CN110192031A - 液体供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体供给系统，其能够缩短预冷所花费的时间，从而能够有效地进行液体供给。所述液体供给系统的特征在于，具备：供超低温液体从吸入口(130b)穿过第一泵室(P1)朝向送出口(130c)流动的第一流路；供超低温液体从吸入口(130b)穿过第二泵室(P2)朝向送出口(130c)流动的第二流路，并且构成为，第一流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度、与第二流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度相同。

Description

液体供给系统

技术领域

本发明涉及一种供给超低温液体的液体供给系统。

背景技术

为了使液氮、液氦等超低温液体在循环流路中循环，已知利用具有由波纹管形成的泵室的液体供给系统的技术(参照专利文献1)。在这样的液体供给系统中，穿过泵室的流路未被液体填满时，无法使泵进行工作。因此，需要在最初的启动时、或者维护后的启动时进行预冷，来使超低温液体不会在流路内气化。在此，在启动液体供给系统前，强制地使超低温液体在穿过泵室的流路中流动来预先对该流路进行冷却。

在此，已知在液体供给系统中将2个波纹管并排配置在垂直方向上，并将2个泵室并排设置在垂直方向的技术(参照专利文献1)。根据该技术，通过驱动源在垂直方向上进行往复移动的轴部件在下降时或上升时均能够从2个泵室交替喷出超低温液体。一直以来，在这样的液体供给系统中，从配置在垂直方向上方的泵室送出的液体的出口的高度、与从配置在垂直方向下方的泵室送出的液体的出口的高度不同。即，相对于前者，后者被设置在低的位置。因此，即使在预冷时强制地使超低温液体流过，超低温液体也容易从后者的出口排出，因此使流路中位于上方的区域的温度降低需要很长时间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/006648号

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供一种能够缩短预冷所花费的时间，从而能够有效地进行液体供给的液体供给系统。

用于解决课题的手段

本发明为了解决上述课题而采用以下方案。

即、本发明的液体供给系统包括：

容器，其内部具备泵室，且设置有超低温液体的吸入口及送出口；

轴部件，其在所述容器内，在垂直方向上进行往复移动；

第一波纹管以及第二波纹管，其在所述容器内，并排配置在垂直方向上，且伴随着所述轴部件的往复移动来进行伸缩；

第一泵室，其由围绕第一波纹管的外周面而成的空间形成；以及

第二泵室，其由围绕第二波纹管的外周面而成的空间形成，

所述液体供给系统的特征在于，其包括：

供超低温液体从所述吸入口穿过第一泵室朝向所述送出口流动的第一流路；以及

供超低温液体从所述吸入口穿过第二泵室朝向所述送出口流动的第二流路，

并且构成为，所述第一流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度，与所述第二流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度相同。

根据本发明，第一流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度、与第二流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度被构成为相同。因此，能够在为了进行预冷而强制地使超低温液体从吸入口流向送出口时，使第一流路中流动的液体的液面的高度与第二流路中流动的液体的液面的高度保持为相同。因此，会变得液体容易从任一流路排出而难以在另一流路中流动，因此能够缩短预冷所花费的时间。

优选为，所述第一泵室由第一阀与第三阀之间的空间形成，其中，所述第一阀允许来自所述吸入口的超低温液体在所述容器内流动，所述第二阀允许来自所述容器内的超低温液体流向所述送出口，

所述第二泵室由第二阀与第四阀之间的空间形成，其中，所述第二阀允许来自所述吸入口的超低温液体在所述容器内流动，第四阀允许来自所述容器内的超低温液体流向所述送出口，

所述第三阀与所述第四阀被配置在泵室上部。

由此，能够由液体将泵室内部填满至排出阀的高度，为了将泵室内部的大部分填满液体，能够缩短预冷所花费的时间。此外，由于能够在预冷时将泵室内部填满液体，因此能够作为压缩性流体的气体不易残留于泵室内，从而不但不会妨碍由泵驱动实现的液体供给，而且还能够有效地进行由泵驱动实现的液体供给。

