JP3291389B2 - 耐熱・耐放射線性電線 - Google Patents

耐熱・耐放射線性電線

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JP3291389B2
JP3291389B2 JP01272694A JP1272694A JP3291389B2 JP 3291389 B2 JP3291389 B2 JP 3291389B2 JP 01272694 A JP01272694 A JP 01272694A JP 1272694 A JP1272694 A JP 1272694A JP 3291389 B2 JP3291389 B2 JP 3291389B2
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栄介 多田
忠男 瀬口
昇 笠井
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佳大 村野
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健一 岡田
隆雄 大西
清 渡辺
誠二 神村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は原子炉や核融合実験炉等
といった高温、高放射線量の苛酷な環境下での使用を可
能とする耐熱・耐放射線性電線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電力エネルギは火力発電や原子力
発電によって賄われているが、これらは燃料として化石
燃料やウラン燃料を使うため、資源に制約があり、ま
た、廃棄物処理に苦慮しているのが現状である。そのた
め、近年ではこれら火力発電や原子力発電に代る将来の
エネルギ源として極めて有望な核融合発電が脚光を浴び
ている。この核融合発電は海水中に含まれる重水素を燃
料として使用するため、資源として無尽蔵の燃料であ
り、また、核分裂を利用した原子力発電と比べ燃え滓の
灰がまったくクリーンであるので、廃棄物の問題がない
といった優れた利点を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この核融合
実験炉では1億〜2億の高温プラズマを磁場のカゴで
閉じ込めるため、真空容器と磁場を作るための超電導コ
イルが構成され、その電源供給のリード線や各種の計測
線さらには遠隔保守のロボットに各種の電線が必要とさ
れる。また、この巨大な核融合実験炉を収容する建屋
にもその他多くの電線が使われることになる。そして、
これらの電線は1000℃以上の高温と100MGy以
上の高放射線場にされて使用されることになる。
【0004】しかしながら、従来の原子力発電所で使用
されている電線・ケーブルは一般に90℃か、LOCA
時でも最大190℃以下で、1MGy以下であるため、
現状ではこのような苛酷な環境下で使用できる電線はな
く、無機絶縁電線が一部使用可能性があるが、硬くて布
設上の制約があり、移動用のフレキシブルな電線として
は全く使用できないといった問題点があった。
【0005】そこで、本発明は上述した問題点を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的はこの
ような高温、高放射線量の苛酷な環境下での使用に耐え
得る耐熱、耐放射線性電線を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、1000℃以上の高温、100MGy以上
の高放射線量の環境下で使用される耐熱・耐放射線性電
線において、導体の周囲に、有機ポリマからなるフィル
ムと酸素濃度が0.1〜2.0wt%のSi−N−O系
連続繊維とを貼合わせて複合化したものからなる絶縁
層、又は上記フィルムからなる層上に上記Si−N−O
系連続繊維からなる層を積層した絶縁層を備え、かつ上
記Si−N−O系連続繊維が、セラミックス前駆体ポリ
マ繊維を不活性ガス雰囲気中で電離放射線を照射して不
融化してから窒化作用を有するガス中で焼成してなるも
のである
【0007】本発明で用いられる導体としては、タング
ステン線、モリブデン線、無酸素銅線或いは線形結晶化
無酸素銅線及び白金線、さらには、SUSクラッド銅線
等のクラッド線や各種金属等のメッキ線等が挙げられる
が、本発明は特にこれに限定されるものではない。ま
た、有機ポリマフィルムの材料としてはポリイミド等の
芳香族系のポリマが耐放射線性、耐熱性に優れており、
例えば、ユーピレックステープは100MGyの耐放射
線がある。また、Si−N−O系連続繊維の酸素含有量
を0.1〜2.0wt%と規定したのは、0.1wt%
未満では繊維及び織物の可撓性が劣るからであり、2.
0wt%を越えると高温の電気特性、特に体積抵抗率が
低下するからである。また、繊維径は特に規定しないが
10〜20μm程度であることが望ましい。
【0008】このSi−N−O系連続繊維は、ポリカル
ボシランあるいはポリシラザンのようなセラミックス前
体ポリマを繊維化し、不活性ガス雰囲気中で電離放射
線を6〜10MGy/hrの線量で照射した後、窒化作
用を有するガス中で700〜1200℃の温度で焼成す
ることによって得られる。尚、このポリカルボシラン及
びポリシラザンの化学構造及び数平均分子量は以下に示
した通りである。
【0009】
【化1】
【0010】また、Si−N−O系連続繊維は糸として
導体上に横巻きするか糸を編組としたり、またクロスに
して細幅テープにして巻き付けたり、さらにこのテープ
と有機ポリマフィルムと貼り合わせて使用することにな
る。そして、クロスの場合、織り方としては、平織、綾
織等のガラスクロスで用いられる製造方法の全てを適用
することができる。その織密度は目が緻密なものほど有
効である。また、上記Si−N−O系繊維を不融化する
際の電離放射線は電子線、陽子線、α線、中性子線のい
ずれかよりなる荷電及び中性粒子、さらにはγ線、X線
の電波より選択される。
【0011】このように本発明の耐熱・耐放射線性電線
は、導体周囲に、電離放射線不融化した酸素濃度が0.
