JP2020028132A - 超電導機器の端末構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、施工性にも優れる超電導機器の端末構造を提供する。【解決手段】超電導機器の超電導導体の端部に電気的に接続される常電導の導体引出部を備える超電導機器の端末構造であって、前記導体引出部は、筒状部と、前記筒状部の軸方向の一端側を封止すると共に、前記超電導導体の端部を収納する収納部を有する超電導側接続部と、前記筒状部の軸方向の他端側を封止すると共に、常電導機器に接続される金具となる常電導側接続部と、を備え、更に、前記筒状部の径方向の外周面を覆う非真空断熱体を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、超電導機器の端末構造に関する。

超電導機器の一つとして超電導ケーブルがある。超電導ケーブルは、小型でありながら、大容量の電力を低損失で送電可能なことから、省エネルギー技術として期待されている。超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導線材をスパイラル巻きして形成された超電導導体層を有するケーブルコアと、このケーブルコアを収納し、上記超電導導体層を超電導状態に維持する冷媒（例えば液体窒素）が充填される断熱管とを備える構成が代表的である。

特許文献１には、超電導機器の一つである超電導ケーブルの超電導導体と、常温で利用される常電導ケーブルの導体と、の間に常電導材料からなる引出部を介在させた超電導機器（超電導ケーブル）の端末構造が開示されている。この端末構造では、超電導ケーブルのケーブルコアに接続される棒状の常電導引出部と、先端が常温環境に配置される棒状の導体引出部と、両引出部の外周を覆う常温側真空層及び端末真空層と、を備える。

特開２０１５−１９２５５２号公報

従来の超電導機器の端末構造では、引出部の位置に断熱のための複数の真空層が形成されているため、当該端末構造が複雑で、大型化し易い。施工スペースによってはこのような大型の端末構造を構築し難い場合があり、端末構造の小型化が望まれる。

また、複数の真空層を形成する工程が煩雑であるため、従来の超電導機器の端末構造の施工性が芳しくないという問題もある。

そこで本開示は、小型で施工性にも優れる超電導機器の端末構造を提供することを目的の一つとする。

本開示の超電導機器の端末構造は、
超電導機器の超電導導体の端部に電気的に接続される常電導の導体引出部を備える超電導機器の端末構造であって、
前記導体引出部は、
筒状部と、
前記筒状部の軸方向の一端側を封止すると共に、前記超電導導体の端部を収納する収納部を有する超電導側接続部と、
前記筒状部の軸方向の他端側を封止すると共に、常電導機器に接続される金具となる常電導側接続部と、を備え、
更に、前記筒状部の径方向の外周面を覆う非真空断熱体を備える。

上記の超電導機器の端末構造は、小型で、施工性にも優れる。

実施形態１の超電導機器の端末構造の概略縦断面図である。 図１の導体引出部近傍の部分拡大図である。 導体引出部の概略縦断面図である。 実施形態１の超電導機器の端末構造に備える超電導ケーブルの断面斜視図である。 実施形態２の超電導機器の端末構造における導体引出部近傍の部分拡大図である。

・本開示の実施形態の説明
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

＜１＞実施形態に係る超電導機器の端末構造は、
超電導機器の超電導導体の端部に電気的に接続される常電導の導体引出部を備える超電導機器の端末構造であって、
前記導体引出部は、
筒状部と、
前記筒状部の軸方向の一端側を封止すると共に、前記超電導導体の端部を収納する収納部を有する超電導側接続部と、
前記筒状部の軸方向の他端側を封止すると共に、常電導機器に接続される金具となる常電導側接続部と、を備え、
更に、前記筒状部の径方向の外周面を覆う非真空断熱体を備える。

上記構成では、常温に配置される常電導側接続部と極低温に配置される超電導側接続部との間に、内部が中空で熱を伝え難い筒状部を形成することで、外部から超電導機器への熱侵入を抑制できる。筒状部が熱を伝え難いため、その筒状部を外部環境から断熱する断熱構造として、真空断熱構造に比べて構造が単純な非真空断熱構造（非真空断熱体）を採用することができる。構造が単純な非真空断熱体は小型で容易に施工可能であるため、非真空断熱体を備える超電導機器の端末構造は、小型で施工性に優れる。

＜２＞実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記非真空断熱体は、前記筒状部の径方向外方を囲うケースと、前記ケースの内部に充填される樹脂と、を備える形態を挙げることができる。

上記構成によれば、筒状部の外周やその近傍に真空ポートなどの複雑形状の構成が配置されていても、筒状部の外周に隙間なく非真空断熱体を配置することができる。その結果、外部環境から筒状部への熱の伝達を効果的に抑制でき、超電導機器への熱侵入を抑制できる。

＜３＞ケース内に樹脂を充填した非真空断熱体を備える実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記筒状部は、その内外を貫通する貫通孔を備え、
前記樹脂が、前記貫通孔を介して前記筒状部の内部にも充填されている形態を挙げることができる。

筒状部に貫通孔を形成し、筒状部の内部を樹脂で埋めることで、筒状部の内部に大気が残存することを抑制できる。残存大気があると、筒状部内の気体が気化と液化を繰り返す可能性があり、その場合、筒状部内の圧力変動で筒状部の周辺部材に応力が作用して、それらの部材が劣化する恐れがある。筒状部を樹脂で埋めると、そのような問題点が生じることを抑制できる。

