专利名称：超导输电电缆和输电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超导输电电缆和使用该电缆的输电系统。
背景技术：
作为超导输电电缆以前人们就提出了各种构成的方案。一直要求敷设作业的容易化和热侵入对策等的提高。另外，就超导电缆来说，可以参考以下的专利文献1、2等。此外，至于具备热电变换元件的电流端子可参看专利文献3。
专利文献1特开2003-333746号公报专利文献2特开平10-112407号公报专利文献3特开2003-217735号公报发明内容因此，本发明的主要目的在于提供可提高传输效率、使敷设作业容易化、降低热侵入的电缆和直流输电系统。
为了实现上述目的，本发明的概略构成如下。
本发明一种超导输电电缆的特征在于，它至少具有在内侧收置超导导体部的第1管，和配置在所述第1管的外侧的第2管，其中，在所述第1管和所述第2管之间设置有真空隔热部，所述第2管由强磁性材料构成。
在本发明中，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有冷媒通过部、所述超导导体部以及电绝缘部。
在本发明中，所述第2管可以是铁管。
在本发明中，所述第2管在管的纵向上可具有磁间隙。
在本发明中，所述第2管在所述磁间隙中可具有非磁性材料。
在本发明中，在所述第1管和所述第2管之间的真空隔热部中，可具有由被覆有铝的多个片材料构成的绝热部件。
在本发明中，所述超导导体部可在线圈架上卷绕着带状线材。
在本发明中，所述第2管可至少包括通过真空隔热部收置所述第1管的一个管以及在内侧收置所述一个管的另一管。
在本发明中，所述一个管用于真空气密性保持，所述另一管用于保持磁能。
在本发明中，可以构成为，相互对置的所述超导输电电缆的直管部端部通过波纹管连接，所述超导输电电缆的直管部至少在相互离开的多个部位被固定支承。
在本发明中，可以构成为，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有第1冷媒通过部、第1超导导体部、第1电绝缘部、强磁性体部、电流的流向与所述第1超导导体部相反的第2超导导体部、第2电绝缘部和第2冷媒通过部。
在本发明中，可以构成为，所述强磁性体部沿所述第1管的纵向配设，由多个强磁性体环构成。所述多个强磁性体环可以通过连接线连接着相邻的环。
在本发明中，在超导输电电缆的常温端部，构成所述超导导体部的超导芯线通过引线与进行真空密封和电绝缘的第1馈通连接，从所述第1馈通经过引线和真空和大气一侧之间的第2馈通连接，在所述第2馈通上连接有热电变换元件，以降低热侵入，从所述第2馈通由电缆和外部的电源连接。
在本发明中，可以构成为，所述第2馈通具有设置在真空侧并安装有所述热电变换元件的第1电极，支承所述第1电极并具有电绝缘性的第1绝缘板，与所述第1电极夹持着所述第1绝缘板并通过电缆连接在常温大气侧的电源上的第2电极，和保持所述第2电极并具有电绝缘性的第2绝缘板。
在本发明中，可以构成为，所述第2馈通具有设置在真空侧并连接在所述热电变换元件的一侧上的第1电极，设置在真空侧并连接在所述热电变换元件的另一侧以及电流引线上的第3电极，支承所述第1、3电极并具有电绝缘性的第1、3绝缘板，夹持着所述第1绝缘板和所述第1电极并通过电缆连接在常温待机侧的电源上的第2电极，和保持所述第2电极并具有电绝缘性的第2绝缘板。
根据本发明，作为第2管的材料使用强磁性材料，可以在空间上起保持作用并使磁能增大，由于输电线具有SMES效果，所以可以提高传输效率。
图1是示出了本发明的一个实施例的管的截面的图；图2是示出了具有方向性的硅钢板的磁特性的一例的图；图3是示意性地示出了强磁性材料的磁特性的图；图4(A)、(B)是示出了本发明的一个实施例的外部管的构成的图；图5(A)、(B)是示出了本发明的另一实施例的管的截面的图；图6是用于说明在本发明的一个实施例中向共用沟等的设置例的图；图7是示出了本发明的一个实施例的管支承结构的图；图8是示出了本发明的一个实施例的单芯超导电缆所形成的输电电缆的构成的图；图9是示出了本发明的另一实施例的单芯超导电缆所形成的输电电缆的构成的图；图10是示出了本发明的另一实施例的同轴电缆的结构的截面的图；图11(A)、(B)、(C)是示出了本发明的另一实施例的同轴电缆用强磁性体结构的正面、侧面、多个环的连接结构的图；图12是示出了本发明的一个实施例的常温端部的构成的图；图13是示出了本发明的另一实施例的常温端部的构成的图；图14是示出了本发明的一个实施例的馈通2的构成的图；
