(57)【要約】【課題】超伝導ケーブルを冷却するための信頼性のある方法を提供すること。【解決手段】本発明の方法によれば、加圧された液体寒剤が、真空ポンプによって低圧に維持された真空容器に流入され、この液体寒剤の一部がフラッシュされて、冷却された液体寒剤が生成される。加圧された液体と組み合わされた排気エネルギーが圧力勾配を生じ、この圧力勾配は、冷却された液体寒剤を連続的に供給するのに役立ち、それによって超伝導ケーブルに冷却が提供される。【選択図】図１
2004303732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導ケーブルに冷却を提供する方法であって、
（Ａ）液体寒剤を貯蔵容器から真空容器へ通し、該液体寒剤の一部を前記真空容器の中にフラッシュさせて前記真空容器内に蒸気と冷却された液体寒剤とを作り出すステップと、
（Ｂ）前記蒸気を前記真空容器からポンプで排出するステップと、
（Ｃ）前記冷却された液体寒剤を前記真空容器から超伝導ケーブルへ通し、前記冷却された液体寒剤から前記超伝導ケーブルに冷却を提供するステップと
を含む超伝導ケーブルの冷却方法。
【請求項２】
前記液体寒剤が液体窒素を含む請求項１に記載の冷却方法。
【請求項３】
前記真空容器の圧力が、前記貯蔵容器の圧力より少なくとも６．９ｋＰａ（１ポンド／平方インチ）低い請求項１に記載の冷却方法。
【請求項４】
前記真空容器からポンプで排出された蒸気が、ポンプ輸送前に加熱され、次いで大気中に放出される請求項１に記載の冷却方法。
【請求項５】
前記液体寒剤が、前記超伝導ケーブルを冷却した後も依然として液体状態である請求項１に記載の冷却方法。
【請求項６】
前記冷却された液体寒剤が、前記超伝導ケーブルを冷却した後、前記真空容器へ通される請求項５に記載の冷却方法。
【請求項７】
超伝導ケーブルに冷却を提供する方法であって、
（Ａ）液体寒剤を貯蔵容器から真空容器へ通し、該液体寒剤の一部を前記真空容器の中にフラッシュさせて前記真空容器内に蒸気と冷却された液体寒剤とを作り出すステップと、
（Ｂ）前記蒸気を前記真空容器からポンプで排出するステップと、
（Ｃ）前記冷却された液体寒剤を用いた間接的熱交換によって冷媒流体を冷却して冷却された冷媒流体を作り出し、該冷却された冷媒流体を超伝導ケーブルへ通し、前記冷却された冷媒流体から前記超伝導ケーブルに冷却を提供するステップと
を含む超伝導ケーブルの冷却方法。
【請求項８】
前記液体寒剤が液体窒素を含む請求項７に記載の冷却方法。
【請求項９】
前記真空容器の圧力が、前記貯蔵容器の圧力より少なくとも６．９ｋＰａ（１ポンド／平方インチ）低い請求項７に記載の冷却方法。
【請求項１０】
前記真空容器からポンプで排出された蒸気が、ポンプ輸送前に加熱され、次いで大気中に放出され請求項７に記載の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に冷却または冷凍の提供に関するものであり、より詳細には、超伝導ケーブルに冷却または冷凍を提供することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超伝導は、ある種の金属、合金および化合物がきわめて低い温度で電気抵抗を失い、無限の導電率を有するようになる現象である。
【０００３】
送電のために超伝導ケーブルを用いる際には、ケーブルが超伝導する能力を失い電送が損なわれることがないように、超伝導ケーブルに提供される冷却すなわち冷凍が中断されないことが重要である。超伝導ケーブルに対して必要な冷凍を行うことができるシステムが知られているが、閉ループ型のターボ機械式冷凍システムなどのそうしたシステムはコストがかかり、また複雑で故障し易いので、超伝導ケーブルを連続して確実に冷却するためにはバックアップ・システムの使用が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明の目的は、超伝導ケーブルに冷却を提供する主要手段またはバックアップ手段として用いることができる、超伝導ケーブルに冷却を提供するための信頼性のある方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示を読めば当業者には明らかになるであろう上記および他の目的は、本発明によって達成される。本発明の１つの観点は、
