专利名称：超导电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过在热绝缘管中容纳电缆芯而形成的超导电缆。
背景技术：
通常，超导电缆通过在热绝缘管的内侧容纳单芯电缆或由多个构件钮绞在一起的电缆芯而形成(例如，参考专利参考文献1)。
电缆芯从中心侧连续地包括成形件，超导体，绝缘层，屏蔽层，保护层。如图2所示，热绝缘管A由内管A1和外管A2的双金属管构成，通常，两个管都使用沿纵向方向由波纹管形状构成的波纹形的管，以便易于弯曲。此外，单芯或由多个构件B钮绞在一起的电缆芯包含在内管A1的内侧上。使液化氮等的制冷剂流入内管A1的内侧和电缆芯B之间的间隙。
使在内管A1和外管A2之间的间隔达到真空状态以提高热绝缘性能。此外，为了防止从外面经由外管A2辐射热量，内管A1的外圆周具有通过缠绕带形状超绝缘的热绝缘件A3等的叠层的热绝缘层。
专利参考文献1日本专利特开JP-A-9-152089
发明内容
本发明所要解决的技术问题 根据由如图2所示的双层管构成的热绝缘管，由于热绝缘元件插入在内管和外管之间，所以在电缆的弯曲部分热绝缘元件被内管和外管挤压。当热绝缘元件以这种方法与内管和外管形成接触时，外面的热量容易经由热绝缘元件从外管传导到内管，从而引起侵入热量增加的问题。
此外，根据专利参考文献1中所示的电缆的结构，当热绝缘管的热绝缘部分不能在铺管现场被抽真空以构成高真空度时，也可以预先在制造电缆的工厂将热绝缘管抽真空至高真空度之后再输送该电缆。
此外，在输送真空状态的电缆的情况下，当外管在运输中被破坏时，会担心真空被破坏。当热绝缘管被破坏时，在修理恢复破坏的部分之后需要再次进行抽真空，而抽真空会耗费巨大的时间、劳动和成本。
本发明的主要目的是提供一种能够由热绝缘管提高热绝缘功能的超导电缆。此外，本发明的另一个目的是提供一种超导电缆，即使当运输中热绝缘管的外部被破坏时也能够以最小程度保持热绝缘管的热绝缘功能。
解决技术问题的技术方案 根据本发明，提供一种超导电缆，包括具有超导体的电缆芯，和包含有电缆芯的热绝缘管，其中热绝缘管从内侧在径向上由具有不同直径的三个或更多的金属管叠层，热绝缘部分形成在各金属管之间。
特别优选地，构造一种结构，其中热绝缘管包括从内侧沿直径方向布置的第一金属管，第二金属管和第三金属管，内侧热绝缘部分形成在第一金属管和第二金属管之间，外侧热绝缘部分形成在第三金属管的内侧上和内侧热绝缘部分的外侧上。
该电缆芯可以由单一芯或钮绞在一起的三芯结构构成。此外，这里指出一种电缆芯，例如从其中心连续地包括成形件，超导体，绝缘层，屏蔽层，保护层。
至于构成热绝缘管的金属管，可以使用扁平管，或者可以使用波纹管。优选地，为了形成易于弯曲的电缆，金属管使用波纹管。
此外，优选地，金属管的材料由不锈钢、铜、铜合金、铝和铝合金的任何一种非磁性材料构成。
优选地，为了防止由外面辐射热量，在各个金属管之间提供一种超绝缘等等的叠层热绝缘元件。
根据本发明，由于热绝缘管由三个或更多的多重管构成，所以通过外侧的热绝缘部分抑制包含在空气中的氢分子从外面侵入最内侧的热绝缘部分而防止了真空度降低，并且最内侧热绝缘部分的热绝缘功能得到保持。
此外，由于内侧的热绝缘部分由外侧的热绝缘部分保护，即使当外侧的金属管被破坏时，内侧的热绝缘部分的热绝缘功能也得到保持。具体地，当最内侧的热绝缘部分的热绝缘功能设置为最高时，即使当其外侧的热绝缘部分被破坏时，也可以以最小程度保持热绝缘功能。
