JP6066803B2 - 超電導ケーブル用冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機の故障時等においても超電導ケーブルの冷却を長期継続可能にした超電導ケーブル用冷却システムに関する。

送電のために超電導ケーブルを用いる場合、超電導ケーブルが超電導能力を失うことで送電が損なわれることがないように、超電導ケーブルを常に冷却しておく必要がある。そのため、超電導ケーブルに常時液体窒素などの冷却媒体を流して、超電導ケーブルを冷却している。超電導ケーブルに流す冷却媒体を冷却するために冷凍機などが用いられるが、冷凍機は高価であり、かつ複雑で故障しやすい。そこで、複数の冷凍機を設けるやり方ではなく、超電導ケーブルを常時確実に冷却するための低コストなバックアップ・システムが必要となる。

図１１は、従来行われているバックアップ・システム付き冷却システムの一例を示している。図１１において、この冷却システム１００は、超電導ケーブル１０２を流れる冷却媒体（例えば液体窒素）ｒ１を取り出し、冷却して超電導ケーブルに戻すための冷却媒体循環路１０４が接続されている。冷却媒体循環路１０４に、冷却媒体を循環させる循環ポンプ１０６と、冷却媒体循環路１０４を循環する冷却媒体を冷却するための冷凍機１０８とが設けられている。

また、液冷媒（例えば液体窒素）ｒ２を貯留したバックアップタンク１１０が設けられ、バックアップタンク１１０の内部に、冷却媒体循環路１０４を流れる冷却媒体とバックアップタンク１１０に貯留された液冷媒ｒ２とを熱交換させる熱交換器１１２が設けられている。バックアップタンク１１０には、吸引路１１４が接続され、吸引路１１４にバックアップタンク１１０の内部気体を吸引してバックアップタンク１１０の内部を減圧する真空ポンプ１１６と、吸引した気体を０℃以上に加温する加熱器１１８とが設けられている。

超電導ケーブル１０２に供給される冷却媒体は、通常、冷凍機１０８によって冷却されるが、冷凍機１０８が故障などで停止したときは、真空ポンプ１１６及び加熱器１１８を作動させ、バックアップタンク１１０の内部気体を吸引し、加熱器１１８で昇温させた後、外部へ放出する。これによって、バックアップタンク１１０の内部を減圧し、貯留されている液冷媒を蒸発させ、冷却媒体から蒸発潜熱を奪うことで、冷却媒体を冷却する。貯留タンク１２０に液体窒素を貯留し、冷却媒体循環路１０４又はバックアップタンク１１０で液体窒素が減少したとき、補給路１２２又は１２４を介して液体窒素を補充する。

特許文献１及び特許文献２には、超電導ケーブルを冷却する冷却媒体を取り出して冷却する場合に、前記のような減圧機構を有する減圧容器を備えた冷却手段が開示されている。

特開２００３−３０７３７５号公報 特開２００４−３０３７３２号公報

バックアップタンクの減圧機構を作動させ、液冷媒を外部に放出するため、液冷媒の貯留量には限度があるため、バックアップタンクの運転継続には限度がある。放出する液冷媒を回収することも考えられるが、回収設備が極めて高コストになるという問題がある。また、バックアップタンクの運転継続時間を長くしようとすると、バックアップタンクの容量を大きくする必要があり、高コストとなる。

バックアップタンクのみで冷却媒体を冷却する方式もあるが、この方式ではバックアップタンクの容積をさらに大きくする必要があると共に、液冷媒の貯留タンクを併設する必要があり、多大なコストがかかるという問題がある。
あるいは、液冷媒をバックアップタンクに補給しながら減圧する方法もあるが、フラッシュロスした液冷媒を真空ポンプで吸引するため液冷媒の消費量が増加する。さらに、バックアップタンク内の液冷媒の温度が上昇し、かつ冷却媒体の温度制御のコントロールも困難になる。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、冷凍機とバックアップタンクとを備えた超電導ケーブル用冷却システムにおいて、冷却媒体を冷却する冷凍機の運転停止時に、バックアップタンクで超電導ケーブルを冷却するとき、超電導ケーブルの冷却を長期に継続して行うことができると共に、バックアップタンクをコンパクト化かつ低コスト化することを目的とする。

