JPS63254611A - 超電導配電線路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は超電導配電線路に関し、例えば、超電導発電
機、超電導電動機、リニアモーターカー等の超電導応用
機器に有用な超電導線の配電線路に関する。

〈従来の技術とその問題点〉 従来より、例えば、上記超電導応用機器においては、超
電導線よりなる配電線路（配電システム）に加えて、各
機器の超電動コイル等を冷却するために、液体ヘリウム
供給系統が必要となっている。

ところが、上記配電線路においても、超電導線自体を冷
却するための冷媒として、液体ヘリウム等が用いられて
いる。例えば、第３図に示すように、超電導配電線路（
ａ）は、冷凍機（ｂ）と組み合わ、されており、ポンプ
（Ｃ）によって、強制的に循環される液体ヘリウムによ
り冷却されている。超電導配電線路（ａ）と冷凍機（ｂ
）の配管路とは、熱交換器（ｄ）を介して熱的に結合さ
れている（低温工学ハンドブックＶＤＩ：ＬＥＨＲＧＡ
ＮＧＳＨＡＮＤＢＵＣＨ。

ＫＲＹＯＴＥＣＨＮＩＫ発行所、内田老鶴圃新社株式会
社参照）。なお、第４図中、（ｅ）は液体ヘリウムの貯
溜タンクである。

こうした超電導配電線路（ａ）では、第４図に示すよう
に、複数本の超電導線（ａ′）がクライオスタット（ｆ
）（高性能真空断熱配管）内に挿通されており、その各
超電導線（ａ′）内をポンプ（Ｃ）によって強制送出さ
れた液体ヘリウムが通されており、クライオスタット（
ｆ）内の超電導線（ａ′）を冷却するという構造を採っ
ている。なお、超電導線（ａ′）を冷却した後の液体ヘ
リウムは、例えば、クライオスタット（ｆ）の断熱層中
に設けられた循環バイブ（ｇ゛）を通って、冷凍機（ｂ
）側に返されている。

このように、上記超電導応用機器に装備される超電導配
電線路（ａ）にも、独自の冷却システム即ちポンプ、冷
却装置（冷凍機（ｂ）、熱交換器（ｄ）等）が必要とな
り、また、極低温の液体ヘリウムの蒸発を防ぐため、常
温雰囲気からの熱の侵入を防止するためのクライオスタ
ット（ｆ）等を用いねばならないことから、高価格設備
となる上に、多数の装置類が組み合され、複雑化するこ
とによりシステムとしての信頼性にも欠けるおそれがあ
る。

〈発明の目的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、超
電導線用の冷媒の圧送ポンプ等を不要とし、設備コスト
を低減させると共に、超電導応用機器への冷媒供給と配
電を１本化して簡略化し、システムとしての信頼性を向
上させる超電導配電線路を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段及び作用〉上記目的を達
成するだめのこの発明の超電導配電線路としては、冷媒
容器の接続端に接続され、少なくとも１つの超電導応用
機器に配管される冷媒移送管内に、超電導線を配設して
いるものである。

上記超電導線としては、金属系、セラミックス系等の種
々のものが選ばれる。例えば、金属系では、Ｎｂ　−Ｔ
ｉ　、Ｎｂ　３Ｓｎ等からなるものが挙げられる。

そして、より好ましくは、超電導特性の点で特に優れる
セラミックス系のものが好適である。セラミックス超電
導線としては、下記一般式ｍで表される組成のものが好
ましい。

Ａａ　Ｂｂ　Ｃｃ　　−・−・−（１）（式中、Ａは周
期律表１ａ、ｎａおよびＩＩＩａ族元素から選択された
少なくとも一種の元素であり、Ｂは周期律表Ｉｂ族、■
ｂおよびｍｂ族元素から選択された少なくとも１種の元
素であり、Ｃは酸素、フッ素、硫黄、炭素および窒素か
ら選択された少なくとも１種の元素である） 上記構成の超電導配電線路によれば、超電導線を、冷媒
容器と超電導応用機器とを結ぶ冷媒移送管内に配設する
ので、超電導線用の冷媒の冷凍機や圧送ポンプ等を省略
することができる。また、超電導応用機器への冷媒供給
と配電を１本化することができるので、超電導線の配電
線路を簡略化することができる。

