JP2011054500A - 超電導ケーブルの冷却装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導ケーブルの送電負荷の変動に追従させて、超電導ケーブルの温度調整を行うことが可能とし、しかも超電導ケーブル冷却用の冷媒を冷却する冷凍機が複数台のうちの一部が故障しても運転を継続することを可能とする。
【解決手段】送電に使用する超電導ケーブルと、該超電導ケーブルの冷却に使用する冷媒を冷却する冷却装置と、該冷却装置で冷却した冷媒を前記超電導ケーブルに循環供給する循環回路とを備えた超電導ケーブルの冷却装置において、前記冷却装置は、前記冷媒を冷却する冷凍機複数台を前記循環機構中に並列に配置したものであり、前記超電導ケーブルの送電負荷を検出する負荷検出手段を設け、該負荷検出手段の検出値に応じて、前記冷却装置の負荷を制御する制御手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超電導ケーブルの冷却装置に係るものである。

超電導とは、特定の金属、合金、化合物などの物質を超低温に冷却したときに、電気抵抗が急激にゼロになる現象である。超電導の技術を適用して作成された送電に使用する超電導ケーブルは、超電導線を電流が流れる導体として使用するものであって、小さな断面積で大電流を流すことができるため、送電に係る設備の小型化、送電効率の向上等の利点があり注目されている。

超電導ケーブルは、使用による熱負荷や外部からの侵入熱により温度が上昇して超電導の能力を失って送電性を損なうことがないように、送電に用いる際には、常に冷却して超低温状態を維持することが重要である。
超電導ケーブルを冷却する技術としては、過冷却冷媒を用いて循環冷却を行う技術が知られている。これは、冷凍機を用いて冷媒を過冷却状態に冷却し、冷却された冷媒をポンプを用いて超電導ケーブルに送ることで、冷凍機で過冷却状態に冷却された冷媒により超電導ケーブルを冷却するものであり、超電導ケーブルの冷却に使用された後の冷媒は、再度冷凍機に戻される。
このようにして、冷媒を冷凍機→超電導ケーブル→ポンプ→冷凍機の順に一筆書きの経路で循環して超電導ケーブルを冷却する技術は、例えば特許文献１に開示されている。さらに、冷凍機で冷却する冷媒温度を変化させることで超電導ケーブルの送電容量を変化させることを可能とした技術が特許文献２に開示されている。

また、冷凍機から超電導ケーブルへの冷媒通路上に、冷凍機で冷却された冷媒と超電導ケーブルで熱負荷を受けた冷媒との熱交換を行う第１熱交換器と、第１熱交換器を出た冷媒と外部から導入する別の第２の冷媒との熱交換器を行う第２熱交換器を設けて冷媒の冷却効率の上昇を図った技術が特許文献３に開示されている。

また、複数の冷凍機と複数の超電導ケーブルを含むネットワークを構成し、冷媒の移動ルートを短くして冷却効率の向上を図った技術が特許文献４に開示されている。

特開平８−１４８０４４号公報 特開２００５−９３３８３号公報 特開２００６−１２８４６５号公報 特表２００９−５１６３５４号公報

しかしながら、超電導ケーブルでは、電力負荷等の超電導ケーブルの送電負荷変動に追従させて超電導ケーブルの温度をフィードバック制御する必要があるが、特許文献１〜４に開示された何れの技術においても、超電導ケーブルの規模が大きいと超電導ケーブルを冷却するための冷媒量も多くなり、従って冷媒を冷却するための循環回路も大きくなって循環距離が長くなるので、超電導ケーブルの温度変化の時定数が大きく、冷却温度変化に対する追従性がよくないという課題がある。

