(57)【要約】【課題】高温超電導ケーブルでガス化した液体冷媒の気泡が容器内に流入しても放電が発生することを確実に防止することが可能な高温超電導ケーブルの終端容器を提供する。【解決手段】送電電流が流れる超電導導体層５を有し液体冷媒９の流通により冷却される高温超電導ケーブル１の端部と容器外部に延びる送電電流リード３１とを接続する高温超電導ケーブルの終端容器２０であって、終端容器２０と高温超電導ケーブル１とのケーブル接続部αと、高温超電導ケーブル１と送電電流リード３１との接続部であるリード接続部βとの間に、ガス化した液体冷媒９の気泡を貯蔵するガス貯蔵部γと、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部２３とが設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電電流が流れる超電導導体層を有し液体冷媒の流通により冷却される高温超電導ケーブルの端部と容器外部に延びる送電電流リードとを接続する高温超電導ケーブルの終端容器であって、
前記終端容器と前記高温超電導ケーブルとのケーブル接続部と、前記高温超電導ケーブルと前記送電電流リードとのリード接続部との間に、ガス化した前記液体冷媒の気泡を貯蔵するガス貯蔵部と、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部とが設けられていることを特徴とする高温超電導ケーブルの終端容器。
【請求項２】
前記高温超電導ケーブルは、前記超電導導体層の外側にシールド層を備えており、前記ケーブル接続部と前記リード接続部との間で前記シールド層がシールド電流用電流リードと接続されており、
前記ガス貯蔵部が、容器への前記シールド電流用電流リードの挿入部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導ケーブルの終端容器。
【請求項３】
前記ガス貯蔵部に、排気弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温超電導ケーブルの終端容器。
【請求項４】
前記ガス貯蔵部に、前記液体冷媒の液面高さを測定可能なセンサと、前記液面高さが所定の高さを超えた時点で前記排気弁を開く弁開放手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の高温超電導ケーブルの終端容器。
【請求項５】
前記狭窄部の高さ方向の空隙が、前記高温超電導ケーブルのケーブルコアの直径の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルの終端容器。
【請求項６】
前記狭窄部の断面形状が、水平方向に長い長円形状又は長方形状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルの終端容器。
【請求項７】
前記狭窄部に接続フランジを有し、前記接続フランジの部分で分離可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルの終端容器。
【請求項８】
送電電流が流れる超電導導体層を有し液体冷媒の流通により冷却される高温超電導ケーブルの端部と容器外部に延びる送電電流リードとを接続するリード接続部を備えた高温超電導ケーブルの終端容器を有する高温超電導ケーブルの終端構造であって、
前記リード接続部を基点として、前記終端容器と前記高温超電導ケーブルとを接続するケーブル接続部よりも遠い位置に、ガス化した前記液体冷媒の気泡を貯蔵するガス貯蔵部を備え、前記ケーブル接続部の少なくとも上側部分に内側に向けて絞られた狭窄部が設けられていることを特徴とする高温超電導ケーブルの終端構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導ケーブルの終端容器及び高温超電導ケーブルの終端構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の送電が可能な超電導ケーブル、特に超電導導体として高温超電導線材を用いた高温超電導ケーブルの開発が進められている。
高温超電導ケーブルは、後述する図１に示すように、複数条の高温超電導線材５１を銅フォーマ４に緩い螺旋状に巻回させるようにして１層又は複数層の超電導導体層５が構成されており、それを電気絶縁層６で分厚く被覆するようにしてケーブルコア２が形成される。そして、超電導導体層５が液体窒素等の液体冷媒の流通によって冷却されて超電導状態が維持されている。
また、超電導導体層５を電流が流れることによって形成される磁場の外部への漏れを遮断する等の目的で、電気絶縁層６の外側に高温超電導線材や銅編組等で形成されたシールド層７が配設されている場合がある（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
一方、高温超電導ケーブルの終端部には、超電導導体層５と実系統側とを接続するための高温超電導ケーブルの終端容器が設けられる。例えば図７（Ａ）に示すように、終端容器１００は略円筒状に形成されることが多い。
そして、図７（Ｂ）に示すように、終端容器１００内には高温超電導ケーブル１のケーブルコア２の端部が引き込まれており、ケーブルコア２の超電導導体層５と送電電流リード１０１とが接続されるように構成される。
また、上記のように高温超電導ケーブル１の超電導導体層５を被覆する電気絶縁層６の外側にシールド層７が配置されている場合には、シールド層７とシールド電流用電流リード１０２とが接続されてシールド層７が接地されるように構成される場合もある（例えば特許文献３参照）。
【０００４】
なお、図７（Ｂ）に示すように、高温超電導ケーブル１が終端容器１００に接続される部分では、高温超電導ケーブル１の断熱内管１０と終端容器１００の断熱内槽１０３とが図示しないベローズ等を介して接続されており、高温超電導ケーブル１のケーブルコア２と断熱内管１０との間に形成されている液体冷媒９の外側流路Ｂと終端容器１００の断熱内槽１０３の内部空間とが連通されている。
