(57)【要約】【課題】  低温側と常温側との間で引き出す電力を容易に変更することができる超電導機器の電力引き出し構造、及びこの構造を具える超電導ケーブル線路を提供する。【解決手段】  低温側と常温側との間で電力の入力又は出力を行う超電導機器の電力引き出し構造であり、超電導機器に有する超電導部10が収納される冷媒槽20と、この冷媒槽20の外周に配置される真空断熱槽30と、一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部10に接続される引出導体部40とを具える。この引出導体部40は、超電導部10に接続される低温側導体部41と、常温側に配置される常温側導体部42とに分割されており、低温側導体部41と常温側導体部42とが着脱可能な構成である。これら低温側導体部41と常温側導体部42との着脱により、導体断面積を変化させて引き出す電力を変更する。【選択図】  図1
2006180588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温側と常温側との間で電力の入力又は出力を行う超電導機器の電力引き出し構造であって、
超電導機器に有する超電導部が収納される冷媒槽と、
前記冷媒槽の外周を覆うように配置される真空断熱槽と、
一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部に接続されて低温側と常温側との間で電気的導通をとることが可能な引出導体部とを具え、
前記引出導体部は、超電導部に接続される低温側導体部と、常温側に配置される常温側導体部とを有し、低温側導体部と常温側導体部とが着脱可能であることを特徴とする超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項２】
引出導体部を複数具えることを特徴とする請求項1に記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項３】
低温側導体部の一端は、超電導部に接続され、他端は、真空断熱槽に配置され、
常温側導体部の一端は、真空断熱槽に配置され、他端は、常温である外部に配置され、この常温側導体部は、前記低温側導体部に対して真空断熱槽の真空状態を維持した状態で着脱可能であり、
真空断熱槽には、低温側導体部と常温側導体部との着脱に伴い伸縮可能な伸縮部を具えることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項４】
低温側導体部の一端は、超電導部に接続され、他端は、冷媒槽の外側に配置され、
真空断熱槽には、常温側導体部が挿通可能な挿通孔が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項５】
挿通孔は、真空断熱槽の表面から冷媒槽に亘って設けられ、
真空断熱槽には、前記挿通孔の内周側空間を真空状態に保持する補助真空槽が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項６】
常温側導体部は、棒状体であり、
低温側導体部は、常温側導体部を嵌合可能な筒状体であり、
低温側導体部及び常温側導体部の少なくとも一方には、低温側導体部に常温側導体部を嵌合させた際、両者を接続させる弾性接触子を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項７】
常温側導体部は、棒状体であり、長手方向の断面積が部分的に異なることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項８】
超電導機器は、超電導ケーブルであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項９】
超電導部は、第一超電導層と、第一超電導層の外周に設けられる電気絶縁層を介して第一超電導層と同軸状に配置される第二超電導層との二層からなり、
第一超電導層及び第二超電導層の少なくとも一方に引出導体部を具えることを特徴とする請求項8に記載の超電導機器の電力引き出し構造。
【請求項１０】
請求項8又は9に記載の電力引き出し構造を具えることを特徴とす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、超電導機器において低温側と常温側との間に配置されて、電力の受け渡しを行う電力引き出し構造、この電力引き出し構造を具える超電導ケーブル線路に関するものである。特に、引き出す電力を容易に変更することができる超電導機器の電力引き出し構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導材料からなる超電導部を冷媒にて冷却して超電導状態とし、電気抵抗を低減させる、或いは実質的になくすことができる超電導機器が種々検討されている。このような超電導機器として、例えば、超電導導体や超電導シールド層を有する超電導ケーブルの他、超電導コイルを有する超電導限流器、超電導変圧器、超電導電力貯蔵装置などがある。これら超電導機器において、超電導導体や超電導コイルなどの超電導部の端部には、通常、低温側と常温側との間で電力の入出力を行う引き出し構造が形成される。例えば、図7に示す超電導ケーブルでは、図8に示すような引き出し構造が形成される。図7は、三心一括型の超電導ケーブルの概略を示す断面構成図、図8は、三心一括型の超電導ケーブルの端末構造であって、(A)は、交流線路の場合、(B)は、直流線路の場合を示す。
【０００３】
この超電導ケーブル100は、三心のケーブルコア102を断熱管101内に収納した構成であり、各コア102は、中心から順に、フォーマ200、第一超電導層201、電気絶縁層202、第二超電導層203、保護層204を有している。第一超電導層201及び第二超電導層203は、超電導材料にて構成され、例えば、三相交流送電を行う場合、各コア102の第一超電導層201を超電導導体とし、第二超電導層203を超電導シールド層として用いる。また、例えば、双極直流送電を行う場合、一つのコアの第一超電導層201を正極線路、他のコアの第一超電導層201を負極線路、これら二つのコアの第二超電導層203を中性線とし、残りのコアを予備線として用いる。或いは、単極直流送電を行う場合、一つのコアの第一超電導層201を往路、このコアの第二超電導層203を帰路とし、残りのコアを予備線として用いる。
【０００４】
このような超電導ケーブルを用いた超電導ケーブル線路の端部には、低温側と常温側との間を接続する端末構造が形成される(例えば、特許文献1参照)。この端末構造は、図8に示すように超電導ケーブル100の端部と、この端部を収納する終端接続箱300とから構成され、終端接続箱300は、コア102の端部が収納される終端冷媒槽301,302と、これら終端冷媒槽301,302の外周を覆うように配置される終端真空断熱槽303とを具える。各コア102の端部は、段剥ぎされて第一超電導層201、第二超電導層203が露出され、それぞれ終端冷媒槽301,302に導入される。第一超電導層201には、銅からなるリード部311を内蔵するブッシング310が接続される。このブッシング310の常温側には、碍管312が配置される。そして、このブッシング310を介して、低温側から常温側或いは常温側から低温側に電力を引き出すことができる。なお、第一超電導層201において終端冷媒槽301と終端冷媒槽302との間の近傍に配置される箇所の外周にはエポキシユニット313を配置している。
【０００５】
