JP4918605B2 - 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)。   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).

遠藤拓也ほか著、「新エネルギー自動車」、山海堂、1995年1月、p.221−222Endo Takuya et al., “New Energy Vehicle”, Sankai-do, January 1995, p. 221-222

また、このような低温流体用昇圧ポンプに用いられる吸入弁としては、シリンダ内の圧力が負圧(シリンダ内に供給される低温流体(圧縮される前の低温流体)の圧力よりも低い圧力)になると、シリンダ内の圧力とシリンダ内に供給される(大気圧状態の)低温流体の圧力との差によって開状態となるもの(例えば、逆止弁(あるいはチェック弁)のようなもの)が知られている。
しかしながら、このような吸入弁を具備した低温流体用昇圧ポンプでは、シリンダ内の圧力が、シリンダ内に供給される(大気圧状態の)低温流体の圧力よりも下がらないと吸入弁が開状態にならないため、ポンプ効率が低下してしまうといった問題点があった。
また、シリンダ内において低温流体がガス化してしまうと、シリンダ内の圧力がさらに高くなってしまい、吸入弁が開状態となるまでにさらなる時間を要し、ポンプ効率がさらに悪化してしまうといった問題点もあった。
In addition, as a suction valve used in such a booster pump for low-temperature fluid, the pressure in the cylinder is negative (pressure lower than the pressure of the low-temperature fluid supplied to the cylinder (the low-temperature fluid before being compressed)). When it becomes, the thing which becomes an open state by the difference between the pressure in the cylinder and the pressure of the cryogenic fluid (in the atmospheric pressure state) supplied to the cylinder (such as a check valve (or check valve)) Are known.
However, in a booster pump for a low-temperature fluid equipped with such a suction valve, the suction valve is opened if the pressure in the cylinder does not fall below the pressure of the low-temperature fluid supplied to the cylinder (at atmospheric pressure). Therefore, there is a problem that the pump efficiency is lowered.
In addition, if the low-temperature fluid is gasified in the cylinder, the pressure in the cylinder is further increased, and it takes more time to open the suction valve, and the pump efficiency is further deteriorated. There was also a point.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ポンプ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 an object thereof is to provide a booster pump for low-temperature fluid that can improve pump efficiency.

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は、外周面に複数本のリング溝が形成されたピストンと、前記リング溝内に配置される複数本のピストンリングと、これらピストンおよびピストンリングをその内部に形成されたシリンダ内に収容するシリンダブロックと、前記シリンダ内に吸入される0℃以下とされた低温流体の流路を開閉する弁体を備えた吸入弁とを具備した低温流体用昇圧ポンプであって、前記弁体を開方向に付勢するとともに、前記シリンダ内の圧力が大気圧と等しいかあるいはそれよりも若干高い状態において、前記弁体を開状態に維持する付勢部材が設けられている。
このような低温流体用昇圧ポンプによれば、弁体が、付勢手段により常にシリンダ内への流路を開く方向(例えば、図1および図2において上方向)に付勢されており、付勢手段の付勢力が、この弁体に作用する力(流路を閉じようとする力)に打ち勝つと、流路が開放された状態となる。すなわち、吸入行程において、シリンダ内の圧力が大気圧と等しいかあるいはそれよりも若干高くても弁体が持ち上げられて、流路が開放されることとなる。そして、ピストンが上死点に向かって後退し、シリンダ内の圧力が大気圧よりも低くなると、シリンダ内に(大気圧状態の)低温流体が流入してくる。これにより、シリンダ内に流入する(供給される)低温流体の液量を増加させることができ、ポンプ効率を向上させることができる。
また、弁体は、付勢手段により常に開く方向(例えば、図1および図2において上方向)に付勢されているので、吸入行程において、シリンダ内の圧力が大気圧と等しいかあるいはそれよりも若干高くても弁体を確実に開方向に移動させることができて、流路を開放させることができる。したがって、シリンダ内に流入する(供給される)低温流体の圧力を上げることなく、シリンダ内への流路を開放することができ、装置の簡略化を図ることができ、製造コストの低減化を図ることができる。
さらに、このような低温流体用昇圧ポンプによれば、シリンダ内の死容積中でガス化してしまった低温流体を、各ピストンリングの合口を介してシリンダブロックの外部に排出させることができるので、つぎの(引き続き行われる)吸入行程において、この死容積部の影響を受けずに低温流体を流入させることができ、シリンダ内に流入する(供給される)低温流体の液量を増加させることができて、ポンプ効率をさらに向上させることができる。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The pressurizing pump for low-temperature fluid according to the present invention has a piston having a plurality of ring grooves formed on the outer peripheral surface, a plurality of piston rings arranged in the ring groove, and the piston and the piston ring formed therein. A cryogenic fluid booster pump comprising: a cylinder block accommodated in the cylinder, and a suction valve having a valve body that opens and closes a flow path of the cryogenic fluid that is sucked into the cylinder at 0 ° C. or less. And a biasing member for biasing the valve body in the opening direction and maintaining the valve body in an open state in a state where the pressure in the cylinder is equal to or slightly higher than the atmospheric pressure. Yes.
According to such a low-pressure fluid booster pump, the valve body is always urged by the urging means in the direction of opening the flow path into the cylinder (for example, upward in FIGS. 1 and 2). When the urging force of the urging means overcomes the force (force for closing the flow path) acting on the valve body, the flow path is opened. That is, in the intake stroke, even if the pressure in the cylinder is equal to or slightly higher than the atmospheric pressure, the valve body is lifted and the flow path is opened. When the piston moves backward toward the top dead center and the pressure in the cylinder becomes lower than the atmospheric pressure, a low-temperature fluid (in the atmospheric pressure state) flows into the cylinder. Thereby, the liquid quantity of the low temperature fluid which flows in (supplied) in a cylinder can be increased, and pump efficiency can be improved.
Further, since the valve body is always urged in the opening direction (for example, upward in FIGS. 1 and 2) by the urging means, the pressure in the cylinder is equal to or higher than the atmospheric pressure in the intake stroke. Even if it is slightly higher, the valve body can be reliably moved in the opening direction, and the flow path can be opened. Therefore, the flow path into the cylinder can be opened without increasing the pressure of the low-temperature fluid flowing into (supplied into) the cylinder, the apparatus can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced. Can be planned.
Furthermore, according to such a booster pump for low-temperature fluid, the low-temperature fluid gasified in the dead volume in the cylinder can be discharged to the outside of the cylinder block through the joint of each piston ring. In the next (subsequently performed) suction stroke, the low-temperature fluid can be introduced without being affected by the dead volume, and the amount of the low-temperature fluid flowing (supplied) into the cylinder can be increased. Thus, the pump efficiency can be further improved.

