JPH0644421B2 - 超電導導体 - Google Patents
超電導導体Info
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- JPH0644421B2 JPH0644421B2 JP61102555A JP10255586A JPH0644421B2 JP H0644421 B2 JPH0644421 B2 JP H0644421B2 JP 61102555 A JP61102555 A JP 61102555A JP 10255586 A JP10255586 A JP 10255586A JP H0644421 B2 JPH0644421 B2 JP H0644421B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- conductor
- heat
- thermal conductivity
- superconducting conductor
- 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.)
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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
- 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
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導導体に係り、特に密巻超電導コイルおよ
び強制冷凍型超電導コイル等に適用するに好適な超電導
導体に関する。
び強制冷凍型超電導コイル等に適用するに好適な超電導
導体に関する。
従来の超電導導体は、絶縁のためにその表面を有機絶縁
物で被覆された構造となつているが、高温で熱処理され
る化合物系超電導材を用いた線材の場合は、有機絶縁物
は適用できないという重要な問題が生じていた。そこ
で、特開昭49−57793号公報に記載されているように、
セラミツクエナメル塗装が提案された。しかし、このセ
ラミツクエナメルの欠点は、高温熱処理による焼付けの
際、分解時の収縮等により絶縁性が低下したり、あるい
は破壊したりするということが挙げられる。また、絶縁
物の熱伝導性に関して全く注意が払われていなかつた。
物で被覆された構造となつているが、高温で熱処理され
る化合物系超電導材を用いた線材の場合は、有機絶縁物
は適用できないという重要な問題が生じていた。そこ
で、特開昭49−57793号公報に記載されているように、
セラミツクエナメル塗装が提案された。しかし、このセ
ラミツクエナメルの欠点は、高温熱処理による焼付けの
際、分解時の収縮等により絶縁性が低下したり、あるい
は破壊したりするということが挙げられる。また、絶縁
物の熱伝導性に関して全く注意が払われていなかつた。
すなわち、特開昭49−57793号公報においては、絶縁材
としてセラミツクエナメルを塗装焼付し、加熱してセラ
ミツクを溶融密着させ、コイルを一体化すると記載され
ているが、セラミックを溶融密着するためには２０００
℃以上の高温にしなければならない。しかし、これでは
超電導体の融点以上となり実質的に不可能である。ま
た、エナメルを使用しているので、本質的に従来の有機
絶縁と変わらない。
としてセラミツクエナメルを塗装焼付し、加熱してセラ
ミツクを溶融密着させ、コイルを一体化すると記載され
ているが、セラミックを溶融密着するためには２０００
℃以上の高温にしなければならない。しかし、これでは
超電導体の融点以上となり実質的に不可能である。ま
た、エナメルを使用しているので、本質的に従来の有機
絶縁と変わらない。
したがつて、以上のような従来技術では、次のような問
題点があつた。
題点があつた。
１．高温で拡散熱処理される化合物系超電導導体を用い
た超電導コイルでは、コイルの寸法および製作条件によ
り、巻線後に熱処理する必要がある場合、耐熱性の低い
有機絶縁を用いることができない。また、セラミツク粉
末をエナメルに混ぜたセラミツクエナメルは、熱処理に
よりエナメルが焼損し、このためセラミツク粒は剥離
し、絶縁性が保たれないものと考えられる。
た超電導コイルでは、コイルの寸法および製作条件によ
り、巻線後に熱処理する必要がある場合、耐熱性の低い
有機絶縁を用いることができない。また、セラミツク粉
末をエナメルに混ぜたセラミツクエナメルは、熱処理に
よりエナメルが焼損し、このためセラミツク粒は剥離
し、絶縁性が保たれないものと考えられる。
２．有機絶縁物の熱伝導率は、金属のそれに比べて桁違
いに低く、導体内部で発生した熱がこの絶縁物を通つて
冷媒へ伝達されていく。これにより、コイルの熱的安定
性を悪くしている。
いに低く、導体内部で発生した熱がこの絶縁物を通つて
冷媒へ伝達されていく。これにより、コイルの熱的安定
性を悪くしている。
３．化合物系超電導材を用いたバンドル型強制冷凍超電
導導体では、複数の超電導素線を撚つてコンジツトの中
に挿入し、熱処理を行う。このため、従来技術では超電
導素線の表面に絶縁処理を施すことができず、よつて交
流磁界や大きな磁界変化を伴う運転においては、素線間
の結合損失のために導体の温度が上昇し、クエンチに到
る危険性を有する。また、結合損失で発生した熱は、超
電導コイルの冷凍液化機にとつて大きな熱負荷となる。
交流変動磁界を受ける核融合炉のポロイダルコイルで
は、超電導コイルの交流損失を低減することが重要な課
題となつている。
導導体では、複数の超電導素線を撚つてコンジツトの中
に挿入し、熱処理を行う。このため、従来技術では超電
導素線の表面に絶縁処理を施すことができず、よつて交
流磁界や大きな磁界変化を伴う運転においては、素線間
の結合損失のために導体の温度が上昇し、クエンチに到
る危険性を有する。また、結合損失で発生した熱は、超
電導コイルの冷凍液化機にとつて大きな熱負荷となる。
交流変動磁界を受ける核融合炉のポロイダルコイルで
は、超電導コイルの交流損失を低減することが重要な課
題となつている。
なお、無機絶縁の従来例として、化合物系超電導導体表
面にＣｕＯの層を形成することが考えられるが、熱処理
時にＣｕＯ層が消失する等の問題がある。また、アルミ
ナを形成する場合もあるが、本発明はアルミナより優れ
た性能を持つ無機絶縁層を超電導導体の表面に形成する
ことが目的である。
面にＣｕＯの層を形成することが考えられるが、熱処理
時にＣｕＯ層が消失する等の問題がある。また、アルミ
ナを形成する場合もあるが、本発明はアルミナより優れ
た性能を持つ無機絶縁層を超電導導体の表面に形成する
ことが目的である。
本発明の目的は、上述した各問題点に鑑みなされたもの
で、熱的に安定でかつ交流損失の低い高性能な超電導導
体を提供するにある。
で、熱的に安定でかつ交流損失の低い高性能な超電導導
体を提供するにある。
上記目的を達成するために、本発明は、超電導材を安定
化材中に埋設し、その超電導材を埋設した安定化材の表
面を無機絶縁層で囲むよう構成した超電導導体におい
て、前記絶縁層はＢｅＯ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，Ｓｉ
３Ｎ４，ＡｌＮのセラミックス材料から成り、極低温に
おける熱伝導率が１×１０-2Ｗ／ｃｍ／Ｋから２×１０
1Ｗ／ｃｍ／Ｋの範囲内にある高熱伝導性かつ耐熱性を
有する無機絶縁層であることを特徴とする超電導導体で
ある。
化材中に埋設し、その超電導材を埋設した安定化材の表
面を無機絶縁層で囲むよう構成した超電導導体におい
て、前記絶縁層はＢｅＯ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，Ｓｉ
３Ｎ４，ＡｌＮのセラミックス材料から成り、極低温に
おける熱伝導率が１×１０-2Ｗ／ｃｍ／Ｋから２×１０
1Ｗ／ｃｍ／Ｋの範囲内にある高熱伝導性かつ耐熱性を
有する無機絶縁層であることを特徴とする超電導導体で
ある。
上記本発明によれば、従来の有機絶縁物の代わりに高熱
伝導，耐熱性無機絶縁材を超電導導体にコーテイングす
ることにより、導体内で発生する熱の拡散がはやまり、
熱的安定性が増大する。
伝導，耐熱性無機絶縁材を超電導導体にコーテイングす
ることにより、導体内で発生する熱の拡散がはやまり、
熱的安定性が増大する。
また、熱処理の関係上、有機絶縁が不可能であつた化合
物系超電導材を用いたバンドル型強制冷凍導体の交流損
失を低減することができる。
物系超電導材を用いたバンドル型強制冷凍導体の交流損
失を低減することができる。
第４図に高熱電導、耐熱性無機絶縁材（ＢｅＯ，Ｓｉ
Ｃ）の低温における熱伝導測定結果を示す。第４図を参
考にして、低温におけるこれらの無機絶縁材の熱伝導率
の範囲は１×１０-2／ｃｍ／Ｋから２×１０1Ｗ／ｃｍ
／Ｋになる。比較のため金属（銅，ＳＵＳ３０４）、有
機絶縁材（ポリエステル）、及び無機絶縁材（Ａｌ２Ｏ
３）の熱伝導度を示す。１０Ｋ以上の極低温において、
これらの高熱伝導、耐熱性無機絶縁材の熱伝導度は、有
機絶縁材の約２桁以上、またＳＵＳ３０４のそれと同等
またはそれ以上となつている。更に、第４図からは、Ｂ
ｅＯ及びＳｉＣからなる本発明の無機絶縁材はＡｌ２Ｏ
３よりも優れた熱伝導度を持っていることが判る。
Ｃ）の低温における熱伝導測定結果を示す。第４図を参
考にして、低温におけるこれらの無機絶縁材の熱伝導率
の範囲は１×１０-2／ｃｍ／Ｋから２×１０1Ｗ／ｃｍ
／Ｋになる。比較のため金属（銅，ＳＵＳ３０４）、有
機絶縁材（ポリエステル）、及び無機絶縁材（Ａｌ２Ｏ
３）の熱伝導度を示す。１０Ｋ以上の極低温において、
これらの高熱伝導、耐熱性無機絶縁材の熱伝導度は、有
機絶縁材の約２桁以上、またＳＵＳ３０４のそれと同等
またはそれ以上となつている。更に、第４図からは、Ｂ
ｅＯ及びＳｉＣからなる本発明の無機絶縁材はＡｌ２Ｏ
３よりも優れた熱伝導度を持っていることが判る。
ここで、絶縁材の熱伝導度が導体の安定性にどのように
寄与するか、単純なモデル（第５図参照）を用いて示
す。導体１の半径ｒｉ、絶縁材２の厚さｒo−ｒiとし、
導体１の内部の温度をＴiとし、冷媒の温度Ｔ∞とした
とき、絶縁材２の熱伝導率ｋ、冷媒への熱伝導率をｈと
すると、この超電導体の長さＬ当りに導体１から絶縁材
２を通り、冷媒に移動する熱量は、 となる。
寄与するか、単純なモデル（第５図参照）を用いて示
す。導体１の半径ｒｉ、絶縁材２の厚さｒo−ｒiとし、
導体１の内部の温度をＴiとし、冷媒の温度Ｔ∞とした
とき、絶縁材２の熱伝導率ｋ、冷媒への熱伝導率をｈと
すると、この超電導体の長さＬ当りに導体１から絶縁材
２を通り、冷媒に移動する熱量は、 となる。
ここで、幾何学的形状は同一とし、絶縁層の材質を有機
絶縁（ポリエステル）と高熱伝導性無機絶縁（ＳｉＣセ
ラミツク）とした場合、それぞれの４．２Ｋにおける熱
伝導率は、ｋ1＝７×10-4Ｗ／cm・K，ｋ2＝１．５×１０
-2Ｗ／cm・Kとなる。
絶縁（ポリエステル）と高熱伝導性無機絶縁（ＳｉＣセ
ラミツク）とした場合、それぞれの４．２Ｋにおける熱
伝導率は、ｋ1＝７×10-4Ｗ／cm・K，ｋ2＝１．５×１０
-2Ｗ／cm・Kとなる。
ここで、同一エネルギーｑが導体から冷媒に流れ出ると
考えれば、導体の温度をＴi1，Ｔi2としたとき、 となる。
考えれば、導体の温度をＴi1，Ｔi2としたとき、 となる。
ΔＴ1＝Ｔi1−Ｔ∞，ΔＴ2＝Ｔi2−Ｔ∞とすれば、一般
設計では、 であるので、 となり、導体の温度上昇は絶縁物の熱伝導率に逆比例す
ることがわかる。
設計では、 であるので、 となり、導体の温度上昇は絶縁物の熱伝導率に逆比例す
ることがわかる。
したがつて、以上の検討から、絶縁物に有機絶縁を使用
する場合と、高熱伝導性無機絶縁を使用する場合とを比
較した場合、導体の温度上昇の割合は、ｋ2／ｋ1＝２１
倍違うことがわかる。すなわち、高熱伝導性無機絶縁を
施した超電導体は、同一発熱量を除去するとき、その温
度上昇は１／２１と熱的に非常に安定である。
する場合と、高熱伝導性無機絶縁を使用する場合とを比
較した場合、導体の温度上昇の割合は、ｋ2／ｋ1＝２１
倍違うことがわかる。すなわち、高熱伝導性無機絶縁を
施した超電導体は、同一発熱量を除去するとき、その温
度上昇は１／２１と熱的に非常に安定である。
以下、図に示す実施例を用いて本発明の詳細を説明す
る。
る。
第１図は、超電導材（フイラメント＋バリア）３および
安定化材４から構成される代表的超電導導体５の表面
に、高熱伝導，耐熱性無機絶縁物（例、ＢｅＯ，Ｓｉ
Ｃ，ＴｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮのセラミツク材）６を
コーテイングしたものである。このコーテイング層は１
μｍ〜５０μｍの厚さとする。すなわち、１μｍ以下で
は絶縁性が低下し、かつ５０μｍ以上では熱応力のひず
みでクラツクが発生するおそれがあるからである。
安定化材４から構成される代表的超電導導体５の表面
に、高熱伝導，耐熱性無機絶縁物（例、ＢｅＯ，Ｓｉ
Ｃ，ＴｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮのセラミツク材）６を
コーテイングしたものである。このコーテイング層は１
μｍ〜５０μｍの厚さとする。すなわち、１μｍ以下で
は絶縁性が低下し、かつ５０μｍ以上では熱応力のひず
みでクラツクが発生するおそれがあるからである。
第２図は、第１図に示した本発明による超電導導体を用
いて作成される密巻き超電導コイルの巻線ボビン７の一
部を示す。従来の有機絶縁と違い、高熱導伝であつて、
かつ耐熱性の無機絶縁物６を超電導導体５の表面にコー
テイングしているので、超電導導体５内で発生した熱
は、導体長手方向はもちろん、上下左右に隣接する超電
導導体５に伝播する。これにより、発熱導体部分の温度
が分流開始温度以下に急速に下がり、常電導領域の伝播
が阻止されることにより、従来の有機絶縁を用いた超電
導コイルに比べ、熱的に安定性の高い超電導コイルを得
ることができる。また、従来の超電導コイルと違い、例
えコイルがクエンチしたとしても、熱が一箇所にこも
り、その部分が熱暴走し、溶解したりあるいは温度が上
がることにより、安定化材４の抵抗が増加し、高電圧が
発生することによる超電導導体５間の絶縁破壊という事
故を防止することができる。
いて作成される密巻き超電導コイルの巻線ボビン７の一
部を示す。従来の有機絶縁と違い、高熱導伝であつて、
かつ耐熱性の無機絶縁物６を超電導導体５の表面にコー
テイングしているので、超電導導体５内で発生した熱
は、導体長手方向はもちろん、上下左右に隣接する超電
導導体５に伝播する。これにより、発熱導体部分の温度
が分流開始温度以下に急速に下がり、常電導領域の伝播
が阻止されることにより、従来の有機絶縁を用いた超電
導コイルに比べ、熱的に安定性の高い超電導コイルを得
ることができる。また、従来の超電導コイルと違い、例
えコイルがクエンチしたとしても、熱が一箇所にこも
り、その部分が熱暴走し、溶解したりあるいは温度が上
がることにより、安定化材４の抵抗が増加し、高電圧が
発生することによる超電導導体５間の絶縁破壊という事
故を防止することができる。
第３図は、第１図に示した本発明による超電導導体５を
複数用いて撚線とし、コンジツト８内に納めたバンドル
型強制冷凍超電導導体の一例を示す。なお、符号９は冷
媒流路を示す。Ｎｂ３Ｓｎ等の化合物系超電導材料を用
いた導体は、撚線後、コンジツト８内に挿入され、高温
で熱処理されるようになつている。このため、従来の有
機絶縁では、超電導撚線を絶縁して、撚線間の結合損失
を抑えることは不可能あつたが、本発明による超電導導
体５を複数本用いて超電導撚線とした場合にあつては、
交流損失の低い熱的に安定した高性能強制冷凍型の超電
導導体の製作が可能となる。
複数用いて撚線とし、コンジツト８内に納めたバンドル
型強制冷凍超電導導体の一例を示す。なお、符号９は冷
媒流路を示す。Ｎｂ３Ｓｎ等の化合物系超電導材料を用
いた導体は、撚線後、コンジツト８内に挿入され、高温
で熱処理されるようになつている。このため、従来の有
機絶縁では、超電導撚線を絶縁して、撚線間の結合損失
を抑えることは不可能あつたが、本発明による超電導導
体５を複数本用いて超電導撚線とした場合にあつては、
交流損失の低い熱的に安定した高性能強制冷凍型の超電
導導体の製作が可能となる。
なお、超電導導体の表面に高熱伝導，耐熱性無機絶縁物
（ＢｅＯ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮのセラ
ミツク材）をコーテイングする方法としては、スパツタ
リング，ＣＶＤ（気相反応法），加圧焼結，ダイナミツ
クレンジ法等が考えられる。
（ＢｅＯ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮのセラ
ミツク材）をコーテイングする方法としては、スパツタ
リング，ＣＶＤ（気相反応法），加圧焼結，ダイナミツ
クレンジ法等が考えられる。
以上説明したように、本発明に係る超電導導体によれ
ば、高熱伝導であつて、かつ耐熱性無機絶縁層を超電導
導体表面に形成することにより、超電導導体内に発生す
る熱をすみやかに、隣接する導体や冷媒に拡散すること
ができるようになつたので、常電導領域の発生や伝播を
阻止する効果を有する。また、本発明によれば、バンド
ル型強制冷凍導体（Ｎｂ３Ｓｎ等の化合物系超電導材料
使用）の超電導撚線の絶縁に高熱伝導，耐熱性の無機絶
縁を使用することにより、熱処理における絶縁の損傷を
防止でき、かつ交流損失の低減に大きな効果が得られ
る。
ば、高熱伝導であつて、かつ耐熱性無機絶縁層を超電導
導体表面に形成することにより、超電導導体内に発生す
る熱をすみやかに、隣接する導体や冷媒に拡散すること
ができるようになつたので、常電導領域の発生や伝播を
阻止する効果を有する。また、本発明によれば、バンド
ル型強制冷凍導体（Ｎｂ３Ｓｎ等の化合物系超電導材料
使用）の超電導撚線の絶縁に高熱伝導，耐熱性の無機絶
縁を使用することにより、熱処理における絶縁の損傷を
防止でき、かつ交流損失の低減に大きな効果が得られ
る。
第１図は本発明に係る超電導導体の一実施例を示す一部
破断平面図、第２図は本発明の超電導導体を用いた超電
導コイルの要部断面図、第３図は本発明の超電導撚線を
用いたバンドル型強制冷凍超電導導体の一部破断平面
図、第４図は本発明の無機絶縁物（ＳｉＣ，ＢｅＯ）と
Ｃｕ，SUS304Lおよび有機絶縁物（ポリエステル）の低
温における熱伝導特性を示すグラフ、第５図は本発明の
原理説明図である。 ３……超電導材、４……安定化材、５……超電導導体、
６……無機絶縁物。
破断平面図、第２図は本発明の超電導導体を用いた超電
導コイルの要部断面図、第３図は本発明の超電導撚線を
用いたバンドル型強制冷凍超電導導体の一部破断平面
図、第４図は本発明の無機絶縁物（ＳｉＣ，ＢｅＯ）と
Ｃｕ，SUS304Lおよび有機絶縁物（ポリエステル）の低
温における熱伝導特性を示すグラフ、第５図は本発明の
原理説明図である。 ３……超電導材、４……安定化材、５……超電導導体、
６……無機絶縁物。
Claims (1)
- 【請求項１】超電導材（３）を安定化材（４）中に埋設
し、その超電導材（３）を埋設した安定化材（４）の表
面を無機絶縁層（６）で囲むよう構成した超電導導体
（５）において、 前記絶縁層（６）はBeO，SiC，TiC，Si3N4，AlNのセラ
ミックス材料から成り、極低温における熱伝導率が１×
１０-2Ｗ／ｃｍ／Ｋから２×１０1Ｗ／ｃｍ／Ｋの範囲
内にある高熱伝導性かつ耐熱性を有する無機絶縁層であ
ることを特徴とする超電導導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61102555A JPH0644421B2 (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 超電導導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61102555A JPH0644421B2 (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 超電導導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62259307A JPS62259307A (ja) | 1987-11-11 |
| JPH0644421B2 true JPH0644421B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=14330486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61102555A Expired - Lifetime JPH0644421B2 (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 超電導導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644421B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6381707A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-12 | 日本原子力研究所 | 超電導体 |
| JPS63250015A (ja) * | 1987-04-04 | 1988-10-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導マグネツト用線材 |
| JP2653451B2 (ja) * | 1988-01-11 | 1997-09-17 | 日本原子力研究所 | 超電導導体の絶縁厚み決定方法 |
| JPH1143610A (ja) * | 1997-07-28 | 1999-02-16 | Fujikura Ltd | 極低温用高熱伝導絶縁材料および超電導ケーブル |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5844608A (ja) * | 1981-09-09 | 1983-03-15 | 住友電気工業株式会社 | 無機絶縁超電導導体の製造方法 |
-
1986
- 1986-05-02 JP JP61102555A patent/JPH0644421B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62259307A (ja) | 1987-11-11 |
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|---|---|---|
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