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(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】2024-09-12
(54)【発明の名称】クライオ・ポンプ
(51)【国際特許分類】
F04B 37/08 20060101AFI20240905BHJP
【ＦＩ】
F04B37/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024516361
(86)(22)【出願日】2022-09-13
(85)【翻訳文提出日】2024-05-01
(86)【国際出願番号】 US2022043272
(87)【国際公開番号】W WO2023043707
(87)【国際公開日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】63/243,922
(32)【優先日】2021-09-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518414306
【氏名又は名称】チャート・エナジー・アンド・ケミカルズ，インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100211236
【弁理士】
【氏名又は名称】道下 浩治
(72)【発明者】
【氏名】デュコート，ダグラス・エイ，ジュニア
【テーマコード（参考）】
3H076
【Ｆターム（参考）】
3H076AA30
3H076BB10
3H076BB21
3H076CC28
3H076CC31
3H076CC42
3H076CC99
(57)【要約】
極低温液体を圧送するためのポンプ（１０）は、その中にピストン（３４）が摺動可能に配置されているシリンダ（３２）を有するポンプ・ハウジング（２０）を含む。中間流体を受け入れる中間流体チャンバ（５４）は、シリンダ（３２）内にピストン（３４）の第１の端部と隣り合って画定され、流体圧送チャンバ（５２）は、シリンダ内にピストン（３４）の第２の端部と隣り合って画定される。中間流体シール（３６）は、ピストン（３４）に取り付けられ、シリンダ（３２）と係合する。圧送流体シール（３８）は、ピストン（３４）に取り付けられ、シリンダ（３２）と係合するように構成され、上記圧送流体シール（３８）は、シリンダ（３２）内で中間流体シール（３６）と圧送流体シール（３８）との間に差圧空間（６２）が画定されるように、中間流体シール（３６）から離間される。差圧排気弁（６６）は、差圧空間（６２）に流体連通している。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ａ．シリンダを画定しているポンプ・ハウジングと、ｂ．ピストンであって、中間流体を受け入れるように構成されている中間流体チャンバが前記シリンダ内に前記ピストンの第１の端部と隣り合って画定され、流体圧送チャンバが前記シリンダ内に前記ピストンの第２の端部と隣り合って画定されるように、前記シリンダ内に摺動可能に配置されており、前記流体圧送チャンバは、入口および出口を含む、ピストンと、
ｃ．前記ピストンに取り付けられており、前記シリンダに係合するように構成されている中間流体シールと、
ｄ．前記ピストンに取り付けられており、前記シリンダに係合するように構成されている圧送流体シールであって、前記シリンダ内で前記中間流体シールと前記圧送流体シールとの間に差圧空間が画定されるように前記中間流体シールから離間されている、圧送流体シールと、
ｅ．前記差圧空間と流体連通している差圧排気弁と、
ｆ．前記差圧排気弁に動作可能に接続されており、前記差圧空間内の圧力を感知するように、および前記差圧空間内の前記圧力が予め定められた圧力レベルに達したときに前記差圧排気弁を開くように構成されている差圧スイッチと、
を備える、極低温液体を圧送するためのポンプ。
【請求項2】
