特表 2023-540616 海中用バランスピストンポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-25

(54)【発明の名称】海中用バランスピストンポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 53/14 20060101AFI20230915BHJP

   F04B 23/02 20060101ALI20230915BHJP

   B63G 8/14 20060101ALI20230915BHJP

【ＦＩ】

F04B53/14 Z

F04B23/02 E

B63G8/14

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023515843

(86)(22)【出願日】2021-09-09

(85)【翻訳文提出日】2023-04-27

(86)【国際出願番号】 AU2021051045

(87)【国際公開番号】W WO2022051810

(87)【国際公開日】2022-03-17

(31)【優先権主張番号】2020903234

(32)【優先日】2020-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523085186

【氏名又は名称】ワイアンドアール アルム ピーティーワイ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】アルム ロナルド

(72)【発明者】

【氏名】ラヴェリー アラン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンストン マシュー

(72)【発明者】

【氏名】ホーナー ライズ

【テーマコード（参考）】

3H071

【Ｆターム（参考）】

3H071AA01

3H071AA03

3H071BB01

3H071CC11

3H071CC26

3H071DD01

3H071DD06

3H071DD13

3H071DD14

3H071DD31

3H071DD72

3H071DD75

3H071DD76

3H071DD84

(57)【要約】

海中航走体、例えば、可変浮力エンジン用のバランスピストンポンプ（３００）は、入口（３２１）、出口（３２５）、及び入口と出口との間の少なくとも１つの流体経路を含む。流体経路内のピストン構成は、大端部（３３３）と小端部（３３１）を有する段付きピストン（３３０）を含む。ピストンの段部（３３６）は、ポンプ本体（３１０）と協働してピストン室（３２０）を形成する。ピストンの端部（３３２、３３４）はそれぞれ、周囲圧にさらされる。ポンプの駆動に必要な力は、ピストンの端部の断面積の差に依存する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ、ポンプ本体と、
ｂ、少なくとも１つの入口と、
ｃ、少なくとも１つの出口と、
ｄ、前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間の流体経路と、
ｅ、前記流体経路に配置され、前記少なくとも１つの入口から前記流体経路を介して前記少なくとも１つの出口へ流体をポンピングするように構成された少なくとも１つのピストン構成であって、ｉ、ピストン室と、ｉｉ、入口弁と、ｉｉｉ、出口弁と、ｉｖ、前記ピストン室内を移動するように配置され、第１端部にある第１外端面、及び第２端部にある第２外端面を含むピストンと、ｖ、前記ピストン室内で前記ピストンを駆動し、前記ピストンの第１端部に動作可能に取り付けられたピストンドライブとを含む、ピストン構成と、を含み、
ｆ、前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つが周囲圧にさらされ、
ｇ、前記第１外端面の表面積が前記第２外端面の表面積より小さいため、前記第２端部の周囲圧による力が前記第１端部の周囲圧による力より大きい、ポンプ。

【請求項2】

前記ピストンの第１外端面と第２外端面はそれぞれ、周囲圧にさらされる、請求項１に記載のポンプ。

【請求項3】

少なくとも１つの周囲圧室を含み、前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つは、前記周囲圧室内に配置される、請求項１又は２に記載のポンプ。

【請求項4】

前記少なくとも１つの周囲圧室は、前記ポンプの第１端部にある第１周囲圧室と、前記ポンプの第２端部にある第２周囲圧室とを含む、請求項３に記載のポンプ。

【請求項5】

前記ポンプ本体は、前記ポンプ本体を貫通し、前記第１周囲圧室と前記第２周囲圧室とを流体接続する１つ以上の流体導管を含む、請求項４に記載のポンプ。

【請求項6】

前記少なくとも１つの周囲圧室は、周囲圧流体を受け取る入口接続部を含む、請求項３又は４に記載のポンプ。

【請求項7】

前記入口弁は、前記出口弁と長手方向に一列になって配置され、前記ピストン室は、前記入口弁に隣接して配置される、請求項１～６のいずれか一項に記載のポンプ。

【請求項8】

ａ、圧力容器と、
ｂ、前記圧力容器の内部から流体をポンピングするように配置されたメインポンプと、を含み、
前記メインポンプは、
ｉ、ポンプ本体と、
ｉｉ、少なくとも１つの入口と、
ｉｉｉ、少なくとも１つの出口と、
ｉｖ、前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間の流体経路と、
ｖ、前記流体経路に配置され、前記少なくとも１つの入口から前記流体経路を介して前記少なくとも１つの出口へ流体をポンピングするように構成された少なくとも１つのピストン構成であって、ピストン室と、入口弁と、出口弁と、前記ピストン室内を移動するように配置され、第１端部にある第１外端面、及び第２端部にある第２外端面を含むピストンと、前記ピストン室内で前記ピストンを駆動し、前記ピストンの第１端部に動作可能に取り付けられたピストンドライブとを含む、ピストン構成と、を含み、
ｖｉ、前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つが周囲圧にさらされ、前記第１外端面の表面積が前記第２外端面の表面積より小さいため、前記第２端部の周囲圧による力が前記第１端部の周囲圧による力より大きい、海中船舶用のポンピングシステム。

