(57)【要約】【課題】内管と外管とを備え、可撓性を有し、且つ、内管の内部を冷媒が流れる際の冷媒の圧力損失を低減できる超電導ケーブルを提供する。【解決手段】超電導ケーブル１は、超電導ケーブルコア２と、超電導ケーブルコア２を収容するコルゲート管２１と、を備え、超電導ケーブルコア２は、コルゲート管１１と、コルゲート管１１よりも外周側に設けられた超電導導体１２と、コルゲート管１１の内部に収容され、且つ、平滑な内周面を有する熱絶縁管２３と、を有する。冷媒は、熱絶縁管２３の内部に形成された流路ＦＰ１を流れた後、コルゲート管１１の外周面とコルゲート管２１の内周面との間に形成された流路ＦＰ２を流れる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導ケーブルコアと、内部に前記超電導ケーブルコアを収容する収容管部と、を備えた超電導ケーブルにおいて、
前記超電導ケーブルコアは、
第１コルゲート管と、
前記第１コルゲート管よりも外周側に設けられた超電導導体と、
前記第１コルゲート管の内部に収容され、平滑な内周面を有し、且つ、第１熱絶縁材料よりなる第１熱絶縁管と、
を有し、
前記第１熱絶縁管の内部に、前記超電導ケーブルコアを冷却する冷媒が流れる第１流路が形成され、
前記第１コルゲート管の外周面と前記収容管部の内周面との間に、前記冷媒が流れる第２流路が形成され、
前記冷媒は、前記第１流路を、前記超電導ケーブルコアの長さ方向における第１の側から前記第１の側と反対側に向かって流れ、
前記第１流路を流れた後の前記冷媒は、前記第２流路を、前記超電導ケーブルコアの長さ方向における前記第１の側と反対側から前記第１の側に向かって流れる、超電導ケーブル。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第１熱絶縁管の可撓性が、前記第１コルゲート管の可撓性よりも高い、超電導ケーブル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第１コルゲート管は、
前記超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、第１内径をそれぞれ有する複数の第１径部と、
前記超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、前記第１内径よりも小さい第２内径をそれぞれ有する複数の第２径部と、
を含み、
前記複数の第１径部と前記複数の第２径部とは、前記超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って、１つずつ交互に配置され、
前記第１熱絶縁管の外周面は、前記複数の第２径部の各々の内周面にほぼ接触している、超電導ケーブル。
【請求項４】
請求項３に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第１熱絶縁管の外周面と前記複数の第１径部の各々の内周面との間に前記冷媒が貯留若しくは滞留又はほぼ流れのない状態が実現される、超電導ケーブル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第１コルゲート管は、ステンレスよりなり、
前記第１熱絶縁材料は、ポリテトラフルオロエチレンである、超電導ケーブル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記収容管部は、
第２コルゲート管と、
前記第２コルゲート管の内部に収容され、平滑な内周面を有し、且つ、第２熱絶縁材料よりなる第２熱絶縁管と、
を有し、
前記超電導ケーブルコアは、前記第２熱絶縁管の内部に収容され、
前記第２流路は、前記第１コルゲート管の外周面と前記第２熱絶縁管の内周面との間に形成されている、超電導ケーブル。
【請求項７】
請求項６に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第２熱絶縁管の可撓性が、前記第１コルゲート管の可撓性、及び、前記第２コルゲート管の可撓性のいずれよりも高い、超電導ケーブル。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第２コルゲート管は、
前記超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、第３内径をそれぞれ有する複数の第３径部と、
前記超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、前記第３内径よりも小さい第４内径をそれぞれ有する複数の第４径部と、
を含み、
前記複数の第３径部と前記複数の第４径部とは、前記超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って、１つずつ交互に配置され、
前記第２熱絶縁管の外周面は、前記複数の第４径部の各々の内周面にほぼ接触している、超電導ケーブル。
【請求項９】
請求項８に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第２熱絶縁管の外周面と前記複数の第３径部の各々の内周面との間に前記冷媒が貯留若しくは滞留又はほぼ流れのない状態が実現される、超電導ケーブル。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記第２コルゲート管は、ステンレスよりなり、
前記第２熱絶縁材料は、ポリテトラフルオロエチレンである、超電導ケーブル。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記収容管部は、内部に収容された前記超電導ケーブルコアを外部から断熱する断熱管部であり、
前記断熱管部は、内部に前記第２コルゲート管を収容する収容管を有し、
前記第２コルゲート管の外周面と前記収容管の内周面との間の空間は、真空排気される、超電導ケーブル。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記超電導ケーブルコアは、前記第１コルゲート管の外周面を覆い、且つ、第３熱絶縁材料よりなる熱絶縁層を有し、
前記超電導導体は、前記熱絶縁層よりも外周側に設けられている、超電導ケーブル。
【請求項１３】
請求項１２に記載の超電導ケーブルにおいて、
前記超電導導体は、
前記熱絶縁層よりも外周側に設けられた第１超電導層と、
前記第１超電導層を覆う電気絶縁層と、
前記電気絶縁層よりも外周側に設けられた第２超電導層と、
を含む、超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、電流が流れる導体として超電導導体を用いるものである。超電導ケーブルは、断面積が小さくても大きな電流を流すことができるので、送電に係る設備の小型化、又は、送電効率の向上等の観点で、注目されている。
【０００３】
一方、超電導ケーブルに電流を流す際には、超電導導体を常に冷却して超電導状態を維持する必要がある。具体的には、例えば超電導導体を冷却するための冷媒を冷却装置により冷却し、冷却された冷媒をポンプを用いて超電導ケーブルの内部に流し、超電導ケーブルの内部を流れる冷媒により超電導導体を冷却し、超電導導体を冷却した後の冷媒を冷却装置に戻して再び冷却する、といった手順で、冷却された冷媒を循環させることにより、超電導状態を維持する必要がある。
【０００４】
超電導ケーブルが交流電力を送電する送電線として用いられる場合、超電導ケーブルに外部から電流を流すための接続部分であるパワーリードを、超電導ケーブルの両端の２箇所に設ければ十分である。また、超電導ケーブルが送電線として用いられる場合、送電線は通常２回線以上敷設されるため、ある１回線に行きの冷媒が流れる往路を設け、他の回線に戻りの冷媒が流れる復路を設けることができる。
