超電導ケーブル
【課題】超電導導体及び断熱管に張力を加えることなく管路等に布設できるとともに、冷却による熱収縮時にも超電導導体及び断熱管に応力が発生するのを防止することが可能な超電導ケーブルを提供する。
【解決手段】内管１２１と外管１２２とを有する断熱管１２０と、内管１２１の内側に収納されたケーブルコア１１０とを備え、さらに内管１２１の外表面にテンションメンバー１４０を配置している。テンションメンバー１４０は、断熱管１２０の可撓性を損なわないよう、一方の端部のみで内管１２１に固定するようにしている。
【解決手段】内管１２１と外管１２２とを有する断熱管１２０と、内管１２１の内側に収納されたケーブルコア１１０とを備え、さらに内管１２１の外表面にテンションメンバー１４０を配置している。テンションメンバー１４０は、断熱管１２０の可撓性を損なわないよう、一方の端部のみで内管１２１に固定するようにしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの技術分野に関し、特に管路や洞道内への布設に好適な超電導ケーブルの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、例えば発電所から需要地まで電力を送る送電線の一部に使用されており、特に都市部近郊の地中施設（管路、洞道）に布設されるケースが多い。従来の超電導ケーブルの一例を図７に示す。同図に示すように、超電導ケーブル９００は、フォーマ９１１、超電導導体９１２、電気絶縁層９１３及び保護層９１４を備えたケーブルコア９１０と、これを内部に収納する断熱管９２０とから構成されている。
【０００３】
断熱管９２０は、二本の可撓性同軸管をそれぞれ内管９２１と外管９２２とし、この内管９２１と外管９２２との間に断熱層９２３を配置して構成されている。内管９２１と外管９２２とで形成された空間は、ケーブルコア９１０が冷却されているときは真空引きされて断熱性が高められている。
【０００４】
超電導ケーブル９００が使用可能となる状態では、ケーブルコア９１０と断熱管９２０の内管９２１との間の空間に液体窒素等の冷媒が充填され、これによりケーブルコア９１０及び内管９２１が極低温状態に維持されている。このような冷却状態では、ケーブルコア９１０が熱収縮するが、このときケーブルコア９１０に過大な張力が作用しないよう、断熱管９２０の内管９２１及び外管９２２には波付け加工を施して可撓性を持たせている。
【０００５】
上記のような構成の超電導ケーブルを管路などの地中部に布設する際には、超電導ケーブルの一端から張力をかけて管路や洞道に超電導ケーブルを引き込む方法がとられる。このとき、超電導ケーブルの先端には大きな張力が加えられるため、ケーブルコアが損傷してしまったり、断熱管の内管及び外管に施された波付け加工が延伸してしまって、超電導ケーブルを好ましい状態で管路等の内部に引き込むのが困難といった問題があった。
【０００６】
そこで、超電導ケーブルを良好な状態で管路等の内部に引き込めるよう、特許文献１では、ステンレスまたはアラミド樹脂で形成されたテンションメンバーを断熱管の外表面に設けた超電導ケーブルが開示されている。これにより、超電導ケーブルを管路等に布設する際に加えられる張力をテンションメンバーが分担するようにすることができ、ケーブルコアや断熱管の内管、外管に張力がかからないようにすることが可能となっている。
【特許文献１】特開２００６−０５９６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術では以下のような問題があった。
超電導ケーブルを超電導状態にするために、ケーブルコアと断熱管の内管との間に液体窒素等を充填して冷却すると、超電導導体と内管とは室温から液体窒素温度まで冷却されることによる熱収縮を起こす。このとき、超電導導体や内管に張力が発生しないようにするために、外管も同時に収縮できるように可撓性を持たせておく必要がある。そのため、外管に対しても波付け加工が施されている。
【０００８】
しかし、特許文献１では、断熱管の外管の外表面に可撓性の低いテンションメンバーを固定させるようにしたことから、超電導導体や内管の熱収縮に従って外管が収縮しようとしても、テンションメンバーに引っ張られて容易に収縮することができない。超電導導体、内管及び外管はケーブル端部で固定されていることから、熱収縮が容易でない外管が、熱収縮する超電導導体及び内管に対しケーブル端部で引き伸ばすような応力を加えてしまい、これにより超電導導体が機械的なダメージを受けて性能が劣化してしまうといった問題があった。
【０００９】
また、内管と外管とを連結しているケーブル端部に上記の応力が集中することから、ケーブル端部にクラックが発生する可能性があり、クラックが発生するとそこから内管と外管との間の真空部に空気が漏洩し、その結果真空状態が劣化して断熱性能が低下してしまうといった問題がある。さらには、断熱管とケーブルコアとを固定している部分にも引張り応力が集中し、これによりケーブルコアが固定部分から外れてしまうおそれがあるといった問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、超電導導体及び断熱管に張力を加えることなく管路等に布設できるとともに、冷却による熱収縮時にも超電導導体及び断熱管に応力が発生するのを防止することが可能な超電導ケーブル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】
【００１１】
本発明の超電導ケーブルの第１の態様は、それぞれ波付け加工された円筒状の内管と外管とを有する断熱管と、前記内管の内側に収納された超電導導体と、を備える超電導ケーブルであって、前記内管の外表面にテンションメンバーを備えることを特徴とする。内管の外表面にテンションメンバーを備えることで、冷却による熱収縮時にはテンションメンバーも熱収縮させることができ、超電導導体及び断熱管に応力が発生するのを防止することができる。
【００１２】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、少なくともいずれか一方の端部で前記内管に固定されていることを特徴とする。このようにテンションメンバーが固定されることにより、断熱管の可撓性を損なわないようにテンションメンバーを設置することができる。
【００１３】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、本体と固定金具とを有するプーリングアイを、前記テンションメンバーが前記内管に固定された前記一方の端部に備え、前記本体に前記テンションメンバーの端部を接続し、前記固定金具に前記外管の端部を接続していることを特徴とする。このように備えられたプーリングアイでテンションメンバーと外管とを牽引すると、ケーブルコアに張力を加えることなく、内管に固定されたテンションメンバーでケーブルコア及び内管を管路等に引き込むことが可能となる。また、固定金具で外管を同時に牽引するようにすることにより、内管と外管との間に応力が生じるのを防止することができる。
【００１４】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記超電導導体は、前記テンションメンバーより小さいヤング率を有する円筒形状のフォーマの外周に配置され、前記フォーマが前記プーリングアイに接続されていることを特徴とする。フォーマに応力をほとんどかけない状態で、フォーマもプーリングアイに接続させるように構成することが可能となる。
【００１５】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、ステンレステープをピッチ３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下として前記内管に螺旋状に巻付けて形成されていることを特徴とする。このようにピッチ３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とした場合、超電導ケーブルが曲折した状態でもテンションメンバーに均等に力をかけることができる。