【請求項9】

前記メインポンプのピストンドライブを作動させて、前記少なくとも１つのピストン構成のピストンを往復運動させるモータを含む、請求項８に記載のポンピングシステム。

【請求項10】

前記ピストンの第１外端面と第２外端面はそれぞれ、周囲圧にさらされる、請求項８に記載のポンピングシステム。

【請求項11】

少なくとも１つの周囲圧室を含み、前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つは、前記周囲圧室内に配置される、請求項８～１０のいずれか一項に記載のポンピングシステム。

【請求項12】

前記少なくとも１つの周囲圧室は、前記ポンプの第１端部にある第１周囲圧室と、前記ポンプの第２端部にある第２周囲圧室とを含む、請求項１１に記載のポンピングシステム。

【請求項13】

前記ポンプ本体は、前記ポンプ本体を貫通し、前記第１周囲圧室と前記第２周囲圧室とを流体接続する１つ以上の流体導管を含む、請求項１２に記載のポンピングシステム。

【請求項14】

前記少なくとも１つの周囲圧室は、周囲圧流体を前記少なくとも１つの周囲圧室内に受け取る入口接続部を含む、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のポンピングシステム。

【請求項15】

前記入口接続部と流体接続され、周囲圧流体を収容する外部の可撓性貯留部を含み、前記可撓性貯留部は、周囲圧から作用を受ける、請求項１４に記載のポンピングシステム。

【請求項16】

前記圧力容器の内部から前記メインポンプへ流体をポンピングするように配置された一次ポンプを含む、請求項８～１５のいずれか一項に記載のポンピングシステム。

【請求項17】

可変浮力エンジンを含む海中航走体であって、前記可変浮力エンジンは、
ａ、圧力容器と、
ｂ、前記圧力容器の内部から流体をポンピングするように配置されたメインポンプと、を含み、
前記メインポンプは、
ｉ、ポンプ本体と、
ｉｉ、少なくとも１つの入口と、
ｉｉｉ、少なくとも１つの出口と、
ｉｖ、前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間の流体経路と、
ｖ、前記流体経路に配置され、前記少なくとも１つの入口から前記流体経路を介して前記少なくとも１つの出口へ流体をポンピングするように構成された少なくとも１つのピストン構成であって、ピストン室と、入口弁と、出口弁と、前記ピストン室内を移動するように配置され、第１端部にある第１外端面、及び第２端部にある第２外端面を含むピストンと、前記ピストン室内で前記ピストンを駆動し、前記ピストンの第１端部に動作可能に取り付けられたピストンドライブとを含む、ピストン構成と、を含み、
ｖｉ、前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つが周囲圧にさらされ、
ｖｉｉ、前記第１外端面の表面積が前記第２外端面の表面積より小さいため、前記第２端部の周囲圧による力が前記第１端部の周囲圧による力より大きい、海中航走体。

【請求項18】

前記メインポンプのピストンドライブを作動させて、前記少なくとも１つのピストン構成のピストンを往復運動させるモータを含む、請求項１７に記載の海中航走体。

【請求項19】

前記ピストンの第１外端面と第２外端面はそれぞれ、周囲圧にさらされる、請求項１７に記載の海中航走体。

【請求項20】

少なくとも１つの周囲圧室を含み、前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つは、前記周囲圧室内に配置される、請求項１７～１９のいずれか一項に記載の海中航走体。

【請求項21】

前記少なくとも１つの周囲圧室は、前記ポンプの第１端部にある第１周囲圧室と、前記ポンプの第２端部にある第２周囲圧室とを含む、請求項２０に記載の海中航走体。

【請求項22】

前記ポンプ本体は、前記ポンプ本体を貫通し、前記第１周囲圧室と前記第２周囲圧室とを流体接続する１つ以上の流体導管を含む、請求項２１に記載の海中航走体。

【請求項23】

前記少なくとも１つの周囲圧室は、周囲圧流体を前記少なくとも１つの周囲圧室内に受け取る入口接続部を含む、請求項２０～２２のいずれか一項に記載の海中航走体。

【請求項24】

前記入口接続部と流体接続され、周囲圧流体を収容する外部の可撓性貯留部を含み、前記可撓性貯留部は、周囲圧から作用を受ける、請求項２３に記載の海中航走体。

【請求項25】

前記圧力容器の内部から前記メインポンプへ流体をポンピングするように配置された一次ポンプを含む、請求項１７～２４のいずれか一項に記載の海中航走体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、一般に、潜水機に関し、特に、有人又は無人の潜水機、特に水中グライダーに使用されるポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

