JP5587532B2 - 高い圧力を生成する装置 - Google Patents

Description

本発明は、高い圧力を得ることを目的とする多チャンバに関し、該発明は幾つかの水準又は段階を含み、各水準に「モータポンプ」が配置される。第１の「モータポンプ」又はモータポンプシステムを備えている第１のチャンバには、その内部分に、第２の「モータポンプ」またはモータポンピングシステムを有する別のチャンバが前記の内部分に向かって配置されており、ポンピングシステムを有する第３のチャンバが前記第２のチャンバの内部分に向かって配置されている。

幾つかの既に知られた発明は、圧力を生成する基本として、断面または面積を低減し、こうして得られる小さい容積（それはより高い圧力が企図される場合にはより小さくなる）によって増大される力を利用する。

高い圧力を得る装置の幾つかの種類が存在する。Ｗｅｉｓｓｂｅｒｇｅｒ＆Ｒｏｓｓｉｔｅｒ編の「Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」によれば、高い圧力を得るための４つの基本的な装置、すなわち、ピストン／シリンダ組立体、ブリッジマンアンビル、ベルト装置、多アンビル装置が存在するが、他の知られた装置は、該４つの随意選択の１つが変更されたものとして考えられるべきである。この文書は、高い圧力を得るために、２ピストンシステムまたは５段階のピストン／シリンダ装置を含む液圧プレス機にも言及するが、後者の５段階ピストン／シリンダ装置は、最も高い圧力断面における測定を実施するために幾つかの問題を含む。これらの装置は、必要な圧力を得るために固体または固体／流体の組合せを使用したことも示唆されている。これらのすべての場合に、該組立体を駆動して所期の高い圧力を得るために、外力が印加される。

既に知られた特許、例えば、ダイヤモンドアンビル・セルに基づくものは、高い圧力を生成する原理を利用するが、該原理は、ダイヤモンドアンビルを基本とし、該アンビルの端部を介して、一般に流体を使った高い圧力がより大きな断面に印加され、該圧力はダイヤモンド形状、すなわち、アンビルまたは円錐体形状のために集中され、そのアンビルは、同様の形状を有するが逆形に配置された別のダイヤモンドを押し付ける。試料（それは液体または固体の形態であり得る）が横方向へ流れるのを回避するために、その試料は小孔を有する板を担持し、該板は当該ダイヤモンドの間に装着される。幾つかの場合に、ダイヤモンドまたはジルコニウムが使用されるが、その理由は、それらが、最も高い圧力に
掛けられ得る高硬度の材料に対応し、この場合には該特性が望ましいからである。

同じ原理を利用する別の実施形態が、６個のダイヤモンド間における工程を実施することから成り、それはより大きな容積を圧縮する利点を有する。
この方法は、超伝導体および半導体研究におけるばかりでなく、異なる材料の幾つかの構造の極圧状態にも実験的に使用される。この方法はさらに、地核の中で様々な物質が含まれる圧力状態の模擬実験に、またはダイヤモンド粉末の生産などに使用される。

焼結部品を製造する技術にも言及され得る。該部品を製造するための材料は、破砕されて別個の混合組成物を有し、次いで、それは鋳型として使用される幾つかの要素の中に配置され、これらの要素は部品全体が鋳型の中に収まると加圧される。該技術は、臨界圧力制限のために有孔で脆弱な鋼部品となる欠点を有する。それは、比較的に高い引張り力を蒙らない部品を製造するための重合体材料に使用される。

「ダイヤモンドアンビル」よりも古い機構が存在するが、該機構は、立方ミリメートル単位で測定される高い圧力を生成するために、ダイヤモンドを使用しないで、高圧プレス機を形成する大型液圧シリンダを使用する。

米国特許第２５４４４１４号は、試料を高い温度に加熱する装置を含む高圧装置に関するものである。それは、大質量の鋼基部とキャップ又は蓋部との間で試料を圧縮するプレス機に言及するが、このキャップ又は蓋部は、該基部に被さってナットに掛かる直接的な力によって加圧されるが、これらのナットは、それが回転すると４本の軸を介して移動し、よって蓋部を基部に近づける。この蓋部は、生成された圧力を、金型を形成する中心空洞ブロックを包囲および強化する複数の円形鋼板に伝達する。この場合に、このような結果は、軸要素に対して外部応力を生成することによって得られる。

米国特許第３３７９０４３号は、多段階装置の使用によって高い圧力を得るシステムを説明するが、そこでは第１のシリンダが第２のシリンダの内側に形成されている第１の被加圧チャンバによって包囲され、このチャンバも第３のシリンダの内側に形成されている第２の被加圧チャンバによって包囲され、そして次々にチャンバがチャンバによって包囲される。この場合に、この発明物は、内圧生成力を打ち消すために外圧を印加するという原理を利用する。複数のシリンダが設けられるが、それらは流体を内部シリンダから外部シリンダに伝導し、よって加圧された流体をシリンダのそれぞれの中に閉じ込めるが、該圧力は、これらの連続する外部シリンダのそれぞれの中の逓減する圧力と比較されることになる。この場合に、１個の多段ピストンのみが、異なるシリンダまたは被加圧チャンバを加圧するために外力を加える。
ＷｅｉｓｓｂｅｒｇｅｒおよびＲｏｓｓｉｔｅｒ編「Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」 米国特許第２５４４４１４号 米国特許第３３７９０４３号