前記ポンプ・ハウジングの一部がその中に配置される槽を更に備え、前記槽は、前記ポンプ・ハウジングの前記一部を前記極低温液体内に受け入れ、沈めさせるように、および、圧送するために前記圧送チャンバの前記入口に極低温液体を供給するように構成されている、請求項１に記載のポンプ。
【請求項3】
前記差圧空間が中間流体差圧空間と圧送流体差圧空間とに分割されるように、前記中間流体シールと前記圧送流体シールとの間で前記ピストンに取り付けられている補助シールを更に備える、請求項１に記載のポンプ。
【請求項4】
前記差圧排気弁は、前記中間流体差圧空間と流体連通している中間流体排気弁と、前記圧送流体差圧空間と流体連通している圧送流体排気弁とを含み、前記差圧スイッチは、前記中間流体差圧排気弁に動作可能に接続されている中間流体差圧スイッチと、前記圧送流体差圧排気弁に動作可能に接続されている圧送流体差圧スイッチとを含み、前記中間圧力差圧スイッチは、前記中間流体差圧空間内の圧力を感知するように、および、前記中間流体差圧空間内の前記圧力が第１の予め定められた圧力レベルに達したときに前記中間流体差圧排気弁を開くように構成されており、前記圧送流体圧力差圧スイッチは、前記圧送流体差圧空間内の圧力を感知するように、および、前記圧送流体差圧空間内の前記圧力が第２の予め定められた圧力レベルに達したときに前記圧送流体差圧排気弁を開くように構成されている、請求項３に記載のポンプ。
【請求項5】
前記第１の予め定められた圧力レベルおよび前記第２の予め定められた圧力レベルは、前記中間流体チャンバ内の中間流体の圧力未満である、請求項４に記載のポンプ。
【請求項6】
前記予め定められた圧力レベルは、前記中間流体チャンバ内の中間流体の圧力未満である、請求項１に記載のポンプ。
【請求項7】
前記差圧空間は、環状の空間である、請求項１に記載のポンプ。
【請求項8】
前記ピストンが作動して前記極低温液体を前記圧送チャンバから圧送するように、前記中間流体チャンバに中間流体を周期的に供給するための駆動システムを更に備える、請求項１に記載のポンプ。
【請求項9】
前記駆動システムは、ｉ）供給された中間流体を収容するように構成されている中間流体容器と、
ｉｉ）前記中間流体容器から中間流体を受け入れ、圧送するように構成されている高圧ポンプと、
ｉｉｉ）前記高圧ポンプから中間流体を受け入れるように、および、開放構成にあるときに中間流体を前記ポンプ・シリンダの前記中間流体チャンバへと導くように構成されている第１の作動弁と、
ｉｖ）前記ポンプ・シリンダの前記中間流体チャンバから中間流体を受け入れ、開放構成にあるときに中間流体を前記中間流体容器へと導くように構成されている第２の作動弁と、
を含む、請求項８に記載のポンプ。
【請求項10】
前記駆動システムは、開放構成にあるときに中間流体流を前記高圧ポンプから前記中間流体容器へと導くように構成されている高圧再循環弁を更に含む、請求項９に記載のポンプ。
【請求項11】
前記中間流体容器は、前記中間流体容器内の供給された中間流体を冷却するように構成されている冷凍コイルを含む、請求項９に記載のポンプ。
【請求項12】
前記ピストンに動作可能に接続されており、前記ピストンの位置が検出され得るように構成されている近接スイッチを更に備える、請求項１に記載のポンプ。
【請求項13】
前記極低温液体は、水素液体である、請求項１に記載のポンプ。
【請求項14】
前記中間流体は、プロパンである、請求項１に記載のポンプ。
【請求項15】
前記中間流体は、１－ブテンである、請求項１に記載のポンプ。
【請求項16】
ｇ．前記ポンプ・ハウジングの一部がその中に配置される槽であって、前記ポンプ・ハウジングの前記一部を前記極低温液体内に受け入れ、沈めさせるように、および、圧送するために前記圧送チャンバの前記入口に極低温液体を供給するように構成されている、槽と、ｈ．前記槽との間に槽断熱空間が画定されるように前記槽を取り囲む槽ジャケットと、
ｉ．前記ポンプ・ハウジングとの間にポンプ断熱空間が画定されるように前記ポンプ・ハウジングを取り囲むポンプ・ジャケットと、
を更に備える、請求項１に記載のポンプ。
【請求項17】
