JP3516961B2 - 超伝導熱伝達媒質および超伝導熱伝達デバイスならびにこれらの製造方法 - Google Patents

超伝導熱伝達媒質および超伝導熱伝達デバイスならびにこれらの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、概して、熱伝達に分野に関するものであ
る。より詳細には、本発明は、より迅速にかつより効率
よく熱伝達を行うためにコンジット内に配置された超伝
導熱伝達媒質に関するものである。
発明の背景 ある場所から他の場所へと効率よく熱伝達を行うこと
は、常に要望されている。半導体チップを低温に維持す
るといったようなある種の応用においては、熱の迅速な
伝達および除去が要求される。また、炉からの熱伝達と
いったような他の応用においては、熱の迅速な伝達およ
び保持が要求される。熱を除去するか保持するかにかか
わらず、使用されている材料の熱伝導度が、熱伝達の効
率を制限する。また、熱の保持が要望されている場合に
は、周囲環境に対しての熱損失が、熱伝達効率をさらに
低減させる。
例えば、熱伝達に際してヒートパイプを使用すること
が周知である。ヒートパイプは、内部に収容されている
流体キャリアの移動と、閉ループパイプ内での液相から
気相へのキャリアの相変化と、を原理として動作する。
熱は、キャリアの蒸発によってパイプの一端において吸
収され、キャリア蒸気の凝縮によって他端において放出
される。ヒートパイプは、固体金属ロッドの場合と比較
して熱伝達効率を向上させるものではあるけれども、ヒ
ートパイプは、液相／気相キャリアの循環流を必要と
し、キャリアに特有の蒸発温度および凝縮温度によって
制限を受ける。その結果、ヒートパイプの軸方向熱伝達
速度は、液体の気化における潜熱によって、また、液相
・気相間の循環変態速度によって、さらに制限される。
さらに、ヒートパイプは、正に対流的なものであって、
熱損失が避けられない。そのため、熱効率が低下してし
まう。
原子炉に対して特に好適な、ヒートパイプに関する改
良が、Kurzweg氏によって、「Heat transfer Device Fo
r The Transport Of Large Conduction Flux Without N
et Mass Transfer」として、米国特許明細書第4,590,99
3号において開示されている。このデバイスは、それら
の間において熱伝達を行うことが要望されているよう
な、それぞれの温度の場所どうしに配置された、対をな
す流体容器を備えている。熱を伝達する材料壁を有した
複数のダクトが、これら流体容器に接続されている。好
ましくは水銀や液体リチウムや液体ナトリウムのような
液体金属とされた熱伝達流体が、容器およびダクト内に
充填されている。液体金属の軸方向における振動的な移
動が、一方の容器内に設けられたピストンまたはダイヤ
フラムによって形成される。このため、流体の移動量
は、ダクト長さよりも短い。この移動は、液体金属がダ
クトを通して軸方向に一方向に移動するようにして、一
方の容器内における交互的な流体の変化を引き起こすよ
う機能する。流体移動は、その後、熱伝達流体がダクト
内を反対方向に移動するようにして、実質的に一方の容
器内に熱伝達流体を引き込むよう機能する。よって、ダ
クト内においては、流体は、所定の周波数でもってまた
所定の往復変位または往復強度でもって軸方向に交互に
振動する。この構成においては、流体が十分に大きな周
波数でもってまた十分に大きな往復変位でもって振動す
る場合には、高温側の容器からダクトに沿って軸方向
に、熱がダクトの壁へと伝達される。流体が戻りサイク
ルにおいて高温側の容器へと振動するときには、反対容
器からの冷却された流体が、ダクト内に引っ張られ、そ
の後、熱が、壁から冷却流体へと伝達される。その次の
振動時に、熱は、高温側の容器から反対容器に対して伝
達される。しかしながら、ヒートパイプに関しては、こ
のデバイスは、容器およびダクトを構成する材料の熱伝
導度によって、また、周囲環境に対しての熱損失によっ
て、効率が制限されている。
機械的動作または電気的動作によって生成された過剰
の熱を除去するために、ラジエータやヒートシンクを使
用することは、公知である。典型的には、熱発生源を通
って循環している熱伝達流体は、熱発生源において発生
した熱のいくらかを吸収する。その後、流体は、流体が
携行した熱のいくらかを吸収したり放射したりするため
の熱交換フィンを有したチューブを通って循環する。冷
却後においては、流体は、熱発生源のところに戻ること
となる。通常は、フィンに対して風を吹き付けるための
ファンが配置されている。これにより、ヒートシンクか
らのエネルギーが、フィンを通過する大量の風内へと放
散される。このタイプのデバイスにおいては、熱伝達効
率は、ラジエータやヒートシンクを構成している材料の
熱伝導度によって制限される。
米国特許明細書第5,542,471号においてDickinson氏
は、熱伝達流体を必要としないような、熱伝導ファイバ
を有した熱伝達素子を開示している。このデバイスは、
熱伝達を最大化するために、熱交換が行われるべき２つ
の対象どうしの間にわたって延在した、長さ方向に熱伝
導性のファイバを備えている。これらファイバは、エポ
キシ樹脂マトリクス中に配置されたグラファイトファイ
バ、有機樹脂マトリクス内に配置されたグラファイトフ
ァイバを備えてなる有機マトリクス複合体から処理され
たグラファイトファイバ、アルミニウムマトリクス中に
配置されたグラファイトファイバ、銅マトリクスまたは
セラミクスマトリクス中に配置されたグラファイトファ
イバ、から構成されている。
本発明者による中国特許発明明細書第89108521.1号に
おいて、本発明者は、無機媒質製熱伝導デバイスを開示
した。この熱伝導デバイスは、従来技術に対して、材料
の熱伝導能力が大幅に改良されている。実験によって、
このデバイスであると、内部が減圧とされた密封金属シ
ェルに沿った熱伝導が、秒速5,000mの速さで可能である
ことが示された。シェルの内壁上には、合計最適厚さが
0.012〜0.013mmとされたコーティングが３ステップで付
与されている。コーティングの総重量のうち、ストロン
チウムが1.25％であり、ベリリウムが1.38％であり、ナ
トリウムが1.95％である。この熱伝導デバイスは、熱発
生粉末を含有しておらず、本発明のように超伝導的な態
様で周囲環境に対する熱損失無しに熱を伝達すること
が、できない。
発明の概要 異なる温度とされた２つの物質が合わされたときに
は、高温側の物質の温度が減少し、低温側の物質の温度
が増加することは、一般的に理解されるであろう。高温
側端部から低温側端部へと熱伝導路に沿って熱が移動す
る際には、熱伝導路をなす材料の熱伝導容量のために、
また、熱伝導路の低温部分を暖めるというプロセスのた
めに、さらに、雰囲気への熱損失のために、利用可能な
熱が失われる。本発明においては、この分野において継
続してきたこの問題が取り扱われる。本発明の１つの目
的は、高効率でもって、環境的に伝達し、熱を迅速に伝
導し、熱を保存する超伝導熱伝達媒質を提供することで
ある。さらに、本発明においては、製造に際して、厳密
に制御されたプロセス環境を必要とはしない。
本発明の他の目的は、100％に近い熱保存効率でもっ
て、熱を伝達し得るデバイスを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、ロジウムおよびラジウム
カーボネートの変性方法を提供することである。
本発明のなおも他の目的は、実効的な熱損失を起こす
ことなく、ある箇所から他の箇所へと、熱源からの熱を
伝達するデバイスの製造方法を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、熱発生源から迅速にか
つ効率良く熱を発散させ得る超伝導熱伝達媒質を利用し
た、ヒートシンクを提供することである。
本発明は、製造が高価ではなくかつ構成および応用が
単純でありさらに使用しやすい超伝導熱伝達媒質を提供
することによって、上記目的および他の目的を達成する
とともに、従来技術の欠点を克服する。
超伝導熱伝達媒質は、３層構成でもってコンジットに
対して適用される。最初の２層は、コンジットの内壁に
対して適用される溶液から形成される。まず最初に、ナ
トリウムおよびベリリウムからなるイオン形態での様々
な組合せと、マンガンまたはアルミニウム、カルシウ
ム、ホウ素といった金属と、重クロム酸ラジカルと、か
ら主に構成された第１層が、0,008mm〜0,012mmの深さに
まで、コンジットの内壁内に吸収される。その後、コバ
ルト、マンガン、ベリリウム、ストロンチウム、ロジウ
ム、銅、β−チタン、カリウム、ホウ素、カルシウムか
らなるイオン形態での様々な組合せと、アルミニウムと
いった金属と、重クロム酸ラジカルと、から主に構成さ
れる第２層が、コンジットの内壁上かつ第１層上におい
て、0,008mm〜0,012mmの厚さとされた実際にフィルムの
形態で、形成される。最後に、第３層は、酸化ロジウ
ム、重クロム酸カリウム、酸化ラジウム、重クロム酸ナ
トリウム、重クロム酸銀、単結晶シリコン、酸化ベリリ
ウム、クロム酸ストロンチウム、酸化ホウ素、β−チタ
ン、重クロム酸マンガンや重クロム酸アルミニウムとい
った重クロム酸金属からなる様々な組合せを備えてなる
粉末であって、内壁上にわたって均等に分散される。３
つの層は、コンジットに対して適用することができ、そ
の後、超伝導熱伝達デバイスを形成するよう熱的に分極
することができる。超伝導熱伝達デバイスは、いかなる
正味の熱損失をも起こすことなく熱伝達を行うことがで
きる。また、３つの層は、大きな表面積に比べて小さな
キャビティを有した一対のプレートに対して適用するこ
とができ、この場合には、ヒートシンクを形成すること
ができる。ヒートシンクは、熱源から、即座に熱を分散
させることができる。
この明細書の中で使用される語法および用語は、説明
のためのものであって、本発明を限定するものとみなす
べきではないことは、理解されるであろう。このよう
に、当業者であれば、この説明の基礎をなしている概念
に基づいて、他の構成、他の方法、および、本発明のい
くつかの目的を実施するための他のシステムを構成する
ことができるであろう。したがって、請求項を、本発明
の精神および範囲を逸脱しない限りにおいて、同等の構
成を含有したものとみなすことは重要である。
本発明の他の目的、利点、および、機能は、本発明の
好ましい実施形態を例示している添付図面を参照した以
下の説明により、明瞭となるであろう。
図面の簡単の説明 本発明、ならびに、上記のおよび上記以外の目的は、
以下の詳細な説明により明瞭となるであろう。そのよう
