JP2005061707A - 電力貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リード端子および超伝導コイルの温度上昇を効果的に防止できる電力貯蔵装置を提供すること。
【解決手段】 瞬低検出器７が三相電源６の瞬低を検出すると、ＡＣ／ＤＣ変換器８が、超伝導コイル１に貯蔵されたエネルギーから所定の電力を取り出して、切替スイッチ９を介して負荷１０に出力する。超伝導コイル１に接続されたリード端子１１のうち、最初に温度上昇が生じる部分の温度をリード温度センサ１３で検出すると共に、熱シールド４の温度上昇が生じ易い部分の温度を内部温度センサ１４で検出する。リード温度センサ１３または内部温度センサ１４の検出値が所定値を越えた場合、圧縮機制御装置１６が圧縮機１５に供給する電力の周波数を増大すると共に、弁制御装置１９が冷凍機本体２２に供給する電力の周波数を増大して、パルス管冷凍機２の冷凍能力を増大する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超伝導を利用した電力貯蔵装置に関する。

従来より、この種の電力貯蔵装置としては、超伝導コイルに電力のエネルギーを磁気エネルギーとして貯蔵する所謂ＳＭＥＳ（超伝導電力貯蔵装置）が知られている。上記電力貯蔵装置は、例えば半導体製造工場などに設置して、この半導体製造工場の電力ラインに、０．１秒程度に亘って電圧が低下する瞬時低下（以下、瞬低という）が生じた場合、負荷側の電力ラインを所定電圧に回復させる瞬低補償装置として用いられている。

上記電力貯蔵装置は、上記電力ラインの電圧値を常時観測しており、この電圧値が正常値のときは電力ラインから電力の供給を受け、この電力のエネルギーを超伝導コイルに貯蔵する。そして、上記電力ラインの電圧値の低下を検出して、瞬低の開始を検出した場合、上記超伝導コイルに貯蔵されたエネルギーから電力を取り出して負荷側の電力ライン（以下、電力負荷ラインという）に出力して、この電力負荷ラインの電圧値が迅速に回復するようにしている。

上記電力貯蔵装置は、超伝導体からなる上記超伝導コイルを極低温に冷却すると共に、この超伝導コイルに電力を入出力するリード端子もまた、超伝導体で形成して、極低温に冷却している。

上記超伝導コイルおよびリード端子を冷却する冷凍機としては、ヘリウムガスを作動流体とするパルス管冷凍機が用いられている。このパルス管冷凍機は、高圧のヘリウムガスを吐出する圧縮機に接続され、この圧縮機の回転数を制御して、冷凍能力を調節している（例えば特開２００２−１０６９９１：特許文献１参照）。

上記電力貯蔵装置において、上記超伝導コイルおよびリード端子を収容する熱シールド内に、上記パルス管冷凍機の冷却ヘッドを配置し、この冷却ヘッドに上記リード端子を接続している。上記熱シールド内に温度センサを設け、この温度センサの検出値に基いて上記圧縮機の回転数を制御することによって、上記冷却ヘッドで生成する冷熱量を調節して、上記超伝導コイルおよびリード端子の温度を極低温に維持するようにしている。

しかしながら、上記従来の電力貯蔵装置は、上記電力ラインの瞬低を検出して超伝導コイルから電力を取り出す際、上記リード端子を流れる電流の急激な増大により、このリード端子に比較的大量の発熱が起こる。このリード端子の発熱による熱シールド内の温度上昇を上記温度センサで検出し、この温度センサの検出値に応じて上記圧縮機の回転数を増大するので、上記熱シールド内の温度が上昇を開始してから、上記パルス管冷凍機の冷凍能力が増大するまでに、時間差が生じる。ここで、上記温度センサの配置位置が、発熱位置から遠い場合、上記時間差が過大になって、上記超伝導コイルおよびリード端子の温度が、超伝導破壊を生じる温度にまで上昇する虞があるという問題がある。
特開２００２−１０６９９１号公報（第１図）

