CH706385B1

CH706385B1 - Système de refroidissement d'un câble supraconducteur.

Info

Publication number: CH706385B1
Application number: CH01452/13A
Authority: CH
Inventors: Keiichi Yamamoto
Original assignee: Maekawa Seisakusho Kk
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-05-15
Also published as: JP5665963B2; WO2012114507A1; US9218899B2; JPWO2012114507A1; CN103262179A; US20130333912A1; BR112013013916A2; BR112013013916B1; CN103262179B

Abstract

La présente invention concerne un système de refroidissement de câble supraconducteur qui pompe un agent de refroidissement pour refroidir un câble supraconducteur (1) vers une section d’échange thermique (17) en utilisant une pompe de circulation (5), et refroidit l’agent de refroidissement par un réfrigérateur (6). De manière spécifique, le système de refroidissement de câble supraconducteur comprend une unité d’échange thermique (14) ayant un espace de refroidissement (15) chargé d’un gaz liquéfié, un capteur de débit (8) qui détecte le débit de l’agent de refroidissement, un capteur de température (7) qui détecte la température du gaz liquéfié chargé dans l’unité d’échange thermique, et une section de commande (50) qui commande le réfrigérateur sur la base des valeurs détectées du capteur de débit et du capteur de température de telle sorte que la température du gaz liquéfié chargé dans l’unité d’échange thermique a une valeur spécifique.

Description

Description Domaine technique

[0001 ] La présente invention concerne le domaine technique d’un système de refroidissement de câble supraconducteur pour refroidir un câble supraconducteur, utilisé dans la transmission et la distribution d’une énergie électrique, à une température cryogénique.

Arrière-plan technologique

[0002] Il existe un câble supraconducteur pour la transmission et la distribution d’énergie électrique, qui utilise, en tant que matériau, un supraconducteur ayant une valeur de résistance électrique sensiblement égale à zéro à une température cryogénique. Afin de garantir un excellent rendement de transmission d’énergie du câble supraconducteur, il est nécessaire de maintenir de manière stable le câble supraconducteur dans un état cryogénique, et l’étude et le développement d’un système de refroidissement ayant une telle capacité de refroidissement sont encouragés. Il est à noter que, en général, un supraconducteur à haute température est utilisé comme matériau du câble supraconducteur, et de l’azote liquide est utilisée comme agent de refroidissement pour le refroidissement.

[0003] Ici, en référence à la fig. 10, la structure d’un système de refroidissement de câble supraconducteur habituel 100 (ci-après appelé «système de refroidissement 100» de façon appropriée) sera brièvement décrite. La fig. 10 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure entière du système de refroidissement de câble supraconducteur habituel 100.

[0004] Le système de refroidissement 100 comprend un câble supraconducteur 1 formé du supraconducteur à haute température en tant que cible de refroidissement, et utilise l’azote liquide en tant qu’agent de refroidissement pour refroidir le câble supraconducteur 1. L’agent de refroidissement ayant refroidi le câble supraconducteur 1 est stocké temporairement dans un réservoir de stockage 2. Dans le réservoir de stockage 2, l’agent de refroidissement est mis sous pression à une valeur de pression déterminée par un dispositif de mise sous pression 3, et est stocké. Une commande du dispositif 3 de mise sous pression qui n’est pas représentée obtient la valeur de pression détectée par un capteur de pression 4 agencé dans le réservoir 2 et par rétroaction commande le dispositif de mise sous pression 3 de telle sorte que la valeur de la pression acquise ait une valeur spécifique et la valeur de pression spécifique soit ainsi maintenue.

[0005] Une pompe de circulation 5 est agencée du côté aval du réservoir de stockage 2, et l’agent de refroidissement stocké dans le réservoir de stockage 2 est pompé dans un réfrigérateur 6 par l’entraînement de la pompe de circulation 5, et est refroidi. Le réfrigérateur 6 est un réfrigérateur GM ou un réfrigérateur Stirling. L’agent de refroidissement refroidi par le réfrigérateur 6 est fourni à nouveau au câble supraconducteur et utilisé pour le refroidissement dans un état supraconducteur. Un capteur de température 7 et un capteur de débit 8 pour détecter la température et le débit de l’agent de refroidissement sont agencés du côté aval du réfrigérateur 6, et le réfrigérateur 6 est commandé par rétroaction de telle sorte que la température de l’agent de refroidissement a une valeur spécifique par refroidissement sur la base des valeurs détectées de celle-ci.

[0006] Ainsi, dans l’exemple représenté sur la fig. 10, un cycle de circulation dans lequel l’agent de refroidissement ayant une température augmentée par refroidissement du câble supraconducteur 1 est refroidi par l’intermédiaire d’un trajet de circulation 9 comprenant le réservoir de stockage 2, la pompe de circulation 5, et le réfrigérateur 6, puis amené au câble supraconducteur 1 , est répété à nouveau. Le document de brevet N°1 est un exemple de système de refroidissement qui utilise un procédé consistant à refroidir l’agent de refroidissement et délivrer l’agent de refroidissement au câble supraconducteur 1 dans le cycle de circulation ci-dessus.

[0007] Document de brevet 1 : Demande de brevet japonais mise à l’inspection publique n° 2006-12 654

[0008] Dans le système de refroidissement dans lequel l’agent de refroidissement est refroidi et amené au câble supraconducteur 1 dans le cycle de circulation ci-dessus, il est nécessaire de commander la température de l’agent de refroidissement à une entrée d’alimentation en agent de refroidissement du câble supraconducteur 1 (le côté aval du capteur de débit 8 de la fig. 10) de telle sorte que la température de celui-ci a une valeur constante afin de maintenir la température de refroidissement du câble supraconducteur 1 à une valeur constante. Il y a grossièrement les trois pertes de chaleur suivantes qui se produisent lorsque le câble supraconducteur 1 est refroidi. Ce sont: (i) une perte provoquée par la quantité de chaleur entrant de l’extérieur du câble supraconducteur 1 , (ii) une perte provoquée par une perte de courant alternatif se produisant quand un courant alternatif (ou une tension) est envoyé à travers le câble supraconducteur 1 et (iii) une perte survenant dans la pompe de circulation 5, qui fait circuler l’agent de refroidissement. En particulier, la perte de chaleur par (ii) a tendance à changer en réponse à une variation de la charge du câble supraconducteur 1 lors d’une transmission d’énergie électrique.

[0009] Dans l’exemple ci-dessus, l’opération de commande est réalisée en commandant par rétroaction la température de l’agent de refroidissement sur la base des valeurs détectées par le capteur de température 7 et le capteur de débit 8. Une telle opération de commande est utile dans un système statique, dans lequel la perte de chaleur est constante dans le temps. Cependant, il y a des cas où la perte de chaleur se produisant dans le câble supraconducteur 1 fluctue

2 avec le temps, comme décrit ci-dessus et, dans ces cas, il y a un problème du fait qu’il devient difficile de commander la température de l’agent de refroidissement.

