(57)【要約】往復式極低温ポンプ（２）はポンピングチャンバ（４４）内を往復可能なピストンを備えている。ポンピングチャンバ（４４）は、送り込まれるべき極低温液体のための入口吸込弁（４８）及び高圧極低温液体のための出口（３２）を有している。極低温液体のための入口弁（４８）は、ポンプ（２）の冷端又はヘッド（６）の極低温液体受け入れチャンバ（４６）と連通している。ポンプヘッド（６）は、一次真空絶縁を保持する第１ジャケット（８）によって少なくとも部分的に囲まれている。第１ジャケット（８）はそれ自体が、第２ジャケット（１０）によって少なくとも部分的に囲まれている。ジャケット（１０）は液体窒素の様な冷却液を受け入れるためのチャンバを画定しており、第２ジャケットは、液体窒素のための入口（２０）及び出口（２２）を有している。熱絶縁は、第１ジャケット（８）と、ポンピングチャンバ（４４）のための真空絶縁部を外スリーブ（５０）と共に画定している内スリーブ（５２）と、の間の閉じ込め気体空間（７３）によって更に強化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンピングチャンバ内で往復可能なピストンと、
送り込まれるべき極低温液体のための前記ポンピングチャンバへの入り口と、
高圧極低温液体のための前記ポンピングチャンバからの出口と、
極低温液体をその供給源から受け入れるためのポンプヘッドの極低温液体受け入れチャンバであって、冷却中に気化した極低温液体を前記受け入れチャンバから抜くためのガス抜き出口を含んでいる極低温液体受け入れチャンバと、を備えている往復式極低温ポンプにおいて、前記ポンプヘッドは、絶縁を保持する第１ジャケットによって少なくとも部分的に囲まれており、前記第１ジャケットはそれ自体が、冷却液を受け入れるためのチャンバを画定していて前記冷却液のための入口及び出口を有している第２ジャケットによって、少なくとも部分的に囲まれている、往復式極低温ポンプ。
【請求項２】
極低温液体の前記受け入れチャンバから前記ポンピングチャンバへの通過を許容するための当該受け入れチャンバと当該ポンピングチャンバの中間の入口吸込弁を備えている、請求項１に記載の極低温ポンプ。
【請求項３】
前記ポンプの外部から前記ポンピングチャンバへの固体粒子の進入を制限するための前記受け入れチャンバ中のフィルタを備えている、請求項１又は請求項２に記載の極低温ポンプ。
【請求項４】
前記ポンピングチャンバには真空絶縁性空間を間に画定している内スリーブと外スリーブが設けられている、上記請求項の何れか１項に記載の極低温往復ポンプ。
【請求項５】
前記内スリーブと前記第１ジャケットの中間には封止された環状の気体空間が画定されている、請求項４に記載の極低温ポンプ。
【請求項６】
前記ガス抜き出口は、前記極低温液体の前記供給源として機能している貯蔵タンク内の気体相と連通している、上記請求項の何れか１項に記載の極低温ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温ポンプに、厳密には極低温往復ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
極低温ポンプは、業界ではよく知られており益々使用されるようになってきている。一例として、自動車は近頃では水素を燃料として使用している。その様な自動車には、水素を液体状態で貯蔵するように適合されているものがある。従って、従来のペトロール又はガソリン充填所と類似の水素充填所の必要性が存在している。その様な充填所は、液体水素を中央の貯留部から充填される各自動車の貯蔵タンクへ移送するために、７００バールまでのゲージの高圧力を生成する能力のある極低温ポンプを装備されている必要がある。また一方、極低温液体、特に液体水素及び液体ヘリウム、を送り込む場合には数多くの実践上の問題が持ち上がる。１つの特定の問題は、環境からの熱の吸収の結果としての極低温液体の気化がもたらすポンプ内空洞化傾向である。空洞化は、ポンプ自体への損傷を生じさせかねず、貯蔵タンクからの極低温液体の実際の送り込みに差し障りが出ないとも限らない。
【０００３】
従来の往復式極低温ポンプは、典型的に、細長いハウジングを有しており、ハウジングの中では、ピストンが極低温液体のための入口と出口を有するポンピングチャンバ内で往復させられている。入口はポンプのヘッドの極低温液体受け入れチャンバと連通している。ポンプのヘッドを熱的に絶縁することが知られているとはいえ、空洞化は特にポンプの始動時に起こることがある。
【発明の概要】
【０００４】
