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JP6180735B2 - Cooling system and cooling method for superconducting device - Google Patents
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JP6180735B2 - Cooling system and cooling method for superconducting device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば超電導ケーブルのような超電導装置を冷却するために、液化ガスをサブクール状態で循環ループ内を循環させる超電導装置の冷却システム及び冷却方法の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of a cooling system and a cooling method for a superconducting device in which a liquefied gas is circulated in a circulation loop in a subcooled state in order to cool a superconducting device such as a superconducting cable.

特定の金属、合金、化合物などの物質を極低温に冷却したときに、電気抵抗が急激にゼロになる超電導という現象がある。送電用ケーブルに超電導の技術を応用した超電導ケーブルは、電流が流れる導体として超電導線を使用したものであり、小さな断面積で大電流を流すことができるため、送電に係る設備の小型化、送電効率の向上等の利点があり注目されている。   There is a phenomenon called superconductivity in which the electrical resistance suddenly becomes zero when a material such as a specific metal, alloy, or compound is cooled to a very low temperature. Superconducting cables that apply superconducting technology to power transmission cables use superconducting wires as current-carrying conductors and can flow large currents with a small cross-sectional area. It has gained attention because of its advantages such as improved efficiency.

超電導ケーブルの冷却は、液体窒素などの液化ガスを循環ループ内で循環させて行われる。ここで、超電導ケーブルを構成する絶縁体中において、循環している液化ガスが気化すると絶縁破壊の起点となる。そのため、この種の冷却システムでは、液化ガスをサブクール状態に維持しながら循環する必要がある。一般的に冷却システムで循環する液化ガスの最低圧力は、耐電圧試験で部分放電が発生しない圧力である約0.2MPaG以上とされている。   The superconducting cable is cooled by circulating a liquefied gas such as liquid nitrogen in a circulation loop. Here, when the circulating liquefied gas is vaporized in the insulator constituting the superconducting cable, it becomes a starting point of dielectric breakdown. Therefore, in this type of cooling system, it is necessary to circulate the liquefied gas while maintaining the subcooled state. Generally, the minimum pressure of the liquefied gas circulating in the cooling system is about 0.2 MPaG or more, which is a pressure at which partial discharge does not occur in the withstand voltage test.

循環する液化ガスの圧力制御は、循環ループ上に設けられたリザーバタンクによって行われる。特許文献1には、リザーバタンク外部に設けたガスボンベから高圧の窒素ガスをリザーバタンク内に供給することによって加圧する方法や、リザーバタンクの気相部をヒータ等の加熱手段で加熱することにより、リザーバタンク内に貯留された液化ガスの一部を気化させて加圧する方法が記載されている。   The pressure control of the circulated liquefied gas is performed by a reservoir tank provided on the circulation loop. In Patent Document 1, a method of applying pressure by supplying high-pressure nitrogen gas from a gas cylinder provided outside the reservoir tank into the reservoir tank, or heating the vapor phase portion of the reservoir tank with a heating means such as a heater, A method is described in which a part of the liquefied gas stored in the reservoir tank is vaporized and pressurized.

特開2006−12654号公報JP 2006-12654 A

超電導ケーブルは良好な送電効率を有するため、遠隔地などのアクセスが困難な地域を含む広い範囲に亘って設置されることがある。そのため、超電導ケーブルの冷却装置は、極力少ないメンテナンスで、長期的に安定的な運用が可能であることが要求される。   Since superconducting cables have good power transmission efficiency, they may be installed over a wide range including areas that are difficult to access, such as remote locations. Therefore, the superconducting cable cooling device is required to be capable of stable operation in the long term with as little maintenance as possible.

特許文献1では、リザーバタンク外部に設けられたガスボンベから窒素ガスを供給する必要があるため、ガスボンベの窒素ガスの残量が減少した場合には、窒素ガスの補充作業又はガスボンベの交換作業などのメンテナンス作業が必要となる。また、ガスボンベから供給された窒素ガスがリザーバタンク内で液化するため、冷却システムにおける液化ガス(液体窒素)の総量が増加する。そのため、過剰となった液化ガスを排出する必要があり、無駄がある。   In Patent Document 1, since it is necessary to supply nitrogen gas from a gas cylinder provided outside the reservoir tank, when the remaining amount of nitrogen gas in the gas cylinder decreases, replenishment work of nitrogen gas or replacement work of the gas cylinder, etc. Maintenance work is required. Further, since the nitrogen gas supplied from the gas cylinder is liquefied in the reservoir tank, the total amount of liquefied gas (liquid nitrogen) in the cooling system increases. Therefore, it is necessary to discharge the excess liquefied gas, which is wasteful.

また、特許文献1では、リザーバタンクの圧力が高くなった場合には、リザーバタンク内で気化した窒素ガスを外部に放出することにより、減圧を実施する。しかしながら、このように外部に窒素ガスを放出すると、冷却システム全体における液化ガスが減少するため、不足分を外部から補充するメンテナンス作業が必要となる。
このように特許文献1の冷却システムでは、その冷却性能を維持するために、様々なメンテナンス作業が必要となる。
Moreover, in patent document 1, when the pressure of a reservoir tank becomes high, pressure reduction is implemented by releasing the nitrogen gas vaporized in the reservoir tank outside. However, when nitrogen gas is released to the outside in this way, the liquefied gas in the entire cooling system is reduced, so that maintenance work for replenishing the shortage from the outside is required.
Thus, in the cooling system of Patent Document 1, various maintenance operations are required to maintain the cooling performance.

また、ヒータで加熱して加圧する場合、ヒータを動作させるために電力の消費を伴う。そのため、冷却対象である超電導ケーブルで良好な送電効率が得られたとしても、ヒータによる電力消費量の分だけ、システム全体における送電効率が低下してしまう。
また、ヒータのON/OFFによってリザーバタンク内の圧力を制御する場合、リザーバタンクの圧力変化との間に大きなタイムラグが生じる。具体的に言うと、ヒータを停止した場合、リザーバタンク内の温度が低下するまでにはある程度の時間を要する。そのため、ヒータを用いた加圧方法は、リザーバタンクを適切な圧力範囲に精度よく制御することが難しい。
Moreover, when heating and pressurizing with a heater, power consumption is required to operate the heater. Therefore, even if good power transmission efficiency is obtained with the superconducting cable to be cooled, the power transmission efficiency in the entire system is reduced by the amount of power consumed by the heater.
Further, when the pressure in the reservoir tank is controlled by turning on / off the heater, a large time lag occurs between the pressure change in the reservoir tank. Specifically, when the heater is stopped, it takes a certain amount of time for the temperature in the reservoir tank to drop. Therefore, it is difficult for the pressurizing method using the heater to accurately control the reservoir tank within an appropriate pressure range.

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、電力消費量が少なく、長期に亘って安定的な運用が可能な超電導装置の冷却システム及び冷却方法を提供することを目的とする。   An object of at least some embodiments of the present invention is to provide a cooling system and a cooling method for a superconducting device that consumes less power and can be stably operated over a long period of time.

本発明の一実施形態に係る超電導装置の冷却システムは、液化ガスを貯留するリザーバタンク、該リザーバタンクに貯留された前記液化ガスを循環させる循環ポンプ、及び、前記循環する液化ガスを冷却する冷却装置を有する循環ループを備え、前記液化ガスをサブクール状態で循環させることにより超電導装置を冷却する超電導装置の冷却システムであって、前記循環ループから分岐した第1のバイパスラインを介して導入した前記液化ガスを、該第1のバイパスライン上に設けた熱交換器で気化して、前記リザーバタンクの上部に供給する第1の加圧手段と、前記循環ループから分岐した第2のバイパスラインに前記リザーバタンク内の気化ガスを導入し、前記第2のバイパスライン内部において凝縮することにより前記リザーバタンクを減圧する減圧手段と、前記リザーバタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出値に基づいて、前記第1の加圧手段及び前記減圧手段を作動させる制御手段とを備えたことを特徴とする。   A cooling system for a superconducting device according to an embodiment of the present invention includes a reservoir tank that stores liquefied gas, a circulation pump that circulates the liquefied gas stored in the reservoir tank, and cooling that cools the circulated liquefied gas. A cooling system for a superconducting device comprising a circulation loop having a device and cooling the superconducting device by circulating the liquefied gas in a subcooled state, wherein the cooling system is introduced through a first bypass line branched from the circulation loop. The liquefied gas is vaporized by a heat exchanger provided on the first bypass line and supplied to the upper portion of the reservoir tank, and to the second bypass line branched from the circulation loop. The reservoir tank is introduced by introducing vaporized gas in the reservoir tank and condensing in the second bypass line. Depressurizing means for depressurizing, pressure detecting means for detecting the pressure in the reservoir tank, and control means for operating the first pressurizing means and the depressurizing means based on a detection value of the pressure detecting means. It is characterized by that.

上記冷却システムでは、リザーバタンク内の圧力が低下した場合には第1の加圧手段によって加圧する一方で、リザーバタンク内の圧力が上昇した場合には減圧手段によって減圧する。これにより、リザーバタンク内の圧力を所定範囲内に制御することができ、循環ループを流れる液化ガスをサブクール状態に維持することができる。
第1の加圧手段は、循環ループを流れる液化ガスの一部を気化してリザーバタンクに供給することで加圧を行うため、外部から液化ガスを補給する必要がない。また、液化ガスは熱交換器を用いて、例えば外気との間で熱交換して気化できるので、電力消費量も少なくて済む。
減圧手段は、リザーバタンク内の気化ガスの一部を第2のバイパスラインに導入して凝縮することにより減圧するため、システム外部から液化ガスを補給する必要がない。このとき、減圧手段は、リザーバタンク内の存在する気化ガスを、第2のバイパスラインに存在する液化ガスに接触させることよって凝縮する。そのため、リザーバタンク内の気化ガスをシステム外部に排出して無駄にすることもない。
従って、上記冷却システムでは、循環ループを流れる液化ガスを有効利用しながら、リザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持できる。このように、電力消費量が少なく、長期に亘って安定的な運用が可能な超電導装置の冷却システムを提供することができる。
In the above cooling system, when the pressure in the reservoir tank decreases, the pressure is increased by the first pressurizing unit, while when the pressure in the reservoir tank increases, the pressure is decreased by the depressurizing unit. Thereby, the pressure in the reservoir tank can be controlled within a predetermined range, and the liquefied gas flowing through the circulation loop can be maintained in the subcooled state.
Since the first pressurizing means performs pressurization by vaporizing a part of the liquefied gas flowing through the circulation loop and supplying it to the reservoir tank, it is not necessary to replenish the liquefied gas from the outside. Further, since the liquefied gas can be vaporized by exchanging heat with, for example, the outside air using a heat exchanger, the power consumption can be reduced.
Since the decompression means decompresses the vaporized gas by introducing a part of the vaporized gas in the reservoir tank into the second bypass line and condensing it, there is no need to replenish the liquefied gas from outside the system. At this time, the decompression means condenses the vaporized gas present in the reservoir tank by bringing it into contact with the liquefied gas present in the second bypass line. For this reason, the vaporized gas in the reservoir tank is not discharged outside the system.
Therefore, in the cooling system, the pressure in the reservoir tank can be maintained in an appropriate range while effectively using the liquefied gas flowing through the circulation loop. In this way, it is possible to provide a cooling system for a superconducting device that consumes less power and can be stably operated over a long period of time.

