(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コルゲート管から構成される内管及び外管と、これら内管と外管との間に形成される真空層とを具える真空断熱管であって、
前記内管及び前記外管は金属材料により構成され、
前記内管の山高さが前記外管の山高さの１．５倍以上４倍以下であり、
前記外管のコルゲートのピッチが前記内管のコルゲートのピッチの２倍以上４倍以下であり、
前記内管内に極低温の流体が導入され、超電導ケーブルの収納管である真空断熱管。
【請求項２】
前記流体は、液体窒素、液体空気、液体酸素、液体水素のいずれかである請求項１に記載の真空断熱管。
【請求項３】
前記内管の山高さが前記外管の山高さの２倍以上である請求項１または請求項２に記載の真空断熱管。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の真空断熱管と、
超電導導体層を有し、前記真空断熱管の内管内に収納されるケーブルコアとを具える超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱管、及びこの真空断熱管を具える超電導ケーブルに関するものである。特に、断熱性能に優れる真空断熱管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルの構成部材に真空断熱管がある。この真空断熱管は、代表的には、ステンレス鋼といった金属からなるコルゲート管から構成される内管及び外管と、これら内管と外管との間の隙間を真空引きした二重構造管が挙げられる。
【０００３】
従来の真空断熱管200は、図5に示すように、内管200iの山高さHiと外管200oの山高さHoとが等しく(Hi＝Ho)、内管200iのコルゲートのピッチPiと外管200oのピッチPoとが等しい(Pi＝Po)。上記山高さとは、コルゲートの山部Mpi(Mpo)と谷部Rpi(Rpo)との間の距離、即ち凹溝の深さを言う。上記ピッチとは、隣り合う山部Mpi(Mpo)間の距離を言う。更に、真空断熱管200は、内管200iの波形と外管200oの波形とは位相が揃うように、つまり内管200iの山部Mpi(谷部Rpi)と外管200oの山部Mpo(谷部Rpo)とが両管200i,200oの長手方向に位置が揃うように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平10-174265号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の二重構造の真空断熱管では、上記内管と上記外管とが接触せず、両管の間が真空状態に保持されることで高い断熱性能を有することができる。しかし、上記真空断熱管をドラムに巻きつけたり、布設したりするなどして曲がった状態に配置された場合や当該管の自重により、図5に示すように内管200iが外管200oに偏って位置する、即ち、両管200i,200oが接近した状態となることがある。図5では、内管200iが下方に偏った場合を示す。
【０００６】
両管200i,200oが近接した箇所は、両管200i,200oの隙間が狭くなり、この狭くなった箇所の真空層の厚さが減ることから断熱性能の低下を招く恐れがある。特に、両管200i,200oの波形と位相とが同じであることから、内管200iの凹部に外管200oの凸部が嵌り込み、理論上、両管200i,200oが完全に重なり合う、即ち、両管200i,200oが接触して真空層が局所的に存在しなくなる恐れがある。従って、両管200i,200oが接近した状態となっても、真空層の厚さを十分に確保することができる真空断熱管の開発が望まれる。
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つは、断熱性能に優れる真空断熱管を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、上記真空断熱管を具える超電導ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内管の山高さと外管の山高さとを異ならせることで上記目的を達成する。
【００１０】
本発明の真空断熱管は、コルゲート管から構成される内管及び外管と、これら内管と外管との間に形成される真空層とを具えるものであり、上記内管の山高さが上記外管の山高さの1.5倍以上大きい。
【００１１】
上記構成によれば、真空断熱管が曲げられたり、管の自重により内管と外管とが近接した状態となっても、内管の凹部が外管の凸部により完全に塞がれることがない。従って、本発明真空断熱管は、内管と外管とがより近接した状態となっても、従来の真空断熱管と比較して真空層を十分に確保し易く、断熱性能が高い。
