(57)【要約】コンプレッサ型液封式ポンプは、所定の量の気体と所定の量の封液を収容する寸法に設定された内部作動領域を画定するハウジングと、ハウジングに連結され、吸入チャネル、排出空間および円錐形封止領域を画定するポンプヘッドと、吸入チャネルに入る所定の量の気体を制御するために開位置と閉位置の間で可動の吸入弁と、を備える。貯蔵部は所定の量の封液を内蔵し、ポンプ排出路は排出空間と貯蔵部の間の流体連通を提供し、第１の導流部材は、貯蔵部と吸入チャネルに連結され、貯蔵部と吸入チャネルの間で流体連通を提供する第１の弁を含む。第２の導流部材は、貯蔵部と円錐形封止領域に連結され、貯蔵部と円錐形封止領域の間で流体連通を提供する第２の弁を含み、ロータは、シャフトによって回転可能に支持され、ロータは、少なくとも部分的に作動領域の中に配置され、ポンプは、起動モードでは、第１の導流部材のみを介して封液を作動領域に吸引し、通常動作中は、第１の導流部材のみを介して、封液を作動領域に吸引するように動作可能である。【選択図】図１
2018501429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を圧縮するように構成された液封式ポンプを起動する方法において、
貯蔵部内に所定の量の封液を提供し、コンプレッサを起動する前に、前記貯蔵部とポンプヘッド吸入チャネルが同じ圧力であることと、
前記ポンプヘッド吸入チャネルと前記貯蔵部の間に第１の流体接続を提供することと、
前記ポンプヘッド吸入チャネルの気体導入開口部の閉位置に吸入弁を移動させることによって、前記弁を通過することができる前記所定の量の気体を第１の量に制限することと、
前記液封式ポンプの起動シーケンスを開始することにより、前記ポンプヘッド吸入チャネルを部分的に真空引きし、前記液封式ポンプは、起動時に、前記第１の量を超える気体を吸引する動作が可能であることと、
圧力差に応答して前記第１の流体接続を介して前記貯蔵部から流体を吸引することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ポンプ排出口に圧縮気体と封液の混合物を排出し、前記起動シーケンスの終了時に前記ポンプ排出口は前記ポンプヘッド吸入チャネルより高い圧力を有することと、
前記ポンプ排出口の昇圧に応答して前記貯蔵部の圧力を増加させることと、を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の流体接続を介して前記ポンプに封液を向けることと、
所定の値を超える前記貯蔵部の内部の圧力に応答して前記第１の流体接続の弁を閉じて、前記第１の流体接続の流れを妨げることと、
を更に含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記吸入弁を開位置に移動させて、前記液封式ポンプに第２の量の気体を入れることを可能にし、前記第２の量は前記第１の量より大きいことを更に含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
消費電力対封液の比率が０．７５ＧＰＭ／ＨＰ以下となる、ポンプヘッド吸入チャンバに入る体積の気体の仕事量に対する体積で、前記ポンプヘッド吸入チャンバに前記封液を流すことを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
ポンプヘッドは、吸入チャネル、排出空間、および円錐形封止領域を画定し、第１の流路は前記封液を前記ポンプヘッド吸入チャネルに直接向かわせ、第２の流路は前記封液を前記円錐形封止領域に直接向かわせる請求項３記載の方法。
【請求項７】
所定の量の気体と所定の量の封液を収容する寸法に設定された内部作動領域を画定するハウジングと、
前記ハウジングに連結され、吸入チャネル、排出空間、および円錐形封止領域を画定するポンプヘッドと、
前記吸入チャネルに入る所定の量の気体を制御するために開位置と閉位置の間で可動の吸入弁と、
所定の量の封液を内蔵する貯蔵部と、
前記貯蔵部と前記吸入チャネルに連結され前記貯蔵部と前記吸入チャネルの間の流体連通を提供する第１の弁を含む第１の導流部材と、
前記貯蔵部と前記円錐形封止領域に連結され前記貯蔵部と前記円錐形封止領域の間で流体連通を提供する第２の弁を含む第２の導流部材と、
シャフトによって回転可能に支持され、少なくとも部分的に作動領域の中に配置され、吸入圧で前記吸入チャネルから前記気体を吸引し、吸入圧より高い排出圧で前記排出空間に前記気体を排出するように操作可能であるロータと、を備え、
起動中、前記吸入弁が前記閉位置に移動して、前記第１の弁は開かれ、前記第２の弁は閉じられ、通常動作中、前記吸入弁は前記開位置に移動して、前記第１の弁は閉じられ、前記第２の弁は開かれることを特徴とするコンプレッサ型液封式ポンプ。
【請求項８】
前記吸入チャネル、前記排出空間および前記円錐形封止領域は、互いに分離している請求項７記載の液封式ポンプ。
【請求項９】
前記第１の弁が逆止め弁である請求項７記載の液封式ポンプ。
【請求項１０】
前記第２の弁が逆止め弁である請求項７記載の液封式ポンプ。
【請求項１１】
起動モード動作中、前記ロータの回転は、前記貯蔵部に対して前記吸入チャネルの中に低圧領域を形成し、前記封液は前記吸入チャネルと前記貯蔵部の間の圧力差に応答して少なくとも部分的に前記吸入チャンバに吸引される請求項７記載の液封式ポンプ。
