極低温ケーブルの終端接続部
【課題】冷媒槽の液面を制御する。
【解決手段】ケーブルコアを液体冷媒と共に収容する断熱管１２を備えた極低温ケーブル１０の終端接続部１であって、液体冷媒の液体冷媒層と気体冷媒層とが形成される冷媒槽２１と、極低温ケーブルに接続されて常温部まで引き出される引出し導体３１と、引出し導体に設けられた絶縁部材４１と、冷媒槽に液体冷媒を供給する第一の循環冷却設備８０と、冷媒槽内の液面位置Ｓを冷却する補助冷却機構６０と、補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備７０とを備え、液面高さに応じて、第一の循環冷却設備８０のリザーバタンク８５を加熱するヒータ１３３の加熱と停止とを切り替えて冷媒槽内の液面高さを目標の範囲内に制御する構成となっている。
【解決手段】ケーブルコアを液体冷媒と共に収容する断熱管１２を備えた極低温ケーブル１０の終端接続部１であって、液体冷媒の液体冷媒層と気体冷媒層とが形成される冷媒槽２１と、極低温ケーブルに接続されて常温部まで引き出される引出し導体３１と、引出し導体に設けられた絶縁部材４１と、冷媒槽に液体冷媒を供給する第一の循環冷却設備８０と、冷媒槽内の液面位置Ｓを冷却する補助冷却機構６０と、補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備７０とを備え、液面高さに応じて、第一の循環冷却設備８０のリザーバタンク８５を加熱するヒータ１３３の加熱と停止とを切り替えて冷媒槽内の液面高さを目標の範囲内に制御する構成となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を送電するための極低温ケーブルの終端接続部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルシステムは超電導ケーブル冷却の為、リザーバタンク、ポンプ、冷凍機を備える。また、超電導ケーブルシステムは超電導ケーブル部と超電導終端接続部に分けられる。超電導ケーブル部は超電導ケーブルを冷却し通電する。この構造は超電導ケーブルを収納し液体冷媒を保持する為の冷媒槽と冷媒槽への熱侵入を低減させる為の真空層からなる。液体冷媒は超電導終端接続部に付随するリザーバタンク、ポンプ、冷凍機により供給、調整される。
【０００３】
終端接続部は、極低温(液体窒素を冷媒とする場合、大気圧で−196℃)に維持された超電導ケーブルに電気的に接続されると共に常温環境まで引き出された引き出し導体と、超電導ケーブルの断熱管に連通して冷媒で満たされる冷媒槽と、冷媒槽の外部に引き出された引き出し導体を収容すると共に常温層を形成する碍管と備えている。
冷媒槽内には液体冷媒層と気体冷媒層とが形成されており、引き出し導体は、液体冷媒層から気体冷媒層を通過して碍管内の常温層まで引き出されている。
そして、引き出し導体の周囲には、エチレンプロピレンゴム若しくはエポキシなどからなるストレスコーンやコンデンサコーンからなる絶縁構造体が形成されている。
碍管内には、絶縁油などの絶縁流体が充填され、冷媒槽と碍管の間には気体冷媒が浸入しないようにシールを配置して気密に保持している。
【０００４】
ところで、引き出し導体に施される絶縁構造体が、例えば、コンデンサコーン方式のブッシングの場合、内部に金属箔を挿入し電圧を分担することで絶縁に耐える設計の為、引き出し導体の通電時には当該金属箔の端部では電界ストレスが集中する。
一方、冷媒槽内では、窒素等の絶縁物質に於いて液体と気体では誘電率が大きく異なる為、その液体と気体の境界では耐電圧ストレスが低下する。
また、一般的に気体(SF6等の絶縁ガスは除く)の耐電圧ストレスは低い為、ブッシング中の金属箔端部の周囲は耐電圧ストレスの高い液体冷媒(例えば液体窒素)や絶縁油である必要がある。このため、冷媒槽内の液面位置はブッシング中の液面側の複数の金属箔の内で最も上位に位置する金属箔の先端部よりも十分に高い位置に維持されることが要求されていた。
【０００５】
しかしながら、冷媒槽内の気体冷媒層は、引き出し導体を通じて常温層と隣接することから、熱侵入を受け易く、液体冷媒層と気体冷媒層の界面間での熱交換もある上、圧力変化に伴う気化と凝集といった状態変化を断続的に繰り返す為、液面位置を一定にすることが困難である。以上より従来の終端接続部は、引き出し導体及びその周囲に形成された絶縁構造物と冷媒槽の内壁との隙間を極力小さくして、気体冷媒層の容積を低減することで熱交換による体積変化量を少なくし、液面位置の変化を低減することが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、他の従来技術として、非循環型の冷却システムでは、（例えば限流器等）液面を管理する方法として、内側から、冷媒槽、二次冷媒槽、真空断熱層を有する三重構造を有する冷媒槽が用いられることもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の終端装置では、気体冷媒層の容積を低減するために、引き出し導体及びその周囲に形成された絶縁構造物と冷媒槽の内壁との隙間を極力小さくすることから、引き出し導体と冷媒層の内壁面との間の絶縁破壊の発生が生じやすくなるという問題があった。
【０００８】
超電導ケーブルの冷却システムでは充分な絶縁性能が求められる。超電導ケーブルの冷却システムはリザーバタンク、ポンプ、冷凍機を備えたシステムであるが、コンデンサコーン方式のブッシングがあるガス層の圧力と液面高を維持する事が難しい。ガス層の圧力は必要な絶縁能力を得る為に必要な下限がある。冷媒圧力上昇に伴い冷媒温度も上昇し、一方で冷媒圧力が大気圧近辺の場合、ケーブル中で偶発的に発生した気泡が残存することで電気的な弱点になる（即ち、気泡が発生しない圧力以上である必要がある）。両者を満足する条件として冷媒圧力は0.2 MPaG近辺が最適である。また上限は容器の設計圧力である。一方、液面高はブッシングの性能を維持する為の下限（例えば、前述したブッシング中の液面側の金属箔先端部よりも十分に高い位置）と充分な熱勾配を得る為の上限がある。従来のシステムでは日射や通電等に伴うジュール熱の影響が非常に大きい為、システムの管理のみで追随する事が困難であった。
【０００９】
従来のシステムに於ける圧力及び冷媒液面位置の変化と制御方法を例に挙げる。従来のシステムではガス層の圧力が設定上限値に達するとリザーバタンク内のヒータスイッチを切ることでリザーバタンク内の圧力を低減させて冷媒槽の液体冷媒をリザーバタンク側で回収し冷媒槽側の圧力を低下させる。また、圧力が設定下限値に達するとヒータスイッチを入れることでリザーバタンク内で液体冷媒を気化させ、圧力を上昇させてリザーバタンク内の液体冷媒を冷媒槽側に送り、冷媒槽側の圧力を上昇させる。
或いは、冷媒液面位置が設定上限値に達するとリザーバタンク内のヒータスイッチを切ることでリザーバタンク内の圧力を低減させて冷媒槽の液体冷媒をリザーバタンク側で回収し冷媒槽側の冷媒液面位置を低下させる。また、冷媒液面位置が設定下限値に達するとヒータスイッチを入れることでリザーバタンク内で液体冷媒を気化させ、圧力を上昇させてリザーバタンク内の液体冷媒を冷媒槽側に送り、冷媒槽側の冷媒液面位置を上昇させる。ここで設定上限値と設定下限値はヒータの入切に伴う圧力若しくは冷媒液面位置の変動を見越して設定している。いずれの場合もヒータの入切のみで圧力Pと冷媒液面位置Lの値が管理値内に入るように調整する。但し圧力Pと冷媒液面位置Lの関係は冷却システムの状態により異なる為、一対一対応できない。
【００１０】
従来のシステムに於いて、日射や通電等による短時間内でジュール熱の影響が大きい時の制御方法を例に挙げる。リザーバタンク内のヒータスイッチの入切のみで圧力や液面位置を制御した時の挙動を図７〜図１０に示す。図７の例では、冷媒槽内の圧力について第１設定上限値Ｐ１と第１設定下限値Ｐ２とを定め、第１設定上限値Ｐ１まで圧力の上昇が検出されると、ヒータのスイッチをＯＦＦし、第１設定下限値Ｐ２まで圧力の低下が検出されると、ヒータのスイッチをＯＮにする制御が行われる。
また、図９の例では、冷媒槽内の液面高さについて第１設定上限値Ｈ１と第１設定下限値Ｈ２とを定め、第１設定上限値Ｈ１まで液面の上昇が検出されると、ヒータのスイッチをＯＦＦし、第１設定下限値Ｈ２まで液面の低下が検出されると、ヒータのスイッチをＯＮにする制御が行われる。
しかし、熱侵入に伴う圧力や液面位置変化が非常に大きくヒータの入切だけでは冷媒液面位置を十分に制御することができない。従って、これに対処するために、図８及び図１０に示す制御が行われる。図８に示す例では、第１設定上限値Ｐ１よりもさらに高い第２設定上限値Ｐ３と、第１設定下限値Ｐ２よりもさらに低い第２設定下限値Ｐ４とを新たに定め、第１設定上限値Ｐ１でヒータのスイッチをＯＦＦした後にさらに第２設定上限値Ｐ３まで圧力の上昇が検出されると、冷媒槽内の気体冷媒を外部に放出する制御を行い、また、第１設定下限値Ｐ２でヒータのスイッチをＯＮした後にさらに第２設定下限値Ｐ４まで圧力の低下が検出されると、冷媒槽内へ液体冷媒を補充する制御が行われる。
また、図１０に示す例では、第１設定上限値Ｈ１よりもさらに高い第２設定上限値Ｈ３と、第１設定下限値Ｈ２よりもさらに低い第２設定下限値Ｈ４とを新たに定め、第１設定上限値Ｈ１でヒータのスイッチをＯＦＦした後にさらに第２設定上限値Ｈ３まで液面の上昇が検出されると、冷媒槽内の気体冷媒を外部に放出する制御を行い、また、第１設定下限値Ｈ２でヒータのスイッチをＯＮした後にさらに第２設定下限値Ｈ４まで液面の低下が検出されると、冷媒槽内へ液体冷媒を補充する制御が行われる。
これにより、日射や通電等による短時間内でジュール熱の影響が大きい場合の液面位置維持を図っている。
しかしながら、かかる方法では、冷媒槽に、ヒータや気体冷媒層のガス放出のための設備、さらには、冷媒を補充するための設備が必須となるという問題があった。
【００１１】
また、必要な場合は、従来の冷却システムでは冷媒槽の上部に、気体冷媒層の圧力を調整する圧力調整機構が設けられていた。この圧力調整機構は、真空層を備えた二重断熱構造が施された排出管と、冷媒槽内が所定の圧力に達すると弁が開いて気体冷媒を大気中に放出する定圧弁とからなり、この圧力調整機構によっても、冷媒槽内の圧力調節が行われていた。
しかし、圧力調整機構は、冷媒槽内の圧力上昇時に冷媒を大気中に放出する構造のため、冷媒槽の冷媒の減少を生じさせる。このため、圧力調整機構によって冷媒槽内の気体冷媒層の圧力の上昇を回避しようとすると、冷媒槽内の冷媒の損失が激しくなるという問題があった。
【００１２】
また、三重構造の冷媒槽を用いる先行技術は、その主な目的が冷媒槽から冷媒の蒸発を防止することにあり、そのため、二次冷媒槽の液面位置が可変の構造であり、二次冷媒槽の液面位置の変化に伴い冷媒槽内のガス冷媒の冷却度合いが変化して、冷媒槽側の液面位置の制御には不向きという欠点があった。
本発明は、冷媒の温度変動が大きい場合にもヒータの入切で冷媒液面位置の管理が可能、さらに、冷媒の強制放出や液体冷媒の補充を必須としない終端接続部を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、ケーブルコアと当該ケーブルコアを冷却する液体冷媒を収容する断熱管とを備えた極低温ケーブルの終端接続部であって、前記液体冷媒が貯留され、液体冷媒層と気体冷媒層とが形成される冷媒槽と、下端部が前記極低温ケーブルの超電導導体層と接続されると共に前記液体冷媒層に浸漬され、上端部が前記気体冷媒層を経て常温部に引き出される引出し導体と、前記引出し導体の周囲に設けられた絶縁部材と、前記冷媒槽に供給する液体冷媒を貯留するリザーバタンクを有する第一の循環冷却設備と、前記冷媒槽に設けられ、当該冷媒槽内の前記液体冷媒の液面位置における前記液体冷媒及び前記気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する補助冷却機構と、前記補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備とを備え、前記冷媒槽内の圧力又は液面高さに応じて、前記リザーバタンクを加熱するヒータの加熱と停止とを切り替えて前記冷媒槽内の液面高さが目標の範囲内に制御されることを特徴とする。
【００１４】
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、前記補助冷却機構は、前記熱交換面を有する隔壁を介して前記冷媒槽内を冷却するための補助冷却用の液体冷媒の循環領域として、前記冷媒槽の周囲に形成された補助冷媒槽を備え、当該補助冷媒槽の上端と下端の間に前記冷媒槽の液体冷媒層の液面位置が配置されていることを特徴とする。
【００１５】
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、前記補助冷媒槽は、液体冷媒で満たして気体冷媒層を有さないことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項２から５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、前記補助冷媒槽を上下に並んだ複数の区画に分割し、それぞれの区画に対して補助冷却用の液体冷媒の供給と補助冷却用の液体冷媒の回収とを行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項２から４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、前記補助冷媒槽は、前記冷媒槽の冷媒貯留領域の周囲に形成された補助冷媒槽からなり、当該補助冷媒槽は前記冷媒槽の液体冷媒層の液面位置の下方から上方に渡って形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１から７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、前記第二の循環冷却設備は、補助冷却用の液体冷媒を貯留するリザーバタンクと、補助冷却用の液体冷媒を循環させる循環ポンプと補助冷却用の液体冷媒を冷却する冷凍機とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、終端接続部が、冷媒槽内の液体冷媒の液面位置における液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する補助冷却機構と、当該補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備とを備えている。
