特開 2023-168063 超電導送電用断熱多重管および超電導ケーブルの施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023168063

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】超電導送電用断熱多重管および超電導ケーブルの施工方法

(51)【国際特許分類】

   H02G 15/34 20060101AFI20231116BHJP

   F16L 59/14 20060101ALI20231116BHJP

   F16L 9/02 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

H02G15/34

F16L59/14

F16L9/02

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079693

(22)【出願日】2022-05-13

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】日鉄エンジニアリング株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100217249

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 耕一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100221279

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健吾

(74)【代理人】

【識別番号】100207686

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 恭宏

(74)【代理人】

【識別番号】100224812

【弁理士】

【氏名又は名称】井口 翔太

(72)【発明者】

【氏名】木坂 有治

(72)【発明者】

【氏名】青田 翔伍

(72)【発明者】

【氏名】角 知則

(72)【発明者】

【氏名】岸口 哲也

(72)【発明者】

【氏名】井上 雄策

【テーマコード（参考）】

3H036

3H111

【Ｆターム（参考）】

3H036AA02

3H036AB03

3H036AB18

3H036AB32

3H036AB42

3H036AC03

3H036AD09

3H111AA01

3H111BA03

3H111BA15

3H111CB04

3H111CB14

3H111CB22

3H111CB29

3H111DA15

3H111DB23

(57)【要約】

【課題】製造コストを抑制し、真空引きする際の圧力損失を低減し、超電導送電用断熱多重管の真円度を確保することができ、更に断熱性を確保することができる超電導送電用断熱多重管および超電導ケーブルの施工方法を提供する。
【解決手段】超電導ケーブルコア（２）が挿入される超電導送電用断熱多重管（１）であって、ストレート管であって、内部に前記超電導ケーブルコア（２）を冷却するための冷媒の流路（ＦＰ２）が形成される内管（１１）と、前記内管（１１）の外側に配置される外管（１２）と、前記内管（１１）の外面に設けられる耐熱輻射兼断熱材（１３）と、を備え、前記外管（１２）の内面には、前記外管（１２）の中心の側に向かって突出する突出部が形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超電導ケーブルコアが挿入される超電導送電用断熱多重管であって、
ストレート管であって、内部に前記超電導ケーブルコアを冷却するための冷媒の流路が形成される内管と、
前記内管の外側に配置される外管と、
前記内管の外面に設けられる耐熱輻射兼断熱材と、
を備え、
前記外管の内面には、前記外管の中心の側に向かって突出する突出部が形成される、
ことを特徴とする超電導送電用断熱多重管。

【請求項2】

前記外管の前記内面から外管の中心の側に向かって突出する突出部の高さは、１．２ｍｍ以上且つ４．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項3】

前記突出部は、前記外管の長手方向に連続して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項4】

前記突出部は、前記外管の長手方向に沿って直線状に連続して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項5】

前記突出部は、前記外管の長手方向に沿って螺旋状に連続して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項6】

前記突出部は、前記外管の長手方向に直交する断面が半球状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項7】

前記突出部の先端部は、前記耐熱輻射兼断熱材と接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項8】

前記外管の両端部それぞれには、開先が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項9】

前記両端部の内側には、切欠きが設けられることを特徴とする請求項８に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項10】

前記突出部は、３つ以上設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項11】

前記突出部は、前記外管に一体成形されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項12】

前記耐熱輻射兼断熱材は、スーパーインシュレーション材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項13】

前記外管の外面は、平滑であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項14】

前記外管と前記耐熱輻射兼断熱材との間に断熱材が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項15】

請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管と、前記超電導送電用断熱多重管に挿入される超電導ケーブルコアと、を備える超電導ケーブルの施工方法であって、
前記超電導ケーブルに曲げ加工を施した状態で、前記超電導ケーブルを運搬する運搬工程と、
前記運搬工程後に、前記超電導ケーブルを直線状に曲げ戻す曲げ戻し工程と、
を備えることを特徴とする超電導ケーブルの施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導送電用断熱多重管および超電導ケーブルの施工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電流が流れる導体として超電導導体を用いる超電導ケーブルが知られている。超電導とは、金属や合金などの電気抵抗が、固有の転移温度以下でゼロになる現象である。超電導ケーブルは、その断面積が小さくても大電流を流すことができるため、送電設備を小型化でき、また、送電効率を向上させることができる。超電導ケーブルに電流を流す際には、超電導導体の超電導状態を維持するために、超電導導体を常に転移温度以下となるよう冷却する必要がある。例えば、超電導ケーブルの内部に冷媒（例えば液体窒素）を流すことにより、超電導導体を冷却する。また、超電導ケーブルの外部から超電導導体への熱の侵入を防ぐ必要もあるため、超電導ケーブルは、超電導線を撚り合わせて製作される超電導ケーブルコアと断熱多重管から構成される場合が多い。

