JPH0217713B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超電導電磁石等の低温装置へ低温流
体を圧送する低温流体ポンプに関するものであつ
て、ピストンロツドを油圧シリンダーにより駆動
させるベローズ型の低温流体ポンプに関しピスト
ンロツドをゆつくりと上下動させることによりベ
ローズの耐久時間を著しく長くし、オイルシリン
ダーに一定圧力を加えることによりポンプからの
流体の吐出を一定にし、しかもピストンロツドの
上死点、下死点での上下動切替えを瞬間的に行
い、ポンプからの流体の吐出の脈動を極めて小さ
くし、かつ又、シリンダー内へのオイルの送り込
み量を加減してピストンロツドの上下動速度並び
に上下範囲を制御できるようにして低温流体の吐
出流量を容易に調節することができ、さらに吸入
吐出弁をポンプ内部に組み込むことによりその形
状を軽量小型化した液体ヘリウム等低温流体ポン
プ及びその作動方法に関する発明である。

（従来の技術） 従来低温流体ポンプとしては、低温シールを用
いたピストンポンプが有るが、これはその摺動部
に摩擦による大きな発熱が生じ、蒸発潜熱の小さ
い低温流体はこの発熱により非常にロスの多いポ
ンプとなり、低温流体に対するポンプとしては適
していない。

又これを解決するためにベローズを用いた往復
動ポンプが有るが、吸入吐出弁がポンプ外部に有
り形状が一体化しておらず軽量小型化に不向きで
ある。

さらに往復動ポンプをクランク等を用いた電動
機による駆動により作動させるとその上下動速度
が時間に対し正弦波状となり、流体の吐出流量が
一定にならず大きな脈動を生じる。

このように従来の技術によるポンプを低温流体
ポンプに用いようとすると発熱が生じたり、非軽
量小型化ができず、しかも吐出流量に脈動を生じ
ると言う問題が有つた。

（発明が解決しようとする問題点） 本願は従来の流体ポンプでは蒸発潜熱の小さい
低温流体が発熱により蒸発してロスの多いポンプ
となると言う問題点、軽量小型化が出来ないとい
う問題点、吐出流量の脈動と言う問題点を解決し
ようとする発明である。

（問題点を解決する手段） この発明は上記した問題点を解決するための手
段として、固定筒内に上下摺動筒を局所的に介装
したスライダーを介して上下動可能に内装し、上
下摺動筒を上下に二分する中仕切板を上下摺動筒
の胴部上下方向に形成した長孔を通して固定筒に
固定し、上下摺動筒の上部と下部に、孔を有する
弁押え筒と、この孔に連通する流通孔を具備した
一対の通気筒を相対して固定するとともに、上下
摺動筒の上部及び下部と中仕切板の間を一対の蛇
腹筒で気密に接続して中仕切板の上下に該中仕切
板と前記上下摺動筒の通気筒及び蛇腹筒に囲まれ
た容積可変の一対のポンプ室を設け、前記一対の
通気筒の各々には対応するポンプ室の相対的な減
圧によつて開く常閉の吸入弁を設け、前記中仕切
板の内部には低温流体を外部に排出する送り出し
孔を設けるとともに、その左右両側に相対するポ
ンプ室から前記送り出し孔に連通する一対の吐出
孔を設け、これら一対の吐出孔には対応するポン
プ室の相対的な昇圧によつて開く常閉の吐出弁を
設け、さらに、上下摺動筒の上部に油圧シリンダ
のピストンに連なるロツドに接続して成る流体ヘ
リウム等低温流体ポンプである。

また、固定筒内に上下摺動筒を局所的に介装し
たスライダーを介して上下動可能に内装し、上下
摺動筒を上下に二分する中仕切板を上下摺動筒の
胴部上下方向に形成した長孔を通して固定筒に固
定し、上下摺動筒の上部と下部に、孔を有する弁
押え筒と、この孔に連通する流通孔を具備した一
対の通気筒を相対して固定するとともに、上下摺
動筒の上部及び下部と中仕切板との間を一対の蛇
腹筒で気密に接続して中仕切板の上下に該中仕切
板と前記上下摺動筒の通気筒及び蛇腹筒に囲まれ
た容積可変の一対のポンプ室を設け、前記一対の
通気筒の各々には対応するポンプ室の相対的な減
圧によつて開く常閉の吸入弁を設け、前記中仕切
板の内部には低温流体を外部に排出する送り出し
孔を設けるとともに、その左右両側に相対するポ
ンプ室から前記送り出し孔に連通する一対の吐出
孔を設け、これら一対の吐出孔には対応するポン
プ室の相対的な昇圧によつて開く常閉の吐出弁を
設けた低温流体ポンプを用い、この低温流体ポン
プの上下摺動筒を油圧シリンダのピストンロツド
で上下動させ、低温流体ポンプ制御装置の信号に
基づいて作動する切替弁を介してエアーを一対の
エアーオイルコンバーターに選択的に送り、エア
ーオイルコンバーターの作動オイルで前記油圧シ
リンダを作動させるとともに、油圧シリンダの作
動距離を検出する差動トランスの信号により低温
流体ポンプ制御装置を介して切替弁を切替制御す
ることができるようにしたものである。

