WO2006011358A1 - 超電導ケーブル線路 - Google Patents

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WO2006011358A1
WO2006011358A1 PCT/JP2005/012822 JP2005012822W WO2006011358A1 WO 2006011358 A1 WO2006011358 A1 WO 2006011358A1 JP 2005012822 W JP2005012822 W JP 2005012822W WO 2006011358 A1 WO2006011358 A1 WO 2006011358A1
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fluid
superconducting
superconducting cable
cable
refrigerant
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PCT/JP2005/012822
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masayuki Hirose
Yuichi Yamada
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/14—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by the disposition of thermal insulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a power supply line including a superconducting cable.
  • the present invention relates to a superconducting cable line that can effectively reduce heat penetration into the superconducting cable and improve energy consumption efficiency (COP).
  • COP energy consumption efficiency
  • a superconducting cable in which a cable core having a superconducting conductor layer is housed in a heat insulating tube is known.
  • Such superconducting cable for example, those of or single-core cable that houses one of Article Ke one Burukoa heat insulation tube, three-core Bulk type housed in collectively Article 3 of the cable core.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view of a three-core type superconducting cable for three-phase AC.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of each cable core 102.
  • the superconducting cable 100 has a configuration in which three cable cores 102 are twisted and housed in a heat insulation tube 101.
  • the heat insulating tube 101 has a structure in which a heat insulating material (not shown) is disposed between the double tubes formed of the outer tube 101a and the inner tube 101b, and the two tubes 101a and 101b are evacuated.
  • Each cable core 102 includes a former 200, a superconducting conductor layer 201, an electrical insulating layer 202, a superconducting shield layer 203, and a protective layer 204 in order, and a space 103 surrounded by the inner pipe 101b and each cable core 102 is also formed. It becomes a flow path of a refrigerant such as liquid nitrogen.
  • the superconducting conductor layer 201 and the superconducting shield layer 203 of the cable core 102 are cooled by this refrigerant, and the superconducting state is maintained.
  • An anticorrosion layer 104 is provided on the outer periphery of the heat insulating tube 101.
  • a line using a superconducting cable is usually provided with a cooling system for the refrigerant, and when this system cools the refrigerant discharged from the cable and flows into the cable again, the cooling is performed. Yes.
  • the superconducting cable By cooling the refrigerant to an appropriate temperature by the above cooling system, the superconducting cable has a sufficiently low temperature rise of the refrigerant due to heat generated by conduction and intrusion heat of external force such as the atmosphere. As a result, the superconducting state of the superconducting conductor layer and the superconducting shield layer can be maintained.
  • the refrigerant is liquid nitrogen
  • the energy that cools the refrigerant to process these generated heat and intrusion heat is more than 10 times the energy that the refrigerant processes to cool the cable. Therefore, when considering the entire superconducting cable line including the cooling system of the refrigerant, the energy consumption efficiency (COP) will be as low as about 0.1 or less.
  • Patent Document 1 JP 2002-130851
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 10-092627
  • Patent Documents 1 and 2 merely disclose the use of the cold heat of LNG for cooling the refrigerant of the superconducting coil, and the reduction of intrusion heat itself due to external force is not studied.
  • a main object of the present invention is to provide a superconducting cable line that can reduce the intrusion heat from the outside and improve the energy consumption efficiency.
  • the present invention achieves the above object by disposing a superconducting cable in a heat insulating pipe that transports a low-temperature fluid. That is, the superconducting cable line of the present invention includes a heat insulating pipe for fluid (first heat insulating pipe) through which a fluid having a temperature below room temperature is transported, and a superconducting cable accommodated in the heat insulating pipe for fluid (first heat insulating pipe). It is characterized by.
  • a superconducting cable includes a superconducting portion made of a superconducting material, and a heat insulating tube (hereinafter referred to as a heat insulating tube for a cable) that houses the superconducting portion and is filled with a refrigerant that cools the superconducting portion.
  • a heat insulating tube for a cable that houses the superconducting portion and is filled with a refrigerant that cools the superconducting portion.
  • the superconducting cable may be constructed by housing a cable core having the superconducting layer in a heat insulating tube for cable.
  • a more specific configuration of the cable core includes a former, a superconducting conductor layer, an electrical insulating layer, an external superconducting layer, and a protective layer in order from the center.
  • the cable core housed in the cable insulation pipe may be one (single core (single core)) or a plurality of (multiple cores).
  • the present invention line is used for three-phase AC power transmission
  • when using a three-core cable in which three cores are twisted and stored in a cable insulation pipe it is used for single-phase AC power transmission.
  • the present invention line is used for direct current power transmission (unipolar power transmission), for example, when it is used for direct current power transmission (bipolar power transmission) using a single core cable in which the core of one wire is housed in a cable insulation pipe, It is recommended to use a two-core cable or a three-core cable in which a core or three-core core is twisted and stored in a cable insulation pipe.
  • the superconducting cable line of the present invention can be used for both DC power transmission and AC power transmission.
  • the superconducting conductor layer is, for example, a Bi-based oxide superconducting material, specifically, a tape-like wire rod in which a plurality of filaments that also have Bi2223-based superconducting material force are arranged in a matrix such as a silver sheath. It may be a single layer or a multilayer that is formed by turning. In the case of a multilayer structure, an interlayer insulating layer may be provided.
  • the interlayer insulating layer may be formed by winding insulating paper such as kraft paper or semi-synthetic insulating paper such as PPLP (registered trademark of Sumitomo Electric Industries, Ltd.).
  • Such a superconducting conductor layer is formed by winding a wire made of the above superconducting material around the outer periphery of the former.
  • the former may be a solid body or a hollow body formed of a metal material such as copper or aluminum.
  • a former having a configuration in which a plurality of copper wires are twisted together may be mentioned.
  • the copper wire may be insulated.
  • the former functions as a shape maintaining member for the superconductor layer.
  • a cushion layer may be interposed between the former and the superconducting conductor layer. The cushion layer avoids direct metal-to-metal contact between the former and the superconducting wire, and prevents damage to the superconducting wire.
  • the cushion layer when the former has a stranded wire structure, the cushion layer also has a function of making the former surface smoother.
  • insulating paper or carbon paper can be suitably used.
  • the electrical insulating layer may be formed by winding semi-synthetic insulating paper such as PPLP (registered trademark) or insulating paper such as kraft paper on the superconducting conductor layer.
  • a semiconductive layer is formed of carbon paper or the like on at least one of the inner and outer peripheries of the electric insulating layer, that is, between the superconducting conductor layer and the electric insulating layer, or between the electric insulating layer and the external superconducting layer (described later). May be.
  • the adhesion between the superconducting conductor layer and the electrically insulating layer, or between the electrically insulating layer and the outer superconducting layer is improved, resulting in the occurrence of partial discharge, etc. Suppress deterioration.
  • the electrical insulation layer has a resistance on the inner peripheral side of the electrical insulation layer so that the DC electric field distribution in the radial direction (thickness direction) is smoothed.
  • the rate is low.
  • P-grading may be applied to increase the outer peripheral resistivity.
  • p-delaying is to change the resistivity stepwise in the thickness direction of the electrical insulating layer, and the DC electric field distribution in the entire thickness direction of the electrical insulating layer can be smoothed.
  • the thickness of the substrate can be reduced.
  • the number of layers with different resistivity is not particularly limited, but is practically about 2 or 3 layers. In particular, if the thickness of each of these layers is made uniform, the smoothness of the DC electric field distribution can be more effectively achieved.
  • Insulating materials with different resistivity are used for grading.
  • insulating paper such as kraft paper
  • the density of kraft paper is changed, or dicyandiamide is used on craft paper.
  • the resistivity can be changed by adding it.
  • composite paper that also has insulation paper and plastic film strength, such as PPLP (registered trademark)
  • the ratio of the thickness of plastic film to the total thickness T of composite paper tp ratio k (tp / T) X 100
  • the resistivity can be changed by changing the density, material, and additives.
  • the value of the ratio k is preferably in the range of about 40% to 90%, for example. Normally, the resistivity P increases as the ratio k increases.
  • the electrical insulating layer has a high ⁇ layer having a dielectric constant higher than that of other parts in the vicinity of the superconducting conductor layer, the Imp. Withstand voltage characteristics are improved in addition to the improvement of the DC withstand voltage characteristics. It can be made.
  • the dielectric constant ⁇ (20 ° C) is about 3.2 to 4.5 for general kraft paper, about 2.8 for composite paper with a ratio k of 40%, and about 60% for composite paper. About 6 and 80% of the composite paper is about 2.4. Especially with composite paper using kraft paper with high ratio k and high air density If an electrical insulating layer is formed, it is preferable because it is excellent in both DC withstand voltage and Imp. Withstand voltage.
  • the electrical insulating layer has a higher dielectric constant ⁇ toward the inner peripheral side and becomes a cable suitable for AC power transmission when configured such that the dielectric constant ⁇ decreases toward the outer peripheral side.
  • the This ⁇ grading is also formed over the entire radial direction of the electrical insulating layer.
  • the superconducting cable subjected to the above-mentioned grading as described above becomes a cable having excellent direct current characteristics and can be suitably used for a direct current transmission line.
  • most current transmission lines are composed of alternating current.
  • a superconducting cable that is used for both direct current and alternating current is preferably excellent in direct current characteristics and designed in consideration of alternating current characteristics.
  • the dielectric constant ⁇ is higher on the inner peripheral side and the dielectric constant ⁇ is lower on the outer peripheral side. be able to.
  • the ⁇ -graded superconducting cable used in the transition period can be used as it is as a DC cable.
  • a line using ⁇ -graded superconducting cable in addition to ⁇ -grading can be suitably used as a line for both AC and DC that can be suitably used for both DC transmission and AC transmission. it can.
  • the above-mentioned PPLP (registered trademark) has a high p low ⁇ when the ratio k is increased. Therefore, if the electrical insulating layer is configured using PPLP (registered trademark) having a ratio k toward the outer peripheral side of the electric insulating layer, the outer peripheral side becomes higher p and at the same time the outer peripheral side becomes lower ⁇ .
  • kraft paper generally becomes high ⁇ high ⁇ when the air density is increased. Therefore, craft It is difficult to construct an electrical insulating layer that has a high p at the outer peripheral side and a low ⁇ at the outer peripheral side with paper alone. Therefore, when kraft paper is used, it is preferable to form an electrical insulating layer in combination with composite paper. For example, by forming a kraft paper layer on the inner periphery of the electrical insulation layer and forming a PPLP layer on the outer side, the resistivity ⁇ becomes a kraft paper layer and a PPLP layer, and the dielectric constant ⁇ is kraft paper layer> PPLP layer. What should be done.
  • An external superconducting layer is provided on the outer periphery of the electrical insulating layer.
  • the external superconducting layer is formed of a superconducting material in the same manner as the superconducting conductor layer.
  • the superconducting material used for the external superconducting layer may be the same as that used for forming the superconducting conductor layer.
  • this external superconducting layer may be used as a return conductor in unipolar power transmission and as a neutral wire layer in bipolar power transmission, for example.
  • this external superconducting layer when performing bipolar transmission, carries an unbalanced current when an imbalance occurs between the positive and negative electrodes, or an abnormality occurs in one of the poles, and the switch from bipolar transmission to unipolar transmission occurs. In this case, it may be used as a return conductor for passing a current equivalent to the power transmission current flowing in the superconducting conductor layer.
  • the external superconducting layer is preferably used as a shield layer for passing a shield current induced by a current flowing in the superconducting conductor layer.
  • a protective layer that also serves as an insulation may be provided on the outer periphery of the external superconducting layer.
  • the heat insulation pipe for the cable that houses the cable core having the above-mentioned configuration has a double structure composed of an outer pipe and an inner pipe, and a heat insulating material is provided between the two pipes so that a vacuum is drawn to a predetermined degree of vacuum.
  • the vacuum insulation configuration The inside of the inner pipe is used as a refrigerant flow path that fills and circulates a refrigerant such as liquid nitrogen that cools the cable core (particularly, the superconducting conductor layer and the outer superconducting layer).
  • a cable insulation pipe is preferably a flexible corrugated pipe.
  • the cable insulation pipe is preferably formed of a metal material such as stainless steel having excellent strength.
  • the present invention is a configuration in which the superconducting cable having the above-mentioned cable heat insulation pipe is housed in a heat insulation pipe (hereinafter referred to as a fluid heat insulation pipe) used for transporting a fluid having a temperature below room temperature.
  • a heat insulation pipe hereinafter referred to as a fluid heat insulation pipe
  • the superconducting cable housed in the heat insulation pipe for fluid has a low temperature environment where the outer periphery of the cable is below room temperature due to the fluid below room temperature. It can have a double heat insulation structure that combines the heat insulation structure and the heat insulation structure of the cable itself. Therefore, it is possible to reduce the energy for cooling the refrigerant filled in the superconducting cable by effectively reducing the intrusion heat from the outside as compared with the conventional case.
  • the fluid heat insulating tube in which the superconducting cable is accommodated may be one having a heat insulating performance corresponding to the fluid to be transported.
  • a double structure of an outer tube and an inner tube, in which a cold insulating material is disposed between both tubes, may be used.
  • the inside of the inner pipe becomes a fluid transport path.
  • the fluid should be at a temperature below room temperature.
  • the refrigerant for cooling the superconducting portion is circulated in the cable insulation pipe as described above, and for example, liquid nitrogen cooled to 77K is used as this refrigerant.
  • a superconducting cable housed in a heat insulating pipe for fluid that transports a low temperature fluid at a temperature lower than room temperature shows the temperature difference between the inside and outside of the cable heat insulating pipe, specifically, the temperature difference between the refrigerant and the fluid.
  • the superconducting cable line of the present invention can improve the energy consumption efficiency as compared with the prior art.
