JPH01196805A - 超伝導体への電気エネルギーの貯蔵装置 - Google Patents
超伝導体への電気エネルギーの貯蔵装置Info
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- JPH01196805A JPH01196805A JP63317578A JP31757888A JPH01196805A JP H01196805 A JPH01196805 A JP H01196805A JP 63317578 A JP63317578 A JP 63317578A JP 31757888 A JP31757888 A JP 31757888A JP H01196805 A JPH01196805 A JP H01196805A
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- coils
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明（よ超伝導体の中に電気工ネル）ニーを貯蔵りる
ための装置に係る。それはエネルギー貯蔵における一般
的応用、Ｊなわち研究施設、工場、積載車両、人口衛星
、軌道ステージ」ン、宇宙ロケットなどである。
ための装置に係る。それはエネルギー貯蔵における一般
的応用、Ｊなわち研究施設、工場、積載車両、人口衛星
、軌道ステージ」ン、宇宙ロケットなどである。
最も初期の超伝導体の時から、超伝導コイルの中に電流
を発生させることにより電気の形で発生されたエネルギ
ーを、そのような材料中に貯蔵するのが櫓であった。真
空中に置かれ且つ電流■が流れる半径［＜のコイル中に
貯えられるエネルギーは、 であり、ここでμ０は真空の透磁率である。
を発生させることにより電気の形で発生されたエネルギ
ーを、そのような材料中に貯蔵するのが櫓であった。真
空中に置かれ且つ電流■が流れる半径［＜のコイル中に
貯えられるエネルギーは、 であり、ここでμ０は真空の透磁率である。
しかしそのような条件下では、限定された化のエネルギ
−貯蔵か貯えることができない。イれで電流が１０５Δ
ｃｍ’でコイル半径が０．５７ｎでは、貯蔵エネル１−
一は１５７０ジコールたま（ま０．４３Ｗ ｂ （・あ
る。
−貯蔵か貯えることができない。イれで電流が１０５Δ
ｃｍ’でコイル半径が０．５７ｎでは、貯蔵エネル１−
一は１５７０ジコールたま（ま０．４３Ｗ ｂ （・あ
る。
当然のことコイル半径を増せば貯蔵エネルギーは比例し
て増加し、半径５０ＴｒＬコイルでは４３Ｗ ｈが１！
ｔられる。しかしそのようなエネルギーレベルはなＪ３
控えめなものである。
て増加し、半径５０ＴｒＬコイルでは４３Ｗ ｈが１！
ｔられる。しかしそのようなエネルギーレベルはなＪ３
控えめなものである。
そのようなコルイの直径１ｏｏｍのものを液体へも
リウムに浸漬すべきと想定して、この貯蔵ゾ１１ゼスは
現実的といわんよりは理論的なものであることが明らか
である。
現実的といわんよりは理論的なものであることが明らか
である。
約９０にの操作温度の酸化物ベースの新しい超伝導体の
達成は、そのような設備を幾分容易に、すなりら液体ヘ
リウムを液体窒素で置換づることにより達成されよう。
達成は、そのような設備を幾分容易に、すなりら液体ヘ
リウムを液体窒素で置換づることにより達成されよう。
液体窒素は非常に簡便には使λないが、にり大ぎい然発
潜熱（２０÷／ｇの代ねりに １９８）を有する。しか
し貯蔵されるエネルギー早は依然として小さい。
潜熱（２０÷／ｇの代ねりに １９８）を有する。しか
し貯蔵されるエネルギー早は依然として小さい。
比例的に貯蔵エネルギーを増すために（方程式１）、高
透磁率材料の貯蔵リングを協動させることが考えられよ
う。それでパーマロイに相応する透磁率１０ を用い
ると、１０ＡｃＩＲ−２の電流の流れる゛１′径０．５
