KR100831965B1 - 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매의 증발을 최소화하여 실험자의 실험환경을 양호하게 보존하고 냉매의 사용량을 줄일 수 있어 경제적인 이익을 창출하고, 외부 마그넷과 측정 샘플이 설치되는 공간을 분리함으로써 측정 샘플 주위에서 냉매의 버블 현상이 발생되는 것을 방지하고, 실험자가 원하는 조건을 조성하기 위해 경우에 따라 별도의 코일을 추가적으로 용이 설치가 가능하여 다양한 자계의 방향이나 세기의 변화를 가능하도록 하고, 전기적 측정법과 냉매 증발법 중 어느 하나를 자유롭게 선택하여 교류 손실을 측정할 수 있도록 하는 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기에 관한 것으로서, 측정 샘플인 초전도체의 전체손실을 측정하는 장치를 수용하기 위한 저온 용기에 있어서, 외벽부와 내벽부를 가지는 진공층이 형성되고, 1차 용기 플랜저에 의해 기밀이 유지되는 1차 용기; 외벽부와 내벽부를 가지는 진공층이 형성되고, 초전도체 전체손실 측정 장치를 수용하기 위한 공간부가 형성되고, 2차 용기 플랜지에 의해 기밀이 유지되고, 상기 1차 용기 내부에 설치되는 2차 용기;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

초전도체, 교류손실, 전체손실, 저온용기, 손실측정

Description

초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기{cryostat}

도 1은 본 발명에 따른 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기의 일부 절개 사시도.

도 2는 도 1에 도시한 저온 용기의 단면도.

* 도면의 주요부에 대한 부호의 간단한 설명

10 : 1차 용기 12 : 2차 용기

10a : 1차 용기 외벽부 10b : 1차 용기 내벽부

12a : 2차 용기 외벽부 12b : 2차 용기 내벽부

14 : 1차 진공층 16 : 2차 진공층

18 : 받침대

20 : 1차 용기 공간부 22 : 2차 용기 공간부

24 : 1차 용기 플랜저 26 : 2차 용기 플랜저

28 : 초전도체 전체손실 측정장치 30 : 외부 마그넷

32 : 방열판 34 : 냉매 공급관

36 : 1차 진공밸브 38 : 2차 진공밸브

40 : 가스 유출 밸브

본 발명은 측정 샘플인 초전도체를 저온으로 유지시키기 위한 저온 용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초전도체의 자화 손실과 통전 손실을 동시에 측정할 수 있는 초전도체 전체손실 측정 장치를 저온으로 유지시키기 위한 저온 용기에 관한 것이다.

초전도체는 직류에 대해서는 저항이 없으므로 손실이 발생하지 않고, 교류 전류가 인가되면 외부에서 인가되는 자계에 의한 자화손실과 통전전류에 의한 통전손실 등의 교류 손실이 발생하게 된다.

본 출원인은 이러한 두 교류 손실을 동시에 측정하기 위한 초전도체 전체손실 측정 장치를 발명하여 출원(특허출원 제2006-78592호)한 바 있다. 이 발명은 통전손실 측정코일과 자화손실 측정코일이 설치되는 선재 홀더, 외부 자계 인가용 마그넷, 마그넷과 초전도체에 전류를 인가하기 위한 전원부, 통전손실과 자화손실을 절연 증폭하기 위한 절연 증폭기 등을 포함하여 구성된다.

상기 초전도체 손실 측정 장치에서 선재 샘플인 초전도체의 교류손실을 측정하기 위해서는 초전도체를 극저온으로 유지하여야 한다.

초전도체를 극저온으로 유지시키기 위한 냉매로 액체 헬륨이나 액체 질소등이 사용되는데, 액체 헬륨이나 액체 질소는 이른바 저온 용기에 담겨져 초전도체를 극저온으로 유지시키게 된다.

