WO2021131791A1 - 超電導限流器の冷却システム、超電導限流器及び超電導限流器の冷却システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

一実施形態に係る超電導限流器の冷却システムは、超電導限流素子を冷却するための第１冷媒が貯留される冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間に配置される凝縮器と、前記凝縮器で液化された凝縮液を前記冷媒タンクの液相部に戻すための液戻し流路と、を備える。

Description

超電導限流器の冷却システム、超電導限流器及び超電導限流器の冷却システムの制御方法

　本開示は、超電導限流器の冷却システム、超電導限流器及び超電導限流器の冷却システムの制御方法に関する。

　超電導ケーブルを用いた電力ケーブルシステムは、超電導ケーブルの軸線方向に沿って液体窒素などの極低温冷媒を循環させて超電導ケーブルを冷却し、超電導状態を維持している。万一の事故時など、定格電流以上の過大な電流が電力系統に流れ、常電導状態に転移しようとした時、瞬時に電流を遮断する機能をもった限流器が必要となるが、従来、超電導ケーブルと限流器とを組み合せて使用された例はあまり見当たらない。

　特許文献１（特に図３５）には、超電導ケーブルと超電導限流器とを組み合わせ、これらをＳＮ転移温度（臨界温度）以下の温度に保持するための冷却システムが開示されている。超電導限流器は、超電導状態が破れて常電導状態に転移した時発生する電気抵抗を利用して電流を抑制する装置である。特許文献２には、超電導限流器を構成する超電導限流素子を冷却するための専用の冷凍機を備えた例が開示されている。

国際公開第９９／６２１２７号（図３５） 特開２００７－３１７８８４号公報

　超電導限流器は、超電導状態が破れて常電導状態に転移した際に、速やかに超電導状態に復帰する必要があるが、常電導状態から超電導状態に復帰する際に瞬間的に冷却負荷が高まるため、これに抗して速やかな復帰を可能にしなければならない。

　超電導ケーブルは、運転中臨界温度を超えないように臨界温度未満で臨界温度から安全幅をもたせた冷却温度に冷却される。一方、超電導限流器は、超電導ケーブルに定格電流以上の短絡電流が発生した時、超電導限流素子が即座に転移して短絡電流を抑制する必要があるために、臨界温度に近い温度に冷却される。このように、両者は冷却温度が異なるために、通常、両者を組み合わせて使用する場合でも、夫々専用の冷凍機を設けざるを得ないと考えられている。そのため、冷却システムが複雑かつ高コストとなるおそれがある。

　本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低コストでかつ超電導限流器の転移時に速やかな復帰を可能にすることを目的とする。

　上記目的を達成するため、本開示に係る超電導限流器の冷却システムは、超電導限流素子を冷却するための第１冷媒が貯留される冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間に配置される凝縮器と、前記凝縮器で液化された凝縮液を前記冷媒タンクの液相部に戻すための液戻し流路と、を備える。

　また、本開示に係る超電導限流器は、超電導限流素子と、前記超電導限流素子を冷却するための第１冷媒が貯留される冷媒タンクと、上述の超電導限流器の冷却システムと、を備える。

　さらに、本開示に係る超電導限流器の冷却システムの制御方法は、超電導限流素子を冷却するための第１冷媒が貯留される冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間に配置される凝縮器と、前記凝縮器で液化された凝縮液を前記冷媒タンクの液相部に戻すための液戻し流路と、備える超電導限流器の冷却システムの制御方法であって、前記冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間の圧力値を検出する圧力検出ステップと、前記圧力値に応じて前記凝縮器に流入する前記第２冷媒の流量を制御する流量制御ステップと、備える。

　本開示に係る超電導限流器及びその冷却システムによれば、超電導限流器専用の冷凍機が不要であるので簡素化かつ低コスト化できると共に、転移後に速やかな復帰を可能にし、かつ凝縮器における第１冷媒の再凝縮量を制御することで、超電導限流器をその冷却に適した所望の温度に冷却できる。また、超電導限流器の冷却システムの制御方法によれば、超電導ケーブルに定格電流以上の短絡電流が流れた時の超電導限流器の応答性を高めることができる。