本発明によれば、ポンピングチャンバ内で往復するピストンと、送り込まれるべき極低温液体のためのポンピングチャンバへの入り口と、高圧極低温液体のためのポンピングチャンバからの出口と、極低温液体をその供給源から受け入れるためのポンプヘッドの極低温液体受け入れチャンバであって、冷却中に気化した極低温液体を受け入れチャンバから抜くためのガス抜き出口を含んでいる極低温液体受け入れチャンバと、を備えている往復式極低温ポンプにおいて、当該ポンプヘッドは、真空絶縁を保持する第１ジャケットによって少なくとも部分的に囲まれており、第１ジャケットはそれ自体が、冷却液を受け入れるためのチャンバを画定していて冷却液のための入口及び出口を有している第２ジャケットによって、少なくとも部分的に囲まれている、往復式極低温ポンプが提供されている。
【０００５】
典型的に、本発明による極低温往復ポンプは、次の特徴、即ち、
極低温液体の受け入れチャンバからポンピングチャンバへの通過を許容するための受け入れチャンバとポンピングチャンバの中間の入口吸込弁、
ポンプの外部からポンピングチャンバへの固体粒子の進入を制限することを目的とする受け入れチャンバ中のフィルタ、
ポンピングチャンバのための真空絶縁性ジャケット、
という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有している。
【０００６】
所望であれば、ガス抜き出口は、極低温液体の供給源として機能している貯蔵タンク内の気体相と連通していてもよい。その結果、ポンプの冷却中に生まれる極低温液体の蒸気は失われない。
【０００７】
真空絶縁性ジャケットは、内スリーブ及び外スリーブを備え、それらの間には真空絶縁性空間が画定されている。当該内スリーブと前記第１ジャケットの中間に封止された環状の気体空間が画定されているのが望ましい。
【０００８】
本発明による往復式極低温ポンプをこれより一例として添付図面を参照しながら説明してゆく。
図面は縮尺合わせされていない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ポンプの全体としての斜視図である。
【図２】図１に示されているポンプの冷端の、第２ジャケットが省略された状態での部分断面側面図である。
【図３】図１及び図２に示されているポンプの冷端吸込ヘッドの、第２ジャケットが含まれた状態での部分断面概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、極低温往復ポンプ２は全体として円筒形の構成である。ポンプ２は、水平に対し小さい角度を成して配置されていることが示されているが、何れの向きを有していてもよい。ポンプは、温端４と冷端（又はヘッド）６を有している。ポンプ２の温端４には、ポンプ２内でピストンを駆動するための手段（図示せず）が設けられている。典型的には、電気式駆動手段が採用されるが、液圧式、空気圧式、又は機械式の駆動機構を代わりに使用することもできよう。ポンプを駆動するための配列は従来通りであり、ここではそれ以上説明する必要はない。
【００１１】
ポンプ２の冷端（ヘッド）６には、一次的真空絶縁を保持する第１ジャケット８（図２及び図３参照）及び第１ジャケット８の遠位端を囲む第２ジャケット１０が設けられている。第２ジャケット１０は、冷却液、典型的には液体窒素、を受け入れるためのチャンバを画定している。第２ジャケット１０は、第１フランジ１２に設けられている近位端を有している。第２ジャケット１０は、典型的には、２つの隣接する部分を第２フランジ１４によって一体に接合して形成されている。第２ジャケット１０の構成の更なる詳細は、以下に図３を参照して説明されている。ポンプ２のヘッド又は冷端６は、ポンプ２の遠位端から延びている真空絶縁されたノズル１６に終端している。ノズル１６は、液体水素又は液体ヘリウム（図示せず）の供給源に連通する第１長さのホースへ接続されている。第２ジャケット１０は、極低温冷却剤、例えば液体窒素、の供給源への入口２０及び当該冷却剤の蒸気のための出口２２を有している。ポンプ２は、更に、気化したヘリウム又は水素のためのガス抜き出口接続部３０を有しており、当該ガス抜き出口接続部３０は、典型的に、或る長さのホース（図示せず）２によって、送り込まれるべき液体水素又はヘリウムの供給源へ接続されている。ポンプ２は、加えて、高圧液体水素又はヘリウムのための出口３２を有している。
【００１２】
ポンプ２の内部の配列は図２及び図３に示されている。ポンプ２には、ポンプ運転時にピストン４２が往復するシリンダ４０が設けられている。シリンダ４０とピストン４２は、それらの間に、送り込まれる液体窒素又は液体ヘリウムのための出口３２と連通しているポンピングチャンバ４４を画定している。液体水素又は液体ヘリウムのポンプへの吸入はノズル１６の手段による。ノズル１６は、液体水素又は液体ヘリウムを、入口吸込弁４８を通じてポンピングチャンバ４４とインラインに連通している極低温液体受け入れチャンバ４６の中へ導く。受け入れチャンバ４６はガス抜き出口接続部３０とも連通している。液体水素又は液体ヘリウムの受け入れチャンバ４６からポンピングチャンバ４４への通路は、ポンプ２の可動部分への損傷を引き起こしかねない何らかの固体粒子を受け入れチャンバ４６内に留めるように適合されている略円錐形フィルタ４９を通っている。