(57)【要約】【課題】超電導ケーブル用ケーブルコアの全長にわたる電気的特性を試験することができる超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法を提供する。【解決手段】少なくとも一部に真空断熱層２ａを有する冷却容器１に超電導導体層１０２を備えるケーブルコア１００を収納する。冷却容器１に液体冷媒２Ｌを充填する。冷却容器１内の気相２Ａに冷却ガスを導入して当該気相２Ａを大気圧よりも高い加圧状態とすると共に、液体冷媒２Ｌにより超電導導体層１０２を超電導状態に維持しながら超電導導体層１０２に通電または課電してケーブルコア１００の全長にわたる電気的特性を測定する。その測定の際、液体冷媒２Ｌを再度冷却することなく、冷却容器１内の気相２Ａの圧力と液体冷媒２Ｌの温度を測定して、それらの測定結果に基づいて液体冷媒２Ｌが試験を継続するのに適した状態にあることを監視する。【選択図】図１
2013036842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部に真空断熱層を有する冷却容器に超電導導体層を備えるケーブルコアを収納する収納工程と、
前記冷却容器に液体冷媒を充填する充填工程と、
前記冷却容器内の気相に冷却ガスを導入して当該気相を大気圧よりも高い加圧状態とすると共に、前記液体冷媒により前記超電導導体層を超電導状態に維持しながら前記超電導導体層に通電または課電してケーブルコアの全長にわたる電気的特性を測定する測定工程と、
を備え、
前記測定工程では、前記液体冷媒を再度冷却することなく、前記冷却容器内の気相の圧力と前記液体冷媒の温度を測定して、その測定結果に基づいて前記液体冷媒が試験を継続するのに適した状態にあることを監視しながら前記電気的特性を測定することを特徴とする超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項２】
前記冷却ガスの導入量を、測定した液体冷媒の温度データと気相の圧力データとに基づいて調整することを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項３】
前記冷却ガスの導入量を、前記温度データと前記圧力データに加えて、前記冷却容器への侵入熱のデータを考慮して調整することを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項４】
前記測定工程において、前記冷却容器内の液体冷媒を撹拌することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項５】
前記収納工程では、ドラムに巻回した状態の前記ケーブルコアを前記冷却容器に収納することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項６】
前記冷却容器は、
一端側に開口部を有する有底筒状で、その形状に沿った真空断熱層を有する本体部と、
前記開口部を塞ぐ、真空断熱層を有していない蓋部と、を備え、
前記気相の圧力を測定する圧力測定手段の連通管と、前記液体冷媒の温度を測定する温度測定手段の信号線と、前記気相に前記冷却ガスを導入する気相加圧手段のガス配管とが、前記蓋部を貫通することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項７】
前記蓋部の少なくとも一面に、断熱部材が積層されていることを特徴とする請求項６に記載の超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項８】
前記測定工程では、前記蓋部を流体状の冷媒で冷却することを特徴とする請求項６または７に記載の超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法。
【請求項９】
少なくとも一部に真空断熱層を有し、内部に液体冷媒を保持することができる冷却容器であって、
前記冷却容器内の液体冷媒の温度を測定する温度測定手段と、
前記冷却容器内の気相の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記気相に冷却ガスを導入する気相加圧手段と、
を備え、
超電導導体層を備えるケーブルコアの全長にわたる電気的特性を測定するときに、その内部に前記ケーブルコアと液体冷媒を収納した状態で利用されることを特徴とする冷却容器。
【請求項１０】
前記冷却容器は、
一端側に開口部を有する有底筒状で、その形状に沿った真空断熱層を有する本体部と、
前記開口部を塞ぐ、真空断熱層を有していない蓋部と、
を備え、
前記温度測定手段の信号線と、前記圧力測定手段の連通管と、前記気相加圧手段のガス配管とが、前記蓋部を貫通することを特徴とする請求項９に記載の冷却容器。
【請求項１１】
前記本体部内の前記液体冷媒を撹拌する撹拌手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の冷却容器。
【請求項１２】
