JP2585880B2 - Superconducting device - Google Patents
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- 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
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はセラミック系超電導材料
を応用した装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus using a ceramic superconducting material.
【０００２】本発明は超電導マグネットまたは電力蓄積
装置に用いられるコイルを構成させるためのパイプ等に
関する。The present invention relates to a pipe for forming a superconducting magnet or a coil used in a power storage device.
【０００３】[0003]
【従来の技術】従来、超電導材料はＮｂ−Ｇｅ（例えば
Ｎｂ３Ｇｅ）等の金属材料が用いられている。この材料
は金属であるため、延性、展性または曲げ性を高く有
し、超電導マグネット用コイル、また電力蓄積用コイル
として用いることが可能である。Conventionally, superconducting material metal material such as Nb-Ge (e.g. Nb 3 Ge) is used. Since this material is a metal, it has high ductility, malleability, or bendability, and can be used as a coil for a superconducting magnet or a coil for power storage.
【０００４】しかし、この金属の超電導材料はＴｃ（超
電導臨界温度を以下Ｔｃという）オンセットが小さく、
２３゜Ｋまたはそれ以下でしかなかった。しかしその工
業的応用を考えるならば、このＴｃが１００°Ｋまたは
それ以上を有し、Ｔｃ０（電気抵抗が零となる温度）が
７７゜Ｋまたはそれ以上であることがきわめて重要であ
る。However, this metal superconducting material has a small onset of Tc (superconducting critical temperature is hereinafter referred to as Tc),
It was only 23K or less. However, considering its industrial application, it is very important that Tc has a temperature of 100 ° K or more and Tc0 (temperature at which the electric resistance becomes zero) is 77 ° K or more.
【０００５】最近、かかる超電導材料として、銅の酸化
物セラミック材料が注目されている。しかしこの銅の酸
化物セラミックは延性、展性および曲げ性に乏しい。加
えて成型した後の加工がきわめて困難であるという他の
欠点を有する。Recently, copper oxide ceramic materials have attracted attention as such superconducting materials. However, this copper oxide ceramic has poor ductility, malleability and bendability. In addition, it has another disadvantage that processing after molding is extremely difficult.
【０００６】このため、銅の酸化物セラミックを用い、
コイル状に設けるとともに、このコイル構造を有しつ
つ、同時に自らに冷媒を有し冷却する構造およびその作
製方法はまったく知られていない。For this reason, using copper oxide ceramic,
There is no known structure for providing a coil and having the coil structure, and at the same time, having a cooling medium in itself and cooling, and a method for producing the same.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は金属または金属
化合物の中空支持体を用材として用いる。さらにこの中
空の内部に超電導セラミック材料となるべき材料を混合
または溶かした、またはゲル状にした溶液を中空パイプ
の一方を一次的に塞いで他方より注入する。According to the present invention, a hollow support of a metal or a metal compound is used as a material. Further, a solution in which a material to be a superconducting ceramic material is mixed or dissolved or made into a gel state is injected into the inside of the hollow from the other by temporarily closing one of the hollow pipes.
【０００８】次にこの中空パイプ全体を加熱し、液体成
分である溶媒全体を気化して除去する。するとこの超電
導セラミック材料は中空パイプの内壁にコーティングさ
れる。これを加熱し、焼成させるとともに、酸化または
還元を繰り返し行うことにより、超電導性を有するセラ
ミック材料、例えば銅の酸化物セラミックである（Ａ
１−ｘＢｘ）ｙＣｕＯｚ ｘ＝０．０１〜０．３，ｙ＝
１．３〜２．２，ｚ＝２．０〜４．０で示される分子構
造を有し、ＡがＹ（イットリューム），Ｇａ（ガリュー
ム），Ｚｒ（ジルコニューム），Ｎｂ（ニオブ），Ｇｅ
（ゲルマニューム），Ｙｂ（イッテルビューム）または
その他のランタノイドより選ばれ、ＢはＢａ（バリュー
ム）またはＳｒ（ストロンチューム），Ｃａ（カルシュ
ーム），Ｍｇ（マグネシューム），Ｂｅ（ベリリュー
ム）よりなる。尚、本明細書におけるランタノイドは、
理化学辞典（岩波書店 １９６３年４月１日発行）によ
り、原子番号５７のランタンから原子番号７１のルテチ
ウムに至る１５個の希土類元素とする。Next, the entire hollow pipe is heated to vaporize and remove the entire solvent as a liquid component. Then, the superconducting ceramic material is coated on the inner wall of the hollow pipe. This is heated and fired, and repeatedly oxidized or reduced to obtain a ceramic material having superconductivity, for example, a copper oxide ceramic (A
1-x Bx) yCuOz x = 0.01-0.3, y =
1.3 to 2.2, z = 2.0 to 4.0, wherein A is Y (yttrium), Ga (gallium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Ge
(Germanium), Yb (ytterbum) or other lanthanoids, and B consists of Ba (value) or Sr (strontium), Ca (calcium), Mg (magnesium), Be (beryllium). Incidentally, the lanthanoid in the present specification,
According to the Dictionary of Physical and Chemical Sciences (Iwanami Shoten, published on April 1, 1963), 15 rare earth elements ranging from lanthanum of atomic number 57 to lutetium of atomic number 71 are determined.