[0010] En outre, dans l’exemple ci-dessus, le réfrigérateur GM ou le réfrigérateur Stirling est utilisé comme réfrigérateur 6. En conséquence, la commande de la température de l’agent de refroidissement est réalisée en commandant un fonctionnement par intermittence du réfrigérateur GM ou un cycle de fonctionnement du réfrigérateur Stirling. Dans le cas où un réfrigérateur 6 de ce type est utilisé, afin de commander le réfrigérateur 6, il est nécessaire de mesurer des paramètres de commande tels que la température et le débit en un point de mesure spécifique dans le trajet de circulation 9, et de commander par rétroaction le réfrigérateur 6. Toutefois, lorsqu’on considère l’aspect pratique du câble supraconducteur, l’échelle du câble supraconducteur est grande du fait que sa longueur atteint plusieurs kilomètres, et par conséquent, il n’est pas facile de choisir la position optimale du point de mesure. En particulier, alors que la longueur du câble supraconducteur 1 est de l’ordre de plusieurs kilomètres, la vitesse réelle attendue de l’écoulement de l’agent de refroidissement est supposée être de l’ordre de quelques dizaines de cm/s. Par conséquent, une période de temps requise pour que l’agent de refroidissement fasse le circuit du trajet de circulation 9 atteint plusieurs heures, et une constante de temps de la circulation de l’agent de refroidissement est extrêmement augmentée. D’autre part, la constante de temps liée au fonctionnement du réfrigérateur 6 qui effectue la commande de la température de l’agent de refroidissement (par exemple, la fréquence d’horloge d’un dispositif de commande ou analogue) est extrêmement faible, et est significativement différente de la constante de temps de circulation de l’agent de refroidissement. Par conséquent, dans l’exemple ci-dessus, dans un système dynamique comme dans le cas où la perte de chaleur dans le câble supraconducteur 1 fluctue avec le temps, il y a un problème du fait qu’il n’est pas facile de commander la température d’entrée de l’agent de refroidissement de telle sorte que la température d’entrée de celui-ci ait une valeur constante.

Description de l’invention

[0011 ] La présente invention a été réalisée en vue du problème ci-dessus, et un but de celle-ci consiste à fournir un système de refroidissement de câble supraconducteur capable de fournir au câble supraconducteur un agent de refroidissement ayant une température stable.

[0012] Afin de résoudre le problème ci-dessus, le système de refroidissement de câble supraconducteur selon la présente invention est un système de refroidissement de câble supraconducteur, qui forme un trajet de circulation en pompant un agent de refroidissement utilisé pour le refroidissement d’un câble supraconducteur vers une section d’échange de chaleur en utilisant une pompe de circulation, et en refroidissant l’agent de refroidissement par un réfrigérateur, puis en envoyant l’agent de refroidissement au câble supraconducteur, refroidissant ainsi le câble supraconducteur, ce système de refroidissement de câble supraconducteur comprenant: une unité d’échange thermique qui a un espace de refroidissement chargé d’un gaz liquéfié pour amener la section d’échange thermique et le réfrigérateur à effectuer un échange thermique; une unité de détection de débit qui détecte un débit de l’agent de refroidissement dans le trajet de circulation, une unité de détection de température qui détecte une température du gaz liquéfié chargé dans l’unité d’échange thermique, et une section de commande qui commande le réfrigérateur sur la base du débit détecté par l’unité de détection de débit et de la température détectée par l’unité de détection de température de telle sorte que la température du gaz liquéfié chargé dans l’unité d’échange thermique ait une valeur spécifique.

[0013] Selon la présente invention, l’agent de refroidissement qui est utilisé pour refroidir le câble supraconducteur et a une température accrue par l’utilisation est refroidi en étant pompé jusqu’à la section d’échange thermique agencée sur le trajet de circulation par la pompe de circulation et en étant soumis à un échange thermique avec le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement de l’unité d’échange thermique. A ce stade, la quantité de chaleur provenant du câble supraconducteur reçue par l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation est accumulée dans le gaz liquéfié, et une charge thermique accumulée dans le gaz liquéfié est éliminée par le réfrigérateur. Autrement dit, dans la présente invention, il est possible d’amener le gaz liquéfié à agir comme un tampon thermique en accumulant temporairement la charge thermique provenant du câble supraconducteur dans le gaz liquéfié. Grâce à cela, le réfrigérateur commande la température du gaz liquéfié de telle sorte que la température de celui-ci a une valeur spécifique, et il est donc possible de commander la température de l’agent de refroidissement de telle sorte que la température de celui-ci peut être maintenue de façon stable, même dans un cas où la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur varie avec le temps.

[0014] De préférence, le réfrigérateur est un réfrigérateur à cycle de Brayton ayant une section d’échange thermique à cycle de Brayton disposée dans l’espace de refroidissement. Le réfrigérateur à cycle de Brayton est un réfrigérateur qui effectue un refroidissement à l’aide d’un compresseur et d’un détendeur, et a la section d’échange thermique à cycle de Brayton comme section d’échange thermique. Dans le présent aspect, en disposant la section d’échange thermique à cycle de Brayton dans l’espace de refroidissement chargé avec le gaz liquéfié en association avec la section d’échange thermique agencée sur le trajet de circulation, il est possible d’effectuer un échange thermique en utilisant le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement en tant que milieu pour effectuer de ce fait le refroidissement du câble supraconducteur.

[0015] En outre, un réservoir de stockage, qui met sous pression l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation à une pression spécifique et stocke l’agent de refroidissement, peut être raccordé au trajet de circulation. Grâce à cela, même dans un cas où le volume ou la pression de l’agent de refroidissement change en réponse à la fluctuation

3 de la température de l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation, il est possible d’absorber la variation du volume ou de la pression en utilisant le réservoir.

[0016] Dans un aspect de la présente invention, dans un cas où plusieurs câbles supraconducteurs sont agencés, des trajets de circulation sont formés en correspondance avec les câbles supraconducteurs individuels, et des sections d’échange thermique situées dans les trajets de circulation individuels sont disposées dans l’espace de refroidissement unique. Selon cet aspect, les sections d’échange thermique agencées dans les trajets de circulation individuels sont disposées dans l’unité d’échange thermique unique ayant l’espace de refroidissement chargé avec le gaz liquéfié. En conséquence, la section de commande peut commander de manière stable la température de l’agent de refroidissement circulant dans les plusieurs trajets de circulation par commande seulement de la température du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement de l’unité d’échange thermique unique.

