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2023 年度 研究成果報告書

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

研究課題

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研究課題/領域番号 22K20434
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0302:電気電子工学およびその関連分野
研究機関山陽小野田市立山口東京理科大学

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)

研究期間 (年度) 2022-08-31 – 2024-03-31
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
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.

自由記述の分野

熱工学、超伝導工学

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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公開日: 2025-01-30  

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