KR100831426B1

KR100831426B1 - 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구

Info

Publication number: KR100831426B1
Application number: KR1020060122408A
Authority: KR
Inventors: 이영주; 박영민
Original assignee: 한국기초과학지원연구원
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-05-22

Abstract

본 발명은 전류리드박스(Current Lead Box; CLB)의 진공용기와 열차폐체 사이에 위치하여 열차폐체의 수축/팽창에 따른 열차폐체의 쏠림을 방지하는 쏠림 방지구에 있어서, 그 일측이 진공용기 내측면의 두 지점에 형성된 연결수단과 각각 연결되고, 그 타측이 서로 힌지 결합되는 한 쌍의 링크; 및 열차폐체의 외측면에 고정 설치되는 판 형상의 고정판과, 상기 고정판의 일측면에 수직 방향으로 형성된 힌지축으로 이루어지는 브라켓;을 포함하고, 상기 링크의 타측에 형성된 힌지공이 힌지축에 끼워 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정판과 링크가 수평이 되도록 설계되는 것이 바람직하다.

상기 링크와 힌지축간, 링크와 연결수단간 미세 이동이 가능하도록 구성시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 고정판과 열차폐체간 절연을 위한 절연체를 더 포함함을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 구조를 가진 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구를 제공함으로써 열차폐체의 수축/팽창에 따른 열차폐체의 쏠림을 방지할 수 있다.

핵융합장치, 전류 리드 박스, 진공용기, 열차폐체, 쏠림 방지

Description

전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구{Apparatus for preventing unbalance of thermal shield of current lead box}

도 1a 및 도 1b는 토카막 장치의 각 구조물을 나타내는 구성 상태도이다.

도 2a는 일반적인 핵융합장치(KSTAR)의 간략도, 도 2b는 종래의 열차폐체의 하판을 상부에서 바라본 평면도이다.

도 3은 본 발명의 열차폐체의 하판을 상부에서 바라본 평면도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구를 나타내는 도면으로, 도 4a는 정면도, 도 4b는 저면도, 도 4c는 측면도, 도 4d는 평면도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구의 상세도면으로,

도 5a는 링크의 상세도, 도 5b 및 도 5c는 브라켓의 측면도 및 정면도, 도 5d 및 도 5e는 절연판의 측면도 및 정면도, 도 5f는 고정핀의 상세도, 도 5g는 와셔의 단면도, 도 5h는 부싱의 단면도, 도 5i는 집게부의 평면도이다.

도 6a는 링크와 집게부의 결합도, 도 6b는 링크와 힌지축의 결합도, 도 6c는 브라켓의 고정판과 열차폐체의 결합도를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 진공용기 200 : 열차폐체

300 : 쏠림 방지구 310, 310' : 링크

311 : 홀 400 : 브라켓

410 : 고정판 411 : 홀

420 : 힌지축 431 : 너트

432 : 볼트 433, 434 : 와셔

440 : 너트 500 : 절연판

510 : 홀 600 : 집게부

610 : 집게부 몸체 612 : 고정핀

612a : 고정핀 홀 612b : 고정핀 머리

620 : 관통홀 710 : 부싱

721, 722 : 와셔 731, 732 : 너트

본 발명은 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공용기와 열차폐체 사이에 위치하여 열차폐체의 수축/팽창에 따른 열차폐체의 쏠림을 방지하는 쏠림 방지구에 관한 것이다.

현재까지 개발된 초전도자석은 지구자장의 26만 배에 달하는 13테슬라의 자 장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다. 따라서 초전도자석의 핵심 기술은 '관내연선도체'(CICC : Cable-In Conduit-Conductor)라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도자석을 제작함에 있다. 관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도자석의 운전 시 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨을 관내연선도체로 강제 순환시킨다.

도 1a 및 도 1b는 국내에서 제작되는 초전도자석을 일례로 나타낸 도면이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 초전도자석(900:SC Magnet)은 고온의 플라즈마를 진공용기 벽에 닿지 않고 가두어두기 위한 것으로, 그 주요장치인 토카막장치(901)를 보유하고 있다. 상기 토카막장치(901)는 TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field) 코일을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당한다. 도 1b는 도 1a의 토카막장치(901)를 나타내며, TF(Toroidal Field)코일로 구성된 TF 구조물(907)과, CS(Central Solenoid)코일로 구성된 CS 구조물(909)과, PF(Poroidal Field)코일로 구성된 PF 구조물(903) 및 각 구조물을 연결하는 연결구조물(905)로 이루어진다.

