KR101349362B1 - 고온초전도 계자 코일의 실험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온초전도 계자 코일의 실험 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고온초전도 계자 코일의 실험 장치는 고온초전도 계자 코일의 특성 실험 장치에 있어서, 레이스 트랙 형태로 제작된 계자 코일의 형태에 대응되는 레이스 트랙 형태의 진공 용기와, 상기 진공 용기 내부에 설치되고, 실험하고자 하는 계자 코일의 보빈이 결합되는 극저온 냉각부와, 상기 계자 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 리드와, 상기 진공 용기 내부에 설치된 계자 코일의 정상 작동 여부를 확인하기 위한 신호선 단자를 포함하되, 상기 냉각부에는 극저온 히터가 더 설치되어 계자 코일의 온도를 설정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

고온초전도 계자 코일의 실험 장치{apparatus for recovering waste heat with rankine cycle in cremantion furnace}

본 발명은 고온초전도 계자코일의 통전 성능 평가 장치에 관한 것으로서, 고온초전도 계자코일을 회전자 내부에 조립하기 전에 실제의 극저온 동작온도에서 각 코일들의 이상 유무를 파악하여 조립 전에 수리와 보완을 가능하게 해주는 고온초전도 계자 코일의 실험 장치에 관한 것이다.

도 1은 초전도 전동기와 발전기의 조립된 고온초전도 계자코일을 도시하는 사시도이다.

고온초전도 전동기나 발전기의 초전도 계자코일은 40 K (영하 233 ) 이하의 극저온에서 동작하며 극저온 냉매로 직접 냉각되는 방식보다 코일(1)이 부착되는 지지부(2)가 냉매로 냉각되어 초전도 코일이 냉각되는 전도냉각 방식으로 일반적으로 냉각된다.

또한. 고온초전도 전동기나 발전기의 초전도 계자코일은 도 2에서와 같이 레이스트랙(racetrack) 형을 띠며 코일에 사용되는 고온초전도 선재가 테이프 형태를 띠기 때문에 팬케이크(pancake) 형태로 부분 코일들(3)을 제작하고 이를 적층하여 제작된다.

이러한 고온초전도 계자코일에 관련된 선행 기술에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2010-0121226호, 제10-2010-0121222호 등이 있다.

이러한 고온초전도 계자코일은 팬케이크 형태의 모든 부분 코일들이 모두 직렬로 연결되어 도 1과 같은 전체 회전자 코일을 이루어지기 때문에 각 부분의 코일들 중에서 하나라도 문제가 있으면 목표하는 통전전류를 흘릴 수 없으며 설계한 자기장을 발생할 수가 없게 된다.

따라서 조립하기 전에 각각의 부분 코일들의 이상 유무를 파악하기 위해서 초전도 상태로 냉각하여 통전 시험을 행해야 한다.

고온초전도 코일을 초전도 상태로 만들 수 있는 가장 쉬운 방법은 코일을 액체질소(77K)에 담그는 방법이지만 고온초전도 계자코일은 40K 이하의 극저온에서 동작하므로 온도를 더욱 낮추어야 하는 어려움이 있다.

그리고, 초전도 계자코일을 회전자에 조립 후에 각 부분 코일에서 문제가 하나라도 발생되면 회전자와 코일을 다시 분해하여 이상이 있는 부분 코일을 다시 제작하여 전체 코일을 다시 결합시켜야 하는 큰 번거로움이 있다.

본 발명에 따른 고온초전도 계자 코일의 실험 장치는 초전도 계자코일을 회전자 내부에 조립하기 전에 원하는 극저온 온도에서 각각의 부분 코일들과 체결된 계자코일을 통전 시험할 수 있는 실험 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 고온초전도 계자 코일의 실험 장치는 고온초전도 계자 코일의 특성 실험 장치에 있어서, 레이스 트랙 형태로 제작된 계자 코일의 형태에 대응되는 레이스 트랙 형태의 진공 용기와, 상기 진공 용기 내부에 설치되고, 실험하고자 하는 계자 코일의 보빈이 결합되는 극저온 냉각부와, 상기 계자 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 리드와, 상기 진공 용기 내부에 설치된 계자 코일의 정상 작동 여부를 확인하기 위한 신호선 단자를 포함하되, 상기 냉각부에는 극저온 히터가 더 설치되어 계자 코일의 온도를 설정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각부는 상기 진공 용기의 하부면에서 돌출되도록 설치되고, 상기 냉각부의 단부에 보빈이 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고온초전도 계자 코일의 실험 장치는 회전자 조립 후 초전도 계자코일에서 발생할 수 있는 문제들을 사전에 방지해 줄 수 있는 장점이 있다.