本発明では、圧力が、油圧による要素モータポンプを反復することによって得られ、該反復によって任意に所望の圧力を得ることができる。

外部ポンプによって所定の圧力Ｐ１が第１のチャンバまたは第１の容器の中に得られれば、本発明によるシステムは、圧力Ｐ１下の環境において、「モータ」または推進部分又は組立体、および「ポンピング」要素又は組立体からなる油圧による要素モータポンプシステムを使用することによって、Ｐ１よりも高い圧力が得られ、被加圧流体は、第１の容器の内側に配置された新たな第２の容器または第２のチャンバの中に貯蔵される。第２の容器が、第１のチャンバ内の「モータ」及び「ポンプ」組立体との相互作用の後に所定の圧力Ｐ２に達すると、この作業は、第３の容器の充填を目的とする第２の「モータ」及び「ポンプ」組立体を使用することによって反復され、この作業は必要な回数だけ反復される。次々に別の容器の内側に入る容器構造は、これらのチャンバを形成している材料の耐圧性によって制約されることなく、高い圧力に耐え得ることに留意されたい。

高い圧力にある容積は、超高圧焼結材料部品の製造、人造ダイヤモンドのような新たな材料からの部品の製造、医薬品用の材料製造、この新規の技術を使用して圧力を増大させる水力洗浄機等に利用可能である。

保護されることを目的とする本発明の説明を容易にするために、下に概念的な説明を提供する。
１．超高圧に耐える同軸チャンバ
２．要素モータポンプの反復によって高圧を生成する方法
３．反復によって高圧を生成する別法
４．二重同軸チャンバ

１．超高圧に耐える同軸チャンバ
最初に、一連の同軸チャンバのうちの別のチャンバ内の鋼チャンバが鋼の引張り強度よりも高い圧力に耐え得ることを証明するために直感的な例が示される。該例は、次々に別の風船の中に配置されている風船の振る舞いに相当する。第１の風船が設けられ、それが、推定約０．１４ｋｇ／ｃｍ^２（２．０ｐｓｉ）の圧力下で３リットルに達するまで膨らまされる。この風船がさらに膨らまされると、その耐圧性が約０．１７５ｋｇ／ｃｍ^２（２．５ｐｓｉ）であれば、それは破裂し得る。周囲圧力が約０．１４ｋｇ／ｃｍ^２（２．０ｐｓｉ）だけ増やされると、この風船は大きさがより小さくなる。

したがって、風船が最初の３リットルへ戻るように、もっと多くの空気がこの風船の中へ充填される。再度、既存の環境の中で、その圧力が約０．１４ｋｇ／ｃｍ^２（２．０ｐｓｉ）だけ増やされると、この風船は再びより小さくなる。次いで、風船が最初の３リットルへ戻るように、もっと多くの空気がこの風船の中へ充填される。この作業は、約３．５ｋｇ／ｃｍ^２（５０．０ｐｓｉ）に耐える風船となる状態まで、すなわち、３リットルの容積が維持される一方で、既存の環境が約３．３６ｋｇ／ｃｍ^２（４８．０ｐｓｉ）より低くなるまで反復される。

別のすなわち第２の風船が準備され、それが第１のものより大きければ、第１の風船は第２の風船の中へ挿入可能であり、挿入された風船は外側の風船よりも約０．１４ｋｇ／ｃｍ ^２ （２．０ｐｓｉ）だけ高い圧力で膨らまされるので、約３．２２ｋｇ／ｃｍ ^２ （４６．０ ｐｓｉ）の圧力環境下では、この「外側の」風船は、それが内側において約３．３６ｋｇ／ｃｍ^２（４８．０ｐｓｉ）の圧力に達するように膨らまされる。この動作の後に前記の第２の風船の外側に別の風船が設けられ、この別の風船は、大気圧で、約０．１４ｋｇ／ｃｍ^２（２．０ ｐｓｉ）の空気を含む風船に達し、挿入された風船が約０．１４ｋｇ／ｃｍ^２（２．０ ｐｓｉ）をさらに加えて、すなわち、約０．２８ｋｇ／ｃｍ^２（４．０ ｐｓｉ）に達し、該挿入された風船の内側の別の風船がさらに約０．１４ｋｇ／ｃｍ^２（２．０ｐｓｉ）を加えて膨らまされて約３．５ｋｇ／ｃｍ^２（５０．０ｐｓｉ）を含む最後の風船に達するまで設けられる。

要約すると、風船は、その耐圧性が約０．１７５ｋｇ／ｃｍ^２（２．５ｐｓｉ）と定義されているので、大気条件下では約３．５ｋｇ／ｃｍ^２（５０．０ｐｓｉ）に耐えられない。しかし、その風船は、約０．１７５ｋｇ／ｃｍ^２（２．５ｐｓｉ）に耐える別の風船を保護として有するときには約３．５ｋｇ／ｃｍ^２（５０．０ｐｓｉ）に耐える。

鋼容器またはチャンバが風船の代わりに使用されると、その結果、１つがもう一つの内側に配置される一連のものの中に配置された３０，０００ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力にも耐える２０または３０個のチャンバからなる構造を得ることができる。
・複数の円筒チャンバ
下に、圧力増大システムを備えない多チャンバが説明される。それは、単純な多チャンバ、すなわち、次々に別のチャンバの中に入るチャンバに対応する。それには小さい穴または隙間が見られる。

