(57)【要約】【課題】取り扱いが容易で、かつ高い冷却効率を実現可能な超電導導体を提供する。【解決手段】超電導導体１は、複数の超電導線１１１で形成され、角部１１ａ〜１１ｄを有する超電導集合体１１と、超電導集合体１１の外周に配置された被覆管１２と、を備え、超電導集合体１１と被覆管１２との間には、冷媒収容部１３が形成されていることを特徴とする。超電導集合体１１の外周に被覆管１２が配置されているので、超電導集合体１１が有する角部１１ａ〜１１ｄが被覆管１２により保護される。このため、超電導導体１をドラム２６に巻きつけたり、ドラム２６から超電導導体１を引き出したりする際に、超電導集合体１が有する角部１１ａ〜１１ｄが崩れず、取り扱いが容易である。また、超電導集合体１１と被覆管１２との間には冷媒収容部１３が形成されているので、被覆管１２内部に熱がこもることなく高い冷却効率を実現し、通電時に超伝導状態を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超電導線で形成され、角部を有する超電導集合体と、
前記超電導集合体の外周に配置された被覆管と、を備え、
前記超電導集合体と前記被覆管との間には、冷媒収容部が形成されていることを特徴とする超電導導体。
【請求項２】
前記被覆管には、長手方向に複数の冷媒流通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導導体。
【請求項３】
前記被覆管は、極低温で可とう性が保てる非磁性金属又は合金で形成され、
前記超電導集合体の表面又は前記被覆管の内壁には絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導導体。
【請求項４】
前記被覆管は、フッ素樹脂、ポリエステル、及びナイロンのうちの少なくとも一つから構成されることを特徴とする請求項１又２に記載の超電導導体。
【請求項５】
前記超電導集合体は、その外周が、冷媒を透過可能な繊維及び／又は樹脂からなる絶縁材料で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導導体。
【請求項６】
前記超電導線は、テープ状超電導線であり、
前記超電導集合体は、前記テープ状超電導線が複数積層されて形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導導体。
【請求項７】
前記テープ状超電導線は、絶縁被覆されていることを特徴とする請求項６記載の超電導導体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載された超電導導体と、
前記超電導導体を内包する断熱管と、を有し、
前記断熱管と前記超電導導体の間には冷媒流通路が形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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導集合体から構成される超電導導体、及び当該超電導導体が収容された超電導ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から用いられている超高電圧超電導ケーブルは、フォーマとよばれる銅でできた芯に、テープ状の超電導線材をらせん状に多数本巻きつけ、その上に絶縁層、超電導シールド層、保護層を設けてケーブルコアとし、液体窒素を流す断熱管に収納した構造を採用している。このような構造を有する超高電圧超電導ケーブルは、超電導導体の周囲に形成される絶縁層を厚くする必要があるため、ケーブルのコア径が大きくなる傾向にある。
【０００３】
一方、電圧の低い直流超電導ケーブルでは、超電導導体の周囲に形成される絶縁層を比較的厚くする必要がないため、コアの径を小さくすることができる。さらに外径を小さくし電流密度を大きくするため、フォーマをなくし線材に絶縁被覆をしたものを重ね合わせた線材積層構造が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３５２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テープ状の線材をそのまま積層すると、断面が四角形状の超電導集合体になり、その四角形の角部が超電導同士や、冷却管内壁にひっかかりなどで引き出し及び巻きつけの際に崩れることがあり、超電導特性が落ちる問題点があった。一方、上記の特許文献１に記載された線材積層構造は、Ｃｕめっきにより被覆されるので、Ｃｕ層が厚くて、超電導層までの冷却に支障になる。また、上記の特許文献１に記載された線材積層構造は、Ｃｕめっきで超電導線材集合体が一体化し、積層用線材単体が絶縁されていないため、双極直流送電できなく、磁場漏れが大きい。したがって、特許文献１に記載された超電導ワイヤは、磁場シールドの対策が必要であることから、超電導ケーブルとして実用できないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、取り扱いが容易で、かつ高い冷却効率を実現可能な超電導導体、及び当該超電導導体が収容された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】
