WO2006059446A1 - 超電導ケーブル - Google Patents

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WO2006059446A1
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metal
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tube
metal tube
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PCT/JP2005/020018
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French (fr)
Inventor
Masayuki Hirose
Ryosuke Hata
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/06Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/065Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/14Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by the disposition of thermal insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L59/141Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems in which the temperature of the medium is below that of the ambient temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting cable formed by housing a cable core in a heat insulating tube.
  • a superconducting cable is formed by housing a single-core cable core or a cable core in which a plurality of cables are twisted inside a heat insulating tube (see, for example, Patent Document 1).
  • the cable core includes a former, a superconducting conductor, an insulating layer, a shield layer, and a protective layer in order of the center side force.
  • the heat insulation pipe A is composed of double metal pipes, an inner pipe A1 and an outer pipe A2.
  • both pipes are corrugated with a bellows shape in the longitudinal direction in order to bend easily.
  • a tube is used.
  • a single or a plurality of twisted cable cores B are housed inside the inner pipe A1.
  • a refrigerant such as liquid nitrogen flows into the gap between the inner pipe A1 and the cable core B!
  • a vacuum state is provided between the inner pipe A1 and the outer pipe A2. Further, in order to prevent radiant heat from the outside through the outer tube A2, a laminated heat insulating layer is provided by winding a strip-shaped heat insulating material A3 such as a super insulative on the outer periphery of the inner tube A1.
  • Patent Document 1 Japanese Published Patent: Japanese Patent Laid-Open No. 9-152089
  • the heat insulation pipe is set to a high vacuum degree beforehand at the cable manufacturing factory. In some cases, the cable is shipped after evacuation. [0008] When the heat insulating tube is shipped in a vacuum state, the vacuum may be broken if the outer tube is damaged during transportation. If the heat insulation tube is damaged, it must be evacuated again after repairing the damaged part, and it takes a lot of time, labor, and money to evacuate.
  • a main object of the present invention is to provide a superconducting cable capable of improving the heat insulating performance of the heat insulating pipe. Another object is to provide a superconducting cable that can keep the insulation performance of the insulation tube to a minimum even if the exterior of the insulation tube is damaged during transportation.
  • the present invention is a superconducting cable comprising a cable core having a superconducting conductor and a heat insulating tube in which the cable core is housed, wherein the heat insulating tube is a stack of three or more metal tubes having different diameters from the radially inner side.
  • the heat insulating part is formed between the metal pipes.
  • the heat insulating pipe includes a first metal pipe, a second metal pipe, and a third metal pipe in which the radial inner force is arranged, and an inner heat insulating portion is formed between the first metal pipe and the second metal pipe. And it is set as the structure which formed the outer side heat insulation part in the inner side of the 3rd metal pipe and the outer side of the inner side heat insulation part.
  • the cable core may be a single core or a twisted structure of three cores. Also
  • the cable core includes, for example, a former, a superconducting conductor, an insulating layer, a shield layer, and a protective layer in order from the center.
  • the metal tube constituting the heat insulating tube may be a flat tube or a corrugated tube.
  • a corrugated pipe as the metal pipe.
  • the material of the metal tube is any one of nonmagnetic materials such as stainless steel, Cu, Cu alloy, Al, and A1 alloy.
  • the heat insulating pipe is constituted by three or more multiple pipes, hydrogen molecules contained in the air from the outside enter the innermost heat insulating part by the outer heat insulating part. This prevents the lowering of the degree of vacuum and maintains the heat insulating performance of the innermost heat insulating portion.
  • the outer metal tube is damaged.
  • the heat insulating performance of the inner heat insulating portion is maintained. In particular, if the heat insulation performance of the innermost heat insulation portion is set to the highest, even if the outer heat insulation portion is damaged, the minimum heat insulation performance can be maintained.
  • Each heat insulating portion may have the same heat insulating performance or may be set so that the heat insulating performance decreases from the inside toward the outside.
  • the degree of vacuum may be the same, or may be adjusted to the same degree by a combination of the degree of vacuum and the heat insulating material.
  • the heat insulation performance of the heat insulation pipe as a whole can be improved, but the outside heat insulation section can be set to a low vacuum (high internal pressure), so that vacuuming can be performed easily.
  • the heat insulating pipe includes a first metal pipe, a second metal pipe, and a third metal pipe, and these metal pipes form an inner heat insulating portion and an outer heat insulating portion
  • the heat insulation performance of the outer heat insulating part is set lower than that of the inner heat insulating part.
  • the inner heat insulating part becomes the main heat insulating part by setting the inner heat insulating part to a high vacuum state and the outer heat insulating part to a vacuum degree lower than the vacuum degree of the inner heat insulating part (higher pressure than the inner heat insulating part).
  • the heat insulating part becomes the auxiliary heat insulating part.
  • the outer heat insulating portion can prevent the inner heat insulating portion from deteriorating the heat insulating performance due to the penetration of hydrogen molecules contained in the air from the outer portion.
  • the heat insulation performance as the whole heat insulation pipe can be improved by the heavy heat insulation part structure.
  • the thickness of the heat insulating layer of the outer heat insulating portion is increased, that is, the gap between the second metal tube and the third metal tube is increased, the heat insulation of the inner heat insulating portion by the outer heat insulating portion is more effective. Can be done. At this time, it is preferable that a spacer for keeping the gap at a predetermined interval is interposed between the second metal tube and the third metal tube together with the heat insulating material.
  • the amount of heat insulating material provided in the outer heat insulating portion is reduced, and between the second metal tube and the third metal tube. It is preferable to increase the gap to facilitate evacuation.
