KR101152467B1 - 고온 초전도 테이프를 포함하는 컴팩트한 가요성 고전류 컨덕터 - Google Patents

고온 초전도 테이프를 포함하는 컴팩트한 가요성 고전류 컨덕터 Download PDF

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Abstract

고온 초전도(High Temperature Superconducting; HTS) 테이프를 포함하는 고전류의 컴팩트한 가요성 컨덕터와 이 컨덕터 제조 방법이 설명되어 있다. HTS 테이프는 스택으로 배치되고, 복수 개의 스택은 상위 구조체를 형성하도록 배치되며, 상위 구조체는 케이블 축을 중심으로 꼬여 HTS 테이블이 얻어진다. 본 발명의 HTS 케이블은 디가우징(degaussing)을 위한 자기장을 생성하는 데 채용되는 케이블과 고전류 전력 전달 또는 분배 용례과 같은 다양한 용례에 사용될 수 있다.

Description

고온 초전도 테이프를 포함하는 컴팩트한 가요성 고전류 컨덕터{HIGH-CURRENT, COMPACT FLEXIBLE CONDUCTORS CONTAINING HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTING TAPES}
본 발명은 가요성의 고전류 전달 컨덕터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고온 초전도 재료를 포함하는 가요성의 고전류 전달 컨덕터에 관한 것이다.
현저한 손실 없이 많은 양의 전류를 전달할 수 있는 경량의 컨덕터가 수많은 용례에서 요구되고 있다. 예컨대, 많은 전기 정련(electrorefining) 용례(예컨대, 알루미늄 제조 공정)에서, 많은 양의 전류가 요구된다. 경량의 고전류 컨덕터를 요구하는 다른 용례는 해군 선박을 포함한다. 선박은 코일 케이블(소위 디가우징 케이블)의 복잡한 시스템으로 전류가 공급되어 통상적으로 강자성 재료로 제조된 선박의 본체에 발달된 자기장을 감소시킨다. 이는 자기장에서의 변화를 감지할 때 폭발적으로 증가하는 자기 광물을 선박이 피하도록 한다. 전술한 예시적인 용례에 있어서의 고전류 요건을 수용하기 위해서, 통상적으로 구리 또는 알루미늄으로 제조된 큰 직경의 와이어가 일반적으로 이용된다. 그러나, 이는 바람직하지 않게도 무겁고, 부피가 크며, 가요성이 없는 케이블을 야기한다. 현저한 손실 없이 많은 양의 전류를 전달할 수 있는, 중량이 감소되고 가요성이 증가된 케이블은 아직 실현되지 않았다.
본 발명은 고온 초전도(High-Temperature Superconducting; HTS) 케이블 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, HTS 케이블은 더 큰 가요성, 감소된 중량, 및 고전류 전달 능력을 제공하여 종래 기술에 비해 상당한 이점을 제공한다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, HTS 케이블은 HTS 스택을 형성하도록 각각의 HTS 테이프의 폭 및 길이에 의해 형성되는 평면과 실질적으로 동일 평면 상에 적층되는 복수 개의 고온 초전도(HTS) 테이프를 포함하며, HTS 스택의 각각의 HTS 테이프는 HTS 스택에 있는 각각의 HTS 테이프 위에 위치되는 제2 HTS 테이프로부터 폭 방향으로 소정 거리를 두고 배치된다. 더욱이, 복수 개의 HTS 스택이 케이블 축을 중심으로 꼬인 상위 구조체(superstructure)를 형성하도록 배치될 수 있다.
본 명세서에는 HTS 케이블 제조 방법도 설명되어 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, HTS 케이블 제조 방법은 복수 개의 고온 초전도(HTS) 테이프를 HTS 스택을 형성하도록 각각의 HTS 테이프의 폭 및 길이에 의해 형성되는 평면과 실질적으로 동일 평면 상으로 배치하는 단계를 포함하며, HTS 스택의 각각의 HTS 테이프는 HTS 스택에 있는 각각의 HTS 테이프 위에 배치된 제2 HTS 테이프로부터 폭 방향으로 소정 거리를 두고 배치된다. 더욱이, HTS 케이블 제조 방법은 복수 개의 HTS 스택이 상위 구조체를 구성하는 단계와, 이 상위 구조체를 케이블 축을 중심으로 꼬는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 디가우징 케이블과 같은, 자기장을 생성하도록 채용되는 케이블도 설명되어 있다. 자기장 생성 케이블은 상위 구조체를 형성하도록 배치되는 복수 개의 고온 초전도(HTS) 스택을 갖는 적어도 하나의 케이블을 포함할 수 있으며, 상기 HTS 스택은 각각의 HTS 테이프의 폭 및 길이에 의해 형성되는 평면과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 복수 개의 HTS 테이프를 포함하고, HTS 스택의 각각의 HTS 테이프는 HTS 스택에 있는 각각의 HTS 테이프 위에 위치되는 제2 HTS 테이프로부터 폭 방향으로 소정 거리를 두고 배치되며, 복수 개의 HTS 테이프의 적어도 하나의 단부는 복수 개의 HTS 스택 중 임의의 하나의 HTS 스택에 배치된 다른 HTS 테이프의 단부와 직렬로 연결된다,
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 본 발명의 자기장 생성 케이블은 디가우징 장치에서 활용될 수 있다. 디가우징 장치는 본 발명의 자기장 생성 케이블뿐만 아니라, HTS 테이프를 초전도 상태로 유지하는 냉각 장치와, HTS 테이프에 제어된 전류를 제공하는 전원을 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 목적 및 장점과 다른 목적 및 장점은 첨부 도면- 유사한 참조 번호는 전체적으로 유사한 부분을 가리킴 -과 함께 이하의 상세한 설명을 참고하면 명백해질 것이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 어떠한 실시예에 따른 HTS 케이블에서 사용할 수 있는 몇몇 예시적인 타입의 HTS 테이프의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 어떠한 실시예에 따른, 장사방형 스택을 형성한 HTS 테이프 조립체의 개략도이며,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 어떠한 실시예에 따라, 장사방형 스택을 형성하도록 HTS 스택을 조립하는 몇몇 예시적인 방법의 개략도이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 어떠한 실시예에 따른 HTS 케이블을 사용하여 자기장을 생성하도록 채용된 케이블의 상이한 실시예를 도시한 도면이며,
