CN106662372B - 液体供给*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能提高泵功能的液体供给***，具备在伸缩方向上串联配置在容器(12)的内部，相互接近侧的各自第一端部被分别固定于容器(12)的内壁，并且相互远离侧的各自第二端部能分别在伸缩方向上移动的第一波纹管(41)和第二波纹管(42)，在容器(12)内，第一波纹管(41)的外侧形成第一泵室(P1)，第二波纹管(42)的外侧形成第二泵室(P2)，第一波纹管(41)和第二波纹管(42)的内侧形成密闭空间(R1)，通过分别固定有第二端部的轴(15)的往复移动而分别进行伸缩。

Description

液体供给***
技术领域
本发明涉及一种用于供给液氮、液氦等超低温液体的液体供给***。
背景技术
以往，已知一种向收装超导电缆等的真空绝热管供给液氮等超低温液体，使超导电缆等维持在超低温状态的技术。对于超低温液体的液体供给(循环)***，为了使超导电缆在真空绝热管的内部具备超导电缆的被冷却装置中维持能超导的状态，而不断地向真空绝热管内供给超低温液体。
以往的超导电缆的长度短，液体供给***所需的排出压相对于流量使用较低的排出压力就能满足，因此作为泵机构，大多数采用典型的离心泵。然而，如今超导电缆的长度达到几km，设置场所也会存在高度差，因此相对于流量，液体供给***需要高于以往的排出压力。使用离心泵机构的液体供给***单独地进行液体的远距离输送时，由于泵的排出压低，因此需要例如沿电缆配置多个泵来维持排出压，而增加成本。另外，当铺设电缆的地形存在高度差时，由于泵排出压的不足而限制了电缆的铺设。
另外，作为液体供给***，还已知如图5所示这样的容积型波纹管循环器(参照专利文献1)。然而，以往容积型波纹管循环器的结构会对波纹管施加内压，因此难以高压化。另外，当施加高排出压力作为波纹管内压时，会使波纹管屈曲。而且，由于结构为，在真空绝热容器中填充超低温液体，并向其***并浸渍容积型波纹管循环器，因此会通过容积型波纹管循环器的支撑部件传热，且通过真空绝热容器的壁面传热，而受热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开WO2012/124363号
发明内容
本发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种能提高泵功能的液体供给***。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的液体供给***的特征在于，具备：
从与***外部连通的第一通路吸入液体，且将吸入的液体向与***外部连通的第二通路送出的容器；
在伸缩方向上串联配置在所述容器的内部的第一波纹管和第二波纹管，其相互接近侧的各自第一端部被分别固定于所述容器的内壁，并且相互远离侧的各自第二端部能分别在伸缩方向上移动；以及
轴，其插通至所述容器的内部，分别固定有所述第一波纹管和所述第二波纹管的所述第二端部，通过利用驱动源在所述伸缩方向上往复移动，而使所述第一波纹管和第二波纹管伸缩，
在所述容器内，所述第一波纹管的外侧形成第一泵室，该第一泵室设有将液体从所述第一通路吸入到第一泵室内的第一吸入口，和将所吸入的液体从第一泵室内向所述第二通路送出的第一送出口，
在所述容器内，所述第二波纹管的外侧形成第二泵室，该第二泵室设有将液体从所述第一通路吸入到第二泵室内的第二吸入口，和将所吸入的液体从第二泵室内向所述第二通路送出的第二送出口，
所述第一波纹管和第二波纹管的内侧形成密闭空间。
根据本发明，通过轴的往复移动使第一波纹管和第二波纹管的第二端部在波纹管的伸缩方向上整体地移动。即，通过轴的单向移动，使第一波纹管和第二波纹管中的一方压缩而另一方拉伸，第一泵室和第二泵室中的一方从第一通路吸入液体，由另一方将液体向第二通路送出。因此，通过轴的往复移动，可以交替连续地由第一泵室和第二泵室供给液体，能抑制脉动地供给液体。对于该泵动作，使作用于第一波纹管和第二波纹管内侧(内周面)的压力不改变。由此，能抑制波纹管产生屈曲，提高泵动作的稳定性。
所述密闭空间可以为真空状态，或者也可以充满气体。