本発明は、超電導ケーブルを冷却している冷却媒体を超電導ケーブルの一端から取り出し、超電導ケーブルの他端に戻す冷却媒体循環路と、冷却媒体循環路に設けられ、冷却媒体循環路を流れる冷却媒体を冷却する冷凍機と、液冷媒が貯留され、内部を減圧する減圧機構を有するバックアップタンクと、冷却媒体循環路を流れる冷却媒体とバックアップタンクに貯留された液冷媒とを熱交換させる熱交換器とを備えた超電導ケーブル用冷却システムに適用される。

そして、前記目的を達成するため、複数のバックアップタンクが熱交換器に対して並列に設けられると共に、熱交換器が各バックアップタンクの外部に設けられ、複数のバックアップタンクに貯留された液冷媒を夫々熱交換器に導入する複数の液冷媒循環路と、液冷媒循環路を介して複数のバックアップタンクのうちのひとつのバックアップタンクから選択的に液冷媒を熱交換器に循環可能にする切換機構とを備えると共に、熱交換器を冷凍機の上流側の冷却媒体循環路に設けている。

前記構成において、冷凍機の定常運転時には、複数のバックアップタンクの少なくともひとつのバックアップタンクから液冷媒が熱交換器に循環している。これによって、熱交換器に循環された液冷媒は、超電導ケーブルから取り出されサブクールされた冷却媒体によって冷却され、液状を保持できる。
冷凍機の故障等による稼動停止時には、熱交換器に液冷媒を循環させているバックアップタンクの減圧機構を作動させる。これによって、熱交換器に循環している液冷媒を冷却することで、冷却媒体を冷却できる。一つのバックアップタンクに貯留されている液冷媒が消耗したら、他のバックアップタンクに切り換え、他のバックアップタンクから液冷媒を熱交換器に循環させることで、超電導ケーブルの冷却を継続できる。

また、複数のバックアップタンクを設けることで、個々のバックアップタンクを小型化できるため、バックアップタンクを搬送可能にすることもでき、液冷媒の充填など取扱いが容易になる。
さらに、熱交換器をバックアップタンクの外部に設けることで、１個の熱交換器に集約でき、熱交換器の構成を簡素化かつ低コスト化できると共に、熱交換器の取付けやメンテナンスが容易になる。また、熱交換器を分離したことで、バックアップタンク内部の構成を簡素化かつ低コスト化できる。

さらに、熱交換器を冷凍機の上流側の冷却媒体循環路に設けたことで、冷凍機による定常運転時に、バックアップタンクの一つから熱交換器に循環される液冷媒を、超電導ケーブルから循環されたサブクールの冷却媒体で冷却することができる。これによって、バックアップタンクに貯留された液冷媒を液状に冷却された状態に保持できる。
さらに、バックアップタンク内の液冷媒が常に冷却されているため、定常運転中は液冷媒の補給が不要となり、無人連続運転が可能となる。

本発明者等は、本発明に到達する前に、本発明とは別な構成を考えた。その構成は、複数のバックアップタンクを設けると共に、各バックアップタンクの内部に熱交換器を設けるようにしたものである。これによって、１個のバックアップタンクの液冷媒が消耗したら、他のバックアップタンクで冷却媒体を冷却することで、冷却媒体の冷却を継続できると共に、個々のバックアップタンクを小型化できる利点がある。
さらに、複数のバックアップタンクを設けることで、個々のバックアップタンクを小型化できるため、バックアップタンクを搬送可能にすることもでき、液冷媒の充填など取扱いが容易になる。

しかし、本発明者等は、バックアップタンク及び熱交換器の構成をさらにコンパクト化且つ低コスト化することを目的とし、本発明に到達した。

本発明の一態様として、冷凍機より下流側の冷却媒体循環路に設けられた温度センサと、温度センサの検出値が入力され、その検出値が閾値を超えたとき、バックアップタンクの減圧機構を作動させる制御装置とをさらに備えることができる。
これによって、冷凍機の故障等による運転停止を素早く検知でき、遅滞なくバックアップタンクによる冷却運転を開始できる。そのため、超電導ケーブルの冷却を中断するおそれがない。

