超伝導ケーブルの低温保持装置
【課題】温度差に応じて生じる応力を補償できるように構成され、超伝導ケーブルと終端接続箱との間に真空条件を二元化して、いずれか一方の真空状態が解除しても他方は真空状態が保持できるように構成された超伝導ケーブルの低温保持装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る超伝導ケーブルの低温保持装置は、液体窒素が充填され、コアの周りに沿って延びる内側金属管と、上記内側金属管の周りを間隔をあけて囲繞する外側金属管と、上記内側金属管が連結され、液体窒素が充填された終端接続箱の冷却容器と、上記冷却容器の周りを間隔をあけて囲繞する断熱管と、上記外側金属管の端部と上記冷却容器とを連結する内側ベローズ管と、上記内側ベローズ管と間隔をあけて上記外側金属管の端部と上記断熱管とを連結する外側ベローズ管と、を含む。
【解決手段】本発明に係る超伝導ケーブルの低温保持装置は、液体窒素が充填され、コアの周りに沿って延びる内側金属管と、上記内側金属管の周りを間隔をあけて囲繞する外側金属管と、上記内側金属管が連結され、液体窒素が充填された終端接続箱の冷却容器と、上記冷却容器の周りを間隔をあけて囲繞する断熱管と、上記外側金属管の端部と上記冷却容器とを連結する内側ベローズ管と、上記内側ベローズ管と間隔をあけて上記外側金属管の端部と上記断熱管とを連結する外側ベローズ管と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導ケーブルの低温保持装置に関し、より詳しくは、内側金属管と外側金属管との間の熱収縮差による応力を緩衝させ、真空層を二元化した超伝導ケーブルの低温保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導現象とは、極低温状態で導体を流れる電気的抵抗が０になる特性のことを指し、超伝導ケーブルは、このような特性を実現するために製作された電力ケーブルである。このような超伝導現象を実現するために液体窒素が使用され、導体は、液体窒素による極低温下において超伝導の特性をもつ(例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、超伝導ケーブルの端末には終端接続箱が装着される。終端接続箱には外部に延出した端末導体が装着され、端末導体はコアと接続される。
【０００４】
一方、超伝導ケーブルの構造をみると、内側金属管がコアを囲繞し、外側金属管が内側金属管を囲繞する。内側金属管内には液体窒素が充填され、内側金属管と外側金属管との間は真空状態となって断熱効果が極大化される。
【０００５】
このような構造において、外側金属管は外気と接し、内側金属管は液体窒素と接するため、内側金属管は外側金属管に比べて相対的に大きく収縮する。しかし、内側金属管の末端と外側金属管の末端とがともに終端接続箱に連結されているため、内側金属管が収縮すると同時に外側金属管からの引張力を受けることになり、内側金属管が引張力を受けることで応力が生じると超伝導ケーブルが変形してしまうことがある。
【０００６】
また、上記内側金属管と外側金属管との間の真空状態は、終端接続箱に至るまで同じ条件にて管理される。したがって、終端接続箱を整備したり超伝導ケーブルを整備したりする場合、全体的な真空状態がくずれるという短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００７−００３６３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、温度差に応じて生じる応力を補償できるように構成され、超伝導ケーブルと終端接続箱との間に真空条件を二元化して、いずれか一方の真空状態が解除されても他方は真空状態が保持できるように構成された超伝導ケーブルの低温保持装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するために、本発明に係る超伝導ケーブルの低温保持装置は、液体窒素が充填され、コアの周りに沿って延びる内側金属管と、上記内側金属管の周りを間隔をあけて囲繞する外側金属管と、上記内側金属管が連結され、液体窒素が充填された終端接続箱の冷却容器と、上記冷却容器の周りを間隔をあけて囲繞する断熱管と、上記外側金属管の端部と上記冷却容器とを連結する内側ベローズ管と、上記内側ベローズ管と間隔をあけて上記外側金属管の端部と上記断熱管とを連結する外側ベローズ管と、を含む。上記内側ベローズ管と上記外側ベローズ管との間の空間と上記内側ベローズ管と上記内側金属管との間の空間とは二元化される。
【００１０】
また、本発明の一形態においては、上記内側ベローズ管と上記外側ベローズ管との間の空間及び上記内側ベローズ管と上記内側金属管との間の空間は真空状態である。
【００１１】
また、本発明の他の形態においては、上記内側金属管及び上記外側金属管は上記コアの熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質からなる。
【００１２】