  • the line of the present invention is a DC line that generates almost no heat generated by energization (conductor loss)
  • the cause of energy loss is mainly intrusion heat, so this reduction in intrusion heat improves energy consumption efficiency. It is very effective.
  • the superconducting cable accommodated in the heat insulation pipe for fluid according to the present invention can reduce the heat intrusion as described above, the heat insulation structure of the cable heat insulation pipe is simplified, that is, the intrusion heat. It is also possible to lower the heat insulation level for.
  • Such a fluid is preferable if it is lower than room temperature, and it is particularly preferable that the temperature is lower because the heat entering the cable can be reduced.
  • the same fluid as the superconducting cable refrigerant may be used for IJ, or a different fluid may be used. That is, it may be a fluid having a temperature equivalent to the refrigerant temperature of the superconducting cable, or a fluid having a temperature higher than the refrigerant temperature. It may be a fluid having a temperature lower than the refrigerant temperature. When the fluid has a temperature close to the refrigerant temperature of the superconducting cable, the temperature difference between the inside and outside of the cable insulation pipe can be further reduced.
  • a fluid having a temperature lower than that of the refrigerant of the superconducting cable hardly intrudes into the cable from the fluid. Therefore, the refrigerant hardly rises in temperature due to the heat intrusion. Has the effect of cooling. Therefore, the superconducting cable housed in the heat insulation pipe for transporting such a fluid can lower the cooling performance level of the cooling system of the cooling medium used for the cable and cool the refrigerant. Energy can be significantly reduced. If the temperature is higher than the refrigerant of the superconducting cable and the fluid is used, the temperature of the refrigerant may increase due to the intrusion heat into the hydrodynamic cable. The temperature rise is very small.
  • the cooling performance level of the cooling system for the refrigerant used for the superconducting cable can be lowered as compared with the installation in the air.
  • Specific fluids include, for example, liquid helium (about 4K), liquid hydrogen (about 20K), liquid oxygen (about 90K), liquid nitrogen (about 77K), and liquefied natural gas (about 113K).
  • the cable In order to store the superconducting cable in the heat insulation pipe for fluid, for example, when forming a heat insulation pipe for fluid by welding a metal plate made of stainless steel or steel, the cable is placed on the plate, One example is that the plate is bent so as to cover the cable and the edges of the plate are welded together.
  • the cable when using a metal cylinder material such as stainless steel or steel as the fluid insulation pipe, the cable can be stored in the fluid insulation pipe by inserting the superconducting cable into the cylinder material.
  • a skid wire sliding wire
  • the skid wire is wound at a pitch (long pitch) larger than the unevenness of the corrugated pipe so that the skid wire does not fall into the concave part of the corrugated pipe.
  • a structure in which a skid wire is present on the unevenness so that the outer periphery of the corrugated tube does not directly contact the heat insulating pipe for fluid that is, the skid wire wound around the outer periphery of the corrugated pipe is in point contact with the heat insulating pipe for fluid. Then, the insertability is good.
  • a tension member or the like may be attached to the superconducting cable and drawn into the fluid heat insulating tube.
  • the superconducting cable accommodated in the heat insulation pipe for fluid may be disposed so as to be in contact with the fluid transported in the heat insulation pipe for fluid, or may not be contacted. In the former case, the superconducting cable should be immersed in the fluid. At this time, since the entire circumference of the superconducting cable is in contact with the low-temperature fluid, the intrusion heat from the outside to the cable can be effectively reduced.
  • the heat insulation pipe for fluid may be partitioned into a fluid transport region and a region where the superconducting cable is disposed.
  • a fluid transport region a separate fluid transport pipe may be disposed in the heat insulation pipe for fluid, and the superconducting cable may be disposed vertically along the transport pipe.
  • a heat transfer spacer with excellent conductivity can efficiently transfer fluid heat to the cable through the heat transfer spacer, especially when the fluid is cooler than the cable refrigerant.
  • the cable can be cooled.
  • Such a heat transfer spacer may be formed of a material having excellent thermal conductivity such as aluminum. Specifically, the heat transfer spacer can be formed by winding an aluminum foil.
  • the superconducting cable may be accommodated in the heat insulating pipe for fluid over the entire length in the longitudinal direction of the superconducting cable constituting the line, or only a part of the cables may be used as the heat insulating pipe for fluid. It may be stored. For example, only a part of the superconducting cable may be housed in a heat insulation pipe for fluid, and the remaining superconducting cable may be installed in the air, or the cable outer periphery may be in a low temperature region where the temperature is lower than the refrigerant temperature. And a line having a high-temperature region in a temperature environment higher than the refrigerant temperature.
  • the portion of the superconducting cable housed in the heat insulation pipe for fluid may be overcooled.
  • Such supercooling may cause a part of the refrigerant to solidify, and the cable refrigerant may be circulated. Therefore, excessive cooling of the superconducting cable by the fluid is suppressed, and the coldest part of the cable coolant is solidified and cooled. It is desirable to increase the temperature of the portion cooled by the fluid within the temperature range where the superconducting state can be maintained in the superconducting cable that should not be at a temperature that hinders the flow of the medium.
  • the superconducting cable line it is proposed to provide a region with different temperatures outside the superconducting cable in the longitudinal direction to balance the heat balance of the entire line. Specifically, the superconducting cable line is provided with the low temperature region and the high temperature region, and the temperature of the superconducting cable cooled too much in the low temperature region is increased or increased in the high temperature region. It is proposed to cool the heated superconducting cable refrigerant in the low temperature region.
  • the heat insulation pipe for fluid includes a first heat insulation pipe and a second heat insulation pipe.
  • the low temperature region portion may be configured by housing the superconducting cable in a fluid thermal insulation pipe (first thermal insulation pipe) through which fluid having a temperature lower than the refrigerant temperature of the refrigerant filled in the cable thermal insulation pipe is transported.
  • the high-temperature region may be configured by laying a superconducting cable in the atmosphere, or another fluid insulation pipe that transports a fluid whose temperature is higher than the refrigerant temperature of the refrigerant filled in the cable insulation pipe ( A cable may be housed in the second heat insulation tube).
  • liquid nitrogen when used as a refrigerant for a superconducting cable, the liquid in the low temperature region (first fluid) uses liquid hydrogen or liquid helium, and the fluid in the high temperature region (second fluid) is liquefied natural.
  • first fluid when liquid nitrogen is used as a refrigerant for a superconducting cable, the liquid in the low temperature region (first fluid) uses liquid hydrogen or liquid helium, and the fluid in the high temperature region (second fluid) is liquefied natural.
  • second fluid Use gas or liquid oxygen.
  • a plurality of heat insulation pipes for transporting fluids having different temperatures are used, or fluid having a temperature lower than that of the refrigerant of the superconducting cable is transported.
  • the balance of heat balance can be balanced by combining the structure housed in the heat insulation pipe for fluid and the air laying. For example, by providing the low temperature region portion and the high temperature region portion repeatedly in the longitudinal direction of the line, the difference between the temperature decrease in the low temperature region portion and the temperature increase in the high temperature region portion can be reduced.
  • the heat balance of the entire track may be balanced by changing the heat insulation performance of the superconducting cables that make up the track.
  • the heat insulation performance of the cable heat insulating tube may be changed in the temperature state of the region where the superconducting cable is disposed.
  • the heat insulation performance of the cable insulation pipe of the cable disposed in the high temperature region may be made lower than the heat insulation performance of the cable insulation tube of the superconducting cable disposed in the low temperature region.
  • Conventional superconducting cable track installed in the air since the temperature range of the outer circumference is normal temperature over the entire length of the cable, it is necessary to make the heat insulation performance at a certain level over the entire length of the cable, particularly at a high level to prevent intrusion heat from the outside.
  • the heat insulating performance is appropriately selected according to the environment in which the cable is installed. Can be changed. Therefore, for example, in the case of a track having a cable portion housed in a fluid heat insulation pipe that transports a fluid higher in temperature than the refrigerant of the superconducting cable and a cable portion laid in the air, it is housed in the heat insulation pipe for fluid.
  • the insulation performance of the cable part to be installed may be lower than the insulation performance of the cable part installed in the air.
  • the superconducting cable housed in the heat insulation pipe for fluid has less intrusion heat from outside as described above.
  • the outer pipe and Examples include changing the degree of vacuum between the inner pipes, changing the number of heat insulating materials arranged between the outer pipe and the inner pipe, and changing the material of the heat insulating material.
  • the heat exchange is performed between the fluid, that is, the superconducting cable line is additionally provided with a heat exchange means for exchanging heat between the refrigerant of the cable and the fluid.
  • the cooling of the superconducting cable refrigerant is usually performed by a cooling system using a heat pump, and in a conventional superconducting cable line, the heat pump condenses the water at normal temperature or the atmosphere. Then, since the temperature difference between heat exchange targets is more than 200K, when cooling the refrigerant to a temperature that can maintain the superconducting state, the larger the temperature difference, the more heat energy is required, and the COP is 0. 1 or less.
  • COP can be 0.5 or more.
  • a fluid whose temperature is lower than that of the refrigerant of the superconducting cable is a heat exchange target of the refrigerant of the cable, specifically, the refrigerant is directly cooled by this fluid, the cooling of the refrigerant for the cable is performed.
  • a freezer can also be dispensed with.
  • the heat exchange target of the refrigerant of the superconducting cable is a fluid that is transported to the heat insulation pipe for the fluid instead of room temperature air or water, so that the exchange efficiency can be improved. If the latent heat of vaporization when the fluid is vaporized is used, the cooling energy of the refrigerant can be further reduced.
  • the latent heat of vaporization (cold heat) of the liquid natural gas can be used.
  • natural gas is produced by using liquid natural gas.
  • the refrigerant of the superconducting cable is cooled by receiving the latent heat of vaporization from the liquefied natural gas, and the liquefied natural gas is It receives heat from the cable coolant and is heated and vaporized. In this way, both requirements can be satisfied without waste.
  • the heat exchange between the fluid and the refrigerant is performed by using other superconducting equipment that uses a low-temperature refrigerant that is connected only by a superconducting cable, such as a superconducting transformer, a superconducting power storage system (SMES), and a superconducting fault current limiter. If the refrigerant is also constructed, energy efficiency can be further improved.
  • other superconducting equipment that uses a low-temperature refrigerant that is connected only by a superconducting cable, such as a superconducting transformer, a superconducting power storage system (SMES), and a superconducting fault current limiter. If the refrigerant is also constructed, energy efficiency can be further improved.
  • SMES superconducting power storage system
  • Such a superconducting cable line of the present invention is constructed in a place where a heat insulation pipe for fluid transportation is disposed, for example, a fluid plant, and is used to supply power to various power devices used for fluid transportation. If a configuration using a superconducting cable is used, the advantages of the superconducting cable can be fully demonstrated.
  • the superconducting cable line of the present invention can also be used for DC transmission and AC transmission!
  • the superconducting cable line of the present invention can also be used for DC transmission and AC transmission!
  • it is better to use a three-core superconducting cable use each core's superconducting conductor layer for phase power transmission, and use each core's outer superconducting layer as a shield layer.
  • it is better to use a single-core superconducting cable use the superconducting conductor layer in the core for phase transmission, and use the external superconducting layer as the shield layer.
  • a single-core superconducting cable When performing unipolar direct current transmission, it is better to use a single-core superconducting cable, use the core superconducting conductor layer as the forward conductor, and use the external superconducting layer as the return conductor.
  • a 2-core superconducting cable is used, the superconducting conductor layer of one core is used for positive power transmission, the superconducting conductor layer of the other core is used for negative power transmission, and the external superconducting power of both cores is used.
  • Use the conductive layer as the neutral wire layer.
  • the superconducting cable line of the present invention can be used as a direct current alternating current line by using a superconducting cable including a cable core having an electrical insulating layer subjected to p-grading and ⁇ -grading as described above. Can also be used.
  • the terminal structure that is formed at the end of the line connecting only the superconducting cable and connects the superconducting cable and the conducting part on the normal temperature side is also used for DC It is preferable to have a configuration suitable for the above.
  • the terminal structure consists of the end of the superconducting cable, the end of the cable core drawn out, the lead conductor connected to the conductive part on the room temperature side, and the connection that electrically connects the core end and the lead conductor.
  • a typical configuration includes these core end portions, core connection side end portions of the lead conductor portions, and a termination connection box that accommodates the connection portions.
  • the termination junction box usually includes a refrigerant tank that cools the end of the core and the lead conductor, and a vacuum heat insulating tank disposed on the outer periphery of the refrigerant tank.
  • the magnitude of the current flowing through the lead conductor portion may differ between AC power transmission and direct current power transmission, so it is desirable that the conductor cross-sectional area of the lead conductor portion can be changed. Therefore, it is preferable that the terminal structure for both DC and AC is configured such that the conductor cross-sectional area of the lead conductor portion can be changed according to the load.
  • the lead conductor portion is divided into a low temperature side conductor portion connected to the core end portion and a normal temperature side conductor portion arranged on the normal temperature side conductive portion side, and these low temperature side conductor portions are divided. And a room temperature side conductor portion can be attached and detached.
  • a plurality of detachable lead conductor portions are provided, and the conductor cross-sectional area of the whole lead conductor portion can be changed depending on the number of connections between the low temperature side conductor portions and the normal temperature side conductor portions.
  • the conductor cross-sectional areas of the respective lead conductor portions may be the same or different.
  • the superconducting cable line of the present invention having such a terminal structure can be easily changed from direct current power transmission to alternating current power transmission or direct current power transmission by attaching / detaching the lead conductor part. .
  • the conductor cross-sectional area of the lead conductor portion can be changed in this way, it is possible to cope with various changes in the conductor cross-sectional area even when the power supply is changed during AC transmission or DC transmission. It is out.
  • the superconducting cable line of the present invention having the above-described configuration effectively prevents heat entering the cable. It is possible to achieve an excellent effect that the energy consumption efficiency can be improved.