＜４＞実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記筒状部の内部に冷媒を流通させる冷媒流通機構を備える形態を挙げることができる。

筒状部を冷媒流通機構で冷却することで、負荷時に常電導側接続部や筒状部で発生した熱を除去することができ、超電導機器の温度が上昇することを抑制し易い。ここで、実施形態に係る超電導機器の端末構造では、筒状部の外周を覆う断熱構造が非真空断熱体であるため、冷媒流通機構を構成する冷媒導入管や冷媒排出管などを配置し易い。

＜５＞実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記超電導機器は、前記超電導導体を備えるケーブルコアと、前記ケーブルコアを収納する断熱管と、を備える超電導ケーブルである形態を挙げることができる。

超電導機器が超電導ケーブルである超電導機器の端末構造によれば、超電導ケーブルで構築した送電網の施工性を向上させることができる。送電網の規模が大きくなると超電導機器の端末構造の数が非常に多くなるため、各端末構造の施工性を向上させることで、送電網全体の施工性を大幅に向上させることができる。

＜６＞超電導機器が超電導ケーブルである実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記ケーブルコアの一部が挿通される絶縁筒と、
前記絶縁筒における前記導体引出部の側に配置され、前記ケーブルコアの端部と共に前記常電導側接続部をその内部に収納する常電導側断熱容器と、
前記絶縁筒における前記超電導ケーブルの側に配置され、前記超電導ケーブルの前記断熱管に繋がる超電導側断熱容器と、を備える形態を挙げることができる。

上記構成によれば、導体引出部の常電導側接続部が、常電導側断熱容器と非真空断熱体とで二重に断熱される。そのため、外部環境からケーブルコアへの熱侵入を抑制し易い。

・本開示の実施形態の詳細
以下に図面を参照して、本開示の実施形態の具体例を説明する。図において同一符号は同一名称物を意味する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。例えば、多心一括型のケーブルにも適用できる。

＜実施形態１＞
本例では、超電導機器の端末構造として、図１に示す超電導ケーブル１００を常電導機器に接続する超電導機器の端末構造１を説明する。この端末構造１は、超電導ケーブル１００のケーブルコア１１０に備わる超電導導体層１１２と、常電導機器の常電導導体（例えば、ブスバー２００）と、を電気的に接続する導体引出部２を備える。常電導機器としては、例えば架空送電線などの常電導ケーブルなどを挙げることができる。この超電導機器の端末構造１の特徴の一つとして、導体引出部２と、その導体引出部２の超電導機器側の部分を外部環境から断熱する断熱構造（後述する非真空断熱体３）の構成を挙げることができる。本例では、導体引出部２のうち、非真空断熱体３から常温環境に露出する部分と、ブスバー２００とをボルト２００ｂで締結することで、超電導ケーブル１００と常電導機器とを電気的に接続している。以下、最初に図４を参照して超電導ケーブル１００の基本構成を説明し、次にその超電導ケーブル１００を常電導機器に接続する超電導機器の端末構造１の詳細な構成とその施工手順を説明する。

≪超電導ケーブル≫
超電導ケーブル１００は、フォーマ１１１の外周に設けられた超電導導体層（超電導導体）１１２を有するケーブルコア１１０と、ケーブルコア１１０を収納する断熱管１２０と、を備える。本例に示すケーブルコア１１０は、中心から順にフォーマ１１１、超電導導体層１１２、電気絶縁層１１３、遮蔽層１１４、保護層１１５を同軸状に備える。この超電導ケーブル１００は、１本のケーブルコア１１０が一つの断熱管１２０に収納された単心ケーブルであって、超電導導体層１１２と共に電気絶縁層１１３が断熱管１２０に収納されて、双方が冷媒によって冷却される低温絶縁型のケーブルである。例えば、このような単心ケーブルを３本布設して、各ケーブルを各相の送電に利用する三相交流送電路や、このような単心ケーブルを２本布設して、一方のケーブルを往路、他方のケーブルを復路に利用する直流送電路などを構築することができる。

［フォーマ］
フォーマ１１１は、超電導導体層１１２を支持する機能を有する。本例では、液体窒素などの冷媒１３０の流路にも利用するため、フォーマ１１１を中空体としている。このようなフォーマ１１１の構成材料として、冷媒温度でも利用可能で、薄くても強度に優れるステンレス鋼などの金属が挙げられる。コルゲート管やベローズ管をフォーマ１１１に利用すると、高強度材料から構成されていても可撓性に優れる。本例とは異なり、フォーマ１１１は、複数の素線（銅線や、銅線の外周にエナメルなどの絶縁被覆を有する被覆銅線など）を撚り合わせた撚り線などの中実体とすることもできる。

［超電導導体層］
超電導導体層１１２は、フォーマ１１１の外周に複数の超電導線材をスパイラル巻きすることで形成されている。超電導線材には、例えばＢｉ系銀シース線材やＲＥ１２３系薄膜線材などのテープ状線材が利用できる。線材の数や線材層の数は、所望の電流容量を有するように適宜選択するとよい。図１では、超電導導体層１１２が４層の線材層を積層した場合を示す。線材層間には、絶縁紙などを巻回した層間絶縁層（図示せず）を設けても良い。また、フォーマ１１１と超電導導体層１１２との間に、超電導導体層１１２の機械的保護などを目的とする介在層（図示せず）を設けてもかまわない。

