(57)【要約】【課題】本発明は、超電導ケーブルの予冷処理時に発生する気化冷媒を有効活用することで、冷凍機の性能を向上させて、短時間で冷媒ガスをサブクール温度まで冷却することの可能な超電導ケーブル冷却装置、及び超電導ケーブルの冷却方法を提供することを課題とする。【解決手段】排気ライン４３から分岐され、気化冷媒が流れる気化冷媒供給ライン５１と、排気ライン４３に設けられ、超電導ケーブル２７から導出された気化冷媒の温度を検出する温度センサ４４と、温度センサ４４が検出した温度が、所定の温度よりも高い場合に、排気ライン４３から気化冷媒を大気放出し、所定の温度よりも低い場合に、気化冷媒供給ライン５１に気化冷媒を供給させる制御装置５９と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化冷媒が貯留されたタンクと、
一端が前記タンクの下端と接続され、超電導ケーブルの一端を介して、前記液化冷媒を該超電導ケーブルに供給する液化冷媒供給ラインと、
前記液化冷媒供給ラインに設けられ、該液化冷媒供給ラインに前記液化冷媒を圧送循環させるポンプと、
冷媒ガスを循環させる冷媒ガス循環ライン、該冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを圧縮する圧縮機、該圧縮機の後段に位置する前記冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを断熱膨張させる膨張タービン、前記膨張タービンで断熱膨張させた前記冷媒ガスと前記液化冷媒供給ラインを流れる前記液化冷媒とを熱交換させることで、該液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒用熱交換器、及び該液化冷媒用熱交換器を通過した前記冷媒ガスと前記圧縮機で圧縮された前記冷媒ガスとを熱交換させる冷媒ガス用熱交換器を含む冷凍機と、
前記タンクと前記ポンプとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続された分岐ラインと、
前記分岐ラインに設けられた流量調節弁と、
前記超電導ケーブルから導出され、前記液化冷媒のうち、気化した気化冷媒を大気放出する排気ラインと、
前記排気ラインから分岐され、前記気化冷媒が流れる気化冷媒供給ラインと、
前記排気ラインに設けられ、前記超電導ケーブルから導出された前記気化冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサが検出した温度が、所定の温度よりも高い場合に、前記排気ラインから前記気化冷媒を大気放出し、前記所定の温度よりも低い場合に、前記気化冷媒供給ラインに前記気化冷媒を供給させる制御装置と、
を有することを特徴とする超電導ケーブル冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインの延在方向と同じ方向に延在しており、
前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器の前段において分岐され、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインと異なる位置で接続された複数の分岐部を有し、
前記制御装置は、前記温度センサが検出する温度に基づいて、前記複数の分岐部のうち、いずれか１つを介して、前記気化冷媒を供給することを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブル冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒ガス用熱交換器の前段に位置する前記気化冷媒供給ライン、及び前記複数の分岐部に対して、それぞれバルブを設けたことを特徴とする請求項２記載の超電導ケーブル冷却装置。
【請求項４】
前記ポンプと前記液化冷媒用熱交換器との間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒用熱交換器と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続され、前記液化冷媒用熱交換器をバイパスする第１のバイパスラインと、
前記第１のバイパスラインに設けられたバルブと、
を有することを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の超電導ケーブル冷却装置。
【請求項５】
一端に前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒が導出され、他端が前記タンク内の上部に配置された液化冷媒回収ラインと、
前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと前記分岐ラインとの接続位置と、前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒回収ラインと接続され、前記超電導ケーブルをバイパスする第２のバイパスラインと、
前記第２のバイパスラインに設けられたバルブと、
を有することを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の超電導ケーブル冷却装置。
【請求項６】
超電導ケーブルの予冷処理を含む超電導ケーブルの冷却方法であって、
前記超電導ケーブルの予冷処理は、冷凍機を経由させることなく、タンク内の液化冷媒を超電導ケーブルに供給して、該超電導ケーブルを冷却するケーブル予冷工程と、
前記ケーブル予冷工程において、前記超電導ケーブルの冷却に寄与した前記液化冷媒が気化することで生成される気化冷媒の温度が所定の温度よりも低くなった際、前記冷凍機を構成する冷媒ガス用熱交換器内に配置された気化冷媒供給ラインに、前記気化冷媒を供給する気化冷媒供給工程と、
前記冷凍機内において、前記冷媒ガス用熱交換器を用いて、圧縮機により圧縮された冷媒ガスと、液化冷媒用熱交換器を通過し、低温とされた冷媒ガスとを熱交換させることで、前記圧縮された冷媒ガスを冷却する冷媒ガス冷却工程と、
膨張タービンにより、前記予冷された冷媒ガスを断熱膨張させる工程と、
前記液化冷媒用熱交換器を用いて、前記断熱膨張させた前記冷媒ガスとタンクから供給された液化冷媒とを熱交換させることで、前記液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒冷却工程と、
を含むことを特徴とする超電導ケーブルの冷却方法。
【請求項７】
前記気化冷媒供給工程では、前記気化冷媒の温度に基づいて、該気化冷媒を導入させる前記冷媒ガス用熱交換器の位置を決定することを特徴とする請求項６記載の超電導ケーブルの冷却方法。
