JP2014179592A - Superconducting fault current limiter and cooling method of superconducting element in superconducting fault current limiter - Google Patents
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Abstract
Description
複数の超電導素子を有する超電導限流器及び当該超電導限流器内の超電導素子の冷却方法に関する。 The present invention relates to a superconducting fault current limiter having a plurality of superconducting elements and a method for cooling the superconducting elements in the superconducting fault limiter.
限流器は、電力系統などに導入する機器である。この限流器を導入することで、短絡事故等の事故電流を抑制し、接続された機器の被害低減を図ることが可能となる。
従前の限流器は常電導のリアクトル型のものが一般的だが、近年は、電流経路に超電導素子を介在させ、規定電流の範囲で通電されている時には超電導状態を維持し、超電導素子の臨界電流を超える事故電流の発生時には、常電導状態となってその抵抗により事故電流を抑制する超電導限流器が提案されている。
The current limiter is a device to be introduced into a power system or the like. By introducing this current limiting device, it is possible to suppress an accident current such as a short-circuit accident and to reduce damage to connected devices.
The conventional current limiter is generally a normal conducting reactor type, but in recent years, a superconducting element is interposed in the current path to maintain the superconducting state when energized within the specified current range. A superconducting fault current limiter has been proposed in which, when an accident current exceeding the current occurs, a normal conduction state is established and the accident current is suppressed by its resistance.
限流器に用いられる超電導素子は、極低温状態を維持するために液体ヘリウム、液体窒素等の液体冷媒に浸漬した状態で冷却されているが、事故電流の発生時には、超電導素子が常電導状態となって急激に素子温度が上昇する。
限流器は一般に事故電流の遮断器と併用され、事故電流が発生すると遮断器が作動するまでの間(0.1[s]程度)、限流器が事故電流を低減させなければならない。そして、遮断器が事故電流を遮断した際に、限流器では超電導素子を速やかに冷却しなければ、素子寿命が著しく短くなり、限流器としての寿命も短くなる。
このため、超電導限流器においては、超電導素子の発熱時に速やかに冷却することが求められている。
Superconducting elements used in current limiters are cooled in a liquid refrigerant such as liquid helium or liquid nitrogen in order to maintain a cryogenic state. However, when an accident current occurs, the superconducting element is in a normal conducting state. As a result, the element temperature rises rapidly.
The fault current limiter is generally used in combination with the fault current circuit breaker. When the fault current occurs, the current limiter must reduce the fault current until the circuit breaker is activated (about 0.1 [s]). When the circuit breaker interrupts the fault current, unless the superconducting element is quickly cooled in the current limiter, the element life is significantly shortened, and the life as the current limiter is also shortened.
For this reason, in the superconducting fault current limiter, it is required to cool quickly when the superconducting element generates heat.
例えば、特許文献1には、熱発生源としての半導体素子と液体冷媒とを収容する冷媒容器と、当該冷媒容器の外周に設けられた冷却フィンとを備える冷却装置が開示されている。
この冷却装置では、冷媒容器の内底部に半導体素子を設置し、半導体素子から真上に向かう流路と、その周囲において冷媒が底部に戻る流路とが形成されており、半導体素子により加熱された液体冷媒が中央の流路により上昇し、外側の流路から下降する際に液体冷媒が冷却フィンにより冷却され、循環による冷却効率の向上を図っている。
For example,
In this cooling device, a semiconductor element is installed on the inner bottom portion of the refrigerant container, and a flow path directed directly upward from the semiconductor element and a flow path in which the refrigerant returns to the bottom are formed and are heated by the semiconductor element. When the liquid refrigerant rises in the central flow path and descends from the outer flow path, the liquid refrigerant is cooled by the cooling fins, thereby improving the cooling efficiency by circulation.
また、特許文献2には、冷却対象としての超電導機器と液体冷媒とを収容する冷媒容器と、当該冷媒容器の内部において超電導機器を囲繞する仕切り板と、仕切り板の内側領域と外側領域とを個別に冷却する熱交換器とを設け、仕切り板の内側領域が外側領域より低温となるよう冷却を行うことにより、仕切り板の内側で下降し、外側で上昇するよう液体冷媒を循環させることで冷却効率の向上を図っている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の冷却装置は、冷却対象が半導体素子であることから、常温程度までの冷却しか想定されておらず、液体冷媒の冷却は冷媒容器の外側に設けられた冷却フィンにゆだねられている。
一方、超電導限流器では、超電導素子を極低温状態に冷却する必要があり、また、事故電流発生時には超電導素子は液体冷媒中で激しい膜沸騰状態を生じることから、上記従来の冷却装置の冷却効率では超電導素子の冷却に対処することは困難であった。
However, since the cooling device described in
On the other hand, in the superconducting fault current limiter, it is necessary to cool the superconducting element to an extremely low temperature state, and when an accident current occurs, the superconducting element generates a severe film boiling state in the liquid refrigerant. In terms of efficiency, it has been difficult to cope with cooling of superconducting elements.
また、特許文献2に記載の冷却装置は、超電導機器の冷却を想定しているが、超電導素子の激しい膜沸騰状態に対処し得るものではなかった。即ち、この従来の冷却装置は、超電導機器が配置される仕切り板の内側領域で下降し、外側領域で上昇する循環を行うので、超電導素子の沸騰時には気泡の上昇により逆の流れが発生し、効率的な冷却を行うことが困難であった。
Moreover, although the cooling apparatus described in
本発明は、超電導素子の表面に膜沸騰が発生した場合に効果的な冷却を行う超電導限流器及び超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の提供を図ることをその目的とする。 An object of the present invention is to provide a superconducting fault current limiter that performs effective cooling when film boiling occurs on the surface of the superconducting element, and a method for cooling the superconducting element in the superconducting fault current limiter.
本発明は、電流値が一定範囲内の通電時には超電導状態にあり、電流値が前記範囲を超える事故電流の通電時には常電導状態となる超電導素子を備える超電導限流器において、液体冷媒及び複数の前記超電導素子を収容する冷媒容器と、前記冷媒容器内の液体冷媒を冷却する冷却手段とを備え、前記液体冷媒中で、前記複数の超電導素子の内の少なくとも二つを上下に並べて配置し、前記冷媒容器内で前記上下に並べて配置された少なくとも二つの超電導素子を囲繞する上下が開放された素子カバーを備えることを特徴とする。 The present invention relates to a superconducting fault current limiter including a superconducting element that is in a superconducting state when a current value is energized within a certain range and is in a normally conducting state when an accident current exceeding the range is energized. A refrigerant container that houses the superconducting element; and a cooling means that cools the liquid refrigerant in the refrigerant container, and in the liquid refrigerant, at least two of the plurality of superconducting elements are arranged one above the other, An element cover having an open top and bottom surrounding at least two superconducting elements arranged side by side in the upper and lower sides in the refrigerant container is provided.