このような超電導ケーブル線路において交流送電を行う場合、第二超電導層203は、対地電圧が必要となる。そこで、図8(A)に示すように三心の第二超電導層203を短絡部210により接続し、接地電位をとるべく短絡部210に接地線211を接続させる。接地線211は、冷媒槽302、真空断熱槽303を貫通させて常温である外部に引き出され、接地される。一方、単極直流送電を行う場合、第二超電導層203には、帰路導体として第一超電導層201と同等の大きさの電流が常時流れ、双極直流送電を行う場合、中性線として利用する第二超電導層203には、アンバランス電流が流れる。従って、直流送電を行う場合、図8(B)に示すように短絡部220により接続した三心の第二超電導層203に、ブッシング221に内蔵されるリード部222を接続し、このブッシング221の端部を常温である外部に引き出している。なお、図8では、二心のケーブルコア102のみ示しているが、実際には三心存在する。
【０００６】
【特許文献１】特開2002-238144号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在の送配電線路は、主に交流用として構成されているが、送電容量や送電ロスなどを考慮すると直流送電の方がはるかに有利である。従って、交流線路から直流線路への変更が望まれることが考えられる。このとき、ケーブルの転用は容易に行うことができる。しかし、図8に示すように交流線路と直流線路では第二超電導層に流れる電流が異なることで、端末構造が異なるため、交流線路をそのまま直流線路に利用することが困難である。
【０００８】
交流線路において第二超電導層に接続される接地線は、流れる電流が小さいことから、導体部分の断面積が比較的小さいものでよい。これに対し、直流線路において第二超電導層に流れる電流が第一超電導層に流れる電流と同程度の大きさである場合、この第二超電導層に接続されるリード部は、上記電流を流すことができる設計とするため、導体部分の断面積が大きいものが必要となる。従って、交流線路における接地線を直流線路におけるリード部に転用しても、必要な電流を流すことがほとんどできない。逆に、直流線路から交流線路に変更する要求があった場合、直流線路におけるリード部を利用して接地電位をとることが可能であっても、上記のようにリード部の断面積が大きいことから、リード部を介した熱侵入が必要以上に大きくなるという不具合が生じる。また、線路の両端に端末構造が設けられるが、交流線路における接地線は、両端のうち、片端にのみ接続される場合があるのに対し、直流線路におけるリード部は、両端に設けられる。そのため、交流線路を直流線路に変更する場合、線路の一端側にリード部を新たに設ける必要があり、直流線路を交流線路に変更する場合、線路の一端側のリード部は不必要であるばかりでなく、上記のように熱侵入の増加を招く。
【０００９】
更に、ブッシングに内蔵するリード部は、所望の電力が得られるように、又は所望の電流が流せるように、その導体断面積が設計されるため、その後、要求される電力が変化しても、その電力に応じて簡単に変更することができず、新たな要求に対し、過不足が生じることが考えられる。従って、熱侵入の過剰な増加を生じることなく、種々の要求に対応して引き出せる電力の大きさを容易に変更できる構造の開発が望まれる。この引き出す電力(電流)の大きさを変更可能な構造は、超電導ケーブルだけでなく、超電導限流器、超電導変圧器、超電導電力貯蔵装置などの超電導機器においても望まれる。
【００１０】
そこで、本発明の主目的は、熱損失を過剰に増加させることなく、低温側から常温側或いは常温側から低温側に引き出す電力の大きさを容易に変更することができる超電導機器の電力引き出し構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記電力の引き出し構造を具える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】
【００１１】
本発明は、低温側と常温側との間に配置される引出導体部を着脱自在な構成としたことで、上記目的を達成する。即ち、本発明は、低温側と常温側との間で電力の入力又は出力を行う超電導機器の電力引き出し構造であって、超電導機器に有する超電導部が収納される冷媒槽と、この冷媒槽の外周を覆うように配置される真空断熱槽と、一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部に接続されて低温側と常温側との間で電気的導通をとることが可能な引出導体部とを具える。そして、この引出導体部は、超電導部に接続される低温側導体部と、常温側に配置される常温側導体部とを有し、これら低温側導体部と常温側導体部とが着脱可能なものとする。以下、本発明を詳しく説明する。
【００１２】
本発明構造を適用する超電導機器としては、超電導材料からなる超電導部を具える種々のものが利用できる。例えば、超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置などが挙げられる。超電導ケーブルの場合、超電導部としては、第一超電導層と、この第一超電導層の外周に同軸状に配置される第二超電導層とを具える構成が挙げられる。超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置などの場合、超電導部として、超電導材料から形成された超電導コイルや超電導限流素子などが挙げられる。
【００１３】
上記超電導部は、冷媒槽に収納する。冷媒槽には、超電導部を超電導状態に冷却保持する冷媒を充填する。冷媒としては、例えば、液体窒素、液体水素、液体ヘリウムなどが挙げられる。この冷媒槽の外周には、冷媒槽を覆うように真空断熱槽を具える。真空断熱槽は、内部を所定の真空度に真空引きする他、スーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材を配置し、輻射熱の反射が行なわれるように構成してもよい。これら冷媒槽、真空断熱槽は、強度に優れるステンレスなどの金属により形成するとよい。
【００１４】
冷媒槽に収納された超電導部に流れる電流を常温側に流す、又は常温側からの電流を超電導部に流すべく、低温側と常温側との間で電気的導通をとることができる引出導体部を具える。この引出導体部は、一端を常温側に配置させ、他端側を超電導部に接続させる。そして、本発明の最も特徴とするところは、この引出導体部が着脱自在な分割部材から構成される点にある。具体的には、この引出導体部は、超電導部に電気的に接続される低温側導体部と、常温側に配置される常温側導体部との二つの分割部材から構成される。このような分割部材を着脱することで、引出導体部の導体断面積を変化させることができる。即ち、低温側導体部と常温側導体部とを接続させた場合、導通可能であるため、予め設計した所定の導体断面積を有する引出導体部となり、低温側導体部と常温側導体部とを離脱させた場合、この引出導体部は、非導通状態となるため、導通可能な状態にある導体断面積はゼロとなる。従って、例えば、導体断面積が等しい引出導体部を複数具える場合、低温側導体部と常温側導体部との接続個数によって、導通可能な状態にある導体断面積を変更することができる。即ち、本発明構造では、要求される電力(電流)に応じて、接続個数を変化させることができ、例えば、要求される電力が大きい場合、接続個数を多くし、要求される電力が小さい場合、接続個数を少なくすることができる。このとき、不用の引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを非接続状態にすることで、非接続状態にある引出導体部を介した熱侵入の増加をほとんどなくすることができる。
【００１５】
