KR100772824B1 - 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치는, 초전도 케이블 선로의 운영전에 내부의 수분 및 불활성 가스를 제거하기 위한 장치로서, 진공 펌프; 상기 진공 펌프와 상기 초전도 케이블 선로의 내부를 연통하도록 상기 진공 펌프로부터 연장되어 상기 초전도 케이블 선로에 접속되는 연결배관; 상기 진공 펌프에 인접한 상기 연결배관에 접속되어 상기 연결배관 내부에 불활성 가스를 주입하기 위한 불활성 가스 공급원; 상기 진공 펌프 및 불활성 가스 공급원과 상기 초전도 케이블 선로를 단속하는 단속밸브; 상기 초전도 케이블 선로의 외주에 설치되는 히터;를 포함한다. 이러한 본 발명은, 초전도 케이블 선로 내부에 불활성 가스가 주입되어 상기 단속 밸브의 차단에 의해 밀봉된 상태에서, 상기 외부의 히터로부터 초전도 케이블 선로에 열이 가해짐에 따라 초전도 케이블 선로 내부에 밀봉된 불활성 가스가 가열되어, 내부의 수분을 증발시키고 불응축 가스를 융화시켜 외부로 배출한다.

초전도, 케이블, 수분, 제거, 불활성, 가스, 진공펌프

Description

초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ELIMINATING THE WET FROM SUPERCONDUCTION CABLE LINE BEFORE OPERATION}

도 1은 본 발명에 따른 수분 제거 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 수분 제거 장치를 구비한 초전도 케이블 선로의 횡단면도.

본 발명은 초전도 케이블 선로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초전도 케이블 선로를 운용하기 전에 선로 내부의 수분을 경제적이고 효과적으로 제거할 수 있도록 한 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

초전도 케이블은, 내부에 하나 이상의 도전용 코어와, 상기 코어의 외부를 감싸는 2중의 단열관(내측 코루게이트형 단열관 및 외측 코루게이트형 단열관)과, 단열관의 외부를 감싸는 방식층을 구비하며, 상기 2중의 단열관 사이는 단열층을 이루도록 하고 있다. 그리고, 상기 코어는, 중앙으로부터 포머(former), 초전도 도체층, 절연층, 차폐층 및 보호층으로 구성된다.

이러한 초전도 케이블은 초전체로 하여금 운영중(운전중) 초전도성을 유지하도록 하기 위해 코어와 코어 사이의 공간(또는 코어의 내부에도) 액체질소를 순환시킨다.

그러나, 초전도 케이블 선로는 제조 과정이나 제조 후의 누설 테스트 과정 등에서 부득이 내부에 수분이 함유될 가능성이 있고 불순한 가스(예: 누설 테스트 과정에 사용되는 헬륨 가스 등)가 체류할 가능성도 있다. 이러한 수분이나 불순 가스는 초전도 케이블 운용시에 관로의 막힘이나 냉동 효율을 떨어뜨리는 등의 문제를 야기하게 됨으로써 초전도 케이블을 정상적으로 운용하기 전에 미리 제거하여야 한다.

이와 같이 초전도 케이블 선로를 운용하기 전에 내부의 수분을 제거하는 종래의 다양한 예 중 하나가 대한민국 공개특허 10-2004-0066153호(출원번호 10-2004-7008800호)에 개시되어 있다.

상기 공보에 개시된 기술에서는, 초전도 케이블 선로, 반환관, 냉각장치 및 공급관이 폐쇄 루프를 형성하는 냉매 순환 경로 중, 상기 공급관의 중간에 유입관을 설치하고, 이 유입관에 불활성 가스를 공급하기 위한 질소가스 발생기와 가열용 히터를 설치하며, 반환관의 중간에 배출관을 연결한 형태로 이루어져 있다. 이는 초전도 케이블에 냉매를 순환시키기 이전에, 상기 냉매 순화 경로 중 냉각장치 쪽을 폐쇄하고, 불활성 가스(질소가스)를 히터를 통해 가열한 후 유입관을 통해 케이 블 선로 내부로 흘려보내 배출관을 통하여 배출되도록 함으로써, 케이블 선로 내부를 흐르는 불활성 가스에 의해 케이블 내부의 수분을 증발시켜 배출되도록 하는 것이다.

그러나, 위와 같은 종래의 기술에 있어서는, 불활성 가스를 지속적으로 공급해 주어야 하므로 불활성 가스가 불필요하게 많이 소비된다는 단점이 있다.

