WO2006087794A1 - 極低温ケーブルの循環冷却システム - Google Patents

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/34—Cable fittings for cryogenic cables

Definitions

  • the present invention relates to a circulating cooling system for a cryogenic cable such as a superconducting cable.
  • Cryogenic cables such as superconducting cables are cooled by a refrigerant such as liquid nitrogen or liquid helium.
  • a refrigerant such as liquid nitrogen or liquid helium.
  • a circulating cooling system a system described in JP-A-8-148044 is known. ing.
  • This circulation cooling system is a cooling system in which the circulation circuit of the refrigerant is a closed circuit and can be circulated in a state without vaporizing the refrigerant.
  • FIG. 2 is a schematic view thereof, in which a reservoir unit 30 that stores the refrigerant 33, a pressure-feed pump 31 that pumps the refrigerant 33, a pressure control mechanism 36 that holds the inside of the reservoir unit 30 at a predetermined pressure, and a refrigerant A heat exchange unit 32 that cools 33 to a predetermined temperature, a valve unit 34 that divides the refrigerant 33 into cables 35 (three cables are present, each cable is not shown), etc. .
  • This system repeats a circulation cycle in which the refrigerant 33 delivered from the reservoir unit 30 is cooled to a predetermined temperature by the heat exchange unit 32, supplied to the cable 35, and returned to the reservoir unit 30 again. is there.
  • Patent Document 1 JP-A-8-148044 (Claims and Figure 1)
  • the reservoir unit 30 when the cable 35 is used as a starting point, the reservoir unit 30 is located upstream of the circulation circuit, and the refrigerant 33 delivered from the reservoir unit 30 is heated. After being cooled to the specified temperature by the replacement unit 32, it is sent to the cable 35 side. That is, since the refrigerant 33 returns to the reservoir unit 30 after cooling the cable 35, the temperature of the refrigerant 33 rises due to heat generated by the cable 35, and the volume of the refrigerant 33 increases due to thermal expansion. [0006] The volume of the refrigerant 33 also changes in response to the change in the amount of heat generated in the cable 35. In addition, when a large heat generation in the cable 35 is expected, the force that needs to sufficiently cool the refrigerant 33 correspondingly, the refrigerant 33 contracts conversely and its volume decreases.
  • the refrigerant 33 expands and contracts by the temperature change of the refrigerant 33, and the liquid volume changes.
  • each component other than the reservoir unit 30 such as the cooling part of the cable 35 and the piping Since the volume of the refrigerant is constant, it is necessary to absorb the amount of change in the refrigerant liquid by the volume in the reservoir unit 30. Therefore, the refrigerant storage volume of the reservoir unit 30 must be designed so as to be able to absorb the change in the refrigerant liquid amount in the circuit, and as a result, the reservoir unit 30 must have a large capacity.
  • the reservoir unit 30 in order to keep the amount of refrigerant in the reservoir unit 30 constant, it is necessary to perform adjustment work by providing a mechanism for adjusting the amount of refrigerant.
  • the reservoir unit needs to have a large volume in consideration of this volume expansion and contraction, or has a large capacity.
  • the refrigerant amount adjustment mechanism was required.
  • the present invention solves the problems of the conventional circulating cooling system described above, can reduce the size of the reservoir unit, and does not require a mechanism for adjusting the amount of refrigerant in the reservoir unit or adjustment work.
  • An object is to provide a circulating cooling system.
  • the cryogenic cable circulation cooling system of the present invention is characterized by having a refrigerant temperature adjustment mechanism for keeping the amount of refrigerant in the reservoir unit constant, and this feature achieves the object described above. It is.
  • the cryogenic cable circulation cooling system includes a reservoir unit that stores the refrigerant, and a cable cooling unit that cools the cable with the refrigerant sent from the reservoir unit.
  • a cryogenic cable circulation cooling system that circulates the refrigerant sent out from the cable cooling unit again to the reservoir unit, and has a refrigerant temperature adjustment mechanism for keeping the amount of refrigerant in the reservoir unit constant. It is characterized by.
  • the refrigerant temperature adjustment mechanism includes a refrigerant It may consist of a sensor that detects temperature and a heat exchange unit that adjusts the cooling capacity according to the detection result of the sensor.
