(57)【要約】【課題】簡単な構成で長期的に亘って安定して液体冷媒を保冷することができる真空断熱容器を提供する。【解決手段】真空断熱容器1は、液相LNと気相GNとからなる冷媒を貯留する冷媒槽10と、冷媒槽10の外周を覆う真空槽20とを備える。そして、真空断熱容器1は、冷媒槽10と真空槽20との間に形成される真空断熱層30を上部断熱層30uと下部断熱層30dとに分割する仕切り部（仕切り板90）を有することを特徴とする。この容器1では、上部断熱層30uと下部断熱層30dとが独立した空間であるため、上部断熱層30uの真空度が下がっても、その影響が下部断熱層30dに及ばない。つまり、真空断熱層30を区画するという簡単な構成で下部断熱層30dの真空度を高い状態で長期的に維持することができる。その結果、長期間に亘って安定して液体冷媒LNを保冷することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相と気相とからなる冷媒を貯留する冷媒槽と、冷媒槽の外周を覆う真空槽とを備える真空断熱容器であって、
冷媒槽と真空槽との間に形成される真空断熱層を上部断熱層と下部断熱層とに分割する仕切り部を有することを特徴とする真空断熱容器。
【請求項２】
仕切り部のうち、冷媒槽に接続されている箇所の下端が、真空断熱容器を利用する際の液面以下の位置にあることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱容器。
【請求項３】
仕切り部は、波付き板であることを特徴とする請求項１または２に記載の真空断熱容器。
【請求項４】
仕切り部のうち、少なくとも上部断熱層側に気体分子を吸着する吸着材を配置したことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の真空断熱容器。
【請求項５】
仕切り部の上部断熱層側と下部断熱層側の少なくとも一方の近傍に、断熱材を配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の真空断熱容器。
【請求項６】
冷媒槽および真空槽の少なくとも一方が、2つ以上に分割された分割片を組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の真空断熱容器。
【請求項７】
冷媒槽と真空槽は、それぞれ上下方向に2つ以上に分割された分割片を組み合わせて構成されており、
全ての分割片を組み立てて真空断熱容器とする前に、冷媒槽の分割片と真空槽の分割片とが、予め仕切り部で連結されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の真空断熱容器。
【請求項８】
分割された冷媒槽同士または分割された真空槽同士を連結させるためのフランジが、分割された冷媒槽の端面または分割された真空槽の端面に設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の真空断熱容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温の冷媒を収納し、保冷する真空断熱容器に関するものである。特に、本発明は、超電導ケーブル線路の端末構造において極低温の液体冷媒を収納し、保冷する真空断熱容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
極低温の冷媒を収納する構成として、真空断熱方式を使用した極低温容器（真空断熱容器）が知られている（例えば、特許文献1や特許文献2）。真空断熱容器は、冷媒を収納する冷媒槽と、冷媒槽の外周を覆う真空槽とを備え、冷媒槽と真空槽との間に真空断熱層を形成することで、冷媒槽に貯留した冷媒を極低温に保冷する容器である。
【０００３】
また、上記の真空断熱容器の構成は、冷媒による冷却が必須である超電導ケーブル線路における端末構造にも適用されている（例えば、特許文献3など）。超電導ケーブル線路の端末構造の代表的な構成として、図10に示す構造のものが知られている。この端末構造は、超電導ケーブルの端部に接続用導体210を接続し、この接続用導体210と常温側の常電導導体220の端部とをジョイント部270を介して接続している。また、この端末構造は、接続用導体210と常電導導体220の一端(接続用導体210との接続側)とが配置される冷媒槽230と、冷媒槽230を覆う真空槽240と、真空槽240の常温側に突設される碍管250と、常電導導体220の外周を覆うブッシング260とを具える。このような構成を備えることにより、超電導ケーブルの端末構造において効率良く冷媒の温度を維持することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２６６３７１号公報
【特許文献２】特開昭６３−２１３９０６号公報
【特許文献３】特開２００２−２３８１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、真空断熱容器における真空断熱層の真空度は、冷媒を貯留する冷媒槽外周面の表面温度に依存して変化するため、時間の経過に伴って低下する虞がある。これは、主として冷媒槽外周面に吸着された気体分子が、時間の経過に伴って真空断熱層に放出されるためである。
【０００６】
一般に、気体分子が吸着される壁面の温度が低いほど、気体分子が壁面に吸着されたままの状態にある時間（滞在時間）が長く、液体窒素温度における平均滞在時間は年オーダーとなることが知られている。換言すれば、液体窒素温度で真空断熱層において自由運動する気体分子が少なく、真空断熱層が所定の真空度を達成していたとしても、時間の経過に伴って液体窒素温度を超えてしまうと、冷媒槽外周面に吸着されている気体分子が放出されて、真空断熱層が所定の真空度を維持できなくなる虞がある。
【０００７】