上記のように導体断面積が等しい引出導体部を複数具えて、その接続個数により引出導体部全体において導通状態にある導体断面積を変化させてもよいが、導体断面積が異なる引出導体部を複数具えて、接続する引出導体部の導体断面積を選択することで、引出導体部全体において導通状態にある導体断面積を変化させてもよい。具体的には、例えば、導体断面積が大きい引出導体部と、導体断面積が小さい引出導体部とを具えておき、要求される電力(電流)に応じて、断面積が大きい引出導体部を接続したり、断面積が小さい引出導体部を接続するとよい。この場合も、不用の引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを非接続状態にすることで、非接続状態にある引出導体部を介した熱侵入の増加を防止できる。
【００１６】
このように本発明構造では、要求に応じて簡単に導体断面積を変化させることができながら、低温側導体部と常温側導体部とが接続されていない引出導体部を介して熱侵入が行われることがないため、熱侵入による損失を効果的に防止することができる。
【００１７】
上記引出導体部は、通電によるジュール損などの発生損失と熱侵入による損失との合計が最小となるような導体断面積と長さとを選択することが好ましい。特に、複数の引出導体部を具える場合、各引出導体部は、その導体断面積Sと長さdとの比(S/d)が一定となるように導体断面積と長さとを設定することが好ましい。従って、引出導体部に流す電流が小さい場合、導体断面積を小さくして、長さを短めにするとよく、引出導体部に流す電流が大きい場合、温度上昇の抑制も考慮して導体断面積を大きくし、熱絶縁を図るべく長さを長めにするとよい。なお、引出導体部の数を多くすることで、引出導体部全体の導体断面積を大きくすることができる。そのため、導体断面積が小さい引出導体部を複数合わせて、引出導体部全体の導体断面積を大型化することで、各引出導体部の長さ方向の大きさをより小さくすることができる。即ち、比S/dを一定とすると、導体断面積が大きく長さが長い引出導体部の代わりに、複数の導体断面積が小さく長さが短い引出導体部を利用することができる。
【００１８】
また、引出導体部は、その長手方向において導体断面積が一様なものだけでなく、その長手方向において導体断面積が異なる形状のものを利用してもよいし、その長手方向において異なる材料にて形成したものを利用してもよい。引出導体部の形成材料としては、導電性に優れる材料、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。長手方向において異種の材料にて引出導体部を形成する場合、上記金属材料から選択される少なくとも2種の金属材料を利用するとよい。
【００１９】
低温側導体部及び常温側導体部のより具体的な構造としては、例えば、常温側導体部を棒状体とし、低温側導体部を、棒状である常温側導体部を嵌合可能な筒状とすることが挙げられる。棒状である常温側導体部を筒状の低温側導体部に挿入することで、両者を接続させる構成としてもよいが、低温側導体部及び常温側導体部の少なくとも一方に弾性接触子を具えておき、低温側導体部に常温側導体部を嵌合させた際、上記弾性接触子を介して両者を接続させる構成としてもよい。このような弾性接触子は、筒状である低温側導体部の内周面に設けてもよいし、棒状である常温側導体部の外周面に設けてもよいし、双方に設けてもよい。このような筒状の部材として、例えば、導体接続用コネクタとして市販されているマルチコンタクト(商品名)や、チューリップコンタクトと呼ばれるものなどを利用してもよい。チューリップコンタクトとは、筒状部材であって、棒状体が挿入される側は、長手方向に複数のスリットが設けられて分割されており、これら分割片の開口端近傍を径方向に縮めた屈曲部を有し、この屈曲部の弾性により、筒状部材と棒状体とが接触される構成である。常温側導体部は、所望の導体断面積となるように大きさを調整するとよく、その長手方向において一様な断面積を有する形状としてもよいし、その長手方向において断面積を部分的に異ならせてもよいし、その長手方向において異種の材料にて形成してもよい。また、低温側導体部と常温側導体部とを同種の導電性材料にて形成してもよいし、異種の導電性材料にて形成してもよい。
【００２０】
上記低温側導体部及び常温側導体部の具体的な配置としては、例えば、低温側導体部の一端が冷媒槽、同他端が真空断熱槽に配置され、常温側導体部の一端が真空断熱槽に配置され、同他端が常温である外部に配置される形態が挙げられる。この形態は、超電導部に接続される低温側導体部の一端が冷媒槽に配置され、同他端が真空断熱槽に突出して配置されるように低温側導体部を冷媒槽に固定すると共に、常温側導体部の一端が真空断熱槽に配置され、他端が常温側である外部に突出して配置されるように常温側導体部を真空断熱槽に固定することで実現できる。このとき、冷媒槽において低温側導体部の固定部分は、冷媒槽から冷媒が真空断熱槽に漏洩しないように十分なシール構造とすると共に、低温側導体部と冷媒槽とが電気的に絶縁されるように絶縁構造とすることが好ましい。例えば、低温側導体部の外周にFRPやエポキシ樹脂などの電気絶縁材料で被覆層を設けることが好ましい。従来の電力引き出し構造でブッシングを冷媒槽から真空断熱槽に亘って配置する際に利用されているシール構造や絶縁構造を適用してもよい。また、真空断熱槽において常温側導体部の固定部分は、真空断熱槽の真空状態が破壊されないように十分なシール構造とし、常温側導体部と真空断熱槽とが電気的に絶縁されるように絶縁構造とすることに加えて、熱絶縁構造とすることが好ましい。例えば、常温側導体部の外周にFRPやエポキシ樹脂などの電気絶縁性、熱絶縁性に優れる材料で被覆層を設けることが好ましい。また、常温側導体部において、真空断熱槽から突出させて常温側に配置される箇所の外周には、内部に絶縁ガスなどの絶縁流体を充填させた碍管などを配置してもよい。
【００２１】
上記のように低温側導体部が冷媒槽に固定され、常温側導体部が真空断熱槽に固定された状態で、真空断熱槽内に配置される常温側導体部の一端を真空断熱槽内に配置される低温側導体部の他端に近接離反させることができるように、真空断熱槽において常温側導体部が固定される箇所の近傍には、低温側導体部と常温側導体部との着脱に伴い伸縮可能な伸縮部を具えておく。この伸縮部は、例えば、可撓性に優れるベローズ管を利用することが挙げられる。
【００２２】
上記構成により常温側導体部の一端を低温側導体部の他端側に接続させることで、引出導体部は、導通状態となり、低温部と常温部との間で電力供給を行うことができる。また、常温側導体部の一端を低温側導体部の他端から離脱させることで、引出導体部は、低温部と常温部との間を非導通状態とすることができると共に、この引出導体部を介して常温側から低温側への熱侵入を防止することができる。特に、この構成では、真空断熱槽の低温真空状態を維持した状態で常温側導体部が低温側導体部に対して着脱を行うため、真空断熱槽は、高い断熱性能を維持し続けることができる。また、真空状態とした真空断熱槽は、引出導体部の着脱により、同槽内が常温に戻されたり、真空が破られることがないため、引出導体部の着脱を行う際に同槽内の温度を下げたり、真空引きを別途行わなくてもよい。
【００２３】
上記低温側導体部及び常温側導体部の別の配置としては、例えば、低温側導体部の一端が冷媒槽、同他端が冷媒槽の外側に配置され、常温側導体部が真空断熱槽に設けられた挿通孔に挿通配置される形態が挙げられる。この形態は、上記のように真空断熱槽に常温側導体部を常時固定しておいて、低温側導体部と接続又は非接続状態とするのではなく、必要なときにのみ常温側導体部を真空断熱槽又は後述する補助真空槽に固定させる構成である。そこで、真空断熱槽には、常温側導体部が挿通可能な挿通孔を設けておき、必要なとき、この孔に常温側導体部を挿通配置して、低温側導体部に接続させる。このとき、低温側導体部は、冷媒槽に固定して、超電導部に接続される一端が冷媒槽に配置され、同他端が冷媒槽の外側、具体的には、真空断熱槽、或いは別途設けた補助断熱槽に突出して配置されるようにしておく。冷媒槽の外側を真空断熱槽とする場合、必要なとき、挿通孔に常温側導体部を挿通配置して低温側導体部と接続して、接続後、真空断熱槽に常温側導体部を固定する。また、常温側導体部を低温側導体部に接続しない(不用な)とき、上記挿通孔は、真空断熱槽の真空状態を保持できるように蓋などで塞いでおく。蓋は、熱伝導性が低いFRP、エポキシ樹脂などで形成するとよい。この構成では、常温側導体部を低温側導体部に接続する際、或いは非接続状態とする際、蓋を開けて真空断熱槽を常温常圧(大気圧)に戻し、接続後(或いは取り外し後)、真空引きを行う。