【０００５】
超電導ケーブルが電気鉄道のき電線として用いられる場合、超電導ケーブルが交流電力を送電する送電線として用いられる場合とは異なり、超電導導体のうち互いに間隔を空けて配置された複数の部分の各々とそれぞれ接続され、且つ、トロリ線に電力を供給する複数のパワーリードを設ける場合がある。また、超電導ケーブルがき電線として用いられる場合、き電線が通常１回線のみ敷設されるため、超電導ケーブルが送電線として用いられる場合のように、ある１回線に行きの冷媒が流れる往路を設け、他の回線に戻りの冷媒が流れる復路を設けることは困難である。そのため、き電線として用いられる超電導ケーブルが、内管と外管との二重管を備え、例えば内管の内部に行きの冷媒が流れる往路としての流路を設け、内管と外管との間に戻りの冷媒が流れる復路としての流路を設けることがある。
【０００６】
特開２０１３−１２５６４７号公報（特許文献１）には、超電導導体と、超電導導体を冷却する冷媒を流す冷媒往路及び冷媒復路を含む二以上の冷媒通路と、管内部に超電導導体と冷媒通路とが形成される断熱管とを有する超電導ケーブルにおいて、冷媒通路は、内管と外管との二重管によって、内管の内部空間に冷媒往路、内管と外管の間の空間に冷媒復路が形成される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１２５６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような内管と外管との二重管を備えた超電導ケーブルにおいては、例えば設置前の超電導ケーブルをドラムに巻回した状態で運搬する観点で、又は、超電導ケーブルを設置するスペースの設計の自由度の観点で、超電導ケーブル全体が可撓性を有することが望ましく、内管として可撓性を有するコルゲート管を用いることが望ましい。
【０００９】
しかし、コルゲート管よりなる内管の内周面は、凹凸を有する。そのため、内管の内部を冷媒が流れる際に、内管の内周面の凹凸により冷媒中に乱れが発生し、冷媒の圧力損失が発生する。このような場合、長尺の超電導ケーブルと冷却装置との間で冷媒を循環させるため、ポンプにより冷媒を圧縮する圧力を高くし、且つ、コルゲート管を含む超電導ケーブルの各部分の耐圧を高くする必要があり、き電線の設置コストが増大するか、又は超電導ケーブルの製造コストが増大する。
【００１０】
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、内管と外管とを備え、内管の内部に行きの冷媒が流れ、内管と外管との間に戻りの冷媒が流れる超電導ケーブルにおいて、可撓性を有し、且つ、内管の内部を冷媒が流れる際の冷媒の圧力損失を低減できる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】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
本発明の一態様としての超電導ケーブルは、超電導ケーブルコアと、内部に超電導ケーブルコアを収容する収容管部と、を備えている。超電導ケーブルコアは、第１コルゲート管と、第１コルゲート管よりも外周側に設けられた超電導導体と、第１コルゲート管の内部に収容され、平滑な内周面を有し、且つ、第１熱絶縁材料よりなる第１熱絶縁管と、を有する。第１熱絶縁管の内部に、超電導ケーブルコアを冷却する冷媒が流れる第１流路が形成され、第１コルゲート管の外周面と収容管部の内周面との間に、冷媒が流れる第２流路が形成されている。冷媒は、第１流路を、超電導ケーブルコアの長さ方向における第１の側から第１の側と反対側に向かって流れ、第１流路を流れた後の冷媒は、第２流路を、超電導ケーブルコアの長さ方向における第１の側と反対側から第１の側に向かって流れる。
【００１３】
また、他の一態様として、第１熱絶縁管の可撓性が、第１コルゲート管の可撓性よりも高くてもよい。
【００１４】
また、他の一態様として、第１コルゲート管は、超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、第１内径をそれぞれ有する複数の第１径部と、超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、第１内径よりも小さい第２内径をそれぞれ有する複数の第２径部と、を含み、複数の第１径部と複数の第２径部とは、超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って、１つずつ交互に配置されていてもよい。そして、第１熱絶縁管の外周面は、複数の第２径部の各々の内周面にほぼ接触していてもよい。
【００１５】
また、他の一態様として、第１熱絶縁管の外周面と複数の第１径部の各々の内周面との間に冷媒が貯留されてもよい。
【００１６】
また、他の一態様として、第１コルゲート管は、ステンレスよりなり、第１熱絶縁材料は、ポリテトラフルオロエチレンであってもよい。
【００１７】
また、他の一態様として、収容管部は、第２コルゲート管と、第２コルゲート管の内部に収容され、平滑な内周面を有し、且つ、第２熱絶縁材料よりなる第２熱絶縁管と、を有してもよい。超電導ケーブルコアは、第２熱絶縁管の内部に収容され、第２流路は、第１コルゲート管の外周面と第２熱絶縁管の内周面との間に形成されていてもよい。
【００１８】
また、他の一態様として、第２熱絶縁管の可撓性が、第１コルゲート管の可撓性、及び、第２コルゲート管の可撓性のいずれよりも高くてもよい。
【００１９】
また、他の一態様として、第２コルゲート管は、超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、第３内径をそれぞれ有する複数の第３径部と、超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って配列され、且つ、第３内径よりも小さい第４内径をそれぞれ有する複数の第４径部と、を含み、複数の第３径部と複数の第４径部とは、超電導ケーブルコアの長さ方向に沿って、１つずつ交互に配置されていてもよい。そして、第２熱絶縁管の外周面は、複数の第４径部の各々の内周面にほぼ接触していてもよい。
【００２０】
また、他の一態様として、第２熱絶縁管の外周面と複数の第３径部の各々の内周面との間に冷媒が貯留されてもよい。
【００２１】
また、他の一態様として、第２コルゲート管は、ステンレスよりなり、第２熱絶縁材料は、ポリテトラフルオロエチレンであってもよい。
【００２２】
また、他の一態様として、収容管部は、内部に収容された超電導ケーブルコアを外部から断熱する断熱管部であり、断熱管部は、内部に第２コルゲート管を収容する収容管を有し、第２コルゲート管の外周面と収容管の内周面との間の空間は、真空排気されてもよい。
【００２３】
また、他の一態様として、超電導ケーブルコアは、第１コルゲート管の外周面を覆い、且つ、第３熱絶縁材料よりなる熱絶縁層を有し、超電導導体は、熱絶縁層よりも外周側に設けられていてもよい。
【００２４】