本発明の一態様として、前記構成に加えて、該温度センサの検出値が閾値を超えたとき警報を発する警報器をさらに備え、温度センサの検出値が入力され、該検出値が閾値を上回ったとき、制御装置によって警報器を作動させることができる。これによって、冷却システムの管理者に冷凍機の異常をいち早く知らせることができる。

本発明の一態様として、バックアップタンクと熱交換器とを同一高さ水準に配置し、液冷媒循環路で液冷媒を自然循環させるようにする。即ち、バックアップタンクを熱交換器に対して同一高さ水準に配置する。この場合、バックアップタンクの内部に形成される液冷媒の液面が熱交換器に対して同一高さ水準以上にある場合も含むものとする。これによって、液冷媒を循環させるための動力が不要になり、液冷媒の循環機構を簡素化かつ低コスト化できる。

本発明の一態様として、複数のバックアップタンクを設置面から脱着可能なポータブル型タンクとすることができる。
これによって、冷凍機の稼動停止時に、液冷媒が熱交換器に循環されている一つのバックアップタンクの減圧機構を作動させると共に、液冷媒を消耗したバックアップタンクを液冷媒の供給場所まで搬送し、この供給場所でバックアップタンクに液冷媒を充填した後、設置場所に搬送できる。そのため、液冷媒を輸送するタンクローリが停止できるスペースがない場所にバックアップタンクが設けられている場合でも、バックアップタンクへの液冷媒の補給が可能になる。

本発明によれば、冷却媒体循環路に複数のバックアップタンクを設け、これらバックアップタンクを切り換え使用することで、液冷媒を補充しながら、超電導ケーブルの冷却運転を長期に継続できる。また、個々のバックアップタンクを小型化できるので、工事費などを削減できると共に、移動可能にするなど、バックアップタンクへの液冷媒の補充が容易になる利点がある。

本発明の第１実施形態に係る冷却システムの定常運転時の系統図である。 前記冷却システムの一部の構成の拡大図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は夫々前記冷却システムに適用可能な熱交換管の構成例を示す図である。 前記冷却システムの冷凍機故障時の系統図である。 前記冷却システムの制御系のブロック線図である。 前記冷却システムの液冷媒の温度制御を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る冷却システムの定常運転時の系統図である。 前記第２実施形態に係る冷却システムの冷凍機故障時の系統図である。 前記第２実施形態に係る冷却システムの冷凍機故障時の系統図である。 本発明に到達する前の中間技術（非公開）に係る冷却システムの系統図である。 従来の超電導ケーブル用冷却システムの系統図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１において、本実施形態の冷却システム１０Ａは、高温超電導ケーブル１２の出口部１２ａ及び入口部１２ｂに冷却媒体循環路１４が接続されている。冷却媒体ｒ１として液体窒素が用いられている。冷却媒体ｒ１は冷却媒体循環路１４からリザーバタンク１６に一時貯留された後、循環機構１８によって熱交換器２６に供給される。熱交換器２６の下流側に冷凍機３８が設けられている。循環機構１８は、２系統の循環路１４ａ及び１４ｂに、夫々開閉弁２０ａ、２０ｂ、循環ポンプ２２ａ、２２ｂ及び流量調整弁２４ａ、２４ｂが設けられている。

なお、リザーバタンク１６は、超電導ケーブル１２内で気泡による電荷集中による絶縁破壊を防ぐために、超電導ケーブル１２内を流れる冷却媒体ｒ１の圧力を例えば０．２ＭＰａ以上に保つための圧力調整を行う役割と、超電導ケーブル１２で冷却媒体ｒ１の温度が上昇した場合、冷却媒体ｒ１の体積も変化するため、その体積変化を吸収する役割とがある。また、循環ポンプの冗長化のため、２系統の循環路１４ａ及び１４ｂを並列配置し、夫々の循環路に循環ポンプ２２ａ及び２２ｂを設けている。通常、循環ポンプ２２ａ及び２２ｂを交互に運転させ、１台では揚程が足りないときには、循環ポンプ２２ａ及び２２ｂを直列に配置して同時運転させ、流量が足りないときは、並列配置のまま同時運転させる。

