KR100938640B1 - 초전도 회전기기의 진공 배기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각박스에서의 진공배기만으로도 초전도 로터와 냉각박스 내부를 동시에 진공상태로 형성하고, 초전도 로터의 회전시에도 진공 배기 및 로터 내부의 진공도 측정이 가능토록 한 초전도 회전기기의 진공 배기 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 구체적인 수단은, 고정자의 내부에서 회전 가능하게 설치된 초전도 로터가 구비되고; 초전도 로터의 일단측 회전 지지축부를 각기 끝단이 서로 연결된 소직경의 제1원통관과, 상기 제1원통관과 동심축에 배치되는 대직경의 제2원통관으로 구성되고; 상기 제1원통관의 내경부에 극저온 냉동기가 구비된 냉각 박스의 진공배기파이프가 위치되고; 상기 제1원통관과 상기 진공배기용 파이프에 상호 진공흐름을 연결시키는 진공배기용 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

초전도 발전기/전동기, 냉각박스, 진공 배기, 자성유체 씰, 페로씰

Description

초전도 회전기기의 진공 배기 장치{Vacuum exhaust device of superconductor rotating machine}

본 발명은 초전도 회전기기의 진공 배기 장치에 관한 것으로, 특히 냉각박스에서의 진공배기만으로도 초전도 로터와 냉각박스 내부를 동시에 진공상태로 형성하고, 초전도 로터의 회전시에도 진공 배기 및 로터 내부의 진공도 측정이 가능토록 한 초전도 회전기기의 진공 배기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초전도 회전기기(발전기, 전동기)는 도 1과 같이 크게 두 부분으로 구성되어 있다. 하나는 고정자(30)의 내부에서 회전하는 초전도 로터(20) 부분이며, 다른 하나는 초전도 코일(6)을 갖는 초전도 로터(20)를 냉각시키기 위해 극저온 냉동기(1)를 탑재하여 극저온 냉매를 공급하는 냉각 박스(cold box,10) 부분이다.

이러한 두 부분으로 구성된 초전도 회전기기의 진공 펌핑을 위해 종래에는 각 파트 별로 진공을 펌핑을 수행하여야 하였다.

즉, 도 1에서 초전도 로터(20)는 로터의 회전 지지축부측 진공포트(3A)에 연결된 진공펌프(5A)로 진공 배기를 시키고, 냉각박스(10)는 냉각박스측 진공포 트(3B)에 연결된 진공펌프(5B)로 진공 배기를 시키는 방법을 사용하였다.

따라서 진공펌프(5A)가 가동되면 로터 내부의 진공부(11A)에 진공이 형성되고, 진공펌프(5B)가 가동되면 냉각 박스(10) 내부의 진공부(11B)에 진공이 형성된다.

이같이 종래에는 모두 2개의 진공펌프(5A,5B)를 사용하여 진공 배기 작업을 각기 하여야 하는 불편함이 따른다.

또한, 초전도 로터(20)가 회전하는 중에는 진공펌프(5A)로 진공 배기를 할 수 없게 된다. 이럴 경우 초전도 로터(20)를 정지시켜야 하므로 진공상태를 장기간 지속시킬 수 없는 문제가 있다.

또한, 초전도 로터(20)가 회전하는 중에는 진공부(11A)의 진공도를 측정할 방법이 없으므로 초전도 로터(20)를 회전시키기 전에 충분히 진공 펌핑 작업이 요구된다.

또한 그 진공도를 일정 수준 이상으로 유지하기 위해 주기적으로 초전도 로터(20)를 정지시킨 후 진공배기 작업을 실시하여야 하는 문제점을 갖고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창출된 것으로, 냉각박스에서의 진공배기만으로도 초전도 로터와 냉각박스 내부를 동시에 진공상태로 형성하고, 초전도 로터의 회전시에도 진공 배기 및 로터 내부의 진공도 측정이 가능토록 한 초전도 회전기기의 진공 배기 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

