CN110192032A - 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，并且能够缩短泵运转之前所需要的时间。容器(130)具备形成有穿过第一泵室(P1)及第二泵室(P2)的第一壳部(131)、和设置成围绕第一壳部(131)的外壁面的第二壳部(132)，第一壳部(131)与第二壳部(132)之间的空间(第四空间K4)被构成为，可供预冷用超低温液体流通。

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、2)。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，则无法使泵进行工作。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。

然而，在现有的结构中采用强行使超低温液体直接在穿过泵室的流路中流过的方式来对该流路进行冷却，从而在泵可运转之前需要很长时间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/006648号

专利文献2：国际公开第2016/003871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，并缩短泵运转之前所需要的时间的液体供给系统。

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手段。

即、本发明的液体供给系统具备：

内部具备泵室、且具有超低温液体的吸入口及送出口的容器；

所述容器内，在垂直方向上进行往复移动的轴部件；

伴随着所述轴部件的往复移动而伸缩的波纹管；以及

由环绕所述波纹管的外周面而成的空间形成的泵室，

所述液体供给系统的特征在于，所述容器具备：

形成有穿过所述泵室的流路的第一壳部；

设置成围绕第一壳部的外壁面的第二壳部，

所述第一壳部与所述第二壳部之间的空间构成为，预冷用超低温液体可进行流通。

根据本发明，使预冷用超低温液体流通于第一壳部与第二壳部之间的空间，从而能够预先冷却第一壳部内所具备的流路。由此，通过之后使超低温液体流过该流路，从而能够在短时间内冷却该流路。因此，可缩短泵运转之前所需要的时间。

优选为，所述第一壳部与所述第二壳部之间的空间在预冷后去除超低温液体来保持真空状态。

由此，第一壳部与第二壳部之间的空间可具有隔热功能。

优选为，所述第一壳部的内部设置有穿过所述泵室的液体供给流路以外的另一密闭空间，该密闭空间和所述第一壳部与所述第二壳部之间的空间相连。

优选为，设置有围绕着所述第二壳部的第三壳部，所述第二壳部与所述第三壳部之间形成有保持在真空状态下的密闭空间。

由此，第二壳部与第三壳部之间的密闭空间可具有隔热功能。

因此，使超低温液体流通于第一壳部与第二壳部之间时可有效地冷却。

发明效果

如以上所说明那样，根据本发明，能够缩短预冷所花费的时间，并缩短泵运转之前所需要的时间。

附图说明

图1为本发明的实施例1所涉及的液体供给系统的概要结构图。

图2为本发明的实施例2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对用于实施本发明的方式进行例示性地详细说明。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1)

参照图1对本发明的实施例1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1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，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。

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、和配管(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可固定在任意的地方，所固定的地方既可以是固定在容器130上，也可以是固定在其他未图示的地方。容器130具备第一壳部131、以围绕第一壳部131的外壁面的方式设置的第二壳部132。

轴部件120被设置为，从容器130的外部，经由被设置在第一壳部131的顶部的开口部131a，进入容器内部。此外，在第一壳部131的底部设置有流体(超低温液体)的吸入口131b以及送出口131c。上述的吸入管310被连接于设置有吸入口131b的位置，送出管320被连接于设置有送出口131c的位置。

第一壳部131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，针对该第一壳部131的内部的结构进行更详细地说明。

轴部件120具有：内部具有中空部的轴本体部121；设置成环绕轴本体部121的外周面侧的圆筒部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。

第一壳部131具备大致圆筒状的躯体部131X、和底板部131Y。此外，躯体部131X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131Xa、和被设置在上方的第二内向法兰部131Xb。

在躯体部131X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131Xa更靠下方所配备的、在轴向上延伸的第一流路131Xc。此外，在躯体部131X的内部且在比设置有第一流路131Xc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的空间构成的第二流路131Xd。此外，在第一壳部131的底部形成有一致地形成为圆周状的流路131d，所述流路131d朝向径向外侧延伸、且与第一流路131Xc相连。而且，在第一壳部131的底板部131Y形成有朝向径向外侧延伸、且一致地形成为圆周状的流路131e。即，上述的流路131d以及流路131e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的下端侧被固定在第一壳部131的第一内向法兰部131Xa。此外，第二波纹管142的上端侧被固定在第一壳部131的第一内向法兰部131Xa，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，通过环绕第一波纹管141的外周面而成的空间，形成第一泵室P1，通过环绕第二波纹管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的上端侧被固定在第一壳部131的顶部，第三波纹管151的下端侧被固定在轴部件120。由此来堵塞设置在第一壳部131上的开口部131a。第四波纹管152的上端侧被固定在第一壳部131上所设置的第二内向法兰部131Xb，第四波纹管152的下端侧被固定在轴部件120中的连结部123。

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、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、由第一波纹管141以及第二波纹管142内周面侧形成的第三空间K3相连。