このため、冷媒槽内で液体冷媒と気体冷媒との熱交換を行う液面を直接的に冷却することができ、冷媒槽内の気体冷媒層に熱侵入を受けても一定の温度幅に保つことが可能となる。それによりヒータの電源を切入で気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、冷媒槽内の液体冷媒の液面の高さを制御することが可能である。
また、従来技術のように、引き出し導体と冷媒槽の内壁面とを近接させる必要がなく、これらの間の絶縁破壊の発生も効果的に回避することが可能である。
さらに、冷媒槽に、気体冷媒放出設備又は冷媒補充設備を常時運転においては必須とすることなく、冷媒槽内の液体冷媒の液面の高さを制御することが可能である。
また、補助冷却機構を、冷媒槽内の液体冷媒の液面位置における液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する構造とし、また、補助冷却槽に気体層を有さず、液体冷媒のみで満たされる構成とした場合には、従来のような二次冷却槽の液面管理を不要とし、冷却槽の液面管理に有利な構成とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一の実施形態に係る超電導ケーブルの終端接続部の概略構成を示す図である。
【図２】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。
【図３】コンデンサコーンの断面構造を模式的に示した説明図である。
【図４】第二の実施形態に係る超電導ケーブルの終端接続部の概略構成を示す図である。
【図５】第三の実施形態である超電導ケーブルの終端接続部の概略構成を示す図である。
【図６】終端接続部の冷媒槽の内側にバッフル板を装備する場合の装備位置を図示した説明図である。
【図７】冷媒槽の内部圧力をヒータのみで制御する例を示す線図である。
【図８】冷媒槽の内部圧力をヒータと気体冷媒の外部放出とにより制御する例を示す線図である。
【図９】冷媒槽の液面高さをヒータのみで制御する例を示す線図である。
【図１０】冷媒槽の液面高さをヒータと気体冷媒の外部放出とにより制御する例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は第一の実施形態である極低温ケーブルとしての超電導ケーブル１０の終端接続部１の概略構成を示す図、図２は終端接続部１が施工される超電導ケーブルの一例を示す図である。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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特性を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）、例えば(組成式) ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-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Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8+δ（Ｂｉ２２１２）, Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
常電導シールド層１１５は、超電導シールド層１１４の上に銅線あるいは銅編組線に代表される常電導導体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。
【００３０】
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）が充填される内管１２１と、内管１２１の外周を覆うように配設された外管１２２からなる二重環構造を有している。
内管１２１及び外管１２２は、例えばステンレス製のコルゲート管である。内管１２１と外管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１２３が介在され、真空状態に保持される（いわゆるスーパーインシュレーション）。また、外管１２２の外周はポリエチレンなどの防食層１２４で被覆されている。
【００３１】
（終端接続部の概要）
図１に示すように、終端接続部１は、低温容器２０に超電導ケーブル１０の端部が所定の状態で収容され、引き出し導体３１を介して電流が実系統側に引き出される構成となっている。
終端接続部１では、超電導ケーブル１０の超電導導体層１１２と引き出し導体３１とが、導体用接続端子としての導体用可動接続端子５０を介して電気的に接続されている。
【００３２】
（低温容器）
低温容器２０は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製であって、内側の冷媒槽２１と、外側の真空槽２２からなる二重構造を有しており、超電導ケーブル１０の端部が接続されている。上記真空槽２２は、超電導ケーブル１０の断熱管１２の外管１２２が溶接接続されており、冷媒槽２１は内管１２１が溶接接続されている。そして、中空なる冷媒槽２１と真空槽２２の間の領域と、断熱管１２の内管１２１と外管１２２の間の領域とは、それぞれ真空吸引され、断熱構造が形成されている。
【００３３】
また、冷媒槽２１の内部領域と内管１２１の内部領域とは連通し、これらの領域には、液体冷媒（例えば液体窒素）が充填されている。この液体冷媒は、後述する第一の循環冷却設備８０によって、内管１２１から冷媒槽２１にかけて循環されている。
この第一の循環冷却設備８０は、液体冷媒を貯留するためのリザーバタンク８５と液体冷媒を循環させる循環ポンプ８６と液体冷媒を冷却する冷凍機８７からなる冷却装置８１と、冷媒槽２１及び内管１２１と冷却装置８１との間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管８２，８３と、輸送管８２に設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁８４とを備えている。
輸送管８２、８３は、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されている。そして、輸送管８２は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８８を介して冷媒槽２１に接続され、冷却装置８１から冷媒槽２１に液体冷媒を供給する。また、輸送管８３は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８９を介して超電導ケーブル１０の内管１２１に接続されており、内管１２１から冷却装置８１に向けて液体冷媒を回収する。
これにより、液体冷媒は、終端接続部１の外部に設けられた冷凍機８７によって所定の極低温まで冷却が行われており、循環が行われることより、終端接続部１及び超電導ケーブル１０内の液体冷媒の排熱が行われている。
【００３４】
また、低温容器２０は、鉛直上方に立ち上げられた円筒状に形成されており、その上部には、低温容器２０と同心で円筒状の碍子管３３が連設され、さらに、碍子管３３の上端部には実系統側に接続される上部金具３２が取り付けられている。
そして、低温容器２０の冷媒槽２１内には、前述したように、液体冷媒が充填されており、液体冷媒の液面Ｓの下側に液体窒素からなる液体冷媒層が形成され、液面Ｓの上側に気体窒素からなる気体冷媒層が形成されている。
【００３５】
冷媒槽２１と碍子管３３の内部であってこれらの中心位置には、導体用可動接続端子５０から上部金具３２までを電気的に接続する引き出し導体３１が配設されている。この引き出し導体３１は、全体が良導体、例えば銅により形成された中実又は中空の丸棒体である。
そして、当該引き出し導体３１には、当該引き出し導体３１を囲繞するように絶縁部材としてのコンデンサコーン方式のブッシング４１が装備されている。ブッシング４１は、外周に固定装備された取り付け用のフランジ部４１１により、低温容器２０の上端部に取り付けられている。そして、このブッシング４１の取り付け用フランジ部４１１は、冷媒槽２１を密閉するようシール加工が施されており、これにより、冷媒槽２１と碍子管３３のそれぞれの内部領域を分離し、液体や気体の流通を阻止している。
上記碍子管３３の内部領域には、絶縁油やＳＦ６ガス等からなる流体絶縁体が充填されている。なお、碍子管３３内の流体絶縁体は常温であり、当該碍子管３３は、常温部に相当する。
【００３６】
（コンデンサコーン）
図３はブッシング４１の断面構造を模式的に示した説明図である。図１及び図３に示すように、ブッシング４１は、引き出し導体３１を挿入するステンレス製の中空パイプ４１２と、中空パイプ４１２の外周面上に形成された絶縁材料からなるブッシング絶縁体４１４と、引き出し導体３１と中空パイプ４１２との連結部に介挿された絶縁材料からなるカラー４１３と、ブッシング絶縁体４１４の外周面上であって上下方向における中間位置設けられた取り付け用フランジ部４１１とを備えている。
【００３７】
かかるブッシング絶縁体４１４は、鉛直方向について下端部４１４ａと中間部４１４ｂと上端部４１４ｃとから構成されており、中間部４１４ｂは鉛直方向について均一の外径をなし、下端部４１４ａと上端部４１４ｃは下方又は上方に向かうほど縮径しており、ブッシング絶縁体４１４の全体は略紡錘形状に形成されている。
【００３８】
そして、ブッシング絶縁体４１４の下端部４１４ａと上端部４１４ｃには、鉛直方向について一定の幅のコンデンサ電極を形成する金属箔４１５が、中空パイプ４１２を中心とする半径方向について一定の間隔で階段的かつ同心状となるように絶縁体４１４中に埋め込まれている。また、最外層となる金属箔４１５は、ブッシング絶縁体４１４の中間部４１４ｂの全域に渡って形成されており、当該最外層の金属箔４１５については図示しないアース線が取り付けられて、接地されている。
【００３９】
また、ブッシング絶縁体４１４としては、エポキシ樹脂、ＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム）、ゴム、ＦＲＰ(fiber reinforced plastics)などが用いられている。また、金属箔４１５は、例えばアルミ箔或いは銅線、銅編素線、金属線、金属編組線等から形成される。
かかる構造により、各金属箔４１５は、ブッシング絶縁体４１４中において高圧側（中心部側）から低圧側（外周側）に向かってそれぞれ等しい容量のコンデンサが直列接続された形になるために、ブッシング絶縁体４１４の界面に沿う電界はほぼ均一に整えられる。さらに、ブッシング絶縁体４１４の最外層の金属箔４１５は接地されているので、ブッシング絶縁体４１４の外径が均一な中間部の表面電界は接地電位とすることができる。
【００４０】
（補助冷却機構）
ところで、上記ブッシング４１は、その下端部から上端部にかけて、冷媒槽２１の液体冷媒層から気体冷媒層を介して碍子管３３内の常温部にまで延在している。
そして、ブッシング４１の下端部４１４ａには金属箔４１５が同心状に埋め込まれており、金属箔４１５の下端部はその構造上、電界強度が高くなる。また、冷媒槽２１の冷媒の液面Ｓは、液体と気体の誘電率の違いにより電界が集中する。
このため、液面と金属箔４１５の下端部との間で絶縁破壊が発生しないように、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓは、金属箔４１５の下端部が存在する領域（ブッシング４１の下端部４１４ａの最上部）からある程度上方に離隔した位置を下限位置として、これより下降しないように管理する必要がある。
冷媒槽２１内では、気体冷媒層が熱変化を生じやすく、また、常温部にも近いことから温度上昇が生じやすく、これにより液面での熱交換によって冷媒の気化が進み、気体冷媒層の圧力が上昇することが、冷媒槽２１内における液体冷媒の液面の下降を生じる大きな要因となっている。
【００４１】
このため、適正な液面管理を行うために、冷媒槽２１には補助冷却機構６０が設けられている。
補助冷却機構６０は、真空槽２２の内側であって、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換面６１ａを有する隔壁６１を介して設けられた補助冷却用の液体冷媒の循環領域である補助冷媒槽６２により構成される。
補助冷媒槽６２は、冷媒槽２１の周囲を囲繞した円筒状であって、冷媒槽２１とは冷媒の流通が生じないように物理的に分離されている。そして、冷媒槽２１内の液体冷媒とは別系統で補助冷却用の液体冷媒の循環が行われてもよい。補助冷却用の液体冷媒は、冷媒槽２１の液体冷媒と同じ液体窒素を使用するが、別系統である場合は、液体窒素よりも低温となる他の液体或いは気体冷媒を使用しても良い。
【００４２】
