特許 5981414 超電導ケーブルの固定構造及び超電導ケーブル線路の固定構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5981414

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】超電導ケーブルの固定構造及び超電導ケーブル線路の固定構造

(51)【国際特許分類】

   H02G 15/34 20060101AFI20160818BHJP

   H01B 12/16 20060101ALI20160818BHJP

   H01B 12/14 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 39/04 20060101ALI20160818BHJP

   H02G 9/00 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   H02G15/34ZAA

   H01B12/16

   H01B12/14

   H01L39/04

   H02G9/00

【請求項の数】18

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2013-504790(P2013-504790)

(86)(22)【出願日】2012年3月16日

(86)【国際出願番号】JP2012056931

(87)【国際公開番号】WO2012124810

(87)【国際公開日】20120920

【審査請求日】2015年1月14日

(31)【優先権主張番号】特願2011-58788(P2011-58788)

(32)【優先日】2011年3月17日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-58795(P2011-58795)

(32)【優先日】2011年3月17日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】滕 軍

(72)【発明者】

【氏名】八木 正史

(72)【発明者】

【氏名】松岡 太郎

(72)【発明者】

【氏名】米村 徳偉

(72)【発明者】

【氏名】向山 晋一

【審査官】 神田 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２１１８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０４４９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−０２１５４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−２１０８３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｇ １５／３４

Ｈ０１Ｂ １２／１４

Ｈ０１Ｂ １２／１６

Ｈ０１Ｌ ３９／０４

Ｈ０２Ｇ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォーマと超電導導体層とを有するケーブルコアと、前記ケーブルコアを収容し、内管と外管からなる断熱構造を有する断熱管とを備える超電導ケーブルの固定構造であって、
前記断熱管と接続され、内壁と外壁からなる断熱構造を有し、前記ケーブルコアが貫通する固定ボックスと、
前記ケーブルコアを前記固定ボックスの内壁に固定する固定体とを有し、
前記固定ボックスの内壁の内側には冷媒が流通可能であり、
前記ケーブルコア上に形成され、両端部に向かって縮径した絶縁層である拡径補強層を有し、
前記ケーブルコアは、前記拡径補強層を介し前記固定体により前記内壁に固定されており、
前記ケーブルコアは、前記超電導導体層の外周に電気絶縁層を有し、前記固定ボックス内において、前記ケーブルコアは、前記電気絶縁層の接続部を有する中間接続部を有し、
前記中間接続部の前記電気絶縁層の接続部の外周には、前記中間接続部ではない部分の電気絶縁層の外径よりも大きな拡径補強絶縁層を有することを特徴とする超電導ケーブルの固定構造。

【請求項2】

前記固定体は前記拡径補強層の外周面形状に応じた形状のスリーブを有することを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項3】

前記ケーブルコアの前記拡径補強層の周囲に補強層を有し、
前記固定体は、前記補強層を介して前記拡径補強層を保持することを特徴とする請求項１又は２記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項4】

前記ケーブルコアと前記固定体とを接着結合する結合部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項5】

前記拡径補強絶縁層は、前記中間接続部における２つのケーブルコアのテーパー状の電気絶縁層の間に積層された電気絶縁層と前記テーパー状と、前記電気絶縁層の間に積層された電気絶縁層の絶縁層のつなぎ目を覆うように積層されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項6】

前記拡径補強絶縁層は、絶縁性紙類により巻回されていることを特徴する請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項7】

更に前記ケーブルコアを前記内壁に固定する補助固定体を少なくとも一つ有し、
前記補助固定体を、前記ケーブルコアの外周を保持する金属輪を介し棒状又はブロック状の固定金具で前記内壁に固定する構造とすることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項8】

前記固定体を、前記ケーブルコアの外周を覆うスリーブを介し棒状又はブロック状の固定金具で前記内壁に固定する構造とすることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項9】

前記固定体は、前記固定ボックスの内部領域を二分するように前記内壁に固定され、
前記固定ボックスには、前記固定体を挟んでその両側にそれぞれ一つ以上の冷媒流通孔が形成され、前記冷媒流通孔において前記内壁と前記外壁とが結合されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項10】

前記冷媒流通孔に冷媒輸送管が接合されていることを特徴とする請求項９に記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項11】

前記固定体を挟んでその両側に形成された前記冷媒流通孔同士が前記冷媒輸送管によって接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の超電導ケーブルの固定構造。

【請求項12】

請求項１０に記載の固定構造を用いて複数の超電導ケーブルを固定する固定構造であって、
前記複数の超電導ケーブルは各々固定ボックスを有し、当該各固定ボックス同士が前記冷媒流通孔に接続された前記冷媒輸送管を介して接続されていることを特徴とする超電導ケーブル線路の固定構造。

【請求項13】

前記複数の固定ボックス内の冷媒は前記固定体を挟んで前記超電導ケーブルに沿って流通せず、前記冷媒流通孔に接続された前記冷媒輸送管を介して他の固定ボックスに流通する構造となっていることを特徴とする請求項１２に記載の超電導ケーブル線路の固定構造。

【請求項14】

前記超電導ケーブルが平行に複数列配設されると共に、これら複数列の超電導ケーブルに循環冷却部が前記固定ボックスを介して一定の間隔で架設され、
前記循環冷却部は、
複数の前記超電導ケーブルの冷媒経路に連通する第一の冷媒経路と、
他の複数の前記超電導ケーブルの冷媒経路に連通する第二の冷媒経路と、
前記第一の冷媒経路内と前記第二の冷媒経路内で各々循環する冷媒を冷却する一台の冷凍機とを有し、
前記第一の冷媒経路と前記第二の冷媒経路とが、前記固定体を挟んでその両側に設けられた各々の前記冷媒流通孔を通じて前記固定ボックス間を接続することを特徴とする請求項９又は１０記載の固定構造を用いた超電導ケーブル線路の固定構造。

【請求項15】

前記循環冷却部は、前記第一の冷媒経路と前記第二の冷媒経路のいずれか一方にのみ冷媒の循環ポンプを設けたことを特徴とする請求項１４に記載の超電導ケーブル線路の固定構造。

【請求項16】

前記循環冷却部は、前記第一の冷媒経路と前記第二の冷媒経路のそれぞれについて、前記冷凍機の冷却部位に流入する流入経路と前記冷凍機を回避するバイパス経路とを備え、
前記流入経路と前記バイパス経路の冷媒の流量を調節して冷媒の温度制御を行うことを特徴とする請求項１４又は１５記載の超電導ケーブル線路の固定構造。

【請求項17】

前記循環冷却部の第一の冷媒経路及び第二の冷媒経路は、その前後で異なる列の超電導ケーブルに冷媒を導くことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一項に記載の超電導ケーブル線路の固定構造。

【請求項18】

前記循環冷却部の第一の冷媒経路及び第二の冷媒経路は、その前後で同じ列の超電導ケーブル冷媒を導くことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一項に記載の超電導ケーブル線路の固定構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォーマと超電導導体層を有するケーブルコアを備えた超電導ケーブルの固定構造及び超電導ケーブル線路の固定構造に関する。

【背景技術】

【0002】

超電導ケーブルは、その超電導導体層を極低温とする必要があることから、ケーブルコアの周囲に冷媒を循環させることが必須である。そして、このように冷媒の循環を必須とすること及び外部からの熱侵入を防止する構造を必須とする。また、長距離に渡って布設された超電導ケーブルの場合には、ケーブル線路の形態を維持するために、ケーブルコアの位置を固定する必要があった。

【0003】

従来の電力ケーブルの固定構造としては、互いに接続される二つの電力ケーブルの導体部の接続端部を挿入可能な挿入口が両端部に形成された導体接続管と、導体接続管に設けた有底穴に弾性体を介して設けられた突出自在なピンにより導体接続管を保持する筒状の電極と、当該電極を包囲するように埋め込まれた絶縁ユニット（固定絶縁部）と、絶縁ユニットを内部で保持すると共に二つの電力ケーブルの端部に接着されるケースとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平０５−１１７３１号公報

【特許文献2】特開２００２−０５６７２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１は電力ケーブルの固定構造では、構造が複雑であり、部品点数が多く、コストが高くなるという問題があった。
また、特許文献１の固定構造では、弾性体とピンが直接導体に接続されていることから、高電圧の導体部分から接地されたケース部分間の沿面に存在する角部や突起部において電界が集中する。そのため、特許文献１の固定構造では、発生する電界集中を緩和できるような形状及び絶縁ユニットの絶縁設計が必要となる。

