(57)【要約】効率良く冷却することが可能な液体供給システムを提供する。内部にポンプ室Ｐ１、Ｐ２が備えられ、かつ液体の吸入口１３１ｂ及び送出口１３１ｃが設けられている容器１３０と、前記容器１３０の送出口１３１ｃから排出される前記液体を外部へ導く送出管３２０と、前記吸入口１３１ｂから前記ポンプ室Ｐ１，Ｐ２を通り、更に、前記ポンプ室Ｐ１，Ｐ２から前記送出口１３１ｃに向けて鉛直方向下方に前記液体が流れる流路と、前記流路内に配置される第１開口部６０１と、前記第１開口部６０１よりも前記流路内の下流側に設けられる第２開口部６０４と、前記第１開口部６０１と前記第２開口部６０４とを接続するガス抜き管６０２と、を備え、前記第１開口部６０１よりも前記第２開口部６０４が鉛直方向上方に配置されていることを特徴とする液体供給システム。
2018143420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にポンプ室が備えられ、かつ液体の吸入口及び送出口が設けられている容器と、
前記送出口から排出される前記液体を外部へ導く送出管と、
前記吸入口から前記ポンプ室を通り、更に、前記ポンプ室から前記送出口に向けて鉛直方向下方に前記液体が流れる流路と、
前記流路内に配置される第１開口部と、前記第１開口部よりも前記流路内の下流側に設けられる第２開口部と、前記第１開口部と前記第２開口部とを接続するガス抜き管と、
を備え、
前記第１開口部よりも前記第２開口部が鉛直方向上方に配置されていることを特徴とする液体供給システム。
【請求項２】
前記第２開口部が前記送出管内に設けられてい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。
【請求項３】
前記容器内において、鉛直方向に往復移動する軸部材と、
鉛直方向に並べて配置され、かつ前記軸部材の往復移動に伴って伸縮する第１ベローズ及び第２ベローズと、
を有し、前記ポンプ室は、
前記第１ベローズの外周面を囲む空間により形成される第１ポンプ室と、
前記第２ベローズの外周面を囲む空間により形成される第２ポンプ室と、
からなり、前記流路は、
前記吸入口から前記第１ポンプ室を通り前記送出口に向けて液体が流れる第１流路と、
前記吸入口から前記第２ポンプ室を通り前記送出口に向けて液体が流れる第２流路と、
を含み、
前記ガス抜き管は、前記第１流路及び前記第２流路のうち少なくとも一方に設けられていることを特徴とする液体供給システム。
【請求項４】
前記第１ポンプ室は前記第２ポンプ室より鉛直方向上方に設けられ、
前記第１開口部は、前記第１ポンプ室の出口より鉛直方向上方に設けられる請求項３に記載の液体供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を供給する液体供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
循環流路に対して液体を循環させる液体供給システムとして、ベローズにより形成されたポンプ室を有するベローズポンプを用いたものが知られている（特許文献１参照）。このシステムは、鉛直上下方向に並べられた２つのポンプ室を有し、各ポンプ室を構成するベローズは、アクチュエータによって上下方向に駆動される軸に固定され、軸の運動に連動して上下方向に伸縮する。【０００３】
ポンプ装置の全体は断熱のために真空容器に収容され、真空容器の上方にアクチュエータが設置される。ポンプ装置に外部から液体を供給する吸入管と、ポンプ装置からの液体を外部へ排出する送出管は、断熱のために外気からできるだけ離した位置でポンプ装置に接続することが望ましい。そのため、吸入管及び送出管は、真空容器の上方から真空容器内に入り、ポンプ装置より低い位置まで延び、Ｕ字形状でポンプ装置の底部の開口に接続される。ポンプ装置と接続される配管をこのような形状にすることで、外部からの熱に対する高い断熱性能が実現される。このような構成のベローズポンプは、液体窒素や液体ヘリウム等の超低温液体を超伝導機器等の被冷却装置に供給する用途で好適に用いられる。【０００４】
