液體供給系統的制作方法

文檔序號：11160221閱讀：652來源：國知局

本發明涉及一種用于供給液氮、液氦等超低溫液體的液體供給系統。

背景技術：

以往，已知一種向收裝超導電纜等的真空絕熱管供給液氮等超低溫液體，使超導電纜等維持在超低溫狀態的技術。對于超低溫液體的液體供給(循環)系統，為了使超導電纜在真空絕熱管的內部具備超導電纜的被冷卻裝置中維持能超導的狀態，而不斷地向真空絕熱管內供給超低溫液體。

以往的超導電纜的長度短，液體供給系統所需的排出壓相對于流量使用較低的排出壓力就能滿足，因此作為泵機構，大多數采用典型的離心泵。然而，如今超導電纜的長度達到幾km，設置場所也會存在高度差，因此相對于流量，液體供給系統需要高于以往的排出壓力。使用離心泵機構的液體供給系統單獨地進行液體的遠距離輸送時，由于泵的排出壓低，因此需要例如沿電纜配置多個泵來維持排出壓，而增加成本。另外，當鋪設電纜的地形存在高度差時，由于泵排出壓的不足而限制了電纜的鋪設。

另外，作為液體供給系統，還已知如圖5所示這樣的容積型波紋管循環器(參照專利文獻1)。然而，以往容積型波紋管循環器的結構會對波紋管施加內壓，因此難以高壓化。另外，當施加高排出壓力作為波紋管內壓時，會使波紋管屈曲。而且，由于結構為，在真空絕熱容器中填充超低溫液體，并向其插入并浸漬容積型波紋管循環器，因此會通過容積型波紋管循環器的支撐部件傳熱，且通過真空絕熱容器的壁面傳熱，而受熱。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:國際公開WO2012/124363號

技術實現要素：

本發明要解決的問題

本發明的目的在于提供一種能提高泵功能的液體供給系統。

用于解決課題的手段

為了實現上述目的，本發明的液體供給系統的特征在于，具備：

從與系統外部連通的第一通路吸入液體，且將吸入的液體向與系統外部連通的第二通路送出的容器；

在伸縮方向上串聯配置在所述容器的內部的第一波紋管和第二波紋管，其相互接近側的各自第一端部被分別固定于所述容器的內壁，并且相互遠離側的各自第二端部能分別在伸縮方向上移動；以及

軸，其插通至所述容器的內部，分別固定有所述第一波紋管和所述第二波紋管的所述第二端部，通過利用驅動源在所述伸縮方向上往復移動，而使所述第一波紋管和第二波紋管伸縮，

在所述容器內，所述第一波紋管的外側形成第一泵室，該第一泵室設有將液體從所述第一通路吸入到第一泵室內的第一吸入口，和將所吸入的液體從第一泵室內向所述第二通路送出的第一送出口，

在所述容器內，所述第二波紋管的外側形成第二泵室，該第二泵室設有將液體從所述第一通路吸入到第二泵室內的第二吸入口，和將所吸入的液體從第二泵室內向所述第二通路送出的第二送出口，

所述第一波紋管和第二波紋管的內側形成密閉空間。

根據本發明，通過軸的往復移動使第一波紋管和第二波紋管的第二端部在波紋管的伸縮方向上整體地移動。即，通過軸的單向移動，使第一波紋管和第二波紋管中的一方壓縮而另一方拉伸，第一泵室和第二泵室中的一方從第一通路吸入液體，由另一方將液體向第二通路送出。因此，通過軸的往復移動，可以交替連續地由第一泵室和第二泵室供給液體，能抑制脈動地供給液體。對于該泵動作，使作用于第一波紋管和第二波紋管內側(內周面)的壓力不改變。由此，能抑制波紋管產生屈曲，提高泵動作的穩定性。