【0003】

特許文献１は、超電導ケーブルコアが挿入される超電導送電用断熱多重管であって、ストレート管である内管と、ストレート管であり、内管の外側に配置される外管と、内管の外面に設けられる耐熱輻射層と、外管と耐熱輻射層との間に設けられ、内管の軸方向に所定間隔を空けて配置される複数の断熱材と、を備え、内管の内部に、超電導ケーブルコアを冷却するための冷媒の流路が形成される超電導送電用断熱多重管が開示されている。特許文献１では、複数の断熱材同士の隙間が５０ｍｍ以下であることが望ましいとされる。施工方法に関して、特許文献１は、超電導送電用断熱多重管、又は超電導送電用断熱多重管に挿入される超電導ケーブルコアを備える超電導ケーブルへ曲げ加工を施した状態で、超電導送電用断熱多重管、又は超電導ケーブルを運搬する工程と、運搬後に超電導ケーブルを直線状に曲げ戻す工程と、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６７５１８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば電力送電や鉄道に超電導ケーブルを用いる場合、長尺の超電導ケーブルが必要となる。超電導ケーブルの製作の容易さおよびケーブル敷設現場での作業性を考慮すると、超電導ケーブルに用いられる断熱多重管もまた、工場にて長尺に製造されることが望ましい。この場合、断熱多重管は、曲げ加工を施してドラムに巻き付けられた状態で工場から搬送される。また、敷設現場において、ドラムに巻き付けられた断熱多重管を直線状に曲げ戻す。

【0006】

特許文献１に係る超電導送電用断熱多重管では、断熱材の間隔を５０ｍｍ以下とするため、配置する断熱材の数量が多くなる。そのため、断熱多重管の製造コストの増大と、断熱層形成のために内管と外管との間を真空引きする際の圧力損失の増大が課題となっている。加えて、断熱材の間隔が広すぎる場合、断熱多重管が曲げ加工及び曲げ戻し加工時に座屈し、真空断熱層が確保できない、もしくは超電導ケーブルが挿入できないなどの問題が生じる。そのため、断熱多重管が座屈せず内管の真円度を確保できる最適な断熱材の間隔が要求される。なお、真円度とは、内管もしくは外管における長径と短径との比（（短径／長径）×１００（％））である。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを抑制し、真空引きする際の圧力損失を低減し、超電導送電用断熱多重管の真円度を確保することができ、更に断熱性を確保することができる超電導送電用断熱多重管および超電導ケーブルの施工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の要旨は以下の手段を採用する。
（１）本発明の一態様に係る超電導送電用断熱多重管は、超電導ケーブルコアが挿入される超電導送電用断熱多重管であって、ストレート管であって、内部に前記超電導ケーブルコアを冷却するための冷媒の流路が形成される内管と、前記内管の外側に配置される外管と、前記内管の外面に設けられる耐熱輻射兼断熱材と、を備え、前記外管の内面には、前記外管の中心の側に向かって突出する突出部が形成される。
（２）上記（１）に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記外管の前記内面から外管の中心の側に向かって突出する突出部の高さｈが、１．２ｍｍ以上且つ４．６ｍｍ以下であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に連続して配置されてもよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に沿って直線状に連続して配置されてもよい。
（５）上記（１）から（３）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に沿って螺旋状に連続して配置されてもよい。
（６）上記（１）から（３）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部が、前記外管の長手方向に直交する断面が半球状であってもよい。
（７）上記（１）から（６）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、突出部の先端部３２が、前記耐熱輻射兼断熱材と接触してもよい。
（８）上記（１）から（７）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、外管の両端部それぞれには、開先が設けられてもよい。
（９）上記（８）に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記両端部の内側には、切欠きが設けられてもよい。
（１０）上記（１）から（９）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記突出部が、３つ以上設けられてもよい。
（１１）上記（１）から（１０）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記突出部が、前記外管に一体成形されてもよい。
（１２）上記（１）から（１１）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記耐熱輻射兼断熱材が、スーパーインシュレーション材であってもよい。
（１３）上記（１）から（１２）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記外管の外面が、平滑であってもよい。
（１４）上記（１）から（１３）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管は、前記外管と前記耐熱輻射兼断熱材との間に断熱材が設けられてもよい。
（１５）本発明の一態様に係る超電導ケーブルの施工方法は、上記（１）から（１４）のいずれか１項に記載の超電導送電用断熱多重管と、前記超電導送電用断熱多重管に挿入される超電導ケーブルコアと、を備える超電導ケーブルの施工方法であって、前記超電導ケーブルに曲げ加工を施した状態で、前記超電導ケーブルを運搬する運搬工程と、前記運搬工程後に、前記超電導ケーブルを直線状に曲げ戻す曲げ戻し工程と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、製造コストを抑制し、真空引きする際の圧力損失を低減し、超電導送電用断熱多重管の真円度を確保することができ、更に断熱性を確保することができる超電導送電用断熱多重管および超電導ケーブルの施工方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る超電導送電用断熱多重管の長手方向の断面図である。