  • the heat balance can be balanced over the entire line, and the cooling energy of the cable coolant can be reduced.
  • the line of the present invention has excellent DC withstand voltage characteristics and is suitable for DC transmission. Can do.
  • the above-mentioned DC withstand voltage characteristics In addition to improvements, Imp. Withstand voltage characteristics can also be improved.
  • the inventive track is excellent in AC electrical characteristics.
  • the superconducting cable line of the present invention can be suitably used for both direct current power transmission and alternating current power transmission.
  • the terminal structure formed at the end of the line using a superconducting cable having a cable core having an electrical insulating layer that has been subjected to the above-mentioned ⁇ -grading and ⁇ -grading is used as the present invention line.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state where a superconducting cable line of the present invention is constructed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration near the superconducting cable portion over the superconducting cable line of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic front view showing a state in which the superconducting cable line of the present invention is constructed.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a superconducting cable line of the present invention including a fluid transport pipe, a superconducting cable, and a heat transfer spacer in a fluid heat insulating pipe.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a superconducting cable line of the present invention having a low temperature region portion and a high temperature region portion.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a superconducting cable line of the present invention in which a superconducting cable is housed in two fluid insulation pipes that transport different fluids.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an example of the superconducting cable of the present invention having a cooling system for cooling the refrigerant of the superconducting cable, including heat exchange means for exchanging heat between the refrigerant and the fluid.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a superconducting cable line of the present invention including heat exchange means for directly cooling the refrigerant of the superconducting cable with a fluid.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a terminal structure formed at a line end.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a terminal structure formed at the end of a line in the superconducting cable line of the present invention using a three-core superconducting cable in the case of a DC transmission line.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a three-core collective superconducting cable for three-phase AC.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of each cable core 102.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the superconducting cable line of the present invention is constructed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the configuration near the superconducting cable part in the superconducting cable line of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic front view showing a state in which the superconducting cable line of the present invention is constructed.
  • the superconducting cable line of the present invention includes a heat insulating pipe 2 for transporting a fluid 1 below room temperature and a superconducting cable 10 accommodated in the heat insulating pipe 2 for fluid.
  • the superconducting cable 10 used in this example has a configuration in which three cable cores 12 are twisted and housed in a cable insulation tube 11, and the basic configuration is the same as the superconducting cable shown in FIG. It is.
  • Each cable core 12 includes a former, a superconducting conductor layer, an electrical insulating layer, an external superconducting layer, and a protective layer in order of central force.
  • the superconducting conductor layer and the external superconducting layer were formed of a Bi2223 series superconducting tape wire (Ag-Mn sheath wire).
  • the superconducting conductor layer was formed on the outer periphery of the former, and the outer superconducting layer was formed on the outer periphery of the electrical insulating layer by winding the superconducting tape wire in a spiral shape.
  • the former used was a twist of multiple copper wires.
  • a cushion layer was formed of insulating paper between the former and the superconducting conductor layer.
  • the electrical insulating layer was constructed by winding semi-synthetic insulating paper (PPLP: registered trademark of Sumitomo Electric Industries, Ltd.) on the outer periphery of the superconducting conductor layer.
  • An inner semiconductive layer may be provided on the inner peripheral side of the electrical insulating layer, and an outer semiconductive layer may be provided on the outer peripheral side (under the outer superconducting layer).
  • the protective layer was provided by winding kraft paper around the outer periphery of the external superconducting layer. Three such cable cores 12 are prepared, twisted together so as to have a contraction allowance necessary for heat shrinkage, and stored in the heat insulating tube 11.
  • a SUS corrugated pipe is used as the heat insulating pipe 11, and a heat insulating material (not shown) is arranged in multiple layers between the double pipe consisting of the outer pipe 11a and the inner pipe ib, and the outer pipe 11a and A vacuum multi-layer heat insulation configuration was formed by evacuating the inner tube l ib to a predetermined degree of vacuum.
  • a space 13 surrounded by the inner peripheral surface of the inner pipe l ib and the outer peripheral surface of the three-core cable core 12 serves as a refrigerant flow path.
  • a coolant for cooling the superconducting conductor layer and the external superconducting layer is circulated in the flow path using a pump or the like.
  • liquid nitrogen (about 77K) was used as the refrigerant.
  • a superconducting cable 10 having the above configuration is housed in a heat insulating pipe 2 for fluid.
  • the heat insulation pipe 2 for fluid has a double structure of an outer pipe 2a and an inner pipe 2b, and has a configuration in which a cold insulating material (not shown) is arranged between the two pipes 2a and 2b.
  • the space surrounded by the inner circumference of the inner tube 2b and the outer circumference of the superconducting cable 10 is the transport path for fluid 1.
  • Both pipes 2a and 2b are steel welded pipes.
  • the superconducting cable 10 is arranged on the steel plate constituting the inner pipe 2b and both ends of the steel plate are welded. Then, the cable 10 was stored in the inner pipe 2b.
  • the superconducting cable 10 is disposed in the inner tube 2b while being immersed in a fluid.
  • liquefied natural gas about 111K
  • the temperature inside the cable and the temperature of the surrounding environment around the cable are obtained by housing the superconducting cable in a heat insulating pipe for fluid that is transported at a temperature below room temperature.
  • the difference can be less than 200K. Therefore, the track according to the present invention can reduce intrusion heat from a normal temperature environment such as the atmosphere as compared with a superconducting cable track installed in the air.
  • the track according to the present invention uses a heat insulation pipe of the fluid to form a double heat insulation structure in combination with the heat insulation pipe of the superconducting cable itself, thereby more effectively reducing heat entering the cable from the outside. can do. Therefore, in the superconducting cable line of the present invention, energy for cooling the refrigerant of the superconducting cable can be reduced, and the energy consumption efficiency can be remarkably improved in the whole line.
  • the superconducting cable is immersed in the fluid.
  • the superconducting cable is housed in the heat insulating pipe for fluid so as not to be immersed in the fluid.
  • a fluid transport path may be separately provided in the fluid heat insulating pipe.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the superconducting cable line of the present invention having a fluid transport pipe and a heat transfer spacer in the fluid heat insulation pipe.
  • a fluid transport pipe 3 is provided in the inner pipe 2b of the heat insulation pipe 2 for fluid.
  • the superconducting cable 10 has a double heat insulating structure of the heat insulating pipe 2 for fluid and the heat insulating pipe 11 of the cable 10 itself (see FIGS. 1 and 2), as in the first embodiment. Intrusion heat can be reduced.
  • the heat from the fluid is transferred to the superconducting cable 10 via the heat transfer spacer 4, particularly when the fluid is at a lower temperature than the cooling medium (liquid nitrogen) of the cable 10, for example, liquid hydrogen ( In the case of about 20K) or liquid helium (about 4K), the cable 10 can be cooled by the fluid 1. Since fluid 1 is physically isolated from superconducting cable 10 by heat transfer spacer 4 and transport pipe 3, fluid 1 is ignited when an accident such as a short circuit occurs in cable 10 and a spark occurs. Not to do The condition can be prevented.
  • the heat transfer spacer was formed by winding an aluminum foil.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a superconducting cable line of the present invention having a low temperature region portion and a high temperature region portion.
  • This superconducting cable line includes a low temperature region portion in which the superconducting cable 10 is accommodated in the fluid heat insulating tube 2, and a high temperature region portion in which the cable 10 is not accommodated in the fluid heat insulating tube 2 and is laid in the air.
  • the fluid transported by the heat insulation pipe 2 for fluid is one having a lower temperature than the refrigerant of the superconducting cable 10, for example, liquid hydrogen.
  • the superconducting cable housed in the fluid insulation pipe 2 in the track i.e., in the low temperature region
  • the outer periphery of the cable is placed in a low temperature environment below the refrigerant temperature, and in addition to the insulation pipe of the cable 10 itself, the fluid Since the heat insulation pipe 2 is present, the heat entering the cable can be reduced.
  • the outer periphery of the superconducting cable is lower than the temperature of the refrigerant, the refrigerant may be cooled too much and solidify, making it difficult for the refrigerant to flow. Therefore, as shown in Fig.
  • the heat insulation performance of the superconducting cable stored in the heat insulation pipe 2 for fluid may be different from the heat insulation performance of the superconducting cable installed in the air.
  • the superconducting cable housed in the heat insulation pipe 2 has less intrusion heat of atmospheric force than the cable installed in the air. Therefore, the heat insulation performance of the superconducting cable housed in the heat insulation pipe 2 for fluid may be made smaller than that of the cable installed in the air.
  • the heat insulation performance can be partially changed.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the superconducting cable line of the present invention in which superconducting cables are housed in two heat insulating pipes for transporting different fluids.
  • the heat insulation pipe 2M for fluid that transports a fluid (for example, liquid hydrogen) that is lower in temperature than the refrigerant (liquid nitrogen) of the superconducting cable 10 and a fluid that has a higher temperature than the refrigerant (for example, Insulating pipes 2N for fluid transporting liquefied natural gas), and superconducting cables 10 are accommodated in the respective insulating pipes 2M and 2N. That is, in this configuration, the superconducting cable portion housed in the fluid insulation pipe 2M that transports the low-temperature fluid in the line becomes the low-temperature region, and is housed in the fluid insulation pipe 2N that transports the high-temperature fluid below room temperature. The cable part becomes the high temperature area.
  • temperature adjusting means 5 for adjusting the temperature of the refrigerant of the superconducting cable 10 is provided between the low temperature region and the high temperature region to finely adjust the temperature of the refrigerant.
  • the temperature difference between the refrigerant of superconducting cable 10 and the fluid in the low temperature region (liquid hydrogen) and the temperature difference between the refrigerant and the fluid in the high temperature region (liquefied natural gas) are relatively small.
  • Means 5 can also be used that has a small adjustment level (adjustment range of temperature difference).
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the superconducting cable of the present invention including a cooling system for cooling the refrigerant of the superconducting cable, and shows an example including heat exchanging means for exchanging heat between the refrigerant and the fluid.
  • the superconducting cable line includes a heat exchanging means 20 that uses a fluid as a heat exchanging object when the cooling medium of the superconducting cable 10 is cooled.
  • the heat exchange means 20 includes a flow path 21 through which a heat exchange medium such as helium flows, an expansion valve 22 that expands the heat exchange medium, and a compressor 23 that compresses the expanded heat exchange medium. And a heat insulating case 24 for storing them. Then, a pipe 10a for transporting the refrigerant of the cable 10 is disposed in a portion of the flow path 21 that has passed through the expansion valve 22 so that the refrigerant of the superconducting cable 10 is cooled by the expanded heat exchange medium. In the flow path 21, a pipe 25 for transporting the fluid is disposed in a portion that has passed through the compressor 23 so that the compressed heat exchange medium is condensed with the fluid and heated.
  • a heat exchange medium such as helium flows
  • an expansion valve 22 that expands the heat exchange medium
  • a compressor 23 that compresses the expanded heat exchange medium.
  • a heat insulating case 24 for storing them. Then, a pipe 10a for transporting the refrigerant of the cable 10 is
  • the refrigerant of the superconducting cable 10 whose temperature has been raised due to conductor loss or the like due to energization is cooled by the heat exchange means 20 and returned to the cable 10.
  • the energy for cooling the refrigerant of the cable 10 more specifically, compared to the case of air or water at normal temperature, by setting the heat exchange means 20 to be condensed at a temperature below room temperature.
  • the energy for driving the expansion valve 22 and the compressor 23 can be significantly reduced.
  • the fluid is heated by the heat exchange means 20 and may be vaporized. However, in the fluid plant, the fluid is vaporized and used as appropriate.
  • the vaporized fluid may be appropriately cooled and cooled by a cooling means such as a refrigerator provided separately, but may be configured to be used in the vaporized state as it is.
  • a cooling means such as a refrigerator provided separately, but may be configured to be used in the vaporized state as it is.
  • this line can simultaneously cool the refrigerant of the superconducting cable by using the latent heat of vaporization of the fluid, the energy for cooling the refrigerant can be further reduced.
  • this line can vaporize the fluid simultaneously with the cooling of the refrigerant of the superconducting cable, the energy accompanying the vaporization of the fluid can also be reduced.
  • liquefied natural gas is suitable.
  • the track of the present invention may be configured such that when the fluid is at a lower temperature than the refrigerant of the superconducting cable, the refrigerant of the cable is directly cooled by the fluid.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the superconducting cable line of the present invention including heat exchange means for directly cooling the refrigerant of the superconducting cable with a fluid.
  • the superconducting cable line includes a heat exchanging means 30 that uses a fluid as a heat exchanging object when the refrigerant of the superconducting cable 10 is cooled.
  • This heat exchanging unit 30 houses a pipe 10a for transporting the refrigerant discharged from the cable 10 and flowing the refrigerant again into the cable 10, and a pipe 31 for transporting the fluid discharged from the heat insulating pipe 2 for fluid.
  • Insulating case 32 is provided.
  • the transport pipe 10a is arranged in the heat insulating case 32 so that the refrigerant transport pipe 10a contacts the fluid transport pipe 31.
  • the superconducting cable refrigerant can be efficiently cooled with a cryogenic fluid.
  • a heat transfer material may be disposed in the heat insulation case 32 so that the heat of the cryogenic fluid can be easily transferred through the refrigerant transport pipe 10a. Examples of the heat transfer material include an aluminum material.
  • the superconducting cable lines of the present invention shown in Examples 1 to 7 can be used for both DC power transmission and AC power transmission.
  • direct current power transmission if a superconducting cable is used that has a cable core with an electrical insulation layer that is p-graded so that the resistivity on the outer circumference side is low and the resistivity on the outer circumference side is high, The DC withstand voltage characteristics can be improved by smoothing the DC electric field distribution in the thickness direction of the electrical insulating layer.