［電気絶縁層］
電気絶縁層１１３は、超電導導体層１１２とその外部との電気的絶縁を確保する。電気絶縁層１１３は、絶縁材からなるテープを超電導導体層１１２の外周にスパイラル巻きすることで形成されている。絶縁材には、例えば、クラフト紙やＰＰＬＰ（登録商標；Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｐａｐｅｒ）といった半合成紙などの絶縁紙が挙げられる。

［遮蔽層］
遮蔽層１１４は、超電導導体層１１２の外周（この例では電気絶縁層１１３の直上）に設けられて、超電導導体層１１２に起因する電界を遮蔽する。遮蔽層１１４は、銅テープといった上述の常電導材料からなるテープや線材などを巻回することで形成される。

［保護層］
保護層１１５は、ケーブルコア１１０の最外周に配置され、その内側に配置された部材（特に超電導導体層１１２）の機械的保護、遮蔽層１１４と断熱管１２０との間の電気的絶縁の確保を目的として設けられる。このような保護層１１５は、上述の絶縁紙を遮蔽層１１４の外周にスパイラル巻きすることで形成される。

その他、ケーブルコア１１０は、電気絶縁層１１３の外周に外側超電導層（図示せず）や、常電導材料からなる磁気遮蔽層を備えることができる。外側超電導層は、上述の超電導線材をスパイラル巻きして形成される。外側超電導層は、例えば、交流送電用途では磁気遮蔽層に利用でき、直流送電用途では、モノポール送電の場合、超電導導体層１１２を往路導体としたときに帰路導体に利用でき、バイポール送電の場合、超電導導体層１１２とは逆極性の電流を流す導体に利用できる。

［断熱管］
断熱管１２０は、内管１２１と外管１２２とを有する二重構造管であり、内管１２１と外管１２２との間の空間が真空引きされ、この空間に真空断熱層が形成された真空断熱管である。内管１２１の内部空間は、ケーブルコア１１０の収納空間であると共に、超電導導体層１１２の超電導状態を維持するための冷媒（例えば、液体窒素など）が流通される流路に利用される。内管１２１及び外管１２２は、可撓性に優れるコルゲート管やベローズ管、あるいは冷媒の圧力損失を小さくできるストレート管で構成することができる。内管１２１及び外管１２２の構成材料は、ステンレス鋼などの金属が挙げられる。この例に示す断熱管１２０は、内管１２１と外管１２２との間にスーパーインシュレーション（商品名）などの断熱材１２３を備えている。断熱管１２０の外管１２２の外側には、ビニルやポリエチレンなどの防食材から構成される防食層１２４を備える。

≪超電導機器の端末構造≫
上述の超電導ケーブル１００と常電導機器とを接続する場合、例えば、図１に示す超電導機器の端末構造１を構築する。図１の端末構造１は、両端矢印で示す水平方向に導体引出部２を引き出した横置きタイプであるが、鉛直上方に導体引出部２を引き出した縦置きタイプとすることもできる。矢印の左側が常電導側（常温側）、右側が超電導ケーブル１００側（極低温側）である。

端末構造１では、断熱管１２０から露出させたケーブルコア１１０の端部を導体引出部２に電気的に接続し、その導体引出部２を更に常電導機器の常電導導体（本例ではブスバー２００）に電気的に接続する。更に、端末構造１では、ケーブルコア１１０の外周に碍管７を配置すると共に、ケーブルコア１１０の露出部分から端部にわたって、真空冷媒槽（後述する常電導側断熱容器５、超電導側断熱容器６）を設ける。ケーブルコア１１０を冷却する冷媒１３０は、後述する超電導側断熱容器６に設けられる冷媒導入管１１を介して超電導側断熱容器６の冷媒槽６１内に導入される。冷媒槽６１に導入された冷媒１３０は、図２の白抜き矢印で示すように、常電導側断熱容器５の冷媒槽５１を通って、導体引出部２側の超電導ケーブル１００の端部の位置でフォーマ１１１の中空孔に導入される。フォーマ１１１内に導入された冷媒１３０は、適宜な位置でケーブルコア１１０の内管１２１内に吐出され、ケーブルコア１１０の外側を通って、超電導側断熱容器６に設けられる冷媒排出管１９を介して外部に排出される。外部には冷凍機が配置されおり、その冷凍機で冷却された冷媒１３０は再び冷媒導入管１１を介して端末構造１に送り込まれる。なお、冷媒１３０の流通方向は、上述した例と逆になっていても良い。つまり、冷媒排出管１９から冷媒１３０を導入し、冷媒導入管１１から冷媒１３０を排出する構成としても良い。

［ケーブルコア］
断熱管１２０の端部（真空ポート１００ｐ近傍を参照）から突出されたケーブルコア１１０では、断熱管１２０の近くで遮蔽層１１４及び保護層１１５（図４）が切断されている。ケーブルコア１１０における断熱管１２０の開口部よりも先の領域では、概ね電気絶縁層１１３が露出されている。更にケーブルコア１１０の先端部（絶縁筒４の常温側端部から突出された部分）は段剥ぎされており、先端側から順にフォーマ１１１と超電導導体層１１２が露出されている。