[0017] En particulier, dans un cas où les plusieurs câbles supraconducteurs sont connectés en série, les sections d’échange thermique incluses dans les trajets de circulation formés en correspondance avec les câbles supraconducteurs adjacents parmi les plusieurs câbles supraconducteurs sont disposées de préférence dans l’espace de refroidissement. Dans le cas où le câble supraconducteur est utilisé pour la transmission d’énergie à distance, il existe des cas où la transmission d’énergie à distance est réalisée en connectant plusieurs câbles supraconducteurs en série. Dans de tels cas, il est possible de fournir l’agent de refroidissement ayant la température stable aux plusieurs câbles supraconducteurs en formant le trajet de circulation pour chacun des plusieurs câbles supraconducteurs connectés en série et de disposer les sections d’échange thermique agencées dans les trajets de circulation correspondant aux câbles supraconducteurs adjacents dans l’espace de refroidissement unique.

[0018] Comme autre aspect de la présente invention, le système de refroidissement de câble supraconducteur peut comprendre en outre une unité de décompression qui décompresse le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement de l’unité d’échange thermique. Selon cet aspect, même dans un cas où le réfrigérateur est arrêté pour une cause telle que la vérification périodique ou la panne du réfrigérateur, il est possible de refroidir le gaz liquéfié par détente du gaz liquéfié à l’aide de l’unité de décompression. Autrement dit, il est possible d’amener l’unité de décompression à fonctionner comme une unité de sauvegarde lorsque le réfrigérateur est arrêté, et il est donc possible de construire un système de refroidissement ayant une plus grande fiabilité.

[0019] En outre, comme autre aspect de la présente invention, plusieurs sections d’échange thermique peuvent être agencées dans le trajet de circulation, et la pompe de circulation peut être agencée entre toute pluralité de sections d’échange thermique. Selon cet aspect, il est possible d’avoir une grande différence de température de l’agent de refroidissement entre la sortie et l’entrée du câble supraconducteur en disposant la pompe de circulation entre la pluralité de sections d’échange thermique, et il devient possible de réduire la taille de la pompe de circulation ou du réfrigérateur en réduisant le débit de l’agent de refroidissement.

[0020] Selon la présente invention, l’agent de refroidissement qui est utilisé pour refroidir le câble supraconducteur et a une température accrue par l’utilisation est refroidi par pompage vers la section d’échange thermique agencée sur le trajet de circulation par la pompe de circulation et en étant soumis à un échange thermique avec le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement de l’unité d’échange thermique. A ce stade, la quantité de chaleur provenant du câble supraconducteur reçue par l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation est accumulée dans le gaz liquéfié, et la charge thermique accumulée dans le gaz liquéfié est éliminée par le réfrigérateur. Autrement dit, dans la présente invention, il est possible d’amener le gaz liquéfié à agir comme tampon thermique en accumulant temporairement la charge thermique du câble supraconducteur dans le gaz liquéfié. Grâce à cela, le réfrigérateur commande la température du gaz liquéfié de sorte que sa température a la valeur spécifique, et il est donc possible de commander la température de l’agent de refroidissement de telle sorte que la température de celui-ci peut être maintenue de façon stable, même dans le cas où la quantité de la chaleur produite dans le câble supraconducteur fluctue au cours du temps.

Brève description des dessins [0021 ]

La fig. 1 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure entière d’un système de refroidissement de câble supraconducteur selon un premier mode de réalisation; la fig. 2 est un graphique représentant un exemple de changement avec le temps de la quantité de chaleur produite dans un câble supraconducteur dans le système de refroidissement de câble supraconducteur selon le premier mode de réalisation; la fig. 3 est un graphique représentant la variation de la température du câble supraconducteur dans un cas où la capacité de refroidissement d’un réfrigérateur est commandée en fonction d’une expression (5) dans le système de refroidissement de câble supraconducteur selon le premier mode de réalisation; la fig. 4 est un graphique représentant la chaleur produite reçue par un agent de refroidissement et la répartition de la température de l’agent de refroidissement au niveau de chaque partie d’un trajet de circulation du système de refroidissement du câble supraconducteur selon le premier mode de réalisation;

4 la fig. 5 est une vue structurelle schématique représentant la structure entière d’un système de refroidissement de câble supraconducteur selon un deuxième mode de réalisation; la fig. 6 est une vue structurelle schématique représentant la structure entière d’un système de refroidissement de câble supraconducteur selon un troisième mode de réalisation; la fig. 7 est une vue structurelle schématique représentant la structure entière d’un système de refroidissement de câble supraconducteur selon un quatrième mode de réalisation; la fig. 8 est une vue structurelle schématique représentant la structure entière d’un système de refroidissement de câble supraconducteur selon un cinquième mode de réalisation; la fig. 9 est un graphique représentant la chaleur produite reçue par l’agent de refroidissement et la répartition de la température de l’agent de refroidissement au niveau de chaque partie du trajet de circulation du système de refroidissement de câble supraconducteur selon le cinquième mode de réalisation, et la fig. 10 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure complète d’un système de refroidissement de câble supraconducteur habituel.

Meilleurs modes de réalisation de l’invention

[0022] Ci-dessous, des modes de réalisation préférés de la présente invention seront décrits en détail à titre d’illustration en référence aux dessins. Toutefois, la portée de la présente invention ne se limite pas seulement aux dimensions, aux matériaux, aux formes et aux agencements relatifs des parties constitutives décrites dans les modes de réalisation sauf indication contraire spécifique, et ils sont simplement des exemples illustratifs.

(Premier mode de réalisation)

[0023] La fig. 1 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure entière d’un système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon un premier mode de réalisation. Il est à noter que les composants qui sont les mêmes que ceux de la technique antérieure décrite en référence à la fig. 10 sont désignés par les mêmes références numériques et leur description détaillée sera omise de façon appropriée.

[0024] Le système de refroidissement 100 forme un trajet de circulation 9 par pompage d’un agent de refroidissement utilisé pour refroidir un câble supraconducteur 1 dans une section d’échange thermique 17 à l’aide d’une pompe de circulation 5, refroidissement de l’agent de refroidissement, et ensuite fourniture de l’agent de refroidissement au câble supraconducteur 1 à nouveau pour ainsi refroidir le câble supraconducteur 1. Le câble supraconducteur 1 est constitué d’un supraconducteur à haute température, et est refroidi par l’agent de refroidissement (azote liquide) circulant dans le trajet de circulation 9. Notez que, bien que l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 n’est pas représenté sur la fig. 1 , le trajet de circulation 9 est constitué de telle sorte que l’entrée de chaleur de l’extérieur peut être empêchée fondamentalement par la décompression de la zone entourant le trajet d’écoulement à l’exception du voisinage de la section d’échange thermique 17.

