特許 6140377 超電導ケーブル及び超電導ケーブルの製造方法

(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】6140377

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】超電導ケーブル及び超電導ケーブルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01B 12/16 20060101AFI20170522BHJP

   H02G 15/34 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   H01B12/16ZAA

   H02G15/34

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-572341(P2016-572341)

(86)(22)【出願日】2016年1月29日

(86)【国際出願番号】JP2016052748

(87)【国際公開番号】WO2016129420

(87)【国際公開日】20160818

【審査請求日】2016年12月7日

(31)【優先権主張番号】特願2015-24416(P2015-24416)

(32)【優先日】2015年2月10日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(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】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】高木 智洋

(72)【発明者】

【氏名】八木 正史

【審査官】 和田 財太

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４６−０２０４５６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１３−１４３８２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｂ １２／００−１３／００

Ｈ０２Ｇ １５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

両端部が固定され、内側に冷媒が収容された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを備えると共に、１回以上巻回された巻回部を備えた真空断熱管と、
両端部が固定されて前記内管の内側に配置されたケーブルコアと、
を有し、
前記巻回部は、巻枠の外周に巻回されている超電導ケーブル。

【請求項2】

両端部が固定され、内側に冷媒が収容された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを備えると共に、１回以上巻回された巻回部を備えた真空断熱管と、
両端部が固定されて前記内管の内側に配置されたケーブルコアと、
を有し、
前記巻回部における前記内管は、前記内管の内側に冷媒が収容される前の状態で、前記外管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置されている超電導ケーブル。

【請求項3】

両端部が固定され、内側に冷媒が収容された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを備えると共に、１回以上巻回された巻回部を備えた真空断熱管と、
両端部が固定されて前記内管の内側に配置されたケーブルコアと、
を有し、
前記巻回部における前記内管は、前記内管の内側に冷媒が収容された状態で、前記外管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸に近づく方向に偏芯して配置されている超電導ケーブル。

【請求項4】

両端部が固定され、内側に冷媒が収容された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを備えると共に、１回以上巻回された巻回部を備えた真空断熱管と、
両端部が固定されて前記内管の内側に配置されたケーブルコアと、
を有し、
前記巻回部における前記ケーブルコアは、前記内管の内側に冷媒が収容される前の状態で、前記内管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置されている超電導ケーブル。

【請求項5】

両端部が固定され、内側に冷媒が収容された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを備えると共に、１回以上巻回された巻回部を備えた真空断熱管と、
両端部が固定されて前記内管の内側に配置されたケーブルコアと、
を有し、
前記巻回部における前記ケーブルコアは、前記内管の内側に冷媒が収容された状態で、前記内管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸に近づく方向に偏芯して配置されている超電導ケーブル。

【請求項6】

前記ケーブルコアの径がφ４０ｍｍ以下の径とされている請求項１〜５の何れか１項に記載の超電導ケーブル。

【請求項7】

前記巻回部における最も小さな巻き径がφ１ｍ以下である請求項１〜６の何れか１項に記載の超電導ケーブル。

【請求項8】

前記巻回部の巻回数が２０回以下である請求項１〜７の何れか１項に記載の超電導ケーブル。

【請求項9】

前記ケーブルコアの少なくとも一端部は、ケーブル端末部に設けられた冷媒の液槽内に配置されると共に、該液槽内で１回以上巻回されたコア巻回部を備えている請求項１〜８の何れか１項に記載の超電導ケーブル。

【請求項10】

一対のケーブル端末部の間に、ケーブルコアと、該ケーブルコアの外周側に配置された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを配設するケーブル配設工程と、
前記ケーブルコア、前記内管、及び前記外管を巻枠に１回以上巻回する巻回工程と、
前記ケーブルコア、前記内管、及び前記外管の両端部を前記ケーブル端末部に固定した状態で、前記内管の内側に冷媒を流す冷媒送液工程と、
を有し、
前記冷媒送液工程で前記内管の内側に冷媒を流す前の状態において、前記内管を前記外管の中心軸よりも巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置させると共に、前記ケーブルコアを前記内管の中心軸よりも巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置させる超電導ケーブルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導ケーブル及び超電導ケーブルの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

