(57)【要約】【課題】ポンプ予冷時あるいは運転時に冷却液が気化することにより生じた気泡を外部に排出する必要をなくして冷却液の浪費を抑えることができる極低温流体循環式冷却システムを提供する。【解決手段】第２の閉流路ＣＰ２の真空断熱容器１１内の経路にポンプ２Ａが設けられ、それを構成する循環ポンプ駆動用モータ部２２及び循環ポンプ部２３をともに真空断熱容器１１内に設置することで、循環ポンプ部２３内のインペラ２１と、循環ポンプ駆動用モータ部２２とを接続するポンプ主軸２４を短軸構造とする。循環ポンプ部２３内部のインペラ２１が、副熱交換器１３と、循環ポンプ部２３及び副熱交換器１３を連結する流路ＣＰ２ＬＯＷと、の最低部より下側に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを圧縮・循環させる圧縮機と、
圧縮した冷媒ガスを戻りの冷媒ガスとの熱交換により冷却する主熱交換器と、
冷却した冷媒ガスを断熱膨張させる膨張タービンと、
前記膨張タービンを出た極低温の冷媒ガスと冷却液とを熱交換させる副熱交換器と、
前記冷却液を前記副熱交換器と被冷却体の間で循環させる、内部にインペラを有する循環ポンプと、
前記循環ポンプを駆動させる循環ポンプ駆動用モータと、
前記副熱交換器で熱交換した後の冷媒ガスを、前記主熱交換器を介して前記圧縮機に循環させる循環経路を構成する第１の閉流路と、
前記副熱交換器で熱交換した後の冷却液を、前記循環ポンプで循環させる循環経路を構成する第２の閉流路と、を備え、
前記主熱交換器、前記膨張タービン、前記副熱交換器、前記循環ポンプ、及び前記循環ポンプ駆動用モータは、同一の真空容器内に収納され、
前記循環ポンプ内部の前記インペラが、前記副熱交換器と、前記循環ポンプ及び前記副熱交換器を連結する流路と、の最低部より下側に配置されている、極低温流体循環式冷却システム。
【請求項２】
前記循環ポンプの冷却液入口が、前記循環ポンプ内部の前記インペラより下側に配置されている、請求項１に記載の極低温流体循環式冷却システム。
【請求項３】
前記循環ポンプ駆動用モータは、前記循環ポンプの上側に設置されている、請求項１又は２に記載の極低温流体循環式冷却システム。
【請求項４】
前記循環ポンプと前記循環ポンプ駆動用モータとを含むポンプが、短軸ポンプである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の極低温流体循環式冷却システム。
【請求項５】
前記循環ポンプ駆動用モータの冷却用媒体が、ブライン液である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の極低温流体循環式冷却システム。
【請求項６】
循環ポンプと前記循環ポンプ駆動用モータとを含むポンプが、一体型ポンプであり、全体が液中に浸漬されたポンプである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の極低温流体循環式冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温流体循環式冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高温超電導電力機器（送電ケーブル、限流器、変圧器など）を冷却する冷却液として、液体窒素や液体水素、液体へリウム等を用いたブレイトンサイクル冷凍機が知られている。冷却液をブレイトンサイクル冷凍機で冷却して高温超電導電力機器に循環させるには、極低温流体循環ポンプ（以下、単に「ポンプ」と呼ぶ場合もある）が不可欠となる。ポンプで昇圧された冷却液は、ブレイトンサイクル冷凍機の熱交換器に供給されて冷却される。なお、ブレイトンサイクル冷凍機とポンプとを用いて高温超電導電力機器を冷却するシステム構成を「冷却システム」と呼ぶこととする。
【０００３】