图15是示出了本发明的另一实施例的馈通2的构成的图；图16是示出了本发明的另一实施例的馈通2的整体构成的图；图17是示出了本发明的另一实施例的电缆结构的截面的图；图18是示出了本发明的另一个实施例的冷却站的配置形态的图；图19是示出图18的电缆连接部的构成的图；图20是示出冷媒导入部的构成的图；图21是示出本发明的又一实施例的电缆结构的断面的图。
符号说明101冷媒通过部 101A冷媒通过部(去路) 101B冷媒通过部(复路) 102超导导体部 103电绝缘部 104真空隔热部105内部管(内侧管) 106外部管(外侧管)107外部管2 108缓冲部 201超导电缆 202磁屏蔽用钢板301直管部 302电线管支承部 303波纹管部 401超导电缆1 402超导电缆2 403铜电缆 404电源1 405电源2 406逆变器1 407逆变器2 501冷媒通过部 502超导导体部+ 503电绝缘部1504强磁性体部 505超导导体部- 506电绝缘部2507外部冷媒通过部 508真空隔热部 509内部管 510外部管 601冷媒 602线圈架 603超导芯线 604电绝缘层 605波纹管606内部管 607凸缘 608电绝缘管 609凸缘安装部 610馈通1612紧固件(掣子) 613凸缘安装部 614馈通2 615外侧管 616作业孔 617热电半导体 618凸缘 619外侧管(铁管部) 701冷媒 702线圈架 703超导芯线 704电绝缘层 705波纹管 706内部管 708电绝缘管(陶瓷断路器) 709凸缘安装部 710馈通1 712紧固件(掣子) 713凸缘安装部 714馈通2 715外侧管(不锈钢管部) 716作业孔 717热电半导体 718凸缘 719外侧管(铁管部) 801电极1 802电极2 803陶瓷板 804 FRP板 805散热片 901电极1 902电极2 903电极3 904 FRP板 905散热片 906陶瓷板 907 FRP板-2 908热电半导体 910铜导线 1001电极1 1002电极2 1003陶瓷板 1004 FRP板 1005陶瓷板1006 FRP板-2 1007热电半导体 1010铜导线 1101A冷媒通过部(去路) 1101B冷媒通过部(复路) 1102线圈架 1103超导芯线 1104电绝缘层 1105波纹管 1106内部管 1110馈通1 1112紧固件(掣子) 1115外侧管(不锈钢管部) 1116作业孔 1118凸缘 1119外侧管(铁管部) 1120连接线 1121连接夹具 1122凸缘安装部 1201A冷媒通过部(去路) 1201B冷媒通过部(复路) 1202线圈架 1203超导芯线 1204电绝缘层 1205波纹管 1206内部管 1207A、1207B凸缘部 1208A、1208B电绝缘管 1210馈通1 1212紧固件(掣子) 1216作业孔 1218凸缘 1219外侧管(铁管部) 1220连接线 1222凸缘安装部 1223波纹管具体实施方式
以下对本发明的实施例进行说明。图1是示出了本发明的一个实施例的结构的图。示出了利用了铁管的隔热管的一例。从内侧开始说明结构。在最内侧具有用于冷媒通过的冷媒通过部101，在该例中，形成为直管状。一般地冷媒在称为”线圈架”的管的内侧流动。
在该线圈架上缠绕了超导线的部件是超导导体部102。超导线在利用液态氮温度的冷媒的情况下使用称为”高温超导体(HTS)”的材料，通常为氧化物材料，并被加工成带状。为了使冷媒与带状线材直接接触，在线圈架上形成有细孔等空隙结构。
在超导带状线材上有用于进行电绝缘的电绝缘层103。该电绝缘层103虽然使用可同时进行热绝缘的材料，但是一般而言，电绝缘部件由于热传导率低，所以可以容易地满足这个条件(热绝缘特性)。
上述结构部件(冷媒通过部101、超导导体部102、电绝缘层103)被导入内部管105内。作为该内部管105的材料，由于内部管105要变成低温，所以例如使用不锈钢。而且，一直到内部管105的部分，由于要变成低温而进行热收缩，所以该内部管的配管优选地使用波纹管。
在波纹管的外侧具有真空层(真空隔热部)104，为了维持该真空而设置了外部管106。外部管106处于常温下，利用作为外部管材料的铁等的强磁性材料。
外部管以往一直使用不锈钢，但是如果使用强磁性材料则可以提高透磁率，所以可以增大输电线所具有的电感。使输电线所具有的磁能增大成为本发明的系统的一个特征。
在现有的系统中，作为这种真空配管而利用的结构中没有使用铁管。为了将铁管作为这种真空配管而实现，要满足如下所述的多个要求。
由于铁材料的外部管会因氧化而生锈，所以作为防锈处理要在外侧表面上进行镀敷等处理。
而且，为了避免外部管的外侧表面受到冲击或损伤，要使用橡胶材料覆盖。
其次，作为外部管的内侧，为了保持真空，有必要减小气体从表面的排放率。为此，要进行电镀或蒸镀等表面处理。
还有，为了保持低温，有必要降低幅射率。