发明效果

如上所述，根据本发明，能够缩短预冷所花费的时间，从而能够有效地进行液体供给。

附图说明

图1为本发明的实施例所涉及的液体供给系统的概要结构图。

具体实施方式

以下，参照附图并基于实施例，例示地详细说明用于实施本发明的方式。另，在该实施例中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要未特别记载，则本发明的范围并不仅仅局限于此。

(实施例)

参照图1对本发明的实施例所涉及的液体供给系统进行说明。本实施例所涉及的液体供给系统例如适合用于使超导设备维持在超低温状态下。即、在超导设备中，始终需要冷却超导线圈等。在此，通过始终向配备有超导线圈等的被冷却装置供给超低温液体(液氮、液氦)，从而使被冷却装置始终得到冷却。更具体而言，通过设计穿过被冷却装置的循环流路，并且，在该循环流路中安装本实施例所涉及的液体供给系统，从而可使超低温液体循环，进而可始终冷却被冷却装置。

＜液体供给系统的整体结构＞

图1为本发明的实施例所涉及的液体供给系统整体的概要结构图，并且为剖面地图示出液体供给系统整体的概要结构的图。另外，虽然在图1中图示出在包括中心轴线在内的平面上进行切断后的截面的概要结构，但为了方便说明，在左侧和右侧将截面位置的相位相对于中心轴线而错开。更具体而言，在与中心轴线相比靠左侧中图示出穿过第一泵室的第一流路明确的位置的截面的结构，与中心轴线相比靠右侧中图示出穿过第二泵室的第二流路明确的位置的截面的结构。

本实施例所涉及的液体供给系统10具备：液体供给系统本体(以下称作系统本体100)、在内部设置有系统本体100的真空容器200、配管(吸入管310以及送出管320)。吸入管310以及送出管320均从真空容器200的外部进入到真空容器200的内部，与系统本体100连接。真空容器200的内部被密封，真空容器200的内部中的系统本体100、吸入管310以及送出管320的外侧的空间被维持在真空状态下。由此，该空间具备隔热功能。液体供给系统10通常设置在水平面上。在设置有液体供给系统10的状态下，图1中的上方为垂直方向上方，图1中的下方为垂直方向下方。

系统本体100具备作为驱动源的线性致动器110、通过线性致动器110而在垂直方向上进行往复移动的轴部件120、和容器130。另外，线性致动器110被固定在任意的地方，所固定的地方既可以是固定在容器130，也可以是固定在其他未图示的地方。轴部件120被设置为，从容器130的外部，经由设置在容器130的顶部的开口部130a，进入容器内部。此外，容器130的底部(垂直方向下方)设置有流体(超低温液体)的吸入口130b以及送出口130c。上述的吸入管310被连接于设置有吸入口130b的位置，送出管320被连接于设置有送出口130c的位置。

容器130的内部配备有多个部件，通过由这些多个部件划分出的多个空间而形成有多个泵室、液体的流路、隔热用真空室。以下，针对该容器130的内部的结构进行详细说明。

轴部件120具有：内部具有中空部的轴本体部121；以围绕轴本体部121的外周面侧的方式设置的圆筒部122、和将轴本体部121与圆筒部122连结的连结部123。此外，在圆筒部122的上端设置有上端侧向外凸缘部122a，在圆筒部122的下端设置有下端侧向外凸缘部122b。

容器130具备大致圆筒状的躯体部130X、和底板部130Y。此外，躯体部130X上设置有：被设置在高度方向的中央附近的第一内向法兰部130Xa、和被设置在上方的第二内向法兰部130Xb。

在躯体部130X的内部且在周向上，以隔开间隔的方式形成有多个在比第一内向法兰部130Xa更靠下方所设置的、在轴向上延伸的第一流路130Xc。此外，在躯体部130X的内部且在周向上，以隔开间隔的方式形成有多个在比第一内向法兰部130Xa更靠上方所设置的、在轴向上延伸的第二流路130Xd。而且，在躯体部130X的内部且在比设置有第一流路130Xc的区域更加靠向径向外侧，还设置有由在轴向上延伸的圆筒状空间构成的第三流路130Xe。此外，在容器130的底部形成有一致地形成为圆周状的流路130d，所述流路130d朝向径向外侧延伸、且与第一流路130Xc相连。而且，在容器130的底板部130Y形成有朝向径向外侧延伸、且一致地形成为圆周状的流路130e。即，上述的流路130d及流路130e被构成为，供流体从中心轴线侧朝向径向外侧呈放射状360°全方位流动。

