JPS59185112A - 電力ケ−ブルの排熱回収装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は電カケープルの冷却装置における排熱回収装
置、特に冷媒の蒸発潜熱を利用した内部蒸発冷却ケーブ
ルの排熱回収装置に関するものである。

（ロ）従来技術 従来の内部蒸発冷却ケーブルにおいては、冷媒クンク→
冷媒供給管→ケーブル導体内部空間→凝縮器→冷媒タン
クの順で冷媒を自然循環させるものが一般的である。こ
のような冷却システムにおける冷媒の排熱は冷却ステー
ションの凝縮器において空気中へ放散される。また、ケ
ーブルの通電容量が大きくなり、或いは冷却区間長が大
になると、上記の如き自然循環だけでは十分な冷却効果
が得られないため、冷媒をポンプにより強制循環させる
システムが考えられる。このようなシステムの場合は、
ケーブル導体の冷却だけでなく、洞導内の温度上昇の抑
制も必要となるため、冷媒を凝縮させたのちに凝縮温度
以下に過冷却する必要も出てくる。更に、冷却ステーシ
ョンにおける冷媒の排熱量が多くなるので、その排熱を
回収して有効に利用することも考えられる。

第１図は上記の如きポンプを備えた長距離大容量のフロ
ン冷却によるケーブルの内部冷却システムであって、こ
の発明の先行技術となるものである。即ち、図示の排熱
回収装置は、フロン冷媒のリザーバタンク（１）、過冷
却器（２）の冷却部（３）、冷媒圧送ポンプ（４）、冷
媒供給管（５）、電カケープル（６）及び凝縮器（７）
の凝縮部（８）によってケーブル冷却用冷媒の循環路（
９）を形成している。上記過冷却器（２）は冷却水等の
中間冷媒による冷却部０Ｑを有し、その中間冷媒は冷凍
機（１１）によって冷却され、また冷凍機（１υの冷媒
は凝縮器０４の凝縮部Ｏａにおいて凝縮される。

上記装置においては、先に述べたように洞道部の温度上
昇も抑制する必要から、供給管（５）に供給されるフロ
ン冷媒の温度は、洞道部の許容温度に近い３５℃程度に
おさえられる。一方、ケーブル（６）を冷却し、−邪気
化した状態で回収される冷媒の温度は、ケーブル（６）
内での冷媒蒸発温度と等しくなり、冷媒の有効利用及び
ケーブル導体の許容温度までの使用を考えると、ケーブ
ル出口での温度は６０℃程度となる。そのため、凝縮部
（８）での凝縮温度も６０℃程度となる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記の如き冷却システムにおいては過冷却器（２）の冷
却部（３）において冷媒を凝縮温度よりも更に低い３５
℃程度まで過冷却しなければならず、そのため冷凍機ａ
υなどの熱源機器が必要となる。

過冷却器（２）の冷却対象である冷媒は、上記のように
６０℃程度で入り３５℃程度で出て行くため、冷凍機α
υ内の冷媒と直接熱交換することができない。そのため
、冷却水等の中間冷媒を介して熱交換を行う必要がある
ため効率が悪く、また設備も複雑になる欠点がある。

また、ケーブル（６）の内部においては、冷媒が気液混
合の２相流で流れており、この２相流を気相と液相に分
離した流れにしないために冷媒の流量は常に一定値以上
に保つことが望まれる。もし、冷媒の流量を一定に保た
ないとすると、ケーブルの布設状態に一部分的な高低差
がある場合、その冷媒通路の高所においては通路断面の
ほとんどをガスが占め、ガスの動きがなくなるような現
象、いわゆるガストラップを生じる可能性があり、この
現象が生じるとその部分のケーブルに局部的な発熱を生
じるおそれがある。

