JP4031807B2 - Booster pump for cryogenic fluid - Google Patents

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Description

本発明は、低温の流体を圧縮して昇圧させる低温流体用昇圧ポンプに関するものである。   The present invention relates to a low-temperature fluid booster pump that compresses and pressurizes a low-temperature fluid.

従来、低温(0℃以下)の流体(例えば、水素)を圧縮して昇圧させる低温流体用昇圧ポンプとしては、ピストンヘッドにピストンリングを有するピストン式のものが知られている(たとえば、非特許文献1参照)。
遠藤拓也ほか著、「新エネルギー自動車」、山海堂、1995年1月、p.221−222
2. Description of the Related Art Conventionally, a piston type pump having a piston ring in a piston head is known as a low pressure fluid pressure pump that compresses and pressurizes a low temperature (0 ° C. or lower) fluid (for example, hydrogen) (for example, non-patent Reference 1).
Endo Takuya et al., “New Energy Vehicle”, Sankai-do, January 1995, p. 221-222

また近年では、図4に示すような低温流体用昇圧ポンプも提案されている。
図4に示す低温流体用昇圧ポンプ110は、ピストン111と、ピストンロッド112と、シリンダブロック113と、吸入弁114と、吐出弁115とを主たる要素として構成されたものである。
In recent years, a booster pump for cryogenic fluid as shown in FIG. 4 has also been proposed.
The booster pump 110 for low-temperature fluid shown in FIG. 4 includes a piston 111, a piston rod 112, a cylinder block 113, a suction valve 114, and a discharge valve 115 as main elements.

ピストン111は、シリンダブロック113の内部に形成されたシリンダ(圧縮室)113a内に往復動可能に収容された概略円筒状を呈する部材であり、その一端面(図4において下側の端面)により低温流体(例えば、液体水素、液体窒素、液体酸素、液化炭酸ガス、液化天然ガス、液化プロパンガス等)が圧縮され得るようになっている。
また、ピストン111の外周面(すなわち、シリンダ113aの内周面(シリンダ壁)と対向する面)にはリング溝(図示せず)が形成されているとともに、このリング溝内には、樹脂(例えば、ポリ4フッ化エチレン)からなるピストンリング(図示せず)が配置されている。
The piston 111 is a member having a substantially cylindrical shape that is accommodated in a cylinder (compression chamber) 113a formed inside the cylinder block 113 so as to be reciprocally movable, and has an end surface thereof (a lower end surface in FIG. 4). Cryogenic fluids (eg, liquid hydrogen, liquid nitrogen, liquid oxygen, liquefied carbon dioxide, liquefied natural gas, liquefied propane gas, etc.) can be compressed.
In addition, a ring groove (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the piston 111 (that is, the surface facing the inner peripheral surface (cylinder wall) of the cylinder 113a), and resin ( For example, a piston ring (not shown) made of polytetrafluoroethylene is disposed.

ピストンロッド112は、断面視円形を呈する概略棒状の部材であり、その一端部は、ピストン111の他端面中央部に連結されているとともに、その他端部は、図示しない動力伝達部に接続されている。
動力伝達部は、図示しない駆動源からの動力によりピストンロッドを、例えば、30〜40mmのストロークで上下方向に直線的に往復動させるものであり、ピストンロッドにおけるガス化した低温流体のシール機構を含んでいる。
The piston rod 112 is a substantially rod-like member having a circular shape in cross section, and one end thereof is connected to the central portion of the other end surface of the piston 111 and the other end is connected to a power transmission unit (not shown). Yes.
The power transmission unit linearly reciprocates the piston rod in a vertical direction with a stroke of, for example, 30 to 40 mm by power from a drive source (not shown). A sealing mechanism for gasified low-temperature fluid in the piston rod is provided. Contains.

シリンダブロック113は、その内部に概略中空円筒状のシリンダ113aを有する部材である。シリンダブロック113の一端(図4において下端)は開口部とされており、この開口部には、吸入弁114が設けられている。
また、シリンダブロック113の側面(例えば、図4において右側の面)には、ピストン111の一端面により圧縮された(例えば、30〜40MPa程度に昇圧された)低温流体が流出する流体流出口116が設けられており、流体流出口116の下流側には、吐出弁(チェック弁)115が設けられている。この吐出弁115は、所定圧力以上の流体圧力が加わる(かかる)と開状態となり、流体圧力が所定圧力未満になると閉状態となるもので、例えば、ボール115aとバネ115bとを備えたものである。
The cylinder block 113 is a member having a substantially hollow cylindrical cylinder 113a therein. One end (lower end in FIG. 4) of the cylinder block 113 is an opening, and a suction valve 114 is provided in the opening.
Further, a fluid outlet 116 through which a low-temperature fluid compressed by the one end surface of the piston 111 (for example, pressurized to about 30 to 40 MPa) flows out to the side surface (for example, the right surface in FIG. 4) of the cylinder block 113. A discharge valve (check valve) 115 is provided downstream of the fluid outlet 116. The discharge valve 115 is opened when a fluid pressure higher than or equal to a predetermined pressure is applied (applied), and is closed when the fluid pressure is lower than the predetermined pressure. For example, the discharge valve 115 includes a ball 115a and a spring 115b. is there.