また、特許文献１に開示された技術のように一筆書きの経路で冷媒を循環させて冷却を行う超電導ケーブルの冷却技術にあっては、複数台設置したうちの一部の冷凍機が故障した場合には故障した冷凍機が熱負荷となる可能性があるばかりでなく、冷媒流路が閉塞して循環冷却ができなくなる可能性がある。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、超電導ケーブルの送電負荷の変動に追従させて、超電導ケーブルの温度調整を行うことが可能であり、しかも超電導ケーブル冷却用の冷媒を冷凍する冷凍機が複数台のうちの一部が故障しても運転を継続することができる超電導ケーブルの冷却装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、送電に使用する超電導ケーブルと、該超電導ケーブルの冷却に使用する冷媒を冷却する冷却装置と、該冷却装置で冷却した冷媒を前記超電導ケーブルに循環供給する循環回路とを備えた超電導ケーブルの冷却装置において、前記冷却装置は、前記冷媒を冷却する冷凍機複数台を前記循環機構中に並列に配置したものであり、前記超電導ケーブルの送電負荷を検出する負荷検出手段を設け、該負荷検出手段の検出値に応じて、前記冷却装置の負荷を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
前記送電負荷としては、例えば超電導ケーブルの温度を挙げることができる。また、前記超電導ケーブルを交流又は直流送電電流が流れる場合には、前記送電負荷として電流値を使用することもできる。
前記制御手段における制御としては、前記冷却装置を構成する冷凍機の運転台数を制御する、複数台の冷凍機のうち少なくとも一部をインバータ制御でコントロール可能なものとし該インバータ制御によって冷凍機の冷凍能力をコントロールする、などが可能である。

超電導ケーブルの送電負荷に応じて冷凍機の運転台数を変化させる等により冷却装置の負荷を変化制御することで、送電負荷に応じて適切な温度の冷媒を超電導ケーブルの冷却に使用することができる。

また、前記送電負荷の時間変化の過去実績に基づいて前記送電負荷の時間変化を予測し、該送電負荷の時間変化の予測に基づいて作成された冷却装置の負荷の時間変化を示した冷却装置負荷制御パターンを有し、前記制御部は、前記冷却装置負荷パターンに基づいて前記冷却装置の負荷を制御するとよい。

過去実績に基づいて作成した前記冷却装置負荷パターンを使用することで、事前に冷凍機の運転、停止のタイミングが予測できるため、超電導ケーブルの冷却装置に係る運転員の装置監視負担が少なくなる。また、長期的に冷凍機の運転停止のタイミングが予測できるため、停止した冷凍機の保守点検等の計画を立てやすくなる。

なお、電流は、過去実績が充分に蓄積されており、前記運転台数制御パターンを高精度で作成することができる。

また、前記制御手段は、前記負荷検出手段によって検出される送電負荷の時間変化の傾きを検出する時間変化検出部と、該時間変化検出部による検出結果を元にして後の送電負荷の時間変化を予測し、該予測に基づいて前記冷却装置の負荷を制御する制御部を有するとよい。

前記時間変化検出部及び制御部を有することで現状の送電負荷の時間変化の傾きを元にして直後の送電負荷の時間変化を予測することができ、該予測を用いることで送電負荷の時間変化の過去実績と現状の送電負荷にずれが生じていた場合においても冷却装置の負荷の適正な制御が可能となる。
前記送電負荷の時間変化を予測し、該予測に基づいて冷却装置の負荷の制御を行うことで、温度変化の時定数の長い冷媒循環を用いた冷却装置であっても、適切なタイミングで超電導ケーブルの送電負荷に対応した冷却装置の負荷の制御が可能となる。従って送電負荷に応じて適切な温度の冷媒を超電導ケーブルの冷却に使用することができる。

