JP6446214B2 - 超伝導ケーブルジョイント - Google Patents

Description

本発明は、超伝導ケーブルジョイントに関連する。

より具体的には、本発明は二つの隣接ケーブルの間のジョイントに関連し、各ケーブルは、少なくとも一つの超伝導材料層で構成されるフェーズ層とニュートラル層とを中央支持体の周囲に包含し、これらの層が同心であって、極低温流体を充填させたシェルに格納される。

特許文献１は、各ケーブルについて三つの単一フェーズケーブルの使用と、同一フェーズの二つの隣接ケーブルの接続とを開示している。隣接している超伝導材料の二つのフェーズ層はこの時、相補的な絶縁材料の層で被覆された中央伝導要素により接続される。

同発明は、少なくとも一つの超伝導材料層で各々が構成される三つの同心フェーズを中央支持体の周囲に包含するケーブルにも関連し、これらの層は絶縁材料の層によって分離されている。

特許文献２に記載されているように、各ケーブルにより形成されるアセンブリは、ニュートラルと外側シースとに接続されたスクリーンにより被覆されうる。これらのケーブルは、極低温流体、概して液体窒素が充填されたシェルに格納されている。後者の文献には、重ね合わせを伴う各段階の構成によって超伝導材料の層と絶縁材料の層とを再構築することにより形成される、製造に時間を要する複雑なケーブルジョイントが記載されている。

欧州特許第２００６８６２号明細書 米国特許出願第２０１０／０１８４６０４号明細書

本発明は、少なくとも一つの超伝導材料層で構成される少なくとも一つのフェーズ層とニュートラル層とを各ケーブルが中央支持体の周囲に包含し、これらの層が同心である二つの隣接ケーブルの間の、製造が確実かつ容易であるジョイントに関する。

この目的のため、本発明は、二つの隣接ケーブルの間のジョイントを提案し、少なくとも一つの超伝導材料層で構成される少なくとも一つのフェーズ層とニュートラル層とを各ケーブルが中央支持体の周囲に包含し、これらの層が同心であって、極低温流体を充填させたシェルに格納され、各ケーブルの前記フェーズ層及びニュートラル層のうち最も内側のフェーズ層が剥ぎ出されて互いに直接的に接続されるジョイントにおいて、各ケーブルのニュートラル層も剥ぎ出され、剥ぎ出されたニュートラル層同士の間に少なくとも一つのブリッジ支持部材が配置され、これらのニュートラル層同士を電気的に接続するための伝導または超伝導材料からなる電気接続層がブリッジ支持部材に配置されることを特徴とする。

好適な実施形態では、端部を傾斜させた管状の絶縁材料からなるブリッジ要素によりブリッジ支持部材が形成される。

最も内側のフェーズ層とブリッジ支持部材との間に、極低温流体を充填させた長手方向管状スペースが設けられると、非常に有利である。

この実施形態において、ジョイントの形成は、筐体に格納される極低温流体の誘電特性を利用する。

このブリッジ支持部材は、少なくとも部分的に金属で、および／または少なくとも部分的に絶縁材料で製作されうる。

好ましくは、少なくとも一つの超伝導材料層でそれぞれ構成される三つのフェーズ層とニュートラル層とを各ケーブルが中央支持体の周囲に同心に包含し、これらの層が絶縁材料の層で分離され、各ケーブルのフェーズ層及びニュートラル層のうち最も内側のフェーズ層が剥ぎ出されて互いに直接的に接続され、各ケーブルのフェーズ層及びニュートラル層は、最も内側のフェーズ層からニュートラル層まで接続端部から離れながら段階的に剥ぎ出され、二つの隣接ケーブルにおいて対応する、最も内側のフェーズ層を除くフェーズ層同士の間及びニュートラル層同士の間には、ブリッジ支持部材が配置され、対応するフェーズ層同士を電気接続し又は対応するニュートラル層同士を電気接続するための伝導または超伝導材料からなる電気接続層が、各ブリッジ支持部材に配置される。

好適な実施形態では、端部を傾斜させた管状の絶縁材料からなるブリッジ要素によってブリッジ支持部材の各々が形成される。

最も内側のフェーズ層と後続のブリッジ支持部材との間に、極低温流体を充填させた長手方向管状スペースが設けられ、各ブリッジ支持部材と、最も内側のブリッジ支持部材に配置された電気接続層との間にも、極低温流体を充填させた長手方向管状スペースが設けられると、非常に有利である。