ところで、常温環境下で組み立てられたりメンテナンスされたりしたベローズポンプを低温液体の供給に用いるべく稼働させる場合、まずポンプ装置の構成部材を常温から低温液体の温度まで冷却する工程が必要になる。構成部材の温度が高いとベローズ室内で低温液体が蒸発し、気液混合状態となり、ポンプが適切に作動しないからである。ポンプ装置を冷却する方法としては、ポンプ装置に低温液体を流し込んで構成部材と低温液体との間で熱交換を行わせ、徐々に構成部材の温度を下げていく方法がある。この方法では、ポンプ装置の底部から流入した低温液体は、まず下部のベローズポンプ室、次いで上部のベローズポンプ室、といったように徐々にポンプ装置内を満たしていき、低温液体の水位が上昇していく。しかしながら、この冷却方法でベローズポンプを稼働可能な温度まで冷却するためには長大な時間を要するという課題がある。【０００５】
その理由は、ポンプ装置内の低温液体の水位が低い状態では、ポンプ構成部材と低温液体との接液面積が小さいため、冷却工程の初期では冷却効率が低い。また、ポンプ構成部材の温度が高い状態では、低温液体が蒸発してポンプ室内にガスが滞留し、低温液体の流入を阻害する。また、２つのベローズポンプ室が上下に並べられた構成のため、上のポンプ室を第１ポンプ室、下のポンプ室を第２ポンプ室とすると、ポンプ装置に流し込まれた液体が第２ポンプ室の排出口から流出してしまい、第２ポンプ室の排出口の高さより上に水位が上昇しにくい。そのため、第２ポンプ室の排出口より上に第１ポンプ室がある場合、第１ポンプ室の冷却に時間がかかる。また、ポンプ構成部材は高吐出圧を得るために高剛性の金属材料が用いられるが、熱伝導率の高い金属の表面に低温液体が接すると、低温液体が気化して生じたガスにより金属の表面が覆われる。この現象は膜沸騰と呼ばれる。この金属表面に形成されるガス層が断熱層として作用し、低温液体とポンプ構成部材との熱伝達を阻害する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１６／００６６４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、効率良く冷却することが可能な液体供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の液体供給システムは、
内部にポンプ室が備えられ、かつ液体の吸入口及び送出口が設けられている容器と、
前記送出口から排出される前記液体を外部へ導く送出管と、
前記吸入口から前記ポンプ室を通り、更に、前記ポンプ室から前記送出口に向けて鉛直方向下方に前記液体が流れる流路と、
前記流路内に配置される第１開口部と、前記第１開口部よりも前記流路内の下流側に設けられる第２開口部と、前記第１開口部と前記第２開口部とを接続するガス抜き管と、
を備え、
前記第１開口部よりも前記第２開口部が鉛直方向上方に配置されていることを特徴とする。【０００９】
本発明の液体供給システムは、ポンプ室から鉛直方向下方に液体が流れる流路を含むことになる。従って、鉛直方向下方に液体が溜まっていると、容器内にガスが生じた場合に、容器内のガスが排出されなくなる。例えば常温環境下にある液体供給システムを超低温液体の循環に用いるための稼働前の冷却工程において、冷却用にシステムに流し込んだ液体が容器内で蒸発することで、このような状況が生じる可能性がある。
本発明の液体供給システムによれば、このように容器内にガスが存在する場合、すなわちポンプ室を通る流路内にガスが存在する場合、ガス抜き管を通して流路内のガスを容器の外部に排出することができる。従って、容器内にガスが溜まることを抑制できる。容器内にガスが溜まっていると、低温液体を流し込んでシステムを冷却する場合に、低温液体を流し込みにくくなり、冷却工程に要する時間が長くなることがあるが、本発明によれば、容器内にガスが溜まることを抑制できるため、冷却工程に要する時間を短縮できる。従って、低温液体を流し込むことにより液体供給システムを効率良く冷却することができる。本発明によれば、常温環境下にある液体供給システムを冷却する工程に要する時間を短縮できるので、システムの設置作業やメンテナンス作業の工数増加を抑制できる。また、冷却工程における低温液体の消費量を抑制できる。【００１０】
前記第２開口部が前記送出管内に設けられているとよい。【００１１】
