JP2004199940A - Superconducting cable device - Google Patents
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Abstract
【課題】全体として通電効率を向上させることができる超電導ケーブル装置を得ることを目的とする。
【解決手段】ケーブル管14内には、冷媒が流されている、また、ケーブル管14内には、3本の超電導導体1が配置されている。各超電導導体1は、冷媒の冷却により超電導状態で通電される。超電導導体1は、ケーブル管14に沿って順次接続された第1〜第3単位導体部を有している。冷媒の上流側に配置された第1単位導体部の断面積は、下流側に配置された第3単位導体部の断面積よりも小さくなっている。
【選択図】 図2An object of the present invention is to obtain a superconducting cable device capable of improving current-carrying efficiency as a whole.
A coolant flows in a cable tube, and three superconducting conductors are arranged in the cable tube. Each superconducting conductor 1 is energized in a superconducting state by cooling the refrigerant. The superconducting conductor 1 has first to third unit conductors connected sequentially along the cable tube 14. The cross-sectional area of the first unit conductor disposed on the upstream side of the refrigerant is smaller than the cross-sectional area of the third unit conductor disposed on the downstream side.
[Selection] Fig. 2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超電導導体が収容されたケーブル管内に超電導導体を冷却するための冷媒が流される超電導ケーブル装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の三相一括形の超電導ケーブル装置では、3本の超電導導体が1つのケーブル管内に配置されている。各超電導導体は、ケーブル管内に流される冷媒により冷却される。また、超電導導体の断面積は、いずれの箇所においても同一となっている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
【非特許文献1】
本庄 昇一、高橋 芳久、「100m超電導ケーブル実用性検証試験の概要」、「低温工学」、2001年5月25日、Vol.36 No.5 2001、p.242−248
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の超電導ケーブル装置では、冷媒がケーブル管内で熱を吸収するので、冷媒の温度はケーブル管の冷媒入口側よりも冷媒出口側のほうが高くなっている。また、超電導導体の臨界電流値は、温度が高いほど小さくなるので、冷媒出口側で最小になる。このことから、超電導導体の許容最大通電電流値は、冷媒出口側の臨界電流値を基準に決定される。即ち、超電導導体の許容最大通電電流値は、冷媒入口側での超電導導体の通電能力に余裕があるにも拘わらず、冷媒出口側の臨界電流値によって低く抑えられてしまう。
【0005】
このように、従来の超電導ケーブル装置では、冷媒入口側での超電導導体の通電能力を有効に活用することができない。即ち、冷媒入口側及び冷媒出口側の超電導導体の通電能力に差があることは、超電導ケーブル装置全体としての通電効率の向上の妨げとなる。
【0006】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、全体として通電効率を向上させることができる超電導ケーブル装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超電導ケーブル装置は、内部に冷媒が流されるケーブル管、及びケーブル管内に配置され、冷媒の流れの下流側よりも上流側で断面積が小さくなっている超電導導体を備えている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。図において、超電導導体1は、冷却管2内に配置されている。超電導導体1の一端部は送電側電力変換器3に接続され、他端部は受電側電力変換器4に接続される。これにより、送電側電力変換器3からの電力は、超電導導体1を介して受電側電力変換器4に送られる。冷却管2内には、超電導導体1を冷却するために、冷媒が送電側電力変換器3側から受電側電力変換器4側へ向けて流される。冷媒は、冷却ステーション5で冷却される。冷媒としては、例えば過冷却された液体窒素が用いられる。
【0009】
冷却ステーション5は、冷媒を冷却する冷凍機6と、冷凍機6で冷却された冷媒を溜める冷媒槽7と、冷媒槽7に溜められた冷媒を冷却管2内に供給する送液ポンプ8とを有している。冷却ステーション5からの冷媒は、送液ポンプ8により冷却管2の冷媒入口2aに送られて冷却管2内を流された後、冷却管2の冷媒出口2bから冷却ステーション5へ戻される。即ち、冷媒は、送液ポンプ8の動力によって冷却ステーション5と冷却管2内との間を循環される。
【0010】
冷却管2は、超電導導体1に沿って配置された3つの単位管部9,10,11を有している。各単位管部9,10,11の間には、単位管部9,10,11を連結する中継部12,13がそれぞれ配置されている。
【0011】