此外，第一壳部131中形成有穿过第一泵室P1的流路、以及穿过第二泵室P2的流路。此外，第二壳部132以围绕第一壳部131的外壁面的方式设置。而且，在第一壳部131与第二壳部132之间形成有环状第四空间K4。该第四空间K4也优选为与第一空间K1、第二空间K2及第三空间K3相连。由上述的第一空间K1、第二空间K2、第三空间K3、第四空间K4形成的空间以可密封的方式构成。

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160A、第二止回阀160B、第三止回阀160C以及第四止回阀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被设置在形成于第一壳部131的底部的流路131d上。此外，第三止回阀160C被设置在形成于第一壳部131中所设置的第二内向法兰部131Xb的附近的流路上。

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被设置在形成于第一壳部131的底板部131Y的流路131e上。此外，第四止回阀160D被设置在第一壳部131的一内向法兰部131Xa的附近。

＜液体供给系统的整体动作说明＞

对液体供给系统的整体动作进行说明。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131b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，贯穿通过了第一止回阀160A的流体穿过第一壳部131中的躯体部131X的内部的第一流路131Xc被输向第一泵室P1。此外，第二泵室P2的流体压力增高，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并被输向躯体部131X的内部的第二流路131Xd(参照箭头T12)。之后，流体穿过送出口131c，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131X的内部的第二流路131Xd。之后，流体穿过送出口131c，并通过送出管320，被输向液体供给系统10的外部。此外，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131b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供流体从吸入管310侧向送出管320侧流动。因此，能够抑制所谓的脉动。

＜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容器整体进行预冷，来使超低温液体不会在流路内气化。在此，本实施例采用如下方式，即，超低温液体流动于穿过泵室(第一泵室P1及第二泵室P2)的流路之前，使超低温液体流通于第一壳部131与第二壳部132之间所形成的第四空间K4。以下，根据预冷的顺序来进行更详细地说明。

在第四空间K4与用于导入预冷用流体的第一配管410、和用于排出预冷用流体的第二配管420连接。另外，由于上述的第一配管410以及第二配管420并非被设置在图1所示的截面的位置而是其他的位置，因此在图1中由虚线表示。进行预冷的情况下，首先，第四空间K4的内部以及真空容器200以及从吸入管310至送出管320的流路被排气之后，向第四空间K4的内部以及从吸入管310至送出管320的流路内，导入沸点在预冷用超低温液体的温度以下的气体。在第四空间K4的内部以及从吸入管310至送出管320的流路内填充有该气体之后，从第一配管410向第四空间K4内导入超低温液体。此时，第二配管420被打开，从而使内部的气体从第四空间K4排出。

在容器130被冷却之后，超低温液体通过未图示的排出用泵(干式泵等)从第二配管420被排出。另外，在超低温液体被气化、且通过热交换器而成为接近于室温的温度之后，向大气中释放。此外，优选为，在排气流路内且在比热交换器更靠下流侧设置可贮存超低温液体的腔室，以使超低温液体不会以液体状态直接释放到大气中。此外，优选为设置减压阀，以防止排气流路内的流体压力变得异常高。

如上所述，通过超低温液体在第四空间K4被冷却之后被排出，从而第四空间K4成为真空状态。另外，如上所述，第一空间K1、第二空间K2及第三空间K3也可以与第四空间K4相连。在该情况下，上述的第一空间K1、第二空间K2及第三空间K3也通过上述的预冷工序得到冷却之后，成为真空状态。

这样一来，通过冷却第四空间K4(本实施例中还包括第一空间K1，第二空间K2及第三空间K3)，从而使得穿过第一泵室P1的流路、以及穿过第二泵室P2的流路也被冷却。由此，通过使超低温液体流过上述的流路，从而可抑制超低温液体气化。因此，通过使超低温液体流过该流路，从而可在短时间内冷却该流路，因此能够缩短泵运转之前所需要的时间。另外，也可以在泵运转后(即、通过线性致动器110开始轴部件120的往复移动之后)，使超低温液体从第四空间K4排出，从而成为真空状态。

＜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，使预冷用超低温液体流通于第一壳部131与第二壳部132之间的空间(第四空间K4)，从而能够预先冷却第一壳部131内所具备的流路。这样一来，通过之后使超低温液体流过该流路，从而能够在短时间内冷却该流路。因此，可缩短泵运转之前所需要的时间。

此外，本实施例中，第四空间K4被构成为，在预冷后去除超低温液体来保持真空状态。因此，第四空间K4可具有隔热功能。

而且，在本实施例中，第一壳部131的内部设置有穿过第一泵室P1及第二泵室P2的流路以外的另一密闭空间(第一空间K1、第二空间K2及第三空间K3)。而且，上述的密闭空间与第四空间K4相连。因此，在预冷时也对第一空间K1、第二空间K2及第三空间K3进行冷却，因而能够更可靠地冷却穿过第一泵室P1及第二泵室P2的流路。此外，第一空间K1、第二空间K2及第三空间K3也可发挥隔热功能。

(实施例2)

