KR20190098227A

KR20190098227A - 액체 공급 시스템

Info

Publication number: KR20190098227A
Application number: KR1020197021571A
Authority: KR
Inventors: 기요타카 후루타; 고이치 모리; 히로시 다카타
Original assignee: 이글 고오교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-21
Also published as: JPWO2018143417A1; US20200011323A1; CN110177942A; WO2018143417A1; EP3578813A1

Abstract

효율 좋게 냉각하는 것이 가능한 액체 공급 시스템을 제공한다. 내부에 펌프실(P1, P2)이 갖추어지고 또한 액체의 흡입구(131b) 및 송출구(131c)가 설치되어 있는 용기와, 상기 흡입구(131b)로부터 유입하는 상기 액체를 상기 펌프실(P1, P2)로 공급하는 공급 통로(131e, 131Xc)와, 상기 펌프실(P1, P2)로부터 배출되는 상기 액체를 상기 송출구(131c)로 인도하는 배출 통로(190)를 가진 액체 공급 시스템(10)으로서, 상기 액체 공급 시스템(10)의 내벽면에 있어서 상기 액체와 접하는 부위(180, 181)에, 상기 액체가 흐르는 방향(L1, L2)에 따른 형상이며, 접액면적을 증가시키는 표면적 증가 구조(400)를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

액체 공급 시스템

본 발명은, 액체를 공급하는 액체 공급 시스템에 관한 것이다.

순환 유로에 대해 액체를 순환시키는 액체 공급 시스템으로서, 벨로우즈에 의해 형성된 펌프실을 가지는 벨로우즈 펌프를 이용한 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 시스템은, 연직 상하 방향으로 늘어 놓인 2개의 펌프실을 갖고, 각 펌프실을 구성하는 벨로우즈는, 액츄에이터에 의해 상하 방향으로 구동되는 축에 고정되어 축의 운동에 연동해 상하 방향으로 신축한다.

펌프 장치의 전체는 단열을 위해 진공 용기에 수용되고, 진공 용기의 위쪽에 액츄에이터가 설치된다. 펌프 장치에 외부로부터 액체를 공급하는 흡입관과 펌프 장치로부터의 액체를 외부로 배출하는 송출관은, 단열을 위해 외기로부터 가능한 한 떨어진 위치에서 펌프 장치에 접속하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 흡입관 및 송출관은, 진공 용기의 위쪽으로부터 진공 용기 내로 들어가, 펌프 장치보다 낮은 위치까지 연장되어 U자 형상으로 펌프 장치의 저부(底部, 밑부분)의 개구에 접속된다. 펌프 장치와 접속되는 배관을 이러한 형상으로 함으로써, 외부로부터의 열에 대한 높은 단열성능이 실현된다. 이러한 구성의 벨로우즈 펌프는, 액체 질소나 액체 헬륨 등의 초저온 액체를 초전도 기기 등의 피냉각 장치에 공급하는 용도로 매우 적합하게 이용된다.

그런데, 상온 환경 하에서 조립되거나 유지보수되거나 한 벨로우즈 펌프를 저온 액체의 공급에 이용할 수 있도록 가동시키는 경우, 우선 펌프 장치의 구성 부재를 상온으로부터 저온 액체의 온도까지 냉각하는 공정이 필요하게 된다. 구성 부재의 온도가 높으면 벨로우즈실 내에서 저온 액체가 증발해, 기액혼합 상태로 되어, 펌프가 적절히 작동하지 않기 때문이다. 펌프 장치를 냉각하는 방법으로서는, 펌프 장치에 저온 액체를 흘려 넣어 구성 부재와 저온 액체와의 사이에서 열교환을 실행시켜, 서서히 구성 부재의 온도를 낮추는 방법이 있다. 이 방법에서는, 펌프 장치의 저부로부터 유입한 저온 액체는, 우선 하부의 벨로우즈 펌프실, 그 다음에 상부의 벨로우즈 펌프실과 같이 서서히 펌프 장치 내를 채워 가 저온 액체의 수위가 상승해 간다. 그렇지만, 이 냉각 방법으로 벨로우즈 펌프를 가동 가능한 온도까지 냉각하기 위해서는 장대한 시간을 필요로 한다고 하는 과제가 있다.