また、他の一態様として、超電導導体は、熱絶縁層よりも外周側に設けられた第１超電導層と、第１超電導層を覆う電気絶縁層と、電気絶縁層よりも外周側に設けられた第２超電導層と、を含んでもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様を適用することで、内管と外管とを備え、内管の内部に行きの冷媒が流れ、内管と外管との間に戻りの冷媒が流れる超電導ケーブルが、可撓性を有し、且つ、内管の内部を冷媒が流れる際の冷媒の圧力損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態の超電導ケーブルの一例の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態の超電導ケーブルの一例の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】実施の形態の超電導ケーブルの一例の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】比較例の超電導ケーブルの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】実施の形態の超電導ケーブル及び冷却装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】実施の形態の変形例の超電導ケーブルの構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態及び変形例について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【００２９】
また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【００３０】
更に、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。
【００３１】
（実施の形態）
＜超電導ケーブル＞
以下、本発明の一実施形態としての実施の形態の超電導ケーブルについて、比較例の超電導ケーブルと比較しながら説明する。なお、本実施の形態の超電導ケーブルは、鉄道車両としての電気車に電力を供給するき電線などに用いられる。
【００３２】
図１は、実施の形態の超電導ケーブルの一例の構成を模式的に示す斜視図である。図２及び図３は、実施の形態の超電導ケーブルの一例の構成を模式的に示す断面図である。図３は、図２の一部分を拡大した拡大図である。図４は、比較例の超電導ケーブルの構成を模式的に示す断面図である。
【００３３】
まず、図１乃至図３に示す本実施の形態の超電導ケーブル１のうち、図４に示す比較例の超電導ケーブル１０１と同様の部分について説明する。
【００３４】
本実施の形態の超電導ケーブル１は、超電導ケーブルコア２と、断熱管部３と、を備える。断熱管部３は、内部に超電導ケーブルコア２を収容する収容管部であり、好適には、内部に収容された超電導ケーブルコア２を外部から断熱する。
【００３５】
超電導ケーブルコア２は、コルゲート管１１と、コルゲート管１１よりも外周側に設けられた超電導導体１２と、を有する。
【００３６】
コルゲート管は、波形形状又は蛇腹形状を有し、金属管を波形加工することにより形成され、波形管又は蛇腹管とも称される。従って、コルゲート管１１は、超電導ケーブルコア２の長さ方向に沿って配列され、且つ、内径ＩＤ１１を有する複数の径部（山部）１１ａと、超電導ケーブルコア２の長さ方向に沿って配列され、且つ、内径ＩＤ１１よりも小さい内径ＩＤ１２をそれぞれ有する複数の径部（谷部）１１ｂと、を含む。複数の径部１１ａと複数の径部１１ｂとは、超電導ケーブルコア２の長さ方向に沿って、１つずつ交互に配置されている。
【００３７】
これにより、コルゲート管１１を最小曲げ半径以上の半径を有するように曲げることができ、コルゲート管１１は可撓性を有する。なお、本願明細書において、コルゲート管１１が可撓性を有するとは、例えばコルゲート管１１の最小曲げ半径が、コルゲート管１１の径部１１ｂの内径ＩＤ１２の２０倍程度以下であることを意味する。
【００３８】
コルゲート管１１として、上記したように可撓性を有し、且つ、剛性を有していればよく、例えば金属よりなるものを用いることができるが、例えばステンレスよりなるものを用いることが望ましい。ステンレスとは、ステンレス鋼とも称され、鉄を主成分（５０ｍａｓｓ％以上）とし、クロムを１０．５ｍａｓｓ％以上含有する錆びにくい合金鋼を意味する。ステンレスとして、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト二相ステンレス鋼、又は、析出硬化ステンレス鋼を用いることができる。
【００３９】
なお、超電導ケーブルコア２が、コルゲート管１１に代えて可撓性を有しない管を有する場合、長尺の超電導ケーブルをドラムに巻回したときに管が不均一に変形して超電導導体１２に応力が加えられることにより、超電導導体１２の例えば臨界電流等の超電導特性が劣化するおそれがある。一方、超電導ケーブルコア２が、可撓性を有するコルゲート管１１を有する場合、長尺の超電導ケーブルをドラムに巻回したときにコルゲート管１１が不均一に変形して超電導導体１２に応力が加えられることを防止又は抑制することができ、超電導導体１２の超電導特性が劣化することを防止又は抑制することができる。
【００４０】
図１乃至図３に示すように、超電導ケーブルコア２は、コルゲート管１１の外周面を覆い、且つ、熱絶縁材料よりなる熱絶縁層１３を有してもよい。このような場合、超電導導体１２は、熱絶縁層１３よりも外周側に設けられる。即ち、超電導導体１２は、コルゲート管１１の外周面に、熱絶縁層１３を介して設けられる。なお、熱絶縁層１３は超電導導体１２の外周側に設けることも可能である。
【００４１】
好適には、熱絶縁層１３は、絶縁紙とポリプロピレンフィルムなどを接合した半合成紙、又は、ポリテトラフルオロエチレン（Polytetrafluoroethylene：ＰＴＦＥ）若しくはナイロンよりなる。即ち、好適には、熱絶縁層１３の熱絶縁材料は、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンである。ポリテトラフルオロエチレン及びナイロンは、熱絶縁性に優れ、安価であり、容易に入手することができる。また、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンよりなる熱絶縁層１３は、可撓性を有する。また、ポリテトラフルオロエチレン及びナイロンよりなる熱絶縁層１３は、滑りやすく、冷却による熱収縮が生じても熱絶縁層１３よりも外周側に設けられた超電導導体１２を滑らすことができ、熱絶縁層１３により超電導導体１２に応力が印加されることを防止又は抑制することができる。
【００４２】
超電導導体１２は、熱絶縁層１３よりも外周側に設けられた超電導層１４と、超電導層１４を覆う電気絶縁層１５と、電気絶縁層１５よりも外周側に設けられたシールド超電導層１６と、シールド超電導層１６を覆う電気絶縁層１７と、電気絶縁層１７よりも外周側に設けられた導体保護層１８と、を含んでもよい。
【００４３】
超電導層１４は、超電導ケーブル１をき電線として動作させる場合には、送電電流としての超電導電流が流れる部分である。シールド超電導層１６は、既存の鉄道システムではレールを介して変電所等に電流を戻しているが、その電流が流れる部分、或いはシールド電流が流れる部分となる。例えば超電導層１４に流す超電導電流と逆向きの超電導電流をシールド超電導層１６に流して磁界を発生させることにより、超電導層１４に超電導電流を流して発生させた磁界がシールド超電導層１６よりも外周側に印加されることを防止又は抑制する。或いは、シールド超電導層１６は、シールド超電導層１６よりも外周側の磁界が超電導層１４に印加されることを防止又は抑制するものでもよい。
【００４４】
熱絶縁層１３は、コルゲート管１１と超電導導体１２との間を熱的に絶縁し、電気絶縁層１５は、超電導層１４とシールド超電導層１６との間を電気的に絶縁し、電気絶縁層１７は、超電導導体１２を外部から電気的に絶縁し、導体保護層１８は、超電導導体１２を外部から機械的に保護する。
【００４５】