これにより、ポンプ室の上部に溜まるガスを送出管に排出することができ、送出管や液体が供給された先に設けられるガス抜き機構を共有することができ、システム全体として液体が外部に接触する箇所を少なくすることができるため、熱交換が起こり難く、低温液体の消費量を抑制できる。【００１２】
本発明は、ベローズポンプを備える液体供給システムに適用できる。すなわち、
前記容器内において、鉛直方向に往復移動する軸部材と、
鉛直方向に並べて配置され、かつ前記軸部材の往復移動に伴って伸縮する第１ベローズ及び第２ベローズと、
を有し、前記ポンプ室は、
前記第１ベローズの外周面を囲む空間により形成される第１ポンプ室と、
前記第２ベローズの外周面を囲む空間により形成される第２ポンプ室と、
からなり、前記流路は、
前記吸入口から前記第１ポンプ室を通り前記送出口に向けて液体が流れる第１流路と、
前記吸入口から前記第２ポンプ室を通り前記送出口に向けて液体が流れる第２流路と、
を含み、
前記ガス抜き管は、前記第１流路及び前記第２流路のうち少なくとも一方に設けられている構成としてもよい。【００１３】
この液体供給システムでは、鉛直上方にあるポンプ室にガスが溜まりやすい。上記構成によれば、第１流路及び第２流路の少なくとも一方にガス抜き管が設けられるので、上方にあるポンプ室を通る流路に溜まったガスを容易に外部に排出することができる。この液体供給システムによれば、低温液体を第１ポンプ室及び第２ポンプ室に流し込むことにより各ポンプ室を効率良く冷却することができる。【００１４】
前記第１ポンプ室は前記第２ポンプ室より鉛直方向上方に設けられ、
前記第１開口部は、前記第１ポンプ室の出口より鉛直方向上方に設けられる構成としてもよい。【００１５】
この液体供給システムでは、鉛直方向上方にある第１ポンプ室の出口の近傍の領域に、ガスが溜まりやすい。上記構成によれば、この第１ポンプ室の出口より鉛直方向上方にガス抜き管の第１開口部が設けられるので、容器内のガスを容易に排出することができる。【００１６】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の液体供給システムは、効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】図２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。
【図３】図２は本発明の実施例に係る液体供給システムの模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（実施例）
図１〜図３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。本実施例に係る液体供給システムは、例えば、超電導機器を超低温状態に維持させるために好適に用いることができる。すなわち、超電導機器においては、超電導コイルなどを常時冷却させる必要がある。そこで、超電導コイルなどが備えられた被冷却装置に超低温の液体（液体窒素や液体ヘリウム）を常時供給することで、被冷却装置は常時冷却される。より具体的には、被冷却装置を通る循環流路を設け、かつ、この循環流路中に本実施例に係る液体供給システムを取り付けることにより、超低温の液体を循環させて、被冷却装置を常時冷却させることが可能となる。
【００２１】
＜液体供給システムの全体構成＞
図１、図２は本発明の実施例に係る液体供給システム全体の概略構成図であり、液体供給システム全体の概略構成を断面的に示した図である。なお、図１、図２は、液体供給システムをその中心軸線を含む面で切断した断面による概略構成を示しているが、説明の便宜上、円筒形状の液体供給システムの周方向の異なる位相における断面を１枚の図面で表している。具体的には、図１、図２の中心軸線より左側には、ガス抜き管が明確になる位相（図３のＢＢで示す位相）における断面を示し、図１の中心軸線より右側には、第２ポンプ室を通る第２流路が明確になる位相（図３のＤＤで示す位相）における断面を示し、図２の中心軸線より右側には、第１ポンプ室を通る第１流路が明確になる位相（図３のＣＣで示す位相）における断面を示している。
【００２２】
