(57)【要約】【課題】      ＬＮＧ冷熱を利用した超電導電力システムにおいて、コンパクトで高効率、かつ信頼性が高く安価な運転コストのシステムを提供する。【解決手段】  超電導コイル１としてＢi、Ｓr、Ｃa、Ｃu、Ｏの金属の構成比が２：２：２：３の２２２３相を用い臨界温度を１１０Ｋとし、気体冷媒（気体窒素）により超電導コイル１を冷却するように前記超電導コイル１の冷却システム２を構成し、臨界温度近傍の温度の液化天然ガス（ＬＮＧ）により超電導コイル１の冷却システム２の気体媒体を冷却するとともに液化天然ガスの温度と前記超電導コイル１の臨界温度との差を補償するために臨界温度より低温の補償用液体冷媒（液体窒素）を冷却システム２の気体冷媒に供給して、超電導コイル１を所望の冷却温度とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統側に連結された超電導コイルを含み、該電力系統側から供給された電力を臨界温度以下の温度に保たれた前記超電導コイルにより磁気エネルギーとして貯蔵し、必要に応じて該超電導コイルに貯蔵した磁気エネルギーを前記電力系統側へ戻すようにした超電導電力貯蔵装置において、前記超電導コイルとしてＢi、Ｓr、Ｃa、Ｃu、Ｏの金属の構成比が２：２：２：３の２２２３相を用いてその臨界温度を１１０Ｋとし、気体冷媒により前記超電導コイルを冷却するように前記超電導コイルの冷却システムを構成し、前記臨界温度近傍の温度の液化天然ガスにより該超電導コイルの冷却システムの気体媒体を冷却するとともに該液化天然ガスの温度と前記超電導コイルの臨界温度との差を補償するために前記臨界温度より低温の補償用液体冷媒を前記冷却システムの気体冷媒に供給して、前記超電導コイルを所望の冷却温度とすることを特徴とする超電導電力貯蔵装置。
【請求項２】
前記超電導コイルの冷却システムの気体媒体が液体窒素が気化したものであることを特徴とする請求項１に記載の超電導電力貯蔵装置。
【請求項３】
前記補償用液体冷媒が液体窒素であることを特徴とする請求項１または２に記載の超電導電力貯蔵装置。
【請求項４】
前記液化天然ガスの容器と前記冷却システムとを熱交換器を介して連結していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超電導電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導技術を利用した超電導電力貯蔵装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、超電導技術を利用した超電導電力システムを冷却するために発電燃料、都市ガス燃料などとして用いられている液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷熱を利用した超電導電力貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導技術を利用した電力システムとして、様々な提案がなされている。例えば、特許文献１（特開昭６４−８４６１４号公報）には、液体窒素（ＬＮ２）を収納した保冷容器３内に超電導コイル２を配置して、液体窒素（ＬＮ２）により超電導コイル２を冷却することが開示されている。具体的には、保冷容器１内の供給タンク４にＬＮ２  を入れ、管路３ａを介して保冷容器３へＬＮ２を送っている。保冷容器３で蒸発した窒素ガスは管路３ｂから管路５に集められる。また、供給タンク４で蒸発した窒素ガスは管路５に集められる。管路５に圧縮機６を設置し、窒素ガスを圧縮機６で圧縮し、管路８ａを経由して熱交換器７の凝縮部に通す。熱交換器７の冷却部に液化天然ガス（ＬＮＧ）を通し、凝縮部の窒素ガスと熱交換させて、液化天然ガスの冷熱を窒素ガスに移し、窒素ガスを冷却液化し、保存用供給タンク４に戻そうとしている。
【０００３】
特許文献２（特開２００２−１３０８５１公報）においては、保冷容器１１内に収納した液体窒素１７に超電導コイル１３を浸漬している。保冷容器１１に、冷凍機３の圧縮機３１、高温管３２および減圧弁３３を連結し、冷凍機３の高温管３２と低温管３４との間で熱交換するようにしている。低温管３４は蓄冷槽２の高温管２２に連結しており、蓄冷槽２の高温管２２と低温管２１との間で熱交換する。ＬＮＧ貯蔵容器６から天然ガス利用装置へ流れるＬＮＧが低温管２１を流れる。
【０００４】
非特許文献１（「超電導に関する技術開発の動向について」新エネルギー・産業開発機構、平成１５年５月１９日発行）には、超電導コイルを、交直変換器、クエンチ保護システム、永久電流スイッチを介して電力系統側に連結した超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ装置）が開示されており、この超電導電力貯蔵装置においては、電力系統側から供給された電力を液体ヘリウムや液体窒素により臨界温度以下の温度に冷却された超電導コイルにより磁気エネルギーとして貯蔵し、必要に応じて超電導コイルに貯蔵した磁気エネルギーを電力系統側へ戻すようにしている。
【特許文献１】特開昭６４−８４６１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３０８５１公報
