JPH01290756A - 超電導送電線の製造方法と装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は超電導送電線の製造方法と装置とに関する。

［従来の技術］ 超電導を保証するために液体窒素による冷却で十分なほ
ど臨界温度が高い酸化物超電導体が知られている。この
酸化物は従来一般に粉末冶金的方法に基づき製造されて
いる。この酸化物は非常にもろく従って成形は極めて困
難である。従って公共の送電のために利用可能であるこ
とを目的とする送電線の製造は、公知の酸化物だけによ
っては実施不可能である。酸化物層を被覆された例えば
金属から成る基材は送電線の構成のために一層適してい
る。しかしこの酸化物は通常の方法でははぼ無応力の状
態でしか大村上に被覆できない。

従って異なる熱膨張により酸化物層の中に亀裂が発生す
るおそれがあり、この亀裂は超電導のＪ！！続運転を妨
げるか又は中断することさえある。

従ってこの方法で製作された送電線が後に保守点検でき
ないような場合には、支持体上に酸化物を塗布すること
は不適当である。このような問題は送電線が長距離にわ
たって布設される場合に生じる。更に地中埋設時にも問
題となる。

従って大村上への酸化物層の付着が圧縮応力のもとで保
証される超電導送電線の製造方法を開発することが必要
である。

高臨界温度を有するセラミック超電導材料の製造方法は
、既にドイツ連邦共和国特許出願公開第３７１１９７５
号公報に記載されている。この公報ではまず中間合金が
製造され、そしてこの中間合金は所望の超電導金属酸化
物相を形成するために酸化処理及び同時に熱処理を受け
る。その際材料の溶融を絶対に生じない温度状態が常に
維持される。この方法によれば極微粒子のセラミック超
電導材料が得られる。更に合金の金属原子の均一な分布
が顕微鏡的望域で保証され、これにより超電導酸化物の
速やかな形成が可能である。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、公共的な送電のために使用可能である超電
導送電線の製造方法を開発することを目的とする。その
際超電導の中断を最小限に制限するために、支持体上へ
の酸化物層の非常に良好な付着を保証しようとするもの
である。特に既に布設された送電線を故障発生後に簡単
な方法で修理するためにも、この方法を採用可能にしよ
うとするものである。

［課題を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、少なくとも一つの外側の
層が超電導酸化物を形成する結晶質又は非晶質の合金か
ら成る導体が最初に布設され、そして既に布設された導
体が合金の融点より下の温度に加熱され、同時に酸素を
含むガスが超電導酸化物を形成する合金の露出表面に接
触させられ、それにより冷却の際に超電導性の酸化物層
が形成されることにより達成される。

好適な合金としては例えばＭａ１Ｍｂ２Ｃｕ３の組成を
有するか又はＨａ、　Ｍｂ、ニオブ及び銅の合金が挙げ
られる。ここでＭａは希土類金属、特にイツトリウム又
はランタン又はランタニドである。　Ｍｂはアルカリ土
類金属、特にバリウム又はストロンチウムである０例え
ばビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び銅の合金
、特にＢｉ２ＳｒｘＧａ３Ｃｕ２又はＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ
２Ｇｕも好適な合金として挙げられる。

［作用効果］ この発明によれば酸化物形成は既に布設された導体で初
めて行われる。それにより導体の布設作業中の酸化物層
の損傷が防止されるという長所が得られる。布設された
管の中でのこの発明に基づく酸化により、酸化物層の中
に圧縮応力が発生し、この圧縮応力が大村上での酸化物
層の特に耐久性のある付着を保証する。この圧縮応力は
、酸化過程により物質の密度が減少するということに起
因する。従って超電導酸化物の密度は超電導酸化物を形
成する合金の密度より小さい、この発明に基づく方法を
用いれば、固体反応により酸化物のｆｆ１ｌ縁は一様に
常に先へと金属層の中に侵入する。その際侵入成長の速
度は温度に関係する。しかし温度は常に合金の融点より
下にある。

正しい組成例えばＹＢａ２Ｃｕ３０６．、ａｓの組成を
有するそれ自体は公知の超電導酸化物が生じるようにす
るためには、選ばれた温度に関係して酸化雰囲気中の所
定の酸素分圧が必要である。

