JP6662468B2 - 超電導送電用断熱多重管およびその敷設方法 - Google Patents
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Description
前記超電導ケーブルを収容するための、複数のストレート管で構成された多重管と、
前記複数のストレート管のうちの隣接する2つのストレート管の間に設置された複数のスペーサとを備える超電導送電用断熱多重管であって、
前記スペーサの、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向に垂直な面における断面形状が、頂点の数3以上の多角形であり、
前記スペーサが、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向に垂直な面における中心に貫通孔を備え、
前記隣接する2つのストレート管のうちの内側のストレート管が、前記貫通孔を通るように設置されており、
前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの内側のストレート管との間の摩擦係数μiが0.1以下であり、
前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管との間の摩擦係数μoが0.1以下であり、
前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管の内径dに対する、前記多角形の対角相当長Ldの比(Ld/d)が0.9以下である、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。
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。肉厚の合計が上記範囲であれば、超電導送電用断熱多重管を海底に敷設する場合に該超電導送電用断熱多重管が自重で沈むため、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。
上記ストレート管の表面には、めっき層を設けることが好ましい。めっき層を設けることにより、耐食性を向上できることに加え、輻射率を低減して外部からの熱の侵入をさらに抑制することができる。前記めっき層を形成する場合、多重管を構成する複数のストレート管の少なくとも1つに設ければよく、すべてに設けることもできる。また、各ストレート管は、外表面および内表面のいずれか一方または両方にめっき層を有することができる。
前記最外管の外側表面には、最外管の保護のために任意にコーティングを設けることができる。前記コーティングの材質は特に限定されないが、例えば、樹脂を用いることができる。前記樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂やシリコーン樹脂などが好適に用いられる。前記コーティングの形成方法は特に限定されないが、例えば、樹脂等からなるテープを最外管の外側表面に巻き付けることによって前記コーティングを形成することができる。
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つの間には、複数のスペーサが設置される。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。なお、ここで「隣接する」とは、2つの管の一方が、他方の管の内部に設置されており、かつ前記2つの管の間に他の管が存在しない場合を指すものとする。
前記スペーサと該スペーサが接触する管との摩擦係数が大きいと、リール工法で超電導送電用断熱多重管を敷設するためにリールに巻取った際や、巻取られた超電導送電用断熱多重管をリールから巻き戻す際にスペーサが滑らず、割れてしまう場合がある。そのため、前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの内側のストレート管との間の摩擦係数μiを0.1以下とする。同様に、前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管との間の摩擦係数μoを0.1以下とする。
μ=T/(G×M) …(1)
測定は、管の円周方向に120°離れた3点で行い、3カ所における摩擦係数μの平均値をμoとする。
μ=T/(G×M) …(1)
測定は、管の円周方向に120°離れた3点で行い、3カ所における摩擦係数μの平均値をμiとする。
(1)前記スペーサの表面のうち、ストレート管と接触する部分の算術平均粗さRas。
(2)前記隣接する2つのストレート管のうち内側のストレート管の外側表面における算術平均粗さRai。
(3)前記隣接する2つのストレート管のうち外側のストレート管の内側表面における算術平均粗さRao。
また、スペーサのサイズが、該スペーサが内接する管(図1の場合、外管11)の内寸と同程度であると、超電導送電用断熱多重管を上手く曲げることができず、また、曲げた際にスペーサが破損する場合がある。そのため、前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管の内径dに対する、前記スペーサの断面形状である多角形の対角相当長Ldの比(Ld/d)を0.9以下とする。前記Ld/dは、0.8以下とすることが好ましい。なお、ここで多角形の対角相当長とは、該多角形の異なる2つの頂点同士を結ぶ線分のうち最大の長さを有する線分の長さとして定義される。例えば、前記多角形が三角形の場合、対角相当長は3つの辺のうち最も長い辺の長さである。また、4以上の頂点を有する多角形の場合、対角相当長は最大の対角線長さである。
さらに、前記スペーサと、該スペーサが内接する管との接触部が大きすぎると、スペーサと管との摺動抵抗が大きくなるとともに、断熱性が低下する。そのため、前記スペーサと前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管との接触部の前記ストレート管の長手方向における長さLlを5mm以下とすることが好ましく、3mm以下とすることがより好ましく、1mm以下とすることがさらに好ましい。