な説明は、添付図面を参照して行われる。
図１は、本発明に基づいて形成された超伝導熱伝導デ
バイスを示す斜視図である。
図２は、図１のデバイスの断面図である。
図３は、図１のデバイスに対して使用されているプラ
グを示す斜視図である。
図４は、本発明に基づいて形成されたヒートシンクを
示す斜視図である。
図５は、図４のヒートシンクの側面図である。
図６は、図４のヒートシンクの断面図である。
図７は、超伝導熱伝達デバイスの試験のための試験装
置の一例を示す図である。
図８は、本発明の好ましい実施形態に関しての、試験
No.1の結果を示すデータである。
図９は、本発明の好ましい実施形態に関しての、試験
No.2の結果を示すデータである。
図10は、本発明の好ましい実施形態に関しての、試験
No.3の結果を示すデータである。
図11は、本発明の好ましい実施形態に関しての、試験
No.4の結果を示すデータである。
好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の特徴点および望ましい対象をより完全に理解
するために、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を
考慮すべきである。添付図面においては、いくつかの図
面にわたって、対応部材には同様に参照符号が付されて
いる。まず最初に、図１および図２を参照する。超伝導
熱伝達デバイス２は、コンジット４のような、超伝導熱
伝達媒質６を収容したキャリアを具備するものである。
超伝導熱伝達媒質６は、コンジット４をなす材質に無関
係に、コンジット４のキャビティ８内に配置することが
できる。図１においては、コンジット４は、円筒形状と
して例示されているけれども、本発明においては、コン
ジットを、様々な形状およびサイズとすることができ
る。コンジット４に搭載された媒質６に基づく熱伝達性
能は、一切の熱損失をもたらすことなく大幅に増強され
ている。コンジット４内に適正に適用されたときには、
媒質６は、実際に、熱によって熱発生器自身となる。媒
質６は、約38℃の温度で活性化され、約1730℃という最
大温度において動作することができる。完全に証明され
ているわけではないけれども、媒質６の熱発生能力が、
活性後における媒質６の質量損失に直接的に関連してい
ることが信じられている。媒質６が、熱源（図示せず）
からコンジット４と通して即座に熱を伝達できることに
より、コンジット４は、コンジット４をなす未処理材料
の溶融温度をはるかに超えるような熱源温度を有した周
囲環境に対して曝されることができてそのような環境内
で動作することができる。
さらに、媒質６の活性化の初期段階において、媒質６
が吸熱的に反応することが、信じられている。その結
果、媒質６は、熱源から、利用可能な熱を即座に吸収す
ることができる。その後、媒質６は、コンジット４を通
してその熱を迅速に伝達する。図４〜図６に示すよう
に、コンジット４の外表面積10と比較してキャビティ８
の容積が小さい場合には、媒質６は、熱発生源から熱を
即座に除去するようなヒートシンク12をなすよう、熱を
吸収する。熱放射は、熱容量、熱伝導速度、および、熱
伝導度と、直接的に関連している。言い換えれば、熱放
射は、各単位容積あたりにおいて熱の容量（量）が伝達
され得る速度を決定する。
コンジット４またはキャリアが、大きな外表面積10と
比較して小さなキャビティを有している場合には、キャ
リアは、外表面積10を経由して分散される熱の比率を大
きなものとする。熱発生源の温度が、媒質６の活性化温
度である38℃を超えないような応用においては、熱は、
即座に吸収されて、媒質６によって分散される。熱発生
源の温度が、38℃を超えるような場合には、媒質６によ
って熱をヒートシンクの外表面14に対して伝達すること
ができて、熱放射によって周囲空間に効率よく放射し得
ることにより、ヒートシンク12は、なおも大いに有効で
ある。
媒質６は、基本的な３つの層からなる構成として適用
される。最初の２つの層は、溶液から作製される。各溶
液は、コンジットの内表面16またはヒートシンクの内表
面18に対して連続して適用される。まず最初に、第１層
20が、コンジットの内表面16またはヒートシンクの内表
面18に吸収される。引き続いて、第２層22が、第１層20
の表面上に構築される。第２層22は、コンジットの内表
面16またはヒートシンクの内表面18上に実際にフィルム
を形成する。最後に、第３層24が、コンジットの内表面
16またはヒートシンクの内表面18上にわたって均等に分
散する粉末とされる。以下においては、コンジット４に
対しての媒質６の適用が参照されているけれども、ヒー
トシンク12内への媒質６の応用についても同じである。
第１層20は、腐食防止層であって、この層は、コンジ
ットの内面16のエッチングを防止し、さらに、理論的に
は、熱の吸収をより容易とするよう、コンジット４とな
す材料の原子構造の再配列を引き起こす。第１層20のさ
らなる機能は、コンジットの内面16が酸化してしまうこ
とを防止することである。例えば、鉄金属は、空気中に
含有されている水分子に曝されるとすぐに酸化してしま
う。コンジット内面16の酸化は、腐食を引き起こすこと
となるとともに、熱抵抗を増加させる。その結果、熱エ
ネルギーがコンジット４内を伝達する際の熱負荷が増大
化し、そのため、コンジット４の内部における熱エネル
ギーの蓄積が引き起こされる。このような事態が起こる
と，媒質６の寿命が短くなってしまう。
次に、活性層をなす第２層22は、原子状水素や酸素の
生成を阻止し、これにより、酸素原子とコンジット４
（またはキャリア）をなす材料との間における酸化を抑
制する。また、理論的には、第２層22は、ワイヤに沿っ
て電気が伝導されるかのようにして、コンジットの内面
16を通して熱を伝達する。実験により、コンジットをな
す材料の熱伝導度に関係なく、15,000m/sという速さ
で、媒質６による熱伝導が起こることが、判明した。第
２層22は、また、熱伝導のための熱伝達経路をもたらす
ために、第３層と協働して、分子振動の加速や摩擦を補
助する。
第３層24は、色および外観に基づいて「黒色粉末」層
と称される。第３層24が、媒質６が38℃という最小活性
化温度とされた後に、熱を発生することが信じられてい
る。媒質６の活性時には、第３層24をなす原子は、第１
層20および第２層22と協働して、振動し始める。熱源温
度が増加するにつれて、振動周波数が増大することが信
じられている。活性化温度が200℃に到達したときに
は、振動周波数が2.3MHzとなり、活性化温度が350℃を
超えたときには、振動周波数が2.8MHzにもなることが、
信じられている。理論的には、活性化温度が大きくなる
ほど、振動周波数は、大きくなる。したがって、負荷が
大きくなるほどコンジットの性能効率が大きくなるもの
と思われる。熱伝達プロセス時には、媒質６の相転移も
質量伝達も起こらない。実験によって、内部に適正に媒
質６が配置されたスチール製コンジット４が、概して、
銀の熱伝導度よりも20,000倍大きな熱伝導度を有してお
り、実験室条件下においては、銀の熱伝導度よりも30,0
00倍大きな熱伝導度に到達し得ることがわかった。
使用時には、活性化後において、媒質６は、使用する
につれて質量を損失する（質量のエネルギーへと変換に
よって減少が引き起こされる）。その結果、媒質６は、
長いけれども限られた有効寿命を有している。試験によ
って、110,000時間の連続使用後において、媒質６の量
と分子振動周波数との双方が、初期的な活性状態のもの
と同じままであることが示された。しかしながら、120,
000時間の連続使用後においては、媒質６の量（質量）
が、32時間ごとに約0.5％の割合で減少し始め、分子振
動周波数が、約６％減少してしまう。123,200時間の連
続使用後においては、媒質６が、有効性を失ってしまっ
た。経時劣化は、主に第３層24の減少すなわち質量のエ
ネルギーへの変換によるものであると信じられている。
予想されるように、動作温度が低いほど、第３層24の減
少が遅い。第１層20および第２層22は、10,000時間の使
用あたりにおいて約0.001mmの割合で消耗することが決
定された。
第１層20を作製するために、第１層溶液が調製され、
コンジットの内面16に対して適用された。典型的な第１
層溶液は、以下のステップによって、好ましくは例示し
た順序で調製された。すなわち、 （ａ）ガラスや好ましくはセラミクスのような容器内
に、100mlの蒸留水を入れ； （ｂ）その蒸留水中に、2.0〜5.0gの過酸化ナトリウム
を溶解させて混合し； （ｃ）上記（ｂ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.5gの酸化ナトリウムを溶解させて混合し； （ｄ）上記（ｃ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.5gの酸化ベリリウムを溶解させて混合し； （ｅ）上記（ｄ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.3〜2.0gの重クロム酸アルミニウムまたは好ましくは
重クロム酸マグネシウム等の重クロム酸金属を溶解させ
て混合し； （ｆ）上記（ｅ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜3.5gの重クロム酸カルシウムを溶解させて混合
し； （ｇ）上記（ｆ）ステップにおいて得られた溶液中に、
1.0〜3.0gの酸化ホウ素を溶解させて混合する； ことによって、第１層溶液が調製された。
上記ステップ（ａ）〜（ｇ）は、上記順序通りに、か
つ、０℃〜30℃の温度好ましくは５℃〜８℃の温度およ
び40％を下回る相対湿度という条件下で、行われること
が好ましい。酸化ベリリウムおよび重クロム酸金属を添
加するステップについては、順序を逆とすることもでき
る。その場合、重クロム酸金属は、酸化ベリリウムを添
加する前に、第１層溶液に対して添加されることとな
る。この場合、何の悪影響も引き起こされることがな
い。媒質６が三二酸化マンガン、酸化ロジウム、また
は、酸化ラジウムを含有している場合には、結果的に媒
質６の熱伝達効率が低くなってしまい、また、媒質６の
寿命が約１年ほど短くなってしまうけれども、過酸化ナ
トリウムまた酸化ナトリウムのいずれか一方を省略する
ことができる。第１層溶液の残りの成分については、上
記順序で添加されるべきである。これら例外事項は別と
して、第１層溶液をなす成分が上記順序とは異なる順序
で組み合わされた場合には、溶液は、不安定なものとな
って、好ましくない反応を起こす可能性がある。
第２層22のための溶液の調製および第３層24の作製に
先立って、ロジウムおよびラジウムカーボネートが、変
性プロセスを受ける。100gのロジウム粉末を変性させる
ために、容器内において、2gの純鉛粉末とロジウム粉末
とを混合し、その次に、ロジウム粉末と鉛粉末とが入っ
たその容器を850℃〜900℃の温度のオーブン内で少なく
とも４時間加熱して、酸化ロジウムを形成する。そし
て、酸化ロジウムを鉛から分離する。100gのラジウムカ
ーボネート粉末を変性させるために、容器内において、
11gの純鉛粉末とラジウムカーボネートとを混合し、そ
の次に、ラジウムカーボネートと鉛粉末とが入ったその
容器を750℃〜800℃の温度のオーブン内で少なくとも８
時間加熱して、酸化ラジウムを形成する。変性プロセス
の実施に際しては、白金製容器が使用された。容器をな
す材料は、ロジウム、酸化ロジウム、ラジウムカーボネ
ート、酸化ラジウム、および、鉛に対して、不活性であ
るべきである。変性プロセスにおいて使用される鉛は、
好ましくは、99.9％の純度であるべきであって、次なる
同様の変性プロセスにおいて使用するために、リサイク
ルすることができる。休止状態および活性状態における
媒質６の、PDMパーソナル放射線線量計によるその後の
試験において、背景放射を上回るような検出可能種別の
放射は一切見られなかった。
媒質６においては、チタン同位体が使用された。いく
つかの国では、同位体は、Ｂタイプのチタンとして知ら
れており、米国では、同位体は、β−チタンとして知ら
れている。
第２層22は、第１層20の上からコンジット内面16に対
して溶液を適用することにより得られる。第１層溶液と
同様に、典型的な第２層溶液は、以下のステップによっ
て、好ましくは例示した順序で調製された。すなわち、 （ａ）ガラスや好ましくはセラミクスのような容器内
に、100mlの２回蒸留された水を入れ； （ｂ）その２回蒸留水中に、0.2〜0.5gの酸化コバルト
を溶解させて混合し； （ｃ）上記（ｂ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.5gの三二酸化マンガンを溶解させて混合し； （ｄ）上記（ｃ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.01gの酸化ベリリウムを溶解させて混合し； （ｅ）上記（ｄ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.5gのクロム酸ストロンチウムを溶解させて混合
し； （ｆ）上記（ｅ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.5gのストロンチウムカーボネートを溶解させて
混合し； （ｇ）上記（ｆ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.2gの酸化ロジウムを溶解させて混合し； （ｈ）上記（ｇ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.8gの酸化銅を溶解させて混合し； （ｉ）上記（ｈ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜0.6gのβ−チタンを溶解させて混合し； （ｊ）上記（ｉ）ステップにおいて得られた溶液中に、
1.0〜1.2gの重クロム酸化カリウムを溶解させて混合
し； （ｋ）上記（ｊ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜1.0gの酸化ホウ素を溶解させて混合し； （ｌ）上記（ｋ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜1.0gの重クロム酸カルシウムを溶解させて混合
し； （ｍ）上記（ｌ）ステップにおいて得られた溶液中に、
0.0〜2.0gの重クロム酸アルミニウムまたは好ましくは
重クロム酸マグネシウム等の重クロム酸金属を溶解させ
て混合する； ことによって、第２層溶液が調製された。
２回蒸留水は、０に近づく電気伝導度を有しているこ
とが好ましい。電気伝導度が大きくなると、媒質６を妨
害して熱伝導効率を低下させる静電気の問題が大きくな
る。上記ステップ（ａ）〜（ｍ）は、０℃〜30℃の温度
および40％を下回る相対湿度という条件下で行われるこ
とが好ましい。媒質６が酸化ロジウムまたは酸化ラジウ
ムを含有している場合には、媒質６の寿命が短くなりま
た熱伝導効率が約0.2％低くなってしまうけれども、三
二酸化マンガンの量を低減したり省略したりすることが
できる。一般には、β−チタンは、ステップ（ｂ）にお
いて２回蒸留水に対して添加すべきでなくまた溶液に対
しての最後の成分として添加すべきではないこと以外に
は、上記の任意のステップにおいて、第２層溶液に対し
て添加することができる。ステップ（ｂ）においてまた
は溶液に対しての最後の成分としてβ−チタンを添加し
た場合には、第２層溶液が、不安定なものとなる。三二
酸化マンガンおよび酸化ベリリウムを添加するステップ
については、順序を逆とすることもできる。その場合、
酸化ベリリウムは、三二酸化マンガンを添加する前に、
第２層溶液に対して添加されることとなる。同様に、重
クロム酸カリウムおよび重クロム酸カルシウムを添加す
るステップについては、順序を逆とすることもできる。
その場合、重クロム酸カルシウムは、重クロム酸カリウ
ムを添加する前に、第２層溶液に対して添加されること
となる。これら例示事項は別として、第２層溶液をなす
成分が上記順序とは異なる順序で組み合わされた場合に
は、溶液は、不安定なものとなって、好ましくない反応
を起こす可能性がある。
第３層24の作製に先立って、シリコンに対して、磁気
浸透処理が施される。99.999％という好ましい純度を有
した単結晶シリコン粉末が、非磁性容器内に入れられ、
少なくとも37分間にわたって好ましくは40〜45分間にわ
たって、磁気共振機内に配置される。実験に使用された
磁気共振機は、0.5kW、220V、50Hzの磁気共振機であっ
た。使用されるシリコンが、99.999％よりも低い純度で
ある場合には、第３層24において必要とされるシリコン
量が、増大する。磁気共振機は、シリコンの原子電子層
を増大化して、媒質６による熱伝導速度を増大させるた
めに、使用されている。
第３層24をなす典型的な粉末は、以下のステップによ
って、好ましくは例示した順序で調製される。すなわ
ち、 （ａ）ガラスや好ましくはセラミクスのような容器内
に、0.0〜1.75gの変性酸化ロジウムを入れ； （ｂ）その酸化ロジウムに対して、0.3〜2.6gの重クロ
ム酸ナトリウムを混合し； （ｃ）上記（ｂ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜0.8gの重クロム酸カリウムを混合し； （ｄ）上記（ｃ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜3.1gの変性酸化ラジウムを混合し； （ｅ）上記（ｄ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.1〜0.4gの重クロム酸銀を混合し； （ｆ）上記（ｅ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.2〜0.9gの磁気浸透処理された単結晶シリコン粉末を
混合し； （ｇ）上記（ｆ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜0.01gの酸化ベリリウムを混合し； （ｈ）上記（ｇ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜0.1gのクロム酸ストロンチウムを混合し； （ｉ）上記（ｈ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜0.1gの酸化ホウ素を混合し； （ｊ）上記（ｉ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜0.1gの過酸化ナトリウムを混合し； （ｋ）上記（ｊ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜1.25gのβ−チタンを混合し； （ｌ）上記（ｋ）ステップにおいて得られた混合体に、
0.0〜0.2gの重クロム酸アルミニウムまたは好ましくは
重クロム酸マグネシウムを混合する； ことによって、第３層粉末が調製された。
第３層24のための粉末は、好ましくは、約25℃以下の
温度において混合される。低温で混合することにより、
媒質６の熱伝導効率が向上する。また、相対湿度は、40
％以下とすべきである。相対湿度は、30％〜35％である
ことが好ましい。一般的には、酸化ラジウムおよびβ−
チタンは、最初の成分や最後の成分として添加すべきで
はないこと以外には、上記の任意のステップにおいて、
第２層24をなす粉末に対して添加することができる。酸
化ラジウムおよびβ−チタンを、最初の成分または最後
の成分として添加した場合には、媒質６が不安定となっ
て、好ましくない反応が起こる可能性がある。重クロム
酸カリウムおよび重クロム酸銀を添加するステップにつ
いては、順序を逆とすることもできる。その場合、重ク
ロム酸銀は、重クロム酸カリウムを添加する前に、第３
層24をなす粉末に対して添加されることとなる。同様
に、クロム酸ストロンチウムおよび酸化ベリリウムを添
加するステップについては、順序を逆とすることもでき
る。その場合、酸化ベリリウムは、クロム酸ストロンチ
ウムを添加する前に、第３層24をなす粉末に対して添加
されることとなる。これら例外事項は別として、第３層
24をなす粉末中の成分が上記順序とは異なる順序で組み
合わされた場合には、媒質６が、不安定なものとなっ
て、好ましくない反応を起こす可能性がある。
第３層24をなす粉末は、長時間にわたって貯蔵するこ
とができる。光や湿度による劣化を防止するために、第
３層24をなす粉末は、好ましくはガラスのような不活性
材料から形成された密閉貯蔵容器内において暗所で貯蔵
されるべきである。また、吸湿性材料が第３層24をなす
粉末に対して不活性であるとともに混ざり合わない限り
においては、吸湿性材料を、貯蔵容器内に配置すること
ができる。
第１層20および第２層22のための溶液、および、第３
層24のための粉末の作製が完了した後に、超伝導熱伝達
デバイス２を形成することができる。コンジット４は、
金属性材料とも非金属性材料ともすることができる。い
ずれにしても、コンジット４は、内面16が、非常に小さ
な酸化性しか有していないべきであり、好ましくは、一
切酸化性を有していないべきである。コンジット４は、
特に金属製のコンジットである場合には、クリーンであ
