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(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】
(24)【登録日】2023-05-08
(45)【発行日】2023-05-16
(54)【発明の名称】波形配管及び熱収縮緩和機構付き冷却配管
(51)【国際特許分類】
F16L 11/15 20060101AFI20230509BHJP
F16L 11/20 20060101ALI20230509BHJP
H02G 3/04 20060101ALI20230509BHJP
H02G 15/34 20060101ALI20230509BHJP
【ＦＩ】
F16L11/15
F16L11/20
H02G3/04 068
H02G15/34
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2019174172
(22)【出願日】2019-09-25
(65)【公開番号】P2021050776
(43)【公開日】2021-04-01
【審査請求日】2022-01-05
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、高温超電導実用化促進技術開発／高温超電導送配電技術開発／運輸分野への高温超電導適用基盤技術開発委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000148357
【氏名又は名称】株式会社前川製作所
(73)【特許権者】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】玉田 紀治
(72)【発明者】
【氏名】矢口 広晴
(72)【発明者】
【氏名】大野 隆介
(72)【発明者】
【氏名】富田 優
【審査官】渡邉 聡
(56)【参考文献】
【文献】特表平０９－５１１０４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１５９４９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２６９７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－２８７７５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１２５６４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２１１８７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－０５７９８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５９－１２１５８４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０９－１１２７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公平０５－０３１３２１（ＪＰ，Ｙ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｌ １１／１５
Ｆ１６Ｌ １１／２０
Ｈ０２Ｇ ３／０４
Ｈ０２Ｇ １５／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線方向に沿って山部と谷部とが交互に形成された管壁と、前記山部又は前記谷部の少なくとも一方に設けられた収縮抑制部材と、
を備え、
前記収縮抑制部材は、
少なくとも外側部が前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有し、前記山部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記山部の角度を広げるための第１部材
を含むことを特徴とする波形配管。
【請求項2】
軸線方向に沿って山部と谷部とが交互に形成された管壁と、
前記山部又は前記谷部の少なくとも一方に設けられた収縮抑制部材と、
を備え、
前記収縮抑制部材は、
少なくとも外側部が前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有し、前記山部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記山部の角度を広げるための第１部材、
または、
前記管壁よりも小さい熱膨張係数を有し、前記谷部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記谷部の径方向内側への熱収縮を抑えるための第２部材
の少なくとも一方を含み、
前記収縮抑制部材は、前記第１部材又は前記第２部材の少なくとも一方として、周方向に沿って前記山部又は前記谷部に設けられた線状部材を含み、
前記線状部材は、前記山部又は前記谷部に沿って前記管壁の一周り以上の長さに延在する波形配管。
【請求項3】
前記山部及び前記谷部は前記軸線方向に沿って並ぶ複数の独立した凹凸を形成し、前記線状部材は前記管壁の周方向に沿って前記管壁の全周に亘って配置される１個以上のリングで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の波形配管。
【請求項4】
前記山部、前記谷部及び前記線状部材が前記管壁の周囲に螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の波形配管。
【請求項5】
軸線方向に沿って山部と谷部とが交互に形成された管壁と、
前記山部又は前記谷部の少なくとも一方に設けられた収縮抑制部材と、
を備え、
前記収縮抑制部材は、
少なくとも外側部が前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有し、前記山部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記山部の角度を広げるための第１部材、
または、
前記管壁よりも小さい熱膨張係数を有し、前記谷部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記谷部の径方向内側への熱収縮を抑えるための第２部材
の少なくとも一方を含み、
前記収縮抑制部材は、
前記山部より熱膨張係数が大きくかつ前記管壁の外側に前記管壁を囲繞するように配置されたスリーブで構成されることを特徴とする波形配管。
【請求項6】
軸線方向に沿って山部と谷部とが交互に形成された管壁と、
前記山部又は前記谷部の少なくとも一方に設けられた収縮抑制部材と、
を備え、
前記収縮抑制部材は、
少なくとも外側部が前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有し、前記山部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記山部の角度を広げるための第１部材、
または、