【0006】

また、超電導ケーブルはケーブルコアの周囲に冷媒を供給してコアの冷却をはかる必要あるが、特許文献１の固定構造は、単なる電力ケーブルの固定構造であることから、ケーブルコアの周囲に冷媒を通す経路が存在せず、ケーブルに沿って冷媒を循環させることができなかった。

【0007】

ところで、超電導ケーブルは超電導導体をマイナス200℃近辺の極低温にまで冷却しなければ超電導の特徴を十分発揮できない。従って、超電導ケーブルは、液体窒素に代表される冷媒を介して64〜77Ｋ近辺まで冷却されるが、当該冷媒を冷却するに当たっては、極低温まで冷却することが可能な非常に高価な冷凍システムが必要となる（例えば特許文献２参照）。
また、極低温用冷凍機のエネルギー消費効率（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）は０．０６程度と非常に低く、冷却のためのランニングコストである電気料金も膨大となることから、効率の改善が求められている。
更に、送電システムはインフラに関わる信頼性を要求されるシステムでもあり、定期的なメンテナンスが必要となる。従って、超電導送電システムにとって冷凍システムはイニシャルコストだけでなく、ランニングコストやメンテナンスコストも大きな負担となっている。
即ち、超電導ケーブルの敷設には、非常に大きなイニシャルコスト、ランニングコストとメンテナンスコストが必要となることから、これらコスト低減が望まれていた。

【0008】

本発明は、超電導ケーブルに沿った液体の冷媒の循環経路を確保しつつ複雑な絶縁設計が不要なケーブルの固定を可能とする超電導ケーブル及び超電導ケーブル線路の固定構造を提供することをその目的とする。
また、本発明は、イニシャルコスト、ランニングコスト及びメンテナンスコストの低減を図ることを他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１記載の発明は、
フォーマと超電導導体層とを有するケーブルコアと、前記ケーブルコアを収容し、内管と外管からなる断熱構造を有する断熱管とを備える超電導ケーブルの固定構造であって、
前記断熱管と接続され、内壁と外壁からなる断熱構造を有し、前記ケーブルコアが貫通する固定ボックスと、
前記ケーブルコアを前記固定ボックスの内壁に固定する固定体とを有し、
前記固定ボックスの内壁の内側には冷媒が流通可能であり、
前記ケーブルコア上に形成され、両端部に向かって縮径した絶縁層である拡径補強層を有し、
前記ケーブルコアは、前記拡径補強層を介し前記固定体により前記内壁に固定されており、
前記ケーブルコアは、前記超電導導体層の外周に電気絶縁層を有し、前記固定ボックス内において、前記ケーブルコアは、前記電気絶縁層の接続部を有する中間接続部を有し、
前記中間接続部の前記電気絶縁層の接続部の外周には、前記中間接続部ではない部分の電気絶縁層の外径よりも大きな拡径補強絶縁層を有することを特徴とする。

【0010】

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記固定体は前記拡径補強層の外周面形状に応じた形状のスリーブを有することを特徴とする。

【0011】

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記ケーブルコアの前記拡径補強層の周囲に補強層を有し、
前記固定体は、前記補強層を介して前記拡径補強層を保持することを特徴とする。

【0012】

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記ケーブルコアと前記固定体とを接着結合する結合部を設けたことを特徴とする。

【0014】

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記拡径補強絶縁層は、前記中間接続部における２つのケーブルコアのテーパー状の電気絶縁層の間に積層された電気絶縁層と前記テーパー状と、前記電気絶縁層の間に積層された電気絶縁層の絶縁層のつなぎ目を覆うように積層されたことを特徴とする。

【0015】

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記拡径補強絶縁層は、絶縁性紙類により巻回されていることを特徴する。

【0016】

請求項７記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、
更に前記ケーブルコアを前記内壁に固定する補助固定体を少なくとも一つ有し、
前記補助固定体を、前記ケーブルコアの外周を保持する金属輪を介し棒状又はブロック状の固定金具で前記内壁に固定する構造とすることを特徴とする。

【0017】

請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記固定体を、前記ケーブルコアの外周を覆うスリーブを介し棒状又はブロック状の固定金具で前記内壁に固定する構造とすることを特徴とする。

【0018】

請求項９記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記固定体は、前記固定ボックスの内部領域を二分するように前記内壁に固定され、
前記固定ボックスには、前記固定体を挟んでその両側にそれぞれ一つ以上の冷媒流通孔が形成され、前記冷媒流通孔において前記内壁と前記外壁とが結合されていることを特徴とする。

【0019】

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記冷媒流通孔に冷媒輸送管が接合されていることを特徴とする。

【0020】

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記固定体を挟んでその両側に形成された前記冷媒流通孔同士が前記冷媒輸送管によって接続されていることを特徴とする。

【0021】

請求項１２記載の発明は、
請求項１０に記載の固定構造を用いて複数の超電導ケーブルを固定する固定構造であって、
前記複数の超電導ケーブルは各々固定ボックスを有し、当該各固定ボックス同士が前記冷媒流通孔に接続された前記冷媒輸送管を介して接続されていることを特徴とする。

【0022】

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記複数の固定ボックス内の冷媒は前記固定体を挟んで前記超電導ケーブルに沿って流通せず、前記冷媒流通孔に接続された前記冷媒輸送管を介して他の固定ボックスに流通する構造となっていることを特徴とする。

【0023】

請求項１４記載の発明は、請求項９又は１０の固定構造を用いると共に、
前記超電導ケーブルが平行に複数列配設されると共に、これら複数列の超電導ケーブルに循環冷却部が前記固定ボックスを介して一定の間隔で架設され、
前記循環冷却部は、
複数の前記超電導ケーブルの冷媒経路に連通する第一の冷媒経路と、
他の複数の前記超電導ケーブルの冷媒経路に連通する第二の冷媒経路と、
前記第一の冷媒経路内と前記第二の冷媒経路内で各々循環する冷媒を冷却する一台の冷凍機とを有し、
前記第一の冷媒経路と前記第二の冷媒経路とが、前記固定体を挟んでその両側に設けられた各々の前記冷媒流通孔を通じて前記固定ボックス間を接続することを特徴とする。

【0024】

請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記循環冷却部は、前記第一の冷媒経路と前記第二の冷媒経路のいずれか一方にのみ冷媒の循環ポンプを設けたことを特徴とする。

【0025】

請求項１６記載の発明は、請求項１４又は１５記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記循環冷却部は、前記第一の冷媒経路と前記第二の冷媒経路のそれぞれについて、前記冷凍機の冷却部位に流入する流入経路と前記冷凍機を回避するバイパス経路とを備え、
前記流入経路と前記バイパス経路の冷媒の流量を調節して冷媒の温度制御を行うことを特徴とする。

【0026】

請求項１７記載の発明は、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記循環冷却部の第一の冷媒経路及び第二の冷媒経路は、その前後で異なる列の超電導ケーブルに冷媒を導くことを特徴とする。

【0027】

請求項１８記載の発明は、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、
前記循環冷却部の第一の冷媒経路及び第二の冷媒経路は、その前後で同じ列の超電導ケーブル冷媒を導くことを特徴とする。

【発明の効果】

【0028】

本発明は、縮径した絶縁層である拡径補強層を介してケーブルコアを固定ボックスの内壁に固定するで、簡易な構造により堅牢にケーブルコアを固定することが可能である。
また、ケーブルコア上にその両端部に向かって縮径した拡径補強層を形成し、固定体が拡径補強層を介してケーブルコアを固定するので、ケーブルコアの周囲やその固定構造において角部や突起が少ない構造としたので、電界集中が生じにくく、絶縁性能が高い電界設計となっている。

【0029】

また、固定体が拡径補強層の外周面形状に応じた形状のスリーブを有する構成とした場合には、当該スリーブによりケーブルコアを固定ボックスの内壁に固定するので、簡易な構造により堅牢にケーブルコアを固定することが可能である。

【0030】

また、固定ボックスの内壁と外壁とを冷媒流通孔の位置において結合し、かつ、固定体を設けて超電導ケーブルのケーブルコアと固定ボックスの内壁を固定する構造とした場合には、固定ボックスの外壁または断熱管の外管を固定するだけで堅牢にケーブルコアを固定することが可能である。さらに、固定ボックスが冷媒流通孔を有するので、内壁の内部領域を二分するように固定体を設けて超電導ケーブルを固定し、固定体により冷媒の流通が妨げられる場合であっても冷媒流通孔を介して冷媒の流通を確保することが可能である。
さらに、固定ボックスの内壁と外壁とは、冷媒流通孔の位置において結合されているので、結合部位を最小限とし、結合部位から内部への熱侵入を低減することが可能となっている。

