JP2018189322A - Cooling device for superconducting cable and cooling method of superconducting cable using the same - Google Patents

Cooling device for superconducting cable and cooling method of superconducting cable using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device for superconducting cable which achieves energy consumption efficiency surpassing a conventional cooling device for superconducting cable using a refrigeration machine, and which can reduce refrigerant consumption by diffusion into the atmosphere, and to provide a cooling method of superconducting cable using the same.SOLUTION: A cooling device 1 for superconducting cable at least includes a superconducting cable cooling unit 10, a first supply unit 20 and a supply unit 30. The first supply unit 20 mainly includes: a first refrigerant storage tank 23 for storing a first refrigerant in a liquid state; a compressor 26 for compressing the first refrigerant in a gaseous state exhausted from the superconducting cable cooling unit 10; a first heat exchanger 27 for cooling and liquefying the first refrigerant in the gaseous state by heat exchange; and a first refrigerant circulation passage 21 for connecting the first refrigerant storage tank 23, the compressor 26 and the first heat exchanger 27, and for circulating the first refrigerant.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は超電導ケーブル用冷却装置及びそれを用いた超電導ケーブルの冷却方法に関する物であり、より詳細には従来の冷凍機を使用した超電導ケーブル用冷却装置を上回るエネルギー消費効率、および超電導ケーブルの冷却に要する冷媒消費量の削減を可能とする超電導ケーブル用冷却装置及びそれ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 cooling device for a superconducting cable and a method for cooling the superconducting cable using the same, and more specifically, energy consumption efficiency exceeding that of a conventional cooling device for a superconducting cable using a refrigerator, and cooling of the superconducting cable. The present invention relates to a cooling device for a superconducting cable and a cooling method for the superconducting cable using the same.

超電導ケーブルを冷却する際、冷媒として液体窒素等の液体冷媒が使用されるが、通電に伴う発熱及び機器外部からの熱侵入によって昇温し、超電導ケーブル内で気化することを防ぐため、予め冷凍機で冷却し、過冷却状態とした後に導入される。   When cooling the superconducting cable, a liquid refrigerant such as liquid nitrogen is used as the refrigerant. In order to prevent the temperature from rising due to heat generated by energization and heat penetration from the outside of the equipment and vaporizing in the superconducting cable, freeze it in advance. It is introduced after cooling with a machine and making it supercooled.

液体冷媒を、飽和温度以下の過冷却状態とする際には、従来は冷凍機が主に用いられている。液体冷媒を過冷却状態に冷却するための冷凍機として、スターリング冷凍機、GM(ギフォード・マクマホン)冷凍機、パルス管冷凍機、ブレイトン冷凍機等が開発されている。   Conventionally, a refrigerator is mainly used when a liquid refrigerant is brought into a supercooled state below a saturation temperature. Stirling refrigerators, GM (Gifford McMahon) refrigerators, pulse tube refrigerators, Brayton refrigerators, and the like have been developed as refrigerators for cooling liquid refrigerant to a supercooled state.

例えば、下記特許文献1では冷凍機、下記特許文献2ではブレイトン冷凍機を用いた冷却方法が開示されている。しかしながら、これらの冷凍機は、液体冷媒を過冷却状態に冷却する際、冷凍機のエネルギー消費効率を表すCOP(Coefficient Of Performance)の値が小さく、液体冷媒の冷却に多くのエネルギーを要するという課題がある。例えば、下記非特許文献2によれば、ブレイトン冷凍機を用いた場合のCOPの値は、一般的に0.08程度とされている。   For example, Patent Document 1 below discloses a cooling method using a refrigerator, and Patent Document 2 below discloses a cooling method using a Brayton refrigerator. However, these refrigerators have a small COP (Coefficient Of Performance) value representing the energy consumption efficiency of the refrigerator when cooling the liquid refrigerant to a supercooled state, and require a lot of energy to cool the liquid refrigerant. There is. For example, according to Non-Patent Document 2 below, the value of COP when a Brayton refrigerator is used is generally about 0.08.

下記非特許文献3には、COPの目標値として0.10の値が掲げられており、当該目標値はブレイトン冷凍機の実験機では達成されていることが報告されている。しかしながら、下記非特許文献4に開示されているように、ブレイトン冷凍機を商用機として用いた場合には装置サイズ及びコストの抑制が優先されるため、COPの値は0.08にとどまっている。そのため、冷凍機を使用しない冷却方法により、COPの値の向上を図ることが検討されている。   Non-Patent Document 3 listed below lists a value of 0.10 as a COP target value, and it is reported that this target value is achieved in an experimental machine of a Brayton refrigerator. However, as disclosed in Non-Patent Document 4 below, when the Brayton refrigerator is used as a commercial machine, priority is given to the suppression of the device size and cost, so the COP value remains at 0.08. . Therefore, improvement of the value of COP is examined by the cooling method which does not use a refrigerator.

冷凍機を使用しない超電導ケーブルの冷却方法として、例えば下記非特許文献1にはサブクーラーユニットを用いた冷却システム(あるいはN放散方式と呼ばれる)が開示されている。この冷却システムによれば、サブクーラーとしての熱交換器を用いて、65〜70K程度の飽和液体窒素と熱交換することにより過冷却状態の液体窒素を製造し、その上で、当該過冷却状態の液体窒素により超電導ケーブルを冷却している。しかしながらこの方式においては、排気ポンプがサブクーラーに接続されており、熱交換により気化した前記飽和液体窒素は大気中へ放散される。大気への放散により、当該飽和液体窒素が消費されるため、ローリーなどの輸送手段を用いて、定期的な飽和液体窒素の補充が必要となるという課題がある。 As a method for cooling a superconducting cable that does not use a refrigerator, for example, the following Non-Patent Document 1 discloses a cooling system using a sub-cooler unit (or called an N 2 diffusion system). According to this cooling system, by using a heat exchanger as a subcooler, liquid nitrogen in a supercooled state is produced by exchanging heat with saturated liquid nitrogen of about 65 to 70 K, and then the supercooled state The superconducting cable is cooled by liquid nitrogen. However, in this system, an exhaust pump is connected to the subcooler, and the saturated liquid nitrogen vaporized by heat exchange is released into the atmosphere. Since the saturated liquid nitrogen is consumed due to the emission to the atmosphere, there is a problem that it is necessary to periodically replenish the saturated liquid nitrogen using a transportation means such as a lorry.

特開2016−186983号公報JP, 2006-186893, A 特開2015−187525号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-187525

「超電導web21」、公益財団法人 国際超電導産業技術研究センター、7月号、p.17−21、(2014)“Superconducting web21”, International Superconducting Industrial Technology Research Center, July issue, p. 17-21, (2014) 尾▲崎▼ 信介 他、「大陽日酸技報」、大陽日酸株式会社、No.33、p.6、(2014)Osaki Shinsuke et al., “Taiyo Nippon Sanso Technical Report”, Taiyo Nippon Sanso Co., Ltd. 33, p. 6, (2014) 「超電導web21」、公益財団法人 国際超電導産業技術研究センター、7月号、p.1、(2014)“Superconducting web21”, International Superconducting Industrial Technology Research Center, July issue, p. 1, (2014) 株式会社ガスレビュー、「ガスレビュー」、No.854、p.5、(2016)Gas Review Co., Ltd., “Gas Review”, No. 854, p. 5, (2016)

本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来の冷凍機を使用した超電導ケーブル用冷却装置を上回るエネルギー消費効率を達成すると共に、大気への放散による冷媒消費の低減を可能とする超電導ケーブル用冷却装置及びそれを用いた超電導ケーブルの冷却方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to achieve energy consumption efficiency exceeding that of a conventional superconducting cable cooling device using a refrigerator, and to reduce refrigerant consumption by diffusion into the atmosphere. It is an object of the present invention to provide a superconducting cable cooling device and a superconducting cable cooling method using the same.

前記従来の課題は、以下に述べる発明により解決される。
即ち、本発明に係る超電導ケーブル用冷却装置は、前記の課題を解決する為に、超電導ケーブルを冷却する超電導ケーブル用冷却装置であって、前記超電導ケーブルを、過冷却状態の液体冷媒で冷却する超電導ケーブル冷却ユニットと、前記液体冷媒を熱交換により過冷却状態に冷却するための液体状態の第1冷媒を、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給する第1供給ユニットと、前記第1冷媒を熱交換により冷却するための第2冷媒を、前記第1供給ユニットに供給する第2供給ユニットと、を少なくとも備え、前記第1供給ユニットは、液体状態の前記第1冷媒を貯留する貯留部と、前記液体状態の第1冷媒が、前記液体冷媒との熱交換により当該液体冷媒を過冷却状態に冷却させ、これにより気体状態となった当該第1冷媒を圧縮させる圧縮部と、前記気体状態の第1冷媒と前記第2冷媒とを熱交換させ、当該第1冷媒を冷却して液化させる第1熱交換器と、前記貯留部、前記圧縮部及び前記第1熱交換器を接続し、かつ前記第1冷媒を循環させる循環路と、を少なくとも備える。
The conventional problems are solved by the invention described below.
That is, the cooling device for a superconducting cable according to the present invention is a cooling device for a superconducting cable that cools the superconducting cable in order to solve the above-described problem, and cools the superconducting cable with a supercooled liquid refrigerant. Heat exchange between the superconducting cable cooling unit, a first supply unit that supplies the liquid refrigerant for cooling the liquid refrigerant to a supercooled state by heat exchange, and the superconducting cable cooling unit. A second supply unit that supplies the second refrigerant for cooling to the first supply unit, the first supply unit storing the first refrigerant in a liquid state, The first refrigerant in a liquid state cools the liquid refrigerant to a supercooled state by heat exchange with the liquid refrigerant, and compresses the first refrigerant in a gas state thereby A compression section, a first heat exchanger that exchanges heat between the first refrigerant and the second refrigerant in the gaseous state, and cools and liquefies the first refrigerant, the storage section, the compression section, and the first And a circulation path for connecting the first heat exchanger and circulating the first refrigerant.

前記構成によれば、本発明の超電導ケーブル用冷却装置は、前記超電導ケーブル冷却ユニットにおいて、過冷却状態の液体冷媒を用いて、当該超電導ケーブル冷却ユニットに設けられた超電導ケーブルの、冷却を行うものである。ここで本発明は、前記構成の通り、前記液体冷媒を過冷却状態に冷却する手段として、ブレイトン冷凍機等の従来の冷凍機を用いるものではない。本発明は、第1供給ユニット内を循環する第1冷媒を用いて、当該液体冷媒を過冷却状態に冷却するものである。そのため、冷凍機を用いた従来の超電導ケーブル用冷却装置と比較して、COPの値を向上させることができる。   According to the above configuration, the cooling device for a superconducting cable of the present invention cools the superconducting cable provided in the superconducting cable cooling unit using the supercooled liquid refrigerant in the superconducting cable cooling unit. It is. Here, as described above, the present invention does not use a conventional refrigerator such as a Brayton refrigerator as a means for cooling the liquid refrigerant to a supercooled state. The present invention cools the liquid refrigerant to a supercooled state using the first refrigerant circulating in the first supply unit. Therefore, the COP value can be improved as compared with a conventional superconducting cable cooling device using a refrigerator.