半球端を有する円筒容器またはチャンバが、図１ａに示されている。チャンバが半球であれば、それはより高い圧力に耐えることが示唆されることになる。チャンバの外径は、その外側に直に配置されたチャンバの内径よりも僅かに小さく、これらのチャンバは、その上に重ねられ得るようになっている。

図１ａでは、引っ張り力及び加圧力が矢印で示されており、幅または深さが１である。使用材料は鋼であり、その引張り強さＳは３，０００ｋｇ／ｃｍ^２にほぼ等しく、一方でその薄い壁の厚さは円筒直径の１／１０以下である。
・第１のチャンバ
Ｐ０：ゼロ外圧
Ｐ１：耐圧
Ｄ１：外径
Ｓ：壁張力
第１のチャンバ内の圧力Ｐ１と壁の張力Ｓとの関係は以下の通りである。
Ｐ１×０．８×Ｄ１＝Ｐ０×Ｄ１＋２×Ｓ×０．１×Ｄ１；ｙＰ０＝０
Ｐ１＝０．２５×Ｓ
・第２のチャンバ
第２のチャンバ（それは第１のチャンバの内部に配置される）は、図１ｂに示され、第１のチャンバの内径よりも僅かに小さい外径を有する。計算目的のために、これらのチャンバは同様のサイズを有するものと見なされる。

Ｐｉ＋１．
Ｓ
第２のチャンバ内の圧力は、
Ｐ２×０．８×Ｄ２＝Ｐ１×Ｄ２＋Ｓ×０．２×Ｄ２
Ｐ２＝０．２５／０．８×Ｓ＋０．２５×Ｓ＝０．５６２５×Ｓ
圧力Ｐ２は、第１のチャンバの内部に配置されたシリンダ−ピストン組立体によって得られた。圧力が第１のチャンバから第２のチャンバへ増大され得る理由は、これによって証明されないが、それはチャンバ耐圧性の検証が目的だからである。参照としてのみ、チャンバ内部でピストンによって生成され得る最大圧力が０．８×Ｓ＋チャンバ圧にほぼ等しいことが示唆される。

第２のチャンバの内径は、該第２のチャンバの内側に取り付けられた第３のチャンバの外径よりも僅かに大きい。しかし、計算目的のために、それらは同様のサイズを有するものと見なされる。したがって、第３のチャンバ内の圧力Ｐ３は以下の式によって得られる。
Ｐ３×０．８×Ｄ３＝０．５６２５×Ｓ×Ｄ３＋Ｓ×０．２×Ｄ３
Ｐ３＝０．５６２５／０．８×Ｓ＋０．２５×Ｓ＝０．９５３×Ｓ
同様に、更にその内側に取り付けられる後続チャンバ内の圧力は以下の式によって得られる。
Ｐ４＝１．４４×Ｓ；但しＤ４＝０．８＊＊３×Ｄ１
Ｐ５＝２．０５×Ｓ；Ｄ５＝０．８＊＊４×Ｄ１
Ｐ６＝２．８１×Ｓ；Ｄ６＝０．８＊＊５×Ｄ１
上記の方法を用いると：Ｐ７＝３．７７×Ｓである。

この場合において、直前のチャンバに関する差圧は０．９６×Ｓであり、それは限界値として示唆された０．８×Ｓよりも大きい。したがって、後続のチャンバは、０．８×Ｓに等しい既知の差圧を示し、多チャンバ装置の大きさを最適化するために、チャンバ壁の厚さが調整されることになる。この際に、チャンバの壁の厚さは、壁の張力がその他の壁の張力と同様に、すなわち、Ｓと同様になるまで漸減される。この規定に従ってかつチャンバ壁の厚さが０．１×Ｄに等しければ、チャンバ壁はＳよりも低い張力を示し、内径は不必要に漸減されない。したがって、理想的な構造においては、
Ｐ７＝３．６１×Ｓ
Ｐ８＝４．４１×Ｓ；
．．．．．．
Ｐｎ＝（４．４１＋（ｎ−８）×０．８）×Ｓ
ｎ＝２０であれば、Ｐ２０＝１３×Ｓ＝３９，０００ｋｇ／ｃｍ^２となり、それは鋼の耐圧性を超える。したがって、「通常」圧力に耐える最終チャンバに到達するまで、次々に関与するチャンバが別のチャンバの中に閉じ込められると、鋼チャンバは、鋼自体では耐えられない引張り圧力に容易に耐えることが検証される。

２．油圧による要素モータポンプを繰り返すことによって高い圧力を形成する方法
下に、次々に圧力に圧力を重ねて圧力を生成する方法が幾つか示される。
より実物に近い多チャンバではシリンダが蛇腹に対して平行に相互連結される。

油圧による要素モータポンプ装置の反復の繰り返しによって圧力を得ることは最新技術に説明されていない原理であり、この原理を通じて、反復によって極めて高い圧力が規定の体積内で得られる。ポンプによって第１のチャンバ又は容器内に圧力Ｐ１が与えられれば、本システムは、圧力Ｐ１の環境下において、新たな「モータ」すなわち推進部分からなる油圧による要素モータポンプ装置又は組立体を使用することによって、Ｐ１よりも高い圧力が繰り返しによって得られ、被加圧流体は、第１の容器の内側に配置された新たな第２の容器の中に貯蔵される。第２の容器が圧力Ｐ２下にあるとき、第３の容器の充填を目的とする新たな「モータポンプ」組立体からなる別の装置を使用することによって動作が繰り返され、この動作は必要な回数だけ繰り返される。次々に１つの容器が別の容器の内側に配置される構造は、容器が作られる材料の耐圧性によって制約されることなく、任意の圧力に耐え得ることに留意されたい。