그 이유는, 펌프 장치 내의 저온 액체의 수위가 낮은 상태에서는, 펌프 구성 부재와 저온 액체와의 접액면적이 작기 때문에, 냉각 공정의 초기에서는 냉각 효율이 낮다. 또, 펌프 구성 부재의 온도가 높은 상태에서는, 저온 액체가 증발하여 펌프실 내에 가스가 체류해, 저온 액체의 유입을 저해한다. 또, 2개의 벨로우즈 펌프실이 상하로 늘어 놓인 구성을 위해, 위의 펌프실을 제1 펌프실, 아래의 펌프실을 제2 펌프실로 하면, 펌프 장치로 유입된 액체가 제2 펌프실의 배출구로부터 유출해 버려, 제2 펌프실의 배출구의 높이보다 위로 수위가 상승하기 어렵다. 그 때문에, 제2 펌프실의 배출구보다 위에 제1 펌프실이 있는 경우, 제1 펌프실의 냉각에 시간이 걸린다. 또, 펌프 구성 부재는 고토출압을 얻기 위해 고강성의 금속재료가 이용되지만, 열전도율이 높은 금속의 표면에 저온 액체가 접하면, 저온 액체가 기화해서 생긴 가스에 의해 금속의 표면이 덮인다. 이 현상은 막비등이라 불린다. 이 금속 표면에 형성되는 가스층이 단열층으로서 작용해, 저온 액체와 펌프 구성 부재와의 열전달을 저해한다.

특허문헌 1 : 국제 공개 제2016/006648호

본 발명의 목적은, 효율 좋게 냉각하는 것이 가능한 액체 공급 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용했다.

즉, 본 발명의 액체 공급 시스템은,

내부에 펌프실이 갖추어지고 또한 액체의 흡입구 및 송출구가 설치되어 있는 용기와,

상기 흡입구로부터 유입하는 상기 액체를 상기 펌프실로 공급하는 공급 통로와,

상기 펌프실로부터 배출되는 상기 액체를 상기 송출구로 인도하는 배출 통로를 가진 액체 공급 시스템으로서,

상기 액체 공급 시스템의 내벽면에 있어서 상기 액체와 접하는 부위에, 상기 액체가 흐르는 방향에 따른 형상이며, 접액면적을 증가시키는 표면적 증가 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 표면적 증가 구조가 설치된 내벽면은, 표면적 증가 구조가 설치되지 않은 내벽면보다, 액체와 접촉하는 면적이 크다. 이 표면적 증가 구조는, 액체 공급 시스템의 내벽면에 있어서 액체와 접촉하는 부위에 설치된다. 따라서, 본 발명의 액체 공급 시스템에 저온 액체가 유입하면, 표면적 증가 구조를 가지지 않는 종래의 액체 공급 시스템과 비교해, 저온 액체와 액체 공급 시스템의 구성 부재와의 열교환이 보다 효율 좋게 행해진다. 따라서, 저온 액체를 흘려 넣음으로써 액체 공급 시스템을 효율 좋게 냉각할 수 있다. 본 발명에 의하면, 상온 환경 하에 있는 액체 공급 시스템을 냉각하는 공정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있으므로, 시스템의 설치 작업이나 유지보수 작업의 공정수 증가를 억제할 수 있다. 또, 냉각 공정에서의 저온 액체의 소비량을 억제할 수 있다.

상기 표면적 증가 구조는, 요철(凹凸) 형상으로 해도 좋다.

이에 따라, 단순한 형상으로 표면적 증가 구조를 실현할 수 있다.

상기 표면적 증가 구조는, 상기 펌프실 내에 설치되어도 좋다.

이에 따라, 표면적 증가 구조가 설치된 펌프실의 내벽면은, 표면적 증가 구조가 설치되지 않은 내벽면보다, 펌프실 내를 흐르는 액체와 접촉하는 면적이 크다. 따라서, 본 발명의 펌프실에 저온 액체가 유입하면, 표면적 증가 구조를 가지지 않는 종래의 액체 공급 시스템과 비교해, 저온 액체와 펌프실의 구성 부재와의 열교환이 보다 효율 좋게 행해진다. 따라서, 저온 액체를 흘려 넣음으로써 펌프실을 효율 좋게 냉각할 수 있다. 본 발명에 의하면, 펌프실을 효율적으로 냉각할 수 있기 때문에, 펌프실에 저온 액체의 가스가 체류하는 상황을 조기에 해소할 수 있어 액체 공급 시스템의 가동을 위한 냉각 공정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

상기 펌프실 내는, 거의 축대칭의 형상이며,

상기 공급 통로가 접속되는 펌프 입구가 상기 펌프실의 축방향의 한쪽 측에 설치되고 또한 상기 배출 통로가 접속되는 펌프 출구가 상기 펌프실의 축방향의 다른쪽 측에 설치되어 있으며,

상기 표면적 증가 구조는, 상기 펌프실 내의 축방향에 따라 일정하게 설치되어도 좋다.

이 구성에서는, 펌프 입구로부터 펌프실로 유입해, 펌프 출구로부터 배출되는 액체는, 펌프실 내를 거의 축방향을 따라 흐른다. 펌프실 내에는 표면적 증가 구조가 축방향을 따라 일정하게 설치되기 때문에, 표면적 증가 구조의 존재가 펌프실 내의 액체의 흐름을 저해하지 않는다.