ブリッジ支持部材は、少なくとも部分的に金属で、および／または少なくとも部分的に絶縁材料で製作されうる。

絶縁材料は、好ましくは紙である。

金属は、好ましくはアルミニウムまたはステンレス鋼である。

ブリッジ支持部材が予成形されると、非常に有利である。

予成形された要素は、人的ミスまたは近似値と無関係である精密な形状および寸法を有するので、この予成形は、ジョイントが非常に迅速かつ容易に製造されることを可能にするとともに高度な安全性の達成を可能にするため、特に有利である。

電気接続層は、ブリッジ支持部材に分散状態で敷設されたストランドまたはテープから形成されることが好ましい。

各電気接続層が超伝導材料で製作されると、やはり有利である。

こうして、ストランドまたはテープの間の接続抵抗は極低温では極めて低いので、ジョイント全体での電気的接続は実際には専ら超伝導性である。そのため、ジョイントは、ケーブルの超伝導特性に実質的な連続性を付与し、ジュール効果損失が実質的に見られない。第一に、これはシステムの損失の軽減を可能にする。さらに、臨界温度の外側でケーブルの局所遷移を発生させて破損を招く結果を生む可能性のある抵抗接続部と比較して、局所加熱のリスクをかなり軽減する。

また、超伝導性の銅ストランドまたはテープを使用したこの接続部の全体寸法は、抵抗性の銅テープまたはストランドを使用した同じ接続部よりも小さい。

本発明の好適な実施形態を示す図を利用して、本発明が以下でより詳しく説明される。

本発明の実施形態の長手方向断面図である。 本発明の実施形態の長手方向断面図である。 本発明の実施形態の長手方向断面図である。 本発明の実施形態の長手方向断面図である。 本発明の実施形態の長手方向断面図である。 好適な実施形態の部分的斜視図である。 好適な実施形態の部分的斜視図である。

図１は、本発明による第一実施形態を示す。

この第一実施形態は、二つの隣接ケーブルの間のジョイントに関連し、少なくとも一つの超伝導材料層によりそれぞれ形成される三つの同心フェーズ層１Ａ，２Ａ，３Ａ，１Ｂ，２Ｂ，３Ｂを各ケーブルが中央支持体の周囲に包含し、これらの層は絶縁材料層１´Ａ，２´Ａ，３´Ａ，１´Ｂ，２´Ｂ，３´Ｂにより分離されている。この事例では、ニュートラル層４Ａ，４Ｂそのものが絶縁シース４´Ａ，４´Ｂに被覆されているが、この絶縁シースは必ずしも存在するものではない。このニュートラル層４Ａ，４Ｂは、超伝導材料の層、または銅など従来の抵抗性伝導材料の層を含みうる。以下の文章では、ニュートラル層４Ａ，４Ｂは超伝導材料の層を含むと仮定される。

ケーブルおよびその接続部は、極低温流体を充填させたシェル８に格納されている。

各ケーブルの最も内側のフェーズ層１Ａ，１Ｂ、言い換えると第１フェーズ層は剥ぎ出され、この事例では、伝導スリーブタイプの電気接続部５により互いに直接的に接続される。このスリーブも、フェーズ層１Ａ，１Ｂの間に超伝導リンクを設ける超伝導テープを格納しうる。

各ケーブルのフェーズ層１Ａ，２Ａ，３Ａ，１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ及びニュートラル層４Ａ,４Ｂは、最も内側のフェーズ１Ａ，１Ｂから、ニュートラル層４Ａ，４Ｂである最も外側のフェーズまで段階的に剥ぎ出されて、接続端部から取り外される。二つの隣接ケーブルにおいて対応する、最も内側のフェーズ層を除くフェーズ層同士の間及びニュートラル層同士の間には、ブリッジ支持部材６が配置され、対応するフェーズ層同士を電気接続し又は対応するニュートラル層同士を電気接続するための伝導または超伝導材料からなる電気接続層７が、各ブリッジ支持部材６に配置される。

この電気接続層７は、超伝導テープ、銅テープ、および／または銅ブレードや格子により形成されうる。これらの電気接続層７の各端部の電気的接続は、伝導部材５´、好ましくはスズタイプのろう合金を充填させた伝導スリーブにより形成される。