前記管壁よりも小さい熱膨張係数を有し、前記谷部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記谷部の径方向内側への熱収縮を抑えるための第２部材
の少なくとも一方を含む波形配管であって、
熱収縮前の前記山部と前記谷部との間の距離をλ、前記波形配管の使用時における前記管壁の温度低下量をΔＴ、熱収縮前の前記山部の角度をφとしたとき、熱収縮後の前記山部と前記谷部との間の距離λ’及び熱収縮後の前記山部の角度φ’は、下記式を満たすことを特徴とする波形配管。
０．９≦［λ×ｓｉｎ（φ／２）］／［λ’×ｓｉｎ（φ’／２）］≦１．１
λ’＝λ×（１－βｂ×ΔＴ）
φ’／２＝ｃｏｓ－１［（ＲＬ×（１－βｓ×ΔＴ）－ＲＳ×（１－βｂ×ΔＴ））／λ’］
ここで、βｂ；前記管壁の熱膨張係数
βｓ；前記第１部材の熱膨張係数
ＲＬ；前記山部の半径
ＲＳ；前記谷部の半径
【請求項7】
軸線方向に沿って山部と谷部とが交互に形成された管壁と、
前記山部又は前記谷部の少なくとも一方に設けられた収縮抑制部材と、
を備え、
前記収縮抑制部材は、
少なくとも外側部が前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有し、前記山部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記山部の角度を広げるための第１部材、
または、
前記管壁よりも小さい熱膨張係数を有し、前記谷部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記谷部の径方向内側への熱収縮を抑えるための第２部材
の少なくとも一方を含み、
前記第１部材は、前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有する外側部と、前記外側部よりも熱膨張係数が小さく前記管壁よりも熱膨張係数が大きい内側部と、を含んで構成され、
前記山部の先端部が前記外側部及び前記内側部に挿入され、前記山部の先端部と前記外側部及び前記内側部の各々とは固着面を介して固着されていることを特徴とする波形配管。
【請求項8】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の波形配管を含む内側配管と、前記内側配管の外側に同心状に配置された外側配管と、
を備え、
前記波形配管と前記外側配管との間に真空空間が形成されていることを特徴とする熱収縮緩和機構付き冷却配管。
【請求項9】
前記熱収縮緩和機構付き冷却配管は超電導ケーブルの少なくとも一部を構成し、前記内側配管は、
内部に冷却媒体の往路を形成する第１の前記波形配管と、
前記第１の波形配管の外側に設けられた超電導線層と、
前記超電導線層の外側でかつ前記真空空間の内側に設けられ、前記冷却媒体の復路を形成する第２の前記波形配管と、
を備えることを特徴とする請求項８に記載の熱収縮緩和機構付き冷却配管。
【請求項10】
基部に定位置に固定され超電導ケーブルの両端が接続される端末部を備え、前記端末部において前記超電導ケーブルの一部を構成することを特徴とする請求項９に記載の熱収縮緩和機構付き冷却配管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、波形配管及び該波形配管を備える熱収縮緩和機構付き冷却配管に関する。
【背景技術】
【0002】
超電導ケーブルは、一般に、極低温流体が流れ超電導導体層を極低温に保持する冷却管と、該冷却管の外側に設けられる断熱配管との間に真空空間を形成し、超電導導体層への熱侵入を防止する構造を有している。超電導ケーブルは非常に長い冷却管を極低温に冷却するので、熱収縮対策が重要な課題となる。例えば、２０００ｍの超電導ケーブルを想定し、冷却管の材料をステンレス鋼とし、冷却管を常温から７７Ｋに冷却すると、約６～８ｍ収縮する。そのため、真空空間の外側に配置される常温の断熱配管との間の熱収縮量の差により曲がり角などで冷却管が常温の断熱配管と接触するおそれがあり、接触部位で冷却管が大きな熱侵入を受けるおそれがある。
【0003】
熱収縮の対策として、（１）超電導ケーブルの両端が接続される端末部を可動式とし、熱収縮量に応じて移動させる、（２）常温の外側断熱配管内で余剰の長さの冷却管を蛇行させて配置する、（３）超電導ケーブルに部分的に円弧状のオフセット部分を設けて敷設し、熱収縮に応じて該オフセット部分を直線状に変位させて収縮量を吸収する、等の方法が考えられる。特許文献１には、上記（３）の対策が開示されている。また、特許文献２及び３には、端末部の内部で超電導ケーブルに接続される導体の一部をフレキシブル導体とすることで、ケーブルの熱収縮に対応可能にした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－１５４５７１号公報
【文献】特開２０１３－１４３８２３号公報
【文献】特開２０１５－０９１１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記（１）の対策は、高電圧のケーブルを収容する端末部を可動式とすると、特に安全性に配慮した構成とする必要がある。上記（２）の対策は、冷却管を蛇行配置とすることで、外側の断熱配管と接触する可能性が高くなり、かつ冷却管全体の熱収縮を蛇行部分だけでは吸収しにくいという問題がある。（３）の対策は、冷却管と断熱配管との接触を避けながら断熱配管を冷却管の変位に合わせて変位させる必要があるために、無駄な広い空間を必要とし、超電導ケーブルのコンパクト性を生かすことができない。また、特許文献２及び３に開示された構成は、冷却管の熱収縮量が少ない場合には有効であっても、上述のように、熱収縮量が８ｍ近くになると現実的な対応が難しいとされている。
【0006】
抜本的な解決策は、低温で熱収縮が生じない配管を実現することである。例えば、Ｎｉを３６重量％含む鉄合金であるインバーと称する金属は、ステンレス鋼の１／１０以下の熱膨張係数を有し、熱収縮を抑制できるが、極低温冷却時に強磁性特性が現れ、超電導材料の特性に悪影響を与えるおそれがある。
【0007】
一実施形態は、上記事情に鑑み、被冷却体に悪影響を与えずに冷却時に軸線方向の熱収縮に対応可能な配管を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
（１）一実施形態に係る波形配管は、
軸線方向に沿って山部と谷部とが交互に形成された管壁と、
前記山部又は前記谷部の少なくとも一方に設けられた収縮抑制部材と、
を備え、
前記収縮抑制部材は、
少なくとも外側部が前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有し、前記山部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記山部の角度を広げるための第１部材、
または、
前記管壁よりも小さい熱膨張係数を有し、前記谷部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記谷部の径方向内側への熱収縮を抑えるための第２部材
の少なくとも一方を含む。
ここで、「径方向」とは波形配管の径方向を意味する。