冷却システム１０Ａは、２個のバックアップタンク２８ａ及び２８ｂを備えている。バックアップタンク２８ａ及び２８ｂには、夫々液体窒素からなる液冷媒ｒ２が貯留されている。バックアップタンク２８ａ及び２８ｂに貯留された液冷媒ｒ２は、夫々のバックアップタンクと熱交換器２６との間に設けられた液冷媒循環路３０ａ及び３０ｂを介して熱交換器２６に循環されている。熱交換器２６では、冷却媒体ｒ１と液冷媒ｒ２とが熱交換される。熱交換器２６で熱交換された冷却媒体ｒ１は、冷凍機３８で冷却された後、超電導ケーブル１２の入口部１２ｂに戻される。

バックアップタンク２８ａ及び２８ｂには、バックアップタンク内の気体を吸引する吸引路３２ａ及び３２ｂが設けられている。吸引路３２ａ及び３２ｂは１本に合流し、合流部に、バックアップタンクから吸引された液冷媒の蒸気を加温する加熱器３４及び真空ポンプ３６が設けられている。また、冷却システム１０Ａを監視する監視室４２に制御装置４０及び警報器４４が設けられている。入口部１２ｂ付近の冷却媒体循環路１４には、冷却媒体循環路１４を流れる冷却媒体ｒ１の温度を検出する温度センサ４６が設けられ、温度センサ４６の検出値は制御装置４０に送られる。

制御装置４０は、循環ポンプ２２ａ及び２２ｂの作動を制御すると共に、温度センサ４６の検出値に基づいて、加熱器３４、真空ポンプ３６、冷凍機３８及び警報器４４の作動を制御するほか、さらに各弁類の動作を制御する。液冷媒循環路３０ａには切換弁４８ａ及び５０ａが設けられ、液冷媒循環路３０ｂには切換弁４８ｂ及び５０ｂが設けられ、熱交換器２６より下流側の冷却媒体循環路１４には切換弁５２が設けられ、切換弁５２を挟んで冷却媒体循環路１４と冷凍機３８とを接続する分岐路１４ｃには切換弁５４及び５６が設けられている。また、吸引路３２ａには圧力制御弁５８ａが設けられ、吸引路３２ｂには圧力制御弁５８ｂが設けられている。

図１は、冷凍機３８によって冷却媒体ｒ１を冷却する定常運転時を示している。図中、白抜きの弁は開状態、黒塗りの弁は閉状態を示している。即ち、切換弁４８ｂ、５０ｂ、５４、５６及び圧力制御弁５８ｂは開状態、切換弁４８ａ、５０ａ、５２及び圧力制御弁５８ａが閉状態となっている。
出口部１２ａから冷却媒体循環路１４に流出した冷却媒体ｒ１は、一旦リザーバタンク１６に貯留された後、循環機構１８によって、熱交換器２６に導入される。熱交換器２６には、バックアップタンク２８ｂから液冷媒循環路３０ｂを介して冷却媒体ｒ１が導入され、冷却媒体ｒ１と液冷媒ｒ２とは熱交換される。熱交換器２６で、液冷媒ｒ２はサブクールされた冷却媒体ｒ１によって飽和蒸気圧線に沿って冷却されることで、液化状態を保持できる。

図２は熱交換器２６及びバックアップタンク２８ｂの拡大図である。図２において、熱交換器２６の内部には、冷却媒体循環路１４に接続された熱交換管６０が設けられている。図２に示すように、熱交換器２６は、バックアップタンク２８ｂと同一高さ水準に配置されている。バックアップタンク２８ｂの液冷媒ｒ２の液面は熱交換器２６より上方に位置している。そのため、液冷媒ｒ２をバックアップタンク２８ｂから熱交換器２６に送る往路３０ｂ１は、熱交換器２６より上の高さでバックアップタンク２８ｂに接続されて、下降して熱交換器２６の上部に接続されている。熱交換後の液冷媒ｒ２を熱交換器２６からバックアップタンク２８ｂに戻す復路３０ｂ２は、図示のように、熱交換器２６及びバックアップタンク２８ｂの下部で、ほぼ水平方向に配置され、両者に接続している。