  • the sensor for detecting the refrigerant temperature is
  • the heat exchange unit may be located between the refrigerant outlet of the cable cooling section and the refrigerant return port to the reservoir unit.
  • the cooling capacity of the heat exchange unit may be adjusted by adjusting the power for operating the heat exchange unit or the power supply frequency.
  • the cryogenic cable circulation cooling system has a refrigerant temperature adjustment mechanism for keeping the refrigerant amount in the reservoir unit constant, so that the reservoir unit absorbs the volume change of the refrigerant. This makes it possible to reduce the size of the reservoir unit that does not require additional volume. In addition, a mechanism for adjusting the refrigerant volume in the reservoir unit and adjustment work are not required.
  • the sensor for detecting the refrigerant temperature is in the vicinity of the outlet of the cable cooling unit and the heat exchange unit is installed between the refrigerant outlet of the cable cooling unit and the refrigerant return port to the reservoir unit. Therefore, it is possible to adjust the cooling capacity of the heat exchange unit more reliably in response to changes in the heat generation of the cable, and the effect of the change in the volume of the refrigerant due to the heat generation in the cable directly affects the reservoir unit side. Therefore, the amount of refrigerant in the reservoir unit can be kept constant more accurately.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a circulating cooling system for a cryogenic cable according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of a conventional cryogenic cable circulation cooling system. Explanation of symbols [0019] 1, 30 Reservoir unit, 2, 32 Heat exchange unit, 3, 34 Valve unit, 4 Cable cooling part, 5 Sensor, 7, 31 Pressure feed pump, 8 Bypass valve, 9, 36 Pressure control mechanism, 10 Refrigerator , 11 Cold head, 12 Flow meter, 13 Flow control valve, 14 Bypass valve, 15, 16 Piping, 18 Vacuum insulated container, 20 Safety valve,
  • the refrigerant temperature adjustment mechanism for keeping the refrigerant amount in the reservoir unit constant has a function of keeping the refrigerant temperature in the system constant, and a sensor for detecting the refrigerant temperature and a detection result of the sensor
  • a typical example is a heat exchange unit that adjusts the cooling capacity in response to. In response to the change in the refrigerant temperature detected by the sensor, the cooling capacity of the heat exchange unit is increased (when the temperature is lowered) or decreased (when the temperature is raised) to keep the refrigerant temperature constant.
  • the type of the sensor that detects the refrigerant temperature is not limited as long as it is capable of accurate and sensitive detection even at an extremely low temperature.
  • it is the change in the amount of heat generated in the normal cable that has the greatest influence on the change in refrigerant temperature. Therefore, it is preferable to install the sensor in the vicinity of the outlet of the cable cooling section because a change in the amount of heat generated in the cable can be quickly detected and the refrigerant temperature can be adjusted with high sensitivity.
  • the type of the heat exchange unit is not limited as long as it has sufficient cooling capacity and can adjust the cooling capacity corresponding to changes in the refrigerant temperature.
  • the method for adjusting the cooling capacity is not particularly limited, and is a method often used in conventional cooling systems, that is, a heat exchange unit having a full power that is equal to or greater than the power corresponding to the expected maximum value of the refrigerant temperature change. -If the refrigerant is always operating at full power and the refrigerant temperature is too low, it can be adjusted by heating with a heater in the heat exchange section of the heat exchange unit. However, if the cooling capacity is adjusted by adjusting the power for operating the heat exchange unit or the power supply frequency, heating by the heater becomes unnecessary, which is preferable because it saves energy (power consumption) required for cooling.
  • the adjustment of the power supply frequency is performed by, for example, an inverter. Cooling capacity of heat exchange unit The force depends on the frequency. For example, from 60Hz operation to 30Hz operation, the cooling capacity is 1Z2.
  • the refrigerant is sent from the reservoir unit to the cable cooling section.
  • the sensor for detecting the refrigerant temperature is near the outlet of the cable cooling section, heat exchange is performed.
  • the unit may be installed between the reservoir unit and the cable cooling unit. When the temperature near the outlet of the cable cooling section where the heat generated in the cable is large, the cooling capacity of the heat exchange unit can be increased and the rise in the refrigerant temperature can be suppressed.
