JP2006156163A - Superconductor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電力送電用超電導ケーブル等に適用可能な可撓性を有する超電導導体に関し、特に曲げによる超電導特性劣化の少ない高温超電導導体に関する。 The present invention relates to a flexible superconducting conductor applicable to a superconducting cable for power transmission, and more particularly to a high-temperature superconducting conductor with little deterioration in superconducting characteristics due to bending.
近年、大電力低損失の電力輸送を実現するために、超電導導体、特に液体窒素温度で超電導状態になる酸化物超電導導体、例えばビスマス(Bi)系酸化物超電導であるBi2Sr2Ca2Cu3Ox線材等の電力ケーブルへの適用が検討されている。例えば、下記特許文献1で、可撓性を有するフォーマ上に、複数本のテープ状酸化物超電導多芯線、絶縁層テープ、複数本のテープ状酸化物超電導多芯線が順次に巻きつけて形成される超電導導体、及びこの超電導導体を用いたケーブルは開示されている。この超電導ケーブルは可撓性を有するフォーマによって可撓性が付与されており、ドラムに巻き付けてストック及び運搬の際、曲げ直径1.5m曲げても超電導特性を実質的に劣化しない程度の可撓性を有する。
In recent years, in order to realize high-power and low-loss power transport, superconductors, particularly oxide superconductors that become superconductive at liquid nitrogen temperature, such as Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu, which is a bismuth (Bi) -based oxide superconductor, Application to power cables such as 3 O x wire is under study. For example, in
しかしながら、実際には、このような超電導ケーブルには、製造や運送又は布設などの作業時に更に大きな曲げ或は繰り返し曲げが発生し、これらの曲げによって超電導導体にも超電導特性が劣化する程の歪みがかかってしまう場合がある。曲げによる超電導ケーブルの超電導特性劣化の問題を解決するために、様々な工夫がされてきた。例えば、特許文献2に開示されたように、フォーマとフォーマ上に巻回されたテープ状超電導導体との間にグリース塗布層などのような潤滑層を設け、フォーマと超電導導体間の滑り性を改善し超電導導体にかかる曲げ歪みを緩和することを図った。
In practice, however, such superconducting cables are subjected to greater bending or repeated bending during operations such as manufacturing, transportation, or installation, and distortions that cause superconducting properties to deteriorate in the superconducting conductor due to these bendings. May occur. Various solutions have been made to solve the problem of deterioration of superconducting characteristics of superconducting cables due to bending. For example, as disclosed in
又は、特許文献3に、フォーマ上にテープ状体をその隣接する側面が互いに接触しないように間隔(ギャップ)を開けて所定のピッチで螺旋状に巻いて、フォーマを長手方向に収縮可能とし、この収縮させたフォーマの外周に、テープ状超電導体を複数本、複数層配置の超電導導体を開示していた。優れた可撓性を有するフォーマから超電導導体に可撓性を付与し、超電導導体に曲げを加える時に折れ曲がりや破断がなくなり、超電導特性の低下を極力抑える効果が期待された。
Or, in
特許文献3のように、可撓性のある円筒状金属管をフォーマとし、超電導導体層及び超電導シールド層と接する面に、テープ状体をギャップを開けて所定ピッチで螺旋状に巻いてなる平滑層を備えた従来の超電導導体の1例を図3に示す。図3に、フォーマ1、平滑層2、超電導導体層3、内部半導電層4、絶縁層5、外部半導電層6、超電導シールド層7、保護層8からなる超電導導体22を示す。フォーマ1は可撓性を有する円筒状の金属管、例えば、金属テープを螺旋状に巻きつけたスパイラル管や、銅線を撚り合せた撚り線導体や、波付け金属管などを用いる。フォーマ1の表面凹凸を平滑にするために、フォーマ1の外周にクラフト紙やカーボン紙等のテープでギャップ10を開けて、1層若しくは数層螺旋状に巻き付けて平滑層2を形成している。平滑層2の外側には、複数本のテープ状の超電導線9が螺旋状に巻きつけられて超電導導体層3を形成している。超電導導体層3の外側には、クラフト紙などからなるテープを多層に巻き付けて絶縁層5を形成するが、超電導電界を緩和する目的、及び超電導導体層3と超電導シールド層7に平滑な接触面を与える目的で、絶縁層5の内側と外側に、カーボン紙等の半導電性テープを前記平滑層2と同様にギャップ10を開けて1層若しくは数層螺旋状に巻き付けて、内部半導電層4と外部半導電層6を形成している。外部半導電層6の外周には、複数本の超電導線9を所定ピッチで螺旋状に巻線して超電導シールド層7を形成している。超電導シールド層7の外側には、外部から保護する目的でクラフト紙などからなるテープを多層巻回して保護層8を形成するが、保護層8の内側に、前記クラフト紙テープをギャップ10を開けて螺旋状に巻きつけ、超電導シールド層7に接する面を平滑させる。