また、本発明のまた他の形態においては、上記内側金属管及び上記外側金属管はアルミニウム材質からなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様における超伝導ケーブルの低温保持装置は、超伝導ケーブル側と終端接続箱側の真空状態を二元化することにより、いずれか一方を整備及び管理するために真空状態が解除されても他方の真空状態に影響が及ばないという長所がある。
【００１４】
また、本発明の一態様における超伝導ケーブルの低温保持装置は、超伝導ケーブルに内側ベローズ管及び外側ベローズ管が設置され、伝導による熱侵入経路が最大化されることで熱損失を最小化し且つ熱応力を緩和し、またベローズ管と外側金属管との連動により熱伸縮を可能にする。
【００１５】
さらに、本発明の一態様における超伝導ケーブルの低温保持装置は、外側金属管及び内側金属管にベローズ管が形成され、コアの熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質の金属で外側金属管と内側金属管が形成されることにより、熱収縮による応力を補償できるように構成される。したがって、熱収縮されても金属管に応力が存在しなくなり、金属管が変形されることがないという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による終端接続箱と超伝導ケーブルが装着された状態を示す概念図である。
【図２】図１に示されたベローズ部位を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、かかる実施形態は、本発明を説明するための一つの実施形態に過ぎず、かかる実施形態によって本発明の技術的思想とその核心構成及び作用が制限されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による終端接続箱と超伝導ケーブルとが装着された状態を示す概念図であり、図２は、図１に示されたベローズ部位を示す断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、超伝導ケーブル１１０は終端接続箱１２０に連結される。
【００２０】
終端接続箱１２０は、超伝導ケーブル１１０の内側金属管１０５に連結された冷却容器１２１と、上記冷却容器１２１の外側と間隔をあけて形成された断熱管１２３とを含む。そして、超伝導ケーブル１１０のコア１０３は、内側金属管１０５に沿って冷却容器１２１の内部に進入した状態で終端接続箱１２０の端末導体と接続される。ここで、冷却容器１２１は、終端接続箱１２０の低温保持装置（Ｃｒｙｏｓｔａｔ）の内側構成要素（内側低温保持部）であり、断熱管１２３は、終端接続箱１２０の低温保持装置の外側構成要素（外側低温保持部）である。
【００２１】
一方、超伝導ケーブル１１０の外側金属管１０７は、超伝導ケーブル１１０に沿って終端接続箱１２０へ延びており、外側金属管１０７の端部には外側ベローズ管１１７及び内側ベローズ管１１５の一端部が連結されている。
【００２２】
また、外側ベローズ管１１７の他端部は断熱管１２３に連結され、内側ベローズ管１１５の他端部は冷却容器１２１の外側に連結されている。
【００２３】
このような構造において、コア１０３を囲繞する冷却容器１２１及び内側金属管１０５の内側には液体窒素１が充填される。内側ベローズ管１１５と外側ベローズ管１１７との間の空間及び冷却容器１２１と断熱管１２３との間の空間は互いに連通した第１真空空間１３１であり、外側金属管１０７と内側金属管１０５との間の空間及び内側ベローズ管１１５と外側金属管１０７との間の空間は互いに連通した第２真空空間１３２である。
【００２４】
このように第１真空空間１３１と第２真空空間１３２とは、内側ベローズ管１１５によって二元化される。このため、いずれか一方の真空状態が解除されても他方の真空状態には変化がないようになる。
【００２５】
したがって、内側ベローズ管１１５及び外側ベローズ管１１７を基準に、終端接続箱１２０側または超伝導ケーブル１１０側のいずれか一方の装備及び部品を取り替えるために一方の真空状態を解除しても他方の真空状態は保持される。これにより、整備及び取り替え作業が完了した後に真空状態を再び形成するに際し、あまり手間をかけずに行うことができる。
【００２６】
続いて、極低温による収縮関係について説明する。
【００２７】
本発明の一実施形態による内側金属管１０５及び外側金属管１０７は、コア１０３の熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質からなり、銅材質からなる一般的なコア１０３であれば、内側金属管１０５及び外側金属管１０７はアルミニウム材質からなることが好ましい。
【００２８】
これは、熱収縮率が材質に応じて異なり、特にステンレス、銅、アルミニウムは、その順に熱収縮率が大きいためである。すなわち、温度が下がるにつれて上記３種の材質のうちアルミニウムの収縮度合いが最も大きく、銅の収縮度合いが中間で、ステンレスの収縮度合いが最も小さい。
【００２９】
従来、内側金属管と外側金属管とはステンレス材質からなるものを使用していたが、本実施形態では、内側金属管１０５と外側金属管１０７とがアルミニウム材質からなるものを使用する。
【００３０】
