(57)【要約】【課題】冷却系のトラブルにより早期に運転が停止することがない超電導ケーブルを提供する。【解決手段】内部部材収納管２０と、外側断熱管３０と、内側冷媒２０Ｃと、外側冷媒３０Ｃと、を備える超電導ケーブル１である。内部部材収納管２０は、ケーブル内部部材１０を内部に収納する。外側断熱管３０は、内部部材収納管２０を内部に収納する。内側冷媒２０Ｃは、内部部材収納管２０の内部に充填され、ケーブル内部部材１０を極低温に冷却する。外側冷媒３０Ｃは、外側断熱管３０の内側で、かつ内部部材収納管２０の外側に充填される。外側断熱管３０の内部における外側冷媒３０Ｃの充填部のうち、外側断熱管３０の長手方向の少なくとも一部が、外側冷媒３０Ｃの気化を許容する気化許容区間となっており、外側断熱管３０を介した外部環境からの侵入熱を外側断熱管３０内の外側冷媒３０Ｃの気化によって処理する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体を有するケーブル内部部材を備える超電導ケーブルであって、
前記ケーブル内部部材、前記ケーブル内部部材が収納される内部部材収納管、および前記内部部材収納管が内部に収納される外側断熱管を備えるケーブル部と、
前記内部部材収納管の内部に充填され、前記ケーブル内部部材に備わる超電導導体を極低温に冷却する内側冷媒と、
前記外側断熱管の内部で、かつ前記内部部材収納管の外側に充填され、前記内部部材収納管の温度上昇を抑制する外側冷媒と、を備え、
前記外側断熱管の内部における前記外側冷媒の充填部のうち、前記外側断熱管の長手方向の少なくとも一部が、前記外側冷媒の気化を許容する気化許容区間となっており、前記外側断熱管を介した外部環境からの侵入熱を前記外側断熱管内の外側冷媒の気化によって処理することで、前記内部部材収納管の温度上昇が抑制される超電導ケーブル。
【請求項２】
気化によって失われた前記外側冷媒を補充する冷媒補充機構を備える請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
前記外側断熱管の全長にわたって気化許容区間が形成される請求項１または２に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
前記冷媒補充機構によって前記外側冷媒が加圧供給されており、
前記外側冷媒の充填部のうち、前記気化許容区間を除く区間は、前記外側冷媒が過冷却状態となった過冷却区間である請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
前記内側冷媒は循環されることなく加圧充填されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項６】
前記内側冷媒は循環されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導ケーブル
【請求項７】
直流送電に利用される請求項１〜６のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項８】
交流送電に利用される請求項１〜４，６のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項９】
前記気化許容区間から前記外側冷媒の気化ガスを排出する排出管を有する排出機構を備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１０】
前記排出機構は、前記ケーブル部の高所側端末に設けられる請求項９に記載の超電導ケーブル。
【請求項１１】
前記排出機構は、前記ケーブル部の長手方向に沿って複数設けられる請求項９または１０に記載の超電導ケーブル。
【請求項１２】
前記排出機構は、前記気化ガスを前記排出管に導くガイド部材を備える請求項９〜１１のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１３】
さらに、
前記気化ガスを再液化する液化機構と、
再液化した冷媒を前記外側冷媒として再度前記外側断熱管内に導入する導入機構と、
を備える請求項９〜１２のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１４】
前記排出管に繋がり、前記外側冷媒を貯留する貯留槽と、
その貯留槽における液面位置を検知する液面センサと、
その液面センサの検知結果に基づいて前記外側冷媒の充填状態を管理する充填状態管理手段と、
を備える請求項９〜１３のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１５】
前記気化許容区間における前記外側冷媒の最大圧力をα（ＭＰａ）、前記α（ＭＰａ）における前記外側冷媒の沸点をβ（℃）、前記β（℃）における前記超電導導体の電流容量をγ（Ａ）としたとき、
前記γ（Ａ）の値が、布設される超電導ケーブルに要求される値を満たすように、前記α（ＭＰａ）が調整されている請求項１〜１４のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１６】
前記α（ＭＰａ）は０．２以下である請求項１５に記載の超電導ケーブル。
【請求項１７】
前記内部部材収納管が伝熱構造である請求項１〜１６のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１８】
前記内部部材収納管が断熱構造である請求項１〜１６のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項１９】
前記内部部材収納管は、前記外側断熱管の鉛直下方側に偏っている請求項１〜１８のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項２０】
前記内側冷媒と前記外側冷媒の少なくとも一方が、液体窒素もしくは液体空気である請求項１〜１９のいずれか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の超電導ケーブルを少なくとも一部に備える超電導ケーブル線路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導導体を有するケーブル内部部材を備える超電導ケーブル、およびその超電導ケーブルを備える超電導ケーブル線路に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導導体を有するケーブル内部部材を備える超電導ケーブルが知られている。特許文献１の超電導ケーブルは、フォーマの外周に少なくとも超電導導体と電気絶縁層を設けたケーブル内部部材を断熱管の内部に収納し、その断熱管の内部に液体冷媒を循環させる構成（いわゆる低温絶縁型の構成）を備える。一方、特許文献２の超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導導体を備えるケーブル内部部材を、電気絶縁層を外周に設けた断熱管の内部に収納し、その断熱管の内部に液体冷媒を循環させる構成（いわゆる常温絶縁型の構成）を備える。いずれの構成においても、ケーブル内部部材を収納する断熱管内に液体冷媒を循環冷却させることで、外部環境から断熱管内への侵入熱を処理し、ケーブル内部部材の超電導導体を極低温に維持することができる。なお、交流送電を行なう超電導ケーブルでは、交流損失によって超電導導体自身が発熱するため、侵入熱に加えて超電導導体の発生熱を処理する必要があるのに対し、直流送電を行なう超電導ケーブルでは、外部環境からの侵入熱を処理することで超電導導体を極低温に維持することができる。