図2は図1のII-II線に沿った断面図、図3は図1のIII-III線に沿った断面図であり、また図4は図1のIV-IV線に沿った断面図である。図において、単位管部9,10,11は、内部に3本の超電導導体1が配置された円筒状のケーブル管部14a,14b,14cと、真空断熱層15を介してケーブル管部14a,14b,14cを囲んでいる円筒状の外管部16a,16b,16cとを有している。
なお、ケーブル管14は、ケーブル管部14a,14b,14cを有している。保護外管16は、外管部16a,16b,16cを有している。また、各超電導導体1は、短絡防止のため、電気絶縁物17により被覆されている。さらに、ケーブル管部14a,14b,14cの内径は互いに同一であり、外管部16a,16b,16cの内径も互いに同一である。
【0012】
冷媒は、ケーブル管14内を流される。即ち、冷媒は、ケーブル管14の内壁面と電気絶縁物17により被覆された超電導導体1との間の冷媒通路18を流される。各超電導導体1は、冷媒により冷却され、超電導状態が保たれる。
【0013】
各超電導導体1は、冷媒入口2a側(図1)から冷媒出口2b側(図1)に向かって順次接続された第1〜第3単位導体部19,20,21を有している。また、第1〜第3単位導体部19,20,21は、単位管部9,10,11内にそれぞれ配置され、中継部12,13(図1)の位置と同位置で接続されている。
【0014】
第1単位導体部19の断面積は、第2単位導体部20の断面積よりも小さく、第2単位導体部20の断面積は、第3単位導体部21の断面積よりも小さくなっている。即ち、超電導導体1の断面積は、冷媒の下流側よりも上流側で小さくなっている。このことから、冷媒通路18の断面積は、冷媒の下流側よりも上流側で大きくなっている。
なお、超電導導体1は、Bi2223線材である。
【0015】
図5は、Bi2223線材の超電導導体の臨界電流値比と冷却温度との関係を示すグラフである。なお、臨界電流値比は、冷却温度77Kでの臨界電流値と各冷却温度での臨界電流値との比である。図5に示すように、冷却温度65Kでの臨界電流値は、冷却温度77Kでの臨界電流値の約1.5倍となっている。これは、超電導導体1の冷却温度が77Kから65Kに低下することにより超電導導体1が約1.5倍の電流を超電導状態で流すことができることを示している。即ち、超電導導体1は、冷却温度が低いほど多くの電流を流すことができる。
【0016】
超電導導体1を冷却する冷媒の温度は、冷媒入口2a側から冷媒出口2b側に向かって徐々に高くなっているので、超電導導体1の臨界電流値は、冷媒の流れる方向に沿って徐々に小さくなる。これに対して、超電導導体1の断面積が冷媒入口2a側から冷媒出口2b側に向かって徐々に大きくされることにより、超電導導体1の通電可能電流値は、冷媒の流れる方向に沿って徐々に大きくなる。従って、超電導導体1の断面積と冷媒の温度とのバランスを調整することによって、超電導導体1の許容最大通電電流値を部分ごとに決定することができる。
【0017】
実施の形態1における超電導導体1の断面積は、許容最大通電電流値がいずれの箇所においてもほぼ同一になるように、冷媒出口2b側よりも冷媒入口2a側で小さくされている。ここでは、第1単位導体部19の断面積は、第3単位導体部21の断面積の約70%の大きさにされ、第2単位導体部20の断面積は、第3単位導体部21の断面積の約85%の大きさにされている。
【0018】
このような構成の超電導ケーブル装置では、超電導導体1の断面積が冷媒の下流側よりも上流側で小さくされているので、従来無駄になっていた超電導導体1の通電能力をカットすることができ、超電導導体1の中での許容最大通電電流値の大きさの不均衡を小さくすることができる。このことから、超電導ケーブル装置全体としての通電効率を向上させることができる。
【0019】
また、超電導導体1の断面積が冷媒の上流側で小さくなっているので、その分だけ超電導導体1の材料が減り、コストを削減することができる。
【0020】
また、冷媒の上流側での超電導導体1の断面積の縮小により、上流側では冷媒通路18の断面積を大きくすることができ、冷媒の圧力損失を小さくすることができる。これにより、送液ポンプ6の動力を小さくすることができ、設備コストを削減することができる。さらに、複数の冷却ステーション5が設置される場合、冷媒の移送距離を長くすることができるので、冷却ステーション5の設置数を少なくすることができ、設備コストをさらに削減することができる。
【0021】
また、超電導導体1は、その長さ方向に沿って互いに接続された第1〜第3単位導体部19,20,21を有しているので、長距離に渡って超電導導体1を容易に作製することができる。
【0022】
なお、上記の例では、超電導導体1の断面積は、冷媒出口2b側から冷媒入口2a側に向かって段階的に小さくなっているが、冷媒の温度勾配に応じて連続的に小さくなっていてもよい。即ち、超電導導体1の断面径をテーパ状に変化させてもよい。このようにすれば、超電導導体1の中での許容最大通電電流値の大きさの不均衡をさらに小さくすることができる。
【0023】
また、上記の例では、超電導導体1は互いに接続された第1〜第3単位導体部19,20,21を有しているが、1本の超電導導体1の径を長さ方向に沿って段階的に変化させてもよい。
【0024】
また、上記の例では、第1〜第3単位導体部19,20,21の接続箇所は、中継部12,13の位置と同位置となっているが、この位置に限定されず冷却管2内であればどこでもよい。
さらに、上記の例では、冷却管2は、3つの単位管部9,10,11に分割されているが、分割数は3つに限定されず、また分割されていなくてもよい。
【0025】
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。図において、冷却管2は、超電導導体1に沿って冷媒入口2a側から冷媒出口2b側へ順次配置された単位管部25,26,27を有している。単位管部25,26,27は、中継部28,29によって互いに連結されている。
【0026】