所述密閉空間可以為真空狀態，或者也可以充滿氣體。

通過使波紋管內側的密閉空間為真空狀態，作用于各波紋管的壓力僅為外壓，能提高波紋管伸縮動作的穩定性。另外，利用充滿在密閉空間的氣體所產生的加壓，能降低作用于波紋管壓力的峰值。因此，可以使提高泵排出壓的高壓設計的設計自由度更好。

優選還具備內部呈真空的外側容器，

所述容器配置在所述外側容器內，而被真空空間包圍，

所述軸從所述外側容器的外部插通至所述容器的內部。

由此，容器的傳熱路徑被限定于來自外側容器壁面的熱輻射、第一和第二通路、容器支撐部件等，可以提高絕熱效果。通過如此減少送出液體的受熱，可以提高冷卻效率。

優選還具備相對于所述第二波紋管在伸縮方向上串聯配置的第三波紋管，其一端部與所述容器固定，且使內側向所述容器的外部開放，另一端部與所述第二波紋管的所述第二端部連結，并與所述第二波紋管的伸縮一同進行伸縮，

所述軸插通所述第三波紋管的內側，并與所述第二端部連結。

由此，可以使軸與容器之間不形成滑動部位地將軸與各波紋管的第二端部連結，使各波紋管伸縮。因此，不存在因軸的滑動摩擦而發熱的情況。

優選所述第三波紋管的外徑小于所述第二波紋管的內徑，且至少一部分伸入到所述第二波紋管的內側。

由此，可以實現使容器在波紋管伸縮方向上縮小尺寸。

發明效果

根據本發明，可以提高泵功能。

附圖說明

圖1是表示本發明實施例的液體供給系統結構的示意圖。

圖2是說明本發明實施例的液體供給系統動作的示意圖。

圖3是表示實施例1的液體供給系統排出壓的變動圖。

圖4是表示實施例2的液體供給系統排出壓的變動圖。

圖5是說明現有技術的液體供給系統動作的示意圖。

圖6是表示現有技術的液體供給系統排出壓的變動圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，基于實施例，例示地詳細說明用于實施本發明的實施方式。但是，在該實施例中記載的結構組件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等，除非有特別地特定性的記載，則本發明的范圍不僅僅限定于此。

(實施例1)

參照圖1，對本發明實施例的液體供給系統進行說明。圖1是本發明實施例的液體供給系統的大致結構圖。

液體供給系統10是用于低溫流體的泵裝置，為了使超導電纜32在樹脂制的容器31的內部具備超導電纜32的被冷卻裝置30中維持能超導的狀態，而不斷地向容器31內供給超低溫的液體L。作為超低溫的液體L的具體例，可列舉出液氮、液氦。

液體供給系統10大致具備：內部為真空的第一容器(外側容器)11和配置在第一容器11的內部，且被真空空間包圍的第二容器12。對于第二容器12大致為，在其內部，三個波紋管41、42、43在各自伸縮方向上串聯配置，容器內部被這些波紋管41～43分隔為三個密閉空間。第二容器12被從第一容器11的外部插通至第一容器11內部的支撐部件51支撐在第一容器11的內部。

第一波紋管41和第二波紋管42的直徑相同，并使軸中心一致地在各自伸縮方向上相互串聯配置。第一波紋管41和第二波紋管42在相互接近側的各自端部(第一端部)41b、42b被固定于容器12的內壁。另外，第一波紋管41和第二波紋管42在相互遠離側的各自端部(第二端部)41a、42a被固定于后述軸15而形成整體，能在各自伸縮方向上移動。

另外，第三波紋管43相對于第二波紋管42在第一波紋管41的相反側串聯排列而配置。第三波紋管43配置為，外徑小于第二波紋管42的內徑，且在伸縮方向上一部分伸入第二波紋管42的內側。第三波紋管43的一側端部43b被固定于容器12的內壁，使第三波紋管43的內側向容器12的外部開放。第三波紋管43的另一側端部43a與第二波紋管42的端部42a連結，且第三波紋管43與第二波紋管42的伸縮一同進行伸縮。