前記スペーサは、超電導送電用断熱多重管の長手方向に任意の間隔を開けて設置することができる。前記間隔は、等間隔であってもよいし、不等間隔であってもよい。前記間隔は特に限定されず、任意の値とすることができるが、過度に間隔が大きいと多重管を構成する管同士の接触を防止できなくなる場合がある。そのため、前記間隔は10m以下とすることが好ましい。一方、前記間隔が小さすぎるとスペーサの設置コストが増加するため、前記間隔は1m以上とすることが好ましい。なお、敷設などの作業にともなってスペーサの位置が変わることは許容される。
前記スペーサが、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向(軸方向)に移動自在に設置されていると、敷設などの作業にともなってスペーサの位置が大きく変わり、結果として、意図しないスペーサが存在しない区間が形成されてしまう場合がある。そこで、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向における前記スペーサの移動を規制する規制部材(ストッパー)を設けることができる。前記ストッパーとしては、スペーサの移動を規制できるものであれば任意のものを用いることができる。例えば、前記隣接する2つのストレート管の一方または両方に固定された部材をストッパーとして用いることができる。なお、前記ストッパーは、必ずしもスペーサの移動を完全に防止する必要はなく、該ストッパーの設置位置を超えてスペーサが移動することを防止できればよい。
上記超電導送電用断熱多重管は、任意の方法で敷設することができるが、特に、リールバージを用いて海底に敷設する場合に好適に用いることができる。リールバージによる敷設は、ラインパイプ等の敷設で用いられている方法に準じて行うことができる。
10 二重管(多重管)
11 外管
12 内管
13 空間(冷却媒体用)
14 空間(真空断熱層)
20 超電導ケーブル
30 スペーサ
31 貫通孔(超電導ケーブル設置用)
32 貫通孔(熱伝導抑制用)
41 治具
42 ばね秤
Claims (7)
- 超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルを収容する、複数のストレート管で構成された多重管と、
前記複数のストレート管のうちの隣接する2つのストレート管の間に設置された複数のスペーサとを備える超電導送電用断熱多重管であって、
前記スペーサの、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向に垂直な面における断面形状が、頂点の数3の多角形であり、
前記スペーサが、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向に垂直な面における中心に貫通孔を備え、
前記隣接する2つのストレート管のうちの内側のストレート管が、前記貫通孔を通るように設置されており、
前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの内側のストレート管との間の摩擦係数μiが0.1以下であり、
前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管との間の摩擦係数μoが0.1以下であり、
前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管の内径dに対する、前記多角形の対角相当長Ldの比(Ld/d)が0.8以下である、超電導送電用断熱多重管。 - 超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルを収容する、複数のストレート管で構成された多重管と、
前記複数のストレート管のうちの隣接する2つのストレート管の間に設置された複数のスペーサとを備える超電導送電用断熱多重管であって、
前記スペーサの、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向に垂直な面における断面形状が、頂点の数4以上の多角形であり、
前記スペーサが、前記超電導送電用断熱多重管の長手方向に垂直な面における中心に貫通孔を備え、
前記隣接する2つのストレート管のうちの内側のストレート管が、前記貫通孔を通るように設置されており、
前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの内側のストレート管との間の摩擦係数μ i が0.1以下であり、
前記スペーサと、前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管との間の摩擦係数μ o が0.1以下であり、
前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管の内径dに対する、前記多角形の対角相当長L d の比(L d /d)が0.9以下である、超電導送電用断熱多重管。 - 前記スペーサと前記隣接する2つのストレート管のうちの外側のストレート管との接触部の前記ストレート管の長手方向における長さLlが5mm以下である、請求項1または2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記多重管を構成するストレート管の肉厚の合計が10mm以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の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内側の管が、オーステナイト相の体積分率が80%以上である鋼材からなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記複数のストレート管の少なくとも1つが、めっき層を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の超電導送電用断熱多重管を、リールバージを用いて海底に敷設する、超電導送電用断熱多重管の敷設方法。
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