り、かつ、乾燥しており、かつ、一切酸化物を有してい
ないことが好ましい。これは、例えば、サンドブラス
ト、弱い酸洗浄または弱いアルカリ洗浄といった、従来
の処理によって得ることができる。コンジット４の洗浄
やクリーニングのために使用されるすべての材料は、コ
ンジット４に対して媒質６を導入するよりも前に、完全
に除去されるべきであって、内面16は、乾燥されるべき
である。さらに、コンジット４の壁厚さは、１年あたり
で少なくとも0.1mmの摩耗率であることを考慮した上
で、選択されるべきである。この摩耗は、第３層24をな
す分子の振動によって引き起こされる。スチールの場合
には、壁厚さは、少なくとも3mmとすべきである。より
柔らかい材料であれば、より厚くしなければならないこ
とは、明らかである。コンジット４は、かなりの長さと
することができる。実際、コンジット４の性能効率は、
長くなるにつれて増大することがわかっている。
典型的な超伝導熱伝達デバイス２は、以下のステップ
によって調製される。すなわち、 （ａ）第１層溶液のための容器内に、第１層溶液を入
れ； （ｂ）第１層溶液がコンジット４のキャビティ８を充填
するようにして、コンジット４を好ましくは一端26が第
１層溶液内において下側に配置された非水平配置とした
状態で、０℃〜30℃の温度において少なくとも８時間に
わたって、キャビティ８を有したコンジット４を第１層
溶液内に含浸させ、これにより、第１層溶液を、コンジ
ット４の壁内に、0.008mm〜0.012mmの深さで侵入させ； （ｃ）コンジット４を周囲環境下で自然乾燥させること
により、キャビティ８内に第１層20を形成し； （ｄ）第２層溶液のための容器内に、第２層溶液を入
れ； （ｅ）第２層溶液がキャビティ８を充填するようにし
て、コンジット４を好ましくは一端26が第２層溶液内に
おいて下側に配置された非水平配置とした状態で、55℃
〜65℃の温度好ましくは60゜の温度において少なくとも
４時間にわたって、第１層20が既に形成されているコン
ジット４を第２層溶液内に含浸させ； （ｆ）コンジット４を周囲環境下で自然乾燥させること
により、キャビティ８内に、0.008mm〜0.012mmの厚さと
された第２層22をなすフィルムをを形成し； （ｇ）精密溶接技術によって好ましくはヘリウムまたは
アルゴンの存在下におけるヘリアーク溶接（heli−arc
welding）によって、コンジット４のうちの下端26とは
反対側に位置した端部に、端部キャップ28を溶接し； （ｈ）好ましくはステップ（ｇ）において使用した方法
によって、コンジット４の下端26に、2.4mm〜3.5mmの直
径の好ましくは3.0mmの直径の穴32を有した注入キャッ
プ30を溶接し； （ｉ）120℃を超えない程度の温度にまで、好ましくは
約40℃の温度にまで、下端26を加熱し； （ｊ）穴32を通して。400,000m3というキャビティ８の
容積あたりに少なくとも1m3という割合で、第３層24を
なす粉末を注入し； （ｋ）好ましくは図３に示すように円錐形状でありかつ
中実とされたプラグ34を、穴32内に注入し； （ｌ）80℃〜125℃の温度に、下端26を加熱し； （ｍ）約３秒間を超えない程度で好ましくは約２秒間に
わたって、穴32からプラグ34を取り外すとともに、穴32
にプラグ34を再装着し； （ｎ）好ましくはステップ（ｇ）において使用した溶接
方法によって、穴32内にプラグ34をシール止めする； ことによって、超伝導熱伝達デバイス２が形成された。
ステップ（ｉ）における下端26の温度が60℃を超える
場合には、下端26は、キャビティ８内に第３層24をなす
粉末を注入するよりも前に、少なくとも60℃にまで冷却
されるべきである。上記ステップの後に、下端26は、熱
的に分極される。言い換えれば、下端26は、熱源から熱
を受領するとともに下端26から熱を遠方へと伝達し得る
ような極性を有するようになる。
上記（ｍ）ステップにおいて、穴32からプラグ34を取
り外すことの目的は、コンジット４のキャビティ８か
ら、周囲環境へと、空気および水分を追い出すことであ
る。プラグ34が取り外されたときには、ブルーガスが穴
32から出ていくのが観測される。しかしながら、プラグ
34が穴32に対して再装着されるよりも前に穴32から放射
されるブルー光が観測された場合には、第３層24をなす
粉末が散逸しており、ステップ（ｊ）〜（ｍ）が繰り返
される必要がある。ステップ（ｊ）が減圧下において湿
度のない環境下で行われた場合には、ステップ（ｌ）、
（ｍ）を省略することができ、この方が好ましい。
三二酸化マンガン、酸化ロジウム、酸化ラジウムは、
媒質６のすべての応用に対して必要であるわけではな
い。これら３つの成分は、超伝導熱伝達デバイス２が高
圧蒸気を含む環境下に曝される場合に、また、コンジッ
ト４がカーボン含有率の高いスチールから形成される場
合に、媒質６内において使用される。この特殊な場合に
おいては、高圧は、920,000パスカルまたはそれ以上と
して定義される。コンジット４がカーボン含有率の高い
スチールから形成されている場合であっても、超伝導熱
伝達デバイス２が高圧蒸気を含む環境下で使用されない
のであれば、三二酸化マンガン、酸化ロジウム、酸化ラ
ジウムは、必要ではなく媒質６から省略することができ
る。加えて、三二酸化マンガン、酸化ロジウム、酸化ラ
ジウムが媒質６から省略される場合には、第３層24をな
す粉末は、200,000m3というキャビティ８の容積あたり
に少なくとも1m3という割合で導入されるべきである。
上述のように、ヒートシンク12は、超伝導熱伝達媒質
６を利用している。典型的なヒートシンク12は、以下の
ステップによって作製される。すなわち、 （ａ）第１層溶液のための容器内に、第１層溶液を入
れ； （ｂ）共に係合エッジ42を有しているとともに合わされ
たときには表面積に比べて比較的小さな容積のキャビテ
ィ８を形成しかつ少なくとも一方が2.4mm〜3.5mmの大き
さの好ましくは3.0mmの大きさの開口44を有しているよ
うな第１プレート36および第２プレート38に関し、第１
層溶液が第１プレート36および第２プレート38の各々の
少なくとも一面をカバーするようにして、０℃〜30℃の
温度において少なくとも８時間にわたって、第１プレー
ト36および第２プレート38を第１層溶液内に含浸させ、
これにより、第１層溶液を、第１層溶液被覆面40内に、
0.008mm〜0.012mmの深さで侵入させ； （ｃ）第１プレート36および第２プレート38を周囲環境
下で自然乾燥させることにより、第１プレート36および
第２プレート38の第１層被覆面40上に、第１層20を形成
し； （ｄ）第２層溶液のための容器内に、第２層溶液を入
れ； （ｅ）第２層溶液が第１層20に対して接触するようにし
て、55℃〜65℃の温度好ましくは60゜の温度において少
なくとも４時間にわたって、第１プレート36および第２
プレート38を第２層溶液内に含浸させ； （ｆ）第１プレート36および第２プレート38を周囲環境
下で自然乾燥させることにより、第１層20上に、0.008m
m〜0.012mmの厚さとされた第２層22をなすフィルムをを
形成し； （ｇ）精密溶接技術によって好ましくはヘリウムまたは
アルゴンの存在下におけるヘリアーク溶接（heli−arc
welding）によって、第１層被覆面40どうしが互いに向
き合うようにして、係合エッジ42に沿って第１プレート
36および第２プレート38を互いに溶接し； （ｈ）キャビティ８内に、開口44を通して、400,000m3
というキャビティ容積あたりに少なくとも1m3という割
合で、第３層24をなす粉末を注入し； （ｉ）好ましくはステップ（ｇ）において使用した溶接
方法によって、開口44をシール止めする； ことによって、ヒートシンク12が形成された。
ヒートシンク12は、超伝導熱伝達デバイス２と同じよ
うにして作製することができる。つまり、ヒートシンク
12は、必ずしも必要ではないが、熱的に分極することが
できる。また、超伝導熱伝達デバイス２およびヒートシ
ンク12の作製に関して、溶接を行うステップは、糊、接
着剤および／またはエポキシを使用して、好ましくは、
熱を許容するような糊、接着剤および／またはエポキシ
を使用して、行うこともできる。さらに、すべての溶接
は、コンジット４、端部キャップ28、注入キャップ30、
第１プレート36、または、第２プレート38の厚さの３分
の２の深さにまで行うべきである。溶接後においては、
ヘリウム真空漏れテスト等の漏れ試験を行うべきであ
る。
超伝導熱伝達デバイス２を構成するコンジット４、端
部キャップ28、注入キャップ30、および、プラグ34、ま
た、ヒートシンク12を構成する第１プレート36および第
２プレート38といったすべての構成材料は、互いに適合
性を有しているべきである。このことは、組み合わせて
使用されている様々な材料の膨張／収縮率が異なること
に関連した問題とりわけ割れに関する問題、および、反
応性に関連した腐食の問題、を防止する。また、選択さ
れた材料は、超伝導熱伝達デバイス２またはヒートシン
ク12が動作する外部環境内に適合しておりかつ耐え得る
ものであるべきである。例えば、超伝導熱伝達デバイス
２が酸性環境下で動作する場合には、使用材料は、酸の
存在下において耐性を有しているべきである。
本発明は、以下に例示した実施例を参照することによ
り、より明瞭に理解されるであろう。その場合、上記説
明に関連して、サイズ、材料、形状、形態、機能、動作
様式、組立、使用における変形といった、本発明の部材
のための最適の寸法関係は、当業者には自明であって、
詳細に関するすべての等価な関係をも本発明においては
意図していることを、理解されたい。
超伝導熱伝達媒質６は、また、低温源がコンジット４
の一端に配置されたときには、低温伝達を行うこともで
きる。コンジット４の一端が−195℃という温度を有し
た液体窒素に接触した場合には、低温は、コンジット４
を通って、うまく伝達された。
以下の実験例は、超伝導熱伝達デバイス２またはヒー
トシンク12の作製に際して有用であることがわかってい
る、第１層20、第２層22、および、第３層24の様々な成
分を示している。これら成分は、好ましくは、例示した
量で、例示した順序で、上記それぞれのステップにした
がって、それぞれの層20,22,24に対して添加される。
実験例１ 第１層20を形成するために、100mlの蒸留水中に、5.0
gの過酸化ナトリウム、0.5gの酸化ナトリウム、2.0gの
重クロム酸マグネシウムまたは重クロム酸アルミニウ
ム、2.5gの重クロム酸カルシウム、および、3.0gの酸化
ホウ素が添加された。
第２層22を形成するために、100mlの２回蒸留水中
に、0.5gの酸化コバルト、0.5gの三二酸化マンガン、0.
