(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温液化ガス容器の外部に配置された駆動部と、低温液化ガス容器の内部に配置されたポンプ部と、該ポンプ部のインペラと前記駆動部の駆動軸とを接続するシャフトと、該シャフトを軸受を介して回転可能に収納したケーシングとを備えた低温液化ガスポンプにおいて、前記シャフトを、前記駆動部によって回転駆動される駆動側シャフトと、前記インペラに連結された従動側シャフトとに分割形成し、前記駆動側シャフトと前記従動側シャフトとを磁気継手によって非接触状態で磁気結合し、少なくとも前記従動側シャフトを、磁気軸受を介して非接触状態で前記ケーシングに回転可能に支持するとともに、前記ケーシングの下端部に、該ケーシング内と前記低温液化ガス容器内と連通させる連通孔を設けた低温液化ガスポンプ。
【請求項２】
前記連通孔の口径が１〜５ｍｍの範囲内である請求項１記載の低温液化ガスポンプ。
【請求項３】
前記磁気継手は、前記駆動側シャフトと前記従動側シャフトとの間に、駆動部側空間とポンプ部側空間とを仕切る仕切り部材を備えている請求項１又は２記載の低温液化ガスポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温液化ガスポンプに関し、詳しくは、液体窒素などの−１００℃以下の低温液化ガスを送液するための低温液化ガスポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
容器（タンク）内に貯留した各種液体を取り出して送液するためのポンプとして、容器外に配置した駆動部と、容器内（液体中）に配置したポンプ部と、駆動部とポンプ部とを連結する鉛直方向のシャフトと、前記シャフトを転がり軸受を介して支持するケーシングとを備え、前記シャフトを上下に分割し、上下の分割シャフト同士を磁気継手（マグネットカップリング）によって磁気結合させたポンプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６９３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたポンプ装置では、シャフトの軸受にボールベアリングなどの転がり軸受を用いているため、一定期間毎に軸受のメンテナンスが必要であり、一般的な使用状態ではほとんど問題となることはないが、長期連続運転が要求される高温超電導機器で使用するポンプとして使用することはできなかった。
【０００５】
また、シャフトを長くしたり、シャフトの分割数を多くしたりすることによってシャフトの断熱性能を高め、−１００℃以下の低温液化ガスを送液するポンプとして使用することも可能であるが、ポンプ部のインペラを支持する軸受の隙間からケーシング内に浸入した低温液化ガスがケーシング内で気化すると、気化したガスの圧力によって前記軸受の隙間からインペラ側に低温液化ガスが逆流し、この逆流によって送液中の低温液化ガスに脈動が発生することがある。
【０００６】
そこで本発明は、長期連続運転が可能で、脈動の発生も防止することができ、安定した状態で低温液化ガスを送液することができる低温液化ガスポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガスポンプは、低温液化ガス容器の外部に配置された駆動部と、低温液化ガス容器の内部に配置されたポンプ部と、該ポンプ部のインペラと前記駆動部の駆動軸とを接続するシャフトと、該シャフトを軸受を介して回転可能に収納したケーシングとを備えた低温液化ガスポンプにおいて、前記シャフトを、前記駆動部によって回転駆動される駆動側シャフトと、前記インペラに連結された従動側シャフトとに分割形成し、前記駆動側シャフトと前記従動側シャフトとを磁気継手によって非接触状態で磁気結合し、少なくとも前記従動側シャフトを、磁気軸受を介して非接触状態で前記ケーシングに回転可能に支持するとともに、前記ケーシングの下端部に、該ケーシング内と前記低温液化ガス容器内と連通させる連通孔を設けたことを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の低温液化ガスポンプは、前記連通孔の口径が１〜５ｍｍの範囲内であること、前記磁気継手は、前記駆動側シャフトと前記従動側シャフトとの間に、駆動部側空間とポンプ部側空間とを仕切る仕切り部材を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の低温液化ガスポンプによれば、シャフトの軸受をメンテナンスが不要な磁気軸受としたので長期間にわたる連続運転が可能となる。また、ケーシングに連通孔を設けたので、ケーシング内に浸入した低温液化ガスが気化してもインペラ側に逆流することがなく、連通孔から排出されるため、送液中の低温液化ガスに脈動が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の低温液化ガスポンプの第１形態例を示す断面図である。