極低温液体を圧送するための方法であって、ａ．前記シリンダ内に摺動可能に配置され、中間流体チャンバおよび流体圧送チャンバを画定しているピストン、中間流体シール、ならびに圧送流体シールを有するポンプを提供し、その結果、前記中間流体シールと前記圧送流体シールとの間に差圧空間が画定されるステップと、
ｂ．前記ポンプの前記中間流体チャンバに中間流体を周期的に導くことによって、前記極低温液体が前記ポンプの前記流体圧送チャンバによって受け入れられ、圧送されるように、前記ピストンを作動させるステップと、
ｃ．前記差圧空間の圧力を検出するステップと、
ｄ．前記検出された圧力が予め定められた圧力レベルに達したときに前記差圧空間を排気するステップと
を含む、方法。
【請求項18】
前記予め定められた圧力レベルは、前記中間流体チャンバ内の前記中間流体の圧力未満の圧力である、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記極低温液体を用いて槽内で前記ポンプを冷却するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記極低温液体は、液体水素である、請求項１７に記載の方法。
【請求項21】
前記中間流体は、プロパンである、請求項１７に記載の方法。
【請求項22】
前記中間流体は、１－ブテンである、請求項１７に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]優先権の主張
本出願は、２０２１年９月１４日に出願された米国仮出願第６３／２４３，９２２号の利益を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年９月１４日に出願された米国仮出願第６３／２４３，９２２号の利益を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
[0002]本発明は、一般に、極低温液体用ポンプに関し、より詳細には、中間流体を使用し、ポンプのシールを挟んだ差圧を低減するクライオ・ポンプに関する。
【背景技術】
【0003】
[0003]液化天然ガスおよび水素といった極低温流体は、沸点が－１３０°Ｆ／－９０°Ｃ未満の流体である。極低温流体は、エネルギー源として重要性を増しており、多くの重要な産業用途もある。
【0004】
[0004]例えば、燃料電池技術および家庭用発電での水素利用が進歩するなかで、水素は代替のクリーン・エネルギー源として重要性を増してきている。更に、燃料電池駆動車両においてなど、燃料電池技術の利用も拡大している。
【0005】
[0005]液化天然ガスなどの他の極低温流体と同様、水素の輸送および貯蔵には、液体形態である方が効率的である。また更に、実用的な水素インフラストラクチャの確立を助けるために、水素を高密度で貯蔵すること、ならびに、水素を体積を減らし低コストで輸送および利用することが望ましい。更に、他の極低温液体を、使用および輸送ならびに効率的な貯蔵のために加圧する必要のある場合も多い。クライオ・ポンプはしたがって、極低温液体の貯蔵および輸送において極めて重要な構成要素である。
【0006】
[0006]特に高圧用途の場合、クライオ・ポンプのシールは漏れが発生しやすく、このことはクライオ・ポンプの性能を損なう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
[0007]本主題にはいくつかの態様があり、それらは以下に記載され、特許請求されるデバイスおよびシステムにおいて、個別にまたはまとめて具現化され得る。これらの態様は単独で採用されても、本明細書に記載する主題の他の態様と組み合わせて採用されてもよく、これらの態様をまとめて記載することは、これらの態様を個別に使用すること、または、そのような態様を個別に、もしくは本明細書に添付されている特許請求の範囲に規定されている異なる組合せで特許請求することの排除を意図するものではない。
【0008】