由于上述理由，优选地，也可以在内侧表面上蒸镀铝。此外，在真空层上，一般使用通过放入称为”超绝缘”的、在膜上涂布了铝等的多个薄膜来降低幅射热的侵入的方法。
其次，说明铁管的磁特性。一般地，磁特性由BH特性图示出。图2示出了其中一例(具有方向性的硅钢板的磁特性)。它成为磁滞曲线，随最大施加磁场的不同而有较大的差异。
图3是示意性地示出了强磁性材料的磁特性的图。在最初施加磁场H时，从图3的原点0开始出发。然后当磁场达到某一值H1时磁通密度B达到最大值并将此时的磁通密度B称为”最大磁通密度Bm”。在图3中，作为特性曲线(1)而示出。
其次，如果使磁场下降，而如特性曲线(2)所示，磁场变化直到成为0。这时将B0称为”残留磁通密度”。于是将这种以不通过原先的曲线的方式而进行的变化称为”磁滞”。当再次进行励磁时，虽然不会完全成为(2)所示的曲线，但是仍基本上以接近(2)的曲线变化。于是在减磁时基本上沿(2)变化。以箭头将此示出。
因此，当将铁管如图1所示作为外部管106使用时，磁场H随着内部的超导体中流动的电流的变化而变化。可以认为其磁特性除了最初的阶段以外基本上沿图3的特性曲线(2)进行变化。
这种通过磁性体而保持的磁能W可以由下式(1)给出。
W=∫BoBmHdB---(1)]]>因此，在成为图3的特性曲线(1)或成为特性曲线(2)时，电流值发生变化而在磁性体中保持的磁能W有较大的不同。特性曲线(1)的一方具有较多的磁能W，而特性曲线(2)的一方具有较少的磁能。如此，在直流特性方面利用磁性体的价值降低。
因此希望能够通过某种方法来获得例如图3的特性曲线(3)所示的特性。即，最好是残留磁通密度B0能够降低。此外，在不利用磁性材料的情况下，例如当利用不锈钢时，不显示出这种磁滞特性，H、B的关系通过原点而直线地变化。
图3的特性曲线(3)所示的磁特性由图4所示的外部管的磁回路来实现。如图4所示，磁回路可以形成为管断面的圆形。
磁场H作为在垂直于纸面的方向上位于该管106的内侧的超导体的电流的流动而示出。磁感应(磁通密度)B也可以通过在相同方向上插入间隙而实现。如果不存在该间隙，则变成为曲线(2)所示的特性。
另一方面，由于有必要保持真空，所以外部管就不可能在空间上空着。因而，间隙部例如能够使用不锈钢那样的非磁性材料，则在磁性上就与具有间隙时等效，还可以保持真空。如图4(B)所示的断面结构，在制造外部管106(参照图1)时，将板弯曲成管状并夹持着非磁性材料并在最后进行焊接就可以。而且，优选地间隙要尽量地短。这是因为即使施加相同的磁场H1时最大磁通密度Bm也将减小的缘故。因此，在实际的设计中应当考虑这种特性。
其次，就复合结构的外部管106进行研究。外部管106的作用有两点。
第1点是用于进行真空隔热，第2点是用于保持磁能。
可以将这两个功能分开。在图5中示出它的一个例子。在图5(A)中，外部管1(106)用于保持真空，而外部管2(107)用于保持磁能。因此，外部管1例如通过薄的波纹管制作从而可以容易地进行弯曲并可容易地进行施工工作。在两个外部管106、107之间，也可以配设缓冲部件108等。同时，如果使用热传导率低的材料则也可以用于隔热。
此外，外部管2(107)也可以采用分成两部分而通过螺纹件紧固的结构。如图5(B)所示，形成为将两个外部管2对齐而接合的结构。此外，由于外部管2(107)为厚料，所以在此也可以配设保持整体的结构系统。
其次对将单条超导电缆设置于地下的共用沟(槽)中时的情况进行说明。在图6中，示意性地示出了向共用沟的设置例的断面结构。由于在共用沟内的两条超导电缆201中流动的电流的方向相反，所以有时会存在在两条电缆之间产生磁场而以较广范围向外扩展的情况。这是因为电缆系统具有较大的磁能。此外，根据日本国内的法律，在公众所往来的空间中，磁场必须小于等于5G，所以有必要有效地进行磁屏蔽。两条电缆产生相互排斥的电磁作用力。由于其在电流增大时以平方的比例增大，所以必须进行支承。为了解决上述问题，最好用磁屏蔽用钢板202连接两条超导电缆201。钢板202不仅支承两条超导电缆201之间产生的电磁作用力，由于是由铁等的强磁性材料制成的，所以还可以进行磁屏蔽。因此而进一步地增大所被保持的磁能。同样的效果也可以通过在制作共用沟的壁中使用铁材料等来实现。因此并非一定要进行完全地覆盖。
由于在利用超导电缆的直管的场合下对长度有限制，所以必须在一些位置上进行连接而形成规定的长度。同时，必须在多处对其进行固定支承。另一方面，考虑到地震或地基下沉等，如果在整个长度上刚性地固定，就有可能会使在一部分上受到较大的力的电线破坏。为了避免发生该问题，最好在不能弯曲的直管和直管之间连接可以进行弯曲的柔性波纹管。然后在直管部上进行固定支承。图7中示出了它的一个例子。在图7所示的例子中，直管(形成外部管的铁管)分别在两个部位由电线管支承部302固定支承。端部彼此由柔性波纹管303连接。