また、本発明は、電流値が一定範囲内の通電時には超電導状態にあり、電流値が前記範囲を超える事故電流の通電時には常電導状態となる複数の超電導素子を備える超電導限流器の前記超電導素子を冷却する方法において、冷媒容器内の前記液体冷媒中に設けられ、上下が開放された筒状又は枠状の素子カバーの内側に、前記複数の超電導素子の内の少なくとも二つを上下に並べて配置し、当該複数の超電導素子の内の下側に位置する超電導素子から発生する気泡を当該複数の超電導素子の内の上側に位置する超電導素子へ導くことを特徴とする。
上記超電導限流器内の超電導素子の冷却方法において、前記複数の超電導素子の内の上側に位置する超電導素子の表面の液体冷媒が膜沸騰状態であるときに当該超電導素子を冷却しても良い。
Further, the present invention provides the superconducting current limiting device including a plurality of superconducting elements that are in a superconducting state when energized within a certain range and are in a normally conducting state when an accident current exceeding the range is energized. In the method for cooling an element, at least two of the plurality of superconducting elements are vertically arranged inside a cylindrical or frame-shaped element cover provided in the liquid refrigerant in a refrigerant container and opened vertically. It is arranged side by side, and bubbles generated from a superconducting element located on the lower side of the plurality of superconducting elements are guided to a superconducting element located on the upper side of the plurality of superconducting elements.
In the method of cooling a superconducting element in the superconducting current limiting device, the superconducting element may be cooled when the liquid refrigerant on the surface of the superconducting element located above the superconducting element is in a film boiling state. .
また、超電導限流器又は超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の発明において、前記素子カバーに囲繞された前記上下に並べて配置された少なくとも二つの超電導素子の中で下側に位置する超電導素子の下端部が前記素子カバーの下端部よりも上側となるように配置するものとしても良い。 Further, in the invention of a superconducting current limiter or a method of cooling a superconducting element in a superconducting current limiter, the superconducting located on the lower side of at least two superconducting elements arranged side by side surrounded by the element cover It is good also as what arrange | positions so that the lower end part of an element may become an upper side rather than the lower end part of the said element cover.
また、超電導限流器又は超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の発明において、前記上下に並べて配置された二つの超電導素子の平面視での長手方向について、前記超電導素子の中心から前記素子カバーの内面までの距離をR、前記上下に並べて配置された二つの超電導素子の鉛直上下方向について、前記二つの超電導素子の中心間距離をLとした場合に、次式(1)を具備するように前記二つの超電導素子を配置するものとしても良い。
tan−1(L/R)≦70° …(1)
Further, in the invention of the superconducting current limiter or the cooling method of the superconducting element in the superconducting current limiter, the element from the center of the superconducting element in the longitudinal direction in plan view of the two superconducting elements arranged side by side When the distance to the inner surface of the cover is R, and the distance between the centers of the two superconducting elements is L in the vertical vertical direction of the two superconducting elements arranged above and below, the following equation (1) is satisfied. As described above, the two superconducting elements may be arranged.
tan −1 (L / R) ≦ 70 ° (1)
なお、素子カバーは、上下に並べて配置された二つの超電導素子以外の超電導素子も囲繞しても良いし、上下に並べて配置された二つの超電導素子が複数組ある場合には組ごとに個別に設けても良い。 The element cover may also surround superconducting elements other than the two superconducting elements arranged side by side. If there are a plurality of sets of two superconducting elements arranged side by side, each element cover individually. It may be provided.
本発明は、冷媒容器内の液体冷媒中で、素子カバーの内側で二つの超電導素子の一方を他方の上側に配置することで、事故電流の発生により急激な温度上昇が生じた各超電導素子は膜沸騰状態となる。これにより、下側の超電導素子の平面から生じる液体冷媒の気化ガスが上方に放出され、上側の超電導素子は、素子カバーに沿って上昇する気化ガスに曝される。
膜沸騰状態にある超電導素子は、その表面において気化ガスが膜状に張り付いた状態で発生することから冷却効率が低減する。このような状態の超電導素子に対して下方から上昇する気化ガスの気泡及び当該気泡による液流に曝されると、その素子表面で発生した気化ガスの剥離を促し、液体冷媒に接するので上側の超電導素子の冷却効率が改善される。
このように、他の何れかの超電導素子の上側に位置する超電導素子を素子カバーによって効率的に冷却し、その寿命を延長することが出来るので、超電導限流器についても長寿命化を実現することが可能となる。
また、素子カバーとこれに対する超電導素子の配置により冷却効率の向上を実現するので、冷却のための特殊構造や特別な構成を不要とし、超電導限流器全体の構成の簡易化、コストの低減を図ることが可能である。
In the present invention, in the liquid refrigerant in the refrigerant container, one of the two superconducting elements is arranged on the upper side of the other inside the element cover. Film boiling occurs. Thereby, the vaporized gas of the liquid refrigerant generated from the plane of the lower superconducting element is released upward, and the upper superconducting element is exposed to the vaporized gas rising along the element cover.
Since the superconducting element in the film boiling state is generated in a state in which the vaporized gas is stuck on the surface of the superconducting element, the cooling efficiency is reduced. When the superconducting element in such a state is exposed to vaporized gas bubbles rising from below and a liquid flow caused by the bubbles, peeling of the vaporized gas generated on the element surface is promoted and comes into contact with the liquid refrigerant. The cooling efficiency of the superconducting element is improved.
In this way, the superconducting element located above any other superconducting element can be efficiently cooled by the element cover and its life can be extended, so that the life of the superconducting fault current limiter is also extended. It becomes possible.
In addition, because the cooling efficiency is improved by the arrangement of the element cover and the superconducting element relative to the element cover, there is no need for a special structure or special structure for cooling, and the entire structure of the superconducting fault current limiter is simplified and the cost is reduced. It is possible to plan.
また、素子カバー内で下側に位置する超電導素子の下端部が素子カバーの下端部よりも上側となるように配置した場合には、下方の超電導素子からの気化ガスの気泡を素子カバーの外側に漏らすことなく上側の超電導素子に向かって導くことが出来るので、上側の超電導素子のさらなる効率的な冷却及びこれにより長寿命化を実現することが可能となる。 In addition, when the lower end of the superconducting element located in the lower side of the element cover is disposed above the lower end of the element cover, the vaporized gas bubbles from the lower superconducting element are removed from the outer side of the element cover. Therefore, the upper superconducting element can be guided to the upper superconducting element without leaking to the upper superconducting element, so that further efficient cooling of the upper superconducting element and a longer life can be realized.
