JP7146652B2 - フォーマの中間接続体、超電導ケーブル線路およびフォーマの中間接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォーマの中間接続体、超電導ケーブル線路およびフォーマの中間接続方法に関する。

超電導ケーブルでは、テープ状の超電導線材と絶縁紙とをフォーマ（心材）の外周に巻回し、冷媒をフォーマの内部で流通させ当該超電導線材を極低温に冷却し、大電流を低損失で送電可能としており、当該フォーマには金属製のコルゲート管が使用される。

超電導ケーブルの敷設距離が長い場合、複数本（基本的には２本）の超電導ケーブルを接続することが想定される。かかる場合、まず、フォーマとしてのコルゲート管同士を接続する必要があり、その後に超電導線材などを接続するようになっている。
コルゲート管はいわゆる波付け管であって一定の溝が長手方向にらせん状に形成されており、製造上、コルゲート管同士の開口端部の形状は同一に形成されてないことが多い。このため、コルゲート管同士を接合しようとする場合、互いの開口端部を突き合わせると、断面形状が同一にならず、コルゲート管同士を直接接続することが困難である。

コルゲート管同士の接続にはいくつかの手法が考えられるが以下の問題点がある。
（１）コルゲート管の端部を単に溶接で接続する場合；
溶接部位が非常に高温になるため、熱の影響が超電導線材におよび、超電導特性が劣化する可能性がある。熱の影響を小さくするため、コルゲート管上の超電導線材および絶縁紙を、コルゲート管の接続部分から軸方向に遠ざけると（剥ぎ取ると）、フォーマの露出部分の余長が必要となり接続に手間がかかる。
（２）コルゲート管の端部にリングを溶接する場合；
コルゲート管の端部をツバ出ししてフランジ部を設け、当該フランジ部にリングを溶接することが想定される。この場合、リングの外径が大きくなるし、溶接されたリングのゆがみや溶接材の盛りにより、接続部分に凹凸が生じる可能性がある。

併せてコルゲート管同士の接続は、超電導ケーブルを敷設する現場でおこなうため、大掛かりな装置での加工を行うことは困難と考えられる。

特許文献１には、「継手」を使用したコルゲート管の接続構造が開示されている。
かかる技術では、コルゲート管Ｃ，Ｃの端部に継手１，１を固着し、継手１，１のフランジ部３，３を対峙させ、クランプ４，４を周設させ、クランプ４，４を回動させ、孔Ｈ，Ｈ，…を連通させ、孔Ｈ，Ｈ同士にボルトＢを挿通し、ナットＮを係合させている（段落００１２－００１４、図１）。

特許文献２には、超電導ケーブルの接続装置が開示されている。
かかる技術では、超電導ケーブルの端部に金属スリーブ５，５’を固定し、金属スリーブ５，５’を金属導電性管６に収納し、金属導電性管６を金属スリーブ５，５’に固定ネジで接続している（段落００３４－００３５、図３－図４）。

実用新案登録第２５８６１１４号公報 特許第５４６５８９５号公報

特許文献１の技術では、問題点（１）（２）を解決することはできないし、特に問題点（２）と同様の課題を有する。
特許文献２の技術は、コルゲート管（フォーマ）の接続というよりも超電導層２，３の接続に関する技術であり、コルゲート管の外側に金属スリーブ５，５’および金属導電性管６という２種の円筒状部材を必要とするためそのぶん大径化する。かかる技術では、結局のところ、絶縁材料のカバー７で絶縁した場合、中間接続部に凹凸が形成され（段落００３６および図５）、問題点（２）と同様の課題が残る。

したがって本発明の主な目的は、超電導特性を劣化させることなくフォーマとしてのコルゲート管を容易に接続することができ、接続部分の凹凸形成も抑制しうるフォーマの中間接続体および中間接続方法を提供することである。

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
複数本のコルゲート管を接続するためのフォーマの中間接続体であって、
前記コルゲート管の端部同士を外部から被覆する金属製のスリーブと、
前記コルゲート管の端部の内部に嵌合する金属製の固定具とを備え、
前記スリーブのビッカース硬度が前記固定具のビッカース硬度より小さいことを特徴とするフォーマの中間接続体が提供される。

本発明の他の態様によれば、
複数本のコルゲート管を接続するためのフォーマの中間接続方法であって、
金属製の固定具を前記コルゲート管の端部の内部に嵌合する工程と、
前記コルゲート管の端部を、前記固定具を嵌合した状態で、前記固定具よりビッカース硬度が小さい金属製のスリーブに挿通し、前記スリーブを外部から押圧する工程と、
を備えることを特徴とするフォーマの中間接続方法が提供される。

