WO2007116520A1 - 超電導ケーブル - Google Patents

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WO2007116520A1
WO2007116520A1 PCT/JP2006/307579 JP2006307579W WO2007116520A1 WO 2007116520 A1 WO2007116520 A1 WO 2007116520A1 JP 2006307579 W JP2006307579 W JP 2006307579W WO 2007116520 A1 WO2007116520 A1 WO 2007116520A1
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cable
heat insulating
superconducting
pipe
superconducting cable
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PCT/JP2006/307579
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French (fr)
Inventor
Masayuki Hirose
Ryosuke Hata
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries, Ltd. filed Critical Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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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
    • H01B12/14—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 superconducting cable. In particular, does it have a vacuum insulation structure?
  • the present invention relates to a superconducting cable that has a vacuum heat insulating structure but can maintain heat insulating performance even if the vacuum breaks.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a three-core collective superconducting cable.
  • the superconducting cable has a configuration in which three cores 110 are housed in a heat insulating tube 600.
  • the cable core 110 includes a former 111, a superconducting conductor layer 112, an insulating layer 113, a shield layer 114, and a protective layer 115 in order from the center.
  • the conductor layer 112 is configured by winding a superconducting wire on a former 111 spirally in multiple layers.
  • a superconducting wire is used in the form of a tape in which a plurality of filaments having oxide superconducting material strength are arranged in a matrix such as a silver sheath.
  • the insulating layer 113 is configured by winding insulating paper such as semi-synthetic insulating paper.
  • the shield layer 114 is formed by spirally winding a superconducting wire similar to the conductor layer 112 on the insulating layer 113.
  • insulating paper or the like is used for the protective layer 115.
  • the heat insulating pipe 600 has a structure in which a heat insulating material (not shown) is disposed between the double pipes composed of the inner pipe 610 and the outer pipe 620 and the inside of the double pipe is evacuated.
  • An anticorrosion layer 630 is formed outside the heat insulating tube 600.
  • a refrigerant such as liquid nitrogen is filled in the former 111 (when the former is hollow) or the space formed between the inner tube 610 and the core 110 is circulated and used while the insulating layer 113 is impregnated with the refrigerant. State.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-140944 (FIG. 2)
  • a vacuum heat insulating structure is required, and the size of the cable increases.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a superconducting cable that retains predetermined heat insulation characteristics without having a vacuum heat insulation structure.
  • Another object of the present invention is to provide a superconducting cable that has a vacuum heat insulating structure but can maintain a predetermined heat insulating characteristic even when the vacuum is broken.
  • the present invention achieves the above object by using a heat insulating member other than vacuum heat insulating.
  • the superconducting cable of the present invention includes a cable member in which a core having a superconducting conductor layer and an insulating layer is housed in a housing tube, and a heat insulating member provided outside the cable member and maintained in a non-vacuum state. And a sealing member for preventing moisture from entering the heat insulating member.
  • the superconducting cable of the present invention includes a cable member, and a heat insulating member held in a non-vacuum state.
  • the cable member also serves as a core and a storage tube for storing the core.
  • the core has at least a superconducting conductor layer and an insulating layer.
  • the former, superconductor layer, insulating layer, shield layer, and protective layer are provided in order from the center.
  • the shield layer may also be composed of a superconducting wire.
  • the former retains the superconducting conductor layer in a predetermined shape, and a pipe-shaped or stranded wire structure can be used.
  • the material is preferably a nonmagnetic metal material such as copper or aluminum.
  • the inside of the former can be used as a refrigerant flow path.
  • the superconducting conductor layer is formed, for example, by spirally winding a wire made of a superconducting material on a former.
  • a specific example of the superconducting wire is a tape-like one in which a plurality of filaments made of 2223 series oxide superconducting material are arranged in a matrix such as a silver sheath.
  • the winding of the superconducting wire may be a single layer or a multilayer. 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, manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.).
  • the insulating layer is preferably formed by winding semi-synthetic paper such as PPLP (registered trademark of Sumitomo Electric Industries) laminated with polypropylene and kraft paper, or insulating paper such as kraft paper.
  • a semiconductive layer may be formed between at least one of the inner and outer circumferences of the insulating layer, that is, between the conductor layer and the insulating layer, or between the insulating layer and the shield layer.
  • the shield layer is formed by winding a superconducting wire similar to the conductor layer, which is made of a conductive material, outside the insulating layer.
  • a superconducting wire for the shield layer, it is possible to suppress a current having a phase opposite to that of the conductor current from flowing through the shield layer and leaking an alternating magnetic field to the outside.
  • a cushion layer may be interposed between the former and the conductor layer.
  • the cushion layer avoids direct metal-to-metal contact between the foam and superconducting wire and prevents damage to the superconducting wire.
  • the cushion layer It also has a function to make the surface smoother.
  • insulating paper or strong paper can be suitably used as a specific material for the cushion layer.
  • the storage pipe is a pipe material that stores the core, and has a function of mechanically protecting the core.
  • a stainless or aluminum corrugated tube can be used as the storage tube.
  • the housing tube basically has a heat insulating performance for maintaining the refrigerant temperature of the cable member.
  • the heat insulating performance described later bears the heat insulating performance. That is, it is preferable that the heat insulation layer is not provided in the storage tube. With this configuration, the outer diameter of the storage tube can be made as small as possible.
  • the storage pipe may have a heat insulating function.
  • either heat insulation structure of vacuum insulation or non-vacuum insulation may be used.
  • the vacuum insulation structure is adopted for the storage tube, the outer diameter of the cable member cannot be reduced compared to the conventional superconducting cable.
  • the insulation member described later can be used alone or stored. There is no problem because the heat insulation characteristics of the cable members are maintained by the combination of the heat insulation characteristics of the pipe and the heat insulation characteristics of the heat insulation members.
  • the vacuum degree of the storage tube lower than the vacuum degree of the heat insulation tube of the conventional superconducting cable.
  • this heat insulation characteristic is lower than the heat insulation characteristic necessary for maintaining the refrigerant temperature of the cable member, and the heat insulation characteristic.
  • the non-vacuum heat insulating structure of the storage tube can be simplified, and the heat insulating characteristics necessary to maintain the refrigerant temperature of the cable member are the same between the non-vacuum heat insulating structure of the storage tube and the heat insulating member described later. Secured in combination.
  • a heat insulating member held in a non-vacuum state is disposed outside the storage tube.
  • This heat insulating member basically has a heat insulating performance to maintain the refrigerant temperature of the cable member.
  • As the structure of the heat insulating member at least one of a laminated heat insulating material and a filled heat insulating material is suitable.
  • As the laminated heat insulating material so-called super insulation (laminated metal foil and plastic mesh) that is also used in conventional superconducting cables can be suitably used.
  • glass wool, foamed resin, sand, gravel, etc. can be suitably used as the filling heat insulating material.
  • an airgel is desirable for the heat insulating member.
  • Airgel is a porous material in which a large number of extremely fine pores of nano-order are formed, and has high heat insulation properties.
  • Siri Force Aerogel has a large number of pores with an average of 10 nm, its thermal conductivity is 10 mW / mK (38 ° C, 1 atm), has a very high thermal insulation, and is extremely lightweight.
  • Pyrogel trade name manufactured by Aspen Airgel, Inc. of the United States can be used.