一実施形態において、前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出値が予め設定された第1の閾値未満になった場合に前記第1の加圧手段を作動させ、前記圧力検出手段の検出値が前記第1の閾値より高く設定された第2の閾値以上になった場合に前記減圧手段を作動させる。
上記冷却システムでは、圧力検出手段の検出値に基づいて第1の加圧手段及び減圧手段を作動させることによって、リザーバタンク内の圧力を第1の閾値以上、第2の閾値未満に精度よく制御することができる。
In one embodiment, the control means activates the first pressurizing means when the detection value of the pressure detection means is less than a preset first threshold value, and detects the detection value of the pressure detection means. When the pressure becomes equal to or higher than the second threshold value set higher than the first threshold value, the pressure reducing means is operated.
In the cooling system, the pressure in the reservoir tank is accurately controlled to be equal to or higher than the first threshold value and lower than the second threshold value by operating the first pressurizing unit and the depressurizing unit based on the detection value of the pressure detecting unit. can do.

一実施形態において、前記制御手段は、前記第2のバイパスラインに設けられた圧力制御弁を開状態に切り替えることによって、前記リザーバタンク内の気化ガスを前記第2のバイパスラインに導入して前記減圧手段を作動させる。
上記冷却システムでは、第2のバイパスラインに設けた圧力制御弁の開閉状態を制御手段によって制御することによって、リザーバタンク内の圧力を適切な範囲に減圧することができる。例えば制御手段による圧力制御弁の開閉制御にPID制御を採用することにより、リザーバタンク内の圧力が上昇した場合にでも第2の閾値になるように良好に制御することができる。
In one embodiment, the control means introduces the vaporized gas in the reservoir tank into the second bypass line by switching a pressure control valve provided in the second bypass line to an open state. Activate the decompression means.
In the cooling system, the pressure in the reservoir tank can be reduced to an appropriate range by controlling the open / close state of the pressure control valve provided in the second bypass line by the control means. For example, by adopting PID control for opening / closing control of the pressure control valve by the control means, even when the pressure in the reservoir tank rises, the second threshold value can be satisfactorily controlled.

一実施形態に係る超電導装置の冷却システムは、前記リザーバタンク内に貯留された液化ガスを加熱することにより、前記リザーバタンクを加圧する第2の加圧手段を更に備え、前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出値が前記第1の閾値より低く設定された第3の閾値未満になった場合に、前記第2の加圧手段を作動させる。
上記冷却システムでは、リザーバタンク内の圧力が第3の閾値未満になった場合には、第2の加圧手段を作動させることにより、第1の加圧手段による加圧性能を補助して、リザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持することができる。
第2の加圧手段は液化ガスを加熱する必要があるため、第1の加圧手段に比べて消費電力が大きい。そのため、第1の加圧手段による加圧性能が足りない場合に限って第2の加圧手段を作動させることにより、消費電力量を抑制しつつ、リザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持することができる。
また、何らかの原因によって第1の加圧手段が故障等によって停止した場合であっても、第2の加圧手段をバックアップとして作動させることによって、リザーバタンクを加圧することができる。これにより、冷却システムに不具合が生じた場合でもリザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持することができ、信頼性を向上させることができる。尚、第1の加圧手段が停止して第2の加圧手段のみによって加圧制御した場合には、リザーバタンク内の圧力は第1の閾値より低い第3の閾値を基準に加圧されるが、リザーバタンク内の圧力が極端に低下することによって冷却システムが重大な故障に陥ることを効果的に防ぐことができる。
The cooling system for a superconducting device according to an embodiment further includes a second pressurizing unit that pressurizes the reservoir tank by heating the liquefied gas stored in the reservoir tank, and the control unit includes: When the detection value of the pressure detection means becomes less than the third threshold set lower than the first threshold, the second pressurization means is operated.
In the cooling system, when the pressure in the reservoir tank becomes less than the third threshold value, the second pressurizing unit is operated to assist the pressurization performance by the first pressurizing unit, The pressure in the reservoir tank can be maintained within an appropriate range.
Since the second pressurizing means needs to heat the liquefied gas, the power consumption is larger than that of the first pressurizing means. Therefore, the pressure in the reservoir tank is maintained within an appropriate range while suppressing the power consumption by operating the second pressurizing unit only when the pressurizing performance by the first pressurizing unit is insufficient. can do.
Further, even when the first pressurizing unit is stopped due to some reason, the reservoir tank can be pressurized by operating the second pressurizing unit as a backup. Thereby, even when a malfunction occurs in the cooling system, the pressure in the reservoir tank can be maintained in an appropriate range, and the reliability can be improved. When the first pressurizing unit is stopped and the pressurization is controlled only by the second pressurizing unit, the pressure in the reservoir tank is increased with reference to a third threshold value lower than the first threshold value. However, it is possible to effectively prevent the cooling system from causing a serious failure due to an extremely low pressure in the reservoir tank.

一実施形態に係る超電導装置の冷却システムは、前記液化ガスと同種のガスを高圧で貯めたガスボンベから、圧力調整弁を介して前記リザーバタンクに供給することにより、前記リザーバタンクを加圧する第3の加圧手段を更に備え、前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出値が前記第3の閾値より低く設定された第4の閾値未満になった場合に、前記第3の加圧手段を作動させる。
上記冷却システムでは、リザーバタンク内の圧力が第4の閾値未満になった場合には、第3の加圧手段を作動させることにより、第1の加圧手段及び第2の加圧手段による加圧性能を更に補助して、リザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持することができる。
第3の加圧手段はガスボンベからリザーバタンクに気化ガスを供給するため、ガスボンベの残量ガスが少なくなった場合に、ガスボンベの補給作業又は交換作業などのメンテナンスが必要となる。そのため、第1の加圧手段及び第2の加圧手段によっても依然として加圧性能が足りない場合に限って第3の加圧手段を作動させることにより、ガスボンベのガス消費量を抑制してメンテナンス頻度を少なくしつつ、リザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持することができる。
また、何らかの原因によって第1の加圧手段及び第2の加圧手段が故障等によって停止した場合であっても、第3の加圧手段をバックアップとして作動させることによって、リザーバタンクを加圧することができる。これにより、冷却システムに不具合が生じた場合でもリザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持することができ、より良好な信頼性を有する冷却システムを実現することができる。尚、第1の加圧手段及び第2の加圧手段が停止して第3の加圧手段のみによって加圧制御した場合には、リザーバタンク内の圧力は第3の閾値より低い第4の閾値を基準に加圧されるが、リザーバタンク内の圧力が極端に低下することによって冷却システムが重大な故障に陥ることを効果的に防ぐことができる。
A cooling system for a superconducting device according to an embodiment is configured to pressurize the reservoir tank by supplying the same kind of gas as the liquefied gas to the reservoir tank through a pressure regulating valve from a gas cylinder storing high-pressure gas. Pressurizing means, and when the detected value of the pressure detecting means falls below a fourth threshold set lower than the third threshold, the control means controls the third pressurizing means. Operate.
In the cooling system, when the pressure in the reservoir tank becomes less than the fourth threshold value, the third pressurizing unit is activated to apply pressure by the first pressurizing unit and the second pressurizing unit. By further assisting the pressure performance, the pressure in the reservoir tank can be maintained in an appropriate range.
Since the third pressurizing means supplies the vaporized gas from the gas cylinder to the reservoir tank, when the remaining gas in the gas cylinder decreases, maintenance such as replenishment work or replacement work of the gas cylinder is required. For this reason, the third pressurizing unit is operated only when the pressurizing performance is still insufficient even by the first pressurizing unit and the second pressurizing unit, thereby suppressing the gas consumption of the gas cylinder and performing maintenance. The pressure in the reservoir tank can be maintained within an appropriate range while reducing the frequency.
In addition, even if the first pressurizing unit and the second pressurizing unit are stopped due to a failure for some reason, the reservoir tank is pressurized by operating the third pressurizing unit as a backup. Can do. Thereby, even when a malfunction occurs in the cooling system, the pressure in the reservoir tank can be maintained in an appropriate range, and a cooling system having better reliability can be realized. When the first pressurizing unit and the second pressurizing unit are stopped and the pressurization is controlled only by the third pressurizing unit, the pressure in the reservoir tank is lower than the third threshold value. Although the pressure is increased based on the threshold value, it is possible to effectively prevent the cooling system from causing a serious failure due to the extremely low pressure in the reservoir tank.

一実施形態において、前記第1のバイパスラインは、前記循環ループのうち前記ポンプの上流側から分岐している。   In one embodiment, the first bypass line branches from the upstream side of the pump in the circulation loop.

一実施形態において、前記第2のバイパスラインは、前記循環ループのうち前記リザーバタンクの上流側から分岐している。   In one embodiment, the second bypass line branches off from the upstream side of the reservoir tank in the circulation loop.