  • the cable cooling section that is, the heat generating section is located downstream of the heat exchange unit
  • the adjustment of the refrigerant temperature that quickly responds to the change in the amount of heat generated in the cable, and hence the change in the refrigerant temperature. It is not possible to make quick adjustments corresponding to changes in the volume of the refrigerant. In other words, even if the refrigerant temperature changes due to changes in the amount of heat generated by the cable, and as a result the refrigerant volume increases or decreases, it is not possible to immediately adjust the temperature of the refrigerant itself whose volume has increased or decreased. Because it is not possible, it cannot respond quickly to changes in the volume of the refrigerant. As a result, adjustment with high sensitivity becomes difficult.
  • the heat exchange unit is installed between the refrigerant outlet of the cable cooling unit and the refrigerant return port to the reservoir unit.
  • a particularly preferred mode is when the sensor for detecting the refrigerant temperature is in the vicinity of the outlet of the cable cooling unit, and the heat exchange unit is installed between the refrigerant outlet of the cable cooling unit and the refrigerant return port to the reservoir unit. is there.
  • the cooling capacity of the heat exchange unit that directly responds to changes in the heat generated by the cable, and the refrigerant cooled to a predetermined temperature by the heat exchange unit is stored in the reservoir unit. Therefore, the amount of refrigerant in the reservoir unit can be kept constant more accurately without directly affecting the reservoir unit due to the volume change of the refrigerant due to thermal expansion or contraction.
  • the system shown in FIG. 1 mainly includes a reservoir unit 1, a heat exchange unit 2, a valve unit 3, a cable cooling unit 4, and a sensor 5 (hereinafter simply referred to as a sensor 5) that detects a refrigerant temperature.
  • a sensor 5 hereinafter simply referred to as a sensor 5 that detects a refrigerant temperature.
  • the reservoir unit 1 is a closed container that stores the refrigerant C, and includes a pressure feed pump 7 and a pressure control mechanism 9 for circulating the refrigerant.
  • the refrigerant C is pressurized and circulated by the pressure feed pump 7 and its discharge pressure is adjusted by a bypass valve 8 in the reservoir unit.
  • a bypass valve 8 in the reservoir unit.
  • the pressure feed pump 7 may be installed independently outside the reservoir unit 1, but by installing it inside the reservoir unit 1 as in this example, the vacuum insulation container can be shared, and the system manufacturing cost can be shared. Can be reduced.
  • P1 is a pressure gauge that measures the pressure in the reservoir unit 1
  • P2 is a pressure gauge that measures the pressure at the discharge part of the pumping pump 7
  • 20 is a safety valve that protects the reservoir unit 1 from excessive pressure
  • 21 Is a check valve to prevent air etc. from flowing into the reservoir unit 1!
  • the pressure control mechanism 9 is for supplying the gas G to maintain the pressure in the reservoir unit 1 at a substantially constant level and keeping the refrigerant C from being vaporized. is not.
  • the gas G to be supplied has a lower boiling point or triple point than that of the refrigerant C.
  • the refrigerant C is liquid nitrogen, helium is used.
  • the nozzle unit 3 has a function of diverting the refrigerant C sent from the reservoir unit 1 through the pipe 15 and supplying the refrigerant C to the cable cooling unit 4.
  • the refrigerant C is branched into three in the valve unit 3, and the flow meter 12 and the flow control valve are branched for each branch. 13 and bypass valve 14 are installed.
  • Refrigerant C sent through the nozzle unit 3 is supplied to the cable cooling unit 4.
  • the refrigerant C is supplied from one end of the cable cooling section 4, and the refrigerant C for three phases is discharged together at the other end and returned to the heat exchange unit 2 side.
  • the power for cooling each cable by the refrigerant C In the cable cooling unit 4, the power for cooling each cable by the refrigerant C.
  • the temperature of the refrigerant C rises due to the heat generated by the cable. Also, the amount of temperature rise varies with changes in the amount of heat generated by the cable (ie, changes in current).
  • the sensor 5 installed in the vicinity of the refrigerant outlet of the cable cooling unit 4 detects the temperature of the refrigerant C, and the measurement result is fed back to the power adjuster 23 of the heat exchange unit 2.
  • the refrigerant C sent from the sensor 5 is sent to the heat exchange unit 2 through the pipe 16.
  • the heat exchange unit 2 cools the refrigerant C sent from the sensor 5 to a predetermined temperature.
