JP2016169880A - Superconductive cable cooling device and superconductive cable cooling method - Google Patents

Superconductive cable cooling device and superconductive cable cooling method Download PDF

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昌樹 弘川
Masaki Hirokawa
昌樹 弘川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconductive cable cooling device which effectively utilizes an evaporative refrigerant occurring during pre-cooling process of a superconductive cable to improve performance of a refrigeration machine and cool a refrigerant gas to a sub-cool temperature in a short time, and to provide a superconductive cable cooling method.SOLUTION: A superconductive cable cooling device includes: an evaporative refrigerant supply line 51 which is branched from an exhaust line 43 and configured to flow an evaporative refrigerant; a temperature sensor 44 which is provided in the exhaust line 43 and detects a temperature of the evaporative refrigerant led out from a superconductive cable 27; and a control device 59 which discharges the evaporative refrigerant from the exhaust line 43 to the atmosphere when the temperature detected by the temperature sensor 44 is higher than a predetermined temperature and supplies the evaporative refrigerant to an evaporative refrigerant supply line 51 when the detected temperature is lower than the predetermined temperature.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超電導ケーブル冷却装置、及び該超電導ケーブル冷却装置を用いた超電導ケーブルの冷却方法に関する。   The present invention relates to a superconducting cable cooling apparatus and a superconducting cable cooling method using the superconducting cable cooling apparatus.

従来、超電導送電ケーブル、超電導変圧器、超電導モーター、超電導限流器、超電導電力貯蔵器等の超電導電力機器を冷却する際には、液体窒素が冷媒として使用されている。
超電導電力機器を冷却する場合、超電導電力機器を構成する超電導体(例えば、コイルやケーブル等)をその臨界温度以下に冷却すると液化冷媒が昇温する。
このため、超電導電力機器を冷却する冷却装置は、液化冷媒を冷却するための冷凍機と、冷媒を循環するための循環ポンプと、冷媒を貯留するタンクと、を含む構成とされている(例えば、特許文献1参照。)。
Conventionally, when cooling superconducting power devices such as a superconducting power transmission cable, a superconducting transformer, a superconducting motor, a superconducting current limiter, and a superconducting power storage, liquid nitrogen is used as a refrigerant.
When cooling a superconducting power device, the temperature of the liquefied refrigerant rises when a superconductor (for example, a coil or a cable) constituting the superconducting power device is cooled below its critical temperature.
For this reason, the cooling device for cooling the superconducting power device is configured to include a refrigerator for cooling the liquefied refrigerant, a circulation pump for circulating the refrigerant, and a tank for storing the refrigerant (for example, , See Patent Document 1).

図3は、従来の超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。
ここで、図3を参照して、従来の超電導ケーブル冷却装置100について説明する。
従来の超電導ケーブル冷却装置100は、タンク111と、液化冷媒供給ライン113と、ポンプ116と、冷媒ガス循環ライン117−1、液化冷媒用熱交換器117−2、膨張タービン117−3、及び冷媒ガス用熱交換器117−5を含む冷凍機117と、分岐ライン118と、第1及び第2の超電導ケーブルターミナル122,124と、液化冷媒回収ライン126と、排気ライン131と、開放弁132と、を有する。
FIG. 3 is a system diagram showing a schematic configuration of a conventional superconducting cable cooling apparatus.
Here, a conventional superconducting cable cooling apparatus 100 will be described with reference to FIG.
A conventional superconducting cable cooling apparatus 100 includes a tank 111, a liquefied refrigerant supply line 113, a pump 116, a refrigerant gas circulation line 117-1, a liquefied refrigerant heat exchanger 117-2, an expansion turbine 117-3, and a refrigerant. A refrigerator 117 including a gas heat exchanger 117-5, a branch line 118, first and second superconducting cable terminals 122 and 124, a liquefied refrigerant recovery line 126, an exhaust line 131, and an open valve 132; Have.

タンク111内には、液化冷媒112が貯留されている。液化冷媒112を、液化冷媒供給ライン113を経由させ圧送し、第1の超電導ケーブルターミナル122から、超電導ケーブル123に導入させる。
冷凍機117は、ポンプ116の下流側に位置する液化冷媒供給ライン113の一部と、冷媒ガス循環ライン117−1の一部と、を収容している。液化冷媒用熱交換器117−2は、液化冷媒供給ライン113の一部を流れる液化冷媒と、冷媒ガス循環ライン117−1の一部を流れる冷媒ガスと、を熱交換させることで、液化冷媒を冷却させる。
A liquefied refrigerant 112 is stored in the tank 111. The liquefied refrigerant 112 is pumped through the liquefied refrigerant supply line 113 and introduced into the superconducting cable 123 from the first superconducting cable terminal 122.
The refrigerator 117 houses a part of the liquefied refrigerant supply line 113 located on the downstream side of the pump 116 and a part of the refrigerant gas circulation line 117-1. The liquefied refrigerant heat exchanger 117-2 exchanges heat between the liquefied refrigerant flowing through a part of the liquefied refrigerant supply line 113 and the refrigerant gas flowing through a part of the refrigerant gas circulation line 117-1, thereby liquefied refrigerant. Allow to cool.

液化冷媒回収ライン126は、第2の超電導ケーブルターミナル124から導出された液化冷媒を回収し、タンク111内に戻して、該液化冷媒を再利用するためのラインである。
排気ライン131は、第2の超電導ケーブルターミナル124と接続されている。排気ライン131には、第2の超電導ケーブルターミナル124を介して、液化冷媒が気化した気化冷媒が導出される。
The liquefied refrigerant recovery line 126 is a line for recovering the liquefied refrigerant led out from the second superconducting cable terminal 124, returning it to the tank 111, and reusing the liquefied refrigerant.
The exhaust line 131 is connected to the second superconducting cable terminal 124. The vaporized refrigerant obtained by vaporizing the liquefied refrigerant is led to the exhaust line 131 via the second superconducting cable terminal 124.

上記構成とされた超電導ケーブル冷却装置100は、目的の場所に設置後、常温とされた超電導ケーブル123をゆっくりと冷却する予冷処理(ポンプ116及び冷凍機117を使用しない処理)が行われる。このとき、上記予冷処理開始時の超電導ケーブル123の温度が常温のため、超電導ケーブル123の温度により液化冷媒が気化し、気化冷媒が発生する。該気化冷媒は、再利用されることなく、開放弁132及び排気ライン131を介して大気放出させる。   After the superconducting cable cooling apparatus 100 having the above-described configuration is installed at a target location, a precooling process (a process that does not use the pump 116 and the refrigerator 117) is performed to slowly cool the superconducting cable 123 at room temperature. At this time, since the temperature of the superconducting cable 123 at the start of the precooling process is normal temperature, the liquefied refrigerant is vaporized by the temperature of the superconducting cable 123, and vaporized refrigerant is generated. The vaporized refrigerant is released into the atmosphere through the open valve 132 and the exhaust line 131 without being reused.

一般的に、超電導ケーブル123の長さは、数kmと非常に長いため、常温から冷媒の飽和温度まで超電導ケーブル123を予冷するためには、大量の液化冷媒が必要となる。
また、超電導ケーブル123の熱収縮による応力を緩和する観点から、超電導ケーブル123の予冷処理は、数日間かけてゆっくりと行うことが一般的である。
In general, since the length of the superconducting cable 123 is very long, such as several kilometers, in order to precool the superconducting cable 123 from room temperature to the saturation temperature of the refrigerant, a large amount of liquefied refrigerant is required.
Further, from the viewpoint of alleviating stress due to thermal contraction of the superconducting cable 123, the precooling process of the superconducting cable 123 is generally performed slowly over several days.

特開2011−106755号公報JP 2011-106755 A

ところで、液化冷媒として液体窒素を用いる場合、排気ライン131に導出され、大気放出される気化冷媒(気化した液体窒素)の温度は、大気の温度よりも低く、上記予冷処理が完了する頃には液体窒素の飽和温度である77Kに近い温度となる。
このため、排気ライン131に導出され、冷熱エネルギーとして利用可能な気化冷媒を大気放出する従来の超電導ケーブル冷却装置100では、冷熱エネルギーを有効活用できないという問題があった。
また、従来の超電導ケーブル冷却装置100では、超電導ケーブル123の予冷の開始から完了までに非常に長い時間を要するという問題があった。
By the way, when liquid nitrogen is used as the liquefied refrigerant, the temperature of the vaporized refrigerant (vaporized liquid nitrogen) led out to the exhaust line 131 and released into the atmosphere is lower than the temperature of the atmosphere, and when the pre-cooling process is completed. The temperature is close to 77 K, which is the saturation temperature of liquid nitrogen.
For this reason, the conventional superconducting cable cooling apparatus 100 that discharges the vaporized refrigerant that is led to the exhaust line 131 and can be used as cooling energy to the atmosphere has a problem that the cooling energy cannot be effectively used.
Further, the conventional superconducting cable cooling device 100 has a problem that it takes a very long time from the start to the completion of precooling of the superconducting cable 123.

そこで本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、超電導ケーブルの予冷処理時に発生する気化冷媒を有効活用することで、冷凍機の性能を向上させて、短時間で液化冷媒をサブクール温度まで冷却することの可能な超電導ケーブル冷却装置、及び超電導ケーブルの冷却方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and by effectively utilizing the vaporized refrigerant generated during the pre-cooling process of the superconducting cable, the performance of the refrigerator is improved, and the liquefied refrigerant can be subcooled in a short time. It is an object of the present invention to provide a superconducting cable cooling device capable of cooling to a temperature and a method of cooling a superconducting cable.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、液化冷媒が貯留されたタンクと、一端が前記タンクの下端と接続され、超電導ケーブルの一端を介して、前記液化冷媒を該超電導ケーブルに供給する液化冷媒供給ラインと、前記液化冷媒供給ラインに設けられ、該液化冷媒供給ラインに前記液化冷媒を圧送循環させるポンプと、冷媒ガスを循環させる冷媒ガス循環ライン、該冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを圧縮する圧縮機、該圧縮機の後段に位置する前記冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを断熱膨張させる膨張タービン、前記膨張タービンで断熱膨張させた前記冷媒ガスと前記液化冷媒供給ラインを流れる前記液化冷媒とを熱交換させることで、該液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒用熱交換器、及び該液化冷媒用熱交換器を通過した前記冷媒ガスと前記圧縮機で圧縮された前記冷媒ガスとを熱交換させる冷媒ガス用熱交換器を含む冷凍機と、前記タンクと前記ポンプとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続された分岐ラインと、前記分岐ラインに設けられた流量調節弁と、前記超電導ケーブルから導出され、前記液化冷媒のうち、気化した気化冷媒を大気放出する排気ラインと、前記排気ラインから分岐され、前記気化冷媒が流れる気化冷媒供給ラインと、前記排気ラインに設けられ、前記超電導ケーブルから導出された前記気化冷媒の温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した温度が、所定の温度よりも高い場合に、前記排気ラインから前記気化冷媒を大気放出し、前記所定の温度よりも低い場合に、前記気化冷媒供給ラインに前記気化冷媒を供給させる制御装置と、を有することを特徴とする超電導ケーブル冷却装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, a tank in which liquefied refrigerant is stored and one end of which is connected to the lower end of the tank, and the liquefied refrigerant is supplied to the superconducting via one end of a superconducting cable. A liquefied refrigerant supply line that supplies the cable; a pump that is provided in the liquefied refrigerant supply line and that pumps and circulates the liquefied refrigerant through the liquefied refrigerant supply line; a refrigerant gas circulation line that circulates refrigerant gas; and the refrigerant gas circulation line A compressor for compressing the refrigerant gas, an expansion turbine for adiabatic expansion of the refrigerant gas provided in the refrigerant gas circulation line located at a subsequent stage of the compressor, and the refrigerant adiabatically expanded by the expansion turbine Heat for liquefied refrigerant that cools the liquefied refrigerant to a subcooling temperature by exchanging heat between the gas and the liquefied refrigerant flowing through the liquefied refrigerant supply line A refrigerator including a heat exchanger for refrigerant gas that exchanges heat between the refrigerant gas that has passed through the heat exchanger for liquefied refrigerant and the refrigerant gas compressed by the compressor, the tank, and the pump Branched from the liquefied refrigerant supply line located between the refrigeration unit and the superconducting cable, and connected to the liquefied refrigerant supply line located between the refrigerator and the superconducting cable, and a flow rate adjustment provided in the branch line A valve, an exhaust line that is led out from the superconducting cable and discharges the vaporized refrigerant out of the liquefied refrigerant to the atmosphere, a vaporized refrigerant supply line that is branched from the exhaust line and through which the vaporized refrigerant flows, and the exhaust line A temperature sensor that is provided and detects the temperature of the vaporized refrigerant derived from the superconducting cable, and a temperature detected by the temperature sensor is higher than a predetermined temperature. And a controller for discharging the vaporized refrigerant from the exhaust line to the atmosphere and supplying the vaporized refrigerant to the vaporized refrigerant supply line when the temperature is lower than the predetermined temperature. A cooling device is provided.

