KR20200010422A - 초전도 송전용 단열 다중관 및 그의 부설 방법 - Google Patents

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Abstract

릴 공법에 의한 부설을 행해도 스페이서가 파손되지 않고, 또한 높은 단열성을 구비한 초전도 송전용 단열 다중관을 제공한다. 초전도 케이블과, 상기 초전도 케이블을 수용하는, 복수의 스트레이트관으로 구성된 다중관과, 상기 복수의 스트레이트관 중의 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이에 설치된 복수의 스페이서를 구비하는 초전도 송전용 단열 다중관으로서, 상기 스페이서의, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면 형상이, 정점의 수 3 이상인 다각형이고, 상기 스페이서가, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 중심에 관통 구멍을 구비하고, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관이, 상기 관통 구멍을 통과하도록 설치되어 있고, 상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μi가 0.1 이하이고, 상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μo가 0.1 이하이고, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 내경 d에 대한, 상기 다각형의 대각 상당 길이 Ld의 비(Ld/d)가 0.9 이하인, 초전도 송전용 단열 다중관이다.

Description

초전도 송전용 단열 다중관 및 그의 부설 방법
본 발명은, 초전도 송전용 단열 다중관(thermal-insulated multiple pipe for superconducting power transmission)에 관한 것으로, 특히, 릴 바지(reel barge)를 이용한 해저로의 부설에 적합하게 이용할 수 있는 초전도 송전용 단열 다중관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 부설 방법에 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. 또한, 외부로부터의 열에 의한 온도 상승을 억제하기 위해, 인접하는 2개의 관(내관 및 외관)의 사이를 진공으로 한 진공 단열층이 형성되어, 열의 침입이 차단된다.
그러나, 상기와 같은 구조의 단열 다중관을 이용한 경우라도, 다중관을 구성하는 관끼리가 직접 접촉해 버리면, 그 접촉부를 경유하여 열전도에 의해 직접 내부로 열이 침입하여, 단열성이 저하한다.
그래서, 특허문헌 1에서는, 내관과 외관의 사이에 저(低)열전도성 재료로 이루어지는 스페이서(spacer)를 형성하는 것이 제안되어 있다. 상기 스페이서를 이용함으로써, 내관과 외관의 접촉이 방지되어, 외부로부터의 열의 침입을 억제할 수 있다.
한편, 특허문헌 2에서는, 관에 가요성을 갖게 한다는 관점에서, 내관 및 외관으로서 콜게이트관을 사용한, 가요성을 갖는 초전도 송전용 단열 다중관이 제안되어 있다.
일본공개특허공보 2007-080649호 일본공개특허공보 평08-007670호
상기와 같은 초전도 송전용 단열 다중관을 실제의 송전에 이용하기 위해, 장거리에 걸쳐 당해 다중관을 효율적으로 부설하는 방법, 그 중에서도, 해저에 부설하는 방법이 요구되고 있다.
관을 해저에 부설하는 방법으로서는, 석유용 라인 파이프의 부설 등에 이용되고 있는 릴 바지를 사용하는 릴 공법(Reel-Lay)이 있다. 릴 바지는 대경의 릴을 구비한 파이프 부설선으로, 미리 당해 릴에 감아 둔 파이프를 해상에서 되풀면서 해저로 부설한다.
그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 종래의 단열 다중관을 상기 릴 공법으로 부설하고자 한 경우, 관의 사이에 설치된 스페이서가 파손된다는 문제가 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같은 콜게이트관을 이용한 다중관의 경우, 관이 가요성을 갖고 있기 때문에 부설이 용이하기는 하지만, 충분한 단열성이 얻어지지 않는 것을 알 수 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 릴 공법에 의한 부설을 행해도 스페이서가 파손되지 않고, 또한 높은 단열성을 구비한 초전도 송전용 단열 다중관을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 부설 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 요지 구성은, 이하와 같다.
