JPH03185881A - 超電導装置搭載走行体に対する低温液体冷媒供給装置および供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、超電導磁石を搭載した磁気浮上式リニアモー
タカーなどのような超電導装置搭載走行体に対して液体
ヘリウムなどのような低温液体冷媒を供給する装置およ
び方法に関する。

［従来の技術］ 超電導磁気浮上式リニアモータカーにおいては、車両上
に磁気浮上用の超電導磁石などが搭載されており、この
超電導磁石はクライオスタット内に収納され、液体ヘリ
ウムで冷却されるようになっている。

このヘリウムは高価であり、資源的見地からも超電導磁
石を冷却してクライオスタットから蒸発したヘリウムガ
スは極力回収して再使用するのが望ましい。

そこで、従来は車両側に液化冷凍機を設置し、これによ
ってフライオスタラ１〜から蒸発したヘリウムガスを液
化し、再びクライオスタット内に供給して超電導磁石の
冷却に使用していた。なお、この種の従来技術は例えば
社団法人・低温工学協会関西支部主催の「低温工学協会
関西支部発足１０周年記念」における記念講演会資料の
第８頁〜第１２頁に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 超電導磁気浮上式リニアモータカーにおいては、特に車
両側の構成を簡素化して、その重量や消費電力などを極
力少なくすることが望ましいが、従来技術では上記した
ように、クライオスタットから蒸発するヘリウムガスを
液化して再使用するための液化冷凍機を車両側に設置し
ていたため、その分だけ車両側における超電導磁石関連
機器の重量や消費電力などが増大するという課題があっ
た。

また、高速走行する車両では大量の電力供給は難かしく
、充分な電力が得られないにもかかわらず、液化冷凍機
の運転消費電力は車両で使用される消費電力のかなりの
割合を占めるものとなっていたので、他の電気設備の充
実化を図る上で課題があった。

したがって、本願発明の目的は、このような課題を解決
し、走行体側の超電導装置関連機器の重量や消費電力な
どを増大することなく低温液体冷媒の蒸発ガスを再使用
し得る超電導装置搭載走行体に対する低温液体冷媒供給
装置および供給方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため５本発明の１つは、りライオス
タット内で発生する低温液体冷媒の蒸発ガスを回収貯蔵
する第１のタンクと、第１のタンク内に回収貯蔵された
蒸発ガスを地上側の液化冷凍装置に移送するための第１
の移送ラインとを走行体側に設けるとともに、第１の移
送ラインと接続される第２の移送ラインと、第１のタン
クから第１および第２の移送ラインを介して蒸発ガスを
回収貯蔵する第２のタンクとを地上側に設けたことを特
徴とし、 また、本発明の他の１つは、走行体の走行中は、クライ
オスタットから発生する低温液化冷媒の蒸発ガスを走行
体側に設けられた第１のタンクに回収貯蔵し、走行体の
停止時に、第１のタンクに貯蔵された蒸発ガスを地上側
に移送して地上側に設けられた第２のタンクに回収貯蔵
し、その後第２のタンクに貯蔵された蒸発ガスを地上側
に設けられた液化冷凍装置で液化し、走行体の停止時に
、液化冷凍装置で液化された低温液体冷媒を走行体側に
移送してクライオスタットに供給することを特徴とする
。

