JP5972156B2

JP5972156B2 - Superconducting power transmission system and structure including the system

Info

Publication number: JP5972156B2
Application number: JP2012257979A
Authority: JP
Inventors: 敏弘駒込; 紀治玉田
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: JP2014107911A

Description

本開示は、超電導送電システム及び該システムを備える構造物に関するものである。 The present disclosure relates to a superconducting power transmission system and a structure including the system.

例えば特許文献１が開示するように、超電導ケーブルを、液体窒素を用いて冷却する冷却システムが従来から知られている。液体窒素は、循環ポンプによって循環回路内を循環させられ、冷凍機によって冷却された液体窒素が超電導ケーブルに送られる。
また、特許文献２が開示するように、超電導ケーブルを、スラッシュ窒素を用いて冷却する冷却システムが知られている。スラッシュ窒素は、窒素の微細固体粒子と液体が混合した固液二相流体である。特許文献２の冷却システムは、冷凍機と送液ポンプを備え、冷凍機によって生成されたスラッシュ窒素が、送液ポンプによって超電導ケーブルに送られる。 For example, as disclosed in Patent Document 1, a cooling system that cools a superconducting cable using liquid nitrogen is conventionally known. Liquid nitrogen is circulated in the circulation circuit by a circulation pump, and the liquid nitrogen cooled by the refrigerator is sent to the superconducting cable.
Further, as disclosed in Patent Document 2, a cooling system that cools a superconducting cable using slush nitrogen is known. Slush nitrogen is a solid-liquid two-phase fluid in which fine solid particles of nitrogen and a liquid are mixed. The cooling system of Patent Document 2 includes a refrigerator and a liquid feed pump, and slush nitrogen generated by the refrigerator is sent to the superconducting cable by the liquid feed pump.

特許文献３もまた、スラッシュ窒素を用いて超電導ケーブルを冷却する冷却システムを開示している。その上、特許文献３は、密度差を利用して、冷媒を循環させる動力を低減可能であることを開示している。より詳しくは、密度の高い窒素の氷を多く含んだ冷媒は、冷却ステーションから、自重で下に落ちていく。一方、熱侵入によって窒素氷が溶けた温度の高い冷媒は、密度が低いので、浮力が働くと同時に、落ちてくる冷媒に押されて元の冷却ステーションに戻っていく（特許文献３の段落番号００８３）。 Patent Document 3 also discloses a cooling system that cools the superconducting cable using slush nitrogen. Moreover, Patent Document 3 discloses that the power for circulating the refrigerant can be reduced by utilizing the density difference. More specifically, the refrigerant containing a lot of high-density nitrogen ice falls from the cooling station under its own weight. On the other hand, the high-temperature refrigerant in which nitrogen ice melts due to heat intrusion has low density, so that buoyancy works, and at the same time, it is pushed by the falling refrigerant and returns to the original cooling station (paragraph number in Patent Document 3). 0083).

特開２０１１−５４５００号公報JP 2011-54500 A 特開２００９−１４３０１号公報JP 2009-14301 A 特開２００６−２１０２６３号公報JP 2006-210263 A

特許文献１乃至３が開示する超電導ケーブルの冷却システムでは、いずれも循環ポンプが必須である。循環ポンプを用いた冷却システムでは、循環ポンプの故障により冷却システムが停止してしまうという問題がある。このような問題に対応するため、複数台の循環ポンプを用意して冗長化を図ることも考えられるが、コスト上昇を招いてしまう。
そこで本発明者らは、液体窒素とスラッシュ窒素の密度差を利用して、循環ポンプを用いずに、冷媒を循環させることに着想した。しかしながら、密度差を利用して冷媒を循環させる場合、窒素の氷、即ち固体窒素粒子の供給量が過多であると、固体窒素が詰まってしまい、冷媒が循環しなくなるという問題が生ずる。また、固体窒素粒子の供給量が過少であると、固体窒素粒子が溶けてしまってパイプ中心部と外側で冷媒の密度差がなくなり、やはり冷媒が循環しなくなるという問題が生ずる。 In any of the superconducting cable cooling systems disclosed in Patent Documents 1 to 3, a circulation pump is essential. In a cooling system using a circulation pump, there is a problem that the cooling system stops due to a failure of the circulation pump. In order to cope with such a problem, it may be possible to provide a plurality of circulation pumps for redundancy, but this causes an increase in cost.
Therefore, the present inventors have conceived that the refrigerant is circulated without using a circulation pump by utilizing the density difference between liquid nitrogen and slush nitrogen. However, when the refrigerant is circulated by utilizing the density difference, if the supply amount of nitrogen ice, that is, solid nitrogen particles is excessive, solid nitrogen is clogged and the refrigerant does not circulate. Further, if the supply amount of the solid nitrogen particles is too small, the solid nitrogen particles are melted and there is no difference in the density of the refrigerant between the center portion of the pipe and the outside, so that there is a problem that the refrigerant does not circulate.

従って、本発明の少なくとも一実施形態は、超電導ケーブル内で冷媒を循環させるための循環ポンプを用いずに、液体窒素とスラッシュ窒素の密度差による対流を積極的に利用することで、超電導ケーブル内で冷媒を安定して循環可能な超電導送電システム及び該システムを備える構造物を提供することにある。 Therefore, at least one embodiment of the present invention uses the convection due to the density difference between liquid nitrogen and slush nitrogen positively without using a circulation pump for circulating the refrigerant in the superconducting cable. It is another object of the present invention to provide a superconducting power transmission system capable of stably circulating a refrigerant and a structure including the system.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、高低差を存して配置される上端及び下端を有するとともに、前記上端側の上側連通空間、前記下端側の下側連通空間、並びに、前記上側連通空間と前記下側連通空間を介して相互に連通する内側空間及び外側空間を内部に有する二重管と、前記外側空間内を前記二重管の軸線方向に延びる、超電導材料からなる導電部材と、前記二重管の下端側にて前記二重管の外壁を貫通し、前記導電部材と電気的に接続された第１リード部材と、前記第１リード部材とは離れた位置にて前記二重管の外壁を貫通し、前記導電部材と電気的に接続された第２リード部材と、前記二重管内に充填された窒素からなる冷媒と、前記上側連通空間にて前記冷媒を冷却して固体窒素粒子を生成可能であって、前記固体窒素粒子が前記内側空間内を沈降するように構成されたスラッシュ窒素生成システムと、前記下側連通空間における前記冷媒の固相率に対応する制御量を測定するための少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサを介して測定された制御量に基づいて、前記スラッシュ窒素生成システムの冷却能力を制御するように構成されている制御装置とを備えることを特徴とする高温超電導送電システムが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, the upper end and the lower end are disposed with a difference in elevation, the upper communication space on the upper end side, the lower communication space on the lower end side, and the upper communication space. And a double pipe having an inner space and an outer space communicating with each other via the lower communication space, and a conductive member made of a superconducting material extending in the axial direction of the double pipe in the outer space, The first lead member that penetrates the outer wall of the double tube at the lower end side of the double tube and is electrically connected to the conductive member, and the first lead member are separated from the first lead member. A second lead member penetrating the outer wall of the tube and electrically connected to the conductive member; a refrigerant made of nitrogen filled in the double tube; and the refrigerant is cooled and solidified in the upper communication space Nitrogen particles can be generated, and the solid nitrogen particles A slush nitrogen generation system configured to sink in the inner space, at least one sensor for measuring a control amount corresponding to a solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space, and the at least one A high-temperature superconducting power transmission system is provided, comprising: a control device configured to control the cooling capacity of the slush nitrogen generation system based on a control amount measured through two sensors.

