JP2008041660A

JP2008041660A - 超伝導ケーブルの終端部

Info

Publication number: JP2008041660A
Application number: JP2007195369A
Authority: JP
Inventors: Frank Schmidt; フランク・シュミット; Christian Frohne; クリスティアン・フローネ; Klaus Schippl; クラウス・シップル; Nicolas Lalouet; ニコラ・ラルエ
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2008-02-21
Also published as: CN101136265B; EP1887671A1; DK1887671T3; KR101321488B1; KR20080013766A; EP1887671B1; CN101136265A

Abstract

【課題】超伝導ケーブル（１）の終端部であって、内部に液体冷媒があり、前記ケーブルが内部に突出する、金属製気密内側容器（２）と、真空断熱が施された中間領域（４）によって内側容器（２）と隔てられた金属製外側容器（３）とからなる終端部を提供する。
【解決手段】内側容器（２）の壁に第１の破断ダイヤフラム（６）が付けられ、外側容器（３）の壁に、第１の破断ダイヤフラム（６）と同じ高さで、第２の破断ダイヤフラム（７）が付けられる。真空断熱が施された中間領域（４）から気密壁（９）によって密閉され、超断熱材が施された、排気された緩衝領域（８）が、２つの破断ダイヤフラム（６、７）の間に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超伝導ケーブルの終端部に関する。この終端部は、内部に液体冷媒があり、ケーブルがこの内部に突出する、金属製気密内側容器と、真空断熱（vacuum insulation）が施された中間領域によって内側容器と隔てられた金属製外側容器とからなり、内側容器の壁に第１の破断ダイヤフラムが付けられ、外側容器の壁に、第１の破断ダイヤフラムと同じ高さで、第２の破断ダイヤフラムが付けられる（特許文献１）。

超伝導ケーブルは、十分に低い温度で超伝導状態になる特殊な金属で作られた導体を有する。したがって、そのように作られた導体の電気抵抗は、ゼロに向かう傾向がある。好適な材料は、たとえば、ＹＢＣＯ（イットリウムバリウム銅酸化物）またはＢｉＳＣＣＯ（ビスマスストロンチウムカルシウム酸化物）である。そのような材料が超伝導状態になるための十分に低い温度は、たとえば、６７Ｋ乃至１１０Ｋの範囲にある。好適な冷媒は、たとえば、それぞれ液体状態での、窒素、ヘリウム、ネオン、水素、またはこれらの物質の混合物である。超伝導ケーブルについては、低温誘電体（a cold dielectric）によるもの（たとえば、特許文献２）と、高温誘電体（a warm dielectric）によるもの（たとえば、特許文献３）とが知られている。

超伝導ケーブルおよび超伝導ケーブルを用いて稼動するシステムの構造がどのようであっても、伝送区間の最初と最後には終端部が備え付けられる。終端部は、金属製気密内側容器と金属製外側容器とからなり、外側容器は、真空断熱が施された中間領域によって内側容器と隔てられる。超伝導ケーブルは、少なくとも稼働中は加圧されている冷媒を収容する内側容器の中に突出し、冷媒は、ケーブルの稼働中に、ケーブル、またはその内部導体を、中間領域も含めて囲むクライオスタットの中を動かされる。したがって、内側容器は、起こり得るあらゆる圧力増加、特に急激な圧力増加に対して、損傷しない耐圧性能を有するように寸法設計されなければならない。

低温誘電体ケーブルの場合、そのような急激な圧力増加の危険は、特に、内側容器における、超伝導ケーブルと内側容器の壁との間の電気的絶縁破壊、またはケーブルの構造によらない、たとえば、電源幹線のショートなどの過渡プロセスにある。ケーブルが電源幹線に接する場合は、アーク放電が起きて極端に大きな電流が流れる可能性があり、これは、約０．１秒が経過しないとオフにすることができない。このようにしてもたらされたエネルギーの作用として、内側容器に収容されていた冷媒の大部分が早々に気化する。それによって内側容器内で引き起こされた体積膨張が、管路による従来の方法ではすぐには放散できない過渡的な圧力増加につながるため、追加対策がない限り、内側容器が破裂する危険がある。