  • the resistivity can be changed by using PPLP (registered trademark) with a different ratio k, and the resistivity tends to increase as the ratio k increases.
  • the high ⁇ layer may be formed using PPLP (registered trademark) having a small ratio k. At this time, the high ⁇ layer also becomes a low P layer.
  • PPLP registered trademark
  • PPLP registered trademark
  • One example is the provision of an electrical insulation layer so that the rate varies in three stages. The following three layers should be provided in order from the inner circumference (X and Y are constants).
  • the superconducting conductor layer of one core may be the outgoing conductor
  • the outer superconducting layer of this core may be the returning conductor
  • the superconducting conductor layer of each core is the outgoing conductor
  • the outer superconducting layer of these cores is the returning conductor.
  • a three-pole monopolar transmission line may be constructed.
  • the superconducting conductor layer of one core is the positive line
  • the superconducting conductor layer of the other core is the negative line
  • the external of both cores The superconducting layer should be a neutral wire layer.
  • the superconducting cable subjected to the above-mentioned ⁇ -grading and ⁇ -grading and the present invention line having the following terminal structure are used for direct current transmission such as unipolar transmission and bipolar transmission after AC transmission. It is easy to perform power transmission and AC power transmission after DC power transmission.
  • 8 and 9 are schematic configuration diagrams of a terminal structure having a detachable lead conductor portion in the terminal structure formed at the end of the superconducting cable line of the present invention using a three-core package type superconducting cable.
  • Fig. 8 shows the case of an AC transmission line
  • Fig. 9 shows the case of a DC transmission line.
  • the force shown only for the two-core cable core 12 is actually three.
  • This terminal structure includes an end portion of the cable core 12 drawn from the end portion of the superconducting cable 10, lead conductor portions 40 and 61 connected to a normal temperature side conductive portion (not shown), and the core 12 A connection portion for electrically connecting the end portion and the lead conductor portions 40 and 61, and an end connection box 50 for housing the end portion of the core 12, the core connection side end portion of the lead conductor portions 40 and 61, and the connection portion;
  • the termination junction box 50 With In the termination junction box 50, the superconducting conductor layer 14 exposed by stepping off the end of the core 12 is introduced, and A refrigerant tank 51 filled with a refrigerant that cools the conductive layer 14, and an external superconducting layer 15 that is also exposed by peeling off the step is introduced, and a refrigerant tank 52 that is filled with a refrigerant that cools the external superconducting layer 15; And a vacuum heat insulating tank 53 disposed on the outer periphery of the refrigerant tanks 51 and 52.
  • the superconducting conductor layer 14 is connected to a lead conductor portion 61 built in a bushing 60 disposed between the conductive portion on the normal temperature side and the superconducting conductor layer 14 through a joint (connecting portion). Enables power transfer between the conductive cable 10 and the conductive part on the normal temperature side.
  • the connection side (normal temperature side) with the conductive portion on the normal temperature side protrudes from the vacuum heat insulation tank 53 and is accommodated in a soot pipe 62 protruding from the vacuum heat insulation tank 53.
  • the external superconducting layer 15 is connected to a lead conductor 40 disposed between the conductive part on the room temperature side and the external superconducting layer 15 via a short-circuit part 70 (connecting part) to be described later. It is possible to exchange power with the conductive part on the room temperature side.
  • the lead conductor portion 40 includes a low-temperature side conductor portion 41 connected to the short-circuit portion 70, and a normal-temperature side conductor portion 42 that is disposed on the normal temperature side and is detachable from the low-temperature side conductor portion 41.
  • the normal temperature side conductor portion 42 is a rod-shaped body having a predetermined cross-sectional area
  • the low temperature side conductor portion 41 is a cylindrical body into which the rod-shaped normal temperature side conductor portion 42 can be fitted
  • the normal temperature side conductor portion 42 is Both parts 41 and 42 are electrically connected by inserting them into the low-temperature side conductor 41, so that power can be transferred between the low-temperature side and the room-temperature side. By pulling it out, both parts 41 and 42 become non-conductive.
  • a plurality of such lead conductor portions 40 are provided.
  • the low temperature side conductor portion 41 is electrically connected to the short-circuit portion 70, and the other end is fixed to the refrigerant tank 52 so as to protrude from the vacuum heat insulating tank 53.
  • a low temperature side seal portion 41a made of FRP is provided to prevent refrigerant leakage and short circuit between the refrigerant tank 52 and the conductor portion 41.
  • the room temperature side conductor part 42 is fixed to the vacuum heat insulation tank 53 so that one end is disposed in the vacuum heat insulation tank 53 and the other end protrudes outside at room temperature.
  • the room temperature side seal part 42a made of FRP is provided, which can reduce heat intrusion and prevent short circuit between the vacuum heat insulation tank 53 and the conductor part 42.
  • an expansion / contraction part 53a made of a corrugated tube is provided in the vicinity of the fixed part of the room temperature side conductor part 42 in the vacuum heat insulation tank 53.
  • the external superconducting layer 15 of the three cores 12 is short-circuited by the short-circuit portion 70.
  • the room temperature side conductor part 42 A lead 43 and a ground wire 44 connected to an external device or the like are attached to the end on the room temperature side.
  • an epoxy unit 63 is disposed on the outer periphery of the portion disposed in the vicinity between the refrigerant tanks 51 and 52.
  • the lead conductor portion 40 connected to the external superconducting layer 15 has a conductor cross-sectional area necessary for taking a ground voltage. As long as it has. Therefore, as shown in FIG. 9, the low temperature side conductor portion 41 of the lead conductor portion 40 and the normal temperature side conductor portion 42 are connected to each other so that the required conductor cross-sectional area is obtained, and the low temperature side conductor portion of the unnecessary lead conductor portion 40 is connected. 41 and the normal temperature side conductor part 42 are separated.
  • a ground wire 44 is connected to the room temperature side end of the room temperature side conductor 42 of the connected lead conductor 40 and grounded.
  • the lead 43 is connected to the normal temperature side end portion of the normal temperature side conductor portion 42 of the connected lead conductor portion 40. Conversely, when there is a request to change from DC transmission shown in Fig. 10 to AC transmission, one of the lead conductors 40 that has been turned on for DC transmission! State.