また、第1冷媒を第1供給ユニット内で循環させるにあたって、本発明は次に述べる通り各構成要素を動作させることによって、第1冷媒の大幅な消費を抑制している。すなわち、先ず貯留部から供給された液体状態の第1冷媒は、液体冷媒との熱交換後、気体状態となって圧縮部に送られる。圧縮部では、気体状態の第1冷媒を圧縮することにより、当該気体状態の第1冷媒の沸点を上昇させる。この圧縮された気体状態の第1冷媒は、第1熱交換器において、前記第2供給ユニットから供給される第2冷媒との熱交換により冷却され液体状態となる。その後、液体状態の第1冷媒は貯留部に送られ、当該貯留部において貯留される。この様に本発明は、液体冷媒の冷却に使用した第1冷媒を系外に排出せずに第1供給ユニット内で循環させ、再び液体冷媒の冷却に再利用可能な様に稼働させる。そのため、第1冷媒の消費を大幅に抑制することが可能になる。   Further, when the first refrigerant is circulated in the first supply unit, the present invention operates the respective components as described below, thereby suppressing significant consumption of the first refrigerant. That is, first, the first refrigerant in the liquid state supplied from the storage unit becomes a gaseous state after being exchanged with the liquid refrigerant and is sent to the compression unit. In the compression unit, the boiling point of the gaseous first refrigerant is increased by compressing the gaseous first refrigerant. In the first heat exchanger, the compressed first refrigerant in the gaseous state is cooled by heat exchange with the second refrigerant supplied from the second supply unit, and becomes a liquid state. Then, the 1st refrigerant | coolant of a liquid state is sent to a storage part, and is stored in the said storage part. In this way, the present invention allows the first refrigerant used for cooling the liquid refrigerant to circulate in the first supply unit without being discharged out of the system, and operates again so that it can be reused for cooling the liquid refrigerant. Therefore, consumption of the first refrigerant can be greatly suppressed.

また前記構成では、使用後の第1冷媒(すなわち、圧縮部により圧縮された気体状態の第1冷媒)を、再び液体冷媒の冷却に利用可能にするために、第2供給ユニットを備える。この第2供給ユニットは、使用後の第1冷媒との熱交換により冷却を可能にする第2冷媒を第1熱交換器に供給するユニットである。従って、例えば第2冷媒として、従来冷熱エネルギーの利用がされてこなかった液化天然ガス等を用いた場合には、当該冷熱エネルギーの利用が可能となる。   Moreover, in the said structure, in order to make the 1st refrigerant | coolant after use (namely, the 1st refrigerant | coolant of the gas state compressed by the compression part) available for cooling of a liquid refrigerant again, a 2nd supply unit is provided. This 2nd supply unit is a unit which supplies the 2nd refrigerant | coolant which enables cooling by heat exchange with the 1st refrigerant | coolant after use to a 1st heat exchanger. Therefore, for example, when liquefied natural gas that has not been conventionally used for cold energy is used as the second refrigerant, the cold energy can be used.

前記構成において、前記第1供給ユニットは、前記貯留部と前記超電導ケーブル冷却ユニットとの間に第2熱交換器を備えており、前記第2熱交換器は、前記貯留部から供給される前記液体状態の第1冷媒と、前記液体冷媒との熱交換により気体状態となった前記第1冷媒とを熱交換し、さらに熱交換後の当該液体状態の第1冷媒を前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給するものであることが好ましい。   The said structure WHEREIN: The said 1st supply unit is provided with the 2nd heat exchanger between the said storage part and the said superconducting cable cooling unit, and the said 2nd heat exchanger is supplied from the said storage part. Heat exchange is performed between the first refrigerant in the liquid state and the first refrigerant that is in the gaseous state by heat exchange with the liquid refrigerant, and the first refrigerant in the liquid state after the heat exchange is further transferred to the superconducting cable cooling unit. It is preferable to supply.

前記構成によれば、前記貯留部と前記超電導ケーブル冷却ユニットとの間に第2熱交換器を設けることにより、熱交換前と比較して、前記貯留部から供給される前記液体状態の第1冷媒が冷却されるため、当該液体状態の第1冷媒はより低い温度で超電導ケーブル冷却ユニットに供給される。これにより、前記液体状態の冷却に使用できる冷熱エネルギーが増加するため、COPの値が向上する。   According to the above configuration, by providing the second heat exchanger between the storage unit and the superconducting cable cooling unit, the first liquid state supplied from the storage unit as compared with before heat exchange is provided. Since the refrigerant is cooled, the first refrigerant in the liquid state is supplied to the superconducting cable cooling unit at a lower temperature. Thereby, since the cooling energy which can be used for the cooling of the said liquid state increases, the value of COP improves.

さらに、前記構成においては、前記液体冷媒及び前記第1冷媒として、窒素、酸素又はアルゴンの少なくとも何れかからなるものを用いることが好ましい。   Furthermore, in the said structure, it is preferable to use what consists of at least any one of nitrogen, oxygen, or argon as said liquid refrigerant and said 1st refrigerant | coolant.

また、前記構成においては、前記第2冷媒として、その温度が圧縮により沸点を上昇させた前記気体状態の第1冷媒の沸点よりも低い冷媒を用いることができる。これにより、第1熱交換器における第2冷媒との熱交換で、圧縮された気体状態の第1冷媒をその沸点よりも低い温度に冷却し、液体状態にすることができる。その結果、第1冷媒を液体冷媒の冷却のために再利用可能な状態にする。   Moreover, in the said structure, the refrigerant | coolant whose temperature is lower than the boiling point of the said 1st refrigerant | coolant of the said gaseous state which raised the boiling point by compression can be used. Thereby, the 1st refrigerant | coolant of the gas state compressed by heat exchange with the 2nd refrigerant | coolant in a 1st heat exchanger can be cooled to the temperature lower than the boiling point, and can be made into a liquid state. As a result, the first refrigerant is made reusable for cooling the liquid refrigerant.

また、前記構成において、前記第2冷媒が液化天然ガス、液化メタン、液化窒素、液化酸素又は液化アルゴンの少なくとも何れか1つを用いることが好ましい。   In the above configuration, it is preferable that the second refrigerant uses at least one of liquefied natural gas, liquefied methane, liquefied nitrogen, liquefied oxygen, or liquefied argon.

本発明の超電導ケーブルの冷却方法は、前記課題を解決するために、超電導ケーブル用冷却装置を用いた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用冷却装置は、前記超電導ケーブルを、過冷却状態の液体冷媒で冷却する超電導ケーブル冷却ユニットと、前記液体冷媒を熱交換により過冷却状態に冷却するための液体状態の第1冷媒を、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給する第1供給ユニットと、前記第1冷媒を熱交換により冷却するための第2冷媒を、前記第1供給ユニットに供給する第2供給ユニットと、を少なくとも備えるものであり、前記第1供給ユニットにおいて貯留されている前記液体状態の第1冷媒を、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給し、前記液体状態の第1冷媒を用いて、前記液体冷媒との熱交換により当該液体冷媒を過冷却状態に冷却し、前記液体冷媒との熱交換により気体状態となった前記第1冷媒を圧縮し、前記気体状態の第1冷媒と前記第2冷媒とを熱交換させ、当該第1冷媒を冷却して液体状態にし、さらに、液体状態となった前記第1冷媒を前記第1供給ユニット内で貯留させることにより、当該第1冷媒を第1供給ユニット内で循環させるものである。   The superconducting cable cooling method of the present invention is a superconducting cable cooling method using a superconducting cable cooling device in order to solve the above-mentioned problem, and the superconducting cable cooling device supercools the superconducting cable. A superconducting cable cooling unit that cools with the liquid refrigerant in a state; a first supply unit that supplies the liquid state first refrigerant to the superconducting cable cooling unit for cooling the liquid refrigerant to a supercooled state by heat exchange; A second supply unit that supplies the second refrigerant for cooling the first refrigerant by heat exchange to the first supply unit, and the liquid stored in the first supply unit The first refrigerant in the state is supplied to the superconducting cable cooling unit, and the first refrigerant in the liquid state is used to heat the liquid refrigerant. In other words, the liquid refrigerant is cooled to a supercooled state, the first refrigerant that is in a gaseous state by heat exchange with the liquid refrigerant is compressed, and heat exchange is performed between the first refrigerant and the second refrigerant in the gaseous state. The first refrigerant is circulated in the first supply unit by cooling the first refrigerant to a liquid state and storing the first refrigerant in the liquid state in the first supply unit. It is something to be made.

前記方法によれば、本発明の冷却方法は、前記超電導ケーブル冷却ユニットにおいて過冷却状態の液体冷媒を用いて、超電導ケーブルの冷却を行うものである。ここで本発明は、前記方法の通り、前記液体冷媒を過冷却状態に冷却する手段として、ブレイトン冷凍機等の従来の冷凍機を用いるものではない。本発明は、第1供給ユニット内を循環する第1冷媒を用いて、当該液体冷媒を過冷却状態に冷却するものである。そのため、冷凍機を用いた従来の超電導ケーブル用冷却装置と比較して、COPの値を向上させることができる。   According to the above method, the cooling method of the present invention cools the superconducting cable using the supercooled liquid refrigerant in the superconducting cable cooling unit. Here, the present invention does not use a conventional refrigerator such as a Brayton refrigerator as the means for cooling the liquid refrigerant to a supercooled state as described above. The present invention cools the liquid refrigerant to a supercooled state using the first refrigerant circulating in the first supply unit. Therefore, the COP value can be improved as compared with a conventional superconducting cable cooling device using a refrigerator.

また、第1冷媒を第1供給ユニット内で循環させるにあたって、本発明は次に述べる方法によって、第1冷媒の大幅な消費を抑制している。すなわち、先ず貯留されている前記液体状態の第1冷媒を供給し、液体冷媒との熱交換後、気体状態となって前記超電導ケーブル冷却ユニットより排出された前記第1冷媒を圧縮し、気体状態の当該第1冷媒の沸点を上昇させる。この圧縮された気体状態の第1冷媒を、前記第2供給ユニットから供給される第2冷媒との熱交換により冷却し、液化させる。その後、液体状態の第1冷媒を第1供給ユニット内で貯留させる。この様に本発明は、液体冷媒の冷却に使用した第1冷媒を系外に排出せずに第1供給ユニット内で循環させ、再び液体冷媒の冷却に再利用可能な様に稼働させる。そのため、第1冷媒の消費を大幅に抑制することが可能になる。   Further, when the first refrigerant is circulated in the first supply unit, the present invention suppresses significant consumption of the first refrigerant by the method described below. That is, first, the stored first refrigerant in the liquid state is supplied, and after exchanging heat with the liquid refrigerant, the first refrigerant discharged from the superconducting cable cooling unit in a gaseous state is compressed to be in a gaseous state The boiling point of the first refrigerant is increased. The compressed first refrigerant in a gaseous state is cooled and liquefied by heat exchange with the second refrigerant supplied from the second supply unit. Thereafter, the first refrigerant in a liquid state is stored in the first supply unit. In this way, the present invention allows the first refrigerant used for cooling the liquid refrigerant to circulate in the first supply unit without being discharged out of the system, and operates again so that it can be reused for cooling the liquid refrigerant. Therefore, consumption of the first refrigerant can be greatly suppressed.