露出された超電導導体層１１２と導体引出部２とは、ハンダやロー材などの適宜な接合材によって接合されて、両者が電気的に接続されている。本例の導体引出部２は、その一端部にケーブルコア１１０の端部が挿入される収納部２１ｓ（図２，３参照）を有しており、この収納部２１ｓにケーブルコア１１０の端部が挿入されて、上記接合材によって超電導導体層１１２が収納部２１ｓ内に固定される。この例では更に、フォーマ１１１が、締結孔２１ｐに貫通されるボルトなどの締結部材によって導体引出部２と結合されている。その結果、ケーブルコア１１０と導体引出部２との接続強度が高められている。導体引出部２の収納部２１ｓには、接合材の注入孔２１ｈ（図３）が形成されている。

一方、断熱管１２０から出されたケーブルコア１１０において、上述の先端部とは逆の領域、即ち、断熱管１２０の端部近くであって遮蔽層１１４及び保護層１１５が除去されて露出された領域（ケーブル側領域）には、その外周に設けられた補強絶縁層８を備える。補強絶縁層８は、絶縁紙をケーブルコア１１０（ここでは電気絶縁層１１３）の外周にスパイラル巻きすることで形成されている。補強絶縁層８は、その長手方向（図１では左右方向）の中央部分から各端部に向かって先細りした形状、即ち、常温側及びケーブル側に向かって先細りした形状である。各傾斜部分は、ストレスコーンとして機能する。ケーブルコア１１０の遮蔽層１１４（図４）から補強絶縁層８におけるケーブル側のストレスコーン部分に亘って遮蔽接続部８０が形成されている。遮蔽接続部８０は、銅などの常電導材料からなる線材を巻回して形成される。

［絶縁筒］
ケーブルコア１１０の延伸方向における先端部と補強絶縁層８が設けられた部分との間の中間部分の外周には絶縁筒４が設けられている。絶縁筒４は、ケーブルコア１１０と外部との間の電気的絶縁を行うと共に、電界緩和を行う部材である。この絶縁筒４の外周には、後述する碍管７に固定される固定部４０が設けられている。

本例に示す絶縁筒４の一部は冷媒１３０に接触する。そのため、絶縁筒４の構成材料は、冷媒温度でも問題なく使用可能な絶縁材料が好ましく、特にエポキシ樹脂などの樹脂成分とガラス繊維などの強化成分とを含む繊維強化樹脂などとすると、強度にも優れる。碍管７内に配置される絶縁筒４の常温側領域は常温側に向かって先細りした形状であり、この先細り形状の傾斜部分がストレスコーンとして機能する。絶縁筒４中に金属箔（図示せず）を同心状に多層に設けることで、電界を調整できる。一方、絶縁筒４のケーブル側領域の外周面は一様な筒状面であるが、その内周面は常温側に向うに従って径方向内方側に傾斜している。この内側傾斜面によって、補強絶縁層８と絶縁筒４との間隔を確保できる。

固定部４０は、絶縁筒４の外周（この例では長手方向の中央部分であって、ストレスコーン部分ではない領域）に接合されている。固定部４０は、絶縁筒４の外方に延びるフランジ部を備える。ボルトなどによって、このフランジ部を碍管７に締結することで、絶縁筒４を碍管７に固定できる。固定部４０の構成材料は、適宜な金属や樹脂などが挙げられる。

［超電導側断熱容器］
超電導側断熱容器６は、絶縁筒４における超電導ケーブル１００側に配置され、超電導ケーブル１００の断熱管１２０に繋がる断熱槽である。超電導側断熱容器６は、冷媒槽６１と、その外周を覆う真空槽６２とで構成されており、両槽６１，６２の間は真空引きされている。両槽６１，６２間にはスーパーインシュレーション（商品名）などの断熱材を配置しても良い。超電導側断熱容器６に形成される真空空間によって冷媒１３０を極低温に維持できる。

超電導側断熱容器６は、断熱管１２０の端部から碍管７の底板部７１に亘って設けられ、この間に存在するケーブルコア１１０の外周の一部と絶縁筒４のケーブル側領域の外周とを覆う。冷媒槽６１は断熱管１２０の内管１２１に、真空槽６２は断熱管１２０の外管１２２に接続されており、上記外管１２２は接地電位となっているので、真空槽６２も接地電位となっている。冷媒槽６１の内部は、超電導ケーブル１００の長手方向における冷媒導入管１１と冷媒排出管１９との間で仕切られており、冷媒導入管１１から導入された冷媒１３０が直ちに冷媒排出管１９から排出されないようになっている。

超電導側断熱容器６には図示しない応力緩和構造を設けることが好ましい。応力緩和構造としては、例えば冷媒槽６１の軸方向の一部をベローズ構造とすることが挙げられる。

［常電導側断熱容器］
常電導側断熱容器５は、絶縁筒４における常電導側に配置され、超電導ケーブル１００の先端を内部に収納する断熱槽である。常電導側断熱容器５は、冷媒槽５１とその外周を覆う真空槽５２とを備え、両槽５１，５２の間は真空引きされている。両槽５１，５２の間には、スーパーインシュレーション（商品名）などの断熱材が配置されていても良い。本例では、常電導側断熱容器５の真空空間と、超電導側断熱容器６の真空空間と、が絶縁筒４を介してケーブルコア１１０の長手方向に重複して設けられている。