封閉第一波紋管41的端部41a，在第二容器12內，由第一波紋管41的外側區域形成的密閉空間構成第一泵室P1。在第二容器12內，由第二波紋管42和第三波紋管43的外側區域形成的密閉空間構成第二泵室P2。將第二波紋管42的端部42a與第三波紋管43的端部43a之間封閉，并將第一波紋管41的端部41b與第二波紋管42的端部42b之間開放，在第二容器12內，第一波紋管41的內側區域與第二波紋管42的內側區域構成一個密閉空間R1。

第二容器12設有將液體L從與系統外部連通的返回通路(返回管)K2吸入第一泵室P1內的第一吸入口21，和將吸入的液體L從第一泵室P1內向與系統外部連通的供給通路(供給管)K1送出的第一送出口22。另外，第二容器12還設有將液體L從返回通路K2吸入第二泵室P2內的第二吸入口23，和將吸入的液體L從第二泵室P2內向供給通路K1送出的第二送出口24。另外，第一吸入口21和第二吸入口23分別設有單向閥100a、100c，第一送出口22和第二送出口24也分別設有單向閥100b、100d。

另外，利用作為驅動源的線性致動器14而往復移動的軸15，從第一容器11的外部穿過第三波紋管43的內側伸入第二容器12的密閉空間R1的內部，并與第一波紋管41的端部41a與第二波紋管42的端部42a分別固定。由此，通過軸15往復移動，使各波紋管伸縮。

軸15經過設于第一容器11的波紋管52，從第一容器11的外部向內部插通而構成。波紋管52的一端被固定于第一容器11，另一端被固定于軸15，與軸15的往復移動同時地伸縮而構成。

參照圖2，對液體供給系統10的動作進行說明。圖2是說明本發明實施例的液體供給系統動作的示意圖。圖2的(a)是表示波紋管41、42在拉伸方向、壓縮方向上均沒有位移的狀態的第二容器12內部的圖。圖2的(b)是表示向第一泵室P1吸入來自返回通路(第一通路)K2的液體L，并且由第二泵室P2向供給通路(第二通路)K1送出液體L時的狀態，即表示波紋管41呈最大壓縮狀態、波紋管42呈最大拉伸狀態的第二容器12內部的圖。圖2的(c)是表示向第二泵室P2吸入來自返回通路(第一通路)K2的液體L，并且由第一泵室P1向供給通路(第二通路)K1送出液體L時的狀態，即表示波紋管41呈最大拉伸狀態、波紋管42呈最大壓縮狀態的第二容器12內部的圖。

當軸15移動時，使第一波紋管41壓縮，第二波紋管42拉伸(圖2的(a)→圖2的(b))，通過第二送出口24將液體從第二泵室P2內L向供給通路K1送出，并且通過第一吸入口21將液體L吸入第一泵室P1內。然后，當軸15移動時，使第一波紋管41拉伸，第二波紋管42壓縮(圖2的(b)→圖2的(a)→圖2的(c))，通過第二吸入口23將液體L吸入第二泵室P2內，并且通過第一送出口22將液體L從第一泵室P1內向供給通路K1送出。由此，軸15在任意方向上往復移動時，液體L均向供給通路K1送出。

圖3的上半部分是大致地表示向實施例1的液體供給系統的波紋管42施加壓力的變動圖，圖3的下半部分是大致地表示向波紋管41施加壓力的變動圖。在本實施例中，密閉空間R1為真空空間。因此，向本實施例的液體供給系統10的波紋管42施加的壓力與利用軸15的往復移動而使各波紋管伸縮同時地，如圖3所示，交替地往來于零與最大排出壓(P排)之間進行變動。在此，表示最大排出壓(P排)為1MPa時的壓力變動。另外，在圖3中，(a)與圖2的(a)的軸15的位移位置相對應，(b)與圖2的(b)的軸15的位移位置相對應，(c)與圖2的(c)的軸15的位移位置相對應。施加于波紋管41、42的壓力是波紋管外部的壓力與波紋管內部的壓力的壓差，在本裝置啟動前、軸15沒有位移的狀態下，向泵室內吸入液體而不排出，波紋管41、42的外部壓力與內部壓力不存在差，因此施加于波紋管的壓力為0，隨著接近于(b)的狀態(第一泵室P1排出，第二泵室P2吸入)，使施加于波紋管42的壓力增大，當波紋管外部達到最大排出壓(P排)時，施加于波紋管42的壓力達到最大(P排)。然后，隨著接近于(c)的狀態(第一泵室P1吸入，第二泵室P2排出)，使施加于波紋管42的壓力減小，吸入壓為0，因此施加于波紋管42的壓力為0。需要說明的是，該壓力變動對于波紋管41僅相位不同，示出同樣的行動。