グライダーなどの潜水機は、かなりの深さまで水中を移動する機能を有する。グライダーは、比較的静かであり、最低限の燃料で長距離を移動することができる。これらの利点により、グライダーは、例えば、海洋調査、軍事防衛用などの様々な用途に使用することができる。

【0003】

水中グライダーのポンプは、それらの極限動作深さのため、特定の要求がある。これらのポンプは、厳しい動作環境にもかかわらず、効率性かつ信頼性が要求される。

【0004】

したがって、海中航走体用の改善されたポンプが求められている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るポンプは、
ポンプ本体と、
少なくとも１つの入口と、
少なくとも１つの出口と、
前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間の流体経路と、
前記流体経路に配置され、前記少なくとも１つの入口から前記流体経路を介して前記少なくとも１つの出口へ流体をポンピングするように構成された少なくとも１つのピストン構成であって、ピストン室と、入口弁と、出口弁と、前記ピストン室内を移動するように配置され、第１端部にある第１外端面、及び第２端部にある第２外端面を含むピストンと、前記ピストン室内で前記ピストンを駆動し、前記ピストンの第１端部に動作可能に取り付けられたピストンドライブとを含む、ピストン構成と、を含み、
前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つが周囲圧にさらされ、
前記第１外端面の表面積が前記第２外端面の表面積より小さいため、前記第２端部の周囲圧による力が前記第１端部の周囲圧による力より大きい。

【0006】

本開示の一態様に係る、深海船舶用の２段ポンピングシステムは、
圧力容器と、
前記圧力容器の内部から流体をポンピングするように配置されたメインポンプと、を含み、
前記メインポンプは、ポンプ本体と、
少なくとも１つの入口と、
少なくとも１つの出口と、
前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間の流体経路と、
前記流体経路に配置され、前記少なくとも１つの入口から前記流体経路を介して前記少なくとも１つの出口へ流体をポンピングするように構成された少なくとも１つのピストン構成であって、ピストン室と、入口弁と、出口弁と、前記ピストン室内を移動するように配置され、第１端部にある第１外端面、及び第２端部にある第２外端面を含むピストンと、前記ピストン室内で前記ピストンを駆動し、前記ピストンの第１端部に動作可能に取り付けられたピストンドライブとを含む、ピストン構成と、を含み、
前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つが周囲圧にさらされ、
前記第１外端面の表面積が前記第２外端面の表面積より小さいため、前記第２端部の周囲圧による力が前記第１端部の周囲圧による力より大きい。

【0007】

一態様に係る可変浮力エンジンを含む深海航走体において、前記可変浮力エンジンは、
圧力容器と、
前記圧力容器の内部から流体をポンピングするように配置されたメインポンプと、を含み、
前記メインポンプは、ポンプ本体と、
少なくとも１つの入口と、
少なくとも１つの出口と、
前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間の流体経路と、
前記流体経路に配置され、前記少なくとも１つの入口から前記流体経路を介して前記少なくとも１つの出口へ流体をポンピングするように構成された少なくとも１つのピストン構成であって、ピストン室と、入口弁と、出口弁と、前記ピストン室内を移動するように配置され、第１端部にある第１外端面、及び第２端部にある第２外端面を含むピストンと、前記ピストン室内で前記ピストンを駆動し、前記ピストンの第１端部に動作可能に取り付けられたピストンドライブとを含む、ピストン構成と、を含み、
前記ピストンの第１外端面と第２外端面のうちの少なくとも１つが周囲圧にさらされ、
前記第１外端面の表面積が前記第２外端面の表面積より小さいため、前記第２端部の周囲圧による力が前記第１端部の周囲圧による力より大きい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

以下、例としてのみ、具体的な実施形態及び添付図面を参照する。

【0009】

【図1】開ループ２段ポンピングシステムを有する潜水機を概略的に示す。

【図2】潜水機用の二重閉ループ２段ポンピングシステムを概略的に示す。

【図3】潜水機においてメインポンプとして使用されるバランスピストンポンプを概略的に示す。

【図4】図３のポンプの動作の吸入段を概略的に示す。

【図5】図３のポンプの動作の加圧段を概略的に示す。

【図6】本発明の一実施形態に係るバランスピストンポンプの概略斜視図である。

【図7】外側ハウジング部品が透明に示される図６のポンプを示す。

【図8】図６のポンプの断面を示す。

【図9】入口プレートを示す。

【図10】小端部プレートの下面図を示す。

【図11】小端部プレートの上面図を示す。

【図12】大端部プレートの下面図を示す。

【図13】大端部プレートの上面図を示す。

【図14】出口プレートの下面図を示す。

【図15】出口プレートの上面図を示す。

【図16】端部キャップを示す。

【図17】図６のポンプの下部を示す。

【図18】図６のポンプのピストンを係合する軸を示す。

【図19】トランスミッションハウジングの上面図を示す。

【図20】ポンプの油充填圧力容積部内の周囲圧を維持することを概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