接着对通过这样的超导电缆进行输电时的电缆构成进行说明。图8是示出了由单芯超导电缆所形成的输电电缆的构成的图。它由两条超导电缆401、402和1条铜电缆403(通常传导)构成。而且设置电源1、2(构成为将逆变器或转换器与交流发电机连接而输出直流的结构)，如图8所示，使电流在其中流动(参见电流1、电流2、电流1-电流2)。将电源1(404)连接在超导电缆401的一端和铜电缆403的一端之间，将电源2(405)连接在铜电缆403的一端和超导电缆402的一端之间，在超导电缆401的另一端和铜电缆403的另一端之间连接逆变器(invertor)1(406)，并在铜电缆403的另一端和超导电缆402的另一端之间连接逆变器2(407)，将铜电缆403的另一端与逆变器1、逆变器2的连接点(节点)接地，从而可从逆变器1、2获得交流输出。由于在铜电缆403中流动的电流是分别在超导电缆401、402中流动的电流的差值(电流1-电流2)，所以电流值非常低。即，焦耳损失非常小。此外，也可以控制逆变器406、407以使得在铜电缆403中流动的电流基本上为零。根据这种构成，即使是铜电缆403的断面减小、电阻增大，也不会对输电造成任何恶劣的影响。
此外，由于节点B接地，铜电缆403的电位接近接地电位(接地电势)，铜电缆403的绝缘电压也变低。超导电缆价格较高。但是，根据如图8所示的本实施例的构成，不用将全部的电缆超导化就可以实现功能。即，根据本实施例，可以不使输电效率降低地以便宜的成本构成输电系统。
此外，在图8的示例中，铜电缆403是与超导电缆401、402分别地示出，但是如果构成为在超导电缆的外侧管部分上附装铜部并在该处流动电流，则安装作业就可以仅进行两条电缆而完成。
其次，对在该系统中当发生事故时的运行进行探讨。在此假定事故发生了3次的情况。第一次为工业用交流系统的事故、第二次为超导电缆的事故，最后一次为逆变器的事故。
在图9中，逆变器406、407的输出端上所连接的开关SW3、SW4为切换开关，通常状态下连接在工业用交流输出侧上。当交流输出端处发生了短路事故时，逆变器运行模式改变并停止输出。由于逆变器使用的自己消弧型的半导体元件，所以该输出停止可以瞬时地进行。因此，在工业用交流系统中不会流动伴随着事故的大电流，所以与使用了机械式的断路器的系统相比健全性高。
其次，假定在超导电缆中发生了事故。在该情况下，必须尽可能早地使超导电缆的电流降低。此时，首先，停止电源1、电源2的输出(由于也使用了逆变器所以可以瞬时地进行)，其次，关闭开关SW1、SW2。由此电流进行循环流动。接着如果将逆变器输出为零，则同时切换开关SW3、SW4，与虚拟输出侧(虚拟电阻)连接。于是，代替逆变器406、407的运行，使得直流电流在虚拟输出侧流动。由此，系统所具有的电能由于电阻而损失，超导电缆的电流急速地减少。
此外，说明对逆变器的事故的情况的对策。一般地假定逆变器的事故为半导体元件发生短路。此时，电流以直流继续流动。在图9中，虽然为了简单起见只在一侧绘出了逆变器(逆变器406、407)，但是在电缆的两端都装备有逆变器。SW1、SW2也是同样，当在发生了事故的逆变器上关闭并列的开关时，在逆变器事故部上电流不再流动。而在健全的另一方的逆变器上，进行上述的断路动作，从而不会发生大事故。
上述示例的电缆为单线，下面说明两根导体被收置于同轴上的电缆结构。图10是本发明的另一实施例的电缆结构的断面图。在同轴电缆的两个导体之间施加绝缘的同时还配设有强磁性体。同轴电缆具有磁场不向外部泄漏、电磁作用力由电缆内部支承以及阻抗低等特征。前两者的理由在作为电力电缆使用方面是所希望的，而阻抗低则直接意味着电感低。
与将两条电缆平行地间隔数米布设的情况下相比大多数可以变成小于等于1/100。因此，电缆可保持的磁能变少。
在两个往复导体(超导导体+(502)和超导导体-(505))之间进行电绝缘，并且在其间配设强磁性体504。
如图10所示，在最内侧具有内侧冷媒通过部501，冷媒沿一定方向流动。这是采取在卷绕超导导体+(502)的线圈架及其内部具有孔的形式。在线圈架上具有小孔或者狭缝，以使冷媒直接与超导导线接触。而且，也可以分别对超导导线进行芯线绝缘。于是可设置电绝缘部1(503)以将它们包覆起来。电绝缘部1(503)对施加在往复导体上的大电压进行绝缘。其次，设置强磁性体部504。一般地希望强磁性体部504接地。这样就可以通过简单的电绝缘部(未示出)而卷绕超导导体-(505))。超导导体-同样地接地。
在超导导体-(505)的外侧还设置简单的电绝缘部2(506)，并收置在内部管509内。在内部管509和外部管510之间具有真空隔热部508。而且，也可以在插入的强磁性体504中设置间隙部。