【０００７】
（第１の態様）
本発明の第１の態様に係る超電導導体は、複数の超電導線で形成され、角部を有する超電導集合体と、前記超電導集合体の外周に配置された被覆管と、を備え、前記超電導集合体と前記被覆管との間には、冷媒収容部が形成されていることを特徴とする。本態様によれば、超電導集合体の外周に被覆管が配置されているので、超電導集合体が有する角部が被覆管により保護される。このため、超電導導体をドラムに巻きつけたり、当該ドラムから超電導導体を引き出したりする際に、超電導集合体が有する角部が崩れず、取り扱いが容易である。また、超電導集合体と被覆管との間には冷媒収容部が形成されているので、被覆管内部に熱がこもることなく高い冷却効率を実現するので、通電時に超伝導状態を維持することができる。つまり、取り扱いが容易で、かつ高い冷却効率を実現可能な超電導導体を提供することができる。
【０００８】
（第２の態様）
本発明の第２の態様に係る超電導導体では、前記被覆管には、長手方向において複数の冷媒流通孔が形成されていることを特徴とする。本態様によれば、被覆管の長手方向に形成された複数の冷媒流通孔を通じて、冷却用液体窒素などの冷媒が自由に冷媒収容部に進出でき、より高い冷却効率を実現するので、通電時に超伝導状態を確実に維持することができる。
【０００９】
（第３の態様）
本発明の第３の態様に係る超電導導体では、前記被覆管は、極低温で可とう性が保てる非磁性金属又は合金で形成され、前記超電導集合体の表面又は前記被覆管の内壁には絶縁層が形成されていることを特徴とする。極低温で可とう性が保てる非磁性金属又は合金で形成された被覆管は、高強度で熱膨張差が小さい。このため、本態様によれば、良好な耐衝撃性を実現するとともに、被覆管の熱収縮により不要な圧力が超電導集合体に対して生じないようにすることができる。また、被覆管が導電性部材であるが、超電導集合体の表面又は被覆管の内壁に絶縁層が形成されているので漏電を確実に防止することができる。
【００１０】
（第４の態様）
本発明の第４の態様に係る超電導導体では、前記被覆管は、フッ素樹脂、ポリエステル、及びナイロンのうちの少なくとも一つにより構成されることを特徴とする。本態様によれば、被覆管がフッ素樹脂、ポリエステル、及びナイロンのうちの少なくとも一つにより構成されるので、極低温で可とう性を保つことができ、耐衝撃性と軽量化の両方を実現することができる。
【００１１】
（第５の態様）
本発明の第５の態様に係る超電導導体では、前記超電導集合体は、その外周が、冷媒を透過可能な繊維及び／又は樹脂からなる絶縁材料で被覆されていることを特徴とする。本態様によれば、超電導集合体の外周を被覆する絶縁材料が、冷媒を透過可能な繊維及び／又は樹脂からなるので、高い冷却効率を実現し、通電時に超伝導状態を確実に維持することができる。
【００１２】
（第６の態様）
本発明の第６の態様に係る超電導導体では、前記超電導線は、テープ状超電導線であり、前記超電導集合体は、前記テープ状超電導線が複数積層されて形成されていることを特徴とする。本態様によれば、超電導集合体が、テープ状超電導線が複数積層されているので型崩れしにくく、取り扱いが容易な超電導導体を提供することができる。
【００１３】
本発明の第７の態様に係る超電導導体では、前記テープ状超電導線は、絶縁被覆されていることを特徴とする。本態様によれば、超電導集合体に構成される複数テープ状超電導線がそれぞれ絶縁されているので、双極直流送電を実現でき、磁場シールドの設置が必要なく実用化に適した超電導導体を提供することができる。
【００１４】
（第７の態様）
本発明の第７の態様に係る超電導ケーブルは、第１〜６の態様に係る超電導導体と、前記超電導導体を内包する断熱管と、を有し、前記断熱管と前記超電導導体の間には冷媒流通路が形成されていることを特徴とする。本態様によれば、超電導集合体が有する角部が被覆管により被覆されていることで、断熱管に複数の超電導導体を配置しても、超電導集合体同士が直接接触してそれぞれの超電導集合体の角部が崩れることを防止できる。つまり、取り扱いが容易な超電導ケーブルを提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、取り扱いが容易で、かつ高い冷却効率を実現可能な超電導導体、及び当該超電導導体が収容された超電導ケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る超電導導体の構造を説明するための断面図である。
