JP2003148844A - 極低温冷却冷凍システムとその方法 - Google Patents
極低温冷却冷凍システムとその方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 信頼性及び経済性により、極低温冷却流体を
高温超伝導機械に供給する商業的に実行可能な冷却流体
システム（５０）又は方法を提供する。 【解決手段】 このシステムは、再循環圧縮機と、第２
の極低温流体を有する貯蔵タンクと、再循環圧縮機を貯
蔵タンク及びロータに連結し、再循環圧縮機から貯蔵タ
ンクを通って装置へ進む第１の極低温冷却流体のための
流路を形成する入口ラインとを備える。使用済み第１の
冷却流体は、ロータから、向流式熱交換器（ここで、ロ
ータに進む圧縮された第１の冷却流体からの熱が、使用
済みの第１の冷却気体に伝達される）を通って、再び再
循環圧縮機に戻される。
高温超伝導機械に供給する商業的に実行可能な冷却流体
システム（５０）又は方法を提供する。 【解決手段】 このシステムは、再循環圧縮機と、第２
の極低温流体を有する貯蔵タンクと、再循環圧縮機を貯
蔵タンク及びロータに連結し、再循環圧縮機から貯蔵タ
ンクを通って装置へ進む第１の極低温冷却流体のための
流路を形成する入口ラインとを備える。使用済み第１の
冷却流体は、ロータから、向流式熱交換器（ここで、ロ
ータに進む圧縮された第１の冷却流体からの熱が、使用
済みの第１の冷却気体に伝達される）を通って、再び再
循環圧縮機に戻される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、高温超
伝導（ＨＴＳ）部品を備えたロータを有する同期機械の
ための極低温冷却システムに関する。より具体的には、
本発明は、極低温流体をロータに供給し、ロータから戻
された使用済みの冷却流体を再冷却するための冷却シス
テムに関する。
伝導（ＨＴＳ）部品を備えたロータを有する同期機械の
ための極低温冷却システムに関する。より具体的には、
本発明は、極低温流体をロータに供給し、ロータから戻
された使用済みの冷却流体を再冷却するための冷却シス
テムに関する。
【０００２】
【発明の背景】超伝導ロータは、その超伝導コイルが液
体ヘリウムによって冷却され、使用済みのヘリウムは室
温の気体ヘリウムとして戻される。極低温冷却のために
液体ヘリウムを使用することは、戻された室温の気体ヘ
リウムの連続的な再液化を必要とし、そのような再液化
は、重大な信頼性の問題を提起し、かなりの補助電源を
必要とする。従って、ロータから戻された、高温の使用
済み冷却流体を再液化する極低温冷却システムへの必要
性がある。再液化された冷却流体は、その後、ＨＴＳロ
ータの冷却流体として再使用に供される。
体ヘリウムによって冷却され、使用済みのヘリウムは室
温の気体ヘリウムとして戻される。極低温冷却のために
液体ヘリウムを使用することは、戻された室温の気体ヘ
リウムの連続的な再液化を必要とし、そのような再液化
は、重大な信頼性の問題を提起し、かなりの補助電源を
必要とする。従って、ロータから戻された、高温の使用
済み冷却流体を再液化する極低温冷却システムへの必要
性がある。再液化された冷却流体は、その後、ＨＴＳロ
ータの冷却流体として再使用に供される。
【０００３】高温超伝導発電機は、商業用製品として使
用可能にするために、信頼性が高くてコストが低い極低
温冷凍装置を必要とする。既存の極低温冷凍装置を用い
て高い信頼性を達成するために、これまで余分の極低温
冷凍機部品が用いられてきた。これら部品の不十分な信
頼性、及びＨＴＳロータに冷却流体の連続的供給を確保
するという必要条件により、これまで、ＨＴＳロータ用
の極低温冷凍システムには、余分な部品を含むことが必
要とされてきた。
用可能にするために、信頼性が高くてコストが低い極低
温冷凍装置を必要とする。既存の極低温冷凍装置を用い
て高い信頼性を達成するために、これまで余分の極低温
冷凍機部品が用いられてきた。これら部品の不十分な信
頼性、及びＨＴＳロータに冷却流体の連続的供給を確保
するという必要条件により、これまで、ＨＴＳロータ用
の極低温冷凍システムには、余分な部品を含むことが必
要とされてきた。
【０００４】極低温冷凍システムのコストは、余分な極
低温冷却機部品への必要性のために実質的に増加される
ことになる。更に、不十分な信頼性及びシステムの冗長
性のために、既存の極低温冷凍システムは、頻繁な保守
を必要とするようになる。従って、これらのシステムの
作動コストは、相対的に高いものとなる。
低温冷却機部品への必要性のために実質的に増加される
ことになる。更に、不十分な信頼性及びシステムの冗長
性のために、既存の極低温冷凍システムは、頻繁な保守
を必要とするようになる。従って、これらのシステムの
作動コストは、相対的に高いものとなる。
【０００５】２０゜ケルビン（Ｋ）から３０゜ケルビン
（Ｋ）までの範囲の温度に対する一般的な極低温冷凍機
装置は、ギフォード・マクマホンのコールドヘッド技術
に基づいており、該技術は、冷凍機の容量を制限し、お
よそ年に１度の保守を必要とするものである。システム
の容量と信頼性を増加させるために、増加するコストを
犠牲にして、多数の装置を組み合わせることが可能であ
る。多数のコールドヘッドに加えて、閉ループの極低温
剤気体の循環システムは、低温の再循環ファン、或いは
向流式の高効率熱交換器を備えた室温の外部再循環ファ
ンのいずれかを必要とする。高い信頼性のための冗長性
が要求される場合には、全ての部品を６シグマの標準偏
差の品質で作ることができない限り、これらの部品は、
コストを増し、システムに複雑さを付加することにな
る。
（Ｋ）までの範囲の温度に対する一般的な極低温冷凍機
装置は、ギフォード・マクマホンのコールドヘッド技術
に基づいており、該技術は、冷凍機の容量を制限し、お
よそ年に１度の保守を必要とするものである。システム
の容量と信頼性を増加させるために、増加するコストを
犠牲にして、多数の装置を組み合わせることが可能であ
る。多数のコールドヘッドに加えて、閉ループの極低温
剤気体の循環システムは、低温の再循環ファン、或いは
向流式の高効率熱交換器を備えた室温の外部再循環ファ
ンのいずれかを必要とする。高い信頼性のための冗長性
が要求される場合には、全ての部品を６シグマの標準偏
差の品質で作ることができない限り、これらの部品は、
コストを増し、システムに複雑さを付加することにな
る。
【０００６】既存の極低温冷凍システムの購入及び作動
コストは、ＨＴＳロータを有する機械のコストを著しく
増加させる。これらの高コストが、市場で販売できる同
期機械にＨＴＳロータを組み入れることは、これまで商
業的に実用的でないとすることの原因になってきた。従