外部から、系全体への熱侵入において、定常時の熱侵入をW1、異常時（例えば、過電流発生時等）又は定常時以外の熱侵入（夏季日中等）をW2、補助冷却機構を通して冷媒槽から排出される熱量の単位時間あたりの許容最大値をWmaxとすると、W2<Wmax（但し、W1<W2）を満たす補助冷却機構であれば良い。
【００４３】
隔壁６１は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製の冷媒槽２１の内壁をそのまま利用しても良いが、補助冷媒槽６２の部分だけ、より熱伝導性の高い材料で形成しても良いが、いずれにしても、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒を全周について取り囲むように形成され、補助冷媒槽６２内の液体冷媒は一枚の隔壁６１を介して冷媒槽２１内の液体及び気体の冷媒を冷却するようになっている。
即ち、隔壁６１の内面側が、補助冷却機構６０内の補助冷却用の液体冷媒と冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒との熱交換面６１ａとなる。そして、補助冷媒槽６２及びその隔壁６１は、上下方向について、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓを含む範囲で形成される。即ち、ブッシング４１の複数の金属箔４１５の内で下端部が最上位置となる当該金属箔４１５の下端部に対して絶縁破壊を生じない距離だけ上方となる位置が液体冷媒の液面の下側限界位置であるため、この下側限界位置を含む範囲で形成される。
【００４４】
（第二の循環冷却設備）
また、上記補助冷却機構６０には、補助冷媒槽６２内の液体冷媒を循環冷却する第二の循環冷却設備７０が併設されている。
この第二の循環冷却設備７０は、補助冷却用の液体冷媒を貯留するリザーバタンク７５と、補助冷却用の液体冷媒を循環させる循環ポンプ７６と補助冷却用の液体冷媒を冷却する冷凍機７７からなる冷却装置７１と、補助冷媒槽６２と冷却装置７１との間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管７２，７３と、輸送管７２に設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁７４とを備えている。
【００４５】
輸送管７２、７３は、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されており、低温容器２０の真空槽２２を貫通して、その内側に設けられた補助冷媒槽６２に接続されている。また、輸送管７２、７３は断熱構造を備えるバヨネットコネクタ７８，７９を介して真空槽２２の外壁と接続され、真空槽２２との接続部における熱進入が防止されている。
輸送管７２は冷却装置７１から補助冷媒槽６２に液体冷媒を供給するための供給管であり、補助冷媒槽６２の上端部近傍に設けられた開口に連通している。また、輸送管７３は補助冷媒槽６２から冷却装置７１に液体冷媒を回収するための回収管であり、補助冷媒槽６２の下端部近傍に設けられた開口に連通している。
これにより、冷却装置７１で冷却された液体冷媒は補助冷媒槽６２の上部に供給され、補助冷媒槽６２内の液体冷媒は補助冷媒槽６２の下部から回収される。補助冷媒槽６２内では、昇温した液体冷媒は上部に、低温の液体冷媒は下部に滞留するので、昇温した液体冷媒がすぐに冷却され、補助冷媒槽６２内の液体冷媒の温度を上下に渡って均一化することが可能となる。これにより、補助冷媒槽６２は、冷媒槽２１内の液面位置における液体冷媒及び気体冷媒を効果的に冷却することが可能である。
なお、液体冷媒は補助冷媒槽６２の上部から供給して下部から回収することがより望ましいが、液体冷媒は補助冷媒槽６２の下部から供給して上部から回収しても良い。この場合、補助冷媒槽６２の上部の温度の上がった液体冷媒を効果的に回収することが可能である（第二、第三の実施形態も同様である）。
【００４６】
また、この第二の循環冷却設備７０では、リザーバタンク７５内で液体冷媒が気化した場合でも循環ポンプ７６側には冷媒ガスが移動せずに液体冷媒のみが循環ポンプ７６を介して補助冷媒槽６２に供給されるようになっている。また、これにより、補助冷媒槽６２の内部は、液体冷媒で満たされた状態となり、内部に気体冷媒層が発生せず、その上下全幅に渡って冷媒槽２１を冷却することが可能となっている。
【００４７】
流量制御弁７４は手動操作により開度が調節可能な弁であり、開度調節によって冷却装置７１から補助冷媒槽６２への液体冷媒の流量を制御することが可能である。
【００４８】
（終端接続部の作用）
以上の構成からなる終端接続部１について、特に、補助冷却機構６０及び循環冷却設備７０による作用を説明する。
超電導ケーブル１０及び終端接続部１の冷媒槽２１内では、図示しない循環冷却装置により液体冷媒が循環され、超電導ケーブル１０のケーブルコア１１の冷却が行われる。
そして、冷媒槽２１内では、上方からの熱侵入などにより、気体冷媒が吸熱し、液体冷媒の液面では蒸発と凝縮を行い、気体冷媒層の圧力に応じて液面高さが変動を生じ得る状態となる。
【００４９】
（圧力制御及び液面高さ制御）
また、冷媒槽２１には、図１に示すように、内部の液体冷媒の液面高さを検出する液面検出手段としての液面センサ１３１（例えば、測距センサ）と、冷媒槽２１の内部の気体層の圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ１３２とが設けられ、第一の循環冷却設備８０のリザーバタンク８５には内部の冷媒を加熱するヒータ１３３が設けられている。
そして、図示しない制御装置により、冷媒槽２１内の圧力を一定の範囲に維持する圧力制御と冷媒槽２１内の液体冷媒の液面高さを一定の範囲に維持する液面高さ制御とが実行される。
【００５０】
即ち、図７に示すように、冷媒槽２１内の圧力について予め第１設定上限値Ｐ１と第１設定下限値Ｐ２とが定められ、圧力センサ１３２により第１設定上限値Ｐ１まで圧力の上昇が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＦＦし、リザーバタンク８５内の圧力を低減させて冷媒槽２１の液体冷媒をリザーバタンク８５側で回収し冷媒槽２１側の圧力を低下させる。
また、圧力センサ１３２により第１設定下限値Ｐ２まで圧力の低下が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＮにして、リザーバタンク８５内で液体冷媒に気泡を発生させ、圧力を上昇させてリザーバタンク８５内の液体冷媒を冷媒槽２１側に送り、冷媒槽２１側の圧力を上昇させる制御が行われる。
【００５１】
また、図９に示すように、冷媒槽２１内の液面高さについて予め第１設定上限値Ｈ１と第１設定下限値Ｈ２とが定められ、液面センサ１３１により第１設定上限値Ｈ１まで液面の上昇が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＦＦし、リザーバタンク８５内の圧力を低減させて冷媒槽２１の液体冷媒をリザーバタンク８５側で回収し冷媒槽２１側の冷媒液面位置を低下させる。
また、液面センサ１３１により第１設定下限値Ｈ２まで液面の低下が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＮにする制御が行われ、リザーバタンク８５内で液体冷媒に気泡を発生させ、圧力を上昇させてリザーバタンク８５内の液体冷媒を冷媒槽２１側に送り、冷媒槽側の冷媒液面位置を上昇させる制御が行われる。
【００５２】
なお、圧力制御及び液面高さ制御は、同時に実施され、例えば、圧力制御と液面高さ制御のいずれか一方がヒータ１３３をＯＮにすべき状態が検出された場合にはヒータ１３３をＯＮにし、圧力制御と液面高さ制御のいずれか一方がヒータ１３３をＯＦＦにすべき状態が検出された場合にはヒータ１３３をＯＦＦする制御を行い、相互の制御を並立させている。
【００５３】
（第一の実施形態による技術的効果）
上記第一の実施形態における終端接続部１では、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面位置Ｓにおける液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面６１ａを有する隔壁６１を介して冷媒槽２１を囲繞する円筒形の補助冷媒槽６２を有する補助冷却機構６０と、当該補助冷媒槽６２内の液体冷媒を循環冷却させるための第二の循環冷却設備７０とを備えている。さらに、循環冷却設備７０の冷却装置７１はリザーバタンク７５と循環ポンプ７６と冷凍機７７とを備えている。
このため、冷媒槽２１内で液体冷媒と気体冷媒との熱交換を行う液面を直接的に冷却することができ、冷媒槽２１内の気体冷媒層に熱侵入を受けても一定の温度幅に保つことが可能となる。それにより、より効果的に気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さを制御することが可能である。
また、補助冷媒槽６２及び第二の循環冷却設備７０による冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さ維持により、ヒータ１３３の電源を切入で気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、例えば、前述した図８や図１０に示す段階的な上下限値を設定する圧力制御及び液面高さ制御を不要とし、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面の高さを適正に制御することが可能である。
【００５４】
また、補助冷却機構６０の循環冷却設備７０は、輸送管７２により補助冷媒槽６２の上部から液体冷媒が供給され、輸送管７３により補助冷媒槽６２の下部から液体冷媒が回収されるので、補助冷媒槽６２内の上部と下部との間の温度勾配を解消し、冷媒槽２１に対する効果的な冷却を行うことが可能となる。
【００５５】
また、断熱構造が施された排出管３４１と、排出管３４１の圧力が一定値を超えると気体冷媒を排出する定圧弁３４２とを備え、気体冷媒層の圧力を非定常的に調整する緊急用圧力調整機構３４を冷媒槽２１に設け、補助冷媒槽６２の輸送管７２には液体冷媒の流量を調整する流量制御弁７４を設けたので、冷媒槽２１内の気体冷媒層の圧力を一定の範囲内に維持すると共に、補助冷媒槽６２に対する液体冷媒の流量調整により、気体冷媒層を一定の平衡温度に安定させることができ、ヒータ１３３の電源の切入を行うことにより冷媒槽２１内の液面位置の調節を任意に行うことが可能となる。
【００５６】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について図４に基づいて説明する。図４は第二の実施形態である終端接続部１Ａの概略構成を示す。
なお、以下の実施形態である終端接続部１Ａにおいて、前述した終端接続部１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略し、終端接続部１Ａについて終端接続部１と異なる点について専ら説明するものとする。
【００５７】
上記終端接続部１Ａの補助冷却機構６０Ａは、補助冷却用の液体冷媒の循環領域として、冷媒槽２１内に螺旋状に形成された補助冷却管６２Ａを備える点が終端接続部１と異なっている。
即ち、この補助冷却管６２Ａは、上下に隙間なく巻回されることで略円筒状をなしており、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒を囲繞するように配置されている。
補助冷却管６２Ａの上下方向における形成範囲は、前述した補助冷媒槽６２と同一である。即ち、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓを含む範囲であり、ブッシング４１の複数の金属箔４１５の液面側の端部の中で最上位置となる当該金属箔４１５の下端部に対して絶縁破壊を生じない距離だけ上方となる位置を含む範囲で形成される。
【００５８】
また、この補助冷却管６２Ａは、ＳＵＳ、銅或いはその他の熱伝導性の良い材料により形成されている。補助冷却管６２Ａの形成部位では、冷媒槽２１の内壁は除去されており、補助冷却管６２Ａの螺旋状の状態での内側となる管壁面の半分が熱交換面を有する隔壁となっている。また、かかる構造のため、螺旋状の状態で互いに隣接する補助冷却管６２Ａの管壁同士には隙間が生じないように溶接加工などによりシールされる。
【００５９】
また、第二の循環冷却設備７０の輸送管７２は、補助冷却管６２Ａの上端部に接続され、輸送管７３は補助冷却管６２Ａの下端部に接続される。これにより、補助冷却管６２Ａには、その上端部から液体冷媒が供給され、下端部から液体冷媒が回収される。
【００６０】
補助冷却管６２Ａを備えた終端接続部１Ａの場合も、終端接続部１の場合と同様に、補助冷却管６２Ａに対して、リザーバタンク７５、循環ポンプ７６及び冷凍機７７を備える第二の循環冷却設備７0により一定の流量で液体冷媒の循環冷却が行われるので、冷媒槽２１内で熱交換が行われている液面の液体冷媒及び気体冷媒に対して冷却を行うことができる。
また、螺旋状の補助冷却管６２Ａを備えることにより、補助冷却管６２Ａの内部に沿って冷媒を循環させることができるので、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒に対して全周方向について効果的且つ均一に冷却することができ、効率的に冷却及び液面調節を行うことが可能である。
