JP4753304B2 - Superconducting coil condition monitoring device, superconducting coil monitoring standard creation method, and superconducting energy storage device - Google Patents

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Description

本発明は、超電導部材、例えば、超電導エネルギー貯蔵装置等に使用される超電導コイルの状態を監視する技術に関する。   The present invention relates to a technique for monitoring the state of a superconducting member, for example, a superconducting coil used in a superconducting energy storage device or the like.

超電導コイルのエネルギー貯蔵能力を利用した超電導エネルギー貯蔵装置(ＳＭＥＳ：Superconducting Magnetic Energy Storage System)が開発されている。超電導エネルギー貯蔵装置は、超電導体により形成された超電導線を巻回して構成された超電導コイルと、超電導コイルを冷却する冷却装置と、超電導コイルにエネルギーを貯蔵する動作または超電導コイルに貯蔵されているエネルギーを放出する動作を制御するスイッチ手段等を有している。超電導体としては、一般的には、金属系超電導体や酸化物超電導体が知られている。
ここで、金属系超電導体は臨界温度（超電導状態を維持することができる温度）が低い（例えば、ＮｂＴｉの場合９Ｋ）ため、金属系超電導体により形成された超電導コイルを用いる場合には、液体ヘリウム等の冷媒を用いた高価な冷却装置が必要である。
一方、酸化物超電導体は、金属系超電導体に比べて臨界温度が高い（例えば、ビスマス系の場合９０Ｋ）。また、近年、安価で冷却能力が高い伝導式冷却装置が開発されている。伝導式冷却装置は、冷凍機の冷却部を、伝熱体を介して被冷却体（例えば、超電導コイル）に接続することによって被冷却体を冷却する。そこで、酸化物超電導体により形成された超電導コイルを用いるとともに、超電導コイルを冷却する冷却装置として伝導式冷却装置を用いた超電導エネルギー貯蔵装置が開発されている。（特許文献１参照）
なお、超電導コイルの温度が上昇してクエンチ（超電導状態から常電導状態への転移）が発生すると、超電導コイルの溶断等が発生する可能性がある。このため、超電導コイルにクエンチが発生したことを監視する技術が提案されている。例えば、超電導コイルの両端の発生電圧と設定電圧とを比較することによって、超電導コイルにクエンチが発生したことを監視する技術が知られている。（特許文献２参照）
特開２００５−１２９６０９号公報 特開平１１−１０２８０８号公報 A superconducting energy storage system (SMES) utilizing the energy storage capacity of a superconducting coil has been developed. The superconducting energy storage device is a superconducting coil formed by winding a superconducting wire formed of a superconductor, a cooling device for cooling the superconducting coil, an operation for storing energy in the superconducting coil, or stored in the superconducting coil. It has switch means etc. which control the operation | movement which discharge | releases energy. As superconductors, metal-based superconductors and oxide superconductors are generally known.
Here, since the metal-based superconductor has a low critical temperature (temperature at which the superconducting state can be maintained) is low (for example, 9K in the case of NbTi), when using a superconducting coil formed of a metal-based superconductor, An expensive cooling device using a refrigerant such as helium is required.
On the other hand, an oxide superconductor has a higher critical temperature than a metal superconductor (for example, 90 K in the case of a bismuth system). In recent years, conductive cooling devices that are inexpensive and have high cooling capacity have been developed. The conduction type cooling device cools the object to be cooled by connecting the cooling unit of the refrigerator to the object to be cooled (for example, a superconducting coil) through the heat transfer body. Therefore, a superconducting energy storage device using a superconducting coil formed of an oxide superconductor and using a conductive cooling device as a cooling device for cooling the superconducting coil has been developed. (See Patent Document 1)
Note that when the temperature of the superconducting coil rises and quenching (transition from the superconducting state to the normal conducting state) occurs, the superconducting coil may melt. For this reason, a technique for monitoring the occurrence of quenching in the superconducting coil has been proposed. For example, a technique for monitoring that a quench has occurred in a superconducting coil by comparing a generated voltage at both ends of the superconducting coil with a set voltage is known. (See Patent Document 2)
JP 2005-129609 A JP-A-11-102808

特許文献２に示されている技術を用いることにより、超電導コイルにクエンチが発生したか否かを監視することができる。しかしながら、クエンチが発生していない場合には、超電導コイルが現在どのような状態にあるのかを監視することができない。例えば、超電導コイルが、クエンチが発生する直前の状態にあるのか、あるいは、クエンチが発生するまで余裕がある状態にあるのかを監視することができない。特に、超電導コイルが超電導状態から常電導状態に移行し（クエンチが発生し）、超電導コイルに熱暴走（超電導コイルの温度が急激に上昇する現象）が発生すると、その影響が大きい。このため、超電導コイルに熱暴走が発生する直前の状態にあるのか、あるいは、熱暴走が発生するまで余裕がある状態にあるのか等を監視することができる技術の開発が要望されている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、クエンチ、特に、熱暴走等の異常発熱に対する超電導コイルの状態を簡単な構成で容易に監視することができる超電導コイルの監視技術を提供することを目的とする。 By using the technique disclosed in Patent Document 2, it is possible to monitor whether or not quenching has occurred in the superconducting coil. However, when quenching has not occurred, it is impossible to monitor what state the superconducting coil is currently in. For example, it cannot be monitored whether the superconducting coil is in a state immediately before the quench occurs or whether there is a margin until the quench occurs. In particular, when the superconducting coil shifts from the superconducting state to the normal conducting state (quenching occurs) and thermal runaway occurs in the superconducting coil (a phenomenon in which the temperature of the superconducting coil increases rapidly), the influence is great. For this reason, there is a demand for development of a technique that can monitor whether the superconducting coil is in a state immediately before thermal runaway occurs or whether there is a margin until thermal runaway occurs.
The present invention was devised in view of the above points, and is a superconducting coil monitoring technique capable of easily monitoring the state of a superconducting coil with respect to quenching, particularly abnormal heat generation such as thermal runaway, with a simple configuration. The purpose is to provide.

前記課題を解決するための発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおり超電導コイルの監視基準作成方法である。A first aspect of the invention for solving the above-described problems is a superconducting coil monitoring reference creation method as described in claim 1.
本発明は、超電導コイルの発熱量をＰ（＝電圧Ｖ×電流Ｉ）、温度をＴとした場合、Ｐ−Ｔ空間上では、超電導コイルの負荷状態（電流）に依存しない監視基準を設定することができるという新規な着想に基づいている。In the present invention, when the heat generation amount of the superconducting coil is P (= voltage V × current I) and the temperature is T, a monitoring reference that does not depend on the load state (current) of the superconducting coil is set on the PT space. It is based on a new idea that it can.
本発明では、監視対象である超電導コイルに通電し、同じ時点での超電導コイルの発熱量と温度の組み合わせを複数の時点で検出する。超電導コイルの発熱量と温度は、超電導コイルの各箇所で異なる場合には、同じ箇所の発熱量と温度を検出する。例えば、発熱量Ｐを電圧Ｖと電流Ｉの積によって検出する場合、電流は共通であるが、電圧は各箇所によって異なる。また、温度も各箇所によって異なる。したがって、この場合には、同じ箇所の電圧Ｖと温度Ｔを検出する。In the present invention, the superconducting coil to be monitored is energized, and the combination of the heat generation amount and the temperature of the superconducting coil at the same time is detected at a plurality of times. When the heat generation amount and temperature of the superconducting coil are different at each location of the superconducting coil, the heat generation amount and temperature at the same location are detected. For example, when the heat generation amount P is detected by the product of the voltage V and the current I, the current is common, but the voltage varies depending on each location. Also, the temperature varies depending on each location. Therefore, in this case, the voltage V and temperature T at the same location are detected.
なお、「同じ時点」は厳密に同じ時点でなくてもよく、また、「同じ箇所」は厳密に同じ箇所でなくてもよい。The “same time point” does not have to be exactly the same time point, and the “same location” does not have to be exactly the same location.
ここで、監視対象である超電導コイルの発熱量と温度は、実際の超電導コイルの形状や冷却装置の構造等を模擬した試験装置を用いて検出する方法や、実際の超電導コイルの形状や冷却装置の構造等を模擬した計算モデルを用いて熱伝導解析を行うことによって検出する方法を用いることができる。Here, the calorific value and temperature of the superconducting coil to be monitored can be detected using a test device that simulates the actual superconducting coil shape, cooling device structure, etc., or the actual superconducting coil shape and cooling device. It is possible to use a method of detecting by conducting a heat conduction analysis using a calculation model simulating the structure and the like.
次に、検出した同じ時点の発熱量と温度の組み合わせに基づいて、超電導コイルの熱暴走検出点を判別する。熱暴走検出点は、温度が急激に上昇した点を用いる。超電導コイルへの通電パターンに複数のパルス状の通電パターンが含まれている場合には、温度を検出した箇所の電圧の、各パルス状の通電パターンで通電した時のピーク値の包絡線が下に凸の曲線となった時点を熱暴走検出点として用いることができる。Next, the thermal runaway detection point of the superconducting coil is determined based on the combination of the detected heat generation amount and temperature at the same time point. As the thermal runaway detection point, a point at which the temperature rapidly increases is used. When multiple energization patterns are included in the energization pattern to the superconducting coil, the peak value envelope of the voltage at the location where the temperature is detected when energizing each pulse-shaped energization pattern is The point at which the curve becomes a convex curve can be used as a thermal runaway detection point.
そして、超電導コイルへの通電、同じ時点での発熱量と温度の組み合わせの検出、熱暴走検出点の判別を、複数の通電パターンについて行う。複数の通電パターンは、例えば、振幅値、時間変化率、周期等のパラメータが異なる通電パターンを用いられる。Then, energization of the superconducting coil, detection of a combination of heat generation amount and temperature at the same time point, and determination of a thermal runaway detection point are performed for a plurality of energization patterns. As the plurality of energization patterns, for example, energization patterns having different parameters such as an amplitude value, a time change rate, and a cycle are used.
次に、判別した熱暴走検出点に基づいて超電導コイルの監視基準を作成する。監視基準を作成する方法としては、典型的には、発熱量Ｐ−温度Ｔ空間平面上に発熱量と温度の組み合わせで表される熱暴走検出点をプロットし、熱暴走に至った領域と熱暴走に至らなかった領域との境界線、あるいは熱暴走に至った領域や熱暴走に至らなかった領域を監視基準として作成する方法が用いられる。Next, a superconducting coil monitoring reference is created based on the determined thermal runaway detection point. As a method of creating a monitoring standard, typically, a thermal runaway detection point represented by a combination of a calorific value and a temperature is plotted on a calorific value P-temperature T space plane, and the region and thermal A method is used in which a boundary line with an area where runaway has not occurred, an area where thermal runaway has occurred, or an area where thermal runaway has not occurred as a monitoring standard is used.
計算装置（シミュレーション装置）により、計算モデルの熱伝導解析を行うことによって超電導コイルの発熱量や温度を算出する方法を用いる場合には、超電導コイルの発熱量や温度を容易に得ることができる。さらに、計算装置（シミュレーション装置）により、熱暴走検出点を検出する方法を用いる場合には、監視基準を容易に作成することができる。When a method of calculating the heat generation amount and temperature of the superconducting coil by performing heat conduction analysis of the calculation model with a calculation device (simulation device), the heat generation amount and temperature of the superconducting coil can be easily obtained. Furthermore, when a method of detecting a thermal runaway detection point is used by a calculation device (simulation device), a monitoring reference can be easily created.
本発明では、超電導コイルを監視する監視基準を容易に作成することができる。In the present invention, it is possible to easily create a monitoring reference for monitoring a superconducting coil.

