KR101482571B1 - Superconducting lead having bending structure - Google Patents

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Abstract

초전도 전류 리드에 관한 것으로, 제1 연장부, 상기 제1 연장부의 일단에 연속되고 호 형상으로 형성되는 적어도 하나의 굴곡부 및 상기 굴곡부에 연속되고 상기 제1 연장부의 적어도 일부와 중첩하게 형성되는 제2 연장부를 포함해서 적어도 하나의 곡선을 포함하는 연속적인 곡선 형상으로 형성되는 초전도 선재, 상기 초전도 선재를 감싸도록 형성되는 초전도 선재지지체 및 상기 초전도 선재지지체의 양단에 형성되고, 상기 초전도 선재지지체와 결합되는 접속부 및 연결구멍이 형성되는 연결부가 구비된 금속접속체를 포함하는 구성을 마련한다
따라서, 실질적으로 긴 길이를 포함하여 한정된 공간에서의 열침입을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다. A superconducting current lead comprising: a first extending portion; at least one bent portion continuous to one end of the first extending portion and formed in an arc shape; and a second extending portion continuous to the bent portion and overlapped with at least a portion of the first extending portion. A plurality of superconducting wire rods which are formed at both ends of the superconducting wire rod supporter and which are formed so as to surround the superconducting wire rods and which are formed in a continuous curved shape including at least one curve including an extension portion; And a metal connection body having a connection portion and a connection portion in which a connection hole is formed
Thus, the effect of minimizing the heat penetration in a limited space including the substantially long length is obtained.

Description

굴곡을 포함하는 초전도 전류 리드{SUPERCONDUCTING LEAD HAVING BENDING STRUCTURE}[0001] SUPERCONDUCTING LEAD HAVING BENDING STRUCTURE [0002]

본 발명은 초전도 기기에 사용되는 초전도 전류 리드에 관한 발명이다. The present invention relates to a superconducting current lead used in a superconducting device.

최근 초전도 기술은 전력 및 사업분야 등에서 연구되고 있다. 이때, 극저온으로 유지되도록 고진공 단열이 되어 있는 초전도 기기 내부에 전류를 공급하기 위하여, 초전도 전류리드가 사용된다.Recently, superconducting technology has been studied in the fields of power and business. At this time, a superconducting current lead is used to supply current to the interior of the superconducting device which has been subjected to high vacuum insulation so as to be maintained at a cryogenic temperature.

초전도 전류 리드는 크게 초전도체부와 이의 양단에 형성된 금속접속체로 형성된다. 상기 초전도체부는 튜브형 고온초전도 벌크 타입과 고온초전도 선재타입으로 구분된다. The superconducting current leads are largely formed of a superconductor portion and metal connecting members formed at both ends thereof. The superconductor portion is classified into a tubular high-temperature superconducting bulk type and a high-temperature superconducting wire type.

초전도 전류리드는 상온에 위치한 전원과 극저온을 유지하기 위한 저온용기 내부에 위치한 초전도 코일을 전기적으로 이어주는 전류 도입부가 협소한 공간에 설치될 수 있다. The superconducting current lead can be installed in a narrow space where a current source that electrically connects a superconducting coil located inside a low-temperature vessel to a power source located at a room temperature and a cryogenic temperature.

