JP7471546B1 - Superconducting power generation system - Google Patents

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Abstract

超電導発電システムは、水素ガスタービン(4)と、液体水素が供給され、水素ガスタービン(4)によって駆動される超電導発電機(2)と、超電導発電機(2)に供給された液体水素が気化されて超電導発電機(2)から流出される水素ガスを冷却することによって再液化する冷凍装置(3)と、を備える。The superconducting power generation system includes a hydrogen gas turbine (4), a superconducting generator (2) that is supplied with liquid hydrogen and driven by the hydrogen gas turbine (4), and a refrigeration device (3) that vaporizes the liquid hydrogen supplied to the superconducting generator (2) and cools the hydrogen gas flowing out of the superconducting generator (2) to re-liquefy it.

Description

本開示は、超電導発電システムに関する。 This disclosure relates to a superconducting power generation system.

近年、超電導線を回転界磁巻線として利用した回転子を備えた発電機が開発されている。超電導線を用いた界線は、超電導状態を維持するために転移温度以下まで冷却する必要がある。冷却のための冷媒として液体水素などが用いられる。液体状態の冷媒は、界磁巻線を含む回転子を冷却した後、伝導伝熱または放射伝熱などの侵入熱により気化する。気化した冷媒は周囲の電機子などの部材を冷却しつつ連通管、または排気孔等により発電機の外へと導かれて回収される(たとえば、非特許文献1を参照)。In recent years, generators have been developed that have rotors that use superconducting wires as rotating field windings. Field windings that use superconducting wires must be cooled to below the transition temperature to maintain the superconducting state. Liquid hydrogen or other refrigerants are used for cooling. After the liquid refrigerant cools the rotor, including the field winding, it vaporizes due to intrusion heat such as conductive heat transfer or radiative heat transfer. The vaporized refrigerant cools the surrounding components such as the armature, and is then guided outside the generator through a connecting pipe or exhaust hole, etc., and collected (see, for example, non-patent document 1).

白井康之、塩津正博(京都大学)『液体水素冷却超電導応用エネルギー機器の開発』、低温工学 Vol.55 No.1,2020Yasuyuki Shirai and Masahiro Shiotsu (Kyoto University) "Development of Liquid Hydrogen-Cooled Superconducting Energy Devices", Cryogenics Vol. 55 No. 1, 2020

しかしながら、非特許文献1では、発電機を冷却するために供給する液体水素の量が多くなるという問題がある。なぜなら、超電導発電機から流出した水素ガスのうち、水素ガスタービンの使用量を超える余分な水素ガスは、捨てられるからである。However, in Non-Patent Document 1, there is a problem in that a large amount of liquid hydrogen is supplied to cool the generator. This is because the excess hydrogen gas flowing out from the superconducting generator and exceeding the amount used by the hydrogen gas turbine is discarded.

それゆえに、本開示の目的は、発電機を冷却するための液体水素の供給量を低減することができる超電導発電システムを提供することである。 Therefore, the object of the present disclosure is to provide a superconducting power generation system that can reduce the amount of liquid hydrogen supplied to cool the generator.

本開示の超電導発電システムは、水素ガスタービンと、液体水素が供給され、水素ガスタービンによって駆動される超電導発電機と、超電導発電機に供給された液体水素が気化されて超電導発電機から流出される水素ガスを冷却することによって再液化する冷凍装置と、を備える。The superconducting power generation system disclosed herein comprises a hydrogen gas turbine, a superconducting generator to which liquid hydrogen is supplied and driven by the hydrogen gas turbine, and a refrigeration device that vaporizes the liquid hydrogen supplied to the superconducting generator and re-liquefies the hydrogen gas by cooling the hydrogen gas flowing out of the superconducting generator.

本開示によれば、発電機を冷却するための液体水素の供給量を低減することができる。 The present disclosure makes it possible to reduce the amount of liquid hydrogen supplied to cool the generator.

実施の形態1の超電導発電システムの構成を表わす図である。1 is a diagram showing the configuration of a superconducting power generation system according to a first embodiment. 実施の形態1の超電導発電システムの制御手順を表わすフローチャートである。4 is a flowchart showing a control procedure of the superconducting power generation system of the first embodiment. 実施の形態2の超電導発電システムの構成を表わす図である。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a superconducting power generation system according to a second embodiment. 実施の形態3の超電導発電システムの構成を表わす図である。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a superconducting power generation system according to a third embodiment. 実施の形態3の超電導発電システムの制御手順を表わすフローチャートである。13 is a flowchart showing a control procedure of the superconducting power generation system of the third embodiment. 実施の形態4の超電導発電システムの構成を表わす図である。A diagram showing the configuration of a superconducting power generation system of embodiment 4. 実施の形態4の超電導発電システムの制御手順を表わすフローチャートである。13 is a flowchart showing a control procedure of the superconducting power generation system of the fourth embodiment.

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の超電導発電システムの構成を表わす図である。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a superconducting power generation system according to the first embodiment.

超電導発電システムは、液体水素貯蔵部1と、超電導発電機2と、磁気冷凍装置3と、水素ガスタービン4と、水素ガス化機構5と、蒸発水素量検出部6と、液体水素供給制御弁7と、水素ガス供給制御弁8と、制御部11と、駆動部12とを備える。The superconducting power generation system comprises a liquid hydrogen storage unit 1, a superconducting generator 2, a magnetic refrigeration device 3, a hydrogen gas turbine 4, a hydrogen gasification mechanism 5, an evaporated hydrogen amount detection unit 6, a liquid hydrogen supply control valve 7, a hydrogen gas supply control valve 8, a control unit 11, and a drive unit 12.

液体水素貯蔵部1は、管P1と、管P2と接続する。
液体水素供給制御弁7は、ポートA1、A2、A3、A4、A5を備える。ポートA1は、管P1と接続する。ポートA2は、管P2と接続する。ポートA3は、管P3と接続する。ポートA4は、管P5と接続する。ポートA5は、管P4と接続する。
The liquid hydrogen storage unit 1 is connected to a pipe P1 and a pipe P2.
The liquid hydrogen supply control valve 7 includes ports A1, A2, A3, A4, and A5. Port A1 is connected to pipe P1. Port A2 is connected to pipe P2. Port A3 is connected to pipe P3. Port A4 is connected to pipe P5. Port A5 is connected to pipe P4.

超電導発電機2は、管P3および管P7と接続する。
磁気冷凍装置3は、管P4および管P6と接続する。
The superconducting generator 2 is connected to the tubes P3 and P7.
The magnetic refrigeration device 3 is connected to the pipes P4 and P6.

水素ガス化機構5は、管P5に設けられる。
蒸発水素量検出部6は、管P7に設けられる。
The hydrogen gasification mechanism 5 is provided in the pipe P5.
The evaporated hydrogen amount detector 6 is provided on the pipe P7.

水素ガス供給制御弁8は、ポートB1、B2、B3を備える。ポートB1は、管P7と接続する。ポートB2は、管P6と接続する。ポートB3は、管P8と接続する。管P5と管P8が接続する。 The hydrogen gas supply control valve 8 has ports B1, B2, and B3. Port B1 is connected to pipe P7. Port B2 is connected to pipe P6. Port B3 is connected to pipe P8. Pipe P5 is connected to pipe P8.

水素ガスタービン4は、管P8と接続する。
液体水素貯蔵部1は、液体水素を貯蔵する。
The hydrogen gas turbine 4 is connected to the pipe P8.
The liquid hydrogen storage unit 1 stores liquid hydrogen.

水素ガスタービン4は、管P8によって供給される水素ガスによって駆動される。
超電導発電機2は、水素ガスタービン4による動力を電力に変換する。超電導発電機2は、超電導導体を含む。管P3によって供給される液体水素の冷熱(沸点約は-20K)を利用して、超電導導体は超電導状態に維持される。液体水素は超電導発電機2内で気化し、管P7に水素ガスが流出する。超電導発電機2は、図示しない固定子と、回転子と有する。固定子と回転子のうちいずれか一方または両方が超電導体で形成されている。磁気冷凍装置3は、管P6によって供給される水素ガスを冷却して、液体水素を管P4に放出する。
The hydrogen gas turbine 4 is driven by hydrogen gas supplied by the pipe P8.
The superconducting generator 2 converts the power generated by the hydrogen gas turbine 4 into electric power. The superconducting generator 2 includes a superconducting conductor. The superconducting conductor is maintained in a superconducting state by utilizing the cold heat of liquid hydrogen (boiling point is approximately -20K) supplied by the pipe P3. The liquid hydrogen vaporizes in the superconducting generator 2, and hydrogen gas flows into the pipe P7. The superconducting generator 2 has a stator and a rotor (not shown). Either or both of the stator and the rotor are made of a superconductor. The magnetic refrigeration device 3 cools the hydrogen gas supplied by the pipe P6 and releases the liquid hydrogen into the pipe P4.

