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

点击翻译按钮获取中文摘要

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」をポーラス安定化材により実現することを目的としている．本年度(2022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速度を計算した．その結果，ポーラス安定化材と超伝導線材の接合部における発熱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，ポーラス安定化材の孔径（接合面積）の影響を評価したところ，孔径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．また，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，ポーラス安定化材と超伝導線材の接合に利用する材料（接合材料）の決定に向け，沸騰面の熱物性により沸騰冷却性能が変化する要因について，先行研究でのデータを基に考察した．