ところで、従来の極低温流体循環式冷却システムでは、高圧の冷媒ガスを循環させる第１の閉流路と、被冷却体を冷却する冷却液を循環させる第２の閉流路と、を有し、真空断熱容器の外側に設置された駆動用モータにポンプ主軸で接続され、真空断熱容器内に設置された循環ポンプにより、冷却液を循環させることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−０６３６９６号公報
【特許文献２】特許第４７４４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図３に示すように従来の極低温流体循環式冷却システムにおいては、ポンプ予冷時あるいは運転時において、駆動用モータからの侵入熱により、循環ポンプ内の冷却液の一部が気化して、気泡が発生し、循環ポンプ内においてキャビテーションが発生しやすくなるため、ガス抜き弁を設け、ガス抜き弁から冷却液と共に気泡を外部に排出する必要があり、かなりの量の冷却液が無駄になるという課題があった。
【０００６】
本発明は上述のような事情から為されたものであり、ポンプ予冷時あるいは運転時に冷却液が気化することにより生じた気泡を外部に排出する必要をなくして冷却液の浪費を抑制できる極低温流体循環式冷却システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
［１］  冷媒ガスを圧縮・循環させる圧縮機と、
圧縮した冷媒ガスを戻りの冷媒ガスとの熱交換により冷却する主熱交換器と、
冷却した冷媒ガスを断熱膨張させる膨張タービンと、
前記膨張タービンを出た極低温の冷媒ガスと冷却液とを熱交換させる副熱交換器と、
前記冷却液を前記副熱交換器と被冷却体の間で循環させる、内部にインペラを有する循環ポンプと、
前記循環ポンプを駆動させる循環ポンプ駆動用モータと、
前記副熱交換器で熱交換した後の冷媒ガスを、前記主熱交換器を介して前記圧縮機に循環させる循環経路を構成する第１の閉流路と、
前記副熱交換器で熱交換した後の冷却液を、前記循環ポンプで循環させる循環経路を構成する第２の閉流路と、を備え、
前記主熱交換器、前記膨張タービン、前記副熱交換器、前記循環ポンプ、及び前記循環ポンプ駆動用モータは、同一の真空容器内に収納され、
前記循環ポンプ内部の前記インペラが、前記副熱交換器と、前記循環ポンプ及び前記副熱交換器を連結する流路と、の最低部より下側に配置されている、極低温流体循環式冷却システム。
［２］  前記循環ポンプの冷却液入口が、前記循環ポンプ内部の前記インペラより下側に配置されている、［１］に記載の極低温流体循環式冷却システム。
［３］  前記循環ポンプ駆動用モータは、前記循環ポンプの上側に設置されている、［１］又は［２］に記載の極低温流体循環式冷却システム。
［４］  前記循環ポンプと前記循環ポンプ駆動用モータとを含むポンプが、短軸ポンプである、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の極低温流体循環式冷却システム。
［５］  前記循環ポンプ駆動用モータの冷却用媒体が、ブライン液である、［１］乃至［４］のいずれか一項に記載の極低温流体循環式冷却システム。
［６］  循環ポンプと前記循環ポンプ駆動用モータとを含むポンプが、一体型ポンプであり、全体が液中に浸漬されたポンプである、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の極低温流体循環式冷却システム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の極低温流体循環式冷却システムは、ポンプ予冷時あるいは運転時に冷却液が気化することにより生じた気泡を外部に排出する必要をなくして冷却液の浪費を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の極低温流体循環式冷却システムにおける第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の極低温流体循環式冷却システムにおける第２実施形態の構成を示す図である。
