液体供给系统的制作方法

本发明涉及一种供给液体的液体供给系统。

背景技术：

作为一种将液体循环到循环流路的液体供给系统，公知的有具有由波纹管形成的泵室的波纹管泵(参照专利文献1)。该系统是在垂直的上下方向上具有两个泵室，构成各个泵室的波纹管由传动器固定在进行上下方向驱动的轴上，并与轴的运动联动从而进行上下方向的伸缩。

为了隔热，泵装置整体收纳在真空容器内，真空容器的上方设有传动器。为了隔热，优选地，从外部向泵装置供给液体的吸入管和将来自泵装置的液体向外部排出的送出管在尽可能远离外部气体的位置与泵装置连接。由此，吸入管及送出管从真空容器的上方进入真空容器内，延伸至比泵装置更低的位置，以u字形连接泵装置底部的开口。通过将与泵装置连接的配管设置成这样的形状，实现对于来自外部的热的高隔热性能。这样的结构的波纹管泵适宜用于将液氮、液氦等超低温液体供给至超导设备等被冷却装置的用途中。

但是，为了用于低温液体的供给而使在常温环境下组装维护的波纹管泵运行时，首先需要将泵装置的结构部件从常温冷却至低温液体的温度的步骤。这是因为如果结构部件的温度高，低温液体在波纹管室内蒸发成为气液混合状态，泵无法正常工作。作为冷却泵装置的方法，存在如下的方法，即，使低温液体流入泵装置，在结构部件与低温液体之间进行热交换，逐步降低结构部件的温度。在该方法中，从泵装置的底部流入的低温液体先是下部的波纹管泵室，接着是上部的波纹管泵室这样逐步充满泵装置内部，低温液体的水位上升。但是，在该冷却方法中存在如下问题，即，为了将波纹管泵冷却至可工作温度需要很长的时间。

其理由是，在泵装置内的低温液体的水位低的状态下，泵结构部件与低温液体的液体接触面积小，因此，在冷却步骤的初期冷却效率低下。此外，在泵结构部件的温度高的状态下，低温液体蒸发，气体滞留在泵室内，妨碍低温液体的流入。此外，由于是两个波纹管泵室上下排列的结构，若将上方的泵室作为第一泵室，下方的泵室作为第二泵室，流入泵装置的液体从第二泵室的排出口流出，水位难以上升至第二泵室的排出口的高度之上。因此，在第二泵室的排出口之上存在第一泵室时，对于第一泵室的冷却很耗时。此外，为了得到高排出压，泵构成部件使用高刚度的金属材料，若低温液体接触热传导率高的金属的表面，低温液体气化而产生的气体覆盖金属的表面。该现象称为膜沸腾。在该金属表面形成的气体层作为隔热层发挥作用，妨碍低温液体与泵结构部件的热传导。在专利文献2中，记载有以泵室的滑动位置摩擦阻力的降低(滑动性的提高)为目的而涂布ptfe(polytetrafluoroethylene)的结构。

专利文献1：国际公开第2016/006648号

专利文献2：日本特开2012-193664号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够高效冷却的液体供给系统。