1. 초전도 케이블과,
상기 초전도 케이블을 수용하기 위한, 복수의 스트레이트관(straight pipe)으로 구성된 다중관과,
상기 복수의 스트레이트관 중의 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이에 설치된 복수의 스페이서를 구비하는 초전도 송전용 단열 다중관으로서,
상기 스페이서의, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면 형상이, 정점의 수 3 이상인 다각형이고,
상기 스페이서가, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 중심에 관통 구멍을 구비하고,
상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관이, 상기 관통 구멍을 통과하도록 설치되어 있고,
상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μi가 0.1 이하이고,
상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μo가 0.1 이하이고,
상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 내경 d에 대한, 상기 다각형의 대각 상당 길이 Ld의 비(Ld/d)가 0.9 이하인, 초전도 송전용 단열 다중관.
2. 상기 스페이서와 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 접촉부의 상기 스트레이트관의 길이 방향에 있어서의 길이 Ll이 5㎜ 이하인, 상기 1에 기재된 초전도 송전용 단열 다중관.
3. 상기 다중관을 구성하는 스트레이트관의 두께의 합계가 10㎜ 이상인, 상기 1 또는 2에 기재된 초전도 송전용 단열 다중관.
4. 상기 복수의 스트레이트관 중 가장 내측의 관이, 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재로 이루어지는, 상기 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 초전도 송전용 단열 다중관.
5. 상기 복수의 스트레이트관의 적어도 1개가, 도금층을 갖는, 상기 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 초전도 송전용 단열 다중관.
6. 상기 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 초전도 송전용 단열 다중관을, 릴 바지를 이용하여 해저에 부설하는, 초전도 송전용 단열 다중관의 부설 방법.
본 발명의 초전도 송전용 단열 다중관은, 릴 공법에 의한 부설을 행해도 스페이서가 파손되지 않기 때문에, 해저로의 부설을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 초전도 송전용 단열 다중관은, 콜게이트관이나 플렉시블관을 이용한 단열 다중관에 비해 우수한 단열성을 구비하고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 초전도 송전용 단열 다중관의 단면 개략도이다.
도 2는 마찰 계수 μo의 측정 방법을 나타내는 개략도이다.
도 3은 마찰 계수 μi의 측정 방법을 나타내는 개략도이다.
(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 다중관과, 복수의 스페이서를 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.
본 발명에 있어서는, 콜게이트관이나 플렉시블관이 아니라, 스트레이트관만을 이용하여 다중관을 구성하는 것이 중요하다. 스트레이트관은, 콜게이트관 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. 상기 스트레이트 강관의 재질로서는, 탄소강 및 스테인리스강의 한쪽 또는 양쪽을 이용하는 것이 바람직하다. 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관의 재질은, 동일해도 좋고, 또한, 상이해도 좋다.
상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중 가장 내측의 관(최내관)으로서는, 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재로 이루어지는 관을 이용하는 것이 바람직하다. 릴 바지에 권취할 때에는, 굽힘 반경의 차이로부터 상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중 가장 내측의 관(최내관)이 가장 크게 변형을 받는다. 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재는 신장 특성이 우수하기 때문에, 최내관의 재질로서 적합하다. 또한, 최내관은 저온의 냉각 매체와 접촉하기 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 스트레이트관으로서는, 임의의 방법으로 제조되는 관을 이용할 수 있다. 적합하게 이용할 수 있는 관의 예로서는, 전기 저항 용접관, 심리스관(seamless pipe), UOE관 등을 들 수 있다. 상기 스트레이트관에는, 임의로 표면 처리를 실시할 수 있다. 상기 표면 처리로서는, 예를 들면, 산 세정, 전해 연마, 화학 연마, 도금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 도금에 대해서는 후술한다.
·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 합계가 상기 범위이면, 초전도 송전용 단열 다중관을 해저에 부설하는 경우에 당해 초전도 송전용 단열 다중관이 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.