（作用） 油圧シリンダーのピストンの上下動により作動
する差動トランスを設け、差動トランスからの信
号により低温流体ポンプ制御装置が切り替え弁を
制御して切り替えエアーをオイルコンバーターに
送りロツドが下がると上部の蛇腹筒が縮むため蛇
腹筒の低温流体の圧力で上部の吸入弁が閉じ中仕
切板の右側の吐出弁が上部蛇腹筒内の低温流体の
圧力で開くことにより吐出工程になり、上部蛇腹
筒内の低温流体は右側の吐出孔から連通孔、送り
出し孔を通り必要箇所に送り出される。

一方、下部の吸入弁は下部の吸入室の低温流体
により上方に圧力が掛かるので開き、中仕切り板
の左側の吐出弁は蛇腹筒が伸び蛇腹筒内が減圧に
なり、スプリングにより閉じ、吸入工程になり低
温流体は下部の吸入室から孔、還状凹所及び流通
孔を通り下部蛇腹筒内に吸入される。

ロツドが上がると上部の吸入室の低温流体によ
り下方に圧力が掛かるので上部の吸入弁は開き、
中仕切り板の右側の吐出弁は蛇腹筒が伸び蛇腹筒
内が減圧になるのでスプリングにより閉じること
により吸入工程になり低温流体は上部の吸入室か
ら上部蛇腹筒内に吸入される。

一方下部の蛇腹筒が縮むので蛇腹筒内の低温流
体の圧力で下部の吸入弁は閉じ左側の吐出弁が下
部蛇腹筒内の低温流体の圧力で開くことにより吐
出工程になり下部の蛇腹筒内の低温流体は左側の
吐出孔から、連通孔、送り出し孔を通り必要箇所
に送り出される。

（実施例） 低温流体ポンプ１に油圧シリンダー２のロツド
３を連結し、油圧シリンダー２内の中間にロツド
３の上端に取りつけたピストン４を内挿すると共
に、油圧シリンダー２の上下端にオイル調整弁
５，５′を介してオイルパイプ６，６′を連結開口
し、各々のオイルパイプ６，６′の他端をエアー
オイルコンバーター７，７′の下端に連結し、エ
アーオイルコンバーター７，７′の上端にエアー
パイプ８，８′を連結開口すると共に、エアーパ
イプ８，８′の他端を切替弁９に連結する。

切替弁９は低温流体ポンプ制御装置１０に電気
的に結線し、油圧シリンダー２のピストン４の上
下動により作動する差動トランス１１を設け、差
動トランス１１からの信号により低温流体ポンプ
制御装置１０が切替弁９を制御して切り換えエア
ーをエアーオイルコンバーター７或は７′に送り、
オイルを油圧シリンダー２のピストン４の上下い
ずれかに送ることによりロツド３を上下動するこ
とができ、ロツド３の上下動により低温流体ポン
プ１を作動させ液体ヘリウム等の低温流体を熱交
換器１２を通し目的とする装置に供給できるよう
にしたものである。

次に低温流体ポンプ１を説明すれば、固定筒２
１内に上下摺動筒２２を上下摺動自在に内挿し、
上下摺動筒２２の中間に水平にして中仕切板２３
を設け、中仕切板２３を固定筒２１にボルト２
１′で固定する。

但し、固定筒２１と中仕切板２３と固定するボ
ルト２１′の箇所において上下摺動筒２２に長孔
２２′を穿つて上下摺動筒２２が上下動する際に
ボルト２１′が邪魔にならないようにする。

中仕切板２３の一箇所に横方向に送り出し孔２
４を穿ち、送り出し孔２４の左右に互いに反対方
向より中央に向けて吐出弁２５の作動用凹所２６
を形成し、作動用凹所２６と送り出し孔２４と連
通孔２６′で連通しておく。

