JP3851827B2

JP3851827B2 - Superconducting cable

Info

Publication number: JP3851827B2
Application number: JP2002043687A
Authority: JP
Inventors: 正幸廣瀬; 孝人増田; 芳久高橋; 公義松尾; 昇一本庄; 智男三村; 輝光相場
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP2003242842A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導ケーブルと、それに最適なケーブル用スペーサに関するものである。特に、３心の超電導ケーブルコアの熱収縮を撚り合せの弛みにより吸収できる超電導ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導ケーブルは、布設後に液体窒素などの冷媒をケーブル内に流して冷却される。その際、ケーブル最外層は常温で、ケーブルの内部は約−200℃となり、ケーブル内外の温度差は200℃以上となる。そのときにケーブル構成材料である金属は約0.3％収縮し、具体的にはケーブル100ｍごとに30cm程度の熱収縮を生じる。通常、ケーブルの両端部は中間接続部や終端接続部で固定されるため、撚り合わせたケーブルコアが収縮すると撚りが締まり、ケーブルは軸方向の応力と共に側圧を受け、機械応力に対して性能劣化の大きい超電導導体がダメージを受ける。そのため、この熱収縮を吸収する機構が必要となる。
【０００３】
従来、このような熱収縮に対応する技術として、特開平9-134620号公報に記載のものが知られている。これは、３心のケーブルコアの中心に熱収縮率の大きい介在物を挿入して撚り合わせ、介在物の熱収縮により３心ケーブルコアの撚り合わせ径を変化させて熱収縮を吸収するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の技術ではケーブルコアに複合する介在物として、ケーブルコアの収縮を吸収できるような大きい熱収縮率を有する材料を選択しなければならず、この材料選択が困難であるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明の主目的は、ケーブルコアに複合する介在物材料自体の熱収縮率に関わらずケーブルコアの熱収縮を吸収することができる超電導ケーブルと、それに最適なスペーサとを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３心のコアの中心にスペーサを介在し、スペーサの構成材料自体の収縮に加えて、スペーサの形態を変化させ、冷却時の縮径程度を大きくすることで上記の目的を達成する。
【０００７】
すなわち、本発明超電導ケーブルは、スペーサと、スペーサを中心として、その外周に撚り合わされた３心の超電導ケーブルコアとを具えている。そして、スペーサは、内部にガスが封入されたチューブと、このチューブの外周にて複数の素線より構成される中空体とを具えることを特徴とする。この中空体には、素線を間隔を開けて撚り合わせた中空巻き線や、素線を織った中空編組体が挙げられる。
【０００８】
特開平9-134620号公報は、介在物（スペーサ）に必要とされる熱収縮量について試算例を示している。これによれば、介在物を常温から液体窒素温度に冷却した際の熱収縮量は約60％となっている。このような大きな熱収縮量を有する材料の選択は、非常に困難である。
【０００９】
本発明では、スペーサの構成材料自体の収縮に伴ってスペーサの形態を変化させ、この形態変化分をも利用することで、スペーサの直径を大きく縮小させている。スペーサの直径を冷却時に大幅に小さくできれば、３心ケーブルコアの冷却に伴う熱収縮量を吸収して、ケーブルコアの超電導導体に機械的外圧が作用することを防止できる。このスペーサの径変化は、冷却すれば小さくなり、常温に戻せば大きくなる可逆的変化であることが好ましい。
【００１０】
大幅な径の変化を実現するため、本発明ではガスが封止されたチューブを用いる。冷却に伴いケーブル収縮時、各コアの撚りが締まると共にチューブ内のガス体積が縮小し、チューブの径が小さくなる。それに伴ってチューブの外周に配置された中空巻き線または中空編組体も各コアに押圧されて変形し、大きな熱収縮量を得ることができる。
【００１１】
（中空巻き線）
チューブの外周に素線を撚り合わせ、常温時に隣接するターンの間に間隔を設けた中空巻き線を用いる。
【００１２】
このような中空巻き線は、チューブの外周に配置されているため、スペーサの外周に３心のケーブルコアを撚り合わせる常温時には各コアの圧力により中空巻き線が変形することを防止でき、中空巻き線としての形状を維持することができる。
【００１３】
