JP5804320B2 - 超電導ケーブルの端末構造 - Google Patents

Description

本発明は、超電導ケーブルのケーブルコアと常電導リードとの接続部分の外周を覆う断熱構造体を備える超電導ケーブルの端末構造に関するものである。

超電導ケーブルは一般に、フォーマの外周に超電導導体層を形成したケーブルコアと、ケーブルコアを内部に収納するケーブル断熱管と、を備え、ケーブルコアを極低温に冷却した状態で使用される。この超電導ケーブルを常温の電力機器に接続するための構成として、超電導ケーブルのケーブルコアと常電導リードとを接続することで形成される超電導ケーブルの端末構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。超電導ケーブルは液体窒素などの冷媒で極低温に維持される必要があることから、その端末構造には断熱構造体が備わっている。

図３は、断熱構造体９を備える超電導ケーブルの端末構造２００の概略半縦断面図である。この図３の端末構造２００では、ケーブル絶縁層１２を剥いだ超電導導体層１１と常電導リード２とを編組線などの可撓性を有する接続部材８を介して接続し、その接続箇所の外周を覆うように断熱構造体９が設けられている。断熱構造体９は、断熱容器９１と絶縁部材９３とを備え、断熱容器９１はケーブル断熱管１４に接続され、絶縁部材９３の内側に常電導リード２が設けられている。断熱構造体９の内部は冷媒１９で満たされており、ケーブルコア１０の超電導導体層１１が極低温に冷却され、超電導状態に維持されている。

なお、断熱容器９１とケーブル断熱管１４は通常、２重構造となっているが、紙面上では１重構造で示している。

特開２００５−１１７７２４号公報

しかし、図３に示す従来の超電導ケーブルの端末構造２００には、［１］その構築作業が煩雑である、［２］断熱容器９１の寸法が断熱構造体９の軸方向にも径方向にも大きく、設置空間が限られる場所に端末構造２００を構築し難い、という問題があった。それらの問題の原因はいずれも、断熱構造体９の構成にある。

従来、端末構造２００を構築するには、常電導リード２を予め組み込んだ断熱構造体９に超電導ケーブル１を挿入し、断熱構造体９とケーブル断熱管１４を接続した後、ケーブルコア１０と常電導リード２とを接続する。あるいはケーブル断熱管１４を断熱容器９１と接続し、常電導リード２を組み込んだ絶縁部材９３を断熱容器９１に取り付けた後、ケーブルコア１０と常電導リード２とを接続する。もしくは、ケーブル断熱管１４に断熱構造体９を取り付けた後、常電導リード２を断熱構造体９に差し込んで、ケーブルコア１０と常電導リード２とを接続する。いずれの場合もケーブルコア１０と常電導リード２との接続を、断熱容器９１に設けたハンドホール（図示略）を介して断熱容器９１の内部で行なわなければならないため、接続作業を容易に行なうことができない。

また、断熱構造体９が大型化するのは、導体露出部の絶縁を確保するためと、接続のための作業スペースを確保するためである。

まず、断熱構造体９が軸方向に大型化する原因は、超電導ケーブル１と常電導リード２とを接続部材８を介して接続するからである。ケーブルコア１０と常電導リード２とを接続する際、常電導リード２が断熱構造体９に固定されるため、断熱容器９１の中にケーブルコア１０を挿入した後、端末容器９１の中で超電導導体層１１と常電導リード２とを接続するのに接続部材８を介する必要がある。また、ケーブルコア１０（超電導導体層１１）は構造的に常電導リード２と連続性が無いことから、ケーブルコア１０および超電導導体層１１の支持部材（図示略）が必要となる。このことが、断熱構造体９を軸方向に大型化させる要因である。尚、この構造は、ケーブルコア１０の挿入方向の延長線上に常電導リード２が無くても接続することができる構造でもある。（図のケーブルコア１０は下側から挿入される形態であるが、この方向は限定されず任意に設定できる。）

一方、断熱構造体９が径方向に大型化する原因は、ケーブルコア１０と常電導リード２との接続箇所が露出した状態にあるからである。断熱容器９１はケーブル断熱管１４に接続されているため、接地電位に保たれる必要がある。そのため、ケーブルコア１０と断熱容器９１との間に所定の絶縁距離を確保するために、断熱容器９１をケーブルコア１０の径方向に大きく張り出させる必要がある。このことと接続作業スペースを確保することが、断熱構造体９を径方向に大型化させる要因である。

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、容易に構築することができる超電導ケーブルの端末構造を提供することにある。また、本発明の別の目的は、従来よりも小型の超電導ケーブルの端末構造を提供することにある。