発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおり超電導コイルの監視基準作成方法である。A second aspect of the invention is a superconducting coil monitoring reference creation method as described in claim 2.
本発明では、超電導コイルの通電パターンとして、超電導コイルの充電と放電を繰り返す通電パターンを用いる。超電導コイルの充電と放電を繰り返す通電パターンとしては、典型的には、パルス状の通電パターンが用いられる。この方法を用いる場合には、前記した、各パルス状の通電パターンで通電した場合の電圧のピーク値の包絡線を用いて熱暴走検出点を判別することができる。In the present invention, an energization pattern that repeats charging and discharging of the superconducting coil is used as the energizing pattern of the superconducting coil. As the energization pattern that repeats charging and discharging of the superconducting coil, a pulsed energization pattern is typically used. When this method is used, the thermal runaway detection point can be determined using the envelope of the peak value of the voltage when energized with each pulse-shaped energization pattern described above.
本発明は、超電導コイルを用いた超電導エネルギー貯蔵装置、特に、高温超電導体であるビスマス系やイットリウム系の酸化物超電導体により形成された超電導線を巻回して構成された超電導コイルと、伝導式冷却装置を備える超電導エネルギー貯蔵装置に好適に用いることができる。The present invention relates to a superconducting energy storage device using a superconducting coil, in particular, a superconducting coil formed by winding a superconducting wire formed of a bismuth-based or yttrium-based oxide superconductor which is a high-temperature superconductor, and a conductive type It can be suitably used for a superconducting energy storage device provided with a cooling device.

本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおり超電導コイルの状態監視装置である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a superconducting coil state monitoring apparatus as described in claim 3.
本発明は、クエンチ、特に、クエンチによる熱暴走等の超電導コイルの発熱状態を検出する際に好適に用いることができる。The present invention can be suitably used when detecting a heat generation state of a superconducting coil such as quenching, in particular, thermal runaway due to quenching.
本発明は、超電導コイルの発熱量をＰ、温度をＴとした場合、Ｐ−Ｔ空間上では、超電導コイルの負荷状態（電流）に依存しない共通の監視基準を設定することができるという新規な着想に基づいて、超電導コイルの状態を監視する。According to the present invention, when the heat generation amount of the superconducting coil is P and the temperature is T, a common monitoring standard that does not depend on the load state (current) of the superconducting coil can be set on the PT space. Based on the idea, the state of the superconducting coil is monitored.
本発明は、超電導コイルの発熱量Ｐ、温度Ｔを検出するための発熱量検出手段、温度検出手段と、発熱量検出手段により検出された発熱量と温度検出手段により検出された温度に基づいて超電導コイルの状態を監視する状態監視手段を備えている。  The present invention is based on the heat generation amount detection means for detecting the heat generation amount P and temperature T of the superconducting coil, the temperature detection means, the heat generation amount detected by the heat generation amount detection means, and the temperature detected by the temperature detection means. State monitoring means for monitoring the state of the superconducting coil is provided.
発熱量検出手段は、超電導コイルの電圧Ｖを検出する電圧検出手段と、超電導コイルの電流Ｉを検出する電流検出手段と、電圧検出手段で検出した電圧Ｖと電流検出手段で検出した電流Ｉを乗算処理して超電導コイルの発熱量Ｐ（＝Ｖ×Ｉ）を算出する発熱量算出手段により構成することができる。電圧検出手段や電流検出手段としては公知の種々の電圧検出手段や電流検出手段を用いることができる。また、発熱量算出手段としては、公知の種々の演算手段や処理手段（ＣＰＵ）を用いることができる。また、この場合、発熱量算出手段の処理と状態監視手段の処理を、共通の処理手段（ＣＰＵ）で実行するように構成することもできる。The calorific value detection means includes a voltage detection means for detecting the voltage V of the superconducting coil, a current detection means for detecting the current I of the superconducting coil, the voltage V detected by the voltage detection means and the current I detected by the current detection means. The heat generation amount calculating means for calculating the heat generation amount P (= V × I) of the superconducting coil by multiplication processing can be used. Various known voltage detection means and current detection means can be used as the voltage detection means and current detection means. As the calorific value calculation means, various known calculation means and processing means (CPU) can be used. In this case, the processing of the calorific value calculation means and the processing of the state monitoring means may be executed by a common processing means (CPU).
なお、発熱量検出手段及び温度検出手段は、超電導体の同じ箇所の発熱量と温度を検出するように配置あるいは構成するのが好ましい。例えば、温度と電流により発熱量を検出する発熱量検出手段を用いる場合には、同じ箇所の電圧と温度を検出するように電圧検出手段と温度検出手段を配置あるいは構成するのが好ましい。さらに、負荷電流が流れた時に最も温度上昇が大きい箇所の発熱量と温度を検出するように構成するのが好ましい。In addition, it is preferable to arrange | position or comprise a calorific value detection means and a temperature detection means so that the calorific value and temperature of the same location of a superconductor may be detected. For example, when using a calorific value detection means that detects the calorific value based on temperature and current, it is preferable to arrange or configure the voltage detection means and the temperature detection means so as to detect the voltage and temperature at the same location. Furthermore, it is preferable that the heat generation amount and the temperature of the portion where the temperature rise is greatest when the load current flows are detected.
状態監視手段は、同じ時点で検出された発熱量と温度の組み合わせを、Ｐ−Ｔ空間上で超電導コイルの監視基準と比較し、比較結果に基づいて超電導コイルの状態、特に、発熱状態を監視する。超電導コイルの監視基準は、第１発明または第２発明の超電導コイルの監視基準作成方法を用いて作成した超電導コイルの監視基準が用いられる。The state monitoring means compares the combination of the heat generation amount and the temperature detected at the same time point with the superconducting coil monitoring standard in the PT space, and monitors the state of the superconducting coil, particularly the heat generation state, based on the comparison result. To do. As the superconducting coil monitoring standard, the superconducting coil monitoring standard created by using the superconducting coil monitoring standard creation method of the first or second invention is used.
なお、「同じ時点」は、厳密に同じ時点でなくてもよい。また、「同じ箇所」は、厳密に同じ箇所でなくてもよい。The “same time point” may not be exactly the same time point. Further, the “same part” may not be exactly the same part.
本発明は、超電導コイルを用いた超電導エネルギー貯蔵装置、特に、高温超電導体であるビスマス系やイットリウム系の酸化物超電導体により形成された超電導線を巻回して構成された超電導コイルと、伝導式冷却装置を備える超電導エネルギー貯蔵装置に好適に用いることができる。The present invention relates to a superconducting energy storage device using a superconducting coil, in particular, a superconducting coil formed by winding a superconducting wire formed of a bismuth-based or yttrium-based oxide superconductor which is a high-temperature superconductor, and a conductive type It can be suitably used for a superconducting energy storage device provided with a cooling device.
本発明では、超電導コイルの発熱状態を簡単な構成で容易に監視することができる。In the present invention, the heat generation state of the superconducting coil can be easily monitored with a simple configuration.

