(57)【要約】【課題】限られた敷設スペースに効率的な配置で導入が可能な超電導ケーブルの冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置（１０）は、超電導ケーブル（１１）に冷媒を循環供給することにより冷却を行う。冷媒を貯留するリザーバタンク（１２）と、冷媒を圧送する循環ポンプユニット（１３）と、冷媒を冷却する冷却ユニット（１４）とを備えており、循環ポンプユニット及び冷却ユニットをリザーバタンク内に収納することで、コンパクトな冷却装置を実現できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電に使用する超電導ケーブルに冷媒を循環供給することにより冷却を行う超電導ケーブルの冷却装置において、
前記冷媒を貯留するリザーバタンクと、
前記リザーバタンク内に収納され、該リザーバタンクに貯留された冷媒を圧送する循環ポンプユニットと、
前記リザーバタンク内に収納され、前記循環ポンプユニットから圧送された冷媒を冷却後、前記超電導ケーブルに供給する冷却ユニットと
を備えたことを特徴とする超電導ケーブルの冷却装置。
【請求項２】
前記冷却ユニットは、
前記循環ポンプユニットから圧送された冷媒を、冷凍機によって冷却された二次冷媒と熱交換することによって冷却する熱交換部と、
前記熱交換部の内部に該熱交換部と熱交換可能に構成され、導入された冷媒を減圧装置で減圧することによって寒冷を発生させる減圧槽と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの冷却装置。
【請求項３】
前記冷却ユニットは前記熱交換部を囲むように設けられた外套部を備えており、
前記超電導ケーブルの冷却に使用された冷媒は、前記熱交換部及び前記外套部間に形成された隙間を流れた後、前記リザーバタンクに供給されることを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブルの冷却装置。
【請求項４】
前記減圧槽には、大気圧の冷媒が貯蔵された冷媒貯蔵タンクから冷媒が供給可能に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超電導ケーブルの冷却装置。
【請求項５】
前記循環ポンプユニットは、
前記リザーバタンクから導入された冷媒を貯留し、上方の開口部が蓋部によって閉じられたチャンバと、
前記蓋部から下方に延在する支持部材によって支持され、前記チャンバに貯留された冷媒を圧送するポンプ装置と、
前記ポンプ装置によって圧送された冷媒を前記冷却ユニットに導く吐出管と
を備え、
前記吐出管は前記ポンプ装置が前記チャンバ内で移動可能なように、前記ポンプ装置に弾性的に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電に使用する超電導ケーブルに冷媒を循環供給することにより、超電導ケーブルを極低温状態に冷却可能な超電導ケーブルの冷却装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
極低温条件下で電気抵抗値が略ゼロとなる超電導体を、電力輸送に用いられる送電ケーブルに適用した、超電導ケーブルが知られている。超電導ケーブルは交流損失が存在しない直流電力輸送において特に優れた送電効率を有しており、大電力の輸送に適している。超電導ケーブルでは、超電導現象を発現できる極低温状態に冷却するために、液体窒素などの冷媒を循環供給する冷却装置が用いられる。この種の冷却装置として、例えば特許文献１がある。
【０００３】
図１は特許文献１に開示された冷却装置１の概略図である。
冷却装置１は、超電導ケーブルを冷却する冷媒が循環する循環回路２と、冷却対象である超電導ケーブル３と、循環回路２上を流れる冷媒を貯留するリザーバタンク４と、循環回路２中の冷媒を循環させる循環ポンプ５と、冷媒を冷却するための複数台の冷凍機６（符号６ａ乃至６ｆで示す合計６台）とを含んで構成されている。冷却装置１では複数の冷凍機６を備えることにより、超電導ケーブル３の熱負荷の変動に応じて冷凍機の稼働台数を調整する。また、一部の冷凍機６が故障した場合には、代替的に他の冷凍機を稼働することによって運転を継続できる。
