KR20200010257A - 초전도 선재 및 초전도 코일 - Google Patents

초전도 선재 및 초전도 코일 Download PDF

Info

Publication number
KR20200010257A
KR20200010257A KR1020197034138A KR20197034138A KR20200010257A KR 20200010257 A KR20200010257 A KR 20200010257A KR 1020197034138 A KR1020197034138 A KR 1020197034138A KR 20197034138 A KR20197034138 A KR 20197034138A KR 20200010257 A KR20200010257 A KR 20200010257A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
superconducting
superconducting wire
wire
substrate
Prior art date
Application number
KR1020197034138A
Other languages
English (en)
Inventor
겐키 혼다
다츠오키 나가이시
마사야 고니시
고타로 오키
다카시 야마구치
요시히로 혼다
다츠히코 요시하라
Original Assignee
스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 filed Critical 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
Publication of KR20200010257A publication Critical patent/KR20200010257A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G1/00—Methods of preparing compounds of metals not covered by subclasses C01B, C01C, C01D, or C01F, in general
    • 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
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/06—Films or wires on bases or cores
    • 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
    • Y02E40/64—
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/884—Conductor
    • Y10S505/885—Cooling, or feeding, circulating, or distributing fluid; in superconductive apparatus
    • Y10S505/886—Cable

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

초전도 선재는 테이프 형상이며, 초전도층을 구비한다. 초전도 선재에 있어서의 길이가 1m, 폭이 4㎜인 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 200J 이상 500J 이하이다.

