(57)【要約】  １つ又は複数の任意の超伝導装置２１、２２、２３を冷却するシステムであって、主冷凍機１が極低温液を過冷却し、装置２１、２２、２３中で極低温液を非過冷却化し、次いでこの液を帰還ループ２７、２８、２９中で再び過冷却し、主冷凍機１で生成された冷却力の一部を予備貯蔵容器２中に分け与えることにより追加の極低温液が予備貯蔵容器２内部で過冷却状態に保たれるシステム。
2009503423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導装置に冷却力を与える方法であって
（Ａ）主冷凍機により生成された冷却力を用いて極低温液を冷却し、冷却された前記極低温液を少なくとも１つの超伝導装置に送って、前記超伝導装置に冷却作用を与えるステップと、
（Ｂ）主冷凍機により生成された前記冷却力を用いて極低温液を過冷却し、過冷却された前記極低温液を予備貯蔵容器に送り、前記予備貯蔵容器内の液体を過冷却状態に維持するステップと、
（Ｃ）過冷却された液体を前記予備貯蔵容器から前記超伝導装置に送って、前記超伝導装置に冷却作用を与えるステップと
を含む方法。
【請求項２】
ステップ（Ｃ）の少なくとも一部がステップ（Ａ）と同時に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（Ｃ）がステップ（Ａ）の後に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（Ｃ）がステップ（Ａ）の前に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記主冷凍機からの前記極低温液が複数の個別の超伝導装置に送られる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の超伝導装置が全て同じ種類である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の超伝導装置が全て同じ種類ではない、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の超伝導装置が超伝導変電所を備える、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記極低温液が液体窒素、液体ヘリウム、液体アルゴン及び液体ネオンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備貯蔵容器にタンク・トラックからの極低温液を送るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記タンク・トラックからの前記極低温液が、前記予備貯蔵容器に送り込まれる前に過冷却される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
（Ａ）主冷凍機、少なくとも１つの超伝導装置、及び極低温液を前記主冷凍機から前記超伝導装置に送る手段と、
（Ｂ）予備貯蔵容器、及び極低温液を前記主冷凍機から前記予備貯蔵容器に送る手段と、
（Ｃ）極低温液を前記予備貯蔵容器から前記超伝導装置に送る手段と
を備える、超伝導装置に冷却力を与える装置。
【請求項１３】
前記主冷凍機が極低温冷却器である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記極低温冷却器がパルス管冷凍機である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
補助冷凍機と、過冷却された極低温液を前記補助冷凍機から前記予備貯蔵容器に送る手段とをさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
燃料セルと、液体を前記補助冷凍機から前記燃料セルに送る手段とをさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記主冷凍機及び前記予備貯蔵容器から極低温液を受け入れる複数の超伝導装置を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記超伝導装置が全て同じ種類である、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記超伝導装置が全て同じ種類ではない、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記超伝導装置が超伝導変電所を備える、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、１つ又は複数の超伝導装置に対する冷却作用（ｃｏｏｌｉｎｇ）すなわち冷却力（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）の供与に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導は、特定の金属、合金、及びＹＢＣＯ、ＲＥＢＣＯ及びＢＳＣＣＯなどの化合物が非常な低温では電気抵抗を失い、その結果、無限の導電性を持つようになる現象である。超伝導装置の使用では、超伝導装置に与えられる冷却作用すなわち冷却力が特定のレベルから下がらず、電線が超伝導を行う能力を失って装置の機能が損なわれないことが重要である。しばしばこの冷却力は極低温液によって与えられ、液が温められることによって装置中で消費される。ほとんどの装置は、電気的な理由から気相の冷却材を容認しない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一態様は超伝導装置に冷却力を与える方法であり、以下を含む。
（Ａ）主冷凍機により生成された冷却力を用いて極低温液を冷却し、冷却された極低温液を少なくとも１つの超伝導装置に送って、超伝導装置に冷却作用を与えるステップ。
（Ｂ）主冷凍機により生成された冷却力を用いて極低温液を過冷却し、過冷却された極低温液を予備貯蔵容器に送り、予備貯蔵容器内の液体を過冷却状態に維持するステップ。
（Ｃ）過冷却された液体を前記予備貯蔵容器から前記超伝導装置に送って、前記超伝導装置に冷却作用を与えるステップ。
【０００４】
本発明の別の態様は超伝導装置に冷却力を与える装置であり、以下を含む。
（Ａ）主冷凍機、少なくとも１つの超伝導装置、及び極低温液を主冷凍機から超伝導装置に送る手段。
（Ｂ）予備貯蔵容器、及び極低温液を主冷凍機から予備貯蔵容器に送る手段。
（Ｃ）極低温液を予備貯蔵容器から超伝導装置に送る手段。
【０００５】
本明細書において用いられる用語「極低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」は、１２０Ｋ以下の温度を意味する。
【０００６】
本明細書において用いられる用語「極低温冷却器（ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）」は、極低温を達成し維持し得る冷凍を行う機械を意味する。
【０００７】
本明細書において用いられる用語「超伝導体（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」は、極低温に達すると導電に対する抵抗を全て失う物質を意味する。
【０００８】
本明細書において用いられる用語「冷却力（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）」は、準環境温度の物体からの熱を拒絶する力を意味する。
【０００９】
本明細書において用いられる用語「間接熱交換（ｉｎｄｉｒｅｃｔ  ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅ）」は、物体どうしが相互に物理的接触、又は混合が一切ない状態で熱交換関係を持つようにすることを意味する。
【００１０】
本明細書において用いられる用語「過冷却する（ｓｕｂｃｏｏｌ）」は、ある液体を、存在する圧力に対するその液体の飽和温度より低い温度に達するまで冷却することを意味する。
【００１１】
本明細書において用いられる用語「直接熱交換（ｄｉｒｅｃｔ  ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅ）」は、冷却体及び加熱体の接触を通じて冷却力を伝達することを意味する。
【００１２】
本明細書において用いられる用語「超伝導装置（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）」は、超伝導物質を、例えば高温若しくは低温超伝導電線として、或いは発電機若しくはモーターの回転子のコイル用電線、又は磁石若しくはトランスのコイル用電線の形態として使う装置を意味する。
【００１３】
図中の符号は、共通の要素について同一である。
【実施例】
【００１４】
本発明を図を参照しつつ、より詳しく説明する。図１を参照すると、１つ又は複数の超伝導装置に送るための極低温液を冷却する冷却力を生成する主冷凍機１が示されている。
【００１５】
主冷凍機１は、好ましくは極低温冷却器である。本発明の実施には任意の適切な極低温冷却器が使用されてよい。そのような極低温冷却器には、スターリング極低温冷却器、ギフォードマクマホン極低温冷却器及びパルス管冷凍機を挙げることができる。パルス管冷凍機は、閉回路中で作用ガスを振動させそれにより熱負荷を冷却部から高温部に移送する閉じた冷却システムである。振動の周期と位相はシステムの構成によって決まる。駆動装置すなわち圧力波発生装置は、ピストン若しくは他の機械式圧縮装置、音響若しくは熱音響音波発生器、又はパルス若しくは圧縮波を作用ガスに与える他の任意の適切な装置でよい。すなわち圧力波発生装置は、パルス管中の作用ガスにエネルギーを伝達し、圧力振動及び速度振動を生じさせる。ヘリウムが好ましい作用ガスである。しかし任意の有効な作用ガスをパルス管冷凍機中で使ってよく、中でも窒素、酸素、アルゴン及びネオン、又はそれらの１つ若しくは複数を含む混合ガス、例えば大気などが挙げられる。
【００１６】
振動している作用ガスは好ましくは、後部冷却器で冷却された後、低温端に移動するにつれてリジェネレータ中で冷却される。パルス管冷凍システムの形状及びパルス発信構成は、冷却ヘッド中の振動している作用ガスがパルス周期の何分の一かの割合で膨張し、間接熱交換によって熱が作用ガスに吸収され、この間接熱交換が極低温液に冷却力を与えるというものである。気体排気量及び圧力パルスを適切な位相に維持するために、好ましくはこのパルス管冷凍システムはイナータンス・チューブ及び貯蔵部を使用する。貯蔵部容量は充分大きくし、その結果振動流の際に貯蔵部内には微細な圧力振動しか生じないようにする。
【００１７】