本发明为了解决上述课题而采用了以下方案。

即，本发明的液体供给系统包括：

容器，其内部包括泵室，并且设有流体的吸入口及送出口；供给通道，将从所述吸入口流入的液体供给至所述泵室；以及排出通道，将从所述泵室排出的液体向所述送出口引导，

其中，在所述液体供给系统中与所述液体接触的壁面上，形成由比构成所述壁面的部件的热传导率低的材料构成的热阻层。

根据本发明，在构成液体供给系统的部件与流体的温度差很大时(例如，通过向常温的液体供给系统流入低温液体进行冷却时)，在形成了热阻层的部位，与低温液体和系统构成部件直接接触的情况相较，低温液体与系统构成部件之间的热传导效率很低。因此，从接液的热阻层表面向系统结构部件内部的温度梯度变大。即，热阻层表面的接液面及热阻层与结构部件的表面之间产生很大的温度差。由此，结构部件内部的温度相对高(例如常温附近)时，接液的热阻层表面的温度相对低(例如低温液体的温度附近)。而且，在热阻层表面，低温液体的沸腾平稳进行。由于沸腾平稳进行，在热阻层表面产生的由沸腾液体的气体所形成的气泡变得细小。由此，抑制在热阻层表面形成由大气泡导致的气体层。在热阻层表面显示出隔热效果的气体层变得难以形成，因此，通过气体层，液体与结构部件的热传导变得难以被阻碍。而且，低温液体与结构部件之间的热交换高效进行。而且，能够通过流入低温液体而高效冷却液体供给系统。根据本发明，能够缩短冷却常温环境下的液体供给系统的步骤所需要的时间，因此，能够抑制系统的设置作业、维护作业的工时增加。此外，能够抑制冷却步骤中低温液体的消耗量。

优选地，所述热阻层由覆盖膜形成。

由此，能够通过简单的结构形成热阻层。

优选地，所述覆盖膜排列多个膜部件而形成。

由此，通过非单个膜而是多个膜部件而形成覆盖膜，因此，能够抑制由覆盖膜上产生的热收缩等引起的应力变大。而且，能够抑制覆盖膜从壁面剥离。

优选地，所述热阻层设置于所述泵室内与所述液体接触的内壁面上。由此，在设置了热阻层的泵室的内壁面中，低温液体的沸腾平稳进行。因此，在泵室的内壁面上，沸腾了的低温气体所导致的大气泡变得难以形成，能够抑制在内壁面上形成气体层。而且，低温液体与泵室的结构部件的热交换更加高效地进行。而且，能够通过流入低温液体而高效地冷却泵室。根据本发明，能够高效地冷却泵室，因此，能够尽早解除低温液体的气体停留在泵室的情况，能够缩短为了液体供给系统的工作而进行的冷却步骤所需要的时间。

优选地，所述热阻层设置于所述供给通道及所述排出通道的内壁面上。

由此，能够更加高效地冷却构成液体供给系统的部件。

优选地，形成所述热阻层的壁面由金属材料构成，所述热阻层由膜厚0.2mm的ptfe形成。

经实验，若在由金属材料构成的壁面上形成膜厚0.2mm的ptfe的热阻层，与未形成热阻层的情况相比，得到了大约2倍的冷却速度。

本发明能够适用于包括波纹管泵的液体供给系统中。即，优选地，设置成如下结构：

包括：

在所述容器内沿垂直方向往返移动的轴部件；以及

第一波纹管及第二波纹管，在垂直方向排列配置，并且，随着所述轴部件的往返移动而伸缩，

所述泵室包括：

围绕所述第一波纹管的外周面的空间所形成的第一泵室；以及

围绕所述第二波纹管的外周面的空间所形成的第二泵室，

所述热阻层形成在如下两个内壁面上，即：

所述第一泵室内围绕所述第一波纹管的外周面的空间的内壁面；和

所述第二泵室内围绕所述第二波纹管的外周面的空间的内壁面。

根据这样的结构的液体供给系统，第一泵室内及第二泵室内的内壁面上低温液体平稳沸腾，因此，能够抑制具有隔热效果的气体层在壁面上形成，能够高效进行基于低温液体的第一泵室及第二泵室的冷却。而且，能够缩短为了使液体供给系统工作而进行的冷却步骤所需要的时间。

