(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブル内部で臨界温度以下に冷却されて超電導状態となる熱膨張率が２０×１０−６／℃程度の３条の超電導導体が、芯材の長さ方向に沿って螺旋状に巻き付けられた超電導ケーブルにおいて、
前記ケーブル外部にアルミ被によって断熱層が形成され、前記芯材が、前記超電導導体よりも熱膨張率の大きい２０×１０−４／℃程度の高分子樹脂によって円柱状に形成されるとともに、前記超電導導体の内部に設けられた内側冷媒流路と、前記ケーブルが熱収縮する以前に前記ケーブル内部に均等に形成される外側冷媒流路とを流通する冷媒によって、前記芯材が冷却され熱収縮して細く変形することにより、前記超電導導体の前記芯材に対する巻き付け半径が小さくなるように構成されていることを特徴とする超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超電導体を導体として使用したケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように超電導現象は、臨界温度以下に冷却することによって電気抵抗が零になる現象であり、最近では、液体窒素の温度を越える温度で超電導現象を示すイットリウム（Ｙ）系やタリウム（Ｔｌ）系あるいはビスマス（Ｂｉ）系などのセラミックが、いわゆる高温超電導体として知られている。この種のセラミックをケーブル用の導体に加工する方法として、金属パイプ内に上記のセラミックを充填し、これを所定の断面形状の線材に加工し、次いで熱処理を行う方法が知られている。
【０００３】
このようにして得られた線状の超電導導体を用いたケーブルにおいても、その超電導導体を臨界温度以下に維持する必要があり、そのために液体窒素などの冷却用媒体を流通させるための流路をケーブルに設けている。図２はその一般的な構造を示しており、液体窒素（ＬＮ２  ）流路１の周囲に、断面扇形に加工された複数本の線状の超電導導体２が、円環状に配列されている。この超電導導体２の外周側は電気絶縁層３によって被覆されており、この電気絶縁層３の外周面には、遮蔽層４が形成されている。
【０００４】
更に、この遮蔽層４の外周に、互いに間隔をあけた複数本の線状のスペーサ５が、軸線方向もしくは螺旋方向に配置され、このスペーサ５によって遮蔽層４の外周側に間隔を維持した状態で、波付きアルミ管からなるアルミ被６が設けられている。すなわち、超電導導体２および電気絶縁層３ならびにスペーサ５がアルミ被６の内部に挿入されている。そして、このアルミ被６の内周側にスペーサ５によって確保された空間部分が第２のＬＮ２  流路７となっている。また、このアルミ被６の外周側に熱絶縁層８が形成されるとともに、この熱絶縁層８の外周側に波付きアルミ管からなるアルミ被９が設けられ、その外周面にＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）からなる防食層１０が形成されている。したがって、図２に示すケーブルでは、各ＬＮ２  流路１，７に液体窒素を流すことにより、超電導導体２が臨界温度以下に冷却されて超電導状態になる。
【０００５】
ところで、超電導ケーブルは、製造時には常温であり、これを使用する際には上記のように臨界温度まで冷却する。その温度差は、約２２０℃にもなる大きい温度差であり、これに対して超電導導体２の熱膨張率は、１９．０×１０−６／℃程度であるから、使用時あるいは稼働時には大きな熱収縮が不可避的に生じる。
【０００６】
そこで従来では、超電導ケーブルを布設するにあたって、稼働時の熱収縮量を見込んだ余長部分を弛ませることによって予め確保する手段が採られており、具体的にはスネーク布設法、あるいはオフセット布設法等が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の布設手段では、熱収縮量に相当する余長部分を配置するスペースが電路のためのスペース以外に必要となり、結局、広いスペースを必要とすることから、超電導ケーブルの設備コストが高くなる不都合があった。また換言すれば、例えば既設の管路など余長部分のスペースを充分に確保できない場合には、超電導ケーブルを布設することができず、布設対象箇所の制約が大きい問題があった。
【０００８】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、布設対象箇所における制約が少なく、かつ設備コストの低い超電導ケーブルを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、この発明は、ケーブル内部で臨界温度以下に冷却されて超電導状態となる熱膨張率が２０×１０−６／℃程度の３条の超電導導体が、芯材の長さ方向に沿って螺旋状に巻き付けられた超電導ケーブルにおいて、前記ケーブル外部にアルミ被によって断熱層が形成され、前記芯材が、前記超電導導体よりも熱膨張率の大きい２０×１０−４／℃程度の高分子樹脂によって円柱状に形成されるとともに、前記超電導導体の内部に設けられた内側冷媒流路と、前記ケーブルが熱収縮する以前に前記ケーブル内部に均等に形成される外側冷媒流路とを流通する冷媒によって、前記芯材が冷却され熱収縮して細く変形することにより、前記超電導導体の前記芯材に対する巻き付け半径が小さくなるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
