JP2514656B2

JP2514656B2 - 超電導配電線路

Info

Publication number: JP2514656B2
Application number: JP62089165A
Authority: JP
Inventors: 千鶴須澤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1996-07-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JPS63254611A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は超電導配電線路に関し、例えば、超電導発
電機、超電導電動機、リニアモーターカー等の超電導応
用機器に有用な超電導線の配電線路に関する。

〈従来の技術とその問題点〉従来より、例えば、上記超電導応用機器においては、
超電導線よりなる配電線路（配電システム）に加えて、
各機器の超電動コイル等を冷却するために、液体ヘリウ
ム供給系統が必要となっている。

ところが、上記配電線路においても、超電導線自体を
冷却するための冷媒として、液体ヘリウム等が用いられ
ている。例えば、第３図に示すように、超電導配電線路
（ａ）は、冷凍機（ｂ）と組み合わされており、ポンプ
（ｃ）によって、強制的に循環される液体ヘリウムによ
り冷却されている。超電導配電線路（ａ）と冷凍機
（ｂ）の配管路とは、熱交換器（ｄ）を介して熱的に結
合されている（低温工学ハンドブックVDI:LEHRGANGSHAN
DBUCH、KRYOTECHNIK発行所、内田老鶴圃新社株式会社参
照）。なお、第３図中、（ｅ）は液体ヘリウムの貯溜タ
ンクである。

こうした超電導配電線路（ａ）では、第４図に示すよ
うに、複数本の超電導線（ａ′）がクライオスタット
（ｆ）（高性能真空断熱配管）内に挿通されており、そ
の各超電導線（ａ′）内をポンプ（ｃ）によって強制送
出された液体ヘリウムが通されており、クライオスタッ
ト（ｆ）内の超電導線（ａ′）を冷却するという構造を
採っている。なお、超電導線（ａ′）を冷却した後の液
体ヘリウムは、例えば、クライオスタット（ｆ）の断熱
層中に設けられた循環パイプ（ｇ）を通って、冷凍機
（ｂ）側に返されている。

このように、上記超電導応用機器に装備される超電導
配電線路（ａ）にも、独自の冷却システム即ちポンプ、
冷却装置（冷凍機（ｂ）、熱交換器（ｄ）等）が必要と
なり、また、極低温の液体ヘリウムの蒸発を防ぐため、
常温雰囲気からの熱の侵入を防止するためのクライオス
タット（ｆ）等を用いねばならないことから、高価格設
備となる上に、多数の装置類が組み合され、複雑化する
ことによりシステムとしての信頼性にも欠けるおそれが
ある。

〈発明の目的〉この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、
超電導線用の冷媒の圧送ポンプ等を不要とし、設備コス
トを低減させると共に、超電導応用機器への冷媒供給と
配電を１本化して簡略化し、システムとしての信頼性を
向上させる超電導配電線路を提供することを目的とす
る。

〈問題点を解決するための手段及び作用〉上記目的を達成するためのこの発明の超電導配電線路
としては、冷媒容器の接続端に接続され、少なくとも１
つの超電導応用機器に配管される冷媒移送管内に、超電
導線を配設している超電導配電線路であって、上記冷媒
が液体窒素であり、上記冷媒移送管は冷媒容器の接続端
に圧送手段を介さずに直結されたものである。

上記超電導線としては、超電導特性の点で特に優れる
セラミックス系のものが好適である。セラミックス超電
導線としては、下記一般式〔Ｉ〕で表される組成のもの
が好ましい。

AaBbCc ……〔Ｉ〕（式中、Ａは周期律表Ia、IIaおよびIIIa族元素から選
択された少なくとも一種の元素であり、Ｂは周期律表Ib
族、IIbおよびIIIb族元素から選択された少なくとも１
種の元素であり、Ｃは酸素、フッ素から選択された少な
くとも１種の元素である）上記構成の超電導配電線路によれば、超電導線を、冷
媒容器と超電導応用機器とを結ぶ冷媒移送管内に配設す
るので、超電導線用の冷媒の冷凍機や圧送ポンプ等を省
略することができる。また、超電導応用機器への冷媒供
給と配電を１本化することができるので、超電導線の配
電線路を簡略化することができる。