【非特許文献１】「超電導に関する技術開発の動向について」新エネルギー・産業開発機構、平成１５年５月１９日発行
【非特許文献２】住友電工ニュースレター：ＳＥＩ  ＷＯＲＬＤ  ２００４年８月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の超電導エネルギー貯蔵システムは、超電導電力貯蔵装置１の保冷容器３に収容された超電導コイル２の発熱などにより発生する窒素ガスなどの冷却用の不活性ガスを圧縮機６で圧縮して熱交換器７に導き、そこでＬＮＧ冷熱により冷却液化し、保存用冷却タンク４に戻して装置を冷却している。
【０００６】
しかしながら、超電導電力システムに冷媒として利用できる液体窒素の沸点は７７．３Ｋと低いので、ＬＮＧ冷熱温度（１１１Ｋ）では気化した窒素を再液化することができず、この特許文献１に開示された技術は本質的に利用することができない。
【０００７】
特許文献２では冷凍機３内に圧縮機３１および減圧弁３３を設ける必要があり設備費が高価となり、また圧縮機３１および減圧弁３３を作動させるための動力を要し運転コストが高価である。このため、特許文献２の技術は実用に供し得ない。
【０００８】
非特許文献１に開示された超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ装置）においては、超電導コイルを収納した冷却容器に液体ヘリウムや液体窒素を入れ、冷却容器内の超電導コイルに液体ヘリウムや液体窒素に接触させて、超電導コイルの臨界温度以下の温度に冷却しているが、低温冷媒が高価なため、運転コストが高価である。
【０００９】
電力会社その他における火力発電燃料、都市ガス会社の販売する都市ガス燃料などとして用いられている天然ガスは、輸送効率や安全性を高めるために、冷却され液体状態（液化天然ガス（ＬＮＧ））としてガス田から消費地まで輸送され、貯蔵されている。液化天然ガス（ＬＮＧ）は使用に際して海水などにより加熱して液体状態から気体状態に相変化される。この際に、従来、液化天然ガス（ＬＮＧ）の有する冷熱は使用されることなく加熱用海水等中に捨てられており、経済損失となっていた。
【００１０】
上述した従来技術の問題点に鑑み、本発明は、ＬＮＧ冷熱を利用した超電導電力システムにおいて、コンパクトで高効率、かつ信頼性が高く安価な運転コストのシステム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】
本発明においては、上記の目的を、電力系統側に連結された超電導コイルを含み、該電力系統側から供給された電力を臨界温度以下の温度に保たれた超電導コイルにより磁気エネルギーとして貯蔵し、必要に応じて該超電導コイルに貯蔵した磁気エネルギーを前記電力系統側へ戻すようにした超電導電力貯蔵装置において、前記超電導コイルとしてＢi、Ｓr、Ｃa、Ｃu、Ｏの金属の構成比が２：２：２：３の２２２３相を用いてその臨界温度を１１０Ｋとし、気体冷媒により前記超電導コイルを冷却するように前記超電導コイルの冷却システムを構成し、前記臨界温度近傍の温度の液化天然ガスにより該超電導コイルの冷却システムの気体媒体を冷却するとともに該液化天然ガスの温度と前記超電導コイルの臨界温度との差を補償するために前記臨界温度より低温の補償用液体冷媒を前記冷却システムの気体冷媒に供給して、前記超電導コイルを所望の冷却温度とすることを特徴とする超電導電力貯蔵装置により達成する。
【００１２】
本発明の超電導コイルの冷却システムの気体媒体は液体窒素が気化したものであることが好ましく、補償用液体冷媒は液体窒素であることが好ましい。また、補償用液体冷媒を超電導コイル冷却システムに供給することにより冷媒量が増加するが、この増加した冷媒の量を補償する装置を設けることが好ましい。その増加量は冷却システムの全気体冷媒の量に比較して少量でよく、また、液化天然ガスの量に比較しても少量である。
【発明の効果】
【００１３】
特許文献１、２においては、液体窒素等の液体状態の不活性ガスを冷却媒体としている。これに対して、本発明では気体化した不活性ガス（窒素ガスなど）を冷却媒体として用い、超電導コイルとして臨界温度が１１０Ｋの２２２３相、すなわち、Ｂi（ビスマス）、Ｓr（ストロンチウム）、Ｃa（カルシウム）、Ｃu（銅）、Ｏ（酸素）（金属の構成比２：２：２：３）を用いており、気体化した冷却媒体により超電導コイルを冷却している。
【００１４】
この結果、本発明の超電導コイル冷却装置は超電導コイルの臨界温度１１０Ｋと等しいか、それより少し低い温度に設定すればよい。そこで、本発明においては、例えば、電力会社の発電用燃料または都市ガス会社の都市ガス用燃料として広く用いられている液化天然ガス（ＬＮＧ）の保存時の温度が１１１Ｋであることに着目し、超電導コイル冷却装置内の気体化した冷却媒体を１１１Ｋの液化天然ガス（ＬＮＧ）により冷却している。これにより、超電導コイルの冷却温度はＬＮＧ（１１１Ｋ）と僅かな温度差となる。なお、液化天然ガス配管と冷却システムとを熱交換器を介して連結することにより、燃料用の液化天然ガスの冷熱により本発明の冷却システムを安価に冷却することができる。しかも、液化天然ガス（ＬＮＧ）は、冷却状態で輸送され発電用燃料または都市ガス用燃料として広く用いられているので、その冷熱を上述の冷却に用いることにより冷却に要する費用が極めて低減できる。