【0031】

さらに、循環冷却部が、第一の冷媒経路と第二の冷媒経路の冷媒の冷却を一台の冷凍機で共用して行う構成とした場合には、極低温を実現する高価な冷凍機の個体数を低減することができ、超電導ケーブルの布設設備のイニシャルコストを飛躍的に低減することが可能である。
また、冷凍機の個体数を低減することにより、そのメンテナンスコストも飛躍的に低減することが可能である。
また、冷凍機を２台から１台にまとめることにより、モーター等の個数が半減するため、モーターの軸受け等における摩擦発熱による機械的損失が小さくなり、冷凍効率を向上させることができる。更に、冷却システムの設置スペース同一出力で比較すると約５０％に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】実施形態に係る超電導ケーブルの固定構造を適用した超電導ケーブルの布設例を示す概略図である。

【図2】布設される超電導ケーブルの一例を示す図である。

【図3】中間固定部における二本の超電導ケーブルの固定構造を示す断面図である。

【図4】中間固定部における固定ボックスの内壁の分解斜視図である。

【図5】中間固定部における固定ボックスの外壁の分解斜視図である。

【図6】冷媒流通孔の拡大断面図である。

【図7】固定ボックスにベローズ構造を設けた中間固定部の例を示す断面図である。

【図8】三相の超電導ケーブルを固定する中間固定部の例を示す断面図である。

【図9】冷媒輸送管が二つの冷媒流通孔を接続した中間固定部の例を示す断面図である。

【図10】冷媒輸送管にベローズ構造を設けた例を示す断面図である。

【図11】固定ボックスに四つの冷媒流通孔を設けた中間固定部の例を示す断面図である。

【図12】冷媒流通孔を二つ設けた中間固定部と冷媒流通孔を四つ設けた中間固定部とを超電導ケーブルの敷設現場に適用した場合の例を示す簡略構成図である。

【図13】中間接続部を有する中間固定部の例を示す断面図である。

【図14】固定金具の他の例を示す中間固定部のケーブルコアに垂直な断面から見た断面図である。

【図15】固定金具の他の例を示す中間固定部のケーブルコアに垂直な断面から見た断面図である。

【図16】固定金具の他の例を示す中間固定部のケーブルコアに垂直な断面から見た断面図である。

【図17】発明の実施形態に係る超電導ケーブルの冷却システムを適用した超電導ケーブルの布設例を示す概略図である。

【図18】冷却システムの構成を示す概略図である。

【図19】冷却装置の構成図である。

【図20】三列並行に布設された三本の単芯型の超電導ケーブルに対して冷却システムを適用した場合の例を示す図である。

【図21】同じ列の超電導ケーブルに冷媒を循環させる冷却システムを適用した場合の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

［実施形態の概略］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は実施形態に係る超電導ケーブルの固定構造を適用した超電導ケーブルの布設例を示す概略図、図２は布設される超電導ケーブルの一例を示す図である。
図１に示すように、超電導ケーブル１０は、電力の供給元と供給先とに配設した終端接続部３０、３０の間を複数の超電導ケーブル１０で接続し、超電導ケーブル１０と超電導ケーブル１０とが中間接続部１５で連結されている。更に、終端接続部３０、３０の間には、固定構造としての中間固定部２０を形成して、超電導ケーブル１０を安定的に保持している。

【0034】

［超電導ケーブル］
図２に示す超電導ケーブル１０は、断熱管１２内に一心のケーブルコア１１が収納された単心型の超電導ケーブルである。ケーブルコア１１は、フォーマ１１１、超電導導体層１１２、電気絶縁層１１３、超電導シールド層１１４、常電導シールド層１１５、保護層１１６等により構成される。

【0035】

フォーマ１１１は、ケーブルコア１１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を撚り合わせて構成される。フォーマ１１１には、短絡事故時に超電導導体層１１２に流れる事故電流が分流される。

【0036】

超電導導体層１１２は、フォーマ１１１の上に複数条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。図２では、超電導導体層１１２を４層の積層構造としている。超電導導体層１１２には、定常運転時に送電電流が流れる。
超電導導体層１１２を構成する超電導線材は、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を有している。超電導層を構成する超電導体には、液体窒素温度以上で超電導を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）、例えば化学式ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7δで表されるイットリウム系超電導体（以下、Ｙ系超電導体）が代表的である。また、金属マトリクス中に超電導体が形成されているテープ状の超電導線材でもよい。超電導体には、ビスマス系超電導体、例えば化学式Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂
Ｏ_8+δ（Ｂｉ２２１２）, Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_10+δ(Ｂｉ２２２３)を適用できる。
なお、化学式中のδは酸素不定比量を示す。

【0037】

電気絶縁層１１３は、絶縁性紙類、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、高分子不織布テープなどで構成され、超電導導体層１１２の上に巻回することにより積層状態で形成される。

【0038】

超電導シールド層１１４は、電気絶縁層１１３の上に複数条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。図２では、超電導シールド層１１４を２層の積層構造としている。超電導シールド層１１４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１１４を構成する超電導線材には、超電導導体層１１２と同様のものを適用できる。

【0039】

常電導シールド層１１５は、超電導シールド層１１４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１１５には、短絡事故時に超電導シールド層１１４に流れる事故電流が分流される。
保護層１１６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１１５の上に巻回することにより形成される。

【0040】

断熱管１２は、ケーブルコア１１を収容するとともに冷媒（例えば液体窒素）が充填される断熱内管１２１と、断熱内管１２１の外周を覆うように配設された断熱外管１２２からなる二重管構造を有している。
断熱内管１２１及び断熱外管１２２は、例えばステンレス製のコルゲート管（波付き管）である。断熱内管１２１と断熱外管１２２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（スーパーインシュレーション）１２３が介在され、真空状態に保持される。また、断熱外管１２２の外周はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリエチレンなどの防食層１２４で被覆されている。

【0041】

また、断熱内管１２１の内側には、ケーブルコア１１が挿通されると共に冷媒が循環する。即ち、この断熱内管１２１の内部領域が、超電導ケーブル１０の冷媒経路となっている。

【0042】

［中間固定部：全体］
図３は中間固定部２０における超電導ケーブル１０の固定構造を示す断面図である。中間固定部２０は超電導ケーブル１０を内側に収容する円筒状の固定ボックス２１と、固定ボックス２１の内部に於いて、超電導ケーブル１０を保持する固定体とを備えている。この固定体は、超電導ケーブル１０を内側に保持するスリーブとしての固定ブロック２２と、固定ブロック２２を固定ボックス２１内に固定する固定金具２３とから構成される。
さらに、固定ボックス２１には、ケーブル線路の長手方向中央に位置する固定金具２３を挟んだ配置でその両側に冷媒流通孔２５ａ，２５ｂを有している。

【0043】

［中間固定部：固定ボックス］
固定ボックス２１は超電導ケーブルの布設経路上における中間固定部２０の布設目的位置に固定状態で設置される。
この固定ボックス２１は、その両端部に超電導ケーブル１０の断熱管１２の端部が溶接により接続されている。そして、各断熱管１２が接続される端部壁面には、断熱内管１２１の内部領域と固定ボックス２１の内部流域では、ケーブルコア１１を冷却するための液体の冷媒（例えば、液体窒素）が循環されており、超電導ケーブル１０の断熱内管１２１と固定ボックス２１（厳密には後述する内壁２１１の内部）との間で液体の冷媒の流通が行われる。

【0044】

この固定ボックス２１は、円筒状の内壁２１１と外壁２１２の二重壁面構造を有している。
内壁２１１は、図４に示すように、ケーブルの長手方向（以下、ケーブル方向という）の一方と他方とについて二分割した円筒部をさらにケーブル方向に沿った割断面で二分割した四つの壁面部材２１１ａ〜２１１ｄから構成されている。なお、壁面部材２１１ａと２１１ｂ、壁面部材２１１ｃと２１１ｄで構成される二つの円筒部の間には、後述する固定金具２３を挟み込んでおり、壁面部材２１１ａ〜２１１ｄと固定金具２３とはすべて溶接により一体化されている。