軸線方向に沿って山部と谷部とが交互に形成された管壁と、
前記山部又は前記谷部の少なくとも一方に設けられた収縮抑制部材と、
を備え、
前記収縮抑制部材は、
少なくとも外側部が前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有し、前記山部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記山部の角度を広げるための第１部材、
または、
前記管壁よりも小さい熱膨張係数を有し、前記谷部に取り付けられて前記管壁の熱収縮時に前記谷部の径方向内側への熱収縮を抑えるための第２部材
の少なくとも一方を含む。
ここで、「径方向」とは波形配管の径方向を意味する。
【0009】
上記（１）の構成によれば、上記収縮抑制部材が上記第１部材を含むとき、上記第１部材の熱収縮量が山部の熱収縮量より大きいために、波形配管及び第１部材が冷却されると、第１部材が山部を径方向外側から内側へ収縮させる第１部材の熱収縮によって山部の角度を広げる力が働く。これによって、山部の角度が押し広げられるため、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。
上記収縮抑制部材が上記第２部材を含むとき、波形配管が冷却されると、上記第２部材の熱収縮量が谷部の熱収縮量より小さいために、第２部材によって谷部の熱収縮が抑制される。そして、管壁の他の部位の熱収縮によって谷部の角度が押し広げられるため、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。また、第１部材又は第２部材の熱膨張係数を選択し、山部又は谷部の角度増加分を調節することで、波形配管の軸線長さを調節できる。
上記収縮抑制部材が上記第２部材を含むとき、波形配管が冷却されると、上記第２部材の熱収縮量が谷部の熱収縮量より小さいために、第２部材によって谷部の熱収縮が抑制される。そして、管壁の他の部位の熱収縮によって谷部の角度が押し広げられるため、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。また、第１部材又は第２部材の熱膨張係数を選択し、山部又は谷部の角度増加分を調節することで、波形配管の軸線長さを調節できる。
【0010】
（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記収縮抑制部材は、前記第１部材又は前記第２部材の少なくとも一方として、周方向に沿って前記山部又は前記谷部に設けられた線状部材を含み、
前記線状部材は、前記山部又は前記谷部に沿って前記管壁の一周り以上の長さに延在する。ここで、「周方向」とは波形配管の周方向を意味する。
上記（２）の構成によれば、第１部材として上記線状部材が山部に設けられるとき、管壁の全周に亘り設けられた線状部材の軸線方向の熱収縮によって山部が径方向外側から内側へ収縮力を付加されるため、山部の角度が広がって管壁が軸線方向へ伸長し、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。第２部材として管壁の全周に亘り設けられた線状部材が谷部に設けられるとき、谷部の径方向内側への熱収縮が線状部材によって抑えられるため、谷部の角度が広がる。これによって、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、線状部材の熱膨張係数を選択し、山部又は谷部の角度増加分を調節することで、波形配管の軸線長さを調節できる。
前記収縮抑制部材は、前記第１部材又は前記第２部材の少なくとも一方として、周方向に沿って前記山部又は前記谷部に設けられた線状部材を含み、
前記線状部材は、前記山部又は前記谷部に沿って前記管壁の一周り以上の長さに延在する。ここで、「周方向」とは波形配管の周方向を意味する。
上記（２）の構成によれば、第１部材として上記線状部材が山部に設けられるとき、管壁の全周に亘り設けられた線状部材の軸線方向の熱収縮によって山部が径方向外側から内側へ収縮力を付加されるため、山部の角度が広がって管壁が軸線方向へ伸長し、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。第２部材として管壁の全周に亘り設けられた線状部材が谷部に設けられるとき、谷部の径方向内側への熱収縮が線状部材によって抑えられるため、谷部の角度が広がる。これによって、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、線状部材の熱膨張係数を選択し、山部又は谷部の角度増加分を調節することで、波形配管の軸線長さを調節できる。
【0011】
（３）一実施形態では、前記（２）の構成において、
前記山部及び前記谷部は前記軸線方向に沿って並ぶ複数の独立した凹凸を形成し、前記線状部材は前記管壁の周方向に沿って前記管壁の全周に亘って配置される１個以上のリングで構成されている。
上記（３）の構成によれば、線状部材は管壁の全周を囲繞するリングで構成されているため、山部に作用する収縮力又は谷部の熱収縮に対する抑止力を十分発揮できる。
前記山部及び前記谷部は前記軸線方向に沿って並ぶ複数の独立した凹凸を形成し、前記線状部材は前記管壁の周方向に沿って前記管壁の全周に亘って配置される１個以上のリングで構成されている。
上記（３）の構成によれば、線状部材は管壁の全周を囲繞するリングで構成されているため、山部に作用する収縮力又は谷部の熱収縮に対する抑止力を十分発揮できる。
【0012】
（４）一実施形態では、前記（２）の構成において、
前記山部、前記谷部及び前記線状部材が螺旋状に形成されている。
上記（４）の構成によれば、螺旋状の線状部材が山部又は谷部に沿って管壁の周囲に一周り以上延在するため、山部への収縮力又は谷部の熱収縮に対する抑止力を十分発揮できる。
前記山部、前記谷部及び前記線状部材が螺旋状に形成されている。
上記（４）の構成によれば、螺旋状の線状部材が山部又は谷部に沿って管壁の周囲に一周り以上延在するため、山部への収縮力又は谷部の熱収縮に対する抑止力を十分発揮できる。
【0013】
（５）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記収縮抑制部材は、
前記山部より熱膨張係数が大きくかつ前記管壁の外側に前記管壁を囲繞するように配置されたスリーブで構成される。
上記（５）の構成によれば、波形配管及び上記スリーブが冷却されたとき、上記スリーブは山部より径方向の熱収縮量が増加するために、山部に対して径方向内側へ収縮させる収縮力を作用する。これによって、山部の角度が大きくなるため、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、スリーブの熱膨張係数を選択し、山部の角度増加分を調節することで、波形配管の軸線長さを調節できる。また、上記スリーブの管壁外側への取付けは容易である。
前記収縮抑制部材は、
前記山部より熱膨張係数が大きくかつ前記管壁の外側に前記管壁を囲繞するように配置されたスリーブで構成される。