本発明は、超電導ケーブルのケーブルコアと常電導リードとの接続部分の外周を覆う断熱構造体を備える超電導ケーブルの端末構造に関する。この本発明超電導ケーブルの端末構造に備わる断熱構造体は、常電導リードの軸方向に常電導リードに向かう方向をリード方向、ケーブルコアに向かう方向をコア方向としたとき、次の位置関係に配置されるケーブル側断熱容器と、リード側断熱容器と、絶縁部材と、を備える。
ケーブル側断熱容器…超電導ケーブルに備わるケーブル断熱管のリード方向端部に設けられる。
リード側断熱容器…常電導リードのコア方向端部に取り付けられる。そのコア方向端部がケーブル側断熱容器のリード方向端部にオーバーラップする。
絶縁部材…ケーブル側断熱容器とリード側断熱容器とのオーバーラップ部分にケーブル側断熱容器とリード側断熱容器間に必要な絶縁性能が得られるように介在される。
さらに、本発明超電導ケーブルの端末構造では、ケーブルコアと常電導リードとの接続部分が、ケーブル側断熱容器あるいは絶縁部材のリード方向端部よりも外側に配置されている。

上記構成のように、従来一つであった断熱容器（図３の符号９１を参照）を、ケーブル側断熱容器とリード側断熱容器とに分け、かつ当該接続部分をケーブル側断熱容器あるいは絶縁部材のリード方向端部よりも外側に設定することで、ケーブルコアと常電導リードとの接続を容易に行なうことができる。接続を容易に行なえるのは、上記設定とすることで、端末構造を軸方向と直交する方向から見たときに当該接続部分がケーブル側断熱容器あるいは絶縁部材に覆われることなく露出された状態となるからである。例えば、ケーブル側断熱容器に絶縁部材が一体化されていない構成なら、当該接続部分をケーブル側断熱容器の外側に設定すれば、接続作業時に接続作業を行なう箇所の外周に作業を阻害する部材が存在しなくなるため、接続作業が容易になる。また、ケーブル側断熱容器に絶縁部材が一体化されている構成なら、当該接続部分を絶縁部材の外側に設定すれば、接続作業時に接続作業を行なう箇所の外周に作業を阻害する部材が存在しなくなるため、接続作業が容易になる。

また、従来一つであった断熱容器をケーブル側断熱容器とリード側断熱容器に分けることで、ケーブルコアの端末処理時（常電導リードと接続する直前の状態）において、ケーブルコアはケーブル側断熱容器もしくは絶縁部材に対してほぼ最終形態に近い位置に設置される。常電導リードとの接続およびその後の両断熱容器の組み合わせにより断熱構造体が完成する。つまり、ケーブルコアと常電導リードとの接続の際に、常電導リードが他の部材に拘束されないため超電導導体の端末と常電導リードとを容易に直接に接続することができる。ケーブルコアと常電導リードとを編組線などで接続する必要も無くなる分だけ端末構造の施工工程が少なくなり、端末構造の構築作業が容易になる。

なお、本発明の構成は、作業面、寸法面での効果が大きいことから、ケーブルコア（超電導導体層）と常電導リードとの接続を、編組線などを用いて行うことを否定するものでは無い。むしろ、ケーブルコアを常電導リードに直接固定せず、超電導導体層をスリーブ状の常電導端子Ａ（円筒凸型）に接続し、常電導リード側を円筒凹型の端子Ｂとして、ＡをＢに挿入しその間にマルチコンタクトなどの部材で電気的に接続することで、ケーブルコアの（若干の）動きを許容する構造にすることもできる。

さらに、ケーブルコアと常電導リードとの接続部分が、ケーブル側断熱容器あるいは絶縁部材のリード方向端部よりも外側にあるため、従来よりもコンパクトな断熱構造体とすることができる。その理由については、後述する実施形態で詳しく述べる。

本発明超電導ケーブルの端末構造の一形態として、断熱構造体と、その内部に収納される超電導ケーブルのケーブルコアと、の間に形成されるコア外空間に、当該ケーブルコアを極低温に冷却する冷媒を流通させる通路を設ける構成とすることが挙げられる。

超電導導体を備えるケーブルコアは、極低温に冷却される必要がある。そのため、上記コア外空間に冷媒を流通させれば、ケーブルコアを効果的に極低温に冷却することができる。

本発明超電導ケーブルの端末構造の一形態として、ケーブルコアは、パイプ状のフォーマを備える構成とすることができる。その場合、フォーマの内部空間とコア外空間の一方を冷媒の往路、他方を冷媒の復路として利用することが好ましい。

上記構成とすることで、断熱構造体の位置で冷媒を循環させることができる。そうすることで、常に最適な温度に冷却された冷媒でケーブルコアを冷却することができる。

本発明超電導ケーブルの端末構造の一形態として、コア外空間は、前記超電導ケーブルの周方向あるいは径方向に並ぶ複数の分割空間に分けられる構成とすることができる。その場合、それら分割空間の一部を冷媒の往路、残りを冷媒の復路として利用することが好ましい。