内管と外管とを備えた真空断熱管の内側にケーブルコアを配設し、内管の内側に冷却液を流してケーブルコアを冷却することで構成された超電導ケーブルが知られている。このような超電導ケーブルとして、特開２０１０−１８７５２０号公報には、外管とケーブル端末部とをベローズ管で連結した構成が開示されている。また、ベローズ管を伸縮させることで、冷却時における外管の熱収縮を吸収している。一方、特開２０１０−２７２５２９号公報には、内管の内側に複数のケーブルコアを撚り合わせた構成が開示されている。また、ケーブルコアの撚り合わせに弛みをもたせることで、冷却時におけるケーブルコアの熱収縮を吸収している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、特開２０１０−１８７５２０号公報に記載の技術では、ケーブル端末部の近傍のみに配置されている。このため、一方のケーブル端末部と他方のケーブル端末部との間の中間部分における熱収縮を吸収できず、ケーブルに負荷がかかることがある。また、特開２０１０−２７２５２９号公報に記載の技術では、複数のケーブルコアを備えた構成を前提としているため、１本のケーブルコアを備えた超電導ケーブルに適用することができず、汎用性が低い。さらに、ケーブルコア、内管、及び外管の３つの部材の間に生じる熱収縮量の差を吸収するには改善の余地がある。

【0004】

本発明は上記事実を考慮し、汎用性が高く、ケーブルコア、内管、及び外管の３つの部材の間に生じる熱収縮量の差を吸収することができる超電導ケーブル及び超電導ケーブルの製造方法を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

第１態様の超電導ケーブルは、両端部が固定され、内側に冷媒が収容された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを備えると共に、１回以上巻回された巻回部を備えた真空断熱管と、両端部が固定されて前記内管の内側に配置されたケーブルコアと、を有する。

【0006】

第１態様の超電導ケーブルでは、真空断熱管は、内管と外管とを備えており、この内管及び外管の両端部は固定されている。また、内管の内側には冷媒が収容されている。さらに、内管と外管との間は真空に維持されている。また、内管の内側には、ケーブルコアが配置されており、このケーブルコアも両端部が固定されている。ここで、真空断熱管は、１回以上巻回された巻回部を備えている。また、ケーブルコアも真空断熱管と共に巻回されている。これにより、内管の内側に冷媒が収容されると、巻回部におけるケーブルコアは、内管よりも熱収縮して引張応力が生じる。特に、ケーブルコアは、金属よりも収縮しやすい高分子材料からなる部位を多く含んでいるのが一般的であるため、内管が金属製である場合は、ケーブルコアがより熱収縮して引張応力が大きくなる。そして、ケーブルコアは、巻回部の中心（巻回中心軸）に近づくように内管の内部を径方向に移動する。また、巻回部における内管は、外管よりも冷却されるため、外管よりも熱収縮して巻回部の巻回中心軸に近づくように外管の内部を径方向に移動する。このようにして、ケーブルコア及び内管の巻き径が小さくなった分だけ巻回部の両側に伸びて引張応力を吸収させる。この結果、ケーブルコアと内管との間の熱収縮量の差、及び外管と内管との間の熱収縮量の差を吸収することができ、ケーブルへの応力負荷を軽減させることができる。

【0007】

また、任意の位置に複数の巻回部を形成することができる上、巻回部の巻回数を増やすだけで、ケーブルコア及び内管の伸び代を長く確保することができる。

【0008】

第２態様の超電導ケーブルは、第１態様において、前記巻回部は、巻枠の外周に巻回されている。

【0009】

第２態様の超電導ケーブルでは、ケーブルコアや内管が熱収縮した時に巻回部の巻回中心軸に近づくように外管の径方向に移動した場合であっても、ケーブル全体の巻回構造が変形するのを抑制することができる。すなわち、巻回部における超電導ケーブルの形状を良好に維持することができる。

【0010】

第３態様の超電導ケーブルは、第１態様又は第２態様において、前記巻回部における前記内管は、前記内管の内側に冷媒が収容される前の状態で、前記外管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置されている。

【0011】

第３態様の超電導ケーブルでは、内管の内側に冷媒を収容した際に、熱収縮した内管が外管の径方向に移動する移動量を多く確保することができる。これにより、効率良く熱収縮量の差を吸収することができる。

