KR102197335B1 - 초전도 송전용 단열 다중관 - Google Patents

Abstract

슈퍼 인슐레이션을 이용하지 않고도 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입이 고도로 억제된, 단열성이 우수한 초전도 송전용 단열 다중관을 제공한다. 초전도 케이블과, 상기 초전도 케이블을 수용하는 다중관을 구비하는 초전도 송전용 단열 다중관으로서, 상기 다중관이 복수의 스트레이트관으로 이루어지고, 상기 복수의 스트레이트관의 적어도 1개가, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층을 표면에 구비하는, 초전도 송전용 단열 다중관이다.

Description

초전도 송전용 단열 다중관{THERMAL-INSULATED MULTI-WALLED PIPE FOR SUPERCONDUCTING POWER TRANSMISSION}

본 발명은, 초전도 송전용 단열 다중관(thermal-insulated multiple pipe for superconducting power transmission)에 관한 것으로, 특히, 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입이 고도로 억제된, 단열성이 우수한 초전도 송전용 단열 다중관에 관한 것이다.

금속이나 합금 등을 냉각했을 때에, 어느 특정의 온도에서 전기 저항이 급격하게 저하되어 제로(Zero)가 되는 초전도 현상은, 여러 가지 분야에 있어서 응용이 연구되고 있다. 그 중에서도, 초전도 상태의 케이블을 이용하여 송전을 행하는 초전도 송전은, 송전 시의 전력 로스(electric power loss)가 없는 송전 방법으로서 실용화가 진행되고 있다.

초전도 송전에 있어서는, 케이블을 초전도 상태로 유지하기 위해 당해 케이블을 항상 냉각할 필요가 있고, 그를 위해 단열 다중관을 이용하는 것이 제안되어 있다. 단열 다중관에서는, 다중관의 가장 내측의 관(내관) 안에 초전도 재료의 케이블이 설치되고, 상기 내관 중에 액체 질소 등의 냉각 매체가 흐르게 된다. 그때, 단열 다중관이 설치되어 있는 외부 환경으로부터 단열 다중관의 내부로 침입하는 열량이 크면, 초전도 상태를 유지하기 위해 필요한 냉각 설비가 대형화함과 함께, 런닝 비용이 증대한다. 그 때문에, 이러한 단열 다중관에 있어서는, 외부로부터의 열의 침입을 막기 위해 여러 가지 고안이 실시된다.

우선, 다중관을 구성하는 복수의 관 중 인접하는 2개의 관(내관 및 외관)의 사이를 감압함으로써, 진공 단열층이 형성된다. 상기 진공 단열층을 형성함으로써, 관 내부의 공기를 통하여 열이 침입하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 상기 인접하는 2개의 관의 사이에 수지 등의 저(低)열전도성 재료로 이루어지는 스페이서(spacer)를 설치하는 것도 행해지고 있다. 스페이서를 설치함으로써, 인접하는 관끼리가 직접 접촉하여, 그 접촉 부분으로부터 열전도에 의해 외부의 열이 침입하는 것을 방지할 수 있다.

상기 진공 단열층과 스페이서를 병용하면, 공기를 통한 열의 침입과, 관끼리의 직접 접촉에 의한 열의 침입의 양자를 억제할 수 있다. 그러나, 단열 다중관으로의 열의 침입은, 상기 이외에, 원적외선 등의 복사에 의해서도 발생하는 것이 알려져 있다.

복사에 의한 열의 침입을 저감하는 방법으로서는, 슈퍼 인슐레이션(Super Insulation, SI)이라고 불리우는 단열재를 이용하는 방법이 알려져 있다. 슈퍼 인슐레이션은, 다층 단열재(Multi-Layer Insulation, MLI)라고도 불리우고, 예를 들면, 알루미늄이 증착된 수지 필름을 적층한 구조를 갖고 있다. 이 슈퍼 인슐레이션으로 내관의 표면을 덮음으로써, 외부로부터의 복사에 의한 열의 침입을 억제할 수 있다.

