JP2015061978A - Cryogenic temperature liquid pump - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cryogenic temperature liquid pump capable of efficiently transferring liquid gas and having a highly reliable structure that is simple and that does not take maintenance time and labor.SOLUTION: A cryogenic temperature liquid pump 1 for transferring a liquid at a temperature equal to or lower than a temperature at which a superconductive line experiences superconducting transition, includes: a cylindrical outer pipe element 2 having openings on both ends, respectively; a stator device 4 provided along an inner circumference of the outer pipe element 2, and including a field coil 3 around which a superconductive line is wound; a cylindrical rotor 5 coaxially fitted into the outer pipe element 2 with a play, including a magnetic force generator 11 generating a magnetic force, and rotating around an axis of the outer pipe element 2 by an interaction between the magnetic force generated by the magnetic force generator 11 and a magnetic force generated by the field coil 3 of the stator device 4; and an impeller 6 provided on an inner circumference of the rotor 5, transmitting a torque of the rotor 5 to the liquid in the rotor 5, and flowing the liquid from one opening to the other opening of the outer pipe element 2.

Description

本発明は、例えば、液化天然ガス、液体窒素、液体水素及び液体ヘリウムなど、極低温の液化ガス(極低温液体)を完全無漏洩で移送する極低温液体用ポンプに関する。   The present invention relates to a cryogenic liquid pump for transferring a cryogenic liquefied gas (cryogenic liquid) such as liquefied natural gas, liquid nitrogen, liquid hydrogen, and liquid helium without leaking completely.

従来から、液化天然ガス(LNG)、液体窒素、液体水素及び液体ヘリウムなど、沸点が約100K(ケルビン)以下の極低温の液化ガス(極低温液体)を液体の状態で移送するポンプとして、サブマージド型ポンプとキャンドポンプの2種類のポンプが存在する。
サブマージド型ポンプは、ポンプとモータを一体として収納用のポッドに浸漬するタイプのポンプであり、地上設置型のLNG用ポンプでは主流である。また、キャンドポンプは、モータ全体を液化ガスに浸漬するのではなく、ステータの内周側にあるステータキャンでステータと液化ガスを隔離し、ロータのみを液化ガスに浸漬するタイプのポンプである。
Conventionally, it is a submerged pump as a pump that transfers liquefied natural gas (LNG), liquid nitrogen, liquid hydrogen, and liquid helium in a liquid state, such as a cryogenic liquefied gas (cryogenic liquid) with a boiling point of about 100K (Kelvin) or less There are two types of pumps: mold pumps and canned pumps.
The submerged pump is a pump of a type in which the pump and the motor are integrated into a storage pod, and is mainly used for a ground-installed LNG pump. The canned pump is a type of pump in which the entire motor is not immersed in liquefied gas, but the stator and liquefied gas are isolated by a stator can on the inner peripheral side of the stator, and only the rotor is immersed in liquefied gas.

特許文献1は、これら2種類のポンプのうち、サブマージド型ポンプを開示している。
特許文献1に開示のサブマージドポンプは、内部にポンプ本体を収納した有底筒状の内槽及び該内槽の周囲を覆う有底筒状の外槽からなる上部が開口したケーシング本体と、該ケーシング本体の上部開口を閉塞する蓋部材と、前記ポンプ本体の吐出口から前記蓋部材を貫通して外部に延出した吐出配管と、前記外槽を貫通して内槽内に連通した吸入配管とを備え、前記内槽と外槽との間に断熱層を形成したサブマージドポンプにおいて、前記内槽の上端部外周に設けたフランジの下面外周部に前記外槽の上端縁を固着するとともに、外槽固着部よりも内周側のフランジ上面に蓋部材固定用の植え込みボルトを植設し、該植え込みボルトを蓋部材外周のフランジ部に設けたボルト孔に挿通し、該ボルト孔から突出する植え込みボルトにナットを螺着して前記蓋部材を前記内槽の上部に着脱可能に取り付けたことを特徴とするものである。
Patent Document 1 discloses a submerged pump among these two types of pumps.
The submerged pump disclosed in Patent Document 1 includes a casing main body having a bottomed cylindrical inner tub that houses a pump main body therein and a bottomed cylindrical outer tub that covers the periphery of the inner tub. A lid member that closes the upper opening of the casing body, a discharge pipe that extends through the lid member from the discharge port of the pump body, and an intake that penetrates the outer tank and communicates with the inner tank In a submerged pump comprising a pipe and having a heat insulating layer formed between the inner tub and the outer tub, the upper edge of the outer tub is fixed to the outer periphery of the lower surface of the flange provided on the outer periphery of the upper end of the inner tub. A planting bolt for fixing the lid member is planted on the upper surface of the flange on the inner peripheral side of the outer tank fixing portion, and the planted bolt is inserted into a bolt hole provided in the flange portion on the outer periphery of the lid member. Nut the protruding stud It is characterized in that the removably attached to the lid member at the top of the inner tub to wear.

特許文献2は、もう1種類のポンプであるキャンドポンプを開示している。
特許文献2に開示の低温液化ガス用ポンプは、低温液化ガスを、上下に延びる回転軸の下部に設けられる下側羽根車を回転駆動することによって輸送するポンプ本体と、ポンプ本体の上部に取付けられ、回転軸にロータが固定され、ステータの内周側にロータおよび回転軸と隙間をあけて外囲するようにステータキャンが挿設けされるキャンドモータと、ステータキャンの上方で、回転軸の上部に設けられる上側羽根車と、上側羽根車によって昇圧された低温液化ガスを、ポンプ本体の吐出側に注入する注入管路とを含むことを特徴とするものである。
Patent document 2 is disclosing the canned pump which is another kind of pump.
The low-temperature liquefied gas pump disclosed in Patent Document 2 is attached to a pump main body that transports low-temperature liquefied gas by rotationally driving a lower impeller provided at a lower part of a rotating shaft that extends vertically, and an upper part of the pump main body The rotor is fixed to the rotating shaft, and a canned motor in which a stator can is inserted so as to surround the rotor and the rotating shaft with a gap on the inner peripheral side of the stator, and above the stator can, the rotating shaft It includes an upper impeller provided at an upper portion and an injection pipe for injecting a low-temperature liquefied gas boosted by the upper impeller to the discharge side of the pump main body.

また、特許文献3は、サブマージド型ポンプ及びキャンドポンプとは異なる種類のハイブリッドポンプを開示している。
特許文献3に開示のハイブリッドポンプは、内部を液体が流通可能な配管と、該配管内で回転自在に支持されている羽根車と、該羽根車に固定され一体となって回転自在のロータと、配管外に設置したステータコイル装置とを具備し、前記ロータとステータコイル装置との間の電磁的相互作用により羽根車を回転駆動することを特徴とするものである。
Patent Document 3 discloses a hybrid pump of a type different from the submerged pump and the canned pump.
The hybrid pump disclosed in Patent Document 3 includes a pipe through which a liquid can flow, an impeller that is rotatably supported in the pipe, and a rotor that is fixed to the impeller and is rotatable together. And a stator coil device installed outside the pipe, and the impeller is driven to rotate by electromagnetic interaction between the rotor and the stator coil device.

特許第4744857号公報(特開2006−161737号公報)Japanese Patent No. 47474857 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-161737) 特開平8−200274号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-200294 特開平5−71492号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-71492

上述のように、極低温の液化ガス(極低温液体)を移送するポンプとして、特許文献1に開示されるサブマージド型ポンプと特許文献2に開示されるキャンドポンプが主流である。しかし、どちらのポンプにも解決が望まれる問題点が存在する。
サブマージド型ポンプでは、モータが液化ガス中にあるため、モータの発熱が液化ガスに加わって当該液化ガスを気化させてしまう。従って、気化した液化ガスを大気中に放出してしまえば液化ガスが無駄になるという問題が生じ、気化してしまった液化ガスを該ポンプの吸込口側に戻す配管を別途設ければ、サブマージド型ポンプの構造が複雑になるという問題が生じる。
As described above, the submerged pump disclosed in Patent Document 1 and the canned pump disclosed in Patent Document 2 are mainstream as pumps for transferring a cryogenic liquefied gas (cryogenic liquid). However, both pumps have problems that are desired to be solved.
In the submerged pump, since the motor is in the liquefied gas, the heat generated by the motor is added to the liquefied gas and vaporizes the liquefied gas. Therefore, if the vaporized liquefied gas is discharged into the atmosphere, there is a problem that the liquefied gas is wasted. If a pipe for returning the vaporized liquefied gas to the suction port side of the pump is provided separately, the submerged The problem arises that the structure of the mold pump is complicated.