【００２４】
冷媒槽の外側を補助断熱槽とする場合、真空断熱槽と別個に補助断熱槽を設けておく。具体的には、真空断熱槽の表面から冷媒槽に亘って上記挿通孔を設け、挿通孔の内周側空間を真空状態に保持できるように補助真空槽を設ける。即ち、この構成は、真空断熱槽とは独立した真空空間として、補助真空槽を設ける構成である。挿通孔は、例えば、筒状部材を用意し、真空断熱槽及び冷媒槽に筒状部材の両端の開口部に適合した孔を設け、冷媒槽及び真空断熱槽の各孔と筒状部材の開口部とを溶接などにより接続することで形成することができる。このような筒状部材は、例えば、金属といった強度に優れる材料を用いて比較的薄い筒状に形成した後、その外周にFRP、エポキシ樹脂などの熱絶縁性に優れる材料にて被覆層を設け、この被覆層が真空断熱槽側となるように配置すると、熱絶縁性を高めることができて好ましい。補助真空槽は、少なくともこの挿通孔の内周側空間を有するものとし、常温側導体部の長さなどに応じて長さを変えてもよく、補助真空槽の一部を真空断熱槽に突出させて設けてもよい。また、補助真空槽は、常温側導体部において常温である外部に配置させる箇所を除く大部分の外周に真空層が存在するように具える。この補助真空槽には、常温側導体部が挿通可能な第二挿通孔を設けておき、必要なとき、挿通孔、第二挿通孔に常温側導体部を挿通配置して低温側導体部と接続して、接続後、補助断熱槽に常温側導体部を固定する。また、常温側導体部を低温側導体部と接続しない(不用な)とき、第二挿通孔は、補助断熱槽の真空状態を保持できるようにFRP、エポキシ樹脂などからなる蓋などで塞いでおくとよい。この構成では、常温側導体部を低温側導体部に接続する際、或いは非接続状態とする際、蓋を開けて補助断熱槽のみを常温常圧(大気圧)に戻し、接続後(或いは取り外し後)、補助断熱槽の真空引きを行うだけでよく、真空断熱槽の真空状態を保持したままで、引出導体部の着脱を行うことができる。
【００２５】
上記真空断熱槽に挿通孔を具える構成でも、冷媒槽において低温側導体部の固定部分には、冷媒槽から冷媒が真空断熱槽や補助断熱槽に漏洩しないように十分なシール構造とすると共に、低温側導体部と冷媒槽とが電気的に絶縁されるように絶縁構造とすることが好ましい。例えば、低温側導体部の外周にFRPやエポキシ樹脂などの電気絶縁材料で被覆層を設けることが好ましい。従来の電力引き出し構造でブッシングを冷媒槽から真空断熱槽に亘って配置する際に利用されているシール構造や絶縁構造を適用してもよい。また、真空断熱槽又は補助断熱槽において常温側導体部の固定は、真空引き後の真空断熱槽又は補助断熱槽の真空状態が破壊されないように十分なシール構造とし、常温側導体部と真空断熱槽又は補助断熱槽とが電気的に絶縁されるように絶縁構造とすることに加えて、熱絶縁構造とすることが好ましい。例えば、常温側導体部の外周にFRPやエポキシ樹脂などの電気絶縁性、熱絶縁性に優れる材料で被覆層を設けることが好ましい。また、常温側導体部において、真空断熱槽又は補助断熱槽から突出させて常温側に配置される箇所の外周には、内部に絶縁ガスなどの絶縁流体を充填させた碍管などを配置してもよい。
【００２６】
この挿通孔を有する構成においても、常温側導体部の一端を挿通孔に挿通させて、低温側導体部に接続することで、上記常温導体部を常時真空断熱槽に固定しておく構成と同様に、引出導体部は、導通状態となり、低温部と常温部との間で電力供給を行うことができる。また、常温側導体部を挿通孔から抜き取り、低温側導体部から離脱させることで、引出導体部は、低温部と常温部との間を非導通状態とすると共に、この引出導体部を介して常温側から低温側への熱侵入を防止できる。
【００２７】
このような引出導体部は、例えば、超電導機器を超電導ケーブルとし、この超電導ケーブルを用いてケーブル線路を構築している場合、線路の終端部に形成する端末構造に具えることが挙げられる。特に、超電導ケーブルが超電導部として、第一超電導層と、第一超電導層の外周に設けられる電気絶縁層を介して第一超電導層と同軸状に配置される第二超電導層との二層を具える場合、第一超電導層及び第二超電導層の少なくとも一方に、上記引出導体部を具えることが好適である。即ち、第一超電導層のみに引出導体部を設けてもよいし、第二超電導層のみに引出導体部を設けてもよいし、第一超電導層及び第二超電導層の双方に引出導体部を設けてもよい。
【００２８】
例えば、第二超電導層に引出導体部を設けた場合、この引出導体部の着脱により導体断面積を適切な大きさに変更することで、交流送電線路から直流送電線路への変更や、直流送電線路から交流送電線路への変更を簡単に行うことができる。このとき、使用しない引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とは、離脱しておくことでこの引出導体部を介した熱侵入を防止できる。また、第一超電導層及び第二超電導層の双方に引出導体部を設けた場合、上記送電種類の変更の他、要求される電力が変更された際、引出導体部の着脱により導体断面積を適切な大きさに変更することで、過不足なく要求電力の供給を行うことができる。このとき、上記と同様に不使用の引出導体部は、非接続状態とすることで、この引出導体部を介した熱侵入の防止を図ることができる。
【００２９】
その他、超電導機器を超電導ケーブルとし、この超電導ケーブルを用いてケーブル線路を構築している場合、線路途中の任意の箇所に上記引出導体部を設けておいてもよい。線路途中の引出導体部の着脱により導体断面積を適切な大きさにすることで、負荷の大きさに応じて引き出せる電力を変更したり、送配電ルートの変更に対応することができる。このときも上記と同様に使用しない引出導体部は、離脱しておき、熱侵入の増大を防止しておく。なお、線路途中に引出導体部を設ける構成は、絶縁性を考慮すると、絶縁構造の形成が容易な低電圧送電線路(配電線路)に適用することが好ましい。
【００３０】
本発明構造を適用する超電導機器において、超電導ケーブルのより具体的な構成としては、断熱管内に一心以上のケーブルコアを収納した構成が挙げられる。断熱管は、内管と外管との二重構造で、内管と外管との間を真空引きした構成が挙げられる。内管の外周にスーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材を巻回した断熱層を有していてもよい。このような断熱管は、強度に優れるステンレスなどの金属から形成され、可撓性に優れるコルゲート管を利用することが好ましい。ケーブルコアは、中心から順にフォーマ、第一超電導層、電気絶縁層、第二超電導層、保護層を有する構成が挙げられる。電気絶縁層の内周側(第一超電導層の外周側)や電気絶縁層の外周側(第二超電導層の内周側)に半導電層を設けてもよい。本発明では、上記ケーブルコアを断熱管内に一心具える単心ケーブルを利用してもよいし、複数心具える多心ケーブルを利用してもよい。ケーブルコアが収納される内管内においてコアの外周と内管の内周とで囲まれる空間が超電導部(第一超電導層や第二超電導層)を冷却する冷媒の流通路となる。冷媒としては、液体窒素などが挙げられる。
【発明の効果】
【００３１】