【図３】従来の冷却システムの例である極低温流体循環式冷却システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の極低温流体循環式冷却システムは、圧縮機と、主熱交換器と、膨張タービンと、副熱交換器と、循環ポンプと、循環ポンプ駆動用モータと、第１の閉流路と、第２の閉流路と、を備え、前記主熱交換器、前記膨張タービン、前記副熱交換器、前記循環ポンプ、及び前記循環ポンプ駆動用モータは、同一の真空容器内に収納され、前記循環ポンプ内部の前記インペラが、前記副熱交換器と、前記循環ポンプ及び前記副熱交換器を連結する流路と、の最低部より下側に配置されている。
【００１１】
ここで、図３は、従来の冷却システムの例である極低温流体循環式冷却システムの構成を示す図である。図３に示すように、従来の極低温流体循環式冷却システム１００では、第１の閉流路ＣＰ１０１は、高圧の冷媒ガスの循環経路である。また、第１の閉流路ＣＰ１０１の一部は、ブレイトンサイクル冷凍機の真空断熱容器１１１内を経由する構成である。
【００１２】
真空断熱容器１１１の外側における第１の閉流路ＣＰ１０１には、圧縮機１１８が設けられており、真空断熱容器１１１の内側における第１の閉流路ＣＰ１０１には、膨張タービン１１４が設けられている。膨張タービン１１４は、真空断熱容器１１１の天板１１６に設置されている。また、真空断熱容器１１１内における第２の閉流路ＣＰ１０２には、従来型ポンプ１０２が設けられている。従来型ポンプ１０２は、膨張タービン１１４と同様に、真空断熱容器１１１の天板１１６に設置されている。この従来型ポンプ１０２については、後述する。第２の閉流路ＣＰ１０２は、従来型ポンプ１０２の下流側で分岐している。第２の閉流路ＣＰ１０２から分岐する排気経路Ｌ１０３は、真空断熱容器１１１の外側に延設されており、その上端部にはガス抜き弁１１５が設けられている。従来型ポンプ１０２からの侵入熱によって冷却液が気化した際に生じた気泡は、排気経路Ｌ１０３によって真空断熱容器１１１の外側へ排出される。
【００１３】
真空断熱容器１１１の内側には、主熱交換器１１２と副熱交換器１１３とが設けられている。
主熱交換器１１２は、圧縮機１１８により圧縮された後、冷媒ガス入口を介して第１の閉流路ＣＰ１０１に供給された冷媒ガスを、副熱交換器１１３により熱交換された後の冷媒ガスとの熱交換によって冷却するために設けられている。
副熱交換器１１３は、第１の閉流路ＣＰ１０１を流れる、膨張タービン１１４から送出された冷媒ガスと、第２の閉流路ＣＰ１０２を流れる、従来型ポンプ１０２から送出された液体窒素との間で熱交換を行うために設けられている。
【００１４】
ここで、従来型ポンプ１０２について、さらに詳細に説明する。
従来型ポンプ１０２は、循環ポンプ駆動用モータ部（以下、単に「駆動用モータ部」ともいう）１２２と循環ポンプ部１２３とを有している。駆動用モータ部１２２は、真空断熱容器１１１の天板１１６に設置され、大気中に設けられている。一方、循環ポンプ部１２３は、真空断熱容器１１１の内側に収納されている。なお、循環ポンプ部１２３内には、インペラ１２１が設けられている。
【００１５】
循環ポンプ部１２３は、極低温流体である冷却液が流れるため、７５Ｋ〜８０Ｋの低温となっている。一方、駆動用モータ部１２２は、モータや軸受の発熱によって大気温度よりも高くなるため、空冷式または水冷式となっている（図３では、水冷式を例示）。
【００１６】
また、被冷却体が高温超電導電力機器（例えば、超電導送電ケーブル）の場合、冷却液は、０．３〜２ＭＰａの高い圧力で運転される。大気中に冷却液が漏れないようにするため、駆動用モータ部１２２は密封された耐圧構造となっている。さらに、駆動用モータ部１２２から循環ポンプ部１２３への熱侵入を低減すべく、インペラ１２１と駆動用モータ部１２２とを接続するポンプ主軸１２４は、長軸構造となっている。
【００１７】