前記液体冷媒の液面高さを測定する液面測定手段を備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の冷却容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの主要構成部材であるケーブルコアの全長にわたる電気的特性を試験することができる超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法、およびその試験方法に利用する冷却容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力供給路を構成する電力ケーブルとして、超電導ケーブルが開発されつつある。超電導ケーブルは、代表的には、超電導導体層を有するケーブルコアと、このケーブルコアを収納すると共に、液体窒素といった冷媒が満たされる断熱管とを備える。
【０００３】
超電導ケーブルでは、その電気的特性を調べるにあたり、超電導導体層を超電導状態にするために冷却する必要がある。従って、仮に、超電導ケーブルの全長試験を行う場合、細い断熱管内に冷媒を充填しなければならず時間がかかる。そこで、特許文献１では、断熱管内に気体を充填して、常温下で超電導ケーブルの全長試験を行うことを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６８３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近では、超電導ケーブルではなく、超電導ケーブルに用いられるケーブルコアに対して全長試験を行うことが望まれている。
【０００６】
特許文献１に提案される全長試験では、ケーブルコアが断熱管内に収納された状態の超電導ケーブルを対象としている。超電導ケーブルの電気的特性は、実質的にケーブルコアの特性であることから、断熱管内への収納前においてケーブルコア自体の特性が良くなければ、このケーブルコアを用いた超電導ケーブルの全長試験の結果も当然に良くない。また、ケーブルコア単体で出荷する場合には、出荷試験の対象はケーブルコアになる。従って、断熱管に収納する前のケーブルコアについて全長試験を行うことが望まれる。しかし、超電導ケーブル用のケーブルコアに対して、適切な試験方法は現在のところ提案されていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、超電導ケーブル用ケーブルコアの全長にわたる電気的特性を試験することができる超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法、およびこの試験方法に利用する冷却容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
超電導ケーブル用ケーブルコアの全長試験を行なうことを検討した場合、ケーブルコアを適宜な冷却容器に収納し、その冷却容器内に冷媒を循環させた状態でケーブルコアの電気的特性を試験することが考えられる。しかし、この構成では、冷却容器内に冷媒を循環させる機構と、循環させる冷媒を冷却する機構とが必要となるため、試験設備が大掛かりになって広い試験スペースが必要となる。そこで、本発明者らは、さらに一歩踏み込んで、循環機構や冷却機構などを用いることなく簡素な構成でケーブルコアの全長にわたる試験を行なえないかを検討し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法は、次の工程を備えることを特徴とする。
［収納工程］…少なくとも一部に真空断熱層を有する冷却容器に超電導導体層を備えるケーブルコアを収納する。
［充填工程］…冷却容器に液体冷媒を充填する。
［測定工程］…冷却容器内の気相に冷却ガスを導入して当該気相を大気圧よりも高い加圧状態とすると共に、液体冷媒により超電導導体層を超電導状態に維持しながら超電導導体層に通電または課電してケーブルコアの全長にわたる電気的特性を測定する。
ここで、上記測定工程では、液体冷媒を再度冷却することなく、冷却容器内の気相の圧力と液体冷媒の温度を測定して、それらの測定結果に基づいて液体冷媒が試験を継続するのに適した状態にあることを監視しながら上記電気的特性を測定する。
【００１０】
液体冷媒の飽和蒸気圧曲線（横軸に温度、縦軸に圧力）は通常、右肩上がりになっている。そのため、本発明試験方法のように冷却容器内の気相の圧力を高くすれば、液体冷媒の沸点が上昇し、液体冷媒の気化が抑制されるので、当該気相を加圧しない場合よりも試験時間を大幅に延長することができる。つまり、本発明試験方法によれば、液体冷媒を常時冷却し続けることなく、相当程度の時間にわたってケーブルコアの全長試験を実施することができる。
【００１１】
また、本発明試験方法によれば、測定工程の間、気相の圧力と液体冷媒の温度を常に監視しているため、不適切な条件下で試験が実施されることを避けることができるので、信頼性の高い試験結果を得ることができる。
【００１２】
