(57)【要約】【課題】超電導機器の冷却システムにおいて、その冷却，供給側クライオスタットの間に配管したトランスファーチューブの配管作業を容易とする配管構造を提供する。【解決手段】超電導機器１を収容したクライオスタット２と、極低温冷凍機５,送液ポンプ６を搭載して極低温冷媒（液体窒素LN2）を収容したクライオスタット４との間にトランスファーチューブ７，８を配管して冷媒を循環移送するようにし、前記トランスファーチューブはその両端部に挿入管部７ａ，８ａを垂下形成した真空断熱二重管になり、クライオスタットの蓋部１０に開口した管挿入口１０ａに通して差し込み配管したものにおいて、前記蓋部１０の管挿入口にベローズ継手９を立設し、配管の施工に際して前記挿入管部７ａ，８ａをベローズ継手９に通して冷却側，供給側のクライオスタットに差し込み、この状態で挿入管部７ａ，８ａをベローズ継手９の先端にフランジ結合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導機器を極低温冷媒に浸漬して収容した冷却側のクライオスタットと、極低温冷凍機,送液ポンプを搭載して容器内に極低温冷媒を収容した供給側のクライオスタットとの間に往路側,復路側のトランスファーチューブを配管し、このトランスファーチューブを通じて供給側のクライオスタットから冷却側のクライオスタットに極低温冷媒を循環移送するようにした超電導機器冷却システムに適用する極低温冷媒の配管構造であって、前記トランスファーチューブはその両端部に挿入管部を垂下形成した真空断熱二重管構造になり、前記挿入管部をクライオスタットの蓋部に開口した管挿入口に通して供給側，および冷却側のクライオスタットの容器内に差し込み配管したものにおいて、
供給側，冷却側のクライオスタットの蓋部に開口した管挿入口に前記トランスファーチューブよりも大径なベローズ継手を立設し、配管の施工に際してトランスファーチューブの挿入管部を前記ベローズ継手に通して冷却側，供給側のクライオスタットに差し込み、この状態でトランスファーチューブを前記ベローズ継手の先端にフランジ結合したことを特徴とする超電導機器冷却システムに適用する極低温冷媒の配管構造。
【請求項２】
請求項１に記載の配管構造において、トランスファーチューブをその長手方向の途中箇所で分割し、配管の施工に際して分割チューブごとにその一端に垂下形成した挿入管部をクライオスタットの容器に差し込み、この状態で管継手を介して前記分割箇所の間を接続したことを特徴とする超電導機器冷却システムに適用する極低温冷媒の配管構造。
【請求項３】
請求項２に記載の配管構造において、長手方向に分割したトランスファーチューブの分割チューブの間に中継接続管を介装して連通接続したことを特徴とする超電導機器冷却システムに適用する極低温冷媒の配管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導変圧器などの超電導機器の冷却システムにおいて、超電導機器を収容した冷却側のクライオスタットと極低温冷凍機，送液ポンプを搭載した供給側のクライオスタットとの間に配管して極低温冷媒を循環移送するトランスファーチューブの配管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、超電導技術を利用した各種超電導機器について様々な研究,開発が行われており、また高温超電導体を採用した超電導機器は液体窒素温度（７７Ｋ）での運転が可能であることから、液体窒素を冷媒とする超電導機器冷却システムの開発が実用化に向けて進められている。
【０００３】
次に、液体窒素を冷媒として超電導変圧器などの超伝導機器を冷却する液体窒素冷却システム（例えば、特許文献１参照）の基本構成を図６に示す。
【０００４】
図６において、１は超電導機器（例えば、超電導変圧器の巻線部）、２は超電導機器１を収容した極低温容器になる冷却側のクライオスタット、３は供給側のクライオスタット４に極低温冷凍機５，送液ポンプ６を搭載装備した冷媒供給ユニットであり、超電導機器１を収容した極低温容器２と冷媒供給ユニット３のクライオスタット４との間には冷媒移送用管路として往路側，および復路側のトランスファーチューブ７，８が配管されている。なお、LN2はクライオスタット２，４に収容した液体窒素(液体冷媒）、N2は液体窒素の液面上の空間を満たしている窒素ガスである。
