WO2016047620A1 - 液体供給システム - Google Patents

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WO2016047620A1
WO2016047620A1 PCT/JP2015/076750 JP2015076750W WO2016047620A1 WO 2016047620 A1 WO2016047620 A1 WO 2016047620A1 JP 2015076750 W JP2015076750 W JP 2015076750W WO 2016047620 A1 WO2016047620 A1 WO 2016047620A1
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bellows
liquid
pump chamber
container
supply system
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森　浩一
清隆 古田
大澤　芳夫
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Eagle Industry Co Ltd
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Eagle Industry Co Ltd
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    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
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    • F04B15/08—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure the liquids having low boiling points
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B43/086—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members with two or more tubular flexible members in parallel

Definitions

  • the present invention relates to a liquid supply system for supplying an ultra-low temperature liquid such as liquid nitrogen or liquid helium.
  • a technique for supplying an ultra-low temperature liquid such as liquid nitrogen to a vacuum heat insulating tube containing the superconducting cable or the like is known.
  • a liquid supply (circulation) system for the ultracold liquid is used to maintain the superconducting cable in a superconducting state for a cooled device equipped with a superconducting cable inside the vacuum insulating pipe. Is always supplied.
  • an ultra-low temperature liquid circulation system is often used on the assumption that only a liquid is circulated, and a centrifugal pump is typically employed as a pump mechanism in that case.
  • a centrifugal pump is typically employed as a pump mechanism in that case.
  • the cryogenic bellows pump using the metal bellows member is known as a pump structure which can implement
  • the slurry may be damaged by hitting the metal bellows, or the metal material may be damaged by biting into the bellows portion.
  • Patent Document 2 As a liquid supply system using a transfer liquid containing a precipitated substance such as slurry, a system using a resin bellows is known (Patent Document 2).
  • Patent Document 2 a system using a resin bellows is known (Patent Document 2).
  • a resin pump since the flexibility is poor compared to a metal material and the stroke amount cannot be secured, it is difficult to obtain the pump performance necessary to supply a large flow rate, and buckling is performed compared to a metal material. there is a possibility.
  • An object of the present invention is to provide a liquid supply system capable of realizing a stable pumping operation even when an ultra-low temperature liquid containing a slurry is a target for liquid feeding.
  • a liquid supply system comprises: A liquid supply system for supplying an ultra-low temperature liquid containing a slurry component by expansion and contraction of a bellows, In the bellows, at least a region in contact with the liquid is coated with a resin having a low temperature embrittlement temperature equal to or lower than a use temperature of the liquid supply system.
  • the region of the bellows where ultra-low temperature liquid contacts is coated with a resin having a low temperature embrittlement temperature lower than the system operating temperature.
  • the liquid supply system in the present invention is: A container configured to inhale liquid from a first passage communicating with the outside of the system and to deliver the inhaled liquid to a second passage communicating with the outside of the system; A first bellows and a second bellows arranged in series in the expansion / contraction direction inside the container, each first end portion on the side close to each other being fixed to the inner wall of the container, and each on the side far from each other A first bellows and a second bellows, each of which is configured to be movable in the extending and contracting direction, The first bellows and the second bellows are inserted into the container so that the second end portions of the first bellows and the second bellows are respectively fixed and reciprocated in the expansion and contraction direction by a driving source.
  • a shaft to extend and contract A liquid supply system comprising: The outside of the first bellows in the container is a first pump chamber.
  • the first pump chamber has a first suction port for sucking liquid from the first passage into the first pump chamber, and a suction port.
  • a first delivery port for delivering the liquid from the first pump chamber to the second passage is provided,
  • the outside of the second bellows in the container is a second pump chamber.
  • the second pump chamber has a second suction port for sucking liquid from the first passage into the second pump chamber, and a suction port.
  • a second outlet for delivering the liquid from the second pump chamber to the second passage is provided,
  • a sealed space is formed inside the first bellows and the second bellows, At least a region facing the first pump chamber in the first bellows and a region facing the second pump chamber in the second bellows are coated with a resin having a low temperature embrittlement temperature equal to or lower than the use temperature of the liquid supply system. It is good to be.
  • the second end of the first bellows and the second bellows are integrally moved in the expansion and contraction direction of the bellows by reciprocating movement of the shaft.
  • One of the second bellows contracts and the other expands, and one of the first pump chamber and the second pump chamber sucks liquid from the first passage, and the other sends liquid to the second passage.
  • the wetted parts of the first bellows and the second bellows that is, the regions facing the first pump chamber and the second pump chamber in each pump have a low temperature embrittlement temperature lower than the system operating temperature. It is coated with resin.
  • the bellows expands and contracts during pump operation, the bellows is damaged due to collision between the slurry containing the liquid and the bellows surface, and biting of the slurry into the bellows bellows portion. Is suppressed. That is, the resin that coats the wetted area of the bellows has a low temperature embrittlement temperature lower than the system operating temperature, so that it can maintain elasticity during use, and deforms with respect to the impinging or biting slurry. By this, it can suppress that a bellows is damaged.
  • the bellows when the bellows is made of metal, it is more difficult for heat to be transferred to the liquid when the coating resin is in contact with the liquid than when the metal bellows is in direct contact with the liquid.
  • the temperature rise can be suppressed and maintained at a low temperature.
  • the liquid can be continuously and alternately supplied from the first pump chamber and the second pump chamber by the reciprocating movement of the shaft, and the liquid supply with suppressed pulsation is possible.
  • this pump operation when the pressure acting on the inner side (inner peripheral surface) of the first bellows and the second bellows does not change, it is possible to suppress the occurrence of buckling in the bellows, and a more stable pump operation. Can be realized.
  • At least the region facing the first pump chamber and the second pump chamber in the container may be coated with the resin.
  • a third bellows arranged in series in the expansion and contraction direction with respect to the second bellows, wherein one end is arranged such that the outer side becomes the second pump chamber and the inner side is opened to the outside of the container;
  • a third bellows that is fixed to the container and whose other end is connected to the second end of the second bellows and that expands and contracts with the expansion and contraction of the second bellows;
  • the shaft is inserted through the inside of the third bellows and connected to the second end, A region of the third bellows facing the second pump chamber may be coated with the resin.
  • each bellows can be expanded and contracted, and there is no heat generation by sliding friction of a shaft. It can be configured. Even in such a configuration, the coated resin can suppress damage and heat transfer due to collision with the slurry contained in the liquid.
  • a stable pumping operation can be realized even when an ultra-low temperature liquid containing slurry is a target for liquid feeding.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a liquid supply system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the liquid supply system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating fluctuations in the discharge pressure of the liquid supply system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating fluctuations in the discharge pressure of the liquid supply system according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the liquid supply system according to the conventional example.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating fluctuations in the discharge pressure of the liquid supply system according to the conventional example.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a liquid contact region in the liquid supply system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a resin coating region in the liquid supply system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquid supply system according to an embodiment of the present invention.
  • the liquid supply system 10 is a pump device for a cryogenic fluid, and maintains the superconducting cable 32 in a superconducting state with respect to the cooled device 30 in which the superconducting cable 32 is provided inside the resin container 31. Therefore, the ultra-low temperature liquid L is constantly supplied into the container 31.