【００１２】
本発明の一形態として、上記内管の山高さが上記外管の山高さの2倍以上大きい形態が挙げられる。
【００１３】
上記内管の山高さは、上記外管の山高さよりも大きいほど、真空層を確保し易いことから、上述のように1.5倍以上とし、2倍以上がより好ましい。但し、内管の外径(容積)を一定とする場合、内管の山高さが大き過ぎると、内管の内部空間の低下を招く。従って、上記内管の山高さは、上記外管の山高さの4倍以下が好ましいと考えられる。
【００１４】
本発明の一形態として、上記外管のコルゲートのピッチが上記内管のコルゲートピッチの2倍以上大きい形態が挙げられる。
【００１５】
上記構成によれば、両管の山高さだけでなく、両管のコルゲートのピッチを異ならせることで、詳しくは、外管のピッチを大きくすることで、上述のように曲げられたり、管の自重により内管と外管とが近接した状態となっても、内管の凹部が外管の凸部により塞がれることをより効果的に防止することができる。従って、この形態も断熱性能が高い。外管のピッチは、内管のピッチよりも大きいほど、真空層を大きくし易いが、大き過ぎると、外管がフラット管に近くなり、可撓性を十分に確保することが難しくなる恐れがある。従って、上記外管のコルゲートのピッチは、上記内管のピッチの4倍以下が好ましいと考えられる。
【００１６】
上記本発明真空断熱管は、超電導ケーブルの構成部材に好適に利用することができる。即ち、本発明の超電導ケーブルとして、上記本発明真空断熱管を具え、かつ超電導導体層を有し、上記真空断熱管の内管内に収納されるケーブルコアを具えるものが挙げられる。
【００１７】
上記本発明超電導ケーブルは、本発明真空断熱管を具えることで、高い断熱性能を有することができるため、例えば、上記内管内に充填されて、上記超電導導体層を冷却する冷媒を所定の温度に維持するエネルギーを低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明真空断熱管は、断熱性能が高い。本発明超電導ケーブルは、断熱性能に優れる本発明真空断熱管を具えることで、冷媒の温度維持に必要なエネルギーを低減できると期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図1は、実施形態1の真空断熱管の要素を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図2は、二重構造の真空断熱管において内管と外管との間の隙間Cと、内管と外管との間の断面積比との関係を示すグラフである。
【図３】図3は、実施形態2の真空断熱管の要素を模式的に示す縦断面図である。
【図４】図4は、実施形態3の超電導ケーブルを模式的に示す横断面図である。
【図５】図5は、従来の真空断熱管の要素を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。なお、図1,3,5ではわかり易いように、内管の上半分の位相と内管の下半分の位相、及び外管の上半分の位相と外管の下半分の位相を等しくしているが、実際には螺旋状に山谷が設けられていることから、内管の上半分の位相と内管の下半分の位相、及び外管の上半分の位相と外管の下半分の位相は、ピッチに応じてずれる。
【００２１】
(実施形態1)
以下、図1を参照して実施形態1の真空断熱管1Aを説明する。真空断熱管1Aは、コルゲート管から構成される内管20i及び外管20oを具える二重構造管であり、内管20iと外管20oとの間が真空引きされて、真空層2Aが形成されている。この真空断熱管1Aは、内管20i内に真空断熱が望まれるような流体(通常、室温よりも低温、或いは室温よりも高温のもの)が充填され、当該流体を保持したり、流通したりする際に利用される。この真空断熱管1Aの特徴とするところは、内管20iのコルゲート形状と外管20oのコルゲート形状とが異なる点にある。以下、より詳細に説明する。
【００２２】
内管20i及び外管20oはいずれも全長に亘って、コルゲート加工が施されたステンレス鋼製のコルゲート管であり、屈曲可能な可撓性を有する。両管20i,20oの構成材料は、ステンレス鋼の他、アルミニウムやその合金などの金属が挙げられる。上記金属は、耐食性に優れることから、種々の流体の保持や輸送を行う真空断熱管1Aの構成材料に適する。また、両管20i,20oの材質を異ならせることもできる。
【００２３】