As in
上記超電導導体22において、平滑層2と内部半導電層4は超電導体層3の内側と外側に、また、外部半導電層6と平滑層2は超電導シールド層7の内側と外側に、ギャップ10を開けて螺旋状に巻回して形成されるが、ギャップ10を開ける目的は、超電導導体が曲げられた時に、超電導導体層3と超電導シールド層7に接するテープに皺がより、その皺が超電導線9を傷つけることが無いようにするためである。このギャップ10の間隔が曲げの内側では狭くなり、外側では広くなることで曲げ歪みはギャップ10によって吸収されることである。
In the
しかしながら、上述のように、超電導導体層3或は超電導シールド層7と接する面にギャップ10を開けたテープ巻回層が形成されると、超電導線9に曲げや側圧が加わった場合、線材は上面または下面に押し付けられる。その際、超電導線9がテープ巻回層のギャップ10に落ち込み、更に超電導導体層3或は超電導シールド層7の上面または下面がギャップ10のエッジに押し付けられて超電導線9にダメージを与える。図4は超電導導体層3とその両側にギャップを開けたテープ巻回層を示す図である。更に、超電導線9がギャップ10に落ち込む様子を拡大して図4−Aと図4−B図に示す。図4−Aの場合、超電導線9に曲げ歪み又はギャップ10のエッジで局所的にせん断力が加えられ、超電導線9を折るなどのダメージが与えられる。図4−Bの場合は、超電導線9の上面と下面にテープ巻回層のギャップ10が一致していて、超電導線9は上下とも拘束されることなくフリーとなるために、線の折れ幅が大きく、最悪は線が切れてしまうこともあり得る。これらのことによる結果は、超電導導体に流せる電流が著しく低下する問題が生じた。
However, as described above, when a tape winding layer with a
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、曲げ歪みによって超電導特性の劣化が生じない大電流を流せて十分な可撓性を有する超電導導体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a superconducting conductor having sufficient flexibility by flowing a large current that does not cause deterioration of superconducting characteristics due to bending strain.
上記の目的を達成するために、本発明は、可撓性を有するフォーマの表面に、複数本の超電導線が螺旋状に巻きつけてなる超電導導体層と、複数本の超電導線が螺旋状に巻き付けてなる超電導シールド層が、絶縁層を介して形成された超電導導体において、前記超電導導体層および前記超電導シールド層の上面と下面のいずれか、または両面に、伸縮性を有する平滑層を備えることを特徴とする超電導導体を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a superconducting conductor layer in which a plurality of superconducting wires are spirally wound around the surface of a flexible former, and a plurality of superconducting wires spirally. The superconducting shield layer formed by wrapping the superconducting conductor formed via an insulating layer includes a smoothing layer having elasticity on one or both of the superconducting conductor layer and the upper and lower surfaces of the superconducting conductor layer. A superconducting conductor is provided.
また、可撓性の有するフォーマの表面に、超電導導体層が複数本の超電導線より螺旋状に巻きつけて形成された超電導導体において、超電導導体層の上面と下面のいずれか、または両面に、伸縮性を有する平滑層を備えることを特徴とする超電導導体を提供する。 Further, in a superconducting conductor formed by spirally winding a plurality of superconducting wires on the surface of a flexible former, either the upper surface or the lower surface of the superconducting conductor layer, or both sides, Provided is a superconducting conductor comprising a smooth layer having elasticity.