一方、冷却時は、素線をコイル状により合わせて隣接するターンの間に間隔を設けているため、撚りが締まって素線の間隔が狭くなる。これにより、素線材料自体の熱収縮量に加えて、コイル自体の形状変形をも利用して、常温時よりも大幅に直径を小さくすることができる。
【００１４】
素線の撚りピッチは、冷却時にスペーサの径変化を大きくできるよう、常温時のスペーサの直径に対して十分大きく採ることが好ましい。例えば、素線の撚りピッチは常温時のスペーサの直径の20倍以上程度が好適である。ただし、ピッチが大きすぎるとスペーサは外周からの圧縮に弱く、変形しやすくなるので、これらの要素を考慮してコアの熱収縮量を吸収できる極力短い素線ピッチを選択すれば良い。また、コイル状に形成したスペーサは、その両端で各素線を固定しておくことで長手方向の移動を抑制し、冷却時に大きな径変化を与えることができる。
【００１５】
コイル状に形成した各素線の同士の間隔は、冷却時にケーブルコアの熱収縮量を吸収できる程度に大きな径変化が得られる値を選択する。素線の本数や間隔ｔは、コアの熱収縮量を考慮して適宜選択すれば良い。すなわち、冷却時、コアが熱収縮量して撚りが締まった状態になったとき、スペーサの撚りも同様に締まって隣接する素線の間隔が閉じられる程度となるように本数や間隔ｔを選択する。素線の本数は複数でも単数でも良い。素線の断面形状は特に限定されないが、一般に円形の線材が好適である。
【００１６】
前記素線の撚り合わせは、チューブの外周に単層に行っても多層に行ってもいずれでも良い。多層に撚り合わせを行えば、スペーサの形状維持が行いやすい。特に、多層にした場合、隣接する層の撚りピッチが互いに異なるように構成すれば、一層保形効果に優れる。また、隣接する層の撚りピッチが同じで撚り方向を逆としても同様の保形効果が得られる。
【００１７】
（中空編組体）
中空巻き線の代わりに、中空編組体を用いても良い。この編組体は、チューブの外周にて素線を織った中空体である。
【００１８】
この中空編組体も、チューブの外周に配置されているため、スペーサの外周に３心のケーブルコアを撚り合わせる常温時には各コアの圧力により中空編組体が変形することを防止でき、中空編組体としての形状を維持することができる。
【００１９】
一方、冷却時は、中空編組体自体が３心のコアに３方から押圧されて変形する。これにより、素線材料自体の熱収縮量に加えて、中空編組体自体の形状変形をも利用して、常温時よりも大幅に直径を小さくすることができる。
【００２０】
この中空体は、単独の素線を縦糸・横糸として織る場合はもちろん、複数の素線を並列し、この並列単位を縦糸・横糸として織る場合でも構わない。また、隣接する縦糸同士または横糸同士に隙間を持たせて織った中空体は、冷却時に素線間の隙間が狭くなることでより大きな縮径効果が得られる。中空体の織り方は、平織り、綾織、繻子織などが挙げられる。用いる素線としては、断面が円形の線状体でも良いが、テープ状のものも好適である。
【００２１】
上記のスペーサは、撚り線構造、編組構造のいずれであっても、内部にチューブが配置されているため、中空巻き線や中空編組体の形状を維持するために格別の保形手段を用いる必要がない。
【００２２】
（チューブ）
上記中空体はガスが充填されたチューブの外周に配置される。前記中空体、特に中空巻き線は、パイプ形状を維持することが難しい。ガスの充填されたチューブを用いれば、所定の径にチューブを膨らませ、その外周に撚り線や編組による中空体を形成することで、パイプ形状の保持を容易に実現できる。
【００２３】
常温時、径の大きな状態にチューブを膨らませておく。このチューブの外周に中空体を配置しておけば、外圧を受けてチューブ内のガス圧により中空体が変形することはなく、コアの撚り合わせ作業などが支障なく行える。一方、冷却時、チューブ内のガスが大きく体積減少し、チューブの径が小さくなることで中空体の縮径を妨げることがない。
【００２４】
スペーサがチューブだけであればケーブルコアを撚り合わせる際にチューブが変形し、スペーサとしての機能を十分果たせない。一方、剛性材料のみであれば膨らませることができず、冷却時に剛性材料自体の収縮量しか縮径させることが難しい。
【００２５】
ここで用いるチューブは、冷媒温度（液体窒素なら-196℃）で使用可能な材質で構成する。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂などの高分子プラスチックや、エチレンプロピレンゴムなどのゴム材料が好適である。
【００２６】
また、チューブは分割される複数のガス室を具えることが望ましい。複数のガス室を具えていれば、一部のガス室が破れても残りのガス室が健全であればスペーサとしての機能を保持することができる。チューブのガス室の分割は、例えば、チューブの長手方向に適宜な間隔でくびれを設け、ソーセージ状に形成することが挙げられる。
【００２７】
チューブ内に充填されるガスは、チューブが脆くならないように不活性ガスを用いることが好ましい。具体的にはN₂、Ar、Ne、Heなどが挙げられる。N₂だとケーブル冷却時に液化し、Heであればガスで存在するが、いずれも体積が小さくなるので有効である。その他、チューブに充填されるガスは空気でも良い。