【０００３】
上記構成における液体冷媒は、循環路中で気化しない温度・圧力の条件（つまり、循環路中で液体冷媒の気化が生じることは、この条件を外れていることを意味する）の下、所定の流量で循環されている。循環路中に気化ガスがあると液体冷媒の循環が阻害され、超電導導体を許容温度以下に維持することができなくなる恐れがあるからである。気化要因である液体冷媒の温度は、直流送電にあっては侵入熱、交流送電にあっては侵入熱に加えて超電導導体の発生熱によって上昇する。その温度上昇が所定の範囲内になるように液体冷媒の流量が設定され、温度が上昇した液体冷媒は冷却システムにより冷却されることで、循環路中の液体冷媒が気化しない状態に維持される。なお、許容温度とは、超電導導体の臨界温度未満の温度であって、超電導導体が所定の電流容量（Ａ）を満たすことができる温度のことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２６５２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７４４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、超電導ケーブルには、冷却系のトラブルによって超電導ケーブルによる送電が困難になるという問題がある。例えば、液体冷媒を循環させる循環ポンプが何らかの原因で停止した場合、外部環境からの侵入熱などによって温度上昇した液体冷媒を冷却システムに移動させることができなくなる。そうなると、ケーブル内部部材の超電導導体を冷却する液体冷媒の温度が上昇し、超電導導体を許容温度以下に維持することができなくなる。特に、交流送電を行う超電導ケーブルでは、侵入熱に加えて超電導導体自身の発生熱もあるため、交流送電を行う超電導ケーブルは、直流送電を行う超電導ケーブルよりも短時間で送電が困難な状態に陥る。そのため、冷却系のトラブルによる早期の運転停止を回避することができる抜本的な解決策が望まれている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、冷媒循環系を含む冷却系のトラブルにより早期に送電が停止することがない超電導ケーブル、およびその超電導ケーブルを用いた超電導ケーブル線路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の超電導ケーブルは、超電導導体を有するケーブル内部部材を備える超電導ケーブルであって、ケーブル部と、内側冷媒と、外側冷媒と、を備える。ケーブル部は、ケーブル内部部材と、ケーブル内部部材を内部に収納する内部部材収納管と、その内部部材収納管を内部に収納する外側断熱管と、を備える。内側冷媒は、内部部材収納管の内部に充填され、ケーブル内部部材に備わる超電導導体を極低温に冷却する。外側冷媒は、外側断熱管の内側で、かつ内部部材収納管の外側に充填され、内部部材収納管の温度上昇を抑制する。そして、この超電導ケーブルでは、外側断熱管の内部における外側冷媒の充填部のうち、外側断熱管の長手方向の少なくとも一部が、外側冷媒の気化を許容する気化許容区間となっており、外側断熱管を介した外部環境からの侵入熱を外側断熱管内の外側冷媒の気化によって処理することで、内部部材収納管の温度上昇が抑制される。
【０００８】
上記本発明の超電導ケーブルにおいて、内側冷媒は単に内部部材収納管内に充填されているだけでも良いし、閉じた循環路内で循環されていても良い。これに対して、外側冷媒は、閉じた循環路内で循環させることはしない。外側冷媒の充填部には気化許容区間が設定されており、その区間で外側冷媒の気化ガスが生じることを前提としているため、そもそも閉じた循環路内で外側冷媒を循環させることが難しいからである。以上の点を踏まえて、本発明の超電導ケーブルの内側冷媒と外側冷媒の状態をまとめると次のようになる。
［１］
内側冷媒は内部部材収納管内に充填されている（ここで、「内側冷媒が充填されている」とは、内側冷媒が流れることなく単に貯留されている状態、または内側冷媒が内部部材収納管内の一端から他端に向かって流れている状態のいずれかのことである）。
外側冷媒は外側断熱管の充填部に充填されている（ここで、「外側冷媒が充填されている」とは、外側冷媒が流れることなく単に貯留されている状態、または外側冷媒が充填部の一端から他端に向かって流れている状態のいずれかのことである）。
［２］
内側冷媒は内部部材収納管内に循環されている。内部部材収納管内の一端から他端に向かって流れた内側冷媒は、リターン管もしくは別の超電導ケーブルの管路を通り、冷却システムで冷却された状態で内部部材収納管内の一端に送られる。
外側冷媒は外側断熱管の充填部に充填されている（外側冷媒の充填部の一端から他端に向かって流れている状態も含む）。
【０００９】
上記構成を備える本発明の超電導ケーブルであれば、冷却系にトラブルが生じたとしても、そのトラブルの発生時から送電停止までの時間を、従来構成よりも長く引き延ばすことができる。外部環境からの侵入熱を、外側冷媒が気化することで処理できるため、ケーブル内部部材の超電導導体を極低温に維持することができる。内部冷媒の温度は、その外部の温度（即ち、外側冷媒の温度）に依存する。
【００１０】
本発明の超電導ケーブルとして、気化によって失われた外側冷媒を補充する冷媒補充機構を備える形態を挙げることができる。
【００１１】
外側冷媒の気化によって侵入熱を処理する構成では、外側冷媒は減少し続けることになる。そのため、超電導ケーブルを健全に運転するためには外側冷媒を補充していく必要がある。その外側冷媒の補充を自動で行なう冷媒補充機構を備えていれば、超電導ケーブルを安定的に運転することができる。
【００１２】
本発明の超電導ケーブルとして、外側断熱管の全長にわたって気化許容区間が形成される形態を挙げることができる。
【００１３】
外側断熱管の全長を気化許容区間とする場合、外側断熱管の内部に外側冷媒を継ぎ足すだけで良く、外側断熱管の内部に外側冷媒を送り出すポンプを省略することができる。
【００１４】
冷媒補充機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、冷媒補充機構によって外側冷媒が加圧供給され、かつ外側冷媒の充填部のうち、気化許容区間を除く区間は、外側冷媒が過冷却状態となった過冷却区間となっている形態を挙げることができる。