【図2】図１の断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る超電導送電用断熱多重管の長手方向の断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る超電導ケーブルの施工方法の一例を示すブロック図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る実施例に用いられた超電導送電用断熱多重管の開先形状を示す長手方向の断面図である。

【図6】図５の断面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る実施例に用いられた超電導送電用断熱多重管の開先形状を示す長手方向の断面図である。

【図8】図７の断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る実施例に用いられた超電導送電用断熱多重管の開先形状を示す長手方向の断面図である。

【図10】図９の断面図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る実施例に用いられた超電導送電用断熱多重管の開先形状を示す長手方向の断面図である。

【図12】図１１の断面図である。

【図13】本発明の一実施形態に係る実施例に用いられた超電導送電用断熱多重管のシミュレーションモデルである。

【図14】図１３の断面図である。

【図15】比較例に用いられた超電導送電用断熱多重管のシミュレーションモデルである。

【図16】図１５の断面図である。

【図17】実施例のシミュレーションで得られた超電導送電用断熱多重管の断面方向の温度分布を示す図である。

【図18】比較例のシミュレーションで得られた超電導送電用断熱多重管の断面方向の温度分布を示す図である。

【図19】実施例のシミュレーションで得られた超電導送電用断熱多重管の長手方向の温度分布を示す図である。

【図20】比較例のシミュレーションで得られた超電導送電用断熱多重管の長手方向の温度分布を示す図である。

【図21】実施例と比較例の超電導導体下面部における管端からの位置と温度の関係を示すグラフである。

【図22】実施例と比較例の超電導導体上面部における管端からの位置と温度の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態に係る超電導送電用断熱多重管１について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、共通する構成要素には同一符号を付してそれらの重複説明を省略する場合がある。なお、以下の説明では、超電導送電用断熱多重管１の軸方向（長手方向）をＸ方向、図１の紙面奥行方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交する方向をＺ方向と称する場合がある。

【0012】

図１は、本実施形態に係る超電導送電用断熱多重管１（以下、単に「断熱多重管１」とも称する場合がある。）の長手方向の断面図(以降、縦断面図とする)である。図２は図１の断面図である。
断熱多重管１には、超電導ケーブルコア２が挿通される。断熱多重管１と超電導ケーブルコア２とにより、超電導ケーブルＣが形成される。超電導ケーブルＣは、長尺（例えば数百ｍ）であり、例えば電力送電や鉄道に用いられる。

【0013】

超電導ケーブルコア２は、コルゲート管２１と、コルゲート管２１の外側に設けられる超電導導体２２とを備える。超電導導体２２は、熱絶縁層２３と、超電導層２４と、電気絶縁層２５と、シールド超電導層２６と、電気絶縁層２７と、導体保護層２８とが、内側からこの順で積層されることにより形成される。なお、超電導ケーブルコア２の構成はこれに限られず、超電導ケーブルコア２としては公知のものを使用可能である。

【0014】

コルゲート管２１の内部には、超電導ケーブルコア２を冷却する冷媒が流れる第１の流路ＦＰ１が形成される。この冷媒として、例えば液体窒素が用いられる。

【0015】

熱絶縁層２３は、コルゲート管２１と超電導導体２２との間を熱的に絶縁する。超電導層２４には、送電電流としての電流が流れる。電気絶縁層２５は、超電導層２４とシールド超電導層２６との間を電気的に絶縁する。シールド超電導層２６には、シールド電流としての電流が流れる。電気絶縁層２７は、超電導導体２２を外部から電気的に絶縁する。導体保護層２８は、超電導導体２２を外部から機械的に保護する。

【0016】

断熱多重管１は、内管１１と、外管１２と、耐熱輻射兼断熱材１３と、を備える。

【0017】

内管１１は、ストレート管である。内管１１の内部には、超電導ケーブルコア２が挿通される。超電導ケーブルコア２と内管１１との間には隙間が形成される。内管１１は、ステンレス鋼製である。例えば、内管１１の材質は、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ等から適宜選択される。内管１１は円筒状である。内管１１は、例えば、外径６０．５ｍｍ、厚さ２．０ｍｍである。

