JP3585719B2 - 酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブル - Google Patents
酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブル Download PDFInfo
- Publication number
- JP3585719B2 JP3585719B2 JP00806698A JP806698A JP3585719B2 JP 3585719 B2 JP3585719 B2 JP 3585719B2 JP 00806698 A JP00806698 A JP 00806698A JP 806698 A JP806698 A JP 806698A JP 3585719 B2 JP3585719 B2 JP 3585719B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- composite
- dislocation
- unit
- conductors
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- 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
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素線絶縁を施し転位撚り構造を採用した酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物超電導ケーブルの一例として、図８（ａ）に示すように、超電導導体３を銅などからなるパイプ状のフォーマ２の周囲にスパイラル状に巻回してなる酸化物超電導ケーブル１が知られている。
この超電導導体３は、図９（ａ）に示すように、複数の超電導コア４が銀などからなるシース５により覆われて形成され、該超電導導体３をパイプ状のフォーマ２に対して複数層巻回することにより図８（ａ）に示す超電導積層体８が形成されている。
【０００３】
超電導コア４に利用される酸化物超電導物質としては、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ（Ｂｉ系２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ系２２２３相），
Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ 等の組成を持つものが利用されている。そのうち、Ｂｉ系、特に、Ｂｉ系２２２３相の酸化物超電導物質が、高い臨界温度を有し安定な物質として超電導コア４に広く適用されている。
次に、酸化物超電導ケーブルの他の構造例として、図８（ｂ）に示すように、超電導線材を塑性加工してセグメント化し、このセグメント化した構成の超電導導体６をパイプ状のフォーマ２に対して巻き付けて構成した超電導ケーブル７が知られている。
【０００４】
図８（ａ）と（ｂ）に示す従来のいずれの構造の超電導ケーブル１、７にあっても、交流通電時の損失を低減するために絶縁構造をとることが好ましいと思われるので、これらの超電導ケーブル１、７にあっては、スパイラル状の超電導導体３に層間絶縁を施すか、セグメント状の超電導導体６に層間絶縁を施し、超電導ケーブルとしての交流損失を低減させることがなされている。そして、従来、この層間絶縁を施すためには、絶縁紙やポリイミドテープを超電導導体３、６の外面に巻き付けてからフォーマ２に巻回することで行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような超電導導体３、６をフォーマ２に多層巻きした構造の超電導ケーブル１、７にあっては、内層側の超電導導体３、６と外層側の超電導導体３、６に層間インダクタンスの違いが生じ、内層側と外層側とで流れる電流値に違いを生じる偏流の問題があり、交流損失も大きいという問題があった。
また、前記のような酸化物超電導ケーブル１において、超電導導体３に交流電流を通電した場合に、各々の超電導導体３において図９（ｂ）における紙面に垂直方向に流れる交流電流による自己磁場の影響によって渦電流Ｆが発生する。このとき、シース５が電気抵抗率の低いＡｇ（Ａｇは２０℃において１．６３μΩｃｍの電気抵抗率）等からなるために、図９（ｃ）に示すように、渦電流Ｆ１が隣接する超電導導体３のシース５に導通してしまう問題がある。その結果、図１０に示すように、超電導積層体８の全体を渦電流Ｆ２が横断して導通するために、酸化物超電導ケーブル１の全体として渦電流Ｆ２が支配的となり、交流損失が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、偏流の問題を無くして超電導特性の劣化を生じないようにできるとともに、交流通電時の渦電流損失を少なくして交流損失を少なくすることができる酸化物超電導ケーブルユニットと超電導ケーブルの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る酸化物超電導ケーブルユニットにあっては、酸化物超電導コアを金属シースの内部に複数配して形成したテープ状の超電導導体の外周に絶縁被覆層を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りして転位超電導テープユニットが構成され、前記転位超電導テープユニットが複数本、パイプ状のフォーマの周囲に巻回されてなり、前記転位超電導テープユニットが、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、前記各転位超電導テープユニットが、複数、前記フォーマの外周部に、前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されてなることを特徴とする。
前記酸化物超電導導体の超電導コアは、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３相），Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ，などで示される組成を持つものとされ、特に、Ｂｉ系２２２３相またはＢｉ系２２１２相のＢｉ系酸化物超電導材料が選択されることが好ましい。
前記金属シースは、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属とされることが好ましい。
【０００８】
次に本発明の超電導ケーブルユニットにおいて、前記絶縁被覆層がポリエステル、ポリエステルイミド、ポリエステルイミドヒダントイン、エナメルのいずれかからなることを特徴とする。
更に、本発明の酸化物超電導ケーブルにおいては、酸化物超電導コアを金属シースの内部に複数配して形成したテープ状の超電導導体の外周に絶縁被覆層を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りして転位超電導テープユニットが構成され、前記転位超電導テープユニットが複数本、パイプ状のフォーマの周囲に巻回されてなり、前記転位超電導テープユニットが、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、前記各転位超電導テープユニットが、複数、前記フォーマの外周部に、前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されて酸化物超電導ケーブルユニットが構成され、該超電導ケーブルユニットがスペーサとともに外被管の内部に収納され、外皮管の内部に外被管内面と酸化物超電導ケーブルユニットとスペーサとによって区画された外部冷媒流路が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超電導ケーブルユニットおよび酸化物超電導ケーブルとそれらの製造方法の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の超電導ケーブルユニットの一実施形態を示す斜視図である。この形態の超電導ケーブルユニット１０は、複数の転位超電導テープユニット１５がパイプ状のフォーマ（管体）１７の周囲に螺旋状に巻回されてなるものである。