【００１５】
上記構成の具体的な適用例としては、大きな高低差がある超電導ケーブルを挙げることができる。例えば、超電導ケーブルの一端から他端に向かって漸次高さが高くなる超電導ケーブルでは、一端側の外側冷媒の圧力が非常に高くなる。外側冷媒の圧力が高くなると、外側冷媒の沸点が上昇するため、外側冷媒に囲まれる内側冷媒の温度も高くなり易い。そうなると、内側冷媒で適切に超電導導体を極低温に維持することができなくなる恐れがある。そこで、一端側から他端側に向かって漸次高さが高くなる超電導ケーブルであれば、例えば、一端側から他端側に向かって外側冷媒を加圧供給し、一端側から途中までを外側冷媒が所定の流量で流れる過冷却区間とし、残りを気化許容区間とする。このような構成であれば、外側冷媒の圧力が高くなる過冷却区間において外側冷媒が常に流れているため、過冷却区間における外側冷媒の温度上昇が抑制される。
【００１６】
本発明の超電導ケーブルとして、内側冷媒は循環されることなく加圧充填されている形態を挙げることができる。
【００１７】
上記構成によれば、内側冷媒を循環させるための構成、例えばリターン管や高出力の循環ポンプを設ける必要がなく、超電導ケーブルをシンプルにできる。
【００１８】
本発明の超電導ケーブルとして、内側冷媒は循環されている形態を挙げることできる。
【００１９】
上記構成によれば、内側冷媒によって超電導導体をより確実に所定温度以下の極低温に維持することができる。特に、内側冷媒を循環させる構成は、後述するように、交流送電を行なう超電導ケーブルに有効である。
【００２０】
本発明の超電導ケーブルとして、超電導ケーブルが直流送電に利用される形態を挙げることができる。
【００２１】
直流送電を行う超電導ケーブルにおいては交流損失がないため、超電導導体を適正な温度に維持するために処理すべき熱は外部環境からの侵入熱のみである。そのため、直流送電を行う超電導ケーブルでは、内側冷媒は循環していなくても良いし、循環していても良い。
【００２２】
本発明の超電導ケーブルとして、超電導ケーブルが交流送電に利用される形態を挙げることができる。
【００２３】
交流送電を行う超電導ケーブルにおいては交流損失によって超電導導体が発熱する。従って、この超電導導体で発生した熱を処理するには内側冷媒は循環している方が良く、内側冷媒が循環していることで、超電導導体を確実に所定温度以下に維持することができる。
【００２４】
本発明の超電導ケーブルとして、気化許容区間から外側冷媒の気化ガスを排出する排出管を有する排出機構を備える形態を挙げることができる。
【００２５】
外側冷媒の充填部に気化ガスが滞留してガス溜まりが生じると、そのガス溜まりの位置で熱侵入を処理することができなくなる恐れがある。これに対し、上記排出機構を備える構成とすることで、外側冷媒の充填部におけるガス溜まりの拡大を抑制することができ、外側冷媒による侵入熱の処理をより確実にすることができる。排出機構をケーブル部のどの位置に設けるかによって、排出機構から気化ガスのみが排出される場合と、排出機構から気化ガスを含む外側冷媒が排出される場合、の二通りがある。
【００２６】
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構はケーブル部の高所側端末に設けられる形態を挙げることができる。
【００２７】
ケーブル部が上下に蛇行していなければ、気化許容区間で発生した気化ガスは高所側端末に移動する。また、ケーブル部が上下に蛇行していたとしても、高所側端末から蛇行している部分までの間では気化ガスは高所側端末に移動する。そこで、高所側端末に排出機構を設けておけば、外側冷媒の充填部から気化ガスを効率的に排除することができる。
【００２８】
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構はケーブル部の長手方向に沿って複数設けられる形態を挙げることができる。
【００２９】
ケーブル部が上下に蛇行している場合、ケーブル部が鉛直上方に凸となるように湾曲している部分に気化ガスのガス溜まりが生じる恐れがある。そこで、排出機構をケーブル部の長さ方向に沿って複数設けること、特にガス溜まりが生じる恐れのある上記湾曲部分に排出機構を設けることで、ガス溜まりの拡大を抑制することができる。なお、ケーブル部が上下に蛇行しない場合でも、ケーブル部の長さ方向に沿って複数の排出機構があれば、気化ガスを速やかに排出できる。なお、ケーブル部の設置場所全体が水平となっている場合、意図的にケーブル部を上下に蛇行させた箇所を設けて、その箇所に排出機構を設けても良い。
【００３０】
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構は、気化ガスを排出管に導くガイド部材を備える形態を挙げることができる。
【００３１】
ガイド部材を備えることで、気化許容区間から気化ガスを速やかに排出することができ、外側冷媒の充填部におけるガス溜まりの拡大を効果的に抑制することができる。気化ガスが外側冷媒と混合された状態で排出管から排出される場合、排出された液体冷媒は再度外側断熱管の内部に戻せば良い。
【００３２】
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、気化ガスを再液化する液化機構と、再液化した冷媒を外側冷媒として再度外側断熱管内に導入する導入機構と、を備える形態を挙げることができる。
【００３３】
気化ガスを外側冷媒として再利用することで、気化した分の外側冷媒を補う手間を軽減することができる。
【００３４】
排出機構を備える本発明の超電導ケーブルとして、排出機構の排出管に繋がり、外側冷媒を貯留する貯留槽と、その貯留槽における液面位置を検知する液面センサと、その液面センサの検知結果に基づいて外側冷媒の充填状態を管理する充填状態管理手段と、を備える形態を挙げることができる。ここで、充填状態管理手段は、上記液化機構および導入機構を含む構成とすることができる。
【００３５】
貯留槽は排出管を介して外側断熱管の内部に繋がっており、貯留槽における液面が外側冷媒の上端の位置に相当する。つまり、貯留槽の液面の高さを管理しておけば、外側断熱管における外側冷媒の充填状態を適切に管理することができる。そのため、貯留槽・液面センサ・充填状態管理手段を備える超電導ケーブルであれば、外側冷媒の充填状態を常に適切な状態に維持することができる。
【００３６】
本発明の超電導ケーブルとして、気化許容区間における外側冷媒の最大圧力をα（ＭＰａ）、そのα（ＭＰａ）における外側冷媒の沸点をβ（℃）、そのβ（℃）における超電導導体の電流容量をγ（Ａ）としたとき、前記γ（Ａ）の値が、布設される超電導ケーブルに要求される値を満たすように、前記α（ＭＰａ）が調整されている形態を挙げることができる。
【００３７】