ｍ二］イルでは貯蔵エネルギー１ま４３ｋＷｈに等しく
なろう。
透磁率材料の貯蔵リングを協動させることが考えられよ
う。それでパーマロイに相応する透磁率１０ を用い
ると、１０ＡｃＩＲ−２の電流の流れる゛１′径０．５
ｍ二］イルでは貯蔵エネルギー１ま４３ｋＷｈに等しく
なろう。
残念ながら二次的現象がそのような解決策を幻影的にづ
る。コイルによって生成される磁気誘導が余りに大きく
なって、それで使用材料が超伝導特性を失ってしまうだ
ろう。それで１０５Δ／７ｒＬの磁界にａ３いては、真
空中の誘導は０．１２５テスラになる。パーマロイにお
いては、この誘導は１２５×１０３テスラに増加し、既
知の超伝導材料でその臨界誘うが数テスラのものとは両
立しなくなる。しかしこの点についての進歩がなお期待
され、従って近い将来に約１０テスラの臨界誘ηが期待
され（も、提案されている解決法はなお不適当である。
る。コイルによって生成される磁気誘導が余りに大きく
なって、それで使用材料が超伝導特性を失ってしまうだ
ろう。それで１０５Δ／７ｒＬの磁界にａ３いては、真
空中の誘導は０．１２５テスラになる。パーマロイにお
いては、この誘導は１２５×１０３テスラに増加し、既
知の超伝導材料でその臨界誘うが数テスラのものとは両
立しなくなる。しかしこの点についての進歩がなお期待
され、従って近い将来に約１０テスラの臨界誘ηが期待
され（も、提案されている解決法はなお不適当である。
本発明は上記の欠点を回避するのものＣある。
それは臨界誘導の問題を解決し、それによって高透磁率
材料の使用をｎ７能にづる。本発明の結果、非常に筒中
な実際条ｆ１での人エネルギー吊の貯蔵を可能にする。
材料の使用をｎ７能にづる。本発明の結果、非常に筒中
な実際条ｆ１での人エネルギー吊の貯蔵を可能にする。
本発明による設備はまた非常に小さいＸＪ法を有し、そ
れでこれまで接近しようとした非常に広範囲の応用に該
貯蔵手段を用い得る。それで本発明の装置は、自動車の
ような乗物また１１人口衛星への積載が容易に実行され
る。
れでこれまで接近しようとした非常に広範囲の応用に該
貯蔵手段を用い得る。それで本発明の装置は、自動車の
ような乗物また１１人口衛星への積載が容易に実行され
る。
本発明は相７ｉ誘導により結合した２つの超伝導体材料
コルイと、高透過性磁性材料との使用によってこの目的
の達成が可能となる。
コルイと、高透過性磁性材料との使用によってこの目的
の達成が可能となる。
第１のコイルと共に相互誘導に第２コイルを用いると、
超伝導体材料の中の誘導を除くことが可能となる。第１
コイルの電流に関する導入は第２コイルの反対方向での
電流の発生を起こし、材料が超伝導性であるので該電流
は維持される。その結果の誘導はゼロであり、この点が
越えられなかった臨界誘導の存在に関連する前述の困難
性を排除する。
超伝導体材料の中の誘導を除くことが可能となる。第１
コイルの電流に関する導入は第２コイルの反対方向での
電流の発生を起こし、材料が超伝導性であるので該電流
は維持される。その結果の誘導はゼロであり、この点が
越えられなかった臨界誘導の存在に関連する前述の困難
性を排除する。
そのために貯蔵エネルギーＭを増し且つ結果の誘導が臨
界誘導よりも低く保つために、高透ｖ１１率材石をコイ
ルの近傍に設買することが可能になる。
界誘導よりも低く保つために、高透ｖ１１率材石をコイ
ルの近傍に設買することが可能になる。
２つのコイルは２つの平行な平面内に配置でき、１つは
他の上方でそれらの軸は共軸である。しかしまた、コイ
ルは同一面で１つが他のものの中に置くこともできる。
他の上方でそれらの軸は共軸である。しかしまた、コイ
ルは同一面で１つが他のものの中に置くこともできる。
各々のコイルは、良電気絶縁性で対抗性の材料（例えば
シリカ）で被覆された超伝導性材料の撚線で構成できる
。２つのコイルは並置できる。撚線の１部だけを電流注