如上所述，對于液體供給系統10，通過重復軸15的往復移動和各波紋管的伸縮動作，將液體L通過供給通路K1供給至被冷卻裝置30。另外，連接液體供給系統10和被冷卻裝置30并通過返回通路K2將僅供給被冷卻裝置30的量的液體L返回至液體供給系統10。另外，在供給通路K1的途中設有將液體L冷卻至超低溫狀態的冷卻機20。根據這種結構，將通過冷卻機20冷卻至超低溫的液體L在液體供給系統10與被冷卻裝置30之間循環。

如上所述，具有兩個泵室，且通過該兩個泵室交替地供給流體，各波紋管壓縮時和拉伸時均向供給通路K1送出液體L，通過各波紋管的伸縮動作產生的液體供給量，例如可以達到僅利用第一泵室P1發揮泵功能時的兩倍。因此，與僅利用第一泵室P1發揮泵功能時相比，可以一次供給兩倍的所需供給量，且可以使供給通路K1內的液體最大壓力減少一半左右。因此，可以抑制因供給液體的壓力變動(脈動)而引起的不良影響。

另外，第一波紋管41和第二波紋管42的內側所形成的密閉空間R1的容積在第一波紋管41和第二波紋管42伸縮時也不改變，使作用于第一波紋管41和第二波紋管42的內壓(作用于各自內周面的壓力)不改變。即，對于本實施例的液體供給系統10，泵室被配置于各波紋管的外側，而不會發生因波紋管的內壓變動造成的屈曲。因此，在波紋管的耐壓設計中，由于不需要考慮內壓所致屈曲，因而設計自由度高，可以實現排出壓的高壓化。參照圖5和圖6來比較現有技術，對本實施例的優點進行說明。

圖5是說明現有技術的液體供給系統動作的示意圖。如圖5所示，現有技術的液體供給系統的結構為，在波紋管61的內側與外側分別形成兩個泵室P1、P2。即，通過軸15的移動使波紋管61、62壓縮時(圖5的(a)→圖5的(b))，通過第二送出口24將液體從第二泵室P2內L向供給通路K1送出，并且通過第一吸入口21將液體L吸入第一泵室P1內。然后，通過軸15的移動使波紋管61、62拉伸時(圖5的(b)→圖5的(a)→圖5的(c))，通過第二吸入口23將液體L吸入第二泵室P2內，并且通過第一送出口22將液體L從第一泵室P1內向供給通路K1送出。

圖6是表示現有技術的液體供給系統排出壓的變動圖。需要說明的是，在圖中，設定向波紋管61的外側方向施加的壓力為正，向波紋管61的內側方向施加的壓力為負。如圖6所示，對于現有技術的結構，在由第一泵室P1和第二泵室P2交替地排出液體L時，會分別交替地向波紋管61的內側和外側作用相同大小的排出壓(P排)。即，向波紋管的內側方向、外側方向施加排出壓(P排)。因此，為了得到與本實施例相同的最大排出壓(1MPa)，其壓力變動為本實施例的兩倍(圖3、圖6)。因此，波紋管61所需的耐壓性能也為本實施例波紋管的兩倍。另外，對于現有技術的結構，由于會向波紋管61作用內壓，因此當需要提高排出壓時，作用于波紋管61的內壓也會升高，而容易使波紋管61發生屈曲。通常，波紋管對外壓較強而對內壓較弱，當作用高內壓時，容易發生屈曲。