また、キャンドポンプでは、モータの冷却や軸受け部分の潤滑のためのキャンドモータ循環流として移送対象である液化ガス自体を使用する。従って、キャンドモータ循環流として使用した液化ガスを該ポンプの吸込口側に戻す必要があるキャンドポンプは、液化ガスの移送効率を向上させるには不向きな構造であるという問題がある。
また、キャンドモータ循環流の流量はキャンドポンプの吐出流量によって変化するので、キャンドポンプの動作中にモータの冷却能力や軸受け部分の潤滑条件が変化するという問題もある。さらに、キャンドポンプはモータの冷却に液化ガスを使用するので、モータの発熱が液化ガスに加わって当該液化ガスを気化させてしまい、液化ガスの移送効率が低下してしまう。
In the can pump, the liquefied gas itself to be transferred is used as a canned motor circulation flow for cooling the motor and lubricating the bearing portion. Therefore, the canned pump that needs to return the liquefied gas used as the circulated flow of the canned motor to the suction port side of the pump has a problem that the structure is unsuitable for improving the transfer efficiency of the liquefied gas.
Further, since the flow rate of the canned motor circulating flow changes depending on the discharge flow rate of the can pump, there is a problem that the cooling capacity of the motor and the lubrication conditions of the bearing portion change during the operation of the can pump. Furthermore, since the can pump uses liquefied gas for cooling the motor, the heat generated by the motor is added to the liquefied gas to vaporize the liquefied gas, and the transfer efficiency of the liquefied gas is reduced.

上述のサブマージド型ポンプ、キャンドポンプのいずれのポンプも、モータの発熱で気化した液化ガスを放出する又は該ポンプの吸込口側に戻すための配管が必要となり、ポンプの構造が複雑になるという問題を有している。
また、特許文献3のハイブリッドポンプは、サブマージド型ポンプともキャンドポンプとも異なる構成を有するポンプであり、配管外にステータコイル装置を備えている。従って、ステータコイル装置が設けられた部分が配管の径に比べて大きく肥大した形状となるので、このハイブリッドポンプは扱いにくく設置場所を選ぶ構成を有しているといえる。また、このハイブリッドポンプは、ステータコイル装置の煩雑な構造が肥大した配管のさらに外側に露出しているので、さらに扱いにくい。加えて、特許文献3に開示されていないが、ハイブリッドポンプのステータコイル装置を冷却するための冷却機構が必要であると考えられるため、ハイブリッドポンプはより煩雑な構成となってさらに扱いにくくなるという問題がある。
Both the above-mentioned submerged pumps and canned pumps require piping for discharging the liquefied gas vaporized by the heat generated by the motor or returning it to the suction port side of the pump, resulting in a complicated pump structure. have.
Moreover, the hybrid pump of patent document 3 is a pump which has a structure different from a submerged type pump and a canned pump, and is equipped with the stator coil apparatus outside piping. Accordingly, the portion where the stator coil device is provided has a shape that is greatly enlarged compared to the diameter of the pipe, so that it can be said that this hybrid pump is difficult to handle and has a configuration for selecting an installation location. Further, this hybrid pump is more difficult to handle because the complicated structure of the stator coil device is exposed to the outside of the enlarged pipe. In addition, although not disclosed in Patent Document 3, it is considered that a cooling mechanism for cooling the stator coil device of the hybrid pump is necessary, so that the hybrid pump becomes more complicated and more difficult to handle. There's a problem.

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、液化ガスを効率良く移送することができ、簡易でメンテナンスの手間も掛からない信頼性の高い構造を有する極低温液体用ポンプを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a cryogenic liquid pump having a highly reliable structure that can efficiently transfer liquefied gas and does not require maintenance work. .

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明による極低温液体用ポンプは、超電導線が超電導転移する温度以下の液体を移送する極低温液体用ポンプであって、両端に開口を有する筒状の外管体と、前記外管体の内周に沿って設けられ、前記超電導線が巻回された界磁コイルを有するステータ装置と、前記外管体に同軸状となるように遊嵌されていて、磁力を発する磁力発生体を有し、前記磁力発生体が発する磁力と前記ステータ装置の界磁コイルが発する磁力との相互作用によって前記外管体の軸心回りに回転する筒状の内管体と、前記内管体の内周に設けられ、且つ当該内管体の回転力を前記内管体内の液体に伝達して該液体を前記外管体の一方の開口側から他方の開口側へ流動させる回転力伝達手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention takes the following technical means.
A cryogenic liquid pump according to the present invention is a cryogenic liquid pump for transferring a liquid having a temperature equal to or lower than a temperature at which a superconducting wire undergoes superconducting transition, and includes a cylindrical outer tube body having openings at both ends, A stator device provided along the inner periphery and having a field coil around which the superconducting wire is wound, and a magnetic force generator that generates a magnetic force and is loosely fitted so as to be coaxial with the outer tube body. A cylindrical inner tube that rotates about the axis of the outer tube by the interaction between the magnetic force generated by the magnetic force generator and the magnetic force generated by the field coil of the stator device; A rotational force transmitting means that is provided around the circumference and transmits the rotational force of the inner tube to the liquid in the inner tube, and causes the liquid to flow from one opening side to the other opening side of the outer tube; It is characterized by providing.

ここで、前記回転力伝達手段は、前記内管体の内周において前記外管体の軸心に沿って螺旋状となるように配置された板状の部材である羽根板で構成されるとよい。
また、前記内管体を磁力によって前記外管体内の所定の位置に保持する磁気軸受を備え、前記磁気軸受が、前記内管体を保持する磁気を前記超電導線が巻回された超電導コイルによって発するとよい。
Here, the rotational force transmitting means is constituted by a blade plate which is a plate-like member arranged so as to be spiral along the axial center of the outer tube body on the inner periphery of the inner tube body. Good.
A magnetic bearing for holding the inner tube at a predetermined position in the outer tube by a magnetic force, wherein the magnetic bearing is configured by a superconducting coil around which the superconducting wire is wound to magnetize the inner tube; It is good to leave.

また、前記外管体が、該外管体の内周において内径を拡大することで形成された内径拡張部を有し、前記ステータ装置が、前記内径拡張部に配置されるとよい。
さらに、前記内管体に備えられた磁力発生体が、永久磁石であるとよい。
または、前記内管体に備えられた磁力発生体が、酸化物超電導体であるとよい。
ここで、前記液体が、液体窒素、液体酸素、液体水素、液体ネオン、又は液体ヘリウムであるとよい。
The outer tube body may include an inner diameter expanding portion formed by enlarging an inner diameter on the inner periphery of the outer tube body, and the stator device may be disposed in the inner diameter expanding portion.
Furthermore, the magnetic force generator provided in the inner tube body may be a permanent magnet.
Alternatively, the magnetic force generator provided in the inner tube body may be an oxide superconductor.
Here, the liquid may be liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid hydrogen, liquid neon, or liquid helium.

また、前記ステータ装置の界磁コイルが、前記液体と直接に接触するとよい。
なお、好ましくは、前記界磁コイルは、当該界磁コイルの磁気軸が前記外管体の軸心と平行となるように、前記外管体の内周面に沿うように配備され、前記磁気発生体は、当該磁気発生体の磁気軸が前記外管体の軸心と平行となるように、前記内管体に取り付けられているとよい。
The field coil of the stator device may be in direct contact with the liquid.
Preferably, the field coil is disposed along the inner peripheral surface of the outer tubular body so that the magnetic axis of the field coil is parallel to the axis of the outer tubular body, The generator may be attached to the inner tube so that the magnetic axis of the magnetic generator is parallel to the axis of the outer tube.

なお、好ましくは、前記界磁コイルは、当該界磁コイルの磁気軸が前記外管体の軸心と垂直となるように、前記外管体の内周面に配備され、前記磁気発生体は、当該磁気発生体の磁気軸が前記外管体の軸心と垂直となるように、前記内管体に取り付けられているとよい。   Preferably, the field coil is disposed on an inner peripheral surface of the outer tubular body so that a magnetic axis of the field coil is perpendicular to an axis of the outer tubular body, and the magnetic generator is The magnetic generator may be attached to the inner tube so that the magnetic axis thereof is perpendicular to the axis of the outer tube.

