JPH02271180A - 流量制御装置及び極低温流体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体が供給される流体供給管の管路の絞りを
制御する装置に係り、更に詳細には、機械的な弁に代え
て磁性流体により管路の絞りを制御する流量制御装置に
関するものである。

また、この流量制御装置を組合せて構成した極低温流体
（例えば液体窒素等の液化ガス）供給装置も本発明の技
術分野に含まれる。

［従来の技術］ 従来、各種のプラントなどにおける流体供給系の配管（
流体供給管）の管路の絞り（開き）の調節は、管路に設
けられたバタフライバルブ弁の開閉動作を遠隔操作等で
制御して行うのが一般的である。このバタフライバルブ
は、流れ方向と直交する中心軸回りに回転可能な蝶（バ
タフライ）形の弁板（以下、”回転弁板“と称す）を備
えている。また、その回転弁板は、その回転位置に応じ
て管路の絞りを加減するようになっている。具体的には
、流れに対して垂直をなす回転位置で管路を全閉、流れ
に対して平行をなす回転位置で管路を全開するように設
定されている。

一方、液体窒素等の液化ガスを、その貯蔵タンクからタ
ンク・ローリ−等のタンクへ圧送する供給管においては
、管路の開閉手段として低温材のストップバルブを採用
し、ポンプ圧やガス圧による液化ガスの圧送が行なわれ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術において、バタフライバルブの回転弁板が
全開時には、流体に殆ど抵抗を与えず、特に問題は生じ
ない。しかしながら、回転弁板が半開状態では、その後
方に激しい渦流が生じて弁の振動が起こり、弁の損傷の
原因となる。また、圧力も著しく増加するので過大設計
が必要となり、コストが高くなるという不都合もある。

一方、液体窒素等の液化ガスの液取りでは、ストップバ
ルブの操作のみで管路の開閉を行っているため、流量制
御は殆ど効かず、定量供給には通さない。更に、この方
法では、圧送の途中で液化ガスの５０％以上が気化して
しまうのが現状であり、損失が大きく実用的でない。

本発明は上記従来技術の有する不都合に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、バタフライバル
ブの如き機械的な弁を不要とした流量制御装置を提供す
ることである。

更に、この流量制御装置を組合せ、しかも特に液化ガス
等の極低温流体の圧送に好適な極低温流体供給装置を提
供することも本発明の課題の一部である。

［課題を達成するための手段］ 本発明の流量制御装置は、流体が供給される流体供給管
の管路の絞りを制御することにより、前記流体の流量を
制御するものであって；前記流体供給管内に導入される
と共に、それが前記管路を絞るべき位置における管径方
向に占める横断面積の大きさに応じて前記管路を絞る磁
性流体と：前記管路を絞るべき位置における流体供給管
の外周を囲むようにして設置され、その内部に第１の超
電動コイル及びそのコイルをマイスナー効果の臨界温度
以下まで冷却する極低温媒体が収容された極低温容器と
；前記コイルに可変電流を供給することにより前記コイ
ルが発生する磁場の強さを可変制御せしめ、その制御後
の磁場の強さに応じて前記磁性流体の前記横断面積の大
きさを制御する制御手段とを備えることにより、上記目
的を達成したものである。

一方、本発明の極低温流体供給装置は、上述の液化ガス
などの極低温流体を、その貯蔵タンクからこの貯蔵タン
クに連なる流体供給管へポンプ圧により圧送するものに
おいて；前記ポンプ圧を与えるポンプとして、前記貯蔵
タンクの液面下に浸漬配置され、且つ前記極低温流体の
温度よりも高い温度をマイスナー効果の臨界温度とする
第２の超電動コイルを駆動源として一体的に備えた超電
動ポンプを用いると共に：前記貯蔵タンクに連なる流体
供給管が、上述の極低温流体用に構成された流量制御装
置を備え、しかもその流量制御装置のうちの前記磁性流
体と極低温容器とを前記貯蔵タンクの液面下に配置した
ものである。

