(57)【要約】【課題】全体として通電効率を向上させることができる超電導ケーブル装置を得ることを目的とする。【解決手段】ケーブル管１４内には、冷媒が流されている、また、ケーブル管１４内には、３本の超電導導体１が配置されている。各超電導導体１は、冷媒の冷却により超電導状態で通電される。超電導導体１は、ケーブル管１４に沿って順次接続された第１〜第３単位導体部を有している。冷媒の上流側に配置された第１単位導体部の断面積は、下流側に配置された第３単位導体部の断面積よりも小さくなっている。【選択図】        図２
2004199940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒が流されるケーブル管、及び
上記ケーブル管内に配置され、上記冷媒の流れの下流側よりも上流側で断面積が小さくなっている超電導導体
を備えていることを特徴とする超電導ケーブル装置。
【請求項２】
上記超電導導体は、その長さ方向に沿って互いに接続された複数の単位導体部を有し、
上記上流側に位置する上記単位導体部の断面積が上記下流側に位置する上記単位導体部の断面積よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル装置。
【請求項３】
上記ケーブル管の外径は、上記下流側よりも上記上流側で小さくなっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超電導ケーブル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超電導導体が収容されたケーブル管内に超電導導体を冷却するための冷媒が流される超電導ケーブル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の三相一括形の超電導ケーブル装置では、３本の超電導導体が１つのケーブル管内に配置されている。各超電導導体は、ケーブル管内に流される冷媒により冷却される。また、超電導導体の断面積は、いずれの箇所においても同一となっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
本庄  昇一、高橋  芳久、「１００ｍ超電導ケーブル実用性検証試験の概要」、「低温工学」、２００１年５月２５日、Ｖｏｌ．３６  Ｎｏ．５  ２００１、ｐ．２４２−２４８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の超電導ケーブル装置では、冷媒がケーブル管内で熱を吸収するので、冷媒の温度はケーブル管の冷媒入口側よりも冷媒出口側のほうが高くなっている。また、超電導導体の臨界電流値は、温度が高いほど小さくなるので、冷媒出口側で最小になる。このことから、超電導導体の許容最大通電電流値は、冷媒出口側の臨界電流値を基準に決定される。即ち、超電導導体の許容最大通電電流値は、冷媒入口側での超電導導体の通電能力に余裕があるにも拘わらず、冷媒出口側の臨界電流値によって低く抑えられてしまう。
【０００５】
このように、従来の超電導ケーブル装置では、冷媒入口側での超電導導体の通電能力を有効に活用することができない。即ち、冷媒入口側及び冷媒出口側の超電導導体の通電能力に差があることは、超電導ケーブル装置全体としての通電効率の向上の妨げとなる。
【０００６】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、全体として通電効率を向上させることができる超電導ケーブル装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超電導ケーブル装置は、内部に冷媒が流されるケーブル管、及びケーブル管内に配置され、冷媒の流れの下流側よりも上流側で断面積が小さくなっている超電導導体を備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。図において、超電導導体１は、冷却管２内に配置されている。超電導導体１の一端部は送電側電力変換器３に接続され、他端部は受電側電力変換器４に接続される。これにより、送電側電力変換器３からの電力は、超電導導体１を介して受電側電力変換器４に送られる。冷却管２内には、超電導導体１を冷却するために、冷媒が送電側電力変換器３側から受電側電力変換器４側へ向けて流される。冷媒は、冷却ステーション５で冷却される。冷媒としては、例えば過冷却された液体窒素が用いられる。
【０００９】
冷却ステーション５は、冷媒を冷却する冷凍機６と、冷凍機６で冷却された冷媒を溜める冷媒槽７と、冷媒槽７に溜められた冷媒を冷却管２内に供給する送液ポンプ８とを有している。冷却ステーション５からの冷媒は、送液ポンプ８により冷却管２の冷媒入口２ａに送られて冷却管２内を流された後、冷却管２の冷媒出口２ｂから冷却ステーション５へ戻される。即ち、冷媒は、送液ポンプ８の動力によって冷却ステーション５と冷却管２内との間を循環される。
【００１０】