そこで、本発明の目的は、リード端子および超伝導コイルの温度上昇を効果的に防止できる電力貯蔵装置を提供することにある。

第１の発明の電力貯蔵装置は、電力のエネルギーを貯蔵する超伝導コイルと、
電力ラインの電圧の瞬時低下を検出する瞬低検出手段と、
上記瞬低検出手段が上記電力ラインの電圧の瞬時低下を検出した場合、上記超伝導コイルに貯蔵されたエネルギーから電力を取り出して電力負荷ラインに出力する出力手段と、
上記超伝導コイルと、この超伝導コイルのリード端子を収容する熱シールドと、
上記超伝導コイルのリード端子を冷却する冷凍機と、
上記冷凍機に供給する冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記リード端子の温度を検出するリード温度センサ、および、上記熱シールドの内側面のうちの上記冷凍機から遠い面に配置され、この熱シールドの温度を検出する内部温度センサの少なくとも１つと、
上記リード温度センサが検出する温度、または、上記内部温度センサが検出する温度の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数を制御する周波数制御手段と
を備えることを特徴としている。

上記構成の電力貯蔵装置によれば、上記瞬低検出手段によって電力ラインの電圧の瞬時低下、すなわち、瞬低が検出された場合、上記出力手段によって、上記超伝導コイルに貯蔵されたエネルギーから電力が取り出されて、この電力が電力負荷ライン（負荷側の電力ライン）に出力される。また、上記リード温度センサで検出されたリード端子の温度、または、上記内部温度センサで検出された熱シールドの温度の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数が、上記周波数制御手段によって制御される。

ここにおいて、上記リード温度センサが温度を検出するリード端子の部分は、上記瞬低時における超伝導コイルからのエネルギー取り出し動作によって、温度が最初に上昇する部分である。また、上記内部温度センサが配置された上記熱シールドの内側面のうちの冷凍機から遠い面の近傍は、この冷凍機による冷却効果が得られ難いので、温度上昇が生じ易い部分である。したがって、上記超伝導コイルからエネルギーが取り出される際に、上記リード端子が発熱した場合、この発熱による温度上昇が迅速に検出される。また、上記超伝導コイルが、蓄積されたエネルギーの量の変化等により発熱した場合、この発熱による上記熱シールドの温度の上昇が、迅速に検出される。そして、上記温度上昇に応じて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数が増大される。これによって、上記圧縮機の冷媒吐出量が増大し、また、上記冷凍機の動作周波数が増大するので、上記冷凍機の冷凍能力が増大する。したがって、上記リード端子および超伝導コイルの温度が効果的に降下され、その結果、上記リード端子および超伝導コイルの超伝導破壊が、効果的に防止される。

第２の発明の電力貯蔵装置は、電力のエネルギーを貯蔵する超伝導コイルと、
電力ラインの電圧の瞬時低下を検出する瞬低検出手段と、
上記瞬低検出手段が上記電力ラインの電圧の瞬時低下を検出した場合、上記超伝導コイルに貯蔵されたエネルギーから電力を取り出して電力負荷ラインに出力する出力手段と、
上記超伝導コイルのリード端子を冷却する冷凍機と、
上記超伝導コイルと、この超伝導コイルのリード端子を収容する熱シールドと、
上記冷凍機に供給する冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記リード端子の温度勾配を検出するリード温度勾配検出手段、および、上記熱シールドの温度勾配を検出する内部温度勾配検出手段の少なくとも１つと、
上記リード温度勾配検出手段が検出する温度勾配、または、上記内部温度勾配検出手段が検出する温度勾配の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数を制御する周波数制御手段と
を備えることを特徴とする。

上記構成の電力貯蔵装置によれば、上記瞬低検出手段によって電力ラインの電圧の瞬時低下、すなわち、瞬低が検出された場合、上記出力手段によって、上記超伝導コイルに貯蔵されたエネルギーから電力が取り出されて、この電力が電力負荷ラインに出力される。また、上記リード温度勾配検出手段で検出されたリード端子の温度勾配、または、上記内部温度勾配検出手段で検出された熱シールドの温度勾配の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数が、上記周波数制御手段によって制御される。