超電導層１４は、コルゲート管１１を中心として熱絶縁層１３よりも外周側に設けられた複数の超電導線材、例えばコルゲート管１１の周りに熱絶縁層１３を介して螺旋状に巻回された複数の超電導線材により形成される。超電導層１４を形成する複数の超電導線材として、例えばテープ状の金属基体上に中間層、超電導層及び保護層が順に形成されたものを用いることができる。
【００４６】
電気絶縁層１５は、例えばコルゲート管１１の周りに、超電導層１４を覆うように巻回された絶縁紙、又は、絶縁紙とポリプロピレンフィルムなどを接合した半合成紙により形成される。
【００４７】
シールド超電導層１６は、コルゲート管１１を中心として電気絶縁層１５よりも外周側に設けられた複数の超電導線材、例えばコルゲート管１１の周りに電気絶縁層１５を介して螺旋状に巻回された複数の超電導線材により形成される。シールド超電導層１６を形成する複数の超電導線材として、超電導層１４と同様に、例えばテープ状の金属基体上に中間層、超電導層及び保護層が順に形成されたものを用いることができる。
【００４８】
電気絶縁層１７は、例えばコルゲート管１１の周りに、シールド超電導層１６を覆うように巻回された絶縁紙、又は、絶縁紙とポリプロピレンフィルムなどを接合した半合成紙により形成される。
【００４９】
導体保護層１８は、例えばコルゲート管１１の周りに、電気絶縁層１７を覆うように巻回された絶縁紙、又は、高分子不織布等により形成される。
【００５０】
このような超電導導体１２の構造によれば、超電導層１４及びシールド超電導層１６が、コルゲート管１１よりも外周側に設けられる。そのため、超電導層１４及びシールド超電導層１６に、超電導ケーブルコア２の長さ方向における途中の位置において、パワーリードを容易に接続することができる。
【００５１】
断熱管部３は、コルゲート管２１と、コルゲート管２１を収容する収容管２２を有してもよい。このような場合、収容管２２の内周面とコルゲート管２１の外周面との間の空間ＳＰ１は、真空排気されることができる。これにより、断熱管部３の内部に収容された超電導ケーブルコア２を外部から断熱することができる。
【００５２】
コルゲート管２１は、超電導ケーブルコア２の長さ方向に沿って配列され、且つ、内径ＩＤ２１を有する複数の径部（山部）２１ａと、超電導ケーブルコア２の長さ方向に沿って配列され、且つ、内径ＩＤ２１よりも小さい内径ＩＤ２２をそれぞれ有する複数の径部（谷部）２１ｂと、を含む。複数の径部２１ａと複数の径部２１ｂとは、超電導ケーブルコア２の長さ方向に沿って、１つずつ交互に配置されている。
【００５３】
これにより、コルゲート管２１を最小曲げ半径以上の半径を有するように曲げることができ、コルゲート管２１は可撓性を有する。コルゲート管２１の可撓性の意味は、コルゲート管１１の可撓性の意味と同様に定義することができる。また、コルゲート管２１として、コルゲート管１１と同様に、上記したように可撓性を有し、且つ、剛性を有していればよく、例えば金属よりなるものを用いることができるが、例えばステンレスよりなるものを用いることが望ましい。
【００５４】
本実施の形態の超電導ケーブル１でも、比較例の超電導ケーブル１０１でも、コルゲート管１１の内部に、超電導ケーブルコア２を冷却する冷媒が流れる流路ＦＰ１が形成され、コルゲート管１１の外周面とコルゲート管２１即ち断熱管部３の内周面との間に、冷媒が流れる流路ＦＰ２が形成される。流路ＦＰ１は、冷却装置から送られて超電導ケーブル１に導入された後、断熱管部３の第１の側の端部３２（後述する図５参照）から断熱管部３の第１の側と反対側の端部３３（後述する図５参照）まで行く行きの冷媒が流れる往路としての流路である。流路ＦＰ２は、超電導ケーブル１から排出されて冷却装置に戻るために、断熱管部３の端部３３から断熱管部３の端部３２に向かって戻る戻りの冷媒が流れる復路としての流路である。
【００５５】
また、本実施の形態の超電導ケーブル１でも、比較例の超電導ケーブル１０１でも、冷媒は、コルゲート管１１の内部に形成された流路ＦＰ１を、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側の端部ＥＰ１（後述する図５参照）から、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側と反対側の端部ＥＰ２（後述する図５参照）に向かって、即ち図１、図２及び図４に示す方向ＤＲ１に向かって、流れる。そして、流路ＦＰ１を流れた後の冷媒は、コルゲート管１１の外周面とコルゲート管２１即ち断熱管部３の内周面との間に形成された流路ＦＰ２を、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側と反対側の端部ＥＰ２から超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側の端部ＥＰ１に向かって、即ち図１、図２及び図４に示す方向ＤＲ２に向かって、流れる。このとき、超電導導体１２は、復路としての流路ＦＰ２の内部に収容されているため、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒により主に冷却される。即ち、超電導導体１２は、リターンフロー冷却により冷却される。
【００５６】
前述したように、超電導ケーブルが電気鉄道のき電線として用いられる場合、超電導ケーブルが交流電力を送電する送電線として用いられる場合とは異なり、超電導導体のうち互いに間隔を空けて配置された複数の部分の各々とそれぞれ接続され、且つ、トロリ線に電力を供給する複数のパワーリードを設ける場合もある。そのため、き電線として用いられる超電導ケーブルは、超電導ケーブルから電流を容易に分岐可能な構造を有する必要があり、送電線として用いられる超電導ケーブルとは異なる構造を有する。
【００５７】
また、超電導ケーブルがき電線として用いられる場合、き電線が通常１回線のみ敷設されるため、超電導ケーブルが送電線として用いられる場合のように、ある１回線に行きの冷媒が流れる往路を設け、他の回線に戻りの冷媒が流れる復路を設けることは困難である。更に、き電線として用いられる超電導ケーブルでは、直流電力が供給されるため、三相交流電力が供給される超電導ケーブルのように、ある一相の超電導ケーブルに行きの冷媒が流れる往路を設け、他の二相の超電導ケーブルに戻りの冷媒が流れる復路を設けることも困難である。例えば冷媒の冷熱を行きの冷媒が流れる往路のみでしか利用できない場合には、冷媒の冷熱を有効に利用できないことになる。
【００５８】
このように、き電線として用いられる超電導ケーブルにおいて冷媒が流れる流路の構造は、送電線として用いられる超電導ケーブルにおける流路の構造と異なる場合がある。即ち、き電線として用いられる超電導ケーブルを冷却する冷却装置は、送電線として用いられる超電導ケーブルを冷却する冷却装置の構造と異なる構造を有する場合がある。
【００５９】
なお、戻りの冷媒が流れる復路が設けられる回線を別途設けることなく、超電導ケーブルコアを互いに並行させて２本以上設け、例えば１本の超電導ケーブルコアに往路を設け、他の超電導ケーブルコアに復路を設けて、冷媒の冷熱を有効利用する方法も考えられる。しかし、このような場合には、超電導ケーブルコアを１本だけ設ければ済む区間でも、超電導ケーブルコアを２本以上設けることになるため、超電導ケーブルの設置コストが増大することに加え、超電導ケーブルの径方向の幅寸法が大きくなり、構造も複雑となるため、現実的ではない。
【００６０】