【0012】

第４態様の超電導ケーブルは、第１態様〜第３態様の何れか１の態様において、前記巻回部における前記内管は、前記内管の内側に冷媒が収容された状態で、前記外管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸に近づく方向に偏芯して配置されている。

【0013】

第４態様の超電導ケーブルでは、例えば、内管の内側に収容された冷媒を取り出した際に、熱膨張した内管が巻回部の巻回中心軸から離れる方向に移動した場合であっても、内管と外管とが干渉するのを抑制することができる。これにより、冷媒を取り出した際に内管や外管が損傷するのを抑制することができる。

【0014】

第５態様の超電導ケーブルは、第１態様〜第４態様の何れか１の態様において、前記巻回部における前記ケーブルコアは、前記内管の内側に冷媒を収容する前の状態で、前記内管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置されている。

【0015】

第５態様の超電導ケーブルでは、内管の内側に冷媒を収容した際に、熱収縮したケーブルコアが内管の径方向に移動する移動量を多く確保することができる。これにより、効率良く熱収縮量の差を吸収することができる。

【0016】

第６態様の超電導ケーブルは、第１態様〜第５態様の何れか１の態様において、前記巻回部における前記ケーブルコアは、前記内管の内側に冷媒が収容された状態で、前記内管の中心軸よりも前記巻回部の巻回中心軸に近づく方向に偏芯して配置されている。

【0017】

第６態様の超電導ケーブルでは、例えば、内管の内側に収容された冷媒を取り出した際に、熱膨張したケーブルコアが巻回部の巻回中心軸から離れる方向に移動した場合であっても、ケーブルコアと内管とが干渉するのを抑制することができる。これにより、冷媒を取り出した際にケーブルコアや内管が損傷するのを抑制することができる。

【0018】

第７態様の超電導ケーブルは、第１態様〜第６態様の何れか１の態様において、前記ケーブルコアの径がφ４０ｍｍ以下である。

【0019】

第７態様の超電導ケーブルでは、ケーブルコアの径をφ４０ｍｍ以下とすることにより、巻回部を形成するための超電導ケーブルが短くて済む。すなわち、一般的にケーブルコアの許容曲げ径は、その直径の２５倍程度が目安とされており、ケーブルコアの径が大きいほど、許容曲げ径も大きくなる。ここで、ケーブルコアの径がφ４０ｍｍよりも大きい場合は、巻回部の巻き径をφ１ｍよりも大きくすることが望まれており、巻回部を形成するために超電導ケーブルを長くしなければならず、コストが上昇する。これに対して、ケーブルコアの径をφ４０ｍｍ以下とすることで、巻回部の巻き径を小さくすることができ、コストを低減することができる。なお、ＣＩＧＲＥ（国際大電力システム会議）が推奨しているケーブルコアの許容曲げ径は、真空断熱管の外径をＤとし、ケーブルコアの直径をｄとしたときに、２５×（ｄ＋Ｄ）＋５％である。なお、真空断熱管にコルゲート管（波付け管）を用いる場合は、ケーブルコアよりも曲げやすいため、ケーブルの許容曲げ径は、最も曲げにくいケーブルコアのみを考慮して設定すればよい。

【0020】

第８態様の超電導ケーブルは、第１態様〜第７態様の何れか１の態様において、前記巻回部における最も巻き径が小さい前記真空断熱管の巻き径がφ１ｍ以下である。

【0021】

第８態様の超電導ケーブルでは、巻き径がφ１ｍ以下のコンパクトな巻回部を形成することにより、巻回部を形成するために長い超電導ケーブルを必要とせず、コストを低減することができる。

【0022】

第９態様の超電導ケーブルは、第１態様〜第８態様の何れか１の態様において、前記巻回部の巻回数が２０回以下である。

【0023】

第９態様の超電導ケーブルでは、ケーブルコアの熱収縮時に巻回部からケーブルコアを無駄なく引き出すことができる。すなわち、巻回数を２０回よりも多い回数とした場合は、巻回部において外側の管の内壁と内側の構造体の表面との間に生じる摩擦力の合計が大きくなるので、内管及びケーブルコアの伸び代のすべてを引き出せない場合がある。この場合、巻回部における中央付近の巻回構造は、本来の役割を果たさない一方、コストとスペースを増大させてしまう。これに対して、巻回数を２０回以下とすることで、前記摩擦力の合計が小さくなるので、比較的摩擦力の小さい真空断熱管の内管と外管の間では径方向にスムーズに移動し、巻回部から無駄なく内管及びケーブルコアを引き出して熱収縮量の差を吸収することができる。