超電導ケーブルは、単に超電導状態に維持されるというだけでは足らず、布設される超電導ケーブルに要求される所定の電流容量γ（Ａ）を有する状態で運転される必要がある。そこで、所定の電流容量γ（Ａ）を満たすように、外側冷媒の圧力α（ＭＰａ）を調整すれば、超電導ケーブルの運転時に超電導ケーブルの電流容量（Ａ）が所定値を下回ることを回避することができる。ここで、電流容量γ（Ａ）の調整に外側冷媒の圧力α（ＭＰａ）を用いるのは、超電導導体を冷却する内側冷媒の温度が、内側冷媒の外周にある外側冷媒の沸点β（℃）によって決定され、外側冷媒の沸点β（℃）は外側冷媒の圧力α（ＭＰａ）によって決定されるからである。なお、気化許容区間とそうでない区間（過冷却区間）とがある場合、両区間における電流容量の小さい方が、超電導ケーブル全体の電流容量となる。そのため、超電導ケーブル全体として電流容量が大きく取れるように気化許容区間を設定すると良い。
【００３８】
気化許容区間における外側冷媒の最大圧力α（ＭＰａ）を調整する本発明の超電導ケーブルとして、前記α（ＭＰａ）は０．２以下である形態を挙げることができる。
【００３９】
上記０．２ＭＰａは最大圧力αの一例である。超電導導体として、Ｂｉ２２２３系や、ＲＥ１２３系（ＲＥ：希土類元素、例えばＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄなど）などの高温超電導材料を用いる場合、その最高使用温度は約８５Ｋ程度とすることが好ましい。つまり、外側冷媒の沸点β（℃）の上限も８５Ｋ程度とすることが好ましい。ここで、外側冷媒として良く利用される液体窒素は、その圧力が０．２ＭＰａのときに約８５Ｋの沸点を持つ。そのため、最大圧力α（ＭＰａ）の一例として０．２ＭＰａ以下とする形態を挙げることができる。
【００４０】
本発明の超電導ケーブルとして、内部部材収納管が伝熱構造である形態を挙げることができる。
【００４１】
上記構成によれば、外側冷媒と内側冷媒との間で熱交換を行うことができる。この構成は特に、交流送電を行う超電導ケーブルに好適である。交流送電を行う超電導ケーブルの場合、超電導導体が発熱するが、上記構成のように外側冷媒と内側冷媒との間で熱交換を行うことができれば、内側冷媒から内部部材収納管を介して外側冷媒に熱を逃がすことができ、内側冷媒の温度上昇を抑制することができる。
【００４２】
本発明の超電導ケーブルとして、内部部材収納管が断熱構造である形態を挙げることができる。
【００４３】
上記構成とすることで、外部環境からの侵入熱が内側冷媒に伝わることを効果的に抑制できる。この構成は特に、直流送電を行う超電導ケーブルに好適である。直流送電を行う超電導ケーブルでは、処理すべき熱は外部環境からの侵入熱のみであるため、外側冷媒と内側冷媒との間で熱交換できない構成が好ましいからである。
【００４４】
本発明の超電導ケーブルとして、内部部材収納管は、外側断熱管の鉛直下方側に偏っている形態を挙げることができる。
【００４５】
気化ガスは外側断熱管内の鉛直上方側に偏るため、内部部材収納管が外側断熱管の鉛直下方にあれば、内部部材収納管が全周に亘って外側冷媒に囲まれた状態とし易い。また、排出機構を備える超電導ケーブルでは、外側断熱管内の鉛直上方にある気化ガスを排出機構に導き易いという効果もある。
【００４６】
本発明の超電導ケーブルとして、内側冷媒と外側冷媒の少なくとも一方が、液体窒素もしくは液体空気である形態を挙げることができる。
【００４７】
液体窒素もしくは液体空気は、安価で入手が容易であるため、超電導導体の冷却に好適である。
【００４８】
また、本発明の超電導ケーブル線路は、上述した本発明の超電導ケーブルを少なくとも一部に備える。
【００４９】
例えば、複数の超電導ケーブルを繋いで超電導ケーブル線路を構築する際、冷却システムの設置場所が狭く、冷却システムの簡素化が必要な区間がある場合、その区間を本発明の超電導ケーブルとすると良い。もちろん、超電導ケーブル線路の全長に亘って本発明の超電導ケーブルを適用しても良い。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の超電導ケーブルによれば、冷却系の停止から送電停止に至るまでの時間を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に示す超電導ケーブル線路の概略構成図である。
【図２】（Ａ）は低温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部の概略横断面図、（Ｂ）は常温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部の概略横断面図である。
【図３】実施形態２に示す液化機構と導入機構の概略説明図である。
【図４】実施形態３に示す超電導ケーブル線路の概略構成図である。
【図５】実施形態４に示す超電導ケーブル線路の概略構成図である。
【図６】ケーブル部の長手方向に複数設けられた排出機構の概略説明図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、ガイド部材を備える排出機構の概略断面図である。
【図８】実施形態６に示す超電導ケーブル線路の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面で同一の符号を付しているものは同一物である。
【００５３】
＜実施形態１＞
図１は、本実施形態の超電導ケーブル線路１０１の概略構成図である。この超電導ケーブル線路１０１は、１条の本発明の超電導ケーブル１によって構成されており、交流送電に利用することもできるし、直流送電に利用することもできる。なお、本発明の超電導ケーブル１を複数連結して超電導ケーブル線路を構築することもできるし、本発明の超電導ケーブルと、従来の超電導ケーブルと、を組み合わせて超電導ケーブル線路を構築することもできる。
【００５４】
本実施形態における超電導ケーブル線路１０１（超電導ケーブル１）は、ケーブル部９０と、ケーブル部９０の紙面左側の端末９１に接続される冷媒補充機構４０と、紙面左側の端末９１と紙面右側の端末９２に接続される２つの排出機構５０と、を備える。ケーブル部９０の内部にはケーブル内部部材を極低温に冷却する内側冷媒（図示せず）と、ケーブル部９０における内側冷媒の外周側に配される外側冷媒（図示せず）と、が充填されている。以下、超電導ケーブル１の構成を詳細に説明する。
【００５５】
上記超電導ケーブル１を説明するにあたり、まず、図２（Ａ）の横断面図に基づいて超電導ケーブル１のケーブル部９０の構成を説明する。図２（Ａ）に示すケーブル部９０を備える超電導ケーブル１は、いわゆる低温絶縁型の超電導ケーブルである。なお、低温絶縁型の超電導ケーブルを、常温絶縁型の超電導ケーブルに置換することもできる。その点に関しては、図２（Ｂ）を参照する変形実施形態１−１で説明する。
【００５６】
≪ケーブル部≫