本発明の極低温液体用ポンプによれば、液化ガスを効率良く移送することができ、簡易でメンテナンスの手間も掛からない信頼性の高い構造を有する極低温液体用ポンプを実現することができる。   According to the cryogenic liquid pump of the present invention, it is possible to realize a cryogenic liquid pump having a highly reliable structure that can efficiently transfer liquefied gas and does not require maintenance work.

本発明の実施形態による極低温液体用ポンプの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the cryogenic liquid pump by embodiment of this invention. 第1実施形態による極低温液体用ポンプのもう一つの断面構成を示す図である。It is a figure which shows another cross-sectional structure of the cryogenic liquid pump by 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例の極低温液体用ポンプを図2と同じ方向から見た断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure which looked at the cryogenic liquid pump of the modification of 1st Embodiment from the same direction as FIG. 第2実施形態の極低温液体用ポンプの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the cryogenic liquid pump of 2nd Embodiment.

「第1実施形態」
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態による極低温液体用ポンプ1の断面構成を示す図である。第1実施形態による極低温液体用ポンプ1は、液化天然ガス(LNG)、液体窒素、液体酸素、液体水素、液体ネオン及び液体ヘリウムなど、沸点が約100K(ケルビン)以下の極低温の液化ガス(極低温液体)を液体の状態で移送するためのポンプである。図1は、管状の外観形状を有する極低温液体用ポンプ1を、該管状の極低温液体用ポンプ1の軸心を通る平面で切断したときの断面を示す。
“First Embodiment”
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a cryogenic liquid pump 1 according to a first embodiment of the present invention. The cryogenic liquid pump 1 according to the first embodiment is a cryogenic liquefied gas having a boiling point of about 100 K (Kelvin) or less, such as liquefied natural gas (LNG), liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid hydrogen, liquid neon, and liquid helium. This is a pump for transferring (cryogenic liquid) in a liquid state. FIG. 1 shows a cross section of a cryogenic liquid pump 1 having a tubular external shape when cut by a plane passing through the axis of the tubular cryogenic liquid pump 1.

図2は、第1実施形態による極低温液体用ポンプ1のもう一つの断面構成を示す図である。図2は、図1に示す管状の極低温液体用ポンプ1のA−A断面図であり、該極低温液体用ポンプ1の軸心に垂直な平面で切断したときの断面を示す。
極低温液体用ポンプ1は、上述のように約100K(ケルビン)以下といった、超電導線が超電導転移する温度の沸点を有する極低温液体を移送するものである。
FIG. 2 is a diagram showing another cross-sectional configuration of the cryogenic liquid pump 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the tubular cryogenic liquid pump 1 shown in FIG. 1 taken along the line AA, and shows a section taken along a plane perpendicular to the axis of the cryogenic liquid pump 1.
The cryogenic liquid pump 1 transports a cryogenic liquid having a boiling point at a temperature at which the superconducting wire is superconductingly transitioned, such as about 100 K (Kelvin) or less as described above.

極低温液体用ポンプ1は、両端に開口を有する管状(筒状)の外管体2、界磁コイル3を有するステータ装置4、外管体2の軸心C回りに回転する筒状の内管体5、極低温液体を外管体2の一方の開口側から他方の開口側へ流動させる回転力伝達手段6、及び内管体5を外管体2内の所定の位置に保持する磁気軸受7を備える。ステータ装置4、内管体5(以下、ロータ5という)、回転力伝達手段6(以下、インペラ6という)、及び磁気軸受7は、外管体2の管内(筒内)に備えられる。   A cryogenic liquid pump 1 includes a tubular (tubular) outer tube body 2 having openings at both ends, a stator device 4 having a field coil 3, and a tubular inner tube that rotates about an axis C of the outer tube body 2. Tube 5, rotational force transmitting means 6 for causing cryogenic liquid to flow from one opening side of outer tube 2 to the other opening, and magnetism for holding inner tube 5 at a predetermined position in outer tube 2. A bearing 7 is provided. The stator device 4, the inner tube 5 (hereinafter referred to as the rotor 5), the rotational force transmission means 6 (hereinafter referred to as the impeller 6), and the magnetic bearing 7 are provided in the tube (in the cylinder) of the outer tube 2.

図1及び図2を参照し、外管体2は、上述のとおり両端に開口を有する管状(筒状)の部材であって、例えばステンレス鋼などの鋼管で構成されている。具体的には、互いに径の異なる2つの管状(筒状)の鋼管を有しており、これら2つの鋼管のうち径の小さな鋼管である小径管2aの周りを、径の大きな鋼管である大径管2bが取り囲んで覆っている。大径管2bと小径管2aは、互いに接触しないように間隔を保持して設けられており、例えば、管状(筒状)の形状における互いの軸心を一致させた同心状となるように設けられる。   Referring to FIGS. 1 and 2, the outer tube body 2 is a tubular (tubular) member having openings at both ends as described above, and is formed of a steel pipe such as stainless steel, for example. Specifically, it has two tubular (cylindrical) steel pipes having different diameters, and a large-diameter steel pipe having a large diameter is surrounded around a small-diameter pipe 2a which is a steel pipe having a small diameter among these two steel pipes. The diameter tube 2b surrounds and covers it. The large-diameter pipe 2b and the small-diameter pipe 2a are provided so as to maintain a distance so as not to contact each other. It is done.

小径管2aの両端に形成された開口の周囲には、小径管2aの軸心に直交する方向に延びる、図示しないフランジ(鍔)が形成されており、大径管2bの両端は、溶接等によって小径管2aのフランジと接続されている。つまり、外管体2は、小径管2aと、小径管2aの開口の周囲に形成されたフランジと、フランジに接続された大径管2bとが一体となることで構成される。   Around the openings formed at both ends of the small-diameter pipe 2a, flanges (not shown) extending in a direction perpendicular to the axis of the small-diameter pipe 2a are formed, and both ends of the large-diameter pipe 2b are welded or the like Is connected to the flange of the small-diameter pipe 2a. That is, the outer tube body 2 is configured by integrating a small diameter tube 2a, a flange formed around the opening of the small diameter tube 2a, and a large diameter tube 2b connected to the flange.

従って、外管体2は、大径管2bと小径管2aの間の間隔がフランジによって密閉されて真空に保持された空間(真空断熱層)8を有している。この真空断熱層8は、小径管2aの管内と大径管2bの管外、つまり、外管体2の管内と管外を断熱するための空間であり、外管体2の管外から該外管体2の管内を流れる極低温液体への熱の侵入を防ぐ。
図1に示すように、上述の構成を有する外管体2は、その全長の中央近傍において、外管体2内の内周の径(内径)を拡大して形成された内径拡張部9を有している。図1に示すとおり、内径拡張部9は、外管体2の管内から見れば、大径管2b及び小径管2aが管外に向かって凹むことで形成された窪みである。この内径拡張部9は、外管体2の軸心に沿って所定の長さを有するように形成されており、この内径拡張部9に、後述するステータ装置4及びロータ5が設けられる。
Accordingly, the outer tube body 2 has a space (vacuum heat insulating layer) 8 in which the space between the large diameter tube 2b and the small diameter tube 2a is sealed by the flange and held in vacuum. The vacuum heat insulating layer 8 is a space for insulating the inside of the small diameter tube 2 a and the outside of the large diameter tube 2 b, that is, the inside and outside of the outer tube 2, from the outside of the outer tube 2. This prevents heat from entering the cryogenic liquid flowing in the outer tube 2.
As shown in FIG. 1, the outer tube body 2 having the above-described configuration includes an inner diameter expansion portion 9 formed by enlarging the inner circumference diameter (inner diameter) in the outer tube body 2 in the vicinity of the center of the entire length. Have. As shown in FIG. 1, the inner diameter expanding portion 9 is a depression formed by the large diameter tube 2 b and the small diameter tube 2 a being recessed toward the outside of the tube when viewed from the inside of the outer tube body 2. The inner diameter expanding portion 9 is formed to have a predetermined length along the axis of the outer tube body 2, and a stator device 4 and a rotor 5 described later are provided in the inner diameter expanding portion 9.