상기 TF 구조물(907)로 내설되는 코일은 약 35kA의 직류전류로 운전되며, 상기 CS 구조물(909)의 코일과 PF 구조물(903)의 코일은 펄스운전을 하여 상호 자장변화에 의한 기전력을 진공용기 내부에 발생시켜 플라즈마를 생성하고 플라즈마 전류 및 TF 자장과 함께 플라즈마를 구속시키는 역할을 수행한다.

먼저, 도 2a를 참조하여 핵융합장치(KSTAR)에 대해 살펴보기로 한다.

핵융합장치는 크게, 전원 및 헬륨가스 공급부(10), 전류 리드 박스(Current Lead Box; CLB)(20) 및 초전도자석(30)을 포함하여 이루어진다.

전원 및 헬륨가스 공급부(10)는 전류 리드박스(20)를 포함한 초전도 자석(30)에 전원을 공급하는 장치이다.

또한, 전원 및 헬륨가스 공급부(10)는 전류인입선 냉각을 위해 필요한 액체 헬륨 저장탱크이다.

전류 리드 박스(Current Lead Box; CLB)(20)는 전류인입선이 설치되는 저온 진공용기로서, 진공용기(21), 열차폐체(22) 등으로 구성되며, KSTAR 장치에는 PF 자석용 및 TF 자석용으로 2개씩 설치되고 있다.

전류인입선(Current Lead; CL)은 KSTAR 초전도 코일에 전류 전송라인 중 상온(300K) 영역에 놓인 전원과 초임계 헬륨(Supper-critical Helium; SHe) 냉매로 4.5까지 냉각되어 운전되는 초전도 코일을 전기적으로 연결하는 전류전송 장치를 말한다.

상기 전류인입선과 초전도자석 사이는 초전도 케이블을 이용하여 전기적으로 연결되는데, 이를 초전도 버스라인이라고 한다.

도 2b를 참조하여 상기 열차폐체(Thermal Shield; TS)에 대해 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다. 즉, 열차폐체는 진공용기 내벽에 부착되어 용기 안쪽으로 유입되는 복사열을 차단시키는 장치이다.

상기 열차폐체 내부는 거의 절대온도에 가까운 온도로 유지되며, 온도에 따라 수축과 팽창이 이루어진다. 또한, 진공용기 내부는 진공상태이므로 상기 열차폐체는 공중에 떠 있다.

상기와 같이 구성된 전류 리드 박스에서 헬륨가스의 공급으로 그 내부는 극저온(약 4.5K)으로 유지되며, 이로 인해 열차폐체는 수축되어 진공용기 내에서 한쪽으로 쏠리게 된다. 이에 따라 진공 상태의 열차폐체가 한쪽으로 쏠리는 것을 방지하기 위한 장치가 필요하다.

본 발명의 목적은 전류리드박스(CLB)의 진공용기와 열차폐체 사이에 위치하여 열차폐체의 수축/팽창에 따른 열차폐체의 쏠림을 방지하는 쏠림 방지구를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 진공용기와 열차폐체 사이에 위치하여 열차폐체의 수축/팽창에 따른 열차폐체의 쏠림을 방지하는 쏠림 방지구에 있어서, 그 일측이 진공용기 내측면의 두 지점에 형성된 연결수단과 각각 연결되고, 그 타측이 서로 힌지 결합되는 한 쌍의 링크; 및 열차폐체의 외측면에 고정 설치되는 판 형상의 고정판과, 상기 고정판의 일측면에 수직 방향으로 형성된 힌지축 으로 이루어지는 브라켓(Bracket);을 포함하고, 상기 링크의 타측에 형성된 힌지공이 힌지축에 끼워 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 링크와 진공용기간 연결 수단은 그 일측은 진공용기와 연결되고, 그 타측은 상기 링크를 홀딩시킬 수 있는 구조로 이루어진 집게부인 것이 바람직하다.

