| 研究課題/領域番号 |
22K20434
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0302:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 山陽小野田市立山口東京理科大学 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 沸騰熱伝達 / ポーラス体 / 液体窒素 / 急冷 / 超伝導限流器 / 超伝導線材 / 超伝導復帰時間 / ホットスポット / 復帰時間 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超伝導限流器は電力系統での短絡事故電流を限流（抑制）する役割を持ち，既存機器の交換が不要であり費用対効果が大きいが，未だ実現には至っていない．本研究では，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をポーラス安定化材により実現する．ポーラス安定化材の構造を最適化するため，ポーラス安定化材の線径と孔径，および超伝導体との接合材料の電気的特性がホットスポット温度および沸騰挙動に与える影響を実験と電気-熱連成解析から解明する．その結果を利用し復帰時間推定モデルを構築することで，事故後の超伝導復帰時間の目標を達成する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では超伝導限流器の実現に向け超伝導線材に利用するポーラス安定化材の構造を検討した．まずポーラス安定化材内に保持される冷却液の沸騰モデルを提案した．その結果，本モデルと実験の冷却性能の相対誤差は10％程度であり，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．
また，3次元の電気・熱連成解析により常伝導領域の伝播挙動を評価し，ホットスポット抑制に効果的なポーラス安定化材の構造を抽出した．その後，解析結果を基にポーラス体を選定し実験的にホットスポット抑制効果を評価した．その結果，ポーラス安定化材により瞬時に常伝導領域が拡大しホットスポットの発生を抑制可能であることを実証した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超伝導限流器は電力系統での短絡事故電流を抑制する役割を持ち，既存機器の交換が不要なため費用対効果が大きいが未だ実現には至っていない．本研究では実現の大きな障壁となっている超伝導線材の冷却特性に着目し，ポーラス安定化材により従来成し得なかった「冷却性能の向上」と「超伝導線材のホットスポットの抑制」を同時に達成可能な指針を示している．また，ポーラス体内の沸騰という複雑な現象をモデル化することで冷却性能の向上に対する重要因子の抽出に成功している．
上記の知見を超伝導限流器だけでなくポーラス体を利用したCPU冷却やヒートパイプなどの既存機器にも応用することで更なる性能向上が見込めると期待できる．
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