[0025] Du côté amont de la pompe de circulation 5, dans le trajet de circulation 9, un réservoir de stockage 2 pour mettre sous pression l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 à une valeur spécifique et pour stocker l’agent de refroidissement est raccordé. Le volume de l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 fluctue en réponse à la variation de température, et par conséquent le réservoir de stockage 2 met sous pression l’agent de refroidissement à la valeur spécifique en utilisant un dispositif de mise sous pression 3 et stocke l’agent de refroidissement, afin d’absorber la variation de volume et de rendre l’agent de refroidissement moins susceptible d’être vaporisé par une augmentation de la température. Avec ceci, l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 devient moins susceptible de vaporiser, et il est possible d’améliorer la capacité à surmonter un cas où la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 fluctue avec le temps.

[0026] L’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 est pompé vers la section d’échange thermique 17 par la pompe de circulation 5. La section d’échange thermique 17 est formée de manière à utiliser un matériau ayant une conductivité thermique élevée ou une structure ayant une conductivité thermique élevée, et est constituée pour pouvoir échanger thermiquement avec l’extérieur la quantité de chaleur reçue de l’agent de refroidissement s’écoulant dans celle-ci. Par exemple, le trajet de circulation 9 forme un trajet d’écoulement en forme de tuyau constitué d’un matériau ayant une conductivité thermique tel qu’un métal ou analogue, et est formé pour permettre à l’agent de refroidissement de circuler dans le trajet de circulation 9. Dans ce cas, la forme de celui-ci peut être conçue de manière appropriée en ayant une grande surface comme un radiateur sur la base des besoins. Bien que décrit plus loin en détail, l’espace à l’extérieur de la section d’échange thermique 17 est chargé d’un gaz liquéfié à basse température et l’agent de refroidissement circulant à l’intérieur de la section d’échange thermique 17 est refroidi par échange thermique avec le gaz liquéfié chargé dans l’espace à l’extérieur de la section d’échange thermique 17.

5 [0027] L’agent de refroidissement refroidi dans la section d’échange thermique 17 passe à travers un capteur de débit 8 agencé du côté aval, et ensuite est fourni au câble supraconducteur 1 de nouveau. Avec ceci, l’agent de refroidissement à basse température est fourni au câble supraconducteur 1 et l’état cryogénique est maintenu en permanence. Le capteur de débit 8 est une unité de détection de débit qui détecte le débit de l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9, et transmet la valeur de débit détectée à une section de commande 50.

[0028] La section d’échange thermique 17 est disposée dans une unité d’échange thermique 14 ayant un espace de refroidissement 15 chargé (rempli) avec le gaz liquéfié. En particulier, dans le présent mode de réalisation, le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 est de l’azote liquide de manière similaire à l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9. Notez que, comme gaz liquéfié, il est en outre préférable d’utiliser de l’azote pâteux où de l’azote liquide et de l’azote solide sont mélangés, ou analogue.

[0029] Un réfrigérateur 6 est un réfrigérateur à cycle de Brayton, et comprend un compresseur 10, un échangeur thermique 1 1 , un détendeur 12, et une section d’échange thermique à cycle de Brayton 13. La section d’échange thermique à cycle de Brayton 13 est disposée dans l’espace de refroidissement 15 de l’unité d’échange thermique 14 chargé avec le gaz liquéfié en même temps que la section d’échange thermique 17 décrite ci-dessus. Dans le réfrigérateur 6 en tant que réfrigérateur à cycle de Brayton, un gaz ayant une température de liquéfaction inférieure à celle du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 est mis en circulation. Dans le présent mode de réalisation, étant donné que l’azote liquide est utilisé en tant que gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15, des exemples de gaz mis en circulation dans le réfrigérateur 6 comprennent de préférence un gaz d’hélium et un gaz de néon. Ainsi, ces gaz circulent dans le réfrigérateur 6, et la section d’échange thermique 13 à cycle de Brayton a de ce fait une température suffisamment plus basse que celle du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15. Par conséquent, par la commande de l’état de fonctionnement du réfrigérateur 6, il est possible de commander la température de refroidissement du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15.

[0030] L’agent de refroidissement circulant dans la section d’échange thermique 17 reçoit la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 lorsque l’agent de refroidissement passe à travers le câble supraconducteur 1 et reçoit également une quantité de chaleur quand l’agent de refroidissement est pompé par la pompe de circulation 5, et sa température est de ce fait augmentée. Dans la section d’échange thermique 17, l’agent de refroidissement est refroidi par l’échange thermique de la quantité de chaleur accumulée dans l’agent de refroidissement de la manière décrite ci-dessus avec le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15. La température du gaz liquéfié peut être commandée par la commande de l’état de fonctionnement du réfrigérateur 6, comme décrit ci-dessus. Il est à noter que, dans l’idéal, il est possible de refroidir l’agent de refroidissement circulant dans la section d’échange thermique 17 à la même température que celle du gaz liquéfié dans l’unité d’échange thermique 14 mais, en réalité, la température de l’agent de refroidissement est légèrement supérieure à la température dans l’unité d’échange de chaleur 14, car la surface d’échange thermique de la section d’échange thermique 17 est limitée.

[0031 ] La température du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 est détectée par un capteur de température 7 servant d’unité de détection de température agencée dans l’unité d’échange thermique 14. La température du gaz liquéfié détectée par le capteur de température 7 est transmise à la section de commande 50 sous la forme d’un signal électrique.

[0032] La section de commande 50 est une unité de commande pour commander l’état de fonctionnement du réfrigérateur 6 par la transmission d’un signal de commande au réfrigérateur 6 sur la base d’une information acquise à partir du capteur de débit 8 et du capteur de température 7. Ici, une description théorique sera donnée concernant la manière de commander la capacité de refroidissement du réfrigérateur 6 lorsque la section de commande 50 effectue le refroidissement du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15.

[0033] Tout d’abord, on suppose que la chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 est Pc[W], la durée de production de la chaleur produite est t-, [secondes], la chaleur produite dans la pompe de circulation 5 est Pp[W], la durée de fonctionnement de la pompe de circulation 5 est tp[secondes], la masse de gaz liquéfié chargée dans l’espace de refroidissement 15 est M [kg], une chaleur spécifique est C [J/(K. kg)] et la capacité de refroidissement du réfrigérateur à cycle de Brayton 6 est Pb[W]. En outre, il est supposé que le débit de l’agent de refroidissement qui refroidit le câble supraconducteur 1 (à savoir, le débit détecté par le capteur de débit 8) est m [kg/s]. Dans ce cas, une augmentation de température ΔΤ0[K] de l’agent de refroidissement ayant passé à travers le câble supraconducteur 1 et la pompe de circulation 5 est déterminée par l’expression suivante:

ATC= (Pc · L + Pp· tp)/(m · C · tp) (1 ).