極低温冷却器の構成部品は、機械式圧縮器（圧力波発生装置）と、イナータンス・チューブ及び貯蔵部と、最終熱排除システムと、極低温冷却器を駆動し制御するために必要な電気部品とを含む。電気エネルギーは主に圧力波発生装置内で音響エネルギーに変換される。この音響エネルギーは、振動している作用ガスによって移送管を介して冷却ヘッドまで移送される。移送管は、圧力波発生装置と冷却ヘッドの高温端に位置する後部冷却器を接続し、上述したように冷却ヘッドで熱が除かれる。
【００１８】
主冷凍機１で生成された冷却力によって過冷却された極低温液は管路６中を経て１つ又は複数の超伝導装置まで通されるが、この超伝導装置をそれぞれ入力管路２４、２５及び２６を有する２１、２２及び２３として図１に代表的な形態で示す。本発明の実施に用いられてよい極低温液の中で、液体窒素と、液体ヘリウムと、液体アルゴンと、液体ネオンと、これらの液体の１つ若しくは複数を含む混合液とを挙げることができる。
【００１９】
本発明の実施に用いられてよい超伝導装置の例は、トランス、発電機、モーター、故障電流制御器／限流器、電子機器／携帯電話送信機、高温又は低温超伝導電線、赤外線センサ、超伝導磁気エネルギー貯蔵システム、及び磁気共鳴断層撮影システム又は他の工業的応用で用いられるような磁石を含む。複数の超伝導装置が極低温液から冷却作用を受けるときは、装置は全て同じ種類の装置であってよく、又は２つ以上の装置が異なる種類であってよい。さらに装置は機能的な方法若しくは他の方法で接続されてよく、又は超伝導変電所若しくは超大型変電所のような施設の一部であってよい。
【００２０】
超伝導装置（１つ又は複数）に冷却作用を与えた後、非過冷却化された極低温液は、帰還ループで主冷凍機に帰還し、そこで再度過冷却されて、再び超伝導装置（１つ又は複数）に送られる。図１に示す本発明の実施例において、帰還ループはそれぞれ超伝導装置２１、２２及び２３からの出力ライン２７、２８及び２９を備え、これらはそれぞれ管路７に合流し、主冷凍機１に帰還する。
【００２１】
時の経過により、主冷凍機と超伝導装置（１つ又は複数）の間を再循環する極低温液は蒸発損失するため、補充が必要になる。この補充は、予備貯蔵容器２に蓄えられた極低温液で行われる。予備貯蔵容器２の極低温液はまた、主冷凍機の故障又は他の停止の事態の際にも超伝導装置（１つ又は複数）に供給される。
【００２２】
極低温液が予備貯蔵容器２から超伝導装置に供給されるとき、超伝導装置（１つ又は複数）に対する充分な冷却作用を確保し及び装置内に気体が全く生成されないようにするために、極低温液が過冷却状態であることが必須である。本発明の実施では予備貯蔵容器中の極低温液は過冷却状態に保持される。主冷凍機１に生成された冷却力によって過冷却された極低温液は、管路６から分岐している管路４などを経て予備貯蔵容器２に送られる。同時に、予備貯蔵容器２からの極低温液の一部は、管路７に接続している管路５などを経て主冷凍機１に、過冷却をさらに行うために送られる。このようにして、予備貯蔵容器２の内容物は過冷却状態に保たれる。必要なときには、予備貯蔵容器２からの過冷却された極低温液は、管路６に接続している通過管路８などを通して、超伝導装置（１つ又は複数）に冷却作用を与えるために超伝導装置（１つ又は複数）に送られる。予備貯蔵容器から超伝導装置（１つ又は複数）への過冷却された極低温液の通過は、主冷凍機から超伝導装置（１つ又は複数）への過冷却された極低温液通過中の時間の少なくとも一部で及び／又はその通過後に行われてよい。実際は、予備貯蔵容器から超伝導装置（１つ又は複数）への過冷却された極低温液の通過は、主冷凍機から超伝導装置（１つ又は複数）への過冷却された極低温液の通過の前に、例えばシステムのスタートアップの間に行われてもよい。
【００２３】
時々、予備貯蔵容器中の極低温液は補充される。補充の極低温液がタンク・トラック１５で供給される補充の一構成を図２に示す。好ましくは補充極低温液は、予備貯蔵容器に送り込まれる前に過冷却される。図２に示す実施例では、タンク・トラック１５からの極低温液は充填管路１６を経て補助冷凍機１０に送られ、補助冷凍機１０で過冷却された後、補助冷凍機１０から管路１１を経て予備貯蔵容器２に送られる。補助冷凍機１０は補助電源１２から電力を供給される。好ましくは補助冷凍機１０は真空ポンプ・システムを備えており、このように真空ポンプ・システムを用いると必要な補助電力供給の規模がかなり縮小される。さらに図２に示すように、極低温液が液体水素の場合は、真空ポンプ式冷凍機から送られる水素ガスを、管路１３を通して燃料電池１４に送り、燃料電池を活性化してもよく、この燃料電池の出力で真空ポンプのモーターを駆動できる。別法として、極低温液を過冷却することなくタンク・トラックから予備貯蔵容器に送り、それにより全ての過冷却を主冷凍機で行うようにしてよく、又はタンク・トラックからの極低温液を予備貯蔵容器に送り込む前にトラックに搭載された携帯式補助冷凍機で過冷却してよい。
【００２４】
特定の好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の他の実施例が本特許請求の範囲の精神と範囲の中に存在することが当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の極低温超伝導冷却システムの好ましい実施例の概略図である。
【図２】極低温液送付の一選択肢を示す本発明の極低温超伝導冷却システムの実施例の概略図である。
【図１】
2009503423.tif 000003
【図２】
2009503423.tif 000004
【国際調査報告】
2009503423.tif 000005
2009503423.tif 000006
2009503423.tif 000007