吸入弁114は、弁体117と、弁ケーシング119とを主たる要素として構成されたものである。
弁体117は、円柱形状のロッド120と、ロッド120の一端側に設けられ、ロッド120から遠ざかるにつれて拡径する略円錐台形状のヘッド121とを備えている。ヘッド121の先端側に形成された平坦な一端面(図4において上側の端面)121aは、ピストン111の一端面により圧縮される低温流体が押し付けられる受圧面とされている。また、ヘッド121の他端面(図4において下側の端面)121bは、一端面121aと平行になるように(すなわち、ヘッド121の厚みが一定となるように)形成されている。
一方、シリンダブロック113の、ピストン111の一端面と対向する部分(箇所)には、ヘッド121のシート面121cと合致する弁座113cが形成されており、シート面121cが弁座113c上に着座したときに、凹所113dとシリンダ113aとの連通状態が遮断されるようになっている。
The intake valve 114 is configured with a valve body 117 and a valve casing 119 as main elements.
The valve body 117 includes a cylindrical rod 120 and a substantially truncated cone-shaped head 121 which is provided on one end side of the rod 120 and whose diameter increases as the distance from the rod 120 increases. A flat one end surface (upper end surface in FIG. 4) 121a formed on the front end side of the head 121 is a pressure receiving surface against which a low-temperature fluid compressed by one end surface of the piston 111 is pressed. Further, the other end surface (lower end surface in FIG. 4) 121b of the head 121 is formed to be parallel to the one end surface 121a (that is, the thickness of the head 121 is constant).
On the other hand, a valve seat 113c that coincides with the seat surface 121c of the head 121 is formed at a portion (location) of the cylinder block 113 facing the one end surface of the piston 111, and the seat surface 121c is seated on the valve seat 113c. When this is done, the communication state between the recess 113d and the cylinder 113a is cut off.

ロッド120の他端部(図4において下側の端部)には、ナット122のネジ部(図示せず)と螺合するネジ部120aが形成されているとともに、ロッド120の他端部とナット122との間にはバネ受け部材123が設けられている。   The other end portion of the rod 120 (the lower end portion in FIG. 4) is formed with a screw portion 120 a that is screwed with a screw portion (not shown) of the nut 122, and the other end portion of the rod 120. A spring receiving member 123 is provided between the nut 122 and the nut 122.

弁ケーシング119は、断面視略凸型を呈する部材であり、その外周部には、周方向に沿って複数個(例えば、6個)の流体流入口119aが、板厚方向(図4において上下方向)に形成されている。
また、弁ケーシング119の中央部には、ロッド120を摺動可能に収容する凹所119bが、板厚方向(図4において上下方向)に形成されている。
The valve casing 119 is a member having a substantially convex shape in cross section, and a plurality of (for example, six) fluid inlets 119a are provided along the circumferential direction on the outer peripheral portion thereof in the plate thickness direction (up and down in FIG. 4). Direction).
In addition, a recess 119b that slidably accommodates the rod 120 is formed in the center portion of the valve casing 119 in the plate thickness direction (vertical direction in FIG. 4).

凹所119bの他端部(図4において下側の端部)は、凹所119bの内径よりも大きな内径を有するバネ受け部119cとされている。そして、このバネ受け部119cとバネ受け部材123との間には、バネ(付勢部材)125が配置されている。バネ125は、弁体117を閉じる方向(すなわち、図4において下の方向)に付勢するものであり、ナット122をピストン111の側に締め込んでいくことによりバネ125の付勢力を増加させることができるとともに、ナット122をピストン111の側と反対の側に弛めていくことによりバネ125の付勢力を低下させることができるようになっている。
また、弁ケーシング119は、シリンダブロック113の一端部に着脱可能(本実施形態ではねじ込み式)に構成されたケーシング押さえ126を介してシリンダブロック113の一端部に取り付けられて(固定されて)いる。
The other end (the lower end in FIG. 4) of the recess 119b is a spring receiving portion 119c having an inner diameter larger than the inner diameter of the recess 119b. A spring (biasing member) 125 is disposed between the spring receiving portion 119 c and the spring receiving member 123. The spring 125 biases the valve body 117 in the closing direction (ie, the downward direction in FIG. 4), and increases the biasing force of the spring 125 by tightening the nut 122 toward the piston 111. In addition, the biasing force of the spring 125 can be reduced by loosening the nut 122 to the side opposite to the piston 111 side.
Further, the valve casing 119 is attached (fixed) to one end of the cylinder block 113 via a casing presser 126 configured to be detachable from one end of the cylinder block 113 (in this embodiment, screwed). .

なお、図4には示していないが、低温流体用昇圧ポンプ110は、その内部が真空とされ、かつその内部に、例えば、銅板等の輻射シールド板が配置された断熱真空容器内に収容されている。また、断熱真空容器内には、低温流体が貯溜(あるいは別途供給)されるようになっており、流体流入口119aを通って断熱真空容器内の低温流体が、シリンダ113a内に供給されるようになっている。   Although not shown in FIG. 4, the cryogenic fluid booster pump 110 is housed in a heat-insulated vacuum vessel in which the inside is evacuated and in which a radiation shield plate such as a copper plate is disposed. ing. In addition, low temperature fluid is stored (or supplied separately) in the adiabatic vacuum vessel, and low temperature fluid in the adiabatic vacuum vessel is supplied into the cylinder 113a through the fluid inlet 119a. It has become.