【請求項１２】
前記気体と前記封液を分離するように操作可能な分離部に、排出チャンバを流体接続する排出流路を更に備え、前記貯蔵部は前記分離部の一部として形成される請求項７記載の液封式ポンプ。
【請求項１３】
前記ロータの回転が前記排出空間、前記分離部および前記貯蔵部の中の圧力を増加させる請求項１２記載の液封式ポンプ。
【請求項１４】
通常モード動作中、前記貯蔵部の中の圧力が前記円錐形封止領域の中の圧力より大きく、前記封液は、前記貯蔵部と前記円錐形封止領域の間の圧力差に応答して、少なくとも部分的に、前記貯蔵部から前記円錐形封止領域に流れる請求項１３記載の液封式ポンプ。
【請求項１５】
所定の量の気体と所定の量の封液を収容する寸法に設定された内部作動領域を画定するハウジングと、
前記ハウジングに連結され、吸入チャネル、排出空間および円錐形封止領域を画定するポンプヘッドと、
前記吸入チャネルに入る前記所定の量の気体を制御するために開位置と閉位置の間で可動の吸入弁と、
所定の量の封液を内蔵する貯蔵部と、
前記排出空間と前記貯蔵部の間の流体連通を提供するポンプ排出路と、
前記貯蔵部と前記吸入チャネルに連結され前記貯蔵部と前記吸入チャネルの間で流体連通を提供する第１の弁を含む第１の導流部材と、
前記貯蔵部と前記円錐形封止領域に連結され前記貯蔵部と前記円錐形封止領域の間で流体連通を提供する第２の弁を含む第２の導流部材と、
シャフトによって回転可能に支持され、少なくとも部分的に前記作動領域の中に配置されたロータと、を備え、
前記ポンプは、起動モードでは、前記第１の導流部材のみを介して前記封液を前記作動領域に吸引し、通常動作中は、前記第２の導流部材のみを介して、前記封液を前記作動領域に吸引するように動作可能であることを特徴とするコンプレッサ型液封式ポンプ。
【請求項１６】
前記第１の弁及び前記第２の弁のうち１つが逆止め弁である請求項１５記載の液封式ポンプ。
【請求項１７】
起動モード動作中、前記ロータの回転は、前記貯蔵部に対して前記吸入チャネルの中に低圧領域を形成し、前記封液は前記吸入チャネルと前記貯蔵部の間の圧力差に応答して少なくとも部分的に前記吸入チャンバに吸引される請求項１５記載の液封式ポンプ。
【請求項１８】
前記気体と前記封液を分離するように操作可能な分離部に、排出チャンバを流体接続する排出流路を更に備え、前記貯蔵部は前記分離部の一部として形成される請求項１５記載の液封式ポンプ。
【請求項１９】
前記ロータの回転が前記排出空間および前記貯蔵部の中の圧力を増加させる請求項１８記載の液封式ポンプ。
【請求項２０】
通常モード動作中、前記貯蔵部の中の圧力が前記円錐形封止領域の中の圧力より大きく、前記封液は、前記貯蔵部と前記円錐形封止領域の間の圧力差に応答して、少なくとも部分的に、前記貯蔵部から前記円錐形封止領域に流れる請求項１５記載の液封式ポンプ。
【請求項２１】
起動モードおよび通常モードにおいて動作可能である液封式ポンプに封液を供給する方法において、
所定の量の封液を内蔵する貯蔵部と、ポンプヘッド吸入チャネルと、排出空間とを、それぞれ前記起動モードの動作を開始する前に大気圧にすることと、
前記起動モードを開始することと、
前記起動モード動作中、前記吸入チャネルに入る気体の流れを絞って前記吸入チャネルの中に低圧領域を形成することと、
前記吸入チャネルの低圧領域に応答して前記封液を第１の流路を介して前記吸入チャネルに吸引することと、
前記起動モードの動作に応答して前記排出空間と前記貯蔵部の中で昇圧することと、
前記吸入チャネルに入る前記気体の流れの絞りを減らして前記通常モードに移行することと、
前記第１の流路の弁を閉じて前記吸入チャネルに入る前記封液の流れを防止することと、
前記貯蔵部の中の昇圧に応答して前記ポンプに前記封液を導くために第２の流路の弁を開くことと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、封液導入流路を有するコンプレッサ型液封式ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液封式ポンプおよびその動作は、周知である。一般に、液封式ポンプは、実行中、ポンピングチャンバを画定する液体リングを利用する。リングは、シャフトの軸から偏心している。シャフトは、ロータを回転させる。液体リングの径方向内側面は、吸入ゾーンにおいてシャフトから径方向に間隔をあけて配置されているので、ロータの隣接する複数のブレードから形成された複数のバケットを、吸入ポートを通ってポンプの作動室に入る気体で満たすことができる。吸入ポートは、ポンプヘッド吸入口の下流にある。複数のバケットは、吸入ポートを通過する際に、気体で充填される。吸入ポートは、複数のロータブレードから形成される開口部に延伸する部材にあってもよく、ポート板にあってもよい。
【０００３】
複数のバケット内の気体を圧縮し、ポンプの排出口に通じる排出ポートに気体を強制的に通過させるために、圧縮ゾーンの液体リングの径方向内側面は、シャフトに対して配向される。リングは、シャフトに対して偏心した方向に配置されていることにより、複数のバケット内の気体を圧縮する。ここで、「配向」とは、液体リングの径方向内側面が、吸入ゾーンに沿った方向と比べて、圧縮ゾーンに沿った径方向のシャフトの軸に対して非常に近いことを意味する。Ｂｉｓｓｅｌｌの米国特許第４４９８８４４号は、液封式ポンプの作動方法およびその基本構成の一部の概説的な説明を提供するものである。
