JP4986151B2 - 超電導ケーブル接続部の断熱構造とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は超電導ケーブル接続部の断熱構造とその施工方法に関し、特に、現地でのベーキングを必要とすることなく、超電導ケーブルの接続部に設けられる液体冷媒槽の外側に真空断熱槽を作業性よく形成できるようにした超電導ケーブル接続部の断熱構造とその施工方法に関する。

交流用の３心一括型の超電導ケーブルは、例えば図５に示すように構成される。即ち、まず、銅線等の素線を撚り合わせた撚り線又は中空パイプ等からなるフォーマ１を中心として、その外側に、Bi系超電導線材等の超電導線材が巻回された超電導導体層２と、絶縁紙等が巻回された絶縁層３と、Bi系超電導線材等の超電導線材が巻回された超電導シールド層４と、を備えたケーブルコア９が形成される。そして、３本のケーブルコア９が互いに撚り合わされ、その外側に内管６と外管７による二重断熱管が形成され、内管６と外管７の間は真空引きされて真空層とされる。その内管６内には、冷媒流通路５が形成され、外管７は防食層８によって覆わる。このような超電導ケーブル１０を長距離の電力供給用として用いる場合、製造、輸送、布設等の条件によりケーブル長が制約されるため、線路途中には、ケーブル同士を接続するための中間接続部が設けられる。

その中間接続部には、例えば図６に示すような容器１００が設けられる。その容器１００は、冷媒槽１００ａと真空断熱槽１００ｂを備える二重構造に形成され、ケーブルコア９，９の接続部が、冷媒槽１００ａ内の液体窒素等の冷却媒体によって冷却され、さらに冷媒槽１００ａ全体が真空断熱槽１００ｂによって外気と遮断され高い断熱効果が保持される(例えば特許文献1参照)。尚、図６では、超電導導体層２，２同士が接続部材４０によって接続され、その接続部が補強絶縁層３１によって覆われ、その外側には、第１シールド層４１ａと第２シールド層４１ｂからなる接続用シールド層４１が形成される。冷媒槽１００ａの両側は、固定部材１０２によって真空断熱槽１００ｂに固定され、冷媒槽１００ａの下部は、支持部材１０３によって真空断熱槽１００ｂに支持される。また、超電導ケーブルの端末と常電導機器との終端接続部にも、例えば図７に示すような二重構造の容器が設けられる(例えば特許文献２参照)。図示の例では、冷媒槽２０１，２１１と、その外側に形成される真空断熱槽２０２，２１２と、を備え、超電導導体層２は、冷媒槽２１１内で、接続部材４０を介してリード部１３と接続される。
特開２００５−３５３３７９号公報 特開２００７−０２８７１０号公報

上述の中間接続部の真空断熱槽１００ｂや終端接続部の真空断熱槽２０２，２１２は、現地で組み付けられて内部が真空引きされる。その際に、真空断熱槽内に残留する水分やガス等を取り除くために、ベーキングが行われる。そのベーキングは、通常、超電導ケーブル１０が設置された状態で行われるため、ケーブルにダメージを与えない温度に制約され、比較的に長い時間を必要とする。真空断熱槽の大きさにもよるが、ベーキングは一般に数週間の時日を要する。そのため、このベーキングが現地での施工期間を長期化させる原因となっていた。また、このような接続部の施工作業は、狭いマンホール内で行われることが多く、良好な作業環境を期待することはできない。そのため、真空断熱槽及びその周辺部分を組み立てる際の施工精度を所定の水準に維持するのは容易ではなく、現地の施工では、高い断熱性能を確保するのは容易ではなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされ、現地でのベーキングを必要とすることなく高い断熱性能を確保することができる施工作業性が良好な超電導ケーブル接続部の断熱構造及びその施工方法を提供することを目的とする。

本発明の超電導ケーブル接続部の断熱構造は、超電導ケーブルの接続部を冷却する液体冷媒槽を断熱状態に保つための超電導ケーブル接続部の断熱構造であって、前記液体冷媒槽の外側に組付けられる独立断熱槽が、該独立断熱槽の組付前に、予め内部が真空引きされていることを特徴とする。

