ナノ組織制御超伝導線を用いた縦磁界直流電力輸送ケーブルの高性能化に関する研究
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21H01872
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木内 勝 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (90304758)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 隆 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20314049)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
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| Keywords | 直流電力輸送ケーブル / 縦磁界効果 / ナノ組織制御技術 / 超伝導ケーブル / ナノ組織制御 / 臨界電流密度 / 過冷却 / 高効率電力輸送ケーブル / 高温超電導線 / 縦磁界 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ナノ組織制御技術を用いて線材に欠陥(人工ピン)を導入したRE(Rare-Earth)系コート超伝導線材と、超伝導線材の電流通電の方向に磁界を平行に加えることにより電流容量が大きく増加する縦磁界効果を用いて、軽量でコンパクトな高性能直流電力輸送ケーブルの実現を目的とする。この２つを組み合わせることにより、従来の超伝導ケーブルに比べて2倍の電流量を有する直流電力輸送ケーブルを目指すと共に、水素の排熱等による低コストケーブルシステムや、工場敷地内の大電流容量が必要とされる建屋間を結ぶ高密度な電力輸送システム構築、電車のき電線へ利用できる超伝導ケーブルの基礎技術の確立を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナノ組織制御技術を用いて線材に欠陥(人工ピン)を導入したRE(Rare-Earth)系コート超伝導線材(以下RE系コート超伝導線材)と、超伝導線材の電流通電の方向に磁界を平行に加えることにより電流容量が大きく増加する縦磁界効果を用いて軽量でコンパクトな高性能直流電力輸送ケーブルの開発を目的とする。今年度の実績は下記である。
1)縦磁界で有効な人工ピンの解明について、市販されている長尺線材の微細組織観察から、ピンの形状などを調査した。特に線材の作製速度を変化させると、製膜過程で導入される積層上の欠陥等が縦磁界下で、大きな臨界電流密度を示す傾向があることがわかってきた。さらにPLD法膜の場合はその傾向を示すことがわかった。
また、縦磁界下での臨界電流密度の振る舞いを調べるために、超伝導層の厚膜に注目し、調査を行った。僅かであるが厚い超伝導層の方が臨界電流密度が増加することがわかった。
さらに縦磁界下での臨界電流密度の増加のメカニズムを明らかにするために、テープ線材表面の電界構造から量子化磁束の運動を調べた。この結果から超伝導が厚い方が、縦磁界による量子化磁束の運動が大きいことがわかってきた。
2)ケーブル開発においては、全長700 ㎜程度のケーブルが過冷却で測定できる容器を設計し、装置を開発した。容器内の温度が67 Kまで冷却が可能で、数時間温度を維持できることを確認した。また、過冷却下でのケーブル通電試験を実施するために、線材の縦磁界特性を考慮してケーブルの設計、及び作製を行った。
また、作製するケーブルの電流通電量は数千アンペアに達するために、電流の不均一な流れが必要なるために、接触抵抗とケーブル容量の関係を調査中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
縦磁界下で高い臨界電流が得られる線材開発において、ナノロッド人工ピンのような形状でなく、作製時に自然に導入されるピンが有効であることがわかってきた。従って、線材作製にそのようなピンを積極的に導入するための作製速度、温度等を調べ、その手法を適用して線材を作製する。更に、超伝導層の厚さとの関係も同時に調査する。
本研究の重要な目的の一つである、過冷却下での特性評価を可能にする、測定機器を購入し、準備を整えている。更に、過冷却温度での特性評価のための縦磁界直流ケーブルの準備を、現在縦磁界下で一番大きな臨界電流密度が得られる線材を用いて、設計及び作製を行っている。縦磁界下での臨界電流密度決定機構の解明においては、超伝導層が厚い線材の方が高特性が得られる傾向が得られ、継続的に調査中である。
ケーブル特性評価においては、電流端子部の接触抵抗の影響を低減する方法を模索中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
縦磁界下で有効に作用するピン、及び作製法、厚さを変化させて長い線材作製を行う予定である。また、継続して、縦磁界下での臨界電流密度のピンニング機構解明を行う。
ケーブル評価においては、過冷却容器の準備を進め、さらにその容器で評価を行うケーブル開発を行う。特に、過冷却にすると、臨界電流密度が大きく増加するので既存の電流源で評価可能なケーブルの設計を進め、ケーブル作製し、通電測定評価を実施する予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