【０００５】
上記の構成で、超電導機器１の運転時には、クライオスタット４に収容した液体窒素LN2を極低温冷凍機５によりサブクール状態の過冷却液体窒素（例えば、６５Ｋ）に冷却し、往路側トランスファーチューブ７，復路側トランスファーチューブ８を通じて冷却側のクライオスタット２に循環移送して超電導機器１を臨界温度以下に保冷するようしている。
【０００６】
ここで、前記した冷媒循環用の配管には、一般に真空断熱二重管構造のトランスファーチューブが使われている。このトランスファーチューブは、冷媒（液体窒素）を流す内管と内管を包囲する外管とからなり、その内管と外管との間の空間を真空引きして真空断熱層とした金属製の二重パイプで、そのトランスファーチューブの両端部を図示のようにＬ形にエルボ曲げして挿入管部（直管）を垂下形成し、この挿入管部をクライオスタット２，４の上蓋に開口した管挿入口を通して容器内に差し込むように配管している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１５６０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記した超電導機器の冷却システムに適用する極低温冷媒の配管構造は、配管の施工面で次記のような課題がある。
【０００９】
すなわち、小規模な実験設備で液体窒素を貯留タンクからデュワーのような小容積のクライオスタットに汲み出す際に使用する場合は、一般に液体窒素の汲み出し流量を３リットル／分程度として、使用するトランスファーチューブは内管径が５mm程度であるフレキシブル構造のトランスファーチューブを用いている。
【００１０】
一方、図６における超電導機器１が数ＭＶＡクラスの超電導変圧器であると、その背丈が数ｍにもなり、この超電導機器１を液体窒素に浸漬して収容する冷却側のクライオスタット２は大容積の大形断熱容器となる。また、図６の液体窒素冷却システムで超電導変圧器の運転状態でその超電導コイルを臨界温度以下の冷却状態に維持するために、供給側のクライオスタット４と冷却側のクライオスタット２との間で循環移送する液体窒素ＬＮ2の流量を５０リットル／分程度に想定すると、液体窒素の移送に伴う配管の圧力損失などを考慮して往路，復路側の管路に使用するトランスファーチューブ７，８は、少なくとも内管径が１５mm，外管径は１００mm程度の太い真空断熱二重パイプが必要であり、また大形のクライオスタット２と４の間に掛け渡すトランスファーチューブもかなり長尺となる。したがって、この冷却システムで使用するトランスファーチューブは、移送する液冷媒から受ける圧力も考慮して要求される配管強度を確保するためにはパイプの肉厚を増す必要があることから、必然的にトランスファーチューブ自身の剛性も増加する。
【００１１】
このため、前記した小規模な実験設備に使用するトランスファーチューブと同じようにベローズ構造のフレキシブルな真空断熱二重管を採用しても、管径，肉厚増加に伴うトランスファーチューブ自身の高い剛性によって人力では自由に曲げたりすることができず、このままでは人手作業による現場でのトランスファーチューブの配管作業が困難になる。
【００１２】
特に、トランスファーチューブの両端部に形成した挿入管部に垂下角度に傾きが生じていたり、床面上に並置したクライオスタット２，４の据付け位置にずれがあったりすると、あらかじめトランスファーチューブの両端部に垂下形成した挿入管部とクライオスタット２，４の蓋部に開口した管挿入口との間に芯ずれが生じて容器内に差し込む配管作業が困難となるほか、この挿入管部と管挿入口との間のシールも難しくなる。