一実施形態に係る超電導限流器を超電導ケーブルに用いた電力ケーブルシステムに適用した系統図である。 一実施形態に係る超電導限流器の冷却システムの断面図である。 一実施形態に係る超電導限流器の冷却システムの断面図である。 一実施形態に係る超電導限流器の冷却システムの制御方法の工程図である。

　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

　図１は、一実施形態に係る超電導限流器を、超電導ケーブルを用いた電力ケーブルシステムに適用した系統図である。電力ケーブルシステム１０は、冷媒ｒ２（第２冷媒）が循環する循環路１２に、冷凍機２０、リザーバ２２及び冷媒ポンプ２４が設けられ、極低温に冷却された、例えば液体窒素のような冷媒ｒ２が循環路１２を循環する。循環路１２の一部は、超電導ケーブル１６の軸線方向に沿って配置され、超電導ケーブル１６は、循環路１２を流れる冷媒によって超電導状態に冷却される。超電導ケーブル１６の上流側で分岐路１４が循環路１２から分岐し、分岐路１４は超電導ケーブル１６をバイパスして超電導限流器１８を経由し、リザーバ２２に接続される。

　万一の事故時など、定格電流以上の過大な電流が電力系統に流れ、超電導ケーブル１６及び超電導限流器１８の超電導状態が破れ、常電導状態に転移すると、超電導限流器１８は、転移時に発生する電気抵抗を利用して超電導ケーブル１６を流れる電流を抑制又は遮断する。

　一実施形態に係る超電導限流器１８は、図２又は図３に示すように、超電導限流素子５０と、超電導限流素子５０を冷却するための冷媒ｒ１（第１冷媒）が貯留される冷媒タンク５２と、超電導限流器１８の冷却システム３０と、を備える。超電導限流素子５０は冷媒ｒ１の液相部Ｌに浸漬されて冷却される。

　幾つかの実施形態に係る超電導限流器の冷却システム３０（３０ａ、３０ｂ）は、図２又は図３に示すように、冷媒タンク５２の内部に形成された冷媒ｒ１の気相部Ｇ又は気相部Ｇに連通する空間Ｓに凝縮器３１（３１ａ、３１ｂ）が配置されている。超電導限流器１８の作動中、超電導限流器１８を冷却する冷媒ｒ１は、超電導限流素子５０からの受熱で一部が蒸発する。凝縮器３１では、冷媒ｒ２と蒸発した冷媒ｒ１とが熱交換し、冷媒ｒ１が冷却されて凝縮する。液化した凝縮液は液戻し流路３２を通って冷媒タンク５２の液相部Ｌに戻される。このように、凝縮器３１で再凝縮した冷媒ｒ１を液戻し流路３２から冷媒タンク５２に速やかに戻すことで、凝縮器３１における再凝縮量を増加できる。従って、再凝縮を効率的に行うことができるので、転移時に瞬間的に高まる冷却負荷に抗して速やかな復帰が可能になる。

　また、冷却システム３０は、基本的に凝縮器３１及び液戻し流路３２とで構成され、超電導限流器専用の冷凍機を必要としないので簡素化かつ低コスト化できる。さらに、凝縮器３１で冷媒ｒ１を冷却する冷媒ｒ２の流量を調整することで、冷媒ｒ１の再凝縮量を制御できる。気相部Ｇ又は連通空間Ｓは飽和状態となっているため、冷媒ｒ１の再凝縮量を制御することで、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力（飽和圧力）を制御でき、さらに、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力を制御することで、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの冷媒ｒ１の温度（飽和温度）を制御できる。これによって、冷媒ｒ１の液相部Ｌを超電導限流器１８の冷却に適した温度に制御できる。

　電力ケーブルシステム１０において、超電導ケーブル１６は、臨界温度を超えないように臨界温度から安全幅をもたせた冷却温度に保持される。一方、超電導限流器１８は、超電導ケーブル１６に定格電流以上の短絡電流が発生した時、即座に短絡電流を遮断するために、臨界温度に近い温度に冷却される。従って、両者の冷却温度は異なる。従って、通常、両者を組み合わせて使用する場合でも、夫々専用の冷凍機を設けざるを得ないと考えられている。これに対し、本実施形態によれば、冷凍機２０によって冷媒ｒ２を超電導ケーブル１６に適した冷却温度に制御できると共に、冷媒ｒ１を超電導限流器１８に適した冷却温度に制御できる。

