位置へ制限するよう動作可能な下方止め部と、
前記弁の近くに配置され、前記弁の上向きの動きを前記ポンプユニットに対する第２の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部とを更に含む、請求項４７記載のシステム。
【請求項５７】
前記下方止め部は、前記流体空洞内の流体の減少に応じて前記弁の通路を前記ポンプユニットのポートに合わせるよう位置決めされる、請求項５６記載のシステム。
【請求項５８】
流体空洞内に配置され、前記流体空洞内の流体を第１の位置から第２の位置へポンプする固定子／回転子部分を有し、前記固定子／回転子部分は入口及び出口を有する、プログレッシブ・キャビティ・ポンプと、
前記ポンプに摺動可能に結合される弁とを含み、
前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、前記ポンプに対する前記弁の動きは、前記流体を前記出口から前記入口へ循環させるために、前記弁の通路を前記ポンプのポートに合わせる、
流体レベル制御されたポンプシステム。
【請求項５９】
前記弁は、前記流体空洞内の流体の密度よりも小さい密度を有する流体で満たされる内部室を含む、請求項５８記載のシステム。
【請求項６０】
前記弁は浮動弁を含む、請求項５８記載のシステム。
【請求項６１】
前記弁を前記ポンプに対する所定の位置に解除可能に固定するよう動作可能なロックシステムを更に含む、請求項５８記載のシステム。
【請求項６２】
前記ロックシステムは、
ロック素子と、
前記ロック素子を受容するよう構成され、前記ポンプユニット上に配置された凹部と、
前記ロック素子を前記凹部へ向けて付勢するよう動作可能なバネとを含む、請求項６１記載のシステム。
【請求項６３】
前記入口の近くに配置され、前記循環される流体を前記入口へ導くよう動作可能な逆止め弁を更に含む、請求項５８記載のシステム。
【請求項６４】
前記逆止め弁は、前記循環される流体が前記入口を迂回することを実質的に防止するよう更に動作可能である、請求項６３記載のシステム。
【請求項６５】
前記弁の近くに配置された多数の止め部を更に含み、前記止め部は前記弁の動きを前記ポンプに対する所定の位置へ制限する、請求項５８記載のシステム。
【請求項６６】
前記弁の近くに配置され、前記弁の下向きの動きを前記ポンプに対する第１の所定の位置へ制限するよう動作可能な下方止め部と、
前記弁の近くに配置され、前記弁の上向きの動きを前記ポンプに対する第２の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部とを更に含む、請求項５８記載のシステム。
【請求項６７】
前記下方止め部は、前記流体空洞内の流体の減少に応じて、前記弁の通路を前記ポンプのポートに合わせるよう位置決めされる、請求項６６記載のシステム。
【請求項６８】
前記弁から内向きに前記ポンプへ向かって付勢されて配置されるロック素子と、
前記ポンプ上に配置され、前記ロック素子を受容するよう構成される複数の凹部とを更に含み、
前記凹部は前記弁を前記ポンプに対する所定の位置に解除可能に固定するよう前記ポンプ上に位置決めされる、請求項５８記載のシステム。
【請求項６９】
前記凹部のうちの１つは、前記通路を前記ポートに合わせるよう前記弁を前記ポンプに対して解除可能に固定するよう配置される、請求項６８記載のシステム。
【請求項７０】
流体空洞内に配置され、前記流体空洞内の流体を第１の位置から第２の位置へポンプする固定子／回転子部分を有し、前記固定子／回転子部分は入口及び出口を有する、プログレッシブ・キャビティ・ポンプと、
前記ポンプに摺動可能に結合され、前記流体空洞内の流体レベルの変化に応じて前記弁の通路を前記ポンプのポートに合わせるよう動作可能な弁を含み、
前記通路は、前記入口における流体の不足を実質的に防止するために前記流体を前記出口から前記入口へ導くよう動作可能である、流体レベル制御されたポンプシステム。
【請求項７１】
前記入口の近くに配置される逆止め弁を更に含み、前記逆止め弁は前記通路から受け取られた流体が前記入口を迂回することを実質的に防止するよう動作可能である、請求項７０記載のシステム。
【請求項７２】
前記弁は浮動弁を含む、請求項７０記載のシステム。
【請求項７３】
前記流体のレベルの変化は、前記流体のレベルの減少を含む、請求項７０記載のシステム。
【請求項７４】
前記弁は内部室を含み、前記内部室は前記流体空洞内の流体の密度よりも低い密度を有する流体で満たされる、請求項７０記載のシステム。
【請求項７５】
前記弁を前記ポンプに対する所定の位置に解除可能に固定するよう動作可能なロックシステムを更に含む、請求項７０記載のシステム。
【請求項７６】
前記ロックシステムは、
前記弁から内向きに前記ポンプへ向かって付勢されて配置されるロック素子と、
前記ポンプ上に配置され、前記ロック素子を受容するよう構成される複数の凹部とを更に含み、
前記凹部は前記弁を前記ポンプに対する所定の位置に解除可能に固定するよう前記ポンプ上に位置決めされる、請求項７５記載のシステム。
【請求項７７】
前記弁の近くに配置され、前記弁の下向きの動きを前記ポンプユニットに対する第１の所定の位置へ制限するよう動作可能な下方止め部と、
前記弁の近くに配置され、前記弁の上向きの動きを前記ポンプユニットに対する第２の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部とを更に含む、請求項７０記載のシステム。
【請求項７８】
前記下方止め部は、前記ポンプに対する前記弁の下向きの動きに応じて、前記弁の通路を前記ポンプユニットのポートに合わせるよう位置決めされる、請求項７７記載のシステム。