  • the superconducting cable line of the present invention is preferably used for a line for supplying power to various power devices and consumers.
  • a line for supplying power to various power devices and consumers.
  • the advantages of superconducting cables such as low-resistance and large-capacity power supply can be fully utilized.
  • the transport route for fluid it is possible to construct a cable track, which is excellent in laying workability.

Abstract

　常温未満の流体（１）が輸送される流体用断熱管（２）と、この流体用断熱管（２）内に収納される超電導ケーブル（１０）とを具える超電導ケーブル線路である。超電導ケーブル（１０）は、ケーブル用断熱管内にケーブルコアを具える構成であり、流体用断熱管（２）に収納されることで、断熱管内外の温度差が気中布設される場合よりも小さくなる。また、ケーブル用断熱管と流体用断熱管（２）との双方により、超電導ケーブル（１０）は、二重の断熱構造を具える。従って、この超電導ケーブル線路は、外部からのケーブルへの侵入熱を効果的に低減することができる。

Description

明 細 書
超電導ケーブル線路
技術分野
[0001] 本発明は、超電導ケーブルを具える電力供給用線路に関するものである。特に、 超電導ケーブルへの熱侵入を効果的に低減して、エネルギー消費効率 (COP)を向 上させることができる超電導ケーブル線路に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、超電導導体層を有するケーブルコアを断熱管内に収納させた超電導ケープ ルが知られている。このような超電導ケーブルとして、例えば、断熱管内に 1条のケ一 ブルコアを収納した単心ケーブルや、 3条のケーブルコアを一括に収納した三心一 括型のものがある。図 10は、三心一括型の三相交流用超電導ケーブルの断面図で ある。図 11は、各ケーブルコア 102の断面図である。この超電導ケーブル 100は、断 熱管 101内に 3条のケーブルコア 102を撚り合わせて収納させた構成である。断熱 管 101は、外管 101aと内管 101bとからなる二重管の間に断熱材（図示せず）が配 置され、かつ両管 101a、 101b間を真空引きさせた構成である。各ケーブルコア 102 は、中心力も順にフォーマ 200、超電導導体層 201、電気絶縁層 202、超電導シー ルド層 203、保護層 204を具え、内管 101bと各ケーブルコア 102とで囲まれる空間 1 03が液体窒素などの冷媒の流路となる。ケーブルコア 102の超電導導体層 201や 超電導シールド層 203は、この冷媒により冷却されて、超電導状態が維持される。断 熱管 101の外周には、防食層 104を具える。
[0003] 超電導ケーブルでは、超電導導体層や超電導シールド層が超電導状態を維持で きるように、液体窒素などの冷媒により常時冷却する必要がある。従って、超電導ケ 一ブルを用いた線路には、通常、冷媒の冷却システムを具え、このシステムにより、ケ 一ブル力 排出された冷媒を冷却して再度ケーブルに流入するといつた循環冷却を 行っている。
[0004] 上記冷却システムにより冷媒を適切な温度に冷却することで超電導ケーブルは、通 電による発生熱や大気などの外部力 の侵入熱による冷媒の温度上昇が十分に低 減されて超電導導体層や超電導シールド層の超電導状態を維持することができる。 しかし、冷媒が液体窒素の場合、これら発生熱や侵入熱を処理するために冷媒を冷 却するエネルギーは、冷媒がケーブルを冷却するために処理するエネルギーの 10 倍以上となる。従って、冷媒の冷却システムを含む超電導ケーブル線路全体で考え ると、エネルギー消費効率 (COP)が 0. 1以下程度と低くなつてしまう。この COPの低 下は、超電導ケーブルの適用効果を小さくしている要因の一つである。一方、特開 2 002— 130851号公報 (特許文献 1)および特開平 10— 092627号公報 (特許文献 2)では、液化天然ガス (LNG)の冷熱を利用して、超電導コイルの冷媒を冷却するこ とを提案している。
特許文献 1 :特開 2002— 130851号公報
特許文献 2 :特開平 10— 092627号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 上記特許文献 1、 2では、超電導コイルの冷媒の冷却に LNGの冷熱を利用すること を開示しているに過ぎず、外部力もの侵入熱そのものの低減については、検討され ていない。
[0006] そこで、本発明の主目的は、外部からの侵入熱を低減し、エネルギー消費効率を 向上させることができる超電導ケーブル線路を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、低温の流体を輸送する断熱管内に超電導ケーブルを配置することで上 記目的を達成する。即ち、本発明超電導ケーブル線路は、常温未満の流体が輸送 される流体用断熱管 (第一断熱管）と、この流体用断熱管 (第一断熱管）内に収納さ れる超電導ケーブルとを具えることを特徴とする。以下、本発明をより詳しく説明する
[0008] 本発明にお 、て超電導ケーブルは、超電導材料からなる超電導部と、この超電導 部を収納すると共に、超電導部の冷却を行う冷媒が充填される断熱管（以下、ケープ ル用断熱管と呼ぶ)とを具える構成のものを利用する。超電導部としては、電力供給 用の電流が流される超電導導体層の他、超電導導体層とほぼ同じ大きさで逆方向の 電流が流される外部超電導層が挙げられる。これら超電導部は、通常、ケーブルコア に形成される。従って、超電導ケーブルは、上記超電導層を具えるケーブルコアをケ 一ブル用断熱管に収納して構成するとよい。ケーブルコアのより具体的な構成として は、中心から順にフォーマ、超電導導体層、電気絶縁層、外部超電導層、保護層を 具えたものが挙げられる。ケーブル用断熱管に収納するケーブルコアは、 1条（単心（ 1心)）としてもよいし、複数条 (複数心)具えていてもよい。具体的には、例えば、本発 明線路を 3相交流送電に用いる場合、 3条のコアを撚り合わせてケーブル用断熱管 に収納した三心ケーブルを利用するとよぐ単相交流送電に用いる場合、 1条のコア をケーブル用断熱管に収納した単心ケーブルを利用するとよい。本発明線路を直流 送電 (単極送電）に用いる場合、例えば、 1条のコアをケーブル用断熱管に収納した 単心ケーブルを利用するとよぐ直流送電 (双極送電）に用いる場合、 2条のコア又は 3条のコアを撚り合わせてケーブル用断熱管に収納した 2心ケーブル又は 3心ケープ ルを利用するとよい。このように本発明超電導ケーブル線路は、直流送電、交流送電 のいずれにも利用することができる。
超電導導体層は、例えば、 Bi系酸化物超電導材料、具体的には、 Bi2223系超電 導材料力もなる複数本のフィラメントが銀シースなどのマトリクス中に配されたテープ 状線材を螺旋状に卷回することで形成するとよぐ単層でも多層でもよい。多層とする 場合、層間絶縁層を設けてもよい。層間絶縁層は、クラフト紙などの絶縁紙や PPLP (住友電気工業株式会社 登録商標)などの半合成絶縁紙を卷回して設けることが 挙げられる。このような超電導導体層は、上記超電導材料からなる線材をフォーマの 外周に卷回して形成する。フォーマは、銅やアルミニウムなどの金属材料にて形成し た中実体でも中空体でもよぐ例えば、銅線を複数本撚り合わせた構成のものが挙げ られる。上記銅線は、絶縁被覆されたものを利用してもよい。フォーマは、超電導導 体層の形状維持部材として機能する。フォーマと超電導導体層との間にクッション層 を介在させてもよい。クッション層は、フォーマと超電導線材との間における金属同士 の直接接触を回避し、超電導線材の損傷を防止する。特に、フォーマを撚り線構造と した場合、クッション層はフォーマ表面をより平滑な面にする機能も有する。クッション 層の具体的材質としては、絶縁紙やカーボン紙が好適に利用できる。 [0010] 電気絶縁層は、 PPLP (登録商標）などの半合成絶縁紙やクラフト紙などの絶縁紙 を超電導導体層上に卷回して形成することが挙げられる。電気絶縁層の内外周の少 なくとも一方、つまり超電導導体層と電気絶縁層との間や、電気絶縁層と外部超電導 層（後述）との間にカーボン紙などにて半導電層を形成してもよい。前者の内部半導 電層、後者の外部半導電層を形成することで、超電導導体層と電気絶縁層間、又は 電気絶縁層と外部超電導層間での密着性を高め、部分放電の発生などに伴う劣化 を抑制する。
[0011] 本発明線路を直流送電に用いる場合、上記電気絶縁層には、その径方向（厚さ方 向）の直流電界分布が平滑化されるように、電気絶縁層の内周側の抵抗率が低ぐ 外周側の抵抗率が高くなるように pグレーデイングを施してもよい。このように pダレ ーデイングとは、電気絶縁層の厚さ方向において段階的に抵抗率を異ならせることで あり、電気絶縁層の厚さ方向全体の直流電界分布を平滑ィ匕でき、電気絶縁層の厚 みを低減することができる。抵抗率を異ならせる層数は、特に問わないが、実用的に は、 2、 3層程度である。特に、これら各層の厚みを均等にすると、直流電界分布の平 滑ィ匕をより効果的に行える。
[0012] グレーデイングを施すには、抵抗率 )の異なる絶縁材料を用いるとよぐ例え ば、クラフト紙といった絶縁紙を利用する場合、クラフト紙の密度を変化させたり、クラ フト紙にジシアンジアミドを添加するなどにより、抵抗率を変えることができる。絶縁紙 とプラスチックフィルム力もなる複合紙、例えば PPLP (登録商標）の場合、複合紙全 体の厚み Tに対するプラスチックフィルムの厚み tpの比率 k= (tp/T) X 100を変え たり、絶縁紙の密度、材質、添加物などを変えることにより、抵抗率を変えることができ る。比率 kの値は、例えば 40%〜90%程度の範囲が好ましい。通常、比率 kが大き いほど抵抗率 Pが大きくなる。
[0013] 更に、電気絶縁層は、超電導導体層の近傍に、他の箇所よりも誘電率が高い高 ε 層を有すると、直流耐電圧特性の向上にカ卩えて、 Imp.耐圧特性も向上させることが できる。なお、誘電率 ε (20°C)は一般的なクラフト紙で 3. 2〜4. 5程度、比率 kが 4 0%の複合紙で 2. 8程度、同 60%の複合紙で 2. 6程度、同 80%の複合紙で 2. 4程 度である。特に、比率 kが高ぐかつ気密度も高めのクラフト紙を用いた複合紙により 電気絶縁層を構成すれば、直流耐電圧と Imp.耐圧の双方に優れて好ましい。
[0014] 上記 pグレーデイングに加えて、電気絶縁層は、その内周側ほど誘電率 εが高ぐ 外周側ほど誘電率 εが低くなるように構成すると、交流送電にも適したケーブルとな る。この εグレーデイングも電気絶縁層の径方向全域に亘つて形成する。また、上述 のよう〖こ ρグレーデイングを施した超電導ケーブルは、直流特性に優れたケーブルと なり、直流送電線路に好適に利用することができる。一方、現行の送電線路は、大半 が交流で構成されている。今後、送電方式を交流から直流へ移行することを考えた 場合、直流送電へ移行する前に過渡的に上記 ρグレーデイングを施した超電導ケー ブルを用いて交流を送電するケースが想定される。例えば、送電線路の一部のケー ブルを上記 ρグレーデイングを施した超電導ケーブルに交換したが残部が交流送電 用ケーブルのままであるとか、送電線路の交流送電用ケーブルを上記 ρグレーディ ングを施した超電導ケーブルに交換したが、ケーブルに接続される送電機器は交流 用のままとなっている場合などである。この場合、上記 ρグレーデイングを施した超電 導ケーブルで過渡的に交流送電を行い、その後、最終的に直流送電に移行されるこ とになる。従って、直流交流の双方に利用されるような超電導ケーブルにおいては、 直流特性に優れて 、るのみならず、交流特性をも考慮した設計とすることが好まし ヽ 。交流特性をも考慮した場合、内周側ほど誘電率 εが高ぐ外周側ほど誘電率 εが 低 、電気絶縁層とすることで、サージなどのインノ ルス特性に優れた超電導ケープ ルを構築することができる。そして、上記過渡期が過ぎて直流送電が行われることに なった場合には、過渡期に用いていた上記 ρグレーデイングされた超電導ケーブル をそのまま直流ケーブルとして利用することができる。即ち、 ρグレーデイングに加え て εグレーデイングを施した超電導ケーブルを用いた線路では、直流送電、交流送 電のそれぞれに好適に利用できるだけでなぐ交流直流両用の線路として好適に利 用することができる。
[0015] 通常、上述した PPLP (登録商標）は、比率 kを高くすると高 p低 εとなる。そのため 、電気絶縁層の外周側ほど比率 kの高 ヽ PPLP (登録商標）を用いて電気絶縁層を 構成すれば、外周側ほど高 pになり、同時に外周側ほど低 εにできる。
[0016] 一方、クラフト紙は、一般に気密度を高くすると高 ρ高 εになる。そのため、クラフト 紙だけで外周側ほど高 pであると共に外周側ほど低 εの電気絶縁層を構成すること は難しい。そこで、クラフト紙を用いる場合は、複合紙と組み合わせて電気絶縁層を 構成することが好適である。例えば電気絶縁層の内周側にクラフト紙層を形成し、そ の外側に PPLP層を形成することで、抵抗率 ρはクラフト紙層く PPLP層となり、誘電 率 εはクラフト紙層 >PPLP層となるようにすればよい。
[0017] 上記電気絶縁層の外周には、外部超電導層を設ける。外部超電導層は、上記超 電導導体層と同様に超電導材料にて形成する。外部超電導層に用いる超電導材料 は、上記超電導導体層の形成に利用したものと同様のものを用いてもよい。この外部 超電導層は、本発明超電導ケーブル線路を直流送電に利用する場合、例えば、単 極送電では帰路導体として、双極送電では中性線層として利用するとよい。特に、双 極送電を行う場合、この外部超電導層は、正極と負極でアンバランスが生じた際のァ ンバランス電流を流したり、一方の極に異常が生じて双極送電から単極送電に変更 する際、超電導導体層に流れる送電電流と同等の電流を流す帰路導体に利用して もよい。本発明超電導ケーブル線路を交流送電に利用する場合、外部超電導層は、 超電導導体層に流れる電流により誘導されるシールド電流を流すシールド層として 利用するとよい。外部超電導層の外周には、絶縁を兼ねた保護層を設けていてもよ い。
[0018] 上記構成を具えるケーブルコアを収納するケーブル用断熱管としては、外管と内管 とからなる二重構造で、両管の間に断熱材を具えて所定の真空度に真空引きした真 空断熱構成のものが挙げられる。内管内は、ケーブルコア (特に、超電導導体層や 外部超電導層）を冷却する液体窒素などの冷媒を充填して流通させる冷媒流路とし て利用する。このようなケーブル用断熱管は、可撓性を有するコルゲート管が好まし い。特に、ケーブル用断熱管は、強度に優れるステンレスなどの金属材料にて形成さ れたものが好ましい。
[0019] そして、本発明は、上記ケーブル用断熱管を有する超電導ケーブルを常温未満の 流体の輸送に用いられる断熱管（以下、流体用断熱管と呼ぶ）に収納する構成であ る。この構成により、流体用断熱管に収納された超電導ケーブルは、常温未満の流 体により、ケーブル外周が常温未満の低温環境となることに加えて、流体用断熱管の 断熱構造とケーブル自体の断熱構造を合わせた二重の断熱構造を具えることができ る。従って、外部からの侵入熱を従来よりも効果的に低減して、超電導ケーブルに充 填される冷媒を冷却するためのエネルギーの削減を図ることができる。
[0020] 上記超電導ケーブルが収納される流体用断熱管は、輸送する流体に応じた断熱 性能を具えるものを利用するとよい。例えば、上記超電導ケーブルと同様に外管及 び内管の二重構造で、両管の間に保冷材を配置したものを利用してもよい。このとき 、内管内が流体の輸送路となる。また、流体は、常温未満の温度のものとする。超電 導ケーブルには、上記のようにケーブル用断熱管内に超電導部を冷却する冷媒が 流通され、この冷媒として、例えば、 77Kに冷却された液体窒素が利用される。従つ て、超電導ケーブルが大気中に布設された場合、ケーブル用断熱管内外の温度差 ( 冷媒と大気の温度差）が 200K以上となるため、ケーブル内への侵入熱が多くなり易 い。そこで、従来は、侵入熱を低減するべぐ冷媒の冷却エネルギーを多くしたり、ケ 一ブル用断熱管の断熱性能を高めざるを得なカゝつた。これに対し、常温未満といつ た低温の流体が輸送される流体用断熱管に収納された超電導ケーブルは、ケープ ル用断熱管内外の温度差、具体的には、冷媒と流体の温度差を 200K未満とするこ とができるため、大気中に布設されたケーブルと比較して侵入熱が少なぐ冷媒の冷 却エネルギーを低減することができる。即ち、冷媒の冷却システムまでを含めて考慮 した場合、本発明超電導ケーブル線路は、従来よりもエネルギー消費効率を向上さ せることが可能である。特に、本発明線路を通電による発生熱 (導体ロス）がほとんど ない直流用線路とする場合、エネルギー損失の原因が主に侵入熱となるため、この 侵入熱の低減は、エネルギー消費効率の向上に非常に有効である。また、本発明に ぉ ヽて流体用断熱管に収納された超電導ケーブルは、上記のように熱侵入を低減 することができるため、ケーブル用断熱管の断熱構造を簡易にする、即ち、侵入熱に 対する断熱レベルを低くすることも可能である。