  • the cold head 11 of the refrigerator 10 is brought into contact with a Cu block, and a refrigerant C transport pipe is wound around the Cu block to exchange heat by solid heat conduction.
  • one heat exchange unit 2 is used. If one unit has insufficient cooling capacity, two or more units can be connected in series.
  • the heat exchange unit 2 is installed downstream of the outlet side pipe 16 of the sensor 5 and upstream of the return pipe of the refrigerant C to the reservoir unit 1. That is, it is between the refrigerant outlet of the cable cooling unit 4 and the refrigerant return port to the reservoir unit 1.
  • the refrigerator 10 is operated with power supplied from the power source 22 for the heat exchange unit.
  • a power regulator 23 for operating the heat exchange unit is installed between the power source 22 and the refrigerator 10. ing.
  • the temperature detected by the sensor 5 is fed back, and the power adjuster 23 is controlled.
  • the cooling capacity of the heat exchange unit 2 is adjusted, the temperature of the return port to the reservoir unit 1 is controlled to be constant, and the change in the volume of the refrigerant C due to the temperature change of the refrigerant C is prevented.
  • an inverter that can arbitrarily change the power frequency input to the heat exchange unit 2 may be used.
  • the heat exchanging unit 2 for which it is preferable to reduce the refrigerant amount be in the vicinity of the refrigerant outlet of the cable cooling unit 4, that is, in the vicinity of the outlet of the sensor 5.
  • the reservoir unit 1, the heat exchange unit 2, and the valve unit 3 are individually placed in the vacuum insulation container 18.
  • the pipes 15 and 16 that are housed and constitute the circulation circuit are also covered with a vacuum heat insulating layer. Therefore, the heat loss of the entire cooling system can be reduced. Note that the vacuum insulation of each unit 1, 2, 3, 15 and 16 may be performed collectively instead of individually.
  • the cryogenic cable circulation cooling system according to the present invention is used as a cable cooling system that is used in a state cooled by a refrigerant such as a superconducting cable.