[0034] Ici, la quantité de chaleur produite Q [J] dans le système de refroidissement entier 100 est représentée par:

Q = (Pc· t-ι + Pp· tp) (2).

[0035] La quantité de chaleur produite Q est accumulée dans le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 et, dans un cas où il est supposé que le gaz liquéfié n’est pas refroidi par le réfrigérateur 6, la température du gaz liquéfié est augmentée d’une température ΔΤ calculée par l’expression suivante:

ΔΤ = Q/(M · C) (3).

6 [0036] En conséquence, afin d’amener l’augmentation de la température du gaz liquéfié à satisfaire ΔΤ = O [K], la quantité de chaleur correspondant à la quantité de chaleur produite Q peut être éliminée de façon appropriée du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15, et par conséquent la capacité de refroidissement Pbdu réfrigérateur à cycle de Brayton 6 peut être commandée de façon appropriée de manière à satisfaire à l’expression suivante:

Pb= Q/tp(4).

[0037] Ainsi, le réfrigérateur 6 est commandé par la section de commande 50 de manière à exercer la capacité de refroidissement Pbdéterminée par l’expression (4), et il devient ainsi possible d’amener l’augmentation de la température du gaz liquéfié à satisfaire ΔΤ = 0 (K) et d’exécuter de manière stable le refroidissement du câble supraconducteur 1.

[0038] Ensuite, en référence à la fig. 2, un cas où la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 fluctue avec le temps sera pris en compte. La fig. 2 est un graphique représentant un exemple de changement dans le temps de la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1. Dans cet exemple, une description sera faite sur l’hypothèse que la chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 est Pcpendant la durée t·, et Pc2pendant la durée t2, et ces états sont alternativement établis.

[0039] Dans ce cas, la section de commande 50 peut commander de manière appropriée le réfrigérateur 6 de telle sorte que la valeur moyenne de la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 est refroidie. Plus précisément, puisque la pompe de circulation 5 est provisoirement exploitée continûment,

TP= ti + 3⁄4 est satisfaite, et par conséquent la section de commande 50 peut commander de manière appropriée le réfrigérateur 6 de telle sorte que la capacité de refroidissement Pbdu réfrigérateur à cycle de Brayton 6 satisfait à l’expression suivante:

Pb · (t| + 3⁄4) = (Pp+ Pci) · ti + (Pp + P c∑) · ^2 (5).

[0040] La fig. 3 est un graphique représentant la variation dans le temps de la température du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 dans un cas où la capacité de refroidissement Pbdu réfrigérateur 6 est commandée conformément à l’expression (5). Comme décrit ci-dessus, étant donné que la capacité de refroidissement Pbdu réfrigérateur 6 est commandée à une valeur constante de manière à refroidir la valeur moyenne de la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 , la quantité de chaleur produite au cours de la durée t, est plus petite que celle au cours de la durée t2(voir fig. 2) de sorte que la température du gaz liquéfié est réduite progressivement pendant la durée t·, . D’autre part, la quantité de chaleur produite au cours de la durée t2est plus grande que celle pendant la durée t·, , de sorte que la température du gaz liquéfié est graduellement augmentée au cours de la durée t2, et revient à une température initiale T0.

[0041 ] En théorie, la quantité de chaleur produite Q·, [J] au cours de la durée t·, est déterminée par l’expression suivante: Qi = (Pd + PP) · ti (6).

[0042] La quantité de chaleur produite Q-ι est accumulée dans le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 pour augmenter la température de l’agent de refroidissement, mais le gaz liquéfié est refroidi par le réfrigérateur 6. Par conséquent, le changement de température ΔΤ-ι au cours de durée L est calculé par l’expression suivante:

ΔΤ-ι = (Pc1+ Pp- Pb) · t1/(M · C) (7).

[0043] Au cours de la durée t2, puisque la capacité de refroidissement Pbdu réfrigérateur 6 est commandée conformément à l’expression (5), la température du gaz liquéfié est augmentée de ΔΤ-ι et retourne à la température initiale T0. Noter que ΔΤ-ι peut également être calculée à l’aide de t2par l’expression suivante:

ΔΤ-ι = (Pc2+ Pp- Pb) · t2/(M · C) (8).

[0044] Ainsi, le gaz liquéfié dont la température est commandée par la section de commande 50 refroidit l’agent de refroidissement circulant dans la section d’échange thermique 4 en effectuant l’échange de chaleur avec la section d’échange thermique 4. Lorsque l’on suppose que la température du gaz liquéfié est Ts, la température de l’agent de refroidissement Tcà l’entrée du câble supraconducteur 1 est représentée par l’expression suivante:

TQ = Ts + ΔΤο (9).

[0045] Ici, ΔΤ0est la différence de température déterminée par le rendement d’échange de chaleur de la section d’échange thermique 4 dans l’unité d’échange thermique 14, et la structure et le matériau de chacun parmi l’unité d’échange thermique 14 et la section d’échange thermique 4 peuvent être sélectionnés de manière appropriée de telle sorte que la différence de température a une valeur spécifique.

[0046] Ensuite, la fig. 4 est un graphique représentant la chaleur produite reçue par l’agent de refroidissement et la distribution de la température de l’agent de refroidissement au niveau de chaque partie du trajet de circulation 9 du système de refroidissement de câble supraconducteur selon le premier mode de réalisation. Notez que l’axe horizontal de la fig. 4 indique la distance à partir d’une position de référence (la sortie de l’agent de refroidissement du câble supraconducteur 1 ), l’axe vertical de la fig. 4a indique la chaleur produite au niveau de chaque partie, et l’axe vertical de la fig. 4b indique la température au niveau de chaque partie.

[0047] L’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 reçoit la quantité de chaleur Pcdans le câble supraconducteur 1 et sa température est de ce fait augmentée de ΔΤ0. En outre, l’agent de refroidissement reçoit de plus la quantité de chaleur Ppdans la pompe de circulation 5, et sa température est de ce fait augmentée de ΔΤΡ. Ensuite, l’agent de refroidissement pompé vers la section d’échange thermique 17 par la pompe de circulation 5 est refroidi par

7 l’échange thermique avec le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 dans l’unité d’échange thermique

14, et la température revient à la température d’entrée initiale.