5gのストロンチウムカーボネート、0.2gの酸化ロジウ
ム、0.8gの酸化銅、0.6gのβ−チタン、および、1.2gの
重クロム酸化カリウムが添加された。
第３層24をなす粉末を形成するために、1.75gの変性
酸化ロジウム、1.25gのβ−チタン、3.1gの酸化ラジウ
ム、2.6gの重クロム酸ナトリウム、0.4gの重クロム酸
銀、および、0.9gの単結晶シリコン粉末が混合された。
実験例２ 第１層20を形成するために、100mlの蒸留水中に、5.0
gの過酸化ナトリウム、0.5gのベリリウム、2.0gの重ク
ロム酸マグネシウム、2.0gの重クロム酸カルシウム、お
よび、3.0gの酸化ホウ素が添加された。
第２層22を形成するために、100mlの２回蒸留水中
に、0.5gの酸化コバルト、0.5gのクロム酸ストロンチウ
ム、0.8gの酸化銅、0.6gのβ−チタン、および、1.2gの
重クロム酸化カリウムが添加された。
第３層24をなす粉末を形成するために、1.6gの重クロ
ム酸ナトリウム、0.8gの重クロム酸カリウム、0.4gの重
クロム酸銀、および、0.9gの単結晶シリコン粉末が混合
された。
実験例３ 第１層20を形成するために、100mlの蒸留水中に、5.0
gの過酸化ナトリウム、0.5gの酸化ベリリウム、2.0gの
重クロム酸マグネシウム、3.5gの重クロム酸カルシウ
ム、および、3.0gの酸化ホウ素が添加された。
第２層22を形成するために、100mlの２回蒸留水中
に、0.5gの酸化コバルト、0.5gのクロム酸ストロンチウ
ム、0.8gの酸化銅、0.6gのβ−チタン、および、1.2gの
重クロム酸化カリウムが添加された。
第３層24をなす粉末を形成するために、1.6gの重クロ
ム酸ナトリウム、0.8gの重クロム酸カリウム、0.6gの重
クロム酸銀、および、0.9gの単結晶シリコン粉末が混合
された。
実験例４ 第１層20を形成するために、100mlの蒸留水中に、2.0
gの過酸化ナトリウム、0.3gの酸化ベリリウム、2.0gの
重クロム酸マグネシウム、および、1.0gの酸化ホウ素が
添加された。
第２層22を形成するために、100mlの２回蒸留水中
に、0.5gの酸化コバルト、0.5gのクロム酸ストロンチウ
ム、0.4gのβ−チタン、および、1.0gの重クロム酸化カ
リウムが添加された。
第３層24をなす粉末を形成するために、0.5gの重クロ
ム酸ナトリウム、0.8gの重クロム酸カリウム、0.1gの重
クロム酸銀、0.3gの単結晶シリコン粉末、0.01gの酸化
ベリリウム、0.1gのクロム酸ストロンチウム、0.1gの酸
化ホウ素、および、0.1gの過酸化ナトリウムが混合され
た。
実験例５ 第１層20を形成するために、100mlの蒸留水中に、2.0
gの過酸化ナトリウム、0.3gの酸化ベリリウム、2.0gの
重クロム酸マグネシウム、および、1.0gの酸化ホウ素が
添加された。
第２層22を形成するために、100mlの２回蒸留水中
に、0.3gの酸化コバルト、0.3gのクロム酸ストロンチウ
ム、1.0gの重クロム酸カリウム、および、1.0gの重クロ
ム酸化カルシウムが添加された。
第３層24をなす粉末を形成するために、0.3gの重クロ
ム酸ナトリウム、0.1gの重クロム酸銀、0.8gの重クロム
酸カリウム、0.2gの単結晶シリコン粉末、0.01gの酸化
ベリリウム、0.1gのクロム酸ストロンチウム、0.1gの酸
化ホウ素、0.2gのβ−チタン、および、0.1gの過酸化ナ
トリウムが混合された。
実験例６ 第１層20を形成するために、100mlの蒸留水中に、2.0
gの過酸化ナトリウム、0.3gの重クロム酸マグネシウ
ム、1.0gの酸化ホウ素、および、1.0gの重クロム酸カル
シウムが添加された。
第２層22を形成するために、100mlの２回蒸留水中
に、0.3gの酸化コバルト、0.01gの酸化ベリリウム、1.0
gの重クロム酸化カリウム、1.0gの酸化ホウ素、およ
び、2.0gの重クロム酸化マグネシウムが添加された。
第３層24をなす粉末を形成するために、0.3gの重クロ
ム酸ナトリウム、0.1gの重クロム酸銀、0.8gの重クロム
酸カリウム、0.2gの単結晶シリコン粉末、0.1gのクロム
酸ストロンチウム、0.01gの酸化ベリリウム、0.1gの酸
化ホウ素、0.1gの過酸化ナトリウム、0.2gのβ−チタ
ン、および、0.2gの重クロム酸マグネシウムが混合され
た。
実験例７ 第１層20を形成するために、100mlの蒸留水中に、2.0
gの過酸化ナトリウム、0.3gの重クロム酸マグネシウ
ム、および、1.0gの酸化ホウ素が添加された。
第２層22を形成するために、100mlの２回蒸留水中
に、0.2gの酸化コバルト、1.0gの重クロム酸カルシウ
ム、1.0gの重クロム酸化カリウム、0.5gの酸化ホウ素、
1.0gの重クロム酸マグネシウム、および、0.01gの酸化
ベリリウムが添加された。
第３層24をなす粉末を形成するために、0.3gの重クロ
ム酸ナトリウム、0.05gの重クロム酸銀、0.8gの重クロ
ム酸カリウム、0.2gの単結晶シリコン粉末、0.1gのクロ
ム酸ストロンチウム、0.01gの酸化ベリリウム、0.1gの
酸化ホウ素、0.1gの過酸化ナトリウム、0.2gのβ−チタ
ン、および、0.2gの重クロム酸マグネシウムが混合され
た。
実験的検証 1.序 コンジット４のようなパイプに対して、あるいは、プ
レート36,38のようなフラットな中空部材に対して、無
機超伝導熱仲介部材である第３層24粉末を、数mgの程度
で適量を適用することにより、超伝導デバイス２が形成
される。例えば、第３層24粉末を、コンジット６のキャ
ビティ８内にあるいはプレート36,38間に導入し、加熱
によって残留水分および残留空気を追い出した後に封止
することによって、超伝導伝熱デバイス２が形成され
る。その後の試験結果により、第３層24が超伝導媒質で
あること、および、第３層24からなる熱伝導デバイスが
熱的な超伝導ヒートパイプであること、が示された。
従来のヒートパイプと超伝導ヒートパイプとの外観形
状が似ていることが、いささか誤解を招くこととなる。
したがって、これらの相違点と共通点とについて簡単に
説明しておくことが必要である。対流式のヒートパイプ
は、熱をパイプの高温側端部から低温側端部へと移動さ
せるために、大量の熱を吸収したときに液体を蒸発さ
せ、また、熱の放出時には蒸気を冷却する、という技術
を利用している。ヒートパイプの軸方向熱伝導速度は、
液体の蒸発潜熱および液相気相間の転移速度に依存す
る。また、ヒートパイプの軸方向熱伝導速度は、キャリ
ア材料のタイプおよび品質、および、ヒートパイプが動
作する温度および圧力（それほど大きくすることができ
ない）によって制限されている。本発明による超伝導熱
伝達デバイス２は、熱的超伝導媒質から形成されてい
て、この場合、軸方向熱伝導は、加熱され活性化された
ときの超伝導媒質分子の高速移動によって行われてい
る。本発明による超伝導熱伝達デバイス２の熱伝導速度
は、同等のサイズの金属バーや対流式ヒートパイプの熱
伝導速度に比べて、ずっと大きい。そして、超伝導熱伝
達デバイス２の内部圧力は、同じ温度の対流式ヒートパ
イプの内部圧力に比べて、ずっと小さい。本発明による
超伝導熱伝達デバイス２の使用可能温度の上限は、コン
ジット４をなす材料の許容温度上限を超えている。
本発明による超伝導熱伝達デバイス２は、とりわけ熱
利用比率に関して、すべてではないもののたいていの熱
伝導分野に影響を与えることができる。本発明による超
伝導熱伝達デバイス２は、また、太陽エネルギーおよび
地熱エネルギーの開発および利用に応用可能であり、低
エネルギーレベルの熱のリサイクルに応用可能である。
2.試験方法および原理 金属バーの熱伝導速度は、金属バーの熱伝導度、温度
勾配、および、温度勾配に直交する断面積に依存する。
金属は、非金属性固体よりも大きな熱伝導度を有してい
る。金属の中でも、銀は、約415W/mKという最も大きな
熱伝導度を有している。
本発明による超伝導熱伝達デバイス２は、全く新規な
ものであって、特性の試験方法についての前例がない。
これらの実効的なまたは見かけの熱伝導度、および、こ
れらの性質の現れとしての軸方向および径方向の熱フラ
ックスに関する測定を使用することが、化学的かつ論理
的であるように思われる。しかしながら、このことは、
熱的超伝導デバイスの熱伝導度の測定方法において前例
がないことを変更するものではない。
本発明による超伝導熱伝達デバイス２の特性を試験す
るために使用された方法は、改良フォーブズ法（upgrad
e Forbes Method）である。この方法においては、熱的
超伝導ヒートパイプは、半無限ロッドとされた。ロッド
の参照表面の温度がT0Kであり、参照表面からｘメート
ルだけ離間した断面の温度がTKであり、ロッド表面に隣
接していてかつそれ自身とロッドとの間において熱対流
を受けている流体（水）の温度がT1Kであり、ロッドの
熱伝導度がh W/m2Kであり、ロッドの胴回り寸法がＰメ
ートルであり、ロッドの断面積がf m2であるとすれば、
熱伝達の基本微分方程式は、 d2T/dx2−（ｈ・ｐ）／（ｋ・ｆ）・（Ｔ−Ｔ∞）＝
０ （１） となる。
これは、非同次微分方程式である。θ＝Ｔ−Ｔ∞と
し、m2＝hp/kfとすれば、式（１）は、同次方程式に変
換される。
d2θ/dx2−m2θ＝０ （２） 円筒形の対象物に対しては、m2＝4h/（kd0）である。
ここで、d0は、円筒形対象物の直径である。
ｘ＝０において θ＝θ０ （３） ｘ＝∞において θ＝０ （４） と仮定すれば、これら境界条件を満たす解は、 θ＝θ0 (-mx) （５） となる。
以下の等式（６）（７）によって規定された境界条件
の下においては、 ｘ＝０おいて θ＝θ０ （６） ｘ＝Ｌにおいて ｄθ/dx＝０ （７） 等式（２）の他の解は、 θ／θ０＝Exp（−mx）｛［１＋Exp（2m（Ｌ−
ｘ））］／［１＋Exp（2mL）］｝ （８） となる。
いくつかの実験条件は、式（６）（７）によって規定
されたものと同様であり、また、この式における｛｝内
における表式の値が１に近いことにより、 θ／θ０＝Exp（−mx） （９） を得る。これも、また、正しいものである。
参照表面を通っての軸方向熱伝導速度は、次のように
なる。
Qx＝−kf（ｄθ/dx）ｘ＝０ （10） 式（５）により、次の結論を得ることができる。
（ｄθ/dx）ｘ＝０＝−θ0mExp（−mx）｜ｘ＝０＝−
θ0m （11） 式（６）の代入により、次の式を得る。
Qo＝kfmθ０ （12） ロッドから水への熱フラックスの速度は、 Qo＝ＶρCp（To−Ti）ワット （13） である。ここで、 Ｖは、水の体積流速（m3/s）であり、 ρは、水の密度（kg/m3）であり、 Cpは、水の比熱（J/KgK）であり、 Toは、水の出口温度（Ｋ）であり、 Tiは、水の入口温度（Ｋ）である。
また、 Qi＝d0πLhΔtln である。ここで、 Ｌは、ロッドの長さ（ｍ）であり、 d0は、ロッドの外径（ｍ）であり、 ｈは、対流熱伝達係数（W/m2K）であり、 Δtln＝（θ０−θＬ）/ln（θ0/θＬ）である。
