JPS6410887B2 - - Google Patents
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- JPS6410887B2 JPS6410887B2 JP54061169A JP6116979A JPS6410887B2 JP S6410887 B2 JPS6410887 B2 JP S6410887B2 JP 54061169 A JP54061169 A JP 54061169A JP 6116979 A JP6116979 A JP 6116979A JP S6410887 B2 JPS6410887 B2 JP S6410887B2
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- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は大容量超電導導体の改良に係り、核融
合炉、エネルギー蓄積等大型超電導コイル用巻線
として好適な大容量超電導導体を得んとするもの
である。
合炉、エネルギー蓄積等大型超電導コイル用巻線
として好適な大容量超電導導体を得んとするもの
である。
近時核融合炉或いはエネルギー蓄積などの大型
超電導コイルにおいては、自己インダクタンスと
の兼ね合いもあつて定格電流は必然的に10KA以
上の大電流にしなければならない。又このような
大型コイルは高い信頼性が要求されるため、これ
に用いる超電導導体は完全安定化モードで設計さ
れなければならず、その結果多量の安定化金属を
複合する必要があり、従来の複合超電導導体と比
較した場合、断面積が10倍以上の大導体となり、
且つ平均電流密度が低くなる。しかし技術的並び
に経済的な観点から出来るだけ小導体、高電流密
度のものが望ましく、このため従来幾多の試みが
なされてきた。
超電導コイルにおいては、自己インダクタンスと
の兼ね合いもあつて定格電流は必然的に10KA以
上の大電流にしなければならない。又このような
大型コイルは高い信頼性が要求されるため、これ
に用いる超電導導体は完全安定化モードで設計さ
れなければならず、その結果多量の安定化金属を
複合する必要があり、従来の複合超電導導体と比
較した場合、断面積が10倍以上の大導体となり、
且つ平均電流密度が低くなる。しかし技術的並び
に経済的な観点から出来るだけ小導体、高電流密
度のものが望ましく、このため従来幾多の試みが
なされてきた。
而して完全安定化条件で電流密度を上げるには
高磁界で磁気抵抗の小さいAlを安定化材に用い
ることが考えられるが、このものは機械的強度が
低く、且つピエゾレジスタンス効果が大きい欠点
がある。一方、導体の液体ヘリウムに対する熱流
束（ヒートフラツクス）が高められれば電流密度
はその平方根に比例して増大することから、導体
表面に縦溝加工、縦横溝加工或いはローレツトな
どの微細溝加工を施して実効熱流束を増加させる
ことも考えられる。しかしこれらの方法では、熱
流束はある程度向上するが、その反面、面圧がか
かるとその効果が低減すると共に、加工設備など
のためにコストアツプが大きいという欠点があ
る。
高磁界で磁気抵抗の小さいAlを安定化材に用い
ることが考えられるが、このものは機械的強度が
低く、且つピエゾレジスタンス効果が大きい欠点
がある。一方、導体の液体ヘリウムに対する熱流
束（ヒートフラツクス）が高められれば電流密度
はその平方根に比例して増大することから、導体
表面に縦溝加工、縦横溝加工或いはローレツトな
どの微細溝加工を施して実効熱流束を増加させる
ことも考えられる。しかしこれらの方法では、熱
流束はある程度向上するが、その反面、面圧がか
かるとその効果が低減すると共に、加工設備など
のためにコストアツプが大きいという欠点があ
る。
又コイルとして組み立てる際に各パンケーキ或
いはセグメント同士をFRP（繊維強化プラスチツ
ク）板を介して積み重ねていくときに、しばしば
鉄くず等のために電気的短絡をおこすことから導
体の表面を絶縁性にすることが望ましいが、その
方法として例えば絶縁ワニスを塗布、焼付けする
場合、塗膜は有機材料からなり且つ厚いため、熱
伝達性が低下すると共に、熱処理のために安定化
材が焼鈍され機械的強度が低下する等の問題を生
ずるものであつた。
いはセグメント同士をFRP（繊維強化プラスチツ
ク）板を介して積み重ねていくときに、しばしば
鉄くず等のために電気的短絡をおこすことから導
体の表面を絶縁性にすることが望ましいが、その
方法として例えば絶縁ワニスを塗布、焼付けする
場合、塗膜は有機材料からなり且つ厚いため、熱
伝達性が低下すると共に、熱処理のために安定化
材が焼鈍され機械的強度が低下する等の問題を生
ずるものであつた。
而して第１図は従来の大型超電導マグネツトの
一例についてコイルの一部を断面図にて示したも
のであり、超電導導体１はパンケーキ状に巻線さ
れ、ターン間には電気絶縁性テープ２が巻きこま
れている。又各パンケーキコイルは電気絶縁板即
ちスペーサ３を介して多層にスタツクされて超電
導マグネツトを構成しているものである。なおス
ペーサ３は電気的絶縁介在物であると同時に、浸
漬液体ヘリウムの冷却通路を構成するものであ
る。
一例についてコイルの一部を断面図にて示したも