[0048] A noter que la force diélectrique est réduite lorsque l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 est vaporisé dans le système de refroidissement 100, et par conséquent il est nécessaire de commander la valeur de limite supérieure de la température de l’agent de refroidissement de telle sorte que la valeur de limite supérieure tombe dans un plage de température qui ne permet pas à l’agent de refroidissement de vaporiser. Par exemple, la température à laquelle l’azote liquide est vaporisée est de 77 [K] avec une pression correspondant à la pression atmosphérique. Par conséquent, l’augmentation de la température dans le câble supraconducteur 1 est de préférence établie à une valeur faible par rapport à l’augmentation de température provoquée par la chaleur produite de la pompe de circulation 5.

[0049] Ainsi, dans le premier mode de réalisation, l’agent de refroidissement qui est utilisé pour refroidir le câble supraconducteur 1 et a une température accrue par l’utilisation est refroidi par pompage vers la section d’échange thermique 4 agencée sur le trajet de circulation 9 par la pompe de circulation 5, et soumis à l’échange thermique avec le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 de l’unité d’échange thermique 14. A ce stade, la quantité de chaleur reçue du câble supraconducteur 1 par l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 est accumulée dans le gaz liquéfié, et une charge thermique accumulée dans le gaz liquéfié est éliminée par le réfrigérateur 6. Autrement dit, dans le présent mode de réalisation, il est possible d’amener le gaz liquéfié à agir comme un tampon thermique en accumulant temporairement la charge thermique provenant du câble supraconducteur 1 dans le gaz liquéfié. Grâce à cela, le réfrigérateur 6 commande la température du gaz liquéfié de sorte que sa température a la valeur spécifique, et il est ainsi possible de commander la température de l’agent de refroidissement de telle sorte que la température de celui-ci peut être maintenue de façon stable, même dans le cas où la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 fluctue avec le temps.

(Deuxième mode de réalisation)

[0050] La fig. 5 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure entière du système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon un deuxième mode de réalisation. Notez que les composants qui sont les mêmes que ceux du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes références numériques et la description répétée de ceux-ci de manière appropriée ne sera pas faite.

[0051 ] Le système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon le deuxième mode de réalisation est caractérisé en ce qu’il est possible de refroidir plusieurs des câbles supraconducteurs d’un câble supraconducteur 1 a et d’un câble supraconducteur 1 b avec un réfrigérateur à cycle de Brayton 6. Les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b sont munis de pompes de circulation 5a et 5b, de sections d’échange thermique 17a et 17b, de capteurs de débit 8a et 8b, et de réservoirs de stockage 2a et 2b respectivement, et des trajets de circulation 9a et 9b qui sont indépendants l’un de l’autre sont formés. Puisque les trajets de circulation 9a et 9b sont indépendants l’un de l’autre, une structure est adoptée dans laquelle les pressions et les débits peuvent être fixés individuellement et peuvent être commandés indépendamment les uns des autres.

[0052] Les deux sections d’échange thermique 17a et 17b sont disposées dans l’espace de refroidissement commun 15 agencé dans l’unité d’échange thermique 14. Comme décrit précédemment, la section d’échange thermique à cycle de Brayton 13 est également disposée dans l’espace de refroidissement 15, et le gaz liquéfié est chargé dans l’espace de refroidissement 15. Le réfrigérateur à cycle de Brayton 6 est commandé par la section de commande 50, et le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 est de ce fait refroidi à une température spécifique.

[0053] Les agents de refroidissement circulant dans les trajets de circulation 9a et 9b sont refroidis dans les sections d’échange thermique 17a et 17b par l’accumulation de chaleur dans le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement

15, et les températures de sortie des sections d’échange thermique 17a et 17b sont déterminées par la température du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15. En conséquence, la température du gaz liquéfié est commandée à une température spécifique par la commande du réfrigérateur à cycle de Brayton 6 sur la base de la température détectée par le capteur de température 7, et les températures de l’agent de refroidissement aux entrées du câble supraconducteur 1 a et du câble supraconducteur 1 b de ce fait deviennent identiques l’une à l’autre, et deviennent une température spécifique.

[0054] Ici, lorsqu’on suppose que la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 a est Pca[W], la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 b est Pcb[W], la quantité de chaleur produite dans la pompe de circulation 5a est Ppa[W], la quantité de chaleur produite dans la pompe de circulation 5b est Ppb[W], la durée de production de chaleur du câble supraconducteur 1 a est ta[secondes], la durée de production de chaleur du câble supraconducteur 1 b est tb[secondes], et la durée de fonctionnement de chacune des pompes de circulation 5a et 5b est tp[secondes], la quantité totale de chaleur Q [J] dans les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b et les pompes de circulation 5a et 5b est calculée par l’expression suivante:

Q = Pca · tia + Pcb · t1b+ Ppa· tp + Ppb· tp (10).

[0055] La quantité totale de chaleur peut être accumulée dans le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15, et peut être retirée par le réfrigérateur à cycle de Brayton 6. Par conséquent, la capacité de refroidissement P [W] du réfriqérateur à cycle de Brayton 6 peut être commandée de manière à satisfaire à l’expression suivante:

Pb= Q/tp(1 1 ).

8 [0056] Ainsi, puisque la capacité de refroidissement Pbdu réfrigérateur à cycle de Brayton 6 est calculée sur la base de la quantité totale de chaleur dans les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b et les pompes de circulation 5a et 5b, la capacité de refroidissement Pbde celui-ci n’est pas influencée par la variation dans le temps de la chaleur produite dans les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b.

[0057] Ainsi, dans le système de refroidissement 100 selon le deuxième mode de réalisation, il n’y a pas d’influence provoquée par une différence de longueur entre les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b ou une différence de quantité de chaleur produite, et les températures d’entrée respectives sont déterminées par la température du gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15. Par conséquent, la section de commande 50 peut commander la température de refroidissement de chacun des câbles supraconducteurs 1 a et 1 b facilement et de manière stable en faisant fonctionner le réfrigérateur à cycle de Brayton 6 sur la base de la température détectée par le capteur de température 7.

[0058] Noter que, dans la description de la présente demande, bien que la description ait été faite dans le cas où le nombre de câbles supraconducteurs 1 est de deux, il est également possible d’effectuer le refroidissement avec un cycle de Brayton en ayant également la même structure dans un cas où le nombre de câbles supraconducteurs 1 est augmenté jusqu’à trois ou plus.

(Troisième mode de réalisation)

[0059] Ensuite, en référence à la fig. 6, on va faire une description du système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon un troisième mode de réalisation. La fig. 6 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure entière du système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon le troisième mode de réalisation. A noter que les composants qui sont les mêmes que ceux du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes références numériques et leur description répétée sera omise de façon appropriée.