상기 표면적 증가 구조는, 상기 공급 통로 및 상기 배출 통로에 설치되어도 좋다.

이에 따라, 액체 공급 시스템을 구성하는 부재를 보다 효율 좋게 냉각할 수 있다.

본 발명은, 벨로우즈 펌프를 갖춘 액체 공급 시스템에 적용할 수 있다. 즉,

상기 용기 내에 있어서, 연직 방향으로 왕복 이동하는 축부재와,

연직 방향으로 나란히 배치되고 또한 상기 축부재의 왕복 이동에 따라 신축하는 제1 벨로우즈 및 제2 벨로우즈를 갖고,

상기 펌프실은,

상기 제1 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간에 의해 형성되는 제1 펌프실과,

상기 제2 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간에 의해 형성되는 제2 펌프실로 이루어지며,

상기 표면적 증가 구조는,

상기 제1 펌프실 내에 있어서 상기 제1 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간의 내벽면에 설치된 상기 제1 벨로우즈의 신축 방향과 대략 평행의 요철 형상과,

상기 제2 펌프실 내에 있어서 상기 제2 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간의 내벽면에 설치된 상기 제2 벨로우즈의 신축 방향과 대략 평행의 요철 형상을 갖는 구성으로 해도 좋다.

이러한 구성의 액체 공급 시스템에서는, 제1 펌프실 및 제2 펌프실에서의 액체의 흐름은, 각각 제1 벨로우즈의 신축 방향 및 제2 벨로우즈의 신축 방향에 따른 흐름으로 된다. 표면적 증가 구조는, 제1 펌프실 내 및 제2 펌프실 내에 설치되어 있고, 각각 제1 벨로우즈 및 제2 벨로우즈의 신축 방향과 대략 평행의 요철 형상으로 구성되기 때문에, 제1 펌프실 및 제2 펌프실 각각의 내부에서의 액체의 흐름을 저해하지 않는다. 이 액체 공급 시스템에 의하면, 저온 액체를 제1 펌프실 및 제2 펌프실에 흘려 넣음으로써 각 펌프실을 효율 좋게 냉각할 수 있다.

덧붙여, 상기 각 구성은, 가능한 한 조합해서 채용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 액체 공급 시스템은, 효율 좋게 냉각할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 공급 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표면적 증가 구조의 일례를 나타내는 모식적 단면도이다.

이하에 도면을 참조하여, 이 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 근거해서 예시적으로 상세하게 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 이 발명의 범위를 그것들만으로 한정하는 취지의 것은 아니다.

(실시예)

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 액체 공급 시스템에 대해 설명한다. 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템은, 예를 들어 초전도 기기를 초저온 상태로 유지시키기 위해 매우 적합하게 이용할 수 있다. 즉, 초전도 기기에 있어서는, 초전도 코일 등을 상시 냉각시킬 필요가 있다. 그래서, 초전도 코일 등이 갖추어진 피냉각 장치에 초저온의 액체(액체 질소나 액체 헬륨)를 상시 공급함으로써, 피냉각 장치는 상시 냉각된다. 보다 구체적으로는, 피냉각 장치를 통과하는 순환 유로를 설치하고 또한 이 순환 유로 중에 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템을 장착함으로써, 초저온의 액체를 순환시켜, 피냉각 장치를 상시 냉각시키는 것이 가능하게 된다.

＜액체 공급 시스템의 전체 구성＞

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 공급 시스템 전체의 개략 구성도로서, 액체 공급 시스템 전체의 개략 구성을 단면적으로 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(10)은, 액체 공급 시스템 본체(이하, 시스템 본체(100)라 칭한다)와, 시스템 본체(100)가 내부에 설치되는 진공 용기(200)와, 배관(흡입관(310) 및 송출관(320))을 갖추고 있다. 흡입관(310) 및 송출관(320)은, 모두 진공 용기(200)의 외부로부터 진공 용기(200)의 내부로 비집고 들어가, 시스템 본체(100)에 접속되어 있다. 진공 용기(200)의 내부는 밀폐되어 있고, 진공 용기(200)의 내부 중, 시스템 본체(100), 흡입관(310) 및 송출관(320)의 외측의 공간은 진공 상태가 유지되어 있다. 이에 따라, 이 공간은 단열 기능을 갖추고 있다. 액체 공급 시스템(10)은, 통상 수평면 상에 설치된다. 액체 공급 시스템(10)이 설치된 상태에 있어서, 도 1에서의 위쪽이 연직 방향 위쪽으로 되고, 도 1에서의 아래쪽이 연직 방향 아래쪽으로 된다.