  • the ultra-low temperature liquid L include liquid nitrogen and liquid helium, and liquids having a temperature equal to or lower than the temperature at which they become liquid can be used.
  • the liquid supply system 10 generally includes a first container (outer container) 11 whose inside is evacuated, and a second container 12 arranged so as to be surrounded by a vacuum space inside the first container 11. .
  • a first container (outer container) 11 whose inside is evacuated
  • a second container 12 arranged so as to be surrounded by a vacuum space inside the first container 11.
  • the second container 12 roughly, three bellows 41, 42, 43 are arranged in series in the extending and contracting direction, and the inside of the container is partitioned into three sealed spaces by these bellows 41-43.
  • the second container 12 is supported inside the first container 11 by a support member 51 inserted from the outside of the first container 11 into the first container 11.
  • the first bellows 41 and the second bellows 42 have the same diameter, and are arranged side by side in series in the respective expansion / contraction directions with the axis centers coincident.
  • the first bellows 41 and the second bellows 42 are fixed to the inner wall of the second container 12 at respective end portions (first end portions) 41 b and 42 b on the sides close to each other. Further, in the first bellows 41 and the second bellows 42, the respective end portions (second end portions) 41a and 42a far from each other are integrated by fixing a shaft 15 which will be described later, and each expansion and contraction is performed. It is configured to be movable in the direction.
  • the third bellows 43 is arranged in series on the opposite side of the second bellows 42 from the first bellows 41.
  • the third bellows 43 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the second bellows 42 and is disposed so that a part thereof enters the inside of the second bellows 42 in the expansion / contraction direction.
  • One end 43 b of the third bellows 43 is fixed to the inner wall of the second container 12 so that the inside of the third bellows 43 is opened to the outside of the second container 12.
  • the other end 43 a of the third bellows 43 is connected to the end 42 a of the second bellows 42, and the third bellows 43 expands and contracts with the expansion and contraction of the second bellows 42.
  • the end 41a of the first bellows 41 is closed, and a sealed space formed by a region outside the first bellows 41 in the second container 12 constitutes the first pump chamber P1.
  • a sealed space formed by a region outside the second bellows 42 and the third bellows 43 in the second container 12 constitutes the second pump chamber P2.
  • the end portion 42a of the second bellows 42 and the end portion 43a of the third bellows 43 are closed, and the end portion 41b of the first bellows 41 and the end portion 42b of the second bellows 42 are open.
  • the inner region of the first bellows 41 and the inner region of the second bellows 42 constitute one sealed space R1.
  • the second container 12 has a first suction port 21 for sucking the liquid L into the first pump chamber P1 from a return passage (return pipe) K2 communicating with the outside of the system, and the sucked liquid L in the first pump chamber P1. And a first delivery port 22 for delivery to a supply passage (supply pipe) K1 communicating with the outside of the system. Further, the second container 12 sends out the liquid L from the return passage K2 into the second pump chamber P2, and the sucked liquid L is sent out from the second pump chamber P2 to the supply passage K1.
  • a second delivery port 24 is also provided.
  • the first inlet 21 and the second inlet 23 are provided with check valves 100a and 100c, respectively, and the first outlet 22 and the second outlet 24 are also provided with check valves 100b and 100d, respectively. Is provided.
  • the shaft 15 configured to reciprocate by the linear actuator 14 as a driving source enters the inside of the sealed space R1 of the second container 12 from the outside of the first container 11 through the inside of the third bellows 43.
  • the end portion 41a of the first bellows 41 and the end portion 42a of the second bellows 42 are fixed. Thereby, when the shaft 15 reciprocates, each bellows expands and contracts.
  • the shaft 15 is configured to be inserted from the outside of the first container 11 into the inside through a bellows 52 provided in the first container 11.
  • the bellows 52 has one end fixed to the first container 11 and the other end fixed to the shaft 15, and is configured to expand and contract as the shaft 15 reciprocates.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the liquid supply system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a view showing the inside of the second container 12 in a state in which the bellows 41 and 42 are not displaced in either the extending direction or the contracting direction.
  • FIG. 2B the liquid L is sucked from the return passage (first passage) K2 into the first pump chamber P1, and the liquid L is sent from the second pump chamber P2 to the supply passage (second passage) K1.
  • FIG. 3 The upper part of FIG. 3 is a diagram schematically showing the fluctuation of the pressure applied to the second bellows 42 of the liquid supply system according to the first embodiment, and the lower part of FIG. 3 is the outline of the fluctuation of the pressure applied to the first bellows 41.
  • the sealed space R1 is a vacuum space. Therefore, the pressure applied to the second bellows 42 of the liquid supply system 10 according to the present embodiment is zero and the maximum discharge pressure (P discharge) as shown in FIG. It fluctuates so that it goes back and forth between.
  • the pressure fluctuation when the maximum discharge pressure (P discharge) is 1 MPa is shown. 3, (a) corresponds to the displacement position of the shaft 15 in FIG.
  • the pressure applied to the bellows 41 and 42 is a differential pressure between the pressure outside the bellows and the pressure inside the bellows, and the liquid is not sucked or discharged into the pump chamber without the displacement of the shaft 15 before the start of the apparatus. Since there is no difference between the external pressure and the internal pressure of the bellows 41 and 42, the pressure applied to the bellows is 0 and approaches the state of (b) (the first pump chamber P1 discharges and the second pump chamber P2 sucks).
  • the pressure applied to the second bellows 42 increases, and when the outside of the bellows reaches the maximum discharge pressure (P discharge), the pressure applied to the second bellows 42 reaches the maximum (P discharge). Further, as the state approaches (c) (the first pump chamber P1 sucks and the second pump chamber P2 discharges), the pressure applied to the second bellows 42 decreases, and the suction pressure is 0. The pressure applied to the second bellows 42 becomes zero. Note that this pressure fluctuation also exhibits the same behavior with only the first bellows 41 having a different phase.
  • the liquid L is supplied to the cooled device 30 through the supply passage K1 by repeating the reciprocating movement of the shaft 15 and the expansion and contraction of each bellows. Further, the liquid L is configured to return to the liquid supply system 10 by the amount supplied to the apparatus to be cooled 30 through the return path K2 connecting the liquid supply system 10 and the apparatus to be cooled 30.
  • a cooler 20 that cools the liquid L to an extremely low temperature is provided in the middle of the supply passage K1. With such a configuration, the liquid L cooled to an ultra-low temperature by the cooler 20 circulates between the liquid supply system 10 and the apparatus to be cooled 30.
  • the liquid L is sent to the supply passage K1 when each bellows contracts and extends.
  • the liquid supply amount by the expansion / contraction operation of each bellows can be doubled compared to, for example, the case where the pump function is exhibited only in the first pump chamber P1. Therefore, compared with the case where the pump function is exhibited only in the first pump chamber P1 with respect to the desired supply amount, the supply amount for one time can be halved, and the maximum pressure of the liquid in the supply passage K1. Can be halved. Therefore, adverse effects due to pressure fluctuations (pulsations) of the supplied liquid can be suppressed.