此外，在容器130的内部设置有伴随着轴部件120的往复移动而伸缩的第一波纹管141以及第二波纹管142。上述的第一波纹管141以及第二波纹管142并排配置在垂直方向上。第一波纹管141的上端侧被固定在轴部件120中的圆筒部122的上端侧向外凸缘部122a，第一波纹管141的下端侧被固定在容器130的第一内向法兰部130Xa。此外，第二波纹管142的上端侧被固定在容器130的第一内向法兰部130Xa，第二波纹管142的下端侧被固定在轴部件120中的圆筒部122的下端侧向外凸缘部122b。而且，通过围绕第一波纹管141的外周面而成的空间，形成第一泵室P1通过围绕第二波纹管142的外周面而成的空间，形成第二泵室P2。

此外，在容器130的内部还设置有伴随着轴部件120的往复移动而伸缩的第三波纹管151以及第四波纹管152。第三波纹管151的上端侧被固定在容器130的顶部，第三波纹管151的下端侧被固定在轴部件120上。由此来堵塞设置在容器130上的开口部130a。第四波纹管152的上端侧被固定在容器130上所设置的第二内向法兰部130Xb上，第四波纹管152的下端侧被固定在轴部件120的连结部123上。而且，由轴部件120的轴本体部121的内部的中空部形成的第一空间K1、与由第三波纹管151的外周面侧以及第四波纹管152的内周面侧等形成的第二空间K2、与由第一波纹管141以及第二波纹管142的内周面侧形成的第三空间K3相连。由上述的第一空间K1、第二空间K2、第三空间K3形成的空间被密封。本实施例中，由此形成的密闭空间被维持在真空状态下，具备隔热功能。

而且，在容器130的内部设置有4个止回阀160(根据所安装位置，适当地称为第一止回阀(第一阀)160A、第二止回阀(第二阀)160B、第三止回阀(第三阀)160C以及第四止回阀(第四阀)160D)。上述的止回阀160均由被设置在与轴部件120同一轴上的环状部件构成。此外，上述的止回阀160均被构成为，允许流体从径向内侧朝向外侧流动，阻止流体从径向外侧朝向内侧流动。

第一止回阀160A与第三止回阀160C被设置在穿过第一泵室P1的流路上。上述的第一止回阀160A以及第三止回阀160C通过第一泵室P1的泵作用起到阻止流动的流体的反流的作用。更具体而言，相对于第一泵室P1，在上游侧设置有第一止回阀160A，在下游侧设置有第三止回阀160C。更具体而言，第一止回阀160A被设置在形成在容器130的底部的流路130d上。此外，第三止回阀160C被设置在形成于容器130中所设置的第二内向法兰部130Xb的附近的流路上。具体而言，第三止回阀160C被设置在第一泵室P1的上部。泵室的上部是指，在作为泵室来发挥功能的区域中从垂直方向中央起靠上侧，或者，可将存在于第一泵室P1中的气体排出并且可由液体填满第一泵室P1的位置。

而且，第二止回阀160B与第四止回阀160D被设置在穿过第二泵室P2的流路上。上述的第二止回阀160B以及第四止回阀160D通过第二泵室P2的泵作用起到阻止流动的流体的反流的作用。更具体而言，相对于第二泵室P2，在上游侧设置有第二止回阀160B，在下游侧设置有第四止回阀160D。更具体而言，第二止回阀160B被设置在形成于容器130的底板部130Y的流路130e上。此外，第四止回阀160D被设置在第一内向法兰部130Xa的附近、与第二流路130Xd相连的流路上。具体而言，第四止回阀160D被设置在第二泵室P2的上部。泵室的上部是指，在作为泵室来发挥功能的区域中从垂直方向中央起靠上侧，或者，可将存在于第二泵室P2的气体排出并且可由液体填满第二泵室P2的位置。该第二流路130Xd的出口被设置在与流体从第三止回阀160C流出的高度相同的位置。