其次，对置入图10的往复导体(超导导体+(502)和超导导体-(505))之间的强磁性体的结构进行说明。由于电缆是可以进行弯曲的导体，所以外部管姑且不论，这一部分必须能够进行弯曲。因此不能使用直管。因此强磁性体部采用图11(A)所示的环状。并使用连接线511连接多个环504。连接线使用弹簧等，使用不仅可以在任意方向上弯曲还可以稍微地伸缩的材料。将这种连接线以多个连接在多个强磁性体环504之间。
就本实施例的常温端部结构进行说明。图12是示出常温端部的结构图。参照图12，超导芯线603卷绕在线圈架602上。冷媒601在线圈架602的内侧流动。在超导芯线603的外侧设置有电绝缘层604，并且整体都被收置在波纹管605内。
在端部，通过凸缘607安装在其波纹管605上，以及在内侧安装有电绝缘层的内侧管606上。这是为了使内管被电绝缘。在内侧管606的与波纹管605连接一侧的相反侧端部上，连接有安装了馈通1(610)的凸缘609。馈通的多个插脚上连接有柔性的导线。另一方则连接在超导芯线603上。导线被夹具612固定在绝缘部件。该导线也对表面进行了电绝缘处理。由此，可以更良好地保持与内管的绝缘。出于同样的目的，安装了馈通1(610)的凸缘609也对内侧进行了电绝缘处理。
用于输送在内侧管系统中流动的冷媒的配管，通过凸缘安装被称作陶瓷断路器的电绝缘部件608，并且与外部的冷却系统进行了电绝缘。由于陶瓷材料等电绝缘部件一般而言热收缩率与金属不同，所以未示出的波纹管被用于吸收热收缩差。内侧管系被设置于外侧管系的真空中。
外侧管端部615由不锈钢制成，通过凸缘618连接在外侧管的铁管部(强磁性材料)619上。
此外，为了改善作业性，根据需要在外侧管端部615上设置作业孔616。此外，连接利用作业孔616等进行真空排气的配管，并安装真空泵等。
外侧管615(不锈钢管部)上安装有连接了馈通2(614)的凸缘613，在馈通1和馈通2的插脚之间用进行了绝缘被覆的导线连接。由于在其上也具有较大的温度差，所以为了吸收温度差，必须柔性地并具有富裕量地进行连接。为了在常温侧降低热侵入，而安装有热半导体617.其详细结构将在后面说明。
图12所示例子中冷媒的出入口朝下，是冷媒的流入侧。另一方面，由于冷媒在相反的端部流出，则出入口朝上。如果朝向低温系统的热侵入大并且温度上升而导致在产生气体时易于排出、并且温度高的液体冷媒的密度低，则采用这种构成。
图13是示出常温端部整体沿上下方向朝向时的构成图。由于冷媒701由于热侵入温度上升而密度下降，所以优选地将冷媒流入侧设置在重力的下侧，而流出侧设置在上侧。特别是当由于某种问题而造成冷媒气化时最好将流出口设置在上侧。图13中示出了冷媒正在流出时的常温端部。采用电力系统的连接为上下方向，而冷媒是从管的横向侧流出的结构。但是仍优选地不如采用相反方。这是因为在产生气体时气体是向上流出。制造冷媒的泵系统由绝缘管而被电绝缘，与图12的构成相同。
此外，使低温内侧管和常温外侧管皆为接地电位，以确保作业人员的安全性。在波纹管705处进行电绝缘，在端部处进行了如图所示的多重绝缘。为了在与内侧管706相向的进行真空隔热的管719的内侧提高对红外线的反射率，在表面上进行电镀或者使表面变得平滑。此外，为了在内侧管706上反射来自外部的热幅射，在其上卷绕超绝缘这种薄膜。
此外，由于和热电半导体717连接的铜引线720必须和其它设备电绝缘，所以使铜引线720的表面绝缘，并在设置于真空中的其它设备的真空侧表面上设置电绝缘层。
其次说明馈通2的结构。它通过使用热电半导体来降低向低温部的热侵入。另一方面，如果使用热电半导体则热从低温侧朝向高温侧传递，所以如果在常温侧不进行冷却则常温侧的温度将升高。此外，一般地，热电半导体比金属脆，所以需要考虑接合问题。
图14是示出馈通2的结构的图，示出了安装有一个热电半导体的电极结构。在陶瓷板803上夹持安装着电极1(801)和电极2(802)。例如也可以通过切制螺纹而相互安装。电极1(801)在陶瓷板803上金属化以能够保持真空。在电极2(802)上由于连接来自电源的电缆，所以为了稳定地保持，在上侧安装FRP(纤维增强塑料)板804，以固定电极2(802)。此外，在电极2(802)上配设有散热片805，通过散热片805由通过FRP板804和陶瓷板803之间的冷却气体进行热交换。这是为了使热电半导体所吸收的热发散出的缘故。
此外，这些电极对每一铜引线进行绝缘，并安装在多个馈通上(参照图16)。
下面对安装在电极1(801)上的热电半导体进行说明。作为热电半导体，使用铋碲合金(BiTe)等。铋碲合金被钎焊在铜电极上。必须对铜电极表面进行预先处理。此外，由于BiTe强度不如金属并且接合面强度也差，所以在接合后需要采用支承部件。
