KR100633558B1 - 초전도 케이블용 압력 보강 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매 유입 배관이 압력 보강 기구 상부에 연결되고 압력 보강 기구 하부는 순환펌프로 냉매배관을 통해 연결되고 순환펌프를 통해 냉매 유출배관이 방출되는 초전도 케이블 시스템용 압력 보강 기구에 관한 것으로서, 고압의 순환 펌프 후단부의 냉매 유출배관에는 냉매 분기관이 연결되고, 냉매 분기관은 진공단열 용기의 외부로 연장 후 다시 진공단열 용기의 내측으로 연장되어 압력 보강 기구에 연통하게 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 냉매 분기관에는 공급압을 제어하기 위한 수단과 열침입을 방지하기 위한 수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

초전도 케이블, 냉매 분기관, 벨로우즈관, 콘트롤 밸브, 차단밸브

Description

초전도 케이블용 압력 보강 기구{Pressure buildup device for a superconducting cable system}

도 1은 본 발명의 압력 보강 구조.

도 2는 히터를 사용하는 종래의 압력 보강 구조.

도 3은 외부 고압 가스를 사용하는 종래의 압력 보강 기구.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1: 진공 단열 용기 2: 압력 보강 기구

3: 진공 단열층 4: 순환 펌프

5: 냉매 유입 배관 6: 냉매 배관

7: 냉매 유출 배관 8: 벨로우즈 관

10: 히터 11: 콘트롤 밸브

12a, 12b: 차단밸브 13: 압력 조정 밸브

14: 고압 가스 공급 배관 20: 냉매관

본 발명은 초전도 케이블용 압력 보강 기구에 관한 것으로, 특히 제어특성과 케이블시스템 안정성이 우수한 초전도 케이블용 압력 보강 기구에 관한 것이다.

일반적으로 초전도 도체를 사용한 전력 케이블은 기존의 전력 케이블에 비해서 대용량의 전력을 송전하는 것이 가능하며, 공간이 절약이 되며, 그 손실 또한 적어서 많이 사용되고 있다.

그런데, 초전도 케이블은 임계온도 이하의 저온에서의 냉각(과냉된 액체 질소)이 필요하며 또한, 초전도 도체의 절연층은 일정한 압력 이상에서 유용한 절연 특성을 나타내고 있기 때문에 초전도 케이블 내 또는 냉각 시스템에 압력을 보강시켜줄 기구가 필요하게 된다.

따라서, 이러한 압력을 보강하기 위한 압력 보강 기구에 있어서 종래의 기술을 도면을 참조해서 설명하면 도 2에 도시한 바와 같이, 액체 냉매와 기체 냉매가 공존하는 압력 보강 용기의 액체 냉매부에 히터를 설치해서 냉매를 증발시키고, 진공 단열층을 통해 진공 단열 용기의 외부에서 전원을 공급하는 방법이 있었다.

그러나, 이 방법은 도 2에서와 같이 압력 보강 기구에 히터를 사용했을 때, 히터에 이상이 있을 경우, 진공 단열 용기를 해체해서 초전도 케이블에 전원 공급을 중단해야만 하는 불상사가 발생하게 되며, 액체 냉매 외에 압력 보강 기구의 일부 또는 전체가 히터로 인해서 가열되어 냉각시스템에 열부하를 가중시키게 된다.

또한, 히터 가열시간의 지연으로 인해서 압력을 제어하는데 곤란함이 존재한다. 그리고 고장이 발생했을 경우에는 진공 단열 용기 자체를 해체해야하므로, 수리 및 교체가 곤란하다는 문제점이 발생했다.

또 다른 초전도 케이블용 압력 보강 기구의 종래의 방법으로는, 도 3에 도시 한 바와 같이, 진공 단열 용기 외부에서 순환 냉매보다는 저온에서 응축하는 가스(He등)를 기체 냉매부에 주입시키는 방법이 있다. 이것을 첨부된 도3을 참조해서 설명하면 압력 보강 용기는 냉매 순환 펌프에 연결되도록 하여 초전도 케이블 시스템과 진공 단열층내의 액체질소가 증발과 응축을 되풀이하는 폐루프(closed loof)를 구성하고, 이러한 진공 단열을 통해서 외부로부터의 열침입을 최소로 한다.

도 2와 같이 본 기구의 액체 냉매부에 히터를 사용하는 경우에 초전도 케이블내의 압력은 히터의 열원을 통한 액체 냉매의 기화로 인해 압력을 넣음으로서 증가하도록 하여 히터의 전력공급을 조절해서 원하는 압력을 얻지만, 도 3처럼 외부의 가스를 압력 보강 기구의 기체 냉매부에 공급하는 방법을 취할 경우에는, 압력 조정밸브를 갖는 고압의 가스(He등) 공급 기구와 압력 보강 기구를 진공 단열 용기를 통과하는 가스 공급관을 통해서 연결시키고 기체 냉매부에 공급된 고압가스가 기체 냉매부 자체를 가압하는 방식을 사용한다.