  • the thickness of the layer of the outer heat insulating portion is increased and disposed inside the heat insulating layer relative to the thickness thereof.
  • the axial length of the inner heat insulating portion is shorter than the length of the cable core, and the length of the outer heat insulating portion is longer than the length of the inner heat insulating portion.
  • the length of the outer heat insulating portion in the cable longitudinal direction can be made longer than the length of the inner heat insulating portion, so that the inner heat insulating portion can be completely covered with the outer heat insulating portion. Protection by the outer heat insulating part of the heat insulating part can be performed more reliably.
  • the length of the inner heat insulating portion is made shorter than the length of the outer heat insulating portion as described above, the length in the cable longitudinal direction of the second metal pipe may be made shorter than the actual installation length of the cable core. I like it.
  • an inner heat insulating portion is formed by sealing a gap between the first metal tube and the second metal tube at both ends in the longitudinal direction of the second metal tube and sealing it. It is preferable that the part is evacuated. In the present invention, the evacuation of the inner heat insulating portion is performed in advance at the cable manufacturing factory, not at the laying site in order to obtain a high degree of vacuum.
  • the length of the inner heat insulating portion in the cable longitudinal direction is shorter than the actual laying length of the cable core.
  • the actual laying length is the length of the cable core after the cable core is laid and connected.
  • the inner heat insulation section is reduced in the vacuum by making the axial length shorter than the actual installation length of the cable core. This eliminates the need to cut and remove the edges at the installation site. As a result, the heat insulation performance can be maintained at all times because the vacuum of the inner heat insulating part is not broken when the cable is transported, laid, or when the cable is connected. Eliminates the need for vacuuming.
  • the first metal pipe and the third metal pipe may be cut together with the cable core.
  • an inert gas such as nitrogen gas is injected into the outer heat insulating part at a pressure higher than atmospheric pressure, and the inner heat insulating part is also cut when cutting. Contains moisture Disconnect the gas while injecting an inert gas so that no gas enters, and then connect the vacuum.
  • the outer heat insulating portion is evacuated or filled with an inert gas during cable transportation. I prefer to keep it.
  • the outer heat insulating part When the outer heat insulating part is evacuated during cable transportation, the outer heat insulating part is formed at the first metal outside the longitudinal ends of the second metal pipe in the factory for manufacturing the cable. The gap between the tube and the third metal tube is sealed to form a hermetically sealed vacuum. The evacuation at this time may be performed in a high-temperature atmosphere in order to vaporize the moisture in the heat insulating portion.
  • the outer heat insulating portion When the outer heat insulating portion is kept in a vacuum state during cable transportation, the outer heat insulating portion is cut and connected while injecting an inert gas into the vacuum outer heat insulating portion at the installation site to connect the cable. Later, vacuuming is performed again. At this time, if the heat insulating performance of the outer heat insulating portion is set lower than the heat insulating performance of the inner heat insulating portion, the vacuuming operation can be performed in a short time after the outer heat insulating portion is cut and connected.
  • the outer heat insulating part is kept in a vacuum with little moisture during cable transportation, even if the heat insulating performance of the outer heat insulating part is set high, the vacuuming work performed after cutting and connecting the outer heat insulating part is shortened. Can be done in time.
  • the outer heat insulating portion is filled with an inert gas for a long time during cable transportation, the outer heat insulating portion is outside the two ends in the longitudinal direction of the second metal tube in the factory for manufacturing the cable.
  • the gap between the first metal tube and the third metal tube is sealed to form a hermetic seal and filled with an inert gas at a pressure higher than atmospheric pressure.
  • the outer heat insulating portion is evacuated and filled with the inert gas before filling with the inert gas. The evacuation at this time may also be performed in a high-temperature atmosphere in order to vaporize the moisture in the heat insulating portion.
  • the outer heat insulating portion when the outer heat insulating portion is filled with the inert gas so as to be higher than the atmospheric pressure during the cable transportation, it passes through the metal tube from the outside until laying. It is possible to prevent hydrogen molecules contained in the air from entering the heat insulating portion.
  • the outside heat insulating part is evacuated at the factory in advance and then filled with an inert gas, the outside heat insulating part will be insulated at the installation site. When the part is evacuated again, it can be evacuated so that there is no moisture.
  • inert gas it is preferable to use nitrogen gas, helium gas, etc. Power safety, cost surface equal force Nitrogen gas is preferable.
  • the length of the heat insulating tube is shorter than the actual laying length of the cable core, and each heat insulating portion is kept in a vacuum.
  • the heat insulation pipe is constituted by a triple pipe
  • the inner heat insulating part forms a sealed state by sealing a gap between the first metal pipe and the second metal pipe at both ends in the longitudinal direction of the second metal pipe.
  • the outer heat insulating portion seals the gap between the first metal tube and the third metal tube outside both ends in the longitudinal direction of the second metal tube to form a sealed state.
  • the inner heat insulating part is evacuated in a high temperature atmosphere, and the outer heat insulating part is also evacuated in a high temperature atmosphere.
  • the outer heat insulating part breaks during cable transportation, the outer heat insulating part is damaged after the cable is connected if the vacuum degree of the outer heat insulating part is set lower than the vacuum degree of the inner heat insulating part.
  • this evacuation work can be performed in a short time by using a small vacuum evacuation apparatus that can also be performed at the installation site.
  • the superconducting cable of the present invention can be used for both an AC cable and a DC cable. Also, with DC cables, heat penetration into external cable cores with less energy loss compared to AC cables can be better controlled compared to conventional insulated pipes composed of double pipes. It is suitable for use as a DC cable. Furthermore, an AC superconducting cable line or a DC superconducting cable line can be formed using the superconducting cable of the present invention.
