JPH07122131A - 超電導導体 - Google Patents
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Abstract
導導体およびこれを利用した超電導ケーブルを提供す
る。 【構成】 金属被覆された多芯超電導素線を複数本集合
してなる超電導導体において、曲げが加えられているこ
とを特徴とする。
Description
ものであり、特に、高い臨界電流密度を有する超電導導
体に関するものである。
料として、セラミック系のもの、すなわち酸化物超電導
材料が注目されている。中でも、イットリウム系が90
K、ビスマス系が110K、タリウム系が120K程度
の高い臨界温度を示し、液体窒素温度以上でも超電導状
態にある。そのため、液体窒素を冷媒とした高温超電導
材料として、その実用化が期待されている。
て、たとえば、液体窒素冷却での超電導ケーブルへの応
用が検討されている。この酸化物超電導材料からなる超
電導ケーブルが実用化されれば、従来の金属系等の超電
導導体を利用した超電導ケーブルと異なり、高価な液体
ヘリウムでの冷却が不要なため、断熱システムの簡素化
および冷却コストの低減等が期待できる。
利用される酸化物超電導導体の一例として、たとえば、
銀を用いて超電導体を多芯化することにより曲げ特性に
優れた酸化物超電導線の開発に成功し、この銀被覆超電
導多芯線を、フォーマと称されるコアとして可撓性のあ
るパイプ上に複数本集合させることにより、高い臨界電
流密度を有し、かつ、可撓性のある酸化物超電導導体が
得られることを見い出した。
たような方法により得られた酸化物超電導導体は、臨界
電流密度の点でさらに改善されるべき余地が残されてい
る。酸化物超電導導体をケーブル等へ応用する際には、
さらに高い臨界電流密度を有していることが必要だから
である。
し、さらに高い臨界電流密度を有する酸化物超電導導体
およびこれを利用した超電導ケーブルを提供することに
ある。
体は、金属被覆された多芯超電導素線を複数本集合して
なる超電導導体において、曲げが加えられていることを
特徴としている。
素線の2倍以上の熱収縮率を有する絶縁材料が巻き付け
られているとよい。
導体を複数本撚り合わせて構成される超電導ケーブルで
あって、超電導導体は、金属被覆された多芯超電導素線
を複数本集合してなり、曲げが加えられていることを特
徴としている。
め、導体化した場合にも曲げに対しては極めて弱いと認
識されていた。したがって、曲げに対して強く、かつ、
臨界電流密度の高い超電導導体の実現が、超電導ケーブ
ルの実用化には不可欠と考えられていた。
金属被覆された多芯超電導素線をファーマ上に複数本集
合させることによって、前述のような高い臨界電流密度
を有し、かつ、可撓性のある酸化物超電導導体が得られ
ることを見い出した。
いて、曲げた状態での超電導導体の臨界電流密度を測定
する際には、導体に一旦曲げを加えた後、直状に戻して
から液体窒素中に浸漬して臨界電流密度を測定してい
た。
して、導体に曲げを与えたまま液体窒素中に浸漬して臨
界電流密度を測定したところ、直状で測定した臨界電流
密度の値と比較して、約10%の向上が認められた。す
なわち、発明者らは、この実験から、酸化物超電導体を
使用した超電導導体は、曲げることさえできれば、曲げ
た状態でのほうが直状の場合よりも臨界電流密度が高く
なることを発見した。本願発明は、このような効果を利
用したものである。
が加えられていることを特徴としている。そのため、上
述のように、臨界電流密度が向上する。
項1の発明において、超電導導体の表面に超電導素線の
2倍以上の熱収縮率を有する絶縁材料が巻き付けられて
いる。そのため、冷却時に導体の径方向に圧縮が加わる
ことにより、超電導素線間の密着性が向上し、導体の臨
界電流密度が向上する。
超電導導体が複数本撚り合わされて構成されている。超
電導ケーブルを作製する際、このような撚り合わせ構造
にすれば、構造上導体に曲げが加わることになり、臨界
電流密度が向上する。
多芯線材を以下のとおり作製した。
0.3:2.0:2.0:3.0の組成を持つように、
酸化物および炭酸塩を混合し、熱処理を施して、主に2
212相と非超超電導相からなる粉末を準備し、銀パイ
プに充填した後、伸線加工し、超電導単芯線を作製し
た。この超電導単芯線61本を銀パイプに嵌合して伸線
し、さらに圧延加工を施し、多芯テープ線材を作製し
た。この線材をまず845℃で50時間熱処理し、その
後に2次圧延加工を施した。その後、焼結温度840℃
で100時間の2次焼結を行なった。
芯線材について、5m長の臨界電流密度を液体窒素中で
測定したところ、20,000A/cm2 であった。ま
た、この超電導多芯線材は、曲げ歪率0.5%までは、
曲げを加えても臨界電流密度の劣化が生じなかった。
げ歪を与えた状態での臨界電流密度を測定したが、臨界
電流密度が増加する現象は見られなかった。
芯線材を、長さ1.4m、外径19mmφ、厚さ0.3
mm、溝の深さ2mm、ピッチ4mmの螺旋管上に集合
した。集合前に、厚さ50μmの銀テープをフォーマ上
にスパイラル巻きし、溝を覆った。これは、素線が曲げ
を与えた際、溝に落ち込む現象の防止に効果がある。次
に、線材の巻きピッチを250mmとして75本(25
本×3層)螺旋状に巻き、各層ごとに巻線方向を反転さ
せた。このとき、導体としての外径は21mmであり、
臨界電流値は1,400Aであった。
での臨界電流値の測定を行なった。その結果は以下のと
おりであった。
測定の結果では、直状の場合と比較して明確な臨界電流
値の変化は見られなった。
測定の結果では、直状の場合と比較して3%程度の臨界
電流値の向上が見られた。
流値測定の結果では、直状の場合と比較して8%程度の
臨界電流値の向上が見られた。
た。この場合も直状の場合と比較して5%程度の臨界電
流値の向上が見られた。
ることにより、最高で8%程度の向上が得られた。
ープ状超電導多芯線材を、長さ5m、外径19mmφ、
厚さ0.3mm、溝の深さ2mm、ピッチ4mmの螺旋
管上に集合した。その際、線材の巻きピッチを250m
mとして、125本(25本×5層)螺旋状に巻き、各
層ごとに巻線方向を反転させた。このとき、導体として
の外径は22mmであった。
て、厚さ140μm、幅30mmのPPLP紙(ポリプ
ロピレンラミネートペーパー)を、ピッチ40mm、ギ
ャップ1mmで3層にわたりスパイラル巻した。絶縁巻
の方向は、各層ごとに反転させた。PPLP紙を巻いた
後の導体の臨界電流値は1,800A、臨界電流密度は
13,000A/cm2 であった。
与えた状態での臨界電流値の測定を行なった。
流値測定の結果では、直径の場合と比較して10%程度
の臨界電流値の向上が見られ、臨界電流値は2,000
Aとなった。また、臨界電流密度は、14,000A/
cm2 であった。
様の手法で、導体を3本作製した。
並列、一括型にして、通電試験を行なったところ、臨界
電流は3500Aであった。
て、一括型にして、通電したところ、臨界電流は350
0Aと8%程度の臨界電流の向上が見られた。
m長、8層巻き超電導導体を作製した。
導体について、直線状で臨界電流の測定を行なったとこ
ろ、臨界電流Icは2750Aであった。
を与えて臨界電流の測定を行なったところ、臨界電流I
cは3000Aに向上した。
たが、その際も臨界電流Icは3000Aを維持した。
た状態でLN2 中に浸漬し、臨界電流を測定した。その
際も、臨界電流Icは3000Aであった。
臨界電流を向上させる場合、曲げを加える回数は1回で
十分効果があり、その効果は直線状に戻した際にも維持
されることが判明した。
明の単なる具体例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら
制限するものではない。
ては、直径1.0m以上、好ましくは直径2.0m以上
6.0m以下とすることが、効果的な臨界電流値の向上
を得る上で好ましい。
導素線については、被覆する金属としては銀または銀合
金が好ましい。また、酸化物超電導体としては、ビスマ
ス系、タリウム系、イットリウム系等が考えられるが、
長尺化の容易さ、臨界電流密度の高さ等より、ビスマス
系酸化物超電導体が好ましい。さらに、多芯線のフィラ
メント数としては、7本以上10,000本以下が好ま
しい。
を螺旋状に巻付けて集合する際は、線材を多層にまき、
多層の巻線方向を反転させることが、絶縁材料を巻いて
テープ状超電導多芯線材同士の密着性を高める上で好ま
しい。
圧縮を加えることができる絶縁材料としては、使用する
超電導素線の少なくとも2倍以上、好ましくは5倍以上
の熱収縮率を持つことが必要である。たとえば、銀被覆
Bi系超電導多芯線材の場合、室温から液体窒素温度へ
冷却した場合の熱収縮率は約0.2%である。したがっ
て、絶縁材料としては、熱収縮率が1%以上であるPP
LP紙(ポリプロピレンラミネートペーパー)、PEフ
ィルム(ポリエチレンフィルム)、EPゴム(エチレン
プロピレンゴム)、PE固体絶縁体(ポリエチレン固体
絶縁体)等を使用することが好ましい。
よれば曲げを加えることによって臨界電流密度が高くな
るため、より大容量でコンパクトな超電導導体が実現で
きる。
面に絶縁材料を巻き付けることによって、臨界電流密度
がより向上した超電導導体を得ることができる。
ーブルを作製する際に撚り合わせ構造にすることによっ
て、構造上導体に曲げが加わるため、臨界電流密度が大
きくなり、単芯ケーブルよりも大容量のケーブルが得ら
れる。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 金属被覆された多芯超電導素線を複数本
集合してなる超電導導体において、 曲げが加えられていることを特徴とする、超電導導体。 - 【請求項2】 前記超電導導体の表面に、前記超電導素
線の2倍以上の熱収縮率を有する絶縁材料が巻き付けら
れている、請求項1記載の超電導導体。 - 【請求項3】 超電導導体を複数本撚り合わせて構成さ
れる超電導ケーブルであって、 前記超電導導体は、 金属被覆された多芯超電導素線を複数本集合してなり、
曲げが加えられていることを特徴とする、超電導ケーブ
ル。
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