JP6210537B2 - 超電導ケーブルの接続構造、超電導ケーブル、超電導ケーブルの終端部の電流端子構造 - Google Patents
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Description
この超電導ケーブルを電力供給線として使用する場合には、電力供給源から遠方の電力消費地まで超電導ケーブルを敷設する必要があるが、超電導ケーブルは製造上又は運搬上の理由から、単一のケーブル長には限界がある。このため、長距離のケーブル敷設の際には、いくつもの超電導ケーブルをつなぎ合わせる必要があった。
しかし、一般の超電導ケーブルの超電導導体層は、超電導層を表側に向けた超電導線から構成されているため、超電導ケーブルの超電導導体層を構成する超電導線同士をそのまま接続することはできなかった。
また、特許文献2では、互いの基板側を貼り合わせて両面に超電導層を有する超電導線が提案されている。
特許文献2の場合、超電導線が二枚の貼り合わせ構造であることから超電導線の必要量が二倍となり、超電導ケーブルの材料コストそのものの増加を招くという問題が生じていた。
従って、接続用の超電導線を用いることなく又は接続用の超電導線を低減させて、超電導ケーブルの超電導導体層の接続を行うことが可能である。また、超電導導体層を構成する超電導線として両面を超電導層とする超電導線を不要又は低減することが可能となる。
従って、接続用の超電導線又は両面を超電導層とする超電導線を不要又は低減し、さらに、接続工事コストの低減を図ることが可能となる。
従って、両面が超電導層である材料コストの高い超電導ケーブルを使用することなく、接続時の損失の低減を図ることが可能となる。
従って、両面が超電導層である材料コストの高い超電導ケーブルを使用することなく、接続時の損失の低減を図ることが可能となる。
従って、両面が超電導層である材料コストの高い超電導ケーブルを使用することなく、接続時の損失の低減を図ることが可能となる。
従って、接続用の超電導線を用いることなく又は接続用の超電導線を低減させて、超電導ケーブルの超電導導体層の超電導線同士の接続を行うことが可能である。また、超電導導体層を構成する超電導線として、両面を超電導層とする超電導線が不要又は低減できるので、超電導ケーブルの製造及びケーブル接続時に余分な超電導線が不要となる。
これにより、材料コスト及び接続工事コストの低減を図ることが可能な超電導ケーブルを提供することが可能となる。
従って、コスト面に優れ、接続時の損失の少ない超電導ケーブルを提供することが可能となる。
以下に、本発明を実施するための好ましい第一の実施の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図1は超電導ケーブルの一例を示す図である。
超電導ケーブル10A(10B)は、断熱管12内に一心のケーブルコア11A(11B)が収納された単心型の超電導ケーブルである。ケーブルコア11A(11B)は、フォーマ140、超電導導体層130A(130B)、電気絶縁層113、超電導シールド層114A(114B)、常電導シールド層115、保護層116等により構成される。
なお、互いに接続を行う超電導ケーブル10Aと超電導ケーブル10Bとは、超電導導体層と超電導シールド層とについて若干構造が異なっているが、これらの違いについては後述するものとして、超電導ケーブル10A、10Bについて共通する構成ついて先に説明を行う。
また、このフォーマ140は、内部が中空に形成されており、当該中空部には、当該フォーマ140及び超電導導体層130A(130B)を冷却するために、液体冷媒(例えば液体窒素)が供給される。なお、この液体冷媒は後述する断熱管12内においてケーブルコア11A(11B)の周囲に供給されるものと同一のものである。
この超電導導体層130A(130B)を構成する超電導線100は、例えば、図2に示すように、基板1の片方の主面(厚み方向における一方の面)上に中間層2、超電導層3、保護層4が順に積層された積層体と、その積層体の周囲を被覆する銅安定化層5を備えているテープ状の超電導線である。
超電導層3を構成する超電導体としては、液体窒素温度以上で超電導を示すRE系超電導体(RE:希土類元素)、例えば化学式YBa2Cu3O7-yで表されるイットリウム系超電導体(以下、Y系超電導体)が代表的である。
この超電導シールド層114A(114B)を構成する超電導線には、超電導導体層130A(130B)と同様の超電導線100(図2参照)を適用できる。
保護層116は、例えば、絶縁紙、高分子不織布などで構成され、常電導シールド層115の上に巻回することにより形成される。
断熱内管121及び断熱外管122は、例えばステンレス製のコルゲート管(波付き管)である。断熱内管121と断熱外管122の間には、例えばアルミを蒸着したポリエチレンフィルムの積層体で構成された多層断熱層(スーパーインシュレーション)123が介在され、真空状態に保持される。また、断熱外管122の外周はポリ塩化ビニル(PVC)やポリエチレンなどの防食層124で被覆されている。
