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JP7541557B2 - Superconducting wire, its manufacturing method, and superconducting cable including the superconducting wire - Google Patents
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JP7541557B2 - Superconducting wire, its manufacturing method, and superconducting cable including the superconducting wire - Google Patents

Superconducting wire, its manufacturing method, and superconducting cable including the superconducting wire Download PDF

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Description

本発明の実施形態の一つは、超電導線とその製造方法、および超電導線を備える超電導ケーブルに関する。 One embodiment of the present invention relates to a superconducting wire, a manufacturing method thereof, and a superconducting cable including the superconducting wire.

超電導体を有する導電線を電力ケーブルに用いることで、銅を主成分とする既存の電力ケーブルと比較して大電流を低損失で送電することが可能となる。このような超電導ケーブルは、例えば、液体窒素などの冷却材を流すための芯材(フォーマ)を備え、フォーマの周りに1層または複数層の超電導層を有している。各超電導層は、らせん状に巻かれた複数の超電導テープによって構成される(特許文献1から3参照)。 By using a conductive wire having a superconductor in a power cable, it becomes possible to transmit a large current with low loss compared to existing power cables that are mainly made of copper. Such a superconducting cable has a core material (former) for carrying a coolant such as liquid nitrogen, and has one or more superconducting layers around the former. Each superconducting layer is composed of multiple superconducting tapes wound in a spiral shape (see Patent Documents 1 to 3).

特開2015-162367号公報JP 2015-162367 A 特開2016-4612号公報JP 2016-4612 A 特開2020-114088号公報JP 2020-114088 A

本発明の実施形態の一つは、新規な構造を有する超電導線とその製造方法、および当該超電導線を備える超電導ケーブルを提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、冷却効率の高い、フォーマレスの超電導線とその製造方法、および当該超電導線を備える超電導ケーブルを提供することを課題の一つとする。 One of the embodiments of the present invention aims to provide a superconducting wire having a new structure, a manufacturing method thereof, and a superconducting cable including said superconducting wire. Alternatively, one of the embodiments of the present invention aims to provide a formless superconducting wire with high cooling efficiency, a manufacturing method thereof, and a superconducting cable including said superconducting wire.

本発明の実施形態の一つは、超電導線である。この超電導線は、管形状を形成するようにらせん状に巻かれた超電導テープ、超電導テープ上にらせん状に巻かれた、複数の開口を有する絶縁テープ、および絶縁テープの外表面を覆い、樹脂を含む補強層を備える。樹脂の一部は、隣接する超電導テープの間の隙間に位置する。 One embodiment of the present invention is a superconducting wire. The superconducting wire includes a superconducting tape spirally wound to form a tubular shape, an insulating tape having a plurality of openings spirally wound on the superconducting tape, and a reinforcing layer covering an outer surface of the insulating tape and including a resin. A portion of the resin is located in the gaps between adjacent superconducting tapes.

本発明の実施形態の一つは、少なくとも一つの超電導線、少なくとも一つの超電導線を囲む内部冷却管、および内部冷却管を囲む外部冷却管を備える超電導ケーブルである。少なくとも一つの超電導線は、管形状を形成するようにらせん状に巻かれた超電導テープ、超電導テープ上にらせん状に巻かれた、複数の開口を有する絶縁テープ、および絶縁テープの外表面を覆い、樹脂を含む補強層を備える。樹脂の一部は、隣接する超電導テープの間の隙間に位置する。 One embodiment of the present invention is a superconducting cable comprising at least one superconducting wire, an internal cooling tube surrounding the at least one superconducting wire, and an external cooling tube surrounding the internal cooling tube. The at least one superconducting wire comprises a superconducting tape spirally wound to form a tubular shape, an insulating tape having a plurality of openings spirally wound on the superconducting tape, and a reinforcing layer covering an outer surface of the insulating tape and including a resin. A portion of the resin is located in the gaps between adjacent superconducting tapes.

本発明の実施形態の一つは、超電導線を製造する方法である。この方法は、超電導テープをコア上にらせん状に巻く工程、複数の開口を有する絶縁テープを複数の超電導テープ上にらせん状に巻く工程、絶縁テープの外表面に樹脂を塗布する工程、および樹脂を硬化する工程を含む。 One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a superconducting wire. The method includes the steps of spirally winding a superconducting tape onto a core, spirally winding an insulating tape having a plurality of openings onto the plurality of superconducting tapes, applying a resin to the outer surface of the insulating tape, and curing the resin.

本発明の実施形態に係る超電導線の模式的斜視図。FIG. 1 is a schematic perspective view of a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線に含まれる超電導テープの模式的端面図。FIG. 2 is a schematic end view of a superconducting tape included in the superconducting wire according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の模式的端面図。FIG. 2 is a schematic end view of a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の模式的端面図。FIG. 2 is a schematic end view of a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の模式的端面図。FIG. 2 is a schematic end view of a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の模式的端面図。FIG. 2 is a schematic end view of a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの模式的端面図。FIG. 2 is a schematic end view of a superconducting cable according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの模式的端面図。FIG. 2 is a schematic end view of a superconducting cable according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法のフローチャート。3 is a flowchart of a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的側面図。1A to 1C are schematic side views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的側面図。1A to 1C are schematic side views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的側面図。1A to 1C are schematic side views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的端面図。1A to 1C are schematic end views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的側面図。1A to 1C are schematic side views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的端面図。1A to 1C are schematic end views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的側面図。1A to 1C are schematic side views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的端面図。1A to 1C are schematic end views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る超電導線の製造方法を説明する模式的端面図。1A to 1C are schematic end views illustrating a method for manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention, and should not be interpreted as being limited to the description of the embodiments exemplified below.

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。また、一つの構造の一部を示す際には、符号の後に小文字のアルファベットを付すことがある。 In the drawings, the width, thickness, shape, etc. of each part may be shown diagrammatically compared to the actual embodiment in order to make the explanation clearer, but this is merely an example and does not limit the interpretation of the present invention. In this specification and each figure, elements having the same function as those explained in the previous figures may be given the same reference numerals and duplicate explanations may be omitted. This reference numeral is used to collectively represent multiple identical or similar structures, and a hyphen and a natural number are added after the reference numeral when representing each of these individually. In addition, a lowercase alphabet may be added after the reference numeral when indicating part of a structure.

以下、本発明の実施形態の一つに係る超電導線とその製造方法、および超電導線を含む超電導ケーブルについて説明する。 The following describes a superconducting wire according to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing the same, and a superconducting cable including the superconducting wire.

1.超電導線の構造
図1Aに本発明の実施形態の一つに係る超電導線100の模式的側面図を示す。図1Aに示すように、超電導線100は、超電導テープ102、超電導テープ102を取り囲むように設けられる絶縁テープ106、および絶縁テープ106を取り囲むように設けられる補強層104を基本的な構成として備える。超電導線100は、図1Aに示すように一端から他端まで屈曲せずに直線状の形状を備えてもよく、図示しないが全体的に湾曲してもよい。あるいは、超電導線100は、一つまたは複数の屈曲点を有するように、延伸方向の異なる複数の直線部を備えてもよい。以下の説明では、便宜上、超電導線100が延伸する方向をx方向、x方向に直交し、かつ、互いに直交する方向をy方向とz方向と定義する。超電導線100の長さ(x方向の長さ)に制約はない。超電導線100の外径(図中、z方向の長さ)にも制約はない。以下、上記構成について説明する。
1. Structure of the superconducting wire FIG. 1A shows a schematic side view of a superconducting wire 100 according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, the superconducting wire 100 basically includes a superconducting tape 102, an insulating tape 106 provided to surround the superconducting tape 102, and a reinforcing layer 104 provided to surround the insulating tape 106. The superconducting wire 100 may have a straight shape without bending from one end to the other end as shown in FIG. 1A, or may be curved overall (not shown). Alternatively, the superconducting wire 100 may have a plurality of straight portions extending in different directions so as to have one or a plurality of bending points. In the following description, for convenience, the direction in which the superconducting wire 100 extends is defined as the x direction, and the directions perpendicular to the x direction and perpendicular to each other are defined as the y direction and the z direction. There is no restriction on the length (length in the x direction) of the superconducting wire 100. There is no restriction on the outer diameter (length in the z direction in the drawing) of the superconducting wire 100. The above configuration will be described below.