고정자의 내부에서 회전 가능하게 설치된 초전도 로터가 구비되고,

상기 초전도 로터의 일단측 회전 지지축부를 각기 끝단이 서로 연결된 소직경의 제1원통관과, 상기 제1원통관과 동심축에 배치되는 대직경의 제2원통관으로 구성되고,

상기 제1원통관의 내경부에 극저온 냉동기가 구비된 냉각 박스의 진공배기파이프가 위치되고,

상기 제1원통관과 상기 진공배기용 파이프에 상호 진공흐름을 연결시키는 진공배기용 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 진공배기용 통로의 양쪽에는 상기 진공배기파이프와 제1원통관의 사이에 위치된 밀봉수단이 더 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 밀봉수단은 페로씰로 구성되거나 자성유체씰로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 초전도 로터와 냉각박스의 내부를 진공상태로 형성하기 위해 상기 냉각박스에만 하나의 진공펌프가 연결된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 초전도 로터의 회전 중에도 초전도 로터 내부의 진공도 확인이 가능하도록 상기 냉각박스에 진공센서가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 초전도 회전기기의 진공 배기 장치에 따르면, 진공배기용 통로가 형성되어 냉각박스의 진공 배기 작업만으로 초전도 로터와 냉각박스를 함께 진공상태로 만들 수 있는 이점이 있다.

또한, 밀봉수단으로 인해 회전 중에도 진공을 유지할 수 있으므로 초전도 로터가 회전상태에서도 진공 배기 작업이 가능하다.

또한, 초전도 로터와 냉각 박스의 진공층이 연결되어 있으므로 냉각박스에 연결된 진공센서를 통해 초전도 로터부분의 진공도를 수시로 확인할 수 있는 장점을 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 진공 펌핑을 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 초전도 로터와 냉각박스의 분리된 구성도이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 페로씰의 3차원 결합상태도이다.

도 2에서 도 1과 동일 또는 동등 부분은 동일 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명은 도 2에서와 같이 고정자 코일(7)을 갖는 고정자(30)의 내부에서 회전 가능하게 설치된 초전도 로터(20)가 구비된다.

상기 초전도 로터(20)의 일단측 회전 지지축부를 각기 끝단이 서로 연결되어 폐쇄된 소직경의 제1원통관(21)과, 상기 제1원통관(21)과 동심축에 배치되는 대직경의 제2원통관(22)으로 구성된다.

상기 제1원통관(21)의 내경부에는 냉각 박스(10)의 진공배기파이프(17)가 위치되고, 상기 제1원통관(21)과 상기 진공배기용 파이프(17)를 연통시키는 진공배기용 통로(16)가 형성되어 있다.

바람직하게는 상기 진공배기용 통로(16)의 양쪽에 밀봉을 형성하기 위해 상기 진공배기파이프(17)와 제1원통관(21)의 사이에 개재된 밀봉수단이 위치된다. 이때 밀봉수단은 회전부(제1원통관(21))와 비회전부(진공배기파이프(17)) 사이에 결합되어 회전운동 시 진공상태를 유지시켜 주는 부품이다.

상기 밀봉수단은 페로씰(Ferro seal)(4)로 구성되거나 자성유체씰(Magnetic fluid seal)로 구성될 수 있다.

이같이 본 발명은 진공배기용 통로(16)를 통해 로터측 진공부(11A)와 냉각박스측 진공부(11B)가 서로 연통된다.

따라서 본 발명은 상기 초전도 로터(20)와 냉각박스(10)의 내부를 진공상태로 형성하기 위해 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 냉각박스(10)에만 하나의 진공펌프(5B)가 연결될 수 있는 것이다. 이때 진공펌프(5B)는 냉각박스(10)에 장착된 진공포트(3B)를 통하여 연결된다.

또한, 상기 초전도 로터(20)의 회전 중에도 초전도 로터(20)내 진공부(11A) 의 진공도 확인이 가능하도록 상기 냉각박스(10)에 진공센서(40)가 설치된다.

이같이 초전도 로터(20)와 냉각박스(10)에 각각 진공배기용 통로(16)를 형성하고, 진공배기용 통로(16) 양단에 페로씰(4)을 설치함으로써 회전하는 초전도 로터(20)와 고정된 냉각박스(10) 사이에 진공 배기가 가능하다.

