KR100706496B1 - 초전도 케이블의 진공단열 유지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내,외부 금속관 사이에 스페이서가 배치되고, 이 스페이서에 의해 내,외부 금속관 사이에 형성되는 진공단열공간이 유지될 수 있도록 하여 상온의 외부 열이 내부로 전달되지 않도록 구성된 초전도 케이블에 있어, 본 발명에서는 진공단열공간을 유지하는 스페이서의 구조에 대한 개선.변경을 통해 열전도성을 더 낮추고, 그에 따라 냉각유지 효과가 개선될 수 있도록 하면서, 아울러 하중에 따른 스페이서의 압착변형이 방지될 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 본 발명의 스페이서에 완충기능을 부여하여, 내,외부 금속관으로부터 전달되는 충격과 진동을 흡수.완화하고, 그에 따라 초전도 케이블의 손상과 파손을 예방할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에서는, 내부 금속관의 외면을 감싸는 단열재와 외부 금속관 사이에 스페이서를 배치하고, 그 스페이서에 의하여 단열재와 외부 금속관간에 진공단열공간을 형성하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조에 있어서, 상기 스페이서의 내부에는 저열전달재가 충진되어, 상기 스페이서에 하중이 가해지게 될 때, 저열전달재에 의해 압착변형이 방지됨으로써, 진공단열공간을 유지하고, 외부로부터 열전달에 따른 침입과 열손실이 방지될 수 있도록 하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조가 제공된다.

초전도, 케이블, 스페이서, 열, 단열, 전력, 도체, 압착

Description

초전도 케이블의 진공단열 유지구조{Spacer Structure Providing Vacuum Adiabatic of the Super Conduction Cable}

도 1a 및 도 1b는 종래의 일반적인 초전도 케이블을 보여주는 것으로, 도 1a는 측 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 대한 초전도 케이블의 제 1실시예를 보여주는 것으로, 도 2a는 측 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 B-B선을 따라 절개한 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 대한 초전도 케이블의 제 2실시예를 보여주는 것으로, 도 3a는 측 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 C-C선을 따라 절개한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 초전도 케이블 12 : 도체

14 : 단열재 16 : 내부 금속관

18 : 외부 금속관 20 : 진공단열공간

22,30,40 : 스페이서 31,42 : 저열전달재

본 발명은 초전도 케이블의 진공단열 유지구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공단열공간을 유지하기 위하여 배치되는 스페이서의 구조를 개선.변경함으로써, 열전도성을 더 낮추어 개선된 냉각유지 효과가 발휘될 수 있도록 한 것이다. 또한, 상기 스페이서에 부여되는 완충기능을 통하여 내,외부 금속관으로부터 전달되는 충격과 진동을 최소화시킬 수 있도록 한 초전도 케이블의 진공단열 유지구조에 관한 것이다.

일반적으로, 초전도란 극저온 상태(-196℃ 이하)에서 도체의 저항이 0으로 되는 것을 말하며, 초전도 케이블은 이러한 특성을 가진 도체를 사용하여 제조된 일종의 전력케이블이다.

상기 초전도 케이블(10)의 구성요소를 먼저 살펴보면, 도 1a 및 1b에서 보듯이 전력 기기에 전력을 공급하게 되는 도체(12), 단열재(14), 내,외부 금속관(16,18)을 비롯하여, 진공단열공간(20)을 유지하는 스페이서(22)로 구성된다.

구체적으로, 상기 도체(12)와, 그 외면을 전부 감싸게 되는 내부 금속관(16)과 사이에는 극저온 유체(예를 들어 액화질소)가 흐르도록 구비되어, 이 극저온 유체에 의해 외부로부터 침입하는 열이나 혹은 도체(12)에서 발생하는 열과 교환하여 열을 제거하게 된다.

또한, 상기 내부 금속관(16)의 외면에는 단열재(14)가 전부 감싸는 상태로 구비되어 있는데, 이러한 단열재(14)는 외부로부터 열 침입을 차단하는 기능을 발휘한다.

