JP6830308B2 - 断熱管及び超電導ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、断熱管及び超電導ケーブルに関する。

特許文献１には、内管と外管との間の空間部に断熱材と線状体のスペーサを内蔵した断熱管が開示されている。

特開２０１１−２２６６２１号公報

ところで、特許文献１に開示された断熱管のような２重構造管では、内管の自重や断熱管の曲げなどによって内管と外管とで挟まれた断熱材が局部的に潰れる可能性がある。断熱材の局部的に潰れた部分においては断熱性能が低下してしまう。

また、特許文献１に開示された断熱管では、スペーサの頂点を外管の内周面に線接触させることで内管と外管との間の熱伝達を抑制しているが、断熱管としては更なる断熱性能の向上が求められている。

本発明は上記事実を考慮し、断熱材の局部的な潰れを抑制できかつ、断熱性能を向上させた断熱管及び超電導ケーブルを提供することを目的とする。

第１態様の断熱管は、内管と、前記内管の外周部に該内管との間に空間部を設けて配置された外管と、前記空間部に配置され複数の凸部が点在した樹脂製のスペーサと、前記空間部に前記スペーサと重ねて配置された断熱材と、を有する。

第１態様の断熱管では、複数の凸部が点在したスペーサによって内管と外管との間に形成された空間部が維持される。
また、上記断熱管では、スペーサに複数の凸部が点在しており、この凸部が内管の外周面又は外管の内周面と点として接触（点接触）するので、例えば、線状体のスペーサのように外管の内周面と線接触するものと比べて、接触面積が小さくなり、内管と外管との間で熱が伝達されにくくなる。すなわち、断熱性能が向上する。
また、上記断熱管では、空間部に断熱材を配置するため、断熱性能がさらに向上する。

さらに、上記断熱管では、スペーサと重ねて断熱材を配置するので、内管の自重や断熱管の曲げなどによって断熱材が局部的に潰れるのが抑制される。これにより、断熱材の局部的な潰れに起因する断熱性能の低下が抑制される。
以上のことから、第１態様の断熱管によれば、断熱材の局部的な潰れが抑制されかつ、断熱性能が向上する。

第２態様の断熱管は、第１態様の断熱管において、前記スペーサは、帯体であり、前記内管に巻き付けられている。

第２態様の断熱管では、帯状のスペーサ（帯体）を内管に巻き付けていることから、例えば、一枚のシート状のスペーサを内管に巻きつける構成と比べて、断熱管が曲り易くなり、取り扱いが容易となる。

第３態様の断熱管は、第１態様又は第２態様に記載の断熱管であって、前記スペーサの一方の面に金属層が形成されている。

第３態様の断熱管では、スペーサの一方の面に金属層を形成しているため、この金属層によって外部からの輻射熱の侵入又は内部からの輻射熱の放散を防ぐことができる。これにより、断熱管の断熱性能がさらに向上する。

第４態様の断熱管は、第１態様〜第３態様のいずれか一態様の断熱管において、前記スペーサは、前記内管と前記断熱材との間に配置され、前記凸部が内管側に向けられている。

第４態様の断熱管では、スペーサを内管と断熱材との間に配置しかつ凸部を内管側に向けているため、外管から内管への熱伝達を効果的に抑制することができる。

第５態様の断熱管は、第１態様〜第４態様のいずれか一態様の断熱管において、前記内管には超電導のケーブルコアが収納され、前記空間部は真空とされている。

第５態様の断熱管では、空間部を真空とすることで、断熱性能がより向上する。

第６態様の断熱管の製造方法は、内管に凸部が点在した帯状の樹脂製のスペーサを巻き付ける工程と、前記スペーサが巻き付けられた内管に帯状の断熱材を巻き付ける工程と、前記断熱材が巻き付けられた内管を外管へ挿入する工程と、を有する。

第６態様の断熱管の製造方法では、内管に凸部が点在した帯状のスペーサが巻き付けられ、スペーサが巻き付けられた内管に帯状の断熱材が巻き付けられ、その後、断熱材が巻き付けられた内管が外管へ挿入される。
このようにして製造された断熱管は、スペーサに複数の凸部が点在しており、この凸部が内管の外周面又は外管の内周面と点として接触（点接触）するので、例えば、線状体のスペーサのように外管の内周面と線接触するものと比べて、接触面積が小さくなり、内管と外管との間で熱が伝達されにくくなる。すなわち、断熱性能が向上する。また、上記断熱管では、外管と内管との間の空間部に断熱材が配置されるため、断熱性能がさらに向上する。

