WO2012102341A1

WO2012102341A1 - 超電導ケーブルの接続構造及びその布設方法並びに超電導ケーブルの接続構造の真空引き方法

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Publication number: WO2012102341A1
Application number: PCT/JP2012/051660
Authority: WO
Inventors: 八木　正史; 隆治三觜; 朋哉野村; 太郎松岡
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; International Superconductivity Technology Center
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; International Superconductivity Technology Center
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2013-07-27
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Abstract

　断熱管１２を断熱内管１２１と断熱外管１２２の二重構造とし、中間接続部２０を外部容器２２と内部容器２１による二重構造とし、断熱内管と断熱外管とは、外部容器の壁面を貫通し、少なくとも内部容器の壁面まで引き込まれており、断熱内管の引き込み端部と断熱外管の引き込み端部とを接合して断熱内管と前記断熱外管の間の領域を密閉し、断熱外管の外部容器の壁面より内側となる引き込み部位に、外部の断熱外管よりも管壁の薄い波付き管状部１２６を設け、断熱管と中間接続部とに、各々の内部の真空引きを行うための真空口１２７，２２２を設けている。　これにより、内部への熱侵入量を低減し、高い断熱性能を得ることが出来る。

Description

超電導ケーブルの接続構造及びその布設方法並びに超電導ケーブルの接続構造の真空引き方法

　熱侵入の低減のための超電導ケーブルの接続構造及びその布設方法並びに超電導ケーブルの接続構造の真空引き方法に関する。

　従来、極低温で超電導状態になる超電導線材を導体として用いた超電導ケーブルが知られている。超電導ケーブルは、大電流を低損失で送電可能な電力ケーブルとして期待されており、実用化に向けて開発が進められている。

　超電導ケーブルの一例を図２に示す。図２に示す超電導ケーブル１０は、断熱管１２内に一心のケーブルコア１１が収納された単心型の超電導ケーブルである。
　ケーブルコア１１は、フォーマ１１１、超電導導体層１１２、電気絶縁層１１３、超電導シールド層１１４、常電導シールド層１１５、保護層１１６等で構成される。超電導導体層１１２は、フォーマ１１１の上に複数条の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成される。同様に、超電導シールド層１１４は、電気絶縁層１１３の上に複数条の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成される。

　超電導導体層１１２及び超電導シールド層１１４を形成する超電導線材は、例えば、テープ状の金属基板上に中間層、超電導層、保護層が順に形成された積層構造を有している。超電導層を構成する超電導体としては、例えば液体窒素温度(大気圧で－１９６℃)以上で超電導を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）やビスマス系超電導体がある。ＲＥ系超電導体では、特に、化学式ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δで表されるイットリウム系超電導体（以下、Ｙ系超電導体）が代表的である。また、金属マトリクス中に超電導体が形成されているテープ状の超電導線材でもよい。超電導体には、ビスマス系超電導体、例えば化学式Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_8+δ（Ｂｉ２２１２）,Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_10+δ(Ｂｉ２２２３)を適用できる。なお、化学式中のδは酸素不定比量を示す。

　断熱管１２は、内管１２１と外管１２２からなる二重管構造を有している。内管１２１と外管１２２の間には、多層断熱層（スーパーインシュレーション）１２３が介在され、かつ真空引きされている。また、外管１２２の外周はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリエチレンなどの防食層１２４で被覆されている。
　超電導ケーブル１０の定常運転時には、内管１２１の内部に液体窒素などの冷媒が循環され、極低温状態で超電導導体層１１２に送電電流が流れることとなる。

　上記超電導ケーブル１０は、工場から出荷され、中間接続部により複数の超電導ケーブル１０が連結されて線路が構築される。
　従来の超電導ケーブルでは、真空部の区切りが無く、真空部は終端部もケーブルも中間接続部も全てつながっている。あるいは、図１４に示すように、超電導ケーブル１０の断熱管１２の内部を製造段階で真空化し、断熱管１２の端部において、一定の長さ（例えば3～5ｍ程度）について真空の区分け部分１２９を形成する（符号１２９ａは区分けによる仕切り部）。そして、現地で接続部を組み立てる際には、区分け部分１２９のみを切断して真空を破壊し、断熱管１２全体は真空状態を維持したまま、中間接続部としての二重構造の断熱容器１３０に連結し、当該断熱容器１３０を用いて他の超電導ケーブルとの連結を図ることにより布設作業を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－１６５５５２号公報