【００１６】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を撚って形成された１以上の繊維テープを前記内管の外表面に配置して形成されていることを特徴とする。このように金属に比べて熱伝導率が小さい高分子繊維を用いることで、内管と外管の間でスペーサとしての機能を有することもできる。
【００１７】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を網状に撚り合わせて形成したものを前記内管の外表面を覆うように配置して形成されていることを特徴とする。このように網状に撚り合わせて形成されたテープ状のものを巻きつけて施工するということにより、簡単にテンションメンバーを形成することが可能である。
【００１８】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、厚さ又は直径が前記内管と前記外管との間隔に略等しい断面を有する線状体を前記内管と前記外管との間に略等間隔に４本以上１０本以下配置して形成されていることを特徴とする。このようにテンションメンバーを配置することで、テンションメンバーは牽引の役割とともに、内管と外管との間隔を一定にするためのスペーサの役割を果たすことができる。
【００１９】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記内管及び前記外管は、それぞれの直径の５％以上２０％以下の波高でかつ前記波高の１倍以上４倍以下のピッチとなるよう波付け加工されていることを特徴とする。内管、外管は、ともにこのように波付け加工されることによって高い可撓性を有する。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、テンションメンバーを断熱管の内管外表面に設けることにより、超電導導体及び断熱管に張力を加えることなく管路等に布設できるとともに、超電導導体及び断熱管に応力が発生するのを防止することが可能な超電導ケーブルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態における超電導ケーブルについて、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルの構造を、図１及び図２を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態の超電導ケーブル１００を示す長手方向断面図であり、図２は、超電導ケーブル１００に備えられたケーブルコア１１０を示す側面図である。超電導ケーブル１００は、断熱管１２０の内部にケーブルコア１１０を収納した構成としている。
【００２３】
ケーブルコア１１０は、フォーマ１１１の外周に超電導導体１１２を配置し、その外周に電気絶縁層１１３と保護層１１４とを設けた構造としている。本実施形態では、超電導導体１１２として例えばＢｉ系やＹ系超電導材料を用いることができ、これをテープ状に形成したテープ状線をフォーマ１１１上に螺旋状に巻付けて配置することができる。
【００２４】
フォーマ１１１は、超電導導体１１２の形状を保持するのに用いられるものであり、例えば非磁性の金属材料を用いることができる。電気絶縁層１１３は、クラフト紙等の絶縁紙を超電導導体１１２の上部に巻付けて形成することができる。保護層１１４は、導電性の紙あるいは銅の編組線を用いて形成することができる。図１には省略しているが、保護層１１４と電気絶縁層１１３の間に、超電導導体を配置することもできる。この場合、超電導体は、超電導導体１１２と逆向きの電流を流すことで、ケーブルから発生する磁界を閉じ込めて、漏洩磁界を下げることができる。
【００２５】
また、断熱管１２０は、同軸管である内管１２１と外管１２２、及びその間に配置された断熱層１２３を備えている。内管１２１及び外管１２２には、例えばステンレスあるいはアルミニウム等の金属を用いることができ、断熱層１２３には、アルミ蒸着の高分子材フィルムとポリエチレンネットとを積層させて構成されたスーパーインシュレーションを用いることができる。
【００２６】
超電導ケーブル１００が超電導状態にあるとき、内管１２１の内側は液体窒素で冷却されて極低温状態に維持される一方、外管１２２の外側は例えば室温状態となっていることから、極低温状態と室温状態との間の熱移動をできるだけ低減させるよう、断熱管１２０を用いて高い断熱性を実現する必要がある。そこで、内管１２１と外管１２２との間に断熱層１２３を設けるとともに、内管１２１と外管１２２との間を例えば０．１ＭＰａ以下の高真空状態に排気維持している。このような高真空状態を維持させるために、断熱管１２０には溶接不良やクラック、ピンホール等がないようにして、高い気密性を実現している。
【００２７】
内管１２１及び外管１２２は、ともに波付けされて高い可撓性を有しており、これにより冷却時及び極低温状態において超電導導体１１２に大きな応力を加えるのを防止している。すなわち、超電導ケーブル１００が使用可能となる状態では、ケーブルコア１１０と断熱管１２０の内管１２１との間の空間に液体窒素等の冷媒が充填され、例えば７７Ｋの極低温状態に冷却される。これによりケーブルコア１１０及び内管１２１はともに熱収縮するが、冷却によって両者が必ずしも等しい長さだけ収縮するとは限らず、両者の熱収縮する長さが異なる場合にはケーブルコア１１０に大きな応力を加えてしまうことになる。
【００２８】
また、外管１２２の外側は例えば室温状態であることから、外管１２２には上記のような熱収縮は発生しない。その結果、ケーブルコア１１０と内管１２１と外管１２２との間で熱収縮の大きさが異なることになり、相互に引っ張り合う応力が発生してしまうおそれがある。本実施形態では、断熱管１２０の内管１２１及び外管１２２に対し波付け加工して可撓性を持たせることで、このような応力が発生するのを防止している。
【００２９】
内管１２１に可撓性を持たせることにより、ケーブルコア１１０と内管１２１との間で熱収縮に差があっても、内管１２１の伸縮によりケーブルコア１１０に張力が作用しないようにすることができる。また、外管１２２に可撓性を持たせることにより、ケーブルコア１１０及び内管１２１の熱収縮に伴って断熱管１２０も容易に収縮できるようにすることで、ケーブルコア１１０に応力が加わらないようにするとともに、内管１２１と外管１２２との接合部にも応力が加わらないようにすることで、クラックが発生するのを防止している。
【００３０】
断熱管１２０の構成を、製造工程手順により説明する。ステンレスまたはアルミニウムの他に、銅あるいはこれらを主成分とする合金のいずれかの金属からなる厚さ０．５ｍｍから２ｍｍまでの板を用い、ケーブルコア１１０を収納するように円筒状に形成する。その後、外部から波つけ加工を施して、内管１２１を形成する。その後、内管１２１の外側に、断熱層１２３を内管に隙間なく巻きつけて形成する。さらにその外側に、厚さ０．５ｍｍから２ｍｍまでの金属板を、円筒状に形成して、その外部に波つけ加工を施して、外管１２２を形成する。波付け加工は、内管１２１又は外管１２２の直径に対し５から２０％の深さの波高とし、ひとつの山谷のピッチ（波周期）を波高の１倍から４倍となるよう行われている。
【００３１】
布設時に超電導ケーブル１００を管路等に引き込むときに摩擦等によって損傷するのを防止したり、布設後の腐食を防止するために、断熱管１２０の外周には保護被覆部１３０が設けられている。保護被覆部１３０は、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ナイロンなどの樹脂を用いて形成することができる。
【００３２】
本実施形態では、上記のような構造の超電導ケーブル１００に対し、さらに内管１２１の外表面にテンションメンバー１４０を配置するようにしている。テンションメンバー１４０は、断熱管１２０の可撓性を損なわないように設置する必要があり、特にテンションメンバー１４０が固定される内管１２１に対して、冷却時等にも大きな応力を加えることのないよう設置する必要がある。
【００３３】
