JP2006228740A - 吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超伝導ケーブル用低温維持装置に関するものであって、伝導熱の伝達を防止すると同時に内部の気体を吸着する機能を同時に行う低温維持装置を提供する。
【解決手段】 本発明による低温維持装置は、吸着剤を備えたネット層４１’が含まれ、真空ポンプにより除去されなかったり金属凹凸管及び多層断熱フィルムで発生した低温維持装置内の気体をより効率よく吸着して高真空度を維持することができ、従来の吸着剤の付着位置に生じる多層断熱フィルムの局部圧縮区間が無くなるため、より良い断熱性能を奏することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超伝導ケーブル用低温維持装置に関するものであって、さらに詳しくは、伝導熱の伝達を防止すると同時に内部の気体を吸着する機能を果たすことができる超伝導ケーブル用低温維持装置に関する。

一般に、超伝導現象とは、極低温状態（−１９６℃）で導体に流れる電流の抵抗が０である特性を言い、超伝導ケーブルとは、このような特性を有した導体を用いて作製した電力ケーブルであって、図６には通常の超伝導ケーブルの縦断面図が示されている。これによると、超伝導ケーブルは、超伝導導体を含むケーブルコア１０とその外部を囲んで液体窒素の流通路を形成し真空断熱の役割を果たす低温維持装置（Ｃｒｙｏｓｔａｔ）とからなる。

ケーブルコア１０は、通常液体窒素の流通路であるフォーマー（図示せず）上に超伝導体（図示せず）と電気絶縁体（図示せず）とをテーピングして製造され、超伝導体において電流が流れる部分である。

低温維持装置は、ケーブルコア１０のすぐ外側を囲む内側金属シース２０と、内側金属シース２０の外側をさらに囲む外側金属シース３０と、内側金属シース２０と外側金属シース３０との間にテーピングされて形成される多層断熱フィルム（ＭＬＩ；Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）４０と、多層断熱フィルム３０の最も内側に備えられる吸着剤６０と、を含んでなる。

内側金属シース２０及び外側金属シース３０は、通常金属材質であり凹凸を有しており、両金属シース２０、３０間は凹凸型の管を形成して、真空状態が維持される。
図７Ａは、従来の超伝導ケーブル用低温維持装置の多層断熱フィルムの一構造を示す断面図であり、図７Ｂは、従来の超伝導ケーブル用低温維持装置の多層断熱フィルムの他の構造を示す断面図である。多層断熱フィルム４０は、図７Ａ、図７Ｂに詳しく示されたように、通常、ネット層４１と輻射遮断層４３とを数回繰り返して形成される。これによると、図７Ａのように、多層断熱フィルム４０は、ネット層４１と輻射遮断層４３とが１回ずつ積層されて一つの層を成しながら繰り返される層構造を有することもでき、図７Ｂのように、ネット層４１が２回積層された後輻射遮断層４３が１回積層されて一つの層を成しながら繰り返される層構造を有することもできる。

このとき、ネット層４１は伝導熱を最小とするための層であって、一般にはポリエステルなどの繊維材質で形成され、輻射遮断層４３は輻射熱を遮断するための層であって、通常アルミニウムでコーティングされたフィルムを用いる。

吸着剤５０は、気体や液体中の特定の成分が吸着されるように機能するものであって、化学的吸着剤と物理的吸着剤とがある。吸着剤５０は通常、低温状態においては吸着過程が起こり、高温状態においては吸着の反対過程である脱着が起こるようになる。また、クライオスタットに用いるために、吸着剤５０は、通常活性炭などの塊がティーバッグに包装された形態で多層断熱フィルム４０の最も内側に不連続的に圧着されるが、多層断熱フィルム４０の最も内側に圧着される理由は低温であるほど吸着剤が優れた吸着能力を奏するためである。

従来の技術による吸着剤５０の作用をより詳しく見てみる。詳述したような従来の超伝導ケーブルにおいて、多層断熱フィルム４０の最も内側に付着された吸着剤５０は、低温の液体が入り込むと温度が落ちながら吸着を活発に行い真空度を顕著に高くし、常温では表面から気体を放出させ低温維持装置の真空度に影響を与えるようになる。

このような構造の吸着剤５０から成された従来の技術は、一定程度の断熱性能を高め真空度を高める効果がある。しかし、上記従来の技術に用いられた吸着剤５０は、ティーバッグ内に入れられることによって間接的に気体と触れるようになり、体積に比べて相対的に小さい表面積が形成され吸着性能が多少落ちるという問題点を持っていた。また、吸着剤の塊の大きさだけ多層フィルムが圧着されてその部位の断熱性能が落ちるようになると同時に、ティーバッグ内に入れられ包装されなければならないという手間と、吸着剤５０を多層断熱フィルム３０の内部に固定させるのに別途の付着作業をしなければならないため、さらに工程が必要になるという問題点もあった。

