JP7231778B1 - 超電導送電用断熱多重管および超電導ケーブルの施工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導ケーブルコア(2)が挿入される超電導送電用断熱多重管(1)であって、ストレート管であって、内部に前記超電導ケーブルコア(2)を冷却するための冷媒の流路(FP2)が形成される内管(11)と、前記内管(11)の外側に配置される外管(12)と、前記内管(11)の外面に設けられる耐熱輻射兼断熱材(13)と、を備え、前記外管(12)の内面には、前記外管(12)の中心の側に向かって突出する突出部が形成される。
【選択図】図1
Description
(1)本発明の一態様に係る超電導送電用断熱多重管は、超電導ケーブルコアが挿入される超電導送電用断熱多重管であって、ストレート管であって、内部に前記超電導ケーブルコアを冷却するための冷媒の流路が形成される内管と、前記内管の外側に配置される外管と、前記内管の外面に設けられる耐熱輻射兼断熱材と、を備え、前記外管の内面には、前記外管の中心の側に向かって突出する突出部が形成される。
(2)上記(1)に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記外管の前記内面から外管の中心の側に向かって突出する突出部の高さhが、1.2mm以上且つ4.6mm以下であってもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に連続して配置されてもよい。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に沿って直線状に連続して配置されてもよい。
(5)上記(1)から(3)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に沿って螺旋状に連続して配置されてもよい。
(6)上記(1)から(3)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に直交する断面が半球状であってもよい。
(7)上記(1)から(6)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部の先端部32が、前記耐熱輻射兼断熱材と接触してもよい。
(8)上記(1)から(7)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、外管の両端部それぞれには、開先が設けられてもよい。
(9)上記(8)に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記両端部の内側には、切欠きが設けられてもよい。
(10)上記(1)から(9)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記突出部が、3つ以上設けられてもよい。
(11)上記(1)から(10)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記突出部が、前記外管に一体成形されてもよい。
(12)上記(1)から(11)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記耐熱輻射兼断熱材が、スーパーインシュレーション材であってもよい。
(13)上記(1)から(12)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記外管の外面が、平滑であってもよい。
(14)上記(1)から(13)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記外管と前記耐熱輻射兼断熱材との間に断熱材が設けられてもよい。
(15)本発明の一態様に係る超電導ケーブルの施工方法は、上記(1)から(14)のいずれか1項に記載の超電導送電用断熱多重管と、前記超電導送電用断熱多重管に挿入される超電導ケーブルコアと、を備える超電導ケーブルの施工方法であって、前記超電導ケーブルに曲げ加工を施した状態で、前記超電導ケーブルを運搬する運搬工程と、前記運搬工程後に、前記超電導ケーブルを直線状に曲げ戻す曲げ戻し工程と、を備える。
断熱多重管1には、超電導ケーブルコア2が挿通される。断熱多重管1と超電導ケーブルコア2とにより、超電導ケーブルCが形成される。超電導ケーブルCは、長尺(例えば数百m)であり、例えば電力送電や鉄道に用いられる。
耐熱輻射兼断熱材13は、例えば、厚さ1mm程度(多重巻き後のトータルの厚さが1mm程度)である。耐熱輻射兼断熱材13は、外部からの輻射熱の侵入を抑制する。すなわち、耐熱輻射兼断熱材13により、外管12側から内管11側への輻射熱の伝達が抑制され、断熱多重管1の外部から超電導ケーブルコア2への熱の侵入を防ぐことができる。