ここにおいて、上記超伝導コイルからエネルギーが取り出される際に、上記リード端子が発熱した場合、上記リード端子の温度勾配が上記リード温度勾配検出手段によって検出されるので、上記リード端子の温度上昇が迅速に検出される。また、上記超伝導コイルが、蓄積されるエネルギー量の変化等により発熱した場合、上記熱シールドの温度勾配が上記内部温度勾配検出手段によって検出されるので、上記熱シールドの温度上昇が迅速に検出される。そして、上記検出された温度勾配に応じて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数が増大される。これによって、上記圧縮機の冷媒吐出量が増大し、また、上記冷凍機の動作周波数が増大するので、上記冷凍機の冷凍能力が増大する。したがって、上記リード端子および超伝導コイルは、発熱しても、大幅な温度上昇が効果的に防止される。その結果、上記リード端子および超伝導コイルの超伝導破壊が、効果的に防止される。また、上記リード端子が、上記温度勾配に起因する内部応力の偏り等によって破壊することが、効果的に防止される。

なお、本明細書において、温度勾配とは、同一の物（気体、液体および固体のいずれをも含む）に関して、場所の変化に対する温度の変化率をいう。

以上より明らかなように、第１の発明の電力貯蔵装置によれば、電力のエネルギーを貯蔵する超伝導コイルと、電力ラインの電圧の瞬時低下を検出する瞬低検出手段と、上記瞬低検出手段が上記電力ラインの電圧の瞬時低下を検出した場合、上記超伝導コイルに貯蔵されたエネルギーから電力を取り出して電力負荷ラインに出力する出力手段と、上記超伝導コイルと、この超伝導コイルのリード端子を収容する熱シールドと、上記超伝導コイルのリード端子を冷却する冷凍機と、上記冷凍機に供給する冷媒を圧縮する圧縮機と、上記リード端子の温度を検出するリード温度センサ、および、上記熱シールドの内側面のうちの上記冷凍機から遠い面に配置され、この熱シールドの温度を検出する内部温度センサの少なくとも１つと、上記リード温度センサが検出する温度、または、上記内部温度センサが検出する温度の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数を制御する周波数制御手段とを備えるので、上記超伝導コイルからのエネルギー取り出し時に温度が最初に上昇する上記リード端子の部分の温度上昇を上記リード温度センサで検出し、また、上記熱シールド内の上記冷凍機から遠くて温度上昇が生じ易い部分の温度上昇を上記内部温度センサで検出することにより、各部の発熱による温度上昇を迅速に検出できる。したがって、上記温度上昇に応じて上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つへの供給電力の周波数を増大することにより、上記冷凍機の冷凍能力を増大し、上記リード端子および超伝導コイルの温度を効果的に降下でき、その結果、上記リード端子および超伝導コイルの超伝導破壊を、効果的に防止できる。

第２の発明の電力貯蔵装置によれば、電力のエネルギーを貯蔵する超伝導コイルと、電力ラインの電圧の瞬時低下を検出する瞬低検出手段と、上記瞬低検出手段が上記電力ラインの電圧の瞬時低下を検出した場合、上記超伝導コイルに貯蔵されたエネルギーから電力を取り出して電力負荷ラインに出力する出力手段と、上記超伝導コイルのリード端子を冷却する冷凍機と、上記超伝導コイルと、この超伝導コイルのリード端子を収容する熱シールドと、上記冷凍機に供給する冷媒を圧縮する圧縮機と、上記リード端子の温度勾配を検出するリード温度勾配検出手段、および、上記熱シールドの温度勾配を検出する内部温度勾配検出手段の少なくとも１つと、上記リード温度勾配検出手段が検出する温度勾配、または、上記内部温度勾配検出手段が検出する温度勾配の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数を制御する周波数制御手段とを備えるので、上記超伝導コイルからのエネルギーの取り出し時に、上記リード端子および超伝導コイルが発熱した場合、上記リード端子の温度勾配を上記リード温度勾配検出手段で検出するので、上記リード端子の温度上昇を迅速に検出でき、また、上記熱シールドの温度勾配を上記内部温度勾配検出手段で検出するので、上記熱シールドの温度上昇を迅速に検出できる。この検出した温度勾配に応じて、上記圧縮機および冷凍機の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数を増大して、上記冷凍機の冷凍能力を増大するので、上記リード端子および超伝導コイルが発熱しても、大幅な温度上昇を効果的に防止することができ、その結果、上記リード端子および超伝導コイルの超伝導破壊を、効果的に防止できる。また、上記リード端子について、上記温度勾配に起因する内部応力の偏り等による破壊を、効果的に防止できる。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の電力貯蔵装置を示す概略図である。この電力貯蔵装置は、超伝導コイルに電力のエネルギーを磁気エネルギーとして貯蔵する所謂ＳＭＥＳである。この電力貯蔵装置は、雷などに起因して、電力ラインに０．１秒程度に亘って瞬低が生じた場合に、電力負荷ラインを所定電圧に回復させる瞬低補償装置として形成されている。

