JP4472572B2 - Cryogenic cooling device for cooling superconducting power storage device - Google Patents
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Description
本発明は超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置に係り、特に冷凍機と圧縮装置が分離された構成の超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置に関する。 The present invention relates to a cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device, and more particularly to a cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device in which a refrigerator and a compression device are separated.
例えば、4K〜10K程度の極低温を実現する極低温冷却装置は、大略すると冷凍機、圧縮機ユニット、ガス供給配管、及びガス回収配管等により構成されている。また、作動ガスとしては、ヘリウムガスを用いるのが一般的である。 For example, a cryogenic cooling device that achieves a cryogenic temperature of about 4K to 10K is roughly composed of a refrigerator, a compressor unit, a gas supply pipe, a gas recovery pipe, and the like. Further, helium gas is generally used as the working gas.
冷凍機はGMサイクル冷凍機或いはGM式パルス管冷凍機等であり、圧縮機ユニットからガス供給配管を介して供給される高圧ヘリウムガスは冷凍機内で膨張され、これにより寒冷が発生する。また、膨張されることにより低圧となった作動ガスは、ガス回収配管を介して圧縮機ユニットに回収され、圧縮機ユニットを構成する圧縮機により加圧され、再び冷凍機に向け供給される。この動作を繰り返し実施することにより、冷凍機は被冷却対象を極低温に冷却することができる。このように極低温冷却装置は極低温を実現できるため、研究施設や医療施設等の種々の分野において使用されている。 The refrigerator is a GM cycle refrigerator, a GM pulse tube refrigerator, or the like, and the high-pressure helium gas supplied from the compressor unit via the gas supply pipe is expanded in the refrigerator, thereby generating cold. In addition, the working gas, which has become low pressure by being expanded, is recovered to the compressor unit via the gas recovery pipe, pressurized by the compressor constituting the compressor unit, and supplied again to the refrigerator. By repeatedly performing this operation, the refrigerator can cool the object to be cooled to a very low temperature. Thus, since the cryogenic cooling device can realize cryogenic temperatures, it is used in various fields such as research facilities and medical facilities.
ところで、例えば研究施設等において精密測定等を実施する場合、測定精度を高める点より測定環境の振動を嫌う場合がある。このような環境下で極低温冷却装置を使用しようとした場合、圧縮ユニットは振動を発生するため、極低温冷却装置全体を精密測定機器の近傍に配置することは望ましくない。また、冷凍機と圧縮機ユニットとは離間して配置されており、冷凍機と圧縮機ユニットとの間に長くガス供給配管及びガス回収配管を配設することが行われている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、冷凍機と圧縮機ユニットとを離間して配置すると、必然的にガス供給配管及びガス回収配管の配設距離が長くなる。従来では、このガス供給配管及びガス回収配管は特に断熱処理等はされておらず、また通常の部屋内に配設されていた。 However, if the refrigerator and the compressor unit are arranged apart from each other, the arrangement distance between the gas supply pipe and the gas recovery pipe is inevitably increased. Conventionally, the gas supply pipe and the gas recovery pipe are not particularly heat-insulated, and are disposed in a normal room.
このため、ガス供給配管及びガス回収配管が配設された環境(以下、配設環境という)の温度が変化すると、これに伴いガス供給配管及びガス回収配管の温度も変化してしまう。具体的には、夏場においてガス供給配管及びガス回収配管が配設された部屋の室温が上昇すると、ガス供給配管及びガス回収配管の温度は上昇し、よって内部を流れる作動ガス(ヘリウム)の温度も上昇する。 For this reason, when the temperature of the environment in which the gas supply pipe and the gas recovery pipe are arranged (hereinafter referred to as the arrangement environment) changes, the temperature of the gas supply pipe and the gas recovery pipe also changes accordingly. Specifically, when the room temperature of the room in which the gas supply pipe and the gas recovery pipe are arranged increases in summer, the temperature of the gas supply pipe and the gas recovery pipe rises, and thus the temperature of the working gas (helium) flowing inside the room. Also rises.
