6397123 水圧エネルギー伝達システムによってポンプを保護するシステムと方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6397123

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】水圧エネルギー伝達システムによってポンプを保護するシステムと方法

(51)【国際特許分類】

   F04F 13/00 20090101AFI20180913BHJP

【ＦＩ】

   F04F13/00

【請求項の数】20

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-511884(P2017-511884)

(86)(22)【出願日】2015年8月28日

(65)【公表番号】特表2017-526858(P2017-526858A)

(43)【公表日】2017年9月14日

(86)【国際出願番号】US2015047504

(87)【国際公開番号】WO2016033508

(87)【国際公開日】20160303

【審査請求日】2017年4月25日

(31)【優先権主張番号】62/044,095

(32)【優先日】2014年8月29日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/838,845

(32)【優先日】2015年8月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516099646

【氏名又は名称】エナジー リカバリー，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100141081

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 庸良

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(72)【発明者】

【氏名】アンドレア メアリー ゲインズ−ジャーメイン

(72)【発明者】

【氏名】ジェレミー グラント マーティン

(72)【発明者】

【氏名】ファーシャド ガスリプア

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０７４９４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１２８６５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｆ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）と前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）から非腐食性流体を受け取るように構成された高圧ポンプとを備える産業用システムを含む、システムであって、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）が、
第１の圧力の第１の量の前記非腐食性流体と、第２の圧力の第２の量の腐食性流体と、を受け取り、前記第１の圧力が、前記第２の圧力よりも大きく、前記第１の量が、前記第２の量とは異なり、
前記非腐食性流体と前記腐食性流体との間で圧力を交換し、
前記腐食性流体と前記非腐食性流体との第１の混合物を、第３の圧力で出力し、
前記非腐食性流体を、第４の圧力で出力し、前記第３の圧力が、第４の圧力よりも大きいことによって、前記非腐食性流体と前記腐食性流体との接触を阻止又は制限し、これにより、前記腐食性流体によって引き起こされる前記高圧ポンプの摩耗を阻止又は制限する、
ように構成されている、
システム。

【請求項2】

前記腐食性流体が、カルバミン酸アンモニウム、尿素、硝酸、又はこれらの組み合わせ、を含んでいる、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１の量の非腐食性流体が、前記第２の量の腐食性流体よりも多い、
請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）は、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との第２の混合物を、前記第４の圧力で出力するように構成されており、前記第２の混合物中の前記腐食性流体のパーセンテージが、５％未満である、
請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

コントローラを備え、前記コントローラが、前記第２の混合物中の前記腐食性流体のパーセンテージを制御するために、前記非腐食性流体の第１の量と前記腐食性流体の第２の量とを制御するように構成されている、
請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

コントローラを備え、前記コントローラが、前記第１の混合物中の非腐食性流体と腐食性流体との比を制御するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記コントローラが、前記第１の混合物中の非腐食性流体と腐食性流体との比を制御するために、前記非腐食性流体の第１の量と前記腐食性流体の第２の量とを制御す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】

前記産業用システムが、
ポンプ又は弁であって、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との第３の混合物を生成するために、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との前記第１の混合物へ、前記非腐食性流体を、前記第１の圧力で送るように構成された、ポンプ又は弁と、
化学反応器であって、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との前記第３の混合物を受け取り、前記第３の混合物が、前記化学反応器の内部の化学反応速度を増加させるように構成された、化学反応器と
を備えている、
請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記産業用システムが、前記第１の圧力の前記非腐食性流体を含む圧力降下流れを提供するように構成された、化学反応器を備えている、
請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記産業用システムが、
前記非腐食性流体を高圧で含有するように構成された、高圧容器と、
前記高圧容器から前記非腐食性流体を受け取るように、そして前記第１の圧力の前記第１の量の非腐食性流体を前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）へ送るように構成された、第１のポンプと、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）から前記第４の圧力の非腐食性流体を受け取り、前記非腐食性流体を加圧し、そして前記加圧された非腐食性流体を前記高圧容器へ送るように構成された、高圧ポンプと
を備え、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）は、前記非腐食性流体と前記腐食性流体との前記第３の圧力の前記第１の混合物を、前記高圧容器へ送るように構成されている、
請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

非腐食性流体と腐食性流体との間で圧力を交換するように構成された回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）と前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）から非腐食性流体を受け取るように構成された高圧ポンプとを備えるシステムであって、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）が、
第１の入口であって、第１の圧力の第１の量の非腐食性流体を受け取るように構成された、第１の入口と、
第２の入口であって、第２の圧力の第２の量の腐食性流体を受け取るように構成されており、前記第１の圧力が前記第２の圧力よりも大きく、前記第１の量が前記第２の量とは異なる、第２の入口と、
第１の出口であって、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との第１の混合物を第３の圧力で出力するように構成された、第１の出口と、
第２の出口であって、前記非腐食性流体を第４の圧力で出力するように構成されており、前記第３の圧力が第４の圧力よりも大きい、第２の出口と、
を備えており、
前記第３の圧力が、第４の圧力よりも大きいことによって、前記非腐食性流体と前記腐食性流体との接触を阻止又は制限し、これにより、前記腐食性流体によって引き起こされる前記高圧ポンプの摩耗を阻止又は制限する、
ように構成されている、
システム。

【請求項12】

前記腐食性流体が、カルバミン酸アンモニウム、尿素、硝酸、又はこれらの組み合わせ、を含んでいる、
請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記第２の出口は、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との第２の混合物を、前記第４の圧力で出力するように構成されており、第２の混合物中の前記腐食性流体のパーセンテージが、５％未満である、
請求項１１に記載のシステム。

【請求項14】

前記第２の混合物中の前記腐食性流体のパーセンテージを制御するために、前記非腐食性流体の第１の量と前記腐食性流体の第２の量とを制御するように構成されたコントローラを備えている、
請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記腐食性流体と前記非腐食性流体との前記第１の混合物中の非腐食性流体と腐食性流体との比を制御するために、前記非腐食性流体の第１の量と、前記腐食性流体の第２の量と、を制御するように構成された、コントローラを備えている、
請求項１１に記載のシステム。

【請求項16】

化学反応器であって、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との前記第１の混合物を受け取り、前記第１の混合物が前記化学反応器の内部の化学反応速度を増加させる、ように構成された、化学反応器を備えている、
請求項１１に記載のシステム。

【請求項17】

前記第１の圧力の前記非腐食性流体を含む圧力降下流れを提供するように構成された化学反応器を備えている、
請求項１１に記載のシステム。

【請求項18】

請求項１から１７のいずれか1項に記載のシステムを備える方法であって、
回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）の第１の流体の入口で、高圧の第１の量の非腐食性流体を受け取るステップと、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）の第２の流体の入口で、低圧の第２の量の腐食性流体を受け取るステップであって、前記第１の量が、前記第２の量よりも多い、ステップと、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）を使用して、前記非腐食性流体と前記腐食性流体との間で圧力を交換するステップと、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）の第１の流体の出口から、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との第１の混合物を、低圧で出力するステップと、
前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）の第２の流体の出口から、前記腐食性流体を、高圧で出力するステップと、
を備える、
方法。