【００２８】
チューブ内のガスは、予め一定圧力に加圧封入してチューブを封止しても良いし、チューブにコンプレッサーなどの加圧装置を接続して、内圧を所定の圧力に制御できるようにしても良い。前者の封止構造では、加圧装置が必要なく、製造管理面が簡素化できる。後者の加圧装置接続構造では、スペーサ形成時のガス圧とコア３心撚り時のガス圧を個別に任意に設定することができる。スペーサ形成時は、撚り線や編組による中空体の成形に対応できるように所定のガス圧に設定し、コア撚り合わせ時は、コアからの側圧に対抗できるようにガス圧を高めることができる。
【００２９】
スペーサの材料は、気体、液体、固体のいずれの適用も考えられる。特開平9-134620号公報の発明では、介在物材料として常温時は気体で、冷却時に液化または固化するガスを例示している。固体材料のみからなるものは、気体や液体を封止する構成が必要ない点で好ましい。気体材料は、冷却に伴う収縮量が大きい点で好ましい。
【００３０】
固体材料の具体例としては、液体窒素などの冷媒中に浸漬されても支障のない金属やプラスチックが挙げられる。
【００３１】
スペーサの製造方法は、チューブを中芯とし、この中芯に複数の素線を間隔を設けて巻き付けたり、中芯の外周に素線を織って中空体を形成することが好ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
（実施例１）
図１は本発明超電導ケーブルの常温時の断面図、図２は同冷却時の断面図である。
【００３４】
このケーブルは、断熱管1内に収納された３心のケーブルコア2を具える。断熱管1は、外管3と内管4との間にスーパーインシュレーション（図示せず）などの断熱材を配置し、両管3、4の間を真空引きして構成される。本例では、断熱管１を二重管構造としたが、断熱管の構造が二重管に限定されるわけではない。
【００３５】
各ケーブルコアは、熱収縮分を吸収できる程度の弛みを持って撚り合わされている。外管3と内管4とはいずれもコルゲート管とした。また、ケーブルコア2は中心から順に、フォーマ5、超電導導体6、絶縁層7、遮蔽層8を具えている。また、遮蔽層８の外側に保護層（図示せず）を設けても良い。フォーマ5が中空の場合、フォーマ5の内部および内管4と各ケーブルコア2との間に形成される空間が冷媒流路となり、フォーマ5が中実の場合、内管4と各ケーブルコア2との間に形成される空間が冷媒流路となる。超電導導体6には、Y系、Bi系などの酸化物超電導体が好適である。絶縁層7の一例としては、冷媒が含浸された紙テープや紙テープとプラスチックテープの複合紙を巻回したものが挙げられる。冷媒には、液体窒素や液体ヘリウム等が利用できる。
【００３６】
そして、前記３心コアの中心にスペーサ10が配置されている。このスペーサ10は、冷却時、コアの撚りが締まることに対応してスペーサ10の外径を大幅に縮小できる構成となっている。すなわち、図３、４に示すように、内部にガスが充填されたチューブ20と、チューブ20の外周にて複数の素線を螺旋状に巻き付けた中空巻き線30とから構成されている。
【００３７】
チューブ20は、冷媒に用いる液体窒素温度でも使用が可能なエチレンプロピレンゴムで構成した。その外径は、常温時、各コアに十分な隙間を設け、スペーサを除去した状態を仮想すると、コア2の撚りに弛みを持たせた状態となる程度としている。本例では、予め所定の圧力にガスを封入したチューブ20を用いた。この所定の圧力は、スペーサ10にコアを撚り合わせる際、スペーサ10が変形しない程度の圧力とした。また、チューブ内に充填するガスにはヘリウムガスを用いた。このチューブ20は、複数のガス室に分割しても良いし、コンプレッサーなどの加圧装置に接続して、内圧を調整できるように構成しても良い。
【００３８】
一方、中空巻き線30は、図３(A)に示すように、常温時、隣接するターンの間に間隔が形成されるようにチューブの外周に巻き付けられている。本例では、断面が円形の金属線を素線31として中空巻き線30を構成した。
【００３９】
図４に示すように、上記のチューブ20の外周に前記の中空巻き線30を形成する。チューブの外周に素線31を巻き付ける際、チューブの内圧により素線31を中空のらせん状に保形して巻回することができる。常温時、スペーサ10の直径d1は大きく、素線同士の間には間隔ｔが設けられた状態にある（図３A)。
【００４０】
また、コア2の撚り合わせ時、チューブ20により内側から中空体12を保持するため、コア2の側圧によってスペーサ10が変形することを抑制できる。
【００４１】
冷却時は、チューブ内のガスが収縮してチューブ20が縮径する。図４において、左側の細い円筒は、チューブ20が収縮して縮径した状態を示している。この縮径に伴って、中空巻き線30も縮径する。その際、素線31自身が縮小すると共に、図３(B)に示すように、中空巻き線30における各ターン間の間隔が狭くなる変形の双方が起こる。この中空巻き線30の材料自体の縮小と各ターン間の間隔が狭くなる変形との併合によって中空巻き線30を縮径し、コア2の撚り合わせを閉じて、熱収縮分を吸収する。つまり、冷却時、コア2の撚りが締まることに伴ってスペーサ10の直径d2も小さくでき、コア2の熱収縮を吸収して超電導導体に応力が作用することを防止する。