ここで、冷媒槽の上部では液体冷媒がガス化した状態であることがほとんどであり、冷媒槽を液体状の冷媒ですべて満たすことは実質的に不可能である。そのため、容器上部側では容器下部側に比べて冷媒槽外周面の温度が高く、時間の経過に伴って上部側の冷媒槽外周面に吸着されていた気体分子が放出され易い。その結果、真空断熱層全体の真空度が下がって（圧力が上がって）、真空断熱容器の断熱性能が低下し、冷媒槽内の冷媒の蒸発を促進してしまう。
【０００８】
上述のような冷媒の蒸発が、さらなる冷媒の蒸発を促すような状態になれば、液体冷媒を保冷するという真空断熱容器の目的を達成することができなくなる虞がある。特に、超電導ケーブル線路の場合には、液体冷媒の量が減少しすぎると、当該線路の運転に支障がでる虞がある。このような問題点を解決するために、真空断熱層に真空ポンプを常時接続して、真空排気し続けることも考えられるが、長期的な真空ポンプの運転に不安がある上、運転にコストがかかり、実用的とは言い難い。
【０００９】
そこで、本発明の主目的は、簡単な構成で長期的に亘って安定して液体冷媒を保冷することができる真空断熱容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の真空断熱容器は、液相と気相とからなる冷媒を貯留する冷媒槽と、冷媒槽の外周を覆う真空槽とを備える真空断熱容器である。そして、本発明の真空断熱容器は、冷媒槽と真空槽との間に形成される真空断熱層を上部断熱層と下部断熱層とに分割する仕切り部を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の真空断熱容器に貯留する冷媒は、その目的とする使用状態が液体状態のものである。例えば、冷媒としては、液体窒素や液体ヘリウム、液体酸素、液体空気などが挙げられる。これらの冷媒は、冷媒槽に貯留したときに、液体状態でのみ貯留することはほとんど不可能である。そのため、貯留される冷媒は、液相と気相とに区分される。
【００１２】
ここで、本発明の真空断熱容器の構成では、仕切り部により、冷媒槽のうち、冷媒の液相部分に接する部分の外周側を主に覆う下部断熱層と、冷媒の気相部分に接する部分の外周面を主に覆う上部断熱層とを分離した独立した空間とすることができる。既に説明したように、冷媒槽の温度が低いほど冷媒槽の外周面に吸着した気体分子は、当該外周面から放出され難くなる。換言すれば、上部断熱層における冷媒槽外周面の方が、下部断熱層における冷媒槽外周面に比べて、気体分子を放出し易い。そのため、上部断熱層の真空度の方が、下部断熱層の真空度よりも低くなる傾向にある。しかし、本発明の真空断熱容器では、上部断熱層と下部断熱層とが独立した空間であるため、上部断熱層の真空度が下がっても、その影響が下部断熱層に及ばない。つまり、真空断熱層を区画するという簡単な構成で下部断熱層の真空度を高い状態で長期的に維持することができる。その結果、長期間に亘って安定して液体冷媒を保冷することができる。
【００１３】
以下、本発明の各構成を詳しく説明する。
【００１４】
仕切り部は、真空断熱層を独立した空間に分割することができる構成であれば特に限定されない。但し、仕切り部は、冷媒槽に接続されている箇所の下端が、真空断熱容器を利用する際の液面以下の位置にあることが好ましい。より好ましくは、前記下端を液面よりも下となるようにする。ここで、下部断熱層の方が、上部断熱層よりも真空度が低下し難く、断熱性能に優れるため、下部真空槽に囲まれる冷媒槽の部分の温度が、上部真空槽に囲まれる冷媒槽の部分の温度よりも低い状態で維持される。従って、仕切り部の下端が、真空断熱容器を利用する際の液面位置以下であれば、液体冷媒のほとんどが、冷媒槽のうち、下部断熱層に囲まれている温度の低い部分に接触して貯留されることになるので、蒸発し難くなる。
【００１５】
仕切り部は、真空断熱層を気密に区画して上部断熱層と下部断熱層とを維持することができる機械強度を有する材質および形状を選択する。材質としては、機械強度に加えて、熱膨張率などを考慮して、例えば、ステンレスや銅などを使用することができる。また、形状としては、仕切り部を介した外部環境からの熱伝導を抑制するために厚さの薄い形状、例えば、平板状のものや、波付き板状のもの（ベローズ）を使用することが挙げられる。特に、ベローズの場合、真空槽から冷媒槽までの熱伝導距離を長くすることができるので、真空槽から冷媒槽への熱の伝導を抑制することができる。
【００１６】
仕切り部により区画される上部断熱層と下部断熱層は、適宜真空引きできる構成とすることが好ましい。例えば、上部断熱層と下部断熱層とにそれぞれ連通する真空ポートを真空槽に形成する。このような構成により、両断熱層を適宜真空引きすることができるので、高い真空度を維持し易い。
【００１７】
また、真空断熱層の真空度を維持するために、真空断熱層のうち、少なくとも上部断熱層側に、気体分子を吸着する吸着材（例えば、ジルコニウムを含むゲッター合金や活性炭、酸化アルミなど）を配置することが好ましい。既に説明したように、上部断熱層側の冷媒槽外周面からは、時間の経過に伴って気体分子が放出され易く、上部断熱層の真空度が低下し易い。そのため、上部断熱層側に吸着材が配置されていると、上部断熱層側の真空度が低下することを抑制できる。つまり、仕切り部のうち、少なくとも上部断熱層側に気体分子を吸着する吸着材を配置することが好ましい。仕切り部は、真空断熱層を上下に仕切る構成であるので、吸着剤を仕切り部に載置するだけで吸着材の配置ができる。もちろん、下部断熱層側にも吸着剤を配置してもかまわないし、その場合に、仕切り部の位置に吸着剤を配置してもかまわない。
【００１８】
また、真空断熱層には、断熱材、特に輻射による熱伝導を抑制する断熱材を配置することが好ましい。このような断熱材としては、ポリプロピレンのメッシュとアルミニウム箔の積層体であるスーパーインシュレーション（以下、SIとする）が好適に利用可能である。SIの配置は、真空断熱層の上下方向にシート状のSIを積み重ねるようにしても良いが、SIを縦にして、SIが真空断熱容器の径方向に層をなすように配置することが好ましい。SIを径方向に層をなすように配置すると、SIの平面が断熱容器の径方向を向くので、輻射線を効率良く反射することができる。