［作用］ 上に己した本発明の超電導装置搭載走行体に対する低温
液体冷媒供給装置および供給方法によれば、走行体側に
液化冷凍装置を設けることむく、地上側に設けられた液
化冷凍装置により走行体側のクライオスタットから発生
する低温液体冷媒の蒸発ガスを液化し、これを走行体側
のクライオスタットに供給して再使用できるので、走行
体側における超電導装置関連機器の重量や消費電力など
を増大することなくクライオスタットから発生する低温
液体冷媒の蒸発ガスを再使用することが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図について
説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る磁気浮上式リニアモー
タカーに対する液体ヘリウム供給方式を示す系統図であ
る。この図において、１は車両上に搭載されたクライオ
スタットで、液体ヘリウム２中に浸漬された超電壊磁石
３を収納した内槽４と、その外側を囲んで配置された熱
シールド板５と、外槽６とから構成されており、熱シー
ルド板５には内槽４から発生する液体ヘリウム２の蒸発
ガスであるヘリウムガスの通るヘリウムガスライン７が
密接状態で配置され、これによって冷却されるようにな
っている。また、車両側には、地上側からフライオスタ
ラ１−１へ液体ヘリウムを供給するための供給ライン８
と、クライオスタット１内のヘリウムガスを地上側へ戻
すための戻りライン９と、バッファタンク１０と、ヘリ
ウムガスライン７の出口側からのヘリウムガスを圧縮し
てバッファタンク１０に回収するバイパスライン１１を
備えた回収圧縮機１２と、バッファタンク１０に回収貯
蔵されたヘリウムガスを地上側へ移送するための移送ラ
イン１３とが設けられている。なお、１４Ａ〜１４Ｃは
開閉弁、１５は圧力調整弁、２４は逆止弁、２５は安全
弁である。

一方、地上側、すなわちリニアモータカーの各停車馴に
は、液体ヘリウムタンク１６と、液化冷凍設備１７と、
ヘリウムガス回収タンク１８と、車両側の供給ライン８
と接続されて液体ヘリウムタンク１６からクライオスタ
ット１へ液化ヘリウムを供給するための供給ライン■９
と、車両側の戻りライン１３と接続されてクライオスタ
ット１内のヘリウムガスを液化冷凍設備１７へ戻す戻り
ライン２０と、車両側の移送ライン１３と接続されてバ
ッファタンク１０から回収タンク１８へヘリウムガスを
回収するための移送ライン２１とがそれぞれ設けられて
いる。なお、１４Ｄ〜１４Ｆは開閉弁、２２は液体ヘリ
ウムタンク１６と液化冷凍設備１７との間を継ぐ液体ヘ
リウムライン、２３は液体冷凍設備１７と回収タンク１
８との間を継ぐヘリウムガスラインである。

このような磁気浮上式リニアモータカーに対する液体ヘ
リウム供給方式においては、常温状態にある起電４磁石
３を使用するに際して、リニアモータカーの停止時に５
まず図示しない地上側の真空装置により内槽４内を真空
引きし、車両側供給ライン８と地上側供給ライン１９．
および車両側戻りライン９と地上側戻りライン２０をそ
れぞれ接続して開閉弁１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｄ、１
４Ｅを開き、液体ヘリウムタンク１６から供給ライン１
９゜８を介して内槽４内に液体ヘリウム２を供給して予
冷した後、内槽４内に液体ヘリウム２を充填して超電導
磁石３を浸漬する。この際内槽４内などで発生したヘリ
ウムガスは戻りライン９，２０を介し、て液化冷凍設備
１７に戻し、ここで液化して再使用のために液体ヘリウ
ムライン２２を介して液体ヘリウムタンク１６に貯蔵す
る。その後、開閉弁１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｄ、１４
．Ｅを閉じ、車両側供給ライン８と地上側供給ライン１
９、車両側戻りライン９・と地上側戻りライン２０をそ
れぞれ切り離すことにより、リニアモータカーは走行可
能な状態となる。

リニアモータカーの走行時には、超電導磁石３で発生す
る熱や外部から熱伝導などで侵入する熱によって内槽４
内の液体ヘリウム２は蒸発してヘリウムガスとなる。こ
のヘリウムガスは低温で熱シールド板５を冷却するに充
分な冷却能力を持っているので、ヘリウムガスライン７
を通過することによって熱シールド板５を冷却する。熱
シールド板５を冷却して温度上昇したヘリウムガスはク
ライオスタット１から出て、回収圧縮機１２により昇圧
されてバッファタンク１０に回収貯蔵される。この際バ
イパスライン１１は内槽４内の圧力を一定に保持する圧
力調整作用を行なう。また。

回収圧縮機１２が故障したような場合には、逆止弁２４
がバッファタンク１０に回収貯蔵されたヘリウムガスの
クライオスタット１側への逆流を防止し、安全弁２５が
熱シールド板５冷却後のヘリウムガスを大気に開放して
内槽４内の圧力上昇を所定圧力に抑制する。

