JP2007037341A - 超電導機器の冷却構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】 超電導機器の冷却に電気絶縁性を有する液体窒素を用いることにより電気的な信頼性を高め、かつ、簡易な構造からなる超電導機器の冷却構造を提供する。
【解決手段】 液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器11と、液体水素を貯留する液体水素タンク13と、液体水素タンク13に導通される液体水素導通路12と、液体水素導通路12を冷却容器11の外周壁と接触させて配置し、液体水素温度で液体窒素を超電導機器20の超電導材用の冷却温度まで冷却する熱交換手段とを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】 液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器11と、液体水素を貯留する液体水素タンク13と、液体水素タンク13に導通される液体水素導通路12と、液体水素導通路12を冷却容器11の外周壁と接触させて配置し、液体水素温度で液体窒素を超電導機器20の超電導材用の冷却温度まで冷却する熱交換手段とを備えている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、超電導機器の冷却構造に関し、詳しくは、モータ、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置(SMES)、限流器等の超電導機器をより安定した状態で冷却するものである。
近年、ガソリン等の燃料資源の枯渇や排気ガスによる環境悪化を改善すべく、電気によりモータを駆動して渡航する船舶や走行する自動車等の開発が進められている。特に、特開平6−6907号(特許文献1)に開示されている超電導モータを採用すれば、超電導コイルでの銅損がなくなり高効率になると共に、モータ自身を小型化および高出力化することができる。
また、モータに限らず発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置(SMES)、限流器等においても超電導材を用いて超電導化が図られている。
また、モータに限らず発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置(SMES)、限流器等においても超電導材を用いて超電導化が図られている。
超電導材の超電導特性を発揮させて大電流を通電するためには、超電導材を極低温に冷却する必要があり、例えば、冷媒として液体水素、液体窒素等が用いられている。しかしながら、液体水素の電気絶縁特性の測定は非常に難しく、測定されていないのが現状であり、この絶縁特性が解明されていない液体水素で直接超電導機器を冷却すると電気的な信頼性を損なう恐れがある。
また、絶縁特性を有する液体窒素を収容した容器内に超電導機器を収容して冷却する場合でも、液体窒素を冷却するために冷却器等が必要となり装置が大型化・複雑化する問題がある。
また、絶縁特性を有する液体窒素を収容した容器内に超電導機器を収容して冷却する場合でも、液体窒素を冷却するために冷却器等が必要となり装置が大型化・複雑化する問題がある。
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、超電導機器の冷却に電気絶縁性を有する液体窒素を用いることにより電気的な信頼性を高め、かつ、簡易な構造からなる超電導機器の冷却構造を提供することを課題としている。
前記課題を解決するため、本発明は、第1に、
液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器と、
液体水素を貯留する液体水素タンクと、
前記冷却容器内部と導通される液体窒素導通路と、
前記液体水素タンクに導通される液体水素導通路と、
前記液体窒素導通路の一部と液体水素導通路の一部を有する熱交換手段と、
を備えていることを特徴とする超電導機器の冷却構造を提供している。
液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器と、
液体水素を貯留する液体水素タンクと、
前記冷却容器内部と導通される液体窒素導通路と、
前記液体水素タンクに導通される液体水素導通路と、
前記液体窒素導通路の一部と液体水素導通路の一部を有する熱交換手段と、
を備えていることを特徴とする超電導機器の冷却構造を提供している。
また、本発明は、第2に、
