KR101636040B1 - 마그네틱 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저온 유체의 유량 제어를 위한 마그네틱 밸브 장치에 관한 것으로,
상기 마그네틱 밸브 장치는, 외측관으로 구성되는 외측관부; 상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부; 상기 내측관의 내부에서 자기력을 전달시키며, 상기 내측관의 내부에서 마그네틱 밸브에 의해 차폐되는 유로를 형성하도록 형성되는 마그네틱 코어부; 상기 내측관의 내부에 위치되어, 자력에 의해 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동이 제어되어 상기 내측관의 내부를 개폐하는 것에 의해 상기 내측관에 의해 이송되는 극저온 유체의 유량을 제어하는 마그네틱 밸브를 구비한 밸브부; 및 상기 마그네틱 밸브의 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동을 제어하기 위해 상기 마그네틱 밸브로 자기력을 공급하도록 상기 외측관부의 외측 또는 상기 내측관부의 외측면 중 하나 이상의 위치에 형성되는 밸브구동부;를 포함하여 구성되어,
종래기술에서의 극저온 유체 제어를 위한 극저온 밸브에서 발생하는 열전도도 문제, 호환성 문제, 전력소비 문제, 내구성 감소 문제, 유체의 상변화에 대응하지 못하는 문제 등을 해소하는 효과를 제공한다.

Description

마그네틱 밸브 장치{MAGNETIC VALVE APPARATUS}

본 발명은 마그네틱 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 극저온 유체의 유량 제어를 위한 마그네틱 밸브 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액체수소 또는 헬륨이나 액화천연가스 등의 극저온 액화가스의 저장 및 운송은 특별한 밸브가 요구된다. 수소 및 산소와 질소 또는 액화천연가스 등은 극저온 상태에서 저장 및 운송되므로 극저온 상태 및 고압의 가스 상태에서도 안정적인 작동이 이루어져야하기 때문이다.

이에 따라, 대한민국 등록특허 제10-0929802호(선행기술 1)에서는 액화수소를 이송하기 위한 탱크에 결합되어 안정적인 개폐 동작을 수행할 수 있도록, 밸브축의 상부에 스프링을 장착하는 것에 의해, 액화가스의 압력이 밸브축에 전달되어 밸브축이 외측 상향으로 밀려나가게 하는 힘을 완충시키는 것에 의해 가스에 의한 온도나 압력에 구애됨이 없이 상온에서의 조작이 가능한 극저온 밸브를 개시한다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0693935호(선행기술 2)에서는 극저온에서도 밸브 몸체와 볼 사이의 기밀을 유지하여 밸브의 개폐 동작을 원활히 수행할 수 있도록 하는 것으로, 볼과 밸브몸체 사이에 시트홀더를 장착하고, 시트홀더와 볼 사이에는 경사부가 형성된 밸브시트로 기밀을 유지하고, 시트홀더와 밸브몸체는 패킹에 의해 기밀을 유지하도록 구성한 극저온 볼 밸브를 개시한다.

그러나 상술한 종래기술 1 및 종래기술 2의 극저온 밸브들은, 핸들 및 밸브축을 통해 고압 극저온 상태의 액화가스 흐름을 효과적으로 단속할 수 있도록 하며, 뛰어난 기밀성과 안전성을 가지도록하기 위하여 열전달을 최소화시킬 필요가 있고 이에 따라 밸브몸체가 가늘고 긴 로드 형상을 가지게 되어, 밸브의 크기가 커지는 문제점을 가진다.

극저온 밸브의 자동 개폐를 위하여 기존의 솔레노이드 밸브를 진공 단열 환경 하에서 활용하는 것도 한 가지 방법이나, 솔레노이드를 적용하는 경우 솔레노이드는 태생적으로 작동 시 통상적으로 10W 이상의 전력을 소비하며, 소비전력만큼 발열하게 된다. 이에 따라 피스톤 또는 드라이버 로드가 짧으면, 경우에 따라서 유체의 기화를 촉진할 수 있다. 특히 솔레노이드 밸브는 온/오프 제어만 가능하며, 유량 제어가 불가능하여 정밀제어 기능을 제공하지 못하는 문제점을 가진다.

또한, 솔레노이드 밸브는 온/오프 시 충격에 의한 소음이 발생하고, 물리적 마모가 발생하여 내구성이 제한적이며, 열기 또는 단기 동작 가운데 어느 하나에서는 솔레노이드 코일에 항상 구동전류가 흘러야 하는 문제점을 가진다.

이러한 이유로 종래의 극저온 밸브의 몸체는 길이가 길어지는 모양으로 진화하였다.

즉, 종래기술의 극저온 밸브의 문제점으로는, 유체가 흐르는 관 내부의 밸브 장치를 개폐하기 위한 수단으로서, 개폐를 위한 힘을 전달하는 기구가 관의 외부와 연결되어 대기의 높은 열이 유체에 전달되고, 에너지의 손실을 초래한다. 특히 솔레노이드 밸브를 사용할 경우 솔레노이드의 발열에 의하여 극저온 유체가 끓어 기화되는 열전도 및 발열의 문제가 있다.

또한 마그네틱 밸브의 열기 또는 닫기 동작 가운데, 어느 한 동작에서는 항상 구동전류가 코일에 흘러야 하므로, 전력 소모가 크다. 또한 솔레노이드에서 발생하는 자력이 리턴 스프링의 탄성보다 월등하게 커야 정확하게 동작하므로, 이로 인한 전력 소모가 커지는 소비전력 증가의 문제가 있다.

현행 솔레노이드 밸브는 유체의 상태 변화에 대응하지 못한다. 따라서 유체의 상태가 기체이건 액체이건 발열이 심한 솔레노이드를 구동하게 되므로, 유체가 기체 상태인지 액체 상태인지 상태 변화를 감지하고, 이에 따라 액체 유체는 발열이 없는 방법으로 구동하는 등의 대응이 가능한 유체의 상변화에 따른 무발열 대응 기술이 필요하다.

초전도 솔레노이드는 직류로 구동해야 하므로 전원의 호환성 문제가 예상되며, 저항이 없으므로 기존 솔레노이드 밸브를 대체할 경우 부하효과에 의한 제어전원부의 파손 등의 호환성 문제가 발생할 수 있으며, 유량의 정밀 제어가 불가능 하므로 유량에 대한 제어를 수행할 수 있는 기술을 필요로 한다.