另外，上述各结构能够在可行的范围内组合采用。

如以上说明的那样，本发明的液体供给系统能够高效地冷却。

附图说明

图1是本发明实施例的液体供给系统的概要结构图。

图2是说明本发明实施例的热阻层的作用的示意图。

图3是表示本发明的实施例的热阻层的结构例的示意图。

符号说明

10液体供给系统

100系统本体

110线性传动器

120轴部件

121轴本体部

122圆筒部

122a上端侧外向凸缘部

122b下端侧外向凸缘部

123连接部

130容器

131箱体部

131a开口部

131b吸入口

131c送出口

131d流路

131e流路

131x躯体部

131xa第一内向凸缘部

131xb第二内向凸缘部

131xc第一流路

131xd第二流路

131xe内壁

131xf内壁

131y底板部

141第一波纹管

142第二波纹管

151第三波纹管

152第四波纹管

160止回阀

160a第一止回阀

160b第二止回阀

160c第三止回阀

160d第四止回阀

180内壁面

180a热阻层的表面

181壁面

190内壁面

200真空容器

310吸入管

320送出管

401第一泵室入口

402第一泵室出口

403第二泵室入口

404第二泵室出口

500热阻层

501气泡

502气泡

600膜部件

601膜部件

p1第一泵室

p2第二泵室

具体实施方式

接下来，参照附图，基于实施方式示例地详细说明用于实施本发明的方式。其中，该实施例中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特定的记载，不表示本发明的范围仅限于此。

(实施例)

参照图1及图2说明本发明的实施例的液体供给系统。本实施例的液体供给系统例如能够为了使超导设备维持超低温状态而适当使用。即，在超导设备中，需要使超导线圈等经常冷却。因此，通过对包括超导线圈等的被冷却装置经常供给超低温的液体(液氮、液氦)，被冷却装置被经常冷却。更具体地，设置通过被冷却装置的循环流路，并且，在该循环流路中安装本实施例的液体供给系统，由此，能够使超低温的液体循环，使被冷却装置经常冷却。

<液体供给系统的整体结构>

图1是本发明的实施例的液体供给系统整体的概要结构图，是从剖面表示出液体供给系统整体概要结构的图。本实施例的液体供给系统10包括液体供给系统本体(以下称为系统本体100)、在内部设置有系统本体100的真空容器200和配管(吸入管310及送出管320)。吸入管310及送出管320均从真空容器200的外部进入真空容器200的内部，与系统本体100连接。真空容器200的内部封闭，真空容器200的内部中，系统本体100、吸入管310及送出管320外侧的空间维持真空状态。由此，该空间具备隔热功能。液体供给系统10通常设置在水平面上。在设置了液体供给系统10的状态下，图1中上方为垂直方向上方，图1中下方为垂直方向下方。

系统本体100包括作为驱动源的线性传动器110、通过线性传动器110在垂直方向上往返移动的轴部件120和容器130。另外，线性传动器110固定于任意位置，固定位置可以是容器130，也可以其它未图示的位置。容器130包括箱体部131。轴部件120以如下的方式设置：从容器130的外部，经箱体部131顶部上设置的开口部131a进入容器内部。此外，箱体部131的底部设有液体的吸入口131b及送出口131c。上述的吸入管310连接设置了吸入口131b的位置，送出管320连接设置了送出口131c的位置。

箱体部131的内部包括多个部件，通过这些多个部件所划分的多个空间形成多个泵室、液体的流路和隔热用的真空室。以下，更详细地说明该箱体部131的内部结构。

轴部件120具有轴本体部121，其内部具有中空部；圆筒部122，其以围绕轴本体部121的外周面侧的方式设置；以及连接部123，其连接轴本体部121和圆筒部122。此外，圆筒部122的上端设有上端侧外向凸缘部122a，圆筒部122的下端设有下端侧外向凸缘部122b。

箱体部131包括大致筒状的躯体部131x和底板部131y。此外，躯体部131x上设有设置于高度方向的中间附近的第一内向凸缘部131xa和设置于上方的第二内向凸缘部131xb。

躯体部131x的内部，在第一内向凸缘部131xa下方，在周向上隔开间隔而形成多个沿轴向延伸的第一流路131xc。此外，在躯体部131x的内部，在比设置了第一流路131xc的区域更靠近径向外侧的位置，还设有由在轴向延伸的圆筒状空间构成的第二流路131xd。此外，在箱体部131的底部，向径向外侧延伸且与第一流路131xc连接的流路131xd圆周状均匀形成。进一步地，在箱体部131的底板部131y上，向径向外侧延伸的流路131e圆周状均匀形成。即，这些流路131d及流路131e，以液体自中心轴线侧向径向外侧在360°全方向上呈放射状地流动的方式构成。

