KR101620201B1 - 초전도 회전기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 회전기기의 고정자 및 회전자를 냉각시키기 위한 냉각 유로를 포함하는 초전도회전기기에 관한 것으로, 외부로부터 공급된 냉매가 공급되는 냉매공급유로가 내부에 형성된 냉매공급부와 상기 냉매공급부로부터 공급된 냉매가 유입되는 냉매유입부가 일측에 구비되고, 상기 냉매공급부에 대해서 상대적으로 회전하는 회전자를 포함하고, 상기 냉매유입부는 상기 냉매공급부와 접촉하는 접촉면을 가지며, 상기 냉매공급부에 대해서 상대적으로 회전하는 실링수단과 상기 실링수단을 상기 냉매공급부측으로 가압하고, 일측은 상기 회전자에 고정되는 스프링;을 포함하며, 상기 접촉면은 상기 회전자의 회전축에 대해서 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기를 제공한다.

Description

초전도 회전기기 {Superconducting rotating machine}

본 발명은 초전도 회전기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초전도 회전기기의 고정자 및 회전자를 냉각시키기 위한 냉각 유로를 포함하는 초전도회전기기에 관한 것이다.

초전도 회전기기는 회전자에 일반 구리선을 대신하여 초전도선을 이용한 회전기기로서, 일반 회전기기에 비해 작고 가볍게 제작 가능하다. 초전도 회전기기용 회전자의 외표면에는 초전도선을 감기 위한 보빈 블로(Bobbin Block)이 마련되어 있다. 이러한 초전도 회전기기에서는 초전도 현상을 이용하여야 하므로 회전자를 초전도 온도까지 냉각시켜야 한다.

회전자를 냉각하는 방법은 자연대류를 이용한 방법과 강제대류를 이용한 방법으로 나눌 수 있다.

강제대류를 이용한 방법은 송풍기를 이용하여 온도가 낮은 기체를 순환시키는 방식과 유체 공급 수단을 이용하여 온도가 낮은 냉각 유체를 순환시키는 방식으로 나뉜다.

기체 순환 방식은 중력에 의한 영향은 없지만 냉각 효율이 낮고 고압 가스의 누설 문제를 수반한다는 문제가 있고, 액체 순환 방식은 상변화(액체->기체)에 의한 증발 잠열을 이용하기 때문에 냉각 효율이 높지만 유체 자체 중력으로 인해 유동 불균일 현상이 발생할 수 있다.

한편, 유체의 강제 대류를 이용한 냉각방식에서는 유체 공급 수단측과 회전자가 분리되어 있는 구조를 가지므로, 유체 공급 수단측 냉각 유로는 고정되어 있고 회전자측 냉각 유로는 고속 회전하도록 구성되어 있다.

따라서, 유체 강제 대류를 이용한 초전도 회전기기 냉각 장치에 있어서, 고정된 유체 공급 수단측 냉각 유로와 회전하는 회전자측 냉각 유로를 연결하는 연결부는 발전기 전체의 냉각 성능을 결정하는 중요한 부분이었지만 기존의 연결 방식은 마모에 의해 쉽게 그 기밀성이 약해지는 문제가 있었다.

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대한민국 공개특허공보 10-2010-0030037호(2010.03.18. 공개)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체 강제 대류 방식의 초전도 회전기기 냉각 장치에 있어서, 냉각 유로의 구조, 특히 회전하는 회전자측의 냉각 유로와 고정된 유체공급 수단인 고정자측 냉각 유로를 연결하는 연결부에서의 누설을 방지하는 한편, 장기간 사용하더라도 누설방지 성능의 저하를 최소화할 수 있는 회전기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 외부로부터 공급된 냉매가 공급되는 냉매공급유로가 내부에 형성된 냉매공급부와 상기 냉매공급부로부터 공급된 냉매가 유입되는 냉매유입부가 일측에 구비되고, 상기 냉매공급부에 대해서 상대적으로 회전하는 회전자를 포함하고,

상기 냉매유입부는 상기 냉매공급부와 접촉하는 접촉면을 가지며, 상기 냉매공급부에 대해서 상대적으로 회전하는 실링수단과 상기 실링수단을 상기 냉매공급부측으로 가압하고, 일측은 상기 회전자에 고정되는 스프링;을 포함하며,

상기 접촉면은 상기 회전자의 회전축에 대해서 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기가 제공될 수 있다.