도 4c 및 도 4d는 본 발명의 어떠한 실시예에 따른, 자기장 생성 케이블을 형성하도록 HTS 테이프의 단부를 연결할 수 있는 방법의 상이한 실시예를 도시한 도면이고,
도 4e는 본 발명의 어떠한 실시예에 따른 흐름 제한 장치를 도시한 도면이며,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 어떠한 실시예에 따라 제조된 HTS 케이블의 이미지를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 어떠한 실시예에 따른 HTS 케이블의 굴곡 반경에 따른 임계 전류의 결과를 나타낸 그래프이며,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 어떠한 실시예에 따른, 2개의 케이블과 선택적 스페이서가 저온 유지 장치 내에 놓여 있는 자기장 생성 케이블의 이미지를 도시한 도면이고,
도 7c는 선택적 스페이서와 함께 단일 HTS 케이블이 직경이 작은 저온 유지 장치 내에 있는 자기장 생성 케이블의 개략도이며,
도 8은 본 발명의 어떠한 실시예에 따른 HTS 테이프의 임계 전류를 얻도록, 75 K에서 전압에 따른 HTS 테이프를 통해 흐르는 전류를 나타낸 그래프이고,
도 9는 본 발명의 어떠한 실시예에 따른, 온도에 따라 측정되고 외삽되는 자기장 생성 케이블에 있는 HTS 테이프의 임계 전류를 나타낸 그래프이며,
도 10은 본 발명의 어떠한 실시예에 따라, 약 40 K의 평균 작동 온도에서 약 105 A의 전류가 공급될 때 자기장 생성 케이블에 걸쳐 발생하는 전류 리드와 상이한 HTS 루프의 전압 강하를 나타낸 그래프이고,
도 11은 본 발명의 어떠한 실시예에 따라, 40 미터의 자기장 생성 케이블을 실온에서부터 약 40 K까지 냉각하는 데 걸리는 시간을 나타낸 그래프이며,
도 12는 본 발명의 어떠한 실시예에 따라, 상이한 작동 온도에서 자기장 생성 케이블의 상이한 위치에 있어서의 온도차를 나타낸 그래프이고,
도 13은 본 발명의 어떠한 실시예에 따라, 양의 전류 상태로 유지되는 교류가 자기장 생성 케이블에 인가될 때의 자기장 생성 케이블의 안정성을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 강성이고, 가요성이 있으며, 경량인 컴팩트한 고온 초전도(HTS) 케이블을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 본 발명의 HTS 케이블은 소정 개수의 HTS 테이프를 소망하는 구성으로 조립하는 것에 의해 제조될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 '케이블'은 복수 개의 가요성 테이프로 이루어진 가요성 조립체를 형성하도록 배치되거나 조립되는 복수 개의 HTS 테이프를 일컫는다. 케이블은 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 구성되는 단일 HTS 스택 또는 상위 구조체를 형성하도록 구성되는 복수 개의 HTS 스택을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '고온 초전도체'는 20 K 이상의 온도(즉, 임계 온도, TC ≥ 20 K)에서 초전도 거동을 유지할 수 있는 재료를 일컫는다. 예컨대, 고온 초전도체는 약 1 대기압의 액체 질소가 냉각제로서 사용될 때(예컨대, 약 77 K) 초전도 거동을 유지한다. 초전도 재료는 또한 임계 전류(TC)를 나타내는데, 이 임계 전류는 이 전류 미만에서 재료가 초전도 거동을 유지하는 전류이다. 고온 초전도체의 예로는 BSCCO(Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide) 및 YBCO(Yttrium Barium Copper Oxide) 타입의 초전도체와 같은 산화구리 초전도체와 이붕화마그네슘(MgB2)과 같은 다른 초전도체가 있다.
몇몇 실시예에서, HTS 테이프는, 예컨대 참고에 의해 전체가 본 명세서에 포함되는 미국 특허 공보 제2003/0062659호에 설명되어 있는 것과 같이 잘 공지되어 있는 종래의 방법을 사용하여 마련할 수 있다. 예컨대, BSCCO 테이프와 같은 HTS 테이프는 금속(통상적으로 은) 튜브에 분말(전구체와 실제 HTS 분말 중 어느 하나)을 포함시키고, 튜브를 치수가 작은 와이어로 인발하며, 이 와이어를 다른 와이어와 함께 다른 금속 튜브로 리팩킹(repacking)하고, 상기 리팩킹 및 인발 단계를 적어도 하나의 드로우다운 필라멘트(drawn-down filament)를 얻을 때까지 반복하는 것에 의해 마련될 수 있다. 다음에, 압연기를 사용하여 한쌍의 역회전하는 고강도 금속 실린더 사이로 필라멘트를 통과시키는 것에 의해 필라멘트를 테이프 형상으로 편평하게 할 수 있다. 이어서, 열처리 단계를 수행하여 소망하는 HTS 테이프를 형성할 수 있다.
다른 실시예에서, HTS 테이프는, 예컨대 참고에 의해 전체가 본 명세서에 포함되는 미국 특허 공보 제2005/0159298호, 미국 특허 공보 제2006/0040830호 및 미국 특허 공보 제2006/0073979호에 설명된 방법과 같은 공지의 방법을 사용하여 설명한 바와 같이 마련될 수 있다. 예컨대, YBCO 테이프와 같은 HTS 테이프는 소망하는 구조를 갖는 가요성 금속 또는 금속 합금 기판을 마련하고, 이 기판 상에 완충층을 침적하며, 이 완충층의 상부 상에 YBCO 전구체 재료를 침적하고, 이 전구체 재료를 YBCO HTS 재료를 형성하도록 열처리하며, YBCO HTS 재료의 상부 상에 귀금속 보호막을 침적하는 것에 의해 마련될 수 있다.