·도금층
상기 스트레이트관의 표면에는, 도금층을 형성하는 것이 바람직하다. 도금층을 형성함으로써, 내식성을 향상할 수 있는 것에 더하여, 복사율을 저감하여 외부로부터의 열의 침입을 더욱 억제할 수 있다. 상기 도금층을 형성하는 경우, 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관의 적어도 1개에 형성하면 좋고, 모두에 형성할 수도 있다. 또한, 각 스트레이트관은, 외표면 및 내표면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 도금층을 가질 수 있다.
상기 도금층의 재질은, 특별히 한정되지 않고, 임의의 금속으로 할 수 있다. 상기 금속으로서는, 예를 들면, 아연, 아연 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 들 수 있다. 또한, 최외관은 외부의 부식 환경과 접하기 때문에, 내식성을 향상하는 관점에서는, 최외관의 외측 표면에 희생 방식 기능을 갖는 금속으로 이루어지는 도금층을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 희생 방식 기능을 갖는 금속으로서는, 예를 들면, 아연, 아연 합금을 들 수 있다. 상기 도금층의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 용융 도금, 전기 도금 등을 이용할 수 있다.
·코팅
상기 최외관의 외측 표면에는, 최외관의 보호를 위해 임의로 코팅을 형성할 수 있다. 상기 코팅의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 수지를 이용할 수 있다. 상기 수지로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지나 실리콘 수지 등이 적합하게 이용된다. 상기 코팅의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 수지 등으로 이루어지는 테이프를 최외관의 외측 표면에 감음으로써 상기 코팅을 형성할 수 있다.
[스페이서]
상기 다중관을 구성하는 복수의 스트레이트관 중, 인접하는 2개의 사이에는, 복수의 스페이서가 설치된다. 상기 스페이서를 형성함으로써, 인접하는 2개의 관이 직접 접촉하여, 열이 직접 전해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 여기에서 「인접하다」란, 2개의 관의 한쪽이, 다른 한쪽의 관의 내부에 설치되어 있고, 또한 상기 2개의 관의 사이에 다른 관이 존재하지 않는 경우를 가리키는 것으로 한다.
상기 스페이서의, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면 형상은 다각형이다. 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 본원발명의 다각형에 포함된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 초전도 송전용 단열 다중관(1)의 단면 구조를 나타낸 개략도이다. 이 예에서는, 외관(11) 및 내관(12)으로 이루어지는 이중관(10)을 다중관으로서 이용하고 있으며, 외관(11) 및 내관(12)은 모두 스트레이트관이다. 내관(11)의 내부에는 초전도 케이블(20)이 수용되어 있고, 초전도 송전용 단열 다중관(1)을 사용할 때에는, 내관(1)의 내부의 공간(13)에는 냉각 매체가 흐르게 된다. 또한, 외관(11)과 내관(12)의 사이의 공간(14)은, 초전도 송전용 단열 다중관(1)을 사용할 때에는 진공 상태가 되어, 진공 단열층으로서 기능한다.
외관(11)과 내관(12)의 사이의 공간(14)에는, 스페이서(30)가 설치되어 있다. 도 1에 나타낸 예에서는, 스페이서(30)의, 초전도 송전용 단열 다중관(1)의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면 형상이 장방형으로, 스페이서(30)의 중심에는 관통 구멍(31)이 형성되어 있다. 내관(13)은 관통 구멍(31)을 통과하도록 설치되어 있다. 또한, 도 1에서는 1개의 스페이서(30)만 나타나 있지만, 실제로는, 복수의 스페이서가, 초전도 송전용 단열 다중관(1)의 길이 방향으로 간격을 두고 설치되어 있다. 상기 간격은 특별히 한정되지 않지만, 등간격으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 스페이서는, 상이한 형상을 갖고 있어도 좋지만, 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하다.