技術分野の項で引用した特許文献１は、内部に液体冷媒があり、ケーブルがこの内部に突出する、金属製気密内側容器と、真空断熱が施された中間領域によって内側容器と隔てられた金属製外側容器とからなる、超伝導ケーブル用の終端部を開示している。この真空断熱は、金属製熱シールドによって、それぞれ異なる冷媒が入る区画に細分される。内側容器の壁に第１の破断ダイヤフラムが付けられ、外側容器の壁に、第１の破断ダイヤフラムと同じ高さで、第２の破断ダイヤフラムが付けられる。２つの破断ダイヤフラムの間にも存在する、真空断熱の熱シールドは、それらの破断ダイヤフラムの領域において、穴によって遮断される。
米国特許４５３５５９６号（US-A-4535596）国際公開０３／０５２７７５Ａ１号（WO 03/052775A1）欧州特許１５５１０３８Ａ１号（EP1551038A1）

本発明の目的は、技術分野の項で述べた、終端部の内側容器、ならびに、内側容器と外側容器との間に配置された真空断熱を、急激な圧力増加による破壊から保護することである。

この目的は、本発明によれば、真空断熱が施された中間領域から気密壁によって密閉され、超断熱材が施された、排気された緩衝領域を、２つの破断ダイヤフラムの間に設けることにより、達成される。

内側容器を気密密閉する第１の破断ダイヤフラムは、内側容器内の圧力が最大許容圧力を超えたときに開くように構成される。第１の破断ダイヤフラムは、内側容器の一部として、冷媒で満たされた内側容器内部の範囲を定め、したがって、それ自体が稼動状態では強力に冷却されている。第１の破断ダイヤフラムの外側に、超断熱材が施された、独立した、排気された緩衝領域が配置され、これによって、増加した熱を内側容器内に導き得る圧力勾配が、第１の破断ダイヤフラムの内側と外側との間に存在しない。内側容器内の圧力が、最大許容圧力、したがって、第１の破断ダイヤフラムのしきい値圧力を、特に急激に、超えると、第１の破断ダイヤフラムが開いて、内側容器の中身を最初に緩衝領域内に放出する。無損傷稼働時には内部圧力がかからない第２の破断ダイヤフラムは、第１の破断ダイヤフラムを開くのに必要な圧力よりかなり小さい圧力でも開くように構成される。第１の破断ダイヤフラムが開くと、緩衝領域内の圧力がかなり増加するため、第１の破断ダイヤフラムが開くとすぐに、第２の破断ダイヤフラムが開く。このようにして、内側容器内の圧力が過大になると、内側容器から液体または気体が、それらを放出するために形成された開口を通して放出される。内側容器または終端部のさらなる損傷、特に終端部の破裂が、全体として回避される。

これはさらに、特に、２つの破断ダイヤフラムの間にあって、真空断熱が施された中間領域から気密壁によって密閉され、超断熱材が施された緩衝領域によって達成される。緩衝領域は、第１の破断ダイヤフラムが開いて増加した圧力が、第２の破断ダイヤフラムの方向にのみ作用することが可能であるように、それ自体が、２つの容器の間を範囲とする中間領域から気密壁で密閉された領域である。したがって、終端部の２つの容器の間の真空断熱は、破裂プロセスから保護されて存続する。

本発明の対象物の例示的実施形態を、図面に示す。

任意の周知の構造を有する超伝導ケーブル、すなわちケーブルシステムを、参照符号１で示す。このケーブルは、金属製気密内側容器２と金属製外側容器３とからなる終端部Ｅの中に突出する。外側容器３は、中間領域４によって、内側容器２と隔てられている。２つの容器２および３は、ステンレス鋼からなることが有利である。中間領域４は、排気され、断熱が施される。内側容器２および外側容器３は、ケーブルを囲む、それ自体は周知であるクライオスタット５に接続される。

内側容器２は、好ましくは、ケーブル１の入口部の向かい側にある、内側容器２の端部において、第１の破断ダイヤフラム６によって密閉される。外側容器３においては、外側容器３を密閉する第２の破断ダイヤフラム７が、第１の破断ダイヤフラム６とほぼ同じ高さ（level）で付けられる。２つの破断ダイヤフラム６および７の間に、気密壁９によって中間領域４から密閉された緩衝領域８がある。緩衝領域８は排気され、たとえば、アルミニウムを蒸着された多層のプラスチックフィルムからなる超断熱材（superinsulation）を備える。気密壁９は、たとえば、ステンレス鋼からなる。

