| 【発明の名称】 |
液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構 |
| 【発明者】 |
【氏名】古川 晃平
【氏名】須澤 千鶴
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| 【要約】 |
【課題】液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構において、冷媒の漏出事故が起こった際に冷媒中の酸素濃度の上昇を抑制できる冷却機構を提供する。
【解決手段】冷却機構からの冷媒の漏出を検知する手段と、漏出検知に伴って冷却機構内の冷媒を強制的に排出する手段とを具える。冷却機構内の冷媒を強制的に排出する手段は、Heガスを冷却機構中に供給する手段8を具え、Heガスの供給により漏出個所から冷媒を排出するように構成することが挙げられる。その他、、冷却機構中の冷媒の汲み出しポンプ(逆送ポンプ7)と、汲み出された冷媒を蓄える貯留タンク6を具え、冷媒漏出時に貯留タンク6中に冷媒を移行しても良い。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷却機構からの冷媒の漏出を検知する手段と、漏出検知に伴って冷却機構内の冷媒を強制的に排出する手段とを具えることを特徴とする液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構。
【請求項２】 冷却機構内の冷媒を強制的に排出する手段は、Heガスを冷却機構中に供給する手段を具え、Heガスの供給により漏出個所から冷媒を排出するように構成したことを特徴とする請求項１記載の液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構。
【請求項３】 冷却機構内の冷媒を強制的に排出する手段は、冷却機構中の冷媒の汲み出しポンプと、汲み出された冷媒を蓄える貯留タンクとを具えることを特徴とする請求項１記載の液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構。
【請求項４】 冷却機構からの冷媒の漏出を検知する手段と、冷媒の漏出個所に液体窒素を供給する手段とを具えることを特徴とする液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構。
【請求項５】 液体窒素の供給路として、冷却機構に設けた真空断熱層を利用することを特徴とする請求項４記載の液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構。
【請求項６】 冷却機構からの冷媒の漏出を検知する手段と、冷却機構に適宜な間隔で設けた液体ヘリウムの供給機構とを具え、冷媒漏出時に冷却機構に液体ヘリウムを供給して冷媒を凝固させるように構成したことを特徴とする液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構に関するものである。特に、、冷媒の漏出事故が起こった際に、冷却機構に残存する冷媒中の酸素濃度の上昇を抑制できる冷却機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超電導ケーブルなど、超電導機器の冷媒としては液体窒素（凝固点63K）が広く知られている。一方、液体空気（凝固点57K）や液体窒素と液体酸素の混合冷媒は液体窒素に比べて凝固点が低いと言う特徴がある。そのため、このような冷媒は冷凍機を用いて容易に低温液体状態を実現でき、超電導導体の運転温度を下げることで、臨界電流密度を20％程度改善できると考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、液体空気や液体窒素と液体酸素の混合冷媒は、酸素濃度が高くなったときに火気があると爆発する危険性を有しており、実用化への大きな障害となっていた。
【０００４】液体空気の場合、窒素79体積％、酸素21体積％であり、この成分の場合は危険性はない。しかし、冷媒温度が上昇すると、沸点の低い窒素が先に気化し、液体冷媒中の酸素濃度が高くなる。一般に酸素濃度が30体積％を超えると極めて活性が高く、火気により爆発の危険性がある。
【０００５】また、通常、超電導機器の冷媒流路は密閉機構として構成されているが、事故により冷媒が外部に漏出した場合、やはり沸点の差で窒素が先に気化し、冷媒流路中の残存冷媒の酸素濃度が上昇する。冷媒流路の密閉が保たれた状態での酸素濃度の管理は比較的行いやすいが、冷媒漏出が生じた場合の酸素濃度の管理は極めて難しい。特に、電力用途の超電導機器は、都心部に設置されることが多く、爆発などが起こると、さらに大規模な二次災害に発展する危険性もはらんでいる。
【０００６】従って、本発明の主目的は、液体酸素を含む冷媒を用いた冷却機構において、冷媒の漏出事故が起こった際に冷媒中の酸素濃度の上昇を抑制できる冷却機構を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、冷却機構からの冷媒の漏出を検知する手段を具え、漏出検知に際して次の構成を単独で又は併用して採用することで上記の目的を達成する。
【０００８】(1)強制的に冷却機構中の冷媒を排出して、長期間冷媒が冷却機構中に残存して酸素濃度が上昇することを回避する。
■具体的には、Heガスを冷却機構中に供給する手段を設け、Heガスの供給により漏出個所から冷媒を排出するように構成することが挙げられる。Heガスは液体空気温度で液化せず、冷媒の排出に好適である。
■その他、冷却機構内の冷媒を強制的に排出する手段として、冷却機構中の冷媒の汲み出しポンプと、汲み出された冷媒を蓄える貯留タンクとを設けても良い。通常、冷却機構中には、冷媒のリザーバタンクなどが設置されているため、このリザーバタンクを貯留タンクとし、冷媒流路の残存冷媒をポンプでリザーバタンクに汲み戻せば良い。また、リザーバタンク以外に別途タンクを設けて、そのタンクを貯留タンクとしても良い。貯留タンクには酸素濃度計を設置しておき、タンク内の冷媒中の酸素濃度を管理することが好ましい。すなわち、タンク内の冷媒から窒素が部分的に気化して冷媒の酸素濃度が上昇することを防ぐため、酸素濃度が一定レベル以上になったときに貯留タンク内に液体窒素を供給して酸素濃度を押さえるように構成すれば良い。
