JP2014146584A - Superconductive cable and superconductive cable rail track - Google Patents
Superconductive cable and superconductive cable rail track Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014146584A JP2014146584A JP2013016178A JP2013016178A JP2014146584A JP 2014146584 A JP2014146584 A JP 2014146584A JP 2013016178 A JP2013016178 A JP 2013016178A JP 2013016178 A JP2013016178 A JP 2013016178A JP 2014146584 A JP2014146584 A JP 2014146584A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- superconducting cable
- superconducting
- cable
- cable according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Abstract
Description
本発明は、超電導導体を有するケーブル内部部材を備える超電導ケーブル、およびその超電導ケーブルを備える超電導ケーブル線路に関する。 The present invention relates to a superconducting cable including a cable internal member having a superconducting conductor, and a superconducting cable line including the superconducting cable.
超電導導体を有するケーブル内部部材を備える超電導ケーブルが知られている。特許文献1の超電導ケーブルは、フォーマの外周に少なくとも超電導導体と電気絶縁層を設けたケーブル内部部材を断熱管の内部に収納し、その断熱管の内部に液体冷媒を循環させる構成(いわゆる低温絶縁型の構成)を備える。一方、特許文献2の超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導導体を備えるケーブル内部部材を、電気絶縁層を外周に設けた断熱管の内部に収納し、その断熱管の内部に液体冷媒を循環させる構成(いわゆる常温絶縁型の構成)を備える。いずれの構成においても、ケーブル内部部材を収納する断熱管内に液体冷媒を循環冷却させることで、外部環境から断熱管内への侵入熱を処理し、ケーブル内部部材の超電導導体を極低温に維持することができる。なお、交流送電を行なう超電導ケーブルでは、交流損失によって超電導導体自身が発熱するため、侵入熱に加えて超電導導体の発生熱を処理する必要があるのに対し、直流送電を行なう超電導ケーブルでは、外部環境からの侵入熱を処理することで超電導導体を極低温に維持することができる。
A superconducting cable including a cable inner member having a superconducting conductor is known. The superconducting cable of
上記構成における液体冷媒は、循環路中で気化しない温度・圧力の条件(つまり、循環路中で液体冷媒の気化が生じることは、この条件を外れていることを意味する)の下、所定の流量で循環されている。循環路中に気化ガスがあると液体冷媒の循環が阻害され、超電導導体を許容温度以下に維持することができなくなる恐れがあるからである。気化要因である液体冷媒の温度は、直流送電にあっては侵入熱、交流送電にあっては侵入熱に加えて超電導導体の発生熱によって上昇する。その温度上昇が所定の範囲内になるように液体冷媒の流量が設定され、温度が上昇した液体冷媒は冷却システムにより冷却されることで、循環路中の液体冷媒が気化しない状態に維持される。なお、許容温度とは、超電導導体の臨界温度未満の温度であって、超電導導体が所定の電流容量(A)を満たすことができる温度のことである。 The liquid refrigerant in the above configuration has a predetermined temperature / pressure condition that does not vaporize in the circulation path (that is, the occurrence of vaporization of the liquid refrigerant in the circulation path means that this condition is not met). Circulated at a flow rate. This is because if there is a vaporized gas in the circulation path, the circulation of the liquid refrigerant is hindered, and the superconducting conductor may not be maintained below the allowable temperature. The temperature of the liquid refrigerant, which is a vaporization factor, rises due to heat generated by the superconducting conductor in addition to intrusion heat in DC transmission and intrusion heat in AC transmission. The flow rate of the liquid refrigerant is set so that the temperature rise is within a predetermined range, and the liquid refrigerant whose temperature has risen is cooled by the cooling system, so that the liquid refrigerant in the circulation path is maintained in a state that does not vaporize. . The allowable temperature is a temperature that is lower than the critical temperature of the superconducting conductor and can satisfy the predetermined current capacity (A).
しかし、超電導ケーブルには、冷却系のトラブルによって超電導ケーブルによる送電が困難になるという問題がある。例えば、液体冷媒を循環させる循環ポンプが何らかの原因で停止した場合、外部環境からの侵入熱などによって温度上昇した液体冷媒を冷却システムに移動させることができなくなる。そうなると、ケーブル内部部材の超電導導体を冷却する液体冷媒の温度が上昇し、超電導導体を許容温度以下に維持することができなくなる。特に、交流送電を行う超電導ケーブルでは、侵入熱に加えて超電導導体自身の発生熱もあるため、交流送電を行う超電導ケーブルは、直流送電を行う超電導ケーブルよりも短時間で送電が困難な状態に陥る。そのため、冷却系のトラブルによる早期の運転停止を回避することができる抜本的な解決策が望まれている。 However, the superconducting cable has a problem that power transmission by the superconducting cable becomes difficult due to a trouble in the cooling system. For example, when the circulation pump that circulates the liquid refrigerant stops for some reason, the liquid refrigerant whose temperature has risen due to intrusion heat from the external environment or the like cannot be moved to the cooling system. If so, the temperature of the liquid refrigerant for cooling the superconducting conductor of the cable internal member rises, and the superconducting conductor cannot be maintained below the allowable temperature. In particular, superconducting cables for AC power transmission have heat generated by the superconducting conductor itself in addition to intrusion heat, so superconducting cables for AC power transmission are more difficult to transmit in a shorter time than superconducting cables for DC power transmission. I fall. Therefore, a drastic solution that can avoid an early shutdown due to a trouble in the cooling system is desired.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、冷媒循環系を含む冷却系のトラブルにより早期に送電が停止することがない超電導ケーブル、およびその超電導ケーブルを用いた超電導ケーブル線路を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to use a superconducting cable in which power transmission does not stop early due to a trouble in a cooling system including a refrigerant circulation system, and the superconducting cable. It is to provide a superconducting cable line.
本発明の超電導ケーブルは、超電導導体を有するケーブル内部部材を備える超電導ケーブルであって、ケーブル部と、内側冷媒と、外側冷媒と、を備える。ケーブル部は、ケーブル内部部材と、ケーブル内部部材を内部に収納する内部部材収納管と、その内部部材収納管を内部に収納する外側断熱管と、を備える。内側冷媒は、内部部材収納管の内部に充填され、ケーブル内部部材に備わる超電導導体を極低温に冷却する。外側冷媒は、外側断熱管の内側で、かつ内部部材収納管の外側に充填され、内部部材収納管の温度上昇を抑制する。そして、この超電導ケーブルでは、外側断熱管の内部における外側冷媒の充填部のうち、外側断熱管の長手方向の少なくとも一部が、外側冷媒の気化を許容する気化許容区間となっており、外側断熱管を介した外部環境からの侵入熱を外側断熱管内の外側冷媒の気化によって処理することで、内部部材収納管の温度上昇が抑制される。 The superconducting cable of the present invention is a superconducting cable including a cable inner member having a superconducting conductor, and includes a cable portion, an inner refrigerant, and an outer refrigerant. The cable portion includes a cable internal member, an internal member storage tube that stores the cable internal member therein, and an outer heat insulating tube that stores the internal member storage tube therein. The inner refrigerant is filled in the inner member storage pipe and cools the superconducting conductor provided in the cable inner member to a cryogenic temperature. The outer refrigerant is filled inside the outer heat insulating tube and outside the inner member housing tube, and suppresses the temperature rise of the inner member housing tube. In this superconducting cable, of the outer refrigerant filling portion inside the outer heat insulating tube, at least a part of the outer heat insulating tube in the longitudinal direction is a vaporization permissible section that allows vaporization of the outer refrigerant. By treating the intrusion heat from the external environment through the pipe by vaporizing the outer refrigerant in the outer heat insulating pipe, the temperature rise of the inner member housing pipe is suppressed.
上記本発明の超電導ケーブルにおいて、内側冷媒は単に内部部材収納管内に充填されているだけでも良いし、閉じた循環路内で循環されていても良い。これに対して、外側冷媒は、閉じた循環路内で循環させることはしない。外側冷媒の充填部には気化許容区間が設定されており、その区間で外側冷媒の気化ガスが生じることを前提としているため、そもそも閉じた循環路内で外側冷媒を循環させることが難しいからである。以上の点を踏まえて、本発明の超電導ケーブルの内側冷媒と外側冷媒の状態をまとめると次のようになる。
[1]
内側冷媒は内部部材収納管内に充填されている(ここで、「内側冷媒が充填されている」とは、内側冷媒が流れることなく単に貯留されている状態、または内側冷媒が内部部材収納管内の一端から他端に向かって流れている状態のいずれかのことである)。
外側冷媒は外側断熱管の充填部に充填されている(ここで、「外側冷媒が充填されている」とは、外側冷媒が流れることなく単に貯留されている状態、または外側冷媒が充填部の一端から他端に向かって流れている状態のいずれかのことである)。
[2]
内側冷媒は内部部材収納管内に循環されている。内部部材収納管内の一端から他端に向かって流れた内側冷媒は、リターン管もしくは別の超電導ケーブルの管路を通り、冷却システムで冷却された状態で内部部材収納管内の一端に送られる。
外側冷媒は外側断熱管の充填部に充填されている(外側冷媒の充填部の一端から他端に向かって流れている状態も含む)。
In the superconducting cable of the present invention, the inner refrigerant may be simply filled in the inner member housing pipe, or may be circulated in the closed circulation path. On the other hand, the outer refrigerant is not circulated in the closed circulation path. This is because it is difficult to circulate the outer refrigerant in the closed circulation path because it is assumed that vaporization gas of the outer refrigerant is generated in the outer refrigerant filling section, and vaporization gas of the outer refrigerant is generated in that section. is there. Based on the above points, the states of the inner and outer refrigerants of the superconducting cable of the present invention are summarized as follows.