液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器と、
液体水素を貯留する液体水素タンクと、
前記液体水素タンクに導通される液体水素導通路と、
前記液体水素導通路が前記冷却容器の外周壁と接触させて配置された、あるいは、前記液体水素導通路の一部が前記冷却容器内に配置された熱交換手段と、
を備えていることを特徴とする超電導機器の冷却構造を提供している。
液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器と、
液体水素を貯留する液体水素タンクと、
前記液体水素タンクに導通される液体水素導通路と、
前記液体水素導通路が前記冷却容器の外周壁と接触させて配置された、あるいは、前記液体水素導通路の一部が前記冷却容器内に配置された熱交換手段と、
を備えていることを特徴とする超電導機器の冷却構造を提供している。
前記構成によれば、超電導機器の超電導材を電気絶縁性を有する液体窒素により冷却しているため、漏電を確実に防止して安定した状態で超電導機器の超電導材を冷却することができる。
また、前記熱交換手段により液体水素で液体窒素を前記超電導機器の超電導材用の冷却温度まで冷却しているため、液体窒素を冷却するための冷却器等が不要となり簡易な冷却構造とすることができる。
また、前記熱交換手段により液体水素で液体窒素を前記超電導機器の超電導材用の冷却温度まで冷却しているため、液体窒素を冷却するための冷却器等が不要となり簡易な冷却構造とすることができる。
前記冷却容器は、前記超電導機器の各超電導材を収容する冷却容器あるいは/および超電導機器全体を収容する冷却容器である。
前記構成によれば、各超電導材をそれぞれ冷却容器に収容して直接冷却する構成とすると、超電導機器全体を冷却する必要がなく効率良く超電導材を冷却することができ、超電導機器全体を冷却容器に収容して冷却する構成とすると、冷却構造を簡易なものとすることができる。さらに、各超電導材を冷却容器に収容して冷却すると共に、超電導機器自体も冷却容器に収容して冷却する構成とすると超電導材の冷却効率をさらに高めることができる。
前記液体水素タンクに導通された液体水素導通路は分岐した後に合流して水素エンジンあるいは燃料電池に導通され、一つの分岐流路は前記熱交換手段に通すと共に、前記分岐位置に流路制御弁を介在させ、
前記流路制御弁を前記冷却容器内の液体窒素温度を検出する温度センサーに接続した制御器により動作させ、該制御器で設定した上限温度の閾値に達すると熱交換手段側への流路を開く一方、下限温度の閾値に達すると熱交換手段側への流路を閉じる構成としていることが好ましい。
前記流路制御弁を前記冷却容器内の液体窒素温度を検出する温度センサーに接続した制御器により動作させ、該制御器で設定した上限温度の閾値に達すると熱交換手段側への流路を開く一方、下限温度の閾値に達すると熱交換手段側への流路を閉じる構成としていることが好ましい。
即ち、冷却容器内の液体窒素が所要の温度まで冷却されていない場合には、熱交換手段を介在させた流路に液体水素を通して熱交換手段を介して液体窒素を冷却し、気化した水素は燃料電池等に供給して燃料として再利用している。一方、液体窒素が所要の温度まで冷却されている場合には、液体水素を熱交換手段を介在させていない流路に通し、液体水素導通路の途中で気化した水素を直接燃料電池等に供給している。
前記構成によれば、冷却容器内の液体窒素を必要以上に冷却しすぎてしまうのを防止することができる。
前記構成によれば、冷却容器内の液体窒素を必要以上に冷却しすぎてしまうのを防止することができる。
前述したように、本発明によれば、超電導機器の超電導材を電気絶縁性を有する液体窒素により冷却しているため、確実に漏電を防止して安定した状態で超電導機器の超電導材を冷却することができる。
また、超電導機器を冷却する液体窒素を液体水素により冷却しているため、液体窒素を冷却するための冷却器等が不要となり簡易な冷却構造とすることができる。
また、超電導機器を冷却する液体窒素を液体水素により冷却しているため、液体窒素を冷却するための冷却器等が不要となり簡易な冷却構造とすることができる。
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1及び図2は、本発明の第1実施形態を示し、超電導機器の冷却構造10は船舶の渡航や自動車の走行の駆動源となる超電導モータ20を冷却するものである。
図1及び図2は、本発明の第1実施形態を示し、超電導機器の冷却構造10は船舶の渡航や自動車の走行の駆動源となる超電導モータ20を冷却するものである。
超電導モータ20は、超電導モータ20の超電導コイル冷却用の冷媒となる液体窒素を貯留した冷却容器11内に収容されている。
