(57)【要約】  一方の真空断熱管と他方の真空断熱管の接続部が、同径に接続できる真空断熱管の接続構造を提供する。  一方の真空断熱管の内管８１Ａを拡径し、他方の真空断熱管の外管８２Ｂを一方の真空断熱管の内管８１Ａ内に挿入可能に縮径し、内管８１Ａの拡径部と外管８２Ｂの縮径部の間を溶接接続した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と外管を有し、両方の管の間の環状空間が真空とされた真空断熱管の接続構造であって、一方の真空断熱管の内管を拡径し、他方の真空断熱管の外管を一方の真空断熱管の内管内に挿入可能に縮径し、前記内管の拡径部と前記外管の縮径部の間を、溶接接続したことを特徴とする真空断熱管の接続構造。
【請求項２】
前記内管の拡径部と前記外管の縮径部の間に、シール材を有することを特徴とする請求項1に記載の真空断熱管の接続構造。
【請求項３】
前記内管の拡径部は拡径テーパー管を有し、拡径テーパー管はテーパー部と直管部とを有することを特徴とする請求項1又は２に記載の真空断熱管の接続構造。
【請求項４】
前記外管の縮径部は縮径テーパー管を有し、縮径テーパー管は直管部とテーパー部とを有することを特徴とする請求項1乃至３の何れか一項に記載の真空断熱管の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内管と外管を有し、両方の管の間の環状空間が真空とされた真空断熱管の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内管と外管を有する真空断熱管の接続構造として、二重管の端部を封じ切った真空断熱筒同士を嵌合するように接続したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。真空断熱筒同士の接続はシール材を介した遊合接続で、真空断熱層の真空度維持のためにゲッター材を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９３８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の超電導ケーブルの真空断熱管の接続構造として、フランジ接続、バイヨネット接続、溶接接続が挙げられる。各構造のメリット、デメリットをまとめると以下のようになる。フランジ接続のメリットは、施工が容易であり、デメリットは、真空断熱管の径が太くなり、真空の区切りができない。バイヨネット接続のメリットは、施工が容易であり、真空の区切りができる。ただしデメリットは、真空断熱管の径が太くなり、直線のみの施工となる。溶接接続のメリットは、一方の真空断熱管と他方の真空断熱管の接続部を同径にすることができる。デメリットは、現地溶接が２箇所必要（内管、外管）となり、熱侵入が大きい。【０００５】
そして、特許文献１では、一方の真空断熱管と、他方の真空断熱管の接続部が同径にならないという問題がある。超電導ケーブルはドラム出荷時に巻きつけ、布設時にベルトコンベアを用いた送り出しが必要であるため、真空断熱管の接続部は、同径であることが望ましい。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、一方の真空断熱管と他方の真空断熱管の接続部が、同径に接続できる真空断熱管の接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この明細書には、２０１４年２月１２日に出願された日本国特許出願・特願２０１４−０２４７９１の全ての内容が含まれる。【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、施工が容易かつ真空の区切りが出来るバイヨネット接続と、同径接続が可能な溶接接続を組み合わせれば、超電導ケーブルに適した断熱管接続構造を提供できるとの結論に至った。
本発明は、内管と外管を有し、両方の管の間の環状空間が真空とされた真空断熱管の接続構造であって、一方の真空断熱管の内管を拡径し、他方の真空断熱管の外管を一方の真空断熱管の内管内に挿入可能に縮径し、前記内管の拡径部と前記外管の縮径部の間を、溶接接続したことを特徴とする。【０００８】