通过使波纹管内侧的密闭空间为真空状态，作用于各波纹管的压力仅为外压，能提高波纹管伸缩动作的稳定性。另外，利用充满在密闭空间的气体所产生的加压，能降低作用于波纹管压力的峰值。因此，可以使提高泵排出压的高压设计的设计自由度更好。
优选还具备内部呈真空的外侧容器，
所述容器配置在所述外侧容器内，而被真空空间包围，
所述轴从所述外侧容器的外部插通至所述容器的内部。
由此，容器的传热路径被限定于来自外侧容器壁面的热辐射、第一和第二通路、容器支撑部件等，可以提高绝热效果。通过如此减少送出液体的受热，可以提高冷却效率。
优选还具备相对于所述第二波纹管在伸缩方向上串联配置的第三波纹管，其一端部与所述容器固定，且使内侧向所述容器的外部开放，另一端部与所述第二波纹管的所述第二端部连结，并与所述第二波纹管的伸缩一同进行伸缩，
所述轴插通所述第三波纹管的内侧，并与所述第二端部连结。
由此，可以使轴与容器之间不形成滑动部位地将轴与各波纹管的第二端部连结，使各波纹管伸缩。因此，不存在因轴的滑动摩擦而发热的情况。
优选所述第三波纹管的外径小于所述第二波纹管的内径，且至少一部分伸入到所述第二波纹管的内侧。
由此，可以实现使容器在波纹管伸缩方向上缩小尺寸。
发明效果
根据本发明，可以提高泵功能。
附图说明
图1是表示本发明实施例的液体供给***结构的示意图。
图2是说明本发明实施例的液体供给***动作的示意图。
图3是表示实施例1的液体供给***排出压的变动图。
图4是表示实施例2的液体供给***排出压的变动图。
图5是说明现有技术的液体供给***动作的示意图。
图6是表示现有技术的液体供给***排出压的变动图。
具体实施方式
以下，参照附图，基于实施例，例示地详细说明用于实施本发明的实施方式。但是，在该实施例中记载的结构组件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，除非有特别地特定性的记载，则本发明的范围不仅仅限定于此。
(实施例1)
参照图1，对本发明实施例的液体供给***进行说明。图1是本发明实施例的液体供给***的大致结构图。
液体供给***10是用于低温流体的泵装置，为了使超导电缆32在树脂制的容器31的内部具备超导电缆32的被冷却装置30中维持能超导的状态，而不断地向容器31内供给超低温的液体L。作为超低温的液体L的具体例，可列举出液氮、液氦。
液体供给***10大致具备：内部为真空的第一容器(外侧容器)11和配置在第一容器11的内部，且被真空空间包围的第二容器12。对于第二容器12大致为，在其内部，三个波纹管41、42、43在各自伸缩方向上串联配置，容器内部被这些波纹管41～43分隔为三个密闭空间。第二容器12被从第一容器11的外部插通至第一容器11内部的支撑部件51支撑在第一容器11的内部。
第一波纹管41和第二波纹管42的直径相同，并使轴中心一致地在各自伸缩方向上相互串联配置。第一波纹管41和第二波纹管42在相互接近侧的各自端部(第一端部)41b、42b被固定于容器12的内壁。另外，第一波纹管41和第二波纹管42在相互远离侧的各自端部(第二端部)41a、42a被固定于后述轴15而形成整体，能在各自伸缩方向上移动。
另外，第三波纹管43相对于第二波纹管42在第一波纹管41的相反侧串联排列而配置。第三波纹管43配置为，外径小于第二波纹管42的内径，且在伸缩方向上一部分伸入第二波纹管42的内侧。第三波纹管43的一侧端部43b被固定于容器12的内壁，使第三波纹管43的内侧向容器12的外部开放。第三波纹管43的另一侧端部43a与第二波纹管42的端部42a连结，且第三波纹管43与第二波纹管42的伸缩一同进行伸缩。
封闭第一波纹管41的端部41a，在第二容器12内，由第一波纹管41的外侧区域形成的密闭空间构成第一泵室P1。在第二容器12内，由第二波纹管42和第三波纹管43的外侧区域形成的密闭空间构成第二泵室P2。将第二波纹管42的端部42a与第三波纹管43的端部43a之间封闭，并将第一波纹管41的端部41b与第二波纹管42的端部42b之间开放，在第二容器12内，第一波纹管41的内侧区域与第二波纹管42的内侧区域构成一个密闭空间R1。