图15是示出馈通2的另一结构的图。FRP板-2(907)作为整体支承着在热电半导体808的下部接合的电极3(903)。热电半导体908、电极3(903)、FRP板-2(907)被设置在真空中。用于和馈通1连接的铜引线910连接在电极3(903)上。
图16是示出了本实施例的馈通2的整体结构的图。在一片陶瓷板上安装有多个在图14、15中所示的热电半导体和与其连接的电极结构物。当将它们并列在同心圆上时，铜引线和超导电缆可以容易地连接。根据热电半导体的泊耳贴效应，热从低温侧向高温侧传递，如此则电极2(1002)的温度上升。为了避免该问题，采用了使冷却用气体流动的结构。气体采取进行热交换而被排出至外部的方式。由于热电半导体1007和电极的连接不是那么牢固，所以用FRP板-2(1006)来支承电极3(1003)。此外为了避免由于热幅射造成的热侵入，在表面上进行铝等的涂布。对于电极3也是同样，用反射率高的材料在电极3的表面上进行涂布。
下面作为本发明的另一实施例，就超导电缆的冷却系统进行说明。在直流传输中的超导芯线的热发生，不以交流时的方式发生。向低温系的热侵入仅从真空隔热部和从端部进行。为了进行冷却，需要使冷媒进行循环。用于该目的的泵动力将变大。于是，该泵由于需要在冷媒中动作而使得由动力所产生的热全部成为向低温系统的负荷。在现有的交流超导电缆的开发中，也从实验可知该动力是热负荷大的主要原因。
作为解决该问题的方式，具体地，虽然要实现泵动力的降低，但是必须的冷媒量是由向低温系统的热侵入来确定。由于使冷媒循环而导致的压力损失通过冷媒所通过的流路的设计来确定。在此，作为这种基本的考虑方法，希望通过利用重力来实现循环动力的削减。以下进行说明。
图17是示出本发明的另一实施例的电缆断面的图。冷媒通过部分成往路101A和复路101B两个部分。在冷媒通过部的往路101A和复路101B之间设置有分离管109。
根据这种构成，一般地，由于形成流路的管的壁面积增大，所以通常压力损失增大。于是从未示出的冷冻机供给的温度低的泥氮作为往路101A在管的中心部流动。在此，由于包含氮的冰态氮，所以冷媒的平均密度高。另一方面，复路101B采取冷媒直接接触超导线材的方式。结果通过来自外部的热侵入，氮的冰态氮融化而使得冷媒的密度降低。
需要将向电缆供给冷媒的冷却站每隔一定距离地设置，例如每隔20公里设置。由于地面高度的差别，冷却站分别被设置在高地上。图18是示意性地示出冷却站的配置的图。从冷却站A延伸出的超导电缆A与从冷却站B延伸出的超导电缆B在电缆所通过的低地处进行连接(连接部)。电流通过冷却站而流动，但是从各个冷却站A、B流入电缆的冷却往路的冷媒在连接部处返回，通过复路而返回至将其送出的原来的冷却站。
图19是示出图18的连接部的结构的图。含有较多的密度高的氮的冰态氮的冷媒凭自重从冷却站落下。另一方面，由于冰态氮通过热侵入而融化的、温度高的冷媒的密度低，在浮力作用的同时，受落下的冷媒的推压作用而向原来的冷却站返回。因此，可以减少使冷媒循环的动力。
由于这种构成可以利用虹吸原理，即使是在途中具有比冷却站稍高的位置，但是最终只要连接部位于比冷却站低的位置就可以进行循环。此外，如果因为任一事故等而发生大的热侵入时，热首先进入复路的冷媒中。然后即使产生了气体，由于通过浮力而仍然要返回至原来的冷却站，所以具有固有的安全性。
参照图19，在进行真空隔热的外侧管的内侧设置有低温的波纹管1105，在其内侧，如作为图17的断面图所示，放入有超导芯线等。为进行连接，馈通1(1110)连接在端部直管(内侧管)上，超导芯线分别连接在馈通1(1110)的插脚上。然后两侧的馈通1(1110)的插脚上分别通过连接线1120电连接。然后在两个内侧管1106在力学上由连接夹具1112紧固连接。另一方面，冷媒从电缆中心的往路1101A分别向连接部流动，在到达这种端部结构返回。复路1101B返回至原来的冷却站。在图19中，箭头表示冷媒流的方向。
图20是示出冷却站处的冷媒导入部的构成的图。冷媒导入系统构成为与电缆的往路1201A直接连接，并从复路1201B与内侧管1206全体连接。而且，在注入冷媒时，为了容易地进行连接，优选地使用波纹管1223。从而可使工作(设置)、作业容易化。为了不与循环而返回的冷媒进行热交换，也可以设置两重波纹管1223而形成真空层，并在波纹管1223上粘贴隔热材料。
图21是示出本发明的另一实施例的管的断面构成的图。在图21中，作为进行自然循环的管结构，示出了与图17不同的构成。设置成冷媒通过部的往路101A在卷绕有超导芯线的线圈架的内侧流动，而冷媒通过部的复路101B在由超导芯线构成的导体部102的外部流动。在冷媒通过部的复路101B的外侧设置电绝缘部103。如此，超导导体部102，由于既可以从内侧也可以从外侧进行冷却，由于从外部来的热侵入最初进行复路101B的冷媒中，所以可以更稳定地保持超导状态。而且可以更可靠地实现冷媒通过部的往路101A和复路101B的分离。
