WO2006075443A1

WO2006075443A1 - 超電導機器の低温容器

Info

Publication number: WO2006075443A1
Application number: PCT/JP2005/020906
Authority: WO
Inventors: Yuuichi Ashibe; Hideki Itoh
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2006-07-20
Also published as: EP1837925B1; KR101107803B1; CN101099247A; TW200633337A; EP1837925A4; JP4784852B2; NO20074129L; JP2006196628A; EP1837925A1; KR20070094775A; US7849704B2; CN100550452C; US20080119362A1; CA2593295A1; HK1111809A1

Abstract

組み立て作業性に優れる超電導機器の低温容器、及びこの低温容器を具える超電導ケーブルの端末構造を提供する。低温側に配される超電導ケーブルの端部と、低温側と常温側との間で電力の出入力を行うブッシング10と、ケーブルの端部とブッシング10とを接続する接続部2と、接続部2が収納される終端接続箱3とを具える。終端接続箱3は、ブッシング10の低温側端部と接続部2とが収納され、これらを冷却する冷媒が充填される冷媒槽20と、この冷媒槽20の外周を覆うように配置される真空槽30とを具える。そして、真空槽30には、ブッシング10の有無に係わらず、真空状態を保持可能な第一真空部31を具える。

Description

明細書

超電導機器の低温容器

技術分野

[0001] 本発明は、低温側と常温側との間で電力の受け渡しを行うプッシングを収納する超電導機器の低温容器、及びこの低温容器を具える超電導ケーブルの端末構造に関するものである。特に、組み立て作業性に優れる超電導機器の低温容器に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、超電導ケーブルの端末構造として、例えば、図 5に示す構造のものが知られている (特許文献 1参照)。この端末構造は、低温側と常温側との間で電力の受け渡しに利用されるものであり、超電導ケーブルの端部から引き出したケーブルコア 100に接続される。具体的には、この端末構造は、コア 100から露出させた超電導導体 100a と、超電導導体 100aと常温側に設けられる導体 (図示せず)との間で電気的導通をとるプッシング 101と、プッシング 101の低温側端部及び超電導導体 100aとプッシングとを接続する接続部 110が収納される冷媒槽 102と、この冷媒槽 102の外周を覆うように配置される真空槽 103と、真空槽 103の常温側に突設される碍管 104とを具える。

[0003] プッシング 101は、中心部に、超電導導体 100aと接続部 110を介して電気的に接続される導体部 101aを有し、導体部 101aの周囲に FRPで形成された固体絶縁層 101bを被覆した構成であり、冷媒槽 102から碍管 104に亘つて収納される。この例では、超電導導体 100aに銅などの常電導材料カゝらなる接続導体 120を接続し、接続部 110を介してこの接続導体 120とプッシング 101の導体部 101aとを接続させている。プッシング 10 1の外周には、フランジ 101c,フランジ 101dを有しており、プッシング 101は、これらフランジ 101c,101dを介して冷媒槽 102,真空槽 103に固定される。

[0004] 冷媒槽 102には、プッシング 101や接続部 110、接続導体 120を冷却する液体窒素などの液体冷媒が充填される。真空槽 103には、低温側の冷媒槽 102と常温側の碍管 1 04との間を連結するように筒状に形成されて、その内側にプッシング 101が挿通される中間真空部 103aを設けて常温側から低温側への熱侵入の低減を図っている。即ち、真空槽 103の一部は、中間真空部 103aと、外層真空部 103bとを具える二重構造となつている。碍管 104内には、絶縁油や SFガスなどの絶縁流体が充填される。

6

[0005] 特許文献 1：特開 2002-238144号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかし、上記従来の端末構造では、組立に時間がかかるため、作業性の向上が望まれている。特に、布設現場における作業の軽減が望まれている。

[0007] 従来の端末構造の組立作業は、超電導ケーブルとプッシングとの接続作業、冷媒槽の組み立て作業、真空槽の組み立て作業、プッシングを冷媒槽及び真空槽に固定する作業、真空槽の真空引き作業といった手順で行われる。即ち、上記従来の端末構造では、プッシングの構成要素 (図 5の場合、フランジ 101c,101d)が冷媒槽ゃ真空槽の一部を構成する。そのため、プッシングを冷媒槽ゃ真空槽に固定して力もでないと真空引きを行うことができない。一方、超電導ケーブルなどの超電導機器で使用される液体窒素などといった冷媒は非常に低温である (液体窒素の場合 77K)ことから、真空槽には、優れた断熱性、即ち、真空度が高いことが要求される。また、断熱性を向上するべく真空槽内に、通常、スーパーインシュレーション (登録商標)などといつた断熱材を配置させる。このとき、端末構造を布設現場で組み立てる場合、この断熱材は、真空引きを行うまでの間に大気中に暴露されて水分などを含むことがある。従って、高い真空度を得るためには、真空引きに長時間が力かる。

[0008] 真空引きの時間を短縮するために、対象物を加熱して、対象物に含有される水分などを気化するべ一キングを行うことが有効である。しかし、上記端末構造は、比較的大きなものであるため、ベーキング用の機器 (ヒータや電源など)も大掛力りなものが必要となる。従って、ベーキング用の機器などを布設現場へに搬送することが困難である。また、ベーキングを行う際、上記のように超電導ケーブルとプッシングとを接続した状態で行うため、ベーキング温度を高くしすぎると、これら端末構造の構成要素、特に、超電導ケーブルの電気絶縁層などが加熱により損傷する恐れがある。そこで、電気絶縁層などの損傷を防止するため、ベーキングは、比較的低温 (例えば、 70°C 程度)で行わなければならない。従って、ベーキングを行ったとしても真空引きには、時間がかかる。

[0009] 更に、布設現場で真空引きを行う場合、真空漏れ (リーク)などの事故を想定して予備品を準備する必要もあり、布設現場への搬送部材が多くなる。

[0010] 上記超電導ケーブルの端末構造だけでなぐ超電導ケーブル線路を構築する際に利用されるような超電導機器、例えば、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置においても、真空引きは、プッシングを冷媒槽ゃ真空槽に配置して力行われており、同様に組立作業性の向上が望まれている。