また、上記断熱管の製造方法では、帯状のスペーサが巻き付けられた内管に帯状の断熱材を巻き付けるため、スペーサと重ねて断熱材が配置される。このため、上記断熱管では、スペーサと重ねて断熱材を配置するので、断熱管を曲げた場合の断熱材の局部的な潰れが抑制される。これにより、断熱材の局部的な潰れに起因する断熱性能の低下が抑制される。
以上のことから、第６態様の断熱管の製造方法によれば、断熱材の局部的な潰れを抑制できかつ、断熱性能を向上させた断熱管を製造することができる。
また、上記断熱管の製造方法では、帯状のスペーサを巻き付けて断熱構造とするので、例えば、線状体のスペーサを断熱材の表面に配置して断熱構造とするものと比べて、断熱管の製造が容易となる。

第７態様の超電導ケーブルは、内管と、前記内管に収容された超電導のケーブルコアと、前記内管の外周部に該内管との間に真空とされた空間部を設けて配置された外管と、前記空間部に配置され複数の凸部が点在した樹脂製のスペーサと、前記空間部に前記スペーサと重ねて配置された断熱材と、を有する。

第７態様の超電導ケーブルでは、スペーサに複数の凸部が点在しており、この凸部が内管の外周面又は外管の内周面と点として接触（点接触）するので、例えば、線状体のスペーサのように外管の内周面と線接触するものと比べて、接触面積が小さくなり、内管と外管との間で熱が伝達されにくくなる。すなわち、断熱性能が向上する。また、空間部に断熱材を配置するため、断熱性能がさらに向上する。さらに、空間部を真空としているため、断熱性能がより向上する。また、スペーサと重ねて断熱材を配置するので、内管の自重や断熱管の曲げなどによって断熱材が局部的に潰れるのが抑制される。これにより、断熱材の局部的な潰れに起因する断熱性能の低下が抑制される。
以上のことから、第７態様の超電導ケーブルによれば、断熱材の局部的な潰れが抑制されかつ、断熱性能が向上する。

以上説明したように、本発明は、断熱材の局部的な潰れを抑制できかつ、断熱性能を向上させた断熱管及び超電導ケーブルを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る断熱管の部分縦断面図である。 図１に示される断熱管の矢印２で指す部分を一部断面で示す拡大図である。 図１に示される断熱管の３−３線断面図である。 図１に示される断熱管で用いられるスペーサの展開平面図である。 図１に示される断熱管の製造工程を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る断熱管の変形例の部分縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る断熱管の部分縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る超電導ケーブルの部分縦断面図である。 図８に示される超電導ケーブルの９−９線断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る断熱管及び断熱管の製造方法について説明する。

図１及び図３に示されるように、本実施形態の断熱管２０は、内部を流体が流れる内管２２と、内管２２の外周部に該内管２２との間に空間部２４を設けて配置された外管２６と、内管２２と外管２６との間の空間部２４に配置されたスペーサ２８及び断熱材３０と、を備えている。なお、内管２２内を流れる流体としては、液体窒素、液体酸素、液化天然ガス、蒸気、湯等が挙げられる。

図１に示されるように、本実施形態では、内管２２及び外管２６として金属製（例えば、ステンレス製、アルミニウム製）のコルゲート管を用いている。

図１及び図２に示されるように、空間部２４には内管２２と外管２６との間隔を維持するためのスペーサ２８が配置されている。スペーサ２８は、帯体であり、内管２２に螺旋状に巻き付けられて内管２２の外周を覆っている。言い換えると、スペーサ２８は、内管２２と断熱材３０との間に配置されている。
また、本実施形態では、スペーサ２８の幅を２５〜６０ｍｍの幅としている。これは、スペーサ２８の幅を１０ｍｍ以上とすることで、後述する内管２２への巻き付け作業がしやすくなる（すなわち、良好な作業性が得られる）ためである。なお、本発明のスペーサの幅は上記構成に限定されるものではない。