此外，容器130的内部设有随着轴部件120的往返移动而伸缩的第一波纹管141及第二波纹管142。这些第一波纹管141及第二波纹管142沿垂直方向排列配置。第一波纹管141的上端侧固定于轴部件120的圆筒部122的上端侧外向凸缘部122a上，第一波纹管141的下端侧固定于箱体部131的第一内向凸缘部131xa上。此外，第二波纹管142的上端侧固定于箱体部131的第一内向凸缘部131xa上，第二波纹管142的下端侧固定于轴部件120的圆筒部122的下端侧外向凸缘部122b上。然后，围绕第一波纹管141的外周面的空间形成第一泵室p1，围绕第二波纹管142的外周面的空间形成第二泵室p2。

此外，容器130的内部还设有随着轴部件120的往返移动而伸缩的第三波纹管151及第四波纹管152。第三波纹管151的上端侧固定于箱体部131的顶部，第三波纹管151的下端侧固定于轴部件120上。由此，闭塞住箱体部131上设置的开口部131a。第四波纹管152的上端侧固定于箱体部131上设置的第二内向凸缘部131xb上，第四波纹管152的下端侧固定于轴部件120的连接部123上。然后，轴部件120的轴本体部121内部的中空部所形成的第一空间k1、第三波纹管151的外周面侧及第四波纹管152的内周面侧等所形成的第二空间k2、第一波纹管141及第二波纹管142的内周面侧与圆筒部122的外周面侧所形成的第三空间k3连接。这些第一空间k1、第二空间k2和第三空间k3所形成空间封闭。在本实施例中，由它们所形成的封闭空间维持真空状态，具备隔热功能。

进一步地，在容器130的内部设有4个止回阀160(根据安装位置，适当称作第一止回阀160a、第二止回阀160b、第三止回阀160c及第四止回阀160d)。此外，第一止回阀160a和第二止回阀160b隔着第一泵室p1及第二泵室p2而设置于线性传动器110的相反侧(垂直方向下侧)。然后，第三止回阀160c和第四止回阀160d与第一止回阀160a和第二止回阀160b相比更靠近垂直方向的上侧配置。

此外，第一止回阀160a和第三止回阀160c设置于通过第一泵室p1的流路上。该第一止回阀160a和第三止回阀160c通过第一泵室p1的泵送功能而承担防止流动的液体逆流的作用。更具体地，在第一泵室p1的上游侧设置第一止回阀160a，在下游侧设置第三止回阀160c。更具体地，第一止回阀160a设置于箱体部131的底部上形成的流路131d上。此外，第三止回阀160c设置于在箱体部131上设置的第二内向凸缘部131xb的附近形成的流路上。

然后，第二止回阀160b和第四止回阀160d设置于通过第二泵室p2的流路上。该第二止回阀160b和第四止回阀160d通过第二泵室p2的泵送功能而承担防止流动的液体逆流的作用。更具体地，在第二泵室p2的上游侧设置第二止回阀160b，在下游侧设置第四止回阀160d。更具体地，第二止回阀160b设置于箱体部131的底板部131y上形成的流路131e上。此外，第四止回阀160d设置于在箱体部131的第一内向凸缘部131xa的附近形成的流路上。

<液体供给系统整体的动作说明>

对液体供给系统整体的动作进行说明。根据线性传动器110，轴部件120下降时，第一波纹管141收缩，第二波纹管142延伸。此时，由于第一泵室p1的液体压力降低，第一止回阀160a打开，第三止回阀160c关闭。由此，通过吸入管310从液体供给系统10的外部运送的液体(参照箭头s10)从吸入口131b吸入容器130内，穿过第一止回阀160a(参照箭头s11)。然后，穿过了第一止回阀160a的液体通过箱体部131的躯体部131x内部的第一流路131xc，向第一泵室p1运送。此外，由于第二泵室p2的液体压力升高，第二止回阀160b关闭，第四止回阀160d打开。由此，第二泵室p2内的液体穿过第四止回阀160d，向躯体部131x内部的第二流路131xd运送(参照箭头t12)。之后，液体通过送出口131c，经送出管320向液体供给系统10的外部送出。