＜液体供给系统整体的动作说明＞

对液体供给系统整体的动作进行说明。通过线性致动器110而使轴部件120下降时，第一波纹管141收缩，第二波纹管142延伸。此时，第一泵室P1的流体压力降低，因此第一止回阀160A成为开阀的状态，第三止回阀160C成为闭阀的状态。由此，从液体供给系统10的外部通过吸入管310而被输送的流体(参照箭头S10)，从吸入口130b被吸入到容器130内，并贯穿通过第一止回阀160A(参照箭头S11)。然后，贯穿通过第一止回阀160A的流体穿过容器130中的躯体部130X的内部的第一流路130Xc被输向第一泵室P1。此外，由于第二泵室P2的流体压力升高，因此第二止回阀160B成为闭阀的状态，第四止回阀160D成为开阀的状态。由此，第二泵室P2内的流体贯穿通过第四止回阀160D(参照箭头T12)。然后，贯穿通过第四止回阀160D的流体贯穿通过躯体部130X的内部的第二流路130Xd并被输向第三流路130Xe(参照箭头T13)。然后，流体穿过送出口130c，并通过送出管320，被输向液体供给系统10的外部。

而且，在通过线性致动器110而使轴部件120上升时，第一波纹管141延伸，第二波纹管142收缩。此时，第一泵室P1的流体压力升高，因此第一止回阀160A成为闭阀状态，第三止回阀160C成为开阀状态。由此，第一泵室P1内的流体贯穿通过第三止回阀160C(参照箭头T11)，并被输向被设置在躯体部130X的内部的第三流路130Xe。之后，流体穿过送出口130c，并通过送出管320，被输向液体供给系统10的外部。此外，由于第二泵室P2的流体压力降低，因此第二止回阀160B成为开阀的状态，第四止回阀160D成为闭阀的状态。由此，从液体供给系统10的外部通过吸入管310而被输送的流体(参照箭头S10)，从吸入口130b被吸入至容器130内，并贯穿通过第二止回阀160B(参照箭头S12)。然后，贯穿通过第二止回阀160B的流体被输向第二泵室P2。

如上所述，在本实施例所涉及的液体供给系统10中，轴部件120下降时或上升时均能够使流体从吸入管310侧向送出管320侧流动。因此，能够抑制所谓的脉动。

在此，供超低温液体从吸入口130b穿过第一泵室P1朝向送出口130c流动的流路称作第一流路，供超低温液体从吸入口130b穿过第二泵室P2朝向送出口130c流动的流路称作第二流路。如上述的说明所明确的那样，第一流路为，从吸入口130b进入的超低温流体在箭头S11方向上流动，之后，在箭头T11方向上流动，并向送出口130c流动的流路。此外，第二流路为，从吸入口130b进入的超低温流体在箭头S12方向上流动，之后，在箭头T12方向以及箭头T13方向上流动，并向送出口130c流动的流路。

在本实施例中，第一流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度(参照箭头T11)、与第二流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度(参照箭头T13)被构成为相同。

在液体供给系统10驱动的情况下的流体的流动，总结如下。在轴部件120下降时，流体在第一流路中比第一泵室P1更靠上游一侧流动，流体在下游侧不流动。此外，流体在第二流路中比第二泵室P2更靠下游一侧流动，流体在上游侧不流动。与此相对，在轴部件120上升时，流体在比第一泵室P1靠下游侧的第一流路中流动，流体在上游侧不流动。此外，流体在比第二泵室P2靠上游侧的第二流路中流动，流体在下游侧不流动。

＜预冷＞

对预冷进行说明。如背景技术中所说明的那样，为了使超低温液体循环，需要在最初的启动时、或者维护后的启动时对流路进行预冷，来使超低温液体不会在流路内气化。在预冷的情况下，通过外部的驱动源，强制地使超低温液体在上述的第一流路以及第二流路中流动。因此，第一止回阀160A、第二止回阀160B、第三止回阀160C以及第四止回阀160D均成为开阀的状态。即，超低温液体同时在第一流路与第二流路中从上游侧至下游侧整个区域中流动着。