また、前記冷却装置は、前記冷凍機を複数列に並列に配置したものであって、該複数列のうち一部の列を前記冷却装置の負荷を制御に用いるとともに、一部の列を待機状態として用い、前記冷却装置の負荷の制御は冷凍機の運転台数の制御して行うとよい。
一部の列を待機状態とすることで、予備機の確保が可能となる。待機状態とした列は制御に用いている列のうちの例えば１列が故障等により冷凍能力が落ちた場合に、該冷凍能力が落ちた列と切り替えて使用することが可能であり、また、前記制御に用いている列に加えて稼動することも可能である。
また、待機状態とする列をローテーションして運転すると、超電導ケーブルの冷却装置の運転を継続したまま即ち超電導ケーブルを使用したまま待機状態の冷凍機の保守点検時間を充分に確保することができる。

また、前記冷凍装置を冷凍機複数台を並列に配置して構成することで、冷凍装置における圧損を小さくし、前記循環機構中に冷媒を循環させるためのポンプ等の機器能力を小さく抑えることができ、設備全体にかかるコストを抑えることができる。また、冷凍機の運転台数の制御を行うので、該制御に際して各冷凍機に出される命令は運転又は停止のみであるため、制御に係る命令系統が簡単である。
また、前記冷凍装置を冷凍機複数台を並列に配置して構成することで、例えば複数列の冷凍機のうち一部が故障しても、故障した冷凍機が位置する列のみ回路を閉鎖すれば運転を継続することができる。
なお、冷凍機は１列あたり１台に限られるものではなく、複数の列に並列に配置していればよい。即ち、例えば冷凍装置は冷凍機を６台有するものとし、冷凍機２台を直列に並べた列が３列となるような配置とすることも可能である。このように１列あたり２台以上の冷凍機を配置する場合には、前記運転台数制御は１列あたりの運転台数を変化させてもよいが、冷凍機ごとではなく列ごとに運転、停止の切換えを行うと運転台数制御に関する制御が簡単になる。

また、課題を解決するための方法の発明として、送電に使用する超電導ケーブルに、冷却装置で冷却した冷媒を循環供給する超電導ケーブルの冷却方法において、前記冷却装置は、前記冷媒を冷却する冷凍機複数台を前記循環機構中に配置したものであり、前記超電導ケーブルの送電負荷を検出する負荷検出手段を設け、前記超電導ケーブルの送電負荷に応じて、前記冷却装置の負荷を制御することを特徴とする。

また、前記送電負荷の時間変化の過去実績に基づいて送電負荷の時間変化を予測し、該送電負荷の時間変化の予測に基づいて前記冷却装置の負荷の時間変化の予測を示した冷却装置負荷パターンを予め作成し、該冷却装置負荷パターンに基づいて前記冷却装置の負荷を制御するとよい。

また、前記超電導ケーブルの送電負荷の時間変化の傾きを元にして後の送電負荷の時間変化を予測し、該予測に基づいて前記冷却装置の負荷を制御するとよい。

以上記載のごとく本発明によれば、超電導ケーブルの送電負荷の変動に追従させて、超電導ケーブルの温度調整を行うことが可能であり、しかも超電導ケーブル冷却用の冷媒を冷凍する冷凍機が複数台のうちの一部が故障しても運転を継続することができる超電導ケーブルの冷却装置及び方法を提供することができる。

実施例に係る超電導ケーブルの冷却装置の概略図である。 超電導ケーブルの断面図である。 冷凍機群の運転制御に関するフローチャートである。 運転台数制御を行った際の超電導ケーブルの温度変化の一例を表すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（構成）
まず実施例にかかる超電導ケーブルの冷却装置の構成について説明する。
図１は、実施例に係る超電導ケーブルの冷却装置の概略図である。
図１に示したように、超電導ケーブルの冷却装置１は、超電導ケーブルを冷却する冷媒が循環する循環回路２と、冷却対象である超電導ケーブル３と、冷媒を貯留するリザーバタンク４と、冷媒を循環回路２中に循環させる循環ポンプ５と、冷媒を冷却するものであり複数（実施例においては６台）の冷凍機から構成される冷凍機群６と、流量計７とを構成要素に含むものである。
循環回路２中の冷媒は、超電導ケーブル３が超電導現象を起こす温度まで冷却できるものであればよく、超電導ケーブルに使用される超電導線材が液体窒素の沸点である７７Ｋ以上で超電導現象を起こす所謂高温超電導物質であれば、冷媒として液体窒素を使用することができる。以下においては、循環回路２中の冷媒が液体窒素であり、超電導ケーブル３は高温超電導物質を使用して形成されているものとして説明する。