【０００９】本発明で用いられるセラミックは上記以外
の元素をＡ，Ｂに加えることが可能である。In the ceramic used in the present invention, elements other than those described above can be added to A and B.
【００１０】本発明において、中空支持体の内壁に第１
の層として超電導セラミック材料がコーティングされる
が、さらにその上側にこの第１の層のセラミック材料を
十分固化した後、第２層のセラミック材料をコーティン
グすべく、同一工程を繰り返しすることは有効である。
またその場合、ＡまたはＢの種類、Ｘ，Ｙ，Ｚの値の一
部を変更してもよい。In the present invention, a first support is provided on the inner wall of the hollow support.
Although the superconducting ceramic material is coated as a layer, it is effective to repeat the same process in order to coat the ceramic material of the second layer after sufficiently solidifying the ceramic material of the first layer on the upper side. is there.
In that case, the type of A or B and some of the values of X, Y, and Z may be changed.
【００１１】本発明において、さらにこれを繰り返して
多層構造としてもよいことはいうまでもない。In the present invention, it goes without saying that this may be repeated to form a multilayer structure.
【００１２】[0012]
【作用】これまでの金属の超電導材料を用いてパイプま
たはコイルを作らんとする場合、その工程としてまず線
材を作る。そしてこれを所定の基体に巻いてゆくことに
よりコイルを構成せしめる。When a pipe or a coil is made by using a conventional metal superconducting material, a wire is first made as a process. This is wound around a predetermined base to form a coil.
【００１３】しかしセラミック超電導体に関しては、か
かる線材化また基体にまいてゆくことがきわめて困難で
ある。However, with respect to ceramic superconductors, it is extremely difficult to form such wires or spread them on substrates.
【００１４】そのため、本発明の如く、予め所定のパル
プ、コイル、または始点と終点が互いに連結したエンド
レスコイル等の形状に作られた金属または金属化合物の
パイプを用いて、その内部を超電導セラミック材料を混
合または溶かして溶液を導入することにより、充填す
る。それをパイプの内壁に超電導特性を有してコーティ
ングすることにより、セラミック材料を最終形状である
実質的なパイプ形状とすることが可能となった。Therefore, as in the present invention, a metal or metal compound pipe made in the form of a predetermined pulp, a coil, or an endless coil having a start point and an end point connected to each other is used, and the inside thereof is made of a superconductive ceramic material. By mixing or dissolving to introduce a solution. By coating it with superconducting properties on the inner wall of the pipe, it has become possible to make the ceramic material into a substantially pipe shape that is the final shape.
【００１５】また本発明において、超電導セラミックを
中空支持体にコーティングした後、その内部に形成され
る中空はこのパイプをしてコイルとせんとする時、この
パイプまたはコイルを電気抵抗が零となるＴｃｏを有す
る温度に冷却するための冷媒のパス（通路）としても用
いることができる。In the present invention, when the superconducting ceramic is coated on the hollow support and the hollow formed inside the hollow support is formed into a coil by using this pipe, the electric resistance of the pipe or coil becomes zero. It can also be used as a refrigerant path (passage) for cooling to a temperature having Tco.
【００１６】また本発明のパイプを用い複数ケをコイル
状に巻くことにより、超電導マグネットを作り得る。ま
たこのコイル状の始点と終点を互いに電気的に抵抗が零
であるセラミックで連結することにより、エンドレスコ
イルとし得る。このコイルは電流損失のないコイル、即
ち電気エネルギの蓄積用装置として用いることが可能と
なる。A superconducting magnet can be manufactured by winding a plurality of coils into a coil shape using the pipe of the present invention. An endless coil can be obtained by connecting the starting point and the ending point of the coil to each other with a ceramic having zero electrical resistance. This coil can be used as a coil having no current loss, that is, a device for storing electric energy.