스페이서(30)에는, 중심에 형성된 관통 구멍(31) 이외에도, 1 또는 2 이상의 관통 구멍(32)을 형성할 수 있다. 관통 구멍(32)을 형성함으로써, 스페이서(30)를 열이 전도되는 것에 의한 열의 침입을 억제할 수 있다.
·마찰 계수
상기 스페이서와 당해 스페이서가 접촉하는 관의 마찰 계수가 크면, 릴 공법으로 초전도 송전용 단열 다중관을 부설하기 위해 릴에 권취했을 때나, 권취된 초전도 송전용 단열 다중관을 릴로부터 되풀 때에 스페이서가 미끄러지지 않아, 깨져 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μi를 0.1 이하로 한다. 마찬가지로, 상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μo를 0.1 이하로 한다.
상기 마찰 계수 μo는, 이하의 방법으로 측정할 수 있다. 도 2는, 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관(외관(11))과, 스페이서의 사이의 마찰 계수 μo를 측정하는 방법을 나타낸 개략도이다. 상기 측정에서는, 실제의 스페이서를 대신하여, 당해 스페이서와 동일한 재질로 이루어지고, 동일한 표면 조도를 갖는 마찰 계수 측정용 지그(41)를 사용한다. 지그(41)의 치수는, 폭 5㎝, 높이 5㎝, 길이 40㎝로 하고, 지그(41)의 하면(외관(11)과 접촉하는 면)은, 외관(11)의 내면과 동등한 곡률을 갖고 있다. 단, 외관(11)의 지름이 80㎜ 이하인 경우에는, 외관(11)의 사이즈에 맞추어 지그(41)의 사이즈도 조정한다.
지그(41)를 도 2에 나타낸 바와 같이 외관(11)의 내부에 설치하고, 지그(41)에 접속한 스프링 저울(42)을 이동 속도 150㎜/분으로 수평으로 인장하여, 지그(41)가 이동하기 시작했을 때의 하중 T(N)를 측정한다. 마찰 계수 μ은, 측정된 하중 T(N)와, 지그(41)의 질량 M(㎏) 및 중력 가속도 G(㎨)를 이용하여, 하기 (1)식에 의해 구할 수 있다.
μ＝T/(G×M) …(1)
측정은, 관의 원주 방향으로 120° 떨어진 3점에서 행하고, 3개소에 있어서의 마찰 계수 μ의 평균값을 μo로 한다.
또한, 상기 마찰 계수 μi는, μo와 동일한 방법으로 측정할 수 있다. 도 3은, 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관(내관(12))과, 스페이서의 사이의 마찰 계수 μi를 측정하는 방법을 나타낸 개략도이다. 상기 측정에서는, 실제의 스페이서를 대신하여, 당해 스페이서와 동일한 재질로 이루어지고, 동일한 표면 조도를 갖는 마찰 계수 측정용 지그(41)를 사용한다. 지그(41)의 치수는, 폭 5㎝, 높이 5㎝, 길이 40㎝로 하고, 지그(41)의 하면(내관(12)과 접촉하는 면)은, 내관(12)의 내면과 동등한 곡률을 갖고 있다. 단, 내관(12)의 지름이 80㎜ 이하인 경우에는, 내관(12)의 사이즈에 맞추어 지그(41)의 사이즈도 조정한다.
지그(41)를 도 3에 나타낸 바와 같이 내관(12)의 외부에 설치하고, 지그(41)에 접속한 스프링 저울(42)을 이동 속도 150㎜/분으로 수평으로 인장하여, 지그(41)가 이동하기 시작했을 때의 하중 T(N)를 측정한다. 마찰 계수 μ은, 측정된 하중 T(N)와, 지그(41)의 질량 M(㎏) 및 중력 가속도 G(㎨)를 이용하여, 하기 (1)식에 의해 구할 수 있다.
μ＝T/(G×M) …(1)
측정은, 관의 원주 방향으로 120° 떨어진 3점에서 행하고, 3개소에 있어서의 마찰 계수 μ의 평균값을 μi로 한다.