上記電力貯蔵装置は、超伝導体で形成された超伝導コイル１と、冷凍機としてのパルス管冷凍機２を備え、上記超伝導コイル１と上記パルス管冷凍機２の冷却ヘッド２１とを、熱シールド４内に収容している。上記超伝導コイル１には、この超伝導コイル１に対して電力の入出力を行なうリード端子１１，１１が設けられている。このリード端子１１は超伝導体で形成されている。

上記リード端子１１に、このリード端子１１の温度を検出するリード温度センサ１３を配置している。また、上記熱シールド４の内側面のうち、上記冷凍機の冷却ヘッド２１から遠い面に、この熱シールド４の温度を検出する内部温度センサ１４を配置している。

上記リード温度センサ１３は、このリード温度センサ１３からの信号を受けて温度を示す値を出力する温度計１３１に、接続されている。この温度計１３１は温度差出力部１３２に接続されており、この温度差出力部１３２は、上記温度計１３１から受けた温度が、予め入力された設定温度を越えた場合、実際の温度と設定温度との間の温度差を示す信号を出力する。

上記内部温度センサ１４は、この内部温度センサ１４からの信号を受けて温度を示す値を出力する温度計１４１に、接続されている。この温度計１４１は温度差出力部１４２に接続されており、この温度差出力部１４２は、上記温度計１４１から受けた温度が、予め入力された設定温度を越えた場合、実際の温度と設定温度との間の温度差を示す信号を出力する。

この電力貯蔵装置は、電力ラインとしての三相電源６に接続されており、この三相電源６の電圧値を常時観測すると共に、この電圧値の瞬間的な低下、すなわち、瞬低を検出する瞬低検出手段としての瞬低検出器７を備える。上記三相電源６は、上記瞬低検出器７および切替スイッチ９を介してＡＣ／ＤＣ変換器８に接続されている。このＡＣ／ＤＣ変換器８によって、上記三相電源６の交流電力を直流電力に変換して、上記リード端子１１を介して超伝導コイル１に入力するようになっている。また、上記ＡＣ／ＤＣ変換器８および切替スイッチ９は、上記瞬低検出器７が瞬低を検出したとき、この瞬低検出器７から受けた信号に基いて、出力手段として機能する。すなわち、上記瞬低検出器７から瞬低の発生を示す信号を受けると、上記ＡＣ／ＤＣ変換器８は、上記超伝導コイル１に貯蔵されたエネルギーから取り出した所定量の直流電力を交流電力に変換し、上記切替スイッチ９は、上記変換された交流電力を負荷１０側に出力するように形成されている。上記負荷１０は、瞬低を回避すべき機器などが接続された電力負荷ラインである。

