液体供给系统.pdf

本发明提供一种液体供给系统，用以抑制溢流阀功能的下降，而且提高冷却效率。该液体供给系统具有：密闭容器(110)；泵(120)，其配置在收容于密闭容器(110)内的超低温液体(L)中，由线性执行机构(130)驱动；第1配管(K1)，其将由泵(120)送出的超低温液体(L)向设置在密闭容器(110)的外部的被冷却装置(300)引导；第2配管(K2)，其使超低温液体(L)从被冷却装置(300)返回至密闭容器(110)内部；溢流阀(170)，其在密闭容器(110)内与第1配管(K1)连接，且使超低温液体(L)溢流到密闭容器(110)内。

权利要求书
1.  一种液体供给系统，其特征在于，
具有：
密闭容器；
泵，其配置在收容于所述密闭容器内的超低温液体中，由线性执 行机构驱动；
第1配管，其将由所述泵送出的所述超低温液体向设置在所述密 闭容器的外部的被冷却装置引导；
第2配管，其使所述超低温液体从所述被冷却装置返回至所述密 闭容器内部；
溢流阀，其在所述密闭容器内与所述第1配管连接，且使超低温 液体溢流到密闭容器内。

2.  根据权利要求1所述的液体供给系统，其特征在于，
还具有在所述密闭容器内与所述泵连接，且使超低温液体溢流到 密闭容器内的溢流阀。

3.  根据权利要求1所述的液体供给系统，其特征在于，
所述溢流阀配置在所述超低温液体中。

说明书液体供给系统
技术领域
本发明涉及一种供给液态氮或液态氦等的超低温液体的液体供给 系统。
背景技术
在现有技术中，已知有为了保持超导线圈等为超低温状态，而向 收容超导线圈等的容器供给液态氮等的超低温液体的技术。在上述技 术中设置有使流体溢流到系统外的溢流阀，以抑制由于流道内过大的 流体压力而导致的装置的破损(参考专利文献1)。另外，由脉动产生 的压力的最大负荷或变动负荷，会导致发生耐压不足的破损或疲劳破 损，因此，现有技术中，在供给超低温液体的配管上设置缓冲器以抑 制压力的变动(参照专利文献2)。
然而，在上述的现有技术中，由于会在溢流阀或缓冲器部分产生 热交换，以及使超低温液体从溢流阀流出，而导致冷却效率下降或液 量降低。另外，由于大气中的水分等会在溢流阀上结冰，从而导致溢 流阀不能够完全发挥其功能。
专利文献1：日本特表2009-500587号公报
专利文献2：日本专利特开2008-215640号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体供给系统，用以抑制溢流阀功能 的下降，提高冷却效率。
为了解决上述课题，本发明采用以下的方式。
即，本发明的液体供给系统，具有：密闭容器；泵，其配置在收 容于所述密闭容器内的超低温液体中，由线性执行机构驱动；第1配 管，其将由所述泵送出的所述超低温液体向设置在所述密闭容器的外 部的被冷却装置引导；第2配管，其使所述超低温液体从所述被冷却 装置返回至所述密闭容器内部；溢流阀，其在所述密闭容器内与所述 第1配管连接，且使超低温液体溢流到密闭容器内。
由此，不管是出于何种原因使液体的流动不充分，都能够抑制第1 配管中的内部压力到达所规定的压力以上。
本发明的液体供给系统，优选，还具有在所述密闭容器内与所述 泵连接，且使超低温液体溢流到密闭容器内的溢流阀。
由此，不管是出于何种原因使液体的流动不充分，都能够抑制泵 中的内部压力到达所规定的压力以上。
另外，根据上述发明，溢流阀设置在密闭容器内。因此，溢流阀 不会与密闭容器外部进行热交换，且超低温液体会以超低温的状态返 回至密闭容器内。因此，能够提高冷却效率。另外，能够抑制由于结 冰而导致的上述的溢流阀的功能下降。
另外，将溢流阀的阀打开的压力的设定值可设定为，比在未设置 溢流阀的情况下，第1配管及第2配管内的脉动的最大压力小的值。 由此，能够降低脉动的最大压力。