上記のように本発明構造は、引出導体部を低温側と常温側とで分割し、両者を着脱自在な構成とすることで、導体断面積を容易に変化させることができる。即ち、引出導体部の低温側と常温側とを接続することで所望の導体断面積を確保して送電を可能とし、両者を離脱することで、引出導体部を介した熱侵入を防止する。このような構成の本発明構造を超電導ケーブル線路に利用する場合、例えば、交流線路から直流線路に、又は直流線路から交流線路に容易に変更することができる。また、本発明構造を超電導ケーブル線路に利用する場合、引出導体部の着脱を行うことで導体断面積を変化させ、熱侵入を過剰に増加させることなく、要求に応じた電力を引き出すことができる。更に、本発明構造を超電導ケーブル線路の任意の箇所に設けておくことで、ルート変更などにより電力引出箇所が変更となっても、簡単に対処することができる。
【００３２】
加えて、本発明構造は、超電導ケーブルだけでなく、低温側と常温側との間で電力の授受を行うその他の超電導機器、例えば、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置などにも適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
(実施例1)
図1は、本発明電力引き出し構造の概略構成図である。本発明電力引き出し構造は、超電導機器に有する超電導部10が収納される冷媒槽20と、この冷媒槽20の外周を覆うように配置される真空断熱槽30と、一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部10に接続されて、低温側と常温側との間で電気的導通をとることが可能な引出導体部40とを具える。そして、本発明電力引き出し構造の最も特徴とするところは、引出導体部40が常温側と低温側とで分割されており、両者が着脱自在な点にある。即ち、引出導体部40は、低温側に配置され、超電導部10に接続される低温側導体部41と、常温側に配置され、低温側導体部41に対して着脱可能な常温側導体部42とを具える。
【００３４】
超電導機器に具える超電導部10は、酸化物系超電導材料などの超電導材料から形成され、冷媒槽20内に収納される。超電導部10としては、例えば、超電導ケーブルの超電導導体や超電導シールド層、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置の超電導コイル、超電導限流素子などが挙げられる。この冷媒槽20には、超電導部10を超電導状態に維持するために冷却を行う冷媒が流通される。この冷媒槽20の外周には、常温である外部からの熱侵入を低減するべく、真空断熱槽30が配置される。本例においてこれら冷媒槽20及び真空断熱槽30は、強度に優れるステンレス製の容器を利用した。また、真空断熱槽30内には、スーパーインシュレーションといった断熱材を配置すると共に、所定の真空度に真空引きを行っている。
【００３５】
このような超電導部10において低温側と常温側との間で電力の入力又は出力を行う箇所に、上記引出導体部40を利用した電力引き出し構造を形成する。本例で用いた引出導体部40は、低温側導体部41が冷媒槽20に固定され、常温側導体部42が真空断熱槽30に固定された構成であり、真空断熱槽30の真空状態が維持された状態で低温側導体部41に対して常温側導体部42を着脱できる構成である。即ち、この構成では、引出導体部40の着脱を行う際、真空断熱槽30を常温常圧(大気圧)に戻す必要がない。
【００３６】
本例では、常温側導体部42を所定の断面積を有する棒状体とし、低温側導体部41を棒状の常温側導体部42が嵌合可能な筒状体とした。また、筒状体の内周面には、弾性接触子(図示せず)を複数具えており、低温側導体部41に常温側導体部42を嵌合させた際、弾性接触子を介して低温側導体部41と常温側導体部42とが強固に接触される構成である。これら接触子が常温側導体部42の外周面に接触することで、低温側導体部41と常温側導体部42とは、導通可能な状態となる。このような低温側導体部41及び常温側導体部42はいずれも銅といった導電性材料にて形成した。この構成により、常温側導体部42を低温側導体部41に差し込むことで両部41,42は、電気的に接続されて、低温側と常温側との間の電力の授受を可能とし、常温側導体部42を低温側導体部41から引き抜くことで両部41,42は、非導通状態となる。
【００３７】
上記低温側導体部41は、冷媒槽20に固定している。具体的には、一端を超電導部10に電気的に接続させ、この接続側が冷媒槽20内に配置される。そして、他端が真空断熱槽30に突出して配置される。この低温側導体部41において冷媒槽20の固定箇所には、冷媒槽20から真空断熱槽30に冷媒が流出したり、冷媒槽20と低温側導体部41とが電気的に接続されることを防止するべく、その外周にFRPといった絶縁材料にて低温側シール部21を設けている。
【００３８】
上記常温側導体部42は、真空断熱槽30に固定している。具体的には、一端が真空断熱槽30内に配置され、他端が常温である外部に突出して配置される。この常温側導体部42において真空断熱槽30の固定箇所には、真空断熱槽30の真空状態が破壊されたり、真空断熱槽30と常温側導体部42とが電気的に接続されたり、外部からの熱侵入が増大したりすることを防止するべく、その外周にFRPといった電気絶縁性、熱絶縁性に優れる材料にて常温側シール部31を設けている。なお、常温側導体部42において、常温側に配置される他端側には、外部の機器などと接続されるリード43が取り付けられる。また、常温側導体部42において、常温側に配置される他端側には、内部に絶縁ガスなどの絶縁流体を充填させた碍管などを配置してもよい。これらリード、碍管に関する構成は、後述する実施例2,3についても同様である。
【００３９】
そして、常温側導体部42を低温側導体部41に対して近接離反させる際、常温側導体部42の移動に伴い真空断熱槽30が破壊されないように、真空断熱槽30において常温側導体部42の固定箇所近傍には、伸縮部32を設けている。本例において伸縮部32は、強度及び可撓性に優れるステンレス製コルゲート管を利用した。
【００４０】
上記構成を具える本発明電力引き出し構造は、低温側導体部41に常温側導体部42を接続することで、引出導体部40が導通状態となり、低温側導体部41から常温側導体部42を離脱することで、引出導体部40が非導通状態となる。そのため、低温側導体部41と常温側導体部42の接続数を変化させることで、引出導体部40の導体断面積を容易に変化させることが可能である。即ち、本発明構造では、必要な電力(電流)に応じた導体断面積が確保できるように低温側導体部41と常温側導体部42とを接続させることができ、不用の引出導体部は、低温側導体部41と常温側導体部42とを接続させない状態としておくことができる。従って、複数の引出導体部40を具えていても、不用の引出導体部を介した熱侵入を防止することができる。このように本発明電力引き出し構造は、要求に応じて導体断面積を容易に変更可能であると共に、過剰な熱侵入を防止することができる。
【００４１】
以下に説明する引出導体部に関する事項は、実施例2,3についても同様である。上記実施例1では、二つの引出導体部を具える例を説明したが、一つだけでもよいし、三つ以上の引出導体部を具えていてもよい。また、この例では、断面積が長手方向において一様であり、同じ断面積を有する引出導体部を二つ用いたが、このように同じ断面積を有する複数の引出導体部を具える場合、接続個数を変化させることで、導通状態にある導体断面積を変更することができる。
【００４２】