そこで、本実施形態ではテンションメンバー１４０を超電導ケーブル１００の一方の端部のみで内管１２１に固定するようにしている。図１では、テンションメンバー１４０を固定部１４１で内管１２１に固定していることを示している。テンションメンバー１４０は、ステンレス、Ｎｉ合金等の高張力合金、またはアラミド樹脂やアラミド繊維等の高張力スーパー繊維、等を用いて形成し、張力を高めることができる。
【００３４】
本実施形態のテンションメンバー１４０は、断熱管１２０の可撓性を損なわないようにするために、テープ状に形成されたステンレステープを内管１２１の外表面に螺旋状に巻付けて形成されている。これに限らず、例えば内管１２１に沿って長手方向に配置してもよい。ステンレステープを螺旋状に巻付けてテンションメンバー１４０を形成する場合には、巻付けのピッチを３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とするのが好ましい。ここで、巻付けのピッチとは、１本のステンレステープを内管１２１の外周に螺旋状に１回転周回させたときの長手方向の移動距離としている。
【００３５】
テンションメンバー１４０の形状は、テープ形状に限らず、例えば四角線や丸線等とすることができ、これを内管１２１に沿って配置したり、螺旋状に巻きつけて設置することができる。また、テンションメンバー１４０に用いる材料として、上記のステンレステープの他に、ステンレス線やインバー線等を用いてもよい。これらのステンレステープ又は線材を内管１２１の外表面に１層だけ巻付けてもよく、あるいは逆方向に２層巻付けてテンションメンバー１４０を形成してもよい。２層巻付けた場合には、それぞれの層がお互いに逆向きの回転方向に引っ張られることから、断熱管１２０にねじれが発生するのを防止することができる。
【００３６】
テンションメンバー１４０に用いるさらに別の材料として、ケブラー（米国デュポン社の登録商標）やアリレート繊維等の高張力高分子繊維を用いることも可能である。これらを用いる場合、上記のように内管１２１に直接巻付けてテンションメンバー１４０を形成する他に、各繊維を用いて事前にテープ状に撚っておき、これを内管１２１の外表面に設置することも可能である。このように、テープ状に撚った後に内管１２１の外表面に設置したテンションメンバーの実施形態を図３に示す。テンションメンバー２４０は、上記のような高張力高分子繊維を撚って形成された複数の繊維テープ２４１で構成されている。
【００３７】
本発明のさらに別の実施形態のテンションメンバーとして、内管１２１の外表面に網状に撚り合わせて形成することも可能である。このようにして形成されたテンションメンバーの実施例を図４に示す。テンションメンバー３４０は、高張力高分子繊維を用いて網状に撚り合わせて形成したものであり、これを内管１２１の外表面を覆うようにして設置している。
【００３８】
本発明のさらに別の実施形態のテンションメンバーを、図５を用いて説明する。本実施形態のテンションメンバー４４０は、厚さ又は直径が内管１２１と外管１２２との間隔に略等しい断面を有する線状に形成されており、これを４本から１０本程度、内管１２１と外管１２２との間に略等間隔に配置して内管１２１に巻付けている。このように設置されたテンションメンバー４４０は、超電導ケーブル１００の布設時にこれを牽引するとともに、内管１２１と外管１２２との間隔を一定にするためのスペーサの役割を果たすことができる。
【００３９】
なお、図５に示す実施形態では、テンションメンバー４４０が内管１２１だけでなく外管１２２にも接触することから、外管１２２からテンションメンバー４４０を経由して内管１２１に熱が伝わるのをできるだけ低減するために、できるだけ熱伝導の低い材料を用いてテンションメンバー４４０を形成するのがよい。
【００４０】
内管１２１と外管１２２との間に設置される断熱層１２３は、内管１２１の外表面に設置されたテンションメンバー１４０のさらに外周に配置されている。断熱層１２３には、例えばアルミニウムを樹脂フィルムに蒸着させて形成したものを用いることができる。なお、テンションメンバー１４０が断熱層１２３を損傷させるおそれがある場合には、テンションメンバー１４０の外周に金属鋼帯や繊維テープなどを巻付け、その上に断熱層１２３を設置するようにすることができる。
【００４１】
上記のように構成された超電導ケーブル１００では、管路等に布設された後内管１２１の内部に液体窒素が充填されると、ケーブルコア１１０と内管１２１、及びその外表面に設置されたテンションメンバー１４０が、ともに液体窒素温度まで冷却されて略等しい長さだけ熱収縮する。その結果、内管１２１及びテンションメンバー１４０がケーブルコア１１０に応力を加えてこれを破損させたり特性を変化させてしまうといったおそれがなくなる。
【００４２】
また、ケーブルコア１１０と内管１２１とで熱収縮する長さが異なる場合でも、内管１２１に可撓性を持たせていることから、内管１２１がケーブルコア１１０と略等しい長さに収縮される。また、テンションメンバー１４０が熱収縮する長さがケーブルコア１１０や内管１２１と異なる場合でも、テンションメンバー１４０が固定部１４１の一端のみで内管１２１のみで固定されていることから、テンションメンバー１４０が内管１２１に応力を加えることはない。
【００４３】
さらに、上記のようにテンションメンバー１４０が容易に収縮できるような形状で内管１２１に設置されていることから、テンションメンバー１４０も内管１２１やケーブルコア１１０と略等しい長さに収縮することができる。その結果、内管１２１及びテンションメンバー１４０がケーブルコア１１０に応力を加えてこれを破損させたり特性を変化させてしまうといったおそれがなくなる。
【００４４】
一方、断熱管１２０の外管１２２は、その温度が室温程度に維持されているため熱収縮することは無いものの、波付け加工されて高い可撓性を有していることから、内管１２１等の熱収縮に伴って容易に収縮することができる。このように、冷却によるケーブルコア１１０等の熱収縮に伴い、断熱管１２０の内管１２１と外管１２２、及びテンションメンバー１４０のいずれもが、ほとんど相互に応力を加えることなく収縮することができる。その結果、冷却時に外管がテンションメンバーに引っ張られて容易に収縮できないといった従来の問題を解消することが可能となり、ケーブルコア１１０及びこれに設置された超電導導体１１２を損傷するのを防止することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の超電導ケーブル１００を管路等に引き込むためのプーリングアイについて説明する。超電導ケーブル１００を管路等に引き込むために、超電導ケーブル１００の端部にプーリングアイを接続し、これにロープ等を繋いで牽引する方法がとられるが、プーリングアイに大きな張力が加えられることから、プーリングアイと超電導ケーブル１００との接続が適切でないと、超電導ケーブル１００の一部に大きな張力を加えてこれを破損してしまったり超電導性能を劣化させてしまう等の問題が発生する。なお、プーリングアイは、テンションメンバー１４０が内管１２１に固定された固定部１４１のある一方の端部で超電導ケーブル１００に接続される。
【００４６】
そこで、上記の一方の端部にプーリングアイが好適に接続された本発明の実施形態に係る超電導ケーブル５００を、図６を用いて説明する。図６は、端部にプーリングアイ５５０が接続された本実施形態の超電導ケーブル５００の長手方向断面図を示す。本実施形態では、超電導ケーブル本体５０１の端部にプーリングアイ５５０を接続しており、このプーリングアイ５５０は本体５５１に固定金具５５２をネジ接続した構造としている。本体５５１には、布設時にロープ等を接続するための引張り帽５５１ａが設けられている。なお、超電導ケーブル本体５０１として、例えば第１の実施形態である超電導ケーブル１００を用いることができる。
【００４７】
超電導ケーブル本体５０１の端部にプーリングアイ５５０を接続する方法は、本体５５１にテンションメンバー１４０を溶接接続するとともに、固定金具５５２に断熱管１２０の外管１２２を溶接接続している。このような接続により、プーリングアイ５５０が牽引されると、ケーブルコア１１０と断熱管１２０の内管１２１とがテンションメンバー１４０を介してプーリングアイ５５０に牽引され、それと同時に外管１２２が固定金具５５２を介してプーリングアイ５５０に牽引される。