그러나, 슈퍼 인슐레이션의 사용에는 다음과 같은 문제가 있었다. 우선, 실제의 송전을 위해 초전도 송전용 단열 다중관을 부설할 때에는, 단열 다중관의 길이를 조절하기 위해 용접이나 절단을 행하는 것이 일반적이다. 그때에 발생한 불꽃이 슈퍼 인슐레이션에 인화하여, 화재나 초전도 송전용 단열 다중관의 손상을 초래한다는 문제가 있다. 또한, 슈퍼 인슐레이션이 형성되어 있는 공간을 감압하여 진공 단열층을 형성하는 경우, 다층의 필름인 슈퍼 인슐레이션 내에 존재하고 있는 가스나 필름에 흡착되어 있는 수분, 유기 재료로부터 나오는 「가스 성분」 때문에, 감압에 걸리는 시간이 길어진다는 문제가 있다.

그래서, 특허문헌 1에서는, 슈퍼 인슐레이션을 대신하여, 단열 다중관을 구성하는 관의 표면에 금속 코팅을 형성하는 것이 제안되어 있다. 금속 코팅을 이용함으로써, 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입을 억제할 수 있다.

일본공개특허공보 2007-080649호

특허문헌 1에서 제안되어 있는 금속 코팅을 이용하는 방법에 의하면, 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입을 억제하여, 초전도 송전용 단열 다중관의 단열성을 어느 정도 개선할 수 있다. 그러나, 초전도 송전의 실용화를 위해서는 더 한층의 단열성의 향상이 요구되고 있으며, 그를 위해서는, 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입을 보다 높은 수준으로 억제하는 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 슈퍼 인슐레이션을 이용하지 않고도 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입이 고도로 억제된, 단열성이 우수한 초전도 송전용 단열 다중관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자들이 검토를 행한 결과, 아연계 도금층의 스팽글(spangle) 사이즈가, 복사율(emissivity)에 영향을 주는 것을 발견했다.

스팽글이란, 용융 아연계 도금층에 나타나는 모양으로, 응고된 금속 결정립에 기인한다. 스팽글 모양의 일 예로서, 용융 아연 도금 강재 표면의 사진을 도 1에 나타낸다. 스팽글 모양에 있어서는, 동일한 결정 방위를 갖는 그레인이 1개의 스팽글로서 관찰되고, 스팽글의 사이즈는 제조 조건에 의존한다. 동일한 성분 조성을 갖는 용융 도금층이라도, 스팽글의 사이즈에 따라 외관이 크게 상이하기 때문에, 스팽글의 사이즈는 의장성(design)의 관점에서 선택되는 것이 일반적이다. 그러나, 의외로, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층을 이용함으로써 복사율을 저감하여, 초전도 송전용 단열 다중관의 단열성을 향상할 수 있는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 상기 인식에 기초하는 것으로, 그 요지 구성은 이하와 같다.

1. 초전도 케이블과,

상기 초전도 케이블을 수용하는 다중관을 구비하는 초전도 송전용 단열 다중관으로서,

상기 다중관이 복수의 스트레이트관(straight pipes)으로 이루어지고,

상기 복수의 스트레이트관의 적어도 1개가, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층을 표면에 구비하는, 초전도 송전용 단열 다중관.

2. 상기 복수의 스트레이트관 중 가장 외측의 스트레이트관의 외표면에, 수지 피복층을 갖는, 상기 1에 기재된 초전도 송전용 단열 다중관.

본 발명에 의하면, 슈퍼 인슐레이션을 이용하는 일 없이, 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입을 억제하여, 초전도 송전용 단열 다중관의 단열성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 스팽글 모양의 일 예를 나타내는 사진이다.
도 2는 원적외선 분광 방사계에 의한 복사율의 측정 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

다음으로, 본 발명을 실시하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명은, 본 발명의 적합한 실시 형태를 나타내는 것으로, 본 발명은 이하의 설명에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 초전도 송전용 단열 다중관은, 초전도 케이블과 상기 초전도 케이블을 수용하는 다중관을 구비하고 있다. 이하, 상기 각부의 구성에 대해서 설명한다.

[초전도 케이블]

상기 초전도 케이블로서는, 초전도 송전에 이용할 수 있는 것이면 임의의 것을 이용할 수 있다. 적합하게 이용할 수 있는 초전도 케이블의 일 예로서는, 구리 등의 금속으로 이루어지는 심재(포머(former))와, 절연층과, 초전도 재료로 이루어지는 도체를 갖는 초전도 케이블을 들 수 있다. 상기 초전도 재료로서는 임의의 것을 이용할 수 있지만, 액체 질소 환경에 있어서 초전도 상태를 취하는 고온 초전도 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

[다중관]