一実施形態において、前記超電導装置は超電導ケーブルである。
上記冷却システムでは、長距離送電に用いられる超電導ケーブルなど、少ないメンテナンス負担で、長期に亘って安定的な運用が求められる超電導装置に適用することができる。
In one embodiment, the superconducting device is a superconducting cable.
The above cooling system can be applied to a superconducting device that requires stable operation over a long period of time with a small maintenance burden, such as a superconducting cable used for long-distance power transmission.

本発明の一実施形態に係る超電導装置の冷却方法は、液化ガスを貯留するリザーバタンク、該リザーバタンクに貯留された前記液化ガスを循環させる循環ポンプ、及び、前記循環する液化ガスを冷却する冷却装置を有する循環ループを備え、前記液化ガスをサブクール状態で循環させることにより超電導装置を冷却する超電導装置の冷却方法であって、前記リザーバタンク内の圧力を検出するステップと、前記検出した圧力が予め設定された第1の閾値未満になった場合に、前記循環ループから分岐した第1のバイパスラインを介して導入した前記液化ガスを、該第1のバイパスライン上に設けられた第2の熱交換器で気化して、前記リザーバタンクの上部に供給するステップと、
前記検出した圧力が前記第1の閾値より高く予め設定された第2の閾値以上になった場合に、前記循環ループから分岐した第2のバイパスラインに前記リザーバタンク内の気化ガスを導入し、前記第2のバイパスライン内部において凝縮することにより、前記リザーバタンクを減圧するステップとを備えたことを特徴とする。
一実施形態に係る超電導装置の冷却方法は、前記検出した圧力が前記第1の閾値より低く設定された第3の閾値未満になった場合に、前記リザーバタンク内に貯留された液化ガスを加熱することにより、前記リザーバタンクを加圧するステップを更に備える。
一実施形態に係る超電導装置の冷却方法は、前記液化ガスを加熱することにより得られたガスに対する流量調整弁を設けることで加圧速度の調整を行う。
一実施形態に係る超電導装置の冷却方法は、前記検出した圧力が前記第3の閾値より低く設定された第4の閾値未満になった場合に、前記液化ガスと同種のガスを高圧で貯めたガスボンベから、圧力調整弁を介して前記リザーバタンクに供給することにより、前記リザーバタンクを加圧するステップを更に備える。
A cooling method for a superconducting device according to an embodiment of the present invention includes a reservoir tank that stores liquefied gas, a circulation pump that circulates the liquefied gas stored in the reservoir tank, and cooling that cools the circulated liquefied gas. A cooling method for a superconducting device comprising a circulation loop having a device and cooling the superconducting device by circulating the liquefied gas in a subcooled state, the step of detecting the pressure in the reservoir tank, and the detected pressure When it becomes less than a preset first threshold, the liquefied gas introduced through the first bypass line branched from the circulation loop is supplied to the second bypass line provided on the first bypass line. Vaporizing with a heat exchanger and supplying to the upper part of the reservoir tank;
When the detected pressure is higher than the first threshold and equal to or higher than a preset second threshold, the vaporized gas in the reservoir tank is introduced into the second bypass line branched from the circulation loop, And a step of depressurizing the reservoir tank by condensing inside the second bypass line.
The superconducting device cooling method according to an embodiment heats the liquefied gas stored in the reservoir tank when the detected pressure becomes lower than a third threshold set lower than the first threshold. Thus, the method further includes the step of pressurizing the reservoir tank.
In the cooling method for a superconducting device according to an embodiment, the pressurization speed is adjusted by providing a flow rate adjustment valve for the gas obtained by heating the liquefied gas.
The cooling method for a superconducting device according to an embodiment stores a gas of the same type as the liquefied gas at a high pressure when the detected pressure is lower than a fourth threshold set lower than the third threshold. The method further includes the step of pressurizing the reservoir tank by supplying the reservoir tank from the gas cylinder via the pressure regulating valve.

上記超電導装置の冷却方法は、上述の超電導装置の冷却システム(上記各種態様を含む)によって実施することができる。   The cooling method for the superconducting device can be implemented by the above-described cooling system for the superconducting device (including the various aspects described above).

上記冷却システムでは、リザーバタンク内の圧力が低下した場合には第1の加圧手段によって加圧する一方で、リザーバタンク内の圧力が上昇した場合には減圧手段によって減圧する。これにより、リザーバタンク内の圧力を所定範囲内に制御することができ、循環ループを流れる液化ガスをサブクール状態に維持することができる。
第1の加圧手段は、循環ループを流れる液化ガスの一部を気化してリザーバタンクに供給することで加圧を行うため、外部から液化ガスを補給する必要がない。また、液化ガスは熱交換器を用いて、例えば外気との間で熱交換して気化できるので、電力消費量も少なくて済む。
減圧手段は、リザーバタンク内の気化ガスの一部を第2のバイパスラインに導入して凝縮することにより減圧するため、システム外部から液化ガスを補給する必要がない。このとき、減圧手段は、リザーバタンク内に存在する気化ガスを、第2のバイパスラインに存在する液化ガスに接触させることよって凝縮する。そのため、リザーバタンク内の気化ガスをシステム外部に排出して無駄にすることもない。
従って、上記冷却システムでは、循環ループを流れる液化ガスを有効利用しながら、リザーバタンク内の圧力を適切な範囲に維持できる。このように、電力消費量が少なく、長期に亘って安定的な運用が可能な超電導装置の冷却システムを提供することができる。
In the above cooling system, when the pressure in the reservoir tank decreases, the pressure is increased by the first pressurizing unit, while when the pressure in the reservoir tank increases, the pressure is decreased by the depressurizing unit. Thereby, the pressure in the reservoir tank can be controlled within a predetermined range, and the liquefied gas flowing through the circulation loop can be maintained in the subcooled state.
Since the first pressurizing means performs pressurization by vaporizing a part of the liquefied gas flowing through the circulation loop and supplying it to the reservoir tank, it is not necessary to replenish the liquefied gas from the outside. Further, since the liquefied gas can be vaporized by exchanging heat with, for example, the outside air using a heat exchanger, the power consumption can be reduced.
Since the decompression means decompresses the vaporized gas by introducing a part of the vaporized gas in the reservoir tank into the second bypass line and condensing it, there is no need to replenish the liquefied gas from outside the system. At this time, the decompression means condenses the vaporized gas present in the reservoir tank by bringing it into contact with the liquefied gas present in the second bypass line. For this reason, the vaporized gas in the reservoir tank is not discharged outside the system.
Therefore, in the cooling system, the pressure in the reservoir tank can be maintained in an appropriate range while effectively using the liquefied gas flowing through the circulation loop. In this way, it is possible to provide a cooling system for a superconducting device that consumes less power and can be stably operated over a long period of time.

冷却システムの全体構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the whole structure of a cooling system. 第1の加圧手段における圧力制御弁の内部構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the internal structure of the pressure control valve in a 1st pressurization means. 冷却システムの制御内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control content of a cooling system. 各加圧手段及び減圧手段が作動する圧力範囲を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the pressure range which each pressurization means and pressure reduction means operate | move. 減圧手段の動作制御の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of operation | movement control of a pressure reduction means. 偏差(P−P2)と圧力制御弁の操作量MVとの関係を規定するマップの一例である。It is an example of the map which prescribes | regulates the relationship between deviation (PP * 2) and the operation amount MV of a pressure control valve. 制御部による操作量MVと圧力制御弁の開度との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the operation amount MV by a control part, and the opening degree of a pressure control valve. 減圧手段を作動させた場合のリザーバタンクの圧力変化の一例を示す。An example of the pressure change of the reservoir tank when the pressure reducing means is operated will be shown. 第2の加圧手段における制御内容の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the control content in a 2nd pressurizing means.

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely illustrative examples. Only.

図1は冷却システム100の全体構成を示す概念図である。冷却システム100は冷却対象として超電導ケーブル110を有しており、該超電導ケーブル110を冷却するための液化ガスである液体窒素が循環する循環ループ130が設けられている。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the cooling system 100. The cooling system 100 has a superconducting cable 110 as an object to be cooled, and a circulation loop 130 is provided through which liquid nitrogen, which is a liquefied gas for cooling the superconducting cable 110, circulates.

液体窒素はリザーバタンク120に貯留されており、該リザーバタンク120に連通するライン131を介して循環ポンプ140に接続されている。循環ポンプ140はライン132を介して冷却器150に液体窒素を圧送する。冷却器150で冷却された液体窒素はライン133を介して超電導ケーブル110に供給され、超電導ケーブル110が冷却される。超電導ケーブル110を冷却した後の液体窒素は、ライン134を介してリザーバタンク120に戻される。このようにライン131乃至134は循環ループ130を形成しており、内部の液体窒素は循環ポンプ140によって、当該循環ループ130を循環するように構成されている。   Liquid nitrogen is stored in the reservoir tank 120 and connected to the circulation pump 140 via a line 131 communicating with the reservoir tank 120. Circulation pump 140 pumps liquid nitrogen to cooler 150 via line 132. The liquid nitrogen cooled by the cooler 150 is supplied to the superconducting cable 110 via the line 133, and the superconducting cable 110 is cooled. The liquid nitrogen after cooling the superconducting cable 110 is returned to the reservoir tank 120 via the line 134. As described above, the lines 131 to 134 form a circulation loop 130, and the liquid nitrogen inside is circulated through the circulation loop 130 by the circulation pump 140.

リザーバタンク120は、液体窒素が貯留されている貯留槽121と、該貯留槽121の外側に設けられた外装部122とを備えている。貯留槽121と外装部122との間の空間は不図示の真空ポンプによって減圧されており、真空断熱されている。貯留槽121内には液体窒素の液面上に気相部123を有しており、該気相部123は液体窒素が気化してなる窒素ガスで満たされている。   The reservoir tank 120 includes a storage tank 121 in which liquid nitrogen is stored, and an exterior part 122 provided outside the storage tank 121. The space between the storage tank 121 and the exterior part 122 is decompressed by a vacuum pump (not shown) and is thermally insulated by vacuum. The storage tank 121 has a gas phase portion 123 on the liquid nitrogen surface, and the gas phase portion 123 is filled with nitrogen gas obtained by vaporizing liquid nitrogen.