本発明試験方法の一形態として、冷却ガスの導入量を、測定した液体冷媒の温度データと気相の圧力データとに基づいて調整することが好ましい。
【００１３】
気相を加圧状態とするための冷却ガスの導入は、予め決められたスケジュールに従って行なっても良いが、状況に応じて適宜導入量を調整することが好ましい。その際、温度データと圧力データを参照することで、液体冷媒の沸騰をより効果的に抑制できるように気相の圧力を調整することができる。その結果、予め決められたスケジュールに従って冷却ガスを導入するよりも試験可能時間をより長く保つことができる。
【００１４】
ここで、本発明試験方法では、冷却容器内に充填した液体冷媒を再度冷却することはない。そのため、全長試験をいつまで行なえるかを把握することが重要になる。その際、上記温度データと圧力データを経時的に把握しておけば、現時点からどの程度の時間、全長試験を継続できるか（試験のタイムリミット）を推定することもできる。
【００１５】
本発明試験方法の一形態として、冷却ガスの導入量を調整するにあたり、温度データと圧力データに加えて、冷却容器への侵入熱のデータを考慮することが好ましい。
【００１６】
試験容器内への侵入熱の量や侵入速度などの侵入熱のデータを把握することができれば、液体冷媒の温度上昇の傾向をかなり正確に予測することができる。そのため、温度データと圧力データに加えて侵入熱のデータを考慮して、冷却ガスの導入量を調節することで、試験可能時間をより長く保つことができる。また、試験のタイムリミットの予測をする場合、侵入熱のデータを考慮することで、より正確な予測を立てることができる。ここで、侵入熱を把握するファクターとして、例えば、侵入熱により蒸発した液体冷媒の量、即ち、試験開始時から現時点で液体冷媒の液面高さがどの程度変化したかを利用することができる。液面高さは、適宜な液面測定手段で把握すれば良い。
【００１７】
本発明試験方法の一形態として、測定工程において、冷却容器内の液体冷媒を撹拌することが好ましい。液体冷媒を撹拌するには、例えば冷却容器内に設けたフィンなどの適宜な撹拌手段を用いれば良い。
【００１８】
液体冷媒を撹拌することで、液体冷媒において局所的に温度が高くなる箇所が生じることを抑制できる。そうすることで、ケーブルコアのある部分では試験に適した条件であるが、別の部分では試験に適した条件でない状態となることを抑制することができるので、試験結果の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
本発明試験方法の一形態として、収納工程では、ドラムに巻回した状態のケーブルコアを冷却容器に収納することが好ましい。
【００２０】
長尺なケーブルコアをドラムに巻回することで、ケーブルコアをコンパクトにまとめて扱い易くできる。ケーブルコアをコンパクトにまとめることで、ケーブルコアを収納する冷却容器もコンパクトにできるので、試験スペースも小さくて済む。
【００２１】
本発明試験方法の一形態として、使用する冷却容器は、一端側に開口部を有する有底筒状で、その形状に沿った真空断熱層を有する本体部と、開口部を塞ぐ、真空断熱層を有していない蓋部と、を備える構成とすることができる。その場合、気相の圧力を測定する圧力測定手段の連通管と、液体冷媒の温度を測定する温度測定手段の信号線と、気相の圧力を調整する気相加圧手段のガス配管とは、冷却容器の蓋部を貫通するように設けると良い。
【００２２】
本体部に本体部の形状に沿った真空断熱層を形成することで、冷却容器内への熱侵入を効果的に抑制することができる。一方で、蓋部に真空断熱層を形成しないことで、各種手段を冷却容器に取り付け易くすることができる。各種手段は必ず冷却容器を内外に貫通する部分を有する。具体的には、圧力測定手段であれば冷媒容器内の気相の気体を冷却容器の外に配置する圧力計に導く連通管、温度測定手段であれば、冷媒容器内の液体冷媒に浸漬される測温抵抗体から冷却容器の外部に温度データを伝送する信号線を挙げることができる。また、気相加圧手段であれば、冷却容器の外部から冷却容器の気相に冷却ガスを導入するガス配管を挙げることができる。蓋部に真空断熱層がなければ、それら連通管や信号線、ガス配管を容易に蓋部に貫通させることができる。
【００２３】
本発明試験方法の一形態として、蓋部の少なくとも一面に、断熱部材が積層されていることが好ましい。
【００２４】
上記構成とすることで、蓋部を介した熱侵入を低減することができる。断熱部材としては、ウレタンなどの発泡樹脂などを好適に利用できる。
【００２５】
本発明試験方法の一形態として、測定工程では、蓋部を流体状の冷媒で冷却することが好ましい。例えば、蓋部の内部に冷媒流路を形成する構成とすることが挙げられる。この場合、蓋部における各種手段が貫通する部分を避けて冷媒流路を形成する。その他、蓋部の少なくとも一面側に冷媒流路となるパイプを這わせる構成とすることもできる。ここで、蓋部を冷却する冷媒は、ケーブルコアを冷却するための液体冷媒と独立して用意されたものを使用する。
【００２６】