［作用］ 本発明の流量制御装置によれば、流体供給管の従来のバ
ルブ位置（管路を絞るべき位置）に相当する位置には、
管内に導入された磁性流体と、管周を囲む第１の超電導
コイルとが設置されている。

ここで、第１の超電導コイルはマイスナー効果を呈する
材料を各欄して形成されたものであり、極低温容器内の
極低温媒体（例えば液体窒素）に浸漬されることにより
、マイスナー効果における臨界温度以下まで冷却されて
使用される。即ち、その使用時には、超電導状態となっ
ている。この状態の第１の超電導コイルに、制御手段に
より可変電流が通電されると、その可変電流の大きさに
応じた磁場が発生する。従って、管内の磁性流体の管径
方向に占める横断面積の大きさは、第１の超電導コイル
の磁場の強さに応じて可変制御されることになる。それ
故、磁性流体が前記横断面積の大きさに応じて管路を絞
り、恰も弁板の如籾役割りを果たすことになる。そのた
め、従来のバタフライバルブの如き機械的な弁を用いる
ことなく、管路の絞りを制御できる。

また、流量を零から制御する場合には、従来のバルブ位
置の上流側若しくは下流側のの管路に、流量制御を行う
補助的な手段として、ストップバルブを設置しても差し
支えない。周知のように、ストップバルブは、皿形の弁
と弁座に対してネジを上下（管の径方向）させて管路の
開閉を行う機構の弁であり、バタフライバルブの如き回
転弁板は備えていない。従って、上記従来技術で述べた
ような回転弁板に起因する不都合は生じない。また、主
たる流量制御は上述の磁性流体により行われるので、ス
トップバルブのみを用いた場合の流量制御効果の不足は
補償される。

尚、流量制御対象の流体そのものが前記臨界温度よりも
低い温度の極低温流体、例えば液体窒素等の液化ガスで
ある場合は、この極低温流体を前記極低温媒体として利
用することができる。

一方、本発明の流体供給装置によれば、第１の超電導フ
ィルが収納された極低温容器を極低温流体の貯蔵タンク
の液面下に浸漬する構成としている。この場合、第１の
超電動コイルは極低温流体により臨界温度以下まで冷却
されることになり、第１の超電動コイル冷却用に特別な
極低温媒体を予め用意する必要がなくなる。このことは
更に、極低温流体をその貯蔵タンクから低温流体供給管
へ圧送するポンプとして、超電導ポンプの使用を可能と
する。即ち、超電導ポンプを貯蔵タンクの液面下に浸漬
配置すれば、その駆動源としての第２の超電動コイルは
、第１の超電動コイルと同様に、流量制御対象の極低温
流体により臨界温度以下まで冷却されることになる。こ
こで、第１と第２との超電動コイルをなす超電導材料は
、本発明の実施例においては全く同一の材料とする。勿
論、臨界温度特性がほぼ同様な材料であれば、互いに異
なる材料を用いても良い。

また、超電導ポンプの駆動源（即ち第２の超電動コイル
）はポンプ本体と共に貯蔵タンクの液面下に浸漬できる
ように、ポンプ本体と一体的に構成されているものとす
る。

本発明の特徴と利点を一層明確にするために、好マシい
実施例について添付図面とともに説明すれば以下の通り
である。

［実施例］ ■、流量制御装置 第１図には、本発明の一実施例に係る流体制御装置の構
成例が示されている。

図において、従来のバルブ位置Ｂにおける流体供給管１
外には、適量の磁性流体２が導入されている。

一方、この位置Ｂにおける流体供給管１外には、管外周
に沿ったチューブ状の極低温容器３及びそれに挿入され
たメタル系の超電導コイル（第１の超電導コイル）４が
設置されている。ここで、極低温容器３内は、超電導コ
イル４を浸漬して臨界温度以下まで冷却するための液体
窒素（８ｉ低低温体）で予め満たされている。また、超
電導コイル４への可変電流の通電は、図示しない電流制
御装置（制御手段）により行われるようになっている。