そのため、高温超電導ケーブル１の外側流路Ｂ内の液体冷媒９と終端容器１００内の液体冷媒９とが、終端容器１００と高温超電導ケーブル１とのケーブル接続部αを経由して流通するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６３２７４３号公報
【特許文献２】特許第３６９１６９２号公報
【特許文献３】国際公開第２０１２／１０２３４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、送電ケーブルで送電する場合、変電所等の送電先で短絡が生じると、抵抗負荷がなくなるため送電ケーブルに非常に大きな電流が流れる場合がある。その際、送電ケーブルが高温超電導ケーブル１であれば、短絡発生時に超電導導体層５に大電流が流れると、超電導導体層５の合計臨界電流を超える。
しかし、超電導導体層５のすぐ内側には銅フォーマ４があるため、銅フォーマ４がバイパスになり超電導導体層５から溢れた電流が銅フォーマ４を流れる。そして、銅フォーマ４を電流が流れるためジュール熱が発生するが、銅フォーマ４は断面積を比較的大きくとることができ熱容量が大きくとることができるため、銅フォーマ４と超電導導体層５の温度上昇を抑制することができ、大きな問題にはならない。
【０００７】
一方、高温超電導ケーブル１では、短絡発生時に超電導導体層５に大電流が流れると、この大電流とは逆位相の交流電流がシールド層７に流れる。そして、その振幅は、最大で超電導導体層５に流れる短絡電流と同じとなり得る。
前述したように、シールド層７が高温超電導線材や銅編組等で形成されていれば、この逆位相の大電流がシールド層７を構成する高温超電導線材に流れると高温超電導線材の臨界電流を超えるため、電流が高温超電導線材から溢れて銅編組を流れる。
しかし、高温超電導ケーブル１が重くならないようにしてケーブルをできるだけコンパクトに製造するために、銅編組は薄く形成される場合が多い。そのため、銅編組の断面積を上記の銅フォーマ４ほど大きくとることができず、銅編組の熱容量を大きくすることができない。
【０００８】
そのため、そのような銅編組に高温超電導線材から溢れた電流が流れると、発生したジュール熱で銅編組等の温度が比較的大きく上昇するため、銅編組に接している液体冷媒９（すなわち高温超電導ケーブル１のケーブルコア２の外側の外側流路Ｂ（図７（Ｂ）や後述する図１参照）の液体冷媒９）がガス化する場合がある。
そして、このようにして発生した液体冷媒９のガス化した気泡が、高温超電導ケーブル１の外側流路Ｂからケーブル接続部αの部分を経由して終端容器１００内に流れ込んでくる場合がある（図７（Ｂ）のケーブル接続部α部分の矢印参照）。また、高温超電導ケーブル１の外側流路Ｂでの液体冷媒９の急激なガス化によって外側流路Ｂの圧力が上がり、ガスの気泡が終端容器１００内に液体冷媒９とともに噴出するように流入する場合もあり得る。
【０００９】
終端容器１００の奥側、すなわち送電電流リード１０１と高温超電導ケーブル１のケーブルコア２とが接続されるリード接続部βでは、ケーブルコア２の電気絶縁層６が剥ぎ取られて超電導導体層５が剥き出しにされており、それと送電電流リード１０１が接続されている。また、終端容器１００自体は通常接地されており、高電圧が印加されている超電導導体層５と終端容器１００との間には電位の急勾配が形成されている。
そして、そこに上記のように液体冷媒９のガス化した気泡が流れてくると、リード接続部β近傍での耐電圧性能が低下して放電が生じる可能性がある。そして、大規模な放電が生じると、終端容器１００や送電電流リード１０１等に深刻な損傷をもたらしてしまうおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、高温超電導ケーブルでガス化した液体冷媒の気泡が容器内に流入しても放電が発生することを確実に防止することが可能な高温超電導ケーブルの終端容器及び高温超電導ケーブルの終端構造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】
前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
送電電流が流れる超電導導体層を有し液体冷媒の流通により冷却される高温超電導ケーブルの端部と容器外部に延びる送電電流リードとを接続する高温超電導ケーブルの終端容器であって、
前記終端容器と前記高温超電導ケーブルとのケーブル接続部と、前記高温超電導ケーブルと前記送電電流リードとのリード接続部との間に、ガス化した前記液体冷媒の気泡を貯蔵するガス貯蔵部と、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高温超電導ケーブルの終端容器において、
前記高温超電導ケーブルは、前記超電導導体層の外側にシールド層を備えており、前記ケーブル接続部と前記リード接続部との間で前記シールド層がシールド電流用電流リードと接続されており、
前記ガス貯蔵部が、容器への前記シールド電流用電流リードの挿入部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の高温超電導ケーブルの終端容器において、前記ガス貯蔵部に、排気弁が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の高温超電導ケーブルの終端容器において、前記ガス貯蔵部に、前記液体冷媒の液面高さを測定可能なセンサと、前記液面高さが所定の高さを超えた時点で前記排気弁を開く弁開放手段を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルの終端容器において、前記狭窄部の高さ方向の空隙が、前記高温超電導ケーブルのケーブルコアの直径の２倍よりも小さいことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルの終端容器において、前記狭窄部の断面形状が、水平方向に長い長円形状又は長方形状であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルの終端容器において、前記狭窄部に接続フランジを有し、前記接続フランジの部分で分離可能とされていることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、
