JP2011179543A - 真空断熱管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内管21と外管22とからなる二重構造管2と、前記内管21と外管22との間隔を保つためのスペーサ3と、前記内管21と外管22との間に形成される真空層4とを備える真空断熱管1であって、前記スペーサ3の少なくとも一部が多孔質材料で形成される。真空引きを行う際に、スペーサ3から放出されるアウトガスをより多く排出できるので、初期の到達真空度を向上させることができる。また、経時的に真空度が低下する速度を緩和することができ、止め真空度の低下を防止して真空度の長期維持ができる。
【選択図】図1
Description
本発明に係る真空断熱管1について、図1に基づいて説明する。この真空断熱管1は、内管21と外管22とからなる二重構造管2と、内管21と外管22との間隔を保つためのスペーサ3と、その内管21と外管22との間に形成される真空層4とを備える。本例では、断熱性能をより高めるために、内管21の外周に断熱材を巻回配置させた断熱材層5を形成している。以下、真空断熱管1の各構成をより詳細に説明する。
(二重構造管)
二重構造管2は、内管21、外管22からなり、屈曲しやすいように長手方向に蛇腹形状をしたステンレス製のコルゲート管である。内管21内には、通常流体が流れる。この流体の温度は、流体の種類や使用用途によって異なり、極低温から高温まで幅広い温度が用いられる。
上記内管21と外管22との間隔を保つためにスペーサ3を設置する。
気孔率とは、中実材料に対する質量減少の割合のことをいう。気孔率が1%以上であると、スペーサ3の単位体積当たりの表面積が大きくなり、それに伴い真空引きの際の排気経路が多くなるので、スペーサ3に含まれるアウトガスをより多く排出することができる。一方、気孔率が60%を超えると、スペーサ3として要求される機械的強度が保たれ難くなるので、気孔率は60%以下が好ましい。より好ましくは、気孔率は20%以上40%以下である。
気孔率は、次のようにして測定する。
(1)一定の体積(長さ)を有する中実材料の質量M1を測定する。
(2)上記と同体積(長さ)を有する多孔質材料の質量M2を測定する。
(3){(M1-M2)/M1}×100(%)をその多孔質材料の気孔率とする。
上記スペーサ3で保たれた内管21と外管22との間を真空引きし、真空層4を形成する。この真空層4の真空度は、高ければ高い程断熱性能がより高くなる。なお、図1に示す二重構造管2は、左端部を開放させた状態で図示しているが、実際には、真空引き後密閉される。
内管21の外周でスペーサ3の内側には、断熱性能をより高めるために断熱材を巻回した断熱材層5を形成する。断熱材層5は、流体温度が断熱管の外気温よりも低い場合は外部からの輻射熱を防ぎ、流体温度が断熱管の外気温よりも高い場合は流体からの輻射熱を防ぐために、スーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材を用いる。この断熱材は、内管21の外側を全周にわたって巻回することで、内管21の内側への輻射熱の侵入又は内管21の内側からの輻射熱の放散を防ぐ。断熱材の設置方法として、らせん状に巻回する以外にも、縦添えしてもよい。
真空断熱管1の構成部材の一つであるスペーサ3の少なくとも一部を多孔質材料で形成することで、真空引きを行う際に、スペーサ3に含まれるアウトガスをより多く排出することができ、到達真空度を向上させることができる。また、真空断熱管1を長期使用する場合、スペーサ3のアウトガスは真空引きの際に多く排出されているため、経時的に放出されるアウトガスを少なくでき、止め真空度の低下を防止して真空度の長期維持ができる。また、真空度の向上に必要となる構成部材は新たに必要としない。
次に、本発明真空断熱管1を備える超電導ケーブル10の概略構成を図3に基づいて説明する。この超電導ケーブル10は、三心のケーブルコア11を上記真空断熱管1の内部に収納した構成である。以下、超電導ケーブル10の各構成を詳細に説明する。
(ケーブルコア)
ケーブルコア11は、代表的には、中心から順にフォーマ12、導体層13、電気絶縁層14、磁気遮蔽層15、保護層16を備える。これらの各層のうち、導体層13と磁気遮蔽層15に超電導体が用いられる。
真空断熱管1の内部と各ケーブルコア11との間には、冷媒流路17が形成される。この冷媒流路17に、超電導体を冷却する冷媒が流れる。
本発明真空断熱管1を備える超電導ケーブル10は、真空断熱管1の断熱性能が向上され、冷媒の温度維持に必要なエネルギーの省力化が期待できる。
気孔率の異なるスペーサを用いた上記二重構造管2を真空引きし、得られた実施例及び比較例に係る真空断熱管1の真空度を経時的に測定した。測定した真空度は、到達真空度(真空引きを行った初期の真空度)と、止め真空度(真空層を封じ切った後経時的に低下した真空度)である。具体的試験条件を以下に示す。
二重構造管
材質:ステンレス
形状:コルゲート管
寸法:内管外径105mm、内径95mm
外管外径129mm、内径119mm
長さ1000mm
スペーサ
材質:ポリテトラフルオロエチレン
気孔率:30%
寸法:直径3mm、長さ1000mm
構成:上記材質、気孔率、寸法の長尺材15本を二重構造管内に投入
真空層
真空層の条件については、後述する[測定条件]にて記載
スペーサの長尺材の気孔率を60%とした点を除き、実施例1と同様の真空断熱管とする。
スペーサの長尺材の気孔率を0%とした点を除き、実施例1と同様の形態とする。
到達真空度:常温(15℃)で4時間真空引き直後に測定
止め真空度:ポンプを切り離して真空層を封じ切って4時間放置後に測定
上記到達真空度、止め真空度を表1に示す。また、到達真空度測定時から止め真空度測定時までの間に、経時的に放出された真空断熱管1内全てのアウトガス放出量も合わせて表1に示す。そのアウトガス放出量は、気体の状態方程式を用いて、真空度からアウトガス(水分)のモル数を求めて計算する。
2 二重構造管
21 内管 22 外管
3 スペーサ
31 長尺材 32 連結部材
4 真空層
5 断熱材層
10 超電導ケーブル
11 ケーブルコア 12 フォーマ
13 導体層 14 電気絶縁層 15 磁気遮蔽層 16 保護層
17 冷媒流路 18 防食層
Claims (4)
- 内管と外管とからなる二重構造管と、
前記内管と外管との間隔を保つためのスペーサと、
前記内管と外管との間に形成される真空層とを備える真空断熱管であって、
前記スペーサの少なくとも一部が多孔質材料で形成されることを特徴とする真空断熱管。 - 前記多孔質材料の気孔率が1%以上60%以下であることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱管。
- 前記多孔質材料がフッ素樹脂であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の真空断熱管。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の真空断熱管と、
この真空断熱管の内部に収納されるケーブルコアとを備えることを特徴とする超電導ケーブル。
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