그리고, 상기 단열재(14)의 외면에는 단면이 테프론 재질로 전부 이루어진 스페이서(22)가 길이방향으로 따라 나선형으로 감겨 있는데, 이때 나선형으로 감겨진 스페이서(22)의 조임력에 의하여 일부가 삽입되는 상태가 되며, 이러한 스페이서(22)에 의해 단열재(14)와 외부 금속관(18)간에 형성되는 진공단열공간(20)이 유지되게 된다.

따라서, 상기와 같이 구성된 스페이서(22)는 도면에서 보듯, 초전도 케이블(10)이 수평으로 설치될 경우, 도체(12)와 내부 금속관(16), 단열재(14)에 대한 하중을 지지하는 상태가 된다. 그런데, 위와 같은 구조로 하중을 지지하는 상기 스페이서(22)는 압착변형을 방지하기 위하여 내부가 채워져 있지만, 가해지는 하중에 의해 약간 찌그러지면서 외부 금속관(18)과의 접촉면적이 자연히 확대되고, 그에 따라 스페이서(22)를 통해 상온으로부터 열이 내부로 전달되는 심각한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 진공단열공간을 확보하면서도, 열전도성을 더 낮출 수 있는 개선된 스페이서에 의하여, 상기 스페이서의 접촉면적인 확대되더라도 열전도성이 종래의 스페이서에 비해 낮아지도록 하는 점에 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 내부 금속관의 외면을 감싸는 단열재와 외부 금속관 사이에 스페이서를 배치하고, 그 스페이서에 의하여 단열재와 외부 금속관간에 진공단열공간을 형성하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조에 있어서, 상기 스페이서의 내부에는 저열전달재가 충진되어, 상기 스페이서에 하중이 가해지게 될 때, 저열전달재에 의해 압착변형이 방지됨으로써, 진공단열공간을 유지하고, 외부로부터 열전달에 따른 침입과 열손실이 방지될 수 있도록 하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조에 기술적 특징이 있다.

또한, 상기에서 저열전달재는, 알갱이를 포함한 분말 형태의 입자로 이루어져, 하중에 대한 지지력을 강화하면서, 전달되는 충격을 완화하도록 하는 구조가 바람직하다.

또한, 상기 저열전달재는, 종이, 유리, 코르크, 고무 중 어느 하나가 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 저열전달재는, 가스로 이루어지는 헬륨, 질소, 아르곤 중 어느 하나가 사용되는 것이 바람직하다.

다음에서는 본 발명의 실시 예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 대한 초전도 케이블의 제 1실시예를 보여주는 것으로, 도 2a는 측 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 B-B선을 따라 절개한 단면도이 고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 대한 초전도 케이블의 제 2실시예를 보여주는 것으로, 도 3a는 측 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 C-C선을 따라 절개한 단면도이다. 아울러 첨부된 예시도면 도 1a 및 도 1b와 동일한 참조번호는 동일한 부품이므로 중복된 설명을 피하고자 생략하기로 한다.

(실시예 1)

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 초전도 케이블(10)은 종래기술에서 설명된 바와 같이 도체(12), 내부 금속관(16), 단열재(14), 외부 금속관(18)이 순차적으로 배치되면서 서로 외면을 감싸게 되는데, 특히 단열재(14)와 외부 금속관(18) 간에 형성되는 진공단열공간(20)을 유지할 수 있도록 중공을 형성하는 스페이서(30)가 구비된 구조로 구성된다.

특히, 본 발명의 상기 스페이서(30)는, 중공을 형성하면서 유연성과 저 열전달 특성이 발휘될 수 있도록 테프론, 폴리에틸렌, 플라스틱 재질로 이루어지며, 그 내부에는 하중에 의한 스페이서(30)의 압착변형을 방지하면서, 열전도성이 종래에 비해 더 낮아질 수 있도록 저열전달재(31)인 고압가스가 충진 된다. 이러한 고압가스로는 저 열전달 특성을 지닌 헬륨, 질소, 아르곤이 사용될 수 있다.

(실시예 2)

위에서 설명된 제 1실시예에서는 스페이서(30) 내부에 저 열전달 특성을 지진 저열전달재(31)가 헬륨, 질소, 아르곤 등과 같은 가스가 충진되는 것으로 설명 되어 있으나, 제 2실시예서는 고형재가 충진된다.