此外，即使由于长时间使用电缆而导致气体从设置在各个热绝缘部分上的热绝缘元件产生，热绝缘部分的真空度下降(内压增加)时，热绝缘管总的热绝缘功能由多层热绝缘部分的结构得到保持。
各个热绝缘部分可以具有相同程度的热绝缘功能，或者该热绝缘功能可以设置为从内侧到外侧减小。当使各热绝缘功能相等时，通过真空度和热绝缘元件的结合，真空度可以设置为相同的程度，或者可以调节为相同的程度。当该热绝缘功能改变时，虽然在外侧的热绝缘部分能够提高热绝缘管总的热绝缘功能，由于真空度可以设置为低(内压可以设置为高)，所以可以容易地进行抽真空。
例如，当热绝缘管包括第一金属管、第二金属管和第三金属管，并且内侧热绝缘部分和外侧热绝缘部分由金属管形成时，在内侧热绝缘部分和外侧热绝缘部分的热绝缘功能中，外侧热绝缘部分的热绝缘功能设置为低于内侧热绝缘部分的热绝缘功能。在这种情况下，通过使内侧热绝缘部分进入高真空状态，并且将外侧热绝缘部分设置为比内侧热绝缘部分的真空度小的真空度(使外侧热绝缘部分的压力高于内侧热绝缘部分的压力)，主要的热绝缘部分由内侧热绝缘部分构成，辅助的热绝缘部分由外侧热绝缘部分构成。
此外，当金属管由三层结构构成时，通过外侧热绝缘部分，可以抑制内侧热绝缘部分的热绝缘功能由于包含在空气中的氢分子从外面侵入而减小，并且热绝缘管总的热绝缘功能可以通过双重热绝缘部分的结构得到提高。
具体地，当外侧热绝缘部分的热绝缘层的厚度较大时，也就是说，第二金属管和第三金属管之间的间隙较大时，通过外侧热绝缘部分，内侧热绝缘部分的热绝缘可以进一步有效地执行。在这种情况下，优选地，与第二金属管和第三金属管之间的热绝缘元件一起插入间隔件用于将所述间隙保持在预定的间隔。
此外，当外侧热绝缘部分的热绝缘功能比内侧热绝缘部分的热绝缘功能低时，优选地，通过减少设置在外侧热绝缘部分的热绝缘元件的量并且增加第二金属管和第三金属管之间的间隙，使得抽真空易于执行。
通过增加外侧热绝缘部分层的厚度和将设置在其内侧的热绝缘元件的量设定为小于热绝缘层的厚度，当外侧热绝缘部分被抽真空时，可以在短期内达到预定的真空度。当外侧热绝缘部分以这种方法构成时，即使当外侧热绝缘部分被破坏时，在修理之后的抽真空中，可以在短期内达到预定的真空度。
此外，根据本发明，优选地使得内侧热绝缘部分的轴向长度比电缆芯的长度短，并且使得外侧热绝缘部分的长度比内侧热绝缘部分的长度长。
通过以这种方式构成，由于在电缆的纵向上外侧热绝缘部分的长度可比内侧热绝缘部分的长度长，所以内侧热绝缘部分可以完全由外侧热绝缘部分覆盖，并且内侧热绝缘部分可以进一步由外侧热绝缘部分稳固地保护。
当如上所述地内侧热绝缘部分的长度形成为比外侧热绝缘部分的长度短时，优选地使得沿电缆的纵向方向的第二金属管的长度比实际铺设电缆芯的长度短。在这种情况下，优选地通过在将被密封地封闭的第二金属管的纵向上在两端部封闭第一金属管和第二金属管之间的间隙从而形成内侧热绝缘部分，并且抽真空内侧热绝缘部分。根据本发明，为了实现高真空度，内侧热绝缘部分不在铺管现场抽真空而在制造电缆的工厂预先抽真空。
当以这种方式形成内侧热绝缘部分时，沿电缆的纵向方向的内侧热绝缘部分的长度变得比实际铺设电缆芯的长度短。此外，实际铺设长度是指在铺设和连接该电缆芯之后电缆芯的长度。
通过使得内侧热绝缘部分的轴向上的长度比实际铺设电缆芯的长度短，并且抽真空内侧热绝缘部分，即使当将电缆芯切割到铺管现场实际铺设的长度时，也不必在铺管现场切割以移除内侧热绝缘部分的端部。因此，在电缆的运输中，由于内侧热绝缘部分的真空在运输电缆、铺设电缆和连接电缆的任何时候都没有被破坏，所以热绝缘功能可以一直得到保持，并且不必在连接该电缆之后抽真空内侧热绝缘部分。
