JP3345834B2 - セラミックス超電導導体 - Google Patents

セラミックス超電導導体

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祐行 菊地
清 根本
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英雄 石井
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THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
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Tokyo Electric Power Co Inc
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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

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明のセラミックス超電導導体
は、電力ケーブル等のように電力輸送に利用可能なもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、Y−Ba−Cu−O系、Bi−
(Pb)−Sr−Ca−Cu−O系、Tl−Ba−Ca
−Cu−O系等のように、液体窒素温度を越えるTcを
持ったセラミックス超電導体が知られている。このよう
なセラミックス超電導体を例えばケーブル等に適用すべ
く、その線材化技術の開発が行われている。一般に線材
化する方法としては金属シ−ス法が用いられている。こ
れは超電導体となり得るセラミックス原料を金属製パイ
プ内に充填してビレットとし、これを断面減少加工して
所望形状・寸法の複合線材に仕上げ、しかる後、熱処理
を行ってセラミックス超電導導体とするものである。
【0003】得られる線材には断面形状が丸型、楕円
形、四角形、テ−プ状等のものとか、金属材の内部にセ
ラミックス超電導体が多芯状に埋設された多芯線材、更
には金属材の内部にセラミックス超電導体が渦巻状また
は同心円筒状に配置された多層線材等があり、種々試作
検討されている。
【0004】前記の断面減少加工としては、得られる線
材の形状に応じて押し出し、圧延、スウェ−ジング、引
き抜き等の従来の塑性加工法がそのまま適用されてい
る。
【0005】前記の金属材の材質としては熱伝導性、電
気伝導性に優れた材料、例えばAg,Ag合金、Cu,
Cu合金等が適用できるが、酸素透過性の点でAg,A
g合金を用いる例が多い。
【0006】このような複合線材をケ−ブル等のような
電力輸送用導体に使用することが検討されている。図3
(a)に示すものは電力輸送用導体として使用される集
合導体(セラミックス超電導導体)の一例である。これ
は金属材1とセラミックス超電導体2とを複合し、これ
をテープ状にした複合線材3を、金属製パイプまたは金
属製丸棒等のフォーマ5の外周に複数枚、螺旋状に多層
巻きしたものである。
【0007】図3に示したセラミックス超電導導体の製
造方法では、複合線材3をフォーマ5の外周に螺旋状に
巻いた後、更にその上に同様にして複合線材3を巻付け
ている。しかしながらこの製造方法では巻き層数が多く
なると作業性が低下するという欠点がある。また多層に
するため外側の複合線材3と内側の複合線材3とが同一
位置になるとは限らず、その結果、図3(b)に示すよ
うに内側の複合線材3が変形してIc特性が低下すると
いう欠点もあった。
【0008】これらを改善するため従来は図2に示す様
に、テープ状の複合線材3を予め複数枚積層して積層ブ
ロック4を形成しておき、この積層ブロック4をフォー
マの外周上に巻付けるセラミックス超電導導体が提案さ
れている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このようなセラミック
ス超電導導体は液体窒素温度以下に冷却されて使用され
るため、例えばこれを金属パイプ内に挿入して用いる必
要がある。しかしながら金属パイプ内への挿入時に前記
の積層ブロックが金属パイプの内面と接触して、同ブロ
ック4に機械的な力が加わって歪みが生じ、複合線材3
におけるセラミックス超電導体2の超電導特性が低下す
るという問題があった。
【0010】本発明の目的は、積層ブロックに機械的な
力が加わりにくく、複合線材における超電導体の電気的
特性の低下がないセラミックス超電導導体を提供するこ
とにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス超
電導導体は、前記のような問題を改善するために種々実
験検討した結果得られたものであり、図1に示すように
金属材1とセラミックス超電導体2と複合し、これをテ