【請求項７９】
前記上方止め部は、前記ポンプに対する前記弁の上向きの動きに応じて、前記前記流体が前記通路に入ることを実質的に防止するよう位置決めされる、請求項７７記載のシステム。
【請求項８０】
流体空洞内に配置され、前記流体空洞内の流体をポンプする固定子／回転子部分を有し、前記固定子／回転子部分は入口及び出口を有する、プログレッシブ・キャビティ・ポンプと、
前記ポンプに結合され、前記出口と連通して配置され、前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて前記流体を前記出口から前記入口へ循環させるよう動作可能な弁とを含む、流体レベル制御されたポンプシステム。
【請求項８１】
前記入口の近くに配置された逆止め弁を更に含み、前記逆止め弁は前記循環される流体が前記入口を迂回することを実質的に防止するよう動作可能である、請求項８０記載のシステム。
【請求項８２】
前記弁は浮動弁を含み、前記浮動弁は前記流体レベルの低下に応じて前記出口の近くに配置された前記ポンプのポートを前記弁の通路に合わせるよう動作可能であり、前記通路は前記循環される流体を前記入口へ導くよう動作可能である、請求項８０記載のシステム。
【請求項８３】
前記浮動弁は内部室を含み、前記内部室は前記流体空洞内の流体の密度よりも低い密度を有する流体で満たされる、請求項８２記載のシステム。
【請求項８４】
前記弁は前記ポンプに摺動可能に結合され、前記弁の近くに配置される複数の止め部を更に含み、前記止め部は前記弁の動きを前記ポンプユニットに対する所定の位置へ制限するよう動作可能である、請求項８０記載のシステム。
【請求項８５】
前記複数の止め部は、
前記流体空洞内の前記流体レベルの上昇に応ずる前記弁の上向きの動きを前記ポンプに対する第１の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部と、
前記流体空洞内の前記流体レベルの低下に応ずる前記弁の下向きの動きを前記ポンプに対する第２の所定の位置へ制限するよう動作可能な下方止め部とを含む、請求項８４記載のシステム。
【請求項８６】
流体空洞内に配置され、前記流体空洞内に置かれた流体をポンプする固定子／回転子部分を有し、前記固定子／回転子部分は入口及び出口を有する、プログレッシブ・キャビティ・ポンプを与える段階と、
前記ポンプに結合され、前記固定子／回転子部分からの前記流体を受けるよう動作可能な弁を与える段階と、
前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて前記流体を前記弁を介して前記出口から前記入口へ循環させる段階とを含む、
流体レベル制御されたポンプ方法。
【請求項８７】
前記循環させる段階は、前記弁の通路を前記ポンプのポートに合わせる段階を更に含み、前記ポートは前記出口の近くに配置される、請求項８６記載の方法。
【請求項８８】
前記弁を与える段階は、浮動弁を与える段階を含み、前記浮動弁は、前記流体空洞内の前記流体レベルの変化に応じて前記ポンプに対して動くよう動作可能である、請求項８６記載の方法。
【請求項８９】
前記弁の近くに配置された複数の止め部を与える段階を更に含み、前記止め部は前記弁の動きを前記ポンプに対する所定の位置へ制限するよう動作可能である、請求項８８記載の方法。
【請求項９０】
前記複数の止め部を与える段階は、
前記流体空洞内の前記流体レベルの上昇に応ずる前記弁の上向きの動きを前記ポンプに対する第１の所定の位置へ制限するよう動作可能な第１の止め部を与える段階と、
前記流体空洞内の前記流体レベルの低下に応ずる前記弁の下向きの動きを前記ポンプに対する第２の所定の位置へ制限するよう動作可能な第２の止め部を与える段階とを含む、請求項８９記載の方法。
【請求項９１】
前記循環段階は、前記流体空洞内の流体潤滑なしでの前記ポンプの動作を実質的に防止するために前記流体を循環させる段階を含む、請求項８６記載の方法。
【請求項９２】
前記弁を与える段階は、前記ポンプに摺動可能に結合された弁を与える段階を含み、前記弁を前記ポンプに対する所定の位置に解除可能に固定するよう動作可能なロックシステムを提供する段階を更に含む、請求項８６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して流体ポンプシステムの分野に係り、特に流体制御されたポンプシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプユニットは、流体を圧縮し、押し揚げ、移送するための種々の用途で用いられる。例えば、ポンプユニットは、地方自治体の上下水道事業用途、採掘及び／又は炭化水素利用及び生産用途、油圧モータ用途、及び民生品製造用途に使用されうる。プログレッシブ・キャビティ・ポンプ、遠心ポンプ、及び他の種類のポンプ装置といったポンプユニットは、一般的には流体の中に配置され、流体を圧縮するため、即ち流体の圧力を高めるため、異なる高さ間で流体を押し揚げるため、又は様々な目的地間で流体を移送するために用いられる。
【０００３】