【００１０】
前記転位超電導テープユニット１５は、図２に示すようにテープ状の複合超電導導体（複合超電導テープ）１８を複数本（図面では５本）転位撚り合わせしてなる長尺の帯状のものである。この形態の転位超電導テープユニット１５は、テープ状の超電導導体１９に絶縁被覆層２０を設けてなる複合超電導導体１８の複数本を集合して撚り合わせる際に、各テープ状の複合超電導導体１８をその長尺方向において図２（ａ）に示すように順次その位置を代えて変位するように撚り合わされたものである。即ち複合超電導導体１８は、その長さ方向において転位超電導テープユニット１５の表面側（外層側）に位置する場合と底面側（内層側）に位置する場合が交互に繰り返されるように配置されている。
また、転位超電導テープユニット１５は、図２、図３に示すように、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体１８をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体１８をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニット１５の幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体１８の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、前記各転位超電導テープユニット１５が、図１に示すように複数、前記フォーマ１７の外周部に、前記転位超電導テープユニット１５の幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されてなる。
このような転位超電導テープユニット１５の巻回方向は、Ｓ巻（右巻）の方向またはＺ巻（左巻）の方向となっている。
前記フォーマ１７は、ステンレス鋼、銅パイプなどの金属材料からなるものである。このようなフォーマ１７の表面は、該フォーマ１７と転位超電導テープユニット１５間の通電を抑制するために絶縁処理が施されている。また、このフォーマ１７の内部空間は内部冷媒流路１７ａとされている。
【００１１】
前記テープ状の複合超電導導体１８は、図４に示す構造の超電導多心素線（超電導素線）２５を矩形状に塑性加工してテープ状に平坦化されて構成されたものである。なお、超電導多心素線２５を捻って得られるツイスト超電導素線を平坦化してなるものでも良い。この複合超電導導体１８は、幅１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲のものとされる。なお、図４中、矢印の方向は、超電導多心素線２５を捻る際の捻り方向の一例を示すものである。前記超電導多心素線２５は、超電導フィラメントなどの超電導体からなるコア部２８または熱処理により超電導体となる材料を有するコア部２８がシース材からなる基地２９の内部に備えられてなるものである。
【００１２】
コア部２８の超電導体２７あるいは熱処理により超電導体となる材料２７としては、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ２２１２相），
Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３相），
Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙなどで示される組成を持つものが用いられ、例えば、Ｂｉ系２２２３相のＢｉ系酸化物超電導材料が用いられる。
シース材１２としては、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属あるいはそれらの合金からなるものが用いられる。
従ってこのような超電導多心素線２５から形成された超電導導体１９は、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属あるいはそれらの合金からなる金属シース１９ａの内部に複数のフィラメント状の超電導コア２１が分散された構造とされている。
【００１３】
前記絶縁被覆層２０を構成する絶縁材料としては、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリエステルイミドヒダントイン、エナメルなどが用いられる。このような絶縁被覆層２０の厚さとしては、１〜５０μｍ程度の範囲のものが用いられる。
【００１４】
次に、図１に示した実施形態の超電導ケーブルユニット１０の製造方法の一例を工程順に説明する。
〔原料粉末処理工程〕
酸化物超電導物質の原料粉末、例えばＢｉ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ３ ，ＣａＣＯ３ ，ＣｕＯ、からなるものを、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの混合比が１．８：０．４：２．２：３．０となるように混合し、７８０℃〜８２０℃の範囲の温度条件においておこなう熱処理（仮焼き）と該仮焼きした後における粉砕とを複数回繰り返す。
ここで、混合する原料粉末は、前記の他にＢｉ，Ｐｂ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕの各元素の酸化物、炭酸塩のいずれでもよい。
〔充填工程〕
前記粉砕した原料粉末をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）成形等により例えば円柱体とし、ついでこの円柱体をＡｇ等のシース材からなる第一のパイプ内部に充填して封入し、シース材複合体（Ａｇシース複合体）を形成する。
【００１５】
〔単心線の伸線（引き抜き）加工工程〕
前記シース材複合体（Ａｇシース複合体）を、ダイス等によって所定の線径にまで伸線加工し、超電導単心素線（単心線）を形成する。
〔多心化工程〕
Ａｇ等のシース材からなる第二のパイプの内部にＡｇ等からなるロッドを配設するとともにこのロッドの周囲に前記単心線を所定数（例えば６本）配置し、封入を行った後、ダイス等により所定の線径にまで伸線加工して、図４に示すような超電導多心素線（超電導素線）２５を形成する。
【００１６】
〔圧延熱処理反復工程〕
前記超電導素線２５をロール圧延等の圧延加工により、所定の厚さまで圧延して平坦化する。ここでの圧延加工に用いる装置としては、例えば、上下一対のロールを備えた２重圧延機と、このロール間に超電導素線２５を送り出す送出ドラムと前記ロール間で圧延された超電導素線２５を巻き取る巻取ドラムとからなる搬送機からなる圧延装置（図示略）が好適に用いられる。このような圧延装置を用いて超電導素線２５を圧延するには、前記送出ドラムから超電導素線２５を前記ロール間に送り出して圧延するとともに圧延された超電導素線２５を巻取ドラムで巻き取ることにより行われる。
ついで、この平坦化した超電導素線２５を、例えば熱処理ドラムに巻回状態として電気炉等の内部に収容し、温度条件を８２０℃〜８５０℃の範囲とし、処理時間を１０時間〜２００時間の範囲に設定して熱処理を行う。
更に、前記圧延加工（またはプレス処理）および熱処理を複数回繰り返して、所定の厚みのテープ状の超電導導体１８を形成する。
【００１７】
〔絶縁化工程〕
前記テープ状の超電導導体１９の表面に上述の絶縁材料を塗布、焼き付けて、超電導導体１９の外周に所定の厚さの絶縁層２０を設けることにより図２に示すようなテープ状の超電導導体１８を形成する。
〔転位撚り合せ工程〕
次に前述の超電導導体１８を複数本転位撚り合せ機に供給する。
転位撚り合せ機を用いて前記テープ状の複合超電導導体１８の複数本（図面では５本）を所定の転位ピッチで転位撚り合わせて図２（ａ）に示すような転位超電導テープユニット１５を形成する。ここでの転位ピッチとしては、２０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の範囲とされる。
〔巻回工程〕
前記転位超電導テープユニット１５の複数組（例えば、２４組）を表面に絶縁処理が施されたフォーマ１７の周囲に所定のスパイラルピッチでＺ巻あるいはＳ巻で巻回することにより、図１に示すような超電導ケーブルユニット１０が得られる。ここでのスパイラルピッチとしては、１００〜２０００ｍｍ程度の範囲内とされる。