[1]
The inner refrigerant is filled in the inner member storage pipe (here, “the inner refrigerant is filled” means that the inner refrigerant is simply stored without flowing, or the inner refrigerant is in the inner member storage pipe. Any of the states flowing from one end to the other).
The outer refrigerant is filled in the filling portion of the outer heat insulating pipe (here, “filled with the outer refrigerant” means that the outer refrigerant is simply stored without flowing, or the outer refrigerant is in the filling portion. Any of the states flowing from one end to the other).
[2]
The inner refrigerant is circulated in the inner member storage tube. The inner refrigerant that has flowed from one end to the other end in the internal member storage pipe passes through a return pipe or a pipe of another superconducting cable and is sent to one end in the internal member storage pipe while being cooled by the cooling system.
The outer refrigerant is filled in the filling portion of the outer heat insulating pipe (including a state in which the outer refrigerant flows from one end to the other end of the outer refrigerant filling portion).
上記構成を備える本発明の超電導ケーブルであれば、冷却系にトラブルが生じたとしても、そのトラブルの発生時から送電停止までの時間を、従来構成よりも長く引き延ばすことができる。外部環境からの侵入熱を、外側冷媒が気化することで処理できるため、ケーブル内部部材の超電導導体を極低温に維持することができる。内部冷媒の温度は、その外部の温度(即ち、外側冷媒の温度)に依存する。 With the superconducting cable of the present invention having the above configuration, even if a trouble occurs in the cooling system, the time from the occurrence of the trouble to the stop of power transmission can be extended longer than in the conventional configuration. Since the intrusion heat from the external environment can be processed by vaporizing the outer refrigerant, the superconducting conductor of the cable inner member can be maintained at a very low temperature. The temperature of the internal refrigerant depends on its external temperature (that is, the temperature of the external refrigerant).
本発明の超電導ケーブルとして、気化によって失われた外側冷媒を補充する冷媒補充機構を備える形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention, a form provided with a refrigerant replenishing mechanism for replenishing the outer refrigerant lost due to vaporization can be mentioned.
外側冷媒の気化によって侵入熱を処理する構成では、外側冷媒は減少し続けることになる。そのため、超電導ケーブルを健全に運転するためには外側冷媒を補充していく必要がある。その外側冷媒の補充を自動で行なう冷媒補充機構を備えていれば、超電導ケーブルを安定的に運転することができる。 In the configuration in which the intrusion heat is processed by vaporization of the outer refrigerant, the outer refrigerant continues to decrease. Therefore, it is necessary to replenish the outer refrigerant in order to operate the superconducting cable soundly. If a refrigerant replenishment mechanism for automatically replenishing the outer refrigerant is provided, the superconducting cable can be stably operated.
本発明の超電導ケーブルとして、外側断熱管の全長にわたって気化許容区間が形成される形態を挙げることができる。 Examples of the superconducting cable of the present invention include a form in which a vaporization allowable section is formed over the entire length of the outer heat insulating tube.
外側断熱管の全長を気化許容区間とする場合、外側断熱管の内部に外側冷媒を継ぎ足すだけで良く、外側断熱管の内部に外側冷媒を送り出すポンプを省略することができる。 When the entire length of the outer heat insulating pipe is used as the vaporization allowable section, it is only necessary to add the outer refrigerant into the outer heat insulating pipe, and the pump for sending the outer refrigerant into the outer heat insulating pipe can be omitted.
冷媒補充機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、冷媒補充機構によって外側冷媒が加圧供給され、かつ外側冷媒の充填部のうち、気化許容区間を除く区間は、外側冷媒が過冷却状態となった過冷却区間となっている形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention having the refrigerant replenishment mechanism, the outer refrigerant is pressurized and supplied by the refrigerant replenishment mechanism, and the outer refrigerant is in an overcooled state in the outer refrigerant charging section except for the vaporization allowable section. The form used as the supercooling area can be mentioned.
上記構成の具体的な適用例としては、大きな高低差がある超電導ケーブルを挙げることができる。例えば、超電導ケーブルの一端から他端に向かって漸次高さが高くなる超電導ケーブルでは、一端側の外側冷媒の圧力が非常に高くなる。外側冷媒の圧力が高くなると、外側冷媒の沸点が上昇するため、外側冷媒に囲まれる内側冷媒の温度も高くなり易い。そうなると、内側冷媒で適切に超電導導体を極低温に維持することができなくなる恐れがある。そこで、一端側から他端側に向かって漸次高さが高くなる超電導ケーブルであれば、例えば、一端側から他端側に向かって外側冷媒を加圧供給し、一端側から途中までを外側冷媒が所定の流量で流れる過冷却区間とし、残りを気化許容区間とする。このような構成であれば、外側冷媒の圧力が高くなる過冷却区間において外側冷媒が常に流れているため、過冷却区間における外側冷媒の温度上昇が抑制される。 As a specific application example of the above configuration, a superconducting cable having a large height difference can be cited. For example, in a superconducting cable in which the height gradually increases from one end of the superconducting cable toward the other end, the pressure of the outer refrigerant on one end side becomes very high. When the pressure of the outer refrigerant increases, the boiling point of the outer refrigerant increases, so that the temperature of the inner refrigerant surrounded by the outer refrigerant tends to increase. In such a case, there is a risk that the superconducting conductor cannot be properly maintained at an extremely low temperature by the inner refrigerant. Therefore, in the case of a superconducting cable whose height gradually increases from one end side to the other end side, for example, the outer refrigerant is pressurized and supplied from one end side to the other end side, and the outer refrigerant extends from one end side to the middle. Is a supercooling section where the flow rate is a predetermined flow rate, and the remainder is a vaporization allowable section. With such a configuration, since the outer refrigerant always flows in the supercooling section where the pressure of the outer refrigerant becomes high, the temperature rise of the outer refrigerant in the supercooling section is suppressed.
本発明の超電導ケーブルとして、内側冷媒は循環されることなく加圧充填されている形態を挙げることができる。 An example of the superconducting cable of the present invention is that the inner refrigerant is pressurized and filled without being circulated.
上記構成によれば、内側冷媒を循環させるための構成、例えばリターン管や高出力の循環ポンプを設ける必要がなく、超電導ケーブルをシンプルにできる。 According to the above configuration, there is no need to provide a configuration for circulating the inner refrigerant, for example, a return pipe or a high-power circulation pump, and the superconducting cable can be simplified.
本発明の超電導ケーブルとして、内側冷媒は循環されている形態を挙げることできる。 As the superconducting cable of the present invention, the inner refrigerant can be circulated.
上記構成によれば、内側冷媒によって超電導導体をより確実に所定温度以下の極低温に維持することができる。特に、内側冷媒を循環させる構成は、後述するように、交流送電を行なう超電導ケーブルに有効である。 According to the above configuration, the superconducting conductor can be more reliably maintained at an extremely low temperature equal to or lower than a predetermined temperature by the inner refrigerant. In particular, the configuration in which the inner refrigerant is circulated is effective for a superconducting cable that performs AC power transmission, as will be described later.
本発明の超電導ケーブルとして、超電導ケーブルが直流送電に利用される形態を挙げることができる。 Examples of the superconducting cable of the present invention include a form in which the superconducting cable is used for direct current power transmission.
直流送電を行う超電導ケーブルにおいては交流損失がないため、超電導導体を適正な温度に維持するために処理すべき熱は外部環境からの侵入熱のみである。そのため、直流送電を行う超電導ケーブルでは、内側冷媒は循環していなくても良いし、循環していても良い。 Since there is no AC loss in a superconducting cable for direct current power transmission, the only heat that must be processed to maintain the superconducting conductor at an appropriate temperature is intrusion heat from the external environment. Therefore, in the superconducting cable that performs direct current power transmission, the inner refrigerant may not be circulated or may be circulated.
本発明の超電導ケーブルとして、超電導ケーブルが交流送電に利用される形態を挙げることができる。 Examples of the superconducting cable of the present invention include a form in which the superconducting cable is used for AC power transmission.