또한, 극저온 환경에서 충격에 의한 소음 발생, 충격에 의한 피로의 누적, 그리고 마모로 인하여 내구성이 제한적이다. 따라서 액화된 수소, 아르곤, 헬륨 등에 적용하기 어려우므로, 피로와 충격 및 마모 대한 내구성을 증가시키는 기술을 필요로 한다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수동으로 또는 전동으로 이동되는 영구자석을 이용한 마그네트 드라이브를 이용하고, 기존의 솔레노이드 밸브의 원리를 활용하되 솔레노이드 코일로서 초전도 선재를 사용한 초전도 솔레노이드 또는 초전도 전자석을 구비하며, 초전도 솔레노이드의 경우에도 갑작스러운 온/오프(On/Off) 시에는 발열 될 수 있으므로, 전원 전력을 단계적으로 천천히 올려주거나, 낮추어 줌으로써 종래의 극저온 밸브에서의 발열을 최소화하는 것에 의해 극저온 밸브의 열전도도 및 발열 문제를 해결할 수 있도록 하는 마그네틱 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 리턴 스프링을 대체하여 적은 전력을 개폐 동작이 가능한 리턴 솔레노이드를 구비하고, 열기 또는 닫기 동작을 수행하는 순간에만 구동전류를 인가한 후 이후에는 영구전류스위치(persistence current switch(PCS))를 이용하여 초전도 전자석을 구동하도록 함으로써 구동전류 공급 중단이 가능하도록 하며, 높은 자기 투자율 재료를 이용하여 초전도 솔레노이드 주변에 외피를 구비하여 구동 전류를 감소시키는 것에 소비전력을 감소시켜 종래기술의 소비전력이 증가의 문제를 해소할 수 있도록 하는 마그네틱 밸브 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 유체의 상태를 모니터링하여 자동제어가 가능할 수 있도록, 유체의 온도 감지가 가능한 센서를 구비하고, 초전도 선재에 구리 클래딩 선재를 사용하여 액체 및 기체상태 또는 초전도 임계온도에 따라 구리 솔레노이드와 초전도체솔레노이드 간에 선택적인 제어를 실시할 수 있도록 하거나, 구리의 함량이 높은 초전도 선재를 이용하여 초전도 임계온도를 기준으로 구리 솔레노이드와 초전도 솔레노이드 간에 자동 전환이 가능하게 하여 유체의 상태 변화에 대한 대응을 용이하게 하는 것에 의해, 유체의 온도 및 상변화에 대응하는 저발열 또는 무발열 구동을 가능하게 하고, 상온과 극저온 모두에 원활히 사용할 수 있도록 하여, 종래기술에서 유체의 온도 및 상변화에 대응하지 못하는 문제점을 해결하는 마그네틱 밸브 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 제어전원으로서 교류를 사용하는 경우 교류 전원을 직류 전원으로 바꿔주는 정류기를 적용하고, 아울러 부하저항에 의한 제어전원부의 손상을 예방하기 위하여 매칭 저항 또는 인덕터를 제공하는 것에 의해, 기존 솔레노이드 밸브를 초전도 솔레노이드 밸브로 대체하는 경우 초전도 솔레노이드의 영저항에 의한 부하효과에 의해 제어전원부가 파손되기 때문에 기존 솔레노이드 밸브를 초전도 솔레노이드 밸브로 교체할 수 없었던 호환성 문제를 해결할 수 있도록 하는 마그네틱밸브 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 극저온 밸브의 솔레노이드 구동 전류를 다단계로 제어하거나, 밸브에 소정의 슬릿이 있는 솔레노이드 밸브, 즉 극저온 레귤레이터(cryogenic regulator)를 다단계로 결속하여 유량을 제어하는 것에 의해 종래기술의 극저온 밸브에서 유량제어를 수행하지 못하는 문제를 해결하는 마그네틱 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 극저온 환경에서 스프링 댐퍼를 사용하기 어려운 경우 유체 댐퍼, 와전류(eddy current) 댐퍼 등의 댐퍼 기구를 구비하여 충격과 소음 그리고 피로를 최소화시키고, 구르는 동작을 할 수 있는 볼 형태의 밸브를 구비하여 마모를 최소화하는 것에 의해, 종래기술의 극저온 밸브에서 피로 누적에 의한 내구성 저하문제를 해소하고, 유지보수 비용을 절약할 수 있도록 하는 마그네틱 밸브 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네틱 밸브 장치는, 외측관으로 구성되는 외측관부; 상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부; 상기 내측관의 내부에서 자기력을 전달시키며, 상기 내측관의 내부에서 마그네틱 밸브에 의해 차폐되는 유로를 형성하도록 형성되는 마그네틱 코어부; 상기 내측관의 내부에 위치되어, 자력에 의해 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동이 제어되어 상기 내측관의 내부를 개폐하는 것에 의해 상기 내측관에 의해 이송되는 극저온 유체의 유량을 제어하는 마그네틱 밸브를 구비한 마그네틱 밸브부; 및 상기 마그네틱 코어부에 대한 상기 마그네틱 밸브의 이동을 제어하기 위해 상기 마그네틱 밸브로 자기력을 공급하도록 상기 외측관부의 외측 또는 상기 내측관부의 외측면 중 하나 이상의 위치에 형성되는 마그네틱 밸브구동부;를 포함하여 구성된다.

상기 마그네틱 밸브의 이동을 가이드하도록 상기 내측관의 상기 마그네틱 코어부의 상류측과 상기 마그네틱 밸브의 하류측을 가로 질러 설치되는 밸브가이드가 장착되며, 상기 밸브가이드의 양단에는 상기 마그네틱 밸브가 위치 이탈되지 않도록 하는 밸브이동제한부가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 마그네틱 밸브 구동부는, 상기 마그네틱 코어부에 대응하는 외측관의 외측면과 상기 마그네틱 코어부를 벗어나는 위치 사이에서 수동 또는 자동으로 위치 이동되도록 부착되는 마그네트 노브; 및 상기 마그네틱 코어부로 상기 마그네트 노브에 의해 생성된 자속을 유도하도록 상기 마그네틱 코어부의 양단에 대응하는 상기 내측관의 외측면의 위치에 형성되는 자속유도부;를 포함하는 마그네트 노브 구동부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 마그네틱 밸브 구동부는, 상기 내측관의 상기 마그네틱 코어부와 대응하는 외측면에 초전도 선재로 권취되어 구성되는 초전도체솔레노이드; 및 상기 외측관의 외부로부터 상기 초전도체솔레노이드로 구동전원을 공급하도록 구성되는 구동전원 공급선;을 포함하는 초전도체솔레노이드부로 구성될 수 있다.

상기 초전도체솔레노이드부는, 상기 초전도체솔레노이드에서 영구전류가 흐르도록 상기 초전도체솔레노이드와 상기 구동전원 공급선 사이에서 스위칭되는 영구전류스위치(PCS, persistence current switch);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 초전도체솔레노이드는, 초전도재료의 초전도 중심선재; 및 상기 초전도 중심선재의 외측에 피복되는 구리 재질의 구리클래딩;을 포함하는 하이브리드 초전도선재로 권취되어, 상온에서는 전도체 솔레노이드로 동작하고, 저온에서는 초전도체 솔레노이드로 동작하는 하이브리드 마그네틱 밸브 기능을 구현하도록 구성될 수 있도 있다.

상기 마그네틱 밸브 장치는, 상기 내측관 내에서 이동하는 극저온 유체의 온도를 검출하여 상기 전도체 솔레노이드와 상기 초전도체 솔레노이드를 선택하여 구동시킬 수 있도록 하는 온도감지부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 구동전원 공급선은, 상기 외측관과 상기 내측관의 사이이 열전달을 최소화하기 위하여 상기 외측관과 상기 내측관의 사이에서 코일형태로 권취되고, 일 단은 상기 외측관의 외부로 돌출되어 터미널이 결합될 수 있다.

상기 초전도체솔레노이드부는, 상기 초전도체솔레노이드의 외측면에 감싸지는 다층단열재;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 초전도체솔레노이드부는, 상기 초전도체솔레노이드의 외측면에 피복 형성되어 상기 초전도체솔레노이드에서 발생되는 자속의 누설을 방지하는 자기차폐재;를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 마그네틱 밸브 장치는, 상기 마그네틱 밸브의 이동 구간에 대응하는 상기 내측관의 외측면의 영역에 초전도 선재가 권취되어 상기 마그네틱 밸브의 리턴 구동을 제어하는 리턴솔레노이드부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 구성의 리턴솔레노이드부는, 유체의 압력이 낮거나, 초극저온 유체를 이동시키는 것에 의해 스프링과 같은 탄성 부품을 사용할 수 없는 경우, 밸브를 위치 복원 시키는 리턴 기능을 수행하게 된다.

상기 마그네틱 밸브 장치는, 상기 내측관의 내측면에 상기 리턴솔레노이드부에 의해 이동되는 마그네틱 밸브의 리턴 이동을 정지시키는 하나 이상의 밸브스토퍼를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 마그네틱 밸브 구동부는, 상기 내측관의 상기 마그네틱 코어부와 대응하는 외측 면에 초전도 선재로 권취되어 구성되는 충전초전도체솔레노이드를 포함하는 충전초전도체솔레노이드부; 및 상기 충전초전도체솔레노이드가 권취된 영역에 대응하는 상기 외측관의 외주면에 전도체가 권취되어 형성되는 제어솔레노이드를 포함하는 제어솔레노이드부;를 포함하여, 상기 제어솔레노이드부의 인가 전류를 조절하는 것에 의해 상기 충전초전도체솔레노이드의 와전류를 조절하여 상기 마그네틱 밸브의 개폐를 제어하도록 구성될 수도 있다.

상기 마그네틱 밸브 구동부는 상기 내측관의 마그네틱 코어부가 형성된 영역의 외측 면에 전도체가 권취되어 형성된 전도체솔레노이드부로 구성되고, 상기 마그네틱 밸브부는 상기 마그네틱 밸브가 초전도체인 초전도체밸브로 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따르는 마그네틱 밸브 장치는, 외측관으로 구성되는 외측관부; 상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부; 상기 내측관의 내부에서 자기력을 전달시키며, 상기 내측관의 내부에서 마그네틱 밸브에 의해 차폐되는 유로를 형성하도록 쌍으로 형성되는 한 쌍의 마그네틱 코어부; 상기 내측관의 내부에서 상기 한 쌍의 마그네틱 코어부의 일 측에 각각 위치되어, 자력에 의해 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동이 제어되어 상기 내측관의 내부를 개폐하는 것에 의해 상기 내측관에 의해 이송되는 극저온 유체의 유량을 제어하는 마그네틱 밸브를 각각 구비한 한 쌍의 마그네틱 밸브부; 상기 내측관의 상기 하나의 마그네틱 코어부와 대응하는 외측면에 권취되는 초전도 선재로 구성되는 초전도체솔레노이드 및 상기 외측관의 외부로부터 상기 초전도체솔레노이드로 구동전원을 공급하도록 구성되는 구동전원 공급선을 포함하는 초전도체솔레노이드부와, 상기 다른 하나의 마그네틱 코어부와 대응하는 상기 내측관의 외측면에 권취되는 전도체로 구성되는 전도체솔레노이드 및 상기 외측관의 외부로부터 상기 전도체솔레노이드로 구동전원을 공급하도록 구성되는 구동전원 공급선을 포함하는 전도체솔레노이드부를 포함하는 마그네틱 밸브구동부; 및 상기 유체가 초전도 임계온도 이하인 경우 상기 초전도체솔레노이드부를 구동시키고, 임계온도 이상인 경우 상기 전도체솔레노이드부를 구동시키도록 구동전원을 스위치하는 구동전원스위치부:를 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 마그네틱 밸브에는 극저온 유체의 유량 제어를 위해 극저온 유체의 흐름 방향을 따라 상기 마그네틱 밸브의 전후를 관통하는 하나 이상의 유량제어유로가 형성될 수 있다.