したがって、本実施形態による超伝導ケーブル１１０の低温保持装置は、内側金属管１０５とコア１０３とが液体窒素１と接し、外側金属管１０７が常温条件に位置する。これにより、温度変化によって内側金属管１０５と外側金属管１０７とが収縮しながら応力を受けるが、このとき、内側ベローズ管１１５及び外側ベローズ管１１７がそれぞれ伸縮することにより応力を相殺させる。この結果、超伝導ケーブルの変形が防止される。
【符号の説明】
【００３１】
１１０：超伝導ケーブル
１０３：コア
１０５：内側金属管
１０７：外側金属管
１１５：内側ベローズ管
１１７：外側ベローズ管
１２０：終端接続箱
１２１：冷却容器
１２３：断熱管
１３１：第１真空空間
１３２：第２真空空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導ケーブルの低温保持装置に関し、より詳しくは、内側金属管と外側金属管との間の熱収縮差による応力を緩衝させ、真空層を二元化した超伝導ケーブルの低温保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導現象とは、極低温状態で導体を流れる電気的抵抗が０になる特性のことを指し、超伝導ケーブルは、このような特性を実現するために製作された電力ケーブルである。このような超伝導現象を実現するために液体窒素が使用され、導体は、液体窒素による極低温下において超伝導の特性をもつ(例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、超伝導ケーブルの端末には終端接続箱が装着される。終端接続箱には外部に延出した端末導体が装着され、端末導体はコアと接続される。
【０００４】
一方、超伝導ケーブルの構造をみると、内側金属管がコアを囲繞し、外側金属管が内側金属管を囲繞する。内側金属管内には液体窒素が充填され、内側金属管と外側金属管との間は真空状態となって断熱効果が極大化される。
【０００５】
このような構造において、外側金属管は外気と接し、内側金属管は液体窒素と接するため、内側金属管は外側金属管に比べて相対的に大きく収縮する。しかし、内側金属管の末端と外側金属管の末端とがともに終端接続箱に連結されているため、内側金属管が収縮すると同時に外側金属管からの引張力を受けることになり、内側金属管が引張力を受けることで応力が生じると超伝導ケーブルが変形してしまうことがある。
【０００６】
また、上記内側金属管と外側金属管との間の真空状態は、終端接続箱に至るまで同じ条件にて管理される。したがって、終端接続箱を整備したり超伝導ケーブルを整備したりする場合、全体的な真空状態がくずれるという短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００７−００３６３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、温度差に応じて生じる応力を補償できるように構成され、超伝導ケーブルと終端接続箱との間に真空条件を二元化して、いずれか一方の真空状態が解除されても他方は真空状態が保持できるように構成された超伝導ケーブルの低温保持装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するために、本発明に係る超伝導ケーブルの低温保持装置は、液体窒素が充填され、コアの周りに沿って延びる内側金属管と、上記内側金属管の周りを間隔をあけて囲繞する外側金属管と、上記内側金属管が連結され、液体窒素が充填された終端接続箱の冷却容器と、上記冷却容器の周りを間隔をあけて囲繞する断熱管と、上記外側金属管の端部と上記冷却容器とを連結する内側ベローズ管と、上記内側ベローズ管と間隔をあけて上記外側金属管の端部と上記断熱管とを連結する外側ベローズ管と、を含む。上記内側ベローズ管と上記外側ベローズ管との間の空間と上記内側ベローズ管と上記内側金属管との間の空間とは二元化される。
【００１０】
また、本発明の一形態においては、上記内側ベローズ管と上記外側ベローズ管との間の空間及び上記内側ベローズ管と上記内側金属管との間の空間は真空状態である。
【００１１】
また、本発明の他の形態においては、上記内側金属管及び上記外側金属管は上記コアの熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質からなる。
【００１２】
また、本発明のまた他の形態においては、上記内側金属管及び上記外側金属管はアルミニウム材質からなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様における超伝導ケーブルの低温保持装置は、超伝導ケーブル側と終端接続箱側の真空状態を二元化することにより、いずれか一方を整備及び管理するために真空状態が解除されても他方の真空状態に影響が及ばないという長所がある。
【００１４】
また、本発明の一態様における超伝導ケーブルの低温保持装置は、超伝導ケーブルに内側ベローズ管及び外側ベローズ管が設置され、伝導による熱侵入経路が最大化されることで熱損失を最小化し且つ熱応力を緩和し、またベローズ管と外側金属管との連動により熱伸縮を可能にする。
【００１５】