送電電流が流れる超電導導体層を有し液体冷媒の流通により冷却される高温超電導ケーブルの端部と容器外部に延びる送電電流リードとを接続するリード接続部を備えた高温超電導ケーブルの終端容器を有する高温超電導ケーブルの終端構造であって、
前記リード接続部を基点として、前記終端容器と前記高温超電導ケーブルとを接続するケーブル接続部よりも遠い位置に、ガス化した前記液体冷媒の気泡を貯蔵するガス貯蔵部を備え、前記ケーブル接続部の少なくとも上側部分に内側に向けて絞られた狭窄部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ケーブル接続部とリード接続部との間や、リード接続部を基点としてケーブル接続部よりも遠い位置に、ガス貯蔵部と少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部を設けたため、高温超電導ケーブルで液体冷媒がガス化して気泡が発生し、その気泡が終端容器内に流入しても、それらの気泡は、ガス貯蔵部に捕集されて貯蔵される。また、仮に気泡がガス貯蔵部に捕集されなかったとしても、上側部分が絞られた狭窄部が障壁になり堰き止められる。
そのため、高温超電導ケーブルでガス化した液体冷媒の気泡が終端容器内に流入しても、気泡が終端容器のリード接続部近傍に流れ込む事態が的確に防止される。そのため、リード接続部近傍での耐電圧性能が維持され、リード接続部で放電が発生することを確実に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高温超電導ケーブルの構成例を表す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る高温超電導ケーブルの終端容器の断面図である。
【図３】図２の終端容器の外観を表す斜視図である。
【図４】ケーブル接続部を基点としてリード接続部よりも遠い位置に捕集容器を配置した高温超電導ケーブルの終端構造の構成を表す断面図である。
【図５】センサと弁開放手段とを表す図である。
【図６】ケーブルコアを狭窄部の部分で水平方向に湾曲させた状態を表す平面図である。
【図７】（Ａ）高温超電導ケーブルの終端容器の構成例を表す斜視図であり、（Ｂ）断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明に係る高温超電導ケーブルの終端容器及び高温超電導ケーブルの終端構造について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の各実施形態や図示例に限定するものではない。
【００２２】
［高温超電導ケーブルの構成例］
本実施形態に係る高温超電導ケーブルの終端容器等について説明する前に、高温超電導ケーブルの構成例について説明する。図１は、高温超電導ケーブルの構成例を表す斜視図である。
高温超電導ケーブル１は、主にケーブルコア２と断熱管３とで構成されている。そして、ケーブルコア２は、銅フォーマ４と、超電導導体層５と、電気絶縁層６と、シールド層７と、保護層８とを備えて構成されている。
【００２３】
銅フォーマ４は、ケーブルコア２の中心部分に設けられており、本実施形態では、複数本の銅の丸線４１が束ねられて円筒状に形成されている。銅フォーマ４は、ケーブルコア２の形状を維持する機能を有するとともに、前述したように超電導導体層５に過大な電流が流れた場合にはバイパス経路として機能するようになっている。
また、円筒状の銅フォーマ４の中空部４ａは、液体冷媒（例えば液体窒素）が流れる内側流路Ａとされている。そして、液体冷媒は、銅フォーマ４を冷却するとともに、中空部４ａから銅の丸線４１の隙間を通り、後述する各高温超電導線材５１の間を浸透してそれらを冷却するようになっている。
【００２４】
銅フォーマ４の外周には、超電導導体層５が設けられており、超電導導体層５が高温超電導ケーブル１における通常時の送電電流の経路になっている。
本実施形態では、超電導導体層５は、複数条の高温超電導線材５１を並べるようにして構成されており、各高温超電導線材５１を銅フォーマ４に緩い螺旋状に巻回させるようにして構成されている。なお、図１では、超電導導体層５が１層形成されている場合を示したが、超電導導体層５は複数層形成されていてもよい。
高温超電導線材５１は、テープ状の線材であり、高温超電導線材５１の超電導層（図示省略）を構成する超電導体としては、例えば、液体窒素温度（７７Ｋ）以上の臨界温度を有するイットリウム系超電導体（ＲＥＢＣＯ線材。化学式はＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-y（ｙは酸素不定比量）で表される。）を用いることができる。
【００２５】
超電導導体層５の外周には、電気絶縁層６が設けられている。
本実施形態では、電気絶縁層６は、絶縁紙にポリプロピレンフィルムをラミネートした半合成紙やクラフト紙等の絶縁性紙類等で形成されており、それらが超電導導体層５の上に分厚く巻回されて構成されている。なお、電気絶縁層６は、例えば樹脂等で形成されていてもよい。
【００２６】
電気絶縁層６の外周には、シールド層７が設けられており、シールド層７は接地されている。また、本実施形態では、シールド層７は、主に超電導シールド層７１と銅編組シールド層７２とで構成されている。
超電導シールド層７１は、超電導導体層５と同様に複数条の高温超電導線材を電気絶縁層６に螺旋状に巻回させるようにして構成されている。そして、超電導導体層５を電流が流れることによって形成される磁場の外部への漏れがこの超電導シールド層７１によって完全に遮断されるようになっている。
また、銅編組シールド層７２は、例えば銅編組線で構成されており、ケーブルコア２を外部からの衝撃から守るように機能する。
【００２７】
シールド層７の外周には、不織布等で形成された保護層８が設けられており、ケーブルコア２を保護するようになっている。
そして、以上のように構成されたケーブルコア２の外側（すなわちケーブルコア２の保護層８と後述する断熱管３の断熱内管１０との間）に、液体冷媒が流れる外側流路Ｂが設けられている。そして、この液体冷媒は、前述したフォーマ４の中空部４ａを流通する液体冷媒と協働してケーブルコア２全体を冷却するようになっている。