【００１９】
ところで、真空断熱層の全体にSIのような断熱材を配置すると、真空断熱層の断熱性能は向上するが、真空断熱層を真空引きし難くなる。そこで、断熱材を配置する位置を限定することで、断熱材を配置する利点を効果的に発揮させつつ、真空断熱層を真空引きし易くすることができる。例えば、仕切り部の上部断熱層側と下部断熱層側の少なくとも一方の近傍に、断熱材を配置する。この位置に断熱材を配置することで、輻射による仕切り部の発熱を抑えて、冷媒槽の温度上昇を抑制することができる。
【００２０】
真空断熱容器は、製造時に冷媒槽と真空槽と仕切り部とを一体に形成しても良いし、上記各構成が別個の部材で、これらの部材を現場で適宜組み立てて形成しても良い。また、冷媒槽や真空槽の少なくとも一方は、さらに2つ以上の分割片を組み合わせて形成されていても良い。一体形成された真空断熱容器であれば、製造時にその品質、特に、仕切り部と冷媒槽との接合部、および、仕切り部と真空槽との接合部の気密性を詳細に検査することができるので、信頼性の高い真空断熱容器とすることができる。一方、複数の部材に分割可能な真空断熱容器であれば、当該容器の使用現場への運搬が容易にできる。
【００２１】
ここで、冷媒槽と真空槽の少なくとも一方が、2つ以上の分割片からなる場合は、この槽を上下方向に分割する分割片とすることが好ましい。また、冷媒槽と真空槽の両方を2つ以上の分割片から構成する場合は、冷媒槽の分割片と真空槽の分割片を予め仕切り部で連結したユニットを形成しておくことが好ましい。そして、このユニットを使用して真空断熱容器を形成するときは、このユニットと、残りの冷媒槽分割片および真空槽分割片とを組み立てれば良い。このユニットを使用する構成であれば、真空断熱層を上下に分割する仕切り部を現場で形成する必要がなく、上下の断熱層を気密状態で確実に区画することができる。
【００２２】
また、真空断熱容器を分割片から構成する場合は、各分割片を組み立てて真空断熱容器とするときに分割片同士を接合し易いようにフランジを設けることが好ましい。例えば、冷媒槽を複数の分割片から構成する場合は、分割された冷媒槽の端面にフランジを設ける。そして、分割片同士を接合するときは、各分割片のフランジを重ね合わせて締め付けるようにする。同様にして、真空槽を複数の分割片から構成する場合は、分割された真空槽の端面にフランジを設けるようにする。
【００２３】
以上説明した本発明の真空断熱容器は、種々の構成に適用できる。例えば、本発明の真空断熱容器は、単に、液体冷媒を貯留した状態で運搬できる容器として使用しても良いし、液体冷媒を貯留した状態で載置され、液体冷媒により冷却が必要である機器などに冷媒を供給する容器として使用しても良い。特に、後者の構成としては、後述する実施例に記載の超電導ケーブル線路の端末構造が挙げられる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の構成によれば、真空断熱層が上部断熱層と下部断熱層とに区画されているため、上部断熱層の真空度が下がった場合でも真空断熱層全体の真空度が下がることがない。下部断熱層は、液相に接する冷媒槽の外周面を主に覆っているので、この下部断熱層の真空度が高い状態に維持されていれば冷媒槽内の液体冷媒を長時間に亘って安定して保冷することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の真空断熱容器を図に基づいて説明する。
【００２６】
＜実施例１＞
（真空断熱容器の全体構成）
図1は、本例の真空断熱容器の縦断面図であり、図2は、この真空断熱容器の各構成部材の部分断面斜視図である。真空断熱容器1は、液体冷媒LNを貯留する冷媒槽10と、冷媒槽10の外周を覆う真空槽20とを備え、各槽の上部が蓋40により封止されている。冷媒槽10と真空槽20との間には、真空引きされた真空断熱層30が形成されており、さらに、この真空断熱層30は仕切り板（仕切り部）90により上部断熱層30uと下部断熱層30dとに区分されている。ここで、仕切り板90は、真空断熱層30を区分しているが、冷媒槽10内部を区分してはいない。
【００２７】
（真空断熱容器の各構成部材）
［冷媒］
本例において、冷媒槽に貯留される液体冷媒（液相）LNは、窒素である。貯留される窒素は、液体状態で冷媒槽に貯留されるが、その一部は気体状態になり気相GNを形成する。液相LNの温度は約70〜77K、気相GNの温度は約80〜100Kである。なお、冷媒は窒素に限定されるわけではなく、例えば、ヘリウム、酸素、空気などでも良い
【００２８】
［冷媒槽］
本例の冷媒槽10は、上部冷媒槽容器10uと下部冷媒槽容器10dと仕切り板の一部で構成されている（図1参照）。即ち、下部冷媒槽容器10dの内周面と、仕切り板90の孔の内周面（図2を参照）と、上部冷媒槽容器10uの内周面と、蓋40の下面とで囲まれた空間に冷媒を貯留し、保冷することができる。
【００２９】
下部冷媒槽容器10dは、ステンレス製の有底筒状の部材であり、その上端面に筒の径方向内方に突出する環状フランジ11が設けられている。環状フランジ11のうち、下部冷媒槽容器10dの開口端側の面には、環状パッキン51aを配置可能なパッキン溝51agが形成されている。また、環状フランジ11には、環状フランジ11を厚さ方向に貫通するボルト孔61aが、環状フランジ11の周方向に均等な間隔で複数配置されている。ボルト孔61aは、パッキン溝51agよりも環状フランジ11の内周側に設けられている。なお、図面上では、複数あるボルト孔のうち、4つだけ記載し、以降の図においても同様に、ボルト孔は代表して4つのみ記載する。
【００３０】