상기 마그네틱 코어부와 상기 마그네틱 밸브의 충돌을 완화시키기 위하여, 상기 마그네틱 코어부의 상기 마그네틱 밸브가 밀착되는 면에서 제 1 걸림턱과 제 2 걸림턱을 가지도록 형성되는 유체댐퍼홈; 상기 제 1 걸림턱에 걸리어지는 제 1 걸림돌기와 상기 제 2 걸림턱에 걸리어지는 제 2 걸림돌기가 형성되어 상기 유체댐퍼홈에 상기 제 1 걸림돌기와 상기 제 2 걸림턱 사이의 길이만큼의 이동 유격을 가지도록 장착되는 유체댐퍼;를 포함하는 하나 이상의 유체댐퍼부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 마그네틱 코어부는, 상기 마그네틱 밸브와 충돌을 완화시키기 위하여, 상기 마그네틱 코어부의 상기 마그네틱 밸브가 밀착되는 면에 관형으로 형성되는 전도체관; 및 상기 전도체관에 삽입되어 상기 전도체관에 기전력을 유도하는 것에 의해 역방향 자기력을 발생시키도록 상기 마그네틱 밸브의 전단에 돌출 형성되는 자성체삽입봉;을 포함하는 와전류댐퍼;를 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 마그네틱 밸브부는,구형의 볼밸브; 상기 마그네틱 코어부의 하류측 면에 상기 볼밸브가 상기 마그네틱 코어부와 결합되어 극저온 유체의 흐름을 차단하도록 상기 볼밸브의 외주면 형상의 홈으로 형성되는 볼밸브안착면; 상기 볼밸브와 접하는 면은 원호면으로 형성되어 상기 볼밸브의 리턴위치를 한정하도록 볼밸브가 개방되는 위치에 형성되는 볼밸브스토퍼; 및 상기 볼밸브안착면과 상기 볼밸브스토퍼 사이에서 볼밸브의 구름 이동 경로를 제공하는 볼밸브가이드;를 포함하는 볼밸브부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 볼밸브스토퍼에는 와류 방지를 위한 다수의 와류방지유로가 형성될 수 있다.

상기 구성의 볼밸브는 밸브부의 마모를 최소화한다.

본 발명의 또 다른 구성의 마그네틱 밸브 장치는, 외측관으로 구성되는 외측관부; 상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되며, 제 1 유로와 제 2 유로를 가지도록 분할된 후 연결유로에 의해 연결되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부; 일단에 수직자속유도부가 형성된 수직밸브를 구비하여 상기 연결유로를 차폐하도록 상기 연결유로에 수직으로 장착되는 수직밸브부; 및 상기 연결유로 내측을 관통하여 형성되는 전자석과 상기 전자석에 권취되는 초전도코일로 구성되는 수직초전도체솔레노이드를 포함하여 상기 수직밸브의 개폐를 위한 자기력을 제공하는 수직초전도체솔레노이드부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성의 마그네틱 밸브 장치, 외측관으로 구성되는 외측관부; 상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되며, 제 1 유로와 제 2 유로를 가지도록 분할된 후 연결유로에 의해 연결되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부; 수직밸브가 상기 연결유로를 차폐하도록 상기 연결유로에 수직으로 장착되는 수직밸브부; 상기 연결유로의 상부로 연장되는 내측관의 영역의 내주에 형성되는 수직마그네틱 코어와 수직마그네틱 코어의 상부에 형성되는 와전류댐퍼를 구비한 수직마그네틱 코어부; 상기 수직마그네틱 코어가 장착된 영역의 내측관 외측면에 초전도선재가 권취되어 형성되는 수직초전도체솔레노이드와 구동전원 공급선과 상기 외관의 외부로 인출되는 터미널을 구비한 수직초전도체솔레노이드부; 상기 수직밸브의 상부면에 부착되는 플런저와, 상기 플런저의 상부에 부착되는 외주면에 영구자석피스톤 클래딩이 피복된 영구자석피스톤이 중심유도용 디스크스프링에 의해 이동 가능하게 장착되는 댐퍼실린더부; 및 내부의 온도를 검출하는 온도감지부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마그네틱 밸브 구동부를 구동시키기 위해 입력되는 구동전류는, 상기 마그네틱 밸브의 개폐 시의 충격 완화를 위해 일정시간 동안 단계별 또는 연속적으로 증가 또는 감소 단계를 가지도록 인가되는 것을 특징으로 한다.

삭제

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본 발명의 마그네틱 밸브 장치는, 기존의 초전도체솔레노이드가 적용되지 않은 마그네틱 밸브 장치에 초전도체솔레노이드를 적용하기 위한 매칭부하부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성의 본 발명은, 수동으로 또는 전동으로 이동되는 영구자석을 이용한 마그네트 드라이브를 이용하고, 기존의 솔레노이드 밸브의 원리를 활용하되 솔레노이드 코일로서 초전도 선재를 사용한 초전도 솔레노이드 또는 초전도 전자석을 구비하며, 초전도 솔레노이드의 경우에도 갑작스러운 온/오프(On/Off) 시에는 발열 될 수 있으므로, 전원 전력을 단계적으로 천천히 올려주거나, 낮추어 줌으로써 극저온 밸브에서의 발열을 최소화하여 열전도 및 발열에 의한 성능 열화 문제를 해결하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 리턴 스프링을 대체하여 적은 전력을 개폐 동작이 가능한 리턴 솔레노이드를 구비하고, 열기 또는 닫기 동작을 수행하는 순간에만 구동전류를 인가한 후 이후에는 영구전류스위치(persistence current switch(PCS))를 이용하여 초전도 전자석을 구동하도록 함으로써 구동전류 공급 중단이 가능하도록 하며, 높은 자기 투자율 재료를 이용하여 초전도 솔레노이드 주변에 외피를 구비하여 구동 전류를 감소시키는 것에 소비전력을 감소시는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 유체의 상태를 모니터링하여 자동제어가 가능할 수 있도록 유체의 온도 감지가 가능한 센서를 구비하고 초전도 선재에 구리 클래딩 선재를 사용하여 액체 및 기체상태 또는 초전도 임계온도에 따라 구리 솔레노이드와 초전도체솔레노이드 간에 선택적인 제어를 실시할 수 있도록 하거나, 구리의 함량이 높은 초전도 선재를 이용하여 초전도 임계온도를 기준으로 구리 솔레노이드와 초전도 솔레노이드 간에 자동 전환이 가능하게 하여 유체의 상태 변화에 대한 대응을 용이하게 하는 것에 의해, 유체의 온도 및 상변화에 대응하는 저발열 또는 무발열 구동을 가능하게 하고, 상온과 극저온 모두에 원활히 사용할 수 있도록 하여, 극저온 마그네틱 밸브 장치가 유체의 온도 및 상변화에 대응할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 제어전원으로서 교류를 사용하는 경우 교류 전원을 직류 전원으로 바꿔주는 정류기를 적용하고, 아울러 부하저항에 의한 제어전원부의 손상을 예방하기 위하여 매칭 저항 또는 인덕터를 제공하는 것에 의해, 기존 솔레노이드 밸브를 초전도 솔레노이드 밸브로 교체할 수 있도록 하는 호환성을 증가시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 극저온 밸브의 솔레노이드 구동 전류를 다단계로 제어하거나, 밸브에 소정의 슬릿이 있는 솔레노이드 밸브, 즉 극저온 레귤레이터(cryogenic regulator)를 다단계로 결속하여 유량을 제어하는 것에 의해 극저온 밸브에서 유량제어를 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 극저온 환경에서 스프링 댐퍼를 사용하기 어려운 경우 유체 댐퍼, 와전류(eddy current) 댐퍼 등의 댐퍼 기구를 적용하는 것에 의해 충격과 소음 그리고 피로를 최소화시키고, 구르는 동작을 할 수 있는 볼 형태의 밸브를 구비하여 마모를 최소화하는 것에 의해, 극저온 밸브에서 피로 누적에 의한 내구성 저하문제를 해소하고, 유지보수 비용을 절약할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 1 실시예에 따르는 제 1 마그네틱 밸브 장치(100)에서 밸브(141)가 극저온 유체가 이동되도록 개방 상태를 나타내는 도면.
도 2는 극저온 유체가 차폐되도록 도 1의 밸브(141)가 닫힌 상태와 밸브(141)의 닫힘 상태 구동을 위한 자속의 흐름 예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 2 실시예에 따라 초전도체솔레노이드부(230)를 구비한 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)의 내부 구성도.
도 4는 도 3의 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)의 다른 실시예로서 다층단열재(239)를 자기차폐재(239A)를 구성한 것을 나타내는 도면.
도 5는 도 2 또는 도 3의 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)가 리턴솔레노이드부(260)를 구비한 것을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 3 실시예로서 충전초전도체솔레노이드부(310)를 구비한 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)의 구성도.
도 7은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 4 실시예로서 충전초전도체밸브부(440)를 구비한 제 4 마그네틱 밸브 장치(400)의 구성도.
도 8은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 5 실시예로서 유체의 상변화 대응이 가능한 제 5 마그네틱 밸브 장치(500)의 구성도.
도 9는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 6 실시예로서 유량제어를 위한 유량제어유로(610)가 구비된 밸브(141)를 구비한 제 6 마그네틱 밸브 장치(600)의 구성도.
도 10은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에서의 유량 제어를 위해 마그네틱 밸브(141)의 이동을 제한하는 밸브스토퍼(270)를 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)로 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에서의 밸브의 개폐 충격을 완화하기 위한 유체댐퍼부(280)를 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)에 구비한 것을 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에서의 밸브의 개폐 충격을 완화하기 위한 와전류댐퍼부(290)를 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)에 구비한 것을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 7 실시예로서 밸브의 마모를 최소화하기 위한 볼밸브부(740)를 구비한 제 7 마그네틱 밸브 장치(700)의 구성도.
도 14는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에 장착되는 밸브구동부와 밸브부의 다른 실시예로서 수직초전도체솔레노이드부(750)와 수직밸브부(760)를 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에 장착되는 밸브구동부와 밸브부의 다른 실시예로서 수직밸브(841), 수직초전도체솔레노이드부(830) 및 댐퍼실린더부(850)를 구비한 제 8 마그네틱 밸브 장치(800)의 구성도.
도 16 및 도 17은 밸브의 개폐 충격을 감소시키기 위한 밸브구동부에 인가되는 구동전류의 단계적 제어 과정을 나타내는 도면.
도 18은 종래의 초전도체솔레노이드부가 장착되지 않은 극저온 마그네틱 밸브 장치에 초전도체솔레노이드부를 적용하기 위해 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에 장착되는 매칭부하부의 개념도.
도 19는 도 18의 매칭부하부(920)의 실시예를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