前記伸縮性を有する平滑層は、前記超電導導体が超電導状態となる温度下に於いても伸縮性が保たれることを特徴とするものである。 The smooth layer having stretchability is characterized in that stretchability is maintained even at a temperature at which the superconducting conductor is in a superconducting state.
また、前記伸縮性平滑層は、2本以上のテープ状体が幅方向に一部重ね合わせ、螺旋状に巻きつけて形成されるものである。 The stretchable smooth layer is formed by two or more tape-like bodies partially overlapped in the width direction and wound spirally.
また、前記伸縮性平滑層は、金属テープ状体と非金属テープ状体からなるものである。 The stretchable smooth layer comprises a metal tape-like body and a non-metal tape-like body.
更に、前記超電導導体の製造方法と、前記超電導導体を用いた超電導ケーブル及び超電導ケーブルの製造方法を提供する。 Furthermore, the manufacturing method of the said superconducting conductor, the superconducting cable using the said superconducting conductor, and the manufacturing method of a superconducting cable are provided.
本発明は、可撓性を有するフォーマの表面に、複数本の超電導線を螺旋状に巻き付けてなる超電導導体層と、複数本の超電導線を螺旋状に巻き付けてなる超電導シールド層が、絶縁層を介して形成された超電導導体において、前記超電導導体層および前記超電導シールド層の上面と下面のいずれか、または両面に、伸縮性平滑層を設けることにより、可撓性に優れると共に、超電導導体に曲げ歪みが加わった時に、超電導導体層または超電導シールド層が接する面の表面形状により傷つけることが無く、超電導導体の性能低下が抑制できることである。 The present invention provides a superconducting conductor layer in which a plurality of superconducting wires are spirally wound around a flexible former surface, and a superconducting shield layer in which a plurality of superconducting wires are spirally wound. In the superconducting conductor formed via, by providing a stretchable smooth layer on either or both of the upper and lower surfaces of the superconducting conductor layer and the superconducting shield layer, the superconducting conductor has excellent flexibility and When bending strain is applied, the superconducting conductor layer or the superconducting shield layer is not damaged by the surface shape of the surface, and the performance degradation of the superconducting conductor can be suppressed.
また、前記伸縮性平滑層は2本以上のテープ状体を幅方向に一部重ね合わせて形成されるので、従来の超電導導体で生じた超電導線が平滑層のギャップに落ち込み、更にギャップのエッジによりダメージを受けることが無くなる。 Further, since the stretchable smooth layer is formed by overlapping two or more tape-like bodies partially in the width direction, the superconducting wire generated in the conventional superconducting conductor falls into the gap of the smooth layer, and further, the edge of the gap No longer takes damage.
更に、上記伸縮性平滑層は超電導導体が超電導状態となる温度下においても伸縮性が保たれるので、通電状態にある超電導導体の臨界電流低下を防ぐと共に、超電導導体が可撓性に優れかつ長尺超電導導体およびケーブルを得ることが可能となる。 Furthermore, since the stretchable smooth layer maintains stretchability even at a temperature at which the superconducting conductor is in a superconducting state, the superconducting conductor is excellent in flexibility and prevents a decrease in the critical current of the superconducting conductor in an energized state. It becomes possible to obtain a long superconducting conductor and a cable.
以下、本発明を実施するための最良形態を示す。
図1は本発明に係わる超電導導体の概略図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below.
FIG. 1 is a schematic view of a superconducting conductor according to the present invention.