  • These heat insulating members can obtain superconducting cables according to various required characteristics by adopting any one of laminated heat insulating materials, filled heat insulating materials alone, and combinations of laminated heat insulating materials and filled heat insulating materials. Can do.
  • the laminated heat insulating material can cover the cable member so as to be wound, it is easy to form the outer shape of the laminated heat insulating material into a cylindrical shape.
  • the filling heat insulating material can be selected from various materials and external shapes that have a high degree of freedom in the material and external shape, and can be selected according to the installation environment, allowable dimensions, and allowable cost.
  • the laminated heat insulating material on the inner peripheral side of the heat insulating member and the filled heat insulating material on the outer peripheral side thereof.
  • the superconducting cable is suitable for the installation environment by disposing the laminated heat insulating material on the inner periphery side, which can effectively insulate radiant heat mainly and obtain high heat insulating properties, and by arranging the filled heat insulating material on the outer peripheral side. You can select the external shape.
  • Said heat insulation member is distribute
  • the sealing member has a function of preventing moisture from entering the heat insulating member and thereby maintaining the heat insulating characteristics of the heat insulating member.
  • the heat insulating member is, for example, a laminated heat insulating material or a heat insulating material filled with a seal member, it is necessary to hold the heat insulating member in a predetermined shape for a sealing member that is difficult to retain by itself. It also has a function to make.
  • the seal member is made of a material capable of preventing moisture from entering.
  • a metal tube, a metal sheet, or a laminate material of a metal sheet and a plastic sheet can be suitably used. These metal sheets and laminates cover the outer periphery of the heat insulating member and join the sheet edges together by welding or adhesion to prevent moisture from entering the sheet.
  • Aluminum, aluminum alloy, stainless steel and the like can be suitably used for the metal tube and the metal sheet.
  • the number of cable members may be one or more.
  • the cable members are arranged close to each other.
  • the cable member group and the heat insulating member are arranged in the case where a plurality of adjacent cable members are collectively arranged in the heat insulating member.
  • the contact area (per 1 article) becomes smaller. As a result, the heat of penetration per cable member can be reduced. In particular, other cable members adjacent to each other can be cooled with each other, and a further heat insulating effect can be expected.
  • the specific distance when the cable members are brought close to each other is zero, that is, the cable members are in contact with each other.
  • the gap be less than or equal to the outer diameter of the cable member. By selecting such an interval, intrusion heat per cable member can be reduced. More preferably, the distance between the cable members is less than half of the outer diameter of the cable members.
  • the cable member may be provided with a refrigerant transport pipe in proximity.
  • the refrigerant transport pipe here is a pipe line used for transporting various refrigerants.
  • transport pipes such as liquid hydrogen, liquid oxygen, liquid nitrogen or LNG are listed.
  • These refrigerant pipes are usually used for transporting cryogenic refrigerants used in hydrogen stations and various plants, and are more efficient by placing them in the heat insulating member close to the cable member.
  • the cable member can be insulated (cooled).
  • the refrigerant transport pipe is also arranged close to the cable member, as in the case of arranging a plurality of cable members. It is desirable that the “proximity” here is the same distance as the “proximity” between the cable members. That is, particularly when the refrigerant temperature in the refrigerant transport pipe is lower than the refrigerant temperature for cooling the superconducting conductor layer of the cable member, it can be expected to cool the cable member adjacent to the refrigerant transport pipe.
  • auxiliary heat insulating structure is a heat insulating structure for preventing each refrigerant of the cable member and the refrigerant transport pipe from coming off from an appropriate temperature mainly due to mutual heat transfer between the cable member and the refrigerant transport pipe.
  • the refrigerant in the cable member is liquid nitrogen (boiling point about 77K, melting point about 63mm) and the refrigerant in the refrigerant transport tube is liquid hydrogen (boiling point about 20mm), the cable member and the refrigerant transport tube are too close to each other. There is a possibility that the liquid nitrogen in the cable member is cooled too much and solidifies, or the liquid hydrogen in the refrigerant transport pipe is warmed and vaporized. For this reason, for example, it is preferable to provide an auxiliary thermal insulation structure in the cable member to prevent the liquid nitrogen in the cable member from being cooled more than necessary or the liquid hydrogen in the refrigerant transport pipe from being warmed.
  • the heat insulation structure is such that the amount of heat by which the cable member is warmed by intrusion heat from the outside and the amount of heat by which the cable member is cooled by the cold heat from the refrigerant transport pipe are balanced, either the cable member or the refrigerant transport pipe Is more preferable because it is easy to maintain at an appropriate temperature.
  • the refrigerant of the cable member is liquid nitrogen (boiling point approximately 77 mm, melting point approximately 63 mm) and the refrigerant in the refrigerant transport tube is liquid natural gas LNG (boiling point approximately 110 mm, melting point approximately 90 mm)
  • the cable member Depending on the configuration and distance of the refrigerant transport pipe, the liquid nitrogen in the cable member may be heated and vaporized, and LNG may be cooled more than necessary and solidify. Therefore, for example, it is preferable to provide an auxiliary heat insulating structure in the refrigerant transport pipe to prevent the liquid nitrogen of the cable member from being warmed or cooling LNG more than necessary.
  • the heat insulation structure is such that the amount of heat by which the refrigerant transport pipe is warmed by the intrusion heat from the outside and the amount of heat by which the refrigerant transport pipe is cooled by the cold heat from the cable member are balanced, the! It is better to keep the deviation at the proper temperature.
  • the auxiliary heat insulating structure provided in the cable member or the refrigerant transport pipe may be a vacuum heat insulating structure or a non-vacuum heat insulating structure.
  • the storage pipe itself constituting the cable member may be configured as a heat insulating layer, or a heat insulating layer may be formed outside the storage forming the cable member.
  • the refrigerant transport pipe itself may be configured as a heat insulating layer, or a heat insulating layer may be formed outside the refrigerant transport pipe.
  • the heat insulating material used for the auxiliary heat insulating structure various known materials can be used as long as they satisfy necessary heat insulating characteristics.
  • a configuration in which at least one of the cable member and the refrigerant transport path is accommodated in a pipe line and a heat insulating member is provided outside the pipe line is preferable.
  • the “cable member or refrigerant transport tube” and the “assembly of the conduit, heat insulating member, and seal member” can be manufactured separately, and later in the conduit of the assembly.
  • a superconducting cable can be constructed, and the efficiency of manufacturing and laying the cable can be improved.
  • the cable member or the refrigerant transport pipe can be installed independently by inserting the cable member or the refrigerant transport pipe into the corresponding pipe line. At this time, since the conduit is provided for each cable member or refrigerant transport pipe, it is possible to easily replace the stored items in the pipe.
  • the pipe line be constructed to be airtight.
  • the gap between the pipe and at least one of the cable member and the refrigerant transport pipe housed in the pipe is sealed at both ends of the pipe containing the cable member.
  • the housing tube of the cable member has a vacuum heat insulation structure. If the inside of the pipe is airtight, when a storage tube with a vacuum sealed structure is used, it is possible to suppress a decrease in the heat insulation performance of the storage tube even if the vacuum sealed structure of the storage tube is broken. In particular, it is preferable to evacuate the inside of the pipe after sealing both ends of the pipe. With this configuration, even if the vacuum sealing structure of the storage pipe is broken, the inside of the pipe line is kept in a vacuum! Therefore, it is possible to more effectively suppress the deterioration of the heat insulation performance of the cable member.