しかしながら、このような構成を有する低温流体用昇圧ポンプ110では、シート面121cと弁座113cとの間を通ってシリンダ113a内から凹所113d内に漏れ出た(リークした)低温流体が、(大気圧状態である)凹所113d内でガス化してしまうこととなる。
また、断熱真空容器の底部でガス化した低温流体は、低温流体用昇圧ポンプ110の底部、すなわち、流体流入口119aやケーシング押さえ126の内部に溜まってしまうこととなる。
そして、これらガス化した低温流体は、つぎの吸入工程においてシリンダ113a内に流入し(供給され)ピストン111により圧縮されることとなるが、ガス化しているためにシリンダ113a内でいわゆる「ガス咬み状態」が起こるとともに、圧縮熱が発生し、シリンダ113a内に流入する低温流体の液量が低下して、容積効率が低下してしまうといった問題点があった。
なお、この低温流体用昇圧ポンプ110を用いた試験では、その容積効率が50%〜60%であった。
However, in the booster pump 110 for low-temperature fluid having such a configuration, the low-temperature fluid that leaks from the cylinder 113a into the recess 113d through the space between the seat surface 121c and the valve seat 113c (leaked) is ( Gasification will occur in the recess 113d (which is in the atmospheric pressure state).
Further, the low-temperature fluid gasified at the bottom of the heat-insulating vacuum container accumulates at the bottom of the low-temperature fluid booster pump 110, that is, inside the fluid inlet 119 a and the casing retainer 126.
These gasified low-temperature fluid flows (supplied) into the cylinder 113a in the next suction step and is compressed by the piston 111. However, because of gasification, the so-called “gas bite” is generated in the cylinder 113a. In addition to the occurrence of “state”, compression heat is generated, and the amount of low-temperature fluid flowing into the cylinder 113a decreases, resulting in a problem that volumetric efficiency decreases.
In the test using the cryogenic fluid booster pump 110, the volumetric efficiency was 50% to 60%.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、シリンダ(圧縮室)内に流入する低温流体の液量を増加させることができて、容積効率を向上させることができる低温流体用昇圧ポンプを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can increase the amount of low-temperature fluid flowing into a cylinder (compression chamber) and improve volumetric efficiency. The purpose is to provide.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による低温流体用昇圧ポンプの吸入弁は、低温流体を圧縮室内で圧縮する低温流体用昇圧ポンプの吸入弁であって、シリンダブロックの一端部に形成された凹所と外部とを連通する流体流入口および連通孔を備えた弁ケーシングと、前記圧縮室内と前記凹所内との連通状態を遮断できるように構成された第1の弁体と、前記凹所内に設けられ、前記流体流入口の出口端を開閉するとともに、前記凹所内と外部との連通状態を維持したまま、前記凹所内と前記流体流入口との連通状態を遮断できるように構成された第2の弁体とを備えている。
このような低温流体用昇圧ポンプの吸入弁によれば、低温流体用昇圧ポンプの圧縮行程において、第1の弁体および第2の弁体が閉じ、これら第1の弁体と第2の弁体との間の空間(例えば、後述する凹所13c)内に存する低温流体(ガス化した低温流体を含む)の一部が、連通孔を通って低温流体用昇圧ポンプの外部に排出されるようになっている。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A suction valve of a booster pump for a low-temperature fluid according to the present invention is a suction valve of a booster pump for a low-temperature fluid that compresses a low-temperature fluid in a compression chamber, and communicates a recess formed at one end of a cylinder block with the outside. A valve casing having a fluid inlet and a communication hole; a first valve body configured to block communication between the compression chamber and the recess ; and the fluid inlet provided in the recess. And a second valve body configured to be able to block the communication state between the inside of the recess and the fluid inlet while maintaining the state of communication between the inside of the recess and the outside. ing.
According to such a suction valve of the low-temperature fluid booster pump, the first valve body and the second valve body are closed in the compression stroke of the low-temperature fluid booster pump, and the first valve body and the second valve body are closed. Part of the low-temperature fluid (including gasified low-temperature fluid) existing in the space between the body (for example, a recess 13c described later) is discharged to the outside of the booster pump for low-temperature fluid through the communication hole. It is like that.

上記低温流体用昇圧ポンプの吸入弁において、前記流体流入口の入口端に吸込管が接続されているとさらに好適である。
このような低温流体用昇圧ポンプの吸入弁によれば、流体流入口の入口端には、吸込管がそれぞれ接続されているので、例えば、流体流入口の入口端よりも上方に位置する低温流体(すなわち、ガス化した低温流体を含んでいない低温流体)が、流体流入口内に流入する(供給される)こととなる。
In the suction valve of the booster pump for low temperature fluid, it is more preferable that a suction pipe is connected to the inlet end of the fluid inlet.
According to such a suction valve of the booster pump for low-temperature fluid, since the suction pipe is connected to the inlet end of the fluid inlet, for example, the low-temperature fluid positioned above the inlet end of the fluid inlet That is, the cryogenic fluid that does not include the gasified cryogenic fluid flows into (is supplied to) the fluid inlet.