上記構成とすることで、蓋部を介した熱侵入を低減することができる。もちろん、流体状の冷媒で冷却する構成と、断熱部材を用いる構成と、を組み合わせても良い。
【００２７】
本発明冷却容器は、少なくとも一部に真空断熱層を有し、内部に液体冷媒を保持することができる冷却容器であって、温度測定手段と、圧力測定手段と、気相加圧手段と、を備え、超電導導体層を備えるケーブルコアの全長にわたる電気的特性を測定するときに、その内部にケーブルコアと液体冷媒を収納した状態で利用されることを特徴とする。ここで、温度測定手段は、冷却容器内の液体冷媒の温度を測定する構成であり、圧力測定手段は、冷却容器内の気相の圧力を測定する構成であり、気相加圧手段は、気相に冷却ガスを導入する構成である。
【００２８】
本発明冷却容器は、本発明超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法に用いる冷却容器として好適である。
【００２９】
本発明冷却容器の一形態として、一端側に開口部を有する有底筒状で、その形状に沿った真空断熱層を有する本体部と、開口部を塞ぐ、真空断熱層を有していない蓋部と、を備える。そして、温度測定手段の信号線と、圧力測定手段の連通管と、気相加圧手段のガス配管とが、蓋部を貫通していることが好ましい。
【００３０】
本体部に本体部の形状に沿った真空断熱層を形成することで、冷却容器内部への熱侵入を効果的に抑制することができる。一方で、蓋部に真空断熱層を形成しないことで、各種手段を冷却容器に取り付け易くすることができる。
【００３１】
本発明冷却容器の一形態として、本体部内の液体冷媒を撹拌する撹拌手段を備えることが好ましい。
【００３２】
撹拌手段を設けることで、冷却容器内の液体冷媒に局所的な温度上昇が生じることを抑制できる。
【００３３】
本発明冷却容器の一形態として、液体冷媒の液面高さを測定する液面測定手段を備えることが好ましい。
【００３４】
液面測定手段を設けることで、液体冷媒の蒸発量を監視することができる。蒸発量を監視することで、侵入熱の量や侵入速度を把握することができる。これら侵入熱のデータは、気相加圧手段の制御などに利用することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法は、簡易な構成でケーブコア全長の電気的特性を精度よく調べられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係る超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法を説明する説明図である。
【図２】ケーブルコアを冷却容器に収納する手順を説明する説明図であって、（Ａ）はドラムにケーブルコアを巻き付けた状態、（Ｂ）はドラムの一端側の鍔部を取り外した状態、（Ｃ）は冷却容器の本体部にケーブルコアを収納した状態が示されている。
【図３】超電導ケーブル用ケーブルコアを模式的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。まず、試験対象である超電導ケーブル用ケーブルコア、このケーブルコアを巻き取るドラム、試験対象を収納する冷却容器を説明し、最後に、上記ケーブルコアの試験方法を説明する。
【００３８】
［ケーブルコア］
図３を参照してケーブルコアを説明する。ケーブルコア１００は、例えば、中心から順にフォーマ１０１、超電導導体層１０２、電気絶縁層１０３、外側超電導層１０４、保護層１０５を備える。
【００３９】
フォーマ１０１は、超電導導体層１０２の支持部材であり、ケーブルコア１００の抗張力材としても機能する。また、フォーマ１０１は、事故電流の分流路とすることもできる。分流路に利用する場合、フォーマ１０１は、銅やアルミニウム、その合金などの常電導材料からなる中実体や中空体（管体）とする。
【００４０】
超電導導体層１０２及び外側超電導層１０４は、超電導線材を螺旋状に巻回した線材層を単層又は多層に備える形態が挙げられる。超電導線材は、酸化物超電導相を備える線材、具体的には、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ＲＥ１２３：ＲＥは希土類元素）、例えばＹＢＣＯ，ＨｏＢＣＯ，ＧｄＢＣＯといった希土類系酸化物超電導相を備える薄膜線材や、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋δ（Ｂｉ２２２３）といったＢｉ系酸化物超電導相を備え、Ａｇやその合金を金属マトリクスとする高温超電導線材がある。多層構造の場合、各線材層の層間にクラフト紙などの絶縁紙を巻回した層間絶縁層を形成しても良い。また、超電導導体層１０２の直上にカーボン紙などを巻回して内側半導電層を設けても良い。
【００４１】
外側超電導層１０４は、例えば、交流送電の場合、磁気シールド、直流送電の場合、帰路導体や中性線として利用することができる。超電導導体層１０２及び外側超電導層１０４を構成する超電導線材の数や線材層の数は、所望の電力供給容量に応じて設計される。
【００４２】