상기 마찰 계수를 상기의 범위로 제어하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 임의의 방법으로 할 수 있다. 일반적으로 마찰 계수는 접촉하고 있는 부재의 재질이나 표면 상태에 의존한다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 마찰 계수가 상기 조건을 충족하도록, 상기 스페이서 및 당해 스페이서가 접촉하는 관의 재질이나 표면 조도 등을 제어할 수 있다. 구체적으로는, 다음의 (1)∼(3)의 적어도 1개를 0.8㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
(1) 상기 스페이서의 표면 중, 스트레이트관과 접촉하는 부분의 산술 평균 거칠기 Ras.
(2) 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중 내측의 스트레이트관의 외측 표면에 있어서의 산술 평균 거칠기 Rai.
(3) 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중 외측의 스트레이트관의 내측 표면에 있어서의 산술 평균 거칠기 Rao.
단, 상기 Ras, Rai 및, Rao의 적어도 1개가 0.8㎜ 이하라도, 스페이서 및 스트레이트관의 재질이나 표면 처리 등의 조건에 따라서는, 상기 마찰 계수의 조건을 충족하지 않는 경우가 있다. 그 경우에는, 상기 Ras, Rai 및, Rao의 모두를 0.8㎜ 이하로 하고, 상기 산술 평균 거칠기를 더욱 낮게 하고, 혹은, 스페이서의 재질을 보다 윤활성이 높은 재질로 변경한다는 방법을 취할 수 있다.
상기 산술 평균 거칠기는, 임의의 위치에서 측정하면 좋다. 일반적인 방법으로 제조되는 스페이서 및 스트레이트관의 표면 거칠기는 실질적으로 균일하기 때문에, 1개소에서 측정된 산술 평균 거칠기를, 전체의 표면 거칠기의 지표로서 이용할 수 있다. 단, 상기 스트레이트관으로서 용접 강관을 이용하는 경우에는, 용접부 이외의 위치에서 상기 산술 평균 거칠기를 측정한다.
상기 스페이서의 재질로서는, 전술한 마찰 계수의 조건을 충족하는 한, 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) 및, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상을 이용할 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.
·스페이서의 대각 상당 길이
또한, 스페이서의 사이즈가, 당해 스페이서가 내접하는 관(도 1의 경우, 외관(11))의 내측 치수와 동(同) 정도이면, 초전도 송전용 단열 다중관을 잘 굽힐 수 없고, 또한, 굽혔을 때에 스페이서가 파손되는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 내경 d에 대한, 상기 스페이서의 단면 형상인 다각형의 대각 상당 길이 Ld의 비(Ld/d)를 0.9 이하로 한다. 상기 Ld/d는, 0.8 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 다각형의 대각 상당 길이이란, 당해 다각형의 상이한 2개의 정점끼리를 연결하는 선분 중 최대의 길이를 갖는 선분의 길이로서 정의된다. 예를 들면, 상기 다각형이 삼각형인 경우, 대각 상당 길이는 3개의 변 중 가장 긴 변의 길이이다. 또한, 4 이상의 정점을 갖는 다각형인 경우, 대각 상당 길이는 최대의 대각선 길이이다.
·접촉부
또한, 상기 스페이서와, 당해 스페이서가 내접하는 관의 접촉부가 지나치게 크면, 스페이서와 관의 슬라이딩 저항이 커짐과 함께, 단열성이 저하한다. 그 때문에, 상기 스페이서와 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 접촉부의 상기 스트레이트관의 길이 방향에 있어서의 길이 Ll을 5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 1㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
·간격
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.