交流送電を行う超電導ケーブルにおいては交流損失によって超電導導体が発熱する。従って、この超電導導体で発生した熱を処理するには内側冷媒は循環している方が良く、内側冷媒が循環していることで、超電導導体を確実に所定温度以下に維持することができる。 In a superconducting cable for AC transmission, the superconducting conductor generates heat due to AC loss. Therefore, in order to process the heat generated in this superconducting conductor, it is better that the inner refrigerant is circulated. By circulating the inner refrigerant, the superconducting conductor can be reliably maintained at a predetermined temperature or lower.
本発明の超電導ケーブルとして、気化許容区間から外側冷媒の気化ガスを排出する排出管を有する排出機構を備える形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention, a form provided with a discharge mechanism having a discharge pipe for discharging the vaporized gas of the outer refrigerant from the vaporization allowable section can be mentioned.
外側冷媒の充填部に気化ガスが滞留してガス溜まりが生じると、そのガス溜まりの位置で熱侵入を処理することができなくなる恐れがある。これに対し、上記排出機構を備える構成とすることで、外側冷媒の充填部におけるガス溜まりの拡大を抑制することができ、外側冷媒による侵入熱の処理をより確実にすることができる。排出機構をケーブル部のどの位置に設けるかによって、排出機構から気化ガスのみが排出される場合と、排出機構から気化ガスを含む外側冷媒が排出される場合、の二通りがある。 If the vaporized gas stays in the outer refrigerant filling portion and a gas pool is generated, heat intrusion may not be processed at the position of the gas pool. On the other hand, by setting it as the structure provided with the said discharge mechanism, the expansion of the gas pool in the filling part of an outer side refrigerant | coolant can be suppressed, and the process of the invasion heat by an outer side refrigerant | coolant can be made more reliable. Depending on where the discharge mechanism is provided in the cable portion, there are two cases, when only the vaporized gas is discharged from the discharge mechanism and when the outer refrigerant containing the vaporized gas is discharged from the discharge mechanism.
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構はケーブル部の高所側端末に設けられる形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention including the discharge mechanism, the discharge mechanism can be provided at a high-side terminal of the cable portion.
ケーブル部が上下に蛇行していなければ、気化許容区間で発生した気化ガスは高所側端末に移動する。また、ケーブル部が上下に蛇行していたとしても、高所側端末から蛇行している部分までの間では気化ガスは高所側端末に移動する。そこで、高所側端末に排出機構を設けておけば、外側冷媒の充填部から気化ガスを効率的に排除することができる。 If the cable portion does not meander up and down, the vaporized gas generated in the vaporization allowable section moves to the high-side terminal. Further, even if the cable portion meanders up and down, the vaporized gas moves from the high altitude side terminal to the meandering portion to the high altitude side terminal. Thus, if a discharge mechanism is provided at the high-end terminal, the vaporized gas can be efficiently removed from the outer refrigerant charging portion.
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構はケーブル部の長手方向に沿って複数設けられる形態を挙げることができる。 As a superconducting cable of the present invention having a discharge mechanism, a plurality of discharge mechanisms may be provided along the longitudinal direction of the cable portion.
ケーブル部が上下に蛇行している場合、ケーブル部が鉛直上方に凸となるように湾曲している部分に気化ガスのガス溜まりが生じる恐れがある。そこで、排出機構をケーブル部の長さ方向に沿って複数設けること、特にガス溜まりが生じる恐れのある上記湾曲部分に排出機構を設けることで、ガス溜まりの拡大を抑制することができる。なお、ケーブル部が上下に蛇行しない場合でも、ケーブル部の長さ方向に沿って複数の排出機構があれば、気化ガスを速やかに排出できる。なお、ケーブル部の設置場所全体が水平となっている場合、意図的にケーブル部を上下に蛇行させた箇所を設けて、その箇所に排出機構を設けても良い。 When the cable portion meanders up and down, there is a possibility that a gas pool of vaporized gas may be generated in a portion where the cable portion is curved so as to protrude vertically upward. Therefore, by providing a plurality of discharge mechanisms along the length direction of the cable portion, in particular, by providing a discharge mechanism at the curved portion where there is a possibility that a gas pool may occur, the expansion of the gas pool can be suppressed. Even when the cable portion does not meander up and down, the vaporized gas can be quickly discharged if there are a plurality of discharge mechanisms along the length direction of the cable portion. In addition, when the whole installation place of a cable part is horizontal, the location which made the cable part meander up and down intentionally may be provided, and the discharge | emission mechanism may be provided in the location.
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構は、気化ガスを排出管に導くガイド部材を備える形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention including the discharge mechanism, the discharge mechanism may include a guide member that guides the vaporized gas to the discharge pipe.
ガイド部材を備えることで、気化許容区間から気化ガスを速やかに排出することができ、外側冷媒の充填部におけるガス溜まりの拡大を効果的に抑制することができる。気化ガスが外側冷媒と混合された状態で排出管から排出される場合、排出された液体冷媒は再度外側断熱管の内部に戻せば良い。 By providing the guide member, it is possible to quickly discharge the vaporized gas from the vaporization allowable section, and it is possible to effectively suppress the expansion of the gas reservoir in the outer refrigerant filling portion. When the vaporized gas is discharged from the discharge pipe in a state where it is mixed with the outer refrigerant, the discharged liquid refrigerant may be returned to the inside of the outer heat insulating pipe again.
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、気化ガスを再液化する液化機構と、再液化した冷媒を外側冷媒として再度外側断熱管内に導入する導入機構と、を備える形態を挙げることができる。 Examples of the superconducting cable of the present invention including the discharge mechanism include a liquefaction mechanism for reliquefying the vaporized gas and an introduction mechanism for introducing the reliquefied refrigerant into the outer heat insulating pipe again as an outer refrigerant.
気化ガスを外側冷媒として再利用することで、気化した分の外側冷媒を補う手間を軽減することができる。 By reusing the vaporized gas as the outside refrigerant, it is possible to reduce the trouble of supplementing the vaporized outside refrigerant.
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構の排出管に繋がり、外側冷媒を貯留する貯留槽と、その貯留槽における液面位置を検知する液面センサと、その液面センサの検知結果に基づいて外側冷媒の充填状態を管理する充填状態管理手段と、を備える形態を挙げることができる。ここで、充填状態管理手段は、上記液化機構および導入機構を含む構成とすることができる。 As a superconducting cable of the present invention having a discharge mechanism, a storage tank connected to a discharge pipe of the discharge mechanism and storing an outer refrigerant, a liquid level sensor for detecting a liquid level position in the storage tank, and a detection result of the liquid level sensor And a charging state management means for managing the charging state of the outer refrigerant based on the above. Here, the filling state management means may be configured to include the liquefaction mechanism and the introduction mechanism.
貯留槽は排出管を介して外側断熱管の内部に繋がっており、貯留槽における液面が外側冷媒の上端の位置に相当する。つまり、貯留槽の液面の高さを管理しておけば、外側断熱管における外側冷媒の充填状態を適切に管理することができる。そのため、貯留槽・液面センサ・充填状態管理手段を備える超電導ケーブルであれば、外側冷媒の充填状態を常に適切な状態に維持することができる。 The storage tank is connected to the inside of the outer heat insulating pipe through the discharge pipe, and the liquid level in the storage tank corresponds to the position of the upper end of the outer refrigerant. That is, if the height of the liquid level in the storage tank is managed, the state of filling of the outer refrigerant in the outer heat insulating pipe can be appropriately managed. Therefore, if it is a superconducting cable provided with a storage tank, a liquid level sensor, and a filling state management means, the filling state of the outer refrigerant can always be maintained in an appropriate state.
本発明の超電導ケーブルとして、気化許容区間における外側冷媒の最大圧力をα(MPa)、そのα(MPa)における外側冷媒の沸点をβ(℃)、そのβ(℃)における超電導導体の電流容量をγ(A)としたとき、前記γ(A)の値が、布設される超電導ケーブルに要求される値を満たすように、前記α(MPa)が調整されている形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention, the maximum pressure of the outer refrigerant in the vaporization allowable section is α (MPa), the boiling point of the outer refrigerant at α (MPa) is β (° C.), and the current capacity of the superconductor at the β (° C.) is When γ (A) is used, a form in which α (MPa) is adjusted so that the value of γ (A) satisfies a value required for a superconducting cable to be installed can be given.