【0024】

第１０態様の超電導ケーブルは、第１態様〜第９態様の何れか１の態様において、前記ケーブルコアの少なくとも一端部は、ケーブル端末部に設けられた冷媒の液槽内に配置されると共に、該液槽内で１回以上巻回されたコア巻回部を備えている。

【0025】

第１０態様の超電導ケーブルでは、ケーブルコアの熱収縮時に、コア巻回部が引張バネのように伸びて、ケーブル端末部の近傍に作用する引張応力を吸収することができる。

【0026】

第１１態様の超電導ケーブルの製造方法は、一対のケーブル端末部の間に、ケーブルコアと、該ケーブルコアの外周側に配置された内管と、該内管の外周側に配置されて該内管との間の空間が真空に維持された外管とを配設するケーブル配設工程と、前記ケーブルコア、前記内管、及び前記外管を巻枠に１回以上巻回する巻回工程と、前記ケーブルコア、前記内管、及び前記外管の両端部を前記ケーブル端末部に固定した状態で、前記内管の内側に冷媒を流す冷媒送液工程と、を有する。

【0027】

第１１態様の超電導ケーブルの製造方法では、ケーブル配設工程で、一対のケーブル端末部の間にケーブルコア、内管、及び外管が配設される。また、巻回工程では、ケーブルコア、内管、及び外管を巻枠に１回以上巻回させて巻回部が形成される。そして、冷媒送液工程で内管の内側に冷媒を送液することにより、巻回部におけるケーブルコア及び内管が巻回部の巻回中心軸に近づくように外管の径方向に移動する。これにより、ケーブルコア及び内管が巻回部の両側に伸びて、ケーブルコア及び内管に作用する引張応力を吸収することができる。

【0028】

第１２態様の超電導ケーブルの製造方法は、第１１態様において、前記冷媒送液工程で前記内管の内側に冷媒を流す前の状態において、前記内管を前記外管の中心軸よりも巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置させると共に、前記ケーブルコアを前記内管の中心軸よりも巻回中心軸から離れる方向に偏芯して配置させる。

【0029】

第１２態様の超電導ケーブルの製造方法では、冷媒送液工程で内管の内側に冷媒を流した際に、熱収縮した内管及びケーブルコアの移動量を多く確保することができる。これにより、効率良く熱収縮量の差を吸収することができる。

【発明の効果】

【0030】

以上説明したように、本発明に係る超電導ケーブルによれば、汎用性が高く、ケーブルコア、内管、及び外管の３つの部材の間に生じる熱収縮量の差を吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】第１実施形態に係る超電導ケーブルのケーブル端末部の断面を概略的に示す図である。

【図2】第１実施形態に係る超電導ケーブルの巻回部を横から見た側面図である。

【図3A】液体窒素を流す前の状態における巻回部を示す図であり、図２の巻回部を上から見た平面図である。

【図3B】図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線で切断した切断面を示す断面図である。

【図4A】液体窒素を流した後の状態における巻回部を示す図であり、図２の巻回部を上から見た平面図である。

【図4B】図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線で切断した切断面を示す断面図である。

【図5】第２実施形態に係る超電導ケーブルの巻回部を示す、図２に対応する図である。

【図6】第２実施形態に係る超電導ケーブルの変形例に係る巻回部を示す、図２に対応する図である。

【図7】第３実施形態に係る超電導ケーブルのケーブル端末部の断面を概略的に示す図である。

【図8】図７の要部を拡大して示す、要部拡大斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図４を参照して、本発明に係る超電導ケーブルの第１実施形態について説明する。

【0033】

（超電導ケーブル及びケーブル端末部の構成）
図１に示されるように、本実施形態に係る超電導ケーブル１０は、主として、真空断熱管１４と、ケーブルコア１６とを含んで構成されている。また、真空断熱管１４は、内管１８と外管２０とを含んで構成されている。