　しかしながら、真空の区切りを設けない場合は中間接続部や終端接続部を組み立てるたびに真空状態が壊れるため、ケーブル全体の真空を引くのは、組立が全て完了した後に行うため、作業時間が長くなる。一方、特許文献１に記載の超電導ケーブルは、布設時に必要とする長さが前述した区分け部分１２９の切断により調節可能な範囲内でなければならず、その使用可能な長さに制限があるという問題があった。
　また、特許文献１に記載の超電導ケーブルの布設作業では、断熱管の区分け部分１２９は、断熱容器１３０の断熱領域に連通され、断熱領域と共に真空引きが行われる。その結果、真空が破壊された区分け部分１２９からの熱の侵入は回避することが可能である。しかしながら、断熱管１２を構成する内管１２１と外管１２２には、その過酷な温度変化などにおける耐久性の問題から金属管が使用され、高い熱伝導のため、上記区分けによる仕切り部１２９ａが断熱容器１３０の入り口の近くに位置していると、外管１２２のｂ部分から仕切り部１２９ａを介して断熱管１２の内部に熱が侵入してしまうという問題があった。さらに、区分けされたケーブルには真空口がないため、真空引きが出来ず、断熱層のアウトガスで徐々に真空は悪くなる。また、接続部の真空を上げるためには、各接続部に真空ポンプを常設する必要がある。

　本発明は、超電導ケーブルの接続構造において、熱侵入の低減を図ることをその目的とする。

　請求項１記載の発明は、フォーマと超電導導体層を有するケーブルコアが、断熱管内で冷媒と共に収容されてなる超電導ケーブル同士を中間接続部により接続する接続構造であって、前記超電導ケーブルの断熱管は、それぞれが波付き管である断熱内管と断熱外管とによる二重構造を採ると共に、前記中間接続部は、外部容器と内部容器による二重構造を採り、前記断熱内管と前記断熱外管とは、前記外部容器の壁面を貫通し、少なくとも前記内部容器の壁面まで引き込まれており、前記断熱内管の引き込み端部と前記断熱外管の引き込み端部とを、例えば溶接で、接合して前記断熱内管と前記断熱外管の間の領域を密閉し、前記断熱外管の前記外部容器の壁面より内側となる引き込み部位に、外部の前記断熱外管よりも管壁の薄い波付き管状部を設け、前記断熱管と前記中間接続部とに、各々の内部の真空引きを行うための真空口を設けたことを特徴とする。

　請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記中間接続部の真空口は、前記断熱外管が貫通する側の外部容器の外側の壁面に有し、前記断熱管の真空口は、前記外部容器の外側にある前記外管の外周に有することを特徴とする。

　請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記断熱外管の引き込み部位の波付き管状部は、前記断熱外管の長手方向に沿った断面形状が、外側の前記断熱外管よりも振幅が大きく、波のピッチが小さい波形であることを特徴とする。

　請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記断熱管の真空口と前記中間接続部の真空口は、いずれも開閉の切り替えが可能な切り替えバルブを備えることを特徴とする。

　請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記断熱管の真空口と前記中間接続部の真空口は、互いに接続可能であることを特徴とする。

　請求項６記載の発明は、請求項１記載の超電導ケーブルの接続構造の布設方法であって、前記超電導ケーブルが前記中間接続部に接続するための長さに調整され、前記断熱内管と前記断熱外管の間が密閉された後に、当該断熱管の真空口から真空引きを開始し、当該真空引きと並行して、他の布設作業を行うことを特徴とする。

　請求項７記載の発明は、請求項４記載の超電導ケーブルの接続構造の真空引き方法であって、複数の前記超電導ケーブルと複数の前記中間接続部とが交互に接続され、互いに接続された前記超電導ケーブル及び前記中間接続部の前記真空口同士を連結すると共に前記切り替えバルブを開いた状態で前記複数の超電導ケーブルと前記複数の中間接続部とについて同時に真空引きを行うことを特徴とする。

　本発明は、超電導ケーブルの布設時において、断熱管の切断位置の制限がなく、従って、超電導ケーブルを任意の長さに調節することが可能である。
　また、断熱内管と断熱外管は、互いの先端部をつないで外部と仕切った後に、中間接続部内へ引き込む構造であることから、断熱内管と断熱外管とを予め仕切る場合に比べて、仕切り部を伝って断熱内管の内部への熱の侵入量を低く抑えることができ、高い断熱性を得ることが可能である。
　さらに、断熱外管の引き込み部位にその外側の断熱外管よりも管壁の薄い波付き管状部を備えるので、熱の伝達経路が長く且つ薄いことにより、内部への熱の侵入をさらに効果的に低減することが可能である。
　さらに、中間接続部の真空口を断熱外管が貫通する側の外部容器の外側の壁面に設け、断熱管の真空口を外部容器の外側にある断熱外管の外周に設けた場合には、超電導ケーブルと中間接続部の真空領域を簡易にそれぞれの真空口を通じて接続することが可能となると共に、真空口を通じた熱侵入量を低減することが可能となる。