ステータ装置4及びロータ5を有する外管体2は、その両端に設けられたフランジによって、極低温液体を移送する配管に接続されて組み込まれる。
ステータ装置4は、超電導線が巻回された界磁コイル3、界磁コイル3が発する磁力線を集中させるための鉄心である鉄ヨーク10、及び後述するロータ5を磁力によって保持する磁気軸受7を有する。
The outer tube body 2 having the stator device 4 and the rotor 5 is connected and incorporated into a pipe for transferring a cryogenic liquid by flanges provided at both ends thereof.
The stator device 4 includes a field coil 3 around which a superconducting wire is wound, an iron yoke 10 that is an iron core for concentrating magnetic lines generated by the field coil 3, and a magnetic bearing 7 that holds a rotor 5 described later by magnetic force. Have.

界磁コイル3は、外管体2の軸心に沿った内径拡張部9の長さよりも若干短い巻径のコイルとなるように酸化物超電導線を巻回することで得られる。この界磁コイル3は、内径拡張部9の内周面に沿って、該界磁コイル3の巻径の長手方向の向きが外管体2の軸心方向とほぼ平行となるように配置される。
図2に示すように、第1実施形態では、上述の構成及び配置の界磁コイル3を6個用いて、これら6個の界磁コイル3を内径拡張部9の周方向に沿ってほぼ等間隔に配置する。
The field coil 3 is obtained by winding an oxide superconducting wire so that the coil has a winding diameter slightly shorter than the length of the inner diameter expansion portion 9 along the axis of the outer tube 2. The field coil 3 is arranged along the inner peripheral surface of the inner diameter expanding portion 9 so that the longitudinal direction of the winding diameter of the field coil 3 is substantially parallel to the axial direction of the outer tube body 2. The
As shown in FIG. 2, in the first embodiment, six field coils 3 having the above-described configuration and arrangement are used, and these six field coils 3 are substantially equal along the circumferential direction of the inner diameter expansion portion 9. Place at intervals.

ここで、界磁コイル3を形成する酸化物超電導線には、Bi(ビスマス)系と呼ばれる高温超電導線が用いられる。このビスマス系の高温超電導線は、100K程度以下の温度で超電導状態になることを特徴とするため、この高温超電導線を使って構成される界磁コイル3は、外管体2内を移送される極低温液体によって超電導状態に転移する。
ここで、図2を参照して、上述のように内径拡張部9の内周面に沿って配置された6個の界磁コイル3の開口のそれぞれには、鉄ヨーク10が設けられる。鉄ヨーク10は、隣り合う2個の界磁コイル3それぞれの開口に配置され、巻径の長手方向に沿った所定の長さと、界磁コイル3の開口をほぼ垂直に貫く高さとを有する鉄心部10aを有する。さらに、鉄ヨーク10は、鉄心部10aと同一材質の接続部10bによって、隣り合う2個の界磁コイル3の開口に別々に配置された2個の鉄心部10aを、当該2個の界磁コイル3と内径拡張部9の内周面との間でつなぐ。
Here, a high-temperature superconducting wire called Bi (bismuth) system is used for the oxide superconducting wire forming the field coil 3. Since this bismuth-based high-temperature superconducting wire is characterized by being in a superconducting state at a temperature of about 100K or less, the field coil 3 configured using this high-temperature superconducting wire is transferred through the outer tube 2. Transitions to a superconducting state by a cryogenic liquid.
Here, with reference to FIG. 2, the iron yoke 10 is provided in each of the opening of the six field coils 3 arrange | positioned along the internal peripheral surface of the internal diameter expansion part 9 as mentioned above. The iron yoke 10 is disposed in the opening of each of the two adjacent field coils 3 and has a predetermined length along the longitudinal direction of the winding diameter and a height that penetrates the opening of the field coil 3 substantially perpendicularly. Part 10a. Further, the iron yoke 10 has two field cores 10a separately disposed in the openings of two adjacent field coils 3 by connection portions 10b made of the same material as the core portion 10a. It connects between the coil 3 and the internal peripheral surface of the internal diameter expansion part 9. FIG.

つまり、鉄ヨーク10は、隣り合う2個の界磁コイル3の開口において、巻径の長手方向に沿って界磁コイル3の開口をほぼ垂直に貫く2個の鉄心部10aと、これら2個の鉄心部10aと同一の材質であって、該2個の鉄心部10aを界磁コイル3と内径拡張部9の内周面との間で内径拡張部9の内周面の曲面に合わせて湾曲した板状の部材である接続部10bとで構成される。   In other words, the iron yoke 10 includes two iron core portions 10a penetrating the opening of the field coil 3 substantially vertically along the longitudinal direction of the winding diameter at the openings of two adjacent field coils 3, and the two The two cores 10a are made to match the curved surface of the inner peripheral surface of the inner diameter expanding portion 9 between the field coil 3 and the inner peripheral surface of the inner diameter expanding portion 9. It is comprised with the connection part 10b which is a curved plate-shaped member.

図1の断面図には、極低温液体用ポンプ1の軸心を通る平面で切断したときの鉄ヨーク10の接続部10bの断面が示されており、界磁コイル3よりも若干短い接続部10bが、界磁コイル3と内径拡張部9の内周面の間に設けられている。また、図2の断面図には、極低温液体用ポンプ1の軸心に垂直な平面で切断したときの鉄ヨーク10の断面が示されており、2個の界磁コイル3と内径拡張部9の内周面の間で一方の界磁コイル3の開口から他方の界磁コイル3の開口へ架け渡された接続部10bの両端から界磁コイル3の開口を垂直に貫くように鉄心部10aが設けられている。   The cross-sectional view of FIG. 1 shows a cross-section of the connecting portion 10b of the iron yoke 10 cut along a plane passing through the axis of the cryogenic liquid pump 1, and the connecting portion slightly shorter than the field coil 3 is shown. 10 b is provided between the field coil 3 and the inner peripheral surface of the inner diameter expanding portion 9. 2 shows a cross section of the iron yoke 10 cut along a plane perpendicular to the axial center of the cryogenic liquid pump 1, and shows two field coils 3 and an inner diameter expansion portion. 9 between the inner peripheral surfaces of 9 and the opening of the field coil 3 from both ends of the connecting portion 10b spanned from the opening of one field coil 3 to the opening of the other field coil 3. 10a is provided.

図2を参照しながら上述の構成を別の視点から見ると、次のように説明することができる。つまり、内径拡張部9の内周面に沿って配置された鉄ヨーク10の2つの鉄心部10aのそれぞれに、各鉄心部10aを取り囲むように界磁コイル3が配置されている。このように、1個の鉄ヨーク10と2個の界磁コイル3とで1組の超電導磁場発生部と見て、3組の超電導磁場発生部が内径拡張部9の内周面に沿って配置されている。   When the above-described configuration is viewed from another viewpoint with reference to FIG. 2, it can be described as follows. That is, the field coil 3 is disposed on each of the two iron core portions 10a of the iron yoke 10 arranged along the inner peripheral surface of the inner diameter expanding portion 9 so as to surround each iron core portion 10a. In this way, when one iron yoke 10 and two field coils 3 constitute one set of superconducting magnetic field generation units, the three sets of superconducting magnetic field generation units are arranged along the inner peripheral surface of the inner diameter expansion unit 9. Has been placed.

さらに、図1を参照して、外管体2の軸心方向において内径拡張部9の両端には、後述するロータ5を、外管体2内の所定の位置である内径拡張部9に磁力によって非接触で回転自在に保持する磁気軸受7が設けられている。
磁気軸受7は、電磁石が発する磁気(吸引力)を用いてロータ5を非接触で保持するものでありその構成は周知であるが、本実施形態による磁気軸受7は、界磁コイル3と同様の超電導線が巻回された超電導コイルによって磁気(吸引力)を発生し、ロータ5を保持する。
Further, referring to FIG. 1, a rotor 5 described later is provided at both ends of the inner diameter expansion portion 9 in the axial direction of the outer tube body 2, and a magnetic force is applied to the inner diameter expansion portion 9 which is a predetermined position in the outer tube body 2. Is provided with a magnetic bearing 7 that is rotatably held in a non-contact manner.
The magnetic bearing 7 holds the rotor 5 in a non-contact manner using magnetism (attraction force) generated by an electromagnet, and its configuration is well known, but the magnetic bearing 7 according to this embodiment is the same as the field coil 3. Magnetism (attraction force) is generated by the superconducting coil around which the superconducting wire is wound, and the rotor 5 is held.