상기 초전도 케이블은, 복수의 스트레이트관으로 구성된 다중관에 수용된다. 상기 다중관은, 2개의 스트레이트관으로 구성된 이중관이라도 좋고, 3개 이상의 스트레이트관으로 구성되어 있어도 좋다. 상기 초전도 케이블은, 통상, 상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중, 가장 내측의 관(이하, 「최내관」이라고 하는 경우가 있음)의 내부에 수용된다. 본 초전도 송전용 단열 다중관을 실제의 송전에 사용할 때에는, 초전도 케이블을 수용한 관(통상, 최내관)의 내부에, 초전도 케이블을 냉각하기 위한 냉각 매체를 흐르게 한다. 상기 냉각 매체로서는, 예를 들면, 액체 질소를 이용할 수 있다. 또한, 상기 다중관은, 또한 임의로 추가의 관을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 외관과 내관으로 이루어지는 이중관이, 또한 상기 내관과는 독립적인 추가의 관을 외관 중에 구비할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 콜게이트관이나 플렉시블관이 아니라, 스트레이트관만을 이용하여 다중관을 구성하는 것이 중요하다. 스트레이트관은, 콜 게이트관 및 플렉시블관에 비해, 단위 길이당의 표면적이 작기 때문에, 외부로부터의 열의 침입을 억제할 수 있다. 또한, 여기에서 스트레이트관이란, 콜게이트관이나 플렉시블관과 같이 파형(波形)으로 가공된 관이 아니라, 실질적으로 일정한 단면적을 갖는 관을 가리키는 것으로 하고, 스트레이트관에 대하여 굽힘 가공을 실시한 것도 스트레이트관에 포함하는 것으로 한다. 상기 스트레이트관의, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 형상은 원형으로 하는 것이 바람직하다.

상기 스트레이트관의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 금속제로 하는 것이 바람직하다. 상기 금속으로서는, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 강, Ni기 합금 및, Co기 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 강도, 내식성, 비용 등의 관점에서는, 상기 스트레이트관으로서 스트레이트 강관을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스트레이트 강관의 재질로서는, 탄소강 및 스테인리스강의 한쪽 또는 양쪽을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관의 재질은, 동일해도 좋고, 또한, 상이해도 좋다.

상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중, 초전도 케이블을 직접 수용하고 있는 스트레이트관(이하, 「케이블 수용관」이라고 함)의 소재로서는, 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재를 이용하는 것이 바람직하다. 그 이유로서는, 주로 다음의 2개를 들 수 있다. 하나는, 오스테나이트를 주체로 하는 조직을 갖는 강재가 신장 특성이 우수하기 때문이다. 예를 들면, 관을 부설하기 위해 릴 바지(reel barge)에 권취할 때에는, 굽힘 반경의 차이로부터 상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중 내측의 관일수록 크게 변형을 받는다. 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재는 신장 특성이 우수하기 때문에, 내측에 설치되는 케이블 수용관의 재질로서 적합하다. 다른 하나는, 오스테나이트를 주체로 하는 조직을 갖는 강재가 저온 인성이 우수하기 때문이다. 케이블 수용관에는 액체 질소 등의 냉각 매체가 흐르게 되기 때문에, 저온에 있어서의 강도 및 인성의 관점에서도, 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재가 적합하다.

상기 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재로서는, 임의의 것을 이용할 수 있다. 상기 오스테나이트의 체적 분율은 90％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오스테나이트의 체적 분율의 상한은 특별히 한정되지 않고, 100％라도 좋다. 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재로서는, 예를 들면, 오스테나이트계 스테인리스강 또는 Mn을 함유하는 오스테나이트계 강재(소위 고망간강)를 들 수 있다. 상기 고망간강의 Mn 함유율은, 11질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오스테나이트계 스테인리스강으로서는, SUS316L을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 스트레이트관으로서 스트레이트 강관을 이용하는 경우, 당해 스트레이트 강관으로서는, 임의의 방법으로 제조되는 강관을 이용할 수 있다. 적합하게 이용할 수 있는 강관의 예로서는, 전기 저항 용접관, 심리스관(seamless pipe), UOE관 등을 들 수 있다. 상기 스트레이트 강관에는, 임의로 표면 처리를 실시할 수 있다. 상기 표면 처리로서는, 예를 들면, 산 세정, 전해 연마 및, 화학 연마로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상을 행하는 것이 바람직하다.