また前記方法では、使用後の第1冷媒(すなわち、前記圧縮された気体状態の第1冷媒)を、再び液体冷媒の冷却に利用可能にするために、前記第2供給ユニットから前記第2冷媒を供給する。すなわち、第2冷媒を第1供給ユニットに供給し、当該第2冷媒と使用後の第1冷媒との熱交換により、当該第1冷媒を再び液体状態にする。これにより、例えば第2冷媒として、従来冷熱エネルギーの利用がされてこなかった液化天然ガス等を用いた場合には、当該冷熱エネルギーの利用が可能となる。   In the method, the second refrigerant is used from the second supply unit so that the first refrigerant after use (that is, the compressed first refrigerant in the gaseous state) can be used again for cooling the liquid refrigerant. Supply. That is, a 2nd refrigerant | coolant is supplied to a 1st supply unit, The said 1st refrigerant | coolant is again made into a liquid state by heat exchange with the said 2nd refrigerant | coolant and the 1st refrigerant | coolant after use. Thereby, for example, when liquefied natural gas that has not been conventionally used for cold energy is used as the second refrigerant, the cold energy can be used.

前記方法においては、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給される直前の前記液体状態の第1冷媒と、前記液体冷媒との熱交換により気体状態となった前記第1冷媒とを熱交換した後、当該液体状態の第1冷媒を前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給することが好ましい。   In the method, after exchanging heat between the first refrigerant in a liquid state immediately before being supplied to the superconducting cable cooling unit and the first refrigerant in a gas state due to heat exchange with the liquid refrigerant, It is preferable to supply the first refrigerant in a liquid state to the superconducting cable cooling unit.

前記方法によれば、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給される直前の前記液体状態の第1冷媒と、前記液体冷媒との熱交換により気体状態となった前記第1冷媒とを熱交換することにより、熱交換前と比較して、前記液体状態の第1冷媒は冷却されるため、当該液体状態の第1冷媒はより低い温度で超電導ケーブル冷却ユニットに供給される。これにより、前記液体状態の冷却に使用できる冷熱エネルギーが増加するため、COPの値が向上する。   According to the method, by exchanging heat between the first refrigerant in the liquid state immediately before being supplied to the superconducting cable cooling unit and the first refrigerant in a gaseous state by heat exchange with the liquid refrigerant. Since the first refrigerant in the liquid state is cooled compared to before heat exchange, the first refrigerant in the liquid state is supplied to the superconducting cable cooling unit at a lower temperature. Thereby, since the cooling energy which can be used for the cooling of the said liquid state increases, the value of COP improves.

さらに、前記方法においては、前記液体冷媒及び前記第1冷媒として、窒素、酸素又はアルゴンの少なくとも何れかからなるものを用いることが好ましい。   Further, in the method, it is preferable to use a liquid refrigerant and the first refrigerant made of at least one of nitrogen, oxygen, and argon.

また、前記方法においては、前記第2冷媒として、その温度が圧縮により沸点を上昇させた前記気体状態の第1冷媒の沸点よりも低い冷媒を用いることができる。これにより、第2冷媒との熱交換で、圧縮された気体状態の第1冷媒をその沸点よりも低い温度に冷却し、液体状態にすることができる。その結果、第1冷媒を液体冷媒の冷却のために再利用可能な状態にする。   Moreover, in the said method, the refrigerant | coolant whose temperature is lower than the boiling point of the said 1st refrigerant | coolant of the gaseous state which raised the boiling point by compression can be used. Thereby, the 1st refrigerant | coolant of the gas state compressed by heat exchange with a 2nd refrigerant | coolant can be cooled to the temperature lower than the boiling point, and can be made into a liquid state. As a result, the first refrigerant is made reusable for cooling the liquid refrigerant.

また、前記方法においては、前記第2冷媒が液化天然ガス、液化メタン、液化窒素、液化酸素又は液化アルゴンの少なくとも何れか1つを用いることが好ましい。   In the method, it is preferable that the second refrigerant is at least one of liquefied natural gas, liquefied methane, liquefied nitrogen, liquefied oxygen, or liquefied argon.

本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。
本発明の超電導ケーブル用冷却装置は第1供給ユニットおよび第2供給ユニットを備えており、そのため、冷凍機等を使用せずに超電導ケーブルを冷却することができ、かつ、第1冷媒が第1供給ユニット内を循環することができるため、従来の冷凍機を使用した超電導ケーブル用冷却装置を上回るエネルギー消費効率を達成すると共に、大気への放散による冷媒消費を防止する効果を奏する。また、例えば、第2冷媒として、従来は冷熱エネルギーが廃棄されている液化天然ガスを用いる場合、さらにエネルギー消費効率を向上させることが可能になる。
The present invention has the following effects by the means described above.
The cooling device for a superconducting cable of the present invention includes a first supply unit and a second supply unit. Therefore, the superconducting cable can be cooled without using a refrigerator or the like, and the first refrigerant is the first refrigerant. Since the inside of the supply unit can be circulated, the energy consumption efficiency that exceeds the cooling device for a superconducting cable using a conventional refrigerator is achieved, and the effect of preventing the refrigerant consumption due to the diffusion to the atmosphere is achieved. In addition, for example, when liquefied natural gas, in which cold energy is conventionally discarded, is used as the second refrigerant, energy consumption efficiency can be further improved.

本発明の実施の形態1に係る超電導ケーブル用冷却装置を表す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing showing the cooling device for superconducting cables which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る超電導ケーブル用冷却装置を表す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing showing the cooling device for superconducting cables which concerns on Embodiment 2 of this invention.

(実施の形態1)
<超電導ケーブル用冷却装置>
本実施の形態1に係る超電導ケーブル用冷却装置について図1を参照しながら以下に説明する。図1は実施の形態1に係る超電導ケーブル用冷却装置を表す概略説明図である。
(Embodiment 1)
<Cooling device for superconducting cable>
The superconducting cable cooling apparatus according to the first embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing a superconducting cable cooling device according to the first embodiment.

図1に示すように、本実施の形態1の超電導ケーブル用冷却装置1は、超電導ケーブル14を冷却する超電導ケーブル冷却ユニット10と、前記超電導ケーブル冷却ユニット10に第1冷媒を供給する第1供給ユニット20と、前記第1供給ユニット20に第2冷媒を供給する第2供給ユニット30と、を少なくとも備える。   As shown in FIG. 1, the superconducting cable cooling device 1 according to the first embodiment includes a superconducting cable cooling unit 10 that cools the superconducting cable 14, and a first supply that supplies the first refrigerant to the superconducting cable cooling unit 10. At least a unit 20 and a second supply unit 30 for supplying a second refrigerant to the first supply unit 20 are provided.

超電導ケーブル冷却ユニット10は液体冷媒循環路11と、過冷却器12と、送液ポンプ13と、超電導ケーブル14とを少なくとも備え、超電導ケーブルを冷却するユニットである。   The superconducting cable cooling unit 10 includes at least a liquid refrigerant circulation path 11, a supercooler 12, a liquid feed pump 13, and a superconducting cable 14, and cools the superconducting cable.

液体冷媒循環路11は過冷却器12、送液ポンプ13及び超電導ケーブル14を接続しており、超電導ケーブル冷却ユニット10内で液体冷媒の循環を可能にする。尚、液体冷媒循環路11は断熱性を有するものが好ましい。これにより、液体冷媒循環路11外部からの侵入熱による、液体冷媒循環路11内部を循環する前記液体冷媒の温度上昇を低減することが可能である。   The liquid refrigerant circulation path 11 connects the supercooler 12, the liquid feed pump 13, and the superconducting cable 14, and enables the liquid refrigerant to circulate in the superconducting cable cooling unit 10. The liquid refrigerant circulation path 11 preferably has a heat insulating property. Thereby, it is possible to reduce the temperature rise of the liquid refrigerant circulating inside the liquid refrigerant circulation path 11 due to the intrusion heat from the outside of the liquid refrigerant circulation path 11.

過冷却器12は、本体部12a及び投げ込み式熱交換器12bで構成されており、投げ込み式熱交換器12bが本体12a内部に設置されているものである。   The subcooler 12 includes a main body portion 12a and a throw-in heat exchanger 12b, and the throw-in heat exchanger 12b is installed inside the main body 12a.

過冷却器12の本体部12aは第1冷媒循環路(循環路)21に接続されており、当該第1冷媒循環路21から供給される液体状態の前記第1冷媒を内部に貯留する。尚、本体部12aは断熱性を有するものが好ましい。これにより、本体部12a外部からの侵入熱による、本体部12a内部に貯留される前記液体状態の第1冷媒の温度上昇を低減することが可能である。   The main body 12 a of the subcooler 12 is connected to a first refrigerant circulation path (circulation path) 21, and stores the first refrigerant in a liquid state supplied from the first refrigerant circulation path 21 therein. In addition, the main-body part 12a has what has heat insulation. Thereby, it is possible to reduce an increase in the temperature of the first refrigerant in the liquid state stored inside the main body 12a due to intrusion heat from the outside of the main body 12a.

投げ込み式熱交換器12bは、本体部12a内部において、前記液体状態の第1冷媒に浸漬された状態で収容されている。投げ込み式熱交換器12bは、本体部12aに貯留されている液体状態の第1冷媒と、当該投げ込み式熱交換器12b内部を流れる液体冷媒との熱交換を行う。これにより、液体冷媒を過冷却状態に冷却することができる。尚、投げ込み式熱交換器12b内部を流れる液体冷媒とは、より詳細には超電導ケーブル14の冷却を終えた液体冷媒をいう。また、投げ込み式熱交換器12bの種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The throw-in type heat exchanger 12b is accommodated in the main body 12a soaked in the liquid first refrigerant. The throwing-type heat exchanger 12b performs heat exchange between the liquid first refrigerant stored in the main body 12a and the liquid refrigerant flowing inside the throwing-type heat exchanger 12b. Thereby, the liquid refrigerant can be cooled to a supercooled state. In addition, the liquid refrigerant flowing through the throw-in heat exchanger 12b refers to the liquid refrigerant that has finished cooling the superconducting cable 14 in more detail. Moreover, it does not specifically limit as a kind of throw-in type heat exchanger 12b, A conventionally well-known thing can be used.

前記液体冷媒は、本体部12a内に貯留される前記液体状態の第1冷媒との熱交換により、冷却され、過冷却状態となる。したがって、前記液体冷媒の冷却に冷凍機を用いないため、COPの値の向上が可能になる。尚、本明細書において、「過冷却」とは液体冷媒の飽和温度より低い温度まで冷却されることを意味し、「過冷却状態」とは、液体冷媒がそのような過冷却の状態に維持されていることを意味する。さらに、飽和温度とは液体冷媒が沸騰する温度(例えば、大気圧下における液体窒素の場合は約−196℃)を意味する。また、「COP」とは、第1供給ユニットによる、液体冷媒を冷却するためのエネルギー消費効率(単位消費エネルギー当たりの冷却能力)を意味し、(COP)=(第1供給ユニットによる液体冷媒を冷却する冷却能力(kW))/(第1供給ユニットの駆動に要する全エネルギー(kW))で計算される。   The liquid refrigerant is cooled by heat exchange with the first refrigerant in the liquid state stored in the main body 12a, and becomes a supercooled state. Therefore, since a refrigerator is not used for cooling the liquid refrigerant, the COP value can be improved. In this specification, “supercooling” means cooling to a temperature lower than the saturation temperature of the liquid refrigerant, and “supercooled state” means that the liquid refrigerant is maintained in such a supercooled state. Means that Further, the saturation temperature means a temperature at which the liquid refrigerant boils (for example, about −196 ° C. in the case of liquid nitrogen under atmospheric pressure). “COP” means energy consumption efficiency (cooling capacity per unit consumption energy) for cooling the liquid refrigerant by the first supply unit, and (COP) = (liquid refrigerant by the first supply unit (Cooling capacity to cool (kW)) / (total energy required to drive the first supply unit (kW)).