第二容器12设有将液体L从与***外部连通的返回通路(返回管)K2吸入第一泵室P1内的第一吸入口21，和将吸入的液体L从第一泵室P1内向与***外部连通的供给通路(供给管)K1送出的第一送出口22。另外，第二容器12还设有将液体L从返回通路K2吸入第二泵室P2内的第二吸入口23，和将吸入的液体L从第二泵室P2内向供给通路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分别设有单向阀100a、100c，第一送出口22和第二送出口24也分别设有单向阀100b、100d。
另外，利用作为驱动源的线性致动器14而往复移动的轴15，从第一容器11的外部穿过第三波纹管43的内侧伸入第二容器12的密闭空间R1的内部，并与第一波纹管41的端部41a与第二波纹管42的端部42a分别固定。由此，通过轴15往复移动，使各波纹管伸缩。
轴15经过设于第一容器11的波纹管52，从第一容器11的外部向内部插通而构成。波纹管52的一端被固定于第一容器11，另一端被固定于轴15，与轴15的往复移动同时地伸缩而构成。
参照图2，对液体供给***10的动作进行说明。图2是说明本发明实施例的液体供给***动作的示意图。图2的(a)是表示波纹管41、42在拉伸方向、压缩方向上均没有位移的状态的第二容器12内部的图。图2的(b)是表示向第一泵室P1吸入来自返回通路(第一通路)K2的液体L，并且由第二泵室P2向供给通路(第二通路)K1送出液体L时的状态，即表示波纹管41呈最大压缩状态、波纹管42呈最大拉伸状态的第二容器12内部的图。图2的(c)是表示向第二泵室P2吸入来自返回通路(第一通路)K2的液体L，并且由第一泵室P1向供给通路(第二通路)K1送出液体L时的状态，即表示波纹管41呈最大拉伸状态、波纹管42呈最大压缩状态的第二容器12内部的图。
当轴15移动时，使第一波纹管41压缩，第二波纹管42拉伸(图2的(a)→图2的(b))，通过第二送出口24将液体从第二泵室P2内L向供给通路K1送出，并且通过第一吸入口21将液体L吸入第一泵室P1内。然后，当轴15移动时，使第一波纹管41拉伸，第二波纹管42压缩(图2的(b)→图2的(a)→图2的(c))，通过第二吸入口23将液体L吸入第二泵室P2内，并且通过第一送出口22将液体L从第一泵室P1内向供给通路K1送出。由此，轴15在任意方向上往复移动时，液体L均向供给通路K1送出。
图3的上半部分是大致地表示向实施例1的液体供给***的波纹管42施加压力的变动图，图3的下半部分是大致地表示向波纹管41施加压力的变动图。在本实施例中，密闭空间R1为真空空间。因此，向本实施例的液体供给***10的波纹管42施加的压力与利用轴15的往复移动而使各波纹管伸缩同时地，如图3所示，交替地往来于零与最大排出压(P排)之间进行变动。在此，表示最大排出压(P排)为1MPa时的压力变动。另外，在图3中，(a)与图2的(a)的轴15的位移位置相对应，(b)与图2的(b)的轴15的位移位置相对应，(c)与图2的(c)的轴15的位移位置相对应。施加于波纹管41、42的压力是波纹管外部的压力与波纹管内部的压力的压差，在本装置启动前、轴15没有位移的状态下，向泵室内吸入液体而不排出，波纹管41、42的外部压力与内部压力不存在差，因此施加于波纹管的压力为0，随着接近于(b)的状态(第一泵室P1排出，第二泵室P2吸入)，使施加于波纹管42的压力增大，当波纹管外部达到最大排出压(P排)时，施加于波纹管42的压力达到最大(P排)。然后，随着接近于(c)的状态(第一泵室P1吸入，第二泵室P2排出)，使施加于波纹管42的压力减小，吸入压为0，因此施加于波纹管42的压力为0。需要说明的是，该压力变动对于波纹管41仅相位不同，示出同样的行动。
如上所述，对于液体供给***10，通过重复轴15的往复移动和各波纹管的伸缩动作，将液体L通过供给通路K1供给至被冷却装置30。另外，连接液体供给***10和被冷却装置30并通过返回通路K2将仅供给被冷却装置30的量的液体L返回至液体供给***10。另外，在供给通路K1的途中设有将液体L冷却至超低温状态的冷却机20。根据这种结构，将通过冷却机20冷却至超低温的液体L在液体供给***10与被冷却装置30之间循环。