また、補助冷却管６２Ａ及び第二の循環冷却設備７０による冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さ維持により、ヒータ１３３の電源を切入で気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、例えば、前述した図８や図１０に示す段階的な上下限値を設定する圧力制御及び液面高さ制御を不要とし、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面の高さを適正に制御することが可能である。
【００６１】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について図５に基づいて説明する。図５は第三の実施形態である極低温ケーブルとしての超電導ケーブル１０の終端接続部１Ｂの概略構成を示す図である。
なお、以下の実施形態である終端接続部１Ｂにおいて、前述した終端接続部１と同一の構成については同一の符号を伏して重複する説明は省略し、終端接続部１Ｂについて終端接続部１と異なる点について専ら説明するものとする。
【００６２】
上記終端接続部１Ｂは、終端接続部１と同じ低温容器２０、補助冷却機構６０を備えており、低温容器２０の冷媒槽２１及び超電導ケーブル１０の内管１２１に液体冷媒を循環させる第一の循環冷却設備８０Ｂと、補助冷却機構６０に液体冷媒を循環させる第二の循環冷却設備７０Ｂとが、液体冷媒を貯留するリザーバタンク７５Ｂを共用する点が終端接続部１と異なっている。
【００６３】
第一の循環冷却設備８０Ｂは、液体冷媒を貯留するためのリザーバタンク７５Ｂと液体冷媒を循環させる循環ポンプ８６と液体冷媒を冷却する冷凍機８７からなる冷却装置８１と、冷媒槽２１及び内管１２１と冷却装置８１との間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管８２，８３と、輸送管８２に設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁８４とを備えている。
輸送管８２、８３は、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されている。そして、輸送管８２は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８８を介して冷媒槽２１に接続され、冷却装置８１から冷媒槽２１に液体冷媒を供給する。また、輸送管８３は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８９を介して超電導ケーブル１０の内管１２１に接続されており、内管１２１から冷却装置８１に向けて液体冷媒を回収する。
【００６４】
第二の循環冷却設備７０Ｂは、液体冷媒を貯留するためのリザーバタンク７５Ｂと液体冷媒を循環させる循環ポンプ７６Ｂと液体冷媒を冷却する冷凍機７７Ｂからなる冷却装置７１Ｂと、補助冷媒槽６２と冷却装置７１Ｂとの間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管７２Ｂ，７３Ｂと、輸送管７２Ｂに設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁７４Ｂとを備えている。
輸送管７２Ｂ，７３Ｂは、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されている。そして、輸送管７２Ｂは、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ７８Ｂを介して補助冷媒槽６２に接続され、冷却装置７１Ｂから補助冷媒槽６２に液体冷媒を供給する。また、輸送管７３Ｂは、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ７９Ｂを介して補助冷媒槽６２に接続されており、補助冷媒槽６２から冷却装置７１Ｂに向けて液体冷媒を回収する。
【００６５】
上述のように、第一の循環冷却設備８０Ｂの冷却装置８１と第二の循環冷却設備７０Ｂの冷却装置７１Ｂとは、リザーバタンク７５Ｂを共用するので同じ液体冷媒がそれぞれの経路を循環することとなる。
これにより、各循環冷却設備８０Ｂ，７０Ｂの構成が簡易化され、設置コスト、製造コストの低減を図ると共に熱侵入の低減を図ることが可能となる。
【００６６】
また、輸送管７２Ｂの流量制御弁７４Ｂよりも下流側の部分と輸送管８２の流量制御弁８４よりも下流側の部分とが連結管９１により連結されており、当該連結管９１には流量制御弁９２が装備されている。従って、冷却装置８１と冷却装置７１Ｂのいずれか一方に突発的なトラブルが発生し停止した場合でも、流量制御弁７４Ｂ，８４，９２を適宜開閉操作することにより、冷却槽２１と補助冷却槽６２の双方に液体冷媒を供給することが可能となっている。
【００６７】
また、リザーバタンク７５Ｂには、内部の液体冷媒の加熱を行うヒータ１３３が装備されており、圧力調整機構３４には冷媒槽２１の内部圧力を検出する圧力センサ１３２が装備され、また、冷媒槽２１には内部の液体冷媒の液面高さを検出する液面センサ１３１が装備されている。これにより、前述した図７及び図９に示す圧力制御と液面高さ制御が実行される。
【００６８】
なお、終端接続部１Ｂも補助冷媒槽６２に換えて、第二の実施形態で例示した螺旋状の補助冷却管６２Ａを備える構成としても良い。
【００６９】
（その他）
以上、本発明者によってなされた発明を第１〜第３の実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記各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。
【００７０】
例えば、超電導導体ケーブル１０が単心型超電導ケーブルである場合を例示したが、三心のケーブルコアを一括して断熱管内に収納した三心一括型超電導ケーブルの終端部に施工する終端接続部においても適用できる。
【００７１】
また、極低温ケーブルとして超電導ケーブル１０を例示したが、極低温下で使用する他の極低温ケーブルについても、上記各実施形態を適用することが可能である。
また、各実施形態では、二次冷媒槽と冷媒槽を冷却するそれぞれの循環冷却システムを流れる冷媒の温度は、基本、同じであってよい。すなわち、二次冷却槽の冷媒の温度を、冷媒槽に対して相対的に低くして循環させる必要はない。基本、管理温度レベル以下であればよい。
【００７２】
また、冷媒槽２１には、その内部領域を上下に二分するバッフル板を装備しても良い。図６は前述した終端接続部１の冷媒槽２１の内側にバッフル板を装備する場合の装備位置Ｂ１〜Ｂ３を図示した説明図である。
バッフル板はプラスチックその他の絶縁体からなる多孔質の平板であり、断熱性を備えている。
バッフル板は、その中心部を引き出し導体３１及びブッシング４１が貫通している。また、バッフル板とブッシング４１の表面及びバッフル板と冷媒槽２１の内壁との間は、いずれも僅かな隙間を設けることにより、バッフル板の上下間での断熱性が確保することができる。
このバッフル板の固定は、ブッシング４１のフランジ部４１１や、上蓋から吊下する等の方法が採られる。
また、バッフル板の設置位置は、図６のＢ１のように、液面Ｓより上方に固定し、気体冷媒層を上下に二分する配置としても良い。また、図６のＢ２のように、ほぼ液面Ｓの高さに固定し、気体冷媒層と液体冷媒槽とを分離する配置としても良い。さらに、図６のＢ３のように、液面Ｓより下方に固定し、液体冷媒層を上下に二分する配置としても良い。バッフル板は多孔構造であるため比重が小さく、このように液面Ｓより下方に固定するには、浮力が生じ得るので、フランジ部４１１や上蓋から吊下支持する場合には、浮かないように部材で支持することが望ましい。
また、バッフル板は、上下方向について補助冷媒槽６２の上端から下端までの範囲内に設置する必要がある。
バッフル板は多孔質であるため高い断熱性を有するため、上述のように固定することでバッフル板の上側の侵入熱が下側の領域に移動をすることを抑止し、高い保冷効果を得ることが可能である。
なお、バッフル板は通気性と通水性は有していないので、圧力センサ１３２による冷媒槽２１の気体層の圧力検出に対する影響が生じないように、上下に貫通する微小の通気孔が形性されていてもよい。
また、バッフル板をＢ１又はＢ２に配置する場合には、冷媒槽２１の内部の液体冷媒の液面高さを検出するために、浮きの高さを計測する液面計を利用することも可能である。この場合、液面計の浮きの上下動を妨げないように、バッフル板には浮きを上下動させるための微小な貫通穴が形成される。
また、バッフル板を終端接続部１に設ける場合を例示したが、終端接続部１Ａ，１Ｂに設けても良い。
【００７３】
また、補助冷却機構６０の円筒状の補助冷媒槽６２は、その内部を水平な分割面により複数（例えば、二乃至三）に上下方向に区分しても良い。例えば、三つに区分する場合には、補助冷媒槽６２は上段と中段と下段の三つに領域に区画され、各々の内部は液体冷媒槽の流通ができないように水密性をもって仕切るようにする。そして、上中下の三つの区画のそれぞれに、区画内に液体冷媒を供給する輸送管７２と区画内の液体冷媒を回収する輸送管７３とを個別に接続し、区画毎に個別に液体冷媒の循環を行うことを可能とする。
これにより、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さが、隔壁６１の熱交換面６１ａにおける上中下のそれぞれの区画に対応する三つの領域のいずれの領域内であるかに応じて、対応する区画について、液体冷媒を供給し循環を行うことで、局所的に効率的な冷却を行うことが可能である。
また、冷媒槽２１の内部圧力の上昇の度合いや液面の低下の度合いが激しい場合には、全ての区画に対して液体冷媒の循環を行い、冷却能力を高めることも可能である。
なお、各区画の輸送管７２に設けられる流量制御弁７４を電気信号による制御流量や開閉制御が可能な電磁弁とし、液面Ｓの検出に応じて対応する区画に対して液体冷媒の循環を行うよう自動制御を行う構成としても良い。また、その場合も、圧力の上昇率や液面の上昇率を求めてその値が一定値を超えるような場合には全ての区画に対する循環を行うような制御を付加しても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ，１Ｂ 終端接続部
１０ 超電導ケーブル（極低温ケーブル）
１１ ケーブルコア
１２ 断熱管
２０ 低温容器
２１ 冷媒槽
２２ 真空槽
３１ 引き出し導体
３３ 碍子管（常温部）
３４ 圧力調整機構
３５ 金属箔
４１ コンデンサコーン方式のブッシング（絶縁部材）
５０ 導体用可動接続端子
６０，６０Ａ 補助冷却機構
６１ 隔壁
６１ａ 熱交換面
６２ 補助冷媒槽（補助冷却用の液体冷媒の循環領域）
６２Ａ 補助冷却管（補助冷却用の液体冷媒の循環領域）
７０，７０Ｂ 循環冷却設備
７１ 冷却装置
７２，７２Ｂ 輸送管
７３，７３Ｂ 輸送管
７４，７４Ｂ 流量制御弁（流量調整機構）
７５，７５Ｂ リザーバタンク
８０，８０Ｂ 第一の循環冷却設備
８５ リザーバタンク
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
１２１ 内管
１２２ 外管
１３３ ヒータ
３４１ 排出管
３４２ 定圧弁
４１４ ブッシング絶縁体
４１４ａ 下端部
４１４ｂ 中間部
４１４ｃ 上端部
４１５ 金属箔
Ｓ 液面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を送電するための極低温ケーブルの終端接続部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルシステムは超電導ケーブル冷却の為、リザーバタンク、ポンプ、冷凍機を備える。また、超電導ケーブルシステムは超電導ケーブル部と超電導終端接続部に分けられる。超電導ケーブル部は超電導ケーブルを冷却し通電する。この構造は超電導ケーブルを収納し液体冷媒を保持する為の冷媒槽と冷媒槽への熱侵入を低減させる為の真空層からなる。液体冷媒は超電導終端接続部に付随するリザーバタンク、ポンプ、冷凍機により供給、調整される。
【０００３】
終端接続部は、極低温(液体窒素を冷媒とする場合、大気圧で−196℃)に維持された超電導ケーブルに電気的に接続されると共に常温環境まで引き出された引き出し導体と、超電導ケーブルの断熱管に連通して冷媒で満たされる冷媒槽と、冷媒槽の外部に引き出された引き出し導体を収容すると共に常温層を形成する碍管と備えている。
冷媒槽内には液体冷媒層と気体冷媒層とが形成されており、引き出し導体は、液体冷媒層から気体冷媒層を通過して碍管内の常温層まで引き出されている。
そして、引き出し導体の周囲には、エチレンプロピレンゴム若しくはエポキシなどからなるストレスコーンやコンデンサコーンからなる絶縁構造体が形成されている。
碍管内には、絶縁油などの絶縁流体が充填され、冷媒槽と碍管の間には気体冷媒が浸入しないようにシールを配置して気密に保持している。
【０００４】
ところで、引き出し導体に施される絶縁構造体が、例えば、コンデンサコーン方式のブッシングの場合、内部に金属箔を挿入し電圧を分担することで絶縁に耐える設計の為、引き出し導体の通電時には当該金属箔の端部では電界ストレスが集中する。
一方、冷媒槽内では、窒素等の絶縁物質に於いて液体と気体では誘電率が大きく異なる為、その液体と気体の境界では耐電圧ストレスが低下する。
また、一般的に気体(SF6等の絶縁ガスは除く)の耐電圧ストレスは低い為、ブッシング中の金属箔端部の周囲は耐電圧ストレスの高い液体冷媒(例えば液体窒素)や絶縁油である必要がある。このため、冷媒槽内の液面位置はブッシング中の液面側の複数の金属箔の内で最も上位に位置する金属箔の先端部よりも十分に高い位置に維持されることが要求されていた。
【０００５】