独立断熱槽は、組み付ける前に、予め内部が真空引きされているため、このような独立断熱槽を現地に搬入して施工する際には、真空引きをする必要がなくなり、その分だけ施工期間を大幅に短縮することができる。また、その真空引きについては、例えば整備された工場内でベーキングすること等によって作業性よく行えるので、外部から水分や異物が侵入するおそれが少なくなるため、高い断熱性能を確保するのが容易となる。

前記独立断熱槽が、組立可能となる複数の分割単位に分割して形成されるようにしてもよい。例えば、最終形状が円筒状等になる独立断熱槽を半割れ状等に形成して、現地で組み付けるようにすれば、たとえ超電導ケーブルが布設された状態の狭いマンホール内で施工を行う場合であっても、容易に組み付けることができる。分割の方式については、ケーブルの軸方向、円周方向、径方向の分割、あるいはそれらを組み合わせた分割方式等を採ることができる。

前記独立断熱槽と液体冷媒槽間、又は、分割単位間、に形成される空隙部が、密封されて外部と遮断されるようにしてもよい。例えば、金属テープ又は充填材等によって、空隙部を目ばりすれば、各空隙部を外部と遮断することができる。これにより、より一層高い断熱作用が発揮され、液体冷媒槽への外気の影響を少なくすることができる。また、接続部が水没する際には、空隙部に水分が侵入するのを防ぐことができる。

前記空隙部が、現地で真空引きされるようにしてもよい。空隙部を真空引きすることによって、さらにより一層高い断熱作用が発揮され、液体冷媒槽への外気の影響をより一層少なくすることができる。尚、この空隙部の真空引きは、超電導ケーブルの断熱層に比して簡易な真空引きでよい。

前記分割単位同士の接合部の外側には、分割単位の接合部以外の部分を対応させるようにしてもよい。このようにすれば、熱の侵入経路となる分割単位間の接合部が長くなるため、接合部を伝って外気の影響が内部に及ぶのを抑制できるため、断熱性能が向上する。

前記分割単位同士の接合部を、相互に嵌合可能な段違い状に形成して、接合部をラジアル方向に連続させないように構成してもよい。このようにすれば、分割単位間の接合部を伝って外気の影響が径内方に及ぶのを抑制できるため、断熱性能が向上する。

最も外側に配設される前記分割単位間の接合部を溶接して密閉構造とするようにしてもよい。このようにすれば、独立断熱槽の内部に存在する接合部が外部と遮断されるため、接合部を伝って外気の影響が径内方に及ぶのを阻止できるため、断熱性能がさらに向上する。

前記独立断熱槽の外周に密閉カバーを形成するようにしてもよい。例えば金属の薄板で独立断熱槽の外側を密閉状態に覆えば、独立断熱槽が外気と遮断されるため、断熱性能がさらに向上する。

本発明の超電導ケーブル接続部の断熱構造の施工方法は、超電導ケーブルの接続部を冷却する液体冷媒槽を断熱状態に保つための超電導ケーブル接続部の断熱構造の施工方法であって、予め内部が真空引きされている独立断熱槽を、現地に搬入して、液体冷媒槽の外側に組み付けることを特徴とする。

このような方法によれば、予め内部が真空引きされている独立断熱槽を液体冷媒槽の外側に組み付けるので、現地で真空引きする必要がなくなり、その分だけ施工期間を大幅に短縮することができる。また、その真空引きは、例えば、整備された工場内で行えるため、高い断熱性能を確保するのが容易となる。

本発明の超電導ケーブル接続部の断熱構造は、現地で液体冷媒槽の外側に組み付けられる独立断熱槽が、予め内部が真空引きされているので、現地で施工する際には、独立断熱槽を真空引きする必要がなくなるため、その分だけ施工期間を大幅に短縮することができる。また、その真空引きのためのベーキングを、整備された工場内で作業性よく行えるので、外部から水分や異物が侵入するおそれが少なくなるため、高い断熱性能を確保するのが容易となる。