この発明に基づく方法を用いれば、圧縮応力の著しい向
上従って支持体上への酸化物の付着が、完成された送電
線の冷却により得られる。加工のために導体は合金の融
点より下の温度に加熱される。でき上がった送電線が超
電導性となるためには、例えば液体窒素の温度とするこ
とができる当該超電導体の作動温度への冷却が必要であ
る。この冷却により補助的な圧縮応力が酸化物層の中に
発生する。

この発明に基づく方法を用いて作られた送電線は、酸化
物層の良好な付着性のために更に変形に耐える。それに
より、布設された導体へ加わる外力例えば地中埋設導体
に作用する地圧が酸化物層の耐久性に対して影響しない
、という長所が得られる。

酸化物層上には高い圧縮応力のために非常に高い圧力が
作用する。この発明に基づく方法により初めて作り出さ
れるこの高い圧力により、圧力を加えられていない同様
の酸化物に比べて、更に超電導のための臨界温度の向上
が得られる。

この発明に基づ〈方法により作られた送電線は機械的な
応力に関して抵抗力があり、公知のものに比べて一層高
い臨界温度により優れている。更にこの発明に基づく方
法により、酸化過程が既に布設された導体で行われるの
で、常に均一な酸化物層が生じるという長所が得られる
。更にこの発明に基づく方法は、酸化物層の欠陥をじか
に布設された導体の中で除去するために適している。そ
のためには地中埋設された導体の場合にはほとんど不可
能である欠陥の位置確認が不必要である。

送電線が冷媒の抜き取りの後にこの発明に基づく方法に
より加熱され酸化性のガスを送り込まれると、酸化物層
の中の欠陥は新しい酸化物の形成により除去される。そ
れゆえにこの発明に基づく方法は、既に布設された超電
導送電線の修理のためにも特に好適である。

合金の酸化のために送電線は例えば４００℃ないし６０
０℃の温度に加熱される。そのとき酸化しようとする表
面が酸素を含む不活性ガスに接触させられる。前記の温
度の場合は１％の酸素含有量を有する不活性ガスと酸素
との混合ガスが適している０例えば採用しようとするこ
れらのパラメータを用いて好適な超電導化合物が作られ
る。

例えば超電導酸化物を形成する合金から成る層が、導電
性材料から成る送電線上に被覆される。

それにより送電線の辻転中に超電導が消滅した場合には
、通電が超電導でない導電性材料を通って引き続き行わ
れるという長所が得られる。超電導の消滅は、冷媒の供
給が中断された場合にも発生する。

酸化物層の形成のために、布設された送’ｒａ線は例え
ば電気的に加熱される。このために加熱電波が導体自体
を通って導かれるか、又は既に設置された誘導加熱コイ
ルが作動させられる。他の実施態様によれば、導かれた
酸素を含むガスが高温であることにより導体を加熱でき
る。

布設された送電線が酸化の後に直ちに例えば窒素の沸点
より下にある超電導体の作動温度まで冷却される場合に
は、酸化物層の特に大きい強度が得られる。

この発明に基づく方法を実施するための装置は、超電導
酸化物を形成する合金から成る少なくとも一つの表面を
備えた送電線を用いる。この表面は中空管路に接して配
置される。送電線は加熱可能であり、中空管路には酸素
を含むガスを送り込むことができる。導体は全体として
超電導酸化物を形成する合金から成るか、又はかかる合
金を被覆することができる。かかる合金から成り導体の
長手方向に中断されない少なくとも一つの帯が存在する
ことが重要である。

例えば送電線は超電導酸化物を形成する合金により内面
を形成された管である。この管は任意の断面を有するこ
とができる０例えば箱形断面を考えることもできる。管
には酸化物形成のために酸素を含むガスを送り込むこと
ができる。送電線の加工を完了したときは超電導を維持
するために必要な冷媒が管を通って導かれる。

別の実施態様によれば、表面が超電導酸化物を形成する
合金から成る導体が、この導体を囲む管の中に配置され
ている。管には酸化物を形成するために酸素を含むガス
を送り込むことができ、また管は後に冷媒の収容のため
に用いられる。

更に別の実施態様によれば、送電線は第１の管を有し、
この管の外面は超電導酸化物を形成する合金により構成
されている。第１の管はこれを囲む第２の管の中に配置
されている。超電導送電線の製造のために第１の管と第
２の管との間の空間には酸素を含むガスを送り込むこと
ができる。運転時にはこの空間に乾爆空気を絶縁のため
に供給できる。冷媒は第１の管を通って流れる。