本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、吸着剤を別途備えることなく吸着機能を多層断熱フィルムのネット層に持たせることによって、多層断熱フィルムと吸着剤との機能を同時に行う超伝導ケーブル用低温維持装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、より優れた真空度及び断熱度を有する超伝導ケーブル用低温維持装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、より簡単に設けることができる超伝導ケーブル用低温維持装置を提供することにある。

本発明は、ケーブルコアの外側を囲む凹凸状の内側金属シースと、上記内側金属シースの外側を囲む外側金属シースと、上記内側金属シースと外側金属シースとの間に巻き付けられて輻射熱を遮断する輻射遮断層と伝導熱を最小とするネット層とが互いに反復積層されてなる多層断熱フィルムと、を含んでなる超伝導ケーブル用低温維持装置において、上記多層断熱フィルムの内側から一番目のネット層または二番目のネット層または三番目のネット層の内側に巻き付けられる、別途のネット層を備え、上記ネット層は低温維持装置内の気体を吸着する吸着剤を備えることを特徴とする超伝導ケーブル用低温維持装置である。

このとき、上記吸着剤は、活性炭であり、上記活性炭は、粉末状でネット層に接着されることが望ましい。
このとき、上記吸着剤を備えたネット層は、螺旋状で巻き付けられ、そのピッチが上記多層断熱フィルムの幅より狭く形成され得る。
また、吸着剤を備えたネット層は螺旋状で巻き付けられ、そのピッチが上記多層断熱フィルムの幅より広く形成され得る。
さらに、上記凹凸状は、皺状であっても波状であっても良い。

なお、本発明は、ケーブルコアの外側を囲む凹凸状の内側金属シースと、内側金属シースの外側を囲む外側金属シースと、内側金属シースと外側金属シースとの間に巻き付けられて輻射熱を遮断する輻射遮断層と伝導熱を最小とするネット層とが互いに反復積層されてなる多層断熱フィルムと、を含んでなる超伝導ケーブル用低温維持装置において、上記多層断熱フィルムのネット層のうち少なくとも１個は低温維持装置内の気体を吸着する吸着剤が備えられたことを特徴とする超伝導ケーブル用低温維持装置からなることができる。

このとき、上記吸着剤は、活性炭であり、上記活性炭は、粉末状でネット層に接着されることが望ましい。

このとき、上記吸着剤を備えたネット層は、多層断熱フィルムの最も内側のネット層であっても良い。
また、上記吸着剤を備えたネット層は多層断熱フィルムの内側から二番目のネット層または三番目のネット層であっても良い。

上述したように成された本発明による超伝導ケーブル用低温維持装置による効果は以下のようである。第一、従来に低温維持装置内に吸着剤をティーバッグの形態で設ける手間が省け、塊状の吸着剤より空間を節約することができる。第二、吸着剤を備えたネット層は連続的に設けられるため真空ポンプにより除去されなかったり金属凹凸管及び多層断熱フィルムで発生した低温維持装置内の気体をより効率よく吸着して高真空度を保つことができる。第三、従来の吸着剤の付着位置に生じる多層断熱フィルムの局部圧縮区間が無くなるため、より良い断熱性能を奏する。第四、吸着剤を備えたネット層を設けるとき一般のテーピングマシンを用いて簡単に設けることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながらより詳しく説明する。しかし、本発明の範囲は以下に説明する実施例に限定されなく、当該技術の通常の知識を有する者が容易に実施できる範囲をも含む。

図１は、本発明による超伝導ケーブル用低温維持装置の一実施例による構造を示す超伝導ケーブルの縦断面図であり、図２は、図１のＡ‐Ａ断面図である。これによると、超伝導ケーブルは、ケーブルコア１０と、その外周を囲んで液体窒素の流通路を形成し真空断熱の役割を果たす低温維持装置とからなる。
ケーブルコア１０は、通常、超伝導導体と電気絶縁体とをテーピングして製造されるものであるが、本発明においてはケーブルコアの構成に対する制限はない。
低温維持装置は、ケーブルコア１０のすぐ外側を囲む内側金属シース２０と、内側金属シース２０の外側をさらに囲む外側金属シース３０と、内側金属シース２０と外側金属シース３０との間にテーピングされて形成される多層断熱フィルム４０と、上記多層断熱フィルム４０の最も内側のネット層の内側に備えられる吸着剤を備えるネット層４１’とを含んでなる。
内側金属シース２０及び外側金属シース３０は、通常金属材質で、皺が寄っており、両金属シース２０、３０間は皺型の管を形成して、真空状態が維持される。
多層断熱フィルム４０は、従来技術で説明されたように通常ネット層４１と輻射遮断層４３とを数回繰り返して形成したものである。このとき、ネット層４１は伝導熱を最小とするための層であって、これは、一般にポリエステルなどの繊維材質で形成され、輻射遮断層４３は輻射熱を遮断するための層であって、普通アルミニウムでコーティングされたフィルムを用いる。