常電導側断熱容器５は、絶縁筒４内から碍管７内を経て常温側に延びるように設けられている。この例では、常電導側断熱容器５の冷媒槽５１が、導体引出部２に接続され、真空槽５２が、碍管７の上板部７２に接続されている。常電導側断熱容器５の導体引出部２側の端部は碍管７から突出している。

冷媒槽５１は、その内周に挿通配置されるケーブルコア１１０（特に超電導導体層１１２）を冷却する冷媒１３０が充填されて流路に利用されると共に、真空槽５２と共に真空空間を形成する。冷媒槽５１の外周を覆う真空槽５２の外周面には、上述した絶縁筒４が一体に設けられている。この冷媒槽５１と真空槽５２を備える常電導側断熱容器５は、導体引出部２に接触しており、高電位となっている。高電位の常電導側断熱容器５と接地電位の超電導側断熱容器６との間は、常電導側断熱容器５の真空槽５２に一体化された絶縁筒４によって絶縁されている。

［碍管］
碍管７は、絶縁筒４の常温側領域を収納して、この絶縁筒４内に挿通される超電導導体層１１２と外部との電気的絶縁に利用される。本例の碍管７は、碍子連を有する筒状の本体部７０と、本体部７０の一端（超電導側の端部）に設けられる環状の底板部７１と、本体部７０の他端（常電導側）に設けられる環状の上板部７２と、を備える。底板部７１には絶縁筒４の固定部４０が取り付けられる。上板部７２には常電導側断熱容器５の外周が固定されており、そのため常電導側断熱容器５の一部は碍管７から突出している。本体部７０、底板部７１、及び上板部７２で囲まれる密閉空間（碍管７の内部空間）には、絶縁油やＳＦ６などの絶縁流体（図示せず）が充填される。本体部７０などに絶縁流体の導入・排出管（図示せず）を備える。絶縁筒４の常温側の傾斜面から伸びる電気力線は、碍子連の領域から外部に引き出される。この碍管７の常電導側の端部で、かつ後述するケース３０の外周には上部シールド７５が設けられている。

［導体引出部］
導体引出部２は、上述のケーブルコア１１０の先端部において露出された超電導導体層１１２の端部に電気的に接続される部材であって、銅やその合金、アルミニウムやその合金などの常電導材料から構成されている。導体引出部２の説明にあたっては主として図３を参照する。図３は、図１，２の導体引出部２を鉛直上方から見た縦断面図である。

本例の導体引出部２は、図３に示すように、筒状部２０と、超電導側接続部２１と、常電導側接続部２２と、を接合することで形成されている。超電導側接続部２１は筒状部２０の軸方向の一端側（矢印の右側であって超電導ケーブル１００側）の開口部を封止し、常電導側接続部２２は筒状部２０の軸方向の他端側の開口部を封止する。これら三つの部材は、ハンダやボルトなどで連結されている。

［［筒状部］］
筒状部２０は、常電導側接続部２２から超電導側接続部２１への熱侵入量を小さくするための部材である。交流送電においては表皮効果の影響によって筒状部２０の導体としての実効断面積が減じられることはない。筒状部２０は、筒状に形成されていればその形状は問わない。本例の筒状部２０はその内径及び外径が一様な円筒状の部材である。筒状部２０の内径及び外径は、超電導ケーブル１００と常電導機器との間で遣り取りされる電流量に応じて決定すると良い。つまり、当該電流量の遣り取りに十分な導体断面積が確保できるように、筒状部２０の内径及び外径を決定する。

筒状部２０の外周面には筒状部２０の内外を貫通する貫通孔２０ｈが設けられている。この貫通孔２０ｈは、後述する樹脂３２（図１，２）の通り道となる。貫通孔２０ｈは、樹脂３２の充填性を向上させるために複数設けることが好ましい。特に、筒状部２０の周方向に均等に複数の貫通孔２０ｈを設けることが好ましい。また、この貫通孔２０ｈは、導体引出部２に超電導ケーブル１００の端部をハンダで接合する際、ハンダの熱で膨張した筒状部２０の内部の空気を外部に逃がす呼吸孔としての機能も持つ。

［［超電導側接続部］］
超電導側接続部２１は、有底筒状の封止筒部２１Ａと封止筒部２１Ａの外底から延びる本体部２１Ｂとが一体になった部材であって、超電導ケーブル１００に直接接続される。封止筒部２１Ａの内径は、筒状部２０の外径よりも若干（０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度）大きくなっている。そのため、封止筒部２１Ａを筒状部２０の軸方向の一端に嵌め込むことで、筒状部２０の軸方向の一端を封止できる。筒状部２０と封止筒部２１Ａとの接合はハンダなどで行うことができる。

本体部２１Ｂは、その一端部にケーブルコア１１０の先端部（この例ではフォーマ１１１及び超電導導体層１１２）を収納する収納部２１ｓを備える。収納部２１ｓの内底側の側面には、収納部２１ｓの内部空間から収納部２１ｓの径方向外方に延びる冷媒流路２１ｃが形成されている。図２に示すように、収納部２１ｓに挿入されたフォーマ１１１の中空孔は、冷媒流路２１ｃに連通しており、中空孔から吐出された冷媒１３０は、冷媒流路２１ｃを通って常電導側断熱容器５の冷媒槽５１内に排出される。