  • the volume of the sealed space R1 formed inside the first bellows 41 and the second bellows 42 does not change even if the first bellows 41 and the second bellows 42 expand and contract (the internal space of the expandable portions of both bellows). Therefore, the internal pressures acting on the first bellows 41 and the second bellows 42 (pressures acting on the respective inner peripheral surfaces) do not change. That is, the liquid supply system 10 according to the present embodiment is configured such that the pump chamber is disposed outside each bellows, and buckling due to fluctuations in the internal pressure of the bellows does not occur. Therefore, it is not necessary to consider internal pressure buckling in the pressure resistance design of the bellows, so that the degree of freedom in design can be increased and the discharge pressure can be increased. Advantages of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6 in comparison with the conventional example.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the liquid supply system according to the conventional example.
  • two pump chambers P1 and P2 are formed inside and outside the bellows 61, respectively. That is, when the bellows 61 and 62 contract due to the movement of the shaft 15 (FIG. 2 (a) ⁇ FIG. 2 (b)), the liquid L enters the supply passage K1 from the second pump chamber P2 via the second delivery port 24. The liquid L is delivered and sucked into the first pump chamber P1 through the first suction port 21.
  • the bellows 61 and 62 are extended by the movement of the shaft 15 (FIG. 2 (b) ⁇ FIG. 2 (a) ⁇ FIG. 2 (c))
  • the liquid L flows through the second suction port 23 into the second pump chamber P2.
  • the liquid L is sucked into the first pump chamber P1 and supplied from the first pump chamber P1 to the supply passage K1.
  • FIG. 6 is a diagram showing fluctuations in the discharge pressure of the liquid supply system according to the conventional example.
  • the pressure applied in the outward direction of the bellows 61 is positive, and the pressure applied in the inward direction of the bellows 61 is negative (the pressure when no liquid is discharged from the pump chamber is ignored for convenience of explanation).
  • the pressure applied in the inward direction of the bellows 61 is negative (the pressure when no liquid is discharged from the pump chamber is ignored for convenience of explanation).
  • the pressure applied in the outward direction of the bellows 61 is positive, and the pressure applied in the inward direction of the bellows 61 is negative (the pressure when no liquid is discharged from the pump chamber is ignored for convenience of explanation).
  • FIG. 6 in the configuration of the conventional example, when the liquid L is alternately discharged from the first pump chamber P1 and the second pump chamber P1, the discharge of the same size is alternately performed inside and outside the bellows 61, respectively. Pressure (P discharge) will act. That is, the discharge pressure (P discharge
  • the pressure fluctuation is twice that of the present embodiment (FIGS. 3 and 6). Therefore, the pressure resistance required for the bellows 61 is also twice that of the bellows of the present embodiment.
  • the conventional example has a configuration in which the internal pressure acts on the bellows 61. Therefore, if an attempt is made to increase the discharge pressure, the internal pressure acting on the bellows 61 also increases, and the bellows 61 is likely to buckle. End up. In general, a bellows is strong against an external pressure but weak against an internal pressure, and is likely to buckle when a high internal pressure acts.
  • the pressure acting on each bellows is only the external pressure, so that the pump discharge pressure can be increased as compared with the conventional configuration in which the internal pressure acts on the bellows.
  • the stability of the expansion and contraction operation of the bellows can be improved. Therefore, the number of circulators arranged on the cable can be reduced.
  • the degree of freedom of cable laying is improved.
  • the second container 12 is surrounded by the first container 11 in a vacuum space. Therefore, since the vacuum space surrounding the second container 12 exhibits a function of hindering heat transfer, heat generated from the linear actuator 14 and atmospheric heat can be prevented from being transmitted to the liquid L. That is, the heat exchange of the liquid L is limited to the heat radiation from the wall surface of the first container 11 which is a vacuum heat insulating container and the heat transfer through the support member 51 and each passage of the second container 12. Intrusion heat can be reduced. Moreover, even if heat is transmitted to the liquid L and vaporizes, the new liquid L is always supplied and has a cooling effect, and therefore, it is possible to suppress the temperature rising to the temperature at which the liquid L evaporates in the pump chamber. Therefore, the pump function is not lowered.
  • the shaft 15 is inserted into the second container 12 through the end 43a opposite to the end 43b fixed to the second container 12 in the third bellows 43, and each bellows.
  • the third bellows 43 is configured to expand and contract as the shaft 15 reciprocates. Accordingly, the pump chambers P1, P2 and the sealed space R1 are formed without forming a sliding portion between the shaft 15 and the second container 12, so that heat is generated due to frictional resistance due to sliding. It never happens.
  • the third bellows 43 is arranged such that the outer diameter is smaller than the inner diameter of the second bellows 42 and at least part of the third bellows 43 enters the inside of the second bellows 42. Since it can be used, it is not necessary to enlarge the space, and the size of the second container 12 can be reduced.
  • the sealed space R1 is a vacuum space, it may be configured to communicate with the vacuum space around the second container 12.
  • the sealed space R1 is a vacuum space, but a configuration in which the sealed space R1 is filled with gas may be employed.
  • the gas sealed in the sealed space R1 for example, a gas that does not easily change its state such as liquefaction or freezing in the usage environment of the system, such as neon gas or helium gas, is used.
  • the pressure of the gas sealed in the sealed space R1 is set to a range from vacuum ( ⁇ 100 kPa) to a desired discharge pressure (preferably 1/2 of the discharge pressure).
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing fluctuations in the discharge pressure of the liquid supply system according to the modification, in which the upper stage shows the pressure fluctuations applied to the second bellows 42, and the lower stage shows the pressure fluctuations applied to the first bellows 41.
  • FIG. 4 shows fluctuations in the discharge pressure when a gas having a pressure half that of the discharge pressure (P discharge) is sealed in the sealed space R1 (the pressure when no liquid is discharged from the pump chamber is described). Ignored for convenience).
  • the fluctuation range of the discharge pressure is 1 MPa, which is the same as in the first embodiment, but the peak value is 1 ⁇ 2 of that in the first embodiment.
  • the pressure applied to the bellows is a differential pressure between the internal pressure of the sealed space R1 and the spaces of the pump chambers P1 and P2, when a gas having a pressure half the discharge pressure is sealed in the sealed space R1, the bellows Since the maximum pressure in the pump chamber is P discharge, From P discharge- (1/2) P discharge to (1/2) P discharge.
  • the pressure in the sealed space R1 can be set as appropriate according to the specifications, such as not only the (1/2) P discharge, but also the size of the two bellows and the size of the two pump chambers.
  • the peak value of the pressure acting on the bellows 41 and 42 can be reduced by pressurizing the inside of the bellows 41 and 42 with the sealed gas. Therefore, the design freedom in the high pressure design for increasing the pump discharge pressure can be increased.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a liquid contact region in the liquid supply system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a resin coating region in the liquid supply system according to the embodiment of the present invention.
  • a hatched area is a distribution area of the liquid L in the liquid supply system 10 according to the present embodiment.
  • a region indicated by a thick line is a liquid contact region (resin coating region C) with the liquid L in the liquid supply system 10 according to the present embodiment.
  • the liquid supply system 10 is characterized in that a liquid contact portion in each component of the system is coated with a resin.
  • a resin that can exhibit wear resistance even in an ultra-low temperature environment, that is, a resin having a low temperature embrittlement temperature lower than the system operating temperature is adopted.
  • examples thereof include PTFE (polytetrafluoroethylene) and polyimide.