本発明によれば、ポンプ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, there is an effect that the pump efficiency can be improved.

本発明による低温流体用昇圧ポンプの第1実施形態を示す要部概略縦断面図であって、(a)はピストンが上死点の位置にある状態を示す図であり、(b)はピストンが下死点の位置にある状態を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view which shows 1st Embodiment of the pressure | voltage rise pump for low temperature fluids by this invention, Comprising: (a) is a figure which shows the state in which a piston exists in the position of a top dead center, (b) is a piston. It is a figure which shows the state which is 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第2実施形態を示す図であって、(a)はピストンが上死点の位置にある状態を示す要部概略縦断面図、(b)はピストンが下死点の位置にある状態を示す要部概略縦断面図、(c)は吸入弁の要部分解斜視図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the pressure | voltage rise pump for cryogenic fluid by this invention, Comprising: (a) is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view which shows the state in which a piston exists in the position of a top dead center, (b) is a piston below FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of a main part showing a state at the position of a dead center, and FIG. 本発明による低温流体用昇圧ポンプの第3実施形態を示す図であって、(a)はピストンが下死点の位置にある状態を示す要部概略縦断面図、(b)は(a)のb−b矢視断面図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the pressure | voltage rise pump for cryogenic fluids by this invention, Comprising: (a) is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view which shows the state which has a piston in the position of a bottom dead center, (b) is (a). It is bb arrow sectional drawing of.

以下、本発明による低温流体用昇圧ポンプの第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1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11と、ピストンロッド(図示せず)と、シリンダブロック12と、吸入弁13とを主たる要素として構成されたものである。
ピストン11は、シリンダブロック12の内部に形成されたシリンダ12a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12aの内周面(シリンダ壁)と対向する面)にはリング溝11aが形成されているとともに、このリング溝11a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14が配置されている。
Hereinafter, a first embodiment of a booster pump for low-temperature fluid according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a cryogenic fluid booster pump 10 according to this embodiment includes a piston 11, a piston rod (not shown), a cylinder block 12, and a suction valve 13 as main elements. It is.
The piston 11 is a member having a substantially cylindrical shape that is accommodated in a cylinder 12a formed inside the cylinder block 12 so as to be able to reciprocate. The piston 11 has a low-temperature fluid (for example, a lower end surface in FIG. 1) , Liquid hydrogen, liquid nitrogen, liquid oxygen, liquefied carbon dioxide, liquefied natural gas, liquefied propane gas, etc.) can be compressed.
A ring groove 11a 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 12a). A piston ring 14 made of (tetrafluoroethylene) is disposed.