しかしながら、従来のポンプユニットには幾つかの不利な点がある。例えば、従来のポンプユニットは、一般的には使用できる状態を維持するために何らかの形の潤滑を必要とする。例えば、プログレッシブ・キャビティ・ポンプは、一般的にはゴムの固定子の中に配置された回転子を含む。動作上、回転力が回転子へ分け与えられ、それにより流体をある高さから他の高さへ持ち上げるために回転子と固定子の間にコルクスクリューのような効果を生じさせる。プログレッシブ・キャビティ・ポンプの場合、流体潤滑なしに固定子に対する回転子の回転によって生ずる摩擦は、比較的短時間のうちにプログレッシブ・キャビティ・ポンプを故障させる場合が多い。一般的に、ポンプされている流体は、所望の潤滑を与える。しかしながら、ポンプユニットの入口に近くの流体レベルの変化は、ポンプユニット用の流体潤滑がないという結果を生じさせうる。このように、ポンプユニットにおける適切な流体潤滑を維持することは、ポンプ動作の性能及び寿命のために重要である。更に、遠心ポンプ用途では、ポンプすべき流体がないことはキャビテーションを生じさせうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ポンプユニットの流体潤滑の制御が向上した改善されたポンプシステムが必要とされている。本発明は、従来技術のポンプシステム及び方法の欠点に取り組んだ流体制御されたポンプシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施例によれば、流体制御されたポンプシステムは流体空洞内に配置されたポンプユニットを含む。ポンプユニットは、ポンプユニットのヘッドまで延びる通路を含む。システムはまた、通路に結合され通路を通じてポンプユニットのヘッドから外向きに流体を押すよう動作可能な圧力源を含む。システムはまた、通路に結合され通路内の流体の圧力を測定するよう動作可能な圧力センサを含む。システムは更に、ポンプユニットに結合され流体圧力に応じてポンプユニットの動作パラメータを調整するよう動作可能な制御器を含む。
【０００６】
本発明の他の実施例によれば、流体制御されたポンプ動作のための方法は、流体空洞内に配置されたポンプユニットを与える段階を含む。ポンプユニットは、ポンプユニットのヘッドまで延びる通路を含む。方法はまた、通路を通じてポンプユニットのヘッドから外向きに流体を押し、通路内の流体の圧力を測定する段階を含む。方法はまた、流体圧力に応じてポンプユニットの動作パラメータを自動的に調整する段階を含む。
【０００７】
本発明の他の実施例によれば、流体制御されたポンプシステムは、流体空洞内に配置されたポンプユニットを含む。ポンプユニットは、流体空洞からポンプされるべき流体を受けるよう動作可能な入口を含む。システムはまた、ポンプユニットに摺動可能に結合された弁を含む。弁はポンプユニットからのポンプ流体を受ける通路を含む。弁は更に、ポンプされた流体をポンプの入口へ循環させるために弁の通路をポンプユニットのポートに合わせるために、流体空洞内の流体レベルが低下するのに応じて、ポンプユニットに対して移動するよう動作可能である。
【０００８】
本発明の他の実施例によれば、流体レベル制御されたポンプ方法は、流体空洞内に配置されたプログレッシブ・キャビティ・ポンプを与える段階を含む。ポンプは、流体空洞内に配置された流体をポンプするための固定子／回転子部分を含む。固定子／回転子部分は、入口と出口を含む。方法はまた、ポンプに結合された弁を与える段階を含む。弁は、固定子／回転子部分からの流体を受けるよう動作可能である。方法は更に、流体空洞内の流体レベルの低下に応じて出口からの流体を弁を介して入口へ自動的に循環させる段階を含む。
【０００９】
本発明の更なる他の実施例によれば、流体レベル制御されたポンプシステムは、流体空洞内に配置されたプログレッシブ・キャビティ・ポンプを含む。ポンプは、流体空洞内に配置された流体をポンプするための固定子／回転子部分を含む。固定子／回転子部分は、入口と出口を含む。システムはまた、ポンプに結合され出口と連通するよう配置された弁を含む。弁は、流体空洞内の流体レベルの低下に応じて出口からの流体を入口へ循環させるよう動作可能である。
【００１０】
本発明は幾つかの技術的な利点を有する。例えば、本発明の１つの実施例では、システムは流体空洞内の流体のレベルに対応する流体空洞内の流体圧力を監視する。流体圧力に基づいて、システムは、動作中の正しい流体潤滑を確実とするようポンプユニットの動作パラメータを制御する。このように、流体レベルが流体空洞内で低下するにつれて、ポンプユニットの動作パラメータは変更されうる。例えば、流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、ポンプユニットの動作速度もまた低下し、それにより所望のポンプユニット潤滑を与えるために流体空洞内で略一定の流体レベルを維持しうる。更に、ポンプユニットの動作は、流体潤滑なしでのポンプユニットの動作を実質的に防止するために流体空洞内の流体レベルに基づいて停止されうる。
【００１１】
本発明の他の技術的な利点は、ポンプユニットの入口において物質が蓄積するのを略防止するフラッシュ（勢いよく流す）機能を与えることを含む。例えば、プログレッシブ・キャビティ・ポンプは、ポンプの回転子から下向きに延びポンプの入口の近くに配置された出口を有する内部通路を含みうる。流体は、ポンプの入口から物質の蓄積物をフラッシュし、所望であればポンプされた流体内の物質の懸濁を維持するよう、通路内で下向きに通路の出口から外向きに与えられうる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は更に幾つかの技術的利点を与える。例えば、本発明の１つの実施例では、ポンプユニットの流体潤滑は流体空洞内での流体レベルの変化に応じてポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させることによって維持される。例えば、本発明の１つの実施例によれば、弁は、ポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させるようポンプユニットの近くに配置される。従って、流体レベルが流体空洞内で低下するにつれて、弁は、流体潤滑なしでのポンプユニットの動作を実質的に防止するよう、ポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させる。１つの実施例では、弁はポンプユニットに摺動可能に結合されてもよく、それにより流体空洞内の流体レベルの変化に応じてポンプユニットに対する弁の動きを与える。