上記超伝導コイル１に設けられたリード端子１１は、上記パルス管冷凍機の冷却ヘッド２１に接続されている。このパルス管冷凍機の冷却ヘッド２１は、図示しないパルス管の先端に連結されており、このパルス管の他端は、上記熱シールド４の外側に位置する冷凍機本体２２に固定されている。この冷凍機本体２２には、図示しないが、上記パルス管の他端に連通可能に形成された回転弁と、この回転弁を駆動するモータと、上記パルス管の先端に連通するバッファタンクとが設けられている。上記冷凍機本体２２は、冷媒としてのヘリウムガスを圧縮する圧縮機１５の吐出側と吸入側とに、高圧配管と低圧配管とを介して夫々接続されている。

上記冷凍機本体２２内の回転弁がモータで回転駆動されるに伴って、この回転弁を介して、上記高圧配管と低圧配管とが上記パルス管の他端に順次連通される。これによって、上記パルス管の他端にパルス状のヘリウムガスの圧力変動を与え、このパルス管の先端に寒冷を生成して、上記冷却ヘッドに極低温を生成するようになっている。

上記圧縮機１５は、ヘリウムガスの圧縮動作を行なう圧縮部を駆動するモータを内蔵しており、このモータに供給する電力の周波数を制御する周波数制御手段としての圧縮機制御装置１６に接続されている。この圧縮機制御装置１６は、電源１７から供給された電力の周波数を変更して上記圧縮機１５に出力するインバータ部と、このインバータ部の動作を制御する制御部とを有する。この制御部は、上記冷却ヘッド２１に生成すべき温度に応じて、所定の周波数の電力を圧縮機１５に供給するように形成されている。また、この制御部は、上記温度差出力部１３２，１４２から信号を受けた場合、この信号に基いて、上記インバータ部が圧縮機１３に出力する電力の周波数を変更するようになっている。

また、上記冷凍機本体２２は、図示しない回転弁を駆動するモータへの供給電力を制御する周波数制御手段としての弁制御装置１９に接続されている。この弁制御装置１９は、電源２０から供給された電力の周波数を変更するインバータ部と、このインバータ部の動作を制御する制御部とを有する。この制御部は、上記冷却ヘッド２１に生成すべき温度に応じて、所定の周波数の電力を、上記回転弁を駆動するモータに供給するようになっている。また、この制御部は、上記温度差出力部１３２，１４２から信号を受けた場合、この信号に基いて、上記インバータ部が圧縮機１３に出力する電力の周波数を変更するようになっている。

上記構成の電力貯蔵装置は、上記瞬低検出器７が検出する上記三相電源８の電圧が所定の定格電圧である場合、この三相電源からの電力を上記ＡＣ／ＤＣ変換器８で直流電力に変換し、上記リード端子１１を介して超伝導コイル１に入力して、この超伝導コイル１に電力を電磁エネルギーとして貯蔵する。

上記圧縮機制御装置１６および弁制御装置１９は、上記冷却ヘッド２１に生成すべき温度に応じて、上記圧縮機１５に所定の周波数の電力を供給すると共に、上記冷凍機本体２２の回転弁の駆動モータに所定の周波数の電力を供給する。これによって、上記パルス管冷凍機２は、所定の冷凍能力で運転され、上記冷却ヘッド２１に所定の極低温が生成される。こうして、上記超伝導コイル１およびリード端子１１は、極低温に維持されて超伝導が保持される。

一方、上記三相電源６に瞬低が生じた場合、この瞬低の発生を上記瞬低検出器７が検出し、この瞬低検出器７から瞬低の発生を示す信号を受けた上記ＡＣ／ＤＣ変換器８は、上記超伝導コイル１に貯蔵されたエネルギーから所定量の直流電力を取り出し、交流電力に変換する。この交流電力を、上記切替スイッチ９が負荷１０側に出力する。これによって、上記負荷１０側の電圧値は、降下が殆ど生じること無く、所定値に回復される。