【0045】

また、内壁２１１のケーブル方向における両端部は端部壁面２１１ｅ，２１１ｆにより閉塞され、当該端部壁面２１１ｅ，２１１ｆには中央にケーブルコア１１を挿入する貫通穴が形成されている。そして、当該貫通穴には直管２１１ｇ，２１１ｈを介して超電導ケーブル１０の断熱管１２の断熱内管１２１が接続される。なお、壁面部材２１１ａ〜２１１ｄ、端部壁面２１１ｅ，２１１ｆ、直管２１１ｇ，２１１ｈ及び断熱内管１２１も全て溶接により接合される。

【0046】

また、壁面部材２１１ａと２１１ｃの上部には、内壁２１１の内部に対して冷媒の流通を行うための貫通穴が形成されており、これらの貫通穴にはそれぞれ冷媒流通孔２５ａ，２５ｂを構成する内管２５１ａ、２５１ｂが溶接により接続されている。

【0047】

外壁２１２は、内壁２１１の全体を内側に格納しており、図５に示すように、ケーブル方向に沿った円筒部を当該ケーブル方向に沿った割断面で二分割した壁面部材２１２ａ、２１２ｂから構成されている。なお、外壁２１２は、内壁２１１の外径よりも内径が大きく、ケーブル方向に沿った長さも内壁２１１よりも長く、これにより、外壁２１２は内壁２１１を完全に内側に収容することを可能としている。なお、壁面部材２１２ａと２１１ｂとは溶接により一体化されている。

【0048】

また、外壁２１２のケーブル長手方向における両端部は端部壁面２１２ｅ，２１２ｆにより閉塞され、当該端部壁面２１２ｅ，２１２ｆには中央にケーブルコア１１を挿入する貫通穴が形成されている。そして、当該貫通穴には直管２１２ｇ，２１２ｈを介して超電導ケーブル１０の断熱管１２の断熱外管１２２が接続される。なお、壁面部材２１２ａ，２１２ｂ、端部壁面２１２ｅ，２１２ｆ、直管２１２ｇ，２１２ｈ及び断熱外管１２２も全て溶接により接合される。

【0049】

また、壁面部材２１２ａの上部には、外壁２１２の内側に格納された内壁２１１の内部に対して冷媒の流通を行うための二つの貫通穴がケーブル方向に沿って並んで形成されており、これらの貫通穴にはそれぞれ冷媒流通孔２５ａ，２５ｂを構成する外管２５２ａ、２５２ｂが溶接により接続されている。

【0050】

前述したように、外壁２１２は内壁２１１を内部に収容し、これにより外壁２１２と内壁２１１の二重壁構造を形成する。そして、外壁２１２は内壁２１１との間の領域は真空引きが行われて断熱構造が形成される。
なお、超電導ケーブル１０の断熱内管１２１と断熱外管１２２との間の内部領域も真空引きにより断熱構造が施されるが、当該断熱管１２の内部領域と固定ボックス２１の二重壁面の内部領域とを連通して、これらを同時に真空引きする事を可能としても良い。

【0051】

冷媒流通孔２５ａ（２５ｂ）は、図６に示すように、前述した内管２５１ａ（２５１ｂ）と内管２５１ａ（２５１ｂ）を内側に挿通させた外管２５２ａ（２５２ｂ）と、内管２５１ａ（２５１ｂ）と外管２５２ａ（２５２ｂ）の双方の上端部に溶接により接合されて内管２５１ａ（２５１ｂ）と外管２５２ａ（２５２ｂ）との隙間空間を密閉する円板２５３ａ（２５３ｂ）とを備えている。
円板２５３ａ（２５３ｂ）は、外管２５２ａ（２５２ｂ）よりも外径が大きく、その中央部には内管２５１ａ（２５１ｂ）の内径と同一の径の貫通穴が形成され、当該貫通穴と内管２５１ａ（２５１ｂ）とにより冷媒の流通を行っている。

【0052】

冷媒流通孔２５ａ（２５ｂ）には、内管２５１ａ（２５１ｂ）に対して冷媒輸送管３０が挿入接続される。当該冷媒輸送管３０は、内管３１と外管３２とからなる二重構造であり、その挿入端部が閉塞されている。そして、内管３１と外管３２との隙間空間は真空引きされて断熱構造が形成されている。
また、冷媒輸送管３０の挿入端部近傍には、フランジ部３３が形成されており、当該フランジ部は３３は、前述した冷媒流通孔２５ａ（２５ｂ）の円板２５３ａ（２５３ｂ）ほぼ等しい外径であり、フランジ部は３３と円板２５３ａ（２５３ｂ）とはボルト締めにより連結されている。
また、内管２５１ａ（２５１ｂ）と冷媒輸送管３０との間にはＯリングなどのシール部材を介挿しても良い。

【0053】

配管の端部は熱侵入が生じやすい部位だが、冷媒流通孔２５ａ（２５ｂ）と冷媒輸送管３０とは、いずれも二重管構造でその間は真空化により断熱構造が施されると共に、一方に他方が挿入される連結構造を採っているため、熱侵入を防ぎ、内部冷媒の温度上昇を小効果的に防止することが可能となっている。

【0054】

［中間固定部：固定ブロック］
図３のように、固定体により固定されて超電導ケーブル１０のケーブルコア１１は、その最外層である保護層１１６の表面に絶縁紙類を巻き付けて積層した拡径補強層２０１が形成されている。かかる拡径補強層２０１は、ケーブル方向中央部には外径が均一なる等径部２０１ａが形成され、両端部には中央部から離れるにつれて徐々に縮径してケーブルコア１１と同じ径に至るテーパー部２０１ｂ，２０１ｂが形成されている。なお、この拡径補強層２０１は、ケーブルコア１１に沿って滑りを生じないように、絶縁紙類は固く巻き付けが行われている。
そして、上記拡径補強層２０１の外周面上には、メッキ銅線を層状に巻回して補強層２０２が形成されている。かかる補強層２０２は、銅の編組線を積層して形成しても良い。
補強層２０２の外周形状は、下層の拡径補強層２０１の形状に応じて両端にテーパーを有する拡径部が形成されている。

【0055】

固定体の固定ブロック２２は、円筒状であって、拡径補強層２０１及び補強層２０２を介してケーブルコア１１を挿通させた状態で保持を行う。
補強層２０２は、ケーブル方向について、おおむね固定ブロック２２の保持範囲と同じ範囲に渡って形成されており、この補強層２０２は、所定の厚さを有する巻回されたメッキ銅線層又は銅の編組線層であることから、超電導ケーブル１０のケーブルコア１１を固定ブロック２２が保持した状態において、緩衝材としての機能を果たし、温度変化により熱伸縮時などにケーブルコア１１を保持することを可能とする。

【0056】

固定ブロック２２は、その外部形状がケーブルの長手方向における両端部が縮径した略円筒状に形成されている。また、固定ブロック２２の内側には、拡径補強層２０１により拡径した補強層２０２の拡径部の外周形状が嵌合する形状で凸状部が形成されており、拡径補強層２０１及び補強層２０２を嵌合状態で包持することを可能としている。
なお、固定ブロック２２は、その中心線に沿った断面により二つに割断された半円等部材によりケーブルコア１１を挟み込むようにして包持し、相互に溶接することで一体化されている。このように、固定ブロック２２は、分割構造を取ることにより、ケーブルコア１１に対する取り付け作業を容易に行うことが可能となっている。

【0057】

また、かかる包持状態において、固定ブロック２２の両端部には、補強層２０２の両端部も含む範囲でケーブルコア１１まで、結合部としての熱硬化性樹脂２４，２４が塗布され、ケーブルコア１１を固定ブロック２２に固定する。
また、補強層２０２を固定ブロック２２からはみ出さない範囲で形成し、熱硬化性樹脂２４が固定ブロック２２とケーブルコア１１とを直接的に固定する構造としても良い。
なお、熱硬化性樹脂２４は、ガラス繊維などの補強繊維とエポキシレジンなどの熱硬化性樹脂の混合物である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いてもよい。

【0058】

［中間固定部：固定金具］
固定金具２３は、固定ブロック２２の外周面上であってケーブル方向中間にボルト締めで固定されている。かかる固定金具２３は、ケーブルコア１１を中心とする半径方向に延出されたフランジ状に形成されており、その外径は、固定ボックス２１の内壁２１１の外径より大きく、外壁２１２の内径よりも小さく設定されている。そして、前述したように、固定金具２３は、内壁２１１を二分割した円筒に挟まれた状態で溶接により接合されている。これにより、固定金具２３は、ケーブルコア１１を全方位から保持することを可能としている。
なお、固定金具２３も固定ブロック２２と同様にその中心線に沿った断面により二分割された半円状の部材からなり、固定ブロック２２の外周面に取り付ける際に相互に溶接により一体化される。