って、より費用がかからず、作動が安価で、ＨＴＳロー
タに極低温冷却流体の供給を高い信頼で行う極低温冷凍
システムへの、本質的かつこれまで対処されなった必要
性がある。
コストは、ＨＴＳロータを有する機械のコストを著しく
増加させる。これらの高コストが、市場で販売できる同
期機械にＨＴＳロータを組み入れることは、これまで商
業的に実用的でないとすることの原因になってきた。従
って、より費用がかからず、作動が安価で、ＨＴＳロー
タに極低温冷却流体の供給を高い信頼で行う極低温冷凍
システムへの、本質的かつこれまで対処されなった必要
性がある。
【０００７】界磁コイル巻線を有する同期電気機械に
は、それに限定するわけではないが、回転発電機、回転
モータ及びリニアモータが含まれる。これらの機械は、
一般的に、電磁的に結合されたステータとロータとを備
える。ロータは、多極ロータコアと、ロータコアに取り
付けられたコイル巻線とを含むことができる。ロータコ
アは、鉄の鍛造品のような、透磁性の中実材料を含むこ
とができる。
は、それに限定するわけではないが、回転発電機、回転
モータ及びリニアモータが含まれる。これらの機械は、
一般的に、電磁的に結合されたステータとロータとを備
える。ロータは、多極ロータコアと、ロータコアに取り
付けられたコイル巻線とを含むことができる。ロータコ
アは、鉄の鍛造品のような、透磁性の中実材料を含むこ
とができる。
【０００８】従来の銅巻線が、同期電気機械のロータに
普通に使用されている。しかしながら、銅巻線の電気抵
抗は、（従来の尺度では小さいが）ロータの大きな加熱
の一因となり、機械の出力効率を減少させる程である。
近年、ロータのための超伝導（ＳＣ）コイル巻線が開発
されている。ＳＣ巻線は、実効的には抵抗を持たず、非
常に有利なロータのコイル巻線である。
普通に使用されている。しかしながら、銅巻線の電気抵
抗は、（従来の尺度では小さいが）ロータの大きな加熱
の一因となり、機械の出力効率を減少させる程である。
近年、ロータのための超伝導（ＳＣ）コイル巻線が開発
されている。ＳＣ巻線は、実効的には抵抗を持たず、非
常に有利なロータのコイル巻線である。
【０００９】鉄製コア（鉄心）ロータは、約２テスラの
空隙磁界強度で飽和する。公知の超伝導ロータは、ロー
タ内に鉄がない空コア設計を利用して３テスラ又はそれ
以上の空隙磁界を達成し、それにより、電気機械の出力
密度を増大させ、重量と寸法の著しい減少がもたらされ
る。しかしながら、空コア超伝導ロータは、多量の超伝
導線を必要とし、それは、所要コイル数を増加させ、コ
イル支持体を複雑にし、コストを増加させる。
空隙磁界強度で飽和する。公知の超伝導ロータは、ロー
タ内に鉄がない空コア設計を利用して３テスラ又はそれ
以上の空隙磁界を達成し、それにより、電気機械の出力
密度を増大させ、重量と寸法の著しい減少がもたらされ
る。しかしながら、空コア超伝導ロータは、多量の超伝
導線を必要とし、それは、所要コイル数を増加させ、コ
イル支持体を複雑にし、コストを増加させる。
【００１０】
【発明の概要】高温超伝導（ＨＴＳ）ロータのための極
低温剤気体の再循環冷却システムが開発された。一般的
に、この冷却システムは、再循環圧縮機と、向流式熱交
換器と、液体極低温剤貯蔵タンク内の冷却コイル熱交換
器とを含む。冷却流体は、再循環圧縮機から、熱交換器
及び冷却コイル（ここで、流体が極低温に冷却される）
を通って、ロータ及びその超伝導コイルへと流れる。使
用済み冷却流体は、ロータから、向流式熱交換器（ここ
で、ロータに進む圧縮された冷却流体からの熱が、使用
済みの気体に伝達される）を通って、再び再循環圧縮機
に戻される。
低温剤気体の再循環冷却システムが開発された。一般的
に、この冷却システムは、再循環圧縮機と、向流式熱交
換器と、液体極低温剤貯蔵タンク内の冷却コイル熱交換
器とを含む。冷却流体は、再循環圧縮機から、熱交換器
及び冷却コイル（ここで、流体が極低温に冷却される）
を通って、ロータ及びその超伝導コイルへと流れる。使
用済み冷却流体は、ロータから、向流式熱交換器（ここ
で、ロータに進む圧縮された冷却流体からの熱が、使用
済みの気体に伝達される）を通って、再び再循環圧縮機
に戻される。
【００１１】貯蔵タンク内の液体極低温剤は、再凝縮用
極低温冷凍機によって冷却される。再凝縮用極低温冷凍
機は、単段のギフォード・マクマホン（ＧＭ）式極低温
冷却器、単段に取り付けられた再凝縮器装置を有する別
個の又は一体の圧縮機を備えたパルス管、或いは他のそ
のような極低温剤冷却システムとすることができる。液
体の極低温剤は、窒素、ネオン、又は水素とすることが
できる。同様に、再循環システム内の極低温剤気体は、
ヘリウム、水素、ネオン、或いは窒素とすることができ
る。
極低温冷凍機によって冷却される。再凝縮用極低温冷凍
機は、単段のギフォード・マクマホン（ＧＭ）式極低温
冷却器、単段に取り付けられた再凝縮器装置を有する別
個の又は一体の圧縮機を備えたパルス管、或いは他のそ
のような極低温剤冷却システムとすることができる。液
体の極低温剤は、窒素、ネオン、又は水素とすることが
できる。同様に、再循環システム内の極低温剤気体は、
ヘリウム、水素、ネオン、或いは窒素とすることができ
る。
【００１２】冷却システムは、ＨＴＳロータに冷却流体
の安定供給を行うものである。更に、この冷却システム
は、その構成及び作動が経済的である。冷却システムの
信頼性及び経済性により、商業的に実行可能な、ＨＴＳ
ロータを有する同期機械の開発が容易になる。
の安定供給を行うものである。更に、この冷却システム
は、その構成及び作動が経済的である。冷却システムの
信頼性及び経済性により、商業的に実行可能な、ＨＴＳ
ロータを有する同期機械の開発が容易になる。
【００１３】第１の実施形態において、本発明は、極低
温冷却流体を高温超伝導機械に供給するための冷却流体
システムであり、該システムは、再循環圧縮機と、第２
の極低温流体を有する貯蔵タンクと、再循環圧縮機を貯
蔵タンク及びロータに連結し、再循環圧縮機から貯蔵タ
ンクを通って機械まで進む冷却流体のための流路を形成
する入口ラインとを備える。
温冷却流体を高温超伝導機械に供給するための冷却流体
システムであり、該システムは、再循環圧縮機と、第２
の極低温流体を有する貯蔵タンクと、再循環圧縮機を貯
蔵タンク及びロータに連結し、再循環圧縮機から貯蔵タ
ンクを通って機械まで進む冷却流体のための流路を形成
する入口ラインとを備える。
【００１４】別の実施形態において、本発明は、同期機
械のための高温超伝導ロータに連結された冷却流体シス
テムであり、該システムと極低温冷却流体の源は、再循
環圧縮機と、極低温流体の供給源を貯蔵する極低温貯蔵
タンクと、貯蔵タンクを通過し、再循環圧縮機とロータ