  • tube of the superconducting cable of this invention comprises the heat insulation part, without putting a liquid refrigerant inside. The invention's effect
  • the heat insulating pipe is constituted by three or more multiple pipes, the heat insulating portions can be individually formed in the radial direction from the inner side toward the outer side.
  • the multi-insulation structure allows the external force to suppress the heat intrusion into the cable core in multiple stages and improve the insulation performance of the insulation tube as a whole compared to the conventional double tube.
  • the outer heat insulating portion suppresses the entry of hydrogen molecules contained in the air from the outside into the innermost heat insulating portion, the heat insulating performance of the innermost heat insulating portion can be maintained. Even if the cable is used for a long time and heat is generated, such as the insulation material provided in each heat insulation part, and the vacuum degree of the heat insulation part decreases (internal pressure rise), the multilayer heat insulation part structure makes the heat insulation tube as a whole. Thermal insulation performance can be maintained.
  • outer heat insulating part can also protect the inner heat insulating part from the outer heat insulating part
  • the inner metal tube can be prevented from being damaged, and the heat insulation performance of the inner heat insulating portion can be maintained.
  • the heat insulating tube has a multiple tube structure and the outer diameter is large, but the multiple heat insulation structure can suppress heat penetration into the cable core better than the conventional heat insulation structure with a double tube. Therefore, it is effective when applied to a DC superconducting cable.
  • a cylindrical case is usually provided so as to cover the connected exposed cable core, and the end of this case is provided on the outer surface of the end of the heat insulating tube. Secure by welding.
  • a ring-shaped pedestal is attached to the outer pipe so that the outer pipe is not damaged at the welded portion, and the case is attached to the outer pipe through the pedestal. It is fixed by welding. Since this pedestal has to be set in the outer tube according to the length of the exposed portion of the cable core and the size of the case, the mounting work is complicated. [0047] However, in the present invention, since the heat insulating pipe has a multiple structure of triple or more, the heat insulating performance of the innermost heat insulating portion can be maintained even if the outermost metal pipe is damaged at the welded portion. It is possible to eliminate the need for a pedestal.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing both end portions of a superconducting cable of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional superconducting cable.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view at both ends of the superconducting cable of the present invention.
  • the superconducting cable 1 used in the present embodiment is one in which a single-core cable core 3 is housed inside a heat insulating tube 2 and is used for a DC cable.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the superconducting cable 1, and the length of the heat insulating tube 2 is shorter than the length of the cable core 3.
  • the cable core 3 accommodated in the heat insulating tube 2 includes a former, a superconducting conductor layer, an insulating layer, an outer conductor layer, and a protective layer in order from the center.
  • the former a solid one in which metal wires are twisted together or a hollow one using a metal knife can be used.
  • the superconducting conductors used for each conductor layer include acid such as bismuth-based superconductors. Tape wires in which a high-temperature chemical superconductor is covered with a silver sheath are suitable. This tape wire is wound in multiple layers on the former to form a conductor.
  • An insulating layer is formed on the outer periphery of the superconducting conductor.
  • This insulating layer can be constituted by wrapping around the outer periphery of the superconducting conductor using kraft paper or insulating paper obtained by laminating a kraft paper with a polypropylene film (for example, PPLP (registered trademark) manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.).
  • PPLP polypropylene film
  • the heat insulating pipe 2 includes a triple pipe in which a first metal pipe 21, a second metal pipe 22 and a third metal pipe 23 having different pipe diameters are overlapped from the radially inner side.
  • Each of these metal tubes is made up of corrugated tubes made of stainless steel.
  • the first metal tube 21 and the third metal tube 23 having the shortest length of the second metal tube 22 have the same length.
  • the lengths of the first metal pipe 21 and the third metal pipe 23 may be such that the first metal pipe 21 is shorter than the third metal pipe 23.
  • the lengths of the first metal pipe 21 and the third metal pipe 23 are shorter than the actual laying length of the cable core, and the length of the second metal pipe 22 is the length of the inner heat insulating portion 5 described later.
  • the lengths of the first metal pipe 21 and the third metal pipe 23 become the length of the outer heat insulating portion 7.
  • the second metal tube 22 is disposed at an intermediate position between the first metal tube 21 and a predetermined gap is left between the first metal tube 21 and the second metal tube 22 at one end of the second metal tube 22.
  • the other end of the second metal tube 22 is sealed with a plate-like second ring member 42.
  • a sealed space is formed by the first metal tube 21, the second metal tube 22, the first ring member 41, and the second ring member 42, and this sealed space is used as the inner heat insulating portion 5.
  • a so-called super insulation laminated heat insulating material in which a plastic mesh body and a metal foil are laminated is arranged before sealing. Then, after the gap between the first metal tube 21 and the second metal tube 22 is sealed, the inner heat insulating portion 5 is evacuated at a high temperature to bring it into a high vacuum state.
  • super insulation is arranged on the outer periphery of the first metal tube 21 and the outer periphery of the second metal tube 22 where the second metal tube 22 does not overlap (not shown).
  • a linear spacer 6 having a rectangular cross section is spirally wound around the outer periphery of the layout, and a third metal tube 23 is disposed on the outer periphery of the heat insulating material and the spacer 6.
  • the amount of super-insulation is made as thin as possible so that the thickness in the radial direction is widened so that the air flow path formed in the gap between the second metal tube 22 and the third metal tube 23 becomes wide.
  • both ends of the third metal tube 23 and the first metal tube 21 are plate-shaped. Sealed with three ring members 43 and a fourth ring member 44.