또한 불활성 가스를 케이블 선로의 한쪽 끝에서부터 반대쪽 끝으로 유동시키기 위하여는 불활성 가스의 압력을 높여야 하고, 그에 따라 불활성 가스의 압력이 상승하게 되면 불활성 가스의 포화 온도가 상승하게 된다. 이러한 현상을 것을 간과하여 불활성 가스의 온도를 높게 유지하지 못했을 경우에는 수분의 증발이 늦어지거나 어려워 완벽한 제거가 어렵다는 단점이 있다.

또한, 불활성 가스를 공급하기 위한 별도의 공급(펌핑) 장치를 설치하여야 함으로써 시설 비용이 증가하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 선로 내부의 수분을 경제적이고 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치 및 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적은, 초전도 케이블 선로의 운영전에 내부의 수분 및 불활성 가스를 제거하기 위한 장치로서, 진공 펌프; 상기 진공 펌프와 상기 초전도 케이블 선로의 내부를 연통하도록 상기 진공 펌프로부터 연장되어 상기 초전도 케이블 선로에 접속되는 연결배관; 상기 진공 펌프에 인접한 상기 연결배관에 접속되어 상기 연결배관 내부에 불활성 가스를 주입하기 위한 불활성 가스 공급원; 상기 진공 펌프 및 불활성 가스 공급원과 상기 초전도 케이블 선로를 단속하는 단속밸브; 상기 초전도 케이블 선로의 외주에 설치되는 히터;를 포함하며, 상기 초전도 케이블 선로 내부에 불활성 가스가 주입되어 상기 단속 밸브의 차단에 의해 밀봉된 상태에서, 상기 외부의 히터로부터 초전도 케이블 선로에 열이 가해짐에 따라 초전도 케이블 선로 내부에 밀봉된 불활성 가스가 가열되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치를 제공함으로써 달성된다.

이러한 본 발명은, 초전도 케이블 선로 내부에 주입된 불활성 가스가 밀봉 상태에서 가열되고, 그에 따라 초전도 케이블 선로 내부의 수분을 증발시킴과 더불어 제조 과정이나 테스트 과정에서 내부에 잔류하는 불순 가스를 주입된 불활성 가스와 융합되도록 한 후 연결배관을 통해 배출되도록 한 것이다.

상기한 본 발명의 초전도 케이블 선로의 운영 전 수분 제거 장치에 있어서, 상기 연결배관은, 상기 초전도 케이블 선로의 코어와 내측 단열관 사이의 공간으로 접속되는 제1 연결배관과, 상기 제1 연결배관과 분기된 형태로 상기 초전도 케이블 선로의 코어 내부로 접속되는 제2 연결배관을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 초전도 케이블 선로 내부의 수분 및 잔류 불순 가스를 제거하는 방법으로서는, 초전도 케이블 선로 내부를 진공 상태로 형성하고, 진공 유지된 초전도 케이블 선로 내부에 불활성 가스를 주입하고 밀봉하며, 초전도 케이블 선로의 외부에서 열을 가하는 것에 의해 초전도 케이블 선로 내부에 주입된 불활성 가스를 가열하여 수분을 증발시킴과 더불어 잔류 불순 가스를 융합시키고, 융합된 불활성 가스를 진공 펌프에 의해 외부로 배출하며, 진공 상태가 된 초전도 케이블 선로 내부에 냉매를 순환시켜 운영하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치는, 초전도 케이블 선로(100)를 실제 송전선 등으로 운영하기 이전 또는 초전도 케이블 선로(100)의 내부에 냉매를 순환시키기 이전에, 초전도 케이블 선로(100)의 제조 과정이나 제조 후의 누설 테스트 과정 등에서 내부에 함유된 수분이나 불순한 가스를 제거하기 위한 것으로서, 진공 펌프(200)와, 상기 진공 펌프(200)로부터 연장되어 상기 초전도 케이블 선로(100)에 접속되는 연결배관(300)과, 상기 진공 펌프(200)에 인접하여 상기 연결배관(300)에 접속되어 상기 연결배관(300) 내부에 불활성 가스를 주입하기 위한 불활성 가스 공급원(400)과, 상기 진공 펌프(200) 및 불활성 가스 공급원(400)과 상기 초전도 케이블 선로(100)의 단속을 위하여 상기 연결배관(300)에 구비되는 단속밸브(501, 502)와, 상기 초전도 케이블 선로의 외주에 설치되는 히터(600)를 포함한다.