受け入れチャンバ４６は第１ジャケット８によって囲まれている。第１ジャケット８はノズル１６のための真空絶縁を提供するようにノズル１６の先端を除く全体の周りに延びている。シリンダ４０にも真空絶縁が提供されている。この真空絶縁を提供するために、ポンプ２は内スリーブ５２及び外スリーブ５０を有している。スリーブ５０と５２の間の空間は脱気された状態に維持されている。スリーブ５０と５２には、真空密閉鎖部５３が設けられており、そこへボルト５４によって第１ジャケット８用の取付部５６が固定されている。真空密封止配列５９が、更に、受け入れチャンバ４６の近位端と第１ジャケット８の間に設けられている。
【００１３】
第１ジャケット８とスリーブ５２の間には、閉じられた空間７４中に絶縁性気体相を得るために、プラスチックシール７３（典型的にはＰＩＦＥコンパウンド製）が存在する。シールは、ポンプ運転時の空間７４内への少量の極低温液体の流入を許容する。この液体は気化し、結果として生じた気体は閉じ込められる。静的気体は、受け入れチャンバ４６の熱的絶縁に寄与する。
【００１４】
第２ジャケット１０が図３に示されている。第２ジャケット１０は、第１ジャケット８の部分であって、ノズル１６の近位端と受け入れチャンバ４６の遠位端及び出口３０とを絶縁している部分を囲んでいる。図１に示されている様に、第２ジャケット１０は、２つの主要部分６０及び６２で形成されている。２つの部分６０と６２は、適切なシール６４を圧縮する第２フランジ１４を用いて一体に接合されている。第２ジャケット１０は、第１フランジ１２を用いてその場に固定されている裏板６６によって閉じられており、裏板６６と第１フランジ１２の間には適切なシール６８が設けられている。第２ジャケット１０は、ノズル１６を囲む真空絶縁部へ、適切な封止手段７２の設けられた別のフランジ７０を用いて固定されている。第２ジャケット１０は、液体窒素の様な極低温冷却剤のためのチャンバを画定している。極低温冷却剤は、入口２０を通って吸い入れられ、典型的には第２ジャケット１０によって画定されているチャンバをほぼその最上部（図３に図示）まで満たす。その結果生じる窒素蒸気は第２ジャケット１０から出口２２を通って流出する。
【００１５】
ポンプ２の運転時、液体ヘリウム又は液体水素の吸い入れに先立って冷端６を冷却するために、第２ジャケット１０は−１９６℃の温度の極低温液体（液体窒素）を大気圧で充填される。液体水素の事例では、ポンプは典型的に＋２０℃の温度から−２５０℃の温度まで冷却されなくてはならないことを理解しておきたい。液体ヘリウムの事例では、なおいっそう低いポンピング温度が要求される。液体窒素を使用してポンプ２の冷端６の予冷を有効にすることによって、液体水素又は液体ヘリウムの損失が低減され、冷却を効かせるのにかかる合計時間が短縮される。窒素の気化速度が冷却処置の開始時に起こる気化速度に比較して実質的に下がったことによって指し示される様に、第２ジャケット１０によって画定されているチャンバの温度が−１９６℃に達したら、ピストン４２の往復を開始させて、液体水素又は液体ヘリウムを、その供給源（図示せず）から受け入れチャンバ４６の中へ、そしてそこから入口弁４４を通してポンピングチャンバ４４の中へと引き入れさせ、その中で圧力は７００バールまでとされ得る選定された値へ増加される。その結果得られる加圧された液体水素又は液体ヘリウムはポンプから出口３２を通って排出される。液体ヘリウム又は液体水素のポンピング中は、ポンピング中に提供される熱的絶縁を強化すると共にポンプ内空洞化の発生を抑制するために、第２ジャケット内部への液体窒素の供給は維持されることが望ましい。
【符号の説明】
【００１６】
２  極低温往復ポンプ
４  温端
６  冷端（又はヘッド）
８  第１ジャケット
１０  第２ジャケット
１２  第１フランジ
１４  第２フランジ
１６  ノズル
２０  極低温冷却剤供給源への入口
２２  冷却剤の蒸気のための出口
３０  ガス抜き出口接続部
３２  高圧液体水素又はヘリウムのための出口
４０  シリンダ
４２  ピストン
４４  ポンピングチャンバ
４６  極低温液体受け入れチャンバ
４８  入口吸込弁
４９  フィルタ
５０  外スリーブ
５２  内スリーブ
５３  真空密閉鎖部
５４  ボルト
５６  第１ジャケット用の取付部
５９  真空密封止配列
６０、６２  第２ジャケットの主要部分
６４  シール
６６  裏板
６８  シール
７０  別のフランジ
７２  封止手段
７３  プラスチックシール
７４  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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