[0060] Dans le cas où le câble supraconducteur est utilisé pour une transmission d’énergie à longue distance, comme représenté sur la fig. 6, il y a des cas où la transmission d’énergie à longue distance est réalisée en connectant les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b en série. Dans de tels cas, puisque la capacité de mise sous pression de la pompe de circulation 5 est limitée, les trajets de circulation 9a et 9b qui sont indépendants l’un de l’autre sont agencés en correspondance avec les câbles supraconducteurs respectifs.

[0061 ] Dans l’exemple représenté sur la fig. 6, une structure est adoptée dans laquelle les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b qui sont adjacents l’un à l’autre peuvent être refroidis avec un réfrigérateur à cycle de Brayton 6. Les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b sont formés avec les trajets de circulation 9a et 9b qui sont indépendants l’un de l’autre, et les trajets de circulation 9a et 9b comprennent les pompes de circulation 5a et 5b, les sections d’échange thermique 17a et 17b, les capteurs de débit 8a et 8b, et les réservoirs de stockage 2a et 2b, respectivement. Puisque les trajets de circulation 9a et 9b sont indépendants l’un de l’autre, les pressions et les débits peuvent être fixés individuellement, et l’opération peut être effectuée dans un état où les trajets de circulation 9a et 9b sont indépendants l’un de l’autre.

[0062] Les deux sections d’échange thermique 17a et 17b sont disposées dans le même espace de refroidissement 15 de l’unité d’échange thermique 14. Comme décrit précédemment, la section d’échange thermique de Brayton 13 est également disposée dans l’espace de refroidissement 15 de l’unité d’échange thermique 14, et le gaz liquéfié est chargé dans l’espace de refroidissement de celle-ci 15. Le réfrigérateur à cycle de Brayton 6 est commandé par la section de commande 50, et le gaz liquéfié est ainsi refroidi à une température spécifique.

[0063] Les agents de refroidissement circulant dans les trajets de circulation 9a et 9b sont refroidis dans des unités d’échange thermique d’agent de refroidissement 4a et 4b par l’intermédiaire d’une accumulation de chaleur dans le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15, et les températures de sortie des sections d’échange thermique 17a et 17b sont déterminées par la température du gaz liquéfié dans l’espace de refroidissement 15 de l’unité d’échange de chaleur 14. En conséquence, la température du gaz liquéfié dans la chambre de refroidissement 15 de l’unité d’échange thermique 14 est commandée à une température spécifique par la commande du réfrigérateur à cycle de Brayton 6 sur la base de la température détectée par le capteur de température 7, et les températures de l’agent de refroidissement aux entrées du câble supraconducteur 1 a et du câble supraconducteur 1 b de ce fait deviennent identiques l’une à l’autre, et deviennent une température spécifique.

[0064] Ici, il est supposé que la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 a est Pca[W], la quantité de chaleur produite dans le câble supraconducteur 1 b est Pcb[W], la quantité de chaleur produite dans la pompe de circulation 5a est Ppa[W], la quantité de chaleur produite dans la pompe de circulation 5b est Ppb[W], la durée de production de chaleur du câble supraconducteur 1 a est ta[secondes], la durée de production de chaleur du câble supraconducteur 1 b est tb[secondes], et la durée de fonctionnement de chacune des pompes de circulation 5a et 5b est tp[secondes]. La quantité totale de chaleur Q [J] dans les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b et les pompes de circulation 5a et 5b est calculée par l’expression suivante:<*>t-|a+ · t-|b+ Ppa· tp+ Ppb· tp(12)

[0065] La quantité totale de chaleur peut être accumulée dans le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15, et peut être retirée par le réfrigérateur à cycle de Brayton 6. Par conséquent, la capacité de refroidissement P [W] du réfrigérateur à cycle de Brayton 6 peut être commandée de manière à satisfaire à l’expression suivante:

9 Pb= Q/tp (13).

[0066] Ainsi, puisque la capacité de refroidissement Pbdu réfrigérateur à cycle de Brayton 6 est calculée sur la base de la quantité totale de chaleur dans les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b et les pompes de circulation 5a et 5b, la capacité de refroidissement Pbde celui-ci n’est pas influencée par la variation dans le temps de la chaleur produite dans les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b.

[0067] Ainsi, selon le troisième mode de réalisation, en formant des trajets de circulation 9a et 9b qui sont indépendants l’un de l’autre dans les câbles supraconducteurs 1 a et 1 b qui sont connectés en série et disposés adjacents l’un à l’autre, et en disposant les sections d’échange thermique 17a et 17b agencées dans les trajets de circulation 9a et 9b dans l’espace de refroidissement unique 15, il est possible de fournir l’agent de refroidissement ayant la température stable aux câbles supraconducteurs 1 a et 1 b.

(Quatrième mode de réalisation)

[0068] Ensuite, en se reportant à la fig. 7, une description sera faite du système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon un quatrième mode de réalisation. La fig. 7 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure entière du système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon le quatrième mode de réalisation. Notez que les composants qui sont les mêmes que ceux du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes références numériques et la description répétée de ceux-ci sera omise de façon appropriée.

[0069] Dans le quatrième mode de réalisation, une structure est adoptée dans laquelle le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 peut être décomprimé et refroidi par la fixation d’un dispositif d’évacuation 16 sur l’unité d’échange thermique 14. Ici, lorsque l’on suppose que le volume de gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15 est V [m<3>], la pression est p [Pa], et la constante des gaz du gaz liquéfié est R, p · V = R · T (14) est satisfaite. En maintenant le volume V à une valeur constante et en réduisant la pression p, il est possible de réduire la température T.

[0070] A savoir, dans le présent mode de réalisation, même dans un cas où le réfrigérateur 6 est arrêté pour une cause comme l’entretien périodique ou la panne du réfrigérateur 6, par décompression de l’espace de refroidissement 15 en utilisant le dispositif d’évacuation 16, il est possible de refroidir le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement 15. Par conséquent, il est possible de mettre en oeuvre un système de refroidissement de câble supraconducteur 100 ayant une fiabilité plus grande.

[0071 ] Notez qu’il sera facilement compris que le dispositif d’évacuation 16 peut être fixé sur l’unité d’échange thermique 14 dans chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus, et qu’un effet similaire peut être obtenu.

(Cinquième mode de réalisation)

[0072] Ensuite, en référence aux fig. 8 et 9, une description sera donnée du système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon un cinquième mode de réalisation. La fig. 8 est une vue structurelle représentant schématiquement la structure entière du système de refroidissement de câble supraconducteur 100 selon le cinquième mode de réalisation. La fig. 9 est un graphique représentant la chaleur produite reçue par l’agent de refroidissement et la répartition de la température de l’agent de refroidissement au niveau de chaque partie du trajet de circulation 9 du système de refroidissement de câble supraconducteur selon le cinquième mode de réalisation. Noter que l’axe horizontal de la fig. 9 indique la distance depuis la position de référence (la sortie de l’agent de refroidissement du câble supraconducteur 1 ), l’axe vertical de la fig. 9 (a) indique la chaleur produite au niveau de chaque partie, et l’axe vertical de la fig. 9 (b) indique la température au niveau de chaque partie. Notez que les composants qui sont les mêmes que ceux du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes références numériques et leur description répétée sera omise de façon appropriée.