【請求項８】
前記超電導ケーブルの予冷処理後に行う前記超電導ケーブルの本冷却処理を含み、
前記超電導ケーブルの本冷却処理は、ポンプにより、前記冷凍機を通過させた前記液化冷媒を前記超電導ケーブルに供給し、該超電導ケーブルを本冷却する本冷却工程と、
前記本冷却工程において、前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒を前記タンク内に回収する液化冷媒回収工程と、
を含むことを特徴とする請求項６または７記載の超電導ケーブルの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブル冷却装置、及び該超電導ケーブル冷却装置を用いた超電導ケーブルの冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導送電ケーブル、超電導変圧器、超電導モーター、超電導限流器、超電導電力貯蔵器等の超電導電力機器を冷却する際には、液体窒素が冷媒として使用されている。
超電導電力機器を冷却する場合、超電導電力機器を構成する超電導体（例えば、コイルやケーブル等）をその臨界温度以下に冷却すると液化冷媒が昇温する。
このため、超電導電力機器を冷却する冷却装置は、液化冷媒を冷却するための冷凍機と、冷媒を循環するための循環ポンプと、冷媒を貯留するタンクと、を含む構成とされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図３は、従来の超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。
ここで、図３を参照して、従来の超電導ケーブル冷却装置１００について説明する。
従来の超電導ケーブル冷却装置１００は、タンク１１１と、液化冷媒供給ライン１１３と、ポンプ１１６と、冷媒ガス循環ライン１１７−１、液化冷媒用熱交換器１１７−２、膨張タービン１１７−３、及び冷媒ガス用熱交換器１１７−５を含む冷凍機１１７と、分岐ライン１１８と、第１及び第２の超電導ケーブルターミナル１２２，１２４と、液化冷媒回収ライン１２６と、排気ライン１３１と、開放弁１３２と、を有する。
【０００４】
タンク１１１内には、液化冷媒１１２が貯留されている。液化冷媒１１２を、液化冷媒供給ライン１１３を経由させ圧送し、第１の超電導ケーブルターミナル１２２から、超電導ケーブル１２３に導入させる。
冷凍機１１７は、ポンプ１１６の下流側に位置する液化冷媒供給ライン１１３の一部と、冷媒ガス循環ライン１１７−１の一部と、を収容している。液化冷媒用熱交換器１１７−２は、液化冷媒供給ライン１１３の一部を流れる液化冷媒と、冷媒ガス循環ライン１１７−１の一部を流れる冷媒ガスと、を熱交換させることで、液化冷媒を冷却させる。
【０００５】
液化冷媒回収ライン１２６は、第２の超電導ケーブルターミナル１２４から導出された液化冷媒を回収し、タンク１１１内に戻して、該液化冷媒を再利用するためのラインである。
排気ライン１３１は、第２の超電導ケーブルターミナル１２４と接続されている。排気ライン１３１には、第２の超電導ケーブルターミナル１２４を介して、液化冷媒が気化した気化冷媒が導出される。
【０００６】
上記構成とされた超電導ケーブル冷却装置１００は、目的の場所に設置後、常温とされた超電導ケーブル１２３をゆっくりと冷却する予冷処理（ポンプ１１６及び冷凍機１１７を使用しない処理）が行われる。このとき、上記予冷処理開始時の超電導ケーブル１２３の温度が常温のため、超電導ケーブル１２３の温度により液化冷媒が気化し、気化冷媒が発生する。該気化冷媒は、再利用されることなく、開放弁１３２及び排気ライン１３１を介して大気放出させる。
【０００７】
一般的に、超電導ケーブル１２３の長さは、数ｋｍと非常に長いため、常温から冷媒の飽和温度まで超電導ケーブル１２３を予冷するためには、大量の液化冷媒が必要となる。
また、超電導ケーブル１２３の熱収縮による応力を緩和する観点から、超電導ケーブル１２３の予冷処理は、数日間かけてゆっくりと行うことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１０６７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、液化冷媒として液体窒素を用いる場合、排気ライン１３１に導出され、大気放出される気化冷媒（気化した液体窒素）の温度は、大気の温度よりも低く、上記予冷処理が完了する頃には液体窒素の飽和温度である７７Ｋに近い温度となる。
このため、排気ライン１３１に導出され、冷熱エネルギーとして利用可能な気化冷媒を大気放出する従来の超電導ケーブル冷却装置１００では、冷熱エネルギーを有効活用できないという問題があった。
また、従来の超電導ケーブル冷却装置１００では、超電導ケーブル１２３の予冷の開始から完了までに非常に長い時間を要するという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、超電導ケーブルの予冷処理時に発生する気化冷媒を有効活用することで、冷凍機の性能を向上させて、短時間で液化冷媒をサブクール温度まで冷却することの可能な超電導ケーブル冷却装置、及び超電導ケーブルの冷却方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、液化冷媒が貯留されたタンクと、一端が前記タンクの下端と接続され、超電導ケーブルの一端を介して、前記液化冷媒を該超電導ケーブルに供給する液化冷媒供給ラインと、前記液化冷媒供給ラインに設けられ、該液化冷媒供給ラインに前記液化冷媒を圧送循環させるポンプと、冷媒ガスを循環させる冷媒ガス循環ライン、該冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを圧縮する圧縮機、該圧縮機の後段に位置する前記冷媒ガス循環ラインに設けられ、前記冷媒ガスを断熱膨張させる膨張タービン、前記膨張タービンで断熱膨張させた前記冷媒ガスと前記液化冷媒供給ラインを流れる前記液化冷媒とを熱交換させることで、該液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒用熱交換器、及び該液化冷媒用熱交換器を通過した前記冷媒ガスと前記圧縮機で圧縮された前記冷媒ガスとを熱交換させる冷媒ガス用熱交換器を含む冷凍機と、前記タンクと前記ポンプとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続された分岐ラインと、前記分岐ラインに設けられた流量調節弁と、前記超電導ケーブルから導出され、前記液化冷媒のうち、気化した気化冷媒を大気放出する排気ラインと、前記排気ラインから分岐され、前記気化冷媒が流れる気化冷媒供給ラインと、前記排気ラインに設けられ、前記超電導ケーブルから導出された前記気化冷媒の温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した温度が、所定の温度よりも高い場合に、前記排気ラインから前記気化冷媒を大気放出し、前記所定の温度よりも低い場合に、前記気化冷媒供給ラインに前記気化冷媒を供給させる制御装置と、を有することを特徴とする超電導ケーブル冷却装置が提供される。
