JP2644433B2 - 中空部冷却型複数芯線高温超電導体 - Google Patents

中空部冷却型複数芯線高温超電導体

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JP2644433B2
JP2644433B2 JP5288136A JP28813693A JP2644433B2 JP 2644433 B2 JP2644433 B2 JP 2644433B2 JP 5288136 A JP5288136 A JP 5288136A JP 28813693 A JP28813693 A JP 28813693A JP 2644433 B2 JP2644433 B2 JP 2644433B2
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temperature superconductor
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英吉 犬飼
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良弘 阿部
光一 中村
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中空部に液体窒素等の
冷却体が流されたとき、高温超電導体として機能する中
空部冷却型複数芯線高温超電導体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高温超電導体は、高価な液体ヘリ
ウムより安価な液体窒素で冷却することにより超電導特
性を得ることができるため経済的であるが、脆く、切削
加工が困難であるため高温超電導体の線材化等が困難で
ある。そのため、中空部を有する高温超電導体を複数芯
束ねた状態の通電体、即ち中空部冷却型複数芯線高温超
電導体を製作することは極めて困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、機
械的強度が高く、臨界電流密度の向上に有効な中空部冷
却型複数芯線高温超電導体を提供することを解決すべき
技術的課題とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題解決のための技
術的手段は、中空部冷却型複数芯線高温超電導体を、
列に配列された複数の金属管それぞれの内空部に100
0℃以上の温度で溶融したセラミック高温超電導前駆体
を充填したあと冷却により固化した前記セラミック高温
超電導前駆体と一体化した前記複数の金属管を空気中又
は酸素ガス中で700℃〜880℃の温度で加熱処理す
ることにより中空部内周を金属成分に富む超電導体にす
るとともに中空部外周を金属成分の少ない超電導体にし
た複数の芯線を形成したうえ、各芯線の前記中空部に冷
却体を通すように構成することである。
【0005】
【作用】上記構成の中空部冷却型複数芯線高温超電導体
によれば、中空部に超電導用の冷却体が通流されるた
め、冷却効率が高くなって臨界電流密度が向上される一
方、磁束跳躍等により局部的に発熱しても複数芯線の内
部を直接再冷却することができることから、クエンチに
よる超電導体破壊を防止する。また、複数芯線が並列状
に配列されるため、交流電流通電時の交流損失が低減さ
れ、更に複数芯線をツイスト状に配列すれば、各芯線相
互の電気的結合損失が低減される。更に、各芯線の中空
内壁部は金属あるいは金属性に富む超電導体であるた
め、各芯線の機械的強度を高くするという特性を有す
る。また、金属層を残せば、局部的クエンチ発生時にそ
の金属層をバイパスとして利用することにより、安定化
材として利用できる。
【0006】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図1は、中空部を有する高温超電導体を複数
芯線束ねた状態の通電体、即ち中空部冷却型複数芯線高
温超電導体1を用いた超電導ケ−ブル2の斜視図であ
る。図1に示すように、超電導ケ−ブル2の中空部冷却
型複数芯線高温超電導体1はツイスト状に束ねられたも
のである。そして束ねられた状態の中空部冷却型複数芯
線高温超電導体1は、外部にエポキシ等の合成樹脂、あ
るいはEPR等の合成ゴムが電気絶縁材3として充填さ
れるとともに、その外側に機械的な保護層としての外皮
4が形成されたものである。
【0007】以下、中空部冷却型複数芯線高温超電導体
1の製作工程について説明する。中空部冷却型複数芯線
高温超電導体1は、基体となる複数の銅管を予めツイス
ト状に束ねた状態で、各銅管内に次のようなセラミック
高温超電導前駆体の融解物を充填する。市販の特級試薬
(酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等、例えばBi2
3 、SrCO3 、CaCO3 、CuO等)の粉末を用
いて酸化物比で、Bi2 3 :SrO:CaO:CuO
=1:2:1:2のモル比になるように秤量した。上記