本実施例に係る液体供給システム１０は、液体供給システム本体（以下、システム本体１００と称する）と、システム本体１００が内部に設置される真空容器２００と、配管（吸入管３１０及び送出管３２０）とを備えている。吸入管３１０及び送出管３２０は、いずれも真空容器２００の外部から真空容器２００の内部に入り込み、システム本体１００に接続されている。真空容器２００の内部は密閉されており、真空容器２００の内部のうち、システム本体１００，吸入管３１０及び送出管３２０の外側の空間は真空状態が維持されている。これにより、この空間は断熱機能を備えている。液体供給システム１０は、通常、水平面上に設置される。液体供給システム１０が設置された状態において、図１、図２における上方が鉛直方向上方となり、図１、図２における下方が鉛直方向下方となる。
【００２３】
システム本体１００は、駆動源となるリニアアクチュエータ１１０と、リニアアクチュエータ１１０により鉛直方向に往復移動する軸部材１２０と、容器１３０とを備えている。なお、リニアアクチュエータ１１０は任意の箇所に固定され、固定される箇所は容器１３０でもよいし、他の図示しない箇所でもよい。容器１３０は、ケース部１３１を備えている。軸部材１２０は、容器１３０の外部から、ケース部１３１の天井部に設けられた開口部１３１ａを介して容器内部に入り込むように設置されている。また、ケース部１３１の底部には、流体の吸入口１３１ｂ及び送出口１３１ｃが設けられている。上記の吸入管３１０は吸入口１３１ｂが設けられた位置に接続され、送出管３２０は、送出口１３１ｃが設けられた位置に接続されている。
【００２４】
ケース部１３１の内部においては、複数の部材が備えられており、これら複数の部材により区画された複数の空間によって、複数のポンプ室と、液体の流路と、断熱用の真空室が形成されている。以下、このケース部１３１の内部の構成について、より詳細に説明する。
【００２５】
軸部材１２０は、内部に中空部を有する軸本体部１２１と、軸本体部１２１の外周面側を囲むように設けられる円筒部１２２と、軸本体部１２１と円筒部１２２を連結する連結部１２３とを有している。また、円筒部１２２の上端には上端側外向きフランジ部１２２ａが設けられ、円筒部１２２の下端には下端側外向きフランジ部１２２ｂが設けられている。
【００２６】
ケース部１３１は、略円筒状の胴体部１３１Ｘと、底板部１３１Ｙとを備えている。また、胴体部１３１Ｘには、高さ方向の中央付近に設けられる第１内向きフランジ部１３１Ｘａと、上方に設けられる第２内向きフランジ部１３１Ｘｂとが設けられている。
【００２７】
胴体部１３１Ｘの内部には、第１内向きフランジ部１３１Ｘａよりも下方に備えられ、軸方向に延びる第１流路１３１Ｘｃが、周方向に間隔を空けて複数形成されている。第１流路１３１Ｘｃは、流路１３１ｄと第１ポンプ室Ｐ１の入口４０１とを接続する。
また、胴体部１３１Ｘの内部には、第１内向きフランジ部１３１Ｘａよりも上方に備えられ、軸方向に延びる第３流路１３１Ｘｇが、周方向に間隔を空けて複数形成されている。第３流路１３１Ｘｇは、第２ポンプ室Ｐ２の出口４０４に接続する。
また、胴体部１３１Ｘの内部には、第１流路１３１Ｘｃが設けられている領域よりも更に径方向外側において、軸方向に伸びる円筒状の空間で構成された第２流路１３１Ｘｄも設けられている。第２流路１３１Ｘｄは第１ポンプ室Ｐ１の出口４０２に接続し、第１ポンプ室Ｐ１の出口４０２の高さまで伸びる。
また、ケース部１３１の底部には、径方向外側に向かって伸び、第１流路１３１Ｘｃに繋がる流路１３１ｄが円周状に一様に形成されている。
更に、ケース部１３１における底板部１３１Ｙには、径方向外側に向かって伸びる流路１３１ｅが円周状に一様に形成されている。流路１３１ｅは、第２ポンプ室Ｐ２の入口４０３に接続する。
つまり、これらの流路１３１ｄ及び流路１３１ｅは、中心軸線側から径方向外側に向かって、放射状に３６０°全ての方向に液体が流れ得るように構成されている。第１ポンプ室Ｐ１を通る流路は、流路１３１ｄと、第１流路１３１Ｘｃと、第２流路１３１Ｘｄと、からなる。第２ポンプ室Ｐ２を通る流路は、流路１３１ｅと、第３流路１３１Ｘｇと、第２流路１３１Ｘｄと、からなる。
【００２８】