のであり、超電導導体１はパンケーキ状に巻線さ
れ、ターン間には電気絶縁性テープ２が巻きこま
れている。又各パンケーキコイルは電気絶縁板即
ちスペーサ３を介して多層にスタツクされて超電
導マグネツトを構成しているものである。なおス
ペーサ３は電気的絶縁介在物であると同時に、浸
漬液体ヘリウムの冷却通路を構成するものであ
る。
本発明はかかる欠点を改善せんとして鋭意研究
を行つた結果、熱伝達性に優れた大型超電導導体
を見出したものである。即ち本発明は、導体表面
が直接冷媒と接して使用される大容量超電導導体
において、複合超電導導体の最外安定化金属を銅
とし、その表面に銅酸化物皮膜を形成せしめたこ
とを特徴とするものである。
を行つた結果、熱伝達性に優れた大型超電導導体
を見出したものである。即ち本発明は、導体表面
が直接冷媒と接して使用される大容量超電導導体
において、複合超電導導体の最外安定化金属を銅
とし、その表面に銅酸化物皮膜を形成せしめたこ
とを特徴とするものである。
本発明では大容量超電導導体表面に銅酸化物皮
膜が形成されているため、導体表面の液体ヘリウ
ムに対する熱伝達特性、すなわち、遷移熱伝達率
（qt）及び復帰熱伝達率（qr）が共に、かかる銅
酸化物皮膜を形成していない金属表面を有する従
来の大容量超電導導体に比して顕著に増大する。
即ち、第２図に示す如く、本発明による大容量超
電導導体は、銅酸化物皮膜を形成していないこと
以外はそれと全く同じ従来の超電導導体に比べ
て、導体表面の液体ヘリウムに対するqt及びqr
が、上記従来導体のqt1値及びqr1値からそれぞれ
qt2値及びqr2値へと著しく増大するのである。こ
れは導体表面に設けた銅酸化物皮膜が粒状積層構
造を有しており、いわゆる核沸騰領域での核中心
個数が増加しているか、或いは有効接触面積が増
大しているためにqtが増加しているものと考えら
れる。又qrの増加も粒状積層構造により液体ヘリ
ウムの切れが促進されるためと考えられる。
膜が形成されているため、導体表面の液体ヘリウ
ムに対する熱伝達特性、すなわち、遷移熱伝達率
（qt）及び復帰熱伝達率（qr）が共に、かかる銅
酸化物皮膜を形成していない金属表面を有する従
来の大容量超電導導体に比して顕著に増大する。
即ち、第２図に示す如く、本発明による大容量超
電導導体は、銅酸化物皮膜を形成していないこと
以外はそれと全く同じ従来の超電導導体に比べ
て、導体表面の液体ヘリウムに対するqt及びqr
が、上記従来導体のqt1値及びqr1値からそれぞれ
qt2値及びqr2値へと著しく増大するのである。こ
れは導体表面に設けた銅酸化物皮膜が粒状積層構
造を有しており、いわゆる核沸騰領域での核中心
個数が増加しているか、或いは有効接触面積が増
大しているためにqtが増加しているものと考えら
れる。又qrの増加も粒状積層構造により液体ヘリ
ウムの切れが促進されるためと考えられる。
このようにqrが増加すると常電導から超電導へ
の回復電流Ir＝√が増大するか或いは
同じIrとすると安定化金属の断面積Ａを減少せし
めることが可能となり、導体の総合電流密度が向
上する。
の回復電流Ir＝√が増大するか或いは
同じIrとすると安定化金属の断面積Ａを減少せし
めることが可能となり、導体の総合電流密度が向
上する。
最外安定化金属が銅で、その表面に銅酸化物皮
膜を形成せしめるということは、例えば主たる安
定化金属がAlで、その外側に銅皮膜層を形成し、
その表面に銅酸化物皮膜を形成したものでもよい
ということである。
膜を形成せしめるということは、例えば主たる安
定化金属がAlで、その外側に銅皮膜層を形成し、
その表面に銅酸化物皮膜を形成したものでもよい
ということである。
なお銅酸化物皮膜としては、酸化銅、亜酸化
銅、またはこの両者の混合物、亜酸化銅と硫化銅
の混合物よりなる皮膜が好適である。
銅、またはこの両者の混合物、亜酸化銅と硫化銅
の混合物よりなる皮膜が好適である。
上記酸化銅と亜酸化銅の混合物の皮膜を得る場
合、クロム酸処理、過マンガン酸カリ処理、又は
エボノール処理によるものは、層厚（0.3〜
3μm）、粒径（0.1〜3μm）共に小さく、電解法に
よるものは、層厚（３〜15μm）、粒径（数μm）
共に大きいので、熱伝達特性の面では後者（qt：
〜0.7W／cm2、qr：〜0.4W／cm2）の方が良好であ
る。ただし機械的強度、生産性の面では前者の方
が優れている。さらに酸化銅と硫化銅との混合物
の皮膜は、化学処理による場合には10〜20μmの
層厚のものが得られ、電解法より若干高い熱伝達
性（qr：〜0.45W／cm2）が得られた。
合、クロム酸処理、過マンガン酸カリ処理、又は
エボノール処理によるものは、層厚（0.3〜
3μm）、粒径（0.1〜3μm）共に小さく、電解法に
よるものは、層厚（３〜15μm）、粒径（数μm）
共に大きいので、熱伝達特性の面では後者（qt：
〜0.7W／cm2、qr：〜0.4W／cm2）の方が良好であ
る。ただし機械的強度、生産性の面では前者の方
が優れている。さらに酸化銅と硫化銅との混合物
の皮膜は、化学処理による場合には10〜20μmの
層厚のものが得られ、電解法より若干高い熱伝達
性（qr：〜0.45W／cm2）が得られた。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例 １