上述の界磁コイル3、鉄ヨーク10及び磁気軸受7を有するステータ装置4は、外管体2の軸心に向かう界磁コイル3の端面、及び同じく外管体2の軸心Cに向かう磁気軸受7の超電導コイルの端面が、外管体2の内径拡張部9に隣接する小径管2aの内周面とほぼ同一の面上に並んだ面一と呼ばれる状態となるように、内径拡張部9に配置される。その上で、内径拡張部9内に含浸樹脂Rを注入すると、注入された含浸樹脂Rは、界磁コイル3、鉄ヨーク10及び磁気軸受7の各部材間に流入すると共に、当該各部材と内径拡張部9の間にも流入する。このように流入した含浸樹脂Rが固化することで、界磁コイル3、鉄ヨーク10及び磁気軸受7が内径拡張部9内で固定され一体化する。   The stator device 4 having the above-described field coil 3, iron yoke 10, and magnetic bearing 7 has a magnetic field toward the end surface of the field coil 3 that faces the axis of the outer tube 2 and the axis C of the outer tube 2. The inner diameter expansion portion so that the end surface of the superconducting coil of the bearing 7 is in a state of being flush with the inner peripheral surface of the small diameter tube 2 a adjacent to the inner diameter expansion portion 9 of the outer tube 2. 9 is arranged. Then, when the impregnating resin R is injected into the inner diameter expansion portion 9, the injected impregnating resin R flows between the members of the field coil 3, the iron yoke 10, and the magnetic bearing 7, and It also flows between the inner diameter expansion portions 9. As the impregnated resin R that has flowed in is solidified, the field coil 3, the iron yoke 10, and the magnetic bearing 7 are fixed and integrated in the inner diameter expansion portion 9.

このとき含浸樹脂Rは、外管体2の軸心に向かう界磁コイル3の端面、及びロータ5と対向する磁気軸受7の受面を覆ってしまわない程度に注入される。このように、内径拡張部9において界磁コイル3の端面、磁気軸受7の受面及び含浸樹脂Rの表面で形成される、ステータ装置4の内周の径(内径)は、小径管2aの内径拡張部9に隣接する部分の内径以上である。   At this time, the impregnating resin R is injected to such an extent that it does not cover the end face of the field coil 3 facing the axis of the outer tube 2 and the receiving surface of the magnetic bearing 7 facing the rotor 5. As described above, the inner diameter (inner diameter) of the stator device 4 formed by the end face of the field coil 3, the receiving face of the magnetic bearing 7 and the surface of the impregnating resin R in the inner diameter expanding portion 9 is the same as that of the small diameter pipe 2 a. It is greater than or equal to the inner diameter of the portion adjacent to the inner diameter expansion portion 9.

なお、ステータ装置4を構成する各部材を一体化するための含浸樹脂Rとして、エポキシ樹脂を用いている。一般にエポキシ樹脂は熱硬化性樹脂であり、強固な接着力を有している。また、特性を改善するための改質材をさまざまなフィラーとして混合したエポキシ樹脂が市販されており、本実施形態では、熱伝導特性を向上させる目的で、アルミ粉末をフィラーとして混入したエポキシ樹脂を用いている。このエポキシ樹脂は、熱収縮量が金属に近くなっており、低温でもひび割れなどを起こさないことが知られている。   An epoxy resin is used as the impregnating resin R for integrating the members constituting the stator device 4. In general, an epoxy resin is a thermosetting resin and has a strong adhesive force. In addition, an epoxy resin in which a modifier for improving characteristics is mixed as various fillers is commercially available. In this embodiment, an epoxy resin mixed with aluminum powder as a filler is used for the purpose of improving thermal conductivity characteristics. Used. It is known that this epoxy resin has a thermal shrinkage close to that of metal and does not crack at low temperatures.

ステータ装置4は、上述のように内径拡張部9に配置されるので、外管体2の小径管2aに極低温液体が流入すると、ステータ装置4の界磁コイル3及び磁気軸受7の超電導コイルが、流入した極低温液体と直接に接触し冷却される。
図1及び図2を参照して、内管体(ロータ)5は、両端に開口を有する管状(筒状)の部材であって、外管体2と同様に、例えばステンレス鋼などで構成されている。図1に示すように、管状(筒状)のロータ5の軸心方向に沿った全長は、ステータ装置4の2つの磁気軸受7,7の間隔以上であり、また、図2に示すように、ロータ5の外周の径(外径)は、内径拡張部9に配置されたステータ装置4の内径未満である。
Since the stator device 4 is arranged in the inner diameter expansion portion 9 as described above, when the cryogenic liquid flows into the small diameter tube 2a of the outer tube body 2, the field coil 3 of the stator device 4 and the superconducting coil of the magnetic bearing 7 are used. Is directly contacted with the flowing cryogenic liquid and cooled.
Referring to FIGS. 1 and 2, the inner tube body (rotor) 5 is a tubular (tubular) member having openings at both ends, and is made of, for example, stainless steel like the outer tube body 2. ing. As shown in FIG. 1, the total length along the axial direction of the tubular (tubular) rotor 5 is equal to or greater than the distance between the two magnetic bearings 7, 7 of the stator device 4, and as shown in FIG. The outer diameter (outer diameter) of the rotor 5 is less than the inner diameter of the stator device 4 disposed in the inner diameter expansion portion 9.

ロータ5は、その外周面に、磁力を発する磁力発生体11を有しており、本実施形態では永久磁石を有している。磁力発生体11は、ロータ5の外周面の周方向に沿って長尺かつ湾曲しており、ロータ5の軸心方向における複数の位置において、ロータ5の外周を取り囲むように複数の磁力発生体11が設けられている。
本実施形態では、図1に示すように、ロータ5の軸心方向における6つの位置のそれぞれにおいて、図2に示すように、6つの磁力発生体11がロータ5の外周を取り囲むように設けられている。従って、ロータ5は、ロータ5の外周面の周方向に沿って6つの磁力発生体11が直線状に整列すると共に、ロータ5の軸心方向に沿って6つの磁力発生体11が直線状に整列するように、複数の磁力発生体11を有している。
The rotor 5 has a magnetic force generator 11 that generates magnetic force on the outer peripheral surface thereof, and has a permanent magnet in the present embodiment. The magnetic force generator 11 is long and curved along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotor 5, and a plurality of magnetic force generators so as to surround the outer periphery of the rotor 5 at a plurality of positions in the axial direction of the rotor 5. 11 is provided.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, six magnetic force generators 11 are provided so as to surround the outer periphery of the rotor 5 at each of the six positions in the axial direction of the rotor 5 as shown in FIG. 2. ing. Therefore, in the rotor 5, the six magnetic force generators 11 are linearly aligned along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotor 5, and the six magnetic force generators 11 are linearly aligned along the axial direction of the rotor 5. A plurality of magnetic force generators 11 are provided so as to be aligned.

本実施形態による磁力発生体11である永久磁石は、できる限り強い磁力を発する磁石が望ましく、ここではNd-Fe-Bからなるネオジウム系の焼結体永久磁石を用いる。なお、ロータ5に設けられた複数の磁力発生体11の極性は、ロータ5をステータ装置4の内周側に配置したときに、配置されたロータ5が磁気軸受7によって支持されて外管体2に同軸状となるように遊嵌されると共に、該支持されたロータ5がステータ装置4の界磁コイル3が発する磁力との相互作用によって外管体2の軸心C回りに回転するPMモータを構成するように決定される。ここで、PMモータとは、周知のPM(Permanent Magnet
)モータ又はPMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)モータのことである。
The permanent magnet that is the magnetic force generator 11 according to the present embodiment is preferably a magnet that generates as much magnetic force as possible. Here, a neodymium sintered permanent magnet made of Nd—Fe—B is used. The polarities of the plurality of magnetic force generators 11 provided in the rotor 5 are such that when the rotor 5 is arranged on the inner peripheral side of the stator device 4, the arranged rotor 5 is supported by the magnetic bearing 7 and the outer tube body. PM that is loosely fitted so as to be coaxial with the rotor 2 and that the supported rotor 5 rotates about the axis C of the outer tube 2 by interaction with the magnetic force generated by the field coil 3 of the stator device 4. It is determined to constitute a motor. Here, the PM motor is a well-known PM (Permanent Magnet).
) Motor or PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) motor.