リザーバタンク４は、液体窒素を貯留するためのタンクであって、冷却回路２内を流れる液体窒素のバッファタンクの役割を果たすものである。

循環ポンプ５は、リザーバタンク４に貯留された液体窒素を加圧して循環回路２内に送液するものであって、循環ポンプ５を起動することにより液体窒素はリザーバタンク４→循環ポンプ５→冷凍機群６→流量計７→超電導ケーブル３→リザーバタンク４の順に循環する。

冷凍機群６は、３つの冷凍機ユニット６ａ、６ｂ、６ｃから構成されている。冷凍機ユニット６ａは直列に配置された２台の冷凍機６１ａ、６２ａ及び流量計などの付帯機器（不図示）から構成され、冷凍機ユニット６ｂは直列に配置された２台の冷凍機６１ｂ、６２ｂ及び流量計などの付帯機器（不図示）から構成され、冷凍機ユニット６ｃは直列に配置された２台の冷凍機６１ｃ、６２ｃ及び流量計などの付帯機器（不図示）から構成されている。３つの冷凍機ユニット６ａ、６ｂ及び６ｃはそれぞれ並列に配置されており、各冷凍機ユニット６ａ、６ｂ、６ｃの上流（循環ポンプ５）側に設置したバルブ６７ａ、６７ｂ、６７ｃを開とした冷凍機ユニットに循環ポンプ５よりの液体窒素が送られるように構成されている。
各冷凍機６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂ、６１ｃ、６２ｃは、循環回路２中を循環する液体窒素を冷却するものであるので、７７Ｋ以下の極低温での使用が可能である必要はあるが、該極低温での使用が可能であればその他は特に限定されるものではなく、例えばスターリング冷凍機、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機、ブレイトン冷凍機などを使用することができる。
なお、本実施例においては冷凍機群６は２台の冷凍機から構成される冷凍機ユニット３列から構成されているが、冷凍機ユニットの列数及び１列の冷凍機ユニットを構成する冷凍機数はこれに限定されるものではない。各冷凍機の能力は、本実施例の場合には、６台中４台を運転したときに年間平均して液体窒素の温度が目標温度に達する能力にしておくと、後述する冷凍機群６の運転制御がしやすくなる。

流量計７は、循環回路２中の冷媒の流量を測定するものであり、冷凍機群６で冷却された液体窒素の使用に耐えうるものであれば、仕様等は特に限定されるものではない。

超電導ケーブル３は、図１においては図示省略しているが、一端は電力供給側に接続され、他端は負荷側に接続されており、送電に使用されるものである。

図２に高温超電導ケーブルの構造例を示す。これは超電導ケーブル３の断面図であり、超電導ケーブル３は３心一括型超電導ケーブルである。このケーブルは３心のコア３０を断熱管内３１に収納した構成を有する。各コアは、中心から順に、フォーマ、導体層、電気絶縁層、シールド層、保護層の５層で形成されており、これらの各層のうち、導体層とシールド層に超電導線材が用いられる。
断熱管３１はコルゲート断熱管（内管）３２とコルゲート断熱管（外管）３３とを有する二重管構造であり、コルゲート断熱管（外管）３３の外周側には防食層３４が形成されている。

このような超電導ケーブルにおいて、コア３０と断熱管３１との間の空間３５内に液体窒素を流通させることで、超電導線材によって形成される導体層、シールド層が冷却され、導体層、シールド層は超電導の能力を発揮する。

