ハイブリッドポンパー
低温流体を気化のために供給するための低温源と、該低温源と連通している該低温流体の圧力上昇のための低温ポンプと、該低温ポンプと連通しており該低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０と、該非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０の下流にありそれと連通していて、該非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの該加熱した流れを受け入れて過熱スチームを作るようにされている直接燃焼式気化器と、該低温ポンプ、該非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０、及び該直接燃焼式気化器に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置１１８とを含む方法及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ポンパーは、窒素などの低温液体を例えば仮設の油田や工業用途のために送給するように設計された持ち運びのできる装備である。ポンパーは、一般には高圧の容量型ポンプで、例えば窒素を、積載された気化器を通して取引先の配管、井戸、又は他の使用箇所へ移送する。ポンパーは、積載されたディーゼルエンジンを利用して上記ポンプと付属循環路のための油圧ポンプを駆動する。
【背景技術】
【０００２】
窒素は、低温の液体状態で送給及び貯蔵され、そして大抵の用途においては使用するため気化させて気体状態にし加温する必要がある。しかし、多くの一般的な材料は、低温にさらされると脆くなる。よって、窒素を使用前に加温して、不所望の破壊や亀裂を防がなくてはならない。初期の設計のポンパーは、窒素を気化させ加温するのに直接燃焼式の気化器を利用していた。
【０００３】
直接燃焼式気化器を含むポンパーは、強制空気−液体燃料バーナーと、燃焼ガスからの熱を窒素流に移動させるための熱交換器を含む。直接燃焼式気化器は、高温の燃焼ガスを低温流体の入った高圧のチューブバンドルと直接接触させる。
【０００４】
ポンパーでは、それほど一般的でない間接燃焼式の気化器が使用されることもある。このそれほど一般的でない間接燃焼式気化器は、燃焼ガスから低温流体の入ったより小さな高圧熱交換器のチューブバンドルへと熱を移動させるために循環する媒介伝熱流体、一般には水−エチレングリコール流、を使用する点で、直接燃焼式気化器と異なる。
【０００５】
ポンパーで用いられる直接燃焼式気化器も間接燃焼式気化器も、比較的単純であり、そして小型のユニットで大きな熱交換速度を提供するが、両方のユニットとも燃料効率が非常に悪い。更に、燃料費が増加する結果として、両方のユニットとも関係する運転費が非常に高い。最後に、両方のユニットとも、裸火が制限される一部の領域では利用することができない。
【０００６】
潜在的に引火性の雰囲気の場所で作業するために裸火の条件をなくすことや燃料消費量を削減することを含めた、とは言えそれらに限られることのない、様々な理由から、ポンパーは非燃焼式気化器を用いるよう改造されてきた。非燃焼式気化器とともに組み込まれた、熱回収ポンパーとも呼ばれるポンパーは、高圧容量型の窒素ポンプのために必要とされる動力源の上にそのディーゼルエンジンを搭載し、エンジンの冷却剤と油圧装置からの熱を捕捉する。エンジンを搭載するため水ブレーキ回路を使用する熱回収ポンパーも、やはりその回路からの熱を捕捉する。多くの場合、エンジンの排気ガス及びエンジンのターボチャージ空気回路からも、また時には他のより小さな熱源からも、熱を捕捉する。熱回収ポンパーは、上に挙げた全ての熱源からの熱を、高圧窒素熱交換チューブバンドルを加圧した冷却剤容器内に収容する冷却剤気化器内へ移すために水−エチレングリコール混合物を循環させるのに、冷却剤循環ポンプを必要とする。
【０００７】
熱回収ポンパーは概して、燃焼式気化器を備えたポンパーよりも燃料効率が良好であるが、所定の大きさのユニットについて言うと、熱回収ポンパーは一般に、窒素容量が直接燃焼式ユニットのおよそ半分である。更に、熱回収ポンパーは、ほぼ３００°Ｆ（１４９℃）の吐出温度で、且つ比較的小さい窒素送給流量で、窒素を送給することに限定される。対照的に、直接燃焼式ポンパーは、大きな吐出流量又はほぼ６００°Ｆ（３１６℃）の温度で窒素を送給することができ、これは窒素を加熱用媒体として使用する一部の工業的用途にとって望ましいものである。
【０００８】
燃焼式気化器と非燃焼式気化器の両方を利用するポンパーの欠点の結果として、技術が組み合わされた。燃焼式気化器の技術と非燃焼式気化器の技術が同時に組み合わされて、デュアルモードの単一ポンパーユニットが形成された。このデュアルモードのポンパーユニットは、設備を運転する人員の裁量で燃焼式気化器かあるいは非燃焼式気化器のいずれかを利用することができる。燃料消費量が少ないため非燃焼式気化器が好ましく、そして燃焼式気化器の裸火が潜在的に危険である場合に必要であるが、所望の窒素吐出流量と温度が非燃焼式気化器の能力を超える場合には燃焼式気化器を使用してもよい。
【０００９】
その設計の結果として、デュアルモードのポンパーユニットは、一部の用途について従来の燃焼式気化器のポンパーよりも使用する燃料が少なく、しかもより高い窒素温度と単一ユニットからのより大きな定格容量を可能にする。一つの製造業者であるＶｉｔａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌは、デュアルモードの窒素ポンパーを商業的に製作しており、非燃焼式気化器を用いれば定格容量が１８０，０００スタンダード立方フィート／時（５，０９７Ｎｍ3／ｈｒ）、燃焼式気化器を用いれば定格容量が５４０，０００スタンダード立方フィート／時（１５，２９１Ｎｍ3／ｈｒ）のユニットを提供している。
【００１０】
この商業的に入手可能なデュアルモードのポンパーユニットは、ディーゼルエンジン動力装置からの熱源を利用せず、そして実際のところ、そのような熱源を別の方法で廃熱として大気へ放出する一方で、燃焼式気化器を利用する。燃焼式気化器モードで運転するとき、この現状のデュアルモードポンパーユニットは基本的に、従来の燃焼式気化器ユニットと同じ程度に非燃料効率的である。また、現状のデュアルモードポンパーは、運転のためのモードの選択を含めて、装置を運転するのに個人に依存している。従って、装置は、非燃焼式気化器モードが適切なときでも、燃焼式気化器モードで運転していることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
よって、当該技術分野では、全ての運転条件において従来の直接燃焼式気化器よりも燃料効率的であり、最高で６００°Ｆ（３１６℃）までの高い吐出温度を提供することができ、周囲温度で最大５００，０００スタンダード立方フィート／時（１４，１５８Ｎｍ3／ｈｒ）までの大きな流量を吐出することができ、そして効率的に運転される、ポンパーユニットが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここに開示される実施形態は、全ての運転条件において従来の直接燃焼式気化器よりも燃料効率的であり、最高で６００°Ｆ（３１６℃）までの高い吐出温度を提供することができ、周囲温度で最大５００，０００スタンダード立方フィート／時（１４，１５８Ｎｍ3／ｈｒ）までの大きな流量を吐出することができ、そして非常に効率的に運転することができるハイブリッドポンパーユニットを提供することによって、当該技術分野における上記の必要を満たす。
【００１３】
一つの実施形態において、気化のために低温流体を提供するための低温源と、前記低温流体を昇圧するために前記低温源と連通する低温ポンプと、前記低温ポンプと連通しており前記低温流体を受け取って加熱した流れを形成するようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路と、下流の直接燃焼式気化器であって、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路と連通しており前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から前記加熱した流れを受け取って過熱流を形成するようにされている直接燃焼式気化器と、前記低温ポンプ、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路、及び前記直接燃焼式気化器に動力を提供するためのディーゼルエンジン動力装置と、を含むポンパーが開示される。
【００１４】
もう一つの実施形態において、気化のために低温流体を提供するための低温源と、前記低温流体を昇圧するために前記低温源と連通する低温ポンプと、前記低温ポンプと連通しており前記低温流体を受け取って加熱した流れを形成するようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路であって、当該非燃焼式気化器の冷却剤循環路との熱交換のために外部源からスチーム流を受け取るようにされている凝縮スチーム熱交換器を含んでいる非燃焼式気化器の冷却剤循環路と、前記低温ポンプ及び前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路に動力を提供するためのディーゼルエンジン動力装置と、を含むポンパーが開示される。
【００１５】
更に別の実施形態において、気化のための低温流体を提供すること、前記低温流体を昇圧すること、昇圧した前記流体を非燃焼式気化器の冷却剤循環路において加温して高温の昇圧流体を形成すること、昇圧し加温した前記流体を、下流に位置し前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路と連通している直接燃焼式気化器において更に加温して、過熱流を形成すること、を含む低温流体を過熱するための方法が開示される。
【００１６】
上述の概要と、そしてまた典型的実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むとよりよく理解される。実施形態を説明することを目的として、図面には典型的な構成要件が示されているが、本発明は開示された特定の方法と手段に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による典型的なハイブリッドポンパーのフローダイヤグラムである。
【図２】本発明の一実施形態による典型的な非燃焼式気化器の冷却剤循環路のフローダイヤグラムである。
【図３】本発明による図２に開示した非燃焼式気化器の冷却剤循環路とは別のもののフローダイヤグラムである。
【図４】本発明の一実施形態による制御装置を含む典型的な非燃焼式気化器の冷却剤循環路のフローダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態は、ハイブリッドポンパーに動力を供給するのに用いられるディーゼルエンジンからの廃熱を気化のために利用するハイブリッドポンパーユニットに関する。このような実施形態は、直接燃焼式気化器の運転をより効率的にするため直接燃焼式気化器の上流に直列に設置される非燃焼式気化器を用いることを含む。当該ハイブリッドポンパーはまた、例えばディーゼルエンジンからの廃熱を集めてその熱を非燃焼式気化器中の窒素へ移動させる、非燃焼式気化器の冷却剤循環路も含む。更に、窒素熱交換器のバンドルの後で直接燃焼式気化器の排気流から熱を捕捉して、その熱を非燃焼式気化器の冷却剤循環路へ移動させる。ハイブリッドポンパーは、スチームの供給が可能である場合、非燃焼式気化器の冷却剤循環路中の気化する窒素のために追加の熱を供給するため凝縮スチームの熱交換器を含んでもよい。ハイブリッドポンパーはまた、非燃焼式気化器の冷却剤循環路を運転し制限温度範囲内に保持するための制御装置と、運転員の介入なしに熱負荷のバランスを取るため直接燃焼式気化器を運転するための制御装置を含んでもよい。
【００１９】
熱回収ポンパーとは対照的に、ハイブリッドポンパーは、より多くの熱を作り出すために水ブレーキ又は油圧回路を介してディーゼルエンジンに意図的に負荷をかけない。ハイブリッドポンパーのエンジンは、熱回収ポンパーのエンジン（例えば７５０ｈｐ又は５５９ｋＷのエンジン）よりもはるかに小さく（例えば４５０ｈｐ又は３３６ｋＷのエンジン）、窒素ポンプと副次的な循環路のために必要な軸動力だけを供給する。ハイブリッドポンパーは、エンジンの冷却剤、ターボチャージエアー、エンジンの排気、及び高温の油循環路から、そしてまた燃焼式気化器の燃焼排気ガス及び窒素を加温し気化させるため所望に応じ供給されるスチームから、熱を集める。更に、ハイブリッドポンパーは、何もしなければ慣用の直接燃焼式又は間接燃焼式窒素ポンパーによって大気へ放出されるエンジンからの熱を捕捉する。
【００２０】
当業者にとって、最初は非燃焼式気化器を通して、その次には直接燃焼式気化器を通して、窒素の流れをポンパーへ送るのは自明のことではない。例えば、当業者の一人は、容量の小さい気化器を容量の大きい気化器と直列に設置するのは、循環路の容量を容量の小さい方の気化器のそれに制限するであろうと想定する。また、当業者の一人は、所定質量の液体窒素を気化させるのに必要とされる潜熱は飽和した低温の窒素蒸気を周囲温度まで加温するのに必要とされる顕熱とほぼ同じであると認識しよう。このように、当業者は、上流の気化器が燃焼式気化器に入ってくる窒素の温度に与える影響は少しでしかないので、熱交換器のチューブが低温の窒素蒸気を含有している場合に氷の生成がなおも起こるため直接燃焼式気化器の効率を向上させることはないと、誤った結論を出すであろう。
【００２１】
ところが、発明者らは、意外にも、非燃焼式気化器が熱交換器の効率を直接燃焼式気化器の熱交換器の範囲内で直接向上させるということを見いだした。液体窒素は、多くの場合、過冷却された状態で従来のポンパーの燃焼式気化器へ到達する。これは、容量型ポンプからの吐出圧力が、液体窒素がポンプと配管を通して気化器へ強制的に送られる際に液体窒素の温度上昇と同時に結果として生じる飽和圧力よりも高くなる場合に起こる。直接燃焼式気化器がその直接燃焼式気化器の熱交換器の定格容量より十分小さい窒素流量で運転する場合、直接燃焼式気化器にとって普通である垂直の熱交換器チューブ分配マニホールドを通して液体窒素を均一に分配するために並列の熱交換器チューブ間に圧力差はほとんど存在しない。このことから、垂直の熱交換器チューブマニホールドにおいて気相と液相とが分離することになる。マニホールドの底部の密度が高い方の液体窒素は、下方の熱交換器チューブを通って流れる。やがて、下方の熱交換器チューブで氷が生成して、下方のチューブを隔離する一方で、燃焼ガスを上方のチューブを越えて優先的に流す。熱交換器のチューブを通って移動する窒素の摩擦損失は、所定の質量流量について言えば、より冷たくて密度のより高いガスの流れの方がより温かくて密度の低いガスよりも小さいために、問題が悪化する。例えば、所定のチューブ内での質量流量は、下方のチューブにおけるものの方が上方のチューブにおけるものよりも一般に大きい。
【００２２】
開示された気化器の順番は、直接燃焼式気化器の熱交換器の効率を次のようにして向上させる。第一に、燃焼式気化器の入口における圧力が窒素の臨界圧力４７７．６ｐｓｉｇ（３２．９３ｂａｒｇ）より高い場合、非燃焼式気化器は、燃焼式気化器に入ってくる窒素流の温度をそれが−２３２．５°Ｆ（−１４６．９℃）より高い超臨界流体になるまで上昇させることができる。超臨界流体状態では液相と気相は別個に存在することができず、そのため燃焼式気化器の垂直の熱交換器入口マニホールド内の窒素の分布は上部から底部までより均一になる。
【００２３】
第二に、燃焼式気化器の入口における圧力が窒素の臨界圧力より低い場合、非燃焼式気化器は燃焼式気化器へ入ってくる窒素流の全体を完全に気化させることができ、そのため燃焼式気化器の垂直の熱交換器入口マニホールド内の窒素の分布は上部から底部までより均一になる。
【００２４】
第三に、燃焼式気化器の入口における圧力が窒素の臨界圧力より低い場合、非燃焼式気化器は燃焼式気化器へ入ってくる窒素流を部分的に気化させることができる。窒素が液体から蒸気へと気化するときの窒素の膨張は、二相流を生じさせ、燃焼式気化器へ入ってくる窒素の速度を上昇させる。より高速の二相流につきものの乱流は、上部から底部までの垂直の熱交換器入口マニホールド内の窒素の分布を向上させる。
【００２５】
燃焼式気化器の排熱交換器と組み合わせる気化器の順番は、燃焼式気化器が並流の熱交換器であるため、特に重要である。向流の熱交換器は、アプローチ温度が比較的小さい場合、すなわち出てゆくプロセス流体の温度が熱媒体の出口温度に比較的近い場合に、並流の熱交換器よりも一般に効率的である。一般的な向流熱交換器では、加熱されたプロセス流体の出口温度は、熱交換器の表面積が十分な場合、加熱用流体の出口温度よりも高くなることができる。同じ条件が一般的な並流熱交換器で存在することはできない。一般的な並流熱交換器のアプローチ温度は、ほかの全てのパラメーターが同じである場合、向流熱交換器のアプローチ温度よりも常に大きい。直接燃焼式気化器のための熱交換器は、熱交換器の液体窒素入口に近い熱交換器チューブに氷が生じるのを抑えるため燃焼ガスの最高温度を利用するために、ほとんど例外なく並流式である。ここに開示される直接燃焼式気化器の排気流に熱交換器を追加するのと組み合わされる熱交換器の順番は、燃焼式気化器の熱交換器バンドルへ燃焼熱の一部を既に移動させた燃焼式気化器の排ガスを利用する。この場合、より低温の排ガスが、例えば水−エチレングリコール媒体を介し、一番低温の窒素に熱を移動させる。従って、より高温の窒素が一番高い燃焼温度の直接燃焼式気化器の熱交換器に入る。実際的な言い方をするなら、非燃焼式気化器と燃焼式気化器の順番が、組み合わせた熱交換を向流式の熱移動により似たものにする。
【００２６】
重要なことは、組み合わされた技術が燃料消費量を低減することである。更に、そして燃料消費量の減少の結果として、ＮＯx、ＣＯ及び粒状物質の放出が全て減少する。その上、直接燃焼式気化器の低い燃焼温度は、現行のディーゼルエンジンと比べると、ＥＰＡ Ｔｉｅｒ ３の放出限界を満足するエンジンと比べても、燃料１ポンド当たりに生じさせるＮＯxが一般にずっと少ない。従って、熱回収ポンパーと比較して小さいエンジンを利用するハイブリッドポンパーは、熱回収ポンパーと同様の窒素流量を送給することができ、送給される窒素の単位体積当たりに生成するＮＯxをより少なくすることができる。よって、ハイブリッドポンパーは経済的な解決策であるとともに環境上の解決策でもある。
【００２７】
ポンパーは、主として石油及びガス分野の用途のために製造されている。実際、ポンパーの技術は石油及びガス産業の成果として発展してきた。スチームはガス及び油井現場では一般に利用できないので、そのようなポンパー装置を油田設備会社に供給する製造会社は、気化のためにスチームを利用する方法を検討することはない。ところが、スチームは、一時的な窒素の供給のためにポンパーを必要とすることがある産業用ガス及び化学プラントや精油所では普通に利用可能である。低温流体を気化させるのにスチームを使用するのは、産業用ガス及び化学プラントや精油産業では普通のことである。凝縮するスチームからの熱を熱交換器の管壁を通し低温流体へ直接移動させるか、あるいはスチームを吹き込んで対流循環により水浴を加熱する一方でこの高温の浴が熱交換器のチューブを介して低温流体に熱を移動させる市販のスチーム気化器が利用可能である。