超電導ケーブルは、単に超電導状態に維持されるというだけでは足らず、布設される超電導ケーブルに要求される所定の電流容量γ(A)を有する状態で運転される必要がある。そこで、所定の電流容量γ(A)を満たすように、外側冷媒の圧力α(MPa)を調整すれば、超電導ケーブルの運転時に超電導ケーブルの電流容量(A)が所定値を下回ることを回避することができる。ここで、電流容量γ(A)の調整に外側冷媒の圧力α(MPa)を用いるのは、超電導導体を冷却する内側冷媒の温度が、内側冷媒の外周にある外側冷媒の沸点β(℃)によって決定され、外側冷媒の沸点β(℃)は外側冷媒の圧力α(MPa)によって決定されるからである。なお、気化許容区間とそうでない区間(過冷却区間)とがある場合、両区間における電流容量の小さい方が、超電導ケーブル全体の電流容量となる。そのため、超電導ケーブル全体として電流容量が大きく取れるように気化許容区間を設定すると良い。 The superconducting cable is not simply maintained in the superconducting state, but needs to be operated in a state having a predetermined current capacity γ (A) required for the laid superconducting cable. Therefore, if the pressure α (MPa) of the outer refrigerant is adjusted so as to satisfy the predetermined current capacity γ (A), the current capacity (A) of the superconducting cable is prevented from falling below a predetermined value during operation of the superconducting cable. be able to. Here, the pressure α (MPa) of the outer refrigerant is used to adjust the current capacity γ (A) because the temperature of the inner refrigerant that cools the superconducting conductor is the boiling point β (° C.) of the outer refrigerant at the outer periphery of the inner refrigerant. This is because the boiling point β (° C.) of the outer refrigerant is determined by the pressure α (MPa) of the outer refrigerant. When there is a vaporization allowable section and a section (supercooling section) that is not so, the smaller current capacity in both sections is the current capacity of the entire superconducting cable. Therefore, it is preferable to set the vaporization allowable section so that the current capacity of the superconducting cable as a whole can be increased.
気化許容区間における外側冷媒の最大圧力α(MPa)を調整する本発明の超電導ケーブルとして、前記α(MPa)は0.2以下である形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention for adjusting the maximum pressure α (MPa) of the outer refrigerant in the vaporization allowable section, a form in which the α (MPa) is 0.2 or less can be mentioned.
上記0.2MPaは最大圧力αの一例である。超電導導体として、Bi2223系や、RE123系(RE:希土類元素、例えばY、Ho、Nd、Sm、Gdなど)などの高温超電導材料を用いる場合、その最高使用温度は約85K程度とすることが好ましい。つまり、外側冷媒の沸点β(℃)の上限も85K程度とすることが好ましい。ここで、外側冷媒として良く利用される液体窒素は、その圧力が0.2MPaのときに約85Kの沸点を持つ。そのため、最大圧力α(MPa)の一例として0.2MPa以下とする形態を挙げることができる。 The above 0.2 MPa is an example of the maximum pressure α. When a high-temperature superconducting material such as Bi2223 series or RE123 series (RE: rare earth elements such as Y, Ho, Nd, Sm, Gd) is used as the superconducting conductor, the maximum use temperature is preferably about 85K. . That is, it is preferable that the upper limit of the boiling point β (° C.) of the outer refrigerant is about 85K. Here, liquid nitrogen often used as an outer refrigerant has a boiling point of about 85 K when the pressure is 0.2 MPa. For this reason, an example of the maximum pressure α (MPa) is 0.2 MPa or less.
本発明の超電導ケーブルとして、内部部材収納管が伝熱構造である形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention, a form in which the internal member housing tube has a heat transfer structure can be exemplified.
上記構成によれば、外側冷媒と内側冷媒との間で熱交換を行うことができる。この構成は特に、交流送電を行う超電導ケーブルに好適である。交流送電を行う超電導ケーブルの場合、超電導導体が発熱するが、上記構成のように外側冷媒と内側冷媒との間で熱交換を行うことができれば、内側冷媒から内部部材収納管を介して外側冷媒に熱を逃がすことができ、内側冷媒の温度上昇を抑制することができる。 According to the above configuration, heat exchange can be performed between the outer refrigerant and the inner refrigerant. This configuration is particularly suitable for a superconducting cable that performs AC power transmission. In the case of a superconducting cable for AC transmission, the superconducting conductor generates heat. However, if heat exchange can be performed between the outer refrigerant and the inner refrigerant as in the above configuration, the outer refrigerant passes through the inner member storage tube from the inner refrigerant. Thus, heat can be released and the temperature rise of the inner refrigerant can be suppressed.
本発明の超電導ケーブルとして、内部部材収納管が断熱構造である形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention, a form in which the internal member housing pipe has a heat insulating structure can be exemplified.
上記構成とすることで、外部環境からの侵入熱が内側冷媒に伝わることを効果的に抑制できる。この構成は特に、直流送電を行う超電導ケーブルに好適である。直流送電を行う超電導ケーブルでは、処理すべき熱は外部環境からの侵入熱のみであるため、外側冷媒と内側冷媒との間で熱交換できない構成が好ましいからである。 By setting it as the said structure, it can suppress effectively that the invasion heat | fever from an external environment is transmitted to an inner side refrigerant | coolant. This configuration is particularly suitable for a superconducting cable that performs DC power transmission. This is because a superconducting cable for direct current power transmission is preferably configured such that heat cannot be exchanged between the outer refrigerant and the inner refrigerant because heat to be processed is only intrusion heat from the external environment.
本発明の超電導ケーブルとして、内部部材収納管は、外側断熱管の鉛直下方側に偏っている形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention, the internal member housing tube can be biased to the vertically lower side of the outer heat insulating tube.
気化ガスは外側断熱管内の鉛直上方側に偏るため、内部部材収納管が外側断熱管の鉛直下方にあれば、内部部材収納管が全周に亘って外側冷媒に囲まれた状態とし易い。また、排出機構を備える超電導ケーブルでは、外側断熱管内の鉛直上方にある気化ガスを排出機構に導き易いという効果もある。 Since the vaporized gas is biased vertically upward in the outer heat insulating tube, if the inner member housing tube is vertically below the outer heat insulating tube, the inner member housing tube is easily surrounded by the outer refrigerant over the entire circumference. In addition, the superconducting cable including the discharge mechanism has an effect that the vaporized gas located vertically above the outer heat insulating tube can be easily guided to the discharge mechanism.
本発明の超電導ケーブルとして、内側冷媒と外側冷媒の少なくとも一方が、液体窒素もしくは液体空気である形態を挙げることができる。 As the superconducting cable of the present invention, a form in which at least one of the inner refrigerant and the outer refrigerant is liquid nitrogen or liquid air can be mentioned.
液体窒素もしくは液体空気は、安価で入手が容易であるため、超電導導体の冷却に好適である。 Since liquid nitrogen or liquid air is inexpensive and easily available, it is suitable for cooling the superconducting conductor.
また、本発明の超電導ケーブル線路は、上述した本発明の超電導ケーブルを少なくとも一部に備える。 Moreover, the superconducting cable line of the present invention includes at least a part of the superconducting cable of the present invention described above.
例えば、複数の超電導ケーブルを繋いで超電導ケーブル線路を構築する際、冷却システムの設置場所が狭く、冷却システムの簡素化が必要な区間がある場合、その区間を本発明の超電導ケーブルとすると良い。もちろん、超電導ケーブル線路の全長に亘って本発明の超電導ケーブルを適用しても良い。 For example, when a superconducting cable line is constructed by connecting a plurality of superconducting cables, if the installation location of the cooling system is narrow and there is a section that requires simplification of the cooling system, the section may be the superconducting cable of the present invention. Of course, you may apply the superconducting cable of this invention over the full length of a superconducting cable track | line.
本発明の超電導ケーブルによれば、冷却系の停止から送電停止に至るまでの時間を延ばすことができる。 According to the superconducting cable of the present invention, the time from the stop of the cooling system to the stop of power transmission can be extended.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面で同一の符号を付しているものは同一物である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, what attaches | subjects the same code | symbol in each drawing is the same thing.