この可変電流の通電により、超電導コイル４は電流値に
応じた強さの磁場を発生する。このＥｌ場の強さに応じ
て、磁性流体２により流体供給管１の管路の絞りを制御
することは既に述べた通りである。尚、流量制御対象の
流体の流れ方向は、図示の矢印ｒ方向とする。

また、第２図には、本発明の流体制御装置の他の構成例
が示されている。これは、流量を零から制御する場合の
実施例を示すものである。図において、流体供給管１に
おける超電導コイル４の上流側または下流側（図示の例
では下流側）にはストップバルブ５が設置されている。

さて、これら第１図及び第２図に示される流量制御装置
により流量制御実験を行ったところ、次の結果を得た。

ここで実験条件は、何れも第１表の通りとする。

第１表 流量制御対象の流体：　　　　水 流体供給管１の内径：　　　２０ｍｍ 圧力　　　　　　　　　　２　Ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　’
磁性流体２の導入量：　　　１５０ｇ コイル４の発生する 磁場の制御範囲”：　　　　０．５Ｔ　〜１．２Ｔ（＊
１・・・但し、電流制御装置による可変制御とする。後
述の第２表においても同様。）先ず、第１図に示す流量
制御装置においては、水の供給量を２０〜１１１　／　
ｍ　ｉ　ｎで制御することができた。更に脈動も生じな
いことも確かめられた。

次に、第２図に示す流量制御装置においては、水の供給
量を２０〜１．Ｏｊ２／ｍｉｎで制御することができた
。

尚、上記実施例においては、流量制御対象の流体を水と
して説明したが、本発明の流量制御対象は水に限定され
るものではない。

また、上記実施例においては、コイル４の冷却媒体（極
低温媒体）として、極低温容器３内に予め満たされた液
体窒素を用いる構成としているが、流量制御対象の流体
がコイル４の臨界温度以下の低温流体の場合は、この低
温流体を極低温容器３内に導き、冷却媒体として利用す
ることができる。この考えを更に発展させたのが、次に
述べる極低温流体供給装置である。

ＩＩ　、極低温流体供給装置 第３図には、本発明の一実施例に係る極低温流体供給装
置の構成例が示されている。

図において、流体供給管１の上流側に設置された流体供
給源としての貯蔵タンク６には、供給管１へ供給すべき
極低温流体として液体窒素Ｎが充填されている。ここで
、貯蔵タンク６の液面レベルＬの下方における流体供給
管ｌには、上記第１図に示した流量制御装置が設置され
ている。

但し、コイル４の電流制御装置（図示せず）は、貯蔵タ
ンク６の外側に設置されているものとする。また、この
例における極低温容器３は、貯蔵タンク６内の液体窒素
Ｎを流通可能に構成されているものとする。つまり、極
低温容器３に予め冷却媒体を充填する必要はなく、極低
温容器３を単に液面レベルＬの下方に浸漬するのみで、
極低温容器３内に冷却媒体（液体窒素Ｎ）が流通するよ
うになっている。

一方、貯蔵タンク６の液面レベルＬの下方において、供
給管１の最上流位置には、貯蔵タンク６内の液体窒素Ｎ
を供給管１へ圧送する超電導ポンプ７が接続されている
。この超電導ポンプ７の駆動源（図示せず）は、コイル
４を形成する超電導材料と全く同一の材料を各欄して成
る超電導コイル（第２の超電導コイル）である。

本発明の極低温流体供給装置は以上のように構成されて
いるが、その変形例として、図示の如く超電導コイル４
の下流側にストップバルブ５を設置する構成を採っても
よい。その理由は上記第２図に示した流量制御装置の実
施例と同線である。

この第３図に示される極低温流体供給装置において、ス
トップバルブ５を設置した場合と設置しない場合との夫
々について流量制御実験を行ったところ、次の結果を得
た。ここで実験条件は、夫々第２表の通りとする。