시스템 본체(100)는, 구동원으로 되는 리니어 액츄에이터(110)와, 리니어 액츄에이터(110)에 의해 연직 방향으로 왕복 이동하는 축부재(120)와, 용기(130)를 갖추고 있다. 덧붙여, 리니어 액츄에이터(110)는 임의의 개소에 고정되며, 고정되는 개소는 용기(130)라도 좋고, 다른 도시하지 않은 개소라도 좋다. 용기(130)는, 케이스부(131)를 갖추고 있다. 축부재(120)는, 용기(130)의 외부로부터, 케이스부(131)의 천정부에 설치된 개구부(131a)를 매개로 해서 용기 내부로 비집고 들어가도록 설치되어 있다. 또, 케이스부(131)의 저부에는, 액체의 흡입구(131b) 및 송출구(131c)가 설치되어 있다. 상기의 흡입관(310)은 흡입구(131b)가 설치된 위치에 접속되고, 송출관(320)은 송출구(131c)가 설치된 위치에 접속되어 있다.

케이스부(131)의 내부에 있어서는, 복수의 부재가 갖추어져 있고, 이들 복수의 부재에 의해 구획된 복수의 공간에 의해, 복수의 펌프실과, 액체의 유로와, 단열용의 진공실이 형성되어 있다. 이하, 이 케이스부(131)의 내부의 구성에 대해, 보다 상세하게 설명한다.

축부재(120)는, 내부에 속이 빈 부분(중공부)을 가지는 축 본체부(121)와, 축 본체부(121)의 외주면 측을 둘러싸도록 설치되는 원통부(122)와, 축 본체부(121)와 원통부(122)를 연결하는 연결부(123)를 가지고 있다. 또, 원통부(122)의 상단에는 상단 측 외향 플랜지부(122a)가 설치되고, 원통부(122)의 하단에는 하단 측 외향 플랜지부(122b)가 설치되어 있다.

케이스부(131)는, 대략 원통 모양의 동체부(131X)와, 저판부(底板部; 131Y)를 갖추고 있다. 또, 동체부(131X)에는, 높이 방향의 중앙 부근에 설치되는 제1 내향 플랜지부(131Xa)와, 위쪽에 설치되는 제2 내향 플랜지부(131Xb)가 설치되어 있다.

동체부(131X)의 내부에는, 제1 내향 플랜지부(131Xa)보다 아래쪽에 갖추어져 축방향으로 연장되는 제1 유로(131Xc)가, 둘레방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 또, 동체부(131X)의 내부에는, 제1 유로(131Xc)가 설치되어 있는 영역보다 더 지름 방향 외측에 있어서, 축방향으로 신장하는 원통 모양의 공간으로 구성된 제2 유로(131Xd)도 설치되어 있다. 또, 케이스부(131)의 저부에는, 지름 방향 외측으로 향해 신장하여 제1 유로(131Xc)에 연결되는 유로(131d)가 원주 모양으로 일정하게 형성되어 있다. 더욱이, 케이스부(131)에서의 저판부(131Y)에는, 지름 방향 외측으로 향해 신장하는 유로(131e)가 원주 모양으로 일정하게 형성되어 있다. 즉, 이들 유로(131d) 및 유로(131e)는, 중심축선 측으로부터 지름 방향 외측으로 향해, 방사상으로 360°모든 방향으로 액체가 흐를 수 있도록 구성되어 있다.

또, 용기(130)의 내부에는, 축부재(120)의 왕복 이동에 따라 신축하는 제1 벨로우즈(141) 및 제2 벨로우즈(142)가 설치되어 있다. 이들 제1 벨로우즈(141) 및 제2 벨로우즈(142)는, 연직 방향으로 나란히 배치되어 있다. 제1 벨로우즈(141)의 상단 측은 축부재(120)에서의 원통부(122)의 상단 측 외향 플랜지부(122a)에 고정되어 있고, 제1 벨로우즈(141)의 하단 측은 케이스부(131)의 제1 내향 플랜지부(131Xa)에 고정되어 있다. 또, 제2 벨로우즈(142)의 상단 측은 케이스부(131)의 제1 내향 플랜지부(131Xa)에 고정되어 있고, 제2 벨로우즈(142)의 하단 측은 축부재(120)에서의 원통부(122)의 하단 측 외향 플랜지부(122b)에 고정되어 있다. 그리고, 제1 벨로우즈(141)의 외주면을 둘러싸는 공간에 의해 제1 펌프실(P1)이 형성되어 있고, 제2 벨로우즈(142)의 외주면을 둘러싸는 공간에 의해 제2 펌프실(P2)이 형성되어 있다.