【請求項19】

コントローラを使用して、前記腐食性流体と前記非腐食性流体との前記第１の混合物中の非腐食性流体と腐食性流体との比を、前記非腐食性流体の第１の量と前記腐食性流体の第２の量とを制御することによって制御するステップを備える、
請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）の前記第２の流体の出口から、前記非腐食性流体と前記腐食性流体との第２の混合物を、高圧で出力するステップを備え、前記第２の混合物中の腐食性流体のパーセンテージが、５％未満である、
請求項１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、「Systems and Method for Pump Protection with a Hydraulic Energy Transfer System」と題する特許文献１の優先権及び利益を主張する。特許文献１は、その全体を参照することにより本明細書中に援用される。

【背景技術】

【0002】

このセクションは、以下に説明され及び／又は特許請求の範囲で主張された本発明の様々な態様に関連する技術の様々な態様を、読者に紹介しようとするものである。この議論は、本発明の様々な態様をよりよく理解しやすくするための背景情報を読者に提供する上で役立つものと考えられる。したがって、これらの記述は、この観点から読まれるべきであり、従来技術を承認するものとして読まれるべきではないことは、明らかである。

【0003】

本明細書中に開示された主題は、回転式設備に関し、より具体的には、回転式流体取り扱い設備で腐食性流体を取り扱うシステム及び方法に関する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国仮特許出願６２／０４４，０９５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

腐食性流体を取り扱うために、又は移送するために、様々な産業用システムにおいて、ポンプ、又は他の流体押し退けシステムを利用することができる。いくつかの状況では、腐食性流体に晒されることにより、ポンプの様々な保守問題、例えば、材料の侵食、ピッティング（pitting）、チッピング（chipping）、スポーリング（spalling）、デラミネーション（delamination）、及びその他の問題を招くことがある。したがって、いくつかのポンプは、腐食性流体の影響を軽減するのを助けるために、耐腐食性材料を備える場合がある。しかしながら、ポンプ設計に修正を加え、特別の耐腐食性材料を使用すると、ポンプの製造・生産コスト全体が増加することがある。更に、ポンプ設計に修正を加え、特別な耐腐食性材料を使用するにもかかわらず、腐食性流体に晒されるポンプは、なおも寿命が短く、完全に交換するか又は構成部分を交換する費用が、高くつくことがある。したがって、様々な産業用システム内部の腐食性流体からポンプを保護するシステム及び方法を提供することが、有益である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

添付の図面を参照しながら下記の詳細な説明を読めば、本発明の様々な特徴、態様、及び利点をよりよく理解できるようになる。図面全体を通して、同様の符号は同様の部材を表す。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、高圧ポンプを腐食性流体から保護するように構成された水圧エネルギー（hydraulic energy）伝達システムを備えた産業用システムの１実施態様を示す概略図である。

【図2】図２は、図１の水圧エネルギー伝達システムの１実施態様であって、回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）を示す分解斜視図である。

【図3】図３は、回転ＩＰＸの１実施態様を第１の作動位置で示す分解斜視図である。

【図4】図４は、回転ＩＰＸの１実施態様を第２の作動位置で示す分解斜視図である。

【図5】図５は、回転ＩＰＸの１実施態様を第３の作動位置で示す分解斜視図である。

【図6】図６は、回転ＩＰＸの１実施態様を第４の作動位置で示す分解斜視図である。

【図7】図７は、図１の水圧エネルギー伝達システムを備えた産業用システムの１実施態様であって、産業用システムが駆動流体と腐食性流体とを混合する実施態様を示す概略図である。

【図8】図８は、図１の水圧エネルギー伝達システムを備えた産業用システムの１実施態様であって、産業用システムが圧力降下源から提供される駆動流体を含む実施態様を示す概略図である。

【図9】図９は、図１の水圧エネルギー伝達システムを備えた産業用システムの１実施態様であって、産業用システムが高圧容器を含む実施態様を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明の１つ又は２つ以上の具体的な実施態様を、以下に説明する。記載されたこれらの実施態様は、本発明を例示するものにすぎない。更に、これらの模範的実施態様を簡潔に説明するために、実際の実施形の全ての特徴を明細書において記載しない場合がある。言うまでもなく、いかなる工学的又は設計上の企画においてもそうであるように、このような実際の実施形の開発に際しては、開発者固有の目標を達成するため、例えば実施形間で多様に異なるシステム関連及びビジネス関連の制約を遵守するために、実施形固有の数多くの決定を下さなければならない。更に、言うまでもなく、このような開発努力は複雑で多大な時間を費やすものであるにもかかわらず、この開示内容の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、及び製造に取り組むという日常的な仕事であると言える。

【0009】

本発明の様々な実施態様のエレメントを紹介するときに、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ（前記）」という冠詞は、１つ又は２つ以上のエレメントがあることを意味するものとする。「comprising（含む）」、「including（含む）」、及び「having（有する）」という用語は、包含的なものであり、挙げられたエレメント以外に付加的なエレメントがあり得ることを意味するものとする。

【0010】

上記のように、腐食性流体を取り扱う又は腐食性流体を移送するために、様々な産業用システムにおいて、ポンプを利用することができる。例えば、腐食性流体、例えばカルバミン酸アンモニウム、尿素、硝酸、硫酸、リン酸アンモニウム、リン酸カルシウム、リン酸ナトリウム、リン酸、フッ化水素酸等の腐食性流体、又は、他の、研磨性（例えばフラッキング流体（frac fluids）のような粒子含有流体）の、剪断感受性の、粘性の、或いは、ポンピングを行うのが難しい、任意の腐食性流体を取り扱うために、産業用システム又はプロセス内で、様々なポンプを利用することができる。更に、ポンプは、産業用システム内部の様々なシステムのために、より高い圧力まで腐食性流体をポンピングするように構成された、高圧ポンプであってよい。いくつかの状況では、腐食性流体に晒されることにより、ポンプの様々な保守問題、例えば材料の侵食、ピッティング、チッピング、スポーリング、デラミネーション、及びその他の問題を招くことがある。したがって、様々な産業用システム内部の腐食性流体からポンプを保護するシステム及び方法を提供することが、有益である。

【0011】

以下で詳述するように、本明細書中に開示された実施態様は大まかに言えば、様々な産業用システム内で利用し得るポンプ保護システムのためのシステム及び方法に関する。ポンプ保護システムは、第１の流体と第２の流体との間、例えば駆動流体（motive fluid）と腐食性流体との間で仕事及び／又は圧力を伝達する水圧エネルギー伝達システムを含んでよい。水圧エネルギー伝達システムは、水圧保護システム（hydraulic protection system）、水圧緩衝システム（hydraulic buffer system）、又は水圧分離システム（hydraulic isolation system）と記されることもある。なぜならばこのシステムは、駆動流体と腐食性流体との間で仕事及び／又は圧力を交換しながら、腐食性流体と様々な設備（例えば高圧ポンプ）との接触を阻止又は制限するからである。様々な設備（例えば高圧ポンプ）と腐食性流体との接触を阻止又は制限することによって、水圧エネルギー伝達システムは設備の腐食、摩損及び／又は摩耗を低減し、したがって、設備の寿命を長くして性能を高める。更に、水圧エネルギー伝達システムは、システムがより低廉な設備、例えば腐食性流体のために設計されているのではない高圧ポンプを使用するのを可能にする。