　超電導ケーブル１６に定格電流以上の短絡電流が流れると、超電導限流器１８に含まれる超電導限流素子５０が転移し、電気的抵抗が生じることで加熱され、超電導限流素子５０を冷却する冷媒ｒ１の圧力が上昇する。冷媒ｒ１の圧力上昇に対して、凝縮器３１に流入する冷媒ｒ２の流量を増大させて、冷媒ｒ１の温度上昇を防いでいる。この場合でも、図１に示す電力ケーブルシステム１０では、リザーバ２２を備えているため、超電導ケーブル１６を通過してリザーバ２２に流入する冷媒ｒ２の流量や流体圧力に影響されず、超電導ケーブル１６の冷却負荷に必要な冷媒ｒ２の流量を凝縮器３１からリザーバ２２に戻すことができる。

　一実施形態では、リザーバ２２は循環路１２と分岐路１４との合流点に設けられる。そして、分岐路１４の冷媒ｒ２はリザーバ２２の気相部に戻される。仮に、リザーバ２２の上流側で循環路１２と分岐路１４とが合流すると、冷媒ｒ２の流量が多い循環路１２から分岐路１４に冷媒ｒ２が逆流するおそれがある。この実施形態によれば、分岐路１４を流れる冷媒ｒ２はリザーバ２２の気相部に戻されるため、そのおそれはない。

　なお、図２に示す実施形態では、凝縮器３１（３１ａ）は冷媒タンク５２の気相部Ｇに配置されているので、凝縮器３１（３１ａ）で液化した冷媒ｒ１の凝縮液は重力により気相部Ｇから直接液相部Ｌの液面に落下する。従って、この実施形態では、液戻し流路３２は気相部Ｇに形成されているとみなすことができる。凝縮器３１（３１ａ）は、気相部Ｇに配置されるため、ハウジングなどを必要としない。従って、冷却システム３０（３０ａ）を簡素化かつ低コスト化できる。

　例えば、冷媒ｒ１及び冷媒ｒ２として液体窒素が用いられる。超電導ケーブル１６及び凝縮器３１に、例えば、超電導ケーブル１６の冷却に適した温度６７Ｋの液体窒素が供給される。超電導限流器１８では、冷媒タンク５２が例えば大気圧に保持されるとき、冷媒ｒ１の液相部Ｌは液体窒素の沸点である７７Ｋ近くの温度に制御される。

　一実施形態では、図３に示すように、凝縮器３１（３１ｂ）は、冷媒タンク５２の上方に配置される。そして、液戻し流路３２は、凝縮器３１（３１ｂ）で凝縮した凝縮液を冷媒タンク５２の液相部Ｌに滴下させるように構成される。凝縮器３１（３１ｂ）が冷媒タンク５２の上方に配置されるため、再凝縮した冷媒ｒ１は重力で冷媒タンク５２の液相部Ｌに自動的に戻る。そのため、再凝縮した冷媒ｒ１を冷媒タンク５２に戻すための動力が不要になる。

　一実施形態では、図３に示すように、凝縮器３１（３１ｂ）は、冷媒タンク５２の上方に設けられたハウジング３４を備えている。そして、液戻し流路３２として、ハウジング３４の内部と冷媒タンク５２の内部とを連通させる連通管３５を備え、連通管３５の下端部３５ａは冷媒タンク５２の天井面５４よりも下方へ突出するように構成されている。凝縮器３１（３１ｂ）で再凝縮した冷媒ｒ１は、連通管３５を伝って下端部３５ａまで落下する。そのため、再凝縮した冷媒ｒ１は、連通管３５を伝って冷媒タンク５２に貯留された冷媒ｒ１の液相部Ｌの液面近傍まで落下させることができる。連通管３５を伝うことで、気相部Ｇとの接触を避けることができ、これによって、落下途中での再蒸発を抑制できる。連通管３５の下端部３５ａが冷媒タンク５２の天井面５４よりも下方へ突出するように構成されていないとき、凝縮液が再気化するおそれがある。