本実施形態によれば、下側連通空間における冷媒の固相率に対応する制御量に基づいて、スラッシュ窒素生成システムの冷却能力を制御することにより、内側空間へのスラッシュ窒素の供給量が常に適正に保たれ、二重管内を冷媒が安定して循環する。 According to the present embodiment, by controlling the cooling capacity of the slush nitrogen generation system based on the control amount corresponding to the solid phase rate of the refrigerant in the lower communication space, the supply amount of slush nitrogen to the inner space is always It is maintained properly and the refrigerant circulates stably in the double pipe.

一実施形態の高温超電導送電システムでは、前記少なくとも１つのセンサは、前記下側連通空間に配置された下位コンデンサと、前記外側空間に配置された上位コンデンサとを含み、前記制御装置は、前記上位コンデンサの静電容量の測定値が第１設定範囲に入り、且つ、前記下位コンデンサの測定値が第２設定範囲に入るように、前記冷凍システムを制御するように構成され、前記第２設定範囲に対応する固相率は、前記第１設定範囲に対応する固相率よりも高い。
ている。 In one embodiment, the at least one sensor includes a lower capacitor disposed in the lower communication space and an upper capacitor disposed in the outer space, and the control device includes the upper capacitor. The refrigeration system is controlled so that the measured value of the capacitance of the capacitor falls within the first setting range and the measured value of the lower capacitor falls within the second setting range, and the second setting range Is higher than the solid phase rate corresponding to the first set range.
ing.

この構成によれば、上位センサの静電容量の測定値のみならず、下位センサの静電容量の測定値に基づいて制御を行っているので、下側連通空間における冷媒の固相率を所望の設定範囲に入れることができる。 According to this configuration, since the control is performed based on the measured value of the capacitance of the lower sensor as well as the measured value of the capacitance of the upper sensor, the solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space is desired. Can be included in the setting range.

一実施形態の高温超電導送電システムでは、前記第１設定範囲は、対応する固相率が５％以下になるよう設定されている。 In the high-temperature superconducting power transmission system of one embodiment, the first setting range is set so that the corresponding solid phase ratio is 5% or less.

一実施形態の高温超電導送電システムでは、前記少なくとも１つのセンサは、更に、前記下位コンデンサと前記上位コンデンサとの間に配置された中位コンデンサを含み、前記制御装置は、前記中位コンデンサの静電容量の測定値が第３設定範囲に入るように、前記スラッシュ窒素生成システムを制御するように構成されている。第３設定範囲に対応する固相率は、第１設定範囲に対応した固相率以上で、かつ、第２設定範囲に対応した固相率以下である。 In one embodiment, the at least one sensor further includes a middle capacitor disposed between the lower capacitor and the upper capacitor, and the control device includes a static capacitor of the middle capacitor. The slush nitrogen generation system is configured to be controlled so that the measured value of the capacitance falls within the third setting range. The solid phase ratio corresponding to the third setting range is equal to or higher than the solid phase ratio corresponding to the first setting range and equal to or lower than the solid phase ratio corresponding to the second setting range.

この構成によれば、中位センサの静電容量の測定値に更に基づいて制御を行っているので、下側連通空間における冷媒の固相率を所望の設定範囲に確実に入れることができる。
上位センサの静電容量測定値が第１設定範囲内にあり、下位センサの静電容量測定値が第２設定範囲内にある場合でも、固相率の分布が一意に定まるとは限らない。図３中の線ｂで示すように、下位センサから上位センサに向かって位置が高くなるのに従って固相率が徐々に低下するという望ましい固相率分布ではなく、図３中の線ａで示すように、下位センサの直上で固相率が急激に減少し、下側連通空間内の固体量が相対的に少ない状態、図３中の線ｃで示すように、上位センサの直下で固相率が急激に減少し、下側連通空間内の固体量が相対的に多い状態もありえる。
そして、線ａの状態からの更なる固体量の減少、線ｃの状態からの更なる固体量の増加が進むと、循環流量の減少または喪失や固体過多による閉塞が発生する。これらは循環運転の安定性を損なう。中位センサを設け、中位センサの測定値が第３設定範囲に入るように運転することで、下側連通空間内の固相率分布を望ましい固相率分布に保つことが可能となり、循環の安定性向上に寄与する。この結果として、二重管内を冷媒が安定して循環する。 According to this configuration, since the control is further performed based on the measured value of the capacitance of the middle sensor, the solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space can be surely set within a desired setting range.
Even when the capacitance measurement value of the upper sensor is within the first setting range and the capacitance measurement value of the lower sensor is within the second setting range, the distribution of the solid phase ratio is not necessarily determined uniquely. As indicated by a line b in FIG. 3, this is not a desirable solid phase ratio distribution in which the solid phase ratio gradually decreases as the position increases from the lower sensor toward the upper sensor, but is indicated by a line a in FIG. 3. Thus, the solid phase ratio immediately decreases immediately above the lower sensor, and the amount of solid in the lower communication space is relatively small, as shown by the line c in FIG. The rate may decrease rapidly, and there may be a relatively large amount of solids in the lower communication space.
When the solid amount further decreases from the state of the line a and further increases from the state of the line c, the circulation flow rate is reduced or lost, or the blockage due to the excessive solid occurs. These impair the stability of the circulating operation. By providing an intermediate sensor and operating so that the measured value of the intermediate sensor falls within the third setting range, it is possible to maintain the desired solid phase ratio distribution in the lower communication space, and Contributes to the improvement of stability. As a result, the refrigerant circulates stably in the double pipe.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、上記の何れかの高温超電導送電システムと、複数階の建物とを備え、前記二重管は、前記建物の複数階に渡って設けられていることを特徴とする構造物が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, any one of the high-temperature superconducting power transmission systems described above and a building of a plurality of floors are provided, and the double pipe is provided over a plurality of floors of the building. A featured structure is provided.