如上所述，具有两个泵室，且通过该两个泵室交替地供给流体，各波纹管压缩时和拉伸时均向供给通路K1送出液体L，通过各波纹管的伸缩动作产生的液体供给量，例如可以达到仅利用第一泵室P1发挥泵功能时的两倍。因此，与仅利用第一泵室P1发挥泵功能时相比，可以一次供给两倍的所需供给量，且可以使供给通路K1内的液体最大压力减少一半左右。因此，可以抑制因供给液体的压力变动(脉动)而引起的不良影响。
另外，第一波纹管41和第二波纹管42的内侧所形成的密闭空间R1的容积在第一波纹管41和第二波纹管42伸缩时也不改变，使作用于第一波纹管41和第二波纹管42的内压(作用于各自内周面的压力)不改变。即，对于本实施例的液体供给***10，泵室被配置于各波纹管的外侧，而不会发生因波纹管的内压变动造成的屈曲。因此，在波纹管的耐压设计中，由于不需要考虑内压所致屈曲，因而设计自由度高，可以实现排出压的高压化。参照图5和图6来比较现有技术，对本实施例的优点进行说明。
图5是说明现有技术的液体供给***动作的示意图。如图5所示，现有技术的液体供给***的结构为，在波纹管61的内侧与外侧分别形成两个泵室P1、P2。即，通过轴15的移动使波纹管61、62压缩时(图5的(a)→图5的(b))，通过第二送出口24将液体从第二泵室P2内L向供给通路K1送出，并且通过第一吸入口21将液体L吸入第一泵室P1内。然后，通过轴15的移动使波纹管61、62拉伸时(图5的(b)→图5的(a)→图5的(c))，通过第二吸入口23将液体L吸入第二泵室P2内，并且通过第一送出口22将液体L从第一泵室P1内向供给通路K1送出。
图6是表示现有技术的液体供给***排出压的变动图。需要说明的是，在图中，设定向波纹管61的外侧方向施加的压力为正，向波纹管61的内侧方向施加的压力为负。如图6所示，对于现有技术的结构，在由第一泵室P1和第二泵室P2交替地排出液体L时，会分别交替地向波纹管61的内侧和外侧作用相同大小的排出压(P排)。即，向波纹管的内侧方向、外侧方向施加排出压(P排)。因此，为了得到与本实施例相同的最大排出压(1MPa)，其压力变动为本实施例的两倍(图3、图6)。因此，波纹管61所需的耐压性能也为本实施例波纹管的两倍。另外，对于现有技术的结构，由于会向波纹管61作用内压，因此当需要提高排出压时，作用于波纹管61的内压也会升高，而容易使波纹管61发生屈曲。通常，波纹管对外压较强而对内压较弱，当作用高内压时，容易发生屈曲。
这样，根据本实施例，由于作用于各波纹管的压力仅为外压，与向波纹管作用内压的现有技术的结构相比，能实现泵排出压的高压化，并且能提高波纹管伸缩动作的稳定性。因此，可以减少对电缆配置的循环器的台数。另外，由于即使地形存在高低差也能供给液体，因此电缆铺设的自由度提高。
另外，在本实施例中，采用利用第一容器11将第二容器12的周围包围在真空空间的结构。因此，包围第二容器12的真空空间发挥阻碍传热的功能，可以抑制线性致动器14产生的热、大气热传递至液体L。即，液体L的热交换被限定于来自作为真空绝热容器的第一容器11壁面的热辐射、第二容器12的支撑部件51、通过各通路的传热，可以减少液体L的受热。另外，如果热被传递至液体L而气化，由于不断地供给新的液体L而具有冷却效果，因此可以抑制泵室内部的液体L上升至气化的温度。因此，不会降低泵功能。
另外，在本实施例中，轴15经过第三波纹管43固定于第二容器12的端部43b相反侧的端部43a，插通至第二容器12的内部，并与各波纹管连结，第三波纹管43与轴15的往复移动一同进行伸缩。因此，轴15与第二容器12之间不形成滑动部位，由于形成各泵室P1、P2、密闭空间R1，因此不存在因滑动产生的摩擦阻力而发热的情况。
另外，在本实施例中，第三波纹管43配置为，外径小于第二波纹管42的内径，且至少一部分伸入第二波纹管42的内侧，由于所伸入的部分也可以作为泵空间使用，因此该部分可以使不需要大空间的第二容器12实现尺寸缩小。
在此，在本实施例中，由于使密闭空间R1为真空空间，因此也可以使其与第二容器12周围的真空空间连通。
(实施例2)
在上述实施例1中，密闭空间R1为真空空间，相对于此，在本发明的实施例2中，采用将密闭空间R1充满气体的结构。其它结构与实施例1相同，对相同结构标注相同的附图标记并省略说明。
作为封入密闭空间R1的气体，使用例如氖气、氦气等，难以在本***的使用环境中发生液化、冻结等状态变化的气体。并且，封入密闭空间R1的气体压力设为从真空(-100kPa)至所需排出压的范围(优选为排出压的1/2)。
