JP2000092627A - 燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー - Google Patents

燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超電導磁石の冷却と車載電気機器への発生電
力を得るために水素を用いた燃料電池と組み合わせる液
体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカーを
提供する。 【解決手段】 燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超
電導磁石を搭載するリニアモーターカーであって、液体
水素冷却超電導磁石1と、この超電導磁石1の上部に配
置される液体水素タンク4と、この液体水素タンク4に
接続されるとともに、前記液体水素冷却超電導磁石1の
熱シールド板3に固定される水素冷却配管5と、前記液
体水素タンク4に接続される液体水素補充装置6と、前
記液体水素タンク4及び水素冷却配管5に接続される水
素貯蔵装置9と、前記液体水素タンク4及び水素冷却配
管5に接続される燃料電池10と、この燃料電池10に
接続されるDC/AC変換器11と、このDC/AC変
換器11に接続される車両搭載機器とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導磁石を搭載
するリニアモーターカーに係り、特に、燃料電池と組み
合わせる液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモー
ターカーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、リニアモーターカーに搭載する超
電導磁石は、以下のように構成されていた。図5はかか
る従来のリニアモーターカーの模式図、図6はそのリニ
アモーターカーの超電導磁石の模式図である。
【0003】図5において、100は車体であり、各車
体100には、台車101が設けられている。その台車
101には、図6に示すように、液体ヘリウム冷却の超
電導磁石200を搭載している。この液体ヘリウム冷却
の超電導磁石200は次のように構成されている。超電
導コイル201の周囲には、液体ヘリウム202が充填
されており、その外側には熱シールド板203が配置さ
れ、その熱シールド板203は液体窒素(−196℃)
により冷却されるようになっている。205は液体ヘリ
ウムのタンクであり、ガス化されたヘリウム(液体ヘリ
ウムは−269℃で蒸発)はヘリウム冷凍機(8kW)
206により、液体化されるようになっている。なお、
外槽204の温度は外気温である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のリニア車両に搭載する超電導磁石、車上電源に
は以下のような問題があった。 超電導磁石は冷媒が液体ヘリウムであり、扱いが大
変面倒である。液体窒素冷却では高温超電導体は、まだ
性能が低く、リニア用磁石としては使えない。
【0005】 常温と液体ヘリウムとの温度差が大き
いため、冷凍機の消費電力が大きくなる。 冷凍機運転電力を含めた車上消費電力を賄うため、
地上コイルからの誘導集電装置を開発しているが、重量
・容量が膨大である。しかも、誘導集電装置は停止・低
速走行中は集電能力がないため、別のバックアップ用電
源装置を備える必要がある。
【0006】本発明は、上記問題点を除去し、超電導磁
石の冷却と車載電気機器への発生電力を得るために水素
を用いた燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超電導磁
石を搭載するリニアモーターカーを提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超電導磁石
を搭載するリニアモーターカーであって、液体水素冷却
超電導磁石と、この超電導磁石の上部に配置される液体
水素タンクと、この液体水素タンクに接続されるととも
に、前記液体水素冷却超電導磁石の熱シールド板に固定
される水素冷却配管と、前記液体水素タンクに接続され
る液体水素補充装置と、前記液体水素タンク及び水素冷
却配管に接続される水素貯蔵装置と、前記液体水素タン
ク及び水素冷却配管に接続される燃料電池と、この燃料
電池に接続されるDC/AC変換器と、このDC/AC
変換器に接続される車両搭載機器とを具備する。
【0008】〔2〕上記〔1〕記載の燃料電池と組み合
わせる液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモータ
ーカーにおいて、前記水素貯蔵装置は水素吸着合金であ
る。 〔3〕上記〔1〕記載の燃料電池と組み合わせる液体水
素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカーにおい
て、前記水素冷却配管に電磁バルブを配置し、前記熱シ
ールド板の冷却温度を調整するようにしたものである。
【0009】〔4〕上記〔1〕記載の燃料電池と組み合