  • Locations coated with the resin include the outer peripheral surfaces of the bellows portions of the first to third bellows 41 to 43 and the entire inner wall surface of the second container 12, the suction ports 21 and 23, the delivery ports 22, 24, the supply passage K1, the return passage K2, the liquid contact surfaces of the check valves 100a to 100d, and the shaft 15, the first flange portion 15a to which the end portion 41a of the first bellows 41 is fixed, the second The second flange portion 15b to which the end portion 42a of the bellows 42 is fixed, the liquid contact surface of the third flange portion 15c to which the end portion 43a of the third bellows 43 is fixed, and the like. Coating is performed by a conventional method such as spraying and applying a resin material to the coating region.
  • the coating region is preferably the entire region where there is a possibility of contact with the liquid L, but at least the movable portion in the system, that is, the portion where the relative movement with the liquid L containing the slurry is positively generated in the system. Should be covered.
  • the resin that coats the wetted area of the system has a low temperature embrittlement temperature lower than the system operating temperature, so that it can maintain elasticity during use and collides with the liquid L due to relative movement. It can suppress that each structure of a system is damaged by deform
  • the bellows are prevented from being damaged by collision between the slurry containing the liquid L and the bellows surface, or by the biting of the slurry into the bellows bellows portion.
  • the bellows when the bellows is made of metal, it is more difficult for heat to be transferred to the liquid L than when the metal bellows is in direct contact with the liquid L.
  • the temperature rise of the liquid L can be suppressed and maintained at a low temperature.
  • the resin coating layer does not need to be in close contact with the coated portion, and in particular, there may be a gap between the metal surface of the bellows. That is, it is only necessary to reduce damage to each component of the system due to contact and collision with the slurry. Therefore, when the entire liquid contact area in the system is resin-coated, the liquid L flows through the resin bag.
  • a resin coating is also required on the inner peripheral surface side of the bellows bellows portion, whereas in the pump configuration in this embodiment, the liquid contact portion of the bellows is the bellows bellows portion. Since only the outer peripheral surface is provided, the resin coating may be performed only on the outer peripheral surface of the bellows portion.

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Abstract

　スラリーを含む超低温の液体を送液対象とする場合でも、安定したポンプ動作を 実現することができる液体供給システムを提供する。　ベローズ４１、４２の伸縮によって、スラリー成分を含む超低温の液体を供給する液体供給システムであって、ベローズ４１、４２において少なくとも液体が接触する領域が、低温脆化温度が液体供給システムの使用温度以下の樹脂でコーティングされていることを特徴とする。

Description

液体供給システム
　本発明は、液体窒素や液体ヘリウムなどの超低温の液体を供給する液体供給システムに関する。
　従来、超電導ケーブルなどを超低温状態に維持するため、液体窒素などの超低温の液体を超電導ケーブルなどが収容された真空断熱管に供給する技術が知られている。超低温液体の液体供給（循環）システムは、真空断熱管の内部に超電導ケーブルが備えられた被冷却装置に対して、超電導ケーブルを超電導可能な状態で維持させるために、真空断熱管内に超低温の液体を常時供給するものである。
　従来、超低温の液体循環システムは、液体のみを循環させることを想定して使用されるケースが多く、その場合のポンプ機構として、代表的には遠心ポンプが採用されることが多かった。しかし、用途としては、金属粉、石、セラミックなどの固体粒子を含んだ超低温スラリー液を移送することも考えられ、これに対応した超低温液体循環システムが要求される。