一方、ケーブルの負荷が変動すると、冷媒が運んで来る
熱量が変化し、凝縮器における条件が変化する。このた
め、凝縮器を無制御で定格運転を行うと、負荷減少時に
は凝縮温度が下がる傾向になる。凝縮温度を一定にする
ためには、凝縮器の能力を制限し、負荷減少時にも同一
温度で凝縮するようにする方法が考えられるが、このよ
うにすると、逆に過冷却用の熱源機器での処理熱量が増
え、システム全体の効率が低下した形となる。

一般に、凝縮器での熱処理は大気中に放熱するだけであ
るのでファン動力のみでよいが、過冷却器では冷凍機を
用いた冷却を行なうため、必要動力が太ぎくなる。その
ため、凝縮器での処理熱量割合を増した方がシステム全
体の効率は良くなる。

したがって、ケーブル負荷が変動した場合、システムの
効率を高めようとすると、凝縮温度が変化し、凝縮器で
排熱される排熱温度が変化してしまうので、効率の良い
排熱利用が計れなくなる。

に）問題点を解決するための手段 この発明は、上述の如き先行技術における問題点を解決
するために、電カケープル冷却用冷媒の循環路とは別に
中間冷媒の蒸気サイクルを行なう循環路を設け、その循
環路の蒸発部を前者の循環路の過冷却用冷却部及び凝縮
部に付設したものであり、これによりケーブルの負荷変
動に影響されることなく、効率よく排熱回収を行うこと
ができるものである。

（ホ）実施例 第２図に示したこの発明の実施例は第１図の場合と同様
に、フロン冷媒のリザーバタンク翰、過冷却器（２１）
の冷却部（２２）、冷媒圧送ポンプ（２３）、冷媒供給
管（財）、電カケープル（２５）及び凝縮器（２６）の
凝縮部額によってケーブル冷却用冷媒の循環路０８）を
形成している。なお、ケーブル冷却用冷媒としては、電
気性能、利用温度での圧力、粘性等により選定され、例
えばフロンＲ−１２が適当である。

また、上記冷却用冷媒の循環路（２８１とは術に、蒸気
サイクルを行なう中間冷媒用の二つの循環路（２９）（
３０）が設けられている。その一つの循環路２９＋にリ
ザーバクック（３１）から膨張弁（３２）、過冷却器（
２１）の蒸発部（３３）、圧縮機（３４）及び凝縮器睡
、凝縮部（３６）を通すリザーバクンク（３１）に戻る
通路により形成されている。

また、池の一つの循環路圓は上記と共通のリザーバクッ
ク（３１）から、膨張弁（３′７）、凝縮器α）の蒸発
部（３８）、圧縮機（３９）及び凝縮器（３５）の凝縮
部（４０）を通り、リザーバタンク（３１）へ戻る通路
により形成されている。これらの各循環路＋２９１　Ｇ
Ｏ）に使用される中間冷媒は、前記ケーブル冷却用の冷
媒に比べ、低い圧力で高い温度が得られる冷媒、例えば
フロンＲ−１１，Ｒ−１１３、Ｒ−１１４等が適当であ
る。

また、上記膨張弁（３２）は鎖線で示すように、過冷却
器（２１）の冷却部（２２）の出側における冷却用冷媒
の温度、圧力に基づき、またもう一つの膨張弁（３７１
は凝縮器（２６）の凝縮部（２７）の入側における冷却
用冷媒の温度、圧力に基づき、それぞれ各循環路（２９
）　（３０＋における中間冷媒が常に一定の圧力（即ち
、一定の温度）で蒸発するようその量をコントロールす
る。

したがって、過冷却器０υの蒸発部（３３）を出て圧縮
機（財）に供給されるガス状態の中間冷媒の量、及び凝
縮器（２６１の蒸発部（関）を出て圧縮機（３９）に供
給されるガス状態の中間冷媒の量は、圧力は一定でも量
が変動するため各圧縮機Ｇ４１　＋３９１を容量制御し
、常に一定圧力、且つ高温のガス冷媒に昇圧昇温しで凝
縮器（３５）の各凝縮部＋３６１　［４０１へ送る。