一方、上部冷媒槽容器10uは、両端が開口したステンレス製の筒状部材であり、両端面にそれぞれ筒の径方向内方に突出する環状フランジ12,13が設けられている。環状フランジ12のうち、下部冷媒槽容器10dと対向する側の面には、環状パッキン52aを配置可能なパッキン溝52agが形成されている。また、環状フランジ12には、環状フランジ12の厚さ方向に貫通するボルト孔62aが、環状フランジ12の周方向に均等な間隔で複数配置されている。環状フランジ12のボルト孔62aの位置は、パッキン溝52agよりもフランジ11の内周側に設けられ、下部冷媒槽容器10dのフランジ11のボルト孔61aと一致するようになっている。一方、環状フランジ13には、環状フランジ13の厚さ方向に貫通するボルト孔63aが、環状フランジ13の周方向に均等な間隔で複数配置されている。
【００３１】
［真空槽］
真空槽20も、冷媒槽10と同様に、上部真空槽容器20uと、下部真空槽容器20dと、仕切り板90の一部で構成されている。即ち、上部真空槽容器20uの内周面と、仕切り板90の上面と、蓋40の下面と、上述した上部冷媒槽容器10uの外周面とで囲まれる空間が上部断熱層30uを形成する。また、下部真空槽容器20dの内周面と、仕切り板90の下面と、上述した下部冷媒層容器10dの外周面とで囲まれる空間が下部断熱層30dを形成する。上記上部真空槽容器20uと下部真空槽容器20dには、それぞれ真空ポート72,71が形成されており、上部断熱層30uと下部断熱層30dの真空引きを行うことができる。
【００３２】
下部真空槽容器20dは、ステンレス製の有底筒状の部材であり、その内部に下部冷媒槽容器10dを収納することができる。下部真空槽容器20dの底部には、下部冷媒槽容器10dを支持して、下部真空槽容器10dの内周面と下部冷媒槽容器20dの外周面とが直接接触しないように離間する支持部材81が設けられている。支持部材81は、短尺の棒状部材であり、支持部材81を介した真空槽20から冷媒槽10への熱伝導が少ない。また、支持部材81は、熱伝導性の低い部材、例えば、繊維強化プラスチック（FRP）などで形成すれば良い。
【００３３】
下部真空槽容器20dの高さは、その内部に下部冷媒槽容器10dを収納し、この容器10dを支持部材81で支持させたときに、下部真空槽容器20dの開口端面と下部冷媒槽容器10dの開口端面とが面一になるように構成されている。
【００３４】
下部真空槽容器20dの開口端面には、筒の径方向外方に突出する環状フランジ21が設けられている。この環状フランジ21のうち、下部真空槽容器20dの開口端面側の面には環状パッキン51bを嵌め込むパッキン溝51bgが形成されている。また、環状フランジ21には、環状フランジ21を厚さ方向に貫通するボルト孔61bが、環状フランジ21の周方向に均等な間隔で複数配置されている。ボルト孔61bは、パッキン溝51bgよりも環状フランジ21の外周側に設けられている。
【００３５】
一方、上部真空槽容器20uは、両端が開口したステンレス製の筒状部材であり、その高さが、上部冷媒槽容器10uの高さと一致するように構成されている。また、上部真空槽容器20uの両端面には、筒の径方向外方に突出する環状フランジ22,23が設けられている。環状フランジ22のうち、下部真空槽容器20dに対向する面には、パッキン52bを嵌め込むパッキン溝52bgが設けられている。さらに、環状フランジ22には、環状フランジ22の厚さ方向に貫通するボルト孔62bが、環状フランジ22の周方向に均等な間隔で複数配置されている。環状フランジ22のボルト孔62bの位置は、パッキン溝52bgよりもフランジ22の外周側に設けられ、下部真空槽容器20dのフランジ21のボルト孔61bと一致するようになっている。また、環状フランジ23にも、環状フランジ23の厚さ方向に貫通するボルト孔63bが、環状フランジ23の周方向に均等な間隔で複数配置されている。
【００３６】
［仕切り板］
仕切り板90は、円環状のステンレス製薄板である。仕切り板90の厚さは、上部断熱層30uと下部断熱層30dとの気密を維持することができる強度を有しつつ、できるだけ薄くなるようにしている。この仕切り板90は、後述する実施例2のように、真空断熱層30に露出する部分を波付き板状に加工しても良い。なお、仕切り板90の材質として、ステンレス以外の合金や、繊維強化プラスチックなど、所定の強度を有するものを使用できる。
【００３７】
また、仕切り板90には、その厚さ方向に貫通するボルト孔65a,65bが、複数設けられている。ボルト孔65aは、上部冷媒槽容器10uのボルト孔62aと、下部冷媒槽容器10dのボルト孔61aとに一致する位置に設けられている。また、ボルト孔65bは、上部真空槽容器20uのボルト孔62bと、下部真空槽容器20dのボルト孔61bとに一致する位置に設けられている。
【００３８】
［蓋］
蓋40は、ステンレス製の円板である。蓋40には、上部冷媒槽容器10uのフランジ13と、上部真空槽容器20uのフランジ23の形状に沿った円環状のパッキン溝54ag,54bgが形成されている。これらのパッキン溝54ag,54bgには、それぞれ環状パッキン54a,54bを嵌め込むことができる。
【００３９】
また、蓋40には、その厚さ方向に貫通するボルト孔64a,64bが、複数設けられており、ボルト孔64aは、パッキン溝54agよりも径方向内方に、ボルト孔64bは、パッキン溝54bgよりも径方向外方に設けられている。ボルト孔64aは、蓋40を上部冷媒槽容器（上部真空槽容器）上に配置したときに、上部冷媒槽容器10uのボルト孔63aと一致する位置に設けられている。また、ボルト孔64bは、上部真空槽容器20uのボルト孔63bと一致する位置に設けられている。さらに、蓋40には、必要に応じて冷媒槽10と容器1の外部とを連通状態にする冷媒注入口やガス抜き孔などが設けられている（図示せず）。
【００４０】
［パッキン］