대한민국 특허 등록번호 제10-0855034호(2008년 8월 29일 공고)Korean Patent Registration No. 10-0855034 (issued on August 29, 2008) 일본 공개특허번호 특개2011-146292호(2011년 7월 28일 공개)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-146292 (published on July 28, 2011)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 협소한 공간에서도 효율적으로 극저온을 유지시키는 초전도 전류 리드를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a superconducting current lead that efficiently maintains a cryogenic temperature even in a narrow space.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 초전도 전류 리드는 초전도 선재, 초전도 선재지지체 및 금속접속체를 포함한다. 상기 초전도 선재는 제1 연장부, 상기 제1 연장부의 일단에 연속되고 호 형상으로 형성되는 적어도 하나의 굴곡부 및 상기 굴곡부에 연속되고 상기 제1 연장부의 적어도 일부와 중첩하게 형성되는 제2 연장부를 포함한다. 상기 초전도 선재지지체는 상기 초전도 선재를 감싸도록 형성된다. 상기 금속접속체는 상기 초전도 선재지지체의 양단에 형성되고, 상기 초전도 선재지지체와 결합되는 접속부 및 연결구멍이 형성되는 연결부를 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a superconducting current lead comprising a superconducting wire, a superconducting wire support, and a metal connector. The superconducting wire includes a first extension portion, at least one bend portion continuous to one end of the first extension portion and formed in an arc shape, and a second extension portion continuous to the bend portion and overlapping at least a part of the first extension portion do. The superconducting wire support is formed to surround the superconducting wire. The metal connection body is formed at both ends of the superconducting wire support, and has a connection portion to be coupled to the superconducting wire support and a connection portion to which the connection hole is formed.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 초전도 선재는 이트륨-바륨-산화구리를 포함하는 2세대 고온 초전도 선재로 형성된다.In one embodiment of the present invention, the superconducting wire is formed of a second-generation high-temperature superconducting wire including yttrium-barium-copper oxide.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 굴곡부의 최소 반지름은 15mm이고, 상기 굴곡부에 삽입되는 초전도 선재의 최소 곡률 반경은 25mm인 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the minimum radius of the bent portion is 15 mm, and the minimum curvature radius of the superconducting wire inserted into the bent portion is 25 mm.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 협소한 공간에 수납이 가능하여, 협소한 공간에도 설치가 가능하다. According to the present invention having the above-described configuration, it is possible to store it in a narrow space, so that it can be installed in a narrow space.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 전류리드의 개념도.
도2는 2세대 초전도 선재의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 전류 리드가 설치된 초전도 기기의 부분 단면도.1 is a conceptual view of a superconducting current lead according to the present invention;
2 is a view showing a structure of a second generation superconducting wire.
3 is a partial cross-sectional view of a superconducting device equipped with a superconducting current lead according to the present invention.

이하, 본 발명과 관련된 초전도 전류리드에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Hereinafter, a superconducting current lead according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 전류리드의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a superconducting current lead according to the present invention.

본 발명에 따른 초전도 전류리드는 초전도 초전도선재지지체(300), 금속접속체(200) 및 초전도선재(100)를 포함한다.
도 2는 2세대 초전도 선재의 구조를 나타낸 도면이다. The superconducting current lead according to the present invention includes a superconducting superconducting wire support 300, a metal connector 200, and a superconducting wire 100.
2 is a view showing a structure of a second generation superconducting wire.

상기 초전도선재지지체(300)는 열 전도성이 낮고, 가공성이 우수한 절연성 물질로 형성된다. 예를 들어, 상기 초전도선재지지체(300)는 스테인레스 또는 유리섬유강화플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)으로 형성될 수 있다.The superconducting wire rod support 300 is formed of an insulating material having low thermal conductivity and excellent workability. For example, the superconducting wire rod support 300 may be formed of stainless steel or glass fiber reinforced plastic (GFRP).

상기 금속접속체(200)는 상기 초전도선재지지체(300) 양단부에 결합되는 것으로서, 초전도선재지지체(300)와 결합되는 접속부(210)와, 외부 초전도 기기와 연결되는 연결구멍(221)이 형성된 연결부(220)가 구비된다. 상기 초전도선재(100)는 상기 접속부(210)에 의해 상기 금속접속체(200)와 나사식으로 결합되거나, 금속접속체(200)의 접속부(210) 내부로 끼움 결합식으로 결합될 수 있으며, 금속접속체(200)의 접속부(210)와 초전도선재지지체(300)는 비슷한 두께로 형성되어 결합 후에는 동일 평면 상에 배치되게 된다.The metal connection body 200 is coupled to both ends of the superconducting wire support 300 and includes a connection part 210 to be coupled to the superconducting wire support 300 and a connection part 221 to be connected to the external superconducting device. (Not shown). The superconducting wire 100 may be screwed to the metal connection body 200 by the connection part 210 or may be inserted into the connection part 210 of the metal connection body 200, The connection portion 210 of the metal connector 200 and the superconducting wire rod support 300 are formed to have a similar thickness and are arranged on the same plane after coupling.