【００２８】
市販のスチーム気化器を燃焼式か非燃焼式のいずれかの気化器を備えた従来のポンパーで使用することができるとは言え、凝縮スチームの気化器を設置し又はスチーム吹き込みの水浴を二次的な気化循環路としての高圧チューブバンドルとともに設置する追加の経費は、そのような機器の組み込みを伝統的に妨げてきた。その上、スチーム気化器の大きさは、高圧ステンレス鋼熱交換器のチューブの相対的に厚い壁が熱移動を減少させて、その結果熱交換の表面積が低圧の薄い壁のチューブと比べはるかに大きくなるため、受け入れるのが困難であろう。
【００２９】
直接燃焼式気化器あるいはエンジンの熱を利用する従来の非燃焼式気化器を使用しないポンパーを製造することもできよう。もっと正確に言えば、他の気化器循環路を設置する出費を伴わずに、スチームを唯一の気化源として使用することができよう。しかし、このタイプの装置は、スチームを供給することができる現場で使用することができるだけであるため多くの窒素ポンパー用途のためには使用することができないので、有用性が小さい。更に、スチーム供給の中断が窒素の気化能力を台なしにする。窒素ポンパーにスチーム気化器を取り付ける直接のアプローチが、ヨーロッパである程度利用されているが、経費と大きさの両方の欠点のために米国では一般的な方法として採用されてはいない。
【００３０】
本発明の一実施形態は、低圧の薄壁のチューブを用いる商業的に入手可能な凝縮スチームの熱交換器を利用して、非燃焼式気化器を備えた従来のポンパーに特有の、あるいは燃焼式気化器と非燃焼式気化器の両方を含む窒素ポンパーに特有の冷却剤循環路を加熱する。低圧の凝縮スチーム熱交換器は、高圧の熱交換器チューブを用いるスチーム気化器より価格が安く寸法が小さい。非燃焼式気化器を用いる窒素ポンパーの冷却剤循環路で凝縮スチーム熱交換器を利用すると、エンジンの負荷を小さくできる一方で、スチームの凝縮による潜熱が、そうしなければエンジンの冷却剤、エンジンの排気、及び油圧装置及び／又は水ブレーキから提供しなくてはならない熱に取って代わるので、エンジンの燃料消費量が減少することになる。非燃焼式気化器と直接燃焼式気化器の両方を用いる窒素ポンパーの冷却剤循環路で凝縮スチーム熱交換器を利用すると、燃焼式気化器を運転することなくポンパーの容量を補うことができる。
【００３１】
米国の一部（例えばカリフォルニア）では、大気環境管轄地区が交付する明確な運転認可を有する設備の運転だけを許可することによって、直接燃焼式気化器の使用を制限している。管轄地区は、そのような認可された装置の使用について追加の運転上の制限を課すこともある。ハイブリッド窒素ポンパーは、燃焼式気化器を使用せずに運転される場合、燃焼式気化器について運転の認可が交付されていない大気環境管轄地区での制限に反することなく働くことを可能にする。凝縮スチームの熱交換器も、燃焼式気化器を利用しながら燃焼式気化器の燃料消費量を低減する。精油所におけるスチームの供給は、一部分は、ボイラーでの使用のためにフレアヘッダーから集められた可燃性の廃ガス流を使って行われる。ポンパーの冷却剤循環路の凝縮スチーム熱交換器からの追加の熱は、全体的な運転費と放出を低減する一方で燃料の供給を長期間維持する負担を軽減するための簡潔で費用効果のある方法である。中間に介在する水−エチレングリコール媒体を介して窒素を気化させ加温するための熱を供給する凝縮スチーム熱交換器は、スチーム気化器ほど用途が広くはない。スチーム吹き込み式の水浴気化器は、ディーゼルエンジンを冷却するのにも使用しなければならない非燃焼式気化器の冷却剤循環路よりも高温で水浴を運転することができるので、窒素をわずかに高い温度に加熱することができる。市販のスチーム吹き込み式水浴気化器の水タンクは、水浴温度を海抜ゼロでの大気圧における水の沸点２１２°Ｆ（１００℃）に制限する大気圧タンクである。
【００３２】
凝縮スチーム気化器は、凝縮スチーム気化器シェル内のスチーム圧力がスチームが凝縮して水になる温度を上昇させるので、スチーム吹き込み式の水浴気化器と凝縮スチーム熱交換器を使用するアプローチの両者よりも高い温度まで窒素を加熱することができる。しかし、凝縮スチーム熱交換器は窒素ポンパーに対して経済的に妥当なものであるのに対し、スチーム気化器はそうではない。ハイブリッドポンパーで用いる凝縮スチーム熱交換器は、燃焼式気化器を使用しない場合に窒素ポンパーの気化能力が増大し、また一部の用途のために燃焼式気化器を使用する場合には、窒素吐出流量と温度に依存して、ポンパーの燃料消費量が減少する、という利点をもたらす。
【００３３】
ハイブリッドデュアルモードポンパーユニットはまた、効率的性能を支援するための制御装置又はメカニズムを含むことができる。そのような制御装置は、プロセッサ、メモリー装置、入力装置、例えばキーボード、タッチスクリーンなど、及び出力装置、例えばモニター、プリンターなど、を含むことができ、（１）燃焼式気化器を出てゆく際の窒素の温度を測定及び／又は監視して燃焼燃料速度を制御するためのセンサー又は検出器、（２）ポンパーユニットを出てゆく際の窒素の温度を測定及び／又は監視して最終的温度の制御のため気化器をバイパスする窒素の相対割合を制御するためのセンサー又は検出器、（３）冷却剤循環路の温度を測定及び／又は監視して冷却剤気化器に入ってくる窒素の流量、燃焼式気化器の排気熱交換器に向かわせる燃焼廃ガスの割合、及び凝縮スチーム熱交換器に入ってくるスチームの流量を制御するためのセンサー又は検出器、（４）冷却剤気化器と窒素入口制御弁での圧力損失を測定及び／又は監視して、差圧測定値とバイパス制御弁へのフィードバック制御とによるかあるいはクラッキング圧の高い逆止弁のいずれかにより液体窒素を燃焼式気化器へ直接バイパスさせるようにするためのセンサー又は検出器、（５）油圧及び／又は潤滑油回路からの熱移動をバランスさせるための温度調整弁、（６）冷却剤循環路の過剰な熱をエンジンラジエーターへ効率的に放出するための温度調整弁、及び（７）冷却剤循環路の制御ができなくなった場合における操業停止と冷却剤貯蔵器及び／又は熱交換器シェルの過圧からの保護、を制御し又はそれらと相互作用する。制御装置は、（８）熱が冷却剤気化器で利用されない場合におけるエンジン排気及びターボチャージエアーからの熱移動を調整するための大き過ぎるエンジンラジエーター、（９）ＥＰＡ Ｔｉｅｒ ３のエンジン設計に典型的な空気対空気式のチャージエアーの冷却に先立つ液体アフタークーラー、及び（１０）当該エンジンの設計にとって一般的であるより低い空気取り入れマニホールドの温度を調整するためのチャージエアー水分離器、を制御し又はそれらと相互作用することもできる。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態によるハイブリッドポンパー１００を説明するものである。図１のハイブリッドポンパー１００は、低温流体（例えば液体窒素、液体アルゴンなど）を貯蔵し、管路１０４を通して低温ポンプ１０６に供給する供給タンク１０２を含む。低温ポンプ１０６は、供給タンク１０２と連通している。発明者らは、簡潔にするため、この典型的実施形態における低温流体を液体窒素と呼ぶが、ここで液体窒素という用語を使用するのは発明者らによる開示を限定するものと解すべきでないことに留意すべきである。例えば、低温液体は一例として液体アルゴンであってもよい。更に、ここで使用する「連通している」とは、流体の移送のために、１以上の導管、管路、マニホールド、弁などを介して運転できるように接続されていることを意味する。導管は、それを通して流体（液体又は気体）を移送することができる、任意の管、管路、チューブ、流路などである。特に断らない限り、連通する第１の装置と第２の装置との間には中間の装置、例えばポンプ、圧縮機、又は容器などが存在してもよい。
【００３５】
低温ポンプ１０６は、多くの場合、利用可能な有効吸込ヘッドを上昇させるための遠心ポンプと、高圧の容量型往復ポンプとを含む。この場合、窒素が低温流体として管路１０８を通し非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０へと送られて、この循環路で窒素流の一部又は全体を、窒素流量と加温又は加熱した流れを作るための熱源の温度とに依存して気化させる。この出願の目的に関して言うと、「非燃焼式気化器の冷却剤循環路」とは、例えば水−エチレングリコール冷却剤を利用して、エンジンの冷却を行い熱を低温流体に移動させる冷却剤循環路のことである。明確にするために言えば、水−エチレングリコール冷却剤は、純水、プロピレングリコール、及び水−プロピレングリコールを含めた、とは言えそれらに限定はされない、ほかの同様の冷却剤と取り替えることができる。その後、非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０から出てきた加温又は加熱した窒素流は、管路１１２を通り窒素流の温度を所望の温度まで上昇させるための直接燃焼式気化器１１４へ進む。窒素は、顧客の要求を満たすために過熱された流れとしてポンパー１００から管路１１６により排出される。低温ポンプ１０６、非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０、及び直接燃焼式気化器１１４には、ディーゼルエンジン電源装置１１８により伝送線路１２０、１２２、１２４を通して動力が供給される。
【００３６】
ポンパーは一般に、遠心液体窒素ポンプ、燃焼式気化器の燃焼のための送風機、及び燃料ポンプを含めた、とは言えそれらに限定はされない、図面に詳細には示していない循環路を運転するための動力を供給するディーゼルエンジンにより駆動される油圧ポンプを使用する。昇圧される潤滑油システムが、容量型往復液体窒素ポンプのクランクケースために一般に用いられる。
【００３７】
図２は、多数の熱源から熱をあつめてその熱を例えば液体窒素（ＬＩＮ）流２６２に移動させる非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の典型的実施形態を説明するものである。非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００は大部分は、気化器冷却剤循環路ポンプ２６０により管路２０２を通して循環される。管路２０２からは、冷却剤の分かれた一部分が管路２１２により油熱交換器２１４へ送られる。ここで使用する「分かれた一部分」というのは、それが取り出された流れと同じ化学組成を有する部分のことである。油熱交換器２１４は、ハイドロリックパワーシステムと昇圧潤滑油システムとを含み、それがなければフィン付きの油冷却器を通して大気へ放出される熱を１以上の油の流れ（集合的に流れ２７４で表される）から除去する。冷却された流れ２７６は、その後油熱交換器２１４から出て、再循環されるべきそれぞれの油貯蔵器又はポンプに戻る。油熱交換器２１４による圧力損失は、導管２０３を通してエンジンチャージエア熱交換器２０４へと送られる気化器冷却剤循環路ポンプ２６０からの大部分によってバランスが取られる。最新式のディーゼルエンジンはターボチャージャーからのチャージエアーを冷却して、ピーク燃焼温度を下げることによりＮＯxの生成を減らし、出力密度を上昇させる。エンジン排気流の高温は、捕捉されない限り無駄にされる。冷却剤は、エンジンチャージエアー熱交換器２０４でエンジンチャージエアー流２６６から熱を除去し、次いで管路２０６によりエンジン排気熱交換器２０８へ供給される。冷却されたエンジンチャージエアー流は続いて、管路２６８を通ってエンジンエアー取り入れマニホールドへと進む。冷却剤は、エンジン排気熱交換器２０８でエンジン排気流２７０から熱を吸収する。冷却されたエンジン排気は、導管２７２を通ってマフラーへ又は直接大気へと出ていく。
【００３８】
結果として得られたエンジン排気熱交換器２０８からの冷却剤の流れは、その後管路２１０を通して供給されて、油熱交換器２１４からの管路２１６を通る冷却剤流と混合され、管路２１７へ進む。混合された冷却剤は管路２１７を流れ、燃焼式気化器の排気熱交換器２１８へ進み、そこでそれがなければ大気へ放出される熱を直接燃焼式気化器の排気流２７８から冷却剤流へと移動させる。冷却された燃焼式気化器の排気２８０は大気へ排出される。その後、冷却剤流は管路２２０により燃焼式気化器の排気熱交換器２１８から凝縮スチーム熱交換器２２２へと移送され、そこでは供給された流れ２８２が凝縮して潜熱を冷却剤へと移動させる。この流れは冷却されると凝縮して液相になり、その結果生じた凝縮液は管路２８４により排出される。冷却剤流は、冷却剤気化器２２６に入る前の凝縮スチーム熱交換器２２２から出てきた管路２２４において冷却剤循環路における一番高温にある。冷却剤気化器２２６内では、熱が冷却剤流から高圧チューブを通して低温液体窒素（ＬＩＮ）流２６２へと移動して、顧客のプロセスで使用するための気化した窒素（ＧＡＮ）流２６４を生じさせる。冷却剤は冷却剤気化器２２６から管路２２８を通って出てきて、冷却剤温度調整弁２３０に入る。冷却剤流の温度が標準のエンジン運転温度に接近すると、冷却剤温度調整弁２３０は一部分又は全体の冷却剤流を釣り合いを取って管路２３４を通しラジエーター２３６へ導く。このラジエーターはディーゼルエンジン（図示せず）のファンからの強制周囲空気によって冷却される。
【００３９】
重要なのは、ここで説明している典型的実施形態は、チャージエアー又はエンジン排気からの熱が望ましくない場合にその熱を非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００からわきへそらすのではなく、それに代えてエンジンラジエーター２３６の大きさを標準的なディーゼルエンジン動力装置の放熱定格を超えるものに増大させること、及びラジエーター２３６を通して空気を強制的に送るエンジンファン（図示せず）の空気容量を増大させることによって、非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の放熱容量を増大させることである。
【００４０】
非燃焼式気化器の冷却剤循環路の別の設計は、吸収した熱を窒素を気化させるのに利用できない場合に、エンジンチャージエアー流２６６をそらせてエンジンチャージエアー熱交換器２０４を迂回させ、またエンジン排気流２７０をそらせてエンジン排気熱交換器２０８を迂回させる。この別法は、エンジンラジエーター２３６及び関連のエンジンファン（図示せず）をディーゼルエンジン動力装置の標準的な定格による大きさにするのを可能にする。
【００４１】
冷却剤流が通常のエンジン運転温度よりずっと冷たい場合には、冷却剤温度調整弁２３０から出てくる冷却剤をラジエーター迂回循環路２３２を通して導くことができる。その後、ラジエーター流２３８とラジエーター迂回流２３２は冷却剤マニホールド２４０に入る。冷却剤マニホールド２４０に入る冷却剤流の一部分又は全部はその後、冷却剤貯蔵器ヘッダー２４２が冷却剤貯蔵器管路２４３と接続している場合、そのヘッダーを流れる。冷却剤貯蔵器管路２４３を通る冷却剤の流量はほぼ安定している。
【００４２】
一般に、冷却剤貯蔵器２４４からは冷却剤のごく一部分が冷却剤貯蔵器管路２４３を通って冷却剤戻りヘッダー２４５へと流れるが、エンジン又はラジエーターから冷却剤貯蔵器への１又は複数の小さなブリードラインはこの模式フローには示していない。それらの小さなブリードは、冷却剤システム２００の高い箇所にある冷却剤貯蔵器へ空気をパージし、そしてまた冷却剤貯蔵器２４４内の冷却剤を加熱してシステムの冷却剤蒸気圧を確立する。このプロセスは、より高い運転温度にある冷却剤ポンプ２４６及び２６０のために利用可能な有効吸込ヘッドを上昇させる。非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００における温度の変動は、管路２４３を通して冷却剤貯蔵器２４４への及びそれからの正味の一時的な少量の流れを生じさせることになる。
【００４３】
ハイブリッドポンパーのディーゼルエンジン動力装置（少なくとも２３６、２４１、２４６、２４８、２５０、２５２、２５４、２５６、２６６、及び２７０から構成される）は、冷却剤循環路２００の一部を構成する。エンジン冷却剤ポンプ２４６は、シリンダーライナー、ヘッド、ターボチャージャー、空気圧縮機、ＥＧＲ（排気ガス再循環）冷却器など（いずれも図示せず）を含めたエンジン冷却システム２５０へと管路２４８を通って至る冷却剤の圧力を上昇させる。エンジン冷却システム２５０を出てから、加熱された冷却剤は管路２５２によりエンジンサーモスタット２５４へと導かれ、エンジンサーモスタット２５４は冷却剤流の分かれた一部分を冷却するために釣り合いを取って開く。エンジン冷却システム２５０及び導管２５２からの冷却剤流が標準のエンジン運転温度より低い場合には、冷却剤の本質的に全部を管路２５６を通してエンジン冷却剤ポンプ２４６の吸い込み管路２４１へ戻す。冷却剤温度が運転温度（例えば１７５°Ｆ（７９℃）〜２１０°Ｆ（９９℃））に接近するかそれを超えると、冷却剤の増加した分かれた一部分をサーモスタット２５４を介し管路２５８を通して、戻りヘッダー２４５からの冷却剤と混合し気化器冷却剤循環路ポンプ２６０の吸い込み管路２５９へと導く。
【００４４】
この冷却剤が大きい方の冷却剤循環路へ導かれると、冷却剤マニホールド２４０及びラジエーター流２３８からの冷却剤が交換されて管路２３９を通りディーゼルエンジン動力装置へ戻る。大きい方の冷却剤循環路は、エンジン冷却剤システムよりも低温であり、そのためディーゼルエンジン動力装置から及び他の熱源からの熱が非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００へ移されて低温の液体窒素流２６２を気化させ、そしてその窒素に吸収された熱が非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００を冷却してディーゼルエンジン動力装置のための冷却を行う。
【００４５】
図３に示した非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００は、非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の熱交換器の多数の別の構成のうちの一例を示している。気化器冷却剤循環路ポンプ２６０と冷却剤貯蔵器２４４を、エンジン冷却剤ポンプ２４６に関し、冷却剤貯蔵器２４４から両方のポンプ２４１、２６０の吸い込み口までの差圧をほとんどなくしてポンプ２４６、２６０へのキャビテーションによる損傷を防ぐ位置に配置することが重要である。非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００の最適な設計は、熱交換器３０４、３０８、３１４、３１８、３２２を、より高温の加熱流体を利用するものが非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００の一番高温の部分に配置されて効率を最大限にするように配置するが、但し一部の実際上の要因も構成に影響を及ぼす。エンジン排気ガス３７０は、供給されるスチームの循環路３８２、エンジンチャージエアー循環路３６６、及びハイドロリック及び潤滑油循環路３７４よりも一般に高温である。エンジン排気の温度がより高いにもかかわらず、エンジン排気熱交換器３０８をチャージエアー熱交換器３０４及び油熱交換器３１４の近くに設置することにより管路を簡素化することの有用性は、重量が軽くなり構成部品が少なくなるため、最大の効率に勝る。非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００に関して言うと、非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００は、冷却剤温度調整弁２３０から気化器冷却剤循環路ポンプ２６０の吐出管路２０２に至る冷却剤の流れの方向において構成機器の順番が同一である。