かかる構成により、バックアップタンク２８ｂの内部と熱交換器２６の内部とを等圧とすることで、液冷媒ｒ２は往路３０ｂ１を通ってバックアップタンク２８ｂから重力で熱交換器２６に流入できる。これによって、バックアップタンク２８ｂから熱交換器２６に流入し、復路３０ｂ２を通ってバックアップタンク２８ｂに戻る液冷媒ｒ２の流れを自然循環させ、自動的に熱交換器２６に液冷媒ｒ２を供給できる。バックアップタンク２８ａも熱交換器２６に対して同様の構成を有している。熱交換管６０は、コイル型をした熱交換管であり、製造が容易であり、低コスト化できる利点がある。

図３は、熱交換管６０と代替可能な熱交換管の構成を示している。図３（Ａ）は、蛇行型の熱交換管６２であり、熱交換管６０と同様に、製造が容易であり、低コスト化できる。図３（Ｂ）に示す熱交換管６４は、直線状の熱交換管であるが、外周面に多数のフィン６６が放射状に突設されている。熱交換管６４は、伝熱面積を増大できるので、熱交換量を増大できる。

熱交換器２６を出た冷却媒体ｒ１は冷凍機３８で冷却された後、入口部１２ｂから高温超電導ケーブル１２に戻される。
温度センサ４６の検出値が閾値を超えた時、制御装置４０で冷凍機３８に異常が発生したと判定し、冷凍機３８を停止させると共に、制御装置４０で各弁の開閉状態を図４に示す状態とする。即ち、切換弁５２を開とし、切換弁５４及び５６を閉とする。同時に、制御装置４０によって警報器４４を作動させると共に、加熱器３４及び真空ポンプ３６を稼働させる。真空ポンプ３６の稼動によって、バックアップタンク２８ａの内部の気体が吸引路３２ｂに吸引される。吸引路３２ｂに吸引された気体は加熱器３４で０℃以上に加温された後、大気に放出される。異常が発生した冷凍機３８は、メンテのために昇温し、２〜３日程度かけて故障機器の取替えを行う。

図５に示すように、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂには、夫々貯留された液冷媒ｒ２の温度を検出する温度センサ７０、及びバックアップタンク内の液冷媒ｒ２の飽和蒸気圧を検出する圧力センサ７２が設けられている。これらセンサの検出値は制御装置４０に送られ、制御装置４０は、これら検出値に基づいて圧力制御弁５８ａ又は５８ｂの開度を制御することで、バックアップタンク２８ａ又は２８ｂの飽和蒸気圧を制御し、バックアップタンク内に貯留された液冷媒ｒ２の温度を制御する。即ち、熱交換器２６の出口における冷却媒体ｒ１の温度が目標値（例えば７０Ｋ）となるように、圧力制御弁５８ａ又は５８ｂの開度を制御することで、バックアップタンク内の液冷媒ｒ２の温度を制御する。

その際、図６に示すように、まず、制御装置４０により、バックアップタンク内の液冷媒ｒ２の温度がある範囲（Ｔ_１〜Ｔ_２）に入るように、圧力制御弁５８ａ又は５８ｂを制御する。次に、バックアップタンク内の飽和蒸気圧がある範囲（Ｐ_１〜Ｐ_２）に入るように、該圧力制御弁を制御する。これは、バックアップタンク内の液冷媒ｒ２が多量であり、液冷媒ｒ２の温度変化が緩慢であるため、２段階の制御を行うことで、温度制御を迅速化している。