ピストンロッドは、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 is a substantially rod-like member that has a circular shape in cross section, and has one end connected to the center of the other end surface of the piston 11 and the other end connected to a power transmission unit (not shown). .
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12は、その内部に概略中空円筒状のシリンダ12aを有する部材である。シリンダブロック12の一端(図1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13が設けられている。一方、シリンダブロック12の他端は、ピストンロッドが貫通する貫通穴(図示せず)を除いて閉塞部となっており、ピストンロッドと貫通穴との間には低温シール(図示せず)が設けられている。
また、シリンダブロック12の側面(例えば、図1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(1.3MPa程度に昇圧された)低温流体が流出する流体流出口15が設けられており、流体流出口15の下流側には、図示しない逆止弁(チェック弁)が設けられている。この逆止弁は、所定圧力(例えば、1.2MPa)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ある。
The cylinder block 12 is a member having a generally hollow cylindrical cylinder 12a therein. One end (lower end in FIG. 1) of the cylinder block 12 is an opening, and a suction valve 13 is provided in the opening. On the other hand, the other end of the cylinder block 12 is a closed portion except for a through hole (not shown) through which the piston rod passes, and a low temperature seal (not shown) is provided between the piston rod and the through hole. Is provided.
Further, a fluid outlet 15 is provided on the side surface of the cylinder block 12 (for example, the right side surface in FIG. 1) through which a low-temperature fluid compressed by one end surface of the piston 11 (pressure increased to about 1.3 MPa) flows out. A non-illustrated check valve (check valve) is provided downstream of the fluid outlet 15. This check valve opens when a fluid pressure of a predetermined pressure (for example, 1.2 MPa) or more is applied (applies), and closes when the fluid pressure becomes less than the predetermined pressure.

吸入弁13は、弁体16と、弁ケーシング17とを主たる要素として構成されたものである。
弁体16は、円柱形状のロッド18と、ロッド18の一端側に設けられ、ロッド18から遠ざかるにつれて拡径する略円錐台形状のヘッド19とを備えている。
ロッド18の他端部(図1において下側の端部)には、その平坦な一端面がバネ受け面20aとされた拡径部20が形成されている。
ヘッド19の平坦な一端面(図1において上側の端面)19a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、その側面には、周方向に沿ってシート面19bが形成されている。
The intake valve 13 is configured with a valve body 16 and a valve casing 17 as main elements.
The valve body 16 includes a cylindrical rod 18 and a substantially frustoconical head 19 that is provided on one end side of the rod 18 and expands in diameter as the distance from the rod 18 increases.
On the other end portion (the lower end portion in FIG. 1) of the rod 18 is formed an enlarged diameter portion 20 whose flat one end surface is a spring receiving surface 20a.
A flat one end surface (upper end surface in FIG. 1) 19a of the head 19 is a pressure receiving surface against which a low-temperature fluid compressed by one end surface of the piston 11 is pressed, and a sheet is formed on the side surface along the circumferential direction. A surface 19b is formed.

弁ケーシング17は、図1に示すように、断面視略T字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、8個(図2(c)参照))の流体流入口17aが、板厚方向(図1において上下方向)に形成されている。また、弁ケーシング17の一端面(図1において上側の端面)には、ヘッド19のシート面19bと合致する弁座17bが形成されており、シート面19bが弁座17b上に着座したときに、流体流入口17a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。   As shown in FIG. 1, the valve casing 17 is a member having a substantially T-shaped cross-sectional view, and a plurality (for example, eight (see FIG. 2C)) are provided on the outer peripheral portion along the circumferential direction. ) Is formed in the plate thickness direction (vertical direction in FIG. 1). Further, a valve seat 17b that matches the seat surface 19b of the head 19 is formed on one end surface (the upper end surface in FIG. 1) of the valve casing 17, and when the seat surface 19b is seated on the valve seat 17b. All of the outlet ends of the fluid inlet 17a are completely closed.