【0012】

具体的には、ポンプ保護システムは、様々な腐食性流体、例えばカルバミン酸アンモニウム、尿素、硝酸、硫酸、リン酸アンモニウム、リン酸カルシウム、リン酸ナトリウム、リン酸、フッ化水素酸、又は研磨性（例えばフラッキング流体のような粒子含有流体）、剪断感受性（sheer sensitive）、粘性であるか、又はポンピングを行うのが他の点で難しい任意の他の腐食性流体と一緒に利用することができる。本明細書中に使用される腐食性流体は、一定の時間にわたって構成部分と接触することにより、化学プロセス（例えば化学反応）を通して構成部分に摩耗をもたらす流体である。更に、ポンプ保護システムは、様々な駆動流体（例えば非腐食性流体）、例えば水、還流水、補給水、ボイラー供給水、再循環水、アンモニア、凝縮物などと一緒に利用することもできる。更に、ポンプ保護システムは様々な産業用システム、様々なプラント又はプロセス、又は腐食性流体がポンピングされるか、又は他の形で押し退けられるのを必要とする任意の産業環境内で利用することができる。例えば、ポンプ保護システムは、尿素生産システム、硝酸アンモニウム生産システム、尿素硝酸アンモニウム（ＵＡＮ）生産システム、ポリアミド生産システム、ポリウレタン生産システム、リン酸生産システム、リン酸肥料生産システム、リン酸カルシウム肥料生産システム、油精製システム、油抽出システム、フラッキングシステム（fracing system）、石油化学システム、製薬システムのような産業システム、又は腐食性流体（例えば研磨性、剪断感受性、粘性、又は他の点で難しい流体など）を含む任意の他の産業用システム内に含まれてよい。

【0013】

ある特定の実施態様では、水圧エネルギー伝達システムは水圧ターボチャージャー、水圧圧力交換（hydraulic pressure exchange）システム、又は等圧圧力交換器（isobaric pressure exchanger）（ＩＰＸ）、例えば回転ＩＰＸ又は往復ＩＰＸを含んでよい。ＩＰＸは、１つ又は２つ以上のチャンバ（例えば１〜１００個）を含むことによって、第１の流体及び第２の流体（例えば駆動流体及び腐食性流体）の体積間の圧力の伝達及び等化を容易にすることができる。いくつかの実施態様では、第１の流体及び第２の流体の体積の圧力は完全には等化しないことがある。このように、ある特定の実施態様では、ＩＰＸは等圧的に作動することができ、或いは、ＩＰＸは、ほぼ等圧的に作動することができる（例えば、これらの圧力は、互いにほぼ＋／−１，２，３，４，５，６，７，８，９又は１０パーセント以内で等化する）。ある特定の実施態様では、第１の流体の第１の圧力（例えば圧力交換流体、駆動流体、クリーン流体、非腐食性流体など）は、第２の流体（例えば腐食性流体）の第２の圧力よりも高くてよい。例えば、第１の圧力は、第２の流体の第２の圧力よりもほぼ５，０００ｋＰａ〜２５，０００ｋＰａ、２０，０００ｋＰａ〜５０，０００ｋＰａ、４０，０００ｋＰａ〜７５，０００ｋＰａ、７５，０００ｋＰａ〜１００，０００ｋＰａ、又はそれ以上高くてよい。このように、ＩＰＸは、より高圧の第１の流体（例えば圧力交換流体、駆動流体、クリーン流体、非腐食性流体など）から、より低圧の第２の流体（例えば腐食性流体）へ圧力を伝達するために使用することができる。具体的には、作動中、水圧エネルギー伝達システムは、腐食性流体と、産業用システム内部の他の設備（例えばポンプ）との接触を阻止又は制限するのを助けることができる。ポンプと腐食性流体と接触を阻止又は制限することによって、水圧エネルギー伝達システムは、様々な産業用システム内部の様々な高圧ポンプの腐食、摩損／摩耗を低減し、結果として高圧ポンプの寿命／性能を高めることができる。

【0014】

ある特定の実施態様では、水圧エネルギー伝達システムは高圧の外部駆動流体から低圧の腐食性流体へエネルギーを伝達する一方で、産業用システム内部の高圧ポンプを腐食性流体と接触することから保護することができる。ある特定の実施態様では、水圧エネルギー伝達システムは、更に、駆動流体が腐食性流体と混合するのを可能にし、これにより産業用システム内部で更に利用し得る高圧の混合物を生成することができ、或いは、産業用システムの効率を改善することができる。ある特定の実施態様では、駆動流体は産業用システムの圧力降下領域から水圧エネルギー伝達システムへ高圧で提供することができる。更に、ある特定の実施態様では、産業用システムは、高圧の駆動流体を含有する高圧容器を含んでよく、そして水圧エネルギー伝達システムは、結果として生じる高圧の腐食性流体を高圧容器内へ注入する前に、高圧の駆動流体から低圧の腐食性流体へエネルギーを伝達するように構成されてよい。

【0015】

図１は、水圧エネルギー伝達システム１２を備えた産業用システム１０（例えば流体取り扱いシステム又はポンプ保護システム）の１実施態様を示す概略図である。水圧エネルギー伝達システム１２は、腐食性流体から高圧ポンプを保護するように構成することができる。具体的には、図示の実施態様において、水圧エネルギー伝達システム１２（例えば水圧圧力交換システム、水圧ターボチャージャー、又はＩＰＸ、例えば回転ＩＰＸ又は往復ＩＰＸ）は、腐食性流体を取り扱い、そして腐食性流体を加圧するように駆動流体からのエネルギーを伝達する。駆動流体は任意の非腐食性流体（例えば水、還流水、補給水、ボイラー供給水、再循環水、アンモニア、凝縮物など）であってよく、そして高圧で水圧エネルギー伝達システム１２へ提供することができる。図示のように、駆動流体源１６（例えば貯蔵タンク、パイプライン、化学反応器など）から水圧エネルギー伝達システム１２の駆動流体領域１８へ駆動流体をポンピングするように、高圧ポンプ１４が構成されていてよい。具体的には、駆動流体は高圧の駆動流体の入口流れ２０として水圧エネルギー伝達システム１２へ提供されてよい。更に、ある特定の実施態様では、腐食性流体源２４（例えば貯蔵タンク、パイプライン、化学反応器など）から水圧エネルギー伝達システム１２の腐食性流体領域２６へ腐食性流体をポンピングするように、低圧ポンプ２２が構成されていてよい。具体的には、腐食性流体は低圧の腐食性流体の入口流れ２８として水圧エネルギー伝達システム１２へ提供されてよい。いくつかの実施態様では、産業用システム１０は低圧ポンプ２２を含まないことがある。例えば、いくつかの実施態様では、腐食性流体源２４からの腐食性流体は所望の圧力にあってよい。