【００１８】
本発明の超電導ケーブルユニット１０にあっては、超電導素線２５を平坦化したテープ状の複合超電導導体１８を複数本転位撚り合わせた転位超電導テープユニット１５を用いたことにより、内層側と外層側での層間電流勾配を抑制することができる。即ち、超電導導体１９をそのままフォーマ１７の外周に多層巻回した場合に、自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体１９に多くの電流が流れ、ケーブル内層側に向かって実際に流れる電流が少なくなる層間電流勾配を生じる傾向があり、臨界電流密度が低下するので、転位撚り合せすることで１本の超電導導体１９を内層側と外層側を行き来するようにすることで層間電流勾配の発生を抑制できる。これにより、交流通電時の偏流を防止して臨界電流密度の劣化を防止できる。
【００１９】
図５は前述した転位撚線構造の酸化物超電導ケーブルユニット１０を更に他の導体やスペーサと複合して外被管の内部に配した構造の酸化物超電導ケーブル３０を示す。
この構造の酸化物超電導ケーブル３０は、前記構造の酸化物超電導ケーブルユニット１０を絶縁管３１に収納するとともに、絶縁管３１を更に前記の転位超電導テープユニット１５と同等の構造の転位超電導テープユニット３２で覆い、それを線状のスペーサ３３と外被管３５の内部に収納して構成されている。
この例の構造では、外被管３５は、最外層のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などからなる防食層３６と、その内層側のＡｌコルゲート管などからなる外部断熱管３７と、更にその内層側の断熱層３８と、最内層のＡｌコルゲート管などからなる内部断熱管３９からなる４重構造とされている。
【００２０】
なお、前記の構造において、転位超電導テープユニット３２は、先に説明したＢｉ系の超電導体からなる転位超電導テープユニット１５と同じもので差し支えないが、例えば、先の転位超電導テープユニット１５よりも転位撚り数を少なくしたものなどでも良い。この例の転位超電導テープユニット３２は磁気遮蔽用に設けられるもので、内部の転位超電導テープユニット１５への通電により生じる磁力を遮蔽する磁場シールドのために設けられる。また、外被管３５の内部にはスペーサ３３と転位超電導テープユニット３２の周囲部分に空間部分が設けられていて、この空間部分が外部冷媒流路４０とされている。
【００２１】
図５に示す構造の超電導ケーブル３０にあっては、フォーマ１７の内部の内部冷媒流路１７ａに液体窒素などの冷媒を流し、外部冷媒流路４０に液体窒素などの冷媒を流して転位超電導テープユニット１５の超電導コア２１と転位超電導テープユニット３２の超電導コアを臨界温度以下に冷却して使用する。
図５に示す構造であるならば、先の超電導ケーブルユニット１０が有する特徴を有した上で転位超電導テープユニット３２による磁場シールド効果を有することができる。
【００２２】
図６は従来の超電導導体３と本発明で用いる複合超電導導体１８の断面形状の比較を行ったもので、従来用いられていた超電導導体３の断面高さａと幅ｂに対して５本転位撚り構造のものを同一の高さと幅にする事が好ましい。
このようにするならば、従来と同じ巻き付け数でほぼ同じ大きさの超電導ケーブルユニット１０を得ることができ、その場合に複合超電導導体１８において個々の超電導導体１９を素線絶縁していることになり、また、転位撚りしていることから偏流の問題を確実に解消でき、渦電流の問題も確実に解消でき、交流損失が少ないものが得られる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を、実施例および比較例により、具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
Ｂｉ２Ｏ３，ＳｒＣＯ３，ＣａＣＯ３，ＣｕＯ、を、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの混合比が２：２：２：３となるように混合し、８００℃の温度条件においておこなう熱処理（仮焼き）と該仮焼きした後における粉砕とを複数回繰り返して、原料粉末を得た。
この原料粉末をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）成形により円筒状として、外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍのＡｇパイプ（第一のパイプ）内部に充填して封入し、Ａｇシース複合体を得た。このＡｇシース複合体をダイス等によって線径３．０ｍｍにまで伸線加工して単心線を形成した。ついで、外径３０ｍｍ、内径１６ｍｍのＡｇパイプ（第二のパイプ）の内部に前記単心線を１９本配置し、封入を行った後、ダイス等により線径０．５ｍｍにまで伸線加工して、超電導多心素線を形成した。
【００２４】
この超電導多心素線を上述の２重圧延機と搬送機からなる圧延装置を用いて厚さ０．３０ｍｍまで圧延加工を施し、平坦化した。
更に、前記圧延加工（またはプレス処理）および熱処理を複数回繰り返して、幅１．１ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍの横断面形状が矩形状のテープ状の超電導素線を形成した。
形成したテープ状の超電導素線の表面にエナメル絶縁を施し、複合超電導導体とした上で転位撚り合せ機に送った。
【００２５】
転位撚り合せ機を用いて前記テープ状の複合超電導導体の９本を転位の渡りピッチ１５０ｍｍで転位撚り合わせて転位超電導テープユニットを得た。
このようにして得られた転位超電導テープユニットを、表面にポリイミドテープを巻き付けることにより絶縁を施した外径４０ｍｍ，内径３５ｍｍのステンレス鋼製のコルゲート管（管体）に、１０００ｍｍのピッチでスパイラル状に巻回し、酸化物超電導ケーブルユニットを得た。
更にこの超電導体ケーブルユニットの外部にポリイミドテープの絶縁層を介して前記と同等の構造の超電導導体の転位撚り合わせした転位超電導テープユニットの磁気遮蔽層を形成し、更にこれを断面丸型の長尺スペーサとともに、外径１３０ｍｍ、内径１２０ｍｍのＡｌコルゲート管の内部に配し、Ａｌコルゲート管の外部に断熱層を介して外径１７０ｍｍ、内径１５０ｍｍのＡｌコルゲート管の外部断熱管を配して、その外部断熱管の外面にＰＶＣの防食層を形成して超電導ケーブルを得た。
【００２６】
（比較例）
前記実施例と同様にして酸化物超電導ケーブルを製造する際に、転位撚りを施すことなく単にフォーマに巻き付けることで超電導ケーブルユニットを製造して酸化物超電導ケーブルを得た。
【００２７】
前記実施例で得られた酸化物超電導ケーブルにおいて、以下の条件で測定実験を行ない、臨界電流を求め、交流損失とピーク電流との関係を求め、図７に示した。また、転位撚りを施した試料に比べて転位撚りを施していない超電導ケーブルは交流損失が図７に示す結果の１０倍にも増加してしまい、臨界電流密度も５０％低下した。
外部磁場：０Ｔ、温度：７７Ｋ、交流周期：６０Ｈｚ
超電導導体１本の臨界電流：１０Ａ
超電導ケーブルの臨界電流：１．２ｋＡ
【００２８】
図７に示すように絶縁を施した超電導導体を転位撚りした構造を採用した超電導ケーブルにあっては、交流損失を十分に低く抑制できることが判明した。
この結果、酸化物超電導導体を転位撚りすることで転位撚りしないものに比べて交流損失を少なくでき、交流損失値を低くできる超電導ケーブルを提供できることが判明した。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超電導ケーブルユニットにあっては、テープ状の超電導導体に絶縁被覆を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りしてなる転位超電導テープユニットをパイプ状のフォーマの周囲に巻回するともに、前記転位超電導テープユニットとして、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成し、前記各転位超電導テープユニットを、複数、前記フォーマの外周部に前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回したので、ケーブル内層側と外層側での超電導導体間の層間電流勾配を抑制できる。即ち、超電導導体をそのままフォーマの外周に多層巻回した場合に、自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体に多くの電流が流れ、ケーブル内層側に向かって実際に流れる電流が少なくなる層間電流勾配を生じる傾向があり、臨界電流密度が低下するおそれがあるので、超電導導体を転位撚りして超電導導体を内層側と外層側を行き来するようにすることで層間電流勾配の発生を抑制できる。