[0021] このような流体は、常温未満であればよぐ特に、低温であるほどケーブル内への 侵入熱を少なくできるため好ましい。流体は、超電導ケーブルの冷媒と同じのものを 禾 IJ用してもよいし、異なるものを利用してもよい。即ち、超電導ケーブルの冷媒温度と 同等程度の温度の流体であってもよいし、冷媒温度よりも高い温度の流体であっても よいし、冷媒温度よりも低い温度の流体であってもよい。超電導ケーブルの冷媒温度 近傍の温度の流体である場合、ケーブル用断熱管内外の温度差をより小さくすること ができる。
[0022] 超電導ケーブルの冷媒よりも温度が低い流体は、流体からケーブルに熱侵入する ことがほとんどないため、同冷媒が熱侵入によって温度上昇することがほとんどなぐ 逆にケーブル用断熱管内の同冷媒を冷却する効果がある。従って、このような流体 が輸送される流体用断熱管に収納される超電導ケーブルは、ケーブルに使用する冷 媒の冷却システムの冷却性能レベルを比較的低くすることができ、冷媒を冷却するた めのエネルギーを格段に低減できる。超電導ケーブルの冷媒よりも温度が高 、流体 の場合、同冷媒が流体力 ケーブルへの侵入熱によって昇温されることがあり得るが 、気中布設と比較して侵入熱が非常に少ないため、昇温度合いも非常に小さい。そ こで、この場合も、気中布設と比較して、超電導ケーブルに用いる冷媒の冷却システ ムの冷却性能レベルを低くすることができる。具体的な流体としては、例えば、液体 ヘリウム (約 4K)、液体水素（約 20K)、液体酸素（約 90K)、液体窒素（約 77K)、液 化天然ガス (約 113K)が挙げられる。
[0023] 流体用断熱管に超電導ケーブルを収納するには、例えば、ステンレスや鋼などから なる金属板材を溶接して流体用断熱管を形成する場合、板材の上にケーブルを配 置して、ケーブルを覆うように板材を湾曲させ、板材の端縁同士を溶接することが挙 げられる。また、流体用断熱管としてステンレスや鋼など力もなる金属筒材を使用す る場合、筒材内に超電導ケーブルを挿入させることで流体用断熱管内にケーブルを 収納できる。このとき、超電導ケーブルの挿入性を向上するために、ケーブルの外周 にスキッドワイヤ（すべり線)を螺旋状に卷回して挿入してもよい。特に、ケーブル用 断熱管が凹凸のあるコルゲート管である場合、スキッドワイヤがコルゲート管の凹部に 落ち込まないようにコルゲート管の凹凸よりも大きなピッチ（ロングピッチ)でスキッドヮ ィャを卷回して、同凹凸の上にスキッドワイヤを存在させ、コルゲート管の外周が流体 用断熱管に直接接触しないようにする、即ち、コルゲート管の外周に卷回したスキッ ドワイヤが流体用断熱管に点接触する構成とすると、挿入性がよい。更に、テンション メンバなどを超電導ケーブルに取り付けて、流体用断熱管内に引き込んでもよい。 [0024] 流体用断熱管に収納させた超電導ケーブルは、流体用断熱管内で輸送される流 体と接触するように配置してもよいし、接触させないようにしてもよい。前者の場合、超 電導ケーブルを流体に浸漬させる構成とするとよい。このとき、超電導ケーブルの全 周が低温の流体に接触して 、るため、ケーブルへの外部からの侵入熱を効果的に 低減することができる。
[0025] 一方、超電導ケーブルを流体に浸漬させた状態とすることで、万が一、超電導ケー ブルが短絡などして火花が生じた際、流体によっては、引火して爆発するなどの不具 合が生じることが考えられる。そこで、流体用断熱管内を流体の輸送領域と超電導ケ 一ブルが配設される領域とに区画してもよい。例えば、流体の輸送領域として、別途 流体の輸送管を流体用断熱管内に配置し、超電導ケーブルは、この輸送管に縦添 えして配置することが挙げられる。このとき、流体用断熱管内において輸送管と超電 導ケーブルとを除く空間、即ち、流体用断熱管の内周面と輸送管の外周面とケープ ルの外周面とで囲まれる空間に、熱伝導性に優れる伝熱スぺーサを配置すると、伝 熱スぺーサを介して流体力 の熱をケーブルに効率よく伝えられるため、特に、流体 がケーブルの冷媒よりも低温である場合、流体にてケーブルを冷却することができる 。このような伝熱スぺーサは、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れる材料にて 形成するとよい。具体的には、伝熱スぺーサは、アルミニウム箔を卷回して形成する ことが挙げられる。
[0026] 本発明超電導ケーブル線路では、線路を構築する超電導ケーブルの長手方向全 長に亘つて超電導ケーブルを流体用断熱管に収納させてもよいし、一部のケーブル のみを流体用断熱管に収納してもよい。例えば、一部の超電導ケーブルのみを流体 用断熱管に収納し、残部の超電導ケーブルを気中布設とした線路としてもよいし、ケ 一ブルの外周が冷媒温度以下の低温度環境にある低温領域部と、冷媒温度よりも高 い温度環境にある高温領域部とを有する線路としてもよい。特に、流体が冷媒よりも 温度が低 、場合、超電導ケーブルにお 、て流体用断熱管内に収納された部分は、 冷却され過ぎる恐れがある。このような過冷却により冷媒の一部が固化するなどして、 ケーブルの冷媒が流通されに《なる恐れがある。従って、流体による超電導ケープ ルの過剰な冷却を抑制して、ケーブルの冷媒にお!/、て最も低温の部分が固化して冷 媒の流通を妨げるような温度とならな 、ようにするべぐ超電導ケーブルにお 、て流 体により冷却された部分の温度を超電導状態が維持できる温度範囲内において高 めることが望まれる。そこで、超電導ケーブル線路においてその長手方向に超電導 ケーブルの外部の温度が異なる領域を設け、線路全体として熱収支のバランスをとる ことを提案する。具体的には、超電導ケーブル線路に上記低温領域部及び高温領 域部を設け、低温領域部で冷却され過ぎた超電導ケーブルの冷媒を高温領域部に て昇温させる、或いは、高温領域部で昇温された超電導ケーブルの冷媒を低温領域 部にて冷却することを提案する。
[0027] 流体用断熱管は、第一断熱管と第二断熱管とを含む。低温領域部は、ケーブル用 断熱管に充填される冷媒の冷媒温度よりも温度が低い流体が輸送される流体用断 熱管 (第一断熱管）内に超電導ケーブルを収納して構成してもよい。高温領域部は、 超電導ケーブルを大気中に布設して構成してもよいし、ケーブル用断熱管に充填さ れる冷媒の冷媒温度よりも温度が高い流体が輸送される別の流体用断熱管 (第二断 熱管）内にケーブルを収納して構成してもよい。例えば、超電導ケーブルの冷媒とし て液体窒素を用いる場合、低温領域部の流体 (第一流体）は、液体水素や液体ヘリ ゥムを用い、高温領域部の流体 (第二流体）は、液化天然ガスや液体酸素を用いると よい。
[0028] 上記低温領域部と高温領域部とを具える本発明線路では、温度の異なる流体を輸 送する複数の流体用断熱管を利用したり、超電導ケーブルの冷媒よりも低温の流体 を輸送する流体用断熱管に収納する構成と気中布設とを組み合わせることで熱収支 のバランスをとることができる。例えば、線路の長手方向において低温領域部と高温 領域部とを繰り返し具えることで、低温領域部の温度低下と、高温領域部の温度上 昇との差を小さくすることができる。その他、線路を構成する超電導ケーブルの断熱 性能を変化させることで、線路全体の熱収支のバランスをとつてもよい。即ち、本発明 線路では、超電導ケーブルが配置される領域の温度状態でケーブル用断熱管の断 熱性能を変化させてもよい。例えば、低温領域部に配設される超電導ケーブルのケ 一ブル用断熱管の断熱性能よりも高温領域部に配設されるケーブルのケーブル用 断熱管の断熱性能を低くさせてもよい。従来の気中布設された超電導ケーブル線路 では、ケーブルの全長全周に亘り外周の温度域が常温であるため、断熱性能を全長 全周に亘り一定レベル、特に、外部からの侵入熱を防止するべく高レベルにする必 要がある。しかし、本発明線路では、超電導ケーブルを流体用断熱管に収納させた 部分を具えることでケーブル内への侵入熱を低減して 、るため、ケーブルが布設さ れる環境に応じて適宜断熱性能を変化させることができる。従って、例えば、超電導 ケーブルの冷媒よりも高温の流体を輸送する流体用断熱管に収納されるケーブル部 分と、気中布設されるケーブル部分とを具える線路の場合、流体用断熱管に収納さ れるケーブル部分の断熱性能を気中布設されるケーブル部分の断熱性能よりもレべ ルを低くしてもよい。流体用断熱管に収納される超電導ケーブルは、上記のように外 部からの侵入熱が少ないからである。このように本発明では、線路を構成する超電導 ケーブルの断熱性能を部分的に変化させることが可能である。断熱性能を変化させ るには、例えば、ケーブル用断熱管が外管と内管との二重構造で、両管の間を断熱 材を配置すると共に真空引きした構成である場合、外管と内管間の真空度を変化さ せる、外管と内管との間に配置する断熱材の卷数を変化させる、断熱材の材料を変 えることなどが挙げられる。このように熱収支のバランスをとることで、線路全体におい て冷媒が処理する熱エネルギーをより小さくすることができる。
また、超電導ケーブルの冷媒を冷却するに当たり、熱交換を流体との間で行う構成 、即ち、超電導ケーブル線路に、ケーブルの冷媒と流体との間で熱交換を行う熱交 換手段を別途具えた構成とすると、熱交換の効率を向上させることができる。超電導 ケーブルの冷媒の冷却は、通常、ヒートポンプを利用した冷却システムで行っており 、従来の超電導ケーブル線路では、ヒートポンプの凝縮対象を常温の水や大気とし ている。すると、熱交換対象間の温度差が 200K以上もあることから超電導状態を維 持できる温度に冷媒を冷却する場合、同温度差が大きくなるほど、多くの熱エネルギ 一が必要となり、 COPが 0. 1以下となる。これに対し、常温未満の流体を冷媒の熱交 換対象とすることで、従来の常温の大気や水と比較して熱交換対象間の温度差が小 さいため、熱交換効率に非常に優れ、 COPを 0. 5以上とすることができる。特に、超 電導ケーブルの冷媒よりも温度が低い流体をケーブルの冷媒の熱交換対象とする、 具体的には、この流体により冷媒を直接冷却する構成とすると、ケーブルの冷媒用冷 凍機を不要とすることもできる。
[0030] 上記のように超電導ケーブルの冷媒の熱交換対象を常温の大気や水の代わりに 流体用断熱管に輸送される流体とすることで、交換効率を高めることができるが、カロ えて、流体が気化する際の気化潜熱を利用すると、冷媒の冷却エネルギーの更なる 低減を図ることができる。例えば、流体として、液化天然ガスを利用する場合、液ィ匕天 然ガスの気化潜熱 (冷熱)を利用することが挙げられる。液ィ匕天然ガスのプラント (基 地)では、液ィ匕天然ガスをィ匕して、天然ガスを製造することが行われている。そこで、 超電導ケーブルの冷媒と液ィ匕天然ガスとの間で熱交換が行われるようにすると、ケー ブルの冷媒は、液化天然ガスからこの気化潜熱を受け取って冷却され、液化天然ガ スは、ケーブルの冷媒から熱を受け取って温められ気化される。このように両者の要 求を無駄なく満たすことができる。
[0031] 上記流体と冷媒との熱交換は、超電導ケーブルだけでなぐ低温の冷媒を利用す るその他の超電導機器、例えば、超電導変圧器、超電導電力貯蔵システム（SMES )、超電導限流器などの冷媒においても構築すると、エネルギー効率をより向上させ ることがでさる。
[0032] このような本発明超電導ケーブル線路は、流体の輸送を行う流体用断熱管が配置 される箇所、例えば、流体プラントなどに構築し、流体の輸送に用いられる各種電力 機器の電力供給に超電導ケーブルを利用する構成とすると、超電導ケーブルのメリ ットを十分に発揮することができる。
[0033] 本発明超電導ケーブル線路は、上述のように直流送電、交流送電の!/、ずれにも利 用することができる。例えば、 3相交流送電を行う場合、 3心超電導ケーブルとし、各 コアの超電導導体層をそれぞれ相の送電に利用し、各コアの外部超電導層をシー ルド層として利用するとよい。単相交流送電を行う場合、単心超電導ケーブルとし、コ ァに具える超電導導体層を相の送電に利用し、外部超電導層をシールド層として利 用するとよい。単極直流送電を行う場合、単心超電導ケーブルとし、このコアの超電 導導体層を往路導体に利用し、外部超電導層を帰路導体として利用するとよい。双 極直流送電を行う場合、 2心超電導ケーブルとし、一つのコアの超電導導体層を正 極送電に利用し、他のコアの超電導導体層を負極送電に利用し、両コアの外部超電 導層を中性線層として利用するとよ ヽ。
[0034] また、本発明超電導ケーブル線路は、上述のように pグレーデイング、 εグレーデ イングが施された電気絶縁層を有するケーブルコアを具える超電導ケーブルを利用 することで、直流交流両用線路としても利用することができる。このとき、超電導ケー ブルだけでなぐ線路端部に形成され、超電導ケーブルと常温側の導電部（常電導 ケーブルや常電導ケーブルに接続されるリードなど)とを接続する端末構造も直流交 流両用に適した構成としておくことが好ましい。端末構造は、超電導ケーブルの端部 力 引き出したケーブルコアの端部と、常温側の導電部に接続される引出導体部と、 コア端部と引出導体部とを電気的に接続する接続部と、これらコア端部、引出導体部 のコア接続側端部、接続部を収納する終端接続箱とを具える構成が代表的である。 終端接続箱は、通常、コア端部や引出導体部の端部を冷却する冷媒槽と、冷媒槽の 外周に配置される真空断熱槽を具える。このような端末構造において、交流送電と直 流送電とでは、引出導体部に流す電流の大きさが異なることがあるため、引出導体 部の導体断面積を変化できることが望まれる。そこで、直流交流両用の端末構造とし ては、負荷に応じて引出導体部の導体断面積を変化可能な構成とすることが好適で ある。このような端末構造として、例えば、引出導体部をコア端部に接続される低温 側導体部と、常温側の導電部側に配置される常温側導体部とに分割し、これら低温 側導体部と常温側導体部とが着脱可能な構成が挙げられる。そして、この着脱可能 な引出導体部を複数具え、低温側導体部と常温側導体部との接続数により、引出導 体部全体の導体断面積を変化させることができる。各引出導体部の導体断面積は、 いずれも同一としてもよいし、異ならせてもよい。このような端末構造を具える本発明 超電導ケーブル線路は、引出導体部の着脱を行うことで、直流送電から交流送電へ の変更、又は交流送電力も直流送電の変更を容易に行うことができる。また、このよう に引出導体部の導体断面積を変更できることで、交流送電時又は直流送電時にお いて、供給電力の変更がなされた場合にも導体断面積を種々変更することで対応す ることがでさる。
発明の効果
[0035] 上記構成を具える本発明超電導ケーブル線路は、ケーブルへの侵入熱を効果的 に低減して、エネルギー消費効率を向上させることができるという優れた効果を奏し 得る。特に、低温領域部と高温領域部とを具える本発明超電導ケーブル線路では、 線路全体で熱収支のバランスをとることができ、ケーブルの冷媒の冷却エネルギーを 低減することができる。
[0036] 本発明線路にぉ 、て pグレーデイングを施した電気絶縁層を有するケーブルコア を具える超電導ケーブルを利用することで、直流耐電圧特性に優れ、直流送電に適 した線路とすることができる。また、 pグレーデイングに加えて超電導導体層の近傍が 高 εとなるように電気絶縁層を設けたケーブルコアを具える超電導ケーブルを本発 明線路に利用した場合、上述した直流耐電圧特性の向上に加えて、 Imp.耐圧特性 も向上できる。特に、電気絶縁層の内周側ほど高 εとし外周側ほど低 εとすると、本 発明線路は、交流電気特性にも優れる。そのため、本発明超電導ケーブル線路は、 直流送電、交流送電のそれぞれに好適に利用できる。カロえて、本発明線路として、 上記 ρグレーデイング及び εグレーデイングが施された電気絶縁層を有するケープ ルコアを具える超電導ケーブルを利用し、かつ線路端部に形成される端末構造を、 超電導ケーブルと常温側導電部との間に配置される引出導体部の導体断面積を変 化可能な構成とすることで、送電方式を交流と直流の間で変更する過渡期において も、本発明線路は、好適に利用することができる。
図面の簡単な説明
[0037] [図 1]本発明超電導ケーブル線路を構築した状態を示す概略断面図である。
[図 2]本発明超電導ケーブル線路にぉ ヽて、超電導ケーブル部分近傍の構成を模 式的に示す断面図である。
[図 3]本発明超電導ケーブル線路を構築した状態を示す概略正面図である。
[図 4]流体用断熱管内に流体の輸送管、超電導ケーブル及び伝熱スぺーサを具える 本発明超電導ケーブル線路の概略断面図である。
[図 5]低温領域部と高温領域部とを具える本発明超電導ケーブル線路の概略構成図 である。