発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおり超電導エネルギー貯蔵装置である。
本発明は、超電導エネルギー貯蔵装置に設けられている超電導コイルの状態を監視する。
本発明は、超電導コイルと、超電導コイルを冷却する冷却装置と、超電導コイルへのエネルギーの貯蔵と、超電導コイルに貯蔵されているエネルギーの放出を制御する制御手段を備えている。制御手段としては、例えば、超電導コイルへ電力を供給する電力路に設けられたスイッチ手段と、超電導コイルに並列に設けられるスイッチ手段等により構成される。スイッチ手段は、超電導エネルギー貯蔵装置が接続される電源線の電圧や電力を制御する制御装置によって制御される。
また、本発明は、超電導コイルの発熱量を検出する発熱量検出手段と、超電導コイルの温度を検出する温度検出手段と、超電導コイルの状態を監視する監視手段を備えている。
発熱量検出手段は、例えば、超電導コイルの発熱量を直接検出してもよいが、一般的には、電圧検出手段により検出された超電導コイルの電圧と電流検出手段により検出された超電導コイルの電流を乗算して発熱量を算出するものが用いられる。この場合、電圧検出手段は、温度検出手段で検出する箇所と同じ箇所の電圧を検出するように設けられる。
監視手段は、同じ時点で発熱量検出手段で検出された（同じ時点で検出された電圧と電流を用いて算出された発熱量）と温度検出手段で検出された温度の組み合わせを、超電導コイルの監視基準と比較し、比較結果に基づいて超電導コイルの状態を監視する。監視手段は、典型的には、発熱量Ｐ−温度Ｔ空間上で、検出された発熱量と温度の組み合わせを超電導コイルの監視基準と比較する。超電導コイルの監視基準は、第１発明または第２発明の超電導コイルの監視基準作成方法を用いて作成した超電導コイルの監視基準が用いられる。
本発明では、超電導エネルギー貯蔵装置に設けられている超電導コイルの状態、特に発熱状態を簡単な構成で容易に監視することができる。 A fourth aspect of the invention is a superconducting energy storage device as described in claim 4.
The present invention monitors the state of a superconducting coil provided in a superconducting energy storage device.
The present invention includes a superconducting coil, a cooling device that cools the superconducting coil, storage of energy in the superconducting coil, and control means for controlling release of energy stored in the superconducting coil. The control means includes, for example, switch means provided in a power path for supplying power to the superconducting coil, switch means provided in parallel to the superconducting coil, and the like. The switch means is controlled by a control device that controls the voltage and power of the power line to which the superconducting energy storage device is connected.
The present invention also includes a heat generation amount detecting means for detecting the heat generation amount of the superconducting coil, a temperature detecting means for detecting the temperature of the superconducting coil, and a monitoring means for monitoring the state of the superconducting coil.
For example, the calorific value detection means may directly detect the calorific value of the superconducting coil, but in general, the voltage of the superconducting coil detected by the voltage detecting means and the current of the superconducting coil detected by the current detecting means. Is used to calculate the calorific value. In this case, the voltage detection means is provided so as to detect the voltage at the same location as that detected by the temperature detection means.
The monitoring means determines the combination of the temperature detected by the temperature detection means and the combination of the temperature detected by the temperature detection means (the calorific value calculated using the voltage and current detected at the same time) at the same time. Compared with the monitoring standard, the state of the superconducting coil is monitored based on the comparison result. Typically, the monitoring means compares the detected combination of heat generation amount and temperature with the superconducting coil monitoring reference in the heat generation amount P-temperature T space. As the superconducting coil monitoring standard, the superconducting coil monitoring standard created by using the superconducting coil monitoring standard creation method of the first or second invention is used.
In the present invention, the state of the superconducting coil provided in the superconducting energy storage device, particularly the heat generation state, can be easily monitored with a simple configuration.

発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおり超電導エネルギー貯蔵装置である。
本発明では、ビスマス系の酸化物超電導体により形成された超電導コイルと、伝導式冷却装置を備えている。
本発明では、伝導式冷却装置を用いているため、装置全体を小型で安価に構成することができる。また、超電導コイルの状態を確実に監視することができるため、伝導式冷却装置を用いた超電導エネルギー貯蔵装置の信頼性を高めることができる。 A fifth aspect of the invention is a superconducting energy storage device as described in claim 5.
In the present invention, a superconducting coil formed of a bismuth-based oxide superconductor and a conductive cooling device are provided.
In the present invention, since the conduction type cooling device is used, the entire device can be made small and inexpensive. Moreover, since the state of the superconducting coil can be reliably monitored, the reliability of the superconducting energy storage device using the conductive cooling device can be improved.

請求項１及び２に記載の超電導コイルの監視基準作成方法、請求項３に記載の超電導コイルの状態監視装置、請求項４及び５に記載の超電導エネルギー貯蔵装置では、超電導コイルの負荷に依存しない共通の監視基準を用いている。これにより、超電導コイルの状態、特に発熱状態を、簡単な構成で容易に監視することができる。したがって、超電導コイルの状態に応じて適切な制御を行うことができ信頼性を高めることができる。
 The superconducting coil monitoring reference creation method according to claims 1 and 2, the superconducting coil state monitoring device according to claim 3, and the superconducting energy storage device according to claims 4 and 5 do not depend on the load of the superconducting coil. A common monitoring standard is used. As a result, the state of the superconducting coil, particularly the heat generation state, can be easily monitored with a simple configuration. Therefore, appropriate control can be performed according to the state of the superconducting coil, and reliability can be improved.

以下に、本発明の実施の形態を説明する。
超電導エネルギー貯蔵装置は、超電導コイルと、冷却装置と、超電導コイルへのエネルギーの貯蔵動作と超電導コイルに貯蔵されているエネルギーの放出動作を制御するためのスイッチ手段（制御手段）等を有している。スイッチ手段は、例えば、通常時には、超電導コイルに電気エネルギーが供給されるように動作した後、超電導コイルを短絡させて、電気エネルギーが磁気エネルギーとして貯蔵されるように動作する。
超電導エネルギー貯蔵装置は、負荷変動を補償する電力を供給する電力供給装置として用いることが想定されている。例えば、超電導エネルギー貯蔵装置が接続される電力線の電圧が短期間低下する場合や、電源線に短期間負荷が投入される場合等に、超電導コイルに貯蔵されている磁気エネルギーが電気エネルギーとして放出されるようにスイッチ手段が動作する。
この場合、超電導エネルギー貯蔵装置に設けられている超電導コイルにエネルギーを貯蔵する充電動作と、超電導コイルに貯蔵されているエネルギーを放出する放電動作が繰り返し行われる。すなわち、超電導コイルには、充電電流と放電電流が繰り返し流れる。
超電導コイルは、温度が上昇して超電導状態から常電導状態に転移すると（クエンチが発生すると）、超電導コイルの温度が急激に上昇する。なお、本明細書では、超電導コイルが超電導状態から常電導状態に転移して、超電導コイルの温度が急激に上昇することを「熱暴走」と表現する。超電導コイルの熱暴走が発生すると、超電導コイルの溶断等が発生する可能性がある。このため、超電導コイルの熱暴走が発生した状態は勿論であるが、超電導コイルの熱暴走の発生に至る可能性がある状態にあることを監視することが重要である。
超電導コイルの熱暴走に至る状態にあること、すなわち、超電導コイルの発熱状態を簡単な構成で容易に監視するには超電導コイルの負荷変動に依存しない監視基準が必要である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The superconducting energy storage device has a superconducting coil, a cooling device, a switch means (control means) for controlling the energy storing operation in the superconducting coil and the discharging operation of the energy stored in the superconducting coil. Yes. For example, normally, the switch means operates so that electric energy is supplied to the superconducting coil, and then operates so that the electric energy is stored as magnetic energy by short-circuiting the superconducting coil.
The superconducting energy storage device is assumed to be used as a power supply device that supplies power to compensate for load fluctuations. For example, the magnetic energy stored in the superconducting coil is released as electrical energy when the voltage of the power line connected to the superconducting energy storage device decreases for a short period of time or when a load is applied to the power line for a short period of time. Thus, the switch means operates.
In this case, a charging operation for storing energy in a superconducting coil provided in the superconducting energy storage device and a discharging operation for releasing energy stored in the superconducting coil are repeatedly performed. That is, a charging current and a discharging current repeatedly flow through the superconducting coil.
When the temperature of the superconducting coil rises and transitions from the superconducting state to the normal conducting state (when quenching occurs), the temperature of the superconducting coil rapidly increases. In the present specification, the transition of the superconducting coil from the superconducting state to the normal conducting state and the temperature of the superconducting coil rising rapidly is expressed as “thermal runaway”. When thermal runaway of the superconducting coil occurs, the superconducting coil may be melted. For this reason, it is important to monitor that there is a possibility that thermal runaway of the superconducting coil may occur, as well as the state where thermal runaway of the superconducting coil has occurred.
To easily monitor the superconducting coil in a state of thermal runaway, that is, to easily monitor the heat generation state of the superconducting coil with a simple configuration, a monitoring standard that does not depend on the load fluctuation of the superconducting coil is required.

先ず、負荷変動の補償に使用することが想定されている超電導エネルギー貯蔵装置を模擬した試験装置を用い、負荷変動補償を想定した通電パターン（負荷変動補償時に超電導コイルに流れる電流のパターンと同様のパターン）で通電した場合の超電導コイルの熱暴走特性について検討する。
図１に、高温超電導体であるビスマス系の酸化物超電導体Ｂｉ２２１２／Ａｇにより形成された超電導線を巻回して構成された超電導コイルと伝導式冷却装置を用いた超電導エネルギー貯蔵装置を模擬した試験装置１を示す。
図１に示す試験装置１では、実機の超電導コイルと同様に、ビスマス系の酸化物超電導体Ｂｉ２２１２／Ａｇにより形成された超電導線を巻回して構成された試験コイル１０を用いている。試験コイル１０は、１層あたり４０巻きした４層ソレノイド構造を有している。試験コイル１０には、図１に示す箇所の電圧（Ｖ１〜Ｖ５）と温度（Ｔ１〜Ｔ５）を測定するための電圧タップと熱電対（温度検出器）が設けられている。この場合、電圧Ｖ１〜Ｖ５によって各層の電圧が分かる、例えば、電圧［Ｖ１−Ｖ２］によって最も内側の層の電圧が表され、電圧［Ｖ４−Ｖ５］によって最も外側の層の電圧が表される。なお、試験コイル１０の４．８Ｋにおける臨界電流は、１７８Ａである。
試験コイル１０は、エポキシ樹脂で含浸された後、外周に伝導冷却用の高純度アルミニウムの伝熱板１２が取り付けられている。そして、伝熱板１２は、厚さ８ｍｍの高純度アルミニウムのフランジ１３上に熱的に接触するように配置される。また、ＧＭ冷凍機１４が、ＧＭ冷凍機１４の冷却部（コールドヘッド）１５がフランジ１３に熱的に接触するように配置される。これにより、ＧＭ冷凍機１４、冷却部１５、フランジ１３、伝熱板１２によって伝熱式冷却装置が構成され、試験コイル１０は、外周に設けられている伝熱板１２を介して冷却される。
試験装置１は、ステンレス製の真空容器内に収容される。この真空容器内の圧力を１×１０−６Ｐａ以下に設定することよって、常温部と熱的に絶縁している。
試験コイル１０の両端部は、リード線１６を介して電源（定電流源）１８に接続されている。なお、リード線１６を介して常温部から熱が侵入するのを抑制するために、リード線１６の一部にＨＴＳ（高温超電導）リード線が用いられている。 First, using a test device that simulates a superconducting energy storage device that is expected to be used for load fluctuation compensation, an energization pattern that assumes load fluctuation compensation (similar to the pattern of the current that flows through the superconducting coil during load fluctuation compensation) Examine the thermal runaway characteristics of the superconducting coil when it is energized with a pattern).
FIG. 1 shows a test simulating a superconducting energy storage device using a superconducting coil and a conductive cooling device formed by winding a superconducting wire formed of a bismuth-based oxide superconductor Bi2212 / Ag, which is a high-temperature superconductor. The apparatus 1 is shown.
The test apparatus 1 shown in FIG. 1 uses a test coil 10 formed by winding a superconducting wire formed of a bismuth-based oxide superconductor Bi2212 / Ag, similarly to the superconducting coil of the actual machine. The test coil 10 has a four-layer solenoid structure with 40 turns per layer. The test coil 10 is provided with voltage taps and thermocouples (temperature detectors) for measuring voltages (V1 to V5) and temperatures (T1 to T5) at the locations shown in FIG. In this case, the voltages of the respective layers are known by the voltages V1 to V5. For example, the voltage of the innermost layer is represented by the voltage [V1-V2], and the voltage of the outermost layer is represented by the voltage [V4-V5]. . The critical current of the test coil 10 at 4.8K is 178A.
After the test coil 10 is impregnated with an epoxy resin, a high-purity aluminum heat transfer plate 12 for conductive cooling is attached to the outer periphery. The heat transfer plate 12 is disposed so as to be in thermal contact with the flange 13 of high-purity aluminum having a thickness of 8 mm. Further, the GM refrigerator 14 is arranged so that the cooling part (cold head) 15 of the GM refrigerator 14 is in thermal contact with the flange 13. Thereby, the GM refrigerator 14, the cooling unit 15, the flange 13, and the heat transfer plate 12 constitute a heat transfer type cooling device, and the test coil 10 is cooled via the heat transfer plate 12 provided on the outer periphery. .
The test apparatus 1 is accommodated in a stainless steel vacuum container. By setting the pressure in this vacuum vessel to 1 × 10 −6 Pa or less, it is thermally insulated from the normal temperature part.
Both ends of the test coil 10 are connected to a power source (constant current source) 18 via lead wires 16. In order to prevent heat from entering from the room temperature portion via the lead wire 16, an HTS (high temperature superconducting) lead wire is used as a part of the lead wire 16.