収納部２１ｓの内径は、超電導ケーブル１００（図１）側から順に、階段状に小さくなっている。収納部２１ｓにおける最も内径が小さい異径内周面にはフォーマ１１１が配置され、その最小内径の異径内周面を除く各異径内周面には図４の超電導導体層１１２の各層が配置される。これらの異径内周面にはそれぞれ、本体部２１Ｂの外周面から延びる注入孔２１ｈが連通している。異径内周面に超電導導体層１１２を配置し、注入孔２１ｈからハンダなどの接合材を注入することで、本体部２１Ｂと、フォーマ１１１及び超電導導体層１１２と、を接合することができる。

本体部２１Ｂの外周には、本体部２１Ｂの径方向外方に突出するフランジ部２１ｆが形成されている。本体部２１Ｂにおけるフランジ部２１ｆ以外の部分の外径は、封止筒部２１Ａの大径部の外径と同じであり、後述する常電導側接続部２２の封止筒部２２Ａの外径とも一致している。そのため、後述する端末構造１の製造方法に示すように、ケーブルコア１１０に導体引出部２を取付けた後に、導体引出部２の常温端側から常電導側断熱容器５を挿入し易い。

［［常電導側接続部］］
常電導側接続部２２は、有底筒状の封止筒部２２Ａと封止筒部２２Ａの外底から延びる板状の金具部２２Ｂとが一体になった部材であって、常電導機器に接続される金具として機能する。封止筒部２２Ａの内径は、筒状部２０の外径よりも若干（０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度）大きくなっている。そのため、封止筒部２２Ａを筒状部２０の軸方向の他端に嵌め込むことで、筒状部２０の軸方向の他端を封止できる。筒状部２０と封止筒部２２Ａとの接合はハンダなどで行うことができる。

金具部２２Ｂは、導体引出部２を軸方向から見たときに封止筒部２２Ａの外周輪郭線から食み出さない大きさに形成された矩形板状の部材である。金具部２２Ｂには、ブスバー２００（図１参照）との接続に用いられる複数の取付孔２２ｈが設けられている。ブスバー２００の取付孔と金具部２２Ｂの取付孔２２ｈとを同軸に重ねてボルト２００ｂ（図１参照）止めすることで、導体引出部２と常電導機器とを電気的に接続することができる。

［非真空断熱体］
本例の端末構造１は、図１，２に示すように、導体引出部２の筒状部２０の径方向外方を覆う非真空断熱体３を備える。上述したように、導体引出部２の筒状部２０の外周に形成する断熱構造には、真空断熱構造に比べて構造が単純な非真空断熱構造（非真空断熱体３）を採用することができる。構造が単純な非真空断熱体３は小型で容易に施工可能であるため、超電導機器の端末構造１を小型化でき、その施工性を向上させることができる。

本例の非真空断熱体３は、筒状部２０の径方向外方を囲うケース３０と、ケース３０の内部に充填される樹脂３２と、を備える。本例の構成では更に、ケース３０の常電導側の開口端を封止する蓋３１を備えており、ケース３０内に樹脂３２を充填し易くなっている。本例とは異なり、ウレタンシートなどの断熱材を筒状部２０の外周に巻き付けることで非真空断熱体３を形成することもできる。

ケース３０には、ケース３０の内外に連通する樹脂充填口３０ｈが備わっている。また、蓋３１には、導体引出部２の常電導側接続部２２の封止筒部２２Ａが挿通される貫通孔３１ｈが備わっている。これらケース３０と蓋３１は適宜な金属や強度に優れる樹脂で構成することができる。

ケース３０内に充填される樹脂３２は、ケース３０内に充填するときは流動性を有し、ケース３０に充填後に硬化させることができる性質を持った樹脂であれば特に限定されない。このような性質の樹脂３２であれば、筒状部２０の外周を隙間無く覆うことができるので、外部環境から筒状部２０への熱の伝達を効果的に抑制でき、超電導ケーブル１００への熱侵入を抑制できる。ケース３０内に充填する樹脂３２としては、例えば、発泡ウレタンやエポキシなどの熱硬化性樹脂を利用することができる。また、本例では筒状部２０の貫通孔２０ｈを介して筒状部２０の内部が樹脂３２で埋められていることで、筒状部２０の内部に大気が残存することを抑制できる。残存大気があると、筒状部２０内の気体が気化と液化を繰り返し、断熱性能が低下すると共に、筒状部２０内の圧力変動で筒状部２０の周辺部材に応力が作用する可能性があるが、筒状部２０を樹脂３２で埋めると、そのような問題点が生じることを抑制できる。

≪超電導機器の端末構造の製造方法≫
上述の実施形態１の超電導機器の端末構造１は、例えば、以下の工程を備える製造方法によって構築することができる。
・コア処理工程
・超電導側断熱容器の形成工程
・導体引出部の接続工程
・常電導側断熱容器の形成工程
・碍管の配置工程
・真空引き工程
・非真空断熱体の形成工程