最初に布設しようとする導体は例えば導電性材料特に銅
から成り、超電導酸化物を形成する合金により被覆され
る。銅又は別の良導電性材料を使用することにより、万
一超電導酸化物層が中断されたときでさえも超電導では
ないけれど電気的な結合が常に存在するようにする０合
金を被覆するためにそれ自体は公知の被覆方法を使用す
ることができる０例えば層を圧延圧着することができる
。送電線全体が超電導酸化物を形成する合金から成るか
、又は導体に沿って延びる帯状部だけにかかる合金を被
覆することも可能である。

酸化物が形成できるように送電線を加熱するために、送
電線は例えば誘導加熱コイルを備えている。送電線は加
熱のために電源に結合することもできる０ｍ素を含むガ
スの供給は例えば接続管口を経て行われる。

エネルギー伝送を中断することなくこの発明に基づく方
法を用いて既に布設された超電導送電線の修理を可能に
するために、一つのエネルギー伝送路線に対して並列に
布設された同様な複数の超電導体を用いることができる
。この冗長構成により超電導体の一つを修理のために遮
断することが可能である。酸化物表面が損傷された場合
には修理が必要である。この発明に基づく方法による加
熱と酸化性ガスの供給とにより、合金が酸化物により覆
われていない個所でまだ損傷を受けていない合金から新
しい酸化物層が形成される。

超電導送電線のこの発明に基づく製造方法とこの方法を
実施するための装置とにより、長距離にわたるエネルギ
ー伝送に適し機械的に安定なａｌ主導送電線が得られ、
またこの送電線は更に簡単な方法で布設状態において酸
化物層の起こり得る欠陥の位置確認を行わずに修理でき
るという長所を有する。

［実施例］ 次にこの発明に基づく超電導送電線の複数の実施例を示
す図面によりこの発明の詳細な説明する。

第１図に示すとりあえず布設された導体は銅管ｌから成
り、鋼管の内面は超電導酸化物を形成する合金から成る
層２を備えている。銅管ｌは電源３に結合され、スイッ
チ４を閉じることにより加熱電流をこの電源から銅管１
を通って導くことができる。銅管１は更に酸素を含むガ
スのための接続管口５に結合されている。銅管１が加熱
され同時に酸素を含むガスが層２に接触させられると、
超電導酸化物層が形成される。

第２図は完成された超電導送ＴｒＬ線の断面を示す、銅
管１は内部に超電導酸化物層６を有する。

完成された導体の内側の断面７を通って運転時に冷媒例
えば液体窒素が導かれる。

ｉ３図によれば超電導送電線の変形例として、鋼管の代
わりに銅ケーブル８が布設される。銅ケーブルは超電導
酸化物層９により完全に覆われている。被覆された銅ケ
ーブル８は管１０の内部に配置されている。ケーブル８
と管１０との間の環状空間１４を通って、酸化物層９を
形成するために酸素を含むガスが導かれ、また運転時に
は冷媒が導かれる。