【００２８】
一方、断熱管３は、ケーブルコア２を収容するとともに上記のように液体冷媒が充填されて外側流路Ｂを形成する断熱内管１０と、断熱内管１０の外周を覆うように配設された断熱外管１１とを備えており、断熱内管１０と断熱外管１１の間が真空状態とされた二重管構造になっている。
断熱内管１０と断熱外管１１は、例えばステンレス製のコルゲート管（波付け管）で構成される。そして、断熱内管１０と断熱外管１１の間には、例えばアルミを蒸着したポリエステルフィルムの積層体で構成された多層断熱層１２が介在されている。
そして、断熱外管１１の外周が、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等の外部被覆（防食層）１３で被覆されている。
【００２９】
［高温超電導ケーブルの終端容器］
次に、本実施形態に係る高温超電導ケーブルの終端容器について説明する。
図２は、本実施形態に係る高温超電導ケーブルの終端容器２０の断面図であり、図３は、図２の終端容器２０の外観を表す斜視図である。
なお、本実施形態に係る終端容器２０には、正常稼働時に液体冷媒９の流れの上流側となる終端容器と、下流側となる終端容器のいずれも含まれる。また、実系統側から高温超電導ケーブル１への電力の導入側の終端容器と、高温超電導ケーブル１からの電力の取り出し側の終端容器のいずれも含まれる。
また、図２等において、終端容器２０の図中左側を「手前側」、図中右側を「奥側」という場合がある。
【００３０】
本実施形態では、終端容器２０は、ケーブル接続部αを含む略円筒形状の容器２１（以下、第１容器２１という。）と、リード接続部βを含む略円筒形状の容器２２（以下、第２容器２２という。）が狭窄部２３で接続されるように構成されている。
そして、本実施形態では、ケーブル接続部αとリード接続部βとの間に、ガス化した液体冷媒９の気泡を貯蔵するガス貯蔵部γと、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部２３とが設けられている。
以下、終端容器２０の構成等について詳しく説明する。
【００３１】
本実施形態では、終端容器２０は、断熱内槽２５と断熱外槽２６の二重壁面構造を有しており、終端容器２０の断熱内槽２５と断熱外槽２６は接地されている。
終端容器２０の第１容器２１のケーブル接続部αでは、断熱内槽２５と断熱外槽２６にそれぞれ円孔が形成されている。そして、断熱内槽２５の円孔の周囲の縁部には、高温超電導ケーブル１（以下、ケーブル１と略す。）の断熱内管１０が接続されており、断熱外槽２６の円孔の周囲の縁部には、ケーブル１の断熱外管１１が接続されている。
なお、図示や説明を省略するが、本実施形態では、ケーブル接続部α（終端容器２０とケーブル１との接続部）等でベローズを介して部材同士を接続するなど、適宜の構造が設けられている。
【００３２】
また、本実施形態では、終端容器２０の断熱内槽２５と断熱外槽２６の間の空間と、ケーブル１の断熱内管１０と断熱外管１１の間の空間とが連通されており、ケーブル１の断熱内管１０と断熱外管１１の間の空間と同様に、終端容器２０の断熱内槽２５と断熱外槽２６の間の空間も真空引きされている。
本実施形態では、このようにして終端容器２０の断熱内槽２５の内側の断熱が図られている。なお、終端容器２０の断熱内槽２５と断熱外槽２６の間の空間と、ケーブル１の断熱内管１０と断熱外管１１の間の空間とが連通されないように構成される場合もある。また、終端容器２０においても、ケーブル１と同様に、断熱内槽２５と断熱外槽２６の間に多層断熱層を介在させる等の構造を設けてもよい。
【００３３】
また、上記のように終端容器２０の断熱内槽２５の円孔の周囲の縁部にケーブル１の断熱内管１０が取り付けられているため、断熱内槽２５の内部の領域がケーブル１の外側流路Ｂと連通している。
そのため、上記のようにケーブル１の外側流路Ｂ内の液体冷媒９と終端容器２０の第１容器２１の断熱内槽２５内の液体冷媒９とがケーブル接続部αを経由して流通している。
【００３４】
第１容器２１の上部には、略円筒形状の引き出し部２７が垂設されており、引き出し部２７から第１容器２１内にシールド電流用電流リード２８が垂下されている。すなわち、本実施形態では、引き出し部２７が、終端容器２０の第１容器２１へのシールド電流用電流リード２８の挿入部になっている。
また、終端容器２０に引き込まれたケーブルコア２は、シールド電流用電流リード２８の下方で外側の保護層８が剥ぎ取られており、露出されたシールド層７（超電導シールド層７１と銅編組シールド層７２）とシールド電流用電流リード２８の下端部分が接続されている。
【００３５】
すなわち、本実施形態では、ケーブル１のシールド層７が、リード接続部βの手前側でシールド電流用電流リード２８と接続されている。そして、シールド電流用電流リード２８を介してケーブル１のシールド層７が接地電位に保たれている。
また、本実施形態では、引き出し部２７がガス貯蔵部γとして用いられており、引き出し部２７の上部に排気弁２９が設けられているが、これらの点については後で説明する。
【００３６】
一方、第２容器２２の上部にも、略円筒形状の引き出し部３０が垂設されており、引き出し部３０から第２容器２２内に送電電流リード３１が垂下されている。
また、ケーブルコア２は、シールド電流用電流リード２８の奥側では電気絶縁層６が露出され、狭窄部２３を通って第２容器２２内に引き込まれている。そして、送電電流リード３１の下方で電気絶縁層６が剥ぎ取られ、露出された超電導導体層５と送電電流リード３１の下端部分が接続されている。ケーブル１と送電電流リード３１との接続部が前述したリード接続部βである。
送電電流リード３１は、容器外部に延設されて外部の実系統側と接続されており、ケーブル１の超電導導体層５に外部から電流を導入したり、超電導導体層５を流れてきた電流を外部に取り出すようになっている。
【００３７】
なお、前述したように、終端容器２０の断熱内槽２５等が接地されており、ケーブル１の超電導導体層５には高電圧が印加されているため、ケーブル１の超電導導体層５と終端容器２０の断熱内槽２５との間には急峻な電位勾配が形成されているが、それらの間に存在する液体冷媒９の高い耐電圧性能により放電が発生しないようになっている。