実施形態に係る超電導ケーブルの接続構造を適用した超電導ケーブルの布設例を示す概略図である。終端接続部が施工される超電導ケーブルの一例を示す図である。超電導ケーブルと中間接続部の接続構造を示す概略図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業であって図４の次の作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業であって図５の次の作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業であって図６の次の作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業であって図７の次の作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における布設の現場で行う作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における布設の現場で行う作業であって図９の次の作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における布設の現場で行う作業であって図１０の次の作業を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業の他の例を示しており、プーリングアイ構造を設ける超電導ケーブルの一方の端部側の構造を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業の他の例を示しており、超電導ケーブルの他方の端部側の構造を示す図である。超電導ケーブルの接続構造の布設方法における製造の現場で行う作業の他の例であって、図１２Ａと図１２Ｂの次の作業を示す図である。従来の超電導ケーブルと中間接続部の接続構造を示す概略図である。

（実施形態の概略）
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は実施形態に係る超電導ケーブルの接続構造を適用した超電導ケーブルの布設例を示す概略図、図２は布設される超電導ケーブルの一例を示す図である。
　図１に示すように、超電導ケーブル１０の布設は、電力の供給元と供給先とに配設した終端接続部３０、３０の間を複数の超電導ケーブル１０で接続し、超電導ケーブル１０と超電導ケーブル１０とは中間接続部２０で連結される。また、終端接続部３０には、冷凍機を備えたポンプＰが併設されており、各超電導ケーブル１０の後述する断熱管１２に沿って冷却した液体冷媒を循環させてケーブルコア１１（後述）の冷却を行っている。
　本実施形態は、超電導ケーブル１０と中間接続部２０との接続構造に関するものである。

（超電導ケーブル）
　図２に示す超電導ケーブル１０は、断熱管１２内に一心のケーブルコア１１が収納された単心型の超電導ケーブルである。ケーブルコア１１は、フォーマ１１１、超電導導体層１１２、電気絶縁層１１３、超電導シールド層１１４、常電導シールド層１１５、保護層１１６等により構成される。

　フォーマ１１１は、ケーブルコア１１を形成するための巻心であり、例えば銅線等の常電導線材を撚り合わせて構成される。フォーマ１１１には、短絡事故時に超電導導体層１１２に流れる事故電流が分流される。

　超電導導体層１１２は、フォーマ１１１の上に複数条の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成される。図２では、超電導導体層１１２を４層の積層構造としている。超電導導体層１１２には、定常運転時に送電電流が流れる。
　超電導導体層１１２を構成する超電導線材は、例えば、テープ状の金属基板上に中間層、超電導層、保護層等が順に形成された積層構造を有している。超電導層を構成する超電導体には、液体窒素温度以上で超電導を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）、例えば化学式ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δで表されるＹ系超電導体を適用できる。また、金属マトリクス中に超電導体が形成されているテープ状の超電導線材でもよい。超電導体には、ビスマス系超電導体、例えば化学式Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_8+δ（Ｂｉ２２１２）, Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_10+δ(Ｂｉ２２２３)を適用できる。なお、化学式中のδは酸素不定比量を示す。

　電気絶縁層１１３は、例えば絶縁紙、絶縁紙とポリプロピレンフィルムを接合した半合成紙、高分子不織布テープなどで構成され、超電導導体層１１２の上に巻回することにより形成される。

　超電導シールド層１１４は、電気絶縁層１１３の上に複数条の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成される。図２では、超電導シールド層１１４を２層の積層構造としている。超電導シールド層１１４には、定常運転時に電磁誘導によって導体電流とほぼ同じ電流が逆位相で流れる。超電導シールド層１１４を構成する超電導線材には、超電導導体層１１２と同様のものを適用できる。

　常電導シールド層１１５は、超電導シールド層１１４の上に銅線などの常電導線材を巻回することにより形成される。常電導シールド層１１５には、短絡事故時に超電導シールド層１１４に流れる事故電流が分流される。
　保護層１１６は、例えば絶縁紙、高分子不織布などで構成され、常電導シールド層１１５の上に巻回することにより形成される。

　断熱管１２は、ケーブルコア１１を収容するとともに冷媒（例えば液体窒素）が充填される断熱内管１２１と、断熱内管１２１の外周を覆うように配設された断熱外管１２２からなる二重管構造を有している。
　断熱内管１２１及び断熱外管１２２は、例えばステンレス製のコルゲート管（波付き管）である。断熱内管１２１と断熱外管１２２の間には、例えばアルミを蒸着したポリエチレンフィルムの積層体で構成された多層断熱層（スーパーインシュレーション）１２３が介在され、真空状態に保持される。また、断熱外管１２２の外周はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリエチレンなどの防食層１２４で被覆されている。