【００１２】
また、請求項２に係る発明によれば、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインの延在方向と同じ方向に延在しており、前記気化冷媒供給ラインは、前記冷媒ガス用熱交換器の前段において分岐され、前記冷媒ガス用熱交換器内に配置された前記冷媒ガス循環ラインと異なる位置で接続された複数の分岐部を有し、前記制御装置は、前記温度センサが検出する温度に基づいて、前記複数の分岐部のうち、いずれか１つを介して、前記気化冷媒を供給することを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。
【００１３】
また、請求項３に係る発明によれば、前記冷媒ガス用熱交換器の前段に位置する前記気化冷媒供給ライン、及び前記複数の分岐部に対して、それぞれバルブを設けたことを特徴とする請求項２記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。
【００１４】
また、請求項４に係る発明によれば、前記ポンプと前記液化冷媒用熱交換器との間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒用熱交換器と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと接続され、前記液化冷媒用熱交換器をバイパスする第１のバイパスラインと、前記第１のバイパスラインに設けられたバルブと、を有することを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。
【００１５】
また、請求項５に係る発明によれば、一端に前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒が導出され、他端が前記タンク内の上部に配置された液化冷媒回収ラインと、前記冷凍機と前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインと前記分岐ラインとの接続位置と、前記超電導ケーブルとの間に位置する前記液化冷媒供給ラインから分岐され、前記液化冷媒回収ラインと接続され、前記超電導ケーブルをバイパスする第２のバイパスラインと、前記第２のバイパスラインに設けられたバルブと、を有することを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の超電導ケーブル冷却装置が提供される。
【００１６】
また、請求項６に係る発明によれば、超電導ケーブルの予冷処理を含む超電導ケーブルの冷却方法であって、前記超電導ケーブルの予冷処理は、冷凍機を経由させることなく、タンク内の液化冷媒を超電導ケーブルに供給して、該超電導ケーブルを冷却するケーブル予冷工程と、前記ケーブル予冷工程において、前記超電導ケーブルの冷却に寄与した前記液化冷媒が気化することで生成される気化冷媒の温度が所定の温度よりも低くなった際、前記冷凍機を構成する冷媒ガス用熱交換器内に配置された気化冷媒供給ラインに、前記気化冷媒を供給する気化冷媒供給工程と、前記冷凍機内において、前記冷媒ガス用熱交換器を用いて、圧縮機により圧縮された冷媒ガスと、液化冷媒用熱交換器を通過し、低温とされた冷媒ガスとを熱交換させることで、前記圧縮された冷媒ガスを冷却する冷媒ガス冷却工程と、膨張タービンにより、前記予冷された冷媒ガスを断熱膨張させる工程と、前記液化冷媒用熱交換器を用いて、前記断熱膨張させた前記冷媒ガスとタンクから供給された液化冷媒とを熱交換させることで、前記液化冷媒をサブクール温度まで冷却する液化冷媒冷却工程と、を含むことを特徴とする超電導ケーブルの冷却方法が提供される。
【００１７】
また、請求項７に係る発明によれば、前記気化冷媒供給工程では、前記気化冷媒の温度に基づいて、該気化冷媒を導入させる前記冷媒ガス用熱交換器の位置を決定することを特徴とする請求項６記載の超電導ケーブルの冷却方法が提供される。
【００１８】
また、請求項８に係る発明によれば、前記超電導ケーブルの予冷処理後に行う前記超電導ケーブルの本冷却処理を含み、前記超電導ケーブルの本冷却処理は、ポンプにより、前記冷凍機を通過させた前記液化冷媒を前記超電導ケーブルに供給し、該超電導ケーブルを本冷却する本冷却工程と、前記本冷却工程において、前記超電導ケーブルを通過した前記液化冷媒を前記タンク内に回収する液化冷媒回収工程と、を含むことを特徴とする請求項６または７記載の超電導ケーブルの冷却方法が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超電導ケーブルの予冷処理時に発生する気化冷媒を有効活用することで、冷凍機の性能を向上させて、短時間で液化冷媒をサブクール温度まで冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。
【図３】従来の超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施の形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の超電導ケーブル冷却装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。
図１を参照するに、第１の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置１０は、タンク１１と、液化冷媒供給ライン１３と、バルブ１５，３３，５３〜５７と、ポンプ１７と、分岐ライン２１と、流量調整弁２２と、第１の超電導ケーブルターミナル２５と、第２の超電導ケーブルターミナル２８と、液化冷媒回収ライン３１と、圧力調整用ライン３５と、圧力計３７，４６と、開放弁３８，４７と、超電導ケーブル２７を冷却する液化冷媒１２をサブクール温度まで冷却する冷凍機４１と、排気ライン４３と、温度センサ４４と、気化冷媒供給ライン５１と、逆止弁５８と、制御装置５９と、を有する。
【００２３】