상기 초전도선재지지체(300)의 내부에는 초전도 선재(100)가 배치된다. 상기 초전도 선재(100)를 상기 초전도선재지지체(300) 내부에 안정적으로 안착시키기 위하여 상기 초전도선재지지체(300)의 내부에는 충진물질(310)이 충전될 수 있다. 예를 들어, 상기 충진물질(310)는 에폭시 수지로 형성될 수 있다. The superconducting wire rod 100 is disposed inside the superconducting wire rod support 300. The superconducting wire rod support 300 may be filled with a filler 310 to stably place the superconducting wire rod 100 in the superconducting wire rod support 300. For example, the filling material 310 may be formed of an epoxy resin.

상기 초전도 선재(100)는 2세대 초전도 선재로 형성될 수 있다. 즉, 이트륨-바륨-산화구리(YBa2Cu3O7, Yttrium barium copper oxide)으로 형성될 수 있다. The superconducting wire 100 may be formed of a second generation superconducting wire. That is, it may be formed of yttrium-barium-copper oxide (YBa 2 Cu 3 O 7 , Yttrium barium copper oxide).

도 2를 참조하면, 상기 2세대 초전도 선재는 적층구조로 테이프 형상으로 만들어진 선재이다. 상기 2세대 초전도 선재의 적층구조는 기판부(1), 완충층(2, Buffer Layer), 초전도체층(3) 및 안정화층(4)으로 형성된다. Referring to FIG. 2, the second-generation superconducting wire is a wire made of a tape-like laminated structure. The stacked structure of the second generation superconducting wires is formed of a substrate portion 1, a buffer layer 2, a superconductor layer 3 and a stabilization layer 4.

상기 초전도 전류 리드(10)는 기설정된 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르는 초전도 전류 리드(10)는 적어도 하나의 곡선을 포함하는 곡선형으로 형성된다.The superconducting current lead 10 may be formed in a predetermined shape. The superconducting current lead 10 according to the present invention is formed in a curved shape including at least one curve.

기판부(1)는 Ni 또는 Ni합금 등 금속계 물질을 재질로 압연 및 열처리하여 큐브 집합조직(Cube texture)을 형성하여 제작된다. 완충층(2)은 ZrO2, CeO2, YSZ, Y2O3 또는 HfO2 등의 재질로 단일층 또는 다수의 층으로 기판부(1) 위에 에피택셜(Epitaxial)하게 적층된다.The substrate portion 1 is manufactured by forming a cube texture by rolling and heat-treating a metal material such as Ni or an Ni alloy as a material. The buffer layer 2 is epitaxially stacked on the substrate portion 1 as a single layer or a plurality of layers of a material such as ZrO2, CeO2, YSZ, Y2O3 or HfO2.

초전도체층(3)은 YBa2Cu3O7-x계로 대표되는 산화물 초전도 물질로 이루어진다. 즉, Y:Ba:Cu의 몰 비율은 1:2:3이고, 이에 대한 산소(O)의 몰비율은 일반적으로 6.4 내지 7이어야 한다. 초전도체층(3)을 구성하는 산화물 초전도체의 산소량이 변동함으로써 초전도체층(3)의 특성이 크게 변화된다. 따라서 상기 산소의 몰비율은 일정하게 유지시켜주어야 한다.The superconductor layer 3 is made of an oxide superconducting material represented by YBa2Cu3O7-x system. That is, the molar ratio of Y: Ba: Cu is 1: 2: 3, and the molar ratio of oxygen (O) to it is generally 6.4 to 7. The characteristics of the superconducting layer 3 are greatly changed due to the fluctuation of the oxygen amount of the oxide superconductor constituting the superconducting layer 3. [ Therefore, the molar ratio of the oxygen should be kept constant.