従来型ポンプ１０２を運転する際、循環ポンプ部１２３には冷却液が充満している。一方、駆動用モータ部１２２は常温域に配置されているため、駆動用モータ部１２２には冷却液が気化したガスが充満した状態となっている。また、ポンプ主軸１２４は、中間部よりも下方側が気体と液体との境界となるような温度分布となっている。駆動用モータ部１２２の両端は、グリース封入のボールベアリングで支持されている。また、モータ軸とポンプ主軸１２４とは、フレキブルカップリングで接続されている。さらに、インペラ１２１の背面側には、冷却液で潤滑されるボールベアリングが配置されており、高速回転時のポンプ主軸１２４の触れ回りを防止している。
【００１８】
なお、ポンプ主軸１２４がそれほど長くない場合には、ポンプ主軸１２４とモータ軸とを一体構造として、インペラ１２１の背面側にボールベアリングを設けない構造のポンプも知られている。ここで、インペラ１２１の背面側にボールベアリングを設けない構造のポンプを、「短軸ポンプ」と呼ぶこととする。
【００１９】
かかる課題は、上述したようにポンプ主軸が短い短軸ポンプの場合はもちろんのこと、ポンプ主軸が長い場合（長軸ポンプ）でも同様であった。ブレイトンサイクル冷凍機では、一般に、ポンプよりも熱交換器の方が大型であるためである。
【００２０】
仮に、従来の冷却システム１００において、ポンプ主軸１２４をさらに長くして、循環ポンプ部１２３内のインペラ１２１が、副熱交換器１１３によりも下方に位置するようにすることを考えると、熱の伝導という点ではさらなる利点となる。しかしながら、軸の曲げ固有振動数が低下して高速回転時に主軸が大きく振れまわり、インペラ１２１の背面側の冷却液で潤滑されるボールベアリングが極端に磨耗するという不具合が生じる。
【００２１】
かかる想定状況に対処するため、図３において破線で示すように、ブレイトンサイクル冷凍機の真空断熱容器１１１の天板を２段構造とし、従来型ポンプ１０２を下側の内部天板１１７に設置する構造としてポンプ主軸１２４の長軸化を避けることも考えられる。しかしながら、真空断熱容器１１１内で循環ポンプ部１２３の配管が副熱交換器１１３と接続されているため、従来型ポンプ１０２だけを取り出すことができない。さらに、真空断熱容器１１１を天板ではなく２分割構造としても、従来型ポンプ１０２、膨張タービン１１４、及び熱交換器１１２，１１３等を一体で取り出せる構造とするためには、真空断熱容器１１１が複雑な構造となる。このため、冷却システム１００の故障やコスト上昇の原因となる。
【００２２】
一方、従来型ポンプ１０２を横置きにして、駆動用モータ部１２２を真空断熱容器１１１の側面に設置し、ポンプ主軸１２４の短軸化を実現しつつ、循環ポンプ部１２３内部のインペラ１２１を副熱交換器１１３よりも鉛直方向下方側とすることも考えられる。しかしながら、この場合、冷却液がモータ側に流れ込み、駆動用モータ部１２２が低温になってグリース封入のボールベアリングが機能しなくなることが想定される。
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の極低温流体循環式冷却システムにおける第１実施形態の構成を示す図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る極低温流体循環式冷却システム１Ａは、圧縮機１８、主熱交換器１２、膨張タービン１４、副熱交換器１３、循環ポンプ部（循環ポンプ）２３、循環ポンプ駆動用モータ部（循環ポンプ駆動用モータ）２２、第１の閉流路ＣＰ１、及び第２の閉流路ＣＰ２を備えて概略構成されている。
【００２４】
本実施形態の低温流体循環式冷却システム１Ａは、高圧の冷媒ガスの循環経路を形成する第１の閉流路ＣＰ１の一部が、ブレイトンサイクル冷凍機の真空断熱容器１１内を経由する構成となっている。真空断熱容器１１には、高圧の冷媒ガスの入口および出口が設けられている。また、本実施形態の極低温流体循環式冷却システム１Ａは、冷却液の一例である液体窒素（ＬＮ２）の循環経路を形成する第２の閉流路ＣＰ２の一部が真空断熱容器１１内を経由する構成となっている。また、真空断熱容器１１には、液体窒素の入口および出口が設けられている。