그러나, 이러한 압력 보강 기구는 액체 냉매가 일정부분이 채워진 관계로 진공 단열 용기 내부에 설치하게 된다. 그러므로 이러한 외부의 고압가스(He등)를 사용하는 경우에는 외부 고압가스 기구가 별도로 필요하게 되며 과압 상태 발생시에 가압 가스의 손실로 인해서 주기적인 감시 및 주의가 필요함으로 인해서 외부의 고압 가스 공급 시스템 및 감시 시스템이 추가적으로 필요하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위해서 초전도 케이블용 압력 보강 기 구에 있어서 제어 특성과 케이블 시스템에 안정성이 우수한 압력 보강 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은, 냉매 유입 배관이 압력 보강 기구 상부에 연결되고 압력 보강 기구 하부는 순환펌프로 냉매배관을 통해 연결되고 순환펌프를 통해 냉매 유출배관이 방출되는 초전도 케이블 시스템용 압력 보강 기구에 있어서,

상기 고압의 순환 펌프 후단부의 냉매 유출배관에는 냉매 분기관이 연결되고, 상기 냉매 분기관은 진공단열 용기의 외부로 연장 후 다시 진공단열 용기의 내측으로 연장되어 압력 보강 기구에 연통하게 하여 냉매 증기를 압력 보강 용기에 주입시킴으로써 케이블시스템 내로 압력을 보강하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉매 분기관에는 공급압을 제어하기 위한 수단과 열침입을 방지하기 위한 수단이 추가적으로 설치될 수 있다.

이때, 상기 제어수단은 냉매 분기관, 히터, 콘트롤 밸브, 차단 밸브로 구성된다. 이때, 냉매 분기관은 열손실을 최소화하기 위해 벨로우즈관을 사용하도록 한다. 외부로 유출된 제어수단으로 증발량이 제어 되도록 방폭형 히터와 콘트롤 밸브에 의해 제어되도록 한다. 그리고 히터와 콘트롤 밸브의 이상 발생에 수리와 교체를 쉽게 하기 위해서 전 후단에 차단벨브를 설치한다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조해서 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매 배관(6)을 압력 보강 기구(2)와 순환펌프(4)의 후단을 분기 냉매관(20)을 통해 진공 단열 용기(1)의 외부에서 연결한다. 즉, 전체 케이블 시스템에서 압력이 가장 높은 순환펌프(4) 후단에서 압력원을 제공하는 것을 특징으로 한다.

순환펌프(4) 후단에서 냉매관(20)을 분기하여 진공 단열 용기(1)의 외부로 연장하였다가 다시 진공 단열 용기(1)의 내측으로 연장하여 압력 보강 기구(2)에 연통하게 한다. 이때, 분기 냉매관(20)에는 외부로부터의 열침입을 최소화하기 위한 열침입 방지수단으로 벨로우즈관(8)을 사용하며, 공급압을 제어하기 위한 수단으로서, 진공 단열 용기(1) 외부에 콘트롤 밸브(11)과 히터(10)를 설치한다. 또한, 히터(10)와 콘트롤 밸브(11)의 이상 발생시 용이하게 수리 및 교체를 하기 위해 전 후단에 차단밸브(12a),(12b)를 설치한다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

본 발명에서의 초전도 케이블의 압력보강은 진공 단열 용기(1) 외부에 설치되어 있는 콘트롤 밸브(11)가 열림과 동시에 저압의 압력 보강 기구(2)로 유입된다.

이때, 콘트롤 밸브(11) 및 유입관이 외부로 노출되어 있기 때문에 순환펌프(4)에서 나오는 액체 냉매는 기화해서 압력 보강 기구(2)의 기체 냉매부에 주입해서 초전도 케이블 시스템에 압력을 보강하여 준다. 즉, 케이블 시스템내의 고압부(4)와 외부로 방출된 히터(10)를 통한 액체 냉매의 증발을 이용한 가압방식을 채택하여 압력을 보강시키는 것을 특징으로 한다. 그리고 순환펌프(4)에서 압력 보강 용기에 유입되는 냉매의 양은 바람직하게는 전체 유동 유량의 10%이하이며, 보다 바람직하게는 2~5%가 적절하다. 그리고 히터(10)는 냉매 분기관(20)을 상온으로 항상 유지시키도록 하기 위해서 온도 콘트롤러와 함께 사용하며 냉매 유입시에 표면에 이슬이 생기게 되므로 방폭형 히터를 사용하도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 케이블 시스템내에 압력을 보강시키기 위한 초전도 케이블 압력 보강 기구에 있어서, 히터를 사용할 경우에 생기는 열손실의 감소화와 소형화를 도모할 수 있고 이상이 발생할 경우에는, 교체 및 수리가 용이하며, 자체 냉매의 고압 사용으로 인해 제어가 용이해지고 별도의 고압 가스 기구가 불필요함으로서 비용의 절감등의 효과가 있다.

Claims (6)

1. 진공단열 용기 내부에 압력 보강 기구와 순환펌프가 구비되고, 냉매 유입 배관이 상기 압력 보강 기구 상부에 연결되고 상기 압력 보강 기구의 하부는 상기 순환펌프로 냉매배관을 통해 연결되고 상기 순환펌프를 통해 냉매 유출배관이 방출되는 초전도 케이블 시스템용 압력 보강 기구이고,

   상기 고압의 순환 펌프 후단부의 냉매 유출배관에는 냉매 분기관의 일단이 연결되고,

   상기 냉매 분기관은 상기 진공단열 용기의 외부로 노출되어 연장 후 다시 상기 진공단열 용기의 내측으로 연장되어 타단이 상기 압력 보강 기구에 연통되며,

   상기 냉매 분기관중 외부로 노출되어 연장된 영역에는 공급압을 제어하기 위한 공급압 제어수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 시스템용 압력 보강 기구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 분기관에는 열침입을 방지하기 위한 수단이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 시스템용 압력 보강 기구.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 공급압 제어수단은 히터 및 콘트롤밸브인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 시스템용 압력 보강 기구.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 히터 및 콘트롤밸브의 수리 교체를 위해 전후단에 차단밸브가 더 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 압력 보강 기구.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 히터는 방폭형 히터인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 압력 보강 기구.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 분기관을 통해 압력 보강 기구로 유입되는 냉매의 양은 전체 유동 유량의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 시스템용 압력 보강 기구.

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