【００１７】以下図面に従って本発明の実施例を示す。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１８】[0018]
【実施例】「実施例１」 この実施例では（Ａ１−ｘＢｘ）ｙＣｕＯｚにおいてＡ
としてＹをＹ２Ｏ３，ＢとしてＢａをＢａＣＯ３またＣ
ｕとしてＣｕＯを用いた。それぞれ高純度化学社製の９
９．９５％以上のものを用いた。これらをｘ＝０．０
５，ｘ＝０．０７５及びｘ＝０．１，ｙ＝１．８，ｙ＝
２．０，ｙ＝２．２とした。これらを混合して９種類の
混合物を作った。これらを一度３Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で
加圧しタブレットとし７００℃、３時間さらに１０００
℃１０時間で大気中で仮焼成した。さらにこれらを再び
粉砕した。そしてその平均粒径が１００μｍ以下、例え
ば１０μｍ程度となるようにした。この混合物をカプセ
ル内に封入し、再びこれを５Ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレ
スし、タブレット状とした。そしてこれを１０００℃、
１０時間酸化性雰囲気例えば大気中で本焼成した。する
とこの構造はペロブスカイト構造もみられるが、変形ペ
ロブスカイト型がＸ線解析像から観察された。EXAMPLES Example 1 In this example, (A 1-x Bx) yCuOz
Y as Y 2 O 3 , B as Ba as BaCO 3 or C
CuO was used as u. 9 made by Kojundo Chemical Co., Ltd.
9.95% or more was used. X = 0.0
5, x = 0.075 and x = 0.1, y = 1.8, y =
2.0, y = 2.2. These were mixed to form nine types of mixtures. These are once pressurized at a pressure of 3 kg / cm 2 to form tablets, at 700 ° C. for 3 hours and 1000
Calcination was performed in air at 10 ° C. for 10 hours. These were further ground again. The average particle size was set to 100 μm or less, for example, about 10 μm. This mixture was encapsulated in a capsule, and again pressed at a pressure of 5 kg / cm 2 into a tablet. And 1000 ℃,
The main firing was performed in an oxidizing atmosphere, for example, the air for 10 hours. As a result, a perovskite structure was observed in this structure, but a modified perovskite type was observed from an X-ray analysis image.
【００１９】次にこの本焼成したＴｃオンセットが４０
゜Ｋ以上好ましくは９０゜Ｋ，Ｔｃ０が７７゜Ｋ以上あ
ることを電圧−電流−温度特性より確認する。Next, this fully fired Tc onset is 40
It is confirmed from the voltage-current-temperature characteristics that the temperature is at least ゜ K, preferably 90 ° K, and Tc0 is at least 77 ° K.
【００２０】再びこのタブレットを微粉末とした。そし
てこの平均粒径が１００μｍ以下〜５μｍ例えば３０μ
ｍになるようにした。この工程において、この粉砕の
際、その結晶構造が基本的に破壊しないように努めた。This tablet was again made into a fine powder. The average particle size is 100 μm or less to 5 μm, for example, 30 μm.
m. In this step, an attempt was made to basically prevent the crystal structure from being destroyed during the pulverization.
【００２１】この粉末を液体、例えばフロン液またはア
ルコール例えばエタノールその他の液体中に混合、また
は溶かした。The powder was mixed or dissolved in a liquid such as a Freon liquid or an alcohol such as ethanol or other liquid.
【００２２】この溶液を中空の支持体である第１図に示
した金属パイプ（２）、例えば銅または銅の化合物（例
えばＮｉＣｕ化合物）の内部に他方を塞いで注いだ。こ
のパイプをセラミック粒子が内壁に均一な厚さに付着す
べく、回転、上下振動をしつつ全体を１００〜４００℃
の温度に加熱した。This solution was poured into a hollow support such as a metal pipe (2) shown in FIG. 1, for example, copper or a copper compound (for example, a NiCu compound) with the other plugged. In order to make the ceramic particles adhere to the inner wall to a uniform thickness, the pipe is rotated and vertically oscillated at 100 to 400 ° C.
To a temperature of
【００２３】かくしてこの中空パイプの内部の溶媒を除
去することができ、その内壁にセラミック粒をコーティ
ング（３）した。Thus, the solvent inside the hollow pipe could be removed, and its inner wall was coated with ceramic particles (3).
