JPH0156486B2 - - Google Patents
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- JPH0156486B2 JPH0156486B2 JP54147790A JP14779079A JPH0156486B2 JP H0156486 B2 JPH0156486 B2 JP H0156486B2 JP 54147790 A JP54147790 A JP 54147790A JP 14779079 A JP14779079 A JP 14779079A JP H0156486 B2 JPH0156486 B2 JP H0156486B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
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- 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
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- 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
-
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
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-
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- Y10T29/49014—Superconductor
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超電導導体に係り、特に大型高磁界超
電導コイルに使用するに好適な内部冷却型の超電
導導体に関する。
電導コイルに使用するに好適な内部冷却型の超電
導導体に関する。
核融合トロイダルコイルをはじめ、大型で高磁
界を発生し得る超電導コイルには、主としてコイ
ル冷却上の問題から内部冷却型超電導導体の使用
が検討されている。高磁界で大電流を通電し得る
大型超電導導体は、浸漬冷却型超電導導体であつ
ても内部冷却型超電導導体であつても、大きな電
磁応力に耐え得る導体強度を有すること、及び熱
的、機械的外乱により局部的に常電導状態になつ
てもその原因が除去されると再び超電導状態に復
帰し得る安定性が要求される。導体内部に冷媒流
路を有する内部冷却型の超電導導体の場合、特に
冷媒流路の構造に関して、従来、第１図に示す如
き様々な導体構造が提案されているが、一長一短
があり大型高磁界超電導コイルに使用する導体と
しては不十分である。
界を発生し得る超電導コイルには、主としてコイ
ル冷却上の問題から内部冷却型超電導導体の使用
が検討されている。高磁界で大電流を通電し得る
大型超電導導体は、浸漬冷却型超電導導体であつ
ても内部冷却型超電導導体であつても、大きな電
磁応力に耐え得る導体強度を有すること、及び熱
的、機械的外乱により局部的に常電導状態になつ
てもその原因が除去されると再び超電導状態に復
帰し得る安定性が要求される。導体内部に冷媒流
路を有する内部冷却型の超電導導体の場合、特に
冷媒流路の構造に関して、従来、第１図に示す如
き様々な導体構造が提案されているが、一長一短
があり大型高磁界超電導コイルに使用する導体と
しては不十分である。
第１図ａに示す導体は、冷媒管壁３の外周に複
合超電導線１が巻付けられ、更にその外周に安定
化材２を配し導体横断面中央部に大きな冷媒流路
４を有する導体である。本導体は、機械的強度は
大きいが、冷媒流路４の断面に比較して冷媒管壁
３の流路周長が短く、安定化を達成するには多量
の安定化材２を必要とするため、導体全体の断面
積が大きくなり、冷媒流路４を含む導体全体の電
流密度を大きく出来ない欠点がある。
合超電導線１が巻付けられ、更にその外周に安定
化材２を配し導体横断面中央部に大きな冷媒流路
４を有する導体である。本導体は、機械的強度は
大きいが、冷媒流路４の断面に比較して冷媒管壁
３の流路周長が短く、安定化を達成するには多量
の安定化材２を必要とするため、導体全体の断面
積が大きくなり、冷媒流路４を含む導体全体の電
流密度を大きく出来ない欠点がある。
第１図ｂに示す導体は、複合超電導線１の両側
に２つの冷媒管壁３を有し、その冷媒管壁３の内
部に安定化材２の編線を配して冷媒流路４を多数
に分割すると共に流路周長を大きくした導体であ
る。本導体は、冷媒流路４の断面に比較して見掛
けの流路周長は大きいが、複合超電導線１内での
発熱がこの冷媒流路４の周長を通してどれだけ有
効に冷媒中へ除去出来るか疑問がある。
に２つの冷媒管壁３を有し、その冷媒管壁３の内
部に安定化材２の編線を配して冷媒流路４を多数
に分割すると共に流路周長を大きくした導体であ
る。本導体は、冷媒流路４の断面に比較して見掛