【０００４】
液封式ポンプは、コンプレッサ型液封式ポンプとして公知のカテゴリのポンプを含む。これらのポンプは、封液流路を含み、封液は封液流路に沿ってポンプのヘッドおよび作動室内に流入する。一つには、封液は隙間からの気体の漏出を防止するために、隙間を封止する。例えば、作動室に通じる吸入ポートを備える円錐形ポート部材とシャフトとの間の隙間を封止するために、封液が必要とされる。封液流路は、吸入ポートに通じるポンプヘッド吸入チャネルの外側で、封液が作動室に入ることを確実にするように、作動室およびポンプの他の部分および領域に対して配向される。また、封液流路は、複数のバケットと作動室の吸入ゾーンの液体リングから形成される空隙部の外側で、封液が作動室に入ることを確実にするように配向される。封液がこれらの領域に入らず、これらの領域の外側に入るように構成することで、封液（非圧縮性流体）がこれらの領域の空間を占有して、吸入気体と置換するのを防止する。よって、これらの領域の外側に封液を供給することにより、封液が吸入気体で充填可能な空隙部に取って代わらないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４４９８８４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
公知のシステムにおいて、起動中、封液は入口領域から隙間に入り、隙間は封液によって封止されるが、この入口領域の圧力は、入口領域に対して遠位にあり、かつ上流にある流路に沿った封液の圧力に近い。入口領域は、円錐形封止領域にあってもよい。入口領域に近接する封液流路の一部に沿って入口領域に封液が流れるのに十分な圧力差を生じさせるために、流路に流体接続し、かつ入口領域の上流にあるポンプを別途使用していた。ポンプは、入口の上流の封液を、入口の圧力よりも十分に高い起動圧にする。より高い圧力によって、封液は隙間に圧入される。起動後、ポンプ排出口の圧力は昇圧する。入口よりも遠位の流路は、ポンプ排出口と流路接続し、かつポンプ排出口の下流にある。よって、入口よりも遠位の流路の部分における封液は、排出圧を有する。したがって、実行モードの間、排出圧の封液は、流路の近位部に沿って、入口領域及び隙間に圧入される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一例は、コンプレッサ型液封式ポンプ・パッケージとして例示される。コンプレッサ型液封式ポンプ・パッケージは、起動中に、別個のポンプを設けることなく、封液によって封止されるべき隙間に封液の流路を提供するものである。コンプレッサ型液封式ポンプ・パッケージは、ポンプ・パッケージのポンプ排出口に流体接続し、かつポンプ排出口の下流にある封液流路を備える。封液流路の一部は、入口領域に近接する。近位部は、入口領域と流体接続し、かつ入口領域の上流にある。入口領域は、封液流路の一部と考えることができる。入口領域は、好ましくは、ポンプ・パッケージのポンプヘッド吸入チャネルの一部を備える。封液流路は、封液導入経路と称してもよい。
【０００８】
起動中、入口領域の圧力Ｐｉは、入口領域よりも遠位の封液流路の一部に沿っている封液の圧力Ｐｄよりも十分に小さい。遠位部は、封液流路が封液を供給される封液供給源に近接している。封液流路の遠位部は、近位部の上流にある。別個のポンプが無くとも起動時に十分な圧力差があり、この圧力差は、別個のポンプが無くとも、ポンプロータの動作によって生じる。入口領域の圧力は、起動中は０または略０である。ここで、「十分な圧力差」は、起動中、入口領域の上流にある十分な容量の封液が流路に沿って入口領域に流れることを、意味する。「十分な容量」は、隙間を満たし、また、ポンプの適正な動作を可能にする量である。本発明の他の態様は、発明の詳細な説明および添付の図面を考慮することにより明らかとなるだろう。
【０００９】
一の形態において、気体を圧縮するように構成された液封式ポンプを起動する方法は、貯蔵部内に所定の量の封液を提供し、コンプレッサを起動する前に、貯蔵部とポンプヘッド吸入チャネルが同じ圧力であることを含む。該方法は、ポンプヘッド吸入チャネルと貯蔵部の間に第１の流体接続を提供し、ポンプヘッド吸入チャネルの気体導入開口部の閉位置に吸入弁を移動させることによって、弁を通過することができる所定の量の気体を第１の量に制限し、液封式ポンプの起動シーケンスを開始することにより、ポンプヘッド吸入チャネルを部分的に真空引きすることを更に含む。液封式ポンプは、起動時に、第１の量を超える気体を吸引する動作が可能である。該方法は、圧力差に応答して第１の流体接続を介して貯蔵部から流体を吸引することを更に含む。
【００１０】
他の形態において、所定の量の気体と所定の量の封液を収容する寸法に設定された内部作動領域を画定するハウジングと、ハウジングに連結され、吸入チャネル、排出空間、および円錐形封止領域を画定するポンプヘッドと、吸入チャネルに入る所定の量の気体を制御するために開位置と閉位置の間で可動の吸入弁と、を備えるコンプレッサ型液封式ポンプを提供する。貯蔵部は、所定の量の封液を内蔵し、第１の導流部材は、貯蔵部と吸入チャネルに連結され、貯蔵部と吸入チャネルの間の流体連通を提供する第１の弁を含み、第２の導流部材は、貯蔵部と円錐形封止領域に連結され、貯蔵部と円錐形封止領域の間で流体連通を提供する第２の弁を含む。ロータは、シャフトによって回転可能に支持され、ロータは、少なくとも部分的に作動領域の中に配置され、吸入圧で吸入チャネルから気体を吸引し、吸入圧より高い排出圧で排出空間に気体を排出するように操作可能である。起動中、吸入弁が閉位置に移動して、第１の弁は開かれ、第２の弁は閉じられ、通常動作中、吸入弁は開位置に移動して、第１の弁は閉じられ、第２の弁は開かれる。