本発明の超電導ケーブル接続部の断熱構造の施工方法は、予め内部が真空引きされている独立断熱槽を、現地に搬入して、液体冷媒槽の外側に組み付けるので、現地で独立断熱槽を真空引きする必要がなくなるため、その分だけ施工期間を大幅に短縮することができる。

以下に、本発明の実施の形態に係る超電導ケーブル接続部の断熱構造について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１及び図２は、超電導ケーブル接続部の断熱構造の構成を示す模式的な説明図で、図１（ａ）は断熱構造の断面図、（ｂ）はケーブル軸方向から見た断熱構造の正面図、図２（ａ）は断熱構造の側面図、（ｂ）（ｃ）は真空ポートを独立断熱槽内の収納スペースに収納した状態の説明図である。これらの図に示すように、この断熱構造は、超電導ケーブル１０，１０の接続部を冷却するために設けられる略円筒状の液体冷媒槽３００の外側に、現地で組付けられる独立断熱槽４００が組み付けられる。その独立断熱槽４００は、それぞれ半割れの円筒状に形成されており、現地に搬入される前に、工場内で予めベーキングされて内部が真空引きされている。このような超電導ケーブル１０，１０同士を接続するための施工は、通常、マンホール内で行われる。

図示の例では、独立断熱槽４００は、それぞれ半割れ状に形成される複数対の分割単位が現地で組み合わされて形成される。即ち、液体冷媒槽３００の両側にそれぞれ配設される厚みのある半割れ円板状（円環状）の４０１Ａ，４０１Ｂの内側には、超電導ケーブル１０の断熱管が配設され、液体冷媒槽３００の外周には、半円筒状の４１１Ａ，４１１Ｂ、４１２Ａ，４１２Ｂ（内層側）及び４２１Ａ，４２１Ｂ、４２２Ａ，４２２Ｂ（外層側）の各分割単位がそれぞれ組み合わされて独立断熱槽４００が形成される。液体冷媒槽３００の両側に配設される分割単位４０１Ａ，４０１Ｂの接合部ｃは、その径方向に段違い状に形成される。また、液体冷媒槽３００の外周に配設される分割単位４１１Ａ，４１１Ｂ、４１２Ａ，４１２Ｂ（内層側）及び４２１Ａ，４２１Ｂ、４２２Ａ，４２２Ｂ（外層側）の接合部ｃは、それぞれ、ケーブル軸方向及び径方向に段違い状に形成され、かつ、その内層側の各接合部ｃの外側には、外層側の分割単位の接合部ｃ以外の部分を対応させ、接合部ｃ，ｃ同士が連続しないようにしている。

このような構成によれば、独立断熱槽４００は、個々の分割単位が予めベーキングが施されて内部が真空引きされているため、これらを現地に搬入して施工する際には、ベーキングをする必要がなくなり、その分だけ施工期間を大幅に短縮することができる。また、そのベーキングは、整備された工場内で行えるので、外部から水分や異物が侵入するおそれが少なくなるため、高い断熱性能を確保することができる。また、独立断熱槽４００が、現地で組立可能となるように各分割単位に分割されているため、超電導ケーブル１０，１０が布設された状態の狭いマンホール内で施工を行う場合であっても、作業性よく組み付け作業を行うことができる。そして、組み立てられた独立断熱槽４００の各分割単位同士の接合部ｃ，ｃ同士が連続しないので、接合部ｃを伝って外気の影響が内部に及ぶのを抑制できるため、断熱性能が向上する。

各分割単位を組み付けた後は、例えば図２（ａ）に示すように、独立断熱槽４００の外周をスチールバンド等の結束部材ｂによって固定してもよく、最外層の接合部ｃを溶接して全体を固定してもよい。また、独立断熱槽４００の各分割単位を液体冷媒槽３００の外側に組み付けた際に相互の位置ずれを防ぐために、液体冷媒槽３００の外周と内層側の分割単位４１１Ａ，４１１Ｂ、４１２Ａ，４１２Ｂの内面の間及び内層側の分割単位４１１Ａ，４１１Ｂ、４１２Ａ，４１２Ｂの外面と外層側の分割単位４２１Ａ，４２１Ｂ、４２２Ａ，４２２Ｂの内面の間等に、凹凸嵌合等で形成される位置規制部(図示省略)を設けてもよい。また、例えば図２（ｂ）（ｃ）に示すように、各分割単位に設けられる真空ポートｐを収納するための収納スペースｓを形成してもよい。図２（ｂ）の例では、一方の分割単位４１１Ａ、４１２Ａの接合端に突設された真空ポートｐを収納するための収納スペースｓを、対向する分割単位４１２Ａ，４２２Ａの接合端との間に形成している。図２（ｃ）の例では、分割単位４１１Ａ，４２１Ａの内面側に突設される真空ポートｐの周囲に凹状の収納スペースsを形成している。このような真空ポートｐを収納するための収納スペースsを形成することによって、各分割単位を組み付けたときに、真空ポートｐを内部に隠蔽して保護することができる。