另外，在密闭容器内部中，在将超低温流体分为液层和气层的情 况下，可将溢流阀配置在液层。由此能够抑制在流动超低温液体的流 道中含有气体。
所述泵，通过固定于由所述线性执行机构驱动而往复移动的杆上 的波纹管分隔，形成第1泵室及第2泵室，所述波纹管在收缩过程中， 第1泵室的容积增加，并且第2泵室的容积减少，在所述波纹管的伸 长过程中，第1泵室的容积减少，并且第2泵室的容积增加，而且， 在所述泵上设置有，将所述密闭容器内的超低温液体吸入第1泵室内 的第1吸入口和将吸入的超低温液体从第1泵室内送出到第1配管的 第1送出口，并且设置有，将密闭容器内的超低温液体吸入第2泵室 内的第2吸入口和将吸入的超低温液体从第2泵室内送出到第1配管 的第2送出口。
根据上述的结构，在使波纹管收缩时，使超低温液体从第2泵室 内向第1配管送出，且使超低温液体吸入第1泵室内，在使波纹管伸 长时，使超低温液体吸入第2泵室内，且使超低温液体从第1泵室内 向第1配管送出。由此，能够使通过波纹管伸缩动作的液体供给量多 于仅由一个泵室发挥泵功能的情况。另外，在仅由一个泵室发挥泵功 能的情况下，使超低温液体间歇性供给，与此相对的，根据上述的结 构，在将波纹管收缩时，及伸出时的任意一个都供给超低温液体。因 此，由于连续供给超低温液体，而可抑制自身脉动。因此，没有必要 在系统外部设置缓冲器，从而与在系统外部设置缓冲器的情况相比较， 能够节省空间并提高冷却效率。
另外，分别在第1泵室和第2泵室上设置上述的溢流阀。由此， 能够抑制各泵室的内部压力到达所规定的压力以上。
形成由所述线性执行机构驱动而往复移动的杆插入且贯通的密闭 空间，且该密闭空间内形成超低温液体层和使超低温液体气化的气体 层，并设置缓冲结构，该缓冲结构为，通过使从第1配管分支的分支 配管与该密闭空间连接，缓冲经由第1配管供给的超低温液体的压力 变动。
根据上述结构，用于缓解经由第1配管供给的超低温液体的压力 变动(脉动)的缓冲结构设置在系统内。由此，能够达到节省空间的 目的，并且提高了冷却效率，而且结合上述的对自身脉动的抑制，能 够加倍的抑制脉动。另外，由于来自线性执行机构或大气的热向杆传 递，因此，即使密闭空间内部的液体气化，也不会使发挥缓冲功能(作 为气体缓冲器的功能)的气体层过厚。因此，由于能够抑制在泵室内 部的气化，从而不会使泵功能下降。
上述的各结构，采用尽可能的组合得到。
发明的效果
按照上述说明那样，根据本发明，能够抑制溢流阀的功能的降低， 而且能够提高冷却效率。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的液体供给系统的使用状态的结构 简图。
图2是表示压力变动的图表。
图3是表示本发明的实施例1的液体供给系统的使用状态的结构 简图。
图4是表示本发明的实施例2的液体供给系统的使用状态的结构 简图。
符号说明
100 液体供给系统
110 密闭容器
111、123 小波纹管
120 泵
121 容器
122 波纹管
130 线性执行机构
140 杆
141 管部
150 吸入口
150a，151a，152a，160a，161a，162a 单向阀
151 第1吸入口
152 第2吸入口
160 送出口
161 第1送出口
162 第2送出口
170 第1溢流阀
180，181，182 第2溢流阀
200 冷却机
300 被冷却装置
310 容器
320 超导线圈
K1 第1配管
K2 第2配管
K3 分支配管
P1 第1泵室
P2 第2泵室
R 密闭空间
具体实施方式