図２及び図３に示されるように、スペーサ２８には、複数の凸部３２が点在されている。凸部３２は、内管２２に向かって突出しており、先端部３２Ａが内管２２の内周面に点接触している。なお、図２に示されるように、本実施形態では、凸部３２の先端部３２Ａが内管２２に向かって凸となるように湾曲する湾曲面とされている。また、凸部３２は、スペーサ２８の一部を押し出した凸形状とされており、内部が中空となっている。これら複数の凸部３２によってスペーサ２８の内管２２側の面には凹凸部３４が形成されている。

図４に示されように、スペーサ２８に形成された凹凸部３４は、帯体（スペーサ２８）の長手方向（図４では矢印Ｘで示す方向）へ間隔を空けて列をなしている。また、隣り合う列同士の凹凸部３４は、帯体（スペーサ２８）の幅方向（図４では矢印Ｙで示す方向）から見たときずれている。言い換えると、帯体の幅方向から見たときに１列目の凸部３２間に２列目の凸部３２が配置されている。

また、スペーサ２８は、熱伝達性が低い材料で形成されている。熱伝達性が低い材料としては、例えば、ＰＥＴ樹脂、ＰＰ樹脂、シリコン樹脂が挙げられる。

図１及び図２に示されるように、スペーサ２８の外管２６側の面２８Ａには、金属層３６が形成されている。詳細には、金属層３６は、スペーサ２８の凹凸部３４が形成されていない側の略平坦状とされた面２８Ａに、金属材料（例えば、アルミニウム膜）が蒸着され形成されている。なお、本発明は上記構成に限定されず、スペーサ２８の面２８Ａに膜状の金属材料を貼り付けて金属層３６を形成する構成としてもよい。

図１及び図２に示されるように、空間部２４には、スペーサ２８よりも外管２６側に断熱材３０が配置されている。この断熱材３０は、スペーサ２８が巻き付けられた内管２２の外周に巻き重ねられている。本実施形態の断熱材３０は、樹脂フィルムに金属材料（例えば、アルミ）を蒸着させた帯体であり、スペーサ２８の外周に巻き付けられている。

図２に示されるように、空間部２４は、真空引きされており、内管２２と外管２６との間に真空層を形成している。

また、外管２６の外周には被覆材３８が配置されており、この被覆材３８によって外管２６が覆われている。

次に、本実施形態の断熱管２０の製造方法について説明する。
図５に示されるように、まず、複数の凸部３２が点在され、かつ略平坦状の面２８Ａに金属層３６が形成された帯状のスペーサ２８を準備し、このスペーサ２８を凸部３２が内管２２の外周面を向くようにして内管２２に巻き付ける。

次に、スペーサ２８が巻き付けられた内管２２に帯状の断熱材３０を巻き付ける。なお、断熱材３０は、スペーサ２８の外周に多層構造となるように複数層形成してもよい。

次に、断熱材３０が巻き付けられた内管２２を外管２６へ挿入する。
その後、外管２６を被覆材３８で覆うことで断熱管２０が完成する。

ここで、本実施形態の断熱管２０の製造方法では、帯状のスペーサ２８を巻き付けて断熱構造とするため、例えば、線状体のスペーサを断熱材の表面に配置して断熱構造とするものと比べて、断熱管の製造が容易となる。

次に、本実施形態の断熱管２０の作用並びに効果について説明する。
断熱管２０では、スペーサ２８に複数の凸部３２が点在しており、この凸部３２が内管２２の外周面と点接触するので、例えば、内管の外周面と線接触する構成と比べて、接触面積が小さくなり、内管２２と外管２６との間で熱が伝達されにくくなる。すなわち、断熱性能が向上する。

また、スペーサ２８に複数の凸部３２を点在させていることから、例えば、線状体のスペーサを用いるものと比べて、断熱管２０が曲げやすい。さらに、凸部３２を内管２２側に向けて突出させていることから、外管２６から内管２２への熱伝達を効果的に抑制することができる。

また、断熱管２０では、空間部２４に断熱材３０を配置していることから、断熱性能がさらに向上する。また、スペーサ２８の略平坦状の面２８Ａに断熱材３０を重ねていることから、内管２２の自重や断熱管２０の曲げにより断熱材３０が内管２２（コルゲート管）の凸部に押圧されて局部的に潰れるのが抑制される。これにより、断熱材３０の局部的な潰れに起因する断熱性能の低下が抑制される。