酸化物を混合したあと、白金製の容器に入れ、1000
℃〜1400℃に保持した電気炉で加熱して融液化し
た。この融液を、ツイスト状に束ねられた各銅管内に吸
引したあと、室温まで放冷した。次に、これを700℃
〜880℃で空気中または酸素ガスを流しながら加熱
し、その温度で所要時間保持したあと、自然放冷した。
この工程により中空部冷却型複数芯線高温超電導体1
は、銅管の銅の酸化と上記充填物の反応とにより、内壁
部が銅あるいは銅成分に富む超電導体となる中空部1A
が形成される一方、外周面にBi2 Sr2 CaCu2
x 超電導結晶が生成した複数の芯線となる。このあと、
エポキシ等の合成樹脂、あるいはEPR等の合成ゴムを
外皮との間に充填して固める。
【0008】従って、中空部冷却型複数芯線高温超電導
体1は、各芯線の中空内壁部が銅あるいは銅成分に富む
ため熱伝導性が高く、液体窒素を中空部1Aに通流した
場合に、冷却効果が良くなるとともに、機械的強度が高
いという特長がある。尚、上記セラミック高温超電導前
駆体の融解物としてバリウム、イットリウム系の酸化
物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物を用いても良い。
【0009】上記のようにして製作された超電導ケ−ブ
ル2の中空部冷却型複数芯線高温超電導体1の中空部1
Aに液体窒素を通すことにより、それぞれの芯線を内部
から直接冷却できるので、クエンチによるそれぞれの芯
線の局部的発熱が全体に及んで各芯線の超電導状態が破
壊されるのを、再冷却により防止することができる。
尚、超電導ケ−ブル2に交流電流を通電したとき、芯線
の結合損失を減少させることができる。
【0010】図2は、中空部冷却型複数芯線高温超電導
体1を、超電導モ−タ、あるいは超電導発電機等の電気
機器コイル5に用いた部分断面図である。尚、コイルの
形態によっては複数芯ではなく、単芯を多数回巻装する
場合があるが、この例では複数芯のコイルとする。中空
部冷却型複数芯線高温超電導体1を所要形状の電気機器
コイル5に形成するため、予め銅管を当該コイルの形状
に形成した状態で、前述のセラミック高温超電導前駆体
の融解物を銅管内に吸引し、充填する。そして、室温ま
で放冷したあと、これを700℃〜880℃で空気中ま
たは酸素ガスを流しながら加熱し、その温度で所要時間
保持したあと、自然放冷することにより前記同様の作用
でコイル状の中空型高温超電導体が形成される。このあ
と、外周部をガラス繊維のテ−プを巻き、合成樹脂を真
空含浸させて固める。
【0011】コイル状に形成された中空部冷却型複数芯
線高温超電導体1は、前記超電導ケ−ブル2の各中空部
冷却型高温超電導体と同様に、中空部1Aに液体窒素を
通すことにより、中空部冷却型複数芯線高温超電導体1
を内部から直接冷却できるので、クエンチによる局部的
発熱が全体に及んで超電導状態が破壊されるのを、再冷
却により防止することができる。尚、図2に示すよう
に、コイル状に形成された中空部冷却型複数芯線高温超
電導体1の外周部は合成樹脂を含浸させたガラス繊維等
の電気絶縁材6によりカバ−された状態でスロット7に
収納される。
【0012】図3は、中空部冷却型複数芯線高温超電導
体1を用いた自己磁界相殺型同軸電流リ−ド8の斜視図
であり、図4は同自己磁界相殺型同軸電流リ−ド8の平
面図である。この自己磁界相殺型同軸電流リ−ド8は、
中心導体部9A及び外側導体部9Bから成る電流通電部
と、この電流通電部を相互に電気的に絶縁し、固化する
ための例えばエポキシ等の合成樹脂、EPR等の合成ゴ
ムからなる電気絶縁材10とで構成されたもので、上記
中心導体部9A及び外側導体部9Bに、中空部冷却型複
数芯線高温超電導体1を用いたものである。
【0013】この中空部冷却型複数芯線高温超電導体1
を製作する場合は、予め多数本の細い銅管を並列状に並
べておき、前述のセラミック高温超電導前駆体の融解物
を各銅管内に吸引し、充填する。そして、室温まで放冷
したあと、これを700℃〜880℃で空気中または酸
素ガスを流しながら加熱し、その温度で所要時間保持し
たあと、自然放冷する。そのあと、中心導体部9Aと外
側導体部9Bの間に合成樹脂を充填し、固める。その結
果、中空部冷却型複数芯線高温超電導体1が形成され、
それぞれの芯線の中空部1Aに液体窒素を通すことによ
り、それぞれの芯線を内部から直接冷却できるので、ク
エンチによる局部的発熱が全体に及んで各芯線の超電導
状態が破壊されるのを、再冷却により防止することがで
きる。
【0014】また、この自己磁界相殺型同軸電流リ−ド
8の中心導体部9A及び外側導体部9Bを介して図示し
ていない負荷等に電流が通電されたとき、電流の大きさ
が同じで通電方向が反対のため、自己磁界が相殺される
ことから、臨界電流密度を大きくすることができる。
尚、この自己磁界相殺型同軸電流リ−ド8を交流ケ−ブ
ルとして使用した場合には、インダクタンスがゼロとな
り、絶縁設計の低減、輸送電流密度の向上を期待するこ
とができる。
【0015】以上のように、中空部冷却型複数芯線高温