液体水素供給制御弁7は、液体水素貯蔵部1から供給される液体水素を超電導発電機2及び水素ガスタービン4のうちのいずれか一方または両方に供給する。液体水素供給制御弁7のポートA1には、液体水素貯蔵部1から管P1を通して送られる液体水素が流入する。ポートA1から流入した液体水素は、ポートA3とポートA4のうちのいずれか一方または両方から流出される。制御部11は、液体水素のポートA3、A4への流出割合を制御することができる。液体水素供給制御弁7のポートA5には、磁気冷凍装置3から流出された液体水素が流入する。ポートA5に流入した液体水素がポートA2とポートA3のうちのいずれか一方または両方から流出される。制御部11は、液体水素のポートA3、A4への流出割合を制御することができる。The liquid hydrogen supply control valve 7 supplies liquid hydrogen supplied from the liquid hydrogen storage unit 1 to either or both of the superconducting generator 2 and the hydrogen gas turbine 4. Liquid hydrogen sent from the liquid hydrogen storage unit 1 through pipe P1 flows into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7. The liquid hydrogen that flows in from port A1 flows out from either or both of port A3 and port A4. The control unit 11 can control the ratio of liquid hydrogen flowing out to ports A3 and A4. Liquid hydrogen flowing out from the magnetic refrigeration device 3 flows into port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7. The liquid hydrogen that flows into port A5 flows out from either or both of port A2 and port A3. The control unit 11 can control the ratio of liquid hydrogen flowing out to ports A3 and A4.

水素ガス供給制御弁8は、超電導発電機2から流出した水素ガスを磁気冷凍装置3および水素ガスタービン4のうちのいずれか一方または両方に供給する。具体的には、水素ガス供給制御弁8のポートB1には、超電導発電機2から流出される水素ガスが流入する。ポートB1から流入した水素ガスは、ポートB2とポートB3のうちのいずれか一方または両方から流出される。制御部11は、水素ガスのポートB2、B3への流出割合を制御する。The hydrogen gas supply control valve 8 supplies hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2 to either or both of the magnetic refrigeration device 3 and the hydrogen gas turbine 4. Specifically, hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2 flows into port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8. The hydrogen gas flowing in from port B1 flows out from either or both of port B2 and port B3. The control unit 11 controls the proportion of hydrogen gas flowing out to ports B2 and B3.

水素ガス化機構5は、ポートA4から流出され、管P5によって送られる液体水素を水素ガスに変化させる。水素ガス化機構5は、たとえばヒータによって構成することができる。水素ガスは、管P5、および管P8を経由して、水素ガスタービン4に送られる。The hydrogen gasification mechanism 5 converts the liquid hydrogen flowing out from the port A4 and sent through the pipe P5 into hydrogen gas. The hydrogen gasification mechanism 5 can be constituted by, for example, a heater. The hydrogen gas is sent to the hydrogen gas turbine 4 via the pipe P5 and the pipe P8.

蒸発水素量検出部6は、超電導発電機2から流出した水素ガスの量を検出する。蒸発水素量検出部6は、たとえば、ガスセンサによって構成することができる。The evaporated hydrogen amount detection unit 6 detects the amount of hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2. The evaporated hydrogen amount detection unit 6 can be configured, for example, by a gas sensor.

水素の流れの典型的な例について説明する。
液体水素貯蔵部1から液体水素供給制御弁7を経由して超電導発電機2に供給された液体水素は、超電導発電機2を冷却した後蒸発し、水素ガスとなって超電導発電機2の外部に排出される。
A typical example of hydrogen flow will be described.
The liquid hydrogen supplied from the liquid hydrogen storage unit 1 to the superconducting generator 2 via the liquid hydrogen supply control valve 7 cools the superconducting generator 2 and then evaporates into hydrogen gas, which is discharged outside the superconducting generator 2.

水素ガスは、水素ガス供給制御弁8を経由し、一部が、水素ガスタービン4で燃焼され、超電導発電機2の動力となる。残りの水素ガスは、磁気冷凍装置3を通過することで冷却・液化される。液体水素は、液体水素供給制御弁7を経由し、液体水素貯蔵部1に戻る経路と、再び冷却のために超電導発電機2に流れる経路に分かれる。 The hydrogen gas passes through hydrogen gas supply control valve 8, and some of it is combusted in hydrogen gas turbine 4 to power superconducting generator 2. The remaining hydrogen gas is cooled and liquefied by passing through magnetic refrigeration device 3. The liquid hydrogen passes through liquid hydrogen supply control valve 7 and splits into two paths: one that returns to liquid hydrogen storage unit 1, and the other that flows to superconducting generator 2 for cooling again.

制御部11は、超電導発電機2、磁気冷凍装置3、液体水素供給制御弁7、水素ガス供給制御弁8、水素ガス化機構5、蒸発水素量検出部6、および水素ガスタービン4を制御する。 The control unit 11 controls the superconducting generator 2, the magnetic refrigeration device 3, the liquid hydrogen supply control valve 7, the hydrogen gas supply control valve 8, the hydrogen gasification mechanism 5, the evaporated hydrogen amount detection unit 6, and the hydrogen gas turbine 4.

駆動部12は、超電導発電機2、および磁気冷凍装置3を駆動する。
図2は、実施の形態1の超電導発電システムの制御手順を表わすフローチャートである。
The driving unit 12 drives the superconducting generator 2 and the magnetic refrigeration device 3 .
FIG. 2 is a flow chart showing a control procedure of the superconducting power generation system of the first embodiment.

ステップS101において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3から流出し、ポートA5に流入した液体水素がポートA2とA3から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。これによって、液体水素貯蔵部1から流出した液体水素は超電導発電機2へ供給される。磁気冷凍装置3から流出した液体水素は、超電導発電機2および液体水素貯蔵部1へ供給される。制御部11は、液体水素のポートA2およびポートA3からの流出割合を制御することとしてもよい。制御部11は、ポートA2およびポートA3のうちの一方のみから液体水素が流出するように制御することとしてもよい。In step S101, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that liquid hydrogen that has flowed into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from port A3, and liquid hydrogen that has flowed into port A5 flows out from ports A2 and A3. As a result, liquid hydrogen that flows out from the liquid hydrogen storage unit 1 is supplied to the superconducting generator 2. Liquid hydrogen that flows out from the magnetic refrigeration device 3 is supplied to the superconducting generator 2 and the liquid hydrogen storage unit 1. The control unit 11 may also control the proportion of liquid hydrogen that flows out from ports A2 and A3. The control unit 11 may also control so that liquid hydrogen flows out from only one of ports A2 and A3.

ステップS102において、制御部11は、外部から発電需要を取得する。
ステップS103において、制御部11は、蒸発水素量検出部6によって検出された超電導発電機2から流出した水素ガスの量を取得する。
In step S102, the control unit 11 acquires a power generation demand from the outside.
In step S<b>103 , the control unit 11 acquires the amount of hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2 , which is detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 .

ステップS104において、電力の供給過多などで発電を停止する場合、または超電導発電機2を水素ガスタービン4と連結させずに同期調相機として使用する場合には、処理がステップS105に進む。 In step S104, if power generation is stopped due to an excess power supply, or if the superconducting generator 2 is used as a synchronous phase modifier without being connected to the hydrogen gas turbine 4, processing proceeds to step S105.

ステップS105において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB2から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御する。これによって、水素ガスタービン4は動作を停止し、水素ガスタービン4からの動力が断たれた超電導発電機2は停止する。ポートB2から流出し、磁気冷凍装置3に流入した水素ガスは、磁気冷凍装置3を通過することで冷却および液化されることによって液体水素に変化する。液体水素は、液体水素供給制御弁7のポートA5に流入する。ポートA5に流入した液体水素の一部は、ポートA2を経由して液体水素貯蔵部1に送られ、液体水素の残りは、ポートA3を経由して超電導発電機2に送られる。超電導発電機2は、発電を停止しているにも係わらず、超電導発電機2には液体水素が流入し、液体水素により冷却される。超電導発電機2が一度常温になると、再冷却し再稼働するまでに時間を要する。超電導発電機2が発電を停止しているときにも液体水素による冷却を維持し続けることによって、再稼働するまでの時間を短くすることができる。In step S105, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from port B2. This causes the hydrogen gas turbine 4 to stop operating, and the superconducting generator 2, which has been cut off from the power from the hydrogen gas turbine 4, stops. The hydrogen gas that flows out from port B2 and flows into the magnetic refrigeration device 3 is cooled and liquefied by passing through the magnetic refrigeration device 3, and turns into liquid hydrogen. The liquid hydrogen flows into port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7. A portion of the liquid hydrogen that flows into port A5 is sent to the liquid hydrogen storage unit 1 via port A2, and the remainder of the liquid hydrogen is sent to the superconducting generator 2 via port A3. Although the superconducting generator 2 has stopped generating electricity, liquid hydrogen flows into the superconducting generator 2 and is cooled by the liquid hydrogen. Once the superconducting generator 2 reaches room temperature, it takes time for it to cool down again and resume operation. By continuing to cool the superconducting generator 2 with liquid hydrogen even when the generator 2 has stopped generating power, the time until the generator can be restarted can be shortened.

ステップS106において、蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量が発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量よりも多い場合、処理がステップS107に進む。蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量が発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量と等しいかまたは少ない場合には、処理がステップS108に進む。発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量は、たとえば、発電量と、発電量を発電するのに水素ガスの量との対応関係を定めたテーブルを用いて、特定することができる。In step S106, if the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 is greater than the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity, processing proceeds to step S107. If the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 is equal to or less than the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity, processing proceeds to step S108. The amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity can be determined, for example, using a table that defines the correspondence between the amount of electricity generated and the amount of hydrogen gas required to generate the required amount of electricity.