さらに、本発明の一態様における超伝導ケーブルの低温保持装置は、外側金属管及び内側金属管にベローズ管が形成され、コアの熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質の金属で外側金属管と内側金属管が形成されることにより、熱収縮による応力を補償できるように構成される。したがって、熱収縮されても金属管に応力が存在しなくなり、金属管が変形されることがないという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による終端接続箱と超伝導ケーブルが装着された状態を示す概念図である。
【図２】図１に示されたベローズ部位を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、かかる実施形態は、本発明を説明するための一つの実施形態に過ぎず、かかる実施形態によって本発明の技術的思想とその核心構成及び作用が制限されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による終端接続箱と超伝導ケーブルとが装着された状態を示す概念図であり、図２は、図１に示されたベローズ部位を示す断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、超伝導ケーブル１１０は終端接続箱１２０に連結される。
【００２０】
終端接続箱１２０は、超伝導ケーブル１１０の内側金属管１０５に連結された冷却容器１２１と、上記冷却容器１２１の外側と間隔をあけて形成された断熱管１２３とを含む。そして、超伝導ケーブル１１０のコア１０３は、内側金属管１０５に沿って冷却容器１２１の内部に進入した状態で終端接続箱１２０の端末導体と接続される。ここで、冷却容器１２１は、終端接続箱１２０の低温保持装置（Ｃｒｙｏｓｔａｔ）の内側構成要素（内側低温保持部）であり、断熱管１２３は、終端接続箱１２０の低温保持装置の外側構成要素（外側低温保持部）である。
【００２１】
一方、超伝導ケーブル１１０の外側金属管１０７は、超伝導ケーブル１１０に沿って終端接続箱１２０へ延びており、外側金属管１０７の端部には外側ベローズ管１１７及び内側ベローズ管１１５の一端部が連結されている。
【００２２】
また、外側ベローズ管１１７の他端部は断熱管１２３に連結され、内側ベローズ管１１５の他端部は冷却容器１２１の外側に連結されている。
【００２３】
このような構造において、コア１０３を囲繞する冷却容器１２１及び内側金属管１０５の内側には液体窒素１が充填される。内側ベローズ管１１５と外側ベローズ管１１７との間の空間及び冷却容器１２１と断熱管１２３との間の空間は互いに連通した第１真空空間１３１であり、外側金属管１０７と内側金属管１０５との間の空間及び内側ベローズ管１１５と外側金属管１０７との間の空間は互いに連通した第２真空空間１３２である。
【００２４】
このように第１真空空間１３１と第２真空空間１３２とは、内側ベローズ管１１５によって二元化される。このため、いずれか一方の真空状態が解除されても他方の真空状態には変化がないようになる。
【００２５】
したがって、内側ベローズ管１１５及び外側ベローズ管１１７を基準に、終端接続箱１２０側または超伝導ケーブル１１０側のいずれか一方の装備及び部品を取り替えるために一方の真空状態を解除しても他方の真空状態は保持される。これにより、整備及び取り替え作業が完了した後に真空状態を再び形成するに際し、あまり手間をかけずに行うことができる。
【００２６】
続いて、極低温による収縮関係について説明する。
【００２７】
本発明の一実施形態による内側金属管１０５及び外側金属管１０７は、コア１０３の熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質からなり、銅材質からなる一般的なコア１０３であれば、内側金属管１０５及び外側金属管１０７はアルミニウム材質からなることが好ましい。
【００２８】
これは、熱収縮率が材質に応じて異なり、特にステンレス、銅、アルミニウムは、その順に熱収縮率が大きいためである。すなわち、温度が下がるにつれて上記３種の材質のうちアルミニウムの収縮度合いが最も大きく、銅の収縮度合いが中間で、ステンレスの収縮度合いが最も小さい。
【００２９】
従来、内側金属管と外側金属管とはステンレス材質からなるものを使用していたが、本実施形態では、内側金属管１０５と外側金属管１０７とがアルミニウム材質からなるものを使用する。
【００３０】
したがって、本実施形態による超伝導ケーブル１１０の低温保持装置は、内側金属管１０５とコア１０３とが液体窒素１と接し、外側金属管１０７が常温条件に位置する。これにより、温度変化によって内側金属管１０５と外側金属管１０７とが収縮しながら応力を受けるが、このとき、内側ベローズ管１１５及び外側ベローズ管１１７がそれぞれ伸縮することにより応力を相殺させる。この結果、超伝導ケーブルの変形が防止される。
【符号の説明】
【００３１】
１１０：超伝導ケーブル
１０３：コア
１０５：内側金属管
１０７：外側金属管
１１５：内側ベローズ管
１１７：外側ベローズ管
１２０：終端接続箱
１２１：冷却容器