との間に冷却流体のための流路を提供する入口ライン
と、ロータと再循環圧縮機との間に冷却流体のための流
路を提供する戻りラインとを備える。
械のための高温超伝導ロータに連結された冷却流体シス
テムであり、該システムと極低温冷却流体の源は、再循
環圧縮機と、極低温流体の供給源を貯蔵する極低温貯蔵
タンクと、貯蔵タンクを通過し、再循環圧縮機とロータ
との間に冷却流体のための流路を提供する入口ライン
と、ロータと再循環圧縮機との間に冷却流体のための流
路を提供する戻りラインとを備える。
【００１５】更に別の実施形態において、本発明は、冷
却流体回路と、極低温貯蔵タンクと、熱交換器と、冷却
流体のための入口及び戻りラインとを有する冷却流体シ
ステムを用いて超伝導機械を冷却する方法であり、該方
法は、 ａ．極低温冷却流体を、入口ラインを通り、熱交換器及
び貯蔵タンクを通って機械内にポンピングする段階と、 ｂ．入口及び戻りラインが通過する熱交換器において、
該入口ライン内の冷却流体から該戻りラインに熱を伝達
する段階と、 ｃ．貯蔵タンクにおいて、冷却流体を極低温に冷却する
段階と、 ｄ．使用済み冷却流体を、機械から戻りラインを通っ
て、再び入口ラインに戻す段階と、を含む。
却流体回路と、極低温貯蔵タンクと、熱交換器と、冷却
流体のための入口及び戻りラインとを有する冷却流体シ
ステムを用いて超伝導機械を冷却する方法であり、該方
法は、 ａ．極低温冷却流体を、入口ラインを通り、熱交換器及
び貯蔵タンクを通って機械内にポンピングする段階と、 ｂ．入口及び戻りラインが通過する熱交換器において、
該入口ライン内の冷却流体から該戻りラインに熱を伝達
する段階と、 ｃ．貯蔵タンクにおいて、冷却流体を極低温に冷却する
段階と、 ｄ．使用済み冷却流体を、機械から戻りラインを通っ
て、再び入口ラインに戻す段階と、を含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】本明細書に関連する添付の図面
に、本発明の実施形態を記載する。
に、本発明の実施形態を記載する。
【００１７】図１は、ステータ１２とロータ１４とを有
する例示的な同期発電機械１０を示す。ロータは、ステ
ータの円筒形のロータ真空キャビティ１６内に嵌まる界
磁巻線コイル３４を含む。ロータ１４は、ステータのロ
ータ真空キャビティ１６内に嵌まる。ロータがステータ
内で回転すると、ロータとロータコイルによって発生す
る磁界１８（点線で示される）はステータを通って移動
／回転し、ステータのコイル巻線１９に電流を生じさせ
る。この電流は、発電機によって電力として出力され
る。
する例示的な同期発電機械１０を示す。ロータは、ステ
ータの円筒形のロータ真空キャビティ１６内に嵌まる界
磁巻線コイル３４を含む。ロータ１４は、ステータのロ
ータ真空キャビティ１６内に嵌まる。ロータがステータ
内で回転すると、ロータとロータコイルによって発生す
る磁界１８（点線で示される）はステータを通って移動
／回転し、ステータのコイル巻線１９に電流を生じさせ
る。この電流は、発電機によって電力として出力され
る。
【００１８】ロータ１４は、ほぼ長さ方向に延びる軸線
２０と、全体的に中実のロータコア２２とを有する。中
実のコア２２は、大きな透磁率を有し、鉄のような強磁
性材料で形成するのが普通である。低電力密度の超伝導
機械では、ロータの鉄心を使用して、起磁力（ＭＭＦ）
を減少させ、従ってコイル線の使用量を最小にする。例
えば、ロータの鉄心は、約２テスラの空隙磁界強度で磁
気的に飽和させることができる。
２０と、全体的に中実のロータコア２２とを有する。中
実のコア２２は、大きな透磁率を有し、鉄のような強磁
性材料で形成するのが普通である。低電力密度の超伝導
機械では、ロータの鉄心を使用して、起磁力（ＭＭＦ）
を減少させ、従ってコイル線の使用量を最小にする。例
えば、ロータの鉄心は、約２テスラの空隙磁界強度で磁
気的に飽和させることができる。
【００１９】ロータ１４は、ほぼ長さ方向に延びるレー
ストラック形の高温超伝導（ＨＴＳ）コイル巻線を支持
する。別の構成では、ＨＴＳコイル巻線は、サドル形に
してもよく、或いは、特定のＨＴＳロータ設計に適した
幾つかの他のコイル巻線形状を有してもよい。ここに開
示される冷却システムは、中実のロータコア上に取り付
けられるレーストラック形コイル以外のコイル巻線及び
ロータ形態に適合させることができる。
ストラック形の高温超伝導（ＨＴＳ）コイル巻線を支持
する。別の構成では、ＨＴＳコイル巻線は、サドル形に
してもよく、或いは、特定のＨＴＳロータ設計に適した
幾つかの他のコイル巻線形状を有してもよい。ここに開
示される冷却システムは、中実のロータコア上に取り付
けられるレーストラック形コイル以外のコイル巻線及び
ロータ形態に適合させることができる。
【００２０】ロータは、端シャフト２４、３０を含み、
これらの端シャフトは、コア２２を支え、軸受２５によ
って支持される。コレクタ端シャフト２４は、ロータの
ＳＣコイル巻線を冷却するのに用いられる極低温冷却流
体の源への極低温剤移送継手２６を有する。極低温剤移
送継手２６は、極低温剤冷却流体の源に結合される固定
セグメントと、ＨＴＳコイルに冷却流体を供給する回転
セグメントとを含む。例示的な極低温剤移送継手が、本
出願人による係属中の日本特許出願第２００２−１３７
９６２号（米国特許出願第０９／８５４，９３１号）に
おいて開示されており、その全体が参考文献として本明
細書に組み込まれる。コレクタ端シャフトはまた、ロー
タコイル３４を外部の電気装置又は電源装置に接続する
ためのコレクタリング２７を含む。駆動端シャフト３０
は、出力タービン継手３２であってもよい。
これらの端シャフトは、コア２２を支え、軸受２５によ
って支持される。コレクタ端シャフト２４は、ロータの
ＳＣコイル巻線を冷却するのに用いられる極低温冷却流
体の源への極低温剤移送継手２６を有する。極低温剤移
送継手２６は、極低温剤冷却流体の源に結合される固定
セグメントと、ＨＴＳコイルに冷却流体を供給する回転
セグメントとを含む。例示的な極低温剤移送継手が、本
出願人による係属中の日本特許出願第２００２−１３７
９６２号（米国特許出願第０９／８５４，９３１号）に
おいて開示されており、その全体が参考文献として本明
細書に組み込まれる。コレクタ端シャフトはまた、ロー
タコイル３４を外部の電気装置又は電源装置に接続する
ためのコレクタリング２７を含む。駆動端シャフト３０
は、出力タービン継手３２であってもよい。
【００２１】図２は、例示的なＨＴＳレーストラック形
の界磁コイル巻線３４を示す。ロータのＳＣ界磁巻線３
４は、高温超伝導コイル３６を含む。各々のＨＴＳコイ
ルは、固体状エポキシ含浸巻線複合材料で積層されたＢ