(1)超電導テープ
超電導テープ102は、らせん状に巻かれることで管形状を形成する。超電導線100において、超電動テープ層を構成する超電導テープ102の数に制約はなく、例えば10本以上で構成してもよく、少なくとも1本以上であればよい。図1Aに示す例では、複数の超電導テープ102を用いて超電導線100における超電導テープ層を1層形成しており、複数の超電導テープ102の各々は、らせん形状を取り、らせんの巻方向は同一である。また、らせんのピッチと半径は、いずれも複数の超電導テープ102間で互いに同一または実質的に同一である。図1Aに示すように、隣接する超電導テープ102の間には隙間が存在し、隣接する超電導テープ102は互いに直接接触しない。隙間の幅(すなわち、隣接する超電導テープ102間の間隔)は、500μm以上5mm以下の範囲で適宜調整すればよい。なお、図1Aに示す例では、複数の超電導テープ102を用いて超電導テープ層を1層設けた場合について説明しているが、超電導テープ102を2層重ねて設けてもよい。
(1) Superconducting Tape The superconducting tape 102 is wound in a spiral shape to form a tube shape. In the superconducting wire 100, there is no restriction on the number of superconducting tapes 102 constituting the superconducting tape layer, and the number may be, for example, 10 or more, as long as it is at least one. In the example shown in FIG. 1A, a single superconducting tape layer in the superconducting wire 100 is formed using a plurality of superconducting tapes 102, and each of the plurality of superconducting tapes 102 has a spiral shape, and the spiral winding direction is the same. In addition, the pitch and radius of the spiral are the same or substantially the same between the plurality of superconducting tapes 102. As shown in FIG. 1A, there is a gap between adjacent superconducting tapes 102, and the adjacent superconducting tapes 102 do not directly contact each other. The width of the gap (i.e., the distance between adjacent superconducting tapes 102) may be appropriately adjusted within a range of 500 μm to 5 mm. In the example shown in FIG. 1A, a single superconducting tape layer is provided using a plurality of superconducting tapes 102, but two superconducting tapes 102 may be provided in layers.

超電導テープ102の端面の模式図の一例を図1Bに示す。図1Bに示すように、超電導テープ102は、基板110、基板110上の中間層112、中間層112上の超電導層114、および超電導層114上の保護層116を備えることができる。基板110は金属を含み、例えば、鉄、ニッケル、モリブデン、クロム、モリブデンンなどを含む金属基板または合金基板が例示される。合金としては、ステンレス、インバー、インコネルなどが挙げられる。中間層112は、例えば結晶方位が制御された複数の酸化物の積層体として構成することができ、酸化物としては、CeO、LaMnO、MgO、Y、GdZrなどが挙げられる。超電導層114は、Y、Ba、Cu、Oを成分とする酸化物系超電導体を含む膜であり、超電導テープ102の導電経路を形成する。保護層116は銅や銀などの金属を含む薄膜である。超電導テープ102の厚さは、例えば100μm以上500μm以下である。超電導テープ102は、保護層116が管形状の内側に配置されるように巻かれてもよく、逆に保護層116が管形状の外側に配置されるように巻かれてもよい。後述するように、超電導テープ102によって形成される管形状の内部に液体窒素を供給して超電導線100を冷却することができる。このため、超電導テープ102は、熱伝導性の高い保護層116側が液体窒素と接触するよう、すなわち、保護層116が管形状の内側に配置されるように巻かれることが好ましい。 FIG. 1B shows an example of a schematic diagram of an end face of the superconducting tape 102. As shown in FIG. 1B, the superconducting tape 102 can include a substrate 110, an intermediate layer 112 on the substrate 110, a superconducting layer 114 on the intermediate layer 112, and a protective layer 116 on the superconducting layer 114. The substrate 110 includes a metal, and examples of the substrate include a metal substrate or an alloy substrate including iron, nickel, molybdenum, chromium, molybdenum, and the like. Examples of the alloy include stainless steel, invar, and inconel. The intermediate layer 112 can be configured as a laminate of a plurality of oxides with controlled crystal orientation, and examples of the oxide include CeO 2 , LaMnO 3 , MgO, Y 2 O 3 , and Gd 2 Zr 2 O 7. The superconducting layer 114 is a film including an oxide-based superconductor containing Y, Ba, Cu, and O, and forms a conductive path of the superconducting tape 102. The protective layer 116 is a thin film containing a metal such as copper or silver. The thickness of the superconducting tape 102 is, for example, 100 μm or more and 500 μm or less. The superconducting tape 102 may be wound so that the protective layer 116 is disposed inside the tubular shape, or conversely, may be wound so that the protective layer 116 is disposed outside the tubular shape. As will be described later, the superconducting wire 100 can be cooled by supplying liquid nitrogen to the inside of the tubular shape formed by the superconducting tape 102. For this reason, it is preferable that the superconducting tape 102 is wound so that the protective layer 116 side having high thermal conductivity is in contact with liquid nitrogen, that is, so that the protective layer 116 is disposed inside the tubular shape.

上述した超電導テープ102はイットリウム系の超電導体が形成されたテープであるが、Bi、Sr、Ca、Cu、Oを含むビスマス系超電導体を含むテープを超電導テープ102として用いてもよい。この場合には、図示しないが、超電導テープ102は、例えばビスマス系超電導体のフィラメントが銀を含む合金内に配置された構造を有することができる。なお、図1Bに示す超電導テープ102の構造は一例であってこれに限定されず、超電導線100を構成する超電導テープ102は、既知の超電導テープを用いることができる。 The above-mentioned superconducting tape 102 is a tape in which an yttrium-based superconductor is formed, but a tape containing a bismuth-based superconductor containing Bi, Sr, Ca, Cu, and O may also be used as the superconducting tape 102. In this case, although not shown, the superconducting tape 102 may have a structure in which, for example, filaments of a bismuth-based superconductor are disposed in an alloy containing silver. Note that the structure of the superconducting tape 102 shown in FIG. 1B is one example and is not limited thereto, and the superconducting tape 102 constituting the superconducting wire 100 may be a known superconducting tape.

(2)絶縁テープ
絶縁テープ106は、テープ状の絶縁性の基材がらせん状に巻かれて構成され、後述する補強層104によって超電導テープ102に固定される。絶縁性の基材はガラス繊維またはポリイミドやポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの高分子の繊維などによって構成される布(クロス)であるため、後述するように、絶縁テープは繊維の隙間に起因する複数の開口を有する。絶縁テープ106としては、ガラステープを用いることができるが、これに限定されない。絶縁テープ106の超電導テープ102上に巻かれる前のテープ単体の厚さは、例えば1mm以下のものを使用することができる。
(2) Insulating Tape The insulating tape 106 is formed by winding a tape-shaped insulating base material in a spiral shape, and is fixed to the superconducting tape 102 by a reinforcing layer 104 described later. The insulating base material is a cloth made of glass fiber or polymeric fibers such as polyimide, polyamide, polyester, polyethylene, and polypropylene, and therefore, as described later, the insulating tape has a plurality of openings due to gaps in the fibers. The insulating tape 106 may be, but is not limited to, a glass tape. The insulating tape 106 may have a thickness of, for example, 1 mm or less before being wound on the superconducting tape 102.