[0008]一態様では、極低温液体を圧送するためのポンプは、シリンダを画定しているポンプ・ハウジングを含む。ピストンは、シリンダ内に摺動可能に配置されており、その結果、中間流体を受け入れるように構成されている中間流体チャンバがシリンダ内にピストンの第１の端部と隣り合って画定され、流体圧送チャンバがシリンダ内にピストンの第２の端部と隣り合って画定される。流体圧送チャンバは、入口と出口とを含む。中間流体シールは、ピストンに取り付けられており、シリンダと係合するように構成されている。圧送流体シールも、ピストンに取り付けられ、シリンダと係合するように構成される。圧送流体シールは、シリンダ内で中間流体シールと圧送流体シールとの間に差圧空間が画定されるように、中間流体シールから離間される。差圧排気弁は、差圧空間と流体連通している。差圧スイッチは、差圧排気弁に動作可能に接続されており、差圧空間内の圧力を感知し、差圧空間内の圧力が予め定められた圧力レベルに達したときに差圧排気弁を開くように構成されている。
【0009】
[0009]別の態様では、極低温液体を圧送するための方法は、シリンダ内に摺動可能に配置され、中間流体チャンバおよび流体圧送チャンバを画定しているピストン、中間流体シール、ならびに圧送流体シールを有するポンプを提供し、その結果、中間流体シールと圧送流体シールとの間には差圧空間が画定されるステップと、ポンプの中間流体チャンバに中間流体を周期的に導くことによって、極低温液体がポンプの流体圧送チャンバによって受け入れられ圧送されるように、ピストンを作動させるステップと、差圧空間の圧力を検出するステップと、検出された圧力が予め定められた圧力レベルに達したときに差圧空間を排気するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】[0010]本開示のクライオ・ポンプの一実施形態を含むシステムを示す処理フローおよび概略図である。
【図2】[0011]本開示のクライオ・ポンプの代替の実施形態を含むシステムを示す処理フローおよび概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[0013]以下に説明し提示する実施形態は、液体水素の圧送の観点から記載されているが、本発明は他のタイプの極低温液体の圧送にも使用され得ることに留意すべきである。
【0012】
[0014]図１には液体水素を高圧にして圧送するためのシステムが図示されている。単に一例として、システムは液体水素を約１０８Ｐａ（１０００バール）にして圧送することができる。システムは、全体に１０で示されている第１のクライオ・ポンプと、全体に１２で示されている第２のクライオ・ポンプと、を含む。以下でより詳細に説明するように、ポンプ１０および１２は、プロパン、１－ブテン、または当技術分野で知られている他の流体などの中間流体によって駆動される。２つのクライオ・ポンプが図示されているが、システムは単一のクライオ・ポンプを含んでもよく、または３つ以上のクライオ・ポンプを含んでもよい。
【0013】
[0015]図１の実施形態では、ポンプ１０および１２を駆動するための中間流体としてプロパンを使用する。プロパンは、適度に暖かい温度（約－２５．５６°Ｃ（－１４°Ｆ））で、およびしたがって低圧で、液体として維持され得る。液体水素は約－２４８．３°Ｃ（－４１５°Ｆ）である。以下でより詳細に説明するように、プロパンを非常に高圧（１０８Ｐａ（１０００バール＝１４，５００ｐｓｉ））にして圧送するために、フラック型ポンプ（ｆｒａｃ ｓｔｙｌｅ ｐｕｍｐ）が使用され得る。高圧プロパンがポンプ１０および１２のピストンを駆動して、液体水素を１０８Ｐａ（１０００バール）近くにして圧送する。中間流体の使用はシールの問題を軽減し、シールを挟んだ差圧が最小限に維持され得る。その結果、いずれも水素ポンプ全体の性能に悪影響を及ぼす、水素シールの漏れおよび摩擦が低減され得る。
【0014】
[0016]１－ブテンを含むがこれに限定されないプロパン以外の流体が、ポンプ１０および１２を駆動するための中間流体として代わりに使用され得る。
【0015】