このように特許文献１では複数の冷凍機を備えることにより上記メリットがあるものの、敷設スペースが増加してしまうこと、及び、装置構成が複雑化することによって信頼性が低くなってしまう可能性があった。このような問題に鑑み、非特許文献１では、冷凍機の台数を削減可能な冷却装置が開示されている。
【０００４】
図２は非特許文献１に係る冷却装置１´の概略図である。尚、図２では図１と共通する構成要素には共通の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
冷却装置１´では、循環回路２を流れる冷媒を冷却する構成要素としてサブクーラーユニット８を備えている。サブクーラーユニット８には循環回路２を流れる冷媒を冷却する冷媒が貯留されており、該貯留された冷媒はケーブル熱負荷により蒸発しガス化するが、このガスを冷凍機６（図２では符号６ａ乃至６ｄで示す合計４台）で再凝縮し冷却する（図２では符号６ａ乃至６ｄで示す合計４台）。このようにサブクーラーユニット８で冷却された冷媒は、循環回路２上に設けられた循環ポンプ５によって超電導ケーブル３に圧送される。
【０００５】
ここで冷凍機６が故障した場合には、真空排気系９によって、冷媒が貯留されているサブクーラーユニット８を減圧することにより飽和温度を下げ、寒冷を発生させる。このように冷却装置１´では、冷凍機６が作動不能な状態においても冷媒の冷却を継続することができるので、故障時に備えた予備の冷凍機を配備する必要がない分、冷凍機６の台数を削減できる。
尚、冷却装置１´ではケーブルの動作圧力や温度を変更しても、ケーブルを流れる冷媒流量が過不足無く常に一定量を確保できるように、循環回路２には補充用の冷媒を貯蔵するリザーバタンク４が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５４５００号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】HTSUnderground Power Cable Final Report，DE-FC36-03GO013301 (http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/975691-IRpM7i/975691.pdf)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
鉄道分野では、例えば電気車に接触するトロリ線に電力を供給するためのき電線において大電力輸送が行われることから、超電導ケーブルの応用が検討されている。この分野では超電導ケーブルを採用することによって、単に電力輸送効率が向上できることに加えて、変電所数を削減することによる保守点検費用の低減や、より大きな電力輸送が実現することによって電力消費が大きい高速列車の運用範囲拡大を図ることが期待されている。しかしながら、鉄道分野では設備を敷設可能なスペースが限られているため、冷却装置が大掛かりになりやすい超電導ケーブルにとって、障壁となっている。
【０００９】
特許文献１の冷却装置１では、多くの台数の冷凍機６が必要となるため、設備規模が大きくなりやすい。また非特許文献１の冷却装置１´では、冷却装置１に比べて冷凍機６の台数を少なからず削減可能ではあるが、サブクーラーユニット８とリザータンク４の双方を設ける必要があるため、結果的に規模が大きくなってしまう。またリザーバタンク４は循環回路に冷媒を圧入するために高圧に設定する必要がある。このように、高圧の構成要素が増えると、保守管理面での負担が増加してしまう。