通过上述实施例说明了本发明，但是本发明并不限于上述实施例的构成，当然也包含本领域的技术人员在本发明的范围内可以实现的各种变形、修正。
权利要求
1.一种超导输电电缆，其特征在于，至少具有在内侧收置超导导体部的第1管，和配置在所述第1管的外侧的第2管，其中，在所述第1管和所述第2管之间设置有真空隔热部，所述第2管由强磁性材料构成。
2.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有冷媒通过部、所述超导导体部以及电绝缘部。
3.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管是铁管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管在管的纵向上具有磁间隙。
5.根据权利要求4所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管在所述磁间隙中具有非磁性材料。
6.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述第1管和所述第2管之间的真空隔热部中，具有由被覆有铝的多个片材料构成的绝热部件。
7.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述超导导体部在线圈架上卷绕着带状线材。
8.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管具有真空隔热和保持磁能的功能。
9.根据权利要求1或2所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管至少包括通过真空隔热部收置所述第1管的一个管以及在内侧收置所述一个管的另一管。
10.根据权利要求9所述的超导输电电缆，其特征在于，所述一个管用于真空气密性保持，所述另一管用于保持磁能。
11.根据权利要求9所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述一个管和所述另一管之间具有缓冲部件。
12.一种超导输电电缆，其特征在于，在根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆的设置场所中具有磁屏蔽部件。
13.根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，相互对置的所述超导输电电缆的直管部端部通过波纹管连接，所述超导输电电缆的直管部至少在相互离开的多个部位被固定支承。
14.根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，具有一端连接在第1电源的正极上的第1超导电缆，一端连接在第2电源的负极上的第2超导电缆，一端连接在所述第1电源负极和所述第2电源的正极的连接点上的铜电缆，连接在所述第1超导电缆的另一端与所述铜电缆的另一端之间的第1逆变器，和连接在所述第2超导电缆的另一端与所述铜电缆的另一端之间的第2逆变器，其中，所述第1、第2逆变器和所述铜电缆的另一端的连接点接地，从所述第1逆变器和所述第2逆变器进行交流输出。
15.根据权利要求13所述的超导输电电缆，其特征在于，具有与所述第1电源并联并被开关控制的第1开关，与所述第2电源并联并被开关控制的第2开关，接收所述第1逆变器的输出并切换连接在该输出的交流输出与虚拟输出中的任一个上的第1切换开关，和接收所述第2逆变器的输出并切换连接在该输出的交流输出与虚拟输出中的任一个上的第2切换开关。
16.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有第1冷媒通过部、第1超导导体部、第1电绝缘部、强磁性体部、电流的流向与所述第1超导导体部相反的第2超导导体部、第2电绝缘部和第2冷媒通过部。
17.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述强磁性体部沿所述第1管的纵向配设，由多个强磁性体环构成。
18.根据权利要求16所述的超导输电电缆，其特征在于，所述多个强磁性体环通过连接线连接着相邻的环。
19.根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管包含波纹管。
