2023 Fiscal Year Annual Research Report
高温超伝導線材の電気-熱連成現象解明による限流器の復帰時間推定モデル構築
| Project/Area Number |
22K20434
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
|---|
Principal Investigator |
結城 光平 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 助教 (00963563)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
|
| Keywords | ポーラス体 / 沸騰熱伝達 / 超伝導限流器 / 超伝導復帰時間 / ホットスポット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，超伝導限流器実現の重要課題である「超伝導線材のホットスポット抑制」および「超伝導復帰時間の推定モデルの構築」を目的としている．
2022年度は，ポーラス安定化材を接合した際の熱伝達性能推定モデルの構築に向け，ポーラス安定化材内における沸騰冷却モデルを提案した．本モデルでは，ポーラス安定化材の中に冷却液が保持されるという仮説を基に，冷却液の保持領域とその蒸発量を計算し，潜熱による除熱量を概算した．その結果，超伝導線材が300 Kから77 Kまで除熱される過程において，実験で得られた熱流束と本モデルで得られた熱流束の相対誤差は10%程度であった．更にポーラス安定化材の複雑形状を簡易形状にモデル化し冷却液が保持されることを可視化実験により確認することで液体保持がポーラス安定化材の重要な役割であることを示した．
2023年度はポーラス安定化材を一様構造としてモデル化し，3次元の電気・熱連成解析によりホットスポットが発生した際の常伝導領域の伝播挙動を評価した．その結果，ポーラス安定化材により常伝導転移が促進され，通常の金属箔安定化材に比べ2倍程度まで常伝導伝播速度が向上することを確認した．また，ポーラス安定化材と超伝導線材の接合面積の影響を評価したところ，接合面積が超伝導線材の幅に比べ小さすぎる場合には常伝導伝播が促進されにくいことも示した．上記の数値解析結果を基に，ポーラス安定化材を選定しホットスポット抑制効果を実験的に検証した．実験では局所的に超伝導線材の臨界電流をゼロとしてホットスポットが発生する状態で30 Aを通電した．その結果，ポーラス安定化材を接合しない場合，電流が30 Aに到達した瞬間に焼け切れた．一方，ポーラス安定化材を接合することで瞬間的に常伝導領域が拡大し超伝導線材が焼け切れることなく電流を流し続けることが可能となり，ホットスポット抑制効果を実証した．
|