上記構成でも、断熱構造体の位置で冷媒を循環させることができ、常に最適な温度に冷却された冷媒でケーブルコアを冷却することができる。ここで、コア外空間を径方向に並ぶ分割空間に分けるには、図２（Ａ），（Ｂ）を参照する実施形態２の構成のように、コア外空間に筒状の仕切り部材を挿入すると良い。一方、コア外空間を周方向に並ぶ分割空間に分けるには、図２（Ｃ）を参照する変形実施形態２−１の構成のように、ケーブルコアの軸方向に沿って延びる仕切り部材を、周方向に所定の間隔を空けて少なくとも２つ以上、配置すると良い。

本発明超電導ケーブルの端末構造の一形態として、断熱構造体は、その内部に配されるケーブルコアをその外周側から支持し、断熱構造体の内部におけるケーブルコアの位置を固定する位置固定部材を備えることが好ましい。

上記構成とすることで、ケーブルコアが断熱構造体の内周面に接触して損傷することを防止できる。また、ケーブルコアと断熱構造体との間のコア外空間に冷媒を流通させる場合、ケーブルコア表面の冷媒の流れを均一にすることができる。このような位置固定部材は、ケーブル側断熱容器の内周面とリード側断熱容器の内周面のどちらに設けても良いが、両方に設けておくことが好ましい。そうすることで、断熱構造体の内部におけるケーブルコアの位置を、断熱構造体の長手方向（常電導リードの軸方向に同じ）にわたって固定することができる。

本発明超電導ケーブルの端末構造の一形態として、位置固定部材は、ケーブルコアの径方向内方側への突出量を調節できるように構成されていることが好ましい。

上記構成とすることで、断熱構造体を構築する際、ケーブル側断熱容器やリード側断熱容器をケーブルコアに嵌め込み易く、また、嵌め込んだ後に位置固定部材をケーブルコアの径方向内方に進出させることで、それら断熱容器に対するケーブルコアの位置を決めることができる。そのため、断熱構造体の構築、即ち端末構造の構築を容易に行なうことができる。また、上記構成とすることで、ケーブルコアの外形寸法に依らず、断熱構造体に対するケーブルコアの位置を固定することができる。

本発明超電導ケーブルの端末構造は、従来よりも容易に構築することができる。また、本発明超電導ケーブルの端末構造は、従来よりも小型で、設置空間の制約を受け難い。

実施形態１に記載される超電導ケーブルの端末構造の半縦断面図である。 （Ａ）は、実施形態２に記載される超電導ケーブルの端末構造の半縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂの位置における端末構造の横断面図、（Ｃ）は変形実施形態２−１に記載される端末構造の一部横断面図である。 従来の超電導ケーブルの端末構造の半縦断面図である。

＜実施形態１＞
以下、超電導ケーブルと常電導リードとを接続することで構成される本発明超電導ケーブルの端末構造の実施形態を図１に基づいて説明する。その説明に先立って、低温絶縁型の超電導ケーブルの概略構成を説明する。

≪超電導ケーブル≫
本実施形態で想定する超電導ケーブル１は、５０Ｖ〜５００ｋＶ級（好ましくは１５４ｋＶ以下）の低温絶縁型の超電導ケーブル１である。超電導ケーブル１は、二重管構造のケーブル断熱管１４の内部にケーブルコア１０を収納した構成を備える。代表的なケーブルコア１０は、中心から順に、フォーマ、超電導導体層１１、内部半導電層、ケーブル絶縁層１２、外部半導電層、ケーブル遮蔽層１３、保護層を有している（図面上は、超電導導体層１１とケーブル絶縁層１２、ケーブル遮蔽層１３のみを示す）。なお、本実施形態の超電導ケーブル１は、ケーブル断熱管１４内に１心のケーブルコアを収納した構成であるが、複数心のケーブルコアを収納した構成であっても良い。その場合、分岐管構造を介してケーブルコアが１心ずつ収納された構成にし、その構成に対して、本発明超電導ケーブルの端末構造を適用すると良い。

フォーマは、超電導導体層１１を所定形状に保形するものであり、異常時電流の分流路でもある。フォーマとしては、銅製のパイプなどの中空材や、同じく銅製の素線を束ねた中実材などが利用できる。本実施形態におけるフォーマは、中空材である。

超電導導体層１１は、線材状の超電導導体をフォーマ上に多層に巻回することで形成できる。超電導導体としては、ビスマス系超電導線材や、イットリウム系超電導線材などを使用することができる。この超電導導体は、例えば、断熱管に備わる内管とケーブルコアの間の空間に冷媒（例えば液体窒素）を流通させることで、超電導状態に保持される。

ケーブル絶縁層１２は、例えばクラフト紙やクラフト紙にポリプロピレンなどの樹脂フィルムをラミネートした半合成紙（例えば、住友電気工業株式会社製ＰＰＬＰ：登録商標）を内部半導電層の外周に巻回することで形成できる。