ＳＣＣＯ（ＢｉxＳｒxＣａxＣｕxＯx）導線のような、
高温超伝導導体を含む。例えば、一連のＢＳＣＣＯ２２
２３線を、積層し、互いに接着し、巻いて中実のエポキ
シ含浸コイルとすることができる。
の界磁コイル巻線３４を示す。ロータのＳＣ界磁巻線３
４は、高温超伝導コイル３６を含む。各々のＨＴＳコイ
ルは、固体状エポキシ含浸巻線複合材料で積層されたＢ
ＳＣＣＯ（ＢｉxＳｒxＣａxＣｕxＯx）導線のような、
高温超伝導導体を含む。例えば、一連のＢＳＣＣＯ２２
２３線を、積層し、互いに接着し、巻いて中実のエポキ
シ含浸コイルとすることができる。
【００２２】ＨＴＳ線は、脆くて、傷つきやすい。ＨＴ
Ｓコイルは、一般的に、ＨＴＳテープが巻かれ、次いで
エポキシ含浸された層である。ＨＴＳテープは、厳密な
寸法公差を得るために、精密なコイルの形態に巻かれて
いる。テープは螺旋に巻かれ、レーストラック形ＳＣコ
イル３６を形成する。
Ｓコイルは、一般的に、ＨＴＳテープが巻かれ、次いで
エポキシ含浸された層である。ＨＴＳテープは、厳密な
寸法公差を得るために、精密なコイルの形態に巻かれて
いる。テープは螺旋に巻かれ、レーストラック形ＳＣコ
イル３６を形成する。
【００２３】レーストラック形コイルの寸法は、ロータ
コアの寸法で決まる。一般的に、各々のレーストラック
形コイルは、ロータコアの磁極を囲み、ロータ軸線に対
して平行である。ＨＴＳコイル巻線は、レーストラック
の周りで連続している。コイルは、ロータコアの周り及
び該コアの磁極の間に、無抵抗の電流路を形成する。
コアの寸法で決まる。一般的に、各々のレーストラック
形コイルは、ロータコアの磁極を囲み、ロータ軸線に対
して平行である。ＨＴＳコイル巻線は、レーストラック
の周りで連続している。コイルは、ロータコアの周り及
び該コアの磁極の間に、無抵抗の電流路を形成する。
【００２４】極低温冷却流体のための流路３８が、コイ
ル巻線３４に含まれる。これらの流路は、ＳＣコイル３
６の外縁部の周りに延びることができる。流路は、コイ
ルに極低温冷却流体を供給し、これらコイルから熱を除
去する。冷却流体は、ＳＣコイル巻線において、該コイ
ルに電気抵抗がない場合を含む超伝導状態をもたらすの
に必要とされる低温、例えば２７°Ｋを維持する。冷却
路は、ロータコアの一端に入口及び出口ポート３９を有
する。これらポート３９は、ＳＣコイル上の冷却路３８
を、極低温剤移送継手２６に接続する。
ル巻線３４に含まれる。これらの流路は、ＳＣコイル３
６の外縁部の周りに延びることができる。流路は、コイ
ルに極低温冷却流体を供給し、これらコイルから熱を除
去する。冷却流体は、ＳＣコイル巻線において、該コイ
ルに電気抵抗がない場合を含む超伝導状態をもたらすの
に必要とされる低温、例えば２７°Ｋを維持する。冷却
路は、ロータコアの一端に入口及び出口ポート３９を有
する。これらポート３９は、ＳＣコイル上の冷却路３８
を、極低温剤移送継手２６に接続する。
【００２５】図３は、ＨＴＳ発電機１０のための極低温
冷凍システム５０の概略図である。再循環圧縮機５２
が、周囲温度、すなわち３００°Ｋ（ケルビン）の圧縮
気体を、コールドボックス５６内の向流式熱交換器５４
に供給する。圧縮機５２は、例えば貯蔵容器のような冷
却流体の源を含むことができる。向流式熱交換器は、圧
縮気体の熱を発電機１０のロータ１４から戻る使用済み
の冷却気体へ伝達することによって、該圧縮気体を極低
温に冷却する。
冷凍システム５０の概略図である。再循環圧縮機５２
が、周囲温度、すなわち３００°Ｋ（ケルビン）の圧縮
気体を、コールドボックス５６内の向流式熱交換器５４
に供給する。圧縮機５２は、例えば貯蔵容器のような冷
却流体の源を含むことができる。向流式熱交換器は、圧
縮気体の熱を発電機１０のロータ１４から戻る使用済み
の冷却気体へ伝達することによって、該圧縮気体を極低
温に冷却する。
【００２６】熱交換器からの低温の圧縮気体は、極低温
剤貯蔵タンク６０内の冷却コイル５８を通過することに
よって、更に冷却される。タンク内の極低温液体７６
は、コイル５８内の冷却流体の温度を、３０°Ｋより下
のような極低温に下げる。コイル５８からの冷却された
気体は、入口温度（Ｔｉｎ）で、ＨＴＳ発電機１０に供
給され、ＨＴＳロータ巻線を冷却する。
剤貯蔵タンク６０内の冷却コイル５８を通過することに
よって、更に冷却される。タンク内の極低温液体７６
は、コイル５８内の冷却流体の温度を、３０°Ｋより下
のような極低温に下げる。コイル５８からの冷却された
気体は、入口温度（Ｔｉｎ）で、ＨＴＳ発電機１０に供
給され、ＨＴＳロータ巻線を冷却する。
【００２７】発電機からの戻り気体は、温度（Ｔｏｕ
ｔ）で出て、向流式熱交換器５４を通って進み、周囲温
度の再循環圧縮機５２に戻る。管６２が、再循環圧縮機
５２から、コールドボックス５６を通って発電機まで
の、冷却流体のための流路を提供する。戻り管６４が、
発電機から、コールドボックスを通って再循環圧縮機ま
での、気体のための戻り流路を提供する。コールドボッ
クスは、システム５０の断熱された部分であり、該部分
は、入口ラインと戻りラインの管に対する真空ジャケッ
ト断熱、及び貯蔵タンクと熱交換器周りの断熱を用いる
ことなどにより、極低温に維持される。コールドボック
スは、該ボックス内の冷却部品周りに真空を確立するこ
とができる。更に、コールドボックスは、ロータまで延
びて冷却流体が不必要な熱を吸収しないことを保証す
る。
ｔ）で出て、向流式熱交換器５４を通って進み、周囲温
度の再循環圧縮機５２に戻る。管６２が、再循環圧縮機
５２から、コールドボックス５６を通って発電機まで
の、冷却流体のための流路を提供する。戻り管６４が、
発電機から、コールドボックスを通って再循環圧縮機ま
での、気体のための戻り流路を提供する。コールドボッ
クスは、システム５０の断熱された部分であり、該部分
は、入口ラインと戻りラインの管に対する真空ジャケッ
ト断熱、及び貯蔵タンクと熱交換器周りの断熱を用いる
ことなどにより、極低温に維持される。コールドボック
スは、該ボックス内の冷却部品周りに真空を確立するこ
とができる。更に、コールドボックスは、ロータまで延
びて冷却流体が不必要な熱を吸収しないことを保証す
る。
【００２８】冷却流体は、気体又は液体としてロータに
入るが、ＳＣコイルの周りを流れるときに蒸発する。冷
却流体の蒸発により、ＳＣコイルが冷却され、コイルが
超伝導状態で作動することを保証する。蒸発した冷却流
体は、低温の気体としてＨＴＳロータから、戻り管路６
４を通って流れる。戻りラインは、ロータから再循環圧
縮機まで低温の冷却気体が通るような大きさにされてい
る。
入るが、ＳＣコイルの周りを流れるときに蒸発する。冷
却流体の蒸発により、ＳＣコイルが冷却され、コイルが