しかしながら、冷媒槽内の気体冷媒層は、引き出し導体を通じて常温層と隣接することから、熱侵入を受け易く、液体冷媒層と気体冷媒層の界面間での熱交換もある上、圧力変化に伴う気化と凝集といった状態変化を断続的に繰り返す為、液面位置を一定にすることが困難である。以上より従来の終端接続部は、引き出し導体及びその周囲に形成された絶縁構造物と冷媒槽の内壁との隙間を極力小さくして、気体冷媒層の容積を低減することで熱交換による体積変化量を少なくし、液面位置の変化を低減することが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、他の従来技術として、非循環型の冷却システムでは、（例えば限流器等）液面を管理する方法として、内側から、冷媒槽、二次冷媒槽、真空断熱層を有する三重構造を有する冷媒槽が用いられることもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の終端装置では、気体冷媒層の容積を低減するために、引き出し導体及びその周囲に形成された絶縁構造物と冷媒槽の内壁との隙間を極力小さくすることから、引き出し導体と冷媒層の内壁面との間の絶縁破壊の発生が生じやすくなるという問題があった。
【０００８】
超電導ケーブルの冷却システムでは充分な絶縁性能が求められる。超電導ケーブルの冷却システムはリザーバタンク、ポンプ、冷凍機を備えたシステムであるが、コンデンサコーン方式のブッシングがあるガス層の圧力と液面高を維持する事が難しい。ガス層の圧力は必要な絶縁能力を得る為に必要な下限がある。冷媒圧力上昇に伴い冷媒温度も上昇し、一方で冷媒圧力が大気圧近辺の場合、ケーブル中で偶発的に発生した気泡が残存することで電気的な弱点になる（即ち、気泡が発生しない圧力以上である必要がある）。両者を満足する条件として冷媒圧力は0.2 MPaG近辺が最適である。また上限は容器の設計圧力である。一方、液面高はブッシングの性能を維持する為の下限（例えば、前述したブッシング中の液面側の金属箔先端部よりも十分に高い位置）と充分な熱勾配を得る為の上限がある。従来のシステムでは日射や通電等に伴うジュール熱の影響が非常に大きい為、システムの管理のみで追随する事が困難であった。
【０００９】
従来のシステムに於ける圧力及び冷媒液面位置の変化と制御方法を例に挙げる。従来のシステムではガス層の圧力が設定上限値に達するとリザーバタンク内のヒータスイッチを切ることでリザーバタンク内の圧力を低減させて冷媒槽の液体冷媒をリザーバタンク側で回収し冷媒槽側の圧力を低下させる。また、圧力が設定下限値に達するとヒータスイッチを入れることでリザーバタンク内で液体冷媒を気化させ、圧力を上昇させてリザーバタンク内の液体冷媒を冷媒槽側に送り、冷媒槽側の圧力を上昇させる。
或いは、冷媒液面位置が設定上限値に達するとリザーバタンク内のヒータスイッチを切ることでリザーバタンク内の圧力を低減させて冷媒槽の液体冷媒をリザーバタンク側で回収し冷媒槽側の冷媒液面位置を低下させる。また、冷媒液面位置が設定下限値に達するとヒータスイッチを入れることでリザーバタンク内で液体冷媒を気化させ、圧力を上昇させてリザーバタンク内の液体冷媒を冷媒槽側に送り、冷媒槽側の冷媒液面位置を上昇させる。ここで設定上限値と設定下限値はヒータの入切に伴う圧力若しくは冷媒液面位置の変動を見越して設定している。いずれの場合もヒータの入切のみで圧力Pと冷媒液面位置Lの値が管理値内に入るように調整する。但し圧力Pと冷媒液面位置Lの関係は冷却システムの状態により異なる為、一対一対応できない。
【００１０】
従来のシステムに於いて、日射や通電等による短時間内でジュール熱の影響が大きい時の制御方法を例に挙げる。リザーバタンク内のヒータスイッチの入切のみで圧力や液面位置を制御した時の挙動を図７〜図１０に示す。図７の例では、冷媒槽内の圧力について第１設定上限値Ｐ１と第１設定下限値Ｐ２とを定め、第１設定上限値Ｐ１まで圧力の上昇が検出されると、ヒータのスイッチをＯＦＦし、第１設定下限値Ｐ２まで圧力の低下が検出されると、ヒータのスイッチをＯＮにする制御が行われる。
また、図９の例では、冷媒槽内の液面高さについて第１設定上限値Ｈ１と第１設定下限値Ｈ２とを定め、第１設定上限値Ｈ１まで液面の上昇が検出されると、ヒータのスイッチをＯＦＦし、第１設定下限値Ｈ２まで液面の低下が検出されると、ヒータのスイッチをＯＮにする制御が行われる。
しかし、熱侵入に伴う圧力や液面位置変化が非常に大きくヒータの入切だけでは冷媒液面位置を十分に制御することができない。従って、これに対処するために、図８及び図１０に示す制御が行われる。図８に示す例では、第１設定上限値Ｐ１よりもさらに高い第２設定上限値Ｐ３と、第１設定下限値Ｐ２よりもさらに低い第２設定下限値Ｐ４とを新たに定め、第１設定上限値Ｐ１でヒータのスイッチをＯＦＦした後にさらに第２設定上限値Ｐ３まで圧力の上昇が検出されると、冷媒槽内の気体冷媒を外部に放出する制御を行い、また、第１設定下限値Ｐ２でヒータのスイッチをＯＮした後にさらに第２設定下限値Ｐ４まで圧力の低下が検出されると、冷媒槽内へ液体冷媒を補充する制御が行われる。
また、図１０に示す例では、第１設定上限値Ｈ１よりもさらに高い第２設定上限値Ｈ３と、第１設定下限値Ｈ２よりもさらに低い第２設定下限値Ｈ４とを新たに定め、第１設定上限値Ｈ１でヒータのスイッチをＯＦＦした後にさらに第２設定上限値Ｈ３まで液面の上昇が検出されると、冷媒槽内の気体冷媒を外部に放出する制御を行い、また、第１設定下限値Ｈ２でヒータのスイッチをＯＮした後にさらに第２設定下限値Ｈ４まで液面の低下が検出されると、冷媒槽内へ液体冷媒を補充する制御が行われる。
これにより、日射や通電等による短時間内でジュール熱の影響が大きい場合の液面位置維持を図っている。
しかしながら、かかる方法では、冷媒槽に、ヒータや気体冷媒層のガス放出のための設備、さらには、冷媒を補充するための設備が必須となるという問題があった。
【００１１】
また、必要な場合は、従来の冷却システムでは冷媒槽の上部に、気体冷媒層の圧力を調整する圧力調整機構が設けられていた。この圧力調整機構は、真空層を備えた二重断熱構造が施された排出管と、冷媒槽内が所定の圧力に達すると弁が開いて気体冷媒を大気中に放出する定圧弁とからなり、この圧力調整機構によっても、冷媒槽内の圧力調節が行われていた。
しかし、圧力調整機構は、冷媒槽内の圧力上昇時に冷媒を大気中に放出する構造のため、冷媒槽の冷媒の減少を生じさせる。このため、圧力調整機構によって冷媒槽内の気体冷媒層の圧力の上昇を回避しようとすると、冷媒槽内の冷媒の損失が激しくなるという問題があった。
【００１２】
また、三重構造の冷媒槽を用いる先行技術は、その主な目的が冷媒槽から冷媒の蒸発を防止することにあり、そのため、二次冷媒槽の液面位置が可変の構造であり、二次冷媒槽の液面位置の変化に伴い冷媒槽内のガス冷媒の冷却度合いが変化して、冷媒槽側の液面位置の制御には不向きという欠点があった。
本発明は、冷媒の温度変動が大きい場合にもヒータの入切で冷媒液面位置の管理が可能、さらに、冷媒の強制放出や液体冷媒の補充を必須としない終端接続部を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、ケーブルコアと当該ケーブルコアを冷却する液体冷媒を収容する断熱管とを備えた極低温ケーブルの終端接続部であって、前記液体冷媒が貯留され、液体冷媒層と気体冷媒層とが形成される冷媒槽と、下端部が前記極低温ケーブルの超電導導体層と接続されると共に前記液体冷媒層に浸漬され、上端部が前記気体冷媒層を経て常温部に引き出される引出し導体と、前記引出し導体の周囲に設けられた絶縁部材と、前記冷媒槽に供給する液体冷媒を貯留するリザーバタンクを有する第一の循環冷却設備と、前記冷媒槽に設けられ、当該冷媒槽内の前記液体冷媒の液面位置における前記液体冷媒及び前記気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する補助冷却機構と、前記補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備とを備え、前記冷媒槽内の圧力又は液面高さに応じて、前記リザーバタンクを加熱するヒータの加熱と停止とを切り替えて前記冷媒槽内の液面高さが目標の範囲内に制御されることを特徴とする。
【００１４】
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、前記補助冷却機構は、前記熱交換面を有する隔壁を介して前記冷媒槽内を冷却するための補助冷却用の液体冷媒の循環領域として、前記冷媒槽の周囲に形成された補助冷媒槽を備え、当該補助冷媒槽の上端と下端の間に前記冷媒槽の液体冷媒層の液面位置が配置されていることを特徴とする。
【００１５】
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、前記補助冷媒槽は、液体冷媒で満たして気体冷媒層を有さないことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項２から５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、前記補助冷媒槽を上下に並んだ複数の区画に分割し、それぞれの区画に対して補助冷却用の液体冷媒の供給と補助冷却用の液体冷媒の回収とを行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項２から４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、前記補助冷媒槽は、前記冷媒槽の冷媒貯留領域の周囲に形成された補助冷媒槽からなり、当該補助冷媒槽は前記冷媒槽の液体冷媒層の液面位置の下方から上方に渡って形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１から７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、前記第二の循環冷却設備は、補助冷却用の液体冷媒を貯留するリザーバタンクと、補助冷却用の液体冷媒を循環させる循環ポンプと補助冷却用の液体冷媒を冷却する冷凍機とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、終端接続部が、冷媒槽内の液体冷媒の液面位置における液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する補助冷却機構と、当該補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備とを備えている。
このため、冷媒槽内で液体冷媒と気体冷媒との熱交換を行う液面を直接的に冷却することができ、冷媒槽内の気体冷媒層に熱侵入を受けても一定の温度幅に保つことが可能となる。それによりヒータの電源を切入で気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、冷媒槽内の液体冷媒の液面の高さを制御することが可能である。
また、従来技術のように、引き出し導体と冷媒槽の内壁面とを近接させる必要がなく、これらの間の絶縁破壊の発生も効果的に回避することが可能である。
さらに、冷媒槽に、気体冷媒放出設備又は冷媒補充設備を常時運転においては必須とすることなく、冷媒槽内の液体冷媒の液面の高さを制御することが可能である。
また、補助冷却機構を、冷媒槽内の液体冷媒の液面位置における液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する構造とし、また、補助冷却槽に気体層を有さず、液体冷媒のみで満たされる構成とした場合には、従来のような二次冷却槽の液面管理を不要とし、冷却槽の液面管理に有利な構成とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一の実施形態に係る超電導ケーブルの終端接続部の概略構成を示す図である。
【図２】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。
【図３】コンデンサコーンの断面構造を模式的に示した説明図である。
【図４】第二の実施形態に係る超電導ケーブルの終端接続部の概略構成を示す図である。
【図５】第三の実施形態である超電導ケーブルの終端接続部の概略構成を示す図である。
【図６】終端接続部の冷媒槽の内側にバッフル板を装備する場合の装備位置を図示した説明図である。
【図７】冷媒槽の内部圧力をヒータのみで制御する例を示す線図である。
【図８】冷媒槽の内部圧力をヒータと気体冷媒の外部放出とにより制御する例を示す線図である。
【図９】冷媒槽の液面高さをヒータのみで制御する例を示す線図である。
【図１０】冷媒槽の液面高さをヒータと気体冷媒の外部放出とにより制御する例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は第一の実施形態である極低温ケーブルとしての超電導ケーブル１０の終端接続部１の概略構成を示す図、図２は終端接続部１が施工される超電導ケーブルの一例を示す図である。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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特性を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）、例えば(組成式) ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-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Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8+δ（Ｂｉ２２１２）, Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