【００２４】この時内壁とより密着させやすくするた
め、エポキシ系、アクリル系の樹脂をとかした溶媒、例
えばトルエン等を用いてもよい。At this time, a solvent in which an epoxy-based or acrylic-based resin is dissolved, for example, toluene or the like may be used in order to make the inner wall more easily adhered.
【００２５】この後この内壁に付着し乾燥させたセラミ
ックに対して、その中空部に酸素または酸素とアルゴン
の混合気体を導入して、酸化させつつ５００〜１１００
℃、例えば６００℃３時間さらに８００℃５時間の加熱
焼成を行った。Thereafter, oxygen or a mixed gas of oxygen and argon is introduced into the hollow portion of the ceramic adhered to the inner wall and dried, and the ceramic is oxidized to 500-1100.
C., for example, at 600.degree. C. for 3 hours and at 800.degree. C. for 5 hours.
【００２６】かかる工程をさらに１〜５回繰り返すこと
により、このセラミック材を５０μｍ〜１ｃｍ（代表的
には０．５〜５ｍｍ）の平均厚さにパイプ内に付着させ
ることが可能となった。かくして第１図に示す如き中空
支持体（２）の内側に超電導セラミック（３）を中空
（４）を有して本発明の超電導セラミックを用いたパイ
プ（１）を作ることができた。By repeating this process 1 to 5 times, it became possible to attach the ceramic material to the pipe in an average thickness of 50 μm to 1 cm (typically 0.5 to 5 mm). Thus, as shown in FIG. 1, a pipe (1) using the superconducting ceramic of the present invention having the hollow (4) with the superconducting ceramic (3) inside the hollow support (2) could be produced.
【００２７】この実施例において、パイプは円環型中空
支持体を用いた。しかしその形状は角型中空支持体を用
いてもよい。また他の形とすることも可能である。In this embodiment, an annular hollow support was used for the pipe. However, the shape may be a square hollow support. Other shapes are also possible.
【００２８】かかる超電導セラミックパイプにおいて、
Ｔｃはタブレット等で作られた時のＴｃよりは５〜２０
゜Ｋ低い値が得らた。しかしこれは初期のタブレットで
のＴｃを向上させるとともにより改良が可能である。In such a superconducting ceramic pipe,
Tc is 5-20 than Tc when made with tablet etc.
A low value of ゜ K was obtained. However, this can be improved as well as increasing the Tc on earlier tablets.
【００２９】またこの長さは数ｃｍ〜数十ｍにまでその
設計により変形が可能である。また太さも直径数ｍｍ〜
数ｃｍまで変形が可能である。This length can be varied from several cm to several tens of meters depending on its design. In addition, the thickness is a few mm
Deformation is possible up to several cm.
【００３０】「実施例２」 この実施例はエンドレスコイルの例である。Embodiment 2 This embodiment is an example of an endless coil.
【００３１】第２図にその縦断面図を示す。このエンド
レスコイルは太陽電池等で発電した電気エネルギのバッ
テリとして用いることができる。FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the same. This endless coil can be used as a battery for electric energy generated by a solar cell or the like.
【００３２】図面より明らかなごとく、予め中空を実施
例１と同様に有するパイプをコイル（７）形状に作る。
さらにこの始点（５），終点（６）も同様に中空パイプ
（４）で連結する。このエンドレスコイルは注入口
（８）を有する。この注入口は電気エネルギの入力およ
び出力端子として用いることができる。As is clear from the drawing, a pipe having a hollow in the same manner as in the first embodiment is formed in a coil (7) shape.
Further, the start point (5) and the end point (6) are similarly connected by a hollow pipe (4). This endless coil has an inlet (8). This inlet can be used as an input and output terminal for electrical energy.
【００３３】ここに実施例１と同様の方法で超電導セラ
ミックを混合またはとかした溶液を注ぎ込む。A solution obtained by mixing or melting the superconducting ceramic is poured in the same manner as in Example 1.
【００３４】これを乾燥し、不要溶媒を気体として
（８），（８，）より放出し、パイプの内部を乾燥させ
る。さらに実施例１と同様に酸化性気体を導入し、セラ
ミックを十分に酸化する。This is dried, and the unnecessary solvent is released as a gas from (8), (8,), and the inside of the pipe is dried. Further, an oxidizing gas is introduced as in the first embodiment to sufficiently oxidize the ceramic.