  • the superconducting cable of the present invention can be used in any laying form such as being buried in the ground or concrete, being placed in the air, or being installed on the ground surface.
  • any laying form such as being buried in the ground or concrete, being placed in the air, or being installed on the ground surface.
  • the soil around the superconducting cable has a heat insulating function, it is possible to more efficiently insulate the superconducting cable.
  • the superconducting cable of the present invention can also be used for the!
  • the only loss lost by AC loss is only intrusion heat. Therefore, a power line with minimal loss can be configured by efficient heat insulation using a heat insulating member.
  • the cable member itself can basically reduce the diameter of the cable member that does not need to have a heat insulating function.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a buried state of the superconducting cable of the present invention in Example 1.
  • this superconducting cable has a single cable member 100, a heat insulating member 200 covering the cable member 100, and a seal member 300 covering the heat insulating member 200. It is buried inside the ground G.
  • the single-core superconducting cable member 100 includes a former 111, a superconducting conductor layer 112, an insulating layer 113, a shield layer 114, a protective layer 115, and a storage tube 120 in order from the center.
  • the former 111 to the protective layer 115 constitute the core 110, and the core 110 is accommodated in the accommodating tube 120.
  • Superconducting wires are used for the conductor layer 112 and the shield layer 114.
  • Superelectric power used for this cable member 100 The conducting wire is maintained in a superconducting state by circulating a refrigerant (here, liquid nitrogen) in the space between the core 110 and the storage tube 120.
  • a refrigerant here, liquid nitrogen
  • the former 111 a plurality of insulated copper strands twisted together was used.
  • the former 111 with a stranded wire structure, it is possible to simultaneously reduce AC loss and suppress temperature rise due to overcurrent.
  • the outer strand is made thinner than the center strand, so that the irregularities due to the grooves appear as small as possible on the outer circumference of the former 111.
  • a Bi2223-based Ag-Mn sheath tape wire having a thickness of 0.24 mm and a width of 3.8 mm was used. This tape wire is wound in multiple layers on the former to form the superconducting conductor layer 112. In this conductor layer 112, the twist pitch of the superconducting wire is different in each layer. In addition, the current flowing in each layer can be equalized by changing the winding direction for each layer or for each of a plurality of layers.
  • An insulating layer 113 is formed on the outer periphery of the superconducting conductor layer 112.
  • the insulating layer 113 can be configured using, for example, an insulating tape (PPLP: registered trademark manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.) obtained by laminating kraft paper and a resin film such as polypropylene.
  • PPLP registered trademark manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.
  • a shield layer 114 is provided on the insulating layer 113.
  • the shield layer 114 is formed by winding a superconducting wire similar to that used for the conductor layer 112. In this shield layer 114, a current in the reverse direction is induced with the same magnitude as that of the conductor layer 112, thereby canceling out the magnetic field generated from the conductor layer 112 and preventing leakage of the magnetic field to the outside.
  • a protective layer 115 is formed on the shield layer 114 by wrapping kraft paper.
  • the protective layer 115 mainly mechanically protects the shield layer 114 and electrically insulates from the storage tube 120.
  • a core 110 composed of the former 111 to the protective layer 115 is accommodated in the accommodating tube 120.
  • a stainless corrugated tube was used for the storage tube 120.
  • a refrigerant for cooling the superconducting wire is circulated in the storage tube 120.
  • the storage tube 120 does not have a double tube structure, and does not have a heat insulating structure for keeping the refrigerant at an extremely low temperature.
  • the heat insulating member 200 is arranged so as to cover the periphery of the storage tube 120 (FIG. 1).
  • This insulation member 200 is a cable It is provided with a thickness that provides the heat insulating properties necessary to keep the refrigerant in the member at a predetermined cryogenic temperature. Further, in this example, the heat insulating member 200 is arranged so that its cross-sectional shape is substantially rectangular. This cross-sectional shape is not limited to a rectangle as long as it is determined according to the conditions of the installation location, but may be a circle or the like.
  • the outer periphery of the heat insulating member 200 is covered with a seal member 300.
  • the sealing member 300 prevents the underground moisture from entering the heat insulating member.
  • a stainless steel sheet is wound around the outer periphery of the heat insulating member 200, and the edge of this sheet is joined by welding to form a seal member.
  • the superconducting cable having such a configuration since the vacuum heat insulating layer is not used, it is not necessary to maintain and manage the vacuum. Further, in the conventional superconducting cable, there may be a situation where power transmission is stopped when an abnormality occurs in the heat insulation characteristics of the vacuum heat insulating layer. However, according to the cable of the present invention, such a situation can be avoided. Furthermore, the heat insulation performance of a heat insulation member can be maintained over a long period of time by using a seal member.
  • the heat insulating member 200 described above may be replaced with a silica airgel.
  • silica airgel Pyrogel (trade name) of Aspen Aerogel, Inc., USA, etc. can be used.
  • Silica airgel is lightweight and has excellent heat insulation properties, so that the thickness of the heat insulation member 200 can be made thinner than other materials.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a buried state of the superconducting cable of the present invention in Example 2.
  • Example 1 differences from Example 1 will be mainly described, and description of common configurations will be omitted.
  • the heat insulation member 200 is configured by wrapping a super insulation around a cable member group.
  • the intrusion heat per one cable member can be reduced. .
  • this is because the total contact area force S with the heat insulating member 200 of the cable member group becomes smaller when arranged as a contact state, and the cable members can cool each other.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a buried state of the superconducting cable of the present invention in Example 3.
  • differences from Example 2 are mainly described, and descriptions of common configurations are omitted.
  • the three refrigerant transport pipes 400 are disposed adjacent to the three cable members 100, and the cable member 100 and the refrigerant transport pipe 400 are formed in an inverted triangle shape as a whole. Place it in! /
  • the refrigerant transported by the refrigerant transport pipe 400 was liquid hydrogen (refrigerant temperature: about 20K).
  • the intrusion heat per cable member can be reduced in the same manner as in Example 2. Further, since the refrigerant transport pipe 400 is at a lower temperature than the cable member 100, the cable member 100 can be cooled by the refrigerant transport pipe 400.
  • the cable member 100 may be provided with an auxiliary heat insulating structure. If the refrigerant in the cable member 100 is liquid nitrogen (boiling point approx. 77K, melting point approx. 63 ⁇ ) and the refrigerant in the refrigerant transport pipe 400 is liquid hydrogen (boiling point approx. 20 ⁇ ), the cable member 100 and the refrigerant transport pipe 400 are too close There is a possibility that the liquid nitrogen of the cable member 100 is cooled too much and solidifies, or the liquid hydrogen of the refrigerant transport pipe 400 is heated and vaporized.
  • the cable member 100 is provided with an auxiliary thermal insulation structure, it is possible to prevent the liquid nitrogen in the cable member 100 from being cooled more than necessary or the liquid hydrogen in the refrigerant transport pipe 400 from being warmed.
  • An example of the auxiliary heat insulating structure is to provide a plastic jacket on the outside of a stainless corrugated pipe that is a storage pipe.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a buried state of the superconducting cable of the present invention in Example 4.