（動作）
次に、実施例にかかる超電導ケーブルの冷却装置１の動作について説明する。
図１に示した超電導ケーブルの冷却装置１において、リザーバタンク４に貯留された液体窒素は、循環ポンプ５によって循環回路２内に定量送液される。送液量は流量計７にて確認する。

ポンプ５によって循環回路２内に送られた液体窒素は、冷凍機群６で超電導ケーブル３が超電導の性能を発揮する温度にまで冷却される。該冷凍機群６での冷却については後述する。

冷凍機群６で冷却された液体窒素は、流量計７を経て超電導ケーブル３に送られ、図２に示す空間３５内を流通することで、超電導ケーブル３を構成し超電導線材で形成される前記導体層及びシールド層を冷却する。
そして、超電導ケーブル３の冷却に用いられた液体窒素はリザーバタンク４に戻る。

（冷凍機の運転制御）
以上のような構成及び動作の超電導ケーブル冷却装置における本発明に特徴的な冷凍機群６の運転制御について説明する。
以下の運転制御は、全て超電導ケーブル３の温度が取り込まれるコントローラ１０より命令が発せられる。コントローラ１０は、超電導ケーブル３の温度を検出する温度計１１の時間変化を記録する温度変化記録部と、該温度変化記録部の記録を元にして後のケーブル温度の時間変化を予測し、該予測に基づいて前記冷却装置を構成する冷凍機の運転台数を制御する制御部とを含むものである。
まず、超電導ケーブル３が超電導の性能を失う温度よりも低い温度域で上上限ａを設定する。またａより低い温度域に上限温度ｂ、ｂより低い温度域に下限温度ｃ、ｃより低い温度域に下下限温度ｄを設定する。上限温度ｂ及び下限温度ｃは、超電導ケーブル３が超電導の性能を失わず、且つ冷凍機群６に過大な負荷がかかりすぎない温度に設定するものであり、以下で説明する冷凍機群６の運転制御は、超電導ケーブル３の温度が上限温度ｂ以下且つ下限温度ｃ以上になるように制御するものである。

冷凍機群６の運転制御においては、上記各温度（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を設定した上で、３つの冷凍機ユニット６ａ、６ｂ、６ｃのうち１つ（例えば冷凍機ユニット６ｃ）を待機状態として停止し、残る２つ（例えば冷凍機ユニット６ａ、６ｂ）のうち１つを稼動することと２つを稼動することを繰り返しながら、超電導ケーブル３の温度が上限温度ｂ以下且つ下限温度ｃ以上になるように制御する（当該制御を以下において運転台数制御と称する）。

前記運転台数制御においては、超電導ケーブルの温度変化を監視し、超電導ケーブルの温度が上昇側に変化しているときには超電導ケーブルの温度変化率から超電導ケーブルの温度が上限温度ｂに達する時刻を予測し、該予測時刻に超電導ケーブルの温度が低下しはじめるように停止中の冷凍機ユニットの１つ（例えば６ｂ）を稼動させる。逆に超電導ケーブルの温度が上昇側に変化しているときには超電導ケーブルの温度変化率から超電導ケーブルの温度が下限温度ｃに達する時刻を予測し、該予測時刻に超電導ケーブルの温度が上昇しはじめるように稼働中の冷凍機ユニット（例えば６ｂ）を停止させる。
超電導ケーブルの温度変化を用いて運転台数制御を行うことで、超電導ケーブル３の温度を確実に上限温度ｂと下限温度ｃの間となるよう制御することが可能である。