【００４２】
（試算例）
どのような形態のスペーサを用いれば、冷却前後でどの程度の径変化が可能かを試算した。
【００４３】
冷却時に0.3％収縮する金属材料で直径14mmのコイル状スペーサを作った場合、素線のピッチを300mmとすると次のようになる。
【００４４】
収縮前の1ピッチの素線長をL1、収縮後の1ピッチの素線長をL2とする。
その場合、L2＝L1×0.997となる。また、L1は√{300²＋(14π)²}で表される。さらに、収縮後のスペーサの直径をXとすると、
L2＝0.997×√{300²＋(14π)²}＝√{300²＋(Xπ)²}
となる。
【００４５】
この式よりXを求めると、X=11.84となり、約15％直径が縮小されることがわかる。
【００４６】
また、ピッチを500mmとして同様の試算を行った。その場合のXは6.6mmであり、収縮前からみれば約半分の直径に収縮できていることがわかる。
【００４７】
さらに、冷却時に0.3％収縮するプラスチック材料でスペーサを構成し、ピッチを200mmとした場合についても同様の試算を行った。その結果、Xは5.3mmとなり、冷却前の直径を半分以下にまで縮小できることがわかる。
【００４８】
（実施例２）
図５はチューブ20と編組体による中空体を用いた本発明スペーサの説明図である。
【００４９】
本例は、中空体が巻き線か編組体であるかを除いて実施例１と同じである。この中空編組体40は、テープ状の鋼帯を素線とし、この鋼帯を縦糸・横糸として円筒状に織ったものをスペーサとしている。また、隣接する縦糸または横糸との間には隙間が形成されるように織られている。図５において、左側の細い円筒は、チューブ20が収縮して縮径した状態を示している。
【００５０】
このスペーサでも、コアの撚り合わせ時、チューブ20により内側から中空編組体40を保持するため、コアの側圧によってスペーサが変形することを抑制できる。つまり、図６(A)に示すように、中空編組体40はチューブ20の外周で円筒状に保形される。この状態でケーブルコア2は、間隔を保ってより合わされている。
【００５１】
一方、冷却時は、チューブ内のガスが収縮してチューブ20が縮径する。それに伴って、３心のコア2により中空編組体40は三方から押圧され、図６(B)に示すように、コア2間に挟まれる三方が突出した形状に変形される。その際、中空編組体40の素線自身が縮小することと、各縦糸と横糸の間隔が閉じられることの併合によっても縮径される。そして、コア2の撚り合わせを閉じて、熱収縮分を吸収することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、３心の撚り合わせた超電導ケーブルコアの中心にスペーサを設け、このスペーサを、冷却時の直径の熱収縮量がスペーサの構成材料自体の熱収縮量よりも大きい構成とすることで冷却時に大幅に直径を縮小でき、コアの熱収縮量を、コアの撚り合わせの締まりにより吸収することができる。
【００５３】
また、内部にガスの充填されたチューブにより中空巻き線あるいは中空編組体を保持することで、コア撚りあわせ時の側圧で中空体が変形することを防止し、スペーサとしての機能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明超電導ケーブルの常温時の断面図である。
【図２】本発明超電導ケーブルの冷却時の断面図である。
【図３】本発明スペーサの中空巻き線の説明図で、(A)は常温時、（B）は冷却時の形状を示している。
【図４】チューブと撚り線による中空体を用いた本発明スペーサの説明図である。
【図５】チューブと編組体による中空体を用いた本発明スペーサの説明図である。
【図６】チューブと編組体による中空体を用いた本発明スペーサの説明図で、(A)は常温時、（B）は冷却時の形状を示している。
【符号の説明】
1 断熱管
2 ケーブルコア
3 外管
4 内管
5 フォーマ
6 超電導導体
7 絶縁層
8 遮蔽層
10 スペーサ
20 チューブ
30 中空巻き線
31 素線
40 中空編組体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting cable and an optimal cable spacer. In particular, the present invention relates to a superconducting cable that can absorb heat shrinkage of a three-core superconducting cable core by loosening of twisting.