突出部30の高さhが1.2mm未満の場合は、曲げ戻し加工後に多重巻きされた耐熱輻射兼断熱材13が緩んだ場合に外管12内面の隣接する突出部30間の部分33と接触する恐れがある。
突出部30の高さhが4.6mm超の場合は、曲げ加工時または曲げ戻し加工時において、突出部30が座屈するおそれがある。
突出部30の高さhを、3mm以上且つ4.6mm以下とすることがより好ましく、真空引きする際の圧力損失をより低減でき、また断熱性をより確保することができる。
突出部30の半径R(mm)は、5mm以上が好ましい。
突出部30は、外管12の中心の側に向かって突出する凸形状でもよい。突出部30が凸形状の場合、凸部の角は丸みを帯びていることが好ましい。また、突出部30の先端部32は丸みを帯びていることが好ましい。すなわち、突出部30の先端部32は尖っていないことが好ましい。突出部30が凸形状であったり、突出部30の先端部32が丸みを帯びたりすることで、突出部30が耐熱輻射兼断熱材13に接触して耐熱輻射兼断熱材13を傷つけることを抑制することができ、また、突出部30が耐熱輻射兼断熱材13に接触した場合、耐熱輻射兼断熱材13との接触面積が小さくなるので、熱伝導による熱移動量を小さくすることができる。
また、内管11も、蛇腹加工や波形加工が行われていない。内管11の内面及び外面は平滑であることが好ましい。これにより、内部に冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。
複数の断熱材14は、例えば、50mmを上回り(50mm超)、且つ、180mm以下の間隔で配置される。複数の断熱材14をこのような間隔を空けて断続的に配置することで、良好な内管11の真円度が得られる。複数の断熱材14の間隔は、120mmを上回ることがより好ましい。複数の断熱材14の間隔は、140mm以下がより好ましい。
断熱材14の幅(軸方向(X方向)の長さ)は、19mm以上50mm以下が好ましい。断熱材14の幅を19mm以上50mm以下とすることで、断熱多重管1の曲げ加工性を確保することができる。断熱材14の幅は、40mm以上がより好ましい。断熱材14の厚さ(Z方向の長さ)は例えば3mmである。
まず、超電導送電用断熱多重管1と、超電導送電用断熱多重管1に挿入される超電導ケーブルコア2と、を備える超電導ケーブルCに曲げ加工を施した状態で、超電導ケーブルCを運搬する(運搬工程;S300)。超電導ケーブルCは、例えばドラムに巻き付けて曲げ加工を施す。
[真円度に関する検証]
超電導送電用断熱多重管(断熱多重管)1を用いて、断熱多重管1の外管12および内管11の真円度を測定した結果の一例を説明する。
表1に示す実施例1から10の10本を用いた。実施例1から10は、以下の点(1)から(4)においては共通とした。
(1)内管11:ストレート管、長さ1800mm、SUS316
(2)外管12:ストレート管、長さ1800mm、SUS316
(3)耐熱輻射兼断熱材13:厚さ2mm、長さ1800mm
(4)断熱材14:無し
なお、耐熱輻射兼断熱材13は、0.1mm厚さのシート材を20回巻いたものを用いた。
開先50は、旋盤加工にて切削加工した。切欠き51も同様に旋盤加工にて切削加工した。実施例1,2,5-8は開先加工を施していないため、表1の「開先形状」の欄は「-」で示す。開先50の厚さの製作寸法誤差の狙い値は、上限が+3mm、下限は-0mmである。例えば、図9及び図11においては、開先50の厚さ2.0mmの寸法誤差は2.0mmから2.3mmである。
同開先加工した断熱多重管1は、端面同士を突き合わせて、同部をTIG溶接で周溶接した後、上述の曲げ加工および曲げ戻し加工を行った。TIG溶接の溶接条件は、溶接電流100A程度、溶接速度60mm/min程度とした。
真円度は、曲げ戻し加工を行った後の外管12および内管11について、軸方向に直交する断面における、径が最小となった部分の長さを短径(mm)として計測し、径が最大となった部分の長さを長径(mm)として計測し、短径を長径で除することにより求めた。すなわち、「(短径/長径)×100(%)」として真円度を求めた。
真円度の値が大きいほど、曲げ戻し加工を行った後の外管12および内管11の断面が真円に近く、外管12および内管11が真円に近いことを示す。
実施例3,4,9,10は、周溶接近傍で外管12及び内管11の真円度を測定した。周溶接近傍とは、周溶接部から5mm程度離れた位置である。
実施例6,7は外管12のみでの曲げ加工および曲げ戻し加工を行ったため、内管11の真円度は「-」とした。
表1の「突出部底板厚」は、外管12内面の隣接する突出部30間の部分33の板厚(mm)である。