ロータ5の内周面には、回転力伝達手段6として、雌ねじのねじ山のように、ロータ5の軸心方向に沿って連続的に螺旋状に設けられた板状の部材である羽根板(インペラ)が設けられている。この回転力伝達手段6は、ロータ5の軸心方向に沿って断続的に螺旋状に配置された複数の羽根板(インペラ)によって構成されていてもよい。以下、回転力伝達手段6をインペラ6と表す。   On the inner peripheral surface of the rotor 5, a blade that is a plate-like member continuously provided in a spiral shape along the axial direction of the rotor 5 as a thread of a female screw as the rotational force transmitting means 6. (Impeller) is provided. The rotational force transmitting means 6 may be constituted by a plurality of blade plates (impellers) that are intermittently disposed in a spiral shape along the axial direction of the rotor 5. Hereinafter, the rotational force transmitting means 6 is represented as an impeller 6.

ロータ5の内周(内周面)に設けられたインペラ6は、ロータ5の内周面から突出するように設けられており、該突出方向に沿ったロータ5の内周面からの高さは、例えばロータ5の内径の半分未満である。従ってインペラ6は、ロータ5の軸心周りに、ロータ5の全長にわたって空間を形成している。この空間は、インペラ6の干渉を受けない空間であるため、この空間を通して、インペラ6によって遮られることなくロータ5の一方の開口から他方の開口にわたって見通すことができる。   The impeller 6 provided on the inner periphery (inner peripheral surface) of the rotor 5 is provided so as to protrude from the inner peripheral surface of the rotor 5, and the height from the inner peripheral surface of the rotor 5 along the protruding direction. Is, for example, less than half of the inner diameter of the rotor 5. Accordingly, the impeller 6 forms a space around the axial center of the rotor 5 over the entire length of the rotor 5. Since this space is a space that is not affected by the impeller 6, the space can be seen from one opening of the rotor 5 to the other opening without being blocked by the impeller 6.

このような構成のインペラ6を有するロータ5がステータ装置4の内周側に配置されて回転すると、該インペラ6がロータ5の回転力をロータ5内の極低温液体に伝達し該極低温液体を外管体2の一方の開口側から他方の開口側へ流動させる。
繰り返すが、上述のインペラ6を有するロータ5をステータ装置4の内周側に配置することで、配置されたロータ5が磁気軸受7によって支持されて外管体2に同軸状となるように遊嵌された極低温液体用ポンプ1が構成される。図示しないが、ステータ装置4は交流電源装置に接続されており、交流電源装置からステータ装置4に電源を供給することで、ロータ5は、周知のPMモータの原理により外管体2の軸心C回りに回転する。
When the rotor 5 having the impeller 6 having such a configuration is disposed on the inner peripheral side of the stator device 4 and rotates, the impeller 6 transmits the rotational force of the rotor 5 to the cryogenic liquid in the rotor 5. Is caused to flow from one opening side of the outer tube body 2 to the other opening side.
Again, by arranging the rotor 5 having the above-described impeller 6 on the inner peripheral side of the stator device 4, the arranged rotor 5 is supported by the magnetic bearing 7 so as to be coaxial with the outer tubular body 2. The fitted cryogenic liquid pump 1 is configured. Although not shown, the stator device 4 is connected to an AC power supply device, and by supplying power from the AC power supply device to the stator device 4, the rotor 5 has an axial center of the outer tubular body 2 in accordance with a known PM motor principle. Rotate around C.

回転力伝達手段であるインペラ6はロータ5と一体に回転するので、ロータ5の回転力がインペラ6を介して極低温液体に伝わって、極低温液体が外管体2の一方の開口側(吸込口)から他方の開口側(吐出口)へ流動する。このとき、交流電源装置からステータ装置4に流す交流電流の電流値や周波数はサイリスタ制御により容易に変更することができるので、これら電流値や周波数を変更することによりロータ5(極低温液体用ポンプ1)の回転数を自由に制御することができる。   Since the impeller 6 serving as a rotational force transmitting means rotates integrally with the rotor 5, the rotational force of the rotor 5 is transmitted to the cryogenic liquid via the impeller 6, and the cryogenic liquid is one opening side of the outer tubular body 2 ( It flows from the suction port) to the other opening side (discharge port). At this time, since the current value and frequency of the alternating current flowing from the AC power supply device to the stator device 4 can be easily changed by thyristor control, the rotor 5 (cryogenic liquid pump is changed by changing these current value and frequency. The rotational speed of 1) can be freely controlled.

上述した構成を有する本実施形態の極低温液体用ポンプ1によれば、極低温液体を移送する原動力を発するモータ(特に、ステータ装置4)に超電導線を使用しているのでモータの電気抵抗がゼロとなり、モータはほとんど発熱しない。従って、本実施形態の極低温液体用ポンプ1は、従来のポンプに比べて、モータの冷却に費やされる極低温液体の量を大幅に減少させることができるので、ポンプ効率を大幅に向上させることができる。   According to the cryogenic liquid pump 1 of the present embodiment having the above-described configuration, since the superconducting wire is used for the motor (particularly the stator device 4) that generates the driving force for transferring the cryogenic liquid, the electric resistance of the motor is reduced. It becomes zero and the motor hardly generates heat. Accordingly, the cryogenic liquid pump 1 of the present embodiment can greatly reduce the amount of cryogenic liquid consumed for cooling the motor as compared with the conventional pump, and thus greatly improve pump efficiency. Can do.

また、モータに使用する超電導線の超電導状態は、約100K(ケルビン)以下といった一定温度以下の状態で実現される現象であり、一般的にはモータを冷却するために専用の冷却システムが必要になる。しかし、本実施形態の極低温液体用ポンプ1では、モータに使用されている超電導線が、移送される極低温液体によって約100K(ケルビン)以下といった一定温度以下に冷却されるため、専用の冷却システムが不要になる。   Also, the superconducting state of the superconducting wire used in the motor is a phenomenon that is realized at a constant temperature or lower, such as about 100 K (Kelvin) or lower, and generally a dedicated cooling system is required to cool the motor. Become. However, in the cryogenic liquid pump 1 of the present embodiment, the superconducting wire used in the motor is cooled to a certain temperature or less, such as about 100 K (Kelvin) or less, by the cryogenic liquid being transferred. The system becomes unnecessary.

さらに、本実施形態の極低温液体用ポンプ1の構成ではモータの発熱がほとんどないので、モータの熱によっては極低温液体はほとんど気化しない。従って、従来のポンプでは気化してガス化した極低温液体を放出するための配管が必須となっていたが、本実施形態の極低温液体用ポンプ1では、ガス化した極低温液体を放出するための配管が不要となる。これによって極低温液体用ポンプ1の構造を簡素にすることができ、該ポンプの製作に要する部品点数を削減することができる。   Furthermore, in the configuration of the cryogenic liquid pump 1 of the present embodiment, the motor hardly generates heat, so that the cryogenic liquid is hardly vaporized depending on the heat of the motor. Therefore, in the conventional pump, piping for discharging the vaporized cryogenic liquid is indispensable, but in the cryogenic liquid pump 1 of the present embodiment, the gasified cryogenic liquid is discharged. Piping is not required. As a result, the structure of the cryogenic liquid pump 1 can be simplified, and the number of parts required for manufacturing the pump can be reduced.

最後に、本実施形態の極低温液体用ポンプ1では、機械式のベアリングを用いずに超電導線のコイルで構成される磁気軸受7を用いてロータ5を支持しているので、ロータ5とステータ装置4が完全に非接触であり、且つ磨耗する部品を用いていない。従って、機械的な摩耗等による故障が少なく、定期的なメンテナンスをほぼ省略することができる。
「第1実施形態の変形例」
図3は、第1実施形態の変形例の極低温液体用ポンプ1について、断面構造を示したものである。
Finally, in the cryogenic liquid pump 1 of the present embodiment, the rotor 5 is supported by using the magnetic bearing 7 formed of a coil of superconducting wire without using a mechanical bearing. The device 4 is completely non-contact and does not use worn parts. Therefore, there are few failures due to mechanical wear or the like, and regular maintenance can be substantially omitted.
"Modification of the first embodiment"
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a cryogenic liquid pump 1 according to a modification of the first embodiment.