そして、試験コイル１０に、超電導エネルギー貯蔵装置の負荷変動補償動作時の通電パターンを模擬した通電パターン（負荷変動補償パターン）で通電し、試験コイル１０内の電圧・温度分布の時間変化を測定する。
通電パターンとしては、図２に示すように、電流振幅が９０Ａ、周期が１８ｓの三角波（パルス）を５個有する通電パターンを用いた。そして、三角波（パルス）を通電する前の初期電流Ｉ０（１０Ａ〜９０Ａ）及び初期温度（三角波を通電する前の試験コイル１０内の平均温度）Ｔ０をパラメータし、種々の通電パターンを設定した。
なお、試験コイル１０内の電圧が急上昇した場合には、その時点で通電を停止した。 Then, the test coil 10 is energized with an energization pattern (load variation compensation pattern) simulating the energization pattern during the load variation compensation operation of the superconducting energy storage device, and the time change of the voltage / temperature distribution in the test coil 10 is measured. .
As the energization pattern, as shown in FIG. 2, an energization pattern having five triangular waves (pulses) having a current amplitude of 90 A and a period of 18 s was used. The initial current I 0 (10A to 90A) before energizing the triangular wave (pulse) and the initial temperature (average temperature in the test coil 10 before energizing the triangular wave) T 0 are parameters, and various energization patterns are set. did.
In addition, when the voltage in the test coil 10 rose rapidly, energization was stopped at that time.

試験結果の１例として、初期電流Ｉ０＝６５Ａ、初期温度Ｔ０＝１７．３Ｋに設定した時の試験コイル１０内の各層の電圧及び温度の時間変化を図３、図４に示す。
図３に示されているように、三角波（パルス）の通電パターンによって電流が増加する時、電流値がピークに達する近傍で、試験コイル１０内の各層の電圧が急激に上昇している。この時の電圧値は、試験コイル１０の内側の層に近づくほど大きくなっている。これは、最も内側の層の磁界が最も大きいこと、そして、伝熱板１２が外周に取り付けられていることによるものである。
各三角波（パルス）の通電パターンで通電した時における最も内側の層の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク値は、時間の経過とともに上昇している。特に、三角波（パルス）の通電パターンでの通電を開始してから８０秒後に急激に上昇している。すなわち、最も内側の層で熱暴走が発生している。
ここで、図３に示されているように、各三角波（パルス）の通電パターンでの通電時における、最も内側の層の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク値の包絡線が下に凸である曲線になっている。したがって、各三角波（パルス）の通電パターンでの通電時におけるピーク値の包絡線が下に凸である曲線となっていることによって、熱暴走の発生に至ることあるいは熱暴走の発生に至ったことを判別することができる。
なお、図３に示されているように、試験コイル１０の各箇所で発熱状態が異なるため、各三角波の通電パターンでの通電時のピーク値の包絡線に基づいて熱暴走の発生を判別する場合には、試験コイル１０の各箇所の電圧のうち、各三角波（パルス）の通電パターンでの通電時におけるピーク値が最も大きい箇所の電圧のピーク値の包絡線を用いるのが好ましい。 As an example of the test results, FIG. 3 and FIG. 4 show temporal changes in voltage and temperature of each layer in the test coil 10 when the initial current I 0 = 65 A and the initial temperature T 0 = 17.3 K are set.
As shown in FIG. 3, when the current increases due to the triangular wave (pulse) energization pattern, the voltage of each layer in the test coil 10 rapidly increases near the peak of the current value. The voltage value at this time increases as it approaches the inner layer of the test coil 10. This is because the magnetic field of the innermost layer is the largest and the heat transfer plate 12 is attached to the outer periphery.
The peak value of the voltage [V1-V2] in the innermost layer when energized with each energizing pattern of each triangular wave (pulse) increases with time. In particular, it rapidly rises 80 seconds after the start of energization with a triangular wave (pulse) energization pattern. That is, thermal runaway occurs in the innermost layer.
Here, as shown in FIG. 3, the envelope of the peak value of the voltage [V1-V2] of the innermost layer when energizing with each energizing pattern of each triangular wave (pulse) is convex downward. It is a curve. Therefore, when the energization pattern of each triangular wave (pulse) is energized, the peak value envelope curve is a convex curve, leading to the occurrence of thermal runaway or thermal runaway. Can be determined.
As shown in FIG. 3, since the heat generation state is different at each location of the test coil 10, the occurrence of thermal runaway is determined based on the envelope of the peak value at the time of energization with each triangular wave energization pattern. In this case, it is preferable to use an envelope of the peak value of the voltage at the location where the peak value is the largest during energization with each triangular wave (pulse) energization pattern among the voltages at each location of the test coil 10.

試験コイル１０の各部の温度Ｔ１〜Ｔ５に関しても、図４に示すように、負荷変動補償を模擬した通電パターンで通電した場合、各三角波（パルス）の通電パターンで通電する毎に徐々に上昇している。最も内側の層の温度Ｔ１は、１０Ｋ程度上昇しているが、その変化は、最も内側の層の電圧［Ｖ１−Ｖ２］の変化に比べて緩やかである。
したがって、負荷変動補償パターンで通電することによって試験コイルの熱暴走の発生に至ることあるいは熱暴走の発生に至ったことを判別するには、試験コイルの各部の温度に基づいて判別するより、試験コイルを各三角波の通電パターンで通電した時の試験コイルの各部の電圧のピーク値の包絡線、特に、試験コイルを各三角波の通電パターンで通電した時のピーク値が最も大きい箇所の電圧のピーク値の包絡線に基づいて判別するのが好ましい。試験コイルの熱暴走の発生に至ることあるいは熱暴走の発生に至ったことを試験コイルの各部の電圧のピーク値の包絡線に基づいて判別する方法としては、前述した、電圧のピーク値の包絡線が下に凸である曲線となっているか否かに基づいて判別する方法を用いることができる。 As shown in FIG. 4, the temperatures T1 to T5 of each part of the test coil 10 gradually increase every time energization is performed with the energization pattern of each triangular wave (pulse) when energization is performed with the energization pattern simulating load fluctuation compensation. ing. Although the temperature T1 of the innermost layer has increased by about 10K, the change is more gradual than the change in the voltage [V1-V2] of the innermost layer.
Therefore, in order to determine whether a test coil thermal runaway or thermal runaway has occurred by energizing with a load variation compensation pattern, the test is performed rather than based on the temperature of each part of the test coil. Envelope of the peak value of the voltage of each part of the test coil when the coil is energized with each triangular wave energization pattern, especially the peak of the voltage at the highest peak value when the test coil is energized with each energization pattern of the triangular wave It is preferable to discriminate based on the value envelope. As a method for determining the occurrence of thermal runaway of the test coil or the occurrence of thermal runaway based on the envelope of the peak value of the voltage at each part of the test coil, the envelope of the peak value of the voltage described above is used. A method of determining based on whether or not the line is a downward convex curve can be used.