超電導ケーブル10A,10Bの接続の際には、互いの断熱管12,12同士を連結する図示しない中間接続部が使用される。この中間接続部は、断熱管12と同様に二重壁面構造であり、壁面間が真空引きされると共に中間接続部内部には冷媒が循環される。また、中間接続部内部において、各超電導ケーブル10A,10Bのケーブルコア11A,11B同士が連結されている。
超電導導体層130A,130Bは、フォーマ140,140の接続部の外周において、超電導導体層130A,130Bを構成する超電導線100が個々に半田接続されている。この接続構造については後述する。
各ケーブルコア11A,11Bの電気絶縁層113,113の先端部は、いずれも段剥ぎによりフォーマ140,140の先端部よりも後退した位置で先細となる円錐面形状に形成され、各絶縁層113,113の円錐面形状により生じる谷部分には、絶縁層113と同じ絶縁性紙類の巻回により補助絶縁層(図示略)が形成され、当該補助絶縁層を覆うようにその外周面上で超電導シールド層114A,114B、常電導シールド層115,115、保護層116,116が互いに接続されている。
図3は接続されたフォーマ140,140の外周における超電導導体層130A,130Bの接続状態を示す断面図であり、図4は図3の領域αを上方から見た拡大図である(図4では超電導線100の全体数の一部のみを図示している)。
各超電導ケーブル10A,10Bの第一の超電導導体層131A,131Bと第二の超電導導体層132A,132Bは、フォーマ140,140の中心軸を中心とする円周に沿って複数の超電導線100が螺旋を描くように敷き詰められた状態で並んで配置されている。
また、他方の超電導ケーブル10Bの第一及び第二の超電導導体層131B,132Bは、図4に示すように、全ての超電導線100がいずれも基板1に対して超電導層3がケーブルコア11Bの径方向において内側に位置する状態で並んで配置されている。
また、図4では、超電導線100の表裏が区別できるように、裏を向いた超電導線100については模様を施して図示している。
なお、図4では、第二の超電導導体層132A,132Bのみを図示し、第一の超電導導体層131A,131Bの図示が省略しているが、第一の超電導導体層131A,131Bの各超電導線100についても同様に接続される。
図3では、第一の超電導導体層131A,131Bの接続部分と第二の超電導導体層132A,132Bの接続部分が同じ位置になる場合を示しているが、それぞれの接続部分をフォーマ140,140の軸方向において異なる位置に形成してもよい。
また、各超電導ケーブル10A,10Bの超電導シールド層114A,114Bもまたフォーマ140,140の中心軸を中心とする円周に沿って複数の超電導線100が螺旋を描くように敷き詰められた状態で並んで配置されている。
そして、超電導シールド層114Aは、全ての超電導線100が表向きで並んで配置されており、超電導シールド層114Bは、全ての超電導線100が裏向きで並んで配置されている。
このように、超電導導体層130Aの全ての超電導線100が表向きとされている超電導ケーブル10Aと、超電導導体層130Bの全ての超電導線100が裏向きとされている超電導ケーブル10Bとを使用することにより、その接続構造において、互いの超電導線100を超電導層3が向き合った状態で接続することが可能となる、
これにより、超電導線100同士の接続部における抵抗を低減し、抵抗による損失と発熱の低減を図ることが可能となる。
同様に、超電導ケーブル10A、10Bの超電導シールド層114A、114Bも互いの超電導線100を超電導層3が向き合った状態で接続しているので、超電導線100同士の接続部において、抵抗による損失と発熱の低減を図ることが可能となっている。
上記第一の実施形態では、超電導ケーブル10Aの各超電導導体層131A,132Aの全ての超電導線100が表側を向いた状態で設けられ、超電導ケーブル10Bの各超電導導体層131B,132Bの全ての超電導線100が裏側を向いた状態で設けられている場合の接続構造を例示したが、各超電導線100の配置は、上記に限定されるものではない。
例えば、フォーマ140の中心軸を中心とする周方向に沿って超電導導体層を構成する複数の超電導線100を表向きと裏向きとに周期的に入れ替わるように配置しても良い。即ち、超電導導体層の第1の超電導線と第2の超電導線がフォーマの中心軸を中心とする周方向において周期的に入れ替わるように配置しても良い。
そして、上記配置により、超電導ケーブル10C、10Dの互いの先端部同士を対向させたときに、一方の超電導ケーブル10Cのフォーマ140の中心軸を中心とする周方向における裏向きの超電導線100の配置分布と他方の超電導ケーブル10Dのフォーマ140の中心軸を中心とする周方向における表向きの超電導線100の配置分布とを一致させることが可能である。
従って、超電導ケーブル10C及び10Dの全ての表向きの超電導線100と、超電導ケーブル10C及び10Dの全ての裏向きの超電導線100とについて、相互に超電導層3側を対向させた状態で接続することが可能となる。
