KR101541193B1 - 초전도 케이블의 과도 압력방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 케이블 내의 액체질소 압력이 상승할 경우에 압력을 보상해 주는 과도 압력방지장치에 관한 것으로서, 극저온에서도 내구성이 우수하며 또한 이물질이 액체질소에 유입되지 않도록 구성한 초전도 케이블의 과도 압력방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초전도 케이블의 과도 압력방지장치는 초전도 케이블의 액체질소가 유입되어 하부에서부터 채워지는 케이스와, 내부에 가스가 채워진 상태로 상기 케이스의 내부에 위치하며 외부 압력에 의해 수축 또는 팽창되는 가스케이스와, 상기 케이스의 내부를 상부와 하부로 구획하며 다수 개의 홀이 상면과 하면에 연통되게 형성된 지지체를 포함하며, 상기 가스케이스가 상기 지지체의 홀 상단을 폐쇄한 상태로 위치하는 것을 기술적 특징으로 한다.

초전도 케이블, 과도 압력방지장치, 가스케이스, 지지체, 벨로우즈

Description

초전도 케이블의 과도 압력방지장치{Transient Pressure Prevention Apparatus of Superconducting Cable}

본 발명은 초전도 케이블 내의 액체질소 압력이 상승할 경우에 압력을 보상해주는 과도 압력방지장치에 관한 것으로서, 특히 극저온에서도 내구성이 우수하며 또한 이물질이 액체질소에 유입되지 않도록 구성한 것이다.

초전도 현상이란 극저온상태에서 도체에 흐르는 전기적저항이 0인 특성을 말하며, 초전도 케이블은 이러한 특성을 구현하기 위해 제작된 전력케이블이다. 이와 같은 초전도 현상을 구현하기 위해서 액체질소를 사용하며 도체는 액체질소의 극저온에 의해 초전도체의 특성을 갖는다.

이와 같이 액체질소는 초전도 케이블을 따라 초전도체와 접한 상태로 채워지는데, 액체질소에서 과도한 압력이 발생할 시에 이를 완충하기 위한 압력방지장치가 초전도 케이블 시스템에 설치된다.

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 초전도 케이블의 액체질소 과도 압력방지장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 과도 압력방지장치는 초전도 케이블의 액체가 하 부에서부터 채워지도록 초전도 케이블의 상부 쪽에 장착된 케이스(10)를 포함하며, 액체질소의 수위는 케이스(10)의 하부 쪽에 위치한다. 이 상태에서 액체질소에 과도한 압력이 발생할 경우 액체질소의 수위가 케이스(10)의 상부로 상승하게 되면서 압력을 보상한다.

하지만, 도 1에 도시된 과도 압력방지장치는 극저온 상태로 유지됨에 따라 기체층의 가스질소가 응축되면서 기체층을 일정한 체적 이상으로 유지하기가 어렵다. 또한 응축되지 않는 기체 예로서 헬륨과 같은 불활성가스를 기체층에 채울 경우에 헬륨이 액체질소에 포함되면서 초전도 케이블 또는 단말부의 절연을 파괴하는 문제점이 있다.

또한 도 2에 도시된 과도 압력방지장치는 케이스(10)의 안쪽에 차폐판(13)이 위치하며 차폐판(13)의 둘레에는 오링(15)이 고정된다. 상기 오링(15)은 차폐판(13)과 케이스(10) 내측면 사이를 밀폐하는 기능으로서, 액체질소의 압력이 상승하게 되면 차폐판(13)이 상부로 이동하게 된다. 이때 오링(15)은 케이스(10) 내측면을 따라 미끄러지면서 이동한다.

하지만, 이와 같은 과도 압력방지장치에 있어서, 극저온 상태에 노출된 오링(15)이 케이스(10)의 내측면을 따라 이동하면서 오링(15)이 파손되는 문제점이 있다.

한편, 도 3에 도시된 과도 압력방지장치는 케이스(10)의 내측에 액체질소가 위치하는 하부와 기체층인 상부를 구분하는 격벽구조체(21)가 위치하며, 상기 격벽구조체(21)에는 벨로우즈(23)가 장착되어 압력에 따라 벨로우즈(23)가 신축하면서 압력을 보상한다.