【0018】

内管１１の内部には、超電導ケーブルコア２を冷却する冷媒が流れる第２の流路ＦＰ２が形成される。コルゲート管２１の内部には第１の流路ＦＰ１が形成されている。第１の流路ＦＰ１は、例えば、不図示の冷却装置から供給される冷媒が、超電導ケーブルＣの一端から他端へ向けて流れる往路として用いられる。第２の流路ＦＰ２は、例えば、超電導ケーブルＣの他端から排出された冷媒が、冷却装置まで戻るために、超電導ケーブルＣの他端から一端へ向けて流れる復路として用いられる。冷却装置からの冷媒は、不図示のポンプにより圧縮された状態で超電導ケーブルＣの一端に供給されることにより、第１の流路ＦＰ１及び第２の流路ＦＰ２を流通する。

【0019】

外管１２は、内管１１の外側に設けられる。内管１１と外管１２との間には隙間が形成される。外管１２は、ステンレス鋼製である。例えば、外管１２の材質は、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ等から適宜選択される。外管１２は円筒状である。外管１２は、例えば、外径７６．３ｍｍ、厚さ２．０ｍｍである。

【0020】

耐熱輻射兼断熱材１３は、内管１１の外面に設けられる。耐熱輻射兼断熱材１３は、内管１１の全長に亘って設けられる。耐熱輻射兼断熱材１３は、内管１１の外面の全体を覆うように設けられる。耐熱輻射兼断熱材１３は、スーパーインシュレーションと呼ばれるアルミニウムが蒸着された樹脂フィルムおよびポリエステルネットを積層したシートが適用される。耐熱輻射兼断熱材１３は、同シートを多重巻きして用いる。
耐熱輻射兼断熱材１３は、例えば、厚さ１ｍｍ程度(多重巻き後のトータルの厚さが１ｍｍ程度)である。耐熱輻射兼断熱材１３は、外部からの輻射熱の侵入を抑制する。すなわち、耐熱輻射兼断熱材１３により、外管１２側から内管１１側への輻射熱の伝達が抑制され、断熱多重管１の外部から超電導ケーブルコア２への熱の侵入を防ぐことができる。

【0021】

図２に示すように、外管１２の内面には、外管１２の中心の側に向かって突出する突出部３０が形成される。本実施形態では、図２に示すように、８つの突出部３０が形成されている。本実施形態では、同形状の８つの突出部３０が、外管１２の内面に等間隔で形成されている。

【0022】

本実施形態に係る超電導送電用断熱多重管１によれば、外管１２と内管１１との間に従来のような断熱材を用いないので、製造コストを抑制でき、また真空引きする際の圧力損失を低減できる。また、突出部３０は、超電導送電用断熱多重管１に曲げ加工及び曲げ戻し加工を行う際に、外管１２から内管１１への曲げ応力の伝達材として機能する。突出部３０は、外管１２から内管１１へ曲げ応力を効率的に伝達するだけでなく、曲げ戻し加工後の外管１２および内管１１の真円度の維持にも寄与する。よって、本実施形態に係る超電導送電用断熱多重管１によれば、突出部３０を備えることで、超電導送電用断熱多重管１の真円度を確保することができる。さらに、本実施形態に係る超電導送電用断熱多重管１は、内管１１の外面に耐熱輻射兼断熱材１３を備えるので、断熱性を確保することができる。

【0023】

外管１２の内面から外管１２の中心の側に向かって突出する突出部３０の高さｈ（ｍｍ）は、１．２ｍｍ以上且つ４．６ｍｍ以下が好ましい。高さｈは、外管１２の内面と突出部３０の頂点３１との距離（ｍｍ）である。具体的には、高さｈは、突出部３０が連続して配置される方向に垂直な断面において、外管１２の中心と外管１２の内面であって突出部３０が形成されていない内面とを結ぶ直線の長さから、外管１２の中心と突出部３０の頂点３１とを結ぶ直線の長さを、引き算した距離である。例えば、図２では、高さｈは、Ｚ方向最上部に位置する突出部３０Ａにおいて、Ｚ方向において、外管１２の内面と突出部３０の頂点３１との距離（ｍｍ）である。
突出部３０の高さｈが１．２ｍｍ未満の場合は、曲げ戻し加工後に多重巻きされた耐熱輻射兼断熱材１３が緩んだ場合に外管１２内面の隣接する突出部３０間の部分３３と接触する恐れがある。
突出部３０の高さｈが４．６ｍｍ超の場合は、曲げ加工時または曲げ戻し加工時において、突出部３０が座屈するおそれがある。
突出部３０の高さｈを、３ｍｍ以上且つ４．６ｍｍ以下とすることがより好ましく、真空引きする際の圧力損失をより低減でき、また断熱性をより確保することができる。

【0024】

突出部３０は、外管１２の長手方向（Ｘ方向）に連続して配置されることが好ましい。突出部３０が、外管１２の長手方向に連続して配置されることで、曲げ加工時または曲げ戻し加工時において、外管１２から内管１１への曲げ応力をより効率的に伝達することができる。