低温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部９０は、図２（Ａ）に示すように、超電導導体１２を備えるケーブル内部部材１０と、そのケーブル内部部材１０が内部に収納される内部部材収納管２０と、その内部部材収納管２０が内部に収納される外側断熱管３０と、を備える。ケーブル内部部材１０は内部部材収納管２０内で鉛直下方に偏り、内部部材収納管２０は外側断熱管３０内で鉛直下方に偏るのが好適である。
【００５７】
［ケーブル内部部材］
ケーブル内部部材１０は、代表的には、フォーマ１１の上に順次、超電導導体１２、電気絶縁層１３、外側導体層１４、保護層１５を設けた構成を備える。
【００５８】
フォーマ１１は、超電導導体１２の支持体に利用される部材であり、例えば、図２（Ａ）に示すような中実体を利用できる。フォーマ１１の形状としては、中実体の他、パイプ状の中空体を利用することもできる。このフォーマ１１の材質は特に限定されない。単に超電導導体１２の支持体としてフォーマ１１を利用するのであれば、フォーマ１１は樹脂（例えば、繊維強化プラスチック）などの非導電性材料から構成しても良いし、フォーマ１１に異常時電流の分流路としての機能も持たせるのであれば、銅やアルミニウムなどの常電導の金属材料から構成しても良い。
【００５９】
超電導導体１２は、例えば酸化物超電導体を備えるテープ状線材をフォーマ１１の外周に螺旋状に巻回することで形成できる。テープ状線材は、単層状に巻回しても良いし、多層状に巻回しても良い。このテープ状線材としては、例えば、Ｂｉ２２２３系超電導テープ線（Ａｇ−ＭｎやＡｇなどの安定化金属中に酸化物超電導体からなるフィラメントが配されたシース線）、ＲＥ１２３系薄膜線材（ＲＥ：希土類元素、例えばＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄなど。金属基板に酸化物超電導相が成膜された積層線材）が挙げられる。
【００６０】
電気絶縁層１３は、例えばクラフト紙とポリプロピレンなどの樹脂フィルムとをラミネートした半合成紙（住友電気工業株式会社製ＰＰＬＰ：登録商標）を超電導導体１２の外周に巻回することで形成できる。電気絶縁層１３は、後述する内部部材収納管２０内で超電導導体１２と共に極低温に冷却される。
【００６１】
外側導体層１４は、電気絶縁層１３の外周に、例えば超電導導体１２に用いたものと同様の超電導線材を巻回することで形成できる。外側導体層１４を超電導線材から構成した場合、交流ケーブルでは電磁シールドとして利用することができるし、直流ケーブルでは電流の往路と帰路の一方を構成する往路導体層（帰路導体層）、又は中性線として利用することができる。
【００６２】
保護層１５は、例えば、クラフト紙を巻回することで形成することができる。この保護層１５は、外側導体層１４を機械的に保護すると共に、内部部材収納管２０との間を絶縁させるためのものである。
【００６３】
［内部部材収納管］
内部部材収納管２０は、上述したケーブル内部部材１０を内部に収納する管路である。内部部材収納管２０は、伝熱構造であっても良いし、断熱構造であっても良い。内部部材収納管２０を伝熱構造とするのであれば、図２（Ａ）に示すように、ステンレス鋼、アルミニウムやその合金などからなる一重管によって内部部材収納管２０を構成すれば良い。他方、内部部材収納管２０を断熱構造とするのであれば、例えば、後述する外側断熱管３０のように、多重構造の断熱管によって内部部材収納管２０を構成すれば良い。伝熱構造の内部部材収納管２０を採用した超電導ケーブル１は交流送電に適しており、断熱構造の内部部材収納管２０を採用した超電導ケーブル１は直流送電に適している。
【００６４】
［外側断熱管］
外側断熱管３０は、内部部材収納管２０を内部に収納する内管３１と、内管３１を内部に収納する外管３２と、を備える。内管３１と外管３２との間は真空引きされ、それによって真空断熱層が形成されている。その他、内管３１と外管３２との間にスーパーインシュレーションといった断熱材や、内管３１と外管３２とを離隔させるスペーサを配置すると、外側断熱管３０の断熱性を高められる。なお、本実施形態では、断熱管として二重構造の断熱管を利用しているが、三重以上の多重構造の断熱管を利用しても良い。
【００６５】
内管３１及び外管３２の構成材料としては、ステンレス鋼、アルミニウムやその合金などの金属が挙げられる。両管３１，３２の材質を異ならせてもよい。また、両管３１，３２はいずれも、その全長に亘ってコルゲート加工が施されたコルゲート管とすることができる。そうすることで、搬送時や布設時にケーブル部９０を曲げ易くすることができる（なお、内部部材収納管２０についても同様のことが言える）。
【００６６】
≪内側冷媒≫
以上説明したケーブル部９０の内部部材収納管２０の内部には内側冷媒２０Ｃが充填される。この内側冷媒２０Ｃにより、ケーブル内部部材１０の超電導導体１２を極低温に冷却し、超電導導体１２を超電導状態に維持することができる。内側冷媒２０Ｃとしては、液体窒素（沸点；約７７Ｋ）や、液体空気（沸点；約８３Ｋ）、液体酸素（沸点；約９０Ｋ）、液体水素（沸点；約２０．６Ｋ）、液体ヘリウム（沸点；約４．２Ｋ）などを利用することができる。ケーブル内部部材１０に備わる超電導導体が、例えばＢｉ２２２３系や、ＲＥ１２３系（ＲＥ：希土類元素、例えばＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄなど）などの高温超電導材料の場合、約８５Ｋ以下の沸点をもつ液体冷媒が好ましく、安全性、入手の容易さ、絶縁性、コストを考慮して、液体窒素が最も好ましい。
【００６７】
内側冷媒２０Ｃは、気化許容区間Ｒ１における外側冷媒３０Ｃの最大圧力よりも高い圧力の状態で内部部材収納管２０内に充填されている。また、内側冷媒２０Ｃは、内部部材収納管２０の一端から他端に向かって流通させても良い。その他、ケーブル部９０に図示しないリターン管を並列させ、閉じた循環路内で内側冷媒２０Ｃを循環冷却させても良い。超電導ケーブル１が交流送電に利用される場合、内側冷媒２０Ｃは循環させることが好ましい。交流損失によって超電導導体が発熱するため、超電導導体を極低温に維持するにはこの熱を処理する必要があるからである。
【００６８】
≪外側冷媒≫
ケーブル部９０における外側断熱管３０の内部で、かつ内部部材収納管２０の外側の空間である充填部には外側冷媒３０Ｃが充填される。この外側冷媒３０Ｃによって外側断熱管３０を介した侵入熱を処理し、内部部材収納管２０の温度上昇を抑制することができる。内部部材収納管２０の温度上昇を抑制することができれば、その内部部材収納管２０の内部に充填される内側冷媒２０Ｃの温度上昇を抑制でき、超電導導体１２を極低温に維持することができる。
【００６９】