Description

초전도 선재 및 초전도 코일
본 발명은 초전도 선재 및 초전도 코일에 관한 것이다.
종래, 일본 특허 공개 제 2015-28912 호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있는 초전도 선재가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 초전도 선재는 기판과, 기판의 주면 상에 중간층을 거쳐서 배치된 초전도층과, 해당 초전도층 상에 형성된 보호층과, 구리로 이루어지는 안정화층과, 구리보다 부드러운 금속으로 형성된 금속층을 구비한다.
일본 특허 공개 제 2015-28912 호 공보
본 명시된 일 태양에 따른 초전도 선재는 테이프 형상이며, 초전도층을 구비한다. 초전도 선재에 있어서의 길이가 1m, 폭이 4㎜인 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 200J 이상 500J 이하이다.
도 1은 실시형태에 따른 초전도 선재의 단면 모식도이다.
도 2는 초전도 선재에 있어서의 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3은 초전도 선재에 있어서의 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 실시형태에 따른 초전도 코일의 코일축에 수직인 단면에 있어서의 단면 모식도이다.
[본 개시가 해결하려고 하는 과제]
특허문헌 1에 개시된 초전도 선재에서는, 구리보다 부드러운 금속으로 형성된 금속층을 최외주에 배치하고 있으므로, 초전도 선재를 권회하여 초전도 코일을 형성하였을 때, 서로 이웃하는 초전도 선재의 금속층 사이의 밀착성이 양호하고, 초전도 선재 사이의 접촉 저항을 저감할 수 있다. 그리고, 특허문헌 1에서는, 초전도 코일의 사용 시에 ?치(quench)가 생겼을 경우에는, 인접하는 초전도 선재의 금속층에 전류를 흘려서 국부적인 발열을 억제하고 초전도 선재를 보호할 수 있다.
그러나, 상술한 초전도 선재에서는, ?치 발생 시의 초전도재 보호를 목적으로 하고 있어서, ?치 자체의 발생을 억제하는 것은 어려웠다.
본 개시에 따른 초전도 선재 및 초전도 코일은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점에 비추어진 것이다. 보다 구체적으로는, ?치의 발생을 억제 가능한 초전도 선재 및 초전도 코일을 제공한다.
[본 개시의 효과]
본 개시에 따른 초전도 선재 및 초전도 코일에 의하면, ?치의 발생을 억제할 수 있다.
[본 개시의 실시형태의 설명]
최초로 본 개시의 실시태양을 열기하여 설명한다.
(1) 본 개시의 일 태양에 따른 초전도 선재는 테이프 형상이며, 초전도층을 구비한다. 초전도 선재에 있어서의 길이가 1m, 폭이 4㎜인 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 200J 이상 500J 이하이다.
이와 같이 하면, 초전도 선재의 단위 영역을 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 상대적으로 큰 값이 되어 있으므로, 초전도 선재에 예를 들면, 국소적인 상처 등이 있고 해당 상처의 부분에서 전기 저항 값이 높아져서 열이 발생해도, 초전도 선재의 온도 상승을 어느 정도 억제할 수 있다. 그 때문에, 해당 열의 발생에 의한 초전도 선재의 급격한 온도 상승을 억제할 수 있고, 결과적으로 ?치의 발생을 억제하여 초전도 선재의 소실이라고 하는 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 상술한 단위 영역은 상기 열량을 규정하기 위한 것이다. 본 개시의 일 태양에 따른 초전도 선재는 길이가 1m 미만, 또는 폭이 4㎜ 미만이어도 좋다.
(2) 상기 초전도 선재는, 온도가 77K일 때의 평균 열전도율이 100W/(m·K) 이상이다.
이 경우, 상기와 같이 상처 등에 의해 국소적으로 전기 저항 값이 높아져서 열이 발생해도, 해당 열을 초전도 선재의 다른 부분에 신속하게 확산시킬 수 있다. 이 때문에, 초전도 선재에 있어서의 국소적인 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 여기서 평균 열전도율이란, 예를 들면, 초전도 선재가 복수의 구성요소로 이루어지는 적층 구조를 갖는 경우, 각각의 구성요소의 열전도율과 두께의 곱을 초전도 선재 전체의 두께로 나눈 것으로서 규정할 수 있다.
(3) 상기 초전도 선재는 기판층과 초전도층과 피복층을 구비한다. 기판층은 제 1 면과, 해당 제 1 면의 반대면인 제 2 면을 갖는다. 초전도층은 제 3 면과, 제 3 면의 반대면인 제 4 면을 갖는다. 초전도층은 제 3 면이 제 2 면에 대향하도록 기판층 상에 배치된다. 피복층은 제 1 면 상 및 제 4 면 상에 배치된다. 피복층은 도전체층을 포함한다.
이 경우, 초전도 선재의 기판층이나 피복층의 재질이나 두께를 조정함으로써, 상기 열량이나 평균 열전도율을 조정할 수 있다.
(4) 본 개시의 일 태양에 따른 초전도 코일은 상기 초전도 선재와, 절연체를 구비한다. 초전도 선재는 주회(周回)마다 공간을 두고 권회된 와권 형상을 갖는다. 절연체는 공간에 충전되어 있다.