【００４８】
上記のように、プーリングアイ５５０でテンションメンバー１４０と外管１２２とを牽引するようにした結果、ケーブルコア１１０に張力を加えることなく、内管１２１に固定されたテンションメンバー１４０でケーブルコア１１０及び内管１２１を管路等に引き込むことが可能となる。また、固定金具５５２で外管１２２を同時に牽引するようにすることにより、内管１２１と外管１２２との間に応力が生じるのを防止することができ、内管１２１と外管１２２との接合部に損傷を与えて真空度を低下させてしまうといった事態を防止することができる。
【００４９】
なお、ケーブルコア１１０のフォーマ１１１もプーリングアイ５５０に接続させるように構成することも可能であるが、この場合にはヤング率がテンションメンバー１４０より小さいフォーマ１１１を用いるのが好ましい。これにより、プーリングアイ５５０から超電導ケーブル本体５０１に加えられる応力がテンションメンバー１４０にかかるようにし、フォーマ１１１には応力がほとんどかからないようにすることができる。
【００５０】
超電導ケーブル本体５０１にプーリングアイ５５０を接続する工程を以下に説明する。まず、プーリングアイ５５０の本体であるプーリングアイ本体５５１の第１溶接部５５１ｂにテンションメンバー１４０の端部を溶接して接合する。その後、固定金具５５２を本体５５１のネジ部にねじ込んで固定し、固定金具５５２の先端にある第２溶接部５５２ａに外管１２２を溶接接合する。これにより、プーリングアイ５５０が超電導ケーブル本体５０１と一体化されて超電導ケーブル５００を形成する。なお、第２溶接部５５２ａの溶接は全周溶接とするのがよく、これにより外部から水などが浸入しないよう気密化するのがよい。
【００５１】
本実施形態の超電導ケーブル５００を布設した一実施例として、長さ５００ｍの超電導ケーブル５００を所定の管路に引き込んだとき、プーリングアイ５５０には最大で１７０ｋＮの張力が加えられたが、超電導導体１１２にはその張力が全く加えられなかった。その結果、超電導導体１１２の超電導性能には全く影響を与えることはなかった。本実施形態では、ケーブルコア１１０に張力が加えられることはないため、管路に沿って超電導ケーブル本体５０１が屈曲されている部分でも、これが断熱管１２０に押し付けられて側圧が加えられるといった事態を避けることができる。これにより、超電導導体１１２の外周を取り巻いている電気絶縁層１１３に対しても、つぶれや擦れ等の損傷を加えることはなく、電気絶縁性能上の問題が発生することはなかった。
【００５２】
また、超電導ケーブル５００を所定の管路に布設した後、超電導ケーブル本体５０１の端部を所定の終端接続部に接続して液体窒素を充填し、これによりケーブルコア１１０を所定の極低温状態まで冷却したところ、長さ５００ｍのケーブルコア１１０は１.５ｍ熱収縮した。ケーブルコア１１０とともに内管１２１及びテンションメンバー１４０も同様に熱収縮しており、それとともに外管１２２もスムーズに収縮されたことで、超電導ケーブル本体５０１が途中で座屈することもなく、また端部でクラックが発生してリークが生じるといった事態も回避できた。さらに、超電導導体１１２の臨界電流が低下することもなく、健全に布設及び冷却を行うことができたことを確認した。
【００５３】
上記実施形態では、電力送電用の超電導電力ケーブルを例に説明したが、これに限定されず、例えば超電導電力貯蔵装置、あるいは核融合炉などで使用する大型超電導マグネットに電力供給する超電導バスラインなどに適用することも容易に可能である。本実施の形態における記述は、本発明に係る超電導ケーブルの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電導ケーブルの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの長手方向断面図である。
【図２】本実施形態の超電導ケーブルに内蔵されるケーブルコアの側面図である。
【図３】本発明の別の実施形態で用いられるテンションメンバーを示す斜視図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態で用いられるテンションメンバーを示す斜視図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態で用いられるテンションメンバーを示す断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る超電導ケーブルの長手方向断面図である。
【図７】従来の超電導ケーブルの一例を示す長手方向断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００、５００、９００ 超電導ケーブル
１１０、９１０ ケーブルコア
１１１、９１１ フォーマ
１１２、９１２ 超電導導体
１１３、９１３ 電気絶縁層
１１４、９１４ 保護層
１２０、９２０ 断熱管
１２１、９２１ 内管
１２２、９２２ 外管
１２３、９２３ 断熱層
１３０ 保護被覆部
１４０、２４０、３４０、４４０ テンションメンバー
５０１ 超電導ケーブル本体
５５０ プーリングアイ
５５１ プーリングアイ本体
５５２ 固定金具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの技術分野に関し、特に管路や洞道内への布設に好適な超電導ケーブルの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、例えば発電所から需要地まで電力を送る送電線の一部に使用されており、特に都市部近郊の地中施設（管路、洞道）に布設されるケースが多い。従来の超電導ケーブルの一例を図７に示す。同図に示すように、超電導ケーブル９００は、フォーマ９１１、超電導導体９１２、電気絶縁層９１３及び保護層９１４を備えたケーブルコア９１０と、これを内部に収納する断熱管９２０とから構成されている。
【０００３】
断熱管９２０は、二本の可撓性同軸管をそれぞれ内管９２１と外管９２２とし、この内管９２１と外管９２２との間に断熱層９２３を配置して構成されている。内管９２１と外管９２２とで形成された空間は、ケーブルコア９１０が冷却されているときは真空引きされて断熱性が高められている。
【０００４】
超電導ケーブル９００が使用可能となる状態では、ケーブルコア９１０と断熱管９２０の内管９２１との間の空間に液体窒素等の冷媒が充填され、これによりケーブルコア９１０及び内管９２１が極低温状態に維持されている。このような冷却状態では、ケーブルコア９１０が熱収縮するが、このときケーブルコア９１０に過大な張力が作用しないよう、断熱管９２０の内管９２１及び外管９２２には波付け加工を施して可撓性を持たせている。
【０００５】
上記のような構成の超電導ケーブルを管路などの地中部に布設する際には、超電導ケーブルの一端から張力をかけて管路や洞道に超電導ケーブルを引き込む方法がとられる。このとき、超電導ケーブルの先端には大きな張力が加えられるため、ケーブルコアが損傷してしまったり、断熱管の内管及び外管に施された波付け加工が延伸してしまって、超電導ケーブルを好ましい状態で管路等の内部に引き込むのが困難といった問題があった。
【０００６】
そこで、超電導ケーブルを良好な状態で管路等の内部に引き込めるよう、特許文献１では、ステンレスまたはアラミド樹脂で形成されたテンションメンバーを断熱管の外表面に設けた超電導ケーブルが開示されている。これにより、超電導ケーブルを管路等に布設する際に加えられる張力をテンションメンバーが分担するようにすることができ、ケーブルコアや断熱管の内管、外管に張力がかからないようにすることが可能となっている。
【特許文献１】特開２００６−０５９６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術では以下のような問題があった。