また、終端容器２０の引き出し部３０には、液体冷媒９の流路となる配管３２が設けられている。そして、配管３２を経由して液体冷媒９が外部から第２容器２２に流入したり第２容器２２から外部に流出するようになっている。
【００３８】
狭窄部２３は、本実施形態では、第１容器２１側から見た断面形状が水平方向に長い長方形である角筒状に形成されている。なお、狭窄部２３は、断面形状が水平方向に長い長円形状等に形成することも可能である。
また、狭窄部２３は、少なくとも上側部分が終端容器２０の容器内側に向けて絞られるように構成されている。なお、狭窄部２３については、以下で詳しく説明する。
【００３９】
［ガス貯蔵部と狭窄部について］
次に、本実施形態に係る終端容器２０のガス貯蔵部γや狭窄部２３について詳しく説明する。
前述したように、短絡事故が生じる等してケーブル１（高温超電導ケーブル１）のシールド層７に大きな電流が流れると、シールド層７に接している外側流路Ｂの液体冷媒９がガス化し、ガス化した液体冷媒９の気泡が、ケーブル接続部α（図２参照）から終端容器２０の第１容器２１内に流れ込んでくる場合がある（図２のケーブル接続部α部分の矢印参照）。
【００４０】
一方、前述したように、終端容器２０の第２容器２２に引き込まれたケーブル１のケーブルコア２のリード接続部βでは、電気絶縁層６が剥ぎ取られて超電導導体層５が露出されており、超電導導体層５には高電圧が印加されているため超電導導体層５と終端容器２０の断熱内槽２５との間には急峻な電位勾配が形成されている。
しかし、第１容器２１に引き込まれたケーブルコア２は超電導導体層５が電気絶縁層６で被覆されているため、第１容器２１内では、ケーブルコア２の電気絶縁層６と終端容器２０の接地された断熱内槽２５との間には急峻な電位勾配は形成されていない。
【００４１】
そのため、本実施形態では、終端容器２０の第１容器２１内に流れ込んだ液体冷媒９の気泡が第２容器２２（リード接続部β）に流れ込まないようにするための対策が取られている。
そして、ガス化した液体冷媒９の気泡が終端容器２０の第２容器２２に流れ込まなければ、液体冷媒９の高い耐電圧性能が維持されて、第２容器２２内で放電が発生することを確実に防止することが可能となり、放電により終端容器２０や送電電流リード３１等に深刻な損傷が生じることを的確に防止することが可能となる。
【００４２】
本実施形態では、ガス化した液体冷媒９の気泡が終端容器２０の第２容器２２（リード接続部β）に流入しないようにするための対策が二重にとられている。
【００４３】
［ガス貯蔵部］
第１の対策は、上記のように放電が発生する可能性があるリード接続部β（ケーブル１と送電電流リード３１との接続部）の手前側、すなわちリード接続部βとケーブル接続部αとの間に、ガス化した液体冷媒９の気泡を貯蔵するためのガス貯蔵部γ（図２参照）を設けたことである。
液体冷媒９の気泡は、終端容器２０（第１容器２１）に流入すると、液体冷媒９中を浮上する。そのため、リード接続部βの手前側の終端容器２０の上方に液体冷媒９の気泡を貯蔵するためのガス貯蔵部γを設けておけば、終端容器２０内に流入した液体冷媒９の気泡をそこで捕集して貯蔵することが可能となり、気泡が第２容器２２内に流入したりリード接続部βの近傍まで流入することを防止することができる。そして、それにより、リード接続部βで放電が発生することを防止することが可能となる。
【００４４】
本実施形態では、図２に示したように、ケーブル１と送電電流リード３１との接続部（すなわちリード接続部β）より手前側の、ケーブル１とシールド電流用電流リード２８との接続部の上方で、略円筒形状の引き出し部２７が終端容器２０（第１容器２１）の上方に突出するように設けられている。
そのため、本実施形態では、これを利用して、引き出し部２７の内部空間をガス貯蔵部γとして用いるように構成されている。
【００４５】
このように、引き出し部２７にガス貯蔵部γを設ければ、終端容器２０にシールド電流用電流リード２８を挿入するために必要な構造をガス貯蔵部γとして利用することが可能となり、終端容器２０にガス貯蔵部γを新たに設けなくてもよいため、終端容器２０をコンパクトに構成することが可能となる。
【００４６】
［高温超電導ケーブルの終端構造］
なお、終端容器２０によっては、引き出し部２７をガス貯蔵部γとして用いることができない場合がある。また、ケーブル１にシールド層７が形成されていないため終端容器２０にシールド電流用電流リード２８の引き出し部２７が形成されていない場合もある。
そこで、そのような場合は、例えば、図４に示すように終端容器２０内のリード接続部βを基点としてケーブル接続部αよりも遠い位置に捕集容器４０を配置し、ケーブル１を捕集容器４０に接続するとともに、捕集容器４０と終端容器２０とを、ケーブル接続部αの少なくとも上側部分に内側に向けて絞られた狭窄部２３で接続する高温超電導ケーブルの終端構造として構成することも可能である。
【００４７】
そして、捕集容器４０の上面を例えば略円筒形状に上方に突出させるようにしてガス貯蔵部γを設けることが可能である。
なお、以下の高温超電導ケーブルの終端容器２０についての説明は、この高温超電導ケーブルの終端構造についての説明にもなっている。
【００４８】
［排気弁等について］
ところで、例えば図２の場合において、ケーブル接続部αから終端容器２０内に液体冷媒９の気泡（ガス）が大量に流入してくる場合があり得る。その場合、大量のガスがガス貯蔵部γから溢れ、狭窄部２３を通って第２容器２２に流入しリード接続部βの近傍まで流入してしまう可能性がある。
そこで、そのような事態が生じないようにするために、例えば図２に示すように、ガス貯蔵部γに排気弁２９を設けておくことが望ましい。
その際、例えば、排気弁２９は、所定の圧力で弁が開放されるタイプのものを用いることができる。その場合、排気弁２９は、通常の圧力（すなわちガス貯蔵部γに液体冷媒９が溜まっている場合の圧力）では開かないが、ガス貯蔵部γに液体冷媒９のガスが貯蔵されて圧力が上昇すると自動的に開いてガス貯蔵部γに溜まったガスを終端容器２０外に排気することができる。
【００４９】