[0011] そこで、本発明の主目的は、組立作業性に優れる超電導機器の低温容器、及びこの低温容器を具える超電導ケーブルの端末構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、布設現場に搬送し易い超電導機器の低温容器を提供すること〖こある。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明は、プッシングの有無に係わらず真空状態が保持できる真空部を設けることで上記目的を達成する。即ち、本発明は、低温側に配される超電導部の端部と、この超電導部に接続されて低温側と常温側との間で電力の出入力を行うプッシングとの接続部を収納する超電導機器の低温容器であり、上記プッシングの低温側端部と接続部とが収納され、これらを冷却する冷媒が充填される冷媒槽と、この冷媒槽の外周を覆うように配置される真空槽とを具えるものとする。そして、本発明の最も特徴とするところは、プッシングの有無に係わらず真空状態を保持可能な第一真空部を真空槽に具えることにある。

[0013] 本発明低温容器は、プッシングの有無に係わらず真空引きを行うことができるように、プッシングの構成要素を冷媒槽ゃ真空槽の一部としない真空部を具える。この構成により、少なくともこの真空部の真空引きを予め工場などで行うことができ、布設現場での作業、特に真空処理時間を短縮することができる。特に、この真空部の容積をできるだけ大きくしておけば、布設現場での作業をより軽減、短縮して、組立作業性の更なる向上を図ることができる。超電導ケーブルの場合、低温容器が比較的大型であるため、この構成による作業効率向上の効果が顕著である。

[0014] プッシングの構成要素を冷媒槽、真空槽の一部とする従来の超電導ケーブルの端末構造では、上記のように布設現場での組立作業、特に真空引きに時間が力かる。また、ベーキングを行うことで真空引きの時間をある程度短くできても、ベーキング用機器の搬送に手間がかかる。そこで、布設現場で冷媒槽ゃ真空槽を組み立てるのではなぐ工場で予め組み立てておき、組み立てた状態で布設現場に搬送することが考えられる。しかし、従来の端末構造では、プッシングを冷媒槽及び真空槽に固定させた状態で真空引きを行うため、搬送の際、プッシングの常温側端部を突出させた状態となり、高さ制限により搬送が難しいことも考えられる。特に、突出させた端部の外周に碍管を配置しておくことで、より大型化する。これに対し、本発明低温容器では、上記真空部を具えることで、プッシングを冷媒槽ゃ真空槽に固定させていなくても、真空部を真空状態とすることができるため、真空部を予め工場で真空引きすることができながら、搬送する際、プッシングを冷媒槽ゃ真空槽に固定させておく必要がない。そのため、本発明低温容器は、搬送する際の高さ制限を緩和することができる。また、上記真空部を真空引きする際、冷媒槽内にプッシングや接続部、補強絶縁層などが存在しない状態とすることができるため、ベーキングの温度を高温にすることができ、真空処理時間をより短縮することも可能である。以下、本発明の構成をより詳しく説明する。

[0015] 本発明低温容器を適用する超電導機器としては、超電導材料からなる超電導部を具える種々のものが利用できる。例えば、超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置などが挙げられる。超電導ケーブルの場合、超電導部としては、第一超電導層と、この第一超電導層の外周に同軸状に配置される第二超電導層とを具える構成が挙げられる。超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置などの場合、超電導部として、超電導材料から形成された超電導コイルや超電導限流素子などが挙げられる。

[0016] 超電導ケーブルは、超電導部を有するケーブルコアと、コアを収納する断熱管とを具える構成のもの挙げられる。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、第一超電導層、電気絶縁層、第二超電導層、保護層を具えるものが挙げられる。電気絶縁層の外周に設ける第二超電導層は、超電導シールド層や帰路導体などとして利用する。また、超電導ケーブルは、このようなケーブルコアを 1心具える単心ケーブルでもよいし、複数心具える多心ケーブルでもよい。その他、超電導ケーブルは、直流送電用ケーブルでもよいし、交流送電用ケーブルでもよい。もちろん公知の超電導ケーブルを利用してもよ!、。

[0017] 上記超電導部の端部には、接続部を介してプッシングを接続する。プッシングは、低温側の超電導部と常温側に設けた導体との間で電力の受け渡しを行う部材であり、電力の入力、電力の出力、電力の入出力の双方のいずれかを行う。具体的な構成としては、上記超電導機器に具える超電導部と電気的導通をとることが可能な導体部と、この導体部の外周に被覆される固体絶縁層とを具えるものとする。プッシングの導体部としては、銅やアルミニウム (共に、 77Kの比抵抗 p =2 X 10— ⁷ Ω ' cm)などのように、超電導機器の使用温度 (冷媒温度)、例えば、冷媒として液体窒素を用いる場合、液体窒素の温度近傍にお!、ても電気的抵抗が小さ！、金属などの導電性材料にて形成するとよい。固体絶縁層は、電気絶縁性に優れる榭脂材料、例えば、エチレンプロピレンゴムなどの絶縁ゴム材料でもよ、が、繊維強化プラスチック (FRP)が特に電気絶縁性能が高く好ましい。このプッシングは、プッシングの一端 (低温側端部)を後述する低温容器に収納し、プッシングの他端 (常温側端部)を低温容器に突設させた碍管に収納したり、常温の外部に配置する。碍管内には、絶縁油や SF

6などの電気絶縁性に優れる絶縁液体、絶縁ガスなどの絶縁流体を充填させる。また、プッシングの中間部には、その外周に低温容器に固定するフランジを設けておく。フランジは、後述する第一真空部が真空状態を維持した状態で、低温容器に固定可能なものとする。このプッシングと超電導部の端部とは、電気的に接続可能な接続部を介して接続する。この接続部は、シールド構造を具えるものが好ましい。また、超電導部に銅などの常電導材料からなる接続導体を接続し、接続導体とプッシングとを接続部にて接続させてもよい。

