JP6451917B1 - 超電導送電用断熱多重管 - Google Patents
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Abstract
超電導ケーブルと、前記超電導ケーブルを収容する多重管とを備える超電導送電用断熱多重管であって、前記多重管が複数のストレート管からなり、前記複数のストレート管の少なくとも1つが、スパングルの平均サイズが2.0mm以下である亜鉛系めっき層を表面に備える、超電導送電用断熱多重管。
Description
前記超電導ケーブルを収容する多重管とを備える超電導送電用断熱多重管であって、
前記多重管が複数のストレート管からなり、
前記複数のストレート管の少なくとも1つが、スパングルの平均サイズが2.0mm以下である亜鉛系めっき層を表面に備える、超電導送電用断熱多重管。
前記超電導ケーブルとしては、超電導送電に用いることができるものであれば任意のものを用いることができる。好適に用いることができる超電導ケーブルの一例としては、銅などの金属からなる芯材(フォーマ)と、絶縁層と、超電導材料からなる導体とを有する超電導ケーブルが挙げられる。前記超電導材料としては任意のものを用いることができるが、液体窒素環境において超電導状態をとる高温超電導材料を用いることが好ましい。
上記超電導ケーブルは、複数のストレート管で構成された多重管に収容される。前記多重管は、2つのストレート管で構成された2重管であってもよく、3以上のストレート管で構成されていてもよい。前記超電導ケーブルは、通常、前記多重管を構成する複数のストレート管のうち、最も内側の管(以下、「最内管」という場合がある)の内部に収容される。本超電導送電用断熱多重管を実際の送電に使用する際には、超電導ケーブルを収容した管(通常、最内管)の内部に、超電導ケーブルを冷却するための冷却媒体を流す。前記冷却媒体としては、例えば、液体窒素を用いることができる。また、前記多重管は、さらに任意に追加の管を含むこともできる。例えば、外管と内管からなる二重管が、さらに前記内管とは独立した追加の管を外管の中に備えることができる。
上記多重管を構成する複数のストレート管の肉厚は、それぞれ独立に、任意の値とすることができるが、合計で10mm以上とすることが好ましく、15mm以上とすることがより好ましい。肉厚の合計を上記範囲とすることにより、超電導送電用断熱多重管を海底に敷設する場合に自重で沈むため、重りなどを用いることなく容易に敷設でき、また、水圧などに耐え得る強度が得られる。
上記多重管を構成する複数のストレート管の少なくとも1つの表面に、スパングルの平均サイズが2.0mm以下である亜鉛系めっき層(以下、単に「亜鉛系めっき層」という場合がある)を設ける。スパングルの平均サイズを2.0mm以下とすることにより、当該亜鉛系めっき層の輻射率、特に、遠赤外域における輻射率を低減することができる。その結果、遠赤外線などの輻射による外部からの熱の侵入を抑制し、超電導送電用断熱多重管の断熱性を向上させることができる。スパングルの平均サイズは、1.5mm以下とすることが好ましく、1.0mm以下とすることがより好ましく、0.8mm以下とすることがさらに好ましい。なお、輻射率は局所熱平衡状態において吸収率に等しい。また、スパングルの平均サイズは、実施例に記載した方法で測定することができる。
多重管を構成する複数のストレート管の少なくとも1つの表面に、スパングルの平均サイズが2.0mm以下である亜鉛系めっき層が設けられていれば、それ以外の部分にはめっき層が設けられていなくてもよい。しかし、スパングルの平均サイズが2.0mm以下である亜鉛系めっき層が設けられていない部分に、他のめっき層を設けることもできる。
前記複数のストレート管のうち最も外側のストレート管の外表面には、さらに樹脂被覆層を設けることができる。樹脂を被覆することにより、超電導送電用断熱多重管の耐食性をさらに向上させることができる。したがって、特に、超電導送電用断熱多重管を地中に埋設する場合には前記樹脂被覆層を設けることが好ましい。
前記多重管を構成する複数のストレート管のうち、隣接する2つのストレート管の間には、スペーサを設置することが好ましい。前記スペーサを設けることにより、隣接する2つの管が直接接触し、熱が直接伝わることが防止できる。前記スペーサは、超電導送電用断熱多重管の長手方向に間隔を開けて複数設置することが好ましい。