電気絶縁層１０３は、超電導導体層１０２（或いは内側半導電層）の上に、クラフト紙やＰＰＬＰ（登録商標）といった半合成絶縁紙などの絶縁テープ材を巻回することで形成することができる。また、電気絶縁層１０３の直上にカーボン紙などを巻回して外側半導電層を設けても良い。
【００４３】
保護層１０５は、外側超電導層１０４（或いは常電導シールド層）の外周に、クラフト紙やＰＰＬＰ（登録商標）といった半合成絶縁紙などの絶縁テープ材を巻回することで形成できる。この保護層１０５は、外側超電導層１０４を機械的に保護するためのものである。
【００４４】
上述のケーブルコア１００は、超電導ケーブルの構成部材に利用される。超電導ケーブルは、単数あるいは複数（代表的には３つ）のケーブルコア１００を一つの断熱管（図示せず）に収納して製造する。断熱管は、内管と外管との二重管からなり、内管と外管との間が真空引きされた真空断熱構造のものが代表的である。超電導ケーブルは、断熱管内に冷媒（例えば、液体窒素や液体ヘリウムといった液体冷媒）が充填され、この冷媒により超電導導体層１０２や外側超電導層１０４を冷却して超電導状態として、電力供給路に利用される。
【００４５】
全長試験にあたり、ケーブルコア１００の各端部における超電導導体層１０２にはそれぞれ、図１に示すようにリード電極２１０が取り付けられる（図示しないが、外側超電導層１０４も同様にリード電極を取り付ける）。リード電極２１０は、適宜な接続部材（図示せず）で超電導導体層１０２に接続される。これらリード電極２１０及び接続部材は、通電又は課電が可能なように、銅や銅合金といった適宜な導電性材料からなる適宜な形状、長さのものを利用できる。これらリード電極２１０と接続部材の外周には絶縁テープなどを巻回しておくことが好ましい。
【００４６】
［ドラム］
本実施形態では、図１，図２（Ｃ）に示すように、ケーブルコア１００をドラム１０に巻き取って冷却容器１に配置する。そうすることで、ケーブルコア１００をコンパクトにすることができ、ケーブルコア１００を収納する冷却容器１もコンパクトにすることができる。
【００４７】
ドラム１０は、図２に示すように、円筒状の巻胴１１と、巻胴１１の各周縁からそれぞれ、巻胴１１の外方に突出する円環状の鍔部１２Ａ，１２Ｂとを備える。
【００４８】
ドラム１０は、冷媒に浸漬されることから、その構成材料には、冷媒に対する耐性があり、ケーブルコア１００を巻回可能な強度を有する材料、例えば、高炭素鋼やステンレス鋼といった高強度な金属材料が挙げられる。
【００４９】
巻胴１１は、上述のように円筒体であって、その外周面が平滑な面から構成された形態が挙げられる。その他、巻胴１１は、円筒体の外周面にケーブルコア１００がつくるターンを整列する整列溝や整列用仕切りを備える形態とすると、コア１００を巻き取り易い。
【００５０】
本実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、一方の鍔部１２Ａが巻胴１１に対して着脱可能な形態としている。そうすることで、一方の鍔部１２Ａを取り外した状態で試験対象を冷却容器１に収納することができる（図１，図２（Ｃ）参照）。鍔部１２Ａが無いことで、リード電極２１０などが鍔部１２Ａに接触することが無く、鍔部１２Ａとの接触を回避するために、リード電極２１０などを長くして迂回する必要がない。もちろん、鍔部１２Ａ，１２Ｂは巻胴１１に一体に保持された形態としても良いが、その場合、鍔部１２Ａに切欠などを設けて、ケーブルコア１００の端部やリード電極２１０を引き出し易くしておくことが好ましい。
【００５１】
［冷却容器］
冷却容器１は、一方が開口した有底筒状の本体部２と、本体部２の開口部を塞ぐ蓋部３とを備える（図１）。また、冷却容器１には、温度測定手段５、圧力測定手段６、気相加圧手段７、液面測定手段８、および撹拌手段９などが設けられている。なお、この冷却容器１は、冷却容器１内の液体冷媒２Ｌを再度冷却する冷却機構を全く備えていない。
【００５２】
（本体部）
本体部２は、その形状に沿った真空断熱層２ａを備える真空断熱構造である。真空断熱層２aは、単層である必要はなく、複数層あっても良い。その他、本体部２の形状に沿った２重の空間を形成し、そのうちの内層に冷媒（液体でも気体でも良い）を満たし、外層を真空断熱層２ａとしても良い。
【００５３】
本体部２には、本体部２の内部に液体冷媒２Ｌを導入するための冷媒導入管２Ｐが設けられている。冷媒導入管２Ｐには適宜なバルブなどが設けられており、必要に応じて連通・非連通を切り換えることができる。なお、冷媒導入管２Ｐは、後述する蓋部３に設けても良い。
【００５４】
この本体部２は、例えば、ステンレス鋼といった、冷媒温度（例えば、液体窒素の場合：７７Ｋ程度）に対する耐性に優れ、ドラム１０に巻き取られたケーブルコア１００といった大重量の試験対象の自重を保持可能な高強度な材料を好適に利用することができる。また、本体部２は、試験対象を十分に収納可能な容積、本実施形態であればケーブルコア１００を巻き取ったドラム１０を収納可能で、かつドラム１０に巻き取られたケーブルコア１００全体が液体冷媒２Ｌに浸漬されるだけの容積を有するようにする。なお、本体部２の開口部側には蓋部３を取り付ける取付部２１が設けられている。