[0018] これらプッシングの低温側端部及び接続部は低温容器に収納される。低温容器は、これらを冷却する冷媒が充填される冷媒槽と、この冷媒槽の外周を覆うように配置される真空槽とを具える。冷媒槽は、プッシングの低温側端部や接続部が収納される本体部と、プッシングが収納配置される管状部とを具える構成が挙げられる。本体部は、上記各部、箇所が収納できる大きさを有するように設け、管状部は、プッシングが挿通可能な大きさを有するように設ける。また、管状部は、フラット管にて形成してもよいが、可撓性を有するベローズ管にて一部を形成すると、冷媒槽が冷媒により冷却されて熱収縮する際の収縮を吸収できて好ましい。この冷媒槽には、冷媒として、液体冷媒、気体冷媒、液体冷媒と気体冷媒との双方のいずれかを充填する。気体冷媒としては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガスなどが挙げられ、液体冷媒としては、例えば、液体窒素、液体へリウムなどが挙げられる。気液両冷媒を充填する場合、同種のものでもよいし、異種のものでもよい。また、気液両冷媒を充填する場合、低温側に液体冷媒が充填される液体冷媒領域を設け、この液体冷媒領域よりも常温側に気体冷媒が充填される気体冷媒領域を設けるとよい。冷媒槽及び後述する真空槽は、強度に優れるステンレスなどの金属により形成するとよい。

本発明低温容器では、冷媒槽の外周面と真空槽の内周面とで囲まれる空間において、真空引き後に真空状態を維持したままプッシングの挿通が可能な構成を具える。具体的には、本発明低温容器は、真空槽内の空間においてプッシングが挿通される箇所に、真空状態を保持しながらプッシングの挿通が可能な第一真空部を具える。本発明低温容器は、上記第一真空部を具えることで、予め工場などで冷媒槽及び真空槽を組み立てておき、布設現場にてプッシングと超電導部との接続作業を行うことができる。また、プッシングと超電導部との接続作業を冷媒槽内で行う場合、冷媒槽及び真空槽には、ハンドホール部を設けておくと共に、ハンドホール部を開いた際、第一真空部の真空状態が保持されるような構成とすることが好ましい。具体的には、冷媒槽、特に、接続部が配置される本体部に開閉自在な冷媒槽ハンドホール部を設け、真空槽においてこの冷媒槽ノヽンドホール部に対応した位置に開閉自在な真空槽ノヽンドホール部を設ける。そして、ハンドホール部の開閉に関わらず、上記第一真空部の真空状態が維持できるように、真空槽内を区画することが好ましい。具体的には、真空槽と冷媒槽とを連結する筒状の区画壁を設け、上記真空槽ハンドホール部の開口部の外方にこの区画壁の一方 (真空槽側)の開口部が位置し、上記冷媒槽ハンドホール部の開口部の外方にこの区画壁の他方 (冷媒槽側)の開口部が位置するように区画壁を真空槽及び冷媒槽に固定することが挙げられる。この構成により、ハンドホール部の開口部を開く際、第一真空部の真空が破壊されることがない。そして、この区画壁の内周面と、真空槽ノ、ンドホール部の外面と、冷媒槽ノ、ンドホール部の内面とで囲まれる領域を第二真空部とするとよい。この第二真空部は、冷媒槽内で接続作業などを行う前に真空引きしておくと、真空槽ハンドホール部を開くことで真空が破壊されるが、第二真空部の分だけ真空引きを行えばよぐ第一真空部は、工場などで予め真空引きされた高真空状態をほぼ維持することができる。更に、本発明低温容器は、ハンドホール部を具えることで、布設現場において超電導部とプッシングとの接続作業を容易に行うことができるため、本発明低温容器を搬送する際、ブッシングを冷媒槽ゃ真空槽に固定しておく必要がなぐ高さに関する制限を緩和することができる。

[0020] 冷媒槽ノヽンドホール部は、冷媒槽に設けた開口部と、この開口部を気密に保持可能で開閉自在な蓋部とを具える構成が挙げられる。真空槽ノヽンドホール部としては、真空槽において冷媒槽ノヽンドホール部に対応する位置に設けた開口部と、この開口部を気密に保持可能で開閉自在な蓋部とを具える構成が挙げられる。そして、上記筒状の区画壁の一方の開口部が冷媒槽の開口部の外方に位置し、同区画壁の他方の開口部が真空槽の開口部の外方に位置するように区画壁を冷媒槽と真空槽とに固定する。このとき、区画壁は、冷媒槽に接続されることで、冷媒槽に冷媒が充填されると、この冷媒により冷却されて熱収縮が生じる。この熱収縮による冷媒槽ゃ真空槽などの破損を防止するべぐ区画壁には、熱収縮を吸収可能な機構を具えることが好ましい。具体的には、区画壁の少なくとも一部を可撓性を有するベローズ管などにより構成することが挙げられる。

[0021] 上記冷媒槽の外周には、冷媒槽を覆うように真空槽を具える。そして、この真空槽内の空間は、連続した一体の空間とするのではなぐ上記のように独立した複数の空間に区画し、複数の真空部を具える構成としてもよい。具体的には、プッシングの構成要素を低温容器の構成要素としな、第一真空部の他に、ハンドホール部を覆うように設ける第二真空部を具えてもよい。この構成により、冷媒槽ゃ真空槽が組み立てられて真空引きを行った状態でプッシングの配置や接続部の形成などといった作業が行うことができ、布設現場での真空処理をより短縮することができる。

[0022] 真空槽は、内部を所定の真空度に真空引きするだけでもよいが、同真空引きと共に、スーパーインシュレーション (商品名)などの断熱材を配置して断熱層を形成し、この断熱材により輻射熱の反射が行なわれるように構成してもよい。第二真空部では、冷媒槽内に接続部を形成した後、冷媒槽ノヽンドホール部の開口部を蓋部で閉じてから真空引きを行ったり、断熱材の配置を行うとよい。