入および取出しソースへ連結づることも可能で、それは
電気的用語においては第に１イルを形成し、また第２コ
イルを形成りるために他の？！線を閉鎖するためである
。異なる撚線を撚りまぜることも１■能である。
シリカ）で被覆された超伝導性材料の撚線で構成できる
。２つのコイルは並置できる。撚線の１部だけを電流注
入および取出しソースへ連結づることも可能で、それは
電気的用語においては第に１イルを形成し、また第２コ
イルを形成りるために他の？！線を閉鎖するためである
。異なる撚線を撚りまぜることも１■能である。
当然のこと本発明は単一のコイル対の使用に限定されな
い。コイル対を任息数を用いたす゛べでの変形を包含す
る。例えば落ち肴いたらせん巻きを形成し得るが、それ
は直列に接続したコイル対に相当する。
い。コイル対を任息数を用いたす゛べでの変形を包含す
る。例えば落ち肴いたらせん巻きを形成し得るが、それ
は直列に接続したコイル対に相当する。
本発明の装置は、第１のコイルに間して電流注入ならび
に取出しの手段を有する。従来技術での任意手段が使用
できるので、本発明ではこの点には事実１触れない。例
えばｌｊ１歪装Ｕが使用できる。
に取出しの手段を有する。従来技術での任意手段が使用
できるので、本発明ではこの点には事実１触れない。例
えばｌｊ１歪装Ｕが使用できる。
本発明の特徴と利点は、以下の具体例と誰何図面による
非限定的な説明からより明らかにされよう。
非限定的な説明からより明らかにされよう。
１焦１
第１図は超伝導体材１′１１コイルＳを示し、その中で
は不図示であるが後述の手段によって電流工が誘導され
ている。この電流によって生成された磁気誘導φが、第
２の超伝導体コイルＳ′に電流工′をＩｌ−る。これが
φに対して反対の方向に誘導中φ′を起こす。電流的励
起に続いては、結果としての誘導は実質的にゼロである
。この状態はコイルを構成する材料が超伝導性である限
り維持される。
は不図示であるが後述の手段によって電流工が誘導され
ている。この電流によって生成された磁気誘導φが、第
２の超伝導体コイルＳ′に電流工′をＩｌ−る。これが
φに対して反対の方向に誘導中φ′を起こす。電流的励
起に続いては、結果としての誘導は実質的にゼロである
。この状態はコイルを構成する材料が超伝導性である限
り維持される。
高透過性磁性回路Ｍがコイルｓ、ｓ’の近傍に配置され
ている。
ている。
例えば次のような値が用いられる。
超伝導体の臨界・電流：１０５△ｃｒＲ−２コイルの定
格電流： ４ｘｉｏ”、 Ａｃｍ−２超伝導体の臨界誘
１：２テスラ 超伝導体の臨界温度＝９２に 使用温度二８０に コイル断面： ５Ｘ０．２ ｃＭ コイル半径： ０．５ｍ 各コイルの撚線数：２５ 自己誘導係数は既知の式によって求められる。
格電流： ４ｘｉｏ”、 Ａｃｍ−２超伝導体の臨界誘
１：２テスラ 超伝導体の臨界温度＝９２に 使用温度二８０に コイル断面： ５Ｘ０．２ ｃＭ コイル半径： ０．５ｍ 各コイルの撚線数：２５ 自己誘導係数は既知の式によって求められる。
Ｌ＝μ’Ｒ（Ｌｏｏ（８Ｒ／ｒ）−７／４）従って
Ｌ ＝ ９．１７８が得られる。
相互結合係数はこの値の１／１０と考え得るので、Ｍ＝
０．９８ すイ１わら、Ｗ＝ ４００ｋＷｈ 充電および放電効率は２０％に近いので、ｉ終的には８
０ｋＷｈのエネルギーが１４られる。
０．９８ すイ１わら、Ｗ＝ ４００ｋＷｈ 充電および放電効率は２０％に近いので、ｉ終的には８
０ｋＷｈのエネルギーが１４られる。
貯蔵エネル１”−はコイルを離そうとづる力ににって解
放されようとする。反疾力は表面の単位当すＢ・／２μ
ｒに比例づる。さらに各コイルはその自己誘導係数を増
加さＶよう、つまりそれは広がろうとづる。
放されようとする。反疾力は表面の単位当すＢ・／２μ
ｒに比例づる。さらに各コイルはその自己誘導係数を増
加さＶよう、つまりそれは広がろうとづる。
これらの力は重要であり、適用された機械的構造体に加