一方の真空断熱管の内管を拡径し、他方の真空断熱管の外管を一方の真空断熱管の内管内に挿入可能に縮径したため、両方の真空断熱管の外管同士は、外径を等しく形成することができる。【０００９】
本発明は、前記内管の拡径部と前記外管の縮径部の間に、シール材を有してもよい。
また本発明は、前記内管の拡径部は拡径テーパー管を有し、拡径テーパー管はテーパー部と直管部とを有してもよい。
また本発明は、前記外管の縮径部は縮径テーパー管を有し、縮径テーパー管は直管部とテーパー部とを有してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一方の真空断熱管の内管を拡径し、他方の真空断熱管の外管を一方の真空断熱管の内管内に挿入可能に縮径したため、両方の真空断熱管の外管同士は、外径を等しく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、超電導ケーブルを示した斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る真空断熱管の接続構造を示す図である。
【図３】図３Ａ〜Ｄは、真空断熱管の接続構造の組み付け手順を示す図である。
【図４】図４は、別実施の形態に係る図３相当図である。
【図５】図５は、別実施の形態に係る図３相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、超電導ケーブル１を示した図である。
この超電導ケーブル１は、真空断熱管８０内に一心のケーブルコア７０が収納された単心型であり、ケーブルコア７０は、フォーマ７１、超電導導体層７２、電気絶縁層７３、超電導シールド層７４、常電導シールド層７５、保護層７６等により構成されている。
フォーマ７１は、ケーブルコア７０を形成するための巻心であり、例えば、銅線等の常電導線材で構成される。フォーマ７１には、短絡事故時に超電導導体層７２に流れる事故電流が分流される。
超電導導体層７２は、フォーマ７１の上に複数の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成される。超電導導体層７２には、運転時には常時送電電流が流される。超電導導体層７２を構成する超電導線材には、例えば、テープ状の金属基板上に中間層、超電導層、保護層等が順に形成された積層構造が備えられている。
電気絶縁層７３は、超電導導体層７２の上に巻回することにより形成される。電気絶縁層７３は、例えば、絶縁紙、絶縁紙とポリプロピレンフィルムを接合した半合成紙などで構成されている。
【００１３】
超電導シールド層７４は、電気絶縁層７３の上に複数の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成される。超電導シールド層７４には、定常運転時に電磁誘導によって導体電流とほぼ同じ電流が逆位相で流れる。超電導シールド層７４を構成する超電導線材には、超電導導体層７２と同様のものを適用できる。
常電導シールド層７５は、超電導シールド層７４の上に銅線などの常電導線材を巻回することにより形成される。常電導シールド層７５には、短絡事故時に超電導シールド層７４に流れる事故電流が分流される。
保護層７６は、例えば、絶縁紙、高分子不織布などで構成され、常電導シールド層７５の上に巻回することで形成される。
【００１４】
真空断熱管８０は、ケーブルコア７０を収容するとともに、例えば液体窒素などの冷媒が充填される内管８１と、内管８１の外周を覆うように配設された外管８２からなる二重環構造を有している。
内管８１及び外管８２は、例えばステンレス製のコルゲート管である。内管８１と外管８２の間には、例えばアルミを蒸着したポリエチレンフィルムの積層体で構成された多層断熱層８３が介在され、真空状態に保持される。また、外管８２の外周はポリエチレンなどの保護被覆層８４で被覆されている。
【００１５】
図２は、本実施の形態に係る真空断熱管の接続構造を模式的に示す。