本発明による低温流体用昇圧ポンプは、ガス化していない低温流体を圧縮室内に流入させる(供給する)ことができる低温流体用昇圧ポンプの吸入弁を備えている。
このような低温流体用昇圧ポンプによれば、圧縮室内に流入する低温流体の液量を増加させることができて、容積効率を向上させることができる。
The booster pump for low-temperature fluid according to the present invention includes a suction valve for a booster pump for low-temperature fluid that can flow (supply) a low-temperature fluid that has not been gasified into a compression chamber.
According to such a booster pump for low-temperature fluid, the amount of the low-temperature fluid flowing into the compression chamber can be increased, and the volumetric efficiency can be improved.

本発明によれば、シリンダ(圧縮室)内に流入する低温流体の液量を増加させることができて、容積効率を向上させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to increase the amount of the low-temperature fluid flowing into the cylinder (compression chamber) and to improve the volumetric efficiency.

以下、本発明による低温流体用昇圧ポンプの一実施形態について、図1ないし図3を参照しながら説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態に係る低温流体用昇圧ポンプ10は、ピストン(圧縮機構)11と、ピストンロッド12と、シリンダブロック13と、吸入弁14と、吐出弁15とを主たる要素として構成されたものである。
Hereinafter, an embodiment of a booster pump for a low temperature fluid according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, a cryogenic fluid booster pump 10 according to this embodiment includes a piston (compression mechanism) 11, a piston rod 12, a cylinder block 13, a suction valve 14, and a discharge valve 15. Is the main element.

ピストン11は、シリンダブロック13の内部に形成されたシリンダ(圧縮室)13a内に往復動可能に収容された概略円筒状を呈する部材であり、その一端面(図1および図2において下側の端面)により低温流体(例えば、液体水素、液体窒素、液体酸素、液化炭酸ガス、液化天然ガス、液化プロパンガス等)が圧縮され得るようになっている。
また、ピストン11の外周面(すなわち、シリンダ13aの内周面(シリンダ壁)と対向する面)にはリング溝(図示せず)が形成されているとともに、このリング溝内には、樹脂(例えば、ポリ4フッ化エチレン)からなるピストンリング(図示せず)が配置されている。
The piston 11 is a member having a substantially cylindrical shape that is accommodated in a cylinder (compression chamber) 13a formed inside the cylinder block 13 so as to be reciprocally movable, and has one end surface (the lower side in FIGS. 1 and 2). A cold fluid (for example, liquid hydrogen, liquid nitrogen, liquid oxygen, liquefied carbon dioxide gas, liquefied natural gas, liquefied propane gas, etc.) can be compressed by the end face.
In addition, a ring groove (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the piston 11 (that is, the surface facing the inner peripheral surface (cylinder wall) of the cylinder 13a), and resin ( For example, a piston ring (not shown) made of polytetrafluoroethylene is disposed.

ピストンロッド12は、断面視円形を呈する概略棒状の部材であり、その一端部は、ピストン11の他端面中央部に連結されているとともに、その他端部は、図示しない動力伝達部に接続されている。
動力伝達部は、図示しない駆動源からの動力によりピストンロッドを、例えば、2mmのストロークで上下方向に直線的に往復動させるものである。
The piston rod 12 is a substantially rod-shaped member having a circular shape in cross section, and one end thereof is coupled to the center of the other end surface of the piston 11 and the other end is connected to a power transmission unit (not shown). Yes.
The power transmission unit linearly reciprocates the piston rod in a vertical direction with a stroke of, for example, 2 mm by power from a drive source (not shown).

シリンダブロック13は、その内部に概略中空円筒状のシリンダ13aを有する部材である。シリンダブロック13の一端(図1および図2において下端)は開口部とされており、この開口部には、吸入弁14が設けられている。
また、シリンダブロック13の側面(例えば、図1および図2において右側の面)には、ピストン11の一端面により圧縮された(例えば、30〜40MPa程度に昇圧された)低温流体が流出する流体流出口16が設けられており、流体流出口16の下流側には、吐出弁(チェック弁)15が設けられている。この吐出弁15は、所定圧力以上の流体圧力が加わる(かかる)と開状態となり、流体圧力が所定圧力未満になると閉状態となるもので、例えば、ボール15aとバネ15bとを備えたものである。
The cylinder block 13 is a member having a generally hollow cylindrical cylinder 13a therein. One end (lower end in FIGS. 1 and 2) of the cylinder block 13 is an opening, and a suction valve 14 is provided in the opening.
In addition, a fluid from which a low-temperature fluid compressed by one end surface of the piston 11 (for example, pressurized to about 30 to 40 MPa) flows out to the side surface (for example, the right surface in FIGS. 1 and 2) of the cylinder block 13. An outlet 16 is provided, and a discharge valve (check valve) 15 is provided downstream of the fluid outlet 16. The discharge valve 15 is opened when a fluid pressure equal to or higher than a predetermined pressure is applied (applied), and is closed when the fluid pressure is lower than the predetermined pressure. For example, the discharge valve 15 includes a ball 15a and a spring 15b. is there.