（Ａ）貯蔵容器から真空容器へ液体寒剤を流し、この液体寒剤の一部を真空容器内にフラッシュ（ｆｌａｓｈｉｎｇ）させて、真空容器内に蒸気と冷却された液体寒剤とを生成するステップと、
（Ｂ）蒸気を真空容器からポンプで排出するステップと、
（Ｃ）冷却された液体寒剤を真空容器から超伝導ケーブルへ流し、冷却された液体寒剤から超伝導ケーブルに冷却を提供するステップと
を含む、超伝導ケーブルに冷却を提供する方法である。
【０００６】
本発明の別の観点は、
（Ａ）貯蔵容器から真空容器へ液体寒剤を流し、この液体寒剤の一部を真空容器内にフラッシュさせて、真空容器内に蒸気と冷却された液体寒剤とを生成するステップと、
（Ｂ）蒸気を真空容器からポンプで排出するステップと、
（Ｃ）冷却された液体寒剤を用いた間接的熱交換によって冷媒流体を冷却して冷却された冷媒流体を生成し、この冷却された冷媒流体を超伝導ケーブルへ流し、冷却された冷媒流体から超伝導ケーブルに冷却を提供するステップと
を含む、超伝導ケーブルに冷却を提供する方法である。
【０００７】
本明細書で用いる「極低温」とは、１２０Ｋ以下の温度を意味する。
【０００８】
本明細書で用いる「超伝導ケーブル」という用語は、ある極低温に達すると電流の伝導に対する抵抗をすべて失う材料でできたケーブルを意味する。
【０００９】
本明細書で用いる「冷凍」という用語は、亜大気温度（ｓｕｂａｍｂｉｅｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の要素からの熱を受け入れない能力を意味する。
【００１０】
本明細書で用いる「間接的熱交換」という用語は、要素を互いに物理的接触または混合させることなく、各要素に熱交換関係をもたらすことを意味する。
【００１１】
本明細書で用いる「直接的熱交換」という用語は、冷却要素または加熱要素の接触によって冷凍を伝えることを意味する。
【００１２】
本明細書で用いる「真空容器」という用語は、貯蔵容器からこの真空容器に流される液体寒剤の圧力より低い内部圧力を有する容器を意味する。
【００１３】
本明細書で用いる「真空ポンプ」という用語は、気体を亜大気圧力から大気圧に移動させるために用いる圧縮器を意味する。
【００１４】
本明細書で用いる「フラッシュ」という用語は、液体の一部の気化であって、そのときに液体の気化した部分がその周囲から気化の潜熱を吸収して、その周囲を冷却することを意味する。その場合、気化しない残りの液体は冷却される。液体の蒸気圧を下げることによりフラッシュが引き起こされる。
【実施例】
【００１５】
一般に本発明は低圧容器を使用することを含み、液体寒剤がこの低圧容器内にフラッシュされて冷却された液体寒剤を生成し、次いで、その冷却された液体寒剤が超伝導ケーブルを冷却するために用いられる。本発明は、超伝導ケーブルに対して信頼性の高い冷却を提供し、特に、超伝導ケーブル用の主要な冷凍システムに対するバックアップとして有用である。
【００１６】
本発明を、図面を参照してさらに詳細に説明する。ここで図１を参照すると、液体寒剤が、一般に１０３．４〜５５１．６ｋＰａ（１５〜８０ポンド／平方インチ（ＰＳＩＡ））の範囲の絶対圧力で液体寒剤の貯蔵容器１に貯蔵されている。本発明の実施に際して使用するのに好ましい液体寒剤は、液体窒素である。
【００１７】
液体寒剤は貯蔵容器１からライン２に取り出され、弁３を通過してライン４へ流れ、このライン４は、寒剤が真空容器に流入する流量を制御するように働く弁５に通じている。液体寒剤は、弁５からライン６に流れ、真空容器７へ向かう。真空容器７はある圧力で動作しており（すなわち内部圧力を有しており）、その圧力は貯蔵容器１の圧力より低い。一般に、真空容器７の動作圧力は貯蔵容器１の圧力より少なくとも６．９ｋＰａ（１ＰＳＩ）低く、典型的には、貯蔵容器１の圧力より６．９〜５５１．６ｋＰａ（１〜８０ＰＳＩ）低い。一般には、真空容器７の動作圧力は、６．９〜２０．７ｋＰａ（１〜３ＰＳＩ）の範囲内である。
【００１８】
真空容器７の内部の圧力が低いため、液体寒剤がライン６を通って真空容器７に流入するとき、流入する液体寒剤の一部がフラッシュされて蒸気となり、残りの液体寒剤は冷却された状態で残る。冷却された液体寒剤は真空容器７の低部に集まり、蒸気は真空容器７の上部を占める。大量貯蔵タンクからの飽和液は、最初に大量タンクの飽和特性で真空容器内に導入される。大量タンクの通常の飽和温度は、蒸気圧の低下のために、真空容器内の飽和温度より高い。真空容器への導入直後、この不均衡によって液体の一部が気化し、それによって飽和状態が回復される。気化した液体が残りの液体を冷却する。これは、液体の気化した部分がその周囲から気化の潜熱を吸収するために起こる。次いで、冷却された残りの液体は、真空容器内の蒸気圧に対応した、その低下した飽和温度に達することができる。液体は、残りの液体がその低下した飽和温度に達するまで気化し続ける。