然后，根据线性传动器110，轴部件120上升时，第一波纹管141延伸，第二波纹管142收缩。此时，由于第一泵室p1的液体压力升高，第一止回阀160a关闭，第三止回阀160c打开。由此，第一泵室p1内的液体穿过第三止回阀160c(参照箭头t11)，向躯体部131x内部的第二流路131xd运送。之后，液体通过送出口131c，经送出管320向液体供给系统10的外部送出。此外，由于第二泵室p2的液体压力降低，第二止回阀160b打开，第四止回阀160d关闭。由此，通过吸入管310从液体供给系统10的外部运送的液体(参照箭头s10)从吸入口131b吸入容器130内，穿过第二止回阀160b(参照箭头s12)。然后，穿过了第二止回阀160b的液体向第二泵室p2运送。

如上所述，在本实施例的液体供给系统10中，在轴部件120下降时及上升时均能够使液体从吸入管310侧流向送出管320侧。而且，能够抑制所谓的脉动。

<液体供给系统整体的冷却>

将本实施例的液体供给系统10使用于液氮、液氦等超低温液体的循环时，需要将常温环境下的液体供给系统10在运行前冷却至与工作液体即低温液体同程度的温度。在本实施例中，将与系统运行时流通的低温液体相同的液体用于系统冷却。另外，也可以是，系统冷却用的液体与系统运行时流通的液体不同。

系统冷却通过从吸入管310流入低温液体，在液体供给系统10的结构部件即箱体部131等与低温液体之间进行热交换，逐步降低结构部件的温度而进行。在本实施例中，由于容器100的底部设有吸入口131b及送出口131c，在冷却步骤中流入的低温液体按照首先第二泵室p2，然后第一泵室p1的顺序逐步充满系统内，低温液体的水位上升。随着水位的上升，与冷却用的低温液体进行热交换的结构部件增加，冷却从系统的下部向上部进行。

<热阻层>

参照图1～图3说明本实施例的热阻层。图2的(a)是图1的a部的放大图。图2(b)是表示出不存在图2的(a)中热阻层时的比较例。图2的(a)为了简化仅表示出第一波纹管141及第一泵室p1的内壁131xe的一部分。图3是表示热阻层的覆盖方法的示例的图。

第一泵室p1是由第一波纹管141的外周面和第一波纹管141相对的内壁131xe的内壁面180所包围的空间。内壁131xe与第一泵室p1流动的液体接触，并且，与箱体部131的一部分，即，构成系统本体100的部件进行热交换。在内壁131xe的壁面180上，如图2的(a)所示的那样，设有热阻层500。在本实施例中，内壁131xe由金属材料形成，热阻层500通过将比金属材料热传导率低的ptfe膜覆盖在壁面180上而形成。ptfe的膜厚为0.2mm。另外，热阻层500可以是，通过粘合剂连接于构成本体100的部件上，也可以是，通过其它弹性部件的弹力固定在构成本体100的部件上。

在第二泵室p2，也同样设有热阻层。即，在第二泵室p2中，在第二波纹管142对向的内壁131xf的壁面181上，ptfe覆盖膜作为热阻层而设置。

在本实施例中，如图3的(b)所示的那样，将多个ptfe的较小尺寸的矩形膜部件600在内壁面砖形排列而形成由ptfe的覆盖膜构成的热阻层500。由此，能够抑制热收缩等引起的应力变大，能够抑制覆盖膜从内壁面剥离。另外，如图3的(a)所示的那样，可以是通过单个的膜部件601形成ptfe的覆盖膜而构成热阻层500。此外，排列多个膜部件而形成覆盖膜时，各膜部件的形状不限于如图3的(b)所示的矩形。