【００５５】
（蓋部）
蓋部３は、冷却容器１内の液体冷媒２Ｌ（例えば、液体窒素や液体酸素、液体空気、液体ヘリウムなど）、及び液体冷媒２Ｌの上方に形成される気相２Ａを封止するための部材である。蓋部３も真空断熱構造とすることができるが、リード電極２１０や後述するその他の信号線５２，８２などを引き出す場合、複雑な構成となる。そのため、本実施形態では、蓋部３を中実体（例えば、ステンレス鋼の板材）とし、リード電極２１０や信号線５２，８２を引き出す複数の貫通孔を備える形態としている。
【００５６】
本実施形態に示すように蓋部３を真空断熱構造としない場合、蓋部３を介した熱侵入が大きくなる。そこで、本実施形態では、蓋部３の下面（本体部２側）にウレタンなどの発泡樹脂からなる断熱部材３１を設けて、蓋部３を介した熱侵入を小さくしている。この断熱部材３１の外径は、本体部２の開口部の内径にほぼ一致しており、蓋部３を本体部２に取り付ければ、断熱部材３１は本体部２の内部に嵌まり込む。
【００５７】
蓋部３を介した熱侵入を抑制する技術として、例えば、蓋部３を冷却する構成を採用しても良い。例えば、蓋部３の上面に冷媒流路を這わせることで蓋部３を冷却する構成を挙げることができる。その他、蓋部３内に冷媒流路を形成することで蓋部３を冷却する構成としても良い。冷媒流路内を流通する冷媒は気体でも液体でも良い。また、この冷媒は、冷却容器１内の液体冷媒２Ｌとは独立して用意する。例えば、冷媒を貯留するタンクを別途設けて、そのタンクから冷媒流路に冷媒を送り出しても良い。また、上述した本体部２において２重の空間を形成し、そのうちの内層に冷媒を充填する構成を採用した場合、内層で蒸発した冷媒を蓋部３の冷媒流路に導入する構成を採用しても良い。
【００５８】
なお、冷却容器は、底部に蓋部が配置される構成としても良い。その場合、蓋部の上に、釣鐘形の本体部を被せることで冷却容器となる。
【００５９】
（温度測定手段）
温度測定手段５は、白金などの測温抵抗体５１と、測定した温度データを後述する制御装置４の入力インターフェイス４１に伝送する信号線５２と、を備える。測温抵抗体５１は、光ファイバーや熱電対などよりも測定精度の点で好ましい。ケーブルコアの全長試験においては１〜２℃の測定温度の誤差が、試験結果の信頼性に大きな影響を及ぼすからである。
【００６０】
測温抵抗体５１は、ドラム１０に巻き取られてコイル状となったケーブルコア１００（以下、コイル体とする）のうち、少なくともコイル体の軸方向一端側と他端側に設けることが好ましい。本発明の構成では、液体冷媒２Ｌを再度冷却することはしないため、例えば、軸方向の一端側で液体冷媒２Ｌが試験に適した条件であったとしても、他端側でも同じとは限らないからである。測定位置によって液体冷媒２Ｌの温度にバラツキが生じている可能性を考慮すれば、コイル体の所定ターンごとにコイル体の軸方向に沿って複数の温度測定手段を設けることが好ましい。
【００６１】
その他、図示するように、ドラム１０の鍔部１２Ｂにおいてドラム１０の軸方向と直交する方向にも測温抵抗体５１を並べておいても良いし、冷却容器１の本体部２の側壁に沿って複数の測温抵抗体５１を並べておいても良い。このように測定対象であるケーブルコア１００を取り囲むように測温抵抗体５１を配置しておけば、ケーブルコア１００が試験に適した状態にあるかどうかを正確に把握することができる。また、当該配置とすることで、冷却容器１外からの熱侵入の状態を把握することができ、その熱侵入の状態から試験終了までのタイムリミットを予測することができる。
【００６２】
（圧力測定手段）
圧力測定手段６は、圧力計６１と、気相２Ａに連通する連通管６２と、圧力計６１で測定した圧力データを制御装置４の入力インターフェイス４１に伝送する信号線６３と、を備え、冷却容器１内の気相２Ａの圧力を測定する。圧力計６１には測定した圧力データを電気信号として出力できるものを利用する。また、信号線６３は、制御装置４の入力インターフェイス４１に接続される。
【００６３】
（気相加圧手段）
気相加圧手段７は、冷却容器１内の気相２Ａに冷却ガスを導入して、気相２Ａの圧力を大気圧以上に加圧する手段である。例えば、気相加圧手段７は、タンク７１と、タンク７１から伸びて冷却容器１の蓋部３を貫通して気相２Ａに開口するガス配管７２と、タンク７１からガス配管７２に冷却ガスを送り出すポンプ７３と、で構成される。ポンプ７３は、信号線７４を介して制御装置４の命令手段４３に繋がっている。送り出す冷却ガスは冷却容器１内の液体冷媒２Ｌの温度に近い温度にまで冷却されていることが好ましい。特に、冷却ガスは、液体冷媒２Ｌと同種の気体冷媒であることが好ましい。例えば、液体冷媒２Ｌが液体窒素であれば、気相加圧手段７で送り出す冷却ガスは気体窒素とする。
【００６４】
（液面測定手段）
