2016 Fiscal Year Research-status Report
機能性プラスチック導入による高温超伝導コイル耐クエンチ性向上と巻線部高電流密度化
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16K06238
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
高尾 智明 上智大学, 理工学部, 教授 (30245790)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮城 大輔 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10346413)
塚本 修巳 上智大学, 理工学部, 客員教授 (30017975)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高温超伝導コイル / 高温超伝導線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温超伝導コイルを用いる機器の実用化においては，コイル巻線部の高電流密度化が重要課題である。本研究では熱伝導率が従来のコイル構成材であるＧＦＲＰに比べ１桁大きく，また低温で負の熱膨張係数を持つ機能性プラスチックを巻線構造に導入することによりコイルの抜熱特性を高め，またコイル線材に抵抗領域が現れたらその拡大を速めジュール発熱領域の集中を抑え，さらにクエンチ保護回路方式を工夫することにより，コイル線材の大電流容量化を目指している。
今年度は，まず当該機能性プラスチックの熱伝導率と膨張率を超伝導コイルの運転温度である極低温にて実測し，高い熱伝導率と負膨張特性（温度低下につれて膨張する特性）のデータを蓄積した。また，コイル構造の一部を模擬した簡略的な試験装置を作成し，直線上の短尺高温超伝導線とプラスチックを接触させ，超伝導線からプラスチックへの高い伝熱特性を得た。
さらに，コイル構造を模擬した別の試験装置として，コイル巻線部の断面構造の簡略化として高温超伝導線を数十本スタックさせて中央部にヒータを埋め込んだ物を作成した。そしてヒータ加熱した際の温度分布を実測し，コンピュータシミュレーションと比較することにより，熱伝導率や接触熱抵抗を考慮した試験方法の確立を図った。
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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
研究のスタート時点では，極低温で精度良く熱伝導率を測れことに苦戦したが，温度測定位置や試料長さを工夫することにより測定が可能となった。その後は，熱伝導率や膨張特性について比較的順調にデータ収集を進めることができた。
また，超伝導線を数十本スタックさせた装置を用いた温度データと，コンピュータシミュレーションの結果も良く一致している。このことから，超伝導線からの伝熱における接触熱抵抗を定量的に把握することが可能となった。
以上のことから，おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究結果を基に，機能性プラスチックを有する高温超伝導コイルを作成して，熱的安定性の評価に取り組む。また，コイル構造を模擬したモデルにより伝熱シミュレーションも併せて行い，実験と解析の両面から研究を進める。また，局所的に常伝導部が発生した場合の超伝導コイル保護についても，保護方式の工夫により安定性の強化を図ってゆく。
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| Causes of Carryover |
研究室にて所有する既存の計測機器及び高温超伝導線の一部を用いることができたため，その分の予算執行が少なくなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
試験装置の一つである冷凍機を改造する必要が生じている。本研究がスタートした時点で計画していた本年度分の予算と合わせた予算額の中で，本年度に冷凍機の改造を行う計画である。
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