送液ポンプ13は過冷却器12の下流側に設けられており、前記液体冷媒を液体冷媒循環路11内で圧送循環させる。尚、送液ポンプ13は超電導ケーブル14の下流側であって、超電導ケーブル14と過冷却器12との間に設けられていてもよい。また、送液ポンプ13の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The liquid feed pump 13 is provided on the downstream side of the supercooler 12 and feeds and circulates the liquid refrigerant in the liquid refrigerant circulation path 11. The liquid feed pump 13 may be provided on the downstream side of the superconducting cable 14 and between the superconducting cable 14 and the supercooler 12. Moreover, it does not specifically limit as a kind of liquid feeding pump 13, A conventionally well-known thing can be used.

超電導ケーブル14は、送液ポンプ13の下流側に設けられている。また、超電導ケーブル14は高温超電導線を使用するケーブルであり、例えば、高温超電導層を有するケーブルコアと、当該ケーブルコアを内部に収容する断熱管とを少なくとも備える構成である。前記断熱管には、液体冷媒が流動可能なように液体冷媒循環路11が接続されており、これにより、断熱管内に収容されているケーブルコアの冷却を可能にしている。   The superconducting cable 14 is provided on the downstream side of the liquid feed pump 13. The superconducting cable 14 is a cable that uses a high-temperature superconducting wire. For example, the superconducting cable 14 includes at least a cable core having a high-temperature superconducting layer and a heat insulating tube that accommodates the cable core therein. A liquid refrigerant circulation path 11 is connected to the heat insulation pipe so that the liquid refrigerant can flow, thereby allowing the cable core accommodated in the heat insulation pipe to be cooled.

尚、前記液体冷媒としては特に限定されず、例えば、液体窒素、液体酸素、液体アルゴン等が挙げられるが、これらのうち本実施の形態においては、液体窒素が好ましい。   The liquid refrigerant is not particularly limited, and examples thereof include liquid nitrogen, liquid oxygen, and liquid argon. Among these, liquid nitrogen is preferable in the present embodiment.

第1供給ユニット20は第1冷媒循環路(循環路)21、第1冷媒貯槽(貯留部)23、圧縮機(圧縮部)26、及び第1熱交換器27を主として備え、超電導ケーブル冷却ユニット10に液体状態の第1冷媒を供給するユニットである。また、第1供給ユニット20は、排出路22、加温器24、真空ポンプ25、流量調節弁28及び減圧弁29をさらに備える。   The first supply unit 20 mainly includes a first refrigerant circulation path (circulation path) 21, a first refrigerant storage tank (storage section) 23, a compressor (compression section) 26, and a first heat exchanger 27, and is a superconducting cable cooling unit. 10 is a unit that supplies the first refrigerant in a liquid state to the unit 10. The first supply unit 20 further includes a discharge path 22, a heater 24, a vacuum pump 25, a flow rate adjustment valve 28 and a pressure reducing valve 29.

第1冷媒貯槽23は液体状態の前記第1冷媒を貯留する。また、第1冷媒貯槽23には、前記液体状態の第1冷媒が気化したものが貯留されていてもよい。尚、第1冷媒貯槽23は断熱性を有するものが好ましい。これにより、第1冷媒貯槽23外部からの侵入熱による、第1冷媒貯槽23内部に貯留される前記液体状態の第1冷媒の温度上昇を低減することが可能であり、液化ガスが気化して蒸発ガス(BOG:Boil Off Gas)が発生するのを抑制することができる。また、前記第1冷媒としては特に限定されず、例えば窒素、酸素又はアルゴンの少なくとも何れかからなるものが挙げられる。   The first refrigerant storage tank 23 stores the first refrigerant in a liquid state. Moreover, what vaporized the said 1st refrigerant | coolant of the said liquid state may be stored in the 1st refrigerant | coolant storage tank 23. FIG. In addition, what has the heat insulation is preferable for the 1st refrigerant | coolant storage tank 23. FIG. Thereby, it is possible to reduce the temperature rise of the first refrigerant in the liquid state stored inside the first refrigerant storage tank 23 due to intrusion heat from the outside of the first refrigerant storage tank 23, and the liquefied gas is vaporized. Generation | occurrence | production of evaporation gas (BOG: Boil Off Gas) can be suppressed. Moreover, it does not specifically limit as said 1st refrigerant | coolant, For example, what consists of at least any one of nitrogen, oxygen, or argon is mentioned.

第1冷媒循環路21は第1冷媒貯槽23、流量調節弁28、過冷却器12、加温器24、真空ポンプ25、圧縮機26、第1熱交換器27及び減圧弁29を接続しており、前記第1冷媒が第1供給ユニット20内を循環することを可能とする。尚、第1冷媒循環路21は断熱性を有するものが好ましい。これにより、第1冷媒循環路21外部からの侵入熱による、第1冷媒循環路21内部を循環する前記第1冷媒の温度上昇を低減することが可能である。   The first refrigerant circulation path 21 is connected to the first refrigerant storage tank 23, the flow control valve 28, the supercooler 12, the heater 24, the vacuum pump 25, the compressor 26, the first heat exchanger 27, and the pressure reducing valve 29. The first refrigerant can circulate in the first supply unit 20. The first refrigerant circulation path 21 preferably has a heat insulating property. Thereby, it is possible to reduce the temperature rise of the first refrigerant circulating inside the first refrigerant circulation path 21 due to the intrusion heat from the outside of the first refrigerant circulation path 21.

排出路22は第1冷媒貯槽23に接続されており、かつ、第1熱交換器27を介して、第1冷媒循環路21における真空ポンプ25及び圧縮機26の間に合流するように連通している。これにより、排出路22は、第1冷媒貯槽23に存在する気体状態の前記第1冷媒を第1熱交換器27へ供給し、第1熱交換器27を通過後、圧縮機26の前段に供給することを可能にする。尚、排出路22は断熱性を有するものが好ましい。これにより、排出路22外部からの侵入熱による、排出路22内部を流通する前記気体状態の第1冷媒の温度上昇を低減することが可能である。   The discharge path 22 is connected to the first refrigerant storage tank 23, and communicates with the vacuum pump 25 and the compressor 26 in the first refrigerant circulation path 21 via the first heat exchanger 27. ing. As a result, the discharge path 22 supplies the first refrigerant in the gaseous state existing in the first refrigerant storage tank 23 to the first heat exchanger 27, passes through the first heat exchanger 27, and then enters the front stage of the compressor 26. Makes it possible to supply. The discharge path 22 preferably has a heat insulating property. Thereby, it is possible to reduce the temperature rise of the said 1st refrigerant | coolant of the said gas state which distribute | circulates the inside of the discharge path 22 by the heat | fever intrusion from the discharge path 22 exterior.

流量調節弁28は第1冷媒貯槽23及び過冷却器12の間に設けられており、第1冷媒貯槽23から供給される液体状態の前記第1冷媒の流量を調節することができる。これにより、本体部12aに必要な冷熱エネルギーに応じた量の第1冷媒を供給することが可能となる。また、流量調節弁28の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The flow rate adjusting valve 28 is provided between the first refrigerant storage tank 23 and the subcooler 12, and can adjust the flow rate of the first refrigerant in the liquid state supplied from the first refrigerant storage tank 23. Thereby, it becomes possible to supply the 1st refrigerant | coolant of the quantity according to the cooling energy required for the main-body part 12a. Moreover, it does not specifically limit as a kind of the flow control valve 28, A conventionally well-known thing can be used.

加温器24は過冷却器12の下流側に設けられており、過冷却器12より排出される気体状態の前記第1冷媒の温度を上昇させることができる。これにより、真空ポンプ25の吸込温度が常温付近となり、当該真空ポンプ25として、汎用的なものを選定することができる。また、加温器24の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The warmer 24 is provided on the downstream side of the supercooler 12, and can raise the temperature of the first refrigerant in a gas state discharged from the supercooler 12. As a result, the suction temperature of the vacuum pump 25 is close to room temperature, and a general-purpose vacuum pump 25 can be selected. Moreover, it does not specifically limit as a kind of the warmer 24, A conventionally well-known thing can be used.

真空ポンプ25は加温器24の下流側に設けられており、過冷却器12の本体部12a内に存在する気体状態の前記第1冷媒を排出させ、圧縮機26に圧送することができる。また、真空ポンプ25の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The vacuum pump 25 is provided on the downstream side of the warmer 24, and can discharge the first refrigerant in the gas state existing in the main body 12 a of the supercooler 12 and send it to the compressor 26 by pressure. Moreover, it does not specifically limit as a kind of vacuum pump 25, A conventionally well-known thing can be used.

圧縮機26は真空ポンプ25の下流側に設けられており、前記気体状態の第1冷媒を圧縮することができる。前記気体状態の第1冷媒は、圧縮により、圧縮前と比較して沸点が上昇する。そのため、圧縮前よりも高い温度での前記気体状態の第1冷媒の液化が可能となる。また、圧縮機26の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The compressor 26 is provided on the downstream side of the vacuum pump 25 and can compress the first refrigerant in the gaseous state. The boiling point of the first refrigerant in the gaseous state rises due to compression compared to before compression. Therefore, the first refrigerant in the gaseous state can be liquefied at a higher temperature than before compression. Moreover, it does not specifically limit as a kind of the compressor 26, A conventionally well-known thing can be used.

第1熱交換器27は圧縮機26の下流側に設けられており、圧縮機26により圧縮された前記気体状態の第1冷媒と、第2冷媒貯槽32より供給される前記第2冷媒とを熱交換することができる。それにより、前記気体状態の第1冷媒は冷却され、液体状態となる。また、第1熱交換器27には、気体状態の第1冷媒との熱交換に使用された第2冷媒を排出するための第2冷媒排出路35(詳細については後述する。)が接続されている。さらに、第1熱交換器27には排出路22も接続されている。排出路22は第1冷媒貯槽23内に貯留されている前記液体状態の第1冷媒が気化したものを第1熱交換器27に供給するものである。そして、第1熱交換器27は、この気化した前記第1冷媒も圧縮機26により圧縮された前記気体状態の第1冷媒と熱交換させる。また、第1熱交換器27の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The first heat exchanger 27 is provided on the downstream side of the compressor 26, and the first refrigerant in the gaseous state compressed by the compressor 26 and the second refrigerant supplied from the second refrigerant storage tank 32. Heat exchange can be performed. Thereby, the first refrigerant in the gaseous state is cooled and becomes a liquid state. The first heat exchanger 27 is connected to a second refrigerant discharge path 35 (details will be described later) for discharging the second refrigerant used for heat exchange with the first refrigerant in the gaseous state. ing. Further, the discharge path 22 is also connected to the first heat exchanger 27. The discharge path 22 supplies the first heat exchanger 27 with the vaporized liquid first refrigerant stored in the first refrigerant storage tank 23. Then, the first heat exchanger 27 exchanges heat between the vaporized first refrigerant and the gaseous first refrigerant compressed by the compressor 26. Moreover, it does not specifically limit as a kind of 1st heat exchanger 27, A conventionally well-known thing can be used.