冷却管２は、超電導導体１に沿って配置された３つの単位管部９，１０，１１を有している。各単位管部９，１０，１１の間には、単位管部９，１０，１１を連結する中継部１２，１３がそれぞれ配置されている。
【００１１】
図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は図１のIII-III線に沿った断面図であり、また図４は図１のIV-IV線に沿った断面図である。図において、単位管部９，１０，１１は、内部に３本の超電導導体１が配置された円筒状のケーブル管部１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、真空断熱層１５を介してケーブル管部１４ａ，１４ｂ，１４ｃを囲んでいる円筒状の外管部１６ａ，１６ｂ，１６ｃとを有している。
なお、ケーブル管１４は、ケーブル管部１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有している。保護外管１６は、外管部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有している。また、各超電導導体１は、短絡防止のため、電気絶縁物１７により被覆されている。さらに、ケーブル管部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの内径は互いに同一であり、外管部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの内径も互いに同一である。
【００１２】
冷媒は、ケーブル管１４内を流される。即ち、冷媒は、ケーブル管１４の内壁面と電気絶縁物１７により被覆された超電導導体１との間の冷媒通路１８を流される。各超電導導体１は、冷媒により冷却され、超電導状態が保たれる。
【００１３】
各超電導導体１は、冷媒入口２ａ側（図１）から冷媒出口２ｂ側（図１）に向かって順次接続された第１〜第３単位導体部１９，２０，２１を有している。また、第１〜第３単位導体部１９，２０，２１は、単位管部９，１０，１１内にそれぞれ配置され、中継部１２，１３（図１）の位置と同位置で接続されている。
【００１４】
第１単位導体部１９の断面積は、第２単位導体部２０の断面積よりも小さく、第２単位導体部２０の断面積は、第３単位導体部２１の断面積よりも小さくなっている。即ち、超電導導体１の断面積は、冷媒の下流側よりも上流側で小さくなっている。このことから、冷媒通路１８の断面積は、冷媒の下流側よりも上流側で大きくなっている。
なお、超電導導体１は、Ｂｉ２２２３線材である。
【００１５】
図５は、Ｂｉ２２２３線材の超電導導体の臨界電流値比と冷却温度との関係を示すグラフである。なお、臨界電流値比は、冷却温度７７Ｋでの臨界電流値と各冷却温度での臨界電流値との比である。図５に示すように、冷却温度６５Ｋでの臨界電流値は、冷却温度７７Ｋでの臨界電流値の約１．５倍となっている。これは、超電導導体１の冷却温度が７７Ｋから６５Ｋに低下することにより超電導導体１が約１．５倍の電流を超電導状態で流すことができることを示している。即ち、超電導導体１は、冷却温度が低いほど多くの電流を流すことができる。
【００１６】
超電導導体１を冷却する冷媒の温度は、冷媒入口２ａ側から冷媒出口２ｂ側に向かって徐々に高くなっているので、超電導導体１の臨界電流値は、冷媒の流れる方向に沿って徐々に小さくなる。これに対して、超電導導体１の断面積が冷媒入口２ａ側から冷媒出口２ｂ側に向かって徐々に大きくされることにより、超電導導体１の通電可能電流値は、冷媒の流れる方向に沿って徐々に大きくなる。従って、超電導導体１の断面積と冷媒の温度とのバランスを調整することによって、超電導導体１の許容最大通電電流値を部分ごとに決定することができる。
【００１７】
実施の形態１における超電導導体１の断面積は、許容最大通電電流値がいずれの箇所においてもほぼ同一になるように、冷媒出口２ｂ側よりも冷媒入口２ａ側で小さくされている。ここでは、第１単位導体部１９の断面積は、第３単位導体部２１の断面積の約７０％の大きさにされ、第２単位導体部２０の断面積は、第３単位導体部２１の断面積の約８５％の大きさにされている。
【００１８】
このような構成の超電導ケーブル装置では、超電導導体１の断面積が冷媒の下流側よりも上流側で小さくされているので、従来無駄になっていた超電導導体１の通電能力をカットすることができ、超電導導体１の中での許容最大通電電流値の大きさの不均衡を小さくすることができる。このことから、超電導ケーブル装置全体としての通電効率を向上させることができる。
【００１９】
また、超電導導体１の断面積が冷媒の上流側で小さくなっているので、その分だけ超電導導体１の材料が減り、コストを削減することができる。
【００２０】
また、冷媒の上流側での超電導導体１の断面積の縮小により、上流側では冷媒通路１８の断面積を大きくすることができ、冷媒の圧力損失を小さくすることができる。これにより、送液ポンプ６の動力を小さくすることができ、設備コストを削減することができる。さらに、複数の冷却ステーション５が設置される場合、冷媒の移送距離を長くすることができるので、冷却ステーション５の設置数を少なくすることができ、設備コストをさらに削減することができる。