1〜2.0wt%であるSi−N−O系繊維を基本とし
た有機ポリマ・フィルムを複合形成したことにより、常
温〜1200℃、100MGy以上に耐え、また、適度
な可撓性を有することになるため、布設上の制約がな
く、核融合実験炉用の電線・ケーブルとして適用が可能
となる。
【0012】
【作用】本発明の電線は上述したような構成であるた
め、耐放射線性、耐熱性が大巾に向上するため、100
0℃以上の高温、100MGy以上の高放射線場といっ
た苛酷な条件下での使用が可能となる。また、適度な可
撓性を有するため、布設上の制約がなくなり、さらに高
温での電気特性、特に体積抵抗率の低下がないため、良
好な電気特性を維持することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0014】先ず、核融合実験炉及びその収容建屋内に
は各種の電源ケーブル、制御ケーブル、計装ケーブルが
使われ、また、遠隔機器関連でも同様の電線・ケーブル
が使われる。これらの電線ケーブルの使用環境は大きく
分けて核融合実験炉内配線、核融合実験炉収容建屋内配
線、遠隔機器関連用配線の3種に分類でき、以下これら
を簡単に説明する。
【0015】(1)核融合実験炉内配線 350℃ベーキング温度に耐えること、真空容器内面タ
イル間計測では高温プラズマの漏れで1200℃になる
ことも考慮する必要があること。γ線は100MGy以
上になることを考慮する必要がある。
【0016】(2)核融合実験炉収容建屋内配線 温度は100℃以下であるが、γ線は電線ケーブル類の
設置場所に依存するが100MGyまで耐えるもので構
成する必要がある。特に実験、運転開始後は収容建屋
は人が入れないことでメンテナンスフリーが必要となる
ので長寿命電線ケーブルが期待される。
【0017】(3)遠隔機器関連用配線 温度は150℃以下で、γ線は100MGyまで考慮す
る必要があり、そのうえ電線・ケーブル類には可撓性が
必要で移動用を考慮する必要がある。
【0018】使用環境条件は以上の3種を考慮する必要
があるが、さらにいずれに使われる電線ケーブルも製
造、輸送、保管、布設工事、運転、保守、点検を通して
大気の湿度に晒されるため、高温、高放射線、可撓性を
目標としたセラミックス系繊維を基本とした絶縁物は吸
湿をし、電気特性を低下させることが懸念されるので、
構造、仕様、設計上対策を考慮する必要がある。一般的
には繊維系絶縁物を金属管で被膜し、内部をN2 やHe
ガス等の不活性ガスに置換して吸湿を排除すればよい
が、核融合実験炉用では高放射線場に置かれるため、N
2 は放射化しやすく、Heガスは機器のシール検出系に
使われているため、電線・ケーブルには使用できず、ま
た他に有効なものがない。そこで、100MGy級に耐
える有機ポリマフィルムとセラミックス系繊維を複合し
た絶縁体を構築する本発明が極めて有効となる。
【0019】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて詳述する。
【0020】図1は本発明の耐熱耐放射線性電線を3
心ケーブルとなる電力、制御ケーブルに用いた一実施例
を示したものである。先ず、図1に示すように、断面積
が1.25mm2の撚線導体1上にポリイミドフィルム
2を巻付けてヒートシールし、その上に酸素含有量が
0.5wt%のSi−N−O系繊維のクロス3をテープ
巻きして欠くサイズに所要の厚さになるように何枚か施
し、その上にテープのほつれを防止するための、酸素含
有量が0.5wt%のSi−N−O系繊維の糸を編組4
し、さらに必要に応じて耐熱塗料、例えばポリカルボシ
ラン、ポリシラザン等のセラミックス前駆体を有機溶剤
に希釈した塗料を塗布して250℃で焼成して絶縁線心
5を形成する。また、電線・ケーブルの構造上、絶縁線
心5上には繊維物のほつれ、吸湿、吸塵等による表面閉
路防止や成端性を考慮して、例えばセラミック前駆体か
らなる耐熱塗料等を塗布処理しても良い。次に、この絶
縁線心5を所要本数撚り合わせ(本実施例では3心)、
介在12を施した上に、押え巻6としてSi−N−O系
繊維のクロスでテープ巻きした後、さらにその上に、外
装材7として例えば、導体サイズ別に布設時の所要張力
を考慮して、例えばSi−N−O系繊維の糸の編組に
防湿耐熱塗料としてセラミック前駆体からなる塗料を塗
布し、焼成したもの、又はSUSの編組、あるいは
SUSコルゲート管を施すことになる。さらに、遠隔機
器系の移動用で可撓性を要したり、収容建屋内の比較的
環境条件の緩い用途に用いる場合は有機系の配合材
料、例えば難燃性ポリウレタン等を施すことになる。
【0021】また、図2に示すように、導体1上に有機
ポリマフィルム、例えばポリイミドテープとSi−N−
O系繊維のクロスを貼り合わせた複合テープ8を各サイ
ズ毎所要厚さになるように巻き付け、ほつれ防止のSi
−N−O系繊維の糸の編組9を施し、必要に応じて耐熱
塗料を塗布して焼成して形成した絶縁線心5aを用いて
も良い。
【0022】また、本発明は図3に示すような3対ケー
ブルである計装ケーブルに用いることもできる。すなわ
ち、この計装ケーブルは上記実施例で示した絶縁線心5
を2本、対撚りにすると共に、各対に遮断を施したり、
図示するように、計装ケーブルは導体1が0.1mm〜