또, 용기(130)의 내부에는, 축부재(120)의 왕복 이동에 따라 신축하는 제3 벨로우즈(151) 및 제4 벨로우즈(152)도 설치되어 있다. 제3 벨로우즈(151)의 상단 측은 케이스부(131)의 천정부에 고정되어 있고, 제3 벨로우즈(151)의 하단 측은 축부재(120)에 고정되어 있다. 이에 따라, 케이스부(131)에 설치된 개구부(131a)가 막혀 있다. 제4 벨로우즈(152)의 상단 측은 케이스부(131)에 설치된 제2 내향 플랜지부(131Xb)에 고정되어 있고, 제4 벨로우즈(152)의 하단 측은 축부재(120)에서의 연결부(123)에 고정되어 있다. 그리고, 축부재(120)의 축 본체부(121)의 내부의 속이 빈 부분에 의해 형성되는 제1 공간(K1)과, 제3 벨로우즈(151)의 외주면 측 및 제4 벨로우즈(152)의 내주면 측 등에 의해 형성되는 제2 공간(K2)과, 제1 벨로우즈(141) 및 제2 벨로우즈(142)의 내주면 측과 원통부(122)의 외주면 측에 의해 형성되는 제3 공간(K3)은 연결되어 있다. 이들 제1 공간(K1)과 제2 공간(K2)과 제3 공간(K3)에 의해 형성되는 공간은 밀폐되어 있다. 본 실시예에서는, 이것들에 의해 형성되는 밀폐 공간은 진공 상태가 유지되어 있고, 단열 기능을 갖추고 있다.

더욱이, 용기(130)의 내부에는, 4개의 체크 밸브(160)(장착된 위치에 따라, 적당히 제1 체크 밸브(160A), 제2 체크 밸브(160B), 제3 체크 밸브(160C) 및 제4 체크 밸브(160D)라고 칭한다)가 설치되어 있다. 또, 제1 체크 밸브(160A)와 제2 체크 밸브(160B)는, 제1 펌프실(P1) 및 제2 펌프실(P2)을 매개로 해서 리니어 액츄에이터(110)와는 반대 측(하부 측)에 배치되어 있다. 그리고, 제3 체크 밸브(160C)와 제4 체크 밸브(160D)는, 제1 체크 밸브(160A)와 제2 체크 밸브(160B)보다 위쪽 측에 배치되어 있다.

또, 제1 체크 밸브(160A)와 제3 체크 밸브(160C)는, 제1 펌프실(P1)을 통과하는 유로 상에 설치되어 있다. 이들 제1 체크 밸브(160A) 및 제3 체크 밸브(160C)는, 제1 펌프실(P1)에 의한 펌프 작용에 의해 흐르는 액체의 역류를 중지시키는 역할을 담당하고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 펌프실(P1)에 대해, 상류 측에 제1 체크 밸브(160A)가 설치되고, 하류 측에 제3 체크 밸브(160C)가 설치되어 있다. 더욱 구체적으로는, 제1 체크 밸브(160A)는, 케이스부(131)의 저부에 형성된 유로(131d) 상에 설치되어 있다. 또, 제3 체크 밸브(160C)는, 케이스부(131)에 설치된 제2 내향 플랜지부(131Xb)의 부근에 형성되는 유로 상에 설치되어 있다.

그리고, 제2 체크 밸브(160B)와 제4 체크 밸브(160D)는, 제2 펌프실(P2)을 통과하는 유로 상에 설치되어 있다. 이들 제2 체크 밸브(160B) 및 제4 체크 밸브(160D)는, 제2 펌프실(P2)에 의한 펌프 작용에 의해 흐르는 액체의 역류를 중지시키는 역할을 담당하고 있다. 보다 구체적으로는, 제2 펌프실(P2)에 대해, 상류 측에 제2 체크 밸브(160B)가 설치되고, 하류 측에 제4 체크 밸브(160D)가 설치되어 있다. 더욱 구체적으로는, 제2 체크 밸브(160B)는, 케이스부(131)의 저판부(131Y)에 형성된 유로(131e) 상에 설치되어 있다. 또, 제4 체크 밸브(160D)는, 케이스부(131)의 제1 내향 플랜지부(131Xa)의 부근에 형성된 유로 상에 설치되어 있다.

＜액체 공급 시스템 전체의 동작 설명＞

액체 공급 시스템 전체의 동작에 대해 설명한다. 리니어 액츄에이터(110)에 의해, 축부재(120)가 하강할 때에 있어서는, 제1 벨로우즈(141)는 줄어들고, 제2 벨로우즈(142)는 신장한다. 이 때, 제1 펌프실(P1)의 액체 압력은 낮아지기 때문에, 제1 체크 밸브(160A)는 밸브가 열리고, 제3 체크 밸브(160C)는 밸브가 닫힌 상태로 된다. 이에 따라, 액체 공급 시스템(10)의 외부로부터 흡입관(310)에 의해 보내지는 액체(화살표 S10 참조)는, 흡입구(131b)로부터 용기(130) 내로 흡입되어, 제1 체크 밸브(160A)를 빠져 나간다(화살표 S11 참조). 그리고, 제1 체크 밸브(160A)를 빠져 나간 액체는, 케이스부(131)에서의 동체부(131X)의 내부의 제1 유로(131Xc)를 통해, 제1 펌프실(P1)로 보내진다. 또, 제2 펌프실(P2)의 액체 압력은 높아지기 때문에, 제2 체크 밸브(160B)는 밸브가 닫히고, 제4 체크 밸브(160D)는 밸브가 열린 상태로 된다. 이에 따라, 제2 펌프실(P2) 내의 액체는, 제4 체크 밸브(160D)를 빠져 나가, 동체부(131X)의 내부의 제2 유로(131Xd)로 보내진다(화살표 T12 참조). 그 후, 액체는, 송출구(131c)를 통해, 송출관(320)에 의해 액체 공급 시스템(10)의 외부로 송출된다.