【００３５】かくして内部が中空、かつその内壁に超電
導セラミックがコーティングされたパイプ（１）を用い
たエンドレスコイル（７）を作ることができた。このＴ
ｃｏは実験では４５゜Ｋであった。しかし超電導材料の
選択によりＴｃｏを向上させ得る。また、この中空部に
液体水素を導入することにより、このエンドレスコイル
をして抵抗零の閉回路を作る構成とし得たため、電気エ
ネルギ蓄積装置として用いることができた。Thus, an endless coil (7) using a pipe (1) whose inside is hollow and whose inner wall is coated with superconducting ceramic could be produced. This T
co was 45 K in the experiment. However, the choice of superconducting material can improve Tco. Further, by introducing liquid hydrogen into this hollow portion, the endless coil could be used to form a closed circuit with zero resistance, so that it could be used as an electric energy storage device.
【００３６】「実施例３」 この実施例は（Ａ１−ｘＢｘ）ｙＣｕＯｚにおいて、Ａ
としてＹｂ、ＢとしてＢａを用いた。するとパイプ形状
とした後もＴｃｏを７２゜Ｋに保つことができた。その
他は実施例１と同様である。Example 3 This example is based on (A 1-x Bx) yCuOz
Was used, and Ba was used as B. As a result, Tco could be kept at 72 ° K even after the pipe was formed. Others are the same as the first embodiment.
【００３７】[0037]
【発明の効果】本実施例はかかるパイプ形状とした後、
これらをその内部の中空部に冷却材である液体、例えば
液体窒素または液体水素を封入し、連続的にこのパイプ
を内部より最も温度が重要なセラミックを直接冷やす手
段と同時になり得る。In this embodiment, after the pipe is formed,
They can be filled with a liquid coolant, for example liquid nitrogen or liquid hydrogen, in the hollow space inside them, and this pipe can be used as a means to continuously cool the ceramics, the most important of which temperature is more important than the inside.
【００３８】また、この外側の金属を銅または銅の化合
物とすることにより、外部との溶接も可能であり、電気
装置の一部として用いることが可能である。この金属ま
たは金属化合物として銅または銅化合物とすることによ
り、特にその部品としての用途をひろげることができ
る。When the outer metal is made of copper or a copper compound, it can be welded to the outside and can be used as a part of an electric device. By using copper or a copper compound as the metal or metal compound, the use as a part thereof can be particularly widened.
【図１】本発明の超電導セラミック装置（パイプ状）を
示す。FIG. 1 shows a superconducting ceramic device (pipe shape) of the present invention.
【図２】本発明のパイプを用いた電気蓄積装置の一例を
示す。FIG. 2 shows an example of an electric storage device using the pipe of the present invention.
【符号の説明】１・・・パイプ ２・・・金属パイプ ３・・・コーティング部分 ４・・・中空部分 ７・・・エンドレスコイル [Description of Signs] 1 ... Pipe 2 ... Metal Pipe 3 ... Coating Portion 4 ... Hollow Portion 7 ... Endless Coil
Claims (2)
空を有する超電導体が接して設けられ、 前記支持体がコイル状に形成されていることを特徴とす
る超電導装置。1. A medium in the interior of the support of the metal or metal compound
A superconducting device , wherein a superconductor having an empty space is provided in contact therewith, and the support is formed in a coil shape.
導体は（Ａ１−ｘ Ｂｘ）ｙＣｕＯｚ ｘ＝０．０１〜
０．３，ｙ＝１．３〜２．２，ｚ＝２．０〜４．０を有
し、ＡがＹ（イットリューム），Ｇａ（ガリ ュー
ム），Ｚｒ（ジルコニューム），Ｎｂ（ニオブ），Ｇｅ
（ゲルマニューム），Ｙｂ（イッテ ルビューム）また
はその他のランタノイドより選ばれ、ＢはＢａ（バリュ
ーム） またはＳｒ（ストロンチューム），Ｃａ（カル
シューム），Ｍｇ（マグネシューム），Ｂｅ（ ベリリ
ューム）より選ばれた超電導性セラミック材料で構成さ
れることを特徴とする超電導装置。2. The supercharger according to claim 1, wherein
The conductor is (A1 - xBx) yCuOzx = 0.01-
0.3, y = 1.3-2.2, z = 2.0-4.0, and A is Y (yttrium), Ga (gallium), Zr (zirconium), Nb (niobium) , Ge
(Germanium), selected from Yb (ittelbume) or other lanthanoids, B is superconductive selected from Ba (value) or Sr (strontium), Ca (calcium), Mg (magnesium), Be (beryllium) Composed of ceramic material
Superconducting device characterized in that it is.
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- 1991-04-01 JP JP3094816A patent/JP2585880B2/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
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