内側容器２は、たとえば、窒素などの液体冷媒で満たされ、液体冷媒は、少なくとも稼働中は、ケーブル１の動作条件の関数として、たとえば、３乃至２０バールの圧力下にあり、稼働中に、ケーブル１またはケーブル１に関連するシステムに属するクライオスタット５の中を動かされる。

２つの破断ダイヤフラム６および７は、たとえば、鋼などの金属からなることが好ましい。これらの破断ダイヤフラムは、これらにかかる圧力が、ある圧力を越えた場合に、破断するか開くように、寸法設計され、内側容器２内および外側容器３上、または緩衝領域８の壁９に固定される。これによって、内側容器２内に、突然、開口が形成され、その直後に緩衝領域８内にも開口が形成され、冷媒が終端部Ｅから排出されることが可能になる。第１の破断ダイヤフラム６の強度は、第２の破断ダイヤフラム７の強度よりかなり大きい。これは、ケーブル１の未損傷稼働中は、第１の破断ダイヤフラム６が内側容器２の気密密閉を保証しなければならないからである。第１の破断ダイヤフラム６は、さらに、内側容器２内に行き渡っている圧力より少なくとも１０％高い圧力に耐え得るように、寸法設計されなければならない。第２の破断ダイヤフラム７は、たとえば、１乃至５バールの圧力などのかなり低い圧力で早々に開いてもよい。

超断熱材が施された緩衝領域８は、第１の破断ダイヤフラム６の機能が外部作用によって損なわれないことを保証する。第１の破断ダイヤフラム６は、緩衝領域８によって、終端部Ｅの周囲温度から隔離され、これによって、一方の側である、第１の破断ダイヤフラム６の内側と、他方の側である、第１の破断ダイヤフラム６の外側との間に、温度勾配が存在しない。同時に、第１の破断ダイヤフラム６の場所における、内側容器２内への熱入力が、そのように大幅に低減される。

緩衝領域８は、また、第１の破断ダイヤフラム６が開いて増加した圧力が、第２の破断ダイヤフラム７の方向にのみ作用することが可能であるように、それ自体が、２つの容器２および３の間を範囲とする中間領域４から気密壁で密閉された領域である。そのためには、第１の破断ダイヤフラム６が開いて増加した、緩衝領域８内の圧力によって、第２の破断ダイヤフラム７が開くことだけが起こるように、気密壁９は、第２の破断ダイヤフラム７よりも高い圧力に、損傷せずに耐えるように構成されなければならない。

たとえば、内側容器２内の圧力が急激に増加する障害が発生した場合には、以下のことが起こる。

たとえばケーブル１と内側容器２との間の絶縁破壊により、内側容器２内の圧力が急激に過大になると、第１の破断ダイヤフラム６が開く。第１の破断ダイヤフラム６は緩衝領域８に通じているので、その直後に第２の破断ダイヤフラム７も開く。したがって、容器２および３の両方、ならびに、それらの間にある、中間領域４内の真空断熱は、損傷しないままである。終端部Ｅから流れ出る液体、または終端部Ｅから吹き出す気体は、まず、たとえば、砂礫層などの環境に優しい仕方で捕えられる。気体は、その後、大気中に排出されてもよい。

超伝導ケーブル、すなわち超伝導ケーブルを有するシステムの終端部の断面を示す概略図である。

符号の説明

１・・・超伝導ケーブル、２・・・内側容器、３・・・外側容器、４・・・中間領域、５・・・クライオスタット、６、７・・・破断ダイヤフラム、１０・・・ライナ層

Claims

超伝導ケーブル（１）の終端部であって、内部に液体冷媒があり、前記超伝導ケーブルが内部に突出する、金属製気密内側容器（２）と、真空断熱が施された中間領域（４）によって前記内側容器と隔てられた金属製外側容器（３）とからなる終端部であって、前記内側容器（２）の壁に第１の破断ダイヤフラム（６）が付けられ、前記外側容器（３）の壁に、前記第１の破断ダイヤフラム（６）と同じ高さで、第２の破断ダイヤフラム（７）が付けられ、真空断熱が施された前記中間領域（４）から気密壁（９）によって密閉され、超断熱材が施された、排気された緩衝領域（８）が、前記２つの破断ダイヤフラム（６、７）の間に設けられた、終端部。