パッキン51a,51b,52a,52b,54a,54bは、各分割片間の気密性を保持するための円環状部材である。各パッキンは、各構成部材の対応するパッキン溝の形状に一致する直径を有している。なお、パッキンの材質は、極低温状態でも使用できる弾性体であれば良く、例えば、フッ素ゴム（Viton：登録商標）などである。
【００４１】
（真空断熱容器の組み立て手順）
以上の構成を備える真空断熱容器1を作製するには、まず初めに下部真空槽容器20dの内部に下部冷媒槽容器10dを配置する。次に、下部冷媒槽容器10dのパッキン溝51agと下部真空槽容器20dのパッキン溝51bgに、それぞれパッキン51aとパッキン51bとを嵌め込み、これらパッキンの上に仕切り板90を載置する。
【００４２】
次いで、仕切り板90の上に、パッキン溝52agにパッキン52aを嵌め込んだ上部冷媒槽容器10uと、パッキン溝52bgにパッキン52bを嵌め込んだ上部真空槽容器20uとを配置する。そして、上下の冷媒槽容器、上下の真空槽容器および仕切り板90のボルト孔を一致させて、仕切り板90をはさみ込んだ状態で、上下の冷媒槽容器と上下の真空槽容器とをそれぞれボルトで連結する。
【００４３】
最後に、蓋40のパッキン溝54ag,54bgにパッキン54a,54bを嵌め込み、この蓋40で、冷媒槽10と真空槽20の開口を覆うようにする。そして、蓋40のボルト孔64aと上部冷媒槽容器10uのボルト孔63aとが一致するようにすると共に、蓋40のボルト孔64bと上部真空槽容器20uのボルト孔63bとが一致するようにするようにして、蓋40を冷媒槽10と真空槽20にボルト留めする。このようになすことにより、冷媒槽10が封止された状態になると共に、真空断熱層30が上部断熱層30uと下部断熱層30dとに分割されて封止された状態になる。
【００４４】
この真空断熱容器1に、液体冷媒LNを貯留させるときは、蓋40の冷媒注入口から注入し、仕切り板90よりも冷媒の液面が高くなるようにする。冷媒注入の際は、予め上部断熱層30uと下部断熱層30dの真空排気が終了した状態である。もちろん、冷媒を注入した後に上記両層の真空排気を行なうこともできる。
【００４５】
本例の真空断熱容器1によれば、ガスの状態にある冷媒（気相GN）により、下部冷媒槽容器10dよりも温度が高い上部冷媒槽容器10uの外周面から気体分子が上部断熱層30uに放出されて、当該断熱層30uの真空度が低下した場合でも、その影響による下部断熱層30dの真空度の低下が生じない。そのため、実際に液体冷媒LNを貯留している下部冷媒槽容器10dの外周を覆う下部断熱層30dの断熱効果により、長期間に亘り安定して液体冷媒LNを保冷することができる。
【００４６】
＜実施例２＞
実施例2では、実施例1とは仕切り部の構成が異なる真空断熱容器を説明する。本例では、実施例1との構成の相違点についてのみ説明し、実施例1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図3は、実施例2の真空断熱容器の縦断面図を示す。図に示すように、この真空断熱容器2は、仕切り部が波付き板状（ベローズ91）であり、このベローズ91により上部冷媒槽容器10uと上部真空槽容器20uとが予め連結されたユニットUn1を形成している。
【００４８】
ユニットUn1をより具体的に説明すると、図4に示すように、上部真空槽容器20uの内部に上部冷媒槽容器10uが収納された状態でベローズ91および支持棒82により一体に連結されたものである。ベローズ91は、容器10uの全周に亘って設けられており、このベローズ91を境界として上下の空間が完全に区画されている。一方、支持棒82は、上部冷媒槽容器10uから上部真空槽容器20uに向かって延び、上部真空槽容器20uと上部冷媒槽容器10uとを間隔を空けて保持する部材（FRPなどの熱伝導率の低い材料で構成される）であり、容器10uの周方向に均等な間隔を空けて複数配置されている。なお、この支持棒82は、真空断熱容器2を組み立てる前に、上部冷媒槽容器10uと上部真空槽容器20uとがずれないように仮止めするためのものであり、ベローズ91で両槽容器10u,20uを確りと固定できるのであれば設ける必要はない。
【００４９】
このユニットUn1を使用して、図3の真空断熱容器2を製造する場合、下部真空槽容器20dの内部に下部冷媒槽容器10dを収納し、これらの上にユニットUn1を配置してボルト留めするとともに、蓋40をユニットUn1の上にボルト留めするだけで良い。このとき、ベローズ91のうち、上部断熱層30u側に、気体分子を吸着する吸着剤85と輻射線を反射するスーパーインシュレーション（断熱材）86とを配置することで、容器2の保冷性を向上させることができる。
【００５０】
また、ユニットUn1を使用した真空断熱容器2であれば、現場においてベローズ（仕切り部）91を設ける作業を行なう必要がない。つまり、容器2を組み立てる前に、仕切り部について既に精密な気密試験が終了した状態であるので、信頼性の高い容器2を現場で容易に組み立てることができる。
【００５１】
＜変形例＞
この実施例2の構成に類似する構成として、図5に示すユニットUn2を使用して真空断熱容器を形成しても良い。このユニットUn2は、実施例1の仕切り板90が、上部真空槽容器20uと下部真空槽容器10uとに一体に形成されているものである。このユニットUn2を使用した場合もやはり現場での真空断熱容器の組み立てを容易にすることができる。なお、仕切り板90の位置は、適宜変更しても良い。
【００５２】