作動用凹所２６内には吐出弁２５をスプリング
２７を介して内装し、作動用凹所２６の開口部側
より中央に吐出孔２８′を穿つた弁押え板２８を
取付ける。

上下摺動筒２２の上下端に取付用支持板２９を
固定し、取付用支持板２９の内側に金属製の網３
０を重合し、更に、その内側に中央に孔３１を穿
つた弁押え筒３２を重合し、弁押え筒３２の孔３
１の内側に孔３１を密閉できる大きさの吸入弁３
３を重合すると共に弁押え筒３２の外側に隔壁３
５ａを有する通気筒３５を嵌合し、隔壁３５ａの
中央には吸入弁３３が上下動できる凹所３４を設
け、吸入弁３３と凹所３４間にスプリング３６を
内装して吸入弁３３を孔３１に常は閉じているよ
うに重合し、通気筒３５、弁押え筒３２、網３０
及び取付用支持板２９を端部でボルト３７で一体
に固定し、通気筒３５の外周内面に蛇腹筒３８の
一端を気密に取り付け、蛇腹筒３８の他端を中仕
切板２３に気密に取り付け通気筒３５と蛇腹筒３
８及び中仕切板２３とで蛇腹筒３８によつて容積
を変化することができるポンプ室４８形成するも
のである。

３９は取付用支持板２９に設けた流通孔、４０
は弁押え筒３２の中央に大きく形成した吸入室、
４１は弁押え筒３２の内面でかつ孔３１の外周に
形成した環状凹所、４２は環状凹所４１と通気筒
３５の内側とを連通する流通孔である。

４３は支持板２９と上下摺動筒２２を取り付け
るボルト、４４は摺動筒２２が上下動するのに邪
魔にならないように固定筒２１に穿つた長孔、４
５は摺動筒２２がすき間を介して内挿した固定筒
２１に対しガタつくことなく一定の間隔を保つて
支持するためのスライダーで固定筒２１に設けた
孔４６に嵌合し外側より押え部材４７で着脱自在
に押さえているものである。

このように形成した低温流体ポンプの固定筒２
１を低温流体タンク（図示せず）内に内挿し気密
に固定し、上下摺動筒２２の上部の取付用支持板
２９を油圧シリンダー２のロツド３の下端に適宜
に連結し、かつ低温流体が低温流体タンク外に漏
れないようにしておくものである。

前記構成よりしてロツド３の上下動により上下
摺動筒２２を上下動すると次の作用を行う。

油圧シリンダー２のピストン４の上下動により
作動する差動トランス１１からの信号により低温
流体ポンプ制御装置１０が切替弁９を制御して切
り替え、エアーをエアーオイルコンバーター７，
７′のいずれかに送る。

仮にロツド３が下がると上部の蛇腹筒３８が縮
むため上部の蛇腹筒３８の低温流体の圧力で上部
の吸入弁３３が閉じ中仕切板２３の右側の吐出弁
２５が上部の蛇腹筒３８内の低温流体の圧力で開
くことにより吐出工程になり上部の蛇腹筒３８内
の低温流体は右側の吐出孔２８′から連通孔２
６′、送り出し孔２４を通り必要箇所に送り出さ
れる。一方、下部の吸入弁３３は下部の吸入室４
０の低温流体により上方に圧力が掛かるので開
き、中仕切板２３の左側の吐出弁２５は下部の蛇
腹筒３８が伸び下部の蛇腹筒３８等で形成する室
４８内が減圧になるのでスプリング２７により閉
じ吸入工程になり低温流体は下部の吸入室４０か
ら孔３１、環状凹所４１及び流通孔４２を通り下
部の蛇腹筒３８内に吸入させる。ロツド３が上が
ると上部の吸入室４０の低温流体により下方に圧
力が掛かるので上部の吸入弁３３は開き、中仕切
板２３の右側の吐出弁２５は上部の蛇腹筒３８が
伸び上部の蛇腹筒３８等で形成する室４８内が減
圧になるのでスプリング２７により閉じることに
より吸入工程になり低温流体は上部の吸入室４０
から孔３１、環状凹所４１及び流通孔４２を通り
上部の蛇腹筒３８内に吸入される。

一方下部の蛇腹筒３８は縮むので下部の蛇腹筒
３８内の低温流体の圧力で下部の吸入弁３３は閉
じ、左側の吐出弁２５が下部の蛇腹筒３８内の低
温流体の圧力で開くことにより吐出工程になり下
部の蛇腹筒３８内の低温流体は左側の吐出孔２
８′から連通孔２６′、送り出し孔２４を通り必要
箇所に送り出される。

（効果） 本発明は ａ 吐出弁と吸入弁を内蔵したことにより小型化
でき非常にシンプルにすることができた。

ｂ エアーをオイルに変換してロツドを作動する
ので、ポンプの往復運動の速度を比較的遅くし
て使用することが出来るので蛇腹筒の耐久性を
非常に向上することができ経済的である。

ｃ 取り替えに当たつては、ボルトをはずすこと
により簡単に外部より上下摺動筒を固定筒より
はずして下部に抜き取ることができるので補修
点検が簡単に行える。

ｄ ベローズ式ポンプをスライダーの箇所のみ摺
動するようにし摺動部が極めて少ない構造とし
たことにより極めて発熱の少ない低温流体ポン
プを構成し蒸発潜熱の小さい低温流体の蒸発を
無くし効率の良い低温流体ポンプとすることが
できた。