〈実施例〉次いで、この発明の実施例について図を参照しながら
以下に説明する。第１図は超電導配電線路の模式的説明
図である。

第１図において、超電導配電線路は、冷媒容器として
のコールドエバポレータ（１）と、屋内或いは屋外に適
宜配設された複数の超電導応用機器（U1）、（U2）、
（U3）、…（Un）とをそれぞれ接続する冷媒移送管
（２）の管路に一体化されている。以下、更に詳説す
る。

コールドエバポレータ（１）は、例えば、液体窒素
（ｈ）を貯溜し、この液体窒素（ｈ）を上記各超電導応
用機器（U1）、（U2）、（U3）、…（Un）（第１図参
照）に供給すべく、圧送可能とするものである。例え
ば、このようなコールドエバポレータ（１）では、一般
に、常用圧力9.5kg/cm²で、3000l又は6000l貯液可能な
ものが提供されている。常用圧力9.5kg/cm²での液体窒
素（ｈ）の供給は、管の太さにもよるが、圧送手段とし
てのポンプを必要とすることなく、相当長い距離を圧送
することができる。また、図示は省略するが、各超電導
応用機器（U1）、（U2）、（U3）、…（Un）（第１図参
照）は、冷媒取出口と、後述する超電導線の端末（取出
口）とが設けられている。そして、このような配管で
は、各超電導応用機器（U1）、（U2）、（U3）、…（U
n）が各々個別にコールドエバポレータ（１）と接続さ
れてもよく、途中の適当な個所で分岐配管されてもよ
い。

冷媒移送管（２）は、第２図に示すように、外装管
（４）と、内管としての冷媒槽（５）よりなる二重管に
構成されており、冷媒槽（５）は、真空断熱層（６）を
隔てて、サポート（７）により外装管（４）と同心に支
承されている。この場合、真空断熱層（６）には、必要
に応じて、多層断熱層（スーパーインシュレーション）
が設けられる。

冷媒槽（５）の槽内には、上記コールドエバポレータ
（１）（第２図参照）から圧送されてきた液体窒素
（ｈ）が満たされており、更に、同槽内には、この液体
窒素（ｈ）に包囲（浸漬）される状態で、複数本の超電
導線（８）が配設されている。この実施例では、３本の
超電導線（８）が互いに接触しないように間隔を隔てて
装備されており、各超電導線（８）は、それぞれ、冷媒
槽（５）内に設けられた各スペーサー（９）により安定
的に支持されている。また、各超電導線（８）は、その
超電導特性を安定化するために、安定化材（図示省略）
を被覆されていてもよく、安定化材としては、例えば、
Cu、Al、或いはCu-Ni系の合金等が採用され、Cu、Alが
好適である。

スペーサー（９）は、各々必要な電気絶縁強度と、機
械強度を有しており、例えばGFRP等の樹脂により形成さ
れている。

なお、（10）は外装管（４）の表面に施工された断熱
材であり、例えば、ウレタンや、発泡スチロール等の断
熱材が選ばれる。また、安全性を考慮して、冷媒移送管
（２）には、適当な安全弁、破壊弁（図示せず）が設け
られている。

上記超電導線（８）としては、下記の一般式〔Ｉ〕で
示される組成のセラミックス超電導線が好ましい。

AaBbCc ……〔Ｉ〕ただし、式中のＡは周期律表Ia、IIaおよびIIIa族元
素より選択された少なくとも一種の元素であり、Ｂが周
期律表Ib族、IIbおよびIIIb族元素より選択された少な
くとも１種の元素であり、Ｃは酸素、フッ素、硫黄、炭
素および窒素から選択された少なくとも１種の元素であ
る。

更に詳述すると、超電導線は、セラミックス超電導線
用原料を焼結すること等によって製造され、その原料と
しては、超電導物質を構成する元素を含有するものであ
れば単体、化合物の何れの形態でも使用し得る。上記元
素としては、周期律表Ｉ族、II族及びIII族元素並びに
酸素、フッ素などが例示される。