リニアモータカーが所定比離走行して次の停車駅に停止
したときには、車両側移送ライン１３と地上側移送ライ
ン２１を接続して開閉弁１４Ｃ。

１４Ｆを開き、走行中バッファタンク１０に貯蔵された
ヘリウムガスを移送ライン１３．２１を介して地上側に
移送して駅に設置された回収タンク１８に回収貯蔵した
後、開閉弁１４Ｃ，１４Ｆを閉じ、車両側移送ライン１
３と地上側移送ライン２１を切り離す。

リニアモータカーが再び走行し、次の停車駅に停止した
ときにも、同様に車両側のバッファタンク１０に貯蔵さ
れたヘリウムガスを地上側に移送して次の駅に設置され
た回収タンク１８に回収貯蔵する。以下、これを繰返す
。

一方、地上側の各停車駅ではリニアモータカーの停止時
に回収タンク１８に貯蔵されたヘリウムガスをヘリウム
ガスライン２３を介して液化冷凍設備１７に送り、ここ
でヘリウムガスを液化し液体ヘリウムライン２２を介し
て液体ヘリウムタンク１６に貯蔵しておく。

リニアモータカーが各駅間を走行し、各停車駅で上記し
たようなヘリウムガス回収動作を繰返すと、内４！４内
の液体ヘリウム２は次第に減少してくる。

そこで、リニアモータカーの運行終了後の夜間などの長
時間停車時には、車両側供給ライン８と地上側供給ライ
ン１９．車両側戻りライン９と地上側戻りライン２０を
それぞれ接続して開閉弁１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｄ、
１４Ｅを開き、液体ヘリウムタンク１６から供給ライン
１９，８を介して内槽４内へ液体ヘリウム２を補給する
。この際内槽４内などで発生するヘリウムガスは戻りラ
イン９，２０を介して液化冷凍設備１７に戻し。

ここで再び液化する。

第２図はリニアモータカーの上記した走行、停車パター
ンに伴う内槽４内の液体ヘリウム２の液面レベルとバッ
ファタンク１０内のヘリウムガス圧力の変化を示す特性
図である。

この図において、ｔｏは始発駅において車両側の各ライ
ン８，９．１３と地上側の各ライン１９゜２０．２１が
切り離され、各開閉弁１４Ａ−１４Ｆが閉じられて運行
を開始する時点であり、この運行開始時点ｔ０では内槽
４内の液体ヘリウム２の液面レベルＬはＬ工、バッファ
タンク１０内のヘリウムガス圧力ＰはＰ□である。

その後、リニアモータカーが走行し時点ｔ□に次の停車
駅に到、？′１するが、この１０−１□間において、内
４！４内の液体ヘリウム２は蒸発して減少するので５そ
の積面レベルＬは低下する一方、バッファタンク１０内
のヘリウムガス圧力Ｐは蒸発したヘリウムガスの回収貯
蔵により上昇し続けてＰ２となる。

この停車駅に停止しているｔニーｔ２間においては、車
両側移送ライン１３と地上側移送ライン２１が接続され
、開閉弁１４．Ｃ，１４Ｆが開かれて、バッファタンク
１０に貯蔵されているヘリウムガスが地上側に移送され
て回収タンク１８に回収貯蔵されるので、ガス圧力Ｐは
再びもとの圧力Ｐ□まで低下する。

以下、同様のパターンを繰返し、リニアモータカーが終
着駅に到着した時点ｔ。においでは、ガス圧力ＰはＰ２
まで上昇した状態にある一方、液面レベルＬはＬ４から
低下し続けてＬ２になっている。

この終着駅において、リニアモータカーは運行を終了し
、ｔｎ−ｔｆｌ＋□間、すなわち夜間などの長時間停車
している間に、上記と同様にバッファタンク１０内のヘ
リウムガスを地上側の回収タンク１８に移送回収すると
ともに、車両側供給ライン８と地上側供給ライン１９、
車両側戻りライン９と地上側戻りライン２０をそれぞれ
接続して開閉弁１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｄ、１４Ｅを
開き、液体ヘリウムタンク１６から内槽４内へ液体ヘリ
ウム２を液面レベルＬがもとのレベルＬ０に上昇する時
点ｔ、＋、まで補給して１次の運行開始に備える。