ブリッジ支持部材６は、端部を傾斜させた管状の絶縁材料からなるブリッジ要素により各々が形成される。これらの部材は好ましくは、ケーブルの周囲に巻かれたストリップ形状の紙で製作される。

これらのブリッジ支持部材６は、電気接続層７の間のスペース全体を埋めて、電気接続層７のための機械的支持体となるとともに、各フェーズ層同士の電気接続およびニュートラル層同士の電気接続を互いに電気的に絶縁するのに役立つ。

この第一実施形態は、二つの単一フェーズケーブルの間のジョイントにも適用されうる。

図２は、本発明による第二実施形態を示す。

先行実施形態のものと同一である構成要素は、再び説明されない。

この実施形態では、極低温流体を充填させた長手方向管状スペース９が、最も内側の超伝導材料フェーズ層１Ａ，１Ｂと後続のブリッジ支持部材６０との間に設けられ、極低温流体を充填させた長手方向管状スペース９は、各ブリッジ支持部材６０と、内側ブリッジ支持部材６０に配置された電気接続層７との間にも設けられている。

ブリッジ支持部材６０は、円錐台状端部６０Ａと直線管状円筒部６０Ｂとにより形成される。

この実施形態では、金属、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼でブリッジ支持部材が製作され、接続長にわたって各側に一つずつ配置される二つの半管状ハーフ部材の形状で予成形される。

図３は、本発明による第三実施形態を示す。

先行実施形態のものと同一である構成要素は、再び説明されない。

この実施形態において、ブリッジ部材６０は絶縁材料、例えば紙で製作され、接続長にわたって片側に一つずつ配置される二つの半管状ハーフ部材の形状で各々が予成形されうる。

図４は、本発明による第四実施形態を示す。

先行実施形態のものと同一である構成要素は、再び説明されない。

この実施形態において、ブリッジ部材６０は、部分的に絶縁材料６０Ｂ、例えば紙で、また部分的に金属６０Ａ、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼で製作され、好ましくは、接続長にわたって片側に一つずつ配置される二つの半管状ハーフ部材の形で各々が予成形される。

図５は、本発明による別の実施形態を示す。

この事例では、二つの隣接ケーブルは単一フェーズであり、各ケーブルは、少なくとも一つの超伝導材料層で構成されるフェーズ層とニュートラル層とを中央支持管の周囲に包含し、極低温流体を充填させたシェルに格納されている。

各ケーブルの内側の超伝導材料フェーズ層１Ａ，１Ｂは剥ぎ出され、伝導スリーブタイプの電気接続部５により互いに直接的に接続される。

各ケーブルのニュートラル層４Ａ，４Ｂも剥ぎ出され、剥ぎ出されたニュートラル層同士の間にブリッジ支持部材６０が配置され、これらのニュートラル層４Ａ，４Ｂの電気接続のための伝導または超伝導材料からなる電気接続層７が、ブリッジ支持部材６０に配置される。

極低温流体を充填させた長手方向管状スペース９が、フェーズ層１Ａ，１Ｂの接続部とブリッジ支持部材６０との間に設けられる。

このブリッジ支持部材６０は、金属および／または絶縁材料６０Ｂ、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼および／または紙で製作され、好ましくは、接続長にわたって片側に一つずつ配置される二つの半管状ハーフ部材の形状で予成形される。

図６および図７は、電気接続層７の二つの好適な実施形態を示す。

電気接続層７は、対応のブリッジ支持部材６，６０の表面において等間隔分散状態でこのブリッジ支持部材に敷設されたストランドまたはテープ７Ａから形成される。

これらのストランドまたはテープ７Ａの数は、好ましくは、ケーブルの対応のフェーズ層１Ａ，２Ａ，３Ａ，１Ｂ，２Ｂ，３Ｂまたはニュートラル層４Ａ、４Ｂで接続される超伝導テープ１０の数に等しい。ストランドまたはテープ７Ａは各端部で、ケーブルの対応のフェーズ層またはニュートラル層のテープに接続される。これらの超伝導ストランドまたはテープ７Ａは、好ましくは、接続されるフェーズ層またはニュートラル層を形成するテープ１０のものより大きい臨界電流を有する。