【0034】

内管１８は、コルゲート管（波付け管）で形成された略円筒状の部材であり、内管１８の一端部がケーブル端末部１２に接続（固定）されている。また、内管１８の内部には、冷媒としての液体窒素２４が収容されている。ここで、本実施形態では一例として、内径がφ２９ｍｍで外径がφ３３ｍｍの内管１８を用いている。

【0035】

外管２０は、コルゲート管で形成されて内管１８の外周側に配置された略筒状の部材であり、一端部がケーブル端末部１２に接続（固定）されている。また、外管２０と内管１８との間の空間２２は真空に維持されている。ここで、本実施形態では一例として、内径がφ４８ｍｍで外径がφ５４ｍｍの外管２０を用いている。なお、この外管２０と内管１８との間の空間２２の真空度は、断熱効果を十分に得られるだけの真空度であれば特に制限しない。

【0036】

内管１８の内側には、ケーブルコア１６が配置されている。ケーブルコア１６は、例えば、導電性に優れる金属材料（例えば、銅）で形成された図示しないフォーマに、テープ状の図示しない超電導線材をらせん状に多数本巻き付け、その上に図示しない絶縁層、図示しない超電導シールド層、図示しない保護層を設けて構成されている。また、ケーブルコア１６の一端部は、ケーブル端末部１２に接続（固定）されている。ここで、本実施形態のケーブルコア１６は、径がφ４０ｍｍ以下のものを用いており、一例として、直径φ２４ｍｍのケーブルコア１６を用いている。

【0037】

ケーブル端末部１２は、外殻を構成する外部圧力室２６を備えており、この外部圧力室２６の一端部には、フランジ２６Ａが設けられている。そして、真空断熱管１４の外管２０は、外部圧力室２６に接続されており、フランジ２６Ａによって外管２０と内管１８との間の空間２２が閉塞されている。

【0038】

内管１８は、外部圧力室２６の内部まで延在されており、外部圧力室２６の内部に配置された液槽２８のフランジ２８Ａに接続されている。液槽２８の内側には、冷媒としての液体窒素が収容されており、この液槽２８から内管１８の内側へ液体窒素が送り込まれるようになっている。

【0039】

液槽２８の内側には、接続端子３０が設けられており、ケーブルコア１６の一端部が接続端子３０の一端側に接続されている。また、接続端子３０の他端側には、引出導体３２が接続されており、この引出導体３２は、ケーブル端末部１２の外部まで延出されている。

【0040】

（巻回部の構成）
ここで、内管１８の他端部、外管２０の他端部、及びケーブルコア１６の他端部は、図示しない他方のケーブル端末部に接続（固定）されている。そして、一方のケーブル端末部１２と他方のケーブル端末部との間には、図２に示されるように、真空断熱管１４及びケーブルコア１６を巻回させた巻回部４４が設けられている。

【0041】

巻回部４４は、真空断熱管１４及びケーブルコア１６を１回以上巻回して構成されており、本実施形態では一例として、真空断熱管１４を巻枠３４の外周面に１０回巻回している。巻枠３４は、略円柱状の枠本体３４Ｃを備えており、この枠本体３４Ｃの外周面に真空断熱管１４が巻回されている。また、枠本体３４Ｃの上端部には、枠本体３４Ｃよりも大径の上フランジ３４Ａが設けられており、枠本体３４Ｃの下端部には、上フランジ３４Ａと略同一の径で形成された下フランジ３４Ｂが設けられている。

【0042】

ここで、本実施形態では、真空断熱管１４を上下方向に螺旋状となるように巻回部４４を形成しているため、支持台３６、３８、４０を配置して真空断熱管１４を支持することで、巻回部４４の上端部まで真空断熱管１４を持ち上げた構造とされている。一方、巻回部４４の下端部と下フランジ３４Ｂとの段差を考慮して、支持台４２を配置している。

【0043】

また、巻枠３４の枠本体３４Ｃは、径がφ１ｍ以下のものを用いており、本実施形態では一例として、径がφ０．６ｍの枠本体３４Ｃの外周面に真空断熱管１４を巻回している。このため、巻回部４４における最も巻き径が小さい真空断熱管１４の巻き径は、φ１ｍ以下となっている。