【0059】

なお、固定ボックス２１の内壁２１１の内部領域は、固定金具２３によって空間Ａと空間Ｂとに分離されている。このため、固定ボックス２１内において、空間Ａから空間Ｂに対して直接的に冷媒が流通することはできないが、例えば、空間Ａ側に接続された超電導ケーブル１０の断熱管１２から流入する冷媒は冷媒流通孔２５ａを通じて流出することで空間Ａ内の流通が行われ（或いは、冷媒流通孔２５ａから断熱管１２へ）、空間Ｂ側に接続された超電導ケーブル１０の断熱管１２から流入する冷媒は冷媒流通孔２５ｂを通じて流出することで空間Ｂ内の流通が行われる（或いは、冷媒流通孔２５ｂから断熱管１２へ）。

【0060】

［固定構造：作用効果］
上記超電導ケーブル１０の中間固定部２０では、固定ボックス２１の内壁２１１と外壁２１２とは、冷媒流通孔２５ａ，２５ｂの円板２５３ａ，２５３ｂにより結合されており、かつ、固定金具２３を設けて超電導ケーブル１０と固定ボックス２１の内壁２１１を固定するので、固定ボックス２１の外壁２１２または断熱管１２の断熱外管１２２を固定するだけでケーブルコア１１を中心とする全方位について堅牢にケーブルコア１１を固定することが可能である。さらに、固定ボックス２１が冷媒流通孔２５ａ，２５ｂを有するので、内壁２１１の内部領域が固定金具２３により空間Ａと空間Ｂとに二分され、相互の流通が妨げられた場合であっても、冷媒流通孔２５ａ，２５ｂを介して冷媒の流通を確保することが可能である。
また、ケーブルコア１１の保護層１１６を固定体によって保持することで、高電圧の導体部分（フォーマ１１１、超電導導体層１１２）を直接保持する必要がないために、高電圧の導体部分から接地されたケース部分間の沿面において電界集中はほとんど生じない。つまり、複雑な絶縁設計（電界設計）を行う必要がない。
さらに、固定ボックス２１の内壁２１１と外壁２１２とは、冷媒流通孔２５ａ，２５ｂの円板２５３ａ，２５３ｂにより結合されているので、結合部位を最小限とし、結合部位から内部への熱侵入を低減することが可能となっている。

【0061】

［固定ボックスの他の例］
図７は固定ボックス２１にベローズ構造２７を設けた例を示している。図示のように、固定ボックス２１の外壁２１２であって、二つの冷媒流通孔２５ａ，２５ｂにはベローズ構造２７を設けても良い。この例では二つのベローズ構造２７，２７を形成しているが、これらは一体としても良い。
ベローズ構造２７は、円筒状の外壁２１２の全周にわたって形成された蛇腹形状部であり、外壁２１２をケーブル方向に沿って伸縮させる撓み変形やケーブルコア１１の撓み方向に準じた撓み変形を許容する。
これにより、超電導ケーブル１０の断熱管１２やケーブルコア１１に熱伸縮等を原因とする撓み、伸縮などの変形を生じた場合でも、これを許容しつつケーブルコア１１の保持を行うことが可能となる。
なお、ベローズ構造２７は、外壁２１２だけではなく、内壁２１１にも設けてもよい。

【0062】

［超電導ケーブルが三相ケーブルである場合］
図８は三相ケーブルである超電導ケーブル１０Ａの中間固定部２０Ａを示している。
超電導ケーブル１０Ａは三相ケーブルの場合、前述したケーブルコア１１が三本螺旋状に寄り合わされた状態で断熱管１２内に収容されている。
中間固定部２０Ａは、寄り合わされた状態のケーブルコア１１Ａを一本のケーブルコア１１の場合と同様に保持する。即ち、この中間固定部２０Ａでは、寄り合わされた状態のケーブルコア１１Ａの表面をガラス繊維などの補強繊維とエポキシレジンなどの熱硬化性樹脂の混合物（繊維強化プラスチック：ＦＲＰ）層２８で被覆し、当該混合物層２８の上に拡径補強層２０１及び補強層２０２を形成し、その上から固定体で保持する構成となっている。なお、混合物層２８以外の構成については前述した中間固定部２０と同一である。
かかる中間固定部２０Ａにより、三相ケーブルからなる超電導ケーブル１０Ａも超電導ケーブル１０と同様の効果を享受しつつ固定することが可能である。
なお、ケーブルコア１１は三本に限らず、二本又は四本以上の他相ケーブルからなる超電導ケーブルについても、上記中間固定部２０Ａにより効果的に固定することが可能である。

【0063】

［二つの冷媒流通孔の接続例］
図９に示すように、前述した固定ボックス２１の冷媒流通孔２５ａと２５ｂは、一本の冷媒輸送管３０により互いに冷媒の流通が行われるように連結しても良い。これにより、固定ボックス２１の内壁２１１の内部の空間Ａに流入した冷媒は冷媒輸送管３０を通じて空間Ｂに移動し、或いは、空間Ｂに流入した冷媒が空間Ａに移動し、固定ボックス２１内の空間Ａと空間Ｂとの間での冷媒の流通が可能となる。
また、図１０に示すように、冷媒輸送管３０の途中部分には、蛇腹形状のベローズ部３１を形成しても良い。これにより、固定ボックス２１の撓みの発生時にも冷媒輸送管３０のベローズ部３１によって許容することが可能となり、そのような場合でも、冷媒の良好な流通を確保することが可能である。また、冷媒輸送管３０のベローズ部３１は、前述したように、固定ボックス２１の外壁２１２にベローズ部を形成した場合に、特に外壁２１２の変形撓み発生時にも効果的にこれに対応することが可能である。

【0064】

［固定ボックスにより多くの冷媒流通孔を設けた場合の例］
前述した中間固定部２０では固定ボックス２１の上部に二つの冷媒流通孔２５ａ，２５ｂを設けた場合を例示したが、冷媒流通孔の数は二つに限定するものではなく、より多くの冷媒流通孔を固定ボックス２１に設けても良い。例えば、図１１に示す中間固定部２０Ｂでは、固定ボックス２１Ｂの下部にも二つの冷媒流通孔２５ｃ，２５ｄを設けている。
この二つの冷媒流通孔２５ｃ，２５ｄも二つの冷媒流通孔２５ａ，２５ｂと同様に内壁２１１の固定金具２３を挟んで一方の空間Ａともう一方の空間Ｂとにそれぞれ接続されている。

【0065】

図１２は、図３の中間固定部２０と図１１の中間固定部２０Ｂとを使用して三本の超電導ケーブル１０を固定している超電導ケーブル線路の固定構造を示す設置例を示している。
三本の超電導ケーブル１０は、互いに平行に布設されている。図１の例では、冷媒を一本の超電導ケーブル１０に沿って流通させているが、図１２のように複数の超電導ケーブル１０を平行に布設する場合には、各超電導ケーブル１０に沿って隣接する中間固定部２０（又は２０Ｂ）同士と各超電導ケーブル１０の並び方向に隣接する中間固定部２０（又は２０Ｂ）同士とを連結して、マス目状に冷媒の循環経路を形成することができる。
例えば、両端の二本の超電導ケーブル１０は、中間固定部２０を所定の間隔で配置し、これらの間に位置する超電導ケーブル１０は、中間固定部２０Ｂを同じ間隔で配置し、各超電導ケーブル１０の並び方向に隣接する中間固定部２０（又は２０Ｂ）同士を二本の冷媒輸送管３０で連結する。このとき、中間固定部２０Ｂは両隣の中間固定部２０，２０と連結されることから、中間固定部２０Ｂの上の二つの冷媒流通孔２５ａ，２５ｂは、一方の中間固定部２０の冷媒流通孔２５ａ，２５ｂと冷媒輸送管３０，３０を介して連結され、中間固定部２０Ｂの下の二つの冷媒流通孔２５ｃ，２５ｄは、他方の中間固定部２０の冷媒流通孔２５ａ，２５ｂと冷媒輸送管３０，３０を介して連結される。
なお、一方の中間固定部２０と中間固定部２０Ｂとの間には、冷媒を所定方向に循環させるための循環ポンプ３１と、冷媒を冷却するための冷凍機３２とが配設される。
これにより、三本の超電導ケーブル１０に隣接して設けられた合計六つの中間固定部２０，２０Ｂの間で格子状に一定方向での循環経路が形成される。
なお、複数の超電導ケーブル１０を固定する場合には、中間固定部２０同士を接続する必要はなく、冷媒輸送管が二つの冷媒流通孔を接続した中間接続部２０（図９，１０）を用いてもよい。