金属テープを螺旋状に巻きつけたスパイラル管や、銅線を撚り合せた撚り線導体や、波付け金属管などの可撓性を持つ金属管をフォーマ1として用いる。フォーマ1の表面に、図2に示していたように、2本のテープ状体12、13が互いに幅方向に一部重なるようにラップして螺旋状に巻きつけられて伸縮性平滑層11を形成している。
A flexible metal tube such as a spiral tube in which a metal tape is spirally wound, a stranded wire conductor obtained by twisting a copper wire, or a corrugated metal tube is used as the former 1. As shown in FIG. 2, the two tape-
この伸縮性平滑層11の上に、複数本の超電導線9が所定ピッチで螺旋状に巻きつけられて超電導導体層3を形成している。次いで、電解を緩和する目的で内部半導電層4が形成されるが、超電導導体層3に接する内部半導電層4の内面に前記伸縮性平滑層2を形成している。
A plurality of
内部半導電層4の外周に、テープ状のクラフト紙がギャップ10を開けて複数層螺旋状に巻きつけられて絶縁層5を形成している。
Tape-like kraft paper is wound around the outer periphery of the inner semiconductive layer 4 with a
絶縁層5の外周には、電界を緩和するために外部半導電層6と、複数本の超電導線9が螺旋状に巻きつけられてなる超電導シールド層7と、外部からの保護を目的にして保護テープを螺旋状に多層巻きつけてなる保護層8が、順次に形成されるが、超電導シールド層7に接する外部半導電層6の外面と保護層8の内面に、前記伸縮性平滑層11を設けている。
On the outer periphery of the
本発明において、前記伸縮性平滑層11は、2本のテープ状体12、13が互い一部重なって螺旋状に巻きつけて形成される。超電導導体が超電導状態となる温度下で伸縮性平滑層11の伸縮性が保てば、テープ状体12、13の材質、または、組合せに特に限定はないが、好ましくは金属テープ状体と非金属テープ状体の組み合わせが良い。テープ状体は、金属の場合、アルミニウム、銅またはそれらの合金、非金属の場合は、クラフト紙、カーボン紙、ポリイミドなどを用いることが出来る。更に、テープ状体の寸法について、特に限定はないが、製造上便利になる理由で、組合わせテープの寸法は同じであることが好ましい。また、テープ状体の重なる量は約テープ幅の1/2以下、好ましくは1/3程度が良い。
In the present invention, the stretchable
本発明において、前記超電導導体層3と超電導シールド層7を形成する超電導線9材として、金属超電導体線材或は酸化物超電導体線材のいずれかでよい。酸化物超電導線材には、酸化物超電導として、例えば、Y1 Ba2Cu3O7−x温(0≦X<1)等のイットリウム系、Bi2 Sr2Ca2Cu3O10−Y(0≦Y<1)等のビスマス(Bi)系、またはTl2 Sr2Ca2Cu3O10−Z((0≦Z<1)等のタリウム系酸化物超電導体に、銀または銀マグネシウム合金シースを施してなる高温超電導テープ等を用いることができる。金属超電導線材には、NbTi、Nb3Sn等のテープ状超電導線材が挙げられる。
In the present invention, the
また、上記の本発明では、超電導導体層3と超電導シールド層7の上面と下面の両方に伸縮性平滑層11を設けたが、上面または下面のいずれかの一方でも超電導導体の劣化を抑えることが出来、効果的である。
In the present invention, the stretchable
図1は本実施例を説明するための本発明に係わる超電導導体21の概略図である。
可撓性を有する直径30mmの波付き銅管をフォーマ1に用い、フォーマ1の表面に伸縮性平滑層11を形成した。伸縮性平滑層11は、図2に示しているように、アルミテープ12とカーボン紙テープ13の2本のテープ状体からなり、テープの幅方向に、互いにテープ幅1/3程度重ねるようにラップして、フォーマ1の上に螺旋状に巻き付けていた。アルミテープ12とカーボン紙テープ13の断面寸法は共に、幅20mm、厚さ0.1mmである。
FIG. 1 is a schematic view of a superconducting conductor 21 according to the present invention for explaining the present embodiment.