絶縁テープ106は超電導テープ102を取り囲むようにらせん状に配置される。また、絶縁テープ106は、超電導テープ102が形成する管形状の外側を一周すると、絶縁テープ106の一部と他の一部が接触する、または重畳部分が形成されるように巻くなど、超電導線100の長手方向に隙間を形成しないように巻くことが好ましい。換言すると、絶縁テープ106のらせんのピッチが絶縁テープ106の幅以下となるように絶縁テープ106を巻くことが好ましい。例えば、絶縁テープ106はテープ幅の半分ずつオーバーラップして巻く、いわゆる1/2ラップ巻きに巻くことができる。このように絶縁テープ106を形成することで、超電導線100の強度を増大させることができる。なお、巻いた後の絶縁テープ106は、超電導線100として(あるいは、後述する超電導ケーブルとして)求められる絶縁性能に応じて、所定の厚さを有するように形成される。 The insulating tape 106 is arranged in a spiral shape so as to surround the superconducting tape 102. In addition, it is preferable to wind the insulating tape 106 so that a part of the insulating tape 106 contacts another part or an overlapping part is formed when the insulating tape 106 goes around the outside of the tube shape formed by the superconducting tape 102, so as not to form a gap in the longitudinal direction of the superconducting wire 100. In other words, it is preferable to wind the insulating tape 106 so that the spiral pitch of the insulating tape 106 is equal to or less than the width of the insulating tape 106. For example, the insulating tape 106 can be wound in a so-called 1/2 lap winding, in which the insulating tape 106 is wound with half the tape width overlapping each other. By forming the insulating tape 106 in this way, the strength of the superconducting wire 100 can be increased. Note that the insulating tape 106 after winding is formed to have a predetermined thickness according to the insulation performance required for the superconducting wire 100 (or for the superconducting cable described later).

(3)補強層
補強層104は硬化した樹脂であり、硬化後に一定の強度を示すことで超電導線100を自立させることができる。ここで、自立するとは、支持部材(例えば、フォーマ)を用いなくても配置方向に依存せずにその形状を維持することを意味する。樹脂の構造にも制約はなく、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。樹脂は熱硬化性でもよく、光硬化性でもよく、また二種類の液体を混ぜて常温で硬化する、所謂二液性樹脂でもよい。好ましくは、安価であり、硬化速度が比較的高い熱硬化性エポキシ樹脂が用いられる。例えば、補強層104に用いる樹脂として、エポキシ樹脂系の接着剤であり、エポキシ基を分子内に複数有するオリゴマーを含む主剤と架橋剤を含む硬化剤とを混ぜて常温で硬化する二液混合型のものを使用することができる。補強層104に用いる樹脂の量は、絶縁テープ106を固定し、隣接する超電導テープの間の隙間に当該樹脂が位置するのに必要分使用すればよく、形成される補強層104の厚さは、特に限定されないが、当該補強層104に超電導線100としての絶縁性能を求める場合には、前記必要分より多くの樹脂を使用することでより厚く形成してもよい。
(3) Reinforcement layer The reinforcement layer 104 is a cured resin, and by exhibiting a certain strength after curing, the superconducting wire 100 can be made to stand on its own. Here, being independent means that the shape is maintained without depending on the arrangement direction even without using a support member (e.g., a former). There is no restriction on the structure of the resin, and for example, epoxy resin, acrylic resin, urethane resin, diallyl phthalate resin, phenolic resin, etc. can be used. The resin may be thermosetting or photosetting, or may be a so-called two-liquid resin in which two types of liquid are mixed and cured at room temperature. Preferably, a thermosetting epoxy resin is used, which is inexpensive and has a relatively high curing speed. For example, as the resin used for the reinforcement layer 104, an epoxy resin-based adhesive, a two-liquid mixture type that is made by mixing a base agent containing an oligomer having multiple epoxy groups in the molecule and a curing agent containing a crosslinking agent and curing at room temperature, can be used. The amount of resin used in the reinforcing layer 104 should be just the amount needed to fix the insulating tape 106 and position the resin in the gap between adjacent superconducting tapes, and the thickness of the reinforcing layer 104 formed is not particularly limited. However, if the reinforcing layer 104 is required to have the insulating performance of the superconducting wire 100, it may be formed thicker by using more resin than the amount needed.

ここで、x方向に垂直なyz平面の端面の模式図(図1C)に示すように、絶縁テープ106は超電導テープ102上(すなわち、超電導テープ102の外表面上であり、超電導テープ102が形成する管形状の外周上)に設けられ、超電導テープ102と補強層104と接する。また、図1Cの領域Rの拡大図(図2A)に示すように、補強層104の一部、すなわち、補強層104に含まれる樹脂(例えば、エポキシ樹脂系接着剤の樹脂)の一部は、らせん状に巻かれた隣接する超電導テープ102間の隙間にも存在する。このため、補強層104によって超電導テープ102の側面同士も固定することができ、超電導線100の強度をさらに増大させることができる。なお、図2Bと図2Cに示すように、補強層104の樹脂の一部は、超電導テープ102の内表面の全体または一部をさらに覆ってもよい。 Here, as shown in a schematic diagram of an end face in a yz plane perpendicular to the x direction (FIG. 1C), the insulating tape 106 is provided on the superconducting tape 102 (i.e., on the outer surface of the superconducting tape 102, on the outer circumference of the tube shape formed by the superconducting tape 102), and contacts the superconducting tape 102 and the reinforcing layer 104. Also, as shown in an enlarged view (FIG. 2A) of region R1 in FIG. 1C, a part of the reinforcing layer 104, i.e., a part of the resin (e.g., the resin of the epoxy resin adhesive) contained in the reinforcing layer 104, is also present in the gap between the adjacent superconducting tapes 102 wound in a spiral shape. Therefore, the side surfaces of the superconducting tapes 102 can also be fixed to each other by the reinforcing layer 104, and the strength of the superconducting wire 100 can be further increased. Note that, as shown in FIGS. 2B and 2C, a part of the resin of the reinforcing layer 104 may further cover the whole or a part of the inner surface of the superconducting tape 102.