また、素子カバー内での二つの超電導素子について、長手方向の中心から素子カバーの内面までの距離Rと、二つの超電導素子の鉛直上下方向における中心間距離Lとの相対的な関係を式(1)の数値範囲で規定した場合には、素子カバーが冷媒ガスの拡散を低減して
効果的に上側の超電導素子の冷却を行うことが可能となる。
For the two superconducting elements in the element cover, the relative relationship between the distance R from the center in the longitudinal direction to the inner surface of the element cover and the center-to-center distance L in the vertical vertical direction of the two superconducting elements is When defined in the numerical range of 1), the element cover can reduce the diffusion of the refrigerant gas and effectively cool the upper superconducting element.
[実施形態の概要]
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
この実施形態では、外部から電源供給が行われる保護対象機器に対し、電源供給経路の途中に設けられ、電源供給側で発生した事故電流を低減するための超電導限流器10及び当該超電導限流器10内の超電導素子71,72の冷却方法について説明する。図1は超電導限流器10の垂直平面に沿った断面図である。
[Outline of Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In this embodiment, a superconducting fault
この超電導限流器10は、真空断熱された内側容器21と外側容器22とを有し、液体冷媒である液体窒素60と後述する二つの超電導素子71,72とを収容する冷媒容器20と、冷媒容器20の上部開口を閉塞可能な蓋体30と、内側容器21内の液体窒素60を冷却する冷却手段としての冷凍機40と、冷媒容器20の液体窒素60内で二つの超電導素子71,72を囲繞する素子カバー93とを備えている。
そして、この超電導限流器10は、二つの超電導素子71,72に対して超電導素子71,72のどちらの臨界電流も超えない範囲で通電されている時には超電導状態を維持し、どちらか一方でも臨界電流を超える過大な事故電流が通電された時には常電導状態となって電気抵抗を発生することで、保護対象機器への過大な電流の通電を防止する。
以下、超電導限流器10の各部について説明する。
The superconducting fault
The superconducting fault
Hereinafter, each part of the superconducting fault
[冷媒容器]
冷媒容器20は、内側容器21と外側容器22とからなり、これら相互間が真空断熱された二重壁面構造の有底容器である。
内側容器21は、上下方向に沿った円筒状であって、下端部が閉塞されて底部をなし、上端部が開放されている。
外側容器22は、内側容器21と同様に上下方向に沿った円筒状であって、下端部が閉塞されて底部をなし、上端部が開放されている。そして、この外側容器22は、内側容器21よりに一回り大きく形成され、内側容器21を内側に格納している。さらに、内側容器21の外周面及び底部下面と外側容器22の内周面及び底部上面とが相互に隙間空間を形成するように、内側容器21と外側容器22の上端部同士が接合されて一体化されている。また、内側容器21と外側容器22の互いの隙間空間は真空引きが行われ、真空断熱されている。
また、内側容器21と外側容器22との隙間空間には、円筒部及び底部の全域に渡って、アルミニウムを蒸着させたポリエステルフィルムが積層されてなるスーパーインシュレーション材23が介在し、外部からの輻射熱の遮断を図っている。
[Refrigerant container]
The
The inner container 21 has a cylindrical shape along the vertical direction, and the lower end portion is closed to form a bottom portion, and the upper end portion is opened.
The outer container 22 has a cylindrical shape along the vertical direction like the inner container 21, and has a lower end closed to form a bottom, and an upper end opened. The outer container 22 is formed to be slightly larger than the inner container 21, and stores the inner container 21 inside. Furthermore, the upper ends of the inner container 21 and the outer container 22 are joined together so that the outer peripheral surface and bottom bottom surface of the inner container 21 and the inner peripheral surface and bottom upper surface of the outer container 22 form a gap space. It has become. In addition, the space between the inner container 21 and the outer container 22 is evacuated and thermally insulated.
Further, in the gap space between the inner container 21 and the outer container 22, there is a super insulation material 23 formed by laminating a polyester film on which aluminum is vapor-deposited over the entire area of the cylindrical portion and the bottom portion. The radiant heat is cut off.
[蓋体]
内側容器21と外側容器22の接合部(冷媒容器20の上端面)は水平に平滑化されており、このリング状の平滑面(上端面)上に円板状の蓋体30が載置装備されている。
この蓋体30は、保守点検による冷媒容器20内へのアクセスができるように、冷媒容器20からの着脱が可能な状態で取り付けられている。例えば、蓋体30と冷媒容器20の相互間の凹凸形状による嵌合構造或いはボルト止め等周知の方法で蓋体30が冷媒容器20に対して固定される。
なお、この蓋体30は、冷凍機40を垂下支持するので、ある程度強度を有する材料から形成されていることが好ましい。具体的には、FRP(Fiber Reinforced Plastics)やステンレス鋼等を蓋体30の材料として用いることができる。
また、この蓋体30も冷媒容器20と同様に中空の内部が真空断熱された二重壁面構造として断熱性を高めても良い。
[Lid]
The joint between the inner container 21 and the outer container 22 (the upper end surface of the refrigerant container 20) is smoothed horizontally, and a disc-shaped
The
Since the
Further, the
[冷凍機]
冷凍機40は、蓄冷式のいわゆるGM冷凍機であり、蓄冷材を内部に保有するディスプレーサ容器を上下に往復させるシリンダ部41と、ディスプレーサ容器に上下の移動動作を付与するモータを駆動源とするクランク機構が格納された駆動部42と、シリンダ部41において最も低温となる低温伝達部43に設けられた熱交換部材としての熱交換器44とを備えている。
また、上記冷凍機40には、図示しないコンプレッサ等が接続され、その内部に対して冷媒ガスである窒素ガスの吸排気が行われるようになっている。
[refrigerator]
The
The
[超電導素子]
二つの超電導素子71,72は、超電導体を有する短冊状の平板であり、通電方向に沿って直列に接続されている。また、直列接続された二つの超電導素子71,72の両端部は、それぞれ、蓋体30を上下に貫通して保持された電流リード91,92に個別に接続されている。即ち、いずれか一方の電流リード91又は92から二つの超電導素子71,72を介して他方の電流リード92又は91に事故電流が通電されるようになっている。
[Superconducting element]
The two
各超電導素子71,72を構成する超電導体には、液体窒素温度以上で超電導状態となるRE系超電導体(RE:希土類元素)を用いることができる。RE系超電導体としては、例えば化学式YBa2Cu3O7-yで表されるイットリウム系超電導体(以下、Y系超電導体)が代表的である。RE系超電導体の場合には、短冊状の平板以外に、テープ状の金属基板上に中間層を介してRE系超電導体が形成されたテープ状の超電導線を用いてもよい。また、金属マトリクス中に超電導体が形成されているテープ状の超電導線でもよい。超電導体には、ビスマス系超電導体、例えば化学式Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212), Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ(Bi2223)を適用できる。なお、化学式中のδは酸素不定比量を示す。