（中間接続部）
　図３は超電導ケーブル１０と中間接続部２０の接続構造を示す概略図である。
　中間接続部２０は、内側の内部容器としての接続部用断熱内管２１と、外側の外部容器としての接続部用断熱外管２２からなる二重構造を有し、接続部用断熱内管２１と接続部用断熱外管２２はステンレスから形成されている。
　接続部用断熱外管２２は、筒状であってその中心線方向の両端部に端部壁面２２１が形成されており（図３では一方のみ図示）、接続部用断熱内管２１は、接続部用断熱外管２２の内部中央に配設され、筒状であって、その中心線方向の両端部に端部壁面２１１が形成されている（図３では一方のみ図示）。
　接続部用断熱外管２２には、両方の端部壁面２２１（断熱外管１２２が貫通する側の接続部用断熱外管２２の外側の壁面）に開閉の切り替えが可能な切り替えバルブを備えた真空引きを行うための真空口２２２が装備されている。この真空口２２２は、超電導ケーブル１０の布設時の接続構造の組み立ての際には、接続部用断熱外管２２の真空引きに利用される。
　そして、中間接続部２０は、その布設時に、接続部用断熱外管２２と接続部用断熱内管２１との間の領域に対して真空口２２２から真空引きが行われて断熱構造が施される。この中間接続部２０は、その両端部に連結される二つの超電導ケーブル１０の端部がそれぞれ引き込まれており（図１参照）、各超電導ケーブル１０の断熱内管１２１の内部領域と接続部用断熱内管２１の内部領域とが端部壁面２１１を介して連通し、これらの内部領域には冷媒が充填される。また、接続部用断熱内管２１の内部において、各超電導ケーブル１０のケーブルコア１１の端部同士が接続される。

（超電導ケーブルの接続構造の概要）
　前述したように、中間接続部２０には両端側からそれぞれ超電導ケーブル１０が引き込まれて接続されるが、各々の超電導ケーブル１０の接続構造は同一であるため、一方の超電導ケーブル１０と中間接続部２０との接続構造についてのみ説明を行う。

　超電導ケーブル１０の断熱内管１２１と断熱外管１２２とは、いずれも中間接続部２０の接続部用断熱内管２１の端部壁面２１１まで引き込まれており、互いの引き込み端部において、例えば、溶接により封止され、断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の領域を密閉状態となるように形成している。
　そして、断熱内管１２１は、中間接続部２０の引き込み部位も含めて一様にコルゲート管により形成されている。一方、断熱外管１２２は、中間接続部２０の外側は主にコルゲート管で形成され、中間接続部２０の手前から引き込み部位にかけて波のない直管１２５（以下、接続用直管１２５とする）で形成されている。

　そして、接続用直管１２５は、接続部用断熱外管２２の内側となる部位に波付き管状部としてのベローズ管１２６が形成されている。かかるベローズ管１２６は、断熱外管１２２における中間接続部２０の外側のコルゲート管よりも管の半径方向の振幅（波形状の振幅）が大きく、波ピッチ（波形状の周期）は小さく設定されている。また、ベローズ管１２６は、断熱外管１２２における中間接続部２０の外側のコルゲート管よりも管壁が薄く形成されている。

　また、接続用直管１２５の接続部用断熱外管２２の外側となる部位には、開閉の切り替えが可能な切り替えバルブを備えた真空引きを行うための真空口１２７が装備されている。この真空口１２７は、超電導ケーブル１０の布設時の接続構造の組み立ての際には、当該超電導ケーブル１０の断熱管１２の真空引きに利用される。
　また、布設後は、この真空口１２７と中間接続部２０の接続部用断熱外管２２に設けられた真空口２２２とを連結して直通可能とする。前述したように、中間接続部２０は接続部用断熱外管２２の両側の端部壁面２２１に真空口２２２を備えるので、中間接続部２０の両側において、真空口同士を接続することにより、中間接続部２０に両側に接続された二つの超電導ケーブル１０の断熱管１２の内部（断熱外管１２２と断熱内管１２１の間の領域）を、中間接続部２０の接続部用断熱外管２２に形成された真空口２２２と断熱外管１２２に形成された真空口１２７とを介して連通した状態とすることが可能となる。従って、連結されている全ての超電導ケーブル１０と中間接続部２０とについて、上記接続を行うことにより、全ての超電導ケーブル１０の断熱管１２が連通した状態となり、経年使用により真空度の低下を生じた場合のメンテナンス時には、一端部側から真空引きを行うことで全ての超電導ケーブル１０について断熱管１２の真空引きを行うことが可能である。
　また、各真空口１２７，２２２には、いずれも開閉可能な切り替えバルブが設けられているので、バルブを閉じた状態で真空口１２７と２２２とを切り離して、個々の超電導ケーブル１０の断熱管１２や個々の中間接続部２０の接続部用断熱外管２２について、真空度の検査や、真空の低下時の真空引きを行ったり、異常が生じた超電導ケーブル１０や中間接続部２０を単独で切り離したりすることが可能である。