弁ケーシング17の他端面(図1において下側の端面)側の中央部には、ロッド18の拡径部20と、ロッド18の軸部(拡径部20以外の部分)を軸受け支持する滑り軸受21と、弁体16をピストン11の側(図1において上側)に付勢するバネ(付勢部材)22と、バネ受け23とを収容する凹所17cが形成されている。
滑り軸受21は、ロッド18の軸部外周面と、凹所17cの内壁面との間に、これらロッド18の軸部外周面および凹所17cの内壁面の一部と接するように配置されている。また、滑り軸受21の一端面(図1において下側の端面)は、拡径部20の他端面と当接する受け面とされている。滑り軸受21の一端面と、拡径部20の他端面とは、弁体16がバネ22の力によってピストン11の側に押圧されて、ピストン11の側へ所定距離移動した場合に当接し、これにより、弁体16のピストン11の側への動きが拘束されるようになっている。そして、この滑り軸受21は、シリンダ12a内の低温流体が、凹所17c内に流入することを防止するシール部材としての役目も果たすものである。
In the central portion of the valve casing 17 on the other end surface (lower end surface in FIG. 1) side, a slide that supports and supports the enlarged diameter portion 20 of the rod 18 and the shaft portion of the rod 18 (the portion other than the enlarged diameter portion 20). A recess 17c that accommodates the bearing 21, the spring (biasing member) 22 that urges the valve body 16 toward the piston 11 (the upper side in FIG. 1), and the spring receiver 23 is formed.
The slide bearing 21 is disposed between the outer peripheral surface of the shaft portion of the rod 18 and the inner wall surface of the recess 17c so as to be in contact with the outer peripheral surface of the shaft portion of the rod 18 and a part of the inner wall surface of the recess 17c. Yes. Further, one end surface (the lower end surface in FIG. 1) of the sliding bearing 21 is a receiving surface that comes into contact with the other end surface of the diameter-enlarged portion 20. One end surface of the sliding bearing 21 and the other end surface of the enlarged diameter portion 20 abut when the valve body 16 is pressed to the piston 11 side by the force of the spring 22 and moves to the piston 11 side by a predetermined distance, Thereby, the movement to the piston 11 side of the valve body 16 is restrained. The sliding bearing 21 also serves as a seal member that prevents the low-temperature fluid in the cylinder 12a from flowing into the recess 17c.

凹所17cの一端部(滑り軸受21が配置されている側と反対側の端部)には、バネ受け23が設けられて(嵌入されて)おり、拡径部20のバネ受け面20aと、バネ受け23の一端面(図1において上側の端面)との間には、バネ22が配置されている。バネ22は、前述したように弁体16をピストン11の側に付勢するものである。そのため、ヘッド19の一端面19aに作用する力(弁体16をバネ22の側へ押圧する力)が、バネ22の力よりも小さいときには、図1(a)の状態をとることとなる。そして、バネ22の力が、ヘッド19の一端面19aに作用する力に対して、完全に抗することができなくなる(打ち勝つことができなくなる)と、流体流入口17aの出口端のすべてが完全に閉塞され、図1(b)の状態をとることとなる。   A spring receiver 23 is provided (inserted) at one end of the recess 17c (the end opposite to the side where the sliding bearing 21 is disposed), and the spring receiving surface 20a of the enlarged diameter portion 20 is provided. A spring 22 is disposed between one end surface of the spring receiver 23 (the upper end surface in FIG. 1). The spring 22 biases the valve body 16 toward the piston 11 as described above. Therefore, when the force acting on the one end surface 19a of the head 19 (the force pressing the valve body 16 toward the spring 22) is smaller than the force of the spring 22, the state shown in FIG. When the force of the spring 22 cannot completely resist (cannot overcome) the force acting on the one end surface 19a of the head 19, all the outlet ends of the fluid inlet 17a are completely And the state shown in FIG. 1B is taken.

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、吸入工程において弁体16がバネ22の付勢力によりピストン11の側に押圧され、シート面19bが弁座17bから離れることにより流体流入口17a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12a内に流入するようになっている(図1(a)参照)。
また、圧縮行程においては、ピストン11の一端面により圧縮される低温流体がヘッド19の一端面19aに作用し、この力がバネ22の付勢力に打ち勝つようになると弁体16が徐々に弁ケーシング17の側に押圧されていき、シート面19bが弁座17b上に着座して、流体流入口17a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19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19の一端面19a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(例えば、1.3MPa程度)に加圧(昇圧)されると、加圧された低温流体が流体流出口15からシリンダブロック12の外部に導き出されるようになっている。
With the above configuration, in the low-temperature fluid booster pump 10 according to the present embodiment, the valve body 16 is pressed toward the piston 11 by the biasing force of the spring 22 in the suction process, and the seat surface 19b is separated from the valve seat 17b. All the outlet ends of the inflow port 17a are opened so that a low-temperature fluid in an atmospheric pressure state flows into the cylinder 12a (see FIG. 1A).
Further, in the compression stroke, the low temperature fluid compressed by the one end surface of the piston 11 acts on the one end surface 19a of the head 19, and when this force overcomes the urging force of the spring 22, the valve body 16 gradually moves into the valve casing. The seat surface 19b is seated on the valve seat 17b, and all the outlet ends of the fluid inlet port 17a are completely closed. Thereafter, the piston 11 further moves toward the head 19, whereby the low temperature fluid is further compressed between the one end surface of the piston 11 and the one end surface 19 a of the head 19, and the low temperature fluid becomes a desired pressure (for example, , About 1.3 MPa), the pressurized low temperature fluid is led out of the cylinder block 12 from the fluid outlet 15.