これにより、両面が超電導層である超電導線を不要として、材料コストの面で優れる超電導ケーブル10C、10Dを提供することが可能となる。
また、接続用の超電導線を不要とするので、工事コストに優れる超電導ケーブルの接続構造を提供することが可能となる。
さらに、超電導ケーブル10C、10Cの互いの超電導導体層を構成する全ての超電導線100同士が超電導層3側を対向させた状態で接続することにより、抵抗を低減し、発熱や損失の低減を図ることが可能となる。
この場合も、超電導ケーブル10E、10Fの互いの先端部同士を対向させたときに、一方の超電導ケーブル10Eのフォーマ140の中心軸を中心とする周方向における裏向きの超電導線100の配置分布と他方の超電導ケーブル10Fのフォーマ140の中心軸を中心とする周方向における表向きの超電導線100の配置分布とを一致させることが可能である。
そして、超電導ケーブル10E及び10Fの全ての超電導線100が互いに超電導層3側を対向させた状態で接続することが可能となる。
従って、この場合も、両面が超電導層である超電導線を不要として、材料コストの面で優れる超電導ケーブル10E、10Fを提供することが可能となる。
また、接続用の超電導線を不要とするので、工事コストに優れる超電導ケーブルの接続構造を提供することが可能となる。
さらに、超電導ケーブル10E、10Fの互いの超電導導体層を構成する全ての超電導線100同士を超電導層3側を対向させた状態で接続することにより、抵抗を低減し、発熱や損失の低減を図ることが可能となる。
この場合、超電導ケーブル10G、10Hの互いの先端部同士を対向させたときに、一方の超電導ケーブル10Gの表向きの超電導線100と、他方の超電導ケーブル10Hの裏向きの超電導線100とがフォーマ40を中心とする周方向において一致させることで、全ての超電導線100が接続用の超電導線無しで超電導層3側同士を対向させた状態で他の超電導線100と接続することが可能となる。
従って、この場合も、両面が超電導層である超電導線を不要として、材料コストの面で優れる超電導ケーブル10G、10Hを提供することが可能となる。
また、接続用の超電導線を不要とするので、工事コストに優れる超電導ケーブルの接続構造を提供することが可能となる。
なお、一方の超電導ケーブル10Gの表向きの超電導線100と、他方の超電導ケーブル10Hの裏向きの超電導線100とをフォーマ40を中心とする周方向において一致させない場合には、超電導ケーブル10G、10Hの超電導線100のうち、お互いが表向きの超電導線100同士又は裏向きの超電導線100同士の組み合わせが生じる。このような場合には、超電導線100,100は接続用の超電導線を用いて接続を行えばよい。この際、接続用の超電導線が必要となるが、お互いが表向きの超電導線100同士又は裏向きの超電導線100同士の組み合わせの数が従来よりも少ないことから、工事コストに優れる超電導ケーブルの接続構造を提供することが可能となる。
また、上記図5〜図7の超電導線100の表裏の配置分布は、各超電導ケーブル10C〜10Gの超電導シールド層における超電導線の表裏の配置にも適用することが可能である。
超電導ケーブルは、その終端部において、超電導導体層の外周面を露出させた状態で、外部装置に電気的に接続されている導体スリーブに挿入され、当該外部装置に対する電流の送受を行う。
この場合、超電導ケーブルの超電導導体層を構成する複数の超電導線の中で、裏向きとなる超電導線が存在すると、導体スリーブとの接続が超電導線の基板側で行われることとなり、超電導線と導体スリーブ間の抵抗値が大きくなってしまう。そこで、終端部において裏向きの超電導線が含まれた超電導導体層を有する超電導ケーブルの場合には、以下に示す電流端子構造が設けられている。
そして、各超電導導体層131C,132Cの全ての裏向きの超電導線100に対して、接続用の超電導線101,102を延長接続している。
なお、図8では超電導線100の表裏が区別できるように、裏を向いた超電導線100については模様を施して図示している。また、図9では超電導線100の基板1側と超電導層3側とを符号を付して示している。
接続用の超電導線101は超電導線100と同じ構造(図2参照)、同じ幅であって、長さが短い短冊状となっている。そして、基板1に対して超電導層3がケーブルコアの径方向において外側を向いた状態で介挿される。これにより、接続用の超電導線101の一端部では、その超電導層3が第一の超電導導体層131Cの裏向きの超電導線100の超電導層3と対向した状態で接続される。また、接続用の超電導線101の他端部では、その超電導層3がケーブルコアの径方向において外側を向いた状態で露出した状態となる。
これにより、第一の超電導導体層131Cの裏向きの超電導線100は、接続用の超電導線102の超電導層3を介して、外部の導体スリーブと接した状態とすることができ、裏向きの超電導線100と外部の導体スリーブとの間の抵抗を低減すると共に、発熱、損失の低減を図ることが可能となる。