潜水機は、可変浮力エンジンを利用して前方推進力を生成することが多いため、水上艇とは独立して長期間にわたって動作することができる。可変浮力エンジンでは、潜水機の浮力を変化させることができる。潜水機内の圧力容器に出入りする水、例えば、海水を、開ループシステムと考えられるもので潜水機の外部にポンピングすることにより、浮力を絶対的に変化させることができる。或いは、圧力容器から流体を潜水機の異なる領域にポンピングしたり、流体量を変化させたりして潜水機内の密度・浮力に影響を与えることにより、潜水機内の浮力分布を変化させてもよい。閉ループシステムにおいて、流体は、淡水、油又は他のタイプの流体であってもよく、周囲圧から作用を受ける可撓性貯留部にポンピングされる。

【0011】

圧力容器の内部が真空に近づいてもよいため、内装ポンプが外装メインポンプの一次ポンプとして機能するように圧力容器の内部に取り付けられて、２段システムが提供されてもよい。一次ポンプは、ベーンタイプポンプ、インペラポンプ、ピストンポンプなどの任意の簡単なタイプのポンプであってもよい。

【0012】

図１は、開ループシステムの一実施形態の概略図を示す。潜水機１００は、内部の圧力容器１０２を有する。開ループシステムにおいて、電磁弁などの入口弁１０４は、外部の海水が圧力容器に流れることを制御することができる。圧力容器１０２を空にするために、２段ポンプを使用することができる。メインポンプ１０８は、水を圧力容器１０２から潜水機１００の外部へポンピングすることができる。圧力容器１０２内に位置する一次ポンプ１０６は、ラインにおいて十分な圧力をメインポンプ１０８に供給することを保証するために使用することができる。メインポンプは、モータ１１０、例えば、流体充填ブラシレスＤＣモータにより動作することができる。電池１１２は、モータ１１０に電力を供給することができる。

【0013】

図２は、閉ループシステムの一実施形態の概略図を示す。潜水機２００は、２つの圧力容器２０２、２０３、圧力容器のそれぞれの一次ポンプ２０６、２０７、及び一次ポンプのそれぞれに結合されたメインポンプ２０８、２０９を含む。しかしながら、潜水機の外部から流体をポンピングする代わりに、圧力容器２０２、２０３は、外部の周囲圧から作用を受けるバッグなどの内部の可撓性貯留部２１４から、入口電磁弁２０４、２０５を介して流体が充填される。メインポンプ２０８、２０９は、貯留部２１４に作用する周囲圧に抗して、それらの圧力容器２０２、２０３のそれぞれから可撓性貯留部２１４に戻すように流体をポンピングする。流体は、バッグ２１４に出入りし、かつ独立して圧力容器に出入りすることができるため、圧力容器間の変位量、並びに圧力容器とバッグとの間の変位量が変更可能であり、これにより潜水機の浮力に影響を与える。

【0014】

図１及び図２は、一次ポンプが圧力容器からの流体を加圧してメインポンプに供給する２段ポンプシステムを示す。代替的な構成において、圧力容器から、メインポンプを動作させる十分な圧力が得られるならば、一次ポンプを除いてもよい。例えば、圧力容器は、周囲圧により自由な流れで充填されるのではなく、内部に流体がポンピングされて部分的に充填されてもよい。

【0015】

３つのピストン軸方向駆動ポンプは、メインポンプとして使用されることが知られている。しかしながら、このようなポンプは、一般的に、深海で遭遇する（圧力容器の外部の）高い周囲圧で動作するように設計されていない。ポンプは、周囲環境の圧力に抗して流体を外部又は貯留部に吐出する必要がある。

【0016】

海中船舶の動作深さで遭遇する高い周囲圧に対抗するために、本発明の一実施形態に係る、本明細書においてバランスピストンポンプと呼ばれるメインポンプを提供することができる。図３は、本発明の一実施形態に係るバランスピストンポンプの概略図を示す。図３のポンプ３００は、ピストン室３２０を画定する本体３１０を含む。段付きピストン３３０は、ピストン室３２０内で往復運動するように配置される。

【0017】

ピストン室３２０は、実質的にドーナツ状（ｔｏｒｏｉｄａｌ）であり、入口逆止弁３２２を有する入口３２１と、出口逆止弁３２６を有する出口３２５とを有する。ピストン室３２０は、最初に一次ポンプ（図３に示されない）によって加圧された圧力容器（又は部分的に充填された圧力容器）から入口３２１を介して流体を受け取り、出口３２５を介して流体を吐出する。

【0018】

段付きピストン３３０は、実質的に長手形状であり、第１端部３３１（小端部）と、ピストン３３０の第１端部３３１とは反対側の長手方向端部の第２端部３３３（大端部）とを有する。第１端部３３１は、第２端部３３３より小径である。ピストン３３０の段部３３６は、第１端部３３１と第２端部３３３との間でピストン３３０の直径を変化させる。段部３３６は、ピストン室３２０内に配置される。第１端部３３１は、第１外端面３３２を有し、第２端部３３３は、第２外端面３３４を有する。各外端面３３２、３３４は、ピストン室３２０の外部に位置し、周囲圧にさらされる。ピストンドライブ又はモータ（図示せず）は、ピストン３３０の往復運動を駆動する。ピストンドライブは、ピストンの第１端部３３１に取り付けられてもよい。

【0019】

シール３４２、３４４はそれぞれ、本体３１０に突き当てられてピストン３３０の第１端部及び第２端部を密閉することにより、ピストン室３２０を周囲圧から隔離する。

【0020】

動作において、モータは、矢印３５２の方向に第１端部３３１をピストン室３２０（図４）内に駆動することにより、ピストン３３０の大径部をピストン室３２０の外部に駆動し、ピストン室の利用可能な容積を増大させる（吸入行程）。流体は、入口矢印３５４に示されるように、入口３２１を介してピストン室３２０に吸い込まれる。戻り行程（図５における加圧行程）において、ピストンの大端部は、ピストン室内に戻る（方向矢印３５６）ため、ピストン室３２０の容積を減少させ、矢印３５８に示すように出口３２５から流体を押し出す。

【0021】

第１外端面３３２の表面積が第２外端面３３４の表面積より小さいため、第２端部の周囲圧による力が第１端部の周囲圧による力より大きい。周囲圧により生成される、ピストンの端面３３２、３３４に作用する力がほぼ打ち消されるため、ポンプは、任意の深さで動作するように設計することができる。理論に拘束されないが、流体をポンピングするためにピストンドライブがピストンの第１端部３３１（小端部）に作用すべきの力は、小端面３３２と大端面３３４（示される実施形態では、シリンダ室がドーナツ状である）の断面積の差に周囲圧を乗算したものに等しい（摩擦、弁ばね及び他の損失を無視し、入力圧が補助しないと仮定する）。

【0022】

一実施形態では、ピストンの端部は、油充填区画を介して周囲環境の圧力から作用を受ける。これは、「バランス」動作と呼ばれてもよい。一実施形態では、ピストンの１つの端部は、周囲環境にさらされるが、代替的な実施形態では、ピストンの２つの端部が、周囲環境から作用を受ける。上記区画は、互いに分離されてもよく、接続されてもよい。

【0023】

図６は、本発明の一実施形態に係るバランスピストンポンプ６００の斜視図を示す。図７は、ポンプの内部部品を見えるために外側本体要素が透明に示される図６の斜視図を示す。ポンプ６００は、周にわたって５つのピストンが配置されたマルチピストンポンプである。流体は、流体入口６２１によりポンプ内部に供給され、ポンプの上面にある出口から外部にポンピングされる。油は、油入口６２３により油貯留部（図示せず）からポンプ内の油室に供給され、出口６２７から排出することができる。

【0024】

図８は、反転した図６のポンプ６００の断面を示す。ポンプ６００の標識された構成要素は、以下のとおりである。

【0025】

【表1】

【0026】

５つのピストンを有するポンプ６００は、複数の円形プレートが一体に接合された本体を有し、これらの複数の円形プレートは、単一の入口６２１から単一の出口６２５まで本体を貫通する５つの個別流体流路を画定する。ピストン構成は、流体流路のそれぞれに配置される。以下の説明では、図６の配向に示すように、出口６２５と大端部を上部に示し、小端部又は駆動端部を下部に示す。配向の用語は、説明のためのものに過ぎず、本発明の範囲をこれらの配向に限定することを意図するものではない。

【0027】

図９は、入口プレート９００の上面図を示す。入口プレートには、プレートを通って長手方向に延びる５つのピストンガイド孔９０２が放射状に分散して形成される。ガイド孔９０２は、段付きピストンの小端部を収容するように構成される。径方向孔９０４は、入口６２１を受け取り、プレートの周縁９０６から中央縦孔９０８に延び、中央縦孔９０８は、プレート９００の上面９１０から径方向孔９０４に突き当たるように下方に延びる。縦孔９０８は、プレート９００の下面で閉塞される。