　図３に示す凝縮器３１（３１ｂ）は、連通管３５を介して冷媒タンク５２の上面より上方に配置されているが、別な実施形態では、ハウジング３４を冷媒タンク５２の上面に接して載置するように配置してもよい。

　一実施形態では、図２及び図３に示すように、凝縮器３１（３１ａ、３１ｂ）は、冷媒ｒ１と冷媒ｒ２とを熱交換する熱交換器３６を備え、さらに、熱交換器３６に供給される冷媒ｒ２の流量を制御する流量調整弁３８を備えている。この実施形態では、流量調整弁３８の開度を制御することで、熱交換器３６に供給される冷媒ｒ２の流量を制御でき、これによって、冷媒ｒ２と熱交換される冷媒ｒ１の凝縮量を制御できる。冷媒タンク５２は密閉構造を有する容器であり、冷媒タンク５２の内部は飽和状態になっているため、冷媒ｒ１の凝縮量を制御することで、冷媒タンク５２の圧力（飽和圧力）を制御できる。該飽和圧力を制御することで該飽和圧力から一義的に対応する飽和温度を制御できる。これによって、冷媒ｒ１を超電導限流素子５０の冷却に適した温度に制御できる。

　図２及び図３に示す実施形態では、熱交換器３６は、冷媒タンク５２の気相部Ｇ又は連通空間Ｓに設けられた熱交換管で構成されている。該熱交換管の内部を冷媒ｒ２が流れ、該熱交換管の外側は冷媒ｒ１の気相部Ｇが形成され、冷媒ｒ１と冷媒ｒ２とは該熱交換管を介して間接熱交換される。そのため、気相部Ｇ又は連通空間Ｓは密閉空間を形成でき、飽和状態を保持できる。これによって、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力を制御することで、これらの温度制御が可能になるため、超電導限流素子５０の冷却温度を臨界温度に近い温度に制御できる。

　図２又は図３に示す実施形態では、流量調整弁３８は凝縮器３１の上流側の分岐路１４に設けられているが、代わりに、凝縮器３１の下流側の分岐路１４に設けるようにしてもよい。
　また、一実施形態では、図２及び図３に示すように、循環路１２及び分岐路１４を構成する配管は、外側から熱が侵入しないように、断熱層４４で被覆されている。また、冷媒タンク５２の内部に貯留した液相部Ｌの液面は液面計５６によって検出できる。これによって、液相部Ｌの冷媒液量の把握が可能になる。

　一実施形態では、図２又は図３に示すように、冷媒タンク５２の気相部Ｇ又は凝縮器３１（３１ｂ）の連通空間Ｓの圧力を検出するための圧力センサ４０が設けられている。圧力センサ４０の検出値は制御部４２に送られ、制御部４２は、圧力センサ４０の検出値に基づいて流量調整弁３８の開度を制御する。冷媒タンク５２の気相部Ｇ及び連通空間Ｓは飽和状態であるので、これらの圧力（飽和圧力）を検出することで、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの温度（飽和温度）を求めることができる。従って、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力を制御することで、冷媒ｒ１を超電導限流素子５０の冷却に適した温度に精度良く制御できる。

　一実施形態では、制御部４２は、冷媒ｒ１の温度を超電導限流器１８の転移温度に近い設定範囲内温度に制御するように構成される。超電導限流器１８が超電導ケーブル１６を用いた電力ケーブルシステム１０に組み合せて使用される場合に、超電導ケーブル１６に定格電流以上の短絡電流が流れて転移した時の超電導限流器１８の応答性を高めることができる。

　また、超電導限流器１８は、上記構成の冷却システム３０を備えているので、超電導ケーブル１６の転移時に瞬間的に高まる冷却負荷に抗して、速やかな復帰を可能にすると共に、凝縮器３１で冷媒ｒ１を冷却する冷媒ｒ２の流量を調整することで、冷媒ｒ１の液相部Ｌの温度を制御でき、これによって、超電導限流素子５０をその冷却に適した所望の温度に冷却できる。

