High current density, high stability, and high quench protection of HTS coils in AC magnetic fields

交流磁场中高温超导线圈的高电流密度、高稳定性和高失超保护

• 批准号: 22K04075
• 负责人: 高尾 智明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Sophia University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04075/
• 关键词: 高温超伝導コイル; クエンチ; 安定化; 高温超電導コイル

高温超伝導線に絶縁を施した絶縁コイルを対象として、従来の絶縁コイルの巻線部電流密度の限界と考えられる1平方センチメートル当たり200Aを超える電流を安定に流せる技術を得る見通しを立てるため、令和４年度は主に以下を実施した。クエンチ検出の高感度化及び高クエンチ耐性化に関する研究としては、ホットスポット温度を低減させる方策の一つとして銅テープ共巻き法を提案し、高温超伝導YBCOテープを用いた小型超伝導コイルに実際に銅テープ共巻き法を適用し、その有効性を実証した。具体的には、冷凍機で50Kまで冷却したコイルに直流電流105Aを流した状態でクエンチ発生を模擬したヒータに通電した。その結果、コイルはいったんクエンチするものの、その後に超伝導状態に復帰することが確認できた。そして、共巻きする銅テープの厚みを増せばホットスポット温度はより低減することも確認された。また、変動磁界損失および抵抗領域における発熱に対する抜熱を高めるコイル構造材料の研究として、高温超伝導YBCOテープ線を用いたコイル巻線部を模擬した巻線パックを作成し、テープ線間の熱伝達特性データなどを取得した。具体的には、コイルパックを冷凍機により77Kまで冷やしてYBCOテープ線の接触面圧や巻線部に挿入した小型ヒータによる発熱などを変えながら温度上昇を測定した。例えば、250mWのヒータ入力に対して抜熱が悪い条件では22Kの温度上昇が生じるのに対して、抜熱が良い条件では7Kの温度上昇まで低減された。これ以外にも、コイル構造材である高熱伝導プラスチックの熱歪特性と関連付けて、コイル巻線部における熱伝達特性のデータを蓄積した。さらに、高熱伝導なイオン液体で超伝導コイルを含浸することにより、コイルの熱的安定性を高める研究としては、試験治具の作成やイオン液体単体の電気的特性を測定する装置の作成を行い、令和5年度における本格的な試験に備えた。

High temperature conductor insulation, insulation. A new method for reducing the temperature of YBCO is proposed. The method is applicable to the application of high temperature YBCO and its effectiveness is demonstrated. Specifically, the refrigerator is cooled to 50K and the DC current is 105A. The state of the refrigerator is simulated. The result of the test is that the test results are confirmed. All right, so let's get this over with. Research on high temperature conductive YBCO structural materials, simulation of high temperature conductive YBCO line, preparation of high temperature conductive YBCO line, and acquisition of high temperature conductive YBCO structural materials. Specifically, the temperature rise of the 77K refrigerator was measured as the heat generated from the contact surface of the YBCO Teflon wire and the small coil inserted into the coil. For example, the temperature rise of 22K is caused by the input force of 250mW, and the temperature rise of 7K is caused by the input force of 7 mW. The thermal conductivity and thermal conductivity of the outer layer and the outer layer of the structural material are high, and the thermal conductivity and thermal conductivity of the outer layer and the outer layer of the structural material are high. In addition, the high thermal conductivity of the liquid, the high thermal conductivity of the liquid, the high thermal stability of the liquid, the preparation of the test fixture, and the measurement of the electrical characteristics of the liquid monomer were studied.

项目成果

銅テープ共巻きコイルショート法を用いたHTSコイルクエンチ保護特性の銅テープ厚さ依存性

采用铜带共绕线圈短路法的 HTS 线圈失超保护性能与铜带厚度的关系

• 发表时间: 2023
• 作者: 片岡 洋志，弓達 新治，尾崎 良太郎;野澤 彰，門脇 一則;中原 丈瑠，島田 涼平，園田 翔梧，高尾 智明，中村 一也，塚本 修巳，古瀬 充穂
• 通讯作者: 中原 丈瑠，島田 涼平，園田 翔梧，高尾 智明，中村 一也，塚本 修巳，古瀬 充穂

Experimental study on quench protection method for HTS coil that uses Cu tape co-wound with HTS tape

铜带与高温超导带共绕高温超导线圈失超保护方法的实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryohei Shimada;Shogo Sonoda;Takeru Nakahara;Kazuya Nakamura;Tomoaki Takao;Osami Tsukamoto;Mitsuho Furuse
• 通讯作者: Mitsuho Furuse