外側冷媒３０Ｃには、上述した内側冷媒２０Ｃに利用することができる液体冷媒を用いることができる。外側冷媒３０Ｃと内側冷媒２０Ｃとに同一の液体冷媒を用いても良いし、異なる液体冷媒を用いても良い。後者の場合、外側冷媒３０Ｃとして、内側冷媒２０Ｃの沸点よりも低沸点の液体冷媒を利用することが好ましい。また、外側冷媒３０Ｃは、固液混合としても良い。例えば、外側冷媒３０Ｃとして液体窒素を利用する場合、その液体窒素中にスラッシュ窒素を含有させても構わない。スラッシュ窒素を用いることで液体窒素のガス化を遅らせることができる。
【００７０】
上記外側冷媒３０Ｃは、充填部に単に充填されているだけでも良いし、充填部の一端から他端に向かって流通させても良い。但し、外側冷媒３０Ｃを閉じた循環路内で循環させることはしない。つまり、外側冷媒３０Ｃが充填部の一端から他端に向かって流れることはあっても、他端側に流れた外側冷媒３０Ｃが液体状態のまま、リターン管などを介して充填部の一端に戻ることはない。
【００７１】
外側冷媒３０Ｃが循環されないのは、本発明の超電導ケーブル１の充填部に気化許容区間が設定されているからである。本発明の超電導ケーブル１では、図１に示すようにケーブル部９０の全長（即ち、図２（Ａ）に示す外側断熱管３０の全長）にわたって気化許容区間Ｒ１が設定されている。気化許容区間Ｒ１とは、外側断熱管３０を介した外部環境からの侵入熱を外側冷媒３０Ｃの気化によって処理する区間のことである。気化許容区間Ｒ１において外側冷媒３０Ｃが内部部材収納管２０の外周を取り囲む程度に存在する限り、内部部材収納管２０の温度が外側冷媒３０Ｃの沸点以上に上昇することが抑制される。
【００７２】
また、本実施形態の超電導ケーブル１では、気化許容区間Ｒ１における外側冷媒３０Ｃの最大圧力をα（ＭＰａ）、そのα（ＭＰａ）における外側冷媒３０Ｃの沸点をβ（℃）、そのβ（℃）における超電導導体１２（図２（Ａ）参照）の電流容量をγ（Ａ）としたとき、γ（Ａ）の値が、布設される超電導ケーブル１に要求される値を満たすように、α（ＭＰａ）が調整されている。図１に示すように、本実施形態ではケーブル部９０の全長にわたって気化許容区間Ｒ１が設定されているため、ケーブル部９０の鉛直方向下端部、鉛直下方に凸となるように湾曲されたケーブル部９０の最深部における外側冷媒３０Ｃの圧力が、最大圧力α（ＭＰａ）となる。
【００７３】
上記α（ＭＰａ）の値は、例えば０．２以下とすることが挙げられる。この０．２ＭＰａという圧力は、外側冷媒３０Ｃに液体窒素を採用したときの圧力の一例である。液体窒素は、その圧力が０．２ＭＰａのときに約８５Ｋの沸点を持つ。つまり、０．２ＭＰａの液体窒素からなる外側冷媒３０Ｃが充填される気化許容区間Ｒ１では約８５Ｋまで温度が上昇する可能性があり、気化許容区間Ｒ１における超電導導体１２の温度も約８５Ｋまで上昇する可能性がある。超電導導体１２の電流容量γ（Ａ）は温度の上昇に伴い低下する傾向にあり、Ｂｉ２２２３系や、ＲＥ１２３系の超電導導体１２が所定の電流容量γ（Ａ）を満たすためには、許容温度を約８５Ｋとすることが好ましい。そのため、外側冷媒３０Ｃの圧力α（ＭＰａ）を０．２以下にすることで、外側冷媒３０Ｃが液体に維持されると共に、超電導導体１２（即ち、超電導ケーブル１）の電流容量（Ａ）を満たすことができる。このような条件であれば、超電導導体１２を構成する超電導線材の本数が過大になることがない。
【００７４】
≪冷媒補充機構≫
外側冷媒３０Ｃの気化によって侵入熱を処理する構成では、外側冷媒３０Ｃは減少し続けることになる。そこで、図１に示すように、本実施形態の超電導ケーブル線路１０１（超電導ケーブル１）では、気化によって失われた外側冷媒３０Ｃを補充する冷媒補充機構４０を設ける。冷媒補充機構４０としては、例えば、液体冷媒４２Ｃ（スラッシュ冷媒を含有していても良い）を貯留する貯留槽４２と、貯留槽４２の液体冷媒４２Ｃを外側冷媒３０Ｃとしてケーブル部９０に導入する導入管４１と、を備える構成を挙げることができる。この導入管４１と貯留槽４２は断熱構造とすることが好ましく、そうすることで冷媒補充機構４０から外側冷媒３０Ｃへの熱侵入を抑制することができる。ケーブル部９０への液体冷媒４２Ｃの導入は、ポンプなどを用いた圧送により行なっても良いし、液体冷媒４２Ｃの自重によって行なっても良い。
【００７５】
冷媒補充機構４０の導入管４１にはバルブやポンプなどを設けることが好ましい。これらを設けることで液体冷媒４２Ｃの導入量を調節することができる。バルブやポンプの制御はコンピュータなどによって自動で行なうことが好ましい。また、冷媒補充機構４０は、液体冷媒４２Ｃを冷却する冷凍機を備えていても良い。冷凍機を備える構成であれば、貯留槽４２中の液体冷媒の気化を抑制し、貯留槽４２への液体冷媒４２Ｃの補充頻度を下げることができる。
【００７６】
≪排出機構≫
排出機構５０は、気化許容区間Ｒ１で発生した外側冷媒３０Ｃ（図２（Ａ）参照）の気化ガスを充填部から排出する機構である。本実施形態の排出機構５０は、端末９１（９２）の位置で充填部に繋がる排出管５１と、排出管５１に繋がる貯留槽５２と、を備えており、気化ガスの排出にあたって気化ガスが高所に移動する性質を利用している。この排出管５１と貯留槽５２は断熱構造とすることが好ましく、そうすることで排出機構５０からの熱侵入を抑制することができる。
【００７７】
排出機構５０の貯留槽５２の内部には、ケーブル部９０の外側冷媒の充填部に入りきらない余剰の液体冷媒５２Ｃが貯留されている。この貯留槽５２の内部で液体冷媒５２Ｃと、気化許容区間Ｒ１で発生した気化ガスとが分離される。分離された気化ガスは、外部環境に放出しても良いし、後述する実施形態２に示すように、再度液化して外側冷媒３０Ｃとして利用しても良い。
【００７８】
≪本発明の超電導ケーブル線路の効果≫
以上説明した超電導ケーブル線路１０１（超電導ケーブル１）によれば、ケーブル内部部材１０の超電導導体１２を極低温に冷却する内側冷媒２０Ｃの冷却系にトラブルが生じたとしても、そのトラブルの発生時から送電停止までの時間（異常時の運転継続時間）を、従来構成よりも長く引き延ばすことができる。これは、外部環境からの侵入熱を、外側冷媒３０Ｃが気化することで処理できるため、外側冷媒３０Ｃがケーブル部９０の充填部にある程度残っている間は、内側冷媒２０Ｃの温度が外側冷媒３０Ｃの沸点以上に上昇することが抑制されるからである。
【００７９】
異常時の送電継続時間の延長効果は、交流送電においても直流送電においても得られる。この延長効果は、超電導ケーブル線路１０１の構成を限定することで向上させることができる。具体的には、交流送電の場合、内部部材収納管２０を伝熱構造にすると共に、内側冷媒２０Ｃを循環冷却することを挙げることができる。また、直流送電の場合、内部部材収納管２０を断熱構造にすることが挙げられる。
【００８０】
＜変形実施形態１−１＞
実施形態１で説明した低温絶縁型の超電導ケーブルを、常温絶縁型の超電導ケーブルに置換することもできる。常温絶縁型の超電導ケーブルとして、例えば、図２（Ｂ）の横断面図に示すケーブル部９０’を備える超電導ケーブルを利用することができる。なお、この置換は、後述する実施形態２〜６においても同様に行なうことができる。