上述したように、超電導線100は、らせん状に巻かれた超電導テープ102の外表面が絶縁テープ106で固定され、さらに、補強層104によって絶縁テープ106の外表面が被覆され、かつ、補強層104の樹脂の一部が、隣接する超電導テープ102間の隙間にも存在することにより、超電導テープ102の側面同士も固定することができる。このため、超電導線100は自立可能な強度を有することができるだけでなく、内部に液体窒素を流しても破損することが無い。このような特性を有するため、以下に述べるように、超電導線100を備える超電導ケーブルでは、液体窒素を流すためのフォーマを配置する必要がない。この特徴は、超電導ケーブルをより細く形成すること(小径化)を可能にするとともに、部品点数の軽減による製造コストの低減に寄与する。なお、超電導線100の機械的強度を向上させるために、補強層104の外周にさらに補強層を設けてもよい。また、超電導線100を3300V以上の電圧で使用する場合には、超電導テープ102の外側に半導電層を設けてから、当該半導電層の外側に絶縁テープ106、補強層104を設けてもよい。半導電層は、実施の形態の絶縁テープ106、補強層104それぞれにカーボン等を含む形で構成してもよい。 As described above, the superconducting wire 100 has the outer surface of the spirally wound superconducting tape 102 fixed with the insulating tape 106, and the outer surface of the insulating tape 106 is covered with the reinforcing layer 104. A part of the resin of the reinforcing layer 104 is also present in the gap between the adjacent superconducting tapes 102, so that the sides of the superconducting tapes 102 can be fixed together. Therefore, the superconducting wire 100 can not only have a self-supporting strength, but also will not be damaged even if liquid nitrogen is poured inside. Because of such characteristics, as described below, in a superconducting cable including the superconducting wire 100, it is not necessary to place a former for pouring liquid nitrogen. This feature makes it possible to form the superconducting cable thinner (reducing the diameter) and contributes to reducing the manufacturing cost by reducing the number of parts. In order to improve the mechanical strength of the superconducting wire 100, a further reinforcing layer may be provided on the outer periphery of the reinforcing layer 104. In addition, when the superconducting wire 100 is used at a voltage of 3300 V or more, a semiconducting layer may be provided on the outside of the superconducting tape 102, and then the insulating tape 106 and the reinforcing layer 104 may be provided on the outside of the semiconducting layer. The semiconducting layer may be configured so that the insulating tape 106 and the reinforcing layer 104 of the embodiment each contain carbon or the like.

2.超電導ケーブル
本発明の実施形態の一つは、超電導線100を少なくとも一つ備える超電導ケーブルである。超電導ケーブルは、複数の超電導線100を備えてもよい。本発明の実施形態の一つに係る超電導ケーブル120、121の模式的yz端面図を図3Aと図3Bにそれぞれ示す。これらの図では、見やすさを考慮し、各超電導線100は、超電導テープ102、絶縁テープ106、および補強層104が一体化されて示されている。
2. Superconducting Cable One embodiment of the present invention is a superconducting cable including at least one superconducting wire 100. A superconducting cable may include a plurality of superconducting wires 100. Schematic yz end views of superconducting cables 120, 121 according to one embodiment of the present invention are shown in Figures 3A and 3B, respectively. In these figures, for ease of viewing, each superconducting wire 100 is shown with the superconducting tape 102, the insulating tape 106, and the reinforcing layer 104 integrated together.

図3Aに示す超電導ケーブル120は、大きさの異なる三つの超電導線100(第1の超電導線100-1A、第2の超電導線100-2A、第3の超電導線100-3A)を同心円状に有する三相同軸の超電導ケーブルである。第1の超電導線100-1A(例えばU相)は第2の超電導線100-2A(例えばV相)内に挿入・配置され、第2の超電導線100-2A(例えばV相)は第3の超電導線100-3A(例えばW相)内に挿入・配置される。隣接する超電導線100の間、および最も外側の第3の超電導線100-3A(例えばW相)の外側には、電気的絶縁を確立するための絶縁層122が設けられる。図3Aに示す超電導ケーブル120では、絶縁層122を設けているが、超電導線100の絶縁性能で超電導ケーブル120としての絶縁強度が十分得られる場合は、絶縁層122を設けなくてもよい。なお、同心円状に有する超電導ケーブルは、1条の超電導ケーブルに例えばU相、V相、W相の三相を形成する超電導線が設けられていればよく、三相の超電導線のすべてが厳密に同軸でなくてもよい。絶縁層122には、例えばポリプロピレン半合成紙、その他プラスチックラミネート紙、クラフト紙などの絶縁紙、あるいは、プラスチックテープが層状に巻かれた構造を採用すればよく、絶縁材料の押出により形成してもよい。最も外側の絶縁層122の外側には、超電導テープ102がらせん状に巻かれることで形成される遮蔽層124を配置することができる。なお、遮蔽層124は、高電圧で使用しない場合、具体的には3300V未満の電圧階級の超電導ケーブルとして使用する場合には、省略してもよい。また、3300V以上の電圧階級の超電導ケーブルとして使用する場合には、図示しないが遮蔽層124の内側に接するように絶縁層122の外側に半導電層を設けてもよい。この半導電層は超電導ケーブルの半導電層として既知のもので構成すればよい。 The superconducting cable 120 shown in FIG. 3A is a three-phase coaxial superconducting cable having three superconducting wires 100 of different sizes (first superconducting wire 100-1A, second superconducting wire 100-2A, third superconducting wire 100-3A) arranged concentrically. The first superconducting wire 100-1A (e.g., U phase) is inserted and arranged within the second superconducting wire 100-2A (e.g., V phase), and the second superconducting wire 100-2A (e.g., V phase) is inserted and arranged within the third superconducting wire 100-3A (e.g., W phase). An insulating layer 122 for establishing electrical insulation is provided between adjacent superconducting wires 100 and on the outside of the outermost third superconducting wire 100-3A (e.g., W phase). In the superconducting cable 120 shown in FIG. 3A, an insulating layer 122 is provided, but if the insulating strength of the superconducting cable 120 is sufficient with the insulating performance of the superconducting wire 100, the insulating layer 122 may not be provided. Note that the superconducting cable having a concentric shape may be provided with superconducting wires forming three phases, for example, U-phase, V-phase, and W-phase, in one superconducting cable, and all of the superconducting wires of the three phases may not be strictly coaxial. The insulating layer 122 may adopt a structure in which insulating paper such as polypropylene semi-synthetic paper, other plastic laminated paper, craft paper, or plastic tape is wound in layers, and may be formed by extrusion of an insulating material. A shielding layer 124 formed by winding the superconducting tape 102 in a spiral shape may be arranged on the outside of the outermost insulating layer 122. Note that the shielding layer 124 may be omitted when not used at high voltage, specifically when used as a superconducting cable of a voltage class of less than 3300V. In addition, when used as a superconducting cable for a voltage class of 3300 V or more, a semiconducting layer (not shown) may be provided on the outside of the insulating layer 122 so as to be in contact with the inside of the shielding layer 124. This semiconducting layer may be made of a material known as a semiconducting layer for superconducting cables.

三つの超電導線100の外側(図3Aでは遮蔽層124の外側)には、第3の超電導線100-3Aを取り囲む(図3Aでは遮蔽層124を取り囲む)内部冷却管126、および内部冷却管126を取り囲む外部冷却管128が設けられる。内部冷却管126と外部冷却管128は、例えばアルミニウムを含むコルゲート管でもよい。内部冷却管126と外部冷却管128の間は減圧下に保たれ、これにより、超電導ケーブル120内に流される液体窒素の温度上昇が抑制される。なお、液体窒素は、第1の超電導線100-1Aが形成する内部空間100a、および遮蔽層124と内部冷却管126の間の空間に供給される。 On the outside of the three superconducting wires 100 (outside the shielding layer 124 in FIG. 3A), an internal cooling pipe 126 that surrounds the third superconducting wire 100-3A (surrounding the shielding layer 124 in FIG. 3A) and an external cooling pipe 128 that surrounds the internal cooling pipe 126 are provided. The internal cooling pipe 126 and the external cooling pipe 128 may be corrugated pipes containing aluminum, for example. A reduced pressure is maintained between the internal cooling pipe 126 and the external cooling pipe 128, thereby suppressing the rise in temperature of the liquid nitrogen flowing in the superconducting cable 120. The liquid nitrogen is supplied to the internal space 100a formed by the first superconducting wire 100-1A and the space between the shielding layer 124 and the internal cooling pipe 126.