A flexible corrugated copper tube having a diameter of 30 mm was used for the former 1, and the stretchable
伸縮性平滑層11の外側に、20本のテープ状超電導線9が、300mmのピッチで螺旋状に巻き付けられて超電導導体層3を形成した。超電導線9は銀被覆されたBi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox 線材であり、断面寸法は幅4mm、厚さ0.2mmである。
Twenty tape-shaped
超電導導体層3の上面には、テープ状のカーボン紙で1mm程のギャップ10を開けて内部半導電層4が形成されるが、超電導導体層3に接する内部半導電層4の内面に前記伸縮性平滑層11を設けた。内部半導電層4の上に絶縁層5は、幅20mm、厚さ0.15mmのクラフト紙を1mmのギャップ10を開けて数十層螺旋状巻き付けて形成された。
An internal semiconductive layer 4 is formed on the upper surface of the
絶縁層5の上に、前記内部半導電層4と同様な方法で外部半導電層6を形成し、更に、30本の超電導線9を巻き付けてなる超電導シールド層7は、前記伸縮性平滑層11を介して外部半導電層6の外周に形成された。超電導シールド層7に用いた超電導線9の材質、寸法及び巻き付ける方法は前記超電導導体層3と同じであった。
An outer
超電導シールド層7の上面には、外部からの保護を目的にしてテープ状クラフト紙を1mm程度のギャップを開けて螺旋状に数層巻き付けて保護層8を形成するが、超電導シールド層7と接する面に前記伸縮性平滑層11を設けた。
On the upper surface of the superconducting shield layer 7, a protective layer 8 is formed by spirally winding several layers of tape-like kraft paper with a gap of about 1 mm for the purpose of protection from the outside. The stretchable
また、本発明と比較するための比較例として、図3に示していた従来のギャップ巻きの超電導導体22を作成した。
As a comparative example for comparison with the present invention, the conventional gap winding
更に、上記本発明の超電導導体21と従来の技術による超電導導体22の臨界電流Icを評価した。評価は、超電導導体の製造直後及び曲げ直径1.0mで曲げを行った後のIcと超電導導体の積算電流と比較することによって行われた。
Furthermore, the critical current Ic of the superconducting conductor 21 of the present invention and the
結果は、本発明の超電導導体21では、製造直後、曲げ直径1.0m曲げた後も、Icの劣化は見られなかったが、従来技術による超電導導体22では、製造直後でIcは約85%、更に曲げ直径1.0mの曲げを行ったところIcは約60%まで劣化してしまった。劣化の原因を解体調査した結果、ギャップに位置する部分の超電導線が折れていたことが分かった。一方、本発明による超電導導体では、超電導線に折れなどは観測されなかった。
As a result, in the superconducting conductor 21 of the present invention, Ic was not deteriorated immediately after manufacturing and after bending of a bending diameter of 1.0 m. However, in the
なお、本発明の超電導導体21と従来技術による超電導導体22のいずれも、20本の超電導線9を螺旋状に巻き付けて形成され、超電導線9の1本あたりの平均Icは50Aとして、積算された超電導導体のIcは1000Aとなる。
Note that both the superconducting conductor 21 of the present invention and the
なお、上記本発明では、超電導導体層と超電導シールド層に接する上面と下面の両面に伸縮性平滑層11を備えていたが、上面または下面の何れの一方の面でも効果がある。
In the present invention, the stretchable
0001: フォーマ
0002: 平滑層
0003: 超電導導体層
0004: 内部半導電層
0005: 絶縁層
0006: 外部半導電層
0007: 超電導シールド層
0008: 保護層
0009: 超電導線
0010: ギャップ
0011: 伸縮性平滑層
0012、0013: テープ状体
0021: 本発明に係わる超電導導体
0022: 従来技術による超電導導体
0001: Former 0002: Smooth layer 0003: Superconducting conductor layer 0004: Internal semiconductive layer 0005: Insulating layer 0006: External semiconductive layer 0007: Superconducting shield layer 0008: Protective layer 0009: Superconducting wire 0010: Gap 0011: Stretchable smooth layer 0012, 0013: Tape-like body 0021: Superconducting conductor 0022 according to the present invention: Superconducting conductor according to the prior art
Claims (8)
A method for manufacturing a superconducting cable according to claim 7.
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