【0025】

突出部３０は、外管１２の長手方向に沿って直線状に連続して配置されることが好ましい。図１に示すように、突出部３０が外管１２の長手方向に沿って直線状に連続して配置される形状とすることで、突出部３０を、例えば連続成形することができ、容易に製造することができる。これにより、超電導送電用断熱多重管１の製造コストを抑制できる。

【0026】

突出部３０は、外管１２の長手方向に沿って螺旋状に連続して配置されてもよい。突出部３０が外管１２の長手方向に沿って螺旋状に連続して配置される形状とすることで、曲げ/曲げ戻し加工時における曲げ応力の伝達が均一になり、曲げ戻し後の断面真円度がさらに向上できる。

【0027】

図２に示すように、突出部３０は、外管１２の長手方向に直交する断面が半球状であることが好ましい。突出部３０をこのような形状とすることで、突出部３０が耐熱輻射兼断熱材１３に接触して耐熱輻射兼断熱材１３を傷つけることを抑制することができる。また、突出部３０が耐熱輻射兼断熱材１３に接触した場合、外管１２の長手方向に直交する断面が半球状であるため耐熱輻射兼断熱材１３との接触面積が小さくなるので、熱伝導による熱移動量を小さくすることができる。
突出部３０の半径Ｒ（ｍｍ）は、５ｍｍ以上が好ましい。
突出部３０は、外管１２の中心の側に向かって突出する凸形状でもよい。突出部３０が凸形状の場合、凸部の角は丸みを帯びていることが好ましい。また、突出部３０の先端部３２は丸みを帯びていることが好ましい。すなわち、突出部３０の先端部３２は尖っていないことが好ましい。突出部３０が凸形状であったり、突出部３０の先端部３２が丸みを帯びたりすることで、突出部３０が耐熱輻射兼断熱材１３に接触して耐熱輻射兼断熱材１３を傷つけることを抑制することができ、また、突出部３０が耐熱輻射兼断熱材１３に接触した場合、耐熱輻射兼断熱材１３との接触面積が小さくなるので、熱伝導による熱移動量を小さくすることができる。

【0028】

突出部３０の先端部３２は、耐熱輻射兼断熱材１３と接触してもよい。従来のように外管と耐熱輻射層との間に設けられる断熱材が耐熱輻射層と接触する構成ではなく、突出部３０の先端部３２が耐熱輻射兼断熱材１３と管長手方向に線状に接触する。

【0029】

外管１２の両端部それぞれには、開先５０が設けられてもよい。開先５０は、外管１２の端部の周方向に沿って設けられる。外管１２の両端部に開先５０を設けることで、外管１２同士の溶接が可能となる。開先５０は、外管１２の材質、厚み、口径等を考慮して適切な形状および寸法となるように設計する。開先５０は、外管１２の端部を切削して加工する。開先５０の形状は、例えば、Ｖ形、Ｉ形、Ｕ形を採用することができる。開先５０の溶接方法は、例えばＴＩＧ溶接、アーク溶接等、従来技術を採用することができる。

【0030】

外管１２の両端部の内側には、切欠き５１が設けられてもよい。切欠き５１は、全ての突出部３０における軸方向（Ｘ方向）の両端部に設けられている。外管１２の両端部の内周面は、外管１２を軸方向（Ｘ方向）から見た側面視において、周方向の全周にわたって連続する円形状である。外管１２の両端部の内側に切欠き５１を設けることで、溶接欠陥の発生を防止できる。詳細には、突出部３０の突き合わせ溶接を欠陥なく溶接することは困難であるが、切欠き５１を外管１２の両端部の内側に設けることにより、突出部３０を溶接前に予め切削除去して突出部３０同士の溶接を無くし、溶接欠陥を防止することができる。

【0031】

突出部３０は、３つ以上設けられることが好ましい。突出部３０を、３つ以上設けることで、内管１１を外管１２の中心軸に一致させるように配置することができる。突出部３０は、４つ以上且つ偶数設けられてもよい。突出部３０が４つ以上且つ偶数設けられることで、内管１１をより外管１２の中心軸に一致させるように配置することができる。

【0032】

突出部３０は、外管１２に一体成形されてもよい。この場合、外管１２と突出部３０とは、例えば連続圧延成形する。突出部３０を外管１２と一体成形することで、突出部３０を容易に成形でき、製造コストを抑制することができる。

【0033】

耐熱輻射兼断熱材１３は、スーパーインシュレーション材であることが好ましい。耐熱輻射兼断熱材１３は、例えば、スーパーインシュレーション材を内管１１に複数回巻き付けることにより形成される。スーパーインシュレーション材は、例えば、アルミニウムが蒸着された樹脂フィルムとポリエステルネットを積層した構造からなる多層断熱材である。スーパーインシュレーション材は、外部からの輻射熱の侵入を抑制する。すなわち、耐熱輻射兼断熱材１３により、外管１２側から内管１１側への輻射熱の伝達が抑制され、断熱多重管１の外部から超電導ケーブルコア２への熱の侵入を防ぐことができる。