ｅ ポンプの往復運動を油圧シリンダーで行うこ
とにより往復運動速度が一定となり流体の吐出
時の脈動が往復運動の上死点下死点のみとな
り、しかも上死点下死点も瞬時に通過するため
その脈動も極めて小さくなつた。

ｆ ポンプの駆動力は油圧によつて決まるため油
圧の圧力値を決めると吐出圧も決まることとな
り運転が楽である。

ｇ 吐出量は油圧シリンダーの往復動ストローク
と往復動速度によつて決めることができ、スト
ロークは差動トランスからの信号を低温流体ポ
ンプ制御装置へフイードバツクすれば直ちに変
えることができ、速度は油圧シリンダーへの圧
力を変えることにより直ちに変えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は低温流体ポンプコントロール図、第２
図は低温流体ポンプの断面図、第３図は低温流体
ポンプの特性図である。 １……低温流体ポンプ、２……油圧シリンダ、
３……ロツド、４……ピストン、７，７′……エ
アーオイルコンバーター、９……切替弁、１０…
…低温流体ポンプ制御装置、１１……差動トラン
ス、２１……固定筒、２２……上下摺動筒、２
２′……長孔、２３……中仕切板、２４……送り
出し孔、２５……吐出弁、２８′……吐出孔、３
１……孔、３２……弁押え筒、３３……吸入弁、
３５……通気筒、３８……蛇腹筒、４２……流通
孔、４５……スライダー、４８……ポンプ室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定筒内に上下摺動筒を局所的に介装したス
   ライダーを介して上下動可能に内装し、上下摺動
   筒を上下に二分する中仕切板を上下摺動筒の胴部
   上下方向に形成した長孔を通して固定筒に固定
   し、上下摺動筒の上部と下部に、孔を有する弁押
   え筒と、この孔に連通する流通孔を具備した一対
   の通気筒を相対して固定するとともに上下摺動筒
   の上部及び下部と中仕切板の間を一対の蛇腹筒で
   気密に接続して中仕切板の上下に該中仕切板と前
   記上下摺動筒の通気筒及び蛇腹筒に囲まれた容積
   可変の一対のポンプ室を設け、前記一対の通気筒
   の各々には対応するポンプ室の相対的な減圧によ
   つて開く常閉の吸入弁を設け、 前記中仕切板の内部には低温流体を外部に排出
   する送り出し孔を設けるとともにその左右両側に
   相対するポンプ室から前記送り出し孔に連通する
   一対の吐出孔を設け、これら一対の吐出孔には対
   応するポンプ室の相対的な昇圧によつて開く常閉
   の吐出弁を設け、さらに、上下摺動筒の上部に油
   圧シリンダのピストンに連なるロツドに接続した
   ことを特徴とする流体ヘリウム等低温流体ポン
   プ。 ２ 固定筒内に上下摺動筒を局所的に介装したス
   ライダーを介して上下動可能に内装し、上下摺動
   筒を上下に二分する中仕切板を上下摺動筒の胴部
   上下方向に形成した長孔を通して固定筒に固定
   し、上下摺動筒の上部と下部に、孔を有する弁押
   え筒とこの孔に連通する流通孔を具備した一対の
   通気筒を相対して固定するとともに上下摺動筒の
   上部及び下部と中仕切板との間を一対の蛇腹筒で
   気密に接続して中仕切板の上下に該中仕切板と前
   記上下摺動筒の通気筒及び蛇腹筒に囲まれた容積
   可変の一対のポンプ室を設け、前記一対の通気筒
   の各々には対応するポンプ室の相対的な減圧によ
   つて開く常閉の吸入弁を設け、 前記中仕切板の内部には低温流体を外部に排出
   する送り出し孔を設けるとともにその左右両側に
   相対するポンプ室から前記送り出し孔に連通する
   一対の吐出孔を設け、これら一対の吐出孔には対
   応するポンプ室の相対的な昇圧によつて開く常閉
   の吐出弁を設けた低温流体ポンプを用い、この低
   温流体ポンプの上下摺動筒を油圧シリンダのピス
   トンロツドで上下動させ、低温流体ポンプ制御装
   置の信号に基づいて作動する切替弁を介してエア
   ーを一対のエアーオイルコンバーターに選択的に
   送り、エアーオイルコンバータの作動オイルで前
   記油圧シリンダを作動させるとともに、 油圧シリンダの作動距離を検出する差動トラン
   スの信号により低温流体ポンプ制御装置を介して
   切替弁を切替制御する、 ことを特徴とする液体ヘリウム等低温流体ポンプ
   の作動方法。