상기 실링수단은 일측단부에서 상기 스프링에 고정되고, 타측 단부에 상기 접촉면이 구비될 수 있다.

상기 냉매공급부는 일측 단부에 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지의 테두리부분에 상기 접촉면이 접촉될 수 있다.

상기 플랜지의 테두리부분은 상기 접촉면과 접하는 모따기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기가 제공될 수 있다.

상기 실링수단의 반경방향 외측으로, 상기 실링수단의 반경방향 외측으로의 이동을 제한하는 차단부재가 구비되고 상기 차단부재는 환형으로 상기 실링수단의 외측을 감싸는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기가 제공될 수 있다.

상기 접촉면으로부터 상기 플랜지의 측면에 평행하게 연장되는 연장부가 추가적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 외부의 냉매가 유입되는 냉매공급유로를 포함하는 고정자; 및 상기 고정자와 접촉한 상태에서 상대적으로 회전하며, 상기 냉매공급유로부터 공급된 유로가 유입되는 냉매유입회로를 포함하는 회전자; 를 포함하고 상기 고정자와 회전자가 접촉하는 접촉면이 상기 고정자의 길이방향에 대해서 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도발전기가 제공될 수 있다.

또한, 상기 접촉면으로부터 상기 냉매공급유로의 축방향과 평행하게 연장되는 연장부가 추가적으로 형성될 수 있다.

상기 냉매공급유로와 냉매유입유로는 동축에 위치하고, 서로 공간을 두고 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도발전기가 제공될 수 있다.

본 발명은 고정자측 냉각유로와 회전자측 냉각유로가 접촉되는 실링수단의 접촉면을 경사지게 배치하여 종래와 동일한 외형으로도 보다 넓은 접촉면적을 확보할 수 있어 기밀성을 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 회전기기의 일 실시예를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 포함된 실링수단을 도시한 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 포함된 실링수단의 변형 예를 도시한 측면도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 포함된 실링수단의 다른 변형 예를 도시한 측면도.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록한다. 그러나 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 초전도 회전기계의 일 실시예가 도시되어 있다.

일 실시예에 따른 초전도 회전기기(1)는 고정자(400)와 회전자(500)를 포함하고 상기 회전자(500)는 회전축 및 회전자권선을 구비하여 상기 고정자(400)에 대해 회전 가능하다.

상기 회전자권선은 상기 회전축의 둘레에 배치되고 상기 회전자권선을 냉각하기 위해 상기 회전자권선으로 냉각유체가 유입되는 냉매유입부(200)가 형성된다.

또한 상기 고정자(400)는 고정자철심(stator core)과 상기 고정자 철심에 권선되는 고정자권선을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 고정자권선은 송,배전 계통에 연결되어 부하에 전원을 공급할 수 있게 구성될 수 있다.

일 실시예는 외부로부터 공급되는 냉매를 상기 냉매유입부(200)에 공급하는 냉매공급부(100)를 포함하고 상기 냉매공급부(100)는 상기 고정자(400)에 형성된다.

상기 냉매유입부(200)는 상기 냉매공급부(100)와 접촉하는 실링수단(240), 상기 실링수단(240)을 상기 냉매공급부(100) 측으로 가압하는 스프링(250)을 포함하고 상기 실링수단(240)과 상기 스프링(250)은 환형 형태의 내부실린더(270) 내부에 위치한다.

상기 내부실린더(270) 외측에는 환형 형태의 외부실린더(280)가 위치하고 상기 내부실린더(270)와 외부실린더(280)는 일측이 상기 회전자(500)에 연결되어 상기 일측이 상기 회전자(500)에 의해 밀폐된다.