다양한 상이한 타입의 HTS 테이프를 사용하여 본 발명의 HTS 케이블을 제조할 수 있다. 도 1에는 몇몇 예시적인 HTS 테이프 구조체가 도시되어 있다. 예컨대, 전술한 HTS 테이프를 도 1a에 도시한 바와 같은 HTS 테이프(100)과 같이 개략적으로 도시할 수 있다. 도 1a에 도시한 HTS 테이프(100)는 또한 기계적 특성을 향상시키고 주변 및 열 안정성을 제공하기 위해서 금속층, 즉 절연층(102)으로 도금 또는 코팅될 수 있다. 금속층의 통상적인 두께는 도 1b에 도시한 바와 같이 최대로 테이프 두께의 약 1/2이며, 금속은 예컨대 구리, 은, 니켈 또는 구리-아연 또는 구리-니켈과 같은 합금을 포함할 수 있다. 대안으로서, 도 1a에 도시한 HTS 테이프(100)에는 HTS 테이프(100)를 에워싸는 솔더(solder)(104)가 마련될 수 있고, 또한 도 1c에 도시한 바와 같이 HTS 테이프(100)의 각 면 상에 보강 스트립(106)이 마련될 수 있다. 예컨대, 보강 스트립(106)은 스테인리스 강과, 구리, 그리고 황동, 모넬 메탈, 몰리브덴 등과 같은 구리 합금을 포함할 수 있다. 보강 스트립(106)은 임의의 종래의 방법이나 편리한 방법을 사용하여 [금속층(102)이 있거나 없는] HTS 테이프(100)에 결합된다. 한가지 예시적인 방법은, 예컨대 HTS 테이프(100)와 보강 스트립(106)을 솔더 배스를 통과시키고 솔더 코팅 피스과 함께 프레싱하는 것에 의해, 솔더(104)와 함께 HTS 테이프(100)에 스트립을 결합시키는 것을 포함한다. 다양한 치수의 HTS 테이프를 사용할 수 있다. 그러나, 통상적인 HTS 테이프는 보강전에는 폭이 약 3 내지 5 mm이고, 두께가 약 0.13 내지 0.27 mm이다. 보강후에, HTS 테이프는 통상적으로 폭이 약 3 내지 5.5 mm이고 두께가 약 0.19 내지 0.7 mm이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 'HTS 테이프'은 임의의 적절한 HTS 테이프를 포함하는 것으로 의도된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 적절한 개수의 HTS 테이프를 적층하고 조립하여 본 발명의 어떠한 실시예에 따른 케이블을 형성할 수 있다. 예컨대, 임의의 개수의 HTS 테이프(200)(5개, 10개, 25개, 50개 등)를 적층하여 HTS 스택을 형성할 수 있다. 예로서, HTS 테이프는 평행사변형 스택이나 장사방형 스택을 형성하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '장사방형 스택'은 단면 형상의 거의 장사방형인, HTS 테이프를 포함하는 스택을 의미하고, '평행사변형 스택'은 단면 형상의 거의 평행사변형을 형성하는, HTS 테이프를 포함하는 스택을 의미한다. 예컨대, 장사방형 단면의 에지는 길이가 서로 대략 동일할 수 있으며, 대향 에지는 서로 대략 평행할 수 있고, 에지에 의해 형성되는 각은 서로 수직일 필요는 없다. 도 2는 거의 장사방형 단면을 형성하는 적층 구성, 즉 "장사방형 스택"을 예시하는, 조립된 HTS 테이프(200)의 단면도이다. 본 명세서에서 사용되는 '거의 장사방형인 단면'은 4개의 변 모두가 길이가 거의 동일하고(예컨대, 0 % 내지 20 % 범위의 길이차를 허용할 수 있음), 마름모꼴의 2개의 내부각 중 그 어느 것도 90°가 아닌(예컨대, 2개의 내부각은 45°이고 2개의 내부각은 135°, 2개의 내부각은 60°이고 2개의 내부각은 120°, 2개의 내부각은 62 °이고 2개의 내부각은 118°등) 사변형을 일컫는다. HTS 테이프(200)는 유연재(202)가 2개의 인접한 HTS 테이프(200) 사이에 배치되게 적층될 수 있다. 유연재(202)는 컨덕터, 반도체 또는 절연재일 수 있다. 각각의 장사방형 스택은 대략 총 N개의 HTS 테이프(200)를 포함할 수 있으며, N은
Figure 112009028759600-pct00001
로서 규정되며, W는 HTS 테이프의 폭이고, θ는 장사방형 단면의 경사각(예컨대, θ ~ 60°)이며, T는 HTS 테이프의 두께이다. HTS 테이프의 두께(T)는 금속층(102), 솔더(104), 보강 스트립(106) 및/또는 HTS 테이프(200)를 에워싸는 유연재(202)의 두께를 포함할 수 있다는 점에 유념하라. 그 후, 장사방형 스택은 장사방형 스택(200)을 폴리머, 종이, 금속 호일 스트립 및/또는 기타와 함께 나선형 또는 원통형으로 권취하는 것과 같은 임의의 임의의 적절한 수단(204)에 의해 함께 유지될 수 있다. 몇몇 실시예에서, HTS 테이프(200)는 또한 폴리이미드 필름(KAPTON), 플루오로폴리머(TEFLON), 코팅된 바니시, 래커, 애나멜, 메타크릴레이트(폴리메틸 메타크릴레이트), 에폭시(UV 경화성 에폭시) 등과 같은 절연재로 커버, 코팅 및/또는 에워싸일 수 있다. 다른 실시예에서, HTS 테이프는 흑연 함침 종이, 흑연 함침 폴리머 필름, 전도성 폴리머 필름[폴리디오펜(polythiophene) 막], 저전도율 금속 합금, 금속간 화합물 막 등과 같은 반도체 재료로 커버, 코팅 및/또는 에워싸일 수 있다,
몇몇 실시예에서, 장사방형 스택은 또한 육각형 구조체와 같은 상위 구조체로 조립될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '상위 구조체(superstructure)'는 HTS 스택을 함께 조립하는 것에 의해 형성되는 구조체를 일컫는다. 예컨대, 육각형 구조체는 거의 육각형 형상의 단면의 기하학적 형상을 갖는 케이블을 형성하도록 조립되는 복수 개의 HTS 스택(예컨대, 장사방형 스택)을 일컫는다. 조립체는, 예컨대 3개의 장사방형 스택(H1 스택; 도 3a 참고), 12개의 장사방형 스택(H2 스택; 도 3b 참고), 27개의 장사방형 스택(H3 스택), 48개의 장사방형 스택(H4 스택) 등을 포함할 수 있으며, 장사방형 스택의 실제 개수는 육각형의 기하학적 형상의 둘레를 제공하는 조립체를 형성하도록 선택된다. 몇몇 실시예에서, 장사방형 스택은 HTS 테이프가 가장 근접한 육각형 상위 구조체를 둘러싸는 원형 둘레에 (가능하면 많이) 거의 평행하도록 상위 구조체로 구성될 수 있다. 육각형 구조체는 임의의 적절한 수단에 의해 제위치에 유지될 수 있다. 한가지 바람직한 방법은, 예컨대 폴리머 테이프 또는 예성형된 나선부에 의한 권취이다. 권취는 너무 큰 압력을 가하여 조립체의 동작 및 유연성을 손상시키거나 제한하는 일 없이 조립체의 완결성을 유지하기에 충분한 압축을 제공할 수 있다.
장사방형 형상의 스택은 높은 충전률로 거의 유사한 폭 및 두께의 HTS 테이프로 용이하게 충전되며, 그 후 단면 상에서의 HTS 테이프의 충전 비율이 높은 육각형 상위 구조체를 형성하도록 구성될 수 있다는 점에 유념해야 한다. 이것은 건덕터의 유효 반경을 감소시켜, 컨덕터의 전류 밀도와 굴곡 공차를 증가시킨다.