また、例えば、図５に示すように、ガス貯蔵部γに、ガス貯蔵部γでの液体冷媒９の液面高さを測定可能なセンサ４１と、電気回路やコンピュータ等で構成され、排気弁２９の開放動作を制御する弁開放手段４２を備えるように構成し、弁開放手段４２は、センサ４１が測定した液体冷媒９の液面高さが所定の高さを超えた時点で排気弁２９を開く制御を行うように構成することも可能である。
このように構成すれば、上記のような事態の発生を防止することが可能となるとともに、以下のような有益な効果がある。
【００５０】
すなわち、終端容器２０では、シールド電流用電流リード２８が容器の内外をつないでいるため、シールド電流用電流リード２８を伝って外気温が終端容器２０内に侵入し得る状態になっている。
その際、ガス貯蔵部γ（すなわちシールド電流用電流リード２８の引き出し部２７）が液体冷媒９で満たされていると、シールド電流用電流リード２８の容器外の部分（外気温になっている。）とシールド電流用電流リード２８の下側の液体冷媒９に浸かった部分（液体冷媒９の温度になっている。）との間の部分の距離が短く、間の部分のシールド電流用電流リード２８にできる温度勾配が急になり、シールド電流用電流リード２８を伝って外気温が終端容器２０内に侵入しやすくなる。
【００５１】
しかし、上記のようにセンサ４１を取り付けるように構成すると、センサ４１より上のガス貯蔵部γに液体冷媒９のガスが溜まる状態になり得る。
そして、このようにガス貯蔵部γの上部にガスが溜まると、シールド電流用電流リード２８の容器外の外気温になっている部分と、シールド電流用電流リード２８の下側の液体冷媒９に浸かった部分（液体冷媒９の温度）との距離が長くなり、シールド電流用電流リード２８にできる温度勾配が緩やかになる。
【００５２】
そのため、シールド電流用電流リード２８を伝って終端容器２０内に侵入する熱を、より小さく抑えることが可能となる。
この点は、送電電流リード３１の場合も同様であり、図２に示すように、送電電流リード３１の引き出し部３０内部の上部にガスを溜めるように構成すれば、送電電流リード３１を伝って終端容器２０内に侵入する熱を、より小さく抑えることが可能となる。
【００５３】
［狭窄部］
また、本実施形態で、ガス化した液体冷媒９の気泡が終端容器２０の第２容器２２に流入しないようにするために二重に取られている第２の対策は、上記のように放電が発生する可能性があるリード接続部β（ケーブル１と送電電流リード３１との接続部）の手前側に、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部２３を設けたことである。
狭窄部２３は、終端容器２０（第１容器２１）に流入した液体冷媒９の気泡が、リード接続部β側（第２容器２２側）に流入することを妨げる障壁になる。
【００５４】
すなわち、液体冷媒９の気泡は、ケーブル接続部αを通って終端容器２０（第１容器２１）に流入すると、液体冷媒９中を浮上し、終端容器２０内の上側を移動する。そして、狭窄部２３は、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られるように構成されているため、仮に気泡が上記のガス貯蔵部γに捕集されずに奥側に移動しても、上側部分が絞られた狭窄部２３に堰き止められる。
そのため、気泡は、結局、浮上せざるを得なくなりガス貯蔵部γで捕集されて貯蔵される。そのため、狭窄部２３を設けたことで、ガス化した液体冷媒９の気泡が終端容器２０のリード接続部β側に流入することが的確に防止される。
【００５５】
なお、このように、狭窄部２３は、その上側部分が容器内側に向けて絞られるように構成されていれば十分に機能を発揮するため、図２等に示したように、その下側部分や左右部分が容器内側に向けて絞られるように構成されている必要はない。
しかし、一方で、狭窄部２３の高さが低いほど（狭いほど）気泡の第２容器２２内（すなわちリード接続部β）への流入を阻止しやすくなる。上記のように狭窄部２３内にケーブル１のケーブルコア２が通されることを考慮すると、狭窄部２３の高さ方向の空隙が、ケーブル１のケーブルコア２の直径の２倍よりも小さければ、気泡のリード接続部β側への流入を的確に阻止することが可能となり好ましい。
【００５６】
また、このように終端容器２０が狭窄部２３を有するように構成する際、狭窄部２３を有する終端容器２０の断熱内槽２５を一体形成するのは、実際問題として必ずしも容易ではない。また、断熱内槽２５が一体形成されていると、それに断熱外槽２６を取り付ける作業も困難なものになるとともに、終端容器２０を一旦製造してしまうと、その後、第１容器２１と第２容器２２とを分離することはほぼ不可能になる。
そのため、図３に示すように、狭窄部２３に接続フランジ２３Ａを設け、接続フランジ２３Ａの部分で狭窄部２３のケーブル接続部α側（すなわち第１容器２１と狭窄部２３の一部）とリード接続部β側（すなわち第２容器２２と狭窄部２３の残りの部分）とが分離可能とされていることが望ましい。
【００５７】
このように構成されていれば、狭窄部２３のケーブル接続部α側とリード接続部β側とを別々に製造して双方を接続フランジ２３Ａで接続すれば、比較的容易に終端容器２０を製造することが可能となる。
また、終端容器２０を一旦製造した後でも、容易に狭窄部２３のケーブル接続部α側とリード接続部β側と分離することができる。そのため、例えば、狭窄部２３のケーブル接続部α側とリード接続部β側と分離して終端容器２０内部のメンテナンス作業等を容易に行うことが可能となる。
【００５８】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る高温超電導ケーブルの終端容器２０や高温超電導ケーブルの終端構造によれば、ケーブル接続部α（終端容器と前記高温超電導ケーブルとのケーブル接続部α）とリード接続部β（高温超電導ケーブル１と送電電流リード３１とのリード接続部β）との間や、リード接続部βを基点としてケーブル接続部αよりも遠い位置に、ガス化した液体冷媒９の気泡を貯蔵するガス貯蔵部γと、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部２３とを設けた。
そのため、例えば送電先で短絡が発生して高温超電導ケーブル１のシールド層７に大電流が流れる等して高温超電導ケーブル１の外側流路Ｂで液体冷媒９がガス化して気泡が発生し、その気泡がケーブル接続部αから終端容器２０内に流入しても、それらの気泡は、ガス貯蔵部γに捕集されて貯蔵されるため、放電が発生する可能性があるリード接続部β側には気泡が流入しない。