【0016】

作動中、水圧エネルギー伝達システム１２は、（例えば高圧ポンプ１４によってポンピングされる）駆動流体と（例えば低圧ポンプ２２によってポンピングされる）腐食性流体との間で圧力を伝達する。具体的には、水圧エネルギー伝達システム１２は、第１の圧力の駆動流体と、第１の圧力よりも低い第２の圧力の腐食性流体とを受け取り、駆動流体と腐食性流体との間で圧力を交換し、そして第３の圧力の腐食性流体と、第３の圧力よりも低い第４の圧力の駆動流体とを出力するように構成されている。例えば低圧の腐食性流体の入口２８の腐食性流体は水圧エネルギー伝達システム１２内部で加圧されてよく、そして高圧の腐食性流体の出口流れ３０として高圧で水圧エネルギー伝達システム１２を出てよい。更に、高圧の駆動流体の入口流れ２０の高圧の駆動流体は水圧エネルギー伝達システム１２内部で減圧されてよく、そして低圧の駆動流体の出口流れ３２として水圧エネルギー伝達システム１２を出てよい。こうして、水圧エネルギー伝達システム１２は高圧ポンプ１４と腐食性流体との接触を阻止又は制限し、これにより、腐食性流体によって典型的に引き起こされる高圧ポンプ１４の摩耗を阻止又は制限する。

【0017】

ある特定の実施態様では、低圧の駆動流体は濾過又は分離システム３４に提供されてよい。濾過又は分離システムは、駆動流体内部のいかなる残留腐食性流体をも除去するように構成されている。例えば、濾過又は分離システム３４は、１つ又は２つ以上の異なるタイプのフィルタを含んでよい。これらのフィルタは、カートリッジフィルタ、緩速砂フィルタ、急速砂フィルタ、圧力フィルタ、バグフィルタ、膜フィルタ、粒状ミクロ媒体フィルタ、逆洗ストレーナ、逆洗砂フィルタ、ハイドロサイクロン、及びその他のものを含む。更に、濾過又は分離システム３４は、濾過又は分離システム３４内部にそれぞれのタイプの１つ又は２つ以上のフィルタを含む、複数のフィルタを含んでいてよい。更に、濾過済の低圧の流体は、駆動流体源１６へ戻るように送られる（routed back）ことができる。駆動流体源１６は産業用システム１０の外部にあっても内部にあってもよい。ある特定の実施態様では、駆動流体は、腐食性流体と直接に接触したときに腐食性流体と反応しないように選択されてよい。更に、駆動流体源１６は、これが高圧ポンプ１４に提供される前に、任意の適宜な処理技術を用いて処理又は調製されてよい。例えば、ある特定の実施態様では、駆動流体源１６は、高圧ポンプ１４及び水圧エネルギー伝達システム１２によって利用される前に、熱交換器内で冷却され、電気的チャージシステムを介してチャージ（例えば帯電）され、又はディスチャージシステムを介してディスチャージ（例えば放電）されてよい。

【0018】

上述のように、ある特定の実施態様では、水圧エネルギー伝達システム１２は等圧圧力交換器（ＩＰＸ）を含んでよい。本明細書中では、ＩＰＸは大まかに言えば、遠心技術を利用することなしにほぼ５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又はこれを超える効率で、高圧の入口流れと低圧の入口流れとの間で流体圧力を伝達する装置と定義することができる。この文脈において、高圧は、低圧よりも高い（例えば１．１倍、１．５倍、２倍、３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、１０倍、１５倍、２０倍、又はこれ以上の）圧力を意味する。ＩＰＸの低圧の入口流れは加圧されて、高圧で（例えば低圧の入口流れの圧力よりも高い圧力で）ＩＰＸを出ることができ、そして高圧の入口流れは減圧されて、低圧で（例えば高圧の入口流れの圧力よりも低い圧力で）ＩＰＸを出ることができる。更に、ＩＰＸは、流体間の流体分離器の有無にかかわらず、高圧の流体が低圧の流体を加圧するために力を直接に加える状態で作動することもできる。ＩＰＸと一緒に使用することができる流体分離器の一例として、ピストン、ブラダー、ダイアフラム、及びこれに類するものが挙げられる。ある特定の実施態様では、等圧圧力交換器は回転装置であってよい。回転等圧圧力交換器（ＩＰＸ）４０、例えばカリフォルニア州San Leandro在Energy Recovery, Inc.によって製造されたものは、別個の弁を有していないことがある。それというのも、図２〜６に関して以下で詳述するように、効果的な弁作用は、エンドカバーに対するローターの相対運動を介して装置内部で達成されるからである。回転ＩＰＸは、内部ピストンで作動することによって、入口流れ体流の混合を比較的わずかにしか伴わずに流体を分離して圧力を伝達するように構成することができる。往復ＩＰＸは、流体流間で圧力を伝達するためにシリンダ内で前後運動するピストンを含んでよい。開示された実施態様ではいかなるＩＰＸ又はいかなる複数のＩＰＸをも使用することができ、その一例としては回転ＩＰＸ、往復ＩＰＸ、又はこれらの任意の組み合わせが挙げられる。更に、ＩＰＸは、流体取り扱いシステムの他の構成部分とは別個のスキッドの上に配置されてもよい。このことは、既存の流体取り扱いシステムにＩＰＸを加える状況では望ましい場合がある。

【0019】

図２は、第１の流体と第２の流体（例えば駆動流体と腐食性流体）との間で、流体の混合を最小限にしか伴わずに圧力及び／又は仕事を伝達することができる回転等圧圧力交換器４０（回転ＩＰＸ）の１実施態様を示す分解斜視図である。回転ＩＰＸ４０は、スリーブ（例えば回転スリーブ）４４とローター４６とを含むほぼ円筒形のボディ部分４２を含んでいてよい。回転ＩＰＸ４０はそれぞれ、マニホルド５２及び５４を含む２つのエンドキャップ４８及び５０を含んでいてもよい。マニホルド５２はそれぞれの入口ポート及び出口ポート５６及び５８を含み、これに対してマニホルド５４はそれぞれの入口ポート及び出口ポート６０及び６２を含む。作動中、これらの入口ポート５６，６０は、第１の流体及び第２の流体が圧力交換のために回転ＩＰＸ４０に入るのを可能にするのに対して、出口ポート５８，６２は、第１の流体及び第２の流体が回転ＩＰＸ４０を出るのを可能にする。作動中、入口ポート５６は、高圧の第１の流体（例えば駆動流体、非腐食性流体など）を受け取ることができ、そして圧力交換後、出口ポート５８は、低圧の第１の流体をＩＰＸ４０から送り出すために、使用することができる。同様に、入口ポート６０は、低圧の第２の流体（例えば腐食性流体）を受け取ることができ、そして出口ポート６２は、高圧の第２の流体をＩＰＸ４０から送り出すために、使用することができる。エンドキャップ４８及び５０は、それぞれのマニホルド５２及び５４内部に配置された、それぞれのエンドカバー６４及び６６を含み、エンドカバー６４及び６６は、ローター４６との流体密な接触（fluid sealing contact）を可能にする。ローター４６は円筒形であり、スリーブ４４内に配置されていてよく、スリーブ４４は、ローター４６が軸線６８を中心として回転するのを可能にする。ローター４６は、ローター４６を通ってほぼ長手方向に延びる複数のチャンネル７０を有していてよく、各端部の開口７２及び７４は、長手方向軸線６８を中心として対称的に配置されている。ローター４６の開口７２及び７４は、エンドカバー５２及び５４の入口アパーチャー及び出口アパーチャー７６及び７８、及び８０及び８２と水力学的に連通（hydraulic communication）するように配置されて、回転中、チャンネル７０が高圧の流体と低圧の流体とに晒されるようになっている。図示のように、入口アパーチャー及び出口アパーチャー７６及び７８、及び８０及び８２は、円弧又は円の一部（例えばＣ字形）の形態を成すように構成されていてよい。