図3Bに示す超電導ケーブル121では、図3Aに示す同心円状の超電導ケーブル120と異なり、複数の超電導線100が遮蔽層124内に配置される。図3Bに示す例では、同様の大きさの三つの超電導線100(第1の超電導線100-1B、第2の超電導線100-2B、第3の超電導線100-3B)が1つの超電導ケーブル121内に配置される三相一括(三心一括)の超電導ケーブル121の構造を示す。三つの超電導線100(第1の超電導線100-1B、第2の超電導線100-2B、第3の超電導線100-3B)のそれぞれは同様の大きさでなくても、異なる大きさでもよい。図3Bでは、各超電導線100(第1の超電導線100-1B、第2の超電導線100-2B、第3の超電導線100-3B)の中心軸が正三角形の頂点に位置するように配置されているが、各超電導線100の中心軸が異なる位置に配置されていれば配置の仕方は限定されない。図3Bでは示されていないが、各超電導線100の周りには、超電導線100間の絶縁のための絶縁層を設けてもよい。また、任意の構成として、図3Bに示すように超電導線100間を物理的に離隔するためのスペーサ132を配置してもよく、スペーサ132がなくてもよい。スペーサ132がない場合は、各超電導線100-1B、100-2B、100-3B同士が接するような構造とすることが望ましい。 In the superconducting cable 121 shown in Figure 3B, unlike the concentric superconducting cable 120 shown in Figure 3A, multiple superconducting wires 100 are arranged within a shielding layer 124. The example shown in Figure 3B shows the structure of a three-phase (three-core) superconducting cable 121 in which three superconducting wires 100 (first superconducting wire 100-1B, second superconducting wire 100-2B, third superconducting wire 100-3B) of similar sizes are arranged within one superconducting cable 121. Each of the three superconducting wires 100 (first superconducting wire 100-1B, second superconducting wire 100-2B, third superconducting wire 100-3B) may not be of the same size, but may be of different sizes. In FIG. 3B, the superconducting wires 100 (first superconducting wire 100-1B, second superconducting wire 100-2B, third superconducting wire 100-3B) are arranged so that their central axes are located at the vertices of an equilateral triangle, but the arrangement is not limited as long as the central axes of the superconducting wires 100 are located at different positions. Although not shown in FIG. 3B, an insulating layer for insulating the superconducting wires 100 may be provided around each superconducting wire 100. In addition, as an optional configuration, a spacer 132 for physically isolating the superconducting wires 100 may be arranged as shown in FIG. 3B, or the spacer 132 may be omitted. If the spacer 132 is not present, it is desirable to have a structure in which the superconducting wires 100-1B, 100-2B, and 100-3B are in contact with each other.

その他の構成は超電導ケーブル120のそれと同様であり、複数(図3Bでは3つ)の超電導線100を取り囲むように絶縁層122が設けられ、さらに絶縁層122を取り囲む遮蔽層124、ならびに複数の超電導線を取り囲む(図3Bでは遮蔽層124を取り囲む)内部冷却管126と外部冷却管128が設けられる。図3Bに示す超電導ケーブル121では、絶縁層122を設けているが、超電導線100の絶縁性能で超電導ケーブル121としての絶縁強度が十分得られる場合は、絶縁層122を設けなくてもよい。超電導ケーブル121において絶縁層122を設けない場合は、三つの超電導線100の外周に押さえテープが巻かれる。また、遮蔽層124は、高電圧で使用しない場合、具体的には3300V未満の電圧階級の超電導ケーブルとして使用する場合には、省略してもよい。また、3300V以上の電圧階級の超電導ケーブルとして使用する場合には、図示しないが遮蔽層124の内側に接するように絶縁層122の外側に半導電層を設けてもよい。この半導電層は超電導ケーブルの半導電層として既知のもので構成すればよい。液体窒素は、各超電導線100が形成する内部空間100aと遮蔽層124と内部冷却管126の間に流すことができ、さらに、絶縁層122の内部にも液体窒素を流すことができる。液体窒素を流す際、例えば、図3Aに示す超電導ケーブル120においては、内部空間100aを往路として、遮蔽層124と内部冷却管126の間を復路として使用することができ、図3Bに示す超電導ケーブル121においては、内部空間100aを往路として、絶縁層122の内部であって各超電導線100の外側、および遮蔽層124と内部冷却管126の間を復路として使用することができる。絶縁層122および遮蔽層124を備えない場合は、各超電導線100の外側全体(超電導線100の外側で押さえテープの内側、および押さえテープと内部冷却管126との間)を復路として使用することができる。したがって、効率の高い冷却が可能となる。 The other configurations are the same as those of the superconducting cable 120, and an insulating layer 122 is provided to surround the multiple (three in FIG. 3B) superconducting wires 100, and a shielding layer 124 is provided to surround the insulating layer 122, as well as an internal cooling tube 126 and an external cooling tube 128 that surround the multiple superconducting wires (surrounding the shielding layer 124 in FIG. 3B). In the superconducting cable 121 shown in FIG. 3B, the insulating layer 122 is provided, but if the insulating performance of the superconducting wire 100 is sufficient to provide the insulating strength of the superconducting cable 121, the insulating layer 122 may not be provided. If the insulating layer 122 is not provided in the superconducting cable 121, a pressing tape is wound around the outer circumference of the three superconducting wires 100. In addition, the shielding layer 124 may be omitted when not used at high voltage, specifically when used as a superconducting cable of a voltage class of less than 3300V. In addition, when the cable is used as a superconducting cable of a voltage class of 3300V or more, a semiconducting layer (not shown) may be provided on the outside of the insulating layer 122 so as to contact the inside of the shielding layer 124. This semiconducting layer may be formed of a material known as a semiconducting layer for a superconducting cable. Liquid nitrogen can be flowed between the internal space 100a formed by each superconducting wire 100, the shielding layer 124, and the internal cooling pipe 126, and liquid nitrogen can also be flowed inside the insulating layer 122. When liquid nitrogen is flowed, for example, in the superconducting cable 120 shown in FIG. 3A, the internal space 100a can be used as the forward path and the space between the shielding layer 124 and the internal cooling pipe 126 can be used as the return path, and in the superconducting cable 121 shown in FIG. 3B, the internal space 100a can be used as the forward path and the space inside the insulating layer 122, outside each superconducting wire 100, and the space between the shielding layer 124 and the internal cooling pipe 126 can be used as the return path. If the insulating layer 122 and the shielding layer 124 are not provided, the entire outside of each superconducting wire 100 (the inside of the pressure tape on the outside of the superconducting wire 100, and between the pressure tape and the internal cooling pipe 126) can be used as a return path. This allows for highly efficient cooling.

上述したように、超電導ケーブル120、121では、超電導線100を冷却するための液体窒素は、各超電導線100を構成する超電導テープ102が形成する管形状の内部を流れ、超電導テープ102を直接冷却する、または補強層104の樹脂を介して冷却することができる。したがって、より効率良く超電導線100を冷却することができ、通電中の僅かな温度上昇も確実に抑制することができる。さらに、超電導線100は、絶縁テープ106と補強層104によって自立するための十分な強度が与えられるため、液体窒素を流すためのフォーマを超電導線100内に形成する必要が無い。このことは、部品点数の軽減と製造コストの低減に寄与するとともに、超電導ケーブルの小径化を可能とする。 As described above, in the superconducting cables 120 and 121, the liquid nitrogen for cooling the superconducting wire 100 flows inside the tube-shaped portion formed by the superconducting tapes 102 that constitute each superconducting wire 100, and can cool the superconducting tapes 102 directly or through the resin of the reinforcing layer 104. Therefore, the superconducting wire 100 can be cooled more efficiently, and even slight temperature increases during current flow can be reliably suppressed. Furthermore, since the insulating tape 106 and the reinforcing layer 104 give the superconducting wire 100 sufficient strength to stand on its own, there is no need to form a former for flowing liquid nitrogen inside the superconducting wire 100. This contributes to a reduction in the number of parts and manufacturing costs, and also enables the superconducting cable to be made smaller in diameter.