更に、断面積が異なる引出導体部を組み合わせて複数具えていてもよい。例えば、一方の引出導体部40Aを図2(a)に示すように断面積S1が大きく、長さd1が長いものとし、他方の引出導体部40Bを図2(b)に示すように断面積S2が小さく、長さd2が短いものとしてもよい。この場合、接続する引出導体部を選択することで、導通状態にある導体断面積を変更することができる。例えば、大きな電力(電流)が要求される場合は、引出導体部40Aの低温側導体部41と常温側導体部42とを接続し、引出導体部40Bの低温側導体部41と常温側導体部42とを離脱させ、小さな電力(電流)が要求される場合は、上記と逆、即ち、引出導体部40Aの低温側導体部41と常温側導体部42とを離脱し、引出導体部40Bの低温側導体部41と常温側導体部42とを接続させるとよい。
【００４３】
同じ断面積を有する引出導体部において、導電率の異なる材料にて形成したものを複数具えて、接続する引出導体部を選択することで、要求される電力(電流)に対応するようにしてもよい。例えば、大きな電力が要求される場合は、導電率が高い材料からなる引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを接続し、導電率が低い材料からなる引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを離脱させ、小さな電力が要求される場合は、上記と逆に導電率が高い材料からなる引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを離脱し、導電率が低い材料からなる引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを接続させるとよい。また、引出導体部の長さ方向に断面積が一様であって、長さ方向に導電率の異なる材料からなる引出導体部を複数具えて、接続する引出導体部を選択することで、出入力される電力を変化させてもよい。
【００４４】
その他、図2(c)に示す引出導体部40Cのように、常温側導体部42の長さ方向において断面積が異なるものを利用してもよい。この引出導体部40Cの常温側導体部42は、断面積S31が小さい部分と、断面積S32が大きい部分とを有する。なお、これら引出導体部40A,40B,40Cを組み合わせて複数具える場合、いずれも断面積Sと長さdとの比(S/d)が一定になるようにしておく。
【００４５】
(実施例2)
上記実施例1では、常温側導体部を真空断熱槽に常時固定しておく例を説明したが、この例及び後述する実施例3では、常温側導体部が真空断熱槽に常時固定されない例を説明する。図3は、本発明電力引き出し構造であって真空断熱槽に常温側導体部が挿通可能な挿通孔を有する例を示す概略構成図である。この例に示す本発明電力引き出し構造は、超電導機器に有する超電導部10が収納される冷媒槽20と、この冷媒槽20の外周を覆うように配置される真空断熱槽30と、一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部10に接続されて、低温側と常温側との間で電気的導通をとることが可能な引出導体部40とを具える。引出導体部40は、低温側に配置され、超電導部10に接続される低温側導体部41と、常温側に配置され、低温側導体部41に対して着脱可能な常温側導体部42とを具える。低温側導体部41は、冷媒槽20に固定され、一端が冷媒槽20内、他端が冷媒槽20の外側にある真空断熱槽30に突出して配置される。また、低温側導体部41において冷媒槽20の固定箇所には、低温側シール部21を設けている。これらの点は、実施例1と同様の構成であり、異なる点は、本例で用いた引出導体部40の常温側導体部42が真空断熱槽30に常時固定されていないことにある。以下、この点を中心に説明する。
【００４６】
本例で用いた引出導体部40は、実施例1と同様の構成のものを用いた。即ち、常温側導体部42として、所定の断面積を有する棒状体を利用し、低温側導体部41として、棒状の常温側導体部42が嵌合可能な筒状体で、内周面に複数の弾性接触子(図示せず)を有するものを利用した。従って、この引出導体部40は、実施例1と同様に、常温側導体部42を低温側導体部41に差し込むことで弾性接触子を介して両者が接続されて導通状態となり、常温側導体部42を低温側導体部41から引き抜くことで非導通状態となる。
【００４７】
そして、この例に示す真空断熱槽30は、この槽30の表裏を貫通し、常温側導体部42が挿通可能な挿通孔35Aを有している。挿通孔35Aは、常温側導体部42を低温側導体部41に接続させる際、常温側導体部42が挿通配置され、接続後、常温側導体部42が固定される。常温側導体部42の固定箇所には、実施例1と同様に、真空断熱槽30の真空状態の維持などを目的として、常温側シール部31を設けている。一方、常温側導体部42と低温側導体部41とを取り外して非接続状態とする場合、常温側導体部42を真空断熱槽30に固定しておかず、槽30の外部においておく。このとき、挿通孔35Aは、真空断熱槽30の真空状態を維持するべく、蓋36にて塞いでおく。本例において蓋36は、FRPにて形成した。
【００４８】
上記構成を具える本発明電力引き出し構造は、挿通孔35Aに常温側導体部42を挿通させて低温側導体部41に接続することで、引出導体部40が導通状態となり、低温側導体部41から常温側導体部42を離脱することで、引出導体部40が非導通状態となる。そのため、実施例1と同様に低温側導体部41と常温側導体部42の接続数を変化させることで、引出導体部40の導体断面積を容易に変更できる。従って、必要とされる電力に応じた導体断面積となるように低温側導体部41と常温側導体部42とを接続し、不用の引出導体部の低温側導体部41と常温側導体部42とを接続させないことで、複数の引出導体部40を具えていても、不用の引出導体部を介した熱侵入を防止できる。このように本発明電力引き出し構造は、要求に応じて導体断面積を容易に変更可能であり、かつ過剰な熱侵入を防止することができる。
【００４９】
なお、本例では、引出導体部を二つ設けた場合を示しているが、一つでもよいし、三つ以上設けてもよい。また、常温側導体部を低温側導体部に接続させる際、挿通孔の蓋を開けて、真空断熱槽内を常温常圧(大気圧)に戻してから行う。そして、接続して常温側導体部を真空断熱槽に固定した後、真空断熱槽を所定の真空度に真空引きを行うとよい。また、常温側導体部と低温側導体部とを取り外す際も同様に真空断熱槽内を常温常圧に戻して、再び真空引きを行うとよい。
【００５０】
(実施例3)
上記実施例2では、真空断熱槽のみ具える例を示したが、この例では、真空断熱槽と別に補助断熱槽を具える例を説明する。図4は、本発明電力引き出し構造であって常温側導体部が挿通配置される補助断熱槽を具える例を示す概略構成図であり、(A)は、常温側導体部の長さが短い例、(B)は、常温側導体部の長さが長い例を示す。この例に示す本発明電力引き出し構造は、基本的構造は、実施例2と同様であり、挿通孔35Bが真空断熱槽30の表面から冷媒槽20に亘って設けられ、この孔35Bの内周側空間を真空状態に保持する補助断熱槽37を具える点が異なる。以下、これらの点を中心に説明する。
【００５１】
本例において挿通孔35Bは、以下のようにして形成した。低温側導体部41、常温側導体部42が挿通可能である筒状部材を用意し、この筒状部材の開口部に対応した孔を真空断熱槽30、冷媒槽20のそれぞれに設ける。筒状部材は、強度に優れるステンレス製パイプを利用した。そして、真空断熱槽30と冷媒槽20との間に筒状部材を配置し、筒状部材の一方の開口部を真空断熱槽30の孔に溶接するなどして固定し、他方の開口部を冷媒槽20の孔に溶接するなどして固定することで挿通孔35Bを形成した。本例では、この挿通孔35Bの外周側、即ち、真空断熱槽30に配置される側には、冷媒槽20や真空断熱槽30への熱伝導を低減するべく、FRPなどの熱伝導性が低い材料にて被覆層38を形成した。