【００１３】
本発明の他の技術的な利点は、費用のかかるユーザ介入を必要とすることなくポンプユニットの信頼性を高めることを含む。例えば、本発明の１つの実施例によれば、弁はポンプユニットに摺動可能に結合され、それにより流体空洞内の流体レベルの変化に応じた弁の上向き及び下向きの動きを与える。弁は、流体空洞内の流体レベルの低下に応じてポンプユニットの潤滑を確実とするよう、ポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させ又は戻す。
【００１４】
他の技術的な利点は、図面、詳細な説明、及び特許請求の範囲を読むことにより当業者により容易に明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明及びその利点のより完全な理解のため、添付の図面とともに以下説明を行う。図１は、本発明の１つの実施例による流体制御されたポンプシステム１０を示す図である。図１の実施例では、システム１０は採掘及び／又は炭化水素生産用途の場合について示されている。しかしながら、システム１０は他のポンプ用途にも使用されうることが理解されるべきである。システム１０は、流体空洞１３へ延びるポンプユニット１２を含む。流体空洞１３は、一般的に、圧縮、押し揚げ、又は移送動作が行われるべき流体を含む。従って、図示の実施例では、ポンプユニット１２は表面１４から井戸穴１６へと下向きに延びる。この実施例では、ポンプユニット１２はプログレッシブ・キャビティ・ポンプ１８を含む。しかしながら、本発明が教示することを組み込んだ他の種類のポンプユニット１２が使用されうることが理解されるべきである。
【００１６】
ポンプ１８は、表面１４上に配置された基部２０と、井戸穴１６内に配置された固定子／回転子部分２２とを含む。固定子／回転子部分２２は、ハウジング２８の内面２６に結合された固定子２４を含む。固定子／回転子部分２２はまた、固定子２４に対する回転子３０の回転がコルクスクリュー状の効果を生じさせ、それにより空洞１３又は井戸穴１６内に置かれた流体３２を表面１４までポンプする又は揚げるよう、固定子２４内に配置された回転子３０を含む。本実施例では、流体３２は、水、炭化水素化合物、ボーリング泥水、削りくず、及び、井戸穴１６から表面１４へ一般的に持ち上げられる他の物質を含みうる。しかしながら、流体３２は、特定のポンプ用途で一般的に取り扱う場合のある他の物質を含みうる。
【００１７】
動作上、固定子／回転子部分２２の吸引端３４は、固定子２４に対する回転子３０の回転が、回転子３０と固定子２４の間に形成された入口３６を通って上向きに流体３２を引き出すよう井戸穴１６内に配置される。流体３２は、固定子／回転子部分２の中を上向きに進み、固定子２４と回転子３０の間に形成された出口４０を通って固定子／回転子部分２２の放出端３８から出る。流体３２は、ハウジング２８と駆動シャフト４４の間に形成された環状部４２内を上向きに進む。駆動シャフト４４の下端４６は、固定子２４に対する回転子３０の回転運動を与えるよう、回転子３０の上端４８に結合される。環状部４２を通って上向きに進む流体３２は、環状部４２から放出ポート５０を通って泥水用ピット又は他の場所（図示せず）へ外向きに向かう。例えば、流体３２は、放出ポート５０を通って炭化水素及び／又は他の物質を水から分離するための分離器（図示せず）へ導かれうる。しかしながら、流体３２は放出ポート５０から他の適当な処理システムへ導かれてもよいことが理解されるべきである。
【００１８】
井戸穴１６はまた、気体又は他の物質を井戸穴１６から外向きに導く放出ポート５２を含む。例えば、井戸穴１６内に置かれた気体は、ハウジング２８と、基部２０の井戸穴１６及びハウジング５６の両方との間に形成された環状部５４を通って上向きに進みうる。従って、井戸穴１６内の気体は、表面１４へ向かって上向きに導かれ、燃やされる（フレアされる）ため又は他の適当な処理要件に対応するために、ポート５２を通って放出されうる。
【００１９】
図１に示すように、ポンプユニット１２はまた、駆動シャフト４４と回転子３０を通って下向きに延びる中空の通路６０を含む。通路６０は、ポンプユニット１２に対する井戸穴１６内の流体３２の深さ６４が監視されうるよう、固定子／回転子部分２２の吸引端３４の近くに開放端６２を含む。通路６０の使用については、以下詳細に説明する。
【００２０】
システム１０はまた、空気圧力源７２、圧力センサ７４、制御器７６及び駆動モータ７８を含む。圧力源７２は、加圧された流体を通路６０内で下向きに導くためにポンプユニット１２の上端８０を通って通路６０に結合される。圧力源７２は、二酸化炭素、窒素、空気、メタン、又は他の適当な加圧された流体を含みうる。圧力センサ７４はまた、通路６０内の流体圧力を測定するために通路６０に結合される。
【００２１】
動作上、圧力源７２は、加圧された流体の比較的少ない又は制御された量又は体積が、一般的に参照番号９０で示されるように、通路６０の開放端６２から出るよう、通路６０内に下向きに加圧された流体を与える。例えば、圧力源７２は井戸穴１６内の流体３２の圧力よりもかなり大きい圧力で維持されえ、オリフィス絞り弁８２は摩擦圧力が概して無視できるようになるよう圧力源７２に結合されうる。しかしながら、通路６０の開放端６２を出る加圧された流体の制御された量又は体積を維持するために他の適当な方法及び装置が使用されうる。
【００２２】