第1のバイパスライン161は、ライン132から循環ループ130を流れる液体窒素の一部を分岐し、熱交換器162に供給する。熱交換器162は、供給された液体窒素を、例えば外気と熱交換することにより気化させ、窒素ガスを生成する。第1のバイパスライン161において、熱交換器162より下流側には圧力制御弁163が設けられており、その先がリザーバタンク120の気相部123に連通している。圧力制御弁163は、第1のバイパスライン161のうち当該圧力制御弁163の下流側の圧力(リザーバタンク内圧力)が所定値(後述する圧力目標値P1)を下回った場合に開き、上回ったときに閉じる圧力調整機構を持った弁である。また、熱交換器162の上流側に調整バルブ167を設け、液化ガス供給量を調整することによりリザーバタンク120の加圧速度が変更可能な機構を備えている。 The first bypass line 161 branches a part of the liquid nitrogen flowing through the circulation loop 130 from the line 132 and supplies it to the heat exchanger 162. The heat exchanger 162 vaporizes the supplied liquid nitrogen, for example, by exchanging heat with the outside air, and generates nitrogen gas. In the first bypass line 161, a pressure control valve 163 is provided on the downstream side of the heat exchanger 162, and the tip communicates with the gas phase portion 123 of the reservoir tank 120. The pressure control valve 163 opens when the pressure (reservoir tank internal pressure) downstream of the pressure control valve 163 in the first bypass line 161 falls below a predetermined value (pressure target value P * 1 described later) This valve has a pressure adjustment mechanism that closes when the pressure is exceeded. Further, an adjustment valve 167 is provided on the upstream side of the heat exchanger 162, and a mechanism capable of changing the pressurization speed of the reservoir tank 120 by adjusting the liquefied gas supply amount is provided.

ここで図2は圧力制御弁163の内部構成を模式的に示す断面図である。圧力制御弁163は弁体164、スプリング165、ダイヤフラム166を有しており、第1のバイパスライン161の途中に配置されている。第1のバイパスライン161の下流側は、リザーバタンク120に連通しているので、リザーバタンク120内の気相部123と圧力が略等しくなっている。そのため、リザーバタンク120内の圧力が所定値(後述する第1の閾値P1)より低くなると、ダイヤフラム166に印加される力が軽減され、スプリング165によって弁体164が図中下方に押し下げられ、圧力制御弁163が開状態となる。すると、第1のバイパスライン161の上流側から下流側に窒素ガスが流れ、リザーバタンク120内に供給されることにより所定値P1まで加圧される。
リザーバタンク120内の圧力が所定値(後述する圧力目標値P1)まで加圧されると、ダイヤフラム166によってスプリング165と共に弁体が図中上方に押し上げられ、圧力制御弁163は閉状態となる。すると、第1のバイパスライン161の上流側から下流側への窒素ガスの供給、則ち加圧動作は停止する。
このように、熱交換器162で生成された窒素ガスが、圧力制御弁163の開度に応じてリザーバタンク120に供給され、リザーバタンク120を加圧できるように構成されている。このように、第1のバイパスライン161、熱交換器162、圧力制御弁163は第1の加圧手段160を構成している。
Here, FIG. 2 is a sectional view schematically showing the internal configuration of the pressure control valve 163. The pressure control valve 163 includes a valve body 164, a spring 165, and a diaphragm 166, and is disposed in the middle of the first bypass line 161. Since the downstream side of the first bypass line 161 communicates with the reservoir tank 120, the pressure is substantially equal to the gas phase portion 123 in the reservoir tank 120. Therefore, when the pressure in the reservoir tank 120 becomes lower than a predetermined value (a first threshold value P * 1, which will be described later), the force applied to the diaphragm 166 is reduced, and the valve body 164 is pushed downward in the figure by the spring 165. The pressure control valve 163 is opened. Then, nitrogen gas flows from the upstream side to the downstream side of the first bypass line 161 and is pressurized to a predetermined value P * 1 by being supplied into the reservoir tank 120.
When the pressure in the reservoir tank 120 is increased to a predetermined value (a pressure target value P * 1 described later), the valve body is pushed up together with the spring 165 by the diaphragm 166, and the pressure control valve 163 is closed. Become. Then, the supply of nitrogen gas from the upstream side to the downstream side of the first bypass line 161, that is, the pressurizing operation is stopped.
As described above, the nitrogen gas generated by the heat exchanger 162 is supplied to the reservoir tank 120 according to the opening degree of the pressure control valve 163 so that the reservoir tank 120 can be pressurized. Thus, the first bypass line 161, the heat exchanger 162, and the pressure control valve 163 constitute the first pressurizing means 160.

再び図1に戻って、第2のバイパスライン171は、ライン134とリザーバタンク120の気相部123とを連通しており、途中に圧力制御弁172が設けられている。圧力制御弁172は後述する制御手段220によって開度が制御可能な電磁弁である。圧力制御弁172が開状態にある場合、リザーバタンク120の気相部123に滞留している窒素ガスは第2のバイパスライン171に導入される。
第2のバイパスライン171に導入された窒素ガスは、第2のバイパスライン171に存在している液体窒素に接触することによって凝縮され、リザーバタンク120が減圧される。このように、第2のバイパスライン171、圧力制御弁172は減圧手段170を構成している。
Returning again to FIG. 1, the second bypass line 171 communicates the line 134 with the gas phase portion 123 of the reservoir tank 120, and a pressure control valve 172 is provided on the way. The pressure control valve 172 is an electromagnetic valve whose opening degree can be controlled by the control means 220 described later. When the pressure control valve 172 is in the open state, the nitrogen gas staying in the gas phase portion 123 of the reservoir tank 120 is introduced into the second bypass line 171.
The nitrogen gas introduced into the second bypass line 171 is condensed by contacting the liquid nitrogen existing in the second bypass line 171 and the reservoir tank 120 is depressurized. As described above, the second bypass line 171 and the pressure control valve 172 constitute the pressure reducing means 170.

リザーバタンク120の気相部123には、貯留槽121に貯留された液体窒素の液面と略平行に設けられた輻射板181と、該輻射板181を加熱するためのヒータ182とが設けられている。輻射板181はヒータ182によって加熱されることにより輻射熱を液体窒素に供給し、液体窒素を気化させて窒素ガスを生成する。これにより、リザーバタンク120を加圧することができる。このように輻射板181及びヒータ182は第2の加圧手段180を構成している。   The gas phase portion 123 of the reservoir tank 120 is provided with a radiation plate 181 provided substantially parallel to the liquid nitrogen liquid level stored in the storage tank 121, and a heater 182 for heating the radiation plate 181. ing. The radiating plate 181 is heated by the heater 182 to supply radiant heat to liquid nitrogen and vaporize the liquid nitrogen to generate nitrogen gas. Thereby, the reservoir tank 120 can be pressurized. Thus, the radiation plate 181 and the heater 182 constitute the second pressurizing means 180.

冷却システム100は高圧の窒素ガスが充填されたガスボンベ191を有している。該ガスボンベ191の窒素ガスは、圧力制御弁192を介して供給ライン193によってリザーバタンク120に供給される。これにより、気相部123に高圧の窒素ガスを供給することにより、リザーバタンク120を加圧できるように構成されている。このように、ガスボンベ191、圧力制御弁192及び供給ライン193は第3の加圧手段190を構成している。
圧力制御弁192は、供給ライン193のうち当該圧力制御弁192の下流側の圧力(リザーバタンク内圧力)が所定値(後述する圧力目標値P4)を下回った場合に開く圧力調整弁である。圧力制御弁192の具体的な構成は、上述の第1の加圧手段における圧力制御弁163と同様である。
The cooling system 100 has a gas cylinder 191 filled with high-pressure nitrogen gas. The nitrogen gas in the gas cylinder 191 is supplied to the reservoir tank 120 through the supply line 193 through the pressure control valve 192. Thus, the reservoir tank 120 can be pressurized by supplying high-pressure nitrogen gas to the gas phase portion 123. As described above, the gas cylinder 191, the pressure control valve 192, and the supply line 193 constitute the third pressurizing unit 190.
The pressure control valve 192 is a pressure adjustment valve that opens when the pressure (reservoir tank pressure) downstream of the pressure control valve 192 in the supply line 193 falls below a predetermined value (pressure target value P * 4 described later). is there. The specific configuration of the pressure control valve 192 is the same as the pressure control valve 163 in the first pressurizing means described above.

リザーバタンク120の気相部123における圧力は、圧力センサ200によって検出される。輻射板181の温度は、温度センサ210によって検出される。   The pressure in the gas phase portion 123 of the reservoir tank 120 is detected by the pressure sensor 200. The temperature of the radiation plate 181 is detected by the temperature sensor 210.

制御部220は冷却システム100を制御するためのコントロールユニットであり、圧力センサ200及び温度センサ210からの検出値を取得し、その値に応じて、圧力制御弁172の開度、及び、ヒータ182の出力を制御して、減圧手段170、第2の加圧手段180をそれぞれ作動又は停止させる。尚、図1の例では制御部220は、下流側の圧力(リザーバタンク120の内部圧力)に基づいて作動する圧力制御弁を用いた第1の加圧手段160及び第3の加圧手段190にそれぞれ設けられた不図示のON/OFF切換スイッチに対して制御信号を送受信することにより、これらの加圧手段についても作動状態を制御できるようになっている。   The control unit 220 is a control unit for controlling the cooling system 100, acquires detection values from the pressure sensor 200 and the temperature sensor 210, and according to the values, the opening degree of the pressure control valve 172 and the heater 182. Are controlled to operate or stop the decompression means 170 and the second pressurization means 180, respectively. In the example of FIG. 1, the control unit 220 includes a first pressurizing unit 160 and a third pressurizing unit 190 that use pressure control valves that operate based on downstream pressure (internal pressure of the reservoir tank 120). By transmitting and receiving a control signal to an ON / OFF changeover switch (not shown) provided for each, the operating state of these pressurizing means can be controlled.