（超電導ケーブルの接続構造の布設方法）
　以下、上記構成からなる超電導ケーブル１０の接続構造の布設方法について図面と共に順を追って説明する。
　まず、超電導ケーブル１０の製造の現場（例えば工場）で行う予め行う作業について、図４から図８に基づいて説明する。
　図４に示すように、超電導ケーブル１０の両端部において、断熱管１２の端部を切断する。
　次に、図５に示すように、切断された断熱管１２の断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の領域を封止するために、断熱内管１２１の先端に直管４０１ａを、断熱外管１２２の先端に直管４０１ｂを溶接し、直管４０１ａと直管４０１ｂの先端を溶接することで封じ切り、先端部が閉塞された二重構造の直管４０１を接続する。なお、この直管４０１の内側の直管４０１ａは断熱内管１２１と管壁の厚さが等しく、直管４０１の外側の直管４０１ｂは断熱外管１２２と管壁の厚さが等しいものが使用される。そして、この直管４０１の外側の直管４０１ｂには真空口４０２が設けられており、当該真空口４０２から断熱管１２の内部の真空引きを行う。

　次に、図６に示すように、超電導ケーブル１０の一端部において、断熱管１２の断熱内管１２１の内部領域を略円錐台形状の蓋体４０３により閉塞する。かかる蓋体４０３も溶接により直管４０１に接合される。この蓋体４０３は先端部に向かうにつれて縮径した形状であり、当該先端部には真空口４０４が装備されている。

　また、超電導ケーブル１０の逆側の端部には、プーリングアイ構造４０５を形成する。このプーリングアイ構造４０５は、具体的には、特許第4330008号公報（日本国特許）に開示されている特許発明のプーリングアイ構造を形成するためのものである。即ち、図７に示すように、超電導ケーブル１０のケーブルコア１１から露出させたフォーマ１１１にスリーブ４０６を溶接により接合し、スリーブ４０６の外端部から延出された円形直管４０７を直管４０１の内管を介して断熱内管１２１と溶接により接合する。なお、この円形直管４０７は、断熱内管１２１よりも管壁の厚さが大きく、スリーブ４０６よりも厚さが小さいものが使用される。
　かかる円形直管４０７を接合した時点で、超電導ケーブル１０の断熱管１２の断熱内管１２１の内部領域は密閉状態となるので、図６に示した蓋体４０３の真空口４０４から真空引きを実行する。

　次に、図８に示すように、プーリングアイ構造４０５の先端部に保護管４０８を溶接により接合し、さらに、保護管４０８と断熱外管１２２とを円形直管４０７により溶接により接合する。なお、この円形直管４０９は、断熱外管１２２よりも管壁の厚さが大きく、保護管４０８よりも厚さが小さいものが使用される。これにより、プーリングアイ構造４０５が完成する。

　そして、断熱内管１２１が真空引きにより真空度が十分に高くなったら、真空口４０４から露点温度の低い乾燥ガス（例えば、Ｎ_２ガス）を充填し、内部を大気圧より高い所定の正圧状態にする。これによって、真空引きにより内部の水分が除去された状態を維持する。
　また、断熱管１２の断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の領域については、真空度が十分に高くなったら、真空引きを完了し、そのまま真空状態を維持しても良いし、断熱内管１２１の内部領域と同様に、真空口４０２から露点温度の低い乾燥ガス（例えば、Ｎ_２ガス）を充填し、内部を大気圧より高い所定の正圧状態にしても良い。これによって、真空引きにより内部の水分が除去された状態を維持する。
　ここまでが、製造の現場で行われる前処理であり、これ以降、超電導ケーブル１０は、布設現場に輸送される。