超電導導体層１１とケーブル絶縁層１２との間に設けられる内部半導電層、およびケーブル絶縁層１２とケーブル遮蔽層１３との間に設けられる外部半導電層は、例えばカーボン紙を巻回して形成することができる。これら内部半導電層と外部半導電層はそれぞれ、超電導導体層１１とケーブル絶縁層１２との界面、およびケーブル絶縁層１２とケーブル遮蔽層１３との界面に微小な金属突起をカバー（電界緩和）したり、異物の絶縁層内への侵入を抑制（トラップ）することで、部分放電の発生や劣化の進行を防止する。

上記の外部半導電層の上に設けられるケーブル遮蔽層１３は、超電導導体層１１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。このケーブル遮蔽層１３には、超電導導体層１１とほぼ同じ大きさで逆方向の電流が誘導され、その誘導電流により生じる磁場で超電導導体層１１から生じる磁場を実質的に相殺する。

保護層は、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。この保護層は、ケーブル遮蔽層を機械的に保護すると共に、ケーブル断熱管１４との間を絶縁させるためのものである。

一方、ケーブル断熱管１４としては、ケーブルコア１０を内部に収納する内管と、内管を内部に収納する外管と、を備える２重管構造のものが代表的である（図１では、１重管構造で示す）。内管と外管には、ステンレス製のコルゲート管を採用することができる。内管は、その内部に冷媒（代表的には、液体窒素など）が充填され、冷媒流路として機能する。また、内管と外管との間の空間は真空引きされており、当該空間により真空断熱層が形成されている。真空断熱層には、断熱材となるスーパーインシュレーション（商品名）が配置され、外部からの輻射熱を反射する。また、外管の外側には、ポリ塩化ビニルなどの樹脂からなる防食層が形成されている。

その他、超電導ケーブル１は、布設時の張力を分担するテンションメンバーを備えていても良い。

≪超電導ケーブルの端末構造≫
≪全体構成≫
図１は、上述した超電導ケーブル１のケーブルコア１０と常電導リード２とを接続する超電導ケーブルの端末構造１００の概略部分縦断面図である。以降の説明で、常電導リード２の軸方向に平行で、常電導リード２に向かう方向（紙面上方向）をリード方向、その反対のケーブルコア１０に向かう方向をコア方向とする。

超電導ケーブルの端末構造１００は、超電導ケーブル１と常電導リード２とを接続し、その接続箇所の外周を断熱構造体３で覆うことで形成される。ケーブルコア１０の超電導導体層１１を冷却する冷媒１９は、図面上点線で示す中空フォーマの内部を通ってリード方向に移動し、接続箇所の近傍からコア外空間（ケーブルコア１０と断熱構造体３との間の空間）に流入する。そして、コア外空間に流入した冷媒１９は、コア外空間を通ってコア方向に戻る（図面の矢印を参照）。このように冷媒１９が循環することで、超電導導体層１１が極低温に維持される。この端末構造１００の最も特徴とするところは、端末構造１００に備わる断熱構造体３が、ケーブル側断熱容器３１と、リード側断熱容器３２の２つに分割され、両断熱容器３１，３２の間に絶縁部材３３が配置されていることである。以下、断熱構造体３の各構成を詳細に説明する。

［ケーブル側断熱容器］
ケーブル側断熱容器３１は、冷媒槽と、その冷媒槽の外周を覆う真空断熱槽と、を備える２重構造となっている。但し、図面上は、１重構造で示されており、図示されるケーブル側断熱容器３１の内周面と外周面はそれぞれ、冷媒槽の内周面と真空断熱槽の外周面である。この点は、後述するリード側断熱容器３２も同様である。

ケーブル側断熱容器３１は、ケーブル断熱管１４のリード方向端部に設けられている。ケーブル側断熱容器３１は、図１に示すように、ケーブル断熱管１４に後から接続されるのが一般的である。布設に支障のない場合（短尺ケーブルの場合など）、元からケーブル断熱管１４と一体になっていても構わない。また、ケーブル側断熱容器３１の真空断熱槽とケーブル断熱管１４の真空断熱槽とは連通していても良いし、連通していなくても良い。なお、ケーブル断熱管１４は電気的に接地されているため、このケーブル断熱管１４に接続されるケーブル側断熱容器３１も接地電位（対地電位）となる。

上記構成のケーブル側断熱容器３１に対して、ケーブルコア１０の端部は、リード方向に突出している。つまり、ケーブルコア１０と常電導リード２との接続部分も、ケーブル側断熱容器３１よりもリード方向の外側に突出している。本実施形態では、ケーブルコア１０の端部は、後述する絶縁部材３３よりもさらにリード方向に突出している。