単位管部25,26,27は、実施の形態1と同様に、円筒状のケーブル管部と、断熱層を介してケーブル管部を囲んでいる円筒状の外管部とを有しているが、単位管部25,26,27の外径は、互いに異なっている。即ち、単位管部25の外径D1は単位管部26の外径D2よりも小さく、単位管部26の外径D2は単位管部27の外径D3よりも小さくなっている。また、各ケーブル管部の内径は、冷媒通路18(図2〜図4参照)の断面積が同一又はほぼ同一となるように、設定されている。他の構成は実施の形態1と同様である。
【0027】
このような構成の超電導ケーブル装置では、冷却管2の外径が冷媒出口2b側よりも冷媒入口2a側で小さくなっているので、限られた空間内では、冷却管2を冷媒出口2b側よりも冷媒入口2a側で多く配置することができる。従って、例えば地中に埋設されている電力ケーブル用管路に、送電側電力変換器3側の冷却管2を多数収納することができ、電力供給系統数を増加させることができる。ここで、受電側電力変換器4側の冷却管2の外径は、送電側電力変換器3側よりも大きいので、電力供給系統数を増加させることはできないが、各系統の受電側電力変換器4は通常異なる場所に設置され、電力ケーブル用管路は途中で分岐されているので、電力ケーブル用管路の末端では電力供給系統数が送電側電力変換器3側よりも少なくなり、受電側電力変換器4側でも電力ケーブル用管路に冷却管2を問題なく収納することができる。
【0028】
なお、上記の例では、冷却管2は、冷媒出口2b側から冷媒入口2a側に向かって段階的に小さくなっているが、内部に配置される超電導導体1の径に応じて連続的に小さくなっていてもよい。
【0029】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係る超電導ケーブル装置は、内部に冷媒が流されるケーブル管、及びケーブル管内に配置され、冷媒の流れの下流側よりも上流側で断面積が小さくなっている超電導導体を備えているので、超電導導体の中での許容最大通電電流値の大きさの不均衡を小さくすることができ、全体としての通電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。
【図2】図1のII-II線に沿った断面図である。
【図3】図1のIII-III線に沿った断面図である。
【図4】図1のIV-IV線に沿った断面図である。
【図5】Bi2223線材の超電導導体の臨界電流値比と冷却温度との関係を示すグラフである。
【図6】この発明の実施の形態2による超電導ケーブル装置を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
1 超電導導体、14 ケーブル管、19,20,21 第1〜第3単位導体部(導体部)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
In a conventional three-phase collective superconducting cable device, three superconducting conductors are arranged in one cable tube. Each superconducting conductor is cooled by a refrigerant flowing in the cable tube. Further, the cross-sectional area of the superconducting conductor is the same at any point (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Non-patent document 1]
Shoichi Honjo and Yoshihisa Takahashi, "Summary of 100m superconducting cable practicality verification test", "Low temperature engineering", May 25, 2001, Vol. 36 No. 5 2001, p. 242-248
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional superconducting cable device as described above, since the refrigerant absorbs heat in the cable tube, the temperature of the refrigerant is higher at the refrigerant outlet side than at the refrigerant inlet side of the cable tube. Further, the critical current value of the superconducting conductor becomes smaller as the temperature becomes higher, and therefore becomes minimum at the refrigerant outlet side. From this, the maximum allowable current value of the superconducting conductor is determined based on the critical current value on the refrigerant outlet side. That is, the allowable maximum energizing current value of the superconducting conductor is suppressed to a low value by the critical current value on the refrigerant outlet side, although there is a margin in the energizing capability of the superconducting conductor on the refrigerant inlet side.