この実施例によれば、地上側に設置した液化冷凍設備１
７により車両側で発生するヘリウムガスを液化して再使
用することができるので、車両側にヘリウムガスを液化
するための液化冷凍設備を設ける必要がなくなり、その
分だけ車両側における超電導磁石関連機器の重量や消費
電力などを低減することができる。

また、車両側から地上側へ移送回収されたヘリウムガス
を液化冷凍し貯蔵する設備として、超電導磁石の予冷、
初期液体ヘリウム充填などのために必要な液体ヘリウム
タンク１６．液化冷凍設備１７などの地上側設偏に回収
タンク１８、移送ライン２１などを付加して使用するの
で、設備のコストを低減することができ、かつ液化冷凍
設備１７は従来のように車両に設置される専用液化冷凍
機に比べて大形であるので、ヘリウムガスを液化するた
めの動力効率を向上することもできる。

さらに、内槽４内で発生したヘリウムガスを利用して熱
シールド板５を冷却するようにしたので、熱シールド板
５を液体窒素などの他の冷媒で冷却する必要がなくなり
、装置を簡素化することができる。

上記実施例では、磁気浮上式リニアモータカールこ適用
した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、
超電導装置を搭載したその他の走行体、例えば自動車、
搬送車などにも適用可能である。

また、超電導装置を冷却する冷媒としては液体ヘリウム
に限らず、冷却温度レベルによっては液体窒素などその
他の低温液体を用いることもできる。

さらに、各駅面に液体ヘリウムタンク１６．液化冷凍設
備１７、回収タンク１８などの地上設備を設置し、各停
車駅でヘリウムガスを車両側のバッファタンクＩＯから
地上側の回収タンク１８へ移送する場合について説明し
たが、上記地上設備を各駅面に設置したり、また各停車
駅毎に車両側のヘリウムガスを地上側へ移送したりする
ことは必ｒしも必要ではなく、バッファタンク１０の容
量、内槽４の液体ヘリウム最大保持量などを考慮して実
際の運行に適するように、上記地上設備を設置する駅や
、車両側のヘリウムガスを地上側へ移送する停止駅を適
宜選定すればよい。また、タライオスタット１への液体
ヘリウム供給も夜間などの長時間停止時に限らず、途中
の停車駅で供給するようにしても良い。これによれば、
車両側の貯Ｒ量を少なくできて、さらに重量軽減を図る
ことができる。

さらにまた、タライオスタット１における熱シールド板
５は１段に限ら４’、ｈＭ数段にすることもでき、この
ようにすれば内槽４内への外部からの侵入熱をさらに低
減することができる。