그리고, 극저온 냉동기에 바로 부착하여 냉각하기 때문에 냉각시간을 크게 단축시킬 수 있고, 극저온 냉동기를 초전도 계자코일에 여러 대를 부착하면 냉각시간을 더욱 더 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 초전도 전동기와 발전기의 조립된 고온초전도 계자코일을 도시하는 사시도.
도 2는 레이스트랙형 고온초전도 계자 코일을 설명하기 위한 개념사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고온초전도 계자 코일의 실험 장치를 도시하는 평면도.
도 4는 도 3의 A-A'단면도.
도 5는 도 3의 B-B'단면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고온초전도 계자 코일의 실험 장치를 도시하는 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A'단면도이며, 도 5는 도 3의 B-B'단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고온초전도 계자 코일의 실험 장치는 레이스 트랙 형태로 제작된 계자 코일의 형태에 대응되는 레이스 트랙 형태의 진공 용기(4)와, 상기 진공 용기(4) 내부에 설치되고, 실험하고자 하는 계자 코일의 보빈(7)이 결합되는 극저온 냉각부(5)와, 상기 계자 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 리드(미도시됨)와, 상기 진공 용기 내부에 설치된 계자 코일의 정상 작동 여부를 확인하기 위한 신호선 단자(미도시됨)를 포함한다.

초전도 계자 코일의 동작 온도인 40K 이하로 떨어뜨리기 위하여 도 3에서와 같이 코일(6)이 권선된 보빈(7)에 극저온 냉동기의 냉각부(5, cold head)가 볼트로 체결되어 전도냉각이 이루어질 수 있도록 시험 장치를 구성한다.

또한, 초전도 계자 코일의 냉각 온도도 제어할 수 있도록 극저온 냉동기의 냉각부에 극저온 히터(heater)를 부착하여 원하는 온도로 가변하여 시험할 수 있도록 한다.

그리고, 초전도 계자 코일(6)을 냉각하는 동안 외부로부터 열 침입을 막기 위하여 도 3에서와 같이 코일과 극저온 냉동기의 냉각부(5)를 모두 진공 용기(4) 내부에 설치한다.

상기 진공 용기(4)에는 도시되지는 않았지만, 계자 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 리드와, 상기 진공 용기 내부에 설치된 계자 코일의 정상 작동 여부를 확인하기 위한 신호선 단자가 설치되어야 한다.

특히, 초전도 계자코일(6)을 극저온 냉동기의 냉각부(5)에 쉽게 부착시킬 수 있도록 냉각부를 진공 용기(4)의 하부면에 돌출되도록 설치 부착시켜서 계자코일(6)을 냉각부 위에 쉽게 놓을 수 있도록 하고, 상기 냉각부의 단부에 보빈이 결합되도록 한다.

그리고 상기 진공 용기(4)는 레이스트랙(racetrack) 형의 초전도 계자코일을 내부에 배치시킬 수 있도록 도 3에서와 같이 양쪽 단부가 반원 형태가 되도록 한다.

만약, 계자코일이 매우 클 경우에는 코일 전체를 균일하게 냉각시킬 수 있도록 극저온 냉동기를 진공 용기에 2 대를 연결하여 2 개의 냉각부가 계자코일에 부착되도록 하여 냉각 용량을 증가시킨다.

초전도 계자코일을 회전자에 조립 후 회전자의 외부에 설치된 극저온 냉동기를 통하여 동작온도까지 떨어뜨리는 데는 며칠이 소요되지만, 본 발명은 초전도 계자코일은 극저온 냉동기(5)에 바로 부착하여 냉각하기 때문에 냉각시간을 크게 단축시킬 수 있다.

여기서, 초전도 계자코일을 위와 같이 냉각하여 전류 도입선을 통하여 외부로부터 전류를 공급하고, 코일의 각 부분에 전압탭을 설치하여 신호선을 통하여 진공용기 외부에서 코일의 각 부분의 통전 중 발생 전압을 검출할 수 있도록 하여 코일 각 부분의 이상 유무를 판단한다.

본 발명의 시험 장치를 사용하지 않고 초전도 계자코일을 회전자에 조립하기 전에 예비시험하려면 액체질소(77K)에 코일을 담가서 실험할 수밖에 없으며, 이 경우 코일을 동작온도까지 냉각시킬 수 없고 실제 회전자 내부에서 코일이 냉각되는 전도냉각 방식을 구현할 수도 없다.

이상과 같이 본 발명은 고온초전도 계자 코일의 특성 실험 장치를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1: 계자 코일
2: 지지부
3: 팬케이크형태의 부분 코일
4: 진공 용기
5: 극저온 냉각부
6: 계자 코일
7: 보빈

Claims (3)

1. 고온초전도 계자 코일의 특성 실험 장치에 있어서,
   레이스 트랙 형태로 제작된 계자 코일의 형태에 대응되는 레이스 트랙 형태의 진공 용기와;
   상기 진공 용기 내부에 설치되고, 실험하고자 하는 계자 코일의 보빈이 결합되는 극저온 냉각부와;
   상기 계자 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 리드와;
   상기 진공 용기 내부에 설치된 계자 코일의 정상 작동 여부를 확인하기 위한 신호선 단자;를 포함하되,
   상기 냉각부에는,
   극저온 히터가 더 설치되어 계자 코일의 온도를 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온초전도 계자 코일의 실험 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   상기 진공 용기의 하부면에서 돌출되도록 설치되고, 상기 냉각부의 단부에 보빈이 결합되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 계자 코일의 실험 장치.
   

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