超電導ケーブル１の真空断熱管８０は、図２に示すように、本実施形態による接続構造によって、接続されている。そして、ドラムに巻きつけられて工場出荷される。現場での布設時には、ベルトコンベア（不図示）を用いた送り出しが必要である。そのため、真空断熱管８０の接続部１００は、真空断熱管８０と一様であって、この真空断熱管８０の外径と略同径以下であることが望ましい。
本実施の形態では、一方の真空断熱管８０Ａは、内管８１Ａ及び外管８２Ａを備えている。一方の真空断熱管８０Ａの外管８２Ａは直線的に延出し、内管８１Ａは拡径されている。内管８１Ａの拡径部１８１は、テーパー状に拡径したテーパー部１８１Ａと、外管８２Ａと平行に拡径した平行部（直管部）１８１Ｂとを備えている。
平行部１８１Ｂの先端は、外管８２Ａの端部に閉じられ、内管８１Ｂ及び外管８２Ｂで囲まれた環状空間１８２は、真空とされている。
【００１６】
また、他方の真空断熱管８０Ｂは、内管８１Ｂ及び外管８２Ｂを備えている。
他方の真空断熱管８０Ｂの内管８１Ｂは直線的に延出し、外管８２Ｂは縮径されている。この縮径部１８３は、テーパー状に縮径したテーパー部１８３Ａと、内管８１Ｂと平行に縮径した平行部（直管部）１８３Ｂとを備えている。
平行部１８３Ｂの先端は、内管８１Ｂの端部に閉じられ、内管８１Ｂ及び外管８２Ｂで囲まれた環状空間１８４は、真空とされている。
また、一方の真空断熱管８０Ａの平行部１８１Ｂの先端には、ヒレ部１８１Ｃが形成され、ヒレ部１８１Ｃは、他方の真空断熱管８０Ｂのテーパー部１８３Ａに当接する。他方の真空断熱管８０Ｂの平行部１８３Ｂの先端には、ヒレ部１８３Ｃが形成され、ヒレ部１８３Ｃは、一方の真空断熱管８０Ａのテーパー部１８１Ａに当接する。
【００１７】
一方の真空断熱管８０Ａの平行部１８１Ｂと、他方の真空断熱管８０Ｂの平行部１８３Ｂの間には、Ｏリング（シール材）１８５が介装されている。Ｏリング１８５は、突き合わせ部の熱侵入経路を長くし、熱侵入を抑えるため、かつ内管８１内を流れる液体窒素の漏出を防止するために配置される。
そして、一方の真空断熱管８０Ａのヒレ部１８１Ｃと、他方の真空断熱管８０Ｂのテーパー部１８３Ａとの間が溶接により接合されている。この溶接部の内側に、Ｏリング１８５が覆われて収容されている。
また、他方の真空断熱管８０Ｂのヒレ部１８３Ｃは、一方の真空断熱管８０Ａのテーパー部１８１Ａに当接し、テーパー部１８１Ａに密着している。この当接部の内側に、Ｏリング１８５が覆われて収容されている。
【００１８】
真空断熱管８０の接続部１００を除いて、外管８２の外周は上述したポリエチレンなどの保護被覆層８４で被覆されている。
一方の真空断熱管８０Ａでは、真空断熱管８０の接続部１００以外でも、保護被覆層８４の一部が除去され、この除去部分８４Ａの外管８２Ａの外周に真空口１６５Ａが設けられている。この真空口１６５Ａを通じて真空引きされ、内管８１及び外管８２で囲まれた環状空間１８２が真空とされている。
真空口１６５Ａは、外管８２と一体的に形成された開口部１６６Ａと、開口部１６６Ａに嵌合される蓋部１６７Ａを有し、この蓋部１６７Ａと開口部１６６Ａとの間には、Ｏリング（シール材）１６８Ａが介装されている。
【００１９】
他方の真空断熱管８０Ｂでは、真空断熱管８０の接続部１００以外でも、保護被覆層８４の一部が除去され、この除去部分８４Ｂの外管８２Ｂの外周に真空口１６５Ｂが設けられている。この真空口１６５Ｂを通じて真空引きされ、内管８１及び外管８２で囲まれた環状空間１８４が真空とされている。
真空口１６５Ｂは、外管８２と一体的に形成された開口部１６６Ｂと、開口部１６６Ｂに嵌合される蓋部１６７Ｂを有し、この蓋部１６７Ｂと開口部１６６Ｂとの間には、Ｏリング（シール材）１６８Ｂが介装されている。
外管８２の外周には、保護被覆層８４を有し、各真空口１６５Ａ，１６５Ｂは、保護被覆層８４の外径内に収まって外管８２に設けられている。
【００２０】
本実施の形態では、内管８１及び外管８２をコルゲート状にした上で、曲げを考慮に入れた真空口１６５Ａ、１６５Ｂの径を規定する。
真空断熱管８０の長手方向における真空口１６５Ａ，１６５Ｂの長さδＬは、真空断熱管８０の許容曲径をＸＤとしたとき、
δＬ＜２πＸＤ／１００
の関係を満たすように構成されている。