吸入弁14は、第1の弁体(主弁)17と、第2の弁体(副弁)18と、弁ケーシング19とを主たる要素として構成されたものである。
第1の弁体17は、円柱形状のロッド20と、ロッド20の一端側に設けられ、ロッド20から遠ざかるにつれて拡径する略円錐台形状のヘッド21とを備えている。ヘッド21は、基端部(ロッド20側の端部)に第1の拡径部21aを有し、先端部(ピストン11側の端部)に第2の拡径部21bを有している。第2の拡径部21bの先端側に形成された平坦な一端面(図1および図2において上側の端面)21cは、ピストン11の一端面により圧縮される低温流体が押し付けられる受圧面とされており、第2の拡径部21bの側面には、周方向に沿ってシート面21dが形成されている。また、第1の拡径部21aの外周面は、第2の拡径部21bの一端面21cに対して約30°傾斜しており、第2の拡径部21bの外周面は、一端面21cに対して約45°傾斜している。
The intake valve 14 includes a first valve body (main valve) 17, a second valve body (sub valve) 18, and a valve casing 19 as main elements.
The first valve body 17 includes a columnar rod 20 and a substantially truncated cone-shaped head 21 which is provided on one end side of the rod 20 and whose diameter increases as the distance from the rod 20 increases. The head 21 has a first enlarged diameter portion 21a at the base end (end on the rod 20 side), and a second enlarged diameter portion 21b at the distal end (end on the piston 11 side). . A flat one end surface (upper end surface in FIGS. 1 and 2) 21c formed on the distal end side of the second enlarged diameter portion 21b is a pressure receiving surface against which a low-temperature fluid compressed by one end surface of the piston 11 is pressed. A sheet surface 21d is formed on the side surface of the second enlarged diameter portion 21b along the circumferential direction. The outer peripheral surface of the first enlarged diameter portion 21a is inclined by about 30 ° with respect to the one end surface 21c of the second enlarged diameter portion 21b, and the outer peripheral surface of the second enlarged diameter portion 21b is one end surface. It is inclined about 45 ° with respect to 21c.

ロッド20の他端部(図1および図2において下側の端部)には、ナット22のネジ部(図示せず)と螺合するネジ部20aが形成されているとともに、ロッド20の他端部とナット22との間にはバネ受け部材23が設けられている。   The other end of the rod 20 (the lower end in FIGS. 1 and 2) is formed with a threaded portion 20a that is screwed with a threaded portion (not shown) of the nut 22, and A spring receiving member 23 is provided between the end portion and the nut 22.

図3に示すように、第2の弁体18は、中央部に平面視円形状の開口部18aを有する輪状(ドーナツ状)の板状部材であり、シリンダブロック13の一端部(図1および図2において下側の端部)に形成された凹所13c内に収められているとともに、この凹所13c内において、シリンダブロック13の長手方向(図1および図2において上下方向)に沿って摺動自在となっている。
第2の弁体18の一端面(図1および図2において上側の端面)18bは、凹所13c内に存する(溜まっている)低温流体が押し付けられる受圧面とされており、その他端面(図1および図2において下側の端面)18cは、シート部材24と当接するシート面となっている。
As shown in FIG. 3, the second valve body 18 is a ring-shaped (donut-shaped) plate-like member having a circular opening 18a in a plan view at the center, and one end of the cylinder block 13 (see FIG. 1 and FIG. 2 is housed in a recess 13c formed in the lower end portion in FIG. 2, and along the longitudinal direction of the cylinder block 13 (vertical direction in FIGS. 1 and 2) in the recess 13c. It is slidable.
One end surface (the upper end surface in FIGS. 1 and 2) 18b of the second valve body 18 is a pressure-receiving surface against which a low-temperature fluid existing (collected) in the recess 13c is pressed, and the other end surface (FIG. A lower end surface 18 c in FIG. 1 and FIG. 2 is a sheet surface in contact with the sheet member 24.

図3に示すように、弁ケーシング19は、断面視略凸型を呈する部材であり、その外周部には、周方向に沿って複数個(例えば、6個)の流体流入口19aが、板厚方向(図1および図2において上下方向)に形成されている。また、弁ケーシング19の一端面(図1および図2において上側の端面)で、かつ、流体流入口19aの出口端には、第2の弁体18のシート面(他端面)18cと当接する輪状(ドーナツ状)のシート部材24がそれぞれ設けられており、シート面18cがシート部材24上に着座したときに、流体流入口19aの出口端のすべてが完全に閉塞されるようになっている。
一方、シリンダブロック13の、ピストン11の一端面と対向する部分(箇所)には、ヘッド21のシート面21dと合致する弁座13dが形成されており、シート面21dが弁座13d上に着座したときに、凹所13cとシリンダ13aとの連通状態が遮断されるようになっている。
As shown in FIG. 3, the valve casing 19 is a member having a substantially convex shape in cross section, and a plurality of (for example, six) fluid inlets 19 a along the circumferential direction are provided on the outer peripheral portion of the valve casing 19. It is formed in the thickness direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2). In addition, one end surface of the valve casing 19 (the upper end surface in FIGS. 1 and 2) and the outlet end of the fluid inflow port 19a are in contact with the seat surface (the other end surface) 18c of the second valve body 18. Each of the ring-shaped (donut-shaped) sheet members 24 is provided, and when the seat surface 18c is seated on the sheet member 24, all of the outlet ends of the fluid inlet port 19a are completely closed. .
On the other hand, a valve seat 13d that matches the seat surface 21d of the head 21 is formed at a portion (location) of the cylinder block 13 that faces the one end surface of the piston 11, and the seat surface 21d is seated on the valve seat 13d. When it does, the communication state of the recess 13c and the cylinder 13a is interrupted | blocked.