前記多重管を構成する複数のストレート管のうち、隣接する2つのストレート管の間の空間を減圧して、真空断熱層とすることができる。真空断熱層を設けることにより、外部からの熱の侵入をさらに抑制することができる。真空断熱層の形成は、超電導送電用断熱多重管を敷設する際に行えばよく、したがって、敷設前の超電導送電用断熱多重管には真空断熱層が形成されている必要は無い。前記真空断熱層は、上記スペーサが設置されている空間に設けることが好ましい。
本発明の効果を確認するために、スパングルの平均サイズが異なる亜鉛系めっき層を作成し、輻射率を評価した。
スパングルの平均サイズを線分法で評価した。具体的な手順は次のとおりである。まず、めっき層の表面に任意の直線を引き、前記直線を横切ったスパングル粒の数を数え、前記直線の長さをスパングル粒の数で除したものをスパングルの平均サイズとした。なお、スパングル粒の識別が困難である場合には、EBSP(Electron BackScattering Pattern)測定などによって結晶方位を解析し、2つの領域間に15°以上の結晶方位のずれが存在する場合は別のスパングル粒と判断した。したがって、1つのスパングル粒内に双晶結晶が存在し、スパングル粒内でわずかに色調が異なる場合があるが、そのようなスパングル粒についても1つのスパングルと見なした。
得られためっき層表面の輻射率を、遠赤外線分光放射計(日本電子株式会社、JIR−E500)を使用して測定した。輻射率の測定は、4〜25μmの波長範囲で行い、ノイズが含まれる両端を除いた波長8、12、16、および20μmにおける輻射率を評価に用いた。なお、参考のため、遠赤外線分光放射計による輻射率の測定結果の一例を図2に示す。
(1)波長8μmにおける輻射率が8%未満
(2)波長12μmにおける輻射率が12%未満
(3)波長16μmにおける輻射率が15%未満
(4)波長20μmにおける輻射率が18%未満
(5)波長8μmにおける輻射率が6%未満
(6)波長12μmにおける輻射率が9%未満
(7)波長16μmにおける輻射率が12%未満
(8)波長20μmにおける輻射率が14%未満
・前記第1の条件(1)〜(4)をすべて満足しない場合:×
・前記第1の条件(1)〜(4)の一部を満足する場合:△
・前記第1の条件(1)〜(4)のすべてを満足する場合:○
・前記第1の条件(1)〜(4)のすべてを満足し、かつ、前記第2の条件(5)〜(8)の一部を満足する場合:○○
・前記第2の条件(5)〜(8)をすべて満足する場合:◎
次に、樹脂被覆層を設けた場合の影響を確認するために、以下の実験を行った。
得られたサンプルのそれぞれについて、実施例1と同様の方法で輻射率を測定した。前記測定は、n=3で行った。得られた波長8、12、16、および20μmにおける輻射率の平均値を用いて、以下の評価基準に基づいて輻射率を評価した。前記評価では、めっき層を有さない基準サンプル(No.21)における輻射率の測定値を基準として用いた。評価結果を表2に併記する。
・同等(○):サンプルの輻射率(%)と基準サンプルの輻射率(%)との差が、8、12、16、および20μmのすべての波長において5ポイント(5 percentage point)以内。
・良好(◎):サンプルの輻射率(%)が、8、12、16、および20μmの少なくとも1つの波長において基準サンプルの同波長における輻射率よりも5ポイント(5 percentage point)より多く減少している。
Claims (2)
- 超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルを収容する多重管とを備える超電導送電用断熱多重管であって、
前記多重管が複数のストレート管からなり、
前記複数のストレート管の少なくとも1つが、スパングルの平均サイズが2.0mm以下である亜鉛系めっき層を表面に備える、超電導送電用断熱多重管。 - 前記複数のストレート管のうち最も外側のストレート管の外表面に、樹脂被覆層を有する、請求項1に記載の超電導送電用断熱多重管。
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