また、請求項2に係る発明によれば、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインの延在方向と同じ方向に延在しており、前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器の前段において分岐され、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインと異なる位置で接続された複数の分岐部を有し、前記制御装置は、前記温度センサが検出する温度に基づいて、前記複数の分岐部のうち、いずれか1つを介して、前記気化冷媒を供給することを特徴とする請求項1記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。   According to the invention of claim 2, the vaporized refrigerant supply line arranged in the refrigerant gas heat exchanger is an extension of the refrigerant gas circulation line arranged in the refrigerant gas heat exchanger. Extending in the same direction as the current direction, the vaporized refrigerant supply line is branched in a front stage of the refrigerant gas heat exchanger, and the refrigerant gas circulation line disposed in the refrigerant gas heat exchanger; The control device includes a plurality of branch portions connected at different positions, and the control device supplies the vaporized refrigerant via any one of the plurality of branch portions based on the temperature detected by the temperature sensor. A superconducting cable cooling device according to claim 1 is provided.

また、請求項3に係る発明によれば、前記冷媒ガス用熱交換器の前段に位置する前記気化冷媒供給ライン、及び前記複数の分岐部に対して、それぞれバルブを設けたことを特徴とする請求項2記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。   The invention according to claim 3 is characterized in that a valve is provided for each of the vaporized refrigerant supply line and the plurality of branch portions located in the preceding stage of the refrigerant gas heat exchanger. A superconducting cable cooling device according to claim 2 is provided.

また、請求項4に係る発明によれば、前記ポンプと前記液化冷媒用熱交換器との間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒用熱交換器と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続され、前記液化冷媒用熱交換器をバイパスする第1のバイパスラインと、前記第1のバイパスラインに設けられたバルブと、を有することを特徴とする請求項1ないし3のうち、いずれか1項記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。   Moreover, according to the invention which concerns on Claim 4, it branches from the said liquefied refrigerant | coolant supply line located between the said pump and the said liquefied refrigerant heat exchanger, and the said liquefied refrigerant heat exchanger and the said superconducting cable A first bypass line that is connected to the liquefied refrigerant supply line positioned therebetween and bypasses the heat exchanger for liquefied refrigerant, and a valve provided in the first bypass line. A superconducting cable cooling device according to any one of claims 1 to 3 is provided.

また、請求項5に係る発明によれば、一端に前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒が導出され、他端が前記タンク内の上部に配置された液化冷媒回収ラインと、前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと前記分岐ラインとの接続位置と、前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒回収ラインと接続され、前記超電導ケーブルをバイパスする第2のバイパスラインと、前記第2のバイパスラインに設けられたバルブと、を有することを特徴とする請求項1ないし4のうち、いずれか1項記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。   Moreover, according to the invention which concerns on Claim 5, the said liquefied refrigerant | coolant which passed the said superconducting cable is derived | led-out by one end, the liquefied refrigerant recovery line by which the other end was arrange | positioned at the upper part in the said tank, the said refrigerator, A connection position between the liquefied refrigerant supply line and the branch line located between the superconducting cable and a branch from the liquefied refrigerant supply line located between the superconducting cables and connected to the liquefied refrigerant recovery line, The superconducting cable cooling according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a second bypass line that bypasses the superconducting cable; and a valve provided in the second bypass line. An apparatus is provided.

また、請求項6に係る発明によれば、超電導ケーブルの予冷処理を含む超電導ケーブルの冷却方法であって、前記超電導ケーブルの予冷処理は、冷凍機を経由させることなく、タンク内の液化冷媒を超電導ケーブルに供給して、該超電導ケーブルを冷却するケーブル予冷工程と、前記ケーブル予冷工程において、前記超電導ケーブルの冷却に寄与した前記液化冷媒が気化することで生成される気化冷媒の温度が所定の温度よりも低くなった際、前記冷凍機を構成する冷媒ガス用熱交換器内に配置された気化冷媒供給ラインに、前記気化冷媒を供給する気化冷媒供給工程と、前記冷凍機内において、前記冷媒ガス用熱交換器を用いて、圧縮機により圧縮された冷媒ガスと、液化冷媒用熱交換器を通過し、低温とされた冷媒ガスとを熱交換させることで、前記圧縮された冷媒ガスを冷却する冷媒ガス冷却工程と、膨張タービンにより、前記予冷された冷媒ガスを断熱膨張させる工程と、前記液化冷媒用熱交換器を用いて、前記断熱膨張させた前記冷媒ガスとタンクから供給された液化冷媒とを熱交換させることで、前記液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒冷却工程と、を含むことを特徴とする超電導ケーブルの冷却方法が提供される。   According to the invention of claim 6, there is provided a method of cooling a superconducting cable including a precooling process of the superconducting cable, wherein the precooling process of the superconducting cable is performed by supplying the liquefied refrigerant in the tank without passing through a refrigerator. A cable pre-cooling step for supplying the superconducting cable to cool the superconducting cable, and in the cable pre-cooling step, the temperature of the vaporized refrigerant generated by the vaporization of the liquefied refrigerant contributing to cooling of the superconducting cable is predetermined. A vaporized refrigerant supply step of supplying the vaporized refrigerant to a vaporized refrigerant supply line disposed in a refrigerant gas heat exchanger constituting the refrigerator when the temperature is lower than the temperature; and in the refrigerator, the refrigerant Using the gas heat exchanger, heat is exchanged between the refrigerant gas compressed by the compressor and the refrigerant gas that has passed through the liquefied refrigerant heat exchanger and has been lowered in temperature. The refrigerant gas cooling step for cooling the compressed refrigerant gas, the step of adiabatically expanding the precooled refrigerant gas by an expansion turbine, and the adiabatic expansion using the liquefied refrigerant heat exchanger. And a liquefied refrigerant cooling step of cooling the liquefied refrigerant to a subcooling temperature by exchanging heat between the refrigerant gas and the liquefied refrigerant supplied from the tank. The

また、請求項7に係る発明によれば、前記気化冷媒供給工程では、前記気化冷媒の温度に基づいて、該気化冷媒を導入させる前記冷媒ガス用熱交換器の位置を決定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が提供される。   According to the invention of claim 7, in the vaporized refrigerant supply step, the position of the heat exchanger for the refrigerant gas into which the vaporized refrigerant is introduced is determined based on the temperature of the vaporized refrigerant. A method of cooling a superconducting cable according to claim 6 is provided.

また、請求項8に係る発明によれば、前記超電導ケーブルの予冷処理後に行う前記超電導ケーブルの本冷却処理を含み、前記超電導ケーブルの本冷却処理は、ポンプにより、前記冷凍機を通過させた前記液化冷媒を前記超電導ケーブルに供給し、該超電導ケーブルを本冷却する本冷却工程と、前記本冷却工程において、前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒を前記タンク内に回収する液化冷媒回収工程と、を含むことを特徴とする請求項6または7記載の超電導ケーブルの冷却方法が提供される。   Moreover, according to the invention which concerns on Claim 8, this cooling process of the said superconducting cable performed after the pre-cooling process of the said superconducting cable is carried out, and this cooling process of the said superconducting cable passed the said refrigerator with the pump. A main cooling step of supplying liquefied refrigerant to the superconducting cable and main cooling the superconducting cable; and in the main cooling step, a liquefied refrigerant recovering step of recovering the liquefied refrigerant passing through the superconducting cable in the tank; The method of cooling a superconducting cable according to claim 6 or 7, characterized by comprising:

本発明によれば、超電導ケーブルの予冷処理時に発生する気化冷媒を有効活用することで、冷凍機の性能を向上させて、短時間で液化冷媒をサブクール温度まで冷却することができる。   According to the present invention, by effectively utilizing the vaporized refrigerant generated during the precooling process of the superconducting cable, the performance of the refrigerator can be improved and the liquefied refrigerant can be cooled to the subcooling temperature in a short time.

本発明の第1の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows schematic structure of the superconducting cable cooling device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows schematic structure of the superconducting cable cooling device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 従来の超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows schematic structure of the conventional superconducting cable cooling device.

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施の形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の超電導ケーブル冷却装置の寸法関係とは異なる場合がある。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, etc. of the respective parts shown in the drawings are the dimensional relationships of the actual superconducting cable cooling device. May be different.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。
図1を参照するに、第1の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置10は、タンク11と、液化冷媒供給ライン13と、バルブ15,33,53〜57と、ポンプ17と、分岐ライン21と、流量調整弁22と、第1の超電導ケーブルターミナル25と、第2の超電導ケーブルターミナル28と、液化冷媒回収ライン31と、圧力調整用ライン35と、圧力計37,46と、開放弁38,47と、超電導ケーブル27を冷却する液化冷媒12をサブクール温度まで冷却する冷凍機41と、排気ライン43と、温度センサ44と、気化冷媒供給ライン51と、逆止弁58と、制御装置59と、を有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a system diagram showing a schematic configuration of a superconducting cable cooling apparatus according to a first embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, a superconducting cable cooling apparatus 10 according to a first embodiment includes a tank 11, a liquefied refrigerant supply line 13, valves 15, 33, 53 to 57, a pump 17, and a branch line 21. The flow control valve 22, the first superconducting cable terminal 25, the second superconducting cable terminal 28, the liquefied refrigerant recovery line 31, the pressure adjusting line 35, the pressure gauges 37 and 46, the release valve 38, 47, a refrigerator 41 that cools the liquefied refrigerant 12 that cools the superconducting cable 27 to a subcool temperature, an exhaust line 43, a temperature sensor 44, a vaporized refrigerant supply line 51, a check valve 58, and a control device 59 Have.

ここでの「サブクール温度」とは、サブクール状態(液体がその飽和温度(沸騰が起きる温度)より低い状態)となる温度帯のことをいう。大気圧下における液体窒素を液化冷媒12として用いる場合、サブクール温度とは、沸点(約77K)から凝固点(約63K)までの温度帯のことをいう。なお、飽和温度とは、ある液体の圧力がその飽和蒸気圧と等しくなる温度のことをいう。   Here, the “subcool temperature” refers to a temperature zone where the liquid is in a subcool state (a state where the liquid is lower than its saturation temperature (temperature at which boiling occurs)). When liquid nitrogen under atmospheric pressure is used as the liquefied refrigerant 12, the subcool temperature refers to a temperature range from the boiling point (about 77K) to the freezing point (about 63K). The saturation temperature refers to a temperature at which the pressure of a certain liquid becomes equal to the saturation vapor pressure.

タンク11は、液化冷媒12を貯留するためのリザーバータンクである。タンク11の構造としては、外気の環境温度の影響により液化冷媒を気化しにくくする観点から、例えば、真空二重構造や断熱材を用いた断熱構造が好ましい。
液化冷媒12としては、超電導ケーブル27の超電導状態を維持可能とする臨界温度領域で液化可能な物質が好ましく、かつサブクール状態で絶縁性の高いものが好ましい。このような液化冷媒12としては、安全面やコスト面を考慮すると、例えば、液化窒素(液体窒素)を用いることができる。
The tank 11 is a reservoir tank for storing the liquefied refrigerant 12. The structure of the tank 11 is preferably a heat insulating structure using, for example, a vacuum double structure or a heat insulating material from the viewpoint of making it difficult to vaporize the liquefied refrigerant due to the influence of the ambient temperature of the outside air.
The liquefied refrigerant 12 is preferably a substance that can be liquefied in a critical temperature region that can maintain the superconducting state of the superconducting cable 27, and is preferably a highly insulating material in a subcooled state. For example, liquefied nitrogen (liquid nitrogen) can be used as the liquefied refrigerant 12 in consideration of safety and cost.