ケーブル側断熱容器３１の径方向の寸法は、ケーブル断熱管１４よりも大きくなっている。これは、後述するリード側断熱容器３２のコア方向端部および両断熱容器３１，３２間に設けられる絶縁部材３３を、ケーブル側断熱容器３１の内部に収納するためである。但し、ケーブル側断熱容器３１の径方向への突出量は、従来の断熱容器９１（図３参照）よりも小さくて良い。それは、ケーブルコア１０の端部がケーブル側断熱容器３１あるいは絶縁部材３３の外側に突出しているため、ケーブルコア１０のうちケーブル側断熱容器３１で覆われる部分にケーブル絶縁層１２が存在するからである。つまり、ケーブル絶縁層１２の存在によってケーブルコア１０から径方向に距離を取らなくてもケーブル側断熱容器３１を接地電位に維持することができるため、従来よりも径方向の寸法を小さくできる。

［リード側断熱容器］
リード側断熱容器３２も、ケーブル側断熱容器３１と同様に、冷媒槽と真空断熱槽とを備える２重構造となっている。このリード側断熱容器３２は、常電導リード２のコア方向端部に取り付けられている。そのため、リード側断熱容器３２は高電位となる。

リード側断熱容器３２は、その外径が一様な筒状部材であり、リード方向側に配される部分の内径が小さく、コア方向側に配される部分の内径が大きくなっている。内径の大きなリード側断熱容器３２のコア方向端部は、ケーブル側断熱容器３１の内部に収納されている。つまり、リード側断熱容器３２のコア方向端部と、ケーブル側断熱容器３１のリード方向端部とは、常電導リード２の軸方向にオーバーラップしている。そのオーバーラップ長は、許容する侵入熱量によって定められる。低電圧では絶縁部材３３が薄く、オーバーラップ長も短くできるのに対し、電圧が高くなるほどオーバーラップ長は長くするのが望ましい。

リード側断熱容器３２の内径の小さな部分は、Ｏリング３２１を介して常電導リード２と接続されている。その内径の小さな部分の内周面と常電導リード２の外周面との間に極小の隙間が形成される。その隙間においてリード方向に向かって温度が徐々に高くなる温度勾配が形成され、この間で気化した冷媒と液体の状態との冷媒の境界が形成される。この隙間（リード側断熱容器３２と常電導リード２との接合部）の長さは、所定の温度勾配が得られるように設計される。リード側断熱容器３２と常電導リード２の物理的な接合は、ここでは軸シール（Ｏリング３２１）を図示しているが、フランジタイプで固定しても良く、ベローズを介して固定することで常電導リード２の軸方向の挙動を許容しても良い。

［絶縁部材］
絶縁部材３３は、ケーブル側断熱容器３１とリード側断熱容器３２とのオーバーラップ部分に介在され、両容器３１，３２間を絶縁する。両者３１，３２間を絶縁する理由は、接地されるケーブル断熱管１４に接続されるケーブル側断熱容器３１と、高電位のリード側断熱容器３２と、の間に所定の絶縁性能を有する必要があるためである。この絶縁部材３３には、例えば、既存の常電導ケーブルの端末などに利用されるエポキシ成形部材などの、耐電圧特性に優れる材料を用いることができる。

絶縁部材３３は、図示されるように上記オーバーラップ部分だけでなく、オーバーラップ部分のリード方向とコア方向の両方に張り出し必要な離隔を取る構造としている。これは、ケーブル側断熱容器３１とリード側断熱容器３２との間に必要な沿面距離を設けることで、両容器３１，３２間の絶縁を確保するためである。絶縁部材３３の張り出し量は、常電導リード２の電圧値と、絶縁部材３３の材質や表面の状態（凸凹度など）によって適宜選択すれば良い。

ここで、本実施形態では、絶縁部材３３のうち、コア方向に張り出している部分が容器３１，３２の内周面と面一になっており、当該部分で冷媒１９の流れが乱れることを抑制している。

［その他の構成］
断熱構造体３の内周面とケーブルコア１０の外周面との間に介在されて、断熱構造体３の内部におけるケーブルコア１０の位置を固定する位置固定部材４５を設けても良い。図１に例示される位置固定部材４５は、ケーブルコア１０の周方向に所定の間隔を空けて配置される複数のスペーサからなり、ケーブルコア１０をその外周側から支持することで、断熱構造体３に対するケーブルコア１０の位置を固定している。ここで、位置固定部材４５は、周方向に間隔を空けて配置されているため、位置固定部材４５により冷媒１９の流路が分断されることはない。

上述した周方向に並ぶ複数のスペーサからなる位置固定部材４５は、常電導リード２の軸方向（＝超電導ケーブル１の軸方向）に所定の間隔を空けて配置されていても良い。そうすることで、断熱構造体３の内周面とケーブルコア１０の外周面との間の距離を、常電導リード２の軸方向にわたって一定に保持することができる。その結果、ケーブルコア１０が断熱構造体３の内周面に擦れて、両者が損傷することを防止できるし、断熱構造体３に対するケーブルコア１０の位置がずれることで冷媒１９の流路が局所的に狭まったりすることを防止できる。