  • a refrigerant such as a superconducting cable.

Abstract

　本発明は、リザーバユニットを小型化でき、また、従来のリザーバユニット内の冷媒量の調整機構や調整作業も不要である極低温ケーブルの循環冷却システムが得られる。本発明に従った極低温ケーブルの循環冷却システムは、冷媒を貯留するリザーバユニット（１）と、該リザーバユニット（１）から送出された冷媒によりケーブルを冷却するケーブル冷却部（４）とを有し、該ケーブル冷却部（４）から送出された冷媒を、再度該リザーバユニット（１）に戻して循環させる極低温ケーブルの循環冷却システムにおいて、該リザーバユニット（１）内の冷媒量を一定に保持するための冷媒温度調整機構（２，５）を有することを特徴とする。

Description

明 細 書
極低温ケーブルの循環冷却システム
技術分野
[0001] 本発明は超電導ケーブルなどの極低温ケーブルの循環冷却システムに関するもの である。
背景技術
[0002] 超電導ケーブルなどの極低温ケーブルは、液体窒素や液体へリウムなどの冷媒に より冷却される力 その循環冷却システムとして、特開平 8— 148044号公報に記載さ れたシステムなどが知られている。この循環冷却システムは、冷媒の循環回路を閉回 路とし、冷媒を気化しな 、状態で循環を行うことのできる冷却システムである。
[0003] 図 2はその概略図であり、冷媒 33を貯留するリザーバユニット 30と、冷媒 33を圧送 する圧送ポンプ 31と、リザーバユニット 30内を所定の圧力に保持する圧力制御機構 36と、冷媒 33を所定温度に冷却する熱交換ユニット 32と、冷媒 33をケーブル 35 (3 本のケーブルが存在する。各ケーブルは図示されていない。）に分流させるバルブュ ニット 34などを具えて!/、る。
[0004] このシステムはリザーバユニット 30から送出した冷媒 33を熱交換ユニット 32で所定 温度に冷却し、これをケーブル 35に供給して、再度リザーバユニット 30に戻す、とい う循環サイクルを繰り返すものである。
特許文献 1：特開平 8 - 148044号公報 (特許請求の範囲および図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかし、前記の従来の循環冷却システムにおいては、ケーブル 35を出発点とした場 合、リザーバユニット 30は循環回路の上流にあり、このリザーバユニット 30から送出さ れた冷媒 33は、熱交換ユニット 32で所定温度に冷却された後に、ケーブル 35側に 送り込まれている。すなわち、冷媒 33はケーブル 35を冷却した後にリザーバユニット 30に戻るため、ケーブル 35での発熱により冷媒 33の温度が上昇し、熱膨張により冷 媒 33の体積が増加する。 [0006] そして、ケーブル 35での発熱量の変化に対応して、冷媒 33の体積も変化する。ま た、ケーブル 35での大きな発熱が予想される場合などは、それに対応して冷媒 33を 十分に冷却しておく必要がある力 この場合冷媒 33は逆に収縮してその体積は減少 する。
[0007] このように、冷媒 33の温度変化により、冷媒 33は体積膨張や収縮をし、その液量が 変化する力 前記回路においてケーブル 35の冷却部や配管などリザーバユニット 30 以外の各構成品の体積は一定であるので、冷媒液量の変化分はリザーバユニット 30 内の容積で吸収させる必要がある。従って、リザーバユニット 30の冷媒貯留容積は、 回路内の冷媒液量の変化を吸収できるように設計しなければならず、その結果、リザ ーバユニット 30を大容積のものにする必要があった。または、リザーバユニット 30内 の冷媒量を一定に保っため、冷媒量の調整機構を設けて調整作業をする必要があ つた。特に、システム内の冷媒総量が大きい場合や、温度変化の大きいシステムにな ればなるほど、リザーバユニットは、この体積膨張、収縮を考慮して、大容積のものに する必要があり、または大能力の冷媒量調整機構を必要とした。
[0008] 本発明は、前記の従来の循環冷却システムの問題を解決し、リザーバユニットを小 型化でき、また、リザーバユニット内の冷媒量の調整機構や調整作業も不要である極 低温ケーブルの循環冷却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
[0009] 本発明の極低温ケーブルの循環冷却システムは、リザーバユニット内の冷媒量を 一定に保持するための冷媒温度調整機構を有することを特徴とし、この特徴により前 記の目的を達成するものである。