[図 6]異なる流体を輸送する二つの流体用断熱管にそれぞれ超電導ケーブルを収納 した本発明超電導ケーブル線路の概略構成図である。 [図 7]超電導ケーブルの冷媒を冷却する冷却システムを具える本発明超電導ケープ ルであって、冷媒と流体間で熱交換を行う熱交換手段を具える例の概略構成図であ る。
[図 8]流体により超電導ケーブルの冷媒を直接冷却する熱交換手段を具える本発明 超電導ケーブル線路の概略構成図である。
[図 9]交流送電線路の場合の三心一括型の超電導ケーブルを用いた本発明超電導 ケーブル線路にお！、て、線路端部に形成される端末構造の概略構成図である。
[図 10]直流送電線路の場合の三心一括型の超電導ケーブルを用いた本発明超電 導ケーブル線路において、線路端部に形成される端末構造の概略構成図である。
[図 11]三心一括型の三相交流用超電導ケーブルの断面図である。
[図 12]各ケーブルコア 102の断面図である。
符号の説明
[0038] 1 流体、 2, 2M, 2N 流体用断熱管、 2a 外管、 2b 内管、 3 輸送管、 4 伝熱 スぺーサ、 5 温度調節手段、 10 超電導ケーブル、 10a 配管、 11 ケーブル用断 熱管、 11a 外管、 l ib 内管、 12 ケーブルコア、 13 空間、 14 超電導導体層、 1 5 外部超電導層、 20, 30 熱交換手段、 21, 31 流路、 22 膨張弁、 23 圧縮機 、 24, 32 断熱ケース、 25 配管、 40 引出導体部、 41 低温側導体部、 41a 低 温側シール部、 42 常温側導体部、 42a 常温側シール部、 43 リード、 44 接地線 、 50 終端接続箱、 51, 52 冷媒槽、 53 真空断熱槽、 53a 伸縮部、 60 ブッシン グ、 61 引出導体部、 62 碍管、 63 エポキシユニット、 70 短絡部、 100 三相交 流用超電導ケーブル、 101 断熱管、 101a 外管、 101b 内管、 102 ケーブルコ ァ、 103 空間、 104 防食層、 200 フォーマ、 201 超電導導体層、 202 電気絶 縁層、 203 超電導シールド層、 204 保護層。
発明を実施するための最良の形態
[0039] 以下、本発明の実施の形態を説明する。
実施例 1
[0040] 図 1は、本発明超電導ケーブル線路を構築した状態を示す概略断面図であり、図 2 は、本発明超電導ケーブル線路において、超電導ケーブル部分近傍の構成を模式 的に示す断面図であり、図 3は、本発明超電導ケーブル線路を構築した状態を示す 概略正面図である。以下、図中同一符号は同一物を示す。本発明超電導ケーブル 線路は、常温未満の流体 1が輸送される流体用断熱管 2と、流体用断熱管 2に収納 される超電導ケーブル 10とを具える。
[0041] 本例で利用した超電導ケーブル 10は、ケーブル用断熱管 11に 3条のケーブルコ ァ 12を撚り合わせて収納させた構成であり、基本的構成は図 11に示す超電導ケー ブルと同様である。各ケーブルコア 12は、中心力も順にフォーマ、超電導導体層、電 気絶縁層、外部超電導層、保護層を具える。超電導導体層及び外部超電導層は、 B i2223系超電導テープ線 (Ag— Mnシース線）にて形成した。超電導導体層はフォ 一マの外周に、外部超電導層は電気絶縁層の外周にそれぞれ、上記超電導テープ 線を螺旋状に卷回して構成した。フォーマは、銅線を複数本撚り合わせたものを用い た。フォーマと超電導導体層との間には、絶縁紙によりクッション層を形成した。電気 絶縁層は、超電導導体層の外周に半合成絶縁紙 (PPLP：住友電気工業株式会社 登録商標)を卷回して構成した。電気絶縁層の内周側に内部半導電層、同外周側（ 外部超電導層下）に外部半導電層を設けてもよい。保護層は、外部超電導層の外周 にクラフト紙を卷回して設けた。このようなケーブルコア 12を 3条用意し、熱収縮に必 要な収縮代を有するように弛みを持たせて撚り合わせ、断熱管 11内に収納して ヽる 。本例において断熱管 11には、 SUSコルゲート管を用い、外管 11aと内管 l ibとか らなる二重管の間に断熱材（図示せず)を多層に配置し、かつ外管 11aと内管 l ibの 間を所定の真空度に真空引きした真空多層断熱構成とした。内管 l ibの内周面と 3 心のケーブルコア 12の外周面とで囲まれる空間 13が冷媒の流路となる。この流路内 に、ポンプなどを用いて超電導導体層や外部超電導層を冷却する冷媒を流通させる 。本例では、冷媒として液体窒素 (約 77K)を利用した。
[0042] 上記構成を具える超電導ケーブル 10を流体用断熱管 2内に収納している。本例に おいて流体用断熱管 2は、外管 2aと内管 2bとの二重構造で、両管 2a、 2b間に保冷 材 (図示せず)を配置した構成である。内管 2bの内周と超電導ケーブル 10の外周と で囲まれる空間が流体 1の輸送路となる。両管 2a、 2bは、共に鋼製の溶接管であり、 内管 2bを構成する鋼板に超電導ケーブル 10を配置し、鋼板の両端縁を溶接するこ とで、内管 2b内にケーブル 10を収納した。そして、本例において超電導ケーブル 10 は、流体に浸漬された状態で内管 2bに配置される。本例では、流体として液化天然 ガス (約 111K)を利用した。
[0043] 上記構成を具える本発明超電導ケープ線路では、常温未満の流体が輸送される 流体用断熱管に超電導ケーブルを収納することで、ケーブル内の温度とケーブル外 周の周囲環境の温度との差を 200K未満とすることができる。従って、本発明線路は 、気中布設された超電導ケーブル線路と比較して、大気などの常温環境からの侵入 熱を低減することができる。特に、本発明線路は、流体の断熱管を利用することで、 超電導ケーブル自体の断熱管と合わせて二重の断熱構造となるため、外部などから のケーブルへの侵入熱をより効果的に低減することができる。従って、本発明超電導 ケーブル線路では、超電導ケーブルの冷媒を冷却するためのエネルギーの低減を 図ることができ、線路全体でみると、エネルギー消費効率を格段に向上できる。
実施例 2
[0044] 上記実施例 1では、超電導ケーブルを流体に浸漬させた構成としたが、流体に浸 漬させな 、ように流体用断熱管に超電導ケーブルを収納する構成としてもょ 、。例え ば、流体用断熱管内に流体の輸送路を別途設けてもよい。図 4は、流体用断熱管内 に流体の輸送管及び伝熱スぺーサを具える本発明超電導ケーブル線路の概略断 面図を示す。この超電導ケーブル線路では、流体用断熱管 2の内管 2b内に別途流 体の輸送管 3を具える構成である。そして、内管 2bの内周面と輸送管 3の外周面と超 電導ケーブル 10の外周面とで囲まれる空間には、熱伝導性に優れる伝熱スぺーサ 4 を配置している。この構成により上記実施例 1と同様に超電導ケーブル 10は、流体 用断熱管 2とケーブル 10自身の断熱管 11 (図 1、 2参照）との二重の断熱構造を具え るため、外部からの侵入熱を低減することができる。また、流体からの熱が伝熱スぺ ーサ 4を介して超電導ケーブル 10に伝えられるため、特に、流体がケーブル 10の冷 媒 (液体窒素）よりも低温である場合、例えば、液体水素 (約 20K)や液体ヘリウム (約 4K)の場合、流体 1によりケーブル 10を冷却することも可能である。また、伝熱スぺー サ 4、輸送管 3により流体 1は、超電導ケーブル 10と物理的に隔絶されているため、 ケーブル 10に短絡などの事故が生じて火花が生じた際に流体 1に引火するなどの不 具合を防止できる。本例において伝熱スぺーサは、アルミニウム箔を卷回することに て形成した。
実施例 3
[0045] 実施例 1では、線路全体に亘つて超電導ケーブルを流体用断熱管に収納する構 成を説明したが、線路において、一部のケーブルを流体用断熱管に収納し、他部の ケーブルを気中布設とした構成としてもよい。図 3は、低温領域部と高温領域部とを 具える本発明超電導ケーブル線路の概略構成図である。この超電導ケーブル線路 は、超電導ケーブル 10が流体用断熱管 2に収納された低温領域部と、ケーブル 10 が流体用断熱管 2に収納されず気中布設された高温領域部とを具える。特に、流体 用断熱管 2にて輸送する流体は、超電導ケーブル 10の冷媒よりも温度が低いもの、 例えば、液体水素とする。この構成により、線路において流体用断熱管 2に収納され た超電導ケーブル、即ち、低温領域部では、ケーブルの外周が冷媒温度以下の低 温環境に配置され、かつケーブル 10自体の断熱管に加え流体用断熱管 2が存在す るため、ケーブルへの侵入熱を低減することができる。その反面、超電導ケーブルの 外周が冷媒の温度よりも低温であるため、冷媒が冷却され過ぎて固化し、冷媒が流 通しにくくなる恐れがある。そこで、図 3に示すように線路を構築する超電導ケーブル のうち、一部の超電導ケーブルを流体用断熱管 2に収納させず気中布設とすることで 、冷却され過ぎた冷媒を大気からの侵入熱により温めて、冷媒の過剰な冷却を緩和 させることができる。即ち、この線路は、超電導ケーブル線路全体として、熱収支のバ ランスをとることができる。なお、流体用断熱管内の超電導ケーブルは、実施例 1に示 すように流体に浸漬された状態としてもょ 、し、実施例 2に示すように流体の輸送路と ケーブルとを区画した状態としてもよい。このことは、以下の実施例についても同様で ある。
実施例 4
[0046] 上記実施例 3では、流体として、超電導ケーブル 10の冷媒よりも温度が低 、ものを 用いる例を説明したが、同冷媒よりも温度が高いもの、例えば、液体酸素や液化天然 ガスを利用してもよい。このとき、流体用断熱管 2に収納させる超電導ケーブルの断 熱性能と、気中布設する超電導ケーブルの断熱性能とを異ならせてもよい。流体用 断熱管 2に収納させる超電導ケーブルは、気中布設するケーブルと比較して、大気 力 の侵入熱が少ない。そこで、流体用断熱管 2に収納させる超電導ケーブルの断 熱性能を気中布設するケーブルの断熱性能と比較して、小さくしてもよい。このように 本発明超電導ケーブル線路では、部分的に断熱性能を変化させることができる。超 電導ケーブルの断熱性能を変化させるには、ケーブルコアを収納するケーブル用断 熱管の真空度を変化させたり、断熱管に配置する断熱材の量を変化させたり、断熱 材の材質を変化させることが挙げられる。
実施例 5
上記実施例 3では、線路において、一部のケーブルを一つの流体用断熱管に収納 する構成を説明したが、異なる流体を輸送する流体用断熱管が複数存在する場合、 各流体用断熱管内にそれぞれ超電導ケーブルを収納させてもよい。図 5は、異なる 流体を輸送する二つの流体用断熱管にそれぞれ超電導ケーブルを収納した本発明 超電導ケーブル線路の概略構成図である。この超電導ケーブル線路では、超電導 ケーブル 10の冷媒 (液体窒素）よりも温度が低 、流体 (例えば、液体水素など）を輸 送する流体用断熱管 2M、同冷媒よりも温度が高い流体 (例えば、液化天然ガス)を 輸送する流体用断熱管 2Nとを具え、各断熱管 2M、 2Nにそれぞれ超電導ケーブル 10を収納させている。即ち、この構成では、線路において低温の流体を輸送する流 体用断熱管 2Mに収納された超電導ケーブル部分が低温領域部となり、常温未満の 高温の流体を輸送する流体用断熱管 2Nに収納されたケーブル部分が高温領域部 となる。この構成により、低温領域部において超電導ケーブルの冷媒が過剰に冷却 されても、高温領域部において冷媒は流体からの熱を受けて昇温されるため、線路 全体では、熱収支のバランスをとることができる。なお、本例では、図 5に示すように、 低温領域部と高温領域部間に超電導ケーブル 10の冷媒の温度調節を行う温度調 節手段 5を具えて、冷媒の温度を微調整している。この例では、超電導ケーブル 10 の冷媒と低温領域部の流体 (液体水素）との温度差、同冷媒と高温領域部の流体（ 液化天然ガス）との温度差が比較的小さいため、上記温度調節手段 5も調整レベル（ 温度差の調整幅）が小さいものを利用することができる。
実施例 6 [0048] 本発明線路は、超電導ケーブルの冷媒を冷却する際の熱交換の対象として、流体 を利用することもできる。図 6は、超電導ケーブルの冷媒を冷却する冷却システムを 具える本発明超電導ケーブルの概略構成図であり、冷媒と流体間で熱交換を行う熱 交換手段を具える例を示す。この超電導ケーブル線路は、超電導ケーブル 10の冷 媒の冷却を行うにあたり、熱交換の対象として流体を利用する熱交換手段 20を具え る。この熱交換手段 20は、ヘリウムなどの熱交換用媒体が流通される流路 21と、この 熱交換用媒体を膨張させる膨張弁 22と、膨張された熱交換用媒体を圧縮する圧縮 機 23と、これらを収納する断熱ケース 24とを具える。そして、膨張された熱交換用媒 体にて超電導ケーブル 10の冷媒が冷却されるように、流路 21において、膨張弁 22 を通過した部分にケーブル 10の冷媒を輸送する配管 10aを配置し、圧縮された熱交 換用媒体が流体で凝縮されて昇温されるように、流路 21において、圧縮機 23を通過 した部分に流体を輸送する配管 25を配置して 、る。
[0049] 上記構成により、通電に伴う導体ロスなどにより昇温した超電導ケーブル 10の冷媒 は、熱交換手段 20により冷却されて、ケーブル 10内に戻される。このとき、熱交換手 段 20の凝縮対象を常温未満の流体とすることで、常温の大気や水を対象とした場合 と比較して、ケーブル 10の冷媒を冷却するためのエネルギー、具体的には膨張弁 2 2や圧縮機 23を駆動させるエネルギーなどを格段に小さくすることができる。また、流 体は、熱交換手段 20により昇温され、気化されることがあるが、流体プラントでは、流 体を気化して適宜利用することが行われている。従って、気化された流体を別途具え る冷凍機などの冷却手段により適宜冷却して液ィ匕してもよいが、そのまま気化された 状態で利用する構成としてもょ ヽ。このように超電導ケーブルの冷媒と流体との間で 熱の受け渡しを行うことで、冷媒を冷却するためのエネルギーを低減することができ、 この線路は、エネルギー消費効率をより高めることができる。また、この線路は、同時 に流体の気化潜熱を利用して、超電導ケーブルの冷媒を冷却することもできるため、 冷媒を冷却するためのエネルギーをより低減できる。更に、この線路は、超電導ケー ブルの冷媒の冷却と同時に、流体の気化を行うことができるため、流体の気化に伴う エネルギーをも低減することができる。このような流体としては、液化天然ガスが好適 である。 実施例 7
[0050] 本発明線路は、流体が超電導ケーブルの冷媒よりも低温である場合、ケーブルの 冷媒を流体にて直接冷却する構成としてもよい。図 8は、流体により超電導ケーブル の冷媒を直接冷却する熱交換手段を具える本発明超電導ケーブル線路の概略構成 図である。この超電導ケーブル線路では、超電導ケーブル 10の冷媒の冷却を行うに あたり、熱交換の対象として流体を利用する熱交換手段 30を具える。この熱交換手 段 30は、ケーブル 10から排出された冷媒を輸送すると共に再度ケーブル 10に冷媒 を流入する配管 10aと、流体用断熱管 2から排出された流体を輸送する配管 31とが 収納される断熱ケース 32を具える。そして、冷媒の輸送配管 10aが流体の輸送配管 31に接するように輸送配管 10aを断熱ケース 32内に配置している。この構成により、 極低温の流体にて超電導ケーブルの冷媒を効率よく冷却することができる。なお、断 熱ケース 32内には、伝熱材を配置して、極低温の流体の熱が冷媒の輸送配管 10a により伝わり易くしてもよい。伝熱材としては、例えば、アルミニウム材などが挙げられ る。
[0051] 上記実施例 1〜7に示す本発明超電導ケーブル線路は、直流送電、交流送電のい ずれにも利用することができる。直流送電を行う場合、超電導ケーブルとして、内周 側の抵抗率が低ぐ外周側の抵抗率が高くなるように pグレーデイングを施した電気 絶縁層を有するケーブルコアを具えるものを利用すると、電気絶縁層の厚み方向の 直流電界分布を平滑化して、直流耐電圧特性を向上できる。抵抗率は、比率 kが異 なる PPLP (登録商標）を用いることで変化させることができ、比率 kが大きくなると抵 抗率が高くなる傾向にある。また、電気絶縁層において超電導導体層の近傍に高 ε 層を設けると、直流耐電圧特性の向上に加えて、 Imp.耐圧特性も向上させることが できる。高 ε層は、例えば、比率 kが小さい PPLP (登録商標）を用いて形成すること が挙げられる。このとき、高 ε層は、低 P層ともなる。更に、上記 pグレーデイングに カロえて、内周側ほど誘電率 εが高ぐ外周側ほど誘電率 εが低くなるように電気絶縁 層を形成したケーブルコアを具える超電導ケーブルは交流特性にも優れるため、こ のケーブルを利用した本発明線路は、交流送電にも好適に利用することができる。 例えば、以下のように比率 kが異なる PPLP (登録商標）を用いて、抵抗率及び誘電 率が 3段階に異なるように電気絶縁層を設けることが挙げられる。以下の三層は、内 周側から順に具えるとよい (X, Yは定数)。
低 P層：比率 k=60%、抵抗率 p (20° = [ 0 ' «!1]、誘電率£ =Y 中 Ρ層：比率 k= 70%、抵抗率 p (20°C) =約 1. 2Χ[ Ω ·«η]、誘電率 ε =約 0.