これにより、交流通電時の偏流を防止して臨界電流密度の劣化を防止できる。また、絶縁した上で転位撚りしているので、交流通電時に渦電流が発生し難い特徴を有し、その上に前記のように層間電流勾配を抑制できて偏流しない特徴を有する。
【００３０】
次に、前記超電導ケーブルユニットをスペーサとともに外被管の内部に収納して外被管の内部に外部冷媒流路を形成することで、フォーマ内部の内部冷媒流路を流れる冷媒と外部冷媒流路を流れる冷媒により、超電導導体を十分に冷却することができ、超電導特性の安定した超電導ケーブルを提供できる。
また、複数本の転位撚線化した複合超電導導体の大きさを従来の超電導導体１本と同じような断面形状と大きさにするならば、高電流化、低交流損失化が可能な超電導ケーブルユニットを提供することができる。
更に、前記構成の超電導ケーブルテープユニットを備えているので、ケーブル内層側と外層側での超電導導体間の層間電流勾配を抑制できる。即ち、超電導導体をそのままフォーマの外周に多層巻回した場合に、自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体に多くの電流が流れ、ケーブル内層側に向かって実際に流れる電流が少なくなる層間電流勾配を生じる傾向があり、臨界電流密度が低下するおそれがあるので、超電導導体を転位撚りして超電導導体を内層側と外層側を行き来するようにすることで層間電流勾配の発生を抑制できる。
これにより、交流通電時の偏流を防止して臨界電流密度の劣化を防止できる。また、絶縁した上で転位撚りしているので、交流通電時に渦電流が発生し難い特徴を有し、その上に前記のように層間電流勾配を抑制できて偏流しない特徴を有する超電導ケーブルテープユニットを備え、超電導状態とする場合の冷媒の流路を確保した超電導ケーブルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図。
【図２】図２は本発明に係る超電導ケーブルに用いられる転位超電導テープユニット示す斜視図。
【図３】図３は同ユニットの横断面図。
【図４】図４は本発明に係る超電導ケーブルの一実施形態における捻り加工前の超電導素線を示す斜視図。
【図５】超電導ケーブルユニットを組み込んだ超電導ケーブルの一例を示す図。
【図６】本発明に係る超電導導体の断面の大きさと従来の超電導導体の断面の大きさを比較して示す図。
【図７】実施例で得られた超電導ケーブルの交流損失試験結果を示す図。
【図８】図８（ａ）は従来の超電導ケーブルの一例を示す斜視図、図８（ｂ）は従来の超電導ケーブルの他の例を示す斜視図である。
【図９】図９（ａ）は従来の超電導導体の模式断面図、図９（ｂ）は従来の超電導導体における渦電流発生状態を示す模式断面図、図９（ｃ）は従来の超電導導体の交流通電時等の渦電流が結合した状態を示す模式断面図。
【図１０】従来の超電導ケーブルの超電導導体層において発生した渦電流を示す断面図である。
【符号の説明】
１０・・・酸化物超電導ケーブルユニット，１５・・・転位超電導テープユニット、１７・・・フォーマ （管体）、１７ａ・・・内部冷媒流路、１８・・・複合超電導導体、１９・・・超電導導体、１９ａ・・・金属シース、２０・・・絶縁被覆層、２１・・・超電導コア、３０・・・超電導ケーブル、３２・・・転位超電導テープユニット、３３・・・スペーサ、３５・・・外被管、４０・・・内部冷媒流路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、素線絶縁を施し転位撚り構造を採用した酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物超電導ケーブルの一例として、図８（ａ）に示すように、超電導導体３を銅などからなるパイプ状のフォーマ２の周囲にスパイラル状に巻回してなる酸化物超電導ケーブル１が知られている。
この超電導導体３は、図９（ａ）に示すように、複数の超電導コア４が銀などからなるシース５により覆われて形成され、該超電導導体３をパイプ状のフォーマ２に対して複数層巻回することにより図８（ａ）に示す超電導積層体８が形成されている。
【０００３】
超電導コア４に利用される酸化物超電導物質としては、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ（Ｂｉ系２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ系２２２３相），
Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ 等の組成を持つものが利用されている。そのうち、Ｂｉ系、特に、Ｂｉ系２２２３相の酸化物超電導物質が、高い臨界温度を有し安定な物質として超電導コア４に広く適用されている。
次に、酸化物超電導ケーブルの他の構造例として、図８（ｂ）に示すように、超電導線材を塑性加工してセグメント化し、このセグメント化した構成の超電導導体６をパイプ状のフォーマ２に対して巻き付けて構成した超電導ケーブル７が知られている。
【０００４】
図８（ａ）と（ｂ）に示す従来のいずれの構造の超電導ケーブル１、７にあっても、交流通電時の損失を低減するために絶縁構造をとることが好ましいと思われるので、これらの超電導ケーブル１、７にあっては、スパイラル状の超電導導体３に層間絶縁を施すか、セグメント状の超電導導体６に層間絶縁を施し、超電導ケーブルとしての交流損失を低減させることがなされている。そして、従来、この層間絶縁を施すためには、絶縁紙やポリイミドテープを超電導導体３、６の外面に巻き付けてからフォーマ２に巻回することで行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような超電導導体３、６をフォーマ２に多層巻きした構造の超電導ケーブル１、７にあっては、内層側の超電導導体３、６と外層側の超電導導体３、６に層間インダクタンスの違いが生じ、内層側と外層側とで流れる電流値に違いを生じる偏流の問題があり、交流損失も大きいという問題があった。
また、前記のような酸化物超電導ケーブル１において、超電導導体３に交流電流を通電した場合に、各々の超電導導体３において図９（ｂ）における紙面に垂直方向に流れる交流電流による自己磁場の影響によって渦電流Ｆが発生する。このとき、シース５が電気抵抗率の低いＡｇ（Ａｇは２０℃において１．６３μΩｃｍの電気抵抗率）等からなるために、図９（ｃ）に示すように、渦電流Ｆ１が隣接する超電導導体３のシース５に導通してしまう問題がある。その結果、図１０に示すように、超電導積層体８の全体を渦電流Ｆ２が横断して導通するために、酸化物超電導ケーブル１の全体として渦電流Ｆ２が支配的となり、交流損失が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、偏流の問題を無くして超電導特性の劣化を生じないようにできるとともに、交流通電時の渦電流損失を少なくして交流損失を少なくすることができる酸化物超電導ケーブルユニットと超電導ケーブルの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る酸化物超電導ケーブルユニットにあっては、酸化物超電導コアを金属シースの内部に複数配して形成したテープ状の超電導導体の外周に絶縁被覆層を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りして転位超電導テープユニットが構成され、前記転位超電導テープユニットが複数本、パイプ状のフォーマの周囲に巻回されてなり、前記転位超電導テープユニットが、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、前記各転位超電導テープユニットが、複数、前記フォーマの外周部に、前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されてなることを特徴とする。
