JP2898713B2 - 電流リード - Google Patents

電流リード

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JP2898713B2
JP2898713B2 JP2179234A JP17923490A JP2898713B2 JP 2898713 B2 JP2898713 B2 JP 2898713B2 JP 2179234 A JP2179234 A JP 2179234A JP 17923490 A JP17923490 A JP 17923490A JP 2898713 B2 JP2898713 B2 JP 2898713B2
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正直 三村
祐行 菊地
直樹 宇野
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明の電流リードは、マグネット、限流器などの超
電導機器及び装置に電流を供給するために用いられる電
流リードに関する。
(従来の技術) 超電導を利用したマグネット、送電ケーブル又はSQUI
Dはジョゼフソン素子などを組み込んだ電子機器など
は、液体ヘリウムなどにより冷却した状態で用いられ
る。これらの電子機器などへの電流の供給は、運転開始
又は運転中に外部より電流リードを通じてなされる。こ
の電流リード用導体には、従来より銅材が用いられてい
るが、超電導マグネットなどでは大電流を必要とするた
めに、電流リード用導体の径を大きくすることによりジ
ュール発熱の低減や過電流による溶断防止が図られてい
る。
しかし、このように電流リード用導体の径を大きくす
ると外部からの流入熱量が増加し、液体ヘリウムなどの
冷媒の蒸発量が増加するために冷却コストが増大すると
いう問題があった。
この問題を解決するために、近年、液体窒素温度で超
電導を示す酸化物超電導体を電気良伝導体からなる支持
体と複合した電流リード用導体が提案されている(特開
昭63−245910号公報参照)。
この電流リード用導体は、超電導体が金属シースで被
覆され複合化されているもので、ブスバーを介して接続
された超電導素子(超電導機器又は装置)側は液体ヘリ
ウムなどにより冷却されており、同様にブスバーを介し
て接続された電流供給源側は常温に保持されている。従
って、電流は、液体ヘリウムなどで冷却された超電導素
子側では主に酸化物超電導体を通り、一方、常温の電流
供給源側では金属被覆層(金属シース層)を通って供給
される。このために電流リードを構成する酸化物超電導
体は、液体ヘリウムなどで冷却された超電導素子側では
抵抗がゼロになり、通電によるジュール発熱はない。ま
た、酸化物超電導体は、熱伝導性が低いために外部から
の熱流入も少ない。
(発明が解決しようとする課題) 上記した特開昭63−245910号公報記載の電流リードに
おいては、酸化物超電導体自体には外部からの熱流入は
少ないが、ブスバーと金属シースとを介しての外部、主
として電流供給源側からの熱流入をどうしても避けるこ
とができない。このために上記の電流リードでは、冷却
用の液体ヘリウムなどの冷媒の蒸発量が多くなり、その
結果、熱的及び電気的安定性が損なわれてしまう。
本発明は、上記問題点を解決し、ブスバーと金属シー
スとを介しての外部からの熱流入を少なくすることによ
り、冷媒の蒸発を抑制し、熱的及び電気的安定性を向上
できる電流リードを提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するため、セラミックス超電
導体が金属シースで被覆されている複合体から成る電流
リードにおいて、二以上の前記複合体が、前記セラミッ
クス超電導体と同一組成系のバルク状のセラミックス超
電導体を介して接合されていることを特徴とする電流リ
ードを提供する。
以下、図面に基づいて本発明を説明する。
第1図において本発明の電流リード1は、セラミック
ス超電導体が金属シースで被覆されている複合体2と同
じく複合体3とがバルク状接合部材4を介して接合され
ているものであり、複合体2はセラミックス超電導体2a
と金属シース2bとから、また、複合体3はセラミックス
超電導体3aと金属シース3bとから形成されている。電流
リード1の両端には、複合体2と電源6と接続するため
のブスバー(導体)5aと、複合体3と超電導機器7とを
接続するためのブスバー(導体)5bとが付設されてい
る。
複合体2は、セラミックス超電導体2aが金属シース2b
で被覆され一体化されたものであり、バルク状セラミッ
クス超電導接合部材4側端部においてはセラミックス超
電導体2aが金属シース2bから露出している。複合体3の
構造も複合体2と同じである。
複合体2及び複合体3としては、セラミックス超電導
体を金属で被覆してなる複合線状体などを用いることが
できる。この複合体2及び複合体3の形状は特に制限さ
れず、丸棒状のものやテープ状のもを用いることがで
き、その他、断面が楕円形のもの、多角形のものなどを
用いることができる。また、これらの複合線状体を複数