【0066】

［中間接続部を有した中間固定部］
上述した中間固定部２０，２０Ａ，２０Ｂはいずれも、ケーブルコア１１の中間接続部を有していない部分を固定していたが、二本の超電導ケーブル１０を長手方向において接続する場合のケーブルコア１１同士の中間接続部１５を内部に有し、当該中間接続部１５を固定する場合にも中間固定部２０等と同じ構成の中間固定部２０Ｃを使用することが可能である。
図１３は二本の超電導ケーブル１０の中間接続部１５を有した中間固定部２０Ｃを示している。

【0067】

まず、二本の超電導ケーブル１０は、以下のようにして接続される。
即ち、各超電導ケーブル１０の接続端部からケーブルコア１１を断熱管１２から一定長さだけ突き出して露出させる。さらに、電気絶縁層１１３、超電導シールド層１１４、常電導シールド層１１５、保護層１１６をそれぞれ退避させて、フォーマ１１１及び超電導導体層１１２が接続端部側に所定の長さで突出した状態とする。このとき、絶縁紙等を積層された電気絶縁層１１３だけは、接続端部側の形状が当該接続端部に向かうにつれて縮径するように形状を整え、その接続端部にテーパー１１３ａを形成する。
そして、フォーマ１１１同士を突き合せ、接続端部同士の溶接を行ってから、フォーマ１１１同士の溶接部の外径が一様となるよう、成形を行い、後方に退避されていた超電導導体層１１２をフォーマ１１１に巻き直す。
そして、二つの超電導導体層１１２の接続端部の上面において、各超電導導体層１１２の超電導層が導通するように半田を介在させて接続用超電導線材（図示略）を架設状態で貼着し、各超電導導体層１１２の電気的な接続が行われる。なお、超電導導体層１１２の超電導層を構成する超電導線材を１本ずつ半田により接続することも可能である。

【0068】

本発明の実施形態である超電導ケーブル１０の固定構造では、上記のようにして接続された二つの超電導ケーブル１０におけるフォーマ１１１及び超電導導体層１１２に対して、その周囲に、電気絶縁層１１３と同じ絶縁性紙類を巻回して積層し、電気絶縁層として接続絶縁層１１３ｃを形成する。接続絶縁層１１３ｃは、少なくとも互いに対向する二つのテーパー１１３ａ、１１３ａにより縮径した部位を全て埋めることが可能な範囲で形成する。このとき、超電導導体層１１２の接続部は、通常の部位に比して周囲に対してより厳重に絶縁を図る必要があることから、接続絶縁層１１３ｃの形成後に電気絶縁層１１３の外径よりも大きくなるまで更に絶縁性紙類の巻回を行い、拡径補強絶縁層１１３ｂを形成する。
この拡径補強絶縁層１１３ｂは、電気絶縁層１１３の二つのテーパー１１３ａ、１１３ａと接続絶縁層１１３ｃとの境界となる二箇所のつなぎ目をいずれも覆うことができるように十分な大きな幅で形成されている。

【0069】

更に、二つの超電導シールド層１１４の間に、接続用超電導シールド層１１４ｃを形成し、超電導シールド層１１４と接続用超電導シールド層１１４ｃの接続端部の上面において、各超電導シールド層１１４と接続用超電導シールド層１１４ｃの超電導層が導通するように半田を介在させて接続用超電導線材１１４ａを架設状態で貼着し、各超電導シールド層１１４の電気的な接続が行われる。なお、超電導シールド層１１４の超電導層を構成する超電導線材と接続用超電導シールド層１１４ｃの超電導層を構成する超電導線材を１本ずつ半田により接続することも可能である。
また、接続用超電導シールド層１１４ｃを配さずに、超電導シールド層１１４同士の接続端部上面において、各超電導シールド層１１４の超電導層が導通するように半田を介在させて接続用超電導線材１１４ａを架設状態で貼着し、各超電導シールド層１１４の電気的な接続を行ってもよく、超電導シールド層１１４の超電導層を構成する超電導線材を１本ずつ半田により接続してもよい。
超電導シールド層１１４の接続後、常電導シールド層１１５が形成されていない部分に、接続用常電導体１１５ａが配され、各常電導シールド層１１５と接続用常電導体１１５ａの接続端部同士が半田により接続され、常電導シールド層１１５同士が接続される。
常電導シールド層１１５の接続後、保護層１１６が形成されていない部分に、保護層１１６と同じ絶縁紙、高分子不織布などを巻回して積層し、接続保護層１１６ａを形成する。

【0070】

以上のように、上記拡径補強絶縁層１１３ｂの外周面上には、各超電導ケーブル１０の接続端部において当初退避された超電導シールド層１１４、常電導シールド層１１５、保護層１１６が順番に再形成される。
そして、再形成された保護層１１６の外周面上に、保護層１１６の表面に絶縁紙類を巻き付けて積層した拡径補強層２０１が形成されている。補強層２０２、固定体の固定ブロック２２については、図３の形態と同様である。
本実施形態の場合、超電導シールド層１１４の接続部分における損傷を低減するため、固定体の固定ブロック２２の包持部分には、超電導シールド層１１４の接続部（図１３においては接続用超電導線材１１４ａと超電導シールド層１１４、接続用超電導シールド層１１４ｃの接続部分に相当）を含まないようにすることが望ましい。

【0071】

本実施形態のように、中間固定部２０Ｃにおいて、長手方向における超電導ケーブル１０を接続する場合に形成する中間接続部１５と中間固定部２０を兼ねることで、固定ボックス２１や接続ボックスの数を減らすことができ、熱侵入を低減することができる。

【0072】

また、上記中間接続部１５は、超電導体層１１２同士の接続部において互いに対向する絶縁層１１３，１１３のテーパー１１３ａ，１１３ａの間を新たな絶縁層１１３ｃで埋め、当該絶縁層１１３ｃの両端のつなぎ目を絶縁層１１３よりも径の大きな拡径補強絶縁層１１３ｂで覆っているので、電界の集中を防止し、高い絶縁性能を得ることを可能としている。
さらに、中間固定部２０Ｃは、固定ボックス２１の内壁２１１に支持された固体金具２３がスリーブ状の固定ブロック２２で中間接続部１５を外側から包持しているので、超電導ケーブル１０を簡易な構造により堅牢にケーブルコアを固定することが可能である。
また、ケーブルコア１１上にその両端部に向かって縮径した拡径補強層２０１を形成し、その外周面形状に応じた形状の固定ブロック２２で固定するので、ケーブルコア１１の周囲やその固定構造において角部や突起が少ない構造ととなり、電界集中が生じにくく、絶縁性能が高い電界設計となっている。
なお、前述した固定ボックス２１は、円筒状を例示したが、形状については特に限定はなく、例えば、直方体などの形状としても良い。

【0073】

なお、この中間固定部２０Ｃでは、中間接続部１５のみを外側から固定しているが、中間接続部１５のケーブルコア１１の長手方向における両側又は片側も、拡径補強層２０１、補強層２０２、固定ブロック２２，固定金具２３を介して固定ボックス２１の内壁２１１に固定支持する構造を付加しても良い。

【0074】

［固定金具の他の例］
上述した中間固定部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃはいずれも、フランジ状の一つの固定金具２３でケーブルコアを固定していたが、固定金具の形状や構造，個体数はこれに限定されるものではない。
例えば、図１４はケーブルコア１１に垂直な断面から見た断面図であるが、図示のように、固定ブロック２２の長手方向中間位置において外周面上に二分された補強用の金属輪２３１を嵌めて互いに溶接により固定し、さらに、金属輪２３１の外周における直径方向の両端部の位置に棒状又はブロック状の二つの固定金具２３２，２３２を設け、その両端部を溶接することで、金属輪２３１と固定ボックス２１の内壁２１１との間を固定する構造としている。
また、強度が十分に確保されるのであれば、固定金具２３２は図１５のように一つのみとしても良いし、より強固に固定するために、図１６に示すように、より多くの固定金具２３２（図１６の例では三つ）で固定しても良い。
また、ケーブルコア１１の中間接続部１５以外の部位については、上記の固定体と合わせて補助固定具により固定ボックス２１の内壁２１１に固定を行ってもよい。この補助固定具は、ケーブルコア１１の中間接続部１５以外の部位の外周に直接取り付けられ保持を行う金属輪（前述した金属輪２３１と同一構造）と、当該金属輪と固定ボックス２１の内壁２１１との間を固定する棒状又はブロック状の一又は複数の固定金具（前述した固定金具２３２と同一構造）とからなり、ケーブルコア１１の中間接続部１５以外の絶縁性の高い部位について固定ボックス２１内において補助的な固定を行う。