몇몇 실시예에서, 상위 구조체는 도 3c에 도시한 바와 같은 장사방형 스택으로 상위 구조체를 형성하는 데 기여하는 상위 구조체 형성자를 사용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 적절한 상위 구조체 형성자는 중심축과, 이 중심축으로부터 돌출하고 서로 120 °만큼 이격되어 있는 3개의 리브를 지니고, 상위 구조체가 권취 또는 에워싸이기 전에 제위치에 유지되는 것을 증진하는 긴 포지셔너(positioner)일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 3a에 도시한 바와 같이 각각의 HTS 테이프(300)는 [선택적인 삽입형 유연재(202)(도시하지 않음)에 의해] 그룹핑되어 장사방형 스택(302)을 형성하고, 3개의 장사방형 스택(302)이 함께 조립되어 육각형 구조체인 H1 스택(304)을 형성할 수 있다. H1 스택(304)은 절연 와이어, 절연 테이프, 금속 호일, 나선형 슬릿이 형성된 플라스틱 도관 등으로 육각형 또는 원통형으로 권취하는 것과 같은 임의의 적절한 수단(306)에 의해 함께 유지될 수 있다.
다른 실시예에서, 복수 개의 장사방형 스택(302)이 결합되어 대형 구조체를 형성할 수 있다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 12개의 장사방형 스택(302)이 함께 조립되어 대형 육각형 구조체[H2 스택(308)]를 형성할 수 있다. 이러한 H2 스택 구조체에서는, 중앙에 있는 3개의 장사방형 스택을 우선 권취하고, 후속하여 상부에 있는 다음 층을 조립하고 권취하여 H2 스택(308)을 형성할 수 있다. 대안으로서, 한번에 전체 조립체를 조립하고 권취할 수 있다. 그러한 구성은 HTS 케이블의 전류 용량에 있어서의 약 3배 내지 4배의 증가를 초래할 수 있다. HTS 케이블의 전류 용량은 다른 방법에 의해서도 증가될 수 있다는 점에 유념해야 한다. 예컨대, 각각의 HTS 테이프에 대한 임계 전류(IC)는, 예컨대 온도를 하강시키는 것에 의해 증가될 수 있다. 또한, 각각의 HTS 테이프의 단면적은 HTS 케이블의 전류를 증가시키도록 증가될 수 있다. 특정 설계 기준에 맞춰진 다른 적절한 구성이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 케이블을 포함하는 장사방형 요소뿐만 아니라가 개별 HTS 테이프는, 예컨대 상이한 색상의 권취 재료 또는 패터닝에 의해 고유하게 매칭될 수 있다. 몇몇 경우에, 그러한 독특한 마킹은 단부 대 단부 연결을 형성할 때 테이프의 간단한 식별을 허용한다.
전술한 바와 같은 적절한 육각형 구조체를 형성할 시에, 전체 육각형 구조체는 케이블 축, 즉 육각형 단면 구조체의 평면에 대해 수직인 축을 중심으로 회전하여 케이블 축을 따라 꼬인 HTS 케이블을 얻을 수 있다. 이러한 꼬임은 피치가 연속적인 나선 모드이거나 진동 모드가 되도록 부여될 수 있다. 예컨대, 나선 모드에서 케이블은 케이블의 축을 중심으로 케이블의 전체 길이에 걸쳐 일방향으로 꼬일 수 있다. 진동 모드에서, 케이블은 우선 케이블의 축을 중심으로, 예컨대 360도로 완전히 회전하도록 일방향으로 국부적으로 꼬일 수 있다. 그 후, 인접한 부위가 케이블의 축을 중심으로 역방향으로 예컨대 360도로 완전히 회전하도록 꼬일 수 있다. 그러한 꼬임에 있어서의 변화는 케이블의 길이를 따라 전후로 연속될 수 있다. 간단한 제조의 장점을 제공할 수 있는 적절한 해결책이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 몇몇 실시예에서, 육각형 구조체는 "과도하게 꼬여" 재료의 스 프링백(spring back) 효과를 나타낼 수 있다. 예컨대, 미터당 1 꼬임의 꼬임 피치가 요망되는 경우, 육각형 구조체는 초기에 1 미터당 1 꼬임, 1 미터당 1.5 꼬임, 1 미터당 2 꼬임, 1 미터당 3 꼬임, 1 미터당 5 꼬임, 1 미터당 7 꼬임, 1 미터당 10 꼬임 등을 갖도록 꼬일 수 있다. 그러한 과도한 꼬임은 HTS 케이블이 목표 꼬임 피치값(예컨대, 1미터당 1 꼬임 피치)으로 풀리게 할 수 있다.
이론에 구속되는 것을 원하지는 않지만, HTS 케이블의 축을 따라 꼬임을 부여하는 것은 다음 장점을 제공할 수 있다. 첫째로, 꼬임은 요구되는 굴곡력의 감소로 인해 HTS 케이블에 향상된 가요성을 제공할 수 있다. 둘째로, 꼬임은 국부적으로 발생하는 변형 상쇄로 인해 [IC 악화에 의해 측정되는 것과 같은] HTS 케이블을 손상시키기 이전에 보다 작은 직경에 대한 향상된 굴곡 공차를 제공할 수 있다. 셋째로, 꼬임은 AC 또는 램프식 자기장 모드에서 작동할 때, 특히 각각의 HTS 테이프 사이에 절연 또는 반도체 분리층이 결합되는 경우에 HTS 케이블에 대한 감소된 동력 손실을 제공할 수 있다.
본 발명을 장사방형 스택과 육각형 상위 구조체에 관하여 전술하였지만 본 발명은 장사방형 스택 및/또는 육각형 상위 구조체로 제한되는 것이 아니라는 점에 유념해야 한다. 임의의 적절한 형상의 스택 및/또는 상위 구조체를 선택할 수 있다. 예컨대, 평행사변형, 사다리꼴, 삼각형 등의 형상의 스택 역시 본 발명에 포함된다는 것이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 더욱이, 평행사변형 상위 구조체(예컨대, 나란히 조립된 2개의 장사방형 스택), 마름모꼴 상위 구조체(예컨대, 함께 조립된 4개의 장사방형 스택) 등이 본 발명에 포함될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 3개의 거울상 대칭을 갖는 상위 구조체가 형성될 수 있다. 전술한 육각형 구조체는 3개의 거울상 대칭을 갖는 상위 구조체의 예이다. 그러나, 3개의 거울상 대칭을 갖는 다른 상위 구조체 역시 본 발명에 포함된다. 예컨대, 도 3d에는 3개의 점선(m1 내지 m3)을 중심으로 3개의 거울상 대칭을 갖는 구조체- 3개의 장사방형 스택이 제거된 육각형 구조체 -가 도시되어 있다. 3개의 거울상 대칭을 갖는 다양한 상이한 상위 구조체가 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
몇몇 실시예에서, 스택과 상위 구조체의 형상은 제조의 간단화, 높은 전류 밀도를 형성하는 HTS 테이프에 의한 고도의 단면 점유율, 감소된 상위 구조체의 유효 직경 및 개선된 전체 굴곡 공차를 얻도록 선택될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 스택은 각각의 HTS 테이프에 작용하는 수직 자기장 성분을 최소화하도록 HTS 테이프의 넓은 표면 영역 부분이 HTS 케이블의 전체 둘레에 대해 거의 평행한 영역을 최대화하도록 정렬될 수 있다. 이론에 구속되는 것을 원하는 일 없이, 수직 자기장 성분은 평행 자기장 성분보다 임계 전류를 감소시킬 수 있다. 이 때문에, HTS 테이프의 넓은 표면 영역 부분이 HTS 케이블의 전체 둘레에 거의 평행한 구성이 더욱 유리할 수 있다.