図3は冷却システム100の制御内容を示すフローチャートである。
まず制御部220は、圧力センサ200から検出値Pを取得すると共に、不図示のメモリ等の記憶手段から圧力目標値P1を取得する(ステップS101)。ここで、圧力目標値P1は第1の加圧手段160によってリザーバタンク120内の圧力を制御する際に用いる第1の閾値である。
FIG. 3 is a flowchart showing the control contents of the cooling system 100.
First, the control unit 220 acquires the detection value P from the pressure sensor 200 and also acquires the pressure target value P * 1 from storage means such as a memory (not shown) (step S101). Here, the pressure target value P * 1 is a first threshold value used when the pressure in the reservoir tank 120 is controlled by the first pressurizing means 160.

制御部220はステップS201で取得したデータに基づいて、検出値Pと圧力目標値P1との大小関係を判断する(ステップS102)。検出値Pが圧力目標値P1以下である場合(P<P1)、制御部220はリザーバタンク120内の圧力を圧力目標値P1に近づけるために加圧する必要があると判断し、各種加圧手段の作動制御を行う。 The controller 220 determines the magnitude relationship between the detected value P and the pressure target value P * 1 based on the data acquired in step S201 (step S102). When the detected value P is equal to or lower than the pressure target value P * 1 (P <P * 1), the control unit 220 determines that the pressure in the reservoir tank 120 needs to be increased to approach the pressure target value P * 1. Then, operation control of various pressurizing means is performed.

制御部220はまず第1の加圧手段160を作動させる(ステップS103)。第1の加圧手段160は、第1のバイパスライン161に配置された圧力制御弁163の上流側及び下流側間における圧力差に基づいて圧力制御弁163が開閉することによって、リザーバタンク120内の圧力が圧力目標値P1になるように、第1のバイパスライン161を介してリザーバタンク120に窒素ガスを供給して加圧を行う。
尚、圧力制御弁163として電磁弁を使用した場合には、当該電磁弁の開閉状態を制御部220が切換制御するように構成してもよい。
第1の加圧手段160は、循環ループ130を流れる液体窒素の一部を気化してリザーバタンクに供給することで加圧を行うため、外部から液体窒素や窒素ガスを補給する必要がなく、メンテナンス負担が小さくて済む。また、第1の加圧手段160では、熱交換器162によって液体窒素と外気との間で熱交換し、外部からエネルギーを供給することなく窒素ガスを生成できるので、電力消費量も少なくて済む。
The controller 220 first activates the first pressurizing means 160 (step S103). The first pressurizing unit 160 is configured to open and close the pressure control valve 163 based on the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the pressure control valve 163 disposed in the first bypass line 161, thereby Is pressurized by supplying nitrogen gas to the reservoir tank 120 via the first bypass line 161 so that the pressure becomes the pressure target value P * 1.
In the case where an electromagnetic valve is used as the pressure control valve 163, the controller 220 may be configured to switch and control the open / closed state of the electromagnetic valve.
The first pressurizing means 160 performs pressurization by vaporizing a part of the liquid nitrogen flowing through the circulation loop 130 and supplying it to the reservoir tank, so there is no need to replenish liquid nitrogen or nitrogen gas from the outside. Maintenance burden is small. In the first pressurizing means 160, heat is exchanged between the liquid nitrogen and the outside air by the heat exchanger 162, and nitrogen gas can be generated without supplying energy from the outside, so that power consumption can be reduced. .

一方、検出値Pが圧力目標値P1に等しい場合は、制御部220はリザーバタンク120を加圧する必要がないとして、第1の加圧手段160を停止させる(ステップS104) On the other hand, when the detected value P is equal to the pressure target value P * 1, the control unit 220 stops the first pressurizing unit 160 because it is not necessary to pressurize the reservoir tank 120 (step S104).

このように第1の加圧手段160を作動させた後、制御部220は再び検出値Pを取得すると共に、不図示のメモリ等の記憶手段から圧力目標値P3を取得する(ステップS105)。ここで、圧力目標値P3は第2の加圧手段160によってリザーバタンク120内の圧力を制御する際に用いる第3の閾値であり、上述の圧力目標値P1より小さく設定されている。 After operating the first pressurizing unit 160 in this way, the control unit 220 acquires the detection value P again and also acquires the pressure target value P * 3 from a storage unit such as a memory (not shown) (step S105). ). Here, the pressure target value P * 3 is a third threshold value used when the pressure in the reservoir tank 120 is controlled by the second pressurizing means 160, and is set smaller than the pressure target value P * 1 described above. Yes.

制御部220は検出値Pが圧力目標値P3より低いか否かを判断する(ステップS106)。検出値Pが圧力目標値P3より低い場合(ステップS106:YES)、第1の加圧手段160の加圧能力のみでは、リザーバタンク120内の圧力を適正範囲に加圧することが難しいと判断して、第2の加圧手段180を作動させる(ステップS107)。第2の加圧手段180はヒータ182で輻射板181を加熱することにより、輻射熱によって貯留槽121に貯留されている液体窒素を気化し、リザーバタンク120を加圧する。 The controller 220 determines whether or not the detected value P is lower than the pressure target value P * 3 (step S106). When the detected value P is lower than the pressure target value P * 3 (step S106: YES), it is difficult to pressurize the pressure in the reservoir tank 120 to an appropriate range with only the pressurizing ability of the first pressurizing means 160. Judging, the 2nd pressurizing means 180 is operated (step S107). The second pressurizing means 180 heats the radiation plate 181 with the heater 182, thereby vaporizing the liquid nitrogen stored in the storage tank 121 by radiant heat and pressurizing the reservoir tank 120.

第2の加圧手段180は、上述の第1の加圧手段160とは異なり、ヒータ182で加熱するために電力を消費する。そのため、第1の加圧手段160による加圧性能が足りない場合に限って第2の加圧手段180を作動させることにより、消費電力量を抑制しつつ、リザーバタンク120内の圧力を適切な範囲に維持することができる。
また、何らかの原因によって第1の加圧手段160が故障等によって停止した場合であっても、第2の加圧手段180をバックアップとして作動させることによって、リザーバタンク120を加圧することができる。これにより、冷却システム100に不具合が生じた場合でもリザーバタンク120内の圧力を適切な範囲に維持することができ、信頼性を向上させることができる。尚、第1の加圧手段160が停止して第2の加圧手段180のみによって加圧制御した場合には、リザーバタンク120内の圧力は圧力目標値P1より低い圧力目標値P3を基準に加圧されるため、P3を適切な値に設定することによりリザーバタンク120内の圧力が極端に低下することがなく、冷却システム100が重大な故障に陥ることを防ぐことができる。
Unlike the first pressurizing unit 160 described above, the second pressurizing unit 180 consumes electric power for heating by the heater 182. Therefore, by operating the second pressurizing unit 180 only when the pressurizing performance by the first pressurizing unit 160 is insufficient, the pressure in the reservoir tank 120 is appropriately controlled while suppressing power consumption. Can be kept in range.
Further, even if the first pressurizing unit 160 is stopped due to some cause or the like, the reservoir tank 120 can be pressurized by operating the second pressurizing unit 180 as a backup. Thereby, even when a malfunction occurs in the cooling system 100, the pressure in the reservoir tank 120 can be maintained in an appropriate range, and the reliability can be improved. Incidentally, when the first pressurizing means 160 has pressure control only by the second pressurizing unit 180 is stopped, the pressure in the reservoir tank 120 is pressure target value P 1 lower pressure target value P Since the pressure is increased with reference to 3, the pressure in the reservoir tank 120 is not drastically reduced by setting P * 3 to an appropriate value, and the cooling system 100 is prevented from falling into a serious failure. Can do.

一方、検出値Pが圧力目標値P3以上である場合(ステップS106:NO)は、制御部220は第1の加圧手段160の作動のみによって、リザーバタンク120を加圧できると判断して、第2の加圧手段180を停止させる(ステップS108) On the other hand, when the detected value P is equal to or greater than the pressure target value P * 3 (step S106: NO), the control unit 220 determines that the reservoir tank 120 can be pressurized only by the operation of the first pressurizing means 160. Then, the second pressurizing means 180 is stopped (step S108).

このように第2の加圧手段180を作動させた後、制御部220は再び検出値Pを取得すると共に、不図示のメモリ等の記憶手段から圧力目標値P4を取得する(ステップS109)。ここで、圧力目標値P4は第3の加圧手段190によってリザーバタンク120内の圧力を制御する際に用いる第4の閾値であり、上述の圧力目標値P3より小さく設定されている。 After operating the second pressurizing means 180 in this way, the control unit 220 obtains the detection value P again and obtains the pressure target value P * 4 from storage means such as a memory (not shown) (step S109). ). Here, the pressure target value P * 4 is a fourth threshold value used when the pressure in the reservoir tank 120 is controlled by the third pressurizing means 190, and is set smaller than the pressure target value P * 3. Yes.

制御部220は検出値Pが圧力目標値P4より低いか否かを判断する(ステップS110)。検出値Pが圧力目標値P4より低い場合(ステップS110:YES)、第1の加圧手段160及び第2の加圧手段180の加圧能力のみでは、リザーバタンク120内の圧力を適正範囲に加圧することが難しいと判断して、第3の加圧手段190を作動させる(ステップS111)。第3の加圧手段190は、供給ライン193に配置された圧力制御弁192の上流側及び下流側間における圧力差に基づいて圧力制御弁192が開閉することによって、リザーバタンク120内の圧力が圧力目標値P4になるように、供給ライン193を介して、ガスボンベ191からリザーバタンク120に窒素ガスを供給して加圧を行う。
尚、圧力制御弁192として電磁弁を使用した場合には、当該電磁弁の開閉状態を制御部220が切換制御するように構成してもよい。
The controller 220 determines whether or not the detected value P is lower than the pressure target value P * 4 (step S110). When the detected value P is lower than the pressure target value P * 4 (step S110: YES), the pressure in the reservoir tank 120 is set appropriately only by the pressurizing ability of the first pressurizing means 160 and the second pressurizing means 180. It is determined that it is difficult to pressurize the range, and the third pressurizing means 190 is activated (step S111). The third pressurizing means 190 is configured to open and close the pressure control valve 192 based on the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the pressure control valve 192 disposed in the supply line 193, so that the pressure in the reservoir tank 120 is increased. Pressurization is performed by supplying nitrogen gas from the gas cylinder 191 to the reservoir tank 120 via the supply line 193 so that the pressure target value P * 4 is obtained.
When a solenoid valve is used as the pressure control valve 192, the controller 220 may be configured to switch and control the open / closed state of the solenoid valve.