[0002]
[Prior art]
The superconducting cable is cooled by flowing a refrigerant such as liquid nitrogen into the cable after installation. At that time, the outermost layer of the cable is at room temperature, the inside of the cable is about −200 ° C., and the temperature difference between the inside and outside of the cable is 200 ° C. or more. At that time, the metal constituting the cable contracts by about 0.3%, specifically, heat contraction of about 30 cm occurs every 100 m of the cable. Normally, both ends of the cable are fixed at the intermediate connection and terminal connection, so when the twisted cable core contracts, the twist is tightened, and the cable is subjected to side pressure along with the axial stress, and the performance deteriorates against mechanical stress. A superconducting conductor with a large diameter is damaged. Therefore, a mechanism for absorbing this heat shrinkage is required.
[0003]
Conventionally, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-14620 has been known as a technique corresponding to such heat shrinkage. This is to insert and twist an inclusion having a high thermal shrinkage rate at the center of the three-core cable core, and absorb the heat shrinkage by changing the twisted diameter of the three-core cable core by the heat shrinkage of the inclusion. is there.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above technique, a material having a large heat shrinkage rate that can absorb the shrinkage of the cable core must be selected as the inclusions combined with the cable core, which makes it difficult to select the material. It was.
[0005]
Accordingly, a main object of the present invention is to provide a superconducting cable capable of absorbing the thermal contraction of the cable core regardless of the thermal contraction rate of the inclusion material itself composited with the cable core, and a spacer optimal for it. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention achieves the above object by interposing a spacer in the center of the core of the three cores, changing the shape of the spacer in addition to shrinking the spacer material itself, and increasing the diameter reduction during cooling. To do.
[0007]
That is, the superconducting cable of the present invention includes a spacer and a three-core superconducting cable core twisted around the outer periphery of the spacer. The spacer includes a tube in which a gas is sealed, and a hollow body composed of a plurality of strands on the outer periphery of the tube. Examples of the hollow body include a hollow winding formed by twisting strands at intervals, and a hollow braided body woven from strands.
[0008]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-14620 shows a trial calculation example of the amount of heat shrinkage required for inclusions (spacers). According to this, the amount of heat shrinkage when inclusions are cooled from room temperature to liquid nitrogen temperature is about 60%. It is very difficult to select a material having such a large amount of heat shrinkage.
[0009]
In the present invention, the spacer shape is changed in accordance with the contraction of the constituent material of the spacer, and the diameter of the spacer is greatly reduced by utilizing the change in the shape. If the diameter of the spacer can be significantly reduced during cooling, the amount of heat shrinkage accompanying cooling of the three-core cable core can be absorbed, and mechanical external pressure can be prevented from acting on the superconducting conductor of the cable core. The spacer diameter change is preferably a reversible change that decreases with cooling and increases with return to room temperature.
[0010]
In order to realize a large change in diameter, a tube sealed with a gas is used in the present invention. When the cable contracts with cooling, the twist of each core is tightened, the gas volume in the tube is reduced, and the diameter of the tube is reduced. Accordingly, the hollow winding or the hollow braided body arranged on the outer periphery of the tube is also pressed and deformed by each core, and a large amount of heat shrinkage can be obtained.
[0011]
(Hollow winding)
Wires are twisted around the outer periphery of the tube, and hollow windings are used that are spaced between adjacent turns at room temperature.
[0012]
Since such a hollow winding is disposed on the outer periphery of the tube, it is possible to prevent the hollow winding from being deformed by the pressure of each core at room temperature when a three-core cable core is twisted around the outer periphery of the spacer. The shape as a line can be maintained.
[0013]
On the other hand, at the time of cooling, since the strands are combined in a coil shape and an interval is provided between adjacent turns, the twist is tightened and the interval between the strands is narrowed. Thereby, in addition to the amount of thermal contraction of the wire material itself, the shape deformation of the coil itself can be used to make the diameter significantly smaller than that at normal temperature.
[0014]
It is preferable that the strand twist pitch is sufficiently large with respect to the spacer diameter at room temperature so that the change in the spacer diameter can be increased during cooling. For example, the strand pitch of the strands is preferably about 20 times or more the spacer diameter at room temperature. However, if the pitch is too large, the spacer is weak against compression from the outer periphery and easily deforms. Therefore, it is only necessary to select a short wire pitch that can absorb the amount of heat shrinkage of the core in consideration of these factors. Moreover, the spacer formed in the coil shape can suppress movement in the longitudinal direction by fixing each strand at both ends thereof, and can give a large change in diameter during cooling.
[0015]
The interval between the respective strands formed in a coil shape is selected so as to obtain a large diameter change that can absorb the amount of thermal contraction of the cable core during cooling. The number of strands and the interval t may be appropriately selected in consideration of the amount of heat shrinkage of the core. In other words, when cooling, when the core is in a state of heat shrinkage and the twist is tightened, the number of the strands and the interval t are selected so that the spacer twist is similarly tightened and the interval between adjacent strands is closed. To do. The number of strands may be plural or singular. The cross-sectional shape of the strand is not particularly limited, but a circular wire is generally preferable.