わる。
わる。
このことば回動システムまたは軌道ステーシミＪンに積
載されるシステムに基本的な点となる。高透磁率材料に
より保記される結合は、第２図の変形例により示される
ように第１の抵抗ベルトを提供するのを可能にする。
載されるシステムに基本的な点となる。高透磁率材料に
より保記される結合は、第２図の変形例により示される
ように第１の抵抗ベルトを提供するのを可能にする。
第２図の装置は超伝導体材料から作）ツされる２つの平
坦なコイルｓ、ｓ’を３み、炭県繊維または複合材料製
の強いドーナツ型構造体１０によって磁石は囲まれてい
る。さらに前記構造体は熱的にｂ絶縁製である。このた
めにイれは、所ｍ「超絶縁体（５ｕｐｅｒ １ｎｓｕｌ
ａｔｏｒ） Ｊ材料を用いることができる。
坦なコイルｓ、ｓ’を３み、炭県繊維または複合材料製
の強いドーナツ型構造体１０によって磁石は囲まれてい
る。さらに前記構造体は熱的にｂ絶縁製である。このた
めにイれは、所ｍ「超絶縁体（５ｕｐｅｒ １ｎｓｕｌ
ａｔｏｒ） Ｊ材料を用いることができる。
このドーナツ型構造体は通路１２を規定し、その中を液
体窒素、液体ネΔンや同様物、または操作回路はパーマ
ロイまたは任意の他の磁気透過性材料Ｃあり、また舖超
絶縁性でもあり得る。
体窒素、液体ネΔンや同様物、または操作回路はパーマ
ロイまたは任意の他の磁気透過性材料Ｃあり、また舖超
絶縁性でもあり得る。
立体は゛Ｖ、径方向構造２０により完成する。
反ベカの計算は複雑であり、１磁気誘導分イ１ｉの測定
に完全に依存する。磁気誘導の最大値からとして圧力の
計算を行なうと、 Ｐ＝１００Ｍｐａとなる。
に完全に依存する。磁気誘導の最大値からとして圧力の
計算を行なうと、 Ｐ＝１００Ｍｐａとなる。
この圧力は高透磁率材料結合部１４の全表面に印加され
、それは２つのコイルの第１の機械的維持構造を保証す
るだろう。内部構造１０はコイルを保持づるのを助りる
。それは例えば、炭素ｉＪ１維巻きあげから構成される
。
、それは２つのコイルの第１の機械的維持構造を保証す
るだろう。内部構造１０はコイルを保持づるのを助りる
。それは例えば、炭素ｉＪ１維巻きあげから構成される
。
炭素椹紺はこの応用に対して適当な電気的ならびに磁気
的特性を有する。
的特性を有する。
破断カニ ３０００Ｍ Ｐ ａ
Ｖレグ率： ３００，０００Ｍ Ｐ ａ密 度：１．
５ 試験例として、次の因子を洩った装置が得られる。
５ 試験例として、次の因子を洩った装置が得られる。
超伝導性材料コイル：
容 積 ： ３．２ｘ １０−４イ重 さ：１
２１（！Ｆ 磁気結合： 容 積 ： ｏ、ｏ１１１？ 重さ（パーマ【１イ ｄ ＝ ８．９） ： ８９に！
？炭ｔｉ繊維ベルト： 容 積 ： ｏ、ｏ２３Ｔ１？ １１′８ さ：３５にり 絶縁物： 重 さ ：２２Ｋｇ 冷凍システム： 液体窒素タイプ コンプレッサを持つ液化磯おＪ：びジュール−１−ムソ
ン圧力調製装置 流体手さ：４Ｋｇ 冷凍の消費：５Ｗ グループのパワー：３０Ｗ 全体の重ざ１１８Ｋｇ 条件調節用エレクトロニクス：２０に９すなわち全部で
２００に９′ｃある。
２１（！Ｆ 磁気結合： 容 積 ： ｏ、ｏ１１１？ 重さ（パーマ【１イ ｄ ＝ ８．９） ： ８９に！
？炭ｔｉ繊維ベルト： 容 積 ： ｏ、ｏ２３Ｔ１？ １１′８ さ：３５にり 絶縁物： 重 さ ：２２Ｋｇ 冷凍システム： 液体窒素タイプ コンプレッサを持つ液化磯おＪ：びジュール−１−ムソ
ン圧力調製装置 流体手さ：４Ｋｇ 冷凍の消費：５Ｗ グループのパワー：３０Ｗ 全体の重ざ１１８Ｋｇ 条件調節用エレクトロニクス：２０に９すなわち全部で
２００に９′ｃある。
本発明の装置のエネルギー充電ならびに放電に間しては
、超伝導体材料の磁気臨界特性を用いろことができる。
、超伝導体材料の磁気臨界特性を用いろことができる。
従って、「臨界誘導」と呼ばれる誘導値まではそれらは
完全に反磁性であり、その点になって磁界が材Ｆ１容積