[0073] Comme le montre la fig. 8, dans le cinquième mode de réalisation, plusieurs sections d’échange thermique 17a et 17b sont agencées sur le trajet de circulation 9. En particulier, les sections d’échange thermique 17a et 17b sont agencées de telle sorte que la pompe de circulation 5 est disposée entre les sections d’échange thermique 17a et 17b sur le trajet de circulation 9. Avec cela, l’agent de refroidissement ayant refroidi le câble supraconducteur 1 est refroidi une fois dans la section d’échange thermique 17a, puis chauffé par la pompe de circulation 5, et refroidi à nouveau dans la section d’échange thermique 17b.

[0074] En outre, comme le montre la fig. 9, l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation 9 reçoit la quantité de chaleur Pcdans le câble supraconducteur 1 et sa température est augmentée de ΔΤ0. Ensuite, l’agent de refroidissement reçoit la quantité de chaleur Ppdans la pompe de circulation 5 après avoir été refroidi dans la section d’échange thermique 17a, et sa température est augmentée de ΔΤΡ. Ensuite, l’agent de refroidissement est pompé vers la section d’échange thermique 17b par la pompe de circulation 5 pour être à nouveau refroidi, et sa température revient à la température d’entrée initiale. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, contrairement au premier mode de réalisation (voir fig. 4), l’agent de refroidissement est refroidi en deux étapes dans les sections d’échange thermique 17a et 17b agencées avant et après la pompe de circulation 5. En conséquence, il est possible de fournir l’agent de refroidissement

10

Claims

qui est refroidi dans la section d’échange thermique 17a à l’avance à la pompe de circulation 5, et il est donc possible d’obtenir une grande marge pour la chaleur produite par la pompe de circulation 5. [0075] Ici, lorsque l’on suppose que le débit de l’agent de refroidissement dans le trajet de circulation 9 est m [kg/s] et la pression de la mise sous pression par la pompe de circulation 5 est p [Pa], la quantité de chaleur Pp[W] produite dans la pompe de circulation 5 est déterminée par l’expression suivante: Pp= k · m · p (15). [0076] Ici, k est un coefficient de proportionnalité. Par conséquent, lorsque le débit est réduit, une perte de pression est réduite et la quantité de mise sous pression de la pompe de circulation 5 est également réduite. Par conséquent, la chaleur produite Ppde la pompe de circulation 5 est considérablement réduite, et il est possible de réduire la capacité du réfrigérateur à cycle de Brayton 6. [0077] Ainsi, selon le cinquième mode de réalisation, il est possible d’avoir une grande différence de température de l’agent de refroidissement entre l’entrée et la sortie du câble supraconducteur 1 en disposant la section d’échange thermique à cycle de Brayton 13 et les sections d’échange thermique 17a et 17b pour le refroidissement de l’agent de refroidissement dans l’espace de refroidissement 15 de l’unité d’échange thermique 14 et en disposant la pompe de circulation 5 entre les sections d’échange thermique 17a et 17b. Grâce à cela, il est possible de réduire le débit de l’agent de refroidissement dans le trajet de circulation 9, et de réduire la taille de la pompe de circulation 5 ou du réfrigérateur à cycle de Brayton 6. Notez qu’il sera facile de comprendre qu’un effet similaire peut être obtenu également dans le cas où le présent mode de réalisation est appliqué au deuxième mode de réalisation ou au troisième mode de réalisation. Application industrielle [0078] La présente invention peut être utilisée dans le système de refroidissement de câble supraconducteur pour refroidir le câble supraconducteur utilisé pour la transmission et la distribution d’énergie électrique à une température cryogénique. Revendications 1. Système de refroidissement de câble supraconducteur qui forme un trajet de circulation en pompant un agent de refroidissement utilisé pour refroidir un câble supraconducteur vers une section d’échange thermique en utilisant une pompe de circulation, et en refroidissant l’agent de refroidissement par un réfrigérateur, puis en fournissant l’agent de refroidissement au câble supraconducteur, refroidissant ainsi le câble supraconducteur, le système de refroidissement de câble supraconducteur comprenant: - une unité d’échange thermique qui a un espace de refroidissement chargé d’un gaz liquéfié pour amener la section d’échange thermique et le réfrigérateur à effectuer un échange thermique; - une unité de détection de débit qui détecte un débit de l’agent de refroidissement dans le trajet de circulation; - une unité de détection de température qui détecte une température du gaz liquéfié chargé dans l’unité d’échange thermique; et - une section de commande qui commande le réfrigérateur sur la base du débit détecté par l’unité de détection de débit et de la température détectée par l’unité de détection de température de telle sorte que la température du gaz liquéfié chargé dans l’unité d’échange thermique a une valeur spécifique.
2. Système de refroidissement de câble supraconducteur selon la revendication 1 , dans lequel le réfrigérateur est un réfrigérateur à cycle de Brayton ayant une section d’échange thermique à cycle de Brayton disposée dans l’espace de refroidissement.
3. Système de refroidissement de câble supraconducteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un réservoir de stockage, qui met sous pression l’agent de refroidissement circulant dans le trajet de circulation à une pression spécifique et stocke l’agent de refroidissement, est relié au trajet de circulation.
4. Système de refroidissement de câble supraconducteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, dans le cas où plusieurs câbles supraconducteurs sont prévus, des trajets de circulation sont formés en correspondance avec les câbles supraconducteurs individuels, et des sections d’échange thermique situées dans les trajets de circulation individuels sont disposées dans l’espace de refroidissement unique.
5. Système de refroidissement de câble supraconducteur selon la revendication 4, dans lequel dans le cas où les plusieurs câbles supraconducteurs sont reliés en série, les sections d’échange thermique incluses dans les trajets de circulation formés en correspondance avec les câbles supraconducteurs adjacents parmi les plusieurs câbles supraconducteurs sont disposées dans l’espace de refroidissement unique.
6. Système de refroidissement de câble supraconducteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant de plus: - une unité de décompression qui décomprime le gaz liquéfié chargé dans l’espace de refroidissement de l’unité d’échange thermique. 11
7. Système de refroidissement de câble supraconducteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel plusieurs sections d’échange thermique sont agencées dans le trajet de circulation, et la pompe de circulation est agencée entre une pluralité quelconque des sections d’échange thermique. 12