　遠心ポンプは吐出圧が比較的低いため、高濃度のスラリーを供給することが難しい。また、インペラなどの回転部品はスラリーに対する相対速度が大きいため、摩擦力が大きく磨耗しやすい。また、回転部の隙間に固体粒子を噛み込んで、ロックしやすくなる。また、遠心ポンプよりも高い吐出圧を実現できるポンプ構成として、金属製のベローズ部材を用いた極低温用ベローズポンプが知られている（特許文献１）。しかし、送液対象がスラリーを含む液体の場合、スラリーが金属製のベローズに当たることで損傷したり、蛇腹部分に噛み込むことで金属材料を損傷する恐れがある。
　スラリー等の沈殿物質を含む移送液を使用する液体供給システムとして、樹脂製のベローズを用いたものが知られている（特許文献２）。しかし、樹脂製ポンプの場合、金属材に比べ、柔軟性が悪く、ストローク量が確保できないため、多くの流量を供給するのに必要なポンプ性能が得にくく、また、金属材に比べ、座屈する可能性がある。
　また、スラリー対策として、従来からゴムなどの弾力性を有するエラストマーによって、液体供給システムの接液箇所を被覆する方法が知られている。弾力性を有する被覆により固体粒子などのスラリーの衝撃が緩和されるため、室温近傍ではスラリーに対して耐摩耗性を示す。しかし、ガラス転移点以下となる超低温環境下では、ゴムはガラス状になり弾力を失うため、超低温スラリーに対して耐摩耗性を有さない。
国際公開第２０１２／１２４３６３号 特開２００１－１５３０５１号公報
　本発明の目的は、スラリーを含む超低温の液体を送液対象とする場合でも、安定したポンプ動作を実現することができる液体供給システムを提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明における液体供給システムは、
　ベローズの伸縮によって、スラリー成分を含む超低温の液体を供給する液体供給システムであって、
　前記ベローズにおいて少なくとも前記液体が接触する領域が、低温脆化温度が液体供給システムの使用温度以下の樹脂でコーティングされていることを特徴とする。
　ベローズにおいて超低温の液体が接触する領域が、システム使用温度よりも低温脆化温度の低い樹脂でコーティングされている。これにより、システムの液体供給動作においてベローズが伸縮する際に、液体の含まれるスラリーとベローズ表面との衝突や、ベローズ蛇腹部へのスラリーの噛み込みによってベローズが損傷することが抑制される。すなわち、ベローズの接液領域をコーティングする樹脂は、低温脆化温度がシステム使用温度よりも低いので、使用時おいて弾性を維持することができ、衝突したり噛み込んだスラリーに対して変形することにより、ベローズが損傷することを抑制することができる。
　なお、超低温の液体としては、液体窒素や液体ヘリウムが挙げられる。
　本発明における液体供給システムは、
　システムの外部と通じる第１通路から液体を吸入し、かつ吸入した液体をシステムの外部と通じる第２通路に送出するように構成された容器と、
　前記容器の内部に伸縮方向に直列に配置された第１ベローズ及び第２ベローズであって、互いに近接する側のそれぞれの第１端部がそれぞれ前記容器の内壁に固定され、互いに遠い側のそれぞれの第２端部がそれぞれ伸縮方向に移動可能に構成された第１ベローズ及び第２ベローズと、
　前記容器の内部に挿通されて前記第１ベローズ及び前記第２ベローズの前記第２端部がそれぞれ固定され、駆動源によって前記伸縮方向に往復移動することにより、前記第１ベローズ及び第２ベローズを伸縮させる軸と、
を備える液体供給システムであって、
　前記容器内のうち前記第１ベローズの外側は第１ポンプ室となっており、該第１ポンプ室には、前記第１通路から液体を第１ポンプ室内に吸入する第１吸入口、及び吸入した液体を第１ポンプ室内から前記第２通路に送出する第１送出口が設けられ、
　前記容器内のうち前記第２ベローズの外側は第２ポンプ室となっており、該第２ポンプ室には、前記第１通路から液体を第２ポンプ室内に吸入する第２吸入口、及び吸入した液体を第２ポンプ室内から前記第２通路に送出する第２送出口が設けられ、
　前記第１ベローズ及び第２ベローズの内側は、密閉空間が形成され、
　少なくとも前記第１ベローズにおいて前記第１ポンプ室に面する領域及び前記第２ベローズにおいて前記第２ポンプ室に面する領域が、低温脆化温度が液体供給システムの使用温度以下の樹脂でコーティングされているとよい。
　本発明は、軸の往復移動によって第１ベローズ及び第２ベローズの第２端部がベローズの伸縮方向に一体的に移動する構成となっており、軸の一方向の移動により、第１ベローズ及び第２ベローズのうち一方は縮んで他方は伸び、第１ポンプ室及び第２ポンプ室のうち一方に第１通路から液体が吸入され、他方から液体が第２通路に送出される。ここで、本発明では、第１ベローズ、第２ベローズにおける接液箇所、すなわち、各ポンプにおいて第１ポンプ室、第２ポンプ室に面する領域が、システム使用温度よりも低温脆化温度の低い樹脂でコーティングされている。これにより、液体にスラリーが含まれる場合であって、ポンプ動作においてベローズが伸縮する際に、液体の含まれるスラリーとベローズ表面との衝突や、ベローズ蛇腹部へのスラリーの噛み込みによってベローズが損傷することが抑制される。すなわち、ベローズの接液領域をコーティングする樹脂は、低温脆化温度がシステム使用温度よりも低いので、使用時おいて弾性を維持することができ、衝突したり噛み込んだスラリーに対して変形することにより、ベローズが損傷することを抑制することができる。
　また、ベローズが金属製の場合、金属製のベローズが直接液体と接触するよりも、コーティング樹脂が接触する方が、液体へ熱が伝わり難く、送液対象が超低温液体の場合においては、液体の昇温を抑制して低温状態に維持することができる。
　また、本発明によれば、軸の往復移動によって液体を第１ポンプ室及び第２ポンプ室から交互に連続的に供給することができ、脈動を抑制した液体供給が可能である。このポンプ動作において、第１ベローズ及び第２ベローズの内側（内周面）に作用する圧力が変化しない場合は、ベローズに座屈が発生することを抑制することができ、より安定したポンプ動作を実現することができる。
　さらに、少なくとも前記容器内において前記第１ポンプ室及び前記第２ポンプ室に面する領域も、前記樹脂でコーティングされているとよい。
　これにより、容器内壁においても、液体に含まれるスラリーとの衝突による損傷、伝熱を抑制することができる。
　前記第２ベローズに対して伸縮方向に直列に配置される第３ベローズであって、外側が前記第２のポンプ室となり、内側が前記容器の外部に開放されるように、一方の端部が前記容器に固定されるとともに、他方の端部が前記第２ベローズの前記第２端部に連結され、前記第２ベローズの伸縮にともなって伸縮する第３ベローズをさらに備え、
　前記軸は、前記第３ベローズの内側を挿通されて前記第２端部に連結され、
　前記第３ベローズにおいて前記第２ポンプ室に面する領域も、前記樹脂でコーティングされるとよい。
　これにより、軸と容器との間に摺動部位を形成することなく、軸と各ベローズの第２端部とを連結し、各ベローズを伸縮させることができ、軸の摺動摩擦による発熱のない構成とすることができる。そして、かかる構成においても、コーティングした樹脂により、液体に含まれるスラリーとの衝突による損傷、伝熱を抑制することができる。
　本発明によれば、スラリーを含む超低温の液体を送液対象とする場合でも、安定したポンプ動作を実現することができる。
図１は、本発明の実施例に係る液体供給システムの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施例に係る液体供給システムの動作を説明する模式図である。 図３は、本発明の実施例に係る液体供給システムの吐出圧の変動を示す図である。 図４は、本発明の実施例の変形例に係る液体供給システムの吐出圧の変動を示す図である。 図５は、従来例に係る液体供給システムの動作を説明する模式図である。 図６は、従来例に係る液体供給システムの吐出圧の変動を示す図である。 図７は、本発明の実施例に係る液体供給システムにおける接液領域を示す模式図である。 図８は、本発明の実施例に係る液体供給システムにおける樹脂コーティング領域を示す模式図である。