【００１９】
真空容器７の内部圧力または動作圧力を必要な低い圧力に維持するために、蒸気を真空容器からポンプで排出する。図１に示す本発明の実施例では、真空ポンプ８の動作によって真空容器７から蒸気を排出する。蒸気は真空容器７からラインまたはストリーム９に取り出され、弁１０を通過して、電気ヒーター１２に通じるライン１１に流れる。ここではヒーターを用いて、気化した寒剤の温度を真空ポンプの入口に適したレベルまで上昇させる。電気ヒーターは、雰囲気過熱器など他のタイプのヒーターより低い圧力低下をもたらすので好ましい。放出された気化寒剤はなお冷凍に有用であり、他の必要な冷却のために用いることができるが、その場合、より小さいヒーターが必要であり、あるいはヒーターは不要である。蒸気は電気ヒーター１２からライン１３を通過して真空ポンプ８に入り、そこからライン１４内に流れて通気口１５に通され、大気中に放出される。
【００２０】
冷却された液体寒剤は、真空容器７の低部、好ましくは底部からラインまたはストリーム１６に取り出され、低温ポンプ１７に通され、そこからライン１８内に流れて超伝導ケーブル１９に通される。冷却された液体は、超伝導ケーブルとの直接的または間接的熱交換によって暖められ、それによって超伝導ケーブルを必要な極低温に維持するように超伝導ケーブルを冷却すなわち冷凍する。
【００２１】
液体寒剤は、超伝導ケーブル・セグメント１９からライン２０に取り出される。ラインまたはストリーム２０内の液体寒剤は、一般に、且つ好ましくは、依然として液体状態である。次いで、冷却された液体寒剤は弁２１を通過してライン２２に入り、ライン６中の冷却された液体寒剤と一緒になって真空容器７に流入してフラッシュされ、冷却された液体寒剤がさらに生成される。
【００２２】
図２は、冷却された液体寒剤を用いて、再循環する冷媒流体を冷却し、次いでその冷媒流体を用いて超伝導ケーブルを冷却する本発明の他の実施例を示している。図２の数字は、共通の要素について図１の数字と同じであり、そうした共通要素について繰り返し詳細な説明は行わない。
【００２３】
ここで図２を参照すると、ラインまたはストリーム２３内の冷媒流体は熱交換器２４を通過し、そこで液体寒剤を真空容器７の中にフラッシュさせた結果として生成された冷却液体寒剤と間接的に熱交換されることによって冷却される。図２に示すように、熱交換器２４、ならびに冷媒流体と冷却された液体寒剤との間の熱交換は、真空容器７内に配置されることが好ましい。本発明の実施に際して使用するのに好ましい冷媒流体は、常に液体状態の窒素である。
【００２４】
冷却された冷媒流体は熱交換器２４から引き出され、ライン２５に入って超伝導ケーブル１９へ流れ、そこで先に図１を参照して説明した方法と類似の方法で超伝導ケーブルを冷却または冷凍する。暖められた冷媒流体は超伝導ケーブル・セグメントからライン２６に取り出され、低温ポンプ２７を通過して、そこからライン２３に出て、再循環して熱交換器２４に戻る。
【００２５】
本発明をある好ましい実施例を参照して詳細に説明したが、当業者には特許請求の範囲の趣旨および範囲内で本発明の他の実施例が存在することが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】真空容器からの冷却された液体を用いて超伝導ケーブルを冷却する本発明の好ましい一実施例の概略図である。
【図２】冷却された液体が再循環冷媒流体を冷却し、次いで冷媒流体が超伝導ケーブルを冷却する本発明の好ましい別の実施例の概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  貯蔵容器
３、５、１０、２１  弁
７  真空容器
８  真空ポンプ
１２  電気ヒーター
１７、２７  低温ポンプ
１９  超伝導ケーブル
２４  熱交換器
【図１】
2004303732.tif 000003
【図２】
2004303732.tif 000004
【外国語明細書】
2004303732000001.pdf