【００１１】
さらに別の形態において、コンプレッサ型液封式ポンプは、所定の量の気体と所定の量の封液を収容する寸法に設定された内部作動領域を画定するハウジングと、ハウジングに連結され、吸入チャネル、排出空間および円錐形封止領域を画定するポンプヘッドと、吸入チャネルに入る所定の量の気体を制御するために開位置と閉位置の間で可動の吸入弁と、を備える。貯蔵部は所定の量の封液を内蔵し、ポンプ排出路は排出空間と貯蔵部の間の流体連通を提供し、第１の導流部材は、貯蔵部と吸入チャネルに連結され、貯蔵部と吸入チャネルの間で流体連通を提供する第１の弁を含む。第２の導流部材は、貯蔵部と円錐形封止領域に連結され、貯蔵部と円錐形封止領域の間で流体連通を提供する第２の弁を含み、ロータは、シャフトによって回転可能に支持され、ロータは、少なくとも部分的に作動領域の中に配置され、ポンプは、起動モードでは、第１の導流部材のみを介して封液を作動領域に吸引し、通常動作中は、第２の導流部材のみを介して、封液を作動領域に吸引するように動作可能である。
【００１２】
さらに別の形態において、起動モードおよび通常モードにおいて動作可能である液封式ポンプに封液を供給する方法は、所定の量の封液を内蔵する貯蔵部と、ポンプヘッド吸入チャネルと、排出空間とを、それぞれ起動モードの動作を開始する前に大気圧にすることを含む。該方法は、さらに、起動モードを開始することと、起動モード動作中、吸入チャネルに入る気体の流れを絞って吸入チャネルの中に低圧領域を形成し、吸入チャネルの低圧領域に応答して封液を第１の流路を介して吸入チャネルに吸引することと、を含む。該方法は、起動モードの動作に応答して排出空間と貯蔵部の中で昇圧することと、吸入チャネルに入る気体の流れの絞りを減らして通常モードに移行することと、第１の流路の弁を閉じて吸入チャネルに入る封液の流れを防止することと、貯蔵部の中の昇圧に応答してポンプに封液を導くために第２の流路の弁を開くことと、を更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る液封式ポンプ・パッケージの模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る液封式ポンプ・パッケージの切欠側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施例において、液体／気体分離部１１は、コンプレッサ型液封式ポンプ・パッケージ１７のポンプヘッド１５において、ポンプ排出口１３と流体接続し、ポンプ排出口１３の下流にある。封液貯蔵部１９は、液体／気体分離部１１と流体接続し、液体／気体分離部１１の下流にある。封液流路２１は、封液貯蔵部１９、分離部１１およびポンプ排出口１３と流体接続している。封液流路２１は、これらの要素の各々の下流にある。本明細書で用いられる「下流」および「上流」という用語は、流れの方向に関するものである。したがって、ＡがＢよりも上流である場合には、ＡとＢの間に流体接続があり、流体接続の方向はＡからＢに向かっている。
【００１５】
コンプレッサ型液封式ポンプ・パッケージ１７が動作するとき、排出流方向で排出流路２２ａに沿って、分離部１１は、ポンプ排出口１３から気体と液体の混合物２２ｂを供給される。分離部１１は、液体を気体から分離する。収集流方向および収集流路２４ａに沿って、分離液は、貯蔵部１９に集められる。貯蔵部は、封液供給源と称してもよい。
【００１６】
封液流路２１は、貯蔵部１９の中の分離液と貯蔵部に加わった外側の液体を、入口領域２６と流体接続させる。封液流路２１の部分２１ａは、入口領域２６に近接し、入口領域２６と流体接続する。入口領域２６は、封液流路２１の近位部２１ａの下流にある。近位部２１ａは、貯蔵部１９と流体接続しているが、貯蔵部１９までと比較しても、貯蔵部１９と封液流路２１の間を接続する構造２７までと比較しても、入口領域２６に近い。その距離は、封液流路２１に沿って測定される。近位部２１ａと比較して、封液流路の部分２１ｂは、入口領域２６から遠位にある。遠位部は、近位部の上流にあり、近位部と流体接続している。構造２７は、遠位部２１ｂを貯蔵部１９に接続する。封液流路に沿って測定すると、遠位部２１ｂは、近位部２１ａよりも貯蔵部１９に近い。遠位部２１ｂは、近位部２１ａを封液供給源に接続する。
【００１７】