ガス供給配管の場合には、圧縮機で圧縮された高圧のヘリウムガスは、圧縮処理により温度が室温よりも高くなっており、室内の環境温度変化により大きく影響を受けるようなことはない。 In the case of the gas supply pipe, the high-pressure helium gas compressed by the compressor has a temperature higher than the room temperature due to the compression process, and is not greatly affected by the environmental temperature change in the room.
しかしながら、ガス回収配管ではヘリウムガスが低圧であるため、ヘリウムガスの温度が上昇することにより吸入ガス量が増大し、これに伴い体積効率が低下して(即ち、薄められた状態となり)、圧縮機への実質的なヘリウムガスの流入量が減少してしまう。このため、圧縮機ユニットから冷凍機に供給するヘリウムガスの流量が減少してしまい、冷凍機において所望の寒冷を発生することができないという問題点があった。 However, since the helium gas has a low pressure in the gas recovery pipe, the intake gas amount increases as the temperature of the helium gas rises, and as a result, the volumetric efficiency decreases (that is, it becomes thinned), and the compression is performed. The substantial inflow of helium gas into the machine will decrease. For this reason, the flow rate of helium gas supplied from the compressor unit to the refrigerator is decreased, and there is a problem that desired cold cannot be generated in the refrigerator.
更に、冷凍機の用途として超電導電力貯蔵装置(以下、SMESという)があり、SMESでは超電導コイルの冷却に冷凍機を用いている。このSMESは、超電導コイルに電力のエネルギーを磁気エネルギーとして貯蔵している。 Furthermore, a superconducting power storage device (hereinafter referred to as SMES) is used as a refrigerator, and SMES uses a refrigerator to cool a superconducting coil. This SMES stores electric power energy as magnetic energy in a superconducting coil.
このSMESはさまざまな工場で使用され、中でも半導体関連の製造ラインでは、0.1秒程度でも電圧が低下する事態(以下、瞬低という)が生じては品質に支障をきたすため、これを補償し、所定電圧に回復させる機能を持つ。SMESでは、瞬低発生時には冷却装置への熱負荷が急増するので、冷凍能力を非常に高いレベルで維持する必要がある。 This SMES is used in various factories, and in particular for semiconductor-related production lines, if the voltage drops for about 0.1 seconds (hereinafter referred to as “instantaneous drop”), the quality will be hindered. And has a function of recovering to a predetermined voltage. In SMES, when a sag occurs, the heat load on the cooling device increases rapidly, so the refrigeration capacity must be maintained at a very high level.
上記したガス回収配管におけるヘリウムガスの温度上昇に起因した問題点を解決する方法として、ガス回収配管が配設された部屋を空調して一定の所定温度に保つことが考えられる。しかしながら、この方法では、部屋が大きい場合には設備的に空調することは容易ではない。また、圧縮機ユニットを機械室等に設置した場合には、部屋の気密性等の点で空調が適切でない場合が多い。ましてや、SMES及び冷凍機が設置される工場の設備棟は、無人であり空調もなく、温室効果等により屋外よりも高温になるという非常に厳しい環境である。 As a method for solving the problems caused by the temperature rise of the helium gas in the gas recovery pipe, it is conceivable to air-condition the room in which the gas recovery pipe is arranged to keep a predetermined temperature. However, with this method, it is not easy to air-condition equipment when the room is large. In addition, when the compressor unit is installed in a machine room or the like, air conditioning is often not appropriate in terms of airtightness of the room. Moreover, the facility building of the factory where SMES and refrigerators are installed is a very harsh environment in which it is unmanned, has no air conditioning, and becomes hotter than the outdoors due to the greenhouse effect and the like.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、環境温度の変化に拘らず、圧縮機ユニットから冷凍機に供給するヘリウムガスの流量を安定化しうる超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and a cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device capable of stabilizing the flow rate of helium gas supplied from a compressor unit to a refrigerator regardless of changes in environmental temperature. The purpose is to provide.
