KR101381462B1 - 냉동기 내장형의 초전도 회전기 - Google Patents

Abstract

본 출원은 냉동기 내장형의 초전도 회전기에 관한 것으로, 냉동기 내장형의 초전도 회전기는 극저온 냉동기를 포함하고, 상기 극저온 냉동기를 감싸고 냉각기체를 관통시키는 원주홀을 포함하며 회전 동력을 전달하는 회전축을 포함하며, 원주홀을 포함하고 상기 원주홀을 통해 상기 회전축과 결합되어 함께 회전되는 진공 챔버를 포함하고, 상기 극저온 냉동기와 결합되되 서로 직접적으로 접촉되지 않는 제1 및 제2 냉각부들을 포함하고, 상기 제1 냉각부는 상기 진공 챔버 내부에 제1 방향으로 굴곡지게 형성되며 상기 제2 냉각부는 상기 진공 챔버 내부에 제2 방향으로 굴곡지게 형성되는 열전달부를 포함한다. 본 출원에 개시된 기술에 따르면, 냉동기 내장형의 초전도 회전기는 냉동기를 회전축에 내장하여 냉각라인의 문제를 없애고, 열 침투를 방지하며, 구조를 단순화 하고, 전도 냉각 방식을 가능하게 하여 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

냉동기 내장형의 초전도 회전기{SUPERCONDUCTING ROTATING MACHINE}

본 출원은 냉동기 내장형의 초전도 회전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기존의 냉동기가 외부에 장착됨으로 인해서 발생되는 씰링 등의 문제를 해결하기 위해서 냉동기를 회전축에 내장하여 냉각라인의 문제를 없애고, 열 침투를 방지하며, 구조를 단순화 하고, 전도 냉각 방식을 가능하게 할 수 있는 냉동기 내장형의 초전도 회전기에 관한 것이다.

기존의 냉각 방식은 냉동기가 회전체 외부에 장착됨으로 인해서 냉동기와 회전기를 연결하는 냉각라인이 상온을 지나면서 열 침입이 발생하고, 냉동기의 극저온 부분에서 씰링 기능에 문제가 발생할 수 있다.

한국공개특허 제 10-2010-0058509 호는 회전자코일과 고정자코일 모두를 초전도 상태로 운전하여 동일 체적에서 기기의 효율과 출력을 향상시키기 위한 전초전도 회전기에 관한 것이다. 상기 고정자코일 및 회전자코일의 냉각 구조를 단순화하고 상기 고정자코일과 회전자코일 사이의 간격을 줄여 상호 쇄교 자속량을 늘리기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 회전축에 구비되어 회전하는 회전자코일과 전기자슬롯에 삽입되어 고정자 요오크에 의해 지지되는 고정자코일 및 상기 회전자코일과 고정자코일을 각각 극저온으로 냉각시키는 복수개의 냉매조을 포함하는 전초전도 회전기에 있어서, 상기 냉매조는 복수개가 일체화된 단일의 냉매조로 이루어지며, 상기 냉매조의 내부에는 상기 회전자코일 및 고정자코일이 함께 배치되어 냉각되는 것을 특징으로 한다. 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은, 고정자코일 및 회전자코일이 일체형의 냉매조에 함께 배치되어 상기 고정자코일과 회전자코일 사이의 간격을 줄여 상호 쇄교 자속량을 늘릴 수 있게 되므로, 고가의 고온초전도 선재의 사용을 줄여 기기의 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

한국공개특허 제 10-2002-0043454 호는 냉각 시스템을 내장한 초전도 로터에 관한 것으로, 강한 자장을 발생시키기 위한 초전도 계자코일과 상기 계자코일을 지지하는 계자코일 지지부와 상기 계자코일을 냉각하기 위해 계자코일 지지부내에 저온단 연결부를 통해 연결된 환형의 재생관과, 상기 재생관의 내측에 설치되어 상기 재생관과 연결된 맥동관(Pulse Tube) 과, 상기 재생관과 맥동관을 연결하는 고온단 연결부와, 상기 재생관의 고온단 측에서 고압 및 저압의 가스가 출입하는 작동유체출입관과, 상기 고온단 연결부 측에서 상기 작동유체출입관과 상기 맥동관을 연결하는 이중기체유입밸브와, 상기 고온단 연결부 측의 상기 맥동관과 오리피스 밸브를 통해 연결된 가스 저장통을 포함하는 맥동관 냉동기와 상기 계자코일지지부와 연결되어 상기 계자코일에서 외부로 회전력을 전달하기 위한 토크 튜브와 적어도 상기 계자코일을 포함한 상기 계자코일지지부를 둘러싸고 있는 로터 내통과 상기 로터 내통을 둘러싸고 있는 로터 외통 및 상기 로터 내통과 상기 로터 외통 사이에 설치된 열차폐판을 포함하여 구성되어, 상기 계자코일의 내측에 설치된 맥동관 냉동기를 운전하여 상기 계자코일을 전도냉각방식으로 운전온도까지 냉각시켜 초전도화시킴으로써 액체 또는 기체상태의 극저온 냉매의 순환이 없이 운전하는 것이 가능하여 구조가 간단하며, 운전의 편리성, 효율 및 신뢰성을 향상시키도록 하는 효과가 있다.