【0034】

外管１２の外面は、平滑であることが好ましい。すなわち、外管１２は、蛇腹加工や波形加工が行われていないストレート管であることが好ましい。外管１２の外面が平滑であるので、断熱多重管１をドラムに巻きやすくなるなど、取り扱いが容易になる。
また、内管１１も、蛇腹加工や波形加工が行われていない。内管１１の内面及び外面は平滑であることが好ましい。これにより、内部に冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。

【0035】

外管１２と耐熱輻射兼断熱材１３との間に断熱材１４が設けられてもよい。図３では、断熱材１４は耐熱輻射兼断熱材１３の外面に設けられている。断熱材１４は、突出部３０の内面に設けられてもよい。断熱材１４は、円筒状である。断熱材１４は、円筒状の外管１２と耐熱輻射兼断熱材１３との間に、全周に亘って配置される。図３で示すように、複数の断熱材１４は、外管１２の軸方向（Ｘ方向）に所定間隔Ｄ（ｍｍ）を空けて断続的に配置されてもよい。なお、断熱材１４は、間隔を空けずに配置されてもよい。
複数の断熱材１４は、例えば、５０ｍｍを上回り（５０ｍｍ超）、且つ、１８０ｍｍ以下の間隔で配置される。複数の断熱材１４をこのような間隔を空けて断続的に配置することで、良好な内管１１の真円度が得られる。複数の断熱材１４の間隔は、１２０ｍｍを上回ることがより好ましい。複数の断熱材１４の間隔は、１４０ｍｍ以下がより好ましい。
断熱材１４の幅（軸方向（Ｘ方向）の長さ）は、１９ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。断熱材１４の幅を１９ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることで、断熱多重管１の曲げ加工性を確保することができる。断熱材１４の幅は、４０ｍｍ以上がより好ましい。断熱材１４の厚さ（Ｚ方向の長さ）は例えば３ｍｍである。

【0036】

断熱材１４は、例えば、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッカビニル、ポリクロロトリフルオロチレン）もしくはフッ素樹脂に繊維状のフィラーを添加したガラス繊維強化プラスチックなどを用いても良い。または、シリカエアロゲルを添加したガラス繊維状の断熱紙などが望ましい。このように、断熱材１４を用いることで、内管１１と外管１２との熱伝導を抑制することができる。

【0037】

以下、図４を参照して、超電導ケーブルＣの施工方法３００について説明する。
まず、超電導送電用断熱多重管１と、超電導送電用断熱多重管１に挿入される超電導ケーブルコア２と、を備える超電導ケーブルＣに曲げ加工を施した状態で、超電導ケーブルＣを運搬する（運搬工程；Ｓ３００）。超電導ケーブルＣは、例えばドラムに巻き付けて曲げ加工を施す。

【0038】

次に、運搬工程Ｓ３００後に、超電導ケーブルＣを直線状に曲げ戻す（曲げ戻し工程；Ｓ３０１）。

【0039】

（実施例）
［真円度に関する検証］
超電導送電用断熱多重管（断熱多重管）１を用いて、断熱多重管１の外管１２および内管１１の真円度を測定した結果の一例を説明する。
表１に示す実施例１から１０の１０本を用いた。実施例１から１０は、以下の点（１）から（４）においては共通とした。
（１）内管１１：ストレート管、長さ１８００ｍｍ、ＳＵＳ３１６
（２）外管１２：ストレート管、長さ１８００ｍｍ、ＳＵＳ３１６
（３）耐熱輻射兼断熱材１３：厚さ２ｍｍ、長さ１８００ｍｍ
（４）断熱材１４：無し
なお、耐熱輻射兼断熱材１３は、０．１ｍｍ厚さのシート材を２０回巻いたものを用いた。