一方、本実施の形態の超電導ケーブル１でも、比較例の超電導ケーブル１０１でも、前述したように、冷媒が、コルゲート管１１の内部を、方向ＤＲ１に向かって流れた後、コルゲート管１１の外周面と断熱管部３の内周面との間を、方向ＤＲ２に向かって流れる。また、超電導導体１２は、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒により冷却され、所謂リターンフロー冷却により冷却される。これにより、１本の超電導ケーブルを設置するだけで冷媒の冷熱を冷媒の行き及び戻りの２回に亘って利用することができる。また、超電導ケーブルの構造を単純なものとすることができる。そのため、冷媒を循環させるために超電導ケーブル又は超電導ケーブルコアを２本以上設ける場合に比べれば、超電導ケーブルの製造コストを削減し、設置コストを削減することができる。
【００６１】
また、コルゲート管１１が可撓性を有することにより、例えば設置前の超電導ケーブルをドラムに巻回した状態で運搬ができるので、超電導ケーブルの設置コストを低減することができる。また、コルゲート管１１が可撓性を有することにより、超電導ケーブルを最小曲げ半径に略等しい曲げ半径でも曲げることができ、超電導ケーブルを設置するスペースの設計の自由度が増加するので、超電導ケーブルの設置コストを低減することができる。
【００６２】
また、本実施の形態の超電導ケーブル１においても、比較例の超電導ケーブル１０１においても、超電導ケーブルから電流を容易に分岐可能な構造を有し、超電導ケーブルに沿って互いに間隔を空けて配置された複数の部分の各々とそれぞれ接続され、且つ、トロリ線に電力を供給する複数のパワーリードを、容易に設けることができる。そのため、本実施の形態の超電導ケーブル１も、比較例の超電導ケーブル１０１も、送電線として用いられる超電導ケーブルとは異なる構造を有し、き電線として用いられるのに適している。
【００６３】
また、本実施の形態の超電導ケーブル１においても、比較例の超電導ケーブル１０１においても、超電導ケーブルコア２を１本だけ設けるだけで、行きの冷媒が流れる往路と、戻りの冷媒が流れる復路と、を設けることができる。そのため、超電導ケーブルの設置コストを削減することができ、超電導ケーブルの径方向の幅寸法を小さくすることができ、構造も単純なものにすることができる。
【００６４】
次に、本実施の形態の超電導ケーブル１のうち、比較例の超電導ケーブル１０１と異なる部分について、比較例の超電導ケーブル１０１と比較しながら説明する。
【００６５】
本実施の形態の超電導ケーブル１では、図１及び図２に示すように、超電導ケーブルコア２は、コルゲート管１１の内部に収容され、平滑な内周面を有し、且つ、熱絶縁材料よりなる熱絶縁管２３を有するが、比較例の超電導ケーブル１０１では、図４に示すように、超電導ケーブルコア２は、熱絶縁管２３（図１及び図２参照）を有しない。
【００６６】
前述したように、コルゲート管１１は、１つずつ交互に配置された複数の径部（山部）１１ａと複数の径部（谷部）１１ｂとを含み、コルゲート管１１の内周面が凹凸を有する。即ちコルゲート管１１は、平滑な内周面を有しない。そのため、比較例の超電導ケーブル１０１では、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒は、コルゲート管１１の内周面の凹凸に沿って流れることになり、往路としての流路ＦＰ１を冷媒が流れる際に、コルゲート管１１の内周面の凹凸により冷媒中に乱れが発生する。
【００６７】
冷媒として、ポンプにより例えば１ＭＰａ程度の高い圧力に圧縮された冷媒が、断熱管部３の端部３２（後述する図５参照）に導入された後、流路ＦＰ１即ちコルゲート管１１の内部を、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１（後述する図５参照）から端部ＥＰ２（後述する図５参照）に向かって流れる。しかし、上記したようにコルゲート管１１の内周面が凹凸を有するため、流路ＦＰ１即ちコルゲート管１１の内部を流れる冷媒中に乱れが発生し、冷媒の圧力損失が発生する。
【００６８】
従って、比較例では、長尺の超電導ケーブルと冷却装置との間で冷媒を循環させるため、ポンプにより冷媒を圧縮する圧力を高くし、且つ、コルゲート管１１を含む超電導ケーブルの各部分の耐圧を高くする必要があり、き電線の設置コストが増大するか、又は、超電導ケーブルの製造コストが増大する。
【００６９】
また、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒とコルゲート管１１との間で熱交換がされやすい場合、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１（後述する図５参照）から離れるほど、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒の温度の上昇が大きくなり、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒により超電導導体１２を冷却する効率が低下する。そのため、例えば、復路としての流路ＦＰ２を流れた後、超電導ケーブルから排出されて冷却装置に戻された冷媒が、冷却装置により冷却される温度をより低く設定する必要があること等により、超電導ケーブルの設置コストが増大するか、又は、超電導導体１２を十分に冷却できないおそれがある。
【００７０】
一方、本実施の形態の超電導ケーブル１では、超電導ケーブルコア２は、コルゲート管１１の内部に収容され、平滑な内周面を有し、熱絶縁材料よりなる熱絶縁管２３を有する。熱絶縁管２３は、コルゲート管１１の内周面を平滑化する内周面平滑化部材である。
【００７１】
また、本実施の形態では、コルゲート管１１の内部に超電導ケーブルコア２を冷却する冷媒が流れる流路ＦＰ１が形成される点において、比較例と同様であるものの、流路ＦＰ１が、熱絶縁管２３の外周面とコルゲート管１１の内周面との間ではなく、熱絶縁管２３の内部に形成される点において、比較例と異なる。
【００７２】
なお、コルゲート管１１の外周面とコルゲート管２１即ち断熱管部３の内周面との間に、冷媒が流れる流路ＦＰ２が形成される点においては、本実施の形態の超電導ケーブル１は、比較例の超電導ケーブル１０１と同様である。また、流路ＦＰ１は、冷却装置から送られて超電導ケーブル１に導入された行きの冷媒が流れる往路としての流路であり、流路ＦＰ２は、超電導ケーブル１から排出されて冷却装置に戻る戻りの冷媒が流れる復路としての流路である。なお、往路と復路は逆にしても成立する。
【００７３】
そのため、本実施の形態では、比較例と異なり、冷媒は、熱絶縁管２３の内部に形成された流路ＦＰ１を、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側の端部ＥＰ１（後述する図５参照）から、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側と反対側の端部ＥＰ２（後述する図５参照）に向かって、即ち図１及び図２に示す方向ＤＲ１に向かって、流れる。
【００７４】
なお、本実施の形態において、流路ＦＰ１を流れた後の冷媒が、コルゲート管１１の外周面とコルゲート管２１即ち断熱管部３の内周面との間に形成された流路ＦＰ２を、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ２から超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１に向かって、即ち図１及び図２に示す方向ＤＲ２に向かって、流れるのは、比較例と同様である。
【００７５】