한국공개특허 제 10-2010-0058509 호 한국공개특허 제 10-2002-0043454 호

본 출원은 기존의 냉동기가 외부에 설치되고 냉각라인을 통해서 진공 챔버 부분을 냉각하는 구조에서 발생하는 극저온 부분의 씰링 문제를 회전축에 냉동기를 장착함으로써 씰링 문제를 해소하는 냉동기 내장형의 초전도 회전기를 제공하고자 한다.

본 출원은 회전축에 냉동기를 설치하여 냉각라인 구조를 단순화 하여 열 침입을 방지하고, 전도 냉각을 가능하게 하여 냉각 효율을 증가시키는 냉동기 내장형의 초전도 회전기를 제공하고자 한다.

실시예들 중에서, 냉동기 내장형의 초전도 회전기는 극저온 냉동기를 포함하고, 상기 극저온 냉동기를 감싸고 냉각기체를 관통시키는 원주홀을 포함하며 회전 동력을 전달하는 회전축을 포함하고, 상기 원주홀을 포함하며 상기 원주홀을 통해 상기 회전축과 결합되어 함께 회전되는 진공 챔버를 포함하고, 상기 극저온 냉동기와 결합되되 서로 직접적으로 접촉되지 않는 제1 및 제2 냉각부들을 포함하며, 상기 제1 냉각부는 상기 진공 챔버 내부에 제1 방향으로 굴곡지게 형성되며 상기 제2 냉각부는 상기 진공 챔버 내부에 제2 방향으로 굴곡지게 형성되는 열전달부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 진공 챔버는 상기 제1 및 제2 냉각부들에 순차적으로 접촉되는 냉각 기체를 통해 냉각된다.

일 실시예에서, 상기 회전축과 결합되는 회전력 전달요소, 상기 회전력 전달요소와 결합된 복수의 방사형 바퀴부들, 상기 복수의 방사형 바퀴부들과 결합된 요크부를 포함하고, 상기 회전력 전달요소, 상기 복수의 방사형 바퀴부들 및 상기 요크부는 상기 진공 챔버 내에 담겨진 회전력 전달부를 더 포함한다.

일 실시예에서, 상기 진공 챔버 내에 담겨지되 상기 요크부 외측면에 배치되고, 상기 제1 및 제2 냉각부들 각각의 일단과 수평으로 이격되게 배치되고 상기 제2 냉각부를 통해 냉각되는 초전도 선재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 내장형의 초전도 회전기

본 출원의 냉동기 내장형의 초전도 회전기 및 이와 관련된 기술(들)은 기존의 냉동기가 외부에 설치되고 냉각라인을 통해서 진공 챔버 부분을 냉각하는 구조에서 발생하는 극저온 부분의 씰링 문제를 회전축에 냉동기를 장착함으로써 씰링 문제를 해소할 수 있다.

본 출원의 냉동기 내장형의 초전도 회전기 및 이와 관련된 기술(들)은 회전축에 냉동기를 설치하여 냉각라인 구조를 단순화 하여 열 침입을 방지하고, 전도 냉각을 가능하게 하여 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 냉동기 내장형의 초전도 회전기를 설명하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 있는 냉동기 내장형의 초전도 회전기를 설명하는 분해도이다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 냉동기 내장형의 초전도 회전기를 설명하는 단면도이고, 도 2는 도 1에 있는 냉동기 내장형의 초전도 회전기를 설명하는 분해도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 냉동기 내장형의 초전도 회전기(100)는 극저온 냉동기(110), 회전축(120), 진공 챔버(130), 열전달부(140) 및 회전력 전달부(150)를 포함한다.

극저온 냉동기(110)는 3단으로 이루어진 원주 형상의 부재이다. 일 실시예에서, 극저온 냉동기(110)는 제1 단에서 제2 단을 거쳐 제3 단으로 갈수록 점점 얇아질 수 있다.