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.
請求項1記載の発明は、
冷凍機と、
該冷凍機と離間配置されており、前記冷凍機に高圧作動ガスを供給すると共に前記冷凍機からの低圧作動ガスを回収する圧縮機ユニットと、
前記圧縮機ユニットから前記高圧作動ガスを前記冷凍機に供給するためのガス供給配管と、
前記冷凍機から前記低圧作動ガスを前記圧縮機ユニットに回収するためのガス回収配管と、
前記ガス回収配管に設けられ、前記低圧作動ガスを冷却する冷却手段とを設けた超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置であって、
前記圧縮機ユニットに内設された圧縮機を、水冷装置から供給される冷却水により冷却される構成とし、
前記ガス回収配管に設けられた冷却手段を、前記水冷装置から供給される前記冷却水を利用して前記低圧作動ガスを冷却する水冷冷却器とし、
かつ、前記水冷冷却器を前記冷凍機と前記圧縮機との間に設けたことを特徴とするものである。
The invention described in
A refrigerator,
A compressor unit that is spaced apart from the refrigerator, supplies high-pressure working gas to the refrigerator, and collects low-pressure working gas from the refrigerator;
A gas supply pipe for supplying the high-pressure working gas from the compressor unit to the refrigerator;
A gas recovery pipe for recovering the low-pressure working gas from the refrigerator to the compressor unit ;
Wherein provided in the gas recovery pipe, wherein a superconducting energy storage device cooling cryogenic cooling apparatus provided with a cooling means for cooling the low-pressure working gas,
The compressor installed in the compressor unit is cooled by cooling water supplied from a water cooling device,
The cooling means provided in the gas recovery pipe is a water-cooled cooler that cools the low-pressure working gas using the cooling water supplied from the water-cooling device,
In addition, the water-cooled cooler is provided between the refrigerator and the compressor .
上記発明によれば、ガス回収配管に低圧作動ガスを冷却する冷却手段を設けたことにより、ガス回収配管が配設された環境温度が高くなり、これに伴いガス回収配管内を流れる作動ガスの温度が上昇しても、冷却手段により作動ガスは冷却された上で圧縮機ユニットに回収される。よって、圧縮機の体積効率の低下を抑制でき、圧縮機ユニットから冷凍機に確実に作動ガスを供給することができるため、冷凍機において所望の寒冷を発生させることができる。 According to the above invention, by providing the cooling means for cooling the low pressure working gas in the gas recovery pipe, the environmental temperature in which the gas recovery pipe is arranged becomes high, and accordingly the working gas flowing in the gas recovery pipe Even if the temperature rises, the working gas is cooled by the cooling means and then recovered by the compressor unit. Therefore, the reduction in volumetric efficiency of the compressor can be suppressed, and the working gas can be reliably supplied from the compressor unit to the refrigerator, so that desired coldness can be generated in the refrigerator.
また、ガス回収配管に設けられた冷却手段は、水冷装置から供給される冷却水を利用して低圧作動ガスを冷却するため、冷却手段を設けても徒に装置構成が複雑化することを防止できる。 Moreover, the cooling means provided in the gas recovery pipe cools the low-pressure working gas using the cooling water supplied from the water cooling device, so that even if a cooling means is provided, the device configuration is prevented from becoming complicated. it can.
また、請求項2記載の発明は、
請求項1に記載の超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置において、
前記冷却手段から前記圧縮機ユニットに至る間における前記ガス回収配管に断熱材を配設したことを特徴とするものである。
The invention according to claim 2
The cryogenic cooling device for cooling the superconducting power storage device according to
A heat insulating material is provided in the gas recovery pipe between the cooling means and the compressor unit.