【００８１】
≪常温絶縁型超電導ケーブル≫
図２（Ｂ）に示す常温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部９０’は、図２（Ａ）に示す低温絶縁型の超電導ケーブルのケーブル部９０と同様、ケーブル内部部材１０’と、内部部材収納管２０’と、外側断熱管３０’と、を備える。両型の主たる相違点は、ケーブル内部部材の構成、および外側断熱管の構成にある。以下、両型の相違点を中心に説明する。
【００８２】
［ケーブル内部部材］
ケーブル内部部材１０’は、フォーマ１１の外周に超電導導体１２と保護層１５を備えるが、図２（Ａ）のケーブル内部部材１０における電気絶縁層１３に相当するものを有さない。超電導導体１２は、端末やジョイント部で内部部材収納管２０’に接続され、超電導導体１２と内部部材収納管２０’とは同電位になっている。そこで、後述する外側断熱管３０’の構成に示すように、常温絶縁型の超電導ケーブルでは、外側断熱管３０’の外周に電気絶縁層３３を設けている。なお、保護層１５としては、クラフトテープなどを利用することができる。
【００８３】
［外側断熱管］
外側断熱管３０’は、内管３１と外管３２に加え、外管３２の外周に電気絶縁層３３を備える。電気絶縁層３３は、所望の耐電圧特性を有するものであって、常温環境で利用される。この電気絶縁層３３には、常電導ケーブルで実績がある電気絶縁強度に優れる材料、代表的にはＣＶケーブルに利用される架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）などを利用できる。架橋ポリエチレンなどの絶縁性樹脂であれば、外管３２の外周に絶縁性樹脂を押し出すだけで電気絶縁層３３を容易に形成できる。
【００８４】
＜実施形態２＞
実施形態２では、実施形態１で説明した排出機構で分離した気化ガスを再液化する液化機構と、再液化した冷媒を外側冷媒として再度外側断熱管内に導入する導入機構と、を備える構成を説明する。液化機構と導入機構は、例えば排出機構と冷媒補充機構を利用することで構築することができる。その構築例を図３に基づいて説明する。なお、図３では冷媒補充機構４０と排出機構５０が設けられる端末９１の近傍のみを示す。
【００８５】
液化機構６０は、例えば、排出機構５０の貯留槽５２の気相部から冷媒補充機構４０の貯留槽４２の気相部（液相部でも良い）に延びる連通管６１と、この連通管６１の途中に設けられる液化機６２と、を備える構成を挙げることができる。この液化機構６０によれば、排出機構５０の貯留槽５２で分離された気化ガスを液化機６２で液化し、その液化した液体冷媒４２Ｃとして冷媒補充機構４０の貯留槽４２に補充することができる。
【００８６】
一方、本実施形態の導入機構は、冷媒補充機構４０をそのまま利用することができる。もちろん、冷媒補充機構４０とは別個に導入機構を設けても構わない。
【００８７】
以上説明した構成によれば、液体冷媒４２Ｃの補充頻度を減らすことができる。排出機構５０で分離された気化ガスを液体冷媒４２Ｃとして再利用することができるからである。
【００８８】
本実施形態ではさらに、外側冷媒３０Ｃ（図２（Ａ）参照）の充填状態を管理する構成が備わっている。その構成としては、排出機構５０の貯留槽５２と、その貯留槽５２における液面位置を検知する液面センサ７０と、その液面センサ７０の検知結果に基づいて外側冷媒３０Ｃの充填状態を管理する充填状態管理手段と、を備える構成を挙げることができる。貯留槽５２は外側断熱管３０の内部に繋がっており、貯留槽５２における液体冷媒５２Ｃの液面が外側冷媒３０Ｃの上端の位置に相当する。つまり、貯留槽５２の液面の高さを管理しておけば、外側断熱管３０における外側冷媒３０Ｃの充填状態を適切に管理することができる。
【００８９】
上記液面センサ７０としては、例えばフロート式や、光学式、超音波式など、公知の液面センサを利用することができる。一方、充填状態管理手段としては、図示しないコンピュータ（導入機構に備わるものを利用することもできる）を利用することができる。例えば、コンピュータによって、液化機構６０の液化機６２を制御し、液化される液体冷媒の量を調節したり、冷媒補充機構４０がポンプを備える構成であれば、そのポンプの出力を制御したりすることが挙げられる。
【００９０】
＜実施形態３＞
実施形態３では、超電導ケーブル線路１０２の長手方向の一端側（端末９１側）と他端側（端末９２側）とに高低差のある傾斜構造の超電導ケーブル線路１０２を図４に基づいて説明する。
【００９１】
図４の超電導ケーブル線路１０２では、ケーブル部９０の高さが端末９１側から端末９２側に向かって漸次高くなっている。また、ケーブル部９０の全長にわたって気化許容区間Ｒ１が設定されている。この構成では、ケーブル部９０の気化許容区間Ｒ１で発生した気化ガスは、高所側に配置される端末９２に集まる。従って、本実施形態では、端末９２側にのみ排出機構５０を設けている。
【００９２】
以上説明した構成によれば、超電導ケーブル線路１０２の管理を容易にすることができる。特にメンテナンスの頻度が高い冷媒補充機構４０と排出機構５０が端末９２の側に固まって配置されているからである。
【００９３】
＜実施形態４＞
実施形態４では、実施形態３の超電導ケーブル線路１０２よりも端末９１と端末９２との高低差が大きい超電導ケーブル線路１０３を図５に基づいて説明する。
【００９４】
図４に示す超電導ケーブル線路１０３のように端末９１と端末９２との高低差が大きいと、低所側の端末９１付近の外側冷媒３０Ｃの圧力が高くなる。外側冷媒３０Ｃの圧力の上昇に伴い、外側冷媒３０Ｃの沸点も上昇するため、外側冷媒３０Ｃによって内部部材収納管２０の温度（即ち、内部部材収納管２０内の超電導導体１２）を適切な温度に維持できなくなる恐れがある（図２を合わせて参照）。そこで、本実施形態では、液体冷媒を圧送するポンプ４３を備える冷媒補充機構４０を低所側の端末９１に接続し、ケーブル部９０における端末９１からの所定長さの部分を、外側冷媒３０Ｃが所定の流量で流れる過冷却区間Ｒ２とした。過冷却区間Ｒ２では、所定の外側冷媒３０Ｃが供給されているため、外側冷媒３０Ｃの温度上昇が抑制される。これに対し、ケーブル部９０における過冷却区間Ｒ２を除く部分は、実施形態１，２と同様に気化許容区間Ｒ１とし、外側冷媒３０Ｃの気化によって侵入熱を処理する。
【００９５】
気化許容区間Ｒ１と過冷却区間Ｒ２の設定は、外側冷媒３０Ｃの圧力によって決定する。具体的には、気化許容区間Ｒ１における最大圧力をα（ＭＰａ）が所定値以下となるように決定する。所定値としては、例えば外側冷媒３０Ｃとして液体窒素を使用する場合、０．２ＭＰａとすることが挙げることができる。０．２ＭＰａの液体窒素の沸点は約８５Ｋであり、８５ＫにおけるＢｉ２２２３などの高温超電導線材の電流容量は、一般的な超電導ケーブルに要求される値を満たす可能性が高いからである。
【００９６】