内管20i及び外管20oの厚さは適宜選択することができる。但し、内管20iの厚さは、上述のようにその内部に充填或いは流通される流体の圧力に耐え得るように調整する。外管20oは、真空断熱管1Aを屈曲したとき、内管20iより大きな張力が加わるため、当該張力に耐え得るように外管20oの厚さを適宜調整する。また、両管20i,20oの厚さを異ならせることもできる。例えば、両管20i,20oの材質を等しくする場合、内管20iの厚さを外管20oの厚さよりも厚くすると、上記流体の圧力が高くなっても、破損し難く好ましい。
【００２４】
内管20iに導入される上記流体の温度は、流体の種類や真空断熱管1Aの用途によって異なり、数K〜数十K程度といった極低温から、数百K程度といった高温までの幅広い温度が用いられる。従って、上記流体が所望の温度に維持されるように真空層2Aの真空度を選択するとよい。真空度が高いほど、断熱性能を高められる。なお、真空引きされた両管20i,20oは、真空状態が保持されるように密閉される。
【００２５】
また、真空断熱管1Aは、内管20iのコルゲートのピッチPiと外管20oのコルゲートのピッチPoとが同じであり(Pi＝Po)、内管20iの山部Mpi(谷部Rpi)と外管20oの山部Mpo(谷部Rpo)とが両管20i,20oの長手方向に位置が揃うように構成されている。
【００２６】
そして、内管20iの山高さHiと外管20oの山高さHoとが異なっている。ここでは、内管20iの山高さHiが外管20oの山高さHoの1.5倍以上である。
【００２７】
その他、内管20iと外管20oとの間に断熱材(図示せず)を適宜配置させると、断熱性能を更に高められる。断熱材は、帯状の樹脂フィルムの一面又は両面にアルミニウムを蒸着した帯状材と合成繊維からなるメッシュ構造材とを積層した積層材、代表的にはスーパーインシュレーションが挙げられる。この断熱材を内管20iの外周に螺旋状に巻回する、或いは縦添えすることで、内管20i内への輻射熱の侵入や内管20i内からの輻射熱の放散を防ぎ、真空断熱管1Aの断熱性能を向上することができる。
【００２８】
また、内管20iの山部Mpi(谷部Rpi)と外管20oの山部Mpo(谷部Rpo)との間にスペーサ(図示せず)を適宜設けると、両管20i,20oの接触を防止して、両管20i,20oの間に所定の間隔(少なくともスペーサの大きさに応じた間隔)を維持することができる。スペーサは、適宜な形状、材質のものを利用することができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)といったフッ素樹脂などの樹脂からなる長尺な線状体の他、短く切った上記線状体が帯状体の長手方向に等間隔に配置された複合材が挙げられる。これら線状体や複合材を内管20iの外周に螺旋状に巻回する、或いは縦添えすることで、両管20i,20oの間に線状体が介在され、両管20i,20oの接触を防止することができる。
【００２９】
[試験例1]
上記構成を具える真空断熱管1A及び図5に示す従来の真空断熱管200に対して、同じ長さ(ここでは、1ピッチあたりの長さ)における真空層の大きさを比較する。ここでは、両真空断熱管1A,200について、内管の山高さHiを異ならせた以外は、同様の仕様とした。具体的には、実施形態1の真空断熱管1Aの内管の山高さHiを10mm(実施形態1:Hi＝2×Ho)、従来の真空断熱管200の内管の山高さHiを5mmとした(従来例:Hi＝Ho)。両真空断熱管1A,200に共通の仕様を以下に示す。
【００３０】
内管の外径Ri:50mm  外管の外径Ro:75mm  コルゲートのピッチPi,Po:20mm
内管と外管との間の隙間C:2.5mm
外管の山高さHo:5mm
※  内管の厚さと外管の厚さとは等しい。
【００３１】
図1,図5では、内管20i(200i)が外管20o(200o)に最も偏って位置する場合に、内管20i(200i)と外管20o(200o)との間に隙間C(＝2.5mm)が設けられた状態を示す。両真空断熱管1A,200の上記偏った箇所(図1,図5では下方側の箇所)について、1ピッチあたりの断面積(図1,図5において内管と外管と破線とで囲まれる空間の面積S1A,S200)を比較する。従来の真空断熱管200の断面積S200を1とするとき、真空断熱管1Aの断面積S1Aは、S1A/S200≒1.3であり、従来の真空断熱管200の断面積S200の1.3倍の大きさを有する。そして、真空断熱管の単位長さあたりの真空層の断面積が大きいことから、実施形態1の真空断熱管1Aは、従来の真空断熱管200に比較して、真空層の体積が大きく、真空層の厚さを十分に確保でき、断熱性能が高いと言える。
【００３２】