  • the heat insulating member is composed of two kinds of materials. That is, the inner peripheral side close to the cable member was constituted by the laminated heat insulating material 210, and the outer peripheral side far from the cable member cover was constituted by the filled heat insulating material 220. More specifically, super insulation is used as the laminated heat insulating material 210, and foamed resin is used as the filled heat insulating material 220.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a buried state of the superconducting cable of the present invention in Example 5. Again, differences from the second embodiment will be mainly described, and descriptions of common configurations will be omitted.
  • each of the three cable members 100 is accommodated in the pipe line 500.
  • the three cable members 100 are prepared, the heat insulating member 200 common to the outside of the three pipe lines 500 is disposed, and the outer periphery of the heat insulating member 200 is covered with the seal member 300.
  • a superconducting cable can be obtained by individually housing each of the three cable members 100 in each pipe 500 in the assembly. Therefore, a superconducting cable can be laid for each line.
  • the housing pipe of the cable member 100 is a vacuum heat insulating pipe having a double pipe force, and the end of the pipe line 500 is sealed to evacuate the inside of the force pipe line 500 as well.
  • the degree of vacuum of the storage pipe and the degree of vacuum in the pipe line may be lower than the degree of vacuum between heat insulation in the conventional superconducting cable. This is because the heat insulating property of the cable member 100 is maintained by the heat insulating member 200 that covers the outside of the cable member 100.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a cable member constituting the single-core superconducting cable of Example 6. Again, mainly the differences from Example 1 are explained, and the common configuration The description about it is omitted.
  • the storage tube 120 of the cable member 100 in Example 1 has a vacuum heat insulating structure with double tube force. That is, the storage tube 120 has an inner tube 121 and an outer tube 122, and a super-insulation is arranged between both the tubes 121 and 122, and a vacuum is formed.
  • the vacuum insulation structure is used for the storage tube 120, it is not possible to eliminate the maintenance of the vacuum, but in the unlikely event that the vacuum performance of the storage tube 120 is abnormal. Even if it occurs, since the heat insulating performance of the cable member 100 is maintained by the heat insulating member, a more reliable superconducting cable line can be constructed.
  • the single-core superconducting cable is a three-core superconducting cable, the same structure as in Fig. 8 can be used.
  • the superconducting cable of the present invention can be suitably used as a power transportation means.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a buried state of a superconducting cable in Example 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a cable member constituting the superconducting cable of Example 1.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a buried state of a superconducting cable in Example 2.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a buried state of a superconducting cable in Example 3.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a buried state of a superconducting cable in Example 4.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a buried state of a superconducting cable in Example 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a cable member constituting the superconducting cable of Example 6.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional superconducting cable.

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