【００２５】
冷媒ガスは、特に限定されるものではない。冷媒ガスとしては、ネオン、ヘリウム、あるいはこれらの混合ガス等を用いることができる。
冷却液は、特に限定されるものではない。冷却液としては、液体窒素（ＬＮ２）、液体水素、液体へリウム等を用いることができる。
【００２６】
ポンプ２Ａは、冷却液を副熱交換器１３と被冷却体（図示略）の間で循環させる循環ポンプ部２３、及び循環ポンプ部２３を駆動させる循環ポンプ駆動用モータ部（以下、単に「駆動用モータ部」ともいう）２２によって構成されている。また、循環ポンプ部２３の内部には、インペラ２１が設けられている。ポンプ２Ａは、循環ポンプ部２３及び駆動用モータ部２２とともに真空断熱容器１１内に設置される構成となっている。なお、ポンプ２Ａの設置位置等については、後に詳述する。
【００２７】
被冷却体は、特に限定されるものではない。被冷却体としては、送電ケーブル、限流器、変圧器などの高温超電導電力機器が挙げられる。
【００２８】
第１の閉流路ＣＰ１は、圧縮機１８により圧縮された後の冷媒ガスを膨張タービン１４により断熱膨張させて極低温とし、副熱交換器１３で冷却液と熱交換した後の冷媒ガスを、主熱交換器１２を介して圧縮機１８に循環させる循環経路である。第１の閉流路ＣＰ１の真空断熱容器１１外の経路途中には、圧縮機１８が設けられている。また、第１の閉流路ＣＰ１の真空断熱容器１１内の経路途中には、主熱交換器１２、膨張タービン１４、及び副熱交換器１３が設けられている。
【００２９】
主熱交換器１２は、冷媒ガス入口を介して第１の閉流路ＣＰ１に供給された冷媒ガスを、副熱交換器１３により冷却液と熱交換された後の冷媒ガスと熱交換することによって冷却するために設けられている。
【００３０】
副熱交換器１３は、第１の閉流路ＣＰ１を流れる、膨張タービン１４から送出された極低温の冷媒ガスと、第２の閉流路ＣＰ２を流れる、ポンプ２Ａから送出された液体窒素（冷却液）との間で熱交換を行うために設けられている。
【００３１】
膨張タービン１４は、冷却した冷媒ガスを断熱膨張させるために設けられている。また、膨張タービン１４は、真空断熱容器１１の天板１６に設置される構成となっている。
【００３２】
第２の閉流路ＣＰ２は、冷却液を、ポンプ２Ａの循環ポンプ部２３で循環させる循環経路を構成する。第２の閉流路ＣＰ２において、ポンプ２Ａは、真空断熱容器１１内の冷却液入口と副熱交換機との間に設けられている。
【００３３】
第２の閉流路ＣＰ２のポンプ２Ａの下流側には、ポンプ２Ａからの侵入熱によって冷却液が気化したことで生じた気泡を外部に排出するために、循環ポンプ２３の冷却液の出口から上方に分岐する排気経路Ｌ３が設けられている。排気経路Ｌ３は、真空断熱容器１１外に延設され、その上端部には、ガス抜き弁１５が設けられている。
【００３４】
ポンプ２Ａを構成する駆動用モータ部２２及び循環ポンプ部２３は、ともに真空断熱容器１１内に設置されている。このため、循環ポンプ部２３内のインペラ２１と、駆動用モータ部２２と、を接続するポンプ主軸２４は、短軸構造にできる。すなわち、ポンプ２Ａは短軸ポンプであり、真空断熱容器１１内の構造を単純にすることができる。なお、駆動用モータ部２２は真空断熱容器１１内にあるため、冷却用媒体配管Ｌ４は、真空断熱容器１１内に導入される構造としている。
【００３５】
ここで、特に、循環ポンプ部２３内部のインペラ２１が、副熱交換器１３と、循環ポンプ部２３及び副熱交換器１３を連結する流路ＣＰ２ＬＯＷと、の最低部よりも鉛直方向下側に配置された構造としている。
【００３６】