超電導ケーブルを超電導状態にするために、ケーブルコアと断熱管の内管との間に液体窒素等を充填して冷却すると、超電導導体と内管とは室温から液体窒素温度まで冷却されることによる熱収縮を起こす。このとき、超電導導体や内管に張力が発生しないようにするために、外管も同時に収縮できるように可撓性を持たせておく必要がある。そのため、外管に対しても波付け加工が施されている。
【０００８】
しかし、特許文献１では、断熱管の外管の外表面に可撓性の低いテンションメンバーを固定させるようにしたことから、超電導導体や内管の熱収縮に従って外管が収縮しようとしても、テンションメンバーに引っ張られて容易に収縮することができない。超電導導体、内管及び外管はケーブル端部で固定されていることから、熱収縮が容易でない外管が、熱収縮する超電導導体及び内管に対しケーブル端部で引き伸ばすような応力を加えてしまい、これにより超電導導体が機械的なダメージを受けて性能が劣化してしまうといった問題があった。
【０００９】
また、内管と外管とを連結しているケーブル端部に上記の応力が集中することから、ケーブル端部にクラックが発生する可能性があり、クラックが発生するとそこから内管と外管との間の真空部に空気が漏洩し、その結果真空状態が劣化して断熱性能が低下してしまうといった問題がある。さらには、断熱管とケーブルコアとを固定している部分にも引張り応力が集中し、これによりケーブルコアが固定部分から外れてしまうおそれがあるといった問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、超電導導体及び断熱管に張力を加えることなく管路等に布設できるとともに、冷却による熱収縮時にも超電導導体及び断熱管に応力が発生するのを防止することが可能な超電導ケーブル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】
【００１１】
本発明の超電導ケーブルの第１の態様は、それぞれ波付け加工された円筒状の内管と外管とを有する断熱管と、前記内管の内側に収納された超電導導体と、を備える超電導ケーブルであって、前記内管の外表面にテンションメンバーを備えることを特徴とする。内管の外表面にテンションメンバーを備えることで、冷却による熱収縮時にはテンションメンバーも熱収縮させることができ、超電導導体及び断熱管に応力が発生するのを防止することができる。
【００１２】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、少なくともいずれか一方の端部で前記内管に固定されていることを特徴とする。このようにテンションメンバーが固定されることにより、断熱管の可撓性を損なわないようにテンションメンバーを設置することができる。
【００１３】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、本体と固定金具とを有するプーリングアイを、前記テンションメンバーが前記内管に固定された前記一方の端部に備え、前記本体に前記テンションメンバーの端部を接続し、前記固定金具に前記外管の端部を接続していることを特徴とする。このように備えられたプーリングアイでテンションメンバーと外管とを牽引すると、ケーブルコアに張力を加えることなく、内管に固定されたテンションメンバーでケーブルコア及び内管を管路等に引き込むことが可能となる。また、固定金具で外管を同時に牽引するようにすることにより、内管と外管との間に応力が生じるのを防止することができる。
【００１４】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記超電導導体は、前記テンションメンバーより小さいヤング率を有する円筒形状のフォーマの外周に配置され、前記フォーマが前記プーリングアイに接続されていることを特徴とする。フォーマに応力をほとんどかけない状態で、フォーマもプーリングアイに接続させるように構成することが可能となる。
【００１５】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、ステンレステープをピッチ３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下として前記内管に螺旋状に巻付けて形成されていることを特徴とする。このようにピッチ３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とした場合、超電導ケーブルが曲折した状態でもテンションメンバーに均等に力をかけることができる。
【００１６】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を撚って形成された１以上の繊維テープを前記内管の外表面に配置して形成されていることを特徴とする。このように金属に比べて熱伝導率が小さい高分子繊維を用いることで、内管と外管の間でスペーサとしての機能を有することもできる。
【００１７】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を網状に撚り合わせて形成したものを前記内管の外表面を覆うように配置して形成されていることを特徴とする。このように網状に撚り合わせて形成されたテープ状のものを巻きつけて施工するということにより、簡単にテンションメンバーを形成することが可能である。
【００１８】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記テンションメンバーは、厚さ又は直径が前記内管と前記外管との間隔に略等しい断面を有する線状体を前記内管と前記外管との間に略等間隔に４本以上１０本以下配置して形成されていることを特徴とする。このようにテンションメンバーを配置することで、テンションメンバーは牽引の役割とともに、内管と外管との間隔を一定にするためのスペーサの役割を果たすことができる。
【００１９】
本発明の超電導ケーブルの他の態様は、前記内管及び前記外管は、それぞれの直径の５％以上２０％以下の波高でかつ前記波高の１倍以上４倍以下のピッチとなるよう波付け加工されていることを特徴とする。内管、外管は、ともにこのように波付け加工されることによって高い可撓性を有する。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、テンションメンバーを断熱管の内管外表面に設けることにより、超電導導体及び断熱管に張力を加えることなく管路等に布設できるとともに、超電導導体及び断熱管に応力が発生するのを防止することが可能な超電導ケーブルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態における超電導ケーブルについて、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルの構造を、図１及び図２を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態の超電導ケーブル１００を示す長手方向断面図であり、図２は、超電導ケーブル１００に備えられたケーブルコア１１０を示す側面図である。超電導ケーブル１００は、断熱管１２０の内部にケーブルコア１１０を収納した構成としている。
【００２３】
ケーブルコア１１０は、フォーマ１１１の外周に超電導導体１１２を配置し、その外周に電気絶縁層１１３と保護層１１４とを設けた構造としている。本実施形態では、超電導導体１１２として例えばＢｉ系やＹ系超電導材料を用いることができ、これをテープ状に形成したテープ状線をフォーマ１１１上に螺旋状に巻付けて配置することができる。
【００２４】
フォーマ１１１は、超電導導体１１２の形状を保持するのに用いられるものであり、例えば非磁性の金属材料を用いることができる。電気絶縁層１１３は、クラフト紙等の絶縁紙を超電導導体１１２の上部に巻付けて形成することができる。保護層１１４は、導電性の紙あるいは銅の編組線を用いて形成することができる。図１には省略しているが、保護層１１４と電気絶縁層１１３の間に、超電導導体を配置することもできる。この場合、超電導体は、超電導導体１１２と逆向きの電流を流すことで、ケーブルから発生する磁界を閉じ込めて、漏洩磁界を下げることができる。