3.超電導線の製造方法
超電導線100の製造方法の一例を図4のフローチャート、および図5Aから図7Cの模式図を用いて説明する。
3. Method for Manufacturing Superconducting Wire An example of a method for manufacturing the superconducting wire 100 will be described with reference to the flow chart of Fig. 4 and the schematic diagrams of Figs. 5A to 7C.

まず、超電導テープ102をらせん状に巻くためのコア130を準備する(図5A)。コア130は、yz平面の端面が円または実質的に円である円柱形状または管状形状を有しており、例えば金属、ガラス、樹脂のロッドまたはチューブである。コア130は、実質的に変形しない程度の強度を有していればよく、あるいは塑性変形または弾性変形するように構成されてもよい。あるいは、スパイラルコアを併用してもよい。スパイラルコアは複数のリボンを連結することで構成され、らせん状に巻き上げられて管形状を形成するとともに、端部から解くことで管形状から線状に変形可能な治具である。例えば、スパイラルコアを直線状に維持するために直線ロッドをスパイラルコアの内部に通し、ロッドとスパイラルコアを併用してコア130を形成すればよい。なお、直線ロッドとしては、パイプを使用してもよい。また、スパイラルコアを使用せずに、直線ロッド(またはパイプ)の外周にスパイラルチューブを巻き付けてもよい。スパライルチューブは、一般的には電線、ケーブル、コードなどに巻き付けて配線を整理、結束するのに用いられる部材である。スパイラルチューブの材質としては、ナイロン、ポリエチレン、フッ素系樹脂などのプラスチックが挙げられる。スパイラルチューブは、形成するリボンがらせん状に形成されるが、スパイラルコアと異なり、リボン同士は連結されておらず、弾性を有する。 First, prepare a core 130 for winding the superconducting tape 102 in a spiral shape (FIG. 5A). The core 130 has a cylindrical or tubular shape with a circular or substantially circular end face in the yz plane, and is, for example, a metal, glass, or resin rod or tube. The core 130 only needs to have a strength that does not substantially deform, or may be configured to undergo plastic or elastic deformation. Alternatively, a spiral core may be used in combination. The spiral core is formed by connecting multiple ribbons, and is a jig that is wound up in a spiral shape to form a tube shape, and can be deformed from the tube shape to a linear shape by unwinding it from the end. For example, in order to maintain the spiral core in a straight line, a straight rod may be passed through the inside of the spiral core, and the rod and the spiral core may be used in combination to form the core 130. Note that a pipe may be used as the straight rod. Also, a spiral tube may be wrapped around the outer circumference of a straight rod (or pipe) without using a spiral core. A spiral tube is a member that is generally used to organize and bundle wiring by wrapping it around electric wires, cables, cords, etc. Spiral tubes can be made from plastics such as nylon, polyethylene, and fluororesin. Spiral tubes are made from ribbons that are formed in a helical shape, but unlike spiral cores, the ribbons are not connected to each other and have elasticity.

この後、離型材134をコア130表面に設け(図5B)、その後に超電導テープ102を(離型材134が設けられた)コア130上にらせん状に巻く(図5C)。超電導テープ102は、所定の枚数を用い、所定のピッチで配置され、所定の張力を印加しながら超電導面が内側に位置するよう、互いに接触しないように巻かれる。離型材134としては、図5Bに示すように、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素系樹脂を含むテープをコア130上にらせん状に巻き付けることで離型材134を形成してもよく、例えば、シリコーンオイルや界面活性剤、フッ素系樹脂などを塗布して形成してもよい。離型材134をコア130表面に設けなくても(あるいは塗布しなくても)よいが、離型材134を用いることで、後述するコア130の除去が容易になる。 After this, a release material 134 is provided on the surface of the core 130 (FIG. 5B), and then the superconducting tape 102 is wound in a spiral shape around the core 130 (on which the release material 134 is provided) (FIG. 5C). A predetermined number of superconducting tapes 102 are used, arranged at a predetermined pitch, and wound while applying a predetermined tension so that the superconducting surfaces are located inside and do not come into contact with each other. As shown in FIG. 5B, the release material 134 may be formed by winding a tape containing a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) in a spiral shape around the core 130, or may be formed by applying, for example, silicone oil, a surfactant, a fluorine-based resin, or the like. The release material 134 does not have to be provided (or applied) on the surface of the core 130, but the use of the release material 134 makes it easier to remove the core 130, which will be described later.

超電導テープ102が巻かれた時のyz端面の模式図を図5Dに示す。図5Dに示すように、隣接する超電導テープ102間に隙間102aが存在するように、超電導テープ102がコア130の外周に直接または離型材134を介して巻き付けられる。ここまでの工程により、超電導テープ102によって管形状が形成される。 Figure 5D shows a schematic diagram of the yz end surface when the superconducting tape 102 is wound. As shown in Figure 5D, the superconducting tape 102 is wound around the outer circumference of the core 130 directly or via a release material 134 so that there is a gap 102a between adjacent superconducting tapes 102. Through the process up to this point, a tubular shape is formed by the superconducting tape 102.

引き続き、絶縁テープ106(例えばガラステープ)を超電導テープ102上にらせん状に巻き付ける(図6A、図6B)。上述したように、超電導線100が自立可能な強度を付与するため、絶縁テープ106が形成するらせん構造のピッチが絶縁テープ106の幅以下になるように絶縁テープ106を巻き付けることが好ましい。例えば図6Aの領域Rの拡大図に示すように、絶縁テープ106の一部106aと他の一部106bの間に重畳部分106cが形成されるように絶縁テープ106が巻かれる。例えば、絶縁テープ106のテープ幅の半分ずつオーバーラップして巻く、いわゆる1/2ラップ巻きで絶縁テープ106を巻けばよい。 Subsequently, the insulating tape 106 (e.g., glass tape) is wound in a spiral shape on the superconducting tape 102 (FIGS. 6A and 6B). As described above, in order to provide the superconducting wire 100 with strength that allows it to stand on its own, it is preferable to wind the insulating tape 106 so that the pitch of the spiral structure formed by the insulating tape 106 is equal to or less than the width of the insulating tape 106. For example, as shown in the enlarged view of region R2 in FIG. 6A, the insulating tape 106 is wound so that an overlapping portion 106c is formed between a part 106a and another part 106b of the insulating tape 106. For example, the insulating tape 106 may be wound in a so-called 1/2 lap winding in which the insulating tape 106 is wound so as to overlap half of the tape width.