·두께의 합계

상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관의 두께는, 각각 독립적으로, 임의의 값으로 할 수 있지만, 합계로 10㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 15㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 두께의 합계를 상기 범위로 함으로써, 초전도 송전용 단열 다중관을 해저에 부설하는 경우에 자중으로 가라앉기 때문에, 추 등을 이용하는 일 없이 용이하게 부설할 수 있고, 또한, 수압 등에 견딜 수 있는 강도가 얻어진다.

또한, 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 각각의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 3㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중 가장 외측의 관(이하, 「최외관」이라고 하는 경우가 있음)에 대해서는, 두께를 8㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

[아연계 도금층]

상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관의 적어도 1개의 표면에, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층(이하, 간단히 「아연계 도금층」이라고 하는 경우가 있음)을 형성한다. 스팽글의 평균 사이즈를 2.0㎜ 이하로 함으로써, 당해 아연계 도금층의 복사율, 특히, 원적외역에 있어서의 복사율을 저감할 수 있다. 그 결과, 원적외선 등의 복사에 의한 외부로부터의 열의 침입을 억제하여, 초전도 송전용 단열 다중관의 단열성을 향상시킬 수 있다. 스팽글의 평균 사이즈는, 1.5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.0㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.8㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 복사율은 국소 열평형 상태에 있어서 흡수율과 동일하다. 또한, 스팽글의 평균 사이즈는, 실시예에 기재한 방법으로 측정할 수 있다.

스팽글의 평균 사이즈를 2.0㎜ 이하로 함으로써 복사율이 저하하는 메커니즘은 분명하지는 않지만, 스팽글이 조대(粗大)한 경우에는 빛이 난반사하고, 결과적으로 원적외선 등의 흡수가 증대한다고 생각된다. 따라서, 스팽글을 미세화함으로써 원적외선 등의 복사에 의한 열의 침입을 억제할 수 있다.

한편, 복사율 저감의 관점에서는, 스팽글 사이즈는 작으면 작을수록 바람직하다. 따라서, 스팽글의 평균 사이즈의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 육안으로는 스팽글 모양을 확인할 수 없을 정도로 미세한 스팽글, 소위 제로 스팽글이라도 좋다. 또한, 후술하는 바와 같이, 스팽글 모양을 갖지 않는 아연계 도금층도, 본 발명에 있어서의 아연계 도금층으로서 사용할 수 있다.

상기 아연계 도금층으로서는, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜를 초과하지 않는 것이면 임의의 아연계 도금층을 이용할 수 있다. 상기 아연계 도금층으로서는, 예를 들면, 용융 도금법에 의해 형성되는 용융 아연계 도금층, 용융 아연계 도금층을 합금화한 합금화 용융 아연계 도금층 및, 전기 도금법에 의해 생성되는 전기 아연계 도금층을 들 수 있다. 상기 합금화 용융 아연계 도금층은, 용융 도금 후에, 도금층에 열처리(합금화 처리)를 실시함으로써 얻을 수 있다. 합금화 용융 아연계 도금층 및 전기 아연계 도금층은, 통상, 관찰 가능한 스팽글을 갖지 않기 때문에, 본 발명에 있어서의 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층에 포함하는 것으로 한다.

상기 아연계 도금층으로서는, 아연 도금층과 아연계 합금 도금층의 어느 것이나 이용할 수 있다. 상기 아연계 합금 도금층을 구성하는 아연계 합금으로서는, 예를 들면, Al-Zn 합금을 이용할 수 있다.

상기 아연계 도금층은, 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관의 적어도 1개에 형성하면 좋지만, 모두에 형성할 수도 있다. 또한, 각 스트레이트관은, 외표면 및 내표면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 도금층을 가질 수 있다. 특히, 상기 아연계 도금층을 외부 환경과 접하는 최외관의 외표면에 형성한 경우에는, 아연이 갖는 희생 방식 효과에 의해 초전도 송전용 단열 다중관의 내식성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

스팽글의 평균 사이즈를 상기 범위로 제어하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 임의의 방법으로 할 수 있다. 상기 아연계 도금층이 용융 아연계 도금층인 경우, 용융 도금에 있어서의 통상의 방법에 따라 스팽글을 미세화하면 좋고, 예를 들면, 용융 도금 후의 냉각 속도를 빠르게 하는, 즉, 도금 후에 급냉을 행함으로써 스팽글을 미세화하는 방법 등을 이용할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 합금화 용융 아연계 도금층 및 전기 아연 도금층은 관찰 가능한 스팽글을 갖지 않기 때문에, 스팽글의 평균 사이즈를 2.0㎜ 이하로 억제한 용융 아연계 도금층과 동일하게, 복사율이 낮게 억제되어 있다.