一実施形態の構造物は、交流電流を直流電流に変換する整流器を更に備え、前記導電部材は、前記直流電流を流すように構成されている。 The structure of one embodiment further includes a rectifier that converts an alternating current into a direct current, and the conductive member is configured to flow the direct current.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、上記の何れかの高温超電導送電システムと、堤体を有するダムと、前記堤体の下側に設けられた発電機とを備え、前記二重管は前記堤体に沿って設けられていることを特徴とする構造物が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, the high temperature superconducting power transmission system according to any one of the above, a dam having a bank body, and a generator provided on the lower side of the bank body, the double pipe is A structure is provided that is provided along the bank body.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、上記の何れかの２つの高温超電導送電システムと、２つの前記二重管が河川の両岸から河川の下に斜めに設置され、２つの前記第１リード部材が電気的に相互に接続されていることを特徴とする構造物が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, any of the two high-temperature superconducting power transmission systems described above and the two double pipes are installed obliquely below the river from both banks of the river, and the two first A structure is provided in which the lead members are electrically connected to each other.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、超電導ケーブル内で冷媒を循環させるための循環ポンプを用いずに、超電導ケーブル内で冷媒を安定して循環可能な超電導送電システム及び該システムを備える構造物が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, a superconducting power transmission system capable of stably circulating a refrigerant in a superconducting cable without using a circulation pump for circulating the refrigerant in the superconducting cable, and a structure including the system Is provided.

図１は、本発明の一実施形態の超電導送電システムの概略的な構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a superconducting power transmission system according to an embodiment of the present invention. 図２は、高さ方向での位置と、コンデンサ容量変化率との関係を概略的に示すグラフである。FIG. 2 is a graph schematically showing the relationship between the position in the height direction and the change rate of the capacitor capacity. 図３は、高さ方向での位置と、コンデンサ容量変化率との関係を概略的に示すグラフである。FIG. 3 is a graph schematically showing the relationship between the position in the height direction and the capacitance change rate. 図４は、一実施形態の超電導送電システムを備えるデータセンタの構成を概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a data center including the superconducting power transmission system according to the embodiment. 図５は、一実施形態の超電導送電システムを備える水力発電所および揚水発電所の構成を概略的に示す図である。Drawing 5 is a figure showing roughly composition of a hydroelectric power station and a pumped-storage power station provided with a superconducting power transmission system of one embodiment. 図６は、一実施形態の超電導送電システムを備える河川横断工の構成を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of a river crossing work including the superconducting power transmission system according to the embodiment. 図７は、１気圧での固体および液体窒素の誘電率の温度依存性を示すグラフである（参考文献：Zieman, C. M., Appl. Phys. 23, 154 (1952)）。FIG. 7 is a graph showing the temperature dependence of the dielectric constant of solid and liquid nitrogen at 1 atmosphere (reference: Zieman, C. M., Appl. Phys. 23, 154 (1952)).

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples.

図１は、本発明の一実施形態の超電導送電システムの概略的な構成を示す図である。
超電導送電システムは、超電導ケーブル１０、スラッシュ窒素生成システム１２、固相率測定システム１４、及び、制御装置１６を備える。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a superconducting power transmission system according to an embodiment of the present invention.
The superconducting power transmission system includes a superconducting cable 10, a slush nitrogen generation system 12, a solid phase rate measurement system 14, and a control device 16.

〔超電導ケーブル〕
超電導ケーブル１０は、内管２０及び外管２２からなる二重管２４と、超電導材料からなる導電部材としての第１導電部材２６及び第２導電部材２８と、絶縁部材３０，３１と、断熱部材３２と、１組の第１リード部材３４と、１組の第２リード部材３６とを有する。内管２０の内側には内側空間３８が規定され、内管２０と外管２２の間には外側空間４０が規定されている。 [Superconducting cable]
The superconducting cable 10 includes a double tube 24 composed of an inner tube 20 and an outer tube 22, a first conductive member 26 and a second conductive member 28 as conductive members made of a superconductive material, insulating members 30 and 31, and a heat insulating member. 32, a set of first lead members 34, and a set of second lead members 36. An inner space 38 is defined inside the inner tube 20, and an outer space 40 is defined between the inner tube 20 and the outer tube 22.

二重管２４は、水平方向に対して斜め又は直交するように設置される。本実施形態では、二重管２４は鉛直方向（重力方向）に沿って配置されており、二重管２４の一端（上端）と他端（下端）は高低差を存して配置される。
内管２０は外管２２よりも短く、二重管２４の上端側及び下端側において、内側空間３８と外側空間４０は相互に連通している。つまり、二重管２４の上端側及び下端側には、内側空間３８と外側空間４０を連通する上側連通空間４２及び下側連通空間４４が設けられている。なお、高さ方向における、内側空間３８及び外側空間４０の各々と下側連通空間４４との境界は、内管２０の下端によって規定されている。 The double pipe 24 is installed so as to be oblique or orthogonal to the horizontal direction. In the present embodiment, the double pipe 24 is arranged along the vertical direction (the direction of gravity), and one end (upper end) and the other end (lower end) of the double pipe 24 are arranged with a height difference.
The inner tube 20 is shorter than the outer tube 22, and the inner space 38 and the outer space 40 communicate with each other on the upper end side and the lower end side of the double tube 24. That is, an upper communication space 42 and a lower communication space 44 that communicate the inner space 38 and the outer space 40 are provided on the upper end side and the lower end side of the double pipe 24. A boundary between each of the inner space 38 and the outer space 40 and the lower communication space 44 in the height direction is defined by the lower end of the inner tube 20.

断熱部材３２は、例えばテフロン（登録商標）やポリプロピレンからなり、内管２０の内周面を覆うように設けられている。
二重管２４内には、第１導電部材２６及び第２導電部材２８を冷却するための冷媒（導電部材冷却用冷媒）として窒素が充填されている。導電部材冷却用冷媒は、二重管２４内を循環可能であり、断熱部材３２よりも内側の内側空間３８の部分が、二重管２４の上端側から下端側に向かって冷媒を流動させるための下降流路として使用される。 The heat insulating member 32 is made of, for example, Teflon (registered trademark) or polypropylene, and is provided so as to cover the inner peripheral surface of the inner tube 20.
The double tube 24 is filled with nitrogen as a refrigerant (conductive member cooling refrigerant) for cooling the first conductive member 26 and the second conductive member 28. The conductive member cooling refrigerant can circulate in the double pipe 24 and the portion of the inner space 38 inside the heat insulating member 32 causes the refrigerant to flow from the upper end side to the lower end side of the double pipe 24. Used as a descending flow path.