　次に、布設現場において、プーリングアイ構造４０５を用いて超電導ケーブル１０の引込みを行い布設作業を実施する。
　そして、超電導ケーブル１０の断熱内管１２１の内部の正圧圧力を測定し、当初の正圧圧力との差により漏れ等の異常を検査する。また、断熱管１２の断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の領域に乾燥ガスを充填した場合には、断熱内管１２１の内部と同様の検査を実施する。また、断熱管１２の断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の領域を真空に保ったまま運搬した場合には、当該内部領域に露点温度の低い乾燥ガス（例えば、Ｎ２ガス）を充填して大気圧まで戻してやる。

　次に、図９に示すように、プーリングアイ構造４０５を超電導ケーブル１０の先端部から除去する。このとき、断熱内管１２１に対して断熱外管１２２は、接続用直管１２５の取り付け代となる分だけ切除する。但し、断熱内管１２１と断熱外管１２２とは端部を揃えてもよい。その場合には、断熱外管１２２に接続用直管１２５を接合する際に、断熱内管１２１にも直管を接続する。

　次に、図１０に示すように、断熱管１２にベローズ管１２６と真空口１２７を備えている既設の接続用直管１２５を接合する。このとき、接続用直管１２５の先端部（超電導ケーブル１０の接続端部側）の内縁部は、断熱内管１２１の先端部に隙間なく溶接し、接続用直管１２５の後端部は断熱外管１２２の先端部に隙間なく溶接する。
　なお、超電導ケーブル１０の逆側の端部（図６参照）についても、直管４０１を含む断熱管１２の一部を超電導ケーブル１０の先端部から除去する。このとき、断熱内管１２１に対して断熱外管１２２は、接続用直管１２５の取り付け代となる分だけ切除する。次に、断熱管１２にベローズ管１２６と真空口１２７とが既設の接続用直管１２５を接合する。
　超電導ケーブル１０の両端部において、接続用直管１２５が接合されると、断熱管１２は、断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の領域が密閉された状態となるので、その時点で真空口１２７により真空引きを実施する。なお、超電導ケーブル１０は、既に真空引きを実施すると共に露点温度の低い乾燥ガスで大気圧に戻しているため、真空引きの遅滞原因となる内部の湿気が除去されており、このため、この二回目の真空引きは通常よりも短時間で完了させることが可能である。

　上記断熱管１２の真空引きが行われている間、当該超電導ケーブル１０のケーブルコア１１と、中間接続部２０に接続されるもう一方の超電導ケーブル１０のケーブルコア１１との連結作業が行われる。
　そして、上記連結作業が終わると、図１１に示すように、中間接続部２０を形成する。即ち、接続用直管１２５の先端部の外縁部１２５ａ、断熱内管１２１の先端部の外縁部１２１ａと接続部用断熱内管２１の端部壁面２１１の内縁部とが溶接により接合される。
　また、接続用直管１２５のベローズ管１２６と真空口１２７との間の位置１２５ｂが、接続部用断熱外管２２の端部壁面２２１の内縁部と溶接により接合される。これにより、中間接続部２０の接続部用断熱内管２１と接続部用断熱外管２２との間の領域が密閉された状態となる。
　上記接続用直管１２５、接続部用断熱内管２１及び接続部用断熱外管２２の溶接時には、各部が加熱されて熱歪みを発生しうるが、ベローズ管１２６は伸縮を吸収することが可能であるため、熱歪みの発生を回避することが可能である。

　そして、断熱管１２の断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の領域における真空引きによって、真空度が所定の値に達したら、真空口１２７の切り替えバルブを閉じ、次いで、中間接続部２０の真空口２２２から真空引きを実施する。
　そして、中間接続部２０の真空度が断熱管１２の真空度と同程度となったら、真空口２２２の切り替えバルブを一旦閉じて、断熱管１２の真空口１２７と中間接続部２０の真空口２２２とを連結する（図３参照）。その後、各真空口１２７，２２２の切り替えバルブをいずれも開放し、断熱管１２の断熱外管１２２と断熱内管１２１の間の領域と中間接続部２０の接続部用断熱外管２２と接続部用断熱内管２１の間の領域が連通される。

　そして、全ての超電導ケーブル１０について、中間接続部２０との接続構造が形成されると、各超電導ケーブル１０の断熱内管１２１と中間接続部２０の接続部用断熱内管２１の内部領域に液体の冷媒（例えば、液体窒素）が充填され、超電導ケーブルの接続構造の布設作業が完了する。
　なお、上記液体窒素の充填時に、断熱管１２は収縮するが、その際の収縮もベローズ管１２６が吸収し、歪みを低減することが可能である。

