JP2001338537A - 酸化物超電導大容量導体 - Google Patents
酸化物超電導大容量導体Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Wire Processing (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的強度に優れ、かつ大容量化が可能なラ
ザフォード型圧縮成形導体を提供する。 【解決手段】 純銀パイプ中にＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ
＝２：２：１：２の元素数比で配合した混合粉末を充填
し、これに縮径加工を施してシングル線を製造した後、
このシングル線の６１本を再度銀パイプ中に収容して縮
径加工を施した丸線の７本を束ね、銀合金パイプ中に収
容した後、縮径加工を施して超電導素線を製造する。こ
の超電導素線の６本を補強線の周囲に撚り合わせて一次
ケーブルを製造した後、一次ケーブルの１０本を再度撚
り合わせ、圧縮成形加工を施した後、酸素雰囲気中にて
焼成することにより１×６×１０二次撚りラザフォード
圧縮成形導体を製造することにより、機会的強度に優
れ、かつ大容量化が可能な圧縮成形導体が得られる。
ザフォード型圧縮成形導体を提供する。 【解決手段】 純銀パイプ中にＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ
＝２：２：１：２の元素数比で配合した混合粉末を充填
し、これに縮径加工を施してシングル線を製造した後、
このシングル線の６１本を再度銀パイプ中に収容して縮
径加工を施した丸線の７本を束ね、銀合金パイプ中に収
容した後、縮径加工を施して超電導素線を製造する。こ
の超電導素線の６本を補強線の周囲に撚り合わせて一次
ケーブルを製造した後、一次ケーブルの１０本を再度撚
り合わせ、圧縮成形加工を施した後、酸素雰囲気中にて
焼成することにより１×６×１０二次撚りラザフォード
圧縮成形導体を製造することにより、機会的強度に優
れ、かつ大容量化が可能な圧縮成形導体が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化物超電導導体に
係り、特に送電ケーブル、変圧器、限流器を始めとする
電力機器及び高エネルギー物理、核融合用のコイル等に
使用される酸化物超電導大容量導体に関する。
係り、特に送電ケーブル、変圧器、限流器を始めとする
電力機器及び高エネルギー物理、核融合用のコイル等に
使用される酸化物超電導大容量導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導線材は、一般的に銀又は銀
合金からなるチューブに超電導体の構成元素の酸化物又
は炭酸化物粉末を充填し、これに縮径加工を施すか、更
に圧延加工を施して丸線又はテープ状に加工した後、熱
処理を施すことにより製造されている。
合金からなるチューブに超電導体の構成元素の酸化物又
は炭酸化物粉末を充填し、これに縮径加工を施すか、更
に圧延加工を施して丸線又はテープ状に加工した後、熱
処理を施すことにより製造されている。
【０００３】このような超電導線材の臨界電流値を向上
させるために、チューブ内の酸化物粉末の充填密度を増
加させて熱処理後の超電導体組織を緻密化することによ
り、線材内部の超電導電流の電流経路が寸断されないよ
うに加工条件を最適化することが行われる。
させるために、チューブ内の酸化物粉末の充填密度を増
加させて熱処理後の超電導体組織を緻密化することによ
り、線材内部の超電導電流の電流経路が寸断されないよ
うに加工条件を最適化することが行われる。
【０００４】しかしながら、超電導線材一本当たりの断
面積は加工限界など種々の要因により限界が存在し、現
状では、線材一本当たりの超電導電流は数十〜数百アン
ペア程度に限定されている。大型電力機器にこのような
超電導線材を応用した設計を行った場合、線材に要求さ
れる超電導電流は数キロ〜数十キロアンペアに達し、こ
のため、線材を集合化して撚線加工を施し超電導導体を
製造する必要がある。
面積は加工限界など種々の要因により限界が存在し、現
状では、線材一本当たりの超電導電流は数十〜数百アン
ペア程度に限定されている。大型電力機器にこのような
超電導線材を応用した設計を行った場合、線材に要求さ
れる超電導電流は数キロ〜数十キロアンペアに達し、こ
のため、線材を集合化して撚線加工を施し超電導導体を
製造する必要がある。
【０００５】また、酸化物超電導線材を使用した送電ケ
ーブルにおいては、線材の形状がテープ状であるために
テープを保持するためのフォーマが必要となり、このフ
ォーマの周囲に線材をスパイラル状に巻きつけることに
より送電ケーブルが製造されている。このために導体断
面積に対する超電導線材の断面積は小さな値となり、そ
の結果、通電容量は１〜３キロアンペア程度に止まって
いる。
ーブルにおいては、線材の形状がテープ状であるために