As a superconductor constituting each of the
上記二つの超電導素子71,72は、冷媒容器20において液体窒素60の規定液面高さの液面61より低位置において、いずれも長手方向が水平方向に沿った状態で、その平板面が鉛直上下方向に沿うように図示しない枠体により保持されている。
これらの超電導素子71,72は、同一寸法、同一構造であり、一方の超電導素子71が他方の超電導素子72の上側に配置されている。また、図1に示すように、二つの超電導素子71,72は、鉛直上下方向に沿った同一の垂直平面上に配置され、また、平面視で各々の両端部の位置が一致するように配置されている。
The two
These
超電導素子71,72は、周囲の極低温状態の液体窒素により冷却されているが、事故電流のような臨界電流を大きく超える電流が各超電導素子71,72に流れると、これらの超電導素子71,72は超電導状態から常電導状態に遷移し、電気抵抗が高くなることにより急激に発熱する。その結果、周囲の液体窒素に対して超電導素子71,72は非常に高温となり、液体窒素が核沸騰状態を超えて膜沸騰状態となる。
膜沸騰状態が発生すると、超電導素子71,72の表面が液体窒素よりも冷却効率が低い窒素ガスに覆われるので、超電導素子71,72の冷却に時間を要する状態となる。
Although the
When the film boiling state occurs, the surfaces of the
しかし、図2に示すように、冷媒容器20内において、上下に超電導素子71,72を並べて配置した場合には、膜沸騰状態となった下側の超電導素子72の表面から大量の窒素ガスが気泡となって上昇し、上側の超電導素子71は上昇する大量の窒素ガスの気泡とこれに伴う上方への液流とに曝される。
その際、上側の超電導素子71の表面に発生した膜沸騰状態の窒素ガスが下方からの気泡と液流とにより剥離され、上側の超電導素子71の表面を液体窒素と接触する状態に戻すことができ、効率的に冷却することが可能となる。
なお、超電導素子は、一定の高温状態となっている時間の積算値が増えるほどその寿命が短くなる傾向にあることから、事故電流時の高温状態からの冷却が速やかであるほど、素子寿命を延長することが可能である。従って、超電導素子71,72を上述のように上下に配置することにより、少なくとも一方の超電導素子71の長寿命化を図り、超電導限流器10の全体的な長寿命化を図っている。
また、超電導限流器が複数の超電導素子を備える場合、最も臨界電流が小さい超電導素子が最も寿命が短くなり、当該最も寿命が短い超電導素子の寿命が超電導限流器の寿命となる。従って、最も寿命が短い超電導素子を他のいずれかの超電導素子の上側に配置して効率的に冷却することが望ましい。
例えば、上記超電導限流器10の場合には、上側の超電導素子71として、下側の超電導素子72よりも臨界電流が小さく寿命が短いものを選択することが望ましい。これにより、超電導限流器全体の寿命を延長することが可能となる。
However, as shown in FIG. 2, when
At that time, the nitrogen gas in the film boiling state generated on the surface of the
Superconducting elements tend to have shorter lifetimes as the integrated value of time in a constant high-temperature state increases. Therefore, the faster the cooling from a high-temperature state during an accident current, the longer the element lifetime. It is possible to extend. Accordingly, by arranging the
When the superconducting fault current limiter includes a plurality of superconducting elements, the superconducting element with the smallest critical current has the shortest life, and the life of the superconducting element with the shortest life becomes the life of the superconducting current limiter. Therefore, it is desirable that the superconducting element having the shortest lifetime be arranged on the upper side of any other superconducting element for efficient cooling.
For example, in the case of the superconducting current limiting
[素子カバー]
図3は素子カバー93内の中心線に沿った断面図、図4は平面図である。図示のように、素子カバー93は、平面視円形であって、その中心線Cが鉛直上下方向に沿った状態で冷媒容器20の内側に配設された筒状体であり、その上端部と下端部は開放されている。
そして、この素子カバー93の内側に二つの超電導素子71,72を上下に配置している。
前述したように、超電導素子71,72は、一方の超電導素子71を他方の超電導素子72の上方に配置することにより、事故電流の発生時に、下方の超電導素子72の膜沸騰により発生する窒素ガスの気泡及びこれによる液流を利用して、上方の超電導素子71の冷却効率を高めている。このように下方の超電導素子72からの気泡及び液流を利用する場合に、気泡が周囲に拡散してしまうと、上方の超電導素子71の膜沸騰による窒素ガスを剥離する能力が低減し、十分に冷却効率の向上を図ることが出来なくなる。
従って、上記の素子カバー93で各超電導素子71,72を囲繞することで、下方の超電導素子72からの気泡の拡散を防ぎ、気泡及び液流を上側の超電導素子71へ効果的に導くことを可能としている。
[Element cover]
3 is a cross-sectional view taken along the center line in the
Two
As described above, the
Therefore, by surrounding each of the
上記素子カバー93に対する各超電導素子71,72の配置について以下に説明する。
以下の説明において、各超電導素子71,72の中心gとは、各超電導素子71,72の平面視における長手方向について中間であって、平面視における短手方向についても中間であって、鉛直上下方向についても中間に位置する中間点をいうものとする。なお、この中心gは、各超電導素子71,72が長方形の平板(直方体形状)であって全体が均一の密度である場合にその重心と一致する。
そして、各超電導素子71,72はその中心g,gが、いずれも素子カバー93の中心線Cの線上となるように配置されている。
The arrangement of the
In the following description, the center g of each
The
さらに、二つの超電導素子71,72の鉛直上下方向における中心g,gの距離である中心間距離をL、各超電導素子71,72の中心gから素子カバー93の内面までの超電導素子71,72の長手方向に沿った距離をR、各超電導素子71,72の平面視での長手方向の長さをW、一方の超電導素子71の中心gから当該超電導素子71の長手方向に沿って延ばした直線が素子カバー93の内面と交差する交点をr1、他方の超電導素子72の中心gから当該超電導素子72の長手方向に沿って延ばした直線が素子カバー93の内面と交差する交点をr2、他方の超電導素子72の中心gと交点r1とを結ぶ直線と他方の超電導素子72の中心gと交点r2とを結ぶ直線との交差角度をθとした場合に、次式(1)の関係が成立するように各超電導素子71,72は配置されている。
Furthermore, the distance between the centers, which is the distance between the centers g and g of the two
tan−1(L/R)≦70° …(1) tan −1 (L / R) ≦ 70 ° (1)
上記tan−1(L/R)=θなので上記(1)は θ ≦70° と同義である。
また、各超電導素子71,72の長手方向における両端部と素子カバー93の内面との間は気泡の通過が可能であることが望ましいので、相互間を完全に塞がないように、R>W/2とする。
また、超電導素子71,72は、臨界電流を超えたときに生じる気泡の水平方向における中心gからの到達距離α(図2参照)がおおむね一定の範囲内となり、距離Rはα以下の範囲とすることが望ましい(R≦α)。
さらに、下側の超電導素子72は、その下端部が素子カバー93の下端部よりも上側となるように配置している。これにより、膜沸騰時に発生する気泡を素子カバー93の外側に漏らすことなく効果的に上方に導くことができるようになっている。
Since tan −1 (L / R) = θ, (1) is synonymous with θ ≦ 70 °.