第3の加圧手段190はガスボンベ191からリザーバタンク120に窒素ガスを供給するため、ガスボンベ191の残量ガスが少なくなった場合に、ガスボンベ191の補給作業又は交換作業などのメンテナンスが必要となる。そのため、第1の加圧手段160及び第2の加圧手段180によっても依然として加圧性能が足りない場合に限って第3の加圧手段190を作動させることにより、ガスボンベ191のガス消費量を抑制してメンテナンス頻度を少なくしつつ、リザーバタンク120内の圧力を適切な範囲に維持することができる。
また、何らかの原因によって第1の加圧手段160及び第2の加圧手段180が故障等によって停止した場合であっても、第3の加圧手段190をバックアップとして作動させることによって、リザーバタンク120を加圧することができる。これにより、冷却システム100に不具合が生じた場合でもリザーバタンク120内の圧力を適切な範囲に維持することができ、より良好な信頼性を有する冷却システム100を実現することができる。尚、第1の加圧手段160及び第2の加圧手段180が停止して第3の加圧手段190のみによって加圧制御した場合には、リザーバタンク120内の圧力は圧力目標値P3より低い圧力目標値P4を基準に加圧されるが、リザーバタンク120内の圧力が極端に低下することによって冷却システムが重大な故障に陥ることを効果的に防ぐことができる。
Since the third pressurizing means 190 supplies nitrogen gas from the gas cylinder 191 to the reservoir tank 120, maintenance such as replenishment work or replacement work of the gas cylinder 191 is required when the remaining gas in the gas cylinder 191 decreases. . Therefore, by operating the third pressurizing unit 190 only when the pressurizing performance is still insufficient even by the first pressurizing unit 160 and the second pressurizing unit 180, the gas consumption amount of the gas cylinder 191 is reduced. It is possible to maintain the pressure in the reservoir tank 120 within an appropriate range while suppressing the maintenance frequency.
Even if the first pressurizing unit 160 and the second pressurizing unit 180 are stopped due to some reason, the reservoir tank 120 is operated by operating the third pressurizing unit 190 as a backup. Can be pressurized. Thereby, even when a malfunction occurs in the cooling system 100, the pressure in the reservoir tank 120 can be maintained in an appropriate range, and the cooling system 100 having better reliability can be realized. When the first pressurizing unit 160 and the second pressurizing unit 180 are stopped and the pressurization is controlled only by the third pressurizing unit 190, the pressure in the reservoir tank 120 is the pressure target value P *. Although the pressure is increased with reference to the pressure target value P * 4 lower than 3, it is possible to effectively prevent the cooling system from causing a serious failure due to the extremely low pressure in the reservoir tank 120.

一方、検出値Pが圧力目標値P4以上である場合(ステップS110:NO)は、制御部220は第1の加圧手段160及び第2の加圧手段180の作動のみによって、リザーバタンク120内の圧力を適性範囲に加圧できると判断して、第3の加圧手段190を停止させる(ステップS112)。 On the other hand, when the detected value P is equal to or greater than the pressure target value P * 4 (step S110: NO), the control unit 220 performs only the operation of the first pressurizing unit 160 and the second pressurizing unit 180, and the reservoir tank It is determined that the pressure in 120 can be increased to an appropriate range, and the third pressurizing means 190 is stopped (step S112).

ステップS102において、検出値Pが圧力目標値P1より大きいと判断された場合(P>P1)、制御部220はリザーバタンク120内の圧力を圧力目標値P1に近づけるために、減圧する必要があると判断し、減圧手段170の作動制御を行う。 When it is determined in step S102 that the detected value P is larger than the pressure target value P * 1 (P> P * 1), the control unit 220 makes the pressure in the reservoir tank 120 approach the pressure target value P * 1. Therefore, it is determined that the pressure needs to be reduced, and the operation of the pressure reducing means 170 is controlled.

制御部220は再び検出値Pを取得すると共に、不図示のメモリ等の記憶手段から圧力目標値P2を取得する(ステップS113)。ここで、圧力目標値P2は減圧手段170によってリザーバタンク120内の圧力を制御する際に用いる第2の閾値である。
制御部220は検出値Pが圧力目標値P2より高いか否かを判断する(ステップS114)。検出値Pが圧力目標値P2より高い場合(ステップS114:YES)、減圧手段170を作動させてリザーバタンク120を減圧する(ステップS115)。減圧手段170は、圧力制御弁172の開度を調整することによって、リザーバタンク120の気相部123に存在している窒素ガスを第2のバイパスライン171に導入し、該第2のバイパスライン171内に存在している液体窒素に接触させることによって凝縮させて減圧する。
The control unit 220 acquires the detection value P again and also acquires the pressure target value P * 2 from storage means such as a memory (not shown) (step S113). Here, the pressure target value P * 2 is a second threshold value used when the pressure in the reservoir tank 120 is controlled by the pressure reducing means 170.
The controller 220 determines whether or not the detected value P is higher than the pressure target value P * 2 (step S114). When the detected value P is higher than the pressure target value P * 2 (step S114: YES), the decompression means 170 is operated to decompress the reservoir tank 120 (step S115). The decompression means 170 introduces nitrogen gas existing in the gas phase portion 123 of the reservoir tank 120 into the second bypass line 171 by adjusting the opening degree of the pressure control valve 172, and the second bypass line 171 is condensed and depressurized by contact with liquid nitrogen present in 171.

減圧手段170は、リザーバタンク120内の窒素ガスを第2のバイパスライン171に導入することにより減圧するため、外部から液体窒素を補給する必要がない。このとき、減圧手段170は、第2のバイパスライン171に導入して凝縮することにより生成した液体窒素は、循環ループ130を流れる液体窒素と共に循環させるので、窒素ガスをシステム外部に排出して無駄にすることもない。   Since the decompression means 170 decompresses the nitrogen gas in the reservoir tank 120 by introducing it into the second bypass line 171, there is no need to replenish liquid nitrogen from the outside. At this time, the decompression means 170 circulates the liquid nitrogen generated by being introduced into the second bypass line 171 and condensing together with the liquid nitrogen flowing through the circulation loop 130, so that the nitrogen gas is discharged outside the system and is wasted. There is no need to make it.

一方、検出値Pが圧力目標値P2以下である場合(ステップS114:NO)、制御部220はリザーバタンク120を減圧する必要がないとして、減圧手段170を停止させる(ステップS116)。 On the other hand, when the detected value P is equal to or less than the pressure target value P * 2 (step S114: NO), the controller 220 stops the pressure reducing means 170 because it is not necessary to reduce the pressure of the reservoir tank 120 (step S116).

以上説明した制御部220による冷却システム100の制御は、一定又は不定のタイミングで繰り返し実行される。これにより、循環ループ130を流れる液体窒素の圧力を適性範囲にし、サブクール状態を維持することができる。   Control of the cooling system 100 by the control part 220 demonstrated above is repeatedly performed at a fixed or indefinite timing. Thereby, the pressure of the liquid nitrogen which flows through the circulation loop 130 can be made into an appropriate range, and a subcooled state can be maintained.

図4は各加圧手段及び減圧手段が作動する圧力範囲を概念的に示す図である。
図3を参照して説明したように、リザーバタンク120の圧力が第1の圧力目標値P1より低くなると第1の加圧手段160が作動する。リザーバタンク120の圧力が第3の圧力目標値P3より低くなると、更に第2の加圧手段180が作動する。リザーバタンク120の圧力が第4の圧力目標値P4より低くなると、更に第3の加圧手段190が作動する。
このように、リザーバタンク120内の圧力が適切な圧力範囲から乖離するに従い、第1の加圧手段160、第2の加圧手段180、第3の加圧手段190を順に作動させることにより、作動中に外部からの窒素ガス供給が必要である、第3の加圧手段190の作動期間が短くなるように制御されている。その結果、無人でも長期に亘って安定的な運用が可能な冷却システム100を実現できる。また、窒素ガス及び電力消費量を抑えることが可能である。
FIG. 4 is a diagram conceptually showing a pressure range in which each pressurizing means and decompressing means operate.
As described with reference to FIG. 3, when the pressure in the reservoir tank 120 becomes lower than the first pressure target value P * 1, the first pressurizing means 160 operates. When the pressure in the reservoir tank 120 becomes lower than the third target pressure value P * 3, the second pressurizing means 180 is further activated. When the pressure in the reservoir tank 120 becomes lower than the fourth pressure target value P * 4, the third pressurizing means 190 further operates.
In this way, by operating the first pressurizing means 160, the second pressurizing means 180, and the third pressurizing means 190 in order as the pressure in the reservoir tank 120 deviates from the appropriate pressure range, It is controlled so that the operating period of the third pressurizing means 190, which requires the supply of nitrogen gas from the outside during the operation, is shortened. As a result, it is possible to realize the cooling system 100 that can be operated stably over a long period of time even if it is unattended. Further, nitrogen gas and power consumption can be suppressed.

一方、リザーバタンク120の圧力が第2の圧力目標値P2より高くなると減圧手段170が作動する。このように冷却システム100では、リザーバタンク120内の圧力が低下した場合には各加圧手段によって加圧する一方で、リザーバタンク120内の圧力が上昇した場合には減圧手段170によって減圧する。これにより、リザーバタンク120内の圧力を所定範囲(P4<P<P2)内に制御して、循環ループ130を流れる液化ガスをサブクール状態に維持することができる。尚、リザーバタンク120の圧力の加圧制御設定値であるP1、P3、P4は例えば0.15〜0.2MPaの範囲で設定するとよい。
従って、上記冷却システム100では、循環ループ130を流れる液体窒素を有効利用しながら、リザーバタンク120内の圧力を適切な範囲に維持できる。このように、電力消費量が少なく、信頼性に優れ、長期に亘って安定的な運用が可能な超電導装置の冷却システム100を提供することができる。
On the other hand, when the pressure in the reservoir tank 120 becomes higher than the second pressure target value P * 2, the pressure reducing means 170 is activated. As described above, in the cooling system 100, when the pressure in the reservoir tank 120 is decreased, the pressure is increased by each pressurizing unit, and when the pressure in the reservoir tank 120 is increased, the pressure is decreased by the depressurizing unit 170. Thereby, the pressure in the reservoir tank 120 can be controlled within a predetermined range (P * 4 <P <P * 2), and the liquefied gas flowing through the circulation loop 130 can be maintained in the subcooled state. Note that P * 1, P * 3, and P * 4, which are pressurization control set values of the pressure of the reservoir tank 120, may be set in the range of, for example, 0.15 to 0.2 MPa.
Therefore, in the cooling system 100, the pressure in the reservoir tank 120 can be maintained in an appropriate range while effectively using the liquid nitrogen flowing through the circulation loop 130. Thus, it is possible to provide a cooling system 100 for a superconducting device that consumes less power, has high reliability, and can be operated stably over a long period of time.