次に、断熱多重管1の断熱性を検証するために使用環境を模擬したシミュレーションを実施した。図13および図14に、実施例として断熱多重管1のシミュレーションモデルを示す。図15および図16に、比較例として特許文献1に示す断熱多重管100のシミュレーションモデルを示す。図13では、断熱多重管1の断面における鉛直方向の下側部分を拡大して示す。図15も同様に、断熱多重管100の断面における鉛直方向の下側部分を拡大して示す。
比較例においては、外管12と耐熱輻射兼断熱材13との間に断熱材14を複数配置した。断熱材14はフッ素樹脂材を想定した。断熱材14の幅(軸方向(X方向)の長さ)は40mmとした。断熱材14は、50mmの間隔で配置した。
超電導導体22は、重力により内管11と接触する。図13に示すように、超電導導体22と内管11との接触長さは8.4mmとした。なお、超電導導体22の鉛直方向上側は、内管11と接触していない。
比較例の断熱多重管100においても、図15に示すように超電導導体22と内管11との接触長さは8.4mmとした。
以上より、実施例の断熱多重管1は、比較例の断熱多重管100と比較して同等以上の断熱性を有していることが分かった。
2 超電導ケーブルコア
11 内管
12 外管
13 耐熱輻射兼断熱材
14 断熱材
15 真空断熱部
21 コルゲート管
22 超電導導体
23 熱絶縁層
24 超電導層
25 電気絶縁層
26 シールド超電導層
27 電気絶縁層
28 導体保護層
300 超電導ケーブルの施工方法
C 超電導ケーブル
FP1 第1の流路
FP2 第2の流路
S300 運搬工程
S301 曲げ戻し工程
Claims (13)
- 超電導ケーブルコアが挿入される超電導送電用断熱多重管であって、
ストレート管であって、内部に前記超電導ケーブルコアを冷却するための冷媒の流路が形成される内管と、
前記内管の外側に配置される外管と、
前記内管の外面に設けられる耐熱輻射兼断熱材と、
を備え、
前記外管の内面には、前記外管の中心の側に向かって突出する突出部が形成され、
前記外管の両端部それぞれには、開先が設けられ、
前記両端部の内側において前記突出部を含む部分には、切欠きが設けられることを特徴とする超電導送電用断熱多重管。 - 前記外管の前記内面から外管の中心の側に向かって突出する突出部の高さは、1.2mm以上且つ4.6mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記突出部は、前記外管の長手方向に連続して配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記突出部は、前記外管の長手方向に沿って直線状に連続して配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記突出部は、前記外管の長手方向に沿って螺旋状に連続して配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記突出部は、前記外管の長手方向に直交する断面が半球状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記突出部の先端部は、前記耐熱輻射兼断熱材と接触することを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記突出部は、3つ以上設けられることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記突出部は、前記外管と一体として形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記耐熱輻射兼断熱材は、スーパーインシュレーション材であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記外管の外面は、平滑であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 前記外管と前記耐熱輻射兼断熱材との間に断熱材が設けられることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管。
- 請求項1又は2に記載の超電導送電用断熱多重管と、前記超電導送電用断熱多重管に挿入される超電導ケーブルコアと、を備える超電導ケーブルの施工方法であって、
前記超電導ケーブルに曲げ加工を施した状態で、前記超電導ケーブルを運搬する運搬工程と、
前記運搬工程後に、前記超電導ケーブルを直線状に曲げ戻す曲げ戻し工程と、
を備えることを特徴とする超電導ケーブルの施工方法。
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