液化冷媒供給ライン13は、一端がタンク11の下端と接続されており、他端が第1の超電導ケーブルターミナル25と接続されている。液化冷媒供給ライン13は、超電導ケーブル27の一端を介して、超電導ケーブル27の一端に液化冷媒12を供給する。
液化冷媒供給ライン13は、液化冷媒用熱交換器63内に配置される区間13A(ポンプ17と第1の超電導ケーブルターミナル25との間に位置する液化冷媒供給ライン13の一部)を有する。
The liquefied refrigerant supply line 13 has one end connected to the lower end of the tank 11 and the other end connected to the first superconducting cable terminal 25. The liquefied refrigerant supply line 13 supplies the liquefied refrigerant 12 to one end of the superconducting cable 27 via one end of the superconducting cable 27.
The liquefied refrigerant supply line 13 has a section 13A (a part of the liquefied refrigerant supply line 13 positioned between the pump 17 and the first superconducting cable terminal 25) disposed in the liquefied refrigerant heat exchanger 63.

バルブ15は、分岐ライン21の分岐位置とタンク11との間に位置する液化冷媒供給ライン13に設けられている。バルブ15が開かれると、液化冷媒供給ライン13、及び分岐ライン21にタンク11内の液体媒体12が供給される。   The valve 15 is provided in the liquefied refrigerant supply line 13 located between the branch position of the branch line 21 and the tank 11. When the valve 15 is opened, the liquid medium 12 in the tank 11 is supplied to the liquefied refrigerant supply line 13 and the branch line 21.

ポンプ17は、分岐ライン21の分岐位置と冷凍機41との間に位置する液化冷媒供給ライン13に設けられている。ポンプ17は、液化冷媒供給ライン13に液化冷媒12を圧送循環させる。
ポンプ17は、超電導ケーブル27に液化冷媒12を圧送する機能を有する。液化冷媒として液化窒素を用いる場合、ポンプ17としては、例えば、30L/min〜100L/minの範囲内で液化窒素を圧送可能なものを用いるとよい。
The pump 17 is provided in the liquefied refrigerant supply line 13 located between the branch position of the branch line 21 and the refrigerator 41. The pump 17 pressure-circulates the liquefied refrigerant 12 through the liquefied refrigerant supply line 13.
The pump 17 has a function of pumping the liquefied refrigerant 12 to the superconducting cable 27. When liquefied nitrogen is used as the liquefied refrigerant, as the pump 17, for example, a pump capable of pumping liquefied nitrogen within a range of 30 L / min to 100 L / min may be used.

分岐ライン21は、バルブ15とポンプ17との間に位置する液化冷媒供給ライン13から分岐され、冷凍機41と第1の超電導ケーブルターミナル25との間に位置する液化冷媒供給ライン13と接続されている。分岐ライン21は、ポンプ17及び冷凍機41をバイパスするように設けられている。
流量調整弁22は、分岐ライン21に設けられている。流量調整弁22は、流量調整弁22の下流側に供給する液化冷媒12の流量を調整するためのバルブである。
The branch line 21 is branched from the liquefied refrigerant supply line 13 located between the valve 15 and the pump 17 and connected to the liquefied refrigerant supply line 13 located between the refrigerator 41 and the first superconducting cable terminal 25. ing. The branch line 21 is provided so as to bypass the pump 17 and the refrigerator 41.
The flow rate adjustment valve 22 is provided in the branch line 21. The flow rate adjustment valve 22 is a valve for adjusting the flow rate of the liquefied refrigerant 12 supplied to the downstream side of the flow rate adjustment valve 22.

第1の超電導ケーブルターミナル25は、超電導ケーブル27の一端に設けられている。超電導ケーブル27の一端には、第1の超電導ケーブルターミナル25を介して、液化冷媒12が供給される。
第2の超電導ケーブルターミナル28は、超電導ケーブル27の他端に設けられている。常温とされた超電導ケーブル27の予冷処理開始直後には、超電導ケーブル27の温度により液化冷媒12が気化しやすいため、多くの気化冷媒が発生し、超電導ケーブル27の予冷処理が終わりに近づくと、超電導ケーブル27が十分に冷却されているため、気化冷媒の発生はほとんどなくなり、液化冷媒12のまま超電導ケーブル27から導出される。
外部環境からの侵入熱による熱負荷を小さくする観点から、第1及び第2の超電導ケーブルターミナル25,28、並びに超電導ケーブル27としては、例えば、真空断熱構造を有するものを用いるとよい。
The first superconducting cable terminal 25 is provided at one end of the superconducting cable 27. The liquefied refrigerant 12 is supplied to one end of the superconducting cable 27 via the first superconducting cable terminal 25.
The second superconducting cable terminal 28 is provided at the other end of the superconducting cable 27. Immediately after the start of the precooling process of the superconducting cable 27 at room temperature, the liquefied refrigerant 12 is easily vaporized due to the temperature of the superconducting cable 27, so that a lot of vaporized refrigerant is generated, and when the precooling process of the superconducting cable 27 comes to an end, Since the superconducting cable 27 is sufficiently cooled, almost no vaporized refrigerant is generated and the liquid refrigerant 12 is led out from the superconducting cable 27.
From the viewpoint of reducing the thermal load caused by intrusion heat from the external environment, the first and second superconducting cable terminals 25 and 28 and the superconducting cable 27 may be, for example, those having a vacuum heat insulating structure.

液化冷媒回収ライン31の一端は、第2の超電導ケーブルターミナル28と接続されている。液化冷媒回収ライン31の一端には、超電導ケーブル27を通過した液化冷媒12が導出される。
液化冷媒回収ライン31の他端部は、タンク11の上端を貫通し、下方に延在するように配置されている。液化冷媒回収ライン31の他端は、タンク11内の上部に形成された気相に配置されている。
バルブ33は、タンク11の近傍に位置する液化冷媒回収ライン31に設けられている。バルブ33が開かれると、第2の超電導ケーブルターミナル28を介して、超電導ケーブル27から回収された液化冷媒12がタンク11内に戻される。
One end of the liquefied refrigerant recovery line 31 is connected to the second superconducting cable terminal 28. The liquefied refrigerant 12 that has passed through the superconducting cable 27 is led out to one end of the liquefied refrigerant recovery line 31.
The other end of the liquefied refrigerant recovery line 31 is disposed so as to penetrate the upper end of the tank 11 and extend downward. The other end of the liquefied refrigerant recovery line 31 is disposed in the gas phase formed in the upper part of the tank 11.
The valve 33 is provided in the liquefied refrigerant recovery line 31 located in the vicinity of the tank 11. When the valve 33 is opened, the liquefied refrigerant 12 recovered from the superconducting cable 27 is returned into the tank 11 via the second superconducting cable terminal 28.

圧力調整用ライン35は、一端がタンク11内の上部に形成された気相に配置されており、他端がタンク11外に配置されている。圧力調整用ライン35は、タンク11内の圧力をタンク11外に逃がすためのラインである。
圧力計37は、タンク11の外側に設けられており、圧力調整用ライン35を介して、タンク11内の上部の圧力を測定する。
開放弁38は、タンク11の外側に位置する圧力調整用ライン35に設けられている。開放弁38は、圧力計37と電気的に接続されており、圧力計37の圧力に応じて、タンク11内の圧力が一定の圧力となるように開閉動作する。
One end of the pressure adjustment line 35 is disposed in the gas phase formed in the upper portion of the tank 11, and the other end is disposed outside the tank 11. The pressure adjustment line 35 is a line for releasing the pressure in the tank 11 to the outside of the tank 11.
The pressure gauge 37 is provided outside the tank 11 and measures the pressure in the upper part of the tank 11 via the pressure adjustment line 35.
The release valve 38 is provided in the pressure adjustment line 35 located outside the tank 11. The release valve 38 is electrically connected to the pressure gauge 37 and opens and closes according to the pressure of the pressure gauge 37 so that the pressure in the tank 11 becomes a constant pressure.

冷凍機41は、冷媒ガス循環ライン61と、液化冷媒用熱交換器63と、圧縮機65と、水冷部66と、冷媒ガス用熱交換器68と、膨張タービン69と、を有する。
なお、圧縮機65及び水冷部66を除く、冷凍機41の構成要素は、図示していない真空容器(コールドボックス)内に収容されている。該真空容器は、外部からの熱の侵入を抑制するためのものである。
The refrigerator 41 includes a refrigerant gas circulation line 61, a liquefied refrigerant heat exchanger 63, a compressor 65, a water cooling unit 66, a refrigerant gas heat exchanger 68, and an expansion turbine 69.
The components of the refrigerator 41 except for the compressor 65 and the water cooling unit 66 are accommodated in a vacuum container (cold box) not shown. The vacuum vessel is for suppressing heat intrusion from the outside.

冷媒ガス循環ライン61は、ループ状とされたラインである。冷媒ガス循環ライン61は、冷媒ガスを循環させるためのラインである。
冷媒ガス循環ライン61は、第1ないし第3の区間61A,61B,61Cを有する。第1の区間61Aは、液化冷媒用熱交換器63内に配置されている。第1の区間61Aには、膨張タービン69で断熱膨張された冷媒ガスが供給される。
第2及び第3の区間61B,61Cは、冷媒ガス用熱交換器68内に配置されており、同じ方向に延在している。第2の区間61Bには、液化冷媒用熱交換器63を通過した冷媒ガスが供給される。第3の区間61Cには、圧縮機65で圧縮された冷媒ガスが供給される。
The refrigerant gas circulation line 61 is a loop-shaped line. The refrigerant gas circulation line 61 is a line for circulating the refrigerant gas.
The refrigerant gas circulation line 61 has first to third sections 61A, 61B, 61C. The first section 61 </ b> A is disposed in the liquefied refrigerant heat exchanger 63. Refrigerant gas adiabatically expanded by the expansion turbine 69 is supplied to the first section 61A.
The second and third sections 61B and 61C are disposed in the refrigerant gas heat exchanger 68 and extend in the same direction. The refrigerant gas that has passed through the liquefied refrigerant heat exchanger 63 is supplied to the second section 61B. The refrigerant gas compressed by the compressor 65 is supplied to the third section 61C.

冷媒ガスとしては、タンク11内に貯留された液化冷媒12の液化温度よりも十分に低い液化温度を有するものを用いる。液化冷媒12として液化窒素を用いる場合、冷媒ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、或いはヘリウムガスとネオンガスとを混合させた混合ガスを用いることが可能であるが、ネオンガスを用いることが好ましい。
このように、ヘリウムよりも分子量の大きいネオンを含むネオンガスを冷媒ガスとして用いることで、音速が小さくなり、圧縮機65や膨張タービン69の回転数を低く抑えることが可能となるので、設計が容易になるとともに、冷凍機41の稼働信頼性を向上させることができる。
As the refrigerant gas, one having a liquefaction temperature sufficiently lower than the liquefaction temperature of the liquefied refrigerant 12 stored in the tank 11 is used. When liquefied nitrogen is used as the liquefied refrigerant 12, for example, helium gas, neon gas, or a mixed gas obtained by mixing helium gas and neon gas can be used as the refrigerant gas, but neon gas is preferably used.
As described above, the neon gas containing neon having a molecular weight larger than that of helium is used as the refrigerant gas, so that the speed of sound is reduced, and the rotational speed of the compressor 65 and the expansion turbine 69 can be kept low. In addition, the operational reliability of the refrigerator 41 can be improved.