また、容器１３０の内部には、軸部材１２０の往復移動に伴って伸縮する第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１４２が設けられている。これらの第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１４２は、鉛直方向に並べて配置されている。第１ベローズ１４１の上端側は軸部材１２０における円筒部１２２の上端側外向きフランジ部１２２ａに固定されており、第１ベローズ１４１の下端側はケース部１３１の第１内向きフランジ部１３１Ｘａに固定されている。また、第２ベローズ１４２の上端側はケース部１３１の第１内向きフランジ部１３１Ｘａに固定されており、第２ベローズ１４２の下端側は軸部材１２０における円筒部１２２の下端側外向きフランジ部１２２ｂに固定されている。そして、第１ベローズ１４１の外周面を囲む空間により第１ポンプ室Ｐ１が形成されており、第２ベローズ１４２の外周面を囲む空間により第２ポンプ室Ｐ２が形成されている。
【００２９】
また、容器１３０の内部には、軸部材１２０の往復移動に伴って伸縮する第３ベローズ１５１及び第４ベローズ１５２も設けられている。第３ベローズ１５１の上端側はケース部１３１の天井部に固定されており、第３ベローズ１５１の下端側は軸部材１２０に固定されている。これにより、ケース部１３１に設けられた開口部１３１ａが塞がれている。第４ベローズ１５２の上端側はケース部１３１に設けられた第２内向きフランジ部１３１Ｘｂに固定されており、第４ベローズ１５２の下端側は軸部材１２０における連結部１２３に固定されている。そして、軸部材１２０の軸本体部１２１の内部の中空部により形成される第１空間Ｋ１と、第３ベローズ１５１の外周面側及び第４ベローズ１５２の内周面側などにより形成される第２空間Ｋ２と、第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１４２の内周面側と円筒部１２２の外周面側により形成される第３空間Ｋ３は繋がっている。これら第１空間Ｋ１と第２空間Ｋ２と第３空間Ｋ３により形成される空間は密閉されている。本実施例では、これらにより形成される密閉空間は真空状態が維持されており、断熱機能を備えている。
【００３０】
更に、容器１３０の内部には、４つの逆止弁１６０（取り付けられた位置に応じて、適宜、第１逆止弁１６０Ａ，第２逆止弁１６０Ｂ，第３逆止弁１６０Ｃ及び第４逆止弁１６０Ｄと称する）が設けられている。また、第１逆止弁１６０Ａと第２逆止弁１６０Ｂは、第１ポンプ室Ｐ１及び第２ポンプ室Ｐ２を介してリニアアクチュエータ１１０とは反対側（鉛直方向下方側）に配置されている。そして、第３逆止弁１６０Ｃと第４逆止弁１６０Ｄは、第１逆止弁１６０Ａと第２逆止弁１６０Ｂよりも鉛直方向上方側に配置されている。
【００３１】
また、第１逆止弁１６０Ａと第３逆止弁１６０Ｃは、第１ポンプ室Ｐ１を通る流路上に設けられている。これら第１逆止弁１６０Ａ及び第３逆止弁１６０Ｃは、第１ポンプ室Ｐ１によるポンプ作用によって流れる流体の逆流を止める役割を担っている。より具体的には、第１ポンプ室Ｐ１に対して、上流側に第１逆止弁１６０Ａが設けられ、下流側に第３逆止弁１６０Ｃが設けられている。更に具体的には、第１逆止弁１６０Ａは、ケース部１３１の底部に形成された流路１３１ｄ上に設けられている。また、第３逆止弁１６０Ｃは、ケース部１３１に設けられた第２内向きフランジ部１３１Ｘｂの付近に形成される流路上に設けられている。具体的には、第１ポンプ室Ｐ１の上部に設けられる。ポンプ室の上部とは、ポンプ室として機能する領域において鉛直方向中央から上側、或いは、第１ポンプ室Ｐ１に存在する気体を排出し第１ポンプ室Ｐ１を液体で満たすことができる位置である。
【００３２】
そして、第２逆止弁１６０Ｂと第４逆止弁１６０Ｄは、第２ポンプ室Ｐ２を通る流路上に設けられている。これら第２逆止弁１６０Ｂ及び第４逆止弁１６０Ｄは、第２ポンプ室Ｐ２によるポンプ作用によって流れる流体の逆流を止める役割を担っている。より具体的には、第２ポンプ室Ｐ２に対して、上流側に第２逆止弁１６０Ｂが設けられ、下流側に第４逆止弁１６０Ｄが設けられている。更に具体的には、第２逆止弁１６０Ｂは、ケース部１３１の底板部１３１Ｙに形成された流路１３１ｅ上に設けられている。また、第４逆止弁１６０Ｄは、ケース部１３１の第１内向きフランジ部１３１Ｘａの付近に形成された流路上に設けられている。具体的には、第２ポンプ室Ｐ２の上部に設けられる。ポンプ室の上部とは、ポンプ室として機能する領域において鉛直方向中央から上側、或いは、第２ポンプ室Ｐ２に存在する気体を排出し第２ポンプ室Ｐ２を液体で満たすことができる位置である。この第３流路１３１Ｘｇの出口は、第３逆止弁１６０Ｃから流体が流出する高さと同じ位置に設けられている。