안정화층(4)은 과전류시 초전도체층(1)을 보호하는 등 초전도체층(3)을 전기적으로 안정화시키기 위하여 초전도체층(3) 상부면에 적층된다. 안정화층(4)은 과전류가 흐를 때 선재를 보호하기 위하여 전기저항이 상대적으로 낮은 금속물질로 구성된다. 예를 들면, 은 또는 동 등의 전기저항이 낮은 금속물질로 구성된다. 또, 스테인리스 등이 이용될 수도 있다.The stabilizing layer 4 is stacked on the upper surface of the superconductor layer 3 in order to electrically stabilize the superconducting layer 3, for example, to protect the superconducting layer 1 during an overcurrent. The stabilizing layer 4 is made of a metal material having a relatively low electrical resistance in order to protect the wire rod when an overcurrent flows. For example, a metal material having a low electrical resistance such as silver or copper. Stainless steel or the like may also be used.

즉, 상기 2세대 초전도 선재는 유연성을 가져, 가공이 가능하다. 예를 들어, 2세대 초전도 선재인 AMSC 344S 선재의 임계전류의 특성을 저하시키지 않는 최소 굽힘 반경(r)은 약 25mm이다. 이는 1세대 선재인 SEI의 DI-BSCCO 선재의 최소 굽힘 반경인 약 70mm 보다 작은 값이다. 따라서, 2세대 초전도 선재는 1세대 초전도 선재 보다 미세한 간격으로 절곡 가공이 가능하다.That is, the second generation superconducting wire has flexibility and can be processed. For example, the minimum bending radius (r) that does not deteriorate the critical current characteristics of the second generation superconducting wire, AMSC 344S wire, is about 25 mm. This is smaller than the minimum bending radius of DI-BSCCO wire of SEI, the first-generation wire, which is about 70 mm. Therefore, the second generation superconducting wire can be bent at a finer interval than the first generation superconducting wire.

본 발명에 따른 상기 초전도 선재(100)를 포함하는 초전도 전류 리드(10)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 상기 초전도선재지지체(300)를 기설정된 형태로 가공하고, 내부에 상기 초전도 선재(100)를 삽입하여 형성한다. The superconducting current lead 10 including the superconducting wire 100 according to the present invention may be formed in various forms. The superconducting wire support 300 is formed into a predetermined shape and the superconducting wire 100 is inserted therein.

상기 초전도 선재(100)는 제1 내지 제 3 연장부(A, C, E)와 제1 및 제2 굴곡부(B, D)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 3개의 연장부와 2개의 굴곡부를 포함하도록 도시하였으나, 개수는 이에 한정되는 것은 아니다. The superconducting wire 100 may include first to third extensions A, C, and E and first and second bends B and D. Although FIG. 1 shows three extension portions and two bent portions, the number is not limited thereto.

상기 제1 연장부(A)는 상기 제1 굴곡부(B)와 연속된다. 상기 제1 굴곡부(B)에 삽입되는 상기 초전도 선재(100)의 곡률 반경(r)은 약 25mm 보다 크거나 같게 형성된다. The first extension A is continuous with the first bend B. The radius of curvature r of the superconducting wire 100 inserted into the first bent portion B is formed to be greater than or equal to about 25 mm.