【００２５】
また、断熱管１２０は、同軸管である内管１２１と外管１２２、及びその間に配置された断熱層１２３を備えている。内管１２１及び外管１２２には、例えばステンレスあるいはアルミニウム等の金属を用いることができ、断熱層１２３には、アルミ蒸着の高分子材フィルムとポリエチレンネットとを積層させて構成されたスーパーインシュレーションを用いることができる。
【００２６】
超電導ケーブル１００が超電導状態にあるとき、内管１２１の内側は液体窒素で冷却されて極低温状態に維持される一方、外管１２２の外側は例えば室温状態となっていることから、極低温状態と室温状態との間の熱移動をできるだけ低減させるよう、断熱管１２０を用いて高い断熱性を実現する必要がある。そこで、内管１２１と外管１２２との間に断熱層１２３を設けるとともに、内管１２１と外管１２２との間を例えば０．１ＭＰａ以下の高真空状態に排気維持している。このような高真空状態を維持させるために、断熱管１２０には溶接不良やクラック、ピンホール等がないようにして、高い気密性を実現している。
【００２７】
内管１２１及び外管１２２は、ともに波付けされて高い可撓性を有しており、これにより冷却時及び極低温状態において超電導導体１１２に大きな応力を加えるのを防止している。すなわち、超電導ケーブル１００が使用可能となる状態では、ケーブルコア１１０と断熱管１２０の内管１２１との間の空間に液体窒素等の冷媒が充填され、例えば７７Ｋの極低温状態に冷却される。これによりケーブルコア１１０及び内管１２１はともに熱収縮するが、冷却によって両者が必ずしも等しい長さだけ収縮するとは限らず、両者の熱収縮する長さが異なる場合にはケーブルコア１１０に大きな応力を加えてしまうことになる。
【００２８】
また、外管１２２の外側は例えば室温状態であることから、外管１２２には上記のような熱収縮は発生しない。その結果、ケーブルコア１１０と内管１２１と外管１２２との間で熱収縮の大きさが異なることになり、相互に引っ張り合う応力が発生してしまうおそれがある。本実施形態では、断熱管１２０の内管１２１及び外管１２２に対し波付け加工して可撓性を持たせることで、このような応力が発生するのを防止している。
【００２９】
内管１２１に可撓性を持たせることにより、ケーブルコア１１０と内管１２１との間で熱収縮に差があっても、内管１２１の伸縮によりケーブルコア１１０に張力が作用しないようにすることができる。また、外管１２２に可撓性を持たせることにより、ケーブルコア１１０及び内管１２１の熱収縮に伴って断熱管１２０も容易に収縮できるようにすることで、ケーブルコア１１０に応力が加わらないようにするとともに、内管１２１と外管１２２との接合部にも応力が加わらないようにすることで、クラックが発生するのを防止している。
【００３０】
断熱管１２０の構成を、製造工程手順により説明する。ステンレスまたはアルミニウムの他に、銅あるいはこれらを主成分とする合金のいずれかの金属からなる厚さ０．５ｍｍから２ｍｍまでの板を用い、ケーブルコア１１０を収納するように円筒状に形成する。その後、外部から波つけ加工を施して、内管１２１を形成する。その後、内管１２１の外側に、断熱層１２３を内管に隙間なく巻きつけて形成する。さらにその外側に、厚さ０．５ｍｍから２ｍｍまでの金属板を、円筒状に形成して、その外部に波つけ加工を施して、外管１２２を形成する。波付け加工は、内管１２１又は外管１２２の直径に対し５から２０％の深さの波高とし、ひとつの山谷のピッチ（波周期）を波高の１倍から４倍となるよう行われている。
【００３１】
布設時に超電導ケーブル１００を管路等に引き込むときに摩擦等によって損傷するのを防止したり、布設後の腐食を防止するために、断熱管１２０の外周には保護被覆部１３０が設けられている。保護被覆部１３０は、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ナイロンなどの樹脂を用いて形成することができる。
【００３２】
本実施形態では、上記のような構造の超電導ケーブル１００に対し、さらに内管１２１の外表面にテンションメンバー１４０を配置するようにしている。テンションメンバー１４０は、断熱管１２０の可撓性を損なわないように設置する必要があり、特にテンションメンバー１４０が固定される内管１２１に対して、冷却時等にも大きな応力を加えることのないよう設置する必要がある。
【００３３】
そこで、本実施形態ではテンションメンバー１４０を超電導ケーブル１００の一方の端部のみで内管１２１に固定するようにしている。図１では、テンションメンバー１４０を固定部１４１で内管１２１に固定していることを示している。テンションメンバー１４０は、ステンレス、Ｎｉ合金等の高張力合金、またはアラミド樹脂やアラミド繊維等の高張力スーパー繊維、等を用いて形成し、張力を高めることができる。
【００３４】
本実施形態のテンションメンバー１４０は、断熱管１２０の可撓性を損なわないようにするために、テープ状に形成されたステンレステープを内管１２１の外表面に螺旋状に巻付けて形成されている。これに限らず、例えば内管１２１に沿って長手方向に配置してもよい。ステンレステープを螺旋状に巻付けてテンションメンバー１４０を形成する場合には、巻付けのピッチを３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とするのが好ましい。ここで、巻付けのピッチとは、１本のステンレステープを内管１２１の外周に螺旋状に１回転周回させたときの長手方向の移動距離としている。
【００３５】
テンションメンバー１４０の形状は、テープ形状に限らず、例えば四角線や丸線等とすることができ、これを内管１２１に沿って配置したり、螺旋状に巻きつけて設置することができる。また、テンションメンバー１４０に用いる材料として、上記のステンレステープの他に、ステンレス線やインバー線等を用いてもよい。これらのステンレステープ又は線材を内管１２１の外表面に１層だけ巻付けてもよく、あるいは逆方向に２層巻付けてテンションメンバー１４０を形成してもよい。２層巻付けた場合には、それぞれの層がお互いに逆向きの回転方向に引っ張られることから、断熱管１２０にねじれが発生するのを防止することができる。
【００３６】
テンションメンバー１４０に用いるさらに別の材料として、ケブラー（米国デュポン社の登録商標）やアリレート繊維等の高張力高分子繊維を用いることも可能である。これらを用いる場合、上記のように内管１２１に直接巻付けてテンションメンバー１４０を形成する他に、各繊維を用いて事前にテープ状に撚っておき、これを内管１２１の外表面に設置することも可能である。このように、テープ状に撚った後に内管１２１の外表面に設置したテンションメンバーの実施形態を図３に示す。テンションメンバー２４０は、上記のような高張力高分子繊維を撚って形成された複数の繊維テープ２４１で構成されている。
【００３７】
本発明のさらに別の実施形態のテンションメンバーとして、内管１２１の外表面に網状に撚り合わせて形成することも可能である。このようにして形成されたテンションメンバーの実施例を図４に示す。テンションメンバー３４０は、高張力高分子繊維を用いて網状に撚り合わせて形成したものであり、これを内管１２１の外表面を覆うようにして設置している。
【００３８】
本発明のさらに別の実施形態のテンションメンバーを、図５を用いて説明する。本実施形態のテンションメンバー４４０は、厚さ又は直径が内管１２１と外管１２２との間隔に略等しい断面を有する線状に形成されており、これを４本から１０本程度、内管１２１と外管１２２との間に略等間隔に配置して内管１２１に巻付けている。このように設置されたテンションメンバー４４０は、超電導ケーブル１００の布設時にこれを牽引するとともに、内管１２１と外管１２２との間隔を一定にするためのスペーサの役割を果たすことができる。
【００３９】
なお、図５に示す実施形態では、テンションメンバー４４０が内管１２１だけでなく外管１２２にも接触することから、外管１２２からテンションメンバー４４０を経由して内管１２１に熱が伝わるのをできるだけ低減するために、できるだけ熱伝導の低い材料を用いてテンションメンバー４４０を形成するのがよい。