상기 저온 용기는 외부로부터 열에너지 도입을 막기 위하여 용기의 외벽과 내벽 사이에 진공층 및 냉매층 그리고 복사열을 막기 위한 슈퍼 절연층이 형성된다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래의 저온 용기는 기밀 유지가 완전하게 이루어지지 못해서 냉매가 대기로 증발하게 되어 실험자에게 화상 등의 상처를 입히게 됨은 물론 냉매 사용량을 증가시켜 경제적 부담을 가중시키게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 저온 용기는 자계를 인가하기 위한 외부 마그넷과 측정 샘플인 초전도체가 동일한 냉매 용기에 수용되어 있기 때문에 외부 마그넷에 의해 발생되는 냉매의 버블이 측정 샘플인 초전도체에 영향을 주어 교류 손실 측정이 정확하게 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 저온 용기 내 냉매의 증발을 최소화하여 실험자의 실험환경을 양호하게 보존하고 냉매의 사용량을 줄일 수 있어 경제적인 이익을 창출할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 외부 마그넷과 측정 샘플이 설치되는 공간을 분리함으로써 측정 샘플 주위에서 냉매의 버블 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 실험자가 원하는 조건을 조성하기 위해 경우에 따라 별도의 코일을 추가적으로 용이 설치가 가능하여 다양한 자계의 방향이나 세기의 변화를 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전기적 측정법과 냉매 증발법 중 어느 하나를 자유롭게 선택하여 교류 손실을 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기는 측정 샘플인 초전도체의 전체손실을 측정하는 장치를 수용하기 위한 저온 용기에 있어서, 외벽부와 내벽부를 가지는 진공층이 형성되고, 1차 용기 플랜지에 의해 기밀이 유지되는 1차 용기; 외벽부와 내벽부를 가지는 진공층이 형성되고, 초전도체 전체손실 측정 장치를 수용하기 위한 공간부가 형성되고, 2차 용기 플랜지에 의해 기밀이 유지되고, 상기 1차 용기 내부에 설치되는 2차 용기;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 2차 용기의 외벽에 초전도체에 외부 자계를 인가하기 위한 마그넷이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 1차 용기의 진공층에 슈퍼 절연층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 2차 용기의 외벽에 방열판이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 1차 용기에 냉매 공급관이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 2차 용기 플랜지에 질소 가스를 유출시키기 위한 가스 유출 밸브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 저온 용기의 단면도이다.

본 발명은 측정 샘플인 초전도체의 전체손실을 측정하는 장치를 수용하기 위한 저온 용기에 적용된다.

본 발명은 1차 용기(10)와 이 1차 용기(10)의 내측에 설치되는 2차 용기(12)를 포함한다.

상기 1차 용기(10)는 외벽부(10a)와 내벽부(10b)를 가지는데, 이 외벽부(10a)와 내벽부(10b)의 사이에는 1차 용기 진공층(14)이 형성되고, 1차 용기 플랜지(24)에 의해 기밀이 유지되게 된다. 여기서 1차 용기 플랜지(24)는 착탈이 가능하도록 소정의 체결수단을 통해 결합된다.

상기 2차 용기(12)는 외벽부(12a)와 내벽부(12b)를 가지는데, 이 외벽부(12a)와 내벽부(12b)의 사이에는 2차 용기 진공층(16)이 형성되고, 초전도체 전체손실 측정 장치(28)를 수용하기 위한 공간부(22)가 형성되고, 2차 용기 플랜지(26)에 의해 기밀이 유지되고, 상기 1차 용기(10) 내부에 설치되게 된다.

여기서 상기 2차 용기 플랜지(26)는 착탈이 가능하도록 소정의 체결수단으로서 결합되게 된다. 특히 상기 2차 용기 플랜지(26)는 2차 용기 외벽부(12a)와 내벽부(12b)로서 이루어지는 2차 진공층(14)을 기밀 유지되게 하는 기밀 유지부와 독립적인 물품으로 제작하는 것이 가능하다. 즉 2차 용기 플랜지(26)가 탈거되어도 2차 진공층(14)의 진공상태에는 전혀 영향을 주지 않는 것이다.

상기 1차 용기 외벽부(10a)와 내벽부(10b), 2차 용기 외벽부(12a)와 내벽부(12b) 및 1차 용기 플랜지(24)와 2차 용기 플랜지(26)는 철 함유량이 없는 스텐레스 스틸이나 FRP를 사용하여 와전류 발생을 최대한 억제하는 것이 바람직하다.

한편, 초전도체 전체 손실을 측정하기 위한 방법은 크게 두 가지가 있는데, 하나는 전기적 측정법이고 다른 하나는 질소 증발법이다. 전기적 측정법은 전압치와 전류치 그리고 전력치를 이용하여 초전도체의 전체손실을 측정하는 것이고, 냉매 증발법은 초전도체의 의해 증발되는 냉매의 양을 근거로 전체손실을 측정하는 것이다.

따라서 전기적 측정법으로서 초전도체의 전체손실을 측정하고자 할 때는 2차 용기 플랜지(26)로서 2차 용기 공간부(22)를 밀폐시키지 않아도 된다.

또한, 냉매 증발법으로서 초전도체의 전체손실을 측정하고자 할 때는 2차 용기 플랜저(26)로서 2차 용기 공간부(22)를 완전 밀폐시켜 증발되는 냉매 가스가 외부로 유출되는 것을 방지하여야 한다.

여기서, 전기적 측정법을 이용하여 초전도체의 전체손실을 측정할 때는 1차 용기 플랜저(24)에 초전도체 전체손실 측정장치(28)를 원하는 위치로 이동시키기 위한 일련의 이송장치를 설치하게 되고, 냉매 증발법을 이용하여 초전도체의 전체손실을 측정할 때는 2차 용기 플랜지(26)에 초전도체 전체손실 측정 장치(28)를 원하는 위치로 이동시키기 위한 일련의 이송장치를 설치하게 된다.

