(57)【要約】【課題】電界にさらされる領域に、摩耗によって発生した金属粒子が入らないように構成された超伝導ケーブルシステムを提供する。 【解決手段】システムは、超伝導体の内側導体（１）と、スクリーン（Ｓ）と、両者の間に付けられた誘電体（３）と、からなる超伝導ケーブル（ＫＡ）を有する。スクリーンは、超伝導体部品（４）と、高導電性材料からなる部品（５）とから構成され、スクリーンは、液体冷媒を供給するために用いられる中間領域（９）とともに、互いに同心円状に延びた２つのステンレス鋼管（６、７）からなるクライオスタット（ＫＲ）で囲まれる。金属部品の摩耗から保護するために、スクリーンの表面、および／またはクライオスタットの内側表面のすべてにわたって、摩擦係数が鋼より低い耐摩耗性材料で作られたライナ層（１０）が設けられ、ケーブルのスクリーンを囲むライナ層は冷媒に対して透過性である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導体の内側導体と、前記内側導体と同心円上に配置されたスクリーンと、前記内側導体と前記スクリーンとの間に付けられた誘電体と、からなる超伝導ケーブルを有するシステムであって、前記スクリーンは、超伝導体部品と、前記超伝導体部品を囲む、高導電性材料からなる部品とから構成され、前記スクリーンは、液体冷媒を供給するために用いられる中間領域とともに、互いに同心円状に延びた２つのステンレス鋼管であって、排気され超断熱材を与えられた中間領域によって互いに隔てられた、２つのステンレス鋼管からなるクライオスタットで囲まれ、
前記クライオスタット（ＫＲ）で囲まれた前記超伝導ケーブル（ＫＡ）の前記スクリーン（Ｓ）の表面、および／または前記クライオスタット（ＫＲ）の内側表面のすべてにわたって、摩擦係数が鋼より低い耐摩耗性材料で作られたライナ層（１０）が設けられ、
前記超伝導ケーブル（ＫＡ）の前記スクリーン（Ｓ）を囲む、対応するライナ層（１０）が、前記冷媒に対して透過性である、システム。
【請求項２】
前記ライナ層（１０）が青銅からなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記超伝導ケーブル（ＫＡ）の前記スクリーン（Ｓ）を囲む前記ライナ層（１０）が、隙間を空けて前記スクリーン（Ｓ）に巻きつけられた青銅ストリップからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記超伝導ケーブル（ＫＡ）の前記スクリーン（Ｓ）と相対する、前記クライオスタット（ＫＲ）の少なくとも内側管（７）が、長手方向に対して横断するように波形を付けられた、請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導体の内側導体と、内側導体と同心円上に配置されたスクリーンと、内側導体とスクリーンとの間に付けられた誘電体と、からなる超伝導ケーブルを有するシステムであって、スクリーンは、超伝導体部品と、超伝導体部品を囲む、高導電性材料からなる部品とから構成され、スクリーンは、液体冷媒を供給するために用いられる中間領域とともに、互いに同心円状に延びたステンレス鋼管であって、排気され超断熱材（superinsulation）を備えた中間領域によって互いに隔てられた、２つのステンレス鋼管からなるクライオスタットで囲まれた、システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導ケーブルは、十分に低い温度で超伝導状態になる特殊な金属で作られた導体を有する。したがって、そのように作られた導体の電気抵抗は、ゼロに向かう傾向がある。好適な材料は、たとえば、ＹＢＣＯ（イットリウムバリウム銅酸化物）またはＢｉＳＣＣＯ（ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物）である。そのような材料が超伝導状態になるための十分に低い温度は、たとえば、６７Ｋ乃至１１０Ｋの範囲にある。好適な冷媒は、たとえば、それぞれ液体状態での、窒素、ヘリウム、ネオン、水素、またはこれらの物質の混合物である。
【０００３】