上記の量を測定することによって、熱的超伝導ヒート
パイプの実効的な熱伝導度を計算することができ、ま
た、熱フラックスを計算することができる。
3.試験装置 上記の試験原理および数学モデルに基づいて、図７に
示すような試験装置が、組み立てられた。この装置は、
熱伝導パイプ102と、冷却水ケーシングパイプ104と、熱
電対106と、圧力計108と、水蒸気加熱チャンバ110と、
凝縮水コレクタ112と、真空引きバルブ114と、を備えて
いる。
4.試験結果 デバイス２内における熱的超伝導媒質24を活性化させ
るための熱源として、飽和水蒸気を使用することは、多
くの利点がある。飽和水蒸気は、大きな凝縮熱伝達係数
を有していて、飽和水蒸気は、接触熱抵抗は別として、
デバイス２の加熱表面に対して直接的に接触するように
なる。制御手段によって飽和水蒸気の圧力および加熱温
度を維持することによって、熱的超伝導熱伝達デバイス
２に対して、安定的な熱フラックスがもたらされる。冷
却水の流速および入口温度が特定されると、試験システ
ムは、安定な平衡状態となる。測定されるすべての物理
量は、安定であって、良好な再現性がある。
以下の表は、４つの代表的なグループの測定結果を示
しており（表において、k/kAgは、得られた熱伝導度ｋ
の、銀の熱伝導度kAgに対する比を示している）、図８
〜図11は、これらの結果を図的に示している。これらの
図は、一端（ｘ＝０）から他端（ｘ＝Ｌ）にかけての本
発明によるヒートパイプに沿った温度分布を示す図であ
って、上側の実線は、表面温度を示しており、下側の実
線は、表面に隣接した冷却水の温度を示している。
冷却セグメントのパイプ表面の温度分布曲線、実効熱
伝導度、対流熱伝達係数、および、熱伝達速度が、異な
る冷却水流速という条件下で、得られた。これらの値が
異なっていることは確かであるけれども、これらは、ヒ
ートパイプが熱的に超伝導であることを示している。
冷却水の流速を変えることにより、温度分布が変化し
た。しかしながら、熱伝導速度は、変化しなかった。こ
のことは、加熱セグメント内の熱伝導速度が、上限に到
達していることを意味している。加熱セグメントの熱伝
導面積が十分に大きくは構成されていないことは、ヒー
トパイプの熱伝導能力を過小評価したことによる。温度
分布の変化は、相関式における傾きｍの値および符号を
変化させた。対流熱伝達係数が変化したことは、実効熱
伝導度もまた変化したことを意味している。ヒートパイ
プの熱的超伝導性は、これらの変化によって確かめられ
た。ｍが正の符号であるときには、冷却水の出口温度
は、ヒートパイプのベース部（ｘ＝０）における温度に
近づく。従来の熱交換器では、対向式流通という条件下
でしか、このような大きな熱伝達効率を達成することが
できない。冷却水の流速が増加した場合には、冷却水の
出口温度は、他端（ｘ＝Ｌ）における温度に近づく。従
来の熱交換器では、熱伝達面積が無限大という条件下で
しか、このような大きな熱伝達効率に到達することがで
きない。
実験例も含めて上記説明は、本発明の原理をただ単に
例示したものであると考えられるべきである。また、本
発明の範囲や精神を逸脱することなく、本発明に対して
様々な修正を行うことができる。したがって、従来技術
に帰属するこれら修正事項は、請求項によって規定され
た本発明に付加することができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28D 15/02 102 F28F 21/08

Claims (63)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】超伝導熱伝達媒質であって、 過酸化ナトリウムと、酸化ホウ素と、重クロム酸金属
    と、を含有した第１層と； 該第１層上に形成されているとともに、酸化コバルト
    と、重クロム酸カリウムと、を含有した第２層と； 該第２層上に形成されているとともに、重クロム酸ナト
    リウムと、重クロム酸銀と、磁気浸透処理した単結晶シ
    リコンと、を含有した第３層と； を具備することを特徴とする超伝導熱伝達媒質。
  2. 【請求項２】前記第１層が、さらに、酸化ナトリウム、
    酸化ベリリウム、三二酸化マンガン、重クロム酸ラジカ
    ル、および、これらの組合せからなるグループの中から
    選択された少なくとも１つの成分を含有し、 前記第２層が、さらに、三二酸化マンガン、酸化ベリリ
    ウム、クロム酸ストロンチウム、ストロンチウムカーボ
    ネート、酸化ロジウム、酸化銅、β−チタン、酸化ホウ
    素、重クロム酸カルシウム、重クロム酸マンガン、重ク
    ロム酸アルミニウム、重クロム酸ラジカル、および、こ
    れらの組合せからなるグループの中から選択された少な
    くとも１つの成分を含有し、 前記第３層が、さらに、変性された酸化ロジウム、重ク
    ロム酸カリウム、変性された酸化ラジウム、酸化ベリリ
    ウム、クロム酸ストロンチウム、酸化ホウ素、過酸化ナ
    トリウム、β−チタン、重クロム酸金属、および、これ
    らの組合せからなるグループの中から選択された少なく
    とも１つの成分を含有していることを特徴とする請求項
    １記載の超伝導熱伝達媒質。
  3. 【請求項３】前記第１層が、酸化ベリリウム、重クロム
    酸金属、重クロム酸カルシウム、酸化ホウ素を含有して
    いることを特徴とする請求項１記載の超伝導熱伝達媒
    質。
  4. 【請求項４】前記第１層が、さらに、過酸化ナトリウム
    および酸化ナトリウムからなるグループの中から選択さ
    れたナトリウム成分を含有していることを特徴とする請
    求項３記載の超伝導熱伝達媒質。
  5. 【請求項５】前記重クロム酸金属が、重クロム酸アルミ
    ニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの中
    から選択されていることを特徴とする請求項４記載の超
    伝導熱伝達媒質。
  6. 【請求項６】前記第２層が、酸化コバルト、三二酸化マ
    ンガン、酸化ベリリウム、クロム酸ストロンチウム、ス
    トロンチウムカーボネート、酸化銅、β−チタン、重ク
    ロム酸カリウム、酸化ホウ素、重クロム酸カルシウム、
    および、重クロム酸金属を含有していることを特徴とす
    る請求項１記載の超伝導熱伝達媒質。
  7. 【請求項７】前記重クロム酸金属が、重クロム酸アルミ
    ニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの中
    から選択されていることを特徴とする請求項６記載の超
    伝導熱伝達媒質。
  8. 【請求項８】前記第２層が、酸化コバルト、酸化ベリリ
    ウム、クロム酸ストロンチウム、ストロンチウムカーボ
    ネート、酸化銅、β−チタン、重クロム酸カリウム、酸
    化ホウ素、重クロム酸カルシウム、重クロム酸金属、お
    よび、酸化ロジウムおよび酸化ラジウムの一方または双
    方を含有していることを特徴とする請求項１記載の超伝
    導熱伝達媒質。
  9. 【請求項９】前記重クロム酸金属が、重クロム酸アルミ
    ニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの中
    から選択されていることを特徴とする請求項８記載の超
    伝導熱伝達媒質。
  10. 【請求項１０】前記第２層が、さらに、三二酸化マンガ
    ンを含有していることを特徴とする請求項９記載の超伝
    導熱伝達媒質。
  11. 【請求項１１】前記第３層が、 変性された酸化ロジウム、変性された酸化ラジウム、お
    よび、これらの組合せからなるグループの中から選択さ
    れた１つまたは複数の変性酸化物と； 重クロム酸ナトリウム、重クロム酸カリウム、および、
    これらの組合せからなるグループの中から選択された１
    つまたは複数の、IA族元素と重クロム酸との化合物と； 重クロム酸銀と； 単結晶シリコンと； 酸化ベリリウムと； クロム酸ストロンチウムと； 酸化ホウ素と； 過酸化ナトリウムと； β−チタンと； 重クロム酸金属と； を含有した粉末であることを特徴とする請求項１記載の
    超伝導熱伝達媒質。
  12. 【請求項１２】前記重クロム酸金属が、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択されていることを特徴とする請求項11記載の
    超伝導熱伝達媒質。
  13. 【請求項１３】前記単結晶シリコンが、磁気透過処理さ
    れたものであることを特徴とする請求項11記載の超伝導
    熱伝達媒質。
  14. 【請求項１４】前記第１層が、約0.008mm〜約0.012mmの
    厚さとされていることを特徴とする請求項３記載の超伝
    導熱伝達媒質。
  15. 【請求項１５】前記第２層が、前記第１層の上に配置さ
    れていることを特徴とする請求項６記載の超伝導熱伝達
    媒質。
  16. 【請求項１６】前記第２層が、前記第１層の上に配置さ
    れたフィルムを形成していることを特徴とする請求項15
    記載の超伝導熱伝達媒質。
  17. 【請求項１７】前記第２層が、約0.008mm〜約0.012mmの
    厚さとされていることを特徴とする請求項６記載の超伝
    導熱伝達媒質。
  18. 【請求項１８】前記第３層が、粉末であることを特徴と
    する請求項１記載の超伝導熱伝達媒質。
  19. 【請求項１９】前記第３層が、前記第２層の上に配置さ
    れていることを特徴とする請求項11記載の超伝導熱伝達
    媒質。
  20. 【請求項２０】前記第３層が、前記第２層上にわたって
    均等に分散されていることを特徴とする請求項19記載の
    超伝導熱伝達媒質。
  21. 【請求項２１】第１層、第２層、および、第３層が基体
    上に配置されてなる超伝導熱伝達デバイスであって、 前記第１層が、約0,008mm〜約0,012mmの厚さとされてい
    るとともに、過酸化ナトリウムと、酸化ホウ素と、重ク
    ロム酸金属と、を含有し、 前記第２層が、約0,008mm〜約0,012mmの厚さとされてい
    るとともに、前記第１層上に形成され、さらに、酸化コ
    バルトと、重クロム酸カリウムと、を含有し、 前記第３層が、前記第２層上に形成されているととも
    に、重クロム酸ナトリウムと、重クロム酸銀と、磁気浸
    透処理した単結晶シリコンと、を含有していることを特
    徴とする超伝導熱伝達デバイス。
  22. 【請求項２２】前記第１層が、さらに、酸化ナトリウ
    ム、酸化ベリリウム、三二酸化マンガン、重クロム酸ラ
    ジカル、および、これらの組合せからなるグループの中
    から選択された少なくとも１つの成分を含有し、 前記第２層が、さらに、三二酸化マンガン、酸化ベリリ