這樣，根據本實施例，由于作用于各波紋管的壓力僅為外壓，與向波紋管作用內壓的現有技術的結構相比，能實現泵排出壓的高壓化，并且能提高波紋管伸縮動作的穩定性。因此，可以減少對電纜配置的循環器的臺數。另外，由于即使地形存在高低差也能供給液體，因此電纜鋪設的自由度提高。

另外，在本實施例中，采用利用第一容器11將第二容器12的周圍包圍在真空空間的結構。因此，包圍第二容器12的真空空間發揮阻礙傳熱的功能，可以抑制線性致動器14產生的熱、大氣熱傳遞至液體L。即，液體L的熱交換被限定于來自作為真空絕熱容器的第一容器11壁面的熱輻射、第二容器12的支撐部件51、通過各通路的傳熱，可以減少液體L的受熱。另外，如果熱被傳遞至液體L而氣化，由于不斷地供給新的液體L而具有冷卻效果，因此可以抑制泵室內部的液體L上升至氣化的溫度。因此，不會降低泵功能。

另外，在本實施例中，軸15經過第三波紋管43固定于第二容器12的端部43b相反側的端部43a，插通至第二容器12的內部，并與各波紋管連結，第三波紋管43與軸15的往復移動一同進行伸縮。因此，軸15與第二容器12之間不形成滑動部位，由于形成各泵室P1、P2、密閉空間R1，因此不存在因滑動產生的摩擦阻力而發熱的情況。

另外，在本實施例中，第三波紋管43配置為，外徑小于第二波紋管42的內徑，且至少一部分伸入第二波紋管42的內側，由于所伸入的部分也可以作為泵空間使用，因此該部分可以使不需要大空間的第二容器12實現尺寸縮小。

在此，在本實施例中，由于使密閉空間R1為真空空間，因此也可以使其與第二容器12周圍的真空空間連通。

(實施例2)

在上述實施例1中，密閉空間R1為真空空間，相對于此，在本發明的實施例2中，采用將密閉空間R1充滿氣體的結構。其它結構與實施例1相同，對相同結構標注相同的附圖標記并省略說明。

作為封入密閉空間R1的氣體，使用例如氖氣、氦氣等，難以在本系統的使用環境中發生液化、凍結等狀態變化的氣體。并且，封入密閉空間R1的氣體壓力設為從真空(-100kPa)至所需排出壓的范圍(優選為排出壓的1/2)。

圖4是大致表示實施例2的液體供給系統排出壓的變動圖，上半部分表示向波紋管42施加壓力的變動，下半部分表示向波紋管41施加壓力的變動。圖4表示密閉空間R1封入排出壓(P排)的1/2壓力的氣體時的排出壓的變動。排出壓的變動幅度與上述實施例1相同為1MPa，峰值為實施例1的1/2。施加于波紋管的壓力是密閉空間R1的內部壓力與泵室P1、P2各空間的壓差，因此當密閉空間R1封入排出壓的1/2壓力的氣體時，由于泵室的最大壓力為P排，因此施加于波紋管的壓力為，P排-(1/2)P排＝(1/2)P排。另外，密閉空間R1的壓力不僅為(1/2)P排，還可以根據兩個波紋管的尺寸、兩個泵室的大小等規格適當地設定。由此，通過利用封入氣體對波紋管41、42內側加壓，可以降低作用于波紋管41、42壓力的峰值。因此，可以提高使泵排出壓升高的高壓設計的設計自由度。

附圖標記說明

10 液體供給系統

11 第一容器

12 第二容器

21 第一吸入口

22 第一送出口

23 第二吸入口

24 第二送出口

14 線性致動器

15 軸

41 第一波紋管

42 第二波紋管