【００４６】
非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００は、以下の熱交換器と相互連絡流の順番が非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００と異なる。吐出管路２０２からの冷却剤は燃焼式気化器の排気熱交換器３１８に入り、そこで燃焼式気化器の排気流３７８から熱を吸収する。燃焼式気化器の排気流は管路３８０を通して大気へ排出され、冷却剤は管路３２０を通して凝縮スチーム熱交換器３２２へ導かれる。凝縮スチーム熱交換器３２２内において、熱が供給スチーム流３８２から冷却剤流へと移動する。管路３８４を通して凝縮液が排出され、冷却剤は管路３２４を通り冷却剤気化器３２６へと進む。冷却剤は、冷却剤気化器３２６で流入してくる低温液体窒素流３６２に熱を移動させる。低温液体窒素は、冷却剤から熱を吸収すると気化し、加温される。気化した窒素は管路３６４を通って出てゆく。冷却剤は管路３２８を通って冷却剤気化器から移動する。冷却剤のうちの冷却剤流３２８から分かれた一部分が管路３１２へ進んで、油熱交換器３１４に入る。油熱交換器３１４は流入してくる油の流れ３７４をその冷却剤流で冷却する。冷却された油は管路３７６により油貯蔵器（図示せず）又は油ポンプ（図示せず）へ戻される。冷却剤流３２８のうちの大きい方の分かれた一部分は、管路３０３を通ってエンジンチャージエアー熱交換器３０４に入る。この冷却剤は流入してくるエンジンターボチャージエアー３６６から熱を吸収する。冷却されたエンジンターボチャージエアーは管路３６８を通ってエンジンチャージエアー熱交換器３０４から出て、エンジン空気取り入れマニホールド（図示せず）に入る。冷却剤はエンジンチャージエアー熱交換器３０４から管路３０６を通りエンジン排気熱交換器３０８へと流れ、そこでエンジン排気流３７０から熱を吸収する。冷却されたエンジン排気は管路３７２を通って、エンジンマフラー（図示せず）へと又は直接大気へと出てゆく。冷却剤は管路３１０を通ってエンジン排気熱交換器から出て、油熱交換器３１４からの冷却剤流３１６と一緒になる。一緒になった冷却剤流３１７は冷却剤温度調整弁２３０へと流れる。
【００４７】
気化器冷却剤循環路３００は、気化器冷却剤循環路ポンプ２６０を直接燃焼式気化器の排気熱交換器３１８の近くに配置することが好ましい場合、あるいは市販のエンジン排気熱交換器３０８の冷却剤側の定格圧力が気化器冷却剤循環路ポンプ２６０の吐出圧力よりも低い場合に、最適であることができる。
【００４８】
図４は、本発明の一実施形態による制御装置を含む典型的な非燃焼式気化器の冷却剤循環路４００を説明するものである。この冷却剤システムは、熱源のうちの一部のものからの熱流束を減らすことにより非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制限するために自動式の制御応答を行う。非燃焼式気化器の冷却剤循環路は、エンジンのための適切な冷却を行うためにディーゼルエンジンの標準の運転温度よりも低温でなければならない。その上、水−エチレングリコール冷却剤混合物が液体窒素冷却剤気化器の熱交換器チューブの表面で凍結するのを防ぐために、冷却剤循環路には低い方の温度の制限が設けられる。制御装置はまた、エンジン循環路から供給される熱が周囲の気象条件の変化のために変動するのに応じて熱負荷を自動的にバランスさせるために、燃焼式気化器のための自動化した制御装置も提供する。機器類は、エンジンターボチャージエアーを含む補助的循環路とハイドロリック及び潤滑油循環路が、気化器冷却剤循環路による冷却を行うことができない場合に適切な温度制御を行うのを可能にするように示されている。
【００４９】
液体窒素は、低温ポンプ（図示せず）から導管又は管路４０２を通して排出される。この窒素の流量は、管路４０４を通り気化器４１２、４３６へと至るより多い方の分かれた部分と、管路４７６を通り気化器迂回制御弁４７８へと至る少ない方の分かれた部分とに分けられる。管路４０４の気化器への窒素は再び分けられて、管路４０６を通り冷却剤気化器制御弁４０８へと至る主要な分かれた部分と、管路４１６を通り冷却剤気化器迂回弁４１８へと至る副次的な分かれた部分とになる。冷却剤気化器の窒素制御弁４０８を通過する窒素は、管路４１０を通り冷却剤気化器４１２へと送られ、そこでは導管５８８から入ってくる冷却剤流から低温液体窒素へと熱が移動する。弁４１８を通り冷却剤気化器４１２を迂回する窒素は、管路４２０を通過する。冷却剤気化器迂回弁制御器４３０が、冷却剤気化器４１２及び冷却剤気化器窒素制御弁４０８を通過することによる圧力損失を、上流の圧力信号４２４から下流の圧力信号４２８を差し引くことにより計算する。ここで使用する下流及び上流とは、移送されるプロセス流体の意図する流動方向を参照するものである。プロセス流体の意図する流動方向が第１の機器から第２の機器へである場合、第２の機器は第１の機器と連通している。
【００５０】
下流の圧力センサー４２６は管路４２０の圧力と共通であり、上流の圧力センサー４２２は管路４１６の圧力と共通である。冷却剤気化器迂回弁の制御器４３０は、冷却剤気化器４１２を通して窒素を優先的に供給するための適切な推進力を提供する圧力損失を維持するため窒素を絞るために、比例信号４３２を冷却剤気化器迂回弁４１８に送る。冷却剤気化器窒素制御弁４０８が入ってくる窒素を絞ると、冷却剤気化器迂回弁４１８は開放することにより応答して圧力損失を維持する。この説明において、冷却剤気化器による圧力損失は、制御弁、センサー、及び冷却剤気化器４１２において入ってくる冷却剤流５８８の温度が窒素流の全体を気化させるのに十分である場合に迂回流４２０の積極的な遮断を行う制御器によって維持されるが、当該制御弁、センサー、及び制御器に代えてクラッキング圧の高い逆止弁を設置するというより簡単な方法で、燃焼式気化器における効率は同様に改善される。管路４１４の気化した窒素は、冷却剤気化器迂回流４２０からの窒素と一緒になって、気化器燃焼ガス流４５７から熱の提供を受ける燃焼式気化器熱交換器４３６への管路４３４に至る。
【００５１】
遠心式又は軸流ブロワーからの強制空気管路４４０が燃焼式気化器のバーナー４４２に入る。灯油又はディーゼルなどの液体燃料が、容量型燃料ポンプ（図示せず）からの管路４４４から燃焼式気化器のバーナー４４２へ供給される。燃料管路の分岐管４４６が、燃料流の分かれた一部分を燃料圧力制御弁４４８を通して燃料戻り管路４５０へと逃がすことにより、燃料管路４５２の圧力を制御する。弁４５４によって、複数の並列の燃料電磁弁を表している。各燃料電磁弁は、燃料の燃焼により空気流４４０を加熱する燃焼式気化器のバーナー４４２内の噴霧用ノズルへの圧力で燃料を供給する専用の燃料管路４５６に接続している。燃焼ガスは管路４５７により燃焼式気化器の熱交換器４３６へと導かれ、そこで燃焼式気化器の熱交換器４３６の熱交換器チューブを通して管路４３４からの窒素流へと熱が移動させられる。
【００５２】
気化器出口窒素流４３８は、温度信号４６８を燃焼式気化器制御器４７０へ送る温度センサー４６６を有する。燃焼式気化器制御器４７０はまた、冷却剤気化器入口温度センサー４６２及び燃焼式気化器入口温度センサー４５８からそれぞれ信号４６４及び４６０を受け取る。両方の気化器の入口で温度を測定して、低温液体窒素がこれら２つの気化器のどちらかで感知されない限り最低限の燃料流量以上で気化器を燃焼させない許容制御ロジックを提供する。燃焼式気化器制御器４７０は、並列の燃料電磁弁４５４のおのおのにオン−オフ信号４７２を送り、燃料圧力制御弁４４８に比例信号４７４を送る。燃焼式気化器制御器４７０は、気化器出口温度センサー４６６の設定点からの偏差を測定し、応答して、燃料圧力とバーナーに燃料を注入するノズルの数とを調整する。弁４５４及び弁４４８への信号の組み合わせと順序が、燃料流量を操作することにより燃焼温度を制御する。
【００５３】
工業用途向け窒素ポンパーの許容可能な吐出温度は、窒素を加熱用又は冷却用媒体として使用する用途に対応するために、ほぼ−３００°Ｆ（−１８４℃）から６００°Ｆ（３１６℃）より高い温度までの範囲に及ぶことができる。許容可能な流量は同様に変えることが可能であり、特定の設備について２０：１の範囲を超えて運転することができる。直接燃焼式気化器は、出口マニホールドで熱交換器のチューブに氷が生じる窒素出口温度では連続して運転することができない。また、直接燃焼式気化器を最小限の燃料流量で運転する場合には、最小限の流量の窒素を所望の吐出温度より高く加熱することが多い。ポンパー吐出温度が燃焼式気化器の最低限の運転出口温度より低いことを要求する用途は、気化器迂回制御弁４７８を必要とする。気化器迂回制御弁４７８を通過する液体窒素は、それが直接燃焼式気化器４３８から出てくる窒素の温度を低下させる場合に、管路４８０を通して送給される。混合した窒素流は、温度を吐出温度センサー４８４により感知する場合、管路４８２を通して送給される。センサーの信号４８６はポンパー吐出温度制御器４８８に伝送され、この制御器はユーザーが調整可能であり、気化器迂回制御弁４７８を調節するための比例信号４９２を送る。更に、吐出温度の設定点を信号４９０により燃焼式気化器制御器４７０に伝送する。燃焼式気化器制御器４７０は吐出温度制御器４８８からの設定点を使用して、気化器出口温度を最小限の許容可能な出口温度に又はそれより高い温度に制御する。
【００５４】
この制御装置の冷却剤循環路に相当する部分は、詳しく説明した図２の非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の構成と同じである。気化器冷却剤循環路ポンプ４９４は、冷却剤ポンプ吐出流４９６の冷却剤圧力を上昇させる遠心ポンプである。冷却剤ポンプ吐出流４９４の圧力センサー４９８は、信号５００により冷却剤温度制御器５９６に接続される。冷却剤の循環の喪失を指示することができる冷却剤ポンプ吐出流４９４の異常に低い冷却剤圧力は、冷却剤温度制御器５９６によって制御される機器をデフォルトで、冷却剤循環路への及びそれからの熱移動を制限するフェイルセーフポジションにさせる。冷却剤ポンプ吐出流４９６からの冷却剤流量は２つの分かれた部分に分割される。流量の大部分は管路５３２を通して、エンジンチャージエアー熱交換器５３４と、管路５５０により接続されたエンジン排気熱交換器５５２とに導かれる。冷却剤流量の小さい方の部分は管路５０２を通して油熱交換器５０４に導かれる。エンジンターボチャージャー（図示せず）又はディーゼル排気処理触媒（図示せず）からのエンジン排気ガス５５４は、エンジン排気熱交換器５５２に入ってくる冷却剤流５５０に熱を移動させ、次いで管路５５６を通ってエンジンのマフラーへ又は直接大気へと出てゆく。
【００５５】
非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度は、一部の条件下においては標準的に周囲温度より低い温度でよく、またある時には、非燃焼式気化器の冷却剤循環路はエンジンチャージエアーの所望温度より高い温度で運転することができる。ディーゼルエンジン製造業者は、最低及び最高のチャージエアー温度の限界を指定する。最高温度限界は、ＮＯxの放出をＥＰＡノンロード規制を満足する範囲内に保つことを意図している。最低限界は、空気を圧縮し冷却後に有意量の凝縮水がエンジン取り入れ口マニホールドに入るのを防ぐことを意図している。エンジンチャージ空気循環路の部分は、これらの因子を緩和するよう、図４に示されている。管路５３６は、エンジンターボチャージャー（図示せず）からチャージエアー熱交換器５３４へと送られる圧縮された高温のチャージエアーを示している。管路５３８が、このチャージエアーをＥＰＡ Ｔｉｅｒ ３放出制限を満たす多くのノンロード産業用ディーゼルエンジンに共通の空冷式チャージエアー冷却器５４０へ移送する。空冷式チャージエアー冷却器５４０は、冷却剤循環路の温度がエンジン冷却剤循環路の運転温度に接近するとチャージエアー熱交換器５３４はチャージエアーを適切には冷却しないので、必要である。運転条件がチャージエアーの温度をエンジン製造業者により指定された最低の温度限界より低い温度に冷却する場合には、周囲空気中の水蒸気からいくらかの水が凝縮することがある。この水は管路５４２により水分離器５４４へと移される。水分離器５４４では空気速度が小さく、流動方向が変化することにより、凝縮液が底部に集まることが可能になり、それはそこから管路５４８を通して自動フロートトラップ（図示せず）へ又は圧縮空気を排出することなく水抜きする同様の装置へ排出される。水分離器５４４から出てくるチャージエアーは、管路５４６を通してエンジン取り入れ口マニホールドへ送られる。このチャージエアーは、エンジン製造業者により規定される最高チャージエアー温度より低い温度にある。チャージエアーは、規定される最低チャージエアー温度より低温であってもよいが、凝縮液なしで空気を取り入れるのに適している。チャージエアー熱交換器５３４、空冷式チャージエアー冷却器５４０、及び水分離器５４４は全て、余計な構成要素を含むことでエンジン製造業者により規定される最大のチャージエアー循環路圧力損失を超えないように、圧力損失が小さい設計のものでなければならない。
【００５６】
エンジンが作動しているとき、エンジンの排気はエンジン排気熱交換器５５２で非燃焼式気化器冷却剤循環路へ継続的に熱を移動させている。排気ガスから冷却剤への熱移動を制限するために直接の対策は必要とされないが、ラジエーター６１０とエンジン冷却ファン（図示せず）の寸法は、冷却剤気化器４１２が熱を窒素流へ移動させていないときに冷却剤が放散させなければならない余分な熱を補償するため大きくする必要がある。
【００５７】
油熱交換器５０４への管路５０２の冷却剤の流れのうちの分かれた部分は、冷却剤循環路の温度が油の最高の許容運転温度より低い場合に、油循環路から熱を除去する。管路５０６は、油圧循環路又は潤滑油循環路の戻り管路に相当する。油の流れは、油熱交換器５０４への管路５０８と油熱交換器５０４を迂回させるための管路５１２との間で分割される（分かれた部分に）。油は油熱交換器５０４から管路５１０を通って出てゆき、温度調整弁５１４内で油熱交換器迂回流と一緒になる。この温度調整弁５１４は、冷却剤循環路の温度が油圧又は潤滑油循環路の所望の最低運転温度よりも低い場合に、油の粘土が大きくなるのを防ぐため低温の油を油熱交換器５０４を優先的に迂回させる。温度調整弁５１４の適切な温度設定はおよそ１１０°Ｆ（４３℃）である。混合された油は管路５１６を通って温度調整弁５１４から出て、油冷却器５２０のために管路５１８と５２４を経由するよう再び分割される。この油冷却器５２０は、自然通風又は強制空気により熱を大気へ放散させるフィン付き冷却器でよく、それは冷却剤循環路の温度が油の最高許容運転温度よりも高い場合に必要である。管路５１８は油を油冷却器５２０へ送り、管路５２４は油を温度調整弁５２６へ直接迂回させる。冷却された油は管路５２２を通って油冷却器を出て、温度調整弁５２６内で迂回油流５２４と混合する。温度調整弁５２６の適切な温度設定はおよそ１５０°Ｆ（６５℃）でよい。冷却された油の流れ５２８は、潤滑油循環路のための油貯蔵器、開ループ油圧循環路、及び閉ループ油圧ケース液抜き管路に戻る。冷却された油の流れ５２８は、閉ループ油圧循環路の油圧ポンプに戻る。油熱交換器５０４、油冷却器５２０、温度自動調節器５１４、５２６、及び相互接続導管は、開ループ及び閉ループ油圧システムの両方に設置することができる。
【００５８】
エンジン排気熱交換器５５２からの管路５５８の冷却剤は、油冷却器５０４からの冷却剤流５３０と一緒になる。一緒になった冷却剤は、管路５６０を通って燃焼式気化器排気熱交換器５６２へと進む。高温の燃焼ガスは、燃焼式気化器熱交換器４３６へ熱を移動後に８００°Ｆ（４２７℃）程度であることができる。燃焼ガスの流量は特定の気化器の設計に依存するが、Ａｉｒｃｏ ６６０Ｋモデルの燃焼式気化器の場合、およそ９，０００立方フィート／分（２５５立方メートル／分）である。大きな流量の燃焼ガスと、場合によって高い温度は、ラジエーターを通して放散させることができず、エンジンを過熱し熱交換器チューブで冷却剤を沸騰させるのを防ぐために一部の運転条件下で燃焼式気化器排気熱交換器５６２から迂回させなくてはならない大量の熱を冷却剤循環路へ移動させることができる。燃焼ガスは、管路５６４を通して燃焼式気化器排気ダイバーター５６６へ送られる。燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は、必要な場合、燃焼ガス流の一部又は全部を管路５６８を通して大気へ直接排出する。そうでなければ、燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は燃焼ガスを管路５７０を通して燃焼式気化器排気熱交換器５６２へと導き、次いでそれを管路５７２を通して大気へ排出する。燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は、冷却剤温度制御器５９６からの信号６００を受け取る比例式機械装置である。燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は、典型的な最新式ディーゼルエンジン温度自動調節器の温度より低い１６５°Ｆ（７４℃）〜１７５°Ｆ（７９℃）の温度範囲にわたり排気ガスの方向を変更することができる。
【００５９】
燃焼式気化器排気熱交換器５６２からの冷却剤は、ハイブリッドポンパーが運転している時には常に、管路５７４を通して凝縮スチーム熱交換器５７８へ送り出される。スチームを管路５８０を通して供給する場合には、スチーム制御弁５８２が管路５８４を通って凝縮スチーム熱交換器５７８のシェルに流入するスチームの流量を制御する。凝縮スチーム熱交換器５７８内では、スチームが冷却剤チューブ上で液化して、凝縮スチーム熱交換器５７８の低部へと重力により流れ、スチーム凝縮液がそこから管路５８６を通してスチームトラップ（図示せず）へ排出され、そこでは凝縮液が排出されるが、スチームは保持される。凝縮スチーム熱交換器５７８内のスチーム圧力が、冷却剤循環路への熱の移動速度を主に制御する。スチーム制御弁５８２は冷却剤温度制御器５９６からの信号６０２を受け取る。加熱された冷却剤は凝縮スチーム熱交換器５７８を出て、管路５８８により冷却剤気化器４１２へ移送される。低温液体窒素が冷却剤気化器４１２へと流れている場合には、冷却剤は高圧チューブを通して窒素流へと熱を移動させる。