このような場合、流路ＦＰ１を冷媒が流れる際に、熱絶縁管２３の内周面に凹凸が無いので、冷媒中に乱れが発生することを防止又は抑制することができ、流路ＦＰ１を流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。従って、長尺の超電導ケーブルと冷却装置との間で冷媒を循環させる場合でも、ポンプにより冷媒を圧縮する圧力を高くする必要が少なくなり、コルゲート管１１を含む超電導ケーブルの各部分の耐圧を高くする必要が少なくなる。よって、き電線の設置コストを削減することができ、超電導ケーブルの製造コストを削減することができる。
【００７６】
即ち、本実施の形態によれば、超電導ケーブルが内管と外管とを備え、内管の内部に行きの冷媒が流れ、内管の外周面と外管の内周面との間に戻りの冷媒が流れる場合でも、内管としてのコルゲート管１１の内部に収容された熱絶縁管２３の内部を行きの冷媒が流れるので、超電導ケーブルが可撓性を有し、且つ、コルゲート管１１の内部を冷媒が流れる際の冷媒の圧力損失を低減することができる。
【００７７】
また、熱絶縁管２３が熱絶縁材料よりなる場合、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒とコルゲート管１１との間で熱交換がされにくくなる。そのため、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１（後述する図５参照）から離れた位置でも、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒の温度の上昇を抑制することができ、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒により超電導導体１２を冷却する効率を向上させることができる。従って、例えば、復路としての流路ＦＰ２を流れた後、超電導ケーブルから排出されて冷却装置に戻された冷媒が、冷却装置により冷却される温度をより高く設定できること等により、超電導ケーブルの設置コストを削減することができるか、又は、超電導導体１２を十分に冷却することができる。
【００７８】
好適には、熱絶縁管２３は、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンなどよりなる。即ち、好適には、熱絶縁管２３の熱絶縁材料は、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンである。前述したように、ポリテトラフルオロエチレン及びナイロンは、熱絶縁性に優れ、安価であり、容易に入手することができる。また、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンよりなる熱絶縁管２３は、可撓性を有する。また、ポリテトラフルオロエチレン及びナイロンよりなる熱絶縁管２３は、滑りやすく、冷却による熱収縮が生じても熱絶縁管２３よりも外周側に設けられたコルゲート管１１を滑らすことができ、熱絶縁管２３によりコルゲート管１１に応力が印加されることを防止又は抑制することができる。
【００７９】
好適には、熱絶縁管２３は、可撓性を有し、熱絶縁管２３の可撓性が、コルゲート管１１の可撓性よりも高い。即ち、熱絶縁管２３の最小曲げ半径は、コルゲート管１１の最小曲げ半径よりも小さい。これにより、熱絶縁管２３を、コルゲート管１１の最小曲げ半径に略等しい曲げ半径で曲げた場合でも、当該曲げ半径が熱絶縁管２３の最小曲げ半径よりも小さくならないようにすることができる。
【００８０】
好適には、熱絶縁管２３の外周面は、コルゲート管１１が含む複数の径部１１ｂの各々の内周面にほぼ接触している。即ち、熱絶縁管２３の外径は、複数の径部１１ｂの各々の内径ＩＤ１２に略等しい。これにより、コルゲート管１１の内部に収容される熱絶縁管２３の内径を最大にすることができるので、流路ＦＰ１の、超電導ケーブルコア２の長さ方向に垂直な断面積を大きくすることができ、流路ＦＰ１を流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。
【００８１】
好適には、熱絶縁管２３の外周面と、コルゲート管１１が含む複数の径部１１ａの各々の内周面との間に冷媒が貯留若しくは滞留又はほぼ流れのない状態が実現される。冷媒が液体窒素である場合、流れていない冷媒即ち液体窒素の熱伝導率は、約０．１５（Ｗ／ｍ／Ｋ）であり、例えばポリテトラフルオロエチレンの熱伝導率と略同程度に小さい。そのため、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒がコルゲート管１１を介してコルゲート管１１よりも外周側に設けられた超電導導体１２等と熱交換することを防止又は抑制することができる。従って、超電導ケーブルが長尺である場合でも、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１（後述する図５参照）から超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ２（後述する図５参照）まで冷媒が往路として流路ＦＰ１を流れる際に、流路ＦＰ１を流れる冷媒の温度の上昇を抑制することができる。
【００８２】
なお、超電導ケーブルコア２は、熱絶縁管２３に代えて、コルゲート管１１の内部に収容され、平滑化された内周面を有し、熱絶縁材料よりなり、且つ、コルゲート管１１の内周面を平滑化する内周面平滑化部材を有してもよい。即ち、コルゲート管１１の内部に何も設けられない場合に比べて、コルゲート管１１の内周面の凹凸を少しでも少なくすることができればよいので、内周面平滑化部材は、管状形状を有しなくてもよい。従って、内周面平滑化部材は、超電導ケーブルコア２の長さ方向に垂直な断面形状が例えばＣ字形状又はＵ字形状を有するものでもよく、超電導ケーブルコア２の長さ方向に垂直な断面形状が例えば中心軸を挟んで径方向に互いに対向配置された２枚の板状部材と、それらの２枚の板状部材を接続して固定する固定部材と、を有する略Ｈ字形状を有するものでもよい。或いは、内周面平滑化部材は、熱絶縁管２３の周側面の一部が除去されて管状形状を有さなくなっているものでもよい。
【００８３】
＜超電導ケーブルの製造方法＞
図１乃至図３に示すような本実施の形態の超電導ケーブルの製造方法では、まず、熱絶縁管２３を芯材として、熱絶縁管２３の周りにコルゲート管１１を形成する。次に、コルゲート管１１を芯材として、コルゲート管１１の外周面を覆い、且つ、熱絶縁材料よりなる熱絶縁層１３を形成する。
【００８４】
次に、例えば複数の超電導線材を、コルゲート管１１の周りに熱絶縁層１３を介して螺旋状に巻き付ける、即ち巻回することにより、複数の超電導線材よりなる超電導層１４を、熱絶縁層１３よりも外周側に形成する。
【００８５】
次に、例えばコルゲート管１１の周りに、超電導層１４を覆うように絶縁紙等を巻き付ける、即ち巻回することにより、超電導層１４を覆う電気絶縁層１５を形成する。
【００８６】
次に、例えば超電導線材を、コルゲート管１１の周りに電気絶縁層１５を介して螺旋状に巻き付ける、即ち巻回することにより、複数の超電導線材よりなるシールド超電導層１６を、電気絶縁層１５よりも外周側に形成する。
【００８７】
次に、例えばコルゲート管１１の周りに、シールド超電導層１６を覆うように絶縁紙等を巻き付ける、即ち巻回することにより、シールド超電導層１６を覆う電気絶縁層１７を形成する。
【００８８】
次に、例えばコルゲート管１１の周りに、電気絶縁層１７を覆うように絶縁紙等を巻き付ける、即ち巻回することにより、電気絶縁層１７よりも外周側に導体保護層１８を形成する。
【００８９】
これにより、中心側から外周側に向かって順に、熱絶縁管２３、コルゲート管１１、熱絶縁層１３、超電導層１４、電気絶縁層１５、シールド超電導層１６、電気絶縁層１７及び導体保護層１８を有する超電導ケーブルコア２が形成される。
【００９０】