　一実施形態に係る超電導限流器の冷却システムの制御方法は、図４に示すように、まず、冷媒タンク５２の気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力値を検出する（圧力検出ステップＳ１０）。次に、検出した圧力値に応じて凝縮器３１に流入する冷媒ｒ２の流量を制御する（流量制御ステップＳ１２）。これによって、冷媒タンク５２の気相部Ｇ又は連通空間Ｓを目標圧力とすることができるので、冷媒タンク５２の液相部Ｌによって超電導限流素子５０の冷却温度を転移温度に近い温度に制御できる。これによって、超電導ケーブル１６に定格電流以上の短絡電流が流れた時の超電導限流器１８の応答性を高めることができる。

　冷媒タンク５２の内部は冷媒ｒ１が飽和状態に維持されている。一実施形態では、流量制御ステップＳ１２において、冷媒タンク５２内の冷媒ｒ１が冷却目標温度Ｔｇに一義的に対応する目標圧力Ｐｇとなるように、凝縮器３１に流入する冷媒ｒ２の流量を制御する。制御パラメータとして制御しやすい冷媒タンク５２内の冷媒ｒ１の圧力を対象とし、冷媒ｒ１の圧力が目標圧力Ｐｇとなるように、凝縮器３１に流入する冷媒ｒ２の流量を制御するので、目標圧力Ｐｇに一義的に対応する冷媒ｒ１の冷却目標温度Ｔｇに精度良く制御できる。

　図４は、図２又は図３に示す実施形態において、流量調整弁３８の開度制御によって気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力を制御する方法の一例を説明する。なお、図４において、符号Ｖは流量調整弁３８の開度（％）を示す。この制御例では、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの目標圧力Ｐｇを圧力幅Ｐ１～Ｐ２の範囲内としている。
　ここで圧力制御の目的は、超電導限流器１８に含まれる超電導限流素子５０を冷却するために貯留される冷媒ｒ１の液温を、冷却目標温度Ｔｇに冷却することにある。冷媒ｒ１の冷却目標温度ＴｇをＴ１≦冷却目標温度Ｔｇ≦Ｔ２の範囲内とすると、飽和圧力に相当する圧力値の目標圧力ＰｇはＰ１≦目標圧力Ｐｇ≦Ｐ２の範囲内とすることができる。温度Ｔ１は冷却目標温度Ｔｇの下限値であり、圧力Ｐ１は飽和状態下で温度Ｔ１に一義的に対応する圧力である。また、温度Ｔ２は冷却目標温度Ｔｇの上限値であり、圧力Ｐ２は飽和状態下で温度Ｔ２に一義的に対応する圧力である。

　なお、図４において、圧力センサ４０の検出値Ｐ、目標圧力Ｐｇ（圧力幅Ｐ１～Ｐ２）及び制御時の圧力値Ｐ１、Ｐ２の関係、及び流量調整弁３８の開度Ｖ（％）の範囲は、次のとおりである。
　　　目標圧力：Ｐ１≦Ｐｇ≦Ｐ２
　　　目標圧力を下回る条件：Ｐ＜Ｐ１
　　　目標圧力を上回る条件：Ｐ２＜Ｐ
　　　　　０≦Ｖ≦１００

　まず、圧力センサ４０により気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力値Ｐを検出する（ステップＳ１０）。次に、圧力値Ｐが目標圧力Ｐｇ（圧力幅Ｐ１～Ｐ２）を下回って減少したとき（Ｐ＜Ｐ１）（ステップ１２ａ）、冷媒ｒ１の圧力が降下して冷媒ｒ１の液温が低いので、流量調整弁３８の開度Ｖを減少させ、凝縮器３１に流入する冷媒ｒ１の流量を低減する（ステップＳ１４ａ）。圧力値Ｐが目標圧力Ｐｇの範囲（Ｐ１≦Ｐｇ≦Ｐ２）内で安定しているとき（ステップＳ１２ｂ）、流量調整弁３８の開度Ｖは一定のまま変化させない（ステップＳ１４ｂ）。圧力値Ｐが増加したとき（Ｐ２＜Ｐ）（ステップＳ１２ｃ）、冷媒ｒ１の圧力上昇で冷媒ｒ１の液温が高くなるので、流量調整弁３８の開度Ｖを増加させ、凝縮器３１に流入する冷媒ｒ２の流量を増加させる（ステップＳ１４ｃ）。このような操作を行うことで、気相部Ｇ又は連通空間Ｓの圧力を目標圧力Ｐｇに保持できる。また、目標圧力Ｐｇを大気圧付近に設定することができる。