Further, since it is desirable that air bubbles can pass between both end portions in the longitudinal direction of the
Further, in the
Further, the
[膜沸騰による気泡を利用した冷却効率の向上]
ここで、膜沸騰による気泡を利用した冷却効率の向上について説明する。図5の実線は室温(303[K])状態の単独の超電導素子71を冷媒容器20内の液体窒素に入れて冷媒温度(77[K])まで冷却するのに要する時間及び温度変化を示している。また、図5の点線は室温(303[K])状態の単独の超電導素子71及び膜沸騰による気泡の発生源となる室温状態の金属製の枠体を冷媒容器20内に配置して、冷媒温度(77[K])まで冷却するのに要する時間及び温度変化を示している。枠体は、超電導素子71の中心gから鉛直下方に下ろした垂線に対して70°傾斜した斜め下方に配置した。
なお、いずれの場合も冷媒容器20内から超電導素子72及び素子カバー93を除去している。
[Improvement of cooling efficiency using bubbles by film boiling]
Here, the improvement of the cooling efficiency using the bubble by film | membrane boiling is demonstrated. The solid line in FIG. 5 shows the time and temperature change required to cool the
In either case, the
図5のように、超電導素子71を単独で配置した場合(実線)には冷媒温度まで冷却するのに要した時間はおよそ13[s]であり、超電導素子71の斜め下方に枠体を配置した場合(点線)には冷媒温度まで冷却するのに要した時間はおよそ11[s]であった。
これは、枠体を配置した場合には、液体冷媒に対して高温である枠体の表面で膜沸騰が発生し、窒素ガスによる大量の気泡が液流を伴って上昇する。そして、膜沸騰状態にある超電導素子71が枠体からの気泡及び液流に曝されて、冷却効率の低い窒素ガスが表面から剥離され、液体窒素による冷却が行われて超電導素子71の冷却効率が向上するためである。
このように、超電導素子は膜沸騰による気泡発生源を下方に配置することにより、そこから生じる窒素ガスの気泡及び液流により超電導素子の膜沸騰時における冷却効率を改善する。
従って、図1に示す超電導限流器10のように、一方の超電導素子71をもう一方の超電導素子72の上方に配置することにより、臨界電流を超える事故電流の発生時に、下方の超電導素子72が気泡発生源となり、上方の超電導素子71に膜沸騰が生じた場合でも、より迅速に冷却を行うことが可能である。
As shown in FIG. 5, when the
This is because, when the frame is arranged, film boiling occurs on the surface of the frame that is high in temperature with respect to the liquid refrigerant, and a large number of bubbles due to nitrogen gas rise with a liquid flow. Then, the
Thus, the superconducting element improves the cooling efficiency at the time of film boiling of the superconducting element due to the bubble and liquid flow of nitrogen gas generated therefrom by disposing the bubble generating source due to film boiling below.
Accordingly, by disposing one
[素子カバーによる冷却向上効果]
冷媒容器20内に素子カバー93を設けた場合と設けていない場合とで各超電導素子71,72に通電を行って加熱させてから冷媒温度に戻るまでの復帰時間の比較を行った結果を図6に示す。なお、この図6では、各超電導素子71、72に対し、通電により発熱させた場合の発生熱量と復帰時間の比較を行った。また、各超電導素子71,72の冷媒容器20内の配置はいずれも図3に示す配置において交差角度θを30°とした。
[Cooling improvement effect by element cover]
The results of comparing the return times from when the
図6において「◆」は素子カバー無し、「□」は素子カバーありを示す。素子カバー93を設けない場合に比べて素子カバー93を設けた場合には復帰時間が短縮され、発生熱量が高くなるほど復帰時間の差が大きくなっている。例えば、充電電圧1000[V]において、素子カバー93を設けない場合の復帰時間は3.7[sec]だが、素子カバー93を設けた場合には復帰時間が3.1[sec]となり、およそ20パーセント短縮した。
これにより、発生熱量が高くなるほど、下方の超電導素子72からの窒素ガスの気泡の発生量が増えることになるが、素子カバー93が気泡を上方の超電導素子71に効果的に導いて冷却効率を高めていることが分かる。
In FIG. 6, “♦” indicates no element cover, and “□” indicates that an element cover is present. When the
As a result, as the amount of generated heat increases, the amount of nitrogen gas bubbles generated from the
[素子カバーに対する上下の超電導素子の配置よる冷却向上効果]
素子カバー無しの場合及び素子カバー93に対する上下の超電導素子71,72の配置における交差角度θをそれぞれ20,25,30,45,60,70,75,80°とした場合の超電導素子71の加熱状態からの復帰時間の一覧を図7に示す。なお、この図7の比較試験では、超電導素子の中心から素子カバーまでの距離Rを一定にして二つの超電導素子71,72の中心間距離Lのみを変更することで交差角度θを変化させており、その他の配置については図3の例と同一である。また、各超電導素子71,72に対して発生熱量を400[J]とした場合で比較を行った。
[Cooling improvement effect by arrangement of upper and lower superconducting elements to element cover]
Heating of the
上記比較の結果、交差角度θが75°以上の範囲では素子カバー93を設けない場合の復帰時間と大差がなく、交差角度θ≦70°の範囲で復帰時間が顕著に短縮するという結果が得られた。
即ち、tan−1(L/R)≦70°とすることが効果的であり、70°を超えると冷却効率が低下することが分かる。
As a result of the above comparison, there is no significant difference from the return time when the
In other words, it is effective to set tan −1 (L / R) ≦ 70 °, and when it exceeds 70 °, the cooling efficiency decreases.