（発明の実施形態による技術的効果）
　上記の超電導ケーブル１０の接続構造によれば、超電導ケーブル１０の布設時において、断熱管１２の切断位置の制限がなく、超電導ケーブル１０を任意の長さに調節することが可能である。
　また、断熱内管１２１と断熱外管１２２は、中間接続部２０内へ引き込まれた各々の引き込み端部同士を封止して断熱管１２を密閉する構造であることから、断熱内管１２１と断熱外管１２２とを接合する仕切り部を途中に設ける従来の構造に比べて、仕切り部を伝って断熱内管１２１の内部への熱の侵入を防止することができ、断熱内管１２１の内側に対して、高い断熱性を得ることが可能である。

　さらに、断熱外管１２２の引き込み部位にその外側の断熱外管１２２よりも管壁の薄いベローズ管１２６を備えるので、熱の伝達経路が長く且つ薄いことにより、内部への熱の侵入を効果的に低減することが可能である。
　特に、ベローズ管１２６は、その管の中心線方向に沿った断面形状が、中間接続部２０の外側の断熱外管１２２のコルゲート管よりも振幅が大きく、波のピッチが小さい波形であることから、内部への熱の侵入をさらに効果的に低減する。
　また、ベローズ管１２６は、布設時の溶接作業による加熱時の周囲の熱膨張を吸収するだけでなく、冷媒の注入或いは排出時における温度変化の際の熱伸縮も吸収し、超電導ケーブル１０及び中間接続部２０の内部に生じる応力を効果的に低減することが可能である。

　ここで、ベローズ管１２６について、寸法及び材質についてより具体的な例示を行うと、図１３の接続用直管１２５の材質をSUSとし、中間接続部２０の端部壁面２１１から端部壁面２２１までの距離を200mm、接続用直管の外径を150mm、厚みを１mmとした場合、ベローズ管１２６を設けない場合の侵入熱は５Wであるのに対して、ベローズ管１２６の厚みを0.1mm、長さを100mm（有効長さ1m、振幅50mm、周期10mm、10cycle）として設けた場合の侵入熱は0.1Wに下げることが可能であった。このように、ベローズ管１２６は、熱侵入に対して優れた防止効果を奏することが実証されている。

　また、断熱管１２の真空口１２７を接続用直管１２５の接続部用断熱外管２２の外側となる部位の外周に設け、中間接続部２０の真空口２２２を断熱外管１２２が貫通する接続部用断熱外管２２の端部壁面２２１に設けたので、超電導ケーブル１０と中間接続部２０の真空領域を簡易にそれぞれの真空口１２７，２２２を通じて接続することが可能となると共に、真空口１２７，２２２を通じた熱侵入量を低減することが可能となる。
　また、断熱管１２の真空口１２７と中間接続部２０の真空口２２２は、いずれも開閉の切り替えが可能な切り替えバルブを備えていることから、真空口１２７と真空口２２２を連結した場合には、全超電導ケーブル１０の一端から系内全ての断熱領域内に対する真空引きを一度に行うことが可能となる。
　さらに、各真空口１２７，２２２を適宜選択して開閉操作することにより、故障復旧場所の発見も容易である。この場合、全ての区画を閉にしておき、各部位の真空度をモニタリングすればよい。さらに、故障復旧時には、該当箇所以外の真空区画を閉にしておけば、復旧に伴う真空引き箇所を限定する事が出来る。

　また、上記超電導ケーブル１０の接続構造の布設時において、超電導ケーブル１０を中間接続部２０に接続する長さに調整するために切断され、真空が破壊された断熱管１２が再び密閉されると、当該断熱管１２の真空口１２７から真空引きを開始し、当該真空引きと並行して、他の布設作業（ケーブルコア１１の接続、中間接続部２０の形成等）を行うことから、作業時間の低減を図ることが可能となる。

（布設作業における他の例）
　なお、前述した超電導ケーブル１０の接続構造の布設作業の例では、製造の現場（工場）の段階では、超電導ケーブル１０に接続用直管１２５及びベローズ管１２６は取り付けずに、布設現場において取り付けを行っていたが、接続を行う超電導ケーブル１０の長さが予め正確に分かっている場合には、製造の現場（工場）の段階で断熱管１２の長さを調節し、接続用直管１２５及びベローズ管１２６の取り付けを行い、断熱管１２の内部の真空引きを行っても良い。その場合、図１２Ａに示すように、接続用直管１２５及びベローズ管１２６が取り付けられた状態の超電導ケーブル１０に対して、接続用直管１２５及びベローズ管１２６が円形直管４０９の内側となるようにプーリングアイ構造４０５を施した上で、工場から布設現場に出荷することが望ましい。なお、図１２Ａに示す超電導ケーブル１０の逆側は、図１２Ｂのように、切断された断熱管１２の断熱内管１２１に蓋体４０３が溶接により接続され、断熱外管１２２にはベローズ管１２６と真空口１２７とが既設の接続用直管１２５が溶接により接続されている。
　また、上記超電導ケーブル１０の布設時には、図１３に示すように、プーリングアイ構造４０５を除去すると共に、接続用直管１２５と断熱内管１２１との接合部よりも先端側の断熱内管１２１（破線部分）を除去した後に中間接続部２０の形成作業を実施することが望ましい。