導体サイズ：７×７mm2、銅比：８、NbTiフイ
ラメント径80μm×1180本の超電導平角線30ｍを
製作し、導体表面にエボノール処理（NaClO2
100ｇ／、NaOH 100ｇ／の溶液中に70〜80
℃にて数分間浸漬する）を施した。この導体を用
いてターン間に何等の絶縁物を挿入することなく
内径200mmのパンケーキコイルを試作した。この
コイルをバイアスマグネツトに入れて励磁したと
ころ、7TでIc＝4600Aの値が得られた。この値
はシヨートサンプルのIc値と１〜２％の範囲で一
致するものである。またコイル中にヒーターを挿
入して超電導―常電導転移実験を行つたところ、
qr＝0.3W／cm2であり、通常の無処理の値qr＝
0.15W／cm2に比べて２倍のヒートフラツクスが得
られた。又機械的強度はエボノール処理による影
響はみられず、破断強度：36.4Kg／mm2、0.2％耐
力27.0Kg／mm2の高い値が得られた。
ラメント径80μm×1180本の超電導平角線30ｍを
製作し、導体表面にエボノール処理（NaClO2
100ｇ／、NaOH 100ｇ／の溶液中に70〜80
℃にて数分間浸漬する）を施した。この導体を用
いてターン間に何等の絶縁物を挿入することなく
内径200mmのパンケーキコイルを試作した。この
コイルをバイアスマグネツトに入れて励磁したと
ころ、7TでIc＝4600Aの値が得られた。この値
はシヨートサンプルのIc値と１〜２％の範囲で一
致するものである。またコイル中にヒーターを挿
入して超電導―常電導転移実験を行つたところ、
qr＝0.3W／cm2であり、通常の無処理の値qr＝
0.15W／cm2に比べて２倍のヒートフラツクスが得
られた。又機械的強度はエボノール処理による影
響はみられず、破断強度：36.4Kg／mm2、0.2％耐
力27.0Kg／mm2の高い値が得られた。
実施例 ２
第３図に示すごとく、直径2.3mmの素線15本、
NbTiフイラメント50μmφ×1270本、銅比：１か
らなるサイズ4.3×17.1mm2、長さ10ｍの超電導ケ
ーブル４を試作し、その表面にPb―Sn半田５を
被覆した。一方安定化銅６（12.8×27mm2）の両側
面に１×1.5mmの波形溝７を設け、これの表面に
化学処理を施した。即ち上記安定化銅を過マンガ
ン酸カリ８ｇ／、硫酸60ｇ／の70〜80℃の浴
中に10分間浸漬してCuO／Cu2Oの皮膜８を形成
した。
NbTiフイラメント50μmφ×1270本、銅比：１か
らなるサイズ4.3×17.1mm2、長さ10ｍの超電導ケ
ーブル４を試作し、その表面にPb―Sn半田５を
被覆した。一方安定化銅６（12.8×27mm2）の両側
面に１×1.5mmの波形溝７を設け、これの表面に
化学処理を施した。即ち上記安定化銅を過マンガ
ン酸カリ８ｇ／、硫酸60ｇ／の70〜80℃の浴
中に10分間浸漬してCuO／Cu2Oの皮膜８を形成
した。
而して該安定化銅６中に前記超電導ケーブル４
を埋め込み本発明複合超電導導体を得た。
を埋め込み本発明複合超電導導体を得た。
かくして得た複合超電導導体より１ｍの短尺サ
ンプルをとり、熱伝達特性を測定したところqt＝
1.04W／cm2、qr＝0.77W／cm2の値が得られた。又
Ic値の測定を電源容量の制約から素線により行つ
た。即ち５本の平均で1360Aat8T、全ケーブル
に換算するとIc＝20400 Aat8Tが得られた。次に
短尺サンプルにより機械的試験を行つたところ、
破断強度：35.8Kg／mm2、0.2％耐力：25.7Kg／mm2、
伸び：18.3％（但しクニツクが6.8％付近に観測
された。これは超電導ケーブルの破断に対応す
る。）の値が得られ、化学処理による影響は全く
なかつた。
ンプルをとり、熱伝達特性を測定したところqt＝
1.04W／cm2、qr＝0.77W／cm2の値が得られた。又
Ic値の測定を電源容量の制約から素線により行つ
た。即ち５本の平均で1360Aat8T、全ケーブル
に換算するとIc＝20400 Aat8Tが得られた。次に
短尺サンプルにより機械的試験を行つたところ、
破断強度：35.8Kg／mm2、0.2％耐力：25.7Kg／mm2、
伸び：18.3％（但しクニツクが6.8％付近に観測
された。これは超電導ケーブルの破断に対応す
る。）の値が得られ、化学処理による影響は全く
なかつた。
以上詳述した如く本発明に係る大容量超電導導
体は、液体ヘリウムに対する熱伝達特性がきわめ
て優れているため、超電導状態の安定性が向上す
ると共に、導体断面積を小さくでき、総合電流密
度を著しく向上させることができる。また表面の
銅酸化物皮膜は、化学処理又は電解処理により簡
単に形成できるため、微細溝加工等に比べコスト
安である。
体は、液体ヘリウムに対する熱伝達特性がきわめ
て優れているため、超電導状態の安定性が向上す
ると共に、導体断面積を小さくでき、総合電流密
度を著しく向上させることができる。また表面の
銅酸化物皮膜は、化学処理又は電解処理により簡
単に形成できるため、微細溝加工等に比べコスト
安である。
第１図は従来の大型超電導マグネツトにおける
コイルの一部拡大図、第２図は超電導導体と液体
ヘリウムとが接触している場合における両者間の