　真空断熱構造を有することなく所定の断熱特性を保持する超電導ケーブルを提供する。 　本発明超電導ケーブルは、超電導導体層と絶縁層とを有するコアが収納管に収納されたケーブル部材100と、このケーブル部材100の外側に設けられて、非真空状態に保持された断熱部材200と、断熱部材200への水分の浸入を防止するシール部材300とを有する。ケーブル部材100の外側に非真空状態に保持された断熱部材200を配することで、真空断熱構造を採用することなく所定の断熱特性を保持することができる。

Description

明 細 書
超電導ケーブル
技術分野
[0001] 本発明は、超電導ケーブルに関するものである。特に、真空断熱構造を有しないか
、真空断熱構造を有するが、その真空が破れることがあっても断熱性能を保持できる 超電導ケーブルに関するものである。
背景技術
[0002] 超電導ケーブルとして、図 8に記載の超電導ケーブルが提案されている。図 8は、 3 心一括型超電導ケーブルの断面図で、その超電導ケーブルは 3本のコア 110を断熱 管 600内に収納した構成である。
[0003] ケーブルコア 110は、中心から順にフォーマ 111、超電導導体層 112、絶縁層 113、シ 一ルド層 114、保護層 115を具えている。導体層 112は、フォーマ 111上に超電導線材 を多層に螺旋状に卷回して構成される。通常、超電導線材には、酸化物超電導材料 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のもの が用いられる。絶縁層 113は半合成絶縁紙などの絶縁紙を卷回して構成される。シー ルド層 114は、絶縁層 113上に導体層 112と同様の超電導線材を螺旋状に卷回して構 成する。そして、保護層 115には絶縁紙などが用いられる。
[0004] 一方、断熱管 600は、内管 610と外管 620とからなる二重管の間に断熱材 (図示せず) が配置され、かつ二重管内が真空引きされた構成である。断熱管 600の外側には、 防食層 630が形成されている。そして、フォーマ 111内（フォーマが中空の場合)や内 管 610とコア 110の間に形成される空間に液体窒素などの冷媒を充填 *循環し、絶縁 層 113に冷媒が含浸された状態で使用状態とされる。
[0005] 特許文献 1：特開 2002-140944号公報 (図 2)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力し、上記の超電導ケーブルでは次のような問題があった。
[0007] (1)真空断熱構造が必要で、ケーブルが大型化する。 真空断熱構造とするために、二重管構造の断熱管を用い、その断熱管内を真空に 引く必要がある。そのため、断熱管の厚みが大きくなり、特に超電導ケーブルの外径 が大型化することになる。その結果、超電導ケーブルの製造コストも高くなる。
[0008] (2)断熱管の真空性能の維持 ·管理が煩雑である。
真空引きされた二重管構造の断熱管を用いることで、超電導ケーブルの製造'布 設-運用にいたる全ての段階で真空性能の維持'管理が必要となる。特に、断熱管の 真空性能に異常が生じた場合、再度所定の真空状態に復帰するために多大な時間 を要する。状況によっては所定の真空状態への復帰が一定時間内に困難な場合も 考えられ、その場合は冷媒温度を維持できな ヽため送電機能を喪失する可能性もあ り得る。
[0009] 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その主目的は、真空断熱構造を有 することなく所定の断熱特性を保持する超電導ケーブルを提供することにある。
[0010] また、本発明の他の目的は、真空断熱構造を有するが、その真空が破れた場合で も所定の断熱特性を維持できる超電導ケーブルを提供することにある。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明は、真空断熱以外の断熱部材を用いることで上記の目的を達成する。
[0012] 本発明超電導ケーブルは、超電導導体層と絶縁層とを有するコアが収納管に収納 されたケーブル部材と、このケーブル部材の外側に設けられて、非真空状態に保持 された断熱部材と、断熱部材への水分の浸入を防止するシール部材とを有すること を特徴とする。
[0013] ケーブル部材の外側に非真空状態に保持された断熱部材を配することで、真空断 熱構造を採用することなく所定の断熱特性を保持することができる。また、この断熱部 材にシール部材を設けることで、断熱部材への水分の浸入を防止し、断熱部材の断 熱特性を維持することができる。
[0014] 以下、本発明の超電導ケーブルをより詳しく説明する。
[0015] 本発明超電導ケーブルは、ケーブル部材と、非真空状態に保持された断熱部材と
、断熱部材への水分の浸入を防止するシール部材とを有する。
[0016] <ケーブル部材 > まず、ケーブル部材は、コアと、コアを収納する収納管と力もなる。コアは、少なくと も超電導導体層と絶縁層とを有する。代表的には、中心から順にフォーマ、超電導導 体層、絶縁層、シールド層、保護層を具えている。シールド層も超電導線材で構成し ても良い。
[0017] フォーマは、超電導導体層を所定形状に保形するもので、パイプ状のものや撚り線 構造のものが利用できる。材質には、銅やアルミニウムなどの非磁性の金属材料が 好適である。フォーマをパイプ状のものとした場合、フォーマ内を冷媒の流路とできる
[0018] 超電導導体層は、例えば、超電導材料からなる線材をフォーマ上に螺旋状に卷回 することで形成する。超電導線材の具体例としては、 ΒΪ2223系酸化物超電導材料か ら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のものが 挙げられる。超電導線材の卷回は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 株式会社製、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。
[0019] 絶縁層は、ポリプロピレンとクラフト紙をラミネートした PPLP (住友電気工業株式会社 の登録商標)などの半合成紙やクラフト紙などの絶縁紙を卷回して形成することが好 ましい。また、絶縁層の内外周の少なくとも一方、つまり導体層と絶縁層との間や、絶 縁層とシールド層との間に半導電層を形成しても良い。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、導体層と絶縁層の間あるいは絶縁層とシールド 層の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。
[0020] また、絶縁層の外側には、シールド層を設けることが好ましい。シールド層は導電材 料で構成すればよぐ導体層と同様の超電導線材を絶縁層の外側に卷回して構成 することが好適である。シールド層に超電導線材を用いることで、導体電流と逆位相 の電流がシールド層に流れ、外部に交流の磁場が漏洩するのを抑制することができ る。
[0021] その他、フォーマと導体層との間にクッション層を介在してもよい。クッション層は、フ ォーマと超電導線材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、絶縁紙や力 一ボン紙が好適に利用できる。
[0022] 一方、収納管はコアを収納する管材で、コアを機械的に保護する機能を有する。例 えば、ステンレス又はアルミニウムのコルゲート管を収納管に利用することができる。 この収納管は、基本的にはケーブル部材の冷媒温度を保持する断熱性能を有する 必要はなぐその断熱性能は後述する断熱部材が負担する。つまり、収納管には、断 熱層が設けられていないことが好ましい。この構成により、収納管の外径を極力小さく することができる。
[0023] もっとも、収納管に断熱機能を持たせても構わない。その場合、真空断熱と非真空 断熱のいずれの断熱構造でもよい。収納管に真空断熱構造を採用した場合、従来 の超電導ケーブルに比べてケーブル部材の外径を小さくすることはできなくなるが、 もし真空性能が低下しても、後に述べる断熱部材単独で、若しくは収納管の断熱特 性と断熱部材の断熱特性との組合せによりケーブル部材の断熱特性が維持されて いるので問題はない。収納管に真空断熱構造を採用しながらもケーブル部の外径を 小さくするには、収納管の真空度を従来の超電導ケーブルの断熱管の真空度よりも 低くすることが考えられる。また、収納管に非真空断熱構造を採用した場合、この断 熱特性はケーブル部材の冷媒温度を保持するのに必要な断熱特性よりも低 、断熱 特性とする。この場合、収納管の非真空断熱構造を簡略ィ匕することができ、ケーブル 部材の冷媒温度を保持するのに必要な断熱特性は、収納管の非真空断熱構造と後 述する断熱部材との組合せで確保される。