【００６０】
冷却剤気化器４１２から出てくる冷却剤は、冷却剤温度センサー５９２により温度が監視される管路５９０を流れる。この温度センサーは信号５９４を冷却剤温度制御器５９６へ送る。冷却剤温度が４０°Ｆ（４℃）と５０°Ｆ（１０℃）の間の最低許容運転温度に接近すると、制御器５９６が冷却剤気化器窒素制御弁４０８への信号５９８を変更して、冷却剤気化器４１２を通過する窒素流量を減少させ冷却剤循環路から除去される熱を制限する。冷却剤温度が１６５°Ｆ（７４℃）と１７５°Ｆ（７９℃）の間の最高許容運転温度に接近すると、制御器５９６が燃焼式気化器排気ダイバーター５６６への信号６００を調整して、燃焼式気化器排気熱交換器５６２への排気ガス流量を減少させ、そして制御器５９６はスチーム制御弁５８２への信号６０２を調整し、凝縮スチーム熱交換器５７８へのスチームの流量を減少させて、こうして冷却剤へ移動する熱を制限する。管路５９０からの冷却剤は冷却剤温度調整弁６０４へ進む。この冷却剤温度調整弁６０４は、ディーゼルエンジン自動温度調整器が開く温度よりわずかに低いが冷却剤気化器４１２における熱移動速度を低下させるほど低くないおよそ１７５°Ｆ（７９℃）に設定すべきである。冷却剤温度調整弁６０４は、低温の冷却剤をラジエーター迂回流６０６へ送る。冷却剤温度が上昇すると、冷却剤温度調整弁６０４は冷却剤を管路６０８を通してラジエーター６１０へ導く。標準的なディーゼルエンジン動力装置を備えたラジエーターは、エンジン排気流５４４からの追加の熱負荷に対して定格化されることもなく、冷却剤気化器４１２で窒素を気化させるために熱を使用できない場合にターボチャージエアー流５３６からの追加の熱負荷に対して定格化されることもない。冷却剤循環路のラジエーター６１０は、通常のエンジン熱の定格放散量に加え、これらの熱負荷を受け取るように設計されなくてはならない。ラジエーター６１０からの冷却剤流６１２及びラジエーター迂回流６０６は、冷却剤マニホールド６１４に流入する。冷却剤マニホールド６１４からの主要な流れは、冷却剤貯蔵器６２０と管路６１８を介して連通する冷却剤貯蔵器ヘッダー６１６へ移送される。この主要な流れは続いて、エンジン温度調整器６３８からの高温の冷却剤流６２４が入ってきて冷却剤循環ポンプ吸い込み管路６４２に混入していく管路６２２へと進む。
【００６１】
エンジン自動温度調整器６３８からの冷却剤が管路６２４を通して気化器冷却剤循環路ポンプの吸い込み管路６４２へ導かれると、管路６２６への冷却器冷却剤マニホールド６１４からの冷却剤とラジエーター流６１２とが交換され、その冷却剤はエンジン温度自動調整器６３８からエンジン冷却剤ポンプ６３０の吸い込み管路６２８へのより高温のエンジン冷却剤迂回流６４０と混じり合う。エンジン冷却剤ポンプ６３０は、ブロック６３４により表された複合エンジン冷却システムへの管路６３２の冷却剤の圧力を上昇させる。
【００６２】
気化器冷却剤循環路ポンプ４９４は、エンジン冷却剤ポンプ６３０よりも大きい流量で冷却剤を循環させて、エンジン自動温度調整器６３８からの冷却剤が管路６２４、６２２、６１６、６１４、及び６２６を連続して流れることにより冷却剤気化器とエンジンラジエーターを迂回するのを防ぐようにするのが好ましい。容量が１５０ガロン／分（５６８リットル／分）のエンジン冷却剤ポンプ６３０をそなえたＪｏｈｎ Ｄｅｅｒｅの６１３５ＨＦ４８５ディーゼルエンジンを利用するそのような設備の例は、ポンプ４９４から気化器循環路を通して２００ガロン／分（７５７リットル／分）で冷却剤を循環させる。
【００６３】
気化器排気ダイバーター５６６、燃焼式気化器排気熱交換器５６２、及び関連制御エレメントを備えた気化器自動制御器４７０と適合することができる燃焼式気化器の例は、固定速度の送風機と、各電磁弁が２つの圧力噴霧ノズルに燃料を供給する３つの並列燃料電磁弁４５４とを備えた、Ａｉｒｃｏ／Ｃｒｙｏｑｕｉｐのモデル６６０Ｋである。
【００６４】
冷却剤温度制御器５９６で表されている装置は単一の装置であることができ、あるいは個々の制御エレメントに専用の複数の制御装置であることができる。窒素排出温度制御器４８８及び燃焼式気化器制御器４７０によって表されている別々の装置は、それ以外に、単一の制御装置に組み合わせてもよい。
【実施例】
【００６５】
窒素プロセスと制御システムは図４に例示したもので、非燃焼式冷却剤循環路の設計は図３に例示したものであるハイブリッドポンパーを製作した。利用したディーゼルエンジン動力装置は、定格４５０ｈｐ（３３６ｋＷ）のＪｏｈｎ Ｄｅｅｒｅ １３．５Ｌ ｍｄｌ ６１３５ＨＦ４８５であった。利用した容量型往復トリプレックス低温ポンプは、ストローク２インチ（５０．８ｍｍ）でコールドエンドに２インチ（５０．８ｍｍ）のボアを持つＰａｕｌ／Ａｉｒｃｏ／ＡＣＤのモデル３−ＬＭＰＤであった。エンジンからの動力を、Ｅａｔｏｎ Ｆｕｌｌｅｒ ＲＴＯ−１１９０９ＭＬＬ自動手動両用変速機を介して上記トリプレックスポンプに伝えた。燃焼式気化器はＡｉｒｃｏ／Ｃｒｙｏｑｕｉｐのモデル６６０Ｋ気化器であった。
【００６６】
窒素吐出流量、温度、及び圧力の４つの計画に基づいて、製造中に性能試験を行った。第１の試験計画は、６５°Ｆ（１８℃）及び２，９００ｐｓｉｇ（２００ｂａｒｇ）の吐出条件にて２１６，０００スタンダード立方フィート／ｈ（６，１１６ｎｍ3／ｈ）の窒素流量で行った。第２の試験計画は、７０°Ｆ（２１℃）及び６００ｐｓｉｇ（４１．４ｂａｒｇ）にて２３１，０００ＳＣＦＨ（６，５４１ｎｍ3／ｈ）で行った。意外な結果として、それぞれの燃焼式気化器燃料消費量は１５ガロン／ｈ（５６．８Ｌ／ｈ）及び２３ガロン／ｈ（８７．１Ｌ／ｈ）であった。ハイブリッド窒素ポンプの気化器の構成を利用せずに同じ条件を実施するためのＡｉｒｃｏ／Ｃｒｙｏｑｕｉｐのモデル６６０Ｋ気化器の推定燃料消費量は、それぞれ２８ガロン／ｈ（１０６Ｌ／ｈ）及び３４ガロン／ｈ（１２８．７Ｌ／ｈ）である。Ｄｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ ８Ｖ−９２Ｔエンジンの推定エンジン燃料消費量を含めて、当該気化器の構成はポンパーの全燃料消費量の３０％及び２４％の低下をもたらすことができる。
【００６７】
第３の試験計画は、燃焼式気化器を利用しない点で、低流量で運転する従来式の非燃焼式ポンパーの運転に極めてよく似ている。この試験計画では、吐出圧力２７０ｐｓｉ（１８．６ｂａｒｇ）及び吐出温度７０°Ｆ（２１℃）で６８，９００スタンダード立方フィート／ｈ（１，９５１ｎｍ3／ｈ）の窒素流量が得られた。ハイブリッドポンパーは、燃焼式気化器を使わずに上記窒素条件を実現することができた。従来式の燃焼式ポンパーに取り付けたＡｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器の推定気化器燃料消費量と比べて、１１ガロン／ｈ（４１．６Ｌ／ｈ）の燃料が節約されたことで、燃料消費量の削減が実証され、そうでなければＡｉｒｃｏ ６６０Ｋ燃焼式気化器を使用することが必要となるであろう。この燃料消費量の結果から、Ａｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器とＤｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ ８Ｖ−９２Ｔエンジンを用いた燃焼式気化器の燃料消費量を予測するモデルに関連して、推定の燃料削減は５８％になった。
【００６８】
第４の試験計画は、並列の３本の３／４”（ＤＮ２０）ホースを通して凝縮スチーム熱交換器に供給される７０ｐｓｉｇ（４．８ｂａｒｇ）の飽和スチームを用いて行った。ハイブリッドポンパーを、３７０ｐｓｉｇ（２５．５ｂａｒｇ）及び１００°Ｆ（３８℃）の吐出条件にて１１１，０００ＳＣＦＨ（３，１４３ｎｍ3／ｈ）の吐出流量で運転した。この試験計画では燃焼式気化器は運転しなかった。同じ吐出条件を与えるためのＡｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器の推定燃料消費量は１８ガロン／ｈ（６８．１Ｌ／ｈ）である。エンジンからの熱とともに凝縮スチーム熱交換器を用いることで、Ａｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器とＤｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ ８Ｖ−９２Ｔエンジンとを備えた窒素ポンパーに対して燃料消費量は推定で６９％減少した。
【００６９】
次の表１は、４つの試験計画の全てからのデータを示している。
【００７０】
【表１】
【００７１】
本発明の実施形態をいろいろな図の好ましい態様に関連して説明したが、そのほかの同様の態様を用いてもよいこと、あるいは説明した態様に対して本発明と同じ機能を果たすために本発明から逸脱することなく改変を加え追加を行ってもよいことを理解すべきである。よって、特許請求の範囲に記載された発明は、いかなる単一の態様にも限定されるべきでなく、特許請求の範囲に基づく幅と範囲でもって解釈されるべきである。例えば、次に示す実施形態もこの開示の一部であると解されるべきである。
【００７２】
実施形態１． 次のａ〜ｅを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源。
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ。
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路。
ｄ．前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱した前記スチームを受け入れて過熱流を作るようにされている直接燃焼式気化器。
ｅ．前記低温ポンプ、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路、及び前記直接燃焼式気化器に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置。
【００７３】
実施形態２． 前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、実施形態１のポンパー。
【００７４】
実施形態３． 前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路が、前記水−エチレングリコール冷却剤を介した前記低温流体との熱交換のために外部供給源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む、実施形態１又は２のポンパー。
【００７５】
実施形態４． 少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、実施形態１〜３のいずれか１つのポンパー。
【００７６】
実施形態５． 前記低温流体が窒素である、実施形態１〜４のいずれか１つのポンパー。
【００７７】
実施形態６． 次のａ〜ｄを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源。
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ。
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路であって、当該非燃焼式気化器の冷却剤循環路との熱交換のため外部源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む非燃焼式気化器の冷却剤循環路。
ｄ．前記低温ポンプ及び前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置。
【００７８】
実施形態７． 前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱されたスチームを受け入れて過熱スチームを作るようにされている直接燃焼式気化器を更に含む、実施形態６のポンパー。
【００７９】
実施形態８． 前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、実施形態７のポンパー。
【００８０】
実施形態９． 少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、実施形態６〜８のいずれか１つのポンパー。
【００８１】
実施形態１０． 前記低温流体が窒素である、実施形態６〜９のいずれか１つのポンパー。
【００８２】
実施形態１１． 次のａ〜ｃを含む低温流体過熱方法。
ａ．気化のための低温流体を供給すること。
ａ．前記低温流体を加圧すること。
ｂ．加圧した前記低温流体を非燃焼式気化器の冷却剤循環路において加温して高温の加圧流体を作ること。
ｃ．加温した前記加圧流体を、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流に位置しそれと連通している直接燃焼式気化器において更に加温して過熱スチームを作ること。
【００８３】
実施形態１２． 前記直接燃焼式気化器からの排ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、実施形態１１又は１４の方法。
【００８４】
実施形態１３． 加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、実施形態１２の方法。
【００８５】
実施形態１４． 外部源からのスチーム流を前記水−エチレングリコール冷却剤と熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、実施形態１１又は１２の方法。
【００８６】
実施形態１５． 加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、実施形態１４の方法。
【００８７】
実施形態１６． 少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路を監視して前記水−エチレングリコール冷却剤の温度を制御することを更に含む、実施形態１１〜１５のいずれか１つの方法。
【００８８】
実施形態１７． 前記低温流体が窒素である、実施形態１１〜１６のいずれか１つの方法。
【技術分野】
【０００１】
ポンパーは、窒素などの低温液体を例えば仮設の油田や工業用途のために送給するように設計された持ち運びのできる装備である。ポンパーは、一般には高圧の容量型ポンプで、例えば窒素を、積載された気化器を通して取引先の配管、井戸、又は他の使用箇所へ移送する。ポンパーは、積載されたディーゼルエンジンを利用して上記ポンプと付属循環路のための油圧ポンプを駆動する。
【背景技術】
【０００２】
窒素は、低温の液体状態で送給及び貯蔵され、そして大抵の用途においては使用するため気化させて気体状態にし加温する必要がある。しかし、多くの一般的な材料は、低温にさらされると脆くなる。よって、窒素を使用前に加温して、不所望の破壊や亀裂を防がなくてはならない。初期の設計のポンパーは、窒素を気化させ加温するのに直接燃焼式の気化器を利用していた。
【０００３】
直接燃焼式気化器を含むポンパーは、強制空気−液体燃料バーナーと、燃焼ガスからの熱を窒素流に移動させるための熱交換器を含む。直接燃焼式気化器は、高温の燃焼ガスを低温流体の入った高圧のチューブバンドルと直接接触させる。
【０００４】
ポンパーでは、それほど一般的でない間接燃焼式の気化器が使用されることもある。このそれほど一般的でない間接燃焼式気化器は、燃焼ガスから低温流体の入ったより小さな高圧熱交換器のチューブバンドルへと熱を移動させるために循環する媒介伝熱流体、一般には水−エチレングリコール流、を使用する点で、直接燃焼式気化器と異なる。
【０００５】
ポンパーで用いられる直接燃焼式気化器も間接燃焼式気化器も、比較的単純であり、そして小型のユニットで大きな熱交換速度を提供するが、両方のユニットとも燃料効率が非常に悪い。更に、燃料費が増加する結果として、両方のユニットとも関係する運転費が非常に高い。最後に、両方のユニットとも、裸火が制限される一部の領域では利用することができない。
【０００６】
潜在的に引火性の雰囲気の場所で作業するために裸火の条件をなくすことや燃料消費量を削減することを含めた、とは言えそれらに限られることのない、様々な理由から、ポンパーは非燃焼式気化器を用いるよう改造されてきた。非燃焼式気化器とともに組み込まれた、熱回収ポンパーとも呼ばれるポンパーは、高圧容量型の窒素ポンプのために必要とされる動力源の上にそのディーゼルエンジンを搭載し、エンジンの冷却剤と油圧装置からの熱を捕捉する。エンジンを搭載するため水ブレーキ回路を使用する熱回収ポンパーも、やはりその回路からの熱を捕捉する。多くの場合、エンジンの排気ガス及びエンジンのターボチャージ空気回路からも、また時には他のより小さな熱源からも、熱を捕捉する。熱回収ポンパーは、上に挙げた全ての熱源からの熱を、高圧窒素熱交換チューブバンドルを加圧した冷却剤容器内に収容する冷却剤気化器内へ移すために水−エチレングリコール混合物を循環させるのに、冷却剤循環ポンプを必要とする。
【０００７】
熱回収ポンパーは概して、燃焼式気化器を備えたポンパーよりも燃料効率が良好であるが、所定の大きさのユニットについて言うと、熱回収ポンパーは一般に、窒素容量が直接燃焼式ユニットのおよそ半分である。更に、熱回収ポンパーは、ほぼ３００°Ｆ（１４９℃）の吐出温度で、且つ比較的小さい窒素送給流量で、窒素を送給することに限定される。対照的に、直接燃焼式ポンパーは、大きな吐出流量又はほぼ６００°Ｆ（３１６℃）の温度で窒素を送給することができ、これは窒素を加熱用媒体として使用する一部の工業的用途にとって望ましいものである。
【０００８】
燃焼式気化器と非燃焼式気化器の両方を利用するポンパーの欠点の結果として、技術が組み合わされた。燃焼式気化器の技術と非燃焼式気化器の技術が同時に組み合わされて、デュアルモードの単一ポンパーユニットが形成された。このデュアルモードのポンパーユニットは、設備を運転する人員の裁量で燃焼式気化器かあるいは非燃焼式気化器のいずれかを利用することができる。燃料消費量が少ないため非燃焼式気化器が好ましく、そして燃焼式気化器の裸火が潜在的に危険である場合に必要であるが、所望の窒素吐出流量と温度が非燃焼式気化器の能力を超える場合には燃焼式気化器を使用してもよい。
【０００９】
その設計の結果として、デュアルモードのポンパーユニットは、一部の用途について従来の燃焼式気化器のポンパーよりも使用する燃料が少なく、しかもより高い窒素温度と単一ユニットからのより大きな定格容量を可能にする。一つの製造業者であるＶｉｔａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌは、デュアルモードの窒素ポンパーを商業的に製作しており、非燃焼式気化器を用いれば定格容量が１８０，０００スタンダード立方フィート／時（５，０９７Ｎｍ3／ｈｒ）、燃焼式気化器を用いれば定格容量が５４０，０００スタンダード立方フィート／時（１５，２９１Ｎｍ3／ｈｒ）のユニットを提供している。
【００１０】