〈実施例〉 次いで、この発明の実施例について図を参照しながら以
下に説明する。第１図は超電導配電線路の模式的説明図
である。

第１図において、超電導配電線路は、冷媒容器としての
コールドエバポレータ（１）と、屋内或いは屋外に適宜
配設された複数の超電導応用機器（Ｕｌ）、（Ｕ２）、
（Ｕ３）、・・・（Ｕｎ）とをそれぞれ接続する冷媒移
送管■の管路に一体化されている。以下、更に詳説する
。

コールドエバポレータ（１）は、例えば、液体窒素（ｈ
）を貯溜し、この液体窒素（ｈ）を上記各超電導応用機
器（Ｕｌ）、（Ｕ２）、（Ｕ３）、−（Ｕｎ）　（第１
図参照）に供給すべく、圧送可能とするものである。例
えば、このようなコールドエバポレータ（１）では、−
般に、常用圧力９．５ｋｇ／ｃｄで、３０００Ｊ又は６
０００Ｊ貯液可能なものが提供されている。常用圧力９
．５ｋｇ／ｃｄでの液体窒素（ｈ）の供給は、管の太さ
にもよるが、圧送手段としてのポンプを必要とすること
なく、相当長い距離を圧送することができる。また、図
示は省略するが、各超電導応用機器（Ｕｌ）、（Ｕ２）
、（Ｕ３）、−（Ｏｎ）　（第１図参照）は、冷媒取出
口と、後述する超電導線の端末（取出口）とが設けられ
ている。そして、このような配管では、各超電導応用機
器（Ｕｌ）、（Ｕ２）、（Ｕ３）、−（Ｕｎ）が各々個
別にコールドエバポレータ（１）と接続されてもよく、
途中の適当な個所で分岐配管されてもよい。

冷媒移送管（２）は、第２図に示すように、外装管（４
）と、内管としての冷媒槽（５）よりなる二重管に構成
されており、冷媒槽（５）は、真空断熱層（６）を隔て
て、サポート（７）により外装管（４）と同心に支承さ
れている。この場合、真空断熱層（６）には、必要に応
じて、多層断熱槽（スーパーインシュレーション）が設
けられる。

冷媒槽（５）の槽内には、上記コールドエバポレータ（
１）（第２図参照）から圧送されてきた液体窒素（ｈ）
が満たされており、更に、同槽内には、この液体窒素（
ｈ）に包囲（浸漬）される状態で、複数本の超電導線（
８）が配設されている。この実施例では、３本の超電導
線Ｂ）が互いに接触しないように間隔を隔てて装備され
ており、各超電導線（８）は、それぞれ、冷媒槽（５）
内に設けられた各スペーサー（９）により安定的に支持
されている。また、各超電導線（８）は、その超電導特
性を安定化するために、安定化材（図示省略）を被覆さ
れていてもよく、安定化材としては、例えば、Ｃｕ、Ａ
Ｊ、或いはＣｕ−Ｎｉ系の合金等が採用され、Ｃｕ、Ａ
Ｊが好適である。

スペーサー（９）は、各々必要な電気絶縁強度と、機械
強度を有しており、例えばＧＦＲＰ等の樹脂により形成
されている。

なお、００）は外装管（４）の表面に施工された断熱材
であり、例えば、ウレタンや、発泡スチロール等の断熱
材が選ばれる。また、安全性を考慮して、冷媒移送管■
には、適当な安全弁、破壊弁（図示せず）が設けられて
いる。

上記超電導線（８）としては、下記の一般式（Ｉ）で示
される組成のセラミックス超電導線が好ましい。

Ａａ　Ｂｂ　Ｃｃ　　−−（１） ただし、式中のＡは周期律表１ａ、Ｉ［ａおよびｍａ族
元素より選択された少なくとも一種の元素であり、Ｂが
周期律表Ｉｂ族、ｎｂおよびｎｂ族元素より選択された
少なくとも１種の元素であり、Ｃは酸素、フッ素、硫黄
、炭素および窒素から選択された少なくとも１種の元素
である。