[0024] <断熱部材>
このような収納管の外側には非真空状態に保持された断熱部材が配される。この 断熱部材は、ケーブル部材の冷媒温度を保持する断熱性能を有することを基本とす る。断熱部材の構造としては、積層断熱材と充填断熱材の少なくとも一方が好適であ る。積層断熱材としては、従来の超電導ケーブルでも用いられているいわゆるスーパ 一インシュレーション (金属箔とプラスチックメッシュを積層したもの）が好適に利用で きる。一方、充填断熱材としては、グラスウール、発泡榭脂、砂、砂利などが好適に利 用できる。 [0025] 特に、断熱部材にはエアロジェルが望ましい。エアロジェルは、ナノオーダの非常 に微細な空孔が多数形成された多孔質材で、高い断熱性を有している。例えばシリ 力エアロジェルは、平均 10nmの多数の空孔をもち、その熱伝導率は 10mW/m-K(38 °C、 1気圧)と非常に高い断熱性を有し、さらには極めて軽量である。このエアロジェル としては、例えば米国アスペンエアロジェル社の Pyrogel (商品名）などを利用すること ができる。
[0026] これらの断熱部材は、積層断熱材単独、充填断熱材単独、積層断熱材と充填断熱 材の組合せのいずれかを採用することにより、種々の要求特性に応じた超電導ケー ブルを得ることができる。通常、積層断熱材は巻き付けるようにケーブル部材を覆うこ とができるので、積層断熱材の外形を円筒状に成形しやすい。一方、充填断熱材は 、その材質や外形の自由度が高ぐ種々の材質や外形形態を選択することができ、 布設環境、許容寸法、許容コストに応じた選択が可能である。例えば、積層断熱材を 断熱部材の内周側に、充填断熱材をその外周側に配することが望ましい。積層断熱 材を内周側に配することで、主に輻射熱を効果的に断熱し、高い断熱特性を得ること ができ、充填断熱材を外周側に配することで布設環境に適合した超電導ケーブルの 外形を選択することができる。
[0027] <シール部材>
上記の断熱部材は、ケーブル部材の外側に配され、シール部材でシールされる。 シール部材は、断熱部材への水分の浸入を防止し、それにより断熱部材の断熱特性 を維持する機能を有する。また、断熱部材は、上記のように、例えば積層断熱材ゃ充 填断熱材であるため、それ自体で保形することが難しぐシール部材は断熱部材を 所定の形状に保持してばらけな 、ようにする機能も有する。
[0028] シール部材は水分の浸入を阻止できる材料で構成する。例えば、金属管、金属シ ート或いは金属シートとプラスチックシートのラミネート材などが好適に利用できる。こ れら金属シートやラミネート材は、断熱部材の外周を覆って、シート端縁同士を溶接 や接着などにより接合し、シート内部に水分が浸入しないようにする。金属管や金属 シートには、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどが好適に利用できる。
[0029] <複数のケーブル部材の配置 > 以上のような超電導ケーブルにお!/、て、ケーブル部材の条数は一条でも複数条で も構わない。ケーブル部材を複数条とした場合、各ケーブル部材は近接して配するこ とが好ましい。特に、共通する断熱部材内に複数のケーブル部材を近接して配置す ることが好適である。複数のケーブル部材を独立して断熱部材内に配した場合に比 ベて、近接させた複数のケーブル部材を一括して断熱部材内に配した場合の方がケ 一ブル部材群と断熱部材との接触面積（1条当たり）が小さくなる。そのため、ケープ ル部材 1条当たりの侵入熱を小さくすることができる。特に、各ケーブル部材が近接 する他のケーブル部材を互いに冷却することも可能で、一層の断熱効果も期待でき る。
[0030] 各ケーブル部材を近接させる際の具体的な間隔は、ゼロとすること、すなわちケー ブル部材同士が接触していることが理想的である。但し、ケーブル部材同士に間隔 があっても、その間隔はケーブル部材の外径以下とすることが好適である。このような 間隔を選択することで、ケーブル部材 1条当たりの侵入熱を低減することができる。よ り好ましいケーブル部材間の間隔はケーブル部材の外径の半分以下である。
[0031] <冷媒輸送管の複合 >
その他、ケーブル部材には、近接して冷媒輸送管を設けてもよい。ここでの冷媒輸 送管は、種々の冷媒を輸送することに利用される管路のことである。代表的には、液 体水素、液体酸素、液体窒素または LNGなどの輸送管が挙げられる。これらの冷媒 管は、通常、水素ステーションや各種プラントなどで利用される極低温の冷媒を輸送 することに用いられており、ケーブル部材と近接して断熱部材内に配することで、より 効率的にケーブル部材の断熱 (冷却）を行なうことができる。
[0032] この冷媒輸送管も複数のケーブル部材を配する場合と同様に、ケーブル部材と近 接して配することが好適である。ここでの「近接」もケーブル部材同士の「近接」と同様 の間隔とすることが望ましい。つまり、特に、冷媒輸送管の冷媒温度が、ケーブル部 材の超電導導体層を冷却する冷媒温度よりも低い場合、冷媒輸送管に近接するケ 一ブル部材を冷却することも期待できる。
[0033] ただし、ケーブル部材の超電導導体層を冷却する冷媒温度と冷媒輸送管の冷媒 温度との関係によっては、ケーブル部材および冷媒輸送管の少なくとも一方に補助 断熱構造を構成しても良い。この補助断熱構造は、ケーブル部材および冷媒輸送管 の各冷媒が、主としてケーブル部材と冷媒輸送管の相互の熱移動により適正温度か ら外れることを防止するための断熱構造である。
[0034] 例えば、ケーブル部材の冷媒が液体窒素（沸点約 77K、融点約 63Κ)で、冷媒輸送 管の冷媒が液体水素 (沸点約 20Κ)の場合、ケーブル部材と冷媒輸送管が近接しす ぎるとケーブル部材の液体窒素が冷却されすぎて固化するか、冷媒輸送管の液体 水素が暖められて気化する可能性がある。そのため、例えばケーブル部材に補助断 熱構造を設けて、ケーブル部材の液体窒素が必要以上に冷却されること、或いは冷 媒輸送管の液体水素が暖められることを抑制することが好ましい。特に、外部からの 侵入熱によりケーブル部材が暖められる熱量と冷媒輸送管からの冷熱によりケープ ル部材が冷やされる熱量とが平衡するような断熱構造とすれば、ケーブル部材と冷 媒輸送管のいずれもが適正温度に保持しやすくより好ましい。
[0035] その他、ケーブル部材の冷媒が液体窒素（沸点約 77Κ、融点約 63Κ)で、冷媒輸送 管の冷媒が液ィ匕天然ガス LNG (沸点約 110Κ、融点約 90Κ)の場合、ケーブル部材と 冷媒輸送管の構成や距離によってはケーブル部材の液体窒素が暖められて気化す る力、 LNGが必要以上に冷却されて固化する可能性がある。そのため、例えば冷媒 輸送管に補助断熱構造を設けてケーブル部材の液体窒素が暖められること或いは L NGが必要以上に冷却されることを抑制することが好ましい。特に、外部からの侵入熱 により冷媒輸送管が暖められる熱量とケーブル部材からの冷熱により冷媒輸送管が 冷やされる熱量とが平衡するような断熱構造とすれば、ケーブル部材と冷媒輸送管 の!、ずれもが適正温度に保持しやすくより好まし 、。
[0036] このケーブル部材あるいは冷媒輸送管に設ける補助断熱構造も真空断熱構造で あっても非真空断熱構造であってもよ ヽ。ケーブル部材に補助断熱構造を設ける場 合、ケーブル部材を構成する収納管自体を断熱層として構成しても良いし、ケープ ル部材を構成する収納の外側に断熱層を形成しても良い。また、冷媒輸送管に補助 断熱構造を設ける場合、冷媒輸送管自体を断熱層として構成しても良いし、冷媒輸 送管の外側に断熱層を形成しても良い。補助断熱構造に用いる断熱材は、必要な 断熱特性を満たすものであれば、公知の種々の材料が利用できる。 [0037] <管路>
ケーブル部材と冷媒輸送路の少なくとも一方が管路に収納され、その管路の外側 に断熱部材が設けられている構成が好ましい。管路内にケーブル部材を収納するこ とで、「ケーブル部材または冷媒輸送管」と「管路 ·断熱部材 ·シール部材の組立体」 とを別個に製作でき、後に組立体の管路内にケーブル部材または冷媒輸送管を揷 入することで超電導ケーブルを構成でき、同ケーブルの製造'布設の効率ィ匕を図るこ とができる。特に、ケーブル部材あるいは冷媒輸送管を、その個々に対応した管路に 挿入することで、ケーブル部材ゃ冷媒輸送管を独立して設置することができる。その 際、個々のケーブル部材あるいは冷媒輸送管ごとに管路を設けているため、管路内 の収納物を入れ替えることも容易に行える。
[0038] この管路は気密に構成することが望ましい。例えば、ケーブル部材を収納した管路 の両端部において、管路と、管路内に収納されているケーブル部材及び冷媒輸送管 の少なくとも一方との間隙を封止する。その際、このケーブル部材の収納管は真空断 熱構造としておくことが望ましい。管路内が気密にされていれば、真空封止構造の収 納管を用いた場合、収納管の真空封止構造が破れても収納管の断熱性能が低下す ることを抑制できる。特に、管路の両端部を封止した後に管路内を真空引きすること が好ましい。この構成により、収納管の真空封止構造が破れても管路内が真空に保 持されて!、るため、ケーブル部材の断熱性能が低下することをさらに効果的に抑制 できる。