さらに、図6に示すユニットUn3と、ユニットUn4とを使用して真空断熱容器を形成しても良い。ユニットUn3は、下部冷媒槽容器10dと下部真空槽容器20dとを仕切り板90により一体に形成したものである。このユニットUn3であれば、工場において下部断熱層30dを真空引きし、現場における真空断熱容器の組み立て前に下部断熱層30dを予め高真空の状態とすることができる。つまり、容器の組み立て時に、下部断熱層30dを真空引きする必要がなく、しかも、工場において既に検査を終えた高真空状態の下部断熱層30dとすることができる。一方、ユニットUn4は、上部冷媒槽容器10uと上部真空槽容器20uとが、支持棒82により連結されたユニットである。これらユニットUn3とユニットUn4を使用すれば、ユニットUn3とユニットUn4とを連結し、蓋を取り付けるだけで真空断熱容器を形成でき、しかも、現場では上部断熱層のみ真空引きを行えば良いので、非常に組み立て効率が良い。
【００５３】
＜実施例３＞
実施例3では、冷媒槽と真空槽が、それぞれ上下方向に3分割された真空断熱容器を説明する。なお、本例では、実施例2と共通する構成が多いため、実施例2と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図7は、本例の真空断熱容器の縦断面図を示す。本例の真空断熱容器3は、下部冷媒槽容器10dと下部真空槽容器20dの上部にユニットUn5が設けられ、さらに、このユニットUn5の上部に上段冷媒槽容器10uuと上段真空槽容器20uuとが設けられている。即ち、この容器3では、下部冷媒槽容器10dと、ユニットUn5の上部冷媒槽容器10uと、上段冷媒槽容器10uuとで冷媒槽10が形成され、下部真空槽容器20dと、ユニットUn5の上部真空槽容器20uと、上段真空槽容器20uuとで真空槽20が形成される。
【００５５】
ユニットUn5は、図4を参照して説明した実施例2のユニットUn1とほぼ同様の構成を有しており、主な相違点は、フランジ13,23にパッキン55a,55bを嵌め込むための環状のパッキン溝が設けられていることである。パッキン55aを嵌め込まれるパッキン溝は、フランジ13の上面におけるボルト孔63aよりも径方向外方の位置に設けられている。一方、パッキン55bが嵌め込まれるパッキン溝は、フランジ23の上面におけるボルト孔63bよりも径方向内方の位置に設けられる。
【００５６】
また、上段冷媒槽容器10uuと上段真空槽容器20uuとは、それぞれ、図2を参照して説明した上部冷媒槽容器10uと上部真空槽容器20uと同様の構成を有している。即ち、上段冷媒槽容器10uuは、フランジ14,15を有し、ユニットUn5の上部冷媒槽容器10uに連結可能な構成であり、上段真空槽容器20uuは、フランジ24,25を有し、ユニットUn5の上部真空槽容器20uに連結可能な構成である。なお、上段の槽容器は、図6を参照して説明したユニットUn4のような一体構成としても良い。
【００５７】
本例の構成によれば、容器3の分割数が多いため、容器全体の容積を大きくした容器、即ち、液体冷媒の貯留量を大きくした容器であっても、運搬し易くすることができる。
【００５８】
＜実施例４＞
実施例4では、冷媒槽、真空槽および仕切り部とが予め一体に製造された真空断熱容器を説明する。本例においても、上述の実施例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図8は、実施例4の真空断熱容器4の縦断面図である。図に示すように、本例の真空断熱容器4は、予め真空槽20の内部に冷媒槽10が収納された状態で位置決めされ、さらに、真空断熱層30が仕切り板92で区画されている。そして、冷媒槽10と真空槽20の上方は、蓋40で封止されている。
【００６０】
この真空断熱容器4を作製するには、まず初めに、外周面に環状の仕切り板（仕切り部）92を溶接した冷媒槽10を作製する。仕切り板92の外径は、上部真空槽容器20uおよび下部真空槽容器20dの外径と同一である。次に、作製した仕切り板92付き冷媒槽10を下部真空槽容器20dの内部に嵌め込み、仕切り板92と下部真空槽容器20dとを溶接する。そして、図に示すように、上部真空槽容器20uを配置して仕切り板92の上面側に溶接する。最後に蓋40を上部真空槽容器20uと冷媒槽10とにボルト留めする。作製した真空断熱容器4は、断熱層30u,30dを真空引きした状態で出荷すると良い。
【００６１】
このような真空断熱容器4は、出荷段階で既に全ての構成の配置が終了しており、各部の気密性が保証された状態にある。従って、非常に信頼性の高い真空断熱容器4とすることができる。この真空断熱容器4は、一体成型されるので、大型の容器とするよりも、液体冷媒運搬用などの小型の容器とすることが好ましい。
【００６２】
＜実施例5＞
実施例5では、超電導ケーブル線路の端末構造に本発明の真空断熱容器の構成を適用した例を説明する。なお、実施例1〜4にて既に説明した部材と同様の構成については同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００６３】
超電導ケーブルの端末構造は、常温側の常電導導体と、低温側の超電導ケーブルとの間で電力の入出力を行なうために、常電導導体と超電導ケーブルの超電導導体とを接続する構成である。図9は、本例の超電導ケーブル線路の端末構造全体を示す概略構成図であって、部分断面図である。この端末構造は、接続用導体112と、導体部121と、冷媒槽RCと、真空槽VCと、碍管114とを具え、常電導導体111に接続される導体部121と、超電導導体102とを電気的に接続している。
【００６４】
以下、各構成部材を詳しく説明する。
【００６５】
本例の超電導ケーブルは、１心のケーブルコア101を断熱管103に収納させた単相超電導ケーブル100を用いている。このケーブル100の断熱管103は、図示していないが、外管と内管とからなる二重管の間に断熱材を配置して二重管内を真空引きした構成としている。ケーブルコア101は、中心から順にフォーマ、超電導導体、電気絶縁層、シールド層、保護層を具える。なお、超電導ケーブルとして、複数心のケーブルコアを有する多相超電導ケーブルを使用しても良い。
【００６６】