前記酸化物超電導導体の超電導コアは、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ２２１２相），Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３相），Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ，などで示される組成を持つものとされ、特に、Ｂｉ系２２２３相またはＢｉ系２２１２相のＢｉ系酸化物超電導材料が選択されることが好ましい。
前記金属シースは、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属とされることが好ましい。
【０００８】
次に本発明の超電導ケーブルユニットにおいて、前記絶縁被覆層がポリエステル、ポリエステルイミド、ポリエステルイミドヒダントイン、エナメルのいずれかからなることを特徴とする。
更に、本発明の酸化物超電導ケーブルにおいては、酸化物超電導コアを金属シースの内部に複数配して形成したテープ状の超電導導体の外周に絶縁被覆層を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りして転位超電導テープユニットが構成され、前記転位超電導テープユニットが複数本、パイプ状のフォーマの周囲に巻回されてなり、前記転位超電導テープユニットが、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、前記各転位超電導テープユニットが、複数、前記フォーマの外周部に、前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されて酸化物超電導ケーブルユニットが構成され、該超電導ケーブルユニットがスペーサとともに外被管の内部に収納され、外皮管の内部に外被管内面と酸化物超電導ケーブルユニットとスペーサとによって区画された外部冷媒流路が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超電導ケーブルユニットおよび酸化物超電導ケーブルとそれらの製造方法の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の超電導ケーブルユニットの一実施形態を示す斜視図である。この形態の超電導ケーブルユニット１０は、複数の転位超電導テープユニット１５がパイプ状のフォーマ（管体）１７の周囲に螺旋状に巻回されてなるものである。
【００１０】
前記転位超電導テープユニット１５は、図２に示すようにテープ状の複合超電導導体（複合超電導テープ）１８を複数本（図面では５本）転位撚り合わせしてなる長尺の帯状のものである。この形態の転位超電導テープユニット１５は、テープ状の超電導導体１９に絶縁被覆層２０を設けてなる複合超電導導体１８の複数本を集合して撚り合わせる際に、各テープ状の複合超電導導体１８をその長尺方向において図２（ａ）に示すように順次その位置を代えて変位するように撚り合わされたものである。即ち複合超電導導体１８は、その長さ方向において転位超電導テープユニット１５の表面側（外層側）に位置する場合と底面側（内層側）に位置する場合が交互に繰り返されるように配置されている。
また、転位超電導テープユニット１５は、図２、図３に示すように、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体１８をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体１８をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニット１５の幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体１８の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、前記各転位超電導テープユニット１５が、図１に示すように複数、前記フォーマ１７の外周部に、前記転位超電導テープユニット１５の幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されてなる。
このような転位超電導テープユニット１５の巻回方向は、Ｓ巻（右巻）の方向またはＺ巻（左巻）の方向となっている。
前記フォーマ１７は、ステンレス鋼、銅パイプなどの金属材料からなるものである。このようなフォーマ１７の表面は、該フォーマ１７と転位超電導テープユニット１５間の通電を抑制するために絶縁処理が施されている。また、このフォーマ１７の内部空間は内部冷媒流路１７ａとされている。
【００１１】
前記テープ状の複合超電導導体１８は、図４に示す構造の超電導多心素線（超電導素線）２５を矩形状に塑性加工してテープ状に平坦化されて構成されたものである。なお、超電導多心素線２５を捻って得られるツイスト超電導素線を平坦化してなるものでも良い。この複合超電導導体１８は、幅１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲のものとされる。なお、図４中、矢印の方向は、超電導多心素線２５を捻る際の捻り方向の一例を示すものである。前記超電導多心素線２５は、超電導フィラメントなどの超電導体からなるコア部２８または熱処理により超電導体となる材料を有するコア部２８がシース材からなる基地２９の内部に備えられてなるものである。
【００１２】
コア部２８の超電導体２７あるいは熱処理により超電導体となる材料２７としては、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ （Ｂｉ２２１２相），
Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３相），
Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ，Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙなどで示される組成を持つものが用いられ、例えば、Ｂｉ系２２２３相のＢｉ系酸化物超電導材料が用いられる。
シース材１２としては、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属あるいはそれらの合金からなるものが用いられる。
従ってこのような超電導多心素線２５から形成された超電導導体１９は、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属あるいはそれらの合金からなる金属シース１９ａの内部に複数のフィラメント状の超電導コア２１が分散された構造とされている。
【００１３】
前記絶縁被覆層２０を構成する絶縁材料としては、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリエステルイミドヒダントイン、エナメルなどが用いられる。このような絶縁被覆層２０の厚さとしては、１〜５０μｍ程度の範囲のものが用いられる。
【００１４】
次に、図１に示した実施形態の超電導ケーブルユニット１０の製造方法の一例を工程順に説明する。
〔原料粉末処理工程〕
酸化物超電導物質の原料粉末、例えばＢｉ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ３ ，ＣａＣＯ３ ，ＣｕＯ、からなるものを、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの混合比が１．８：０．４：２．２：３．０となるように混合し、７８０℃〜８２０℃の範囲の温度条件においておこなう熱処理（仮焼き）と該仮焼きした後における粉砕とを複数回繰り返す。
ここで、混合する原料粉末は、前記の他にＢｉ，Ｐｂ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕの各元素の酸化物、炭酸塩のいずれでもよい。
〔充填工程〕
前記粉砕した原料粉末をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）成形等により例えば円柱体とし、ついでこの円柱体をＡｇ等のシース材からなる第一のパイプ内部に充填して封入し、シース材複合体（Ａｇシース複合体）を形成する。