なお、詳しい説明は省略するものの、ケーブル遮蔽層１３のリード側端部は、その外周に高電位のリード側断熱容器３２が配置されていない範囲で端部処理をする。

≪超電導ケーブルの端末構造の構築方法≫
以上説明した超電導ケーブルの端末構造１００の構築は、以下の工程α〜δに従って行うことができる。
・工程α…ケーブル断熱管１４の端部からケーブルコア１０が所定長露出した状態とする。
・工程β…ケーブル断熱管１４のリード方向端部にケーブル側断熱容器３１と絶縁部材３３の一体物（※）を取り付ける。
・工程γ…超電導導体１１の事前の端末処理を行った後、ケーブルコア１０と常電導リード２とを接続する。ここで、リード側断熱容器３２を常電導リード２の中間部に逃がした状態で接続しても良いし、接続後にリード側断熱容器３２を常電導リード２に嵌め込んでも良い。
・工程δ…ケーブル側断熱容器３１とリード側断熱容器３２とを、絶縁部材３３を介して一体化させる。
※…絶縁部材３３は、工程γで使用するリード側断熱容器３２に一体に形成されていても良い。また、両断熱容器３１，３２とは独立しており、工程δで両断熱容器３１，３２に一体化させても良い。

［工程α］
ケーブル断熱管１４の端部からのケーブルコア１０の露出長は、後工程でケーブルコア１０と常電導リード２とを接続する際、その作業位置の外周に絶縁部材３３が存在しない状態となるように設定する。ここで、次の工程βで用いるケーブル側断熱容器３１に絶縁部材３３が一体化されていない構成の場合、上記作業位置の外周にケーブル側断熱容器３１が存在しない状態となるように設定する。

［工程β］
工程βでは、ケーブル断熱管１４のリード側端部に、ケーブル側断熱容器３１と絶縁部材３３の一体物を取り付ける。なお、ケーブル側断熱容器３１に絶縁部材３３が取り付けられていなくても良く、その場合、後述するリード側断熱容器３２に絶縁部材３３を一体化させておけば良い。

［工程γ］
工程γでは、常電導リード２とケーブルコア１０とを接続する。その接続の際、ケーブルコア１０のコア側端部は一体物（ケーブル側断熱容器３１＋絶縁部材３３）の外側に露出しているため、図３に示す従来構成のように断熱容器９１越しの接続作業を強いられることがない。しかも、この接続作業の時点で常電導リード２は位置の調整が容易なため、従来必要であった編組線などの接続部材８（図３を参照）の接続を省略して、ケーブルコア１０と常電導リード２とを直接接続することができる。以上のように、本発明の構成とすることで、接続作業が行ない易く、かつ接続作業の工程が簡素化されるので、従来よりも劇的にケーブルコア１０と常電導リード２との接続作業を容易にすることができる。ここで、事前に常電導リード２の端部からリード側断熱容器３２を嵌め込んで、常電導リード２の中間部にリード側断熱容器３２を逃がしておいてもよい。

また、本発明の構成とすることで、接続部材８（図３参照）の分だけ断熱構造体３の長手方向の長さ（即ち、端末構造１００の長手方向の長さ）を従来よりも短くすることができるという効果もある。加えて、ケーブルコア１０の長手方向に、ケーブル側断熱容器３１とケーブル絶縁層１２とが重複しているため、断熱構造体３の径方向の広がり（即ち、端末構造１００の径方向の広がり）を従来よりも小さくすることができる。

［工程δ］
リード側断熱容器３２のコア側端部を、ケーブル側断熱容器３１に一体に設けられた絶縁部材３３の内部に押し込み、図１の断熱構造体３を備える端末構造１００を完成させる。絶縁部材３３の内側（高電圧部位）については図示しない金属電極面を作っておくことが望ましい。そうすることで、金属電力面の内面に沿って、リード側断熱容器３２を挿入し易くなる。

なお、上記工程α〜δのうち、施工現場ではなく工場で行なえる工程は、工場で行なうことが好ましい。そうすることで施工現場での負担を軽減することができる。例えば、工程αについてケーブル断熱管１４を封じ切りで工場から真空状態で出荷することで、施工現場にてケーブル断熱管１４を切断する作業、切断端を封止する作業、および真空断熱層を真空引きする作業を省略できる。その他、工程βを超電導ケーブル１の製造工場で行なうと、ケーブル断熱管１４とケーブル側断熱容器３１の検品、例えば真空断熱槽の真空度の測定などを製造現場で行なえるので、施工現場で構築される端末構造１００の信頼性を高めることができるし、施工現場における端末構造１００の検査の手間も低減することができる。