상기 냉매유입부(200)는 상기 냉매공급부(100)에서 공급되는 상기 냉매를 상기 회전자(500) 내부로 유입하는 복수 개의 냉매유입유로(210)와 상기 회전자(500) 내부의 상기 냉매를 상기 회전자(500) 외부로 유출하는 복수 개의 냉각유출유로를 포함한다.

상기 냉매유입유로(210)는 상기 내부실린더(270)의 일측에 연결되고 상기 냉매유출유로(220)는 상기 외부실린더(280)의 일측에 연결된다.

상기 냉매공급부(100)는 외부에서 공급된 상기 냉매를 상기 냉매유입부(200) 측으로 전달하는 원형관 형태의 냉매공급유로(110)를 포함하고 상기 초전도회전기기의 내부의 냉매를 다시 상기 초전도 회전기기 외측으로 배출하는 초전도 회전기기 냉기배출유로를 포함한다.

상기 냉매공급유로(110)는 상기 내부실린더(270)에 연결되고 상기 냉배배출유로는 상기 외부실린더(280)에 연결된다.

또한 상기 냉매공급유로(110)와 냉매배출유로(120)는 동일한 축에 위치하고 서로 공간을 두고 이격되어 배치될 수 있다.

상기 냉매공급유로(110)의 일측 단부에는 플랜지가 형성되어 있고 상기 플랜지(130)의 테두리 부분에는 모따기부(131)가 있다. 그리고 상기 모따기부(131)는 상기 실링수단(240)의 접촉면(244)과 접촉된다.

이때, 상기 접촉면(244)은 상기 냉매유입부(200)가 회전하는 회전축에 경사지게 배치되어 상기 모따기부(131)에 접하게 된다.

상기 스프링(250)은 상기 실링수단(240)을 상기 회전축 방향으로 가압하도록 배치되고 상기 접촉면(244)의 경사지게 배치되어 상기 스프링(250)의 가압하는 힘이 분산되게 한다.

상기 냉매유입부(200)가 회전하게 되면 상기 실링수단(240)의 상기 접촉면(244)과 상기 플랜지(130) 사이에 마찰이 발생하게 되고 장시간 회전하게 되면 마모가 발생하게 되는데,

이때, 상기 접촉면(244)에 마모가 발생한 만큼 상기 스프링(250)에 의해 상기 플랜지(130) 방향으로 상기 스프링(250)이 이동하게 되고 마모된 부분이 보상된다.

상기 실링수단(240)은 환형의 형태가 바람직하고 한 개 이상의 상기 스프링(250)에 의해 지지될 수 있다.

상기 실링수단(240)의 반경방향 외측에는 상기 실링수단(240)이 상기 실링수단(240)의 반경방향 외측으로 이동되는 것이 제한 되도록 환형의 차단부재(260)가 상기 실링수단(240)을 외측에서 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 접촉면(244)이 경사지게 배치되어 있으므로, 상기 스프링(250)에 의해 가압되는 경우에 반경방향 외측으로 상기 실링수단(240)을 미는 힘이 발생 된다. 상기 스프링(250)이 가하는 힘이 커질수록 실링성능은 증가하지만, 이로인해서 상기 접촉면(244)의 위치가 의도한 위치로부터 벗어날 가능성이 있는 바, 상기 차단부재(260)는 상기 실링수단(240)이 과도하게 반경방향 외측으로 이동하는 것을 방지하게 된다. 다만, 상기 스프링(250)이 가하는 압력이 크지 않은 경우에, 상기 차단부재(260)를 생략하는 것도 가능하다.

상기 실링수단(240), 상기 스프링(250), 상기 차단부재(260)는 상기 내부실린더(270) 내측에 위치하고 원통형 형태인 상기 내부실린더(270)의 일측은 상기 회전자(500)에 의해 밀폐되고 타측은 상기 냉매공급유로(110)의 상기 플랜지(130)에 의해 밀폐된다.

상기 외부실린더(280)는 원통 형태로서 내부에 상기 내부실린더(270)가 위치하고 상기 내부실린더(270)와 마찬가지로 일측이 상기 회전자(500)에 의해 밀폐된다.