【０００９】(2)冷媒漏出個所における液体窒素の優先的な気化を抑制する。具体的には、冷媒の漏出個所に液体窒素を供給する。液体空気からの窒素の優先的な気化は、周囲の大気の窒素濃度に依存する。そのため、冷媒漏出個所に液体窒素を供給することで、その周辺の窒素濃度を上げ、冷媒からの優先的な窒素の気化を抑制して、結果的に冷媒中の酸素濃度の上昇を抑える。その場合、液体窒素の供給路は、通常、冷却機構に設けられている真空断熱層を利用することが好適である。
【００１０】(3)冷媒漏出個所において冷媒を凝固させ、冷却機構中に残存する冷媒が長期間大気と接触することを回避する。具体的には、冷却機構に適宜な間隔で液体ヘリウムの供給機構を設け、冷媒漏出時に冷却機構に液体ヘリウムを供給して冷媒を凝固させる。冷媒の凝固のために供給する材料は、液体空気の凝固点において粘性が低い（気体または液体）必要があるが、50K付近においてこの条件を満たすものは現時点ではヘリウムとネオンがあるが、ネオンより安価なヘリウムが適当である。
【００１１】なお、冷媒の漏出を検知する手段としては、リザーバタンクに液面計を設けて、そのレベルを監視したり、冷媒の温度を監視したり、冷媒の流路に圧力計を設けて、その圧力変化を監視したりして、各監視結果が所定のしきい値を下回ったときに冷媒の漏出があったと認識することが挙げられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。ここでは、液体空気を冷媒とした超電導ケーブルの冷却機構において、冷媒の漏出事故が起きた際に冷却機構中に残存する冷媒の酸素濃度が上昇することを防止する構成について説明する。
【００１３】なお、超電導ケーブルは、内側から順にフォーマー、超電導導体、絶縁層からなり、その上に磁気遮蔽層、保護層を被覆したコアを具えている。このコアは内外管からなる真空断熱管内に配置されている。そして、フォーマーの内側と、内管と各ケーブルコアとの間隙とが冷媒流路になっている。
【００１４】（Heガスの圧送による冷媒の排出機構）本発明の冷却機構は、図１に示すように、リザーバタンク1から冷凍機2を経て超電導ケーブル3に冷媒が供給され、復路配管4を通って再度リザーバタンク1に戻ってくる循環路により構成されている。リザーバタンク1には、冷媒を圧送する供給ポンプ5と、冷媒を貯留タンク6に送る逆送ポンプ7（冷媒汲み出しポンプ）とが設けられている。また、冷凍機2と超電導ケーブル3をつなぐ配管にはHeガスの供給機構8が接続されている。さらに、冷媒の漏出検知は、リザーバタンク1に液面計（図示せず）を設けて、そのレベルを監視することで行った。
【００１５】このような冷却機構において、常時は、供給ポンプ5により冷媒が圧送されて循環されている。
【００１６】しかし、循環路のいずれかの個所で冷媒の漏出事故が起こると、Heガスの供給機構8からHeガスを供給して、冷媒循環路中から冷媒を強制的に排出する。これにより循環路中に冷媒が残存することを回避し、液体窒素が優先的に気化して冷媒の酸素濃度が上昇することを防止する。
【００１７】（冷媒の汲み出しによる排出機構）一方、リザーバタンク1には逆送ポンプ7が設けられているため、冷媒漏出時にこのポンプ7を作動させ、循環路中の冷媒を貯留タンク6に移行することで循環路中に冷媒が残存することを回避していも良い。貯留タンク6には酸素濃度計（図示せず）が設置され、貯留された冷媒の酸素濃度が上昇すると、液体窒素（LN2）または窒素ガス（GN2）を供給して、窒素の優先的な気化を抑制し、酸素濃度の上昇を抑える。
【００１８】（液体Heの供給による冷媒の凝固機構）図１におけるHeガスの供給機構8の代わりに、液体Heの供給機構9を設ける。超電導ケーブルおよび冷媒循環路を構成する配管は真空断熱層を具えており、液体Heの供給機構は、この真空断熱層に接続されている。冷媒の漏出が起こっているときは、通常、この真空断熱層が損傷しているため、真空断熱層を通じて液体Heを漏出個所に供給すれば、別途液体Heの供給路を構成する必要がなく便利である。液体Heは約４K程度のため、漏出個所で液体Heに接触した冷媒（液体空気の凝固点は約57K）は凝固して漏出が阻止される。また、循環路中に残存した冷媒は、この凝固により大気に接することがなくなり、酸素濃度の上昇を抑制することができる。
【００１９】（液体窒素の供給による窒素の優先的な気化の抑制機構）図２は図１におけるリザーバタンク1中の逆送ポンプ7の代わりに液体窒素供給ポンプ10を設け、貯留タンク6を省略した構成である。冷媒の漏出が起こると、液体窒素供給ポンプ10を作動して、循環路に液体窒素を供給する。これにより、冷媒の漏出個所での窒素濃度も上昇するたため、冷媒から液体窒素が優先的に気化することを抑制して、結果的に酸素濃度の上昇を防止する。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、強制的に冷却機構中の冷媒を排出したり、冷媒漏出個所における液体窒素の優先的な気化を抑制したり、冷媒漏出個所において冷媒を凝固させたりすることで、冷媒漏出時に冷却機構中に残存する冷媒の酸素濃度の上昇を抑制できる。従って、特に超電導ケーブルなど、高電圧が印加される超電導機器において爆発の危険性を回避することができ、非常に有効である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１３０
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１５日（１９９９．１２．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１００１４７
【弁理士】
【氏名又は名称】山野 宏 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１１５（Ｐ２００１−１７４１１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５６６６５ |
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