此外，当在铺管现场不切割内侧热绝缘部分而切割电缆芯时，还存在与电缆芯一起切割第一金属管和第三金属管的情况。在那种情况下，在切割第一金属管和第三金属管之前，在等于或高于大气压的压力下注入氮气等的惰性气体，并且在切割中，执行切割的同时注入惰性气体，使得包括湿气的气体不会到达外侧热绝缘部分以执行连接，并且在完成连接之后，再次执行抽真空。
另外，当在铺管现场第一金属管和第三金属管也与电缆芯一起切割时，优选地在电缆的运输中抽真空外侧热绝缘部分或将惰性气体填充到外侧热绝缘部分。
当在电缆的运输中抽真空外侧热绝缘部分时，在制造将被抽真空的电缆的工厂通过在第二金属管的纵向方向的两端的外侧封闭第一金属管和第三金属管之间的间隙，外侧热绝缘部分形成为密封地封闭。为了汽化热绝缘部分中的湿气，在这种情况下的抽真空可以在高温空气下执行。
当在电缆的运输中使得外侧热绝缘部分处于真空时，在铺管现场，执行切割和连接外侧热绝缘部分的操作，同时将惰性气体注入到处于真空状态的外侧热绝缘部分，并且在连接电缆之后再次执行抽真空。在这种情况下，当外侧热绝缘部分的热绝缘功能设定为比内侧热绝缘部分的热绝缘功能小时，可以在短期内执行在切割并且连接外侧热绝缘部分之后执行的抽真空操作。此外，当在运输电缆中使外侧热绝缘部分进入几乎不存在湿气的真空状态时，即使当外侧热绝缘部分的热绝缘功能设置为高时，在切割并且连接外侧热绝缘部分之后执行的抽真空操作可以在短期内执行。
此外，当在电缆的运输中外侧热绝缘部分充满惰性气体时，在制造电缆的工厂通过在第二金属管的纵向方向的两端的外侧封闭第一金属管和第三金属管之间的间隙，外侧热绝缘部分形成为密封地封闭并且充满等于或高于大气压的惰性气体。在这种情况下，优选地在填充惰性气体之前抽真空外侧热绝缘部分并且填充惰性气体。同样，为了汽化热绝缘部分中的湿气，在这种情况下抽真空可以在高温空气下执行。
当以这种方式外侧热绝缘部分充满惰性气体以使得压力比大气压高时，在直到铺设电缆的期间可以防止包含在空气中的氢分子从外面通过金属管侵入。此外，当在工厂预先对外侧热绝缘部分抽真空并且随后填充惰性气体时，可以执行抽真空以致于在铺管现场再次对外侧热绝缘部分抽真空时不存在湿气。
此外，虽然指出氮气、氦气等作为惰性气体，但是从安全和成本等方面来看优选地使用氮气。
根据本发明，进一步优选地，使热绝缘管的长度比实际铺设电缆芯的长度短，并且抽真空各个热绝缘部分。具体地，当热绝缘管由三层管构成时，最优选地通过使第二金属管的长度比第一金属管和第三金属管的长度短，从而形成热绝缘管。在三层管的情况下，通过在第二金属管的纵向上由两端部封闭第一金属管和第二金属管之间的间隙，内侧热绝缘部分形成处于密封地封闭的状态。此外，通过在第二金属管的纵向上在两端部的外侧上封闭第一金属管和第三金属管之间的间隙，外侧热绝缘部分形成处于密封地封闭的状态。优选地，为了汽化热绝缘部分中的湿气，在高温空气下抽真空内侧热绝缘部分和在高温空气下抽真空外侧热绝缘部分。
通过使热绝缘管的长度比实际铺设电缆芯的长度短并且以这种方式抽真空各个热绝缘部分，可以铺设并且连接电缆同时保持各个热绝缘部分的真空状态。因此，不仅可以通过外侧热绝缘部分保护内侧热绝缘部分，而且不必再次抽真空各个热绝缘部分从而提高工作效率。
此外，在外侧的热绝缘部分于电缆的运输中被破坏的情况下，当外侧的热绝缘部分的真空度设置为比热绝缘部分的真空度小时，并且当连接电缆后抽真空已破坏的外侧热绝缘部分时，可以通过使用小型的抽真空装置在短期内执行抽真空操作，该抽真空装置同样可以在铺管现场执行抽真空操作。