ステップS107において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB2およびポートB3から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御する。これによって、水素ガスが、磁気冷凍装置3および水素ガスタービン4に送られる。磁気冷凍装置3に流入した水素ガスは、磁気冷凍装置3を通過することで冷却および液化されることによって液体水素に変化する。制御部11は、蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量と、発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量との差に応じて、水素ガスのポートB2およびポートB3からの流出割合を制御することとしてもよい。制御部11は、差が大きいほど、ポートB2から流出される水素ガスの量を多くすることとしてもよい。In step S107, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from ports B2 and B3. This causes the hydrogen gas to be sent to the magnetic refrigeration device 3 and the hydrogen gas turbine 4. The hydrogen gas that has flowed into the magnetic refrigeration device 3 is cooled and liquefied as it passes through the magnetic refrigeration device 3, and is converted into liquid hydrogen. The control unit 11 may control the rate at which hydrogen gas flows out from ports B2 and B3 in accordance with the difference between the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 and the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the power required for power generation. The control unit 11 may increase the amount of hydrogen gas flowing out from port B2 as the difference increases.

ステップS108において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB3から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御する。これによって、水素ガスが水素ガスタービン4に送られる。In step S108, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from port B3. This causes the hydrogen gas to be sent to the hydrogen gas turbine 4.

ステップS109において、発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量がまだ不足している場合には、処理がステップS110に進む。 In step S109, if the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity is still insufficient, processing proceeds to step S110.

ステップS110において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3とA4から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。In step S110, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that the liquid hydrogen that flows into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from ports A3 and A4.

ステップS111において、制御部11は、水素ガス化機構5をオンに設定する。これによって、液体水素供給制御弁7のポートA4から流出した液体水素が水素ガスに変化して、水素ガスタービン4に送られる。In step S111, the control unit 11 sets the hydrogen gasification mechanism 5 to ON. This causes the liquid hydrogen flowing out from port A4 of the liquid hydrogen supply control valve 7 to be converted into hydrogen gas and sent to the hydrogen gas turbine 4.

本実施の形態によれば、水素ガスが磁気冷凍装置3で液化し、再液化水素が液体水素貯蔵部1および超電導発電機2の少なくとも一方に再び供給される。液体水素を超電導発電機2の冷却に用いた後、超電導発電機2から流出する水素ガスを磁気冷凍装置3により再液化することによって、液体水素の消費量を削減することができる。液体水素の再液化量を水素ガス供給制御弁8によって調整することによって、液体水素の需給バランスを反映した最適な再液化量が実現でき、液体水素使用が効率化する。先行文献に記載のシステムでは、超電導発電機から流出した水素ガスのうち、水素ガスタービンの使用量を超える余分な水素ガスは、捨てられていたが、本実施の形態によれば、余分な水素ガスを磁気冷凍装置で再液化して、再利用することができる。According to this embodiment, hydrogen gas is liquefied in the magnetic refrigeration device 3, and the re-liquefied hydrogen is supplied again to at least one of the liquid hydrogen storage unit 1 and the superconducting generator 2. After using liquid hydrogen to cool the superconducting generator 2, the hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2 is re-liquefied by the magnetic refrigeration device 3, thereby reducing the consumption of liquid hydrogen. By adjusting the re-liquefied amount of liquid hydrogen with the hydrogen gas supply control valve 8, an optimal re-liquefaction amount that reflects the balance of supply and demand of liquid hydrogen can be realized, and the use of liquid hydrogen becomes more efficient. In the system described in the prior art, the excess hydrogen gas that flows out from the superconducting generator and exceeds the amount used by the hydrogen gas turbine is discarded, but according to this embodiment, the excess hydrogen gas can be re-liquefied by the magnetic refrigeration device and reused.

実施の形態2.
図3は、実施の形態2の超電導発電システムの構成を表わす図である。
Embodiment 2.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a superconducting power generation system according to the second embodiment.

実施の形態2の超電導発電システムが実施の形態1の超電導発電システムと相違する点は、実施の形態2の超電導発電システムが、超電導発電機2に代えて超電導発電機2Aを備える点である。The superconducting power generation system of embodiment 2 differs from the superconducting power generation system of embodiment 1 in that the superconducting power generation system of embodiment 2 is equipped with a superconducting generator 2A instead of a superconducting generator 2.

超電導発電機2Aは、固定子13と、超電導回転子14とを備える。
超電導回転子14は、高温超電導体により形成される。
The superconducting generator 2A includes a stator 13 and a superconducting rotor 14 .
The superconducting rotor 14 is made of a high-temperature superconductor.

固定子13は、一般導体で形成される。固定子13を超電導体で形成した場合、固定子13において発生する交流電流によって、固定子13の超電導状態が維持できなくなる場合を考慮して、固定子13を一般導体によって形成されるものとする。The stator 13 is made of a general conductor. If the stator 13 were made of a superconductor, the alternating current generated in the stator 13 might cause the stator 13 to be unable to maintain its superconducting state. Considering this, the stator 13 is made of a general conductor.

超電導発電機2Aに流入した液体水素は超電導回転子14を形成する高温超電導体を冷却し、高温超電導体は超電導状態を維持する。液体水素はその後蒸発し、低温(20K以上常温以下)の水素ガスとなり固定子13へ流れて、固定子13を冷却する。固定子13を冷却した水素ガスは昇温し、超電導発電機2Aから流出する。The liquid hydrogen that flows into the superconducting generator 2A cools the high-temperature superconductor that forms the superconducting rotor 14, which maintains its superconducting state. The liquid hydrogen then evaporates, becoming low-temperature (above 20 K and below room temperature) hydrogen gas that flows to the stator 13 and cools it. The hydrogen gas that has cooled the stator 13 rises in temperature and flows out of the superconducting generator 2A.

なお、固定子13も高温超電導体により形成されるものとしてもよい。
実施の形態3.
図4は、実施の形態3の超電導発電システムの構成を表わす図である。
The stator 13 may also be made of a high-temperature superconductor.
Embodiment 3
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a superconducting power generation system according to the third embodiment.

実施の形態3の超電導発電システムが実施の形態1の超電導発電システムと相違する点は、実施の形態3の超電導発電システムが、磁気冷凍装置3に代えて磁気冷凍装置3Aを備える点と、液体水素供給制御弁7Aと、管P11、P12、P13とを備える点である。The superconducting power generation system of embodiment 3 differs from the superconducting power generation system of embodiment 1 in that the superconducting power generation system of embodiment 3 is equipped with a magnetic refrigeration unit 3A instead of the magnetic refrigeration unit 3, and is equipped with a liquid hydrogen supply control valve 7A and pipes P11, P12, and P13.

磁気冷凍装置3Aは、磁気熱量機構15と、磁場発生装置16とを備える。液体水素供給制御弁7Aは、ポートC1、C2、C3を備える。ポートC1は、管P11と接続する。管P11は、液体水素供給制御弁7のポートA3と接続する。ポートC2は、管P3と接続する。ポートC3は、管P12と接続する。管P4は、磁気冷凍装置3Aの磁気熱量機構15と接続する。管P12は、磁気冷凍装置3Aの磁場発生装置16と接続する。管P13は、磁気冷凍装置3Aの磁場発生装置16および管P7と接続する。 The magnetic refrigeration device 3A has a magnetic calorific mechanism 15 and a magnetic field generating device 16. The liquid hydrogen supply control valve 7A has ports C1, C2, and C3. Port C1 is connected to pipe P11. Pipe P11 is connected to port A3 of the liquid hydrogen supply control valve 7. Port C2 is connected to pipe P3. Port C3 is connected to pipe P12. Pipe P4 is connected to the magnetic calorific mechanism 15 of the magnetic refrigeration device 3A. Pipe P12 is connected to the magnetic field generating device 16 of the magnetic refrigeration device 3A. Pipe P13 is connected to the magnetic field generating device 16 of the magnetic refrigeration device 3A and pipe P7.

液体水素供給制御弁7には、磁気冷凍装置3の磁気熱量機構15及び液体水素貯蔵部1から液体水素が供給される。液体水素供給制御弁7は、超電導発電機2、磁気冷凍装置3Aの磁場発生装置16、および水素ガス化機構5を通じて水素ガスタービン4に供給する液体水素量を調整する。液体水素供給制御弁7のポートA1には、液体水素貯蔵部1から管P1を経由して送られる液体水素が流入する。ポートA1から流入した液体水素は、ポートA3とポートA4のうちのいずれか一方または両方から流出される。また、磁気冷凍装置3Aの液体水素の加熱運転時には、ポートA5からも液体水素が流出して、管P5を通って磁気熱量機構15へ送られる。制御部11は、液体水素のポートA3、A4、A5への流出割合を制御することができる。液体水素供給制御弁7のポートA5には、磁気冷凍装置3Aによる水素ガスの冷却運転時に、磁気熱量機構15から管P4を経由して送られる液体水素が流入する。ポートA5から流入した液体水素は、ポートA2とポートA3のうちのいずれか一方または両方から流出される。制御部11は、液体水素のポートA2、A3への流出割合を制御することができる。Liquid hydrogen is supplied to the liquid hydrogen supply control valve 7 from the magnetic calorific mechanism 15 of the magnetic refrigeration device 3 and the liquid hydrogen storage unit 1. The liquid hydrogen supply control valve 7 adjusts the amount of liquid hydrogen supplied to the hydrogen gas turbine 4 through the superconducting generator 2, the magnetic field generating device 16 of the magnetic refrigeration device 3A, and the hydrogen gasification mechanism 5. Liquid hydrogen sent from the liquid hydrogen storage unit 1 via the pipe P1 flows into the port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7. The liquid hydrogen that flows in from the port A1 flows out from either or both of the port A3 and the port A4. In addition, during the liquid hydrogen heating operation of the magnetic refrigeration device 3A, liquid hydrogen also flows out from the port A5 and is sent to the magnetic calorific mechanism 15 through the pipe P5. The control unit 11 can control the outflow ratio of liquid hydrogen to the ports A3, A4, and A5. During the hydrogen gas cooling operation by the magnetic refrigeration device 3A, liquid hydrogen sent from the magnetic calorific mechanism 15 via the pipe P4 flows into the port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7. The liquid hydrogen flowing in from port A5 flows out from either or both of port A2 and port A3. The control unit 11 can control the ratio of the liquid hydrogen flowing in from port A2 to port A3.