（その他）
　以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
　例えば、上記ベローズ管１２６は、温度変化に対する耐久性などの問題をクリアすることが可能であれば、金属材料以外を使用しても良い。例えば、テフロン（登録商標）の様な非金属で形成してもよい。その場合には、熱伝導が金属より小さいので、ベローズ管１２６の管中心線方向における長さをより短くすることも可能である。また、ベローズ管１２６は金属で形成し、接続用直管１２５のベローズ管１２６以外の部分をFRPなどの非金属で形成しても良い。

　また、上記の実施形態では単心型超電導ケーブル１０の接続構造について説明したが、本発明は、３心のケーブルコアを一括して断熱管内に収納した３心一括型超電導ケーブルの中間接続部２０に対する接続構造においても適用できる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　ケーブルコアが断熱管内で冷媒と共に収容される超電導ケーブルを中間接続部に接続する分野において利用可能性がある。

１０　超電導ケーブル
１１　ケーブルコア
１１１　フォーマ
１１２　超電導導体層
１１３　電気絶縁層
１１４　超電導シールド層
１１５　常電導シールド層
１１６　保護層
１２　断熱管
１２１　断熱内管
１２２　断熱外管
１２３　多層断熱層
１２４　防食層
１２５　接続用直管
１２６　ベローズ管（波付き管状部）
１２７　真空口
２０　中間接続部
２１　接続部用断熱内管（内部容器）
２２１　端部壁面（外側の壁面）
２２　接続部用断熱外管（外部容器）
２２２　真空口

Claims

　フォーマと超電導導体層を有するケーブルコアが、断熱管内で冷媒と共に収容されてなる超電導ケーブル同士を中間接続部により接続する接続構造であって、
　前記超電導ケーブルの断熱管は、それぞれが波付き管である断熱内管と断熱外管とによる二重構造を採ると共に、前記中間接続部は、外部容器と内部容器による二重構造を採り、
　前記断熱内管と前記断熱外管とは、前記外部容器の壁面を貫通し、少なくとも前記内部容器の壁面まで引き込まれており、前記断熱内管の引き込み端部と前記断熱外管の引き込み端部とを接合して前記断熱内管と前記断熱外管の間の領域と前記外部容器と内部容器の間の領域のそれぞれを密閉し、
　前記断熱外管の前記外部容器の壁面より内側となる引き込み部位に、外部の前記断熱外管よりも管壁の薄い波付き管状部を設け、
　前記断熱管と前記中間接続部とに、各々の内部の真空引きを行うための真空口を設けたことを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
　前記中間接続部の真空口は、前記断熱外管が貫通する側の外部容器の外側の壁面に設けられ、
　前記断熱管の真空口は、前記外部容器の外側にある前記断熱外管の外周に設けられていることを特徴とした請求項１の超電導ケーブルの接続構造。
　前記断熱外管の引き込み部位の波付き管状部は、前記断熱外管の長手方向に沿った断面形状が、外側の前記断熱外管よりも振幅が大きく、波のピッチが小さい波形であることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導ケーブルの接続構造。
　前記断熱管の真空口と前記中間接続部の真空口は、いずれも開閉の切り替えが可能な切り替えバルブを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続構造。
　前記断熱管の真空口と前記中間接続部の真空口は、互いに接続可能であることを特徴とする請求項４記載の超電導ケーブルの接続構造。
　請求項１記載の超電導ケーブルの接続構造の布設方法であって、
　前記超電導ケーブルが前記中間接続部に接続するための長さに調整され、前記断熱内管と前記断熱外管の間が密閉された後に、当該断熱管の真空口から真空引きを開始し、当該真空引きと並行して、他の布設作業を行うことを特徴とする超電導ケーブルの接続構造の布設方法。
　請求項４記載の超電導ケーブルの接続構造の真空引き方法であって、
　複数の前記超電導ケーブルと複数の前記中間接続部とが交互に接続され、
　互いに接続された前記超電導ケーブル及び前記中間接続部の前記真空口同士を連結すると共に前記切り替えバルブを開いた状態で前記複数の超電導ケーブルと前記複数の中間接続部とについて同時に真空引きを行うことを特徴とする超電導ケーブルの接続構造の真空引き方法。