图4是大致表示实施例2的液体供给***排出压的变动图，上半部分表示向波纹管42施加压力的变动，下半部分表示向波纹管41施加压力的变动。图4表示密闭空间R1封入排出压(P排)的1/2压力的气体时的排出压的变动。排出压的变动幅度与上述实施例1相同为1MPa，峰值为实施例1的1/2。施加于波纹管的压力是密闭空间R1的内部压力与泵室P1、P2各空间的压差，因此当密闭空间R1封入排出压的1/2压力的气体时，由于泵室的最大压力为P排，因此施加于波纹管的压力为，P排-(1/2)P排＝(1/2)P排。另外，密闭空间R1的压力不仅为(1/2)P排，还可以根据两个波纹管的尺寸、两个泵室的大小等规格适当地设定。由此，通过利用封入气体对波纹管41、42内侧加压，可以降低作用于波纹管41、42压力的峰值。因此，可以提高使泵排出压升高的高压设计的设计自由度。
附图标记说明
10 液体供给***
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 线性致动器
15 轴
41 第一波纹管
42 第二波纹管
43 第三波纹管
51 支撑部件
52 波纹管
20 冷却机
30 被冷却装置
31 容器
32 超导电缆
K1 供给通路
K2 返回通路
L 液体
P1 第一泵室
P2 第二泵室
R1 密闭空间

Claims (8)

1.一种液体供给***，其特征在于，具备：
从与***外部连通的第一通路吸入液体，且将吸入的液体向与***外部连通的第二通路送出的容器；
在伸缩方向上串联配置在所述容器的内部的第一波纹管和第二波纹管，其相互接近侧的各自第一端部被分别固定于所述容器的内壁，并且相互远离侧的各自第二端部能分别在伸缩方向上移动；以及
轴，其插通至所述容器的内部，分别固定有所述第一波纹管和所述第二波纹管的所述第二端部，通过利用驱动源在所述伸缩方向上往复移动，而使所述第一波纹管和第二波纹管伸缩，
在所述容器内，所述第一波纹管的外侧形成第一泵室，该第一泵室设有将液体从所述第一通路吸入到第一泵室内的第一吸入口，和将所吸入的液体从第一泵室内向所述第二通路送出的第一送出口，
在所述容器内，所述第二波纹管的外侧形成第二泵室，该第二泵室设有将液体从所述第一通路吸入到第二泵室内的第二吸入口，和将所吸入的液体从第二泵室内向所述第二通路送出的第二送出口，
所述第一波纹管和第二波纹管的内侧形成密闭空间。
2.根据权利要求1所述的液体供给***，其特征在于，
所述密闭空间为真空状态。
3.根据权利要求1所述的液体供给***，其特征在于，
所述密闭空间充满气体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的液体供给***，其特征在于，
还具备内部呈真空的外侧容器，
所述容器配置在所述外侧容器内，而被真空空间包围，
所述轴从所述外侧容器的外部插通至所述容器的内部。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的液体供给***，其特征在于，
还具备相对于所述第二波纹管在伸缩方向上串联配置的第三波纹管，其一端部与所述容器固定，且使内侧向所述容器的外部开放，另一端部与所述第二波纹管的所述第二端部连结，并与所述第二波纹管的伸缩一同进行伸缩，
所述轴插通所述第三波纹管的内侧，并与所述第二端部连结。
6.根据权利要求4所述的液体供给***，其特征在于，
还具备相对于所述第二波纹管在伸缩方向上串联配置的第三波纹管，其一端部与所述容器固定，且使内侧向所述容器的外部开放，另一端部与所述第二波纹管的所述第二端部连结，并与所述第二波纹管的伸缩一同进行伸缩，
所述轴插通所述第三波纹管的内侧，并与所述第二端部连结。
7.根据权利要求5所述的液体供给***，其特征在于，
所述第三波纹管的外径小于所述第二波纹管的内径，且至少一部分伸入到所述第二波纹管的内侧。
8.根据权利要求6所述的液体供给***，其特征在于，
所述第三波纹管的外径小于所述第二波纹管的内径，且至少一部分伸入到所述第二波纹管的内侧。
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