　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

　（１）一つの態様に係る超電導限流器の冷却システム（３０）は、超電導限流素子（５０）を冷却するための第１冷媒（ｒ１）が貯留される冷媒タンク（５２）の気相部（Ｇ）又は該気相部（Ｇ）に連通する空間（Ｓ）に配置される凝縮器（３１（３１ａ、３１ｂ））と、前記凝縮器（３１）で液化された凝縮液を前記冷媒タンク（５２）の液相部（Ｌ）に戻すための液戻し流路（３２）と、を備える。

　このような構成によれば、超電導限流器の作動中、超電導限流素子からの受熱で一部が蒸発した第１冷媒を上記凝縮器で再凝縮し、再凝縮した第１冷媒を上記液戻し流路から冷媒タンクに速やかに戻すことで、再凝縮量を増加できる。従って、再凝縮を効率的に行うことができるので、転移時に瞬間的に高まる冷却負荷に抗して速やかな復帰が可能になる。

　また、本開示に係る冷却システムは、基本的に上記凝縮器及び上記液戻し流路とで構成され、超電導限流器専用の冷凍機を必要としないので低コスト化できる。さらに、凝縮器で第１冷媒を冷却する第２冷媒の流量を調整することで、再凝縮後の第１冷媒の温度を制御できるので、第１冷媒を超電導限流器の冷却に適した温度に制御できる。

　（２）別な態様に係る超電導限流器の冷却システム（３０）は、（１）に記載の超電導限流器の冷却システムであって、前記凝縮器（３１）は前記冷媒タンク（５２）の上方に配置され、前記液戻し流路（３２）は、前記凝縮液を前記冷媒タンク（５２）の前記液相部（Ｌ）に滴下させるように構成される。

　このような構成によれば、凝縮器が冷媒タンクの上方に配置されるため、再凝縮した第１冷媒は重力で冷媒タンクの液相部に自動的に戻る。そのため、再凝縮した第１冷媒を冷媒タンクに戻すための動力が不要になる。

　（３）さらに別な態様に係る超電導限流器の冷却システム（３０）は、（２）に記載の超電導限流器の冷却システムであって、前記凝縮器（３１（３１ｂ））は、前記冷媒タンク（５２）の上方に設けられたハウジング（３４）と、前記ハウジング（３４）と前記冷媒タンク（５２）との間を連通させる連通管（３５）と、を備え、前記連通管（３５）の下端（３５ａ）が前記冷媒タンク（５２）の天井面（５４）よりも下方へ突出するように構成される。

　このような構成によれば、凝縮器で再凝縮した第１冷媒は、上記連通管を伝って冷媒タンクに貯留された第１冷媒の液相部の液面近傍まで落下するため、該連通管を伝うことで気相部との接触を避けることができる。これによって、落下途中での再蒸発を抑制できる。

　（４）さらに別な態様に係る超電導限流器の冷却システムは、（１）乃至（３）の何れかに記載の超電導限流器の冷却システム（３０）であって、前記凝縮器（３１）は、前記第１冷媒（ｒ１）と第２冷媒（ｒ２）とを熱交換する熱交換器（３６）を含み、前記熱交換器（３６）に供給される前記第１冷媒（ｒ１）の流量を制御する流量調整弁（３８）を備える。

　このような構成によれば、上記熱交換器に供給される第２冷媒の流量を上記流量調整弁で制御できるため、第２冷媒の流量を制御することで、凝縮器における第１冷媒の再凝縮量を制御できる。これによって、飽和状態にある冷媒タンクの飽和圧力及び該飽和圧力に一義的に対応する飽和温度を制御できる。そのため、第１冷媒の液相部を超電導限流器の冷却に適した温度に制御できる。