液面測定手段８は、液体冷媒２Ｌの液面高さを測定する液面計８１と、測定した液面高さを制御装置４の入力インターフェイス４１に伝送する信号線８２と、を備える。液面計８１としては、例えばレーザーを利用したものが好適である。
【００６５】
（撹拌手段）
撹拌手段９は、例えばフィンなどの回転体で構成することができる。この撹拌手段９を設けることにより、本体部２に充填される液体冷媒２Ｌを撹拌し、液体冷媒２Ｌの位置による温度差を小さくすることができる。
【００６６】
［制御装置］
制御装置４は、温度測定手段５、圧力測定手段６、および液面測定手段８からの情報が入力される入力インターフェイス４１と、入力された情報に基づいてケーブルコア１００が試験に適した条件下にあるか否かを判定する判定手段４２と、気相加圧手段７を動作させる命令をする命令手段４３とを備える形態が挙げられる。その他、制御装置４は、液体冷媒２Ｌの飽和蒸気圧曲線などのデータを記憶する記憶手段４４、判定手段４２の判定結果を表示する表示手段４５を備える形態とすることができる。このような構成を備える制御装置４の役割は、主として次の二つである。
【００６７】
まず制御装置４の一つ目の役割は、命令手段４３を介して気相加圧手段７のポンプ７３を制御して、気相２Ａ内に冷却ガスを送り込み、気相２Ａの圧力を大気圧よりも高い加圧状態とすることである。冷却ガスの導入は、温度測定手段５で検知した液体冷媒２Ｌの温度データと、圧力測定手段６で検知した気相２Ａの圧力データと、液面測定手段８で検知した液体冷媒２Ｌの液面高さと、を判定手段４２で考慮した上で行なうと良い。なお、命令手段４３は、予め決められたスケジュールに従って気相加圧手段７を制御しても良い。
【００６８】
制御装置４の二つ目の役割は、温度データと圧力データを参照して、判定手段４２によって現時点での試験条件が適切か否かを判定し、その判定結果を表示手段４５に表示することである。その判定にあたって判定手段４２は、記憶手段４４に記憶してある液体冷媒２Ｌの飽和蒸気圧曲線を参照し、現時点での気相２Ａの圧力に対して、各測温抵抗体５１で測定した液体冷媒２Ｌの温度が沸点以上となっていないかを判定すると良い。さらに、判定手段４２は、現時点での試験条件が適切か否かを判定することに加え、試験を継続できるタイムリミットを推定しても良い。その場合、後述するように、温度データや圧力データに加えて、液面測定手段８の測定結果を利用すると良い。
【００６９】
［試験方法］
上述のケーブルコア１００に対して、全長に亘ってケーブルコア１００の電気的特性を調べる試験を行う手順を説明する。まず、図２（Ａ）に示すようにコア１００をドラム１０に巻き取っておく。巻き取りの際は、着脱自在の鍔部１２Ａを付けたままとしておくと、ドラム１０にケーブルコア１００を巻き取り易い。
【００７０】
図２（Ｂ）に示すように、ケーブルコア１００の各端部に露出する超電導導体層１０２にリード電極２１０を取り付けると共に、ケーブルコア１００、ドラム１０、および本体部２の内周面の適宜な位置に測温抵抗体５１を取り付ける。このとき、ドラム１０の鍔部１２Ａを取り外しておけば、ケーブルコア１００の端部を引き出し易いし、ケーブルコア１００の各端部にリード電極２１０を取り付け易い。なお、リード電極２１０や測温抵抗体５１の取り付けは、冷却容器１にケーブルコア１００を収納してから行なっても良い。
【００７１】
図２（Ｃ）に示すように、ドラム１０に巻き取ったケーブルコア１００を冷却容器１に収納する。その際、ドラム１０の軸が冷却容器１の本体部２の軸に平行となる縦置き収納とすることが好ましい。ドラム１０の軸が底面に対して平行となる横置き収納では、巻胴１１に巻回されたコア１００がつくる各ターンにおいて、鉛直方向上方に位置する部分に過剰な張力が作用してケーブルコア１００の超電導導体層１０２が損傷する恐れがある。
【００７２】
本体部２に蓋部３を取り付け、適宜、リード電極２１０や信号線５２を蓋部３から引き出し、その引き出し箇所をハーメチックシールなどで封止する。また、圧力測定手段６の連通管６２や、気相加圧手段７のガス配管７２などを蓋部３に取り付けて、ハーメチックシールなどで封止する。さらに、各種手段５，６，７，８の信号線を制御装置４に接続して、各種手段５，６，７，８を動作可能にすると共に、超電導導体層１０２から伸びるリード電極２１０に電源３００を接続して、超電導導体層１０２に通電または課電できるようにする。
【００７３】
本体部２を蓋部３で封止したら、図１に示すように、所定量の液体冷媒２Ｌ（例えば液体窒素）を冷却容器１の冷媒導入管２Ｐから冷却容器１内に充填し、ケーブルコア１００に備わる超電導導体層１０２などの超電導層を超電導状態にする。液体冷媒２Ｌの充填の際、液体冷媒２Ｌの液面は、少なくともケーブルコア１００の上端よりも５ｃｍ以上高い位置になるようにすることが好ましい。また、液体冷媒２Ｌの液面と蓋部３の下面との間の距離は少なくとも２０ｃｍ以上とすることが好ましい。この距離が長いほど、気相２Ａにおける高さ方向に温度勾配が形成されるため、侵入熱による液体冷媒２Ｌの沸騰を抑制することができる。
【００７４】