【図２】本実施形態に係る超電導導体の製造工程の具体例を説明するための図である。
【図３】被覆管長手方向に形成される冷媒流通孔について説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る超電導ケーブルの構造を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、超電導集合体から構成される超電導導体、及び当該超電導導体が収容された超電導ケーブルに関するものである。
【００１８】
（１）超電導導体
図１は、本実施形態に係る超電導導体１の構造を説明するための断面図である。すなわち、超電導導体１ａは、図１に示すように、超電導集合体１１と、超電導集合体１１の外周に配置された被覆管１２と、絶縁層１４と、を備える。また、超電導導体１ａでは、超電導集合体１１と被覆管１２の間に冷媒収容部１３が形成されている。
【００１９】
超電導集合体１１は、複数の超電導線１１１を積層した集合体である。超電導線１１１は、例えば、金属基板の上に、結晶方位の揃ったイットリウム系超電導層を成膜した構造体を、漏電防止の観点から絶縁被覆したものが用いられる。また、超電導線１１１には、超電導層の結晶方位を合わせるためと金属基板からの拡散を防止するために、超電導層と金属基板の間には複数の中間層が形成されている。
【００２０】
超電導集合体１１の具体例として、１２ｍｍ幅、０．１ｍｍ厚の超電導線１１１を６０層積層した場合、当該超電導集合体１１の形状は、断面積が１２×６ｍｍで、角部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを有した四角形状となる。また、具体例に係る超電導集合体１１では、直流電圧１．５ｋＶを２０ｋＡ流すことができる。具体例に係る超電導集合体１１の断面は長方形であるが、耐衝撃性の観点から特に正方形や正方形に近い形が好ましい。
【００２１】
被覆管１２は、例えば断面が略円形であって、６０Ｋ程度の極低温で可とう性が保てる非磁性金属、合金、フッ素樹脂、ポリエステル、及びナイロンのうちの、少なくとも一つから構成される管である。これらのうち、高強度と熱膨張差が小さいという観点から、ステンレスまたはアルミニウムなどの非磁性金属、合金を用いることが好ましい。また、被覆管１２は、長手方向に冷媒流通孔１５が形成されている。
【００２２】
絶縁層１４は、超電導集合体１１の表面又は被覆管１２の内壁に形成される絶縁部材である。さらに、絶縁層１４は、布及び／又は紙によって形成することが、冷媒として用いられる液体窒素を超電導集合体１１表面に透過でき、高い冷却効率を実現できる点から好ましい。布としては薄い不織布から構成されるものを、紙としてはＰＰＬＰ（登録商標）、Ｔｙｖｅｋ（登録商標）などから構成されるものをそれぞれ用いることができる。また、絶縁層１４としては、上述した布、紙以外にも、冷媒を透過可能な繊維及び／又は樹脂からなる絶縁材料を用いることで高い冷却効率を実現できる。例えば樹脂であれば、液体窒素を透過可能な孔が形成されているポリプロピレンフィルム及びポリエステルフィルムを用いることができる。
【００２３】
なお、上述したようにステンレスまたはアルミニウムなどの導電性を有する金属材料によって被覆管１２が形成される場合、超電導集合体１１と被覆管１２の間を絶縁して漏電を防止する点で好ましい。
【００２４】
冷媒収容部１３は、超電導集合体１１と被覆管１２との間に形成され、被覆管１２の長手方向に形成された冷媒流通孔１５を通じて冷媒（冷却用液体窒素）が自由に流入することで、冷却効率を向上することができる。
【００２５】
以上のような構成からなる超電導導体１ａは、例えば図２に示すような製造工程に従って製造される。すなわち、図２に示すステップＳＴ１において、テープ状の超電導線材２１を複数枚積層し、続いてステップＳＴ２において布又は紙からなる絶縁材料２２を巻くことにより、超電導線材を固定して超電導集合体を形成する。次にステップＳＴ３において、プレス機２４などを用いてステンレス板２３を被覆管に成形しながら超電導集合体をステンレス板２３で被覆する。次に、ステップＳＴ４では、レーザ溶接機２４を用いて被覆管１２を溶接する。より具体的には、図３に示すように、ステンレス板２３の幅方向における端部２３ａ、２３ｂ同士を局部的にレーザ溶接機２４により溶接して、被覆管の長手方向に複数（図２及び図３に示す例では２つ）の溶接部２３１、２３２を形成する。この局部的に溶接された溶接部２３１、２３２によって、被覆管１２には冷媒流通孔１５が形成される。ステップＳＴ５では、ステップＳＴ４により形成された超電導導体をドラム２６に巻いて保管する。このように超電導導体をドラム２６に巻いて保管することにより、超電導導体１を、超電導ケーブルを敷設する現場まで輸送することができる。