けの流路周長は大きいが、複合超電導線１内での
発熱がこの冷媒流路４の周長を通してどれだけ有
効に冷媒中へ除去出来るか疑問がある。
第１図ｃに示す導体は、いわゆるバンドル型導
体で、複合超電導線１を３本づつ撚線とし、これ
らを更に撚線するか束ねて冷媒管壁３中に挿入、
成形した導体で、複合超電導線１間、及び撚線と
撚線との空間が冷媒流路４となる構造である。本
導体は、冷媒流路４の断面も大きく流路周長も大
きい利点があるが、分割された冷媒流路４の断面
が不均一で長尺の導体にあつては局部的に冷媒流
路４が閉鎖される可能性があること、及び電磁力
により複合超電導線１が動き、その発熱のため超
電導導体が不安定になる欠点がある。
体で、複合超電導線１を３本づつ撚線とし、これ
らを更に撚線するか束ねて冷媒管壁３中に挿入、
成形した導体で、複合超電導線１間、及び撚線と
撚線との空間が冷媒流路４となる構造である。本
導体は、冷媒流路４の断面も大きく流路周長も大
きい利点があるが、分割された冷媒流路４の断面
が不均一で長尺の導体にあつては局部的に冷媒流
路４が閉鎖される可能性があること、及び電磁力
により複合超電導線１が動き、その発熱のため超
電導導体が不安定になる欠点がある。
第１図ｄに示す導体は、複合超電導線１が平角
状断面の補強材６の周囲に撚線され、冷媒管壁３
で囲まれた導体で、スペーサ５、複合超電導線
１、冷媒管壁３で囲まれた空間が冷媒流路４とな
る。本導体は、冷媒流路４の断面に比較して流路
周長が比較的大きいものの、大電流導体を安定化
するには安定化材の量及び流路周長が不足であ
る。又、超電導導体の製造そのものが複雑になる
欠点もある。
状断面の補強材６の周囲に撚線され、冷媒管壁３
で囲まれた導体で、スペーサ５、複合超電導線
１、冷媒管壁３で囲まれた空間が冷媒流路４とな
る。本導体は、冷媒流路４の断面に比較して流路
周長が比較的大きいものの、大電流導体を安定化
するには安定化材の量及び流路周長が不足であ
る。又、超電導導体の製造そのものが複雑になる
欠点もある。
本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、導体構造が簡単で冷却均一
性が良く、かつ、電流密度が大きいと共に、冷媒
流路の流路長が大きく、よつて、大型高磁界超電
導コイルに使用するに好適な内部冷却型の超電導
導体を提供するにある。
目的とするところは、導体構造が簡単で冷却均一
性が良く、かつ、電流密度が大きいと共に、冷媒
流路の流路長が大きく、よつて、大型高磁界超電
導コイルに使用するに好適な内部冷却型の超電導
導体を提供するにある。
本発明は内部冷却型の超電電導体の安定性に関
し系統的な検討をすることにより、最適な冷媒流
路の断面及び流路周長を見い出した結果に基づく
もので、導体の横断面内部に有する冷媒流路の全
断面積が超電導導体の全断面積の４〜22パーセン
トであり、冷媒流路壁の冷媒に接する全周長と冷
媒流路の全断面積の比が25〜40（センチメートル
-1）とすることにより所期の目的を達成するよう
になしたものである。
し系統的な検討をすることにより、最適な冷媒流
路の断面及び流路周長を見い出した結果に基づく
もので、導体の横断面内部に有する冷媒流路の全
断面積が超電導導体の全断面積の４〜22パーセン
トであり、冷媒流路壁の冷媒に接する全周長と冷
媒流路の全断面積の比が25〜40（センチメートル
-1）とすることにより所期の目的を達成するよう
になしたものである。
本発明は、次のごとき検討結果に基づくもので
ある。即ち、内部冷却型超電導導体の安定性は、 α＝（γ／Ａ）I2／Ph（To−TB） …(1) で表わされる安定化パラメータαが0.8より小さ
いか否かで判定し得る。ここに、γは安定化材の
電気比抵抗（オームセンチメートル）、Ｉは導体
の通電電流（アンペア）、Ａは安定化材の断面積
（平方センチメートル）、Ｐは流路周長（センチメ
ートル）、ｈは熱伝達率（ワツト／平方センチメ
ートル・度）、Toは常電導体の温度（度）、TBは
冷媒の温度（度）である。今、導体の加熱条件
（(1)式の分子）、導体の種類及び冷媒条件を一定と
考えると、α∝１／Phとなり、Phを大きくする
ことによつて安定化条件を達成し得る。
ある。即ち、内部冷却型超電導導体の安定性は、 α＝（γ／Ａ）I2／Ph（To−TB） …(1) で表わされる安定化パラメータαが0.8より小さ
いか否かで判定し得る。ここに、γは安定化材の
電気比抵抗（オームセンチメートル）、Ｉは導体
の通電電流（アンペア）、Ａは安定化材の断面積
（平方センチメートル）、Ｐは流路周長（センチメ
ートル）、ｈは熱伝達率（ワツト／平方センチメ
ートル・度）、Toは常電導体の温度（度）、TBは
冷媒の温度（度）である。今、導体の加熱条件
（(1)式の分子）、導体の種類及び冷媒条件を一定と
考えると、α∝１／Phとなり、Phを大きくする
ことによつて安定化条件を達成し得る。
熱伝導率ｈは、ヌツセルト数及びレイノルズ数
の関係より、冷媒として超臨界ヘリウムを使用し
た場合には、ｈ∝１／SF（SFは冷媒流路の断面積）