【００３３】
＜液体供給システム全体の動作説明＞
液体供給システム全体の動作について説明する。リニアアクチュエータ１１０によって、軸部材１２０が下降する際においては、第１ベローズ１４１は縮み、第２ベローズ１４２は伸びる。このとき、第１ポンプ室Ｐ１の液体圧力は低くなるため、第１逆止弁１６０Ａは弁が開き、第３逆止弁１６０Ｃは弁が閉じた状態となる。これにより、液体供給システム１０の外部から吸入管３１０により送られる液体（矢印Ｓ１０参照）は、吸入口１３１ｂから容器１３０内に吸入されて、第１逆止弁１６０Ａを通り抜けていく（矢印Ｓ１１参照）。そして、第１逆止弁１６０Ａを通り抜けた液体は、ケース部１３１における胴体部１３１Ｘの内部の第１流路１３１Ｘｃを通り、第１ポンプ室Ｐ１へと送られる。また、第２ポンプ室Ｐ２の液体圧力は高くなるため、第２逆止弁１６０Ｂは弁が閉じ、第４逆止弁１６０Ｄは弁が開いた状態となる。これにより、第２ポンプ室Ｐ２内の液体は、第４逆止弁１６０Ｄを通り抜けて（矢印Ｔ１２参照）、第３流路１３１Ｘｇ、第２流路１３１Ｘｄへと送られる。その後、液体は、送出口１３１ｃを通り、送出管３２０により液体供給システム１０の外部へと送出される。
【００３４】
そして、リニアアクチュエータ１１０によって、軸部材１２０が上昇する際においては、第１ベローズ１４１は伸び、第２ベローズ１４２は縮む。このとき、第１ポンプ室Ｐ１の液体圧力は高くなるため、第１逆止弁１６０Ａは弁が閉じ、第３逆止弁１６０Ｃは弁が開いた状態となる。これにより、第１ポンプ室Ｐ１内の液体は、第３逆止弁１６０Ｃを通り抜けて（矢印Ｔ１１参照）、胴体部１３１Ｘの内部の第２流路１３１Ｘｄへと送られる。その後、液体は、送出口１３１ｃを通り、送出管３２０により液体供給システム１０の外部へと送出される。また、第２ポンプ室Ｐ２の液体圧力は低くなるため、第２逆止弁１６０Ｂは弁が開き、第４逆止弁１６０Ｄは弁が閉じた状態となる。これにより、液体供給システム１０の外部から吸入管３１０により送られる液体（矢印Ｓ１０参照）は、吸入口１３１ｂから容器１３０内に吸入されて、第２逆止弁１６０Ｂを通り抜けていく（矢印Ｓ１２参照）。そして、第２逆止弁１６０Ｂを通り抜けた液体は、第２ポンプ室Ｐ２へと送られる。
【００３５】
以上のように、本実施例に係る液体供給システム１０においては、軸部材１２０が下降する際及び上昇する際のいずれにおいても、吸入管３１０側から送出管３２０側に液体を流すことができる。従って、いわゆる脈動を抑制することができる。
【００３６】
ここで、吸入口１３１ｂから第１ポンプ室Ｐ１を通り送出口１３１ｃに向けて超低温液体が流れる流路を第１流路と称し、吸入口１３１ｂから第２ポンプ室Ｐ２を通り送出口１３１ｃに向けて超低温液体が流れる流路を第２流路と称する。第１流路は、上記の説明から明らかなように、吸入口１３１ｂから進入した超低温流体が、矢印Ｓ１１方向に流れた後に、矢印Ｔ１１方向に流れていき、送出口１３１ｃへと流れていく流路である。また、第２流路は、吸入口１３１ｂから進入した超低温流体が、矢印Ｓ１２方向に流れた後に、矢印Ｔ１２方向及び矢印Ｔ１３方向へと流れていき、送出口１３１ｃへと流れていく流路である。
【００３７】
本実施例においては、第１流路において鉛直方向上方から下方に転じる位置の高さ（矢印Ｔ１１参照）と、第２流路において鉛直方向上方から下方に転じる位置の高さ（矢印Ｔ１３参照）が同一となるように構成されている。
【００３８】
液体供給システム１０が駆動している場合における流体の流れをまとめると次の通りである。軸部材１２０が下降する際においては、第１流路のうち第１ポンプ室Ｐ１よりも上流側では流体が流れ、下流側は流体が流れない。また、第２流路のうち第２ポンプ室Ｐ２よりも下流側では流体が流れ、上流側は流体が流れない。これに対して、軸部材１２０が上昇する際においては、第１流路のうち第１ポンプ室Ｐ１よりも下流側では流体が流れ、上流側は流体が流れない。また、第２流路のうち第２ポンプ室Ｐ２よりも上流側では流体が流れ、下流側は流体が流れない。