次に、超電導ケーブルコア２を収容するコルゲート管２１の内部に、超電導ケーブルコア２を挿入する。次に、コルゲート管２１を収容する収容管２２の内部にコルゲート管２１を挿入することにより、コルゲート管２１及び収容管２２を有する断熱管部３を形成し、超電導ケーブルコア２及び断熱管部３を備えた超電導ケーブル１を形成する。
【００９１】
＜冷却装置＞
次に、本実施の形態の超電導ケーブルを冷却する冷却装置について説明する。図５は、実施の形態の超電導ケーブル及び冷却装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、図５では、理解を簡単にするために、超電導導体１２が含む各層のうち、電気絶縁層１７及び導体保護層１８（図２参照）の図示を省略している。また、図５では、理解を簡単にするために、コルゲート管１１及びコルゲート管２１の波形形状の図示を省略している。なお、超電導ケーブルとして、本実施の形態の超電導ケーブル１に代えて、後述する実施の形態の変形例の超電導ケーブル１ａ（図６参照）を用いることもできる。
【００９２】
図５に示すように、本実施の形態の超電導ケーブル１の断熱管部３は、本体部３１と、本体部３１よりも超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側に配置された端部３２と、本体部３１よりも超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側と反対側に配置された端部３３と、を有する。本体部３１の内部には、超電導ケーブルコア２が収容される。超電導ケーブルコア２は、超電導ケーブルコア２の径方向における中心側から外周側に向かって順次配置された、熱絶縁管２３、コルゲート管１１、熱絶縁層１３、超電導層１４、電気絶縁層１５及びシールド超電導層１６を有する。断熱管部３の端部３２には、例えば液体窒素（ＬＮ２）よりなる冷媒が導入される。なお、断熱管部３は、コルゲート管２１と、収容管２２と、を有する。
【００９３】
また、超電導ケーブルコア２は、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側、即ち断熱管部３の端部３２側に配置された端部ＥＰ１と、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側と反対側、即ち断熱管部３の端部３３側に配置された端部ＥＰ２と、を有する。
【００９４】
断熱管部３の端部３３では、冷媒が折り返される。断熱管部３の端部３２及び３３には、超電導ケーブル１に外部から電流を流すための接続部分であるパワーリード３４及び３５が設けられている。なお、パワーリード３４及び３５は、断熱管部３の本体部３１にも設けられてもよい。断熱管部３の端部３２には、断熱管部３の端部３２に冷媒を導入するための配管３７が接続され、流路ＦＰ２の超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１側の末端近傍には、流路ＦＰ２の超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１側の末端近傍から冷媒を排出するための配管３８が接続されている。
【００９５】
配管３７の一端は、前述したように断熱管部３の端部３２に接続され、配管３７の他端は、例えば冷凍機（図示は省略）により冷却された液体窒素が貯留された貯留タンク（図示は省略）内に設けられた熱交換器３９の出口に接続されている。配管３８の一端は、前述したように流路ＦＰ２の超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１側の末端近傍に接続され、配管３８の他端は、循環ポンプ４１の入口に接続され、循環ポンプ４１の出口は、熱交換器３９の入口に接続されている。これにより、循環ポンプ４１、熱交換器３９、配管３７、断熱管部３の端部３２、流路ＦＰ１、断熱管部３の端部３３、流路ＦＰ２、配管３８、循環ポンプ４１の順に循環する循環回路ＣＣ１が形成される。なお、熱交換器は循環ポンプの手前にも設置することが可能である。
【００９６】
超電導ケーブルコア２を冷却する際は、循環ポンプ４１を駆動することにより、循環回路ＣＣ１内に満たされた液体窒素よりなる冷媒が循環回路ＣＣ１内を、循環ポンプ４１、熱交換器３９、配管３７、断熱管部３の端部３２、流路ＦＰ１、断熱管部３の端部３３、流路ＦＰ２、配管３８、循環ポンプ４１の順に循環する。なお、前述したように、冷媒は、流路ＦＰ１を方向ＤＲ１に向かって流れ、流路ＦＰ２を方向ＤＲ２に向かって流れる。この循環の際に、循環回路ＣＣ１内の液体窒素よりなる冷媒は、熱交換器３９で、例えば貯留タンク（図示は省略）内に貯留され、冷凍機（図示は省略）により冷却された液体窒素と熱交換することによって、冷却される。熱交換器３９での熱交換により冷却された循環回路ＣＣ１内の液体窒素よりなる冷媒が流路ＦＰ１及び流路ＦＰ２を流れることにより、超電導ケーブルコア２が冷却される。
【００９７】
また、循環回路ＣＣ１内の冷媒が流路ＦＰ１及び流路ＦＰ２を流れる際に、前述したように、内管としてのコルゲート管１１の内部に収容された熱絶縁管２３の内部を行きの冷媒が流れるので、超電導ケーブルが可撓性を有し、且つ、コルゲート管１１の内部を冷媒が流れる際の冷媒の圧力損失を低減することができる。よって、前述したように、き電線の設置コストを削減することができ、超電導ケーブルの製造コストを削減することができる。
【００９８】
＜超電導ケーブルの変形例＞
次に、本実施の形態の超電導ケーブルの変形例について説明する。図６は、実施の形態の変形例の超電導ケーブルの構成を模式的に示す断面図である。
【００９９】
図６に示すように、本変形例の超電導ケーブル１ａでは、好適には、断熱管部３は、コルゲート管２１の内部に収容され、平滑な内周面を有し、且つ、熱絶縁材料よりなる熱絶縁管４３を有する。熱絶縁管４３は、コルゲート管２１の内周面を平滑化する内周面平滑化部材である。また、超電導ケーブルコア２は、熱絶縁管４３の内部に収容されている。
【０１００】
また、本変形例では、コルゲート管１１の外周面とコルゲート管２１の内周面との間に冷媒が流れる流路ＦＰ２が形成される点において、実施の形態と同様であるものの、流路ＦＰ２が、熱絶縁管４３の外周面とコルゲート管２１の内周面との間ではなく、コルゲート管１１の外周面と熱絶縁管４３の内周面との間に形成される点において、実施の形態と異なる。なお、コルゲート管１１の内部に超電導ケーブルコア２を冷却する冷媒が流れる流路ＦＰ１が形成される点においては、本変形例の超電導ケーブル１ａは、実施の形態の超電導ケーブル１と同様である。
【０１０１】
そのため、本変形例では、実施の形態と異なり、流路ＦＰ１を流れた後の冷媒は、コルゲート管１１の外周面と熱絶縁管４３の内周面との間に形成された流路ＦＰ２を、超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側と反対側の端部ＥＰ２（図５参照）から超電導ケーブルコア２の長さ方向における第１の側の端部ＥＰ１（図５参照）に向かって、即ち図６に示す方向ＤＲ２に向かって流れる。
【０１０２】
なお、本変形例の超電導ケーブル１ａにおいて、流路ＦＰ２を流れる前の冷媒が、熱絶縁管２３の内部に形成された流路ＦＰ１を、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１から、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ２に向かって、即ち図６に示す方向ＤＲ１に向かって流れるのは、実施の形態の超電導ケーブル１と同様である。
【０１０３】