【0044】

（製造方法）
次に、一対のケーブル端末部１２の間に超電導ケーブル１０を設置して製造する方法について説明する。初めに、一対のケーブル端末部１２の間に、ケーブルコア１６、内管１８、及び外管２０を配設する（ケーブル配設工程）。

【0045】

次に、ケーブルコア１６、内管１８、及び外管２０を巻枠３４に１回以上巻回する（巻回工程）。これにより、巻回部４４が形成されている。なお、図２に示されるように、一重に形成してもよいが、二重巻き又は三重巻きとしてもよい。この場合、巻回部４４において最も内側に巻回された部位の巻き径が本発明における「最も小さな巻き径」となる。すなわち、「最も小さな巻き径」とは、図２における巻枠３４の枠本体３４Ｃの直径ＤＦのことである。

【0046】

巻回部４４を形成した後、ケーブルコア１６の両端部をケーブル端末部１２の接続端子３０に接続（固定）する。なお、真空断熱管の内部は、この時に真空引きしてもよいし、これ以前の段階で真空にしておいてもよい。また、内管１８の両端部をケーブル端末部１２の液槽２８に接続（固定）する。さらに、外管２０の両端部をケーブル端末部１２の外部圧力室２６に接続する。

【0047】

ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、内管１８は、巻回部４４を形成する際に突っ張るため、外管２０の外側の内周壁に沿って配設される。一方、ケーブルコア１６も巻回部４４を形成する際に突っ張るため、内管１８の外側の内周壁に沿って配設される。このため、内管１８の内側に液体窒素２４を収容する前の状態で、内管１８は外管２０の中心軸よりも中心Ｃから離れる方向に偏芯して配置されており、ケーブルコア１６は内管１８の中心軸よりも中心Ｃから離れる方向に偏芯して配置されている。

【0048】

以上のように巻回部４４が形成された状態で、ケーブル端末部１２の液槽２８から内管１８の内側に液体窒素を送液する（冷媒送液工程）。これにより、ケーブルコア１６及び内管１８が冷却される。ここで、図４Ａに示されるように、ケーブルコア１６及び内管１８が冷却されて熱収縮することで、巻回部４４の両側から引張応力が作用する。このとき、巻回部４４では、図４Ｂに示されるように、内管１８が外管２０に対して巻回部４４の中心（巻回中心軸）Ｃに近づく方向に移動する。また、ケーブルコア１６が内管１８に対して中心Ｃに近づく方向に移動する。このようにして、内管１８及びケーブルコア１６が巻回部４４の両側に伸びて引張応力を吸収する。

【0049】

（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る超電導ケーブルの作用並びに効果について説明する。

【0050】

本実施形態によれば、内管１８の内側に液体窒素２４を送液すると、巻回部４４におけるケーブルコア１６及び内管１８が冷却され、外管２０の内部を巻回部４４の中心Ｃ側に移動する。このようにして、巻回部４４の中心Ｃに近づいた分だけケーブルコア１６及び内管１８が巻回部４４の両側に伸ばされるため、熱収縮時に作用する引張応力を吸収することができる。すなわち、ケーブルコア１６、内管１８、及び外管２０の３つの部材の間に生じる熱収縮量の差を吸収することができる。

【0051】

ここで、本実施形態に係る超電導ケーブル１０による熱収縮の吸収量（伸び長さΔＬ）は、下記（１）式のように求められる。

【数1】

・・・・・（１）

【0052】

（１）式におけるＤ_outerは、空隙の外周直径であり、Ｄ_innerは、空隙の内周直径である。すなわち、外管２０に対する内管１８の伸び長さを求める場合、外管２０の内径がＤ_outerとなり、内管１８の外径がＤ_innerとなる。ここで、外管２０の寸法は、上述したように、内径がφ４８ｍｍで外径がφ５４ｍｍであり、内管１８の寸法は、内径がφ２９ｍｍで外径がφ３３ｍｍであるため、内管１８における熱収縮の吸収量（伸び長さ）は、１回巻くごとに４７．１ｍｍであり、本実施形態では巻回数が１０回なので、約４７ｃｍの伸び長さとなる。