【0020】

いくつかの実施態様では、センサーからのフィードバックを用いたコントローラが、回転ＩＰＸ４０内の第１の流体と第２の流体との混合の程度を制御することができる。コントローラは、流体取り扱いシステムの操作性を改善するために使用することができる。例えば、ＩＰＸ４０に入る第１の流体と第２の流体との比率を変化させると、プラントオペレーターは、水圧エネルギー伝達システム１２内部の流体混合量を制御することが可能になる。ある特定の実施態様では、図７に関して更に説明するように、駆動流体の比率を腐食性流体に対して変化させることにより、流体取り扱いシステム内部の混合量を制御することができる。混合に影響を与える回転ＩＰＸ４０の３つの特徴は、（１）ローターチャンネル７０のアスペクト比と、（２）第１の流体と第２の流体との短い暴露時間と、（３）ローターチャンネル７０内部の第１の流体と第２の流体との間の流体バリア（例えば界面）の形成、である。第一に、ローターチャンネル７０は、概ね長く狭い。このことは、回転ＩＰＸ４０内部の流れを安定化させる。更に、第１の流体及び第２の流体は、軸線方向の混合を最小限にしか伴わずに栓流様式でチャンネル７０を通流することができる。第二に、ある特定の実施態様では、ローター４６の速度は第１の流体と第２の流体との接触を低減する。例えば、ローター４６の速度は、第１の流体と第２の流体との接触時間をほぼ０．１５秒、０．１０秒、又は０．０５秒未満に低減することができる。第三に、ローターチャンネル７０の小さな部分が第１の流体と第２の流体との間の圧力の交換のために使用される。したがって、一定の体積の流体が、第１の流体と第２の流体との間のバリアとしてチャンネル７０内に残る。これらのメカニズム全てがＩＰＸ４０内部の混合を制限することができる。更に、いくつかの実施態様では、回転ＩＰＸ４０は、内部ピストンで作動するように構成されていてよい。この内部ピストンは、圧力伝達を可能にしながら第１の流体と第２の流体とを分離する。

【0021】

図３〜６は、回転ＩＰＸ４０の１実施態様を示す分解図である。これらの図は、チャンネル７０が全サイクルにわたって回転するのに伴う、ローター４６に設けられた単一のチャンネル７０の一連の位置を明らかにしている。なお、図３〜６は、１つのチャンネル７０を示す、回転ＩＰＸ４０を単純化したものであり、チャンネル７０は円形断面形状を有するものとして示されている。他の実施態様では、回転ＩＰＸ４０は、同じ又は異なる断面形状（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ンネル７０を含んでよい。このように、図３〜６は、例示の目的で単純化したものであり、回転ＩＰＸ４０の他の実施態様は、図３〜６に示されたものとは異なる形態を有していてよい。以下で詳述するように、回転ＩＰＸ４０は、第１の流体と第２の流体と（例えば駆動流体と腐食性流体と）をローター４６内部で短時間にわたって互いに接触可能にすることにより、これら第１の流体と第２の流体との間の圧力交換を容易にする。ある特定の実施態様では、この交換は、第１の流体と第２の流体との制限された混合をもたらす速度で行われる。

【0022】

図３において、チャンネル開口７２は第１の位置にある。第１の位置において、チャンネル開口７２は、エンドカバー６４のアパーチャー７８と流体連通（fluid communication）し、したがって、マニホルド５２と流体連通しているのに対して、反対側のチャンネル開口７４は、エンドカバー６６のアパーチャー８２と水力学的に連通し、したがって、マニホルド５４と水力学的に連通している。下述のように、ローター４６は矢印８４によって示される時計回り方向に回転することができる。作動中、低圧の第２の流体８６は、エンドカバー６６を通過し、チャンネル７０に入り、ここで、低圧の第２の流体８６は、第１の流体８８と、動的な流体界面９０において接触する。次に、第２の流体８６は、第１の流体８８をチャンネル７０から駆出し、エンドカバー６４を貫流させ、そして回転ＩＰＸ４０から駆出する。しかしながら、接触時間が短いため、第２の流体８６と第１の流体８８との混合は最小限である。

【0023】

図４において、チャンネル７０はほぼ９０度の円弧を通って時計回りに回転している。この位置では、出口７４はエンドカバー６６のアパーチャー８０及び８２ともはや流体連通しておらず、そして開口７２はエンドカバー６４のアパーチャー７６及び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はチャンネル７０内部に一時的に含まれている。

【0024】

図５において、チャンネル７０は、図３に示された位置からほぼ６０度を通って回転している。開口７４は、今やエンドカバー６６のアパーチャー８０と流体連通しており、そしてチャンネル７０の開口７２は、エンドカバー６４のアパーチャー７６と流体連通している。この位置で、高圧の第１の流体８８は低圧の第２の流体８６に入ってこれを加圧し、第２の流体８６を流体チャンネル７０から駆出して、産業用システム１０（例えば流体取り扱いシステム又はポンプ保護システム）において使用するためにアパーチャー８０を通過させる。

【0025】

図６において、チャンネル７０は、図３に示された位置からほぼ２７０度の円弧を通って回転している。この位置では、出口７４はエンドカバー６６のアパーチャー８０及び８２ともはや流体連通しておらず、そして開口７２はエンドカバー６４のアパーチャー７６及び７８ともはや流体連通していない。したがって、第１の流体８８はもはや加圧されず、そしてローター４６が更に９０度回転するまでチャンネル７０内に一時的に含まれ、繰り返しサイクルを始動させる。

【0026】

図７は、図１の水圧エネルギー伝達システム１２を備えた産業用システム１００（例えば流体取り扱いシステム又はポンプ保護システム）の１実施態様を示す概略図である。以下で詳述するように、産業用システム１００は、駆動流体の一部と腐食性流体の一部とを混合することによって、駆動流体と腐食性流体との混合物（例えば高圧の混合物又は高圧のブレンド）を生成することができる。例えば、駆動流体と腐食性流体との高圧の混合物又は高圧のブレンドを有することが有用である場合がある。それというのも、これは産業用システム１００内部の様々なプロセスの反応速度をスピードアップするのを助けることができるからである。例えば尿素生産の場合、液体アンモニア（例えば駆動流体）をカルバミン酸アンモニウム（例えば腐食性流体）と混合することができ、その結果生じる混合物を尿素生産プロセス中の他の工程のために利用することができる。

【0027】

図示の実施態様では、産業用システム１００は高圧ポンプ１０２を含んでいる。高圧ポンプ１０２は、駆動流体源１０４からの駆動流体を加圧し、そして駆動流体を高圧の駆動流体の入口流れ１０６として水圧エネルギー伝達システム１２へ提供する（例えば、送る（route））ように構成されている。例えば、高圧の駆動流体の入口流れ１０６は、水圧エネルギー伝達システム１２の高圧の入口（例えば入口５６）を通して送られてよい。更に、ある特定の実施態様では、腐食性流体源１１０からの腐食性流体をポンピングし、そして腐食性流体を低圧の腐食性流体の入口流れ１１２として水圧エネルギー伝達システム１２へ提供する（例えば、送る）ように、低圧ポンプ１０８が構成されていてよい。例えば、低圧の腐食性流体の入口流れ１１２は、水圧エネルギー伝達システム１２の低圧の入口（例えば入口６０）を通して送られてよい。いくつかの実施態様では、産業用システム１００は低圧ポンプ１０８を含まないことがある。例えば、いくつかの実施態様では、腐食性流体源１１０からの腐食性流体は既に所望の圧力にあってよい。