したがって、ピストン及びシリンダから成るポンプが考えられ、該ポンプは大気圧下で流体を汲み上げ、その流体を第１の最も外側の密閉容器またはチャンバへ圧送する。該第１の容器またはチャンバは、油圧によるモータポンプシステム、流体管、弁等を有しており、その内側に、同じく油圧によるモータポンプシステム、流体管、弁等を有している他の小さいチャンバを含んでいる。圧力Ｐが所定の圧力Ｐ１以下であるとき、流体は第１のチャンバの内部分にのみ流れ込むが、第１のチャンバ内の第１のモータポンプ装置内へ又は該装置から流出せしめられない。しかし、幾つかのポンピング工程の後に、圧力が増大し、その圧力がＰ１を超えると、流体は第１のチャンバ内の油圧モータポンプ装置の推進組立体内へ流れ込み、差圧センサＣＤＰ（Ａ）によって駆動されるモータ入口弁（ＶＩＭ）と呼ばれる入口弁を通過する。

推進ピストンが、第１のチャンバから流れてくる流体のために伸張し始めるとき、同時に推進ピストンに連結されているポンプ組立体も伸張する。ポンプピストンが伸張するとき、それは保持弁（ＶＲ）を介して流体を第１のチャンバから汲み上げる。

２つのシリンダがチャンバ内に流体と同じ圧力の流体で充填されるとき、推進シリンダピストン組立体は外側のポンプから、すなわち、該チャンバが第１の最も外側のチャンバである場合には直前のチャンバの中に配置されたモータポンプ装置から、被加圧流体を取り込み、更に内側のチャンバである場合には、それが配置されているチャンバから流体を取り込む。次いで推進組立体は排出される。このことは、この推進組立体が被加圧流体で充填された後に、モータ出口弁（ＶＥＭ）が開かれ、流体が、低い圧力領域すなわち最も外側のチャンバである場合には外界へと又は最も外側のチャンバでない場合は直前のチャンバ内へと排出されることを意味する。すなわち、モータ出口弁（ＶＥＭ）は、２つのピストン間の離隔距離によって駆動され、モータ出口弁は前記離隔距離が最大値に達すると開き、最小値に達すると閉じる。

ポンプピストンは、圧力Ｐ１にある推進組立体内の推進ピストンによって駆動されて動作し、推進組立体内の流体が低い圧力領域へ排出されるときに、Ｐ１よりも高い圧力を有する流体を汲み上げることが可能である。第１のチャンバの中に別のチャンバ、すなわち、第２のチャンバが存在し、それはＰ１よりも高い圧力を有する流体を受け入れることができる。次いで、ポンプピストンは、保持弁を通過して第２のチャンバの中へ排出する。

すべてのチャンバと同様に、第２のチャンバは、流体が進入するが、それが退出できないように保持弁（ＶＲＳ）を備え、かつそれは、チャンバ内部の圧力が所定の圧力の値を超えると、それが流体を直前のチャンバの中へ排出するように排出弁または安全弁（ＶＤＳ）をさらに備える。

これらの保持弁（ＶＲＳ）は、それらが２つのチャンバのみを連結するのでピストンには連結されておらず、ここで内側チャンバは外側チャンバよりも高い圧力を示し得るが、外側チャンバは内側チャンバよりも高い圧力を発揮することはできない。他方の弁は、直前のチャンバに関する差圧が顕著になりすぎると、該弁が開き、多少の流体を排出するように安全弁に対応する。

保持弁（ＶＲ）を介して第１のチャンバに類似する第２のチャンバに向けられる高い圧力が発生されるプロセスに続いて、第１のチャンバのポンプ組立体によって実行される第１の流体のポンピングがなされる。第２のチャンバに達する第１の流体のポンピングはモータ入口弁（ＶＩＭ）にも達し、圧力がＰ２よりも低いとき、他の所定の値が弁（ＶＩＭ）を開き第２のチャンバの油圧モータポンプ装置内へ入るには不十分であり、したがって工程が停止される。

第１のチャンバに関して、それは油圧モータポンプ装置の両方の組立体内の流体を排出するので、すなわち、推進組立体は低い圧力でチャンバの外側に排出するのに対して、ポンプ組立体は第２のチャンバに排出するので、この第１のチャンバは圧力をＰ１よりも僅かに低い値に低減する。したがって、圧力はＰ１よりも僅かに低いので、他の流体のポンピングは外部ポンプからなされ、今度はそれは推進組立体内に入らない。追加的なポンピングによって、ひとたびＰ１に達すると、モータ入口弁（ＶＩＭ）が開き、流体は、第１のチャンバの推進シリンダ内へ流れ、その後、該油圧モータポンプ組立体の両方のシリンダが加圧された流体によって充填されたときに上記のプロセスによって排出されて推進ピストンを動かし、このようにして、第１のチャンバからの別の流体のポンピングが第２のチャンバに達する。