本実施形態の冷却構造10では、前記冷却容器11内の液体窒素を液体水素温度により冷却する構成としており、該液体水素を流通させる配管からなる液体水素導通路12の一端が液体水素を貯留させておく液体水素タンク13に導通する一方、液体水素導通路12の他端が燃料電池14に導通している。
本実施形態の冷却構造10では、前記冷却容器11内の液体窒素を液体水素温度により冷却する構成としており、該液体水素を流通させる配管からなる液体水素導通路12の一端が液体水素を貯留させておく液体水素タンク13に導通する一方、液体水素導通路12の他端が燃料電池14に導通している。
前記液体水素導通路12は途中で二手に分岐しており、分岐した一方の分岐流路12aの途中に熱交換器15を介在させる一方、他方の分岐流路12bには熱交換器を介在させていない。これら分岐させた分岐流路12aと12bとは熱交換器15よりも下流側で連結して合流している。なお、分岐流路12aと12bとを連結せず、それぞれ直接燃料電池14と接続する構成としてもよい。
前記分岐流路12aに介在させた熱交換器15は冷却容器11の外周壁に取り付けており、熱交換器15を流通する液体水素により冷却容器11内の液体窒素を冷却する構成(熱交換手段)としている。よって、冷却容器11は、熱交換器15と接する部分は熱伝導性の高い部材で形成しているが、他の部分は熱伝導性の低い部材で形成して、冷却した液体窒素の温度が上昇しにくい構成としている。
液体水素導通路12と液体水素タンク13との接続部近傍にポンプ16を設けており、該ポンプ16により液体水素タンク13内の液体水素が液体水素導通路12へ導入される。
また、分岐流路12aと12bの上流側の分岐位置には、流路制御弁17を設けており、該流路制御弁17により液体水素を分岐流路12aと12bのいずれへ流通させるかを制御する構成としている。具体的には、冷却容器11内に液体窒素の温度を測定する温度センサー18と、該温度センサー18に接続した制御器34とを設けており、該温度センサー18で測定された液体窒素の温度が制御器34に伝達され、該制御器34により流路制御弁17を作動させる。制御器34には上限温度と下限温度とを設定しており、温度センサー18から伝達された液体窒素の温度が上限温度(例えば、75ケルビン)の閾値に達すると熱交換器15側への流路12aを開くと共に流路12bを閉じる一方、液体窒素の温度が下限温度(例えば、65ケルビン)の閾値に達すると流路12aを閉じると共に流路12bを開く構成としている。
また、分岐流路12aと12bの上流側の分岐位置には、流路制御弁17を設けており、該流路制御弁17により液体水素を分岐流路12aと12bのいずれへ流通させるかを制御する構成としている。具体的には、冷却容器11内に液体窒素の温度を測定する温度センサー18と、該温度センサー18に接続した制御器34とを設けており、該温度センサー18で測定された液体窒素の温度が制御器34に伝達され、該制御器34により流路制御弁17を作動させる。制御器34には上限温度と下限温度とを設定しており、温度センサー18から伝達された液体窒素の温度が上限温度(例えば、75ケルビン)の閾値に達すると熱交換器15側への流路12aを開くと共に流路12bを閉じる一方、液体窒素の温度が下限温度(例えば、65ケルビン)の閾値に達すると流路12aを閉じると共に流路12bを開く構成としている。
分岐流路12aを流通する液体水素は液体窒素を冷却することにより気化し、この気化した水素は燃料電池14の燃料として再利用される。また、分岐流路12bを流通する液体水素も途中で気化して燃料電池14の燃料として再利用される。本実施形態では、燃料電池14で発生された電力は超電導モータ20の動力源として使用される。
冷却容器11は、熱伝導材30で形成した槽の外面を断熱材31により覆っており、冷却容器11と熱交換器15とを接触させる箇所のみ断熱材31を設けずに熱伝導材30を外部に露出させている。冷却容器11には、外壁側に設けた取出口32と超電導モータ20との間に架け渡された遮蔽管33を設けており、超電導モータ20から外部に引き出される回転駆動軸21及び電線22を遮蔽管33を通して冷却容器11の外部に引き出している。なお、回転駆動軸21と電線22とが接触しないよう遮蔽管33内を隔壁(図示せず)により分割している。
超電導モータ20は、ラジアルギャップ構造のモータであり、ハウジングとなる円筒状の固定子23の内周面に超電導材からなる電機子コイル24を周方向に120°の等間隔をあけて設置している。該電機子コイル24に接続される電線22は、固定子23の外面に固定された分岐部25で3本の分岐線22aに分岐しており、該電線22を介して燃料電池14等の電源から電機子コイル24に三相交流が供給される。なお、電機子コイルは常電導材により形成してもよい。
固定子23を貫通する回転駆動軸21に超電導材からなる界磁コイル26を固定しており、回転駆動軸21の一端側は軸受27を貫通して駆動伝達手段19まで延在している。
なお、超電導材としては、ビスマス系やイットリウム系等の超電導材を用いている。
なお、超電導材としては、ビスマス系やイットリウム系等の超電導材を用いている。
超電導モータ20の動作は、燃料電池14等の電源から電機子コイル24に三相交流が供給されることにより、各電機子コイル24への給電の位相ズレにより固定子23内に回転磁界が発生し、この回転磁界の影響を受けて界磁コイル26に渦電流が誘導されて回転力が発生し回転駆動軸21が回転する。
前記構成によれば、超電導モータ20を電気絶縁性を有する液体窒素により冷却しているため漏電を確実に防止して安定した状態で超電導モータ20の超電導材からなる電機子コイル24と界磁コイル26を冷却することができる。
また、超電導モータ20を冷却する液体窒素を熱交換器15を介して液体水素により冷却しているため、液体窒素を冷却するための冷却器等が不要となり簡易な冷却構造とすることができる。
なお、本実施形態では、超電導機器として超電導モータを冷却しているが、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置(SMES)、限流器等の超電導機器にも本実施形態の冷却構造を適用することができる。
また、気化した液体水素の供給先は燃料電池に限らず、水素エンジン等の他の水素利用機器であってもよい。
また、超電導モータ20を冷却する液体窒素を熱交換器15を介して液体水素により冷却しているため、液体窒素を冷却するための冷却器等が不要となり簡易な冷却構造とすることができる。
なお、本実施形態では、超電導機器として超電導モータを冷却しているが、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置(SMES)、限流器等の超電導機器にも本実施形態の冷却構造を適用することができる。
また、気化した液体水素の供給先は燃料電池に限らず、水素エンジン等の他の水素利用機器であってもよい。
図3は、本発明の第2実施形態を示す。
本実施形態では、液体水素温度で液体窒素を冷却する熱交換手段を、液体水素導通路12’が冷却容器11’の貫通穴11a’を貫通し、該冷却容器11’内に熱交換器15’を配置した構成としている。液体水素導通路12’の外周面と冷却容器11’の貫通穴11a’の内周面とを密着させており、冷却容器11’の液体窒素が液漏れしないようにしている。なお、液体水素導通路12’の外周面と冷却容器11’の貫通穴11a’の内周面との間にゴム栓等を介在させてもよい。
本実施形態では、液体水素温度で液体窒素を冷却する熱交換手段を、液体水素導通路12’が冷却容器11’の貫通穴11a’を貫通し、該冷却容器11’内に熱交換器15’を配置した構成としている。液体水素導通路12’の外周面と冷却容器11’の貫通穴11a’の内周面とを密着させており、冷却容器11’の液体窒素が液漏れしないようにしている。なお、液体水素導通路12’の外周面と冷却容器11’の貫通穴11a’の内周面との間にゴム栓等を介在させてもよい。
前記構成によれば、冷却容器11’内の液体窒素が直接熱交換器15’に接しているため、液体窒素を効率良く冷却することができる。
なお、他の構成及び作用効果は第1実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
なお、他の構成及び作用効果は第1実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
図4は、本発明の第3実施形態を示す。
本実施形態の超電導機器の冷却構造40では、冷却容器41内の液体窒素を液体水素によって直接冷却するのではなく、冷却容器41に導通した液体窒素循環用の液体窒素導通路42を設け、該液体窒素導通路42上で液体窒素を冷却する構成としている。
本実施形態の超電導機器の冷却構造40では、冷却容器41内の液体窒素を液体水素によって直接冷却するのではなく、冷却容器41に導通した液体窒素循環用の液体窒素導通路42を設け、該液体窒素導通路42上で液体窒素を冷却する構成としている。
前記液体窒素導通路42の所要箇所に熱交換器43を設けており、該熱交換器43を蓄冷槽44内で前記液体水素導通路12に設けた熱交換器15に近接配置した構成(熱交換手段)としている。蓄冷槽44内で液体水素により所要温度まで冷却された液体窒素は再び冷却容器41内に導入されて、該液体窒素により超電導モータ20の超電導材を冷却している。
前記構成によれば、冷却容器41内の液体窒素を液体窒素導通路42で循環させ、この循環させる途中で液体窒素を冷却しているため、冷却容器41内の液体窒素全体を効率良く冷却することができる。
なお、他の構成及び作用効果は第1実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
なお、他の構成及び作用効果は第1実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
図5は、本発明の第4実施形態を示す。
本実施形態の超電導機器の冷却構造50では、超電導モータ51を冷却容器に収容して超電導モータ51全体を冷却するのではなく、超電導モータ51の各超電導コイルをそれぞれ冷却容器に収容して個別に冷却している。
本実施形態の超電導機器の冷却構造50では、超電導モータ51を冷却容器に収容して超電導モータ51全体を冷却するのではなく、超電導モータ51の各超電導コイルをそれぞれ冷却容器に収容して個別に冷却している。
本実施形態の冷却構造50で冷却する超電導モータ60は、アキシャルギャップ構造の誘導子型モータであり、界磁側固定子61、回転子62、電機子側固定子63、回転子64、界磁側固定子65の順番に回転軸66で貫通し、界磁側固定子61、65および電機子側固定子63は設置面Gに固定すると共に回転軸66と空隙をあけ、回転子62、64は回転軸66に外嵌固定している。
界磁側固定子61、65及び電機子側固定子63には、それぞれ超電導コイルを収容した断熱性を有する冷却容器67、68を設けており、これら冷却容器67、68にそれぞれ導通した液体窒素循環用の液体窒素導通路51を設けている。該液体窒素導通路51は全て合流し、合流側に熱交換器52を設けており、該熱交換器52を蓄冷槽53内で液体水素タンク54に導通させた液体水素導通路55の熱交換器56に近接配置した構成(熱交換手段)としている。よって、液体窒素導通路51を導通する液体窒素は蓄冷槽53内で液体水素により所要の温度まで冷却される。また、液体窒素との熱交換により気化した水素は液体水素導通路55に導通された燃料電池57に供給されて再利用される。
なお、本実施形態でもポンプ、温度センサー、制御器、流路制御弁を設けているが、第1実施形態と同様であるため、図示及び説明を省略する。
なお、本実施形態でもポンプ、温度センサー、制御器、流路制御弁を設けているが、第1実施形態と同様であるため、図示及び説明を省略する。
次に、超電導モータ60の構成について説明する。
左右対称の界磁側固定子61、65は、設置面Gに固定された磁性体からなるヨーク69と、ヨーク69に埋設された冷却容器67と、冷却容器67に収容された超電導材からなる界磁コイル70とを備えている。
ヨーク69は、中央に回転軸66の外径より大きく穿設された遊嵌穴69bと、遊嵌穴69bを中心として円環状に凹設された溝部69aとを備えている。冷却容器67には液体窒素を循環させた状態で界磁コイル70を収容しており、その冷却容器67を溝部69aに埋設している。
左右対称の界磁側固定子61、65は、設置面Gに固定された磁性体からなるヨーク69と、ヨーク69に埋設された冷却容器67と、冷却容器67に収容された超電導材からなる界磁コイル70とを備えている。
ヨーク69は、中央に回転軸66の外径より大きく穿設された遊嵌穴69bと、遊嵌穴69bを中心として円環状に凹設された溝部69aとを備えている。冷却容器67には液体窒素を循環させた状態で界磁コイル70を収容しており、その冷却容器67を溝部69aに埋設している。
左右対称の回転子62、64は、円盤形状で非磁性材料からなり、回転軸の取付穴71aを有する支持部71と、取付穴71aを中心として点対称位置に埋設された一対のS極誘導子72と、S極誘導子72から90°回転した位置に埋設された一対のN極誘導子73とを備えている。
S極誘導子72およびN極誘導子73は、電機子側固定子63と対向する扇形状の一端面をそれぞれ同心円上の等間隔に配置すると共に互いに同一面積としている。
S極誘導子72およびN極誘導子73は、電機子側固定子63と対向する扇形状の一端面をそれぞれ同心円上の等間隔に配置すると共に互いに同一面積としている。
S極誘導子72の他端面は、界磁コイル70のS極発生位置に対向するように配置される円弧状としている。
N極誘導子73の他端面は、界磁コイル70のN極発生位置に対向するように配置される円弧状としている。
N極誘導子73の他端面は、界磁コイル70のN極発生位置に対向するように配置される円弧状としている。