この商業的に入手可能なデュアルモードのポンパーユニットは、ディーゼルエンジン動力装置からの熱源を利用せず、そして実際のところ、そのような熱源を別の方法で廃熱として大気へ放出する一方で、燃焼式気化器を利用する。燃焼式気化器モードで運転するとき、この現状のデュアルモードポンパーユニットは基本的に、従来の燃焼式気化器ユニットと同じ程度に非燃料効率的である。また、現状のデュアルモードポンパーは、運転のためのモードの選択を含めて、装置を運転するのに個人に依存している。従って、装置は、非燃焼式気化器モードが適切なときでも、燃焼式気化器モードで運転していることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
よって、当該技術分野では、全ての運転条件において従来の直接燃焼式気化器よりも燃料効率的であり、最高で６００°Ｆ（３１６℃）までの高い吐出温度を提供することができ、周囲温度で最大５００，０００スタンダード立方フィート／時（１４，１５８Ｎｍ3／ｈｒ）までの大きな流量を吐出することができ、そして効率的に運転される、ポンパーユニットが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここに開示される実施形態は、全ての運転条件において従来の直接燃焼式気化器よりも燃料効率的であり、最高で６００°Ｆ（３１６℃）までの高い吐出温度を提供することができ、周囲温度で最大５００，０００スタンダード立方フィート／時（１４，１５８Ｎｍ3／ｈｒ）までの大きな流量を吐出することができ、そして非常に効率的に運転することができるハイブリッドポンパーユニットを提供することによって、当該技術分野における上記の必要を満たす。
【００１３】
一つの実施形態において、気化のために低温流体を提供するための低温源と、前記低温流体を昇圧するために前記低温源と連通する低温ポンプと、前記低温ポンプと連通しており前記低温流体を受け取って加熱した流れを形成するようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路と、下流の直接燃焼式気化器であって、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路と連通しており前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から前記加熱した流れを受け取って過熱流を形成するようにされている直接燃焼式気化器と、前記低温ポンプ、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路、及び前記直接燃焼式気化器に動力を提供するためのディーゼルエンジン動力装置と、を含むポンパーが開示される。
【００１４】
もう一つの実施形態において、気化のために低温流体を提供するための低温源と、前記低温流体を昇圧するために前記低温源と連通する低温ポンプと、前記低温ポンプと連通しており前記低温流体を受け取って加熱した流れを形成するようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路であって、当該非燃焼式気化器の冷却剤循環路との熱交換のために外部源からスチーム流を受け取るようにされている凝縮スチーム熱交換器を含んでいる非燃焼式気化器の冷却剤循環路と、前記低温ポンプ及び前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路に動力を提供するためのディーゼルエンジン動力装置と、を含むポンパーが開示される。
【００１５】
更に別の実施形態において、気化のための低温流体を提供すること、前記低温流体を昇圧すること、昇圧した前記流体を非燃焼式気化器の冷却剤循環路において加温して高温の昇圧流体を形成すること、昇圧し加温した前記流体を、下流に位置し前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路と連通している直接燃焼式気化器において更に加温して、過熱流を形成すること、を含む低温流体を過熱するための方法が開示される。
【００１６】
上述の概要と、そしてまた典型的実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むとよりよく理解される。実施形態を説明することを目的として、図面には典型的な構成要件が示されているが、本発明は開示された特定の方法と手段に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による典型的なハイブリッドポンパーのフローダイヤグラムである。
【図２】本発明の一実施形態による典型的な非燃焼式気化器の冷却剤循環路のフローダイヤグラムである。
【図３】本発明による図２に開示した非燃焼式気化器の冷却剤循環路とは別のもののフローダイヤグラムである。
【図４】本発明の一実施形態による制御装置を含む典型的な非燃焼式気化器の冷却剤循環路のフローダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態は、ハイブリッドポンパーに動力を供給するのに用いられるディーゼルエンジンからの廃熱を気化のために利用するハイブリッドポンパーユニットに関する。このような実施形態は、直接燃焼式気化器の運転をより効率的にするため直接燃焼式気化器の上流に直列に設置される非燃焼式気化器を用いることを含む。当該ハイブリッドポンパーはまた、例えばディーゼルエンジンからの廃熱を集めてその熱を非燃焼式気化器中の窒素へ移動させる、非燃焼式気化器の冷却剤循環路も含む。更に、窒素熱交換器のバンドルの後で直接燃焼式気化器の排気流から熱を捕捉して、その熱を非燃焼式気化器の冷却剤循環路へ移動させる。ハイブリッドポンパーは、スチームの供給が可能である場合、非燃焼式気化器の冷却剤循環路中の気化する窒素のために追加の熱を供給するため凝縮スチームの熱交換器を含んでもよい。ハイブリッドポンパーはまた、非燃焼式気化器の冷却剤循環路を運転し制限温度範囲内に保持するための制御装置と、運転員の介入なしに熱負荷のバランスを取るため直接燃焼式気化器を運転するための制御装置を含んでもよい。
【００１９】
熱回収ポンパーとは対照的に、ハイブリッドポンパーは、より多くの熱を作り出すために水ブレーキ又は油圧回路を介してディーゼルエンジンに意図的に負荷をかけない。ハイブリッドポンパーのエンジンは、熱回収ポンパーのエンジン（例えば７５０ｈｐ又は５５９ｋＷのエンジン）よりもはるかに小さく（例えば４５０ｈｐ又は３３６ｋＷのエンジン）、窒素ポンプと副次的な循環路のために必要な軸動力だけを供給する。ハイブリッドポンパーは、エンジンの冷却剤、ターボチャージエアー、エンジンの排気、及び高温の油循環路から、そしてまた燃焼式気化器の燃焼排気ガス及び窒素を加温し気化させるため所望に応じ供給されるスチームから、熱を集める。更に、ハイブリッドポンパーは、何もしなければ慣用の直接燃焼式又は間接燃焼式窒素ポンパーによって大気へ放出されるエンジンからの熱を捕捉する。
【００２０】
当業者にとって、最初は非燃焼式気化器を通して、その次には直接燃焼式気化器を通して、窒素の流れをポンパーへ送るのは自明のことではない。例えば、当業者の一人は、容量の小さい気化器を容量の大きい気化器と直列に設置するのは、循環路の容量を容量の小さい方の気化器のそれに制限するであろうと想定する。また、当業者の一人は、所定質量の液体窒素を気化させるのに必要とされる潜熱は飽和した低温の窒素蒸気を周囲温度まで加温するのに必要とされる顕熱とほぼ同じであると認識しよう。このように、当業者は、上流の気化器が燃焼式気化器に入ってくる窒素の温度に与える影響は少しでしかないので、熱交換器のチューブが低温の窒素蒸気を含有している場合に氷の生成がなおも起こるため直接燃焼式気化器の効率を向上させることはないと、誤った結論を出すであろう。
【００２１】
ところが、発明者らは、意外にも、非燃焼式気化器が熱交換器の効率を直接燃焼式気化器の熱交換器の範囲内で直接向上させるということを見いだした。液体窒素は、多くの場合、過冷却された状態で従来のポンパーの燃焼式気化器へ到達する。これは、容量型ポンプからの吐出圧力が、液体窒素がポンプと配管を通して気化器へ強制的に送られる際に液体窒素の温度上昇と同時に結果として生じる飽和圧力よりも高くなる場合に起こる。直接燃焼式気化器がその直接燃焼式気化器の熱交換器の定格容量より十分小さい窒素流量で運転する場合、直接燃焼式気化器にとって普通である垂直の熱交換器チューブ分配マニホールドを通して液体窒素を均一に分配するために並列の熱交換器チューブ間に圧力差はほとんど存在しない。このことから、垂直の熱交換器チューブマニホールドにおいて気相と液相とが分離することになる。マニホールドの底部の密度が高い方の液体窒素は、下方の熱交換器チューブを通って流れる。やがて、下方の熱交換器チューブで氷が生成して、下方のチューブを隔離する一方で、燃焼ガスを上方のチューブを越えて優先的に流す。熱交換器のチューブを通って移動する窒素の摩擦損失は、所定の質量流量について言えば、より冷たくて密度のより高いガスの流れの方がより温かくて密度の低いガスよりも小さいために、問題が悪化する。例えば、所定のチューブ内での質量流量は、下方のチューブにおけるものの方が上方のチューブにおけるものよりも一般に大きい。
【００２２】
開示された気化器の順番は、直接燃焼式気化器の熱交換器の効率を次のようにして向上させる。第一に、燃焼式気化器の入口における圧力が窒素の臨界圧力４７７．６ｐｓｉｇ（３２．９３ｂａｒｇ）より高い場合、非燃焼式気化器は、燃焼式気化器に入ってくる窒素流の温度をそれが−２３２．５°Ｆ（−１４６．９℃）より高い超臨界流体になるまで上昇させることができる。超臨界流体状態では液相と気相は別個に存在することができず、そのため燃焼式気化器の垂直の熱交換器入口マニホールド内の窒素の分布は上部から底部までより均一になる。
【００２３】
第二に、燃焼式気化器の入口における圧力が窒素の臨界圧力より低い場合、非燃焼式気化器は燃焼式気化器へ入ってくる窒素流の全体を完全に気化させることができ、そのため燃焼式気化器の垂直の熱交換器入口マニホールド内の窒素の分布は上部から底部までより均一になる。
【００２４】
第三に、燃焼式気化器の入口における圧力が窒素の臨界圧力より低い場合、非燃焼式気化器は燃焼式気化器へ入ってくる窒素流を部分的に気化させることができる。窒素が液体から蒸気へと気化するときの窒素の膨張は、二相流を生じさせ、燃焼式気化器へ入ってくる窒素の速度を上昇させる。より高速の二相流につきものの乱流は、上部から底部までの垂直の熱交換器入口マニホールド内の窒素の分布を向上させる。
【００２５】
燃焼式気化器の排熱交換器と組み合わせる気化器の順番は、燃焼式気化器が並流の熱交換器であるため、特に重要である。向流の熱交換器は、アプローチ温度が比較的小さい場合、すなわち出てゆくプロセス流体の温度が熱媒体の出口温度に比較的近い場合に、並流の熱交換器よりも一般に効率的である。一般的な向流熱交換器では、加熱されたプロセス流体の出口温度は、熱交換器の表面積が十分な場合、加熱用流体の出口温度よりも高くなることができる。同じ条件が一般的な並流熱交換器で存在することはできない。一般的な並流熱交換器のアプローチ温度は、ほかの全てのパラメーターが同じである場合、向流熱交換器のアプローチ温度よりも常に大きい。直接燃焼式気化器のための熱交換器は、熱交換器の液体窒素入口に近い熱交換器チューブに氷が生じるのを抑えるため燃焼ガスの最高温度を利用するために、ほとんど例外なく並流式である。ここに開示される直接燃焼式気化器の排気流に熱交換器を追加するのと組み合わされる熱交換器の順番は、燃焼式気化器の熱交換器バンドルへ燃焼熱の一部を既に移動させた燃焼式気化器の排ガスを利用する。この場合、より低温の排ガスが、例えば水−エチレングリコール媒体を介し、一番低温の窒素に熱を移動させる。従って、より高温の窒素が一番高い燃焼温度の直接燃焼式気化器の熱交換器に入る。実際的な言い方をするなら、非燃焼式気化器と燃焼式気化器の順番が、組み合わせた熱交換を向流式の熱移動により似たものにする。
【００２６】
重要なことは、組み合わされた技術が燃料消費量を低減することである。更に、そして燃料消費量の減少の結果として、ＮＯx、ＣＯ及び粒状物質の放出が全て減少する。その上、直接燃焼式気化器の低い燃焼温度は、現行のディーゼルエンジンと比べると、ＥＰＡ Ｔｉｅｒ ３の放出限界を満足するエンジンと比べても、燃料１ポンド当たりに生じさせるＮＯxが一般にずっと少ない。従って、熱回収ポンパーと比較して小さいエンジンを利用するハイブリッドポンパーは、熱回収ポンパーと同様の窒素流量を送給することができ、送給される窒素の単位体積当たりに生成するＮＯxをより少なくすることができる。よって、ハイブリッドポンパーは経済的な解決策であるとともに環境上の解決策でもある。
【００２７】
ポンパーは、主として石油及びガス分野の用途のために製造されている。実際、ポンパーの技術は石油及びガス産業の成果として発展してきた。スチームはガス及び油井現場では一般に利用できないので、そのようなポンパー装置を油田設備会社に供給する製造会社は、気化のためにスチームを利用する方法を検討することはない。ところが、スチームは、一時的な窒素の供給のためにポンパーを必要とすることがある産業用ガス及び化学プラントや精油所では普通に利用可能である。低温流体を気化させるのにスチームを使用するのは、産業用ガス及び化学プラントや精油産業では普通のことである。凝縮するスチームからの熱を熱交換器の管壁を通し低温流体へ直接移動させるか、あるいはスチームを吹き込んで対流循環により水浴を加熱する一方でこの高温の浴が熱交換器のチューブを介して低温流体に熱を移動させる市販のスチーム気化器が利用可能である。
【００２８】
市販のスチーム気化器を燃焼式か非燃焼式のいずれかの気化器を備えた従来のポンパーで使用することができるとは言え、凝縮スチームの気化器を設置し又はスチーム吹き込みの水浴を二次的な気化循環路としての高圧チューブバンドルとともに設置する追加の経費は、そのような機器の組み込みを伝統的に妨げてきた。その上、スチーム気化器の大きさは、高圧ステンレス鋼熱交換器のチューブの相対的に厚い壁が熱移動を減少させて、その結果熱交換の表面積が低圧の薄い壁のチューブと比べはるかに大きくなるため、受け入れるのが困難であろう。
【００２９】
直接燃焼式気化器あるいはエンジンの熱を利用する従来の非燃焼式気化器を使用しないポンパーを製造することもできよう。もっと正確に言えば、他の気化器循環路を設置する出費を伴わずに、スチームを唯一の気化源として使用することができよう。しかし、このタイプの装置は、スチームを供給することができる現場で使用することができるだけであるため多くの窒素ポンパー用途のためには使用することができないので、有用性が小さい。更に、スチーム供給の中断が窒素の気化能力を台なしにする。窒素ポンパーにスチーム気化器を取り付ける直接のアプローチが、ヨーロッパである程度利用されているが、経費と大きさの両方の欠点のために米国では一般的な方法として採用されてはいない。
【００３０】
本発明の一実施形態は、低圧の薄壁のチューブを用いる商業的に入手可能な凝縮スチームの熱交換器を利用して、非燃焼式気化器を備えた従来のポンパーに特有の、あるいは燃焼式気化器と非燃焼式気化器の両方を含む窒素ポンパーに特有の冷却剤循環路を加熱する。低圧の凝縮スチーム熱交換器は、高圧の熱交換器チューブを用いるスチーム気化器より価格が安く寸法が小さい。非燃焼式気化器を用いる窒素ポンパーの冷却剤循環路で凝縮スチーム熱交換器を利用すると、エンジンの負荷を小さくできる一方で、スチームの凝縮による潜熱が、そうしなければエンジンの冷却剤、エンジンの排気、及び油圧装置及び／又は水ブレーキから提供しなくてはならない熱に取って代わるので、エンジンの燃料消費量が減少することになる。非燃焼式気化器と直接燃焼式気化器の両方を用いる窒素ポンパーの冷却剤循環路で凝縮スチーム熱交換器を利用すると、燃焼式気化器を運転することなくポンパーの容量を補うことができる。
【００３１】
米国の一部（例えばカリフォルニア）では、大気環境管轄地区が交付する明確な運転認可を有する設備の運転だけを許可することによって、直接燃焼式気化器の使用を制限している。管轄地区は、そのような認可された装置の使用について追加の運転上の制限を課すこともある。ハイブリッド窒素ポンパーは、燃焼式気化器を使用せずに運転される場合、燃焼式気化器について運転の認可が交付されていない大気環境管轄地区での制限に反することなく働くことを可能にする。凝縮スチームの熱交換器も、燃焼式気化器を利用しながら燃焼式気化器の燃料消費量を低減する。精油所におけるスチームの供給は、一部分は、ボイラーでの使用のためにフレアヘッダーから集められた可燃性の廃ガス流を使って行われる。ポンパーの冷却剤循環路の凝縮スチーム熱交換器からの追加の熱は、全体的な運転費と放出を低減する一方で燃料の供給を長期間維持する負担を軽減するための簡潔で費用効果のある方法である。中間に介在する水−エチレングリコール媒体を介して窒素を気化させ加温するための熱を供給する凝縮スチーム熱交換器は、スチーム気化器ほど用途が広くはない。スチーム吹き込み式の水浴気化器は、ディーゼルエンジンを冷却するのにも使用しなければならない非燃焼式気化器の冷却剤循環路よりも高温で水浴を運転することができるので、窒素をわずかに高い温度に加熱することができる。市販のスチーム吹き込み式水浴気化器の水タンクは、水浴温度を海抜ゼロでの大気圧における水の沸点２１２°Ｆ（１００℃）に制限する大気圧タンクである。
【００３２】
凝縮スチーム気化器は、凝縮スチーム気化器シェル内のスチーム圧力がスチームが凝縮して水になる温度を上昇させるので、スチーム吹き込み式の水浴気化器と凝縮スチーム熱交換器を使用するアプローチの両者よりも高い温度まで窒素を加熱することができる。しかし、凝縮スチーム熱交換器は窒素ポンパーに対して経済的に妥当なものであるのに対し、スチーム気化器はそうではない。ハイブリッドポンパーで用いる凝縮スチーム熱交換器は、燃焼式気化器を使用しない場合に窒素ポンパーの気化能力が増大し、また一部の用途のために燃焼式気化器を使用する場合には、窒素吐出流量と温度に依存して、ポンパーの燃料消費量が減少する、という利点をもたらす。
【００３３】