【0075】

［超電導ケーブル線路の固定構造の他の例(1)］
超電導ケーブル線路の固定構造の他の例について説明する。この超電導ケーブル線路の固定構造は、図３の中間固定部２０と図１１の中間固定部２０Ｂとを使用して二本の超電導ケーブル線路を固定する構成であって、循環冷却部４０を用いた冷却システム４を適用したことを特徴としている。
図１７は超電導ケーブル線路の固定構造の布設例を示す概略図である。
図１７に示すように、電力の供給元と供給先とにはそれぞれ終端接続部３０、３０が配設され、その間で超電導ケーブル線路が中間固定部２０により支持される。
また、冷却システム４では、上記超電導ケーブル線路の列が二列並行に形成されている場合において、それぞれの線路の長手方向における同じ位置に設けられた一方の中間固定部２０から他方の中間固定部２０に渡って架設された状態で循環冷却部４０が設けられている。
なお、超電導ケーブル線路とは、一方の目的地（終端接続部３０）からもう一方の目的地（終端接続部３０）までを結ぶ超電導ケーブルであるが、この超電導ケーブル線路を一本の超電導ケーブル１０で構成しても良いし、複数の超電導ケーブル１０を前述した中間接続部１５によりつなぎ合わせて構成しても良い。また、複数の超電導ケーブル１０をつなぎ合わせる場合には、中間固定部２０に替えて中間固定部２０Ｃを使用する。以下の説明では、超電導ケーブル線路を一本の超電導ケーブル１０で構成した場合を例示する。

【0076】

［循環冷却部］
図１８は超電導ケーブル１０、中間固定部２０及び循環冷却部４０の構成を示す概略図である。図示のように、循環冷却部４０は、超電導ケーブル１０からなる超電導ケーブル線路の二つの列の長手方向における同位置に設けられた中間固定部２０，２０に架設状態で設けられている。
循環冷却部４０は、超電導ケーブル１０のからなる超電導ケーブル線路の一方の列の中間固定部２０から他方の列の中間固定部２０に架設される冷媒輸送管で構成された第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２と、第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２にそれぞれ設けられた循環ポンプ４３，４４と、第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２のそれぞれを流れる冷媒を冷却する冷却装置４５とを備えている。

【0077】

第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２は、前述した図６の冷媒輸送管３０と同一構造であり、いずれも内管４１１，４２１と外管４１２，４２２とからなる二重構造からなり、内管４１１，４２１と外管４１２，４２２との間の内部領域は、真空引きが行われて断熱構造が施されている。また、各冷媒経路４１，４２の端部は、前述した中間固定部２０の冷媒流通口孔２５ａ，２５ｂにそれぞれ挿入接続されている。各冷媒経路４１，４２の端部と中間固定部２０の冷媒流通孔２５ａ，２５ｂの端部にはそれぞれフランジ部が形成されており、相互のフランジ部がネジ止めにより連結されている。なお、各冷媒経路４１，４２の内管４１１，４２１と外管４１２，４２２との間の内部領域を、中間固定部２０の固定ボックス２１の内壁２１１と外壁２１２との間の領域と連通させて、これらを同時に真空引き可能としてよい。

【0078】

また、第一の冷媒経路４１は、中間固定部２０における固定金具２３により仕切られた一方の内部領域に接続され、第二の冷媒経路４２は、固定金具２３により仕切られた他方の内部領域に接続されている。
かかる構造により、循環冷却部４０の第一の冷媒経路４１は、隣接する他の循環冷却部４０の第二の冷媒経路４２と、これら二つの循環冷却部４０の間に位置する二つの超電導ケーブル１０の断熱管１２とにより、冷媒の循環経路Ｒを形成する。

【0079】

循環ポンプ４３は第一の冷媒経路４１において所定方向（図１８における下方）に冷媒を送出し、循環ポンプ４４は第二の冷媒経路４２において逆方向（図１８における上方）に冷媒を送出する。これにより、循環経路Ｒにおいて、一定の方向（図１８における時計方向）に冷媒を循環させるようになっている。

【0080】

この超電導ケーブル線路の固定構造の例では、一つの循環冷却部４０において、第一の冷媒経路４１を流れる冷媒と第二の冷媒経路４２を流れる冷媒とに対して、単体の冷却装置４５を共用して冷却することを特徴としている。
図１９は冷却装置４５の構成図である。冷却装置４５は、当該装置内を循環する所定の冷媒に対して蒸発−圧縮−凝縮−膨張のサイクルを繰り返す冷凍機４５１と、第一と第二の冷媒経路４１，４２内の冷媒から吸熱を行う冷却部位としての熱交換器４５２とを備えている。

【0081】

これに対して、第一と第二の冷媒経路４１，４２には、それぞれ、熱交換器４５２内を通過する流入経路４１３，４２３と当該流入経路４１３，４２３と並列に設けられて熱交換器４５２を回避するバイパス経路４１４，４２４とを有しており、また、バイパス経路４１４，４２４には、当該経路内を通過する冷媒の流量調整弁４１５，４２５が設けられている。
さらに、第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２における冷却装置４５のすぐ下流側には、冷媒の温度検出を行う温度センサ４５３，４５４が設けられ、これらの温度センサ４５３，４５４は、二つの流量調整弁４１５，４２５の流量制御を行う温度制御回路４５５に対して検出温度の信号出力を行う。

【0082】

上記流量調整弁４１５，４２５は、温度制御回路４５５からの制御信号に従って、個々に流量調節を行うことが可能な制御弁であり、温度制御回路４５５は、各冷媒経路４１，４２内の冷媒の温度が適正な温度範囲内（例えば、冷媒が液体窒素である場合には64〜77Ｋ）となるように流量調整弁４１５，４２５の制御を実行する。即ち、温度センサ４５３（又は４５４）の検出温度が適正範囲より低い場合には、流量調整弁４１５（又は４２５）の開度を大きくして熱交換器４５２を通過する冷媒の流量を低減する制御を行い、検出温度が適正範囲より高い場合には、流量調整弁４１５（又は４２５）の開度を小さくして熱交換器４５２を通過する冷媒の流量を増量する制御を行う。
なお、冷却装置４５は、規定流量の冷媒を適正な温度よりも冷却可能な容量のものが使用される。

【0083】

二つの終端接続部３０，３０の間において、全ての超電導ケーブル１０からなる超電導ケーブル線路は、それぞれの循環経路Ｒにおいて、冷媒が冷却装置４５により所定の温度に冷却されつつ循環ポンプ４３，４４により循環され、そのケーブルコア１１は、適正な温度に冷却されることとなる。従って、超電導ケーブル１０では、その電気抵抗が十分に低減されて、一方の終端接続部３０から他方の終端接続部３０に送電を行うことが可能である。

【0084】

そして、各超電導ケーブル１０は、外部からの熱侵入や自らの発熱により冷媒の温度が上昇するが、各循環冷却部４０では、第一の冷媒経路４１及び第二の冷媒経路４２を流れる冷媒の温度が温度センサ４５３，４５４により常に検出され、温度制御回路４５５にて監視され、冷媒を適正な極低温に維持するので、冷媒の温度上昇は抑止され、超電導ケーブル１０において抵抗値の上昇を回避することが可能である。

【0085】

さらに、循環冷却部４０では、第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２とにおいて、冷却装置４５の冷凍機４５１を共用するので、極低温を実現する高価な冷凍機４５１の個体数を半分に低減することができ、超電導ケーブル１０の布設設備のイニシャルコストを飛躍的に低減することが可能である。
また、冷凍機４５１の個体数を低減することにより、メンテナンスコストも飛躍的に低減することが可能である。また、２台を１台にまとめることにより、モーター等の個数が半減するため、モーターの軸受け等における摩擦発熱による機械的損失が小さくなり、冷凍効率を向上させることができる。
更に、超電導ケーブルの敷設場所が都市部地下の場合には、冷却システムの設置スペースもできるだけ小さくされることが望まれることから、本発明の実施形態によれば、設置スペースも同一出力で比較すると約５０％に抑えることができる。