本実施形態による低温流体用昇圧ポンプ10によれば、弁体16は、バネ22により常に開く方向(図1において上方向)に付勢されており、バネ22の付勢力がヘッド19の一端面19aに作用する力に打ち勝つと、流体流入口17aの出口端のすべてが開放された状態となる。すなわち、吸入行程において、シリンダ12a内の圧力が大気圧と等しいかあるいはそれよりも若干高くても弁体16が持ち上げられて、流体流入口17aの出口端のすべてが開放されることとなる。そして、ピストン11が上死点に向かって後退し、シリンダ12a内の圧力が大気圧よりも低くなると、シリンダ12a内に(大気圧状態の)低温流体が流入してくる。これにより、シリンダ12a内に流入する(供給される)低温流体の液量を増加させることができ、ポンプ効率を向上させることができる。
また、弁体16は、バネ22により常に開く方向(図1において上方向)に付勢されているので、吸入行程において、シリンダ12a内の圧力が大気圧と等しいかあるいはそれよりも若干高くても弁体16を確実に開方向に移動させることができて、流体流入口17aの出口端のすべてを開放させることができる。したがって、シリンダ12a内に流入する(供給される)低温流体の圧力を上げることなく、流体流入口17aを開放することができ、装置の簡略化を図ることができ、製造コストの低減化を図ることができる。
According to the cryogenic fluid booster pump 10 according to the present embodiment, the valve body 16 is always urged by the spring 22 in the opening direction (upward in FIG. 1), and the urging force of the spring 22 is applied to one end surface of the head 19. When the force acting on 19a is overcome, all of the outlet ends of the fluid inlet port 17a are opened. That is, in the intake stroke, even if the pressure in the cylinder 12a is equal to or slightly higher than the atmospheric pressure, the valve body 16 is lifted and all the outlet ends of the fluid inlet 17a are opened. Then, when the piston 11 moves backward toward the top dead center and the pressure in the cylinder 12a becomes lower than the atmospheric pressure, the low-temperature fluid (in the atmospheric pressure state) flows into the cylinder 12a. Thereby, the liquid quantity of the low-temperature fluid which flows in (supply) in the cylinder 12a can be increased, and pump efficiency can be improved.
Further, since the valve body 16 is always urged in the opening direction (upward in FIG. 1) by the spring 22, the pressure in the cylinder 12a is equal to or slightly higher than the atmospheric pressure in the intake stroke. The valve body 16 can be reliably moved in the opening direction, and all the outlet ends of the fluid inlet port 17a can be opened. Therefore, the fluid inlet 17a can be opened without increasing the pressure of the low-temperature fluid flowing (supplied) into the cylinder 12a, the apparatus can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced. be able to.

本発明による低温流体用昇圧ポンプの第2実施形態を、図2を用いて説明する。
本実施形態における低温流体用昇圧ポンプ30は、吸入弁13の代わりに、吸入弁31が設けられているという点で前述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
A second embodiment of the cryogenic fluid booster pump according to the present invention will be described with reference to FIG.
The cryogenic fluid booster pump 30 in this embodiment is different from that in the first embodiment described above in that a suction valve 31 is provided instead of the suction valve 13. Since other components are the same as those in the above-described embodiment, description of these components is omitted here.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 1st Embodiment mentioned above.

吸入弁31は、弁体32と、弁ケーシング33とを主たる要素として構成されたものである。
弁体32は、中央部に平面視円形状の開口部32aを有する輪状(ドーナツ状)の板状部材(図2(c)参照)であり、シリンダブロック12の一端部(図2において下側の端部)に形成された凹所12b内に収められているとともに、この凹所12b内において、シリンダブロック12の長手方向(図2において上下方向)に沿って摺動自在となっている。
弁体32の一端面(図2において上側の端面)32b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、その他端面(図2において下側の端面)32cは、シート面兼バネ受け面となっている。
The intake valve 31 is configured with a valve body 32 and a valve casing 33 as main elements.
The valve body 32 is a ring-shaped (donut-shaped) plate-like member (see FIG. 2C) having an opening 32a having a circular shape in plan view at the center, and one end of the cylinder block 12 (the lower side in FIG. 2). And is slidable along the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 2) of the cylinder block 12 in the recess 12b.
One end surface (upper end surface in FIG. 2) 32b of the valve body 32 is a pressure receiving surface against which a low-temperature fluid compressed by one end surface of the piston 11 is pressed, and the other end surface (lower end surface in FIG. 2) 32c. Is a seat surface and a spring receiving surface.