    ウム、クロム酸ストロンチウム、ストロンチウムカーボ
    ネート、酸化ロジウム、酸化銅、β−チタン、酸化ホウ
    素、重クロム酸カルシウム、重クロム酸マンガン、重ク
    ロム酸アルミニウム、重クロム酸ラジカル、および、こ
    れらの組合せからなるグループの中から選択された少な
    くとも１つの成分を含有し、 前記第３層が、さらに、変性された酸化ロジウム、重ク
    ロム酸カリウム、変性された酸化ラジウム、酸化ベリリ
    ウム、クロム酸ストロンチウム、酸化ホウ素、過酸化ナ
    トリウム、β−チタン、重クロム酸金属、および、これ
    らの組合せからなるグループの中から選択された少なく
    とも１つの成分を含有していることを特徴とする請求項
    20記載の超伝導熱伝達デバイス。
  23. 【請求項２３】前記第１層が、酸化ベリリウム、重クロ
    ム酸金属、重クロム酸カルシウム、酸化ホウ素を含有し
    ていることを特徴とする請求項21記載の超伝導熱伝達デ
    バイス。
  24. 【請求項２４】前記第１層が、さらに、過酸化ナトリウ
    ムおよび酸化ナトリウムからなるグループの中から選択
    されたナトリウム成分を含有し、 前記重クロム酸金属が、重クロム酸アルミニウムおよび
    重クロム酸マンガンからなるグループの中から選択され
    ていることを特徴とする請求項23記載の超伝導熱伝達デ
    バイス。
  25. 【請求項２５】前記第２層が、酸化コバルト、三二酸化
    マンガン、酸化ベリリウム、クロム酸ストロンチウム、
    ストロンチウムカーボネート、酸化銅、β−チタン、重
    クロム酸カリウム、酸化ホウ素、重クロム酸カルシウ
    ム、および、重クロム酸金属を含有していることを特徴
    とする請求項21記載の超伝導熱伝達デバイス。
  26. 【請求項２６】前記重クロム酸金属が、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択されていることを特徴とする請求項25記載の
    超伝導熱伝達デバイス。
  27. 【請求項２７】前記第２層が、酸化コバルト、酸化ベリ
    リウム、クロム酸ストロンチウム、ストロンチウムカー
    ボネート、酸化銅、β−チタン、重クロム酸カリウム、
    酸化ホウ素、重クロム酸カルシウム、重クロム酸金属、
    および、酸化ロジウムおよび酸化ラジウムの一方または
    双方を含有していることを特徴とする請求項21記載の超
    伝導熱伝達デバイス。
  28. 【請求項２８】前記重クロム酸金属が、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択されていることを特徴とする請求項27記載の
    超伝導熱伝達デバイス。
  29. 【請求項２９】前記第２層が、さらに、三二酸化マンガ
    ンを含有していることを特徴とする請求項28記載の超伝
    導熱伝達デバイス。
  30. 【請求項３０】前記第３層が、 変性された酸化ロジウム、変性された酸化ラジウム、お
    よび、これらの組合せからなるグループの中から選択さ
    れた１つまたは複数の変性酸化物と； 重クロム酸ナトリウム、重クロム酸カリウム、および、
    これらの組合せからなるグループの中から選択された１
    つまたは複数の、IA族元素と重クロム酸との化合物と； 重クロム酸銀と； 単結晶シリコンと； 酸化ベリリウムと； クロム酸ストロンチウムと； 酸化ホウ素と； 過酸化ナトリウムと； β−チタンと； 重クロム酸金属と； を含有した粉末であることを特徴とする請求項23記載の
    超伝導熱伝達デバイス。
  31. 【請求項３１】前記重クロム酸金属が、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択され、 前記単結晶シリコンが、磁気透過処理されたものである
    ことを特徴とする請求項30記載の超伝導熱伝達デバイ
    ス。
  32. 【請求項３２】前記第３層が、前記第２層の上に配置さ
    れていることを特徴とする請求項30記載の超伝導熱伝達
    デバイス。
  33. 【請求項３３】前記第３層が、前記第２層上にわたって
    均等に分散されていることを特徴とする請求項32記載の
    超伝導熱伝達デバイス。
  34. 【請求項３４】前記基体が、少なくとも１つの面を備
    え、 前記第１層が、前記基体の前記少なくとも１つの面内に
    侵入していることを特徴とする請求項21記載の超伝導熱
    伝達デバイス。
  35. 【請求項３５】前記基体が、内面と外面とを有している
    とともに封止されたコンジットであり、 前記第１層、前記第２層、および、前記第３層が、前記
    内面に適用されていることを特徴とする請求項34記載の
    超伝導熱伝達デバイス。
  36. 【請求項３６】前記コンジットが、熱的に分極されてい
    ることを特徴とする請求項35記載の超伝導熱伝達デバイ
    ス。
  37. 【請求項３７】前記基体が、各々が近位面と遠位面とを
    有しかつ近位面どうしが互いに向き合いかつ遠位面どう
    しが互いに反対を向くよう配置された一対のプレートで
    あり、 これらプレートは、これらプレートどうしの間にキャビ
    ティを形成するよう離間して配置されていることを特徴
    とする請求項21記載の超伝導熱伝達デバイス。
  38. 【請求項３８】前記第１層、前記第２層、および、前記
    第３層が、前記各プレートの前記近位面に適用されてい
    ることを特徴とする請求項37記載の超伝導熱伝達デバイ
    ス。
  39. 【請求項３９】前記キャビティの容積が、前記プレート
    の表面積に比べて小さなものであることを特徴とする請
    求項38記載の超伝導熱伝達デバイス。
  40. 【請求項４０】請求項１記載の超伝導熱伝達媒質を作製
    するための方法であって、 （ａ）前記第１層を形成するための第１層溶液を作製
    し； （ｂ）前記第１層溶液を基体表面に対して適用すること
    により、第１層を形成し； （ｃ）前記第２層を形成するための第２層溶液を作製
    し； （ｄ）前記第２層溶液を前記第１層に対して適用するこ
    とにより、前記第１層の上に第２層を形成し； （ｅ）前記第３層を形成するための第３層粉末を作製
    し； （ｆ）前記第３層粉末を前記第２層に対して曝すことに
    より、前記第２層の上に第３層を形成し； これにより、３層構成とされた請求項１記載の超伝導熱
    伝達媒質を形成することを特徴とする超伝導熱伝達媒質
    の製造方法。
  41. 【請求項４１】前記第１層溶液が、水、酸化ベリリウ
    ム、重クロム酸金属、重クロム酸カルシウム、および、
    酸化ホウ素を含有していることを特徴とする請求項40記
    載の超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  42. 【請求項４２】前記第１層溶液が、さらに、過酸化ナト
    リウムおよび酸化ナトリウムからなるグループの中から
    選択されたナトリウム成分を含有していることを特徴と
    する請求項41記載の超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  43. 【請求項４３】前記重クロム酸金属を、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択することを特徴とする請求項42記載の超伝導
    熱伝達媒質の製造方法。
  44. 【請求項４４】前記第２層を、水、酸化コバルト、三二
    酸化マンガン、酸化ベリリウム、クロム酸ストロンチウ
    ム、ストロンチウムカーボネート、酸化銅、β−チタ
    ン、重クロム酸カリウム、酸化ホウ素、重クロム酸カル
    シウム、および、重クロム酸金属を含有したイオン性溶
    液から作製することを特徴とする請求項43記載の超伝導
    熱伝達媒質の製造方法。
  45. 【請求項４５】前記重クロム酸金属を、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択することを特徴とする請求項44記載の超伝導
    熱伝達媒質の製造。
  46. 【請求項４６】前記第２層を、水、酸化コバルト、酸化
    ベリリウム、クロム酸ストロンチウム、ストロンチウム
    カーボネート、酸化銅、β−チタン、重クロム酸カリウ
    ム、酸化ホウ素、重クロム酸カルシウム、重クロム酸金
    属、および、酸化ロジウムおよび酸化ラジウムの一方ま
    たは双方を含有した第２層溶液から作製することを特徴
    とする請求項40記載の超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  47. 【請求項４７】前記重クロム酸金属を、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択することを特徴とする請求項46記載の超伝導
    熱伝達媒質の製造方法。
  48. 【請求項４８】前記第２層溶液が、さらに、三二酸化マ
    ンガンを含有していることを特徴とする請求項47記載の
    超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  49. 【請求項４９】前記第３層を、 変性された酸化ロジウム、変性された酸化ラジウム、お
    よび、これらの組合せからなるグループの中から選択さ
    れた１つまたは複数の変性酸化物と； 重クロム酸ナトリウム、重クロム酸カリウム、および、
    これらの組合せからなるグループの中から選択された１
    つまたは複数の、IA族元素と重クロム酸との化合物と； 重クロム酸銀と； 単結晶シリコンと； 酸化ベリリウムと； クロム酸ストロンチウムと； 酸化ホウ素と； 過酸化ナトリウムと； β−チタンと； 重クロム酸金属と； を含有した混合物から作製した粉末とすることを特徴と
    する請求項40記載の超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  50. 【請求項５０】前記重クロム酸金属を、重クロム酸アル
    ミニウムおよび重クロム酸マンガンからなるグループの
    中から選択することを特徴とする請求項49記載の超伝導
    熱伝達媒質の製造方法。
  51. 【請求項５１】前記第１層溶液、前記第２層溶液、およ
    び、前記第３層粉末を、約０℃〜約30℃の温度で、か
    つ、40％を超えない相対湿度で作製することを特徴とす
    る請求項40記載の超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  52. 【請求項５２】前記第１層溶液を、約５℃〜約８℃の温