0.5mmφの単線導体を用いる場合があるので、絶縁
線心5bのように、導体1上に絶縁層11のみを施すこ
とも考えられる。この場合、Si−N−O系繊維の糸を
横巻きし、耐熱塗料を塗布して焼成するか、導体上にS
i−N−O系材料を塗料にし、塗装焼成し、セラミック
絶縁層とすることもできる。
【0023】尚、上記実施例では本発明を核融合実験炉
用の電線・ケーブルとして説明したが、本発明の耐熱・
耐放射線性電線の使用場所は、これに限定されるもので
はなく、従来の原子炉発電所や火力発電所等は勿論、高
温、高放射線場といった苛酷な環境下であればあらゆる
場所に適用することができることはいうまでもない。
【0024】
【発明の効果】以上要するに本発明は耐放射線性、耐熱
性が大巾に向上すると共に、適度な可撓性を有し、さら
に高温の電気特性、特に体積抵抗率の低下がなくなるた
め、作業員が入れない核融合実験炉といった苛酷な環境
下での使用が可能となり、また布設上の制約もなくなる
等といった優れた効果を有する。従って、本発明によれ
ば、将来極めて有望な核融合発電の実現化に大きく貢献
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の耐熱・耐放射線性電線を電力、制御ケ
ーブルとなる3心ケーブルに適用した一実施例を示す断
面図である。
【図2】絶縁線心の他の実施例を示す断面図である。
【図3】本発明の耐熱・耐放射線性電線を計装ケーブル
となる3対ケーブルに適用した一実施例を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1 導体 2 ポリイミドフィルム 3、6 Si−N−O系繊維 4、9 Si−N−O系繊維の編組 5、5a 絶縁線心 11 絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多田 栄介 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の 1 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 瀬口 忠男 群馬県高崎市綿貫町1233番地 日本原子 力研究所 高崎研究所内 (72)発明者 笠井 昇 群馬県高崎市綿貫町1233番地 日本原子 力研究所 高崎研究所内 (72)発明者 吉村 俊一 東京都港区芝浦4丁目8番33号 株式会 社関電工内 (72)発明者 河上 邦雄 東京都港区芝浦4丁目8番33号 株式会 社関電工内 (72)発明者 村野 佳大 東京都港区芝浦4丁目8番33号 株式会 社関電工内 (72)発明者 船橋 和夫 東京都港区芝浦4丁目8番33号 株式会 社関電工内 (72)発明者 岡田 健一 東京都港区芝浦4丁目8番33号 株式会 社関電工内 (72)発明者 大西 隆雄 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 渡辺 清 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社パワーシステム研究所内 (72)発明者 神村 誠二 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社パワーシステム研究所内 (72)発明者 柳生 秀樹 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社パワーシステム研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−216209(JP,A) 特開 昭61−12915(JP,A) 特開 平3−51315(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 7/29 H01B 7/02 H01B 7/28 C01B 21/082

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1000℃以上の高温、100MGy以
    上の高放射線量の環境下で使用される耐熱・耐放射線性
    電線において、導体の周囲に、有機ポリマからなるフィ
    ルムと酸素濃度が0.1〜2.0wt%のSi−N−O
    系連続繊維とを貼合わせて複合化したものからなる絶縁
    層、又は上記フィルムからなる層上に上記Si−N−O
    系連続繊維からなる層を積層した絶縁層を備え、かつ上
    記Si−N−O系連続繊維が、セラミックス前駆体ポリ
    マ繊維を不活性ガス雰囲気中で電離放射線を照射して不
    融化してから窒化作用を有するガス中で焼成してなるも
    のであることを特徴とする耐熱耐放射線性電線。
  2. 【請求項2】 上記有機ポリマはポリイミドであること
    を特徴とする請求項1に記載の耐熱・耐放射線性電線。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106373635A (zh) * 2016-08-26 2017-02-01 江苏上上电缆集团有限公司 一种耐高温核电站用电缆及其制造方法
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