[0039] <超電導ケーブルの布設形態 >
本発明超電導ケーブルは、地中やコンクリート中に埋設したり、気中に配したり、地 表面に設置することなど、いずれの布設形態も利用できる。特に、地中やコンクリート 中への埋設は、超電導ケーブル周辺の土壌が断熱機能を有するため、超電導ケー ブルの断熱をより効率ィ匕することが可能である。
[0040] <超電導ケーブルの種類 >
本発明超電導ケーブルは、直流ケーブルと交流ケーブルの!/、ずれにも利用できる 。特に、直流ケーブルでは交流損がなぐ損失は侵入熱だけになるため、断熱部材 による効率的な断熱により、損失を極小化した電力線路を構成することができる。 発明の効果
[0041] 本発明超電導ケーブルによれば、次の効果を奏することができる。
(1)ケーブル部材の外側に非真空状態に保持された断熱部材を配することで、真空 断熱構造を採用することなく所定の断熱特性を保持することができる、従来の超電導 ケーブルのように真空性能の維持 ·管理を行う必要がない。それに伴い、 A:超電導 ケーブルの構成を簡略ィ匕することができる、 B：ケーブルコストの削減を実現すること ができる、 C :従来の超電導ケーブルのように、断熱管の真空性能の異常により送電 停止に至るような事態を回避することができる、といった効果が期待できる。
[0042] (2)断熱部材にシール部材を設けることで、断熱部材への水分の浸入を防止し、断 熱部材の断熱特性を維持することができる。
[0043] (3)断熱機能を断熱部材に負担させることで、ケーブル部材自体は、基本的には断 熱機能を持つ必要がなぐケーブル部材の径を小さくすることができる。
[0044] (4)ケーブル部材の収納管に真空断熱構造を採用した場合、その真空性能に異常 が生じても断熱部材によりケーブル部材の断熱特性が保持できるため、より信頼性の 高 、超電導ケーブル線路を構築することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0045] 以下、本発明の実施の形態を説明する。
[0046] (実施例 1)
まず、地中に埋設した場合を例として本発明超電導ケーブルを説明する。図 1は実 施例 1における本発明超電導ケーブルの埋設状態を示す概略図である。
[0047] この超電導ケーブルは、図 1に示すように、 1条のケーブル部材 100と、このケーブル 部材 100を覆う断熱部材 200と、断熱部材 200を覆うシール部材 300とを有しており、大 地 Gの内部に埋設されて ヽる。
[0048] 単心の超電導ケーブル部材 100は、図 2に示すように、中心から順に、フォーマ 111 、超電導導体層 112、絶縁層 113、シールド層 114、保護層 115、収納管 120を有してい る。これらの構成部材のうち、フォーマ 111から保護層 115までがコア 110を構成してお り、このコア 110が収納管 120内に収納された構成となっている。また、導体層 112とシ 一ルド層 114には超電導線材が用いられる。このケーブル部材 100に用いられる超電 導線材は、コア 110と収納管 120との間の空間に冷媒 (ここでは液体窒素）を循環させ て、超電導状態に保持される。
[0049] フォーマ 111には、複数の絶縁銅素線を撚り合わせたものを用いた。撚り線構造の フォーマ 111とすることで、交流損失の低減と過電流での温度上昇抑制を同時に実 現できる。また、本例では、中心側の素線よりも外周側の素線を細くし、フォーマ 111 の外周面に現れるより溝による凹凸を極力小さくしている。
[0050] 超電導導体層 112には、厚さ 0.24mm、幅 3.8mmの Bi2223系 Ag- Mnシーステープ線 材を用いた。このテープ線材をフォーマの上に多層に卷回して超電導導体層 112を 構成する。この導体層 112は、各層で超電導線材の撚りピッチが異なっている。加え て、各層ごと又は複数層ごとに巻き方向を変えることで、各層に流れる電流の均流化 を図ることができる。
[0051] 超電導導体層 112の外周には、絶縁層 113が形成されている。この絶縁層 113は、 例えばクラフト紙とポリプロピレンなどの榭脂フィルムとをラミネートした絶縁テープ (住 友電気工業株式会社製 PPLP:登録商標)を用いて構成することができる。
[0052] この絶縁層 113の上にシールド層 114を設ける。シールド層 114は、導体層 112に用 いたものと同様の超電導線材を卷回して形成される。このシールド層 114には、導体 層 112とほぼ同じ大きさで逆方向の電流が誘導されることで導体層 112から生じる磁 場を相殺し、外部への磁場の漏洩を防止することができる。
[0053] さらに、シールド層 114の上に、クラフト紙を巻き付けて保護層 115を形成している。
この保護層 115は、主としてシールド層 114を機械的に保護すると共に、収納管 120と 電気的に絶縁する。
[0054] そして、これらフォーマ 111から保護層 115までで構成されるコア 110が収納管 120に 収納されている。ここでは、収納管 120にステンレス製のコルゲート管を用いた。この 収納管 120内に超電導線材を冷却する冷媒が流通される。また、この収納管 120は二 重管構造になっておらず、前記冷媒を極低温に保持するための断熱構造も有してい ない。
[0055] 一方、断熱部材 200は、上記の収納管 120の周囲を覆うように配されている（図 1)。
ここでは、グラスウールを断熱部材 200として用いた。この断熱部材 200は、ケーブル 部材内の冷媒を所定の極低温に保持するのに必要な断熱特性を具えるような厚さに 設けられている。また、本例では、断熱部材 200を、その断面形状がほぼ矩形状とな るように配置している。この断面形状は、設置場所の条件などにより決定すればよぐ 矩形に限定されるわけではなく円形などでもよ 、ことは 、うまでもな 、。
[0056] さらに、この断熱部材 200の外周は、シール部材 300で覆われている。シール部材 3 00により、地中の水分が断熱部材内に浸入することを防止する。本例では、ステンレ スシートを断熱部材 200の外周に巻き付けて、このシートの端縁を溶接にて接合する ことでシール部材とした。
[0057] このような構成の超電導ケーブルによれば、真空断熱層を用いていないため、真空 の維持 ·管理を行う必要もない。また、従来の超電導ケーブルでは真空断熱層の断 熱特性に異常が生じた場合、送電を停止する事態もあり得たが、本発明ケーブルに よれば、そのような事態も回避することができる。さらに、シール部材を用いることで、 断熱部材の断熱性能を長期にわたって維持することができる。
[0058] 本例の変形例として、上記の断熱部材 200をシリカエアロジェルに代えても良い。こ のシリカエアロジェルとしては、米国アスペンエアロジェル社の Pyrogel (商品名）など を利用することができる。シリカエアロジェルは軽量な上、非常に優れた断熱特性を 有するため、他の材料に比べて断熱部材 200の厚さを薄くすることができる。
[0059] (実施例 2)
次に、複数条のケーブル部材を用いた本発明超電導ケーブルを説明する。図 3は 、実施例 2における本発明超電導ケーブルの埋設状態を示す概略図である。本例で は、主として実施例 1との相違点を説明し、共通する構成についての説明は省略する
[0060] 本例では、実施例 1と同様のケーブル部材 100を 3条用い、これらを接触状態で断 熱部材 200の内部に三角形状に配置している。また、断熱部材 200には、スーパーィ ンシユレーシヨンをケーブル部材群に巻き付けることで構成している。
[0061] このように、 3条のケーブル部材 100を近接して断熱部材内に配置することで、実施 例 1での作用効果に加え、ケーブル部材 1条当たりの侵入熱を小さくすることができる 。これは、各ケーブル部材 100を個々に断熱部材 200内に配した場合と比べ、 3条を 接触状態として配置した場合の方がケーブル部材群の断熱部材 200との総接触面積 力 S小さくなることや、ケーブル部材同士が互いに冷却し合うことができるからである。
[0062] (実施例 3)
次に、実施例 2に冷媒輸送管を組み合わせた場合を例として、本発明超電導ケー ブルを説明する。図 4は、実施例 3における本発明超電導ケーブルの埋設状態を示 す概略図である。本例では、主として実施例 2との相違点を説明し、共通する構成に ついての説明は省略する。