また、組み付けられた独立断熱槽４００と液体冷媒槽３００の間、及び、独立断熱槽４００の分割単位間、にそれぞれ形成される空隙部を、例えば金属テープや充填材等によって目ばりして外部と遮断すれば、より高い断熱効果を得ることができる。あるいは、独立断熱槽４００の外側を金属の薄板（例えばステンレス鋼板）等で密封状に被覆してもよい。このように、空隙部を外部と遮断した状態にて、その空隙部を真空引きするための真空ポートｐを設け（図１（ａ），図２（ａ）参照）、空隙部を現地で真空引きしてもよい。このようにすれば、さらに高い断熱効果を得ることができ、液体冷媒槽３００への外気の影響をより一層少なくすることができる。

図３は、３心一括型の超電導ケーブルの中間接続部に本発明の断熱構造を適用した例を示す。この場合、液体冷媒槽３００の両側に配設される円板状の分割単位４０１Ａ，４０１Ｂと、この分割単位４０１Ａ，４０１Ｂと液体冷媒槽３００の外周に２層に配設される３対の半円筒状の分割単位と、によって独立断熱槽４００が形成される。その半円筒状の分割単位は、内層側に配設される４１１Ａ，４１１Ｂ、４１２Ａ，４１２Ｂ、４１３Ａ，４１３Ｂ及び外層側に配設される４２１Ａ，４２１Ｂ、４２２Ａ，４２２Ｂ、４２３Ａ，４２３Ｂからなる。各分割単位の段違い状に形成される接合部ｃ，ｃは、図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）と同様に、互いに連続しないように、相互の対応位置をずらせている。この場合にも、組み立てられた独立断熱槽４００の外周をスチールバンド等の結束部材によって固定してもよく(図示省略)、最外層の接合部ｃを溶接してもよい。

図４は、超電導ケーブルの端末と常電導機器との終端接続部に本発明の断熱構造を適用した例を示す。この場合、独立断熱槽５００を構成する分割単位を、３つに分けている。即ち、液体冷媒槽３２０を覆う一対の分割単位５１１Ａ，５１１Ｂと、液体冷媒槽３３０を覆う一対の分割単位５１２Ａ，５１２Ｂと、液体冷媒槽３２０の上部とブッシング１５の下部を覆う一対の分割単位５０１Ａ，５０１Ｂと、に分けている。分割単位５１１Ａ，５１１Ｂ及び５１２Ａ，５１２Ｂは、ケーブル軸方向の上下に半割れ状に分割され、分割単位５０１Ａ，５０１Ｂは、紙面に沿う垂直方向に半割れ状に分割され、各接合部ｃは段違い状に形成される。この場合にも、互いに円筒状に組み付けられる分割単位同士の外周をスチールバンド等の結束部材によって固定してもよく、分割単位同士の接合部を溶接してもよい。尚、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。例えば独立断熱槽の形状や分割の仕方は自由である。また、独立断熱槽は、分割されることなく、単体に形成されてもよい。あるいは、独立断熱槽を構成する全ての分割単位が予め真空引きされている必要はなく、その一部を現地で真空引きしてもよい。