わせる液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモータ
ーカーにおいて、前記熱シールド板の冷却温度に応じ
て、前記燃料電池の発生電力を調整する手段を具備する
ようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施例
を示す燃料電池と組み合わせる水素冷却超電導磁石を搭
載するリニアモーターカーの概略システム構成図、図2
はそのシステムブロック図、図3はそのシステムの超電
導磁石の冷却部の模式図、図4はその冷却部の一断面を
示す模式図である。
【0011】これらの図において、1は液体水素冷却超
電導磁石、2は個々の超電導コイル、3は熱シールド
板、4は液体水素タンク、5は蒸発した水素ガスを通
し、熱シールド板に固定される水素冷却配管、6は車両
基地に設置される液体水素補充装置、7は電磁バルブ、
8は蒸発した水素ガスを通す配管、9はその配管8に接
続される水素貯蔵装置(水素吸着合金)、10は前記配
管8が接続供給され、直流電力を出力する燃料電池、1
1はDC/AC変換器、12は電磁バルブの制御装置で
ある。
【0012】このように、リニアモーターカーの台車の
両側にそれぞれ4個の超電導コイル2が配置される。そ
れらの超電導コイル2は液体水素タンク4からの液体水
素によって冷却される。そこで、発生した蒸発水素ガス
は水素冷却配管5を通して熱シールド板3を冷却する。
その冷却に使われた後の蒸発水素ガスは、電磁バルブ7
より下流の蒸発水素ガスが流れる配管8に接続される。
その配管8の蒸発水素ガスは水素貯蔵装置(水素吸着合
金)9に供給されるとともに、燃料電池10に供給さ
れ、直流電力を得る。その得られた直流電力は、DC/
AC変換器11で交流電力に変換される。
【0013】また、車両基地に設置される液体水素補充
装置6は、例えば、毎朝出庫時に1日分の液体水素を注
入する。なお、液体水素タンク4は、図2に示したよう
に、台車中央に1基配置する場合と、図示しないが、超
電導磁石本体と一体化し、台車左右に1基ずつ配置する
ようにしてもよい。
【0014】また、液体水素タンク4に接続され、液体
水素タンク4に発生した蒸発水素ガスが流れる幹線とし
ての配管8の途中の電磁バルブ7は、蒸発した水素ガス
の流量を調整することにより、燃料電池10が発生する
直流電力及び熱シールド板3の冷却温度を調整すること
ができる。次に、この電磁バルブ7による燃料電池10
が発生する直流電力及び熱シールド板3の冷却温度の調
整方法について説明する。
【0015】電磁バルブ7を制御装置12からの信号に
よりオン(開路)すると、幹線としての配管路と熱シー
ルド板3の冷却路との流路抵抗の違いから、蒸発水素ガ
スは殆どが直接幹線としての配管8に流れることにな
り、熱シールド板3の冷却路としての水素冷却配管5に
は流れない。したがって、熱シールド板3の温度は上昇
し、輻射の増加によって超電導コイル2から水素ガスが
大量に発生することになる。つまり、燃料電池10が発
生する直流電力を増加させることができる。
【0016】したがって、車両における電力消費量が大
きい場合には、電磁バルブ7をオン(開路)にすること
により、かかる電力消費量の増大に対処することができ
る。一方、電磁バルブ7を制御装置12からの信号によ
りオフ(閉路)すると、蒸発水素ガスはやむを得ず、水
素冷却配管5を流れることになり、冷却効果が高まり、
熱シールド板3の温度は低下して、水素ガスの蒸発量は
減少することになる。つまり、燃料電池10が発生する
直流電力を低減することができる。
【0017】したがって、車両における電力消費量が小
さい場合には、電磁バルブ7をオフ(閉路)にすること
により、かかる電力消費量の低減に対応することができ
る。また、図3、図4に示すように、超電導コイル2を
構成する超電導コイル要素2Aの外側には熱シールド板
3が配置され、その熱シールド板3には蒸発した水素ガ
スを通す水素冷却配管5がロー付けされ、熱シールド板
3の冷却を行うようになっている。
【0018】このように、液体水素によって、超電導磁
石の超電導コイル部分を冷却し、その蒸発した水素でも
って、超電導磁石の熱シールド板を冷却するとともに、
蒸発した水素を燃料電池に供給して、直流電力を得るこ
とができる。本発明によれば、高温超電導体を使用した
超電導磁石において、超電導体は液体水素冷却とし、超
電導磁石には冷凍機は搭載せず、蒸発する水素を燃料電
池に導き発電する。
【0019】また、水素ガスの回路中に水素吸着合金を
用いた水素貯蔵装置を設け、バッファとする。さらに、
熱シールド板の冷却を蒸発水素ガスの流量を調整するこ
とにより、水素の蒸発量を調整し、直流電力の発生量の
調整を行うことができる。なお、上記実施例では、電磁
バルブ7は制御装置12によるオン・オフ制御として述
べたが、車両における直流電力の発生量の制御がより細
かく望まれる場合には、電磁バルブ7は多変量型の電磁
バルブとなし、車両における消費電力量を予測すること
により、その予測に沿って予めプログラムされた制御パ
ターンによる信号を多変量型の電磁バルブに与えること
により、より木目の細かい燃料電池による電力発生を実
施することができる。