圧力センサ７４は、通路６０の開放端６２から加圧された流体を追い出すために必要な通路６０内の圧力を測定するために用いられる。図１に示すように、通路６０の開放端６２から外向きに加圧された流体を追い出すために必要な圧力は、一般的にはポンプユニット１２の入口３６に近い流体３２のレベル又は深さ６４に対応する。従って、通路６０内の圧力はポンプユニット１２の入口３６に近い流体３２の深さ６４を測定するために使用されうる。
【００２３】
図１に更に示すように、圧力センサ７４は制御器７６に結合される。制御器７６は、通路６０内の圧力に対応する圧力センサ７４からの信号を受信するためのプロセッサ、ミニコンピュータ、ワークステーション、又は他の種類の処理装置を含みうる。制御器７６によってセンサ７４から受信された信号は、連続的なデータストリームを含んでもよく、周期的なデータ信号を含んでもよい。制御器７６は、センサ７４からの信号を受信し、通路６０内の流体圧力を監視する。通路６９内の圧力に基づいて、制御器７６はポンプユニット１２の動作パラメータを調整する。
【００２４】
例えば、図１に示すように、制御器７６は、ポンプユニット１２の動作パラメータを制御するために駆動モニタ７８に結合される。図１に示すように、駆動モータ７８は、固定子２４に対して回転子３０を回転させるためにポンプユニット１２の上端８０の近くで駆動モータ７８と駆動シャフト４４の間に結合されたベルト９２を介して駆動シャフト４４へ回転力を分け与える。このように、制御器７６は、圧力センサ７４から受信される圧力信号に基づいて駆動モータ７８に分け与えられる回転力を制御し、それにより表面１４への流体３２の流速を制御する。例えば、動作上、駆動モータ７８は、駆動モータ７８によって駆動シャフト４４へ分け与えられた回転力を調整するために制御器７６からの制御信号を受信する。
【００２５】
従って、動作上、ポンプユニット１２の動作パラメータは、「乾いた」又は非潤滑状況でポンプユニット１２が動作することを実質的に防止するために、井戸穴１６内の流体３２の量の変化に応じて変更される。例えば、図１に示すように、圧力源７２は、加圧された流体の比較的少ない又は制御された量又は体積が吸引端３４の近くで通路６０の開放端６２から出るよう、通路６０内に下向きに加圧された流体を与える。井戸穴１６内の流体３２の深さ６４の変化に応じて、加圧された流体を通路６０の開放端６２から外向きに追い出すのに必要な通路６０内の圧力もまた変化する。通路６０内の圧力の変化に基づいて、制御器７６は駆動モータ７８を介してポンプユニット１２の動作パラメータを調整する。従って、井戸穴１６内の流体３２の深さ６４が減るに従って、加圧された流体を開放端６２から外向きに追い出すのに必要とされる通路６０内の圧力もまた対応して減少する。通路６０内の圧力の減少に応じて、制御器７６は駆動モータ７８によって与えられる駆動シャフト４４の回転率を自動的に減少させ、それにより井戸穴１６から取り除かれる流体３２の流速を低下させる。このように、駆動シャフト４４の回転率は井戸穴１６内の流体３２のレベルの低下に応じて減少又は停止され、それにより井戸穴１６から出て外向きに流れる流体３２の速度を低下させ、適切な潤滑なしでのポンプユニット１２の動作を実質的に防止する。更に、井戸穴１６内の流体３２のレベルに基づいてポンプユニット１２の動作パラメータを調整することにより、本発明はまた井戸穴１６内で略一定の流体３２のレベルを維持する手段を与える。
【００２６】
従って、システム１０はまた、井戸穴１６内の流体３２の深さ６４の増加に応じて駆動シャフト４４の回転率を増加させるためにも使用されえ、それにより井戸穴１６からの流体３２の流速を高める。例えば、流体３２の深さ６４が井戸穴１６内で増加すると、通路６０の開放端６２から外向きに流体を追い出すのに必要な圧力もまた増加する。通路６０内の圧力の増加に応じて、制御器７６は、駆動シャフト４４に更なる回転力を与えるために駆動モータ７８を調整し、それにより流体３２の増加したポンプ体積を表面１４へ与える。
【００２７】
従って、本発明は、井戸穴１６内の流体３２の量又は深さ６４に基づいて井戸穴１６から表面１４への流体３２のポンプ動作の制御を高める。流体３２の深さ６４が増加又は減少すると、制御器７６は駆動モータ７８を介してポンプユニット１２の動作パラメータを調整し、それにより駆動シャフト４４の回転速度の対応する増加又は減少を夫々生じさせる。従って、本発明は、井戸穴１６内の流体３２のレベルが増加するのに応じて流体３２のポンプ動作を高めるため、及び／又は、井戸穴１６内の流体３２の量が減少するのに応じて井戸穴１６からの流体３２のポンプ動作を減少又は停止させるために使用されうる。
【００２８】
本発明はまた、ポンプユニット１２の入口３６における物質の蓄積を実質的に防止又は排除するために、流体空洞１３内での流体３２のフラッシュ（勢いよく流すこと）又は混合を与えうる。例えば、入口３６における物質の蓄積を実質的に防止し、流体３２内で物質の懸濁を維持するため、通路６０を通って下向きにポンプユニット１２の吸引端３４の近くで外向きに周期的な流体圧力バーストを与えるために電磁弁９６又は他の適当な装置が使用されうる。
【００２９】
図２は、本発明の他の実施例による流体制御されたポンプシステム１００を示す図であり、図３は、本発明の実施例による井戸穴１０４内の流体１０２レベルの低下の後の図２のシステムを示す図である。この実施例では、システム１００は、井戸穴１０４内の流体１０２を表面へポンプするために井戸穴１０４内に配置されたポンプユニット１０６を含む。図２及び図３に示すポンプユニット１０６は、プログレッシブ・キャビティ・ポンプ１０８を含む。しかしながら、本発明の教示による他の種類のポンプユニット１０６もまた使用されうることが理解されるべきである。