更に、真空槽には、冷媒槽を真空槽に支持可能な支持機構を有しておくと、搬送や布設の際などでの振動による破損を防止することができる。この支持機構として、例えば、真空槽と冷媒槽との間を連結するように支持部材を固定させる構成の場合、この支持部材を介して冷媒槽側に熱伝導が行われる恐れがある。そこで、真空槽と冷媒槽とに固定させるような支持部材を設ける場合、支持部材は、熱伝導性が低い材料、例えば、 FRPなどの榭脂などにて形成することが好ましい。或いは、支持機構として、搬送や布設の際に真空槽と冷媒槽とを連結するように配置することができ、超電導機器を使用中に冷媒槽から切り離すことができる構成のものを利用すると、支持機構を介した冷媒槽側への熱伝導を防止することができてより好まし、。このような支持機構の具体的な構成としては、真空槽を形成する壁部に進退可能に貫通配置される軸部と、この軸部に接続され、軸部の進退移動に伴い、冷媒槽に接触可能及び冷媒槽から取り外し可能な当接部を具えるものが挙げられる。このとき、真空槽には、第一、第二真空部と異なる空間に区画された第三真空部を具えておき、この第三真空部は、軸部の移動に伴って第一真空部や第二真空部の真空が破られないように具えることが好適である。このような第三真空部を具えることで、軸部は、第一真空部や第二真空部の真空状態を保持したまま冷媒槽に当接部を近接離反させることができながら、支持機構を介した冷媒槽側への熱伝導を防止することができる。第三真空部は、冷媒槽と真空槽とを連結するように区画壁を設け、冷媒槽、真空槽、区画壁で囲まれる空間としてもよいし、有底の可撓性容器を真空槽に固定し、この容器内の空間としてもよい。後者の場合、真空槽を形成する壁部に軸部を貫通させ、第三真空部を形成する容器内に軸部を挿入してこの容器の底部に軸部を固定し、底部を当接部としてもよいし、底部に軸部を固定せず、底部を貫通させて軸部の端部を突出させ、軸部の貫通部分を底部に気密に固定し、底部力突出させた軸部の端部に別途当接部を設けてもよい。そして、軸部を移動させる際、可撓性容器を変形させる構成とするとよい。この進退移動可能な当接部を有する支持機構は、上記のように超電導機器を使用中に当接部が冷媒槽に非接触となるようにしてもよ!、が、使用中にお!ヽても地震対策などを考慮して冷媒槽をより安定させて保持した、場合、当接部を冷媒槽に接触させた状態としてもよい。このとき、当接部において少なくとも冷媒槽に接する面を熱伝導性の低い材料、例えば、 FRPなどで形成すると、支持機構を介した冷媒槽側への熱伝導を低減することができる。当接部及び軸部のヽずれも熱伝導性の低い材料で形成することがより好ましい。なお、第三真空部は、第一真空部と同程度の真空度となるように真空引きを行ってもよいし、第一真空部よりも低真空度に真空引きを行ってもよい。また、第三真空部は、軸部の移動により第三真空部の真空状態が破壊されないように、即ち、真空引きした状態が維持されるように、真空槽に対して軸部を気密に配置することが好まし、。

[0024] 上記構成を具える本発明低温容器は、特に、超電導ケーブルの終端接続箱として好適に利用できる。即ち、本発明超電導ケーブルの端末構造は、低温側に配される超電導ケーブルの端部と、低温側と常温側との間で電力の出入力を行うプッシングと、上記超電導ケーブルの端部とプッシングとを接続する接続部と、この接続部が収納される終端接続箱とを具える。そして、終端接続箱として、上記第一真空部を有する低温容器を用いる。

発明の効果

[0025] 本発明低温容器は、真空槽にプッシングの有無によらず真空状態が維持される真空部を具えることで、予め工場などで高真空に真空引きを行うことができ、布設現場での作業性を向上する。また、第一真空部は、搬送する際、冷媒槽ゃ真空槽にブッシングを固定して、なくても真空状態が維持されるため、プッシングを取り付けて！/、ない状態で本発明低温容器を搬送することができ、高さ制限などといった搬送時の不具合を低減する。特に、冷媒槽及び真空槽にハンドホール部を設けると共に、第一真空部から隔離するように第二真空部を設けることで、第一真空部の真空状態を維持しながら、第二真空部を介して布設現場においてプッシングと超電導部との接続作業などが容易に行うことができる。

図面の簡単な説明 [0026] [図 1]本発明超電導ケーブルの端末構造全体の概略構成を示す部分切欠図である

[図 2]本発明超電導ケーブルの端末構造において、 1心のケーブルコア近傍の概略構成を示す部分断面図である。

[図 3]本発明超電導ケーブルの端末構造にぉヽて、プッシング部分の概略構成を示す拡大断面図である。

[図 4]本発明超電導ケーブルの端末構造において、（A)は、ハンドホール部近傍の概略構成を示す部分断面図、（B)は、冷媒槽に対して近接離反可能な機構を具える支持機構の概略構成を示す部分断面図、（C)は、同支持機構において冷媒槽に当たり部を具える場合の概略構成を示す部分断面図である。

[図 5]従来の超電導ケーブルの端末構造を示す概略構成図である。

符号の説明

[0027] 1 超電導ケーブル 2 接続部 3 終端接続箱 (低温容器）

10 プッシング 11 導体部 12 固体絶縁層 13 フランジ

14 上部シールド

20 冷媒槽 21 本体部 22 管状部 23 フランジ

24 冷媒槽ハンドホール部 25 開口部 26 蓋部

30 真空槽 30a 固定部 30d,30m,30u 真空槽の構成部材 31 第一真空部 32 第二真空部 33 第三真空部 34 真空槽ハンドホール部 35 開口部 36 蓋部