【００３９】
＜ガス抜き管＞
図１〜図３を参照して、本実施例に係る液体供給システムに備えられたガス抜き管について説明する。図３は、図１、図２のＡＡ断面を模式的に示す図である。
【００４０】
図３に示すように、第２ポンプ室Ｐ２の径方向外側には、周方向に等間隔を空けて、ガス抜き管６０２と、第２ポンプ室Ｐ２の出口４０４に接続される第３流路１３１Ｘｇと、第１ポンプ室Ｐ１の入口４０１に接続される第１流路１３１Ｘｃと、部材同士の締結に用いられるボルト６０３とが配置されている。
ガス抜き管６０２は、図１、図２に示すように、第１ポンプ室Ｐ１の出口４０２に設けられる逆止弁１６０Ｃの近傍の空間に第１開口部６０１を有し、容器１３０内を鉛直方向上方から下方へ延び、送出口１３１ｃに至る。更に、ガス抜き管６０２は、送出口１３１ｃを通り、送出管３２０の内部に設けられ、図１に示すように、第１開口部６０１より高い位置にある第２開口部６０４まで延びる。これにより、第１ポンプ室Ｐ１を通る流路内の出口近傍にあるガスは、ガス抜き管６０２を通して、外部の第１開口部６０１より高い位置まで排出される。ガス抜き管６０２は、液体供給システム１０の外部において、ガス排出機構に接続されるとよい。これにより、効率的に容器１３０内のガスを排出することができる。
【００４１】
＜液体供給システムの冷却＞
本実施例に係る液体供給システム１０を、液体窒素や液体ヘリウム等の超低温液体の循環に使用する場合、常温環境下にある液体供給システム１０を、稼働前に作動液体である低温液体と同程度の温度まで冷却する必要がある。本実施例では、システム稼働時に流通させる低温液体と同じ液体をシステム冷却用に用いる。なお、システム冷却用の液体と、システム稼働時に流通させる液体とは異なるものであってもよい。
【００４２】
システム冷却は、吸入管３１０から低温液体を流し込み、液体供給システム１０の構成部材であるケース部１３１等と低温液体との間で熱交換を行わせ、徐々に構成部材の温度を下げていくことで行う。本実施例では、容器１００の底部に吸入口１３１ｂ及び送出口１３１ｃが設けられているため、冷却工程において流し込まれた低温液体は、まず第２ポンプ室Ｐ２、次いで第１ポンプ室Ｐ１の順に徐々にシステム内を満たしていき、低温液体の水位が上昇していく。水位の上昇に伴い、冷却用の低温液体と熱交換する構成部材が増加していき、システムの下部から上部へと冷却が進んでいく。
【００４３】
＜本実施例に係る液体供給システムの優れた点＞
本実施例の液体供給システム１０において、上記のように低温液体の循環に用いるための稼働前冷却を行う場合、冷却工程の初期段階では、容器内で低温液体が蒸発し、生じたガスが容器内の上部に滞留し、気液混合状態となる。本実施例の場合、第１ポンプ室Ｐ１の出口４０２近傍の空間からガスが溜まっていき、ガスの量が増加すると第１ポンプ室Ｐ１や第２ポンプ室Ｐ２もガスが溜まる可能性がある。そうすると、吸入管３１０から低温液体を流し込んでシステムを冷却しようとしても、ガスの存在により低温液体の流入が阻害され、容器内の低温液体の水位が上昇しにくくなる。低温液体を流し込むことによるシステム冷却は、システム構成部材と低温液体とが接触して熱交換することにより行われるので、水位の上昇が阻害されると冷却は効率的に行われない。
【００４４】
本実施例の液体供給システム１０によれば、ガス抜き管６０２を通して、容器内に溜まったガスを外部に排出することができる。従って、冷却工程の初期段階で容器の上部にガスが溜まることを抑制でき、冷却用の低温液体の容器内への流入が阻害されにくくなる。そのため、低温液体の容器内での水位の上昇が阻害されにくくなり、低温液体とシステム構成部材との熱効交換がより効率良く行われる。従って、低温液体を流し込むことによるシステム冷却を効率良く行うことができる。よって、常温環境下にある液体供給システムを稼働のために冷却するための工程に要する時間を短縮でき、システムの設置作業やメンテナンス作業の工数増加を抑制できる。また、冷却工程における低温液体の消費量を抑制できる。
【００４５】
（その他）