ここで、上記超伝導コイル１から所定の電力が取り出される際、上記リード端子１１に大きな電流の変化が急激に起こるので、このリード端子１１が発熱する。

上記リード端子１１の発熱により温度上昇が生じた場合、この温度上昇が、上記リード温度センサ１３で検出される。そして、上記温度計１３１から温度差出力部１３２に、上記リード端子１１の温度を示す信号が送出される。この温度差出力部１３２は、上記リード端子１１の温度が設定温度を越えた場合、このリード端子１１の実際の温度と設定温度との間の温度差を示す信号を、上記圧縮機制御装置１６と弁制御装置１９に出力する。この温度差出力部１３２からの信号を受けた上記圧縮機制御装置１６は、上記温度差を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記圧縮機１５に供給する電力の周波数を増大する。また、上記温度差出力部１３２からの信号を受けた上記弁制御装置１９は、上記温度差を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記冷凍機本体２２の回転弁駆動用モータに供給する電力の周波数を増大する。これによって、上記圧縮機１５が吐出するヘリウムガス圧力が上昇すると共に、上記パルス管に与えられるヘリウムガス圧力のパルスの周波数が増大して、上記パルス管冷凍機の冷凍能力が増大する。したがって、上記冷却ヘッド２１の冷却能力が増大して、この冷却ヘッド２１に連結されたリード端子１１の温度が、超伝導が保持される上限の温度である設定温度以下に降下する。その結果、上記リード端子１１は超伝導が確実に保持されるので、超伝導破壊の防止を行うことができる。

また、上記超伝導コイル１に蓄積されるエネルギーの量が変化した場合、上記超伝導コイル１が発熱し、この発熱による熱シールド４の温度の上昇が、上記内部温度センサ１４で検出される。そして、上記温度計１４１から温度差出力部１４２に、上記熱シールド４の温度を示す信号が送出される。上記温度差出力部１４２は、上記熱シールド４の温度が設定温度を越えた場合、上記熱シールドの実際の温度と上記設定温度との間の温度差を示す信号を、上記圧縮機制御装置１６と弁制御装置１９に出力する。この温度差出力部１４２からの信号を受けた上記圧縮機制御装置１６は、上記温度差を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記圧縮機１５に供給する電力の周波数を増大する。また、上記温度差出力部１４２からの信号を受けた上記弁制御装置１９は、上記温度差を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記冷凍機本体２２の回転弁駆動用モータに供給する電力の周波数を増大する。これによって、上記圧縮機１５が吐出するヘリウムガス圧力が上昇すると共に、上記パルス管に与えられるヘリウムガス圧力のパルスの周波数が増大して、上記パルス管冷凍機の冷凍能力が増大する。したがって、上記冷却ヘッド２１の冷却能力が増大して、この冷却ヘッド２１にリード端子１１を介して接続された超伝導コイル１の温度が、超伝導が保持される上限の温度である設定温度以下に降下する。その結果、上記超伝導コイル１の超伝導を、効果的に保持することができる。

上記実施形態において、上記リード端子１１の温度を検出するリード温度センサ１３と、上記熱シールド４の温度を検出する内部温度センサ１４とを備えたが、上記リード温度センサ１３および内部温度センサ１４のいずれか一方のみを備えてもよい。

図２は、本発明の第２実施形態の電力貯蔵装置を示す概略図である。本実施形態の電力貯蔵装置は、リード端子１１の温度勾配および熱シールド４の温度勾配に基いてパルス管冷凍機の冷凍能力を調節する点のみが、第１実施形態の電力貯蔵装置と異なる。第１実施形態の電力貯蔵装置と同一の構成部分については、同一の参照番号を用いて、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態の電力貯蔵装置は、リード端子１１の冷却ヘッド２１に近い部分と、上記冷却ヘッド２１から遠い部分とに、このリード端子１１の各々の部分の温度を検出する温度センサ３１，３２を配置している。また、熱シールド４の内側面に、冷却ヘッド２１に隣接する部分と、超伝導コイル１に関して上記冷却ヘッド２１の反対側の部分とに、各々の温度を検出する温度センサ３５，３６を配置している。