なお、排熱回収用の熱交換器は上記凝縮器（３５）に付
設される。

次に、上記装置の作用について説明する。

ケーブルの）の導体内で加熱され、気液混合状態で戻っ
て来た冷却用冷媒は、リザーバタンク翰内に開放され、
そのうちの気相分のみが凝縮器囚）の凝縮部■において
凝縮される。このとき、蒸発部（３８）の中間冷媒は低
温で蒸発しながら凝縮部□□□を冷却し、冷却用冷媒を
凝縮する。一方蒸発部（３８）を出た低温低圧のガス状
中間冷媒は、圧縮器（３９）に吸入され、高温高圧のガ
スとなり、凝縮器（３５）の凝縮部（４０）にて凝縮さ
れ、リザーバタンク（３１）に流入する。

また、リザーバタンク（３１）から再び膨張弁（３７）
によって低圧状態で凝縮器（２６）の蒸発部（３８）に
送り込まれ、以後上記の順に循環する。

一方、凝縮器（２６）において凝縮された冷却用冷媒は
リザーバタンク（ホ）に流入する。このときの冷媒の液
温は先に述べた理由により、ケーブル（２５）へ送る温
度よりも高いため、過冷却器（２１）の冷却部（２２）
において所定の温度まで過冷却し、その後送液ポンプ（
３３）によって昇圧し、供給管（２４）を経てケーブル
内に送り込む。

過冷却器（２１）の蒸発部印）において、中間冷媒は低
圧状態にあり、低温で蒸発しながら、冷却用冷媒を過冷
却する。蒸発部（３３）を出た低温低圧のガス状中間冷
媒は圧縮機（３４）に吸入され、高温高圧のガス状中間
冷媒となり、凝縮器（３５）の凝縮部（３６）にて凝縮
され、リザーバクック（３１）に流入する。リザーバタ
ンク（３１）から再び膨張弁（３２）にて低圧状態で過
冷却器（２１）の蒸発部（３３１に送り込まれ、以後上
記の順に循環する。

一方、前述のとおり、膨張弁（３２）　＋３７）は循環
路（２８）の冷却用冷媒の温度、圧力をチェックし、ケ
ーブル（至）の冷却負荷の変動に応じて中間冷媒の量を
コントロールする。したがって、膨張弁＋３２１’　（
３７１から過冷却器（２０又は凝縮機（２６）を経て圧
縮機（３４１（３９）に至る中間冷媒は、圧力は一定で
も量が変化するため、前述のように、圧縮機（財）（３
９）を容量制御する。これによって、常に一定圧力でし
かも高温のガス状中間冷媒に昇圧昇温して凝縮器（３５
）に送ることができる。

なお、上記実施例の装置においては、圧縮機（３４）（
３９）として単段式のものを各循環路０９）　＋３０）
に使用しているが、第３図に示すように、２段式の圧縮
機（４１）を使用し、凝縮器（３５）の凝縮部（４２）
を両方の循環路伽）（３０）に共用するようにしても上
記実施例の場合と同様の結果かえられる。

（へ）計算例 ５００ｋＶ、　ＩＦＣ−ＯＦケーブルで３５００　ＭＶ
Ａ／ｃｃｔの送電システムについてｌ冷却ステーション
にて６　ｃｃを２．５ｋｍの冷却区間長で２方向に冷却
する設備について試算を行なった。

１日の負荷電流の変動及びフロンのケーブル出口温度、
フロンの乾き度から試算すると、従来の装置（第１図の
もの）では排熱温度はフロンのケーブル出口温度に等し
く、排熱の総量は５，８４２　Ｘ１０７ｋｃａｌ／ｄａ
ｙである。更に、凝縮したフロンを過冷却する時の熱量
のｌ・−クルは２．：３１　Ｘ、　１０７ｋｃａｌ／ｄ
ａｙである。その凝縮を空冷凝縮機にて、過冷却を冷凍
機にて行うと、その使用エネルギー量の総量は７、ＯＸ
　Ｉ　０６ｋｃａｌ／ｄａｙである。