그리고, 리니어 액츄에이터(110)에 의해, 축부재(120)가 상승할 때에 있어서는, 제1 벨로우즈(141)는 신장하고, 제2 벨로우즈(142)는 줄어든다. 이 때, 제1 펌프실(P1)의 액체 압력은 높아지기 때문에, 제1 체크 밸브(160A)는 밸브가 닫히고, 제3 체크 밸브(160C)는 밸브가 열린 상태로 된다. 이에 따라, 제1 펌프실(P1) 내의 액체는, 제3 체크 밸브(160C)를 빠져 나가(화살표 T11 참조), 동체부(131X)의 내부의 제2 유로(131Xd)로 보내진다. 그 후, 액체는, 송출구(131c)를 통해, 송출관(320)에 의해 액체 공급 시스템(10)의 외부로 송출된다. 또, 제2 펌프실(P2)의 액체 압력은 낮아지기 때문에, 제2 체크 밸브(160B)는 밸브가 열리고, 제4 체크 밸브(160D)는 밸브가 닫힌 상태로 된다. 이에 따라, 액체 공급 시스템(10)의 외부로부터 흡입관(310)에 의해 보내지는 액체(화살표 S10 참조)는, 흡입구(131b)로부터 용기(130) 내로 흡입되어, 제2 체크 밸브(160B)를 빠져 나간다(화살표 S12 참조). 그리고, 제2 체크 밸브(160B)를 빠져 나간 액체는, 제2 펌프실(P2)로 보내진다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(10)에 있어서는, 축부재(120)가 하강할 때 및 상승할 때의 어느 것에 있어서도, 흡입관(310) 측으로부터 송출관(320) 측으로 액체를 흘릴 수 있다. 따라서, 이른바 맥동을 억제할 수 있다.

＜액체 공급 시스템의 냉각＞

본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(10)을, 액체 질소나 액체 헬륨 등의 초저온 액체의 순환에 사용하는 경우, 상온 환경 하에 있는 액체 공급 시스템(10)을, 가동전에 작동 액체인 저온 액체와 동일한 정도의 온도까지 냉각할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 시스템 가동시에 유통시키는 저온 액체와 같은 액체를 시스템 냉각용으로 이용한다. 덧붙여, 시스템 냉각용의 액체와 시스템 가동시에 유통시키는 액체는 다른 것이어도 좋다.

시스템 냉각은, 흡입관(310)으로부터 저온 액체를 흘려 넣어, 액체 공급 시스템(10)의 구성 부재인 케이스부(131) 등과 저온 액체와의 사이에서 열교환을 실행시켜, 서서히 구성 부재의 온도를 낮춤으로써 실행한다. 본 실시예에서는, 용기(100)의 저부에 흡입구(131b) 및 송출구(131c)가 설치되어 있기 때문에, 냉각 공정에 있어서 유입된 저온 액체는, 우선 제2 펌프실(P2), 그 다음에 제1 펌프실(P1)의 순서로 서서히 시스템 내를 채워 가 저온 액체의 수위가 상승해 간다. 수위의 상승에 따라, 냉각용의 저온 액체와 열교환하는 구성 부재가 증가해 가서, 시스템의 하부로부터 상부로 냉각이 진행해 간다.

＜표면적 증가 구조＞

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 표면적 증가 구조에 대해 설명한다. 도 2는, 도 1의 AA단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 덧붙여, 도 2는 간단하게 하기 위해 제1 벨로우즈(141) 및 제1 펌프실(P1)의 내벽(131Xe)의 단면만 나타내고, 본래 내경 방향으로 존재하는 제4 벨로우즈(152), 원통부(122), 축 본체부(121)의 단면을 생략하고 있다.