[0010] すなわち、本発明に従った極低温ケーブルの循環冷却システムは、冷媒を貯留す るリザーバユニットと、該リザーバユニットから送出された冷媒によりケーブルを冷却 するケーブル冷却部とを有し、該ケーブル冷却部から送出された冷媒を、再度該リザ ーバユニットに戻して循環させる極低温ケーブルの循環冷却システムにおいて、該リ ザーバユニット内の冷媒量を一定に保持するための冷媒温度調整機構を有すること を特徴とする。
[0011] 上記極低温ケーブルの循環冷却システムにおいて、冷媒温度調整機構が、冷媒 温度を検知するセンサと該センサの検知結果に対応して冷却能力を調整する熱交 換ユニットからなって 、てもよ ヽ。
[0012] 上記極低温ケーブルの循環冷却システムにおいて、冷媒温度を検知するセンサは
、ケーブル冷却部の冷媒出口の近傍にあってもよい。
[0013] 上記極低温ケーブルの循環冷却システムにお!/、て、熱交換ユニットは、ケーブル 冷却部の冷媒出口とリザーバユニットへの冷媒戻り口の間にあってもよい。
[0014] 上記極低温ケーブルの循環冷却システムにおいては、熱交換ユニットの冷却能力 の調整を、熱交換ユニット運転用電力または電源周波数の調整により行ってもよい。 発明の効果
[0015] 本発明に従った極低温ケーブルの循環冷却システムは、リザーバユニット内の冷媒 量を一定に保持するための冷媒温度調整機構を有するので、リザーバユニットに、冷 媒の体積変化を吸収するための容積を付加する必要がなぐリザーバユニットを小型 化できる。また、リザーバユニット内の冷媒体積の調整機構や調整作業も不要となる
[0016] また、冷媒温度を検知するセンサがケーブル冷却部の出口近傍にあり、かつ、熱交 換ュニットをケーブル冷却部の冷媒出口とリザーバユニットへの冷媒戻り口の間に設 置する場合は、ケーブルの発熱の変化に、より確実に対応した熱交換ユニットの冷却 能力の調整を行うことが可能となると共に、ケーブルでの発熱による冷媒の体積変化 の影響がリザーバユニット側に直接及ぶことを防止することができるため、より正確に リザーバユニット内の冷媒量を一定に保たせることができる。
[0017] さらに、熱交換ユニットの冷却能力の調整を、熱交換ユニット運転用電力または電 源周波数の調整により行う場合には、常にフルパワーで運転し、冷却し過ぎの場合 はヒータなどで加熱して温度調整を行って 、た従来のシステムに比べて、熱交換ュ ニットの消費電力が少なくてすみ、省エネルギーが可能になる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明の極低温ケーブルの循環冷却システムの一例を示す概略図である。
[図 2]従来の極低温ケーブルの循環冷却システムの一例を示す概略図である。 符号の説明 [0019] 1, 30 リザーバユニット、 2, 32 熱交換ユニット、 3, 34 バルブユニット、 4 ケーブル冷却部、 5 センサ、 7, 31 圧送ポンプ、 8 バイパスバルブ、 9, 36 圧力制御機構、 10 冷凍機、 11 コールドヘッド、 12 流量計、 13 流量調 整弁、 14 バイパスバルブ、 15, 16 配管、 18 真空断熱容器、 20 安全弁、
21 逆止弁、 22 電源、 23 パワー調整機、 C 冷媒、 G ガス、 PI, P2 圧力計。
発明を実施するための最良の形態
[0020] リザーバユニット内の冷媒量を一定に保持するための冷媒温度調整機構は、シス テム内の冷媒温度を一定に保つ機能を有するもので、冷媒温度を検知するセンサと 該センサの検知結果に対応して冷却能力を調整する熱交換ユニットからなるものが その代表例として挙げられる。センサにより検知された冷媒の温度の変化に対応して 、熱交換ユニットの冷却能力を増加 (温度を下げる場合)または減少 (温度を上げる 場合)して、冷媒温度を一定に保つ。
[0021] 冷媒温度を検知するセンサは、極低温でも、正確で感度のよ!ヽ検知を可能とするも のであれば、その種類は限定されない。本発明の極低温ケーブルの循環冷却システ ムにおいては、冷媒温度の変化に最も大きな影響を与えるのは、通常ケーブルでの 発熱量の変化である。従って、該センサをケーブル冷却部の出口近傍に設置すると 、ケーブルでの発熱量の変化を迅速に検知でき、感度の高い冷媒温度調整を行うこ とができるので好ましい。
[0022] 熱交換ユニットも、充分な冷却能力を有し、冷媒温度の変化に対応した冷却能力 の調整が可能なものであれば、その種類は限定されない。冷却能力の調整方法も特 に限定されず、従来の冷却システムで多く採用されている方式、すなわち、冷媒の温 度変化の予想される最大値に対応したパワー以上のフルパワーを有する熱交換ュ- ットを常にフルパワーで運転し、冷媒温度が下がりすぎたときは、熱交換ユニットの熱 交換部にあるヒータで加熱して調整する方法も採用できる。しかし、冷却能力の調整 を、熱交換ユニット運転用電力または電源周波数の調整により行えば、ヒータによる 加熱が不要となり、冷却に必要なエネルギー（消費電力）の節約となり好ましい。