【００５９】
また、ケーブル接続部αとリード接続部βとの間や、リード接続部βを基点としてケーブル接続部αよりも遠い位置に、少なくとも上側部分が容器内側に向けて絞られた狭窄部２３が設けられているため、仮に気泡が上記のガス貯蔵部γに捕集されずに奥側に移動しても、上側部分が絞られた狭窄部２３が障壁になり堰き止められる。
そのため、本実施形態に係る高温超電導ケーブルの終端容器２０によれば、高温超電導ケーブル１でガス化した液体冷媒９の気泡が終端容器２０内に流入しても、気泡が終端容器２０のリード接続部β側に流れ込む事態が的確に防止されるため、リード接続部β近傍での耐電圧性能が維持される。そのため、リード接続部βで放電が発生することを確実に防止することが可能となる。
また、そのため、放電により終端容器２０や送電電流リード３１等に深刻な損傷が生じることを的確に防止することが可能となる。
【００６０】
なお、上記のように、液体冷媒９の気泡は液体冷媒９中で浮上する性質を有しているため、例えば、終端容器２０において狭窄部２３をより低い位置に設けた方が、狭窄部２３内を気泡が通り抜けにくくなる。
このように、液体冷媒９の気泡がリード接続部β側に流入しないようにするための改良は適宜行うことが可能である。
【００６１】
また、前述したように、本実施形態では、狭窄部２３は、第１容器２１側から見た断面形状が水平方向に長い長方形や長円形状であるように形成されている。このように構成すると、狭窄部２３を、上記のように上側部分が容器内側に向けて絞られるように設けることが可能となるといった効果のほか、以下のような有益な効果がある。
【００６２】
すなわち、図１に示したように、高温超電導ケーブル１は、基本的にケーブルコア２と断熱管３で構成されているが、このうち断熱管３を構成する断熱外管１１は常温であるが、断熱内管１０とケーブルコア２は稼働時に液体窒素温度まで冷却される。そして、それに伴って、冷却される部位には熱収縮とそれによる強い張力（熱応力）がかかることになる。
冷却される部位のうち断熱内管１０は、終端容器２０等と接続する際にベローズを介して接続されるなどして熱収縮を吸収することができるが、ケーブルコア２では熱収縮を吸収することは難しい。そのため、ケーブルコア２を予め終端容器２０内部で湾曲させておき、冷却により収縮するとその湾曲がまっすぐに伸びることで収縮分を打ち消す手法が考えられる。
【００６３】
高温超電導ケーブル１と終端容器２０内壁との間に形成される電位差で放電を起こさないような耐電圧性を持たせる目的で、超高電圧用の高温超電導ケーブル１の終端容器２０は非常に大きく設計されるが、その耐電圧性が必要なのは高温超電導ケーブル１の超電導導体層５が剥き出しになるリード接続部βの周辺のみである。
ケーブルコア２のそれより手前側の部分では超電導導体層５が厚い電気絶縁層６に覆われているため、ケーブルコア２が湾曲して終端容器２０の断熱内槽２５に接触しても問題はない。そして、上記のように超高電圧用の高温超電導ケーブル１の終端容器２０が巨大であることから、上記の手法は有効であると考えられる。
【００６４】
しかし、本発明を終端容器２０に適用すると、ケーブルコア２は終端容器２０の中程に位置する狭窄部２３で位置が固定されてしまうため、十分な長さの余裕をとるための大きな湾曲をケーブルコア２に持たせることができない。
そこで、前述したように、本実施形態のように、狭窄部２３を断面形状が水平方向に長い長方形や長円形状であるように形成すれば、図６に示すように、ケーブルコア２を狭窄部２３の部分で水平方向に大きく湾曲させることができ、熱収縮に備えて長さの余裕を持たせることが可能となる。図６では、排気弁２９や配管３２等の図示が省略されている。
【００６５】
なお、このように構成する場合、ケーブルコア２が湾曲すると、図６に示すように、ケーブルコア２は、引き出し部２７から垂下されるシールド電流用電流リード２８の下方から水平方向にずれた位置に移動する。そのため、シールド電流用電流リード２８とケーブルコア２の接続部も、終端容器２０の中央付近から縁側（すなわち断熱内槽２５に近い側）まで移動することができるように構成することが必要になる。
そのため、シールド電流用電流リード２８の少なくとも下側部分を銅編組等の可撓性を有する導体に置き換えることが望ましい。なお、リード接続部βが終端容器２０の断熱内槽２５に近づくように移動すると放電が起きる可能性があるため、送電電流リード３１は銅ブスバー等の可撓性を持たない導体で構成して、ケーブルコア２が湾曲しても終端容器２０の中央から移動しないように構成することが必要である。
【００６６】
［実施例］
（１）第２容器２２
第２容器２２の断熱内槽２５の内径はφ９００ｍｍ、軸方向長さは２０００ｍｍで、その中央にφ９０ｍｍのケーブルコア２が収まる。
第２容器２２の上部にはケーブルコア２の超電導導体層５に接続される送電電流リード３１とそれを収納するための円筒状の引き出し部３０が付属されている。引き出し部３０は内径がφ５００ｍｍ、軸方向長さが２０００ｍｍであり、その断熱内槽／外槽とも第２容器２２の本体円筒に溶接接続されている。そして、引き出し部３０の上部底面を送電電流リード３１とその付属物（ブッシング等）が貫いている。また、その外槽には、長さを調整するためのベローズが含まれている。
【００６７】
引き出し部３０の円筒形の内部空間のうち上側半分程度が常時気相領域となっており、液体冷媒９の圧力変化に応じてその液面が上下に変動する。さらに、その下部には液体冷媒９である液体窒素が供給又は回収されるための配管３２が接続されている。
送電電流リード３１は単数又は複数の銅ブスバーであり、その上部で気相領域に含まれ得る部位は耐電圧性を持つブッシングに覆われている。ブッシングに覆われない電流リードの下部、及びケーブルコア２との接続部（リード接続部β）は液体冷媒９である液体窒素に対して剥き出しの状態になっており、接地電位となる断熱内槽２５との間の耐電圧性を維持するために十分な空間が確保されている。
【００６８】