【0040】

３点曲げ装置を用いて、断熱多重管１をＲ８００（ｍｍ）程度に曲げ加工した後、同装置を用いて逆曲げ加工（曲げ戻し加工）を行い、おおよそ真直ぐに戻した。

【0041】

【表1】

【0042】

実施例３，４，９，１０については、開先加工を施した。実施例３の開先形状を図５，６に示す。実施例４の開先形状を図７，８に示す。実施例９の開先形状を図９，１０に示す。実施例１０の開先形状を図１１，１２に示す。図５から図１２に示すように、開先５０および切欠き５１を施した。図５から図１２に示す寸法は、曲げ加工を行う前の寸法である。
開先５０は、旋盤加工にて切削加工した。切欠き５１も同様に旋盤加工にて切削加工した。実施例１，２，５－８は開先加工を施していないため、表１の「開先形状」の欄は「－」で示す。開先５０の厚さの製作寸法誤差の狙い値は、上限が＋３ｍｍ、下限は－０ｍｍである。例えば、図９及び図１１においては、開先５０の厚さ２．０ｍｍの寸法誤差は２．０ｍｍから２．３ｍｍである。
同開先加工した断熱多重管１は、端面同士を突き合わせて、同部をＴＩＧ溶接で周溶接した後、上述の曲げ加工および曲げ戻し加工を行った。ＴＩＧ溶接の溶接条件は、溶接電流１００Ａ程度、溶接速度６０ｍｍ／ｍｉｎ程度とした。

【0043】

実施例１から１０において、外管１２および内管１１の真円度を測定した。真円度の測定結果を表１に示す。
真円度は、曲げ戻し加工を行った後の外管１２および内管１１について、軸方向に直交する断面における、径が最小となった部分の長さを短径（ｍｍ）として計測し、径が最大となった部分の長さを長径（ｍｍ）として計測し、短径を長径で除することにより求めた。すなわち、「（短径／長径）×１００（％）」として真円度を求めた。
真円度の値が大きいほど、曲げ戻し加工を行った後の外管１２および内管１１の断面が真円に近く、外管１２および内管１１が真円に近いことを示す。
実施例３，４，９，１０は、周溶接近傍で外管１２及び内管１１の真円度を測定した。周溶接近傍とは、周溶接部から５ｍｍ程度離れた位置である。
実施例６，７は外管１２のみでの曲げ加工および曲げ戻し加工を行ったため、内管１１の真円度は「－」とした。
表１の「突出部底板厚」は、外管１２内面の隣接する突出部３０間の部分３３の板厚（ｍｍ）である。

【0044】

表１に示すように、全ての実施例１から１０において、断熱多重管１の高い真円度が確保できた。また、曲げ戻し加工後における外管１２および内管１１の割れ、突出部３０の座屈等の損傷は見られなかった。

【0045】

［断熱性に関する検証］
次に、断熱多重管１の断熱性を検証するために使用環境を模擬したシミュレーションを実施した。図１３および図１４に、実施例として断熱多重管１のシミュレーションモデルを示す。図１５および図１６に、比較例として特許文献１に示す断熱多重管１００のシミュレーションモデルを示す。図１３では、断熱多重管１の断面における鉛直方向の下側部分を拡大して示す。図１５も同様に、断熱多重管１００の断面における鉛直方向の下側部分を拡大して示す。

【0046】

実施例および比較例ともに、断熱多重管の長さは５００ｍｍとし、耐熱輻射兼断熱材１３はスーパーインシュレーション材を用いた。図１に示すように、超電導ケーブルコア２は複数の材料によって構成されるが、本シミュレーションにおいては簡便のため超電導ケーブルコアを１つのバルク材と見做して超電導導体２２として取り扱った。
比較例においては、外管１２と耐熱輻射兼断熱材１３との間に断熱材１４を複数配置した。断熱材１４はフッ素樹脂材を想定した。断熱材１４の幅（軸方向（Ｘ方向）の長さ）は４０ｍｍとした。断熱材１４は、５０ｍｍの間隔で配置した。

【0047】

実施例の断熱多重管１において、突出部３０の数は８とし、該突出部３０は外管１２の内面に等間隔で配置させた。図１３に示すように、突出部３０の半径Ｒは５ｍｍ、突出部３０の高さｈは３ｍｍとした。このとき、突出部３０と耐熱輻射兼断熱材１３との接触長さは４．２ｍｍとした。図１３においては、該接触長さは１箇所のみ示されているが、他の７つの突出部３０についても同様に、４．２ｍｍの接触長さで耐熱輻射兼断熱材１３に接触することとした。
超電導導体２２は、重力により内管１１と接触する。図１３に示すように、超電導導体２２と内管１１との接触長さは８．４ｍｍとした。なお、超電導導体２２の鉛直方向上側は、内管１１と接触していない。
比較例の断熱多重管１００においても、図１５に示すように超電導導体２２と内管１１との接触長さは８．４ｍｍとした。

【0048】

表２にシミュレーションに用いた物性値および境界条件を示す。

【0049】

【表2】

【0050】

表２の「真空断熱部」とは、比較例において、複数の断熱材１４と外管１２０の間および耐熱輻射兼断熱材１３と外管１２０との間に形成される部分（真空断熱部１５）である（図１６参照）。断熱多重管１００を軸方向に沿った断面で見て、耐熱輻射兼断熱材１３と外管１２０との間に、断熱材１４と真空断熱部１５とを軸方向に交互に設けた。