ープ状にした複合線材3を複数枚積層した積層ブロック
4を所望数、フォーマ5の外周に配置してなるセラミッ
クス超電導導体において、前記フォーマ5の外周で且つ
前記積層ブロック4の間に、フォーマ5と別体で且つ
記積層ブロック4よりも厚いスペーサ6を配置したもの
である
【0012】本発明のセラミックス超電導導体の一例を
示す図1(a)(b)において、3は金属材1とセラミ
ックス超電導体2とを複合したテープ状の複合線材、4
はその複合線材3を複数枚積層した積層ブロック、5は
金属製のフォーマ、6はスペーサ、7はフォーマ6の外
周に配置した積層ブロック4及びスペーサ6の外周に必
要に応じて巻きつける金属テープ、8はこのセラミック
ス超電導導体を収容する金属パイプである。そして、図
1(a)に示すものは3個のスペーサ6を積層ブロック
4の4個おきに配置してあり、同図(b)に示すものは
(a)のスペーサ6よりも幅の広い3個のスペーサ6を
積層ブロック4の3個おきに配置してある。
【0013】前記スペーサ6の材質は例えばAg、A
l、Cu、SUS等の金属、あるいはプラスチックが適
用できる。その断面形状は例えば丸、楕円、四角形を含
む多角形、あるいは扇型等いずれでもよい。その配置数
に特に制約はないが、あまり多過ぎると超電導線材の割
合が低下し、2個以下では積層ブロック4が外側の金属
パイプと接触するので、3個以上が望ましい。スペーサ
6の配置位置は図1(a)(b)に示す位置以外であっ
てもよく、例えば、隣接する積層ブロック4間の全てに
配置してもよい。更に、スペーサ6の高さ(厚さ)は積
層ブロック4の高さより若干高く(厚く)する。
【0014】フォーマ5の外周へ配置する積層ブロック
4の数は電流容量に応じて決定する。また、1つの積層
ブロック4当たりの複合線材3の積層枚数も同様であ
る。複合線材3の線材形状はテープ状のほか、例えば多
層状のものでもよい。
【0015】フォーマ5の材質にも制約はなく、前記し
たような金属、あるいはプラスチック等が適用できる。
その構造や形状も通常のパイプの他、例えばパイプに波
つけ加工を施したものとか、テープを螺旋状に巻いて円
筒状にしたもの等でもよい。テープを螺旋状に巻いて円
筒状にした場合は、導体全体に可撓性が生ずるという利
点がある。
【0016】次に、本発明のセラミックス超電導導体の
製造方法の一例を説明する。初めに超電導体となり得る
セラミックス原料と金属との複合線材を作製する。その
方法は通常の金属シース法がそのまま適用できる。具体
的には超電導体となり得るセラミックス原料を金属パイ
プ内に充填してビレットとし、これを塑性加工して所望
形状、寸法の複合線材3に仕上げる。例えば押し出し、
スウェージング、圧延、引き抜きなどが適用できる。複
合線材3の形状は単芯テープ状の他、例えば多層状の線
材でも差し支えない。この複合線材3は熱処理して前記
セラミックス原料を超電導導体にしておく。この場合、
中間に熱処理工程を設けてIc特性の向上をはかること
もできる。
【0017】そして、前記の複合線材3を所望枚数積層
して積層ブロック4を形成する。この場合、積層ブロッ
ク4はそのままにしておいてもよく、それを角型金属パ
イプ内に挿入したり、あるいはそれを圧延加工したりし
ておく。
【0018】しかる後、積層ブロック4をスペーサ6と
共にフォーマ5の外周に巻付けてセラミックス超電導導
体を得る。それらの巻付けピッチは種々選定できる。ま
た必要に応じて積層ブロック4及びスペーサ6の上から
金属テープ7を押え巻きしてもよい。
【0019】
【作用】本発明のセラミックス超電導導体では、フォー
マ5の外周に積層ブロック4だけでなく、それよりも厚
いスペーサ6も配置されているので、そのセラミックス
超電導導体を金属パイプ8内に挿入するときに、挿入位
置がずれても、積層ブロック4よりも先にスペーサ6が
金属パイプ8の内面に接触するため、スペーサ6が機械
的な力が加わって歪むことはあっても、積層ブロック4
が歪むことはなく、積層ブロック4におけるセラミック
ス超電導体2の超電導特性が低下することもない。
【0020】本発明のセラミックス超電導導体の実施例
と比較例を以下に記す。
【実施例1】Bi23、PbO、SrCO3、CaC3
CuOの一次原料粉をモル比で1.6:0.4:2:
2:3となるように配合・混合した後、大気中800℃
×50h仮焼成し、さらに粉砕して仮焼粉を作製した。
これを外径25mmφ、内径20mmφのAgパイプ内
に充填してビレットとし、それを断面減少加工して幅5
mm、厚さ0.2mmのテープ状の複合線材3に仕上げ
た。これで大気中840℃×50nの熱処理を行った。
次に再度圧延加工して厚さを18mmに仕上げた。
【0021】得られたテープ状の複合線材3を20枚積
層して1つの積層ブロック4とし、この積層ブロック4
を12個作製した。また同様な断面形状のCu製のスペ
ーサ6も準備した。この積層ブロック4を図1(b)に
示すように、予め外径25mmφ、内径22mmφのF