液体冷媒２Ｌを所定量充填し終えたら、制御装置４で気相加圧手段７を動作させ、気相２Ａを大気圧よりも高い加圧状態にする。そうすることで、液体冷媒２Ｌの沸点が上昇し、液体冷媒２Ｌが気化し難くなる。なお、気相２Ａの加圧は、液体冷媒２Ｌを充填しながら行なっても良い。
【００７５】
次いで、電源３００を動作させて、ケーブルコア１００の電気的特性（通電性能、絶縁性能など）を測定する。その測定の際、制御装置４により、温度測定手段５で測定した液体冷媒２Ｌの温度データと、圧力測定手段６で測定した気相２Ａの圧力データを参照し、ケーブルコア１００が測定に適した条件下にあるか否かを監視する。具体的には、制御装置４の判定手段４２が、入力インターフェイス４１を介して温度データと圧力データを取得し、それらのデータを記憶手段４４に記憶される液体冷媒２Ｌの飽和蒸気圧曲線に照らし合わせる。そして、判定手段４１は、温度測定手段５による各測定箇所の測定温度が、現時点の気相２Ａの圧力に対応した沸点以上となっていないかを判定し、その判定結果を表示手段４５に表示する。仮に、測定温度は沸点以上となった場合、表示手段４５に警告を表示し、試験を自動で停止するようにしても良い。
【００７６】
また、本実施形態の構成では、測定を行なう間中、制御装置４で気相加圧手段７を制御して、タンク７１から気相２Ａに送り出す冷却ガスの導入量を調整し、気相２Ａの加圧状態を細かく調整する。その気相加圧手段７の制御には、温度測定手段５からの温度データと、圧力測定手段６からの圧力データと、液面測定手段８からの液面高さのデータと、を利用する。温度データと圧力データは、液体冷媒２Ｌの飽和蒸気圧曲線に照らして、ケーブルコア１００の周囲における液体冷媒２Ｌの温度が沸点に達するまでどの程度の裕度を持っているかを把握することに利用できる。また、液面高さのデータは、液体冷媒２Ｌの蒸発量のデータに等しく、侵入熱の量や侵入速度などを把握する指標となるため、液体冷媒２Ｌの温度上昇の速度を把握することに利用できる。このように各種手段５，６，８からのデータに基づいて現時点の液体冷媒２Ｌの状態を把握して、冷却ガスの導入量を増減したり、あるいは導入を停止したりすれば良い。
【００７７】
さらに、本実施形態では、温度データと圧力データと液面高さのデータを利用して、試験を継続できるタイムリミットを推定する。例えば、温度データと圧力データから現時点の液体冷媒２Ｌの状態を把握し、各温度測定箇所の温度の上昇傾向や、液面高さのデータに基づく侵入熱の量と侵入速度から、超電導導体層１０２の超電導状態が解消される時間を予測する。
【００７８】
［効果］
以上説明した実施形態の構成によれば、気相加圧手段７によって気相２Ａを加圧することで、ケーブルコア１００の電気的特性を試験することができる時間を、気相２Ａを加圧しない場合よりも長くすることができる。また、試験の間中、液体冷媒２Ｌの温度と気相２Ａの圧力を測定し、健全な条件で試験が実施されていることを監視しているため、信頼性の高い試験結果を得ることができる。
【００７９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。例えば、ドラム１０に巻き取ったケーブルコア１００を蓋部３に適宜な部材で吊り下げて、本体部２に蓋部３を取り付けると同時に冷却容器１へのケーブルコア１００の配置が終了するようにしても良い。その場合、ドラム１０の下端が、本体部２の底面から浮いた状態とすると、侵入熱の影響を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明超電導ケーブル用ケーブルコアの試験方法は、ケーブルコアの出荷試験、超電導ケーブルの製造途中における中間試験、その他、任意のときに特性を調べる際に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  冷却容器
２  本体部
２ａ  真空断熱層  ２Ｌ  液体冷媒  ２Ａ  気相
２１  取付部  ２Ｐ  冷媒導入管
３  蓋部
３１  断熱部材
４  制御装置
４１  入力インターフェイス  ４２  判定手段  ４３  命令手段
４４  記憶手段  ４５  表示手段
５  温度測定手段
５１  測温抵抗体  ５２  信号線
６  圧力測定手段
６１  圧力計  ６２  連通管  ６３  信号線
７  気相加圧手段
７１  タンク  ７２  ガス配管  ７３  ポンプ  ７４  信号線
８  液面測定手段
８１  液面計  ８２  信号線
９  撹拌手段
１０  ドラム
１１  巻胴  １２Ａ，１２Ｂ  鍔部
１００  ケーブルコア
１０１  フォーマ  １０２  超電導導体層  １０３  電気絶縁層
１０４  外側超電導層  １０５  保護層
２１０  リード電極
３００  電源
【図１】
2013036842.tif 000003
【図２】
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【図３】
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