減圧弁29は第1熱交換器27と第1冷媒貯槽23の間に設けられており、第1熱交換器27より排出された液体状態の前記第1冷媒の圧力を減少させることができる。これにより、第1冷媒循環路21内であって、圧縮機26及び減圧弁29の間の区間を、第1冷媒貯槽23内部よりも高い圧力とすることが可能となる。また、減圧弁29の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The pressure reducing valve 29 is provided between the first heat exchanger 27 and the first refrigerant storage tank 23, and can reduce the pressure of the first refrigerant in the liquid state discharged from the first heat exchanger 27. As a result, the section in the first refrigerant circulation path 21 between the compressor 26 and the pressure reducing valve 29 can be set to a pressure higher than that in the first refrigerant storage tank 23. Moreover, it does not specifically limit as a kind of pressure reducing valve 29, A conventionally well-known thing can be used.

第2供給ユニット30は第2冷媒供給路31、第2冷媒貯槽32、蒸発器33、分岐路34及び第2冷媒排出路35を少なくとも備え、第1供給ユニット20に第2冷媒を供給するユニットである。   The second supply unit 30 includes at least a second refrigerant supply path 31, a second refrigerant storage tank 32, an evaporator 33, a branch path 34, and a second refrigerant discharge path 35, and supplies the second refrigerant to the first supply unit 20. It is.

第2冷媒貯槽32は、前記第2冷媒としての液化ガスを貯留する。尚、第2冷媒貯槽32は断熱性を有するものが好ましい。これにより、第2冷媒貯槽32外部からの侵入熱による、第2冷媒貯槽32内部に貯留される液化ガスの温度上昇を低減することが可能であり、液化ガスが気化して蒸発ガス(BOG:Boil Off Gas)が発生するのを抑制することができる。   The second refrigerant storage tank 32 stores liquefied gas as the second refrigerant. The second refrigerant storage tank 32 preferably has a heat insulating property. Thereby, it is possible to reduce the temperature rise of the liquefied gas stored inside the second refrigerant storage tank 32 due to the intrusion heat from the outside of the second refrigerant storage tank 32, and the liquefied gas is evaporated to evaporate gas (BOG: Boil Off Gas) can be suppressed.

液化ガスとしては特に限定されず、例えば、液化天然ガス(沸点−162℃(大気圧101.325kPa))、液化メタン(沸点−161.49℃(大気圧101.325kPa))、液化窒素(沸点−195.8℃(大気圧101.325kPa))、液化酸素(沸点−182.96℃(大気圧101.325kPa))、又は液化アルゴン(沸点−185.8℃(大気圧101.325kPa))の少なくとも何れかが挙げられる。これらのうち、冷熱エネルギーの回収の観点からは、液化天然ガスが好ましい。天然ガスにおいては、液体から気体への相変化に伴い発生する、冷熱エネルギーの多くが廃棄されている。このため、本実施の形態の第2冷媒に液化天然ガスを適用することで、第1冷媒の冷却に廃冷熱エネルギーの利用が可能となる。尚、天然ガスは、産出地により、含有窒素の割合などの組成が種々異なるが、本発明においては当該産出地の異同にかかわらず、その効果を奏することができる。   It does not specifically limit as liquefied gas, For example, liquefied natural gas (boiling point -162 degreeC (atmospheric pressure 101.325kPa)), liquefied methane (boiling point -161.49 degreeC (atmospheric pressure 101.325kPa)), liquefied nitrogen (boiling point) -195.8 ° C. (atmospheric pressure 101.325 kPa)), liquefied oxygen (boiling point −182.96 ° C. (atmospheric pressure 101.325 kPa)), or liquefied argon (boiling point −185.8 ° C. (atmospheric pressure 101.325 kPa)) At least one of them. Of these, liquefied natural gas is preferred from the viewpoint of recovery of cold energy. In natural gas, much of the cold energy generated with the phase change from liquid to gas is discarded. For this reason, by applying liquefied natural gas to the second refrigerant of the present embodiment, it is possible to use waste cold energy for cooling the first refrigerant. Natural gas has various compositions such as the ratio of nitrogen content depending on the place of production. In the present invention, the effect can be achieved regardless of the difference in the place of production.

第2冷媒供給路31は第2冷媒貯槽32と第1熱交換器27を接続しており、第2冷媒を第2冷媒貯槽32から第1熱交換器27へ供給することを可能にする。尚、第2冷媒供給路31は断熱性を有するものが好ましい。これにより、第2冷媒供給路31外部からの侵入熱による、第2冷媒供給路31を流れる液体状態の前記第2冷媒の温度上昇を低減することが可能である。   The second refrigerant supply path 31 connects the second refrigerant storage tank 32 and the first heat exchanger 27, and allows the second refrigerant to be supplied from the second refrigerant storage tank 32 to the first heat exchanger 27. In addition, the 2nd refrigerant | coolant supply path 31 has what has heat insulation. Thereby, it is possible to reduce the temperature rise of the said 2nd refrigerant | coolant of the liquid state which flows through the 2nd refrigerant | coolant supply path 31 by the penetration | invasion heat from the 2nd refrigerant | coolant supply path 31 exterior.

分岐路34は、第2冷媒供給路31から分岐するものであり、第2冷媒貯槽32に貯留されている第2冷媒の少なくとも一部を蒸発器33に供給することができる。   The branch path 34 branches from the second refrigerant supply path 31 and can supply at least a part of the second refrigerant stored in the second refrigerant storage tank 32 to the evaporator 33.

蒸発器33は分岐路34の途中に設けられており、供給される第2冷媒を蒸発させ、気体状態にすることができる。これにより、例えば、第2冷媒として液化天然ガスを用いる場合、第2冷媒供給ユニット30内において、液化天然ガスは、第1熱交換器27及び蒸発器33により、全て気化するため、気体状態として第2冷媒供給ユニット30より排出される。このため、排出された天然ガスを所望の用途に使用可能となる。尚、蒸発器33の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The evaporator 33 is provided in the middle of the branch path 34, and can evaporate the 2nd refrigerant | coolant supplied and can be made into a gaseous state. Thereby, for example, when liquefied natural gas is used as the second refrigerant, the liquefied natural gas is vaporized by the first heat exchanger 27 and the evaporator 33 in the second refrigerant supply unit 30, so that It is discharged from the second refrigerant supply unit 30. For this reason, the discharged natural gas can be used for a desired application. In addition, it does not specifically limit as a kind of evaporator 33, A conventionally well-known thing can be used.

第2冷媒排出路35は、第1熱交換器27と、分岐路34における蒸発器33の下流側とを連通して接続するものである。第2冷媒排出路35を設けることにより、第1熱交換器27で使用され、気体状態となった第2冷媒を第2冷媒供給ユニット30から排出することが可能になる。   The second refrigerant discharge path 35 communicates and connects the first heat exchanger 27 and the downstream side of the evaporator 33 in the branch path 34. By providing the second refrigerant discharge path 35, the second refrigerant used in the first heat exchanger 27 and in a gaseous state can be discharged from the second refrigerant supply unit 30.

<超電導ケーブルの冷却方法>
次に、本実施の形態1に係る超電導ケーブル用冷却装置1を用いた超電導ケーブルの冷却方法について、図1を参照しながら以下に説明する。
<Cooling method of superconducting cable>
Next, a superconducting cable cooling method using the superconducting cable cooling apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

超電導ケーブル14の冷却は、超電導ケーブル冷却ユニット10において以下のように行われる。すなわち、まず、過冷却器12において、液体冷媒が、第1供給ユニット20より供給される液体状態の第1冷媒との熱交換により過冷却状態に冷却される。
過冷却器12で過冷却状態に冷却された前記液体冷媒は、送液ポンプ13により、液体冷媒循環路11内を圧送循環される。液体冷媒循環路11における送液ポンプ13の下流には超電導ケーブル14が接続されているので、これにより超電導ケーブル14が冷却される。液体冷媒として液体窒素を用いる場合、液体冷媒循環路11内を流れる液体窒素の流量は特に限定されないが、通常は30L/min〜100L/minの範囲内である。
The superconducting cable 14 is cooled in the superconducting cable cooling unit 10 as follows. That is, first, in the supercooler 12, the liquid refrigerant is cooled to a supercooled state by heat exchange with the liquid first refrigerant supplied from the first supply unit 20.
The liquid refrigerant cooled to the supercooled state by the supercooler 12 is pumped and circulated in the liquid refrigerant circulation path 11 by the liquid feed pump 13. Since the superconducting cable 14 is connected downstream of the liquid feed pump 13 in the liquid refrigerant circulation path 11, the superconducting cable 14 is thereby cooled. When liquid nitrogen is used as the liquid refrigerant, the flow rate of liquid nitrogen flowing in the liquid refrigerant circulation path 11 is not particularly limited, but is usually in the range of 30 L / min to 100 L / min.

次に、前記液体冷媒の冷却に使用される第1冷媒の超電導ケーブル冷却ユニット10への供給について説明する。第1冷媒の供給は、第1供給ユニット20において、以下の様に行われる。すなわち、先ず、流量調節弁28を介して供給される液体状態の第1冷媒は、真空ポンプ25により減圧された過冷却器12に導入され、これに伴い温度が低下する。   Next, the supply of the first refrigerant used for cooling the liquid refrigerant to the superconducting cable cooling unit 10 will be described. The supply of the first refrigerant is performed in the first supply unit 20 as follows. That is, first, the first refrigerant in the liquid state supplied via the flow control valve 28 is introduced into the subcooler 12 decompressed by the vacuum pump 25, and the temperature is lowered accordingly.

一方、過冷却器12の下流側に設けられた真空ポンプ25を稼働させることにより、第1冷媒循環路21における、流量調節弁28と真空ポンプ25の間の区間を第1冷媒貯槽23よりも低い圧力とする。これにより、当該区間における第1冷媒の沸点が降下する。   On the other hand, by operating the vacuum pump 25 provided on the downstream side of the supercooler 12, the section between the flow rate adjustment valve 28 and the vacuum pump 25 in the first refrigerant circulation path 21 is more than the first refrigerant storage tank 23. Use low pressure. Thereby, the boiling point of the 1st refrigerant | coolant in the said area falls.

本体部12a内の圧力は特に限定されない。ここで、本体部12a内に貯留されている第1冷媒は気液平衡状態にあり、本体部12a内の圧力によって一義的に第1冷媒の温度も定まる。そのため、本体部12a内部の第1冷媒の温度を、液体冷媒の温度よりも低温となる様に、本体部12a内の圧力を調節することにより、液体冷媒を超電導ケーブルが性能を発揮できる温度以下に冷却することができる。例えば、第1冷媒として窒素を用いた場合、本体部12a内の圧力を−78kPaG未満とすることによって、当該窒素の温度を液体冷媒の温度よりも低温にし、その結果、液体冷媒を−205℃に冷却することが可能となる。   The pressure in the main body 12a is not particularly limited. Here, the 1st refrigerant | coolant currently stored in the main-body part 12a exists in a gas-liquid equilibrium state, and the temperature of a 1st refrigerant | coolant is also decided uniquely by the pressure in the main-body part 12a. Therefore, by adjusting the pressure in the main body 12a so that the temperature of the first refrigerant in the main body 12a is lower than the temperature of the liquid refrigerant, the temperature of the superconducting cable is less than the temperature at which the superconducting cable can exert its performance. Can be cooled to. For example, when nitrogen is used as the first refrigerant, by setting the pressure in the main body 12a to less than −78 kPaG, the temperature of the nitrogen is made lower than the temperature of the liquid refrigerant, and as a result, the liquid refrigerant is −205 ° C. It becomes possible to cool it.