【0028】

入口プレート９００の上面９１０は、小端部プレート１０００の裏面（図１０）に当接している。小端部プレート１０００は、入口プレート９００のピストンガイド９０２と位置合わせされた、プレート１０００を通って長手方向に延びるピストンガイド１００２を含む。小端部プレートの裏面１００４は、プレートの内に延びて上面１０１０で閉塞された中央縦孔１００８を有する。一連（５つ）の流路１０１２は、中央孔１００８から外側流路端部１０１４まで放射状に延びる。各外側流路端部１０１４には、プレート１０００を通って上面まで長手方向に延びる孔が形成されている。

【0029】

小端部プレート１０００の上部が図１１に示される。５つの凹部１０１８は、プレートの周囲に分散している。各凹部１０１８は、入口ポペット弁座１０２０を含む。ポペット弁座内には、流路１０１２の外側流路端部１０１４に位置合わせされ、プレートを通って延びる流路孔１０１６が形成されている。入口ポペット弁座１０２０は、流路孔１０１６を密閉する入口ポペット弁の端部を受け取るように構成される。単一のポペット弁１０２２が図１１に示され、残りのポペット弁は、簡略化のために図面において省略される。凹部１０１８は、ピストンガイド１００２まで延びる。ピストンガイドは、ピストン室の下端部を画定する段部１０２４を有する。段部１０２４は、ピストン１０３０の段部と適合する。ピストンガイドは、ピストンの段付き部分を受け取り、座を提供するように構成される。入口ポペット弁１０２２に隣接する単一のピストン１０３０が示される。残りのピストンは、簡略化のために図面において省略される。

【0030】

図１０は、各ピストンガイド１００２が段部１０１６を有することを示す。ピストンガイドの上部は、段付きピストンの小端部にぴったりとフィットする寸法とされる。段部の下で、ピストンガイドの幅が増加する。密閉リング１０１８は、下面からピストンガイド１００２内に挿入され、段部１０１６に位置して、密閉リングの下方の周囲圧から、密閉リングの上方のピストン室を密閉する。

【0031】

ピストン座１０２４の上方は、ピストン室１１２０である（以下、より詳細に説明される）。入口流路１０２６は、入口ポペット弁座１０２０からピストン室１１２０まで延びる。ピストンは下部構成がピストン座１０２４によって完全に座を提供された（着座した）状態にある場合、ピストン１０３０の本体は、入口流路１０２６に対して密閉し、ピストン室１１２０への任意の流体の流入を防止する。このとき、ポペット弁は、流路孔１０１６を閉塞するように付勢されている。ピストンが上昇して座１０２４から離れる場合、入口流路１０２６は、ピストン室に開放されている。このとき、ピストン室１０２６内に形成された真空と、入口からの流体の圧力とが、入口ポペット弁１０２２の閉塞付勢力を上回るのに十分である。ポペット弁は開き、流体は、入口プレート９００を通って小端部プレートの流路１０１２内に流れ、それぞれの開いたピストンの流路孔１０１６及び入口流路１０２６を通ってピストン室１１２０内に流れる。

【0032】

図１１に示すように、ポペット弁１０２２は、上部から開き、ポペット弁１０２２の本体の側部にある孔１０２３を含む。ピストン室１１２０が流体で満たされて圧力が入口圧力に等しくなるときのピストン行程の上部では、ポペット弁の上方に配置されたばね又は同様の付勢機構は、ポペット弁を閉じるように押し付けることにより、流路孔１０１６を密閉してもよい。

【0033】

図１２は、小端部プレート１０００上に着座する大端部プレート１２００の裏面図を示す。大端部プレート１２００は、小端部プレート１０００のピストンガイド１００２と位置合わせされた、プレート１２００を通って長手方向に延びるピストンガイド１２０２を含む。ガイド孔１２０２は、段付きピストンの大端部を収容するように構成される。大端部プレート１２００の下面１２０１には、小端部プレート１０００にあるポペット弁座１０２０と位置合わせされた入口ポペット弁ガイド１２０４が形成される。図１２は、ポペット弁ガイド１２０４に配置された単一の入口ポペット弁１０２２を示す。残りの入口ポペット弁は、簡略化のために図面において省略される。

【0034】

入口ポペット弁ガイドは、入口ポペット弁の幅を収容するのに十分な直径を有し、入口ポペット弁との間に空間を有する。弁ガイドは、大端部プレート１２００の大部分を通って終了する。小出口開口は、弁ガイドを通って大端部プレート１２００の上面まで延びる。ばね又は他の付勢機構（図８における３９）は、弁ガイド１２０４に設けられて、入口ポペット弁を入口ポペット弁座１０２０に向かって下方に付勢する。入口ポペット弁のベース１０２５は、ポペット弁の主体より狭いが、流路孔１０１６を密閉するのに十分である。しかしながら、ベースが流路孔１０１６に対して密閉されると、流体は、入口ポペット弁の周囲を流れて、弁ガイド１２０４内に流れることができる。したがって、ピストンが戻り行程にある場合、流体は、ポペット弁１０２２の側部にある孔１０２３の流路１０２６を介して、ピストン１０３０によって（ピストン１０３０の小端部とピストンガイド１２０２の壁との間のドーナツ状空間１１２０として示される）ピストン室から弁ガイド１２０４内に押し込まれる。