[超電導素子の素子間距離と相互インダクタンスの影響]
次に、超電導素子の素子間距離と相互インダクタンスの影響について説明する。図8は素子間距離と相互インダクタンスの対応関係をシミュレーションに基づいて算出した線図であり、実線は各超電導素子71,72の平板面を鉛直上下方向に沿わせた状態(図3の配置)であり、点線は各超電導素子71,72の平板面をいずれも水平状態とした場合を示す。なお、ここでの素子間距離は、下側の超電導素子72の上端面から上側の超電導素子71の下端面までの距離を示す。
図示のように、相互インダクタンスは、超電導素子71,72のサイズを210×30×1(図3の状態での水平方向幅×鉛直上下方向幅×紙面厚さ方向幅、単位は全て[mm])とした場合、超電導素子71,72の素子間距離がおよそ20[mm]を下回ると急に大きくなるという結果が得られた。従って、各超電導素子71,72の素子間距離は20[mm]以上とすることが望ましい。
[Effect of inter-element distance and mutual inductance of superconducting elements]
Next, the influence of the distance between elements of the superconducting element and the mutual inductance will be described. FIG. 8 is a diagram in which the correspondence between the inter-element distance and the mutual inductance is calculated based on simulation, and the solid line indicates a state in which the flat surfaces of the
As shown in the figure, the mutual inductance is the size of the
二つの超電導素子71,72いずれも平板面を鉛直上下方向に沿わせた状態とした場合(図3の向き及び配置である場合)、二つの超電導素子71,72の中心間距離Lは、上述した相互インダクタンスを考慮した素子間距離(20[mm])+素子の鉛直上下方向幅(30[mm])となるので、L≧50[mm]とすることが望ましい。
さらに、超電導素子71,72の一端部を素子カバー93の内面に近接配置する前提とした場合、各超電導素子71,72の中心gから素子カバー93の内面までの距離R=210/2=105[mm]となる。
式(1)のtan−1(L/R)に上記L,Rの数値を入力すると、
tan−1(L/R)=tan−1(50/105)=tan−1(0.48)≒25°となり、相互インダクタンスの悪化を回避するためには、tan−1(L/R)≧25°(θ≧25°)とすることが望ましい。
このように、θ(=tan−1(L/R))の下限値は、超電導素子71,72の素子間の相互インダクタンスの悪化を回避可能な範囲から定めることが望ましい。例えば、上述のように、相互インダクタンスの変化率が顕著となる素子間距離からθ(=tan−1(L/R))の下限値を定めても良いし、相互インダクタンスの数値の上限値を定め、これに基づいてθ(=tan−1(L/R))の下限値を定めても良い。
When both the two
Further, when it is assumed that one end of the
When the numerical values of L and R are input to tan −1 (L / R) in the formula (1),
tan −1 (L / R) = tan −1 (50/105) = tan −1 (0.48) ≈25 °, and in order to avoid deterioration of mutual inductance, tan −1 (L / R) ≧ 25 It is desirable that the angle is θ (θ ≧ 25 °).
Thus, it is desirable to determine the lower limit value of θ (= tan −1 (L / R)) from a range in which deterioration of the mutual inductance between the
[発生熱量が異なる場合の素子カバー内の上下の超電導素子の配置よる冷却向上効果]
また、図7の比較により適正範囲内とされる交差角度45°の場合と適正範囲外とされる交差角度80°の場合と素子カバー93を設けない場合とで、超電導素子71に対する通電による発生熱量を0〜480[J]の範囲で変化させた時の復帰時間の比較結果を図9に示す。
図9において「◆」は素子カバー無し、「□」は交差角度45°(素子カバーあり)、「△」(図9では模様付き)は交差角度80°(素子カバーあり)を示す。
この比較から、交差角度45°の場合には、発生熱量が大きくなるにつれて素子カバー93を設けない場合に比べて復帰時間の短縮が顕著となることが分かり、交差角度80°の場合には、充電電圧が変化しても素子カバー93を設けない場合の復帰時間と大差ないことが分かる。
[Effect of cooling improvement by arrangement of upper and lower superconducting elements in the element cover when the amount of generated heat differs]
Further, when the crossing angle is 45 ° within the proper range, the crossing angle is 80 ° outside the proper range, and the case where the
In FIG. 9, “♦” indicates no element cover, “□” indicates an intersection angle of 45 ° (with an element cover), and “Δ” (with a pattern in FIG. 9) indicates an intersection angle of 80 ° (with an element cover).
From this comparison, it can be seen that when the crossing angle is 45 °, the recovery time is significantly shortened as the amount of generated heat increases as compared to the case where the
[発明の実施形態における技術的効果]
以上のように、超電導限流器10は、冷媒容器20内の液体窒素60中で、一方の超電導素子71を他方の超電導素子72の上方に配置することで、事故電流の発生時に下方の超電導素子72から発生する窒素ガスの気泡及び液流を利用して、膜沸騰状態にある上方の超電導素子71を効率的に冷却することを可能としている。かかる超電導素子71,72の上下配置による冷却効率の向上は図5による膜沸騰による窒素ガス発生源を伴う場合の冷却効率の向上の結果からも裏付けられている。
[Technical effects in the embodiment of the invention]
As described above, the superconducting fault
さらに、超電導限流器10は、二つの超電導素子71,72を囲繞する素子カバー93を備え、これにより、下方の超電導素子72から発生する気泡を上方の超電導素子71に効率良く導くことにより冷却効率の向上を実現している。かかる素子カバー93による冷却効率の向上は図6による素子カバー93の有無による冷却温度への復帰時間の比較試験の結果からも裏付けられている。
Furthermore, the superconducting fault
また、素子カバー内での二つの超電導素子71,72の配置が、中心g,gから素子カバー93の内面までの距離R及び二つの超電導素子71,72の中心間距離Lに規定されるtan−1(L/R)≦70°を満たすことにより、上方の超電導素子71の冷却効率の向上を実現することが可能である。かかる素子配置による冷却効率の向上は図7及び図9によるL、Rに基づく交差角度θを変化させた場合の比較試験の結果からも裏付けられている。
In addition, the arrangement of the two
さらに、前述した図8に示すように、各超電導素子71,72の素子間距離は20[mm]以上とすることにより、各超電導素子71,72の相互インダクタンスの影響を低減することが可能である。この条件を満たすためにも、各超電導素子71,72の配置に基づく交差角度θは25°以上の範囲とすることが望ましい。
即ち、25°≦tan−1(L/R)≦70°とすることにより、各超電導素子71,72の相互インダクタンスの影響を抑制しつつ、冷却効率の向上を図ることが可能である。
Further, as shown in FIG. 8 described above, by setting the distance between the
That is, by setting 25 ° ≦ tan −1 (L / R) ≦ 70 °, it is possible to improve the cooling efficiency while suppressing the influence of the mutual inductance of each
また、素子カバー93内で下側に位置する超電導素子72の下端部が素子カバー93の下端部よりも上側となるように配置することで、事故電流の発生時に当該超電導素子72からの窒素ガスの気泡を素子カバー93の外側に漏らすことなく超電導素子71に向かって導くことが出来るので、超電導素子71のさらなる効率的な冷却が可能となる。
Further, by arranging the lower end portion of the
このように、超電導限流器10で冷媒容器20内に素子カバー93を設け、素子カバー93に対して超電導素子71,72が上述した各種の配置条件を満たすように配置することにより、上方の超電導素子71を効率的に冷却し、その寿命を延長することが出来るので、超電導限流器10についても長寿命化を実現することが可能となる。
また、素子カバー93とこれに対する超電導素子71,72の配置により冷却効率の向上を実現するので、冷却のための特殊構造や特別な構成を冷媒容器20に付加する必要がなく、超電導限流器10全体の構成の簡易化、コストの低減を図ることが可能である。
Thus, by providing the