제1 펌프실(P1)은, 제1 벨로우즈(141)의 외주면과, 제1 벨로우즈(141)에 대향하는 내벽(131Xe)의 내벽면(180)에 의해 둘러싸인 공간이다. 내벽(131Xe)은, 제1 펌프실(P1)을 흐르는 액체와 접하고 또한 케이스부(131)의 일부이며, 시스템 본체(100)를 구성하는 부재와 열교환한다. 내벽(131Xe)의 내벽면(180)에는, 제1 펌프실(P1)을 액체가 흐르는 방향(화살표 L1)에 따라, 표면적 증가 구조(400)가 설치되어 있다. 표면적 증가 구조(400)는, 본 실시예에서는, 내벽면(180)에 축방향에 따라 일정하게 설치된 요철(凹凸) 형상이다. 본 실시예에서는, 제1 펌프실(P1)은 축부재(120)의 중심 축에 대해 거의 축대칭의 형상이며, 제1 펌프실(P1)에 액체가 유입하는 펌프 입구(401)는 제1 펌프실(P1)의 축방향의 한쪽 측(아래쪽 측)에 설치되고, 제1 펌프실(P1)로부터 액체가 유출하는 펌프 출구(402)는 제1 펌프실(P1)의 축방향의 다른쪽 측(위쪽 측)에 설치된다. 본 실시예에서는, 축부재(120)에 의해 제1 벨로우즈(141)가 축방향(즉 상하 방향)으로 신축하기 때문에, 표면적 증가 구조(400)를 구성하는 요철 형상은, 내벽(131Xe)의 내벽면(180)에 설치된, 제1 벨로우즈(141)의 신축 방향과 대략 평행(즉 상하 방향)의 직선적인 도랑이다.

제2 펌프실(P2)에 있어서도, 마찬가지의 표면적 증가 구조가 설치된다. 즉, 제2 펌프실(P2)에 있어서, 제2 벨로우즈(142)에 대향하는 내벽(131Xf)의 내벽면(181)에는, 제2 펌프실(P2)을 액체가 흐르는 방향(화살표 L2)에 따라, 축방향의 직선적인 도랑으로 이루어진 표면적 증가 구조가 설치된다.

＜본 실시예에 따른 액체 공급 시스템의 뛰어난 점＞

본 실시예의 액체 공급 시스템(10)에 의하면, 표면적 증가 구조(400)에 의해, 내벽(131Xe)의 내벽면(180)의 접액면적이 커진다. 내벽면(180)은, 제1 펌프실(P1)을 구성하는 부재, 그리고 시스템 본체(100)를 구성하는 부재와 열교환한다. 따라서, 제1 펌프실(P1)에 저온 액체가 유입하면, 표면적 증가 구조(400)를 가지지 않는 종래 구조와 비교해, 저온 액체와 시스템 구성 부재와의 열교환이 보다 효율 좋게 행해진다. 따라서, 저온 액체를 흘려 넣는 것에 의한 시스템 냉각을 효율 좋게 실행할 수 있다. 따라서, 상온 환경 하에 있는 액체 공급 시스템을 가동을 위해 냉각하기 위한 공정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있어 시스템의 설치 작업이나 유지보수 작업의 공정수 증가를 억제할 수 있다. 또, 냉각 공정에서의 저온 액체의 소비량을 억제할 수 있다. 표면적 증가 구조(400)는, 제1 펌프실(P1) 내의 액체의 흐름의 방향에 따른 직선적인 도랑이 내벽면에 일정하게 설치된 구조이기 때문에, 표면적 증가 구조(400)의 존재에 의해, 제1 펌프실(P1) 내의 액체의 흐름은 저해되기 어렵다. 제2 펌프실(P2)에 있어서도, 제1 펌프실(P1)과 같은 표면적 증가 구조가 설치되어 있는 것에 의해, 제2 펌프실(P2) 내의 액체의 흐름을 저해하는 일 없이, 효율 좋게 저온 액체와 시스템 구성 부재와의 열교환을 실행할 수 있다.

(기타)

본 실시예에서는, 표면적 증가 구조(400)가, 제1 펌프실(P1) 및 제2 펌프실(P2)을 각각 구성하는 내벽(131Xe) 및 내벽(131Xf) 각각의 내벽면(180 및 181)에 설치되는 예를 설명했지만, 표면적 증가 구조는, 시스템 본체(100)의 구성 부재와 열교환하고 또한 저온 액체와 접하는 부위이면, 그 이외의 어느 부분에 설치되어 있어도 좋다. 예를 들어 제1 펌프실(P1)의 입구(401)에 접속되는 공급 통로의 내벽면, 제1 펌프실(P1)의 출구(402)에 접속되는 배출 통로의 내벽면, 제2 펌프실(P2)의 입구(403)에 접속되는 공급 통로의 내벽면, 제2 펌프실(P2)의 출구(404)에 접속되는 배출 통로의 내벽면에도, 표면적 증가 구조를 설치해도 좋다. 또, 표면적 증가 구조로서 축방향에 따른 직선적인 도랑을 내벽면에 설치하는 예를 설명했지만, 표면적 증가 구조의 구체적 형상은, 표면적 증가 구조를 설치하지 않은 경우보다 접액면적을 증가시킬 수 있는 형상이면, 직선적인 도랑에 한정되지 않는다. 예를 들어 나선형상의 도랑이나, 축부재(120)와 대략 같은 축의 환상 도랑이라도 좋다.