の中に前進的に侵入して行くことから起こる緊張効果（
５ｔｒｉＣｔｉＯｎｅｆｆｅｃｔ）によつ℃超伝導は漸
次消失する。この性質が真実の電気気価値を構成するこ
とを可能にしている。
完全に反磁性であり、その点になって磁界が材Ｆ１容積
の中に前進的に侵入して行くことから起こる緊張効果（
５ｔｒｉＣｔｉＯｎｅｆｆｅｃｔ）によつ℃超伝導は漸
次消失する。この性質が真実の電気気価値を構成するこ
とを可能にしている。
等価の回路図の項目では、第３図の回路図（ａ）のよう
に純粋の自己誘導係数コイルであって、インダクタンス
Ｌと仮想的電流発生器ＩＮがある状態と、複合コイル、
号なわら回路図（ｂ）のように減少した超伝導部分のあ
る高自己誘導値を持つ限定部分３０と純粋抵抗の挙りＪ
をする別の周辺領域生 ３２を有する状態との間で遷移が俳冊じている。従って
、外部回路を介して所与の電気給を注入することが可能
で、各々の場合でそれは補足的な磁界により制御される
コイル部の聞かれた増分に相応づる。電気を取出づ゛の
はこの逆の操作で行なわれる。
に純粋の自己誘導係数コイルであって、インダクタンス
Ｌと仮想的電流発生器ＩＮがある状態と、複合コイル、
号なわら回路図（ｂ）のように減少した超伝導部分のあ
る高自己誘導値を持つ限定部分３０と純粋抵抗の挙りＪ
をする別の周辺領域生 ３２を有する状態との間で遷移が俳冊じている。従って
、外部回路を介して所与の電気給を注入することが可能
で、各々の場合でそれは補足的な磁界により制御される
コイル部の聞かれた増分に相応づる。電気を取出づ゛の
はこの逆の操作で行なわれる。
明らかに緊張磁界の作用や、また注入や排出シス°アム
の４用は厳密に制御されるべきである。
の４用は厳密に制御されるべきである。
第４図は２重貯蔵リング４０と、パワー供給部４４によ
り供給される巻ｌＩ２４２を持つ緊張装置と、電流注入
回路４６とを備える全体装四を示す。
り供給される巻ｌＩ２４２を持つ緊張装置と、電流注入
回路４６とを備える全体装四を示す。
第１図は相互誘導にある２つの超伝導体を示寸図、第２
図は本発明による装置の具体例の断面図、第３図は本発
明による装置の２つの′Ｓ価回路図、第４図は本発明に
よる装置の仝休園′ｒ−ある。 １０・・・・・・複合材料構造体、１２・・・・・・通
路、１４・・・・・・磁気回路←−≠目→、１６−・−
−−−外部構造体、ｓ、ｓ’・・・・・・コイル、４２
，４４．４６・・・・・・電流注入および取出し手段。
図は本発明による装置の具体例の断面図、第３図は本発
明による装置の２つの′Ｓ価回路図、第４図は本発明に
よる装置の仝休園′ｒ−ある。 １０・・・・・・複合材料構造体、１２・・・・・・通
路、１４・・・・・・磁気回路←−≠目→、１６−・−
−−−外部構造体、ｓ、ｓ’・・・・・・コイル、４２
，４４．４６・・・・・・電流注入および取出し手段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも１つの超伝導体材料コイルと、前記コ
イルに電流を注入し且つそれから電流を取出すための手
段とを含む電気エネルギー貯蔵装置であって、第１のコ
イルに相互誘導を介して結合する第２の超伝導体材料コ
イルをも有し、さらに２つのコイルの近傍において高透
過性磁性材料を含むことを特徴とする装置。 （２）２つの平行な平面において１つが他の上方に配置
された２つの同様の共軸コイルを含むことを特徴とする
請求項１に記載の装置。 （３）２つのコイルが高透過性磁性材料から作られたト
ーラスの中に位置していることを特徴とする請求項１に
記載の装置。 （４）２つのコイルが少なくとも１つの強い材料のトー
ラスの中に配置されていることを特徴とする請求項１か
ら３のいずれか一項に記載の装置。 （５）強い材料が炭素繊維であることを特徴とする請求
項４に記載の装置。 （５）抵抗性の材料が複合材料であることを特徴とする
