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研究開発紹介 Research and Development Introduction

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超電導ケーブルの冷却技術(1)

1.はじめに

ライデン大学のカマリン・オネス教授は、4.2 K(ケルビン)の極低温の液体ヘリウムで水銀を冷やすと水銀の電気抵抗がゼロになる超電導現象を1911年に発見しました。超電導の発見から100年以上たった今日では、実用化が進み、リニア中央新幹線やMRIのように、超電導は私達の日常生活にかかせない技術となりました。

現在、世界的に注目されている超電導応用の一つに超電導ケーブルがあります。超電導ケーブルは効率良く電気を送ることができるため、将来の電力省エネ技術として期待されています。日本では、NEDO(国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構)の「高温超電導ケーブル実証プロジェクト」において、2012年に国内で初めて超電導ケーブルを電力系統につなげた実証試験が行われ、1年以上の連続運転を成功させました。前川製作所は、超電導ケーブルの冷却システム開発を担当し、実証プロジェクトに貢献しました。ここでは、前川製作所で開発した超電導ケーブルの冷却システムを紹介します。


2.超電導ケーブルの冷却システム

超電導現象は、ある温度以下まで冷却することで維持されます。そこで、超電導は、液体窒素や液体ヘリウムなどの液化ガスや極低温冷凍機を用いて常に冷やされた状態で使用されます。長さが数百mから数kmにおよぶ超電導ケーブルの場合には、液体窒素による強制循環冷却を用いてケーブルを冷却します。

超電導ケーブルの冷却システムのフローを図1に示します。冷却システムは循環ポンプ、スターリング冷凍機、リザーバタンクで構成され、各機器および超電導ケーブルを真空断熱配管で接続します。実証プロジェクトで用いた循環ポンプ、スターリング冷凍機、リザーバタンクの写真を図2にそれぞれ示します。リザーバタンクに貯められた液体窒素は、循環ポンプでスターリング冷凍機に送られ、所定の温度(基準温度69 K)に冷却されて超電導ケーブルに流れます。冷却システムが順調に動いているかどうかは、液体窒素の流量、温度、圧力などを遠隔監視して確認しています。

冷却システムのフロー

図1 冷却システムのフロー

スターリング冷凍機、循環ポンプ、リザーバタンク

図2 スターリング冷凍機、循環ポンプ、リザーバタンク

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