該過程を反復した後に、Ｐ１が第１のチャンバの中に存在する一方で、Ｐ２が第２のチャンバに存在する。次いで、第２のチャンバからの流体の追加的なポンピングによって、流体が第２のチャンバの内部に配置されている第３のチャンバの中へ流入することが可能になり、この一連の過程は、第３のチャンバの中の圧力Ｐ３（それは別の所定の値に対応する）に達するまで、第２のチャンバおよび第１のチャンバの中の圧力が所定の圧力に達するために必要な回数だけ繰り返される。こうして、第ｎのチャンバが充填されるまでより多くのチャンバ、シリンダ、ピストン、および弁で作業することによって、圧力Ｐｎが得られる。各チャンバ内でこのようにして適切な材料から作製されたチャンバ、モータポンプ等によって、十分に高い値に対応する値Ｐｎが達成可能であり、したがって２０，０００もしくは５０，０００ｋｇ／ｃｍ^２、またはそれ以上に高い圧力さえも実現する。

内部被加圧チャンバの中に配置された部品または試料に高い圧力をかけられた後で、この圧力は減じられることになる。この目的のために、該チャンバにはその蓋の上に逃がし弁が示されており、その弁が操作されるとき、チャンバの該逃がし弁を開けば蓋には圧力が掛かり得ないようになっており、こうしてチャンバを排出する。このシステムでは、１つのチャンバから加圧流体を排出または解放することによって、内側に配置されたチャンバの相対的な圧力が増大する傾向にあり、したがってこれらのチャンバが排出し始めるので、外側チャンバが排出され、次いで安全弁を介して内側チャンバが排出し始める。

低い圧力における工程用の本発明の実施形態が電気システムの組み込みに対応しており、よってこの工程は外部から実行可能である。
その装置は次の通りである。

（１）モータ入口弁（ＶＩＭ）
この弁は、直前のまたは外側のチャンバのポンプ組立体から（そのチャンバが第１の段階又は第１の最も外側のチャンバにあれば直接外側から）来る流体のための入口弁として動作し、該弁は、圧力が所定の値よりも低いときは推進シリンダの外側のチャンバ内へ流体を排出し、圧力が所定の値以上であれば、モータシリンダの内部分に向かって排出する。この弁は、チャンバと直前のまたは外側のチャンバとの間の差圧センサ（ＣＤＰ）によって動作し、それは、所定の値に達した場合に流体がモータ又は推進シリンダの中へ案内されるように調整される。

（２）差圧センサ（ＣＤＰ）Ａ
このセンサは、チャンバにかかる圧力によってチャンバ壁が変形することによって動作する。圧力が高ければ高いほど、それだけ変形が大きくなる。基本的には、このセンサは、チャンバの内部分の中に配置された大きなロッドから成り、このロッドは、一端がチャンバに固定されるのに対して、他端が自由である。チャンバと外部環境との間の差圧のために、チャンバは変形されて自由端を変位させ、したがってチャンバ縁部に固定配置されるモータ入口弁ＶＩＭを駆動する。

（３）モータ出口弁（ＶＥＭ）
この弁は、流体を油圧モータポンプ装置の組立体から排出することができる。ピストンがその最大収縮水準（ストッパ）に達するとき、この弁は駆動され、したがって直前のチャンバに向かって又はこれが第１の段階又はチャンバである場合には多チャンバ装置の外部へと流体を排出させる。ピストンが最小水準（別のストッパ）に達するとき、弁は閉鎖されてモータシリンダの新たな充填が行われる。

（４）排出または安全弁（ＶＤＳ）
この弁は、差圧センサが内側のチャンバと直前のチャンバとの間で動作し、該工程がチャンバを変形させるに十分である場合にのみ駆動される。構造としては、細いロッドがチャンバの内部分の中に収容され、その端部の一方がチャンバに固定されている一方で、他端はチャンバに固定配置されている保持弁すなわち排出または安全弁（ＶＤＳ）を制御するようになされている。この保持弁すなわち排出または安全弁（ＶＤＳ）は、チャンバの変形が十分に顕著である場合にのみ制御される。

（５）簡潔な保持弁（ＶＲＳ）
これは、流体の流れを一方向のみへ許容する弁である。保持弁は、油圧モータポンプ装置のポンプ組立体の流体入口、ポンプ組立体の流体出口、およびチャンバの流体入口に配置される。該弁により、内側チャンバ内の圧力は外側チャンバ内よりも高くならない。

（６）油圧モータポンプ装置
該装置は２つのピストンからなり、２つのピストンのそれぞれが、シリンダの内部に配置されており、該シリンダピストンは、ピストンがそのシリンダの中で変位するとき、他方のピストンもそのシリンダに対して変位しなければならないように、剛接合されるか、またはピストンが対向するシリンダに連結される。それぞれのチャンバがシリンダピストン組立体を備える。

（７）外部シリンダロッド
これは、油圧モータポンプ装置のポンプ組立体のシリンダに固着され且つモータストッパセンサー（Ｂ）の一部であるロッドに対応する。このロッドは、他方のシリンダに結合されているモータ出口弁（ＶＥＭ）を駆動または駆動停止させる。

３．反復によって高い圧力を生成する別法
反復によって圧力を増大させる別の方法が幾つか存在する。下に他の方法を説明する。

シリンダから切り離されているチャンバに至る流体入口を有する異なるシステムを説明する。この場合に油圧モータポンプ装置を伸張するために予め圧縮されたばねが使用される。