【００１５】
〔単心線の伸線（引き抜き）加工工程〕
前記シース材複合体（Ａｇシース複合体）を、ダイス等によって所定の線径にまで伸線加工し、超電導単心素線（単心線）を形成する。
〔多心化工程〕
Ａｇ等のシース材からなる第二のパイプの内部にＡｇ等からなるロッドを配設するとともにこのロッドの周囲に前記単心線を所定数（例えば６本）配置し、封入を行った後、ダイス等により所定の線径にまで伸線加工して、図４に示すような超電導多心素線（超電導素線）２５を形成する。
【００１６】
〔圧延熱処理反復工程〕
前記超電導素線２５をロール圧延等の圧延加工により、所定の厚さまで圧延して平坦化する。ここでの圧延加工に用いる装置としては、例えば、上下一対のロールを備えた２重圧延機と、このロール間に超電導素線２５を送り出す送出ドラムと前記ロール間で圧延された超電導素線２５を巻き取る巻取ドラムとからなる搬送機からなる圧延装置（図示略）が好適に用いられる。このような圧延装置を用いて超電導素線２５を圧延するには、前記送出ドラムから超電導素線２５を前記ロール間に送り出して圧延するとともに圧延された超電導素線２５を巻取ドラムで巻き取ることにより行われる。
ついで、この平坦化した超電導素線２５を、例えば熱処理ドラムに巻回状態として電気炉等の内部に収容し、温度条件を８２０℃〜８５０℃の範囲とし、処理時間を１０時間〜２００時間の範囲に設定して熱処理を行う。
更に、前記圧延加工（またはプレス処理）および熱処理を複数回繰り返して、所定の厚みのテープ状の超電導導体１８を形成する。
【００１７】
〔絶縁化工程〕
前記テープ状の超電導導体１９の表面に上述の絶縁材料を塗布、焼き付けて、超電導導体１９の外周に所定の厚さの絶縁層２０を設けることにより図２に示すようなテープ状の超電導導体１８を形成する。
〔転位撚り合せ工程〕
次に前述の超電導導体１８を複数本転位撚り合せ機に供給する。
転位撚り合せ機を用いて前記テープ状の複合超電導導体１８の複数本（図面では５本）を所定の転位ピッチで転位撚り合わせて図２（ａ）に示すような転位超電導テープユニット１５を形成する。ここでの転位ピッチとしては、２０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の範囲とされる。
〔巻回工程〕
前記転位超電導テープユニット１５の複数組（例えば、２４組）を表面に絶縁処理が施されたフォーマ１７の周囲に所定のスパイラルピッチでＺ巻あるいはＳ巻で巻回することにより、図１に示すような超電導ケーブルユニット１０が得られる。ここでのスパイラルピッチとしては、１００〜２０００ｍｍ程度の範囲内とされる。
【００１８】
本発明の超電導ケーブルユニット１０にあっては、超電導素線２５を平坦化したテープ状の複合超電導導体１８を複数本転位撚り合わせた転位超電導テープユニット１５を用いたことにより、内層側と外層側での層間電流勾配を抑制することができる。即ち、超電導導体１９をそのままフォーマ１７の外周に多層巻回した場合に、自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体１９に多くの電流が流れ、ケーブル内層側に向かって実際に流れる電流が少なくなる層間電流勾配を生じる傾向があり、臨界電流密度が低下するので、転位撚り合せすることで１本の超電導導体１９を内層側と外層側を行き来するようにすることで層間電流勾配の発生を抑制できる。これにより、交流通電時の偏流を防止して臨界電流密度の劣化を防止できる。
【００１９】
図５は前述した転位撚線構造の酸化物超電導ケーブルユニット１０を更に他の導体やスペーサと複合して外被管の内部に配した構造の酸化物超電導ケーブル３０を示す。
この構造の酸化物超電導ケーブル３０は、前記構造の酸化物超電導ケーブルユニット１０を絶縁管３１に収納するとともに、絶縁管３１を更に前記の転位超電導テープユニット１５と同等の構造の転位超電導テープユニット３２で覆い、それを線状のスペーサ３３と外被管３５の内部に収納して構成されている。
この例の構造では、外被管３５は、最外層のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などからなる防食層３６と、その内層側のＡｌコルゲート管などからなる外部断熱管３７と、更にその内層側の断熱層３８と、最内層のＡｌコルゲート管などからなる内部断熱管３９からなる４重構造とされている。
【００２０】
なお、前記の構造において、転位超電導テープユニット３２は、先に説明したＢｉ系の超電導体からなる転位超電導テープユニット１５と同じもので差し支えないが、例えば、先の転位超電導テープユニット１５よりも転位撚り数を少なくしたものなどでも良い。この例の転位超電導テープユニット３２は磁気遮蔽用に設けられるもので、内部の転位超電導テープユニット１５への通電により生じる磁力を遮蔽する磁場シールドのために設けられる。また、外被管３５の内部にはスペーサ３３と転位超電導テープユニット３２の周囲部分に空間部分が設けられていて、この空間部分が外部冷媒流路４０とされている。
【００２１】
図５に示す構造の超電導ケーブル３０にあっては、フォーマ１７の内部の内部冷媒流路１７ａに液体窒素などの冷媒を流し、外部冷媒流路４０に液体窒素などの冷媒を流して転位超電導テープユニット１５の超電導コア２１と転位超電導テープユニット３２の超電導コアを臨界温度以下に冷却して使用する。
図５に示す構造であるならば、先の超電導ケーブルユニット１０が有する特徴を有した上で転位超電導テープユニット３２による磁場シールド効果を有することができる。
【００２２】
図６は従来の超電導導体３と本発明で用いる複合超電導導体１８の断面形状の比較を行ったもので、従来用いられていた超電導導体３の断面高さａと幅ｂに対して５本転位撚り構造のものを同一の高さと幅にする事が好ましい。
このようにするならば、従来と同じ巻き付け数でほぼ同じ大きさの超電導ケーブルユニット１０を得ることができ、その場合に複合超電導導体１８において個々の超電導導体１９を素線絶縁していることになり、また、転位撚りしていることから偏流の問題を確実に解消でき、渦電流の問題も確実に解消でき、交流損失が少ないものが得られる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を、実施例および比較例により、具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
Ｂｉ２Ｏ３，ＳｒＣＯ３，ＣａＣＯ３，ＣｕＯ、を、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの混合比が２：２：２：３となるように混合し、８００℃の温度条件においておこなう熱処理（仮焼き）と該仮焼きした後における粉砕とを複数回繰り返して、原料粉末を得た。
この原料粉末をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）成形により円筒状として、外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍのＡｇパイプ（第一のパイプ）内部に充填して封入し、Ａｇシース複合体を得た。このＡｇシース複合体をダイス等によって線径３．０ｍｍにまで伸線加工して単心線を形成した。ついで、外径３０ｍｍ、内径１６ｍｍのＡｇパイプ（第二のパイプ）の内部に前記単心線を１９本配置し、封入を行った後、ダイス等により線径０．５ｍｍにまで伸線加工して、超電導多心素線を形成した。
【００２４】
この超電導多心素線を上述の２重圧延機と搬送機からなる圧延装置を用いて厚さ０．３０ｍｍまで圧延加工を施し、平坦化した。
更に、前記圧延加工（またはプレス処理）および熱処理を複数回繰り返して、幅１．１ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍの横断面形状が矩形状のテープ状の超電導素線を形成した。
形成したテープ状の超電導素線の表面にエナメル絶縁を施し、複合超電導導体とした上で転位撚り合せ機に送った。
【００２５】
転位撚り合せ機を用いて前記テープ状の複合超電導導体の９本を転位の渡りピッチ１５０ｍｍで転位撚り合わせて転位超電導テープユニットを得た。