すなわち、真空口１６５Ａ、１６５Ｂの径の決定に当たっては、曲げ部の長さＬに対してコルゲートの歪δＬが１％未満に収まることが望ましい。そのため、ケーブル外径をφＤ、許容曲げ半径をＲ＝ＸＤとすれば、
（δＬ／２πＸＤ）×１００＜１［％］
という不等式が成り立つ。
ここで、公知例ではＸ＝１５（Ｒ＝１５Ｄ）、φＤ＝１５０ ｍｍであり、真空口１６５Ａ、１６５Ｂの径の条件は、１４１ｍｍ未満となる。
【００２１】
つぎに、図３を参照し、真空断熱管８０の接続構造の製造手順を説明する。
真空断熱管８０を構成する内管８１及び外管８２は、図３Ａに示すように、ステンレス製のコルゲート管（波付管）である。まず、工場内において、断熱管（波付管）８１、８２を切断する。
【００２２】
つぎに、図３Ｂに示すように、一方の真空断熱管８０Ａを構成する外管８２Ａに直管１７１を溶接Ａする。また、他方の真空断熱管８０Ｂを構成する内管８１Ｂに直管１７２を溶接Ｂする。
ついで、図３Ｃに示すように、一方の真空断熱管８０Ａを構成する内管８１Ａに、拡径テーパー管１７３を溶接Ｃする。
拡径テーパー管１７３は、内管８１Ａの拡径部１８１を構成し、テーパー状に拡径したテーパー部１８１Ａと、外管８２Ａと平行に拡径した平行部１８１Ｂとを備えている。そして、外管８２Ａに接続した直管１７１と、内管８１Ａに接続した拡径テーパー管１７３とを溶接Ｄし、閉じた環状空間１８２を形成する。
また、他方の真空断熱管８０Ｂを構成する外管８２Ｂに、縮径テーパー管１７４を溶接Ｅする。縮径テーパー管１７４は、外管８２Ａの拡径部１８１を構成し、テーパー状に拡径したテーパー部１８３Ａと、内管８１Ａと平行に拡径した平行部１８３Ｂとを備える。そして、内管８１Ｂに接続した直管１７２と、外管８２Ｂに接続した縮径テーパー管１７４とを溶接Ｆし、閉じた環状空間１８４を形成する。
【００２３】
また、図３Ｄに示すように、一方の真空断熱管８０Ａの平行部１８１Ｂと、他方の真空断熱管８０Ｂの平行部１８３Ｂとの間に、Ｏリング１８５を介装し、このＯリング１８５を覆って、一方の真空断熱管８０Ａの平行部１８１Ｂと、他方の真空断熱管８０Ｂのテーパー部１８３Ａとを溶接Ｇする。図３Ｄは、現場合わせである。
【００２４】
本実施の形態では、一方の真空断熱管８０Ａに拡径テーパー管１７３を接続し、他方の真空断熱管８０Ｂに、上記拡径テーパー管１７３の内側に進入する縮径テーパー管１７４を接続し、これらを嵌合接続するため、左右で溶接部の金属管の断面積が等しくなり、熱の流入量が均一になるため、溶接の施工性が向上する。
また、本構造の真空区画１８２、１８４に、各々真空口１６５Ａ、１６５Ｂを配置し、各々真空引きするため、全長での真空度の信頼性を向上できる。また、真空口１６５Ａ、１６５Ｂの高さは、保護被覆層８４の外径内に収まり（コルゲート波高さと合わせて２５ｍｍ程度）、真空口１６５Ａ、１６５Ｂを配置しても、保護被覆層８４の外に突出しないため、真空断熱管８０の同径が維持される。
本実施の形態では、図３Ｄに示す工程が、現場で実施される。現地溶接において、溶接Ｇが一箇所で済むこと、内管８１と外管８２の長さ調整が不要であること、同径の接続が可能であるという効果が得られる。
【００２５】
図４は、別の実施の形態を示す。
図３と同一部分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。図４Ａに示す手順は、図３Ａに示す手順と同一である。
図４Ｂにおいて、一方の真空断熱管８０Ａを構成する外管８２Ａに直管２７１を溶接Ａする。この直管２７１の長さは、図３Ｂに直管１７１の長さよりも長く形成される。
つぎに、図４Ｃに示すように、一方の真空断熱管８０Ａを構成する内管８１Ａに、拡径テーパー管１７３を溶接Ｃする。拡径テーパー管１７３は、図３に示すものと形状が同一である。そして、外管８２Ａに接続した直管２７１と、内管８１Ａに接続した拡径テーパー管１７３とを溶接Ｄし、閉じた環状空間１８２を形成する。
他方の真空断熱管８０Ｂにおける直管１７２と、縮径テーパー管１７４を接続した構成は、図３に示すものと同一である。
【００２６】