第１導電部材２６及び第２導電部材２８は、絶縁部材３０を挟んで外側空間４０に配置され、二重管２４の軸線方向に沿って上端側から下端側まで延びている。第１導電部材２６と第２導電部材２８は、例えば、超電導材料からなるテープを巻回して形成される。この場合、第１導電部材２６のテープは、内管２０の外周に巻回され、第２導電部材２８のテープは、第１導電部材２６の外周に設けられた絶縁部材３０の外周に巻回され、さらに絶縁部材３１が第２導電部材２８の外周に巻回される。第２導電部材２８の外周の絶縁部材３１よりも外側の外側空間４０の部分が、二重管２４の下端側から上端側に向かって冷媒を流動させるための上昇流路として使用される。 The first conductive member 26 and the second conductive member 28 are disposed in the outer space 40 with the insulating member 30 interposed therebetween, and extend from the upper end side to the lower end side along the axial direction of the double tube 24. The first conductive member 26 and the second conductive member 28 are formed, for example, by winding a tape made of a superconducting material. In this case, the tape of the first conductive member 26 is wound around the outer periphery of the inner tube 20, and the tape of the second conductive member 28 is wound around the outer periphery of the insulating member 30 provided on the outer periphery of the first conductive member 26. Further, the insulating member 31 is wound around the outer periphery of the second conductive member 28. A portion of the outer space 40 outside the insulating member 31 on the outer periphery of the second conductive member 28 is used as an ascending flow path for causing the refrigerant to flow from the lower end side to the upper end side of the double tube 24.

２つの第１リード部材３４は、二重管２４の下端側にて二重管２４の外壁を貫通しており、下側連通空間４４を通って、第１導電部材２６及び第２導電部材２８に接続されている。
また、２つの第２リード部材３６は、２つの第１リード部材３４から高さ方向にて離れた位置にて、二重管２４の外壁を貫通しており、第１導電部材２６及び第２導電部材２８に接続されている。本実施形態では、２つの第２リード部材３６は、二重管２４の上端側にて二重管２４の外壁を貫通している。
なお、二重管２４の外壁は、外管２２及び外管２２の開口端を閉塞する端壁によって構成されており、２つの第１リード部材３４は外管２２の下端を閉塞する端壁を貫通している。 The two first lead members 34 penetrate the outer wall of the double pipe 24 on the lower end side of the double pipe 24, pass through the lower communication space 44, and pass through the first conductive member 26 and the second conductive member 28. It is connected to the.
In addition, the two second lead members 36 penetrate the outer wall of the double tube 24 at a position away from the two first lead members 34 in the height direction, and the first conductive member 26 and the second conductive member 26. It is connected to the conductive member 28. In the present embodiment, the two second lead members 36 penetrate the outer wall of the double tube 24 on the upper end side of the double tube 24.
The outer wall of the double pipe 24 is constituted by the outer pipe 22 and an end wall that closes the open end of the outer pipe 22, and the two first lead members 34 have end walls that close the lower end of the outer pipe 22. It penetrates.

〔スラッシュ窒素生成システム〕
スラッシュ窒素生成システム１２は、超電導ケーブル１０の上端側の液体窒素を冷却してスラッシュ窒素を生成し、生成したスラッシュ窒素が内管２０内に供給されるように構成されている。より詳しくは、スラッシュ窒素は、固相の窒素粒子と液相の窒素（液体窒素）の混合物であり、スラッシュ窒素生成システム１２は、固相の窒素粒子が液体窒素との比重差によって沈降して内管２０内に供給されるように構成されている。 [Slash nitrogen generation system]
The slush nitrogen generation system 12 is configured to cool the liquid nitrogen on the upper end side of the superconducting cable 10 to generate slush nitrogen, and the generated slush nitrogen is supplied into the inner tube 20. More specifically, slush nitrogen is a mixture of solid-phase nitrogen particles and liquid-phase nitrogen (liquid nitrogen), and the slush nitrogen generation system 12 precipitates solid-phase nitrogen particles due to a specific gravity difference from liquid nitrogen. It is configured to be supplied into the inner pipe 20.

本実施形態では、スラッシュ窒素生成システム１２は、例えばオーガ法によりスラッシュ窒素を生成する。具体的には、スラッシュ窒素生成システム１２は、上側連通空間４２に配置された例えば筒状の熱交換器４６と、熱交換器４６に窒素を冷却するための冷媒（窒素冷却用冷媒）を供給するための冷凍システム４８と、熱交換器４６の内側に配置され、熱交換器４６の内周面に生成した固相の窒素を掻き落として微細な窒素粒子を生成可能なオーガ（スクリュー）５０と、オーガ５０を駆動するモータ５２と、熱交換器４６の外周を覆う断熱部材５３からなる。冷凍システム４８及びモータ５２の本体は、超電導ケーブル１０の外部に配置される。 In the present embodiment, the slush nitrogen generation system 12 generates slush nitrogen by, for example, an auger method. Specifically, the slush nitrogen generation system 12 supplies, for example, a cylindrical heat exchanger 46 disposed in the upper communication space 42 and a refrigerant (nitrogen cooling refrigerant) for cooling nitrogen to the heat exchanger 46. And an auger (screw) 50 that is disposed inside the heat exchanger 46 and capable of generating fine nitrogen particles by scraping off solid phase nitrogen generated on the inner peripheral surface of the heat exchanger 46. And a motor 52 that drives the auger 50 and a heat insulating member 53 that covers the outer periphery of the heat exchanger 46. The main body of the refrigeration system 48 and the motor 52 is disposed outside the superconducting cable 10.

熱交換器４６の下端は、内管２０の上端近傍に対向するように配置され、熱交換器４６から掻き落とされた窒素粒子が、内管２０内に供給されるように構成されている。
なお、断熱部材５３は、熱交換器４６の上部を覆っていない。熱交換器４６の上部には、熱交換器４６の内側と外側を連通する連通孔４６ａが設けられ、液体窒素が、連通孔４６ａを通じて熱交換器４６の内側に流入可能である。 The lower end of the heat exchanger 46 is disposed so as to face the vicinity of the upper end of the inner tube 20, and nitrogen particles scraped off from the heat exchanger 46 are configured to be supplied into the inner tube 20.
The heat insulating member 53 does not cover the upper part of the heat exchanger 46. A communication hole 46a that communicates the inside and the outside of the heat exchanger 46 is provided in the upper portion of the heat exchanger 46, and liquid nitrogen can flow into the heat exchanger 46 through the communication hole 46a.