外部ポンプが駆動され、それによって流体が、Ｐ１に達するまで第１のチャンバ（それは最外側のチャンバ、すなわち、他のすべてのチャンバを含む最大のチャンバである）の中へ進入する。該圧力では第１のチャンバの内部にあるモータ組立体も駆動されるので、この外部ポンプは第１のチャンバの中へ流体をポンピングし続けるが、圧力は増大しない。モータおよびポンプ組立体の両方に、第１のチャンバの中に収容された流体が送り込まれ、モータ組立体は該流体を外側に向かって排出するのに対して、ポンプは、第１のチャンバのすぐ内側のチャンバである第２のチャンバに向かって排出する。該ポンプ組立体の入口は、直前のチャンバまたは第１のチャンバの外側に配置された外側ポンプからのポンプ組立体の出口に結合されていないことに留意されたい。

該油圧による要素モータポンプ装置が駆動されると、このモータポンプは流体で充填されるが、それは、シリンダ間で予め圧縮されたばねがあり且つ該モータポンプ装置がその自然の状態に伸ばされる位置にあるからである。第１のチャンバの油圧によるモータポンプ装置は、モータ出口弁（ＶＥＭ）を開きかつモータ入口弁（ＶＩＭ）を閉じる差圧センサ（Ａ）が駆動されることによって駆動される。

ポンプおよびモータ組立体は空になり始める、すなわち、第１のチャンバの油圧によるモータポンプ装置は、モータ出口弁（ＶＥＭ）がほとんど閉ざされるまで排出し始め、その時点で、モータ入口弁（ＶＩＭＩ）が、モータ及びポンピングピストンの変位行程の終点にあるモータ／ポンプストッパセンサ（Ｂ）によって駆動され、したがってモータ組立体およびポンプ組立体は共に、差圧センサ（ＣＤＰ）が再び駆動されるまで流体の充填を継続する。

モータ入口弁（ＶＩＭＩ）はＣＤＰの作用によって閉鎖され、外側のシリンダロッドの作用によって開放される。ＶＥＭはＣＤＰによって駆動されて開放され、この外側シリンダロッドの作用によって閉鎖される。

第１のチャンバの油圧による要素モータポンプ装置が空になるとき、第２のチャンバの中の圧力が増大する。数回のポンピング行程の後で、別の所定の値に対応する圧力Ｐ２が得られ、モータ入口弁（ＶＩＭＩ）が作動せしめられ、第２のチャンバの油圧による要素モータポンプ装置に流体が充填され始める。残りの内側のチャンバでは同様に、油圧による要素モータポンプは、直前のチャンバからの幾つかのポンピングステップの後に所定の差圧に達したときに、油圧による要素モータポンプは流体を満たされ、このプロセスがチャンバ内の油圧による要素モータポンプ装置において繰り返されて後続のチャンバ内の圧力が増大せしめられる。

一定の圧力要件が満たされるとき、それぞれのチャンバ内に存在する簡潔な保持弁（ＶＲＳ）、および排出または安全弁は、これら圧力要件によって駆動される。したがって、圧力が任意のチャンバ内で増大するとき、流体もすぐ内側のチャンバの中へ進入せしめられ、最内側のチャンバは低い圧力を示すことは不可能である。

この実施形態におけるピストンおよびシリンダを製造する際の１つの随意選択肢は、両方のシリンダの間を剛接合したシリンダを製造するか、またはポンプシリンダに剛接合されたモータピストンが製造可能であり、かつモータシリンダがポンプピストンに剛接合される。選択された品目に応じて、ばねは常に圧縮されるか伸張される。

装置
（１）モータ／ポンプばね
この構成要素は、先の実施形態におけるものとほとんど同じであり、唯一の新たな要素はモータ組立体とポンプ組立体との間のばねであるが、このばねは油圧によるモータポンプ装置の構造に従って様々な様態で配置され得る。このばねは、力がかかっていない状態ではモータポンプ装置がピストンによって一杯に収縮した位置まで開かれなければならないように、伸張されるやり方すなわち圧縮されて配置される。別の言い方をすると、シリンダが空であれば、ばねは自然位置（力が掛かっていない状態）となる。

（２）モータ入口弁（ＶＩＭＩ）
この弁は、差圧センサ（ＣＤＰ）がチャンバと直前のチャンバとの間で動作するときに閉じられるために連結される。

（３）差圧センサ（ＣＤＰ）Ａ
このセンサは、チャンバ内の圧力の結果であるチャンバ壁の変形のために動作する。圧力が高ければ高いほど、それだけ変形が大きい。基本的には、このセンサはチャンバの内部分の中に配置された大きなロッドから成り、このロッドはチャンバに固定された端部を有する一方で、他端は自由である。チャンバと外部環境との間の差圧のために、チャンバは変形されて自由端を変位させ、このようにしてチャンバ縁部に固定配置されているモータ入口弁ＶＩＭを駆動する。

（４）モータポンプ・ストッパセンサ（ＣＴＭ）Ｂ
この場合には、モータポンプ・ストッパセンサ（ＣＴＭ）Ｂが設けられ、油圧による要素モータポンプが外部ストッパに達するとき、このセンサはモータ組立体の吸込であるか排出であるかに応じて弁を開いたりまたは閉じたりするように駆動される。