[0023] 電源周波数の調整は、例えばインバータにより行われる。熱交換ユニットの冷却能 力は周波数に依存し、例えば 60Hz運転から 30Hz運転にすると、冷却能力は 1Z2 となる。
[0024] 本発明の極低温ケーブルの循環冷却システムにおいて、冷媒はリザーバユニットか らケーブル冷却部へ送出される力 冷媒温度を検知するセンサがケーブル冷却部の 出口近傍にある場合などは、熱交換ユニットは、リザーバユニットとケーブル冷却部と の間に設置されていてもよい。ケーブルでの発熱が大きぐケーブル冷却部の出口 近傍の温度が上昇した場合は、熱交換ユニットの冷却能力を増加し、冷媒温度の上 昇を抑えることができる。
[0025] しかし、この場合は、ケーブル冷却部すなわち発熱部が熱交換ユニットの下流側に あるため、ケーブルでの発熱量の変化に迅速に対応した冷媒温度の調整、ひいては 冷媒温度の変化に基づく冷媒の体積変化に対応した迅速な調整をすることができな い。即ち、ケーブルでの発熱量の変化により、冷媒温度が変化し、その結果、冷媒の 体積が増加ある 、は減少した場合でも、体積が増加あるいは減少した冷媒自体を直 ちに温度調整することはできないため、冷媒の体積変化にも迅速に対応できない。そ の結果、感度の高い調整は困難となる。
[0026] そこで好ましくは、熱交換ユニットはケーブル冷却部の冷媒出口とリザーバユニット への冷媒戻り口の間に設置される。とりわけ好ましい態様は、冷媒温度を検知するセ ンサがケーブル冷却部の出口近傍にあり、かつ、熱交換ユニットがケーブル冷却部 の冷媒出口とリザーバユニットへの冷媒戻り口の間に設置される場合である。この態 様により、ケーブルでの発熱の変化に直接対応した熱交換ユニットの冷却能力の調 整を行うことが可能となると共に、リザーバユニットには熱交換ユニットで所定の温度 に冷却された冷媒が供給されるため、熱膨張や熱収縮による冷媒の体積変化の影 響をリザーバユニットに直接及ぼさずに、より正確にリザーバユニット内の冷媒量を一 定に保つことができる。
[0027] 以下、前記のとりわけ好ましい態様について、図 1を参照しながらより具体的に説明 する。
[0028] 図 1のシステムは、リザーバユニット 1、熱交換ユニット 2、バルブユニット 3、ケープ ル冷却部 4および冷媒温度を検知するセンサ 5 (以下単にセンサ 5と言う。 )を主な構 成要素とする。
[0029] リザーバユニット 1は冷媒 Cを貯留する閉鎖容器であり、冷媒循環用の圧送ポンプ 7 および圧力制御機構 9を具えている。冷媒 Cはこの圧送ポンプ 7により加圧されて循 環され、その吐出圧はリザーバユニット内のバイパスバルブ 8によって調整される。圧 送ポンプ 7は、冷媒の循環回路における圧力低下を考慮してもなお必要流量の得ら れるものが用いられる。
[0030] 圧送ポンプ 7は、リザーバユニット 1の外部に独立して設置してもよいが、本例のよう にリザーバユニット 1内に設置することにより、真空断熱容器を共用でき、システム製 造コストの低減を図ることができる。なお、 P1はリザーバユニット 1内の圧力を測定す る圧力計、 P2は圧送ポンプ 7の吐出部の圧力を測定する圧力計、 20はリザーバュニ ット 1を圧力の過上昇力 保護する安全弁、 21は大気等をリザーバユニット 1内に流 入させな!/、ための逆止弁である。
[0031] また、圧力制御機構 9は、ガス Gを供給してリザーバユニット 1内の圧力をほぼ一定 に保持し、冷媒 Cを気化しない状態に保っためのものあるが、本発明においては必 須ではない。供給するガス Gは、冷媒 Cよりも沸点や三重点が低いものが用いられ、 例えば冷媒 Cが液体窒素の場合は、ヘリウムが用いられる。
[0032] 前記の従来の循環冷却システムでは、リザーバユニット 1中の冷媒量を一定に維持 するための冷媒自動補給機構 (例えば、液位計と、その測定結果に連動する供給器 の組合せ）が設置されることがある力 本発明においてはこの機構は基本的には不 要である。
[0033] ノ レブユニット 3は、リザーバユニット 1から、配管 15を通って送出されてきた冷媒 C を分流してケーブル冷却部 4に供給する機能を有する。本例では、ケーブル冷却部 4内にある 3相の電力ケーブルに冷媒 Cを均一に供給するため、バルブユニット 3内 で冷媒 Cを 3つに分岐し、分岐ごとに流量計 12、流量調整弁 13およびバイパスバル ブ 14が設置されている。
[0034] ノ レブユニット 3を通って送られてきた冷媒 Cはケーブル冷却部 4に供給される。本 例では、ケーブル冷却部 4の一端から冷媒 Cを供給し、他端で 3相分の冷媒 Cを 1本 にまとめて排出して、熱交換ユニット 2側に戻す構成である。 [0035] ケーブル冷却部 4内では、冷媒 Cによりそれぞれのケーブルが冷却される力 一方 ケーブルの発熱により冷媒 Cの温度は上昇する。また、温度の上昇量は、ケーブル の発熱量の変化 (すなわち電流の変化）により変動する。