弁ケーシング33は、図1に示すように、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、8個(図2(c)参照))の流体流入口33aが、板厚方向(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33の一端面(図2において上側の端面)には、弁体32のシート面(他端面)32cと合致する弁座33bが形成されており、シート面32cが弁座33b上に着座したときに、流体流入口33a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。   As shown in FIG. 1, the valve casing 33 is a member that has a substantially convex shape in a cross-sectional view, and a plurality (for example, eight (see FIG. 2 (c))) of the outer peripheral portion along the circumferential direction. The fluid inlet 33a is formed in the plate thickness direction (vertical direction in FIG. 2). Further, a valve seat 33b that matches the seat surface (other end surface) 32c of the valve body 32 is formed on one end surface (the upper end surface in FIG. 2) of the valve casing 33, and the seat surface 32c is on the valve seat 33b. All the outlet ends of the fluid inflow port 33a are completely closed when seated on.

また、流体流入口33aの入口側(弁ケーシング33の他端面側(図2において下側の端面側)には、バネ受け34が設けられて(嵌入されて)おり、弁体32のバネ受け面(他端面)32cと、バネ受け34の一端面(図2において上側の端面)との間には、バネ(付勢部材)35が配置されている。バネ35は、弁体32をピストン11の側に付勢するものである。そのため、弁体32の一端面32bに作用する力(弁体32をバネ35の側へ押圧する力)が、バネ35の力よりも小さいときには、図2(a)の状態をとることとなる。そして、バネ35の力が、弁体32の一端面32bに作用する力に対して、完全に抗することができなくなる(打ち勝つことができなくなる)と、流体流入口33aの出口端のすべてが完全に閉塞され、図2(b)の状態をとることとなる。なお、弁体32の一端面32bに作用する力は、開口部32aの内径を変更して、弁体32の受圧面(一端面)32bの面積を変えることにより、容易に調整することができる。   Further, a spring receiver 34 is provided (inserted) on the inlet side of the fluid inlet 33 a (the other end surface side of the valve casing 33 (the lower end surface side in FIG. 2)). A spring (biasing member) 35 is disposed between the surface (the other end surface) 32c and one end surface (the upper end surface in FIG. 2) of the spring receiver 34. The spring 35 causes the valve body 32 to be a piston. Therefore, when the force acting on the one end face 32b of the valve body 32 (the force that presses the valve body 32 toward the spring 35) is smaller than the force of the spring 35, FIG. 2 (a), and the force of the spring 35 cannot completely resist (cannot overcome) the force acting on the one end surface 32b of the valve body 32. And all of the outlet ends of the fluid inlet 33a are completely closed. 2 (b) The force acting on the one end surface 32b of the valve body 32 changes the inner diameter of the opening 32a, and the pressure receiving surface (one end surface) 32b of the valve body 32 changes. It can be easily adjusted by changing the area.

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30では、吸入工程において弁体32がバネ35の付勢力によりピストン11の側に押圧され、シート面32cが弁座33bから離れることにより流体流入口33a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12a内に流入するようになっている(図2(a)参照)。
また、圧縮行程においては、ピストン11の一端面により圧縮される低温流体が弁体32の一端面32bに作用し、この力がバネ35の付勢力に打ち勝つようになると弁体32が徐々に弁ケーシング33の側に押圧されていき、シート面32cが弁座33b上に着座して、流体流入口33a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が弁体32の側に移動していくことにより、ピストン11の一端面と弁体32の一端面32b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(例えば、1.3MPa程度)に加圧(昇圧)されると、加圧された低温流体が流体流出口15からシリンダブロック12の外部に導き出されるようになっている。
With the above configuration, in the low-temperature fluid booster pump 30 according to the present embodiment, the valve body 32 is pressed toward the piston 11 by the urging force of the spring 35 in the suction process, and the seat surface 32c is separated from the valve seat 33b. All the outlet ends of the inflow port 33a are opened so that a low-temperature fluid in an atmospheric pressure state flows into the cylinder 12a (see FIG. 2A).
In the compression stroke, the low temperature fluid compressed by the one end surface of the piston 11 acts on the one end surface 32b of the valve body 32, and when this force overcomes the urging force of the spring 35, the valve body 32 gradually moves to the valve. The sheet surface 32c is seated on the valve seat 33b while being pressed toward the casing 33, and all the outlet ends of the fluid inlet 33a are completely closed. Thereafter, when the piston 11 further moves toward the valve body 32, the low-temperature fluid is further compressed between the one end surface of the piston 11 and the one end surface 32b of the valve body 32, so that the low-temperature fluid becomes a desired pressure. When pressurized (for example, about 1.3 MPa), the pressurized low-temperature fluid is led out of the cylinder block 12 from the fluid outlet 15.