上記発明によれば、冷却手段から圧縮機ユニットに至る間におけるガス回収配管に断熱材を配設したことにより、冷却手段により冷却された作動ガスが、冷却手段から圧縮機ユニットに至る間に昇温することを防止できる。 According to the above invention, by providing the heat insulating material in the gas recovery pipe between the cooling means and the compressor unit, the working gas cooled by the cooling means rises between the cooling means and the compressor unit. It can prevent warming.
また、請求項3記載の発明は、
請求項1又は2に記載の超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置において、
前記冷凍機は、蓄冷器式ヘリウム冷凍機であることを特徴とするものである。
The invention according to claim 3
In the cryogenic cooling device for cooling the superconducting power storage device according to
The refrigerator is a regenerator type helium refrigerator.
また、請求項4記載の発明は、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置において、
前記ガス回収配管の前記冷却手段から前記圧縮機ユニットに至る距離が、前記冷却手段から前記冷凍機に至る距離に比べて短いことを特徴とするものである。
The invention according to claim 4
The cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device according to any one of
The distance from the cooling means of the gas recovery pipe to the compressor unit is shorter than the distance from the cooling means to the refrigerator.
上記発明によれば、ガス回収配管の冷却手段から圧縮機ユニットに至る距離が冷却手段から冷凍機に至る距離に比べて短いため、冷却手段により冷却された作動ガスが、冷却手段から圧縮機ユニットに至る間に昇温することを防止できる。 According to the above invention, since the distance from the cooling means of the gas recovery pipe to the compressor unit is shorter than the distance from the cooling means to the refrigerator, the working gas cooled by the cooling means is transferred from the cooling means to the compressor unit. It is possible to prevent the temperature from rising during the process.
上述の如く本発明によれば、環境温度が高くなりガス回収配管内を流れる作動ガスの温度が上昇しても、冷却手段により作動ガスは冷却された上で圧縮機ユニットに回収されるため、作動ガスの体積効率の低下を抑制でき、圧縮機ユニットから冷凍機に確実に作動ガスを供給されるため、冷凍機において所望の寒冷を発生させることができる。 As described above, according to the present invention, even if the environmental temperature increases and the temperature of the working gas flowing in the gas recovery pipe rises, the working gas is cooled by the cooling means and then recovered to the compressor unit. A reduction in volumetric efficiency of the working gas can be suppressed, and the working gas is reliably supplied from the compressor unit to the refrigerator, so that desired coldness can be generated in the refrigerator.
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例である超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置10A(以下、単に極低温冷却装置10Aという)を示している。極低温冷却装置10Aは、大略すると冷凍機11、圧縮機ユニット12、ガス供給配管13、ガス回収配管14、及び水冷冷却器15等により構成されている。本実施例に係る極低温冷却装置10Aは、作動ガスとしてヘリウムガスを用いており、また振動の影響等より、冷凍機11と圧縮機ユニット12とを離間して配置した構成とされている。