以下参照附图根据实施方式及实施例对实施本发明的具体实施方 式进行详细说明。在该实施方式及实施例中记载的构成部件的尺寸、 材质、形状、其相对配置等，除非有特别的记载，否则本发明的范围 不仅限定于此。
实施方式
参照图1及图2，对本发明的实施方式的液体供给系统进行说明。
液体供给系统
参照图1对本实施方式的液体供给系统100的整体结构及使用方 法进行说明。本实施方式的液体供给系统100是向被冷却装置300供 给超低温液体L的系统。超低温液体L例如具体为液态氮或液态氦。
液体供给系统100具有：收容超低温流体的密闭容器110和由线 性执行机构130驱动的泵120。在密闭容器110的内部形成有，超低温 液体L层和使超低温液体L气化的气体G层。泵120配置在收容于密 闭容器110内的超低温液体L中。另外，该泵120由利用线性执行机 构130而往复移动的杆140驱动。另外，在泵120的吸入口150和送 出口160处，分别具有单向阀150a、160a。
另外，液体供给系统100具有：第1配管K1，其将由泵120送出 的超低温液体L向设置在密闭容器110的外部的被冷却装置300引导； 第2配管K2，其使超低温液体L从被冷却装置300返回至密闭容器110 内部。另外，在第1配管K1的路径中设置有将液体冷却至超低温状态 的冷却机200。根据上述结构，由冷却机200冷却的超低温液体L在液 体供给系统100和被冷却装置300之间循环。
另外，本实施方式的液体供给系统100中具有在密闭容器110内 与第1配管K1连接，且使超低温液体L溢流到密闭容器110内的第1 溢流阀170。另外，液体供给系统100还具有在密闭容器110内与泵 120连接，且使超低温液体L溢流到密闭容器110内的第2溢流阀180。 上述的第1溢流阀170及第2溢流阀180采用提动阀等的各种公知的 阀结构。构成阀的材料需要使用并不会低温脆化的材料。例如，构成 阀座的金属件可采用奥氏体类不锈钢。另外，阀体的材料可采用聚四 氟乙烯类材料或聚酰亚胺等。
本实施方式的液体供给系统的效果
根据上述结构的本实施方式的液体供给系统100，由于具有第1 溢流阀170，从而即使是出于何种原因使超低温液体L的流动不充分， 也能够抑制第1配管K1中的内部压力到达所规定的压力以上。另外， 由于具有第2溢流阀180，从而即使是出于何种原因使超低温液体L 的流动不充分，也能够抑制泵120中的内部压力到达所规定的压力以 上。由此，能够抑制由于内部压力异常升高而导致的各部件破损。
另外，由于第1溢流阀170及第2溢流阀180设置在密闭容器110 内，上述的溢流阀不会与密闭容器110外部进行热交换，且超低温液 体L会以超低温的状态返回至密闭容器110内。因此，能够提高冷却 效率。另外，能够抑制由于结冰而导致的上述的溢流阀的功能下降。
另外，将第1溢流阀170及第2溢流阀180的阀打开的压力的设 定值可设定为，比在未设置上述的溢流阀的情况下，第1配管K1及第 2配管K2内的脉动的最大压力小的值。由此，能够降低脉动的最大压 力。即，如图2所示，通过将使第1溢流阀170及第2溢流阀180的 阀打开的压力的设定值设定为Px，能够使第1配管K1及第2配管K2 内的最大压力为Px以下。图中的虚线为未设置第1溢流阀170及第2 溢流阀180时产生的压力变动。
另外，第1溢流阀170及第2溢流阀180如果是在密闭容器110 内部，那么不管是在液层中，还是在气层中，都能够按照上述那样提 高冷却效率。通过将上述的溢流阀配置在液层中，能够发挥抑制在流 过超低温液体L的流道中含有气体的效果。即，在超低温液体L流动 的流道中残留气体的情况下，会发生该气体振动，脉动等的不良情况。 因此，在不希望上述的不良情况产生的情况下，可在液层中配置第1 溢流阀170及第2溢流阀180。