ここでの「サブクール温度」とは、サブクール状態（液体がその飽和温度（沸騰が起きる温度）より低い状態）となる温度帯のことをいう。大気圧下における液体窒素を液化冷媒１２として用いる場合、サブクール温度とは、沸点（約７７Ｋ）から凝固点（約６３Ｋ）までの温度帯のことをいう。なお、飽和温度とは、ある液体の圧力がその飽和蒸気圧と等しくなる温度のことをいう。
【００２４】
タンク１１は、液化冷媒１２を貯留するためのリザーバータンクである。タンク１１の構造としては、外気の環境温度の影響により液化冷媒を気化しにくくする観点から、例えば、真空二重構造や断熱材を用いた断熱構造が好ましい。
液化冷媒１２としては、超電導ケーブル２７の超電導状態を維持可能とする臨界温度領域で液化可能な物質が好ましく、かつサブクール状態で絶縁性の高いものが好ましい。このような液化冷媒１２としては、安全面やコスト面を考慮すると、例えば、液化窒素（液体窒素）を用いることができる。
【００２５】
液化冷媒供給ライン１３は、一端がタンク１１の下端と接続されており、他端が第１の超電導ケーブルターミナル２５と接続されている。液化冷媒供給ライン１３は、超電導ケーブル２７の一端を介して、超電導ケーブル２７の一端に液化冷媒１２を供給する。
液化冷媒供給ライン１３は、液化冷媒用熱交換器６３内に配置される区間１３Ａ（ポンプ１７と第１の超電導ケーブルターミナル２５との間に位置する液化冷媒供給ライン１３の一部）を有する。
【００２６】
バルブ１５は、分岐ライン２１の分岐位置とタンク１１との間に位置する液化冷媒供給ライン１３に設けられている。バルブ１５が開かれると、液化冷媒供給ライン１３、及び分岐ライン２１にタンク１１内の液体媒体１２が供給される。
【００２７】
ポンプ１７は、分岐ライン２１の分岐位置と冷凍機４１との間に位置する液化冷媒供給ライン１３に設けられている。ポンプ１７は、液化冷媒供給ライン１３に液化冷媒１２を圧送循環させる。
ポンプ１７は、超電導ケーブル２７に液化冷媒１２を圧送する機能を有する。液化冷媒として液化窒素を用いる場合、ポンプ１７としては、例えば、３０Ｌ／ｍｉｎ〜１００Ｌ／ｍｉｎの範囲内で液化窒素を圧送可能なものを用いるとよい。
【００２８】
分岐ライン２１は、バルブ１５とポンプ１７との間に位置する液化冷媒供給ライン１３から分岐され、冷凍機４１と第１の超電導ケーブルターミナル２５との間に位置する液化冷媒供給ライン１３と接続されている。分岐ライン２１は、ポンプ１７及び冷凍機４１をバイパスするように設けられている。
流量調整弁２２は、分岐ライン２１に設けられている。流量調整弁２２は、流量調整弁２２の下流側に供給する液化冷媒１２の流量を調整するためのバルブである。
【００２９】
第１の超電導ケーブルターミナル２５は、超電導ケーブル２７の一端に設けられている。超電導ケーブル２７の一端には、第１の超電導ケーブルターミナル２５を介して、液化冷媒１２が供給される。
第２の超電導ケーブルターミナル２８は、超電導ケーブル２７の他端に設けられている。常温とされた超電導ケーブル２７の予冷処理開始直後には、超電導ケーブル２７の温度により液化冷媒１２が気化しやすいため、多くの気化冷媒が発生し、超電導ケーブル２７の予冷処理が終わりに近づくと、超電導ケーブル２７が十分に冷却されているため、気化冷媒の発生はほとんどなくなり、液化冷媒１２のまま超電導ケーブル２７から導出される。
外部環境からの侵入熱による熱負荷を小さくする観点から、第１及び第２の超電導ケーブルターミナル２５，２８、並びに超電導ケーブル２７としては、例えば、真空断熱構造を有するものを用いるとよい。
【００３０】
液化冷媒回収ライン３１の一端は、第２の超電導ケーブルターミナル２８と接続されている。液化冷媒回収ライン３１の一端には、超電導ケーブル２７を通過した液化冷媒１２が導出される。
液化冷媒回収ライン３１の他端部は、タンク１１の上端を貫通し、下方に延在するように配置されている。液化冷媒回収ライン３１の他端は、タンク１１内の上部に形成された気相に配置されている。
バルブ３３は、タンク１１の近傍に位置する液化冷媒回収ライン３１に設けられている。バルブ３３が開かれると、第２の超電導ケーブルターミナル２８を介して、超電導ケーブル２７から回収された液化冷媒１２がタンク１１内に戻される。
【００３１】
圧力調整用ライン３５は、一端がタンク１１内の上部に形成された気相に配置されており、他端がタンク１１外に配置されている。圧力調整用ライン３５は、タンク１１内の圧力をタンク１１外に逃がすためのラインである。
圧力計３７は、タンク１１の外側に設けられており、圧力調整用ライン３５を介して、タンク１１内の上部の圧力を測定する。
開放弁３８は、タンク１１の外側に位置する圧力調整用ライン３５に設けられている。開放弁３８は、圧力計３７と電気的に接続されており、圧力計３７の圧力に応じて、タンク１１内の圧力が一定の圧力となるように開閉動作する。
【００３２】
冷凍機４１は、冷媒ガス循環ライン６１と、液化冷媒用熱交換器６３と、圧縮機６５と、水冷部６６と、冷媒ガス用熱交換器６８と、膨張タービン６９と、を有する。
なお、圧縮機６５及び水冷部６６を除く、冷凍機４１の構成要素は、図示していない真空容器（コールドボックス）内に収容されている。該真空容器は、外部からの熱の侵入を抑制するためのものである。
【００３３】
冷媒ガス循環ライン６１は、ループ状とされたラインである。冷媒ガス循環ライン６１は、冷媒ガスを循環させるためのラインである。
冷媒ガス循環ライン６１は、第１ないし第３の区間６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃを有する。第１の区間６１Ａは、液化冷媒用熱交換器６３内に配置されている。第１の区間６１Ａには、膨張タービン６９で断熱膨張された冷媒ガスが供給される。
第２及び第３の区間６１Ｂ，６１Ｃは、冷媒ガス用熱交換器６８内に配置されており、同じ方向に延在している。第２の区間６１Ｂには、液化冷媒用熱交換器６３を通過した冷媒ガスが供給される。第３の区間６１Ｃには、圧縮機６５で圧縮された冷媒ガスが供給される。
【００３４】
冷媒ガスとしては、タンク１１内に貯留された液化冷媒１２の液化温度よりも十分に低い液化温度を有するものを用いる。液化冷媒１２として液化窒素を用いる場合、冷媒ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、或いはヘリウムガスとネオンガスとを混合させた混合ガスを用いることが可能であるが、ネオンガスを用いることが好ましい。
このように、ヘリウムよりも分子量の大きいネオンを含むネオンガスを冷媒ガスとして用いることで、音速が小さくなり、圧縮機６５や膨張タービン６９の回転数を低く抑えることが可能となるので、設計が容易になるとともに、冷凍機４１の稼働信頼性を向上させることができる。