FIG. 1 shows a
冷凍機11はGM冷凍機、スターリング冷凍機、或いはパルス管冷凍機等であり、ヘリウムガスを膨張させて寒冷を発生させる構成とされている。この冷凍機11はクライオスタット18に配設されており、そのコールドヘッド16がクライオスタット18内に配設された被冷却物17と熱的に接続された構成とされている。
The
圧縮機ユニット12は、ヘリウムガスを圧縮する圧縮機と、ヘリウムガスを圧縮することにより圧縮機に発生する熱を除去するための熱交換器等を内設した構成とされている(いずれも図示せず)。また、圧縮機はヘリウムガスを昇圧する際に熱を発生させるため、熱交換器はこの熱を冷却する機能を奏する。このため、圧縮機ユニット12には、熱交換器に対して冷却水を供給する冷却水注入配管19と、熱交換により昇温した冷却水を排水する冷却水排出配管20が設けられている。
The
ガス供給配管13及びガス回収配管14は、冷凍機11と圧縮機ユニット12との間に配設されている。各配管13,14は、ステンレス製の蛇腹状フレキシブルホースの内面に柔軟性のあるパイプ材を装着した構成とされている。この構成とすることにより、圧縮機ユニット12の圧縮機が稼動し振動が発生したしても、この振動は蛇腹状フレキシブルホースが弾性を有することから各配管13,14で吸収され、冷凍機11に伝達されることを防止できる。
The
ガス供給配管13は、圧縮機ユニット12で生成された高圧ヘリウムガスを冷凍機11に向け供給するための配管である。これに対し、ガス回収配管14は、冷凍機11で膨張されたことにより低圧となった低圧ヘリウムガスを圧縮機ユニット12に回収するための配管である。
The
ところで、本実施例のように冷凍機11と圧縮機ユニット12を離間して配置し、その間をガス供給配管13及びガス回収配管14で接続する構成では、各配管13,14が配設された部屋の環境温度により、各配管13,14内を流れるヘリウムガスが影響を受けることは前述した通りである。
By the way, in the configuration in which the
また、特にガス回収配管14を流れるヘリウムガスが環境温度の影響を受け易く、ヘリウムガスの温度が上昇した場合には、吸入ガス量が増大して体積効率が低下し、圧縮機への実質的なヘリウムガスの流入量が減少することにより、圧縮機ユニットから冷凍機に供給するヘリウムガスの流量が減少し、冷凍機において所望の寒冷を発生することができなくなることも前述した通りである。
In particular, the helium gas flowing through the
そこで、実施例に係る極低温冷却装置10Aは、ガス回収配管14に低圧のヘリウムガスを冷却する水冷冷却器15を設けた構成とした。この水冷冷却器15は冷却水供給装置21が接続されており、冷却水注入配管22を介して冷却水が供給され、冷却水排出配管23を介して使用済みの冷却水が冷却水供給装置21に向け排出される。
Therefore, the
この水冷冷却器15は、図1に加えて図2に示すように、4つのポートPW1,PW2,PG1,PG2を有している。ポートPW1とポートPW2は連通されており、ポートPW1からポートPW2に向け冷却水が流れる構成とされている(以下、ポートPW1を注水ポートPW1といい、ポートPW2を排水ポートPW2という)。また、ポートPG1とポートPG2も連通されており、ポートPG1からポートPG2に向けヘリウムガスが流れる構成とされている(以下、ポートPG1をガス注入ポートPG1といい、ポートPG2をガス排出ポートPG2という)。
As shown in FIG. 2 in addition to FIG. 1, the water-cooled
注水ポートPW1は前記した冷却水注入配管22に接続されており、よって冷却水供給装置21から冷却水が供給される。また、排水ポートPW2は前記した冷却水排出配管23に接続されており、よって冷却済みの冷却水は注水ポートPW2から冷却水供給装置21に回収される。
The water injection port PW1 is connected to the cooling
一方、ガス注入ポートPG1は、冷凍機11側のガス回収配管14に接続されている。よって、冷凍機11で膨張することにより低圧となったヘリウムガスは、圧縮機ユニット12に回収される前にガス注入ポートPG1から水冷冷却器15に流入する。また、ガス排出ポートPG2は、圧縮機ユニット12側のガス回収配管14に接続されている。
On the other hand, the gas injection port PG1 is connected to the
ここで、注水ポートPW1から排水ポートPW2に至る冷却水の通路と、ガス注入ポートPG1からガス排出ポートPG2に至るヘリウムガスの通路は、水冷冷却器15のハウジング24内に配設された隔壁25により画成されている。また、隔壁25には熱交換部26が設けられており、その表面積が大きくなるよう構成されている。
Here, a cooling water passage from the water injection port PW1 to the drainage port PW2 and a helium gas passage from the gas injection port PG1 to the gas discharge port PG2 are provided in the
このため、ガス注入ポートPG1から流入したヘリウムガスは、注水ポートPW1から排水ポートPW2に向け流れる冷却水により冷却され、その上でガス排出ポートPG2から排出される。そして、水冷冷却器15で冷却されたヘリウムガスは、排水ポートPW2及びガス回収配管14を介して圧縮機ユニット12に回収される。