次に、試験コイル１０の形状及び冷却構造を模擬した解析モデルを用いて２次元熱伝導解析を行った結果を以下に説明する。
この解析では、試験コイル１０の外周に取り付けた伝熱板１２の温度分布を［式１］の1次元熱伝導方程式で与えた。

Figure 0004753304
［式１］
また、試験コイル１０における２次元温度分布に関しては、図５の熱伝導解析モデルで示すように、超電導線が巻かれている部分を２次元の微小領域に分割し、各領域における発熱Ｑを考えた。さらに、領域間における熱の移動は、エポキシ樹脂を介した半径方向（図５の左右方向）および高さ方向（図５の上下方向）の熱伝導と、超電導線に沿った熱伝導の両方を考慮し、各領域の温度上昇を［式２］で与えた。
Figure 0004753304
 ［式２］
ここで、［式１］及び［式２］において、ＣＡｌ、ＴＡｌ、ｋは、それぞれアルミニウム伝熱板１２の比熱、温度、熱伝導率である。ｘは、アルミニウムフランジからの距離である。ｑｃｏｎｄは、超電導線から伝熱板１２へ伝達する熱流束であり、超電導線とアルミニウムの温度差およびエポキシ樹脂の熱伝導率から計算される。ＣＳＣ、ＴＳＣは、それぞれ超電導線の比熱、熱伝導率である。ｑは、隣接する超電導線の領域や伝熱板１２への熱流束を表す。ＣＡｌ、ｋ、ＣＳＣ等の熱的パラメータは、すべて温度依存性を考慮して計算した。 Next, the result of performing a two-dimensional heat conduction analysis using an analysis model that simulates the shape and cooling structure of the test coil 10 will be described below.
In this analysis, the temperature distribution of the heat transfer plate 12 attached to the outer periphery of the test coil 10 is given by the one-dimensional heat conduction equation of [Equation 1].
Figure 0004753304
 [Formula 1]
Further, regarding the two-dimensional temperature distribution in the test coil 10, as shown in the heat conduction analysis model of FIG. 5, the portion around which the superconducting wire is wound is divided into two-dimensional minute regions, and the heat generation Q in each region is considered. It was. Furthermore, the movement of heat between the regions includes both the heat conduction in the radial direction (left-right direction in FIG. 5) and the height direction (up-down direction in FIG. 5) through the epoxy resin and the heat conduction along the superconducting wire. Considering this, the temperature rise in each region is given by [Equation 2].
Figure 0004753304
 [Formula 2]
Here, in [Formula 1] and [Formula 2], C Al , T Al , and k are specific heat, temperature, and thermal conductivity of the aluminum heat transfer plate 12, respectively. x is the distance from the aluminum flange. q cond is the heat flux transmitted from the superconducting wire to the heat transfer plate 12, and is calculated from the temperature difference between the superconducting wire and aluminum and the thermal conductivity of the epoxy resin. C SC and T SC are the specific heat and thermal conductivity of the superconducting wire, respectively. q represents the heat flux to the region of the adjacent superconducting wire or the heat transfer plate 12. All the thermal parameters such as C Al , k, C SC were calculated in consideration of temperature dependence.

各超電導線領域における発熱Ｑに関しては、［式３］に示すように、超電導線のジュール熱Ｑ０とリード線１６からの侵入熱Ｑ１の二つを考慮し、Ｑ０は［式４］、Ｑ１は［式５］で与えた。
Ｑ＝Ｑ０＋Ｑ１ ［式３］

Figure 0004753304
[式４]
Ｑ１＝ＲＩｉｎ ２ [式５]
ここで、[式３]〜[式５]において、Ｅは、各領域の電圧、Ｉｉｎは、通電電流である。ＩＣ０は、ＬＨｅ（液体ヘリウム）及びＧＨｅ（ガスヘリウム）中などの充分な冷却効果が期待できる臨界電流である。なお、ＥＣは、１μＶ／ｃｍの評価基準で決定される超電導線の電圧である。 With respect to heat generation Q in each superconducting line region, as shown in [Expression 3], taking into account the two heat invasion to Q 1 from Joule heat Q 0 and the lead wire 16 of the superconducting wire, Q 0 is [Formula 4] , Q 1 is given by [Formula 5].
Q = Q 0 + Q 1 [Formula 3]
Figure 0004753304
 [Formula 4]
Q 1 = RI in 2 [Formula 5]
Here, in [Expression 3] to [Expression 5], E is a voltage in each region, and I in is an energization current. I C0 is a critical current that can be expected to have a sufficient cooling effect such as in LHe (liquid helium) and GHe (gas helium). Note that E C is the voltage of the superconducting wire determined by the evaluation standard of 1 μV / cm.

以上の解析モデルにより、図２に示す負荷変動補償パターンで通電した場合の、試験コイル１０の各部の電圧・温度上昇及びその伝搬過程を計算した結果を図６、図７に示す。
図６及び図７に示されているように、熱伝導解析においても、各三角波（パルス）の通電パターンで通電した場合の、最も内側の層の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク値は、時間の経過にしたがって徐々に大きくなっている。そして、電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク値の包絡線が下に凸の曲線になって、熱暴走に至っている。
試験コイル１０の温度に関しても、上昇過程が図４に示す実験結果とおおむね一致している。
したがって、図３及び図４に示す、試験コイル１０の各部の電圧・温度の上昇特性の実験結果をシミュレーションによってほぼ再現することができる。 FIG. 6 and FIG. 7 show the results of calculating the voltage / temperature rise of each part of the test coil 10 and its propagation process when the load is supplied with the load fluctuation compensation pattern shown in FIG.
As shown in FIGS. 6 and 7, even in the heat conduction analysis, the peak value of the voltage [V1-V2] of the innermost layer when energized with each energization pattern of each triangular wave (pulse) is the time. It gradually increases as time passes. And the envelope of the peak value of the voltage [V1-V2] becomes a downward convex curve, leading to thermal runaway.
As for the temperature of the test coil 10, the rising process generally agrees with the experimental result shown in FIG. 4.
Therefore, the experimental results of the voltage / temperature rise characteristics of each part of the test coil 10 shown in FIGS. 3 and 4 can be substantially reproduced by simulation.

熱伝導解析によって判別した、各初期温度Ｔ０において試験コイル１０に負荷変動補償パターンを通電した場合の熱暴走発生の限界電流を図８に示す。
この解析では、リード線１６の発熱等による外部からの熱の侵入を無視した理想的な冷却状態を想定した。そして、試験コイル１０に、図２に示す負荷変動補償パターンで通電した時の試験コイル１０の最も内側の層の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク値の包絡線が下に凸の曲線になった時点を熱暴走の発生時点とみなした。
なお、図８では、初期通電条件（Ｉ０，Ｔ０）（Ｉ０：初期電流、Ｔ０：初期温度）に対し、試験コイル１０に、図２に示す負荷変動補償パターンで通電した時に熱暴走に至らなかった場合を「○」、熱暴走に至った場合を「×」で表している。
図８から、試験コイル１０における熱暴走発生の限界電流は、初期温度Ｔ０の低下にしたがって上昇し、［Ｔ０＜１０Ｋ］において飽和傾向にあることが分かる。
これは、ビスマス系の酸化物超電導体Ｂｉ２２１２及びアルミニウム伝熱板の比熱が極低温領域において著しく低下すること、また、銀及びアルミニウムの熱伝導率が２０〜３０Ｋで極大値を有することから、超電導コイルの発熱によって温度が上昇し易くなるためであると考えられる。 FIG. 8 shows the limit current of the occurrence of thermal runaway when the load fluctuation compensation pattern is energized to the test coil 10 at each initial temperature T 0 determined by the heat conduction analysis.
In this analysis, an ideal cooling state in which heat intrusion from the outside due to heat generation of the lead wire 16 is ignored is assumed. The envelope of the peak value of the voltage [V1-V2] of the innermost layer of the test coil 10 when the test coil 10 is energized with the load fluctuation compensation pattern shown in FIG. 2 becomes a downwardly convex curve. Time was considered as the time of thermal runaway.
In FIG. 8, when the test coil 10 is energized with the load variation compensation pattern shown in FIG. 2 with respect to the initial energization conditions (I 0 , T 0 ) (I 0 : initial current, T 0 : initial temperature), The case where the runaway has not been reached is indicated by “◯”, and the case where the runaway has occurred is indicated by “x”.
From FIG. 8, it can be seen that the limit current for occurrence of thermal runaway in the test coil 10 increases as the initial temperature T 0 decreases and tends to be saturated at [T 0 <10K].
This is because the specific heat of the bismuth-based oxide superconductor Bi2212 and the aluminum heat transfer plate is remarkably lowered in a very low temperature region, and the thermal conductivity of silver and aluminum has a maximum value of 20 to 30K. This is considered to be because the temperature easily rises due to the heat generated by the coil.

以上のことから、伝導冷却装置を用いて超電導コイルを冷却する場合、超電導コイルの熱暴走特性は、伝熱板や超電導体の比熱や熱伝導率などの熱的パラメータの温度依存性に強く影響を受けることがわかる。特に、［Ｔ０＜１０Ｋ］の極低温領域では、伝熱板や超電導体の比熱と熱伝導率が温度の低下にしたがって著しく低下するため、超電導コイルの温度が上昇し易い傾向にあり、超電導コイルの発熱と伝導冷却との熱的バランスは崩れ易くなる。このため、負荷変動補償パターンの通電時において、熱暴走発生の限界電流は温度の低下とともに上昇せず、飽和する傾向にある。
また、負荷変動補償パターンの通電時における超電導コイルの各部の電圧・温度の上昇特性から、熱暴走に至る場合、超電導コイルの温度に比べて各層の電圧（×電流＝発熱量）の方が急峻に上昇する。したがって、超電導コイルに発生する熱的な不安定状態を発熱の瞬時値（発熱量）に基づいて判別するのが、熱暴走の検出に有効である。
また、熱暴走発生の限界電流は温度に依存するため、検出すべき発熱レベルは、超電導コイルの温度に依存する。
したがって、超電導コイルの発熱量（発熱の瞬時値）Ｐ(Ｗ)と温度Ｔ(Ｋ)を同時に検出し、その熱的な安定性をＰ−Ｔ空間上で監視することが可能である。 From the above, when cooling a superconducting coil using a conduction cooling device, the thermal runaway characteristics of the superconducting coil strongly affect the temperature dependence of thermal parameters such as specific heat and thermal conductivity of the heat transfer plate and superconductor. I understand that In particular, in the extremely low temperature region of [T 0 <10K], the specific heat and thermal conductivity of the heat transfer plate and the superconductor are remarkably lowered as the temperature is lowered, so that the temperature of the superconducting coil tends to rise easily. The thermal balance between heat generation and conduction cooling of the coil is likely to be lost. For this reason, when the load variation compensation pattern is energized, the limit current for occurrence of thermal runaway does not increase with a decrease in temperature and tends to be saturated.
Also, due to the voltage and temperature rise characteristics of each part of the superconducting coil when the load fluctuation compensation pattern is energized, the voltage of each layer (x current = calorific value) is steeper than the temperature of the superconducting coil when thermal runaway occurs. To rise. Therefore, it is effective for detecting thermal runaway to determine the thermally unstable state generated in the superconducting coil based on the instantaneous value of heat generation (heat generation amount).
In addition, since the limit current for occurrence of thermal runaway depends on temperature, the heat generation level to be detected depends on the temperature of the superconducting coil.
Accordingly, it is possible to simultaneously detect the heat generation amount (instantaneous value of heat generation) P (W) and temperature T (K) of the superconducting coil and monitor its thermal stability in the PT space.