【００１５】
また、上述の温度差を補償するために、超電導コイルの冷却温度よりも低温の液体状態の冷媒（窒素ガスなど）を超電導コイル冷却装置内の気体状態の冷媒に注入するという簡単な方法で超電導コイルを所望の冷却温度とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例を図示した図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る超電導電力貯蔵装置の一実施例の概略構成図である。
【００１７】
超電導コイル１は臨界温度以下の温度では電気抵抗がなくなる超電導導線が巻かれコイルとされたものであり、臨界温度以下の温度に保たれた冷却システム２内に設置されている。超電導コイル１は、例えば非特許文献１（「超電導に関する技術開発の動向について」新エネルギー・産業開発機構、平成１５年５月１９日発行）に開示されたＳＭＥＳ装置と同様に、交直変換器３、クエンチ保護システム４、永久電流スイッチ５を介して電力系統６側に連結され、超電導電力貯蔵装置が構成されている。
【００１８】
この超電導電力貯蔵装置においては、電力系統６側から供給された電力を臨界温度以下の温度に保たれた超電導コイル１により磁気エネルギーとして貯蔵し、必要に応じて超電導コイル１に貯蔵した磁気エネルギーを電力系統６側へ戻すようにしている。
【００１９】
本発明においては、超電導コイル１としてＢi（ビスマス）、Ｓr（ストロンチウム）、Ｃa（カルシウム）、Ｃu（銅）、Ｏ（酸素）の金属の構成比が２：２：２：３の２２２３相のビスマス系超電導線材を用いて構成している。この２２２３相のビスマス系超電導線材を用いた超電導コイル１は、例えば非特許文献２（住友電工ニュースレター：ＳＥＩ  ＷＯＲＬＤ  ２００４年８月号）に開示されているように、その臨界温度が１１０Ｋと超電導線材の中では高いことが知られている。
【００２０】
本発明においては、前述した超電導コイル１を冷却する超電導コイル１の冷却システム２は気体冷媒により冷却するように構成しており、本実施例においては超電導コイル１の冷却システム２の気体媒体として液体窒素が気化した気体窒素を用いている。
【００２１】
臨界温度が１１０Ｋの超電導コイル１を内蔵した冷却システム２と、この臨界温度近傍の温度（１１１Ｋ）の液化天然ガス配管７とを、公知の構造の熱交換器８を介して連結しており、温度１１１Ｋの液化天然ガスの冷熱により超電導コイル１の冷却システム２の気体媒体（本実施例では気体窒素）を冷却するようにしている。なお、液化天然ガスとしては、冷却状態で輸送され電力会社その他における火力発電燃料、都市ガス会社その他の都市ガス燃料などに利用するものを貯蔵状態で用いることができ、それにより冷却に要する費用が極めて低減できる。
【００２２】
しかし、液化天然ガスの温度（１１１Ｋ）は超電導コイル１の臨界温度（１１０Ｋ）より高温のため、上述の構成のみでは冷却システム２を超電導コイル１の臨界温度（１１０Ｋ）以下に冷却できない。
【００２３】
その対策として、特許文献２のように冷凍機を用いたのでは、冷凍機内に圧縮機および減圧弁を設ける必要があり設備費が高価となり、また圧縮機および減圧弁を作動させるための動力を要し運転コストが高価となる。
【００２４】
また、非特許文献１に開示されたように、冷却容器に液体ヘリウムや液体窒素を入れ、冷却容器内の超電導コイルを液体ヘリウムや液体窒素に接触させて、超電導コイルの臨界温度以下の温度に冷却した場合には、低温冷媒が高価なため、運転コストが高価である。
【００２５】
そこで、本発明においては、液化天然ガスの温度（１１１Ｋ）と超電導コイル１の臨界温度（１１０Ｋ）との差を補償するために、超電導コイル１の臨界温度（１１０Ｋ）より低温の補償用液体冷媒を冷却システム２の気体冷媒に供給して、冷却システム２の温度を超電導コイル１の臨界温度（１１０Ｋ）以下に冷却し、超電導コイル１を所望の冷却温度に冷却している。
【００２６】
本実施例においては、補償用液体冷媒として温度が７７Ｋで比較的入手が容易な液体窒素を、冷却システム２の気体冷媒（液体窒素が気化した気体状窒素）中に直接供給して、そこで気体冷媒との温度差で気化させ、冷却システム２の気体冷媒を冷却している。なお、液体窒素を供給することにより、冷却システム２の気体冷媒量が余剰となる心配がある場合には、冷却システム２の容器に余剰の冷媒を外部に逃がす弁を設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る超電導電力貯蔵装置の一実施例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  超電導コイル
２  冷却システム
３  交直変換器
４  クエンチ保護システム
５  永久電流スイッチ
６  電力系統
７  液化天然ガス配管
８  熱交換器
【図１】
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