液化冷媒用熱交換器63は、区間13Aと第1の区間61Aとを収容可能な位置に設けられている。液化冷媒用熱交換器63は、区間13Aを流れる液化冷媒12と、第1の区間61Aを流れ、膨張タービン69で断熱膨張により冷却させられた冷媒ガスと、を熱交換させることで、液化冷媒12をサブクール温度まで冷却させる。
サブクール温度とされた液化冷媒12は、第1の超電導ケーブルターミナル25を介して、超電導ケーブル27に導入される。一方、液化冷媒12の冷却に寄与した冷媒ガスは、第2の区間61Bに移動し、第2の区間61Bを介して、圧縮機65に供給される。
液化冷媒用熱交換器63としては、小型化及び高性能化の観点から、例えば、アルミプレートフィン熱交換器を用いることができる。
The liquefied refrigerant heat exchanger 63 is provided at a position capable of accommodating the section 13A and the first section 61A. The liquefied refrigerant heat exchanger 63 exchanges heat between the liquefied refrigerant 12 flowing through the section 13A and the refrigerant gas flowing through the first section 61A and cooled by adiabatic expansion by the expansion turbine 69, thereby liquefied refrigerant. Allow 12 to cool to subcool temperature.
The liquefied refrigerant 12 having the subcooling temperature is introduced into the superconducting cable 27 via the first superconducting cable terminal 25. On the other hand, the refrigerant gas that has contributed to the cooling of the liquefied refrigerant 12 moves to the second section 61B and is supplied to the compressor 65 through the second section 61B.
As the liquefied refrigerant heat exchanger 63, for example, an aluminum plate fin heat exchanger can be used from the viewpoint of miniaturization and high performance.

圧縮機65は、第2の区間61Bと第3の区間61Cとの間に位置する冷媒ガス循環ライン61に設けられている。
圧縮機65では、冷媒ガスを圧縮することで、高温及び高圧とされた冷媒ガスを生成する。圧縮機65により生成された高温及び高圧の冷媒ガスは、水冷部66に供給される。
The compressor 65 is provided in the refrigerant gas circulation line 61 located between the second section 61B and the third section 61C.
In the compressor 65, the refrigerant gas is compressed to generate a refrigerant gas having a high temperature and a high pressure. The high-temperature and high-pressure refrigerant gas generated by the compressor 65 is supplied to the water cooling unit 66.

なお、図1では、1つの圧縮機65のみを設けた場合を例に挙げて図示したが、第2の区間61Bと第3の区間61Cとの間に位置する冷媒ガス循環ライン61に、複数の圧縮機65を設けてもよい。このように、複数の圧縮機65を設けることで、より高圧の冷媒ガスを生成することができる。   In FIG. 1, a case where only one compressor 65 is provided is shown as an example, but a plurality of refrigerant gas circulation lines 61 located between the second section 61B and the third section 61C are provided in the refrigerant gas circulation line 61. The compressor 65 may be provided. Thus, by providing a plurality of compressors 65, higher-pressure refrigerant gas can be generated.

水冷部66は、圧縮機65と第3の区間61Cとの間に位置する冷媒ガス循環ライン61に設けられている。水冷部66は、高温及び高圧とされた冷媒ガスの温度を大気温度近くまで冷却する。水冷部66により冷却された冷媒ガスは、第3の区間61Cに供給される。水冷部66としては、例えば、水冷式クーラーを用いることができる。   The water cooling unit 66 is provided in the refrigerant gas circulation line 61 located between the compressor 65 and the third section 61C. The water cooling unit 66 cools the temperature of the refrigerant gas at a high temperature and high pressure to near the atmospheric temperature. The refrigerant gas cooled by the water cooling unit 66 is supplied to the third section 61C. For example, a water-cooled cooler can be used as the water-cooling unit 66.

冷媒ガス用熱交換器68は、第1ないし第4の熱交換ブロック71〜74を有する。第1ないし第4の熱交換ブロック71〜74は、水冷部66から液化冷媒用熱交換器63に向かう方向に対して、第1の熱交換ブロック71、第2の熱交換ブロック72、第3の熱交換ブロック73、第4の熱交換ブロック74の順に配置されている。第1ないし第4の熱交換ブロック71〜74は、隣り合う位置に設けられた他の熱交換ブロックとの間に所定の間隔が形成されるように配置されている。   The refrigerant gas heat exchanger 68 includes first to fourth heat exchange blocks 71 to 74. The 1st thru | or 4th heat exchange block 71-74 is the 1st heat exchange block 71, the 2nd heat exchange block 72, the 3rd with respect to the direction which goes to the heat exchanger 63 for liquefied refrigerants from the water cooling part 66. The heat exchange block 73 and the fourth heat exchange block 74 are arranged in this order. The 1st thru | or 4th heat exchange block 71-74 is arrange | positioned so that a predetermined space | interval may be formed between the other heat exchange blocks provided in the adjacent position.

第1ないし第4の熱交換ブロック71〜74は、異なる温度範囲で熱交換を行う。具体的には、第1の熱交換ブロック71が熱交換可能な温度範囲は、例えば、230K以上300K未満、第2の熱交換ブロック72が熱交換可能な温度範囲は、例えば、180K以上230K未満、第3の熱交換ブロック73が熱交換可能な温度範囲は、例えば、120K以上180K未満、第4の熱交換ブロック74が熱交換可能な温度範囲は、例えば、77K以上120K未満とすることができる。   The first to fourth heat exchange blocks 71 to 74 perform heat exchange in different temperature ranges. Specifically, the temperature range in which the first heat exchange block 71 can exchange heat is, for example, 230K or more and less than 300K, and the temperature range in which the second heat exchange block 72 can exchange heat is, for example, 180K or more and less than 230K. The temperature range in which the third heat exchange block 73 can exchange heat is, for example, 120K or more and less than 180K, and the temperature range in which the fourth heat exchange block 74 can exchange heat is, for example, 77K or more and less than 120K. it can.

冷媒ガス用熱交換器68は、第2の区間61Bを流れ、液化冷媒用熱交換器63を通過した冷媒ガスと、第3の区間61Cを流れ、圧縮機65及び水冷部66を通過した冷媒ガスと、を熱交換させる。
冷媒ガス用熱交換器68としては、小型化及び高性能化の観点から、例えば、アルミプレートフィン熱交換器を用いることができる。
The refrigerant gas heat exchanger 68 flows through the second section 61B, passes through the liquefied refrigerant heat exchanger 63, and flows through the third section 61C and passes through the compressor 65 and the water cooling section 66. Heat exchange with gas.
As the refrigerant gas heat exchanger 68, for example, an aluminum plate fin heat exchanger can be used from the viewpoint of miniaturization and high performance.

膨張タービン69は、液化冷媒用熱交換器63と冷媒ガス用熱交換器68との間に位置する冷媒ガス循環ライン61に設けられている。膨張タービン69は、冷媒ガスを断熱膨張させることで、冷媒ガスをサブクール温度まで冷却させる。
なお、膨張タービン69と圧縮機65とを同軸に配置させて、一体化させてもよい。これにより、膨張タービン69で発生した動力を圧縮機65の駆動に利用することが可能となるので、冷凍機41の小型化並びに動力の省力化を図ることができる。
The expansion turbine 69 is provided in the refrigerant gas circulation line 61 located between the liquefied refrigerant heat exchanger 63 and the refrigerant gas heat exchanger 68. The expansion turbine 69 cools the refrigerant gas to the subcooling temperature by adiabatically expanding the refrigerant gas.
The expansion turbine 69 and the compressor 65 may be arranged coaxially and integrated. As a result, the power generated in the expansion turbine 69 can be used to drive the compressor 65, so that the refrigerator 41 can be reduced in size and power can be saved.

排気ライン43は、一端が第2の超電導ケーブルターミナル28と接続されている。超電導ケーブル27の予冷処理時において、排気ライン43には、超電導ケーブル27の冷却に寄与した液化冷媒12が気化した気化冷媒が、超電導ケーブルターミナル28を経由して、導出される。
温度センサ44が検出する気化冷媒の温度が所定の温度(例えば、270K)よりも高い場合、気化冷媒は、排気ライン43を介して、大気放出される。
One end of the exhaust line 43 is connected to the second superconducting cable terminal 28. During the precooling process of the superconducting cable 27, the vaporized refrigerant in which the liquefied refrigerant 12 that has contributed to the cooling of the superconducting cable 27 is vaporized is led to the exhaust line 43 via the superconducting cable terminal 28.
When the temperature of the vaporized refrigerant detected by the temperature sensor 44 is higher than a predetermined temperature (for example, 270 K), the vaporized refrigerant is released into the atmosphere via the exhaust line 43.

温度センサ44は、排気ライン43に設けられている。温度センサ44は、制御装置59と電気的に接続されている。温度センサ44は、超電導ケーブル27から導出された気化冷媒の温度を検出する。温度センサ44は、検出した気化冷媒の温度を制御装置59に送信する。
圧力計46は、排気ライン43に設けられており、排気ライン43内の圧力を測定する。開放弁47は、排気ライン43に設けられている。
The temperature sensor 44 is provided in the exhaust line 43. The temperature sensor 44 is electrically connected to the control device 59. The temperature sensor 44 detects the temperature of the vaporized refrigerant derived from the superconducting cable 27. The temperature sensor 44 transmits the detected temperature of the vaporized refrigerant to the control device 59.
The pressure gauge 46 is provided in the exhaust line 43 and measures the pressure in the exhaust line 43. The release valve 47 is provided in the exhaust line 43.

気化冷媒供給ライン51は、温度センサ44の後段に位置する排気ライン43から分岐されており、気化冷媒が流れるラインである。
気化冷媒供給ライン51は、気化冷媒が流れるラインであり、区間76と、分岐部77〜79と、を有する。区間76は、冷媒ガス用熱交換器68内に収容されている。区間76は、第2及び第3の区間61B,61Cの延在方向と同じ方向に延在しており、一部が第1ないし第4の熱交換ブロック71〜74内に収容されている。
The vaporized refrigerant supply line 51 is branched from an exhaust line 43 located at the subsequent stage of the temperature sensor 44, and is a line through which the vaporized refrigerant flows.
The vaporized refrigerant supply line 51 is a line through which the vaporized refrigerant flows, and includes a section 76 and branch portions 77 to 79. The section 76 is accommodated in the refrigerant gas heat exchanger 68. The section 76 extends in the same direction as the extending direction of the second and third sections 61B and 61C, and a part thereof is accommodated in the first to fourth heat exchange blocks 71 to 74.

分岐部77は、冷媒ガス用熱交換器68の前段に位置する気化冷媒供給ライン51から分岐されたラインであり、第3の熱交換ブロック73と第4の熱交換ブロック74との間に位置する区間76と接続されている。分岐部77は、第1ないし第3の熱交換ブロック71〜73のみに気化冷媒を供給するためのラインである。   The branch portion 77 is a line branched from the vaporized refrigerant supply line 51 located in the preceding stage of the refrigerant gas heat exchanger 68 and is located between the third heat exchange block 73 and the fourth heat exchange block 74. Connected to the section 76. The branch part 77 is a line for supplying the vaporized refrigerant only to the first to third heat exchange blocks 71 to 73.

分岐部78は、分岐部77から分岐されたラインであり、第2の熱交換ブロック72と第3の熱交換ブロック73との間に位置する区間76と接続されている。分岐部78は、第1及び第2の熱交換ブロック71,72のみに気化冷媒を供給するためのラインである。
分岐部79は、分岐部78から分岐されたラインであり、第1の熱交換ブロック71と第2の熱交換ブロック72との間に位置する区間76と接続されている。分岐部79は、第1の熱交換ブロック71のみに気化冷媒を供給するためのラインである。
The branching part 78 is a line branched from the branching part 77 and is connected to a section 76 located between the second heat exchange block 72 and the third heat exchange block 73. The branch part 78 is a line for supplying vaporized refrigerant only to the first and second heat exchange blocks 71 and 72.
The branch portion 79 is a line branched from the branch portion 78 and is connected to a section 76 located between the first heat exchange block 71 and the second heat exchange block 72. The branch portion 79 is a line for supplying the vaporized refrigerant only to the first heat exchange block 71.