회전축(120)은 내부에 극저온 냉동기(110)와 결합된다. 일 실시예에서, 결합은 회전축(120)의 내측 돌출부와 극저온 냉동기(110)의 외측 돌출부 간에 형성될 수 있다. 또한, 회전축(120)은 냉각기체를 관통시키는 원주홀을 포함한다. 일 실시예에서, 냉각기체는 원주홀을 통해 제1 단에서 제3 단 방향으로 흐를 수 있고, 냉매 역할을 한다. 일 실시예에서, 회전축(120)은 상기 형성된 결합을 통해 극저온 냉동기(110)를 함께 회전시킬 수 있다.

진공 챔버(130)는 회전축(120)과 결합되는 원주홀을 포함하고, 내부는 진공으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 진공 챔버(130)는 회전축(120)과의 결합을 통해 함께 회전될 수 있다.

열전달부(140)는 제1 냉각부(141)와 제2 냉각부(142)로 구성되며, 제1 및 제2 냉각부들(141, 142) 각각은 회전축(120) 내부에서 극저온 냉동기(110)의 각 단과 결합되되 서로 직접적으로 접촉되지 않는다. 즉, 제1 냉각부(141)는 제2 단과 결합할 수 있고, 제2 냉각부(142)는 제3 단과 결합될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 냉각부(141)는 진공 챔버(130) 내부에서 제1 방향으로 굴곡지게 형성되고 제2 냉각부(142)는 진공 챔버(130) 내부에서 제2 방향으로 굴곡지게 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 진공 챔버(130)는 제1 및 제2 냉각부들(141, 142)에 순차적으로 접촉되는 냉각 기체를 통해서 냉각될 수 있으며, 제1 및 제2 냉각부들(141, 142)은 진공 챔버(130) 내부에 굴곡지게 배치되어 진공 챔버(130)를 냉각시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 냉각부(141, 142)들은 복수의 구리판들로 구성될 수 있다.

회전력 전달부(150)는 회전력 전달요소(151), 복수의 방사형 바퀴부들(152) 및 요크부(154)를 포함한다. 회전력 전달요소(151)는 진공 챔버(130)의 내부에서 회전축(120)의 외측면에 결합된다. 복수의 방사형 바퀴부들(152)은 회전력 전달요소(151)로부터 방사형으로 형성되어, 회전력 전달요소(151)와 요크부(154)을 있는 복수의 바퀴살들(153)로 구성될 수 있다. 요크부(154)는 방사형 바퀴부들(152)과 결합되는 림으로서, 진공 챔버(130)에서의 철심에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 방사형 바퀴부들(152)은 회전력 전달요소(151)의 양 끝단에 결합될 수 있으며, 회전력 전달요소(151)로부터 바깥쪽으로 회전력을 전달하여 진공 챔버(130) 내부의 부재들을 회전시킬 수 있다.

초전도 선재(160)는 진공 챔버(130) 내부에서 요크부(153) 외측면에 배치된다. 초전도 선재(160)는 전기저항이 제로라고 하는 도전재료로서는 궁극의 성능을 가지고 있어서 냉동기 내장형의 초전도 회전기(100)의 성능 향상에 중요한 역할을 수행한다. 일 실시예에서, 초전도 선재(160)는 제1 및 제2 냉각부들(141, 142) 각각의 일단과 수평으로 이격되게 배치되고, 제2 냉각부(142)를 통해 냉각될 수 있다.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 극저온 냉동기 120 : 회전축
130 : 진공 챔버 140 : 열전달부
141 : 제1 냉각부 142 : 제2 냉각부
150 : 회전력 전달부 151 : 회전력 전달요소
152 : 방사형 바퀴부들 153 : 바퀴살
154 : 요크부 160 : 초전도 선재

Claims (4)

1. 극저온 냉동기;
   상기 극저온 냉동기를 감싸고 냉각기체를 관통시키는 원주홀을 포함하며 회전 동력을 전달하는 회전축;
   원주홀을 포함하고 상기 원주홀을 통해 상기 회전축과 결합되어 함께 회전되는 진공 챔버; 및
   상기 극저온 냉동기와 결합되는 제1 및 제2 냉각부들을 포함하고, 상기 제1 냉각부는 상기 진공 챔버 내부에 제1 방향으로 굴곡지게 형성되며 상기 제2 냉각부는 상기 진공 챔버 내부에 제2 방향으로 굴곡지게 형성되는 열전달부를 포함하는 냉동기 내장형의 초전도 회전기.
2. 제1항에 있어서, 상기 진공 챔버는
   상기 제1 및 제2 냉각부들에 순차적으로 접촉되는 냉각 기체를 통해 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉동기 내장형의 초전도 회전기.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 진공 챔버 내에 담겨지되 요크부 외측면에 배치되고, 상기 제1 및 제2 냉각부들 각각의 일단과 수평으로 이격되게 배치되고 상기 제2 냉각부를 통해 냉각되는 초전도 선재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 내장형의 초전도 회전기.

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