次に、Ｐ−Ｔ空間上で超電導コイルの熱的な安定性を監視するための、監視基準の作成方法について説明する。
初期温度Ｔ０＝５．６Ｋ、初期電流Ｉ０＝６５Ａの場合について、試験コイル１０の最も内側の層の発熱量Ｐ(Ｗ)と温度Ｔ(Ｋ)の軌跡を図９、図１０、図１１に示す。なお、図中、熱暴走検出点を白三角（△）で示している。
熱暴走検出点は、前述したように、超電導コイルを各三角波の通電パターンで通電した時の超電導コイルの各部の電圧のピーク値（例えば、最内層の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク値）の包絡線が下に凸である曲線となった時点を用いている。電圧のピーク値の包絡線が下に凸である曲線となった時点は、例えば、隣接するピーク波形のピーク値を結ぶ直線が次のピーク波形の立ち上がり部と交差している時点を用いることができる。例えば、図６に実線で示している、最内層の電圧［Ｖ１−Ｖ２］の変動状態では、第３番目の通電パターンで通電した時の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク波形ｖ３のピーク値は、第１番目の三角波の通電パターンで通電した時の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク波形ｖ１のピーク値と第２番目の通電パターンで通電した時の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク波形ｖ２のピーク値を結ぶ直線上に存在する。一方、第４番目の通電パターンで通電した時の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク波形ｖ４の立ち上がり部は、第１番目〜第３番面の三角波の通電パターンで通電した時の電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク波形ｖ１〜ｖ３のピーク値を結ぶ直線と交差する。この交点は、電圧［Ｖ１−Ｖ２］のピーク値の包絡線が下に凸になった時点を示しており、熱暴走検出点として用いることができる。この熱暴走検出点におけるＰ［Ｗ］と温度［Ｋ］が図９〜図１１に白三角（△）で示されている。
図９〜図１１では負荷変動補償パターンに含まれている三角波（パルス）（図２参照）の周期ｔ＝１８ｓ、電流振幅Ｉ＝９０Ａに固定し、電流上昇率ｄＩ／ｄｔをパラメータとした場合の発熱量Ｐ(Ｗ)と温度Ｔ(Ｋ)の軌跡を示している。すなわち、図９はｄＩ／ｄｔ＝１５．５Ａ／ｓ、図１０はｄＩ/ｄｔ＝１６．５Ａ／ｓ、図１１はｄＩ／ｄｔ＝１６．８Ａ／ｓに設定されている場合のものである。
図９〜図１１に示す例では、負荷変動補償パターンに含まれている５個の三角波（パルス）の通電期間中に熱暴走に至っている。 Next, a method for creating a monitoring standard for monitoring the thermal stability of the superconducting coil in the PT space will be described.
For the case of the initial temperature T 0 = 5.6 K and the initial current I 0 = 65 A, the traces of the heat generation amount P (W) and the temperature T (K) of the innermost layer of the test coil 10 are shown in FIGS. 11 shows. In the figure, the thermal runaway detection points are indicated by white triangles (Δ).
As described above, the thermal runaway detection point is the peak value of the voltage of each part of the superconducting coil when the superconducting coil is energized with each triangular wave energization pattern (for example, the peak value of the voltage [V1-V2] of the innermost layer). The time point when the envelope curve becomes a convex curve is used. The time when the envelope of the peak value of the voltage becomes a downwardly convex curve is, for example, the time when the straight line connecting the peak values of the adjacent peak waveforms intersects the rising portion of the next peak waveform. it can. For example, in the fluctuation state of the voltage [V1-V2] in the innermost layer shown by the solid line in FIG. 6, the peak value of the peak waveform v3 of the voltage [V1-V2] when energized in the third energization pattern is The peak value v1 of the voltage [V1-V2] when energized with the first triangular wave energization pattern and the peak waveform v2 of the voltage [V1-V2] when energized with the second energization pattern Exists on a straight line connecting peak values. On the other hand, the rising portion of the peak waveform v4 of the voltage [V1-V2] when energized with the fourth energization pattern is the voltage [V1-V3] when energized with the triangular wave energization patterns of the first to third faces. V2] intersects with a straight line connecting the peak values of the peak waveforms v1 to v3. This intersection point indicates a point in time when the envelope of the peak value of the voltage [V1-V2] is convex downward, and can be used as a thermal runaway detection point. P [W] and temperature [K] at this thermal runaway detection point are indicated by white triangles (Δ) in FIGS.
9 to 11, when the period t = 18 s of the triangular wave (pulse) (see FIG. 2) included in the load fluctuation compensation pattern is fixed at a current amplitude I = 90 A, and the current increase rate dI / dt is used as a parameter. The locus of the heat generation amount P (W) and the temperature T (K) is shown. That is, FIG. 9 shows a case where dI / dt = 15.5 A / s, FIG. 10 shows a case where dI / dt = 16.5 A / s, and FIG. 11 shows a case where dI / dt = 16.8 A / s. .
In the example shown in FIGS. 9 to 11, thermal runaway has occurred during the energization period of five triangular waves (pulses) included in the load variation compensation pattern.

図１２には、初期温度Ｔ０＝５．６Ｋ、初期電流Ｉ０＝６５Ａ及び１１０Ａの場合について、負荷変動補償パターンに含まれている三角波の周期ｔ、電流上昇率ｄＩ／ｄｔ、電流振幅Ｉをそれぞれ図１３に示すように変化させた場合の熱暴走検出点をプロットしたものである。なお、周期ｔ、電流上昇率ｄＩ／ｄｔ、電流振幅Ｉのうち、１つのパラメータを基準パターン（周期ｔ＝１８ｓ、電流上昇率ｄＩ／ｄｔ＝１０Ａ／ｓ、電流振幅Ｉ＝９０Ａ）に固定し、他の２つのパラメータを変化させたものである。また、負荷変動補償パターンに含まれる三角波（パルス）の数は５個に固定した。
図１２から、Ｐ−Ｔ空間上にプロットされた熱暴走検出点から決定される、熱暴走に至ったケースと熱暴走に至らなかったケースの境界線（図１２の実線）は、初期電流Ｉ０、周期ｔ、電流上昇率ｄＩ／ｄｔ、電流振幅Ｉが図１３に示す範囲内で異なる種々の負荷変動補償パターンに依存しないことが分かる。
したがって、このような境界線を監視基準として用いることにより、種々の負荷変動に対する超電導コイルの状態（特に、超電導コイルが熱暴走に至ったか、熱暴走に至るか、熱暴走に対して余裕があるか）を共通の監視基準を用いて監視することができる。例えば、図１２では、境界線（監視基準）より右方（下方）の領域（左下がりの斜線で示す領域）が熱暴走に至るあるいは熱暴走に至っている領域であり、境界線より左方（上方）の領域が熱暴走に至らない領域である。また、熱暴走に至らない領域内であっても、境界線に接近した位置に存在する場合には、熱暴走に至るまで余裕がないことが示され、境界線より離れた位置に存在する場合には、熱暴走に至るまで余裕あることが示されている。
超電導コイルの発熱量と温度の組み合わせと比較する監視基準としては、熱暴走に至った発熱量と温度の組み合わせが含まれる領域と、熱暴走に至らなかった発熱量と温度の組み合わせが含まれる領域の境界線を用いてもよいし、熱暴走に至った発熱量と温度の組み合わせが含まれる領域や熱暴走に至らなかった発熱量と温度の組み合わせが含まれる領域を用いてもよい。 FIG. 12 shows the case where the initial temperature T 0 = 5.6 K, the initial current I 0 = 65 A, and 110 A, the period t of the triangular wave included in the load variation compensation pattern, the current increase rate dI / dt, and the current amplitude I. FIG. 13 is a plot of thermal runaway detection points when each is changed as shown in FIG. One parameter is fixed to the reference pattern (period t = 18 s, current increase rate dI / dt = 10 A / s, current amplitude I = 90 A) among the period t, the current increase rate dI / dt, and the current amplitude I. The other two parameters are changed. Further, the number of triangular waves (pulses) included in the load variation compensation pattern was fixed to five.
From FIG. 12, the boundary line (solid line in FIG. 12) between the case where thermal runaway and the case where thermal runaway did not occur, determined from the thermal runaway detection points plotted on the PT space, is the initial current I. It can be seen that 0 , the period t, the current increase rate dI / dt, and the current amplitude I do not depend on different load variation compensation patterns that differ within the range shown in FIG.
Therefore, by using such a boundary line as a monitoring standard, the state of the superconducting coil with respect to various load fluctuations (in particular, the superconducting coil has reached thermal runaway, thermal runaway, or room for thermal runaway) Can be monitored using a common monitoring standard. For example, in FIG. 12, a region to the right (downward) from the boundary line (monitoring standard) (a region indicated by a slanting line at the lower left) is a region that has reached thermal runaway or has reached thermal runaway. The upper region is a region where thermal runaway does not occur. In addition, even if it is in a region where thermal runaway does not occur, if it exists at a position close to the boundary line, it indicates that there is no room until thermal runaway occurs, and if it exists at a position away from the boundary line Shows that there is room for thermal runaway.
The monitoring criteria to compare with the combination of the heat value and temperature of the superconducting coil include areas that contain a combination of heat value and temperature that led to thermal runaway, and areas that contain a combination of heat value and temperature that did not lead to thermal runaway. The boundary line may be used, or a region including a combination of a calorific value and temperature leading to thermal runaway or a region including a combination of a calorific value and temperature not reaching thermal runaway may be used.