液体水素供給制御弁7Aは、超電導発電機2及び磁気冷凍装置3Aに供給する液体水素の量を調整する。ポートC1には、液体水素供給制御弁7のポートA3から管P11を通して液体水素が流入する。ポートC1に流入した液体水素はポートC2とポートC3から流出する。ポートC2から流出した液体水素は、管P3を通って超電導発電機2に送られる。ポートC3から流出した液体水素は、管P12を通って磁場発生装置16に送られる。制御部11は、液体水素のポートC2、C3への流出割合を制御することができる。 The liquid hydrogen supply control valve 7A adjusts the amount of liquid hydrogen supplied to the superconducting generator 2 and the magnetic refrigeration device 3A. Liquid hydrogen flows into port C1 from port A3 of the liquid hydrogen supply control valve 7 through pipe P11. The liquid hydrogen that flows into port C1 flows out from ports C2 and C3. The liquid hydrogen that flows out from port C2 is sent to the superconducting generator 2 through pipe P3. The liquid hydrogen that flows out from port C3 is sent to the magnetic field generating device 16 through pipe P12. The control unit 11 can control the ratio of liquid hydrogen flowing out to ports C2 and C3.

磁場発生装置16は、高温超電導体の超電導コイルで形成される。磁場発生装置16は、高温超電導体の超電導状態を維持するために、ポートA3、ポートC1、ポートC3、管P12を経由して送られる液体水素で冷却される。液体水素は、蒸発気化して、水素ガスとなり、管P13、P7を経由して水素ガス供給制御弁8のポートB1に流れる。The magnetic field generator 16 is formed of a superconducting coil of high-temperature superconductor. To maintain the superconducting state of the high-temperature superconductor, the magnetic field generator 16 is cooled by liquid hydrogen sent via ports A3, C1, C3, and pipe P12. The liquid hydrogen evaporates and becomes hydrogen gas, which flows to port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 via pipes P13 and P7.

磁気熱量機構15は、第1ポートPV1と第2ポートPV2とを備える。第1ポートPV1は、管P4によって液体水素供給制御弁7のポートA5と接続する。第2ポートPV2は、管P6によって水素ガス供給制御弁8のポートB2と接続する。磁気熱量機構15は、磁気熱量材料を備える。The magnetocaloric mechanism 15 has a first port PV1 and a second port PV2. The first port PV1 is connected to port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7 via a pipe P4. The second port PV2 is connected to port B2 of the hydrogen gas supply control valve 8 via a pipe P6. The magnetocaloric mechanism 15 has a magnetocaloric material.

制御部11は、発電需要から算出される必要水素ガス量が不足する場合は、磁気冷凍装置3Aによる液体水素の加熱運転(発熱運転)を選択する。制御部11は、磁気冷凍装置3Aの加熱運転時には、磁気熱量機構15に印加される磁場を昇磁する。制御部11は、磁気冷凍装置3Aの加熱運転時には、磁気熱量機構15の第1ポートPV1から液体水素を磁気熱量機構15に流入させ、加熱され蒸発した水素ガスが磁気熱量機構15の第2ポートPV2から流出するように制御する。これによって、水素ガスタービン4に向かう水素ガス量を増加させる。 When the required amount of hydrogen gas calculated from the power generation demand is insufficient, the control unit 11 selects heating operation (heat generation operation) of liquid hydrogen by the magnetic refrigeration device 3A. During heating operation of the magnetic refrigeration device 3A, the control unit 11 magnetizes the magnetic field applied to the magnetic calorific mechanism 15. During heating operation of the magnetic refrigeration device 3A, the control unit 11 controls so that liquid hydrogen flows into the magnetic calorific mechanism 15 from the first port PV1 of the magnetic calorific mechanism 15, and heated and evaporated hydrogen gas flows out from the second port PV2 of the magnetic calorific mechanism 15. This increases the amount of hydrogen gas heading to the hydrogen gas turbine 4.

制御部11は、発電需要から算出される必要水素ガス量が余剰する場合は、磁気冷凍装置3Aによる水素ガスの冷却運転(吸熱運転)を選択する。制御部11は、磁気冷凍装置3Aの冷却運転時には、磁気熱量機構15に印加される磁場を減磁する。制御部11は、磁気冷凍装置3Aの冷却運転時には、磁気熱量機構15の第2ポートPV2から水素ガスを磁気熱量機構15に流入させ、液化した液体水素が磁気熱量機構15の第1ポートPV1から流出するように制御する。これによって、余剰の水素ガスを液体水素に再液化し、液体水素貯蔵部1に戻すことができる。 When the required amount of hydrogen gas calculated from the power generation demand is surplus, the control unit 11 selects cooling operation (heat absorption operation) of the hydrogen gas by the magnetic refrigeration device 3A. During cooling operation of the magnetic refrigeration device 3A, the control unit 11 demagnetizes the magnetic field applied to the magnetic calorific mechanism 15. During cooling operation of the magnetic refrigeration device 3A, the control unit 11 controls so that hydrogen gas flows into the magnetic calorific mechanism 15 from the second port PV2 of the magnetic calorific mechanism 15 and the liquefied liquid hydrogen flows out from the first port PV1 of the magnetic calorific mechanism 15. This allows the surplus hydrogen gas to be re-liquefied into liquid hydrogen and returned to the liquid hydrogen storage unit 1.

磁場発生装置16は、コイルに流れる電流を変化させることによって、磁気熱量機構15に印加される磁場を昇磁または減磁することができる。あるいは、磁気熱量機構15を移動させることによって、磁気熱量機構15に印加される磁場を昇磁または減磁してもよい。The magnetic field generating device 16 can increase or decrease the magnetic field applied to the magneto-caloric mechanism 15 by changing the current flowing through the coil. Alternatively, the magnetic field applied to the magneto-caloric mechanism 15 can be increased or decreased by moving the magneto-caloric mechanism 15.

図5は、実施の形態3の超電導発電システムの制御手順を表わすフローチャートである。 Figure 5 is a flowchart showing the control procedure of the superconducting power generation system of embodiment 3.

ステップS201において、制御部11は、初期状態として磁気冷凍装置3Aの冷却運転を選択する。In step S201, the control unit 11 selects cooling operation of the magnetic refrigeration device 3A as the initial state.

ステップS202において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3から流出し、ポートA5に流入した液体水素がポートA2とA3から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。これによって、液体水素貯蔵部1から流出した液体水素は液体水素供給制御弁7Aへ供給される。磁気冷凍装置3Aから流出した液体水素は、液体水素供給制御弁7Aおよび液体水素貯蔵部1へ供給される。制御部11は、液体水素のポートA2およびポートA3からの流出割合を制御することとしてもよい。制御部11は、ポートA2およびポートA3のうちの一方のみから液体水素が流出するように制御することとしてもよい。In step S202, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that liquid hydrogen that has flowed into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from port A3, and liquid hydrogen that has flowed into port A5 flows out from ports A2 and A3. As a result, liquid hydrogen that flows out from the liquid hydrogen storage unit 1 is supplied to the liquid hydrogen supply control valve 7A. Liquid hydrogen that flows out from the magnetic refrigeration device 3A is supplied to the liquid hydrogen supply control valve 7A and the liquid hydrogen storage unit 1. The control unit 11 may control the proportion of liquid hydrogen that flows out from ports A2 and A3. The control unit 11 may control the liquid hydrogen to flow out from only one of ports A2 and A3.

ステップS203において、制御部11は、液体水素供給制御弁7AのポートC1に流入した液体水素がポートC2、C3から流出するように液体水素供給制御弁7Aを制御する。これによって、液体水素供給制御弁7Aから流れてくる液体水素は超電導発電機2および磁場発生装置16へ供給される。In step S203, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7A so that the liquid hydrogen that has flowed into port C1 of the liquid hydrogen supply control valve 7A flows out from ports C2 and C3. As a result, the liquid hydrogen flowing from the liquid hydrogen supply control valve 7A is supplied to the superconducting generator 2 and the magnetic field generating device 16.

ステップS204において、制御部11は、外部から発電需要を取得する。
ステップS205において、制御部11は、蒸発水素量検出部6によって検出された超電導発電機2から流出した水素ガスの量を取得する。
In step S204, the control unit 11 acquires a power generation demand from the outside.
In step S205, the control unit 11 acquires the amount of hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2 detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6.