상기 제1 굴곡부(B)는 상기 제2 연장부(C)와 연속된다. 상기 제2 연장부(C)는 상기 제1 연장부(A)와 인접하게 배치될 수 있다, 즉, 상기 제1 및 제2 연장부(A, C)의 적어도 일부는 서로 중첩되도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 굴곡부(B)가 형성하는 원의 원점은 상기 제1 및 제2 연장부(A, C) 사이에 형성될 수 있다. The first bent portion B is continuous with the second extended portion C. The second extension C may be disposed adjacent to the first extension A, that is, at least a portion of the first and second extensions A and C may be formed to overlap with each other have. Here, the origin of the circle formed by the first bent portion B may be formed between the first and second extending portions A and C.

상기 제2 연장부(C)에 상기 제2 굴곡부(D)가 연속되고, 상기 제2 굴곡부(D)에 상기 제3 연장부(E)가 연속된다. 상기 제2 및 제3 연장부(C, E)의 적어도 일부가 중첩될 수 있으며, 상기 제3 연장부(D)는 상기 제1 연장부(A)와 부분적으로 중첩되도록 형성될 수 있다. The second bent portion D is continuous to the second extended portion C and the third extended portion E is continuous to the second bent portion D. [ At least a portion of the second and third extensions C and E may overlap and the third extension D may be partially overlapped with the first extension A. [

또한, 상기 제1 내지 3 연장부(A, C, E)의 길이는 서로 상이하여도 무방하며, 상기 제1 및 제2 굴곡부(B, D)의 곡률 반경(r)이 서로 상이 하여도 무방하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 초전도 전류 리드(10)는 연장부 없이 굴곡부로만 형성될 수 있다. The lengths of the first to third extensions A, C, and E may be different from each other. Even if the radiuses of curvature r of the first and second bent portions B and D are different from each other, Do. However, the present invention is not limited thereto, and the superconducting current lead 10 may be formed only as a bent portion without an extension portion.

따라서, 본 발명은 2세대 초전도 선재를 사용함에 따라, 곡률반경이 보다 작은 굴곡부를 형성할 수 있어, 연장부가 인접하도록 형성할 수 있다. 따라서, 보다 촘촘하게 형성되는 초전도 전류 리드를 형성할 수 있다.Therefore, according to the present invention, by using the second generation superconducting wire, curved portions having a smaller radius of curvature can be formed, so that the extension portions can be formed adjacent to each other. Therefore, a superconducting current lead can be formed which is formed more closely.

도 3은 본 발명에 따른 초전도 전류 리드가 설치된 초전도 기기의 부분 단면도 이다.3 is a partial cross-sectional view of a superconducting device equipped with a superconducting current lead according to the present invention.

도 3을 참조하면, 초전도 기기는 냉매조(20)와 진공조(30)를 포함한다. 상기 냉매조(20)의 외주에 단열재가 형성되고, 상기 진공조(30)가 상기 냉매조(20)의 외주를 덮도록 형성된다. 상기 냉매조(20)는 서로 교차하는 방향으로 연장되는 제1 및 제2 냉매조(21,22)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the superconducting device includes a coolant tank 20 and a vacuum tank 30. A heat insulating material is formed on the outer circumference of the refrigerant tank 20 and the vacuum tank 30 covers the outer circumference of the refrigerant tank 20. The refrigerant tank 20 includes first and second refrigerant vessels 21 and 22 extending in directions intersecting with each other.

상기 냉매조(20)에 상기 초전도 전류 리드(10) 및 상기 초전도 전류 리드(10)와 연결되는 도체부(11)가 수납된다. 상기 초전도 전류 리드(10)와 상기 도체부(11)는 서로 교차하는 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 도체부(11)의 외주는 상기 고체 절연층(도면 미도시)으로 피복될 수 있다. 상기 도체부(11)와 상기 초전도 전류 리드(10)는 접속부(210)에 의하여 전기적으로 연결된다. The superconducting current lead 10 and the conductor portion 11 connected to the superconducting current lead 10 are housed in the coolant tank 20. The superconducting current lead 10 and the conductor portion 11 may extend in directions intersecting with each other. The outer periphery of the conductor portion 11 may be covered with the solid insulation layer (not shown). The conductor portion 11 and the superconducting current lead 10 are electrically connected by a connection portion 210.