［コア処理工程］
超電導ケーブル１００の端部において断熱管１２０から所定の長さのケーブルコア１１０を出して段剥ぎなどして、フォーマ１１１、超電導導体層１１２、電気絶縁層１１３などを順に露出する。この例では、ケーブルコア１１０における断熱管１２０の近傍に補強絶縁層８を形成した後、遮蔽層１１４から補強絶縁層８の外周の一部に至るように遮蔽接続部８０を設ける。

［超電導側断熱容器の形成工程］
ケーブルコア１１０の補強絶縁層８を覆うように超電導側断熱容器６を設ける。ここでは、断熱管１２０の内管１２１と冷媒槽６１とを溶接などで接合すると共に、断熱管１２０の外管１２２と真空槽６２とを溶接などで接合する。そして、超電導側断熱容器６の常電導側の開口端を塞ぐように碍管７の底板部７１を取り付ける。なお、超電導側断熱容器６を複数の分割構造とし、後述する常電導側断熱容器５の形成の後に、超電導側断熱容器６の形成を行うこともできる。

［導体引出部の接続工程］
超電導側断熱容器６の端部から突出するケーブルコア１１０の端部に導体引出部２を接続する。接続にあたっては、導体引出部２に備わる超電導側接続部２１の収納部２１ｓにケーブルコア１１０の端部を挿入し、各注入孔２１ｈ（図３）からハンダを流し込む。フォーマ１１１の外周には弾性の接続金具などを取り付けておくことで、収納部２１ｓにフォーマ１１１が圧入され、収納部２１ｓにフォーマ１１１が強固に固定される。

［常電導側断熱容器の形成工程］
本例では、冷媒槽５１と真空槽５２とを備える常電導側断熱容器５の外周に絶縁筒４を一体化した一体化部材を工場などで作製しておく。この一体化部材を、導体引出部２側からケーブルコア１１０の外側に嵌め込み、絶縁筒４の外周に設けられる固定部４０を底板部７１に固定する。図２に示すように、冷媒槽５１の常温側端部の内周面に形成される段差は、導体引出部２の常電導側接続部２２の外周面に形成されるフランジ部２１ｆ（図３参照）に当て止めされる。

［碍管の配置工程］
絶縁筒４の常温側領域を覆うように碍管７を被せる。本例では、本体部７０及び上板部７２を、導体引出部２側から常電導側断熱容器５の外側に嵌め込み、三者７０，７１，７２を接続する。このとき、常電導側断熱容器５は上板部７２から突出している。碍管７内への絶縁流体の導入は適宜な時期に行える。

［真空引き工程］
真空ポート５０ｐ，６０ｐを利用して常電導側断熱容器５と超電導側断熱容器６の真空引きを行う。断熱管１２０は、予め工場などで真空引きを行える。断熱管１２０に備える真空ポート１００ｐを利用して、施工現場や布設後でも真空状態を調整できる。両断熱容器５，６についても、真空ポート５０ｐ，６０ｐを利用して、布設後でも真空状態を調整できる。

［非真空断熱体の形成工程］
図２に示すように、両端が開口した筒状のケース３０を、導体引出部２の先端側から筒状部２０の外部に嵌め込み、ケース３０を上板部７２に固定する。次いで、中央に貫通孔３１ｈの空いた蓋３１を導体引出部２の先端側から嵌め込んで、ケース３０の常温側の開口端を封止する。そして、ケース３０の樹脂充填口３０ｈから樹脂３２を充填する。ケース３０内に充填された樹脂３２は、導体引出部２の筒状部２０に設けられる貫通孔２０ｈを通って筒状部２０の内部にも充填される。樹脂３２の充填が終了したら樹脂３２を硬化させ、非真空断熱体３を完成させる。非真空断熱体３の形成後、上部シールド７５をケース３０の外周に設ける。

以上の工程を終えたら、冷媒１３０を導入して超電導導体層１１２を超電導状態に維持することで、超電導ケーブル線路を運転でき、常電導電力機器との間で電力の授受を行える。

≪効果≫
実施形態１の超電導機器の端末構造１は、導体引出部２に筒状部２０を設けることで、導体引出部２を介した超電導ケーブル１００への熱の伝導を抑制できる。また、筒状部２０を有する導体引出部２を備えることで、筒状部２０を外部環境から断熱する断熱構造を、構造が単純な非真空断熱体３とすることができる。構造が単純な非真空断熱体３により端末構造１を小型化できるし、その施工性を向上させることができる。特に、超電導ケーブル１００を用いた送電網では多数の端末構造１が形成されることになるので、各端末構造１の施工性の向上は、送電網全体の施工性の向上に大きく寄与する。

また、構造が単純な非真空断熱体３は分解も容易である。例えば、端末構造１のメンテナンス時に非真空断熱体３を分解することになっても、その分解の手間やメンテナンス後の再構築の手間が、真空断熱構造よりも格段に容易である。

＜実施形態２＞
実施形態１では、導体引出部２の筒状部２０の内部にも樹脂３２を充填した。これに対して、実施形態２では、冷媒流通機構９を用いて筒状部２０の内部に冷媒１３１を流通させる構成を図５に基づいて説明する。図５は、端末構造１における非真空断熱体３近傍の部分縦断面図であって、実施形態１の図２に示す構成と同様の構成については同一の符号を付している。