ハイブリッドデュアルモードポンパーユニットはまた、効率的性能を支援するための制御装置又はメカニズムを含むことができる。そのような制御装置は、プロセッサ、メモリー装置、入力装置、例えばキーボード、タッチスクリーンなど、及び出力装置、例えばモニター、プリンターなど、を含むことができ、（１）燃焼式気化器を出てゆく際の窒素の温度を測定及び／又は監視して燃焼燃料速度を制御するためのセンサー又は検出器、（２）ポンパーユニットを出てゆく際の窒素の温度を測定及び／又は監視して最終的温度の制御のため気化器をバイパスする窒素の相対割合を制御するためのセンサー又は検出器、（３）冷却剤循環路の温度を測定及び／又は監視して冷却剤気化器に入ってくる窒素の流量、燃焼式気化器の排気熱交換器に向かわせる燃焼廃ガスの割合、及び凝縮スチーム熱交換器に入ってくるスチームの流量を制御するためのセンサー又は検出器、（４）冷却剤気化器と窒素入口制御弁での圧力損失を測定及び／又は監視して、差圧測定値とバイパス制御弁へのフィードバック制御とによるかあるいはクラッキング圧の高い逆止弁のいずれかにより液体窒素を燃焼式気化器へ直接バイパスさせるようにするためのセンサー又は検出器、（５）油圧及び／又は潤滑油回路からの熱移動をバランスさせるための温度調整弁、（６）冷却剤循環路の過剰な熱をエンジンラジエーターへ効率的に放出するための温度調整弁、及び（７）冷却剤循環路の制御ができなくなった場合における操業停止と冷却剤貯蔵器及び／又は熱交換器シェルの過圧からの保護、を制御し又はそれらと相互作用する。制御装置は、（８）熱が冷却剤気化器で利用されない場合におけるエンジン排気及びターボチャージエアーからの熱移動を調整するための大き過ぎるエンジンラジエーター、（９）ＥＰＡ Ｔｉｅｒ ３のエンジン設計に典型的な空気対空気式のチャージエアーの冷却に先立つ液体アフタークーラー、及び（１０）当該エンジンの設計にとって一般的であるより低い空気取り入れマニホールドの温度を調整するためのチャージエアー水分離器、を制御し又はそれらと相互作用することもできる。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態によるハイブリッドポンパー１００を説明するものである。図１のハイブリッドポンパー１００は、低温流体（例えば液体窒素、液体アルゴンなど）を貯蔵し、管路１０４を通して低温ポンプ１０６に供給する供給タンク１０２を含む。低温ポンプ１０６は、供給タンク１０２と連通している。発明者らは、簡潔にするため、この典型的実施形態における低温流体を液体窒素と呼ぶが、ここで液体窒素という用語を使用するのは発明者らによる開示を限定するものと解すべきでないことに留意すべきである。例えば、低温液体は一例として液体アルゴンであってもよい。更に、ここで使用する「連通している」とは、流体の移送のために、１以上の導管、管路、マニホールド、弁などを介して運転できるように接続されていることを意味する。導管は、それを通して流体（液体又は気体）を移送することができる、任意の管、管路、チューブ、流路などである。特に断らない限り、連通する第１の装置と第２の装置との間には中間の装置、例えばポンプ、圧縮機、又は容器などが存在してもよい。
【００３５】
低温ポンプ１０６は、多くの場合、利用可能な有効吸込ヘッドを上昇させるための遠心ポンプと、高圧の容量型往復ポンプとを含む。この場合、窒素が低温流体として管路１０８を通し非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０へと送られて、この循環路で窒素流の一部又は全体を、窒素流量と加温又は加熱した流れを作るための熱源の温度とに依存して気化させる。この出願の目的に関して言うと、「非燃焼式気化器の冷却剤循環路」とは、例えば水−エチレングリコール冷却剤を利用して、エンジンの冷却を行い熱を低温流体に移動させる冷却剤循環路のことである。明確にするために言えば、水−エチレングリコール冷却剤は、純水、プロピレングリコール、及び水−プロピレングリコールを含めた、とは言えそれらに限定はされない、ほかの同様の冷却剤と取り替えることができる。その後、非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０から出てきた加温又は加熱した窒素流は、管路１１２を通り窒素流の温度を所望の温度まで上昇させるための直接燃焼式気化器１１４へ進む。窒素は、顧客の要求を満たすために過熱された流れとしてポンパー１００から管路１１６により排出される。低温ポンプ１０６、非燃焼式気化器の冷却剤循環路１１０、及び直接燃焼式気化器１１４には、ディーゼルエンジン電源装置１１８により伝送線路１２０、１２２、１２４を通して動力が供給される。
【００３６】
ポンパーは一般に、遠心液体窒素ポンプ、燃焼式気化器の燃焼のための送風機、及び燃料ポンプを含めた、とは言えそれらに限定はされない、図面に詳細には示していない循環路を運転するための動力を供給するディーゼルエンジンにより駆動される油圧ポンプを使用する。昇圧される潤滑油システムが、容量型往復液体窒素ポンプのクランクケースために一般に用いられる。
【００３７】
図２は、多数の熱源から熱をあつめてその熱を例えば液体窒素（ＬＩＮ）流２６２に移動させる非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の典型的実施形態を説明するものである。非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００は大部分は、気化器冷却剤循環路ポンプ２６０により管路２０２を通して循環される。管路２０２からは、冷却剤の分かれた一部分が管路２１２により油熱交換器２１４へ送られる。ここで使用する「分かれた一部分」というのは、それが取り出された流れと同じ化学組成を有する部分のことである。油熱交換器２１４は、ハイドロリックパワーシステムと昇圧潤滑油システムとを含み、それがなければフィン付きの油冷却器を通して大気へ放出される熱を１以上の油の流れ（集合的に流れ２７４で表される）から除去する。冷却された流れ２７６は、その後油熱交換器２１４から出て、再循環されるべきそれぞれの油貯蔵器又はポンプに戻る。油熱交換器２１４による圧力損失は、導管２０３を通してエンジンチャージエア熱交換器２０４へと送られる気化器冷却剤循環路ポンプ２６０からの大部分によってバランスが取られる。最新式のディーゼルエンジンはターボチャージャーからのチャージエアーを冷却して、ピーク燃焼温度を下げることによりＮＯxの生成を減らし、出力密度を上昇させる。エンジン排気流の高温は、捕捉されない限り無駄にされる。冷却剤は、エンジンチャージエアー熱交換器２０４でエンジンチャージエアー流２６６から熱を除去し、次いで管路２０６によりエンジン排気熱交換器２０８へ供給される。冷却されたエンジンチャージエアー流は続いて、管路２６８を通ってエンジンエアー取り入れマニホールドへと進む。冷却剤は、エンジン排気熱交換器２０８でエンジン排気流２７０から熱を吸収する。冷却されたエンジン排気は、導管２７２を通ってマフラーへ又は直接大気へと出ていく。
【００３８】
結果として得られたエンジン排気熱交換器２０８からの冷却剤の流れは、その後管路２１０を通して供給されて、油熱交換器２１４からの管路２１６を通る冷却剤流と混合され、管路２１７へ進む。混合された冷却剤は管路２１７を流れ、燃焼式気化器の排気熱交換器２１８へ進み、そこでそれがなければ大気へ放出される熱を直接燃焼式気化器の排気流２７８から冷却剤流へと移動させる。冷却された燃焼式気化器の排気２８０は大気へ排出される。その後、冷却剤流は管路２２０により燃焼式気化器の排気熱交換器２１８から凝縮スチーム熱交換器２２２へと移送され、そこでは供給された流れ２８２が凝縮して潜熱を冷却剤へと移動させる。この流れは冷却されると凝縮して液相になり、その結果生じた凝縮液は管路２８４により排出される。冷却剤流は、冷却剤気化器２２６に入る前の凝縮スチーム熱交換器２２２から出てきた管路２２４において冷却剤循環路における一番高温にある。冷却剤気化器２２６内では、熱が冷却剤流から高圧チューブを通して低温液体窒素（ＬＩＮ）流２６２へと移動して、顧客のプロセスで使用するための気化した窒素（ＧＡＮ）流２６４を生じさせる。冷却剤は冷却剤気化器２２６から管路２２８を通って出てきて、冷却剤温度調整弁２３０に入る。冷却剤流の温度が標準のエンジン運転温度に接近すると、冷却剤温度調整弁２３０は一部分又は全体の冷却剤流を釣り合いを取って管路２３４を通しラジエーター２３６へ導く。このラジエーターはディーゼルエンジン（図示せず）のファンからの強制周囲空気によって冷却される。
【００３９】
重要なのは、ここで説明している典型的実施形態は、チャージエアー又はエンジン排気からの熱が望ましくない場合にその熱を非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００からわきへそらすのではなく、それに代えてエンジンラジエーター２３６の大きさを標準的なディーゼルエンジン動力装置の放熱定格を超えるものに増大させること、及びラジエーター２３６を通して空気を強制的に送るエンジンファン（図示せず）の空気容量を増大させることによって、非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の放熱容量を増大させることである。
【００４０】
非燃焼式気化器の冷却剤循環路の別の設計は、吸収した熱を窒素を気化させるのに利用できない場合に、エンジンチャージエアー流２６６をそらせてエンジンチャージエアー熱交換器２０４を迂回させ、またエンジン排気流２７０をそらせてエンジン排気熱交換器２０８を迂回させる。この別法は、エンジンラジエーター２３６及び関連のエンジンファン（図示せず）をディーゼルエンジン動力装置の標準的な定格による大きさにするのを可能にする。
【００４１】
冷却剤流が通常のエンジン運転温度よりずっと冷たい場合には、冷却剤温度調整弁２３０から出てくる冷却剤をラジエーター迂回循環路２３２を通して導くことができる。その後、ラジエーター流２３８とラジエーター迂回流２３２は冷却剤マニホールド２４０に入る。冷却剤マニホールド２４０に入る冷却剤流の一部分又は全部はその後、冷却剤貯蔵器ヘッダー２４２が冷却剤貯蔵器管路２４３と接続している場合、そのヘッダーを流れる。冷却剤貯蔵器管路２４３を通る冷却剤の流量はほぼ安定している。
【００４２】
一般に、冷却剤貯蔵器２４４からは冷却剤のごく一部分が冷却剤貯蔵器管路２４３を通って冷却剤戻りヘッダー２４５へと流れるが、エンジン又はラジエーターから冷却剤貯蔵器への１又は複数の小さなブリードラインはこの模式フローには示していない。それらの小さなブリードは、冷却剤システム２００の高い箇所にある冷却剤貯蔵器へ空気をパージし、そしてまた冷却剤貯蔵器２４４内の冷却剤を加熱してシステムの冷却剤蒸気圧を確立する。このプロセスは、より高い運転温度にある冷却剤ポンプ２４６及び２６０のために利用可能な有効吸込ヘッドを上昇させる。非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００における温度の変動は、管路２４３を通して冷却剤貯蔵器２４４への及びそれからの正味の一時的な少量の流れを生じさせることになる。
【００４３】
ハイブリッドポンパーのディーゼルエンジン動力装置（少なくとも２３６、２４１、２４６、２４８、２５０、２５２、２５４、２５６、２６６、及び２７０から構成される）は、冷却剤循環路２００の一部を構成する。エンジン冷却剤ポンプ２４６は、シリンダーライナー、ヘッド、ターボチャージャー、空気圧縮機、ＥＧＲ（排気ガス再循環）冷却器など（いずれも図示せず）を含めたエンジン冷却システム２５０へと管路２４８を通って至る冷却剤の圧力を上昇させる。エンジン冷却システム２５０を出てから、加熱された冷却剤は管路２５２によりエンジンサーモスタット２５４へと導かれ、エンジンサーモスタット２５４は冷却剤流の分かれた一部分を冷却するために釣り合いを取って開く。エンジン冷却システム２５０及び導管２５２からの冷却剤流が標準のエンジン運転温度より低い場合には、冷却剤の本質的に全部を管路２５６を通してエンジン冷却剤ポンプ２４６の吸い込み管路２４１へ戻す。冷却剤温度が運転温度（例えば１７５°Ｆ（７９℃）〜２１０°Ｆ（９９℃））に接近するかそれを超えると、冷却剤の増加した分かれた一部分をサーモスタット２５４を介し管路２５８を通して、戻りヘッダー２４５からの冷却剤と混合し気化器冷却剤循環路ポンプ２６０の吸い込み管路２５９へと導く。
【００４４】
この冷却剤が大きい方の冷却剤循環路へ導かれると、冷却剤マニホールド２４０及びラジエーター流２３８からの冷却剤が交換されて管路２３９を通りディーゼルエンジン動力装置へ戻る。大きい方の冷却剤循環路は、エンジン冷却剤システムよりも低温であり、そのためディーゼルエンジン動力装置から及び他の熱源からの熱が非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００へ移されて低温の液体窒素流２６２を気化させ、そしてその窒素に吸収された熱が非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００を冷却してディーゼルエンジン動力装置のための冷却を行う。
【００４５】
図３に示した非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００は、非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の熱交換器の多数の別の構成のうちの一例を示している。気化器冷却剤循環路ポンプ２６０と冷却剤貯蔵器２４４を、エンジン冷却剤ポンプ２４６に関し、冷却剤貯蔵器２４４から両方のポンプ２４１、２６０の吸い込み口までの差圧をほとんどなくしてポンプ２４６、２６０へのキャビテーションによる損傷を防ぐ位置に配置することが重要である。非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００の最適な設計は、熱交換器３０４、３０８、３１４、３１８、３２２を、より高温の加熱流体を利用するものが非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００の一番高温の部分に配置されて効率を最大限にするように配置するが、但し一部の実際上の要因も構成に影響を及ぼす。エンジン排気ガス３７０は、供給されるスチームの循環路３８２、エンジンチャージエアー循環路３６６、及びハイドロリック及び潤滑油循環路３７４よりも一般に高温である。エンジン排気の温度がより高いにもかかわらず、エンジン排気熱交換器３０８をチャージエアー熱交換器３０４及び油熱交換器３１４の近くに設置することにより管路を簡素化することの有用性は、重量が軽くなり構成部品が少なくなるため、最大の効率に勝る。非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００に関して言うと、非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００は、冷却剤温度調整弁２３０から気化器冷却剤循環路ポンプ２６０の吐出管路２０２に至る冷却剤の流れの方向において構成機器の順番が同一である。
【００４６】
非燃焼式気化器の冷却剤循環路３００は、以下の熱交換器と相互連絡流の順番が非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００と異なる。吐出管路２０２からの冷却剤は燃焼式気化器の排気熱交換器３１８に入り、そこで燃焼式気化器の排気流３７８から熱を吸収する。燃焼式気化器の排気流は管路３８０を通して大気へ排出され、冷却剤は管路３２０を通して凝縮スチーム熱交換器３２２へ導かれる。凝縮スチーム熱交換器３２２内において、熱が供給スチーム流３８２から冷却剤流へと移動する。管路３８４を通して凝縮液が排出され、冷却剤は管路３２４を通り冷却剤気化器３２６へと進む。冷却剤は、冷却剤気化器３２６で流入してくる低温液体窒素流３６２に熱を移動させる。低温液体窒素は、冷却剤から熱を吸収すると気化し、加温される。気化した窒素は管路３６４を通って出てゆく。冷却剤は管路３２８を通って冷却剤気化器から移動する。冷却剤のうちの冷却剤流３２８から分かれた一部分が管路３１２へ進んで、油熱交換器３１４に入る。油熱交換器３１４は流入してくる油の流れ３７４をその冷却剤流で冷却する。冷却された油は管路３７６により油貯蔵器（図示せず）又は油ポンプ（図示せず）へ戻される。冷却剤流３２８のうちの大きい方の分かれた一部分は、管路３０３を通ってエンジンチャージエアー熱交換器３０４に入る。この冷却剤は流入してくるエンジンターボチャージエアー３６６から熱を吸収する。冷却されたエンジンターボチャージエアーは管路３６８を通ってエンジンチャージエアー熱交換器３０４から出て、エンジン空気取り入れマニホールド（図示せず）に入る。冷却剤はエンジンチャージエアー熱交換器３０４から管路３０６を通りエンジン排気熱交換器３０８へと流れ、そこでエンジン排気流３７０から熱を吸収する。冷却されたエンジン排気は管路３７２を通って、エンジンマフラー（図示せず）へと又は直接大気へと出てゆく。冷却剤は管路３１０を通ってエンジン排気熱交換器から出て、油熱交換器３１４からの冷却剤流３１６と一緒になる。一緒になった冷却剤流３１７は冷却剤温度調整弁２３０へと流れる。
【００４７】
気化器冷却剤循環路３００は、気化器冷却剤循環路ポンプ２６０を直接燃焼式気化器の排気熱交換器３１８の近くに配置することが好ましい場合、あるいは市販のエンジン排気熱交換器３０８の冷却剤側の定格圧力が気化器冷却剤循環路ポンプ２６０の吐出圧力よりも低い場合に、最適であることができる。
【００４８】
図４は、本発明の一実施形態による制御装置を含む典型的な非燃焼式気化器の冷却剤循環路４００を説明するものである。この冷却剤システムは、熱源のうちの一部のものからの熱流束を減らすことにより非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制限するために自動式の制御応答を行う。非燃焼式気化器の冷却剤循環路は、エンジンのための適切な冷却を行うためにディーゼルエンジンの標準の運転温度よりも低温でなければならない。その上、水−エチレングリコール冷却剤混合物が液体窒素冷却剤気化器の熱交換器チューブの表面で凍結するのを防ぐために、冷却剤循環路には低い方の温度の制限が設けられる。制御装置はまた、エンジン循環路から供給される熱が周囲の気象条件の変化のために変動するのに応じて熱負荷を自動的にバランスさせるために、燃焼式気化器のための自動化した制御装置も提供する。機器類は、エンジンターボチャージエアーを含む補助的循環路とハイドロリック及び潤滑油循環路が、気化器冷却剤循環路による冷却を行うことができない場合に適切な温度制御を行うのを可能にするように示されている。
【００４９】
液体窒素は、低温ポンプ（図示せず）から導管又は管路４０２を通して排出される。この窒素の流量は、管路４０４を通り気化器４１２、４３６へと至るより多い方の分かれた部分と、管路４７６を通り気化器迂回制御弁４７８へと至る少ない方の分かれた部分とに分けられる。管路４０４の気化器への窒素は再び分けられて、管路４０６を通り冷却剤気化器制御弁４０８へと至る主要な分かれた部分と、管路４１６を通り冷却剤気化器迂回弁４１８へと至る副次的な分かれた部分とになる。冷却剤気化器の窒素制御弁４０８を通過する窒素は、管路４１０を通り冷却剤気化器４１２へと送られ、そこでは導管５８８から入ってくる冷却剤流から低温液体窒素へと熱が移動する。弁４１８を通り冷却剤気化器４１２を迂回する窒素は、管路４２０を通過する。冷却剤気化器迂回弁制御器４３０が、冷却剤気化器４１２及び冷却剤気化器窒素制御弁４０８を通過することによる圧力損失を、上流の圧力信号４２４から下流の圧力信号４２８を差し引くことにより計算する。ここで使用する下流及び上流とは、移送されるプロセス流体の意図する流動方向を参照するものである。プロセス流体の意図する流動方向が第１の機器から第２の機器へである場合、第２の機器は第１の機器と連通している。
【００５０】