超伝導状態で作動することを保証する。蒸発した冷却流
体は、低温の気体としてＨＴＳロータから、戻り管路６
４を通って流れる。戻りラインは、ロータから再循環圧
縮機まで低温の冷却気体が通るような大きさにされてい
る。
【００２９】極低温剤貯蔵タンク６０は、液体の極低温
剤流体の供給源を保持しており、それは、貯蔵タンクの
気体空間６８内に配置された極低温冷凍機の再凝縮器６
６によって一定の極低温に維持される。極低温剤流体７
６は、タンク内においてコイル５８を通って流れる冷却
流体を冷却するためにだけ用いられるものである。タン
ク内の極低温剤流体７６は、ロータのＳＣ巻線３４を冷
却するのに用いられる冷却流体とは混合しない。
剤流体の供給源を保持しており、それは、貯蔵タンクの
気体空間６８内に配置された極低温冷凍機の再凝縮器６
６によって一定の極低温に維持される。極低温剤流体７
６は、タンク内においてコイル５８を通って流れる冷却
流体を冷却するためにだけ用いられるものである。タン
ク内の極低温剤流体７６は、ロータのＳＣ巻線３４を冷
却するのに用いられる冷却流体とは混合しない。
【００３０】再凝縮用極低温冷凍機６６は、単段のギフ
ォード−マクマホン式極低温冷却器、或いは単段に取り
付けられた再凝縮器装置を有する別個又は一体の極低温
冷却器用圧縮機７０を備えたパルス管とすることができ
る。単一又は複数の極低温冷凍機装置（図３では、一つ
だけが示される）を、液体内にある冷却コイル５８内の
循環気体の冷却必要条件に適合させるように、必要に応
じて貯蔵タンク内の気体６８を再液化するために用いる
ことができる。
ォード−マクマホン式極低温冷却器、或いは単段に取り
付けられた再凝縮器装置を有する別個又は一体の極低温
冷却器用圧縮機７０を備えたパルス管とすることができ
る。単一又は複数の極低温冷凍機装置（図３では、一つ
だけが示される）を、液体内にある冷却コイル５８内の
循環気体の冷却必要条件に適合させるように、必要に応
じて貯蔵タンク内の気体６８を再液化するために用いる
ことができる。
【００３１】循環気体システム内の冷却気体の温度は、
貯蔵タンク内の極低温剤液体を選択することによって制
御される。再循環システム（例えば、再循環圧縮機、熱
交換器、コイル、及び入口ラインと戻りライン）の入口
及び戻りライン内の極低温剤冷却気体は、ヘリウムであ
るのが好ましいが、ＨＴＳロータの作動温度が、７７°
Ｋ、２７°Ｋ、又は２０°Ｋより下に下がらない場合に
は、それぞれ窒素、ネオン、又は水素とすることもでき
る。ＨＴＳロータ１４のＳＣコイル３４が、８０°Ｋの
Ｔｉｎまで冷却されなければならない場合には、冷却コ
イルを冷却するために、貯蔵タンク内において液体窒素
を用いることができる。再循環システムにおいて、液体
窒素は、ＨＴＳロータのコイルを約３０°Ｋまで冷却す
るのに用いることができ、液体水素は、該ロータを約２
０°Ｋまで冷却するのに用いることができる。
貯蔵タンク内の極低温剤液体を選択することによって制
御される。再循環システム（例えば、再循環圧縮機、熱
交換器、コイル、及び入口ラインと戻りライン）の入口
及び戻りライン内の極低温剤冷却気体は、ヘリウムであ
るのが好ましいが、ＨＴＳロータの作動温度が、７７°
Ｋ、２７°Ｋ、又は２０°Ｋより下に下がらない場合に
は、それぞれ窒素、ネオン、又は水素とすることもでき
る。ＨＴＳロータ１４のＳＣコイル３４が、８０°Ｋの
Ｔｉｎまで冷却されなければならない場合には、冷却コ
イルを冷却するために、貯蔵タンク内において液体窒素
を用いることができる。再循環システムにおいて、液体
窒素は、ＨＴＳロータのコイルを約３０°Ｋまで冷却す
るのに用いることができ、液体水素は、該ロータを約２
０°Ｋまで冷却するのに用いることができる。
【００３２】ＨＴＳロータのコイルが、約３０°Ｋまで
冷却されなければならない場合には、貯蔵タンク内の極
低温剤流体を液体ネオンとすることができ、該コイルが
約２０°Ｋまで冷却されなければならない場合には、液
体水素とすることができる。貯蔵タンクの温度は、再凝
縮器装置６６の容量が冷却コイルの要求に適うように、
該タンクの平衡圧によって制御される。極低温冷凍機が
停止した場合には、開ループモードで冷却システムを作
動させるように、圧力安全弁７２が設けられる。開ルー
プモードは、再凝縮器装置が保守又は故障のために使用
不能の場合、又は使用不能であるときに、極低温剤液体
７６の極低温を維持するために用いられる。開ループモ
ードにおいて、タンク内の圧力を最小にして液体７６の
温度を下げるために、気体６８の圧力は最小にされ、例
えば大気圧に保持される。
冷却されなければならない場合には、貯蔵タンク内の極
低温剤流体を液体ネオンとすることができ、該コイルが
約２０°Ｋまで冷却されなければならない場合には、液
体水素とすることができる。貯蔵タンクの温度は、再凝
縮器装置６６の容量が冷却コイルの要求に適うように、
該タンクの平衡圧によって制御される。極低温冷凍機が
停止した場合には、開ループモードで冷却システムを作
動させるように、圧力安全弁７２が設けられる。開ルー
プモードは、再凝縮器装置が保守又は故障のために使用
不能の場合、又は使用不能であるときに、極低温剤液体
７６の極低温を維持するために用いられる。開ループモ
ードにおいて、タンク内の圧力を最小にして液体７６の
温度を下げるために、気体６８の圧力は最小にされ、例
えば大気圧に保持される。
【００３３】極低温剤貯蔵タンク６０が十分な貯蔵容量
を有するので、ロータの作動に影響を与えることなく冷
凍装置６６を保守又は交換のために停止させることが可
能である。極低温冷凍機の停止期間中に、貯蔵タンクは
開ループで作動し、圧力安全弁を通して極低温剤気体を
外気へ排出する。失った冷温剤液体は、極低温冷凍機が
作動状態に戻った後、貯蔵タンクを再び満たすことによ
って補充される。貯蔵タンクは、冷凍装置６６が機能し
ていないときでさえ、ロータを冷却する気体のために冷
却を行う。従って、提案されたＨＴＳ冷却システムは、
低コストで、余分な部品を持たず、高い信頼性をもたら
すものである。
を有するので、ロータの作動に影響を与えることなく冷
凍装置６６を保守又は交換のために停止させることが可
能である。極低温冷凍機の停止期間中に、貯蔵タンクは
開ループで作動し、圧力安全弁を通して極低温剤気体を
外気へ排出する。失った冷温剤液体は、極低温冷凍機が
作動状態に戻った後、貯蔵タンクを再び満たすことによ
って補充される。貯蔵タンクは、冷凍装置６６が機能し
ていないときでさえ、ロータを冷却する気体のために冷
却を行う。従って、提案されたＨＴＳ冷却システムは、
低コストで、余分な部品を持たず、高い信頼性をもたら
すものである。
【００３４】タンク６０の貯蔵量は、再凝縮器装置６６