上記（５）の構成によれば、波形配管及び上記スリーブが冷却されたとき、上記スリーブは山部より径方向の熱収縮量が増加するために、山部に対して径方向内側へ収縮させる収縮力を作用する。これによって、山部の角度が大きくなるため、波形配管の軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、スリーブの熱膨張係数を選択し、山部の角度増加分を調節することで、波形配管の軸線長さを調節できる。また、上記スリーブの管壁外側への取付けは容易である。
【0014】
（６）一実施形態では、前記（１）～（５）の何れかの構成において、
熱収縮前の前記山部と前記谷部との間の距離をλ、前記波形配管の使用時における前記管壁の温度低下量をΔＴ、熱収縮前の前記山部の角度をφとしたとき、熱収縮後の前記山部と前記谷部との間の距離λ’及び熱収縮後の前記山部の角度φ’は、下記式を満たすことができる。
０．９≦［λ×ｓｉｎ（φ／２）］／［λ’×ｓｉｎ（φ’／２）］≦１．１
λ’＝λ×（１－βｂ×ΔＴ）
φ’／２＝ｃｏｓ－１［（ＲＬ×（１－βｓ×ΔＴ）－ＲＳ×（１－βｂ×ΔＴ））／λ’］
ここで、βｂ；前記管壁の熱膨張係数
βｓ；前記第１部材の熱膨張係数
ＲＬ；前記山部の半径
ＲＳ；前記谷部の半径
である。
上記（６）の構成によれば、山部の角度、管壁及び第１部材の熱膨張係数を適宜選択することで、管壁の熱収縮前後の軸線方向長さの差を１０％以内に抑えることができる。
熱収縮前の前記山部と前記谷部との間の距離をλ、前記波形配管の使用時における前記管壁の温度低下量をΔＴ、熱収縮前の前記山部の角度をφとしたとき、熱収縮後の前記山部と前記谷部との間の距離λ’及び熱収縮後の前記山部の角度φ’は、下記式を満たすことができる。
０．９≦［λ×ｓｉｎ（φ／２）］／［λ’×ｓｉｎ（φ’／２）］≦１．１
λ’＝λ×（１－βｂ×ΔＴ）
φ’／２＝ｃｏｓ－１［（ＲＬ×（１－βｓ×ΔＴ）－ＲＳ×（１－βｂ×ΔＴ））／λ’］
ここで、βｂ；前記管壁の熱膨張係数
βｓ；前記第１部材の熱膨張係数
ＲＬ；前記山部の半径
ＲＳ；前記谷部の半径
である。
上記（６）の構成によれば、山部の角度、管壁及び第１部材の熱膨張係数を適宜選択することで、管壁の熱収縮前後の軸線方向長さの差を１０％以内に抑えることができる。
【0015】
（７）一実施形態では、前記（１）～（６）の何れかの構成において、
前記第１部材は、前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有する外側部と、前記外側部よりも熱膨張係数が小さく前記管壁よりも熱膨張係数が大きい内側部と、を含んで構成され、
前記山部の先端部が前記外側部及び前記内側部に挿入され、前記山部の先端部と前記外側部及び前記内側部の各々とは固着面を介して固着されている。
上記（７）の構成によれば、波形配管及び上記構成の第１部材が冷却されると、山部の先端部は外側部及び内側部から上記固着面を介して山部の角度を広げる方向の力を受ける。この力は熱膨張係数の差に応じた大きさを有する。こうして、山部の角度を広げることができる。
前記第１部材は、前記管壁よりも大きい熱膨張係数を有する外側部と、前記外側部よりも熱膨張係数が小さく前記管壁よりも熱膨張係数が大きい内側部と、を含んで構成され、
前記山部の先端部が前記外側部及び前記内側部に挿入され、前記山部の先端部と前記外側部及び前記内側部の各々とは固着面を介して固着されている。
上記（７）の構成によれば、波形配管及び上記構成の第１部材が冷却されると、山部の先端部は外側部及び内側部から上記固着面を介して山部の角度を広げる方向の力を受ける。この力は熱膨張係数の差に応じた大きさを有する。こうして、山部の角度を広げることができる。
【0016】
（８）一実施形態に係る熱収縮緩和機構付き冷却配管は、
前記（１）～（７）の何れかの構成を有する波形配管を含む内側配管と、
前記内側配管の外側に同心状に配置された外側配管と、
を備え、
前記波形配管と前記外側配管との間に真空空間が形成されている。
上記（８）の構成によれば、上記構成の波形配管を備えるために、冷却時における波形配管の軸線方向長さの熱収縮を抑制できる。従って、低温下にある内側配管と常温下にある外側配管との熱収縮量の違いに起因して波形配管が外側配管に接触するのを抑制できるため、波形配管への熱侵入を抑制できる。
前記（１）～（７）の何れかの構成を有する波形配管を含む内側配管と、
前記内側配管の外側に同心状に配置された外側配管と、
を備え、
前記波形配管と前記外側配管との間に真空空間が形成されている。
上記（８）の構成によれば、上記構成の波形配管を備えるために、冷却時における波形配管の軸線方向長さの熱収縮を抑制できる。従って、低温下にある内側配管と常温下にある外側配管との熱収縮量の違いに起因して波形配管が外側配管に接触するのを抑制できるため、波形配管への熱侵入を抑制できる。
【0017】
（９）一実施形態では、前記（８）の構成において、
前記熱収縮緩和機構付き冷却配管は超電導ケーブルの少なくとも一部を構成し、
前記内側配管は、
内部に冷却媒体の往路を形成する第１の前記波形配管と、
前記第１の波形配管の外側に設けられた超電導線層と、
前記超電導線層の外側でかつ前記真空空間の内側に設けられ、前記冷却媒体の復路を形成する第２の前記波形配管と、
を備える。
上記（９）の構成によれば、上記第１の波形配管が冷却媒体の往路を形成し、上記第２の波形配管が冷却媒体の復路を形成するので、これらの波形配管を含む内側配管は冷却時に軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、冷却時に低温下にある内側配管と常温下にある外側配管とは軸線方向の熱収縮の差を抑制できるので、内側配管と外側配管との接触を抑制できる。これによって、内側配管への熱侵入を抑制できる。また、熱収縮緩和機構付き冷却配管（以下「冷却配管」とも言う。）が超電導ケーブルの一部を構成することで、超電導ケーブル全体の軸線長さを調節できる。
前記熱収縮緩和機構付き冷却配管は超電導ケーブルの少なくとも一部を構成し、
前記内側配管は、
内部に冷却媒体の往路を形成する第１の前記波形配管と、
前記第１の波形配管の外側に設けられた超電導線層と、
前記超電導線層の外側でかつ前記真空空間の内側に設けられ、前記冷却媒体の復路を形成する第２の前記波形配管と、
を備える。
上記（９）の構成によれば、上記第１の波形配管が冷却媒体の往路を形成し、上記第２の波形配管が冷却媒体の復路を形成するので、これらの波形配管を含む内側配管は冷却時に軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、冷却時に低温下にある内側配管と常温下にある外側配管とは軸線方向の熱収縮の差を抑制できるので、内側配管と外側配管との接触を抑制できる。これによって、内側配管への熱侵入を抑制できる。また、熱収縮緩和機構付き冷却配管（以下「冷却配管」とも言う。）が超電導ケーブルの一部を構成することで、超電導ケーブル全体の軸線長さを調節できる。
【0018】
（１０）一実施形態では、前記（９）の構成において、
基部に定位置に固定され超電導ケーブルの両端が接続される端末部を備え、前記端末部において前記超電導ケーブルの一部を構成する。