本例では、この超電導ケーブル100の超電導導体102の端部を接続スリーブSを介して接続用導体112に接続し、さらに、この接続用導体112をジョイント部117を介して導体部121の端部に接続することで、常電導導体111と超電導ケーブル100の超電導導体102とを電気的に接続している。なお、本例では、接続用導体112を、銅やアルミニウムなどの常電導材料で構成したが、Bi2223系超電導材料から構成しても良い。
【００６７】
接続用導体112の外周の一部には、絶縁機能と機械的強度とを有するエポキシユニット151を配置している。このエポキシユニット151は、フランジ151fを有しており、このフランジ151fにより、接続用導体112が後述する冷媒槽RCに固定される。接続用導体112の外周におけるエポキシユニット151の長手方向の両側と、露出されたケーブルコア101の超電導導体102の外周には、クラフト紙などの絶縁材152を配置させている。
【００６８】
接続用導体112に接続される導体部121の周りにはブッシング115が配設されており、導体部121の一端が冷媒槽RC内に配置され、冷媒槽RCと真空槽VCを貫通して他端が碍管114の内部に挿入されるように配置されている。ブッシング115は、導電性の金属筒の外周を絶縁性に優れるFRPなどの絶縁部材で覆うことで構成されている。碍管114とブッシング115との間に形成される空間には、絶縁油などの絶縁流体を充填させている。
【００６９】
上述のようにして電気的に接続される導体は、液体窒素LNなどの液体冷媒で超電導状態を維持するように冷却されている。具体的には、ジョイント部117と、ジョイント部117の近傍の導体部121および接続用導体112の一部とが、冷媒槽RC内に配置され、冷媒槽RCに貯留される液体窒素LNで冷却される。また、スリーブSと、スリーブSの近傍の接続用導体112および超電導導体102の一部とが、ケーブル側冷媒槽153内に配置され、同槽153に貯留される冷媒で冷却される。
【００７０】
冷媒槽RCは、ステンレス製であり、断面L字型の下部冷媒槽容器Rdと、断面『コ』の字型（断面スクエアブラケット型）の上部冷媒槽Ruとを連結することで形成されている。下部冷媒槽容器Rdは、その側壁（紙面右側）に接続用導体112を貫通させることができる挿通孔を有しており、すでに述べたエポキシユニット151のフランジ151fで封止されている。また、上部冷媒槽容器Ruの蓋部（紙面上側）には、導体部121の外周を覆うブッシング115を貫通させることができる挿通孔を有しており、この挿通孔がブッシング115で封止されている。
【００７１】
上部冷媒槽容器Ruと下部冷媒槽容器Rdとの接続は、図3を参照して既に説明した実施例2の真空断熱容器2と同様に、両冷媒槽容器Ru,Rdの開口端面に設けられるフランジ同士の接続により行なわれている。もちろん、フランジには、パッキン溝が設けられ、フランジ間の隙間はパッキンで封止されている。
【００７２】
接続した冷媒槽RCには、液体窒素LNを貯留することができ、冷媒槽RC内に配置した導体を冷却することができる。冷媒槽RCに貯留される液体窒素LNの一部は、気化して気相GNを形成する。液体窒素LNの最低運転液面は、ベローズ91の上端面よりも上となるようにした。最低運転液面は、超電導ケーブル線路を運転する際に変動する液体窒素LNの液面のうち、最低の高さである。
【００７３】
また、冷媒槽RCには、冷媒供給通路143を介して、真空槽VCの外部に設けられるリザーバー144、ポンプ142および冷却装置141が連通されている。本例では、まず、冷媒槽RCの冷媒をポンプ142により真空槽VC外部に取り出して一旦リザーバー144に溜め、このリザーバー144から冷媒を冷却装置141に供給する。そして、ポンプ142により冷却装置141で冷却された冷媒を冷媒槽RCに戻すようにして、冷媒槽RC内の冷媒を循環冷却するようになっている。
【００７４】
冷媒槽RCの外周には、端末構造の外部から冷媒槽RCへの熱侵入を抑制する真空断熱層30が形成されている。真空断熱層30は、冷媒槽RCの外周を真空槽VCで覆い、両槽の間を真空引きすることで形成する。
【００７５】
真空槽VCは、ステンレス製であり、断面L字型の下部真空槽容器Vdと、断面スクエアブラケット型の上部真空槽容器Vuとを連結することで構成されている。下部真空槽容器Vdの側壁（紙面右側）には、ケーブル側真空槽154を貫通させることができる挿通孔が設けられており、この挿通孔がケーブル側真空槽154で封止されている。また、上部真空槽容器Vuの蓋部（紙面上側）には、導体部121の外周を覆うブッシング115を貫通させることができる挿通孔が設けられており、この挿通孔がブッシング115で封止されている。
【００７６】
上部真空槽容器Vuと下部真空槽容器Vdとの接続は、図3を参照して既に説明した実施例2の真空断熱容器2と同様に、両真空槽容器の開口端面に設けられるフランジ同士の接続により行なう。
【００７７】
上述した冷媒槽RCと真空槽VCとの間に形成される真空断熱層30は、図3の真空断熱容器と同様に、上部真空槽容器Vuと上部冷媒槽容器Ruとを連結するベローズ（仕切り部）91により上部断熱層30uと下部断熱層30dとに区分されている。
【００７８】
なお、冷媒槽、真空槽および仕切り部の構成は、図1や図5、図6、図7、図8のような構成としても良い。
【００７９】
また、上述した冷媒槽RCと真空槽VCと同様に、ケーブル側冷媒槽153とケーブル側真空槽154は、超電導導体102を液体窒素温度に維持している。
【００８０】