下流の圧力センサー４２６は管路４２０の圧力と共通であり、上流の圧力センサー４２２は管路４１６の圧力と共通である。冷却剤気化器迂回弁の制御器４３０は、冷却剤気化器４１２を通して窒素を優先的に供給するための適切な推進力を提供する圧力損失を維持するため窒素を絞るために、比例信号４３２を冷却剤気化器迂回弁４１８に送る。冷却剤気化器窒素制御弁４０８が入ってくる窒素を絞ると、冷却剤気化器迂回弁４１８は開放することにより応答して圧力損失を維持する。この説明において、冷却剤気化器による圧力損失は、制御弁、センサー、及び冷却剤気化器４１２において入ってくる冷却剤流５８８の温度が窒素流の全体を気化させるのに十分である場合に迂回流４２０の積極的な遮断を行う制御器によって維持されるが、当該制御弁、センサー、及び制御器に代えてクラッキング圧の高い逆止弁を設置するというより簡単な方法で、燃焼式気化器における効率は同様に改善される。管路４１４の気化した窒素は、冷却剤気化器迂回流４２０からの窒素と一緒になって、気化器燃焼ガス流４５７から熱の提供を受ける燃焼式気化器熱交換器４３６への管路４３４に至る。
【００５１】
遠心式又は軸流ブロワーからの強制空気管路４４０が燃焼式気化器のバーナー４４２に入る。灯油又はディーゼルなどの液体燃料が、容量型燃料ポンプ（図示せず）からの管路４４４から燃焼式気化器のバーナー４４２へ供給される。燃料管路の分岐管４４６が、燃料流の分かれた一部分を燃料圧力制御弁４４８を通して燃料戻り管路４５０へと逃がすことにより、燃料管路４５２の圧力を制御する。弁４５４によって、複数の並列の燃料電磁弁を表している。各燃料電磁弁は、燃料の燃焼により空気流４４０を加熱する燃焼式気化器のバーナー４４２内の噴霧用ノズルへの圧力で燃料を供給する専用の燃料管路４５６に接続している。燃焼ガスは管路４５７により燃焼式気化器の熱交換器４３６へと導かれ、そこで燃焼式気化器の熱交換器４３６の熱交換器チューブを通して管路４３４からの窒素流へと熱が移動させられる。
【００５２】
気化器出口窒素流４３８は、温度信号４６８を燃焼式気化器制御器４７０へ送る温度センサー４６６を有する。燃焼式気化器制御器４７０はまた、冷却剤気化器入口温度センサー４６２及び燃焼式気化器入口温度センサー４５８からそれぞれ信号４６４及び４６０を受け取る。両方の気化器の入口で温度を測定して、低温液体窒素がこれら２つの気化器のどちらかで感知されない限り最低限の燃料流量以上で気化器を燃焼させない許容制御ロジックを提供する。燃焼式気化器制御器４７０は、並列の燃料電磁弁４５４のおのおのにオン−オフ信号４７２を送り、燃料圧力制御弁４４８に比例信号４７４を送る。燃焼式気化器制御器４７０は、気化器出口温度センサー４６６の設定点からの偏差を測定し、応答して、燃料圧力とバーナーに燃料を注入するノズルの数とを調整する。弁４５４及び弁４４８への信号の組み合わせと順序が、燃料流量を操作することにより燃焼温度を制御する。
【００５３】
工業用途向け窒素ポンパーの許容可能な吐出温度は、窒素を加熱用又は冷却用媒体として使用する用途に対応するために、ほぼ−３００°Ｆ（−１８４℃）から６００°Ｆ（３１６℃）より高い温度までの範囲に及ぶことができる。許容可能な流量は同様に変えることが可能であり、特定の設備について２０：１の範囲を超えて運転することができる。直接燃焼式気化器は、出口マニホールドで熱交換器のチューブに氷が生じる窒素出口温度では連続して運転することができない。また、直接燃焼式気化器を最小限の燃料流量で運転する場合には、最小限の流量の窒素を所望の吐出温度より高く加熱することが多い。ポンパー吐出温度が燃焼式気化器の最低限の運転出口温度より低いことを要求する用途は、気化器迂回制御弁４７８を必要とする。気化器迂回制御弁４７８を通過する液体窒素は、それが直接燃焼式気化器４３８から出てくる窒素の温度を低下させる場合に、管路４８０を通して送給される。混合した窒素流は、温度を吐出温度センサー４８４により感知する場合、管路４８２を通して送給される。センサーの信号４８６はポンパー吐出温度制御器４８８に伝送され、この制御器はユーザーが調整可能であり、気化器迂回制御弁４７８を調節するための比例信号４９２を送る。更に、吐出温度の設定点を信号４９０により燃焼式気化器制御器４７０に伝送する。燃焼式気化器制御器４７０は吐出温度制御器４８８からの設定点を使用して、気化器出口温度を最小限の許容可能な出口温度に又はそれより高い温度に制御する。
【００５４】
この制御装置の冷却剤循環路に相当する部分は、詳しく説明した図２の非燃焼式気化器の冷却剤循環路２００の構成と同じである。気化器冷却剤循環路ポンプ４９４は、冷却剤ポンプ吐出流４９６の冷却剤圧力を上昇させる遠心ポンプである。冷却剤ポンプ吐出流４９４の圧力センサー４９８は、信号５００により冷却剤温度制御器５９６に接続される。冷却剤の循環の喪失を指示することができる冷却剤ポンプ吐出流４９４の異常に低い冷却剤圧力は、冷却剤温度制御器５９６によって制御される機器をデフォルトで、冷却剤循環路への及びそれからの熱移動を制限するフェイルセーフポジションにさせる。冷却剤ポンプ吐出流４９６からの冷却剤流量は２つの分かれた部分に分割される。流量の大部分は管路５３２を通して、エンジンチャージエアー熱交換器５３４と、管路５５０により接続されたエンジン排気熱交換器５５２とに導かれる。冷却剤流量の小さい方の部分は管路５０２を通して油熱交換器５０４に導かれる。エンジンターボチャージャー（図示せず）又はディーゼル排気処理触媒（図示せず）からのエンジン排気ガス５５４は、エンジン排気熱交換器５５２に入ってくる冷却剤流５５０に熱を移動させ、次いで管路５５６を通ってエンジンのマフラーへ又は直接大気へと出てゆく。
【００５５】
非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度は、一部の条件下においては標準的に周囲温度より低い温度でよく、またある時には、非燃焼式気化器の冷却剤循環路はエンジンチャージエアーの所望温度より高い温度で運転することができる。ディーゼルエンジン製造業者は、最低及び最高のチャージエアー温度の限界を指定する。最高温度限界は、ＮＯxの放出をＥＰＡノンロード規制を満足する範囲内に保つことを意図している。最低限界は、空気を圧縮し冷却後に有意量の凝縮水がエンジン取り入れ口マニホールドに入るのを防ぐことを意図している。エンジンチャージ空気循環路の部分は、これらの因子を緩和するよう、図４に示されている。管路５３６は、エンジンターボチャージャー（図示せず）からチャージエアー熱交換器５３４へと送られる圧縮された高温のチャージエアーを示している。管路５３８が、このチャージエアーをＥＰＡ Ｔｉｅｒ ３放出制限を満たす多くのノンロード産業用ディーゼルエンジンに共通の空冷式チャージエアー冷却器５４０へ移送する。空冷式チャージエアー冷却器５４０は、冷却剤循環路の温度がエンジン冷却剤循環路の運転温度に接近するとチャージエアー熱交換器５３４はチャージエアーを適切には冷却しないので、必要である。運転条件がチャージエアーの温度をエンジン製造業者により指定された最低の温度限界より低い温度に冷却する場合には、周囲空気中の水蒸気からいくらかの水が凝縮することがある。この水は管路５４２により水分離器５４４へと移される。水分離器５４４では空気速度が小さく、流動方向が変化することにより、凝縮液が底部に集まることが可能になり、それはそこから管路５４８を通して自動フロートトラップ（図示せず）へ又は圧縮空気を排出することなく水抜きする同様の装置へ排出される。水分離器５４４から出てくるチャージエアーは、管路５４６を通してエンジン取り入れ口マニホールドへ送られる。このチャージエアーは、エンジン製造業者により規定される最高チャージエアー温度より低い温度にある。チャージエアーは、規定される最低チャージエアー温度より低温であってもよいが、凝縮液なしで空気を取り入れるのに適している。チャージエアー熱交換器５３４、空冷式チャージエアー冷却器５４０、及び水分離器５４４は全て、余計な構成要素を含むことでエンジン製造業者により規定される最大のチャージエアー循環路圧力損失を超えないように、圧力損失が小さい設計のものでなければならない。
【００５６】
エンジンが作動しているとき、エンジンの排気はエンジン排気熱交換器５５２で非燃焼式気化器冷却剤循環路へ継続的に熱を移動させている。排気ガスから冷却剤への熱移動を制限するために直接の対策は必要とされないが、ラジエーター６１０とエンジン冷却ファン（図示せず）の寸法は、冷却剤気化器４１２が熱を窒素流へ移動させていないときに冷却剤が放散させなければならない余分な熱を補償するため大きくする必要がある。
【００５７】
油熱交換器５０４への管路５０２の冷却剤の流れのうちの分かれた部分は、冷却剤循環路の温度が油の最高の許容運転温度より低い場合に、油循環路から熱を除去する。管路５０６は、油圧循環路又は潤滑油循環路の戻り管路に相当する。油の流れは、油熱交換器５０４への管路５０８と油熱交換器５０４を迂回させるための管路５１２との間で分割される（分かれた部分に）。油は油熱交換器５０４から管路５１０を通って出てゆき、温度調整弁５１４内で油熱交換器迂回流と一緒になる。この温度調整弁５１４は、冷却剤循環路の温度が油圧又は潤滑油循環路の所望の最低運転温度よりも低い場合に、油の粘土が大きくなるのを防ぐため低温の油を油熱交換器５０４を優先的に迂回させる。温度調整弁５１４の適切な温度設定はおよそ１１０°Ｆ（４３℃）である。混合された油は管路５１６を通って温度調整弁５１４から出て、油冷却器５２０のために管路５１８と５２４を経由するよう再び分割される。この油冷却器５２０は、自然通風又は強制空気により熱を大気へ放散させるフィン付き冷却器でよく、それは冷却剤循環路の温度が油の最高許容運転温度よりも高い場合に必要である。管路５１８は油を油冷却器５２０へ送り、管路５２４は油を温度調整弁５２６へ直接迂回させる。冷却された油は管路５２２を通って油冷却器を出て、温度調整弁５２６内で迂回油流５２４と混合する。温度調整弁５２６の適切な温度設定はおよそ１５０°Ｆ（６５℃）でよい。冷却された油の流れ５２８は、潤滑油循環路のための油貯蔵器、開ループ油圧循環路、及び閉ループ油圧ケース液抜き管路に戻る。冷却された油の流れ５２８は、閉ループ油圧循環路の油圧ポンプに戻る。油熱交換器５０４、油冷却器５２０、温度自動調節器５１４、５２６、及び相互接続導管は、開ループ及び閉ループ油圧システムの両方に設置することができる。
【００５８】
エンジン排気熱交換器５５２からの管路５５８の冷却剤は、油冷却器５０４からの冷却剤流５３０と一緒になる。一緒になった冷却剤は、管路５６０を通って燃焼式気化器排気熱交換器５６２へと進む。高温の燃焼ガスは、燃焼式気化器熱交換器４３６へ熱を移動後に８００°Ｆ（４２７℃）程度であることができる。燃焼ガスの流量は特定の気化器の設計に依存するが、Ａｉｒｃｏ ６６０Ｋモデルの燃焼式気化器の場合、およそ９，０００立方フィート／分（２５５立方メートル／分）である。大きな流量の燃焼ガスと、場合によって高い温度は、ラジエーターを通して放散させることができず、エンジンを過熱し熱交換器チューブで冷却剤を沸騰させるのを防ぐために一部の運転条件下で燃焼式気化器排気熱交換器５６２から迂回させなくてはならない大量の熱を冷却剤循環路へ移動させることができる。燃焼ガスは、管路５６４を通して燃焼式気化器排気ダイバーター５６６へ送られる。燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は、必要な場合、燃焼ガス流の一部又は全部を管路５６８を通して大気へ直接排出する。そうでなければ、燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は燃焼ガスを管路５７０を通して燃焼式気化器排気熱交換器５６２へと導き、次いでそれを管路５７２を通して大気へ排出する。燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は、冷却剤温度制御器５９６からの信号６００を受け取る比例式機械装置である。燃焼式気化器排気ダイバーター５６６は、典型的な最新式ディーゼルエンジン温度自動調節器の温度より低い１６５°Ｆ（７４℃）〜１７５°Ｆ（７９℃）の温度範囲にわたり排気ガスの方向を変更することができる。
【００５９】
燃焼式気化器排気熱交換器５６２からの冷却剤は、ハイブリッドポンパーが運転している時には常に、管路５７４を通して凝縮スチーム熱交換器５７８へ送り出される。スチームを管路５８０を通して供給する場合には、スチーム制御弁５８２が管路５８４を通って凝縮スチーム熱交換器５７８のシェルに流入するスチームの流量を制御する。凝縮スチーム熱交換器５７８内では、スチームが冷却剤チューブ上で液化して、凝縮スチーム熱交換器５７８の低部へと重力により流れ、スチーム凝縮液がそこから管路５８６を通してスチームトラップ（図示せず）へ排出され、そこでは凝縮液が排出されるが、スチームは保持される。凝縮スチーム熱交換器５７８内のスチーム圧力が、冷却剤循環路への熱の移動速度を主に制御する。スチーム制御弁５８２は冷却剤温度制御器５９６からの信号６０２を受け取る。加熱された冷却剤は凝縮スチーム熱交換器５７８を出て、管路５８８により冷却剤気化器４１２へ移送される。低温液体窒素が冷却剤気化器４１２へと流れている場合には、冷却剤は高圧チューブを通して窒素流へと熱を移動させる。
【００６０】
冷却剤気化器４１２から出てくる冷却剤は、冷却剤温度センサー５９２により温度が監視される管路５９０を流れる。この温度センサーは信号５９４を冷却剤温度制御器５９６へ送る。冷却剤温度が４０°Ｆ（４℃）と５０°Ｆ（１０℃）の間の最低許容運転温度に接近すると、制御器５９６が冷却剤気化器窒素制御弁４０８への信号５９８を変更して、冷却剤気化器４１２を通過する窒素流量を減少させ冷却剤循環路から除去される熱を制限する。冷却剤温度が１６５°Ｆ（７４℃）と１７５°Ｆ（７９℃）の間の最高許容運転温度に接近すると、制御器５９６が燃焼式気化器排気ダイバーター５６６への信号６００を調整して、燃焼式気化器排気熱交換器５６２への排気ガス流量を減少させ、そして制御器５９６はスチーム制御弁５８２への信号６０２を調整し、凝縮スチーム熱交換器５７８へのスチームの流量を減少させて、こうして冷却剤へ移動する熱を制限する。管路５９０からの冷却剤は冷却剤温度調整弁６０４へ進む。この冷却剤温度調整弁６０４は、ディーゼルエンジン自動温度調整器が開く温度よりわずかに低いが冷却剤気化器４１２における熱移動速度を低下させるほど低くないおよそ１７５°Ｆ（７９℃）に設定すべきである。冷却剤温度調整弁６０４は、低温の冷却剤をラジエーター迂回流６０６へ送る。冷却剤温度が上昇すると、冷却剤温度調整弁６０４は冷却剤を管路６０８を通してラジエーター６１０へ導く。標準的なディーゼルエンジン動力装置を備えたラジエーターは、エンジン排気流５４４からの追加の熱負荷に対して定格化されることもなく、冷却剤気化器４１２で窒素を気化させるために熱を使用できない場合にターボチャージエアー流５３６からの追加の熱負荷に対して定格化されることもない。冷却剤循環路のラジエーター６１０は、通常のエンジン熱の定格放散量に加え、これらの熱負荷を受け取るように設計されなくてはならない。ラジエーター６１０からの冷却剤流６１２及びラジエーター迂回流６０６は、冷却剤マニホールド６１４に流入する。冷却剤マニホールド６１４からの主要な流れは、冷却剤貯蔵器６２０と管路６１８を介して連通する冷却剤貯蔵器ヘッダー６１６へ移送される。この主要な流れは続いて、エンジン温度調整器６３８からの高温の冷却剤流６２４が入ってきて冷却剤循環ポンプ吸い込み管路６４２に混入していく管路６２２へと進む。
【００６１】
エンジン自動温度調整器６３８からの冷却剤が管路６２４を通して気化器冷却剤循環路ポンプの吸い込み管路６４２へ導かれると、管路６２６への冷却器冷却剤マニホールド６１４からの冷却剤とラジエーター流６１２とが交換され、その冷却剤はエンジン温度自動調整器６３８からエンジン冷却剤ポンプ６３０の吸い込み管路６２８へのより高温のエンジン冷却剤迂回流６４０と混じり合う。エンジン冷却剤ポンプ６３０は、ブロック６３４により表された複合エンジン冷却システムへの管路６３２の冷却剤の圧力を上昇させる。
【００６２】
気化器冷却剤循環路ポンプ４９４は、エンジン冷却剤ポンプ６３０よりも大きい流量で冷却剤を循環させて、エンジン自動温度調整器６３８からの冷却剤が管路６２４、６２２、６１６、６１４、及び６２６を連続して流れることにより冷却剤気化器とエンジンラジエーターを迂回するのを防ぐようにするのが好ましい。容量が１５０ガロン／分（５６８リットル／分）のエンジン冷却剤ポンプ６３０をそなえたＪｏｈｎ Ｄｅｅｒｅの６１３５ＨＦ４８５ディーゼルエンジンを利用するそのような設備の例は、ポンプ４９４から気化器循環路を通して２００ガロン／分（７５７リットル／分）で冷却剤を循環させる。
【００６３】
気化器排気ダイバーター５６６、燃焼式気化器排気熱交換器５６２、及び関連制御エレメントを備えた気化器自動制御器４７０と適合することができる燃焼式気化器の例は、固定速度の送風機と、各電磁弁が２つの圧力噴霧ノズルに燃料を供給する３つの並列燃料電磁弁４５４とを備えた、Ａｉｒｃｏ／Ｃｒｙｏｑｕｉｐのモデル６６０Ｋである。
【００６４】
冷却剤温度制御器５９６で表されている装置は単一の装置であることができ、あるいは個々の制御エレメントに専用の複数の制御装置であることができる。窒素排出温度制御器４８８及び燃焼式気化器制御器４７０によって表されている別々の装置は、それ以外に、単一の制御装置に組み合わせてもよい。
【実施例】
【００６５】
窒素プロセスと制御システムは図４に例示したもので、非燃焼式冷却剤循環路の設計は図３に例示したものであるハイブリッドポンパーを製作した。利用したディーゼルエンジン動力装置は、定格４５０ｈｐ（３３６ｋＷ）のＪｏｈｎ Ｄｅｅｒｅ １３．５Ｌ ｍｄｌ ６１３５ＨＦ４８５であった。利用した容量型往復トリプレックス低温ポンプは、ストローク２インチ（５０．８ｍｍ）でコールドエンドに２インチ（５０．８ｍｍ）のボアを持つＰａｕｌ／Ａｉｒｃｏ／ＡＣＤのモデル３−ＬＭＰＤであった。エンジンからの動力を、Ｅａｔｏｎ Ｆｕｌｌｅｒ ＲＴＯ−１１９０９ＭＬＬ自動手動両用変速機を介して上記トリプレックスポンプに伝えた。燃焼式気化器はＡｉｒｃｏ／Ｃｒｙｏｑｕｉｐのモデル６６０Ｋ気化器であった。
【００６６】
窒素吐出流量、温度、及び圧力の４つの計画に基づいて、製造中に性能試験を行った。第１の試験計画は、６５°Ｆ（１８℃）及び２，９００ｐｓｉｇ（２００ｂａｒｇ）の吐出条件にて２１６，０００スタンダード立方フィート／ｈ（６，１１６ｎｍ3／ｈ）の窒素流量で行った。第２の試験計画は、７０°Ｆ（２１℃）及び６００ｐｓｉｇ（４１．４ｂａｒｇ）にて２３１，０００ＳＣＦＨ（６，５４１ｎｍ3／ｈ）で行った。意外な結果として、それぞれの燃焼式気化器燃料消費量は１５ガロン／ｈ（５６．８Ｌ／ｈ）及び２３ガロン／ｈ（８７．１Ｌ／ｈ）であった。ハイブリッド窒素ポンプの気化器の構成を利用せずに同じ条件を実施するためのＡｉｒｃｏ／Ｃｒｙｏｑｕｉｐのモデル６６０Ｋ気化器の推定燃料消費量は、それぞれ２８ガロン／ｈ（１０６Ｌ／ｈ）及び３４ガロン／ｈ（１２８．７Ｌ／ｈ）である。Ｄｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ ８Ｖ−９２Ｔエンジンの推定エンジン燃料消費量を含めて、当該気化器の構成はポンパーの全燃料消費量の３０％及び２４％の低下をもたらすことができる。
【００６７】