For this reason, the helium gas flowing in from the gas injection port PG1 is cooled by the cooling water flowing from the water injection port PW1 to the drainage port PW2, and then discharged from the gas discharge port PG2. Then, the helium gas cooled by the water-cooled
このように、本実施例に係る極低温冷却装置10Aは、ガス回収配管14に低圧のヘリウムガスを冷却する水冷冷却器15を設けたことにより、ガス回収配管14が配設された環境温度が高くなり、これに伴いガス回収配管14内を流れるヘリウムガスの温度が上昇しても、ヘリウムガスは水冷冷却器15により冷却された上で圧縮機ユニット12に回収される。
As described above, the
圧縮機ユニット12の圧縮機の体積効率は、吸入ガス温度(絶対温度)に反比例するため、圧縮機ユニット12(圧縮機)の直前でヘリウムガスを冷却することにより圧縮機流量を増大させることができる。具体的には、夏場にガス回収配管14が配設された室温が40℃になるとすれば、配管内部を流れるヘリウムガスの温度も室温と略同じ40℃となる。
Since the volumetric efficiency of the compressor of the
しかしながら、本実施例のようにガス回収配管14に水冷冷却器15を配設することにより、ガス回収配管14内を流れるヘリウムガスは冷却されて例えば20℃とすることができる。単純にこの温度比により流量を演算すると、20℃におけるヘリウムガスの実質的な流量は、40℃のときに比べて6.4%増加することとなる。また、冷凍機11の冷凍能力は、ヘリウムガスの流量と略比例関係にある。
However, by providing the water cooling cooler 15 in the
よって、本実施例のようにガス回収配管14を流れるヘリウムガスを水冷冷却器15で冷却することにより、圧縮機の体積効率の低下が抑制され、圧縮機ユニット12から冷凍機11に向け高流量のヘリウムガスを安定して供給することが可能となる。よって、ガス回収配管14が配設された環境温度が上昇しても、冷凍機11における冷凍能力は増大し、冷凍機11において所望の寒冷を発生させることが可能となる。
Therefore, by cooling the helium gas flowing through the
尚、本実施例では、ガス回収配管14の水冷冷却器15から圧縮機ユニット12に至る距離が、水冷冷却器15から冷凍機11に至る距離に比べて短くなるよう設定している。これにより、水冷冷却器15により冷却されたヘリウムガスが、水冷冷却器15から圧縮機ユニット12に至る間に昇温することを防止できる。
In the present embodiment, the distance from the water cooling cooler 15 to the
次に、本発明の第2実施例について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図3は、第2実施例である極低温冷却装置10Bを示している。尚、図3において、図1及び図2に示した第1実施例に係る極低温冷却装置10Aと同一構成については同一符号を付し、その説明を省略するものとする。また、後の第3及び第4実施例の説明に用いる図4及び図5についても同様とする。
FIG. 3 shows a cryogenic cooling device 10B according to the second embodiment. In FIG. 3, the same components as those of the
第1実施例に係る極低温冷却装置10Aは、圧縮機ユニット12を冷却する冷却系(チラー)と、ガス回収配管14を冷却する水冷冷却器15に対して冷却水を供給するチラー27とを独立分離した構成としていた。これに対して本実施例に係る極低温冷却装置10Bは、圧縮機ユニット12を冷却する冷却水を利用して水冷冷却器15をも冷却するよう構成としたことを特徴とするものである。
The
具体的には、圧縮機ユニット12を冷却する構成として従来から用いられていたと同一或いは出力を増大したチラー27を用い、このチラー27に冷却水注入配管22の一端を接続すると共に、他端を注水ポートPW1に接続する。また、排水ポートPW2には、圧縮機ユニット12に一端が接続された冷却水注入配管19の他端部を接続する。更に、圧縮機ユニット12とチラー27とを冷却水排出配管20により接続する。
More specifically, a
これにより、チラー27から送り出された冷却水は、先ず注水ポートPW1から水冷冷却器15に供給され、水冷冷却器15においてガス回収配管14内を流れる低圧のヘリウムガスを冷却する。前記したように、この水冷冷却器15においては、40℃のヘリウムガスを20℃に冷却するものであるため冷却水の温度上昇はさほど大きくなく、よってこの冷却水を圧縮機ユニット12の圧縮機を冷却する冷却水として使用することが可能である。
Thereby, the cooling water sent out from the
このため、排水ポートPW2から排出された冷却水は、冷却水注入配管19を介して圧縮機ユニット12に供給されるよう構成している。そして、圧縮機ユニット12内の圧縮機を冷却し、これにより昇温した冷却水は、冷却水排出配管20を介してチラー27に回収される。