[0017]図１を参照すると、クライオ・ポンプ１０および１２は、それぞれ対応する槽（ｓｕｍｐ）１４および１６内に配置されている。槽１４は水素液体入口１８を含み、これを通して液体水素が槽に流入し、その結果ポンプ１０のハウジング２０の底部が沈む。その結果、ポンプ１０は液体水素によって低温に維持され、そのため圧送中のポンプ１０内での蒸気形成が排除される（または少なくとも最小化される）。槽１４は液体水素出口２２も含み、液体水素を供給源に戻して、槽１４を通して液体水素を再循環させられるようになっている（ポンプがアイドル状態で使用されていない場合など）。槽１６も同様に、ポンプ・ハウジング２３、水素液体入口２４、水素液体出口２６を備えている。
【0016】
[0018]ポンプ１０のポンプ・ハウジング２０は、中にピストン３４が摺動可能に配設されるシリンダ３２を画定している。ピストンは、中間流体シールまたはプロパン・シール３６と、圧送流体シールまたは水素シール３８と、を含む。ポンプ１２のポンプ・ハウジング２３も同様に、ピストン４４を収容するシリンダ４２を画定している。ポンプ１０のピストン３４およびポンプ１２のピストン４４は、図１のポンプ１０で図示されている下死点位置と、図１のポンプ１２で図示されている上死点位置との間を移動する。各ポンプのピストンは、下死点位置から上死点位置へと移動するとき、図１のポンプ１２では矢印４６で示されているアップストローク方向または水素吸入方向に移動し、上死点位置から下死点位置へと移動するとき、図１のポンプ１０では矢印４８で示されているダウンストローク方向または水素排出方向に移動する。
【0017】
[0019]ピストン３４は、ポンプ１０のシリンダ３２を圧送チャンバ５２および中間流体チャンバ５４へと分割する。圧送チャンバ５２には、ピストン３４のアップストローク中に槽１４からの液体水素が圧送チャンバに入るように、図１でポンプ１０について矢印５６で示されている圧送入口が形成されている。圧送チャンバ５２内の液体水素は、ピストン３４のダウンストローク中にポンプ排出ライン５８を通って圧送チャンバから出る。単に一例として、液体水素はポンプ排出ライン５８を通って約１０８Ｐａ（１０００バール）の圧力でポンプ１０を出て、液体水素貯蔵タンクまたはプロセスに至る。ポンプ１２は同様の構造および機能性を特徴としている。
【0018】
[0020]引き続き図１を参照すると、ピストン３４の側壁、中間流体シール、圧送流体シール、およびポンプ・ハウジング３４の内面との間に、ポンプ１０の環状の差圧（「ｄＰ」）空間６２が画定されている。環状のｄＰ空間６２は、ｄＰスイッチ６８によって制御されるｄＰ排気弁６６を有する排気ライン６４に接続されており、ｄＰスイッチ６８は、環状のｄＰ空間内の圧力と中間流体ポンプ・ライン７２内の中間流体圧力との間の差に基づいて開閉する。
【0019】
[0021]環状のｄＰ空間内の圧力は、（図１に示されているように）排気ライン６４を介して、またはｄＰスイッチ６８と環状のｄＰ空間との間の専用接続部を介して測定され得る。更に、中間流体の圧力は別法として、ｄＰスイッチ６８によって、（ライン７２の代わりに）中間流体チャンバ５４との流体接続部を介して検出されてもよい。ポンプ１２は同様の構造および機能性を特徴としている。ｄＰスイッチ６８は圧力を感知するスイッチであってもよく、または代替として、圧力を感知する圧力センサもしくは制御装置と、このセンサまたは制御装置によって感知された圧力に基づいて作動される別個のスイッチと、を含み得る。
【0020】
[0022]図１のクライオ・ポンプ１０および１２は駆動システム、例えば全体に８０で示されている中間流体回路によって駆動される。中間流体回路は、冷凍コイル８４を収容している冷却容器８２を含む。冷却容器８２にはライン８６を介してプロパンを再充填することができ、同様に、液体プロパンの充填に対処するための排気ライン８８が設けられている。当技術分野で知られているように、排気ライン８８には、冷却容器８２内の圧力が予め定められたレベルに達したときに自動的に開く排気弁を設けてもよい。
【0021】
[0023]冷凍コイル８４は冷凍システムまたは他の供給源から冷媒を受け入れ、冷却容器８２内のプロパンを冷却する。冷凍システムおよびコイル８４は好ましくは、冷却容器内のプロパンを、水素槽１４（または１６）内の圧力よりも低い圧力に対応する温度まで冷却するように構成される。