図5は減圧手段170の動作制御の詳細を示すフローチャートである。
制御部220は圧力センサ200から検出値Pを取得すると共に、不図示のメモリ等の記憶手段から圧力目標値P2を取得する(ステップS201)。そして、偏差(P−P2)を算出し、予め用意したマップに基づいて、該偏差(P−P2)に対応する圧力制御弁172の操作量MVを求める(ステップS202)。
ここで図6は偏差(P−P2)と圧力制御弁172の操作量MVとの関係を規定するマップの一例である。操作量MVは偏差(P−P2)が増加するに従って比例的に増加する傾向を有しており、偏差(P−P2)が所定値に達すると一定に維持される。
FIG. 5 is a flowchart showing details of operation control of the decompression means 170.
The control unit 220 acquires the detection value P from the pressure sensor 200 and also acquires the pressure target value P * 2 from storage means such as a memory (not shown) (step S201). Then, to calculate the difference (P-P 2), based on a map prepared in advance, obtains the manipulated variable MV of the pressure control valve 172 corresponding to the deviation (P-P 2) (step S202).
FIG. 6 is an example of a map that defines the relationship between the deviation (P−P * 2) and the operation amount MV of the pressure control valve 172. The manipulated variable MV tends to increase proportionally as the deviation (PP * 2) increases, and is kept constant when the deviation (PP * 2) reaches a predetermined value.

制御部220は該求めた操作量MVに従って、圧力制御弁172を操作することにより開度を調整することにより、リザーバタンク120の気相部123から第2のバイパスライン171に導入される窒素ガスの流量を制御する(ステップS203)。図7は制御部220による操作量MVと圧力制御弁172の開度との関係の一例を示すグラフである。
このように、減圧手段170では、リザーバタンク120から第2のバイパスライン171への窒素ガスの導入量を調整することによって、気相部123の窒素ガスを凝縮させて、リザーバタンク120を減圧する。
The control unit 220 adjusts the opening degree by operating the pressure control valve 172 according to the obtained operation amount MV, so that the nitrogen gas introduced into the second bypass line 171 from the gas phase unit 123 of the reservoir tank 120. Is controlled (step S203). FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the operation amount MV by the control unit 220 and the opening degree of the pressure control valve 172.
As described above, the decompression unit 170 depressurizes the reservoir tank 120 by adjusting the amount of nitrogen gas introduced from the reservoir tank 120 into the second bypass line 171 to condense the nitrogen gas in the gas phase portion 123. .

図8は、減圧手段170を作動させた場合のリザーバタンク120の圧力変化の一例を示す。尚、図8において、実線はリザーバタンク120内の圧力値を示しており、破線は圧力制御弁172の開度を示している。
図8に示すように、制御部220は圧力制御弁172の開度を増減することによって、リザーバタンク120内の圧力を適正な値に維持することができる。
FIG. 8 shows an example of a pressure change in the reservoir tank 120 when the decompression means 170 is operated. In FIG. 8, the solid line indicates the pressure value in the reservoir tank 120, and the broken line indicates the opening degree of the pressure control valve 172.
As shown in FIG. 8, the controller 220 can maintain the pressure in the reservoir tank 120 at an appropriate value by increasing or decreasing the opening degree of the pressure control valve 172.

図9は第2の加圧手段180における制御内容の詳細を示すフローチャートである。
まず制御部220は圧力センサ200から検出値Pを取得し、温度センサ210から検出値Tを取得すると共に、不図示のメモリ等の記憶手段から圧力目標値P3、温度目標値Tを取得する(ステップS301)。ここで、圧力目標値P3は第2の加圧手段180によってリザーバタンク120内の圧力を制御する際に用いる目標値である。温度目標値Tは圧力目標値P3を達成するために必要な輻射板181の温度を制御する際に用いる目標値である。
FIG. 9 is a flowchart showing details of control contents in the second pressurizing means 180.
First, the control unit 220 acquires the detection value P from the pressure sensor 200, acquires the detection value T from the temperature sensor 210, and obtains the pressure target value P * 3 and the temperature target value T * from storage means such as a memory (not shown). Obtain (step S301). Here, the pressure target value P * 3 is a target value used when the pressure in the reservoir tank 120 is controlled by the second pressurizing means 180. The temperature target value T * is a target value used when controlling the temperature of the radiation plate 181 required to achieve the pressure target value P * 3.

制御部220はステップS301で取得したデータに基づいて、検出値Pが圧力目標値P3より高いか否かを判断する(ステップS302)。検出値Pが圧力目標値P3より高い場合(ステップS302:YES)、制御部220は温度目標値Tに補正値Tβを減算し、温度目標値Tを減少させる(ステップS303)。一方、検出値Pが圧力目標値P3以下である場合(ステップS302:NO)、制御部220は更に検出値Pが圧力目標値P3より小さいか否かを判断する(ステップS304)。検出値Pが圧力目標値P3より小さい場合(ステップS304:YES)、制御部220は温度目標値Tに補正値Tαを加え、温度目標値Tを増加させる(ステップS305)。 Based on the data acquired in step S301, the controller 220 determines whether or not the detected value P is higher than the pressure target value P * 3 (step S302). If the detected value P is higher than the target pressure value P 3 (step S302: YES), the control unit 220 subtracts the correction value T beta temperature target value T ※, decreasing the temperature set point T (Step S303) . On the other hand, if the detected value P is equal to or less than the target pressure value P 3 (step S302: NO), the control unit 220 further detection value P is determined whether pressure target value P 3 is smaller than (Step S304) . If the detected value P is pressure target value P 3 smaller (step S304: YES), the control unit 220 of the correction value T alpha addition to the temperature target value T ※, increasing the temperature target value T (step S305).

続いて、制御部220はこのように圧力センサ200からの検出値Pに基づいて変更した温度目標値Tに基づいて、温度センサ210からの検出値Tが温度目標値Tより大きいか否かを判断する(ステップS306)。検出値Tが温度目標値Tより高い場合(ステップS306:YES)、制御部220は電流目標値Iに補正値Iβを減算し、電流目標値Iを減少させる(ステップS307)。一方、検出値Tが温度目標値T以下である場合(ステップS306:NO)、制御部220は更に検出値Tが温度目標値Tより小さいか否かを判断する(ステップS308)。検出値Tが圧力目標値Tより小さい場合(ステップS308:YES)、制御部220は電流目標値Iに補正値Iαを加え、電流目標値Iを増加させる(ステップS309)。 Subsequently, the control unit 220 determines whether or not the detected value T from the temperature sensor 210 is larger than the temperature target value T * based on the temperature target value T * changed based on the detected value P from the pressure sensor 200 in this way. Is determined (step S306). If the detected value T is higher than the target temperature T (step S306: YES), the control unit 220 subtracts the correction value I beta to the current target value I ※, it decreases the current target value I (step S307). On the other hand, when the detected value T is equal to or lower than the temperature target value T * (step S306: NO), the control unit 220 further determines whether or not the detected value T is smaller than the temperature target value T * (step S308). If the detected value T is pressure target value T smaller (step S308: YES), the control unit 220 a correction value I alpha added to the current target value I ※, increasing the current target value I (step S309).

第2の加圧手段180では、ヒータ182に印加する駆動電流の電流値Iを、このように設定された電流目標値IになるようにPID制御する(ステップS310)。これにより、リザーバタンク120内の圧力値が圧力目標値P3になるように加圧される。 The second pressurizing means 180 performs PID control so that the current value I of the drive current applied to the heater 182 becomes the current target value I * set in this way (step S310). Thereby, the pressure in the reservoir tank 120 is pressurized so as to become the pressure target value P * 3.

このようにヒータ182の出力を直接的に制御する電流値の目標(電流目標値I)を、圧力センサ200の検出値Pと圧力目標値P3との偏差に基づいて設定することによって、ヒータ182のON/OFF制御によって、リザーバタンク120内の圧力を目標値に精度良く追従させることができる。 Thus, by setting the target of the current value (current target value I * ) for directly controlling the output of the heater 182 based on the deviation between the detected value P of the pressure sensor 200 and the pressure target value P * 3. By the ON / OFF control of the heater 182, the pressure in the reservoir tank 120 can be made to accurately follow the target value.

以上説明したように、本実施例に係る冷却システム100では、循環ループ130を流れる液化ガスを有効利用しながら、リザーバタンク120内の圧力を適切な範囲に維持できる。このように、電力消費量が少なく、長期に亘って安定的な運用が可能な冷却システム100を提供することができる。   As described above, in the cooling system 100 according to the present embodiment, the pressure in the reservoir tank 120 can be maintained in an appropriate range while effectively using the liquefied gas flowing through the circulation loop 130. Thus, it is possible to provide the cooling system 100 that consumes less power and can be stably operated over a long period of time.

本発明は、例えば超電導ケーブルのような超電導装置を冷却するために、液化ガスをサブクール状態で循環ループ内を循環させる超電導装置の冷却システム及び冷却方法に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a cooling system and a cooling method for a superconducting device in which a liquefied gas is circulated in a circulation loop in a subcooled state in order to cool a superconducting device such as a superconducting cable.