For this reason, the cooling water discharged from the drain port PW2 is configured to be supplied to the
このように本実施例に係る極低温冷却装置10Bによれば、ガス回収配管14に設けられた水冷冷却器15は、圧縮機を冷却するためのチラー27から供給される冷却水を利用して低圧のヘリウムガスを冷却する。このため、水冷冷却器15を設けても徒に極低温冷却装置10Bの構成が複雑化することはなく、ガス回収配管14が配設された環境温度の上昇に、簡単かつ安価な構成で確実に対応することが可能となる。
Thus, according to the cryogenic cooling device 10B according to the present embodiment, the water-cooled
次に、本発明の第3実施例について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図4は、第3実施例である極低温冷却装置10Cを示している。本実施例に係る極低温冷却装置10Cは、水冷冷却器15から圧縮機ユニット12に至る間におけるガス回収配管14を断熱材28により覆った構成としたことを特徴とするものである。この断熱材28は、外部環境の温度がガス回収配管14内を流れるヘリウムガスに熱伝導しないものであれば、特にその材質が特定されるものではない。
FIG. 4 shows a cryogenic cooling device 10C according to the third embodiment. The cryogenic cooling device 10 </ b> C according to the present embodiment is characterized in that the
本実施例に係る極低温冷却装置10Cによれば、水冷冷却器15から圧縮機ユニット12に至る間におけるガス回収配管14に断熱材28を配設したことにより、水冷冷却器15により冷却されたヘリウムガスが、水冷冷却器15から圧縮機ユニット12に至る間に昇温することを防止できる。
According to the cryogenic cooling device 10 </ b> C according to the present embodiment, the
次に、本発明の第4実施例について説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
図5は、第4実施例である極低温冷却装置10Dを示している。前記した各実施例に係る極低温冷却装置10A〜10Cは、ガス回収配管14にのみ水冷冷却器15を配設した構成としていた。これに対して本実施例に係る極低温冷却装置10Dは、圧縮機で昇圧されたヘリウムガスが流れるガス供給配管13に対しても水冷冷却器30を配設したことを特徴とするものである。
FIG. 5 shows a cryogenic cooling device 10D according to the fourth embodiment. The cryogenic cooling devices 10 </ b> A to 10 </ b> C according to the respective embodiments described above have a configuration in which the water-cooled
この水冷冷却器30は水冷冷却器15と同一構成であり、4つのポートPW3,PW4,PG3,PG4を有している。注水ポートPW3は冷却水排出配管23を介して水冷冷却器15の排水ポートPW2に接続されており、よって水冷冷却器15を通った冷却水が供給されるよう構成されている。また、注水ポートPW4は冷却水注入配管19を介して圧縮機ユニット12に接続されている。
This water-cooled
一方、ガス注入ポートPG3は、冷凍機11側のガス供給配管13に接続されている。また、ガス排出ポートPG4は、圧縮機ユニット12側のガス供給配管13に接続されている。従って、圧縮機ユニット12内の圧縮機で加圧されたヘリウムガスは、水冷冷却器30で冷却された後に冷凍機11に供給される。
On the other hand, the gas injection port PG3 is connected to the
本実施例によれば、圧縮機ユニット12から冷凍機11に向け流れる高圧のヘリウムガスに対しても、環境温度の上昇に伴いガス供給配管13内を流れるヘリウムガスの温度上昇を抑制することができる。よって、冷凍機11への供給側のヘリウムガスに対しても体積効率の低下が抑制され、冷凍機11における冷凍能力の増大を図ることができる。
According to the present embodiment, even for the high-pressure helium gas flowing from the
10A〜10D 極低温冷却装置
11 冷凍機
12 圧縮機ユニット
13 ガス供給配管
14 ガス回収配管
15,30 水冷冷却器
16 コールドヘッド
17 被冷却物
18 熱シールド
19,22 冷却水注入配管
20,23 冷却水排出配管
21 冷却水供給装置
24 ハウジング
25 隔壁
26 熱交換部
27 チラー
28 断熱材
10A to 10D
Claims (4)
該冷凍機と離間配置されており、前記冷凍機に高圧作動ガスを供給すると共に前記冷凍機からの低圧作動ガスを回収する圧縮機ユニットと、
前記圧縮機ユニットから前記高圧作動ガスを前記冷凍機に供給するためのガス供給配管と、
前記冷凍機から前記低圧作動ガスを前記圧縮機ユニットに回収するためのガス回収配管と、
前記ガス回収配管に設けられ、前記低圧作動ガスを冷却する冷却手段とを設けた超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置であって、