[0063] ここでは、 3条のケーブル部材 100の隣接間に 3条の冷媒輸送管 400を配置し、ケー ブル部材 100と冷媒輸送管 400を全体として逆三角形状となるように断熱部材 200内 に配置して!/、る。冷媒輸送管 400で輸送される冷媒は液体水素（冷媒温度：約 20K)と した。
[0064] 本例の場合も、実施例 2と同様にケーブル部材 1条当たりの侵入熱を低減すること ができる。また、冷媒輸送管 400の方がケーブル部材 100よりもより低温であるため、 冷媒輸送管 400によりケーブル部材 100を冷却することも可能である。
[0065] 本例の変形例としては、ケーブル部材 100に補助断熱構造を設けることが挙げられ る。ケーブル部材 100の冷媒が液体窒素（沸点約 77K、融点約 63Κ)で、冷媒輸送管 4 00の冷媒が液体水素（沸点約 20Κ)の場合、ケーブル部材 100と冷媒輸送管 400が近 接しすぎるとケーブル部材 100の液体窒素が冷却されすぎて固化するか、冷媒輸送 管 400の液体水素が暖められて気化する可能性がある。ケーブル部材 100に補助断 熱構造を設ければ、ケーブル部材 100の液体窒素が必要以上に冷却されること或い は冷媒輸送管 400の液体水素が暖められることを抑制できる。補助断熱構造としては 、収納管であるステンレス製のコルゲート管の外側にプラスチック外被を設けることが 挙げられる。
[0066] (実施例 4)
次に、実施例 1における断熱部材の構成を変えた本発明超電導ケーブルの変形例 を説明する。図 5は実施例 4における本発明超電導ケーブルの埋設状態を示す概略 図である。ここでも主として実施例 1との相違点を説明し、共通する構成についての 説明は省略する。 [0067] 本例では、断熱部材を 2種類の材料で構成した。すなわち、ケーブル部材に近!ヽ 内周側を積層断熱材 210で、ケーブル部材カゝら離れた外周側を充填断熱材 220で構 成した。より具体的には、積層断熱材 210としてスーパーインシュレーションを用い、 充填断熱材 220として発泡榭脂を用いて 、る。
[0068] 積層断熱材 210と充填断熱材 220とを組み合わせることで、熱の輻射と伝導の双方 を効果的に遮断し、高い断熱特性を得ることができる。
[0069] (実施例 5)
次に、実施例 2におけるケーブル部材を管路に収納した本発明超電導ケーブルの 変形例を説明する。図 6は実施例 5における本発明超電導ケーブルの埋設状態を示 す概略図である。ここでも主として実施例 2との相違点を説明し、共通する構成につ いての説明は略する。
[0070] 本例では、 3条のケーブル部材 100の各々を管路 500に収納している。この構成によ れば、 3条のケーブル部材 100を作製しておき、 3本の管路 500の外側に共通する断 熱部材 200を配すると共に断熱部材 200の外周をシール部材 300で覆った組立体を 別途作製しておく。そして、 3条のケーブル部材 100の各々を、組立体における各管 路 500内に個々に収納することで超電導ケーブルを得ることができる。従って、 1条ご とに超電導ケーブルの布設が可能となる。
[0071] 本例の変形例として、ケーブル部材 100の収納管を二重管力 なる真空断熱管とし 、さらに管路 500の端部を封止して力 管路 500内も真空引きする構成が挙げられる。 この構成によれば、収納管の真空封止が破れても、管路 500内の真空が保持されて いるため、ケーブル部材 100の断熱特性が低下することがない。この場合、収納管の 真空度も管路内の真空度も、従来の超電導ケーブルにおける断熱間の真空度よりも 低くてもょ 、。ケーブル部材 100の外側を覆う断熱部材 200によりケーブル部材 100の 断熱特性は保たれるからである。
[0072] (実施例 6)
次に、実施例 1におけるケーブル部材の構成を変えた本発明超電導ケーブルの変 形例を説明する。図 7は実施例 6の単心型超電導ケーブルを構成するケーブル部材 の横断面図である。ここでも主として実施例 1との相違点を説明し、共通する構成に ついての説明は省略する。
[0073] 本例では、実施例 1におけるケーブル部材 100の収納管 120を二重管力 なる真空 断熱構造としている。つまり、収納管 120は内管 121と外管 122とを有し、両管 121, 122 の間はスーパーインシュレーションが配されると共に、真空に構成されている。
[0074] 本例の構成によれば、収納管 120に真空断熱構造を用いているため、真空の維持' 管理を不要にすることはできないが、万一、収納管 120の真空性能に異常が生じても 、断熱部材でケーブル部材 100の断熱性能は維持されるため、より信頼性の高い超 電導ケーブル線路を構築することができる。なお、本例では単心型の超電導ケープ ルについて説明した力 3心一括型の超電導ケーブルであれば、図 8と同様の構造 をケーブル部材とすれば良 、。
産業上の利用可能性
[0075] 本発明超電導ケーブルは、電力輸送手段として好適に利用することができる。
図面の簡単な説明
[0076] [図 1]実施例 1における超電導ケーブルの埋設状態を示す概略図である。
[図 2]実施例 1の超電導ケーブルを構成するケーブル部材の横断面図である。
[図 3]実施例 2における超電導ケーブルの埋設状態を示す概略図である。
[図 4]実施例 3における超電導ケーブルの埋設状態を示す概略図である。
[図 5]実施例 4における超電導ケーブルの埋設状態を示す概略図である。
[図 6]実施例 5における超電導ケーブルの埋設状態を示す概略図である。
[図 7]実施例 6の超電導ケーブルを構成するケーブル部材の横断面図である。
[図 8]従来の超電導ケーブルの横断面図である。
符号の説明
[0077] 100 ケーブル部材 110 コア 120 収納管
111 フォーマ 112 超電導導体層 113 絶縁層 114 シールド層
115 保護層 121 内管 122 外管
200 断熱部材 210 積層断熱材 220 充填断熱材
300 シール部材
400 冷媒輸送管 500 管路
600 断熱管 610 内管 620 外管 630 防食層 G 大地

Claims

請求の範囲
[I] 超電導導体層と絶縁層とを有するコアが収納管に収納されたケーブル部材と、 このケーブル部材の外側に設けられて、非真空状態に保持された断熱部材と、 断熱部材への水分の浸入を防止するシール部材とを有することを特徴とする超電 導ケーブル。
[2] 収納管には、断熱層が設けられていないことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載 の超電導ケーブル。
[3] 断熱部材が積層断熱材と充填断熱材の少なくとも一方カゝら構成されていることを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の超電導ケーブル。
[4] 断熱部材の内周側が積層断熱材で、外周側が充填断熱材であることを特徴とする 請求の範囲第 3項に記載の超電導ケーブル。
[5] 複数のケーブル部材が近接して配されていることを特徴とする請求の範囲第 1項〜 第 4項の 、ずれかに記載の超電導ケーブル。
[6] 各ケーブル部材の間隔が、ケーブル部材の外径以下であることを特徴とする請求 の範囲第 5項に記載の超電導ケーブル。
[7] さらに、ケーブル部材に近接して冷媒輸送管が配され、ケーブル部材と冷媒輸送 管は共通する断熱部材で覆われていることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 4項 の！、ずれかに記載の超電導ケーブル。
[8] ケーブル部材および冷媒輸送管の間隔が、ケーブル部材の外径以下であることを 特徴とする請求の範囲第 7項に記載の超電導ケーブル。
[9] ケーブル部材および冷媒輸送管の少なくとも一方に補助断熱構造が設けられたこ とを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の超電導ケーブル。
[10] ケーブル部材と冷媒輸送管の少なくとも一方が管路に収納され、管路の外側に断 熱部材が配されていることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の超電導ケーブル。
[II] 管路と、管路内に収納されているケーブル部材及び冷媒輸送管の少なくとも一方と の間隙が気密に構成されていることを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の超電 導ケーブル。
[12] 前記管路内が真空引きされていることを特徴とする請求の範囲第 11項に記載の超 電導ケーブル。
[13] 断熱部材がエアロジェルであることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 4項の 、ず れかに記載の超電導ケーブル。
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