  • the third metal pipe 23, the first ring member 41, the second ring member 42, the third ring member 43, the fourth ring member 44, a part of the first metal pipe 21, and the second metal pipe The outer heat insulating portion 7 is constituted by the sealed space formed by 22. Then, after the outer heat insulating portion 7 is sealed, the outer heat insulating portion 7 is brought into a high vacuum state by evacuating at a high temperature.
  • the gap between the second metal tube 22 and the third metal tube 23 is considerably larger than the size of the gap between the first metal tube 21 and the second metal tube 22. Therefore, it is easy to vacuum the outer heat insulating portion 7.
  • the cable core 3 is connected while maintaining the vacuum state of the inner heat insulating portion 5 and the outer heat insulating portion 7, and although not shown, the exposed cable core 3 is Cover the case with a connection case, and fix the end of the case to the end of the third metal tube 23.
  • the inner heat insulating portion 5 and the outer heat insulating portion 7 are not cut, so the vacuum state of the inner heat insulating portion 5 and the outer heat insulating portion 7 is maintained, and it is necessary to perform evacuation again. Disappear.
  • the heat insulating pipe has a triple tube structure
  • the inner heat insulating portion and the outer heat insulating portion can be individually configured in the radial direction, and the two-stage heat insulation of the outer heat insulating portion and the inner heat insulating portion can be achieved. Therefore, it is possible to improve the heat insulation performance of the heat insulation pipe as a whole by suppressing heat penetration into the external force cable core.
  • the superconducting cable of the present invention is suitably used as a DC superconducting cable.

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Abstract

 断熱管による断熱性能を向上でき、輸送中に断熱管の外部が破損してしまっても、断熱管の断熱性能を最低限に維持できる超電導ケーブルを提供する。  超電導ケーブル1のケーブルコア3が収納される断熱管2は、径方向内側から配置される第一金属管21と第二金属管22と第三金属管23とを備える。第一金属管21と第二金属管22の間で内側断熱部5を形成し、第三金属管23の内方で、内側断熱部5の外側に外側断熱部7を形成している。外側の断熱部の断熱性能をそれよりも内側の断熱部の断熱性能より低く設定する。

Description

明 細 書
超電導ケーブル
技術分野
[0001] 本発明はケーブルコアを断熱管に収納して形成される超電導ケーブルに関するも のである。
背景技術
[0002] 一般に超電導ケーブルは、断熱管の内側に単心ケーブルコア或いは複数本撚り 合わせたケーブルコアを収納して形成される(例えば、特許文献 1参照)。
[0003] ケーブルコアは、中心側力 順にフォーマ、超電導導体、絶縁層、シールド層、保 護層を備えている。断熱管 Aは、図 2に示すように、内管 A1と外管 A2の 2重の金属管 で構成され、通常は、両管とも屈曲しやすくするために長手方向に蛇腹形状をしたコ ルゲート管を用いている。そして、内管 A1の内側に単心或いは複数本撚り合わせた ケーブルコア Bを収納している。内管 A1の内側とケーブルコア Bとの間隙には液体窒 素などの冷媒が流入されて!、る。
[0004] 内管 A1と外管 A2との間は、断熱性を良くするために真空状態となっている。更に外 管 A2を介して外部からの輻射熱を防ぐために、内管 A1の外周にスーパーインシユレ ーシヨンなどの帯状の断熱材 A3を卷回して積層断熱層を設けている。