前記圧縮機ユニットに内設された圧縮機を、水冷装置から供給される冷却水により冷却される構成とし、
前記ガス回収配管に設けられた冷却手段を、前記水冷装置から供給される前記冷却水を利用して前記低圧作動ガスを冷却する水冷冷却器とし、
かつ、前記水冷冷却器を前記冷凍機と前記圧縮機との間に設けたことを特徴とする超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置。 A refrigerator,
A compressor unit that is spaced apart from the refrigerator and that supplies high-pressure working gas to the refrigerator and collects low-pressure working gas from the refrigerator;
A gas supply pipe for supplying the high-pressure working gas from the compressor unit to the refrigerator;
A gas recovery pipe for recovering the low-pressure working gas from the refrigerator to the compressor unit ;
Wherein provided in the gas recovery pipe, wherein a superconducting energy storage device cooling cryogenic cooling apparatus provided with a cooling means for cooling the low-pressure working gas,
The compressor built in the compressor unit is configured to be cooled by cooling water supplied from a water cooling device,
The cooling means provided in the gas recovery pipe is a water-cooled cooler that cools the low-pressure working gas using the cooling water supplied from the water-cooling device,
A cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device , wherein the water-cooled cooler is provided between the refrigerator and the compressor .
前記冷却手段から前記圧縮機ユニットに至る間における前記ガス回収配管に断熱材を配設したことを特徴とする超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置。 The cryogenic cooling device for cooling the superconducting power storage device according to claim 1 ,
A cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device, wherein a heat insulating material is disposed in the gas recovery pipe between the cooling means and the compressor unit.
前記冷凍機は、蓄冷器式ヘリウム冷凍機であることを特徴とする超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置。 In the cryogenic cooling device for cooling the superconducting power storage device according to claim 1 or 2 ,
The cryocooler for cooling a superconducting power storage device, wherein the refrigerator is a regenerator-type helium refrigerator.
前記ガス回収配管の前記冷却手段から前記圧縮機ユニットに至る距離が、前記冷却手段から前記冷凍機に至る距離に比べて短いことを特徴とする超電導電力貯蔵装置冷却用極低温冷却装置。 The cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device according to any one of claims 1 to 3,
A cryogenic cooling device for cooling a superconducting power storage device, wherein a distance from the cooling means to the compressor unit of the gas recovery pipe is shorter than a distance from the cooling means to the refrigerator.
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