상기 스트레이트관의, 상기 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층이 형성되어 있는 측의 면 전체의 표면적 S1에 대한, 상기 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층의 당해 면에 있어서의 면적 S2의 비율(S2/S1)(이하, 「피복 면적률」이라고 함)이 높을수록 복사율 저감 효과 및 아연에 의한 희생 방식 효과가 높아진다. 그 때문에, 상기 피복 면적률은 50％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 70％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 90％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 95％ 이상으로 하는 것이 가장 바람직하다. 한편, 상기 피복 면적률은 높으면 높을수록 좋고, 그 상한은 100％라도 좋다. 또한, 1개의 스트레이트관의 양면, 즉, 외측 표면과 내측 표면의 양쪽에 상기 아연계 도금층이 형성되어 있는 경우에는, 그들 면의 적어도 한쪽에 있어서의 피복 면적률이 상기 조건을 충족하는 것이 바람직하고, 양면에 있어서의 피복 면적률이 상기 조건을 충족하는 것이 보다 바람직하다.

상기 피복 면적률이 100％ 미만인 경우, 나머지의 부분, 즉, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층이 형성되어 있지 않은 부분에는, 후술하는 「다른 도금층」을 형성해도 좋고, 도금층을 형성하지 않아도 좋다. 또한, 도금의 결함 등에 의해 도금층이 형성되어 있지 않은 부분에는, 보수 도장을 실시할 수도 있다. 내식성 향상의 관점에서, 상기 보수 도장에는 징크 리치 페인트 등의, 희생 방식 작용을 갖는 금속 분말을 함유하는 도료를 이용하는 것이 바람직하다.

[다른 도금층]

다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관의 적어도 1개의 표면에, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층이 형성되어 있으면, 그 이외의 부분에는 도금층이 형성되어 있지 않아도 좋다. 그러나, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층이 형성되어 있지 않은 부분에, 다른 도금층을 형성할 수도 있다.

상기 다른 도금층의 재질은, 특별히 한정되지 않고, 임의의 금속으로 할 수 있다. 상기 금속으로서는, 예를 들면, 아연, 아연 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 들 수 있다. 상기 다른 도금층의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 용융 도금, 전기 도금 등을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 다른 도금층으로서, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 초과인 아연계 도금층을 이용할 수도 있다.

예를 들면, 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중 가장 외측의 관(최외관)의 외표면과 내표면에는 아연계 도금층을 형성하고, 상기 최외관의 외표면과 내표면에 형성된 도금층 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 있어서의 스팽글의 평균 사이즈를 2.0㎜ 이하로 한다. 이에 따라, 복사율을 저감함과 함께, 아연의 희생 방식 효과에 의해 내식성을 향상시킬 수도 있다. 한편, 외부의 부식 환경과 접촉하지 않는, 최외관 이외의 스트레이트관의 외표면과 내표면에는 용융 알루미늄 도금층 등, 다른 도금층을 형성할 수 있다. 알루미늄 도금층은, 복사율 저감 효과 및 희생 방식 효과의 어느 관점에서도, 아연계 도금층과 동등 또는 그 이상의 효과를 갖고 있지만, 강관으로의 도금이 곤란하다. 그 때문에, 상기와 같이 적어도 일부의 알루미늄 도금층을 대신하여 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층을 이용함으로써, 복사율 저감 효과를 향상시키면서, 제조도 용이하게 할 수 있다.

[수지 피복층]