<実施形態1>
図1は、本実施形態の超電導ケーブル線路101の概略構成図である。この超電導ケーブル線路101は、1条の本発明の超電導ケーブル1によって構成されており、交流送電に利用することもできるし、直流送電に利用することもできる。なお、本発明の超電導ケーブル1を複数連結して超電導ケーブル線路を構築することもできるし、本発明の超電導ケーブルと、従来の超電導ケーブルと、を組み合わせて超電導ケーブル線路を構築することもできる。
<
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
本実施形態における超電導ケーブル線路101(超電導ケーブル1)は、ケーブル部90と、ケーブル部90の紙面左側の端末91に接続される冷媒補充機構40と、紙面左側の端末91と紙面右側の端末92に接続される2つの排出機構50と、を備える。ケーブル部90の内部にはケーブル内部部材を極低温に冷却する内側冷媒(図示せず)と、ケーブル部90における内側冷媒の外周側に配される外側冷媒(図示せず)と、が充填されている。以下、超電導ケーブル1の構成を詳細に説明する。
The superconducting cable line 101 (superconducting cable 1) in this embodiment includes a
上記超電導ケーブル1を説明するにあたり、まず、図2(A)の横断面図に基づいて超電導ケーブル1のケーブル部90の構成を説明する。図2(A)に示すケーブル部90を備える超電導ケーブル1は、いわゆる低温絶縁型の超電導ケーブルである。なお、低温絶縁型の超電導ケーブルを、常温絶縁型の超電導ケーブルに置換することもできる。その点に関しては、図2(B)を参照する変形実施形態1−1で説明する。
In describing the
≪ケーブル部≫
低温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部90は、図2(A)に示すように、超電導導体12を備えるケーブル内部部材10と、そのケーブル内部部材10が内部に収納される内部部材収納管20と、その内部部材収納管20が内部に収納される外側断熱管30と、を備える。ケーブル内部部材10は内部部材収納管20内で鉛直下方に偏り、内部部材収納管20は外側断熱管30内で鉛直下方に偏るのが好適である。
≪Cable part≫
As shown in FIG. 2A, the
[ケーブル内部部材]
ケーブル内部部材10は、代表的には、フォーマ11の上に順次、超電導導体12、電気絶縁層13、外側導体層14、保護層15を設けた構成を備える。
[Cable internal members]
The cable
フォーマ11は、超電導導体12の支持体に利用される部材であり、例えば、図2(A)に示すような中実体を利用できる。フォーマ11の形状としては、中実体の他、パイプ状の中空体を利用することもできる。このフォーマ11の材質は特に限定されない。単に超電導導体12の支持体としてフォーマ11を利用するのであれば、フォーマ11は樹脂(例えば、繊維強化プラスチック)などの非導電性材料から構成しても良いし、フォーマ11に異常時電流の分流路としての機能も持たせるのであれば、銅やアルミニウムなどの常電導の金属材料から構成しても良い。
The former 11 is a member used as a support for the
超電導導体12は、例えば酸化物超電導体を備えるテープ状線材をフォーマ11の外周に螺旋状に巻回することで形成できる。テープ状線材は、単層状に巻回しても良いし、多層状に巻回しても良い。このテープ状線材としては、例えば、Bi2223系超電導テープ線(Ag−MnやAgなどの安定化金属中に酸化物超電導体からなるフィラメントが配されたシース線)、RE123系薄膜線材(RE:希土類元素、例えばY、Ho、Nd、Sm、Gdなど。金属基板に酸化物超電導相が成膜された積層線材)が挙げられる。
The
電気絶縁層13は、例えばクラフト紙とポリプロピレンなどの樹脂フィルムとをラミネートした半合成紙(住友電気工業株式会社製PPLP:登録商標)を超電導導体12の外周に巻回することで形成できる。電気絶縁層13は、後述する内部部材収納管20内で超電導導体12と共に極低温に冷却される。
The electrical insulating
外側導体層14は、電気絶縁層13の外周に、例えば超電導導体12に用いたものと同様の超電導線材を巻回することで形成できる。外側導体層14を超電導線材から構成した場合、交流ケーブルでは電磁シールドとして利用することができるし、直流ケーブルでは電流の往路と帰路の一方を構成する往路導体層(帰路導体層)、又は中性線として利用することができる。
The
保護層15は、例えば、クラフト紙を巻回することで形成することができる。この保護層15は、外側導体層14を機械的に保護すると共に、内部部材収納管20との間を絶縁させるためのものである。
The
[内部部材収納管]
内部部材収納管20は、上述したケーブル内部部材10を内部に収納する管路である。内部部材収納管20は、伝熱構造であっても良いし、断熱構造であっても良い。内部部材収納管20を伝熱構造とするのであれば、図2(A)に示すように、ステンレス鋼、アルミニウムやその合金などからなる一重管によって内部部材収納管20を構成すれば良い。他方、内部部材収納管20を断熱構造とするのであれば、例えば、後述する外側断熱管30のように、多重構造の断熱管によって内部部材収納管20を構成すれば良い。伝熱構造の内部部材収納管20を採用した超電導ケーブル1は交流送電に適しており、断熱構造の内部部材収納管20を採用した超電導ケーブル1は直流送電に適している。
[Internal member storage tube]
The internal
[外側断熱管]
外側断熱管30は、内部部材収納管20を内部に収納する内管31と、内管31を内部に収納する外管32と、を備える。内管31と外管32との間は真空引きされ、それによって真空断熱層が形成されている。その他、内管31と外管32との間にスーパーインシュレーションといった断熱材や、内管31と外管32とを離隔させるスペーサを配置すると、外側断熱管30の断熱性を高められる。なお、本実施形態では、断熱管として二重構造の断熱管を利用しているが、三重以上の多重構造の断熱管を利用しても良い。
[Outside insulation pipe]
The outer
内管31及び外管32の構成材料としては、ステンレス鋼、アルミニウムやその合金などの金属が挙げられる。両管31,32の材質を異ならせてもよい。また、両管31,32はいずれも、その全長に亘ってコルゲート加工が施されたコルゲート管とすることができる。そうすることで、搬送時や布設時にケーブル部90を曲げ易くすることができる(なお、内部部材収納管20についても同様のことが言える)。
Examples of the constituent material of the
≪内側冷媒≫
以上説明したケーブル部90の内部部材収納管20の内部には内側冷媒20Cが充填される。この内側冷媒20Cにより、ケーブル内部部材10の超電導導体12を極低温に冷却し、超電導導体12を超電導状態に維持することができる。内側冷媒20Cとしては、液体窒素(沸点;約77K)や、液体空気(沸点;約83K)、液体酸素(沸点;約90K)、液体水素(沸点;約20.6K)、液体ヘリウム(沸点;約4.2K)などを利用することができる。ケーブル内部部材10に備わる超電導導体が、例えばBi2223系や、RE123系(RE:希土類元素、例えばY、Ho、Nd、Sm、Gdなど)などの高温超電導材料の場合、約85K以下の沸点をもつ液体冷媒が好ましく、安全性、入手の容易さ、絶縁性、コストを考慮して、液体窒素が最も好ましい。
≪Inner refrigerant≫
The inner refrigerant 20C is filled into the inner
内側冷媒20Cは、気化許容区間R1における外側冷媒30Cの最大圧力よりも高い圧力の状態で内部部材収納管20内に充填されている。また、内側冷媒20Cは、内部部材収納管20の一端から他端に向かって流通させても良い。その他、ケーブル部90に図示しないリターン管を並列させ、閉じた循環路内で内側冷媒20Cを循環冷却させても良い。超電導ケーブル1が交流送電に利用される場合、内側冷媒20Cは循環させることが好ましい。交流損失によって超電導導体が発熱するため、超電導導体を極低温に維持するにはこの熱を処理する必要があるからである。
The inner refrigerant 20C is filled in the inner
≪外側冷媒≫
ケーブル部90における外側断熱管30の内部で、かつ内部部材収納管20の外側の空間である充填部には外側冷媒30Cが充填される。この外側冷媒30Cによって外側断熱管30を介した侵入熱を処理し、内部部材収納管20の温度上昇を抑制することができる。内部部材収納管20の温度上昇を抑制することができれば、その内部部材収納管20の内部に充填される内側冷媒20Cの温度上昇を抑制でき、超電導導体12を極低温に維持することができる。
≪Outside refrigerant≫
An outer refrigerant 30 </ b> C is filled in a filling portion that is a space inside the outer
外側冷媒30Cには、上述した内側冷媒20Cに利用することができる液体冷媒を用いることができる。外側冷媒30Cと内側冷媒20Cとに同一の液体冷媒を用いても良いし、異なる液体冷媒を用いても良い。後者の場合、外側冷媒30Cとして、内側冷媒20Cの沸点よりも低沸点の液体冷媒を利用することが好ましい。また、外側冷媒30Cは、固液混合としても良い。例えば、外側冷媒30Cとして液体窒素を利用する場合、その液体窒素中にスラッシュ窒素を含有させても構わない。スラッシュ窒素を用いることで液体窒素のガス化を遅らせることができる。
As the
上記外側冷媒30Cは、充填部に単に充填されているだけでも良いし、充填部の一端から他端に向かって流通させても良い。但し、外側冷媒30Cを閉じた循環路内で循環させることはしない。つまり、外側冷媒30Cが充填部の一端から他端に向かって流れることはあっても、他端側に流れた外側冷媒30Cが液体状態のまま、リターン管などを介して充填部の一端に戻ることはない。
The
外側冷媒30Cが循環されないのは、本発明の超電導ケーブル1の充填部に気化許容区間が設定されているからである。本発明の超電導ケーブル1では、図1に示すようにケーブル部90の全長(即ち、図2(A)に示す外側断熱管30の全長)にわたって気化許容区間R1が設定されている。気化許容区間R1とは、外側断熱管30を介した外部環境からの侵入熱を外側冷媒30Cの気化によって処理する区間のことである。気化許容区間R1において外側冷媒30Cが内部部材収納管20の外周を取り囲む程度に存在する限り、内部部材収納管20の温度が外側冷媒30Cの沸点以上に上昇することが抑制される。
The reason why the
また、本実施形態の超電導ケーブル1では、気化許容区間R1における外側冷媒30Cの最大圧力をα(MPa)、そのα(MPa)における外側冷媒30Cの沸点をβ(℃)、そのβ(℃)における超電導導体12(図2(A)参照)の電流容量をγ(A)としたとき、γ(A)の値が、布設される超電導ケーブル1に要求される値を満たすように、α(MPa)が調整されている。図1に示すように、本実施形態ではケーブル部90の全長にわたって気化許容区間R1が設定されているため、ケーブル部90の鉛直方向下端部、鉛直下方に凸となるように湾曲されたケーブル部90の最深部における外側冷媒30Cの圧力が、最大圧力α(MPa)となる。
In the