テープを保持するためのフォーマが必要となり、このフ
ォーマの周囲に線材をスパイラル状に巻きつけることに
より送電ケーブルが製造されている。このために導体断
面積に対する超電導線材の断面積は小さな値となり、そ
の結果、通電容量は１〜３キロアンペア程度に止まって
いる。
【０００６】この導体をコイルに利用する場合、導体全
体の電流密度が低いこと及び導体自体の可撓性に劣るた
めに現実的であるとは言えない。
体の電流密度が低いこと及び導体自体の可撓性に劣るた
めに現実的であるとは言えない。
【０００７】集約すれば、電力機器にＢｉ系超電導導体
を使用をする際に問題となる点は、導体１本当たりの通
電容量が不足していること及び導体の機械的強度不足の
２点である。
を使用をする際に問題となる点は、導体１本当たりの通
電容量が不足していること及び導体の機械的強度不足の
２点である。
【０００８】上記の問題を解決するために、筆者等のグ
ループはコイルの作製に適した、酸化物超電導線材を使
用した大電流導体の発明を出願している（特願平１０−
１２８９００号）。この大電流導体は、耐熱性及び耐酸
化腐食性を有する高強度補強材の外周にセラミックスバ
リア層を設け、その周囲に酸化物超電導線材を撚線加工
により集合化した後、圧縮成形を施した形状の圧縮成形
導体である。
ループはコイルの作製に適した、酸化物超電導線材を使
用した大電流導体の発明を出願している（特願平１０−
１２８９００号）。この大電流導体は、耐熱性及び耐酸
化腐食性を有する高強度補強材の外周にセラミックスバ
リア層を設け、その周囲に酸化物超電導線材を撚線加工
により集合化した後、圧縮成形を施した形状の圧縮成形
導体である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の大電流導体にお
いては、高強度補強材の採用により、導体の強度は著し
く向上し、６００ＭＰａ程度の破断強度と３キロアンペ
ア級の通電容量の導体が得られている。
いては、高強度補強材の採用により、導体の強度は著し
く向上し、６００ＭＰａ程度の破断強度と３キロアンペ
ア級の通電容量の導体が得られている。
【００１０】しかしながら、この導体は中心に補強材を
配置し、補強材の断面積が導体断面積の５０％以上を占
めるために、コイルの電流密度を低下させ、また線材の
臨界電流値で導体の通電容量が規定されるために、より
以上の大きな通電容量の導体を製造することは困難であ
り、より大きな通電容量の導体を得るためには導体形状
が大きくなるため、電力機器の大型コイルの容積を更に
増加させるという欠点がある。またコイルの設計次第で
は、構造材料による補強が必要となる場合があり、この
場合は導体の電流密度を更に低下させるという問題があ
り、更に大きな通電容量の達成が困難である。
配置し、補強材の断面積が導体断面積の５０％以上を占
めるために、コイルの電流密度を低下させ、また線材の
臨界電流値で導体の通電容量が規定されるために、より
以上の大きな通電容量の導体を製造することは困難であ
り、より大きな通電容量の導体を得るためには導体形状
が大きくなるため、電力機器の大型コイルの容積を更に
増加させるという欠点がある。またコイルの設計次第で
は、構造材料による補強が必要となる場合があり、この
場合は導体の電流密度を更に低下させるという問題があ
り、更に大きな通電容量の達成が困難である。
【００１１】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたもので、機械的強度に優れ、かつ大容量化が可
能なラザフォード型圧縮成形導体、即ち、酸化物超電導
大容量導体を提供することをその目的とする。
なされたもので、機械的強度に優れ、かつ大容量化が可
能なラザフォード型圧縮成形導体、即ち、酸化物超電導
大容量導体を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明の酸化物超電導大容量導体は、補強線の周
囲に，銀又は銀マトリックス中に多数本の酸化物超電導
フィラメントを配置した多芯構造の超電導素線の複数本
を撚り合わせた一次ケーブルの複数本を、再度撚り合わ
せて圧縮成形したものである。
めに、本発明の酸化物超電導大容量導体は、補強線の周
囲に，銀又は銀マトリックス中に多数本の酸化物超電導
フィラメントを配置した多芯構造の超電導素線の複数本
を撚り合わせた一次ケーブルの複数本を、再度撚り合わ
せて圧縮成形したものである。
【００１３】上記の一次ケーブルは、その複数本をセラ
ミックスシートの外周に再度撚り合わせて圧縮成形する
こともできる。
ミックスシートの外周に再度撚り合わせて圧縮成形する
こともできる。
【００１４】以上の酸化物超電導大容量導体において
は、一次ケーブルの超電導素線の一部を補強線に置換す
ることもでき、この場合、任意の超電導素線を補強線に
置換することにより、不連続的ではあるが任意の通電容
量と機械的強度を選択する自由度が得られる。この際、
置換する補強線が対称性を有するように配置することが