弁ケーシング19の中央部には、ロッド20を摺動可能に収容する凹所19bが、板厚方向(図1および図2において上下方向)に形成されている。また、流体流入口19aと凹所19bとの間には、周方向に沿って複数個(例えば、6個)の連通孔19cが、板厚方向(図1および図2において上下方向)に形成されている。これら連通孔19cは、凹所13c内に存する(溜まっている)低温流体を低温流体用昇圧ポンプ10の外部に排出するための通路であり、常に開状態となるように(すなわち、第2の弁体18により開閉されないように)構成されている。   A recess 19b that slidably accommodates the rod 20 is formed in the center portion of the valve casing 19 in the plate thickness direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2). Further, a plurality of (for example, six) communication holes 19c are formed in the plate thickness direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2) between the fluid inlet 19a and the recess 19b along the circumferential direction. Has been. These communication holes 19c are passages for discharging the low-temperature fluid existing (accumulated) in the recess 13c to the outside of the low-temperature fluid booster pump 10, and are always open (that is, the second fluid) It is configured so as not to be opened and closed by the valve body 18.

凹所19bの他端部(図1および図2において下側の端部)は、凹所19bの内径よりも大きな内径を有するバネ受け部19dとされている。そして、このバネ受け部19dとバネ受け部材23との間には、バネ(付勢部材)25が配置されている。バネ25は、第1の弁体17を閉じる方向(すなわち、図1および図2において下の方向)に付勢するものであり、ナット22をピストン11の側に締め込んでいくことによりバネ25の付勢力を増加させることができるとともに、ナット22をピストン11の側と反対の側に弛めていくことによりバネ25の付勢力を低下させることができるようになっている。
また、弁ケーシング19は、ケーシング押さえ26および図示しないボルトを介してシリンダブロック13の一端部に取り付けられて(固定されて)いる。
The other end of the recess 19b (the lower end in FIGS. 1 and 2) is a spring receiving portion 19d having an inner diameter larger than the inner diameter of the recess 19b. A spring (biasing member) 25 is disposed between the spring receiving portion 19 d and the spring receiving member 23. The spring 25 biases the first valve body 17 in the closing direction (that is, the downward direction in FIGS. 1 and 2), and the spring 25 is tightened by tightening the nut 22 to the piston 11 side. The urging force of the spring 25 can be reduced by loosening the nut 22 to the side opposite to the piston 11 side.
The valve casing 19 is attached (fixed) to one end portion of the cylinder block 13 via a casing presser 26 and a bolt (not shown).

流体流入口19aの入口端には、その自由端側が流体流入口19aの入口端よりも上方に位置するとともに、(鉛直)上方に向かって開口する吸込管27がそれぞれ接続されており、これら吸込管27は、吸入管支持部材28を介してケーシング押さえ26に取り付けられて(固定されて)いる。
なお、図1および図2には示していないが、本実施形態に係る低温流体用昇圧ポンプ10は、その内部が真空とされ、かつその内部に、例えば、銅板等の輻射シールド板が配置された断熱真空容器内に収容されている。また、断熱真空容器内には、低温流体が貯溜(あるいは別途供給)されるようになっており、吸込管27および流体流入口19aを通って断熱真空容器内の低温流体が、シリンダ13a内に供給されるようになっている。
The inlet end of the fluid inlet 19a is connected to a suction pipe 27 whose free end is located above the inlet end of the fluid inlet 19a and opens upward (vertically). The pipe 27 is attached (fixed) to the casing holder 26 via the suction pipe support member 28.
Although not shown in FIGS. 1 and 2, the cryogenic fluid booster pump 10 according to the present embodiment is evacuated, and a radiation shield plate such as a copper plate is disposed therein. Housed in an insulated vacuum vessel. Further, the low temperature fluid is stored (or supplied separately) in the heat insulating vacuum vessel, and the low temperature fluid in the heat insulating vacuum vessel passes through the suction pipe 27 and the fluid inlet 19a into the cylinder 13a. It comes to be supplied.

以上の構成により、本実施形態による低温流体用昇圧ポンプ10では、吸入工程においてピストン11が下死点から上死点の側に移動していくと、シリンダ13a内の圧力が負圧となって、第1の弁体17がバネ25の付勢力に打ち勝ってピストン11の側に移動していき、第1の弁体17のシート面21dが弁座13dから離れるとともに、第2の弁体18のシート面18cがシート部材24から離れて流体流入口19aの出口端のすべてが開放されて、大気圧状態の低温流体がシリンダ13a内に流入するようになっている(図2参照)。   With the above configuration, in the low-temperature fluid booster pump 10 according to the present embodiment, when the piston 11 moves from the bottom dead center to the top dead center side in the suction process, the pressure in the cylinder 13a becomes negative. The first valve element 17 overcomes the urging force of the spring 25 and moves toward the piston 11, the seat surface 21d of the first valve element 17 moves away from the valve seat 13d, and the second valve element 18 The sheet surface 18c is separated from the sheet member 24, and all the outlet ends of the fluid inlet 19a are opened so that the low-temperature fluid in the atmospheric pressure flows into the cylinder 13a (see FIG. 2).