图2中图示出本发明的实施例2。在上述实施例1中示出以围绕第一壳部的外壁面的方式而设置有第二壳部的结构。在本实施例中示出以还围绕该第二壳部的方式而设置有第三壳部的结构。涉及到第三壳部的结构以外的结构以及作用与实施例1相同，因此针对同一结构部分标注同一符号，并适当省略其说明。

图2为本发明实施例2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，在图2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。在本实施例所涉及的液体供给系统10中，仅涉及到第三壳部133的结构与上述实施例1的情况不同。关于其他结构，与上述实施例1所涉及的液体供给系统10相同结构，因此适当省略其说明。

本实施例所涉及的容器130具备第一壳部131、以围绕第一壳部131的外壁面的方式而设置的第二壳部132、设置成围绕第二壳部132的第三壳部133。而且，与实施例1的情况同样地，第一壳部131中形成有穿过第一泵室P1的流路、以及穿过第二泵室P2的流路。此外，第二壳部132以围绕第一壳部131的外壁面的方式设置。而且，在第一壳部131与第二壳部132之间形成有环状第四空间K4。该第四空间K4优选为与第一空间K1、第二空间K2及第三空间K3相连。而且，由上述的第一空间K1、第二空间K2、第三空间K3、第四空间K4形成的空间被构成为可密封。

第三壳部133设置成围绕第二壳部132的外壁面。而且，还被构成为，第三壳部133的顶部在与第一壳部131的顶部以及第二壳部132的顶部之间隔开间隙的状态下覆盖它们。另外，在第三壳部133的顶部设置有开口部133a。轴部件120被设置为，从容器130的外部经由该开口部133a进入到容器内部。而且，在第三壳部133的上部还设置有伴随着轴部件120的往复移动而伸缩的第五波纹管153。该第五波纹管153的上端侧被固定在轴部件120上，第五波纹管153的下端侧被固定在第三壳部133。由此来堵塞开口部133a。

通过以上方式所构成的第三壳部133与第二壳部132和第三壳部133之间形成密闭空间(第五空间K5)。而且，该第五空间K5以保持在真空状态下的方式构成。因此，该第五空间K5可发挥隔热功能。

液体供给系统整体的动作、以及预冷顺序与上述实施例1的情况相同，因此省略该说明。

以上方式所构成的本实施例所涉及的液体供给系统10也可获得与上述实施例1的情况同样的效果。此外，在本实施例中，通过第五空间K5发挥隔热功能。因此，能够在预冷时更有效地冷却第四空间K4等。此外，用于预冷的空间与高温部(大气)相接，从而能够防止冻结。具体而言，第一壳部131的顶部以及第二壳部132的顶部的上部被具有隔热功能的第五空间K5覆盖，因此预冷时，能够防止第一壳部131的顶部以及第二壳部132的顶部的附近冻结。

(其他)

上述实施例1以及实施例2所示的结构优选为采用如下结构，即，使用于预冷所使用的第二配管420配置到第四空间K4的内部，并使该第二配管420的开口部位于第四空间K4内的上方。由此，能够抑制预冷时气体滞留在第四空间K4内的上方而导致超低温液体难以填充这一不利情况的产生。

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；

131 第一壳部；

131a 开口部；

131b 吸入口；

131c 送出口；

131d 流路；

131e 流路；

131X 躯体部；

131Xa 第一内向法兰部；

131Xb 第二内向法兰部；

131Xc 第一流路；

131Xd 第二流路；

132 第二壳部；

133 第三壳部；

133a 开口部；

141 第一波纹管；

142 第二波纹管；

151 第三波纹管；

152 第四波纹管；

153 第五波纹管；

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；

410 第一配管；

420 第二配管；

P1 第一泵室；

P2 第二泵室。

Claims (4)

1.一种液体供给系统，包括：

容器，其内部具备泵室，并且具有超低温液体的吸入口及送出口；

轴部材，其在所述容器内，在垂直方向上进行往复移动；

波纹管，其伴随着所述轴部材的往复移动而伸缩；以及

泵室，其由环绕所述波纹管的外周面而成的空间形成，

所述液体供给系统容器的特征在于，

所述容器具备：

形成有穿过所述泵室的流路的第一壳部；以及

设置成围绕第一壳部的外壁面的第二壳部，

所述第一壳部与所述第二壳部之间的空间被构成为，预冷用超低温液体可进行流通。

2.根据权利要求1所述的液体供给系统，其特征在于，

所述第一壳部与所述第二壳部之间的空间在预冷后去除超低温液体来保持真空状态。

3.根据权利要求1或2所述的液体供给系统，其特征在于，

所述第一壳部的内部设置有穿过所述泵室的流路以外的另一密闭空间，所述第一壳部和所述第二壳部之间的空间与该密闭空间相连。

4.根据权利要求1、2或3所述的液体供给系统，其特征在于，

设置有围绕所述第二壳部的第三壳部，所述第二壳部与所述第三壳部之间形成有保持在真空状态下的密闭空间。