이러한 본 발명은, 상기 초전도 케이블 선로(100) 내부에 불활성 가스를 주 입하고 단속 밸브(501, 502)를 차단하여 밀봉한 상태에서, 외부의 히터(600)로 초전도 케이블 선로(100)에 열을 가하여 내부의 불활성 가스를 가열함으로써 초전도 케이블 선로(100) 내부의 수분을 증발시키고 헬륨(He) 등 제조 과정이나 테스트 과정에서 잔류한 불응축 가스를 불활성 가스와 함께 융합되도록 한 후 진공 펌프(200)를 이용하여 배출시키도록 한 것이다. 불활성 가스로서는 아르곤(Ar) 가스나 질소 가스 등을 사용할 수 있다.

여기서, 상기 연결배관(300)은 초전도 케이블 선로(100)의 코어(101) 외부와 내측 단열관(103) 사이의 공간(102)으로 접속시킬 수 있으며, 더 나아가서는 초전도 케이블 선로(100)의 코어(101) 내부에도 더 접속시킬 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 연결배관(300)을 제1 연결배관(301)으로부터 제2 연결배관(302)을 분기한 형태로 구성하여, 제1 연결배관(301)을 초전도 케이블 선로(100)의 코어(101)와 내측 단열관(103) 사이의 공간으로 접속시키는 것에 더하여 제2 연결배관(302)을 초전도 케이블 선로(100)의 코어(101) 내부로 접속시킨다. 도 1에서 제1 연결배관(301)은 초전도 케이블 선로(100)의 말단부(100a)(100b) 뿐만 아니라 중간 열러 지점을 통해 접속되어 있고, 제2 연결배관(302)은 초전도 케이블 선로(100)의 말단부(100a)(100b)를 통해 접속되어 있다.

상기 진공펌프(200)는 초전도 케이블 선로(100)의 내측 단열관(103)과 외측 단열관(105) 사이의 단열층(104, 진공 단열층)을 진공으로 만들기 위한 진공펌프를 그대로 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 초전도 케이블 선로(100)에 주입한 불활성 가스를 진공펌프(200)로 흡입.배출하는 구성으로 이루어짐으로써, 초전도 케 아블 선로(100)의 진공 단열층(104)의 진공 배기를 위한 기존의 진공펌프(200)를 그대로 이용할 수가 있고, 그에 따라 수분과 불순 가스의 배출을 위해 추가되어야 할 시설을 최소화할 수 있어 경제적으로 부담이 적다.

상기 코일(600)은 전기를 공급하여 열을 발산하는 열선, 또는 파이프 내부에 가열 유체를 흐르게 하는 배관으로 이루어질 수 있다. 이 경우에는 초전도 케이블 선로(100)의 외주에 나선형으로 감는 형태로 설치할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블 선로(100)의 가장 바깥 부분을 이루는 방식층(106)의 표면에 나선형으로 감는다.

이와 같이 이루어진 본 발명은, 초전도 케이블 선로(100) 내부를 진공 상태로 형성하고, 진공 유지된 초전도 케이블 선로(100) 내부에 불활성 가스를 주입하고 밀봉하며, 이어서 초전도 케이블 선로(100)의 외부에서 열을 가하는 것에 의해 초전도 케이블 선로 내부(100)에 주입.밀봉된 불활성 가스를 가열하여 수분을 증발시킴과 더불어 잔류 불순 가스를 융합시키고, 융합된 불활성 가스를 진공 펌프(200)에 의해 외부로 배출하며, 다시 진공 상태가 된 초전도 케이블 선로(100) 내부에 비로소 냉매를 순환시켜 송전선 등으로 정상적으로 운영한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 불활성 가스를 주입하기 전에, 진공 펌프(200) 측의 단속 밸브(501)를 개방시켜 진공 펌프(200)와 연결배관(300)을 개통시킨 상태에서 진공 펌프(200)를 구동하여 초전도 케이블 선로(100) 내부를 진공으로 만든다. 초전도 케이블 선로(100)를 진공 상태로 만들어서 불활성 가스를 주입하면 초전도 케이블 선로(100) 내부의 압력을 낮게 유지할 수가 있고, 그에 따라 수분 등의 기화점이 낮아지므로 가열 온도를 크게 높이지 않아도 수분이 잘 증발하고 불응축 가스가 잘 융화된다는 장점이 있다.