更に詳述すると、超電導線は、セラミックス超電導線用
原料を焼結すること等によって製造され、その原料とし
ては、超電導物質を構成する元素を含有するものであれ
ば単体、化合物の何れの形態でも使用し得る。上記元素
としては、周期律表Ｉ族、■族及び■族元素並びに酸素
、窒素、フッ素、炭素及び硫黄などが例示される。

より詳細には、周期律表Ｉ族元素のうち、Ｉａ族元素と
しては、Ｌｌ、Ｎａ、に、Ｒｂ、Ｃｓ等が挙゛げられ、
Ｉｂ族元素としては、Ｃｕ　、Ａｇ及びＡｕが挙げられ
る。また、周期律表■族元素のうち、ｍａ族元素として
は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ。

５ｒＳＢａ及びＲａが挙げられ、ｎｂ族元素としては、
Ｚ　ｎ　ＳＣｄ等が挙げられる。周期律表■族元素のう
ち、ＩＩ［ａ族元素としては、５ｃＳＹやランタノイド
系元素であるＬａｓ　Ｃｅ、Ｇｄ５Ｌｕ等、アクチノイ
ド系元素であるＡｃ、Ｔｈ、、Ｐａ。

Ｃｒ等が挙げられる。また、ｎｂ族元素としては、ＡＪ
、ＧａＳ　Ｉｎ、ＴＪ等が挙げられる。上記元素のうち
、Ｉｂ族元素から選ばれた元素、■ａ族元素、ＩＩＩａ
族元素およびランタノイド系元素から選ばれた元素、並
びに酸素およびフッ素から選ばれた元素からなるセラミ
ックス超電導線が好ましい。尚、Ｉｂ族元素においては
Ｃｕ及びＡｇが好ましい。

このような組成の超電導線は、超電導臨界温度が高く、
冷却コストをより少なくすることができる点で好適であ
る。

従って、以上の構成を有する超電導配電線路によれば、
超電導線（８）を、コールドエバポレータ（１）と超電
導応用機器（Ｕｌ）、（Ｕ２）、（Ｕ３）、・（Ｏｎ）
とを結ぶ冷媒移送管（２）内に配設するので、超電導線
（８）用の液体窒素を冷却する冷凍機や圧送ポンプ等を
省略することができる。また、超電導応用機器（Ｕｌ）
、（Ｕ２）、（Ｕ３）、−（Ｕｎ）への液体窒素の供給
と配電を１本化することができるので、システムとして
の超電導線（８）の配電線路を簡略化することができる
。

特に、超電導４１（８）に液体窒素温度以上の臨界温度
を有するものを使用すれば、上記システムで示したよう
に、一般に設置されているコールドエバポレータに直結
するだけで超電導配電システムとすることが可能となる
利点を有する。

なお、冷媒層の中は、必ずしも、液体窒素のような液体
で満たされてなくてもよく、気液混合、またはガス体の
みでもよい。これは、超電導線のＴｃにより決定される
ことであり、例えばＴｃが１００にのものでは、７７に
の液体窒素でなくてもよ＜　、１００　Ｋ以下のガス状
体のものでもよい。

更に、複数個のコールドエバポレータを、順次切替え可
能に設置するか、又は、タンクローリ−等により、冷媒
の再充填を可能とするコールドエバポレータを装備すれ
ば、運転をストップすることなく、常時、冷媒を冷媒槽
に供給することができる等、この発明の要旨を変更しな
い範囲で種々の設計変更を施すことができる。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明の超電導配電線路によれば、超
電導線を冷媒容器と超電導応用機器とを結ぶ冷媒移送管
内に配設するので、超電導配電線路と、超電導応用機器
の冷媒輸送管路とを兼用とすることができ、超電導線用
の冷媒の圧送ポンプ等を省略することができるので、設
備コストを（ｍ減させることができる。