吸着剤を備えたネット層４１’は、多層断熱フィルム４０に用いられる通常のネット層４１に吸着剤が付着されて多層断熱フィルム４０の内側に形成される。このとき用いられる吸着剤は活性炭が望ましいが、一般にネット層はポリエステルなどの繊維材質で作製されるため活性炭の細かい粒子がよく付着され、少量でも十分な吸着性能を奏するためである。しかし、高性能の活性炭付ネットを得るためには接着剤を用いて付着させることもできる。

図３Ａ及び図３Ｂは、吸着剤を備えたネット層が巻き付けられる状態を各々示す。図３Ａによると、吸着剤を備えたネット層４１’が螺旋状で巻き付けられるが、ピッチ（pitch）Ｐが多層断熱フィルム４０の幅Ｗより狭く構成されており、図３Ｂによると、吸着剤を備えたネット層４１’が螺旋状で巻き付けられるが、ピッチＰが多層断熱フィルム４０の幅Ｗより広く構成されている。前者の場合には、吸着剤を備えたネット層４１’は内側金属シース２０の全てを覆うようになるが、後者の場合には、間隔を置きながら内側金属シース２０を覆うようになる。巻き付ける方法はケーブルで必要な吸着性能に応じて適宜に選択され得る。

図４Ａには、本発明による超伝導ケーブル用低温維持装置の他の実施例による構造を示す超伝導ケーブルの横断面図が示されている。これによると、低温維持装置は前述した実施例におけるように吸着剤を備えたネット層４１’を多層断熱フィルム４０の最も内側のネット層の内側に形成せずに、多層断熱フィルム４０の内側から二番目のネット層の内側に形成した。三番目のネット層の内側に位置するように形成することも同じく可能である。
図４Ｂは、本発明による超伝導ケーブル用低温維持装置のさらに他の実施例の構造を示す超伝導ケーブルの横断面図が示されている。これによると、前述した実施例とは異なり、別途の吸着剤を備えたネット層４１’を形成せずに、多層断熱フィルム４０の最も内側のネット層が吸着剤を備えるように形成した。さらに、従来の多層断熱フィルム４０のネット層４１の位置に関係なく少なくとも１個に吸着剤を備えさせて超伝導ケーブル用低温維持装置を構成することも同じく可能である。

一方、吸着剤は、通常低温では吸着現象が起こり、常温以上では脱着現象（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ）が発生するが、脱着現象を用いれば吸着剤の寿命を延ばすことができる。本発明において、吸着剤は、活性炭を用いることが望ましく、この場合に吸着機能を保つことができる温度は０Ｋないし２７０Ｋであり、脱着現象が起こる温度は３００Ｋないし１０００Ｋである。
続いては、本発明による吸着機能を有した低温維持装置の適用過程及び作用を見てみる。まず、本発明による低温維持装置を適用するため、低温の液体（液体窒素、液体ヘリウム）を低温維持装置の内部に流す前に、３００Ｋまたは５００Ｋの高温で長時間抽気する。抽気過程の間に低温維持装置のネット層４１’に備えられた吸着剤（活性炭）に吸着されている気体と、金属シース２０、３０及び多層断熱フィルム４０に含有されている気体とを放出させて、超伝導ケーブルが使用されるときに放出されるガスの量を減少させる。
続いて、低温の液体を低温維持装置の内部に流す。このとき低温維持装置の内部は冷却されるが、このとき通常３０ｍの長さの低温維持装置の場合約４時間程度が掛かる。低温維持装置が冷却されれば固体表面が低温に落ちながら気体を凝縮させ真空度が急に良くなるコールドトラップ（Ｃｏｌｄ ｔｒａｐ）現象が発生する。低温維持装置の内部を十分冷却し、真空度が真空ポンプ（図示せず）内の真空度ほど良くなれば抽気を中止する。
一方、超伝導ケーブルに電流が流れる場合、低温維持装置の内部においては金属シース２０、３０及び多層断熱フィルム４０でガスが発生するようになるが、本発明による低温維持装置にはこれを除去するために別途のティーバッグ形態の吸着剤を使用することなく、ネット層４１’に付着された吸着剤によりガスを除去するようになる。