＜本实施例所涉及的液体供给系统的优点＞

根据本实施例所涉及的液体供给系统10，第一流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度(参照箭头T11)、与第二流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度(参照箭头T13)被构成为相同。因此，能够在为了进行预冷而强制地使超低温液体从吸入口130b流向送出口130c时，使第一流路中流动的液体的液面的高度与第二流路中流动的液体的液面的高度保持为相同。因此会变得液体容易从任一流路排出而难以在另一流路中流动，因此能够缩短预冷所花费的时间。

(其他)

第一流路与第二流路的结构并不局限于上述实施例所示的结构。例如，通过在上述实施例所示的第一流路以及第二流路中设置使流体(超低温液体)在容器130中所设置的第二内向法兰部130Xb的内部迂回的路线(参照图1中的由虚线表示的箭头T14)，从而能够在预冷时使第二内向法兰部130Xb也得到冷却。由此，能够更早地冷却系统内部。

此外，也可以将上述实施例所示的结构中流体(超低温液体)的流动方式设为相反。即，将送出口130c设为吸入口，将送出管320设为吸入管，将吸入口130b设为送出口，将吸入管310设为送出管，从而将第一流路以及第二流路中的流体的流动方式设为相反。但，上述实施例的情况下，4处止回阀160均被构成为，流体从径向内侧朝向外侧流动，阻止流体从径向外侧朝向内侧流动。与此相对，在将流体的流动方式设为相反的情况下，4处止回阀160均需要构成为，允许流体从径向外侧朝向内侧流动，阻止流体从径向内侧朝向外侧流动。以如上方式构成的情况下，也可获得与上述实施例的情况同样的效果。

符号说明

10 液体供给系统；

100 系统本体；

110 线性致动器；

120 轴部件；

121 轴本体部；

122 圆筒部；

122a 上端侧向外凸缘部；

122b 下端侧向外凸缘部；

123 连结部；

130 容器；

130a 开口部；

130b 吸入口；

130c 送出口；

130d 流路；

130e 流路；

130Xa 第一内内向法兰部；

130Xb 第二内内向法兰部；

130Xc 第一流路；

130Xd 第二流路；

130Xe 第三流路；

130Y 底板部；

141 第一波纹管；

142 第二波纹管；

151 第三波纹管；

152 第四波纹管；

160 止回阀；

160A 第一止回阀；

160B 第二止回阀；

160C 第三止回阀；

160D 第四止回阀；

200 真空容器；

310 吸入管；

320 送出管；

P1 第一泵室；

P2 第二泵室。

Claims (2)

1.一种液体供给系统，包括：

容器，其内部具备泵室，且设置有超低温液体的吸入口及送出口；

轴部件，其在所述容器内，在垂直方向上进行往复移动；

第一波纹管以及第二波纹管，其在所述容器内，并排配置在垂直方向上，且伴随着所述轴部件的往复移动来进行伸缩；

第一泵室，其由围绕第一波纹管的外周面而成的空间形成；以及

第二泵室，其由围绕第二波纹管的外周面而成的空间形成，

所述液体供给系统的特征在于，其包括：

供超低温液体从所述吸入口穿过第一泵室朝向所述送出口流动的第一流路；以及

供超低温液体从所述吸入口穿过第二泵室朝向所述送出口流动的第二流路，

并且构成为，所述第一流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度，与所述第二流路中从垂直方向上方转至下方的位置的高度相同。

2.根据权利要求1所述的液体供给系统，其特征在于，

所述第一泵室由第一阀与第三阀之间的空间形成，其中，所述第一阀允许来自所述吸入口的超低温液体在所述容器内流动，所述第二阀允许来自所述容器内的超低温液体流向所述送出口，

所述第二泵室由第二阀与第四阀之间的空间形成，其中，所述第二阀允许来自所述吸入口的超低温液体在所述容器内流动，第四阀允许来自所述容器内的超低温液体流向所述送出口，

所述第三阀与所述第四阀被配置在泵室上部。