入口領域２６は、封液流路２１の一部と考えることができる。入口領域２６は、好ましくは、空間を備える。空間は、好ましくは、ポンプヘッド１５の一部である。空間は、好ましくは、ポンプヘッド１５の吸入チャネル３１に通じている気体入口２９の下流にあり、ポンプ・パッケージ１７の作動室３６に通じている吸入ポート３３の上流にある。気体入口２９、吸入チャネル３１および吸入ポート３３は、互いに流体接続している。気体は、気体入口２９から吸入チャネル３１に、そして、吸入チャネル３１から吸入ポート３３を介して作動室３６に至る気体の流路３５ａに沿って流れ方向で進行していく。吸入ポート３３は、ポンプヘッド１５の吸入チャネル３１の下流にある。入口領域２６の空間は、気体入口２９、吸入チャネル３１および吸入ポート３３と流体接続している。入口２６の空間は、好ましくは、少なくとも吸入チャネル３１と流体接続し、好ましくは、吸入チャネル３１の少なくとも一部からなる。吸入チャネル３１は、好ましくは、入口領域２６の少なくとも一部の空間からなる。入口領域２６の空間の一部は、ポンプヘッドの外表面を貫通する開口部であってもよい。外表面を貫通する開口部は、ポンプヘッド１５の吸入チャネル３１に通じる気体入口２９以外の部分である。吸入ポート３３は、円錐部５１の中にある。円錐部５１は、吸入ポート３３を有する円錐形ポートである。
【００１８】
あるいは、入口領域２６の空間は吸入チャネル３１に通じる気体入口２９であってもよく、または、入口領域２６の空間は吸入チャネルの出口であってもよい。より広い意味で、入口領域２６の空間が、この空間の圧力Ｐｉが起動時及び起動中に、流路の遠位部２１ｂに沿った封液の圧力Ｐｄよりも十分に小さく、十分な体積の封液が入口領域内に流入し、効果的に隙間を封止し、また適切にポンプを作動することができる限り、入口領域２６の空間は、封液によって封止されるべき作動室３６および周囲の領域の隙間３７に入る前に、封液が通過するいかなる空間であってもよい。適切な圧力差は、略２ｐｓｉ〜５ｐｓｉであると思われる。入口領域２６の空間は、好ましくは、空隙部である。起動時に別個のポンプを用いなくとも、略２ｐｓｉ〜５ｐｓｉの十分な圧力差を生じさせることができる。圧力差は、入口領域を配向させることと、ロータ３９を回転させ、気体入口２９および吸入チャネル３１で気体吸引（０圧力）し、ポンプ排出口１３で気体排出（正圧）することによって、発生する。配向は、ポンプ・パッケージの他の要素に対する入口領域の位置を含む。動作の起動モードは、液封式ポンプ・パッケージ１７のロータ・シャフト４１が最初に回転を開始したときから、ロータがその動作回転数、定格回転数または所望の回転数に達するまで、あるいは排出口１３における気体の圧力または流量が、定格値、動作値、所望又は所望値の圧力または流量に達するまでと考えることができる。この回転数、圧力または流量で、ポンプ・パッケージは動作の実行モードとなる。
【００１９】
消費電力に近似する仕事量である、起動中に気体入口２９に入る体積の気体の仕事量に対する、起動中に入口領域２６に沿って通過する封液の体積は、０．３ＧＰＭ／ＨＰの比率（封液／消費電力）を超えてはならない。しかしながら、適切なポンプの動作、例えば、適切な隙間の充填及び潤滑を実現できるように、十分な封液の流量を確保するために、少なくとも０．ｌＧＰＭ／ＨＰでなければならない。ＧＰＭは分当たりのガロンであり、ＨＰは馬力である。ＨＰは、消費電力に近似する。実行モード中に気体入口２９に入る体積の気体の仕事量に対する、実行モード中に入口領域２６に沿って通過する封液の体積は、０．７５ＧＰＭ／ＨＰの比率（封液／消費電力）を超えてはならない。しかしながら、適切なポンプの動作、例えば、適切な隙間の充填及び潤滑を実現できるように、十分な封液の流量を確保するために、少なくとも０．２ＧＰＭ／ＨＰでなければならない。いずれの場合においても、ポンプの仕事量に対する気体の体積は、立方フィート／分／ＨＰで測定される。驚くべきことに、立方フィート／分で測定されたコンプレッサ型液封式ポンプ・パッケージ１７の性能は、気体の流路３５ａの外側に入口領域を有する場合と比較して、動作圧力の全範囲に亘って、実行モード中で、わずか５％の減少であった。例えば、円錐形封止領域４３に入口領域を有する場合と比較して、効率の減少はわずか５％だった。起動モードに関していえば、円錐形封止領域４３に入口領域を有する場合と比較して、効率の減少はわずか３〜５％だった。起動中、入口領域２６の空間を真空引きするために、絞り弁４５（入口弁または吸入弁とも称される）を用いることができる。絞り弁４５は、好ましくは、ポンプヘッド吸入チャネル３１に通じる気体入口２９に近接する。絞り弁４５は、気体入口２９の、上流または下流であってもよい。絞り弁４５は、吸入チャネル３１の出口の上流にあり、かつ、吸入ポート３３の上流にある。絞り弁４５は、常に入口領域２６の上流にある。起動時に、入口領域２６の空間を真空引きするために、絞り弁４５を、規制して配向する。弁４５を無規制で配向する場合に比べて、規制して配向するほうが、弁４５を通過する気体の単位時間あたりの体積が少なくなる。したがって、起動中、弁４５を規制して配向する場合には、弁４５の下流が真空引きされる。入口領域が真空引きされる。ここで、「真空」は、弁４５を無規制で配向する場合よりも大きな絶対的圧力差が、入口領域２６の圧力Ｐｉと遠位部２１ｂに沿った封液の圧力Ｐｄの間に存在することを意味する。圧力差が大きくなるほど、封液流路の近位部２１ａから入口領域２６の空間に入る封液の流量が増加する。一旦、液封式ポンプ・パッケージ１７が実行モードに入る（例えば、ロータが定格回転数に達する、または、排出口１３の排出が定格圧力または流量に達する）と、弁４５は無規制で配向される。弁４５が無規制で配向されても、封液は単位時間当たり十分な体積で入口領域２６の空間に流入し続ける。それでも、空間の圧力Ｐｉは遠位部２１ｂの圧力Ｐｄに比べて十分小さいので、起動中の圧力Ｐｄが昇圧したのに比べて、実行モード中の圧力Ｐｄで十分な封液流量を提供することができる。