Further, since the cooling efficiency is improved by the arrangement of the
[その他]
超電導素子は短冊状ではなく、容易に変形させることが可能なワイヤ状としても良い。その場合には、超電導素子により任意の形状を形成しても良い。例えば、図10に示す、支持プレート110の上面に沿って、超電導素子101〜106を渦を巻くようにコイル状に取り付けた超電導素子ユニット100を、二つ以上用意してそれらを上下に重ねて配置しても良い。なお、支持プレート110の上面において、超電導素子101〜106がコイル状に配置される部分111は、網状或いは無数のスリットや小孔が形成されており、表裏に気泡が通過可能となっている。
なお、超電導素子ユニットの個体数は、二以上であれば任意であり、一つの超電導素子ユニット100に設けられる超電導素子の個体数は一以上であれば任意である。
[Others]
The superconducting element is not limited to a strip shape but may be a wire shape that can be easily deformed. In that case, you may form arbitrary shapes with a superconducting element. For example, two or more
The number of superconducting element units is arbitrary as long as it is two or more, and the number of superconducting elements provided in one
また、超電導素子ユニット100の超電導素子の形状としては、図11に示すような無誘導巻きの形状としても良い。即ち、その中央部で折り返したワイヤ状の超電導素子101をコイル状に巻くことにより、その一端部から他端部にかけて通電すると、中央部の折り返し部分を境界として隣接するワイヤ状の超電導素子に互いに逆向きに電流が流れることになる。これにより素子群のインダクタンスが減少し、超電導限流器10を定格通電させたときの発生電圧を抑制することができる。
また、このように無誘導巻きの形状とした場合にも図10のように複数のワイヤ状の超電導素子をコイル状に巻いてもよい。
Further, the shape of the superconducting element of the
Further, even in the case of the non-inductive winding shape, a plurality of wire-like superconducting elements may be wound in a coil shape as shown in FIG.
そして、図12及び図13に示すように、上記超電導素子ユニット100を複数用意し、素子カバー93の内側に上下に並べて配置する。この場合、各超電導素子ユニット100はいずれも水平に沿った状態とすることが望ましい。
また、少なくとも、上下に複数配置される超電導素子ユニット100に取り付けられた全ての超電導素子の中で、臨界電流の値が最も小さい超電導素子が取り付けられた超電導素子ユニット100の下側に一つ以上の他の超電導素子ユニット100が配置されていることが望ましく、臨界電流の値が最も小さい超電導素子が取り付けられた超電導素子ユニット100が最も上側に配置されればより望ましい。
これにより、最も臨界電流が小さい超電導素子の素子寿命を延長することができ、装置全体の長寿命化を図ることが可能である。
なお、超電導素子ユニットの個体数は、二以上であれば任意であり、一つの超電導素子ユニット100に設けられる超電導素子の個体数は一以上であれば任意である。
Then, as shown in FIGS. 12 and 13, a plurality of the
At least one of the superconducting elements attached to the
Thereby, the element life of the superconducting element having the smallest critical current can be extended, and the life of the entire apparatus can be extended.
The number of superconducting element units is arbitrary as long as it is two or more, and the number of superconducting elements provided in one
また、上述した素子カバー93は円筒形状に限定されるものではなく、上下の端部が開放された筒状体又は枠体であれば任意の平面視形状とすることが出来る。例えば、図14に示すように、平面視形状が四角形の枠体からなる素子カバー93Aを使用しても良い。また、その他の多角形や楕円、長円等にしても良い。但し、上下方向の全長に渡って一様の断面形状で全長に渡って貫通していることが望ましい。
なお、このように素子カバー93Aが四角形の枠体である場合にも、各超電導素子71,72の長手方向についてtan−1(L/R)≦70°を満たすように配置することが望ましい。さらに相互インダクタンスの影響を考慮すると25°≦tan−1(L/R)≦70°とすることがより好ましい。
また、上下が開放して窒素ガスの気泡の拡散を押さえることが可能であれば、筒状又は枠状以外の形状のカバーにより超電導素子71,72を囲繞しても良い。
Further, the
Even when the
Further, the
また、超電導素子が短冊状である場合を例示したが、これに限らず、例えば、棒状、ワイヤー状、シート状、その他の任意の形状としても良い。また、超電導素子の形状によっては、平面視の形状に長手方向が存在しない場合もあり得るが(例えば、平面視で円形などの場合)、その場合には、いずれか任意の方向を長手方向と仮定し、当該仮定の長手方向で超電導素子の中心から素子カバーの内面までの距離Rを定義し、式(1)が成立するように各超電導素子を配置しても良い。 Moreover, although the case where the superconducting element was strip-shaped was illustrated, it is not restricted to this, For example, it is good also as rod shape, wire shape, sheet shape, and other arbitrary shapes. In addition, depending on the shape of the superconducting element, there may be a case where the longitudinal direction does not exist in the shape in plan view (for example, in the case of a circle in plan view). In that case, any direction is defined as the longitudinal direction. Assuming that the distance R from the center of the superconducting element to the inner surface of the element cover is defined in the assumed longitudinal direction, each superconducting element may be arranged so that the formula (1) is satisfied.
また、前述した超電導素子71,72は、その姿勢や向きを変更することが可能である。
例えば、各超電導素子71,72の長手方向が水平方向に沿うように配置した場合を例示したが、これらの長手方向が鉛直上下方向に沿うように配置しても良い。
また、各超電導素子71,72の平板面が鉛直方向に沿うように配置した場合を例示したが、平板面が水平となるように配置しても良い。
さらに、超電導素子は二枚に限らず、より多くの超電導素子を使用しても良い。その場合には、全ての超電導素子を直列に接続しても良いが、直列接続と並列接続とを組み合わせて各超電導素子を接続しても良い。また、より多くの超電導素子を使用する場合には、上下二段の配置ではなく、多段に配置しても良い。その場合、少なくとも上下に隣接する二つの超電導素子について式(1)が成立するように配置することが望ましく、上下に隣接する全ての超電導素子の組み合わせについて式(1)が成立するように配置することがより望ましい。
The
For example, although the case where it arranged so that the longitudinal direction of each
Moreover, although the case where it arrange | positioned so that the flat plate surface of each
Furthermore, the number of superconducting elements is not limited to two, and more superconducting elements may be used. In that case, all the superconducting elements may be connected in series, or each superconducting element may be connected by combining series connection and parallel connection. When more superconducting elements are used, they may be arranged in multiple stages instead of in two upper and lower stages. In that case, it is desirable to arrange so that at least two superconducting elements adjacent in the vertical direction satisfy the formula (1), and arrange so that the formula (1) holds for all combinations of the superconducting elements adjacent in the vertical direction It is more desirable.