かかる構造とすると、ポンプ予冷時あるいは運転時に駆動用モータ部２２からの侵入熱で冷却液の一部が気化して気泡となっても、当該気泡はインペラ２１部分には入らず、冷却液とともに循環ポンプ部２３の出口から副熱交換器１３に流れ、その副熱交換器１３で冷却されることで気泡が再び液化する。すなわち、インペラ２１に気泡が入ることによるインペラ２１の空回りを防止することができる。更に詳細には、立ち上がり時は、第２の閉流路ＣＰ２内（特に、流路ＣＰ２ＬＯＷ内）がガス溜まりとなるが、それも運転開始とともに冷却液とともに副熱交換器１３に流され、また、運転中に冷却液が一部気化することにより生じた気泡も、冷却液とともに副熱交換器１３に流されて、冷却されて再液化される。いずれにしても、インペラ２１部分においては、常に液体で満たされた状態を維持できる。
【００３７】
これにより、ポンプ運転前の予冷時に、ガス抜き弁１５から冷却液と一緒に気泡を外部に排出する必要はなくなり、運転中も基本的にガス抜き弁１５を「閉」状態としておくことができ、そのままで循環ポンプ部２３におけるキャビテーションの発生を抑制できる。従って、作業工程を削減することができるとともに、冷却液の浪費を抑えることができる。
【００３８】
なお、循環ポンプ部２３内部のインペラ２１の位置は、副熱交換器１３と、循環ポンプ部２３及び副熱交換器１３を連結する流路ＣＰ２ＬＯＷと、の最低部よりも鉛直方向下側に配置されていれば、特に制限はなく、循環ポンプ部２３内部のインペラ２１が、副熱交換器１３の鉛直投影内であっても鉛直投影外であってもよい。特に、真空断熱容器１１をコンパクトにする観点から、循環ポンプ部２３内部のインペラ２１が、副熱交換器１３の鉛直投影外であることが好ましい。
【００３９】
また、駆動用モータ部２２に冷却液が流れ込まないように、駆動用モータ部２２は、循環ポンプ部２３の上側に設置されていることが好ましい。さらに、循環ポンプ部２３の冷却液入口２３ａが、循環ポンプ部２３内部のインペラ２１よりも鉛直方向下側に設置されていることが好ましい。
【００４０】
ところで、駆動用モータ部２２に供給する冷却用媒体としては、特に限定されるものではなく、通常の清水（水）やブライン液（不凍液）を用いることができる。ここで、ブライン液とは、凝固点が水よりも低く、温度が０℃以下になっても凍結することがない不凍性の冷熱媒体を意味する。
【００４１】
冷却用媒体としては、ブライン液を用いることが好ましい。ブライン液は駆動用モータ部２２が０℃以下になっても凍結しないため、駆動用モータ部２２が−２０℃程度までなら問題なくポンプ２Ａの運転が可能となる。
【００４２】
ブライン液としては、例えば、無機質ブライン液、有機質ブライン液などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよいし、防腐剤や防錆剤などの添加物が含まれていてもよい。
無機質ブライン液としては、例えば、塩化カルシウム水溶液、塩化ナトリウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液などが挙げられる。
有機質ブライン液としては、例えば、プロピレングリコール水溶液、エチレングリコール水溶液、メタノール溶液、エタノール溶液などが挙げられる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の極低温流体循環式冷却システム１Ａによれば、ポンプ予冷時あるいは運転時に冷却液が気化することにより生じた気泡を外部に排出する必要がなくなり、作業工程が削減される。加えて、冷却液の浪費が抑えられる。
【００４４】
また、駆動用モータ部２２が、循環ポンプ部２３の上側（上方）に設置されていれば、上記効果に加えて、冷却液が駆動用モータ部２２側へ流れ込んで当該モータが低温になってしまうことによりグリース封入のボールベアリングが機能しなくなることを防止することができる。
【００４５】
また、本実施形態の極低温流体循環式冷却システム１Ａによれば、ポンプ２Ａが短軸ポンプであるため、上記効果に加えて、ボールベアリングの摩耗を抑制することができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の極低温流体循環式冷却システムにおける第２実施形態の構成を示す図である。ここで、第１実施形態と同一の構成については、同符号を付し、以下、重複した説明を省略する。