【図２】本発明の低温液化ガスポンプの第２形態例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示す低温液化ガスポンプ１０は、低温液化ガスＬを貯留した低温液化ガス容器１１の天板部材や蓋部材１１ａに装着されるものであって、低温液化ガス容器１１の外部に配置される駆動部１２と、低温液化ガス容器１１の内部で低温液化ガス中に浸漬した状態で配置されるポンプ部１３と、低温部に配置された前記ポンプ部１３のインペラ１４と、常温部に配置された前記駆動部１２の駆動軸１５とを接続するシャフト１６と、該シャフト１６をスラスト磁気軸受１７及びラジアル磁気軸受１８を介して回転可能に収納した円筒形のケーシング１９とを備えている。
【００１２】
前記シャフト１６は、前記駆動軸１５と一体化した駆動側の上部シャフト（モータ軸）１６ａと、下端に前記インペラ１４が装着された従動側の下部シャフト（ポンプ軸）１６ｂとに分割形成されており、上部シャフト１６ａと下部シャフト１６ｂとは、磁気継手（マグネットカップリング）２０によって非接触状態で磁気結合されている。
【００１３】
この磁気継手２０は、下方が開口したカップ状の駆動側継手部材２０ａと、該駆動側継手部材２０ａの内径より小さな外径を有し、駆動側継手部材２０ａの内部に逆カップ形状の仕切り部材２１を介して配置される円柱状の従動側継手部材２０ｂとを同心円状に配置するとともに、駆動側継手部材２０ａの内周面及び従動側継手部材２０ｂの外周面に、永久磁石２２ａ、２２ｂのＮ極とＳ極とをそれぞれ交互に配列したものであって、上部シャフト１６ａと一体に回転する前記駆動側継手部材２０ａの回転を永久磁石２２ａ、２２ｂの磁力で従動側継手部材２０ｂに伝達することにより、上部シャフト１６ａと下部シャフト１６ｂとを非接触状態に保って下部シャフト１６ｂを回転させる。
【００１４】
下部シャフト１６ｂの上部に設けられた前記スラスト磁気軸受１７は、ケーシング１９の内周に固着されてシャフト軸線方向に対向配置した上下一対の電磁石１７ａ，１７ａと、下部シャフト１６ｂの外周に設けられて上下の電磁石１７ａ，１７ａ間に配置されるスラスト板１７ｂとを備えており、電磁石１７ａ，１７ａに発生させた磁力により、磁性体からなるスラスト板１７ｂを互いに引き寄せ、電磁石１７ａ，１７ａの引き寄せ力が釣り合った位置にあるスラスト板１７ｂを非接触状態で保持し、インペラ１４を含む下部シャフト１６ｂの軸線方向の動きを規制する。
【００１５】
また、下部シャフト１６ｂの中間部と下端部とにそれぞれ設けられたラジアル磁気軸受１８は、ケーシング１９の内周に、下部シャフト１６ｂを包囲するようにして複数の電磁石１８ａをリング状に設けたものであって、電磁石１８ａに発生させた磁力によって下部シャフト１６ｂの半径方向の動きを非接触状態で規制する。
【００１６】
ケーシング１９は、低温液化ガス容器１１の内部に挿入される筒部１９ａと、該筒部１９ａの上端に設けられた上部フランジ１９ｂとを有しており、蓋部材１１ａに設けた開口から筒部１９ａを低温液化ガス容器１１の内部に挿入した状態で、蓋部材１１ａの外面に上部フランジ１９ｂが固着される。また、上部フランジ１９ｂの上面には、支持筒２３を介して前記駆動部１２となるモータが取り付けられている。また、筒部１９ａの下端には，シャフト挿通部材２４を介して前記ポンプ部１３のインペラ１４を収納するポンプケーシング２５が連設しており、ポンプケーシング２５の下部に吸入口２５ａが、外周部に吐出口２５ｂがそれぞれ設けられている。
【００１７】
さらに、筒部１９ａの下端部には、ケーシング１９内と低温液化ガス容器１１内と連通させる連通孔２６が設けられている。この連通孔２６の口径は、小さすぎると連通孔としての作用を十分に得られず、大きすぎると、インペラ１４で昇圧した低温液化ガスが連通孔２６から抜けることがあるため、１〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００１８】
このように形成した低温液化ガスポンプ１０は、下部シャフト１６ｂを回転可能に支持する各軸受をそれぞれ非接触状態でシャフトを支持する磁気軸受１７，１８としているので、摩耗部品がなく、メンテナンスが不要であり、長期間の連続運転に対応することができる。さらに、軸受の部分で異物が発生することもなく、低温液化ガス内に異物が混入することを防止できる。
【００１９】
また、上部シャフト１６ａと下部シャフト１６ｂとを、磁気継手２０によって非接触状態で磁気結合させているので、シャフトを通しての熱侵入を抑えることができる。これにより、シャフトを短くすることができるので、シャフトの固有振動数が高くなってシャフトを高速回転させることが可能となり、インペラ１４を高速回転させて送液能率を向上させることができる。