    度で作製することを特徴とする請求項50記載の超伝導熱
    伝達媒質の製造方法。
  53. 【請求項５３】前記第３層粉末を、約30％〜35％の相対
    湿度で作製することを特徴とする請求項51記載の超伝導
    熱伝達媒質の製造方法。
  54. 【請求項５４】前記第１層溶液を、 （ａ）不活性容器内に、重量で100単位の蒸留水を入
    れ； （ｂ）その蒸留水中に、重量で2.0〜5.0単位の過酸化ナ
    トリウムを溶解させて混合し； （ｃ）上記（ｂ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.5単位の酸化ナトリウムを溶解させて混合
    し； （ｄ）上記（ｃ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.5単位の酸化ベリリウムを溶解させて混合
    し； （ｅ）上記（ｄ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.3〜2.0単位の、重クロム酸アルミニウムまたは
    好ましくは重クロム酸マグネシウムからなるグループの
    中から選択された重クロム酸金属を溶解させて混合し； （ｆ）上記（ｅ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜3.5単位の重クロム酸カルシウムを溶解させ
    て混合し； （ｇ）上記（ｆ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で1.0〜3.0単位の酸化ホウ素を溶解させて混合す
    る； というプロセスによって調製することを特徴とする請求
    項40記載の超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  55. 【請求項５５】前記第２層溶液を、 （ａ）不活性容器内に、重量で100単位の２回蒸留水を
    入れ； （ｂ）その２回蒸留水中に、重量で0.2〜0.5単位の酸化
    コバルトを溶解させて混合し； （ｃ）上記（ｂ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.5単位の三二酸化マンガンを溶解させて混
    合し； （ｄ）上記（ｃ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.01単位の酸化ベリリウムを溶解させて混
    合し； （ｅ）上記（ｄ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.5単位のクロム酸ストロンチウムを溶解さ
    せて混合し； （ｆ）上記（ｅ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.5単位のストロンチウムカーボネートを溶
    解させて混合し； （ｇ）上記（ｆ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.2単位の酸化ロジウムを溶解させて混合
    し； （ｈ）上記（ｇ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.8単位の酸化銅を溶解させて混合し； （ｉ）上記（ｈ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜0.6単位のβ−チタンを溶解させて混合し； （ｊ）上記（ｉ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で1.0〜1.2単位の重クロム酸化カリウムを溶解させ
    て混合し； （ｋ）上記（ｊ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜1.0単位の酸化ホウ素を溶解させて混合し； （ｌ）上記（ｋ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜1.0単位の重クロム酸カルシウムを溶解させ
    て混合し； （ｍ）上記（ｌ）ステップにおいて得られた溶液中に、
    重量で0.0〜2.0単位の重クロム酸アルミニウムまたは重
    クロム酸マグネシウムを溶解させて混合する； ことによって調製することを特徴とする請求項54記載の
    超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  56. 【請求項５６】前記第３層粉末を、 （ａ）不活性容器内に、重量で0.0〜1.75単位の変性酸
    化ロジウムを入れ； （ｂ）その酸化ロジウムに対して、重量で0.3〜2.6単位
    の重クロム酸ナトリウムを混合し； （ｃ）上記（ｂ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜0.8単位の重クロム酸カリウムを混合し； （ｄ）上記（ｃ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜3.1単位の変性酸化ラジウムを混合し； （ｅ）上記（ｄ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.1〜0.4単位の重クロム酸銀を混合し； （ｆ）上記（ｅ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.2〜0.9単位の磁気浸透処理された単結晶シリコ
    ン粉末を混合し； （ｇ）上記（ｆ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜0.01単位の酸化ベリリウムを混合し； （ｈ）上記（ｇ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜0.1単位のクロム酸ストロンチウムを混合
    し； （ｉ）上記（ｈ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜0.1単位の酸化ホウ素を混合し； （ｊ）上記（ｉ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜0.1単位の過酸化ナトリウムを混合し； （ｋ）上記（ｊ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜1.25単位のβ−チタンを混合し； （ｌ）上記（ｋ）ステップにおいて得られた混合体に、
    重量で0.0〜0.2単位の重クロム酸アルミニウムまたは重
    クロム酸マグネシウムを混合する； ことによって作製することを特徴とする請求項55記載の
    超伝導熱伝達媒質の製造方法。
  57. 【請求項５７】前記第１層溶液を適用するステップにお
    いては、 （１）第１層溶液が、少なくとも前記基体のうちの選択
    された部分に対して接触するようにして、少なくとも前
    記基体の前記選択された部分を、前記第１層溶液内に含
    浸させ、 （２）周囲環境下で前記基体を自然乾燥させることによ
    り、前記基体の前記選択された部分に第１層を形成し、 前記第２層溶液を適用するステップにおいては、 （１）第２層溶液が、少なくとも前記第１層からなる前
    記選択された部分に対して接触するようにして、少なく
    とも前記第１層付きの前記選択された部分を、前記第２
    層溶液内に含浸させ、 （２）周囲環境下で前記基体を自然乾燥させることによ
    り、前記第１層付きの前記選択された部分に第２層を形
    成し、 前記第３層を形成するステップにおいては、前着第２層
    付きの前記選択された部分に対して、前記第３層粉末を
    曝すことを特徴とする請求項56記載の超伝導熱伝達媒質
    の製造方法。
  58. 【請求項５８】前記第１層溶液を適用するステップを、
    約０℃〜約30℃の温度において少なくとも８時間にわた
    って行うことを特徴とする請求項57記載の超伝導熱伝達
    媒質の製造方法。
  59. 【請求項５９】前記第３層を形成するステップを、約55
    ℃〜約65℃の温度において少なくとも４時間にわたって
    行うことを特徴とする請求項57記載の超伝導熱伝達媒質
    の製造方法。
  60. 【請求項６０】請求項57記載の方法による超伝導熱伝達
    媒質を備えてなる超伝導熱伝達デバイスの製造方法であ
    って、 前記第１層溶液を適用するステップにおいては、 （１）第１層溶液が、基体に設けられたキャビティを充
    填するようにして、第１端部と第２端部と前記キャビテ
    ィとを有した前記基体を、前記第１層溶液内に含浸さ
    せ、 （２）周囲環境下で前記基体を自然乾燥させることによ
    り、前記キャビティ内に第１層を形成し、 前記第２層溶液を適用するステップにおいては、 （１）第２層溶液が、前記キャビティを充填するように
    して、前記基体を、前記第２層溶液内に含浸させ、 （２）周囲環境下で前記基体を自然乾燥させることによ
    り、前記キャビティ内に第２層フィルムを形成し、 （３）前記基体の前記第２端部に端部キャップを取り付
    け、 （４）前記基体の前記第１端部に、貫通穴を有した注入
    キャップを取り付け、 （５）前記基体の前記第１端部を120℃以下の温度にま
    で加熱し、 前記第３層を形成するステップにおいては、 （１）400,000m3というキャビティ容積あたりに少なく
    とも1m3という割合で、前記貫通穴を通して前記第３層
    粉末を注入し、 （２）前記貫通穴内にプラグを挿入し、 （３）前記基体の前記第１端部を80℃〜125℃の温度に
    加熱し、 （４）前記貫通穴から前記プラグを取り外し、 （５）前記貫通穴に対して前記プラグを再挿入すること
    を特徴とする超伝導熱伝達デバイスの製造方法。
  61. 【請求項６１】前記基体を、非水平配置でもって、約０
    ℃〜約30℃の温度で、少なくとも８時間にわたって、前
    記第１層溶液内に配置し、 前記第１層溶液を、基体表面内に、0.008mm〜0.012mmの
    深さにまで侵入させることを特徴とする請求項60記載の
    超伝導熱伝達デバイスの製造方法。
  62. 【請求項６２】前記基体の前記第１端部を、前記第２層
    溶液内において、約55℃〜約65℃の温度で、少なくとも
    ４時間にわたって、下向きに配向させ、 約0.008mm〜約0.012mmの厚さの第２層をを形成すること
    を特徴とする請求項60記載の超伝導熱伝達デバイスの製
    造方法。
  63. 【請求項６３】前記第２層を形成する際の前記加熱ステ
    ップにおける温度を、約40℃とし、 前記プラグを、約２秒以下の時間にわたって、前記貫通
    穴から取り外すことを特徴とする請求項60記載の超伝導
    熱伝達デバイスの製造方法。
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