【0022】
[0024]冷却容器８２からの液体プロパンは、１つまたは複数の高圧中間流体ポンプ９２を介して、ポンプ１０用のクライオ・ポンプ作動弁９４ａおよび９４ｂならびにポンプ１２用のポンプ作動弁９６ａおよび９６ｂに圧送される。単に一例として、高圧ポンプ９２は、プロパンを１０８Ｐａ（１０００バール）など非常に高圧にして圧送するフラック型ポンプであってもよい。当技術分野で知られている代替の高圧ポンプを代わりに使用してもよい。
【0023】
[0025]図１に図示されている位置（すなわち下死点および上死点）にあるポンプ１０および１２のピストン３４および４４から始めると、作動弁９４ａは閉じており、作動弁９４ｂは開いている。その結果、ピストン３４がそのアップストローク方向または吸入方向（図１の矢印４８の方向とは反対）に移動するにつれ、中間流体チャンバ５４内の液体プロパンは、弁９４ｂを通り、再循環ライン９８を通って冷却容器８２に戻るように導かれる。一方、作動弁９６ａは開いており、また作動弁９６ｂは閉じられており、その結果、高圧中間流体ポンプ９２からの加圧されたプロパンがクライオ・ポンプ１２の中間流体チャンバ１０２に供給される。その結果、ピストン４４はそのダウンストローク方向または水素排出方向（図１の矢印４６の方向の反対）に駆動されて、ポンプ１２の圧送チャンバ１０４内の液体水素を、クライオ・ポンプ排出ライン１０６を通して液体水素貯蔵部またはプロセスへと押し出す／圧送する。ピストン３４が上死点に達しピストン４４が下死点に達すると、作動弁９４ａおよび９６ｂが開くとともに作動弁９４ｂおよび９６ａが閉じ、その結果、加圧された液体プロパンが中間流体ポンプ９２からポンプ１０の中間流体チャンバ５４内へと導かれ得るようになると同時に、液体プロパンがポンプ１２の中間流体チャンバ１０２から再循環ライン１０８を介して冷却容器８２へと駆動されるようになる。
【0024】
[0026]前段落のサイクルが繰り返され、その結果、クライオ・ポンプ１０および１２はポンプに送達される中間流体によって周期的に駆動され、このとき液体水素は、ポンプ１０および１２のダウンストローク／排出ストロークの間、ポンプ排出ライン５８および１０６を通して、高圧で周期的に圧送される。このことが起こっているとき、中間流体／プロパンは、ポンプ１０および１２のアップストローク／吸入ストロークの間、循環ライン９８および１０８を通して冷却容器８２に周期的に押し戻される。
【0025】
[0027]中間流体ポンプ９２の出口とは、高圧再循環弁１１２も流体連通している。高圧再循環弁１１２は、クライオ・ポンプ１０および１２の各々においてピストンが底に達した／下死点に達したときに、対応するピストンがアップストローク／吸入方向への移動に移行する際にシステムの過圧を防止するために、一時的に開く。作動弁へと導かれない中間流体ポンプ９２からのプロパン流は、弁１１２が開いているときに、再循環ライン１０８を通して（ただし専用の戻りラインが使用されてもよい）、冷却容器８２に戻るように導かれる。
【0026】
[0028]プロパン流の圧力は作動弁９４ａ、９４ｂ、９６ａ、および９６ｂによって設定され、ポンプ１０および１２のピストンを、液体水素を貯蔵部またはプロセスに圧送するための１０８Ｐａ（１０００バール）の水素圧にするのに必要な圧力によって決定される。
【0027】
[0029]中間流体を使用してクライオ・ポンプ１０および１２を駆動するために、図１の中間流体回路８０の代わりに、当技術分野で知られている代替の駆動システムを使用してもよい。
【0028】
[0030]クライオ・ポンプ１０および１２のピストン３４および４４の位置を示すために、任意選択の近接スイッチ１１４および１１６を、ピストン位置ロッド１１５および１１７と組み合わせて使用してもよい。これらのスイッチは、中間流体の流量およびピストンの速さを制御するために、ならびに、シリンダ内でピストンが、ポンプ内のクリアランス容積が最小になるように損傷を伴わずに底に到達可能となることを保証するために、使用され得る。