95Υ
高 Ρ層：比率 k=80%、抵抗率 p (20°C) =約 1. 4Χ[ Ω · «η]、誘電率 ε =約 0. 9Υ
[0052] 上記 ρグレーデイング， εグレーデイングを施した超電導ケーブルを用いた本発明 線路により単極送電を行う場合、 3心のケーブルコア 12 (図 2参照）のうち、 2心のコア を予備心とし、一つのコアの超電導導体層を往路導体、このコアの外部超電導層を 帰路導体としてもよいし、各コアの超電導導体層を往路導体、これらのコアの外部超 電導層を帰路導体として、 3回線の単極送電線路を構築してもよい。一方、双極送電 を行う場合、 3心のコアのうち、 1心のコアを予備心とし、一つのコアの超電導導体層 を正極線路、別のコアの超電導導体層を負極線路、両コアの外部超電導層を中性 線層とするとよい。
[0053] また、上記 ρグレーデイング， εグレーデイングを施した超電導ケーブルを用いると 共に、以下の端末構造を具えた本発明線路は、交流送電を行った後、単極送電や 双極送電といった直流送電を行ったり、直流送電後交流送電を行うことが容易にでき る。図 8、 9は、三心一括型の超電導ケーブルを用いた本発明超電導ケーブル線路 の端部に形成された端末構造において、着脱可能な引出導体部を有する端末構造 の概略構成図であり、図 8は、交流送電線路の場合、図 9は、直流送電線路の場合 を示す。なお、図 8、 9では、 2心のケーブルコア 12のみ示している力 実際には 3心 存在する。
[0054] この端末構造は、超電導ケーブル 10の端部から引き出したケーブルコア 12の端部 と、常温側の導電部（図示せず）に接続される引出導体部 40、 61と、コア 12の端部と 引出導体部 40、 61とを電気的に接続する接続部と、これらコア 12の端部、引出導体 部 40、 61のコア接続側端部、接続部を収納する終端接続箱 50とを具える。終端接 続箱 50は、コア 12の端部を段剥ぎして露出された超電導導体層 14が導入され、超 電導導体層 14を冷却する冷媒が充填される冷媒槽 51と、同様に段剥ぎにして露出 された外部超電導層 15が導入され、外部超電導層 15を冷却する冷媒が充填される 冷媒槽 52と、これら冷媒槽 51、 52の外周に配置される真空断熱槽 53とを具える。超 電導導体層 14には、常温側の導電部と超電導導体層 14との間に配置されるブッシ ング 60に内蔵される引出導体部 61がジョイント (接続部）を介して接続されて、超電 導ケーブル 10と常温側の導電部との電力の授受を可能にする。プッシング 60にお いて常温側の導電部との接続側（常温側）は、真空断熱槽 53から突出されており、 真空断熱槽 53に突設される碍管 62内に収納される。
一方、外部超電導層 15は、常温側の導電部と外部超電導層 15との間に配置され る引出導体部 40が後述する短絡部 70 (接続部）を介して接続されて、超電導ケープ ル 10と常温側の導電部との電力の授受を可能にしている。この引出導体部 40は、短 絡部 70に接続される低温側導体部 41と、常温側に配置され、低温側導体部 41に対 して着脱可能な常温側導体部 42とからなる。本例では、常温側導体部 42を所定の 断面積を有する棒状体とし、低温側導体部 41を棒状の常温側導体部 42が嵌合可 能な筒状体とし、常温側導体部 42を低温側導体部 41に差し込むことで両部 41、 42 は、電気的に接続されて、低温側と常温側との間の電力の授受を可能とし、常温側 導体部 42を低温側導体部 41から引き抜くことで両部 41、 42は、非導通状態となる。 この端末構造では、このような引出導体部 40を複数具えている。低温側導体部 41は 、一端を短絡部 70に電気的に接続させ、他端が真空断熱槽 53に突出して配置され るように冷媒槽 52に固定しており、その固定箇所の外周には、冷媒の漏洩や冷媒槽 52と導体部 41との短絡などを防止する FRP製の低温側シール部 41aを設けている 。常温側導体部 42は、一端が真空断熱槽 53内に配置され、他端が常温である外部 に突出して配置されるように真空断熱槽 53に固定しており、その固定箇所の外周に は、熱侵入を低減でき、真空断熱槽 53と導体部 42との短絡などを防止する FRP製 の常温側シール部 42aを設けている。また、引出導体部 40を着脱させる際、真空断 熱槽 53の真空状態が維持されるように真空断熱槽 53において常温側導体部 42の 固定箇所近傍には、コルゲート管からなる伸縮部 53aを設けている。なお、 3心のコア 12の外部超電導層 15は、短絡部 70にて短絡させている。また、常温側導体部 42の 常温側端部には、外部の機器などと接続されるリード 43や接地線 44が取り付けられ る。超電導導体層 14において冷媒槽 51、 52間の近傍に配置される箇所の外周には エポキシユニット 63を配置して!/、る。
[0056] 上記構成の端末構造を具える超電導ケーブル線路を例えば三相交流線路として 利用する場合、外部超電導層 15に接続される引出導体部 40は、対地電圧をとるの に必要な導体断面積を有していればよい。そこで、必要な導体断面積となるように、 図 9に示すように引出導体部 40の低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接続させ 、不用の引出導体部 40の低温側導体部 41と常温側導体部 42とを離脱させておく。 なお、本例では、接続させた引出導体部 40の常温側導体部 42の常温側端部には、 接地線 44を接続して接地して 、る。
[0057] 一方、図 9に示す三相交流送電から直流送電に変更する要求があった際、外部超 電導層 15には、超電導導体層 14と同等の電流が流される。即ち、図 9に示される交 流送電の場合と比較して、外部超電導層 15に流れる電流が大きくなり、引出導体部 40に流される電流も大きくなる。そこで、図 10に示すように交流送電の場合に離脱し ていた引出導体部 40の低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接続させて、必要な 電流を流すのに十分な導体断面積を確保する。本例では、接続させた引出導体部 4 0の常温側導体部 42の常温側端部には、リード 43を接続している。逆に、図 10に示 す直流送電から交流送電に変更する要求があった際は、直流送電にお!、て導通状 態させていた引出導体部 40のうち、一方を取り外して、非導通状態とする。
産業上の利用可能性
[0058] 本発明超電導ケーブル線路は、各種の電力機器や需要家への電力供給を行う線 路に利用することが好適である。特に、常温未満の低温の流体を輸送する流体ブラ ント内の電力機器の電力供給用線路として利用すると、低抵抗で大容量の電力供給 を行うといった超電導ケーブルのメリットを十分に利用することができる。また、流体の 輸送路を構築する際、ケーブル線路の構築を行うことができ、布設作業性に優れる。

Claims

請求の範囲
[1] 常温未満の流体（1)が輸送される流体用断熱管（2, 2M, 2N)と、
前記流体用断熱管（2, 2M, 2N)内に収納される超電導ケーブル（10)とを具える ことを特徴とする超電導ケーブル線路。
[2] 前記超電導ケーブル（10)は、前記流体（1)内に浸漬されていることを特徴とする 請求項 1に記載の超電導ケーブル線路。
[3] 前記流体用断熱管（2, 2M, 2N)内には、前記流体（1)が輸送される輸送領域と 前記超電導ケーブル（10)とが区画されて ヽることを特徴とする請求項 1に記載の超 電導ケーブル線路。
[4] 前記流体（1)は、液体ヘリウム、液体水素、液体酸素、液体窒素、液化天然ガスの Vヽずれかであることを特徴とする請求項 1に記載の超電導ケーブル線路。
[5] 前記流体（1)は、前記超電導ケーブル（10)の冷媒と異なることを特徴とする請求 項 1に記載の超電導ケーブル線路。
[6] 前記超電導ケーブル（10)は、超電導部（12)を冷却する冷媒を具え、
超電導ケーブル線路は、
前記超電導ケーブル（10)の外周が前記冷媒温度以下の低温度環境にある低温 領域部と、前記超電導ケーブル（10)の外周が前記冷媒温度よりも高い温度環境に ある高温領域部とを有し、
前記低温領域部では、前記超電導ケーブル（10)が前記流体用断熱管（2, 2M, 2 N)内に収納されることを特徴とする請求項 1に記載の超電導ケーブル線路。
[7] 前記流体用断熱管（2, 2M, 2N)は、第一流体が輸送される第一断熱管（2M)と、 前記第一流体と異なる第二流体が輸送される第二断熱管 (2N)とを含み、
高温領域部では、前記超電導ケーブル（10)が前記第二断熱管（2N)内に収納さ れ、
前記超電導ケーブル（10)の冷媒は液体窒素、前記第一流体は液体水素、前記第 二流体は液化天然ガスであることを特徴とする請求項 6に記載の超電導ケーブル線 路。
[8] 前記超電導ケーブル（10)は、超電導部（12)を冷却する冷媒を具え、 超電導ケーブル線路には、前記冷媒と前記流体（1)との間で熱交換を行う熱交換 手段（20、 30)を具えることを特徴とする請求項 1に記載の超電導ケーブル線路。
[9] 前記超電導ケーブル（10)は、超電導導体層（14)と、前記超電導導体層（14)の 外周に設けられる電気絶縁層とを具え、
前記電気絶縁層は、その径方向の直流電界分布が平滑化されるように、前記電気 絶縁層の内周側の抵抗率が低ぐ外周側の抵抗率が高くなるように pグレーデイング が施されて！/ヽることを特徴とする請求項 1に記載の超電導ケーブル線路。
[10] 前記電気絶縁層は、前記超電導導体層（14)の近傍に、他の箇所よりも誘電率が 高い高 ε層を有することを特徴とする請求項 9に記載の超電導ケーブル線路。
[11] 前記電気絶縁層は、その内周側ほど誘電率 εが高ぐ外周側ほど誘電率 εが低く 構成されて ヽることを特徴とする請求項 9に記載の超電導ケーブル線路。
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