より詳細には、周期律表Ｉ族元素のうち、Ia族元素と
して、Li、Na、Ｋ、Rb、Cs等が挙げられ、Ib族元素とし
ては、Cu、Ag及びAuが挙げられる。また、周期律表II族
元素のうち、IIa族元素としては、Be、Mg、Ca、Sr、Ba
及びRaが挙げられ、IIb族元素としては、Zn、Cd等が挙
げられる。周期律表III族元素のうち、IIIa族元素とし
ては、Sc、Ｙやランタノイド系元素であるLa、Ce、Gd、
Lu等、アクチノイド系元素であるAc、Th、Pa、Cf等が挙
げられる。また、IIIb族元素としては、Al、Ga、In、Tl
等が挙げられる。上記元素のうち、Ib族元素から選ばれ
た元素、IIa族元素、IIIa族元素およびランタノイド系
元素から選ばれた元素、並びに酸素およびフッ素から選
ばれた元素からなるセラミックス超電導線が好ましい。
尚、Ib族元素においてはCu及びAgが好ましい。

このような組成の超電導線は、超電導臨界温度が高
く、冷却コストをより少なくすることができる点で好適
である。

従って、以上の構成を有する超電導配電線路によれ
ば、超電導線（８）を、コールドエバポレータ（１）と
超電導応用機器（U1）、（U2）、（U3）、…（Un）とを
結ぶ冷媒移送管（２）内に配設するので、超電導線
（８）用の液体窒素を冷却する冷凍機や圧送ポンプ等を
省略することができる。また、超電導応用機器（U1）、
（U2）、（U3）、…（Un）への液体窒素の供給と配電を
１本化することができるので、システムとしての超電導
線（８）の配電線路を簡略化することができる。

特に、超電導線（８）に液体窒素温度以上の臨界温度
を有するものを使用すれば、上記システムで示したよう
に、一般に設置されているコールドエバポレータに直結
するだけで超電導配電システムとすることが可能となる
利点を有する。

更に、複数個のコールドエバポレータを、順次切替え
可能に設置するか、又は、タンクローリー等により、冷
媒の再充填を可能とするコールドエバポレータを装備す
れば、運転をストップすることなく、常時、冷媒を冷媒
槽に供給することができる等、この発明の要旨を変更し
ない範囲で種々の設計変更を施すことができる。

〈発明の効果〉以上のように、この発明の超電導配電線路によれば、
セラミックス超電導線を液体窒素の冷媒容器と超電導応
用機器とを結ぶ冷媒移送管内に配設するので、超電導配
電線路と、超電導応用機器の冷媒輸送管路とを兼用とす
ることができ、超電導線用の冷媒の圧送ポンプ等を省略
することができるので、設備コストを低減させることが
できる。

また、超電導線の配電線路を簡略化することができる
ので、超電導配電システムとしての信頼性をよくするこ
とができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる超電導配電線路の模式的説明
図、第２図は冷媒移送管の断面図、第３図は従来の超電導配電線路の模式的説明図、第４図は従来の超電導線の断面図。（１）……コールドエバポレータ（２）……冷媒移送管、（８）……超電導線 U1〜Un……超電導応用機器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒容器の接続端に接続され、少なくとも
１つの超電導応用機器に配管される冷媒移送管内に、超
電導線を配設している超電導配電線路であって、上記冷媒が液体窒素であり、上記冷媒移送管は冷媒容器
の接続端に圧送手段を介さずに直結され、上記超電導線
は、下記一般式（１）で表される組成のセラミックス超
電導線である超電導配電線路。 AaBaCc ‥‥（Ｉ）（式中、Ａは周期律表Ia,IIaおよびIIIa族元素から選択
された少なくとも１種の元素であり、Ｂは周期律表Ib、
IIbおよびIIIb族元素から選択された少なくとも１種の
元素であり、Ｃは酸素、フッ素、硫黄、炭素および窒素
から選択された少なくとも１種の元素である。）
【請求項２】冷媒容器が、複数個設置され、冷媒移送を
順次切換え可能に設けられているものである上記特許請
求の範囲第１項記載の超電導配電線路。