１２３：断熱管
１３１：第１真空空間
１３２：第２真空空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体窒素１が充填され、コア１０３の周りに沿って延びる内側金属管１０５と、
前記内側金属管１０５の周りを間隔をあけて囲繞する外側金属管１０７と、
前記外側金属管１０７の端部から延び、終端接続箱１２０の内側低温保持部に連結された内側ベローズ管１１５と、
前記外側金属管１０７の端部から延び、前記内側ベローズ管１１５と間隔をあけて終端接続箱１２０の外側低温保持部に連結された外側ベローズ管１１７とを含み、
前記内側ベローズ管１１５と前記外側ベローズ管１１７との間の空間と前記内側ベローズ管１１５と前記内側金属管１０５との間の空間とが二元化されたことを特徴とする超伝導ケーブルの低温保持装置。
【請求項２】
前記内側ベローズ管１１５と前記外側ベローズ管１１７との間の空間及び前記内側ベローズ管１１５と前記内側金属管１０５との間の空間は、真空状態であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブルの低温保持装置。
【請求項３】
前記内側金属管１０５及び前記外側金属管１０７は、前記コア１０３の熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質からなることを特徴とする請求項１または２に記載の超伝導ケーブルの低温保持装置。
【請求項４】
前記内側金属管１０５及び前記外側金属管１０７は、アルミニウム材質からなることを特徴とする請求項３に記載の超伝導ケーブルの低温保持装置。
【請求項１】
液体窒素１が充填され、コア１０３の周りに沿って延びる内側金属管１０５と、
前記内側金属管１０５の周りを間隔をあけて囲繞する外側金属管１０７と、
前記外側金属管１０７の端部から延び、終端接続箱１２０の内側低温保持部に連結された内側ベローズ管１１５と、
前記外側金属管１０７の端部から延び、前記内側ベローズ管１１５と間隔をあけて終端接続箱１２０の外側低温保持部に連結された外側ベローズ管１１７とを含み、
前記内側ベローズ管１１５と前記外側ベローズ管１１７との間の空間と前記内側ベローズ管１１５と前記内側金属管１０５との間の空間とが二元化されたことを特徴とする超伝導ケーブルの低温保持装置。
【請求項２】
前記内側ベローズ管１１５と前記外側ベローズ管１１７との間の空間及び前記内側ベローズ管１１５と前記内側金属管１０５との間の空間は、真空状態であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブルの低温保持装置。
【請求項３】
前記内側金属管１０５及び前記外側金属管１０７は、前記コア１０３の熱収縮率より大きい熱収縮率を有する材質からなることを特徴とする請求項１または２に記載の超伝導ケーブルの低温保持装置。
【請求項４】
前記内側金属管１０５及び前記外側金属管１０７は、アルミニウム材質からなることを特徴とする請求項３に記載の超伝導ケーブルの低温保持装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１８７５２０（Ｐ２０１０−１８７５２０Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６４７７８（Ｐ２００９−１６４７７８）
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【出願人】（５０５２９７００２）エルエス ケーブル リミテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳ Ｃａｂｌｅ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１９−２０Ｆ ＡＳＥＭ Ｔｏｗｅｒ １５９ Ｓａｍｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｇａｎｇｎａｍ−ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ １３５−０９０ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【出願人】（５０５２９７００２）エルエス ケーブル リミテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳ Ｃａｂｌｅ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１９−２０Ｆ ＡＳＥＭ Ｔｏｗｅｒ １５９ Ｓａｍｓｕｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｇａｎｇｎａｍ−ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ １３５−０９０ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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