上記冷却ヘッド２１の温度センサ３１，３２からの信号は、各々温度計３１０，３２０で温度を示す値に変換され、この温度を示す値が、温度勾配出力部３３０に入力される。この温度勾配出力部３３０では、上記温度センサ３１，３２で検出された温度の値から、上記冷却ヘッド２１に生じている温度勾配を算出する。つまり、上記温度センサ３１，３２、温度計３１０，３２０および温度勾配出力部３３０が、リード温度勾配検出手段として機能する。そして、上記冷却ヘッド２１の温度勾配の値が、予め入力された設定温度勾配の値を越えた場合、上記温度勾配出力部３３０は、上記算出された温度勾配を示す信号を、周波数制御手段としての圧縮機制御装置１６および弁制御装置１９に送出するようになっている。

また、上記熱シールド４の温度センサ３５，３６からの信号は、各々温度計３５０，３６０で温度を示す値に変換され、この温度を示す値が、温度勾配出力部３７０に入力される。この温度勾配出力部３７０では、上記温度センサ３５，３６で検出された温度の値から、上記熱シールド４に生じている温度勾配を算出する。つまり、上記温度センサ３５，３６、温度計３５０，３６０および温度勾配出力部３７０が、内部温度勾配検出手段として機能する。そして、上記熱シールド４の温度勾配の値が、予め入力された設定温度勾配の値を越えた場合、上記温度勾配出力部３７０は、上記算出された温度勾配を示す信号を、上記圧縮機制御装置１６および弁制御装置１９に送出するようになっている。

上記リード端子１１が、上記超伝導コイル１からの電力の取り出しの際に発熱し、上記リード端子１１に温度勾配が生じると、上記温度センサ３１，３２から温度計３１０，３２０を経て信号を受け取った温度勾配出力部３３０が、上記冷却ヘッド２１の温度勾配を算出する。この冷却ヘッド２１の温度勾配の値が上記設定温度勾配の値を越えた場合、上記算出された温度勾配を示す信号を、圧縮機制御装置１６および弁制御装置１９に出力する。この温度勾配出力部３３０からの信号を受けた上記圧縮機制御装置１６は、上記温度勾配を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記圧縮機１５に供給する電力の周波数を増大する。また、上記温度勾配出力部３３０からの信号を受けた上記弁制御装置１９は、上記温度勾配を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記冷凍機本体２２の回転弁駆動用モータに供給する電力の周波数を増大する。これによって、上記圧縮機１５が吐出するヘリウムガス圧力が上昇すると共に、上記パルス管に与えられるヘリウムガス圧力のパルスの周波数が増大して、上記パルス管冷凍機の冷凍能力が増大する。したがって、上記冷却ヘッド２１の冷却能力が増大して、この冷却ヘッド２１に連結されたリード端子１１の温度が降下して、このリード端子１１の温度勾配が、超伝導が保持される上限の温度勾配である設定温度勾配以下になる。その結果、上記リード端子１１は超伝導が確実に保持されるので、超伝導破壊の防止を行うことができる。また、上記温度勾配に起因する内部応力の偏り等によるリード端子１１の破壊を、効果的に防止できる。

また、上記超伝導コイル１に蓄積されるエネルギーの量が変化した場合、この超伝導コイルが発熱し、この発熱により熱シールド４に温度勾配が生じる。上記温度勾配出力部３７０は、上記温度センサ３５，３６から温度計３５０，３６０を経て受け取った信号から、上記熱シールド４の温度勾配を算出する。この温度勾配の値が上記設定温度勾配の値を越えた場合、上記温度勾配出力部３７０は、上記算出された温度勾配を示す信号を、圧縮機制御装置１６および弁制御装置１９に出力する。この温度勾配出力部３７０からの信号を受けた上記圧縮機制御装置１６は、上記温度勾配を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記圧縮機１５に供給する電力の周波数を増大する。また、上記温度勾配出力部３７０からの信号を受けた上記弁制御装置１９は、上記温度勾配を示す信号に基いて、インバータ部の出力周波数を増大して、上記冷凍機本体２２の回転弁駆動用モータに供給する電力の周波数を増大する。これによって、上記圧縮機１５が吐出するヘリウムガス圧力が上昇すると共に、上記パルス管に与えられるヘリウムガス圧力のパルスの周波数が増大して、上記パルス管冷凍機の冷凍能力が増大する。したがって、上記冷却ヘッド２１の冷却能力が増大して、この冷却ヘッド２１に連結されたリード端子１１を介して、上記超伝導コイルの温度が降下する。その結果、この超伝導コイルの温度が降下して、超伝導が保持されて、超伝導破壊の防止を行うことができる。