本実施の形態では、図４Ｄに示すように、一方の真空断熱管８０Ａの平行部１８１Ｂと、他方の真空断熱管８０Ｂの平行部１８３Ｂとの間に、Ｏリング１８５を介装し、このＯリング１８５を覆って、一方の真空断熱管８０Ａの直管２７１の先端部と、他方の真空断熱管８０Ｂのテーパー部１８３Ａとを溶接Ｈする。
本実施の形態では、一方の真空断熱管８０Ａと、他方の真空断熱管８０Ｂとの突き合わせ部において、一方に長さの長い直管２７１（伸び出し構造）が存在することにより、熱の流入量が左右で均一にされ、溶接部の比熱を両端部で一定にすることができ、溶接の施工性が向上する。また、図４Ｄに示すように、直管２７１の先端部と、他方の真空断熱管８０Ｂのテーパー部１８３Ａとを突き合せたとき、略Ｖ字の空間が形成される。したがって、溶接Ｈが容易になる。この突き合わせ部の長さは曲げ特性及び熱侵入を考えると３０〜４０ｃｍであることが好ましい。
【００２７】
図５は、別の実施の形態を示す。なお、図５において、図３と同一部分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。
図５Ａにおいて、一方の真空断熱管８０Ａは、平行に延びた内管８１Ａ及び外管８２Ａを備えている。また、他方の真空断熱管８０Ｂは、平行に延びた内管８１Ｂ及び外管８２Ｂを備えている。一方の真空断熱管８０Ａの外管８２Ａは、内管８１Ａよりも長く、他方の真空断熱管８０Ｂの内管８１Ｂは、外管８２Ｂよりも長く形成されている。
【００２８】
ついで、図５Ｂに示すように、一方の真空断熱管８０Ａを構成する内管８１Ａ及び外管８２Ａを、拡径テーパー管１７３で、溶接Ａ、Ｂにより連結する。また、他方の真空断熱管８０Ｂの内管８１Ｂ及び外管８２Ｂを、縮径テーパー管１７４で、溶接Ｃ、Ｄにより連結する。拡径テーパー管１７３は、テーパー状に拡径したテーパー部１８１Ａと、外管８２Ａと平行に拡径した平行部（直管部）１８１Ｂとを備えている。縮径テーパー管１７４は、テーパー状に拡径したテーパー部１８３Ａと、内管８１Ａと平行に拡径した平行部（直管部）１８３Ｂとを備えている。
つぎに、図５Ｃに示すように、真空断熱管８０Ａの平行部１８１Ｂと、真空断熱管８０Ｂの平行部１８３Ｂとの間に、Ｏリング１８５が介装され、各平行部１８１、１８３Ｂ間が、溶接Ｅにより連結されている。
【００２９】
本実施の形態では、図３、図４の実施形態と比較して、直管１７１、１７２、２７１が不要であり、構造が簡素化される。
一方の真空断熱管８０Ａに拡径テーパー管１７３を接続し、他方の真空断熱管８０Ｂに、上記拡径テーパー管１７３の内側に進入する縮径テーパー管１７４を接続し、これらテーパー管１７３、１７４を嵌合接続するため、左右で溶接部の金属管の断面積が等しくなり、熱の流入量が均一になるため、溶接の施工性が向上する。
本実施の形態では、図５Ｃに示す工程が、現場で実施される。現地溶接において、溶接Ｅが一箇所で済むこと、内管８１と外管８２の長さ調整が不要であること、同径の接続が可能である等の効果が得られる。
また、内管８１と外管８２がコルゲート状となっているため、接続部１００に可とう性を付与できるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００３０】
１  超電導ケーブル
７０  ケーブルコア
８０、８０Ａ、８０Ｂ  真空断熱管
８１、８１Ａ、８１Ｂ  内管
８２、８２Ａ、８２Ｂ  外管
８４  保護被覆層
１００  接続部
１６５Ａ、１６５Ｂ  真空口
１８１  拡径部
１８１Ａ  テーパー部
１８１Ｂ  平行部（直管部）
１８１Ｃ、１８３Ｃ  ヒレ部
１８３  縮径部
１８３Ａ  テーパー部
１８３Ｂ  平行部（直管部）
【図１】
2015122310.tif 000003
【図２】
2015122310.tif 000004
【図３】
2015122310.tif 000005
【図４】
2015122310.tif 000006
【図５】
2015122310.tif 000007
【国際調査報告】
2015122310.tif 000008
2015122310.tif 000009
2015122310.tif 000010
2015122310.tif 000011