[0005]
As described above, in the conventional superconducting cable device, the current-carrying capacity of the superconducting conductor on the refrigerant inlet side cannot be effectively utilized. That is, the difference in the energizing capability of the superconducting conductors on the refrigerant inlet side and the refrigerant outlet side hinders improvement in energizing efficiency of the entire superconducting cable device.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a superconducting cable device that can improve the power supply efficiency as a whole.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A superconducting cable device according to the present invention includes a cable pipe through which a refrigerant flows, and a superconducting conductor arranged in the cable pipe and having a smaller cross-sectional area on the upstream side than on the downstream side of the flow of the refrigerant.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a superconducting cable device according to
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. It is. In the figure,
The
[0012]
The refrigerant flows through the
[0013]
Each
[0014]
The cross-sectional area of the first
The
[0015]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the critical current ratio of the superconducting conductor of Bi2223 wire and the cooling temperature. The critical current value ratio is a ratio between a critical current value at a cooling temperature of 77 K and a critical current value at each cooling temperature. As shown in FIG. 5, the critical current value at the cooling temperature 65K is about 1.5 times the critical current value at the cooling temperature 77K. This indicates that the
[0016]
Since the temperature of the refrigerant for cooling the
[0017]
The cross-sectional area of
[0018]
In the superconducting cable device having such a configuration, since the cross-sectional area of the
[0019]
Further, since the cross-sectional area of
[0020]
Also, by reducing the cross-sectional area of
[0021]
Moreover, since the
[0022]
In the above example, the cross-sectional area of the
[0023]
Further, in the above example, the
[0024]
Further, in the above example, the connecting portions of the first to third
Furthermore, in the above example, the
[0025]
FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a superconducting cable device according to
[0026]
As in the first embodiment, the
[0027]
In the superconducting cable device having such a configuration, since the outer diameter of the
[0028]
In the above example, the
[0029]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the superconducting cable device according to the present invention is arranged in the cable pipe through which the refrigerant flows, and in the cable pipe, and has a smaller cross-sectional area on the upstream side than on the downstream side of the flow of the refrigerant. Since the superconducting conductor is provided, the imbalance in the magnitude of the allowable maximum conducting current value in the superconducting conductor can be reduced, and the energizing efficiency as a whole can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a superconducting cable device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 1;
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a critical current value ratio of a superconducting conductor of Bi2223 wire and a cooling temperature.
FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a superconducting cable device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 superconducting conductor, 14 cable tube, 19, 20, 21 first to third unit conductors (conductors).
Claims (3)
上記ケーブル管内に配置され、上記冷媒の流れの下流側よりも上流側で断面積が小さくなっている超電導導体
を備えていることを特徴とする超電導ケーブル装置。A superconducting cable device, comprising: a cable tube through which a refrigerant flows, and a superconducting conductor disposed in the cable tube and having a smaller cross-sectional area on the upstream side than on the downstream side of the flow of the refrigerant. .
上記上流側に位置する上記単位導体部の断面積が上記下流側に位置する上記単位導体部の断面積よりも小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブル装置。The superconducting conductor has a plurality of unit conductors connected to each other along its length,
2. The superconducting cable device according to claim 1, wherein a sectional area of the unit conductor located on the upstream side is smaller than a sectional area of the unit conductor located on the downstream side. 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002365304A JP2004199940A (en) | 2002-12-17 | 2002-12-17 | Superconducting cable device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2002365304A JP2004199940A (en) | 2002-12-17 | 2002-12-17 | Superconducting cable device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2004199940A true JP2004199940A (en) | 2004-07-15 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002365304A Pending JP2004199940A (en) | 2002-12-17 | 2002-12-17 | Superconducting cable device |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2004199940A (en) |
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2002
- 2002-12-17 JP JP2002365304A patent/JP2004199940A/en active Pending
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