一方、圧縮行程においてピストン11が上死点から下死点の側に移動していくと、シリンダ13a内の圧力が正圧となって、第1の弁体17が弁座13dの側に移動していき、第1の弁体17のシート面21dが弁座13d上に着座するとともに、第2の弁体18のシート面18cがシート部材24上に着座して、流体流入口19aの出口端のすべてが完全に閉塞される。その後、さらにピストン11がヘッド21の側に移動していくことにより、ピストン11の一端面とヘッド21の一端面21cとの間で低温流体がさらに圧縮されて、低温流体が所望の圧力に加圧(昇圧)されると、加圧された低温流体が流体流出口16を通って吐出弁15からシリンダブロック13の外部に導き出されるようになっている(図1参照)。
なお、このとき、凹所13c内に存する(溜まっている)、大気圧よりも高い圧力を有する低温流体の一部が、連通孔19cを通ってシリンダブロック13(すなわち、低温流体用昇圧ポンプ10)の外部、すなわち、ロッド20の他端部近傍に排出されるようになっている。
On the other hand, when the piston 11 moves from the top dead center to the bottom dead center in the compression stroke, the pressure in the cylinder 13a becomes positive, and the first valve body 17 moves to the valve seat 13d side. Then, the seat surface 21d of the first valve body 17 is seated on the valve seat 13d, and the seat surface 18c of the second valve body 18 is seated on the seat member 24, and the outlet of the fluid inlet 19a. All of the ends are completely occluded. Thereafter, when the piston 11 further moves toward the head 21, the low-temperature fluid is further compressed between the one end surface of the piston 11 and the one end surface 21c of the head 21, and the low-temperature fluid is applied to a desired pressure. When pressurized (pressurized), the pressurized low-temperature fluid is led out of the cylinder block 13 from the discharge valve 15 through the fluid outlet 16 (see FIG. 1).
At this time, a part of the low-temperature fluid having a pressure higher than the atmospheric pressure existing in the recess 13c passes through the communication hole 19c (that is, the low-temperature fluid booster pump 10). ), That is, in the vicinity of the other end of the rod 20.

本実施形態による低温流体用昇圧ポンプ10によれば、圧縮行程において、ヘッド21の第1の拡径部21aと弁ケーシング19の一端面との間の空間(すなわち、凹所13c)内に存する低温流体(ガス化した低温流体を含む)の一部が、連通孔19cを通ってシリンダブロック13の外部に排出されるようになっているので、つぎの吸入工程において、ガス化した低温流体がシリンダ13a内に流入する(供給される)のを防止することができ、シリンダ13a内に流入する低温流体の液量を増加させることができて、容積効率を向上させることができる。   According to the booster pump 10 for low-temperature fluid according to the present embodiment, in the compression stroke, it exists in the space (that is, the recess 13c) between the first diameter-expanded portion 21a of the head 21 and one end surface of the valve casing 19. Since a part of the low-temperature fluid (including the gasified low-temperature fluid) is discharged to the outside of the cylinder block 13 through the communication hole 19c, in the next suction step, the gasified low-temperature fluid is Inflow (supply) into the cylinder 13a can be prevented, the amount of low-temperature fluid flowing into the cylinder 13a can be increased, and volumetric efficiency can be improved.

また、流体流入口19aの入口端には、吸込管27がそれぞれ接続されているので、流体流入口19aの入口端よりも上方に位置する低温流体(すなわち、ガス化した低温流体を含んでいない低温流体)を、シリンダ13a内に流入させることができ、シリンダ13a内に流入する低温流体の液量を増加させることができて、容積効率をさらに向上させることができる。
なお、本実施形態による低温流体用昇圧ポンプ10によれば、容積効率が80%程度まで向上したことを確認することができた。
In addition, since the suction pipe 27 is connected to the inlet end of the fluid inlet 19a, the low-temperature fluid (that is, does not include the gasified cryogenic fluid) positioned above the inlet end of the fluid inlet 19a. Cryogenic fluid) can flow into the cylinder 13a, the amount of the cryogenic fluid flowing into the cylinder 13a can be increased, and the volumetric efficiency can be further improved.
In addition, according to the booster pump 10 for low temperature fluid by this embodiment, it has confirmed that the volumetric efficiency improved to about 80%.

さらに、ヘッド21は、基端部に第1の拡径部21aを有しており、厚み方向(図1および図2において上下方向)に肉厚となるように構成されているので、シリンダ13a内の圧力によってヘッド21が歪んでしまう(撓んでしまう)ことを防止することができ、シート面21dと弁座13dとの密着性(気密性)を保つことができて、ポンプ効率を向上させることができる。   Furthermore, since the head 21 has a first diameter-expanded portion 21a at the base end portion and is configured to be thick in the thickness direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2), the cylinder 13a. It is possible to prevent the head 21 from being distorted (bent) due to the internal pressure, and to maintain the adhesion (air tightness) between the seat surface 21d and the valve seat 13d, thereby improving the pump efficiency. be able to.