電磁気学的及び構造力学的理由により好ましい。
は、一次ケーブルの超電導素線の一部を補強線に置換す
ることもでき、この場合、任意の超電導素線を補強線に
置換することにより、不連続的ではあるが任意の通電容
量と機械的強度を選択する自由度が得られる。この際、
置換する補強線が対称性を有するように配置することが
電磁気学的及び構造力学的理由により好ましい。
【００１５】また、補強線としては、Ａｇ−Ｍｇ−Ｓｂ
合金からなるものを用いることが好ましく、特に０．２
５ｗｔ％≦（Ｍｇ＋Ｓｂ）≦０．５５ｗｔ％の範囲のＭ
ｇ及び／又はＳｂを添加した銀合金を用いることが好ま
しい。
合金からなるものを用いることが好ましく、特に０．２
５ｗｔ％≦（Ｍｇ＋Ｓｂ）≦０．５５ｗｔ％の範囲のＭ
ｇ及び／又はＳｂを添加した銀合金を用いることが好ま
しい。
【００１６】さらに、上記のセラミックスシートとして
は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 ，ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 から選択
された１種以上の粒状又は繊維状の粉末を有機バインダ
ーと混合してシート状に成形したものが用いることがで
きる。
は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 ，ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 から選択
された１種以上の粒状又は繊維状の粉末を有機バインダ
ーと混合してシート状に成形したものが用いることがで
きる。
【００１７】このセラミックスシートとして、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＺｒＯ2 ，ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 のいずれか１種の繊維
状の粉末を布状に織ったものも使用することができる。
3 、ＺｒＯ2 ，ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 のいずれか１種の繊維
状の粉末を布状に織ったものも使用することができる。
【００１８】このセラミックスシートは、焼成後に絶縁
層を構成して一次ケーブル間を横断する電流を遮蔽する
機能を有するため、交流通電の際は結合損失を低減する
役割を果たす。
層を構成して一次ケーブル間を横断する電流を遮蔽する
機能を有するため、交流通電の際は結合損失を低減する
役割を果たす。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００２０】図２は、本発明の酸化物超電導大容量導体
に使用される１次ケーブルの断面図を示したもので、１
次ケーブル１は補強線２の周囲に，銀又は銀マトリック
ス中に多数本の酸化物超電導フィラメントを配置した多
芯構造の超電導素線３の複数本を撚り合わせた構造を有
する。
に使用される１次ケーブルの断面図を示したもので、１
次ケーブル１は補強線２の周囲に，銀又は銀マトリック
ス中に多数本の酸化物超電導フィラメントを配置した多
芯構造の超電導素線３の複数本を撚り合わせた構造を有
する。
【００２１】図１は、本発明の酸化物超電導大容量導体
１０の断面図を示したもので、上記の１次ケーブル１の
複数本を、再度撚り合わせて圧縮成形た構造を有する。
１０の断面図を示したもので、上記の１次ケーブル１の
複数本を、再度撚り合わせて圧縮成形た構造を有する。
【００２２】［実施例］以下、本発明の実施例について
説明する。
説明する。
【００２３】（イ）超電導素線の製造 外径φ１５ｍｍ、内径φ１３ｍｍの純銀パイプ中に、Ｂ
ｉ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3 及びＣｕＯの各粉末
を、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２の元素数
比で配合した混合粉末を充填し、これに縮径加工を施し
て対辺間距離１．４３ｍｍの断面六角形のシングル線を
製造した。
ｉ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3 及びＣｕＯの各粉末
を、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２の元素数
比で配合した混合粉末を充填し、これに縮径加工を施し
て対辺間距離１．４３ｍｍの断面六角形のシングル線を
製造した。
【００２４】このシングル線の６１本を、その側面を当
接して再度銀パイプ中に収容して縮径加工を施し、外径
φ３．９ｍｍとした丸線の７本を束ね、銀合金パイプ中
に収容した後、縮径加工を施して外径φ０．８１ｍｍの
超電導素線を製造した。
接して再度銀パイプ中に収容して縮径加工を施し、外径
φ３．９ｍｍとした丸線の７本を束ね、銀合金パイプ中