·스토퍼
상기 스페이서가, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향(축 방향)으로 이동이 자유롭게 설치되어 있으면, 부설 등의 작업에 수반하여 스페이서의 위치가 크게 바뀌고, 결과적으로, 의도하지 않는 스페이서가 존재하지 않는 구간이 형성되어 버리는 경우가 있다. 그래서, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 있어서의 상기 스페이서의 이동을 규제하는 규제 부재(스토퍼)를 형성할 수 있다. 상기 스토퍼로서는, 스페이서의 이동을 규제할 수 있는 것이면 임의의 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관의 한쪽 또는 양쪽에 고정된 부재를 스토퍼로서 이용할 수 있다. 또한, 상기 스토퍼는, 반드시 스페이서의 이동을 완전하게 방지할 필요는 없고, 당해 스토퍼의 설치 위치를 넘어 스페이서가 이동하는 것을 방지할 수 있으면 좋다.
단, 일반적인 초전도 송전용 단열 다중관에 있어서는, 복수의 다중관을 둘레 용접에 의해 접속하여 소망하는 길이로 된다. 따라서, 다중관을 구성하는 관의 외측 표면 및 내측 표면에는, 용접에 의해 형성된 볼록부(용접 비드)가 길이 방향으로 대략 일정한 간격으로 존재한다. 따라서, 스페이서의 이동은 상기 볼록부에 의해 규제되기 때문에, 반드시 스토퍼를 구비할 필요가 있는 것은 아니다.
[부설 방법]
상기 초전도 송전용 단열 다중관은, 임의의 방법으로 부설할 수 있지만, 특히, 릴 바지를 이용하여 해저에 부설하는 경우에 적합하게 이용할 수 있다. 릴 바지에 의한 부설은, 라인 파이프 등의 부설로 이용되고 있는 방법에 준하여 행할 수 있다.
부설 시에는, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이의 공간, 즉 스페이서가 설치되어 있는 공간을 배기(진공 흡인)하여 진공 단열층을 형성한다. 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.
1 : 초전도 송전용 단열 다중관
10 : 이중관(다중관)
11 : 외관
12 : 내관
13 : 공간(냉각 매체용)
14 : 공간(진공 단열층)
20 : 초전도 케이블
30 : 스페이서
31 : 관통 구멍(초전도 케이블 설치용)
32 : 관통 구멍(열전도 억제용)
41 : 지그
42 : 스프링 저울

Claims (6)

  1. 초전도 케이블과,
    상기 초전도 케이블을 수용하는, 복수의 스트레이트관으로 구성된 다중관과,
    상기 복수의 스트레이트관 중의 인접하는 2개의 스트레이트관의 사이에 설치된 복수의 스페이서를 구비하는 초전도 송전용 단열 다중관으로서,
    상기 스페이서의, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면 형상이, 정점의 수 3 이상인 다각형이고,
    상기 스페이서가, 상기 초전도 송전용 단열 다중관의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 중심에 관통 구멍을 구비하고,
    상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관이, 상기 관통 구멍을 통과하도록 설치되어 있고,
    상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 내측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μi가 0.1 이하이고,
    상기 스페이서와, 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 사이의 마찰 계수 μo가 0.1 이하이고,
    상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 내경 d에 대한, 상기 다각형의 대각 상당 길이 Ld의 비(Ld/d)가 0.9 이하인, 초전도 송전용 단열 다중관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서와 상기 인접하는 2개의 스트레이트관 중의 외측의 스트레이트관의 접촉부의 상기 스트레이트관의 길이 방향에 있어서의 길이 Ll이 5㎜ 이하인, 초전도 송전용 단열 다중관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다중관을 구성하는 스트레이트관의 두께의 합계가 10㎜ 이상인, 초전도 송전용 단열 다중관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 스트레이트관 중 가장 내측의 관이, 오스테나이트상의 체적 분율이 80％ 이상인 강재로 이루어지는, 초전도 송전용 단열 다중관.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 스트레이트관의 적어도 1개가, 도금층을 갖는, 초전도 송전용 단열 다중관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 초전도 송전용 단열 다중관을, 릴 바지(reel barge)를 이용하여 해저에 부설하는, 초전도 송전용 단열 다중관의 부설 방법.
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