断熱管２０では、凹凸部３４が形成された帯状のスペーサ２８を内管２２に巻き付けるため、例えば、一枚のシート状のスペーサを巻き付ける構成と比べて、断熱管２０が曲り易くなり、取り扱いが容易となる。

また、断熱管２０では、凹凸部３４が帯体の長手方向へ間隔を空けて列をなし、さらに、隣り合う列の凹凸部３４が帯体の幅方向から見たときずれているため、スペーサ２８が曲り易く内管２２に巻き付け易い。

またさらに、断熱管２０では、スペーサ２８の面２８Ａに金属層３６を形成しているため、金属層３６によって外部からの輻射熱の侵入又は内部からの輻射熱の放散を防ぐことができるため断熱性能が向上する。よって内管２２の断熱効果が向上する。

以上のことから、本実施形態の断熱管２０によれば、断熱材３０の局部的な潰れが抑制されかつ、断熱性能が向上する。すなわち、断熱管２０では、局部的な断熱性能の低下を抑制しつつ、全体としての断熱性能を向上させることができる。

本実施形態の断熱管２０では、内管２２及び外管２６としてコルゲート管を用いているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、断熱管２０の変形例である断熱管４０（図６参照）のように、内管４２及び外管４４として表面に凹凸のない金属製のストレート管を用いてもよい。なお、このストレート管の構成については、後述する第２実施形態に適用してもよい。

また、本実施形態の断熱管２０では、スペーサ２８の面２８Ａに金属材料を蒸着して金属層３６を形成しているが、本発明はこの構成に限定されない。スペーサ２８と断熱材３０によって十分な断熱効果が得られる場合には、金属層３６を省略する構成としてもよい。なお、この金属層３６を省略する構成については、後述する第２実施形態に適用してもよい。

またさらに、本実施形態の断熱管２０では、凸部３２の先端部３２Ａを内管２２に向かって凸となるように湾曲する湾曲面としているが、本発明はこの構成に限定されず、凸部３２の先端部３２Ａを内管２２に向かって尖る尖端としてもよい。なお、凸部３２の先端部３２Ａの形状については、後述する第２実施形態に適用してもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る断熱管５０について図７に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を適宜省略する。

図７に示されるように、本実施形態の断熱管５０では、空間部２４に、スペーサ２８及び断熱材３０に加えてスペーサ５２が配置されている。なお、本実施形態の断熱管５０は、スペーサ５２の構成を除き、第１実施形態と同様の構成を用いている。

スペーサ５２は、断熱材３０と外管２６との間に配置されている。また、スペーサ５２は帯状とされ、断熱材３０の外周に螺旋状に巻き付けられている。このスペーサ５２には、複数の凸部５４が点在されており、外管２６側に凹凸部５６が形成されている。この凸部５４は、外管２６に向かって突出しており、先端部５４Ａが外管２６の内周面に点接触している。なお、凸部５４の形状や配置については、スペーサ２８の凸部３２の形状や配置と同様である。

次に、本実施形態の断熱管５０の製造方法について説明する。
断熱管５０の製造方法では、内管２２にスペーサ２８を巻き付け、スペーサ２８が巻き付けられた内管２２に断熱材３０を巻き付けた後、断熱材３０が巻き付けられた内管２２にスペーサ５２の凸部５４が外側（内管２２側と反対側）を向くように巻き付ける。このとき、スペーサ５２の略平坦状の面５２Ａに形成された金属層５８を断熱材３０に重ねる。そして、第１実施形態に係る断熱管２０の製造方法と同様に、スペーサ５２が巻き付けられた内管２２を外管２６に挿入し、外管２６を被覆材３８で覆うことで、断熱管５０が完成する。

次に、本実施形態の断熱管５０の作用並びに効果について説明する。なお、第１実施形態に係る断熱管２０と同様の構成で得られる作用並びに効果については説明を省略する。

断熱管５０では、スペーサ５２に複数の凸部５４を点在させており、この凸部５４が外管２６の内周面と点接触するので、内管２２と外管２６との間で熱がさらに伝達されにくくなる。