本実施例では、ガス抜き管６０２の第１開口部６０１が、第１ポンプ室Ｐ１の出口４０２の近傍の空間に設けられる例を説明したが、ガス抜き管の開口部は液体供給システムの構成に応じて適宜設定される。ガス抜き管の開口部は、ポンプ室を通る流路内で、鉛直方向で最も高い位置又はその近傍の位置に開口するのが望ましい。このような構成とすることで、容器内の水位が上昇した場合でも、容器内の上部に残るガスを確実に排出することができ、また容器内の液体がガス抜き管に流れ込んでしまうことを抑制できる。また、ガス抜き管は排出管３２０の内部に配置されるため、ガス抜き管に流入したガスがガス抜き管内部で液化しないように、ガス抜き管の内部が排出管３２０を流通する液体の温度の影響を受けにくい断熱構造とするのが好ましい。また、本発明は、ポンプ室出口から下流側において流路が鉛直方向下方に延び、更に下流側において鉛直方向上方に延びる形状になっている構成の液体供給システムに適用して上述した効果を奏する。本実施例では、ポンプ室出口から下方に延び、再び上方に延びる形状の流路の一例として、容器の底部に設けられる液体の送出口１３１ｃに接続される排出管３２０を例示し、排出管の内部にガス抜き管が設けられる例を示した。しかし、ポンプ室出口から下方に延び、再び上方に延びる形状の流路は、この例に限らない。例えば、容器内部において流路がＵ字形状に折り返される構成を有する液体供給システムにも、本発明を適用することができる。
【００４６】
本実施例では、ベローズの外周面を囲むポンプ室が２つ鉛直方向上下（ベローズ伸縮方向）に直列に配置されたベローズポンプを有する液体供給システムに本発明を適用した例を説明したが、本発明が適用可能な液体供給システムはこれに限定されない。本発明は液体を吸入して送出するポンプ一般に適用でき、ポンプ室が備えられた容器の底面から液体が排出され、底面より高い位置まで導かれる構造の液体供給システムに適用して好適な効果が得られる。このような構造の液体供給システムでは、Ｕ字形状の配管を用いて液体が容器の外部へ排出されるため、容器内部にガスが溜まると外部に排出されにくい。本発明を適用することにより、容器内部に溜まったガスを容易に外部に排出することができる。
【００４７】
本実施例においては、真空容器２００の内部のうち、システム本体１００，吸入管３１０及び送出管３２０の外側を真空状態にして断熱機能を備えさせる構成を採用している。また、本実施例においては、第１空間Ｋ１と第２空間Ｋ２と第３空間Ｋ３により形成される密閉空間を真空状態にして断熱機能を備えさせる構成を採用している。しかしながら、これらの空間にも超低温液体を流すことで、循環流路を流れる液体の温度を低温に維持させることも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  液体供給システム
１００  システム本体
１１０  リニアアクチュエータ
１２０  軸部材
１２１  軸本体部
１２２  円筒部
１２２ａ  上端側外向きフランジ部
１２２ｂ  下端側外向きフランジ部
１２３  連結部
１３０  容器
１３１  ケース部
１３１ａ  開口部
１３１ｂ  吸入口
１３１ｃ  送出口
１３１ｄ  流路
１３１ｅ  流路
１３１Ｘ  胴体部
１３１Ｘａ  第１内向きフランジ部
１３１Ｘｂ  第２内向きフランジ部
１３１Ｘｃ  第１流路
１３１Ｘｄ  第２流路
１３１Ｘｇ  第３流路
１３１Ｙ  底板部
１４１  第１ベローズ
１４２  第２ベローズ
１５１  第３ベローズ
１５２  第４ベローズ
１６０  逆止弁
１６０Ａ  第１逆止弁
１６０Ｂ  第２逆止弁
１６０Ｃ  第３逆止弁
１６０Ｄ  第４逆止弁
２００  真空容器
３１０  吸入管
３２０  送出管
４０１  第１ポンプ室入口
４０２  第１ポンプ室出口
４０３  第２ポンプ室入口
４０４  第２ポンプ室出口
６０１  第１開口部
６０２  ガス抜き管
６０３  ボルト
６０４  第２開口部
Ｐ１  第１ポンプ室
Ｐ２  第２ポンプ室
【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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