상기 도체부(11)는 상기 제1 냉매조(21)에 수납되고, 상기 초전도 전류 리드(10)는 상기 제2 냉매조(22)에 수납된다. 상기 초전도 전류 리드(10)는 굴곡을 포함하여 굴곡지게 형성될 수 있다. 상기 초전도 전류 리드(10)는 일정한 굴곡을 포함하고, 일방향으로 연장되는 제2 냉매조(22)에 따라서 상기 일 방향을 향하여 연장되어 형성된다. The conductor portion 11 is accommodated in the first refrigerant tank 21 and the superconducting current lead 10 is accommodated in the second refrigerant tank 22. The superconducting current lead 10 may be bent to include a curved shape. The superconducting current lead 10 is formed to extend in one direction along a second coolant tank 22 extending in one direction and having a predetermined curvature.

즉, 상기 제2 냉매조(22)에 수납되기 위하여 직선형으로 형성되는 초전도 전류 리드보다 실질적으로 보다 긴 길이로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2 냉매조(22)의 외주로부터 유입되는 열 침입에 의한 영향은 실질적인 길이가 짧은 직선형 초전도 전류 리드보다 굴곡을 포함하는 초전도 전류 리드(10)에서 적게 미치게 된다. That is, the length of the superconducting current lead may be substantially longer than the length of the superconducting current lead formed to be accommodated in the second coolant tank 22. Therefore, the influence of heat inflow from the outer periphery of the second refrigerant tank 22 is insignificant in the superconducting current lead 10 including the curvature of the substantially linear superconducting current lead having a short length.

상기와 같이 설명된 초전도 전류 리드는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described superconducting current leads can be applied to a configuration and a method of the embodiments described above in a limited manner, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments are selectively combined .

Claims (4)

제1 연장부, 상기 제1 연장부의 일단에 연속되고 호 형상으로 형성되는 적어도 하나의 굴곡부 및 상기 굴곡부에 연속되고 상기 제1 연장부의 적어도 일부와 중첩하게 형성되는 제2 연장부를 포함해서 적어도 하나의 곡선을 포함하는 연속적인 곡선 형상으로 형성되는 초전도 선재,
상기 초전도 선재를 감싸도록 형성되는 초전도 선재지지체 및
상기 초전도 선재지지체의 양단에 형성되고, 상기 초전도 선재지지체와 결합되는 접속부 및 연결구멍이 형성되는 연결부가 구비된 금속접속체를 포함하고,
상기 초전도 선재의 연장부와 굴곡부는 상기 초전도 선재가 초전도 선재지지체 내부에 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 전류 리드.At least one bending portion continuous to one end of the first extending portion and formed in an arc shape and a second extending portion continuous to the bending portion and formed to overlap with at least a portion of the first extending portion, A superconducting wire formed in a continuous curved shape including a curve,
A superconducting wire rod support member formed to surround the superconducting wire member;
And a metal connection body formed at both ends of the superconducting wire rod support body and having a connection part to be coupled with the superconducting wire rod support and a connection part to be formed with the connection hole,
Wherein an extension and a bent portion of the superconducting wire are formed by inserting the superconducting wire into the superconducting wire support. 제1항에 있어서, 상기 초전도 선재는 이트륨-바륨-산화구리를 포함하는 2세대 고온 초전도 선재로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 전류 리드.The superconducting current lead according to claim 1, wherein the superconducting wire is formed of a second-generation high-temperature superconducting wire including yttrium-barium-copper oxide. 제2항에 있어서,
상기 굴곡부의 최소 곡률 반경은 25mm인 것을 특징으로 하는 초전도 전류 리드. 3. The method of claim 2,
And the minimum curvature radius of the bent portion is 25 mm. 삭제delete
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