上記（１０）の構成によれば、上記端末部において上記冷却配管が超電導ケーブルの一部を構成することで、冷却時に内側配管の軸線方向の熱収縮を抑制できるため、内側配管と外側配管との接触を抑制でき、内側配管への熱侵入を抑制できる。また、この冷却配管が端末部において超電導ケーブルの一部を構成するため、超電導ケーブル全体の軸線長さを超電導ケーブルの両端に設けられた冷却配管によって調節することができる。
基部に定位置に固定され超電導ケーブルの両端が接続される端末部を備え、前記端末部において前記超電導ケーブルの一部を構成する。
上記（１０）の構成によれば、上記端末部において上記冷却配管が超電導ケーブルの一部を構成することで、冷却時に内側配管の軸線方向の熱収縮を抑制できるため、内側配管と外側配管との接触を抑制でき、内側配管への熱侵入を抑制できる。また、この冷却配管が端末部において超電導ケーブルの一部を構成するため、超電導ケーブル全体の軸線長さを超電導ケーブルの両端に設けられた冷却配管によって調節することができる。
【発明の効果】
【0019】
幾つかの実施形態によれば、波形配管が冷却されたときの波形配管の軸線方向の熱収縮を抑制して軸線長さを調節できる。従って、該波形配管が内側に配置された冷却配管においては、内側配管と外側配管との熱収縮の差に起因した両者の接触などによる内側配管への熱侵入を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】一実施形態に係る波形配管の模式的縦断面図である。
【図3】一実施形態に係る波形配管の一部を拡大して示す模式的縦断面図である。
【図4】一実施形態に係る波形配管の模式的縦断面図である。
【図5】一実施形態に係る波形配管の模式的縦断面図である。
【図6】一実施形態に係る波形配管の模式的縦断面図である。
【図7】波形配管の長さ変化量と山部又は谷部の角度との関係の一例を示す線図である。
【図8】一実施形態に係る熱収縮緩和機構付き冷却配管の横断面図である。
【図9】一実施形態に係る超電導ケーブルの斜視図である。
【図10】一実施形態に係る超電導ケーブルの全体図である。
【図11】従来の真空断熱配管の熱収縮時を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0022】
図１１は、超電導ケーブル１００の構成を模式的に示している。超電導線層（不図示）が設けられた内側配管１０２は、内部に液体窒素などの極低温流体が流れ、極低温に冷却される。内側配管１０２の外側に真空空間Ｓｖを隔てて外側配管１０４が設けられ、外側配管１０４は真空空間Ｓｖの断熱効果で常温下にある。冷却された内側配管１０２のみが熱収縮を起し、内側配管１０２と外側配管１０４との間の熱収縮量の差により曲り角Ｂで外側配管１０４に接触すると、内側配管１０２は常温の外側配管１０４から熱侵入を受ける。特に、夏場においては外側配管１０４の熱膨張量が大きくなり、内側配管１０２との間で大きな伸び差が生じる。これによって、内側配管１０２と外側配管１０４とが接触して熱侵入が起りやすい。
【0023】
図１～図４は、幾つかの実施形態に係る波形配管１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）の縦断面図である。波形配管１０は軸線Ａの方向に沿って山部１４と谷部１６とが交互に形成された管壁１２で構成され、山部１４又は谷部１６の少なくとも一方に収縮抑制部材１８（１８ａ、１８ｂ）が設けられている。収縮抑制部材１８（１８ａ、１８ｂ）は、山部１４に設けられる第１部材１８（１８ａ）又は谷部１６に設けられる第２部材１８（１８ｂ）の少なくとも一方を含む。第１部材１８（１８ａ）は少なくとも外側部が管壁１２を構成する材料より大きい熱膨張係数を有する材料で構成され、第２部材１８（１８ｂ）は管壁１２を構成する材料より小さい熱膨張係数を有する材料で構成される。
【0024】
図１及び図２は、山部１４に第１部材１８（１８ａ）が設けられた実施形態を示し、図３は、谷部１６に第２部材１８（１８ｂ）が設けられた実施形態を示し、図４は、山部１４に第１部材１８（１８ａ）が設けられ、谷部１６に第２部材１８（１８ｂ）が設けられた実施形態を示す。
【0025】
図１及び図２に示すように、山部１４に第１部材１８（１８ａ）が設けられた波形配管１０（１０Ａ）では、第１部材１８（１８ａ）の熱収縮量が山部１４の熱収縮量より大きいために、波形配管１０（１０Ａ）が冷却されると、第１部材１８（１８ａ）が山部１４を波形配管１０（１０Ａ）の径方向外側から内側へ収縮させる収縮力が働く。この収縮力が山部１４の角度をφからφ’に押し広げる方向に働く（φ＜φ’）。こうして、第１部材１８（１８ａ）は径方向内側の１８（１８ａ）’へ熱収縮するため、山部１４の角度φがφ’に広がる。山部１４の角度φがφ’に広がると、波形配管１０（１０Ａ）の軸線方向の熱収縮が抑制される。
【0026】
図３に示すように、谷部１６に第２部材１８（１８ｂ）が設けられた波形配管１０（１０Ｂ）では、波形配管１０（１０Ｂ）が冷却されると、第２部材１８（１８ｂ）の熱収縮量が谷部１６の熱収縮量より小さいために、谷部１６の径方向内側への熱収縮が第２部材１８（１８ｂ）によって抑えられる。そして、管壁１２の他の部位の熱収縮によって山部１４の角度φがφ’に押し広げられるため、波形配管１０（１０Ｂ）の軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）の熱膨張係数を選択し、山部１４の角度増加分を調節することで、波形配管１０（１０Ａ、１０Ｂ）の軸線長さを調節できる。図４に示す波形配管１０（１０Ｃ）は、第１部材１８（１８ａ）及び第２部材１８（１８ｂ）を備えるため、これら部材の相乗効果により波形配管１０（１０Ｃ）の熱収縮抑制効果を向上できる。
【0027】
一実施形態では、図１～図４に示すように、収縮抑制部材１８（１８ａ、１８ｂ）としての第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）の少なくとも一方は、波形配管１０の周方向に沿って山部１４又は谷部１６に設けられた線状部材で構成される。この線状部材は、山部１４又は谷部１６に沿って管壁１２の一周り以上の長さに延在する。図１～図４は、いずれも第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）として線状部材が設けられた実施形態を示す。
【0028】
この実施形態によれば、第１部材１８（１８ａ）として上記線状部材が山部１４に設けられるとき、管壁１２の全周に亘り設けられた線状部材の軸線方向の熱収縮によって、山部１４は径方向外側から内側へ収縮力を付加され、山部１４の角度が広がる。第２部材１８（１８ｂ）として上記線状部材が谷部１６に設けられたとき、管壁１２の全周に亘り設けられた線状部材が谷部１６の径方向内側への熱収縮を抑えるため、谷部１６の角度が広がる。こうして、波形配管１０（１０Ａ、１０Ｂ）の軸線方向の熱収縮を抑制できる。また、線状部材の熱膨張係数を選択し、山部１４又は谷部１６の角度増加分を調節することで、波形配管１０の軸線長さを調節できる。
図４は、第１部材１８（１８ａ）及び第２部材１８（１８ｂ）が共に線状部材で構成された実施形態を示す。
図４は、第１部材１８（１８ａ）及び第２部材１８（１８ｂ）が共に線状部材で構成された実施形態を示す。