【００３５】
液化冷媒用熱交換器６３は、区間１３Ａと第１の区間６１Ａとを収容可能な位置に設けられている。液化冷媒用熱交換器６３は、区間１３Ａを流れる液化冷媒１２と、第１の区間６１Ａを流れ、膨張タービン６９で断熱膨張により冷却させられた冷媒ガスと、を熱交換させることで、液化冷媒１２をサブクール温度まで冷却させる。
サブクール温度とされた液化冷媒１２は、第１の超電導ケーブルターミナル２５を介して、超電導ケーブル２７に導入される。一方、液化冷媒１２の冷却に寄与した冷媒ガスは、第２の区間６１Ｂに移動し、第２の区間６１Ｂを介して、圧縮機６５に供給される。
液化冷媒用熱交換器６３としては、小型化及び高性能化の観点から、例えば、アルミプレートフィン熱交換器を用いることができる。
【００３６】
圧縮機６５は、第２の区間６１Ｂと第３の区間６１Ｃとの間に位置する冷媒ガス循環ライン６１に設けられている。
圧縮機６５では、冷媒ガスを圧縮することで、高温及び高圧とされた冷媒ガスを生成する。圧縮機６５により生成された高温及び高圧の冷媒ガスは、水冷部６６に供給される。
【００３７】
なお、図１では、１つの圧縮機６５のみを設けた場合を例に挙げて図示したが、第２の区間６１Ｂと第３の区間６１Ｃとの間に位置する冷媒ガス循環ライン６１に、複数の圧縮機６５を設けてもよい。このように、複数の圧縮機６５を設けることで、より高圧の冷媒ガスを生成することができる。
【００３８】
水冷部６６は、圧縮機６５と第３の区間６１Ｃとの間に位置する冷媒ガス循環ライン６１に設けられている。水冷部６６は、高温及び高圧とされた冷媒ガスの温度を大気温度近くまで冷却する。水冷部６６により冷却された冷媒ガスは、第３の区間６１Ｃに供給される。水冷部６６としては、例えば、水冷式クーラーを用いることができる。
【００３９】
冷媒ガス用熱交換器６８は、第１ないし第４の熱交換ブロック７１〜７４を有する。第１ないし第４の熱交換ブロック７１〜７４は、水冷部６６から液化冷媒用熱交換器６３に向かう方向に対して、第１の熱交換ブロック７１、第２の熱交換ブロック７２、第３の熱交換ブロック７３、第４の熱交換ブロック７４の順に配置されている。第１ないし第４の熱交換ブロック７１〜７４は、隣り合う位置に設けられた他の熱交換ブロックとの間に所定の間隔が形成されるように配置されている。
【００４０】
第１ないし第４の熱交換ブロック７１〜７４は、異なる温度範囲で熱交換を行う。具体的には、第１の熱交換ブロック７１が熱交換可能な温度範囲は、例えば、２３０Ｋ以上３００Ｋ未満、第２の熱交換ブロック７２が熱交換可能な温度範囲は、例えば、１８０Ｋ以上２３０Ｋ未満、第３の熱交換ブロック７３が熱交換可能な温度範囲は、例えば、１２０Ｋ以上１８０Ｋ未満、第４の熱交換ブロック７４が熱交換可能な温度範囲は、例えば、７７Ｋ以上１２０Ｋ未満とすることができる。
【００４１】
冷媒ガス用熱交換器６８は、第２の区間６１Ｂを流れ、液化冷媒用熱交換器６３を通過した冷媒ガスと、第３の区間６１Ｃを流れ、圧縮機６５及び水冷部６６を通過した冷媒ガスと、を熱交換させる。
冷媒ガス用熱交換器６８としては、小型化及び高性能化の観点から、例えば、アルミプレートフィン熱交換器を用いることができる。
【００４２】
膨張タービン６９は、液化冷媒用熱交換器６３と冷媒ガス用熱交換器６８との間に位置する冷媒ガス循環ライン６１に設けられている。膨張タービン６９は、冷媒ガスを断熱膨張させることで、冷媒ガスをサブクール温度まで冷却させる。
なお、膨張タービン６９と圧縮機６５とを同軸に配置させて、一体化させてもよい。これにより、膨張タービン６９で発生した動力を圧縮機６５の駆動に利用することが可能となるので、冷凍機４１の小型化並びに動力の省力化を図ることができる。
【００４３】
排気ライン４３は、一端が第２の超電導ケーブルターミナル２８と接続されている。超電導ケーブル２７の予冷処理時において、排気ライン４３には、超電導ケーブル２７の冷却に寄与した液化冷媒１２が気化した気化冷媒が、超電導ケーブルターミナル２８を経由して、導出される。
温度センサ４４が検出する気化冷媒の温度が所定の温度（例えば、２７０Ｋ）よりも高い場合、気化冷媒は、排気ライン４３を介して、大気放出される。
【００４４】
温度センサ４４は、排気ライン４３に設けられている。温度センサ４４は、制御装置５９と電気的に接続されている。温度センサ４４は、超電導ケーブル２７から導出された気化冷媒の温度を検出する。温度センサ４４は、検出した気化冷媒の温度を制御装置５９に送信する。
圧力計４６は、排気ライン４３に設けられており、排気ライン４３内の圧力を測定する。開放弁４７は、排気ライン４３に設けられている。
【００４５】
気化冷媒供給ライン５１は、温度センサ４４の後段に位置する排気ライン４３から分岐されており、気化冷媒が流れるラインである。
気化冷媒供給ライン５１は、気化冷媒が流れるラインであり、区間７６と、分岐部７７〜７９と、を有する。区間７６は、冷媒ガス用熱交換器６８内に収容されている。区間７６は、第２及び第３の区間６１Ｂ，６１Ｃの延在方向と同じ方向に延在しており、一部が第１ないし第４の熱交換ブロック７１〜７４内に収容されている。
【００４６】
分岐部７７は、冷媒ガス用熱交換器６８の前段に位置する気化冷媒供給ライン５１から分岐されたラインであり、第３の熱交換ブロック７３と第４の熱交換ブロック７４との間に位置する区間７６と接続されている。分岐部７７は、第１ないし第３の熱交換ブロック７１〜７３のみに気化冷媒を供給するためのラインである。
【００４７】
分岐部７８は、分岐部７７から分岐されたラインであり、第２の熱交換ブロック７２と第３の熱交換ブロック７３との間に位置する区間７６と接続されている。分岐部７８は、第１及び第２の熱交換ブロック７１，７２のみに気化冷媒を供給するためのラインである。
分岐部７９は、分岐部７８から分岐されたラインであり、第１の熱交換ブロック７１と第２の熱交換ブロック７２との間に位置する区間７６と接続されている。分岐部７９は、第１の熱交換ブロック７１のみに気化冷媒を供給するためのラインである。
【００４８】
バルブ５３は、冷媒ガス用熱交換器６８の前段に位置する気化冷媒供給ライン５１に設けられている。バルブ５４は、冷媒ガス用熱交換器６８の前段に位置する分岐部７７に設けられている。バルブ５５は、冷媒ガス用熱交換器６８の前段に位置する分岐部７８に設けられている。
バルブ５６は、冷媒ガス用熱交換器６８の前段に位置する分岐部７９に設けられている。バルブ５７は、冷媒ガス用熱交換器６８の後段に位置する気化冷媒供給ライン５１に設けられている。逆止弁５８は、バルブ５７の後段に位置する気化冷媒供給ライン５１に設けられている。逆止弁５８は、大気の逆拡散を防止するための弁である。
【００４９】