[0016]
The strands may be twisted in a single layer or multiple layers on the outer periphery of the tube. If the layers are twisted together, it is easy to maintain the shape of the spacer. In particular, in the case of multiple layers, if the twist pitches of adjacent layers are different from each other, the shape retention effect is further improved. Further, even if the twist pitches of adjacent layers are the same and the twist direction is reversed, the same shape retention effect can be obtained.
[0017]
(Hollow braided body)
A hollow braided body may be used instead of the hollow winding. This braided body is a hollow body in which strands are woven on the outer periphery of the tube.
[0018]
Since this hollow braided body is also arranged on the outer periphery of the tube, it is possible to prevent the hollow braided body from being deformed by the pressure of each core at room temperature when the three cores are twisted around the outer periphery of the spacer. The shape can be maintained.
[0019]
On the other hand, at the time of cooling, the hollow braided body itself is pressed by three cores from three directions and deformed. Thereby, in addition to the amount of heat shrinkage of the wire material itself, the shape deformation of the hollow braided body itself can be used to make the diameter significantly smaller than at normal temperature.
[0020]
The hollow body may be woven not only when a single strand is woven as warp and weft, but also when a plurality of strands are juxtaposed and the parallel unit is woven as warp and weft. In addition, a hollow body woven with a gap between adjacent warp yarns or weft yarns has a larger diameter reduction effect due to a narrow gap between the strands during cooling. Examples of the hollow body weaving method include plain weave, twill weave, and satin weave. The strand used may be a linear body having a circular cross section, but a tape-like one is also suitable.
[0021]
Since the above-mentioned spacer has either a stranded wire structure or a braided structure, a tube is arranged inside, and therefore it is necessary to use special shape retaining means in order to maintain the shape of the hollow winding wire or the hollow braided body. There is no.
[0022]
(tube)
The said hollow body is arrange | positioned at the outer periphery of the tube filled with gas. It is difficult to maintain the pipe shape of the hollow body, particularly the hollow winding. If a tube filled with gas is used, it is possible to easily maintain the pipe shape by inflating the tube to a predetermined diameter and forming a hollow body with a stranded wire or a braid on its outer periphery.
[0023]
Inflate the tube to a large diameter at room temperature. If a hollow body is disposed on the outer periphery of the tube, the hollow body is not deformed by the gas pressure in the tube due to the external pressure, and the cores can be twisted without any trouble. On the other hand, during cooling, the volume of the gas in the tube is greatly reduced, and the diameter of the tube is reduced, thereby preventing the diameter of the hollow body from being reduced.
[0024]
If the spacer is only a tube, the tube is deformed when the cable cores are twisted together, and the function as the spacer cannot be sufficiently achieved. On the other hand, if it is only a rigid material, it cannot be inflated, and it is difficult to reduce the diameter only by the amount of contraction of the rigid material itself during cooling.
[0025]
The tube used here is made of a material that can be used at the refrigerant temperature (-196 ° C for liquid nitrogen). For example, polymer plastics such as polyethylene, polypropylene and fluororesin, and rubber materials such as ethylene propylene rubber are suitable.
[0026]
The tube preferably includes a plurality of gas chambers to be divided. If a plurality of gas chambers are provided, even if some of the gas chambers are broken, the function as a spacer can be maintained if the remaining gas chambers are healthy. As for the division of the gas chamber of the tube, for example, constriction is provided at an appropriate interval in the longitudinal direction of the tube, and it is formed in a sausage shape.
[0027]
The gas filled in the tube is preferably an inert gas so that the tube does not become brittle. Specific examples include N ₂ , Ar, Ne, and He. N ₂ is liquefied when the cable is cooled, and if it is He, it exists as a gas, but both are effective because the volume is reduced. In addition, the gas filled in the tube may be air.
[0028]
The gas in the tube may be sealed in advance by pressurizing and sealing to a certain pressure, or a pressure device such as a compressor may be connected to the tube so that the internal pressure can be controlled to a predetermined pressure. good. In the former sealing structure, a pressurizing device is not required, and the production management surface can be simplified. In the latter pressurizing device connection structure, the gas pressure at the time of spacer formation and the gas pressure at the time of twisting the core 3 cores can be arbitrarily set individually. At the time of forming the spacer, the gas pressure can be set to a predetermined gas pressure so as to correspond to the formation of a hollow body by a stranded wire or a braid, and at the time of twisting the core, the gas pressure can be increased to counter the side pressure from the core.