본 발명은 중공을 형성하는 상기 스페이서(40)의 내부에, 작은 크기의 알갱이를 포함한 분말 형태의 저열전달재(42)가 충진되며, 이러한 저열전달재(42)는 저 열전달 특성을 가진 종이, 코르크, 유리, 고무, 등의 재질이 사용될 수 있다.

그러나, 상기 저열전달재(31,42)가 반드시 앞서 열거된 가스 및 고형재로 한정될 필요는 없다. 앞서 언급된 가스 및 고형재 들은 본 발명을 쉽게 이해하기 위한 일 예에 불과한 뿐이며, 따라서 상기 스페이서(30,40)의 강도를 높이고, 저 열전달 특성을 가진 가스 및 고형재라면 그 어떠한 것도 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 스페이서(30,40)를 사용하게 되면, 앞서 문제점에서 제기되었듯이 스페이서(30,40)에 하중이 가해지게 될 때, 그 내부에 고압가스 혹은 정형화된 저열전달재(31,42)가 충진되어 있으므로 자연히 강도가 증대되고, 이와 같이 상기 스페이서(30,40)의 강도가 증대되게 되면, 가해지는 하중을 충분히 견디면서 지지하게 되므로, 그 형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.

위와 같이 상기 스페이서(30,40)가 그 형상을 그대로 유지하게 되면, 우선 진공단열공간(20)이 그대로 유지되어 외부로부터 열전달에 따른 침입을 방지하게 됨을 물론, 그에 따라 스페이서(30,40)에 의한 열 전달과 열손실이 최소화될 수 있게 된다.

또한, 상기 스페이서(30,40)을 사용하게 되면, 가해지는 하중에 의해 약간의 찌그러짐이 발생하여 종래와 같이 접촉면적이 증대되더라도 상기 열거된 가스 및 고형재로 이루어지는 저열전달재(31,42)의 열전도성이 종래의 테프론 재질로 채워 진 스페이서(22)보다 열전달성이 낮아 종래에 비해 냉각유지효과가 더 발휘될 수 있다.

한편, 상기 내부 금속관(16)이나 혹은 외부 금속관(18)으로부터 충격에 따른 진동이 스페이서(30,40)에 전달되게 되면, 특히 스페이서(30,40)에 저열전달재(31,42)로 채워져 있기 때문에 입자와 입자 간에 접촉면적이 좁게 형성되어 진동전달이 자연히 감소하게 됨으로써, 충격에 대한 완충 기능을 발휘할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 앞서 설명된 것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 진공단열공간을 유지하기 위한 스페이서의 내부에 앞서 설명된 저열전달재가 충진되어, 하중에 의한 스페이서의 압착변형을 방지하도록 한 효과가 있다.

또한, 본 발명을 사용하게 되면, 하중에 의한 스페이서의 압착변형이 방지됨으로써, 진공단열공간에 대한 유지는 물론, 상온의 외부 열이 스페이서를 통하여 내부로 전달됨과, 내부의 열이 외부로 방출되는 열손실을 종래에 비해 최소화할 수 있다.

또한, 상기 스페이서의 완충기능으로 내,외부 금속관으로부터 전달되는 충격과 진동을 흡수 완화하고, 그에 따라 초전도케이블의 손상과 파손을 예방할 수 있다.

Claims (4)

1. 내부 금속관의 외면을 감싸는 단열재와 외부 금속관 사이에 스페이서를 배치하고, 그 스페이서에 의하여 단열재와 외부 금속관간에 진공단열공간을 형성하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조에 있어서,

   상기 스페이서의 내부에는 저열전달재가 충진되어, 상기 스페이서에 하중이 가해지게 될 때, 저열전달재에 의해 압착변형이 방지됨으로써, 진공단열공간을 유지하고, 외부로부터 열전달에 따른 침입과 열손실이 방지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 저열전달재는, 알갱이를 포함한 분말 형태의 입자로 이루어져, 하중에 대한 지지력을 강화하면서, 전달되는 충격을 완화하도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 저열전달재는, 종이, 유리, 코르크, 고무 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 진공단열 유지구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 저열전달재는, 가스로 이루어지는 헬륨, 질소, 아르곤 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 진공단열구조.

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