図１４に、図１２に示した熱暴走検出点を、図１２に示した縦軸（温度）と横軸（発熱量）を逆にして示す。また、図１４には、冷却装置の冷却能力曲線を示している。
図１４から、冷却装置の冷却能力と超電導コイルの発熱量Ｐを比較すると、過渡的な負荷変動に対しては冷却能力よりもかなり高い発熱量でも超電導コイルが熱暴走に至らないことが分かる。両者の差分（右下がりの斜線で示す領域）は、過渡的な負荷変動に対して超電導コイルが熱暴走に至るまでのマージンであると考えられる。 FIG. 14 shows the thermal runaway detection points shown in FIG. 12 with the vertical axis (temperature) and horizontal axis (heat generation amount) shown in FIG. 12 reversed. FIG. 14 shows a cooling capacity curve of the cooling device.
FIG. 14 shows that when the cooling capacity of the cooling device and the heat generation amount P of the superconducting coil are compared, the superconducting coil does not cause thermal runaway even if the heat generation amount is considerably higher than the cooling capacity for transient load fluctuations. The difference between the two (the region indicated by the slanting line at the lower right) is considered to be a margin until the superconducting coil reaches thermal runaway due to a transient load fluctuation.

以上のように、本実施の形態の技術を用いることにより、熱暴走に関する超電導コイルの状態（熱暴走に至った状態、熱暴走に至る前の常態）を簡単な構成で容易に監視することができる。
すなわち、超電導エネルギー貯蔵装置の定格運転温度を初期温度(Ｔ０)とし、定格運転電流を初期電流(Ｉ０)とし、超電導コイルの形状及びその発熱・冷却構造を考慮した熱伝導解析により、Ｐ−Ｔ空間上における、超電導コイルの発熱状態（特に、熱暴走に関する状態）を監視するための監視基準を作成する。この場合、監視基準は、負荷変動に依存しない共通の監視基準が得られる。また、超電導エネルギー貯蔵装置の運転中に、超電導コイルの発熱量Ｐと温度Ｔの組み合わせを同時に検出する。そして、Ｐ−Ｔ空間上において、同時に検出した発熱量Ｐと温度Ｔの組み合わせと監視基準を比較することによって、超電導コイルの発熱状態（熱暴走に至った状態、熱暴走に至る状態、熱暴走に至るまでには余裕がある状態）を監視することができる。
したがって、超電導コイルの発熱状態に応じて適切な制御を行うことができる。例えば、熱暴走に至る可能性がある場合には、超電導エネルギー貯蔵装置の運転を停止する等の保護制御を行うことができる。これにより、超電導エネルギー貯蔵装置の信頼性を高めることができる。 As described above, by using the technology of the present embodiment, it is possible to easily monitor the state of the superconducting coil related to the thermal runaway (the state that has reached the thermal runaway, the normal state before the thermal runaway) with a simple configuration. it can.
That is, the rated operating temperature of the superconducting energy storage device is the initial temperature (T 0 ), the rated operating current is the initial current (I 0 ), and the heat conduction analysis considering the shape of the superconducting coil and its heat generation / cooling structure Create a monitoring standard for monitoring the heat generation state of the superconducting coil (particularly the state related to thermal runaway) on the T space. In this case, the monitoring standard is a common monitoring standard that does not depend on load fluctuations. Further, during the operation of the superconducting energy storage device, the combination of the heat generation amount P and the temperature T of the superconducting coil is detected simultaneously. Then, in the PT space, by comparing the combination of the heat generation amount P and the temperature T detected at the same time with the monitoring standard, the heat generation state of the superconducting coil (the state that has led to thermal runaway, the state that leads to thermal runaway, thermal runaway) Can be monitored).
Therefore, appropriate control can be performed according to the heat generation state of the superconducting coil. For example, when there is a possibility of thermal runaway, protection control such as stopping the operation of the superconducting energy storage device can be performed. Thereby, the reliability of the superconducting energy storage device can be improved.

本発明は、「超電導コイルの発熱量と温度を検出し、同じ時点で検出した前記超電導コイルの発熱量と温度の組み合わせを前記超電導コイルの監視基準と比較し、比較結果に基づいて前記超電導コイルの状態を監視する超電導コイルの状態監視方法。」として構成することができる。
あるいは、「超電導コイルの発熱量を検出する発熱量検出手段と、超電導コイルの温度を検出する温度検出手段と、同じ時点で発熱量検出手段と温度検出手段で検出された発熱量と温度の組み合わせと監視基準との比較結果に基づいて超電導コイルの状態を監視する状態監視手段を備える超電導コイルの状態検出装置。」として構成することができる。
発熱量検出手段は、例えば、超電導コイルの電圧を検出する電圧検出手段と、超電導コイルの電流を検出する電流検出手段と、同じ時点で電圧検出手段により検出された電圧と電流検出手段により検出された電流に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段により構成することができる。電圧検出手段、電流検出手段、温度検出手段としては、公知の種々の構成の電圧検出手段、電流検出手段、温度検出手段を用いることができる。発熱量算出手段としては、公知の演算手段や処理手段（ＣＰＵ）を用いることができる。状態監視手段は、前述した方法を用いて超電導コイルの状態、特に、発熱状態を監視する。 The present invention detects the amount of heat and temperature of a superconducting coil, compares the combination of the amount of heat and temperature of the superconducting coil detected at the same time point with the monitoring standard of the superconducting coil, and determines the superconducting coil based on the comparison result. The superconducting coil state monitoring method for monitoring the state of "."
Or, “a combination of the heat generation amount and temperature detected by the heat generation amount detection means for detecting the heat generation amount of the superconducting coil, the temperature detection means for detecting the temperature of the superconducting coil, and the heat generation amount detection means and the temperature detection means at the same time. And a superconducting coil state detection device comprising state monitoring means for monitoring the state of the superconducting coil based on a comparison result between the monitoring standard and the reference.
The calorific value detection means is detected by, for example, a voltage detection means for detecting the voltage of the superconducting coil, a current detection means for detecting the current of the superconducting coil, and the voltage and current detection means detected by the voltage detection means at the same time. It can be constituted by a calorific value calculation means for calculating a calorific value based on the current. As the voltage detection means, current detection means, and temperature detection means, voltage detection means, current detection means, and temperature detection means having various known configurations can be used. As the calorific value calculation means, known calculation means or processing means (CPU) can be used. The state monitoring means monitors the state of the superconducting coil, particularly the heat generation state, using the method described above.

また、本発明は、「超電導コイルに通電し、同じ時点での前記超電導コイルの発熱量と温度の組み合わせを複数の時点で検出し、前記同じ時点で検出した発熱量と温度の組み合わせに基づいて、前記超電導コイルの熱暴走検出点を判別し、超電導コイルへの通電、同じ時点での発熱量と温度の組み合わせの検出、熱暴走検出点の判別を、複数の通電パターンについて行い、前記判別した熱暴走検出点に基づいて前記超電導コイルの監視基準を作成することを特徴とする超電導コイルの監視基準作成方法。」として構成することができる。
あるいは、「超電導コイルに通電する通電手段と、前記超電導コイルの発熱量を検出する発熱量検出手段と、前記超電導コイルの温度を検出する温度検出手段と、監視基準作成手段を備え、前記通電手段は、複数の通電パターンで前記超電導コイルに通電し、前記監視基準作成手段は、前記超電導コイルが各通電パターンで通電される毎に、複数の時点で前記発熱量検出手段と前記温度検出手段で検出された発熱量と温度の組み合わせに基づいて前記超電導コイルの熱暴走検出点を判別し、前記判別した前記超電導コイルの熱暴走検出点に基づいて前記超電導コイルの監視基準を作成することを特徴とする超電導コイルの監視基準作成装置。」として構成することができる。
発熱量検出手段は、例えば、超電導コイルの電圧を検出する電圧検出手段と、超電導コイルの電流を検出する電流検出手段と、同じ時点で電圧検出手段により検出された電圧と電流検出手段により検出された電流に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段により構成することができる。この場合、発熱量算出手段の発熱量算出処理と監視基準作成手段の監視基準作成処理を共通の処理手段（ＣＰＵ）により実行するように構成することができる。超電導コイルの熱暴走検出点を検出する方法や、超電導コイルの熱暴走検出点に基づいて超電導コイルの監視基準を作成する方法としては、前述した方法を用いることができる。 Further, the present invention is based on the combination of the calorific value and the temperature detected at a plurality of time points by detecting the combination of the calorific value and the temperature of the superconducting coil at the same time point. The thermal runaway detection point of the superconducting coil is determined, energization of the superconducting coil, detection of a combination of heat generation and temperature at the same time, and determination of the thermal runaway detection point are performed for a plurality of energization patterns. A superconducting coil monitoring standard creating method is characterized in that the superconducting coil monitoring standard is created based on a thermal runaway detection point.
Or, “a power supply means for energizing the superconducting coil, a heat generation amount detecting means for detecting the heat generation amount of the superconducting coil, a temperature detecting means for detecting the temperature of the superconducting coil, and a monitoring reference creating means, Energizes the superconducting coil with a plurality of energization patterns, and the monitoring reference creation means uses the heat generation amount detection means and the temperature detection means at a plurality of times each time the superconducting coil is energized with each energization pattern. A detection point of thermal runaway of the superconducting coil is determined based on a combination of the detected calorific value and temperature, and a monitoring reference for the superconducting coil is created based on the detected thermal runaway detection point of the superconducting coil. The superconducting coil monitoring reference creation device can be configured.
The calorific value detection means is detected by, for example, a voltage detection means for detecting the voltage of the superconducting coil, a current detection means for detecting the current of the superconducting coil, and the voltage and current detection means detected by the voltage detection means at the same time. It can be constituted by a calorific value calculation means for calculating a calorific value based on the current. In this case, the heat generation amount calculation processing of the heat generation amount calculation means and the monitoring reference creation processing of the monitoring reference creation means can be executed by a common processing means (CPU). The method described above can be used as a method for detecting a thermal runaway detection point of a superconducting coil or a method for creating a superconducting coil monitoring reference based on a thermal runaway detection point of a superconducting coil.