制御装置５９は、記憶部（図示せず）と、制御部（図示せず）と、を有する。記憶部（図示せず）には、気化冷媒の所定の温度（例えば、２７０Ｋ）、第１の温度範囲（例えば、２３０Ｋ以上３００Ｋ未満）、第２の温度範囲（例えば、１８０Ｋ以上２３０Ｋ未満）、第３の温度範囲（例えば、１２０Ｋ以上１８０Ｋ未満）、第４の温度範囲（例えば、７７Ｋ以上１２０Ｋ未満）、超電導ケーブル冷却装置１０の制御全般に関するプログラム等が格納されている。
制御部（図示せず）は、記憶部（図示せず）に格納されたプログラムに基づいて、超電導ケーブル冷却装置１０を制御する。制御部（図示せず）は、温度センサ４４、及びバルブ５３〜５７と電気的に接続されている。
【００５０】
超電導ケーブル２７の予冷処理時において、制御装置５９は、下記制御を行う。
温度センサ４４が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第１の温度範囲内の場合には、バルブ５３を開け、バルブ５５〜５６を閉じることで、分岐部７７〜７９を使用しないで、区間７６に気化冷媒を供給する制御を行う。
また、温度センサ４４が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第２の温度範囲内の場合には、バルブ５３，５５，５６を閉じ、バルブ５４を開けることで、分岐部７７を介して、区間７６に気化冷媒を供給する制御を行う。
また、温度センサ４４が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第３の温度範囲内の場合には、バルブ５３，５４，５６を閉じ、バルブ５５を開けることで、分岐部７８を介して、区間７６に気化冷媒を供給する制御を行う。
さらに、温度センサ４４が検出する気化冷媒の温度が所定の温度よりも低く、かつ第４の温度範囲内の場合には、バルブ５３〜５５を閉じ、バルブ５６を開けることで、分岐部７９を介して、区間７６に気化冷媒を供給する制御を行う。
【００５１】
このように、気化冷媒の温度に応じて、区間７６に供給する位置を異ならせることで、第１ないし第４の熱交換ブロック７１〜７４の性能が向上可能なように、気化冷媒を供給して、該気化冷媒の冷熱エネルギーを有効に活用することで、気化冷媒の冷熱を効率良く利用することができる。
【００５２】
第１の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置によれば、上述した気化冷媒供給ライン５１と、温度センサ４４、及び制御装置５９を有することで、従来、超電導ケーブルの予冷処理時において、大気放出していた冷熱を有する気化冷媒を冷媒ガス用熱交換器６８に供給して、気化冷媒を有効活用することが可能となる。
これにより、液化冷媒１２を冷却する冷凍機４１の性能が向上するため、短時間で液化冷媒１２をサブクール温度まで冷却することができる。
【００５３】
なお、第１の実施の形態では、４つの熱交換ブロック（第１ないし第４の熱交換ブロック７１〜７４）で冷媒ガス用熱交換器６８を構成した場合を例に挙げて説明したが、冷媒ガス用熱交換器６８の温度分布に応じて、熱交換ブロックの数を決定すればよく、４つに限定されない。また、１つの熱交換ブロックのみで構成された冷媒ガス用熱交換器にも適用可能である。
【００５４】
また、第１の実施の形態では、制御装置５９を設けた場合を例に挙げて説明したが、例えば、制御装置５９を設ける代わりに、温度センサ４４が検出した温度を使用者が目視可能な表示画面を設け、使用者が表示画面に表示された温度に基づいて、バルブ５３〜５７の開閉を手動で行ってもよい。この場合も、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００５５】
また、冷凍機４１の運転開始から時間が経過するとともに、冷媒ガス用熱交換器６８を通過し、圧縮機６５に導入される冷媒ガスの温度が低下し、それとともに圧力も徐々に低下するが、この圧力の低下に対しては、冷媒ガス補充ライン（図示せず）を設け、該冷媒ガス補充ラインから冷媒ガス循環ライン６１に冷媒ガスを補充することで圧縮機６５の入口側の圧力を一定に保持することが可能となる。これにより、圧縮機６５において、吐出圧力を一定に保持することができる。
【００５６】
次いで、図１を参照して、図１に示す超電導ケーブル冷却装置１０を用いた第１の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法について説明する。
初めに、超電導ケーブル２７の予冷処理について説明する。
超電導ケーブル冷却装置１０の設置完成直後において、液化冷媒（例えば、液体窒素）が貯蔵されているタンク１１の周辺以外の温度は常温である。このため、超電導ケーブル２７を本冷却する前の段階として、超電導ケーブル２７の予冷処理が必要となる。
【００５７】
初めに、ポンプ１７をバイパスする分岐ライン２１及び流量調節弁２２を介して、超電導ケーブル２７にタンク１１内の液化冷媒１２を所定流量供給することで、超電導ケーブル２７を冷却する（ケーブル予冷工程）。
液化冷媒１２に常温の超電導ケーブル２７を接触させると、熱収縮による応力（熱衝撃）により、被冷却物が破壊される恐れがあるので、冷却初期の段階では、ゆっくりと液化冷媒１２を送り込む。また、ケーブル予冷工程では、冷凍機４１を介することなく、液化冷媒１２を供給する。
【００５８】
常温の超電導ケーブル２７に接触した液化冷媒１２は、温度上昇することで気化する。気化した液化冷媒１２である気化冷媒は、バルブ５３を開いて、区間７６、バルブ５７、及び逆止弁５８を介して、大気解放される。このとき、気化冷媒が大量に発生する際には、開放弁４７を介して、大気放出する。
ケーブル予冷工程の初期段階では、温度の高い気化冷媒が発生し、時間の経過とともに、気化冷媒の温度が徐々に低くなり、やがて気化冷媒の温度が液化冷媒１２の温度に近づく。
なお、気化冷媒の温度は、温度センサ４４を用いて連続的に検出し、検出した温度は制御装置５９に送信する。
【００５９】
超電導ケーブル２７の予冷を開始後、冷凍機４１を起動させ、冷凍機４１の予冷を行う。ところで、冷凍機４１の起動においては、超電導ケーブル２７の予冷を開始してから、比較的長い時間放置してから起動する場合や、短時間で起動させる場合がある。
ここでは、超電導ケーブル２７の予冷を開始してから比較的短時間で冷凍機４１を起動させる場合、すなわち、超電導ケーブル２７の予冷によって、気化冷媒が大量に放出される場合を例に挙げて以下の説明を行う。
【００６０】
ケーブル予冷工程において、超電導ケーブル２７の冷却に寄与した液化冷媒が気化することで生成される気化冷媒の温度が所定の温度（例えば、２７０Ｋ）よりも低くなった際、冷凍機４１を構成する冷媒ガス用熱交換器６８内に配置された気化冷媒供給ライン５１に、気化冷媒を供給する（気化冷媒供給工程）。