【００２０】
さらに、下部シャフト１６ｂの上端に設けられている従動側継手部材２０ｂを仕切り部材２１で覆い、駆動部１２側の常温空間とポンプ部１３側の低温空間とを、磁気継手２０の部分で仕切り部材２１により気密に仕切っているので、低温液化ガス容器１１内に外気が流入したり、低温液化ガス容器１１内で気化したガスが外部に流出することを防止できるとともに、駆動部１２で発生した異物が低温液化ガス容器１１内に入り込むことも確実に防止できる。これにより、低温液化ガスの品質維持も図ることができ、低温液化ガスの消費量を抑えることもできる。また、駆動部１２を気密構造にする必要がなくなるので、駆動部１２の駆動源として汎用のモータを使用することができる。
【００２１】
そして、ケーシング１９の筒部１９ａに連通孔２６を設けているので、ケーシング１９の内部に浸入した低温液化ガスが気化してケーシング１９内の圧力が上昇しても、ケーシング１９内の低温液化ガスや気化ガスを連通孔２６から排出することができ、シャフト挿通部材２４と下部シャフト１６ｂとの間からポンプケーシング２５内に低温液化ガスや気化ガスが逆流することがなく、回転するインペラ１４によって送液される低温液化ガスに脈動が発生することを防止できる。
【００２２】
これにより、気化しやすい−１００℃以下の液体窒素のような低温液化ガスを長期にわたって安定した状態で連続して送液することが可能となることから、長期連続運転が要求される高温超電導機器冷却用のサブクール液体窒素を循環させるためのポンプとして最適である。
【００２３】
図２は本発明の低温液化ガスポンプの第２形態例を示している。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示した低温液化ガスポンプの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２４】
本形態例に示す低温液化ガスポンプは、磁気継手３０を、上部シャフト１６ａの下端に設けた駆動側円盤部材３０ａと、下部シャフト１６ｂの上端に設けた従動側円盤部材３０ｂとを、逆カップ形状の仕切り部材２１の上面を介して対向配置するとともに、両円盤部材３０ａ，３０ｂの対向面に、永久磁石３１ａ、３１ｂのＮ極とＳ極とをそれぞれ交互に配列した構造としている。この磁気継手３０も、前記同様に、上部シャフト１６ａと一体に回転する駆動側円盤部材３０ａの回転を、永久磁石３１ａ、３１ｂの磁力によって従動側円盤部材３０ｂに伝達し、下部シャフト１６ｂを回転させる。
【００２５】
また、このような構造を有する磁気継手３０は、従動側円盤部材３０ｂが永久磁石３１ａ、３１ｂの磁力によって上方の駆動側円盤部材３０ａ側に引き寄せられるため、下部シャフト１６ｂの上部に設けるスラスト磁気軸受３２は、従動側円盤部材３０ｂの下方に、従動側円盤部材３０ｂを下方に引き寄せるための電磁石３２ａを配置し、この電磁石３２ａによる従動側円盤部材３０ｂの引き寄せ力と、磁気継手３０における永久磁石３１ａ、３１ｂの引き寄せ力とが釣り合った位置に従動側円盤部材３０ｂを非接触状態で保持し、インペラ１４を含む下部シャフト１６ｂの軸線方向の動きを規制する。
【００２６】
したがって、スラスト磁気軸受３２としての磁石を従動側円盤部材３０ｂの下方の電磁石３２ａのみとすることができ、従動側円盤部材３０ｂの上方の磁石を省略することができるので、ポンプ構造の簡略化を図ることができる。
【００２７】
なお、各磁気軸受は、シャフトの長さに応じて３箇所以上に設けることもできる。さらに、シャフトを３つ以上に分割し、それぞれ複数の磁気軸受で支持するように形成することもできる。また、ケーシングに設ける連通孔の位置や個数は任意であるが、ケーシング内から低温液化ガスを排出することを考慮すると、少なくとも一つはケーシングの最下端部に設けることが好ましい。
【符号の説明】
【００２８】
１０…低温液化ガスポンプ、１１…低温液化ガス容器、１１ａ…蓋部材、１２…駆動部、１３…ポンプ部、１４…インペラ、１５…駆動軸、１６…シャフト、１６ａ…上部シャフト、１６ｂ…下部シャフト、１７…スラスト磁気軸受、１７ａ…電磁石、１７ｂ…スラスト板、１８…ラジアル磁気軸受、１８ａ…電磁石、１９…ケーシング、１９ａ…筒部、１９ｂ…上部フランジ、２０…磁気継手、２０ａ…駆動側継手部材、２０ｂ…従動側継手部材、２１…仕切り部材、２２ａ、２２ｂ…永久磁石、２３…支持筒、２４…シャフト挿通部材、２５…ポンプケーシング、２５ａ…吸入口、２５ｂ…吐出口、２６…連通孔、３０…磁気継手、３０ａ…駆動側円盤部材、３０ｂ…従動側円盤部材、３１ａ、３１ｂ…永久磁石、３２…スラスト磁気軸受、３２ａ…電磁石、Ｌ…低温液化ガス
【図１】
0005458072.tif 000002
【図２】
0005458072.tif 000003