【００３０】
図１に関して上述したように、プログレッシブ・キャビティ・ポンプ１０８は、井戸穴１０４内の流体１０２を表面へ揚げるための固定子／回転子部分１１０を含む。例えば、図２及び図３に示すように、固定子／回転子部分１１０はポンプ１０８の固定子１１６内で回転可能な駆動シャフト１１４に結合される回転子１１２を含む。従って、固定子１１６に対する回転子１１２の回転は、固定子１１６に対する回転子１１２のコルクスクリュー状の動きが固定子／回転子部分１１０を通して流体１０２を揚げ、固定子／回転子部分１１０の出口１２０から外向きに流体１０２を追い出すよう、固定子／回転子部分１１０の入口１１８を通して流体１０２を引き出す。次に、流体１０２は固定子／回転子部分１１０の放出端１２２から駆動シャフト１１４とポンプユニット１０６のハウジング１２６の間に形成される環状部１２４を介して表面へ上向きに進む。
【００３１】
この実施例では、システム１００はまた、ポンプユニット１０６のハウジング１２６の回りに配置された弁１４０と、ポンプユニット１０６の吸引端１４４の近くに配置された逆止め弁１４２とを含む。弁１４０は、井戸穴１０４内の流体１０２レベルの変化がポンプユニット１０６に対する弁１４０の対応する上向き又は下向きの動きを生じさせるよう、ポンプユニット１０６のハウジング１２６に摺動可能に結合される。更に、この実施例では、弁１４０は、弁１４０が流体１０２内でポンプユニット１０６に対して浮動するよう、流体１０２の密度よりも実質的に小さい密度を有する流体、泡、又は他の物質で満たされうる。従って、例えば、内部室１４６は、窒素、二酸化炭素、泡、又は、流体１０２の密度よりも実質的に小さい密度を有する他の適当な流体又は物質で満たされうる。図２及び図３に示す実施例では、２つの内部室１４６が示されているが、ポンプユニット１０６に対して弁１４０が浮動するようにするためにより少ない又はより多い内部室１４６が使用されうることが理解されるべきである。弁１４０はポンプユニット１０６の回りに一緒に固定された２以上の部品から構成されてもよく、又は弁１４０は一体型ユニットとして構成されてもよい。例えば、逆止め弁１４２は、ポンプユニット１０６の回りの弁１４０の配置に従うようハウジング１２６（図示せず）に着脱可能に結合されうる。しかしながら、ポンプユニット１０６に対して弁１４０を位置決めするために他の適当な組み立法が使用されうることが理解されるべきである。
【００３２】
図２及び図３に示す実施例では、ハウジング１２６は一体に形成された上方止め部１５０と下方止め部１５２を含む。止め部１５０及び１５２は、井戸穴１０４内の流体１０２レベルの変化に応じてポンプユニット１０６に対する所定の位置への弁１４０の上向き及び下向きの動きを制限する。例えば、図２に示すように、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルが高くなるにつれ、弁１４０は弁１４０の上端１５４が止め部１５０に達するまでポンプユニット１０６に対して上向きに浮動する。同様に、図３を参照するに、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルが低くなるのに応じて、弁１４０は弁１４０の下端１５６が止め部１５２に達するまでポンプユニット１０６に対して浮動する。従って、以下詳述するように、止め部１５０及び１５２は、ポンプされる流体１０２の循環を容易とするよう、弁１４０を所定の位置でポンプユニット１０６に対して位置決めするようポンプユニット１０６上に配置される。
【００３３】
図２及び図３に示すように、弁１４０は、弁１４０上端１６２から弁１４０の下端１６４まで延びる通路１６０を含む。通路１６０は、井戸穴１０４内の流体１０２レベルが低下するのに応じてポンプされる流体１０２のうちの全て又は一部を固定子／回転子部分１１０の放出端１２２から固定子／回転子部分１１０の入口１１８へ循環させるための連通路を与える。ポンプされる流体１０２の循環については、図３を参照して以下詳述する。
【００３４】
システム１００はまた、弁１４０をポンプユニット１０６に対して所定の各位置に解除可能に固定するロックシステム１７０を含む。この実施例では、ロックシステム１７０はバネ１７４を介してハウジング１２６へ向かって弁１２０に対して内向きに付勢されたロック素子１７２を含む。ハウジング１２６は、弁１４０をポンプユニット１０６に対して所定の各位置に解除可能に固定するためにロック素子１７２を受容するよう構成される一体に形成された凹部１７６及び１７８を含む。例えば、図２に示すように、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルの上昇に応じて、弁１４０は、ロックシステム１７０が弁１４０を解除可能に固定する上向きに移動された位置までポンプユニット１０６に対して上向きに浮動する。以下詳述するように、ロックシステム１７０は、井戸穴１０４内の流体１０２の乱流又は井戸穴１０４内の流体１０２の小さな変化の結果として、ポンプユニット１０６に対する弁１４０の望ましくない動きを実質的に防止する。ロックシステム１７０はまた、ポンプユニット１０６を作動するために必要な力を実質的に減少させるために弁１４０をポンプユニット１０６に対して所定の位置に固定する機構を与える。
【００３５】