特許文献１ は、冷媒を運ぶ中心管を有する超伝導ケーブルを開示している。その管の周囲に、２つの超伝導体、２つの静電スクリーン、および誘電体が配置される。外側にある超伝導体は、帰線（return conductor）として、冷媒を通さない、機械的保護として作用する層で囲まれる。ケーブルは、断熱材が間に挟まれた２つの同軸管からなるクライオスタットの中に配置される。ケーブルとクライオスタットとの間に、冷媒を運ぶキャビティがある。
【０００４】
技術分野の項に記載したシステムは、超伝導ケーブルを備え、超伝導ケーブル内の冷媒がさらに、稼働中に含浸媒体として誘電体に浸透する。そのようなケーブルは、低温誘電体ケーブル（a cold-dielectric cable）と呼ばれる。特徴は、高電圧レンジにおいて非常に大きな電力を伝送できることである。そのようなケーブルは、内側導体と、内側導体と同心円上に配置されたスクリーンまたは外側導体とからなり、これらは互いに隔離され、誘電体（絶縁体）の分の距離だけ離れている。超伝導体は、たとえば、ＹＢＣＯやＢｉＳＣＣＯのような超伝導材料のストリップからなり、これらのストリップは、長いピッチで、互いに緊密に支持物に巻きつけられる。内側導体の支持物は、高導電性材料で作られた管またはコードまたは撚り線であってよく、これらは、短絡が発生した場合には電流を運ぶようにも動作する。しかしながら、支持物は、短絡電流をこのエレメントで運ぶことが必要でないと考えられる場合には、低導電性金属または非導電性金属で作られてもよい。ケーブルのスクリーンは、超伝導体部品と、超伝導体部品を囲み、自身も高導電性材料からなる部品（以下では、簡単のために「導体」と称する）とから構成される。この導体は、短絡が発生した場合には、電流を運ぶよう動作する。スクリーンについては、誘電体が支持物として動作する。誘電体は、たとえば、紙および／または紙とポリプロピレンとの積層の、複数の層からなる。ケーブルのまわりに、熱断熱のためと、空隙を含めながらシステムを完結させるために、クライオスタットが配置される。クライオスタットは、一方が他方の内側にある２つのステンレス鋼管を含み、それらの鋼管の間に、いわゆる超断熱材とスペーサとが配置される。クライオスタットの２つの鋼管の間の空間は、真空である。
【０００５】
システムの稼働中は、超伝導ケーブルが、室温から、たとえば、７３Ｋの温度まで冷却される。そのとき、ケーブルは、約０．３％縮む。長さ６００ｍのケーブルであれば、約１．８ｍ縮むことになる。これに対し、クライオスタットは、その特殊な構造ゆえに、この冷却の間は、縮まないか、縮んでもごくわずかである。したがって、ケーブルを冷却したとき、ならびに冷却を「スイッチオフ」した後に再加熱したときに、クライオスタットとケーブルとの間に相対運動が発生する。ケーブルの外側の層（すなわち、導体）は、高導電性金属、たとえば、銅またはアルミニウムからなる。銅もアルミニウムも、摩耗強度が、クライオスタットの内側管より低い。したがって、前述の相対運動の間に、導体の表面から、金属粒子が削り落とされる。ケーブルまたはシステムが電界にさらされる領域、たとえば、終端部においては、これらの相対運動が、電気的絶縁破壊を起こすほどの重大な問題につながりかねない。電気的絶縁破壊が起これば、終端部は破壊されるであろう。この危険は、クライオスタットの内側管が長手方向に対して横断するように波形が付けられる場合には、さらに悪化する。これは、波形が付けられることによって摩耗が増えるためである。
【特許文献１】米国特許第２００５／００５６４５６Ａ１号（US 2005/0056456A1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、技術分野の項で述べたシステムの、電界にさらされる領域に、摩耗によって発生した金属粒子が入らないように、システムを構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明によれば、クライオスタットで囲まれたケーブルのスクリーンの表面、および／またはクライオスタットの内側表面のすべてにわたって、摩擦係数が鋼より低い耐摩耗性材料で作られたライナ層が設けられることと、ケーブルのスクリーンを囲む、対応するライナ層が、冷媒に対して透過性であることと、によって達成される。
【０００８】