図５には、本発明による低温維持装置のネット層４１’に気体が吸着される様子が示されているが、これによると放出された気体粒子がネット層４１’に備えられた吸着剤に吸着されている。このとき、吸着剤を備えたネット層４１’は連続的に吸着剤を備えているため、隅々のガスまでよりうまく吸着することができて、従来の不連続的に吸着剤を備える構造に比べてより効率的である。また、ガスと直接接触するようになるため吸着効率が高くなる効果もある。

一方、本発明を説明するために用いられた上記実施例以外にも、活性炭以外の吸着剤の使用または吸着形態の変更などは本発明の範囲に属することは言うまでもない。

以上、本発明の望ましい実施例に関して説明したが、本発明は、発明の要旨と範囲とを逸脱しない範囲内で多くの他の修正と変更とが可能である。従って、添付された特許請求の範囲は、本発明の範囲内に属するこのような修正と変更とを含む。

図１は、本発明による吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置の一実施例による構造を示す超伝導ケーブルの縦断面図である。 図２は、図１のＡ‐Ａ断面図である。 図３Ａは、本発明による超伝導ケーブル用低温維持装置の多層断熱フィルムのネット層を巻き取る一実施例を示す状態図である。 図３Ｂは、本発明による超伝導ケーブル用低温維持装置の多層断熱フィルムのネット層を巻き取る他の実施例を示す状態図である。 図４Ａは、本発明による吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置の他の実施例の構造を示す超伝導ケーブルの横断面図である。 図４Ｂは、本発明による吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置のさらに他の実施例の構造を示す超伝導ケーブルの横断面図である。 図５は、本発明による吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置の作用を示す状態図である。 図６は、従来の超伝導ケーブル用低温維持装置の構造を示す超伝導ケーブルの縦断面図である。 図７Ａは、従来の超伝導ケーブル用低温維持装置の多層断熱フィルムの一構造を示す断面図である。 図７Ｂは、従来の超伝導ケーブル用低温維持装置の多層断熱フィルムの他の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０：ケーブルコア ２０：内側金属シース ３０：外側金属シース
４０：多層断熱フィルム ４１：ネット層
４１’：吸着剤を備えたネット層 ５０：吸着剤

Claims (9)

1. ケーブルコアの外側を囲む凹凸状の内側金属シースと、上記内側金属シースの外側を囲む外側金属シースと、上記内側金属シースと外側金属シースとの間に巻き付けられて輻射熱を遮断する輻射遮断層と伝導熱を最小とするネット層とが互いに反復積層されてなる多層断熱フィルムと、を含んでなる超伝導ケーブル用低温維持装置において、
   上記多層断熱フィルムの内側から一番目のネット層または二番目のネット層または三番目のネット層の内側に巻き付けられる、吸着剤を備えたネット層で、上記吸着剤を備えたネット層は低温維持装置内の気体を吸着する吸着剤を備えていることを特徴とする吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
2. 上記吸着剤は、活性炭であることを特徴とする請求項１に記載の吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
3. 上記活性炭は、粉末状で上記吸着剤を備えたネット層に接着されることを特徴とする請求項２に記載の吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
4. 上記吸着剤を備えたネット層は、螺旋状で巻き付けられ、そのピッチが上記多層断熱フィルムの幅より広いことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れか一項に記載の吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
5. ケーブルコアの外側を囲む凹凸状の内側金属シースと、上記内側金属シースの外側を囲む外側金属シースと、上記内側金属シースと外側金属シースとの間に巻き付けられて輻射熱を遮断する輻射遮断層と伝導熱を最小とするネット層とが互いに反復積層されてなる多層断熱フィルムと、を含んでなる超伝導ケーブル用低温維持装置において、
   上記多層断熱フィルムのネット層のうち少なくとも１個は低温維持装置内の気体を吸着する吸着剤が備えられていることを特徴とする吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
6. 上記吸着剤は、活性炭であることを特徴とする請求項５に記載の吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
7. 上記活性炭は、粉末状ネット層に接着されることを特徴とする請求項６に記載の吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
8. 上記吸着剤を備えたネット層は、多層断熱フィルムの最も内側のネット層であることを特徴とする請求項５ないし請求項７のうち何れか一項に記載の吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
9. 上記吸着剤を備えたネット層は、多層断熱フィルムの内側から二番目のネット層または三番目のネット層であることを特徴とする請求項５ないし請求項７のうち何れか一項に記載の吸着剤を備えたネット層を含む超伝導ケーブル用低温維持装置。
   
   

Images