38 区画壁 38a ベローズ管 38b フラット管

40 碍管

50 ケーブルコア 51 超電導導体 52 接続導体 52a 接続スリーブ

53 補強絶縁層 54 エポキシユニット 54a フランジ 55 接続用冷媒槽 56 接続用真空槽 57 フランジ

60,67 支持機構 61 当接部 62 軸部 63 ベローズ管 64 底部

65 当たり部 66 断熱材層

70 台車 100 ケーブルコア 100a 超電導導体 101 プッシング 101a 導体部 101b 固体絶縁層 101c, 101d フランジ 102 冷媒槽 103 真空槽

103a 中間真空部 103b 外側真空部 104 碍管

110 接続部 120 接続導体

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、本発明の実施の形態を説明する。

<構成>

図 1〜3は、本発明超電導ケーブルの端末構造の概略構成を示すものであり、図 1 は、端末構造全体を示す部分切欠図、図 2は、 1心のケーブルコア近傍の部分断面図、図 3は、プッシング部分を拡大して示す断面図である。この端末構造は、常温側と超電導ケーブル 1の端部が配される低温側との間で、プッシング 10を介して電力の出入力を行うものである。具体的には、超電導ケーブル 1の端部と、ケーブル 1に有する超電導導体 51に接続されて低温側と常温側との間で電気的導通をとるプッシング 1 0と、ケーブル 1の端部とプッシング 10とを接続する接続部 2と、接続部 2が収納される終端接続箱 (低温容器) 3とを具える。終端接続箱 3は、プッシング 10の一端 (低温側端部)及び接続部 2が収納され、これらを冷却する冷媒が充填される冷媒槽 20と、この冷媒槽 20の外周を覆うように配置される真空槽 30とを具える。真空槽 30の常温側には、碍管 40が突設され、内部にプッシング 10の他端 (常温側端部)が収納される。そして、この端末構造の最も特徴とするところは、真空槽 30内の空間が複数の異なる空間に区画されており、プッシング 10の有無に係わらず、真空状態が保持可能な真空部 (第一真空部 31),後述する第二真空部 32,第三真空部 33を有する点にある。以下、各構成を詳しく説明する。

[0029] 本例で用いた超電導ケーブル 1は、 3本のケーブルコア 50を撚り合わせたものを断熱管内に収納した三心ケーブルである。各コア 50は、中心から順にフォーマ、超電導導体 (第一超電導層) 51、電気絶縁層、第二超電導層、保護層を具える。断熱管は、冷媒 (本例では液体窒素)が充填される内管と、その外周を覆うように配置される外管とからなる二重構造であり、内管と外管との間が所定の真空度に真空引きされたものである。各コア 50は、端部においてそれぞれ段剥ぎして超電導導体 51が露出され、接続スリーブ 52aを介して銅製の接続導体 52が接続され、この接続導体 52を冷媒槽 2 0に導入させている。露出させた超電導導体 51、接続スリーブ 52a、接続導体 52の外周には、補強絶縁層 53を設けている。また、接続導体 52の一部の外周には、ェポキシユニット 54を配置し、エポキシユニット 54に有するフランジ 54aを冷媒槽 20に固定させることで、超電導導体 51の位置を固定している。これらコア 50の端部、補助絶縁層 53、エポキシユニット 54の一部は、冷媒 (本例では液体窒素)が充填される接続用冷媒槽 55に収納される。接続用冷媒槽 55の外周を覆うように接続用真空槽 56が配置される。接続用冷媒槽 55と接続用真空槽 56との間は、断熱材が配置され、所定の真空度に真空引きされた断熱層が形成される。なお、図 2では 1心のコアのみ示しているが、残り 2心も同様に接続処理が施され、図 1に示すように接続用冷媒槽 55,接続用真空槽 56に収納され、接続部 2が冷媒槽 20に収納される。

[0030] 本例で用いたプッシング 10は、超電導導体 51と電気的導通をとることが可能な導体部 11と、導体部 11の外周に被覆される固体絶縁層 12とを具える。超電導導体 51(本例では接続導体 52を仲介して)とプッシング 10の導体部 11とは、接続部 2を介して接続する。導体部 11は、液体窒素の温度近傍において電気的抵抗が小さい銅力もなるものを用いた。固体絶縁層 12は、電気絶縁性に優れる FRPにて形成した。このブッシング 10の中間部の外周には、プッシング 10を冷媒槽 20に固定するためのフランジ 13 を設けており、フランジ 13の一面が冷媒槽側に、他面が碍管 40側に配置され、真空槽 30内には配置されない。この配置により、フランジ 13は、冷媒槽 20の常温側を封止する封止部材として機能すると共に、低温側の冷媒槽 20と常温側の碍管 40との境界となる。超電導導体 51とプッシング 10の低温側端部とが接続される接続部 2には、シ一ルド構造を具え (図示せず)、プッシング 10の常温側端部には、銅製の上部シールド 14(図 3参照)を設けている。

[0031] 本例にお、て冷媒槽 20は、プッシング 10の低温側端部、接続部 2、接続導体 52の一部が収納される本体部 21と、プッシング 10が揷通配置される管状部 22とを具える（いずれもステンレス製)。本体部 21は、プッシング 10の低温側端部、接続部 2、接続導体 52の一部を収納可能な大きさを有する容器であり、内部に液体窒素が充填される。また、本体部 21には、液体窒素を冷却するための冷凍機が接続されたり、循環冷却を行う際、液体窒素の供給配管及び排出配管が接続される (いずれも図示せず)。管状部 22は、プッシング 10を揷通配置可能な大きさを有する筒状であり、低温側をフラット管にて形成し、常温側の一部をべローズ管にて形成している。この管状部 22には、低温側 (フラット管)に液体窒素、常温側 (フラット管の一部、ベローズ管、ベローズ管より上方)に窒素ガスが充填され、加圧装置などを配置することなく気液両冷媒の境界がフラット管内の空間に存在するように管状部 22の大きさを調整している。管状部 22の一部をべローズ管で形成することで、冷媒が充填されてこの冷媒により冷却されて冷媒槽 20に熱収縮が生じた際、ベローズ管が変形することでこの収縮を吸収することができる。また、本例では、ベローズ管内に窒素ガスを充填させていることで、ベローズ管は、変形しやすい。更に、管状部 22を気液両冷媒を充填させる構成とすることで、低温側と常温側との間において温度勾配を十分にとることができる。管状部 22の常温側端部には、プッシング 10のフランジ 13を固定するためのフランジ 23を具える。このフランジ 23は、後述する真空槽 30への固定部材としても利用される。