なお、超電導ケーブルの温度は、超電導ケーブルに流れる通電量に応じて変化する。例えば超電導ケーブルが変電所などに配置されるものであって、超電導ケーブルを流れる電気が商用電力である場合、例えば季節による電力使用量といった年間ベースでの電力使用量変化や、昼間と夜間の電力使用量といった日間ベースでの電力使用量変化を過去の実績から予測することが可能である。そこで、過去の実績を元に電力使用量変化を予測し、該電力使用量変化の予測に基づいて超電導ケーブルの温度変化を予測し、該温度変化の予測に基づいて冷凍機ユニットの運転台数制御パターンを予め作成しておくことができる。該運転台数制御パターンを作成可能である場合には、該運転台数制御パターンに基づいて冷凍機ユニットの稼動、停止の制御を行うとステップＳ４における運転台数制御が簡単であるとともに、冷凍機ユニットの稼動、停止のタイミングの予測が可能であるため、超電導ケーブルの冷却装置に関する運転員の装置監視負担も少なくなる。

図４は、前記運転台数制御を行った際の超電導ケーブルの温度変化の一例を表すグラフである。図４において、縦軸は超電導ケーブルの温度、横軸は時間を表している。図４に示すように、運転台数制御により、超電導ケーブルの温度を上限温度と下限温度の間に制御することができる。なお、図４における時間ｔ_１は冷凍機ユニットを１つ稼動することで超電導ケーブルの温度が下がり始めた時間であり、時間ｔ_２は冷凍機ユニットを１つ停止することで超電導ケーブルの温度が上がり始めた時間である。

次に、前記運転台数制御において、待機中の列を予備機として使用する場合と、待機中の列をローテーションする場合について、超電導ケーブルの温度変化が上昇側に大きい場合の制御を例として説明する。
図３は冷凍機群６の運転制御に関するフローチャートである。
詳しくは、図３におけるフローチャートは、超電導ケーブルの温度が上昇する場合の運転制御に関するフローチャートである。
図３において、ステップＳ１は、前記運転台数制御中における超電導ケーブルの温度変化の監視を意味している。

ステップＳ１で超電導ケーブルの温度変化が監視されると、ステップＳ２で規定時間が経過したか否かを判断する。ここで前記規定時間は、待機状態の冷凍機ユニットと運転状態の冷凍機ユニットを切り替えるインターバル時間であって、冷凍機の仕様などによって設定される。
ステップＳ２でＹｅｓと判断されるとステップＳ１１に進む。ステップＳ２でＮｏと判断されるとステップＳ３に進む。

ステップＳ３でケーブルの温度変化（上昇）が大きいか否か判断する。本実施例においては１Ｋ／日以上の温度変化（上昇）があった場合、ステップＳ３におけるケーブルの温度変化が大きいと判断する。

ステップＳ３でＮｏと判断されると、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２でＹｅｓと判断されるかステップＳ３でＹｅｓと判断されるまでステップＳ２とステップＳ３を繰り返す。

ステップＳ３でＹｅｓと判断されると、ステップＳ４に進み運転台数制御を継続するとともに、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、超電導ケーブルの温度が上上限温度ａに達しているか否か判断する。
ステップＳ５でＮｏと判断されると、後述するステップＳ１１のローテーション制御に進む。
ステップＳ５でＹｅｓと判断されると、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６においては、警報重軽判別制御を行う。
超電導ケーブル温度が上上限温度に達するまで上昇する場合には、稼動中の２つの冷凍機ユニット（例えば冷凍機ユニット６ａ、６ｂ）を構成する冷凍機（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ）の何れかに何らかの異常が発生している可能性が高いため、前記冷凍機（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ）に異常が発生しているか否か、また異常が発生している場合は重故障であるか軽故障であるか判断する。

ステップＳ６で重故障と判断されると、ステップＳ７に進み、以降の安定運転は困難であるため超電導ケーブルの冷却装置全体を停止する等の措置をとり、故障箇所を修理する。

ステップＳ６で軽故障又は故障がないと判断されるとステップＳ８に進み、さらにステップＳ９のバックアップ制御に進む。
バックアップ制御では、停止中であり予備機として待機中であった冷凍機ユニットを使用する。即ち、超電導ケーブルの温度を低下させるためにケーブル温度上昇速度に応じて停止中の冷凍機ユニット（例えば冷凍機ユニット６ｃ）を構成する冷凍機６１ｃ、６２ｃのうち１台以上を稼動させる。これにより超電導ケーブルの温度は低下方向に向かう。