상기 집게부는 다면체 형상의 몸체이며, 상기 몸체의 일측면은 진공용기와 연결되고, 상기 몸체의 타측에는 링크와의 끼움 결합을 위한 관통홀이 형성되며, 상기 링크가 관통홀에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 링크가 관통홀에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 수단은 관통홀 방향과 수직되게 상기 몸체에 소정의 홀을 가공하고, 상기 홀에 끼울 수 있는 고정부재를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 고정부재는 고정핀인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 링크와 집게부간 결합이 이루어진 후, 링크가 길이방향으로 움직이는 것을 구속하기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 링크와 집게부간 절연을 위한 절연체를 더 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에서는 상기 고정판과 링크가 소정 간격 이격되도록 힌지축을 다단으로 형성시키는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에서는 진공용기(100)와 열차폐체(200) 사이에 열차폐체의 수축/팽창에 따른 열차폐체의 쏠림을 방지하는 쏠림 방지구(300)를 구비한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구(300)는 크게 브라켓(Bracket)(400), 집게부(600) 및 브라켓과 집게부를 연결시키는 링크(310)(310')를 포함하여 이루어진다.

브라켓(400)은 열차폐체(200)의 외측면에 고정 설치되는 판 형상의 고정판(410)과, 상기 고정판(410)의 일측면에 수직 방향으로 형성된 힌지축(420)을 포함하여 이루어진다.

상기 힌지축은 3단으로 형성되는데, 이에 대한 상세한 설명은 힌지축 구조 설명 부분에서 이루어진다.

링크(310)(310')는 브라켓(400)과 집게부(600) 사이에 위치하여 수축/팽창된 열차폐체(200)를 유기적으로 잡아주는 역할을 수행한다.

상기 링크(310)(310')는 2개가 한 세트로 구성되며, 그 일측은 2개의 집게부(600)에 각각 홀딩되고, 그 타측은 서로 힌지 결합되어 브라켓((400)에 연결된다. 보다 상세하게는 상기 링크의 힌지부(보다 정확하게는 힌지공임)(도 5a의 311에 해당함)는 브라켓의 힌지축(420)에 끼워진다.

본 발명에서는 고정판(410)과 링크(310)(310')가 수평이 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 물론 상기 링크(310)(310')가 유기적으로 이동할 때에는 수평이 이루어지지 않을 수도 있다.

집게부(600)는 2개가 한 세트로 구성되고, 진공용기(100)의 내측면에 형성되며, 앞에서도 언급한 바와 같이 링크(310)(310')의 일측을 홀딩시킨다. 집게부(600)에 대한 상세한 설명은 하기 집게부 구조 설명부분(도 5i 등)에서 이루어진다.

다음으로 브라켓(400), 링크(310)(310') 및 집게부(600)의 구성 및 그 연결 관계를 도 4 내지 도 6을 참조하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.

도 5a는 링크의 상세도, 도 5b 및 도 5c는 브라켓의 측면도 및 정면도, 도 5d 및 도 5e는 절연판의 측면도 및 정면도, 도 5f는 고정핀의 상세도, 도 5g는 와 셔의 단면도, 도 5h는 부싱의 단면도, 도 5i는 집게부의 평면도이다.

또한, 도 6a는 링크와 집게부의 결합도, 도 6b는 링크와 힌지축의 결합도, 도 6c는 브라켓의 고정판과 열차폐체의 결합도를 나타낸다.

먼저, 본 명세서에서는 브라켓(400)에 대해 살펴보기로 한다.(도 5b, 도 5c, 도 6b 및 도 6c 참조)

즉, 브라켓(400)은 고정판(410), 상기 고정판(410)과 수직으로 형성된 힌지축(420)을 포함하여 이루어진다.

상기 고정판(410)과 힌지축(420)은 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

고정판(410)에는 다수개의 홀(431)이 가공되고, 상기 홀(431)은 열차폐체(200)와 고정판(410)을 볼트(432) 및 너트(431) 등을 이용하여 연결시키기 위해 가공된 것이다.

본 발명에서는 상기 고정판(410)과 열차폐체(200) 사이를 절연시키기 위한 절연체가 더 구비된다.