以上説明した超電導ケーブル線路の端末構造によれば、液体冷媒LNの保冷に寄与する下部断熱層30dの真空度が低下（圧力が上昇）し難い。具体的には、端末構造の構築後に、追加の真空引きを行うことなく、ケーブル線路を数日〜一週間運転しても、端末構造の構築時に、10-6torr（1.33×10-10MPa）とした下部断熱層30dの圧力にほとんど変化がみられなかった。一方、上部断熱層30uの圧力は、10-6torrから10-3torrになっていた。このような断熱層の圧力の相違は、上部冷媒槽容器Ruの外周面から上部断熱層30uに放出される気体分子が、下部冷媒槽容器Rdの外周面から下部断熱層30dに放出される気体分子よりも多いことに起因している。つまり、容器Rdが液相LNに接しているのに対して、容器Ruが気相GNに接しており、容器Ruの温度が容器Rdの温度よりも高いためである。なお、ケーブル側真空槽154内部の圧力は、10-6torrのままであった。
【００８１】
ここで、本実施例の端末構造と比較するために、真空断熱層を上下に分割しない従来の端末構造で試験線路を作製し、運転した。運転中は、真空断熱層に対する追加の真空引きを行わなかった。そして、運転開始数日〜一週間後に端末構造の真空断熱層の真空度（評価基準は圧力）を測定すると、真空断熱層の真空度が大幅に低下した。具体的には、端末構造の構築時には10-6torrであった真空断熱層の圧力が、10-4torr（1.33×10-8MPa）になっており、この圧力では真空断熱層の断熱性能が十分でなく、超電導ケーブル線路の運転に支障が生じる虞がある。
【００８２】
上述の比較により、本発明の真空断熱構造を備える超電導ケーブル線路の端末構造によれば、上部断熱層の真空度の低下が、下部断熱層の真空度に影響を及ぼさないので、冷媒槽内の液体冷媒を長期間に亘って安定して保冷することができる。
【００８３】
また、本例の端末構造では、下部真空槽容器Vdに設けられる真空ポート71と、上部真空槽容器Vuに設けられる真空ポート72とを使用して、超電導ケーブル線路の運転時にも下部断熱層30dと上部断熱層30uとをそれぞれ独立して真空引きすることができる。そのため、真空度が低下し易い上部断熱層30uのみ真空引きを行うことができ、運転コストを低くすることができる。
【００８４】
さらに、液体冷媒の保冷効果が高いことから、冷却装置の可動率を下げることや、ポンプによる冷媒の流通率を下げることができ、端末構造の省電力化を図ることができる。しかも、流通率が下がると、冷媒槽内での冷媒の対流が緩やかになるため、冷媒の流通による電界の乱れが少なく、絶縁性能に優れた端末構造とすることができる。
【００８５】
なお、本発明は、上述した実施例の構成に何ら限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲において適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の真空断熱容器は、長期間に亘って安定して液体冷媒を保冷することに好適に利用可能である。特に、本発明の真空断熱容器は、超電導ケーブル線路の端末構造における液体冷媒の保冷に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施例1に記載の真空断熱容器の縦断面図である。
【図２】実施例1に記載の真空断熱容器の各構成部材の部分断面斜視図である。
【図３】実施例2に記載の真空断熱容器の縦断面図である。
【図４】上部冷媒槽容器と上部真空槽容器とを一体に形成したユニットの部分断面斜視図である。
【図５】上部冷媒槽容器と上部真空槽容器とを一体に形成したユニットの別の構成を示す部分断面斜視図である。
【図６】下部冷媒槽容器と下部真空槽容器とを一体に形成したユニットの部分断面斜視図である。
【図７】実施例3に記載の真空断熱容器の縦断面図である。
【図８】実施例4に記載の真空断熱容器の縦断面図である。
【図９】実施例5に記載の超電導ケーブル線路の端末構造の概略構成図である。
【図１０】従来の超電導ケーブル線路の端末構造の部分断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
1,2,3,4  真空断熱容器    Un1,Un2,Un3,Un4,Un5  ユニット
10  冷媒槽
10d  下部冷媒槽容器  10u  上部冷媒槽容器  10uu  上段冷媒槽容器
20  真空槽
20d  下部真空槽容器  20u  上部真空槽容器  20uu  上段真空槽容器
11,12,13,14,15,21,22,23,24,25  環状フランジ
30  真空断熱層      30d  下部断熱層  30u  上部断熱層
40  蓋
51a,51b.52a,52b,54a,54b,55a,55b  環状パッキン
51ag,51bg.52ag,52bg,54ag,54bg  パッキン溝
61a,61b,62a,62b,63a,63b,65a,65b  ボルト孔
71,72  真空ポート
81  支持部材  82  支持棒  85  吸着剤  86  スーパーインシュレーション
90,92  仕切り板  91  ベローズ
LN  液体冷媒（液相）  GN  気相
RC  冷媒槽  Ru  上部冷媒槽容器  Rd  下部冷媒槽容器
VC  真空槽  Vu  上部真空槽容器  Vd  下部真空槽容器
100  超電導ケーブル
101  ケーブルコア  102  超電導導体  103  断熱管
111  常電導導体  112  接続用導体  114  碍管  115  ブッシング
117  ジョイント部  S  スリーブ  121  導体部
141  冷却装置  142  ポンプ  143  冷媒供給通路  144  リザーバー
151  エポキシユニット  151f  フランジ  152  絶縁材
153  ケーブル側冷媒槽  154  ケーブル側真空槽
210  接続用導体  220  常電導導体  230  冷媒槽  240  真空槽  250  碍管
260  ブッシング  270  ジョイント部
【図１】
2008261575.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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