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

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 중심 실시예로는, 외측관으로 구성되는 외측관부; 상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부; 상기 내측관의 내부에서 자기력을 전달시키며, 상기 내측관의 내부에서 밸브에 의해 차폐되는 유로를 형성하도록 형성되는 마그네틱 코어부; 상기 내측관의 내부에 위치되어, 자력에 의해 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동이 제어되어 상기 내측관의 내부를 개폐하는 것에 의해 상기 내측관에 의해 이송되는 극저온 유체의 유량을 제어하는 마그네틱 밸브를 구비한 밸브부; 및 상기 마그네틱 밸브의 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동을 제어하기 위해 상기 마그네틱 밸브로 자기력을 공급하도록 상기 외측관부의 외측 또는 상기 내측관부의 외측면 중 하나 이상의 위치에 형성되는 밸브구동부;를 포함하여, 밸브구동부가 자력을 이용하여 내측관 내의 밸브를 이동시키는 것에 의해 자력으로 극저온 유체의 이송 개폐 및 유량 제어를 수행할 수 있도록 구성된다.

이 경우 상기 마그네틱 밸브 장치는 밸브구동부가 마그네트 노브, 전도체솔레노이드부나 초전도체솔레노이드부를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 마그네틱 밸브부는 밸브가 영구자석이나 초전도체로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서 상기 마그네틱 밸브 장치의 외측관 및 내측관, 마그네틱 밸브, 마그네트 노브, 자속유도부 등의 구성요소들이 원통 관형 또는 원기둥형인 것으로 설명하였으나, 필요에 따라 다각형 관형, 다각형 기둥 형상 등으로 변형 실시될 수도 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 1 실시예에 따르는 제 1 마그네틱 밸브 장치(100)에서 마그네틱 밸브(141)가 극저온 유체가 이동되도록 개방된 상태를 나타내는 도면이고, 도 2는 극저온 유체가 차폐되도록 도 1의 마그네틱 밸브(141)가 닫힌 상태와 마그네틱 밸브(141)의 닫힘 상태 구동을 위한 자속의 흐름 예를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2와 같이, 상기 제 1 마그네틱 밸브 장치(100)는 외측관부(110), 내측관부(120), 밸브구동부로서의 마그네트 노브 구동부(130), 강자성체로 제작된 마그네틱 밸브(141)를 구비한 마그네틱 밸브부(140)를 포함하여 구성된다.

상기 외측관부(110)는 외측관(111)으로 형성된다.

상기 내측관부(120)는 상기 외측관(111)의 내측에 배치되는 내측관(120)를 포함하여 구성된다.

상기 구성에서 상기 내측관(111)은 상기 외측관(111)의 중심선과 동일한 중심선을 가지도록 상기 외측관(111)의 내측에 배치되어 내부에 극저온 유체가 이송되도록 구성된다. 이때, 상기 외측관(111)와 내측관(121)의 사이 영역은 단열을 위해 진공으로 형성된다.

상기 마그네틱 코어부(122)는 상기 내측관(121)을 통해 이송되는 극저온 유체의 개폐유로(123)를 형성하도록 투자율이 높은 재질의 원관형 마그네틱 코어로 형성되어 상기 내측관(121)의 내주면에 밀착 되는 구성을 가진다. 상기 마그네틱 코어부(122)는 마그네틱 밸브(141)와 대향하는 면이 마그네틱 밸브(141)와 밀접히 접촉하는 서로 상보적인 결합 구조를 가지도록 가공된다. 즉, 도 1 및 도 2와 같이 마그네틱 밸브(141)가 삽입 결합되는 경우에는 마그네틱 밸브(141)와 대향하는 면에서 일정 길이 영역이 중심을 향하는 원형 고깔 형상으로 가공된다. 이와 달리, 마그네틱 밸브(141)에 고깔형 삽입부가 가공 형성되는 경우 상기 마그네틱 코어부(122)의 마그네틱 코어들은 마그네틱 밸브(141)와 대향하는 단부 영역은 일정 길이 원뿔 형상으로 가공될 수 있다.

상기 마그네트 노브 구동부(130)는 상기 마그네틱 코어부(122)의 위치와 상기 마그네틱 코어부(122)를 벗어나는 위치 사이를 이동할 수 있도록 상기 외측관(111)의 외부에 이동 가능하게 장착되는 원관형의 영구자석으로 형성되는 마그네트 노브(131)와, 상기 외측관(111)과 내측관(121)의 사이 영역에서 각각 상기 마그네틱 코어부(122)의 양측 단부에 대응하는 내측관(120)의 외측면으로부터 수직 방향으로 돌출되는 한 쌍의 원관링 형으로 형성되는 한 쌍의 자속유도부(133)를 포함하여 구성된다.

상기 마그네틱 밸브부(140)는 마그네틱 밸브(141)와 마그네틱 밸브(141)가 내측관(111)의 중심을 따라 이동하도록 가이드하는 밸브가이드(143)를 포함하여 구성되어, 상기 내측관(111)의 마그네틱 코어부(122)가 장착되는 일 측에서 상기 내측관(111)의 중심을 따라 이동하도록 장착된다.

그리고 상기 내측관(111)에는 마그네틱 밸브(141)의 이동을 가이드하도록 내측관(111)의 마그네틱 코어부(122)의 상류측과 상기 마그네틱 밸브(141)의 하류측을 가로 질러 설치되는 밸브가이드(143)가 장착되며, 상기 밸브가이드(143)의 양단에는 상기 마그네틱 밸브(141)가 위치 이탈되지 않도록 하는 밸브이동제한부(145)가 각각 형성된다. 상기 이동제한부(145)에는 극저온 유체가 투과될 수 있도록 격자 상으로 다수의 관통홈(145a)들이 형성된다.