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、先記した超電導機器冷却システム（図６参照）の据付け現場で供給側のクライオスタットと冷却側のクライオスタットとの間に跨がって極低温冷媒移送用のトランスファーチューブを配管する際に、先記した施工上の不具合を解消してトランスファーチューブの配管作業を適正、かつ容易に行うことができるよう改良した配管構造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】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、超電導機器を極低温冷媒に浸漬して収容した冷却側のクライオスタットと、極低温冷凍機,送液ポンプを搭載して容器内に極低温冷媒を収容した供給側のクライオスタットとの間に往路側,復路側のトランスファーチューブを配管し、このトランスファーチューブを通じて供給側のクライオスタットから冷却側のクライオスタットに極低温冷媒を循環移送するようにした超電導機器冷却システムに適用する極低温冷媒の配管構造であって、前記トランスファーチューブはその両端部に挿入管部を垂下形成した真空断熱二重管構造になり、前記挿入管部をクライオスタットの蓋部に開口した管挿入口に通して供給側，および冷却側のクライオスタットの容器内に差し込み配管したものにおいて、
供給側，冷却側のクライオスタットの蓋部に開口した管挿入口に前記トランスファーチューブよりも大径なベローズ継手を立設しておき、配管の施工に際してトランスファーチューブの挿入管部を前記ベローズ継手に通して冷却側，供給側のクライオスタットに差し込み、この状態でトランスファーチューブを前記ベローズ継手の先端にフランジ結合するようにする。
【００１５】
また、前記の配管構造には次記のような付加的構造を追加して構成することができる。
（１）前記のトランスファーチューブをその長手方向の途中箇所で分割し、配管の施工に際して前記分割チューブごとにその一端側に垂下形成した挿入管部をクライオスタットの容器内に差し込み、この状態で管継手を介して前記分割チューブの間を連通接続する。
（２）前項（１）において、長手方向に分割した分割チューブの間に中継接続管を介装して連通接続するようにする。
【発明の効果】
【００１６】
上記した本発明の配管構造によれば、超電導機器の冷却システムを構築する据付け現場で供給側のクライオスタットと冷却側のクライオスタットとの間に跨がって極低温冷媒移送用のトランスファーチューブを掛け渡す際の配管作業を適正，かつ容易に行うことができる。
【００１７】
すなわち、クライオスタットの蓋部に開口した管挿入口にあらかじめベローズ継手を立設しておくことにより、トランスファーチューブの両端部に垂下形成した挿入管部に多少の芯ずれが生じていても、トランスファーチューブを無理やり曲げて修正することなしに可撓性のベローズ継手が追随変形して挿入管部の芯ずれを吸収し、これにより供給側，冷却側のクライオスタットに差し込んだトランスファーチューブの挿入管部をベローズ継手の先端にフランジ結合してシール配管することができる。
【００１８】
また、トランスファーチューブを長手方向に分割し、配管作業の進行に合わせてその分割箇所の間に管継手を介して連通接続するようにしたことにより、トランスファーチューブの端部に垂下形成した挿入管部を供給側，冷却側のクライオスタットに差し込む際には、トランスファーチューブの分割チューブの間を切り離した状態で分割チューブ同士の干渉無しにライオスタットへの挿入管部の差し込み作業を個別に分けて容易に行うことができる。この場合に、必要に応じて前記分割チューブの間に中継接続管を介装接続するようにすれば、供給側と冷却側のクライオスタットとの間の離間距離が長く、この離間距離に合わせてトランスファーチューブを延長する必要がある場合、あるいはクライオスタットの据付け位置を設置後に変更する場合にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係わる超電導機器冷却システムの配管構造を表す模式構成図である。
【図２】図１における矢視Ａ部の詳細構造を表す断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係わる超電導機器冷却システムの配管構造を表す模式構成図である。
【図４】図３における管継手部の詳細構造を表す断面図である。
【図５】図３の応用実施例として分割チューブの間に中継接続管を介挿して連通接続した実施例３の配管構造の断面図である。