常電導シールド層１１５は、超電導シールド層１１４の上に銅線あるいは銅編組線に代表される常電導導体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。
【００３０】
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）が充填される内管１２１と、内管１２１の外周を覆うように配設された外管１２２からなる二重環構造を有している。
内管１２１及び外管１２２は、例えばステンレス製のコルゲート管である。内管１２１と外管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１２３が介在され、真空状態に保持される（いわゆるスーパーインシュレーション）。また、外管１２２の外周はポリエチレンなどの防食層１２４で被覆されている。
【００３１】
（終端接続部の概要）
図１に示すように、終端接続部１は、低温容器２０に超電導ケーブル１０の端部が所定の状態で収容され、引き出し導体３１を介して電流が実系統側に引き出される構成となっている。
終端接続部１では、超電導ケーブル１０の超電導導体層１１２と引き出し導体３１とが、導体用接続端子としての導体用可動接続端子５０を介して電気的に接続されている。
【００３２】
（低温容器）
低温容器２０は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製であって、内側の冷媒槽２１と、外側の真空槽２２からなる二重構造を有しており、超電導ケーブル１０の端部が接続されている。上記真空槽２２は、超電導ケーブル１０の断熱管１２の外管１２２が溶接接続されており、冷媒槽２１は内管１２１が溶接接続されている。そして、中空なる冷媒槽２１と真空槽２２の間の領域と、断熱管１２の内管１２１と外管１２２の間の領域とは、それぞれ真空吸引され、断熱構造が形成されている。
【００３３】
また、冷媒槽２１の内部領域と内管１２１の内部領域とは連通し、これらの領域には、液体冷媒（例えば液体窒素）が充填されている。この液体冷媒は、後述する第一の循環冷却設備８０によって、内管１２１から冷媒槽２１にかけて循環されている。
この第一の循環冷却設備８０は、液体冷媒を貯留するためのリザーバタンク８５と液体冷媒を循環させる循環ポンプ８６と液体冷媒を冷却する冷凍機８７からなる冷却装置８１と、冷媒槽２１及び内管１２１と冷却装置８１との間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管８２，８３と、輸送管８２に設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁８４とを備えている。
輸送管８２、８３は、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されている。そして、輸送管８２は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８８を介して冷媒槽２１に接続され、冷却装置８１から冷媒槽２１に液体冷媒を供給する。また、輸送管８３は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８９を介して超電導ケーブル１０の内管１２１に接続されており、内管１２１から冷却装置８１に向けて液体冷媒を回収する。
これにより、液体冷媒は、終端接続部１の外部に設けられた冷凍機８７によって所定の極低温まで冷却が行われており、循環が行われることより、終端接続部１及び超電導ケーブル１０内の液体冷媒の排熱が行われている。
【００３４】
また、低温容器２０は、鉛直上方に立ち上げられた円筒状に形成されており、その上部には、低温容器２０と同心で円筒状の碍子管３３が連設され、さらに、碍子管３３の上端部には実系統側に接続される上部金具３２が取り付けられている。
そして、低温容器２０の冷媒槽２１内には、前述したように、液体冷媒が充填されており、液体冷媒の液面Ｓの下側に液体窒素からなる液体冷媒層が形成され、液面Ｓの上側に気体窒素からなる気体冷媒層が形成されている。
【００３５】
冷媒槽２１と碍子管３３の内部であってこれらの中心位置には、導体用可動接続端子５０から上部金具３２までを電気的に接続する引き出し導体３１が配設されている。この引き出し導体３１は、全体が良導体、例えば銅により形成された中実又は中空の丸棒体である。
そして、当該引き出し導体３１には、当該引き出し導体３１を囲繞するように絶縁部材としてのコンデンサコーン方式のブッシング４１が装備されている。ブッシング４１は、外周に固定装備された取り付け用のフランジ部４１１により、低温容器２０の上端部に取り付けられている。そして、このブッシング４１の取り付け用フランジ部４１１は、冷媒槽２１を密閉するようシール加工が施されており、これにより、冷媒槽２１と碍子管３３のそれぞれの内部領域を分離し、液体や気体の流通を阻止している。
上記碍子管３３の内部領域には、絶縁油やＳＦ６ガス等からなる流体絶縁体が充填されている。なお、碍子管３３内の流体絶縁体は常温であり、当該碍子管３３は、常温部に相当する。
【００３６】
（コンデンサコーン）
図３はブッシング４１の断面構造を模式的に示した説明図である。図１及び図３に示すように、ブッシング４１は、引き出し導体３１を挿入するステンレス製の中空パイプ４１２と、中空パイプ４１２の外周面上に形成された絶縁材料からなるブッシング絶縁体４１４と、引き出し導体３１と中空パイプ４１２との連結部に介挿された絶縁材料からなるカラー４１３と、ブッシング絶縁体４１４の外周面上であって上下方向における中間位置設けられた取り付け用フランジ部４１１とを備えている。
【００３７】
かかるブッシング絶縁体４１４は、鉛直方向について下端部４１４ａと中間部４１４ｂと上端部４１４ｃとから構成されており、中間部４１４ｂは鉛直方向について均一の外径をなし、下端部４１４ａと上端部４１４ｃは下方又は上方に向かうほど縮径しており、ブッシング絶縁体４１４の全体は略紡錘形状に形成されている。
【００３８】
そして、ブッシング絶縁体４１４の下端部４１４ａと上端部４１４ｃには、鉛直方向について一定の幅のコンデンサ電極を形成する金属箔４１５が、中空パイプ４１２を中心とする半径方向について一定の間隔で階段的かつ同心状となるように絶縁体４１４中に埋め込まれている。また、最外層となる金属箔４１５は、ブッシング絶縁体４１４の中間部４１４ｂの全域に渡って形成されており、当該最外層の金属箔４１５については図示しないアース線が取り付けられて、接地されている。
【００３９】
また、ブッシング絶縁体４１４としては、エポキシ樹脂、ＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム）、ゴム、ＦＲＰ(fiber reinforced plastics)などが用いられている。また、金属箔４１５は、例えばアルミ箔或いは銅線、銅編素線、金属線、金属編組線等から形成される。
かかる構造により、各金属箔４１５は、ブッシング絶縁体４１４中において高圧側（中心部側）から低圧側（外周側）に向かってそれぞれ等しい容量のコンデンサが直列接続された形になるために、ブッシング絶縁体４１４の界面に沿う電界はほぼ均一に整えられる。さらに、ブッシング絶縁体４１４の最外層の金属箔４１５は接地されているので、ブッシング絶縁体４１４の外径が均一な中間部の表面電界は接地電位とすることができる。
【００４０】
（補助冷却機構）
ところで、上記ブッシング４１は、その下端部から上端部にかけて、冷媒槽２１の液体冷媒層から気体冷媒層を介して碍子管３３内の常温部にまで延在している。
そして、ブッシング４１の下端部４１４ａには金属箔４１５が同心状に埋め込まれており、金属箔４１５の下端部はその構造上、電界強度が高くなる。また、冷媒槽２１の冷媒の液面Ｓは、液体と気体の誘電率の違いにより電界が集中する。
このため、液面と金属箔４１５の下端部との間で絶縁破壊が発生しないように、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓは、金属箔４１５の下端部が存在する領域（ブッシング４１の下端部４１４ａの最上部）からある程度上方に離隔した位置を下限位置として、これより下降しないように管理する必要がある。
冷媒槽２１内では、気体冷媒層が熱変化を生じやすく、また、常温部にも近いことから温度上昇が生じやすく、これにより液面での熱交換によって冷媒の気化が進み、気体冷媒層の圧力が上昇することが、冷媒槽２１内における液体冷媒の液面の下降を生じる大きな要因となっている。
【００４１】
このため、適正な液面管理を行うために、冷媒槽２１には補助冷却機構６０が設けられている。
補助冷却機構６０は、真空槽２２の内側であって、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換面６１ａを有する隔壁６１を介して設けられた補助冷却用の液体冷媒の循環領域である補助冷媒槽６２により構成される。
補助冷媒槽６２は、冷媒槽２１の周囲を囲繞した円筒状であって、冷媒槽２１とは冷媒の流通が生じないように物理的に分離されている。そして、冷媒槽２１内の液体冷媒とは別系統で補助冷却用の液体冷媒の循環が行われてもよい。補助冷却用の液体冷媒は、冷媒槽２１の液体冷媒と同じ液体窒素を使用するが、別系統である場合は、液体窒素よりも低温となる他の液体或いは気体冷媒を使用しても良い。
【００４２】
外部から、系全体への熱侵入において、定常時の熱侵入をW1、異常時（例えば、過電流発生時等）又は定常時以外の熱侵入（夏季日中等）をW2、補助冷却機構を通して冷媒槽から排出される熱量の単位時間あたりの許容最大値をWmaxとすると、W2<Wmax（但し、W1<W2）を満たす補助冷却機構であれば良い。
【００４３】
隔壁６１は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製の冷媒槽２１の内壁をそのまま利用しても良いが、補助冷媒槽６２の部分だけ、より熱伝導性の高い材料で形成しても良いが、いずれにしても、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒を全周について取り囲むように形成され、補助冷媒槽６２内の液体冷媒は一枚の隔壁６１を介して冷媒槽２１内の液体及び気体の冷媒を冷却するようになっている。
即ち、隔壁６１の内面側が、補助冷却機構６０内の補助冷却用の液体冷媒と冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒との熱交換面６１ａとなる。そして、補助冷媒槽６２及びその隔壁６１は、上下方向について、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓを含む範囲で形成される。即ち、ブッシング４１の複数の金属箔４１５の内で下端部が最上位置となる当該金属箔４１５の下端部に対して絶縁破壊を生じない距離だけ上方となる位置が液体冷媒の液面の下側限界位置であるため、この下側限界位置を含む範囲で形成される。
【００４４】
（第二の循環冷却設備）
また、上記補助冷却機構６０には、補助冷媒槽６２内の液体冷媒を循環冷却する第二の循環冷却設備７０が併設されている。
この第二の循環冷却設備７０は、補助冷却用の液体冷媒を貯留するリザーバタンク７５と、補助冷却用の液体冷媒を循環させる循環ポンプ７６と補助冷却用の液体冷媒を冷却する冷凍機７７からなる冷却装置７１と、補助冷媒槽６２と冷却装置７１との間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管７２，７３と、輸送管７２に設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁７４とを備えている。
【００４５】
輸送管７２、７３は、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されており、低温容器２０の真空槽２２を貫通して、その内側に設けられた補助冷媒槽６２に接続されている。また、輸送管７２、７３は断熱構造を備えるバヨネットコネクタ７８，７９を介して真空槽２２の外壁と接続され、真空槽２２との接続部における熱進入が防止されている。
輸送管７２は冷却装置７１から補助冷媒槽６２に液体冷媒を供給するための供給管であり、補助冷媒槽６２の上端部近傍に設けられた開口に連通している。また、輸送管７３は補助冷媒槽６２から冷却装置７１に液体冷媒を回収するための回収管であり、補助冷媒槽６２の下端部近傍に設けられた開口に連通している。
これにより、冷却装置７１で冷却された液体冷媒は補助冷媒槽６２の上部に供給され、補助冷媒槽６２内の液体冷媒は補助冷媒槽６２の下部から回収される。補助冷媒槽６２内では、昇温した液体冷媒は上部に、低温の液体冷媒は下部に滞留するので、昇温した液体冷媒がすぐに冷却され、補助冷媒槽６２内の液体冷媒の温度を上下に渡って均一化することが可能となる。これにより、補助冷媒槽６２は、冷媒槽２１内の液面位置における液体冷媒及び気体冷媒を効果的に冷却することが可能である。
なお、液体冷媒は補助冷媒槽６２の上部から供給して下部から回収することがより望ましいが、液体冷媒は補助冷媒槽６２の下部から供給して上部から回収しても良い。この場合、補助冷媒槽６２の上部の温度の上がった液体冷媒を効果的に回収することが可能である（第二、第三の実施形態も同様である）。
【００４６】
