JP2006164571A - 超電導ケーブル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明超電導ケーブルは、螺旋状に巻回されて超電導層(導体層13、帰路導体17)を構成する超電導線材と、超電導層の内側に設けられた応力緩和層(内側応力緩和層12、絶縁層兼外側応力緩和層16)と、応力緩和層よりも内側に設けられたケーブル構成部材(フォーマ11)とを有するケーブルである。応力緩和層により、冷媒による超電導線材の冷却に伴う超電導層の径方向への収縮分を吸収するように構成されている。
【選択図】図1
Description
[全体構造]
図1に示すように、本発明直流超電導ケーブル100は、1心のケーブルコア10と、そのコア10を収納する断熱管20とから構成される。
このコア10は、中心から順に、フォーマ11、内側応力緩和層12、導体層13、クッション層14A、押え巻き層15A、絶縁層(兼外部応力緩和層)16、外部導体層(帰路導体17)クッション層14B、押え巻き層15Bおよび保護層18を有する。
フォーマ11には、ステンレス製のコルゲート管を用いた。中空のフォーマ11を用いた場合、その内部を冷媒(ここでは液体窒素)の流路とできる。
フォーマ11の上に、クラフト紙とポリプロピレンフィルムをラミネートした住友電気工業株式会社製複合テープPPLP(登録商標)を巻き付けて内側応力緩和層12を形成する。ここでは、次述する導体層13の冷却時における縮径量を吸収できるような材質および厚みを選択した。より具体的には、複合テープ全体の厚みに対するポリプロピレンフィルムの厚みの比率kが60%のPPLPを用いた。
導体層13には、厚さ0.24mm、幅3.8mmのBi2223系Ag-Mnシーステープ線材を用いた。このテープ線材を内側応力緩和層12の上に多層に巻回して導体層13を構成する。ここでは、4層に超電導線材を巻き付ける。
導体層13の上にクッション層14Aを形成し、さらにその上に押え巻き層15Aを形成した。クッション層14Aは、導体層上に数層のクラフト紙を巻きつけることで構成し、押え巻き層15Aは銅テープを巻き付けることで構成した。クッション層14Aは導体層と押え巻き層15Aによる金属同士の接触を回避し、押え巻き層15Aはクッション層14Aを介して導体層13を内周側に締め付けて冷却時の導体層13の縮径を円滑に挙動させる。
押え巻き層15Aの上には絶縁層16が形成される。ここでは、比率kが60%のPPLPで絶縁層16を構成した。この絶縁層16は、導体層13の電気絶縁の機能を有すると共に、次述する外部導体層の冷却に伴う縮径量を吸収する外部応力緩和層としての機能も有する。絶縁層16自体を外部応力緩和層とすることで、別個に外部応力緩和層を形成する必要がなく、ケーブルコアの外径が大きくなることを抑制できる。
絶縁層16の外側には、外部導体層(帰路導体17)を設けた。直流では電流の往復流路が必要なため、単極送電では帰路導体17を設けて帰路電流の流路として利用する。帰路導体17は、導体層13と同様の超電導線材で構成され、導体層13と同様の送電容量を有している。
続いて、外部導体層の上にクッション層14Bを形成し、さらにその上に押え巻き層15Bを形成した。このクッション層14Bと押え巻き層15Bは導体層13の外側に設けられたクッション層14Aおよび押え巻き層15Aと同様の材料で構成される。このクッション層14Bは帰路導体17と押え巻き層15Bによる金属同士の接触を回避し、押え巻き層15Bはクッション層14Bを介して帰路導体17を内周側に締め付けて冷却時の帰路導体17の縮径を円滑に挙動させる。
この帰路導体17の外側には絶縁材料で構成される保護層18が設けられている。ここでは、クラフト紙の巻回により保護層18を構成している。この保護層18により、帰路導体17の機械的保護と共に、断熱管(内管21)との絶縁をとり、断熱管20への帰路電流の分流を防ぐことができる。
断熱管20は内管21および外管22を具える2重管からなり、内外管21、22の間に真空断熱層が構成される。真空断熱層内には、プラスチックメッシュと金属箔を積層したいわゆるスーパーインシュレーションが配置されている。内管21の内側とコア10との間に形成される空間は冷媒の流路となる。また、必要に応じて、断熱管20の外周にポリ塩化ビニルなどで防食層23を形成しても良い。
次に、上記の超電導ケーブルを作製するのに際し、縮径量を小さくできるように超電導線材の短ピッチ化を目指しながら、超電導線材の使用量を少なくできるように以下の試算を行った。
10 コア
11 フォーマ 12 内側応力緩和層 13 導体層 14A、14B クッション層
15A、15B 押え巻き層 16 絶縁層兼外部応力緩和層
16A 絶縁層 17 帰路導体 17A シールド層 18 保護層
20 断熱管
21 内管 22 外管 23 防食層
Claims (9)
- 螺旋状に巻回されて超電導層を構成する超電導線材と、
超電導層の内側に設けられた応力緩和層とを有し、
前記応力緩和層により、冷媒による超電導線材の冷却に伴う超電導層の径方向への収縮分を吸収するように構成されていることを特徴とする超電導ケーブル。 - さらに応力緩和層よりも内側に設けられたケーブル構成部材を有し、
前記応力緩和層とケーブル構成部材とにより、冷媒による超電導線材の冷却に伴う超電導層の径方向への収縮分を吸収するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブル。 - 前記超電導層には導体層が含まれ、
前記応力緩和層には導体層の内側に形成された内側応力緩和層が含まれることを特徴とする請求項1または2に記載の超電導ケーブル。 - 前記応力緩和層には、導体層の外側に設けられた絶縁層を外側応力緩和層として利用し、
前記超電導層には絶縁層の外側に形成される外部導体層が含まれることを特徴とする請求項3に記載の超電導ケーブル。 - 前記超電導線材の巻き付けピッチが、巻き付け径の4〜6倍であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の超電導ケーブル。
- 前記ケーブル構成部材にはフォーマが含まれ、
そのフォーマがコルゲート管、スパイラル帯状体のいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の超電導ケーブル。 - 前記応力緩和層が、クラフト紙、プラスチックテープおよびクラフト紙とプラスチックテープとの複合テープの少なくとも1種から構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の超電導ケーブル。
- 超電導層の外側に押え巻き層を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の超電導ケーブル。
- 前記超電導ケーブルが直流超電導ケーブルであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の超電導ケーブル。
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