본 실시예에서는, 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 펌프실이 2개 연직 방향 상하(벨로우즈 신축 방향)로 직렬로 배치된 벨로우즈 펌프를 가지는 액체 공급 시스템에 본 발명을 적용한 예를 설명했지만, 본 발명이 적용 가능한 액체 공급 시스템은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명은 액체를 흡입해 송출하는 펌프 일반에 적용할 수 있고, 펌프실에 있어서 액체와 접하는 내벽면 중, 펌프실(또는 액체 공급 시스템 본체)의 구성 부재와 열교환하는 부위에 접액면적을 증가시키는 표면적 증가 구조를 설치함으로써, 상술한 실시예와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 진공 용기(200)의 내부 중, 시스템 본체(100), 흡입관(310) 및 송출관(320)의 외측을 진공 상태로 해 단열 기능을 갖추게 하는 구성을 채용하고 있다. 또, 본 실시예에 있어서는, 제1 공간(K1)과 제2 공간(K2)과 제3 공간(K3)에 의해 형성되는 밀폐 공간을 진공 상태로 해 단열 기능을 갖추게 하는 구성을 채용하고 있다. 그렇지만, 이들 공간에도 초저온 액체를 흘림으로써, 순환 유로를 흐르는 액체의 온도를 저온으로 유지시키는 것도 가능하다.

10 액체 공급 시스템
100 시스템 본체
110 리니어 액츄에이터
120 축부재
121 축 본체부
122 원통부
122a 상단 측 외향 플랜지부
122b 하단 측 외향 플랜지부
123 연결부
130 용기
131 케이스부
131a 개구부
131b 흡입구
131c 송출구
131d 유로
131e 유로
131X 동체부
131Xa 제1 내향 플랜지부
131Xb 제2 내향 플랜지부
131Xc 제1 유로
131Xd 제2 유로
131Xe 내벽
131Xf 내벽
131Y 저판부
141 제1 벨로우즈
142 제2 벨로우즈
151 제3 벨로우즈
152 제4 벨로우즈
160 체크 밸브
160A 제1 체크 밸브
160B 제2 체크 밸브
160C 제3 체크 밸브
160D 제4 체크 밸브
180 내벽면
181 내벽면
190 내벽면
200 진공 용기
310 흡입관
320 송출관
400 표면적 증가 구조
401 제1 펌프실 입구
402 제1 펌프실 출구
403 제2 펌프실 입구
404 제2 펌프실 출구
L1 제1 펌프실의 액체의 흐름
L2 제2 펌프실의 액체의 흐름
P1 제1 펌프실
P2 제2 펌프실

Claims

내부에 펌프실이 갖추어지고 또한 액체의 흡입구 및 송출구가 설치되어 있는 용기와, 상기 흡입구로부터 유입하는 상기 액체를 상기 펌프실로 공급하는 공급 통로와, 상기 펌프실로부터 배출되는 상기 액체를 상기 송출구로 인도하는 배출 통로를 가진 액체 공급 시스템으로서,
상기 액체 공급 시스템의 내벽면에 있어서 상기 액체와 접하는 부위에, 상기 액체가 흐르는 방향에 따른 형상이며, 접액면적을 증가시키는 표면적 증가 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 표면적 증가 구조는, 요철 형상인 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면적 증가 구조는, 상기 펌프실 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제3항에 있어서, 상기 펌프실 내는, 거의 축대칭의 형상이며,
상기 공급 통로가 접속되는 펌프 입구가 상기 펌프실의 축방향의 한쪽 측에 설치되고 또한 상기 배출 통로가 접속되는 펌프 출구가 상기 펌프실의 축방향의 다른쪽 측에 설치되어 있으며,
상기 표면적 증가 구조는, 상기 펌프실의 축방향에 따라 일정하게 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면적 증가 구조는, 상기 공급 통로 및 상기 배출 통로에 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기 내에 있어서, 연직 방향으로 왕복 이동하는 축부재와,
연직 방향으로 나란히 배치되고 또한 상기 축부재의 왕복 이동에 따라 신축하는 제1 벨로우즈 및 제2 벨로우즈를 갖고,
상기 펌프실은,
상기 제1 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간에 의해 형성되는 제1 펌프실과,
상기 제2 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간에 의해 형성되는 제2 펌프실로 이루어지며,
상기 표면적 증가 구조는,
상기 제1 펌프실 내에 있어서 상기 제1 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간의 내벽면에 설치된 상기 제1 벨로우즈의 신축 방향과 대략 평행의 요철 형상과,
상기 제2 펌프실 내에 있어서 상기 제2 벨로우즈의 외주면을 둘러싸는 공간의 내벽면에 설치된 상기 제2 벨로우즈의 신축 방향과 대략 평행의 요철 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.