【0029】
第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）はどちらか一方又は両方が上記線状部材で構成されるが、線状部材は必ずしも山部１４又は谷部１６の全域に設ける必要はなく、その熱収縮抑制効果に応じて山部１４又は谷部１６の一部のみに設けることができる。
一実施形態では、第２部材は山部１４の外側に設けられ、第２部材１８（１８ｂ）は谷部１６の内側に設けられる。
一実施形態では、第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）は山部１４又は谷部１６に溶接などの方法で固着される。しかし、山部１４又は谷部１６の熱収縮を抑える機能を保持できる条件下で、固着以外の方法によって山部１４又は谷部１６に固定してもよい。例えば、図１及び図２に示すように、第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）として用いられる線状部材に軸線方向に切込み２０を形成し、切込み２０に山部１４又は谷部１６の先端部を篏合させて固定するようにしてもよい。
一実施形態では、第２部材は山部１４の外側に設けられ、第２部材１８（１８ｂ）は谷部１６の内側に設けられる。
一実施形態では、第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）は山部１４又は谷部１６に溶接などの方法で固着される。しかし、山部１４又は谷部１６の熱収縮を抑える機能を保持できる条件下で、固着以外の方法によって山部１４又は谷部１６に固定してもよい。例えば、図１及び図２に示すように、第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）として用いられる線状部材に軸線方向に切込み２０を形成し、切込み２０に山部１４又は谷部１６の先端部を篏合させて固定するようにしてもよい。
【0030】
一実施形態では、山部１４及び谷部１６を含む管壁１２を熱膨張係数βがβ＝１６×１０－６／℃であるＳＵＳ３１６で構成し、第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）として、熱膨張係数βがβ＝１７．３×１０－６／℃であるＳＵＳ３０４製の線状部材を山部１４又は谷部１６に設ける。
【0031】
一実施形態では、図１～図３に示すように、山部１４及び谷部１６は波形配管１０の軸線方向に沿って並列に並ぶ複数の独立した凹凸を形成する。そして、第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）としての線状部材は山部１４又は谷部１６に設けられ、管壁１２の周方向に沿って管壁１２の全周に亘って配置される１個以上のリングで構成される。
この実施形態によれば、上記線状部材は管壁１２の全周を囲繞する１個又は複数個の円形のリングで構成されているため、山部１４に作用する収縮力又は谷部１６の熱収縮に対する抑止力を十分発揮できる。例えば、リング状の線状部材が山部１４の径方向外側に配置されたとき、山部１４に対して外側から内側へ大きな収縮力を付加できる。また、リング状の線状部材が谷部１６の径方向内側に配置されたとき、谷部１６の径方向内側へ向かう熱収縮に対して大きな抑止力を発揮できる。
この実施形態によれば、上記線状部材は管壁１２の全周を囲繞する１個又は複数個の円形のリングで構成されているため、山部１４に作用する収縮力又は谷部１６の熱収縮に対する抑止力を十分発揮できる。例えば、リング状の線状部材が山部１４の径方向外側に配置されたとき、山部１４に対して外側から内側へ大きな収縮力を付加できる。また、リング状の線状部材が谷部１６の径方向内側に配置されたとき、谷部１６の径方向内側へ向かう熱収縮に対して大きな抑止力を発揮できる。
【0032】
図４は一実施形態に係る波形配管を示す。この波形配管１０（１０Ｃ）は、山部１４及び谷部１６が螺旋状に形成されている。そのため、山部１４又は谷部１６に沿って第１部材１８（１８ａ）又は第２部材１８（１８ｂ）としての螺旋状の線状部材が山部１４又は谷部１６の少なくとも一方に設けられる。螺旋状の線状部材が管壁１２の周囲に一周り以上延在するため、山部１４への収縮力又は谷部１６の熱収縮に対する抑止力として十分な力を発揮できる。また、１本の線状部材を連続的に山部１４又は谷部１６に掛け回せばよいので、線状部材の取付けが容易である。
なお、上記線状部材は中実材であってもよく、あるいは内部に空間を有する中空材であってもよい。
なお、上記線状部材は中実材であってもよく、あるいは内部に空間を有する中空材であってもよい。
【0033】
図５は、一実施形態に係る波形配管１０（１０Ｄ）を示す。図５において、収縮抑制部材１８（１８ｃ）は、山部１４より熱膨張係数が大きくかつ管壁１２の外側に管壁１２を囲繞するように配置されたスリーブで構成される。
この実施形態によれば、波形配管１０（１０Ｄ）及び上記スリーブが冷却されたとき、上記スリーブは山部１４より熱収縮量が増加するために、山部１４に対して径方向内側へ収縮させる収縮力を作用する。これによって、山部１４の角度が押し広げられるため、波形配管１０（１０Ｄ）の軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、スリーブの熱膨張係数を選択し、山部１４の角度増加分を調節することで、波形配管１０（１０Ｄ）の軸線長さを調節できる。また、上記スリーブは管壁１２の外側に容易に配置できる。
この実施形態によれば、波形配管１０（１０Ｄ）及び上記スリーブが冷却されたとき、上記スリーブは山部１４より熱収縮量が増加するために、山部１４に対して径方向内側へ収縮させる収縮力を作用する。これによって、山部１４の角度が押し広げられるため、波形配管１０（１０Ｄ）の軸線方向の熱収縮が抑制される。従って、スリーブの熱膨張係数を選択し、山部１４の角度増加分を調節することで、波形配管１０（１０Ｄ）の軸線長さを調節できる。また、上記スリーブは管壁１２の外側に容易に配置できる。
【0034】
一実施形態では、図５に示す波形配管１０（１０Ｄ）は山部１４及び谷部１６が螺旋状に形成されている。そして、谷部１６に第２部材１８（１８ｂ）として線状部材が螺旋状に設けられている。また、上記スリーブを設けていない山部１４には第１部材１８（１８ａ）として線状部材が螺旋状に設けられている。このように、スリーブと線状部材とを併設することで、山部１４に対する熱収縮力及び谷部１６の熱収縮に対する抑止力を高め、波形配管１０（１０Ｄ）の軸線方向の熱収縮量の抑制効果を増大できる。
【0035】
一実施形態では、図２に示すように、熱収縮前の山部１４と谷部１６との間の距離をλ、波形配管１０の使用時（冷却時）における管壁１２の温度低下量をΔＴ、熱収縮前の山部１４の角度をφとしたとき、熱収縮後の山部１４と谷部１６との間の距離λ’及び熱収縮後の山部１４の角度φ’は、下記式を満たすように構成される。
０．９≦［λ×ｓｉｎ（φ／２）］／［λ’×ｓｉｎ（φ’／２）］≦１．１ （１）
λ’＝λ×（１－βｂ×ΔＴ）
φ’／２＝ｃｏｓ－１［（ＲＬ×（１－βｓ×ΔＴ）－ＲＳ×（１－βｂ×ΔＴ））／λ’］