상기 냉매는 외부에서 상기 냉매공급유로(110)를 통해 상기 내부실린더(270) 내부로 유입되고 상기 내부실린더(270)에 유입되었던 상기 냉매는 상기 냉매유입유로(210)를 통해 상기 회전자(500) 내부로 유입된다. 그리고 상기 회전자(500) 내부의 냉매는 상기 냉매유출유로(220)를 통해 상기 외부실린더(280)의 내부로 이동하고 상기 외부실린더(280)에 유입되었던 냉매는 상기 냉매배출유로(120)를 통해 다시 외부로 배출된다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예에 포함된 실링수단을 도시한 측면도이다.

상기 실링수단(240)은 상기 접촉면(244)으로부터 상기 플랜지(130)의 측면에 평행하게 연장되는 연장부(241)가 배치되어 상기 플랜지(130)와 상기 실링수단(240) 사이의 밀폐성이 향상된다. 아울러, 상기 연장부(241)는 상기 플랜지(130)가 정위치에 있도록 가이드하는 역할도 겸하게 된다. 도 2에서는 상기 연장부(241)가 상기 플랜지(130)의 측면과 이격되도록 배치되어 있지만, 실링성능을 보다 강화하기 위해서 상기 연장부(241)의 측면에 상기 플랜지(130)의 측면과 접촉한 상태가 되도록 하는 예도 고려할 수 있다.

도 3는 도 1에 도시된 실시예에 포함된 실링수단의 변형 예를 도시한 측면도이다.

상기 실링수단(240)은 상기 접촉면(244)에서 상기 플랜지(130)의 측면에 평행하게 연장되는 연장부(241)를 포함하고 상기 연장부(241) 끝단에 다시 상기 플랜지(130) 측면방향으로 연장되는 추가연장부(242)를 포함한다.

도 4은 도 1에 도시된 실시예에 포함된 실링수단의 다른 변형 예를 도시한 측면도이다.

도 4에 도시된 것과 같이 상기 실링수단(240)의 상기 접촉면(244)에서 상기 플랜지(130)의 측면에 평행하는 방향과 상기 평행하는 방향에 수직하는 방향으로 연장되는 복수 개의 수직연장부(243)를 포함한다.

1: 초전도 회전기기 100: 냉매공급부
200: 냉매유입부 110: 냉매공급유로
120: 냉매배출유로 130: 플랜지
131: 모따기부 210: 냉매유입유로
220: 냉매유출유로 240: 실링수단
241: 연장부 244: 접촉면
250: 스프링 260: 차단부재
270: 내부실린더 280: 외부실린더
400: 고정자 500: 회전자

Claims (10)

1. 외부로부터 공급된 냉매가 공급되는 냉매공급유로가 내부에 형성된 냉매공급부; 및
   상기 냉매공급부로부터 공급된 냉매가 유입되는 냉매유입부가 일측에 구비되고, 상기 냉매공급부에 대해서 상대적으로 회전하는 회전자;를 포함하고
   상기 냉매유입부는 상기 냉매공급부와 접촉하는 접촉면을 가지며, 상기 냉매공급부에 대해서 상대적으로 회전하는 실링수단, 및
   상기 실링수단을 상기 냉매공급부측으로 가압하고, 일측은 상기 회전자에 고정되는 스프링;을 포함하며,
   상기 접촉면은 상기 회전자의 회전축에 대해서 경사지게 배치되며,
   상기 냉매공급부는 일측 단부에 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지의 테두리부분에 상기 접촉면이 접촉되고,
   상기 플랜지의 테두리부분은 상기 접촉면과 접하는 모따기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 실링수단은 일측단부에서 상기 스프링과 고정되고, 타측 단부에 상기 접촉면이 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 실링수단의 반경방향 외측으로의 이동을 제한하는 차단부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 차단부재는 환형으로 상기 실링수단의 외측을 감싸는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 접촉면으로부터 상기 플랜지의 측면에 평행하게 연장되는 연장부가 추가적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기기.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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