このような場合、冷媒が流路ＦＰ２を流れる際に、熱絶縁管４３の内周面に凹凸が無いので、冷媒中に乱れが発生することを防止又は抑制することができ、流路ＦＰ２を流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。従って、長尺の超電導ケーブルと冷却装置との間で冷媒を循環させる場合でも、ポンプにより冷媒を圧縮する圧力を高くする必要が実施の形態に比べて更に少なくなり、超電導ケーブルの各部分の耐圧を高くする必要が実施の形態に比べて更に少なくなる。よって、実施の形態に比べて更に、き電線の設置コストを更に削減することができ、実施の形態に比べて更に、超電導ケーブルの製造コストを更に削減することができる。
【０１０４】
また、熱絶縁管４３が熱絶縁材料よりなる場合、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒とコルゲート管２１との間で熱交換がされにくくなる。そのため、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒の温度の上昇を実施の形態に比べて抑制することができ、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒により超電導導体１２等を冷却する効率を実施の形態に比べて更に向上させることができる。従って、例えば復路としての流路ＦＰ２を流れた後、超電導ケーブルから排出されて冷却装置に戻された冷媒が冷却装置により冷却される温度を実施の形態に比べて更に高く設定できる等、超電導ケーブルの設置コストを実施の形態に比べて更に削減することができるか、又は、超電導ケーブルを実施の形態に比べて更に十分に冷却することができる。
【０１０５】
好適には、熱絶縁管４３は、熱絶縁管２３と同様に、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンよりなる。即ち、好適には、熱絶縁管４３の熱絶縁材料は、熱絶縁管２３の熱絶縁材料と同様に、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンである。このような場合、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンよりなる熱絶縁管４３は、ポリテトラフルオロエチレン又はナイロンよりなる熱絶縁管２３と同様に、可撓性を有し、滑りやすく、冷却による熱収縮が生じてもコルゲート管２１に応力が印加されることを防止又は抑制することができる。
【０１０６】
好適には、熱絶縁管４３は、可撓性を有し、熱絶縁管４３の可撓性が、コルゲート管１１の可撓性、及び、コルゲート管２１の可撓性のいずれよりも高い。即ち、熱絶縁管４３の最小曲げ半径は、コルゲート管１１の最小曲げ半径、及び、コルゲート管２１の最小曲げ半径のいずれよりも小さい。これにより、熱絶縁管４３を、コルゲート管１１の最小曲げ半径に略等しい曲げ半径で曲げた場合でも、当該曲げ半径が熱絶縁管４３の最小曲げ半径よりも小さくならないようにすることができる。また、熱絶縁管４３を、コルゲート管２１の最小曲げ半径に略等しい曲げ半径で曲げた場合でも、当該曲げ半径が熱絶縁管４３の最小曲げ半径よりも小さくならないようにすることができる。
【０１０７】
好適には、熱絶縁管４３の外周面は、コルゲート管２１が含む複数の径部２１ｂの各々の内周面にほぼ接触している。即ち、熱絶縁管４３の外径は、複数の径部２１ｂの各々の内径ＩＤ２２に略等しい。これにより、コルゲート管２１の内部に収容される熱絶縁管４３の内径を最大にすることができるので、流路ＦＰ２の、超電導ケーブルコア２の長さ方向に垂直な断面積を大きくすることができ、流路ＦＰ２を流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。
【０１０８】
好適には、熱絶縁管４３の外周面と、コルゲート管２１が含む複数の径部２１ａの各々の内周面との間に冷媒が貯留若しくは滞留又はほぼ流れのない状態が実現される。前述したように、冷媒が液体窒素である場合、流れていない冷媒即ち液体窒素の熱伝導率は小さい。そのため、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒がコルゲート管２１を介してコルゲート管２１よりも外周側に設けられた収容管２２等と熱交換することを防止又は抑制することができる。従って、超電導ケーブルが長尺である場合でも、超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ２（図５参照）から超電導ケーブルコア２の端部ＥＰ１（図５参照）まで冷媒が復路としての流路ＦＰ２を流れる際に、流路ＦＰ２を流れる冷媒の温度の上昇を抑制することができる。
【０１０９】
なお、超電導ケーブルコア２は、熱絶縁管４３に代えて、コルゲート管２１の内部に収容され、平滑化された内周面を有し、熱絶縁材料よりなり、且つ、コルゲート管２１の内周面を平滑化する内周面平滑化部材を有してもよい。即ち、コルゲート管２１の内周面の凹凸を少しでも緩和することができればよいので、内周面平滑化部材は、管状形状を有しなくてもよく、超電導ケーブルコア２の長さ方向に垂直な断面形状が例えばＣ字形状又はＵ字形状を有するものでもよい。或いは、内周面平滑化部材は、熱絶縁管４３の周側面の一部が除去されて管状形状を有さなくなっているものでもよい。
【０１１０】
なお、実施の形態の超電導ケーブルの更なる変形例として、超電導ケーブルが、熱絶縁管２３を有さず、熱絶縁管４３のみを有してもよい。このような場合、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒の圧力損失を熱絶縁管２３により直接低減する場合に比べれば、流路ＦＰ１を流れる冷媒の圧力損失を低減する効果自体は少なくなるものの、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒の圧力損失を熱絶縁管４３により低減することができる。また、往路としての流路ＦＰ１と、復路としての流路ＦＰ２とは、直列に接続されている。そのため、復路としての流路ＦＰ２を流れる冷媒の圧力損失を低減することにより、往路としての流路ＦＰ１を流れる冷媒の圧力損失を低減する効果も得られる。
【０１１１】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１１２】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１１３】
例えば、前述の実施の形態及び変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、超電導ケーブルに適用して有効である。
【符号の説明】
【０１１５】
１、１ａ  超電導ケーブル
２  超電導ケーブルコア
３  断熱管部
１１、２１  コルゲート管
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ  径部
１２  超電導導体
１３  熱絶縁層
１４  超電導層
１５  電気絶縁層
１６  シールド超電導層
１７  電気絶縁層
１８  導体保護層
２２  収容管
２３、４３  熱絶縁管
３１  本体部
３２、３３  端部
３４、３５  パワーリード
３７、３８  配管
３９  熱交換器
４１  循環ポンプ
ＣＣ１  循環回路
ＤＲ１、ＤＲ２  方向
ＥＰ１、ＥＰ２  端部
ＦＰ１、ＦＰ２  流路
ＩＤ１１、ＩＤ１２、ＩＤ２１、ＩＤ２２  内径
ＳＰ１  空間
【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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