ステップＳ９でバックアップ制御を行うと、ステップＳ１０で超電導ケーブルの温度が上上限温度ａ以下であるか否か判断する。
ステップＳ１０でＮｏと判断されるとステップＳ５に戻り、ステップＳ１０でＹｅｓと判断されるとステップＳ１１に進む。

ステップＳ２で規定時間（切換インターバル）が経過したと判断されるか、ステップＳ５でＮｏ又はステップＳ１０でＹｅｓと判断される、即ちステップＳ３で超電導ケーブルの温度変化が１Ｋ／日以上であったが超電導ケーブルの温度が上上限温度ａ未満である状態となると、ステップＳ１１のローテーション制御に進む。

ステップＳ１１ではローテーション運転の判断を行う。各冷凍機ユニットに故障が発生していない場合は、予め設定した切替インターバル（例えば２０００時間ごと）に基づき各冷凍機ユニットの切替を実施する（例えばユニット６ａ−ＯＮ，６ｂ−ＯＮ，６ｃ−ＯＦＦ →６ａ−ＯＦＦ，６ｂ−ＯＮ，６ｃ−ＯＮ ここにＯＮ：稼働、ＯＦＦ：待機である）。
この操作により、あるユニットに偏った運転ではなく、６台すべての冷凍機をほぼ等しい稼働時間とすることができ、定期的なメンテナンス間隔の確保および停止期間が長くなる事による機器の性能低下を防止することが出来る。

ステップＳ１１でローテーションが完了、もしくはローテーションせずに運転継続するとステップＳ１１で判断すると、新たに稼動した冷凍機ユニット６ｃを含む２つの冷凍機ユニットを用いて運転台数制御を行い、ステップＳ１からの工程に戻る。
また、ステップＳ１１において停止した冷凍機ユニットを構成する冷凍機を含む各機器は、待機状態の間にメンテナンスを行い、軽故障が発生している場合には修理を行う。

以上をまとめると、本実施例においては、冷凍機２台から構成される冷凍機ユニットを３列配置し、通常時は前記３列の冷凍機ユニットのうち２列を用いて前記運転台数制御パターンに基づいて運転台数制御を行い、１列を待機状態にしておく。
なお、本実施例においては冷凍機２台から構成される冷凍機ユニットを３列配置したが、前述の通り冷凍機ユニットの列数及び１列の冷凍機ユニットを構成する冷凍機数はこれに限定されるものではない。本実施例と異なる冷凍機ユニットの列数及び１列の冷凍機ユニットを構成する冷凍機数である冷凍機群を採用する場合には、複数列の冷凍機ユニットのうち一部の列を用いて運転台数制御パターンに基づいて運転台数制御を行い、残りの列を待機状態にしておく。
また、冷凍機が故障した場合には前記バックアップ制御により、待機していた冷凍機ユニットを稼動させる。
また、故障が発生しなくても、ローテーション制御により定期的に待機状態にする冷凍機ユニットを交代する。そのため、定期的に冷凍機ユニットを構成する各機器をメンテナンスすることが可能である。

なお、本実施例においては、超電導ケーブルの温度変化を監視し、該温度変化に応じて冷凍機群６の運転制御を行ったが、超電導ケーブルに電流を流す場合には超電導ケーブルの温度変化に代えて超電導ケーブルの通電電流値変化を監視し、該温度変化に応じて冷凍機群６の運転制御を行うことも可能である。
超電導ケーブルは、交流を流した場合には、ＡＣロス（交流損失）が発生する。ここでＡＣロスとは、磁界の変動や電流を流すことによって、超電導導体中で消費されるエネルギーをいう。ＡＣロスが発生すると、該ＡＣロスは熱として超電導ケーブルを冷却している液体窒素に伝わる。そのため、超電導ケーブルでは、外部からの侵入熱とＡＣロスの熱が液体窒素に伝わるため、超電導ケーブル出口より流出する液体窒素は、通電電流によるＡＣロスに見合った温度となるためである。
従って、超電導ケーブルの通電電流値変化を監視することで、循環回路２を循環している液体窒素の温度変化を予測することができ、該温度変化の予測に対応した運転台数制御パターンを作成することが可能である。