各電気接続層７は、超伝導材料、例えばＢＳＣＣＯまたはＹＢＣＯタイプの高温超伝導テープ７Ａで製作されることが好ましい。

電気接続層は、対応のフェーズ層またはニュートラル層で接続される超伝導テープ１０の数と少なくとも等しい数の銅導体でも製作されうる。この場合、ジョイントの加熱を回避するように、電流を流すための銅などの抵抗材料の総断面積が決定される。

図６に示された実施形態では、テープ７Ａがジョイントの長手軸に対して平行に配置され、超伝導テープ１０との接続部ではブリッジ支持部材の端部と隣接している。

図７に示された実施形態では、テープ７Ａが対応のブリッジ支持部材に巻かれ、超伝導テープ１０との接続部でブリッジ支持部材の端部と隣接している。

１Ａ，２Ａ，３Ａ，１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ フェーズ層
１´Ａ，２´Ａ，３´Ａ，１´Ｂ，２´Ｂ，３´Ｂ 絶縁材料層
４Ａ，４Ｂ ニュートラル層
４´Ａ，４´Ｂ 絶縁シース
５ 電気接続部
５´ 接続部材
６，６０ ブリッジ支持部材
７ 電気接続層
７Ａ ストランドまたはテープ
８ シェル
９ 長手方向管状スペース
１０ 超伝導テープ

Claims (9)

1. 二つの隣接ケーブルの間のジョイントであって、
   各ケーブルが、少なくとも一つの超伝導材料層でそれぞれ構成される三つのフェーズ層（１Ａ，２Ａ，３Ａ，１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ）と、ニュートラル層（４Ａ，４Ｂ）とを、中央支持体の周囲に同心に包含し、前記フェーズ層及び前記ニュートラル層が絶縁材料の層（１´Ａ，２´Ａ，３´Ａ，１´Ｂ，２´Ｂ，３´Ｂ）により分離され、
   二つの隣接ケーブルの接続部は、極低温流体を充填させたシェル（８）に格納され、
   各ケーブルの前記フェーズ層及び前記ニュートラル層のうち最も内側の前記フェーズ層（１Ａ，１Ｂ）が、剥ぎ出されて互いに直接的に接続される、ジョイントにおいて、
   各ケーブルの前記フェーズ層及び前記ニュートラル層が、最も内側の前記フェーズ層（１Ａ，１Ｂ）から前記ニュートラル層（４Ａ，４Ｂ）まで、各ケーブルの接続端部から離れながら段階的に剥ぎ出され、
   二つの隣接ケーブルにおいて対応する、最も内側の前記フェーズ層を除く前記フェーズ層同士の間及び前記ニュートラル層同士の間には、ブリッジ支持部材（６０）が配置されており、
   対応する前記フェーズ層同士を電気接続し又は対応する前記ニュートラル層同士を電気接続するための伝導または超伝導材料からなる電気接続層（７）が、各前記ブリッジ支持部材（６０）に配置され、
   極低温流体を充填させた長手方向管状スペース（９）が、最も内側の前記フェーズ層（１Ａ，１Ｂ）と、後続の前記ブリッジ支持部材（６０）との間に設けられ、
   極低温流体を充填させた長手方向管状スペース（９）が、各前記ブリッジ支持部材（６０）と、最も内側の前記ブリッジ支持部材（６０）に配置された前記電気接続層（７）との間にも設けられることを特徴とする、ジョイント。
2. 端部を傾斜させた管状の絶縁材料からなるブリッジ要素により前記ブリッジ支持部材（６０）の各々が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のジョイント。
3. 前記ブリッジ支持部材（６０）が少なくとも部分的に金属で製作されることを特徴とする、請求項１に記載のジョイント。
4. 前記ブリッジ支持部材（６０）が少なくとも部分的に絶縁材料で製作されることを特徴とする、請求項１又は３記載のジョイント。
5. 前記絶縁材料が紙であることを特徴とする、請求項２又は４に記載のジョイント。
6. 前記金属がアルミニウムまたはステンレス鋼であることを特徴とする、請求項３に記載のジョイント。
7. 前記ブリッジ支持部材が予成形されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のジョイント。
8. 前記電気接続層の各々が、前記ブリッジ支持部材に分散状態で敷設されるストランドまたはテープから形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のジョイント。
9. 前記電気接続層の各々が超伝導材料で製作されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のジョイント。

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