続いて、過冷却器12において、液体冷媒との熱交換により、使用された液体状態の第1冷媒は気化し、気体状態の第1冷媒となって第1冷媒循環路21を介して加温器24に供給される。そして、当該加温器24において気体状態の第1冷媒は加熱される。   Subsequently, in the supercooler 12, the used first refrigerant in the liquid state is vaporized by heat exchange with the liquid refrigerant, and becomes a first refrigerant in the gaseous state and heated through the first refrigerant circulation path 21. Supplied to the vessel 24. Then, the first refrigerant in the gaseous state is heated in the heater 24.

加温器24で加熱された前記気体状態の第1冷媒は、真空ポンプ25を介して圧縮機26へと供給される。なお、第1冷媒は加温器24により予め加温されているので、真空ポンプの吸込温度が常温付近となり、真空ポンプ25として、汎用的な真空ポンプを選定することができる。そして、当該圧縮機26において気体状態の第1冷媒は圧縮される。   The first refrigerant in the gaseous state heated by the heater 24 is supplied to the compressor 26 via the vacuum pump 25. Since the first refrigerant is preheated by the heater 24, the suction temperature of the vacuum pump is close to room temperature, and a general-purpose vacuum pump can be selected as the vacuum pump 25. And the 1st refrigerant | coolant of a gaseous state is compressed in the said compressor 26. FIG.

ここで圧縮機26による圧縮後の前記気体状態の第1冷媒の圧力は、前記圧縮後の気体状態の第1冷媒の沸点が第1熱交換器27に供給される前記第2冷媒の温度より高くなる圧力以上の圧力とする必要がある。前記沸点が前記第2冷媒の温度よりも高いことで、第1熱交換器27において前記気体状態の第1冷媒の液化が可能となる。圧縮機26による圧縮後の圧力は、第1冷媒の種類及び第2冷媒の種類と圧力条件によって変化する。例えば、第1冷媒として窒素を用い、第2冷媒として液化天然ガスを用いて、第2冷媒貯槽32内の液化天然ガス圧力を0.03MPaGとした場合、第1熱交換器27に供給される液化天然ガスの温度は−160℃程度であるため、圧縮後の窒素の圧力を2MPaG以上とすることによって、第1熱交換器27で窒素を液化することが可能となる。その一方、圧縮機26の消費電力を低くするためには、圧縮後の第1冷媒の圧力は、低いほど好ましい。従って、その様な観点からは、前記条件の場合、圧縮後の窒素の圧力は、2.3〜2.5MPaGとすることが好ましい。   Here, the pressure of the first refrigerant in the gaseous state after compression by the compressor 26 is such that the boiling point of the first refrigerant in the gaseous state after compression is higher than the temperature of the second refrigerant supplied to the first heat exchanger 27. It is necessary to set the pressure higher than the increasing pressure. Since the boiling point is higher than the temperature of the second refrigerant, the first refrigerant in the gaseous state can be liquefied in the first heat exchanger 27. The pressure after compression by the compressor 26 varies depending on the type of the first refrigerant, the type of the second refrigerant, and the pressure condition. For example, when nitrogen is used as the first refrigerant, liquefied natural gas is used as the second refrigerant, and the liquefied natural gas pressure in the second refrigerant storage tank 32 is set to 0.03 MPaG, the first heat exchanger 27 is supplied. Since the temperature of the liquefied natural gas is about −160 ° C., the nitrogen can be liquefied by the first heat exchanger 27 by setting the compressed nitrogen pressure to 2 MPaG or more. On the other hand, in order to reduce the power consumption of the compressor 26, the pressure of the first refrigerant after compression is preferably as low as possible. Therefore, from such a viewpoint, in the case of the above conditions, it is preferable that the pressure of nitrogen after compression is 2.3 to 2.5 MPaG.

次に、圧縮後の前記気体状態の第1冷媒は、第1熱交換器27に供給される。その後、圧縮された気体状態の第1冷媒は、第1熱交換器27において、第2供給ユニット30から供給される第2冷媒との熱交換により冷却される。これにより、第1冷媒は液化される。   Next, the compressed first refrigerant in the gaseous state is supplied to the first heat exchanger 27. Thereafter, the compressed first refrigerant in the gaseous state is cooled in the first heat exchanger 27 by heat exchange with the second refrigerant supplied from the second supply unit 30. Thereby, the first refrigerant is liquefied.

第1熱交換器27で熱交換され、液体状態となった第1冷媒は、減圧弁29により、減圧された後、第1冷媒貯槽23に還流される。   The first refrigerant that has undergone heat exchange in the first heat exchanger 27 and is in a liquid state is depressurized by the pressure reducing valve 29 and then returned to the first refrigerant storage tank 23.

以上により、本実施の形態の第1供給ユニット20は、液体冷媒の冷却で使用した後においても、第1冷媒を系外に排出させずに循環させることで、当該第1冷媒の消費を大幅に抑制することが可能になる。また、冷凍機を用いずに液体冷媒の過冷却状態での冷却を可能にするので、COPの値の向上も可能にする。   As described above, even after the first supply unit 20 of the present embodiment is used for cooling the liquid refrigerant, the first refrigerant is circulated without being discharged out of the system, thereby greatly consuming the first refrigerant. Can be suppressed. In addition, since the liquid refrigerant can be cooled in a supercooled state without using a refrigerator, the COP value can be improved.

尚、第1供給ユニット20においては、第1冷媒貯槽23内に貯留されている液体状態の第1冷媒が気化したものも、第1熱交換器27での圧縮後の気体状態の第1冷媒との熱交換に利用される。より具体的には、第1冷媒貯槽23内に貯留されている前記液体状態の第1冷媒が気化したものを、排出路22から排出して第1熱交換器27に供給する。第1熱交換器27では、この気化した前記第1冷媒を圧縮後の前記気体状態の第1冷媒との熱交換に用いる。熱交換後の気化した前記第1冷媒はその温度が上昇した状態となっている。   In the first supply unit 20, the vaporized first refrigerant stored in the first refrigerant storage tank 23 is also vaporized first refrigerant after being compressed in the first heat exchanger 27. It is used for heat exchange with. More specifically, the vaporized first refrigerant stored in the first refrigerant storage tank 23 is discharged from the discharge path 22 and supplied to the first heat exchanger 27. In the first heat exchanger 27, the vaporized first refrigerant is used for heat exchange with the compressed first refrigerant in the gaseous state. The temperature of the vaporized first refrigerant after the heat exchange is increased.

さらに、熱交換後の気化した第1冷媒は、排出路22を介して第1冷媒循環路21に合流する。気化した第1冷媒の第1冷媒循環路21への合流位置は、真空ポンプ25と圧縮機26の間である。その後、圧縮機26において、加温器24から流れてくる気体状態の第1冷媒と共に圧縮され、再び第1熱交換器27での熱交換に再利用される。このように、第1冷媒貯槽23内で発生する、気化した第1冷媒も第1熱交換器27での熱交換に利用することで、エネルギー消費効率の一層の向上が図られる。   Further, the vaporized first refrigerant after heat exchange joins the first refrigerant circulation path 21 via the discharge path 22. The joining position of the vaporized first refrigerant to the first refrigerant circulation path 21 is between the vacuum pump 25 and the compressor 26. Thereafter, the compressor 26 is compressed together with the first refrigerant in the gaseous state flowing from the heater 24 and is reused for heat exchange in the first heat exchanger 27 again. As described above, the vaporized first refrigerant generated in the first refrigerant storage tank 23 is also used for heat exchange in the first heat exchanger 27, so that the energy consumption efficiency can be further improved.

次に、気体状態の第1冷媒の冷却に使用される第2冷媒の第1供給ユニット20への供給について説明する。第2冷媒の供給は第2供給ユニット30において行われ、より具体的には、第2冷媒貯槽32に貯留される第2冷媒(液体状態)を、第2冷媒供給路31を介して第1熱交換器27に供給することにより行われる。そして、第1熱交換器27での熱交換後は、前記第2冷媒は気体状態となり、第1熱交換器27の第2冷媒排出路35から排出される。   Next, the supply to the 1st supply unit 20 of the 2nd refrigerant | coolant used for cooling of the 1st refrigerant | coolant of a gas state is demonstrated. The supply of the second refrigerant is performed in the second supply unit 30. More specifically, the second refrigerant (liquid state) stored in the second refrigerant storage tank 32 is supplied to the first refrigerant via the second refrigerant supply path 31. This is performed by supplying the heat exchanger 27. After the heat exchange in the first heat exchanger 27, the second refrigerant is in a gaseous state and is discharged from the second refrigerant discharge path 35 of the first heat exchanger 27.

尚、第2冷媒供給路31から分流して分岐路34を流れる第2冷媒は、その後、蒸発器33において気体状態となり、他の用途に使用可能である。また、分岐路34には、第1熱交換器27で使用された、気体状態の第2冷媒が合流する。このため、例えば、第2冷媒に液化天然ガスを用いた場合には、分岐路34から気体状態の天然ガスを取り出すことが可能なため、燃料又は原料等の所望の用途に利用可能である。尚、第2冷媒供給路31内を流れる第2冷媒の流量は、第1冷媒の種類と流量及び第2冷媒の種類と圧力によって決定されるものであり、特に限定されないが、第1熱交換器27において圧縮後の第1冷媒を液化できる量であることが好ましい。例えば、第1冷媒として窒素を用い、第2冷媒として液化天然ガスを用いて、圧縮後の第1冷媒の流量を104Nm/h、第2冷媒貯槽32内の液化天然ガス圧力を0.03MPaGとした場合、第2冷媒供給路31内を流れる液化天然ガスの流量は、38kg/h必要となる。 In addition, the 2nd refrigerant | coolant which shunts from the 2nd refrigerant | coolant supply path 31 and flows through the branch path 34 will be in a gaseous state in the evaporator 33 after that, and can be used for another use. Moreover, the second refrigerant in the gaseous state used in the first heat exchanger 27 joins the branch path 34. For this reason, for example, when liquefied natural gas is used for the second refrigerant, it is possible to take out the natural gas in a gaseous state from the branch path 34, so that it can be used for a desired application such as fuel or raw material. The flow rate of the second refrigerant flowing in the second refrigerant supply path 31 is determined by the type and flow rate of the first refrigerant and the type and pressure of the second refrigerant, and is not particularly limited. It is preferable that the amount of the first refrigerant after compression in the container 27 can be liquefied. For example, using nitrogen as the first refrigerant and liquefied natural gas as the second refrigerant, the flow rate of the compressed first refrigerant is 104 Nm 3 / h, and the liquefied natural gas pressure in the second refrigerant storage tank 32 is 0.03 MPaG. In this case, the flow rate of the liquefied natural gas flowing in the second refrigerant supply path 31 is 38 kg / h.