〔固相率測定システム〕
固相率測定システム１４は、少なくとも１つのセンサと、センサの出力信号を処理して、冷媒の固相率に対応する制御量を求める測定装置５４とからなる。本実施形態では、センサは二重円筒形コンデンサであり、測定装置５４は、静電容量測定装置である。二重円筒形コンデンサは同心上の内筒と外筒からなり、二重管２４内に配置されている。二重円筒形コンデンサでは、内筒と外筒の間に存在する冷媒の固相率に応じて、静電容量が変化する。 [Solid fraction measurement system]
The solid phase ratio measurement system 14 includes at least one sensor and a measurement device 54 that processes an output signal of the sensor to obtain a control amount corresponding to the solid phase ratio of the refrigerant. In the present embodiment, the sensor is a double cylindrical capacitor, and the measuring device 54 is a capacitance measuring device. The double cylindrical capacitor is composed of a concentric inner cylinder and outer cylinder, and is arranged in the double pipe 24. In the double cylindrical capacitor, the capacitance changes according to the solid phase ratio of the refrigerant existing between the inner cylinder and the outer cylinder.

本実施形態では、固相率測定システム１４は、高さ方向にて異なる位置に配置された３つのセンサを有する。最も低い位置に配置されたセンサ（下位センサ５６ａ）は、二重管２４の下側連通空間４４、すなわち底部に設置されている。中間位置に配置されたセンサ（中位センサ５６ｂ）は、低位センサ５６ａよりも高い位置に配置され、内管２０の径方向にて内管２０の外周よりも外側に配置されている。 In the present embodiment, the solid phase ratio measurement system 14 includes three sensors arranged at different positions in the height direction. The sensor (lower sensor 56 a) arranged at the lowest position is installed in the lower communication space 44, that is, the bottom of the double pipe 24. The sensor (intermediate sensor 56b) disposed at the intermediate position is disposed at a position higher than the low sensor 56a, and is disposed outside the outer periphery of the inner tube 20 in the radial direction of the inner tube 20.

最も高い位置に配置されたセンサ（上位センサ５６ｃ）は、外側空間４０に配置されており、中位センサ５６ｂよりも高い位置に設置されている。測定装置５４は、これら３つの下位、中位及び上位センサ５６ａ，ｂ，ｃの各々の静電容量を個別に測定可能である。
なお、静電容量に基づく固相率の測定原理は、特開２０１０−２２３７４０号公報に詳細に記載されている。 The sensor (upper sensor 56c) arranged at the highest position is arranged in the outer space 40 and is installed at a position higher than the middle sensor 56b. The measuring device 54 can individually measure the capacitance of each of these three lower, middle and upper sensors 56a, b, c.
Note that the measurement principle of the solid phase ratio based on the capacitance is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-223740.

〔制御装置〕
制御装置１６は、例えば、コンピュータによって構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、外部記憶装置、入出力装置、及び、通信装置を有する。制御装置１６には、固相率測定システム１４によって測定された制御量が入力される。制御装置１６は、二重管２４内で導電部材冷却用冷媒が循環するように、入力された制御量に基づいて、換言すれば、冷媒の固相率に基づいて、スラッシュ窒素生成システム１２の冷凍システム４８を制御するように構成されている。〔Control device〕
The control device 16 is configured by a computer, for example, and includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, an external storage device, an input / output device, and a communication device. A control amount measured by the solid phase ratio measurement system 14 is input to the control device 16. Based on the input control amount, in other words, based on the solid phase ratio of the refrigerant, the control device 16 controls the slush nitrogen generation system 12 so that the conductive member cooling refrigerant circulates in the double pipe 24. The refrigeration system 48 is configured to be controlled.

具体的には、制御装置１６は、下側連通空間４４、即ち、二重管２４の底部における冷媒の固相率が適正な循環流量での運転が可能となるような設定範囲内に入るように、冷凍システム４８を制御する。 Specifically, the control device 16 is set to fall within a setting range in which the solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space 44, that is, the bottom of the double pipe 24, can be operated at an appropriate circulation flow rate. Next, the refrigeration system 48 is controlled.

固相率は、単位質量当たりにおける、全窒素質量（Ａ）に対する、固相の窒素質量（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）である。固相の窒素の比誘電率は１．５１６であるのに対し、液相の窒素の比誘電率は１．４７５であり、冷媒の比誘電率は固相率に応じて変化する。測定装置５４によって測定された静電容量から冷媒の比誘電率を演算し、演算した比誘電率と、予め求めておいた固相率と比誘電率の関係に基づいて、固相率を求めることができる（図７）。 The solid phase ratio is the ratio (B / A) of the solid mass nitrogen mass (B) to the total nitrogen mass (A) per unit mass. The relative dielectric constant of nitrogen in the solid phase is 1.516, whereas the relative dielectric constant of nitrogen in the liquid phase is 1.475, and the relative dielectric constant of the refrigerant changes according to the solid phase ratio. The relative dielectric constant of the refrigerant is calculated from the capacitance measured by the measuring device 54, and the solid phase ratio is obtained based on the calculated relative dielectric constant and the relationship between the solid phase ratio and the relative dielectric constant obtained in advance. (FIG. 7).