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　（実施例１）
　図１を参照して、本発明の実施例に係る液体供給システムについて説明する。図１は、本発明の実施例に係る液体供給システムの概略構成図である。
　液体供給システム１０は、低温流体用のポンプ装置であり、樹脂製の容器３１の内部に超電導ケーブル３２が備えられた被冷却装置３０に対して、超電導ケーブル３２を超伝導可能な状態で維持させるために、容器３１内に超低温の液体Ｌを常時供給するものである。超低温の液体Ｌの具体例としては、液体窒素や液体ヘリウムを挙げることができ、それらが液体になる温度以下の温度を有する液体も挙げることができる。
　液体供給システム１０は、概略、内部が真空にされた第１容器（外側容器）１１と、第１容器１１の内部に真空空間で囲まれるように配置される第２容器１２とを備えている。第２容器１２は、概略、内部に３つのべローズ４１、４２、４３がそれぞれの伸縮方向に直列に配置され、これらベローズ４１～４３により容器内部が３つの密閉空間に仕切られている。第２容器１２は、第１容器１１の外部から第１容器１１の内部に挿通された支持部材５１によって第１容器１１の内部で支持されている。
　第１ベローズ４１と第２ベローズ４２は、同径であり、軸中心を一致させてそれぞれの伸縮方向に互いに直列に並んで配置されている。第１ベローズ４１と第２ベローズ４２は、互いに近接する側のそれぞれの端部（第１端部）４１ｂ、４２ｂが、第２容器１２の内壁に固定されている。また、第１ベローズ４１と第２ベローズ４２において互いに遠い側のそれぞれの端部（第２端部）４１ａ、４２ａは、後述する軸１５が固定されることで一体化されており、それぞれの伸縮方向に移動可能に構成されている。
　また、第３ベローズ４３は、第２ベローズ４２に対して第１ベローズ４１とは反対側に直列に並んで配置されている。第３ベローズ４３は、外径が第２ベローズ４２の内径よりも小さく、伸縮方向において一部が第２ベローズ４２の内側に入り込むように配置されている。第３ベローズ４３の一方の端部４３ｂは、第３ベローズ４３の内側が第２容器１２の外部に開放されるように第２容器１２の内壁に固定されている。第３ベローズ４３の他方の端部４３ａは、第２ベローズ４２の端部４２ａと連結されており、第３ベローズ４３は、第２ベローズ４２の伸縮にともなって伸縮する。
　第１ベローズ４１の端部４１ａは塞がっており、第２容器１２内のうち第１ベローズ４１の外側の領域によって形成される密閉空間が、第１ポンプ室Ｐ１を構成している。第２容器１２内のうち第２ベローズ４２及び第３ベローズ４３の外側の領域によって形成される密閉空間が、第２ポンプ室Ｐ２を構成している。第２ベローズ４２の端部４２ａと第３ベローズ４３の端部４３ａとの間は塞がっており、第１ベローズ４１の端部４１ｂと第２ベローズ４２の端部４２ｂとの間は開放されており、第２容器１２内において、第１ベローズ４１の内側の領域と第２ベローズ４２の内側の領域とが１つの密閉空間Ｒ１を構成している。
　第２容器１２には、液体Ｌをシステムの外部と通じる戻り通路（戻り管）Ｋ２から第１ポンプ室Ｐ１内に吸入する第１吸入口２１と、吸入した液体Ｌを第１ポンプ室Ｐ１内からシステムの外部に通じる供給通路（供給管）Ｋ１に送出する第１送出口２２とが設けられている。また、第２容器１２には、液体Ｌを戻り通路Ｋ２から第２ポンプ室Ｐ２内に吸入する第２吸入口２３と、吸入した液体Ｌを第２ポンプ室Ｐ２内から供給通路Ｋ１に送出する第２送出口２４も設けられている。また、第１吸入口２１及び第２吸入口２３には、それぞれ逆止弁１００ａ、１００ｃが設けられており、第１送出口２２及び第２送出口２４にも、それぞれ逆止弁１００ｂ、１００ｄが設けられている。
　また、駆動源としてのリニアアクチュエータ１４によって往復移動するように構成された軸１５が、第１容器１１の外部から第３ベローズ４３の内側を通って第２容器１２の密閉空間Ｒ１の内部に入り込み、第１ベローズ４１の端部４１ａと第２ベローズ４２の端部４２ａがそれぞれ固定されている。これにより、軸１５が往復移動することによって、各ベローズが伸縮する。
　軸１５は、第１容器１１に設けられたベローズ５２を介して、第１容器１１の外部から内部に挿通された構成となっている。ベローズ５２は、一端が第１容器１１に固定され、他端が軸１５に固定されており、軸１５の往復移動に伴って伸縮するように構成されている。
　図２を参照して、液体供給システム１０の動作について説明する。図２は、本発明の実施例に係る液体供給システムの動作を説明する模式図である。図２（ａ）は、ベローズ４１、４２が伸びる方向にも、縮む方向にも変位していない状態の第２容器１２の内部を示す図である。図２（ｂ）は、第１ポンプ室Ｐ１に戻り通路（第１通路）Ｋ２から液体Ｌが吸入されるとともに、第２ポンプ室Ｐ２から供給通路（第２通路）Ｋ１に液体Ｌが送出されるときの状態、つまり、第１ベローズ４１が最大に縮んだ状態、及び第２ベローズ４２が最大に伸びた状態の第２容器１２の内部を示す図である。図２（ｃ）は、第２ポンプ室Ｐ２に戻り通路（第１通路）Ｋ２から液体Ｌが吸入されるとともに、第１ポンプ室Ｐ１から供給通路（第２通路）Ｋ１に液体Ｌが送出されるときの状態、つまり、第１ベローズ４１が最大に伸びた状態、及び第２ベローズ４２が最大に縮んだ状態の第２容器１２の内部を示す図である。
　第１ベローズ４１が縮み、第２ベローズ４２が伸びるように、軸１５が移動すると（図２（ａ）→図２（ｂ））、第２送出口２４を介して第２ポンプ室Ｐ２内から液体Ｌが供給通路Ｋ１に送出され、かつ第１吸入口２１を介して液体Ｌが第１ポンプ室Ｐ１内に吸入される。また、第１ベローズ４１が伸び、第２ベローズ４２が縮むように、軸１５が移動すると（図２（ｂ）→図２（ａ）→図２（ｃ））、第２吸入口２３を介して液体Ｌが第２ポンプ室Ｐ２内に吸入され、かつ第１送出口２２を介して第１ポンプ室Ｐ１内から液体Ｌが供給通路Ｋ１に送出される。このように、軸１５が往復移動する際のいずれの方向においても液体Ｌが供給通路Ｋ１に送出される。
　図３の上段は、実施例１に係る液体供給システムの第２ベローズ４２にかかる圧力の変動を概略的に示す図であり、図３の下段は、第１ベローズ４１にかかる圧力の変動を概略的に示す図である（ポンプ室から液体が吐出されていないときの圧力は説明の便宜上無視する）。本実施例では、密閉空間Ｒ１を真空空間としている。したがって、本実施例に係る液体供給システム１０の第２ベローズ４２にかかる圧力は、軸１５の往復移動による各ベローズの伸縮にともない、図３に示すように、ゼロと最大吐出圧（Ｐ吐）との間の交互に行き来するように変動する。ここでは、最大吐出圧（Ｐ吐）が１ＭＰａの場合の圧力変動を示す。また、図３において、（ａ）は図２（ａ）の軸１５の変位位置に対応し、（ｂ）は図２（ｂ）の軸１５の変位位置に対応し、（ｃ）は図２（ｃ）の軸１５の変位位置に対応する。ベローズ４１，４２にかかる圧力はベローズ外部の圧力とベローズ内部の圧力との差圧であり、本装置起動前の軸１５の変位が無い状態ではポンプ室内に液体を吸入、吐出しておらず、ベローズ４１，４２の外部圧力と内部圧力の差は無いため、ベローズにかかる圧力は０であり、（ｂ）の状態に近づく（第１ポンプ室Ｐ１が吐出し、第２ポンプ室Ｐ２が吸入を行う）につれ、第２ベローズ４２にかかる圧力が大きくなり、ベローズ外部が最大吐出圧（Ｐ吐）になった際、第２ベローズ４２にかかる圧力は最大（Ｐ吐）になる。また、（ｃ）の状態に近づく（第１ポンプ室Ｐ１が吸入し、第２ポンプ室Ｐ２が吐出を行う）につれ、第２ベローズ４２にかかる圧力は小さくなり、吸入圧は０であるため、第２ベローズ４２にかかる圧力は０になる。尚、この圧力変動は第１ベローズ４１でも位相が異なるのみで、同様の挙動を示す。