<本实施例的液体供给系统的优点>

图2的(b)表示出在由金属材料形成的内壁面上未形成ptfe覆盖膜的热阻层的情况。由于金属热传导率高，若系统冷却时常温的金属与超低温的液体接触，低温液体在内壁面急剧沸腾，产生由生成的气体所导致大气泡502，在内壁面上形成气体层。此外，气泡移动，在没有气体层的位置再次接液，由于热传导率高，内壁内部的热直接传至金属表面，再次产生大气泡502，经常在内壁面上形成气体层。该气体层具有隔热效果，阻碍低温液体与内壁的热传导，因此，金属材料形成的内壁等系统结构部件的冷却很耗时。

在本实施例中，图如2的(a)所示的那样，由金属构成的内壁131xe的壁面180上形成了作为热阻层500的ptfe覆盖膜。ptfe比金属热传导率低。因此，从接液的热阻层500的表面180a向金属的结构部件即内壁131xe内部的温度梯度变大。即，与金属相比，ptfe将内壁131xe的热量缓缓地、一点点地传至接液面。由此，内壁131xe的温度相对高(例如常温附近)时，接液的热阻层500表面180a的温度相对低(例如低温液体的温度附近)。而且，内壁131xe与低温液体缓缓进行热交换，在热阻层500的表面180a上，低温液体的沸腾平稳进行。由于沸腾平稳进行，热阻层500表面180a上生成的沸腾了的液体的气体所导致的气泡501变细。

由此，如图2的(b)所示的金属表面上直接接液时那样，抑制形成大气泡502导致的气体层。在热阻层500的表面180a上，显示出隔热效果的气体层变得难以形成，因此，液体与结构部件的热传导变得难以被气体层阻碍。而且，低温液体与结构部件之间的热交换高效进行。而且，能够高效进行根据流入低温液体的系统冷却。因此，能够缩短为了使常温环境下的液体供给系统工作而进行冷却的步骤所需要的时间，能够抑制系统的设置作业、维护作业的工时增加。此外，能够抑制冷却步骤中低温液体的消耗量。在第二泵室p2中，设置同样的热阻层，由此，能够抑制在内壁面上产生气体层，能够实现低温液体与结构部件之间高效的热交换。

(其它)

在本实施例中，以热阻层设置在分别构成第一泵室p1及第二泵室p2的内壁131xe及内壁131xf各自的壁面180及壁面181上为例进行了说明，但热阻层若是与系统本体100的结构部件进行热交换，且与低温液体接触的部位，也可以设置于其它的任何部位。例如，也可以是，热阻层设置于将液体引导至泵室的流路的内壁面上。具体地，第一泵室p1的入口401连接的供给通道的内壁面、第二泵室p2的入口403连接的供给通道的内壁面、第二泵室p2的出口404连接的排出通道的内壁面上也可以作为热阻层设置ptfe的覆盖膜。此外，在本实施例中，以设置ptfe作为热阻层为例进行了说明，但形成热阻层的材料，若是与冷却对象即构成泵室等的内壁面的材料(例如金属)相比热传导率低的材料，则不限于ptfe。

在本实施例中，以将本发明适用于具有围绕波纹管的外周面的泵室沿垂直方向上下(波纹管伸缩方向)串联配置两个的波纹管泵的液体供给系统为例进行了说明，但本发明可适用的液体供给系统不限于此。本发明通常能够适用吸入送出液体的泵，泵室中与液体接触的内壁面之中，通过在与泵室(或液体供给系统本体)的结构部件进行热交换的部位设置增加液体接触面积的表面积增加结构，能够得到与上述的实施例相同的效果。

在本实施例中，真空容器200的内部之中，采用使系统本体100、吸入管310及送出管320的外侧成为真空状态而具备隔热功能的结构。此外，在本实施例中，采用使第一空间k1、第二空间k2和第三空间k3所形成的封闭空间成为真空状态而具备隔热功能的结构。而且，在这些空间也能够通过流过超低温液体而使循环流路中流动的液体的温度维持在低温。