高導電性材料からなる、ケーブルの導体は、ライナ層によって、実質的に摩耗から保護される。したがって、ケーブルとクライオスタットとの間で相対運動が発生しても、クライオスタットから金属粒子が削り落とされない。同時に、ケーブルがクライオスタット内で縮むか延びる際の、ケーブルの運動は、その２つの部品の間の摩擦の低減によって容易になる。
【０００９】
ライナ層の耐摩耗性材料としては、青銅を用いることが有利であり、ケーブルの導体に、隙間を空けて巻きつけるストリップの形で用いることが好ましい。
【００１０】
本発明の対象物の例示的実施形態を図面に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１および２に示されたシステムのそれぞれにおいて、低温誘電体超伝導ケーブルＫＡが、クライオスタットＫＲ内に配置されている。ケーブルＫＡは、超伝導材料で作られた内側導体１を有し、内側導体１は、たとえば、銅などの高導電性金属で作られた金属芯２のまわりに配置される。芯２は、コードまたは撚り線であってよい。しかしながら、芯２は、システムの稼働中に冷媒を運ぶことが可能な管として構成されてもよい。内側導体１は、誘電体３で囲まれ、誘電体３は、紙および／または紙とポリプロピレンとの積層の、複数の層からなる。ケーブルＫＡのスクリーンＳは、内側にある超伝導部品４と、超伝導部品４を囲み、高導電性金属からなる、外側にある部品５（以下では、「導体５」と称する）とからなり、誘電体３を覆って配置される。導体５は、銅からなることが好ましい。
【００１２】
クライオスタットＫＲは、ステンレス鋼からなる２つの管６および７からなり、これらは、中間領域８によって互いに隔てられる。これらの管は、長手方向に対して横断するように波形が付けられると有利である場合があり、互いに同軸上にあるように配置されることが好ましい。中間領域８は、排気され、２つの管６および７の相互の位置関係を保持する超断熱材およびスペーサを備えられる。超断熱材は、それ自体既知の仕方で、アルミニウムを蒸着された多層のプラスチックフィルムから構成されてもよい。
【００１３】
ケーブルＫＡは、クライオスタットＫＲの中に配置され、特に、システムの稼働中に、たとえば、窒素などの加圧された冷媒がその中を通って運ばれる、中間領域９が空けてある。要件によれば、冷媒の圧力は、３乃至２０バールの範囲にある。図１に示された例示的実施形態では、ケーブルＫＡの導体５は、摩擦係数が鋼より低い耐摩耗性材料で作られたライナ層１０で囲まれ、ライナ層１０は導体５に直接当たっている。冷媒が含浸媒体として誘電体３に浸透することが可能であるよう、ライナ層１０は冷媒に対して透過性である。ライナ層１０の厚さは、０．１乃至０．２ｍｍが有利である。
【００１４】
ライナ層１０の好適な材料は、たとえば、ポリテトラフルオロエチレンおよび硫酸モリブデンである。しかしながら、青銅をライナ層１０に用いることが特に有利である。ライナ層１０がケーブルＫＡに付けられている場合、ライナ層１０は、隙間を空けて導体５に巻きつけられた青銅ストリップからなることが有利である。
【００１５】
ライナ層１０は、図２に示されるように、クライオスタットＫＲの内側管７の内側表面に付けられることも可能である。ライナ層１０を、ケーブルＫＡのまわりと内側管７との両方に設けることも可能である。
【００１６】
システムを稼動状態にしたときの、それに対応する冷却が行われる間、および故障時またはメンテナンス時にシステムをオフにしたときの、それに対応する加熱が行われる間、ケーブルＫＡは、クライオスタットＫＲ内で動く。ケーブルＫＡとクライオスタットＫＲとの間にライナ層１０を使用したところ、かなりの回数の上記のような冷却および加熱のサイクルの後でも、摩耗は観察されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】低温誘電体超伝導ケーブルを有する、本発明によるシステムの断面図である。
【図２】図１に対して変更が加えられたシステムの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１・・・内側導体、２・・・芯、３・・・誘電体、４・・・超伝導体部品、５・・・導体、６、７・・・ステンレス鋼管、１０・・・ライナ層
【図１】
2008041661.tif 000003
【図２】
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