したがって、この発明の超電導ケーブルに一体に形成された内側冷媒流路と、外側冷媒流路とに、液体窒素あるいは液体ヘリウムなどの冷媒が均等に供給されて超電導導体が臨界温度以下に冷却されると、３条の各超電導導体および芯材がそれぞれ熱収縮する。すなわち、芯材自体がその太さを細くするように変形するとともに、これに追随するように各超電導導体が芯材の周囲を締め付ける方向に変形する。したがって、各超電導導体の前記芯材に対する巻き付け半径が小さくなる。そのため、超電導導体の見掛上の長さは減少しない。すなわち、超電導導体の熱収縮量が芯材の変形によって吸収される。したがって、超電導ケーブルを布設するにあたり、弛ませるなどして余長部分を確保する必要がない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図面に基づいて具体的に説明する。図１の（Ａ），（Ｂ）は、この発明に係る超電導ケーブル３０の断面形状を示しており、この発明の芯材に相当する吸収部材１１の外周面には、３条の超電導導体１２が吸収部材１１の長さ方向に沿って撚り合わされた状態に設けられている。すなわち、吸収部材１１に対して各超電導導体１２がそれぞれ螺旋状に巻回されている。吸収部材１１は、例えば熱膨張率が２０×１０−４／℃程度の高分子樹脂からなる円柱状のものであり、その太さを細くするように熱収縮する構成となっている。
【００１２】
各超電導導体１２は、熱膨張率が２０×１０−６／℃程度の金属あるいはセラミックなどのいわゆる高温超電導体からなる円筒状のものであり、臨界温度以下に冷却することにより超電導状態となる。そして、これらの超電導導体１２の内部空間が、内側冷媒流路１３とされており、この内側冷媒流路１３は、図示しない冷媒供給部に接続されている。
【００１３】
各超電導導体１２の外周側には、電気絶縁層１４がそれぞれ形成されている。この電気絶縁層１４は、超電導ケーブル３０の容量や用途に応じて適宜に設定することができ、従来知られているゴムや合成樹脂、あるいは油含浸紙またはテープなどによって構成することができる。そして、各電気絶縁層１４の外周側には、遮蔽層１５が形成されている。すなわち、超電導導体１２と電気絶縁層１４と遮蔽層１５とによって単体のコア１６が形成されている。
【００１４】
上記のように、撚り合わされた３心のコア１６の外周側には、例えばアルミパイプからなるアルミ被１７が設けられており、このアルミ被１７と遮蔽層１５との間に確保された空間が外側冷媒流路１８とされている。更に、この外側冷媒流路１８は、図示しない冷媒供給部に接続されている。更に、アルミ被１７の外周側には、熱絶縁層１９が形成されている。これは、超電導導体１２に対する外部からの熱の出入りを阻止するためのものである。そして、この熱絶縁層１９の外周には、ＰＶＣなどからなる防食層２０を形成したアルミ被２１が設けられている。
【００１５】
つぎに、上記のように構成された超電導ケーブル３０の作用について説明する。上記の超電導ケーブル３０では、各内側冷媒流路１３内と外側冷媒流路１８内とに液体窒素あるいは液体ヘリウム等の冷媒を反対方向に向けて流すことによって、各超電導導体１２が臨界温度以下に冷却されて超電導状態になる。そして、このように超電導ケーブル３０内に冷媒が供給されることによって、超電導導体１２および吸収部材１１あるいは電気絶縁層１４などの部材がそれぞれ収縮する。
【００１６】
より具体的には、吸収部材１１はほぼ円形断面を維持したまま細くなり、これに対して、３条のコア１６は、それぞれ縮径しつつ、吸収部材１１を外周部から締め付けるように作用する。その場合、吸収部材１１の熱膨張率が各超電導導体１２の熱膨張率よりも大きく設定されていて、コア１６と比べて吸収部材１１が熱収縮し易い構成となっているから、各コア１６による吸収部材１１を締め付ける方向、すなわち、螺旋の巻き付け半径が小さくなるような変形が許容される（図１の（Ｂ）参照）。そのため、コア１６の見掛上の長さが減少するような変形、換言すれば、超電導ケーブル３０の端部同士が互いに接近する方向への変形が生じない。すなわち、吸収部材１１の変形によって、各コア１６の熱収縮量が吸収される。
【００１７】
このように、上記構成の超電導ケーブル３０では、構造自体によって熱収縮を吸収するよう構成されているから、その両端部を冷媒供給設備などに固定した状態で布設するにあたり、弛みを持たせる必要がない。つまり、オフセット布設あるいはスネーク布設などが不要となる。それに伴って、例えばスペース上の制約から従来利用できなかった既設の管路あるいは洞道への布設が可能になるなど、布設対象箇所における制約を減らすことができる。また、余長部分の弛みがない分だけ、布設に必要とされるスペースが狭くてよく、これによって、超電導ケーブル３０の設備コストを低く抑えることができる。
【００１８】
なお、上記具体例では、３心超電導ケーブルを例示したが、この発明は上記具体例に限定されるものではなく、例えば吸収部材に対して１条のコアを螺旋状に巻き付けた構成の超電導ケーブルに適用することもできる。また、吸収部材は、上記の例に限定されず、例えば高分子樹脂製の中空容器内に空気を充填した構成のものが挙げられる。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、芯材が細く変形することによって３条の各超電導導体の熱収縮量が吸収されるから、布設するにあたって弛みを持たせる必要がなく、したがって、布設対象箇所における制約を減らすことができるとともに、設備コストの低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一具体例を示す概略図であり、特に（Ａ）は超電導ケーブルが熱収縮する前の状態を示す図であり、（Ｂ）は熱収縮した状態を示す図である。
【図２】超電導ケーブルの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１…吸収部材、  １２…超電導導体、  １６…コア、  ３０…超電導ケーブル。
【図１】
0003566835.tif 000002
【図２】
0003566835.tif 000003