例えば、バックアップタンク内の液冷媒ｒ２の温度が（Ｔ_１〜Ｔ_２）の範囲では、温度を制御パラメータとして、圧力制御弁５８ａ又は５８ｂの開度を制御し、バックアップタンク内の液冷媒ｒ２の飽和蒸気圧が（Ｐ_１〜Ｐ_２）の範囲では、飽和蒸気圧を制御パラメータとして、該圧力制御弁を制御する。
これによって、バックアップタンク内の液冷媒ｒ２の迅速な温度制御が可能になる。

かかる操作によって、バックアップタンク２８ｂの内部が減圧され、液冷媒ｒ２が蒸発する。この時、残った液冷媒ｒ２から蒸発潜熱を奪うので、残った液冷媒ｒ２を冷却できる。こうして、冷却された液冷媒ｒ２を熱交換器２６に循環することで、冷却媒体ｒ１の冷却を継続できる。蒸発した液冷媒ｒ２をバックアップタンク２８ｂから外部へ放出することで、バックアップタンク２８ｂに貯留された液冷媒ｒ２が消耗されたとき、制御装置４０によって、切換弁４８ａ、５０ａ、５８ａ、４８ｂ、５０ｂ及び圧力制御弁５８ｂを操作し、液冷媒循環路３０ｂ及び吸引路３２ｂを閉じると共に、液冷媒循環路３０ａ及び吸引路３２ａを開放する。
こうして、バックアップタンク２８ａに貯留された液冷媒ｒ２を液冷媒循環路３０ａを介して熱交換器２６に循環することができる。

バックアップタンク２８ａ又は２８ｂに貯留された液冷媒ｒ２が消耗したときには、液冷媒ｒ２を輸送するタンクローリから液冷媒ｒ２を補充するようにする。

本実施形態によれば、冷凍機３８が故障などにより稼動停止したときでも、冷却媒体ｒ１を長期に冷却できるので、超電導ケーブル１２の冷却を継続できる。また、２個のバックアップタンクを設けたことで、個々のバックアップタンクを小型化できる。
さらに、熱交換器２６をバックアップタンク２８ａ及び２８ｂの外部に設けることで、１個の熱交換器に集約でき、熱交換器２６の構成を簡素化かつ低コスト化できると共に、熱交換器２６の取付けやメンテナンスが容易になる。また、熱交換器２６を分離したことで、バックアップタンク内部の構成を簡素化かつ低コスト化できる。

また、熱交換器２６を冷凍機３８の上流側の冷却媒体循環路１４に設けたことで、冷凍機３８による定常運転時に、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂの一つから熱交換器２６に循環される液冷媒ｒ２を、超電導ケーブル１２から循環されたサブクールな冷却媒体ｒ１で冷却することができる。これによって、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂに貯留された液冷媒ｒ２を液状に冷却された状態に保持できる。
さらに、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂ内の液冷媒ｒ２が常に冷却されているため、定常運転中は液冷媒ｒ２の補給が不要となり、無人連続運転が可能となる。

また、温度センサ４６及び警報器４４を設けたことで、冷凍機３８の故障等による運転停止を素早く検知でき、遅滞なくバックアップタンクによる冷却運転を開始できる。そのため、超電導ケーブル１２の冷却を中断するおそれがない。
また、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂと熱交換器２６とを同一高さ水準に配置したことで、両者間の液冷媒ｒ２の循環を自然循環させることができる。これによって、液冷媒ｒ２を循環させるための動力が不要になり、液冷媒ｒ２の循環機構を簡素化かつ低コスト化できる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図７〜図９に基づいて説明する。本実施形態の冷却システム１０Ｂは、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂが設置面から脱着可能なポータブル型タンクで構成としたものである。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。図７は冷凍機３８が定常運転を行っているときを示している。このとき、バックアップタンク２８ａのみが設置され、内部に液冷媒ｒ２が貯留されている。図８は冷凍機３８の運転が停止し、バックアップタンク２８ａによる冷却運転を行っているときを示している。図８の状態では、バックアップタンク２８ｂは、設置面から搬送され、液冷媒ｒ２を供給可能な場所で、液冷媒ｒ２が供給されている。

図９は、液冷媒ｒ２が貯留されたバックアップタンク２８ｂが設置位置に据付けられている。一方、バックアップタンク２８ａに貯留された液冷媒ｒ２が消耗したので、バックアップタンク２８ａは設置面から脱着され、液冷媒ｒ２の供給場所に搬送されている。冷凍機３８のメンテが終わるまでバックアップタンク２８ａ及び２８ｂに交互に液冷媒ｒ２の充填を行う。
本実施形態によれば、前記第１実施形態で得られる作用効果に加えて、液冷媒ｒ２を輸送するタンクローリを停車できない街中や山奥などの小スペースに冷却システム１０Ｂがある場合でも、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂへの液冷媒ｒ２の補充が可能になる。

（比較例）
次に、前述のように、本発明に到達する前に本発明者等が考えた中間技術（非公開）としての冷却システムを図１０により説明する。本比較例の冷却システム１０Ｃは、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂの内部に、夫々熱交換器２６ａ及び２６ｂを配置したものである。熱交換器２６ａ及び２６ｂは、冷却媒体循環路１４に対して、並列に接続されている。即ち、熱交換器２６ａは分岐路８０ａ及び８２ａを介して冷却媒体循環路１４に接続され、熱交換器２６ｂは分岐路８０ｂ及び８２ｂを介して冷却媒体循環路１４に接続されている。

分岐路８０ａには切換弁８４ａが設けられ、分岐路８２ａには切換弁８６ａが設けられている。また、分岐路８０ｂには切換弁８４ｂが設けられ、分岐路８２ｂには切換弁８６ｂが設けられている。切換弁８４ａ、８６ａ、８４ｂ及び８４ｂの動作は、制御装置４０によって制御される。
本比較例では、制御装置４０により、前記切換弁の動作を制御することで、冷却媒体循環路１４を流れる冷却媒体ｒ１を選択的に熱交換器２６ａ又は２６ｂに導入できる。
その他の構成は、前記第１実施形態及び前記第２実施形態と同一であり、同一機器及び同一部位には同一符号を付している。

図１０は、冷凍機３８の定常運転時を示している。冷凍機３８が故障等により停止したときは、切換弁５２、５４及び５６の開閉を制御装置４０により切り換え、バックアップタンク２８ａにより冷却媒体ｒ１を冷却する運転に切り換える。バックアップタンク２８ａの液冷媒ｒ２が消耗したとき、制御装置４０により圧力制御弁５８ａ、５８ｂ及び切換弁８４ａ、８６ａ、８４ｂ及び８６ｂ等の切換機構を切り換え、バックアップタンク２８ｂによる冷却運転に切り換える。

本比較例によれば、冷凍機３８が故障などにより稼動停止したときでも、冷却媒体ｒ１を熱交換器２６ａ又は２６ｂに切り換え導入することで、冷却媒体ｒ１を長期に冷却でき、超電導ケーブル１２の冷却を継続できると共に、個々のバックアップタンクを小型化できる。また、温度センサ４６及び警報器４４を設けたことで、冷凍機３８の故障等による運転停止を素早く検知でき、遅滞なくバックアップタンクによる冷却運転を開始できる。そのため、超電導ケーブル１２の冷却を中断するおそれがない。

さらに、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂと熱交換器２６とを同一高さ水準に配置したことで、両者間の液冷媒ｒ２の循環を自然循環させることができ、これによって、液冷媒ｒ２を循環させるための動力が不要になり、液冷媒ｒ２の循環機構を簡素化かつ低コスト化できる。さらには、バックアップタンク２８ａ及び２８ｂを搬送可能にすることで、冷却システム１０Ｃが、冷却媒体ｒ１を輸送するタンクローリが停止できない場所に立地している場合でも、バックアップタンク２８ａ、２８ｂに冷却媒体ｒ１を補充できる等の作用効果を得ることができる。