図３に示すように、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルが低下するのに応じて、弁１４０は、ロックシステムが弁１４０を解除可能に固定する下向きに移動された位置まで動く。ロックシステム１７０は流体１０２によって支持されない弁１４０の重さが内向きのバネ１７４の力よりも大きいよう構成されえ、それにより井戸穴１０４内の流体１０２のレベルの低下に応じて上向きに移動した位置から弁１４０の解放を生じさせる。このように、以下詳述するように、ロックシステム１７０は、ポンプされる流体１０２の循環を容易とするため、又はポンプされる流体１０２の循環を停止するため、弁１４０をポンプユニット１０６に対する所定の位置に解除可能に固定する。
【００３６】
図２及び図３に示すように、ポンプユニット１０６は、固定子／回転子部分１１０の放出端１２２の近くにハウジング１２６の壁１９２に形成されたポート１９０を含む。ポンプユニット１０６はまた、固定子／回転子部分１１０の入口１１８の近くにハウジング１２６の壁１９２に形成されたポート１９４を含む。Ｏリングのエラストマーシール又は他の適当なシール部材といったシール１９８は、弁１４０に対するポート１９０及び１９４の回りの流体１０２の望ましくない漏れを防止するために、ポート１９０及び１９４の両側に配置される。
【００３７】
逆止め弁１４２は、逆止め弁１４２の内部領域２０２内に配置された逆止め弁１４２の入口２０４の寸法よりも大きい寸法のボール又は球体２００を含み、球体２００は、内部領域２０２から入口２０４を通る流体１０２の通過を実質的に防止するよう逆止め弁１４２の座領域２０６によって受容されうる。しかしながら、内部領域２０２から入口２０４を通る流体１０２の通過を実質的に防止するために、卵形等の他の適当な形状又はフラッパ等の装置が使用されうることが理解されるべきである。以下詳述するように、逆止め弁１４２は、循環される流体１０２を入口１１８へ導くためにポンプユニット１０６の固定子／回転子部分１１０の入口１１８の近くに配置される。
【００３８】
動作上、井戸穴１０４内の流体１０２の概して高いレベル又は高くされたレベルは、図２に示すように、弁１４０をポンプユニット１０６に対して上向きに移動させる。ロックシステム１７０は、弁１４０の通路１６０がポート１９０及び１９４と一致しないよう上向きに移動した位置に弁１４０を解除可能に固定し、それにより流体１０２が固定子／回転子部分１１０の出口１２０から放出されることを防止する。従って、動作上、固定子１１６に対する回転子１１２の回転は、流体１０２を逆止め弁１４２の入口２０４を通って内向きに、また、逆止め弁１４２の内部領域２０２の中へ引き出す。流体１０２は更に、固定子／回転子部分１１０の入口１１８へ引き入れられ、上述のように出口１２０から放出される。上向きに移動した位置では、弁１４０の通路１６０はポート１９０に合わされておらず、従ってポンプされる流体１０２が環状部１２４を介して表面へ上向きに進むことを可能とする。ロックシステム１７０は、井戸穴１０４内での流体１２０のレベルの小さい変動又は乱れに応ずる弁１４０の望ましくない動きを防止するよう上向きに移動された位置に弁１４０を解除可能に固定する。更に、止め部１５０は弁１４０の更なる上向きの動きを防止し、ロックシステム１７０の係合に適応する。
【００３９】
井戸穴１０４内の流体１０２のレベルが低下すると、図３に示すように、弁１４０は、ロックシステム１７０が部１４０を下向きに移動した位置に解除可能に固定する位置までポンプユニット１０６に対して下向きに進む。図３に示す弁１４０の位置では、通路１６０の入口２０８はポート１９０に合っており、従って固定子／回転子部分１１０の放出端１２２から通路１６０へのポンプされる流体１０２のうちの全て又は一部を受ける。更に、図３に示す下向きに移動された弁１４０の位置では通路１６０の出口２１０はポート１９４に合っており、従って通路１６０内の流体を逆止め弁１４２の内部領域２０２及び入口１１８へと連通させる。
【００４０】
図３に示すように、表面への上向きの流体１０２の流速が低下することにより、球体２００は下向きに動き、逆止め弁１４２の座領域２０６に対して着座し、それによりポート１９４を通って受け取る循環される流体１０２が入口２０４から出ることを実質的に防止する。従って、ロックシステム１７０は、流体１０２の循環を夫々行わせるか停止させるために、及び、ポンプユニット１０６に対する弁１４０の調節を実質的に減少させるか、なくすために、開位置又は閉位置への弁１４０の確実な配置を与える。更に、ロックシステム１７０は、弁１４０を完全に開いた位置へ解除可能に固定し、それにより流体１０２の循環を生じさせることによって、例えば回転子１１２を回転させるのに必要な電力といったポンプユニット１０６を動作させるのに必要な電力を実質的に減少させる。
【００４１】
従って、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルの低下に応じて、弁１４０は、固定子／回転子部分１１０の放出端１２２からのポンプされる流体１０２のうちの全て又は一部を固定子／回転子部分１１０の入口１１８へ戻るよう循環させるために弁１４０はポンプユニット１０６に対して下向きに動き、それによりポンプユニット１０６が「乾いた」非潤滑状況で動作することを実質的に防止するよう、流体１０２の入口１１８への連続的なループを与える。弁１４０の通路１６０は、図３に示す下向きに移動した位置において放出端１２２と入口１１８の間に流体連通路を与え、それにより井戸穴１０４内での流体１０２のレベルの低下に応じて、ポンプされた流体１０２を固定子／回転子部分１１０の入口へ循環させる。通路１６０と、ポート１９０及び１９４は、流体１０２の全て又は一部を循環させるような寸法とされうる。
【００４２】