ここで、βｂ；管壁１２の熱膨張係数
βｓ；山部１４に設けられた第１部材１８（１８ａ）の熱膨張係数
ＲＬ；山部１４の半径（軸線Ａからの距離）
ＲＳ；谷部１６の半径（軸線Ａからの距離）
である。
０．９≦［λ×ｓｉｎ（φ／２）］／［λ’×ｓｉｎ（φ’／２）］≦１．１ （１）
λ’＝λ×（１－βｂ×ΔＴ）
φ’／２＝ｃｏｓ－１［（ＲＬ×（１－βｓ×ΔＴ）－ＲＳ×（１－βｂ×ΔＴ））／λ’］
ここで、βｂ；管壁１２の熱膨張係数
βｓ；山部１４に設けられた第１部材１８（１８ａ）の熱膨張係数
ＲＬ；山部１４の半径（軸線Ａからの距離）
ＲＳ；谷部１６の半径（軸線Ａからの距離）
である。
【0036】
図２に示すように、熱収縮前の波形配管１０の軸線方向の単位波形長をξとしたとき、次の式が成り立つ。
λ＝（ＲＬ－ＲＳ）／ｃｏｓ（φ／２）
ξ＝２λｓｉｎ（φ／２）
温度がΔＴ低下した後の山部１４の半径ＲＬ（ΔＴ）、谷部１６の半径ＲＳ（ΔＴ）及び山部１４と谷部１６との間の距離λ’は、次の式で求められる。
ＲＬ（ΔＴ）＝ＲＬ（１－βｓ×ΔＴ）
ＲＳ（ΔＴ）＝ＲＳ（１－βｂ×ΔＴ）
λ’＝λ（１－βｂ×ΔＴ）
そして、次の式が成り立つ。
φ’＝ｃｏｓ－１［（ＲＬ（ΔＴ）－ＲＳ（ΔＴ））／λ’］ （２）
上記式（２）から、温度がΔＴ低下した後の単位波形長ξ（ΔＴ）を求める次の式（３）が導かれる。
ξ（ΔＴ）＝２λ’ｓｉｎ（φ’／２） （３）
従って、ξとξ（ΔＴ）との比である上記式（１）を満たすことができるように、山部１４の角度φ、管壁１２の熱膨張係数βｂ及び第１部材１８（１８ａ）の熱膨張係数βｓを適宜選択することで、管壁１２の熱収縮前後の軸線方向長さの比を±１０％以内に抑えることができる。
λ＝（ＲＬ－ＲＳ）／ｃｏｓ（φ／２）
ξ＝２λｓｉｎ（φ／２）
温度がΔＴ低下した後の山部１４の半径ＲＬ（ΔＴ）、谷部１６の半径ＲＳ（ΔＴ）及び山部１４と谷部１６との間の距離λ’は、次の式で求められる。
ＲＬ（ΔＴ）＝ＲＬ（１－βｓ×ΔＴ）
ＲＳ（ΔＴ）＝ＲＳ（１－βｂ×ΔＴ）
λ’＝λ（１－βｂ×ΔＴ）
そして、次の式が成り立つ。
φ’＝ｃｏｓ－１［（ＲＬ（ΔＴ）－ＲＳ（ΔＴ））／λ’］ （２）
上記式（２）から、温度がΔＴ低下した後の単位波形長ξ（ΔＴ）を求める次の式（３）が導かれる。
ξ（ΔＴ）＝２λ’ｓｉｎ（φ’／２） （３）
従って、ξとξ（ΔＴ）との比である上記式（１）を満たすことができるように、山部１４の角度φ、管壁１２の熱膨張係数βｂ及び第１部材１８（１８ａ）の熱膨張係数βｓを適宜選択することで、管壁１２の熱収縮前後の軸線方向長さの比を±１０％以内に抑えることができる。
【0037】
図６は一実施形態に係る波形配管１０（１０Ｅ）を示す。図６において、第１部材１８（１８ｄ）は、管壁１２より大きい熱膨張係数を有する外側部２２と、外側部２２に軸線Ａ方向に沿う固着面Ｓｆを介して固着され、外側部２２より熱膨張係数が小さく、かつ管壁１２より熱膨張係数が大きい内側部２４と、を含んで構成されている。そして、山部１４の先端部が外側部２２及び内側部２４の内部に挿入され、山部１４の先端部は外側部２２及び内側部２４に夫々固着面を介して固着されている。
この実施形態によれば、波形配管１０（１０Ｅ）及び上記構成の第１部材１８（１８ｄ）が冷却されると、山部１４の先端部は、外側部２２及び内側部２４から、これらと山部１４の先端部との固着面を介して山部１４の角度φを広げる方向の力Ｆ２２及びＦ２４を受ける。力Ｆ２２及びＦ２４は、熱膨張係数の差に応じた大きさを有する。これによって、山部１４の角度φを広げることができる。
この実施形態によれば、波形配管１０（１０Ｅ）及び上記構成の第１部材１８（１８ｄ）が冷却されると、山部１４の先端部は、外側部２２及び内側部２４から、これらと山部１４の先端部との固着面を介して山部１４の角度φを広げる方向の力Ｆ２２及びＦ２４を受ける。力Ｆ２２及びＦ２４は、熱膨張係数の差に応じた大きさを有する。これによって、山部１４の角度φを広げることができる。
【0038】
管壁１２の熱膨張係数をβ１２とし、外側部２２の熱膨張係数をβ２２とし、内側部２４の熱膨張係数をβ２４としたとき、
β１２＜β２４＜β２２
が成り立つ。波形配管１０（１０Ｅ）を冷却すると、外側部２２及び内側部２４が熱収縮するので、山部１４の先端部に対して力Ｆ２２及びＦ２４が加わり、山部１４の角度φを広げることができる。外側部２２及び内側部２４の熱膨張係数の差から、
Ｆ２４＜Ｆ２２
が成り立つ。内側部２４だけで管壁１２に力Ｆ２４を加えることができるため、力Ｆ２４だけで山部１４の先端部の角度φを広げることができるが、外側部２２によってさらに大きな力Ｆ２２を付加できるので、角度φをさらに広げることができる。
β１２＜β２４＜β２２
が成り立つ。波形配管１０（１０Ｅ）を冷却すると、外側部２２及び内側部２４が熱収縮するので、山部１４の先端部に対して力Ｆ２２及びＦ２４が加わり、山部１４の角度φを広げることができる。外側部２２及び内側部２４の熱膨張係数の差から、
Ｆ２４＜Ｆ２２
が成り立つ。内側部２４だけで管壁１２に力Ｆ２４を加えることができるため、力Ｆ２４だけで山部１４の先端部の角度φを広げることができるが、外側部２２によってさらに大きな力Ｆ２２を付加できるので、角度φをさらに広げることができる。
【0039】
外側部２２及び内側部２４は、図１～図４に示すように、管壁１２の周方向に巻回される線状部材であってもよく、あるいは別な形状を有する部材であってもよい。線状部材である場合、力Ｆ２２及びＦ２４の作用と、線状部材の軸線方向の熱収縮との相乗効果により、角度φの拡大効果を増すことができる。
【0040】
図７は、山部１４又は谷部１６の角度φと冷却後の波形配管１０の軸線方向長さの変化量との関係を示す線図である。波形配管１０が冷却されると、冷却温度によって、波形配管１０の軸線方向の熱収縮量が第１部材１８（１８ａ）及び第２部材１８（１８ｂ）の作用による伸長量を上回って波形配管１０の軸線方向長さが減少する領域と、伸長量が熱収縮量を上回って波形配管１０の軸線方向長さが増加する領域とが存在する。従って、山部１４又は谷部１６の角度φを上記２つの領域の境界に当たる角度とすることで、冷却後の波形配管１０の熱収縮をなくすことができる。
【0041】
一実施形態では、第１部材１８（１８ｄ）及び第２部材１８（１８ｂ）が線状部材であり、線状部材の管壁１２における延在方向長さは、波形配管１０が冷却されたとき、常温より低い一部の温度領域で管壁１２の軸線方向の熱収縮量と、線状部材の熱収縮による管壁１２の軸線方向の伸長量とが相殺されるように調節される。即ち、波形配管１０が冷却される設定温度で熱収縮量と伸長量との差が閾値以内となるように、予め線状部材の延在方向長さを設定しておけば、波形配管１０が上記設定温度に冷却されたとき、波形配管１０の熱収縮量を閾値以内に抑えることができる。
【0042】
一実施形態では、図５に示す収縮抑制部材１８（１８ｃ）としてのスリーブの軸線方向長さは、常温より低い一部の温度領域で管壁１２の軸線方向長さの熱収縮量と、スリーブの熱収縮によって生じる管壁１２の軸線方向長さの伸長量とが閾値以内となるように調節される。即ち、波形配管１０（１０Ｄ）が冷却される設定温度で熱収縮量と伸長量とが同一となるように、予めスリーブの軸線方向長さを設定しておけば、波形配管１０（１０Ｄ）が上記設定温度に冷却されたとき、波形配管１０（１０Ｄ）の熱収縮量を閾値以内に抑えることができる。