電機子側固定子63は、設置面Gに固定された非磁性体からなる支持部74と、支持部74に埋設された冷却容器68と、冷却容器68に収容された超電導材からなる電機子コイル75とを備えている。
支持部74は、中央に回転軸66の外径より大きく穿設された遊嵌穴74bと、遊嵌穴74bを中心として周方向に等間隔に穿設された4つの取付穴74aとを備えている。冷却容器68には液体窒素を循環させた状態で電機子コイル75を収容していると共に電機子コイル75の中空部には磁性体からなるフラックスコレクタ76を配置している。内部に電機子コイル75を収容した4つの冷却容器68を各取付穴74aにそれぞれ埋設している。
支持部74は、中央に回転軸66の外径より大きく穿設された遊嵌穴74bと、遊嵌穴74bを中心として周方向に等間隔に穿設された4つの取付穴74aとを備えている。冷却容器68には液体窒素を循環させた状態で電機子コイル75を収容していると共に電機子コイル75の中空部には磁性体からなるフラックスコレクタ76を配置している。内部に電機子コイル75を収容した4つの冷却容器68を各取付穴74aにそれぞれ埋設している。
界磁コイル70と電機子コイル75には配線を介して給電装置(図示せず)が接続され、界磁コイル70には直流を供給すると共に、電機子コイル75には三相交流を供給している。
次に、超電導モータ60の動作原理について説明する。
図1中右側の界磁コイル70に直流を給電すると、外周側にS極が発生すると共に内周側にN極が発生する。S極側の磁束がS極誘導子72内に導入され、一端面にS極磁束が現れると共に、N極側の磁束がN極誘導子73内に導入され、一端面にN極磁束が現れる。
同様の原理により、図1中左側の界磁コイル70に直流を給電すると、回転子62のN極誘導子73の一端面には常にN極が現れ、S極誘導子72の一端面には常にS極が現れる。
図1中右側の界磁コイル70に直流を給電すると、外周側にS極が発生すると共に内周側にN極が発生する。S極側の磁束がS極誘導子72内に導入され、一端面にS極磁束が現れると共に、N極側の磁束がN極誘導子73内に導入され、一端面にN極磁束が現れる。
同様の原理により、図1中左側の界磁コイル70に直流を給電すると、回転子62のN極誘導子73の一端面には常にN極が現れ、S極誘導子72の一端面には常にS極が現れる。
この状態から電機子コイル75に三相交流を給電すると、三相間の給電位相ズレにより電機子側固定子63の軸線回りに回転磁界が発生し、この回転磁界の影響で回転子62、64のN極誘導子73およびS極誘導子72に軸線回りの回転力が発生し、回転子62、64が回転して回転軸66が回転駆動される。
前記構成によれば、各界磁コイル70及び電機子コイル75をそれぞれ冷却容器67、68に収容して冷却しているため、界磁コイル70及び電機子コイル75をそれぞれ効率良く冷却することができる。
また、界磁コイル70が取り付けられた界磁側固定子61、65と、電機子コイル75が取り付けられた電機子側固定子63とは回転しないため、各界磁コイル70及び電機子コイル75をそれぞれ冷却容器67、68に収容して冷却する構成としても冷却構造を簡素化することができる。
また、界磁コイル70が取り付けられた界磁側固定子61、65と、電機子コイル75が取り付けられた電機子側固定子63とは回転しないため、各界磁コイル70及び電機子コイル75をそれぞれ冷却容器67、68に収容して冷却する構成としても冷却構造を簡素化することができる。
図6は、本発明の第5実施形態を示す。
本実施形態の超電導機器の冷却構造80では、第4実施形態の超電導モータ60自体も液体窒素を貯留する大型の冷却容器81に収容している。冷却容器81にも液体窒素循環用の液体窒素導通路82を設け、該液体窒素導通路82に設けた熱交換器83を蓄冷槽53内で液体水素導通路55の熱交換器56に近接配置した構成(熱交換手段)としている。即ち、本実施形態では、液体水素温度により2本の液体窒素導通路51、82に導通する液体窒素を冷却する構成としている。
本実施形態の超電導機器の冷却構造80では、第4実施形態の超電導モータ60自体も液体窒素を貯留する大型の冷却容器81に収容している。冷却容器81にも液体窒素循環用の液体窒素導通路82を設け、該液体窒素導通路82に設けた熱交換器83を蓄冷槽53内で液体水素導通路55の熱交換器56に近接配置した構成(熱交換手段)としている。即ち、本実施形態では、液体水素温度により2本の液体窒素導通路51、82に導通する液体窒素を冷却する構成としている。
前記構成によれば、各界磁コイル70及び電機子コイル75をそれぞれ冷却容器67、68に収容して冷却すると共に、超電導モータ60自体も冷却容器81に収容して冷却しているため、界磁コイル70及び電機子コイル75の冷却効率をさらに高めることができる。