また、この第二の循環冷却設備７０では、リザーバタンク７５内で液体冷媒が気化した場合でも循環ポンプ７６側には冷媒ガスが移動せずに液体冷媒のみが循環ポンプ７６を介して補助冷媒槽６２に供給されるようになっている。また、これにより、補助冷媒槽６２の内部は、液体冷媒で満たされた状態となり、内部に気体冷媒層が発生せず、その上下全幅に渡って冷媒槽２１を冷却することが可能となっている。
【００４７】
流量制御弁７４は手動操作により開度が調節可能な弁であり、開度調節によって冷却装置７１から補助冷媒槽６２への液体冷媒の流量を制御することが可能である。
【００４８】
（終端接続部の作用）
以上の構成からなる終端接続部１について、特に、補助冷却機構６０及び循環冷却設備７０による作用を説明する。
超電導ケーブル１０及び終端接続部１の冷媒槽２１内では、図示しない循環冷却装置により液体冷媒が循環され、超電導ケーブル１０のケーブルコア１１の冷却が行われる。
そして、冷媒槽２１内では、上方からの熱侵入などにより、気体冷媒が吸熱し、液体冷媒の液面では蒸発と凝縮を行い、気体冷媒層の圧力に応じて液面高さが変動を生じ得る状態となる。
【００４９】
（圧力制御及び液面高さ制御）
また、冷媒槽２１には、図１に示すように、内部の液体冷媒の液面高さを検出する液面検出手段としての液面センサ１３１（例えば、測距センサ）と、冷媒槽２１の内部の気体層の圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ１３２とが設けられ、第一の循環冷却設備８０のリザーバタンク８５には内部の冷媒を加熱するヒータ１３３が設けられている。
そして、図示しない制御装置により、冷媒槽２１内の圧力を一定の範囲に維持する圧力制御と冷媒槽２１内の液体冷媒の液面高さを一定の範囲に維持する液面高さ制御とが実行される。
【００５０】
即ち、図７に示すように、冷媒槽２１内の圧力について予め第１設定上限値Ｐ１と第１設定下限値Ｐ２とが定められ、圧力センサ１３２により第１設定上限値Ｐ１まで圧力の上昇が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＦＦし、リザーバタンク８５内の圧力を低減させて冷媒槽２１の液体冷媒をリザーバタンク８５側で回収し冷媒槽２１側の圧力を低下させる。
また、圧力センサ１３２により第１設定下限値Ｐ２まで圧力の低下が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＮにして、リザーバタンク８５内で液体冷媒に気泡を発生させ、圧力を上昇させてリザーバタンク８５内の液体冷媒を冷媒槽２１側に送り、冷媒槽２１側の圧力を上昇させる制御が行われる。
【００５１】
また、図９に示すように、冷媒槽２１内の液面高さについて予め第１設定上限値Ｈ１と第１設定下限値Ｈ２とが定められ、液面センサ１３１により第１設定上限値Ｈ１まで液面の上昇が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＦＦし、リザーバタンク８５内の圧力を低減させて冷媒槽２１の液体冷媒をリザーバタンク８５側で回収し冷媒槽２１側の冷媒液面位置を低下させる。
また、液面センサ１３１により第１設定下限値Ｈ２まで液面の低下が検出されると、ヒータ１３３のスイッチをＯＮにする制御が行われ、リザーバタンク８５内で液体冷媒に気泡を発生させ、圧力を上昇させてリザーバタンク８５内の液体冷媒を冷媒槽２１側に送り、冷媒槽側の冷媒液面位置を上昇させる制御が行われる。
【００５２】
なお、圧力制御及び液面高さ制御は、同時に実施され、例えば、圧力制御と液面高さ制御のいずれか一方がヒータ１３３をＯＮにすべき状態が検出された場合にはヒータ１３３をＯＮにし、圧力制御と液面高さ制御のいずれか一方がヒータ１３３をＯＦＦにすべき状態が検出された場合にはヒータ１３３をＯＦＦする制御を行い、相互の制御を並立させている。
【００５３】
（第一の実施形態による技術的効果）
上記第一の実施形態における終端接続部１では、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面位置Ｓにおける液体冷媒及び気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面６１ａを有する隔壁６１を介して冷媒槽２１を囲繞する円筒形の補助冷媒槽６２を有する補助冷却機構６０と、当該補助冷媒槽６２内の液体冷媒を循環冷却させるための第二の循環冷却設備７０とを備えている。さらに、循環冷却設備７０の冷却装置７１はリザーバタンク７５と循環ポンプ７６と冷凍機７７とを備えている。
このため、冷媒槽２１内で液体冷媒と気体冷媒との熱交換を行う液面を直接的に冷却することができ、冷媒槽２１内の気体冷媒層に熱侵入を受けても一定の温度幅に保つことが可能となる。それにより、より効果的に気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さを制御することが可能である。
また、補助冷媒槽６２及び第二の循環冷却設備７０による冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さ維持により、ヒータ１３３の電源を切入で気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、例えば、前述した図８や図１０に示す段階的な上下限値を設定する圧力制御及び液面高さ制御を不要とし、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面の高さを適正に制御することが可能である。
【００５４】
また、補助冷却機構６０の循環冷却設備７０は、輸送管７２により補助冷媒槽６２の上部から液体冷媒が供給され、輸送管７３により補助冷媒槽６２の下部から液体冷媒が回収されるので、補助冷媒槽６２内の上部と下部との間の温度勾配を解消し、冷媒槽２１に対する効果的な冷却を行うことが可能となる。
【００５５】
また、断熱構造が施された排出管３４１と、排出管３４１の圧力が一定値を超えると気体冷媒を排出する定圧弁３４２とを備え、気体冷媒層の圧力を非定常的に調整する緊急用圧力調整機構３４を冷媒槽２１に設け、補助冷媒槽６２の輸送管７２には液体冷媒の流量を調整する流量制御弁７４を設けたので、冷媒槽２１内の気体冷媒層の圧力を一定の範囲内に維持すると共に、補助冷媒槽６２に対する液体冷媒の流量調整により、気体冷媒層を一定の平衡温度に安定させることができ、ヒータ１３３の電源の切入を行うことにより冷媒槽２１内の液面位置の調節を任意に行うことが可能となる。
【００５６】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について図４に基づいて説明する。図４は第二の実施形態である終端接続部１Ａの概略構成を示す。
なお、以下の実施形態である終端接続部１Ａにおいて、前述した終端接続部１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略し、終端接続部１Ａについて終端接続部１と異なる点について専ら説明するものとする。
【００５７】
上記終端接続部１Ａの補助冷却機構６０Ａは、補助冷却用の液体冷媒の循環領域として、冷媒槽２１内に螺旋状に形成された補助冷却管６２Ａを備える点が終端接続部１と異なっている。
即ち、この補助冷却管６２Ａは、上下に隙間なく巻回されることで略円筒状をなしており、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒を囲繞するように配置されている。
補助冷却管６２Ａの上下方向における形成範囲は、前述した補助冷媒槽６２と同一である。即ち、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓを含む範囲であり、ブッシング４１の複数の金属箔４１５の液面側の端部の中で最上位置となる当該金属箔４１５の下端部に対して絶縁破壊を生じない距離だけ上方となる位置を含む範囲で形成される。
【００５８】
また、この補助冷却管６２Ａは、ＳＵＳ、銅或いはその他の熱伝導性の良い材料により形成されている。補助冷却管６２Ａの形成部位では、冷媒槽２１の内壁は除去されており、補助冷却管６２Ａの螺旋状の状態での内側となる管壁面の半分が熱交換面を有する隔壁となっている。また、かかる構造のため、螺旋状の状態で互いに隣接する補助冷却管６２Ａの管壁同士には隙間が生じないように溶接加工などによりシールされる。
【００５９】
また、第二の循環冷却設備７０の輸送管７２は、補助冷却管６２Ａの上端部に接続され、輸送管７３は補助冷却管６２Ａの下端部に接続される。これにより、補助冷却管６２Ａには、その上端部から液体冷媒が供給され、下端部から液体冷媒が回収される。
【００６０】
補助冷却管６２Ａを備えた終端接続部１Ａの場合も、終端接続部１の場合と同様に、補助冷却管６２Ａに対して、リザーバタンク７５、循環ポンプ７６及び冷凍機７７を備える第二の循環冷却設備７0により一定の流量で液体冷媒の循環冷却が行われるので、冷媒槽２１内で熱交換が行われている液面の液体冷媒及び気体冷媒に対して冷却を行うことができる。
また、螺旋状の補助冷却管６２Ａを備えることにより、補助冷却管６２Ａの内部に沿って冷媒を循環させることができるので、冷媒槽２１内の液体冷媒及び気体冷媒に対して全周方向について効果的且つ均一に冷却することができ、効率的に冷却及び液面調節を行うことが可能である。
また、補助冷却管６２Ａ及び第二の循環冷却設備７０による冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さ維持により、ヒータ１３３の電源を切入で気体冷媒層の圧力上昇及び下降を抑止することができ、例えば、前述した図８や図１０に示す段階的な上下限値を設定する圧力制御及び液面高さ制御を不要とし、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面の高さを適正に制御することが可能である。
【００６１】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について図５に基づいて説明する。図５は第三の実施形態である極低温ケーブルとしての超電導ケーブル１０の終端接続部１Ｂの概略構成を示す図である。
なお、以下の実施形態である終端接続部１Ｂにおいて、前述した終端接続部１と同一の構成については同一の符号を伏して重複する説明は省略し、終端接続部１Ｂについて終端接続部１と異なる点について専ら説明するものとする。
【００６２】
上記終端接続部１Ｂは、終端接続部１と同じ低温容器２０、補助冷却機構６０を備えており、低温容器２０の冷媒槽２１及び超電導ケーブル１０の内管１２１に液体冷媒を循環させる第一の循環冷却設備８０Ｂと、補助冷却機構６０に液体冷媒を循環させる第二の循環冷却設備７０Ｂとが、液体冷媒を貯留するリザーバタンク７５Ｂを共用する点が終端接続部１と異なっている。
【００６３】
第一の循環冷却設備８０Ｂは、液体冷媒を貯留するためのリザーバタンク７５Ｂと液体冷媒を循環させる循環ポンプ８６と液体冷媒を冷却する冷凍機８７からなる冷却装置８１と、冷媒槽２１及び内管１２１と冷却装置８１との間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管８２，８３と、輸送管８２に設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁８４とを備えている。
輸送管８２、８３は、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されている。そして、輸送管８２は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８８を介して冷媒槽２１に接続され、冷却装置８１から冷媒槽２１に液体冷媒を供給する。また、輸送管８３は、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ８９を介して超電導ケーブル１０の内管１２１に接続されており、内管１２１から冷却装置８１に向けて液体冷媒を回収する。
【００６４】
第二の循環冷却設備７０Ｂは、液体冷媒を貯留するためのリザーバタンク７５Ｂと液体冷媒を循環させる循環ポンプ７６Ｂと液体冷媒を冷却する冷凍機７７Ｂからなる冷却装置７１Ｂと、補助冷媒槽６２と冷却装置７１Ｂとの間において液体冷媒の循環経路を形成する輸送管７２Ｂ，７３Ｂと、輸送管７２Ｂに設けられ、液体冷媒の流量を自在に制御する流量調整機構としての流量制御弁７４Ｂとを備えている。
輸送管７２Ｂ，７３Ｂは、いずれも、真空層を備えた二重管構造により断熱構造が施されている。そして、輸送管７２Ｂは、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ７８Ｂを介して補助冷媒槽６２に接続され、冷却装置７１Ｂから補助冷媒槽６２に液体冷媒を供給する。また、輸送管７３Ｂは、断熱構造を備えるバヨネットコネクタ７９Ｂを介して補助冷媒槽６２に接続されており、補助冷媒槽６２から冷却装置７１Ｂに向けて液体冷媒を回収する。
【００６５】
上述のように、第一の循環冷却設備８０Ｂの冷却装置８１と第二の循環冷却設備７０Ｂの冷却装置７１Ｂとは、リザーバタンク７５Ｂを共用するので同じ液体冷媒がそれぞれの経路を循環することとなる。
これにより、各循環冷却設備８０Ｂ，７０Ｂの構成が簡易化され、設置コスト、製造コストの低減を図ると共に熱侵入の低減を図ることが可能となる。
【００６６】