ｔ５４図に示す別の超電導送電線は銅管１１から成り、
鋼管は外側にａ　’１１を導酸化物層１２を備えている
。銅管１１は管１３の中に配こされている。

酸化物層１２を形成するために、銅管１１と管１３との
間の環状空間１５を通って酸素を含むガスが導かれる。

Ｊ！Ｉ！転時には銅管１１は冷媒例えば液体窒素を収容
する。その際銅管１１と管１３との間の環状空間１５は
、絶縁のために乾燥された不活性ガスを充填される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく超電導送電線の一実施例の布
設状態を示す長手方向断面図、第２図は第１図に示す送
電線の加工後の横断面図、第３図及び第４図はそれぞれ
別の実施例の横断面図である。 工、８．１１・・・導体 ２・・・合金層 ３・・・電源 ５・・・接続管口 ６．９，１２・・・酸化物層 ７．１４．１５・・・中空管路 ｉｏ、１３・・・管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも一つの外側の層（２）が超電導酸化物を
   形成する結晶質又は非晶質の合金から成る導体（１、８
   、１１）が最初に布設され、そして既に布設された導体
   （１、８、１１）が合金の融点より下の温度に加熱され
   、同時に酸素を含むガスが超電導酸化物を形成する合金
   の露出表面に接触させられ、 それにより冷却の際に超電導性の酸化物層（６、９、１
   ２）が形成されることを特徴とする超電導送電線の製造
   方法。 ２）外側の層（２）がＭａ＿１Ｍｂ＿２Ｃｕ＿３の組成
   を備え超電導酸化物を形成する合金から成るか、 又はＭａ、Ｍｂ、ニオブ及び銅の合金から成り、ここで
   Ｍａは希土類金属特にイットリウム又はランタン又はラ
   ンタニドであり、またＭｂはアルカリ土類金属特にバリ
   ウム又はストロンチウムであることを特徴とする請求項
   １記載の方法。 ３）外側の層（２）がビスマス、ストロンチウム、カル
   シウム及び銅の合金特にＢｉ＿２Ｓｒ＿３Ｃａ＿３Ｃｕ
   ＿２又はＢｉ＿２Ｓｒ＿２Ｃａ＿２Ｃｕから成り、これ
   らの合金が超電導酸化物を形成する結晶質又は非晶質の
   合金であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ４）超電導酸化物を形成する合金の酸化のために導体（
   １、８、１１）が、４００℃又は６００℃に加熱される
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ５）超電導酸化物を形成する合金から成る層（２）を有
   する導体（１、８、１１）の表面に、酸素を含む不活性
   ガスが接触させられることを特徴とする請求項１記載の
   方法。 ６）１％の酸素含有率を有する不活性ガスと酸素とから
   成る混合ガスが導体（１、８、 １１）の表面に接触させられることを特徴とする請求項
   ５記載の方法。 ７）超電導酸化物を形成する合金から成る層（２）が、
   導電性材料から成る導体（１、 ８、１１）上に被覆されることを特徴とする請求項１記
   載の方法。 ８）既に布設された導体（１、８、１１）が酸化のため
   に電気的に加熱されることを特徴とする請求項４記載の
   方法。 ９）既に布設された導体（１、８、１１）が酸化のため
   に、酸素を含む高温のガス流により加熱されることを特
   徴とする請求項４記載の方法。 １０）既に布設された導体（１、８、１１）が酸化後に
   超電導体の作動温度まで冷却されることを特徴とする請
   求項１記載の方法。 １１）既に布設された導体（１、８、１１）が酸化後に
   窒素の沸点より下の温度まで冷却されることを特徴とす
   る請求項１０記載の方法。 １２）超電導酸化物を形成する合金から成る少なくとも
   一つの層（２）を備えた導体（１、８、１１）が布設さ
   れ、その際この層（２）が中空管路（７、１４、１５）
   に接して配置され、導体（１、８、１１）が加熱可能で
   あり、かつ中空管路（７、１４、１５）に酸素を含むガ
   スを供給できることを特徴とする請求項１記載の方法を
   実施するための装置。１３）表面が超電導酸化物を形成
   する合金から成る導体（８）がこの導体を囲む管（１０
   ）の中に配置され、この管の中に酸素を含むガスを送り
   込むことができ、またこの管が後に超電導の保証のため
   の冷媒を収容するために用いられることを特徴とする請
   求項１２記載の装置。 １４）導体が後に冷媒を収容するための管（１）であり
   、管の内面が超電導酸化物を形成する合金から成り、か
   つ管の中に酸素を含むガスを送り込むことができること
   を特徴とする請求項１２記載の装置。 １５）導体が後に冷媒を収容するための第１の管（１１
   ）を有し、この管の外面が超電導酸化物を形成する合金
   から成り、第１の管（１１）がこれを囲む第２の管（１
   ３）の中に配置され、第２の管に酸素を含むガスを送り
   込むことができることを特徴とする請求項１２記載の装
   置。 １６）導体（１、８、１１）が超電導酸化物を形成する
   合金から成ることを特徴とする請求項１２記載の装置。 １７）導体（１、８、１１）が超電導酸化物を形成する
   合金から成る層（２）を備えることを特徴とする請求項
   １２記載の装置。 １８）導体（１、８、１１）が導電性材料特に銅から成
   り、また超電導酸化物を形成する合金から成る層（２）
   を備えることを特徴とする請求項１２記載の装置。 １９）導体（１、８、１１）が加熱のために誘導加熱コ
   イルを備えることを特徴とする請求項１２記載の装置。 ２０）導体（１、８、１１）が加熱のために電源（３）
   に接続できることを特徴とする請求項１２記載の装置。 ２１）中空管路（７、１４、１５）が酸素を含むガスを
   供給するために接続管口（５）に結合されていることを
   特徴とする請求項１２記載の装置。