また、断熱管５０では、スペーサ２８の略平坦状の面２８Ａに蒸着された金属層３６とスペーサ５２の略平坦状の面５２Ａに蒸着された金属層５８とで断熱材３０を内外両側から挟む構造のため、内管２２の自重や断熱管５０の曲げにより断熱材３０が外管２６（コルゲート管）の凸部に押圧されて局部的に潰れるのが抑制される。これにより、断熱材３０の局部的な潰れに起因する断熱性能の低下が効果的に抑制される。

本実施形態の断熱管５０では、断熱材３０の内外両側にスペーサ２８及びスペーサ５２を配置する構成としているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、断熱材３０の外周にスペーサ５２を配置して代わりに、スペーサ２８を省略する構成としてもよい。また、例えば、断熱材３０を多層構造とする場合には、層間にスペーサ２８（凸部３２が内向き）又はスペーサ５２（凸部５４が外向き）と同様の構成のスペーサを配置してもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る超電導ケーブル６０について図８及び図９に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を適宜省略する。

図８及び図９に示されるように、本実施形態の超電導ケーブル６０は、第１実施形態に係る断熱管２０と、この断熱管２０の内管２２内に冷却状態で収容されたケーブルコア６２と、を有している。

このケーブルコア６２は、導電性に優れる金属材料（例えば、銅）で形成された図示しないフォーマに、テープ状の図示しない超電導線材をらせん状に多数本巻き付け、その上に図示しない絶縁層、図示しない超電導シールド層、図示しない保護層を設けて構成されている。

また、本実施形態の超電導ケーブル６０では、内管２２とケーブルコア６２との間に冷媒の一例である液体窒素を流すことで、ケーブルコア６２を冷却している。

次に、本実施形態の超電導ケーブル６０の作用並びに効果について説明する。なお、第１実施形態に係る断熱管２０と同様の構成で得られる作用並びに効果については説明を省略する。

超電導ケーブル６０では、断熱管２０の断熱効果により、外部からの熱が内管２２に伝達されにくく、ケーブルコア６２の冷却状態を効率よく維持できる。

本実施形態の超電導ケーブル６０では、断熱管２０の内管２２内に冷却状態でケーブルコア６２を収容する構成としているが、本発明はこの構成に限定されず、第２実施形態の断熱管５０の内管２２内に冷却状態でケーブルコア６２を収容する構成としてもよい。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

２０，４０，５０ 断熱管
２２，４２ 内管
２４ 空間部
２６，４４ 外管
２８，５２ スペーサ
２８Ａ，５２Ａ 面（一方の面）
３０ 断熱材
３２，５４ 凸部
３４，５６ 凹凸部
３６，５８ 金属層
６０ 超電導ケーブル
６２ ケーブルコア

Claims (5)

1. 内管と、
   前記内管の外周部に該内管との間に空間部を設けて配置された外管と、
   前記空間部に配置され複数の凸部が点在した樹脂製のスペーサと、
   前記空間部に前記スペーサと重ねて配置された断熱材と、
   を有し、
   前記内管には超電導のケーブルコアが収納されており、
   前記空間部は真空とされており、
   前記スペーサは、前記断熱材と前記外管との間に配置されており、
   前記断熱材と前記外管との間に配置された前記スペーサの凸部は、前記外管に向かって突出している、断熱管。
2. 前記スペーサは、帯体であり、前記断熱材が巻き付けられた内管に巻き付けられている、請求項１に記載の断熱管。
3. 前記スペーサは、前記内管と前記断熱材との間にも配置されており、
   前記内管と前記断熱材との間に配置された前記スペーサの凸部は、前記内管に向かって突出している、請求項１又は請求項２に記載の断熱管。
4. 前記断熱材と前記外管との間に配置された前記スペーサの内管側の面と、前記断熱材と前記内管との間に配置された前記スペーサの外管側の面とにそれぞれ金属層が形成されている、請求項３に記載の断熱管。
5. 内管と、
   前記内管に収容された超電導のケーブルコアと、
   前記内管の外周部に該内管との間に真空とされた空間部を設けて配置された外管と、
   前記空間部に配置され複数の凸部が点在した樹脂製のスペーサと、
   前記空間部に前記スペーサと重ねて配置された断熱材と、
   を有し、
   前記スペーサは、前記断熱材と前記外管との間に配置されており、
   前記断熱材と前記外管との間に配置された前記スペーサの凸部は、前記外管に向かって突出している、超電導ケーブル。

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