【0051】

実施例のシミュレーションで得られた断熱多重管１の、断面方向の温度分布を図１７に、長手方向の温度分布を図１９に示す。比較例のシミュレーションで得られた断熱多重管１００の、断面方向の温度分布を図１８に、長手方向の温度分布を図２０に示す。比較例の断熱多重管１００においては、断熱材１４が配置された断面の温度分布を図１８に示す。

【0052】

実施例および比較例の断面方向の温度分布について検討した。図１７、図１８に示すように、実施例および比較例ともに、超電導導体２２の鉛直方向下端部の内管１１と接している部分の温度が最も高くなった。実施例の断熱多重管１の方が、従来の断熱多重管１００と比較して温度の高い領域が狭くなった。

【0053】

実施例および比較例の軸方向の温度分布について検討した。図１９、図２０に示すように、実施例および比較例ともに、超電導導体２２の鉛直方向下端部の内管１１と接している部分の温度が最も高くなった。実施例の断熱多重管１の場合は、軸方向にほぼ一定の温度分布となった。一方、従来の断熱多重管１００の場合は、断熱材１４が配置された部分で温度が高くなり、断熱材１４が配置されていない部分では温度が低くなった。

【0054】

図２１に、実施例の超電導導体２２の下面部と比較例の超電導導体２２の下面部における管端からの位置と温度の関係を示す。図２２に、実施例の超電導導体２２の上面部と比較例の超電導導体２２の上面部における管端からの位置と温度の関係を示す。比較例の断熱多重管１００については、断熱材１４の長手方向中央部に位置する超電導導体２２の温度データである。実施例の断熱多重管１については、従来の断熱多重管１００の温度データの場所と同じ位置に相当する場所の温度データである。これら温度データの場所を、図２１と図２２の「測定点」で示す。

【0055】

図２１及び図２２に示すように、実施例の方が比較例よりも、温度が局所的に高くなり難い。
以上より、実施例の断熱多重管１は、比較例の断熱多重管１００と比較して同等以上の断熱性を有していることが分かった。

【0056】

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲が上記実施形態のみに限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0057】

１ 超電導送電用断熱多重管（断熱多重管）
２ 超電導ケーブルコア
１１ 内管
１２ 外管
１３ 耐熱輻射兼断熱材
１４ 断熱材
１５ 真空断熱部
２１ コルゲート管
２２ 超電導導体
２３ 熱絶縁層
２４ 超電導層
２５ 電気絶縁層
２６ シールド超電導層
２７ 電気絶縁層
２８ 導体保護層
３００ 超電導ケーブルの施工方法
Ｃ 超電導ケーブル
ＦＰ１ 第１の流路
ＦＰ２ 第２の流路
Ｓ３００ 運搬工程
Ｓ３０１ 曲げ戻し工程

【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】

【図22】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超電導ケーブルコアが挿入される超電導送電用断熱多重管であって、
ストレート管であって、内部に前記超電導ケーブルコアを冷却するための冷媒の流路が形成される内管と、
前記内管の外側に配置される外管と、
前記内管の外面に設けられる耐熱輻射兼断熱材と、
を備え、
前記外管の内面には、前記外管の中心の側に向かって突出する突出部が形成され、
前記外管の両端部それぞれには、開先が設けられ、
前記両端部の内側において前記突出部を含む部分には、切欠きが設けられることを特徴とする超電導送電用断熱多重管。

【請求項2】

前記外管の前記内面から外管の中心の側に向かって突出する突出部の高さは、１．２ｍｍ以上且つ４．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項3】

前記突出部は、前記外管の長手方向に連続して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項4】

前記突出部は、前記外管の長手方向に沿って直線状に連続して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項5】

前記突出部は、前記外管の長手方向に沿って螺旋状に連続して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項6】

前記突出部は、前記外管の長手方向に直交する断面が半球状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項7】

前記突出部の先端部は、前記耐熱輻射兼断熱材と接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項8】

前記突出部は、３つ以上設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項9】

前記突出部は、前記外管と一体として形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項10】

前記耐熱輻射兼断熱材は、スーパーインシュレーション材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項11】

前記外管の外面は、平滑であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項12】

前記外管と前記耐熱輻射兼断熱材との間に断熱材が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管。

【請求項13】

請求項１又は２に記載の超電導送電用断熱多重管と、前記超電導送電用断熱多重管に挿入される超電導ケーブルコアと、を備える超電導ケーブルの施工方法であって、
前記超電導ケーブルに曲げ加工を施した状態で、前記超電導ケーブルを運搬する運搬工程と、
前記運搬工程後に、前記超電導ケーブルを直線状に曲げ戻す曲げ戻し工程と、
を備えることを特徴とする超電導ケーブルの施工方法。