【0043】
一実施形態に係る熱収縮緩和機構付き冷却配管３０（以下「冷却配管３０」とも言う。）は、図８に示すように、上記各実施形態の構成を有する波形配管１０を含む内側配管と、該内側配管の外側に同心状に配置された外側配管３２と、を備え、波形配管１０と外側配管３２との間に真空空間Ｓｖが形成されている。波形配管１０の内部に形成される流路Ｐｆには、例えば、液体窒素、液体ヘリウム、ＬＮＧ等の低温流体が流れている。波形配管１０は低温流体によって冷却されるが、波形配管１０と外側配管３２との間に真空空間Ｓｖが形成されているため、真空空間Ｓｖで外部からの熱侵入が抑制される。真空空間Ｓｖで熱遮断されるため、外側配管３２は常温又は常温付近の温度に保たれる。
【0044】
冷却配管３０は、波形配管１０によって低温流体の流路Ｐｆが形成されるために、低温流体によって冷却される波形配管１０の軸線方向長さの熱収縮を抑えることができる。従って、冷却された内側配管と常温の外側配管３２との熱収縮量の違いに起因して内側配管が外側配管３２に接触するのを抑制できる。これによって、真空空間Ｓｖの断熱機能を維持できるため、内側配管への熱侵入を抑制できる。
一実施形態では、外側配管３２の内側に断熱層３４が形成される。断熱層３４によって外部からの熱侵入をさらに抑制できる。
一実施形態では、外側配管３２の内側に断熱層３４が形成される。断熱層３４によって外部からの熱侵入をさらに抑制できる。
【0045】
冷却配管３０は超電導ケーブルの少なくとも一部に適用できる。図９は、冷却配管３０を超電導ケーブルに適用したときの構成を示す斜視図である。この超電導ケーブル４０は、中心に液体窒素などの冷却媒体が流れる流路Ｐｆ１（往路）を形成する内側極低温配管４２（第１の波形配管）が設けられる。内側極低温配管４２の外側に超電導線層４４が設けられ、超電導線層４４の外側に熱・電気絶縁層４６を設け、その外側に冷却媒体の流路Ｐｆ２（復路）を形成する二重管４７（第２の波形配管）が設けられる。この実施形態では、内側極低温配管４２から二重管４７までが内側配管４８として構成される。
そして、二重管４７の外側に真空空間Ｓｖが形成され、真空空間Ｓｖの外側に断熱層４９が形成され、断熱層４９の外側に外側配管５０が設けられる。極低温配管４２及び二重管４７は波形配管１０で構成される。
そして、二重管４７の外側に真空空間Ｓｖが形成され、真空空間Ｓｖの外側に断熱層４９が形成され、断熱層４９の外側に外側配管５０が設けられる。極低温配管４２及び二重管４７は波形配管１０で構成される。
【0046】
この実施形態によれば、波形配管１０で構成された極低温配管４２が冷却媒体の往路を形成し、波形配管１０で構成された二重管４７が冷却媒体の復路を形成するので、極低温配管４２及び二重管４７を含む内側配管４８は冷却時に軸線方向の熱収縮を抑制できる。従って、冷却時に低温下にある内側配管４８と常温付近の外側配管５０とは軸線方向の熱収縮の差を抑制できるので、内側配管４８と外側配管５０との接触を抑制でき、これによって、内側配管４８への熱侵入を抑制できる。また、冷却配管３０が超電導ケーブル４０の一部を構成することで、超電導ケーブル全体の軸線長さを調節できる。
【0047】
一実施形態では、図１０に示すように、超電導ケーブル４０の両端は、端末部５２に接続される。端末部５２は定位置に動かないように固定されている。そして、冷却配管３０は、端末部５２あるいは端末部５２の近くにおいて、超電導ケーブル４０の一部を構成する。超電導ケーブル４０の両端部の溶接部分には内側配管４８の熱収縮により大きな力が加わる。これが原因となって真空空間Ｓｖの真空度が劣化するおそれがある。本実施形態によれば、端末部５２又は端末部５２の近くに冷却配管３０を設けることで、冷却時に端末部付近の超電導ケーブル４０の応力増加を抑制できると共に、内側配管４８の軸線方向の熱収縮を抑制できるため、内側配管４８と外側配管５０との接触を抑制でき、内側配管４８への熱侵入を抑制できる。また、冷却配管３０が端末部５２において超電導ケーブル４０の一部を構成するため、超電導ケーブル全体の軸線長さを超電導ケーブル４０の両端に設けられた冷却配管３０によって調節することができる。
なお、図１０に示す実施形態では、超電導ケーブル４０の内側配管４８の軸線方向収縮を吸収するためのオフセット部５４を備えている。
なお、図１０に示す実施形態では、超電導ケーブル４０の内側配管４８の軸線方向収縮を吸収するためのオフセット部５４を備えている。
【0048】
冷却配管３０は、超電導ケーブルだけでなく、液体窒素や液体ヘリウム等の極低温流体を輸送するための真空断熱配管にも適用できる。この場合、極低温流体による熱収縮によって配管両端部に発生する応力を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【0049】
幾つかの実施形態によれば、波形配管が冷却されたときの軸線方向の熱収縮を抑制して軸線長さを調節できる。また、該波形配管が内側に配置された断熱配管が適用される超電導ケーブルや極低温流体の輸送設備等において、極低温の内側配管と常温付近の外側配管との熱収縮の差に起因した両者の接触などによる内側配管への熱侵入を効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【0050】
１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ） 波形配管
１２ 管壁
１４ 山部
１６ 谷部
１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ） 収縮抑制部材
１８ａ、１８ｄ 第１部材
１８ｂ 第２部材
１８ｃ スリーブ
２０ 切込み
２２ 外側部
２４ 内側部
３０ 熱収縮緩和機構付き冷却配管
３２、５０、１０４ 外側配管
３４、４９ 断熱層
４０、１００ 超電導ケーブル
４２ 内側極低温配管（第１の波形配管）
４４ 超電導線層
４６ 熱・電気絶縁層
４７ 二重管（第２の波形配管）
４８、１０２ 内側配管
５２ 端末部
５４ オフセット部
Ａ 軸線
Ｂ 曲り角
Ｐｆ 流路
Ｐｆ１ 流路（往路）
Ｐｆ２ 流路（復路）
Ｓｆ 固着面
Ｓｖ 真空空間
１２ 管壁
１４ 山部
１６ 谷部
１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ） 収縮抑制部材
１８ａ、１８ｄ 第１部材
１８ｂ 第２部材
１８ｃ スリーブ
２０ 切込み
２２ 外側部
２４ 内側部
３０ 熱収縮緩和機構付き冷却配管
３２、５０、１０４ 外側配管
３４、４９ 断熱層
４０、１００ 超電導ケーブル
４２ 内側極低温配管（第１の波形配管）
４４ 超電導線層
４６ 熱・電気絶縁層
４７ 二重管（第２の波形配管）
４８、１０２ 内側配管
５２ 端末部
５４ オフセット部
Ａ 軸線
Ｂ 曲り角
Ｐｆ 流路
Ｐｆ１ 流路（往路）
Ｐｆ２ 流路（復路）
Ｓｆ 固着面
Ｓｖ 真空空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】