[0005] 特許文献 1:日本公開特許:特開平 9-152089号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 図 2に示す二重管で構成される断熱管では、内管と外管の間に断熱材が介在され ていることから、ケーブルの曲げ部分において、断熱材が内管と外管により圧縮され てしまう。このように断熱材が内管と外管に接触してしまうと、外管から断熱材を介して 内管に外部の熱が伝わりやすく、侵入熱が増加する問題が生じる。
[0007] また、特許文献 1に示すケーブル構造では、布設現場で断熱管の断熱部が高真空 度となるように真空引きができない場合は、ケーブルを製造する工場で予め断熱管を 高真空度で真空引きをした後にケーブルを出荷する場合もある。 [0008] そして、断熱管を真空にした状態で出荷した場合、輸送中に外管が破損してしまう と、真空が破られてしまう虞がある。断熱管が破損した場合には、この破損部分を修 復した後に、再度、真空引きを行わなくてはならず、真空引きに多大な時間、労力、 費用がかかってしまう。
[0009] 本発明は、断熱管による断熱性能を向上できる超電導ケーブルを提供することを 主目的とする。また、他の目的として、輸送中に断熱管の外部が破損してしまっても、 断熱管の断熱性能を最低限に維持できる超電導ケーブルを提供する。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明は、超電導導体を有するケーブルコアと、ケーブルコアが収納される断熱管 とを備える超電導ケーブルであって、断熱管は、径方向内側から径の異なる金属管 を三つ以上重ね、各金属管の間で断熱部を形成した構成としている。特に好ましくは 、断熱管が径方向内側力 配置される第一金属管と第二金属管と第三金属管とを備 え、第一金属管と第二金属管の間で内側断熱部を形成し、第三金属管の内方で、 内側断熱部の外側に外側断熱部を形成した構成とする。
[0011] ケーブルコアは、単心コアでもよいし、 3心コアの撚り合わせ構造としてもよい。また
、ケーブルコアは、例えば、中心から順に、フォーマ、超電導導体、絶縁層、シールド 層、保護層を備えたものが挙げられる。
[0012] 断熱管を構成する金属管は、フラット管を使用してもよいし、コルゲート管を用いて もよい。ケーブルを曲げやすくするためには、金属管はコルゲート管を用いることが好 ましい。
[0013] さらに、金属管の材質は、非磁性材料のステンレス鋼、 Cu、 Cu合金、 Al、 A1合金の 何れかとすることが好ま ヽ。
[0014] 各金属管の間には、スーパーインシュレーションなどの積層断熱材を設けることが、 外部からの輻射熱を防ぐために好まし 、。
[0015] 本発明では、断熱管を三つ以上の多重管で構成しているので、外側の断熱部によ つて、最も内側の断熱部に外部からの空気中に含まれる水素分子が侵入するのを抑 制して真空度の低下を防止し、最も内側の断熱部の断熱性能が維持される。
[0016] また、内側の断熱部が外側の断熱部で保護されるので、外側の金属管が損傷して も、内側の断熱部の断熱性能は維持される。特に、最も内側の断熱部の断熱性能を 最も高く設定しておければ、それよりも外側の断熱部が破損しても、最低限の断熱性 能は維持できる。
[0017] さらに、ケーブルの長期使用により、各断熱部に設ける断熱材など力 ガスが発生 して、断熱部の真空度が低下(内部圧力上昇)しても、多層断熱部構造により断熱管 全体としての断熱性能は維持される。
[0018] 各断熱部は、同程度の断熱性能としてもよいし、内側から外側へ向けて断熱性能を 低くしていくように設定してもよい。断熱性能を同等とする場合は、真空度を同じ程度 としてもよいし、真空度と断熱材の組み合わせにより同程度に調整してもよい。断熱 性能を変える場合、断熱管全体としての断熱性能を向上できながら、外側の断熱部 は、真空度を低く(内部圧力を高く)設定できるので真空引きが容易に行える。
[0019] 例えば、断熱管が第一金属管と第二金属管と第三金属管とを備え、これらの金属 管により、内側断熱部と外側断熱部を形成する場合には、内側断熱部と外側断熱部 の断熱性能は、外側断熱部の断熱性能を内側断熱部の断熱性能より低く設定する。 この場合、内側断熱部を高真空状態にし、外側断熱部を内側断熱部の真空度より低 い真空度(内側断熱部より高圧)にすることにより、内側断熱部が主断熱部となり、外 側断熱部が補助断熱部となる。
[0020] なお、金属管を三重構造にする場合には、外側断熱部によって、内側断熱部が外 部からの空気中に含まれる水素分子の侵入で断熱性能が低下することを抑制でき、 二重断熱部構造により断熱管全体としての断熱性能を向上できる。
[0021] 特に、外側断熱部の断熱層の厚みを大きぐ即ち、第二金属管と第三金属管との 間の隙間を大きくすれば、外側断熱部による内側断熱部の断熱をより効果的に行え る。このとき、第二金属管と第三金属管との間には、隙間を所定の間隔に保持するた めのスぺーサーを断熱材とともに介在させることが好ましい。
[0022] さらに、外側断熱部の断熱性能を内側断熱部の断熱性能よりも低くする場合、外側 断熱部に設ける断熱材の量を少なくするとともに、第二金属管と第三金属管との間の 隙間を大きくして真空引きを行いやすくすることが好ましい。
[0023] 外側断熱部の層の厚さを厚くし、かつ、この断熱層の厚さに対してその内部に配置 させる断熱材の量を少なめに設定することにより、外側断熱部を真空引きした際に、 速!、時間で所定の真空度まで到達させることができる。このように外側断熱部を構成 すれば、外側断熱部が破壊されても、修復後の真空引きの際に、速い時間で所定の 真空度まで到達させることができる。
[0024] また、本発明では、内側断熱部の軸方向長さをケーブルコアの長さより短くし、外側 断熱部の長さを内側断熱部の長さより長くすることが好ましい。
[0025] このように構成することにより、外側断熱部のケーブル長手方向の長さを内側断熱 部の長さよりも長くできるので、内側断熱部を外側断熱部で完全に覆うことができ、内 側断熱部の外側断熱部による保護をより確実に行える。