【００２６】
以上のような構成からなる超電導導体１は、超電導集合体１１の外周に被覆管１２が配置されているので、超電導集合体１１が有する角部１１ａ〜１１ｄが被覆管１２により保護される。
【００２７】
（２）超電導ケーブル
次に、本発明が適用された超電導ケーブル３について、図４を参照して説明する。超電導ケーブル３は、上記のステップＳＴ１〜ＳＴ５により製造される複数（図４に示す例では合計６つ）の超電導導体１を、図４に示すようにして、断熱管３０内に収容したものである。具体的に、断熱管３０は、超電導導体１を収容するとともに冷媒（冷却用液体窒素）が充填される冷媒流路３１ａを有する断熱内管３１と、断熱内管３１の外周を覆うように形成された断熱外管３２からなる二重管構造を有している。断熱内管３１及び断熱外管３２は、例えばステンレス製のコルゲート管であって、断熱内管３１及び断熱外管３２の間には、例えばアルミを蒸着したプリエチレンフィルムの積層体で構成された多層断熱層３３（スーパーインシュレーション）が介在され、真空状態に保持されている。また、断熱外管３２の外周は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリエチレンなどの防食層で被覆されている。
【００２８】
以上のような構成からなる超電導ケーブル３は、超電導集合体１が有する角部が被覆管１２により被覆されているため、断熱管３０に配置された超電導集合体１同士が接触してそれぞれの超電導集合体１の角部が崩れることを防止できる。
【００２９】
（３）効果
以上のような構成からなる超電導導体１は、図１に示したように、超電導集合体１１の外周に被覆管１２が配置されているので、超電導集合体１１が有する角部１１ａ〜１１ｄが被覆管１２により保護される。このため、図２に示したように、超電導導体１１をドラム２５に巻きつけたり、または、当該ドラム２５から超電導導体１を引き出したりする際に、超電導集合体１１が有する角部１１ａ〜１１ｄが崩れず、取り扱いが容易である。また、超電導集合体１１と被覆管１２との間には冷媒収容部１３が形成されているので、被覆管１２内部に熱がこもることなく高い冷却効率を実現するので、通電時に超伝導状態を維持することができる。つまり、取り扱いが容易で、かつ高い冷却効率を実現可能な超電導導体１を提供することができる。
【００３０】
また、超電導導体１は、図３に示したように、被覆管１２の長手方向に形成された複数の冷媒流通孔１５を通じて、冷却用液体窒素などの冷媒が自由に冷媒収容部１３に進出でき、より高い冷却効率を実現するので、通電時に超伝導状態を確実に維持することができる。
【００３１】
また、超電導導体１は、極低温で可とう性が保てる非磁性金属又は合金で形成された被覆管１２を用いることで、良好な耐衝撃性を実現するとともに、被覆管１２の熱収縮により不要な圧力が超電導集合体１１に対して生じないようにすることができる。また、被覆管１２が導電性部材であっても、超電導集合体１１の表面又は被覆管１２の内壁に絶縁層１４が形成されているので漏電を確実に防止することができる。
【００３２】
また、超電導導体１は、フッ素樹脂、ポリエステル、及びナイロンのうちの少なくとも一つにより構成される被覆管１２を用いることで、耐衝撃性と軽量化の両方を実現することができる。
【００３３】
また、超電導導体１は、超電導集合体１１の外周を被覆する絶縁層１４を、冷媒を透過可能な繊維及び／又は樹脂から構成されることによって、高い冷却効率を実現し、通電時に超伝導状態を確実に維持することができる。
【００３４】
また、超電導導体１は、超電導集合体１１が、テープ状超電導線を複数積層することにより構成されているので型崩れしにくく、取り扱いが容易な超電導導体１を提供することができる。さらに、超電導集合体に構成される複数テープ状超電導線がそれぞれ絶縁されているので、双極直流送電を実現でき、磁場シールドの設置が必要なく実用化に適した超電導導体を提供することができる。
【００３５】
また、超電導ケーブル２は、図４に示したように、断熱管３０に複数の超電導導体１を配置しても、超電導集合体１１同士が直接接触してそれぞれの超電導集合体１１の角部１１ａ〜１１ｄが崩れることを防止できる。つまり、取り扱いが容易な超電導ケーブル３を提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  超電導導体
１１  超電導集合体
１１１  超電導線
１１ａ〜１１ｄ  角部
１２  被覆管
１３  冷媒収容部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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