【００１０】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、限られた敷設スペースに効率的な配置で導入が可能な超電導ケーブルの冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る超電導ケーブルの冷却装置は上記課題を解決するために、送電に使用する超電導ケーブルに冷媒を循環供給することにより冷却を行う超電導ケーブルの冷却装置において、前記冷媒を貯留するリザーバタンクと、前記リザーバタンク内に収納され、該リザーバタンクに貯留された冷媒を圧送する循環ポンプユニットと、前記リザーバタンク内に収納され、前記循環ポンプユニットから圧送された冷媒を冷却後、前記超電導ケーブルに供給する冷却ユニットとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、冷媒を貯留するリザーバタンク内に、冷媒を圧送するポンプユニットと、冷媒を冷却する冷却ユニットとを収納することで、冷却装置のサイズをコンパクト化できる。これにより、敷設のためのスペースが限られている鉄道分野のような用途においても、超電導ケーブルの冷却に必要な装置を効率的な配置で導入することができる。
【００１３】
本発明の一態様では、前記冷却ユニットは、前記循環ポンプユニットから圧送された冷媒を、冷凍機によって冷却された二次冷媒と熱交換することによって冷却する熱交換部と、前記熱交換部の内部に該熱交換部と熱交換可能に構成され、導入された冷媒を減圧装置で減圧することによって寒冷を発生させる減圧槽とを備える。
本態様によれば、冷凍機の正常運転時には、冷媒は冷却ユニットの熱交換部において、冷凍機によって冷却された二次冷媒と熱交換することによって冷却される。一方、冷凍機が動作不能な場合には、減圧槽に導入した冷媒を減圧することによって寒冷を発生させることによって、循環ポンプユニットから圧送された冷媒を冷却する。これにより、冷凍機が動作不能の状態であっても冷媒の冷却を継続することができる。その結果、異常運転時に備えて予備用の冷凍機を用意する必要がなくなるので、冷却装置全体のサイズを更にコンパクト化することができる。
尚、本願明細書において二次冷媒とは、超電導ケーブルの冷却回路を流れる冷媒と熱交換することにより、該冷媒を冷却するための二次冷媒を広く意味しており、例えば、冷凍機としてブレイトン冷凍機を使用する場合には、ネオンやヘリウム等の極低温ガスを用いることができる。
【００１４】
この場合、前記冷却ユニットは前記熱交換部を囲むように設けられた外套部を備えており、前記超電導ケーブルの冷却に使用された冷媒は、前記熱交換部及び前記外套部間に形成された隙間を流れた後、前記リザーバタンクに供給されてもよい。
減圧槽で冷媒を減圧して寒冷を発生させる場合には、寒冷によって熱交換器の表面で冷媒が凝固することにより、熱交換効率が悪化し、冷却能力が低下する可能性がある。この態様では、熱交換器を囲むように設けた外套部との間に形成された隙間に、超電導ケーブルの冷却に使用されることによって温度が上昇した冷媒で流れを形成することによって、冷媒の凝固を防止でき、良好な冷却性能を達成できる。
【００１５】
また、前記減圧槽には、大気圧の冷媒が貯蔵された冷媒貯蔵タンクから冷媒が供給可能に接続されていてもよい。
従来、冷媒を貯蔵するタンクは、大気圧以上の圧力を有する循環回路上に冷媒を供給するために、高圧に設定される場合が多かった。一方、本態様では、冷凍機の作動不能時には減圧槽が減圧されて大気圧未満となるため、該減圧槽に冷媒を供給するための冷媒貯蔵タンクの圧力を、従来に比べて低圧（大気圧）に設定できる。このように低圧な冷媒貯蔵タンクを備えることによって、保守管理負担が軽減できる。
【００１６】
本発明の他の態様では、前記循環ポンプユニットは、前記リザーバタンクから導入された冷媒を貯留し、上方の開口部が蓋部によって閉じられたチャンバと、前記蓋部から下方に延在する支持部材によって支持され、前記チャンバに貯留された冷媒を圧送するポンプ装置と、前記ポンプ装置によって圧送された冷媒を前記冷却ユニットに導く吐出管とを備え、前記吐出管は前記ポンプ装置が前記チャンバ内で移動可能なように、前記ポンプ装置に弾性的に接続されている。
リザーバタンクから循環ポンプユニットに取り込まれた冷媒は、チャンバ内に設けられたポンプ装置によって、吐出管を介して冷却ユニットに圧送される。ポンプ装置は機械動作しているため、他の機器に比べて寿命が短く、故障が発生しやすい傾向にある。本態様では、ポンプ装置に故障が発生した場合には、遮断弁によってチャンバ内部をリザーバタンクから隔離した上で、蓋部に設けられた支持部材によって支持されているポンプ装置を、アクセスしやすい位置に容易に移動できる。ポンプ装置の排出側には吐出管が接続されているが、該吐出管は弾性的に接続されているので、このようなチャンバ内におけるポンプ装置の移動を妨げない。このような構成を有することにより、ポンプ装置に異常が発生した場合には、ポンプ装置をアクセスしやすい位置に移動して、交換や修理などのメンテナンス作業を行ない、迅速な復旧が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷媒を貯留するリザーバタンク内に、冷媒を圧送するポンプユニットと、冷媒を冷却する冷却ユニットとを収納することで、冷却装置のサイズをコンパクト化できる。これにより、敷設のためのスペースが限られている鉄道分野のような用途においても、超電導ケーブルの冷却に必要な装置を効率的な配置で導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】特許文献１に開示された冷却装置の概略図である。
【図２】非特許文献１に開示された冷却装置の概略図である。
【図３】本実施例に係る超電導ケーブルの冷却装置の全体を示す概略図である。
【図４】循環ポンプユニットの内部構成を示す断面図である。
【図５】冷却ユニットの内部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図３は本実施例に係る超電導ケーブルの冷却装置１０の全体を示す概略図である。
冷却装置１０は、冷却対象である超電導ケーブル１１に冷媒を循環供給することによって極低温状態に冷却する冷却装置である。冷却装置１０で使用される冷媒は、超電導ケーブル１１が超電導特性を発揮可能な極低温領域まで冷却可能なものである範囲において限定されないが、本実施例では、超電導ケーブル１１は液体窒素の沸点７７Ｋ以上の温度領域で超電導特性を示す、いわゆる高温超電導材料から形成されており、冷媒として液体窒素を使用している。
【００２１】
超電導ケーブル１１は、同軸円筒状に互いに断熱された中心部１１ａと周辺部１１ｂにそれぞれ冷媒が流れる流路を設けた、いわゆるＧｏ−Ｒｅｔｕｒｎ方式を採用している。冷却装置１０によってサブクール状態（飽和温度以下の状態）に冷却された冷媒は、超電導ケーブル１１の中心部１１ａに供給され、超電導ケーブル１１の熱負荷によって昇温した後、周辺部１１ｂから冷却装置１０に戻されることにより循環経路を形成している。冷媒の循環経路上には、超電導ケーブル１１から戻った冷媒を貯留するリザーバタンク１２、該リザーバタンク１２に貯留された冷媒を圧送する循環ポンプユニット１３、及び、循環ポンプユニット１３から圧送された冷媒を冷却する冷却ユニット１４が設けられている。
【００２２】
リザーバタンク１２は循環回路においてバッファタンクとして機能する。ここで、リザーバタンク１２は直接大気開放することによって圧力を大気圧に設定することも可能であるが、リザーバタンク１２内は温度の低いサブクール温度の液体窒素で満たされているため、直接大気解放すると排気管を介して空気中の水分や酸素がリザーバタンク１２内に混入し超電導送電ケーブルの冷却を阻害する可能性がある。これを防ぐため本実施例では、リザーバタンク１２の圧力は大気圧７７Ｋの液体窒素で満たされたサブタンク１５を介して大気解放する。
従来の冷却装置において冷媒を貯留するタンク（具体的には図１及び図２に示すリザーバタンク４）は大気圧以上の冷媒回路に冷媒を圧入するために高圧に設定されていたが、本実施例ではこのように大気圧に設定可能であるため、保守管理負担が少ない。
またリザーバタンク１２はサブタンク１５を介して間接的に大気開放されているため、リザーバタンク１２を直接的に大気開放する場合に比べて、大気中に含まれる水分や空気が冷媒の循環経路内に侵入することによって、冷却能力が低下することも防止できる。
【００２３】
リザーバタンク１２内に貯留された冷媒は、遮断弁１７を介して、循環ポンプユニット１３に取り込まれる（遮断弁１７は正常運転時には「開」状態に設定されている）。循環ポンプユニット１３では、内蔵されたポンプ装置１８（図５参照）によってリザーバタンク１２から取り込んだ冷媒を圧送し、冷媒ライン１６ｃを介して冷却ユニット１４に供給する。
【００２４】
冷却ユニット１４では、循環ポンプユニット１３から受け取った冷媒の冷却が行われる。冷却ユニット１４の詳細な構成については後述するが、冷却ユニット１４では冷媒ライン１６ｃから供給された冷媒を、冷凍機２１で冷却された二次冷媒と熱交換することによってサブクール状態に冷却し、冷媒ライン１６ｄから超電導ケーブル１１（中心部１１ａ）に供給する。
ここで冷凍機２１は冷媒をサブクール冷却可能なものである範囲で限定されないが、例えばブレイトン冷凍機、スターリング冷凍機、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機などを使用できる。尚、冷凍機２１としてブレイトン冷凍機を使用する場合には、ネオンやヘリウム等の極低温ガスを二次冷媒として用いることができる。
また本実施例では冷凍機２１として１台の冷凍機を使用する場合を示しているが、図１や図２に示すように複数の冷凍機からなるユニットを用いてもよい（但し、従来比べて冷凍機の台数を抑制できるメリットがある）。
【００２５】
冷却装置１０では、このような循環ポンプユニット１３及び冷却ユニット１４は、リザーバタンク１２内に収納されている。図１及び図２に示すように、従来の冷却装置では、このようなユニット類はリザーバタンクと別体として設けられていたため、大きな敷設面積を必要としていた。一方、本実施例ではリザーバタンク１２内に循環ポンプユニット１３及び冷却ユニット１４を配置しながら冷媒の循環経路を形成することで、少ない敷設面積でも良好な冷却能力を有する冷却装置を実現できる。
【００２６】
尚、図３ではリザーバタンク１２内に循環ポンプユニット１３を一つだけ設けた場合を例示しているが、循環ポンプユニット１３を複数設けてもよい。この場合、いずれかの循環ポンプユニット１３が故障した場合には、故障した循環ポンプユニットを作動停止してメンテナンスを行うと共に、他の循環ポンプユニットを作動させることで、冷却装置の稼働を継続することができる。このように循環ポンプユニットを複数備える場合であっても、リザーバタンク１２内に収容することによって、従来に比べて装置が占める敷地面積を小さく抑えることができる。
【００２７】
次に循環ポンプユニット１３の内部構成について詳しく説明する。図４は循環ポンプユニット１３の内部構成を示す断面図である。
循環ポンプユニット１３は、ＦＲＰやポリプロピレン等の熱絶縁特性に優れた材料を用いたクライオスタットとして形成されており、チャンバ２２内にポンプ装置１８を有している。チャンバ２２は遮断弁１７を介してリザーバタンク１２に通じており、該遮断弁１７は正常運転時において「開」状態に設定されている。尚、後述するように、異常発生時には遮断弁１７を「閉」状態に切り換えることによって、チャンバ２２内部をリザーバタンク１２から隔離できるようになっている。
【００２８】
チャンバ２２は上方に開口を有する略円筒形状を有しており、リザーバタンク１２に固定されている。チャンバ２２の上方に設けられた開口は蓋部２３によって閉じられており、外部から密閉されている。蓋部２３にはチャンバ２２の軸方向に沿って延在する支持部材２４の一端が取り付けられており、他端にはポンプ装置１８が設けられている。すなわち、ポンプ装置１８は蓋部２３に設けられた支持部材２４によって、チャンバ２２内部で浮くように吊り下げ支持されている。ポンプ装置１８はチャンバ２２に貯留されている冷媒を、排出側に設けられた吐出管１９を介して、冷却ユニット１４につながっている冷媒ライン１６ｃに圧送する。
【００２９】
このように循環ポンプユニット１３ではリザーバタンク１２から取り込んだ冷媒を冷却ユニット１４に圧送するが、ポンプ装置１８は機械動作しているため他の構成要素に比べて寿命が短く、故障などの異常発生時に交換や修理などのメンテナンスが必要となる場合がある。本実施例の循環ポンプユニット１３では、以下に説明するようにメンテナンス頻度の高いポンプ装置１８を外部から容易にアクセス可能な構成を有している。
【００３０】
まずポンプ装置１８に異常が発生した場合、冷却装置１０の動作を停止した上で、遮断弁１７を「閉」状態に切り換え、チャンバ２２内部をリザーバタンク１２から隔離する。そして、チャンバ２２内部に残存している液体窒素を、蓋部２３に取り付けられた冷媒排出ライン２５から排出する。冷媒排出ライン２５はチャンバ２２の底部付近から外部に延びており、冷媒排出ライン２５に設けられた弁２０ａを開くことによって、その先端に接続された冷媒貯蔵タンク２６（図３参照）に冷媒が排出される。
また蓋部２３には容器加圧ライン２７が設けられており、該容器加圧ライン２７に設けられた弁２０ｂを開くことによって、チャンバ２２内に暖気を導入してチャンバ２２内を昇圧し、冷媒排出ライン２５からの冷媒の排出を促進できるようになっている。
【００３１】
チャンバ２２から冷媒が排出されると、チャンバ２２内を常温まで加温した後、蓋部２３を取り外す。尚、チャンバ２２を加温する際には、チャンバ２２内部にヒータなどの過熱手段（不図示）を設けることによって加温を促進してもよい。蓋部２３には支持部材２４を介してポンプ装置１８が支持されているため、蓋部２３を上方に取り外すと、それに伴ってポンプ装置１８もチャンバ２２内で上方に移動する。
ここで、ポンプ装置１８の排出側には冷媒ライン１６ｃに接続された吐出管１９が取り付けられているが、該排出管１９は螺旋形状（スプリング形状）に形成されているため弾性的に変形可能であり、チャンバ２２内におけるポンプ装置１８の移動を妨げない。このようにメンテナンス作業員にとってアクセスが難しい狭いチャンバ２２内に配置されたポンプ装置１８を上方に引き上げ可能に構成することで、ポンプ装置１８の交換や修理などのメンテナンス作業負担を効果的に軽減できる。
【００３２】
そしてポンプ装置１８のメンテナンス作業終了後は、ポンプ装置１８をチャンバ２２内の元の位置に戻し（チャンバ２２の開口を蓋部２３で閉じ）、遮断弁１７を「開」状態に切り換えることによってリザーバタンク１２からチャンバ２２内部に冷媒を導入する。このとき、冷媒排出ライン２５を介して冷媒貯蔵タンク２６からチャンバ２２内に冷媒を導入しても良い。
【００３３】
続いて冷却ユニット１４の内部構成について詳しく説明する。図５は冷却ユニット１４の内部構成を示す断面図である。尚、図５では冷媒の流れを実線矢印で示し、二次冷媒の流れを破線矢印で示している。
冷却ユニット１４は冷却対象である冷媒を冷凍機２１で冷却された二次冷媒と熱交換させるための熱交換部２８を有している。該熱交換部２８は、冷却対象である冷媒が流れるライン（図５においてドット表示したライン）と、冷凍機２１によって冷却される二次冷媒が流れる二次冷媒ライン２９（図５において斜線表示したライン）とが、交互に螺旋状に巻きつけられることによって、互いに熱交換可能に構成されている。循環ポンプユニット１３から圧送された冷媒は、このような熱交換部２８に冷媒ライン１６ｃを通じて取り込まれ、二次冷媒と熱交換されることによりサブクール状態に冷却されて、冷媒ライン１６ｄから超電導ケーブル１１に供給される。
【００３４】
熱交換部２８の内部には、該熱交換部２８と熱交換可能に構成され、外部の減圧装置３０（図３参照）によって減圧可能な減圧槽３１が設けられている。ここで、減圧装置３０は例えばロータリーポンプやデヒューザーポンプなどの真空排気系であり、排気管３２を介して減圧槽３１に接続されている。
減圧槽３１の内部は冷却ユニット１４が正常に作動している場合には空（若しくは冷媒ガスが存在していてもよい）になっている。一方、冷凍機２１の故障などによって冷却ユニット１４の正常な作動が困難な状況に陥った場合には、冷媒ライン１６ｆを介して冷媒貯蔵タンク２６から減圧槽３１内に弁１６ｆ'を介して冷媒が導入される。そして、減圧槽３１を減圧装置３０で減圧することにより、減圧槽３１に導入された冷媒の飽和温度を下げ、寒冷を発生させる。