예컨대, 도 3e에 도시한 바와 같이 단면이 평행사변형인 스택(310)을 사용하여 삼각형 상위 구조체를 형성할 수 있다. 도시한 바와 같이 평행사변형 스택은 스택의 경사진 에지가 스택의 베이스 폭보다 작게 형성될 수 있다. 그 후, 이러한 3개의 평행사변형 스택이, 예컨대 도 3e에 도시한 바와 같은 삼각형 형상의 상위 구조체 형성자를 사용하여 삼각형 상위 구조체로 형성될 수 있다. 그러나, 원형 또는 다각형 단면을 갖는 상위 구조체 형성자와 같은 임의의 적절한 상위 구조체 형성자를 사용할 수도 있다.
용례
본 발명의 HTS 케이블은 많은 상이한 용례에서 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 HTS 케이블은 고전류 전력 전달 또는 분배 용례에서 사용될 수 있다. HTS 케이블은 외부 또는 내부 절연형 점퍼 또는 연장 테이블로서 한 위치에서 다른 위치로 전력을 전달하는 데 채용될 수 있다. HTS 케이블은 AC 또는 DC 모드로 작동되는 전력 전달 또는 분배 그리드의 일부로서 채용될 수도 있다. HTS 케이블은 알루미나를 알루미늄으로 제련하거나 구리 또는 아연을 정기 정련하는 데 대량의 DC 전류가 필요한 (알루미늄 생산 플란트와 같은) 전기 정련기에서 전력을 전달하도록 채용될 수도 있다. 이들 용례에서, 전류는 통상적으로, 예컨대 전극에 부착되는 가요성 리드에서의 수천 암페어에서부터 주 (가요성) 버스바 용례에서의 수천만 암페어만큼 높은 범위일 수 있다.
그러한 전류 전달 용례에서, HTS 케이블은 2개 이상의 상이한 단자(즉, 전류 리드인 및 전류 리드아웃)를 연결할 수 있다. 그러한 구성에서, 전류 부하는 HTS 케이블의 HTS 테이프를 2개 이상의 상이한 단자 사이에서 서로 병렬로 연결하는 것에 의해 최소화되거나 최적화될 수 있다. 더욱이, 필요하다면 추가의 HTS 케이블이 병렬로 연결될 수 있다. HTS 케이블은 냉각을 통해 HTS 케이블의 초전도 상태를 유지하는 적절한 냉각 유지 장치와 절연재에 배치될 수 있다. 냉각된 헬륨 가스, 액체 질소 또는 네온이 HTS 케이블을 냉각시키는 데 사용될 수 있다. HTS 케이블에 의해 연결되는 단자는 또한 단자와 HTS 케이블의 접촉 저항의 양을 최소화하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 단자는 또한 저온 유지 장치 내로 전달되는 열을 최소화하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 HTS 케이블은 또한 디가우징 케이블과 같은, 경량의 고자기장 대면적 자석으로 사용될 수 있다. 그러한 용례에서, 직경이 너무 커서 실제적으로 고정된 형태로 조립 및 운반될 수 없는 자기장 생성 케이블은 유연한 저온 유지 장치로 본 발명의 HTS 케이블을 둘러싸고 각각의 HTS 테이프를 권취 "코일"을 형성하도록 인접한 HTS 테이프와 직렬로 감는 것에 의해 현지에서 제조될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '인접한 HTS 테이프'는 직렬로 연결된 임의의 HTS 테이프를 일컬을 수 있다. 예컨대, 인접한 HTS 테이프는 스택에 포함된 연속적인 HTS 테이프를 일컬을 수 있다. 그러나, 인접한 HTS 테이프는 또한 단부를 서로 직렬로 연결할 수 있기만 하면 상이한 스택, 상이한 상위 구조체 또는 심지어는 상이한 HTS 케이블에 포함된 HTS 테이프를 일컬을 수 있다. 저온 유지 장치 내외로의 전류 리드(예컨대, 단자)는 제1 HTS 테이프의 제1 단부와 마지막 HTS 테이프의 제2 단부에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 고자기장을 대부분의 임의의 대형 형상으로, 그리고 대부분의 임의의 자연적인 대상 또는 인공 대상 둘레에 용이하게 형성할 수 있다.
더욱이, 그러한 대형 자석의 인덕턴스는 루프에서 직렬로 연결된 HTS 테이프 대 병렬로 연결된 HTS 테이프의 적절한 비율을 선택하는 것에 의해 용이하게 조정할 수 있다. 자석을 제거하거나 수리할 필요가 있는 경우, HTS 테이프의 연결 단부를 분리할 수 있으며, 유연한 저온 유지 장치로 에워싸인 HTS 케이블을 용이하게 이송할 수 있고 새로운 장소에서 재조립할 수 있는 비교작 작은 패키지로 감을 수 있다.
도 4a 및 도 4b에는 자기장을 생성하기 위해 HTS 케이블을 사용하는 방법에 관한 상이한 실시예가 도시되어 있으며, 도 4b에는 보다 컴팩트한 구성이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 하나 이상의 HTS 케이블(400)이 유연한 저온 유지 장치(404)[저온 유지 장치(404)의 일부분만이 도시되어 있음]로 에워싸일 수 있으며, HTS 테이프(402)의 단부는 선택적으로 연결 박스(410)에서 직렬로 연결된다. 저온 유지 장치(404)는 선택적으로 저온 유지 장치(404) 내에서의 HTS 케이블(400)의 이동을 감소시키는 스페이서(706)(도 7a 내지 도 7c 참고)를 포함할 수 있다. 냉각 유닛(406)이 적절한 가스 또는 액체(예컨대, 냉각 헬륨 가스 또는 냉각 액체 질소)를 냉각할 수 있고, 펌프(408)가 저온 유지 장치(404)에 냉각 가스 또는 액체(412)를 공급하여 HTS 테이프(402)를 초전도 상태로 유지할 수 있다(도 7a 내지 도 7c 또한 참고). 냉각 헬륨 가스가 저온 유지 장치의 유입구와 유출구 사이에서 우회하는 것을 방지하기 위해서, 흐름 제한 장치(413)가 HTS 케이블(400)에 배치될 수 있다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 냉각 유닛(406)과 펌프(408)는 별도의 구성 유닛으로서 구현될 수 있다. 보다 컴팩트한 구성을 위해, 냉각 유닛(406), 펌프(408) 및 연결 박스(410)는, 유닛의 냉각 기능을 제공하는 것과 동시에 저온 유지 장치(404)로 적절한 냉각제를 공급하는 단일 구성 요소로서 통합될 수 있다(도 4b 참 고). 몇몇 실시예에서, 연결 박스(410)는 도 4b에 도시한 바와 같이 활주 가능한 컨테이너로서 구성될 수 있다. 전술한 냉각 유닛(406), 펌프(408) 및 저온 유지 장치(404)를 포함하는 적절한 냉각 장치는 참고에 의해 전체가 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제6,347,522호 및 제6,625,992호에 더욱 상세히 설명되어 있다. 미국 특허 제6,347,522호 및 제6,625,992호의 냉각 장치에 관한 추가의 세부 사항은 모두가 참고에 의해 전체가 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제5,482,919호, 제6,023,934호 및 제6,173,577호에서도 확인할 수 있다.