超電導ケーブルの送電負荷の変動に追従させて、超電導ケーブルの温度調整を行うことが可能であり、しかも超電導ケーブル冷却用の冷媒を冷凍する冷凍機が複数台のうちの一部が故障しても運転を継続することができる超電導ケーブルの冷却装置及び方法として利用することができる。

１ 超電導ケーブル冷却装置
２ 循環回路
３ 超電導ケーブル
４ リザーバタンク
５ 循環ポンプ
６ 冷凍機群（冷却装置）
７ 流量計
１０ コントローラ
１１ 温度計（負荷検出手段）
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ 冷凍機

Claims (7)

1. 送電に使用する超電導ケーブルと、該超電導ケーブルの冷却に使用する冷媒を冷却する冷却装置と、該冷却装置で冷却した冷媒を前記超電導ケーブルに循環供給する循環回路とを備えた超電導ケーブルの冷却装置において、
   前記冷却装置は、前記冷媒を冷却する冷凍機複数台を前記循環機構中に並列に配置したものであり、
   前記超電導ケーブルの送電負荷を検出する負荷検出手段を設け、
   該負荷検出手段の検出値に応じて、前記冷却装置の負荷を制御する制御手段を設けたことを特徴とする超電導ケーブルの冷却装置。
2. 前記送電負荷の時間変化の過去実績に基づいて送電負荷の時間変化を予測し、該送電負荷の時間変化の予測に基づいて作成された冷却装置の負荷の時間変化の予測を示した冷却装置負荷パターンを有し、
   前記制御部は、前記冷却装置負荷パターンに基づいて前記冷却装置の負荷を制御することを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブルの冷却装置。
3. 前記制御手段は、
   前記負荷検出手段によって検出される送電負荷の時間変化の傾きを記録する時間変化記録部と、
   該時間変化検出部による検出結果を元にして後の送電負荷の時間変化を予測し、該予測に基づいて前記冷却装置の負荷を制御する制御部を有することを特徴とする請求項２記載の超電導ケーブルの冷却装置。
4. 前記冷却装置は、前記冷凍機を複数列に並列に配置したものであって、該複数列のうち少なくとも一部の列を前記冷却装置の負荷を制御に用いるとともに、一部の列を待機状態として用い、前記制御手段は冷凍機の運転台数を制御して冷却装置の負荷の制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの冷却装置。
5. 送電に使用する超電導ケーブルに、冷却装置で冷却した冷媒を循環供給する超電導ケーブルの冷却方法において、
   前記冷却装置は、前記冷媒を冷却する冷凍機複数台を前記循環機構中に配置したものであり、
   前記超電導ケーブルの送電負荷を検出する負荷検出手段を設け、
   前記超電導ケーブルの送電負荷に応じて、前記冷却装置の負荷を制御することを特徴とする超電導ケーブルの冷却方法。
6. 前記送電負荷の時間変化の過去実績に基づいて送電負荷の時間変化を予測し、該送電負荷の時間変化の予測に基づいて前記冷却装置の負荷の予測を示した冷却装置負荷パターンを予め作成し、
   該冷却装置負荷パターンに基づいて前記冷凍機の運転台数を制御することを特徴とする請求項５記載の超電導ケーブルの冷却方法。
7. 前記超電導ケーブルの送電負荷の時間変化を元にして後の送電負荷の時間変化の傾きを予測し、該予測に基づいて前記冷却装置の負荷を制御することを特徴とする請求項６記載の超電導ケーブルの冷却方法。

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