の関係があり、上式（α∝／Ph）はα∝SF／Ｐ
となる。すなわち冷媒流路の断面積（SF）が小さ
くてかつ流路周長（Ｐ）が大きいことが望まし
い。
の関係より、冷媒として超臨界ヘリウムを使用し
た場合には、ｈ∝１／SF（SFは冷媒流路の断面積）
の関係があり、上式（α∝／Ph）はα∝SF／Ｐ
となる。すなわち冷媒流路の断面積（SF）が小さ
くてかつ流路周長（Ｐ）が大きいことが望まし
い。
一方、冷媒を強制的に流す内部冷却型超電導導
体の場合には、冷媒の圧力損失が問題となる。
今、導体単位長さ当りの圧力損失は、冷媒流路の
等価直径及びレイノルズ数の関係より、冷媒条件
が一定の場合には、 ΔP／Ｌ∝P1.25／SF 3 なる関係がある。ここに、ΔPは圧力差、Ｌは導
体長さである。従つて、冷媒流路の断面積（SF）
を小さくすると冷媒の圧力損失が大きくなり、冷
媒流路長を短くしなければならない。
体の場合には、冷媒の圧力損失が問題となる。
今、導体単位長さ当りの圧力損失は、冷媒流路の
等価直径及びレイノルズ数の関係より、冷媒条件
が一定の場合には、 ΔP／Ｌ∝P1.25／SF 3 なる関係がある。ここに、ΔPは圧力差、Ｌは導
体長さである。従つて、冷媒流路の断面積（SF）
を小さくすると冷媒の圧力損失が大きくなり、冷
媒流路長を短くしなければならない。
以上の検討から、超電導導体の安定性（α）を
小さくするためには、流路周長Ｐを大きくし冷媒
流路断面積SFを小さくすることが好ましく、導体
単位長さ当りの圧力損失（ΔP／Ｌ）を小さくす
るためには、流路周長Ｐを小さくし冷媒流路断面
積SFを大きくすることが望ましい。このように流
路周長Ｐと冷媒流路断面積SFとの関係は、相反す
る条件を示していることがわかる。本発明は、こ
のように相反する条件を示す流路周長と冷媒流路
断面積との間に、最適な範囲が存在することを見
出したことに基づくものである。
小さくするためには、流路周長Ｐを大きくし冷媒
流路断面積SFを小さくすることが好ましく、導体
単位長さ当りの圧力損失（ΔP／Ｌ）を小さくす
るためには、流路周長Ｐを小さくし冷媒流路断面
積SFを大きくすることが望ましい。このように流
路周長Ｐと冷媒流路断面積SFとの関係は、相反す
る条件を示していることがわかる。本発明は、こ
のように相反する条件を示す流路周長と冷媒流路
断面積との間に、最適な範囲が存在することを見
出したことに基づくものである。
冷媒流路の断面積は、冷媒流路長で許容し得る
最小値とし、その断面で出来るだけ流路周長を大
きくすればよいことになる。流路周長を大きくす
るには、冷媒管壁の冷媒に接する周長を大きくす
るのが一番有効である。
最小値とし、その断面で出来るだけ流路周長を大
きくすればよいことになる。流路周長を大きくす
るには、冷媒管壁の冷媒に接する周長を大きくす
るのが一番有効である。
大型高磁界超電導コイルを考えた場合、その導
体通電電流は数10キロアンペアであり、これらを
通電し得る超電導材料は安定化材、補強材等を含
む導体構成となる。
体通電電流は数10キロアンペアであり、これらを
通電し得る超電導材料は安定化材、補強材等を含
む導体構成となる。
ところで超電導材料以外の断面積を増加させる
ことは、導体全体の電流密度、ひいてはコイル全
体の電流密度を低下させることとなる。従つて導
体全断面に占める冷媒流路の断面積割合を大きく
することは、コイルの電流密度を低下させ得策で
はない。冷媒流路断面積SFの増加よりも流路周長
Ｐの増加を大きくできれば、より安定な状態とな
るので安定化材の断面積を小さくすることができ
る。一方、冷媒流路断面積SFを小さくすると、導
体単位長さ当りの冷媒の圧力損失が大きくなり得
策ではない。
ことは、導体全体の電流密度、ひいてはコイル全
体の電流密度を低下させることとなる。従つて導
体全断面に占める冷媒流路の断面積割合を大きく
することは、コイルの電流密度を低下させ得策で
はない。冷媒流路断面積SFの増加よりも流路周長
Ｐの増加を大きくできれば、より安定な状態とな
るので安定化材の断面積を小さくすることができ
る。一方、冷媒流路断面積SFを小さくすると、導
体単位長さ当りの冷媒の圧力損失が大きくなり得
策ではない。
第５図は、超電導体の安定化パラメータ（α）
と、冷媒流路の冷媒に接する周長と冷媒流路断面
積との比（Ｐ／SF）との関係を示したものであ
る。ただし、図中、ACは、導体の全断面積を、
符号７はSF／AC＝４％、符号８はSF／AC＝10％、
符号９はSF／AC＝16％、符号１０はSF／AC＝22
％をそれぞれ示す。第５図が示すように、Ｐ／SF
を大きくするとαは小さくなり安定となるが、
SF／ACが小さすぎても大きすぎても安定性が悪
くなる。安定化パラメータが0.8以下となるＰ／
SFの下限値は、SF／ACが10％の時、25cm-1とな
る。
と、冷媒流路の冷媒に接する周長と冷媒流路断面
積との比（Ｐ／SF）との関係を示したものであ
る。ただし、図中、ACは、導体の全断面積を、
符号７はSF／AC＝４％、符号８はSF／AC＝10％、
符号９はSF／AC＝16％、符号１０はSF／AC＝22
％をそれぞれ示す。第５図が示すように、Ｐ／SF
を大きくするとαは小さくなり安定となるが、
SF／ACが小さすぎても大きすぎても安定性が悪
くなる。安定化パラメータが0.8以下となるＰ／
SFの下限値は、SF／ACが10％の時、25cm-1とな
る。
さらに、第５図が示すように、冷媒流路断面積
と超電導導体全断面積との比（SF／AC）の上限
値は22％となり、22％より大きくすると導体断面
積が大きくなりコイルの電流密度を満たすことが
できない。
と超電導導体全断面積との比（SF／AC）の上限
値は22％となり、22％より大きくすると導体断面
積が大きくなりコイルの電流密度を満たすことが
できない。
一方、第６図は、圧力損失が４気圧の時の流路
長と、冷媒流路の冷媒に接する周長と冷媒流路断
面積との比（Ｐ／SF）との関係を示したものであ
る。ただし、図中、ACは導体の全断面積を、符
号７はSF／AC＝４％、符号８はSF／AC＝10％、
符号９はSF／AC＝16％をそれぞれ示す。第６図
が示すように、大型高磁界超電導コイルの最低の
冷媒流路長を500ｍとするには、冷媒流路断面積
と超電導導体全断面積との比（SF／AC）の下限
値を、Ｐ／SFが25cm-1の時４％とする必要があ
る。
長と、冷媒流路の冷媒に接する周長と冷媒流路断
面積との比（Ｐ／SF）との関係を示したものであ
る。ただし、図中、ACは導体の全断面積を、符
号７はSF／AC＝４％、符号８はSF／AC＝10％、
符号９はSF／AC＝16％をそれぞれ示す。第６図
が示すように、大型高磁界超電導コイルの最低の
冷媒流路長を500ｍとするには、冷媒流路断面積
と超電導導体全断面積との比（SF／AC）の下限
値を、Ｐ／SFが25cm-1の時４％とする必要があ
る。
また、Ｐ／SFの上限値は導体製造技術によつて
おのずと限定される。流路断面積SFを固定し、流
路周長Ｐのみを増加させるには技術的限界があ
る。例えば、冷媒流路内面に凹凸を設けたり、多
数の並列流路に分割することによつてＰ／SFを大
きくできるが、導体製造技術、すなわち冷媒流路
内面の凹凸の加工技術に限界があり、又、余り小
さな凹凸を無数に設けても効果がないことは実験
的に明らかである。その上限値は40cm-1である。
おのずと限定される。流路断面積SFを固定し、流
路周長Ｐのみを増加させるには技術的限界があ
る。例えば、冷媒流路内面に凹凸を設けたり、多
数の並列流路に分割することによつてＰ／SFを大
きくできるが、導体製造技術、すなわち冷媒流路
内面の凹凸の加工技術に限界があり、又、余り小
さな凹凸を無数に設けても効果がないことは実験
的に明らかである。その上限値は40cm-1である。
これらを第４図の如く、横軸に冷媒流路断面積
と超電導導体全断面積との比（％）をとり、縦軸
に冷媒流路の冷媒に接する周長と冷媒流路断面積
との比（cm-1）をとり、第５図及び第６図の結果
を示す。
と超電導導体全断面積との比（％）をとり、縦軸
に冷媒流路の冷媒に接する周長と冷媒流路断面積
との比（cm-1）をとり、第５図及び第６図の結果
を示す。
第４図から明らかなように、大型高磁界超電導
コイルの最低の冷媒流路長を500ｍとするには、
直線、すなわち冷媒流路断面積と超電導導体全
断面積との比４％が下限値となる。一方、冷媒流
路断面積と超電導導体全断面積との比を22％より
大きくすると、導体断面積が大きくなり、コイル
の電流密度を満たすことができず、従つてその上
限値は22％となり直線で示すことができる。結
局、超電導導体全断面積に占める冷媒流路断面積
の比は、４〜22％が最適値であることがわかる。
コイルの最低の冷媒流路長を500ｍとするには、
直線、すなわち冷媒流路断面積と超電導導体全
断面積との比４％が下限値となる。一方、冷媒流
路断面積と超電導導体全断面積との比を22％より
大きくすると、導体断面積が大きくなり、コイル
の電流密度を満たすことができず、従つてその上
限値は22％となり直線で示すことができる。結
局、超電導導体全断面積に占める冷媒流路断面積
の比は、４〜22％が最適値であることがわかる。
また、第４図から明らかなように、冷媒流路の
冷媒に接する周長と冷媒流路断面積との比は、前
述した如く25cm-1が下限値で曲線で示され、上
限値は直線で示され、40cm-1である。
冷媒に接する周長と冷媒流路断面積との比は、前
述した如く25cm-1が下限値で曲線で示され、上
限値は直線で示され、40cm-1である。
従つて、，，及びで囲まれた領域
（）は、高電流密度で、かつ、安定性もよく、
又、冷媒流路長も長くとれる高性能な内部冷却型
の超電導導体の領域となる。
（）は、高電流密度で、かつ、安定性もよく、
又、冷媒流路長も長くとれる高性能な内部冷却型
の超電導導体の領域となる。
次に具体的実施例に基づき詳細に説明する。
実施例 １
まず、第２図に示す如き超電導導体を設計、製
作した。超電導導体の横断面寸法は、巾46ミリメ
ートル、厚さ21ミリメートルで、導体の臨界電流
は磁界12テスラ、温度5K（Ｋは絶対温度）の時に
40キロアンペアである。本導体は、安定化材で被
覆されたニオブ３錫複合超電導線１と、安定化材
２と冷媒管壁３を兼ねた冷媒流路４、補強材６等
から構成され、これらは電子ビーム溶接又は銀ろ
う付によつて接合した。
作した。超電導導体の横断面寸法は、巾46ミリメ
ートル、厚さ21ミリメートルで、導体の臨界電流
は磁界12テスラ、温度5K（Ｋは絶対温度）の時に
40キロアンペアである。本導体は、安定化材で被
覆されたニオブ３錫複合超電導線１と、安定化材
２と冷媒管壁３を兼ねた冷媒流路４、補強材６等
から構成され、これらは電子ビーム溶接又は銀ろ
う付によつて接合した。
本導体の冷媒流路４は、冷却の均一性を考慮し
て導体横断面中央部に配し、冷媒管壁３の内面に
は角度30度で深さ２ミリメートルのフインを設け
た。その結果、導体全断面に占める冷媒流路の断
面積割合は8.3パーセント、冷媒管壁の冷媒に接
する周長と冷媒流路断面積の比は26.4（センチメ
ートル-1）となつた。次に本導体の冷媒流路に、
温度5K、圧力８気圧の超臨界ヘリウムを流量５
グラム／秒で流し、コイル電流20キロアンペアを
流した場合の安定性について検討した結果、前述
の安定化パラメータαは0.75となり、安定化する
ことがわかつた。次に、冷媒流路の圧力損失を求
めた結果、流路長１キロメートルで圧力損失は
2.6気圧となり、流路出口部においても十分超臨
界状態を保つと共に、大型超電導コイルの流路長
としても十分可能な値である。又、冷媒流路４を
含む導体全体の電流密度も、磁界１２テスラ41.4
アンペア／平方ミリメートルとこの種超電導導体
では大きくし得ることがわかつた。
て導体横断面中央部に配し、冷媒管壁３の内面に
は角度30度で深さ２ミリメートルのフインを設け
た。その結果、導体全断面に占める冷媒流路の断
面積割合は8.3パーセント、冷媒管壁の冷媒に接
する周長と冷媒流路断面積の比は26.4（センチメ
ートル-1）となつた。次に本導体の冷媒流路に、
温度5K、圧力８気圧の超臨界ヘリウムを流量５
グラム／秒で流し、コイル電流20キロアンペアを
流した場合の安定性について検討した結果、前述
の安定化パラメータαは0.75となり、安定化する
ことがわかつた。次に、冷媒流路の圧力損失を求
めた結果、流路長１キロメートルで圧力損失は
2.6気圧となり、流路出口部においても十分超臨
界状態を保つと共に、大型超電導コイルの流路長
としても十分可能な値である。又、冷媒流路４を
含む導体全体の電流密度も、磁界１２テスラ41.4
アンペア／平方ミリメートルとこの種超電導導体
では大きくし得ることがわかつた。
実施例 ２
次に、冷媒流路４が多数に分割された並列流路
を有する超電導導体を設計、製作した。超電導導
体の横断面寸法、仕様は実施例１と同じで、第３
図に示す如く、安定化材で被覆されたニオブ３錫
複合超電導線１と、安定化材２と冷媒管壁３を兼
ねた冷媒流路４と補強材６をそれぞれ分割して配
置し接合している。
を有する超電導導体を設計、製作した。超電導導
体の横断面寸法、仕様は実施例１と同じで、第３
図に示す如く、安定化材で被覆されたニオブ３錫
複合超電導線１と、安定化材２と冷媒管壁３を兼
ねた冷媒流路４と補強材６をそれぞれ分割して配
置し接合している。
本導体の冷媒流路４は、４ケに分割しているた
め冷媒流路４の断面に比較して冷媒管壁３に接す
る冷媒流路４の周長を大きくすることが容易で、
冷媒管壁３の内面に半径0.5ミリメートルの凹凸
を設けた。その結果、導体全断面に占める冷媒流
路４の断面積割合は6.2パーセント、冷媒管壁３
の冷媒に接する全周長と冷媒流路４の断面積の比
は33.5（センチメートル-1）となつた。次に、実
施例１と同じ条件で本導体の安定性を検討した結
果、安定化パラメータαは0.57となり、実施例１
の超電導導体より安定であることがわかつた。一
方、冷媒流路４の圧力損失は、流路長500メート
ルで2.9気圧となり、流路出口部においても十分
超臨界状態を保つと共に、大型超電導コイルの流
路長としても可能な値である。又、安定化条件を
実施例１と同じにすると、冷媒流路４を含む導体
全体の電流密度は、磁界１２テスラで46.6アンペ
ア／平方ミリメートルと実施例１の導体より高電
流密度化がはかれることがわかつた。
め冷媒流路４の断面に比較して冷媒管壁３に接す
る冷媒流路４の周長を大きくすることが容易で、
冷媒管壁３の内面に半径0.5ミリメートルの凹凸
を設けた。その結果、導体全断面に占める冷媒流
路４の断面積割合は6.2パーセント、冷媒管壁３
の冷媒に接する全周長と冷媒流路４の断面積の比
は33.5（センチメートル-1）となつた。次に、実
施例１と同じ条件で本導体の安定性を検討した結
果、安定化パラメータαは0.57となり、実施例１
の超電導導体より安定であることがわかつた。一
方、冷媒流路４の圧力損失は、流路長500メート
ルで2.9気圧となり、流路出口部においても十分
超臨界状態を保つと共に、大型超電導コイルの流
路長としても可能な値である。又、安定化条件を
実施例１と同じにすると、冷媒流路４を含む導体
全体の電流密度は、磁界１２テスラで46.6アンペ
ア／平方ミリメートルと実施例１の導体より高電
流密度化がはかれることがわかつた。
実施例 ３
次に実施例１，２と同じ横断面寸法を有するニ
オブ３錫超電導導体につき、冷媒流路４の断面
積、及び冷媒管壁３に接する冷媒流路４の周長を
変えて超電導導体の安定性と冷媒流路４の圧力損
失を検討した。なお、本超電導導体の構成は、ニ
オブ３錫複合超電導線、及び補強材６の断面積は
一定とし、冷媒流路４の断面積の増減は安定化材
断面積の増減で調整した。第５図は、実施例１，
２と同じ条件で求めた各超電導導体の安定化パラ
メータαである。該図の如く、冷媒管壁に接する
冷媒流路の周長と冷媒流路の断面積比（横軸）を
大きくしていくと、安定化パラメータα（縦軸）
は流路断面積割合４パーセント（符号７で示す）、
同10パーセント（符号８で示す）、同16パーセン
ト（符号９で示す）、同22パーセント（符号１０
で示す）のいずれの場合も小さくなりより安定と
なるが、超電導導体の全断面に占める冷媒流路断
面積の比が小さ過ぎても大き過ぎても安定性は悪
くなる。一方、第６図に示す如く、各導体の圧力
損失が４気圧の時の流路長（縦軸）は、超電導導
体の全断面に占める冷媒流路断面積の比が４パー
セント（符号７）より小さいと極端に短くなり、
大型超電導コイルの冷却系としては複雑で適さな
いことがわかつた。なお、本実施例では、超電導
導体の横断面寸法を同一にしたが、今、安定化パ
ラメータαを同一にすると、冷媒管壁に接する冷
媒管壁に接する冷媒流路周長と冷媒流路の断面積
の比（横軸）を大きくするにつれて超電導導体の
横断面寸法は小さくなり、それだけ超電導コイル
を高電流密度化することが出来る。
オブ３錫超電導導体につき、冷媒流路４の断面
積、及び冷媒管壁３に接する冷媒流路４の周長を
変えて超電導導体の安定性と冷媒流路４の圧力損
失を検討した。なお、本超電導導体の構成は、ニ
オブ３錫複合超電導線、及び補強材６の断面積は
一定とし、冷媒流路４の断面積の増減は安定化材
断面積の増減で調整した。第５図は、実施例１，
２と同じ条件で求めた各超電導導体の安定化パラ
メータαである。該図の如く、冷媒管壁に接する
冷媒流路の周長と冷媒流路の断面積比（横軸）を
大きくしていくと、安定化パラメータα（縦軸）
は流路断面積割合４パーセント（符号７で示す）、
同10パーセント（符号８で示す）、同16パーセン
ト（符号９で示す）、同22パーセント（符号１０
で示す）のいずれの場合も小さくなりより安定と
なるが、超電導導体の全断面に占める冷媒流路断
面積の比が小さ過ぎても大き過ぎても安定性は悪
くなる。一方、第６図に示す如く、各導体の圧力
損失が４気圧の時の流路長（縦軸）は、超電導導
体の全断面に占める冷媒流路断面積の比が４パー
セント（符号７）より小さいと極端に短くなり、
大型超電導コイルの冷却系としては複雑で適さな
いことがわかつた。なお、本実施例では、超電導
導体の横断面寸法を同一にしたが、今、安定化パ
ラメータαを同一にすると、冷媒管壁に接する冷
媒管壁に接する冷媒流路周長と冷媒流路の断面積
の比（横軸）を大きくするにつれて超電導導体の
横断面寸法は小さくなり、それだけ超電導コイル
を高電流密度化することが出来る。
以上の実施例では、超電導導体の横断面寸法や
複合超電導線の材質、補強材の横断面積、超電導
導体の仕様、冷媒条件等を一定として説明した
が、大型高磁界超電導導体としてこれらの数値、
仕様が異なつても、実施例に示した効果が本質的
に損われるものではない。また、超電導導体につ
いても、説明の便宜上ニオブ３錫としたが、バナ
ジウム３ガリウム、ニオブ―チタンなど他の超電
導導体についても同様な効果を有することは当然
である。
複合超電導線の材質、補強材の横断面積、超電導
導体の仕様、冷媒条件等を一定として説明した
が、大型高磁界超電導導体としてこれらの数値、
仕様が異なつても、実施例に示した効果が本質的
に損われるものではない。また、超電導導体につ
いても、説明の便宜上ニオブ３錫としたが、バナ
ジウム３ガリウム、ニオブ―チタンなど他の超電
導導体についても同様な効果を有することは当然
である。
以上説明した本発明の超電導導体によれば、導
体の横断面内部に有する冷媒流路の全断面積が超
電導導体の全断面積の４〜22パーセントであると
共に、冷媒流路壁の冷媒に接する全周長と冷媒流
路の全断面積の比が25〜40（センチメートル-1）
としたものであるから、構造が簡単で冷却均一性
がよく、かつ、電流密度が大きいと共に、冷媒流
路の流路長の大きい内部冷却型の超電導導体を得
ることができ、これを内部冷却型大型高磁界超電
導コイルに採用することにより、コイルの寸法を
小さくし得るだけでなく、冷媒流路の接続等冷却
システムをも簡単にし、その経済的効果は大き
い。
体の横断面内部に有する冷媒流路の全断面積が超
電導導体の全断面積の４〜22パーセントであると
共に、冷媒流路壁の冷媒に接する全周長と冷媒流
路の全断面積の比が25〜40（センチメートル-1）
としたものであるから、構造が簡単で冷却均一性
がよく、かつ、電流密度が大きいと共に、冷媒流
路の流路長の大きい内部冷却型の超電導導体を得
ることができ、これを内部冷却型大型高磁界超電
導コイルに採用することにより、コイルの寸法を
小さくし得るだけでなく、冷媒流路の接続等冷却
システムをも簡単にし、その経済的効果は大き
い。
第１図ａ，ｂ，ｃ及びｄはいずれも従来の内部
冷却型の超電導導体を示す横断面図、第２図は本
発明の内部冷却型の超電導導体の一実施例を示す
横断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す横
断面図、第４図は冷媒流路断面積と超電導導体全
断面積の比と冷媒流路壁の冷媒に接する全周長と
冷媒流路断面積の比の関係を示す特性図、第５
図、及び第６図は本発明の実施例効果を説明する
特性図である。 １…複合超電導線、２…安定化材、３…冷媒管
壁、４…冷媒流路、５…スペーサ、６…補強材、
７…流路断面割合４パーセント、８…流路断面割
合10パーセント、９…流路断面割合16パーセン
ト、１０…流路断面割合22パーセント。
冷却型の超電導導体を示す横断面図、第２図は本
発明の内部冷却型の超電導導体の一実施例を示す
横断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す横
断面図、第４図は冷媒流路断面積と超電導導体全
断面積の比と冷媒流路壁の冷媒に接する全周長と
冷媒流路断面積の比の関係を示す特性図、第５
図、及び第６図は本発明の実施例効果を説明する
特性図である。 １…複合超電導線、２…安定化材、３…冷媒管
壁、４…冷媒流路、５…スペーサ、６…補強材、
７…流路断面割合４パーセント、８…流路断面割
合10パーセント、９…流路断面割合16パーセン
ト、１０…流路断面割合22パーセント。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超電導導体の横断面内部に冷媒流路を有し、
該冷媒流路に冷媒を流通させて冷却する内部冷却
型の超電導導体において、前記冷媒流路の全断面
積を超電導導体の全断面積の４〜22パーセントと
すると共に、前記冷媒流路壁の冷媒に接する全周
長と冷媒流路の全断面積の比を25〜40（センチメ
ートル-1）としたことを特徴とする超電導導体。 ２ 前記冷媒流路は少なくとも２つの並列流路よ
り構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の超電導導体。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14779079A JPS5671212A (en) | 1979-11-16 | 1979-11-16 | Superconductor |
| DE19803042102 DE3042102A1 (de) | 1979-11-16 | 1980-11-07 | Supraleiter |
| CH8318/80A CH654439A5 (de) | 1979-11-16 | 1980-11-10 | Supraleiter. |
| US06/206,728 US4334123A (en) | 1979-11-16 | 1980-11-14 | Internal cooling type superconductor |
| SU803219053A SU1199208A3 (ru) | 1979-11-16 | 1980-11-14 | Сверхпроводник с охлаждением внутреннего типа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14779079A JPS5671212A (en) | 1979-11-16 | 1979-11-16 | Superconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5671212A JPS5671212A (en) | 1981-06-13 |
| JPH0156486B2 true JPH0156486B2 (ja) | 1989-11-30 |
Family
ID=15438255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14779079A Granted JPS5671212A (en) | 1979-11-16 | 1979-11-16 | Superconductor |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4334123A (ja) |
| JP (1) | JPS5671212A (ja) |
| CH (1) | CH654439A5 (ja) |
| DE (1) | DE3042102A1 (ja) |
| SU (1) | SU1199208A3 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56112011A (en) * | 1980-02-12 | 1981-09-04 | Japan Atomic Energy Res Inst | Composite superconductor |
| JPS599809A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-19 | 株式会社日立製作所 | 超電導導体 |
| US5248656A (en) * | 1987-04-06 | 1993-09-28 | Hewlett-Packard Company | Method of making superconductor wires, or capillaries |
| US5132487A (en) * | 1989-02-20 | 1992-07-21 | Hoersch Robert C | Superconductor transmission line |
| US5620798A (en) * | 1995-05-17 | 1997-04-15 | The Babcock & Wilcox Company | Aluminum stabilized superconductor supported by aluminum alloy sheath |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5457994A (en) * | 1977-10-18 | 1979-05-10 | Kobe Steel Ltd | Superconductor |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1440838A1 (de) * | 1963-07-27 | 1969-03-27 | Bbc Brown Boveri & Cie | Stromschiene mit vergroesserter Oberflaeche |
| NL132696C (ja) * | 1966-05-20 | |||
| FR1503956A (fr) * | 1966-10-20 | 1967-12-01 | Comp Generale Electricite | Structure de câble électrique cryogénique |
| DE2113597B2 (de) * | 1971-03-20 | 1978-03-09 | Kabel- Und Metallwerke Gutehoffnungshuette Ag, 3000 Hannover | Tieftemperaturkabel,insbesondere fuer die UEbertragung hochgespannter Gleich- oder Wechselstroeme |
| US4039740A (en) * | 1974-06-19 | 1977-08-02 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Cryogenic power cable |
| CH597677A5 (ja) * | 1975-04-09 | 1978-04-14 | Siemens Ag | |
| CH604332A5 (ja) * | 1975-12-15 | 1978-09-15 | Bbc Brown Boveri & Cie |
-
1979
- 1979-11-16 JP JP14779079A patent/JPS5671212A/ja active Granted
-
1980
- 1980-11-07 DE DE19803042102 patent/DE3042102A1/de not_active Withdrawn
- 1980-11-10 CH CH8318/80A patent/CH654439A5/de not_active IP Right Cessation
- 1980-11-14 SU SU803219053A patent/SU1199208A3/ru active
- 1980-11-14 US US06/206,728 patent/US4334123A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5457994A (en) * | 1977-10-18 | 1979-05-10 | Kobe Steel Ltd | Superconductor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3042102A1 (de) | 1981-06-04 |
| US4334123A (en) | 1982-06-08 |
| JPS5671212A (en) | 1981-06-13 |
| CH654439A5 (de) | 1986-02-14 |
| SU1199208A3 (ru) | 1985-12-15 |
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