도 4c에는 연결 박스(410)에 있는 HTS 테이프(402)의 단부의 확대도가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, HTS 테이프(402A 내지 402N)의 각각의 개별 단부는 서로 직렬로 연결된다. 예컨대, HTS 테이프는 제1 HTS 테이프의 제1 단부(402A2)가 제2 HTS 테이프의 제1 단부(402B1)에 연결되고, 제2 HTS 테이프의 제2 단부(402B2)가 제3 HTS 테이프의 제1 단부(402C1)에 연결되며, 제3 HTS 테이프의 제2 단부(402C2)가 제4 HTS 테이프의 제1 단부(402D2)에 연결되고, (N-1)번째 케이블의 제2 단부[402(N-1)2]의 제2 단부가 N번째 케이블의 제1 단부(402N1)에 연결되도록 직렬로 연결될 수 있으며, 자기장 생성 케이블은 적어도 N개의 HTS 테이프의 루프 또는 턴을 포함한다. 자기장 생성 케이블은 N개의 직렬 연결부(즉, N개의 루프 또는 턴)보다 많은 개수로 형성된 HTS 테이프를 포함할 수 있다는 점에 유념해야 한다. 제1 HTS 테이프의 제1 단부(402A1)와 N번째 HTS 테이프의 제2 단부(402N2)는 전원(도시하지 않음) 내외로의 전류 리드(즉, 단자)에 연결될 수 있다. 본 명세서에서 전술한 바와 같이 HTS 테이프를 직렬로 연결하는 것은 대형 권취 코일 자석의 형성을 효과적으로 허용한다.
HTS 테이프의 단부는 임의의 적절한 수단으로 서로 연결될 수 있다. 예컨대, HTS 테이프의 단부는 저항이 낮은 솔더를 사용하여 단부를 함께 솔더링하는 것에 의해 연결될 수 있다. 대안으로서, HTS 테이프는 HTS 테이프를 부러뜨리는 일 없이 물리적으로 결합되거나 크림핑(함께 프레싱)될 수 있다. 다른 실시예에서는, 도 4d에 도시한 바와 같이 연결 박스(410)를 사용할 수 있으며, 이 연결 박스에서는 압력 접촉 플러그(414)(즉, "암형 잭"으로서의 역할을 함)가 HTS 테이프(402A2 내지 402N1)의 단부를 수용하도록 구성될 수 있다. HTS 테이프들 사이의 연결부를 형성하는 다른 적절한 수단은 당업자에게 용이하게 이해될 것이다. 예컨대, 몇몇 실시예에서는 하나가 넘는 HTS 케이블을 하나의 연결 박스(410)를 사용하여 연결할 수 있으며, 이 연결 박스(410)는 2개, 3개, 4개 등의 개수의 HTS 케이블이 연결되게 하도록 충분한 개수의 플러그를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 흐름 제한 장치(413)는 이 흐름 제한 장치의 외경과 저온 유지 장치의 내경 사이의 간극을 변경하는 것에 의해 우회 냉각 가스의 비율을 제어하도록 구성될 수 있다. 도 4e에 도시한 바와 같이, 순환 메커니즘을 이용하여 유입구(413a)와 유출구(413b) 사이에 있는 임의의 "고온" 섹션을 최소화할 수 있다. 더욱이, 흐름 제한 장치(413)는 또한 과량의 흐름이 유입구(413a)와 유출구(413b) 사이로 유입되지 않도록 냉각 가스의 흐름 제어를 허용할 수 있다. 도 4e에는 또한 흐름 제한 장치 본체(413c), 외측 시일 링(413d), 외측 시일 캡(413e), 내측 시일 링(413f) 및 내측 시일 캡(413g)이 도시되어 있다. 유입류(413a)는 또한 2개의 스트림으로 분할될 수 있다. 제1 스트림(413h)은 보다 긴 경로[예컨대, HTS 케이블(400)의 둘레]로 순환할 수 있는 한편, 제2 스트림(413i)는 보다 짧은 경로[예컨대, 흐름 제한 장치 본체(413c)의 길이]를 통해 흐를 수 있다. 흐름 제한 장치의 흐름 저항은 스트림(413h, 413i) 간의 흐름 분배를 결정할 수 있고, 내측 시일 캡(413g) 및/또는 외측 시일 캡(413e)을 조이는 것에 의해 제어될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 흐름 제한 장치 본체(413c), 내측 시일 캡(413g) 및 외측 시일 캡(413e)은 에폭시 바인더(예컨대, G10)에 매설된 연속적인 필라멘트 유리 섬유와 같은 다양한 재료로 제조될 수 있다. 내측 시일 링(413f)과 외측 시일 링(413d) 모두는 또한 플루오로폴리머(예컨대, 고어텍스)와 같은 다양한 재료로 제조될 수 있다. 우회 냉각 가스[제2 스트림(413i)]의 비율은 총 흐름의 5 % 내지 10 %로 제어될 수 있다.
전류 리드(413j)는 도 4e에 도시한 바와 같이 강제된 가스 흐름에 의해 냉각될 수 있다. 이러한 구성에서, 흐름 스트림은 소직경 튜브(413k)에 포함되는 전류 리드의 하부 섹션에 유입될 수 있다. 소직경 튜브는 가스 스트림(412h 및 413i로 분할되기 전)과 전류 리드(413j) 간의 열전달 계수를 증대시기키 위해 사용될 수 있다.
예
예 1
본 발명의 복수 개의 상이한 HTS 케이블을 표 1에 나타낸 바와 같이 제조하였다. 일반적으로, BSCCO를 주성분으로 하는 테이프의 폭을 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 하여 제조하였다. YBCO를 주성분으로 하는 테이프를 폭이 4 cm인 테이프로 제조하여 약 3 mm 내지 10 mm 범위의 보다 작은 사이즈로 절단하였으며(예컨대, 아래의 표 1에 나타낸 마지막 예 참고), YBCO를 주성분으로 하는 테이프의 폭은 BSCCO를 주성분으로 하는 테이프의 폭에 필적한다.
