超导电缆敷设方法及骨架技术

本发明专利技术提供一种以升温时的螺旋变形在超导电缆的长度方向上均匀的方式进行敷设的超导电缆的敷设方法及骨架。使在冷却时呈直线状并在升温时变形为螺旋状的超导电缆在升温时遍及超导电缆整体地均匀升温。捻线构造的骨架构成为，将最外层和接下来的一层的捻线方向设为相同方向，能够使包括所述骨架的超导电缆的升温时的螺旋变形稳定化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超导电缆敷设方法及骨架
[关于关联申请的记载]本专利技术基于日本专利申请：日本特愿2016-105427号(2016年5月26日申请)的优先权主张，该申请的全部记载内容通过引用而包含并记载在本说明书中。本专利技术涉及超导电缆技术，尤其涉及超导电缆敷设方法及骨架。
技术介绍
已知超导电缆在从常温向液氮温度冷却时会发生约0.3％的热收缩。超导电缆越长，则热收缩成为越大的问题。例如在电缆长度为500m的情况下，热收缩为1.5m，存在由冷却时的断裂、升温时的压曲等引起的损伤、破坏等的可能性。在本案申请人(中部大学)的200m实验设备中，进行了冷却·升温时的电缆举动的X射线照片的解析等(参照非专利文献1)。关于超导电缆的螺旋变形，说明其概略(与专利文献1的记载一部分重叠)。在专利文献1中公开了一种如下的超导电缆，所述超导电缆包括：骨架(former)(通过铜线的加工形变而在常温下形成为螺旋状)，所述骨架包括由铜线形成的金属丝(英文：wire)，且通过使多根金属丝捻合而成；和超导线材，所述超导线材隔着绝缘层卷绕于骨架的外层且在冷却时成为超导，在常温时，电缆成为沿其长度方向旋转的螺旋状，在冷却时，电缆成为直线状的形状。在图1中，作为相关技术，示出了200m超导电缆的一例。HTS带(High-TemperatureSuperconductingtape：高温超导带)线材有3层，由内侧的2层和外侧的1层形成为同轴形状。在中心有骨架(Former)(铜的捻线的卷芯)，在外侧卷绕有多层PPLP(Poly-PropyleneLaminatedPaper：聚丙烯层压纸)的绝缘带材。所述200m超导电缆具备2层的HTS带线材(厚度为0.3mm、宽度为4mm)、PPLP绝缘、HTS带线材(成为同轴超导电缆的外侧极)，还具备PPLP，卷绕取得接地电位(接地)的铜薄膜，在其上附加保护层而完成。在将超导电缆引入绝热双层管内时，一般采用拉伸骨架的方法。此外，也有时同时也采用用柔软的轮胎(英文：tire)等对超导电缆进行夹持并压入的方法。以下，为了简单说明，对拉伸骨架的方法的一例进行说明。超导电缆的机械性的动作由骨架的动作来决定。骨架一般为铜的捻线构造。若是捻线构造，则残留有扭转方向(日文：捻れ方向)的残余应力。通过实验确认到：若超导电缆因扭转方向的残余应力而变形，则超导电缆会成为螺旋状。因此，超导电缆在扭转方向的残余应力缓和的方向上变形，作为其结果，成为螺旋状。希望在常温下对超导电缆几乎不施加外力。另外，希望在低温下在超导电缆内部没有残余应力。这是因为临界电流有可能因应力而下降。然而，为了将超导电缆引入绝热双层管，一般会在超导电缆中残留有残余应力。并且，通过向低温冷却，从而可部分地缓和该残余应力。以下对此进行说明。图8是示意性地示出将超导电缆102引入直线状的配管101的操作的一例的图。在图8所示的例子中，由于在配管101的表面和超导电缆102的表面存在摩擦，所以随着引入距离变长，拉伸力F变大。图9是说明图8中的向配管101(长度L0)引入超导电缆102时的超导电缆102中的应力的分布与引入超导电缆102的距离的关系的图。在图9中，纵轴是超导电缆102的应力(σ)。横轴是将超导电缆102引入配管101内的距离(长度)。横轴的L0是配管101的长度。将原点与(L0，σ0)连结的线图(直线)表示摩擦应力(frictionstress)。在对摩擦应力(frictionstress)求和时，成为摩擦阻力。在用拉伸力F拉伸超导电缆102的这一侧(长度L0)，成为大的应力(σ0)。另一方面，在导入配管101的这一侧(长度＝0)，拉伸力F为零，因此应力σ也为零。此外，图9也通过实验而被确认到。另外，通过实验中的计测可知：超导电缆102与不锈钢配管101的摩擦系数为0.3～0.7程度。应力与长度成正比地变大的情况表示摩擦系数在超导电缆102的长度方向上是同样的。这也是实验上的事实。不过，若在配管101等存在弯曲部，则拉伸力F会急剧变大。此外，关于将上述超导电缆102引入配管101时的力，例如参照非专利文献2等的记载。另外，大多的超导电缆的重量为1kg/m～5kg/m。