【0028】

作動中、水圧エネルギー伝達システム１２は、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との間で圧力を伝達する。こうして、水圧エネルギー伝達システム１２は高圧ポンプ１０２と腐食性流体との接触を阻止又は制限し、これにより、腐食性流体によって典型的に引き起こされる高圧ポンプ１０２の摩耗を阻止又は制限する。具体的には、低圧の腐食性流体の入口流れ１１２の腐食性流体は水圧エネルギー伝達システム１２内部で加圧されてよく、そして高圧で水圧エネルギー伝達システム１２を出てよく、高圧の駆動流体の入口流れ１０６の高圧の駆動流体は水圧エネルギー伝達システム１２内部で減圧されてよく、そして低圧の駆動流体の出口流れ１１４として低圧で水圧エネルギー伝達システム１２を出てよい。例えば、低圧の駆動流体の出口流れ１１４は水圧エネルギー伝達システム１２の低圧の出口（例えば出口５８）を通って出てよい。

【0029】

更に、低圧の腐食性流体の入口流れ１１２からの腐食性流体は高圧の駆動流体の入口流れ１０６からの駆動流体と水圧エネルギー伝達システム１２内部で混合することができ、そして高圧の混合物の出口流れ１１６として水圧エネルギー伝達システム１２を出てよい。例えば、高圧の混合物の出口流れ１１６は水圧エネルギー伝達システムの高圧の出口（例えば出口６２）を通って出てよい。具体的には、以下で詳述するように、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との非対称流（例えば異なる量、異なる流量など）を水圧エネルギー伝達システム１２によって、駆動流体と腐食性流体との所望の混合量を促進するように利用し、これにより高圧の混合物の出口流れ１１６中の駆動流体と腐食性流体との所望の比率又は比をもたらすことができる。更に、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との非対称流（例えば異なる量、異なる流量など）を、低圧の駆動流体の出口流れ１１４とともに出て高圧ポンプと接触する腐食性流体の量を最小化又は低減するように、水圧エネルギー伝達システム１２によって利用することができる。例えば、いくつかの実施態様では、低圧の駆動流体の出口流れ１１４と一緒に出る腐食性流体の量を低減するのを助けるために、及び／又は水圧エネルギー伝達システム１２内部での駆動流体と腐食性流体との混合を容易にするために、水圧エネルギー伝達システム１２へ提供される高圧の駆動流体の入口流れ１０６の量が低圧の腐食性流体の入口流れ１１２よりも多いことが、有益である。

【0030】

上記のように、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との流量が非対称であることにより、水圧エネルギー伝達システム１２内部で駆動流体と腐食性流体とを混合することができる。具体的には、駆動流体と腐食性流体とは、水圧エネルギー伝達システム１２のチャンネル１２０（例えば複数のチャンネル７０のうちの１つのチャンネル）内部の混合界面１１８（例えば界面９０）で互いに接触し得る。ある特定の実施態様では、混合界面１１８は直接接触界面であってよい。なお、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との異なる流れ（例えば量又は単位の異なる流れ）を利用して、駆動流体と腐食性流体との所望の混合を行うことができ、したがって、高圧の混合物の出口流れ１１６中の駆動流体と腐食性流体との所望の比を達成することができる。例えば、駆動流体と腐食性流体との所望の比は、産業プロセス又はシステム、又は駆動流体と腐食性流体との所望の反応速度に依存してよい。

【0031】

いくつかの実施態様では、水圧エネルギー伝達システム１２は、第１の量（例えば第１の流量）の高圧の駆動流体の入口流れ１０６と、第１の量とは異なる（例えば第１の量よりも少ない）第２の量（例えば第２の流量）の低圧の腐食性流体の入口流れ１１２とを受け取ることができる。例えば、混合界面１１８で駆動流体と腐食性流体との所望の混合量を達成するために、水圧エネルギー伝達システム１２は、ｘ単位の高圧の駆動流体の入口流れ１０６と、ｙ単位の低圧の腐食性流体の入口流れ１１２と、を受け取ることができる。ｙに対するｘの比は、０．１〜２０、０．２〜１５、０．３〜１０、０．４〜５、０．５〜３である。いくつかの実施態様ではｘはｙよりも少なくとも１．１倍、１．５倍、２倍、３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、又は１０倍大きくてよい。いくつかの実施態様では、混合界面１１８で駆動流体と腐食性流体との所望の混合量を達成するために、水圧エネルギー伝達システム１２は２０単位の高圧の駆動流体の入口流れ１０６と、１０単位の低圧の腐食性流体の入口流れ１１２とを受け取ることができる。例えば、結果として生じる高圧の混合物の出口流れ１１６はほぼ１０単位の駆動流体と、ほぼ１０単位の腐食性流体とを含んでいてよい。更に、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と、低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との非対称流は、低圧の駆動流体の出口流れ１１４内部の腐食性流体の量を低減するのを助けることができる。例えば、低圧の駆動流体の出口流れ１１４は１０単位の駆動流体と、０．５％未満の腐食性流体とを含んでいてよい。いくつかの実施態様では、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との非対称流を提供することによって、低圧の駆動流体の出口流れ１１４が含む腐食性流体のパーセンテージ（例えば体積パーセンテージ又は重量パーセンテージ）は、５％、４％、３％、２％、１％、０．７５％、０．５％、０．２５％、０．１％、又はそれ未満であってよい。

【0032】

ある特定の実施態様では、結果として生じる高圧の混合物の出口流れ１１６を更に駆動流体と混合することにより、高圧の流体ブレンド１２４を生成することができる。例えば、高圧の流体ブレンド１２４を使用して、産業用システム１００内部の様々なプロセスの反応を容易にする（例えば反応速度を高める）ことができる。したがって、高圧の流体ブレンド１２４は（例えば１つ又は２つ以上の弁又はポンプを介して）産業用システム１００の化学反応器１２５へ送られてよく、そして高圧の流体ブレンド１２４は化学反応器１２５内部の反応速度を高めることができる。例えば、いくつかの実施態様では、産業用システム１００は尿素生産システムであってよく、そして高圧の流体ブレンド１２４は、液体アンモニア（例えば駆動流体）とカルバミン酸アンモニウム（例えば腐食性流体）とを含んでいてよく、尿素生産プロセスの一部として化学反応器１２５内部の工程のために利用されてよい。なお、いくつかの実施態様では、高圧の混合物の出口流れ１１６は駆動流体とのさらなる混合なしに化学反応器１２５へ送られてよい。すなわち、高圧の混合物の出口流れ１１６は化学反応器１２５内部の反応速度を高めるために、所望の比の駆動流体と腐食性流体とを既に有していてよい。

【0033】

いくつかの実施態様では、高圧ポンプ１０２から来た高圧の駆動流体の第１の部分を高圧の駆動流体の入口流れ１０６へ送ることができ、そして高圧ポンプ１０２から来た高圧の駆動流体の第２の部分を高圧の混合物の出口流れ１１６と混合することにより、高圧の流体ブレンド１２４を生成することができる。いくつかの実施態様では、産業用システム１００は、高圧の駆動流体の第１の部分を高圧の駆動流体の入口流れ１０６へ送るように構成された循環ポンプ又は弁（例えば制御弁）１２６を含んでいてよく、そして高圧ポンプ１０２は、高圧の駆動流体の第２の部分を、高圧の混合物の出口流れ１１６と混合するように送ることができる。なお、駆動流体を送るためにいかなるタイプの送る技術（routing technique）又は流れ分割技術（flow splitting technique）を利用してもよい。更に、いくつかの実施態様では、高圧ポンプ１０２は、駆動流体源１０４からの９０単位の駆動流体と、低圧の駆動流体の出口流れ１１４からの１０単位の駆動流体とを受け取ることができる。更に、いくつかの実施態様では、ポンプ１２６は２０単位の駆動流体を高圧の駆動流体の入口流れ１０６へ送ってよく、そして高圧ポンプ１０６は、高圧の混合物の出口流れ１１６（例えば１０単位の駆動流体と１０単位の腐食性流体）と混合して高圧の流体ブレンド１２４を生成するように、８０単位の駆動流体を（例えばタンク又はミキサへ）送ってよい。したがって図示の実施態様では、結果として生じる高圧の流体ブレンド１２４は９０単位の駆動流体と、ほぼ１０単位の腐食性流体とを含んでよい。なお、駆動流体及び腐食性流体の記載の量及び比は概算値であり、例示を目的としたものにすぎない。更に、ある特定の実施態様では、高圧の混合物の出口流れ１１６及び高圧の流体ブレンド１２４中の駆動流体と腐食性流体との任意の比、例えば１：１比、２：１比、３：１比、４：１比、５：１比、６：１比、７：１比、８：１比、９：１比、１０：１比、又はそれ以上、或いは１：２比、１：３比、１：４比、１：５比、１：６比、１：７比、１：８比、１：９比、１：１０比、又はそれ以上を生成することができる。実際に、高圧の駆動流体の入口流れ１０６と低圧の腐食性流体の入口流れ１１２との非対称流は、駆動流体と腐食性流体との所望の比に基づいて確立することもできる。

【0034】

いくつかの実施態様では、産業用システム１００は、高圧の駆動流体の入口流れ１０６の量（例えば流量）、低圧の流体の入口１１２の量（例えば流量）、高圧ポンプ１０６、及び／又は循環ポンプ又は制御弁１２６を制御するためのコントローラ１２８を含むことにより、高圧の混合物の出口流れ１１６及び／又は高圧の流体ブレンド１２４中の駆動流体と腐食性流体との比を制御することができる。更に、いくつかの実施態様では、コントローラ１２８は、高圧の駆動流体の入口流れ１０６の量（例えば流量）、低圧の流体の入口１１２の量（例えば流量）、高圧ポンプ１０６、及び／又は循環ポンプ又は制御弁１２６を制御することにより、低圧の駆動流体の出口流れ１１４中の腐食性流体のパーセンテージを制御することができる。例えば、コントローラ１２８は、水圧エネルギー伝達システム１２、高圧ポンプ１０６、循環ポンプ又は制御弁１２６、及び／又は低圧ポンプ１０８に、（例えば１つ又は２つ以上の有線又は無線接続を介して）作用的に接続することができる。更に、コントローラ１２８は、１つ又は２つ以上のセンサー１３０（例えば流量センサー、圧力センサー、トルクセンサー、回転速度センサー、音響センサー、磁気センサー、光センサー、組成センサーなど）に、（例えば１つ又は２つ以上の有線又は無線接続を介して）作用的に接続することができる。１つ又は２つ以上のセンサー１３０は高圧の駆動流体の入口流れ１０６、低圧の腐食性流体の入口流れ１１２、低圧の駆動流体の出口流れ１１４、高圧の混合物の出口流れ１１６、高圧の流体ブレンド１２４、水圧エネルギー伝達システム１２、又は産業用システム１００の任意の他の適宜な構成部分に関連するフィードバックを生成してよい。作動中、コントローラ１２８は、産業用システム１００を制御するためにセンサー１３０からのフィードバックを使用する。具体的には、コントローラ１２８は、高圧の混合物の出口流れ１１６及び／又は高圧の流体ブレンド１２４中の駆動流体と腐食性流体との比を制御するために、高圧の駆動流体の入口流れ１０６の流量、低圧の腐食性流体の入口流れ１１２の流量、水圧エネルギー伝達システム１２の作動速度、高圧ポンプ１０６、及び／又は循環ポンプ又は制御弁１２６を制御する。コントローラ１２８は、プロセッサ１３２と、プロセッサ１３２によって実行可能な、具体的な非一時的コンピュータ命令を記憶するメモリ１３４とを含んでいてよい。例えば、コントローラ１２８が１つ又は２つ以上のセンサー１３０からのフィードバックを受信すると、プロセッサ１３２はメモリ１３４内に記憶された命令を実行することにより、高圧の混合物の出口流れ１１６及び／又は高圧の流体ブレンド１２４中の駆動流体と腐食性流体との比を制御することができる。

【0035】

図８は、図１の水圧エネルギー伝達システム１２を備えた産業用システム１５０（例えば流体取り扱いシステム又はポンプ保護システム）の１実施態様を示す概略図である。図示の実施態様では、駆動流体は、産業用システム１５０内部の圧力降下領域を源として供給することができる。より具体的には、様々な産業システム及びプロセスにおいて、様々な流体の圧力を生産プロセス中に降下させることが必要となる場合がある。このことは１つ又は２つ以上の反応器列によって行うことができる。列内の各反応器は、特定の量だけ圧力を降下させるように構成されている。例えば、尿素合成システム内では、所定の流体（例えばアンモニア、尿素、カルバミン酸アンモニウムなど）の圧力を高圧から中圧へ、中圧から低圧へ、１つ又は２つ以上の反応器を介して降下させる機会が存在し得る。

【0036】

したがって、ある特定の実施態様では、産業用システム１５０内部の高圧の駆動流体源１５２を源として、高圧の駆動流体を供給することができる。例えば、いくつかの実施態様では、高圧の駆動流体源１５２は、高圧の駆動流体の圧力降下流れを提供するように構成された、産業用システム１５０内部の化学反応器（例えば高圧の又は中圧の化学反応器）であってよい。いくつかの実施態様では、高圧の駆動流体源１５２は、産業用システム１５０からの任意の適宜なプロセス流れ（例えば圧力降下流れ）であってよい。高圧の駆動流体は、高圧の駆動流体の入口流れ１５４として水圧エネルギー伝達システム１２へ提供される。例えば、水圧エネルギー伝達システム１２は、高圧の入口（例えば入口５６）を通して高圧の駆動流体の入口流れ１５４を受け取ることができる。更に、水圧エネルギー伝達システム１２は、低圧の腐食性流体の入口流れ１５６を（例えば低圧の腐食性流体源から）受け取ることができる。例えば、水圧エネルギー伝達システム１２は、低圧の入口（例えば入口６０）を通して低圧の腐食性流体の入口流れ１５６を受け取ることができる。上記のように、水圧エネルギー伝達システム１２は、高圧の駆動流体と低圧の腐食性流体との間で圧力を交換することができるので、低圧の腐食性流体は高圧の腐食性流体の出口流れ１５８として（例えば出口６２を通して）出力され、そして高圧の駆動流体は低圧の駆動流体の出口流れ１６０として（例えば出口５８を通して）出力される。いくつかの実施態様では、水圧エネルギー伝達システム１２からの低圧の駆動流体の出口流れ１６０は、低圧の駆動流体ドレン１６２として産業用システム１５０内へ戻されてよい。