本発明によれば、スリーブと固定具とを単に使用するだけでコルゲート管同士を接続しうるため、溶接加工を必要とせず、超電導特性を劣化させることもないし、コルゲート管を容易に接続することもできる。併せて、スリーブのビッカース硬度が固定具のそれより小さいため、コルゲート管の端部を、固定具を嵌合した状態で、スリーブに挿通し、スリーブを外部から押圧すると、当該スリーブが変形しながらコルゲート管の端部に密着し、接続部分の凹凸形成も抑制することができる。

超電導ケーブルの概略構成を示す図である。 フォーマの中間接続体の概略構成を示す図である。 フォーマの中間接続方法を経時的に示す概略図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜超電導ケーブルおよびフォーマの中間接続体＞
図１は超電導ケーブル１０の概略構成を示す図である。
図１に示すとおり、超電導ケーブル１０はフォーマとしてのコルゲート管２０、３相交流送電可能な超電導導体層３０、３２、３４、絶縁体層４０、４２、４４、接地層５０、断熱内管６０、断熱外管６２および防食層７０を備えており、フォーマと同軸に超電導導体層３０、３２、３４が形成された、いわゆる三相同軸超電導ケーブルである。

コルゲート管２０はステンレス鋼（ＳＵＳ：Steel Use Stainless）から構成されている。
コルゲート管２０の内部には液体窒素等が流通され、コルゲート管２０は超電導導体層３０、３２、３４を内側から冷却する冷媒管として機能するようになっている。

コルゲート管２０の外周には、超電導導体層３０、３２、３４（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）と絶縁体層４０、４２、４４とが交互に積層され配置されている。
超電導導体層３０、３２、３４はそれぞれ複数の超電導線材が螺旋状に巻回され筒状に形成されている。
絶縁体層４０、４２、４４は超電導導体層３０、３２、３４の絶縁を確保するために設けられている。絶縁体層４０、４２、４４は、カーボン紙などの半導体紙やクラフト紙などの絶縁紙が層状に巻回され筒状に形成されている。
ここではコルゲート管２０、超電導導体層３０、３２、３４および絶縁層４０、４２、４４で「ケーブルコア」が形成されている。

接地層５０は金属製テープが絶縁体層４４に巻回され筒状に形成されている。
接地層５０は接地されケーブルコアの外表面を接地電位に保持するようになっている。
断熱内管６０および断熱外管６２は２重管構造を構成している。
断熱内管６０にはケーブルコアが収容され、運転時に冷媒が充填され、ケーブルコアの超電導導体層３０、３２、３４が超電導状態に維持されるようになっている。
断熱内管６０と断熱外管６２との内部空間は断熱のため真空状態に保持され、断熱内管６０の内部や断熱外管６２の外部から断熱内管６０の内部への熱の侵入を防止するようになっている。

防食層７０は、断熱外管６２の腐食を防止するものである。
防食層７０は所望の耐電圧特性を有するものであって常温環境で利用される。
防食層７０は、常電導ケーブルで実績がある電気絶縁強度に優れる材料、たとえば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩ビニル（ＰＶＣ）などで構成されている。

図２はフォーマの中間接続体８０の概略構成を示す図である。
フォーマの接続に際しては、図２に示すとおり、２本のコルゲート管２０の端部同士が突き合わされた状態で中間接続体８０により接続されている。
中間接続体８０は金属製のスリーブ８２と金属製の固定具８４とから構成されている。
スリーブ８２はコルゲート管２０の端部同士を外部から被覆している。
固定具８４は嵌合部８６と非嵌合部８８とで構成されている。嵌合部８６はコルゲート管２０の内部形状に対応しうる波付け状を呈しており、コルゲート管２０の端部の内部に嵌合している。非嵌合部８８は平坦部９０と隔壁９２（微小なフランジ）とから構成され、嵌合部８６と隔壁９２との間が凹状を呈している。

スリーブ８２と固定具８４とでは、スリーブ８２のビッカース硬度が固定具８４のビッカース硬度より小さくなっている。スリーブ８２および固定具８４はどちらも非磁性の金属から構成され、具体的にスリーブ８２は銅、アルミニウムなどから構成され、固定具８４はステンレス鋼（ＳＵＳ：Steel Use Stainless）、ニッケル合金、チタン合金などから構成される。ここではスリーブ８２は銅から構成され、固定具８４はステンレス鋼から構成されている。かかるスリーブ８２と固定具８４との材質の組み合わせは一例であって、他の金属の組み合わせが採用されてもよい。
固定具８４とコルゲート管２０とでは、固定具８４のビッカース硬度がコルゲート管２０のビッカース硬度と同じかそれより大きくなっており、ここでは両部材がステンレス鋼から構成されている。固定具８４は好ましくはビッカース硬度がコルゲート管２０より大きいのがよい。かかる固定具８４とコルゲート管２０との材質の組み合わせも一例であって、他の金属の組み合わせが採用されてもよい。