に収容した後、縮径加工を施して外径φ０．８１ｍｍの
超電導素線を製造した。
【００２５】（ロ）一次ケーブルの製造 上記の超電導素線の６本を外径φ０．８１ｍｍの補強線
の周囲に撚り合わせて一次ケーブルを製造した。
の周囲に撚り合わせて一次ケーブルを製造した。
【００２６】補強線は、Ａｇ−Ｍｇ０．１Ｍｇ−０．２
Ｓｂ（ｗｔ％）合金を用いた。
Ｓｂ（ｗｔ％）合金を用いた。
【００２７】また、超電導素線の撚り合わせ方向はＳ字
撚りとし、撚りピッチは３５ｍｍとした。
撚りとし、撚りピッチは３５ｍｍとした。
【００２８】（ハ）酸化物超電導大容量導体の製造 上記の一次ケーブルの１０本を再度撚り合わせた後、圧
縮成形加工を施すことにより、幅１４．２５ｍｍ×厚さ
４．２４ｍｍの圧縮成形導体を製造した後、酸素雰囲気
中にて最高温度８５０℃で１２0 時間焼成することによ
り、１×６×１０二次撚りラザフォード圧縮成形導体を
製造した。
縮成形加工を施すことにより、幅１４．２５ｍｍ×厚さ
４．２４ｍｍの圧縮成形導体を製造した後、酸素雰囲気
中にて最高温度８５０℃で１２0 時間焼成することによ
り、１×６×１０二次撚りラザフォード圧縮成形導体を
製造した。
【００２９】この場合の撚り合わせ方向はＺ字撚りと
し、撚りピッチは８７ｍｍとした。
し、撚りピッチは８７ｍｍとした。
【００３０】（ニ）通電試験結果 以上のようにして製造した圧縮成形導体を、液体ヘリウ
ムに浸漬して冷却した４．２Ｋの温度において通電試験
を行った結果を表１に示す。
ムに浸漬して冷却した４．２Ｋの温度において通電試験
を行った結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】尚、比較例として示したものは、外径φ１
５ｍｍ、内φ１３ｍｍの純銀パイプ中に、Ｂｉ2 Ｏ3 、
ＳｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 およびＣｕＯの各粉末を、Ｂ
ｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２の元素数比で配
合した混合粉末を充填し、これに縮径加工を施して外径
φ０．８ｍｍに成形した超電導素線の１９本を撚り合わ
せ、圧縮成形加工を施して幅７．０ｍｍ×厚さ２．２ｍ
ｍの圧縮成形導体を製造した後、実施例と同様の方法で
焼成したものである。
５ｍｍ、内φ１３ｍｍの純銀パイプ中に、Ｂｉ2 Ｏ3 、
ＳｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 およびＣｕＯの各粉末を、Ｂ
ｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２の元素数比で配
合した混合粉末を充填し、これに縮径加工を施して外径
φ０．８ｍｍに成形した超電導素線の１９本を撚り合わ
せ、圧縮成形加工を施して幅７．０ｍｍ×厚さ２．２ｍ
ｍの圧縮成形導体を製造した後、実施例と同様の方法で
焼成したものである。
【００３３】
【発明の効果】本発明の酸化物超電導大容量導体は、以
上の実施例で明らかなように、超電導素線を補強材の周
囲に撚り合わせたサブケーブルを再度撚り合わせて圧縮
成形したことによって、超電導材の占積率を向上させ大
容量化及び機械的強度の向上を図ることができる。ま
た、機械的強度の選択の自由度も増加するという利点を
有する。
上の実施例で明らかなように、超電導素線を補強材の周
囲に撚り合わせたサブケーブルを再度撚り合わせて圧縮
成形したことによって、超電導材の占積率を向上させ大
容量化及び機械的強度の向上を図ることができる。ま
た、機械的強度の選択の自由度も増加するという利点を
有する。
【図１】本発明の酸化物超電導大容量導体の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の酸化物超電導大容量導体に使用される
１次ケーブルの断面図である。
１次ケーブルの断面図である。
１…１次ケーブル ２…補強線 ３…超電導素線 １０…酸化物超電導大容量導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 直樹 名古屋市緑区大高町字北関山20番地の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 青木 裕治 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 長谷川 隆代 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 小泉 勉 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内 Ｆターム(参考） 4E070 AB14 BD01 5G321 AA01 BA01 BA03 CA09 CA16
Claims (8)
- 【請求項１】補強線の周囲に，銀又は銀マトリックス中
に多数本の酸化物超電導フィラメントを配置した多芯構