[0032] 本体部 21において接続導体 52が導入される箇所は、エポキシユニット 54の揷通孔を有するフランジ 57を配置する。即ち、エポキシユニット 54及びフランジ 57は、冷媒槽 20の低温側を封止する封止部材として機能する。また、フランジ 57は、同時に真空槽 30を封止する封止部材としても機能する。

[0033] 更に、本例では、本体部 21に、冷媒槽ノヽンドホール部 24を具える。図 4(A)は、ハンドホール部の部分拡大断面図、（B)は、支持機構の部分拡大断面図である。このハンドホール部 24は、冷媒槽 20の本体部 21に設けられた開口部 25と、この開口部 25を気密に封止することができ、開閉自在な蓋部 26とを具える構成である。即ち、冷媒槽 20 は、プッシング 10のフランジ 13(図 3参照)がフランジ 23(同)に固定され、かつエポキシユニット 54(図 2参照)及びフランジ 57(同)が冷媒槽 20の低温側開口部に固定された後でも、蓋部 26を開くことで冷媒槽 20の内部を開放することができ、蓋部 26を閉じることで、密閉することができる。

[0034] 真空槽 30には、冷媒槽ノ、ンドホール部 24に対応した箇所に真空槽ノ、ンドホール部 34を具える。このハンドホール部 34は、真空槽 30に設けられた開口部 35と、この開口部 35を気密に封止することができ、開閉自在な蓋部 36とを具える構成である。そして、蓋部 36を開いた際、真空槽 30の大部分 (後述する第一真空部 31)が真空状態を維持できる構成としている。具体的には、冷媒槽 20においてハンドホール部 24と真空槽 30においてハンドホール部 34とを連結するように筒状の区画壁 38を設け、区画壁 38 の外周側の空間と、区画壁 38の内周側の空間を区画している。具体的には、冷媒槽 20の開口部 25よりも外方 (外周)に区画壁 38の一方 (冷媒槽側)の開口部が位置し、真空槽 30の開口部 35よりも外方 (外周)に区画壁 38の他方 (真空槽側)の開口部が位置するように区画壁 38を冷媒槽 20の外周面、真空槽 30の内周面に固定させている。この構成により、第一真空部 31の真空状態を維持しながら、蓋部 26,36の開閉を行うことができる。本例において区画壁 38は、可撓性を有するベローズ管 38aと、フラット管 3 8bとを直列的に接続させて形成しており、ベローズ管 38aの一端側を真空槽 30の内面に固定し、フラット管の一端側を冷媒槽 20の外面に固定している。このべローズ管 38aが変形することで、冷媒にて冷却されて冷媒槽 20に熱収縮が生じた際、収縮を吸収できる。

[0035] 上記冷媒槽 20の外周を覆うように真空槽 30が配置される。この真空槽 30内の空間は、連続した一つの空間とするのではなぐ複数の異なる空間に区画している。具体的には、図 2に示すように第一真空部 31、第二真空部 32、第三真空部 33といった複数の空間に区画されている。

[0036] 第一真空部 31は、プッシング 10の外周及び冷媒槽 20の下方側に設けられ、真空槽 30内の空間の大部分を占める空間である。具体的には、冷媒槽 20のフランジ部 23の内面、管状部 22の外周面、本体部 21の外周面、区画壁 38(図 4参照)の外周面、及び真空槽 30の内周面で囲まれる空間である。即ち、第一真空部 31は、その構成要素にプッシング 10の構成要素を含まない。この構成により第一真空部 31は、プッシング 10 の有無にかかわらず、真空状態が維持される。

[0037] 第二真空部 32は、図 4に示すように接続部 2を形成する際などに利用されるハンドホール部 24,34近傍に設けられる空間であり、第一真空部 31の真空状態を維持しながら、冷媒槽 20の開放を可能にする空間である。具体的には、冷媒槽 20の蓋部 26の外面、区画壁 38の内周面、真空槽 30の蓋部 36の内面で囲まれる空間である。このように真空部 31と独立した空間を有する第二真空部 32を設けることで、蓋部 26,36の開閉によらず、第一真空部 31は、真空状態を維持することができる。

ここで、本例に示す端末構造では、輸送の際などで冷媒槽 20が真空槽 30内で振動したりすることで、冷媒槽 20や冷媒槽支持機構 67(後述)が破壊されることを防止するベぐ支持機構 60を設けている。支持機構 60は、図 4(B)に示すように冷媒槽 20の本体部 21に接触可能な当接部 61と、この当接部 61を冷媒槽 20に近接、冷媒槽 20から離反させることが可能な軸部 62とを具える。軸部 62は、一部の外周にネジを設け、真空槽 30にネジ結合させている。真空槽 30には、この軸部 62に設けたネジがネジ結合されるネジ孔部を具える。そして、軸部 62のネジを締め付けたり、緩めたりすると、軸部 62が進退することで、冷媒槽 20に対して当接部 61を近接離反させる。このとき、当接部 61の移動に伴い、真空槽 30に設けたネジ孔部力第一真空部の真空状態が破られる恐れがある。そこで、本例では、真空槽 30の内周面において軸部 62を揷通配置させる箇所に有底のベローズ管 63を固定し、ベローズ管 63の内周面、底部 64の内面、真空槽 30の内周面で囲まれる空間を第三真空部 33として具える。この第三真空部 33は、第一真空部 31と異なる空間を有する。そして、ベローズ管 63の底部 64から軸部 62の端部が突出するように軸部 62を配置し、この軸部 62の端部に当接部 61を設けている。即ち、支持機構 60においてネジが設けられた軸部 62の一端は、真空槽 30のネジ孔部にネジ結合され、軸部 62の中間は、真空槽 30を貫通してベローズ管 63内に揷通配置され、軸部の他端は、ベローズ管 63の底部 64を貫通し、軸部 62においてこの貫通部分が底部 64に気密に固定され、底部 64力突出された軸部 62の端部に当接部 61を具える。従って、当接部 61は、第一真空部 31に配置される。そして、軸部 62 の進退移動に伴いべローズ管 63を変形させて、当接部 61を冷媒槽 20に対して近接離反させる。このような第三真空部 33を設けることで、第一真空部 31の真空状態、及び第二真空部 32の真空状態を維持しながら、当接部 61の移動を可能にする。また、第三真空部 33は、当接部 61の移動状態によらず、真空状態が維持されるように真空引きされていることが好ましい。なお、冷媒槽 20の外周に断熱材を配置する場合、当接部 61を冷媒槽 20に接触させることで、断熱材層を破壊する恐れがある。そこで、図 4(C)に示すように冷媒槽 20に当接部 61の当たり部 65を設けておき、この当たり部 65を除く箇所に断熱材層 66を設けてもよい。これら支持機構 60や当たり部 65は、強度に優れると共に熱伝導性が低、FRPと、つた材料にて形成することが好ま、。

[0039] く組み立て手順 >

次に、このような端末構造の組み立て手順を説明する。まず、工場などにおいて終端接続箱 3の組み立てを行う。最初に冷媒槽 20を組み立てる。具体的には、冷媒槽 2 0の本体部 21の構成部材に管状部 22の構成部材を組み付ける。また、ハンドホール部 24の開口部 25に蓋部 26を固定する。従って、冷媒槽 20を組み立てた状態では、冷媒槽 20にお、てプッシング 10が揷通配置される常温側、及び接続導体 52やエポキシユニットが挿通配置される低温側が開放された状態である。なお、組み付けには、ボルトなどの締付部材を適宜用いるとよ!/ヽ。以下の手順にお!ヽても同様である。

[0040] 冷媒槽 20を組み立て後、必要に応じて、冷媒槽 20の外周に断熱材を配置する。そして、冷媒槽 20の外周を覆うように真空槽 30を組み立てる。具体的には、冷媒槽 20に設けられたノ、ンドホール部 24の開口部 25の外方に区画壁 38を組み付ける。また、冷媒槽 20の本体部 21の下方側を覆うように真空槽 30の構成部材 30dを配置し、本体部 21の上方側を覆うように真空槽 30の構成部材 30mを配置する。この真空槽 30において超電導ケーブル側に配置される箇所 (図 2において右側)には、冷媒槽 20の外周を覆うようにべローズ管を接続させる。このべローズ管の開口部には、フランジ 57を固定させ、真空槽 30において超電導ケーブルが接続される低温側を封止する。なお、上記真空槽 30にべローズ管を設けることで、冷媒槽 20に冷媒が充填されて冷媒槽 20が熱収縮を生じた際、このべローズ管が変形して収縮を吸収することで冷媒槽 20の破壊などといった不具合を防止できる。また、真空槽 30を形成する部材 30mの一部は、図 4(A)に示すように区画壁 38の外周を覆うように配置し、部材 30mに設けられた開口部 35が区画壁 38の開口部の内方に位置するように区画壁 38を部材 30mに固定させる。開口部 35には、蓋部 36を固定しておく。蓋部 36の固定により第二真空部 32となる空間が形成される。

[0041] 構成部材 30mの上方 (常温側)〖こは、冷媒槽 20の管状部 22の外周を覆うように構成部材 30uを組み付ける。構成部材 30uの常温側端部には、冷媒槽 20のフランジ 23を固定する固定部 30aを有しており、この固定部 30aとフランジ 23とを固定することで、真空槽 30の常温側を封止して、第一真空部 31となる空間が形成される。固定部とフランジ 23との間にはシール部材を配置して、第一真空部 31が気密に保持されるようにすることが好ましい。

[0042] なお、支持機構 60を具える場合、有底のベローズ管 63の底部 64に軸部 62を挿通して気密に固定し、ベローズ管 63の開口部を構成部材 30dに溶接などにて固定させておく。この固定により、第三真空部 33となる空間が形成される。また、構成部材 30dにおいて軸部 62を挿通させる箇所には、ネジ部を設けておく。この支持機構 60以外にも、冷媒槽 20の支持機構 67を具えてもよい。この支持機構 67は、図 2に示すように真空槽 30に対して冷媒槽 20を吊り下げて支持する形式のもので、支持機構 60と異なり、冷媒槽 20と真空槽 30との間を常に連結させた状態とする構成である。従って、支持機構 67は、熱伝導性が低、FRPと、つた材料にて形成することが好ま、。

[0043] 真空槽 30の組み立て後、真空槽 30の第一真空部 31、第二真空部 32、第三真空部 3 3を所定の真空度に真空引きする。特に、少なくとも第一真空部 31は、高真空に真空引きしておく。このとき、冷媒槽 20内などには、超電導ケーブルなどが収納されていないため、高温でのベーキングが可能であり、真空処理時間の短縮ィヒを図ることができる。なお、第二真空部 32は、ハンドホール部 24,35を開く際に真空が破られるため、ある程度低真空でもよい。また、この構造では、第一真空部 31が真空断熱層の大部分を占めるため、第一真空部 31が高真空であれば、第三真空部 33の真空度はある程度低くてもよい。そして、少なくとも第一真空部 31が真空引きされた状態の終端接続箱 3を布設現場などに搬送する。