根据本发明的超导电缆可以用于交流电电缆和直流电缆。此外，由于直流电缆的能量损耗比交流电缆的小，所以本发明的超导电缆优选地用作直流电缆，并且相比于由双层管构成的传统的热绝缘管，可以极好地限制热量从外面侵入电缆芯。此外，可以通过使用本发明的超导电缆形成交流超导电缆线或直流超导电缆线。此外，本发明的超导电缆的热绝缘管构成热绝缘部分，而不用将液体制冷剂放入其内部。
本发明的优点 根据本发明，由于热绝缘管由三个或更多的多重管构成，所以热绝缘部分可以分别地由内侧到外侧在径向上构成。因此，可以通过多热绝缘部分的多级结构限制热量从电缆芯的外面侵入，并且热绝缘管总的热绝缘功能可以比传统的双层管进一步提高。
此外，由于通过外侧的热绝缘部分限制了包含在空气中的氢分子从外面侵入到最内侧的热绝缘部分，所以最内侧热绝缘部分的热绝缘功能得到保持。此外，即使当由于长时间地使用电缆而导致气体从设置在各个热绝缘部分上的热绝缘元件等产生，并且热绝缘部分的真空度下降(内压增加)时，热绝缘管总的热绝缘功能可由多层热绝缘部分的结构保持。
此外，通过外侧的热绝缘部分，由于其内侧的热绝缘部分可以得到保护，即使当最外侧的金属管被破坏时，可以防止内侧的金属管被破坏，并且可以保持内侧的热绝缘部分的热绝缘功能。
此外，当热绝缘管的长度形成为比实际铺设电缆芯的长度短并且各个热绝缘部分被抽真空时，可以铺设并且连接电缆，同时保持各个热绝缘部分的抽真空状态而不用切割热绝缘管。因此，在连接该电缆并且提高工作效率之后，不必再次抽真空各个热绝缘部分。
根据本发明，虽然热绝缘管通过多管结构构成以使得外径增加，但是由于通过该多层热绝缘结构可以比传统的双层管热绝缘结构更好地限制热量侵入到电缆芯，所以当本发明应用于直流超导电缆时是有效的。
此外，当连接超导电缆的端部时，通常提供圆柱形的套管以覆盖已连接的暴露的电缆芯，并且套管的一个端部通过焊接连接到热绝缘管的端部的外表面。
在这种情况下，根据具有双层管结构的传统热绝缘管，环形状的基部连接到外管，并且套管通过焊接由基部固定到外管，使得外管在焊接部分不会被破坏。由于连接到外管的基部的位置需要根据暴露部分的长度和套管的尺寸来设置，所以连接操作是复杂的。
然而，根据本发明，由于热绝缘管由三个或更多的多层结构构成，所以即使当最外面的金属管在焊接部分被破坏时，最内侧的热绝缘部分的热绝缘功能也可以得到保持，并且因此通常使用的基部可以省去。
图1是示出根据本发明的超导电缆的两端部的外形截面图。
图2是传统的超导电缆的外形截面图。
附图标记 1超导电缆 2热绝缘管 21第一金属管 22第二金属管 23第三金属管 3电缆芯 41第一环形元件 42第二环形元件 43第三环形元件 44第四环形元件 5内侧热绝缘部分 6间隔件 7外侧热绝缘部分
具体实施例方式下面将说明根据本发明的超导电缆的实施例。图1是根据本发明的超导电缆的两端部的外形剖视图。
[总结构]用于实施例的超导电缆1包含有在热绝缘管2内侧的单芯电缆芯3，并且用于直流电缆。图1示出超导电缆1的外形剖视图，并且使热绝缘管2的长度比电缆芯3的长度短。
[电缆芯]虽然没有示出，但包含在热绝缘管2内侧的电缆芯3从其中心连续地包括成形件，超导体层，绝缘层，外导体层，保护层。
作为成形件，可以使用与金属线钮绞在一起的固体件或利用金属管的中空件。作为用于各个导体层的超导体，优选的是通过由银套包裹铋元素超导体等的高温氧化超导体构成的带形线元件。导体通过在成形件上缠绕多层带形线元件构成。