상술한 구성의 상기 제 1 마그네틱 밸브 장치(100)의 이송되는 극저온 유체의 유량 제어 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 제 1 마그네틱 밸브 장치(100)에서 극저온 유체가 이송되도록 마그네틱 밸브(141)가 개방된 상태이다. 이때에는 상기 마그네트 노브(131)가 마그네틱 코어부(122)를 벗어나는 위치에 위치된다. 상술한 바와 같은 개방 상태에서 수동 또는 구동부(20)에 의해 자동으로 마그네트 노브(131)를 마그네틱 코어부(122)의 위치로 이동시키면, 마그네트 노브(131)의 N 또는 S극 중 일극 자기력선이 마그네틱 코어부(122)의 단부에 대응하여 위치하는 하나의 자속유도부(133)를 통해 마그네틱 코어부(122)로 유도된다. 그리고 마그네트 노브(131)의 다른 극의 자기력선은 마그네틱 밸브(141)와 대응하는 위치에 형성된 자속유도부(133)로 전달되어 자속유도부(133)를 자화시킨다. 이때 상기 마그네틱 밸브(141)의 자화 방향은 상기 마그네트 노브(131)와 반대 극성을 가지도록 형성된다. 따라서 도 2와 같이, 마그네틱 코어부(122)와 마그네틱 밸브(141)의 서로 대향하는 면에는 반대 극성의 자기력을 가지게 되어, 마그네틱 밸브(141)가 마그네트 노브(131)의 마그네틱 코어부(122)와 겹쳐지는 영역에 비례하여 마그네틱 코어부(122)와의 인력이 커지게 되어 마그네틱 코어부(122) 측으로 이동하는 것에 의해 마그네틱 코어부(122)와 마그네틱 밸브(141) 사이의 간격이 좁아져 이동 유량이 감소된다. 이 후, 마그네틱 코어부(122)와 마그네트 노브(131)가 완전해 겹쳐지는 경우에는 자력에 의한 인력에 의해 마그네틱 밸브(141)가 마그네틱 코어부(1220와 긴밀히 밀착되어 개폐유로(123)가 차폐된다.

이 상태에서 마그네트 노브(131)를 마그네틱 밸브(141)가 개방되는 위치(도면에서 좌측)으로 이동시키면, 마그네트 노브(131)의 타 자극이 마그네틱 코어부(122)의 단부에 위치하는 자속유도부(133)를 자화시키는 것에 의해 마그네틱 코어부(122)와 마그네틱 밸브(141)의 대향하는 면에는 서로 동일한 자극을 가지도록 마그네틱 코어부(122)가 자화된다. 이에 의해 마그네틱 코어부(122)와 마그네틱 밸브(141)가 서로 마그네트 노브(131)가 마그네틱 코어부(122)로부터 벗어난 영역에 대응하는 거리를 가지도록 이격되는 것에 의해 개폐유로(123)가 개방되며 이송되는 극저온 유체의 유량이 제어된다.

도 1 및 도 2에서 구동부(20)와 제어부(10)를 도시하였으나, 구동부(20)를 구비함이 없이 수동으로 마그네트 노브(131)를 조작하도록 구성될 수 있음은 상술한 바와 같다.

상술한 구성을 가지는 제 1 마그네틱 밸브 장치(100)는 종래기술과 같이, 물리적인 힘을 이용하여 밸브를 개폐하기 위한 개폐수단을 구비하지 않게 되어, 개폐수단에 의해 외부 열이 내측관으로 전달되어 극저온 유체가 끓게 되는 열전도도 문제 등의 종래기술의 문제들을 해결하게 된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 2 실시예에 따라 초전도체솔레노이드부(230)를 구비한 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)의 내부 구성도이다.

도 3과 같이, 상기 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)는 도 1 및 도 2의 제 1 마그네틱 밸브 장치(100)의 구성에서 밸브구동부가 초전도체솔레노이드부(230)로 구성되고, 온도감지부(250)를 더 포함하여 구성되는 점에서 구성의 차이를 가진다.

즉, 상기 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)는 도 1 및 도 2의 외측관부(110), 내측관부(120), 마그네틱 코어부(122), 마그네틱 밸브부(140)의 구성은 동일하나, 도 1 및 도 2의 마그네트 노브(131)와 자속유도부(133)가 초전도체솔레노이드부(230)로 대체 구성되고, 초전도체솔레노이드부(230)의 초전도체 특성 또는 전도체 특성을 감시하여 유체의 온도에 따라 상변화가 일어나는 것에 따라 초전도체 솔레노이드(231)로 인가되는 전류를 조절할 수 있도록 하는 온도감지부(250)를 포함하여 구성된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 초전도체솔레노이드부(230)는 상기 내측관(121)의 상기 마그네틱 코어부(122)와 대응하는 외측면에 초전도 선재로 권취되어 구성되는 초전도체솔레노이드(231), 상기 외측관(111)의 외부로부터 상기 초전도체솔레노이드(231)로 구동전원을 공급하도록 구성되는 구동전원 공급선(235)과, 상기 초전도체솔레노이드(231)에 전류가 인가된 후에는 영구전류가 흐르도록 상기 초전도체솔레노이드(231)와 상기 구동전원 공급선(235) 사이를 스위칭하는 영구전류스위치(PCS, persistence current switch)와, 상기 내측관 내에서 이동하는 극저온 유체의 온도를 검출하여 상기 전도체 솔레노이드와 상기 초전도체 솔레노이드를 선택하여 구동시킬 수 있도록 하는 온도감지부(250)와, 를 포함하여 구성된다.

이때 상기 초전도체솔레노이드(231)를 형성하는 초전도 선재(232)는 초전도재료의 초전도 중심선재(SM: Superconducting Material)와 상기 초전도 중심선재의 외측에 피복되는 구리 재질의 구리클래딩(Cu)을 포함하는 하이브리드 초전도선재(232)로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)는 초전도체솔레노이드(231)가 상온에서는 전도체솔레노이드로 동작하고, 초전도 중심선재가 초전도체로 되는 임계온도 이하의 저온에서는 초전도체솔레노이드로 동작하는 하이브리드 마그네틱 밸브 기능을 구현할 수 있게 된다.

그리고 상기 초전도체솔레노이드(231)로 구동전류를 공급하는 구동전원 공급선(235)는 외측관(111)와 내측관(121) 사이의 열전달을 최소화하기 위하여, 상기 외측관(111)과 상기 내측관(121)의 사이에서 코일형태로 권취되고, 일단은 상기 외측관의 외부로 돌출되어 터미널(237)이 결합되는 구성을 가진다.

또한, 상기 초전도체솔레노이드부(230)는 외부의 열이 초전도체솔레노이드(231)를 통해 내측관(121)으로 인가되는 것을 더욱 방지하기 위해 도 3과 같이 알루미늄 호일 등으로 겹겹이 감싼 형태를 가지는 다층단열재(239)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 구성의 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)는 초전도체솔레노이드(231)로 인가되는 구동전류의 방향과 크기를 가변시키는 것에 의해 마그네틱 코어부(122)에 형성되는 자기력의 크기와 방향을 조절하게 된다. 이에 의해 마그네틱 코어부(122)와 마그네틱 밸브(141) 사이에 인력과 척력이 생성될 수 있으며, 크기 또한 조절될 수 있어, 개폐유로(123)에 대한 개폐 및 극저온 유체의 유량을 조절할 수 있게 된다.

도 4는 도 3의 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)의 다른 실시예로서 다층단열재(239)와 아울러 자기차폐재(239A)를 추가로 구성한 것을 나타내는 도면이다.

도 4와 같이, 도 3의 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)는 초전도체솔레노이드(231)의 단열을 위한 다층단열재(239) 안쪽에 도 4의 자기차폐재(239A)가 추가로 구성될 수 있다. 상기 자기차폐재(239A) 초전도체솔레노이드(231)에서 생성되는 자력이 외부로 누출되는 방지하고 마그네틱 코어부(122)로 더욱 집속되도록 하여, 마그네틱 밸브(141)와 마그네틱 코어부(122) 사이의 자기력을 크게 하여 개폐유로(123)에 대한 개폐력을 높이게 된다.

도 5는 도 2 또는 도 3의 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)가 리턴솔레노이드부(260)를 구비한 것을 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)는 상기 마그네틱 밸브(141)의 이동 구간에 대응하는 내측관(121)의 외측면의 영역에 초전도 선재(232)가 권취되어 상기 마그네틱 밸브의 리턴 구동을 제어하는 리턴솔레노이드부(260)를 더 포함하여 구성되는 것을 나타낸다.

상기 리턴솔레노이드부(260)는 상기 마그네틱 밸브(141)를 개방 방향으로 이동시키는 자력을 생성하도록 구동전류가 인가되어, 마그네틱 밸브(141)를 개방 상태의 위치로 위치 복원 시킨다.

상술한 구성 및 기능을 가지는 상기 리턴솔레노이드부(260)는 극저온 유체의 압력이 낮거나, 초극저온 유체를 이동시키는 것에 의해 스프링과 같은 탄성 부품을 사용할 수 없는 경우, 마그네틱 밸브(141)를 위치 복원 시키는 리턴 기능을 수행하게 된다.

도 5에는 미도시되어 있으나, 상술한 리턴솔레노이드부(260)의 경우에도 영구전류스위치(persistence current switch)를 활용하여 전력을 절약하는 것이 가능하다. 이때 기존의 초전도체솔레노이드와 리턴 솔레노이드 사이의 거리가 가까우면, 두 개의 솔레노이드 간에 유도기전력이 발생할 수 있으므로 구동전류를 인가할 때 긴 시간 동안 단계적으로 인가하는 등의 주의가 필요하다.

도 6은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 3 실시예로서 충전초전도체솔레노이드부(310)를 구비한 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)의 구성도이다.