このようにして得られた転位超電導テープユニットを、表面にポリイミドテープを巻き付けることにより絶縁を施した外径４０ｍｍ，内径３５ｍｍのステンレス鋼製のコルゲート管（管体）に、１０００ｍｍのピッチでスパイラル状に巻回し、酸化物超電導ケーブルユニットを得た。
更にこの超電導体ケーブルユニットの外部にポリイミドテープの絶縁層を介して前記と同等の構造の超電導導体の転位撚り合わせした転位超電導テープユニットの磁気遮蔽層を形成し、更にこれを断面丸型の長尺スペーサとともに、外径１３０ｍｍ、内径１２０ｍｍのＡｌコルゲート管の内部に配し、Ａｌコルゲート管の外部に断熱層を介して外径１７０ｍｍ、内径１５０ｍｍのＡｌコルゲート管の外部断熱管を配して、その外部断熱管の外面にＰＶＣの防食層を形成して超電導ケーブルを得た。
【００２６】
（比較例）
前記実施例と同様にして酸化物超電導ケーブルを製造する際に、転位撚りを施すことなく単にフォーマに巻き付けることで超電導ケーブルユニットを製造して酸化物超電導ケーブルを得た。
【００２７】
前記実施例で得られた酸化物超電導ケーブルにおいて、以下の条件で測定実験を行ない、臨界電流を求め、交流損失とピーク電流との関係を求め、図７に示した。また、転位撚りを施した試料に比べて転位撚りを施していない超電導ケーブルは交流損失が図７に示す結果の１０倍にも増加してしまい、臨界電流密度も５０％低下した。
外部磁場：０Ｔ、温度：７７Ｋ、交流周期：６０Ｈｚ
超電導導体１本の臨界電流：１０Ａ
超電導ケーブルの臨界電流：１．２ｋＡ
【００２８】
図７に示すように絶縁を施した超電導導体を転位撚りした構造を採用した超電導ケーブルにあっては、交流損失を十分に低く抑制できることが判明した。
この結果、酸化物超電導導体を転位撚りすることで転位撚りしないものに比べて交流損失を少なくでき、交流損失値を低くできる超電導ケーブルを提供できることが判明した。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超電導ケーブルユニットにあっては、テープ状の超電導導体に絶縁被覆を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りしてなる転位超電導テープユニットをパイプ状のフォーマの周囲に巻回するともに、前記転位超電導テープユニットとして、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成し、前記各転位超電導テープユニットを、複数、前記フォーマの外周部に前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回したので、ケーブル内層側と外層側での超電導導体間の層間電流勾配を抑制できる。即ち、超電導導体をそのままフォーマの外周に多層巻回した場合に、自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体に多くの電流が流れ、ケーブル内層側に向かって実際に流れる電流が少なくなる層間電流勾配を生じる傾向があり、臨界電流密度が低下するおそれがあるので、超電導導体を転位撚りして超電導導体を内層側と外層側を行き来するようにすることで層間電流勾配の発生を抑制できる。
これにより、交流通電時の偏流を防止して臨界電流密度の劣化を防止できる。また、絶縁した上で転位撚りしているので、交流通電時に渦電流が発生し難い特徴を有し、その上に前記のように層間電流勾配を抑制できて偏流しない特徴を有する。
【００３０】
次に、前記超電導ケーブルユニットをスペーサとともに外被管の内部に収納して外被管の内部に外部冷媒流路を形成することで、フォーマ内部の内部冷媒流路を流れる冷媒と外部冷媒流路を流れる冷媒により、超電導導体を十分に冷却することができ、超電導特性の安定した超電導ケーブルを提供できる。
また、複数本の転位撚線化した複合超電導導体の大きさを従来の超電導導体１本と同じような断面形状と大きさにするならば、高電流化、低交流損失化が可能な超電導ケーブルユニットを提供することができる。
更に、前記構成の超電導ケーブルテープユニットを備えているので、ケーブル内層側と外層側での超電導導体間の層間電流勾配を抑制できる。即ち、超電導導体をそのままフォーマの外周に多層巻回した場合に、自己磁場の影響から、ケーブル最外層の超電導導体に多くの電流が流れ、ケーブル内層側に向かって実際に流れる電流が少なくなる層間電流勾配を生じる傾向があり、臨界電流密度が低下するおそれがあるので、超電導導体を転位撚りして超電導導体を内層側と外層側を行き来するようにすることで層間電流勾配の発生を抑制できる。
これにより、交流通電時の偏流を防止して臨界電流密度の劣化を防止できる。また、絶縁した上で転位撚りしているので、交流通電時に渦電流が発生し難い特徴を有し、その上に前記のように層間電流勾配を抑制できて偏流しない特徴を有する超電導ケーブルテープユニットを備え、超電導状態とする場合の冷媒の流路を確保した超電導ケーブルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図。
【図２】図２は本発明に係る超電導ケーブルに用いられる転位超電導テープユニット示す斜視図。
【図３】図３は同ユニットの横断面図。
【図４】図４は本発明に係る超電導ケーブルの一実施形態における捻り加工前の超電導素線を示す斜視図。
【図５】超電導ケーブルユニットを組み込んだ超電導ケーブルの一例を示す図。
【図６】本発明に係る超電導導体の断面の大きさと従来の超電導導体の断面の大きさを比較して示す図。
【図７】実施例で得られた超電導ケーブルの交流損失試験結果を示す図。
【図８】図８（ａ）は従来の超電導ケーブルの一例を示す斜視図、図８（ｂ）は従来の超電導ケーブルの他の例を示す斜視図である。
【図９】図９（ａ）は従来の超電導導体の模式断面図、図９（ｂ）は従来の超電導導体における渦電流発生状態を示す模式断面図、図９（ｃ）は従来の超電導導体の交流通電時等の渦電流が結合した状態を示す模式断面図。
【図１０】従来の超電導ケーブルの超電導導体層において発生した渦電流を示す断面図である。
【符号の説明】
１０・・・酸化物超電導ケーブルユニット，１５・・・転位超電導テープユニット、１７・・・フォーマ （管体）、１７ａ・・・内部冷媒流路、１８・・・複合超電導導体、１９・・・超電導導体、１９ａ・・・金属シース、２０・・・絶縁被覆層、２１・・・超電導コア、３０・・・超電導ケーブル、３２・・・転位超電導テープユニット、３３・・・スペーサ、３５・・・外被管、４０・・・内部冷媒流路。
Claims (3)
- 酸化物超電導コアを金属シースの内部に複数配して形成したテープ状の超電導導体の外周に絶縁被覆層を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りして転位超電導テープユニットが構成され、前記転位超電導テープユニットが複数本、パイプ状のフォーマの周囲に巻回されてなり、
前記転位超電導テープユニットが、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、
前記各転位超電導テープユニットが、複数、前記フォーマの外周部に、前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されてなることを特徴とする酸化物超電導ケーブルユニット。 - 前記絶縁被覆層がポリエステル、ポリエステルイミド、ポリエステルイミドヒダントイン、エナメルのいずれかからなることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導ケーブルユニット。
- 酸化物超電導コアを金属シースの内部に複数配して形成したテープ状の超電導導体の外周に絶縁被覆層を設けてなる複合超電導導体を複数本、転位撚りして転位超電導テープユニットが構成され、前記転位超電導テープユニットが複数本、パイプ状のフォーマの周囲に巻回されてなり、
前記転位超電導テープユニットが、複数の前記複合超電導導体を２列に横並びに、かつ、それらの厚さ方向に複数積層してそれらの長さ方向において前記複数の複合超電導導体を転位超電導テープユニットの表面側に位置する場合と底面側に位置する場合を繰り返すように、しかも、２列に横並びとした前記複数の複合超電導導体をそれらの厚さ方向に積層する場合に前記複数の複合超電導導体をそれらの長さ方向の途中において２列横並びの左右の列と上下の層間で２列横並びの複合超電導導体の幅内で入れ替えることで転位超電導テープユニットの幅方向両端部に位置する前記複数の複合超電導導体の端部どうしを上下の層間で揃えるように配列構成され、