上記α(MPa)の値は、例えば0.2以下とすることが挙げられる。この0.2MPaという圧力は、外側冷媒30Cに液体窒素を採用したときの圧力の一例である。液体窒素は、その圧力が0.2MPaのときに約85Kの沸点を持つ。つまり、0.2MPaの液体窒素からなる外側冷媒30Cが充填される気化許容区間R1では約85Kまで温度が上昇する可能性があり、気化許容区間R1における超電導導体12の温度も約85Kまで上昇する可能性がある。超電導導体12の電流容量γ(A)は温度の上昇に伴い低下する傾向にあり、Bi2223系や、RE123系の超電導導体12が所定の電流容量γ(A)を満たすためには、許容温度を約85Kとすることが好ましい。そのため、外側冷媒30Cの圧力α(MPa)を0.2以下にすることで、外側冷媒30Cが液体に維持されると共に、超電導導体12(即ち、超電導ケーブル1)の電流容量(A)を満たすことができる。このような条件であれば、超電導導体12を構成する超電導線材の本数が過大になることがない。
The value of α (MPa) is, for example, 0.2 or less. This pressure of 0.2 MPa is an example of a pressure when liquid nitrogen is employed for the
≪冷媒補充機構≫
外側冷媒30Cの気化によって侵入熱を処理する構成では、外側冷媒30Cは減少し続けることになる。そこで、図1に示すように、本実施形態の超電導ケーブル線路101(超電導ケーブル1)では、気化によって失われた外側冷媒30Cを補充する冷媒補充機構40を設ける。冷媒補充機構40としては、例えば、液体冷媒42C(スラッシュ冷媒を含有していても良い)を貯留する貯留槽42と、貯留槽42の液体冷媒42Cを外側冷媒30Cとしてケーブル部90に導入する導入管41と、を備える構成を挙げることができる。この導入管41と貯留槽42は断熱構造とすることが好ましく、そうすることで冷媒補充機構40から外側冷媒30Cへの熱侵入を抑制することができる。ケーブル部90への液体冷媒42Cの導入は、ポンプなどを用いた圧送により行なっても良いし、液体冷媒42Cの自重によって行なっても良い。
≪Refrigerant replenishment mechanism≫
In the configuration in which the intrusion heat is processed by vaporization of the
冷媒補充機構40の導入管41にはバルブやポンプなどを設けることが好ましい。これらを設けることで液体冷媒42Cの導入量を調節することができる。バルブやポンプの制御はコンピュータなどによって自動で行なうことが好ましい。また、冷媒補充機構40は、液体冷媒42Cを冷却する冷凍機を備えていても良い。冷凍機を備える構成であれば、貯留槽42中の液体冷媒の気化を抑制し、貯留槽42への液体冷媒42Cの補充頻度を下げることができる。
The
≪排出機構≫
排出機構50は、気化許容区間R1で発生した外側冷媒30C(図2(A)参照)の気化ガスを充填部から排出する機構である。本実施形態の排出機構50は、端末91(92)の位置で充填部に繋がる排出管51と、排出管51に繋がる貯留槽52と、を備えており、気化ガスの排出にあたって気化ガスが高所に移動する性質を利用している。この排出管51と貯留槽52は断熱構造とすることが好ましく、そうすることで排出機構50からの熱侵入を抑制することができる。
≪Discharge mechanism≫
The
排出機構50の貯留槽52の内部には、ケーブル部90の外側冷媒の充填部に入りきらない余剰の液体冷媒52Cが貯留されている。この貯留槽52の内部で液体冷媒52Cと、気化許容区間R1で発生した気化ガスとが分離される。分離された気化ガスは、外部環境に放出しても良いし、後述する実施形態2に示すように、再度液化して外側冷媒30Cとして利用しても良い。
In the
≪本発明の超電導ケーブル線路の効果≫
以上説明した超電導ケーブル線路101(超電導ケーブル1)によれば、ケーブル内部部材10の超電導導体12を極低温に冷却する内側冷媒20Cの冷却系にトラブルが生じたとしても、そのトラブルの発生時から送電停止までの時間(異常時の運転継続時間)を、従来構成よりも長く引き延ばすことができる。これは、外部環境からの侵入熱を、外側冷媒30Cが気化することで処理できるため、外側冷媒30Cがケーブル部90の充填部にある程度残っている間は、内側冷媒20Cの温度が外側冷媒30Cの沸点以上に上昇することが抑制されるからである。
≪Effect of superconducting cable line of the present invention≫
According to the superconducting cable line 101 (superconducting cable 1) described above, even if a trouble occurs in the cooling system of the inner refrigerant 20C that cools the
異常時の送電継続時間の延長効果は、交流送電においても直流送電においても得られる。この延長効果は、超電導ケーブル線路101の構成を限定することで向上させることができる。具体的には、交流送電の場合、内部部材収納管20を伝熱構造にすると共に、内側冷媒20Cを循環冷却することを挙げることができる。また、直流送電の場合、内部部材収納管20を断熱構造にすることが挙げられる。
The effect of extending the power transmission continuation time at the time of abnormality can be obtained in both AC transmission and DC transmission. This extension effect can be improved by limiting the configuration of the
<変形実施形態1−1>
実施形態1で説明した低温絶縁型の超電導ケーブルを、常温絶縁型の超電導ケーブルに置換することもできる。常温絶縁型の超電導ケーブルとして、例えば、図2(B)の横断面図に示すケーブル部90’を備える超電導ケーブルを利用することができる。なお、この置換は、後述する実施形態2〜6においても同様に行なうことができる。
<Modified Embodiment 1-1>
The low-temperature insulated superconducting cable described in the first embodiment can be replaced with a room-temperature insulated superconducting cable. As the room temperature insulation type superconducting cable, for example, a superconducting cable including a
≪常温絶縁型超電導ケーブル≫
図2(B)に示す常温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部90’は、図2(A)に示す低温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部90と同様、ケーブル内部部材10’と、内部部材収納管20’と、外側断熱管30’と、を備える。両型の主たる相違点は、ケーブル内部部材の構成、および外側断熱管の構成にある。以下、両型の相違点を中心に説明する。
≪Room-temperature insulated superconducting cable≫
The
[ケーブル内部部材]
ケーブル内部部材10’は、フォーマ11の外周に超電導導体12と保護層15を備えるが、図2(A)のケーブル内部部材10における電気絶縁層13に相当するものを有さない。超電導導体12は、端末やジョイント部で内部部材収納管20’に接続され、超電導導体12と内部部材収納管20’とは同電位になっている。そこで、後述する外側断熱管30’の構成に示すように、常温絶縁型の超電導ケーブルでは、外側断熱管30’の外周に電気絶縁層33を設けている。なお、保護層15としては、クラフトテープなどを利用することができる。
[Cable internal members]
The cable
[外側断熱管]
外側断熱管30’は、内管31と外管32に加え、外管32の外周に電気絶縁層33を備える。電気絶縁層33は、所望の耐電圧特性を有するものであって、常温環境で利用される。この電気絶縁層33には、常電導ケーブルで実績がある電気絶縁強度に優れる材料、代表的にはCVケーブルに利用される架橋ポリエチレン(XLPE)などを利用できる。架橋ポリエチレンなどの絶縁性樹脂であれば、外管32の外周に絶縁性樹脂を押し出すだけで電気絶縁層33を容易に形成できる。
[Outside insulation pipe]
The outer
<実施形態2>
実施形態2では、実施形態1で説明した排出機構で分離した気化ガスを再液化する液化機構と、再液化した冷媒を外側冷媒として再度外側断熱管内に導入する導入機構と、を備える構成を説明する。液化機構と導入機構は、例えば排出機構と冷媒補充機構を利用することで構築することができる。その構築例を図3に基づいて説明する。なお、図3では冷媒補充機構40と排出機構50が設けられる端末91の近傍のみを示す。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, a configuration including a liquefaction mechanism that re-liquefies the vaporized gas separated by the discharge mechanism described in the first embodiment and an introduction mechanism that introduces the re-liquefied refrigerant into the outer heat insulating pipe as an outer refrigerant again will be described. To do. The liquefaction mechanism and the introduction mechanism can be constructed by using, for example, a discharge mechanism and a refrigerant replenishment mechanism. An example of the construction will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows only the vicinity of the terminal 91 where the
液化機構60は、例えば、排出機構50の貯留槽52の気相部から冷媒補充機構40の貯留槽42の気相部(液相部でも良い)に延びる連通管61と、この連通管61の途中に設けられる液化機62と、を備える構成を挙げることができる。この液化機構60によれば、排出機構50の貯留槽52で分離された気化ガスを液化機62で液化し、その液化した液体冷媒42Cとして冷媒補充機構40の貯留槽42に補充することができる。
The
一方、本実施形態の導入機構は、冷媒補充機構40をそのまま利用することができる。もちろん、冷媒補充機構40とは別個に導入機構を設けても構わない。
On the other hand, the introduction mechanism of the present embodiment can use the
以上説明した構成によれば、液体冷媒42Cの補充頻度を減らすことができる。排出機構50で分離された気化ガスを液体冷媒42Cとして再利用することができるからである。
According to the configuration described above, the replenishment frequency of the