도 6과 같이, 상기 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)는 도 1 내지 도 4의 구성에서 본 발명의 밸브구동부를 형성하는 마그네트 노브 구동부(130)와 초전도체솔레노이드부(230)가, 내측관(121)의 마그네틱 코어부(122)와 대응하는 외측면에 초전도 선재로 권취되어 구성되는 충전초전도체솔레노이드(311)를 포함하는 충전초전도체솔레노이드부(310) 및 상기 충전초전도체솔레노이드(311)가 권취된 영역에 대응하는 상기 외측관(111)의 외주면에 전도체가 권취되어 형성되는 제어솔레노이드(321)를 포함하는 제어솔레노이드부(320)로 대체 구성된다.

상술한 구성을 가지는 상기 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)는 상기 제어솔레노이드부(320)의 인가 전류를 조절하는 것에 의해 상기 충전초전도체솔레노이드(311)의 와전류를 조절할 수 있어, 마그네틱 코어부(122)와 마그네틱 밸브(141) 사이의 인력 또는 척력의 세기를 조절하는 것에 의해 개폐유로(123)의 개폐 및 극저온 유체의 유량을 조절할 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 4 실시예로서 충전초전도체밸브부(440)를 구비한 제 4 마그네틱 밸브 장치(400)의 구성도이다.

도 7과 같이, 상기 제 4 마그네틱 밸브 장치(400)는 도 1 내지 도 4의 마그네트 노브 구동부(130)와 초전도체솔레노이드부(230)가 되는 본 발명의 밸브구동부가 전도체솔레노이드부(430)로 구성되고, 도 1 내지 도 4의 마그네틱 밸브 장치가 초전도체(441)와, 초전도체(441)의 외주면에 형성되는 금속표피부(443)를 가지는 초전도체밸브부(440)로 대체 구성되며, 외측관부(110), 내측관부(120), 온도감지센서부(250)는 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)와 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)의 각 구성과 동일한 구성을 가진다.

상기 전도체솔레노이드부(430)는 내측관(121)이 마그네틱 코어부(122)가 장착된 외측면 영역에 전도체로 권취되어 형성되는 전도체솔레노이드(431)와, 전도체솔레노이드(431)로 구동전류를 인가하도록 외측관(111)의 외부에 형성되는 터미널(437)을 포함하고, 외측관(111) 및 내측관(121) 사이의 영역에서는 열전도 방지를 위해 길이를 길게 하기 위하여 코일형태로 감겨지는 구동전원 공급선(435)을 포함하여 구성된다.

도 8은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 5 실시예로서 유체의 상변화 대응이 가능한 제 5 마그네틱 밸브 장치(500)의 구성도이다.

상기 제 5 마그네틱 밸브 장치(500)는 도 3의 제 2 마그네틱 밸브 장치(200)와 같이, 외측관부(110), 내측관부(120), 마그네틱 코어부(122), 초전도체솔레노이드부(230), 마그네틱 밸브부(140), 온도 감지부(250)를 포함하여 구성되고, 추가로 마그네틱 밸브부(140)의 하류 측에 제 2 마그네틱 코어부(122A)와 제 2 마그네틱 밸브부(140A), 전도체솔레노이드부(430)를 더 포함하여 구성되어, 유체의 온도가 초전도체 임계 온도 이상 또는 이하 인지에 따라 초전도체솔레노이드부(230)와 전도체솔레노이드부(430)를 선택적으로 구동시키기 위한 구동전원스위치부(570)를 더 포함하여 구성된다.

즉, 상기 제 5 마그네틱 밸브 장치(500)는 내측관(121)의 내부에서 자기력을 전달시키며, 내측관(111)의 내부에서 마그네틱 밸브를 구비한 2개의 마그네틱 밸브부(140, 140A)에 의해 차폐되는 개폐 유로(123, 123A)를 형성하도록 쌍으로 형성되는 한 쌍의 마그네틱 코어부(122) 및 제 2 마그네틱 코어부(122A)를 구비한다. 그리고 상기 개폐유로(123, 123A)를 개폐할 수 있도록 하는 한 쌍의 마그네틱 밸브(141) 제 2 마그네틱 밸브(141A)를 구비한다. 또한, 유체의 온도가 초전도체 선제의 임계온도 이상으로 되어 상기 초전도체솔레노이드부(230)가 초전도체 특성을 잃는 경우, 제 2 마그네틱 밸브(141A)를 통해 개폐유로(123A)의 개폐를 수행할 수 있도록 제 2마그네틱 밸브(141A)를 제어하는 전도체솔레노이드부(430)를 구비한다.

상기 초전도체솔레노이드부(230)와 전도체솔레노이드부(430)가 각각 본 발명의 제 5 마그네틱 밸브 장치(500)의 밸브 구동부를 구성한다.

상기 구동전원스위치부(570)는 유체가 초전도 임계온도 이하인 경우 상기 초전도체솔레노이드부(230)를 구동시키고, 임계온도 이상인 경우 전도체솔레노이드부(430)를 구동시키도록 구동전원을 스위칭하도록 구성된다.

상술한 제 5 마그네틱 밸브 장치(500)의 구성에 의해 유체의 초전도 임계 온도 이상 및 이하 모두에서 유량 제어가 가능하게 된다.

도 9는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 6 실시예로서 유량제어를 위한 유량제어유로(610)가 구비된 밸브(141)를 구비한 제 6 마그네틱 밸브 장치(600)의 구성도이다.

상기 마그네틱 밸브부(140, 430)의 마그네틱 밸브(141, 141A)들에는 극저온 유체의 유량 제어를 위해 극저온 유체의 흐름 방향을 따라 밸브의 전후를 관통하는 하나 이상의 유량제어유로(610)가 형성될 수 있다.

상술한 구성의 제 6 마그네틱 밸브 장치(600)는 도 8의 제 5 마그네틱 밸브 장치(500)와 같이, 다수의 밸브구동부와 마그네틱 밸브부를 내측관(121)의 내부에 직렬로 배치하고, 각각의 마그네틱 밸브에 형성되는 유량제어유로(610)의 크기를 달리하는 것에 의해, 다양한 유량 제어를 수행할 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예로서, 유량 제어를 위해 마그네틱 밸브(141)의 이동을 제한하는 밸브스토퍼(270)가 구비된 제 6 마그네틱 밸브 장치(600)로 나타낸 도면이다.

상기 제 6 마그네틱 밸브 장치(600)는 도 10에 도시된 바와 같이, 내측관(121)의 내측 면에 리턴솔레노이드부(260)에 의해 이동되는 마그네틱 밸브(141)의 리턴 이동을 정지시키는 하나 이상의 밸브스토퍼(270)가 구비될 수 있다.

상기 마그네틱 밸브스토퍼(270)는 마그네틱 밸브(141)에 의해 눌리어지는 경우, 제어부(10)가 마그네틱 밸브(141)의 이동을 정지시키도록 하는 구동전류를 리턴솔레노이드부(260)로 인가하는 것에 의해 마그네틱 밸브(141)의 리턴 이동을 정지시킨다. 상기 리턴솔레노이드부(260) 또한 인가되는 구동전류를 조절하는 것에 의해 이송되는 극저온 유체의 유량 제어를 수행할 수 있도록 한다.

도 11은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에서의 밸브의 개폐 충격을 완화하기 위한 유체댐퍼부(280)를 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)에 구비한 것을 나타내는 도면이다.

도 11과 같이 도 1 내지 도 8의 마그네틱 밸브 장치(100, 200, 300, 400, 500)들은 마그네틱 밸브(141, 141A) 또는 초전도체밸브부(440)의 개폐 시 마그네틱 코어부(122)와의 충돌에 의한 파손을 방지하기 위한 유체댐퍼부(280)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유체댐퍼부(280)는 마그네틱 코어부(122)의 마그네틱 밸브(141)가 밀착되는 면에서 제 1 걸림턱(282)과 제 2 걸림턱(283)을 가지도록 형성되는 유체댐퍼홈(281)과, 제 1 걸림턱(282)에 걸리어지는 제 1 걸림돌기(286)와 상기 제 2 걸림턱(283)에 걸리어지는 제 2 걸림돌기(287)가 형성되어 상기 유체댐퍼홈(281)에 상기 제 1 걸림돌기(286)와 상기 제 2 걸림턱(283) 사이의 길이만큼의 이동 유격을 가지도록 장착되는 유체댐퍼(285)를 포함하여 하나 이상으로 구성된다.

상기 구성의 유체댐퍼부(280)는 마그네틱 밸브(141)가 개방된 위치에서 폐쇄 위치로 이동되어 마그네틱 코어부(122)와 밀착되는 경우, 유체댐퍼(285)가 마그네틱밸브(141)와 먼저 밀착되어 유체의 압력에 의해 생성되는 완충력을 마그네틱 밸브(141)에 제공하는 것에 의해, 마그네틱 밸브(141)가 마그네틱 코어부(122)와 강한 충격력을 가지고 밀착되는 것을 방지하여 마그네틱 밸브(141) 또는 초전도체밸브부(440)의 파손을 방지한다.