20.一种超导输电电缆，其特征在于，在根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆的常温端部中，构成所述超导导体部的超导芯线通过引线被连接在进行真空密封和电绝缘的第1馈通上，从所述第1馈通通过引线连接在真空与大气一侧之间的第2馈通上，在所述第2馈通上连接有热电变换元件以降低热侵入，从所述第2馈通通过电缆连接在外部的电源上。
21.根据权利要求20所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管在配设所述第2馈通的凸缘安装部一侧由不锈钢管构成，围绕所述第1管的部分由铁管构成，所述不锈钢管和所述铁管通过连接部连接。
22.根据权利要求20或21所述的超导输电电缆，其特征在于，供冷媒流的流入用的管以及流出用的管设置在构成常温端部的所述第2管端部的所述不锈钢管部上，通过电绝缘管，被连接在所述第1管上。
23.根据权利要求20所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2馈通具有设置在真空侧并安装有所述热电变换元件的第1电极，支承所述第1电极并具有电绝缘性的第1绝缘板，与所述第1电极夹持着所述第1绝缘板并通过电缆连接在常温大气侧的电源上的第2电极，和保持所述第2电极并具有电绝缘性的第2绝缘板。
24.根据权利要求20所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2馈通具有设置在真空侧并连接在所述热电变换元件的一侧上的第1电极，设置在真空侧并连接在所述热电变换元件的另一侧以及电流引线上的第3电极，支承所述第1、3电极并具有电绝缘性的第1、3绝缘板，与所述第1电极夹持着所述第1绝缘板并通过电缆连接在常温待机侧的电源上的第2电极，和保持所述第2电极并具有电绝缘性的第2绝缘板。
25.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述第2电极上配设有散热片。
26.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1绝缘板由陶瓷板构成。
27.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2绝缘板由纤维增强塑料板构成。
28.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第3绝缘板由纤维增强塑料板构成。
29.根据权利要求1至8中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有冷媒通过部、所述超导导体部以及电绝缘部，作为所述冷媒通过部，在内侧设有冷媒通过部往路，在外侧设有冷媒通过部复路，所述冷媒通过部往路和所述冷媒通过部复路相互分离。
30.根据权利要求29所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述冷媒通过部往路和所述冷媒通过部复路之间具有使所述冷媒通过部往路和所述冷媒通过部复路分离的管。
31.根据权利要求1至8中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有所述冷媒通过部往路、所述超导导体部、冷媒通过部复路以及电绝缘部。
32.一种超导输电电缆，其特征在于，具有向根据权利要求1至8、29至31中的任一项所述的超导输电电缆供给冷媒的冷却站，将从所述冷却站延伸铺设的一个所述超导输电电缆连接在另一所述超导输电电缆上的连接部设置成比所述冷却站的配置场所的高度低。
33.一种超导输电电缆，其特征在于，具有向根据权利要求29至31中的任一项所述的超导输电电缆供给冷媒的冷却站，将从所述冷却站延伸铺设的一个所述超导输电电缆连接在另一所述超导输电电缆上的连接部设置成比所述冷却站的配置场所的高度低，所述冷却站向一个所述超导输电电缆的冷媒通过部往路供给冷媒，所述冷媒在所述连接部处返回，并通过一个所述超导输电电缆的冷媒通过部复路返回至所述冷却站。
34.一种输电系统，其特征在于，具有根据权利要求1至20、29至33中的任一项所述的超导输电电缆。
全文摘要
本发明提供一种可以提高传输效率、使铺设作业容易化并可以降低热侵入的电缆。该电缆至少具有收置冷媒通过部(101)、超导导体部(102)、以及电绝缘部(103)的第1管(105)，和配置在所述第1管(105)的外侧的第2管(106)，在第1管和第2管之间设置有真空隔热部104，第2管由强磁性材料构成。
文档编号H01F6/06GK1815638SQ20051008318
公开日2006年8月9日 申请日期2005年7月13日 优先权日2005年1月31日
发明者山口作太郎 申请人:Y.Y.L株式会社