この後、補強層104を構成する樹脂を絶縁テープ106の外表面に塗布する(図7A、図7B)。図6Aの領域Rの拡大図に示すように、絶縁テープ106には、基材を構成する繊維の隙間である複数の開口106dが存在する。このため、硬化前の樹脂(二液混合型のエポキシ系接着剤を使用する場合には主剤と硬化剤を混合した樹脂)が絶縁テープ106の開口106dから超電導テープ102側に浸透し、隣接する超電導テープ102間に広がる。さらに、毛細管現象により、超電導テープ102とコア130間の隙間、および/または離型材134とコア130間の隙間に硬化前の樹脂が広がることができる。このため、図2Bや図2Cに示すように、補強層104に含まれる樹脂の一部が隣接する超電導テープ102の間や、超電導テープ102の内表面上の一部または全体に位置することができる。 After this, the resin constituting the reinforcing layer 104 is applied to the outer surface of the insulating tape 106 (FIGS. 7A and 7B). As shown in the enlarged view of region R3 in FIG. 6A, the insulating tape 106 has a plurality of openings 106d which are gaps between the fibers constituting the base material. Therefore, the resin before hardening (resin mixed with a base agent and a hardener when a two-liquid mixed epoxy adhesive is used) permeates the superconducting tape 102 side from the openings 106d of the insulating tape 106 and spreads between the adjacent superconducting tapes 102. Furthermore, the resin before hardening can spread into the gap between the superconducting tape 102 and the core 130 and/or the gap between the release material 134 and the core 130 due to the capillary phenomenon. Therefore, as shown in FIG. 2B and FIG. 2C, a part of the resin contained in the reinforcing layer 104 can be located between the adjacent superconducting tapes 102 or on a part or the entire inner surface of the superconducting tape 102.

この後、樹脂を硬化して補強層104を形成する。この時、未硬化の樹脂が垂れないように絶縁テープ106上に保持するため、硬化前の樹脂の周りを保護テープ136で覆ってもよい(図7C)。保護テープ136は、例えばポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンなどの高分子を含むテープなどで形成すればよい。例えば、市販のポリ塩化ビニルテープを使用してもよい。保護テープ136の厚さは、未硬化の樹脂が垂れないように絶縁テープ106上に保持できればよく、厚さは限定されない。 Then, the resin is cured to form the reinforcing layer 104. At this time, the uncured resin may be covered with a protective tape 136 to hold the uncured resin on the insulating tape 106 so as not to drip (FIG. 7C). The protective tape 136 may be formed of a tape containing a polymer such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, or polyethylene. For example, a commercially available polyvinyl chloride tape may be used. There are no limitations on the thickness of the protective tape 136, as long as it is capable of holding the uncured resin on the insulating tape 106 so as not to drip.

樹脂が硬化した後、保護テープ136とコア130を順次除去(離型材134をテープで形成した場合は、離型材134も除去)することで、超電導線100が得られる。 After the resin has hardened, the protective tape 136 and the core 130 are successively removed (if the release material 134 is formed from tape, the release material 134 is also removed), to obtain the superconducting wire 100.

湾曲した超電導線100を製造する場合には、塑性変形可能な直線状のコア130に超電導テープ102を巻き付け、その後コア130を湾曲状態にした後に絶縁テープ106を超電導テープ102上に巻き、絶縁テープ106上に補強層104となる樹脂(例えば接着剤)を塗布した後、さらに保護テープ136を巻き付けた後に樹脂を硬化して補強層104を形成すればよい。その後、保護テープ136を除去することで湾曲した超電導線100を得ることができる。 When manufacturing a curved superconducting wire 100, the superconducting tape 102 is wound around a straight core 130 capable of plastic deformation, the core 130 is then curved, and the insulating tape 106 is then wound around the superconducting tape 102, and a resin (e.g., adhesive) that will become the reinforcing layer 104 is applied onto the insulating tape 106. After that, the protective tape 136 is further wound around the superconducting wire 100, and the resin is hardened to form the reinforcing layer 104. The protective tape 136 is then removed to obtain the curved superconducting wire 100.

なお、コア130を除去する際にコア130がさらに変形することを防ぐため、塑性変形可能な可撓性チューブと可撓性チューブをらせん状に取り囲むように組み立てられたスパイラルチューブをコア130として用いることが好ましい。この場合、離型材134はスパイラルチューブ上に形成すればよい。樹脂を硬化した後に可撓性チューブを除去し、さらにスパイラルチューブのらせん形状を解くことで、超電導線100をさらに変形させる力が加えられることを防止することができる。その結果、樹脂が硬化する前の湾曲形状が維持される。 In order to prevent further deformation of the core 130 when it is removed, it is preferable to use a plastically deformable flexible tube and a spiral tube assembled to surround the flexible tube in a spiral shape as the core 130. In this case, the release material 134 may be formed on the spiral tube. By removing the flexible tube after the resin has hardened and then releasing the spiral shape of the spiral tube, it is possible to prevent the application of a force that would further deform the superconducting wire 100. As a result, the curved shape before the resin hardened is maintained.

具体的には、塑性変形可能な湾曲した可撓性チューブ(例えばプラスチック製ホース)の外周にスパイラルチューブを巻き、コア130を用意する。コア130の外周(例えばスパイラルチューブの外周)に離型材134としてのテープを、例えば1/2ラップで巻く。なお、離型材134をコア130上に形成しなくてもよいが、離型材134を用いることで、コア130の除去が容易になる。ここで、コア130を直線状態にしたうえで、所定枚数の超電導テープ102を所定のピッチで配置し、所定の張力を印加しながら超電導面が内側に位置するよう、かつ、互いに接触しないように巻く。超電導テープ102を巻いた後、コア130を曲線状態に戻す。その後、絶縁テープ106(例えばガラステープ)を超電導テープ102上にらせん状に例えば1/2ラップで巻く。絶縁テープ106に補強層104の樹脂(例えばエポキシ樹脂系接着剤)を全長、全周に薄く塗布する。未硬化の補強層104の樹脂を絶縁テープ106上に保持するため、硬化前の樹脂の周りに保護テープ136(例えばポリ塩化ビニル製のテープ)を巻き付けて覆う。補強層104の樹脂が硬化すると、絶縁テープ106が固定される。補強層104の樹脂が硬化した後に、保護テープ136、コア130、離型材134、スパイラルチューブを順次除去することで、湾曲した超電導線100を製造することができる。 Specifically, a spiral tube is wound around the outer periphery of a curved flexible tube (e.g., a plastic hose) that can be plastically deformed, and a core 130 is prepared. A tape as a release material 134 is wound around the outer periphery of the core 130 (e.g., the outer periphery of the spiral tube), for example, with 1/2 wrap. Note that the release material 134 does not have to be formed on the core 130, but using the release material 134 makes it easier to remove the core 130. Here, the core 130 is made straight, and a predetermined number of superconducting tapes 102 are arranged at a predetermined pitch, and while applying a predetermined tension, the superconducting surfaces are positioned inside and are wound so as not to come into contact with each other. After winding the superconducting tape 102, the core 130 is returned to a curved state. Then, an insulating tape 106 (e.g., a glass tape) is wound around the superconducting tape 102 in a spiral shape, for example, with 1/2 wrap. The resin of the reinforcing layer 104 (e.g., an epoxy resin adhesive) is thinly applied to the entire length and circumference of the insulating tape 106. To hold the uncured resin of the reinforcing layer 104 on the insulating tape 106, a protective tape 136 (e.g., a polyvinyl chloride tape) is wrapped around and covered with the uncured resin. When the resin of the reinforcing layer 104 hardens, the insulating tape 106 is fixed in place. After the resin of the reinforcing layer 104 hardens, the protective tape 136, core 130, release material 134, and spiral tube are sequentially removed to produce a curved superconducting wire 100.

超電導テープ102は、単独では自立不可能な可撓性を備える。しかしながら、上述した製造方法を適用することで、超電導テープ102が形成する管形状を維持でき、かつ、内部に液体窒素を流すことができる強度を備える超電導線100を製造することができる。したがって、本発明の実施により、高い冷却効率を有する小径化されたフォーマレス超電導線、およびこの超電導線を備える超電導ケーブルを提供することが可能となる。 The superconducting tape 102 is flexible enough that it cannot stand on its own. However, by applying the manufacturing method described above, it is possible to manufacture a superconducting wire 100 that can maintain the tubular shape formed by the superconducting tape 102 and has the strength to allow liquid nitrogen to flow inside. Therefore, by implementing the present invention, it is possible to provide a small-diameter formless superconducting wire with high cooling efficiency, and a superconducting cable including this superconducting wire.