ヒートフラツクスと温度差の関係を示すグラフ、
第３図は本発明に係る大容量超電導導体の一例を
示す断面図である。 １：超電導導体、２：絶縁テープ、３：スペー
サ、４：超電導ケーブル、５：半田、６：安定化
銅、７：溝、８：銅酸化物皮膜。
コイルの一部拡大図、第２図は超電導導体と液体
ヘリウムとが接触している場合における両者間の
ヒートフラツクスと温度差の関係を示すグラフ、
第３図は本発明に係る大容量超電導導体の一例を
示す断面図である。 １：超電導導体、２：絶縁テープ、３：スペー
サ、４：超電導ケーブル、５：半田、６：安定化
銅、７：溝、８：銅酸化物皮膜。
Claims (1)
- １ 導体表面が直接冷媒と接して使用される大容
量超電導導体において、複合超電導導体の最外安
定化金属を銅とし、その表面に銅酸化物皮膜を形
成せしめたことを特徴とする大容量超電導導体。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6116979A JPS561411A (en) | 1979-05-18 | 1979-05-18 | Large capacity superconductor |
| DE3045277T DE3045277C2 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Supraleiter |
| PCT/JP1980/000105 WO1980002619A1 (fr) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Superconducteur de grande capacite de courant |
| CH387/81A CH656481A5 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Supraleiter mit hohem stromfuehrungsvermoegen. |
| US06/230,952 US4421946A (en) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | High current capacity superconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6116979A JPS561411A (en) | 1979-05-18 | 1979-05-18 | Large capacity superconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS561411A JPS561411A (en) | 1981-01-09 |
| JPS6410887B2 true JPS6410887B2 (ja) | 1989-02-22 |
Family
ID=13163365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6116979A Granted JPS561411A (en) | 1979-05-18 | 1979-05-18 | Large capacity superconductor |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPS561411A (ja) |
| CH (1) | CH656481A5 (ja) |
| DE (1) | DE3045277C2 (ja) |
| WO (1) | WO1980002619A1 (ja) |
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| US4549156A (en) * | 1981-10-08 | 1985-10-22 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Superconducting magnet |
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| JPH03253005A (ja) * | 1990-03-02 | 1991-11-12 | Hitachi Ltd | 超電導コイルとその製法、複合超電導導体とその製法、並びに超電導装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US3527873A (en) * | 1968-12-27 | 1970-09-08 | Atomic Energy Commission | Composite superconducting cable having a porous matrix |
| DE1932086C3 (de) * | 1969-06-25 | 1976-01-08 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzter Hohlleiter |