　（５）さらに別な態様に係る超電導限流器の冷却システム（３０）は、（４）に記載の超電導限流器の冷却システムであって、前記冷媒タンク（５２）の前記気相部（Ｇ）又は前記気相部（Ｇ）に連通する前記空間（Ｓ）の圧力を検出するための圧力センサ（４０）と、前記圧力センサ（４０）の検出値に基づいて前記流量調整弁（３８）の開度を制御する制御部（４２）と、を備える。

　このような構成によれば、上記圧力センサの検出値に基づいて流量調整弁の開度を制御することで、飽和状態にある気相部又は該気相部に連通する空間の飽和圧力を制御できる。該飽和圧力を制御することで、冷媒タンク内の第１冷媒の飽和温度を精度良く制御できる。これによって、第１冷媒の液相部を超電導限流素子の冷却に適した温度に精度良く制御できる。

　（６）さらに別な態様に係る超電導限流器の冷却システム（３０）は、（５）に記載の超電導限流器の冷却システムであって、前記制御部（４２）は、前記第１冷媒（ｒ１）の温度を転移温度に近い設定範囲内温度に制御するように構成される。

　このような構成によれば、超電導限流器が超電導ケーブルを用いた電力ケーブルシステムに組み合せて使用される場合に、超電導ケーブルに定格電流以上の短絡電流が流れて転移した時の超電導限流器の応答性を高めることができる。また、上述のように、第２冷媒によって超電導ケーブルを超電導ケーブルに適した温度に冷却できると共に、凝縮器で第１冷媒を冷却する第２冷媒の流量を調整することで、再凝縮後の第１冷媒の温度を制御し、第１冷媒を超電導限流器の冷却に適した温度に制御できる。

　（７）一つの態様に係る超電導限流器（１８）は、超電導限流素子（５０）と、前記超電導限流素子（５０）を冷却するための第１冷媒（ｒ１）が貯留される冷媒タンク（５２）と、（１）乃至（６）の何れかに記載の冷却システム（３０）と、を備える。

　このような構成によれば、超電導限流器は、上記構成の冷却システムを備えているので、凝縮器において蒸発した第１冷媒の再凝縮を効率的に行うことができるので、転移後に速やかな復帰を可能にすると共に、凝縮器で第１冷媒を冷却する第２冷媒の流量を調整することで、第１冷媒の気相部の温度を制御できるので、超電導限流器をその冷却に適した所望の温度に冷却できる。

　（８）本開示に係る超電導限流器の冷却システムの制御方法は、超電導限流素子（５０）を冷却するための第１冷媒（ｒ１）が貯留される冷媒タンク（５２）の気相部（Ｇ）又は該気相部（Ｇ）に連通する空間（Ｓ）に配置される凝縮器（３１）と、前記凝縮器（３１）で液化された凝縮液を前記冷媒タンク（５２）の液相部（Ｌ）に戻すための液戻し流路（３２）と、を備える超電導限流器の冷却システムの制御方法であって、前記冷媒タンク（５２）の気相部（Ｇ）又は該気相部（Ｇ）に連通する空間（Ｓ）の圧力値を検出する圧力検出ステップ（Ｓ１０）と、前記圧力値に応じて前記凝縮器（３１）に流入する第２冷媒（ｒ２）の流量を制御する流量制御ステップ（Ｓ１２）と、を備える。

　このような構成によれば、冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間を目標圧力とすることができるので、冷媒タンクの液相部によって超電導限流器の冷却温度を転移温度に近い温度に制御できる。これによって、超電導ケーブルに定格電流以上の短絡電流が流れた時の超電導限流器の応答性を高めることができる。

　（９）一態様に係る超電導限流器の冷却システムの制御方法は、（８）に記載の冷却システムの制御方法であって、前記冷媒タンク（５２）の内部は前記第１冷媒（ｒ１）が飽和状態に維持され、前記流量制御ステップ（Ｓ１２）において、前記冷媒タンク（５２）内の前記第１冷媒（ｒ１）が冷却目標温度Ｔｇに一義的に対応する目標圧力Ｐｇとなるように、前記凝縮器（３１）に流入する第２冷媒（ｒ２）の流量を制御する。