同様に、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルが高くなると、弁１４０はポンプユニット１０２に対して上向きに図２に示す上向きに移動した位置まで進む。上述のように、ロックシステム１７０は、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルの上昇により、バネ１７４からの通常内向きの力よりも大きい上向きの力を弁１４０に生じさせ、それより弁１４０は下向きに移動した位置から取り外される。弁１４０がポンプユニット１０６に対して上向きに進むか浮動すると、通路１６０はポート１９０及び１９４とは合わなくなり、それにより入口１１８への流体１０２の循環を停止する。シール１８９は、ポート１９０及び１９４を通る全ての望ましくない流体１０２の流れを実質的に防止する。従って、ポンプユニット１０６に対する弁１４０の上向きの動きは、ポンプされる流体１０２を表面へ上向きに再び向かわせる。
【００４３】
このように、本発明は、井戸穴１０４内の流体１０２のレベルの変化に応じて、ポンプされる流体１０２をポンプユニット１０６の入口１１８へ自動的に循環させる流体レベル制御されたポンプシステムを提供する。従って、本発明は、井戸穴内の流体レベルが下がっている間ポンプ装置の潤滑状況を維持することにより従来技術のポンプシステムよりも高い信頼性を与え、それによりポンプ装置の寿命を長くする。更に、本発明は操作者又はユーザによる手動の介入とは独立に動作し、従って信頼性が高まり使い勝手がよい。
【００４４】
図４は、本発明の実施例による流体レベル制御されたポンプ方法を示すフローチャートである。方法は、ポンプユニット１２が井戸穴１６内に配置されるステップ２００から始まる。上述のように、ポンプユニット１２は、プログレッシブ・キャビティ・ポンプ１８又は他の適当な種類のポンプユニットを含みうる。ステップ２０２において、圧力源７２は、流体の制御された体積を通路６０を介して井戸穴へ下向きに押し進めるために用いられる。上述のように、図１に示すプログレッシブ・キャビティ・ポンプ１８では、加圧された流体は通路６０を介して回転子３０を通って下向きに押し進められる。しかしながら、通路６０はそうでなければ、通路６０の端６２がポンプユニット１２の吸引端３４の近くに配置されるよう、ポンプユニット１２に対して配置又は構成されてもよい。
【００４５】
ステップ２０４において、加圧された流体は、ポンプユニット１２の吸引端３４の近くの通路６０の端６２から外向きに追い出される。ステップ２０６において、制御器７６は、センサ７４から受信される信号を介して通路６０内の圧力を監視する。上述のように、センサ７４は通路６０に結合され、井戸穴１６内の流体３２の深さ６４に対応する通路６０内の流体圧力を測定する。ステップ２０８において、制御器７６は、通路６０内で圧力の変化が生じたかどうかを判定し、井戸穴１６内の流体３２のレベルの変動を示す。制御器７６は、対応する流体３２のレベルの変動がポンプユニット１２の動作パラメータの変化を保証する前に、通路６０内の圧力の変動が所定の量を超えねばならないよう、命令を処理すること及び／又はプログラムすることを含みうる。しかしながら、別の方法としては、制御器７６は、通路１６内の圧力の変動に基づいてポンプユニット１２の動作パラメータを自動的に調整するよう構成されうる。
【００４６】
判定ステップ２１０において、通路６０内の圧力が増加したかどうかが判定される。通路６０内の圧力が増加した場合、方法はステップ２１０から、制御器７６がポンプユニット１２を介して流体３２の流速の上昇を始めるステップ２１２へ進む。上述のように、制御器７６はポンプ流速を高めるためにポンプユニット１２の動作パラメータを調整するために駆動モータ７８に対して制御信号を送信する。圧力の増加が生じていなければ、方法は、ステップ２１０からステップ２１４へ進む。
【００４７】
判定ステップ２１４において、通路６０内の圧力が減少したかどうかが判定される。通路６０内の圧力が減少した場合、方法は、ステップ２１６から、制御器７６がポンプユニット１２を介して流体３２の流速の低下を始めるステップ２１８へ進む。上述のように、制御器７６は表面１４へポンプされる流体３２のポンプ流速を低下させるために駆動モータ７８に対して制御信号を送信する。通路６０内で圧力の減少が生じていなければ、方法は、ステップ２１６から、通路６０内の圧力の更なる監視が必要であるかどうかが判定されるステップ２２０へ進む。更なる圧力監視が必要であれば、方法はステップ２０６へ戻る。更なる監視が必要でなければ、方法は完了する。
【００４８】
このように、本発明は、「乾いた」又は非潤滑状況でポンプユニットが動作することを実質的に防止し、それによりポンプユニットの動作寿命を長くするために、効率的な流体制御されたポンプシステムを提供する。本発明は、また、最小限の手動での操作及び監視を必要とし、それによりポンプ動作の効率性を高める流体レベル制御されたポンプシステムを提供する。
【００４９】
本発明について詳述したが、当業者に対して種々の変化及び変更が提案されうる。本発明は、添付の請求の範囲に含まれるかかる変化及び変更を包含するものであることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例による流体制御されたポンプシステムを示す図である。
【図２】本発明の他の実施例による流体制御されたポンプシステムを示す図である。
【図３】本発明の一実施例による流体空洞内の流体レベルに変化があった後の図２に示す流体制御されたポンプシステムを示す図である。
【図４】本発明の一実施例による流体レベル制御されたポンピングの方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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