更に、内管と外管との間の隙間Cの大きさを変化させたときの断面積比:S1A/S200を図2に示す。図2において、上記隙間Cがマイナスとは、内管の凹部に外管の凸部が入り込んだ状態を示す。図2に示すように、上記隙間Cを更に小さくしていくほど、断面積比が大きくなる、即ち、実施形態1の真空断熱管1Aは、曲げられたり、自重などにより内管20iと外管20oとが近接した状態となっても、従来の真空断熱管200よりも真空層の体積や厚さを確保し易いことが分かる。
【００３３】
ここで、従来の真空断熱管200の内管200iと外管200oとの間に上述のようにスペーサを介在させると、従来の真空断熱管200も、上記隙間Cを所定の大きさ(スペーサの大きさに応じた大きさ)に維持できる。しかし、内管200iの山高さHiと外管200oの山高さHoとを等しくしている従来の真空断熱管200では、真空層の体積を増大できない。また、真空断熱管200の一部においてスペーサの位置がずれて両管200i,200oが近接し、上記真空層の厚さが低減された箇所が生じる恐れがある。
【００３４】
これに対し、内管20iの山高さHiを外管20oの山高さHiの1.5倍以上としている実施形態1の真空断熱管1Aは、仮にスペーサを介在させなくても、内管20iの凹部に外管20oの凸部が完全に重なり合うことがなく、大きな真空層を確保でき、断熱性能に優れる。特に、曲げ半径が小さい曲げが加えられる場合、即ち、図2において間隔Cがマイナスの側に向かう状態であっても、実施形態1の真空断熱管1Aは、真空層を十分に確保できて、優れた断熱性能を有することができる。
【００３５】
(実施形態2)
実施形態1では、内管の山高さと外管の山高さとが異なり、内管のコルゲートのピッチと外管のコルゲートのピッチとが等しい形態、即ち、内管と外管とは位相が同じで波形が異なる形態を説明した。その他、図3に示す実施形態2の真空断熱管1Bに示すように山高さに加えて、内管・外管のコルゲートのピッチを異ならせた形態、即ち、内管と外管とは波形及び位相の双方が異なる形態とすることができる。
【００３６】
真空断熱管1Bの基本的構成は、実施形態1の真空断熱管1Aと同様であり、内管21iと、外管21oと、両管21i,21oの間に真空層2Bとを具え、内管21iの山高さHiが外管21iの山高さHoの1.5倍以上である。かつ、真空断熱管1Bは、外管21oのコルゲートのピッチPoが内管21iのコルゲートのピッチPiの2倍以上である。
【００３７】
[試験例2]
試験例1と同様に、上記構成を具える真空断熱管1B及び図5に示す従来の真空断熱管200に対して、同じ長さにおける真空層の大きさを比較する。ここでは、両真空断熱管1B,200について、内管の山高さHi及び外管のコルゲートのピッチPoを異ならせた以外は、同様の仕様とした。即ち、内管の外径Ri、外管の外径Ro、内管と外管との間の隙間C、外管の山高さHo、内管の厚さと外管の厚さは、両真空断熱管1B,200で同じ値であり、試験例1と同様にした。
【００３８】
そして、実施形態2の真空断熱管1Bでは、内管21iの山高さHiを10mm(実施形態2:Hi＝2×Ho)、外管21oのコルゲートのピッチPoを60mm(実施形態2:Po＝3×Pi)、従来の真空断熱管200では、内管200iの山高さHiを5mm(従来例:Hi＝Ho)、外管200oのコルゲートのピッチPoを20mmとした(従来例:Pi＝Po)。
【００３９】
試験例1と同様に、両真空断熱管1B,200において内管が外管に対して偏って存在する箇所(図3,図5では下方側の箇所)について、真空断熱管1Bの外管21oの1ピッチあたり(従来の真空断熱管200の外管200oでは3ピッチに相当)の断面積(図3において内管と外管と破線とで囲まれる空間の面積S1B、図5では3×S200＝S200-2)を比較する。従来の真空断熱管200の断面積S200-2を1とするとき、真空断熱管1Bの断面積S1Bは、S1B/S200-2≒1.3であり、従来の真空断熱管200の断面積S200-2の1.3倍の大きさを有する。このように真空断熱管の単位長さあたりの真空層の断面積が大きいことから、実施形態2の真空断熱管1Bは、従来の真空断熱管200に比較して、断熱性能が高いと言える。また、実施形態2の真空断熱管1Bは、内管21iのコルゲートのピッチPiと外管21oのコルゲートのピッチPoとが異なることで、外管21oに内管21iが落ち込み難いことからも、真空層2Bを十分に確保し易く、断熱性能が高いと言える。
【００４０】
(実施形態3)
上述した実施形態1,2の真空断熱管1A,1Bは、例えば、超電導ケーブルの構成部材に好適に利用することができる。以下、図4を参照して、実施形態3の超電導ケーブル10を説明する。
【００４１】