以下，以更具体的例子对上述实施方式进行说明。
实施例1
图3表示本发明的实施例1。基本结构与上述实施方式中表示的结 构及作用相同，因此对相同的结构部分用相同的符号表示，在此省略 对其的说明。
本实施例的液体供给系统100中，以使超低温液体L向树脂制的 容器310的内部具有超导线圈320的被冷却装置300供给为例进行说 明。
本实施例的泵120具有，配置在收容于密闭容器110的超低温液 体L中的容器121和配置在该容器121的内部的波纹管122。容器121 通过小波纹管123堵塞图3中上部的开口部，使其内部形成密闭空间。 另外，该容器121的内部的密闭空间通过上述的波纹管122分隔，形 成第1泵室P1和第2泵室P2。
容器121上设置有，将密闭容器110内的超低温液体L吸入第1 泵室P1内的第1吸入口151和将吸入的超低温液体L从第1泵室P1 内送出到与密闭容器110的外部连通的第1配管K1的第1送出口161。 另外，容器121上也设置有，将密闭容器110内的超低温液体L吸入 第2泵室P2内的第2吸入口152和将吸入的超低温液体L从第2泵室 P2内送出到第1配管K1的第2送出口162。另外，第1吸入口151 及第2吸入口152上分别设置有单向阀151a和单向阀152a，对于第1 送出口161及第2送出口162也分别设置有单向阀161a和单向阀162a。
另外，由线性执行机构130驱动而往复移动的杆140从密闭容器 110的外部进入内部，其顶端固定在波纹管122的顶端。由此，通过使 杆140往复移动，而使波纹管122伸缩。
另外，本实施例中，在杆140的周围形成密闭空间R。该密闭空 间R包括：筒状(优选圆筒状)的管部141，其从密闭容器110的外 部延伸至波纹管122，使杆140插入贯通；和小波纹管123、111，其 分别设置在该管部141的下端部和上端部。对于分隔该密闭空间R与 第2泵室P2的小波纹管123，和分隔该密闭空间R与外部空间之间的 小波纹管111，其顶端都固定于杆140，并随着杆140的往复移动而伸 缩。另外，小波纹管123、111的外径小于波纹管122的外径。
根据上述的结构，在使波纹管122收缩过程中，第1泵室P1的容 积增加、并且第2泵室P2的容积减少。因此，在该过程中，使超低温 液体L从第2泵室P2内经由第2送出口162向第1配管K1送出，且 使超低温液体L经由第1吸入口151被吸入第1泵室P1内。另外，在 使波纹管122伸出过程中，第1泵室P1的容积减少，并且第2泵室P2 的容积增加。因此，该过程中，超低温液体L经由第2吸入口152被 吸入第2泵室P2内，且超低温液体L经由第1送出口161从第1泵室 P1内向第1配管K1送出。由此，在使波纹管122收缩时，及伸出时 的任意一个都使超低温液体L向第1配管K1送出。
另外，本实施方式的液体供给系统100中具有在密闭容器110内 与第1配管K1连接，且使超低温液体L溢流到密闭容器110内的第1 溢流阀170。另外，液体供给系统100还具有在密闭容器110内与第1 泵室P1连接，且使超低温液体L溢流到密闭容器110内的第2溢流阀 181和在密闭容器110内与第2泵室P2连接，且使超低温液体L溢流 到密闭容器110内的第2溢流阀182。
本实施例的液体供给系统的效果
根据以上的说明，本实施例的液体供给系统100也取得与上述实 施方式的情况相同的作用效果。本实施例的情况下，设置有第1泵室 P1和第2泵室P2，并在各泵室中分别具有第2溢流阀181和第2溢流 阀182。因此，能够抑制各泵室的内部压力形成为所规定压力以上的压 力。