【００６１】
次いで、冷凍機４１を起動する。冷凍機４１を起動すると、冷凍機４１を構成する圧縮機６５は、冷媒ガスを断熱圧縮する。高圧側の冷媒ガスの圧力は、例えば、１〜２ＭＰａ程度である。圧縮され高温になった冷媒ガスは、水冷部６６により、常温まで冷却され、冷媒ガス用熱交換器６８を通過する。
そして、冷媒ガス用熱交換器６８では、圧縮機６５により圧縮された冷媒ガスと、液化冷媒用熱交換器６３を通過し、低温とされた冷媒ガスとを熱交換させることで、圧縮された冷媒ガスを冷却する（冷媒ガス冷却工程）。
【００６２】
膨張タービン６９では、予冷された冷媒ガスを断熱膨張させることで、冷媒ガスの温度が降下する。膨張タービン６９の出口温度は、タービン入口温度に依存し、熱交換によって時間とともにタービン入口温度が低下する。そのため、タービン入口温度に対してタービン出口温度は断熱膨張によって１０〜１５Ｋ程度温度降下する。このとき、断熱膨張後の冷媒ガスの圧力は、例えば、０．５〜１ＭＰａ程度となる。
【００６３】
液化冷媒用熱交換器６８では、断熱膨張させた冷媒ガスとタンク１１から供給された液化冷媒１２とを熱交換させることで、液化冷媒１２をサブクール温度まで冷却する（液化冷媒冷却工程）。
【００６４】
図３に示す従来の超電導ケーブル冷却装置１００の場合、膨張タービン１１７−３で冷却された冷媒ガスが、液化冷媒用熱交換器１１７−２を経由し、冷媒ガス用熱交換器１１７−５の冷却用ガスとなることで、膨張タービン１１７−３に導入される前の冷媒ガスがさらに冷却され、繰り返し循環が進むことで、熱エネルギーの授受が安定し、膨張タービン１１７−３で断熱膨張した冷媒ガスの温度がサブクール温度となる。
このため、超電導ケーブル１２３の予冷の初期段階では、冷媒ガス用熱交換器１１７−５により、膨張タービン１１７−３に導入される冷媒ガスの温度が、まだ十分に冷却できていないため、断熱膨張によってサブクール温度までは冷却することができない。
【００６５】
しかしながら、本実施の形態では、気化冷媒供給ライン５１により供給された気化冷媒により、冷媒ガス用熱交換器６８の温度が低温となっているため、従来よりも冷媒ガスを効率良く冷却することが可能となる。
このため、冷凍機４１を起動した段階で、膨張タービン６９の入口側における冷媒ガスの温度が従来よりも低くなるため、液化冷媒を短時間でサブクール温度まで冷却することができる。
【００６６】
ところで、冷凍機４１の運転後、冷媒ガスの循環により、冷媒ガス用熱交換器６８には温度勾配が発生する。このため、冷媒ガス用熱交換器６８に、温度の異なる気化冷媒を通過させる際には、適切な温度範囲の熱交換ブロックを通過させる必要が生じる。
制御装置５９は、温度センサ４４が検出した気化冷媒の温度に基づいて、該気化冷媒を導入させる冷媒ガス用熱交換器６８の位置を決定し、分岐部７７〜７９、分岐部７７の前段に位置する気化冷媒供給ライン５１のうち、いずれか１つを介して、冷媒ガス用熱交換器６８の適切な温度範囲の部分に気化冷媒を供給する。
これにより、冷凍機４１の特性を効率良く向上させることが可能となるので、短時間で液化冷媒１２をサブクール温度まで冷却することができる。
【００６７】
次いで、超電導ケーブル２７の予冷処理後に行う超電導ケーブル２７の本冷却処理について説明する。
超電導ケーブル２７の本冷却処理では、ポンプ１７により、冷凍機４１を通過させた液化冷媒１２を超電導ケーブル２７に供給し、超電導ケーブル２７を本冷却する本冷却工程と、本冷却工程において、超電導ケーブル２７を通過した液化冷媒１２を、液化冷媒回収ライン３１を介して、タンク１１内に回収する液化冷媒回収工程と、を含む。
【００６８】
上述したように、超電導ケーブル２７の予冷処理は、まず、超電導ケーブル２７が液化冷媒の圧力に応じた液化温度まで予冷させ、その後、液化冷媒１２の気化する量が減少し、次いで、流量調節弁２２を閉じて、ポンプ１７を起動させ、液化冷媒１２を循環させることで完了する。
予冷処理が完了したら、液化冷媒の気化がほとんどなくなるが、わずかに気化した気化冷媒を、バルブ５３が設けられた気化冷媒供給ライン５１に導くことで、冷熱エネルギーを有効的に利用して、通常運転を行うことが可能となる。
【００６９】
第１の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法によれば、ケーブル予冷工程、気化冷媒供給工程、冷媒ガス冷却工程、冷媒ガスを断熱膨張させる工程、及び液化冷媒冷却工程を有することで、従来、超電導ケーブル２７の予冷処理時において、大気放出していた冷熱を有する気化冷媒を冷媒ガス用熱交換器６８に供給して、気化冷媒を有効活用することが可能となる。
これにより、液化冷媒１２を冷却する冷凍機４１の性能が向上するため、短時間で液化冷媒１２をサブクール温度まで冷却することができる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る超電導ケーブル冷却装置の概略構成を示す系統図である。図２において、図１に示す第１の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。
【００７１】
図２を参照するに、第２の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置８５は、第１の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置１０の構成に、さらに、第１のバイパスライン８６、バルブ８７，８９、及び第２のバイパスライン８８を有すること以外は、超電導ケーブル冷却装置１０と同様な構成とされている。
【００７２】
第１のバイパスライン８６は、ポンプ１７と液化冷媒用熱交換器６３との間に位置する液化冷媒供給ライン１３から分岐され、液化冷媒用熱交換器６３と第１の超電導ケーブルターミナル２５との間に位置する液化冷媒供給ライン１３と接続されている。第１のバイパスライン８６は、液化冷媒用熱交換器６３をバイパスしている。
なお、第１のバイパスライン８６は、図示していないコールドボックス内に配置させてもよい。バルブ８７は、第１のバイパスライン８６に設けられている。
【００７３】
ところで、冷凍機４１を定格運転状態で一定に運転し、超電導ケーブル２７での送電量が多くなる時間帯において、超電導ケーブル２７の熱負荷が増大した際、液化冷媒用熱交換器６３でサブクール温度に冷却された冷媒のみでは冷却能力が不足してしまう。
しかし、第１のバイパスライン８６、及びバルブ８７を有することで、熱負荷の少ないときに、タンク１１内に蓄冷した液化冷媒の一部を、第１のバイパスライン８６及びバルブ８７を介して、超電導ケーブル２７へ直接多量に供給することが可能となる。