【図６】本発明の配管構造を適用する超電導機器の液体窒素冷却システムの基本的な模式構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明による配管構造の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図において、図６に示した超電導機器の冷却システムに対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の実施例１の配管構造を図1，図２に示す。この配管構造を適用する超電導機器の冷却システムは基本的に図６と同様であり、超電導機器１を収容した冷却側のクライオスタット２と冷媒供給ユニット３の極低温冷凍機５，送液ポンプ６を搭載した供給側のクライオスタット４との間には、真空断熱二重管構造になる往路側，復路側のトランスファーチューブ7，８が配管されており、各トランスファーチューブ７，８の両端部に垂下形成した挿入管部（直管）７ａ，８ａがクライオスタット２，４の蓋部１０に開口した管挿入口１０ａを通して差し込み配管されている。
【００２２】
そして、図示実施例の配管構造では、前記蓋部１０に開口した管挿入口１０ａごとに、ベローズ継手９が直立姿勢に立設されており、このベローズ継手９を通してトランスファーチューブ７，８の挿入管部７ａ，８ａをクライオスタット２，４の容器内に差し込んで配管するようにしている。
【００２３】
ここで、前記ベローズ継手９は、図２で示すように蛇腹構造のベローズ９ａと、ベローズ９ａの上下両端に溶接接合したフランジ９ｂ，９ｃとからなり、クライオスタット２，４の蓋部１０に開口した管挿入口１０ａに合わせて下部側のフランジ９ｃを蓋部１０の上面に重ね合わせ、ボルト１２により両者の間を締結する。また、蓋部１０とフランジ９ｃとの間にシール部材（Ｏリング）９ｄを介装して両者の間を気密にシールしている。
【００２４】
なお、ベローズ継手９はトランスファーチューブ７，８の管径よりも大径なものを用い、図示のようにトランスファーチューブの挿入管部７ａ，８ａを通した状態で、蓋部１０の管挿入口１０ａとの間に少なくとも１０mm以上の距離Ｘを確保するようにしている。
【００２５】
一方、トランスファーチューブの挿入管部７ａ，８ａの外周には、あらかじめ結合フランジ１１を嵌挿，接合しておき、この挿入管部７ａ，８ａを前記ベローズ継手９に通してクライオスタット２，４の容器内に差し込み配管する際に、前記結合フランジ１１をベローズ継手９の上部側フランジ９ｂにシール部材９ｄを介して重ね合わせ、この状態で締結ボルト１２によりフランジ１１と９ｂの間を締結するようにしている。
【００２６】
なお、前記の結合フランジ１１には、締結ボルト１２の通し穴として周方向の長穴を穿孔しておき、ベローズ継手９を通してクライオスタット２，４の容器内にトランスファーチューブを差し込んだ状態で、挿入管部７ａ，８ａを軸中心としたトランスファーチューブ７，８の水平方向の動きを可能とし、水平方向の位置調整ができるようにしている。
【００２７】
上記の構成により、クライオスタット２と４の間に跨がってトランスファーチューブ７，８を配管する際には、その両端部に垂下形成した挿入管部７ａ，８ａをベローズ継手９に通してクライオスタットの容器内に差し込んだ状態で、挿入管部７ａ，８ａの結合フランジ１１をベローズ継手９の上部側フランジ９ｂに重ね合わせてボルト１２で締結することにより、挿入管部７ａ，８ａとクライオスタット２，４との間を気密にシール結合できる。
【００２８】
また、この場合に挿入管部７ａ，８ａの垂下角度が多少ずれてベローズ継手９との間に多少の芯ずれが生じていても、これに追随してベローズ継手９のベローズ９ａが可撓変形するので、トランスファーチューブ自身を曲げ修正することなしに配管作業を容易に行うことができる。なお、前記ベローズ継手９の高さを１００mm程度として、挿入管部７ａ，８ａと蓋部１０の管挿入口１０ａとの間に１０mm程度の距離Ｘを確保しておけば、仮に挿入管部７ａ，８ａの垂下角度が垂直から５°程度傾いていても蓋部１０に接触することなしに配管作業を進めることができる。
【実施例２】
【００２９】