【0035】

図１３は、大端部プレート１２００の上部１２１０を示す。各ピストンガイド１２０２に隣接するのは、下部の入口ポペット弁ガイド１２０４と位置合わせされた出口開口１２０６である。出口開口１２０６は、出口ポペット弁１４２２によって密閉される。単一の出口ポペット弁１４２２が図１３に示される。残りの出口ポペット弁は、簡略化のために省略される。図１３は、各ピストンガイド１２０２が段部１２１６を有することを示す。ピストンガイドの下部は、段付きピストンの大端部にぴったりとフィットする寸法とされる。段部の上では、ピストンガイドの幅が増加する。密閉リング１２１８は、段部１２１６に位置して、密閉リングの上方の周囲圧から、密閉リングの下方のピストン室を密閉することができる。

【0036】

図１４は、出口プレート１４００の裏面１４０１を示す。出口プレートは、大端部プレート１２００上に着座する。出口プレート１４００は、大端部プレート１２００のピストンガイド１２０２と位置合わせされた、プレート１２００を通って長手方向に延びるピストンガイド１４０２を含む。ガイド孔１４０２は、段付きピストンの大端部を収容するように構成される。面１４０１内には、大端部プレート１２００の入口ポペット弁ガイド１２０４と位置合わせされた出口ポペット弁ガイド１４０４が埋め込まれる。各出口ポペット弁ガイド１４０４からは、出口プレート１４００を軸方向に貫通する中央孔に突き当たるように延びる径方向流路１４０６が延びている。図１４は、弁ガイド１４０４に配置された単一の出口ポペット弁１４２２を示す。残りの出口ポペット弁は、簡略化のために図面において省略される。

【0037】

図１５は、出口プレート１４００の上面１４１０を示す。上面１４１０は、ピストンガイド１４０２と、出口プレートの上方に延びる単一のピストン１０３０とを示す。残りのピストンは、簡略化のために図面において省略される。プレート１４００の下側にある流路１４０６と連通する中央孔１４０８は、プレート１４００の厚さを貫通するように示される。

【0038】

図１６は、ポンプの端部キャップ１６００を示す。端部キャップは、出口６２５につながる中央孔１６０８を有する。中央孔は、出口プレート１４００の中央孔１４０８と位置合わせされる。端部キャップ１６００は、ほぼ中空であり、出口プレート１４００の上面１４１０と共に周囲圧容積部１６０４を画定する。ピストンの大端部は、容積部１６０４内に延びる。弁ばね（例えば、図８における弁ばね２３）は、ばね凹部１６０６に着座することができる。ばね凹部１６１２のうちの１つは、端部キャップを通って延びて、周囲圧容積部１６０４に対して周囲圧との接続を提供する。一実施形態では、（図６において油の出口６２７として端部キャップ１６００の外部に示される）開口１６１２は、周囲圧容積部１６０４に油を入れるか、又は周囲圧容積部１６０４から油を排出するために使用することができる。

【0039】

上述したように、ピストン１０３０の下降行程において、流体は、入口ポペット弁の弁ガイド１２０４内に押し込められる。ピストンの力が下降行程において増加するにつれて、入口ポペット弁ガイド１２０４の出口開口１２０６を密閉する出口ポペット弁１４２２の圧力により、出口ポペット弁を開き、流体は、出口ポペット弁ガイド１４０４内に流れ、流路１４０６の内に流れ、出口プレート１４００の軸方向孔１４０８を通って、端部キャップ１６００の出口６２５に流れることができる。これにより、流体は、ポンプから排出される。

【0040】

ポンプの下端部において、ピストンの小端部は、入口プレート９００のピストンガイド９０２を通って、入口プレートの下端部とトランスミッションハウジング１７００（図１７）との間に画定される容積部内に突出する。

【0041】

図１８は、軸１８０２と、傾斜プレート又は斜めプレートとも呼ばれる傾斜した斜板１８０４とに位置するピストン１０３０の小端部を示す。軸１８０２と斜板は、ピストンの往復運動を生成するピストンドライブを形成する。軸１８０２が回転するにつれて、傾斜した斜板１８０４は、各ピストンを順次上昇させることにより、各ピストン室の吸入行程を提供する。斜板の高い点を通過すると、ピストンの大端部とピストンの小駆動端部とに作用する周囲圧の差圧によってピストンを復帰させることにより、加圧行程を実行する。