도 12는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에서의 밸브의 개폐 충격을 완화하기 위한 와전류댐퍼부(290)를 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)에 구비한 것을 나타내는 도면이다.

도 12와 같이, 도 1 내지 도 8의 마그네틱 밸브 장치(100, 200, 300, 400, 500)들은 마그네틱 밸브(141, 141A) 또는 초전도체밸브부(440)의 개폐 시 마그네틱 코어부(122)와의 충돌에 의한 파손을 방지하기 위한 와전류댐퍼부(290)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 와전류댐퍼부(290)는 마그네틱 코어부(122)의 마그네틱 밸브(141)가 밀착되는 면에 환형으로 형성되는 전도체관(291)과, 상기 마그네틱 밸브(141)에서 상기 개페유로(123)로 삽입되도록 돌출형성되는 자성체삽입봉(293)을 포함하여 구성된다.

상술한 구성의 와전류댐퍼부(290)는 마그네틱 밸브(141)가 개방된 위치에서 폐쇄 위치로 이동되어 자성체삽입봉(293)이 전도체관(291)으로 삽입되는 경우, 전도체관(291)에 마그네틱 밸브(141)의 이동 방향에 반대방향으로 자력을 발생시키는 와전류가 발생하게 되어 마그네틱 밸브(141)에 완충력을 제공하는 것에 의해, 유로의 폐쇄 시 마그네틱 밸브(141)와 마그네틱 코어부(122)가 강한 충격을 가지고 밀착되는 것을 와전류에 의한 역 자기력이 방지하여 마그네틱 밸브(141) 또는 초전도체밸브부(440)의 파손을 방지한다.

도 13은 본 발명의 마그네틱 밸브 장치의 제 7 실시예로서 밸브의 마모를 최소화하기 위한 볼밸브부(740)를 구비한 제 7 마그네틱 밸브 장치(700)의 구성도이다.

도 13과 같이, 상기 제 7 마그네틱 밸브 장치(700)는, 도 3 및 도 4의 마그네틱 밸브 장치(200)의 구성에서, 외측관부(110), 내측관부(120)의 구성은 동일하나, 마그네틱 코어부의 형상이 변경되고, 밸브부가 볼밸브부(740)로 구성되는 점에서 구성의 차이를 가진다.

상기 제 7 마그네틱 밸브 장치(700)에서 상기 마그네틱 코어부(122)에는 볼밸브(741)의 외주면 형상에 대응하는 볼밸브 안착면(743)이 가공 형성된다.

상기 볼밸브부(740)는 강자성체 재질의 구형 볼밸브(741)와, 상기 볼밸브(741)와 접하는 면은 원호면으로 형성되어 상기 볼밸브(741)의 리턴위치를 한정하도록 볼밸브(741)가 개방되는 위치에 형성되는 볼밸브스토퍼(747)와, 볼밸브안착면(743)과 상기 볼밸브스토퍼(747) 사이에서 볼밸브(741)의 구름 이동 경로를 제공하는 볼밸브가이드(745)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 볼밸브스토퍼(747)에는 와류 방지를 위한 다수의 와류방지유로(749)가 형성될 수 있다.

상술한 구성의 상기 제 7 마그네틱 밸브 장치(700)는 밸브가 볼 형태로 형성되어 개폐 시 구름 운동을 하게 되므로 볼밸브(741), 볼밸브가이드(745) 등의 구성 부품의 마모와 파손을 최소화한다.

도 14는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에 장착되는 밸브구동부와 밸브부의 다른 실시예로서 수직초전도체솔레노이드부(750)와 수직밸브부(760)를 나타내는 도면이다.

도 14의 마그네틱 밸브 장치는 내측관(121)이 제 1 유로(125)와 제 2 유로(126) 및 제 1 유로(125)와 제 2 유로(126)를 수직으로 연결하는 연결유로부(124)로 분리 구성된다. 그리고 상기 연결유로부(124)의 제 1 유로(125)에는 수직초전도체솔레노이드부(750)가 장착된다. 상기 연결유로부(124)의 제 2 유로(126) 측에는 수직초전도체솔레노이드부(750)와 대향하도록 수직으로 배치되는 수직밸브(761)가 장착된다.

도 15는 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에 장착되는 밸브구동부와 밸브부의 다른 실시예로서 수직밸브(841), 수직초전도체솔레노이드부(830) 및 댐퍼실린더부(850)를 구비한 제 8 마그네틱 밸브 장치(800)의 구성도이다.

도 15의 마그네틱 밸브 장치는 도 14의 마그네틱 밸브 장치와 같이, 상기 내측관(121)이 제 1 유로(125)와 제 2 유로(126)를 가지도록 분할된 후 수직방향의 연결유로(124)에 의해 연결된다. 본 발명의 밸브부는 수직밸브(761)가 상기 연결유로(124)를 차폐하도록 상기 연결유로에 수직으로 장착되는 수직밸브부(760)로 구성된다.

본 발명의 밸브구동부는 상기 연결유로(124)의 상부로 연장되는 내측관의 영역의 내주에 형성되는 수직마그네틱 코어(822)와 수직마그네틱 코어(822)의 상부에 형성되는 와전류댐퍼(821)를 구비한 수직마그네틱 코어부(820)와, 상기 수직마그네틱 코어(822)가 장착된 영역의 내측관(121) 외측면에 초전도선재가 권취되어 형성되는 수직초전도체솔레노이드(831)와 구동전원 공급선(835)과 상기 외측관(111)의 외부로 인출되는 터미널(837)을 구비한 수직초전도체솔레노이드부(830)와, 상기 수직밸브(841)의 상부면에 부착되는 플런저(852)와 상기 플런저의 상부에 부착되는 외주면에 영구자석피스톤 클래딩(855)이 피복된 영구자석피스톤(851)이 중심유도용 디스크스프링(856)에 의해 이동 가능하게 장착되는 댐퍼실린더부(850) 및 내부의 온도를 검출하는 온도감지부(250)를 포함하여 구성될 수도 있다.

상술한 도 14와 도 15의 설명에서와 같이, 본 발명의 마그네틱 밸브 장치는 밸브구동부와 밸브부가 내측관에 대하여 수직방향으로 배치 구성될 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상 범위 내에서 다양하게 변형실시 될 수 있다.

도 16 및 도 17은 밸브의 개폐 충격을 감소시키기 위한 밸브구동부에 인가되는 구동전류의 단계적 제어 과정을 나타내는 도면이다.

도 16 및 도 17과 같이, 초전도체솔레노이드부(230), 초전도체솔레노이드부(230), 온도감지부(250), 리턴솔레노이드부(260), 충전식 초전도체솔레노이드부(330), 전도체솔레노이드부(430) 수직초전도체솔레노이드부(750, 830), 댐퍼실린더부(850)를 제어하여 개폐유로에 대한 개폐 제어를 수행하는 때에, 내부에 구성된 마그네틱 밸브 또는 초전도체밸브와 마그네틱 코어부와의 급격한 접촉에 의한 충격 발생을 방지할 수 있도록 인가되는 구동전류를 단계적으로 인가하여야 한다.

도 16은 제 3 마그네틱 밸브 장치(300)의 충전식 초전도체솔레노이드부(330)의 마그네틱 밸브 또는 초전도체 밸브의 개폐를 위한 구동전류를 단계적으로 인가하는 것을 나타낸다.

도 16의 최상부 그래프는 제어신호의 그래프이다. 제어신호는 개방과 폐쇄 두 가지를 식별할 수 있도록 두 개의 전압 값을 가진다.

중간의 그래프는 초전도체솔레노이드부(230)의 구동전류 인가 파형 그래프이다. 폐쇄를 위한 전류가 인가되어 마그네틱 밸브(141)가 개폐유로(123)을 폐쇄한 후에는 폐쇄를 위하여 인가된 구동전류가 단계적으로 감소한다. 그리고 개방을 위한 전류는 폐쇄를 위하여 인가된 전류와 반대 극의 동일한 크기를 가지는 전류를 입력한 후 단계적으로 감소시킨다.

제일 하단의 그래프는 개방을 위한 구동전류와 폐쇄를 위한 구동전류를 연속적으로 상승하거나 감소하도록 구성한 상태에서의 구동전류를 나타내는 그래프이다.

충전식 초전도체솔레노이드부에 의한 밸브의 개폐 시에는 구동전류를 개방 시 개방 전류를 일정시간 인가한다. 이때 충전식초전도체솔레노이드(310)는 와전류가 발생하여 지속적으로 전류 흐름 상태가 유지되는 것에 의해, 마그네틱 밸브(141)가 마그네틱 코어부(122)와 결합하여 유로 폐쇄 상태를 유지한다. 이 상태에서 유로를 개방하고자 하는 경우에는 일시적으로 개방 시 인가한 전류와 반대 극성을 가지며 동일한 세기를 가지는 전류를 일시적으로 입력한다. 그러면 충전식초전도체솔레노이드(310)에는 폐쇄시의 와전류와 반대 방향의 와전류가 형성되어 마그네틱 코어부(122)와 마그네틱 밸브(131) 사이에 척력이 작용하여 개폐유로(123)가 개방된다.