ステップS206において、電力の供給過多などで発電を停止する場合、または超電導発電機2を水素ガスタービン4と連結させずに同期調相機として使用する場合には、処理がステップS207に進む。 In step S206, if power generation is stopped due to an excess supply of electricity, or if the superconducting generator 2 is used as a synchronous modifier without being connected to the hydrogen gas turbine 4, processing proceeds to step S207.

ステップS207において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB2から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御する。これによって、水素ガスタービン4は動作を停止し、水素ガスタービン4からの動力が断たれた超電導発電機2は停止する。ポートB2から流出し、磁気冷凍装置3Aの磁気熱量機構15に流入した水素ガスは、磁気冷凍装置3を通過することで冷却および液化されることによって液体水素に変化する。液体水素は、液体水素供給制御弁7のポートA5に流入する。ポートA5に流入した液体水素の一部は、ポートA2を経由して液体水素貯蔵部1に送られ、液体水素の残りは、ポートA3を経由して液体水素供給制御弁7AのポートC1に送られる。ポートC1に流入した液体水素は、ポートC2から超電導発電機2に送られ、ポートC3から磁場発生装置16に送られる。超電導発電機2は、発電を停止しているにも係わらず、超電導発電機2には液体水素が流入し、液体水素により冷却される。超電導発電機2が一度常温になると、再冷却し再稼働するまでに時間を要する。超電導発電機2が発電を停止しているときにも液体水素による冷却を維持し続けることによって、再稼働するまでの時間を短くすることができる。In step S207, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from port B2. This causes the hydrogen gas turbine 4 to stop operating, and the superconducting generator 2, which has been cut off from the power from the hydrogen gas turbine 4, stops. The hydrogen gas that flows out from port B2 and flows into the magnetic calorific mechanism 15 of the magnetic refrigeration device 3A is cooled and liquefied by passing through the magnetic refrigeration device 3, and is converted into liquid hydrogen. The liquid hydrogen flows into port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7. A portion of the liquid hydrogen that flows into port A5 is sent to the liquid hydrogen storage unit 1 via port A2, and the remaining liquid hydrogen is sent to port C1 of the liquid hydrogen supply control valve 7A via port A3. The liquid hydrogen that flows into port C1 is sent to the superconducting generator 2 from port C2, and is sent to the magnetic field generating device 16 from port C3. Although the superconducting generator 2 has stopped generating electricity, liquid hydrogen flows into the superconducting generator 2 and is cooled by the liquid hydrogen. Once the superconducting generator 2 reaches room temperature, it takes time to cool down again and restart. By continuing to cool the superconducting generator 2 with liquid hydrogen even when it has stopped generating electricity, the time until it restarts can be shortened.

ステップS208において、蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量が発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量よりも多い場合、処理がステップS209に進む。蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量が発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量と等しいかまたは少ない場合には、処理がステップS210に進む。発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量は、たとえば、発電量と、発電量を発電するのに水素ガスの量との対応関係を定めたテーブルを用いて、特定することができる。In step S208, if the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 is greater than the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity, processing proceeds to step S209. If the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 is equal to or less than the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity, processing proceeds to step S210. The amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity can be determined, for example, using a table that defines the correspondence between the amount of electricity generated and the amount of hydrogen gas required to generate the required amount of electricity.

ステップS209において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB2およびポートB3から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御する。これによって、水素ガスが、磁気冷凍装置3Aの磁気熱量機構15および水素ガスタービン4に送られる。磁気熱量機構15に流入した水素ガスは、磁気熱量機構15を通過することで冷却および液化されることによって液体水素に変化する。制御部11は、蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量と、発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量との差に応じて、水素ガスのポートB2およびポートB3からの流出割合を制御することとしてもよい。制御部11は、差が大きいほど、ポートB2から流出される水素ガスの量を多くすることとしてもよい。In step S209, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from ports B2 and B3. This causes the hydrogen gas to be sent to the magnetic calorific mechanism 15 and the hydrogen gas turbine 4 of the magnetic refrigeration device 3A. The hydrogen gas that has flowed into the magnetic calorific mechanism 15 is cooled and liquefied by passing through the magnetic calorific mechanism 15, and is converted into liquid hydrogen. The control unit 11 may control the outflow rate of hydrogen gas from ports B2 and B3 according to the difference between the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 and the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the power required for power generation. The control unit 11 may increase the amount of hydrogen gas flowing out from port B2 as the difference increases.

ステップS210において、制御部11は、磁気冷凍装置3Aの加熱運転を選択する。
ステップS211において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3とA5から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。液体水素貯蔵部1から流出した液体水素は液体水素供給制御弁7Aおよび磁気熱量機構15へ供給される。磁気熱量機構15の第1ポートPV1へ流入した液体水素は、加熱され蒸発した水素ガスとなり、磁気熱量機構15の第2ポートPV2から流出する。第2ポートPV2から流出した水素ガスは、管P6を通って、水素ガス供給制御弁8のポートB2に流入する。
In step S210, the control unit 11 selects the heating operation of the magnetic refrigeration device 3A.
In step S211, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that the liquid hydrogen that has flowed into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from ports A3 and A5. The liquid hydrogen that flows out from the liquid hydrogen storage unit 1 is supplied to the liquid hydrogen supply control valve 7A and the magnetocaloric mechanism 15. The liquid hydrogen that flows into the first port PV1 of the magnetocaloric mechanism 15 is heated and evaporated into hydrogen gas, which flows out from the second port PV2 of the magnetocaloric mechanism 15. The hydrogen gas that flows out from the second port PV2 flows into port B2 of the hydrogen gas supply control valve 8 through the pipe P6.

ステップS212において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB3から流出し、ポートB2に流入した水素ガスがポートB3から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御する。これによって、水素ガスが水素ガスタービン4に送られる。In step S212, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from port B3, and the hydrogen gas that has flowed into port B2 flows out from port B3. This causes the hydrogen gas to be sent to the hydrogen gas turbine 4.

ステップS213において、発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量がまだ不足している場合には、処理がステップS214に進む。 In step S213, if the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity is still insufficient, processing proceeds to step S214.

ステップS214において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3とA4とA5から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。In step S214, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that the liquid hydrogen that flows into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from ports A3, A4, and A5.

ステップS215において、制御部11は、水素ガス化機構5をオンに設定する。これによって、液体水素供給制御弁7のポートA4から流出した液体水素が水素ガスに変化して、水素ガスタービン4に送られる。In step S215, the control unit 11 sets the hydrogen gasification mechanism 5 to ON. This causes the liquid hydrogen flowing out from port A4 of the liquid hydrogen supply control valve 7 to be converted into hydrogen gas and sent to the hydrogen gas turbine 4.

実施の形態4.
図6は、実施の形態4の超電導発電システムの構成を表わす図である。
Embodiment 4
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a superconducting power generation system according to the fourth embodiment.

実施の形態4の超電導発電システムが実施の形態3の超電導発電システムと相違する点は、実施の形態4の超電導発電システムが、水素ガス供給制御弁8に代えて水素ガス供給制御弁8A、8Bを備える点と、液体水素供給制御弁7Bと、管P14、P15、P16、P17とを備える点である。The superconducting power generation system of embodiment 4 differs from the superconducting power generation system of embodiment 3 in that the superconducting power generation system of embodiment 4 is equipped with hydrogen gas supply control valves 8A and 8B instead of hydrogen gas supply control valve 8, and is equipped with liquid hydrogen supply control valve 7B and pipes P14, P15, P16, and P17.

液体水素供給制御弁7Bは、ポートD1、D2、D3を含む。ポートD1は、管P14と接続する。ポートD2は、管P15と接続する。管P15は、磁気熱量機構15の第1ポートPV1と接続する。ポートD3は、管P5と接続する。 The liquid hydrogen supply control valve 7B includes ports D1, D2, and D3. Port D1 is connected to pipe P14. Port D2 is connected to pipe P15. Pipe P15 is connected to the first port PV1 of the magnetocaloric mechanism 15. Port D3 is connected to pipe P5.

水素ガス供給制御弁8Aは、ポートE1、E2、E3、E4を含む。ポートE1は、管P7と接続する。ポートE2は、管P6と接続する。ポートE3は、管P16と接続する。管P16は、磁気熱量機構15の第2ポートPV2と接続する。ポートE4は、管P17と接続する。管P17は、水素ガス供給制御弁8Bと接続する。 The hydrogen gas supply control valve 8A includes ports E1, E2, E3, and E4. Port E1 is connected to pipe P7. Port E2 is connected to pipe P6. Port E3 is connected to pipe P16. Pipe P16 is connected to a second port PV2 of the magnetocaloric mechanism 15. Port E4 is connected to pipe P17. Pipe P17 is connected to the hydrogen gas supply control valve 8B.

水素ガス供給制御弁8Bは、ポートF1、F2、F3と接続する。ポートF1は、管P17と接続する。ポートF2は、管P8と接続する。ポートF3は、管P5と接続する。 Hydrogen gas supply control valve 8B is connected to ports F1, F2, and F3. Port F1 is connected to pipe P17. Port F2 is connected to pipe P8. Port F3 is connected to pipe P5.

液体水素供給制御弁7BのポートD1には、液体水素供給制御弁7のポートA4から液体水素が流入する。流入した液体水素は、ポートD2とポートD3のうちのいずれか一方または両方から流出される。ポートD2から流出した液体水素は、管P15を通って、磁気熱量機構15の第1ポートPV1に流入する。磁気熱量機構15の第2ポートPV2から水素ガスが流出して、管P16を通って、水素ガス供給制御弁8AのポートE3に流入する。制御部11は、液体水素のポートD2、D3への流出割合を制御することができる。 Liquid hydrogen flows into port D1 of liquid hydrogen supply control valve 7B from port A4 of liquid hydrogen supply control valve 7. The flowing in liquid hydrogen flows out from either or both of port D2 and port D3. The liquid hydrogen flowing out from port D2 flows through pipe P15 into the first port PV1 of the magnetic calorific mechanism 15. Hydrogen gas flows out from the second port PV2 of the magnetic calorific mechanism 15 and flows through pipe P16 into port E3 of the hydrogen gas supply control valve 8A. The control unit 11 can control the ratio of liquid hydrogen flowing out to ports D2 and D3.

水素ガス供給制御弁8AのポートE1には、超電導発電機2および磁場発生装置16から流出される水素ガスが流入する。ポートE1から流入した水素ガスは、ポートE4から流出される。磁気冷凍装置3Aの冷却運転時には、ポートE1から流入した水素ガスは、ポートE2からも流出する。制御部11は、水素ガスのポートE2、E4への流出割合を制御することができる。ポートE2から流出した水素ガスは、磁気熱量機構15の第4ポートPV4に流入する。磁気熱量機構15内で水素ガスが冷却され、液体水素が磁気熱量機構15の第3ポートPV3から流出する。第3ポートPV3から流出した液体水素は、管P4を通って、液体水素供給制御弁7のポートA5に流入する。磁気冷凍装置3Aの加熱運転時には、磁気熱量機構15の第2ポートPV2から流出した水素ガスは、管P16を通ってポートE3に流入する。ポートE3に流入した水素ガスは、ポートE4から流出して、管P17を通って、水素ガス供給制御弁8BのポートF1に流入する。Hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2 and the magnetic field generator 16 flows into port E1 of the hydrogen gas supply control valve 8A. The hydrogen gas flowing in from port E1 flows out from port E4. During cooling operation of the magnetic refrigeration device 3A, the hydrogen gas flowing in from port E1 also flows out from port E2. The control unit 11 can control the ratio of hydrogen gas flowing out to ports E2 and E4. The hydrogen gas flowing out from port E2 flows into the fourth port PV4 of the magnetic calorific mechanism 15. The hydrogen gas is cooled in the magnetic calorific mechanism 15, and liquid hydrogen flows out from the third port PV3 of the magnetic calorific mechanism 15. The liquid hydrogen flowing out from the third port PV3 flows into port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7 through pipe P4. During heating operation of the magnetic refrigeration device 3A, the hydrogen gas flowing out from the second port PV2 of the magnetic calorific mechanism 15 flows into port E3 through pipe P16. The hydrogen gas that has flowed into port E3 flows out from port E4, passes through pipe P17, and flows into port F1 of the hydrogen gas supply control valve 8B.

水素ガス供給制御弁8BのポートF1に流入した水素ガスは、ポートF2から流出する。水素ガス供給制御弁8BのポートF3に流入した水素ガスは、ポートF2から流出する。Hydrogen gas that flows into port F1 of the hydrogen gas supply control valve 8B flows out from port F2. Hydrogen gas that flows into port F3 of the hydrogen gas supply control valve 8B flows out from port F2.

図7は、実施の形態4の超電導発電システムの制御手順を表わすフローチャートである。 Figure 7 is a flowchart showing the control procedure of the superconducting power generation system of embodiment 4.

ステップS301において、制御部11は、初期状態として磁気冷凍装置3Aの冷却運転を選択する。In step S301, the control unit 11 selects cooling operation of the magnetic refrigeration device 3A as the initial state.

ステップS302において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3から流出し、ポートA5に流入した液体水素がポートA2とA3から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。これによって、液体水素貯蔵部1から流出した液体水素は液体水素供給制御弁7Aへ供給される。磁気冷凍装置3Aから流出した液体水素は、液体水素供給制御弁7Aおよび液体水素貯蔵部1へ供給される。制御部11は、液体水素のポートA2およびポートA3からの流出割合を制御することとしてもよい。制御部11は、ポートA2およびポートA3のうちの一方のみから液体水素が流出するように制御することとしてもよい。In step S302, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that liquid hydrogen that has flowed into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from port A3, and liquid hydrogen that has flowed into port A5 flows out from ports A2 and A3. As a result, liquid hydrogen that flows out from the liquid hydrogen storage unit 1 is supplied to the liquid hydrogen supply control valve 7A. Liquid hydrogen that flows out from the magnetic refrigeration device 3A is supplied to the liquid hydrogen supply control valve 7A and the liquid hydrogen storage unit 1. The control unit 11 may also control the proportion of liquid hydrogen that flows out from ports A2 and A3. The control unit 11 may also control the liquid hydrogen to flow out from only one of ports A2 and A3.

ステップS303において、制御部11は、液体水素供給制御弁7AのポートC1に流入した液体水素がポートC2、C3から流出するように液体水素供給制御弁7Aを制御する。これによって、液体水素供給制御弁7Aから流れてくる液体水素は超電導発電機2および磁場発生装置16へ供給される。In step S303, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7A so that the liquid hydrogen that has flowed into port C1 of the liquid hydrogen supply control valve 7A flows out from ports C2 and C3. As a result, the liquid hydrogen flowing from the liquid hydrogen supply control valve 7A is supplied to the superconducting generator 2 and the magnetic field generating device 16.

ステップS304において、制御部11は、外部から発電需要を取得する。
ステップS305において、制御部11は、蒸発水素量検出部6によって検出された超電導発電機2から流出した水素ガスの量を取得する。
In step S304, the control unit 11 acquires a power generation demand from the outside.
In step S305 , the control unit 11 acquires the amount of hydrogen gas flowing out from the superconducting generator 2 detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 .

ステップS306において、電力の供給過多などで発電を停止する場合、または超電導発電機2を水素ガスタービン4と連結させずに同期調相機として使用する場合には、処理がステップS307に進む。 In step S306, if power generation is stopped due to an excess power supply, or if the superconducting generator 2 is used as a synchronous phase modifier without being connected to the hydrogen gas turbine 4, processing proceeds to step S307.

ステップS307において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8AのポートE1に流入した水素ガスがポートE2から流出するように水素ガス供給制御弁8Aを制御する。これによって、水素ガスタービン4は動作を停止し、水素ガスタービン4からの動力が断たれた超電導発電機2は停止する。ポートE2から流出し、磁気冷凍装置3Aの磁気熱量機構15の第4ポートPV4に流入した水素ガスは、磁気熱量機構15を通過することで冷却および液化されることによって液体水素に変化する。液体水素は、磁気熱量機構15の第3ポートPV3から流出されて、管P4を通って液体水素供給制御弁7のポートA5に流入する。ポートA5に流入した液体水素の一部は、ポートA2を経由して液体水素貯蔵部1に送られ、液体水素の残りは、ポートA3を経由して超電導発電機2に送られる。超電導発電機2は、発電を停止しているにも係わらず、超電導発電機2には液体水素が流入し、液体水素により冷却される。超電導発電機2が一度常温になると、再冷却し再稼働するまでに時間を要する。超電導発電機2が発電を停止しているときにも液体水素による冷却を維持し続けることによって、再稼働するまでの時間を短くすることができる。In step S307, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8A so that the hydrogen gas that has flowed into port E1 of the hydrogen gas supply control valve 8A flows out from port E2. This causes the hydrogen gas turbine 4 to stop operating, and the superconducting generator 2, which has been cut off from the hydrogen gas turbine 4, stops. The hydrogen gas that flows out from port E2 and flows into the fourth port PV4 of the magnetic calorific mechanism 15 of the magnetic refrigeration device 3A is cooled and liquefied by passing through the magnetic calorific mechanism 15, and is converted into liquid hydrogen. The liquid hydrogen flows out from the third port PV3 of the magnetic calorific mechanism 15 and flows into port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7 through the pipe P4. A portion of the liquid hydrogen that flows into port A5 is sent to the liquid hydrogen storage unit 1 via port A2, and the remainder of the liquid hydrogen is sent to the superconducting generator 2 via port A3. Although the superconducting generator 2 has stopped generating electricity, liquid hydrogen flows into the superconducting generator 2, and the superconducting generator 2 is cooled by the liquid hydrogen. Once the superconducting generator 2 reaches room temperature, it takes time to cool down again and restart. By continuing to cool the superconducting generator 2 with liquid hydrogen even when it has stopped generating electricity, the time until it restarts can be shortened.

ステップS308において、蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量が発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量よりも多い場合、処理がステップS309に進む。蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量が発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量と等しいかまたは少ない場合には、処理がステップS310に進む。発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量は、たとえば、発電量と、発電量を発電するのに水素ガスの量との対応関係を定めたテーブルを用いて、特定することができる。In step S308, if the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 is greater than the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity, processing proceeds to step S309. If the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 is equal to or less than the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity, processing proceeds to step S310. The amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity can be determined, for example, using a table that defines the correspondence between the amount of electricity generated and the amount of hydrogen gas required to generate the required amount of electricity.

ステップS309において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8AのポートE1に流入した水素ガスがポートE2およびポートE4から流出するように水素ガス供給制御弁8Aを制御する。これによって、水素ガスが、磁気冷凍装置3Aの磁気熱量機構15および水素ガス供給制御弁8Bに送られる。磁気冷凍装置3Aの磁気熱量機構15の第4ポートPV4に流入した水素ガスは、磁気熱量機構15を通過することで冷却および液化されることによって液体水素に変化する。液体水素は、磁気熱量機構15の第3ポートPV3から流出されて、管P4を通って液体水素供給制御弁7のポートA5に流入する。ポートA5に流入した液体水素の一部は、ポートA2を経由して液体水素貯蔵部1に送られ、液体水素の残りは、ポートA3を経由して液体水素供給制御弁7AのポートC1に送られる。ポートC1に流入した液体水素は、ポートC2から超電導発電機2に送られ、ポートC3から磁場発生装置16に送られる。制御部11は、蒸発水素量検出部6によって検出された水素ガスの量と、発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量との差に応じて、水素ガスのポートE2およびポートE4からの流出割合を制御することとしてもよい。制御部11は、差が大きいほど、ポートE2から流出される水素ガスの量を多くすることとしてもよい。In step S309, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8A so that the hydrogen gas that has flowed into port E1 of the hydrogen gas supply control valve 8A flows out from ports E2 and E4. This causes the hydrogen gas to be sent to the magnetic calorific mechanism 15 of the magnetic refrigeration device 3A and the hydrogen gas supply control valve 8B. The hydrogen gas that has flowed into the fourth port PV4 of the magnetic calorific mechanism 15 of the magnetic refrigeration device 3A is cooled and liquefied by passing through the magnetic calorific mechanism 15, and is converted into liquid hydrogen. The liquid hydrogen flows out from the third port PV3 of the magnetic calorific mechanism 15 and flows into port A5 of the liquid hydrogen supply control valve 7 through the pipe P4. A portion of the liquid hydrogen that has flowed into port A5 is sent to the liquid hydrogen storage unit 1 via port A2, and the remainder of the liquid hydrogen is sent to port C1 of the liquid hydrogen supply control valve 7A via port A3. The liquid hydrogen that has flowed into port C1 is sent to the superconducting generator 2 from port C2, and sent to the magnetic field generating device 16 from port C3. The control unit 11 may control the rate at which hydrogen gas flows out from the ports E2 and E4 in accordance with the difference between the amount of hydrogen gas detected by the evaporated hydrogen amount detection unit 6 and the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of power. The control unit 11 may increase the amount of hydrogen gas flowing out from the port E2 as the difference increases.

ステップS310において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8BのポートF1に流入した水素ガスがポートF2から流出するように水素ガス供給制御弁8Aを制御する。これによって、水素ガスが、水素ガスタービン4に送られる。In step S310, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8A so that the hydrogen gas that has flowed into port F1 of the hydrogen gas supply control valve 8B flows out from port F2. This causes the hydrogen gas to be sent to the hydrogen gas turbine 4.

ステップS311において、制御部11は、磁気冷凍装置3Aの加熱運転を選択する。
ステップS312において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3とA5から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。液体水素貯蔵部1から流出した液体水素は液体水素供給制御弁7Aおよび液体水素供給制御弁7Aへ供給される。
In step S311, the control unit 11 selects the heating operation of the magnetic refrigeration device 3A.
In step S312, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that the liquid hydrogen that has flowed into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from ports A3 and A5. The liquid hydrogen that flows out from the liquid hydrogen storage unit 1 is supplied to the liquid hydrogen supply control valve 7A and the liquid hydrogen supply control valve 7A.

ステップS313において、制御部11は、液体水素供給制御弁7BのポートD1に流入した液体水素がポートD2から流出するように液体水素供給制御弁7Bを制御する。ポートD2から流出した液体水素は、磁気熱量機構15の第1ポートPV1へ流入する。磁気熱量機構15内で液体水素は、加熱され蒸発した水素ガスとなり、磁気熱量機構15の第2ポートPV2から流出する。第2ポートPV2から流出した水素ガスは、管P6を通って、水素ガス供給制御弁8AのポートE3に流入する。In step S313, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7B so that the liquid hydrogen that flows into port D1 of the liquid hydrogen supply control valve 7B flows out from port D2. The liquid hydrogen that flows out from port D2 flows into the first port PV1 of the magnetocaloric mechanism 15. Inside the magnetocaloric mechanism 15, the liquid hydrogen is heated and vaporized into hydrogen gas, which flows out from the second port PV2 of the magnetocaloric mechanism 15. The hydrogen gas that flows out from the second port PV2 flows through pipe P6 into port E3 of the hydrogen gas supply control valve 8A.

ステップS314において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8AのポートE1に流入した水素ガスがポートE4から流出し、ポートE3に流入した水素ガスがポートE4から流出するように水素ガス供給制御弁8Aを制御する。これによって、水素ガスが水素ガス供給制御弁8BのポートF1に送られる。In step S314, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8A so that hydrogen gas that has flowed into port E1 of the hydrogen gas supply control valve 8A flows out from port E4, and hydrogen gas that has flowed into port E3 flows out from port E4. This causes hydrogen gas to be sent to port F1 of the hydrogen gas supply control valve 8B.

ステップS315において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8BのポートF1に流入した水素ガスがポートF2から流出するように水素ガス供給制御弁8Bを制御する。これによって、水素ガスが水素ガスタービン4に送られる。In step S315, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8B so that the hydrogen gas that has flowed into port F1 of the hydrogen gas supply control valve 8B flows out from port F2. This causes the hydrogen gas to be sent to the hydrogen gas turbine 4.

ステップS316において、発電需要分の発電をするために水素ガスタービン4において必要な水素ガスの量がまだ不足している場合には、処理がステップS317に進む。 In step S316, if the amount of hydrogen gas required in the hydrogen gas turbine 4 to generate the required amount of electricity is still insufficient, processing proceeds to step S317.

ステップS317において、制御部11は、液体水素供給制御弁7のポートA1に流入した液体水素がポートA3とA4とA5から流出するように液体水素供給制御弁7を制御する。ポートA4から流出した液体水素は、管P15を通って液体水素供給制御弁7BのポートD1に流入する。In step S317, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7 so that the liquid hydrogen that has flowed into port A1 of the liquid hydrogen supply control valve 7 flows out from ports A3, A4, and A5. The liquid hydrogen that has flowed out from port A4 flows through pipe P15 into port D1 of the liquid hydrogen supply control valve 7B.

ステップS318において、制御部11は、液体水素供給制御弁7BのポートD1に流入した液体水素がポートD2とD3とから流出するように液体水素供給制御弁7Bを制御する。ポートD3から流出した液体水素は、管P5を流れる。水素ガス化機構5によって液体水素は水素ガスに変化し、水素ガス供給制御弁8BのポートF3に流入する。In step S318, the control unit 11 controls the liquid hydrogen supply control valve 7B so that the liquid hydrogen that has flowed into port D1 of the liquid hydrogen supply control valve 7B flows out from ports D2 and D3. The liquid hydrogen that flows out from port D3 flows through pipe P5. The liquid hydrogen is converted into hydrogen gas by the hydrogen gasification mechanism 5 and flows into port F3 of the hydrogen gas supply control valve 8B.

ステップS319において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8BのポートF3に流入した水素ガスがポートF2から流出するように水素ガス供給制御弁8Bを制御する。これによって、水素ガスが水素ガスタービン4に送られる。In step S319, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8B so that the hydrogen gas that has flowed into port F3 of the hydrogen gas supply control valve 8B flows out from port F2. This causes the hydrogen gas to be sent to the hydrogen gas turbine 4.

ステップS320において、制御部11は、水素ガス化機構5をオンに設定する。これによって、液体水素供給制御弁7のポートA4から流出した液体水素が水素ガスに変化して、水素ガスタービン4に送られる。In step S320, the control unit 11 sets the hydrogen gasification mechanism 5 to ON. This causes the liquid hydrogen flowing out from port A4 of the liquid hydrogen supply control valve 7 to be converted into hydrogen gas and sent to the hydrogen gas turbine 4.

変形例.
上述の実施形態では、ステップS107、およびS209において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB2およびポートB3から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御したが、これに限定するものではない。制御部11は、水素ガス供給制御弁8のポートB1に流入した水素ガスがポートB2から流出するように水素ガス供給制御弁8を制御してもよい。上述の実施形態では、ステップS309において、制御部11は、水素ガス供給制御弁8AのポートE1に流入した水素ガスがポートE2およびポートE4から流出するように水素ガス供給制御弁8Aを制御したが、これに限定するものではない。制御部11は、水素ガス供給制御弁8AのポートE1に流入した水素ガスがポートE2から流出するように水素ガス供給制御弁8Aを制御してもよい。
Variant examples.
In the above embodiment, in steps S107 and S209, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into the port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from the port B2 and the port B3, but this is not limited to this. The control unit 11 may also control the hydrogen gas supply control valve 8 so that the hydrogen gas that has flowed into the port B1 of the hydrogen gas supply control valve 8 flows out from the port B2. In the above embodiment, in step S309, the control unit 11 controls the hydrogen gas supply control valve 8A so that the hydrogen gas that has flowed into the port E1 of the hydrogen gas supply control valve 8A flows out from the port E2 and the port E4, but this is not limited to this. The control unit 11 may also control the hydrogen gas supply control valve 8A so that the hydrogen gas that has flowed into the port E1 of the hydrogen gas supply control valve 8A flows out from the port E2.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 液体水素貯蔵部、2,2A 超電導発電機、3,3A 磁気冷凍装置、4 水素ガスタービン、5 水素ガス化機構、6 蒸発水素量検出部、7,7A,7B 液体水素供給制御弁、8,8A,8B 水素ガス供給制御弁、11 制御部、12 駆動部、13 固定子、14 超電導回転子、15 磁気熱量機構、16 磁場発生装置。 1 Liquid hydrogen storage section, 2, 2A Superconducting generator, 3, 3A Magnetic refrigeration device, 4 Hydrogen gas turbine, 5 Hydrogen gasification mechanism, 6 Evaporated hydrogen amount detection section, 7, 7A, 7B Liquid hydrogen supply control valve, 8, 8A, 8B Hydrogen gas supply control valve, 11 Control section, 12 Drive section, 13 Stator, 14 Superconducting rotor, 15 Magneto-caloric mechanism, 16 Magnetic field generating device.