【0086】

また、第一の冷媒経路４１及び第二の冷媒経路４２に冷却装置４５に対する流入経路４１３，４２３とバイパス経路４１４，４２４とを設け、温度センサ４５３，４５４の検出温度に応じて流量調整弁４１５，４２５を制御する温度制御回路４５５を有するので、それぞれの循環経路Ｒにおいて、冷媒の温度の適正化を図ることができ、安定的に超電導による送電を行うことが可能である。

【0087】

［超電導ケーブル線路の固定構造の他の例(2)］
図１８に示した超電導ケーブル線路の固定構造の例では、二列並行に布設された単相単芯型の超電導ケーブル１０に対して冷却システム４を適用した場合を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、三芯のケーブルコア１１を一括して断熱管１２内に収納した三芯一括型超電導ケーブルが二列並行に布設されている場合にも、上記実施形態と全く同様に冷却システム４を設けることが可能である。

【0088】

また、三相電流を送電する場合において、三本の単芯型の超電導ケーブル１０からなる超電導ケーブル線路が三列並行に布設された場合には、図２０に示す例のように、三列の超電導ケーブル１０に架設される循環冷却部４０Ａを設けた冷却システム４Ａを構成しても良い。即ち、この循環冷却部４０Ａでは、位相の異なる三相の電流を平行に布設した三列の超電導ケーブル１０により送電し、それぞれの列ごとに同位置に設けられた三つの中間固定部２０に架設されるように第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２とを形成する。
図示の例では、上から二列目の超電導ケーブル１０に接続される中間固定部２０Ｂ（図１１参照）のみが、上下両方に第一の冷媒経路４１及び第二の冷媒経路４２が接続される。そして、一番上の列の超電導ケーブル１０を通過した冷媒は、上から二列目の超電導ケーブル１０と三列目の超電導ケーブル１０とに分岐して流れ、その後、合流してから再び一番上の列に超電導ケーブル１０に流れる、という循環経路ＲＡが形成される。

【0089】

上記構成の冷却システム４Ａの場合も、各循環冷却部４０Ａには、第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２とに共用で一基の冷却装置４５が設けられる。これにより、前述した冷却システム４と同様の効果を得ることが可能である。
また、この冷却システム４Ａでは、前述したように、一番上の列の超電導ケーブル１０は冷媒の流量が多く、他の二列の超電導ケーブル１０の冷媒の流量は少なくなる。しかしながら、循環冷却部４０Ａの冷却装置４５は、各冷媒経路の検出温度に基づいて熱交換器４５２を通過する冷媒の流量を制御することが可能であるため、第一の冷媒経路４１では熱交換器４５２を通過する冷媒の流量が低減され、第二の冷媒経路４２では熱交換器４５２を通過する冷媒の流量が増量される制御が行われ、いずれの列の超電導ケーブル１０もほぼ同じ極低温を維持され、均一な状態で送電を行うことが可能である。

【0090】

［超電導ケーブル線路の固定構造の他の例(3)］ また、冷却システム４の循環冷却部４０は二基の循環ポンプ４３，４４を備えていたが、その給排水能力が十分に高いものである場合には、図２１に示すように、循環ポンプを含まない循環冷却部４０Ｂを一部に含む冷却システム４Ｂを構成してもよい。
即ち、この循環冷却部４０Ｂでは、並行に布設された超電導ケーブル１０からなる超電導ケーブル線路の一方の列に設けられた中間固定部２０（図２１の上側の中間固定部２０）の冷媒流通口２５ａ，２５ｂが冷却装置４５の流入経路４１３の一端と他端とに接続され、並行に布設された超電導ケーブル１０の他方の列に設けられた中間固定部２０（図２１の下側の中間固定部２０）の冷媒流通口２５ａ，２５ｂが冷却装置４５の流入経路４２３の一端と他端とに接続されている。
これにより、循環冷却部４０Ｂを含む冷却システム４Ｂによる冷媒の循環経路ＲＢは、前述した循環経路Ｒのように、循環冷却部４０において一方の超電導ケーブル線路から他方の超電導ケーブル線路への移行はなく、循環冷却部４０Ｂを介して同じ超電導ケーブル線路に沿って流れるように冷媒の循環が行われる。
この場合、冷却装置４５の流入経路４１３が「第一の冷媒経路」に相当し、冷却装置４５の流入経路４２３が「第二の冷媒経路」に相当することとなる。
冷却システム４Ｂは、このように構成されることにより、極低温での循環を可能とする循環ポンプの使用個体数を低減することができ、そのイニシャルコストやメンテナンスコストの低減を図ることが可能である。

【0091】

［その他］
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
また、上記冷却システム４（若しくは４Ａ又は４Ｂ）では、循環冷却部４０（若しくは４０Ａ又は４０Ｂ）を中間固定部２０ごとに設ける場合を例示したが、循環冷却部４０（若しくは４０Ａ又は４０Ｂ）の配設間隔は任意に調節可能である。例えば、複数の中間固定部２０に一つの間隔で循環冷却部４０（若しくは４０Ａ又は４０Ｂ）を設けても良い。

【0092】

また、上記循環冷却部４０（又は４０Ａ）では、第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２のそれぞれに循環ポンプ４３，４４を設けているが、第一の冷媒経路４１と第二の冷媒経路４２のいずれか一方にのみ循環ポンプを設ける構成としても良い。その場合でも、一つの循環経路Ｒ（又はＲＡ）について少なくとも一基の循環ポンプを有するので、冷媒を循環することが可能である。
そして、これにより、極低温下で使用可能な循環ポンプの個体数を低減することができ、イニシャルコスト及びメンテナンスコストの低減を図ることが可能となる。

【0093】

また、各冷媒経路４１，４２において、循環ポンプ４３，４４を冷却装置４５の上流側に配設しているが、これにより、循環ポンプ４３，４４から発生した熱が冷媒に伝わった場合でも、速やかに冷却すること可能である。但し、循環ポンプ４３，４４から伝わる熱量が十分に小さい場合には、循環ポンプ４３，４４は、冷却装置４５の下流側に配設しても良い。

【0094】

また、上記循環冷却部４０，４０Ａ又は４０Ｂでは、いずれも超電導ケーブル線路が一つの超電導ケーブル１０で構成される場合を例示したが、超電導ケーブル線路を端部同士をつないだ複数の超電導ケーブル１０で７構成しても良い。その場合、中間固定部２０，２０Ａは前述した中間固定部２０Ｃ（図１３参照）の例のように、中間接続部１５により超電導ケーブル１０同士を連結し、中間固定部２０Ｃと同様の支持構造で支持することが望ましい。

【産業上の利用可能性】

【0095】

電力を送電するために極低温とされるた超電導ケーブルを固定構造をもって設置する分野において利用可能性がある。

【符号の説明】

【0096】

１０ 超電導ケーブル
１１ ケーブルコア
１１１ フォーマ
１１２ 超電導導体層
１１３ 電気絶縁層
１１３ａ テーパー
１１３ｂ 拡径補強絶縁層
１１３ｃ 接続絶縁層（電気絶縁層）
１１４ 超電導シールド層
１１５ 常電導シールド層
１１６ 保護層
１２ 断熱管
１２１ 断熱内管（内管、冷媒経路）
１２２ 断熱外管（外管）
１５ 中間接続部
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 中間固定部（固定構造）
２１ 固定ボックス
２１１ 内壁
２１２ 外壁
２２ 固定ブロック（固定体、スリーブ）
２３ 固定金具（固定体）
２４ 熱硬化性樹脂（結合部）
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ 冷媒流通孔
３０ 冷媒輸送管
２０１ 拡径補強層
２０１ａ 等径部
２０１ｂ テーパー部
２０２ 補強層
３０ 終端接続部
４，４Ａ，４Ｂ 冷却システム
４０，４０Ａ，４０Ｂ 循環冷却部
４１ 第一の冷媒経路（冷媒輸送管）
４２ 第二の冷媒経路（冷媒輸送管）
４１１，４２１ 内管
４１２，４２２ 外管
４１３ 流入経路（第一の冷媒経路）
４２３ 流入経路（第二の冷媒経路）
４１４，４２４ バイパス経路
４１５，４２５ 流量調整弁
４３，４４ 循環ポンプ
４５ 冷却装置
４５１ 冷凍機
４５２ 熱交換器（冷却部位）
４５３，４５４ 温度センサ
４５５ 温度制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】