[표 1]
77 K에서 IC가 약 100 내지 200 A인 BSCCO를 주성분으로 하는 HTS 테이프로 제조된 HTS 케이블과, 77 K에서 폭당 IC가 150 내지 500 A/cm인 YBCO를 주성분으로 하는 HTS 테이프로 제조된 HTS 케이블
Figure 112009028759600-pct00029
1 0 내지 150 ㎛의 분리 재료를 지님
2 0.5 mm의 나선형 외피를 지님
도 5a의 예시적인 HTS 케이블의 사진에 나타낸 바와 같이, 각각의 HTS 케이블은 케이블 축에 대해 수직으로 봤을 때 H1 스택을 형성하는 8개의 HTS 테이프 각각으로 이루어진 3개의 장사방형 스택을 포함하였다. 도 5b에는 케이블 축을 따라 봤을 때 폴리테트라플루오로에틸렌(TEFLON) 외피가 나선형으로 권취된 3개의 장사방형 스택이 도시되어 있다. HTS 케이블은 약 미터당 1 꼬임이고, 스프링백 효과를 나타내도록 미터당 1회의 완전한 360도 꼬임보다(약 미터당 2.5회 완전 꼬임) 많이 꼬인 최종 축방향 꼬임 피치를 부여하도록 꼬인다.
HTS 케이블에 사용되는 최종 HTS 테이프는 현저한 악화없이 작동하였다. 예컨대, 조립 이전에 Ag-BSCCO를 주성분으로 하는 HTS 테이프의 IC은 약 120 A였다. 조립 이후에 Ag-BSCCO를 주성분으로 하는 HTS 테이프의 IC은 다른 테이프에서 전류가 흐르지 않는 상태로 측정하였을 때 약 120 A였다. 다른 테이프에서 전류가 흐르는 상태로 측정하였을 때, IC은 필시 다른 HTS 테이프로부터 발생한 훨씬 큰 자가 자기장으로 인해 약 80 A로 감소하였다.
75 ㎛ 적층 스트립을 지닌 Ag-BSCCO로 제조된 H1 스택 HTS 케이블 상에서 굴곡 테스트를 행하였다. 블루, 레드 및 그린으로 색상이 코딩된 3개의 상이한 케이블을 테스트하였다. 육각형 구조체에 있는 각각의 장사방형의 외측 에지뿐만 아니라 각각의 장사방형의 내측 에지에 근접 배치된 복수의 HTS 테이프를 측정하였다. 예컨대, "블루 외측부"는 육각형 구조체에 있는 장사방형의 외측 에지에 근접한, 블루 색상으로 코딩된 케이블에 있는 HTS 테이프를 일컫는다. "레드 외측부"는 육각형 구조체에 있는 장사방형의 내측 에지에 근접한, 레드 색상으로 코딩된 케이블에 있는 HTS 테이프를 일컫는다. 도 6에 도시한 바와 같이, 1.5 m 굴곡 반경에서 95 % 보다 양호한 IC 보유력을 관찰하였다. 더욱이, 0.4 m 굴곡 반경에서 약 80 내지 90 %의 IC 보유력을 관찰하였다.
추가적으로, 수동 취급에 의해 케이블의 축을 따라 꼬임을 부여한 후에 HTS 케이블이 훨씬 더 가요성이 있어, 매우 적은 굴곡력을 필요로 한다는 것을 관찰하였다. 이에 따라, HTS 케이블은 꼬임 이후에 취급하기가 훨씬 용이하다.
예 2
39개의 HTS 테이프가 서로 직렬로 연결된 자기장 생성 케이블을 도 4a, 도 4c, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이 제조하였다. 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 2개의 40 m의 긴 HTS 케이블(702)과 (HTS 케이블의 이동을 최소화하는) 스페이서(706)를 유연한 저온 유지 장치에 끼워넣었다. 각각의 HTS 케이블은 3개의 장사방형 스택(H1 스택을 형성함)을 지녔고, 각각의 장사방형 스택은 9개의 HTS 테이프를 지녔다. 따라서, 54개의 가능한 연결부 중에서 39개의 연결부를 만들어 HTS 테이프로 이루어진 39개의 루프 또는 턴을 형성하였다. HTS 테이프의 각각의 단부를 솔더에 의해 직렬로 연결하였고, 냉각 헬륨을 저온 유지 장치로 펌핑하였다. 최종 자기장 형성 케이블은 약 40 K에서 아래의 특징을 지녔다.
HTS 케이블의 외경: 66 mm
직렬로 연결된 HTS 테이프의 개수(형성된 루프 또는 턴의 개수): 39개
DC인 경우 Amp 턴: 4095 Amp-턴
각각의 HTS 테이프 루프에 인가된 전류: 105 A(= 4095 Amp-턴/39 턴)
최소 굴곡 반경: 550 mm
작동압: 80 psig
HTS 케이블 인턱턴스: 80 mH
전술한 바와 같이 루프로 형성된 복수의 HTS 테이프의 IC를 측정하였다. 도 8은 약 85 A의 IC값을 나타내는, 75 K에서 얻은 I-V 측정 곡선을 보여준다. 유사한 방식으로 85 K에서도 HTS 테이프의 IC값을 측정하였다. 이들 실험값으로부터, 40 K에서의 IC값을 약 180 A로 외삽하여(도 9 참고), 선형 관계를 추측하였다. 따라서, 도 9에 도시한 외삽된 그래프로부터, 4000 Amp-턴을 얻기 위한 40 K에서의 최대 설계 전류와 최대 작동 온도를 아래에 나타낸 바와 같이 추정할 수 있다.
40 K에서의 최대 설계 전류: 7020 Amp-턴 (= 180A x 39 턴)
4000 Amp-턴에서의 최대 작동 온도: ~ 65 K
자기장 생성 케이블을 조립하기 전에 각각의 HTS 테이프는 75 K에서의 측정값이 85 A인 것과 대조적으로 초기에 75 K에서의 IC값은 120 A였다. 이러한 감소는 부분적으로 또는 전체적으로 케이블의 높은 자기장으로 인한 IC의 억제로 인한 것일 수도 있고, 이러한 감소는 부분적으로 연결부에서의 와이어의 어떠한 손상으로 인한 것일 수도 있다. 그것과는 관계없이, 도 10은 그러한 악화가 약 40 K의 평균 작동 온도에서 약 105 A의 전류가 공급될 때 전류 리드(초전도 루프를 포함하지 않음)를 따른 총 전압 강하가 약 0.1 V(= 우측 수직축에 도시한 0.05 V + 0.05 V)이기 때문에 작동 중에 심각한 우려 사항은 아닐 것이라는 것을 보여준다. 이와 달리, 약 40 K의 평균 작동 온도에서 약 105 A의 전류가 공급될 때 모든 루프에 걸쳐 측정한 총 전압 강하(좌측 수직축)는 단지 약 4.58 × 10-3 V였다.