위와 같이 초전도 케이블 선로(100) 내부를 진공 상태로 형성한 다음, 진공 펌프(200) 측의 단속밸브(501)는 닫고, 가스 공급원(400) 측의 단속 밸브(502)를 열어 초전도 케이블 선로(100) 내부에 불활성 가스를 주입하며, 이어서 단속 밸브(502) 마저 닫아 초전도 케이블 선로(100) 내부에 주입된 불활성 가스를 밀봉한다.

이어서, 히터(600)를 통해 초전도 케이블 선로(100)에 열을 가하여 초전도 케이블 선로 내부(100)에 주입.밀봉된 불활성 가스를 가열한다. 이에 따라 초전도 케이블 선로(100) 내부로 열이 전달되어 봉입된 불활성 가스의 온도가 올라가고, 그에 따라 초전도 케이블 선로(100) 내부의 수분이 증발함과 더불어 잔류 불순 가스가 불활성 가스와 융합된다.

이어서, 단속 밸브(501)를 열고 진공 펌프(200)를 동작시켜 초전도 케이블 선로(100)로부터 불활성 가스를 배출하고 초전도 케이블 선로(100) 내부를 진공 상태로 만든다. 이 과정에서는 초전도 케이블 선로(100)의 진공 단열층(104)의 진공 배기 작용이 동시에 자동적으로 이루어지게 된다.

초전도 케이블 선로(100)가 진공 상태가 된 이후에는 단속 밸브(501) 마저 닫아 회로를 완전 차단하고, 기존에 마련된 냉동 회로에 의해 초전도 케이블 선로(100) 내부에 냉매를 순환시켜가면서 정상적인 송전 선로 등으로 운영한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 초전도 케이블 선로 내부에 불활성 가스를 주입하여 밀봉한 후 히터를 작동시켜 주입된 불활성 가스를 가열하여 초전도 케이블 내부의 수분을 증발시키고 헬륨 등의 불응축 가스를 융화시켜 배출하는 구성을 가짐으로써, 구조가 간단하고 불활성 가스의 소비가 적으며 기존의 진공 단열층 배기를 위한 열원(진공 펌프)을 그대로 활용할 수가 있어 추가적인 열원이 필요 없다.

또한, 초전도 케이블 내부를 진공 상태로 유지하여 불활성 가스를 주입하므로, 낮은 온도에서도 수분의 증발이 용이하고 불응축 가스의 배출이 용이하다.

Claims (3)

1. 초전도 케이블 선로의 운영전에 내부의 수분 및 불활성 가스를 제거하기 위한 장치로서,

   진공 펌프;

   상기 진공 펌프와 상기 초전도 케이블 선로의 내부를 연통하도록 상기 진공 펌프로부터 연장되어 상기 초전도 케이블 선로에 접속되는 연결배관;

   상기 진공 펌프에 인접한 상기 연결배관에 접속되어 상기 연결배관 내부에 불활성 가스를 주입하기 위한 불활성 가스 공급원;

   상기 진공 펌프 및 불활성 가스 공급원과 상기 초전도 케이블 선로를 단속하는 단속밸브;

   상기 초전도 케이블 선로의 외주에 설치되는 히터;를 포함하며,

   상기 초전도 케이블 선로 내부에 불활성 가스가 주입되어 상기 단속 밸브의 차단에 의해 밀봉된 상태에서, 상기 외부의 히터로부터 초전도 케이블 선로에 열이 가해짐에 따라 초전도 케이블 선로 내부에 밀봉된 불활성 가스가 가열되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연결배관은, 상기 초전도 케이블 선로의 코어와 내측 단열관 사이의 공 간으로 접속되는 제1 연결배관과, 상기 제1 연결배관과 분기된 형태로 상기 초전도 케이블 선로의 코어 내부로 접속되는 제2 연결배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 장치.
3. 초전도 케이블 선로 내부의 수분 및 잔류 불순 가스를 제거하는 방법으로서,

   초전도 케이블 선로 내부를 진공 상태로 형성하고, 진공 유지된 초전도 케이블 선로 내부에 불활성 가스를 주입하고 밀봉하며, 초전도 케이블 선로의 외부에서 열을 가하는 것에 의해 초전도 케이블 선로 내부에 주입된 불활성 가스를 가열하여 수분을 증발시킴과 더불어 잔류 불순 가스를 융합시키고, 융합된 불활성 가스를 진공 펌프에 의해 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로의 운영전 수분 제거 방법.

Images