（５）モータ出口弁（ＶＥＭ）
この弁は油圧によるモータポンプ組立体のモータ組立体から流体を排出することができる。ピストンがその最大収縮水準に達し且つチャンバ内の流体の圧力が所定の値まで増大したとき、弁が、該弁を開くと共にモータ入口弁（ＶＩＭＩ）を閉じる差圧センサーによって駆動され、よって直前のチャンバに向かって流体を排出することができ、又はこれが第１の段階又はチャンバである場合には、多チャンバ装置の外部へと流体を排出することができる。ピストンが最大伸長水準（ストッパ）に達するとき、弁が閉じられ、これと同時にモータ入口弁（ＶＩＭＩ）が開かれモータシリンダの新たな充填が行われる。

（６）排出または安全弁（ＶＤＳ）
この弁は、差圧センサが内側のチャンバと直前のチャンバとの間で動作し、該工程がチャンバを変形するのに十分である場合にのみ駆動される。構造としては、細いロッドがチャンバの内部分の中に収容され、その端部の一方がチャンバに固定されている一方で、他端は、チャンバに固定配置される保持弁すなわち排出または安全弁（ＶＤＳ）を制御するようになされている。この保持弁すなわち排出または安全弁（ＶＤＳ）は、チャンバの変形が十分に顕著である場合にのみ制御される。

（７）簡潔な保持弁（ＶＲＳ）
これは、流体の流れを一方向のみへ許容する弁である。該保持弁は、油圧によるモータポンプ装置のポンプ組立体の流体入口、ポンプ組立体の流体排出口、およびチャンバの流体入口管に配置される。該弁が存在することにより、内側チャンバ内の圧力はすぐ外側のチャンバ内よりも高くならない。

（８）モータポンプ
該装置は、２つのピストンからなり、これらのピストンの各々はシリンダ内に配置されており、ピストンがそのシリンダに対して変位するとき、他方のピストンもそのシリンダに対して変位しなければならないように、該２つのピストンは剛接合されているか、またはピストンが対向するシリンダに連結される。それぞれのチャンバがピストン組立体を備える。

（９）外部シリンダロッド
該ロッドは、該油圧によるモータポンプのシステムのポンプ組立体のシリンダに固着され且つ他端にストッパを有し且つ伸長モータストッパセンサー（Ｂ）の一部分であるロッドである。該ロッドによって、他方のシリンダに固定配置されているモータ出口弁（ＶＥＭ）の閉塞及びモータの入口弁（ＶＩＭＩ）の開放が行われる。

４．同軸チャンバ（二重以上）
ここに記載されている多チャンバ圧力増大システムは、チャンバを取り外して超高圧で製造され又は試験されるべき部品又は材料の内部に取り付けることを必要とする。圧力増大システムを開き且つ超高圧で製造し又は試験するための幾つかの部品を内部に取り付けるために圧力増大システム全体を分解する必要のない本発明の１つの実施形態は、最も内側のチャンバ内に部品を組み込むための扉手段を備えており、該扉手段は二重チャンバ構造を含んでいれば一層適切である。この場合に、球形多チャンバ構造又は区画室が考えられるが、該チャンバは内部に外部の油圧によるモータポンプを含まない。なぜならば、該チャンバは、各円筒形チャンバ内に部品としての液圧によるモータポンプのシステムを備えている圧力増大システムを含む円筒多チャンバに連結されているからである。したがって、この球形多チャンバ構造は、圧縮されるべき部品又は高圧で試験すべき対象物を収容するためのみに使用され、このような目的のために取り外されすなわち開かれる唯一の部分である。

この球形多チャンバは、同様の直径を有する円筒多チャンバと比較すると、比較的大きな耐圧性を示す。別の言い方をすると、比較的に大きな部品を内部に配置することを許容する比較的に大きな内径すなわち最も内側の内径を設けることを可能とする。

なお、第１の構成は、対応するチャンバであり、多チャンバと各チャンバ対の間の圧力増大システムとが設けられている。第２の構成は、モータポンプが相互連結蛇腹である多チャンバである。第３構成は、圧力増大システムであり、各チャンバ対の間に圧力増大システムを有する多チャンバが設けられている。第４構成は、圧力増大システムであり、各チャンバ対の間に圧力増大システムを有する多チャンバが設けられているが、各モータポンプがばねを有し、かつモータ充填がチャンバ流体入口に結合されていないことに留意されたい。第５構成は、二重隔室を有する多チャンバであり、これらの一方は圧力増大システムを収容することを目的とし、他方は部品の収容を目的としている。部品を収容する隔室は絶対的な球体であり、チャンバ間に間隙を有していないことに留意されたい。

半球形の端部を有する円筒容器または第１のチャンバを示す図である。 第１のチャンバの内部に配置される第２のチャンバを示す図である。

Claims (5)