また、図15に示すように、超電導限流器が、上下に配置された超電導素子からなる組73,74を複数有する場合には、超電導素子の組73,74ごとに素子カバー93,93を用意して、個別に内部に配置しても良い。また、上下に配置された超電導素子からなる組73,74を複数有する場合に、これらを一つの素子カバー内に配置しても良い。
Further, as shown in FIG. 15, when the superconducting fault current limiter has a plurality of
また、上下に隣接する二つの超電導素子が、その超電導状態を維持することが可能な臨界電流の値にバラつきがあるものが使用される場合には、臨界電流の値が小さいものの方が寿命が短くなる傾向にあるので、当該臨界電流の値が小さい超電導素子を臨界電流の値がより大きい超電導素子の上側に配置することが望ましい。寿命の短い方の超電導素子の冷却効率を高めて長寿命化を図ることにより、より効果的に超電導限流器の長寿命化を実現することが可能となる。 In addition, when two superconducting elements adjacent to each other in the upper and lower sides are used in which the value of the critical current that can maintain the superconducting state is varied, the one with the smaller critical current value has a longer life. Since it tends to be shorter, it is desirable to dispose the superconducting element having a small critical current value above the superconducting element having a larger critical current value. By increasing the cooling efficiency of the superconducting element having a shorter lifetime and extending the lifetime, it is possible to more effectively realize the longer lifetime of the superconducting fault current limiter.
また、超電導素子の長手方向の両端部がいずれも素子カバーの内面に対して等しい距離であれば(中心gが中心線C上に位置する状態)、前述した式(1)は超電導素子の長手方向の両側でいずれも成立する配置とすることが望ましい。
また、超電導素子の長手方向の両端部が素子カバーの内面に対して等しい距離ではない場合には、いずれかの素子カバーの内面に近接する方の端部側で、前述した式(1)が成立する配置とすることが望ましい。
Further, if both ends in the longitudinal direction of the superconducting element are equal to the inner surface of the element cover (a state where the center g is located on the center line C), the above-described equation (1) is the length of the superconducting element. It is desirable that the arrangement be established on both sides of the direction.
In addition, when both ends in the longitudinal direction of the superconducting element are not equal in distance to the inner surface of the element cover, the above-described formula (1) is expressed on the end side closer to the inner surface of any element cover. It is desirable that the arrangement is established.
10 超電導限流器
20 冷媒容器
30 蓋体
40 冷凍機(冷却手段)
60 液体窒素(液体冷媒)
71,72 超電導素子
93,93A 素子カバー
10
60 Liquid nitrogen (liquid refrigerant)
71, 72
Claims (7)
液体冷媒及び複数の前記超電導素子を収容する冷媒容器と、
前記冷媒容器内の液体冷媒を冷却する冷却手段とを備え、
前記液体冷媒中で、前記複数の超電導素子の内の少なくとも二つを上下に並べて配置し、
前記冷媒容器内で前記上下に並べて配置された少なくとも二つの超電導素子を囲繞する上下が開放された素子カバーを備えることを特徴とする超電導限流器。 In a superconducting fault current limiter including a superconducting element that is in a superconducting state when energized within a certain range of current value and is in a normally conducting state when energizing an accident current exceeding the range,
A refrigerant container containing a liquid refrigerant and a plurality of the superconducting elements;
Cooling means for cooling the liquid refrigerant in the refrigerant container,
In the liquid refrigerant, at least two of the plurality of superconducting elements are arranged one above the other,
A superconducting fault current limiter comprising an element cover having an open top and bottom surrounding at least two superconducting elements arranged side by side in the refrigerant container.
前記上下に並べて配置された二つの超電導素子の鉛直上下方向について、前記二つの超電導素子の中心間距離をLとした場合に、
次式(1)を具備するように前記二つの超電導素子が配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の超電導限流器。
tan−1(L/R)≦70° …(1) Regarding the longitudinal direction of the two superconducting elements arranged side by side in the plan view, the distance from the center of the superconducting element to the inner surface of the element cover is R,
When the distance between the centers of the two superconducting elements is L in the vertical vertical direction of the two superconducting elements arranged side by side,
The superconducting fault current limiter according to claim 1 or 2, wherein the two superconducting elements are arranged so as to satisfy the following formula (1).
tan −1 (L / R) ≦ 70 ° (1)
冷媒容器内の液体冷媒中に設けられ、上下が開放された素子カバーの内側に、前記複数の超電導素子の内の少なくとも二つを上下に並べて配置し、当該複数の超電導素子の内の下側に位置する超電導素子から発生する気泡を当該複数の超電導素子の内の上側に位置する超電導素子へ導くことを特徴とする超電導限流器内の超電導素子の冷却方法。 In a method for cooling the superconducting element of a superconducting fault current limiter having a plurality of superconducting elements that are in a superconducting state when energized within a certain range and are in a normally conducting state when an energizing current exceeds the range. ,
At least two of the plurality of superconducting elements are arranged side by side inside the element cover that is provided in the liquid refrigerant in the refrigerant container and is open at the top and bottom, and the lower side of the plurality of superconducting elements A method for cooling a superconducting element in a superconducting fault current limiter, comprising introducing bubbles generated from a superconducting element located in a superconducting element located on an upper side of the plurality of superconducting elements.
前記上下に並べて配置された二つの超電導素子の鉛直上下方向について、前記二つの超電導素子の中心間距離をLとした場合に、
次式(1)を具備するように前記二つの超電導素子を配置することを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の超電導限流器内の超電導素子の冷却方法。
tan−1(L/R)≦70° …(1) Regarding the longitudinal direction of the two superconducting elements arranged side by side in the plan view, the distance from the center of the superconducting element to the inner surface of the element cover is R,
When the distance between the centers of the two superconducting elements is L in the vertical vertical direction of the two superconducting elements arranged side by side,
The method for cooling a superconducting element in a superconducting fault current limiter according to any one of claims 4 to 6, wherein the two superconducting elements are arranged so as to satisfy the following formula (1).
tan −1 (L / R) ≦ 70 ° (1)
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