上述した第1実施形態では図2に示すように鉄ヨーク10が外管体2の内側に配備された例を挙げた。しかし、鉄ヨーク10は、図3に示すように、外管体2の外側に配備されていても良い。
すなわち、この変形例の鉄ヨーク10は、外管体2の外径よりも径が大きな円環状の環状部10cを有している。この環状部10cは、鉄などのように内部に磁路を形成可能な金属で円環状に形成されており、外管体2の外周面から一定の距離をあけつつ外管体2の外周面に沿うように配備されている。この環状部10cと外管体2との間には、径方向に沿って両者を連結する連結部10dが形成されている。この連結部10dは、界磁コイル3の周方向の設置箇所に対応して、周方向に複数設けられている。なお、図3の例では、界磁コイル3は周方向にほぼ等間隔をあけて6つ配備されているため、環状部10cと外管体2とは6箇所の連結部10dを介して連結するようになっている。
In the first embodiment described above, an example in which the iron yoke 10 is disposed inside the outer tube body 2 as shown in FIG. However, the iron yoke 10 may be disposed outside the outer tube 2 as shown in FIG.
That is, the iron yoke 10 of this modification has an annular portion 10 c having an annular shape whose diameter is larger than the outer diameter of the outer tube body 2. The annular portion 10c is formed in an annular shape with a metal capable of forming a magnetic path therein, such as iron, and the outer circumferential surface of the outer tubular body 2 while keeping a certain distance from the outer circumferential surface of the outer tubular body 2. It is deployed along. A connecting portion 10d is formed between the annular portion 10c and the outer tubular body 2 so as to connect the two along the radial direction. A plurality of the connecting portions 10d are provided in the circumferential direction corresponding to the installation locations in the circumferential direction of the field coil 3. In the example of FIG. 3, six field coils 3 are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, so that the annular portion 10 c and the outer tubular body 2 are connected via six connecting portions 10 d. It is supposed to be.

上述した変形例に示すように、環状部10cと連結部10dとで形成された鉄ヨーク10を外管体2の外周側に配備すれば、鉄ヨーク10を界磁コイル3から引き離して配備することが可能となり、界磁コイル3の含浸樹脂による含浸作業が簡単になるメリットがある。つまり、鉄ヨーク10が界磁コイル3を貫通している図2の例では、鉄ヨーク10が邪魔になって樹脂の含浸が十分に行われなくなる可能性があり、含浸作業が難しくなるが、界磁コイル3のみを含浸すればよい変形例では、含浸作業も極めて容易となる。
「第2実施形態」
次に、第2実施形態の極低温液体用ポンプ1について、図4を用いて説明する。
As shown in the above-described modification, if the iron yoke 10 formed by the annular portion 10c and the connecting portion 10d is disposed on the outer peripheral side of the outer tube body 2, the iron yoke 10 is disposed away from the field coil 3. Therefore, there is an advantage that the work of impregnating the field coil 3 with the impregnating resin is simplified. That is, in the example of FIG. 2 in which the iron yoke 10 penetrates the field coil 3, the iron yoke 10 may become an obstacle and the resin impregnation may not be sufficiently performed, and the impregnation operation becomes difficult. In the modified example in which only the field coil 3 is impregnated, the impregnation operation is extremely easy.
“Second Embodiment”
Next, the cryogenic liquid pump 1 of the second embodiment will be described with reference to FIG.

図4に示すように、第2実施形態の極低温液体用ポンプ1は、第1実施形態と同様に界磁コイル3と磁力発生体11とを備えたものであるが、これら両部材の取付方向が第1実施形態と異なっている。
すなわち、図1や図2に示す第1実施形態では、界磁コイル3は、この界磁コイル3の磁気軸(界磁コイル3のN極とS極とを結ぶ軸線、磁気ポール)が径方向を向くように外管体2の内周面に取り付けられており、また永久磁石からなる磁力発生体11も、この磁力発生体11の磁気軸が径方向を向くように取り付けられていた。言い換えれば、第1実施形態では、界磁コイル3は、当該界磁コイル3の磁気軸が外管体2の軸心と垂直となるように、外管体2の内周面に取り付けられており、磁気発生体11は、当該磁気発生体11の磁気軸が外管体2の軸心と垂直となるように、内管体5に取り付けられていた。
As shown in FIG. 4, the cryogenic liquid pump 1 according to the second embodiment includes the field coil 3 and the magnetic force generator 11 as in the first embodiment. The direction is different from that of the first embodiment.
That is, in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the field coil 3 has a magnetic axis of the field coil 3 (an axis connecting the N pole and the S pole of the field coil 3, a magnetic pole). It was attached to the inner peripheral surface of the outer tube body 2 so as to face the direction, and the magnetic force generator 11 made of a permanent magnet was also attached so that the magnetic axis of the magnetic force generator 11 was directed in the radial direction. In other words, in the first embodiment, the field coil 3 is attached to the inner peripheral surface of the outer tubular body 2 such that the magnetic axis of the field coil 3 is perpendicular to the axis of the outer tubular body 2. The magnetic generator 11 is attached to the inner tube 5 so that the magnetic axis of the magnetic generator 11 is perpendicular to the axis of the outer tube 2.

これに対し、図4に示す第2実施形態では、界磁コイル3は、当該界磁コイル3の磁気軸が外管体2の軸心と平行となるように、超電導線を外管体2の内周面に沿うように巻回して形成されており、また磁気発生体11は、当該磁気発生体11の磁気軸が外管体2の軸心と平行となるように、内管体5に取り付けられたものとなっている。
具体的には、第2実施形態の界磁コイル3は、外管体2の内周面に沿って周方向に超電導線を巻回して形成されており、巻回により形成された各界磁コイル3の断面形状は内周面から径内側にフランジ状に突出したような断面形状となっている。一方、第2実施形態の磁気発生体11は、内管体5の外周面から径外側に向かって起立状に取り付けられており、軸方向に一定の間隔をあけて複数配備されている。そして、軸方向に間隔をあけて隣接する磁気発生体11の間に、上述した界磁コイル3が挟み込まれるようにして、界磁コイル3と磁力発生体11とが配設されている。
On the other hand, in the second embodiment shown in FIG. 4, the field coil 3 has a superconducting wire connected to the outer tube 2 so that the magnetic axis of the field coil 3 is parallel to the axis of the outer tube 2. The magnetic generator 11 is formed so as to be along the inner peripheral surface of the inner tube 5, and the inner tube 5 is arranged such that the magnetic axis of the magnet generator 11 is parallel to the axis of the outer tube 2. It has been attached to.
Specifically, the field coil 3 of the second embodiment is formed by winding a superconducting wire in the circumferential direction along the inner peripheral surface of the outer tube body 2, and each field coil formed by winding. The cross-sectional shape of 3 is a cross-sectional shape that protrudes in the form of a flange inward from the inner peripheral surface. On the other hand, the magnetic generators 11 of the second embodiment are attached upright from the outer peripheral surface of the inner tubular body 5 toward the radially outer side, and a plurality of magnetic generators 11 are arranged at regular intervals in the axial direction. The field coil 3 and the magnetic force generator 11 are arranged such that the above-described field coil 3 is sandwiched between the magnetic generators 11 adjacent to each other with an interval in the axial direction.

このような第2実施形態の極低温液体用ポンプ1では、界磁コイル3と磁気発生体11との間の距離を第1実施形態に比べて短くできるため、軸方向に隣接する界磁コイル3の磁場を有効に用いて強い駆動力を発生することができ、ポンプの効率も良くなる。
なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された各実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
In such a cryogenic liquid pump 1 of the second embodiment, the distance between the field coil 3 and the magnetic generator 11 can be made shorter than that of the first embodiment. A strong driving force can be generated by effectively using the magnetic field 3 and the pump efficiency is also improved.
Each embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In particular, in each embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, etc. of the constituents are within the range normally practiced by those skilled in the art. It does not deviate and employs a value that can be easily assumed by those skilled in the art.