≪まとめ≫
以上説明した工程α〜δによれば、超電導ケーブル１と常電導リード２とを接続する超電導ケーブルの端末構造１００を、従来よりも容易に構築することができる。しかも、構築された端末構造１００は、従来よりもコンパクトであるため、狭い設置空間であっても余裕をもって形成することができる。

＜変形実施形態１−１＞
図１を参照して説明した常電導リード２は直線状のものであったが、Ｌ字型のものや、三次元的な線形のものであっても構わない。その場合、断熱構造体３の形状もＬ字型などの三次元的に屈曲した形状とすると良い。断熱構造体３を三次元的に屈曲した形状としても、この断熱構造体３が複数部材の組み合わせからなるため、常電導リード２とケーブルコア１０との接続を容易に行なうことができる。

＜変形実施形態１−２＞
図１を参照して説明した位置固定部材４５は、ケーブルコア１０の周方向に並ぶ複数のスペーサからなる構成に限定されるわけではない。例えば、ケーブルコア１０に向かう方向（径方向内方）への突出量を調節できるように位置固定部材４５を構成しても良い。例えば、カメラの絞りのように、複数の板材によって位置固定部材４５を構成しても良い。その場合、板材の一端側がリード側断熱容器３２の内周面に回動自在に固定され、板材の他端側がケーブルコア１０の径方向に進退するように構成すると良い。その他、ケーブルコア１０の径方向に直動する複数の突起によって位置固定部材４５を構成しても良い。

ケーブルコア１０の径方向内方への突出量を調節できる位置固定部材４５とすることで、ケーブルコア１０の径方向寸法に依らず、断熱構造体３に対するケーブルコア１０の位置を固定することができる。また、このような位置固定部材４５であれば、ケーブルコア１０の外周にケーブル側断熱容器３１やリード側断熱容器３２を嵌め込み易く、嵌め込み後にはケーブルコア１０の位置を確実に固定することができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、実施形態１とは異なる構成の断熱構造体４を備える超電導ケーブルの端末構造１０１を図２（Ａ），（Ｂ）に基づいて説明する。実施形態２では、断熱構造体４の一部の構成部材の形状を変更すると共に、幾つかの部材を追加することで、断熱構造体４とケーブルコア１０との間のコア外空間に冷媒１９の往路１９Ｇと復路１９Ｒを形成した。以下、実施形態１との相違点を中心に説明する。

［超電導ケーブル］
本実施形態２で使用するケーブルコア１０のフォーマは中実体とした。つまり、ケーブルコア１０自身が冷媒１９の流路とはならない。

［断熱構造体］
図２（Ａ）に示すように、断熱構造体４のうちリード側断熱容器４２は実施形態１のものとほぼ同様の構成である。一方、絶縁部材４３の形状例を示すと共にこのケーブル側断熱容器４１には、容器４１の内周面から外周面に連通する連通孔４１ｈを設けた。

［仕切り部材と位置固定部材］
本実施形態２では、ケーブルコア１０の所定長部分の外周を覆う筒状の仕切り部材４４が設けられている。仕切り部材４４は全長にわたって一様な外径と内径を有しており、長手方向の一端側（紙面下側のコア方向側）にフランジ部を有する。フランジ部は、ケーブル側断熱容器４１のうち、連通孔４１ｈの内周側開口部よりもコア方向側の内周面に接続されている。この仕切り部材４４により、仕切り部材４４を挟む一方の空間と他方の空間とが物理的に区分される。本例では、２つの空間のうち、ケーブルコア１０の径方向内方側の空間を往路１９Ｇ、径方向外方側の空間を復路１９Ｒとして利用する（もちろん、逆でも良い）。

一方、本実施形態２の位置固定部材４６は、図２（Ｂ）に示すように、ケーブルコア１０の周方向に並ぶ複数の突起４６ｐからなり、リード側断熱容器４２の内周面に対して仕切り部材４４とケーブルコア１０を固定する。各突起４６ｐは、仕切り部材４４を貫通していても良いし、仕切り部材４４の位置で分断されていても良い。ここで、図２（Ａ）では、位置固定部材４６を一つだけ図示しているが、ケーブルコア１０の長手方向に複数あっても構わない。

次に、図２（Ａ）を参照して、本実施形態２における冷媒１９の流れを説明する。まず、超電導ケーブル１側から流れてきた冷媒１９は、コア外空間の往路１９Ｇに流れ込む。流れ込んだ冷媒１９は、仕切り部材４４のリード側端部の位置で往路１９Ｇから復路１９Ｒに流れ込み、最後にケーブル側断熱容器４１の連通孔４１ｈを通って外部に抜ける。外部に抜けた冷媒１９は、冷却装置で再度冷却して、超電導ケーブル１に戻せば良い。