【0020】更に進んで、図示しないが、実際に車両に
おける消費電力量を検出し、その検出された消費電力量
に基づいて、コンピュータを内蔵する制御装置で、調整
すべき調整量を演算して、その調整量に対応した信号を
多変量型の電磁バルブに与えて、電磁バルブを多段に調
整することにより、より木目の細かい燃料電池による電
力発生を実施することができる。
【0021】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 冷媒が水素なのでヘリウムに比べ液化温度が高く、
扱いが容易であり、コストの低減を図ることができる。
【0023】 冷媒が水素なので熱容量が大きく蒸発
し難い、また、分子が大きく漏れ難い。 車両に冷凍機を搭載しないので車上消費電力が減
る。 車両の停止中でも電源が確保される。 別の電源装置を搭載する必要がないので、車両の軽
量化に資する。
【0024】 車両における消費電力に対応した蒸発
水素ガスの調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す燃料電池と組み合わせる
液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー
の概略システム構成図である。
【図2】本発明の実施例を示す燃料電池と組み合わせる
液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー
のシステムブロック図である。
【図3】本発明の実施例を示す燃料電池と組み合わせる
液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー
の超電導磁石の冷却部の模式図である。
【図4】本発明の実施例を示す燃料電池と組み合わせる
液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー
の超電導磁石の冷却部の一断面を示す模式図である。
【図5】従来のリニアモーターカーの模式図である。
【図6】従来のリニアモーターカーの超電導磁石の模式
図である。
【符号の説明】
1 液体水素冷却超電導磁石 2 超電導コイル 2A 超電導コイル要素 3 熱シールド板 4 液体水素タンク 5 水素冷却配管 6 液体水素補充装置 7 電磁バルブ 8 蒸発した水素ガスを通す配管 9 水素貯蔵装置(水素吸着合金) 10 燃料電池 11 DC/AC変換器 12 制御装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)液体水素冷却超電導磁石と、(b)
    該超電導磁石の上部に配置される液体水素タンクと、
    (c)該液体水素タンクに接続されるとともに、前記液
    体水素冷却超電導磁石の熱シールド板に固定される水素
    冷却配管と、(d)前記液体水素タンクに接続される液
    体水素補充装置と、(e)前記液体水素タンク及び水素
    冷却配管に接続される水素貯蔵装置と、(f)前記液体
    水素タンク及び水素冷却配管に接続される燃料電池と、
    (g)該燃料電池に接続されるDC/AC変換器と、
    (h)該DC/AC変換器に接続される車両搭載機器
    と、を具備することを特徴とする燃料電池と組み合わせ
    る液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカ
    ー。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の燃料電池と組み合わせる
    液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー
    において、前記水素貯蔵装置は水素吸着合金であること
    を特徴とする燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超電
    導磁石を搭載するリニアモーターカー。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の燃料電池と組み合わせる
    液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー
    において、前記水素冷却配管に電磁バルブを配置し、前
    記熱シールド板の冷却温度を調整することを特徴とする
    燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超電導磁石を搭載
    するリニアモーターカー。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の燃料電池と組み合わせる
    液体水素冷却超電導磁石を搭載するリニアモーターカー
    において、前記熱シールド板の冷却温度に応じて、前記
    燃料電池の発生電力を調整する手段を具備することを特
    徴とする燃料電池と組み合わせる液体水素冷却超電導磁
    石を搭載するリニアモーターカー。
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