하지만, 이와 같은 벨로우즈(23) 또한 극저온 상태에 노출되어 있어 취성이 커져 파손되는 문제점이 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 액체질소와 기체층 사이에 온도구배구간을 형성하여 상온 상태를 유지할 수 있어 내구성이 우수하며, 또한 오링과 같은 밀폐부재가 움직이지 않도록 고정되어 있어 이물질의 유입이 미연에 방지할 수 있는 초전도 케이블의 과도 압력방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초전도 케이블의 과도 압력방지장치는 초전도 케이블의 액체질소가 유입되어 하부에서부터 채워지는 케이스와, 내부에 가스가 채워진 상태로 상기 케이스의 내부에 위치하며 외부 압력에 의해 수축 또는 팽창되는 가스케이스와, 상기 케이스의 내부를 상부와 하부로 구획하며 다수 개의 홀이 상면과 하면에 연통되게 형성된 지지체를 포함하며, 상기 가스케이스가 상기 지지체의 홀 상단을 폐쇄한 상태로 위치하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 가스케이스는 측부에 벨로우즈가 형성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 케이스는 내측 케이스와 외측 케이스로 구분되며, 상기 내측 케이스의 안쪽에 상기 가스케이스 및 상기 지지체가 위치하며 상기 내측 케이스와 상기 외측 케이스의 사이에는 서포트가 장착되어 간격을 유지한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 지지체는 원기둥 구조로서, 상단면에는 길이방향으로 홈이 형성되어 상기 가스케이스가 상기 홈에 위치하고, 상기 홀은 상기 홈의 바닥면에서 상기 원기둥 구조의 하단면까지 연통되게 형성되며, 상기 지지체의 하단 둘레에는 단턱이 원주를 따라 형성되어 오링이 상기 단턱에 위치하면서 상기 단턱 측면과 상기 케이스의 내측면에 의해 가압된 상태로 위치한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 초전도 케이블의 과도 압력방지장치는 액체질소와 기체층 사이에 온도구배구간을 형성하여 기체층 및 온도구배구간에 위치한 벨로우즈 및 오링의 내구성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 벨로우즈 및 오링의 파손에 따른 이물질이 액체질소로 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블의 과도 압력방지장치에 있어서, 오링은 이동하지 않기 때문에 극저온 상태에 위치하더라도 파손이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

아래에서는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 과도 압력방지장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 과도 압력방지장치를 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 가스케이스가 압력에 의해 수축된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 과도 압력방지장치(100)는 외측 케이스(111)와, 상기 외측 케이스(111)의 내부에 위치하며 초전도 케이블에 채우진 액체질소가 하부에서부터 채워지는 내측 케이스(113)와, 상기 내측 케이스(113)의 안쪽에 장착되며 길이방향으로 다수 개의 홀(123)들이 형성되고 상부에는 가스케이스(130)가 위치할 수 있는 홈(121)이 형성된 지지체(120)와, 상기 지지체(120)의 홈(121)에 위치하고 내부에 불활성가스가 채워지며 측부에 벨로우즈(131)가 형성된 가스케이스(130)를 포함한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 과도 압력방지장치에 대해 구체적으로 설명한다.

과도 압력방지장치(100)는 외측 케이스(111)의 내부에 내측 케이스(113)가 위치하며, 외측 케이스(111)와 내측 케이스(113)의 사이에는 서포트(115)가 장착되어 내측 케이스(113)와 외측 케이스(111)를 지지한다. 한편, 내측 케이스(113)는 초전도 케이블의 내측 금속관과 연결되어 내측 금속관에 채워진 액체질소가 내측 케이스(113)의 안쪽 하부에서부터 채워진다.

그리고 내측 케이스(113)의 안쪽에는 지지체(120)가 고정된다. 상기 지지체(120)는 원기둥 구조로서 상단면에는 길이방향으로 홈(121)이 형성되며, 홈(121)의 바닥면에서 원기둥 구조의 하단면까지 연통되는 다수 개의 홀(123)들이 형성된 다. 상기 홀(123)은 상기 홈(121)의 바닥면에 균일하게 분포되도록 형성된 것이 바람직하다. 그리고 상기 홈(121)에는 가스케이스(130)가 위치한다.

가스케이스(130)는 내부에 불활성 가스인 헬륨이 채워지며, 가스케이스(130)의 측부에는 벨로우즈(131)가 형성되어 가스케이스(130)가 전체적으로 수축 및 팽창이 용이하게 구성된다.

이와 같이 구성된 가스케이스(130)는 지지체(120)의 상부 홈(121)에 삽입되어 위치하며 지지체(120)에 형성된 다수 개의 홀(123)의 상단을 폐쇄한다.

한편, 상기 지지체(120)의 하단면 둘레에는 단턱(125)이 원주를 따라 형성된다. 상기 단턱(125)에는 오링(140)이 위치하며 오링(140)은 상기 지지체(120)의 단턱(125) 측면과 내측 케이스(113)의 내측면에 의해 가압된 상태로 위치한다.

상기 지지체(120)는 내측 케이스(113)의 상단에 밀착되어 위치하며, 내측 케이스(113)에 위치한 액체질소의 수위와는 간격을 두고 위치한다.

이와 같은 구조에서, 액체질소에서 기화된 가스질소는 액체질소 상부에 위치하게 되는데, 지지체(120)의 홀(123)을 가스케이스(130)가 폐쇄함에 따라 가스질소는 지지체(120)와 액체질소 수면 사이와 지지체(120)의 홀(123) 사이에 채워진다.

여기에서 액체질소는 극저온 상태로서, 기화된 가스질소는 상부로 갈수록 온도가 높아지는데, 상기 홀(123)의 상단이 가스케이스(130)에 의해 막혀있어 홀(123)의 안쪽 공간이 온두구배구간이 된다. 따라서 가스케이스(130)는 상온에 가까운 온도 조건이 된다.

이와 같이 구성된 상태에서 액체질소의 압력이 상승하게 되면 도 5에 도시된 바와 같이, 가스질소가 채워진 층의 압력이 상승하며, 임의의 압력 이상이 되면 홀(123)을 막고 있는 가스케이스(130)가 수축되면서 액체질소의 압력을 낮추게 된다.

한편, 가스케이스(130)가 수축함에 있어서, 벨로우즈(131)가 수축되고, 차후에 액체질소의 압력이 낮아지면 수축된 벨로우즈(131)가 신장되면서 홀(123)의 상단을 막게 된다.

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 초전도 케이블의 액체질소 과도 압력방지장치를 나타낸 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 과도 압력방지장치를 나타낸 단면도이고,

도 5는 도 4에 도시된 가스케이스가 압력에 의해 수축된 상태를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 압력방지장치 111 : 외측 케이스

113 : 내측 케이스 115 : 서포터

120 : 지지체 121 : 홈

123 : 홀 125 : 단턱

130 : 가스케이스 131 : 벨로우즈

140 : 오링

Claims (4)

1. 초전도 케이블의 액체질소가 유입되어 하부에서부터 채워지는 케이스와,

   내부에 가스가 채워진 상태로 상기 케이스의 내부에 위치하며 외부 압력에 의해 수축 또는 팽창되는 가스케이스(130)와,

   상기 케이스의 내부를 상부와 하부로 구획하며 다수 개의 홀(123)이 상면과 하면에 연통되게 형성된 지지체(120)를 포함하며,

   상기 가스케이스(130)가 상기 지지체(120)의 홀(123) 상단을 폐쇄한 상태로 위치하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 과도 압력방지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가스케이스는 측부에 벨로우즈(131)가 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 과도 압력방지장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 케이스는 내측 케이스(113)와 외측 케이스(111)로 구분되며, 상기 내측 케이스의 안쪽에 상기 가스케이스(130) 및 상기 지지체(120)가 위치하며 상기 내측 케이스(113)와 상기 외측 케이스(111)의 사이에는 서포트(115)가 장착되어 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 과도 압력방지장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 지지체(120)는 원기둥 구조로서, 상단면에는 길이방향으로 홈(121)이 형성되어 상기 가스케이스(130)가 상기 홈(121)에 위치하고, 상기 홀(123)은 상기 홈(121)의 바닥면에서 상기 원기둥 구조의 하단면까지 연통되게 형성되며,

   상기 지지체(120)의 하단 둘레에는 단턱(125)이 원주를 따라 형성되어 오링(140)이 상기 단턱(125)에 위치하면서 상기 단턱(125) 측면과 상기 케이스의 내측면에 의해 가압된 상태로 위치하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 과도 압력방지장치.

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