이와 같이 하면, ?치의 발생이 억제되어 있는 초전도 선재를 이용하는 것에 의해, 신뢰성이 높은 초전도 코일을 실현할 수 있다.
[본 개시의 실시형태의 상세]
다음에, 실시형태의 상세에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고 그 설명은 반복하지 않는다. 또한, 이하에 기재하는 실시형태의 적어도 일부를 임의로 조합해도 좋다.
(실시형태 1)
(초전도 선재의 구성)
도 1은 본 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 단면 모식도이다. 도 1은 테이프 형상의 초전도 선재의 길이 방향에 대해서 수직 방향으로의 단면을 도시하고 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 초전도 선재(100)는 기판층(1)과, 초전도층(2)과, 피복 도체층으로서의 피복층(3)을 갖고 있다.
기판층(1)은 바람직하게는, 길이 방향의 길이와 비교하여 두께가 작은 테이프형의 형상을 갖고 있다. 기판층(1)은 제 1 면(1a)과, 제 2 면(1b)을 갖고 있다. 제 2 면(1b)은 제 1 면(1a)의 반대면이다. 기판층(1)은 복수의 층에 의해 구성되어 있어도 좋다. 보다 구체적으로는, 기판층(1)은 기판(11)과, 중간층(12)을 포함하고 있어도 좋다. 기판(11)은 제 1 면(1a)측에 위치하여 있고, 중간층(12)은 제 2 면(1b)측에 위치하여 있다.
기판(11)은 복수의 층에 의해 구성되어 있어도 좋다. 예를 들어, 기판(11)은 제 1 층(11a)과, 제 2 층(11b)과, 제 3 층(11c)에 의해 구성되어 있다. 제 1 층(11a)에는, 예를 들면 스테인리스강이 이용된다. 제 2 층(11b)에는, 예를 들면 구리(Cu)가 이용된다. 제 3 층(11c)에는, 예를 들면 니켈(Ni)이 이용된다.
중간층(12)은 기판(11) 상에 초전도층(2)을 형성시키기 위한 버퍼로 이루어지는 층이다. 중간층(12)은 균일한 결정 배향성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 중간층(12)에는, 초전도층(2)을 구성하는 재료와의 격자 정수의 미스매치(mismatch)가 작은 재료가 이용된다. 보다 구체적으로는, 중간층(12)에는, 예를 들면 산화세륨(CeO2), 이트리아 안정화 산화 지르코늄(YSZ)이 이용된다.
초전도층(2)은 초전도체를 함유하는 층이다. 초전도층(2)에 이용되는 재료는 예를 들면, 희토류 원소계의 산화물 초전도체이다. 초전도층(2)에 이용되는 희토류 원소계의 산화물 초전도체는 예를 들면, REBCO(REBa2Cu3Oy, RE는 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리뮴(Gd), 홀뮴(Ho), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 원소)이다.
초전도층(2)은 제 3 면(2a)과 제 4 면(2b)을 갖고 있다. 제 4 면(2b)은 제 3 면(2a)의 반대면이다. 초전도층(2)은 기판층(1) 상에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 초전도층(2)은 제 3 면(2a)이 제 2 면(1b)과 대향하도록, 기판층(1) 상에 배치되어 있다. 기판층(1)과 초전도층(2)으로부터 선재부(10)가 구성된다.
피복층(3)은 기판층(1) 및 초전도층(2)을 피복하고 있는 층이다. 피복층(3)은 기판층(1)의 제 1 면(1a) 및 초전도층(2)의 제 4 면(2b) 상에 배치되어 있다. 또한, 다른 관점에서 말하면, 피복층(3)은 기판층(1) 및 초전도층(2)의 외주를 덮도록 형성되어 있다.
피복층(3)은 초전도층(2) 및 기판층(1)의 제 1 면(1a) 상에 형성된 제 1 도체층으로서의 안정화층(31)과, 안정화층(31) 상에 형성된 제 2 도체층으로서의 보호층(32)을 포함한다. 안정화층(31)은 초전도층(2)의 제 4 면(2b) 상, 기판층(1)의 제 1 면(1a) 상, 및 초전도층(2)과 기판층(1)의 측면 상에 형성되어 있다. 즉, 안정화층(31)은 선재부(10)의 외주를 덮도록 형성되어 있다. 안정화층(31)은 초전도층(2)을 보호하고, 초전도층(2)에 있어서의 국소적인 발열을 발산시키는 동시에, 초전도층(2)에 ?치(초전도 상태로부터 통상 전도 상태로 이행하는 현상)가 생겼을 때에, 전류를 바이패스시키는 도전체로서 작용한다. 또한, 안정화층(31)은 예를 들면, 도금법을 이용하여 보호층(32)을 형성할 경우에, 해당 도금법에서 이용하는 도금액으로부터 초전도층(2)을 보호하는 기능도 갖는다. 안정화층(31)에 이용되는 재료는 예를 들면, 은(Ag)이다.
안정화층(31)은 단층 구조여도 좋지만, 다층 구조여도 좋다. 또한, 안정화층(31)은 초전도층(2)이나 기판(11)의 제 1 면(1a)과의 밀착성을 높일 수 있으면, 임의의 구성을 채용할 수 있다. 안정화층(31)은 증착법 또는 스퍼터링법에 의해 형성된 층을 포함하고 있어도 좋고, 도금법에 의해 형성된 층을 포함하고 있어도 좋다.