| DE2104600C3 (de) * | 1971-02-01 | 1973-09-13 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen | Elektrischer Leiter für supraleitende Wicklungen oder Schaltstrecken, und Verfahren zur Herstellung eines solchen Leiters |
| US3731374A (en) * | 1971-07-20 | 1973-05-08 | Atomic Energy Commission | Method of fabricating a hard intermetallic superconductor by means of diffusion |
| US3743986A (en) * | 1972-02-08 | 1973-07-03 | Atomic Energy Commission | Improved resistive envelope for a multifilament superconductor wire |
| US3767842A (en) * | 1972-02-25 | 1973-10-23 | Commissariat Energie Atomique | Super conducting cable of elemental conductors in a metal matrix within a metallic jacket |
| GB1394724A (en) * | 1972-08-04 | 1975-05-21 | Atomic Energy Authority Uk | Superconducting members and methods of mahufacture thereof |
| JPS5723371B2 (ja) * | 1972-09-11 | 1982-05-18 | ||
| JPS49114896A (ja) * | 1973-02-28 | 1974-11-01 | ||
| DE2333893C3 (de) * | 1973-07-03 | 1975-12-11 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters mit einer aus wenigstens zwei Elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung |
| JPS51132799A (en) * | 1975-05-14 | 1976-11-18 | Ulvac Corp | Composite superconductive wire-materials |
| FR2334182A1 (fr) * | 1975-12-03 | 1977-07-01 | Furukawa Electric Co Ltd | Cable comportant un compose supraconducteur et procede de fabrication d'un tel cable |
| CH592946A5 (ja) * | 1975-12-15 | 1977-11-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| US4148129A (en) * | 1976-11-01 | 1979-04-10 | Airco, Inc. | Aluminum-stabilized multifilamentary superconductor and method of its manufacture |
| JPS6026243B2 (ja) * | 1978-02-27 | 1985-06-22 | 古河電気工業株式会社 | 超電導ケ−ブル |
-
1979
- 1979-05-18 JP JP6116979A patent/JPS561411A/ja active Granted
-
1980
- 1980-05-16 CH CH387/81A patent/CH656481A5/de not_active IP Right Cessation
- 1980-05-16 US US06/230,952 patent/US4421946A/en not_active Expired - Fee Related
- 1980-05-16 DE DE3045277T patent/DE3045277C2/de not_active Expired
- 1980-05-16 WO PCT/JP1980/000105 patent/WO1980002619A1/ja not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1980002619A1 (fr) | 1980-11-27 |
| DE3045277T1 (de) | 1982-02-18 |
| US4421946A (en) | 1983-12-20 |
| JPS561411A (en) | 1981-01-09 |
| DE3045277C2 (de) | 1984-05-30 |
| CH656481A5 (de) | 1986-06-30 |
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