第２表 流量制御対象の流体：　　　液体窒素 流体供給管１の内径　＋　　　　１５ｍｍ超電導ポンプ
７の圧カニ　　１．７Ｋｇ／ａｍ２５ｎ性流体２の導入
量：　　　１１０ｇコイル４の発生する 磁場の制御範囲１　：０．４Ｔ〜１．０Ｔ先ず、ス）・
ツブバルブ５を設置しない場合においては、液体窒素の
供給量を５〜０．８ｎ／ｍｉｎで制御することができた
。

更に、ストップバルブ５を設置した場合は、液体窒素の
供給量を５〜０．８，０４２／ｍｉｎで制御することか
できた。

ところで、上記第３図に示される実施例においては、極
低温流体として液体窒素を用いる例を示したが、各超電
導コイルの臨界温度よりも低い流体であれば、他の極低
温流体を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の流量制御装置によれば、
第１の超電導コイルにより磁場を発生させ、磁性流体が
供給管の管径方向に占める横断面積を制御し、供給管の
内径を可変制御するようしたので、従来のバタフライバ
ルブは不要となり、流体の流量制御が容易に行なえると
いう効果がある。

尚、ストップバルブを併用すれば、流量制御効果をより
一層向上し得る。或いは、流量制御対象の流体が、超電
導コイルの臨界温度よりも低い温度の極低温流体である
場合、この極低温流体を超電導コイルの冷却用に利用す
ることにより、特に超電導コイル冷却用の極低温媒体を
用意する必要がない。

一方、本発明の極低温流体供給装置によれば、上記流量
制御装置と共に超電導ポンプを併用したので、流量制御
装置の磁場源（第１の超電導コイル）のみならず、超電
導ポンプの駆動源（第２の超電導コイル）の冷却にも流
量制御対象の極低温流体を利用することができる。従っ
て、定量供給可能な極低温流体供給装置を安価なコスト
で実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る流量制御装置の概略構
成例を管方向に沿って示す縦断面図、第２図は面図の流
量制御装置にストップバルブを併用した場合の概略構成
例を管方向に沿って示す縦断面図、第３図は本発明の一
実施例に係る極低温流体供給装置の概略構成例を管方向
に沿って示す縦断面図である。 ［主要部の符号の説明］ Ｉ・・・・・・流体供給管、２・・・・・・磁性流体３
・・・・・・極低温容器、４・・・・・・第１の超電導
コイル５・・・・・・ストップバルブ、６・・・・・・
貯蔵タンク７・・・・・・超電導ポンプ、Ｎ・・・・・
・液体窒素し・・・・・・液面レベル 尚、各図中、同一符号は同一または相当部を示す。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体が供給される流体供給管の管路の絞りを制御
   することにより、前記流体の流量を制御するものであっ
   て、 前記流体供給管内に導入されると共に、それが前記管路
   を絞るべき位置における管径方向に占める横断面積の大
   きさに応じて前記管路を絞る磁性流体と、 前記管路を絞るべき位置における流体供給管の外周を囲
   むようにして設置され、その内部に第１の超電動コイル
   及びそのコイルをマイスナー効果の臨界温度以下まで冷
   却する極低温媒体が収容された極低温容器と、 前記コイルに可変電流を供給することにより前記コイル
   が発生する磁場の強さを可変制御せしめ、その制御後の
   磁場の強さに応じて前記磁性流体の前記横断面積の大き
   さを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする流量
   制御装置。
2. （２）極低温流体を、その貯蔵タンクからこの貯蔵タン
   クに連なる流体供給管へポンプ圧により圧送するものに
   おいて、 前記ポンプ圧を与えるポンプとして、前記貯蔵タンクの
   液面下に浸漬配置され、且つ前記極低温流体の温度より
   も高い温度をマイスナー効果の臨界温度とする第２の超
   電動コイルを駆動源として一体的に備えた超電動ポンプ
   を用いると共に、前記貯蔵タンクに連なる流体供給管が
   、請求項１に記載の流量制御装置を備え、しかもその流
   量制御装置のうちの前記磁性流体と極低温容器とを前記
   貯蔵タンクの液面下に配置したことを特徴とする極低温
   流体供給装置。