예를 들어, 안정화층(31)으로서, 은으로 이루어지는 층을 형성한 후, 열처리를 실행함으로써 안정화층(31)과 초전도층(2)의 밀착성 또는 안정화층(31)과 기판(11)의 밀착성을 높여도 좋다.
보호층(32)은 안정화층(31) 상에 형성된다. 보호층(32)은 안정화층(31) 및 선재부(10)를 보호한다. 게다가, 보호층(32)은 초전도층(2)에 ?치가 생겼을 때에, 전류를 바이패스시키는 도전체로서도 작용할 수 있다. 안정화층(31)을 거쳐서, 보호층(32)은 기판층(1)과 초전도층(2)으로 이루어지는 선재부의 외주의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 도 1에서는, 보호층(32)은 선재부의 외주 전체를 덮도록 형성된다.
도 1에 도시된 초전도 선재(100)에서는, 길이를 1m, 폭을 4㎜로 한 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 200J 이상 500J 이하이다. 해당 열량의 측정 방법에 대해서는 후술한다.
또한, 상기 초전도 선재(100)는 온도가 77K일 때의 평균 열전도율이 100W/(m·K) 이상이다. 해당 평균 열전도율은, 초전도 선재(100)를 구성하는 재료층의 온도 77K에 있어서의 열전도율과 각 재료층의 두께로부터 산출할 수 있다.
상기와 같은 열량이나 평균 열전도율은 예를 들면, 기판(11)의 구성이나 피복층(3)의 구성을 조정하는 것에 의해 실현할 수 있다.
(열량의 측정 방법)
도 2는 초전도 선재(100)에 있어서의 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 도 3은 초전도 선재(100)에 있어서의 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 2 및 도 3을 이용하여, 초전도 선재에 있어서의 상기 열량의 측정 방법을 설명한다.
초전도 선재(100)의 열량의 측정 방법에서는, 우선 도 2에 나타내는 바와 같이 실온에서의 저항 측정 공정(S10)을 실시한다. 이 공정(S10)에서는, 일반적인 저항 측정에 있어서의 4단자법과 동일한 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 예를 들면 150㎜ 길이로 절단한 초전도 선재의 시료(200)를 준비하고, 해당 시료(200)의 양단에 전류 단자(53)를 납땜한다. 또한, 시료의 중앙부에 전압 단자(54)를, 예를 들면, 단자 간격 100㎜로 납땜한다. 전류 단자(53)는 전류 측정부(55)에 접속된다. 전압 단자(54)는 전압 측정부(56)에 접속된다. 그리고, 상기와 같이 단자를 접속한 시료(200)에 대해서, 실온(300K)에 있어서의 저항 값을 측정한다.
다음에, 액체 질소 중에서의 측정 공정(S20)을 실시한다. 구체적으로는, 상기와 같이 전류 단자(53) 및 전압 단자(54)를 접속한 시료(200)를, 도 3에 도시되는 바와 같이 용기(51)에 보지된 액체 질소(52)에 침지하여 냉각한다. 액체 질소(52)의 온도인 77K로 냉각된 시료(200)에 대해서, 시료인 선재의 임계 전류 값(Ic)보다 충분히 높은 전류를 인가한 상태로, 전압 단자(54) 사이의 전압 값을 측정하는 것에 의해, 해당 전압 단자(54) 사이의 저항 값을 측정한다. 이 때, 인가하는 전류의 값은 예를 들면, 임계 전류 값의 3배 정도로 할 수 있다. 그리고, 측정된 저항 값이 상기 실온에 있어서의 저항 값과 동일하게 되었을 때, 전류의 인가를 정지한다. 또한, 전류의 인가를 정지한 시점에서는, 시료의 온도는 공정(S10)에서 측정한 온도 조건인 실온과 동등하게 되어 있다고 생각할 수 있다.
이 공정(S20)에서는, 전류의 인가 개시에서 정지까지의 시간, 전류의 인가 개시에서 정지까지의 사이에 있어서의 전압 값 및 전류 값의 변화를 측정한다. 여기서, 저항 값이 실온에서의 값이 되기까지 걸리는 시간이 50밀리 초보다 길어지는 경우, 시료(200)에 인가하는 전류 값을 높게 하여, 보다 짧은 시간으로 저항 값이 실온에서의 저항 값까지 상승하도록 한다. 예를 들어, 상기 전류 값은 저항 값이 실온에서의 저항 값까지 상승할 시간이 수 밀리 초 내지 20밀리 초 정도가 되도록 결정해도 좋다. 이와 같이 상기 시간을 짧게 설정하는 것은, 상기와 같이 수 밀리 초 내지 20밀리 초 정도이면, 시료(200)로부터 단위 시간, 단위 면적당 액체 질소(52)에 의해 제거되는 열량인 냉각량이, 액체 질소의 임계 열 유속(qc)과 동일하다고 볼 수 있기 때문이다.
다음에, 열량의 산출 공정(S30)을 실시한다. 이 공정(S30)에서는, 구체적으로는 이하와 같이 열량을 산출한다.
상기 공정(S20)에서 구한 데이터, 즉 전류의 인가 개시에서 정지까지의 사이의 승온 과정에 있어서의 전류의 시간 변화를 I(t), 전압 단자(54) 사이의 전압 변화를 V(t), 전류의 인가 개시에서 정지까지의 시간을 t300K로 한다. 이러한 파라미터를 이용하여, 승온 과정에 있어서 시료(200)에 공급되는 열량(Q)은 이하의 식 (1)로 나타난다.
[수식 1]
Figure pct00001
또한, 승온 과정에 있어서 액체 질소에 의해 냉각되는 열량(Qcool)은, 시료(200)의(전압 단자(54) 사이의) 표면적을 S로 하여, 이하의 식 (2)로 나타난다.
[수식 2]
Figure pct00002
이들로부터, 시료(200)의 단위 영역을 77K에서 300K까지 온도 상승시키는데 필요한 열량(Q77-300)은 전압 단자 간격을 L(단위: m), 선재 폭을 W(단위: ㎜)로 하여, 이하의 식 (3)으로 나타난다. 또한, 단위 영역은 시료(200)에 있어서의 길이 1m, 폭 4㎜의 영역이다.
[수식 3]
Figure pct00003
(초전도 선재의 제조 방법)
이하에, 본 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 초전도 선재(100)의 제조 방법으로서는, 임의의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 초전도 선재(100)의 제조 방법은 기판 준비 공정(S100), 중간층 형성 공정(S200), 초전도층 형성 공정(S300), 및 피복층 형성 공정(S400)을 구비하고 있다.
공정(S100)은 기판(11)을 준비하는 공정이다. 기판(11)을 준비하는 공정에서는, 종래 주지의 임의의 방법을 이용하여 기판(11)을 형성한다. 예를 들어, 스테인리스 등의 금속제의 테이프로 이루어지는 제 1 층(11a)을 준비하고, 해당 제 1 층(11a) 상에 제 2 층(11b) 및 제 3 층(11c)을 순서대로 형성한다. 이들 층의 형성 방법으로서는, 도금법이나 스퍼터링법 등 임의의 방법을 이용할 수 있다.
공정(S200)은 중간층을 형성하는 공정이다. 이 공정(S200)에서는, 기판(11)의 제 3 층(11c) 상에 중간층(12)을 형성한다. 중간층(12)의 형성 방법으로서는, 도금법이나 스퍼터링법 등 임의의 방법을 이용할 수 있다. 이와 같이 하여, 기판(11)과 중간층(12)으로 이루어지는 기판층(1)을 얻는다.
공정(S300)에서는, 중간층(12) 상에 초전도층(2)을 형성한다. 이 공정(S300)에서는, 종래 주지의 임의의 방법을 이용하여 초전도층(2)을 형성한다. 이와 같이 하여, 선재부(10)가 얻어진다.
공정(S400)은 피복 도체층으로서의 피복층(3)을 형성하는 공정이며, 안정화층(31)을 형성하는 공정과, 보호층(32)을 형성하는 공정을 포함한다. 안정화층(31)을 형성하는 공정은 적어도 초전도층(2)의 제 4 면(2b) 상 및 기판층(1)의 제 1 면(1a) 상에 제 1 도체층으로서의 안정화층(31)을 형성한다. 안정화층(31)을 형성하는 공정에서는, 선재부(10)의 측면 전체를 덮도록 안정화층(31)을 형성해도 좋다. 안정화층(31)을 형성하는 방법으로서는, 스퍼터링법이나 도금법 등 임의의 방법을 이용할 수 있다.
보호층(32)을 형성하는 공정으로서는, 예를 들면, 도금법을 이용하여 보호층을 안정화층(31) 상에 형성해도 좋다. 보호층(32)의 형성 방법으로서는 상술한 도금법 대신에, 임의의 방법을 이용해도 좋다. 이와 같이 하여, 도 1에 도시된 초전도 선재를 얻을 수 있다.
(초전도 선재의 작용 효과)
본 실시형태에 따른 초전도 선재에 의하면, 초전도 선재(100)의 단위 영역을 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량(Q77-300)이 상대적으로 큰 값이 되어 있다. 이 때문에, 초전도 선재(100)에 예를 들면, 국소적인 상처 등이 있어서 해당 상처의 부분에서 전기 저항 값이 높아져도, 해당 상처의 부분에서의 열에 의한 초전도 선재(100)의 온도 상승을 어느 정도 억제할 수 있다. 그 때문에, 해당 열의 발생에 의한 초전도 선재(100)의 급격한 온도 상승을 억제할 수 있고, 결과적으로 초전도 선재(100)의 소실이라 한 불량의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 초전도 선재(100)는 온도가 77K일 때의 평균 열전도율이 100W/(m·K) 이상으로 되어 있다. 이 때문에, 상처 등에 의해 국소적으로 초전도 선재(100)의 전기 저항 값이 높아져서 열이 발생해도, 해당 열을 초전도 선재(100)의 다른 부분으로 신속하게 확산시킬 수 있다. 이 때문에, 초전도 선재(100)에 있어서의 국소적인 온도 상승을 억제할 수 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 초전도 선재(100)는 기판층(1)과 초전도층(2)과 피복층(3)을 구비한다. 기판층(1)은 제 1 면(1a)과, 해당 제 1 면(1a)의 반대면인 제 2 면(1b)을 갖는다. 초전도층(2)은 제 3 면(2a)과, 제 3 면(2a)의 반대면인 제 4 면(2b)을 갖는다. 초전도층(2)은 제 3 면(2a)이 제 2 면(1b)에 대향하도록 기판층(1) 상에 배치된다. 피복층(3)은 제 1 면(1a) 상 및 제 4 면(2b) 상에 배치된다. 이 경우, 초전도 선재(100)의 기판층(1)이나 피복층(3)의 재질이나 두께를 조정함으로써, 상기 열량(Q77-300)이나 평균 열전도율을 조정할 수 있다.
(실시형태 2)
이하에, 본 실시형태에 따른 초전도 코일(300)의 구성에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 4는 본 실시형태에 따른 초전도 코일(300)의 코일축에 수직인 단면에 있어서의 단면도이다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 초전도 코일(300)은 초전도 선재(100)와, 절연체(150)를 갖고 있다.
초전도 선재(100)는 상술한 실시형태 1에 나타낸 초전도 선재(100)이며, 코일축을 중심으로 한 와권 형상을 갖고 있다. 즉, 초전도 선재(100)는 코일축을 중심으로 권회되어 있다. 초전도 선재(100)는 주회마다 공간을 두고 권회되어 있다.
절연체(150)는 권회된 초전도 선재(100) 사이의 공간에 충전되어 있다. 이에 의해, 권회된 초전도 선재(100)가 서로 절연되고, 서로 고착된다. 다른 관점에서 말하면, 초전도 선재(100)는 절연체(150)에 의해 끼워넣어져 있다.
절연체(150)에는 예를 들면, 열경화성 수지가 이용된다. 절연체(150)에 이용되는 열경화성 수지는, 경화 전의 상태에 있어서, 권회된 초전도 선재(100) 사이의 공간에 함침될 수 있는 정도의 낮은 점도를 갖고 있는 것이 바람직하다. 절연체(150)에 이용되는 열경화성 수지는 예를 들면, 에폭시 수지이다.
(초전도 코일의 제조 방법)
초전도 코일(300)의 제조 방법으로서는, 임의의 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 코일축을 중심으로 하여 초전도 선재(100)를 권회하고, 그 후 초전도 선재(100) 사이에 절연체(150)가 되어야 할 수지를 함침시킨다. 그 후, 수지의 경화 처리를 실행한다. 경화 처리로서는 예를 들면, 열처리를 실행한다. 또한, 초전도 선재(100)에는 도시되지 않은 전극 단자 등을 접속해도 좋다. 이와 같이 하여, 도 4에 도시된 초전도 코일(300)을 얻는다.
(초전도 코일의 작용 효과)
도 4에 도시된 초전도 코일(300)에서는, ?치의 발생이 억제되어 있는 초전도 선재(100)를 이용하는 것에 의해, 신뢰성이 높은 초전도 코일(300)을 실현할 수 있다.
(실시예)
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 이하의 같은 실험을 실행하였다.
<시료>
실시예의 시료:
실시용의 시료로서, 길이가 1m, 폭이 4㎜인 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 각각 200J, 300J, 400J, 500J인 초전도 선재를 이용하였다.
비교예의 시료:
비교예의 시료로서, 길이가 1m, 폭이 4㎜인 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 150J, 550J인 초전도 선재를 이용하였다.
상기 실시예 및 비교예의 시료에 대해서, 길이 150㎜의 시험편을 잘라내고, 해당 시험편에 대해서 실시형태 1에 있어서의 열량의 측정 시와 마찬가지로, 4단자법에 의한 측정을 위한 전류 단자 및 전압 단자를 설치하였다. 실시예 및 비교예의 시료는 각각 10개 준비하였다.
<실험>
실험 1:
실시예 및 비교예의 시료에 대해서, 액체 질소 온도까지 냉각하여 임계 전류 값에 상당하는 전류를 흘리고, ?치가 발생하지 않는 것을 확인하였다.
실험 2:
상기의 실험 1에서 ?치가 발생하지 않는 것을 확인한 실시예 및 비교예의 시료에 대해서, 전압 단자 사이의 중앙부에 있어서, 초전도 선재의 표면에 모의 상처를 형성하였다. 구체적으로는, 초전도 선재의 길이 방향으로 0.1㎜, 폭방향으로 2㎜의 평면 사이즈가 되도록, 스크라이버(scriber)에 의해 초전도층에까지 도달하는 상처를 입힌다.
그 후, 해당 상처를 입힌 시험편에 대해서, 다시 액체 질소 온도까지 냉각하고 나서 임계 전류 값에 상당하는 전류를 흘리고, ?치의 발생의 유무를 확인하였다.
<결과>
실시예의 시료에 대해서는, 모든 시료에 대해서 실험 2에 있어서도 ?치는 발생하지 않고, 시료의 손상 등은 발생하지 않았다. 한편, 비교예의 시료에 대해서는, 모든 시료에 대해서 ?치가 발생하고, 시료가 상처의 부근에서 소실하였다.
이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해 설명을 실행하였지만, 상술의 실시형태를 여러 변형하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명의 범위는 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서 나타나고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이 의도된다.
1 : 기판층 1a : 제 1 면
1b : 제 2 면 2 : 초전도층
2a : 제 3 면 2b : 제 4 면
3 : 피복층 10 : 선재부
11 : 기판 11a : 제 1 층
11b : 제 2 층 11c : 제 3 층
12 : 중간층 31 : 안정화층
32 : 보호층 51 : 용기
52 : 액체 질소 53 : 전류 단자
54 : 전압 단자 55 : 전류 측정부
56 : 전압 측정부 100 : 초전도 선재
150 : 절연체 200 : 시료
300 : 초전도 코일

Claims (4)

  1. 초전도층을 구비하는 테이프 형상의 초전도 선재에 있어서,
    상기 초전도 선재에 있어서의 길이가 1m, 폭이 4㎜인 단위 영역에 대해서, 온도를 77K에서 300K까지 상승시키기 위해 필요한 열량이 200J 이상 500J 이하인
    초전도 선재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    온도가 77K일 때의 평균 열전도율이 100W/(m·K) 이상인
    초전도 선재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대면인 제 2 면을 갖는 기판층을 구비하고,
    상기 초전도층은 제 3 면과, 상기 제 3 면의 반대면인 제 4 면을 갖고, 상기 제 3 면이 상기 제 2 면에 대향하도록 상기 기판층 상에 배치되고,
    또한, 상기 제 1 면 상 및 상기 제 4 면 상에 배치되는 피복층을 구비하는
    초전도 선재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 초전도 선재와,
    절연체를 구비하고,
    상기 초전도 선재는 주회마다 공간을 두고 권회된 와권 형상을 갖고,
    상기 절연체는 상기 공간에 충전되어 있는
    초전도 코일.
KR1020197034138A 2017-05-22 2017-05-22 초전도 선재 및 초전도 코일 KR20200010257A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/019025 WO2018216064A1 (ja) 2017-05-22 2017-05-22 超電導線材および超電導コイル