[0044] 本例に示す終端接続箱 3は、搬送する際、支持機構 60,67を具えることで、搬送に伴う振動により冷媒槽 20などが破損するなどの不具合を防止することができる。また、この終端接続箱 3は、プッシング 10を冷媒槽 20、真空槽 30に固定させなくても第一真空部 31の真空状態が維持できるため、搬送の際、プッシング 10を固定させる必要がない。従って、高さ制限などといった搬送の際の規制が緩和される。

[0045] 布設現場などに搬送された終端接続箱 3において冷媒槽 20の常温側の開口部からプッシング 10を揷通配置し、プッシング 10に具えるフランジ 13を冷媒槽 20のフランジ 2 3に固定する。フランジ 13,20間にもシール部材などを配置して、冷媒槽 20、碍管 40が気密に保持されるようにすることが好ましい。一方、超電導ケーブルの端部を段剥ぎして超電導導体 51と接続導体 52とを接続スリーブ 52aにて接続した後、接続導体 52の外周にエポキシユニット 54を配置し、接続導体 52をフランジ 57の揷通孔に揷通させて、エポキシユニット 54をフランジ 57に固定する。そして、ハンドホール部 34,24を空けて、接続導体 52とプッシング 10とを接続させるなどの接続処理や、補強絶縁層 53を形成するなどの処理を行う。これらの処理が終わったら、冷媒槽ノヽンドホール部 24の蓋部 26及び真空槽ノヽンドホール部 34の蓋部 36で開口部 25,35を閉じて、第二真空部 32 の真空引きを行う。

[0046] このように終端接続箱 3を利用すると、従来のように接続処理などを行った後に冷媒槽 20や真空槽 30を構築するのではなぐ予め終端接続箱 30を構築しておいて力接続処理などを行うことができる。また、接続処理などの処理を行うにあたり、第一真空部 31は真空状態を維持したままとすることができ、処理後、第二真空部 32のみを真空引きすればよぐ布設現場での真空処理作業の負担を軽減することができる。

[0047] 超電導導体 51や接続スリーブ 52aの外周にも補強絶縁層 53を設け、接続用冷媒槽 55をフランジ 57に固定し、その外周に接続用真空槽 56を真空槽 30に固定して、接続用真空槽 56内も所定の真空度に真空引きを行う。プッシング 10の常温側の外周には、碍管 40を配置する。そして、冷媒槽 20に液体窒素及び窒素ガスを充填し、接続用冷媒槽 55に液体窒素を充填し、碍管 40に SFもしくは絶縁油を充填することで、超電

6

導ケーブルの端末構造が完成する。

[0048] なお、支持機構 60を具える場合、所定の位置に終端接続箱 3を配置させたら、軸部 62を緩めて当接部 61を冷媒槽 20から離すとよい。また、終端接続箱 3は、超電導ケーブル 1が熱収縮する際、この収縮に伴って移動できるように図 1に示すように台車 70などに搭載させてもよい。

[0049] また、本例では、本発明低温容器を超電導ケーブルの終端接続箱として利用する場合を説明したが、本発明低温容器は、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置の超電導部を収納する容器としても利用することができる。

産業上の利用可能性

[0050] 本発明低温容器は、超電導機器にお!ヽて低温側と常温側との間を接続する接続要素の収納に好適に利用することができる。特に、本発明低温容器は、超電導ケーブルの終端接続箱に適する。また、本発明超電導ケーブルの端末構造は、超電導ケ一ブルの終端部に好適に利用できる。この端末構造は、直流送電、交流送電のいずれにち適用することがでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 低温側に配される超電導部の端部と、この超電導部に接続されて低温側と常温側との間で電力の出入力を行うプッシングとの接続部を収納する超電導機器の低温容器であって、

前記プッシングの低温側端部と接続部とが収納され、これらを冷却する冷媒が充填される冷媒槽と、

この冷媒槽の外周を覆うように配置される真空槽とを具え、

前記真空槽は、プッシングの有無に係わらず、真空状態を保持可能な第一真空部を具えることを特徴とする超電導機器の低温容器。

[2] 冷媒槽には、開閉自在な冷媒槽ノヽンドホール部を有しており、

真空槽には、前記冷媒槽ノ、ンドホール部に対応した位置に開閉自在な真空槽ノヽンドホール部を有しており、

更に、真空槽には、これらハンドホール部間を連結する区画壁と、前記両ハンドホール部で囲まれる第二真空部を具えることを特徴とする請求項 1に記載の超電導機器の低温容器。

[3] 区画壁には、冷媒槽が冷媒によって熱収縮する際の収縮を吸収する収縮吸収機構を具えることを特徴とする請求項 2記載の超電導機器の低温容器。

[4] 真空槽には、冷媒槽を支持可能な支持機構を有しており、

この支持機構は、真空槽の表裏を貫通して配置される軸部と、この軸部に接続されると共に、軸部の移動に伴い冷媒槽に接触可能及び冷媒槽力取り外し可能な当接部とを具え、

更に、真空槽には、当接部の移動状態に係わらず、真空状態を保持可能な第三真空部を具えることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の超電導機器の低温容器。

[5] 超電導機器は、超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置の!/、ずれかであることを特徴とする請求項 1〜4の、ずれかに記載の超電導機器の低温容器。

[6] 低温側に配される超電導ケーブルの端部と、

低温側と常温側との間で電力の出入力を行うプッシングと、前記超電導ケーブルの端部とプッシングとを接続する接続部と、

前記接続部が収納される終端接続箱とを具え、

前記終端接続箱が請求項 1〜4のいずれか〖こ記載の低温容器であることを特徴とする超電導ケーブルの端末構造。

[7] 超電導ケーブルは、単心ケーブル又は多心ケーブル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の端末構造。

[8] 超電導ケーブルは、直流送電用ケーブル又は交流送電用ケーブルであることを特徴とする請求項 6又は 7に記載の超電導ケーブルの端末構造。