造の超電導素線の複数本を撚り合わせた一次ケーブルの
複数本を、再度撚り合わせて圧縮成形したことを特徴と
する酸化物超電導大容量導体。 - 【請求項２】補強線の周囲に，銀又は銀マトリックス中
に多数本の酸化物超電導フィラメントを配置した多芯構
造の超電導素線の複数本を撚り合わせた一次ケーブルの
複数本を、セラミックスシートの外周に再度撚り合わせ
て圧縮成形したことを特徴とする酸化物超電導大容量導
体。 - 【請求項３】一次ケーブルの超電導素線の一部を補強線
に置換したことを特徴とする請求項１又は２記載の酸化
物超電導大容量導体。 - 【請求項４】一次ケーブルの対称位置の超電導素線を補
強線に置換したことを特徴とする請求項３記載の酸化物
超電導大容量導体。 - 【請求項５】補強線は、Ａｇ−Ｍｇ−Ｓｂ合金からなる
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の酸
化物超電導大容量導体。 - 【請求項６】Ａｇ−Ｍｇ−Ｓｂ合金は、０．２５ｗｔ％
≦（Ｍｇ＋Ｓｂ）≦０．５５ｗｔ％の範囲のＭｇ及び／
又はＳｂを添加した銀合金であることを特徴とする請求
項５記載の酸化物超電導大容量導体。 - 【請求項７】セラミックスシートは、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｚｒ
Ｏ2 ，ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 から選択された１種以上の粒状
又は繊維状の粉末を有機バインダーと混合してシート状
に成形したものからなることを特徴とする請求項２記載
の酸化物超電導大容量導体。 - 【請求項８】セラミックスシートは、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｚｒ
Ｏ2 ，ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 のいずれか１種の繊維状の粉末
を布状に織ったものからなることを特徴とする請求項２
記載の酸化物超電導大容量導体。
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|---|---|---|---|
| JP2000158507A JP3881158B2 (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 酸化物超電導大容量導体 |
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| JP2000158507A JP3881158B2 (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 酸化物超電導大容量導体 |
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| JP2001338537A true JP2001338537A (ja) | 2001-12-07 |
| JP3881158B2 JP3881158B2 (ja) | 2007-02-14 |
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| JP (1) | JP3881158B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004203703A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Chubu Electric Power Co Inc | Ｂｉ系酸化物超電導体 |
| WO2015119242A1 (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-13 | 三菱マテリアル株式会社 | Ａｇ合金膜、Ａｇ合金反射膜、Ａｇ合金導電膜及びＡｇ合金半透過膜 |
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2000
- 2000-05-29 JP JP2000158507A patent/JP3881158B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2004203703A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Chubu Electric Power Co Inc | Ｂｉ系酸化物超電導体 |
| WO2015119242A1 (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-13 | 三菱マテリアル株式会社 | Ａｇ合金膜、Ａｇ合金反射膜、Ａｇ合金導電膜及びＡｇ合金半透過膜 |
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