Claims (13)

水素ガスタービンと、
液体水素が供給され、前記水素ガスタービンによって駆動される超電導発電機と、
前記超電導発電機に供給された前記液体水素が気化されて前記超電導発電機から流出される水素ガスを冷却することによって再液化する冷凍装置と、
前記超電導発電機から流出される水素ガスを前記冷凍装置および前記水素ガスタービンのうちのいずれか一方、または両方に供給可能に構成された第1の弁とを備えた超電導発電システム。
A hydrogen gas turbine;
a superconducting generator supplied with liquid hydrogen and driven by the hydrogen gas turbine;
a refrigeration device that vaporizes the liquid hydrogen supplied to the superconducting generator and cools the hydrogen gas flowing out of the superconducting generator to re-liquefy the hydrogen;
a first valve configured to be able to supply hydrogen gas flowing out from the superconducting generator to either one or both of the refrigeration device and the hydrogen gas turbine.
前記超電導発電システムは、さらに、
液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵部と、
前記液体水素貯蔵部から流出される液体水素を前記超電導発電機および前記水素ガスタービンのうちのいずれか一方、または両方に供給可能に構成され、かつ、前記冷凍装置から流出される液体水素を前記超電導発電機および前記液体水素貯蔵部のうちのいずれか一方、または両方に供給可能に構成された第2の弁を備えた請求項記載の超電導発電システム。
The superconducting power generation system further comprises:
a liquid hydrogen storage unit for storing liquid hydrogen;
2. The superconducting power generation system according to claim 1, further comprising a second valve configured to be able to supply liquid hydrogen flowing out from the liquid hydrogen storage unit to either one or both of the superconducting generator and the hydrogen gas turbine, and to supply liquid hydrogen flowing out from the refrigeration device to either one or both of the superconducting generator and the liquid hydrogen storage unit.
水素ガスタービンと、A hydrogen gas turbine;
液体水素が供給され、前記水素ガスタービンによって駆動される超電導発電機と、a superconducting generator supplied with liquid hydrogen and driven by the hydrogen gas turbine;
前記超電導発電機に供給された前記液体水素が気化されて前記超電導発電機から流出される水素ガスを冷却することによって再液化する冷凍装置と、a refrigeration device that vaporizes the liquid hydrogen supplied to the superconducting generator and cools the hydrogen gas flowing out of the superconducting generator to re-liquefy the hydrogen;
液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵部と、a liquid hydrogen storage unit for storing liquid hydrogen;
前記液体水素貯蔵部から流出される液体水素を前記超電導発電機および前記水素ガスタービンのうちのいずれか一方、または両方に供給可能に構成され、かつ、前記冷凍装置から流出される液体水素を前記超電導発電機および前記液体水素貯蔵部のうちのいずれか一方、または両方に供給可能に構成された第2の弁とを備えた、超電導発電システム。a second valve configured to be able to supply liquid hydrogen flowing out from the liquid hydrogen storage unit to either one or both of the superconducting generator and the hydrogen gas turbine, and to supply liquid hydrogen flowing out from the refrigeration device to either one or both of the superconducting generator and the liquid hydrogen storage unit.
前記超電導発電機は、
超電導体により形成された回転子と、
通常導体により形成された固定子と、を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の超電導発電システム。
The superconducting generator comprises:
a rotor formed of a superconductor;
4. The superconducting power generation system according to claim 1, further comprising: a stator formed of a normal conductor.
前記回転子は、前記液体水素によって冷却され、
前記固定子は、前記液体水素が気化された水素ガスによって冷却される、請求項4記載の超電導発電システム。
the rotor is cooled by the liquid hydrogen;
5. The superconducting power generation system according to claim 4, wherein the stator is cooled by hydrogen gas obtained by vaporizing the liquid hydrogen.
前記冷凍装置は、
超電導体により形成された磁場発生装置と、
印加される磁場の増加により発熱し、印加される磁場の減少により吸熱を行う磁気熱量機構と、を含む、請求項に記載の超電導発電システム。
The refrigeration device includes:
A magnetic field generating device formed of a superconductor;
3. The superconducting power generation system according to claim 2 , further comprising a magnetocaloric mechanism that generates heat when an applied magnetic field is increased and absorbs heat when the applied magnetic field is decreased.
前記磁場発生装置は、前記液体水素によって冷却される、請求項6記載の超電導発電システム。 The superconducting power generation system according to claim 6, wherein the magnetic field generating device is cooled by the liquid hydrogen. 前記第2の弁から流出される前記液体水素を前記超電導発電機および前記磁場発生装置のうちのいずれか一方、または両方に供給可能に構成された第3の弁を、さらに備える請求項7記載の超電導発電システム。 The superconducting power generation system according to claim 7, further comprising a third valve configured to supply the liquid hydrogen flowing out of the second valve to either the superconducting generator or the magnetic field generating device, or to both. 前記磁場発生装置が発生する磁場を増加または減少させることによって、前記磁気熱量機構の吸熱反応を用いた水素ガスの冷却動作と、前記磁気熱量機構の発熱反応を用いた液体水素の加熱動作と切り替える制御部を、さらに備える、請求項8記載の超電導発電システム。 The superconducting power generation system of claim 8 further comprises a control unit that switches between a cooling operation of hydrogen gas using the endothermic reaction of the magnetocaloric mechanism and a heating operation of liquid hydrogen using the exothermic reaction of the magnetocaloric mechanism by increasing or decreasing the magnetic field generated by the magnetic field generating device. 前記第2の弁は、前記液体水素貯蔵部から流出される液体水素を前記磁気熱量機構に供給可能に構成され、
前記制御部は、前記冷却動作時には、前記第1の弁から前記水素ガスを前記磁気熱量機構に流入させ、前記加熱動作時には、前記第2の弁から前記液体水素を前記磁気熱量機構に流入させる、請求項9記載の超電導発電システム。
the second valve is configured to be able to supply liquid hydrogen flowing out from the liquid hydrogen storage unit to the magnetocaloric mechanism;
10. The superconducting power generation system according to claim 9, wherein the control unit causes the hydrogen gas to flow into the magnetocaloric mechanism from the first valve during the cooling operation, and causes the liquid hydrogen to flow into the magnetocaloric mechanism from the second valve during the heating operation.
前記超電導発電機と前記冷凍装置とを接続するための管に設けられる蒸発水素量検出部を備え、
前記蒸発水素量検出部によって検出された蒸発水素量によって前記第1の弁から前記冷凍装置へ向かう流量と前記水素ガスタービンへ向かう流量を調整する、請求項1または2に記載の超電導発電システム。
an evaporated hydrogen amount detector provided in a pipe for connecting the superconducting generator and the refrigeration device;
3. The superconducting power generation system according to claim 1 , wherein a flow rate from said first valve to said refrigeration device and a flow rate from said first valve to said hydrogen gas turbine are adjusted based on the amount of evaporated hydrogen detected by said evaporated hydrogen amount detection unit.
前記第2の弁と前記水素ガスタービンとを接続するための管に設けられ、前記第2の弁から流出した前記液体水素を水素ガスに変化させる水素ガス化機構をさらに備える、請求項2または3に記載の超電導発電システム。 4. The superconducting power generation system according to claim 2, further comprising a hydrogen gasification mechanism provided in a pipe for connecting the second valve and the hydrogen gas turbine, for converting the liquid hydrogen flowing out from the second valve into hydrogen gas. 水素ガスタービンと、A hydrogen gas turbine;
液体水素が供給され、前記水素ガスタービンによって駆動される超電導発電機と、a superconducting generator supplied with liquid hydrogen and driven by the hydrogen gas turbine;
前記超電導発電機に供給された前記液体水素が気化されて前記超電導発電機から流出される水素ガスを冷却することによって再液化する冷凍装置とを備え、a refrigeration device that vaporizes the liquid hydrogen supplied to the superconducting generator and cools the hydrogen gas flowing out of the superconducting generator to re-liquefy the hydrogen,
前記冷凍装置は、The refrigeration device includes:
超電導体により形成された磁場発生装置と、A magnetic field generating device formed of a superconductor;
印加される磁場の増加により発熱し、印加される磁場の減少により吸熱を行う磁気熱量機構と、を含む、超電導発電システム。a magnetocaloric mechanism that generates heat when an applied magnetic field increases and absorbs heat when the applied magnetic field decreases.
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