100 冷却システム
110 超電導ケーブル
120 リザーバタンク
121 貯留槽
122 外装部
123 気相部
130 循環ループ
131−134 ライン
140 循環ポンプ
150 冷却器
160 第1の加圧手段
161 バイパスライン
162 熱交換器
163 圧力制御弁
170 減圧手段
171 バイパスライン
172 圧力制御弁
180 第2の加圧手段
181 輻射板
182 ヒータ
190 第3の加圧手段
191 ガスボンベ
192 圧力制御弁
193 バイパスライン
200 圧力センサ
210 温度センサ
220 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Cooling system 110 Superconducting cable 120 Reservoir tank 121 Reservoir 122 Exterior part 123 Gas phase part 130 Circulation loop 131-134 Line 140 Circulation pump 150 Cooler 160 First pressurization means 161 Bypass line 162 Heat exchanger 163 Pressure control valve 170 Pressure reducing means 171 Bypass line 172 Pressure control valve 180 Second pressurizing means 181 Radiation plate 182 Heater 190 Third pressurizing means 191 Gas cylinder 192 Pressure control valve 193 Bypass line 200 Pressure sensor 210 Temperature sensor 220 Controller

Claims (14)

液化ガスを貯留するリザーバタンク、該リザーバタンクに貯留された前記液化ガスを循環させる循環ポンプ、及び、前記循環する液化ガスを冷却する冷却装置を有する循環ループを備え、前記液化ガスをサブクール状態で循環させることにより超電導装置を冷却する超電導装置の冷却システムであって、
前記循環ループから分岐した第1のバイパスラインを介して導入した前記液化ガスを、該第1のバイパスライン上に設けた熱交換器で気化して、前記リザーバタンクの上部に供給する第1の加圧手段と、
前記循環ループから分岐した第2のバイパスラインに前記リザーバタンク内の気化ガスを導入し、前記第2のバイパスライン内部において凝縮することにより前記前記リザーバタンクを減圧する機能手段を有する超電導装置の冷却システム。
A reservoir tank for storing the liquefied gas; a circulation pump for circulating the liquefied gas stored in the reservoir tank; and a circulation loop having a cooling device for cooling the liquefied gas to be circulated. A superconducting device cooling system for cooling the superconducting device by circulating,
The liquefied gas introduced through the first bypass line branched from the circulation loop is vaporized by a heat exchanger provided on the first bypass line, and supplied to the upper portion of the reservoir tank. Pressurizing means;
Cooling of a superconducting device having functional means for depressurizing the reservoir tank by introducing vaporized gas in the reservoir tank into a second bypass line branched from the circulation loop and condensing in the second bypass line system.
前記リザーバタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出値に基づいて、前記第1の加圧手段及び前記減圧手段を作動させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の超電導装置の冷却システム。   A pressure detection means for detecting the pressure in the reservoir tank, and a control means for operating the first pressurization means and the pressure reduction means based on a detection value of the pressure detection means. The cooling system for a superconducting device according to claim 1. 前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出値が予め設定された第1の閾値未満になった場合に前記第1の加圧手段を作動させ、前記圧力検出手段の検出値が前記第1の閾値より高く設定された第2の閾値以上になった場合に前記減圧手段を作動させることを特徴とする請求項2に記載の超電導装置の冷却システム。   The control means activates the first pressurizing means when a detection value of the pressure detection means is less than a preset first threshold value, and the detection value of the pressure detection means is the first detection value. The cooling system for a superconducting device according to claim 2, wherein the pressure reducing means is operated when the pressure becomes equal to or higher than a second threshold set higher than the threshold. 前記制御手段は、前記第2のバイパスラインに設けられた圧力制御弁を開状態に切り替えることによって、前記リザーバタンク内の気化ガスを前記第2のバイパスラインに導入して前記減圧手段を作動させることを特徴とする請求項2に記載の超電導装置の冷却システム。   The control means switches the pressure control valve provided in the second bypass line to an open state, thereby introducing the vaporized gas in the reservoir tank into the second bypass line and operating the pressure reducing means. The cooling system for a superconducting device according to claim 2. 前記リザーバタンク内に貯留された液化ガスを加熱することにより、前記リザーバタンクを加圧する第2の加圧手段を更に備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出値が前記第1の閾値より低く設定された第3の閾値未満になった場合に、前記第2の加圧手段を作動させることを特徴とする請求項3に記載の超電導装置の冷却システム。
A second pressurizing means for pressurizing the reservoir tank by heating the liquefied gas stored in the reservoir tank;
The control means operates the second pressurizing means when a detection value of the pressure detecting means becomes less than a third threshold set lower than the first threshold. Item 4. The superconducting device cooling system according to Item 3.
前記リザーバタンク内の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出値と予め設定された目標圧力値との偏差に基づいて目標温度値を算出し、前記温度検出手段の検出値が前記算出された目標温度値になるように前記第2の加圧手段を制御することを特徴とする請求項5に記載の超電導装置の冷却システム。
A temperature detecting means for detecting the temperature in the reservoir tank;
The control means calculates a target temperature value based on a deviation between a detection value of the pressure detection means and a preset target pressure value, and the detection value of the temperature detection means becomes the calculated target temperature value. The superconducting device cooling system according to claim 5, wherein the second pressurizing unit is controlled as described above.
前記液化ガスと同種のガスを高圧で貯めたガスボンベから、圧力調整弁を介して前記リザーバタンクに供給することにより、前記リザーバタンクを加圧する第3の加圧手段を更に備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出圧力値が前記第3の閾値より低く設定された第4の閾値未満になった場合に、前記第3の加圧手段を作動させることを特徴とする請求項5に記載の超電導装置の冷却システム。
A third pressurizing unit that pressurizes the reservoir tank by supplying the same type of gas as the liquefied gas from a gas cylinder storing the gas at a high pressure to the reservoir tank via a pressure regulating valve;
The control means activates the third pressurizing means when a detected pressure value of the pressure detecting means becomes less than a fourth threshold set lower than the third threshold. The cooling system for a superconducting device according to claim 5.
前記第1のバイパスラインは、前記循環ループのうち前記ポンプの上流側から分岐していることを特徴とする請求項1に記載の超電導装置の冷却システム。   The cooling system for a superconducting device according to claim 1, wherein the first bypass line is branched from the upstream side of the pump in the circulation loop. 前記第2のバイパスラインは、前記循環ループのうち前記リザーバタンクの上流側から分岐していることを特徴とする請求項1に記載の超電導装置の冷却システム。   2. The cooling system for a superconducting device according to claim 1, wherein the second bypass line is branched from the upstream side of the reservoir tank in the circulation loop. 前記超電導装置は超電導ケーブルであることを特徴とする請求項1に記載の超電導装置の冷却システム。   The superconducting device cooling system according to claim 1, wherein the superconducting device is a superconducting cable. 液化ガスを貯留するリザーバタンク、該リザーバタンクに貯留された前記液化ガスを循環させる循環ポンプ、及び、前記循環する液化ガスを冷却する冷却装置を有する循環ループを備え、前記液化ガスをサブクール状態で循環させることにより超電導装置を冷却する超電導装置の冷却方法であって、
前記リザーバタンク内の圧力を検出するステップと、
前記検出した圧力が予め設定された第1の閾値未満になった場合に、前記循環ループから分岐した第1のバイパスラインを介して導入した前記液化ガスを、該第1のバイパスライン上に設けられた第2の熱交換器で気化して、前記リザーバタンクの上部に供給するステップと、
前記検出した圧力が前記第1の閾値より高く予め設定された第2の閾値以上になった場合に、前記循環ループから分岐した第2のバイパスラインに前記リザーバタンク内の気化ガスを導入し、前記第2のバイパスライン内部において凝縮することにより、前記リザーバタンクを減圧するステップと
を備えたことを特徴とする超電導装置の冷却方法。
A reservoir tank for storing the liquefied gas; a circulation pump for circulating the liquefied gas stored in the reservoir tank; and a circulation loop having a cooling device for cooling the liquefied gas to be circulated. A superconducting device cooling method for cooling a superconducting device by circulating,
Detecting the pressure in the reservoir tank;
When the detected pressure is less than a preset first threshold, the liquefied gas introduced through the first bypass line branched from the circulation loop is provided on the first bypass line. Vaporizing with a second heat exchanger and supplying it to the upper part of the reservoir tank;
When the detected pressure is higher than the first threshold and equal to or higher than a preset second threshold, the vaporized gas in the reservoir tank is introduced into the second bypass line branched from the circulation loop, And a step of reducing the pressure of the reservoir tank by condensing inside the second bypass line.
前記検出した圧力が前記第1の閾値より低く設定された第3の閾値未満になった場合に、前記リザーバタンク内に貯留された液化ガスを加熱することにより、前記リザーバタンクを加圧するステップを更に備えたことを特徴とする請求項11に記載の超電導装置の冷却方法。   Pressurizing the reservoir tank by heating the liquefied gas stored in the reservoir tank when the detected pressure falls below a third threshold set lower than the first threshold; The method for cooling a superconducting device according to claim 11, further comprising: 前記第2の熱交換器の上流側において前記第1のバイパスラインに設けられた調整バルブにより、前記第1のバイパスラインを介して前記第2の熱交換器に導かれる前記液化ガスの流量を調節することを特徴とする請求項11又は12に記載の超電導装置の冷却方法。 The flow rate of the liquefied gas guided to the second heat exchanger via the first bypass line is adjusted by an adjustment valve provided in the first bypass line on the upstream side of the second heat exchanger. The method of cooling a superconducting device according to claim 11, wherein the method is adjusted . 前記検出した圧力が第3の閾値より低く設定された第4の閾値未満になった場合に、前記液化ガスと同種のガスを高圧で貯めたガスボンベから、圧力調整弁を介して前記リザーバタンクに供給することにより、前記リザーバタンクを加圧するステップを更に備えたことを特徴とする請求項12に記載の超電導装置の冷却方法。   When the detected pressure falls below a fourth threshold set lower than a third threshold, a gas cylinder storing the same kind of gas as the liquefied gas at a high pressure is supplied to the reservoir tank via a pressure regulating valve. 13. The method of cooling a superconducting device according to claim 12, further comprising the step of pressurizing the reservoir tank by supplying the same.
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