が停止している期間にわたって、例えば一日間のような
期間にわたって、ロータに流れる冷却流体を冷却するの
に十分な液体７６を供給するような大きさにされてお
り、この場合、ＨＴＳロータを３０°Ｋで作動させるの
に必要とされる一般的な貯蔵タンクの容量は、液体ネオ
ン約１００リットルである。
が停止している期間にわたって、例えば一日間のような
期間にわたって、ロータに流れる冷却流体を冷却するの
に十分な液体７６を供給するような大きさにされてお
り、この場合、ＨＴＳロータを３０°Ｋで作動させるの
に必要とされる一般的な貯蔵タンクの容量は、液体ネオ
ン約１００リットルである。
【００３５】冷却流体は、再循環システムの閉ループ内
を流れる。再循環圧縮機５２からの冷却流体は、コール
ドボックス５６を通過し、ロータ１４の冷却移送継手２
６に連結された入口管６２を通って流れる。移送継手及
びロータにおいて、冷却流体は、端シャフト２４の真空
ジャケットをもつ冷却流路、及びＳＣコイル３６周りの
冷却流路３８を通過する。冷却流体は、対流熱伝導冷却
又は蒸発冷却によってロータのＳＣコイル３６を極低温
に維持し、コイルが超伝導状態で作動することを保証す
る。
を流れる。再循環圧縮機５２からの冷却流体は、コール
ドボックス５６を通過し、ロータ１４の冷却移送継手２
６に連結された入口管６２を通って流れる。移送継手及
びロータにおいて、冷却流体は、端シャフト２４の真空
ジャケットをもつ冷却流路、及びＳＣコイル３６周りの
冷却流路３８を通過する。冷却流体は、対流熱伝導冷却
又は蒸発冷却によってロータのＳＣコイル３６を極低温
に維持し、コイルが超伝導状態で作動することを保証す
る。
【００３６】一般的には低温の気体の形態の使用済み冷
却流体は、コイルの冷却流路３８を出て、端シャフトの
真空ジャケットをもつ流路を通り、冷却継手２６を通っ
てロータ１４を出る。戻り移送ライン６４は、戻り冷却
流体をロータからコールドボックス５６へ、次いで、再
循環圧縮機５２へと運ぶ。コールドボックス５６内の入
口及び移送ラインは、真空ジャケットをもち、よって、
強く断熱されている。移送ライン及びコールドボックス
の真空断熱は、冷却流体がタンクからロータへ、及びロ
ータからタンクへ流れる際に、該冷却流体における熱伝
導損失を最小にする。コールドボックスと再循環圧縮機
との間のラインに真空ジャケットを設ける必要はない。
流量弁７４が、再循環圧縮機からコールドボックス５６
への気体の流れを制御する。
却流体は、コイルの冷却流路３８を出て、端シャフトの
真空ジャケットをもつ流路を通り、冷却継手２６を通っ
てロータ１４を出る。戻り移送ライン６４は、戻り冷却
流体をロータからコールドボックス５６へ、次いで、再
循環圧縮機５２へと運ぶ。コールドボックス５６内の入
口及び移送ラインは、真空ジャケットをもち、よって、
強く断熱されている。移送ライン及びコールドボックス
の真空断熱は、冷却流体がタンクからロータへ、及びロ
ータからタンクへ流れる際に、該冷却流体における熱伝
導損失を最小にする。コールドボックスと再循環圧縮機
との間のラインに真空ジャケットを設ける必要はない。
流量弁７４が、再循環圧縮機からコールドボックス５６
への気体の流れを制御する。
【００３７】タンクにはＨＴＳロータのための液体冷却
流体の供給源があるので、再凝縮器６６を連続的に作動
させる必要はない。タンク内の液体冷却流体７６は、Ｈ
ＴＳロータを通って循環する冷却流体を冷却するための
非常供給用の冷却システムを提供するものである。従っ
て、ＨＴＳ発電機が中断されずに作動し続けている間に
再凝縮器を点検することができる。再凝縮器は、一時的
に故障してもかまわず、その修理中にＨＴＳロータを停
止することを必要としない。ＨＴＳロータを通常点検の
ために停止する際は、タンクへの点検整備用スタックを
介して該タンクを点検することができる。
流体の供給源があるので、再凝縮器６６を連続的に作動
させる必要はない。タンク内の液体冷却流体７６は、Ｈ
ＴＳロータを通って循環する冷却流体を冷却するための
非常供給用の冷却システムを提供するものである。従っ
て、ＨＴＳ発電機が中断されずに作動し続けている間に
再凝縮器を点検することができる。再凝縮器は、一時的
に故障してもかまわず、その修理中にＨＴＳロータを停
止することを必要としない。ＨＴＳロータを通常点検の
ために停止する際は、タンクへの点検整備用スタックを
介して該タンクを点検することができる。
【００３８】図４は、極低温冷却システム７８の第２の
実施形態の概略図である。第２の冷却システム７８にお
ける、第１の冷却システム５０と共通な部品は、図３及
び図４において共通の参照番号で示される。
実施形態の概略図である。第２の冷却システム７８にお
ける、第１の冷却システム５０と共通な部品は、図３及
び図４において共通の参照番号で示される。
【００３９】図４に示される冷却システム７８は、使用
済み冷却流体を戻りライン６４から入口ライン６２内に
ポンピングするエゼクタ８０を更に含む。戻りラインか
らエゼクタを通って入口ラインに再入する冷却流体は、
再循環圧縮機５２及び熱交換器５４をバイパスする。従
って、圧縮機及び熱交換器にかかる流体負荷は、エゼク
タを使用する場合には減少される。エゼクタ８０によ
り、他の場合に必要なよりも小さな熱交換器及び圧縮機
の使用が可能になる。
済み冷却流体を戻りライン６４から入口ライン６２内に
ポンピングするエゼクタ８０を更に含む。戻りラインか
らエゼクタを通って入口ラインに再入する冷却流体は、
再循環圧縮機５２及び熱交換器５４をバイパスする。従
って、圧縮機及び熱交換器にかかる流体負荷は、エゼク
タを使用する場合には減少される。エゼクタ８０によ
り、他の場合に必要なよりも小さな熱交換器及び圧縮機
の使用が可能になる。
【００４０】図５は、基本的には冷却流体用の静止ポン
プであるエゼクタ８０の詳細な概略図を示す。エゼクタ
は、第１の収斂−拡開ノズル８２と、ディフューザ区域
８４と、第２の収斂−拡開ノズル８６とを含む。第１の
ノズルへの入口９２は、入口ライン６２に連結され、熱
交換器５４からの冷却流体流を受ける。高圧の流れは第
１のノズルを通過する際に、比較的低い静圧で該ノズル
の出口９４からディフューザ８４内に射出されるため、
その速度は大幅に増加する。この低圧が、使用済の冷却
剤を戻りライン６４から入口ポート８８を介してディフ
ューザ８４内に引き込む。戻り冷却流体が軸線に沿って
エゼクタに入るように、入口ポート８８を該エゼクタの
軸線と位置合わせすることができる。
プであるエゼクタ８０の詳細な概略図を示す。エゼクタ
は、第１の収斂−拡開ノズル８２と、ディフューザ区域
８４と、第２の収斂−拡開ノズル８６とを含む。第１の
ノズルへの入口９２は、入口ライン６２に連結され、熱