本合わせて複合体2及び複合体3とすることもできる。
セラミックス超電導体2a及びセラミックス超電導体2b
を形成するセラミックス超電導体の種類は特に制限され
ず、Y系、Bi系、Tl系などのセラミックス超電導体を用
いることができる。
金属シース2b及び金属シース3bの材質としては、熱及
び電気伝導性に優れた材料、例えば、Ag、Ag合金、Cu、
Cu合金が好ましい。
バルク状セラミックス超電導接合部材4は、セラミッ
クス超電導体2a及びセラミックス超電導体2bを構成する
酸化物系セラミックス超電導体と同一組成系の酸化物系
セラミックス超電導体を用いる。このように同一組成系
の酸化物系セラミックス超電導体を用いることにより、
接合が容易となり、接合部における接触抵抗を低減でき
る。バルク状セラミックス超電導接合部材4の形状は特
に制限されず、角形、円板状、シート状などにすること
ができる。
また、このバルク状セラミックス超電導接合部材4
は、二以上の複合体を用いた場合には各接合部に設ける
ことが好ましい。
次に、電流リード1の製造方法を説明する。
複合体2及び複合体3は、公知の金属シース法により
製造することができる。まず、超電導体となるセラミッ
クス粉末を金属シースとなる金属パイプ中に充填した
後、押出し、圧延、スウェージング又は引き抜きなどの
塑性加工を行って、所望形状及び寸法の複合線材とす
る。この複合線材は、そのまま又は熱処理をすることに
より、金属とセラミックス超電導体との複合体2及び複
合体3とすることができる。
バルク状セラミックス超電導接合部材4は、超電導体
となる得る原料セラミックス粉末を、通常のプレス又は
CIP(cold isostatic pressing)などの方法により所望
形状に成形し、必要に応じて熱処理することにより得る
ことができる。
金属とセラミックス超電導体との複合体2と複合体3
とのバルク状セラミックス超電導接合部材4を介しての
接合は、次の方法で行うことができる。
金属とセラミックス超電導体との複合体2と複合体3
の接合端面をそれぞれセラミックス超電導体が露出する
ように適当な加工をした後、バルク状セラミックス超電
導接合部材4を介して前記露出面同士を対向するように
接合させ、その後熱処理することにより得ることができ
る。
また、バルク状セラミックス超電導接合部材4と同一
組成の原料セラミックス粉末を、前記露出面の間に介在
させた状態で接合し、熱処理することもできる。このよ
うな接合方法によれば、複合体同士の接合が一層容易に
なり、接合部の接触抵抗もより低減させることができる
ために好ましい。
この熱処理温度はセラミックスの焼結温度で行うが、
一部のセラミックスが溶融する程度の温度で行うことも
できる。また、超電導体となるセラミックスの前駆体を
用いれば、1回の熱処理により電流リードを得ることが
できるために好ましい。
本発明の電流リード1は、超電導機器7が液体窒素を
用いている場合には、電流リード1の金属とセラミック
ス超電導体との複合体2、複合体3及びバルク状セラミ
ックス超電導接合部材4を液体窒素中に浸漬して冷却し
ながら用いる。また、超電導機器7が液体ヘリウムを用
いている場合には、複合体3及びバルク状セラミックス
超電導接合部材4の近傍までを液体ヘリウム中に浸漬
し、バルク状セラミックス超電導接合部材4と複合体2
は液体窒素中に浸漬して冷却するか又はバルク状セラミ
ックス超電導接合部材4と複合体2は液体窒素中には浸
漬せずに、前記液体ヘリウムの蒸発による蒸気によって
冷却しながら用いる。
本発明の電流リード1においては、熱伝導が小さいバ
ルク状セラミックス超電導接合部材4により、金属シー
ス2b及び金属シース3bとが分離した状態で二つの金属と
セラミックス超電導体との複合体2及び複合体3が接合
されている。このためにブスバー5a及びブスバー5bから
金属シース2b及び金属シース3bを伝わっての熱流入を低
減させることができる。また、複数の金属とセラミック
ス超電導体との複合体を複数のバルク状セラミックス超
電導接合部材により接合することにより、前記熱流入を
一層低減させることができる。
(実施例) 実施例1 超電導体となるBi2O3、SrCO3、CaCO3及びCuOをモル比
で2:2:1:2の割合で混合した混合粉末を、大気中におい
て800℃で20時間仮焼結した。その後、この仮焼結した
混合粉末の一部を外径25mm、内径15mmのAgパイプ内に充
填したものに対して、スウェージング加工と圧延加工を
施し、厚さ0.5mmで幅10mmの二本のテープ状複合線材を
得た(セラミックス超電導体が金属シースで被覆されて
いる複合体2及び複合体3に相当)。一方、仮焼結した
混合粉末の残部を圧粉して15×15×5mm寸法の成形体を
得た(バルク状セラミックス超電導接合部材4に相
当)。
次に、二本のテープ状複合線材のそれぞれ一端を研磨
してセラミックス超電導体を露出させ、その露出部を前
記成形体に挿入した。その後、これを大気中において85
0℃で50時間熱処理し、電流リードを得た。
このようにして得られた電流リードの液体窒素、液体
ヘリウム中におけるIc及び熱伝導率を測定した。結果を