【0037】

こうして、水圧エネルギー伝達システム１２は、エネルギー回収及びポンプ保護の両方を可能にするように構成することができる。例えば水圧エネルギー伝達システム１２を産業用システム１５０内へ、具体的には圧力降下領域内部に組み入れることは、圧力降下プロセスに役立ち、そしていくつかの事例では、産業用システム１５０がより少ない反応器で、又は反応器なしで作動するのを可能にする。更に、水圧エネルギー伝達システム１２は、図１〜７に関して上述したように、産業用システム１５０内部のあらゆる高圧ポンプを腐食性流体と接触することから保護するのを助けることができる。

【0038】

図９は、図１の水圧エネルギー伝達システム１２を備えた産業用システム１８０（例えば流体取り扱いシステム又はポンプ保護システム）の１実施態様を示す概略図である。具体的には、産業用システム１８０は高圧容器１８２（例えば高圧の貯蔵タンク、高圧のパイプライン、高圧の化学反応器、又は高圧の化学反応容器）を含む。高圧容器１８２は、駆動流体を貯え及び／又は送るように構成されている。特定の産業用システム（例えば尿素合成システム）内におけるようないくつかの実施態様では、以下で詳述するように、高圧ポンプを使用することなしに、高圧の腐食性流体を高圧容器１８２内に注入することが、有益である。

【0039】

ある特定の実施態様では、高圧容器１８２を源として高圧の駆動流体を供給することができる。例えば、高圧容器１８２は高圧のパイプライン、貯蔵タンク、化学反応器、又は高圧の化学反応容器であってよい。ある特定の実施態様では、高圧の駆動流体は、駆動流体を加圧するように構成された付加的な高圧ポンプを使用することなしに、高圧の駆動流体の入口流れ１８４として高圧容器１８２から直接送られてよい。例えば、高圧の駆動流体の入口流れ１８４は水圧エネルギー伝達システム１２の高圧の入口（例えば入口５６）を通して送られてよい。いくつかの実施態様では、１つ又は２つ以上の循環ポンプ又は弁１８６を利用して、高圧容器１８２から高圧の駆動流体の入口流れ１８４へ高圧の駆動流体を送ることができる。更に、低圧の腐食性流体を、腐食性流体源１８８から低圧の腐食性流体の入口流れ１９０内へ送ることができる。低圧の腐食性流体の入口流れ９０は水圧エネルギー伝達システムの低圧の入口（例えば入口６０）を通して送られてよい。上記のように、水圧エネルギー伝達システム１２は、高圧の駆動流体と低圧の腐食性流体との間で圧力を交換することができ、高圧の腐食性流体を高圧の腐食性流体の出口流れ１９２として（出口６２を通して）出力することができる。高圧の腐食性流体の出口流れ１９２は（例えば１つ又は２つ以上のポンプ及び／又は制御弁を介して）高圧容器１８２内へ送られ及び／又は注入されてよい。更に、水圧エネルギー伝達システム１２は、低圧の駆動流体を低圧の駆動流体の出口流れ１９４として（出口６２を通して）出力することができる。いくつかの実施態様では、低圧の駆動流体の出口流れ１９４は高圧ポンプ１９６へ送られてよい。高圧ポンプ１９６は、駆動流体を高圧容器１８２内へ送る前又は注入する前に、駆動流体を適宜又は所望の圧力に（例えば高圧の駆動流体の入口流れ１８４に）加圧するように構成されていてよい。このように、高圧ポンプ１９６は、駆動流体だけを取り扱うように構成されていてよく、そして水圧エネルギー伝達システム１２は高圧ポンプ１９６と腐食性流体との接触を阻止又は制限し、これにより腐食性流体に晒されることから生じる困難を低減するのを助けることができる。

【0040】

ある特定の実施態様では、高圧ポンプ１９６から来た高圧の駆動流体が高圧容器１８２へ送られる前に、高圧容器１８２内部の高圧の腐食性流体を高圧容器１８２から除去することができる。例えば、いくつかの実施態様では、高圧の腐食性流体は高圧容器１８２（例えば貯蔵タンク、パイプライン、化学反応器、又は高圧の化学反応容器）から産業用システム１８０の別の構成部分（例えば貯蔵タンク、化学反応器、パイプライン、化学反応容器など）へ送られてよい。いくつかの実施態様では、高圧容器１８２は高圧の腐食性流体と高圧の駆動流体との両方を含んでいてよい。例えば、いくつかの実施態様では、高圧容器１８２は、高圧の駆動流体を１つ又は２つ以上の化学反応を介して生成するように構成された化学反応器又は化学反応容器であってよい。いくつかの実施態様では、高圧容器１８２からの出力流を（例えば分離又は濾過システム３４を使用して）濾過することにより、腐食性流体から駆動流体を分離し、及び／又は駆動流体から腐食性流体を除去してよく、そして濾過済の駆動流体は高圧の駆動流体の入口流れ１８４として提供されてよい。

【0041】

なお、本明細書中に記載された種々異なる実施態様及び技術のうちのいずれかを一緒に利用することができる。例えば、いくつかの実施態様では、（図９に関して説明したように）結果として生じる高圧の混合物（例えば高圧の混合物の出口流れ１１６又は高圧の流体ブレンド１２６）を高圧容器１８２内へ注入する前に、（図７に関して説明したように）水圧エネルギー伝達システム１２は駆動流体を腐食性流体と混合するように構成されていてよい。さらなる例としては、（図１に関して説明したような）分離又は濾過システム３４を、図７〜９に関して説明した実施態様のいずれかにおいて利用することもできる。更に、いくつかの実施態様では、（図７に関して説明したような）コントローラ１２８及び／又はセンサー１３０は、上記実施態様のいずれか、例えば産業用システム１０、産業用システム１５０、及び／又は産業用システム１８０内に組み入れることができる。例えば、コントローラ１２８及び／又はセンサー１３０は、産業用システム１０，１５０及び／又は１８０の様々な構成部分、例えば水圧エネルギー伝達システム１２、高圧の駆動流体の入口流れ２０，１５４及び／又は１８４、低圧の腐食性流体の入口流れ２８，１５６及び／又は１９０、低圧の駆動流体の出口流れ３２，１６０及び／又は１９４、高圧の腐食性流体の出口流れ３０，１５８及び／又は１９２、濾過及び／又は分離システム３４、ポンプ１４，１９６及び／又は１８６、又は任意の他の適宜な構成部分を制御することができる。

【0042】

本発明は、様々な変更及び別の形態を許すことができるが、本明細書中では具体的な実施態様を一例として示し詳述してきた。しかしながら、言うまでもなく、本発明は開示された特定の形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、以下の添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の思想及び範囲の中に含まれる、あらゆる変更形、等価形、及び代替形を対象にすることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】