【0029】
[0031]中間流体シール３６および１２２、ならびに圧送流体シール３８および１２４は通常、ポンプ１０の環状のｄＰ空間６２およびポンプ２０の環状のｄＰ空間１３２を、水素およびプロパンのない状態に維持する。
【0030】
[0032]ポンプ１０のｄＰスイッチ６８およびポンプ１２のｄＰスイッチ１１８は、プロパン中間流体が液体水素中に漏れることおよび液体水素がプロパン中間流体中に漏れることを防止するように、ならびに、あらゆる場合において、中間流体シール３６、１２２および圧送流体シール３８、１２４を挟んだ差圧を好ましくは最小に減少させるように設定される。
【0031】
[0033]図１の実施形態では、各クライオ・ポンプ１０および１２のｄＰスイッチ６８および１１８の圧力設定は、中間流体圧力が水素槽圧力よりも必然的に高くなるダウンストローク（矢印４８）時に中間流体が水素生成物中へと漏れるのを防止するために、（中間流体ポンプ・ライン７２および１２６を通して測定された場合の）中間流体圧力よりもわずかに低い。各ｄＰスイッチのこの圧力設定はまた、水素槽圧力が中間流体圧力よりも必然的に高くなるアップストローク（矢印４６）時に水素が中間流体中に漏れるのも防止する。
【0032】
[0034]動作時には、図１のクライオ・ポンプ１０を参照すると、ポンプ１０によって完了されつつあるピストンのダウンストローク中、プロパンの圧力は水素槽内の圧力よりも必然的に高くなる（このことによりピストン３４を駆動し水素を圧送する）。プロパンはこのため、中間流体シール３６を通して環状のｄＰ空間６２内へと漏れる可能性がある。ｄＰスイッチ６８は、環状のｄＰ空間６２内の圧力が中間流体／プロパン圧力よりもわずかに低くなり、中間流体／プロパン圧力がまた水素が圧送されている間の槽１４および圧送チャンバ５２内の水素の圧力よりも低くなるように、排気弁６６を制御するものである。その結果、環状のｄＰ空間６２内に漏れたプロパンは、環状のｄＰ空間６２内の圧力が中間流体チャンバ５４（およびライン７２）内のプロパンの圧力をわずかに下回るレベルまで上昇すると、シール３８を通って液体水素中に入る代わりに、開いたｄＰ排気弁６６から押し出されることになる。開いたｄＰ排気弁６６から出るプロパンは排気されてもよく、または中間流体回路８０においてなどで使用するために回収されてもよい。
【0033】
[0035]対照的に、クライオ・ポンプ１２を参照すると、ポンプ１２によって完了されつつあるピストンのアップストローク中、ポンプ１２の圧送チャンバ１０４内の水素の圧力は、中間流体チャンバ１０２（およびライン１２６）内の中間流体圧力よりも高くなる。その結果、水素が圧送流体シール１２４を通って環状のｄＰ空間１３２内に漏れる可能性がある。ポンプ１０の場合のように、ｄＰスイッチ１１８は、環状のｄＰ空間１３２内の圧力が中間流体／プロパンの圧力よりもわずかに低くなるように、ｄＰ排気弁１３６を制御するものである。その結果、環状のｄＰ空間１３２内に漏れた水素は、環状のｄＰ空間１２２内の圧力が中間流体チャンバ１０２（およびライン１２６）内のプロパンの圧力をわずかに下回るレベルまで上昇すると、シール１２２を通ってプロパン中間流体中に入る代わりに、開いたｄＰ排気弁１３６から押し出されることになる。開いたｄＰ排気弁１３６から出る水素は排気されてもよく、または槽１４および１６に水素を供給するシステムにおいてなどで使用するために回収されてもよい。
【0034】
[0036]ポンプ１０はその後、そのアップストローク段においてポンプ１２について上記したように動作し、一方でポンプ１２はその後、そのダウンストローク段においてポンプ１０について上記したように動作し、ポンプ１０および１２は、液体水素が圧送される際に各段を循環する。
【0035】
[0037]図２に図示されているように、クライオ・ポンプ２１０の中間流体シール２３６と圧送流体シール２３８との間、およびポンプ２１２の中間流体シール２２２と圧送流体シール２２４との間で、漏れた中間流体を漏れた水素から分離するために、１つまたは複数の任意選択の補助シール２０２および２０４が使用されてもよい。図２に図示されているように、補助シール２０２および２０４は、ポンプ２１０および２１２の環状のｄＰ空間を環状の中間流体ｄＰ空間２４２および２４４と、圧送流体ｄＰ空間２４６および２４８とに分割する。ポンプ２１０および２１２の各々のｄＰ環状空間のいずれか、または各ポンプの両方のｄＰ環状空間に、図１を参照して上記したｄＰスイッチおよびｄＰ排気弁の機構を設けてもよい。
【0036】
[0038]図２には専用のｄＰスイッチおよびｄＰ弁を備えた実施形態も図示されている。より詳細には、既に指摘したように、クライオ・ポンプ２１０は、環状の中間流体ｄＰ空間２４２と、圧送流体ｄＰ空間２４６と、を含む。環状の中間流体ｄＰ空間２４２には中間流体ｄＰ排気弁２５２が流体連通している。中間流体ｄＰ排気弁２５２は中間流体ｄＰスイッチ２５４によって制御され、中間流体ｄＰスイッチ２５４は、環状の中間流体ｄＰ空間２４２内の圧力と中間流体ポンプ・ライン２５６内の圧力との間の差に基づいて開閉する。クライオ・ポンプ２１２は同様の構成を特徴とする。
【0037】
[0039]同様に、環状の圧送流体ｄＰ空間２４６には圧送流体ｄＰ排気弁２６２が流体連通している。圧送流体ｄＰ排気弁２６２は圧送流体ｄＰスイッチ２６４によって制御され、圧送流体ｄＰスイッチ２６４は、環状の圧送流体ｄＰ空間２４６内の圧力と中間流体ポンプ・ライン２５６内の圧力との間の差に基づいて開閉する。クライオ・ポンプ２１２は同様の構成を特徴とする。
【0038】
[0040]図１の実施形態におけるように、図２のｄＰスイッチ２５４および２６４（ならびにポンプ２１２の対応するｄＰスイッチ）の設定は、中間流体圧力が水素貯蔵槽圧力よりも必然的に高くなるダウンストローク（ポンプ２１０の矢印２４８によって示されている）時に中間流体が水素生成物中へと漏れるのを防止するために、（中間流体ポンプ・ライン２５６を通して測定された場合の）中間流体圧力よりもわずかに低い。各ｄＰスイッチのこの圧力設定はまた、水素槽圧力が中間流体圧力よりも必然的に高くなるアップストローク（ポンプ２１２の矢印２５６によって示されている）時に水素が中間流体中に漏れるのも防止する。
【0039】
[0041]図１のクライオ・ポンプ１０および１２、または図２のクライオ・ポンプ２１０および２１２は、図３に図示されている断熱実施形態に示されているように断熱されてもよい。ポンプ１０に関して示されているように、槽１４の周囲には真空空間３０４が提供されるように、槽ジャケット３０２が形成されている。更に、ポンプ・ハウジング２０の周囲には真空空間３０８が形成されるようにポンプ・ジャケット３０６が設けられている。真空空間３０４と３０８はネック・ジャケット３１２によって接合されてもよい。ネック・ジャケット３１２は、ポンプ・ジャケットを槽内に吊り下げるために使用されてもよく、真空空間３０４および３０８に対して開かれていてもよい真空空間を画定する。ネック・ジャケット３１２はまた、槽内にピストン位置ロッド１１５（図１）とともにポンプ・ハウジング２０を吊り下げるために使用される構造も取り囲み得る。ポンプ１２は同様の断熱を特徴としている。
【0040】
[0042]本主題にはいくつかの態様があり、それらは以下に記載され特許請求される方法、デバイス、およびシステムにおいて、個別にまたはまとめて具現化され得る。これらの態様は単独で採用されても本明細書に記載する主題の他の態様と組み合わせて採用されてもよく、これらの態様をまとめて記載することは、これらの態様を個別に使用すること、または、そのような態様を個別に、もしくは本明細書に添付されている特許請求の範囲に規定されている異なる組合せで特許請求することの排除を意図するものではない。
【0041】
[0043]本発明の好ましい実施形態を示し記載してきたが、本発明の精神から逸脱することなく変更および修正が行われ得ることが当業者には明らかであろう。本発明の範囲は、付属の特許請求の範囲において規定されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】