e製パイプに波付け加工を施したフォーマ5の外周にピ
ッチ1mとなるように螺旋状に巻付けると同時に、積層
ブロック4間に3本のスペーサ6を均等間隔で配置して
集合導体を得た。この集合導体を外径45mmφ、内径
40mmφ、のFe製パイプに予め波付け加工してある
外管8内に挿入してセラミックス超電導導体を得た。
【0022】得られた集合導体について液体窒素中、O
磁場におけるIcを測定した結果、1250(A)の優
れた特性が得られた。
【0023】
【実施例2】実施例1における積層ブロック4の個数を
10とし、その巻つけピッチを1mとし、スペーサ6は
扇型のもの5本を等間隔に配置して集合導体を作製し
た。
【0024】得られた集合導体について液体窒素中、O
磁場におけるIcを測定した結果、1010(A)の優
れた特性が得られた。
【0025】
【比較例1】実施例1で得られた幅5mm、厚さ0.1
8mmのAgシースのテープ状の複合線材3を、予め外
径25mmφ、内径22mmφのFe製パイプに波付け
加工を施してあるフォーマ5の外周にピッチ1mとなる
ように螺旋状に巻つけた。この場合、1層当たりの枚数
は15枚とし、20層構成した。得られた集合導体を、
外径45mmφ、内径40mmφのFe製パイプに予め
波つけ加工してある外管8内に挿入してセラミックス超
電導導体を得た。
【0026】得られた集合導体について液体窒素中、O
磁場におけるIcを測定した結果、590(A)であり
本発明に比較して劣るものであった。
【0027】
【比較例2】実施例1と同様な方法で14個の積層ブロ
ック4を作製し、それを、予め外径25mmφ、内径2
2mmφのFe製パイプに波付け加工を施してあるフォ
ーマ5の外周にピッチ1mとなるように螺旋状に巻つけ
た。この集合導体を外径45mmφ、内径40mmφの
Fe製パイプに予め波付け加工してある外管8内に挿入
してセラミックス超電導導体を得た。
【0028】得られた集合導体について液体窒素中、O
磁場におけるIcを測定した結果、895(A)であ
り、この場合も本発明に比較して劣るものであった。
【0029】
【発明の効果】本発明のセラミックス超電導導体は、金
属製パイプ8内に挿入するときに、積層ブロック4に機
械的な力が加わらないので、これに基づく超電導特性の
低下がなく、電力輸送用ケ−ブルとして使用するのに適
したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明のセラミックス超電導導体の一
実施例を示す正面図、(b)は同セラミックス超電導導
体の他の実施例を示す正面図。
【図2】本発明のセラミックス超電導導体に使用される
積層ブロックの一例を示す斜視図。
【図3】(a)は従来のセラミックス超電導導体の一例
を示す斜視図、(b)は同セラミックス超電導導体の部
分詳細図。
【符号の説明】
1 金属材 2 セラミックス超電導体 3 複合線材 4 積層ブロック 5 フォーマ 6 スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘2丁目4番1 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 東京都調布市西つつじケ丘2丁目4番1 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (56)参考文献 特開 平4−292806(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 12/00 - 12/14 H01B 13/00 565

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属材とセラミックス超電導体
    とを複合したテープ状線材が複数枚積層さ
    れた積層ブロックを、所望数、フォーマ
    外周に配置してなるセラミックス超電導導体であって、
    前記フォーマの外周で且つ前記積層ブロック
    の間に、フォーマ(5)と別体で且つ積層ブロッ
    よりも厚いスペーサが配置されてなるこ
    とを特徴とするセラミックス超電導導体。
JP21567292A 1992-07-21 1992-07-21 セラミックス超電導導体 Expired - Fee Related JP3345834B2 (ja)

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JP3658844B2 (ja) * 1996-03-26 2005-06-08 住友電気工業株式会社 酸化物超電導線材およびその製造方法ならびにそれを用いた酸化物超電導撚線および導体
CN110942862B (zh) * 2019-12-20 2020-12-15 华北电力大学 一种高温超导导体

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