前記各転位超電導テープユニットが、複数、前記フォーマの外周部に、前記転位超電導テープユニットの幅方向端部どうしを接触させた状態で巻回されて酸化物超電導ケーブルユニットが構成され、該酸化物超電導ケーブルユニットがスペーサとともに外被管の内部に収納され、外皮管の内部に外被管内面と酸化物超電導ケーブルユニットとスペーサとによって区画された外部冷媒流路が形成されてなることを特徴とする酸化物超電導ケーブル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00806698A JP3585719B2 (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00806698A JP3585719B2 (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11203961A JPH11203961A (ja) | 1999-07-30 |
| JP3585719B2 true JP3585719B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=11682985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00806698A Expired - Fee Related JP3585719B2 (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3585719B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4722258B2 (ja) * | 2000-06-30 | 2011-07-13 | 株式会社フジクラ | 超電導ケーブル |
-
1998
- 1998-01-19 JP JP00806698A patent/JP3585719B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11203961A (ja) | 1999-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5932523A (en) | Superconducting cable conductor | |
| JP3658844B2 (ja) | 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 | |
| JP3474602B2 (ja) | 超電導導体 | |
| EP2050104B1 (en) | High-current, compact flexible conductors containing high temperature superconducting tapes | |
| JP2004319093A (ja) | 超電導ケーブル | |
| US7162287B2 (en) | Oxide high-temperature superconducting wire and method of producing the same | |
| JP3585719B2 (ja) | 酸化物超電導ケーブルユニットおよびそれを備えた酸化物超電導ケーブル | |
| WO2008065781A1 (fr) | Tige de fil à oxyde supraconducteur, structure supraconductrice, procédé de fabrication d'une tige de fil à oxyde supraconducteur, câble supraconducteur, aimant supraconducteur, et produit comprenant un aimant supraconducteur | |
| JP3568767B2 (ja) | 超電導ケーブル及びその製造方法 | |
| JP3630968B2 (ja) | 酸化物超電導ケーブル | |
| JP3568766B2 (ja) | 超電導ケーブルおよびその製造方法 | |
| JPH09223418A (ja) | 酸化物超電導線材及びその製造方法 | |
| JP4737094B2 (ja) | 酸化物超電導線材、超電導構造体、酸化物超電導線材の製造方法、超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびに超電導マグネットを含む製品 | |
| JP5122047B2 (ja) | 転位超電導テープユニット及びこれを用いた超電導応用機器 | |
| JPH09167530A (ja) | 酸化物多芯超電導導体およびその製造方法 | |
| JP3657397B2 (ja) | 酸化物超電導線材およびその製造方法 | |
| JP3529925B2 (ja) | 交流用酸化物超電導ケーブル導体 | |
| JPH05334921A (ja) | セラミックス超電導々体 | |
| JP2002075078A (ja) | 超電導ケーブルと超電導ケーブルの電流分布解析方法 | |
| US6842634B2 (en) | Integrated tape | |
| JPH0773757A (ja) | 酸化物超電導導体の製造方法 | |
| JP2008282566A (ja) | ビスマス系酸化物超電導素線、ビスマス系酸化物超電導導体、超電導コイル、およびそれらの製造方法 | |
| JP2003092034A (ja) | 転位超電導テープユニット及びこれを用いた超電導応用機器 | |
| JP3701606B2 (ja) | 転位超電導テープユニット及びこれを用いた超電導応用機器 | |
| JPH09115357A (ja) | テープ状酸化物超電導撚線およびそれを用いた超電導導体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040119 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040203 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040405 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040727 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040804 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070813 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080813 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090813 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090813 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100813 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110813 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110813 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120813 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120813 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130813 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |