JPS5836442B2 - superconducting wire - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は核融合装置やＭＨＤ発電装置等に使用される
超電導線に関し、特に内部に冷却通路を有する大型断面
の化合物系中空超電導線に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a superconducting wire used in nuclear fusion devices, MHD power generation devices, etc., and particularly to a compound-based hollow superconducting wire having a large cross section and having a cooling passage inside.

周知のように中空超電導線は内部に中空な冷却通路を形
或して、その冷却通路に超臨界圧ヘリウム等の冷却媒体
を圧送し、超電導線をその内部から冷却するようにした
ものであり、従来の化合物系中空超電導線としては、例
えば第１図に示すように全体として略矩形状の断面を有
する無酸素銅等の通常導体からなる安定化母材１の断面
中央部に断面矩形状の冷却通路２を形成し、かつその安
定化母材１の各外側表面に凹溝３ａ Ｆ ３ｂ ｙ ３
ｃｔ３ｄを形威して、これら凹溝３ａ〜３ｄにそれぞれ
Ｎｂ３Ｓｎ等の超電導金属間化合物からなる超電導体４
ａ〜４ｄを嵌合してロウ付け等により固定し、その外側
に絶縁テープ等からなる絶縁層５を形成したものが知ら
れている。As is well known, a hollow superconducting wire has a hollow cooling passage formed inside, and a cooling medium such as supercritical pressure helium is pumped into the cooling passage to cool the superconducting wire from within. As a conventional compound-based hollow superconducting wire, for example, as shown in FIG. A cooling passage 2 is formed, and grooves 3a F 3b y 3 are formed on each outer surface of the stabilizing base material 1.
ct3d, a superconductor 4 made of a superconducting intermetallic compound such as Nb3Sn is placed in each of these grooves 3a to 3d.
It is known that parts a to 4d are fitted and fixed by brazing or the like, and an insulating layer 5 made of an insulating tape or the like is formed on the outside thereof.

ところで、大型超電導磁石等の大型超電導コイルに使用
される超電導線においては、冷却能力を大きくする必要
があり、またコイルの大型化に伴って超電導線の条長も
長くなって必然的に冷却通路の長さも長くなる。By the way, in superconducting wires used in large superconducting coils such as large superconducting magnets, it is necessary to increase the cooling capacity, and as the coils become larger, the length of the superconducting wires also becomes longer, which inevitably leads to the need for cooling channels. The length of will also increase.

したがって上述の如く大型コイルに使用するためには冷
却通路の中空部断面を大きくする必要があり、そのため
超電導線全体の断面も大型化せざるを得ないのが実情で
あり、特に第１図に示される従来構造のものでは、大型
コイルにより発生する大きな電磁力を安定化母材１の壁
部１ａで支持しているため、大型コイルではその壁部１
ａの肉厚を余り薄くすることができず、そのため一層大
型断面とせざるを得ない。Therefore, as mentioned above, in order to use it in a large coil, it is necessary to enlarge the cross section of the hollow part of the cooling passage, and as a result, the cross section of the entire superconducting wire must also be enlarged. In the conventional structure shown, the large electromagnetic force generated by the large coil is supported by the wall 1a of the stabilizing base material 1.
The wall thickness of a cannot be made very thin, so the cross section must be made even larger.

しかしながら第１図に示される従来構造の超電導線にお
いては、安定化母材１として、中央に中空の冷却通路２
を形成ししかも各外表面に凹溝３ａ〜３ｄを形成した中
空異形材を用いなければならず、そのような中空異形材
の大型断面かつ厚内のものを長尺で製造することはきわ
めて困難であり、したがって第１図の従来構造の超電導
線を大型化して大型コイルに使用することは実際にはほ
とんど不可能であった。However, in the conventional superconducting wire shown in FIG.
In addition, it is necessary to use a hollow profiled material with grooves 3a to 3d formed on each outer surface, and it is extremely difficult to manufacture a long length of such a hollow profiled material with a large cross section and thickness. Therefore, it is practically impossible to enlarge the superconducting wire of the conventional structure shown in FIG. 1 and use it for a large coil.

また、第１図の従来構造の超電導線においては超電導体
４ａ〜４ｄが安定化母材１の各表面側に位置するため、
予め超電導体４ａ〜４ｄを安定化母材１にロウ付け等に
より接着固定しておいた場合、その超電導線をコイルに
巻込む際に巻込み半径Ｒの外側に位置する超電導体（例
えば４ａ）には伸び歪が作用し、逆に巻込み半径内側に
位置する超電導体（例えば４Ｃ）には圧縮歪が作用する
ことになるから、本来硬くて脆い金属間化合物系の超電
導体が劣化または破断したりするおそれがあり、その現
象は特に大型断面の場合に甚だしくなるから、特に大型
断面の場合には超電導体４ａ〜４ｃを安定化母材１に接
合一体化する作業は超電導線（接合していない半製品）
をコイルに巻込んだ後に行なわなければならず、そのた
め作業工程が煩雑となるとともに、大型のコイルを加熱
するための大型の装置を必要とし、かつロウ付けのため
の加熱によって基枠が変形したりする問題もある。Moreover, in the superconducting wire of the conventional structure shown in FIG. 1, since the superconductors 4a to 4d are located on each surface side of the stabilizing base material 1,
If the superconductors 4a to 4d are adhesively fixed to the stabilizing base material 1 in advance by brazing or the like, when the superconducting wire is wound into a coil, the superconductor located outside the winding radius R (for example, 4a) Since elongational strain acts on the superconductor (for example, 4C) located inside the winding radius, compressive strain acts on the superconductor (for example, 4C) located inside the winding radius, so the intermetallic compound-based superconductor, which is originally hard and brittle, deteriorates or breaks. This phenomenon is particularly serious when the cross section is large, so in the case of a large cross section, the work of joining and integrating the superconductors 4a to 4c to the stabilizing base material 1 requires superconducting wires (not joined). semi-finished products)
This must be done after winding the coil into the coil, which makes the work process complicated, requires a large device to heat the large coil, and the base frame is deformed by heating for brazing. There are also problems.

この発明は上述の諸問題を解決して、容易に大型化し得
るようにした化合物系中空超電導線を提供することを目
的とするものである。The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a compound-based hollow superconducting wire that can be easily increased in size.

すなわちこの発明の超電導線は、断面扁平矩形状をなす
超電導体を断面のほぼ中央部に配置し、その超電導体の
厚み方向の両側に、内部に冷却通路が形成された通常導
体からなる複数本の中空管体を沿わせ、これら超電導体
および中空管体を接合一体化したことを要旨とするもの
である。In other words, the superconducting wire of the present invention has a superconductor having a flat rectangular cross section arranged approximately at the center of the cross section, and a plurality of normal conductors each having cooling passages formed inside on both sides of the superconductor in the thickness direction. The gist is that the superconductor and the hollow tube are joined and integrated by aligning the hollow tube.

以下この発明をより具体的に説明すると、第２図はこの
発明による超電導線の一例を示すものであって、Ｎｂ３
Ｓｎ，■３Ｇａ等の超電導金属間化合物からなる素線（
図示せず）を無酸素銅等の良電導材料に埋込んでなる超
電導体４はその断面が扁平な矩形状をなすように作られ
ており、その超電導体の厚み方向の両側には、無酸素銅
等の良導電性の通常導体からなる複数本の中空管体６が
配設されている。To explain this invention in more detail below, FIG. 2 shows an example of a superconducting wire according to the invention, which is a Nb3
Wires made of superconducting intermetallic compounds such as Sn, ■3Ga, etc.
The superconductor 4, which is made by embedding (not shown) in a highly conductive material such as oxygen-free copper, is made to have a flat rectangular cross section. A plurality of hollow tube bodies 6 made of a normal conductor with good conductivity such as oxygen copper are arranged.

これら中空管体６は、断面矩形状をなしかつ内部に同じ
く断面矩形状の冷却通路７が形或されたものであって、
図示の例では超電導体４の表側および裏側にそれぞれ３
本の中空管体６が超電導体４の幅方向に並ぶようかつ超
電導体４の長さ方向に沿うように配置されている。These hollow tube bodies 6 have a rectangular cross section and have a cooling passage 7 formed therein which also has a rectangular cross section.
In the illustrated example, there are three
The hollow tube bodies 6 are arranged so as to be lined up in the width direction of the superconductor 4 and along the length direction of the superconductor 4.

そしてこれら中空管体６の相互間および各中空管体６と
超電導体４との間がロウ付け等により接合されて、全体
として断面方形状に一体化されている。These hollow tube bodies 6 are joined together and each hollow tube body 6 and the superconductor 4 are joined by brazing or the like, so that the whole body has a rectangular cross section.

上述のような超電導線において、中空管体６は超電導体
４に対し安定化母材の作用を果たすものであるが、これ
らの中空管体６は超電導体４の厚み方向の両側にそれぞ
れ複数本配設されるものであるから、各中空管体６とし
ては比較的小断面のものを使用でき、また超電導線全体
としての断面をさらに大型化する場合でも中空管体６の
数を増加させるだけで良いから、中空管体自体を大型化
する必要がない。In the superconducting wire as described above, the hollow tubes 6 serve as a stabilizing base material for the superconductor 4, and these hollow tubes 6 are provided on both sides of the superconductor 4 in the thickness direction. Since a plurality of superconducting tubes 6 are arranged, each hollow tube 6 can have a relatively small cross section, and even when the cross section of the entire superconducting wire is further increased, the number of hollow tubes 6 can be reduced. There is no need to increase the size of the hollow tube body itself, as it is only necessary to increase the .

したがって中空管体６としては長尺のものが容易に得ら
れることになる。Therefore, a long hollow tube body 6 can be easily obtained.

また、超電導体４は超電導線全体の断面のほぼ中央部に
位置しているから、コイルに巻込み加工する前に予め超
電導体４と各中空管体６を接合一体化しておいても巻込
み加工時に超電導体に無理な力が加わるζとがなく、し
たがってコイル巻込み加工前に一体接合化しておくこと
により作業を簡単化するとともにロウ付け時にコイル基
粋の変形を招かないようにすることができ、特に大型断
面の場合でも同様であるため犬型の加熱装置を必要とし
なくなるとともに作業時間の短縮を図ることも可能とな
る。In addition, since the superconductor 4 is located approximately at the center of the cross section of the entire superconducting wire, it is possible to unwind the superconductor 4 and each hollow tube body 6 by joining them together before winding them into a coil. There is no excessive force applied to the superconductor during the coil winding process, so by integrally joining the coil before winding the work, the work is simplified and the coil base is not deformed during brazing. This is especially true even in the case of a large cross section, so a dog-shaped heating device is no longer necessary, and it is also possible to shorten the working time.

特にこの発明で対象としている化合物系の超電導体は極
めて脆く、歪に対して極めて弱いものであり、したがっ
てコイル巻込み加工時において超電導体が巻込み半径の
外側の表面側もしくは内側の表面側に配置されている場
合には、引張力もしくは圧縮力により大きな歪を受け、
劣化し易いのであるが、この発明では超電導体４が中央
部に配置されるため、コイル巻込み加工時における超電
導体４に加わる歪が極めて小さいから、超電導体４が劣
化するおそれが少なく、特性の優れた超電導コイルを確
実に得ることができる。In particular, the compound-based superconductor targeted by this invention is extremely brittle and extremely susceptible to strain. Therefore, during the coil winding process, the superconductor is placed on the outer surface side or the inner surface side of the winding radius. When placed, it is subjected to large strains due to tension or compression forces,
However, in this invention, since the superconductor 4 is placed in the center, the strain applied to the superconductor 4 during the coil winding process is extremely small, so there is less risk of the superconductor 4 deteriorating, and its characteristics are improved. It is possible to reliably obtain an excellent superconducting coil.

さらに超電導線を巻込んだコイルはその使用時に大きな
電磁力を発生してその電磁力を超電導線が負担する場合
が多いが、上述の構造では冷却通路が複数に分割されて
いるから、大きな電磁力に対しても充分に耐えることが
でき、したがって冷却通路を常に確保することができる
とともに、超電導線が変形または損傷したりしてしまう
ことが防止される。Furthermore, when a coil wrapped with superconducting wire is used, it often generates a large electromagnetic force, which is borne by the superconducting wire, but in the above structure, the cooling passage is divided into multiple parts, so a large electromagnetic force is generated. It can sufficiently withstand force, so a cooling path can always be ensured, and the superconducting wire is prevented from being deformed or damaged.

以下にこの発明の超電導線の実施例を記す。Examples of the superconducting wire of the present invention will be described below.