超電導体1を用いて様々な電流通電体を構成するとき、
この各芯線を直列に接続する手段について説明する。最
初、基体となる銅管内に前記セラミック高温超電導前駆
体の融解物を充填するとき、銅管の両端部に同融解物を
充填しないで空洞にした状態で加熱処理すると、銅管の
両端部は銅の状態のまま残るため、この両端部分に導通
状態を良くするための銀メッキ等を施したうえ、接続部
材を用いたり、あるいは溶接等によりこの部分を接続す
るものである。
【0016】尚、以上の実施例の説明では、基体として
銅管を用いたが、この銅管以外に銅を含む合金から成る
金属管でも良い。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、並列に配
列された複数の金属管それぞれの内空部に1000℃以
上の温度で溶融したセラミック高温超電導前駆体を充填
したあと冷却により固化した前記セラミック高温超電導
前駆体と一体化した前記複数の金属管を空気中又は酸素
ガス中で700℃〜880℃の温度で加熱処理すること
により中空部内周を金属成分に富む超電導体にするとと
もに中空部外周を金属成分の少ない超電導体にした複数
の芯線を形成したうえ、各芯線の前記中空部に冷却体を
通すようにしたため、冷却効果が高く、且つ特別な手段
を用いなくても、クエンチによる局部的発熱が全体に及
んで超電導状態が破壊されるのを、再冷却により確実に
防止することができるという効果がある。また内壁部が
金属性に富む超電導体となるため、各芯線の機械的強度
が高くなるという効果がある。また、内壁部に金属層を
厚く残すことができるため、超電導層に局部的なクエン
チが発生したとき、その金属層は電流をバイパスさせる
安定化材として利用可能である。更に、多芯線化、ツイ
スト等により、磁束跳躍を抑え、臨界電流密度を向上さ
せ、更に交流損失を減少させるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】超電導ケ−ブルの斜視断面図である。
【図2】超電導機器のコイル部の断面図である。
【図3】自己磁界相殺型同軸電流リ−ドの斜視図であ
る。
【図4】自己磁界相殺型同軸電流リ−ドの平面図であ
る。
【符号の説明】
1 中空部冷却型複数芯線高温超電導体 1A 中空部 2 超電導ケ−ブル 3 電気絶縁材 4 外皮 5 電気機器コイル 6 電気絶縁材 8 自己磁界相殺型同軸電流リ−ド 9A 中心導体部 9B 外側導体部 10 電気絶縁材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−231809(JP,A) 特開 昭63−241811(JP,A) 特開 昭64−3918(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 並列に配列された複数の金属管それぞれ
    の内空部に1000℃以上の温度で溶融したセラミック
    高温超電導前駆体を充填したあと冷却により固化した前
    記セラミック高温超電導前駆体と一体化した前記複数の
    金属管を空気中又は酸素ガス中で700℃〜880℃の
    温度で加熱処理することにより中空部内周面を金属成分
    に富む超電導体にするとともに中空部外周面を金属成分
    の少ない超電導体にした複数の芯線を形成したうえ、各
    芯線の前記中空部に冷却体を通すようにしたことを特徴
    とする中空部冷却型複数芯線高温超電導体。
  2. 【請求項2】 複数の芯線がツイスト状態に構成された
    ことを特徴とする請求項1の中空部冷却型複数芯線高温
    超電導体。
  3. 【請求項3】 金属管は、銅、あるいは銅を含む合金か
    ら成ることを特徴とする請求項1または請求項2の中空
    部冷却型複数芯線高温超電導体。
  4. 【請求項4】 セラミック高温超電導前駆体の融解物
    は、少なくともビスマス、ストロンチウム、カルシウ
    ム、酸素、あるいは少なくともバリウム、イットリウ
    ム、酸素を用いたことを特徴とする請求項1,2または
    3の中空部冷却型複数芯線高温超電導体。
JP5288136A 1993-09-29 1993-11-17 中空部冷却型複数芯線高温超電導体 Expired - Lifetime JP2644433B2 (ja)

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JPS63241811A (ja) * 1987-03-28 1988-10-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導ケ−ブル
JPS643918A (en) * 1987-06-26 1989-01-09 Furukawa Electric Co Ltd Manufacture of superconductive wire

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