【0042】

軸の端部は、モータのクランクによってトランスミッションハウジング１７００を介して係合されて、回転を軸に付与してもよい。様々なクランクモータの接続が当業者には明らかであろう。モータは、電子的整流式流体充填ブラシレスＤＣモータであってもよい。流体が充填されることにより、モータは、かなりの水中深さでの動作に良好に適する。知られているように、電池が、モータを動作するように設けられてもよい。

【0043】

トランスミッションハウジング１７００は図１９に個別に示される。内部で、トランスミッションハウジングは、入口６２３を介して提供された周囲圧容積部１７０４とする。入口６２３により、容積部１７０４は、周囲圧にさらされてもよい。代替的に、容積部１７０４は、周囲圧で維持される油が充填されてもよい。

【0044】

ポンプのプレートは、一体に接合された場合、小端部から大端部まで連続したピストンハウジングを画定する。プレートは、各プレートの相補的に位置合わせされた孔を通って延びる適切なボルト６３０により一体に接続されてもよい。Ｏリングシールがプレート間に設けられて、水がポンプ本体内に入ることを防止してもよい。入口プレート９００（図９）は、Ｏリングシールを受け取る溝９１４を上面に有する。プレート１０００、１２００、１４００、トランスミッションハウジング１７００及び端部キャップ１６００には、いずれも同様の溝が設けられる。

【0045】

ピストンのバランス動作は、段付きピストンの大小両端部を周囲圧容積部に配置することにより行われる。図面は、ポンプの大端部及び小端部にそれぞれ位置する２つの周囲圧容積部１６０４、１７０４を示す。周囲圧容積部は、それぞれの開口部６２７、６２３を介して独立して維持されてもよい。しかしながら、各周囲圧容積部が同じ圧力に維持されることを保証するために、容積部は、ポンプのプレートを介して接続されてもよい。したがって、示される実施形態では、トランスミッションケース容積部１７０４は、入口プレート９００（孔９５０）、小端部プレート１０００（孔１０５０）、大端部プレート１２００（孔１２５０）及び出口プレート１４００（孔１４５０）における位置合わせされ接続された孔を介して端部キャップ容積部１６０４に接続される。図面において、簡略化のために１つの接続部が示されるが、ポンプのプレートを貫通する複数の油路導管を示す。

【0046】

図２０は、どのように油を用いてポンプの各端部の周囲圧を維持するかを概略的に示す。図２０において、段付きピストン１０３０は、大端部が周囲圧容積部１６０４内に突出し、小端部が周囲圧容積部１７０４内に突出しているように示される。流体導管１７５０は、ポンプを介して容積部１６０４、１７０４を接続する。可撓性油貯留部１７６０は、トランスミッション容積部１７０４の入口６２１及び端部キャップ容積部１６０４の出口６２５に接続される。貯留部１７６０は、ブラダー（袋）に作用するばねなどによって、正補償のためにわずかに加圧されてもよい。最初に、このシステムは、ポンプを油などの周囲流体で充填するために使用されてもよい。システムは、逸脱した空気を除去するように抜き取られ、次に貯留部１７６０との接続が維持されてもよい。貯留部が周囲圧から作用を受けるため、流体が周囲圧の増加につれて圧縮されても、容積部１６０４、１７０４の圧力は、同じ周囲圧のままである。周囲圧流体として油を説明したが、開ループシステムの場合の海水、閉ループシステムの場合の淡水などの他の流体が使用されてもよい。

【0047】

実施形態、特に図８の断面図は、ピストンの大端部がばねを介して着座することを示すが、ピストンの一端部又は両端部にあるばねは、任意であると考えられてもよい。

【0048】

示される実施形態では、同じ流体経路の入口ポペット弁及び出口ポペット弁は、互いに真上に配置されている。代替的な実施形態では、１つの流体経路の出口ポペット弁を隣接する流体経路の入口ポペット弁の上方に配置し、ピストン室と出口とを接続する追加の流路を設けることにより、クロスフローを実現してもよい。クロスフローは、動作の効率の点で有利である可能性がある。

【0049】

明細書の実施形態のポンプは、２段ポンピングシステムのメインポンプとして説明される。しかしながら、ポンプの代替的な使用は、当業者には明らかであろう。例えば、ポンプは、十分な入口圧力が利用可能であれば、一次ポンプと独立して使用されてもよい。

【0050】

本発明の実施形態が添付図面に示され、以上の記載に説明されているが、本発明は、開示された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に記載及び限定される本発明の要旨を逸脱することなく、数多くの再構成、変更及び置換が可能であることを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【国際調査報告】