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200010257A true KR20200010257A (ko) 2020-01-30

Family

ID=64395356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197034138A KR20200010257A (ko) 2017-05-22 2017-05-22 초전도 선재 및 초전도 코일

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200194155A1 (ko)
JP (1) JPWO2018216064A1 (ko)
KR (1) KR20200010257A (ko)
CN (1) CN110678940A (ko)
DE (1) DE112017007573T5 (ko)
WO (1) WO2018216064A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015028912A (ja) 2013-07-05 2015-02-12 中部電力株式会社 超電導線材及びそれを用いた超電導コイル

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5084766B2 (ja) * 2009-03-11 2012-11-28 住友電気工業株式会社 薄膜超電導線材および超電導ケーブル導体
JP6180729B2 (ja) * 2012-12-05 2017-08-16 株式会社東芝 超電導コイルおよびその製造方法
US10163549B2 (en) * 2013-02-15 2018-12-25 Fujikura Ltd. Oxide superconducting wire
JP6688564B2 (ja) * 2015-05-28 2020-04-28 昭和電線ケーブルシステム株式会社 酸化物超電導線材の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015028912A (ja) 2013-07-05 2015-02-12 中部電力株式会社 超電導線材及びそれを用いた超電導コイル

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018216064A1 (ja) 2018-11-29
DE112017007573T5 (de) 2020-03-12
US20200194155A1 (en) 2020-06-18
CN110678940A (zh) 2020-01-10
JPWO2018216064A1 (ja) 2020-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9564259B2 (en) Superconducting wire and superconducting coil
US20120122697A1 (en) Superconducting coil
JP5512175B2 (ja) 補強高温超電導線およびそれを巻線した高温超電導コイル
KR102562414B1 (ko) 초전도 선재 및 초전도 코일
EP2056305A1 (en) Superconducting coil and superconducting conductor for use therein
US10332656B2 (en) Oxide superconducting wire
JP2015028912A (ja) 超電導線材及びそれを用いた超電導コイル
JP6513915B2 (ja) 高温超電導コイルおよび高温超電導磁石装置
JP7123828B2 (ja) 超電導コイル導体および超電導コイル導体の製造方法
JP5693798B2 (ja) 酸化物超電導線材
KR20200010257A (ko) 초전도 선재 및 초전도 코일
RU2638968C2 (ru) Ленточный сверхпроводящий элемент с улучшенной собственной защитой в случае перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние
KR102603380B1 (ko) 초전도 선재 및 초전도 코일
WO2018150470A1 (ja) 超電導線材および超電導コイル
KR102603382B1 (ko) 초전도 선재 및 초전도 코일
JP2016186905A (ja) 超電導線材及びそれを用いた超電導コイル
JPWO2020067335A1 (ja) 酸化物超電導コイルおよびその製造方法
JP6058577B2 (ja) 高温超電導線材および高温超電導コイル
JP6766947B2 (ja) 超電導線材、超電導コイルおよび超電導ケーブル導体
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
JP2013225399A (ja) 酸化物超電導線材および超電導コイル
RU2575664C1 (ru) Сверхпроводящий провод и сверхпроводящая катушка
KR20170040481A (ko) 앵커를 포함하는 초전도선재

Legal Events

Date Code Title Description
WITB Written withdrawal of application