実施例 外径４ｍｉＸ５ｍｍ，内径３ｍｉＸ４ｍｍの断面矩形状
の無酸素銅からなる３本の中空管体６を第３図Ａに示す
ように並列状に並べ、各中空管体６の間の接合部を銀ロ
ウ付けして中空管体ユニット８を水或した。As shown in FIG. 3A, three hollow tubes 6 made of oxygen-free copper with a rectangular cross section and a diameter of 4mm x 5mm and an inner diameter of 3mm x 4mm are arranged in parallel, and the joints between the hollow tubes 6 are The hollow tube unit 8 was soldered with silver solder.

このようにして得られた中空管体ユニット８を２組用意
し、第３図Ｂに示すようにＮ ｂ ｓ Ｓ ｎ線が銅中
に埋込まれてなる外径５間×１５關の断面偏平な超電導
体４を前記２組の中空管体ユニット８の間に挾み、各ユ
ニット８と超電導体４との間の接合面をＳｎ−５ｗｔ％
Ａｇ合金により接合し、外径１ ４ｍｍＸ １ ５ｍｍ
の中空超電導線を作成した。Two sets of hollow tube units 8 obtained in this way were prepared, and as shown in FIG. A superconductor 4 with a flat cross section is sandwiched between the two sets of hollow tubular units 8, and the joint surface between each unit 8 and the superconductor 4 is coated with Sn-5wt%.
Joined with Ag alloy, outer diameter 14mm x 15mm
A hollow superconducting wire was created.

この中空超電導線を曲率半径０．５ｍで湾曲させ、その
超電導特性を測定したところ第１図の従来構造のものと
比較して臨界電流の低下は認められなかった。When this hollow superconducting wire was bent with a radius of curvature of 0.5 m and its superconducting properties were measured, no decrease in critical current was observed compared to the conventional structure shown in FIG.

前述の説明で明らかなようにこの発明の中空超電導線は
その全体の断面を大型化する場合でも安定化母材として
用いられている中空管体は小径で良く、したがって長尺
かつ大型断面の中空超電導線を実現することがきわめて
容易であり、またコイル巻込加工を行う以前に予め接合
一体化しておくことが可能であるため製造・加工作業の
簡単化やコイル基粋の変形・酸化防止等の効果が得られ
、さらにコイル巻込み加工によって超電導体が劣化する
おそれがなく、特性の優れた超電導コイルを安定して得
ることが可能であり、また使用時の強大な電磁力により
中空管体が圧潰または損傷されて冷却通路が確保され得
なくなったり超電導体が変形または損傷してしまうよう
な事態の発生を有効に防止することができる。As is clear from the above explanation, even when the hollow superconducting wire of the present invention has a large cross section, the hollow tube used as the stabilizing base material can have a small diameter, and therefore it is possible to use a hollow superconducting wire with a long length and a large cross section. It is extremely easy to realize a hollow superconducting wire, and it is possible to join and integrate the wires in advance before winding the coil, which simplifies manufacturing and processing operations and prevents deformation and oxidation of the coil base. In addition, there is no risk of deterioration of the superconductor due to the coil winding process, and it is possible to stably obtain superconducting coils with excellent characteristics. It is possible to effectively prevent the occurrence of a situation in which the tube body is crushed or damaged and a cooling passage cannot be secured, or the superconductor is deformed or damaged.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は従来の中空超電導線の一例を示す断面斜視図、
第２図はこの発明による中空超電導線の一例を示す断面
斜視図、第３図はこの発明の実施例の中空超電導線の製
造過程を段階的に示す略解図である。 ４・・・・・・超電導体、６・・・・・・中空管体、７
・・・・・・冷却通路。Figure 1 is a cross-sectional perspective view showing an example of a conventional hollow superconducting wire;
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing an example of a hollow superconducting wire according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram showing step-by-step the manufacturing process of a hollow superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 4...Superconductor, 6...Hollow tube body, 7
・・・・・・Cooling passage.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 化合物系超電導材料からなりかつ断面扁平矩形状を
なす超電導体を断面のほぼ中央部に配置し、その超電導
体の厚み方向の両側に、内部に冷却通路が形成された通
常導体からなる複数本の中空管体を沿わせ、これら超電
導体および中空管体を接合一体化しでなることを特徴と
する超電導線。1. A superconductor made of a compound-based superconducting material and having a flat rectangular cross section is arranged approximately at the center of the cross section, and a plurality of normal conductors each having cooling passages formed inside on both sides of the superconductor in the thickness direction. 1. A superconducting wire characterized in that the superconductor and the hollow tube are joined and integrated by aligning the hollow tube.