　以上のように、液体供給システム１０においては、軸１５の往復移動及び各ベローズの伸縮動作の繰り返しによって、供給通路Ｋ１を通じて、液体Ｌが被冷却装置３０に供給される。また、液体供給システム１０と被冷却装置３０とを繋ぐ戻り通路Ｋ２を通じて、被冷却装置３０に供給された分だけ、液体供給システム１０に液体Ｌが戻るように構成されている。また、供給通路Ｋ１の途中には液体Ｌを超低温の状態まで冷却する冷却機２０が設けられている。このような構成により、冷却機２０によって超低温まで冷却された液体Ｌは、液体供給システム１０と被冷却装置３０との間を循環する。
　以上説明したように、２つのポンプ室を有し、その２つのポンプ室から交互に流体を供給するため、各ベローズが縮む際、及び伸びる際のいずれにおいても液体Ｌが供給通路Ｋ１に送出され、各ベローズの伸縮動作による液体供給量を、例えば、第１ポンプ室Ｐ１のみでポンプ機能を発揮させた場合に比べて２倍にすることができる。そのため、所望の供給量に対して、第１ポンプ室Ｐ１のみでポンプ機能を発揮させた場合に比べて、一回分の供給量を半分にすることができ、供給通路Ｋ１内における液体の最大圧力を半分程度にすることができる。したがって、供給される液体の圧力変動（脈動）による悪影響を抑制することができる。
　また、第１ベローズ４１と第２ベローズ４２の内側に形成される密閉空間Ｒ１は、第１ベローズ４１と第２ベローズ４２が伸縮しても容積が変化せず（両ベローズの伸縮部分の内部空間の断面積が等しいため）、第１ベローズ４１と第２ベローズ４２に作用する内圧（それぞれの内周面に作用する圧力）が変化しない空間となっている。すなわち、本実施例に係る液体供給システム１０は、ポンプ室が各ベローズの外側に配置され、ベローズの内圧変動による座屈の発生が生じない構成となっている。したがって、ベローズの耐圧設計において、内圧座屈を考慮する必要がなくなるため、設計自由度が高められ、吐出圧の高圧化を図ることができる。この本実施例の利点について、図５及び図６を参照し、従来例と比較して説明する。
　図５は、従来例に係る液体供給システムの動作を説明する模式図である。図５に示すように従来例に係る液体供給システムにおいては、ベローズ６１の内側と外側にそれぞれ２つのポンプ室Ｐ１、Ｐ２が形成された構成となっている。すなわち、軸１５の移動によってベローズ６１、６２が縮むと（図２（ａ）→図２（ｂ））、第２送出口２４を介して第２ポンプ室Ｐ２内から液体Ｌが供給通路Ｋ１に送出され、かつ第１吸入口２１を介して液体Ｌが第１ポンプ室Ｐ１内に吸入される。また、軸１５の移動によってベローズ６１、６２が伸びると（図２（ｂ）→図２（ａ）→図２（ｃ））、第２吸入口２３を介して液体Ｌが第２ポンプ室Ｐ２内に吸入され、かつ第１送出口２２を介して第１ポンプ室Ｐ１内から液体Ｌが供給通路Ｋ１に送出される。
　図６は、従来例に係る液体供給システムの吐出圧の変動を示す図である。尚、図において、ベローズ６１の外向き方向にかかる圧力を正、ベローズ６１の内向き方向にかかる圧力を負とする（ポンプ室から液体が吐出されていないときの圧力は説明の便宜上無視する）。図６に示すように、従来例の構成では、第１ポンプ室Ｐ１と第２ポンプ室Ｐ１から交互に液体Ｌを吐出する際に、ベローズ６１の内側と外側にそれぞれ交互に同じ大きさの吐出圧（Ｐ吐）が作用することになる。つまりベローズの内向き方向、外向き方向、に吐出圧（Ｐ吐）がかかることになる。したがって、本実施例と同じ最大吐出圧（１ＭＰａ）を得るための構成を考えると、その圧力変動は、本実施例の構成の２倍となる（図３、図６）。そのため、ベローズ６１に要求される耐圧性能も、本実施例のベローズの２倍となる。また、従来例は、ベローズ６１に内圧が作用する構成となっているため、吐出圧を高めようとするとベローズ６１に作用する内圧も高くなってしまい、ベローズ６１に座屈が発生しやすくなってしまう。一般的に、ベローズは外圧に対しては強いが内圧に対しては弱く、高い内圧が作用すると座屈を生じやすい。
　このように、本実施例によれば、各ベローズに作用する圧力が外圧のみとなることで、ベローズに内圧が作用する従来例の構成と比べて、ポンプ吐出圧の高圧化を図ることができるとともに、ベローズの伸縮動作の安定性を向上させることができる。したがって、ケーブルに配置するサーキュレータの台数を少なくすることができる。また、地形に高低差があっても液体を供給することができるので、ケーブル敷設の自由度が向上する。
　さらに、本実施例では、第２容器１２の周囲を第１容器１１により真空空間で囲む構造を採用している。したがって、第２容器１２を囲む真空空間が伝熱を妨げる機能を発揮するため、リニアアクチュエータ１４で発生する熱や大気熱が液体Ｌまで伝わってしまうことを抑制することができる。すなわち、液体Ｌの熱交換は、真空断熱容器である第１容器１１の壁面からの熱輻射と、第２容器１２の支持部材５１や各通路を介した伝熱に限定され、液体Ｌへの侵入熱を少なくすることができる。また、仮に液体Ｌまで熱が伝わって気化したとしても、常に新しい液体Ｌが供給され、冷却効果もあるため、ポンプ室内部において液体Ｌが気化する温度まで上昇することを抑制することができる。したがって、ポンプ機能を低下させることもない。
　また、本実施例では、軸１５が、第３ベローズ４３における第２容器１２に固定された端部４３ｂとは反対側の端部４３ａを介して第２容器１２の内部に挿通されて各ベローズと連結され、第３ベローズ４３が軸１５の往復移動に伴って伸縮するように構成されている。したがって、軸１５と第２容器１２との間に摺動部位を形成することなく、各ポンプ室Ｐ１、Ｐ２、密閉空間Ｒ１が形成されるため、摺動による摩擦抵抗に伴って、熱が発生してしまうということはない。
　また、本実施例では、第３ベローズ４３は、外径が第２ベローズ４２の内径よりも小さく、少なくとも一部が第２ベローズ４２の内側に入り込むように配置され、入り込んだ部分もポンプ空間として使用することが出来るため、その分、空間を大きくする必要が無く第２容器１２のサイズダウンを図ることができる。
　ここで、本実施例では、密閉空間Ｒ１を真空空間としているため、第２容器１２の周りの真空空間と連通する構成としてもよい。
　また、本実施例では、密閉空間Ｒ１を真空空間としているが、密閉空間Ｒ１を気体で満たす構成を採用してもよい。
　密閉空間Ｒ１に封入する気体としては、例えば、ネオンガスやヘリウムガスなど、本システムの使用環境において液化、凍結などの状態変化が生じ難い気体を用いる。そして、密閉空間Ｒ１に封入する気体の圧力は、真空（－１００ｋＰａ）から所望の吐出圧までの範囲（好ましくは、吐出圧の１／２）とする。
　図４は、変形例に係る液体供給システムの吐出圧の変動を概略的に示す図であり、上段が第２ベローズ４２にかかる圧力変動、下段が第１ベローズ４１にかかる圧力変動をそれぞれ示している。図４は、密閉空間Ｒ１に吐出圧（Ｐ吐）の１／２の圧力の気体を封入した場合の吐出圧の変動を示している（ポンプ室から液体が吐出されていないときの圧力は説明の便宜上無視する）。吐出圧の変動幅は、上記実施例１と同じ１ＭＰａであるが、ピーク値は、実施例１の１／２となっている。ベローズにかかる圧力は密閉空間Ｒ１の内部圧力とポンプ室Ｐ１，Ｐ２各々の空間との差圧であるため、密閉空間Ｒ１に吐出圧の１／２の圧力の気体を封入した場合、ベローズに係る圧力は、ポンプ室の最大圧力がＰ吐であるため、
Ｐ吐－（１／２）Ｐ吐
から、（１／２）Ｐ吐となる。また、密閉空間Ｒ１の圧力は（１／２）Ｐ吐だけでなく、２つのベローズの大きさ、２つのポンプ室の大小、等、仕様により適宜設定することができる。このように、ベローズ４１、４２内側に対して、封入気体で加圧することにより、ベローズ４１、４２に作用する圧力のピーク値を低減することができる。したがって、ポンプ吐出圧を高める高圧設計における設計自由度を高めることができる。
　ここで、図７及び図８を参照して、本実施例の特徴的構成について説明する。図７は、本発明の実施例に係る液体供給システムにおける接液領域を示す模式図である。図８は、本発明の実施例に係る液体供給システムにおける樹脂コーティング領域を示す模式図である。図７において、ハッチングで示した領域が、本実施例に係る液体供給システム１０における液体Ｌの流通領域である。また、図８において、太線で示した領域が、本実施例に係る液体供給システム１０における液体Ｌとの接液領域（樹脂コーティング領域Ｃ）である。
　本実施例に係る液体供給システム１０は、システムの各構成における接液箇所を樹脂でコーティングしたことを特徴としている。コーティングする樹脂は、超低温環境下においても耐摩耗性を発揮できるもの、すなわち、システム使用温度よりも低温脆化温度が低いものを採用する。例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミドなどが挙げられる。
　上記樹脂でコーティングされる箇所は、第１～第３の各ベローズ４１～４３のそれぞれの蛇腹部の外周面、第２容器１２の内壁面全域から、各吸入口２１、２３、送出口２２、２４を介して、供給通路Ｋ１、戻り通路Ｋ２、逆止弁１００ａ～１００ｄにおける接液面、また、軸１５において、第１ベローズ４１の端部４１ａが固定された第１フランジ部１５ａ、第２ベローズ４２の端部４２ａが固定された第２フランジ部１５ｂ、第３ベローズ４３の端部４３ａが固定された第３フランジ部１５ｃにおける接液面などとなる。コーティング領域に樹脂材料を吹き付けて塗布するなど、従来手法によりコーティングを施す。
　コーティング領域は、液体Ｌと接触する可能性がある箇所全ての領域とするのが好ましいが、少なくとも、システムにおける可動箇所、すなわち、システムにおいてスラリーを含む液体Ｌとの相対移動が積極的に生じる箇所はカバーするのがよい。
　本実施例によれば、システムの接液領域をコーティングする樹脂は、低温脆化温度がシステム使用温度よりも低いので、使用時において弾性を維持することができ、液体Ｌとの相対移動により衝突等するスラリーに対して変形することにより、システムの各構成が損傷することを抑制することができる。特に、ポンプ動作において各ベローズが伸縮する際に、液体Ｌの含まれるスラリーとベローズ表面との衝突や、ベローズ蛇腹部へのスラリーの噛み込みによってベローズが損傷することが抑制される。
　また、ベローズが金属製の場合、金属製のベローズが直接液体Ｌと接触するよりも、コーティング樹脂が接触する方が、液体Ｌへ熱が伝わり難く、送液対象が超低温液体の場合においては、液体Ｌの昇温を抑制して低温状態に維持することができる。
　なお、樹脂コーティング層は、被覆箇所に対して密着している必要はなく、特に、ベローズの金属表面との間には空隙があってもよい。すなわち、スラリーとの接触、衝突によるシステム各構成へのダメージを和らげることができればよい。したがって、システムにおける接液領域を全て樹脂コーティングした場合には、樹脂の袋の中を液体Ｌが流通するような構成となる。
　また、図５に示す従来のポンプ構成では、ベローズ蛇腹部の内周面側にも樹脂コーティングが必要となるのに対し、本実施例におけるポンプ構成では、ベローズの接液箇所がベローズ蛇腹部の外周面のみとなるので、樹脂コーティングも蛇腹部外周面のみでよい。
　１００      液体供給システム
　１１        第１容器
　１２        第２容器
　２１        第１吸入口
　２２        第１送出口
　２３        第２吸入口
　２４        第２送出口
　１４        リニアアクチュエータ
　１５        軸
　４１        第１ベローズ
　４２        第２ベローズ
　４３        第３ベローズ
　５１        支持部材
　５２        ベローズ
　２０        冷却機
　３０        被冷却装置
　３１        容器
　３２        超電導ケーブル
　Ｋ１        供給通路
　Ｋ２        戻り通路
　Ｌ          液体
　Ｐ１        第１ポンプ室
　Ｐ２        第２ポンプ室
　Ｒ１        密閉空間
　Ｃ          樹脂コーティング領域

Claims (5)

  1. 　ベローズの伸縮によって、スラリー成分を含む超低温の液体を供給する液体供給システムであって、
    　前記ベローズにおいて少なくとも前記液体が接触する領域が、低温脆化温度が液体供給システムの使用温度以下の樹脂でコーティングされていることを特徴とする液体供給システム。
  2. 　前記超低温の液体は、液体窒素または液体ヘリウムであることを特徴とする請求項１に記載の液体供給システム。
  3. 　システムの外部と通じる第１通路から液体を吸入し、かつ吸入した液体をシステムの外部と通じる第２通路に送出するように構成された容器と、
    　前記容器の内部に伸縮方向に直列に配置された第１ベローズ及び第２ベローズであって、互いに近接する側のそれぞれの第１端部がそれぞれ前記容器の内壁に固定され、互いに遠い側のそれぞれの第２端部がそれぞれ伸縮方向に移動可能に構成された第１ベローズ及び第２ベローズと、
    　前記容器の内部に挿通されて前記第１ベローズ及び前記第２ベローズの前記第２端部がそれぞれ固定され、駆動源によって前記伸縮方向に往復移動することにより、前記第１ベローズ及び第２ベローズを伸縮させる軸と、
    を備え、
    　前記容器内のうち前記第１ベローズの外側は第１ポンプ室となっており、該第１ポンプ室には、前記第１通路から液体を第１ポンプ室内に吸入する第１吸入口、及び吸入した液体を第１ポンプ室内から前記第２通路に送出する第１送出口が設けられ、
    　前記容器内のうち前記第２ベローズの外側は第２ポンプ室となっており、該第２ポンプ室には、前記第１通路から液体を第２ポンプ室内に吸入する第２吸入口、及び吸入した液体を第２ポンプ室内から前記第２通路に送出する第２送出口が設けられ、
    　前記第１ベローズ及び第２ベローズの内側は、密閉空間が形成され、
    　少なくとも前記第１ベローズにおいて前記第１ポンプ室に面する領域及び前記第２ベローズにおいて前記第２ポンプ室に面する領域が、低温脆化温度が液体供給システムの使用温度以下の樹脂でコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体供給システム。
  4. 　さらに、少なくとも前記容器内において前記第１ポンプ室及び前記第２ポンプ室に面する領域も、前記樹脂でコーティングされていることを特徴とする請求項３に記載の液体供給システム。
  5. 　前記第２ベローズに対して伸縮方向に直列に配置される第３ベローズであって、外側が前記第２のポンプ室となり、内側が前記容器の外部に開放されるように、一方の端部が前記容器に固定されるとともに、他方の端部が前記第２ベローズの前記第２端部に連結され、前記第２ベローズの伸縮にともなって伸縮する第３ベローズをさらに備え、
    　前記軸は、前記第３ベローズの内側を挿通されて前記第２端部に連結され、
    　前記第３ベローズにおいて前記第２ポンプ室に面する領域も、前記樹脂でコーティングされることを特徴とする請求項３または４に記載の液体供給システム。
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