請求項４に記載の装置。 （７）２つのコイルが、良い熱的絶縁材料の少なくとも
１つのトーラスの中に配置されていることを特徴とする
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。 （８）強い材料のトーラスが、その中を冷却流体が流れ
る通路を規定することを特徴とする請求項４に記載の装
置。 （９）コイルは、その各々が超伝導性繊維により構成さ
れた平坦なリングの形であることを特徴とする請求項１
から８のいずれか一項に記載の装置。 （１０）注入ならびに取出し手段が、コイルの部分に臨
界値に間して調整可能な磁気誘導を適用するための手段
を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 （１１）高い透磁率材料がパーマロイであることを特徴
とする請求項１に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8717846A FR2625047B1 (fr) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | Dispositif de stockage d'energie electrique dans un supraconducteur |
| FR8717846 | 1987-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01196805A true JPH01196805A (ja) | 1989-08-08 |
| JP2657082B2 JP2657082B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=9358110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63317578A Expired - Lifetime JP2657082B2 (ja) | 1987-12-21 | 1988-12-15 | 超伝導体への電気エネルギーの貯蔵装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4939444A (ja) |
| EP (1) | EP0322298B1 (ja) |
| JP (1) | JP2657082B2 (ja) |
| AT (1) | ATE78636T1 (ja) |
| CA (1) | CA1310714C (ja) |
| DE (1) | DE3873058T2 (ja) |
| FR (1) | FR2625047B1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3739411A1 (de) * | 1987-11-20 | 1989-06-01 | Heidelberg Motor Gmbh | Stromspeicher |
| US5256993A (en) * | 1990-07-16 | 1993-10-26 | Chicago Bridge & Iron Technical Services Company | Coil containment vessel for superconducting magnetic energy storage |
| US5160911A (en) * | 1990-10-26 | 1992-11-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Toroidal constant-tension superconducting magnetic energy storage units |
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