なおさらに、内槽４内の圧力制御のためにバイパスライ
ン１１を設けているが、回収圧縮［１２の容量調整によ
っても内槽４内の圧力制御を行うことができ、このよう
にすればバイパスライン１１を省略することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、走行体側に液化
冷凍装置を設けることなく地上側に設けられた液化冷凍
装置により走行体側のクライオスタットから発生する低
温液体冷媒の蒸発ガスを液化し、これをフライオスタラ
］−に再び供給することができるので、走行体側におけ
る超電導関連機器の玉量や消費電力などを増大すること
なくクライオスタットから発生する低温液体冷媒の蒸発
ガスを再使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気浮上式リニアモー
タカーに対する液体ヘリウム似絵方式を示す系統図、第
２図は上記リニアモータカーの走行、停止パターンに伴
う内槽内の液体ヘリウムの液面レベルとバッファタンク
内のヘリウムガス圧力の変化を示す特性図である。 １　・・・・クライオスタット、２・・・・・液体ヘリ
ウム、３・・・・・・超電導磁石、８・・・・・・車両
側偶給ライン、９・・・・・・車両側戻りライン、１０
・・・・・・バッファタンク。 １３・・・・・・車両側移送ライン、１６・・・・・・
液体ヘリウムタンク、１７・・・・・・液化冷凍設備、
１８・・・・・・回収タンク、１９・・・・・・地上側
供給ライン、２０・・・・・・地上側戻りライン、２１
・・・・・・地上側移送ライン。 ｋ仁ハｒ−へ、＼へよド４９（ ０豐樗侶ユ【→−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低温液体冷媒で冷却される超電導装置を内蔵したク
   ライオスタットと、このクライオスタットへ地上側から
   上記低温液体冷媒を供給するための第１の供給ラインと
   、上記クライオスタットから上記低温液体冷媒の蒸発ガ
   スを地上側へ戻すための第１の戻りラインとを走行体側
   に備えるとともに、上記低温液体冷媒の蒸発ガスを液化
   する液化冷媒装置と、上記第１の供給ラインと接続され
   て上記液化冷凍装置から上記クライオスタットへ上記低
   温液体冷媒を供給する第２の供給ラインと、上記第１の
   戻りラインと接続されて上記クライオスタットから上記
   低温液体冷媒の蒸発ガスを上記液化冷凍装置へ戻す第２
   の戻りラインとを地上側に備えた超電導装置搭載走行体
   に対する低温液体冷媒供給装置において、上記クライオ
   スタット内で発生する上記低温液体冷媒の蒸発ガスを回
   収貯蔵する第１のタンクと、この第１のタンク内に回収
   貯蔵された上記蒸発ガスを上記液化冷凍装置に移送する
   ための第１の移送ラインとを走行体側に設け、上記第１
   の移送ラインと接続される第２の移送ラインと、上記第
   １のタンクから第１および第２の移送ラインを介して移
   送される上記蒸発ガスを回収貯蔵する第２のタンクとを
   地上側に設けたことを特徴とする超電導装置搭載走行体
   に対する低温液体冷媒供給装置。 ２、低温液体冷媒で冷却される超電導装置を内蔵したク
   ライオスタットと、このクライオスタットへ地上側から
   上記低温液体冷媒を供給するための供給ラインと、上記
   クライオスタットから上記低温液体冷媒の蒸発ガスを地
   上側へ戻すための戻りラインとを備えた超電導装置搭載
   走行体において、上記クライオスタット内で発生する上
   記低温液体冷媒の蒸発ガスを回収貯蔵するタンクと、こ
   のタンク内の上記蒸発ガスを地上側に移送するための移
   送ラインとを設けたことを特徴とする超電導装置搭載走
   行体。 ３、低温液体冷媒の蒸発ガスを液化する液化冷凍装置と
   、この液化冷凍装置から走行体側へ上記低温液体冷媒を
   供給するための供給ラインと、走行体側から上記低温液
   体冷媒の蒸発ガスを上記液化冷凍装置へ戻すための戻り
   ラインとを備えた地上低温液体冷媒供給設備において、
   上記蒸発ガスを回収貯蔵するタンクと、走行体側から上
   記蒸発ガスを上記タンクへ移送するための移送ラインと
   を設けたことを特徴とする地上低温液体冷媒供給設備。 ４、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、上記ク
   ライオスタットは、上記低温液体冷媒に浸漬された超電
   導装置を内蔵した内槽と、この内槽の外側を囲むように
   配置された熱シールド板とを備え、この熱シールド板を
   上記内槽内で発生する上記低温液体冷媒の蒸発ガスで冷
   却するように構成したことを特徴とする超電導装置搭載
   走行体。 ５、走行体の走行中は、超電導装置を内蔵したクライオ
   スタットから発生する低温液体冷媒の蒸発ガスを走行体
   側に設けられた第１のタンクに回収内蔵し、走行体の停
   止時に、第１のタンクに貯蔵された上記蒸発ガスを地上
   側に移送して地上側に設けられた第２のタンクに回収貯
   蔵し、その後第２のタンクに貯蔵された上記蒸発ガスを
   地上側に設けられた液化冷凍装置で液化し、走行体の停
   止時に、上記液化冷凍装置で液化された低温液体冷媒を
   走行体側に移送して上記クライオスタットに供給するこ
   とを特徴とする超電導装置搭載走行体に対する低温液体
   冷媒供給方法。