【0053】

また、ケーブルコア１６の径はφ２４ｍｍであるため、ケーブルコア１６の伸び長さは、１回巻くごとに６２．８ｍｍであり、本実施形態では巻回数が１０回なので、約６３ｃｍの伸び長さとなる。これにより、例えば、全長１ｋｍの送電ケーブルを５分割する４カ所の分割点に巻回部４４を設けた場合、ケーブルコア１６の全体の伸び長さは約２．５ｍとなり、全長１ｋｍの送電ケーブルに対して０．２５％の長さ分だけ引張応力を吸収することができる。

【0054】

また、本実施形態では、巻回部４４を形成することで熱収縮を吸収しているため、任意の位置に巻回部４４を形成することができる。さらに、巻回部４４の巻回数を増やすだけで、熱収縮の吸収量を大きくすることができるため、汎用性が高い。そして、超電導ケーブル１０を配設する長さに応じて巻回部４４の巻回数を増やすことができるため、巻枠３４の形状等を変更する必要がない。

【0055】

さらにまた、本実施形態では巻枠３４を設けており、この巻枠３４に超電導ケーブル１０を巻回している。これにより、ケーブルコア１６や内管１８が熱収縮して巻回部４４の中心Ｃに近づく方向に移動した場合であっても、ケーブル全体の巻回構造が変形するのを抑制することができ、巻回部４４における真空断熱管及びケーブルコアの形状を良好に維持することができる。

【0056】

また、液体窒素２４を送液する前の状態で、図３Ｂに示された配置にすることで、ケーブルコア１６及び内管１８の径方向の移動量を多くすることができる。これにより、少ない巻回数であっても効率良く熱収縮量の差を吸収することができる。

【0057】

さらに、本実施形態では、ケーブルコア１６を直径がφ４０ｍｍ以下の小径のものを用いることにより、巻回部４４をコンパクトにすることができ、コストの上昇を抑制することができる。すなわち、ケーブルコア１６の直径が大きい場合、許容曲げ径も大きくなるため、例えば、ケーブルコア１６の径がφ４０ｍｍであった場合、巻回部４４の巻き径はφ１ｍ以上に設定されることが望ましい。ここで、上記の（１）式に示されるように、巻回部４４の巻き径（枠本体３４Ｃの径）は、伸び長さとは関係しないため、巻き径が大きい場合であっても熱収縮の吸収量は変わらない。すなわち、ケーブルコア１６の径をφ４０ｍｍ以下にすれば、熱収縮の吸収量が同じでも巻回部４４を形成するために必要な超電導ケーブル１０の長さを短くすることができる。

【0058】

さらにまた、本実施形態では、巻回部４４の巻回数を２０回以下とすることで、熱収縮時に巻回部４４から無駄なくケーブルコア１６を引き出すことができる。すなわち、巻回部４４の巻回数を多くするほど、ケーブルコア１６と内管１８との間に生じる摩擦力の合計が大きくなり、この摩擦力が熱収縮時の引張応力を上回ると、ケーブルコア１６が移動しなくなる。これに対して、巻回数が２０回以下であれば、比較的摩擦力が小さい真空断熱管１４の内管１８と外管２０との間では径方向にスムーズに移動し、巻回部４４からことができる。一方、巻回数を２０回よりも多くする場合、巻回部４４を形成するために無駄に長い超電導ケーブル１０を用意する必要があり、コストの観点からも好ましくない。

【0059】

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る超電導ケーブルの第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

【0060】

本実施形態に係る超電導ケーブル５０は、図５に示されるように、巻回部５４の構造が第１実施形態と異なっている。詳細には、巻回部５４には、巻枠５２が配置されており、この巻枠５２は、超電導ケーブル５０の軸方向に延びている。そして、真空断熱管１４は、この巻枠５２の外周面に螺旋状に巻回されている。

【0061】

（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る超電導ケーブルの作用並びに効果について説明する。

【0062】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を有する。また、超電導ケーブル５０の配設方向に螺旋状となるように真空断熱管１４を巻回しているため、上下方向に螺旋状となるように巻回した第１実施形態と比較して、必要な超電導ケーブル５０の長さを短くすることができる。特に、図６に示される変形例に係る超電導ケーブル５５のように、巻回部５４における超電導ケーブル５０の間隔をあけてピッチを大きくすることで、巻回数が同じ場合でもケーブル端末部１２（図１参照）までの距離を縮めることができる。また、摩擦が小さくなるので、ケーブルコアを引き出しやすくすることができる。