上記実施形態において、冷凍機はパルス管冷凍機２を用いたが、例えばギフォード・マクマホン型冷凍機やスターリング冷凍機などの他の冷凍機を用いてもよい。また、上記冷凍機に用いる冷媒はヘリウムガスに限られず、他の冷媒を用いてもよい。

本発明の第１実施形態の電力貯蔵装置を示す図である。 本発明の第２実施形態の電力貯蔵装置を示す図である。

符号の説明

１ 超伝導コイル
２ パルス管冷凍機
４ 熱シールド
６ 三相電源
７ 瞬低検出器
８ ＡＣ／ＤＣ変換器
９ 切替スイッチ
１０ 負荷
１１ リード端子
１３ リード温度センサ
１４ 内部温度センサ
１５ 圧縮機
１６ 圧縮機制御装置
１７ 電源
１９ 弁制御装置
２０ 電源
２１ 冷却ヘッド
２２ 冷凍装置本体
１３１，１４１ 温度計
１３２，１４２ 温度差出力部

Claims (2)

1. 電力のエネルギーを貯蔵する超伝導コイル（１）と、
   電力ライン（６）の電圧の瞬時低下を検出する瞬低検出手段（７）と、
   上記瞬低検出手段（７）が上記電力ライン（６）の電圧の瞬時低下を検出した場合、上記超伝導コイル（１）に貯蔵されたエネルギーから電力を取り出して電力負荷ライン（１０）に出力する出力手段（８，９）と、
   上記超伝導コイル（１）と、この超伝導コイルのリード端子（１１）を収容する熱シールド（４）と、
   上記超伝導コイルのリード端子（１１）を冷却する冷凍機（２）と、
   上記冷凍機（２）に供給する冷媒を圧縮する圧縮機（１５）と、
   上記リード端子（１１）の温度を検出するリード温度センサ（１３）、および、上記熱シールド（４）の内側面のうちの上記冷凍機（２）から遠い面に配置され、この熱シールド（４）の温度を検出する内部温度センサ（１４）の少なくとも１つと、
   上記リード温度センサ（１３）が検出する温度、または、上記内部温度センサ（１４）が検出する温度の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機（１５）および冷凍機（２）の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数を制御する周波数制御手段（１６，１９）と
   を備えることを特徴とする電力貯蔵装置。
2. 電力のエネルギーを貯蔵する超伝導コイル（１）と、
   電力ライン（６）の電圧の瞬時低下を検出する瞬低検出手段（７）と、
   上記瞬低検出手段（７）が上記電力ライン（６）の電圧の瞬時低下を検出した場合、上記超伝導コイル（１）に貯蔵されたエネルギーから電力を取り出して電力負荷ライン（１０）に出力する出力手段（８，９）と、
   上記超伝導コイルのリード端子（１１）を冷却する冷凍機（２）と、
   上記超伝導コイル（１）と、この超伝導コイルのリード端子（１１）を収容する熱シールド（４）と、
   上記冷凍機（２）に供給する冷媒を圧縮する圧縮機（１５）と、
   上記リード端子（１１）の温度勾配を検出するリード温度勾配検出手段（３１，３２，３１０，３２０，３３０）、および、上記熱シールド（４）の温度勾配を検出する内部温度勾配検出手段（３５，３６，３５０，３６０，３７０）の少なくとも１つと、
   上記リード温度勾配検出手段（３１，３２，３１０，３２０，３３０）が検出する温度勾配、または、上記内部温度勾配検出手段（３５，３６，３５０，３６０，３７０）が検出する温度勾配の少なくとも１つに基いて、上記圧縮機（１５）および冷凍機（２）の駆動部の少なくとも１つに供給する電力の周波数を制御する周波数制御手段（１６，１９）と
   を備えることを特徴とする電力貯蔵装置。

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