【００５２】
この挿通孔35Bの冷媒槽側に低温導体部41を固定している。即ち、低温側導体部41は、一端が冷媒槽20、他端が冷媒槽20の外側にある挿通孔35Bの内周側空間(補助断熱槽37内)に配置される。本例では、冷媒槽20から挿通孔35Bの内周側空間(補助断熱槽37内)に冷媒が漏洩したり、低温側導体部41と冷媒槽20や挿通孔35とが電気的に接続されたりするのを防止したり、挿通孔35近傍の熱伝導性を低減するべく、低温側導体部41の外周にFRPといった熱絶縁性、電気絶縁性に優れる材料にて低温側シール部21を設けている。
【００５３】
そして、この挿通孔35Bの内周側空間を真空状態に保持するべく、補助断熱槽37を設けている。本例では、補助断熱槽37の一部として挿通孔35Bの内周側空間を含み、補助断熱槽37の他部を図4に示すように真空断熱槽30の表面から突出させて設けている。この補助断熱槽37は、真空断熱槽30と同様にステンレスにて形成し、槽30から突出させた部分は、溶接にて真空断熱槽30に固定している。また、この突出させた部分には、常温側導体部42を挿通できるように第二挿通孔35Cを設けている。第二挿通孔35Cは、常温側導体部42を低温側導体部41に接続させる際、常温側導体部42が挿通配置され、接続後、常温側導体部42が固定される。従って、固定された常温側導体部42の外周には、常温である外部に配置される一部を除いて、補助断熱槽37が存在する。常温側導体部42の固定箇所には、実施例1,2と同様に、真空断熱槽30の真空状態の維持などを目的として、常温側シール部31を設けている。一方、常温側導体部42と低温側導体部41とを非接続状態とする場合、実施例2と同様に常温側導体部42を真空断熱槽30に固定しておかず、槽30の外部においておく。このとき、第二挿通孔35Cは、真空断熱槽30の真空状態を維持するべく、FRPなどにて形成した蓋(図示せず)にて塞いでおく。
【００５４】
上記構成を具える本発明電力引き出し構造は、挿通孔35B、第二挿通孔35Cに常温側導体部42を挿通させて低温側導体部41に接続することで、引出導体部40が導通状態となり、低温側導体部41から常温側導体部42を離脱することで、引出導体部40が非導通状態となる。そのため、実施例1,2と同様に本発明電力引き出し構造は、要求に応じて導体断面積を容易に変更可能であり、かつ過剰な熱侵入を防止することができる。
【００５５】
なお、本例では、引出導体部を一つのみ示しているが、実施例1,2に示すように二つでもよいし、三つ以上設けてもよい。また、常温側導体部を低温側導体部に接続させる際、第二挿通孔の蓋を開けて、補助断熱槽内を常温常圧(大気圧)に戻してから行う。そして、常温側導体部と低温側導体部とを接続して常温側導体部を補助断熱槽に固定した後、補助断熱槽のみを所定の真空度に真空引きを行うとよい。また、常温側導体部と低温側導体部とを取り外す際も同様に補助断熱槽内のみを常温常圧に戻して、再び真空引きを行うとよい。本例では、実施例2と異なり、真空断熱槽と別に補助断熱槽を具えることで、引出導体部の着脱に際し、真空が破られる補助断熱槽の真空引きのみをやり直せばよく、真空断熱槽は、真空状態を保持したままとすることができる。更に、補助断熱槽の大きさは、引出導体部の大きさ、長さに応じて適宜変更するとよく、例えば、常温側導体部42が短い場合、補助断熱槽37の長さ(図4では真空断熱槽30から突出させる長さ)は、図4(A)に示すように短くするとよく、常温側導体部42が長い場合、補助断熱槽37の長さ(図4では真空断熱槽30から突出させる長さ)は、図4(B)に示すように長くするとよい。
【００５６】
(適用例1)
上記実施例1に示す本発明電力引き出し構造の適用例を説明する。この例では、超電導ケーブル線路の端末構造として、本発明電力引き出し構造を形成した場合を説明する。図5は、本発明電力引き出し構造を具える超電導ケーブル線路の端末部分の概略構成図であり、(A)は、交流送電線路の場合、(B)は、直流送電線路の場合を示す。
【００５７】
本例では、図7に示す三心一括型の超電導ケーブルを用いた線路を用いた。即ち、三心のケーブルコア102を断熱管101内に収納した超電導ケーブル100を利用する。各コア102は、中心から順に、フォーマ200、第一超電導層201、電気絶縁層202、第二超電導層203、保護層204を有しており、第一超電導層201及び第二超電導層203は、ビスマス系酸化物といった超電導材料から構成される。断熱管101は、外管101aと内管101bとからなる二重構造で、いずれもステンレス製のコルゲート管からなる。両管101a,101bの間は、所定の真空度に真空引きされると共に、スーパーインシュレーション(商品名)といった断熱材からなる断熱層を具える。また、内管101b内の空間103は、第一超電導層201、第二超電導層203を冷却する液体窒素といった冷媒が流通される冷媒流通路である。断熱管101の外周には、防食層104を具える。なお、図5では、二心のケーブルコア102のみ示しているが、実際には三心存在する。
【００５８】
このような超電導ケーブル100を用いたケーブル線路の端末部分には、図5に示すような端末構造が形成される。この端末構造は、超電導ケーブル100の端部と、このケーブル端部を収納する終端接続箱50とから構成される。終端接続箱50は、各コア102の端部が収納される終端冷媒槽51,52と、これら終端冷媒槽51,52の外周を覆うように配置される終端真空断熱槽53とを具える。各コア102の端部は、段剥ぎされて第一超電導層201、第二超電導層203が露出され、それぞれ終端冷媒槽51,52に導入される。この例では、第一超電導層201に銅といった導電性材料からなるリード部61を内蔵するブッシング60を接続させている。このブッシング60の常温側には、碍管62が配置される。なお、第一超電導層201において終端冷媒槽51と終端冷媒槽52との間の近傍に配置される箇所の外周にはエポキシユニット63を配置している。また、第一超電導層201に銅などの常電導材料からなる接続導体を接続させて、この接続導体を終端冷媒槽51に導入させてブッシング60のリード部61に接続させてもよい。ここまでの構成は、従来と同様である。この例の特徴とするところは、第二超電導層203に上述した分割構造の引出導体部40を具える点にある。本例では、三心のコアの第二超電導層203を接続した短絡部70に引出導体部40を配置させている。図5では、二つの引出導体部を示しているが、一つでもよいし、三つ以上具えていてもよい。
【００５９】
この構成により、例えば、この超電導ケーブル線路を三相交流線路として利用する場合、各コア102の第一超電導層201を超電導導体とし、第二超電導層203を超電導シールド層として用いる。そのため、交流送電の場合、第二超電導層203は、対地電圧が必要となる。そこで、図5(A)に示すように対地電圧をとるのに必要な分だけ引出導体部40の低温側導体部41と常温側導体部42とを接続させ、不用の引出導体部402の低温側導体部41と常温側導体部42とを離脱させておく。なお、本例では、接続させた引出導体部40の常温側導体部42には、接地線44を接続して接地している。また、交流送電では、線路の片端の端末構造のみを接地すればよく、もう一方の端末構造に具える引出導体部40は離脱させて、非導通状態としておくとよい。
【００６０】