【0063】

なお、本実施形態では、一部の超電導ケーブル５０が巻枠５２の下敷きになっているため、巻枠５２の両端部を支持する支持台を設けて、巻回部５４における超電導ケーブル５０が地面と接触しないように構成してもよい。

【0064】

＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る超電導ケーブルの第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

【0065】

本実施形態の超電導ケーブル６０は、第１実施形態と同様にケーブル端末部１２から離れた位置に巻回部４４を備えている（図３参照）。また、本実施形態では、図７に示されるように、ケーブル端末部１２の液槽２８内にコア巻回部６２を備えている点で第１実施形態と異なる。以下、コア巻回部６２の詳細について説明する。

【0066】

コア巻回部６２は、液槽２８内に配設されたケーブルコア１６を螺旋状に１回以上巻回して形成されている。なお、本実施形態では一例として６回巻回しているが、巻回数については特に制限しない。また、コア巻回部６２の巻き径についても特に制限しない。さらに、他方のケーブル端末部１２にも同様のコア巻回部を設けてもよい。

【0067】

（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る超電導ケーブルの作用並びに効果について説明する。

【0068】

本実施形態では、液体窒素２４が送液されてケーブルコア１６が熱収縮した時に、ケーブルコア１６に引張応力が作用する。このとき、コア巻回部６２が引張バネのように伸びて引張応力を吸収することができる。また、液体窒素を抜いてケーブルコア１６を常温に戻した場合は、復元力によってコア巻回部６２が冷却される前の状態に戻る。

【0069】

なお、本実施形態では、コア巻回部６２に復元力を働かせるため、液槽２８内のケーブルコア１６を捩じった状態に維持させている。詳細には、図８に示されるように、コア巻回部６２よりも液槽２８の入口側にガイドプレート６４を配置しており、このガイドプレート６４の上下方向の中央部に形成された挿通孔６４Ａにケーブルコア１６を挿通させている。

【0070】

また、挿通孔６４Ａよりも上方に挿通孔６４Ｂを形成しており、この挿通孔６４Ｂには、支持シャフト６６が挿通されている。さらに、支持シャフト６６から下方へ複数のワイヤ６８が延出されており、このワイヤ６８の先端は、ケーブルコア１６の外周面に固定された固定リング７０に取り付けられている。また、図７に示されるように、支持シャフト６６は、一端が液槽２８のフランジ２８Ａに固定されており、片持ち梁状に形成されている。

【0071】

以上の構成により、ケーブルコア１６の捩じり力が固定リング７０からワイヤ６８を介して支持シャフト６６に伝達されるが、支持シャフト６６の移動が制限されているため、液槽２８内のケーブルコア１６を捩じった状態に維持させることができる。なお、本実施形態の構成に限定されず、他の構成で液槽２８内のケーブルコア１６を捩じった状態に維持させるようにしてもよい。また、復元力を必要としない場合は、ガイドプレート６４や支持シャフト６６等が無い構成としてもよい。

【0072】

以上、本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る超電導ケーブルについて説明したが、これらの実施形態を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、冷媒として液体窒素を用いたが、本発明はこれに限定せず、超電導状態を維持できる冷却液であれば、他の冷媒を用いてもよい。例えば、ヘリウムガスなどの気体を冷媒として用いてもよい。

【0073】

また、上記実施形態では、図２に示されるように、支持台３６、３８、４０、４２を用いているが、本発明はこれに限定せず、コンパクトな超電導ケーブルであれば、支持台を用いなくてもよい。また、支持台の形状や大きさについても特に限定しない。

【符号の説明】

【0074】

１０ 超電導ケーブル
１２ ケーブル端末部
１４ 真空断熱管
１６ ケーブルコア
１８ 内管
２０ 外管
２４ 液体窒素（冷媒）
２８ 液槽
４４ 巻回部
５０ 超電導ケーブル
５４ 巻回部
５５ 超伝導ケーブル
６０ 超電導ケーブル
６２ コア巻回部

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】