また、輸送管７２Ｂの流量制御弁７４Ｂよりも下流側の部分と輸送管８２の流量制御弁８４よりも下流側の部分とが連結管９１により連結されており、当該連結管９１には流量制御弁９２が装備されている。従って、冷却装置８１と冷却装置７１Ｂのいずれか一方に突発的なトラブルが発生し停止した場合でも、流量制御弁７４Ｂ，８４，９２を適宜開閉操作することにより、冷却槽２１と補助冷却槽６２の双方に液体冷媒を供給することが可能となっている。
【００６７】
また、リザーバタンク７５Ｂには、内部の液体冷媒の加熱を行うヒータ１３３が装備されており、圧力調整機構３４には冷媒槽２１の内部圧力を検出する圧力センサ１３２が装備され、また、冷媒槽２１には内部の液体冷媒の液面高さを検出する液面センサ１３１が装備されている。これにより、前述した図７及び図９に示す圧力制御と液面高さ制御が実行される。
【００６８】
なお、終端接続部１Ｂも補助冷媒槽６２に換えて、第二の実施形態で例示した螺旋状の補助冷却管６２Ａを備える構成としても良い。
【００６９】
（その他）
以上、本発明者によってなされた発明を第１〜第３の実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記各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。
【００７０】
例えば、超電導導体ケーブル１０が単心型超電導ケーブルである場合を例示したが、三心のケーブルコアを一括して断熱管内に収納した三心一括型超電導ケーブルの終端部に施工する終端接続部においても適用できる。
【００７１】
また、極低温ケーブルとして超電導ケーブル１０を例示したが、極低温下で使用する他の極低温ケーブルについても、上記各実施形態を適用することが可能である。
また、各実施形態では、二次冷媒槽と冷媒槽を冷却するそれぞれの循環冷却システムを流れる冷媒の温度は、基本、同じであってよい。すなわち、二次冷却槽の冷媒の温度を、冷媒槽に対して相対的に低くして循環させる必要はない。基本、管理温度レベル以下であればよい。
【００７２】
また、冷媒槽２１には、その内部領域を上下に二分するバッフル板を装備しても良い。図６は前述した終端接続部１の冷媒槽２１の内側にバッフル板を装備する場合の装備位置Ｂ１〜Ｂ３を図示した説明図である。
バッフル板はプラスチックその他の絶縁体からなる多孔質の平板であり、断熱性を備えている。
バッフル板は、その中心部を引き出し導体３１及びブッシング４１が貫通している。また、バッフル板とブッシング４１の表面及びバッフル板と冷媒槽２１の内壁との間は、いずれも僅かな隙間を設けることにより、バッフル板の上下間での断熱性が確保することができる。
このバッフル板の固定は、ブッシング４１のフランジ部４１１や、上蓋から吊下する等の方法が採られる。
また、バッフル板の設置位置は、図６のＢ１のように、液面Ｓより上方に固定し、気体冷媒層を上下に二分する配置としても良い。また、図６のＢ２のように、ほぼ液面Ｓの高さに固定し、気体冷媒層と液体冷媒槽とを分離する配置としても良い。さらに、図６のＢ３のように、液面Ｓより下方に固定し、液体冷媒層を上下に二分する配置としても良い。バッフル板は多孔構造であるため比重が小さく、このように液面Ｓより下方に固定するには、浮力が生じ得るので、フランジ部４１１や上蓋から吊下支持する場合には、浮かないように部材で支持することが望ましい。
また、バッフル板は、上下方向について補助冷媒槽６２の上端から下端までの範囲内に設置する必要がある。
バッフル板は多孔質であるため高い断熱性を有するため、上述のように固定することでバッフル板の上側の侵入熱が下側の領域に移動をすることを抑止し、高い保冷効果を得ることが可能である。
なお、バッフル板は通気性と通水性は有していないので、圧力センサ１３２による冷媒槽２１の気体層の圧力検出に対する影響が生じないように、上下に貫通する微小の通気孔が形性されていてもよい。
また、バッフル板をＢ１又はＢ２に配置する場合には、冷媒槽２１の内部の液体冷媒の液面高さを検出するために、浮きの高さを計測する液面計を利用することも可能である。この場合、液面計の浮きの上下動を妨げないように、バッフル板には浮きを上下動させるための微小な貫通穴が形成される。
また、バッフル板を終端接続部１に設ける場合を例示したが、終端接続部１Ａ，１Ｂに設けても良い。
【００７３】
また、補助冷却機構６０の円筒状の補助冷媒槽６２は、その内部を水平な分割面により複数（例えば、二乃至三）に上下方向に区分しても良い。例えば、三つに区分する場合には、補助冷媒槽６２は上段と中段と下段の三つに領域に区画され、各々の内部は液体冷媒槽の流通ができないように水密性をもって仕切るようにする。そして、上中下の三つの区画のそれぞれに、区画内に液体冷媒を供給する輸送管７２と区画内の液体冷媒を回収する輸送管７３とを個別に接続し、区画毎に個別に液体冷媒の循環を行うことを可能とする。
これにより、冷媒槽２１内の液体冷媒の液面Ｓの高さが、隔壁６１の熱交換面６１ａにおける上中下のそれぞれの区画に対応する三つの領域のいずれの領域内であるかに応じて、対応する区画について、液体冷媒を供給し循環を行うことで、局所的に効率的な冷却を行うことが可能である。
また、冷媒槽２１の内部圧力の上昇の度合いや液面の低下の度合いが激しい場合には、全ての区画に対して液体冷媒の循環を行い、冷却能力を高めることも可能である。
なお、各区画の輸送管７２に設けられる流量制御弁７４を電気信号による制御流量や開閉制御が可能な電磁弁とし、液面Ｓの検出に応じて対応する区画に対して液体冷媒の循環を行うよう自動制御を行う構成としても良い。また、その場合も、圧力の上昇率や液面の上昇率を求めてその値が一定値を超えるような場合には全ての区画に対する循環を行うような制御を付加しても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ，１Ｂ 終端接続部
１０ 超電導ケーブル（極低温ケーブル）
１１ ケーブルコア
１２ 断熱管
２０ 低温容器
２１ 冷媒槽
２２ 真空槽
３１ 引き出し導体
３３ 碍子管（常温部）
３４ 圧力調整機構
３５ 金属箔
４１ コンデンサコーン方式のブッシング（絶縁部材）
５０ 導体用可動接続端子
６０，６０Ａ 補助冷却機構
６１ 隔壁
６１ａ 熱交換面
６２ 補助冷媒槽（補助冷却用の液体冷媒の循環領域）
６２Ａ 補助冷却管（補助冷却用の液体冷媒の循環領域）
７０，７０Ｂ 循環冷却設備
７１ 冷却装置
７２，７２Ｂ 輸送管
７３，７３Ｂ 輸送管
７４，７４Ｂ 流量制御弁（流量調整機構）
７５，７５Ｂ リザーバタンク
８０，８０Ｂ 第一の循環冷却設備
８５ リザーバタンク
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
１２１ 内管
１２２ 外管
１３３ ヒータ
３４１ 排出管
３４２ 定圧弁
４１４ ブッシング絶縁体
４１４ａ 下端部
４１４ｂ 中間部
４１４ｃ 上端部
４１５ 金属箔
Ｓ 液面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルコアと当該ケーブルコアを冷却する液体冷媒を収容する断熱管とを備えた極低温ケーブルの終端接続部であって、
前記液体冷媒が貯留され、液体冷媒層と気体冷媒層とが形成される冷媒槽と、
下端部が前記極低温ケーブルの超電導導体層と接続されると共に前記液体冷媒層に浸漬され、上端部が前記気体冷媒層を経て常温部に引き出される引出し導体と、
前記引出し導体の周囲に設けられた絶縁部材と、
前記冷媒槽に供給する液体冷媒を貯留するリザーバタンクを有する第一の循環冷却設備と、
前記冷媒槽に設けられ、当該冷媒槽内の前記液体冷媒の液面位置における前記液体冷媒及び前記気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する補助冷却機構と、
前記補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備とを備え、
前記冷媒槽内の圧力又は液面高さに応じて、前記リザーバタンクを加熱するヒータの加熱と停止とを切り替えて前記冷媒槽内の液面高さが目標の範囲内に制御されることを
特徴とする極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項２】
前記補助冷却機構は、前記熱交換面を有する隔壁を介して前記冷媒槽内を冷却するための補助冷却用の液体冷媒の循環領域として、前記冷媒槽の周囲に形成された補助冷媒槽を備え、
当該補助冷媒槽の上端と下端の間に前記冷媒槽の液体冷媒層の液面位置が配置されていることを特徴とする請求項１記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項３】
前記補助冷媒槽は、液体冷媒で満たして気体冷媒層を有さないことを特徴とする請求項２記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項４】
前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする請求項２又は３記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項５】
前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする請求項２又は３記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項６】
前記補助冷媒槽を上下に並んだ複数の区画に分割し、それぞれの区画に対して補助冷却用の液体冷媒の供給と補助冷却用の液体冷媒の回収とを行うことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項７】
前記補助冷媒槽は、前記冷媒槽の内側に螺旋状に形成された補助冷却管からなることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項８】
前記第二の循環冷却設備は、補助冷却用の液体冷媒を貯留するリザーバタンクと、補助冷却用の液体冷媒を循環させる循環ポンプと補助冷却用の液体冷媒を冷却する冷凍機とを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項１】
ケーブルコアと当該ケーブルコアを冷却する液体冷媒を収容する断熱管とを備えた極低温ケーブルの終端接続部であって、
前記液体冷媒が貯留され、液体冷媒層と気体冷媒層とが形成される冷媒槽と、
下端部が前記極低温ケーブルの超電導導体層と接続されると共に前記液体冷媒層に浸漬され、上端部が前記気体冷媒層を経て常温部に引き出される引出し導体と、
前記引出し導体の周囲に設けられた絶縁部材と、
前記冷媒槽に供給する液体冷媒を貯留するリザーバタンクを有する第一の循環冷却設備と、
前記冷媒槽に設けられ、当該冷媒槽内の前記液体冷媒の液面位置における前記液体冷媒及び前記気体冷媒に対して熱交換を行うための熱交換面を有する補助冷却機構と、
前記補助冷却機構に接続された第二の循環冷却設備とを備え、
前記冷媒槽内の圧力又は液面高さに応じて、前記リザーバタンクを加熱するヒータの加熱と停止とを切り替えて前記冷媒槽内の液面高さが目標の範囲内に制御されることを
特徴とする極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項２】
前記補助冷却機構は、前記熱交換面を有する隔壁を介して前記冷媒槽内を冷却するための補助冷却用の液体冷媒の循環領域として、前記冷媒槽の周囲に形成された補助冷媒槽を備え、
当該補助冷媒槽の上端と下端の間に前記冷媒槽の液体冷媒層の液面位置が配置されていることを特徴とする請求項１記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項３】
前記補助冷媒槽は、液体冷媒で満たして気体冷媒層を有さないことを特徴とする請求項２記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項４】
前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする請求項２又は３記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項５】
前記第二の循環冷却設備は、前記補助冷媒槽の下部からの補助冷却用の液体冷媒の供給と前記補助冷媒槽の上部からの補助冷却用の液体冷媒の回収とを輸送管を通じて行うことを特徴とする請求項２又は３記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項６】
前記補助冷媒槽を上下に並んだ複数の区画に分割し、それぞれの区画に対して補助冷却用の液体冷媒の供給と補助冷却用の液体冷媒の回収とを行うことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項７】
前記補助冷媒槽は、前記冷媒槽の内側に螺旋状に形成された補助冷却管からなることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【請求項８】
前記第二の循環冷却設備は、補助冷却用の液体冷媒を貯留するリザーバタンクと、補助冷却用の液体冷媒を循環させる循環ポンプと補助冷却用の液体冷媒を冷却する冷凍機とを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１７３３４（Ｐ２０１２−２１７３３４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８３４４４（Ｐ２０１２−８３４４４）
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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