[0029]
The spacer material may be any of gas, liquid, and solid. In the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 9-14620, a gas that is a gas at normal temperature and liquefies or solidifies upon cooling is exemplified as an inclusion material. What consists only of a solid material is preferable at the point which does not require the structure which seals gas and a liquid. A gaseous material is preferable in that the amount of shrinkage accompanying cooling is large.
[0030]
Specific examples of the solid material include metals and plastics that do not interfere with immersion in a refrigerant such as liquid nitrogen.
[0031]
In the method of manufacturing the spacer, it is preferable to form a hollow body by using a tube as a core and winding a plurality of strands around the core at intervals, or by weaving strands on the outer periphery of the core.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0033]
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view of the superconducting cable of the present invention at room temperature, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the same when cooled.
[0034]
This cable comprises a three-core cable core 2 housed in a heat insulating tube 1. The heat insulating tube 1 is configured by disposing a heat insulating material such as super insulation (not shown) between the outer tube 3 and the inner tube 4 and evacuating the tubes 3 and 4. In this example, the heat insulating pipe 1 has a double pipe structure, but the structure of the heat insulating pipe is not limited to the double pipe.
[0035]
Each cable core is twisted together with a slack that can absorb heat shrinkage. Both the outer tube 3 and the inner tube 4 were corrugated tubes. The cable core 2 includes a former 5, a superconducting conductor 6, an insulating layer 7, and a shielding layer 8 in order from the center. Further, a protective layer (not shown) may be provided outside the shielding layer 8. When the former 5 is hollow, the space formed between the inside of the former 5 and between the inner tube 4 and each cable core 2 serves as a refrigerant flow path. When the former 5 is solid, the inner tube 4 and each cable core 2 The space formed between the two becomes a refrigerant flow path. The superconducting conductor 6 is preferably an oxide superconductor such as Y-based or Bi-based. As an example of the insulating layer 7, a paper tape impregnated with a refrigerant or a composite paper of a paper tape and a plastic tape is wound. As the refrigerant, liquid nitrogen, liquid helium, or the like can be used.
[0036]
A spacer 10 is disposed at the center of the three-core core. The spacer 10 is configured such that the outer diameter of the spacer 10 can be greatly reduced in response to tightening of the core twist during cooling. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the tube 20 is filled with a gas, and the hollow winding 30 is formed by spirally winding a plurality of strands around the tube 20.
[0037]
The tube 20 was made of ethylene propylene rubber that can be used even at a liquid nitrogen temperature used as a refrigerant. The outer diameter is such that at a normal temperature, a sufficient gap is provided in each core, and assuming that the spacer is removed, the core 2 is in a state of being loosened. In this example, a tube 20 in which a gas is previously sealed at a predetermined pressure is used. The predetermined pressure was set to such a level that the spacer 10 is not deformed when the core is twisted on the spacer 10. Further, helium gas was used as the gas filling the tube. The tube 20 may be divided into a plurality of gas chambers or connected to a pressurizing device such as a compressor so that the internal pressure can be adjusted.
[0038]
On the other hand, as shown in FIG. 3A, the hollow winding 30 is wound around the outer periphery of the tube so that an interval is formed between adjacent turns at room temperature. In this example, the hollow winding 30 is configured by using a metal wire having a circular cross section as an element wire 31.
[0039]
As shown in FIG. 4, the hollow winding 30 is formed on the outer periphery of the tube 20. When the strand 31 is wound around the outer periphery of the tube, the strand 31 can be wound in a hollow spiral shape by the internal pressure of the tube. At normal temperature, the diameter d1 of the spacer 10 is large, and there is a space t between the strands (FIG. 3A).
[0040]
Further, since the hollow body 12 is held from the inside by the tube 20 when the core 2 is twisted, the deformation of the spacer 10 due to the side pressure of the core 2 can be suppressed.
[0041]
During cooling, the gas in the tube contracts and the tube 20 is reduced in diameter. In FIG. 4, the thin cylinder on the left shows a state where the tube 20 contracts and contracts. With this diameter reduction, the hollow winding 30 is also diameter-reduced. At that time, the wire 31 itself shrinks, and as shown in FIG. 3 (B), both deformations occur in which the interval between the turns in the hollow winding 30 becomes narrow. The hollow winding 30 is reduced in diameter by a combination of the reduction of the material of the hollow winding 30 itself and the deformation in which the interval between the turns is narrowed, the twisting of the core 2 is closed, and the heat shrinkage is absorbed. That is, during cooling, the diameter d2 of the spacer 10 can be reduced as the twist of the core 2 is tightened, and the thermal contraction of the core 2 is absorbed to prevent stress from acting on the superconducting conductor.
[0042]
(Example calculation)
A trial calculation was made as to what type of spacer was used and how much the diameter could be changed before and after cooling.