[0026] 上記のように内側断熱部の長さを外側断熱部の長さより短くする場合には、第二金 属管のケーブル長手方向の長さをケーブルコアの実際布設長より短くすることが好ま しい。このとき、第一金属管と第二金属管の間の隙間を、第二金属管の長手方向両 端部にお 、て封鎖して密閉にすることにより内側断熱部を形成し、この内側断熱部を 真空とすることが好ましい。本発明では、内側断熱部の真空引きは、高真空度を得る ために布設現場ではなく、ケーブルを製造する工場で予め行うようにする。
[0027] このように内側断熱部を形成すれば、内側断熱部のケーブル長手方向の長さはケ 一ブルコアの実際布設長より短くなる。なお、実際布設長とは、ケーブルコアを布設 して接続を行った後のケーブルコアの長さを 、う。
[0028] 内側断熱部は、軸方向長さをケーブルコアの実際布設長より短くして真空にするこ とにより、布設現場で、ケーブルコアを実際布設長に切断しても、内側断熱部は、布 設現場で端部を切断除去する必要がなくなる。その結果、ケーブル輸送時、布設時 、ケーブル接続時の何れのときにおいても、内側断熱部の真空が破壊されることがな いので、断熱性能を常に維持でき、ケーブル接続後に、内側断熱部の真空引きを行 う必要がなくなる。
[0029] なお、布設現場で、内側断熱部を切断することなぐケーブルコアを切断する場合、 ケーブルコアとともに第一金属管と第三金属管も切断する場合がある。このような場 合には、第一金属管と第三金属管を切断する前に外側断熱部に窒素ガスなどの不 活性ガスを大気圧以上の圧力で注入し、切断する時にも外側断熱部内に水分を含 んだ気体が入らな 、ように不活性ガスを注入しながら切断して接続を行 、、接続完了 後に、再度真空引きを行う。
[0030] そして、布設現場でケーブルコアとともに第一金属管と第三金属管も切断する場合 には、ケーブル輸送中において、外側断熱部を真空にするか、または、不活性ガス を充填させておくことが好まし 、。
[0031] ケーブル輸送中にぉ 、て、外側断熱部を真空にする場合は、外側断熱部は、ケー ブルを製造する工場において、第二金属管の長手方向両端の外方で、第一金属管 と第三金属管の間の隙間を封鎖して密閉に形成し、真空にしておく。このときの真空 引きは、断熱部内の水分を気化させるために、高温の雰囲気下で行ってもよい。
[0032] 外側断熱部をケーブル輸送時に真空にしておく場合には、布設現場では、真空状 態の外側断熱部に不活性ガスを注入しながら外側断熱部の切断と接続作業を行い 、ケーブル接続後に再度真空引きを行う。このとき、外側断熱部の断熱性能を内側 断熱部の断熱性能より低く設定しておけば、外側断熱部を切断して接続した後に行 う、真空引きの作業を短時間で行うことができる。また、外側断熱部をケーブル輸送 時に殆ど水分が無い真空にしておけば、外側断熱部の断熱性能を高く設定しても、 外側断熱部を切断して接続した後に行う、真空引きの作業を短時間で行うことができ る。
[0033] さらに、ケーブル輸送中にぉ ヽて、外側断熱部を不活性ガスで充填しておく場合は 、外側断熱部は、ケーブルを製造する工場において、第二金属管の長手方向両端 の外方で、第一金属管と第三金属管の間の隙間を封鎖して密閉に形成し、大気圧 以上の圧力で不活性ガスを充填させておく。この場合、不活性ガスを充填させる前に 、外側断熱部を真空にしておいて、不活性ガスを充填させることが好ましい。このとき の真空引きも、断熱部内の水分を気化させるために、高温の雰囲気下で行うようにし てもよい。
[0034] このように、ケーブル輸送時に外側断熱部を大気圧よりも高圧となるように不活性ガ スで充填させておくと、布設するまでの間に、金属管を通過して外部からの空気中に 含まれる水素分子が断熱部内に侵入してくるのを防止できる。また、予め工場で、外 側断熱部を真空にした後に、不活性ガスを充填させておくと、布設現場で外側断熱 部を再度真空引きする際に水分の無 、ように真空引きが行える。
[0035] なお、不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガスなどが挙げられる力 安全性、コ スト面等力 窒素ガスを用いることが好ま 、。
[0036] 本発明は、断熱管の長さをケーブルコアの実際布設長より短くし、各断熱部を真空 にしておくことがさらに好ましい。特に、三重管で断熱管を構成する場合には、第二 金属管の長さを第一金属管と第三金属管の長さよりも短くして断熱管を形成すること が最も好ましい。三重管の場合には、内側断熱部は、第一金属管と第二金属管の間 の隙間を、第二金属管の長手方向両端部で封鎖して密閉状態に形成する。そして、 外側断熱部は、第一金属管と第三金属管の間の隙間を、第二金属管の長手方向両 端の外方で封鎖して密閉状態に形成する。内側断熱部の真空引きは、断熱部内の 水分を気化させるために、高温の雰囲気下で行い、外側断熱部の真空引きも高温雰 囲気下で行うことが好ましい。
[0037] このように、断熱管の長さをケーブルコアの実際布設長より短くして各断熱部を真 空にすることにより、断熱管を切断することなぐ各断熱部の真空状態を維持したまま 、ケーブルの布設、接続を行うことができる。その結果、内側の断熱部を外側の断熱 部で保護できるのはもちろんのこと、ケーブルの接続後に、各断熱部を再度真空引き する必要がなくなり作業効率がよくなる。
[0038] また、外側の断熱部が、ケーブル輸送中に破損した場合、外側の断熱部の真空度 を内側の断熱部の真空度よりも低く設定しておけば、ケーブルの接続後に、破損した 外側の断熱部の真空引きを行うときに、この真空引きの作業を布設現場でも行えるよ うな小型の真空引き装置を用いて短時間で行うことができる。
[0039] 本発明の超電導ケーブルは、交流ケーブル、直流ケーブルのいずれにも利用する ことができる。また、直流ケーブルでは、交流ケーブルと比べてエネルギー損失が少 なぐ外部力ゝらのケーブルコアへの熱侵入を従来の二重管で構成される断熱管に比 ベて良好に抑制できる点から、直流ケーブルとして用いる場合に好適である。さらに 、本発明の超電導ケーブルを用いて、交流超電導ケーブル線路を形成したり、直流 超電導ケーブル線路を形成することができる。なお、本発明の超電導ケーブルの断 熱管は、内部に液冷媒を入れずに断熱部を構成している。 発明の効果