【００４７】
上述した第１実施形態の極低温流体循環式冷却システム１Ａにおいては、ポンプ２Ａとして、循環ポンプ部２３と駆動用モータ部２２とが短いポンプ主軸２４で接続された短軸ポンプを採用しているが、第２実施形態に係る極低温流体循環式冷却システム１Ｂにおいては、図２に示すように、ポンプ２Ｂとして、循環ポンプ部と循環ポンプ駆動用モータ部とが一体となった一体型ポンプを採用している。一体型ポンプとしては、サブマージドポンプ本体を用いることができる。なお、本実施形態では、真空断熱容器１１内にポンプ２Ｂを収納するとともに、真空断熱容器１１内に冷却液を導入して、ポンプ２Ｂの全体が液中に浸漬された構成となっている。
かかる第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
以上のように、上述の各実施形態によれば、ポンプ予冷時あるいは運転時に循環ポンプ部からの侵入熱で冷却液の一部が気化して気泡となっても、当該気泡はインペラ２１には入らず、冷却液とともにポンプ出口から副熱交換器１３に流れ、その副熱交換器１３で冷却されることで気泡が再び液化する。よって、ガス抜き弁１５を開とする手間はなく、また、冷却液が浪費されることもなく、かつ、インペラ２１の部分に気泡が溜まることなく常に冷却液で満たしていることができる。
【００４９】
このとき、ポンプ全体を真空断熱容器１１内に設置されているため、前提として、トランスファーチューブが不要となり、ポンプ主軸も短軸とすることができる。
【００５０】
ところで、特許文献１及び特許文献２は、真空断熱容器内にポンプを収納し、前記断熱容器内に冷却液を導入して、ポンプ全体が液中に浸漬されたポンプの構成を開示している。
【００５１】
特許文献１及び特許文献２に開示されたポンプを高温超電導電力機器の冷却機システムにそのまま適用しようとした場合、当該ポンプを収納する真空断熱容器と、ブレイトンサイクル冷凍機の真空断熱容器は、それぞれ別個に設置され、上述したように真空断熱トランスファーチューブを用いて相互に接続された構成とする必要があった。これにより、トランスファーチューブの圧力損失や設置スペース、コストの増加といった課題があった。
【００５２】
これに対して上述の各実施形態によれば、ポンプを構成する循環ポンプ部及び駆動用モータ部の双方を冷凍機の真空断熱容器内に収納することにより、トランスファーチューブが不要である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の極低温流体循環式冷却システムは、例えば、高温超電導電力機器（送電ケーブル、限流器、変圧器など）を冷却する冷却液（液体窒素、液体水素、液体ヘリウムなどなど）を生成するのに利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ，１Ｂ，１００・・・極低温流体循環式冷却システム
２Ａ，２Ｂ，１０２・・・ポンプ
１１，１１１・・・真空断熱容器
１２，１１２・・・主熱交換器
１３，１１３・・・副熱交換器
１４，１１４・・・膨張タービン
１５，１１５・・・ガス抜き弁
１６，１１６・・・天板
１８，１１８・・・圧縮機
２１，１２１・・・インペラ
２２，１２２・・・循環ポンプ駆動用モータ部（循環ポンプ駆動用モータ）
２３，２０３・・・循環ポンプ部（循環ポンプ）
２３ａ・・・冷却液入口
２４，１２４・・・ポンプ主軸
ＣＰ１，ＣＰ１０１・・・第１の閉流路
ＣＰ２，ＣＰ１０２・・・第２の閉流路
ＣＰ２ＬＯＷ・・・循環ポンプ部及び副熱交換器を連結する流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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