二重管２４の底部における冷媒の固相率が適正な循環流量での運転が可能となるような設定範囲内にある場合、以下のようにして、二重管２４内を冷媒が循環する。
（１）上側連通空間４２、即ち二重管２４の天井部にある熱交換器４６により、サブクール状態の液体窒素が凝固点まで冷やされ、熱交換器４６の表面には固体の窒素膜が形成される。この窒素膜がオーガ５０によって掻き落とされることにより、微細な固体窒素粒子が生成される。つまり、固体窒素粒子と液体窒素からなるスラッシュ窒素が生成される。
（２）固体窒素(密度０．９４６ｇ／ｃｍ^３)の密度は、液体窒素(６３．２Ｋで密度０．８６７ｇ／ｃｍ^３)の密度より１割程度大きいため、生成した固体窒素粒子は内側空間３８を沈降する。そして、固体窒素粒子は、下側連通空間４４、すなわち二重管２４の底部の第１リード部材３４まで到達する。内側空間３８を沈降中の固体窒素粒子は、断熱部材３２の存在によって、第１リード部材３４に到達するまで熱を受けることがない。
（３）固体窒素粒子が第１リード部材３４まで到達すると、固体窒素粒子の融解潜熱により第１リード部材３４が冷却され、固体窒素粒子は融解して液体窒素になる。二重管２４の底部における冷媒の固相率が設定範囲内にある場合、連続的に供給される固体窒素粒子が上位センサ５６ｃのレベルもしくは５６ｃの上位のレベルで全て融解する。
（４）内側空間３８のスラッシュ窒素により二重管２４の底部の冷媒に作用する圧力と、外側空間４０のサブクール状態の液体窒素により二重管２４の底部の冷媒に作用する圧力との間には、スラッシュ窒素と液体窒素の密度差により、差が生じる。この圧力差に基づいて、二重管２４の底部で融解により生じた液体窒素は、外側空間４０内を上昇する。液体窒素は、上昇中、第１導電部材２６、第２導電部材２８及び第２リード部材３６を冷却し、これにより液体窒素の温度が上昇する。
（５）温度上昇した液体窒素は、二重管２４の天井部まで到達する。以下（１）〜（５）が繰り返され、冷媒が循環する。 When the solid phase ratio of the refrigerant at the bottom of the double pipe 24 is within a setting range that allows operation at an appropriate circulation flow rate, the refrigerant circulates through the double pipe 24 as follows.
(1) The sub-cooled liquid nitrogen is cooled to the freezing point by the heat exchanger 46 in the upper communication space 42, that is, the ceiling of the double tube 24, and a solid nitrogen film is formed on the surface of the heat exchanger 46. The The nitrogen film is scraped off by the auger 50, whereby fine solid nitrogen particles are generated. That is, slush nitrogen composed of solid nitrogen particles and liquid nitrogen is generated.
(2) Since the density of solid nitrogen (density 0.946 g / cm ³ ) is about 10% larger than the density of liquid nitrogen (63.2 K and density 0.867 g / cm ³ ), the generated solid nitrogen particles are inside space. 38 is settled. The solid nitrogen particles reach the lower communication space 44, that is, the first lead member 34 at the bottom of the double tube 24. The solid nitrogen particles settling in the inner space 38 do not receive heat until they reach the first lead member 34 due to the presence of the heat insulating member 32.
(3) When the solid nitrogen particles reach the first lead member 34, the first lead member 34 is cooled by the melting latent heat of the solid nitrogen particles, and the solid nitrogen particles are melted into liquid nitrogen. When the solid phase ratio of the refrigerant at the bottom of the double tube 24 is within the set range, the continuously supplied solid nitrogen particles are all melted at the level of the upper sensor 56c or the upper level of 56c.
(4) Between the pressure acting on the refrigerant at the bottom of the double pipe 24 by the slush nitrogen in the inner space 38 and the pressure acting on the refrigerant at the bottom of the double pipe 24 by the liquid nitrogen in the subcooled state in the outer space 40 Is different due to the density difference between slush nitrogen and liquid nitrogen. Based on this pressure difference, liquid nitrogen generated by melting at the bottom of the double tube 24 rises in the outer space 40. During the rise, the liquid nitrogen cools the first conductive member 26, the second conductive member 28, and the second lead member 36, thereby increasing the temperature of the liquid nitrogen.
(5) The liquid nitrogen whose temperature has increased reaches the ceiling of the double pipe 24. Hereinafter, (1) to (5) are repeated, and the refrigerant circulates.

なお、本実施形態では、以下に説明するように、下位センサ５６ａ、中位センサ５６ｂ及び上位センサ５６ｃの３つのセンサを用いて、二重管２４の底部での冷媒の固相率が設定範囲に確実に入るように制御を行っている。
上位センサ５６ｃの位置において、外側空間４０の冷媒は液体窒素である。液体窒素の比誘電率は１．４７５であるのに対し、固体窒素の比誘電率は１．５１６であり、固体窒素粒子を含むスラッシュ窒素の比誘電率は、固相率に応じて、液体窒素よりも高くなる。 In the present embodiment, as will be described below, the solid phase ratio of the refrigerant at the bottom of the double tube 24 is set within a set range using three sensors, the lower sensor 56a, the middle sensor 56b, and the upper sensor 56c. Control is done to ensure that
At the position of the upper sensor 56c, the refrigerant in the outer space 40 is liquid nitrogen. The relative permittivity of liquid nitrogen is 1.475, whereas the relative permittivity of solid nitrogen is 1.516, and the relative permittivity of slush nitrogen containing solid nitrogen particles depends on the solid phase ratio. Higher than nitrogen.

このため、二重円筒形コンデンサの静電容量は、外筒と内筒の間の冷媒がスラッシュ窒素である場合、液体窒素である場合よりも高くなる。具体的には、二重円筒形コンデンサの静電容量は、冷媒がたとえば固相率５０％のスラッシュ窒素である場合、液体窒素である場合よりも約１．５％増加する。 For this reason, the electrostatic capacity of the double cylindrical capacitor is higher when the refrigerant between the outer cylinder and the inner cylinder is slush nitrogen than when it is liquid nitrogen. Specifically, the capacitance of the double cylindrical capacitor is increased by about 1.5% when the refrigerant is slush nitrogen having a solid phase ratio of 50%, for example, compared with liquid nitrogen.

制御装置１６は、上位センサ５６ｃの静電容量の測定値が第１設定範囲に入り、且つ、下位センサ５６ａの静電容量の測定値が第２設定範囲に入るように、冷凍システム４８の冷却能力を制御する。第２設定範囲に対応する固相率は、前記第１設定範囲に対応する固相率よりも高い。 The control device 16 cools the refrigeration system 48 so that the measured value of the capacitance of the upper sensor 56c is in the first setting range and the measured value of the capacitance of the lower sensor 56a is in the second setting range. Control ability. The solid phase rate corresponding to the second set range is higher than the solid phase rate corresponding to the first set range.

更に、制御装置１６は、中位センサ５６ｂの静電容量の測定値が、第３設定範囲に入るように、冷凍システム４８の冷却能力を制御している。
上位センサ５６ｃの静電容量測定値が第１設定範囲内にあり、下位センサ５６ａの静電容量測定値が第２設定範囲内にある場合でも、固相率の分布が一意に定まるとは限らない。図３中の線ｂで示すように、下位センサ５６ａから上位センサ５６ｂに向かって位置が高くなるのに従って固相率が徐々に低下するという望ましい固相率分布ではなく、図３中の線ａで示すように、下位センサの直上で固相率が急激に減少し、下側連通空間４４内の固体量が相対的に少ない状態、図３中の線ｃで示すように、上位センサの直下で固相率が急激に減少し、下側連通空間４４内の固体量が相対的に多い状態もありえる。 Furthermore, the control device 16 controls the cooling capacity of the refrigeration system 48 so that the measured capacitance value of the middle sensor 56b falls within the third setting range.
Even when the capacitance measurement value of the upper sensor 56c is within the first setting range and the capacitance measurement value of the lower sensor 56a is within the second setting range, the distribution of the solid phase ratio may not be uniquely determined. Absent. As indicated by the line b in FIG. 3, this is not a desirable solid phase ratio distribution in which the solid phase ratio gradually decreases as the position increases from the lower sensor 56a toward the upper sensor 56b. As shown in FIG. 3, the solid phase ratio immediately decreases immediately above the lower sensor, and the amount of solids in the lower communication space 44 is relatively small, as shown by the line c in FIG. Therefore, there may be a state in which the solid phase ratio decreases rapidly and the amount of solids in the lower communication space 44 is relatively large.