交換器５４からの冷却流体流を受ける。高圧の流れは第
１のノズルを通過する際に、比較的低い静圧で該ノズル
の出口９４からディフューザ８４内に射出されるため、
その速度は大幅に増加する。この低圧が、使用済の冷却
剤を戻りライン６４から入口ポート８８を介してディフ
ューザ８４内に引き込む。戻り冷却流体が軸線に沿って
エゼクタに入るように、入口ポート８８を該エゼクタの
軸線と位置合わせすることができる。
【００４１】使用済み冷却剤は、第1のノズルからの冷
却剤噴流と共に運ばれて、双方が、比較的大きい直径の
出口９０を有する第２の収斂−拡開ノズル８６を通過す
る流れを形成するようになる。第２のノズルは、第１ノ
ズル（今は戻り流体を含む）からの噴流を減速させ、そ
れによって、エゼクタの出口９０における入口ライン６
２に再び入る際に、流れの圧力を（ディフューザ及び戻
りラインの圧力より大きい圧力まで）増加させる。ディ
フューザの下流にある入口ライン６２内の冷却剤の圧力
は、該冷却剤をロータ、ＳＣコイル巻線、及び戻りライ
ンを通って移動させるのに十分な程である。
却剤噴流と共に運ばれて、双方が、比較的大きい直径の
出口９０を有する第２の収斂−拡開ノズル８６を通過す
る流れを形成するようになる。第２のノズルは、第１ノ
ズル（今は戻り流体を含む）からの噴流を減速させ、そ
れによって、エゼクタの出口９０における入口ライン６
２に再び入る際に、流れの圧力を（ディフューザ及び戻
りラインの圧力より大きい圧力まで）増加させる。ディ
フューザの下流にある入口ライン６２内の冷却剤の圧力
は、該冷却剤をロータ、ＳＣコイル巻線、及び戻りライ
ンを通って移動させるのに十分な程である。
【００４２】再循環圧縮機からの比較的少量の高圧冷却
流体流を用いて、エゼクタに、戻りラインから入口ライ
ンへ大量の流体をポンピングさせるようにすることがで
きる。入口ラインにおいて、熱交換器５４からの高圧流
体流は、入口９２において第１の収斂−拡開ノズルに流
入する。ノズルの排出口９４及びディフューザ８４内に
おいて、流体流の圧力は低く、その速度は高い。ディフ
ューザ内の低圧が、使用済み流体を戻りラインから入口
ポート８８を通してエゼクタに流入させることになる。
流体流を用いて、エゼクタに、戻りラインから入口ライ
ンへ大量の流体をポンピングさせるようにすることがで
きる。入口ラインにおいて、熱交換器５４からの高圧流
体流は、入口９２において第１の収斂−拡開ノズルに流
入する。ノズルの排出口９４及びディフューザ８４内に
おいて、流体流の圧力は低く、その速度は高い。ディフ
ューザ内の低圧が、使用済み流体を戻りラインから入口
ポート８８を通してエゼクタに流入させることになる。
【００４３】流体の運動量は、エゼクタを通る冷却剤流
として（摩擦による損失を除いて）保存される。入口ラ
インの冷却剤流の高圧力は、第１のノズル８２において
高速度流に変換される。エゼクタの軸線（ｘ軸）に沿っ
たこの流れの運動量は、保存される。戻りラインの冷却
流体流は、ディフューザ内の高速度流と合流する。２つ
の流れの全体の運動量は、エゼクタの軸線に沿った２つ
の流れの各運動量のほぼ合計になる。全体の運動量が、
この合流を広径の出口９０を有する第２のノズル８６を
通して押し進め、流れの速度を圧力に変換させる。出口
流の圧力が、エゼクタの下流にある入口ライン内の冷却
流体を、コイル、ロータ、及び戻りラインを通って移動
させる。
として（摩擦による損失を除いて）保存される。入口ラ
インの冷却剤流の高圧力は、第１のノズル８２において
高速度流に変換される。エゼクタの軸線（ｘ軸）に沿っ
たこの流れの運動量は、保存される。戻りラインの冷却
流体流は、ディフューザ内の高速度流と合流する。２つ
の流れの全体の運動量は、エゼクタの軸線に沿った２つ
の流れの各運動量のほぼ合計になる。全体の運動量が、
この合流を広径の出口９０を有する第２のノズル８６を
通して押し進め、流れの速度を圧力に変換させる。出口
流の圧力が、エゼクタの下流にある入口ライン内の冷却
流体を、コイル、ロータ、及び戻りラインを通って移動
させる。
【００４４】一般的には、第１のノズル８２を通る流れ
は、エゼクタを通してポンピングされる流れ、及びエゼ
クタを出る混合流の一部分になる。熱交換器からの入口
ライン６２における流れの高圧力は、比較的少量の流れ
で十分な運動量を生成し、戻りライン内の冷却流体の大
部分を引き込み、エゼクタからの冷却流体の混合流をシ
ステム７８の残りの部分を通して押し進める。
は、エゼクタを通してポンピングされる流れ、及びエゼ
クタを出る混合流の一部分になる。熱交換器からの入口
ライン６２における流れの高圧力は、比較的少量の流れ
で十分な運動量を生成し、戻りライン内の冷却流体の大
部分を引き込み、エゼクタからの冷却流体の混合流をシ
ステム７８の残りの部分を通して押し進める。
【００４５】第１のノズルの入口９２においては、比較
的少量の冷却流体が必要とされるので、再循環ポンプ及
び熱交換器を通る冷却流体流は、ＨＴＳロータを通る冷
却流体の循環流の一部分でしかない。その結果、熱交換
器の大きさが相当減少され、その効率は、極低温冷凍機
全体の効率に対して重要ではなくなる。同様に、再循環
圧縮機５２を小さなものとすることができ、エゼクタな
しのシステム５０における圧縮機よりも少ない電力しか
必要としないようにすることができる。このように、極
低温冷凍システムにおいてエゼクタを使用することの一
つの利点は、熱交換器及び圧縮機の大きさ及びコストの
著しい減少と、熱交換器の損失及び圧縮機の所要電力の
減少による高いシステム効率にある。
的少量の冷却流体が必要とされるので、再循環ポンプ及
び熱交換器を通る冷却流体流は、ＨＴＳロータを通る冷
却流体の循環流の一部分でしかない。その結果、熱交換
器の大きさが相当減少され、その効率は、極低温冷凍機
全体の効率に対して重要ではなくなる。同様に、再循環
圧縮機５２を小さなものとすることができ、エゼクタな
しのシステム５０における圧縮機よりも少ない電力しか
必要としないようにすることができる。このように、極
低温冷凍システムにおいてエゼクタを使用することの一
つの利点は、熱交換器及び圧縮機の大きさ及びコストの
著しい減少と、熱交換器の損失及び圧縮機の所要電力の
減少による高いシステム効率にある。
【００４６】本発明を、現在最も実用的で最も好ましい
実施形態と考えられるものに関して説明してきたが、本
発明は、開示した実施形態に限定されるものではない。
特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためで
あってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するもの
ではない。