【００３５】
減圧槽３１の外表面は熱交換部２８と接触しており、互いに熱交換が可能に構成されている。そのため、冷凍機２１が動作不能の状況に陥った場合においても、減圧槽３１に導入した冷媒を減圧することによって寒冷を発生させることで、冷媒の冷却を継続することができる。そのため、従来のように冷凍機２１の異常発生時に備えて予備用の代替機を用意する必要がなく、装置規模をコンパクト化することができる。
【００３６】
ここで冷却ユニット１４は、熱交換部２８を囲むように設けられた外套部３４を備えている。熱交換部２８の外表面と外套部３４の内壁との間には隙間３５が形成されており、当該隙間３５には冷媒ライン１６ｅから超電導ケーブル１１の冷却を終えた冷媒（すなわち、超電導ケーブル１１の熱負荷により比較的温度が高くなった冷媒）が導入される。冷媒ライン１６ｅから供給された冷媒は、隙間３５を流れた後、外套部３５の下方に設けられた排出部３６（図５に示すように、外套部３４の底面に冷媒が流出可能な開口が複数設けられている）からリザーバタンク１２に排出される。
【００３７】
減圧槽３１で冷媒を減圧して寒冷を発生させる場合、熱交換部２８の外表面で冷媒が過冷却されることによって凝固する可能性がある。固体窒素の熱伝導度は０．１５（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）であり、熱交換部２８の材料の一例である銅（熱伝導度が８（Ｗ／ｃｍ・Ｋ））に比べて極端に小さい。そのため、このように熱交換部２８の外表面で冷媒が凝固すると、熱交換部２８の熱交換効率が低下するため好ましくない。そこで本実施例では、比較的温度の高い冷媒で隙間３５に流れを形成することによって、冷媒の凝固を防止し、良好な熱交換率を得ることができるようになっている。
【００３８】
ここで隙間３５に形成すべき冷媒の流速Ｖは、当該冷媒による冷却能力が超電導ケーブル１１による熱負荷Ｑに一致するように設定するとよい（例えばＤｉｔｔｕｓ−Ｂｏｅｌｔｅｒの式に基づいて計算することができる）。具体的には、熱交換部２８の外表面の総面積をＳ、隙間３５における冷媒流路の水力直径をＤｅとすると次式
【数１】
2014199744.tif 000003
を満たすように設定するとよい。ちなみにρ、μ、Ｃp、κは冷媒である液体窒素の密度、粘性係数、定圧比熱、熱伝導度である。
尚、減圧槽３１に冷媒を導入して減圧すると、減圧装置３０から冷媒の一部が排出されることによって消費されるが、この消費量ｍは次式
ｍ＝Ｑ／λ      （２）
により得られる。ここでλは液体窒素の蒸発潜熱である。
【００３９】
以上説明したように、冷却装置１０ではこのような構成を有する循環ポンプユニット１３及び冷却ユニット１４をリザーバタンク１２に収納することで、信頼度が高くコンパクトな超電導ケーブルの冷却装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、送電に使用する超電導ケーブルに冷媒を循環供給することにより、超電導ケーブルを極低温状態に冷却可能な超電導ケーブルの冷却装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  冷却装置
１１  超電導ケーブル
１２  リザーバタンク
１３  循環ポンプユニット
１４  冷却ユニット
１６  冷媒ライン
１７  遮断弁
１８  ポンプ装置
１９  吐出管
２１  冷凍機
２２  チャンバ
２３  蓋部
２４  支持部材
２６  冷媒貯蔵タンク
２８  熱交換部
３０  減圧装置
３１  減圧槽
３４  外套部
【図１】
2014199744.tif 000004
【図２】
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【図３】
2014199744.tif 000006
【図４】
2014199744.tif 000007
【図５】
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