　このような構成によれば、制御パラメータとして制御しやすい冷媒タンク内の第１冷媒の圧力を対象とし、該圧力が目標圧力Ｐｇとなるように、凝縮器に流入する第２冷媒の流量を制御するので、目標圧力Ｐｇに一義的に対応する第１冷媒の冷却目標温度Ｔｇに精度良く制御できる。

　１０　　電力ケーブルシステム
　１２　　循環路
　１４　　分岐路
　１６　　超電導ケーブル
　１８　　超電導限流器
　２０　　冷凍機
　２２　　リザーバ
　２４　　冷媒ポンプ
　３０（３０ａ、３０ｂ）　　冷却システム
　３１（３１ａ、３１ｂ）　　凝縮器
　３２　　液戻し流路
　３４　　ハウジング
　３５　　連通管
　　３５ａ　　下端部
　３６　　熱交換器
　３８　　流量調整弁
　４０　　圧力センサ
　４２　　制御部
　４４　　断熱層
　５０　　超電導限流素子
　５２　　冷媒タンク
　５４　　天井面
　５６　　液面計
　ｒ１　　冷媒（第１冷媒）
　ｒ２　　冷媒（第２冷媒）
　Ｇ　　　気相部
　Ｌ　　　液相部
　Ｓ　　　連通空間

Claims (9)

1. 　超電導限流素子を冷却するための第１冷媒が貯留される冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間に配置される凝縮器と、
   　前記凝縮器で液化された凝縮液を前記冷媒タンクの液相部に戻すための液戻し流路と、
   を備える超電導限流器の冷却システム。
2. 　前記凝縮器は前記冷媒タンクの上方に配置され、
   　前記液戻し流路は、前記凝縮液を前記冷媒タンクの前記液相部に滴下させるように構成された請求項１に記載の超電導限流器の冷却システム。
3. 　前記凝縮器は、
   　　前記冷媒タンクの上方に設けられたハウジングと、
   　　前記ハウジングと前記冷媒タンクとの間を連通させる連通管と、
   を備え、
   　前記連通管の下端が前記冷媒タンクの天井面よりも下方へ突出するように構成された請求項２に記載の超電導限流器の冷却システム。
4. 　前記凝縮器は、前記第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する熱交換器を含み、前記熱交換器に供給される前記第２冷媒の流量を制御する流量調整弁を備えた請求項１乃至３の何れか一項に記載の超電導限流器の冷却システム。
5. 　前記気相部又は前記気相部に連通する前記空間の圧力を検出するための圧力センサと、
   　前記圧力センサの検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御部と、
   を備える請求項４に記載の超電導限流器の冷却システム。
6. 　前記制御部は、前記第１冷媒の温度を前記超電導限流器の転移温度に近い温度に制御するように構成された請求項５に記載の超電導限流器の冷却システム。
7. 　超電導限流素子と、
   　前記超電導限流素子を冷却するための第１冷媒が貯留される冷媒タンクと、
   　請求項１乃至６の何れか一項に記載の超電導限流器の冷却システムと、
   を備える超電導限流器。
8. 　超電導限流素子を冷却するための第１冷媒が貯留される冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間に配置される凝縮器と、
   　前記凝縮器で液化された凝縮液を前記冷媒タンクの液相部に戻すための液戻し流路と、
   を備える超電導限流器の冷却システムの制御方法であって、
   　前記冷媒タンクの気相部又は該気相部に連通する空間の圧力値を検出する圧力検出ステップと、
   　前記圧力値に応じて前記凝縮器に流入する第２冷媒の流量を制御する流量制御ステップと、
   を備える超電導限流器の冷却システムの制御方法。
9. 　前記冷媒タンクの内部は前記第１冷媒が飽和状態に維持され、
   　前記流量制御ステップにおいて、前記冷媒タンク内の前記第１冷媒が冷却目標温度Ｔｇに一義的に対応する目標圧力Ｐｇとなるように、前記凝縮器に流入する前記第２冷媒の流量を制御する請求項８に記載の超電導限流器の冷却システムの制御方法。
    

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