绝缘层形成在超导体的外圆周。绝缘层采用牛皮纸，通过由聚丙烯膜(例如PPLPSumitomo Denki Kogyo K.K.的注册商标)叠层的牛皮纸构成的绝缘纸等，并且可以通过围绕超导体的外圆周缠绕构成。此外，根据实施例，具有上述钮绞在一起的结构的电缆芯的三芯可以包含在绝缘管的内侧。
[热绝缘管]热绝缘管2设置有通过在直径方向从内侧叠层具有不同管径的第一金属管21、第二金属管22、第三金属管23构成的三层管。金属管分别通过由不锈钢形成的波纹管构成。
根据实施例，第二金属管22的管长度最短，第一金属管21和第三金属管23以相同的长度构成。此外，相对于第一金属管21和第三金属管23的长度，第一金属管21可以形成比第三金属管23短。根据实施例，第一金属管21和第三金属管23的长度形成比实际敷设电缆芯的长度短，第二金属管22的长度构成内侧热绝缘部分5的长度，如下所述，第一金属管21和第三金属管23的长度构成外侧热绝缘部分7的长度。
在第一金属管21的中间位置设置第二金属管22以相互间隔开的情况下，在第二金属管22的一端，第一金属管21和第二金属管22之间的间隙由板形状的第一环形元件41封闭，第二金属管22的另一端由板形状的第二环形元件42封闭。根据实施例，由第一金属管21、第二金属管22、第一环形元件41和第二环形元件42形成密封封闭的空间，并且形成该密封地封闭的空间以构成内侧热绝缘部分5。
虽然没有示出，但密封地封闭的空间设置有所谓的超绝缘(叠层热绝缘元件)，该超绝缘在密封地封闭之前由塑料形成的网状件和金属箔叠层。此外，在密封地封闭第一金属管21和第二金属管22之间的间隙之后，内侧热绝缘部分5在高温下被抽直空以构成高真空状态。
接下来，超绝缘设置(未示出)在第一金属管21的不与第二金属管22叠层的一部分的外圆周和第二金属管22的外圆周，具有矩形截面的导线状间隔件6螺旋形地缠绕在超绝缘的外圆周周围，并且第三金属管23设置在热绝缘元件和间隔件6的外圆周。在此情况下，超绝缘的量形成尽可能地薄，使得在第二金属管22和第三金属管23之间的间隙中产生的气流路径变宽。
在第三金属管23和第二金属管22之间由间隔件6生产预定间隙的状态下，第三金属管23和第一金属管21的两端由板形状的第三环形元件43和第四环形元件44密封。根据实施例，外侧热绝缘部分7由密封地封闭的空间构成，该密封地封闭的空间由第三金属管23、第一环形元件41、第二环形元件42、第三环形元件43、第四环形元件44、第一金属管21的一部分和第二金属管22形成。此外，在密封地封闭外侧热绝缘部分7之后，通过抽真空使外侧热绝缘部分7达到高真空状态。
根据实施例，通过使第二金属管22和第三金属管23之间的间隙显著大于第一金属管21和第二金属管22之间的间隙尺寸，使得外侧热绝缘部分7容易被抽真空。
此外，在铺管现场，连接电缆芯3的同时保持内侧热绝缘部分5和外侧热绝缘部分7的真空状态，虽然未示出，但暴露的电缆芯3由用于连接的套覆盖，并且该套的端部固定到第三金属管23的端部。当电缆芯以这种方式连接时，由于内侧热绝缘部分5和外侧热绝缘部分7没有被切割，所以内侧热绝缘部分5和外侧热绝缘部分7的真空状态得到保持，不必再次对内侧热绝缘部分5和外侧热绝缘部分7抽真空。
根据实施例，由于热绝缘管由三层管结构构成，内侧热绝缘部分和外侧热绝缘部分可以在径向单独构成，并且通过内侧热绝缘部分和外侧热绝缘部分的两个阶段的隔热，热绝缘管总的热绝缘功能可以通过抑制热量从外面侵入到电缆芯而得到提高。
具体地，由于热绝缘元件插入在将被抽真空的各个金属管之间，所以热绝缘管总的热绝缘功能可以比由传统的双层管构成的热绝缘管进一步地提高。
虽然已经结合具体实施例详细说明了本发明，但是对于本领域技术人员来说，显而易见地本发明可以进行各种改变或修改而不脱离本发明的精神和范围。