そして、図３中の線ａの状態からの更なる固体量の減少、図３中の線ｃの状態からの更なる固体量の増加が進むと、循環流量の減少または喪失や固体過多による閉塞が発生する。これらは循環運転の安定性を損なう。中位センサ５６ｂを設け、中位センサ５６ｂの測定値が第３設定範囲に入るように運転することで、下側連通空間４４内の固相率分布を望ましい固相率分布に保つことが可能となり、循環の安定性向上に寄与する。 When the solid amount further decreases from the state of line a in FIG. 3 and the solid amount further increases from the state of line c in FIG. 3, clogging due to decrease or loss of the circulating flow rate or excessive solids. Will occur. These impair the stability of the circulating operation. By providing the middle sensor 56b and operating so that the measured value of the middle sensor 56b falls within the third setting range, it is possible to keep the solid phase ratio distribution in the lower communication space 44 at a desirable solid ratio distribution. This contributes to improving the stability of circulation.

上述した一実施形態の超電導送電システムでは、制御装置１６によりスラッシュ窒素生成システム１２の冷却能力を制御することによって、二重管２４内での導電部材冷却用冷媒の循環を実現しており、二重管２４内で導電部材冷却用冷媒を循環させるための循環ポンプが不要である。このため、循環ポンプの設置、保守及び点検の必要が無く、冗長性確保のために複数の循環ポンプを用意する必要もない。この結果として、この超電導送電システムは、導入コスト及び運転コストが低減されながら、長期に亘り安定に動作する。
そして、下側連通空間４４における冷媒の固相率に対応する制御量に基づいて、スラッシュ窒素生成システム１２の冷却能力を制御することにより、内側空間３８へのスラッシュ窒素の供給量が常に適正に保たれ、二重管２４内を冷媒が安定に循環する。 In the superconducting power transmission system of the above-described embodiment, the control device 16 controls the cooling capacity of the slush nitrogen generation system 12, thereby realizing the circulation of the conductive member cooling refrigerant in the double pipe 24. A circulation pump for circulating the conductive member cooling refrigerant in the heavy pipe 24 is unnecessary. For this reason, there is no need for installation, maintenance and inspection of the circulation pump, and there is no need to prepare a plurality of circulation pumps for ensuring redundancy. As a result, the superconducting power transmission system operates stably for a long period of time while reducing the introduction cost and the operating cost.
Then, by controlling the cooling capacity of the slush nitrogen generation system 12 based on the control amount corresponding to the solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space 44, the supply amount of slush nitrogen to the inner space 38 is always appropriate. The refrigerant is circulated in the double pipe 24 stably.

上述した一実施形態の超電導送電システムでは、それぞれ二重円筒形コンデンサからなる上位センサ５６ｃ及び下位センサ５６ａの静電容量を測定し、上位センサ５６ｃの静電容量の測定値が第１設定範囲に入るように、且つ、下位センサ５６ａの静電容量の測定値が第２設定範囲に入るように冷却能力が制御される。
この構成によれば、上位センサ５６ｃの静電容量の測定値の絶対値のみならず、下位センサ５６ａの静電容量の測定値に基づいて制御を行っているので、下側連通空間４４における冷媒の固相率を所望の設定範囲に入れることができる。 In the superconducting power transmission system according to the embodiment described above, the capacitances of the upper sensor 56c and the lower sensor 56a each made of a double cylindrical capacitor are measured, and the measured value of the capacitance of the upper sensor 56c falls within the first setting range. The cooling capacity is controlled so that the measured value of the capacitance of the lower sensor 56a falls within the second setting range.
According to this configuration, since the control is performed based not only on the absolute value of the measured value of the capacitance of the upper sensor 56c but also on the measured value of the capacitance of the lower sensor 56a, the refrigerant in the lower communication space 44 The solid phase ratio can be within a desired setting range.

上述した一実施形態の超電導送電システムでは、更に、二重円筒形コンデンサからなる中位センサ５６ｂの静電容量を測定し、中位センサ５６ｂの静電容量の測定値が第３設定範囲に入るように冷却能力が制御される。
この構成によれば、中位センサ５６ｂの静電容量の測定値に更に基づいて制御を行っているので、下側連通空間４４における冷媒の固相率を所望の設定範囲に確実に入れることができる。この結果として、二重管２４内を冷媒が安定に循環する。 In the superconducting power transmission system of the above-described embodiment, the capacitance of the middle sensor 56b made of a double cylindrical capacitor is further measured, and the measured value of the capacitance of the middle sensor 56b falls within the third setting range. Thus, the cooling capacity is controlled.
According to this configuration, since the control is further performed based on the measured value of the capacitance of the middle sensor 56b, the solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space 44 can be surely set within a desired setting range. it can. As a result, the refrigerant circulates in the double pipe 24 stably.

〔適用例１〕
図４は、超電導送電システムを建築構造物に適用した例を示す例である。本例では、建築構造物は、データセンタ等の建物である。
二重管２４は、建物の複数階に渡って鉛直方向に沿って配置されている。商用電源は、変圧器６２によって変圧されてから整流器６０に入力される。整流器６０は第１リード部材３４に接続されており、整流器６０は、交流電流を直流電流に変換して第１リード部材３４に入力する。
第２リード部材３６は各階に対応して設けられており、第２リード部材３６に直流タイプの負荷６４が接続されている。負荷６４は、例えばサーバラックである。
この例では、低圧の直流電流を、低損失にて負荷６４に供給可能である。 [Application Example 1]
FIG. 4 is an example showing an example in which a superconducting power transmission system is applied to a building structure. In this example, the building structure is a building such as a data center.
The double pipe 24 is arranged along the vertical direction over a plurality of floors of the building. The commercial power supply is transformed by the transformer 62 and then input to the rectifier 60. The rectifier 60 is connected to the first lead member 34, and the rectifier 60 converts an alternating current into a direct current and inputs the direct current to the first lead member 34.
The second lead member 36 is provided corresponding to each floor, and a DC type load 64 is connected to the second lead member 36. The load 64 is, for example, a server rack.
In this example, a low-voltage direct current can be supplied to the load 64 with low loss.