[0040] 本発明によれば、断熱管を三つ以上の多重管で構成しているので、径方向に内側 カゝら外側に向けて個別に断熱部を構成できる。その結果、多重断熱部構造により多 段階で外部力もケーブルコアへの熱侵入を抑制でき、断熱管全体としての断熱性能 を従来の二重管に比べて向上できる。
[0041] さらに、外側の断熱部によって、最も内側の断熱部へ外部からの空気中に含まれる 水素分子が侵入するのが抑制されるので、最も内側の断熱部の断熱性能を維持で きる。カロえて、ケーブルの長期使用により、各断熱部に設ける断熱材など力もガスが 発生して、断熱部の真空度が低下(内部圧力上昇)しても、多層断熱部構造により断 熱管全体としての断熱性能を維持できる。
[0042] し力も、外側の断熱部により、それよりも内側の断熱部を保護することができるので
、最外の金属管が損傷しても、それよりも内側の金属管の損傷を防止でき、内側の断 熱部の断熱性能を維持できる。
[0043] さらに、断熱管の長さをケーブルコアの実際布設長より短くして、各断熱部を真空 にする場合には、断熱管を切断することなぐ各断熱部の真空状態を維持したまま、 ケーブルの布設、接続を行うことができる。その結果、ケーブルの接続後に、各断熱 部を再度真空引きする必要がなり作業効率がよくなる。
[0044] 本発明では、断熱管が多重管構造となって外径が大きくなるが、多重断熱構造に より従来の二重管による断熱構造に比べてケーブルコアへの熱侵入を良好に抑制で きるので、直流超電導ケーブルに適用すると効果的である。
[0045] さらに、超電導ケーブルの端部同士を接続する場合、通常は、接続された露出ケ 一ブルコアを覆うように筒状のケースを設け、このケースの端部を断熱管の端部外面 に溶接により固定する。
[0046] このとき、従来の二重管構造の断熱管では、外管が溶接箇所で破損しないように、 リング状の台座を外管に取り付けて、この台座を介して、外管にケースを溶接により 固定するようにしている。この台座は、ケーブルコアの露出部の長さと、前記ケースの 大きさに応じて外管への取り付け位置を設定しなければならないので取り付け作業 が煩雑であった。 [0047] しかし、本発明では断熱管を三重以上の多重構造としているので、最外の金属管が 溶接箇所で破損しても、最も内側の断熱部の断熱性能は維持できるので、従来用い て ヽた台座を不要にすることができる。
図面の簡単な説明
[0048] [図 1]図 1は、本発明の超電導ケーブルの両端部を示す概略断面図である。
[図 2]図 2は、従来の超電導ケーブルの概略断面図である。
符号の説明
[0049] 1 超電導ケーブル
2 断熱管
21 第一金属管 22 第二金属管 23 第三金属管
3 ケーブルコア
41 第一リング部材 42 第二リング部材
43 第三リング部材 44 第四リング部材
5 内側断熱部
6 スぺーサー
7 外側断熱部
発明を実施するための最良の形態
[0050] 以下、本発明の超電導ケーブルの実施の形態を説明する。図 1は、本発明超電導 ケーブルの両端部における概略断面図である。
[0051] [全体構造]
本実施形態に用いる超電導ケーブル 1は断熱管 2の内部に単心のケーブルコア 3を 収納したものであり、直流ケーブル用として用いる。図 1は、超電導ケーブル 1の概略 断面図を示しており、断熱管 2の長さは、ケーブルコア 3の長さより短くなつている。
[0052] [ケーブルコア]
この断熱管 2内に収納されるケーブルコア 3は、図示していないが、中心から順に、 フォーマ、超電導導体層、絶縁層、外部導体層、保護層を備える。
[0053] フォーマには、金属線を撚り合わせた中実のものや、金属ノィプを用いた中空のも のが利用できる。各導体層に用いる超電導導体には、ビスマス系超電導体などの酸 化物高温超電導体を銀シースで被覆したテープ線材が好適である。このテープ線材 をフォーマの上に多層に卷回して導体を構成する。
[0054] 超電導導体の外周には絶縁層が形成される。この絶縁層は、クラフト紙や、クラフト 紙にポリプロピレンフィルムをラミネートした絶縁紙 (例えば住友電気工業株式会社製 PPLP:登録商標)などを用い、超電導導体の外周に卷回して構成することができる。 なお、本実施形態では、前記した構成のケーブルコアを、三心撚り合わせたのものを 断熱管内に収納しても差し支えな 、。
[0055] [断熱管]
断熱管 2は径方向内方側から、管径の異なる第一金属管 21、第二金属管 22、第三 金属管 23を重ね合わせた三重管を備えている。これらの金属管は、それぞれステン レス鋼で形成したコルゲート管で構成されて 、る。
[0056] 本実施形態では、第二金属管 22の管の長さが最も短ぐ第一金属管 21と第三金属 管 23は同じ長さにしている。なお、第一金属管 21と第三金属管 23の長さは、第一金 属管 21を第三金属管 23よりも短くしてもよい。本実施形態では、第一金属管 21と第三 金属管 23の長さをケーブルコアの実際布設長よりも短くしており、第二金属管 22の長 さが後記する内側断熱部 5の長さとなり、第一金属管 21と第三金属管 23の長さが外側 断熱部 7の長さとなる。
[0057] 第二金属管 22を第一金属管 21の中間位置に配置し、所定の隙間を空けた状態で 、第二金属管 22の一端において、第一金属管 21と第二金属管 22との間の隙間を板 状の第一リング部材 41で封鎖し、第二金属管 22の他端を板状の第二リング部材 42で 封鎖する。本実施形態では、第一金属管 21、第二金属管 22、第一リング部材 41、第 二リング部材 42により密閉空間を形成し、この密閉空間を内側断熱部 5としている。
[0058] この密閉空間には、図示していないが、密閉する前に、プラスチック製網状体と金 属箔を積層したいわゆるスーパーインシュレーション (積層断熱材)を配置しておく。 そして、第一金属管 21と第二金属管 22の隙間を密閉した後に内側断熱部 5を高温下 で真空弓 Iきをして高真空状態にする。