次に、本発明の実施例２の配管構造を図３，図４に示す。この実施例では、クライオスタット２と４の間に跨がって配管したトランスファーチューブ７，８（図１参照）をその長手方向で分割チューブ７−１，７−２、および８−１，８−２に分割し、その分割箇所の間を管継手（フランジ継手）１５により接続するようにしている。
【００３０】
この管継手１５は、図４で示すように分割チューブ７−１，７−２，８−１，８−２の外管１３に接合したフランジ１５ａと１５ｂの間にシール部材（シールリング）１５ｃを挟み込んで締結ボルト１２により締結している。なお、１６は分割チューブの内管１４の分割箇所を連通接続する内管継手（例えば、プラグイン式のバヨネット継手）である。
【００３１】
そして、トランスファーチューブの配管作業は次のような手順で行う。まず、分割チューブ７−１と７−２、８−１と８−２の間を切り離した状態で、各分割チューブの端部から垂下した挿入管部７ａ，８ａをクライオスタット２，４の蓋部１０に立設したベローズ継手９（図２参照）に通して容器内に個別に差し込む。続いて、各分割チューブの挿入管部７ａ，８ａを回転軸としてベローズ継手９の上で分割チューブ７−１と７−２、および８−１と８−２の管端に設けた管継手１５の各フランジ１５ａと１５ｂが互いに向き合うように位置決めし、この状態で図示のように分割チューブ７−１と７−２、および８−１と８−２の外管１３，内管１４の間を連通接続する。
【実施例３】
【００３２】
次に、本発明の実施例３の配管構造を図５に示す。この実施例では、図３，図４の実施例２における管継手１５に中継接続管１７を追加して分割チューブ７−１と７−２、および８−１と８−２との間を連通接続するようにしている。
【００３３】
図５において、中継接続管１７は、真空断熱二重管になるトランスファーチューブの外管，内管に相応する外管１７ａ，内管１７ｂと、外管１７ａの両端に溶接接合したフランジ１７ｃ，１７ｄと、図４の内管継手と同様な一対の内管継手１６とで構成し、図示のように分割チューブ７−１と７−２、および８−１と８−２との間に介装し、フランジ１７ｃ，１７ｄと管継手１５（図４参照）のフランジ１５ａ，１５ｂの間にシール部材（シールリング）１５ｃを挟んで締結ボルト１２で連結結合する。また、内管１７ｂはその両端に内管継手１６を介して分割チューブ７−１と７−２、および８−１と８−２との間を連通接続する。
【００３４】
上記の配管構造によれば、供給側と冷却側のクライオスタット２と４（図３参照）との間の配管距離が長く、この距離に合わせて長いトランスファーチューブの配管が必要となる場合、あるいはクライオスタット２，４の据付け位置を設置後に変更する場合でも容易に対応できる。また、前記中継接続管１７の外管１７ａ，内管１７ｂを伸縮可能なベローズ構造を採用すれば、配管作業をより容易に行うことができる。
【００３５】
なお、先記した実施例２，３では、トランスファーチューブの分割チューブ相互間の接続に、シールリングを有するフランジ式の管継手構造を用いているが、フランジ式の管継手構造の代わりにバヨネット継手構造を用いることもできる。また、真空断熱二重管構造の分割チューブ７−１と７−２、および８−１と８−２の接続構造として、例えば、特開２００９−４４８９４号明細書に開示されているような真空カバーを分割チューブの間に跨がって布設した構造を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１：超電導機器
２：冷却側のクライオスタット
３：冷媒供給ユニット
４：供給側のクライオスタット
５：極低温冷凍機
６：送液ポンプ
７：往路側のトランスファーチューブ
８：復路側のトランスファーチューブ
７ａ，８ａ：挿入管部
７-1,７-2，８-1，８-2：分割チューブ
９：ベローズ継手
１０：蓋部
１３：トランスファーチューブの外管
１４：トランスファーチューブの内管
１５，１６：管継手
１７：中継接続管
ＬＮ2：液体窒素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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