〔適用例２〕
図５は、超電導送電システムを土木構造物に適用した例を示す図である。本例では、土木構造物は水力発電所である。
二重管２４は、ダムの堤体に沿って配置されている。第１リード部材３４は堤体の下側に位置し、水力発電機７０に接続されている。一方、第２リード部材３６は堤体の上側に位置し、変圧器７２に接続されている。変圧器７２は、湿度や水分を嫌うためにダム上部に設置されるのが一般的である。放水により水力発電機７０が発生した電力は、超電導送電システム及び変圧器７２を通じて、送電網に供給される。
なお、超電導送電システムは揚水発電所にも適用可能であり、この場合、水力発電機７０が揚水ポンプ（揚水機）としての機能を有する。 [Application Example 2]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the superconducting power transmission system is applied to a civil engineering structure. In this example, the civil engineering structure is a hydroelectric power plant.
The double pipe 24 is arranged along the dam body. The first lead member 34 is located below the bank body and is connected to the hydroelectric generator 70. On the other hand, the second lead member 36 is located on the upper side of the bank body and is connected to the transformer 72. The transformer 72 is generally installed at the top of the dam in order to hate humidity and moisture. The electric power generated by the hydroelectric generator 70 by the water discharge is supplied to the power transmission network through the superconducting power transmission system and the transformer 72.
The superconducting power transmission system can also be applied to a pumped storage power plant, and in this case, the hydroelectric generator 70 has a function as a pumping pump (pumping machine).

〔適用例３〕
図６は、２つの超電導送電システムを土木構造物に適用した例を示す図である。土木構造物は、河川横断工である。
この場合、河川の両岸から、２つの二重管２４が河川の地下に斜めに配置され、２つの第１リード部材３４が、河川の下で接続部材７４によって電気的に接続されている。２つの冷凍システム４８は河川の両岸に設置される。
この例によれば、河川の景観に影響を与えることなく、低損失で河川を越えて電力を送電することができる。 [Application Example 3]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which two superconducting power transmission systems are applied to a civil engineering structure. The civil engineering structure is a river crossing work.
In this case, the two double pipes 24 are obliquely arranged in the underground of the river from both banks of the river, and the two first lead members 34 are electrically connected by the connecting member 74 under the river. Two refrigeration systems 48 are installed on both banks of the river.
According to this example, electric power can be transmitted across the river with low loss without affecting the landscape of the river.

本発明は上述した一実施形態に限定されることはなく、一実施形態に変更を加えた形態も含む。
例えば、一実施形態では、制御量として静電容量を用いたが、制御量は、下側連通空間４４における冷媒の固相率に対応するものであればよい。例えば、センサとして水晶振動子を用いて、制御量として、水晶振動子の振動数を測定してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a form obtained by modifying the embodiment.
For example, in one embodiment, the capacitance is used as the control amount, but the control amount may be anything that corresponds to the solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space 44. For example, a crystal resonator may be used as the sensor, and the frequency of the crystal resonator may be measured as the control amount.

また、一実施形態では、スラッシュ窒素生成システム１２は、オーガ法によりスラッシュ窒素を生成しているが、スラッシュ窒素の生成方法は特に限定されることはない。
一方、超電導送電システムの適用対象も上記建築構造物及び土木構造物に限定されることはない。 In one embodiment, the slush nitrogen generation system 12 generates slush nitrogen by the auger method, but the method for generating slush nitrogen is not particularly limited.
On the other hand, the application target of the superconducting power transmission system is not limited to the building structure and the civil engineering structure.

１０超電導ケーブル
１２スラッシュ窒素生成システム
１４固相率測定システム
１６制御装置
２０内管
２２外管
２４二重円筒
２６第１導電部材
２８第２導電部材
３０絶縁部材
３２断熱部材
３４第１リード部材
３６第２リード部材
３８内側空間
４０外側空間
４２上側連通空間
４４下側連通空間
４６熱交換器
４８冷凍システム
５０オーガ
５２モータ
５４測定装置（静電容量測定装置）
５６ａ下位センサ
５６ｂ中位センサ
５６ｃ上位センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Superconducting cable 12 Slush nitrogen production system 14 Solid phase rate measurement system 16 Control apparatus 20 Inner tube 22 Outer tube 24 Double cylinder 26 First conductive member 28 Second conductive member 30 Insulating member 32 Heat insulating member 34 First lead member 36 First 2 lead member 38 inner space 40 outer space 42 upper communication space 44 lower communication space 46 heat exchanger 48 refrigeration system 50 auger 52 motor 54 measuring device (capacitance measuring device)
56a Lower sensor 56b Middle sensor 56c Upper sensor

Claims

It has an upper end and a lower end that are arranged with a height difference, and is connected to each other via the upper communication space on the upper end side, the lower communication space on the lower end side, and the upper communication space and the lower communication space. A double pipe having an inner space and an outer space communicating with each other;
A conductive member made of a superconducting material extending in the axial direction of the double pipe in the outer space;
A first lead member penetrating an outer wall of the double tube at a lower end side of the double tube and electrically connected to the conductive member;
A second lead member penetrating the outer wall of the double pipe at a position away from the first lead member and electrically connected to the conductive member;
A refrigerant composed of nitrogen filled in the double pipe;
A slush nitrogen generation system configured to cool the refrigerant in the upper communication space and generate solid nitrogen particles, and the solid nitrogen particles are settling in the inner space;
At least one sensor for measuring a control amount corresponding to a solid phase ratio of the refrigerant in the lower communication space;
A high-temperature superconducting power transmission system comprising: a control device configured to control a cooling capacity of the slush nitrogen generation system based on a control amount measured through the at least one sensor.

The at least one sensor includes a lower capacitor disposed in the lower communication space and an upper capacitor disposed in the outer space,
The control device includes the slash nitrogen generation system so that the measured value of the capacitance of the upper capacitor falls within a first setting range and the measured value of the capacitance of the lower capacitor falls within a second setting range. Configured to control
2. The high-temperature superconducting power transmission system according to claim 1, wherein a solid phase rate corresponding to the second set range is higher than a solid phase rate corresponding to the first set range.

3. The high-temperature superconducting power transmission system according to claim 2, wherein the first setting range is set such that a corresponding solid phase ratio is 5% or less.

The at least one sensor further includes a middle capacitor disposed between the lower capacitor and the upper capacitor;
The controller is configured to control the slush nitrogen generation system such that a measured value of the capacitance of the intermediate capacitor falls within a third setting range;
The solid phase ratio corresponding to the third setting range is equal to or lower than the solid phase ratio corresponding to the second setting range, and is equal to or higher than the solid phase ratio corresponding to the first setting range. 2. The high-temperature superconducting power transmission system according to 2.

The high-temperature superconducting power transmission system according to any one of claims 1 to 4,
With multi-storey buildings,
The double pipe is provided over a plurality of floors of the building.

It further comprises a rectifier that converts alternating current into direct current,
The structure according to claim 5, wherein the conductive member is configured to flow the direct current.

The high-temperature superconducting power transmission system according to any one of claims 1 to 4,
A dam with a bank,
A generator or a pump provided below the bank body;
The double pipe is provided along the bank body.

Two high temperature superconducting power transmission systems according to any one of claims 1 to 4,
The two double pipes are installed diagonally under the river from both banks of the river,
The two first lead members are electrically connected to each other.