第３の試験計画は、燃焼式気化器を利用しない点で、低流量で運転する従来式の非燃焼式ポンパーの運転に極めてよく似ている。この試験計画では、吐出圧力２７０ｐｓｉ（１８．６ｂａｒｇ）及び吐出温度７０°Ｆ（２１℃）で６８，９００スタンダード立方フィート／ｈ（１，９５１ｎｍ3／ｈ）の窒素流量が得られた。ハイブリッドポンパーは、燃焼式気化器を使わずに上記窒素条件を実現することができた。従来式の燃焼式ポンパーに取り付けたＡｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器の推定気化器燃料消費量と比べて、１１ガロン／ｈ（４１．６Ｌ／ｈ）の燃料が節約されたことで、燃料消費量の削減が実証され、そうでなければＡｉｒｃｏ ６６０Ｋ燃焼式気化器を使用することが必要となるであろう。この燃料消費量の結果から、Ａｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器とＤｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ ８Ｖ−９２Ｔエンジンを用いた燃焼式気化器の燃料消費量を予測するモデルに関連して、推定の燃料削減は５８％になった。
【００６８】
第４の試験計画は、並列の３本の３／４”（ＤＮ２０）ホースを通して凝縮スチーム熱交換器に供給される７０ｐｓｉｇ（４．８ｂａｒｇ）の飽和スチームを用いて行った。ハイブリッドポンパーを、３７０ｐｓｉｇ（２５．５ｂａｒｇ）及び１００°Ｆ（３８℃）の吐出条件にて１１１，０００ＳＣＦＨ（３，１４３ｎｍ3／ｈ）の吐出流量で運転した。この試験計画では燃焼式気化器は運転しなかった。同じ吐出条件を与えるためのＡｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器の推定燃料消費量は１８ガロン／ｈ（６８．１Ｌ／ｈ）である。エンジンからの熱とともに凝縮スチーム熱交換器を用いることで、Ａｉｒｃｏ ６６０Ｋ気化器とＤｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ ８Ｖ−９２Ｔエンジンとを備えた窒素ポンパーに対して燃料消費量は推定で６９％減少した。
【００６９】
次の表１は、４つの試験計画の全てからのデータを示している。
【００７０】
【表１】
【００７１】
本発明の実施形態をいろいろな図の好ましい態様に関連して説明したが、そのほかの同様の態様を用いてもよいこと、あるいは説明した態様に対して本発明と同じ機能を果たすために本発明から逸脱することなく改変を加え追加を行ってもよいことを理解すべきである。よって、特許請求の範囲に記載された発明は、いかなる単一の態様にも限定されるべきでなく、特許請求の範囲に基づく幅と範囲でもって解釈されるべきである。例えば、次に示す実施形態もこの開示の一部であると解されるべきである。
【００７２】
実施形態１． 次のａ〜ｅを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源。
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ。
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路。
ｄ．前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱した前記スチームを受け入れて過熱流を作るようにされている直接燃焼式気化器。
ｅ．前記低温ポンプ、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路、及び前記直接燃焼式気化器に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置。
【００７３】
実施形態２． 前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、実施形態１のポンパー。
【００７４】
実施形態３． 前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路が、前記水−エチレングリコール冷却剤を介した前記低温流体との熱交換のために外部供給源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む、実施形態１又は２のポンパー。
【００７５】
実施形態４． 少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、実施形態１〜３のいずれか１つのポンパー。
【００７６】
実施形態５． 前記低温流体が窒素である、実施形態１〜４のいずれか１つのポンパー。
【００７７】
実施形態６． 次のａ〜ｄを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源。
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ。
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路であって、当該非燃焼式気化器の冷却剤循環路との熱交換のため外部源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む非燃焼式気化器の冷却剤循環路。
ｄ．前記低温ポンプ及び前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置。
【００７８】
実施形態７． 前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱されたスチームを受け入れて過熱スチームを作るようにされている直接燃焼式気化器を更に含む、実施形態６のポンパー。
【００７９】
実施形態８． 前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、実施形態７のポンパー。
【００８０】
実施形態９． 少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、実施形態６〜８のいずれか１つのポンパー。
【００８１】
実施形態１０． 前記低温流体が窒素である、実施形態６〜９のいずれか１つのポンパー。
【００８２】
実施形態１１． 次のａ〜ｃを含む低温流体過熱方法。
ａ．気化のための低温流体を供給すること。
ａ．前記低温流体を加圧すること。
ｂ．加圧した前記低温流体を非燃焼式気化器の冷却剤循環路において加温して高温の加圧流体を作ること。
ｃ．加温した前記加圧流体を、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流に位置しそれと連通している直接燃焼式気化器において更に加温して過熱スチームを作ること。
【００８３】
実施形態１２． 前記直接燃焼式気化器からの排ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、実施形態１１又は１４の方法。
【００８４】
実施形態１３． 加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、実施形態１２の方法。
【００８５】
実施形態１４． 外部源からのスチーム流を前記水−エチレングリコール冷却剤と熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、実施形態１１又は１２の方法。
【００８６】
実施形態１５． 加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、実施形態１４の方法。
【００８７】
実施形態１６． 少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路を監視して前記水−エチレングリコール冷却剤の温度を制御することを更に含む、実施形態１１〜１５のいずれか１つの方法。
【００８８】
実施形態１７． 前記低温流体が窒素である、実施形態１１〜１６のいずれか１つの方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のａ〜ｅを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路
ｄ．前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱した前記スチームを受け入れて過熱流を作るようにされている直接燃焼式気化器
ｅ．前記低温ポンプ、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路、及び前記直接燃焼式気化器に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置
【請求項２】
前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路が、水−エチレングリコール冷却剤を介した前記低温流体との熱交換のために外部源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む、請求項１記載のポンパー。
【請求項３】
前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、請求項１記載のポンパー。
【請求項４】
前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路が、前記水−エチレングリコール冷却剤を介した前記低温流体との熱交換のために外部供給源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む、請求項３記載のポンパー。
【請求項５】
少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、請求項１記載のポンパー。
【請求項６】
前記低温流体が窒素である、請求項１記載のポンパー。
【請求項７】
次のａ〜ｄを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路であって、当該非燃焼式気化器の冷却剤循環路との熱交換のため外部源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む非燃焼式気化器の冷却剤循環路
ｄ．前記低温ポンプ及び前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置
【請求項８】
前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱されたスチームを受け入れて過熱スチームを作るようにされている直接燃焼式気化器を更に含む、請求項７記載のポンパー。
【請求項９】
前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、請求項８記載のポンパー。
【請求項１０】
少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、請求項７記載のポンパー。
【請求項１１】
前記低温流体が窒素である、請求項７記載のポンパー。
【請求項１２】
次のａ〜ｄを含む低温流体過熱方法。
ａ．気化のための低温流体を供給すること
ｂ．前記低温流体を加圧すること
ｃ．加圧した前記低温流体を非燃焼式気化器の冷却剤循環路において加温して高温の加圧流体を作ること
ｄ．加温した前記加圧流体を、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流に位置しそれと連通している直接燃焼式気化器において更に加温して過熱スチームを作ること
【請求項１３】
前記直接燃焼式気化器からの排ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
外部源からのスチーム流を前記水−エチレングリコール冷却剤と熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
外部源からのスチーム流を前記水−エチレングリコール冷却剤と熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路を監視して前記水−エチレングリコール冷却剤の温度を制御することを更に含み、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記低温流体が窒素である、請求項１２記載の方法。
【請求項１】
次のａ〜ｅを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路
ｄ．前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱した前記スチームを受け入れて過熱流を作るようにされている直接燃焼式気化器
ｅ．前記低温ポンプ、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路、及び前記直接燃焼式気化器に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置
【請求項２】
前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路が、水−エチレングリコール冷却剤を介した前記低温流体との熱交換のために外部源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む、請求項１記載のポンパー。
【請求項３】
前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、請求項１記載のポンパー。
【請求項４】
前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路が、前記水−エチレングリコール冷却剤を介した前記低温流体との熱交換のために外部供給源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む、請求項３記載のポンパー。
【請求項５】
少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、請求項１記載のポンパー。
【請求項６】
前記低温流体が窒素である、請求項１記載のポンパー。
【請求項７】
次のａ〜ｄを含むポンパー。
ａ．気化器のための低温流体を供給するための低温源
ｂ．前記低温流体の圧力を上昇させるための、前記低温源と連通する低温ポンプ
ｃ．前記低温ポンプと連通しており、前記低温流体を受け入れて加熱したスチームを作るようにされている非燃焼式気化器の冷却剤循環路であって、当該非燃焼式気化器の冷却剤循環路との熱交換のため外部源からスチーム流を受け入れるようにされた凝縮スチーム熱交換器を含む非燃焼式気化器の冷却剤循環路
ｄ．前記低温ポンプ及び前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路に動力を供給するためのディーゼルエンジン動力装置
【請求項８】
前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流にあってそれと連通しており、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路から加熱されたスチームを受け入れて過熱スチームを作るようにされている直接燃焼式気化器を更に含む、請求項７記載のポンパー。
【請求項９】
前記直接燃焼式気化器からの排気ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを受け入れるようにされており、前記直接燃焼式気化器からの当該排気ガス流と当該水−エチレングリコール冷却剤との熱交換を行う熱交換器を更に含む、請求項８記載のポンパー。
【請求項１０】
少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の温度を制御するようにされた制御装置を更に含む、請求項７記載のポンパー。
【請求項１１】
前記低温流体が窒素である、請求項７記載のポンパー。
【請求項１２】
次のａ〜ｄを含む低温流体過熱方法。
ａ．気化のための低温流体を供給すること
ｂ．前記低温流体を加圧すること
ｃ．加圧した前記低温流体を非燃焼式気化器の冷却剤循環路において加温して高温の加圧流体を作ること
ｄ．加温した前記加圧流体を、前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路の下流に位置しそれと連通している直接燃焼式気化器において更に加温して過熱スチームを作ること
【請求項１３】
前記直接燃焼式気化器からの排ガス流と前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路からの水−エチレングリコール冷却剤とを熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
外部源からのスチーム流を前記水−エチレングリコール冷却剤と熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
外部源からのスチーム流を前記水−エチレングリコール冷却剤と熱交換させて当該水−エチレングリコール冷却剤を加温することを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
加温した前記水−エチレングリコール冷却剤を使って加圧した前記低温流体を加温する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも前記非燃焼式気化器の冷却剤循環路を監視して前記水−エチレングリコール冷却剤の温度を制御することを更に含み、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記低温流体が窒素である、請求項１２記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１３−５１５２２３（Ｐ２０１３−５１５２２３Ａ）
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４５９３９（Ｐ２０１２−５４５９３９）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５２６６７
【国際公開番号】ＷＯ２０１２／０５０５８０
【国際公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【出願人】（５９１０３５３６８）エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５２６６７
【国際公開番号】ＷＯ２０１２／０５０５８０
【国際公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【出願人】（５９１０３５３６８）エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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