本実施形態による低温流体用昇圧ポンプ30の作用効果は、前述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。   The operational effects of the cryogenic fluid booster pump 30 according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment described above, and therefore the description thereof is omitted here.

本発明による低温流体用昇圧ポンプの第3実施形態を、図3を用いて説明する。
本実施形態における低温流体用昇圧ポンプ40は、各ピストンリングの合口42bが、常に流体流出口15の側に位置するように構成されているという点で前述した第1実施形態および第2実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、図3には、第2実施形態のところで説明した低温流体用昇圧ポンプと同様の構成を有する低温流体用昇圧ポンプを示しており、前述した第1実施形態および第2実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
A third embodiment of a booster pump for a cryogenic fluid according to the present invention will be described with reference to FIG.
The low-temperature fluid booster pump 40 according to this embodiment is configured so that the joint 42b of each piston ring is always located on the fluid outlet 15 side, as described above. Different from that. Since other components are the same as those in the above-described embodiment, description of these components is omitted here.
FIG. 3 shows a cryogenic fluid booster pump having the same configuration as the cryogenic fluid booster pump described in the second embodiment, which is the same as that of the first embodiment and the second embodiment described above. The same reference numerals are given to the members.

図3(b)に示すように、水平面内において流体流出口15と反対の側に位置するピストン41の各リング溝41a内には、長手方向(図3(a)において上下方向)に沿って凸部41bが形成されている。
また、リング溝41a内に収められる各ピストンリング42の、凸部41bと対向する内周面(すなわち、水平面内において流体流出口15と反対の側に位置する内周面)には、凸部41bに向かって凸部42aが形成されている。
ピストン41とピストンリング42との間には、バックアップリング43がそれぞれ収められている。バックアップリング43は、水平面内において流体流出口15と反対の側に合口を有する(すなわち、ピストンリング42の合口42bと反対の側に合口を有する)リング状の部材であり、合口の一端面と他端面との間に、リング溝41a内に形成された凸部41bおよびピストンリング42の凸部42aが位置し、ピストンリング42がピストン42およびバックアップリング43に対して回転しないように(すなわち、各ピストンリング42の合口42bが、常に流体流出口15の側に位置するように)なっている。
As shown in FIG. 3B, in each ring groove 41a of the piston 41 located on the side opposite to the fluid outlet 15 in the horizontal plane, along the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 3A). A convex portion 41b is formed.
In addition, a convex portion is formed on the inner peripheral surface of each piston ring 42 accommodated in the ring groove 41a that faces the convex portion 41b (that is, the inner peripheral surface located on the side opposite to the fluid outlet 15 in the horizontal plane). A convex portion 42a is formed toward 41b.
Backup rings 43 are accommodated between the piston 41 and the piston ring 42, respectively. The backup ring 43 is a ring-shaped member having a joint on the side opposite to the fluid outlet 15 in the horizontal plane (that is, having a joint on the side opposite to the joint 42b of the piston ring 42), and one end surface of the joint Between the other end surface, the convex portion 41b formed in the ring groove 41a and the convex portion 42a of the piston ring 42 are positioned so that the piston ring 42 does not rotate with respect to the piston 42 and the backup ring 43 (that is, The joint 42b of each piston ring 42 is always located on the fluid outlet 15 side).