상기 2차 용기(12)의 외벽부(12a)에는 초전도체에 외부 자계를 인가하기 위 한 마그넷(30)이 설치되게 된다. 이 마그넷(30)은 상전도 또는 초전도 성질을 가지는 것 중 어느 하나로 선택 설치되게 된다. 이 마그넷(30)이 상전도 마그넷이면 1차 용기 공간부(20)에 액체 질소를 충전하지 않고 사용하고, 이 마그넷(30)이 초전도 마그넷이면 1차 용기 공간부(20)에 액체 질소를 충전하여 사용하여야 한다.

그리고 상기한 바와 같이 2차 용기 외벽부(12a) 외측에 초전도체 전체손실 측정장치(28)와는 별도로 마그넷(30)을 설치할 수 있도록 되어 있으므로 경우에 따라 별도의 코일을 추가적으로 설치하여 자계의 방향이나 세기를 다양하게 변화시킬 수 있게 된다.

상기 마그넷(30)은 솔레노이드 방식이나 팬케이크 방식 등 여러 방식으로 권선하여 설치할 수 있다.

한편, 상기 1차 용기(10)의 진공층(14)에는 슈퍼 절연층(미도시)이 형성되게 된다. 이 슈퍼 절연층은 1차 진공층(14)을 밀폐시키기 위한 1차 용기 플랜저(24)의 저부와 1차 진공층(14)의 바닥면을 다수의 도선으로 연결하여 와전류에 의한 손실을 최소로 하기 위해 설치되게 된다.

그리고 상기 2차 용기(12)의 외벽부(12a)에는 방열판(32)이 설치되게 된다.

또한, 상기 1차 용기(10)에는 냉매 공급관(34)이 형성되게 된다. 상기한 바와 같이 마그넷(30)이 초전도 마그넷인 경우 1차 용기 공간부(20)에 냉매를 충전하여야 하는데, 이때 이 냉매 공급관(34)을 통해 적절한 양의 냉매를 충전하게 된다.

그리고 상기 마그넷(30)을 상전도가 아닌 초전도로 제작할 경우에는 상기 1차 용기(10)와 그 플랜지(24)에 액체질소 액면 계측관, 안전밸브, 신호선관, 전류 도입선관 등이 추가적으로 설치되게 된다.

상기 2차 용기 플랜지(26)에 질소 가스를 유출시키기 위한 가스 유출 밸브(40)가 형성되게 된다. 이 가스 유출 밸브(40)는 냉매 증발법을 이용하여 초전도체 전체손실을 측정할 때 증발되는 냉매 가스를 취합하기 위한 것이다. 이 가스 유출 밸브(40)의 후단에는 도시하지는 않았지만 냉매 가스량을 측정하는 이른바 가스프로브 장치가 설치되게 된다.

그리고 상기 2차 용기(12)와 그 플랜지(26)에는 도시하지는 않았지만 냉매 공급관, 세이프관, 전류 도입선관, 신호선관, 샘플의 위치를 가변시킬 수 있는 장치관 등이 추가적으로 설치되게 된다.

또한, 상기 1차 진공층(14)을 진공상태로 유지시키기 위한 1차 진공밸브(36)가 구비되고, 상기 2차 진공층(16)을 진공상태로 유지시키기 위한 2차 진공밸브(38)가 구비되게 된다.

한편, 도면에서 미설명부호 18은 받침대를 나타낸다. 이 받침대는 1차 용기 내벽부(12b), 2차 용기 외벽부(12a), 2차 용기 내벽부(12b)를 지지하게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명은 저온 용기 내 냉매의 증발을 최소화하여 실험자의 실험환경을 양호하게 보존하고 냉매의 사용량을 줄일 수 있어 경제적인 이익을 창출할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 외부 마그넷과 측정 샘플이 설치되는 공간을 분리함으로써 측정 샘플 주위에서 냉매의 버블 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 실험자가 원하는 조건을 조성하기 위해 경우에 따라 별도의 코일을 추가적으로 용이 설치가 가능하여 다양한 자계의 방향이나 세기의 변화를 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전기적 측정법과 냉매 증발법 중 어느 하나를 자유롭게 선택하여 교류 손실을 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위 및 그와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 측정 샘플인 초전도체의 전체손실을 측정하는 장치를 수용하기 위한 저온 용기에 있어서,

   외벽부와 내벽부를 가지는 진공층이 형성되고, 1차 용기 플랜저에 의해 기밀이 유지되는 1차 용기;

   외벽부와 내벽부를 가지는 진공층이 형성되고, 초전도체 전체손실 측정 장치를 수용하기 위한 공간부가 형성되고, 2차 용기 플랜저에 의해 기밀이 유지되고, 상기 1차 용기 내부에 설치되는 2차 용기;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 2차 용기의 외벽에 초전도체에 외부 자계를 인가하기 위한 마그넷이 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 1차 용기의 진공층에 슈퍼 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 2차 용기의 외벽에 방열판이 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 1차 용기에 냉매 공급관이 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 2차 용기 플랜지에 질소 가스를 유출시키기 위한 가스 유출 밸브가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도체 전체손실 측정 장치용 저온 용기.

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