[0059] 次に、第二金属管 22が重なっていない部分の第一金属管 21の外周と第二金属管 2 2の外周にスーパーインシュレーションを配置させ(図示せず)、このスーパーインシュ レーシヨンの外周に断面矩形の線状スぺーサー 6をらせん状に巻き、断熱材とスぺー サー 6の外周に第三金属管 23を配置させる。このときの、スーパーインシュレーション の量は、径方向の厚みが、第二金属管 22と第三金属管 23の間の隙間にできる空気 の流路が広くなるように、できるだけ薄くしている。
[0060] 第三金属管 23と第二金属管 22の間を前記スぺーサー 6により所定の隙間を空けた 状態で、第三金属管 23と第一金属管 21の両端を板状の第三リング部材 43と第四リン グ部材 44で封鎖する。本実施形態では、第三金属管 23、第一リング部材 41、第二リ ング部材 42、第三リング部材 43、第四リング部材 44、第一金属管 21の一部、第二金 属管 22により形成される密閉空間で外側断熱部 7が構成される。そして、外側断熱部 7を密閉した後に高温下で真空引きをして外側断熱部 7を高真空状態にする。
[0061] 本実施形態では、第一金属管 21と第二金属管 22との間の隙間の大きさに比べて、 第二金属管 22と第三金属管 23との間の隙間をかなり大きくして、外側断熱部 7の真空 引きを行いやすくしている。
[0062] そして、布設現場にぉ 、て、内側断熱部 5と外側断熱部 7の真空状態を維持したま ま、ケーブルコア 3を接続するとともに、図示していないが、露出したケーブルコア 3を 接続用のケースで覆い、このケースの端部を第三金属管 23の端部に固定する。この ようにケーブルコアを接続する時に、内側断熱部 5および外側断熱部 7は切断されな いので、内側断熱部 5と外側断熱部 7の真空状態は維持され、再度真空引きを行う必 要がなくなる。
[0063] 本実施形態では、断熱管を三重管構造としているので、径方向に内側断熱部と外 側断熱部を個別に構成でき、この外側断熱部と内側断熱部との二段階の断熱によつ て外部力 ケーブルコアへの熱侵入を抑制して断熱管全体としての断熱性能を向上 できる。
[0064] 特に、各金属管の間に断熱材を介在させて真空にしているので、断熱管全体として の断熱性能を従来の二重管による断熱管に比べて向上できる。
[0065] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を 逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らか である。 なお、本出願は、 2004年 12月 1日出願の日本特許出願 (特願 2004— 349170) に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
本発明の超電導ケーブルは、直流超電導ケーブルとして好適に用いられる。

Claims

請求の範囲
[1] 超電導導体を有するケーブルコアと、前記ケーブルコアが収納される断熱管とを備 える超電導ケーブルであって、前記断熱管は、径方向内側から径の異なる金属管を 三つ以上重ね、各前記金属管の間で断熱部を形成していることを特徴とする超電導 ケーブル。
[2] 外側の前記断熱部の断熱性能をそれよりも内側の前記断熱部の断熱性能より低く 設定して!/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。
[3] 前記断熱管が径方向内側から配置される第一金属管と第二金属管と第三金属管 とを備え、前記第一金属管と前記第二金属管の間で内側断熱部を形成し、前記第 三金属管の内方で、前記内側断熱部の外側に外側断熱部を形成していることを特 徴とする請求項 1または請求項 2の何れかに記載の超電導ケーブル。
[4] 前記内側断熱部のケーブル長手方向の長さを前記ケーブルコアの長さより短くし、 前記外側断熱部の長さを前記内側断熱部の長さより長くしていることを特徴とする請 求項 3に記載の超電導ケーブル。
[5] 前記内側断熱部は、前記第二金属管のケーブル長手方向の長さを前記ケーブル コアの実際布設長より短くして、前記第一金属管と前記第二金属管の間の隙間を、 前記第二金属管の長手方向両端部で封鎖して形成され、前記内側断熱部を真空と していることを特徴とする請求項 4に記載の超電導ケーブル。
[6] 前記外側断熱部は、当該ケーブルの輸送時において、前記第二金属管の長手方 向両端の外方で、前記第一金属管と前記第三金属管の間の隙間を封鎖して形成さ れ、かつ、真空にしていることを特徴とする請求項 5に記載の超電導ケーブル。
[7] 前記外側断熱部は、当該ケーブルの輸送時において、前記第二金属管の長手方 向両端の外方で、前記第一金属管と前記第三金属管の間の隙間を封鎖して形成さ れ、かつ、大気圧以上の圧力で不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求 項 5に記載の超電導ケーブル。
[8] 前記不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項 7に記載の超電導ケープ ル。
[9] 前記断熱管の長さがケーブルコアの実際布設長より短ぐ 各前記断熱部を真空にしていることを特徴とする請求項 1から請求項 3の何れかに 記載の超電導ケーブル。
[10] 前記断熱管が第一金属管と第二金属管と第三金属管とを備え、
前記第二金属管の長さは前記第一金属管と前記第三金属管の長さよりも短ぐ 内側断熱部は、前記第一金属管と前記第二金属管の間の隙間を、前記第二金属 管の長手方向両端部で封鎖して形成され、
外側断熱部は、前記第一金属管と前記第三金属管の間の隙間を、前記第二金属 管の長手方向両端の外方で封鎖して形成されていることを特徴とする請求項 9に記 載の超電導ケーブル。
[11] 前記断熱管の金属管の材質がステンレス鋼、 Cu、 Cu合金、 Al、 A1合金の何れかで あることを特徴とする請求項 1から請求項 10の何れかに記載の超電導ケーブル。
[12] 当該超電導ケーブルを直流ケーブルとして用いることを特徴とする請求項 1から請求 項 11の何れかに記載の超電導ケーブル。
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