【００２０】
コンプレッサ型液封式ポンプ・パッケージ１７は、第２の入口領域４９および第２の封液流路４７を含んでもよい。第２の封液流路４７は、封液貯蔵部１９、分離部１１およびポンプ排出口１３とも流体接続している。第２の封液流路４７は、これらの要素の各々の下流にある。第２の入口領域４９は、第１の入口領域２６の位置と異なる、ポンプ内の位置にある。第２の入口領域４９は、第１の入口領域２６が備える空間の外側にある。第２の入口領域４９は、ポンプヘッド１５の吸入チャネル３１の外側にある。第２の入口領域４９も、複数のバケットおよび作動室の吸入ゾーンの液体リングによって形成されるスペースの外側に配向される。第２の入口領域４９は、気体の流路３５ａの外側にある。第２の入口領域４９およびその空間は、好ましくは、円錐形封止領域４３を備える。円錐形封止領域４３は、円錐形の頂点と反対側の端部において円錐部５１とシャフト４１の間で隙間が存在する場所に近接する領域である。第２の入口領域４９は、第２の封液流路４７の近位部４７ａの下流にある。近位部４７ａは貯蔵部１９と流体接続しているが、近位部２１ａは、貯蔵部１９と流体接続しているが、貯蔵部１９までと比較しても、貯蔵部１９と第２の封液流路４７の間を接続する構造２７までと比較しても、第２の入口領域４９に近い。その距離は、第２の封液流路４７に沿って測定される。第２の封液流路の遠位部４７ｂは、第２の入口領域４９までと比較して、貯蔵部１９と構造２７に近接する。近位部４７ａは、遠位部よりも第２の入口領域に近接する。遠位部４７ｂは、近位部４７ａよりも封液供給源に近接する。近位部４７ａと遠位部４７ｂは、互いに流体接続し、第２の入口領域４９の上流にある。近位部４７ａは遠位部４７ｂの上流にある。封液供給源は、貯蔵部１９とすることができる。
【００２１】
起動中の第２の入口領域４９は、第２の封液流路４７の遠位部４７ｂに沿った封液Ｐｄ２の圧力に近い、圧力Ｐｉｉである。起動中は、第２の入口領域４９の圧力は、第１の入口領域２６の圧力より大きい。また、起動中は、第２の入口領域４９の圧力は、第１の封液流路２１の遠位部２１ｂに沿った封液の圧力に対する第１の入口領域２６の圧力よりも、第２の封液流路４７の遠位部４７ｂに沿った封液の圧力に、絶対的な意味で近い。しかしながら、実行モード中は、第２の入口領域４９の圧力Ｐｉｉは、第２の封液流路の遠位部４７ｂに沿った封液の圧力Ｐｄ２よりもはるかに小さい。圧力差は、別個のポンプを用いなくとも、実行モード中にポンプを適切に動作させるために十分な容量の封液を、第２の入口領域内に流入させるのに十分な大きさである。ここで、適切な動作とは、隙間の充填ならびに潤滑の提供を含む。
【００２２】
第２の封液流路４７は、共通の重複部分を第１の封液流路２１と共有してもよい。上記で示した実施の形態において、２１ｂおよび４７ｂは共通する。あるいは、第２の流路は、単に第１の封液流路２１から分岐した部分４７ａであると考えることもできる。いずれの場合でも、第１および第２の流路は互いに流体接続し、少なくとも一方の流路は他方に通じる。あるいは、複数の流路は、別個であり、重複せず、他方に直接通じていなくともよい。しかしながら、それらは、共通の封液供給源（例えば貯蔵部１９）に、各々通じている。あるいは、共通の封液供給源は、部分２１ａおよび部分４７ａであってもよい。第１の流路は部分２１ａのみでもよく、第２の流路は部分４７ａのみでもよい。あらゆる場合において、第１の流路と第２の流路は、流体接続している。
【００２３】
第２の封液流路４７が使われる場合、好ましくは、第１の封液流路２１の一部を閉じて封止するために、より好ましくは、第１の入口領域２６までの近位部２１ａの少なくとも一部を封止するために、第１の流路２１と同一ライン上にあり、第１の流路２１に沿った弁５３を使用する。弁は、好ましくは、流れの方向で、第１の入口領域２６と第１の封液流路の遠位部２１ｂの間にある。弁は、好ましくは、第１の流路２１ａが第１の流路２１ａの部分４７ａ及び第２の流路２１ｂの部分４７ｂの共通の封液供給源に通じる場所の上流にある。弁５３は、好ましくは、第２の封液流路４７ａと流体接続している。弁は、第１の開配向を有し、封液は近位部２１ａに沿って、弁５３を通って第１の入口領域２６に流れることができる。弁５３は、第２の閉配向を有し、封液が近位部２１ａに沿って、弁５３を通って第１の入口領域２６に流れることを防止する。弁５３は、動作特性（例えば、シャフトを作動させるモータまたは他の原動力の排出圧、吸入圧および／または動作回転数）に応答するソレノイド弁であってもよい。弁は、動作特性に基づいて開・閉配向の間で変化する。弁は、排出圧に応答する機械式弁であってもよい。弁は、排出圧に基づいて、開配向から閉配向に変化する。例えば、機械式弁５３は、封液流路の遠位部２１ｂの封液の圧力が所定の圧力を超えたときに閉じる逆止め弁であってもよい。
【００２４】