상기 절연체에는 절연판(500)과 부싱(Bushing)(435) 등이 사용되며, 상기 절연판(500)은 고정판(410)과 열차폐체(200) 사이에 위치하고, 상기 부싱(435)은 고정판(410)과 열차폐체(200)간 연결시키는 볼트(432)의 외주면에 위치한다.

상기 절연판은 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 소정의 홀(510)이 가공된 판 형상이다.

상기 부싱은 도 5h에 도시된 바와 같이, 그 내부가 중공이고, 일측 단부에는 걸림턱(미표기됨)이 형성된다.

상기 고정판(410)과 열차폐차(200)간 결합시 그 사이사이에 와셔(433)(434)를 추가시켜 결합력을 높일 수 있다.

상기 와셔는 도 5g에 도시된 바와 같이, 그 내부가 중공인 얇은 판 형상이다.

상기 와셔(433)(434)도 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 앞에서도 언급한 바와 같이, 상기 고정판(410)의 타측면은 절연판(500)과 접하고, 고정판(410)의 일측면에는 고정판(410)과 수직방향으로 힌지축(420)이 형성된다.

상기 힌지축(420)은 다단으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 힌지축(420)은 그 직경이 각각 다른 3단으로 이루어지며, 제 1단(421)은 너트의 높이를 고려하여 링크(310')와 너트(431)간 접촉이 이루어지지 않는 범위 내에서 그 길이를 한정하고, 제 2단(422)은 두 개의 링크(310)(310')가 끼워져 자유롭게 유동이 되는 범위 내에서 그 길이를 한정하며, 제 3단(423)은 너트(440)의 조립이 용이한 범위 내에서 그 길이를 한정하는 것이 바람직하다.

상기 힌지축의 제 3단(423)은 그 외주면에 나사산이 가공되어야 한다.

다음으로 링크(310)(310')에 대해 살펴보기로 한다.(도 5a 참조)

즉, 링크(310)(310')의 일측 가장자리는 집게부(600)에 의해 홀딩되고, 링크(310)(310')의 타측 가장자리에는 홀(힌지공)(311)이 가공되어 있다.

상기 힌지공(311)은 브라켓의 힌지축의 제 2단(422)에 끼워지게 된다.

다음으로 집게부(600)에 대해 살펴보면 다음과 같다.(도 4d 및 도 5i 참조)

즉, 집게부(600)는 링크(310)(310')와 진공용기(100)간 연결하는 장치로, 링크(310)(310')의 일측 가장자리를 홀딩시키면서 진공용기(100)와 열차폐체(200)간 미세 이동이 가능한 구조로 이루어진다. 본 발명에서는 상기 집게부(600)와 마찬가지로 힌지축의 제 2단(422)에서 링크의 미세 이동이 가능한 것이 바람직하다.

도 5i에 도시된 바와 같이, 집게부(600)는 육면체 형상의 몸체(610)이고, 상기 몸체(610)의 일측면은 진공용기(100)와 연결되고, 상기 몸체(610)의 타측에는 링크(310)(310')와의 끼움 결합을 위한 관통홀(620)이 형성된다.

또한, 본 발명에서는 상기 링크(310)(310')가 관통홀(620)에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 수단이 더 구비된다.

상기에서 링크(310)(310')가 관통홀(620)에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 수단에는, 그 일례로서 관통홀 방향과 수직되게 상기 몸체(610)에 소정의 홀(611)을 가공하고, 상기 홀(611)에 고정부재(612)를 끼워 고정시키는 방식 등이 있다.

상기 고정부재(612)에는, 그 일례로서 고정핀 등이 있다.

상기 고정핀(612)은 그 일례로서, 그 일단에는 머리(612b)가 형성되고, 그 타측 가장자리에는 소정의 홀(612a)이 가공되어 있다. (도 5f 참조) 물론, 상기 홀(612a)은 상기 고정핀(612)이 다른 홀(611)에서 빠져나가지 못하도록 고정 클립을 삽입시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 고정부재로서 고정핀을 사용하여도 무방하지만, 고정클립을 사용하여도 무방하다.