【００４０】
内管１２１と外管１２２との間に設置される断熱層１２３は、内管１２１の外表面に設置されたテンションメンバー１４０のさらに外周に配置されている。断熱層１２３には、例えばアルミニウムを樹脂フィルムに蒸着させて形成したものを用いることができる。なお、テンションメンバー１４０が断熱層１２３を損傷させるおそれがある場合には、テンションメンバー１４０の外周に金属鋼帯や繊維テープなどを巻付け、その上に断熱層１２３を設置するようにすることができる。
【００４１】
上記のように構成された超電導ケーブル１００では、管路等に布設された後内管１２１の内部に液体窒素が充填されると、ケーブルコア１１０と内管１２１、及びその外表面に設置されたテンションメンバー１４０が、ともに液体窒素温度まで冷却されて略等しい長さだけ熱収縮する。その結果、内管１２１及びテンションメンバー１４０がケーブルコア１１０に応力を加えてこれを破損させたり特性を変化させてしまうといったおそれがなくなる。
【００４２】
また、ケーブルコア１１０と内管１２１とで熱収縮する長さが異なる場合でも、内管１２１に可撓性を持たせていることから、内管１２１がケーブルコア１１０と略等しい長さに収縮される。また、テンションメンバー１４０が熱収縮する長さがケーブルコア１１０や内管１２１と異なる場合でも、テンションメンバー１４０が固定部１４１の一端のみで内管１２１のみで固定されていることから、テンションメンバー１４０が内管１２１に応力を加えることはない。
【００４３】
さらに、上記のようにテンションメンバー１４０が容易に収縮できるような形状で内管１２１に設置されていることから、テンションメンバー１４０も内管１２１やケーブルコア１１０と略等しい長さに収縮することができる。その結果、内管１２１及びテンションメンバー１４０がケーブルコア１１０に応力を加えてこれを破損させたり特性を変化させてしまうといったおそれがなくなる。
【００４４】
一方、断熱管１２０の外管１２２は、その温度が室温程度に維持されているため熱収縮することは無いものの、波付け加工されて高い可撓性を有していることから、内管１２１等の熱収縮に伴って容易に収縮することができる。このように、冷却によるケーブルコア１１０等の熱収縮に伴い、断熱管１２０の内管１２１と外管１２２、及びテンションメンバー１４０のいずれもが、ほとんど相互に応力を加えることなく収縮することができる。その結果、冷却時に外管がテンションメンバーに引っ張られて容易に収縮できないといった従来の問題を解消することが可能となり、ケーブルコア１１０及びこれに設置された超電導導体１１２を損傷するのを防止することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の超電導ケーブル１００を管路等に引き込むためのプーリングアイについて説明する。超電導ケーブル１００を管路等に引き込むために、超電導ケーブル１００の端部にプーリングアイを接続し、これにロープ等を繋いで牽引する方法がとられるが、プーリングアイに大きな張力が加えられることから、プーリングアイと超電導ケーブル１００との接続が適切でないと、超電導ケーブル１００の一部に大きな張力を加えてこれを破損してしまったり超電導性能を劣化させてしまう等の問題が発生する。なお、プーリングアイは、テンションメンバー１４０が内管１２１に固定された固定部１４１のある一方の端部で超電導ケーブル１００に接続される。
【００４６】
そこで、上記の一方の端部にプーリングアイが好適に接続された本発明の実施形態に係る超電導ケーブル５００を、図６を用いて説明する。図６は、端部にプーリングアイ５５０が接続された本実施形態の超電導ケーブル５００の長手方向断面図を示す。本実施形態では、超電導ケーブル本体５０１の端部にプーリングアイ５５０を接続しており、このプーリングアイ５５０は本体５５１に固定金具５５２をネジ接続した構造としている。本体５５１には、布設時にロープ等を接続するための引張り帽５５１ａが設けられている。なお、超電導ケーブル本体５０１として、例えば第１の実施形態である超電導ケーブル１００を用いることができる。
【００４７】
超電導ケーブル本体５０１の端部にプーリングアイ５５０を接続する方法は、本体５５１にテンションメンバー１４０を溶接接続するとともに、固定金具５５２に断熱管１２０の外管１２２を溶接接続している。このような接続により、プーリングアイ５５０が牽引されると、ケーブルコア１１０と断熱管１２０の内管１２１とがテンションメンバー１４０を介してプーリングアイ５５０に牽引され、それと同時に外管１２２が固定金具５５２を介してプーリングアイ５５０に牽引される。
【００４８】
上記のように、プーリングアイ５５０でテンションメンバー１４０と外管１２２とを牽引するようにした結果、ケーブルコア１１０に張力を加えることなく、内管１２１に固定されたテンションメンバー１４０でケーブルコア１１０及び内管１２１を管路等に引き込むことが可能となる。また、固定金具５５２で外管１２２を同時に牽引するようにすることにより、内管１２１と外管１２２との間に応力が生じるのを防止することができ、内管１２１と外管１２２との接合部に損傷を与えて真空度を低下させてしまうといった事態を防止することができる。
【００４９】
なお、ケーブルコア１１０のフォーマ１１１もプーリングアイ５５０に接続させるように構成することも可能であるが、この場合にはヤング率がテンションメンバー１４０より小さいフォーマ１１１を用いるのが好ましい。これにより、プーリングアイ５５０から超電導ケーブル本体５０１に加えられる応力がテンションメンバー１４０にかかるようにし、フォーマ１１１には応力がほとんどかからないようにすることができる。
【００５０】
超電導ケーブル本体５０１にプーリングアイ５５０を接続する工程を以下に説明する。まず、プーリングアイ５５０の本体であるプーリングアイ本体５５１の第１溶接部５５１ｂにテンションメンバー１４０の端部を溶接して接合する。その後、固定金具５５２を本体５５１のネジ部にねじ込んで固定し、固定金具５５２の先端にある第２溶接部５５２ａに外管１２２を溶接接合する。これにより、プーリングアイ５５０が超電導ケーブル本体５０１と一体化されて超電導ケーブル５００を形成する。なお、第２溶接部５５２ａの溶接は全周溶接とするのがよく、これにより外部から水などが浸入しないよう気密化するのがよい。
【００５１】
本実施形態の超電導ケーブル５００を布設した一実施例として、長さ５００ｍの超電導ケーブル５００を所定の管路に引き込んだとき、プーリングアイ５５０には最大で１７０ｋＮの張力が加えられたが、超電導導体１１２にはその張力が全く加えられなかった。その結果、超電導導体１１２の超電導性能には全く影響を与えることはなかった。本実施形態では、ケーブルコア１１０に張力が加えられることはないため、管路に沿って超電導ケーブル本体５０１が屈曲されている部分でも、これが断熱管１２０に押し付けられて側圧が加えられるといった事態を避けることができる。これにより、超電導導体１１２の外周を取り巻いている電気絶縁層１１３に対しても、つぶれや擦れ等の損傷を加えることはなく、電気絶縁性能上の問題が発生することはなかった。
【００５２】
また、超電導ケーブル５００を所定の管路に布設した後、超電導ケーブル本体５０１の端部を所定の終端接続部に接続して液体窒素を充填し、これによりケーブルコア１１０を所定の極低温状態まで冷却したところ、長さ５００ｍのケーブルコア１１０は１.５ｍ熱収縮した。ケーブルコア１１０とともに内管１２１及びテンションメンバー１４０も同様に熱収縮しており、それとともに外管１２２もスムーズに収縮されたことで、超電導ケーブル本体５０１が途中で座屈することもなく、また端部でクラックが発生してリークが生じるといった事態も回避できた。さらに、超電導導体１１２の臨界電流が低下することもなく、健全に布設及び冷却を行うことができたことを確認した。
【００５３】