[0036] ケーブル冷却部 4の冷媒出口の近傍に設置されたセンサ 5は、冷媒 Cの温度を検 知し、その測定結果は熱交換ユニット 2のパワー調整機 23にフィードバックされる。セ ンサ 5から送出された冷媒 Cは、配管 16を通って熱交換ユニット 2に送出される。
[0037] 熱交換ユニット 2は、センサ 5から送出された冷媒 Cを所定温度に冷却するものであ る。本例では冷凍機 10のコールドヘッド 11を Cuブロックに接触させ、この Cuブロック に冷媒 Cの輸送管を卷回して、固体熱伝導により熱交換している。また本例では熱交 換ュニット 2が 1台用いられている力 冷却能力が 1台では不十分な場合は、 2台以 上を直列につな 、でもよ 、。
[0038] 本例では熱交換ユニット 2は、センサ 5の出口側配管 16の下流側でかつリザーバュ ニット 1への冷媒 Cの戻り配管の上流側に設置されている。すなわち、ケーブル冷却 部 4の冷媒出口とリザーバユニット 1への冷媒戻り口の間にある。
[0039] 冷凍機 10は、熱交換ユニット用の電源 22からの電力供給を受けて運転されるが、 この電源 22と冷凍機 10の間に熱交換ユニット運転用のパワー調整機 23が設置され ている。前述のように、センサ 5が検知した温度がフィードバックされ、パワー調整機 2 3が制御される。これにより、熱交換ユニット 2の冷却能力の調整を行い、リザーバュ ニット 1への戻り口の温度を一定に制御し、冷媒 Cの温度変動による冷媒 Cの体積の 変動を防止する。パワー調整機 23としては、熱交換ユニット 2に入力する電源周波数 を任意に変化させることができるインバータを用いても良 、。
[0040] なお、発熱部、すなわちケーブル冷却部 4から熱交換ユニット 2間に存在する冷媒 量が多いと、その冷媒の熱膨張または熱収縮による体積変化が大きくなる。従って、 この冷媒量を少なくすることが好ましぐ熱交換ユニット 2はケーブル冷却部 4の冷媒 出口の近傍、すなわちセンサ 5の出口の近傍にあることが好ましい。
[0041] 熱交換ユニット 2から送出された冷媒 Cは、配管 15を通ってリザーバユニット 1へ戻 る。
[0042] リザーバユニット 1、熱交換ユニット 2、バルブユニット 3は個別に真空断熱容器 18に 収納され、循環回路を構成する配管 15、 16も真空断熱層により被覆されている。そ のため、冷却システム全体としての熱損失を小さくできる。なお、各ユニット 1、 2、 3、 1 5、 16の真空断熱は、個別でなく一括して行ってもよい。
産業上の利用可能性
本発明による極低温ケーブルの循環冷却システムは、超電導ケーブルなど冷媒に より冷却された状態で用 ヽられるケーブルの冷却システムとして用 ヽられるが、特に 小型化や機構の簡略ィ匕が求められる場合に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 冷媒を貯留するリザーバユニット（1)と、該リザーバユニット（1)から送出された冷媒 によりケーブルを冷却するケーブル冷却部 (4)とを有し、該ケーブル冷却部 (4)から 送出された冷媒を、再度該リザーバユニット（1)に戻して循環させる極低温ケーブル の循環冷却システムにおいて、
該リザーバユニット（1)内の冷媒量を一定に保持するための冷媒温度調整機構 (2 , 5)を有することを特徴とする極低温ケーブルの循環冷却システム。
[2] 前記冷媒温度調整機構 (2, 5)が、冷媒温度を検知するセンサ (5)と該センサ (5) の検知結果に対応して冷却能力を調整する熱交換ユニット (2)カゝらなることを特徴と する請求の範囲第 1項に記載の極低温ケーブルの循環冷却システム。
[3] 前記冷媒温度を検知するセンサ（5)力 ケーブル冷却部 (4)の冷媒出口の近傍に あることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の極低温ケーブルの循環冷却システ ム。
[4] 前記熱交換ユ ット (2)が、ケーブル冷却部 (4)の冷媒出口とリザーバユ ット（1) への冷媒戻り口の間にあることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の極低温ケー ブルの循環冷却システム。
[5] 前記熱交換ユニット (2)の冷却能力の調整を、熱交換ユニット運転用電力または電 源周波数の調整により行うことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の極低温ケー ブルの循環冷却システム。
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