本実施形態ではさらに、外側冷媒30C(図2(A)参照)の充填状態を管理する構成が備わっている。その構成としては、排出機構50の貯留槽52と、その貯留槽52における液面位置を検知する液面センサ70と、その液面センサ70の検知結果に基づいて外側冷媒30Cの充填状態を管理する充填状態管理手段と、を備える構成を挙げることができる。貯留槽52は外側断熱管30の内部に繋がっており、貯留槽52における液体冷媒52Cの液面が外側冷媒30Cの上端の位置に相当する。つまり、貯留槽52の液面の高さを管理しておけば、外側断熱管30における外側冷媒30Cの充填状態を適切に管理することができる。
In the present embodiment, a configuration for managing the charging state of the
上記液面センサ70としては、例えばフロート式や、光学式、超音波式など、公知の液面センサを利用することができる。一方、充填状態管理手段としては、図示しないコンピュータ(導入機構に備わるものを利用することもできる)を利用することができる。例えば、コンピュータによって、液化機構60の液化機62を制御し、液化される液体冷媒の量を調節したり、冷媒補充機構40がポンプを備える構成であれば、そのポンプの出力を制御したりすることが挙げられる。
As the
<実施形態3>
実施形態3では、超電導ケーブル線路102の長手方向の一端側(端末91側)と他端側(端末92側)とに高低差のある傾斜構造の超電導ケーブル線路102を図4に基づいて説明する。
<Embodiment 3>
In the third embodiment, a
図4の超電導ケーブル線路102では、ケーブル部90の高さが端末91側から端末92側に向かって漸次高くなっている。また、ケーブル部90の全長にわたって気化許容区間R1が設定されている。この構成では、ケーブル部90の気化許容区間R1で発生した気化ガスは、高所側に配置される端末92に集まる。従って、本実施形態では、端末92側にのみ排出機構50を設けている。
In the
以上説明した構成によれば、超電導ケーブル線路102の管理を容易にすることができる。特にメンテナンスの頻度が高い冷媒補充機構40と排出機構50が端末92の側に固まって配置されているからである。
According to the configuration described above, management of the
<実施形態4>
実施形態4では、実施形態3の超電導ケーブル線路102よりも端末91と端末92との高低差が大きい超電導ケーブル線路103を図5に基づいて説明する。
<Embodiment 4>
In the fourth embodiment, a
図4に示す超電導ケーブル線路103のように端末91と端末92との高低差が大きいと、低所側の端末91付近の外側冷媒30Cの圧力が高くなる。外側冷媒30Cの圧力の上昇に伴い、外側冷媒30Cの沸点も上昇するため、外側冷媒30Cによって内部部材収納管20の温度(即ち、内部部材収納管20内の超電導導体12)を適切な温度に維持できなくなる恐れがある(図2を合わせて参照)。そこで、本実施形態では、液体冷媒を圧送するポンプ43を備える冷媒補充機構40を低所側の端末91に接続し、ケーブル部90における端末91からの所定長さの部分を、外側冷媒30Cが所定の流量で流れる過冷却区間R2とした。過冷却区間R2では、所定の外側冷媒30Cが供給されているため、外側冷媒30Cの温度上昇が抑制される。これに対し、ケーブル部90における過冷却区間R2を除く部分は、実施形態1,2と同様に気化許容区間R1とし、外側冷媒30Cの気化によって侵入熱を処理する。
If the height difference between the terminal 91 and the terminal 92 is large as in the
気化許容区間R1と過冷却区間R2の設定は、外側冷媒30Cの圧力によって決定する。具体的には、気化許容区間R1における最大圧力をα(MPa)が所定値以下となるように決定する。所定値としては、例えば外側冷媒30Cとして液体窒素を使用する場合、0.2MPaとすることが挙げることができる。0.2MPaの液体窒素の沸点は約85Kであり、85KにおけるBi2223などの高温超電導線材の電流容量は、一般的な超電導ケーブルに要求される値を満たす可能性が高いからである。
The setting of the vaporization allowable section R1 and the supercooling section R2 is determined by the pressure of the
以上説明した構成によれば、高低差のある超電導ケーブル線路においても、冷却系の異常発生時から線路の運転停止までの時間を引き延ばすことができる。 According to the configuration described above, even in a superconducting cable line having a height difference, it is possible to extend the time from the occurrence of an abnormality in the cooling system to the stop of operation of the line.
<実施形態5>
本実施形態では、上記実施形態1〜4における超電導ケーブル線路(超電導ケーブル)に複数の排出機構50を設けた構成を図6,7に基づいて説明する。もちろん、複数の排出機構50を設けた構成は、後述する実施形態6に適用することもできる。
<Embodiment 5>
This embodiment demonstrates the structure which provided the some
図6に示すように、本実施形態では、ケーブル部90の外側断熱管30に接続される複数の排出機構50を備える。複数の排出機構50を設けることで、外側断熱管30内における外側冷媒の充填部に発生した気化ガスを速やかに排出することができ、充填部におけるガス溜まりの拡大を抑制することができる。複数の排出機構50を設ける構成は、特にケーブル部90が上下に蛇行する場合に有効である。その場合、例えば、ケーブル部90が鉛直上方に凸となるように湾曲している部分に各排出機構50を設けると、その部分におけるガス溜まりの拡大を効果的に抑制できる。
As shown in FIG. 6, the present embodiment includes a plurality of
また、本実施形態では、各排出機構50の貯留槽52で分離した気化ガスが、各貯留槽52の気相部に繋がる集合管55によって一箇所に集められる構成となっている。集められた気化ガスは、例えば、図3を用いて説明した液化機構60によって再液化し、外側冷媒30Cとして再利用することが好ましい。
In the present embodiment, the vaporized gas separated in the
さらに各排出機構50は、気化ガスを排出管51に導くガイド部材を備えていても良い。例えば、図7(A),(B)に例示するガイド部材53,54などを利用することができる。なお、図中の実線矢印は外側冷媒30Cの流れ、点線矢印は気化ガスの流れを示す。
Further, each
まず、図7(A)に示すガイド部材53は、外側断熱管30の内管31における鉛直上方側の内周面から鉛直下方側に向かって突出している。また、超電導ケーブル1の長手方向におけるガイド部材53の位置は、排出機構50の排出管51よりも高所側(紙面右側)に設定されている。そのため、内管31の鉛直上方側の内周面に沿って高所側に移動する気化ガスは、ガイド部材53にせき止められ、排出管51に導かれる。
First, the
一方、図7(B)に示すガイド部材54は、外側断熱管30の内管31における鉛直下方側の内周面から鉛直上方側に向かって突出している。内部部材収納管20はこのガイド部材54を貫通して設けられており、従ってガイド部材54は、外側断熱管30内における内部部材収納管20の位置決め部材の役割も持っている。また、超電導ケーブル1の長手方向におけるガイド部材54の位置は、排出管51の開口範囲内に設定されている。このような構成とすることで、ガイド部材54の位置で外側冷媒30Cの流れと気化ガスの流れが鉛直上方に向かって曲げられる。そのため、ガイド部材54の位置で鉛直上方に案内された気化ガスは、そのままガイド部材54の鉛直上方に位置する排出管51から排出される。
On the other hand, the
<実施形態6>
本実施形態では、2条の超電導ケーブル1A,1Bを備える超電導ケーブル線路104を図8の概略構成図に基づいて説明する。なお、図8上では、2条の超電導ケーブル1A,1Bが、上下に並列されているが、同じ高さで横並びに並列されていても構わない。
<Embodiment 6>
In the present embodiment, a
この超電導ケーブル線路104に備わる超電導ケーブル1A,1Bは共に、気化許容区間R1と過冷却区間R2とを備える。超電導ケーブル1Aの冷媒補充機構40Aは紙面左側の端末91に接続され、超電導ケーブル1Aの排出機構50Aは紙面右側の端末92に接続されている。一方、超電導ケーブル1Bの冷媒補充機構40Bは紙面右側の端末93に接続され、超電導ケーブル1Bの排出機構50Bは紙面左側の端末94に接続されている。また、超電導ケーブル1Aの排出機構50Aと、超電導ケーブル1Bの冷媒補充機構40Bと、が液化機62を備える液化機構60Aを介して繋がっている。さらに、超電導ケーブル1Bの排出機構50Bと、超電導ケーブル1Aの冷媒補充機構40Aと、が液化機62を備える液化機構60Bを介して繋がっている。
Both the
以上説明した構成を備える超電導ケーブル線路104を運転する場合、冷媒補充機構40Aの貯留槽42から端末91を介して超電導ケーブル1Aのケーブル部に送り出された液体冷媒42Cは、端末92から排出機構50Aの貯留槽52に排出される。それに伴い、超電導ケーブル1Aのケーブル部で発生した気化ガスも排出機構50Aの貯留槽に排出される。その気化ガスは、液化機構60Aによって再液化され、冷媒補充機構40Bの貯留槽42に導入される。超電導ケーブル1Bにおいても同様に、冷媒補充機構40Bから端末93を介して超電導ケーブル1Bのケーブル部に送り出された液体冷媒42Cのうち、気化した分は、液化機構60Bによって再液化され、冷媒補充機構40Aに導入される。このように、超電導ケーブル線路104における液体冷媒42Cは気化と液化を繰り返して再利用されるため、この超電導ケーブル線路104では液体冷媒42Cを補充する頻度を劇的に低減することができる。
When operating the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。例えば、実施形態で説明した超電導ケーブルを、複数のケーブル内部部材を備える超電導ケーブルに置換することが挙げられる。その場合、各ケーブル内部部材をそれぞれ内部部材収納管の内部に配置し、それら内部部材収納管を一括して外側断熱管の内部に配置すれば良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the gist of the present invention. For example, the superconducting cable described in the embodiment may be replaced with a superconducting cable including a plurality of cable internal members. In that case, each cable internal member may be disposed inside the internal member storage tube, and these internal member storage tubes may be collectively disposed inside the outer heat insulating tube.