一方、図5(A)に示す三相交流送電から単極直流送電に変更する要求があった際、超電導ケーブル100において、例えば、一つのコアの第一超電導層201を往路、このコアの第二超電導層203を帰路、残りの二つコアを予備線として用いる場合を考える。このとき、帰路として利用する第二超電導層203は、往路として利用する第一超電導層201と同等の大きさの電流が流れる。即ち、図5(A)に示される交流送電の場合と比較して、第二超電導層203に流れる電流が大きくなる。そこで、図5(B)に示すように交流送電の場合に離脱していた引出導体部40の低温側導体部41と常温側導体部42とを接続することで、必要な電流を流すのに十分な導体断面積を確保することができる。また、直流送電では、線路の両端部において引出導体部を導通状態にする必要がある。そこで、非導通状態としていたもう一方の引出導体部も導通状態にする。
【００６１】
逆に、図5(B)に示す直流送電から交流送電に変更する要求があった際は、対地電圧に必要な導体断面積を確保するべく、一方の引出導体部40の低温側導体部41と常温側導体部42とを接続させて導通状態とし、他方を離脱させて非導通状態とするとよい。即ち、直流送電において導通状態させていた両引出導体部のうち、一方の取り外して、非導通状態とする。
【００６２】
このように本発明引き出し構造を利用することで、直流送電から交流送電、又は交流送電から直流送電に容易に変更することができる。また、不用の引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とは、離脱させておくため、この離脱させた引出導体部を介した熱侵入を防止することが可能である。
【００６３】
なお、本例では、単極送電の場合を説明したが、双極直流送電に変更することももちろん可能である。双極送電を行う場合、一つのコアの第一超電導層201を正極線路、他のコアの第一超電導層201を負極線路、これら二つのコアの第二超電導層203を中性線とし、残りのコアは予備線として用いることが挙げられる。このとき、第二超電導層203には、アンバランス電流が流れる。従って、アンバランス電流に必要とされる導体断面積になるように引出導体部の着脱を行うとよい。
【００６４】
また、この例では、第二超電導層にのみ引出導体部を設けた構成を説明したが、第一超電導層にのみ引出導体部を設けてもよいし、第一超電導層及び第二超電導層の双方に引出導体部を設けてももちろんよい。第一超電導層のみに引出導体部を設けた場合、例えば、交流送電線路とし、要求される電力の増減に応じて引出導体部の着脱を行うことで、所望の導体断面積を確保することができる。更に、第一、第二超電導層の双方に引出導体部を設けた場合、例えば、直流送電線路とし、要求される電力の増減に応じて第一超電導層に接続される引出導体部及び第二超電導層に接続される引出導体部の着脱を行うことで、所望の導体断面積を確保することができる。
【００６５】
加えて、上記適用例では、超電導ケーブル線路の端末構造を説明したが、線路途中の任意の箇所において、実施例1〜3に示す引出導体部を第一超電導層や第二超電導層に接続し、線路の任意の箇所から電力の引き出しが可能な構成としてもよい。
【００６６】
(適用例2)
上記実施例1に示す本発明電力引き出し構造の別の適用例を説明する。この例では、超電導変圧器に本発明電力引き出し構造を具える構成を説明する。図6は、本発明電力引き出し構造を具える超電導変圧器の概略構成図である。超電導変圧器は、超電導部10(超電導コイル)と、超電導部10が収納される冷媒槽20と、冷媒槽20の外周を覆うように配置される真空断熱槽30とを具え、超電導コイルにおいて、低温側と常温側との間で電力の出入力を行う箇所にはそれぞれ、実施例1に示す引出導体部40を具える。この構成により、引出導体部40の接続状態を調整することで、超電導コイルに供給する電流や超電導コイルから引き出す電流に応じて導体断面積を変化させることができる。また、不用の引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とは、離脱させておくため、この離脱させた引出導体部を介した熱侵入を防止することが可能である。なお、本例では、常温側から低温側に電力が供給される側、低温側から常温側に電力が供給される側のそれぞれに二つの引出導体部を具える例(両側で合計四つの引出導体部を具える例)を説明したが、片側に一つだけ(両側で合計二つ)でもよいし、片側に三つ以上(両側で合計六つ以上)の引出導体部を具えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明電力引き出し構造は、超電導機器において低温側と常温側との間で電力の授受を行う箇所に形成することが好適である。適用される超電導機器としては、超電導ケーブル、超電導電力貯蔵装置、超電導限流器、超電導変圧器などが挙げられる。また、本発明電力引き出し構造は、直流送電用又は交流送電用の超電導ケーブル線路において端末構造として形成してもよいし、線路途中の任意の箇所に設けることも可能である。このような電力引き出し構造を具える本発明超電導ケーブル線路は、交流送電線路から直流送電線路への変更、直流送電線路から交流送電線路への変更を容易に行うことができる。また、送配電ルートの変更や要求電力の変更にも簡単に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明電力引き出し構造の概略構成図であり、常温側導体部が真空断熱槽に固定される例を示す。
【図２】本発明電力引き出し構造に利用される引出導体部の概略構成図であり、（a）は、常温側導体部の断面積が長手方向に一様であって、断面積が大きく長さが長い例、(b)は、常温側導体部の断面積が長手方向に一様であって、断面積が小さく、長さが短い例、(c)は、常温側導体部の断面積が長手方向に異なる例を示す。
【図３】本発明電力引き出し構造であって常温側導体部が真空断熱槽に常時固定されない例を示す概略構成図である。
【図４】本発明電力引き出し構造であって常温側導体部が真空断熱槽に常時固定されない例を示す概略構成図であり、(A)は、常温側導体部が短い例、(B)は、常温側導体部が長い例を示す。
【図５】本発明電力引き出し構造を具える超電導ケーブル線路において、端末部分の概略構成図であり、(A)は、交流送電線路の例、(B)は、直流送電線路の例を示す。
【図６】本発明電力引き出し構造を具える超電導変圧器の概略構成図である。
【図７】三心一括型の超電導ケーブルの概略を示す断面構成図である。
【図８】従来の超電導ケーブル線路の端末構造を示す概略構成図であり、(A)は、交流送電線路に具える端末構造例、(B)は、直流送電線路に具える端末構造例を示す。
【符号の説明】
【００６９】
10  超電導部
20  冷媒槽  21  低温側シール部
30  真空断熱槽  31  常温側シール部  32  伸縮部  35A,35B  挿通孔
35C  第二挿通孔  36  蓋  37  補助断熱槽  38  被覆層
40,40A,40B,40C  引出導体部  41  低温側導体部  42  常温側導体部
43  リード  44  接地線
50  終端接続箱  51,52  終端冷媒槽  53  終端真空断熱槽
60  ブッシング  61  リード部  62  碍管  63  エポキシユニット
70  短絡部
100  超電導ケーブル  101  断熱管  101a  外管  101b  内管
102  ケーブルコア  103  空間  104  防食層
200  フォーマ  201  第一超電導層  202  電気絶縁層  203  第二超電導層
204  保護層
210,220  短絡部  211  接地線  221  ブッシング  222  リード部
300  終端接続箱  301,302  終端冷媒槽  303  終端真空断熱槽
310  ブッシング  311  リード部  312  碍管  313  エポキシユニット
【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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