なお、他の構成及び作用効果は第4実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
なお、他の構成及び作用効果は第4実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
本発明の超電導機器の冷却構造は、モータ、発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置(SMES)、限流器等の超電導機器の冷却に好適に用いられるものである。
10、40、50、80 超電導モータ(超電導機器)の冷却構造
11、41、67、68、81 冷却容器
12、55 液体水素導通路
13、54 液体水素タンク
14、57 燃料電池
15、52、56、83 熱交換器
16 ポンプ
17 流路制御弁
18 温度センサー
20、60 超電導モータ
24、75、 電機子コイル
26、70 界磁コイル
11、41、67、68、81 冷却容器
12、55 液体水素導通路
13、54 液体水素タンク
14、57 燃料電池
15、52、56、83 熱交換器
16 ポンプ
17 流路制御弁
18 温度センサー
20、60 超電導モータ
24、75、 電機子コイル
26、70 界磁コイル
Claims (5)
- 液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器と、
液体水素を貯留する液体水素タンクと、
前記冷却容器内部と導通される液体窒素導通路と、
前記液体水素タンクに導通される液体水素導通路と、
前記液体窒素導通路の一部と液体水素導通路の一部を有する熱交換手段と、
を備えていることを特徴とする超電導機器の冷却構造。 - 液体窒素を貯留する超電導機器用の冷却容器と、
液体水素を貯留する液体水素タンクと、
前記液体水素タンクに導通される液体水素導通路と、
前記液体水素導通路が前記冷却容器の外周壁と接触させて配置された、あるいは、前記液体水素導通路の一部が前記冷却容器内に配置された熱交換手段と、
を備えていることを特徴とする超電導機器の冷却構造。 - 前記熱交換手段により液体水素で液体窒素を前記超電導機器の超電導材用の冷却温度まで冷却している請求項1または請求項2に記載の超電導機器の冷却構造。
- 前記冷却容器は、前記超電導機器の各超電導材を収容する冷却容器あるいは/および超電導機器全体を収容する冷却容器である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の超電導機器の冷却構造。
- 前記液体水素タンクに導通された液体水素導通路は分岐した後に合流して水素エンジンあるいは燃料電池に導通され、一つの分岐流路は前記熱交換手段に通すと共に、前記分岐位置に流路制御弁を介在させ、
前記流路制御弁を前記冷却容器内の液体窒素温度を検出する温度センサーに接続した制御器により動作させ、該制御器で設定した上限温度の閾値に達すると熱交換手段側への流路を開く一方、下限温度の閾値に達すると熱交換手段側への流路を閉じる構成としている請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の超電導機器の冷却構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005219216A JP2007037341A (ja) | 2005-07-28 | 2005-07-28 | 超電導機器の冷却構造 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101104234B1 (ko) | 2010-09-30 | 2012-01-10 | 한국전력공사 | 초전도 한류기 내부 온도 제어 장치 및 방법 |
KR20220014112A (ko) * | 2020-07-28 | 2022-02-04 | 한국기계연구원 | 액체수소를 이용한 초전도 모터 구동시스템 |
-
2005
- 2005-07-28 JP JP2005219216A patent/JP2007037341A/ja not_active Withdrawn
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KR102449789B1 (ko) * | 2020-07-28 | 2022-10-04 | 한국기계연구원 | 액체수소를 이용한 초전도 모터 구동시스템 |
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