実施形態と考えられるものに関して説明してきたが、本
発明は、開示した実施形態に限定されるものではない。
特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためで
あってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するもの
ではない。
【図１】 ステータ内に概略的に示される超伝導（Ｓ
Ｃ）ロータの概略側面図。
Ｃ）ロータの概略側面図。
【図２】 冷却気体流路を有するレーストラック形ＳＣ
コイルの概略斜視図。
コイルの概略斜視図。
【図３】 冷却流体をＳＣロータに供給するための極低
温冷却システムの概略図。
温冷却システムの概略図。
【図４】 極低温冷却システムの第２の実施形態の概略
図。
図。
【図５】 第２の実施形態のエゼクタの概略図。
１０ 同期機械
１４ ロータ
５０ 冷却流体システム
５２ 再循環圧縮機
５４ 熱交換器
５６ コールドボックス
５８ 冷却コイル
６０ 貯蔵タンク
６２ 入口ライン
６４ 戻りライン
６６ 再凝縮器
７０ 極低温冷却器用圧縮機
７２ 安全弁
７４ 流量弁
７６ 極低温流体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０２Ｋ 55/04 Ｈ０２Ｋ 55/04
(72)発明者 ロバート・アドルフ・アッカーマン
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ
クタデイ、コンソール・ロード、4125番
(72)発明者 ユー・ワン
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ
トン・パーク、スプルース・ストリート、
28番
Ｆターム(参考） 3L044 AA04 BA07 CA16 DB02 DB03
DD07 FA04 KA04 KA05
5H609 BB07 PP02 PP07 QQ06 QQ12
RR26 RR30 SS20
5H655 AA00 AB05 BB01 BB09 CC01
CC07 DD02 DD29 EE03 HH04
Claims (15)
- 【請求項１】 第１の極低温冷却流体を装置に供給する
ための冷却流体システム（５０、７８）であって再循環
圧縮機（５２）と、 第２の極低温流体（７６）を有する貯蔵タンク（６０）
と、 前記再循環圧縮機を前記貯蔵タンク及び前記装置に連結
し、該再循環圧縮機から該貯蔵タンクを通って該装置ま
で進む第１の冷却流体のための流路を形成する入口ライ
ン（６２）と、を備えることを特徴とする冷却流体シス
テム。 - 【請求項２】 熱交換器（５４）と、前記装置に連結さ
れ、該熱交換器を通過し、前記再循環圧縮機に連結され
た戻りライン（６４）と、を更に備え、 前記戻りラインは、使用済み第１の冷却流体を前記装置
から前記圧縮機へ通すための流路であり、前記入口ライ
ンは、前記貯蔵タンクを通過する前に前記熱交換器を通
過するようにされている、ことを特徴とする、請求項１
に記載の冷却流体システム。 - 【請求項３】 前記入口ライン内の前記第１の冷却流体
が、前記戻りライン内の前記第１の冷却流体の流れ方向
と反対方向に前記熱交換器を通って流れることを特徴と
する、請求項２に記載の冷却流体システム。 - 【請求項４】 前記入口ラインが、前記貯蔵タンク内に
熱交換コイル（５８）を含むことを特徴とする、請求項
１に記載の冷却流体システム。 - 【請求項５】 前記タンクに連結された再凝縮器（６
６）を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の
冷却流体システム。 - 【請求項６】 前記再凝縮器が、極低温冷却器用圧縮機
（７０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の冷
却流体システム。 - 【請求項７】 同期機械（１０）のための高温超伝導ロ
ータ（１４）に連結された冷却流体システム（５０、７
８）であって、 前記システムが、 再循環圧縮機（５２）と、 第２の極低温流体（７６）の供給源を貯蔵する極低温貯
蔵タンク（６０）と、 該貯蔵タンクを通過し、前記再循環圧縮機と前記ロータ
との間に第１の冷却流体のための流路を提供する入口ラ
イン（６２）と、 前記ロータと前記再循環圧縮機との間に前記第１の冷却
流体のための流路を提供する戻りライン（６４）と、を
備えることを特徴とする冷却流体システム。 - 【請求項８】 前記貯蔵タンク内の第２の極低温流体を
冷却する極低温冷凍機（６６）を更に備えることを特徴
とする、請求項７に記載の冷却流体システム。 - 【請求項９】 前記入口移送ライン及び戻り移送ライン
の双方が、熱交換器（５４）を通って延びることを特徴
とする、請求項８に記載の冷却流体システム。 - 【請求項１０】 前記第１の極低温冷却流体が、ヘリウ
ムガス、水素ガス、ネオンガス、及び窒素ガスからなる
群から選択されることを特徴とする、請求項１又は７に
記載の冷却流体システム。 - 【請求項１１】 前記第１の極低温冷却流体が、前記入
口ラインにおいては液体であり、前記貯蔵タンクの下流
の前記戻りラインにおいては気体であることを特徴とす
る、請求項２又は７に記載の冷却流体システム。 - 【請求項１２】 前記極低温貯蔵タンク内の前記第２の
極低温流体が、液体水素、液体ネオン、及び液体窒素か
らなる群から選択されることを特徴とする、請求項１又
は７に記載の冷却流体システム。 - 【請求項１３】 前記タンクが、圧力安全弁（７２）を
有することを特徴とする、請求項１又は７に記載の冷却
流体システム。 - 【請求項１４】 冷却流体回路と、極低温貯蔵タンク
（６０）と、熱交換器（５４）と、冷却流体のための入
口及び戻りライン（６２、６４）とを有する冷却流体シ
ステム（５０、７８）を用いて装置を冷却する方法であ
って、 ａ．極低温冷却流体を、前記入口ラインを通り、前記熱
交換器及び前記貯蔵タンクを通って、機械内にポンピン
グする段階と、 ｂ．前記入口及び戻りラインが通過する前記熱交換器に
おいて、該入口ライン内の冷却流体から該戻りラインに
熱を伝達する段階と、 ｃ．前記貯蔵タンクにおいて前記冷却流体を極低温に冷
却する段階と、 ｄ．使用済み冷却流体を、前記装置から、前記戻りライ
ンを通って、再び前記入口ラインに戻す段階と、を含む
ことを特徴とする方法。 - 【請求項１５】 前記冷却流体が、前記貯蔵タンク内の
コイルを通ってポンピングされ、該貯蔵タンクが、前記
入口ラインの前記熱交換器の下流にあるようにされたこ
とを特徴とする、請求項１４に記載の冷却のための方
法。
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