以上説明した構成によれば、高低差のある超電導ケーブル線路においても、冷却系の異常発生時から線路の運転停止までの時間を引き延ばすことができる。
【００９７】
＜実施形態５＞
本実施形態では、上記実施形態１〜４における超電導ケーブル線路（超電導ケーブル）に複数の排出機構５０を設けた構成を図６，７に基づいて説明する。もちろん、複数の排出機構５０を設けた構成は、後述する実施形態６に適用することもできる。
【００９８】
図６に示すように、本実施形態では、ケーブル部９０の外側断熱管３０に接続される複数の排出機構５０を備える。複数の排出機構５０を設けることで、外側断熱管３０内における外側冷媒の充填部に発生した気化ガスを速やかに排出することができ、充填部におけるガス溜まりの拡大を抑制することができる。複数の排出機構５０を設ける構成は、特にケーブル部９０が上下に蛇行する場合に有効である。その場合、例えば、ケーブル部９０が鉛直上方に凸となるように湾曲している部分に各排出機構５０を設けると、その部分におけるガス溜まりの拡大を効果的に抑制できる。
【００９９】
また、本実施形態では、各排出機構５０の貯留槽５２で分離した気化ガスが、各貯留槽５２の気相部に繋がる集合管５５によって一箇所に集められる構成となっている。集められた気化ガスは、例えば、図３を用いて説明した液化機構６０によって再液化し、外側冷媒３０Ｃとして再利用することが好ましい。
【０１００】
さらに各排出機構５０は、気化ガスを排出管５１に導くガイド部材を備えていても良い。例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に例示するガイド部材５３，５４などを利用することができる。なお、図中の実線矢印は外側冷媒３０Ｃの流れ、点線矢印は気化ガスの流れを示す。
【０１０１】
まず、図７（Ａ）に示すガイド部材５３は、外側断熱管３０の内管３１における鉛直上方側の内周面から鉛直下方側に向かって突出している。また、超電導ケーブル１の長手方向におけるガイド部材５３の位置は、排出機構５０の排出管５１よりも高所側（紙面右側）に設定されている。そのため、内管３１の鉛直上方側の内周面に沿って高所側に移動する気化ガスは、ガイド部材５３にせき止められ、排出管５１に導かれる。
【０１０２】
一方、図７（Ｂ）に示すガイド部材５４は、外側断熱管３０の内管３１における鉛直下方側の内周面から鉛直上方側に向かって突出している。内部部材収納管２０はこのガイド部材５４を貫通して設けられており、従ってガイド部材５４は、外側断熱管３０内における内部部材収納管２０の位置決め部材の役割も持っている。また、超電導ケーブル１の長手方向におけるガイド部材５４の位置は、排出管５１の開口範囲内に設定されている。このような構成とすることで、ガイド部材５４の位置で外側冷媒３０Ｃの流れと気化ガスの流れが鉛直上方に向かって曲げられる。そのため、ガイド部材５４の位置で鉛直上方に案内された気化ガスは、そのままガイド部材５４の鉛直上方に位置する排出管５１から排出される。
【０１０３】
＜実施形態６＞
本実施形態では、２条の超電導ケーブル１Ａ，１Ｂを備える超電導ケーブル線路１０４を図８の概略構成図に基づいて説明する。なお、図８上では、２条の超電導ケーブル１Ａ，１Ｂが、上下に並列されているが、同じ高さで横並びに並列されていても構わない。
【０１０４】
この超電導ケーブル線路１０４に備わる超電導ケーブル１Ａ，１Ｂは共に、気化許容区間Ｒ１と過冷却区間Ｒ２とを備える。超電導ケーブル１Ａの冷媒補充機構４０Ａは紙面左側の端末９１に接続され、超電導ケーブル１Ａの排出機構５０Ａは紙面右側の端末９２に接続されている。一方、超電導ケーブル１Ｂの冷媒補充機構４０Ｂは紙面右側の端末９３に接続され、超電導ケーブル１Ｂの排出機構５０Ｂは紙面左側の端末９４に接続されている。また、超電導ケーブル１Ａの排出機構５０Ａと、超電導ケーブル１Ｂの冷媒補充機構４０Ｂと、が液化機６２を備える液化機構６０Ａを介して繋がっている。さらに、超電導ケーブル１Ｂの排出機構５０Ｂと、超電導ケーブル１Ａの冷媒補充機構４０Ａと、が液化機６２を備える液化機構６０Ｂを介して繋がっている。
【０１０５】
以上説明した構成を備える超電導ケーブル線路１０４を運転する場合、冷媒補充機構４０Ａの貯留槽４２から端末９１を介して超電導ケーブル１Ａのケーブル部に送り出された液体冷媒４２Ｃは、端末９２から排出機構５０Ａの貯留槽５２に排出される。それに伴い、超電導ケーブル１Ａのケーブル部で発生した気化ガスも排出機構５０Ａの貯留槽に排出される。その気化ガスは、液化機構６０Ａによって再液化され、冷媒補充機構４０Ｂの貯留槽４２に導入される。超電導ケーブル１Ｂにおいても同様に、冷媒補充機構４０Ｂから端末９３を介して超電導ケーブル１Ｂのケーブル部に送り出された液体冷媒４２Ｃのうち、気化した分は、液化機構６０Ｂによって再液化され、冷媒補充機構４０Ａに導入される。このように、超電導ケーブル線路１０４における液体冷媒４２Ｃは気化と液化を繰り返して再利用されるため、この超電導ケーブル線路１０４では液体冷媒４２Ｃを補充する頻度を劇的に低減することができる。
【０１０６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。例えば、実施形態で説明した超電導ケーブルを、複数のケーブル内部部材を備える超電導ケーブルに置換することが挙げられる。その場合、各ケーブル内部部材をそれぞれ内部部材収納管の内部に配置し、それら内部部材収納管を一括して外側断熱管の内部に配置すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の超電導ケーブル、および本発明の超電導ケーブルを用いた超電導ケーブル線路は、例えば工場内の送電路に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１〜１０４  超電導ケーブル線路
１，１Ａ，１Ｂ    超電導ケーブル
９０，９０’  ケーブル部
１０，１０’  ケーブル内部部材
１１  フォーマ  １２  超電導導体  １３  電気絶縁層  １４  外側導体層
１５  保護層
２０，２０’  内部部材収納管
３０，３０’  外側断熱管
３１  内管  ３２  外管  ３３  電気絶縁層
２０Ｃ  内側冷媒
３０Ｃ  外側冷媒
Ｒ１  気化許容区間    Ｒ２  過冷却区間
４０，４０Ａ，４０Ｂ  冷媒補充機構
４１  導入管  ４２  貯留槽  ４３  ポンプ
４２Ｃ  液体冷媒
５０，５０Ａ，５０Ｂ  排出機構
５１  排出管  ５２  貯留槽  ５３，５４  ガイド部材  ５５  集合管
５２Ｃ  液体冷媒
６０，６０Ａ，６０Ｂ  液化機構
６１  連通管  ６２  液化機
７０  液面センサ
９１〜９４  端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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