상기 복수의 스트레이트관 중 가장 외측의 스트레이트관의 외표면에는, 추가로 수지 피복층을 형성할 수 있다. 수지를 피복함으로써, 초전도 송전용 단열 다중관의 내식성을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 특히, 초전도 송전용 단열 다중관을 땅속에 매설하는 경우에는 상기 수지 피복층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 수지 피복층을 구성하는 수지로서는, 특별히 한정되는 일 없이 임의의 수지를 이용할 수 있다. 상기 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지 및, 그들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상을 이용하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 폴리에틸렌 수지를 이용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 폴리에틸렌 수지로서는, 에틸렌의 단독 중합체 및, 에틸렌과 α-올레핀의 공중합체의 한쪽 또는 양쪽을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 α-올레핀으로서는, 예를 들면, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 등을 들 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌 수지로서는, 밀도 915㎏/㎥ 이상의 고밀도 폴리에틸렌 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 수지 피복층은, 특별히 한정되는 일 없이 임의의 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 용융된 수지를 환(丸) 다이나 T 다이를 이용하여 밀어냄으로써 강관의 외측에 피복할 수 있다. 또한, 분체(粉體) 도장에 의해 수지를 피복할 수도 있다. 상기 수지 피복층의 두께는, 0.1㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.5㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 두께는, 3.0㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.0㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 수지 피복층이 금속 분말을 함유하면, 당해 금속 분말에 의해 적외선 등이 난반사하고, 그 결과, 단열관 내부로의 에너지의 유입량이 증대한다. 그 때문에, 상기 수지 피복층은, 금속 분말을 함유하지 않는 것이 바람직하다. 상기 수지 피복층은, 수지만으로 이루어지는 피복층으로 할 수 있다.

[스페이서]

상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중, 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이에는, 스페이서를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 스페이서를 형성함으로써, 인접하는 2개의 관이 직접 접촉하여, 열이 직접 전해지는 것을 방지할 수 있다. 상기 스페이서는, 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향으로 간격을 두고 복수 설치하는 것이 바람직하다.

상기 스페이서의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 판 형상으로, 중심에 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍을 갖는 스페이서로 하는 것이 바람직하다. 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중, 내측의 스트레이트관을 상기 관통 구멍으로 통과시킴으로써, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이에 당해 스페이서를 안정적으로 배치할 수 있다.

또한, 강관과 스페이서의 접촉 면적을 줄인다는 관점에서는, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 스페이서의 단면 형상을 다각형으로 하는 것이 바람직하다. 상기 다각형은, 정점의 수 3 이상인 임의의 다각형이라도 좋고, 예를 들면, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등을 들 수 있다. 상기 다각형은, 정다각형에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 사각형으로서는, 정방형뿐만 아니라, 장변과 단변의 길이가 상이한 장방형도 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 「다각형」에는, 기하학적으로 완전한 다각형뿐만 아니라, 완전한 다각형에 대하여 경미한 변경을 더한 「실질적인 다각형」도 포함되는 것으로 한다. 예를 들면, 마모나 변형 등에 의해 스페이서의 정점이 둥그스름한 경우나 평탄하게 되어 있는 경우라도, 당해 스페이서의 형상은 상기 다각형에 포함된다.

상기 스페이서의 재질로서는 임의의 재질을 이용할 수 있지만, 열전도성의 낮음이나 마찰 계수의 낮음과 같은 관점에서는, 수지제로 하는 것이 바람직하고, 불소 수지제로 하는 것이 보다 바람직하다. 상기 불소 수지로서는, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리 불화 비닐리덴(PVDF), 폴리 불화 비닐(PVF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 등을 들 수 있다. 또한, 스페이서의 강도를 향상시키기 위해, 상기 수지에 섬유상의 필러를 첨가한 섬유 강화 플라스틱(FRP)을 이용할 수 있다. 상기 FRP로서는, 예를 들면, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)을 들 수 있다. 또한, 다른 임의의 필러를 첨가할 수도 있다. 그러나, 필러를 첨가하면 스페이서의 열전도성이 높아져, 단열성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, 단열성의 관점에서는, 상기 스페이서에 이용하는 수지가 필러를 함유하지 않는 것이 바람직하다.

상기 스페이서는, 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향으로 임의의 간격을 두고 설치할 수 있다. 상기 간격은, 등간격이라도 좋고, 부등간격이라도 좋다. 상기 간격은 특별히 한정되지 않고, 임의의 값으로 할 수 있지만, 과도하게 간격이 크면 다중관을 구성하는 관끼리의 접촉을 방지할 수 없게 되는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 간격은 10m 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 간격이 지나치게 작으면 스페이서의 설치 비용이 증가하기 때문에, 상기 간격은 1m 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 부설 등의 작업에 수반하여 스페이서의 위치가 바뀌는 것은 허용된다.

[진공 단열층]

상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중, 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이의 공간을 감압하여, 진공 단열층으로 할 수 있다. 진공 단열층을 형성함으로써, 외부로부터의 열의 침입을 더욱 억제할 수 있다. 진공 단열층의 형성은, 초전도 송전용 단열 다중관을 부설할 때에 행하면 좋고, 따라서, 부설 전의 초전도 송전용 단열 다중관에는 진공 단열층이 형성되어 있을 필요는 없다. 상기 진공 단열층은, 상기 스페이서가 설치되어 있는 공간에 형성하는 것이 바람직하다.