バルブ53は、冷媒ガス用熱交換器68の前段に位置する気化冷媒供給ライン51に設けられている。バルブ54は、冷媒ガス用熱交換器68の前段に位置する分岐部77に設けられている。バルブ55は、冷媒ガス用熱交換器68の前段に位置する分岐部78に設けられている。
バルブ56は、冷媒ガス用熱交換器68の前段に位置する分岐部79に設けられている。バルブ57は、冷媒ガス用熱交換器68の後段に位置する気化冷媒供給ライン51に設けられている。逆止弁58は、バルブ57の後段に位置する気化冷媒供給ライン51に設けられている。逆止弁58は、大気の逆拡散を防止するための弁である。
The valve 53 is provided in the vaporized refrigerant supply line 51 located in the preceding stage of the refrigerant gas heat exchanger 68. The valve 54 is provided at a branching portion 77 located in the preceding stage of the refrigerant gas heat exchanger 68. The valve 55 is provided at a branching portion 78 located in the front stage of the refrigerant gas heat exchanger 68.
The valve 56 is provided at a branching portion 79 located in the front stage of the refrigerant gas heat exchanger 68. The valve 57 is provided in the vaporized refrigerant supply line 51 located at the rear stage of the refrigerant gas heat exchanger 68. The check valve 58 is provided in the vaporized refrigerant supply line 51 located at the rear stage of the valve 57. The check valve 58 is a valve for preventing back diffusion of the atmosphere.

制御装置59は、記憶部(図示せず)と、制御部(図示せず)と、を有する。記憶部(図示せず)には、気化冷媒の所定の温度(例えば、270K)、第1の温度範囲(例えば、230K以上300K未満)、第2の温度範囲(例えば、180K以上230K未満)、第3の温度範囲(例えば、120K以上180K未満)、第4の温度範囲(例えば、77K以上120K未満)、超電導ケーブル冷却装置10の制御全般に関するプログラム等が格納されている。
制御部(図示せず)は、記憶部(図示せず)に格納されたプログラムに基づいて、超電導ケーブル冷却装置10を制御する。制御部(図示せず)は、温度センサ44、及びバルブ53〜57と電気的に接続されている。
The control device 59 includes a storage unit (not shown) and a control unit (not shown). The storage unit (not shown) has a predetermined temperature of the vaporized refrigerant (for example, 270 K), a first temperature range (for example, 230 K or more and less than 300 K), a second temperature range (for example, 180 K or more and less than 230 K), A third temperature range (for example, 120K or more and less than 180K), a fourth temperature range (for example, 77K or more and less than 120K), a program related to the overall control of the superconducting cable cooling device 10, and the like are stored.
The control unit (not shown) controls the superconducting cable cooling device 10 based on a program stored in a storage unit (not shown). The control unit (not shown) is electrically connected to the temperature sensor 44 and the valves 53 to 57.

超電導ケーブル27の予冷処理時において、制御装置59は、下記制御を行う。
温度センサ44が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第1の温度範囲内の場合には、バルブ53を開け、バルブ55〜56を閉じることで、分岐部77〜79を使用しないで、区間76に気化冷媒を供給する制御を行う。
また、温度センサ44が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第2の温度範囲内の場合には、バルブ53,55,56を閉じ、バルブ54を開けることで、分岐部77を介して、区間76に気化冷媒を供給する制御を行う。
また、温度センサ44が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第3の温度範囲内の場合には、バルブ53,54,56を閉じ、バルブ55を開けることで、分岐部78を介して、区間76に気化冷媒を供給する制御を行う。
さらに、温度センサ44が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第4の温度範囲内の場合には、バルブ53〜55を閉じ、バルブ56を開けることで、分岐部79を介して、区間76に気化冷媒を供給する制御を行う。
At the time of precooling the superconducting cable 27, the control device 59 performs the following control.
When the temperature of the vaporized refrigerant detected by the temperature sensor 44 is lower than the predetermined temperature and within the first temperature range, the valve 53 is opened and the valves 55 to 56 are closed, so that the branch portions 77 to 79 are opened. Control to supply the vaporized refrigerant to the section 76 is performed without using it.
Further, when the temperature of the vaporized refrigerant detected by the temperature sensor 44 is lower than the predetermined temperature and within the second temperature range, the valves 53, 55, and 56 are closed and the valve 54 is opened, so that the branch portion A control for supplying the vaporized refrigerant to the section 76 is performed via 77.
Further, when the temperature of the vaporized refrigerant detected by the temperature sensor 44 is lower than the predetermined temperature and within the third temperature range, the valves 53, 54, and 56 are closed and the valve 55 is opened, so that the branch portion Control to supply vaporized refrigerant to the section 76 is performed via 78.
Further, when the temperature of the vaporized refrigerant detected by the temperature sensor 44 is lower than the predetermined temperature and is within the fourth temperature range, the valves 53 to 55 are closed and the valve 56 is opened, so that the branch portion 79 is opened. Then, control for supplying the vaporized refrigerant to the section 76 is performed.

このように、気化冷媒の温度に応じて、区間76に供給する位置を異ならせることで、第1ないし第4の熱交換ブロック71〜74の性能が向上可能なように、気化冷媒を供給して、該気化冷媒の冷熱エネルギーを有効に活用することで、気化冷媒の冷熱を効率良く利用することができる。   Thus, the vaporized refrigerant is supplied so that the performance of the first to fourth heat exchange blocks 71 to 74 can be improved by changing the position to be supplied to the section 76 according to the temperature of the vaporized refrigerant. Thus, by effectively utilizing the cold energy of the vaporized refrigerant, the cold heat of the vaporized refrigerant can be used efficiently.

第1の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置によれば、上述した気化冷媒供給ライン51と、温度センサ44、及び制御装置59を有することで、従来、超電導ケーブルの予冷処理時において、大気放出していた冷熱を有する気化冷媒を冷媒ガス用熱交換器68に供給して、気化冷媒を有効活用することが可能となる。
これにより、液化冷媒12を冷却する冷凍機41の性能が向上するため、短時間で液化冷媒12をサブクール温度まで冷却することができる。
According to the superconducting cable cooling device of the first embodiment, by including the vaporized refrigerant supply line 51, the temperature sensor 44, and the control device 59 described above, conventionally, the superconducting cable is released into the atmosphere during the precooling process. The vaporized refrigerant having the cold heat supplied to the refrigerant gas heat exchanger 68 can be effectively used.
Thereby, since the performance of the refrigerator 41 that cools the liquefied refrigerant 12 is improved, the liquefied refrigerant 12 can be cooled to the subcooling temperature in a short time.

なお、第1の実施の形態では、4つの熱交換ブロック(第1ないし第4の熱交換ブロック71〜74)で冷媒ガス用熱交換器68を構成した場合を例に挙げて説明したが、冷媒ガス用熱交換器68の温度分布に応じて、熱交換ブロックの数を決定すればよく、4つに限定されない。また、1つの熱交換ブロックのみで構成された冷媒ガス用熱交換器にも適用可能である。   In the first embodiment, the case where the refrigerant gas heat exchanger 68 is configured by four heat exchange blocks (first to fourth heat exchange blocks 71 to 74) is described as an example. What is necessary is just to determine the number of heat exchange blocks according to the temperature distribution of the heat exchanger 68 for refrigerant gas, and it is not limited to four. Moreover, it is applicable also to the heat exchanger for refrigerant | coolant gas comprised only with one heat exchange block.

また、第1の実施の形態では、制御装置59を設けた場合を例に挙げて説明したが、例えば、制御装置59を設ける代わりに、温度センサ44が検出した温度を使用者が目視可能な表示画面を設け、使用者が表示画面に表示された温度に基づいて、バルブ53〜57の開閉を手動で行ってもよい。この場合も、第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。   In the first embodiment, the case where the control device 59 is provided has been described as an example. For example, instead of providing the control device 59, the user can visually check the temperature detected by the temperature sensor 44. A display screen may be provided, and the user may manually open and close the valves 53 to 57 based on the temperature displayed on the display screen. In this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

また、冷凍機41の運転開始から時間が経過するとともに、冷媒ガス用熱交換器68を通過し、圧縮機65に導入される冷媒ガスの温度が低下し、それとともに圧力も徐々に低下するが、この圧力の低下に対しては、冷媒ガス補充ライン(図示せず)を設け、該冷媒ガス補充ラインから冷媒ガス循環ライン61に冷媒ガスを補充することで圧縮機65の入口側の圧力を一定に保持することが可能となる。これにより、圧縮機65において、吐出圧力を一定に保持することができる。   Further, as time elapses from the start of the operation of the refrigerator 41, the temperature of the refrigerant gas that passes through the refrigerant gas heat exchanger 68 and is introduced into the compressor 65 is lowered, and the pressure is also gradually lowered. In order to reduce the pressure, a refrigerant gas replenishment line (not shown) is provided, and the refrigerant gas is replenished from the refrigerant gas replenishment line to the refrigerant gas circulation line 61, whereby the pressure on the inlet side of the compressor 65 is increased. It can be held constant. Thereby, the discharge pressure can be kept constant in the compressor 65.

次いで、図1を参照して、図1に示す超電導ケーブル冷却装置10を用いた第1の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法について説明する。
初めに、超電導ケーブル27の予冷処理について説明する。
超電導ケーブル冷却装置10の設置完成直後において、液化冷媒(例えば、液体窒素)が貯蔵されているタンク11の周辺以外の温度は常温である。このため、超電導ケーブル27を本冷却する前の段階として、超電導ケーブル27の予冷処理が必要となる。
Next, a superconducting cable cooling method according to the first embodiment using the superconducting cable cooling apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
First, the precooling process of the superconducting cable 27 will be described.
Immediately after the installation of the superconducting cable cooling apparatus 10 is completed, the temperature other than the vicinity of the tank 11 in which the liquefied refrigerant (for example, liquid nitrogen) is stored is room temperature. For this reason, a precooling process for the superconducting cable 27 is required as a stage before the superconducting cable 27 is finally cooled.

初めに、ポンプ17をバイパスする分岐ライン21及び流量調節弁22を介して、超電導ケーブル27にタンク11内の液化冷媒12を所定流量供給することで、超電導ケーブル27を冷却する(ケーブル予冷工程)。
液化冷媒12に常温の超電導ケーブル27を接触させると、熱収縮による応力(熱衝撃)により、被冷却物が破壊される恐れがあるので、冷却初期の段階では、ゆっくりと液化冷媒12を送り込む。また、ケーブル予冷工程では、冷凍機41を介することなく、液化冷媒12を供給する。
First, the superconducting cable 27 is cooled by supplying a predetermined flow rate of the liquefied refrigerant 12 in the tank 11 to the superconducting cable 27 via the branch line 21 bypassing the pump 17 and the flow control valve 22 (cable precooling step). .
When the superconducting cable 27 at room temperature is brought into contact with the liquefied refrigerant 12, the object to be cooled may be destroyed due to stress (thermal shock) due to thermal contraction. In the cable precooling step, the liquefied refrigerant 12 is supplied without going through the refrigerator 41.

常温の超電導ケーブル27に接触した液化冷媒12は、温度上昇することで気化する。気化した液化冷媒12である気化冷媒は、バルブ53を開いて、区間76、バルブ57、及び逆止弁58を介して、大気解放される。このとき、気化冷媒が大量に発生する際には、開放弁47を介して、大気放出する。
ケーブル予冷工程の初期段階では、温度の高い気化冷媒が発生し、時間の経過とともに、気化冷媒の温度が徐々に低くなり、やがて気化冷媒の温度が液化冷媒12の温度に近づく。
なお、気化冷媒の温度は、温度センサ44を用いて連続的に検出し、検出した温度は制御装置59に送信する。
The liquefied refrigerant 12 in contact with the normal temperature superconducting cable 27 is vaporized as the temperature rises. The vaporized refrigerant that is the vaporized liquefied refrigerant 12 is opened to the atmosphere via the section 76, the valve 57, and the check valve 58 by opening the valve 53. At this time, when a large amount of vaporized refrigerant is generated, it is released into the atmosphere via the release valve 47.
In the initial stage of the cable pre-cooling process, a vaporized refrigerant having a high temperature is generated. As time elapses, the temperature of the vaporized refrigerant gradually decreases, and the temperature of the vaporized refrigerant eventually approaches the temperature of the liquefied refrigerant 12.
Note that the temperature of the vaporized refrigerant is continuously detected using the temperature sensor 44, and the detected temperature is transmitted to the control device 59.