本例の導体引出部２は、筒状部２０に二つの冷媒ポート２０ｐを備える。一方の冷媒ポート２０ｐに、冷媒流通機構９の冷媒導入管９１を接続し、他方の冷媒ポート２０ｐに、冷媒流通機構９の冷媒排出管９９を接続する。冷媒流通機構９で筒状部２０に流通させる冷媒１３１は、超電導ケーブル１００を冷却する冷媒１３０と同系統の冷媒でも良いし、異系統の冷媒でも良い。冷媒流通機構９の冷媒１３１を超電導ケーブル１００の冷媒１３０とは異なる冷媒とする場合、冷媒１３１は冷媒１３０よりも温度が高い冷媒でも良い。例えば、冷媒１３１は気液混合冷媒でも良い。ここで、管９１，９９は、高電位の導体引出部２に繋がっているので、管９１，９９の途中を絶縁継手などで絶縁処理する必要がある。

実施形態２の構成によれば、負荷時に発生した常電導側接続部２２や筒状部２０で発生した熱を除去することができ、超電導ケーブル１００の温度が上昇することを抑制し易い。ここで、実施形態に係る超電導機器の端末構造１では、筒状部２０の外周を覆う断熱構造が非真空断熱体３であるため、冷媒流通機構９を構成する冷媒導入管９１や冷媒排出管９９を配置し易い。

＜その他の実施形態＞
実施形態１，２とは異なり、導体引出部２の筒状部２０の内部に大気などの気体を封入しても構わない。例えば、実施形態１の筒状部２０における貫通孔２０ｈの径を小さくすれば、筒状部２０の内部に樹脂が侵入することを抑制できる。筒状部２０内が大気であれば、実施形態１のように樹脂３２（図２）を充填したり、実施形態２のように冷媒１３１（図５）の流通を行う必要がなく、端末構造１の施工がより簡単になる。

１ 超電導機器の端末構造
１１ 冷媒導入管 １９ 冷媒排出管
２ 導体引出部
２０ 筒状部
２０ｈ 貫通孔 ２０ｐ 冷媒ポート
２１ 超電導側接続部
２１Ａ 封止筒部 ２１Ｂ 本体部
２１ｃ 冷媒流路 ２１ｆ フランジ部 ２１ｈ 注入孔
２１ｐ 締結孔 ２１ｓ 収納部
２２ 常電導側接続部
２２Ａ 封止筒部 ２２Ｂ 金具部 ２２ｈ 取付孔
３ 非真空断熱体
３０ ケース ３１ 蓋 ３２ 樹脂 ３０ｈ 樹脂充填口 ３１ｈ 貫通孔
４ 絶縁筒
４０ 固定部
５ 常電導側断熱容器
５１ 冷媒槽 ５２ 真空槽
６ 超電導側断熱容器
６１ 冷媒槽 ６２ 真空槽
７ 碍管
７０ 本体部 ７１ 底板部 ７２ 上板部 ７５ 上部シールド
８ 補強絶縁層 ８０ 遮蔽接続部
９ 冷媒流通機構
９１ 冷媒導入管 ９９ 冷媒排出管
５０ｐ，６０ｐ，１００ｐ 真空ポート
１００ 超電導ケーブル
１１０ ケーブルコア
１１１ フォーマ １１２ 超電導導体層 １１３ 電気絶縁層
１１４ 遮蔽層 １１５ 保護層
１２０ 断熱管
１２１ 内管 １２２ 外管 １２３ 断熱材 １２４ 防食層
１３０，１３１ 冷媒
２００ ブスバー
２００ｂ ボルト

Claims (6)

1. 超電導機器の超電導導体の端部に電気的に接続される常電導の導体引出部を備える超電導機器の端末構造であって、
   前記導体引出部は、
   筒状部と、
   前記筒状部の軸方向の一端側を封止すると共に、前記超電導導体の端部を収納する収納部を有する超電導側接続部と、
   前記筒状部の軸方向の他端側を封止すると共に、常電導機器に接続される金具となる常電導側接続部と、を備え、
   更に、前記筒状部の径方向の外周面を覆う非真空断熱体を備える超電導機器の端末構造。
2. 前記非真空断熱体は、前記筒状部の径方向外方を囲うケースと、前記ケースの内部に充填される樹脂と、を備える請求項１に記載の超電導機器の端末構造。
3. 前記筒状部は、その内外を貫通する貫通孔を備え、
   前記樹脂が、前記貫通孔を介して前記筒状部の内部にも充填されている請求項２に記載の超電導機器の端末構造。
4. 前記筒状部の内部に冷媒を流通させる冷媒流通機構を備える請求項１または請求項２に記載の超電導機器の端末構造。
5. 前記超電導機器は、前記超電導導体を備えるケーブルコアと、前記ケーブルコアを収納する断熱管と、を備える超電導ケーブルである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導機器の端末構造。
6. 前記ケーブルコアの一部が挿通される絶縁筒と、
   前記絶縁筒における前記導体引出部の側に配置され、前記ケーブルコアの端部と共に前記常電導側接続部をその内部に収納する常電導側断熱容器と、
   前記絶縁筒における前記超電導ケーブルの側に配置され、前記超電導ケーブルの前記断熱管に繋がる超電導側断熱容器と、を備える請求項５に記載の超電導機器の端末構造。

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