此外，本申请以2004年12月1日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2004-349170)为基础，其内容以参考的形式并入于此。
工业可用性 本发明的超导电缆优选地用作直流超导电缆。
权利要求
1.一种超导电缆，包括具有超导体的电缆芯，以及包含有该电缆芯的热绝缘管，其中该热绝缘管在径向上从内侧层叠有不同直径的三个或更多的金属管，并且热绝缘部分形成在各个金属管之间。
2.根据权利要求1所述的超导电缆，其中外侧的热绝缘部分的热绝缘功能设置为比其内侧的热绝缘部分的热绝缘功能低。
3.根据权利要求1或2所述的超导电缆，其中热绝缘管包括在径向上从内侧设置的第一金属管，第二金属管和第三金属管，内侧热绝缘部分形成在第一金属管和第二金属管之间，并且外侧热绝缘部分形成在第三金属管的内侧上和内侧热绝缘部分的外侧上。
4.根据权利要求3所述的超导电缆，其中沿电缆的纵向方向的内侧热绝缘部分的长度形成为比电缆芯的长度短，并且外侧热绝缘部分的长度形成为比内侧热绝缘部分的长度长。
5.根据权利要求4所述的超导电缆，其中通过使沿电缆的纵向方向的第二金属管的长度比实际铺设电缆芯的长度短并且沿第二金属管的纵向方向在两端部封闭第一金属管和第二金属管之间的间隙而形成内侧热绝缘部分，并且内侧热绝缘部分被抽真空。
6.根据权利要求5所述的超导电缆，其中外侧热绝缘部分通过在运输电缆中在纵向上的第二金属管的两端的外侧上封闭第一金属管和第三金属管之间的间隙而形成，并且被抽真空。
7.根据权利要求5所述的超导电缆，其中外侧热绝缘部分通过在运输电缆中在纵向上的第二金属管的两端的外侧上封闭第一金属管和第三金属管之间的间隙而形成，并且填充有等于或高于大气压的惰性气体。
8.根据权利要求7所述的超导电缆，其中惰性气体是氮气。
9.根据权利要求1至3中任何一项所述的超导电缆，其中热绝缘管的长度形成为比实际铺设电缆芯的长度短，并且各个热绝缘部分被抽真空。
10.根据权利要求9所述的超导电缆，其中热绝缘管包括第一金属管，第二金属管和第三金属管，第二金属管的长度形成为比第一金属管和第三金属管的长度短，内侧热绝缘部分通过在第二金属管的纵向上的两端部封闭第一金属管和第二金属管之间的间隙而形成，并且外侧热绝缘部分通过在金属管的纵向上的两端的外侧上封闭第一金属管和第三金属管之间的间隙而形成。
11.根据权利要求1至10中任何一项所述的超导电缆，其中热绝缘管的金属管的材料是不锈钢、铜、铜合金、铝和铝合金中的任何一种。
12.根据权利要求1至11中任何一项所述的超导电缆，其中超导电缆用作直流电缆。
全文摘要
提供一种超导电缆，该超导电缆能够通过热绝缘管提高热绝缘功能，以及即使当运输中热绝缘管的外部被破坏时也能够以最小程度保持热绝缘管的热绝缘功能保持。包含有超导电缆(1)的电缆芯(3)的热绝缘管(2)包括在径向上从内侧设置的第一金属管(21)和第二金属管(22)和第三金属管(23)。内侧热绝缘部分(5)形成在第一金属管(21)和第二金属管(22)之间，外侧热绝缘部分(7)形成在第三金属管(23)的内侧上和内侧热绝缘部分(5)的外侧上。外侧的热绝缘部分的热绝缘功能设置为比其内侧的热绝缘部分的热绝缘功能低。
文档编号F16L59/14GK101073128SQ200580041390
公开日2007年11月14日 申请日期2005年10月31日 优先权日2004年12月1日
发明者广濑正幸, 畑良辅 申请人:住友电气工业株式会社