第1表に示す。
実施例2 実施例1の仮焼結後の混合粉末の一部を外径25mm、内
径15mmのAgパイプ内に充填したものに対して、スウェー
ジング加工と圧延加工を施し、厚さ0.2mmで幅15mmのテ
ープ状複合線材を得た。一方、仮焼結した混合粉末の残
部を圧粉して15×15×5mm寸法の成形体を得た。
次に、前記テープ状複合線材をそれぞれ10枚積層し
て、二つの複合超電導体を得た。その後、二つの複合超
電導体のそれぞれの一端を研磨してセラミックス超電導
体を露出させ、その露出部を前記成形体に挿入した。そ
の後、これを大気中において、超電導体が部分的に溶融
する880℃の温度で1時間保持後、更に850℃で20時間熱
処理し、電流リードを得た。この電流リードについて実
施例1と同じ試験をした。結果を第1表に示す。
実施例3 Y2O3、BaCO3及びCuOををモル比で1:2:3になるように
混合してなる混合粉末を、大気中において900℃で20時
間仮焼結した。この仮焼結後の混合粉末の一部を外径25
mm、内径15mmのAgパイプ内に充填したものに対して、ス
ウェージング加工と圧延加工を施し、厚さ0.5mmで幅10m
mのテープ状複合線材を得た。一方、仮焼結した混合粉
末の残部を圧粉して15×15×5mm寸法の成形体を得た。
次に、二本のテープ状複合線材のそれぞれ一端を研磨
してセラミックス超電導体を露出させ、その露出面間に
前記混合粉末と同一組成の粉末を介在させた状態で二本
のテープ状複合線材を前記成形体にに挿入した。その
後、酸素気流中において、910℃で10時間熱処理した。
この電流リードについて実施例1と同じ試験をした。
結果を第1表に示す。
実施例4 実施例3の仮焼結後の混合粉末の一部を外径25mm、内
径15mmのAg−Pd合金製パイプ内に充填した後スウェージ
ング加工と圧延加工を施し、厚さ0.2mmで幅15mmのテー
プ状複合線材を得た。一方、前記混合粉末の残部を圧粉
して15×15×5mm寸法の成形体を得た。
次に、前記テープ状複合線材をそれぞれ10本積層し
て、二つの複合超電導体を得た。その後、二つの複合超
電導体のそれぞれの一端を研磨してセラミックス超電導
体を露出させ、その露出部を前記成形体に挿入した。そ
の後、これを大気中において、超電導体が部分的に溶融
する970℃の温度で20時間熱処理し、電流リードを得
た。この電流リードについて実施例1と同じ試験をし
た。結果を第1表に示す。
比較例1 実施例1で得た厚さ0.5mmで幅10mmのテープ状複合線
材を、大気中において850℃で50時間熱処理して電流リ
ード線を得た。この電流リードについて実施例1と同じ
試験をした。結果を第1表に示す。
比較例2 実施例3で得た厚さ0.5mmで幅10mmのテープ状複合線
材を、酸素気流中において910℃で10時間熱処理して電
流リード線を得た。この電流リードについて実施例1と
同じ試験をした。結果を第1表に示す。
(発明の効果) 本発明の電流リードは、セラミックス超電導体が金属
シースで被覆されている複合体から成る電流リードにお
いて、二以上の前記複合体が、前記セラミックス超電導
体と同一組成系のバルク状セラミックス超伝導体を介し
て接合されている構成のものである。
本発明の電流リードは、二つの前記した複合体の接合
部において、熱伝導の小さいセラミックス超電導体から
なるバルク状接合部により前記複合体の金属シースが分
断された状態で接合されている。このような構造からブ
スバーを介しての外部からの熱流入が抑制、低減され
る。このために液体窒素などの冷媒の蒸発が抑制され、
熱的及び電気的安定性を向上できる。更に、三以上の前
記複合体を二以上のバルク状セラミックス超電導体を介
して接合することにより、一層前記効果を高めることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電流リードの斜視図である。 1…電流リード、2…セラミックス超電導体が金属シー
スで被覆されている複合体、2a…セラミックス超電導
体、2b…金属シース、3…セラミックス超電導体が金属
シースで被覆されている複合体、3a…セラミックス超電
導体、3b…金属シース、4…バルク状セラミックス超電
導接合部材、5a…ブスバー、5b…ブスバー、6…電源、
7…超電導機器(又は超電導装置)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 39/02 H01L 39/04 H01L 39/06 H01B 12/00 -12/16 H01B 13/00 H01F 6/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックス超電導体が金属シースで被覆
    されている複合体からなる電流リードにおいて、二以上
    の前記複合体が、前記セラミックス超電導体と同一組成
    系のバルク状のセラミックス超電導体を介して接合され
    ていることを特徴とする電流リード。
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