このとき、インバーターを用いて、ポンプ１７の回転数を制御することで、液化冷媒の流量を増大させることで、冷凍機４１が定格運転状態の場合でも、熱負荷の増大に耐えることができる。
【００７４】
第２のバイパスライン８８は、分岐ライン２１の接続位置と第１の超電導ケーブルターミナル２５との間に位置する液化冷媒供給ライン１３から分岐され、液化冷媒回収ライン３１と接続されている。第２のバイパスライン８８は、超電導ケーブル２７をバイパスしている。なお、第２のバイパスライン８８は、第１の超電導ケーブルターミナル２５側ではなく、冷凍機４１側に配置させることが好ましい。
バルブ８９は、第２のバイパスライン８８に設けられている。
【００７５】
上述した第２のバイパスライン８８、及びバルブ８９を有することで、超電導ケーブル２７での送電量が少なくなる場合において、冷凍機４１の定格運転時に超電導ケーブル２７の熱負荷が減少した際、液化冷媒用熱交換器６３でサブクール温度に冷却され、かつ熱負荷が少ない状態の液化冷媒１２の一部を、第２のバイパスライン８８、及びバルブ８９を介して、超電導ケーブル２７、並びに、第１及び第２の超電導ケーブルターミナル２５，２８をバイパスさせて、タンク１１に戻して、タンク１１内の液化冷媒の温度を降下させることができる。
言い換えれば、冷却装置４１で発生した冷熱エネルギーを用いて、タンク１１内の液化冷媒を蓄冷することができる。
【００７６】
第２の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置によれば、超電導ケーブル２７を冷却する際に、熱負荷の増減に応じ、超電導ケーブル２７を冷却する液化冷媒の循環量を変化させ、過不足分の冷熱エネルギーをタンク１１内へ回収またはタンク１１から供給することで、冷凍機４１の定格運転を保持することが可能となるので、冷凍機４１の故障頻度や保守頻度を減少させることが可能となるので、安定的な運転を実現できる。
【００７７】
なお、第２の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置８５は、第１の実施の形態の超電導ケーブル冷却装置１０と同様な効果を得ることができる。
また、第２の実施の形態においても、制御装置５９を設ける代わりに、手動で、バルブ５３〜５６の開閉を行ってもよい。
【００７８】
次いで、図２を参照して、第２の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法について、簡単に説明する。
先に説明した第１の実施の形態では、第２の超電導ケーブルターミナル２８の出口付近での液化冷媒１２の温度が、その液化温度に到達したら、超電導ケーブル２７の予冷が完了する。
この時点で、液化冷媒１２の蒸発はなくなるが、そのまま保持すると、種々の熱負荷により、液化冷媒が温められ、蒸発することになる。
このため、冷凍機４１とポンプ１７を運転し、液化冷媒１２を循環させ、冷凍機４１の液化冷媒用熱交換器６３で常に液化温度よりもサブクール温度に液化冷媒１２を冷却する必要がある。
【００７９】
液化冷媒１２の循環は、タンク１１からバルブ１５を経由しポンプ１７で昇圧されて、冷凍機４１の液化冷媒用熱交換器６３に送液される。液化冷媒１２は、液化冷媒用熱交換器６３において、そのサブクール温度（液化冷媒１２が液体窒素の場合、約６５Ｋ）まで冷却される。
【００８０】
そして、液化冷媒用熱交換器６３でサブクール温度に冷却された液化冷媒１２は、第１の超電導ケーブルターミナル２５を介して、超電導ケーブル２７に導入され、超電導ケーブル２７を超電導状態のサブクール温度に冷却保持し、その後、第２の超電導ケーブルターミナル２８からバルブ３３を経由してタンク１１内に戻される。
【００８１】
第２の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法によれば、超電導ケーブル２７を冷却する際に、熱負荷の増減に応じ、超電導ケーブル２７を冷却する液化冷媒の循環量を変化させ、過不足分の冷熱エネルギーをタンク１１内へ回収またはタンク１１から供給することで、冷凍機４１の定格運転を保持することが可能となる。
これにより、冷凍機４１の故障頻度や保守頻度を減少させることが可能となるので、安定的な運転を実現できる。
なお、第２の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法は、第１の実施の形態の超電導ケーブルの冷却方法と同様な効果を得ることができる。
【００８２】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８３】
なお、第１及び第２の実施の形態では、超電導電力機器のうちの１つである超電導ケーブル２７を冷却する場合を例に挙げて説明したが、超電導ケーブル冷却装置１０，８５は、他の超電導電力機器である超電導変圧器、超電導モーター、超電導限流器、超電導電力貯蔵器等を冷却する際にも適用可能である。
また、第１及び第２の実施の形態で説明した超電導ケーブルの冷却方法についても、超電導変圧器、超電導モーター、超電導限流器、超電導電力貯蔵器等を冷却する際に使用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、超電導ケーブル冷却装置、及び超電導ケーブルの冷却方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１０，８５…超電導ケーブル冷却装置、１１…タンク、１３…液化冷媒供給ライン、１３Ａ，７６…区間、１５，３３，５３〜５７，８７，８９…バルブ、１７…ポンプ、２１…分岐ライン、２２…流量調整弁、２５…第１の超電導ケーブルターミナル、２７…超電導ケーブル、２８…第２の超電導ケーブルターミナル、３１…液化冷媒回収ライン、３５…圧力調整用ライン、３７，４６…圧力計、３８，４７…開放弁、４１…冷凍機、４３…排気ライン、４４…温度センサ、５１…気化冷媒供給ライン、５８…逆止弁、５９…制御装置、６１…冷媒ガス循環ライン、６１Ａ…第１の区間、６１Ｂ…第２の区間、６１Ｃ…第３の区間、６３…液化冷媒用熱交換器、６５…圧縮機、６６…水冷部、６８…冷媒ガス用熱交換器、６９…膨張タービン、７１…第１の熱交換ブロック、７２…第２の熱交換ブロック、７３…第３の熱交換ブロック、７４…第４の熱交換ブロック、７７〜７９…分岐部、８６…第１のバイパスライン、８８…第２のバイパスライン
【図１】
2016169880.tif 000003
【図２】
2016169880.tif 000004
【図３】
2016169880.tif 000005