도 3은 초전도 로터(20)와 냉각박스(10)의 분리된 예시도이며, 점영역으로 나타난 부분이 진공 상태를 나타낸다.

따라서 진공펌프(5B)가 구동하면, 초전도 로터(20)내부의 탈가스는 제1원통관(21)과 제2원통관(22)의 사이를 경유하여 진공 배기용 통로(16)를 지나면서, 2개의 페로씰(4) 사이의 진공 유지부분을 통과한다.

그 다음 냉각박스(10)의 진공배기파이프(17)를 화살표 방향(15; 진공배기경로)으로 통과하여 마지막으로 냉각박스에 연결되어 있는 진공펌프(5)를 통해 진공 배기 작업이 이루어진다.

도 4는 페로씰(4)의 조립상태와 진공배기용 통로(16)를 3차원으로 나타낸 도면이다.

미설명 부호 '2'는 '극저온 냉매라인'이고, '8'은 '토크튜브'이고, '9'는 베어링이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 효과는 종래에는 초전도 로터(20)와 냉각박스(10)의 진공을 위해 각각 진공배기 작업을 하였으나, 본 발명에 따르면 냉각박스(10)의 진공 배기 작업만으로 초전도 로터(20)와 냉각박스(10)를 진공상태로 만들 수 있다.

그리고, 2개의 페로씰(4)로 인해 회전 중에도 진공을 유지할 수 있으므로 초전도 로터(20)가 회전상태에서도 진공 배기 작업이 가능하다.

또한 초전도 로터(20)와 냉각박스(10)의 진공층이 연결되어 있으므로 냉각박스(10)에 연결된 진공센서(40)를 통해 초전도 로터부분의 진공도를 수시로 확인할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래의 초전도 회전기기의 진공 펌핑을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 진공 펌핑을 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 초전도 로터와 냉각박스의 분리된 구성도.

도 4는 본 발명에 적용되는 페로씰의 3차원 결합상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 설명 *

1 : GM 극저온 냉동기

3A,3B : 진공 포트

4 : 페로씰(Ferro seal)

5A,5B : 진공 펌프

6 : 초전도 코일

7 : 고정자 코일

10 : 냉각박스 (Cold box)

11A,11B : 진공부

12 : 증발부(Evaporator)

13 : 응축부(Condenser)

14 : 대류파트(Convection part)

15 : 진공 배기 경로

16 : 진공 배기용 통로

20 : 초전도 로터

30 : 고정자

Claims (6)

1. 고정자(30)의 내부에서 회전 가능하게 설치된 초전도 로터(20)가 구비되고,

   상기 초전도 로터(20)의 일단측 회전 지지축부를 각기 끝단이 서로 연결된 소직경의 제1원통관(21)과, 상기 제1원통관(21)과 동심축에 배치되는 대직경의 제2원통관(22)으로 구성되고,

   상기 제1원통관(21)의 내경부에 극저온 냉동기(1)가 구비된 냉각 박스(10)의 진공배기파이프(17)가 위치되고,

   상기 제1원통관(21)과 상기 진공배기용 파이프(17)에 상호 진공흐름을 연결시키는 진공배기용 통로(16)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기의 진공 배기 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 진공배기용 통로(16)의 양쪽에는 상기 진공배기파이프(17)와 제1원통관(21)의 사이에 위치된 밀봉수단이 더 설치된 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기의 진공 배기 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 밀봉수단은 페로씰(4)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기의 진공 배기 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 밀봉수단은 자성유체씰로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기의 진공 배기 장치.
5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 초전도 로터(20)와 냉각박스(10)의 내부를 진공상태로 형성하기 위해 상기 냉각박스(10)에만 하나의 진공펌프(5B)가 연결된 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기의 진공 배기 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 초전도 로터(20)의 회전 중에도 초전도 로터(20) 내부의 진공도 확인이 가능하도록 상기 냉각박스(10)에 진공센서(40)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기의 진공 배기 장치.

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