さらにまた、ケーシング押さえ26が、厚み方向(図1および図2において上下方向)に短く(薄く)なるように構成されているので、ロッド20の他端部近傍に、ガス化した低温流体が溜まってしまうことを防止することができる。   Furthermore, since the casing retainer 26 is configured to be short (thin) in the thickness direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2), the gasified low-temperature fluid is collected near the other end of the rod 20. Can be prevented.

なお、本発明は上述した実施形態のように縦置きに限定されるものではなく、横置きとすることもできるし、上下逆さまにしたような形態、すなわち、ピストン11が下方に位置し、吸入弁14が上方に位置するような形態をとらせることもできる。なお、上下逆さまにしたような形態では、連通孔19cを通ってシリンダブロック13の外部に排出されたガス化した低温流体は、自身の浮力で上方に向かって自然に上昇していくこととなるので、吸込管27および吸入管支持部材28を省略することができ、製造コストの低減化を図ることができる。   It should be noted that the present invention is not limited to the vertical installation as in the above-described embodiment, but can be horizontal installation, or an upside-down configuration, that is, the piston 11 is positioned below and the intake It is also possible to adopt a form in which the valve 14 is located above. In addition, in the form which turned upside down, the gasified low temperature fluid discharged | emitted to the exterior of the cylinder block 13 through the communicating hole 19c will naturally rise upwards with own buoyancy. Therefore, the suction pipe 27 and the suction pipe support member 28 can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced.

また、シリンダブロック13の、ピストン11の一端面と対向する部分に形成された弁座13dは、別部材で構成することもできる。これにより、弁座13dが磨耗損傷した場合に、シリンダブロック13の全体ではなく、弁座13dのみを交換することで対応可能となる。   Moreover, the valve seat 13d formed in the part facing the one end surface of the piston 11 of the cylinder block 13 can also be comprised with another member. Thereby, when the valve seat 13d is worn and damaged, it is possible to cope with the problem by replacing only the valve seat 13d, not the entire cylinder block 13.

本発明による低温流体用昇圧ポンプの一実施形態を示す要部概略縦断面図であって、ピストンが下死点の位置にある状態を示す図である。It is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view which shows one Embodiment of the pressure | voltage rise pump for low temperature fluid by this invention, Comprising: It is a figure which shows the state which has a piston in the position of a bottom dead center. 本発明による低温流体用昇圧ポンプの一実施形態を示す要部概略縦断面図であって、ピストンが上死点の位置にある状態を示す図である。It is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view which shows one Embodiment of the pressurization pump for low temperature fluid by this invention, Comprising: It is a figure which shows the state which has a piston in the position of a top dead center. 図1および図2に示す第2の弁体および弁ケーシングの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the 2nd valve body and valve casing which are shown in FIG. 1 and FIG. 従来の低温流体用昇圧ポンプを示す要部概略縦断面図である。It is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view which shows the conventional pressure | voltage rise pump for low temperature fluids.

符号の説明Explanation of symbols

10 低温流体用昇圧ポンプ
13a シリンダ(圧縮室)
14 吸入弁
17 第1の弁体
18 第2の弁体
19 弁ケーシング
19a 流体流入口
19c 連通孔
27 吸込管
10 Booster pump for low temperature fluid 13a Cylinder (compression chamber)
14 Suction valve 17 First valve body 18 Second valve body 19 Valve casing 19a Fluid inlet 19c Communication hole 27 Suction pipe

Claims (3)

低温流体を圧縮室内で圧縮する低温流体用昇圧ポンプの吸入弁であって、
シリンダブロックの一端部に形成された凹所と外部とを連通する流体流入口および連通孔を備えた弁ケーシングと、
前記圧縮室内と前記凹所内との連通状態を遮断できるように構成された第1の弁体と、
前記凹所内に設けられ、前記流体流入口の出口端を開閉するとともに、前記凹所内と外部との連通状態を維持したまま、前記凹所内と前記流体流入口との連通状態を遮断できるように構成された第2の弁体とを備えていることを特徴とする低温流体用昇圧ポンプの吸入弁。
A suction valve of a booster pump for a cryogenic fluid that compresses a cryogenic fluid in a compression chamber,
A valve casing having a fluid inlet and a communication hole for communicating the recess formed at one end of the cylinder block with the outside; and
A first valve body configured to be able to block communication between the compression chamber and the recess ;
Provided in the recess, opens and closes the outlet end of the fluid inlet, and allows the communication between the inside of the recess and the fluid inlet to be blocked while maintaining the state of communication between the inside of the recess and the outside. A suction valve for a cryogenic fluid booster pump, comprising: a second valve body configured .
前記流体流入口の入口端に吸込管が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の低温流体用昇圧ポンプの吸入弁。   The suction valve of the booster pump for low-temperature fluid according to claim 1, wherein a suction pipe is connected to an inlet end of the fluid inlet. 請求項1または2に記載の低温流体用昇圧ポンプの吸入弁を備えてなることを特徴とする低温流体用昇圧ポンプ。   3. A cryogenic fluid booster pump comprising the cryogenic fluid booster pump suction valve according to claim 1.
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