因此，在超导电缆长度为数百米的情况下，拉伸力F为1吨以上的力。该力施加于骨架。因此，决定根据骨架的容许强度(弹性变形内)所能够引入的超导电缆长度。在将超导电缆102引入到配管101之后，使拉伸力F成为零(＝停止拉伸)，超导电缆102收缩。因此，超导电缆102的应力也减少，在端部成为零。但是，在超导电缆102中，残留有与摩擦力相应的应力。因此，如图10所示，超导电缆102的应力分布成为在配管101的长度方向的中心部(＝L0/2)示出最大值(残余应力＝σ0/2)、在两端成为零的分布。该状态一般是将铜电缆等引入到配管内时的施加于电缆的残余应力分布。另一方面，将超导电缆进行冷却而利用。因此，对超导电缆进行冷却后的应力会怎样是大的课题。即，这是因为，由于超导电缆进行热收缩而会新产生应力。若在将两端固定了的状态下进行冷却，则由于进行冷却而引起0.3％的热收缩所产生的热应力会加到在常温时引入了超导电缆时残留的该拉伸应力上，因此超过了0.3％的应力会在超导电缆中产生。这是极其危险的。这是因为，铜等骨架材料从低于0.3％的形变进入到塑性变形的区域。在超导电缆的螺旋变形的接下来的步骤中，用液氮等冷却超导电缆。此时，将超导电缆的一端固定，将另一方设为自由端。这样一来，超导电缆的长度因冷却而变短，因此超导电缆被从自由端侧引入配管内。然后，冷却完毕，超导电缆整体达到相同温度时的应力分布示于图11。在图11中，纵轴为应力，横轴为长度。在图11的线图中，(1)示出图10的线图(将超导电缆引入到配管后的常温下的应力分布)，(2)是示出低温保持时的超导电缆的应力分布的线图，(3)是示出在常温下对应力为0的超导电缆进行冷却并保持为低温时的应力分布的线图。图11所示的例子是在将超导电缆向配管内引入时、在残余应力和超导电缆的应力为零时进行冷却且超导电缆被从自由端引入了时的应力分布(这成为与图9对应的分布，但由于进行引入而力的方向相反，应力以负值示出)之和。此外，在图11中，如线图(2)所示，关于从自由端侧起超导电缆的一半，其应力为零。这意味着在低温时应力不作用于超导电缆，因此是理想的状态。如图11所示，关于超导电缆的左侧一半，其应力残留(在该例中为固定端侧)，其最大值为引入了电缆102时的应力的最大值(＝-σ0)。因此，希望缓和该应力(本申请专利技术人的见解)。在低温下，由于热收缩，因摩擦等外力而有一定程度的拉伸力，因此超导电缆成为直线状。这在X射线摄影中被确认。于是，积极地利用残余应力。即，利用超导电缆·骨架的残余应力使超导电缆在常温下进行螺旋变形，在低温下成为直线状，由此缓和伴随于热收缩的大的应力。超导电缆的骨架一般是通过对铜线进行加捻而制成的。若在骨架中存在大的残余应力，则超导电缆以缓和该残余应力的方式变形。于是，以消除超导电缆的残余应力的方式进行超导电缆的制造。图2A示出多个捻线构造。在图2A中例示了集合捻线、同心捻线、绳索捻线的截面。此外，超导电缆所使用的捻线一般是被称为同心捻线的构造。若从外部观察，则如图2B所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导电缆的敷设方法，其特征在于，使在冷却时呈直线状并在升温时变形为螺旋状的超导电缆在升温时遍及超导电缆整体地均匀升温。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.26 JP 2016-1054271.一种超导电缆的敷设方法，其特征在于，使在冷却时呈直线状并在升温时变形为螺旋状的超导电缆在升温时遍及超导电缆整体地均匀升温。2.根据权利要求1所述的超导电缆的敷设方法，其特征在于，在将所述超导电缆的两端固定了的状态下进行升温。3.根据权利要求1或2所述的超导电缆的敷设方法，其特征在于，对具有收纳所述超导电缆的内管和收纳所述内管的外管的绝热双层管进行真空排气，在常温下向所述内管插入所述超导电缆，将从所述绝热双层管的所述内管的端部突出的一端固定，另一端设为自由端，冷却至成为超导状态的温度，然后，将所述超导电缆的两端固定。4.根据权利要求3所述的超导电缆的敷设方法，其特征在于，在升温时，使升温用的气体不流向所述绝热双层管内，热从所述绝热双层管整体进入，遍及所述超导电缆的至少长度方向地均匀升温。5.根据权利要求3或4所述的超导电缆的敷设方法，其特征在于，通过降低所述绝热双层管的所述内管外侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口作太郎，
申请(专利权)人：学校法人中部大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP