KR101493973B1 - 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법은 초전도 박막 선재를 길이 방향으로 절단시키는 제1단계와, 절단된 초전도 박막 선재를 사다리꼴 형태의 단면을 가지도록 적층하는 제2단계와, X자 단면을 가지는 알루미늄 재질의 중심 선재를 성형하는 제3단계와, 절단된 초전도 박막 선재를 중심 선재의 사측면에 확산 접합 열처리를 통해 결합시켜서 모듈 선재를 만드는 제4단계와, 상기 모듈 선재를 콘폼 가공을 통해서 알루미늄이 피복된 원형 선재로 가공하는 제5단계를 포함한다.

Description

초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체{method for manufacturing superconducting cables using superconducting coated conductors and superconducting cables by the manufacturing}

본 발명은 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체에 관한 것으로서, 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체에 관한 것이다.

도 1은 종래의 초전도 케이블도체의 구조를 도시하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 박막형 초전도 선재는 금속재 기판인 테이프(1)와 초전도층(3), 그리고 그 사이에 상기 금속재 기판(1)과 초전도층(3) 간의 물성 차이를 최소화시키기 위한 버퍼층(buffer layer)인 산화물 완충층(2)으로 형성된다.

일반적으로, 초전도층(3)을 보호하기 위하여 은(Ag)층(4)을 입히고 그 후에 다시 구리층(5)을 전기도금이나 납땜 등의 방법으로 입혀서 초전도 케이블을 제조한다.

이러한 선행기술에는 대한민국 특허청에 출원되어 등록된 등록번호 제1118748호, 출원번호 제10-2008-0121801호 등이 있다.

이러한 초전도 선재 한가닥으로는 대전류화가 어렵고, 박막형 초전도 선재는 금속재 기판이 상기 완충층으로 인해 안정화재로 사용될 수 없기 때문에 필소적으로 별도의 금속재로 형성된 안정화재와 함께 사용되어야 한다.

따라서, 대전류를 통전하기 위해서는 여러 개의 초전도 선재를 집합화하여 사용하고 초전도 박막 주변에 금속 안정화재를 덧대어 사용하는 것이 일반적이다.

선행 기술들은 초전도 테이프의 폭방향으로 굽힘변형을 받게 되면 수직방향보다 상대적으로 크게 임계전류가 저하되는 형상이 발생하게 되어 고성능의 케이블의 제조가 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체는 대전류를 저손실로 통전하기 위한 케이블도체를 제조하는 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법은 초전도 박막 선재를 길이 방향으로 절단시키는 제1단계와, 절단된 초전도 박막 선재를 사다리꼴 형태의 단면을 가지도록 적층하는 제2단계와, X자 단면을 가지는 알루미늄 재질의 중심 선재를 성형하는 제3단계와, 절단된 초전도 박막 선재를 중심 선재의 사측면에 확산 접합 열처리를 통해 결합시켜서 모듈 선재를 만드는 제4단계와, 상기 모듈 선재를 콘폼 가공을 통해서 알루미늄이 피복된 원형 선재로 가공하는 제5단계를 포함한다.

그리고, 상기 원형 선재를 여러 가닥 꼬아서 서브 케이블을 성형시키고, 상기 서브 케이블을 여러 다발 꼬아서 케이블도체를 만드는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체는 X자 단면을 가지는 알루미늄 재질의 중심 선재에 사다리꼴 형태의 단면을 가지는 초전도 박막 선재를 결합시키는 구조를 통해서 만들기 때문에 케이블도체에 굽힘변형을 받게 되더라도 임계전류가 저하되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 초전도 케이블도체의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 응용 태양을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 또 다른 응용 태양을 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체와 종래의 케이블도체의 성능 비교그래프.

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

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체를 도시하는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법은 초전도 박막 선재를 기본적으로 금속재 기판인 테이프(1)와 초전도층(3), 그리고 그 사이에 상기 금속재 기판(1)과 초전도층(3) 간의 물성 차이를 최소화시키기 위한 버퍼층(buffer layer)인 산화물 완충층(2)으로 이루어지고, 초전도층(3)을 보호하기 위하여 은(Ag)층(4)을 입히게 된다.

이러한 제조 방법은 종래의 초전도 케이블의 제조 방법과 유사하다.

먼저, 도 2에 도시된 초전도 박막 선재를 길이 방향으로 절단시키는 제1단계를 거치고, 절단된 초전도 박막 선재를 사다리꼴 형태의 단면을 가지도록 적층하게 되는 제2단계를 거친다.

즉, 각 초전도 박막 선재는 폭이 단계적으로 확대되도록 절단되어야 사다리꼴 형태로 적층될 수 있다.

제3단계는 X자 단면을 가지는 알루미늄 재질의 중심 선재(8)를 성형하는 단계이다. 구체적으로는, 알루미늄 재질의 소재를 압출을 통해서 X자 단면을 가진 선재로 성형하게 된다.

다음으로, 제4단계는 절단된 초전도 박막 선재를 중심 선재(8)의 사측면에 확산 접합 열처리를 통해 결합시켜서 모듈 선재를 만드는 단계이다.

도 2에 도시된 바와 같이 사다리꼴 형태로 적층된 초전도 박막 선재(7)를 중심 선재의 사측면에 결합하되, 적층되는 초전도 박막 선재의 수는 사리꼴 단면의 크기에 비례한다.

여기서, 적층한 초전도 박막 선재(7)가 중심 선재(8)에 안정적으로 고정되도록 은선 등으로 감고 전기로 안에 넣어 확산 접합 열처리를 실시하게 된다.

상기 과정이 완료되면, 상기 모듈 선재를 콘폼 가공을 통해서 알루미늄이 피복된 원형 선재로 가공하는 제5단계를 거치게 된다.

일반적으로 콘폼 가공기는 케이블이나 선재가 연속적으로 압출대를 통과할 때 압출용 재료가 그 주위로 피복되게 하는 것으로 알루미늄피복동선 등의 복합선재의 연속제조에 이용되고 있다.

이러한 콘폼 가공에 대해서는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-1996-0002614호에 상세히 설명되어 있으며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기 원형 선재를 여러 가닥 꼬아서 서브 케이블을 성형시키고, 상기 서브 케이블을 여러 다발 꼬아서 케이블도체를 만들 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 응용 태양을 도시한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 또 다른 응용 태양을 도시한 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 원형 선재(9)를 여러 가닥 꼬아서 서브 케이블을 성형시키거나, 상기 서브 케이블을 여러 다발 꼬아서 케이블도체를 만들 수도 있다.

이러한 원형 선재(9)를 도 4에 도시된 바와 같이 금속관(10)안에 삽입하여 관내연선케이블도체(Cable-In-Conduit-Conductor)를 만들 수 있다.

특히, 원형 선재(9)를 꼬아서 케이블 구조로 만들게 되면 원형 선재보다 기계적 변형에 대한 허용치가 증가하게 되어 케이블도체의 전체 임계전류의 저하를 줄일 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체와 종래의 케이블도체의 성능 비교그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이 종래의 케이블도체와 비교하여 본 발명에 따른 원형 케이블도체는 작용되는 각도에 따라서 굽힘이 작용하더라도 임계 전류의 특성 변화가 거의 없다는 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체를 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: 금속재 기판
2: 완충층
3: 초전도층
4: 은층
7: 초전도 박막 선재
8: 중심 선재
9: 원형 선재

Claims (3)

1. 초전도 박막 선재를 길이 방향으로 절단시키는 제1단계와;
   절단된 초전도 박막 선재를 사다리꼴 형태의 단면을 가지도록 적층하는 제2단계와;
   X자 단면을 가지는 알루미늄 재질의 중심 선재를 성형하는 제3단계와;
   절단된 초전도 박막 선재를 중심 선재의 사측면에 확산 접합 열처리를 통해 결합시켜서 모듈 선재를 만드는 제4단계와;
   상기 모듈 선재를 콘폼 가공을 통해서 알루미늄이 피복된 원형 선재로 가공하는 제5단계;를 포함하는 특징으로 하는 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 원형 선재를 여러 가닥 꼬아서 서브 케이블을 성형시키고, 상기 서브 케이블을 여러 다발 꼬아서 케이블도체를 만드는 것을 특징으로 하는 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법.
3. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체.

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