例えば、ロータ(内管体)5に設ける磁力発生体11として、永久磁石に代えて酸化物超電導体を用いてもよい。周知の通り、酸化物超電導体には、磁束線を捕捉する強いピン止め効果を持つという特徴がある。この特徴によって、酸化物超電導体は、磁力発生体11としてロータ(内管体)に設けられたときに永久磁石と同様の機能を発揮するので、酸化物超電導体が設けられたロータ5も、永久磁石が設けられたロータ5と同様の原理で回転する。   For example, as the magnetic force generator 11 provided in the rotor (inner tube body) 5, an oxide superconductor may be used instead of the permanent magnet. As is well known, an oxide superconductor has a characteristic of having a strong pinning effect of capturing magnetic flux lines. Because of this feature, the oxide superconductor exhibits the same function as a permanent magnet when provided in the rotor (inner tube) as the magnetic force generator 11, so the rotor 5 provided with the oxide superconductor is also It rotates on the same principle as the rotor 5 provided with the permanent magnet.

また、界磁コイル3の形状及び寸法は、ロータ5の形状や寸法に応じて任意に選択され得る。
さらに、上述の実施形態では、外管体2に形成された内径拡張部9にステータ装置4を設けたが、内径拡張部9が設けられていない一様な内径を有する外管体2の管内にステータ装置4及びロータ5を設けても良い。その場合、ステータ装置4が設けられた部分だけ外管体2の内径が小さくなるが、内径拡張部9が無いので一様な外径を有する外管体2を実現することができる。このような、一様な外径の外管体2を有する極低温液体用ポンプ1であれば、極低温液体を移送する配管に接続する際に、該接続箇所の周辺の配管との干渉を回避することができ、設置の自由度の高い極低温液体用ポンプ1を得ることができる。
Further, the shape and size of the field coil 3 can be arbitrarily selected according to the shape and size of the rotor 5.
Furthermore, in the above-described embodiment, the stator device 4 is provided in the inner diameter expansion portion 9 formed in the outer tube body 2, but the inner diameter of the outer tube body 2 having a uniform inner diameter in which the inner diameter expansion portion 9 is not provided. The stator device 4 and the rotor 5 may be provided. In that case, the inner diameter of the outer tube body 2 is reduced only by the portion where the stator device 4 is provided, but the outer tube body 2 having a uniform outer diameter can be realized because there is no inner diameter expanding portion 9. In the case of such a cryogenic liquid pump 1 having an outer tube body 2 having a uniform outer diameter, when connecting to the piping for transferring the cryogenic liquid, interference with the piping around the connecting portion is avoided. The cryogenic liquid pump 1 that can be avoided and has a high degree of freedom in installation can be obtained.

1 極低温液体用ポンプ
2 外管体
2a 小径管
2b 大径管
3 界磁コイル
4 ステータ装置
5 内管体(ロータ)
6 回転力伝達手段(インペラ)
7 磁気軸受
8 真空断熱層
9 内径拡張部
10 鉄ヨーク
10a 鉄心部
10b 接続部
10c 環状部
10d 連結部
11 磁力発生体
C 軸心
R 含浸樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cryogenic liquid pump 2 Outer tube 2a Small diameter tube 2b Large diameter tube 3 Field coil 4 Stator device 5 Inner tube (rotor)
6 Rotational force transmission means (impeller)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 Magnetic bearing 8 Vacuum heat insulation layer 9 Inner diameter expansion part 10 Iron yoke 10a Iron core part 10b Connection part 10c Annular part 10d Connection part 11 Magnetic force generator C Shaft center R Impregnation resin

Claims (10)

超電導線が超電導転移する温度以下の液体を移送する極低温液体用ポンプであって、
両端に開口を有する筒状の外管体と、
前記外管体の内周に沿って設けられ、前記超電導線が巻回された界磁コイルを有するステータ装置と、
前記外管体に同軸状となるように遊嵌されていて、磁力を発する磁力発生体を有し、前記磁力発生体が発する磁力と前記ステータ装置の界磁コイルが発する磁力との相互作用によって前記外管体の軸心回りに回転する筒状の内管体と、
前記内管体の内周に設けられ、且つ当該内管体の回転力を前記内管体内の液体に伝達して該液体を前記外管体の一方の開口側から他方の開口側へ流動させる回転力伝達手段と、を備えることを特徴とする極低温液体用ポンプ。
A cryogenic liquid pump that transports liquid below the temperature at which the superconducting wire undergoes superconducting transition,
A cylindrical outer tube having openings at both ends;
A stator device having a field coil provided along the inner periphery of the outer tubular body and wound with the superconducting wire;
It has a magnetic force generator that is loosely fitted to the outer tubular body so as to be coaxial, and generates a magnetic force, and by the interaction between the magnetic force generated by the magnetic force generator and the magnetic force generated by the field coil of the stator device A cylindrical inner tube that rotates about the axis of the outer tube;
Provided on the inner periphery of the inner tube and transmitting the rotational force of the inner tube to the liquid in the inner tube to cause the liquid to flow from one opening side to the other opening side of the outer tube. A cryogenic liquid pump comprising: a rotational force transmitting means;
前記回転力伝達手段は、前記内管体の内周において前記外管体の軸心に沿って螺旋状となるように配置された板状の部材である羽根板で構成されることを特徴とする請求項1に記載の極低温液体用ポンプ。   The rotational force transmitting means is composed of a blade plate which is a plate-like member arranged so as to be spiral along the axis of the outer tube at the inner periphery of the inner tube. The cryogenic liquid pump according to claim 1. 前記内管体を磁力によって前記外管体内の所定の位置に保持する磁気軸受を備え、
前記磁気軸受が、前記内管体を保持する磁気を前記超電導線が巻回された超電導コイルによって発することを特徴とする請求項1又は2に記載の極低温液体用ポンプ。
A magnetic bearing for holding the inner tube in a predetermined position in the outer tube by a magnetic force;
3. The cryogenic liquid pump according to claim 1, wherein the magnetic bearing generates magnetism for holding the inner tube by a superconducting coil around which the superconducting wire is wound. 4.
前記外管体が、該外管体の内周において内径を拡大することで形成された内径拡張部を有し、
前記ステータ装置が、前記内径拡張部に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の極低温液体用ポンプ。
The outer tube has an inner diameter expansion portion formed by enlarging the inner diameter on the inner circumference of the outer tube;
The cryogenic liquid pump according to claim 1, wherein the stator device is disposed in the inner diameter expansion portion.
前記内管体に備えられた磁力発生体が、永久磁石であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の極低温液体用ポンプ。   The cryogenic liquid pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic force generator provided in the inner tube body is a permanent magnet. 前記内管体に備えられた磁力発生体が、酸化物超電導体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の極低温液体用ポンプ。   5. The cryogenic liquid pump according to claim 1, wherein the magnetic force generator provided in the inner tube is an oxide superconductor. 前記液体が、液体窒素、液体酸素、液体水素、液体ネオン、又は液体ヘリウムであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の極低温液体用ポンプ。   The cryogenic liquid pump according to claim 1, wherein the liquid is liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid hydrogen, liquid neon, or liquid helium. 前記ステータ装置の界磁コイルが、前記液体と直接に接触することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の極低温液体用ポンプ。   The cryogenic liquid pump according to claim 1, wherein a field coil of the stator device is in direct contact with the liquid. 前記界磁コイルは、当該界磁コイルの磁気軸が前記外管体の軸心と平行となるように、前記外管体の内周面に沿うように配備され、
前記磁気発生体は、当該磁気発生体の磁気軸が前記外管体の軸心と平行となるように、前記内管体に取り付けられている
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の極低温液体用ポンプ。
The field coil is arranged along the inner peripheral surface of the outer tube so that the magnetic axis of the field coil is parallel to the axis of the outer tube,
The said magnetic generator is attached to the said inner tube so that the magnetic axis of the said magnetic generator may become parallel to the axial center of the said outer tube, The any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. The cryogenic liquid pump described in 1.
前記界磁コイルは、当該界磁コイルの磁気軸が前記外管体の軸心と垂直となるように、前記外管体の内周面に配備され、
前記磁気発生体は、当該磁気発生体の磁気軸が前記外管体の軸心と垂直となるように、前記内管体に取り付けられている
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の極低温液体用ポンプ。
The field coil is disposed on the inner peripheral surface of the outer tube so that the magnetic axis of the field coil is perpendicular to the axis of the outer tube,
The said magnetic generator is attached to the said inner tube so that the magnetic axis of the said magnetic generator may become perpendicular to the axial center of the said outer tube, The any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. The cryogenic liquid pump described in 1.
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