1. 画定された容積の内部で高い圧力を生成する装置であって、前記装置は、複数の同軸チャンバまたは密閉容器を備え、前記チャンバまたは密閉容器同士が、流体を直前のチャンバから該直前のチャンバのすぐ内側の次のチャンバに、またはその逆に、液体を送ることができるように、相互連結されている、装置において、
   前記チャンバのそれぞれが、液圧モータポンプのシステムを収容しており、当該システムは、２つの蛇腹または２つのシリンダ及びピストンの組立体から構成され、該２つの蛇腹又はシリンダは、一方の蛇腹又はピストンが収縮すると、他方の蛇腹又はピストンが駆動され且つ同じ方向へ収縮し、及びその逆に、一方の蛇腹又はピストンが伸長すると、他方の蛇腹又はピストンが駆動され且つ同じ方向へ伸長し、第１の蛇腹又はピストンをモータまたは推進器として動作させて第２の蛇腹又はピストンを駆動し、該第２の蛇腹又はピストンが、該第２の蛇腹又はピストンが収容されているチャンバ内の流体を次のすなわちすぐ内側のチャンバ内へ押しやるポンプとして動作するように、互いに結合されており、
   当該装置は更に、推進する蛇腹又はシリンダ内の流体が前記チャンバの外に向かって連続して排出されると、該流体を、前記蛇腹又はシリンダを収容しているチャンバと同じ圧力にある蛇腹又はシリンダ内へ受け入れて、推進する蛇腹又はピストンを起動させ且つ該推進する蛇腹又はシリンダ内の流体によって発生されたエネルギを、ポンプとして動作する蛇腹又はピストンに伝達させるのを可能にし、その結果、前記ポンプとして動作する蛇腹又はピストンが該ポンプとして動作する蛇腹又はシリンダ内の流体の圧力を増大させて該圧力をすぐ内側のチャンバに向けて押しやるようにさせる手段と、前記推進する蛇腹又はシリンダから流体を排出させ且つ該流体が前記ポンプとして動作する蛇腹又はシリンダから後続のチャンバへ押しやられるのを可能にする手段と、を備えている、ことを特徴とする、装置。
2. 前記液圧モータポンプのシステムは、二重または三重の区画室からなるチャンバの中に装着可能であり、複数の液圧モータポンプのシステムがこれらのチャンバの円筒形の区画室の中にのみ収容され、該円筒形の区画室に結合されている球形を示す他方の部分は、高い圧力を受ける部品または試料の収容のみを目的とすることを特徴とする、請求項１に記載の高い圧力を生成する装置。
3. 前記装置は、前記流体がチャンバに進入するための入口管を前記チャンバの各々に備えており、前記チャンバ内の圧力が所定圧力Ｐｉを超過すると、該圧力が差圧センサによって検知され、モーター入口弁が開かれ、該弁は前記流体が前記推進するシリンダ及びピストンの組立体に進入することを許容し、その一方で前記推進する組立体の出口弁は閉じたままとされ、ひとたび前記推進する組立体に被加圧流体が充填されると、モータポンプ伸張ストッパセンサーが前記推進組立体に至る前記入口弁を閉ざし、前記直ぐ外側のチャンバに連結されかつ当該直ぐ外側のチャンバに向かって排出する前記推進組立体の出口弁を開き、他方では、前記ポンプとして動作する前記シリンダ及びピストンの組立体内への及び該組立体からの流体の流れが、各々の保持弁によって、前記ポンプとして動作するシリンダ内への流体の流入及び該ポンプとして動作するシリンダからすぐ内側すなわち後続のチャンバへ向かう前記管を通る加圧された流体の排出を許容するように制御される、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の高い圧力を生成する装置。
4. 各チャンバ内に、
   直前のチャンバの液圧モータポンプのシステムから出て来た被加圧流体の入口のための入口管と、
   モータ入口弁及びモータ出口弁と、
   差圧センサー（Ａ）と、
   モータポンプ伸張ストッパセンサー（Ｂ）であって、被加圧流体がチャンバ内に流れ、モーター入口弁が開かれ、前記チャンバ内の被加圧流体が、前記チャンバの内側の圧力が所定の圧力Ｐｉを超えるまで前記推進するシリンダ及びピストンの組立体内へ入れられ、差圧センサー（Ａ）によって検知されたこの圧力が、モーター入口弁とモーター出口弁とを作動させて各々モーター入口弁を閉じ且つモーター出口弁を開き、前記モーター出口弁は前記推進するシリンダ及びピストンの組立体に接続されていて該組立体内の被加圧流体を直前のチャンバに向けて排出し、ひとたび前記推進するシリンダ及びピストンの組立体の被加圧流体が空になると、前記モータポンプ伸張ストッパセンサー（Ｂ）は前記モータ出口弁を閉じ且つ前記モータ入口弁を開くようになされている、前記モータポンプ伸張ストッパセンサー（Ｂ）と、
   前記液圧モータポンプのシステムの前記２つのシリンダの間に収容されたばねであって、当該ばねは、該ばねの作動による他の力がかかっていなければ、ひとたび前記出口弁が閉じられ且つ前記入口弁が開かれると、前記ピストンがそれらの最大収縮位置へ動くことにより前記液圧モータポンプのシステムが開放されるか又は伸ばされるように、予め圧縮されており、一方、ポンプとして作用する前記シリンダ及びピストンの組立体内への及び該組立体からの流体の流れは、各々の保持弁によって、前記ポンプとして動作するシリンダ内への流体の流入及び該ポンプとして動作するシリンダからすぐ内側すなわち後続のチャンバへ向かう前記管を通る加圧された流体の排出を許容するように制御される、ようになされた前記ばねと、
   を更に備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の高い圧力を生成する装置。
5. 前記推進するシリンダが前記ポンプとして動作するピストンに堅固に結合されていて前記２つのシリンダ及びピストンの組立体のうちの第１のシリンダ−ピストン組立体が形成されており、前記ポンプとして動作するシリンダが前記推進するピストンに堅固に結合されていて前記２つのシリンダ及びピストンの組立体のうちの第２のシリンダ−ピストン組立体が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一の項に記載の高い圧力を生成する装置。

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