そして、前述のように、本発明者等は、バックアップタンク及び熱交換器らの構成をさらにコンパクト化且つ低コスト化することを目的とし、本発明に到達したものである。

本発明によれば、冷却媒体の運転停止時においても、超電導ケーブルの冷却を長期に継続できると共に、バックアップタンクをコンパクト化かつ低コスト化できる。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１００ 冷却システム
１２、１０２ 超電導ケーブル
１２ａ 出口部
１２ｂ 入口部
１４、１０４ 冷却媒体循環路
１４ｃ 分岐路
１６ リザーバタンク
１８ 循環機構
２０ａ、２０ｂ 開閉弁
２２ａ、２２ｂ 循環ポンプ
２４ａ、２４ｂ 流量調整弁
２６、２６ａ、２６ｂ、１１２ 熱交換器
２８ａ、２８ｂ、１１０ バックアップタンク
３０ａ、３０ｂ 液冷媒循環路
３０ｂ１ 往路
３０ｂ２ 復路
３２ａ、３２ｂ、１１４ 吸引路
３４、１１８ 加熱器
３６、１１６ 真空ポンプ
３８、１０８ 冷凍機
４０ 制御装置
４２ 監視室
４４ 警報器
４６、７０ 温度センサ
４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ、５２，５４，５６、８４ａ、８４ｂ、８６ａ、８６ｂ 切換弁
５８ａ、５８ｂ 圧力制御弁
６０、６２、６４ 熱交換管
６６ フィン
７２ 圧力センサ
８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ 分岐路
１０６ 循環ポンプ
１２０ 貯留タンク
１２２、１２４ 補給路
ｒ１ 冷却媒体
ｒ２ 液冷媒

Claims (5)

1. 超電導ケーブルを冷却している冷却媒体を前記超電導ケーブルの一端から取り出し、該超電導ケーブルの他端に戻す冷却媒体循環路と、
   前記冷却媒体循環路に設けられ、前記冷却媒体循環路を流れる冷却媒体を冷却する冷凍機と、
   液冷媒が貯留され、内部を減圧する減圧機構を有するバックアップタンクと、
   前記冷却媒体循環路を流れる冷却媒体と前記バックアップタンクに貯留された前記液冷媒とを熱交換させる熱交換器とを備えた超電導ケーブル用冷却システムであって、
   複数の前記バックアップタンクが前記熱交換器に対して並列に設けられると共に、前記熱交換器が前記複数のバックアップタンクの外部に設けられ、
   前記複数のバックアップタンクに貯留された前記液冷媒を夫々前記熱交換器に導入する複数の液冷媒循環路と、
   前記液冷媒循環路を介して前記複数のバックアップタンクのうちのひとつのバックアップタンクから選択的に前記液冷媒を前記熱交換器に循環可能にする切換機構と、
   前記冷凍機より下流側の前記冷却媒体循環路に設けられた温度センサと、
   前記複数のバックアップタンク内の液冷媒の飽和蒸気圧を制御する圧力制御弁と、
   前記温度センサの検出値が入力され、前記検出値が閾値を上回ったとき、前記バックアップタンクの減圧機構を作動させると共に、前記圧力制御弁の開度を制御して前記バックアップタンク内の前記液冷媒の温度を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記熱交換器は前記冷凍機の上流側の前記冷却媒体循環路に設けられていることを特徴とする超電導ケーブル用冷却システム。
2. 前記バックアップタンクと前記熱交換器とを同一高さ水準に配置し、
   前記バックアップタンクから液冷媒循環路を介して前記熱交換器に前記液冷媒を自然循環可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル用冷却システム。
3. 前記温度センサの検出値が前記閾値を上回ったとき警報を発する警報器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記温度センサの検出値が入力され、前記検出値が前記閾値を上回ったとき、前記警報器を作動させるものであることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル用冷却システム。
4. 前記複数のバックアップタンクは設置面から脱着可能なポータブル型タンクで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル用冷却システム。
5. 前記複数のバックアップタンク内の前記液冷媒の温度を検出する第２温度センサと、
   前記複数のバックアップタンク内の前記液冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
   をさらに備え、
   前記制御装置は、まず、前記複数のバックアップタンク内の前記液冷媒の温度が設定範囲に入るように前記圧力制御弁の開度を制御し、次に、前記複数のバックアップタンク内の前記液冷媒の飽和蒸気圧が設定範囲に入るように前記圧力制御弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル用冷却システム。

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