上記の弁５３に加えて、第２の弁５５をパッケージで用いてもよい。第２の弁５５は、第２の封液流路４７の一部を、好ましくは、第２の封液流路４７の近位部４７ａの一部から第２の入口領域４９まで、閉鎖し封止する。弁５５は、好ましくは、流れの方向で、第２の入口領域４９と第２の封液流路４７の遠位部４７ｂの間にある。弁５５は、好ましくは、第２の流路４７ａが第１および第２の流路の共通の封液供給２１ｂ、４７ｂに通じている場所の上流にある。弁５５は、好ましくは、第１の封液流路２１ａと流体接続している。弁５５は、第１の開配向を有し、封液は近位部４７ａに沿って、弁５５を通って第２の入口領域４９に流れることができる。弁５５は、第２の閉配向を有し、封液が近位部４７ａに沿って、弁５５を通って第２の入口領域４９に流れることを防止する。弁５５は、動作特性（例えば、シャフトを作動させるモータまたは他の原動力の排出圧、吸入圧および／または動作回転数）に応答するソレノイド弁であってもよい。弁５５は、動作特性に基づいて開・閉配向の間で変化する。一般に、弁５５は、第２の封液流路の遠位部４７ｂの封液の圧力が、十分な封液が流れるように第２の入口領域４９の圧力よりも十分大きいときに開く。
【００２５】
動作において、起動モードで、ポンプシャフト４１は軸を中心に回転し始める。ロータ３９は、シャフト軸と同一軸で延伸する軸を中心に回転し始める。シャフト４１およびロータ３９の回転が開始した後で、まだ起動中、例えば、小型コンプレッサでは回転開始から少なくとも３０〜６０秒経過後、より大型のユニットでは６０〜１２０秒経過後に、第１の入口領域２６の圧力Ｐｉと第１の封液流路の遠位部２１ｂの封液の圧力Ｐｄの間に十分な圧力差が生じる。封液の十分な流れを確実にするために、Ｐｉが絶対的な意味でＰｄ未満であるときに、圧力差は十分となる。Ｐｉが十分にＰｄ未満となるように、入口２６の配向およびロータ３９の回転によってＰｉとＰｄの間に十分な圧力差を生じ。例えば、配向および最初の回転の結果として吸入チャネル３１の圧力は、十分にＰｄ未満となる。圧力Ｐｉは、回転によって実際に減少する。圧力Ｐｉは、好ましくは、約０ｐｓｉである。圧力差は、圧力降下を解消するために、好ましくは少なくとも３ｐｓｉ〜５ｐｓｉである。十分な圧力差により、封液は、入口領域２６に流入する。入口領域２６から、封液は、隙間３７（例えば円錐形封止領域４３の円錐とシャフトの間の隙間）に流れ込む。消費電力に近似する仕事量である、起動中に気体入口２９に入る体積の気体の仕事量に対する、起動中に入口領域２６に沿って通過する封液の体積は、０．３ＧＰＭ／ＨＰ以下の比率（封液／消費電力）を維持しなければならない。しかしながら、適切なポンプの動作、例えば、適切な隙間の充填及び潤滑を実現できるように、十分な封液の流量を確保するために、少なくとも０．ｌＧＰＭ／ＨＰでなければならない。圧力差は、第１の入口領域２６または第１の封液流路２１と流体接続する別個のポンプのような、別個のポンプを用いなくとも得ることができる。
【００２６】
シャフト４１とロータ３９の回転を継続するにつれて、Ｐｄの圧力は増加する。回転の開始から一定時間の経過後、例えば、小型コンプレッサでは回転開始から少なくとも３０〜６０秒経過後、より大型のユニットでは６０〜１２０秒経過後に、ポンプ・パッケージ１７は、動作の実行モードとなる。実行モードにおいて、ポンプ・パッケージ１７は、その動作回転数、定格回転数または所望の回転数、および、定格値、動作値、または所望値の圧力または流量に既に達している。実行モードにおいて、第１の封液流路２１の遠位部２１ｂに沿った封液の圧力Ｐｄは、第１の入口領域２６の圧力Ｐｉよりまだ十分に大きい。圧力差は、少なくとも３ｐｓｉ〜５ｐｓｉである。第２の封液流路４７が使われない限り、封液は実行モードの間、第１の入口領域２６に流入し続ける。実行モード中に気体入口２９に入る体積の気体の仕事量に対する、実行モード中に入口領域２６に沿って通過する封液の体積は、０．７５ＧＰＭ／ＨＰの比率（封液／消費電力）以下に維持されなければならない。しかしながら、十分な封液の流量を確保するために、少なくとも０．２ＧＰＭ／ＨＰでなければならない。
【００２７】
第２の封液流路４７を有する実施例において、ロータ３９およびシャフト４１が最初にそれぞれの軸を中心に回転を開始したときは、第２の入口領域４９（例えば円錐形封止領域４３）の圧力Ｐｉｉは、十分な流れを確実にするために、第２の封液流路４７の遠位部４７ｂの圧力Ｐｄ２よりも十分小さいものではない。シャフト４１およびロータ３９が回転を開始した後、起動中であっても、例えば、小型コンプレッサでは回転開始から少なくとも３０〜６０秒経過後、より大型のユニットでは６０〜１２０秒経過後であってもまだ、圧力Ｐｉｉは第２の封液流路の遠位部４７ｂの封液の圧力Ｐｄ２よりも十分に小さくない。所定の時間経過後、小型コンプレッサでは回転開始から少なくとも７０秒経過後、より大型のユニットでは約１４０秒経過後、ポンプ・パッケージ１７は、実行モードとなる。実行モードにおいて、第２の封液流路４７の遠位部４７ｂに沿った封液の圧力Ｐｄ２は、第２の入口領域４９の圧力Ｐｉｉより十分に大きく、十分な流れを可能にする。上記の十分な流れにより、ポンプの適切な動作（例えば、隙間に封液を充填し、ポンプに潤滑を提供する）を可能にする。ロータの回転３９は、十分な圧力差を提供するためにＰｄ２がＰｉｉより十分に大きくなるように、ＰｉｉとＰｄ２の圧力差を増加させる。上述のとおり、十分な圧力差は十分な流れを意味する。好ましくは、第１の入口領域２６と第１の封液流路２１の遠位部２１ｂの間の弁５３は、開配向から閉配向に配向される。それにより、第１の入口領域２６への第１の封液導入経路２１に沿った、特に近位部２１ａに沿った流れは、停止される。第２の入口領域４９への第２の封液流路４７に沿った、特に、第２の封液入口・パス４７の近位部４７ａに沿った流れは、開始され継続される。
【００２８】