超電導ケーブル27の予冷を開始後、冷凍機41を起動させ、冷凍機41の予冷を行う。ところで、冷凍機41の起動においては、超電導ケーブル27の予冷を開始してから、比較的長い時間放置してから起動する場合や、短時間で起動させる場合がある。
ここでは、超電導ケーブル27の予冷を開始してから比較的短時間で冷凍機41を起動させる場合、すなわち、超電導ケーブル27の予冷によって、気化冷媒が大量に放出される場合を例に挙げて以下の説明を行う。
After pre-cooling of the superconducting cable 27 is started, the refrigerator 41 is started and the refrigerator 41 is pre-cooled. By the way, in starting of the refrigerator 41, after starting the pre-cooling of the superconducting cable 27, it may be started after being left for a relatively long time or may be started in a short time.
Here, the case where the refrigerator 41 is started in a relatively short time after the pre-cooling of the superconducting cable 27 is started, that is, a case where a large amount of vaporized refrigerant is released by the pre-cooling of the superconducting cable 27 will be described as an example. Will be explained.

ケーブル予冷工程において、超電導ケーブル27の冷却に寄与した液化冷媒が気化することで生成される気化冷媒の温度が所定の温度(例えば、270K)よりも低くなった際、冷凍機41を構成する冷媒ガス用熱交換器68内に配置された気化冷媒供給ライン51に、気化冷媒を供給する(気化冷媒供給工程)。   In the cable pre-cooling step, when the temperature of the vaporized refrigerant generated by vaporizing the liquefied refrigerant that has contributed to the cooling of the superconducting cable 27 becomes lower than a predetermined temperature (for example, 270 K), the refrigerant constituting the refrigerator 41 The vaporized refrigerant is supplied to the vaporized refrigerant supply line 51 disposed in the gas heat exchanger 68 (vaporized refrigerant supply step).

次いで、冷凍機41を起動する。冷凍機41を起動すると、冷凍機41を構成する圧縮機65は、冷媒ガスを断熱圧縮する。高圧側の冷媒ガスの圧力は、例えば、1〜2MPa程度である。圧縮され高温になった冷媒ガスは、水冷部66により、常温まで冷却され、冷媒ガス用熱交換器68を通過する。
そして、冷媒ガス用熱交換器68では、圧縮機65により圧縮された冷媒ガスと、液化冷媒用熱交換器63を通過し、低温とされた冷媒ガスとを熱交換させることで、圧縮された冷媒ガスを冷却する(冷媒ガス冷却工程)。
Next, the refrigerator 41 is started. When the refrigerator 41 is started, the compressor 65 constituting the refrigerator 41 adiabatically compresses the refrigerant gas. The pressure of the refrigerant gas on the high pressure side is, for example, about 1 to 2 MPa. The compressed refrigerant gas having a high temperature is cooled to room temperature by the water cooling unit 66 and passes through the refrigerant gas heat exchanger 68.
In the refrigerant gas heat exchanger 68, the refrigerant gas compressed by the compressor 65 and the refrigerant gas passing through the liquefied refrigerant heat exchanger 63 and subjected to heat exchange are compressed. Refrigerant gas is cooled (refrigerant gas cooling step).

膨張タービン69では、予冷された冷媒ガスを断熱膨張させることで、冷媒ガスの温度が降下する。膨張タービン69の出口温度は、タービン入口温度に依存し、熱交換によって時間とともにタービン入口温度が低下する。そのため、タービン入口温度に対してタービン出口温度は断熱膨張によって10〜15K程度温度降下する。このとき、断熱膨張後の冷媒ガスの圧力は、例えば、0.5〜1MPa程度となる。   In the expansion turbine 69, the temperature of the refrigerant gas is lowered by adiabatically expanding the precooled refrigerant gas. The outlet temperature of the expansion turbine 69 depends on the turbine inlet temperature, and the turbine inlet temperature decreases with time due to heat exchange. Therefore, the turbine outlet temperature falls by about 10 to 15 K due to adiabatic expansion with respect to the turbine inlet temperature. At this time, the pressure of the refrigerant gas after adiabatic expansion is, for example, about 0.5 to 1 MPa.

液化冷媒用熱交換器68では、断熱膨張させた冷媒ガスとタンク11から供給された液化冷媒12とを熱交換させることで、液化冷媒12をサブクール温度まで冷却する(液化冷媒冷却工程)。   The liquefied refrigerant heat exchanger 68 cools the liquefied refrigerant 12 to the subcooling temperature by exchanging heat between the adiabatically expanded refrigerant gas and the liquefied refrigerant 12 supplied from the tank 11 (liquefied refrigerant cooling step).

図3に示す従来の超電導ケーブル冷却装置100の場合、膨張タービン117−3で冷却された冷媒ガスが、液化冷媒用熱交換器117−2を経由し、冷媒ガス用熱交換器117−5の冷却用ガスとなることで、膨張タービン117−3に導入される前の冷媒ガスがさらに冷却され、繰り返し循環が進むことで、熱エネルギーの授受が安定し、膨張タービン117−3で断熱膨張した冷媒ガスの温度がサブクール温度となる。
このため、超電導ケーブル123の予冷の初期段階では、冷媒ガス用熱交換器117−5により、膨張タービン117−3に導入される冷媒ガスの温度が、まだ十分に冷却できていないため、断熱膨張によってサブクール温度までは冷却することができない。
In the case of the conventional superconducting cable cooling apparatus 100 shown in FIG. 3, the refrigerant gas cooled by the expansion turbine 117-3 passes through the liquefied refrigerant heat exchanger 117-2, and passes through the refrigerant gas heat exchanger 117-5. By becoming a cooling gas, the refrigerant gas before being introduced into the expansion turbine 117-3 is further cooled, and repeated circulation advances, so that the transfer of thermal energy is stabilized and adiabatic expansion is performed in the expansion turbine 117-3. The temperature of the refrigerant gas becomes the subcool temperature.
For this reason, at the initial stage of precooling of the superconducting cable 123, the temperature of the refrigerant gas introduced into the expansion turbine 117-3 has not been sufficiently cooled by the refrigerant gas heat exchanger 117-5, so adiabatic expansion is performed. Therefore, it cannot be cooled to the subcooling temperature.

しかしながら、本実施の形態では、気化冷媒供給ライン51により供給された気化冷媒により、冷媒ガス用熱交換器68の温度が低温となっているため、従来よりも冷媒ガスを効率良く冷却することが可能となる。
このため、冷凍機41を起動した段階で、膨張タービン69の入口側における冷媒ガスの温度が従来よりも低くなるため、液化冷媒を短時間でサブクール温度まで冷却することができる。
However, in the present embodiment, since the temperature of the refrigerant gas heat exchanger 68 is lowered by the vaporized refrigerant supplied from the vaporized refrigerant supply line 51, the refrigerant gas can be cooled more efficiently than before. It becomes possible.
For this reason, since the temperature of the refrigerant gas at the inlet side of the expansion turbine 69 becomes lower than before when the refrigerator 41 is started, the liquefied refrigerant can be cooled to the subcool temperature in a short time.

ところで、冷凍機41の運転後、冷媒ガスの循環により、冷媒ガス用熱交換器68には温度勾配が発生する。このため、冷媒ガス用熱交換器68に、温度の異なる気化冷媒を通過させる際には、適切な温度範囲の熱交換ブロックを通過させる必要が生じる。
制御装置59は、温度センサ44が検出した気化冷媒の温度に基づいて、該気化冷媒を導入させる冷媒ガス用熱交換器68の位置を決定し、分岐部77〜79、分岐部77の前段に位置する気化冷媒供給ライン51のうち、いずれか1つを介して、冷媒ガス用熱交換器68の適切な温度範囲の部分に気化冷媒を供給する。
これにより、冷凍機41の特性を効率良く向上させることが可能となるので、短時間で液化冷媒12をサブクール温度まで冷却することができる。
By the way, after the operation of the refrigerator 41, a temperature gradient is generated in the refrigerant gas heat exchanger 68 due to the circulation of the refrigerant gas. For this reason, when passing the vaporized refrigerant | coolant from which temperature differs through the refrigerant | coolant gas heat exchanger 68, it becomes necessary to pass the heat exchange block of a suitable temperature range.
The control device 59 determines the position of the refrigerant gas heat exchanger 68 for introducing the vaporized refrigerant based on the temperature of the vaporized refrigerant detected by the temperature sensor 44, and sets the position before the branch portions 77 to 79 and the branch portion 77. The vaporized refrigerant is supplied to a portion of the refrigerant gas heat exchanger 68 in an appropriate temperature range via any one of the vaporized refrigerant supply lines 51 positioned.
Thereby, since it becomes possible to improve the characteristic of the refrigerator 41 efficiently, the liquefied refrigerant | coolant 12 can be cooled to subcool temperature in a short time.

次いで、超電導ケーブル27の予冷処理後に行う超電導ケーブル27の本冷却処理について説明する。
超電導ケーブル27の本冷却処理では、ポンプ17により、冷凍機41を通過させた液化冷媒12を超電導ケーブル27に供給し、超電導ケーブル27を本冷却する本冷却工程と、本冷却工程において、超電導ケーブル27を通過した液化冷媒12を、液化冷媒回収ライン31を介して、タンク11内に回収する液化冷媒回収工程と、を含む。
Next, the main cooling process of the superconducting cable 27 performed after the precooling process of the superconducting cable 27 will be described.
In the main cooling process of the superconducting cable 27, the liquefied refrigerant 12 that has passed through the refrigerator 41 is supplied to the superconducting cable 27 by the pump 17, and the superconducting cable 27 is actually cooled. And a liquefied refrigerant recovery step of recovering the liquefied refrigerant 12 that has passed through 27 into the tank 11 via the liquefied refrigerant recovery line 31.

上述したように、超電導ケーブル27の予冷処理は、まず、超電導ケーブル27が液化冷媒の圧力に応じた液化温度まで予冷させ、その後、液化冷媒12の気化する量が減少し、次いで、流量調節弁22を閉じて、ポンプ17を起動させ、液化冷媒12を循環させることで完了する。
予冷処理が完了したら、液化冷媒の気化がほとんどなくなるが、わずかに気化した気化冷媒を、バルブ53が設けられた気化冷媒供給ライン51に導くことで、冷熱エネルギーを有効的に利用して、通常運転を行うことが可能となる。
As described above, in the precooling process of the superconducting cable 27, first, the superconducting cable 27 is precooled to a liquefaction temperature corresponding to the pressure of the liquefied refrigerant, and then the amount of the liquefied refrigerant 12 to be vaporized is decreased. 22 is closed, the pump 17 is started, and the liquefied refrigerant 12 is circulated to complete the process.
When the pre-cooling process is completed, the vaporization of the liquefied refrigerant almost disappears, but the vaporized refrigerant slightly vaporized is led to the vaporized refrigerant supply line 51 provided with the valve 53 to effectively use the cold energy, It becomes possible to drive.

第1の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法によれば、ケーブル予冷工程、気化冷媒供給工程、冷媒ガス冷却工程、冷媒ガスを断熱膨張させる工程、及び液化冷媒冷却工程を有することで、従来、超電導ケーブル27の予冷処理時において、大気放出していた冷熱を有する気化冷媒を冷媒ガス用熱交換器68に供給して、気化冷媒を有効活用することが可能となる。
これにより、液化冷媒12を冷却する冷凍機41の性能が向上するため、短時間で液化冷媒12をサブクール温度まで冷却することができる。
According to the cooling method of the superconducting cable of the first embodiment, by having a cable precooling step, a vaporized refrigerant supply step, a refrigerant gas cooling step, a step of adiabatically expanding the refrigerant gas, and a liquefied refrigerant cooling step, During the pre-cooling process of the superconducting cable 27, the vaporized refrigerant having the cold heat that has been released to the atmosphere can be supplied to the refrigerant gas heat exchanger 68 to effectively use the vaporized refrigerant.
Thereby, since the performance of the refrigerator 41 that cools the liquefied refrigerant 12 is improved, the liquefied refrigerant 12 can be cooled to the subcooling temperature in a short time.

(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。図2において、図1に示す第1の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置10と同一構成部分には、同一符号を付す。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a system diagram showing a schematic configuration of a superconducting cable cooling apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those of the superconducting cable cooling apparatus 10 of the first embodiment shown in FIG.