【００２１】
また、超電導導体１は、その長さ方向に沿って互いに接続された第１〜第３単位導体部１９，２０，２１を有しているので、長距離に渡って超電導導体１を容易に作製することができる。
【００２２】
なお、上記の例では、超電導導体１の断面積は、冷媒出口２ｂ側から冷媒入口２ａ側に向かって段階的に小さくなっているが、冷媒の温度勾配に応じて連続的に小さくなっていてもよい。即ち、超電導導体１の断面径をテーパ状に変化させてもよい。このようにすれば、超電導導体１の中での許容最大通電電流値の大きさの不均衡をさらに小さくすることができる。
【００２３】
また、上記の例では、超電導導体１は互いに接続された第１〜第３単位導体部１９，２０，２１を有しているが、１本の超電導導体１の径を長さ方向に沿って段階的に変化させてもよい。
【００２４】
また、上記の例では、第１〜第３単位導体部１９，２０，２１の接続箇所は、中継部１２，１３の位置と同位置となっているが、この位置に限定されず冷却管２内であればどこでもよい。
さらに、上記の例では、冷却管２は、３つの単位管部９，１０，１１に分割されているが、分割数は３つに限定されず、また分割されていなくてもよい。
【００２５】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。図において、冷却管２は、超電導導体１に沿って冷媒入口２ａ側から冷媒出口２ｂ側へ順次配置された単位管部２５，２６，２７を有している。単位管部２５，２６，２７は、中継部２８，２９によって互いに連結されている。
【００２６】
単位管部２５，２６，２７は、実施の形態１と同様に、円筒状のケーブル管部と、断熱層を介してケーブル管部を囲んでいる円筒状の外管部とを有しているが、単位管部２５，２６，２７の外径は、互いに異なっている。即ち、単位管部２５の外径Ｄ１は単位管部２６の外径Ｄ２よりも小さく、単位管部２６の外径Ｄ２は単位管部２７の外径Ｄ３よりも小さくなっている。また、各ケーブル管部の内径は、冷媒通路１８（図２〜図４参照）の断面積が同一又はほぼ同一となるように、設定されている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２７】
このような構成の超電導ケーブル装置では、冷却管２の外径が冷媒出口２ｂ側よりも冷媒入口２ａ側で小さくなっているので、限られた空間内では、冷却管２を冷媒出口２ｂ側よりも冷媒入口２ａ側で多く配置することができる。従って、例えば地中に埋設されている電力ケーブル用管路に、送電側電力変換器３側の冷却管２を多数収納することができ、電力供給系統数を増加させることができる。ここで、受電側電力変換器４側の冷却管２の外径は、送電側電力変換器３側よりも大きいので、電力供給系統数を増加させることはできないが、各系統の受電側電力変換器４は通常異なる場所に設置され、電力ケーブル用管路は途中で分岐されているので、電力ケーブル用管路の末端では電力供給系統数が送電側電力変換器３側よりも少なくなり、受電側電力変換器４側でも電力ケーブル用管路に冷却管２を問題なく収納することができる。
【００２８】
なお、上記の例では、冷却管２は、冷媒出口２ｂ側から冷媒入口２ａ側に向かって段階的に小さくなっているが、内部に配置される超電導導体１の径に応じて連続的に小さくなっていてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係る超電導ケーブル装置は、内部に冷媒が流されるケーブル管、及びケーブル管内に配置され、冷媒の流れの下流側よりも上流側で断面積が小さくなっている超電導導体を備えているので、超電導導体の中での許容最大通電電流値の大きさの不均衡を小さくすることができ、全体としての通電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。
【図２】図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図１のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】図１のIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】Ｂｉ２２２３線材の超電導導体の臨界電流値比と冷却温度との関係を示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態２による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
１  超電導導体、１４  ケーブル管、１９，２０，２１  第１〜第３単位導体部（導体部）。
【図１】
2004199940.tif 000003
【図２】
2004199940.tif 000004
【図３】
2004199940.tif 000005
【図４】
2004199940.tif 000006
【図５】
2004199940.tif 000007
【図６】
2004199940.tif 000008