なお、中間接続体８０上では超電導線材が正確に巻回され、超電導導体層３０、３２、３４の接続が確実に好適に行われる。「超電導ケーブル線路」とはかかる状態のものを意味し、少なくともコルゲート管２０、中間接続体８０および超電導導体層３０、３２、３４を有し、超電導導体層３０、３２、３４同士が中間接続体８０を跨いで接続され、中間接続体８０を介して電流が流れる状態のものを意味している。

＜フォーマの中間接続方法＞
図３はフォーマの中間接続方法を経時的に示す概略図である。
図３Ａに示すとおり、固定具８４の嵌合部８６をコルゲート管２０の端部の内部に嵌合させる。その後、コルゲート管２０の端部を、固定具８４を嵌合した状態で、スリーブ８２に挿通する。
その後、図３Ｂに示すとおり、ダイスを介して圧縮機でスリーブ８２を外部から押圧する。

その結果、スリーブ８２のビッカース硬度が固定具８４のビッカース硬度より小さいため、図３Ｃに示すとおり、スリーブ８２が変形しながらコルゲート管２０に密着し、コルゲート管２０の端部同士が固定され接続される。同時に、スリーブ８２の一部が固定具８４の非嵌合部８８に流動するように充填され、スリーブ８２自体が全体として薄くなる。
かかる場合、固定具８４のビッカース硬度はスリーブ８２のビッカース硬度より大きいため、固定具８４はスリーブ８２の押圧を受けても変形することはなく、コルゲート管２０の形状を維持したままこれを支持しうる。もちろん、固定具８４はビッカース硬度がコルゲート管２０と同じかそれ以上であるため、コルゲート管２０自体が変形することもない。

＜まとめ＞
以上の本実施形態によれば、スリーブ８２のビッカース硬度が固定具８４のビッカース硬度より小さいため、コルゲート管２０の端部を、固定具８４を嵌合した状態で、スリーブ８２に挿通し、スリーブ８２を外部から押圧した場合、スリーブ８２が変形しながらコルゲート管２０の端部に密着し、コルゲート管２０の端部同士が固定され接続される。かかる場合、単にスリーブ８２と固定具８４とを使用しコルゲート管２０の端部同士を接続しうるため、溶接加工を必要とせず、超電導特性を劣化させることもないし、コルゲート管２０を容易に接続することもでき、接続部分の凹凸形成も抑制することができる。同時に、スリーブ８２の一部が固定具８４の非嵌合部８８に流動するように充填され、スリーブ８２自体が全体として薄くなるため、接続部分の凹凸形成を確実に抑制することができる。

なお、３本以上のコルゲート管２０の端部同士を接続する際も、当該端部同士を１か所に集中的に配置し、中間接続体８０を適用し接続してもよい。かかる場合、各端部に対し固定具８４をそれぞれ嵌合しこれを１つのスリーブ（放射状に分岐したスリーブ８２）に挿通し、そのスリーブを外部から押圧すればよい。

以上の説明は本発明の好適な実施形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記ケーブルの構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

１０ 超電導ケーブル
２０ コルゲート管（フォーマ）
３０、３２、３４ 超電導導体層
４０、４２、４４ 絶縁体層
５０ 接地層
６０ 断熱内管
６２ 断熱外管
７０ 防食層
８０ 中間接続体
８２ スリーブ
８４ 固定具
８６ 嵌合部
８８ 非嵌合部
９０ 平坦部
９２ 隔壁

Claims (4)

1. 複数本のコルゲート管を接続するためのフォーマの中間接続体であって、
   前記コルゲート管の端部同士を外部から被覆する金属製のスリーブと、
   前記コルゲート管の端部の内部に嵌合する金属製の固定具とを備え、
   前記スリーブのビッカース硬度が前記固定具のビッカース硬度より小さいことを特徴とするフォーマの中間接続体。
2. 請求項１に記載のフォーマの中間接続体において、
   前記スリーブが非磁性の金属から構成され、
   前記固定具も非磁性の金属から構成されていることを特徴とするフォーマの中間接続体。
3. 複数本のコルゲート管と、
   請求項１または２に記載のフォーマの中間接続体と、
   前記複数本のコルゲート管の外周に巻回された超電導線材と、
   を備えることを特徴とする超電導ケーブル線路。
4. 複数本のコルゲート管を接続するためのフォーマの中間接続方法であって、
   金属製の固定具を前記コルゲート管の端部の内部に嵌合する工程と、
   前記コルゲート管の端部を、前記固定具を嵌合した状態で、前記固定具よりビッカース硬度が小さい金属製のスリーブに挿通し、前記スリーブを外部から押圧する工程と、
   を備えることを特徴とするフォーマの中間接続方法。

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