[0043]
When a coiled spacer with a diameter of 14 mm is made of a metal material that shrinks by 0.3% when cooled, the wire pitch becomes 300 mm as follows.
[0044]
The length of one strand of wire before shrinkage is L1, and the length of one pitch of wire after shrinkage is L2.
In that case, L2 = L1 × 0.997. L1 is represented by √ {300 ² + (14π) ² }. Furthermore, when the diameter of the spacer after contraction is X,
L2 = 0.997 × √ {300 ² + (14π) ² } = √ {300 ² + (Xπ) ² }
It becomes.
[0045]
When X is obtained from this equation, it becomes X = 11.84, and it can be seen that the diameter is reduced by about 15%.
[0046]
In addition, the same calculation was performed with a pitch of 500 mm. In this case, X is 6.6 mm, and it can be seen that the diameter can be shrunk to about half when viewed from before the shrinkage.
[0047]
Further, the same calculation was made for the case where the spacer was made of a plastic material that contracted by 0.3% during cooling and the pitch was 200 mm. As a result, X becomes 5.3 mm, and it can be seen that the diameter before cooling can be reduced to less than half.
[0048]
(Example 2)
FIG. 5 is an explanatory view of the spacer of the present invention using a hollow body made of a tube 20 and a braided body.
[0049]
This example is the same as Example 1 except that the hollow body is a wound wire or a braided body. The hollow braided body 40 uses a tape-shaped steel strip as a strand, and uses a steel strip woven in a cylindrical shape as warps and wefts as a spacer. Moreover, it is woven so that a gap may be formed between adjacent warps or wefts. In FIG. 5, the thin cylinder on the left shows a state where the tube 20 is contracted and contracted.
[0050]
Even in this spacer, since the hollow braided body 40 is held from the inside by the tube 20 when the cores are twisted, it is possible to prevent the spacer from being deformed by the side pressure of the core. That is, as shown in FIG. 6A, the hollow braided body 40 is held in a cylindrical shape on the outer periphery of the tube 20. In this state, the cable cores 2 are more closely aligned with each other.
[0051]
On the other hand, during cooling, the gas in the tube contracts and the tube 20 contracts. Along with this, the hollow braided body 40 is pressed from three sides by the three cores 2 and deformed into a shape in which the three sides sandwiched between the cores 2 protrude as shown in FIG. At that time, the diameter of the hollow braided body 40 is also reduced by a combination of the shrinkage of the strands themselves and the closing of the distance between each warp and weft. Then, the twisting of the core 2 can be closed to absorb the heat shrinkage.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a spacer is provided at the center of a three-core twisted superconducting cable core, and the heat shrinkage of the diameter of the spacer during cooling is the amount of heat shrinkage of the constituent material of the spacer itself. By adopting a larger configuration, the diameter can be greatly reduced during cooling, and the amount of heat shrinkage of the core can be absorbed by tightening of the cores.
[0053]
Also, by holding the hollow winding or hollow braided body with a tube filled with gas inside, it is possible to prevent the hollow body from being deformed by the side pressure at the time of twisting the core and to ensure the function as a spacer. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a superconducting cable of the present invention at normal temperature.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the superconducting cable of the present invention during cooling.
FIGS. 3A and 3B are explanatory views of a hollow winding of the spacer of the present invention, in which FIG. 3A shows a shape at normal temperature and FIG.
FIG. 4 is an explanatory view of a spacer of the present invention using a hollow body made of a tube and a stranded wire.
FIG. 5 is an explanatory view of a spacer of the present invention using a hollow body made of a tube and a braided body.
FIGS. 6A and 6B are explanatory views of a spacer of the present invention using a hollow body made of a tube and a braided body. FIG. 6A shows a shape at normal temperature, and FIG.
[Explanation of symbols]
1 Insulated pipe
2 Cable core
3 Outer pipe
4 Inner pipe
5 Former
6 Superconducting conductor
7 Insulating layer
8 Shielding layer
10 Spacer
20 tubes
30 Hollow winding
31 Wire
40 Hollow braided body

Claims

Spacers,
A three-core superconducting cable core twisted around the outer periphery of the spacer.
The spacer is
A tube filled with gas inside,
A superconducting cable comprising a hollow wire in which a wire is wound in a spiral shape on the outer periphery of the tube and a space is provided between the turns.

Spacers,
A three-core superconducting cable core twisted around the outer periphery of the spacer.
The spacer is
A tube filled with gas inside,
A superconducting cable comprising a hollow braided body in which strands are woven on the outer periphery of the tube.

The superconducting cable according to claim 1 or 2, wherein the gas pressure in the tube is adjustable.

The superconducting cable according to claim 1, wherein the tube includes a gas chamber divided into a plurality of parts.