本発明の超電導ケーブル、および本発明の超電導ケーブルを用いた超電導ケーブル線路は、例えば工場内の送電路に利用することができる。 The superconducting cable of the present invention and the superconducting cable line using the superconducting cable of the present invention can be used for a power transmission path in a factory, for example.
101〜104 超電導ケーブル線路
1,1A,1B 超電導ケーブル
90,90’ ケーブル部
10,10’ ケーブル内部部材
11 フォーマ 12 超電導導体 13 電気絶縁層 14 外側導体層
15 保護層
20,20’ 内部部材収納管
30,30’ 外側断熱管
31 内管 32 外管 33 電気絶縁層
20C 内側冷媒
30C 外側冷媒
R1 気化許容区間 R2 過冷却区間
40,40A,40B 冷媒補充機構
41 導入管 42 貯留槽 43 ポンプ
42C 液体冷媒
50,50A,50B 排出機構
51 排出管 52 貯留槽 53,54 ガイド部材 55 集合管
52C 液体冷媒
60,60A,60B 液化機構
61 連通管 62 液化機
70 液面センサ
91〜94 端末
101-104
Claims (21)
前記ケーブル内部部材、前記ケーブル内部部材が収納される内部部材収納管、および前記内部部材収納管が内部に収納される外側断熱管を備えるケーブル部と、
前記内部部材収納管の内部に充填され、前記ケーブル内部部材に備わる超電導導体を極低温に冷却する内側冷媒と、
前記外側断熱管の内部で、かつ前記内部部材収納管の外側に充填され、前記内部部材収納管の温度上昇を抑制する外側冷媒と、を備え、
前記外側断熱管の内部における前記外側冷媒の充填部のうち、前記外側断熱管の長手方向の少なくとも一部が、前記外側冷媒の気化を許容する気化許容区間となっており、前記外側断熱管を介した外部環境からの侵入熱を前記外側断熱管内の外側冷媒の気化によって処理することで、前記内部部材収納管の温度上昇が抑制される超電導ケーブル。 A superconducting cable comprising a cable inner member having a superconducting conductor,
A cable portion including the cable internal member, an internal member storage pipe in which the cable internal member is stored, and an outer heat insulating pipe in which the internal member storage pipe is stored;
An inner refrigerant that is filled in the inner member storage pipe and cools the superconducting conductor provided in the cable inner member to a cryogenic temperature;
An outer refrigerant that is filled inside the outer heat insulating tube and outside the inner member housing tube and suppresses a temperature rise of the inner member housing tube,
At least a part of the outer heat insulating pipe in the longitudinal direction of the outer refrigerant filling portion inside the outer heat insulating pipe is a vaporization permissible section that allows vaporization of the outer refrigerant, and the outer heat insulating pipe is A superconducting cable that suppresses an increase in the temperature of the internal member storage tube by processing intrusion heat from the external environment via the vaporization of the external refrigerant in the external heat insulation tube.
前記外側冷媒の充填部のうち、前記気化許容区間を除く区間は、前記外側冷媒が過冷却状態となった過冷却区間である請求項2に記載の超電導ケーブル。 The outer refrigerant is pressurized and supplied by the refrigerant replenishment mechanism,
The superconducting cable according to claim 2, wherein a section excluding the vaporization-permitted section in the outer refrigerant filling portion is a supercooling section in which the outer refrigerant is in a supercooled state.
前記気化ガスを再液化する液化機構と、
再液化した冷媒を前記外側冷媒として再度前記外側断熱管内に導入する導入機構と、
を備える請求項9〜12のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。 further,
A liquefaction mechanism for reliquefying the vaporized gas;
An introduction mechanism for introducing the reliquefied refrigerant into the outer heat insulating pipe again as the outer refrigerant;
A superconducting cable according to any one of claims 9 to 12.
その貯留槽における液面位置を検知する液面センサと、
その液面センサの検知結果に基づいて前記外側冷媒の充填状態を管理する充填状態管理手段と、
を備える請求項9〜13のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。 A storage tank connected to the discharge pipe and storing the outer refrigerant;
A liquid level sensor for detecting the liquid level position in the storage tank;
A charging state management means for managing the charging state of the outer refrigerant based on the detection result of the liquid level sensor;
A superconducting cable according to any one of claims 9 to 13.
前記γ(A)の値が、布設される超電導ケーブルに要求される値を満たすように、前記α(MPa)が調整されている請求項1〜14のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。 The maximum pressure of the outer refrigerant in the vaporization allowable section is α (MPa), the boiling point of the outer refrigerant at α (MPa) is β (° C.), and the current capacity of the superconducting conductor at β (° C.) is γ (A )
The superconducting cable according to claim 1, wherein the α (MPa) is adjusted so that the value of γ (A) satisfies a value required for a superconducting cable to be laid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013016178A JP2014146584A (en) | 2013-01-30 | 2013-01-30 | Superconductive cable and superconductive cable rail track |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013016178A JP2014146584A (en) | 2013-01-30 | 2013-01-30 | Superconductive cable and superconductive cable rail track |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014146584A true JP2014146584A (en) | 2014-08-14 |
Family
ID=51426637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013016178A Pending JP2014146584A (en) | 2013-01-30 | 2013-01-30 | Superconductive cable and superconductive cable rail track |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014146584A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019146269A1 (en) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | 住友電気工業株式会社 | Superconductive cable |
-
2013
- 2013-01-30 JP JP2013016178A patent/JP2014146584A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019146269A1 (en) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | 住友電気工業株式会社 | Superconductive cable |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4835821B2 (en) | Superconducting cable | |
JP4826996B2 (en) | Superconducting cable line | |
EP2183753B1 (en) | Cooling methods | |
JP4609121B2 (en) | Superconducting cable line | |
EP0209134A1 (en) | Forced flow cooling-type superconducting coil apparatus | |
US10082549B2 (en) | System and method for cooling a magnetic resonance imaging device | |
WO2014157084A1 (en) | Cooling device for superconductive cable | |
US20160189841A1 (en) | Cooling system and method for a magnetic resonance imaging device | |
JP2016170928A (en) | Superconductor cooling device | |
US20210407716A1 (en) | Motive systems comprising a high temperature superconductor (hts) cable | |
CN117121130A (en) | Device for transmitting electrical energy using a superconducting current carrier | |
JP2019033056A (en) | Superconductive cable, and liquified natural gas transportation system | |
JP2014146584A (en) | Superconductive cable and superconductive cable rail track | |
JP2014146585A (en) | Superconductive cable and superconductive cable rail track | |
CN111819405B (en) | Method and device for cooling superconducting current carriers | |
KR101118747B1 (en) | Superconducting power cable which is cooled by multiple cryogen | |
JP2011040705A (en) | Terminal connection system of superconducting cable | |
JP2005253203A (en) | Connection structure of superconducting cable | |
JP2005341737A (en) | Terminal structure of superconducting apparatus | |
US8391938B2 (en) | Transportable rapid deployment superconducting transformer | |
JP2013066308A (en) | Superconductive cable system | |
JPH08148044A (en) | Circulation cooling system for extremely low temperature cable | |
JP2009048794A (en) | Superconducting cable line | |
JP5754160B2 (en) | Insulating joint and refrigerant drawing structure at the end of room temperature insulated superconducting cable | |
JP2012174403A (en) | Normal temperature insulating type superconducting cable and method for manufacturing the same |