진공 단열층의 형성은, 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이의 공간을 배기(진공 흡인)하여 행한다. 상기 배기는, 초전도 송전용 단열 다중관을 부설한 후에 1회로 행할 수도 있지만, 2회 이상으로 나누어 행할 수도 있다. 예를 들면, 부설 전에 예비적인 배기(가(假)흡인)를 행해 두고, 부설 후에 최종적인 진공도에 도달할 때까지 배기(본흡인)를 행할 수 있다.

실시예

(실시예 1)

본 발명의 효과를 확인하기 위해, 스팽글의 평균 사이즈가 상이한 아연계 도금층을 작성하여, 복사율을 평가했다.

우선, 동일한 강재로 이루어지는 50㎜×100㎜각(角)의 시험편을 복수 작성하고, 상기 복수의 시험편에 상이한 조건으로 용융 아연 도금을 실시하여 용융 아연 도금층을 형성했다. 추가로, 일부의 시험편에 대해서는, 도금 후에 합금화 처리를 실시하여, 합금화 용융 아연 도금층을 형성했다. 또한, 여기에서는 판 형상의 시험편을 사용했지만, 기재의 형상은 복사율에 직접 영향을 주지 않는다.

얻어진 도금층의 각각에 대해서, 이하에 서술하는 방법으로 스팽글의 평균 사이즈의 측정과 복사율의 평가를 행했다.

(스팽글의 평균 사이즈)

스팽글의 평균 사이즈를 선분법으로 평가했다. 구체적인 순서는 다음과 같다. 우선, 도금층의 표면에 임의의 직선을 긋고, 상기 직선을 횡단한 스팽글립(粒)의 수를 세어, 상기 직선의 길이를 스팽글립의 수로 나눈 것을 스팽글의 평균 사이즈로 했다. 또한, 스팽글립의 식별이 곤란한 경우에는, EBSP(Electron BackScattering Pattern) 측정 등에 의해 결정 방위를 해석하고, 2개의 영역 간에 15° 이상의 결정 방위의 어긋남이 존재하는 경우는 다른 스팽글립으로 판단했다. 따라서, 1개의 스팽글립 내에 쌍정 결정이 존재하고, 스팽글립(粒) 내에서 근소하게 색조가 상이한 경우가 있지만, 그러한 스팽글립에 대해서도 1개의 스팽글로 간주했다.

(복사율)

얻어진 도금층 표면의 복사율을, 원적외선 분광 방사계(니혼덴시 가부시키가이샤, JIR-E500)를 사용하여 측정했다. 복사율의 측정은, 4∼25㎛의 파장 범위에서 행하고, 노이즈가 포함되는 양단을 제외한 파장 8, 12, 16 및, 20㎛에 있어서의 복사율을 평가에 이용했다. 또한, 참고를 위해, 원적외선 분광 방사계에 의한 복사율의 측정 결과의 일 예를 도 2에 나타낸다.

복사율은, 바람직한 조건인 하기 제1 조건 (1)∼(4)와, 보다 바람직한 조건인 제2 조건 (5)∼(8)을 사용하여, 이하의 평가 기준에 기초하여 평가했다.

[제1 조건]

(1) 파장 8㎛에 있어서의 복사율이 8％ 미만

(2) 파장 12㎛에 있어서의 복사율이 12％ 미만

(3) 파장 16㎛에 있어서의 복사율이 15％ 미만

(4) 파장 20㎛에 있어서의 복사율이 18％ 미만

[제2 조건]

(5) 파장 8㎛에 있어서의 복사율이 6％ 미만

(6) 파장 12㎛에 있어서의 복사율이 9％ 미만

(7) 파장 16㎛에 있어서의 복사율이 12％ 미만

(8) 파장 20㎛에 있어서의 복사율이 14％ 미만

[평가 기준]