第２容器２２の手前側は狭窄部２３と溶接接続されており、奥側は閉じている。リード接続部βに位置する側面には、断熱内槽２５／断熱外槽２６ともフランジとその導入部が設けられている（図３の第２容器２２側面のフランジ参照）。
第２容器２２の組み立てや敷設の際、あるいは容器内部のメンテナンスを行う際にはこのフランジを取り外して内部に入る。断熱外槽２６は冷却されないためゴム製Ｏリングを用いることができるが、断熱内槽２５は液体窒素温度まで冷却されるため、金属製のガスケットを用いて気密を維持する。
【００６９】
（２）第１容器２１
第１容器２１の内径（断熱内槽２５の内径）はφ９００ｍｍ、軸方向長さは１０００ｍｍで、基本的にはその中央にφ９０ｍｍのケーブルコア２が収まる。
第１容器２１の上部には、シールド電流用電流リード２８とそれを収納するための円筒状の引き出し部２７が付属されている。引き出し部２７は内径がφ４００ｍｍ、軸方向長さが１６００ｍｍであり、断熱内槽／外槽とも第１容器２１の本体円筒に溶接接続されている。引き出し部２７の上部は気相領域となっており、排気弁２９を備えている。圧力が上限を上回った際にはこの排気弁２９が開き、窒素ガスを外部に放出する。
シールド電流用電流リード２８はブッシングに被覆された銅ブスバーであるが、送電電流リード３１よりも短い。シールド電流用電流リード２８はケーブルコア２のシールド層７に接続されており、接続部との間に可撓性を持つ長さ１０００ｍｍの被覆銅撚り線を介している。この部位の可撓性により、ケーブルコア２の位置が固定されないようになっている。
【００７０】
ケーブルコア２のシールド層７は接地電位にある断熱内槽２５との間に大きな電位差を持たないため、これらの部位は耐電圧性を持つ必要がない（すなわち簡単な絶縁のみでよい。）。シールド電流用電流リード２８の銅ブスバーを被覆するブッシングは、ここでは耐電圧性を持たせる目的ではなく、銅ブスバー経由の侵入熱量を減らすための断熱材として機能している。
第１容器２１の奥側には第２容器２２に続く狭窄部２３が溶接接続されており、第１容器２１の手前側はベローズを介して高温超電導ケーブル１の断熱管３と接続されている。
【００７１】
（３）狭窄部２３
狭窄部２３は長さ５００ｍｍ、断熱内槽２５の断面形状は高さ１２０ｍｍ、幅６００ｍｍの長円形である。なお、長円形は、左右がそれぞれφ１２０ｍｍの半円形で、その間に幅３６０ｍｍの長方形が挟まる形状とされている。第１容器２１や第２容器２２との接続関係は対称ではなく、水平方向に大きく偏っている（図６参照）。
また、狭窄部２３の内槽は、長さ方向の中央部で接続フランジ２３Ａによりフランジ接続される形になっており、そこで第１容器２１と第２容器２２とが分離できるようになっている。狭窄部２３の外槽は内槽フランジの手前で内槽に溶接されている。すなわち、接続フランジ２３Ａの部分では真空断熱構造になっていないため、フランジ接続後、この部分に発泡材等の断熱材を当てて断熱が図られる。なお、ベローズ等を用い、内槽／外槽ともフランジ接続として真空断熱構造とすることも可能である。
【００７２】
（４）終端容器２０の敷設と冷却
第１容器２１と第２容器２２は個別に作製され、敷設現場に配置された後、狭窄部２３の接続フランジ２３Ａによって一体化される。その後、第１容器２１から超電導ケーブル１のケーブルコア２が容器内部に挿入され、それぞれ第２容器２２ではリード接続部βでケーブルコア２の超電導導体層５と送電電流リード３１が、第１容器２１ではケーブルコア２のシールド層７とシールド電流用電流リード２８がそれぞれ接続される。このとき、狭窄部２３が偏った方向にケーブルコア２を撓ませるように接続する。そして、高温超電導ケーブル１の断熱管３が第１容器２１と接続される。その他、電流経路の接続や冷媒配管との接続等も行われる。そして、最後に、終端容器２０の真空断熱部（すなわち断熱内槽２５と断熱外槽２６の間の領域）の真空引きが行われる。
【００７３】
このようして敷設が完了した後、高温超電導ケーブル１から終端容器２０まで内部に液体冷媒９である液体窒素を循環させて、ケーブルコア２とその周辺部の冷却がなされる。それにより高温超電導ケーブル１の断熱内管１０とケーブルコア２に熱収縮が生じる。高温超電導ケーブル１の断熱管３はコルゲート管（波付け管）であるため、ある程度の熱収縮には対応できるが、ケーブルコア２は熱収縮して、終端容器２０内部の接続部を引っ張る形になる。
しかし、上記のように常温での敷設時に終端容器２０内部でケーブルコア２を撓ませて長さの余裕を持たせていたため、ケーブルコア２が熱収縮すると終端容器２０の内部でまっすぐに伸びる状態になる。
【００７４】
なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記の実施形態では、終端容器２０の外部から狭窄部２３を目視できるように構成する場合について説明したが、例えば第１容器２１の断熱外槽２６と第２容器２２の断熱外槽２６とをそれぞれ狭窄部２３側に延ばしたり、あるいは第１容器２１と狭窄部２３と第２容器２２の全体を外被で覆う等して、外部から狭窄部２３が目視できないように構成することも可能である。
【００７５】
また、上記の実施形態では、高温超電導ケーブル１の外側流路Ｂ（図１等参照）でガス化した液体冷媒９の気泡を終端容器２０（第１容器２１）のガス貯蔵部γで捕集する場合について説明したが、高温超電導ケーブル１の内側流路Ａで液体冷媒９のガス化が発生した場合に、それにより生じた気泡を例えば絶縁性ＦＲＰ製のカップの内部に捕集して、リード接続部βで放電が起きないように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１  高温超電導ケーブル
２  ケーブルコア
５  超電導導体層
７  シールド層
９  液体冷媒
２０  終端容器
２３  狭窄部
２３Ａ  接続フランジ
２７  引き出し部（シールド電流用電流リードの挿入部）
２８  シールド電流用電流リード
２９  排気弁
３１  送電電流リード
４１  センサ
４２  弁開放手段
α  ケーブル接続部
β  リード接続部
γ  ガス貯蔵部
【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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