(実施の形態2)
<超電導ケーブル用冷却装置>
本実施の形態2に係る超電導ケーブル用冷却装置について図2を参照しながらに説明する。図2は実施の形態2に係る超電導ケーブル用冷却装置を表す概略説明図である。尚、前記実施の形態1の超電導ケーブル用冷却装置1と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
<Cooling device for superconducting cable>
A superconducting cable cooling apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing the superconducting cable cooling device according to the second embodiment. In addition, about the component which has a function similar to the cooling device 1 for superconducting cables of the said Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施の形態2の超電導ケーブル用冷却装置2は、図2に示すように、実施の形態1の超電導ケーブル用冷却装置1と比較して、第1供給ユニット200に第2熱交換器210を備える点が異なる。   As shown in FIG. 2, the superconducting cable cooling device 2 according to the second embodiment includes a second heat exchanger 210 in the first supply unit 200 as compared with the superconducting cable cooling device 1 according to the first embodiment. The point to prepare is different.

具体的には、第1供給ユニット200は前記実施の形態1の第1供給ユニット20の構成に加えて、第1冷媒貯槽23及び流量調節弁28の間に第2熱交換器210を備える。   Specifically, the first supply unit 200 includes a second heat exchanger 210 between the first refrigerant storage tank 23 and the flow rate control valve 28 in addition to the configuration of the first supply unit 20 of the first embodiment.

第2熱交換器210は第1冷媒貯槽23から供給される液体状態の前記第1冷媒と、過冷却器12より排出される気体状態の第1冷媒とを熱交換することができる。これにより、前記液体状態の第1冷媒は冷却されると共に、前記気体状態の第1冷媒は温度上昇し、実施の形態1と比較して、前記液体状態の第1冷媒はより低い温度で過冷却器12へ供給され、前記気体状態の第1冷媒はより高い温度で加温器24へ供給される。また、第2熱交換器210の種類としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。   The second heat exchanger 210 can exchange heat between the liquid first refrigerant supplied from the first refrigerant storage tank 23 and the gas first refrigerant discharged from the subcooler 12. As a result, the first refrigerant in the liquid state is cooled, and the temperature of the first refrigerant in the gas state rises, so that the first refrigerant in the liquid state exceeds the temperature at a lower temperature as compared with the first embodiment. The first refrigerant in the gaseous state is supplied to the cooler 12 and is supplied to the warmer 24 at a higher temperature. Moreover, it does not specifically limit as a kind of 2nd heat exchanger 210, A conventionally well-known thing can be used.

<超電導ケーブルの冷却方法>
次に、本実施の形態2に係る超電導ケーブル用冷却装置2による超電導ケーブルの冷却方法について図2を参照しながら以下に説明する。
<Cooling method of superconducting cable>
Next, a superconducting cable cooling method by the superconducting cable cooling apparatus 2 according to the second embodiment will be described below with reference to FIG.

超電導ケーブル冷却ユニット10は、実施の形態1と同様の方法により、超電導ケーブル14を冷却する。また、第2供給ユニット30は、実施の形態1と同様の方法により、第2冷媒を第1供給ユニット200に供給する。   Superconducting cable cooling unit 10 cools superconducting cable 14 by the same method as in the first embodiment. The second supply unit 30 supplies the second refrigerant to the first supply unit 200 by the same method as in the first embodiment.

第1供給ユニット200における第1冷媒の超電導ケーブル冷却ユニット10への供給は、以下の通り行われる。すなわち、前記実施の形態1の第1供給ユニット20の構成に加えて、第1冷媒貯槽23及び流量調節弁28の間に第2熱交換器210を備える。   Supply of the first refrigerant to the superconducting cable cooling unit 10 in the first supply unit 200 is performed as follows. That is, in addition to the configuration of the first supply unit 20 of the first embodiment, a second heat exchanger 210 is provided between the first refrigerant storage tank 23 and the flow rate adjustment valve 28.

第1冷媒貯槽23から第1冷媒循環路21を介して供給される液体状態の第1冷媒は、先ず第2熱交換器210において、過冷却器12から排出される気体状態の第1冷媒と熱交換される。第1冷媒貯槽23から供給される液体状態の第1冷媒の温度は、過冷却器12から排出される気体状態の第1冷媒の温度よりも高い。そのため、前記熱交換においては、前記液体状態の第1冷媒が冷却され、前記気体状態の第1冷媒が加熱されることになる。これにより、第2熱交換器210を設置していない実施の形態1と比較して、温度が一層低い状態で前記液体状態の第1冷媒を過冷却器12に供給することが可能になり、また、温度が高い状態で前記気体状態の第1冷媒を加温器24に供給することができる。   The first refrigerant in the liquid state supplied from the first refrigerant storage tank 23 via the first refrigerant circulation path 21 is first, in the second heat exchanger 210, the first refrigerant in the gaseous state discharged from the supercooler 12. Heat exchanged. The temperature of the liquid first refrigerant supplied from the first refrigerant storage tank 23 is higher than the temperature of the gas first refrigerant discharged from the supercooler 12. Therefore, in the heat exchange, the first refrigerant in the liquid state is cooled, and the first refrigerant in the gas state is heated. This makes it possible to supply the first refrigerant in the liquid state to the subcooler 12 in a state where the temperature is lower than that in the first embodiment in which the second heat exchanger 210 is not installed, Further, the first refrigerant in the gaseous state can be supplied to the heater 24 at a high temperature.

過冷却器12においては、実施の形態1の場合と同様に、第1冷媒は、真空ポンプ25により減圧された過冷却器12に導入されることで、圧力が低下し、これに伴い温度が低下する。尚、第1冷媒は圧力の低下に伴い一部が気化する。このため、液体状態の第1冷媒をより低い温度で過冷却器12供給することにより、液体状態の当該第1冷媒の冷却に要する冷熱エネルギーを減少させ、液体冷媒の冷却に使用できる冷熱エネルギーを増加させることができる。   In the subcooler 12, as in the case of the first embodiment, the first refrigerant is introduced into the subcooler 12 whose pressure has been reduced by the vacuum pump 25, so that the pressure decreases, and the temperature increases accordingly. descend. The first refrigerant partially vaporizes as the pressure decreases. For this reason, by supplying the first refrigerant in the liquid state at a lower temperature to the subcooler 12, the cooling energy required for cooling the first refrigerant in the liquid state is reduced, and the cooling energy that can be used for cooling the liquid refrigerant is reduced. Can be increased.

また、加温器24においては、実施の形態1の場合と同様に、過冷却器12より排出された前記気体状態の第1冷媒の温度を上昇させ、当該気体状態の第1冷媒を常温付近とすることで、当該真空ポンプ25として、汎用的なものを選定できるようにする。このため、前記気体状態の第1冷媒をより高い温度で加温器24に供給することにより、加温器24で廃棄される冷熱エネルギーの低減が図れる。   Further, in the heater 24, as in the case of the first embodiment, the temperature of the first refrigerant in the gaseous state discharged from the supercooler 12 is increased, and the first refrigerant in the gaseous state is brought to near normal temperature. Thus, a general-purpose vacuum pump 25 can be selected. For this reason, by supplying the first refrigerant in the gaseous state to the warmer 24 at a higher temperature, the cooling energy discarded in the warmer 24 can be reduced.

以上より、本実施の形態2においては、第1供給ユニット200おいて、第1冷媒貯槽23と流量調節弁28の間に第2熱交換器210を設けることにより、実施の形態1と比較して、COPの値を一層向上させることが可能になる。   As described above, in the second embodiment, in the first supply unit 200, the second heat exchanger 210 is provided between the first refrigerant storage tank 23 and the flow rate control valve 28, thereby comparing with the first embodiment. Thus, the COP value can be further improved.

以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、下記の実施例に記載されている組成、圧力条件、物性推算法等は、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail by way of example. However, the composition, pressure conditions, physical property estimation methods, and the like described in the following examples do not limit the scope of the present invention to these unless otherwise specified.

(実施例1)
本実施例1においては、図1に示す超電導ケーブル用冷却装置1の構成を用いて、プロセスシミュレーションを行った。このとき、液体冷媒としては液体窒素を、第1冷媒としては窒素を、第2冷媒としては液化天然ガスを用いた。また、液化天然ガスの組成は以下の通りとした。
CH:88.75体積%
:7.19体積%
:2.88体積%
10:1.12体積%
12:0.05体積%
:0.01体積%
Example 1
In Example 1, a process simulation was performed using the configuration of the superconducting cable cooling device 1 shown in FIG. At this time, liquid nitrogen was used as the liquid refrigerant, nitrogen was used as the first refrigerant, and liquefied natural gas was used as the second refrigerant. The composition of liquefied natural gas was as follows.
CH 4: 88.75% by volume
C 2 H 6: 7.19 vol%
C 3 H 8: 2.88 vol%
C 4 H 10 : 1.12% by volume
C 5 H 12 : 0.05% by volume
N 2 : 0.01% by volume

<シミュレーション条件>
シミュレーション条件は下記のとおりとした。
過冷却器12から超電導ケーブル14に供給される液体冷媒の温度及び圧力:−205℃、300kPaG
第1冷媒貯槽23内部の圧力:200kPaG
本体部12a内部の圧力:−80kPaG
圧縮機26により圧縮された気体状態の第1冷媒の圧力:2500kPaG
第1熱交換器27に供給される液化天然ガスの温度:−157℃
第2冷媒貯槽内部の圧力:30kPaG
第1供給ユニットにより液体冷媒を冷却する能力:5kW
<Simulation conditions>
The simulation conditions were as follows.
Temperature and pressure of the liquid refrigerant supplied from the supercooler 12 to the superconducting cable 14: −205 ° C., 300 kPaG
Pressure inside first refrigerant storage tank 23: 200 kPaG
Pressure inside main body 12a: −80 kPaG
Pressure of the first refrigerant in the gaseous state compressed by the compressor 26: 2500 kPaG
Temperature of liquefied natural gas supplied to the first heat exchanger 27: −157 ° C.
Pressure inside second refrigerant storage tank: 30 kPaG
Ability to cool liquid refrigerant by first supply unit: 5 kW

窒素及び天然ガスの物性推算法としてPeng−Robinson状態方程式を用いた。圧力2500kPaGでの、窒素の沸点は−155℃であるため、液化天然ガスによる窒素の液化が可能である。   The Peng-Robinson equation of state was used as a method for estimating the physical properties of nitrogen and natural gas. Since the boiling point of nitrogen at a pressure of 2500 kPaG is −155 ° C., liquefaction of nitrogen with liquefied natural gas is possible.

上記のシミュレーションの結果から、第2供給ユニット30から第1供給ユニット20へ供給される天然ガスの流量は47.3kg/hであった。本プロセスにあっては、従来海水中等へ廃棄されていた液化天然ガスの冷熱エネルギーを、液体窒素の冷却に使用したのみであるため、冷熱エネルギーを回収した後の天然ガスは所望の用途に利用可能である。また、日本において、数十ヶ所存在する液化天然ガスのサテライト基地では、液化天然ガスを数百kg/hの速度で気化しているため、使用する天然ガスはサテライト基地で使用される量で賄うことが可能である。   As a result of the above simulation, the flow rate of the natural gas supplied from the second supply unit 30 to the first supply unit 20 was 47.3 kg / h. In this process, the cold energy of liquefied natural gas, which was conventionally discarded in seawater, was only used for cooling liquid nitrogen, so the natural gas after recovering the cold energy is used for the desired application. Is possible. In Japan, dozens of liquefied natural gas satellite bases vaporize liquefied natural gas at a rate of several hundred kg / h, so the amount of natural gas used is covered by the amount used at the satellite base. It is possible.