·상기 제1 조건 (1)∼(4)를 모두 만족하지 않는 경우: ×

·상기 제1 조건 (1)∼(4)의 일부를 만족하는 경우: △

·상기 제1 조건 (1)∼(4)의 모두를 만족하는 경우: ○

·상기 제1 조건 (1)∼(4)의 모두를 만족하고, 또한, 상기 제2 조건 (5)∼(8)의 일부를 만족하는 경우: ○○

·상기 제2 조건 (5)∼(8)을 모두 만족하는 경우: ◎

평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, No.1 및 2에 있어서는, 스팽글 사이즈가 육안으로 1㎝ 이상이었기 때문에, 「조대」라고 했다. 한편, No.8 및 9에 있어서는, 스팽글을 육안 확인할 수 없을 정도로 미세하여, 2.0㎛ 이하인 것이 분명했기 때문에, 「미세」라고 했다. 또한, 비교를 위해, 종래 이용되고 있는 슈퍼 인슐레이션의 반사율을 동일한 방법으로 평가한 결과를 아울러 나타낸다(No.10).

표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 용융 아연계 도금층은, 종래의 슈퍼 인슐레이션과 동등하거나 더욱 낮은 복사율을 구비하고 있었다. 또한, 스팽글 사이즈가 작을수록 복사율은 낮았다. 또한, 합금화 용융 아연 도금층은, 평활한 외관이며, 결정립이 매우 미세하고, 복사율도 매우 낮은 값이었다.

(실시예 2)

다음으로, 수지 피복층을 형성한 경우의 영향을 확인하기 위해, 이하의 실험을 행했다.

우선, 동일한 강재로 이루어지는 50㎜×100㎜각의 시험편을 복수 작성하고, 상기 복수의 시험편에 상이한 조건으로 용융 아연 도금을 실시하여 용융 아연 도금층을 형성했다. 이어서, 상기 용융 아연계 도금층의 스팽글의 평균 사이즈를, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정했다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

이어서, 상기 용융 아연 도금층의 표면에 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 수지 피복층을 형성했다. 상기 수지 피복층의 평균 막두께는 2.8㎜로 했다. 또한, 비교를 위해, 도금층을 형성하지 않고, 상기 시험편으로서의 모재 강판의 표면에 직접 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 수지 피복층을 형성한 샘플(No.21)을 작성했다(이하, 「기준 샘플」이라고 부름).

(복사율)

얻어진 샘플의 각각에 대해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 복사율을 측정했다. 상기 측정은, n＝3으로 행했다. 얻어진 파장 8, 12, 16 및, 20㎛에 있어서의 복사율의 평균값을 이용하여, 이하의 평가 기준에 기초하여 복사율을 평가했다. 상기 평가에서는, 도금층을 갖지 않는 기준 샘플(No.21)에 있어서의 복사율의 측정값을 기준으로 하여 이용했다. 평가 결과를 표 2에 병기한다.

[평가 기준]

·동등(○): 샘플의 복사율(％)과 기준 샘플의 복사율(％)의 차가, 8, 12, 16 및, 20㎛의 모든 파장에 있어서 5포인트(5 percentage point) 이내.

·양호(◎): 샘플의 복사율(％)이, 8, 12, 16 및, 20㎛의 적어도 1개의 파장에 있어서 기준 샘플의 동(同) 파장에 있어서의 복사율보다도 5포인트(5 percentage point) 더 많이 감소하고 있다.

수지 피복층을 형성함으로써, 외부의 부식 환경으로부터 강관 표면을 차단하여, 매우 효과적으로 내식성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 수지 피복층을 형성하면 원적외 에너지의 복합 반사에 의해 복사율이 증가한다. 이에 대하여, 표 2에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 수지 피복층의 하지로서, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층을 형성함으로써, 수지 피복층의 영향을 상쇄하여, 복사율을 저감할 수 있다. 한편, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜보다 큰 아연계 도금층을 형성한 경우에는, 도금층을 갖지 않는 기준 샘플과 동등한 복사율이었다.

이와 같이, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층과 수지 피복층을 조합함으로써, 복사율을 저감하면서, 매우 우수한 내식성을 실현할 수 있다.

Claims (2)

1. 초전도 케이블과,
   상기 초전도 케이블을 수용하는 다중관을 구비하는 초전도 송전용 단열 다중관으로서,
   상기 다중관이 복수의 스트레이트관으로 이루어지고,
   상기 복수의 스트레이트관의 적어도 1개가, 스팽글의 평균 사이즈가 2.0㎜ 이하인 아연계 도금층을 표면에 구비하는, 초전도 송전용 단열 다중관.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 스트레이트관 중 가장 외측의 스트레이트관의 외표면에, 수지 피복층을 갖는, 초전도 송전용 단열 다중관.
   

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