도 11은 전체 자기장 생성 케이블을 대략 12시간 동안 약 40 K으로 냉각한 것을 보여준다. 도 11에 도시한 평탄역에 도달한 후(즉, 약 12시간 후)에, 0 m 와 40 m에서의 케이블의 온도 차이는 4 K 미만이었다(곡선 "A" 참고). 전체 자기장 생성 케이블을 약 60 K(곡선 "B" 참고)와 80 K(곡선 "C" 참고)으로 냉각하였을 때, 0 m 와 40 m에서의 케이블의 온도 차이는 각각 약 5 K 및 7 K으로 약간 증가하였다(도 12 참고).
작동중에 발생할 수 있는 열을 추정하기 위해서, 사인 곡선 형태의 교류(도 12의 인셋 참고)를 자기장 생성 케이블에 공급하였고, 약 4시간 동안 온도 상승을 측정하였다. 최악의 시나리오에 근접하도록, 전류를 양의 범위의 값으로 유지하였다. 도 13에 도시한 바와 같이, 케이블에 있어서의 1 K 미만의 온도 증가를 관찰하였으며, 약 2 내지 2.5 시간 후에 안정화된 온도가 나타났다.
이들 예는 본 발명이 종래 기술보다 우수하다는 것을 명백하게 증명한다. 본 발명의 설명과 실시예를 검토하면, 당업자는 본 발명의 정수에서 벗어나는 일 없이 본 발명을 실시하는 데 있어서 변형 및 동등한 대체를 수행할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
참고에 의한 통합
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  61. 자기장 생성에 채용되며, 제1 단부 및 제2 단부를 가지는 케이블로서,
    상위 구조체를 형성하도록 배치되는 복수 개의 고온 초전도(HTS) 스택을 포함하고, 이 HTS 스택은 개별 HTS 테이프의 폭과 길이에 의해 형성된 평면과 동일 평면인 HTS 테이프를 포함하며, 상기 HTS 스택의 제1 HTS 테이프는 HTS 스택에 있는 각각의 HTS 테이프 위에 배치된 HTS 테이프로부터 폭방향으로 소정 거리를 두고 배치되고,
    상기 케이블의 제1 단부에 있는 HTS 테이프들 중 어느 하나의 단부가 상기 케이블의 제2 단부에 있는 다른 HTS 테이프의 단부와 직렬로 연결되는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  62. 제61항에 있어서, HTS 스택의 각각의 HTS 테이프는 폭방향을 따라 동일한 방향으로 배치되는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  63. 제61항에 있어서, HTS 스택의 각각의 HTS 테이프는 동일한 거리를 두고 배치되는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  64. 제61항에 있어서, 복수 개의 HTS 테이프는 단면이 장사방형 형상인 스택을 형성하는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  65. 제61항에 있어서, 복수 개의 HTS 테이프의 폭과 길이에 의해 형성된 평면이 상위 구조체의 단면의 국소적인 둘레와 평행하도록 복수 개의 HTS 스택이 배치되는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  66. 제61항에 있어서, 상위 구조체는 육각형 단면의 구조를 갖는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  67. 제61항에 있어서, 상위 구조체는 삼각형 단면의 구조를 갖는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  68. 제61항에 있어서, 상위 구조체는 케이블의 축을 중심으로 꼬이는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  69. 제61항에 있어서, 상기 케이블은 적어도 N개의 HTS 테이프를 포함하고,
    상기 케이블의 제1 단부에 있는 (N-1)번째 HTS 테이프의 단부는 상기 케이블의 제2 단부에 있는 N번째 HTS 테이프의 단부에 직렬로 연결되며,
    N번째 HTS 테이프와 (N-1)번째 HTS 테이프는 복수 개의 HTS 스택 중 어느 하나의 HTS 스택에 배치되는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  70. 제69항에 있어서, HTS 테이프는
    상기 케이블의 제1 단부에 있는 (N-1)번째 HTS 테이프의 단부와 상기 케이블의 제2 단부에 있는 N번째 HTS 테이프의 제2 단부를 수용할 수 있는 플러그를 지닌 연결 박스,
    솔더,
    상기 케이블의 제1 단부에 있는 (N-1)번째 HTS 테이프의 단부와 상기 케이블의 제2 단부에 있는 N번째 HTS 테이프의 제2 단부를 서로의 내쪽으로 가압하는 물리적인 압력, 또는
    이들의 임의의 조합을 이용하여 서로 연결되는 것인 자기장 생성에 채용되는 케이블.
  71. 제61항의 케이블과,
    HTS 테이프를 초전도 상태로 유지하는 냉각 장치, 그리고
    HTS 테이프에 제어된 전류를 공급하는 전원
    을 포함하는 디가우징(degaussing) 장치.
  72. 제71항에 있어서, 상기 냉각 장치는
    케이블을 수납하는 저온 유지 장치와,
    냉각제와,
    상기 냉각제를 냉각하는 냉각 메커니즘, 그리고
    상기 냉각제를 HTS 테이프로 이송하는 이송 메커니즘
    을 포함하는 것인 디가우징 장치.
  73. 제72항에 있어서, 저온 유지 장치는 냉각제 흐름을 2개의 상이한 흐름 스트림으로 분할할 수 있는 흐름 제한 장치(restrictor)를 더 포함하는 것인 디가우징 장치.
  74. 제73항에 있어서, 상기 흐름 제한 장치는 흐름 제한 장치 본체, 적어도 하나의 시일 링, 및 적어도 하나의 시일 캡을 포함하는 것인 디가우징 장치.
  75. 제74항에 있어서, 적어도 하나의 시일 캡은 2개의 상이한 흐름 스트림으로 흐르는 상대적인 냉각제 흐름량을 제어하도록 조여질 수 있는 것인 디가우징 장치.
  76. 제74항에 있어서, 적어도 하나의 시일 캡과 흐름 제한 장치 본체는 복합재를 포함하는 것인 디가우징 장치.
  77. 제74항에 있어서, 적어도 하나의 시일 링은 플루오로폴리머를 포함하는 것인 디가우징 장치.
  78. 제72항에 있어서, 전원은 적어도 2개의 전류 리드(lead)를 통해 HTS 테이프에 전류를 공급하고,
    이송 메커니즘은 냉각제를 HTS 테이프로 이송하기 위한 유입구를 포함하며,
    상기 유입구와 전류 리드는 냉각제가 전류 리드의 소정 부분으로 이송되도록 구성되는 것인 디가우징 장치.
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