另外，在本实施例的情况下，具有第1泵室P1和第2泵室P2，无 论是在使波纹管122收缩时，还是伸长时都使超低温液体L向第1配 管K1送出。由此，能够使通过波纹管122伸缩动作的液体供给量多于 (例如2倍左右)仅由一个泵室发挥泵功能的情况。因此，对于所期 望的供给量，与仅由一个泵室发挥泵功能的情况相比，可减少(例如 一半)一次的供给量，从而能够使第1配管K1内的液体的最大压力下 降。因此，能够抑制由于供给液体的压力变动(脉动)而造成的不良 影响。
另外，在仅由一个泵室发挥泵功能的情况下，使超低温液体L间 歇性供给，与此相对的，本实施例的情况下，在使波纹管122收缩及 伸出时，都供给超低温液体L。因此，由于连续供给超低温液体L，而 可抑制自身脉动。因此，与在系统外设置缓冲装置(缓冲器)的情况 相比较，能够达到节省空间的目的，另外，由于减少了发生热交换的 不稳，从而能够提高冷却效率。
另外，本实施例中，密闭空间R采用由管部141和小波纹管123、 111形成的结构。另外，小波纹管123、111都是将顶端固定在杆140， 并随着杆140的往复移动而伸缩。因此，由于不是形成滑动部位，而 是形成密闭空间R，从而不会由于滑动摩擦阻力而产生热量。
实施例2
参照图4，对本发明的实施例2的液体供给系统100进行说明。本 实施例中，表示通过上述实施例1的结构的，在使轴插入且贯通的密 闭空间R内形成液体层和气体层，而作为气体缓冲器的功能的情况。 由于其他的结构及作用与上述实施方式及实施例1相同，而将相同的 结构部分用相同的符号表示，在此省略对其的说明。
本实施方式中，在杆140的周围设置缓冲结构，以缓冲经由第1 配管K1供给的超低温液体L的压力的变动(脉动)。该缓冲结构具有： 管部141，其为从密闭容器110的外部延伸至波纹管122的、使杆140 插入且贯通的筒状(优选圆筒状)；小波纹管123、111，其分别设置在 该管部141的下端部和上端部。通过上述管部141和一对的小波纹管 123、111，在其内部形成密闭空间R。分隔在该密闭空间R和第2泵 室P2之间的小波纹管123和分隔该密闭空间R和外部空间之间的小波 纹管111，其顶端都固定在杆140上，并随着杆140的往复移动而伸缩。 另外，小波纹管123、111的外径小于波纹管122的外径。
另外，密闭空间R内形成超低温液体L层和使超低温液体L气化 的气体G层。在密闭空间R内的下方，温度稳定(液态氮的情况下为 70K左右)，而随着趋向暴漏于外部气体的上方，温度升高。另外，在 饱和温度(液态氮的情况下为78K左右)的附近，形成超低温液体L 层和气体G的边界面。
另外，从第1配管K1分支的分支配管K3设置为与该密闭空间R 连接。由此，由于经第1配管K1供给的超低温液体L的压力也作用于 密闭空间R内，因此使密闭空间R内部的气体起到缓冲器的功能。因 此，可缓冲经由第1配管K1供给的超低温液体L的压力的变动(脉动)。
本实施例的液体供给系统的效率
如以上说明那样，本实施例的液体供给系统100也得到与上述实 施方式及实施例1的情况相同的作用效果。另外，根据本实施例的液 体供给系统100，缓解经由第1配管K1供给的超低温液体L的压力的 变动(脉动)的缓冲结构设置在系统内。因此，与上述实施方式及实 施例1的情况相比，可进一步抑制脉动。
另外，本实施例中，缓冲结构采用在作为密闭空间R的、使杆140 插入且贯通的筒状的管部141内的内部形成超低温液体L层和气体G 层的结构。因此，由于气体G层发挥阻碍导热的功能，因此能够抑制 在线性执行机构130产生的热或大气热传导至超低温液体L。另外，即 使热传导至超低温液体L并气化，也能够始终供给新的超低温液体L， 从而发挥冷却效果。因此，密闭空间R内的发挥缓冲功能(作为气体 缓冲器的功能)的气体G层不会过厚。因此，能够抑制泵室内部的超 低温液体L上升至气化的温度，从而不会降低泵的功能。