＜変形実施形態２−１＞
実施形態２では、コア外空間を径方向に仕切ることでコア外空間に冷媒１９の往路１９Ｇと復路１９Ｒを形成したが、コア外空間を周方向に仕切っても良い。その具体例を図２（Ｃ）に基づいて説明する。なお、図２（Ｃ）は、この変形実施形態を適用した断熱構造体を、図２（Ａ）のＢ−Ｂの位置で切った場合を想定した概略横断面図である。

本例では、コア外空間を周方向に仕切る機能とケーブルコア１０の位置を固定する機能を兼ね備えた兼用部材４７を用いた。兼用部材４７は、ケーブルコア１０の軸方向（紙面奥行き方向）に沿って延び、かつ周方向に所定の間隔を空けて配置される複数の長尺材４７ｐからなり、コア外空間を周方向に４つの領域に区分しつつ、リード側断熱容器４２内におけるケーブルコア１０の位置を固定している。そして、この４つの領域のうち、１２時〜３時の領域と６時〜９時の領域を往路１９Ｇ、３時〜６時の領域と９時〜１２時の領域を復路１９Ｒとする（もちろん、逆でも良いし組み合わせは自在である）ことで、コア外空間に冷媒の往復流路を形成している。なお、ケーブルコア１０の周方向に仕切られる空間の数は４つに限定されるわけではなく、最低２つあれば良い（即ち、長尺材４７ｐも最低２つ必要）。

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することが可能である。

本発明超電導ケーブルの端末構造は、低温絶縁型の超電導ケーブルを用いた交流、直流送電網の形成や電気炉用の電源線などの端末に好適に利用することができる。

１００，１０１ 超電導ケーブルの端末構造
１ 超電導ケーブル
１０ ケーブルコア １１ 超電導導体層 １２ ケーブル絶縁層
１３ ケーブル遮蔽層
１４ ケーブル断熱管
１９ 冷媒 １９Ｇ 往路 １９Ｒ 復路
２ 常電導リード
３，４ 断熱構造体
３１，４１ ケーブル側断熱容器 ４１ｈ 連通孔
３２，４２ リード側断熱容器 ３２１ Ｏリング
３３，４３ 絶縁部材
４４ 仕切り部材
４５，４６ 位置固定部材 ４６ｐ 突起
４７ 兼用部材 ４７ｐ 長尺材
２００ 超電導ケーブルの端末構造
８ 接続部材 ９ 断熱構造体 ９１ 断熱容器 ９３ 絶縁部材

Claims (6)

1. 超電導ケーブルのケーブルコアと常電導リードとの接続部分の外周を覆う断熱構造体を備える超電導ケーブルの端末構造であって、
   前記常電導リードの軸方向に前記常電導リードに向かう方向をリード方向、前記ケーブルコアに向かう方向をコア方向としたとき、
   前記断熱構造体は、
   前記超電導ケーブルに備わるケーブル断熱管のリード方向端部に設けられるケーブル側断熱容器と、
   前記常電導リードのコア方向端部に取り付けられる断熱容器であり、そのコア方向端部が前記ケーブル側断熱容器のリード方向端部にオーバーラップするリード側断熱容器と、
   前記ケーブル側断熱容器と前記リード側断熱容器とのオーバーラップ部分に介在される部分と、前記オーバーラップ部分のリード方向とコア方向の両方に張り出す部分と、を有する絶縁部材と、
   を備え、
   前記ケーブル側断熱容器に前記絶縁部材が一体化されていない構成なら、前記接続部分は、前記ケーブル側断熱容器のリード方向端部よりも外側に配置され、
   前記ケーブル側断熱容器に前記絶縁部材が一体化されている構成なら、前記接続部分は、前記絶縁部材のリード方向端部よりも外側に配置されている超電導ケーブルの端末構造。
2. 前記断熱構造体と、その内部に収納される超電導ケーブルのケーブルコアと、の間に形成されるコア外空間に、当該ケーブルコアを極低温に冷却する冷媒を流通させる通路を設ける請求項１に記載の超電導ケーブルの端末構造。
3. 前記ケーブルコアは、パイプ状のフォーマを備え、
   前記フォーマの内部空間と前記コア外空間の一方が前記冷媒の往路、他方が前記冷媒の復路として利用される請求項２に記載の超電導ケーブルの端末構造。
4. 前記コア外空間は、前記超電導ケーブルの周方向あるいは径方向に並ぶ複数の分割空間に分けられており、
   それら分割空間の一部が前記冷媒の往路、残りが前記冷媒の復路として利用される請求項２に記載の超電導ケーブルの端末構造。
5. 前記断熱構造体は、その内部に配される前記ケーブルコアをその外周側から支持し、前記断熱構造体の内部における前記ケーブルコアの位置を固定する位置固定部材を備える請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの端末構造。
6. 前記位置固定部材は、前記ケーブルコアの径方向内方側への突出量を調節できるように構成されている請求項５に記載の超電導ケーブルの端末構造。

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