図2を参照するに、第2の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置85は、第1の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置10の構成に、さらに、第1のバイパスライン86、バルブ87,89、及び第2のバイパスライン88を有すること以外は、超電導ケーブル冷却装置10と同様な構成とされている。   Referring to FIG. 2, the superconducting cable cooling device 85 of the second embodiment further includes a first bypass line 86 and valves 87 and 89 in addition to the configuration of the superconducting cable cooling device 10 of the first embodiment. The configuration is the same as that of the superconducting cable cooling device 10 except that the second bypass line 88 is provided.

第1のバイパスライン86は、ポンプ17と液化冷媒用熱交換器63との間に位置する液化冷媒供給ライン13から分岐され、液化冷媒用熱交換器63と第1の超電導ケーブルターミナル25との間に位置する液化冷媒供給ライン13と接続されている。第1のバイパスライン86は、液化冷媒用熱交換器63をバイパスしている。
なお、第1のバイパスライン86は、図示していないコールドボックス内に配置させてもよい。バルブ87は、第1のバイパスライン86に設けられている。
The first bypass line 86 is branched from the liquefied refrigerant supply line 13 located between the pump 17 and the liquefied refrigerant heat exchanger 63, and is connected to the liquefied refrigerant heat exchanger 63 and the first superconducting cable terminal 25. It is connected to a liquefied refrigerant supply line 13 located between them. The first bypass line 86 bypasses the liquefied refrigerant heat exchanger 63.
The first bypass line 86 may be arranged in a cold box (not shown). The valve 87 is provided in the first bypass line 86.

ところで、冷凍機41を定格運転状態で一定に運転し、超電導ケーブル27での送電量が多くなる時間帯において、超電導ケーブル27の熱負荷が増大した際、液化冷媒用熱交換器63でサブクール温度に冷却された冷媒のみでは冷却能力が不足してしまう。
しかし、第1のバイパスライン86、及びバルブ87を有することで、熱負荷の少ないときに、タンク11内に蓄冷した液化冷媒の一部を、第1のバイパスライン86及びバルブ87を介して、超電導ケーブル27へ直接多量に供給することが可能となる。
このとき、インバーターを用いて、ポンプ17の回転数を制御することで、液化冷媒の流量を増大させることで、冷凍機41が定格運転状態の場合でも、熱負荷の増大に耐えることができる。
By the way, when the refrigerator 41 is operated constantly in the rated operation state and the heat load of the superconducting cable 27 increases in the time zone when the amount of power transmitted through the superconducting cable 27 increases, the subcooling temperature is increased in the liquefied refrigerant heat exchanger 63. The cooling capacity is insufficient with only the cooled refrigerant.
However, by having the first bypass line 86 and the valve 87, when the heat load is small, a part of the liquefied refrigerant stored in the tank 11 is passed through the first bypass line 86 and the valve 87. A large amount can be directly supplied to the superconducting cable 27.
At this time, by controlling the rotation speed of the pump 17 using an inverter, the flow rate of the liquefied refrigerant is increased, so that the increase in the thermal load can be endured even when the refrigerator 41 is in the rated operation state.

第2のバイパスライン88は、分岐ライン21の接続位置と第1の超電導ケーブルターミナル25との間に位置する液化冷媒供給ライン13から分岐され、液化冷媒回収ライン31と接続されている。第2のバイパスライン88は、超電導ケーブル27をバイパスしている。なお、第2のバイパスライン88は、第1の超電導ケーブルターミナル25側ではなく、冷凍機41側に配置させることが好ましい。
バルブ89は、第2のバイパスライン88に設けられている。
The second bypass line 88 is branched from the liquefied refrigerant supply line 13 located between the connection position of the branch line 21 and the first superconducting cable terminal 25, and is connected to the liquefied refrigerant recovery line 31. The second bypass line 88 bypasses the superconducting cable 27. The second bypass line 88 is preferably arranged on the refrigerator 41 side, not on the first superconducting cable terminal 25 side.
The valve 89 is provided in the second bypass line 88.

上述した第2のバイパスライン88、及びバルブ89を有することで、超電導ケーブル27での送電量が少なくなる場合において、冷凍機41の定格運転時に超電導ケーブル27の熱負荷が減少した際、液化冷媒用熱交換器63でサブクール温度に冷却され、かつ熱負荷が少ない状態の液化冷媒12の一部を、第2のバイパスライン88、及びバルブ89を介して、超電導ケーブル27、並びに、第1及び第2の超電導ケーブルターミナル25,28をバイパスさせて、タンク11に戻して、タンク11内の液化冷媒の温度を降下させることができる。
言い換えれば、冷却装置41で発生した冷熱エネルギーを用いて、タンク11内の液化冷媒を蓄冷することができる。
When the amount of power transmitted through the superconducting cable 27 is reduced by having the second bypass line 88 and the valve 89, the liquefied refrigerant when the thermal load of the superconducting cable 27 is reduced during the rated operation of the refrigerator 41. A portion of the liquefied refrigerant 12 that is cooled to the subcooling temperature by the heat exchanger 63 and has a small heat load passes through the second bypass line 88 and the valve 89, the superconducting cable 27, and the first and second By bypassing the second superconducting cable terminals 25 and 28 and returning to the tank 11, the temperature of the liquefied refrigerant in the tank 11 can be lowered.
In other words, the liquefied refrigerant in the tank 11 can be stored cold using the cold energy generated in the cooling device 41.

第2の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置によれば、超電導ケーブル27を冷却する際に、熱負荷の増減に応じ、超電導ケーブル27を冷却する液化冷媒の循環量を変化させ、過不足分の冷熱エネルギーをタンク11内へ回収またはタンク11から供給することで、冷凍機41の定格運転を保持することが可能となるので、冷凍機41の故障頻度や保守頻度を減少させることが可能となるので、安定的な運転を実現できる。   According to the superconducting cable cooling device of the second embodiment, when the superconducting cable 27 is cooled, the circulation amount of the liquefied refrigerant that cools the superconducting cable 27 is changed in accordance with the increase or decrease of the thermal load, so By collecting the cold energy into the tank 11 or supplying it from the tank 11, the rated operation of the refrigerator 41 can be maintained, so that the failure frequency and maintenance frequency of the refrigerator 41 can be reduced. Therefore, stable operation can be realized.

なお、第2の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置85は、第1の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置10と同様な効果を得ることができる。
また、第2の実施の形態においても、制御装置59を設ける代わりに、手動で、バルブ53〜56の開閉を行ってもよい。
Note that the superconducting cable cooling device 85 of the second embodiment can obtain the same effects as the superconducting cable cooling device 10 of the first embodiment.
Also in the second embodiment, instead of providing the control device 59, the valves 53 to 56 may be manually opened and closed.

次いで、図2を参照して、第2の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法について、簡単に説明する。
先に説明した第1の実施の形態では、第2の超電導ケーブルターミナル28の出口付近での液化冷媒12の温度が、その液化温度に到達したら、超電導ケーブル27の予冷が完了する。
この時点で、液化冷媒12の蒸発はなくなるが、そのまま保持すると、種々の熱負荷により、液化冷媒が温められ、蒸発することになる。
このため、冷凍機41とポンプ17を運転し、液化冷媒12を循環させ、冷凍機41の液化冷媒用熱交換器63で常に液化温度よりもサブクール温度に液化冷媒12を冷却する必要がある。
Next, with reference to FIG. 2, a method for cooling the superconducting cable of the second embodiment will be briefly described.
In the first embodiment described above, when the temperature of the liquefied refrigerant 12 near the outlet of the second superconducting cable terminal 28 reaches the liquefying temperature, the precooling of the superconducting cable 27 is completed.
At this time, the liquefied refrigerant 12 is not evaporated, but if held as it is, the liquefied refrigerant is warmed and evaporated by various heat loads.
For this reason, it is necessary to operate the refrigerator 41 and the pump 17 to circulate the liquefied refrigerant 12 and to always cool the liquefied refrigerant 12 to a subcool temperature rather than the liquefying temperature by the liquefied refrigerant heat exchanger 63 of the refrigerator 41.

液化冷媒12の循環は、タンク11からバルブ15を経由しポンプ17で昇圧されて、冷凍機41の液化冷媒用熱交換器63に送液される。液化冷媒12は、液化冷媒用熱交換器63において、そのサブクール温度(液化冷媒12が液体窒素の場合、約65K)まで冷却される。   The circulation of the liquefied refrigerant 12 is increased from the tank 11 through the valve 15 by the pump 17 and sent to the liquefied refrigerant heat exchanger 63 of the refrigerator 41. The liquefied refrigerant 12 is cooled in the liquefied refrigerant heat exchanger 63 to its subcooling temperature (about 65 K when the liquefied refrigerant 12 is liquid nitrogen).

そして、液化冷媒用熱交換器63でサブクール温度に冷却された液化冷媒12は、第1の超電導ケーブルターミナル25を介して、超電導ケーブル27に導入され、超電導ケーブル27を超電導状態のサブクール温度に冷却保持し、その後、第2の超電導ケーブルターミナル28からバルブ33を経由してタンク11内に戻される。   Then, the liquefied refrigerant 12 cooled to the subcooling temperature by the liquefied refrigerant heat exchanger 63 is introduced into the superconducting cable 27 via the first superconducting cable terminal 25, and the superconducting cable 27 is cooled to the subcooling temperature in the superconducting state. Then, it is returned from the second superconducting cable terminal 28 into the tank 11 via the valve 33.

第2の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法によれば、超電導ケーブル27を冷却する際に、熱負荷の増減に応じ、超電導ケーブル27を冷却する液化冷媒の循環量を変化させ、過不足分の冷熱エネルギーをタンク11内へ回収またはタンク11から供給することで、冷凍機41の定格運転を保持することが可能となる。
これにより、冷凍機41の故障頻度や保守頻度を減少させることが可能となるので、安定的な運転を実現できる。
なお、第2の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法は、第1の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法と同様な効果を得ることができる。
According to the cooling method of the superconducting cable of the second embodiment, when the superconducting cable 27 is cooled, the circulation amount of the liquefied refrigerant that cools the superconducting cable 27 is changed according to the increase or decrease of the thermal load, so It is possible to maintain the rated operation of the refrigerator 41 by collecting or supplying the cold energy in the tank 11.
Thereby, since it becomes possible to reduce the failure frequency and maintenance frequency of the refrigerator 41, stable operation | movement is realizable.
In addition, the cooling method of the superconducting cable of the second embodiment can obtain the same effect as the cooling method of the superconducting cable of the first embodiment.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.

なお、第1及び第2の実施の形態では、超電導電力機器のうちの1つである超電導ケーブル27を冷却する場合を例に挙げて説明したが、超電導ケーブル冷却装置10,85は、他の超電導電力機器である超電導変圧器、超電導モーター、超電導限流器、超電導電力貯蔵器等を冷却する際にも適用可能である。
また、第1及び第2の実施の形態で説明した超電導ケーブルの冷却方法についても、超電導変圧器、超電導モーター、超電導限流器、超電導電力貯蔵器等を冷却する際に使用可能である。
In the first and second embodiments, the case of cooling the superconducting cable 27, which is one of the superconducting power devices, has been described as an example. However, the superconducting cable cooling devices 10 and 85 are other The present invention can also be applied to cooling superconducting transformers, superconducting motors, superconducting fault current limiters, superconducting power storages, etc., which are superconducting power devices.
The superconducting cable cooling method described in the first and second embodiments can also be used when cooling a superconducting transformer, a superconducting motor, a superconducting current limiter, a superconducting power storage, and the like.

本発明は、超電導ケーブル冷却装置、及び超電導ケーブルの冷却方法に適用可能である。   The present invention is applicable to a superconducting cable cooling device and a superconducting cable cooling method.