一実施の形態において、第２の入口領域４９と第２の封止流路の遠位部４７ｂの間の第２の弁５５は、閉配向から開配向に配置される。それにより、弁５５を通って近位部４７ａから第２の入口領域４９への流れが可能になる。好ましくは、第２の弁５５は、ポンプ・パッケージ１７が動作の実行モード時またはその後に、かつ、第１の弁５３が閉配向に配置された後に、開配向に配置される。
【００２９】
円錐部５１とロータ３９の狭長で横方向の自由縁部５９の間の動作径方向の間隙５７（間隙は、ポンプのサイズ、動作圧力性能、ローブの設計がシングルかダブルかによって変化し、シャフト変位を制御する）は、小型コンプレッサでは少なくとも０．０１インチに維持され、大型コンプレッサでは０．０５インチと同程度にすることができる。ロータ３９の自由縁部５９は、シャフトの長さ方向に延伸し、円錐部５１を収容する空洞６１を画定する。封液は、気体の状態の流体を液体の状態に圧縮することなく、第１の入口領域および第２の入口領域に流れる。封液による圧縮を避ける流体は、室温で、好ましくは華氏７０度〜１５０度で液体となる流体である。
【００３０】
ポンプは、円形の作動室を区切る円形内面１０１を有する作動室ハウジング１００を備えてもよい。この場合、コンプレッサ・パッケージは、単一の吸入ゾーンおよび圧縮ゾーンを有する単一ローブ設計である。ポンプは、複数ローブ設計であってもよい。この場合、作動室ハウジングは、楕円形の作動室を区切る楕円形内面を有する。作動室は、２つの吸入ゾーンおよび２つの圧縮ゾーンを交互に有する。２つの吸入ゾーンは楕円形の短軸の対向する端部にあり、２つの圧縮ゾーンは長軸の対向する端部にある。
【００３１】
図１および図２の液封式ポンプは、起動モードまたは通常実行モードで動作可能である。概して、この型のポンプは空気圧縮機として用いられ、ポンプの動作はその文脈で記載されている。ポンプが動作していないときは、システムのさまざまな領域内の圧力は、大気圧、又は略大気圧で均一化する傾向がある。よって、作動室、吸入チャネル、排出空間、円錐形封止領域、および貯蔵部を含む分離部は、大気圧に戻る傾向がある。ポンプの起動が望まれる際には、貯蔵部の内部に含まれる封止流体の移動または移動を強制するための圧力差がない。先行技術のポンプにおいては、この機能のために別個のポンプを提供することがある。しかしながら、図示された構造では、追加ポンプの必要はない。
【００３２】
図１および図２のポンプを起動させるために、ユーザは、ロータの回転を開始することによって、スタート・シーケンスを開始する。通常動作中、ロータは吸入チャネルから空気を吸引する。しかしながら、吸入弁は、吸入チャネルに入る空気を絞るために、閉位置に移動する。ロータは、吸入弁を通過できる空気よりも多くの空気を圧縮または吸引することができるので、更にロータが回転することにより、吸入チャネルの減圧を生じさせる。第１の封液流路にある弁５３は開かれるか、または、この減圧に応答して開き、貯蔵部と吸入チャネルの間に開いた流体流路を生じさせる。貯蔵部内の圧力はまだ大気圧に近い（またはわずかに高い）ので、封液を吸入チャネルに圧入するのに十分な圧力差を第１の流体流路の両端の間に生じさせる。
【００３３】
一旦、十分な流体がポンプ内に入るか、または、起動シーケンスが完了すると、ポンプは通常動作に移行する。移行のために、吸入弁は開位置に移動し、第１の流体流路の弁は閉じられる（または、吸入チャネルの昇圧に応答して閉じる）。起動段階におけるロータの回転は、ロータから排出空間に出る圧縮空気の量に影響を与える。この圧縮空気は、排出空間及び分離部の圧力を増加させる。よって、貯蔵部の圧力は大気圧より若干高い値に増加した。円錐形封止領域の圧力は、略大気圧である（またはわずかに大気圧より低い）。第２の流路は、貯蔵部から円錐形封止領域に封液を圧入するために必要な力を印加して、円錐形封止領域と貯蔵部の間の流体連通を提供する。第２の流体流路に配置された第２の弁は開かれて、または、この圧力差に応答して開き、所望の流れを確実なものとする。
【００３４】
本明細書において使用される用語「気体」は、十分に広いものであり、雰囲気、雰囲気以外の気体の状態の流体、雰囲気以外、雰囲気および／または非雰囲気の複数の気体の混合物、非圧縮性と圧縮性流体の混合物、雰囲気と混合した気化液体、気化液体を含むが、これらに限定されない。用語「小型コンプレッサ」は、５０ＨＰ以下を意味し、用語「大型コンプレッサ」は、少なくとも５０ＨＰ超を意味する。
【符号の説明】
【００３５】
１１  分離部
１３  排出口
１５  ポンプヘッド
１７  ポンプ・パッケージ
１９  貯蔵部
２１  封液流路
２１ａ  近位部
２１ｂ  遠位部
２２ａ  排出流路
２２ｂ  混合物
２４ａ  収集流路
２６  入口領域
２７  構造
２９  気体入口
３１  吸入チャネル
３３  吸入ポート
３６  作動室
３５ａ  気体の流路
３７  隙間
３９  ロータ
４１  シャフト
４３  円錐形封止領域
４５  弁
４７  第２の封液流路
４７ａ  近位部
４７ｂ  遠位部
４９  第２の入口領域
５１  円錐部
５３  弁
５５  第２の弁
５７  間隙
５９  自由縁部
６１  空洞
１００作動室ハウジング
１０１  円形内面
【図１】
2018501429.tif 000003
【図２】
2018501429.tif 000004
【国際調査報告】
2018501429.tif 000005