本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加が可能である。
例えば、超電導エネルギー貯蔵装置に用いられる超電導コイルの状態を監視する場合について説明したが、本発明は、超電導エネルギー貯蔵装置以外の種々の用途に使用する超電導コイルの状態を監視する場合に適用することができる。その場合には、超電導コイル動作時に流れる電流のパターンに応じた通電パターンを用いて監視基準が作成される。
また、超電導コイルの状態を監視する場合について説明したが、本発明の技術は、超電導コイル以外の超電導部材の状態を監視する場合に適用することができる。
超電導コイルの発熱量と温度の組み合わせを用いて超電導コイルの状態を監視したが、超電導コイルの電圧と温度の組み合わせを用いて超電導コイルの状態を監視するように構成することもできる。この場合には、電圧と温度の組み合わせに対する監視基準が用いられる。 The present invention is not limited to the configuration described in the embodiment, and various modifications and additions are possible.
For example, although the case where the state of the superconducting coil used in the superconducting energy storage device is monitored has been described, the present invention is applied to the case where the state of the superconducting coil used for various purposes other than the superconducting energy storage device is monitored. Can do. In that case, the monitoring reference is created using the energization pattern corresponding to the pattern of the current flowing when the superconducting coil operates.
Moreover, although the case where the state of a superconducting coil was monitored was demonstrated, the technique of this invention is applicable when monitoring the state of superconducting members other than a superconducting coil.
Although the state of the superconducting coil is monitored using a combination of the amount of heat generated by the superconducting coil and the temperature, the state of the superconducting coil can also be monitored using a combination of the voltage and temperature of the superconducting coil. In this case, a monitoring standard for the combination of voltage and temperature is used.

超電導エネルギー貯蔵装置を模擬した試験装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the test apparatus which simulated the superconducting energy storage apparatus. 負荷変動の補償動作を行う場合の典型的な超電導エネルギー貯蔵装置の通電パターン（負荷変動補償パターン）を示す図である。It is a figure which shows the electricity supply pattern (load fluctuation compensation pattern) of the typical superconducting energy storage apparatus in the case of performing compensation operation of load fluctuation. 試験装置の超電導コイルに負荷変動補償パターンで通電して測定した超電導コイルの電圧変動を示す図である。It is a figure which shows the voltage fluctuation of the superconducting coil measured by supplying with electricity to the superconducting coil of a test apparatus with a load fluctuation compensation pattern. 試験装置の超電導コイルに負荷変動補償パターンで通電して測定した超電導コイルの温度変動を示す図である。It is a figure which shows the temperature fluctuation of the superconducting coil measured by energizing the superconducting coil of the test apparatus with a load fluctuation compensation pattern. 超電導エネルギー貯蔵装置の熱伝導解析モデルを示す図である。It is a figure which shows the heat conduction analysis model of a superconducting energy storage apparatus. 熱伝導解析モデルを用いて算出した超電導コイルの電圧変動を示す図である。It is a figure which shows the voltage fluctuation of the superconducting coil calculated using the heat conduction analysis model. 熱伝導解析モデルを用いて算出した超電導コイルの温度変動を示す図である。It is a figure which shows the temperature fluctuation of the superconducting coil calculated using the heat conduction analysis model. 初期電流Ｉ０及び初期温度Ｔ０に対応する熱暴走発生の限界電流を示す図である。Is a diagram illustrating a limiting current of thermal runaway occurs corresponding to the initial current I 0 and the initial temperature T 0. 負荷変動補償パターンに対する超電導コイルの発熱量と温度の軌跡を示す図である。It is a figure which shows the emitted-heat amount and temperature locus | trajectory of a superconducting coil with respect to a load fluctuation compensation pattern. 負荷変動補償パターンに対する超電導コイルの発熱量と温度の軌跡を示す図である。It is a figure which shows the emitted-heat amount and temperature locus | trajectory of a superconducting coil with respect to a load fluctuation compensation pattern. 負荷変動補償パターンに対する超電導コイルの発熱量と温度の軌跡を示す図である。It is a figure which shows the emitted-heat amount and temperature locus | trajectory of a superconducting coil with respect to a load fluctuation compensation pattern. 負荷変動補償パターンに対する熱暴走検出点をＰ−Ｔ空間上にプロットした図である。It is the figure which plotted the thermal runaway detection point with respect to a load fluctuation compensation pattern on PT space. 負荷変動補償パターンを説明する図である。It is a figure explaining a load fluctuation compensation pattern. 図１２の縦軸と横軸を逆にした図である。FIG. 13 is a diagram in which the vertical axis and the horizontal axis in FIG. 12 are reversed.

符号の説明Explanation of symbols

１ 試験装置
１０ 試験コイル
１２ 伝熱板
１３ フランジ
１４ ＧＭ冷凍機
１５ 冷却部
１６ リード線
１７ ＨＴＳ（高温超電導）リード線
１８ 電源（定電流源） 1 Test Device 10 Test Coil 12 Heat Transfer Plate 13 Flange 14 GM Refrigerator 15 Cooling Unit 16 Lead Wire 17 HTS (High Temperature Superconductivity) Lead Wire 18 Power Supply (Constant Current Source)

Claims (5)

超電導コイルの状態を監視する際に用いられる前記超電導コイルの監視基準を作成する超電導コイルの監視基準作成方法であって、A superconducting coil monitoring standard creation method for creating a superconducting coil monitoring standard used when monitoring the state of a superconducting coil,
前記超電導コイルに通電し、同じ時点での前記超電導コイルの発熱量と温度の組み合わせを複数の時点で検出し、前記同じ時点で検出した発熱量と温度の組み合わせに基づいて、前記超電導コイルの熱暴走検出点を判別し、Energizing the superconducting coil, detecting a combination of heat generation and temperature of the superconducting coil at the same time at a plurality of times, and based on the combination of heat generation and temperature detected at the same time, heat of the superconducting coil Determine the runaway detection point,
前記超電導コイルへの通電、同じ時点での発熱量と温度の組み合わせの検出、熱暴走検出点の判別を、複数の通電パターンについて行い、Energizing the superconducting coil, detecting the combination of the amount of heat and temperature at the same time, and determining the thermal runaway detection point for a plurality of energization patterns,
前記判別した熱暴走検出点に基づいて前記超電導コイルの監視基準を作成する、Creating a monitoring standard for the superconducting coil based on the determined thermal runaway detection point;
ことを特徴とする超電導コイルの監視基準作成方法。A superconducting coil monitoring standard creation method characterized by the above. 請求項１に記載の超電導コイルの監視基準作成方法であって、前記通電パターンとして、前記超電導コイルの充電と放電を繰り返す通電パターンを用いることを特徴とする超電導コイルの監視基準作成方法。2. The superconducting coil monitoring reference creation method according to claim 1, wherein an energization pattern that repeats charging and discharging of the superconducting coil is used as the energization pattern. 超電導コイルの状態監視装置であって、A superconducting coil condition monitoring device,
前記超電導コイルの発熱量を検出する発熱量検出手段と、A calorific value detection means for detecting the calorific value of the superconducting coil;
前記超電導コイルの温度を検出する温度検出手段と、Temperature detecting means for detecting the temperature of the superconducting coil;
前記超電導コイルの状態を監視する状態監視手段を備え、Comprising state monitoring means for monitoring the state of the superconducting coil;
前記状態監視手段は、同じ時点で前記発熱量検出手段により検出された前記超電導コイルの発熱量と前記温度検出手段により検出された前記超電導コイルの温度の組み合わせを、請求項１または２に記載の超電導コイルの監視基準作成方法を用いて作成した超電導コイルの監視基準と比較し、比較結果に基づいて前記超電導コイルの状態を監視することを特徴とする超電導コイルの状態監視装置。The state monitoring unit according to claim 1 or 2, wherein a combination of a heat generation amount of the superconducting coil detected by the heat generation amount detection unit and a temperature of the superconducting coil detected by the temperature detection unit at the same time point. A superconducting coil state monitoring apparatus, wherein the superconducting coil state is compared with a superconducting coil monitoring reference prepared using a superconducting coil monitoring reference preparation method, and the state of the superconducting coil is monitored based on a comparison result. 超電導コイルと、前記超電導コイルを冷却する冷却装置と、前記超電導コイルへのエネルギーの貯蔵と、前記超電導コイルに貯蔵されているエネルギーの放出を制御する制御手段を備える超電導エネルギー貯蔵装置であって、
前記超電導コイルの発熱量を検出する発熱量検出手段と、前記超電導コイルの温度を検出する温度検出手段と、前記超電導コイルの状態を監視する監視手段を備え、前記監視手段は、同じ時点で前記発熱量検出手段と前記温度検出手段で検出した発熱量と温度の組み合わせを、請求項１または２に記載の超電導コイルの監視基準作成方法を用いて作成した超電導コイルの監視基準と比較し、比較結果に基づいて前記超電導コイルの状態を監視することを特徴とする超電導エネルギー貯蔵装置。 A superconducting energy storage device comprising a superconducting coil, a cooling device for cooling the superconducting coil, storage of energy in the superconducting coil, and control means for controlling release of energy stored in the superconducting coil,
A heating value detecting means for detecting the heating value of the superconducting coil, a temperature detecting means for detecting the temperature of the superconducting coil, and a monitoring means for monitoring the state of the superconducting coil, the monitoring means being the same at the same time The combination of the calorific value detected by the calorific value detection means and the temperature detection means and the temperature is compared with the superconducting coil monitoring standard created by using the superconducting coil monitoring standard creating method according to claim 1 or 2. A superconducting energy storage device that monitors a state of the superconducting coil based on a result. 請求項４に記載の超電導エネルギー貯蔵装置であって、前記超電導コイルは、酸化物超電導体により形成され、前記冷却装置として、伝導式冷却装置が用いられていることを特徴とする超電エネルギー貯蔵装置。   5. The superconducting energy storage device according to claim 4, wherein the superconducting coil is formed of an oxide superconductor, and a conductive cooling device is used as the cooling device. apparatus.
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