これにより、第二の超電導導体層132Cの裏向きの超電導線100も、接続用の超電導線102の超電導層3を介して、外部の導体スリーブと接した状態とすることができ、裏向きの超電導線100と外部の導体スリーブとの間の抵抗を低減すると共に、発熱、損失の低減を図ることが可能となる。
例えば、電気絶縁層113に対する第二の超電導導体層132Cの延出長さと、第二の超電導導体層132Cに対する接続用の超電導線102の延出長さと、接続用の超電導線102に対する第一の超電導導体層131Cの延出長さと、第一の超電導導体層131Cに対する接続用の超電導線101の延出長さとが等しくなることがより望ましい。
これにより、導体スリーブの内側に各超電導導体層131C,132Cを挿入して半田等の溶化材を介して接続する際に、超電導導体層131C,132Cの導体スリーブと接続する箇所(図8におけるX,Y部分)の厚みが略均一となり、ケーブルコアの周方向においてより均一に超電導導体層131C,132Cと導体スリーブの接続を行うことが可能となる。
なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、超電導ケーブルのケーブルコアを三本有する三相対応のケーブルに上記超電導ケーブル10A及び10B、10C及び10D、10E及び10F、10G及び10Hの接続構造、電流端子構造を適用しても良い。
3 超電導層
10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H 超電導ケーブル
11A,11B ケーブルコア
100 超電導線
101,102 接続用の超電導線
114A,114B 超電導シールド層
130A,130B 超電導導体層
131A,131B,131C,131D,131E,131F,131G,131H 第一の超電導導体層
132A,132B,132C,132D,132E,132F,132G,132H 第二の超電導導体層
140 フォーマ
Claims (6)
- フォーマと前記フォーマの外周に沿って並んだ複数の超電導線により形成された超電導導体層を備えたケーブルコアを有する一対の超電導ケーブルの接続構造であって、
前記超電導線は、基板と前記基板の一方の主面側に形成された超電導層とを有する層構造を備え、
前記超電導導体層の複数の超電導線の内の少なくとも一部が前記基板に対して前記超電導層が前記ケーブルコアの径方向において内側に位置する状態で配置された第1の超電導線である一方の超電導ケーブルと、
前記超電導導体層の複数の超電導線の内の少なくとも一部が前記基板に対して前記超電導層が前記ケーブルコアの径方向において外側に位置する状態で配置された第2の超電導線である他方の超電導ケーブルとが、
前記第1の超電導線と前記第2の超電導線によって接続されており、前記第1の超電導線と前記第2の超電導線は互いの前記超電導層が対向した状態で接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。 - 前記一方の超電導ケーブルの前記ケーブルコアの周方向における前記第1の超電導線の配置分布と、前記他方の超電導ケーブルの前記ケーブルコアの周方向における前記第2の超電導線の配置分布とが一致することを特徴とする請求項1記載の超電導ケーブルの接続構造。
- それぞれの前記超電導ケーブルは、前記超電導導体層において、前記第1の超電導線と前記第2の超電導線とが前記フォーマの外周に沿って周期的に入れ替わるように並んで配置されていることを特徴とする請求項1記載の超電導ケーブルの接続構造。
- 前記一方の超電導ケーブルの前記超電導導体層が前記第1の超電導線のみから構成され、前記他方の超電導ケーブルの前記超電導導体層が前記第2の超電導線のみから構成されていることを特徴とする請求項1記載の超電導ケーブルの接続構造。
- フォーマと超電導導体層を有するケーブルコアを備える超電導ケーブルであって、
前記超電導導体層は、前記フォーマの外周に沿って並んだ複数の超電導線により形成され、
前記超電導線は、基板と前記基板の一方の主面上に形成された超電導層とを有する層構造を備え、
前記超電導導体層は前記基板に対して前記超電導層が前記ケーブルコアの径方向において内側に位置する状態で配置された第1の超電導線と、前記基板に対して前記超電導層が
前記ケーブルコアの径方向において外側に位置する状態で配置された第2の超電導線を有し、
前記超電導導体層の前記第1の超電導線と前記第2の超電導線が前記フォーマの周方向において周期的に入れ替わるように配置されていることを特徴とする超電導ケーブル。 - 請求項5記載の超電導ケーブルの終端側の電流端子構造において、
前記第1の超電導線の端部の内側に、基板に対して超電導層が前記ケーブルコアの径方向において外側に位置する状態の接続用の超電導線を設け、当該接続用の超電導線を前記第1の超電導線の端部から延長方向に延出すると共に、互いの超電導層を接続したことを特徴とする超電導ケーブルの終端部の電流端子構造。
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