본 발명에서는 앞에서도 언급한 바와 같이, 집게부(600)가 링크(310)(310')의 일측 가장자리를 홀딩시키면서 진공용기(100)와 열차폐체(200)간 미세 이동 가능한 구조로 이루어져야 하는데, 이를 위해서는 고정부재(612)가 끼워질 홀(611)의 위치를 조정하면 된다. 즉, 고정부재(612)에 의해 링크(310)(310')가 너무 조여지지 않도록(약간 느슨하도록) 홀(611)의 위치를 조정하면 된다.

또한, 본 발명에서는 상기 링크(310)(310')와 집게부(600)간 결합이 이루어진 후 링크가 길이방향으로 움직이는 것을 구속하기 위한 수단이 더 구비된다.

상기 수단의 일례로, 링크(310)(310')의 외주면에 두 개의 너트(731)(732)를 고정시키되, 그 너트(731)(732)의 고정 위치를 집게부(600)의 직상부 및 직하부로 하면 된다. 즉, 두 개의 너트(731)(732) 사이에 집게부(보다 정확하게는 집게부의 몸체임)(610)를 위치시키면 된다.(도 4 참조)

본 발명에서는 상기 링크(310)(310')와 집게부(600)간 절연을 위한 절연체가 더 구비된다.

상기 절연체로는 부싱(710)과 와셔(721)(722) 등이 사용될 수 있다.

상기 부싱(710)은 링크(310)(310')와 집게부(600) 사이, 즉 집게부의 관통홀(620)의 내주면에 형성되고, 그 구조는 도 5h를 참조한다.

또한, 상기 와셔(721)(722)는 너트(731)(732)와 집게부 몸체(610) 사이에 있는 링크(310)(310')의 외주면에 형성되고, 그 구조는 도 5g를 참조한다.

상기와 같이, 본 발명에서는 절연체(부싱, 와셔)를 구비함으로써 링크(310)(310')와 집게부(600)간 절연시킬 수 있다.

또한, 상기 와셔(721)(722)는 너트(731)(732)와 집게부(600)간 결합력을 향상시켜준다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

전류리드박스의 진공용기와 열차폐체 사이에 위치하여 열차폐체의 수축/팽창에 따른 열차폐체의 쏠림을 방지하는 쏠림 방지구에 있어서,

그 일측이 진공용기 내측면의 두 지점에 형성된 연결수단과 각각 연결되고, 그 타측이 서로 힌지 결합되는 한 쌍의 링크; 및

열차폐체의 외측면에 고정 설치되는 판 형상의 고정판과, 상기 고정판의 일측면에 수직 방향으로 형성된 힌지축으로 이루어지는 브라켓;을 포함하고,

상기 링크의 타측에 형성된 힌지공이 힌지축에 끼워 결합되는 것을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 1항에 있어서,

상기 고정판과 링크가 수평이 되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 1항에 있어서,

상기 링크와 힌지축간, 링크와 연결수단간 미세 이동이 가능하도록 구성시키는 것을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정판과 열차폐체간 절연을 위한 절연체를 더 포함함을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 1항에 있어서,

상기 링크와 진공용기간 연결 수단은 그 일측은 진공용기와 연결되고, 그 타측은 상기 링크를 홀딩시킬 수 있는 구조로 이루어진 집게부인 것을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 5항에 있어서,

상기 집게부는 다면체 형상의 몸체이며,

상기 몸체의 일측면은 진공용기와 연결되고, 상기 몸체의 타측에는 링크와의 끼움 결합을 위한 관통홀이 형성되며, 상기 링크가 관통홀에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 6항에 있어서,

상기 링크가 관통홀에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 수단은 관통홀 방향과 수직되게 상기 몸체에 소정의 홀을 가공하고, 상기 홀에 끼울 수 있는 고정부재를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 7항에 있어서,

상기 고정부재는 고정핀인 것을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 5항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 링크와 집게부간 결합이 이루어진 후, 링크가 길이방향으로 움직이는 것을 구속하기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 9항에 있어서,

상기 링크와 집게부간 절연을 위한 절연체를 더 포함함을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.
제 1항에 있어서,

상기 고정판과 링크가 소정 간격 이격되도록 힌지축을 다단으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 전류 리드 박스의 열차폐체의 쏠림 방지구.