本発明の超電導ケーブル接続部の断熱構造は、現地での真空引きを必要とすることなく施工作業性が良好で高い断熱性能を確保できるので、マンホール内での超電導ケーブルの接続施工に好適に適用することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態に係る超電導ケーブル接続部の断熱構造の模式的な断面図、（ｂ）はその正面図である。 （ａ）は同断熱構造の側面図、（ｂ）は真空ポートを収納するスペースを分割単位の接合端に形成した場合の説明図、（ｃ）は真空ポートを収納するスペースを分割単位の内面側に形成した場合の説明図である。 同３心一括型の超電導ケーブル接続部の断熱構造を示す説明図である。 同超電導ケーブルの常温側との接続部の断熱構造を示す説明図である。 ３心一括型の超電導ケーブルの断面図である。 ３心一括型の超電導ケーブルの中間接続部の構成説明図である。 超電導ケーブルの常温側との端末接続部の構成説明図である。

符号の説明

１ フォーマ ２ 超電導導体層 ３ 絶縁層 ４ 超電導シールド層
５ 冷媒流通路 ６ 内管 ７ 外管 ８ 防食層 ９ ケーブルコア
１０ 超電導ケーブル １３ リード部 １５ ブッシング ４０ 接続部材
４１ 接続用シールド層 ４１ａ 第１シールド層 ４１ｂ 第２シールド層
１００ 容器 １００ａ 冷媒槽 １００ｂ 真空断熱槽 １０２ 固定部材
１０３ 支持部材 ２０１，２１１ 冷媒槽 ２０２，２１２ 真空断熱槽
３００ 液体冷媒槽 ３２０，３３０ 液体冷媒槽
４００,５００ 独立断熱槽
４０１Ａ，４０１Ｂ、４１１Ａ，４１１Ｂ、４１２Ａ，４１２Ｂ、４２１Ａ，４２１Ｂ、４２２Ａ，４２２Ｂ、４１３Ａ，４１３Ｂ、４２３Ａ，４２３Ｂ、５０１Ａ，５０１Ｂ、５１１Ａ，５１１Ｂ、５１２Ａ，５１２Ｂ 分割単位
ｂ 結束部材 ｃ 接合部 ｐ 真空ポート ｓ 収納スペース

Claims (10)

1. 超電導ケーブルの接続部を冷却する液体冷媒槽を断熱状態に保つための超電導ケーブル接続部の断熱構造であって、
   前記液体冷媒槽の外側に組付けられる独立断熱槽が、該独立断熱槽の組付前に、予め内部が真空引きされており、
   前記独立断熱槽と液体冷媒槽間に形成される空隙部が、密封されて外部と遮断されると共に、現地で真空引きされてなることを特徴とする超電導ケーブル接続部の断熱構造。
2. 前記独立断熱槽が、組立可能となる複数の分割単位に分割して形成されることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
3. 前記分割単位間に形成される空隙部が、密封されて外部と遮断されることを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
4. 前記分割単位間に形成される空隙部が、現地で真空引きされることを特徴とする請求項３に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
5. 前記分割単位間の接合部の外側には、分割単位の接合部以外の部分を対応させることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
6. 前記分割単位間の接合部を、相互に嵌合可能な段違い状に形成して、接合部をラジアル方向に連続させないように構成したことを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
7. 最も外側に配設される前記分割単位間の接合部を溶接して密閉構造とすることを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
8. 前記独立断熱槽は、
   前記液体冷媒槽の外周に設けられる内層側の分割単位と、
   前記内層側の分割単位の外周に設けられる外層側の分割単位と、
   前記液体冷媒槽と前記内層側の分割単位、及び当該内層側の分割単位と前記外層側の分割単位のそれぞれの位置ずれを防ぐための位置規制部とを具えることを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
9. 前記独立断熱槽の外周に密閉カバーを形成することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の超電導ケーブル接続部の断熱構造。
10. 超電導ケーブルの接続部を冷却する液体冷媒槽を断熱状態に保つための超電導ケーブル接続部の断熱構造の製造方法であって、
    予め内部が真空引きされている独立断熱槽を、現地に搬入して、液体冷媒槽の外側に組み付け、
    前記独立断熱層と液体冷媒槽との間に形成される空隙部を密封して外部と遮断し、当該空隙部を現地で真空引きすることを特徴とする超電導ケーブル接続部の断熱構造の製造方法。

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