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。 The above-described embodiments of the present invention may be combined as appropriate to the extent that they are not mutually inconsistent. In addition, a display device according to any of the embodiments may be combined as appropriate by a person skilled in the art to add or remove components or modify the design, or to add or omit processes or modify conditions, and this is also included in the scope of the present invention as long as it satisfies the gist of the present invention.

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。 Even if there are other effects and advantages different from those brought about by the aspects of each of the above-mentioned embodiments, if they are clear from the description in this specification or can be easily predicted by a person skilled in the art, they are naturally understood to be brought about by the present invention.

100:超電導線、100-1A、100-1B:第1の超電導線、100-2A、100-2B:第2の超電導線、100-3A、100-3B:第3の超電導線、102:超電導テープ、104:補強層、106:絶縁テープ、106a:絶縁テープの一部、106b:絶縁テープの一部、106c:重畳部分、106d:開口、110:基板、112:中間層、114:超電導層、116:保護層、120:超電導ケーブル、121:超電導ケーブル、122:絶縁層、124:遮蔽層、126:内部冷却管、128:外部冷却管、130:コア、132:スペーサ、134:離型材、136:保護テープ 100: Superconducting wire, 100-1A, 100-1B: First superconducting wire, 100-2A, 100-2B: Second superconducting wire, 100-3A, 100-3B: Third superconducting wire, 102: Superconducting tape, 104: Reinforcing layer, 106: Insulating tape, 106a: Part of insulating tape, 106b: Part of insulating tape, 106c: Overlapped portion, 106d: Opening, 110: Substrate, 112: Intermediate layer, 114: Superconducting layer, 116: Protective layer, 120: Superconducting cable, 121: Superconducting cable, 122: Insulating layer, 124: Shielding layer, 126: Internal cooling tube, 128: External cooling tube, 130: Core, 132: Spacer, 134: Release material, 136: Protective tape

Claims (14)

管形状を形成するようにらせん状に巻かれた超電導テープ、
前記超電導テープ上にらせん状に巻かれた、複数の開口を有する絶縁テープ、および
前記絶縁テープの外表面を覆い、樹脂を含む補強層を備え、
前記樹脂の一部は、隣接する前記超電導テープの間の隙間に位置する、超電導線。
a superconducting tape spirally wound to form a tubular shape;
an insulating tape having a plurality of openings and wound in a spiral shape on the superconducting tape; and a reinforcing layer covering an outer surface of the insulating tape and containing a resin,
A superconducting wire, wherein a portion of the resin is located in a gap between adjacent superconducting tapes.
前記樹脂の他の一部は、前記超電導テープの少なくとも一部の内表面上に位置する、請求項1に記載の超電導線。 The superconducting wire according to claim 1, wherein another portion of the resin is located on the inner surface of at least a portion of the superconducting tape. 前記絶縁テープは、ガラス繊維を含む、請求項1に記載の超電導線。 The superconducting wire of claim 1, wherein the insulating tape contains glass fibers. 前記管形状は湾曲している、請求項1に記載の超電導線。 The superconducting wire of claim 1, wherein the tubular shape is curved. 少なくとも一つの超電導線、
前記少なくとも一つの超電導線を囲む内部冷却管、および
前記内部冷却管を囲む外部冷却管を備え、
前記少なくとも一つの超電導線は、
管形状を形成するようにらせん状に巻かれた超電導テープ、
前記超電導テープ上にらせん状に巻かれた、複数の開口を有する絶縁テープ、および
前記絶縁テープの外表面を覆い、樹脂を含む補強層を備え、
前記樹脂の一部は、隣接する前記超電導テープの間の隙間に位置する、超電導ケーブル。
At least one superconducting wire;
an inner cooling tube surrounding the at least one superconducting wire; and an outer cooling tube surrounding the inner cooling tube,
The at least one superconducting wire comprises:
a superconducting tape spirally wound to form a tubular shape;
an insulating tape having a plurality of openings and wound in a spiral shape on the superconducting tape; and a reinforcing layer covering an outer surface of the insulating tape and containing a resin,
A superconducting cable, wherein a portion of the resin is located in a gap between adjacent superconducting tapes.
前記管形状は湾曲している、請求項5に記載の超電導ケーブル。 The superconducting cable according to claim 5, wherein the tube shape is curved. 液体窒素が前記超電導テープの内表面と接触するように前記管形状内を流れるように構成される、請求項5に記載の超電導ケーブル。 The superconducting cable of claim 5, configured so that liquid nitrogen flows through the tubular shape so as to contact the inner surface of the superconducting tape. 前記少なくとも一つの超電導線は大きさの異なる複数の超電導線を含み、
前記複数の超電導線の各々は、同心円状に配置される、請求項5に記載の超電導ケーブル。
the at least one superconducting wire includes a plurality of superconducting wires of different sizes;
The superconducting cable according to claim 5 , wherein each of the plurality of superconducting wires is arranged concentrically.
前記少なくとも一つの超電導線は複数の超電導線を含み、
前記内部冷却管の中に前記複数の超電導線が前記超電導線それぞれの中心軸が異なる位置に配置される、請求項5に記載の超電導ケーブル。
the at least one superconducting wire comprises a plurality of superconducting wires;
6. The superconducting cable according to claim 5, wherein the plurality of superconducting wires are arranged in the internal cooling pipe such that the central axes of the superconducting wires are positioned at different positions.
超電導テープをコア上にらせん状に巻く工程、
複数の開口を有する絶縁テープを前記超電導テープ上にらせん状に巻く工程、
前記絶縁テープの外表面に樹脂を塗布する工程、および
前記樹脂を硬化する工程を含む、超電導線の製造方法。
winding the superconducting tape in a spiral shape onto a core;
spirally winding an insulating tape having a plurality of openings onto the superconducting tape;
A method for manufacturing a superconducting wire, comprising: applying a resin to an outer surface of the insulating tape; and curing the resin.
前記超電導テープを前記コアに巻く前に、前記コア上に離型材を形成することをさらに含む、請求項10に記載の超電導線の製造方法。 The method for producing a superconducting wire according to claim 10, further comprising forming a release material on the core before winding the superconducting tape around the core. 前記コアに湾曲しているコアを用い、
前記超電導テープを前記コアに巻く前に、
前記コアを直線状態にする、または、
前記コア上に離型材を形成した後に、前記コアを前記直線状態にすることを含む、請求項10に記載の超電導線の製造方法。
A curved core is used as the core,
Before winding the superconducting tape on the core,
Straightening the core, or
The method for producing a superconducting wire according to claim 10, further comprising forming a release material on the core and then straightening the core.
前記超電導テープを前記コア上に巻いた後、前記絶縁テープを前記超電導テープ上に巻く前に、前記コアを湾曲することをさらに含む、請求項12に記載の超電導線の製造方法。 The method for manufacturing a superconducting wire according to claim 12, further comprising bending the core after winding the superconducting tape onto the core and before winding the insulating tape onto the superconducting tape. 前記樹脂を硬化する前に、保護テープを前記樹脂上に巻くことをさらに含む、請求項10に記載の超電導線の製造方法。 The method for manufacturing a superconducting wire according to claim 10, further comprising wrapping a protective tape over the resin before curing the resin.
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