一方、本発明のように、中間冷媒によってケーブル冷却
用冷媒のフロンを冷却し、中間冷媒のガスを圧縮機にて
高温高圧状態にして排熱すれば、排熱温度は常に９０℃
程度に保つことができる。

凝縮器で放熱される熱量は６．７６　Ｘ　１０７ｋｃａ
ｌ／ｄａｙ　となる。圧縮機で加えられる熱量は２．１
８　Ｘ　］０７ｋｃａｌ／ｄａｙである。従来の装置で
はフロンの排熱温度が低いため熱回収が難しいが、本発
明の装置では排熱温度が高いため、熱回収がやり易く、
排熱量の約３割が回収できたとすれば、実際に使ったエ
ネルギーは２．１８Ｘ１０７−６．７６Ｘ１０７Ｘ０．
３＝１．５２Ｘ１０６ｋｃａｌ／ｄａｙとなり、従来の
装置にくらべ使用エネル（ト）効　果 以上述べたように、この発明はケーブル冷却用冷媒の過
冷却器ＣＤ及び凝縮器（２６）は中間冷媒の蒸発潜熱に
より冷却又は凝縮を行なうものであるため、冷凍機等の
熱源機器が不要となり、小型化することができる。また
、凝縮器（３５）での排熱温度は圧縮機（３４）（３９
）又は（４１）の容量制御により一定とすることが可能
であり、ケーブル（２５）の負荷変動に左右されない。

しかも、中間冷媒を使用しており、これを冷却用冷媒に
比べ低い圧力で高い温度が得られるものに選定すること
により、常に一定且つ高温の排熱を得ることができるた
め、単純熱交換による高温給湯、或いは吸収式冷凍機の
熱源として利用するなど、排熱の利用価値が高まる。ま
た、中間冷媒はケーブル冷却用冷媒と別のものを使用す
るため、それぞれ圧縮機及びケーブルに適した冷媒を自
由に選定できる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の冷却システムの回路図、第２図はこ
の発明の実施例の排熱回収装置を用いた冷却システムの
回路図、第３図は池の実施例の排熱回収装置を用いた冷
却システムの一部省略回路図である。 翰・・リザーバクンク、（２１）・・・過冷却器、（２
２）・・・冷却部、図）・・ポンプ、（２４）・・・供
給管、（２５）・・・電カケープル、（２６）・・・凝
縮器、咥・・凝縮部、（２８１０９）　＋３０ｊ・・・
循環路、（３１）・・・リザーバクンク、（３２）　＋
３７１・・膨張弁、＋３３１　＋３８）・・蒸発部、＋
３４ｊ　（３９）・・圧縮機、（３５）・凝縮部、（３
６）’　＋４０＋・・凝縮部、（４１）・・・圧縮機 代理人　弁理士　鎌　１）文　二

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷媒の蒸発潜熱を利用して冷却する電カケープル
   の冷却装置において、電カケープルの冷却用冷媒の循環
   路に過冷却用冷却部及び凝縮部を設け、上記冷媒とは別
   の中間冷媒の蒸気サイクルを行なう循環路を設け、その
   循環路の蒸発部を上記過冷却用冷却部及び凝縮部に付設
   し、中間冷媒の上記循環路の凝縮部において熱回収を行
   なうことを特徴とする電カケープルの排熱回収装置。
2. （２）上記中間冷媒の循環路に設けられる膨張弁を冷却
   用冷媒循環路の冷媒の温度又は圧力によって制御し、且
   つ中間冷媒の循環路に設けられる圧縮機を容量制御する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電カケ
   ープルの排熱回収装置。