超電導ケーブル10は、真空断熱管12と、この真空断熱管12の内部に収納される三心のケーブルコア11とを具える。真空断熱管12は、内管12iと外管12oとを具える二重構造管であり、上述した内管12iの山高さが外管12oの山高さの1.5倍以上である真空断熱管1A(1B)を具える。以下、超電導ケーブル10の各構成を詳細に説明する。
【００４２】
各ケーブルコア11は、代表的には、中心から順にフォーマ111、超電導導体層112、電気絶縁層113、外側超電導層114、常電導層115、保護層116を具える。超電導導体層112及び外側超電導層114には、超電導体が用いられる。
【００４３】
フォーマ111は、超電導導体層112の支持体や事故電流(短絡電流)の流路に利用されることから銅やアルミニウムなどの常電導材料から構成された中実体や中空体が利用される。より具体的には、例えば、エナメルなどの絶縁被覆を具える複数の金属線を撚り合わせた撚り線や金属パイプが挙げられる。中空体は、その内部を後述する冷媒の流路にすることができる。常電導層115も事故電流の流路に利用される部分であり、銅テープなどを巻回した構成が挙げられる。
【００４４】
超電導導体層112及び外側超電導層114は、例えば、酸化物超電導体を具えるテープ状線材、代表的にはBi2223系超電導テープ線(Ag-Mnシース線)を螺旋状に巻回して形成した単層構造又は多層構造が挙げられる。その他、RE123系薄膜線材(RE:希土類元素、例えばY、Ho、Nd、Sm、Gdなど)も超電導導体層112や外側超電導層114の構成材料に利用できる。外側超電導層114は、例えば、交流送電の場合:磁気遮蔽層、直流送電の場合:帰路導体に利用される。保護層115は、この外側超電導層114の保護層として機能し、クラフト紙などを巻回した構成が挙げられる。
【００４５】
電気絶縁層113は、クラフト紙などの絶縁紙テープや、クラフト紙とプラスチックとを複合した半合成絶縁テープ、例えば、住友電気工業株式会社製PPLP(登録商標)といったテープ状の絶縁性材料を巻回した構成が挙げられる。
【００４６】
上記ケーブルコア11を収納する真空断熱管12は、超電導導体層112や外側超電導層114を超電導状態に維持するための冷媒(代表的には液体窒素)が内管12i内に充填され、内管12iと各ケーブルコア11との間の空間は、冷媒流路13として機能する。外管12oの上には、ポリ塩化ビニルといった耐食性に優れる防食層14を具える。
【００４７】
真空断熱管12は、外部からの侵入熱などによって上記冷媒の温度が上昇し、超電導導体層112や外側超電導層114が超電導状態から常電導状態に移行するなどの問題を防止するために、真空層を具えて外部からの侵入熱を抑制する。そして、この真空断熱管12として、上述した実施形態1,2の真空断熱管1A,1Bを具える。
【００４８】
上記超電導ケーブル10は、真空断熱管12を具えることで断熱性能に優れる。従って、超電導ケーブル10は、例えば、上記冷媒を所定の温度に維持するために必要なエネルギーを低減でき、エネルギー効率の向上に寄与することができる。
【００４９】
上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、本発明の範囲は上述した構成に限定されるものではない。例えば、真空断熱管については内管(外管)の山高さ、外管(内管)のコルゲートのピッチを変更したり、超電導ケーブルについては一心のケーブルコアを具える単心ケーブルとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明真空断熱管は、外部との断熱が望まれる各種の流体(液体窒素、液体空気、液体酸素、液体水素、液化石油ガス(LPG)、湯水など)の輸送管や収納管、その他、超電導ケーブルの構成部材に好適に利用することができる。本発明超電導ケーブルは、送電線路の構成部材に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
1A,1B  真空断熱管  2A,2B  真空層  20i,21i  内管  20o,21o  外管
10  超電導ケーブル  11  ケーブルコア  12  真空断熱管  12i  内管
12o  外管  13  冷媒流路  14  防食層
111  フォーマ  112  超電導導体層  113  電気絶縁層  114  外側超電導層
115  常電導層  116  保護層
200  真空断熱管  200i  内管  200o  外管
【図１】
0005557008.tif 000002
【図２】
0005557008.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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