本実施形態による低温流体用昇圧ポンプ40によれば、各ピストンリング42の合口42bが、常に流体流出口15の側に位置するように構成されており、シリンダ12a内の死容積中でガス化してしまった低温流体が、これらピストンリング42の合口42bを介してシリンダブロック12の他端側に向かって導かれた後、図示しないガス流出口からシリンダブロック12の外部に導き出されることとなる。
このように、本実施形態による低温流体用昇圧ポンプ40では、シリンダ12a内の死容積中でガス化してしまった低温流体を各ピストンリング42の合口42bを介してシリンダブロック12の外部に排出させることができるので、つぎの(引き続き行われる)吸入行程において、この死容積中にも低温流体を流入させることができ、シリンダ12a内に流入する(供給される)低温流体の液量を増加させることができて、ポンプ効率をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、前述した第1実施形態および第2実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
According to the booster pump 40 for low-temperature fluid according to the present embodiment, the joint 42b of each piston ring 42 is configured to be always located on the fluid outlet 15 side, and gasifies in the dead volume in the cylinder 12a. The low-temperature fluid that has been introduced is guided toward the other end side of the cylinder block 12 through the joint 42b of the piston ring 42, and is then guided to the outside of the cylinder block 12 from a gas outlet that is not shown.
As described above, in the low-temperature fluid booster pump 40 according to the present embodiment, the low-temperature fluid gasified in the dead volume in the cylinder 12 a is discharged to the outside of the cylinder block 12 through the joint 42 b of each piston ring 42. Therefore, in the next (subsequently performed) suction stroke, the cryogenic fluid can be introduced into the dead volume, and the amount of the cryogenic fluid flowing (supplied) into the cylinder 12a is increased. And pump efficiency can be further improved.
Other functions and effects are the same as those of the first embodiment and the second embodiment described above, and thus description thereof is omitted here.

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形実施することができる。例えば、第3実施形態のところで説明したピストンリング42は、必ずしもすべてのピストンリング42の合口42bが流体流出口15の側に向くように構成されている必要はなく、少なくとも最も流体流出口15に近い(図3において最も下側に位置する)ピストンリング42の合口42bのみが流体流出口15の側に向くように構成されていればよい。
また、弁体16,32の開閉のタイミングやシリンダ内に流入する低温流体の量は、バネ22,35のバネ力(付勢力)を調整することで容易に変更することができる。
In addition, this invention is not limited to the thing of embodiment mentioned above, It can deform | transform suitably as needed. For example, the piston ring 42 described in the third embodiment does not necessarily have to be configured so that the joints 42b of all the piston rings 42 face the fluid outlet 15, and at least the fluid outlet 15 It suffices that only the abutment 42b of the piston ring 42 that is close (the lowest position in FIG. 3) faces the fluid outlet 15 side.
Further, the opening / closing timing of the valve bodies 16 and 32 and the amount of the low temperature fluid flowing into the cylinder can be easily changed by adjusting the spring force (biasing force) of the springs 22 and 35.

10 低温流体用昇圧ポンプ
11 ピストン
11a リング溝
12 シリンダブロック
12a シリンダ
13 吸入弁
14 ピストンリング
15 流体流出口
16 弁体
22 バネ(付勢部材)
30 低温流体用昇圧ポンプ
31 吸入弁
32 弁体
35 バネ(付勢部材)
40 低温流体用昇圧ポンプ
41 ピストン
41a リング溝
42 ピストンリング
42b 合口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Booster pump 11 for low temperature fluids Piston 11a Ring groove 12 Cylinder block 12a Cylinder 13 Suction valve 14 Piston ring 15 Fluid outlet 16 Valve body 22 Spring (biasing member)
30 Low Pressure Fluid Booster Pump 31 Suction Valve 32 Valve Body 35 Spring (Biasing Member)
40 Low Pressure Fluid Booster Pump 41 Piston 41a Ring Groove 42 Piston Ring 42b Joint

Claims (1)

外周面に複数本のリング溝が形成されたピストンと、前記リング溝内に配置される複数本のピストンリングと、これらピストンおよびピストンリングをその内部に形成されたシリンダ内に収容するシリンダブロックと、前記シリンダ内に吸入される0℃以下とされた低温流体の流路を開閉する弁体を備えた吸入弁とを具備した低温流体用昇圧ポンプであって、
前記弁体を開方向に付勢するとともに、前記シリンダ内の圧力が大気圧と等しいかあるいはそれよりも若干高い状態において、前記弁体を開状態に維持する付勢部材が設けられていることを特徴とする低温流体用昇圧ポンプ。
A piston having a plurality of ring grooves formed on the outer peripheral surface, a plurality of piston rings arranged in the ring groove, and a cylinder block for accommodating these pistons and piston rings in a cylinder formed therein A low-temperature fluid booster pump comprising a suction valve having a valve body for opening and closing a flow path of a low-temperature fluid sucked into the cylinder at 0 ° C. or less,
There is provided an urging member for urging the valve body in the opening direction and maintaining the valve body in the open state in a state where the pressure in the cylinder is equal to or slightly higher than the atmospheric pressure. A booster pump for low temperature fluids.
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