上記のシミュレーションの結果から、第1供給ユニット20において必要な動力としては、真空ポンプ25で10.4kWであり、圧縮機26で38.9kWであった。したがって、COPの値は5kW÷(10.4kW+38.9kW)=0.10となった。   As a result of the above simulation, the power required for the first supply unit 20 was 10.4 kW for the vacuum pump 25 and 38.9 kW for the compressor 26. Therefore, the value of COP was 5 kW / (10.4 kW + 38.9 kW) = 0.10.

(結果)
液体窒素を−205℃程度の過冷却状態に冷却する際のCOPの値は、ブレイトン冷凍機を使用する場合は0.08程度であるが、本実施例1の場合は0.10であり、ブレイトン冷凍機を使用する場合を上回るエネルギー消費効率を達成した。また、本実施例1で使用した超電導ケーブル用冷却装置1は、非特許文献1に開示されている冷却システム(N放散方式)のように、超電導ケーブル冷却用液体窒素を冷却するための液体窒素を、使用後に放出することがない。そのため、本実施例においては、液体窒素の製造コスト及び定期的な液体窒素の補充を不要にすることができる。
(result)
The value of COP when liquid nitrogen is cooled to a supercooled state of about −205 ° C. is about 0.08 when using a Brayton refrigerator, but in the case of Example 1, it is 0.10. The energy consumption efficiency was higher than when using a Brayton refrigerator. Further, the superconducting cable cooling device 1 used in the first embodiment is a liquid for cooling the superconducting cable cooling liquid nitrogen as in the cooling system (N 2 diffusion method) disclosed in Non-Patent Document 1. Nitrogen is not released after use. For this reason, in this embodiment, the production cost of liquid nitrogen and periodic replenishment of liquid nitrogen can be eliminated.

1、2 超電導ケーブル用冷却装置
10 超電導ケーブル冷却ユニット
20、200 第1供給ユニット
30 第2供給ユニット
11 液体冷媒循環路
12 過冷却器
12a 本体部
12b 投げ込み式熱交換器
13 送液ポンプ
14 超電導ケーブル
21 第1冷媒循環路
22 排出路
23 第1冷媒貯槽
24 加温器
25 真空ポンプ
26 圧縮機
27 第1熱交換器
28 流量調節弁
29 減圧弁
31 第2冷媒供給路
32 第2冷媒貯槽
33 蒸発器
34 分岐路
35 第2冷媒排出路
210 第2熱交換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Superconducting cable cooling device 10 Superconducting cable cooling unit 20, 200 1st supply unit 30 2nd supply unit 11 Liquid refrigerant circulation path 12 Supercooler 12a Body part 12b Throw-type heat exchanger 13 Liquid feed pump 14 Superconducting cable 21 First refrigerant circulation path 22 Discharge path 23 First refrigerant storage tank 24 Heater 25 Vacuum pump 26 Compressor 27 First heat exchanger 28 Flow rate adjustment valve 29 Pressure reducing valve 31 Second refrigerant supply path 32 Second refrigerant storage tank 33 Evaporation 34 Branching path 35 Second refrigerant discharge path 210 Second heat exchanger

Claims (10)

超電導ケーブルを冷却する超電導ケーブル用冷却装置であって、
前記超電導ケーブルを、過冷却状態の液体冷媒で冷却する超電導ケーブル冷却ユニットと、
前記液体冷媒を熱交換により過冷却状態に冷却するための液体状態の第1冷媒を、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給する第1供給ユニットと、
前記第1冷媒を熱交換により冷却するための第2冷媒を、前記第1供給ユニットに供給する第2供給ユニットと、
を少なくとも備え、
前記第1供給ユニットは、
液体状態の前記第1冷媒を貯留する貯留部と、
前記液体状態の第1冷媒が、前記液体冷媒との熱交換により当該液体冷媒を過冷却状態に冷却させ、これにより気体状態となった当該第1冷媒を圧縮させる圧縮部と、
前記気体状態の第1冷媒と前記第2冷媒とを熱交換させ、当該第1冷媒を冷却して液化させる第1熱交換器と、
前記貯留部、前記圧縮部及び前記第1熱交換器を接続し、かつ前記第1冷媒を循環させる循環路と、
を少なくとも備える超電導ケーブル用冷却装置。
A superconducting cable cooling device for cooling a superconducting cable,
A superconducting cable cooling unit for cooling the superconducting cable with a supercooled liquid refrigerant;
A first supply unit that supplies the first refrigerant in a liquid state for cooling the liquid refrigerant to a supercooled state by heat exchange to the superconducting cable cooling unit;
A second supply unit for supplying a second refrigerant for cooling the first refrigerant by heat exchange to the first supply unit;
Comprising at least
The first supply unit includes:
A reservoir for storing the first refrigerant in a liquid state;
The first refrigerant in the liquid state cools the liquid refrigerant to a supercooled state by heat exchange with the liquid refrigerant, and thereby compresses the first refrigerant in a gas state;
Heat exchange between the first refrigerant in the gaseous state and the second refrigerant, and cooling and liquefying the first refrigerant;
A circulation path for connecting the storage section, the compression section and the first heat exchanger, and circulating the first refrigerant;
A cooling device for a superconducting cable comprising at least.
前記第1供給ユニットは、前記貯留部と前記超電導ケーブル冷却ユニットとの間に第2熱交換器を備えており、
前記第2熱交換器は、
前記貯留部から供給される前記液体状態の第1冷媒と、前記液体冷媒との熱交換により気体状態となった前記第1冷媒とを熱交換し、さらに熱交換後の当該液体状態の第1冷媒を前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給するものである請求項1に記載の超電導ケーブル用冷却装置。
The first supply unit includes a second heat exchanger between the storage unit and the superconducting cable cooling unit,
The second heat exchanger is
The first refrigerant in the liquid state after the heat exchange is performed by exchanging heat between the first refrigerant in the liquid state supplied from the storage unit and the first refrigerant in a gas state by heat exchange with the liquid refrigerant. The cooling device for a superconducting cable according to claim 1, wherein the refrigerant is supplied to the superconducting cable cooling unit.
前記液体冷媒及び前記第1冷媒として、窒素、酸素又はアルゴンの少なくとも何れかからなるものを用いる請求項1又は2項に記載の超電導ケーブル用冷却装置。   The cooling device for a superconducting cable according to claim 1 or 2, wherein the liquid refrigerant and the first refrigerant are made of at least one of nitrogen, oxygen, and argon. 前記第2冷媒として、その温度が圧縮により沸点を上昇させた前記気体状態の第1冷媒の沸点よりも低い冷媒を用いる請求項1〜3の何れか1項に記載の超電導ケーブル用冷却装置。   The cooling device for a superconducting cable according to any one of claims 1 to 3, wherein the second refrigerant is a refrigerant whose temperature is lower than the boiling point of the first refrigerant in the gaseous state whose boiling point is increased by compression. 前記第2冷媒が液化天然ガス、液化メタン、液化窒素、液化酸素又は液化アルゴンの少なくとも何れか1つである請求項4に記載の超電導ケーブル用冷却装置。   The cooling device for a superconducting cable according to claim 4, wherein the second refrigerant is at least one of liquefied natural gas, liquefied methane, liquefied nitrogen, liquefied oxygen, or liquefied argon. 超電導ケーブル用冷却装置を用いた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用冷却装置は、前記超電導ケーブルを、過冷却状態の液体冷媒で冷却する超電導ケーブル冷却ユニットと、前記液体冷媒を熱交換により過冷却状態に冷却するための液体状態の第1冷媒を、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給する第1供給ユニットと、前記第1冷媒を熱交換により冷却するための第2冷媒を、前記第1供給ユニットに供給する第2供給ユニットと、を少なくとも備えるものであり、
前記第1供給ユニットにおいて貯留されている前記液体状態の第1冷媒を、前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給し、
前記液体状態の第1冷媒を用いて、前記液体冷媒との熱交換により当該液体冷媒を過冷却状態に冷却し、
前記液体冷媒との熱交換により気体状態となった前記第1冷媒を圧縮し、
前記気体状態の第1冷媒と前記第2冷媒とを熱交換させ、当該第1冷媒を冷却して液体状態にし、
さらに、液体状態となった前記第1冷媒を前記第1供給ユニット内で貯留させることにより、当該第1冷媒を第1供給ユニット内で循環させる超電導ケーブルの冷却方法。
A method of cooling a superconducting cable using a cooling device for a superconducting cable,
The superconducting cable cooling device includes a superconducting cable cooling unit that cools the superconducting cable with a supercooled liquid refrigerant, and a liquid first refrigerant that cools the liquid refrigerant to a supercooled state by heat exchange. A first supply unit that supplies the superconducting cable cooling unit, and a second supply unit that supplies the first supply unit with a second refrigerant for cooling the first refrigerant by heat exchange. And
Supplying the first refrigerant in the liquid state stored in the first supply unit to the superconducting cable cooling unit;
Using the first refrigerant in the liquid state, cooling the liquid refrigerant to a supercooled state by heat exchange with the liquid refrigerant,
Compressing the first refrigerant that is in a gaseous state by heat exchange with the liquid refrigerant;
Heat exchange between the first refrigerant in the gaseous state and the second refrigerant, cooling the first refrigerant to a liquid state;
Furthermore, the cooling method of the superconducting cable which circulates the said 1st refrigerant | coolant in a 1st supply unit by storing the said 1st refrigerant | coolant which became the liquid state in the said 1st supply unit.
前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給される直前の前記液体状態の第1冷媒と、前記液体冷媒との熱交換により気体状態となった前記第1冷媒とを熱交換した後、当該液体状態の第1冷媒を前記超電導ケーブル冷却ユニットに供給する請求項6に記載の超電導ケーブルの冷却方法。   After exchanging heat between the first refrigerant in the liquid state immediately before being supplied to the superconducting cable cooling unit and the first refrigerant in a gas state due to heat exchange with the liquid refrigerant, the first refrigerant in the liquid state The method for cooling a superconducting cable according to claim 6, wherein a refrigerant is supplied to the superconducting cable cooling unit. 前記液体冷媒及び前記第1冷媒として、窒素、酸素又はアルゴンの少なくとも何れかからなるものを用いる請求項6又は7に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 or 7, wherein the liquid refrigerant and the first refrigerant are made of at least one of nitrogen, oxygen, and argon. 前記第2冷媒として、その温度が圧縮により沸点を上昇させた前記気体状態の第1冷媒の沸点よりも低い冷媒を用いる請求項6〜8の何れか1項に記載の超電導ケーブルの冷却方法。   The method for cooling a superconducting cable according to any one of claims 6 to 8, wherein the second refrigerant is a refrigerant whose temperature is lower than the boiling point of the first refrigerant in the gaseous state whose boiling point is increased by compression. 前記第2冷媒が液化天然ガス、液化メタン、液化窒素、液化酸素又は液化アルゴンの少なくとも何れか1つである請求項9に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 9, wherein the second refrigerant is at least one of liquefied natural gas, liquefied methane, liquefied nitrogen, liquefied oxygen, or liquefied argon.
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