また、超電導線の配電線路を簡略化することかできるの
で、超電導配電システムとしての信頼性をよくすること
ができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる超電導配電線路の模式的説明
図、 第２図は冷媒移送管の断面図、 第３図は従来の超電導配電線路の模式的説明図、第４図
は従来の超電導線の断面図。 （１）・・・コールドエバポレータ （２）・・・冷媒移送管　　（８）・・・超電導線１１
１−Ｉｎ・・・超電導応用機器 特許出願人　　住友電気工業株式会社 第３図 ”ａ 第４図 第１図 第２図 手　　続　　補　　正　　書（自発）　　　　　　　　
　！昭和６３年６月２８日　　　（ 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第８９１６５号 ２、発明の名称 超電導配電線路 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 代表者　川　　上　　哲　　部 ４、代理人 ５、補正命令の日付（自発） ）、補正の対象 ２、補正の内容 （１）明細書中箱１頁〜第２頁の特許請求の範囲を別紙
の通り訂正する。 ■　同書第５頁第６行のｒＮｂ　−Ｔｌ　、Ｎｂ３　Ｓ
ｎ等から」の記載をｒＮｂ　−Ｔ１　、化合物系ではＮ
ｂ３Ｓｎ等から」と訂正する。 （３）　　同書第５頁第１７行の「フッ素、硫黄、炭素
および窒素から」の記載を「フッ素から」と訂正する。 （４）同書第９頁第１０行の「フッ素、硫黄、炭素およ
び窒素から」の記載を「フッ素から」と訂正する。 （５）同書第９頁第１７行〜第１８行の「酸素、窒素、
フッ素、炭素及び硫黄などが」の記載を「酸素、フッ素
などが」と訂正する。 ２、特許請求の範囲 １．　冷媒容器の接続端に接続され、少なくとも１つの
超電導応用機器に配管される冷媒移送管内に、超電導線
を配設していることを特徴とする超電導配電線路。 ２、　上記超電導線が、セラミックス超電導線である上
記特許請求の範囲第１項記載の超電導配電線路。 ３、　セラミックス超電導線が、下記一般式（１）で表
される組成のものである上記特許請求の範囲第２項記載
の超電導配電線路。 Ａａ　Ｂｂ　Ｃｃ　　−・・−・−（１）（式中、Ａは
周期律表１ａ、ｎａおよびＨａ族元素から選択された少
なくとも一種の元素であり、Ｂは周期律表！ｂ族、ＩＩ
ｂおよびＩＩＩｂ族元素から選択された少なくとも１種
の元素であり、Ｃは酸素、フッ素から選択された少なく
とも１種の元素である） ４、　冷媒が、液体窒素である上記特許請求の範囲第１
項記載の超電導配電線路。 ５、　冷媒容器が、複数個設置され、冷媒移送を順次切
換え可能に設けられているものである上記特許請求の範
囲第１項記載の超電導配電線路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷媒容器の接続端に接続され、少なく とも１つの超電導応用機器に配管される 冷媒移送管内に、超電導線を配設してい ることを特徴とする超電導配電線路。 ２、上記超電導線が、セラミックス超電導 線である上記特許請求の範囲第１項記載 の超電導配電線路。 ３、セラミックス超電導線が、下記一般式 （１）で表される組成のものである上記特許請求の範囲
   第２項記載の超電導配電線路。 ＡａＢｂＣｃ……（１） （式中、Ａは周期律表 I ａ、IIａおよび IIIａ族元素から選択された少なくとも一 種の元素であり、Ｂは周期律表 I ｂ族、 IIｂおよびIIIｂ族元素から選択された少 なくとも１種の元素であり、Ｃは酸素、 フッ素、硫黄、炭素および窒素から選択 された少なくとも１種の元素である） ４、冷媒が、液体窒素である上記特許請求 の範囲第１項記載の超電導配電線路。 ５、冷媒容器が、複数個設置され、冷媒移 送を順次切換え可能に設けられているも のである上記特許請求の範囲第１項記載 の超電導配電線路。