10,85…超電導ケーブル冷却装置、11…タンク、13…液化冷媒供給ライン、13A,76…区間、15,33,53〜57,87,89…バルブ、17…ポンプ、21…分岐ライン、22…流量調整弁、25…第1の超電導ケーブルターミナル、27…超電導ケーブル、28…第2の超電導ケーブルターミナル、31…液化冷媒回収ライン、35…圧力調整用ライン、37,46…圧力計、38,47…開放弁、41…冷凍機、43…排気ライン、44…温度センサ、51…気化冷媒供給ライン、58…逆止弁、59…制御装置、61…冷媒ガス循環ライン、61A…第1の区間、61B…第2の区間、61C…第3の区間、63…液化冷媒用熱交換器、65…圧縮機、66…水冷部、68…冷媒ガス用熱交換器、69…膨張タービン、71…第1の熱交換ブロック、72…第2の熱交換ブロック、73…第3の熱交換ブロック、74…第4の熱交換ブロック、77〜79…分岐部、86…第1のバイパスライン、88…第2のバイパスライン   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,85 ... Superconducting cable cooling device, 11 ... Tank, 13 ... Liquid refrigerant supply line, 13A, 76 ... Section, 15, 33, 53-57, 87, 89 ... Valve, 17 ... Pump, 21 ... Branch line, 22 ... Flow control valve, 25 ... first superconducting cable terminal, 27 ... superconducting cable, 28 ... second superconducting cable terminal, 31 ... liquefied refrigerant recovery line, 35 ... pressure adjusting line, 37,46 ... pressure gauge, 38 , 47 ... Open valve, 41 ... Refrigerator, 43 ... Exhaust line, 44 ... Temperature sensor, 51 ... Vaporized refrigerant supply line, 58 ... Check valve, 59 ... Control device, 61 ... Refrigerant gas circulation line, 61A ... First , 61B ... second section, 61C ... third section, 63 ... heat exchanger for liquefied refrigerant, 65 ... compressor, 66 ... water cooling section, 68 ... heat exchanger for refrigerant gas, 69 ... expansion turbine 71 ... 1st heat exchange block, 72 ... 2nd heat exchange block, 73 ... 3rd heat exchange block, 74 ... 4th heat exchange block, 77-79 ... Branching part, 86 ... 1st bypass Line, 88 ... second bypass line

Claims (8)

液化冷媒が貯留されたタンクと、
一端が前記タンクの下端と接続され、超電導ケーブルの一端を介して、前記液化冷媒を該超電導ケーブルに供給する液化冷媒供給ラインと、
前記液化冷媒供給ラインに設けられ、該液化冷媒供給ラインに前記液化冷媒を圧送循環させるポンプと、
冷媒ガスを循環させる冷媒ガス循環ライン、該冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを圧縮する圧縮機、該圧縮機の後段に位置する前記冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを断熱膨張させる膨張タービン、前記膨張タービンで断熱膨張させた前記冷媒ガスと前記液化冷媒供給ラインを流れる前記液化冷媒とを熱交換させることで、該液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒用熱交換器、及び該液化冷媒用熱交換器を通過した前記冷媒ガスと前記圧縮機で圧縮された前記冷媒ガスとを熱交換させる冷媒ガス用熱交換器を含む冷凍機と、
前記タンクと前記ポンプとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続された分岐ラインと、
前記分岐ラインに設けられた流量調節弁と、
前記超電導ケーブルから導出され、前記液化冷媒のうち、気化した気化冷媒を大気放出する排気ラインと、
前記排気ラインから分岐され、前記気化冷媒が流れる気化冷媒供給ラインと、
前記排気ラインに設けられ、前記超電導ケーブルから導出された前記気化冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサが検出した温度が、所定の温度よりも高い場合に、前記排気ラインから前記気化冷媒を大気放出し、前記所定の温度よりも低い場合に、前記気化冷媒供給ラインに前記気化冷媒を供給させる制御装置と、
を有することを特徴とする超電導ケーブル冷却装置。
A tank in which liquefied refrigerant is stored;
One end is connected to the lower end of the tank, and via one end of the superconducting cable, the liquefied refrigerant supply line that supplies the liquefied refrigerant to the superconducting cable;
A pump provided in the liquefied refrigerant supply line, for pumping and circulating the liquefied refrigerant to the liquefied refrigerant supply line;
A refrigerant gas circulation line that circulates the refrigerant gas, a compressor that is provided in the refrigerant gas circulation line, compresses the refrigerant gas, and is provided in the refrigerant gas circulation line that is positioned downstream of the compressor, and insulates the refrigerant gas An expansion turbine for expansion, and a heat exchanger for liquefied refrigerant that cools the liquefied refrigerant to a subcooling temperature by exchanging heat between the refrigerant gas adiabatically expanded by the expansion turbine and the liquefied refrigerant flowing through the liquefied refrigerant supply line A refrigerator including a refrigerant gas heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant gas that has passed through the liquefied refrigerant heat exchanger and the refrigerant gas compressed by the compressor;
A branch line branched from the liquefied refrigerant supply line located between the tank and the pump, and connected to the liquefied refrigerant supply line located between the refrigerator and the superconducting cable;
A flow control valve provided in the branch line;
An exhaust line that is derived from the superconducting cable and discharges the vaporized vaporized refrigerant out of the liquefied refrigerant, and
A vaporized refrigerant supply line branched from the exhaust line and through which the vaporized refrigerant flows;
A temperature sensor that is provided in the exhaust line and detects the temperature of the vaporized refrigerant derived from the superconducting cable;
When the temperature detected by the temperature sensor is higher than a predetermined temperature, the vaporized refrigerant is discharged from the exhaust line to the atmosphere, and when the temperature is lower than the predetermined temperature, the vaporized refrigerant is supplied to the vaporized refrigerant supply line. A control device to supply;
A superconducting cable cooling device characterized by comprising:
前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインの延在方向と同じ方向に延在しており、
前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器の前段において分岐され、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインと異なる位置で接続された複数の分岐部を有し、
前記制御装置は、前記温度センサが検出する温度に基づいて、前記複数の分岐部のうち、いずれか1つを介して、前記気化冷媒を供給することを特徴とする請求項1記載の超電導ケーブル冷却装置。
The vaporized refrigerant supply line arranged in the refrigerant gas heat exchanger extends in the same direction as the refrigerant gas circulation line arranged in the refrigerant gas heat exchanger,
The vaporized refrigerant supply line has a plurality of branch portions that are branched in a stage preceding the refrigerant gas heat exchanger and connected at different positions from the refrigerant gas circulation line disposed in the refrigerant gas heat exchanger. And
2. The superconducting cable according to claim 1, wherein the control device supplies the vaporized refrigerant through any one of the plurality of branch portions based on a temperature detected by the temperature sensor. Cooling system.
前記冷媒ガス用熱交換器の前段に位置する前記気化冷媒供給ライン、及び前記複数の分岐部に対して、それぞれバルブを設けたことを特徴とする請求項2記載の超電導ケーブル冷却装置。   The superconducting cable cooling device according to claim 2, wherein a valve is provided for each of the vaporized refrigerant supply line and the plurality of branch portions located in a preceding stage of the refrigerant gas heat exchanger. 前記ポンプと前記液化冷媒用熱交換器との間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒用熱交換器と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続され、前記液化冷媒用熱交換器をバイパスする第1のバイパスラインと、
前記第1のバイパスラインに設けられたバルブと、
を有することを特徴とする請求項1ないし3のうち、いずれか1項記載の超電導ケーブル冷却装置。
Branched from the liquefied refrigerant supply line located between the pump and the liquefied refrigerant heat exchanger and connected to the liquefied refrigerant supply line located between the liquefied refrigerant heat exchanger and the superconducting cable. A first bypass line that bypasses the liquefied refrigerant heat exchanger;
A valve provided in the first bypass line;
The superconducting cable cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the superconducting cable cooling device is provided.
一端に前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒が導出され、他端が前記タンク内の上部に配置された液化冷媒回収ラインと、
前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと前記分岐ラインとの接続位置と、前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒回収ラインと接続され、前記超電導ケーブルをバイパスする第2のバイパスラインと、
前記第2のバイパスラインに設けられたバルブと、
を有することを特徴とする請求項1ないし4のうち、いずれか1項記載の超電導ケーブル冷却装置。
The liquefied refrigerant that has passed through the superconducting cable at one end is led out, and the other end is disposed in the upper part of the tank, and a liquefied refrigerant recovery line is disposed.
Branching from the liquefied refrigerant supply line located between the connection position of the liquefied refrigerant supply line and the branch line located between the refrigerator and the superconducting cable, and the superconducting cable, and collecting the liquefied refrigerant A second bypass line connected to the line and bypassing the superconducting cable;
A valve provided in the second bypass line;
The superconducting cable cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the superconducting cable cooling device is provided.
超電導ケーブルの予冷処理を含む超電導ケーブルの冷却方法であって、
前記超電導ケーブルの予冷処理は、冷凍機を経由させることなく、タンク内の液化冷媒を超電導ケーブルに供給して、該超電導ケーブルを冷却するケーブル予冷工程と、
前記ケーブル予冷工程において、前記超電導ケーブルの冷却に寄与した前記液化冷媒が気化することで生成される気化冷媒の温度が所定の温度よりも低くなった際、前記冷凍機を構成する冷媒ガス用熱交換器内に配置された気化冷媒供給ラインに、前記気化冷媒を供給する気化冷媒供給工程と、
前記冷凍機内において、前記冷媒ガス用熱交換器を用いて、圧縮機により圧縮された冷媒ガスと、液化冷媒用熱交換器を通過し、低温とされた冷媒ガスとを熱交換させることで、前記圧縮された冷媒ガスを冷却する冷媒ガス冷却工程と、
膨張タービンにより、前記予冷された冷媒ガスを断熱膨張させる工程と、
前記液化冷媒用熱交換器を用いて、前記断熱膨張させた前記冷媒ガスとタンクから供給された液化冷媒とを熱交換させることで、前記液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒冷却工程と、
を含むことを特徴とする超電導ケーブルの冷却方法。
A method of cooling a superconducting cable including a precooling process of the superconducting cable,
The precooling process of the superconducting cable is a cable precooling step of cooling the superconducting cable by supplying the liquefied refrigerant in the tank to the superconducting cable without passing through a refrigerator.
In the cable pre-cooling step, when the temperature of the vaporized refrigerant generated by vaporizing the liquefied refrigerant that has contributed to the cooling of the superconducting cable becomes lower than a predetermined temperature, heat for the refrigerant gas constituting the refrigerator A vaporized refrigerant supply step of supplying the vaporized refrigerant to a vaporized refrigerant supply line disposed in the exchanger;
In the refrigerator, by using the refrigerant gas heat exchanger, heat exchange is performed between the refrigerant gas compressed by the compressor and the refrigerant gas that has passed through the liquefied refrigerant heat exchanger and is at a low temperature. A refrigerant gas cooling step for cooling the compressed refrigerant gas;
Adiabatic expansion of the precooled refrigerant gas by an expansion turbine;
Using the liquefied refrigerant heat exchanger, the liquefied refrigerant cooling step of cooling the liquefied refrigerant to a subcooling temperature by exchanging heat between the refrigerant gas expanded adiabatically and the liquefied refrigerant supplied from the tank;
A method for cooling a superconducting cable, comprising:
前記気化冷媒供給工程では、前記気化冷媒の温度に基づいて、該気化冷媒を導入させる前記冷媒ガス用熱交換器の位置を決定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。   The method for cooling a superconducting cable according to claim 6, wherein, in the vaporized refrigerant supply step, the position of the refrigerant gas heat exchanger into which the vaporized refrigerant is introduced is determined based on the temperature of the vaporized refrigerant. 前記超電導ケーブルの予冷処理後に行う前記超電導ケーブルの本冷却処理を含み、
前記超電導ケーブルの本冷却処理は、ポンプにより、前記冷凍機を通過させた前記液化冷媒を前記超電導ケーブルに供給し、該超電導ケーブルを本冷却する本冷却工程と、
前記本冷却工程において、前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒を前記タンク内に回収する液化冷媒回収工程と、
を含むことを特徴とする請求項6または7記載の超電導ケーブルの冷却方法。
Including the main cooling process of the superconducting cable performed after the precooling process of the superconducting cable,
The main cooling process of the superconducting cable is a main cooling step of supplying the liquefied refrigerant that has passed through the refrigerator by the pump to the superconducting cable, and cooling the superconducting cable.
In the main cooling step, a liquefied refrigerant recovery step of recovering the liquefied refrigerant that has passed through the superconducting cable in the tank;
The method of cooling a superconducting cable according to claim 6 or 7, characterized by comprising:
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