上記実施形態では、電力送電用の超電導電力ケーブルを例に説明したが、これに限定されず、例えば超電導電力貯蔵装置、あるいは核融合炉などで使用する大型超電導マグネットに電力供給する超電導バスラインなどに適用することも容易に可能である。本実施の形態における記述は、本発明に係る超電導ケーブルの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電導ケーブルの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの長手方向断面図である。
【図２】本実施形態の超電導ケーブルに内蔵されるケーブルコアの側面図である。
【図３】本発明の別の実施形態で用いられるテンションメンバーを示す斜視図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態で用いられるテンションメンバーを示す斜視図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態で用いられるテンションメンバーを示す断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る超電導ケーブルの長手方向断面図である。
【図７】従来の超電導ケーブルの一例を示す長手方向断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００、５００、９００ 超電導ケーブル
１１０、９１０ ケーブルコア
１１１、９１１ フォーマ
１１２、９１２ 超電導導体
１１３、９１３ 電気絶縁層
１１４、９１４ 保護層
１２０、９２０ 断熱管
１２１、９２１ 内管
１２２、９２２ 外管
１２３、９２３ 断熱層
１３０ 保護被覆部
１４０、２４０、３４０、４４０ テンションメンバー
５０１ 超電導ケーブル本体
５５０ プーリングアイ
５５１ プーリングアイ本体
５５２ 固定金具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ波付け加工された円筒状の内管と外管とを有する断熱管と、前記内管の内側に収納された超電導導体と、を備える超電導ケーブルであって、
前記内管の外表面にテンションメンバーを備える
ことを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項２】
前記テンションメンバーは、少なくともいずれか一方の端部で前記内管に固定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
本体と固定金具とを有するプーリングアイを、前記テンションメンバーが前記内管に固定された前記一方の端部に備え、
前記本体に前記テンションメンバーの端部を接続し、
前記固定金具に前記外管の端部を接続している
ことを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
前記超電導導体は、前記テンションメンバーより小さいヤング率を有する円筒形状のフォーマの外周に配置され、
前記フォーマが前記プーリングアイに接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
前記テンションメンバーは、ステンレステープをピッチ３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下として前記内管に螺旋状に巻付けて形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項６】
前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を撚って形成された１以上の繊維テープを前記内管の外表面に配置して形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項７】
前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を網状に撚り合わせて形成したものを前記内管１２１の外表面を覆うように配置して形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項８】
前記テンションメンバーは、厚さ又は直径が前記内管と前記外管との間隔に略等しい断面を有する線状体を前記内管と前記外管との間に略等間隔に４本以上１０本以下配置して形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項９】
前記内管及び前記外管は、それぞれの直径の５％以上２０％以下の波高でかつ前記波高の１倍以上４倍以下のピッチとなるよう波付け加工されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１】
それぞれ波付け加工された円筒状の内管と外管とを有する断熱管と、前記内管の内側に収納された超電導導体と、を備える超電導ケーブルであって、
前記内管の外表面にテンションメンバーを備える
ことを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項２】
前記テンションメンバーは、少なくともいずれか一方の端部で前記内管に固定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
本体と固定金具とを有するプーリングアイを、前記テンションメンバーが前記内管に固定された前記一方の端部に備え、
前記本体に前記テンションメンバーの端部を接続し、
前記固定金具に前記外管の端部を接続している
ことを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
前記超電導導体は、前記テンションメンバーより小さいヤング率を有する円筒形状のフォーマの外周に配置され、
前記フォーマが前記プーリングアイに接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
前記テンションメンバーは、ステンレステープをピッチ３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下として前記内管に螺旋状に巻付けて形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項６】
前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を撚って形成された１以上の繊維テープを前記内管の外表面に配置して形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項７】
前記テンションメンバーは、高張力高分子繊維を網状に撚り合わせて形成したものを前記内管１２１の外表面を覆うように配置して形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項８】
前記テンションメンバーは、厚さ又は直径が前記内管と前記外管との間隔に略等しい断面を有する線状体を前記内管と前記外管との間に略等間隔に４本以上１０本以下配置して形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項９】
前記内管及び前記外管は、それぞれの直径の５％以上２０％以下の波高でかつ前記波高の１倍以上４倍以下のピッチとなるよう波付け加工されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２８７８９６（Ｐ２００８−２８７８９６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２８８２５（Ｐ２００７−１２８８２５）
【出願日】平成１９年５月１５日（２００７．５．１５）
【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２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１５日（２００７．５．１５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]