그리고 도 17은 초전도체솔레노이드부(230) 등에서의 밸브 구동전류를 단계적으로 인가하는 예를 나타낸다.

도 18은 종래의 초전도체솔레노이드부가 장착되지 않은 극저온 마그네틱 밸브 장치에 초전도체솔레노이드부를 적용하기 위해 본 발명의 마그네틱 밸브 장치에 장착되는 매칭부하부(920)의 개념도이고, 도 19는 도 18의 매칭부하부(920)의 실시예를 나타내는 도면이다.

종래의 전도체솔레노이드밸브를 초전도체솔레노이드밸브로 교체하고자 하는 경우, 마그네틱 밸브 장치에는 교류를 인가한 경우에는 정류기(910)와 매칭부하부(920)를 더 포함하고, 직류를 인가하는 경우에는 매칭부하부(920) 만을 더 포함한다.

즉, 교류를 인가하여 사용되는 전도체솔레노이드부를 구비한 마그네틱 밸브 장치를 초전도체솔레노이드부(230)를 구비한 마그네틱 밸브 장치로 변경하고자 하는 경우, 교류를 직류로 변환하는 정류기(910)와 전도체솔레노이드부와 초전도체솔레노이드부(230) 사이의 임피던스 차이에 의해 초전도체솔레노이드부(230)와 전원부 사이의 임피던스 부정합을 방지하는 것에 의해 전원부의 파손을 방지하기 위한 매칭부하부(920)를 구비하게 된다. 이때 전도체솔레노이드부가 직류전원을 인가하도록 구성된 경우에는 정류기(910)를 구비함이 없이 매칭부하부(920)만을 구비하면 된다.

상기 매칭부하부(920)는 밸브구동부가 솔레노이드부가 전도체에서 초전도체로 바뀌는 것에 의해 초전도체솔레노이드부(230)와 기존의 전도체솔레노이드밸브로 구동전류를 인가하는 전원부 사이에 발생할 수 있는 부하 효과에 따른 과부하를 해소하기 위한 것이다. 이를 위해 부하에 해당하는 초전도체솔레노이드부(230)의 전단에 매칭부하부를 장착하는 것에 의해 임피던스를 상승시켜 상기 전원부를 보호하기에 합당한 임피던스 정합 상태를 만들어, 전도체솔레노이드부를 초전도체솔레노이드부(230)로 교체하는 경우 종래 기술에 발생하였던 전원부의 파손을 방지하게 된다.

도 19는 상술한 매칭부하부(920)의 구현 예로서, 전원부(미도시)와 초전도체솔레노이드부(230) 사이의 임피던스 정합을 위해 외측관(111)의 외부에 전도체코일을 권취하여 매칭부하부(920)를 형성한 제 9 마그네틱 밸브 장치(900)를 나타낸다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(10)는 도면에는 독립적인 구성으로 도시하였으나, 도 1 및 도 2의 경우에는 구동부(20)를 제어하며, 도 2 내지 도 15 및 도 19의 경우에는 각각의 초전도체솔레노이드부(230), 온도감지부(250), 리턴솔레노이드부(260), 충전식 초전도체솔레노이드부(330), 전도체솔레노이드부(430) 수직초전도체솔레노이드부(750, 830), 댐퍼실린더부(850) 등과 접속되어 마그네틱 밸브의 구동을 제어하도록 구성된다.

100: 제 1 마그네틱 밸브 장치 110: 외측관부
111: 외측관 120: 내측관부
121: 내측관 122: 마그네틱 코어부
123: 개폐유로 124: 연결유로부
125: 제 1 유로 126; 제 2 유로
130: 마그네트 노브 구동부 131: 마그네트 노브
140: 마그네틱 밸브부
141: 마그네틱 밸브 143: 밸브가이드
145: 밸브이동제한부 200: 제 2 마그네틱 밸브 장치
230: 초전도체솔레노이드부 231: 초전도체솔레노이드
232: 하이브리드 초전도선재 233: 자속유도부
235: 구동전원 공급선 237: 터미널
239: 다층단열재 239A: 자기차폐재
250: 온도감지부 251: 온도감지센서
253: 온도감지선 257: 온도감지단자
260: 리턴솔레노이드부 270: 밸브스토퍼
280: 유체댐퍼부 281: 유체댐퍼홈
282: 제 1 걸림턱 283: 제 2 걸림턱
285: 유체댐퍼 286: 제 1 걸림돌기
287: 제 2 걸림돌기 290: 와전류 댐퍼
291: 전도체관 293: 자성체삽입봉
300: 제 3 마그네틱 밸브 장치 310: 충전식초전도체솔레노이드부
311: 충전초전도체솔레노이드 320: 제어솔레노이드부
321: 제어솔레노이드 323: 제어전원선
325: 제어 전원선 터미널 330: 제 3 밸브구동부
400: 제 4 마그네틱 밸브 장치 430: 상전도솔레노이드부
431: 상전도솔레노이드 435: 구동전원 공급선
437: 전원공급단자 440: 초전도체밸브부
441: 초전도체 443: 금속표피부
445: 와전류 500: 제 5 마그네틱 밸브 장치
501: 구동전원선로 570: 구동전원스위치부
610: 유량제어유로 740: 볼밸브부
741: 볼밸브 743: 볼밸브안착면
745: 볼밸브가이드 747: 볼밸브스토퍼
749: 와류방지유로 750: 수직초전도체솔레노이드부
751: 전자석 753: 초전도코일
755: 수직초전도체솔레노이드 760: 수직밸브부
761: 수직밸브 762: 수직자속유도부
820: 마그네틱 코어부 821; 와전류댐퍼
822: 마그네틱 코어 830: 수직초전도체솔레노이드부
831: 수직초전도체솔레노이드 835: 구동전원 공급선
837: 터미널 850: 댐핑실린더부
851: 댐퍼실린더 852: 플런저
853: 영구자석피스톤 855: 영구자석피스톤클래딩
856: 중심유도용 디스크스프링 900: 제 9 마그네틱 밸브 장치
920: 매칭부하

Claims (24)

1. 외측관으로 구성되는 외측관부;
   상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부;
   상기 내측관의 내부에서 자기력을 전달시키며, 상기 내측관의 내부에서 마그네틱 밸브에 의해 차폐되는 유로를 형성하도록 형성되는 마그네틱 코어부;
   상기 내측관의 내부에 위치되어, 자력에 의해 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동이 제어되어 상기 내측관의 내부를 개폐하는 것에 의해 상기 내측관에 의해 이송되는 극저온 유체의 유량을 제어하는 마그네틱 밸브를 구비한 마그네틱 밸브부; 및
   상기 마그네틱 코어부에 대한 상기 마그네틱 밸브의 이동을 제어하기 위해 상기 마그네틱 밸브로 자기력을 공급하도록 상기 외측관부의 외측 또는 상기 내측관부의 외측면 중 하나 이상의 위치에 형성되는 마그네틱 밸브구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마그네틱 밸브의 이동을 가이드하도록 상기 내측관의 상기 마그네틱 코어부의 상류측과 상기 마그네틱 밸브의 하류측을 가로 질러 설치되는 밸브가이드가 장착되며, 상기 밸브가이드의 양단에는 상기 마그네틱 밸브가 위치 이탈되지 않도록 하는 밸브이동제한부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 마그네틱 밸브 구동부는,
   상기 마그네틱 코어부에 대응하는 외측관의 외측면과 상기 마그네틱 코어부를 벗어나는 위치 사이에서 수동 또는 자동으로 위치 이동되도록 부착되는 마그네트 노브; 및
   상기 마그네틱 코어부로 상기 마그네트 노브에 의해 생성된 자속을 유도하도록 상기 마그네틱 코어부의 양단에 대응하는 상기 내측관의 외측면의 위치에 형성되는 자속유도부;를 포함하는 마그네트 노브 구동부로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 마그네틱 밸브 구동부는,
   상기 내측관의 상기 마그네틱 코어부와 대응하는 외측면에 초전도 선재로 권취되어 구성되는 초전도체솔레노이드; 및
   상기 외측관의 외부로부터 상기 초전도체솔레노이드로 구동전원을 공급하도록 구성되는 구동전원 공급선;을 포함하는 초전도체솔레노이드부로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 초전도체솔레노이드부는,
   상기 초전도체솔레노이드에서 영구전류가 흐르도록 상기 초전도체솔레노이드와 상기 구동전원 공급선 사이에서 스위칭되는 영구전류스위치(PCS, persistence current switch);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
6. 청구항 4에 있어서, 상기 초전도체솔레노이드는,
   초전도재료의 초전도 중심선재; 및
   상기 초전도 중심선재의 외측에 피복되는 구리 재질의 구리클래딩;을 포함하는 하이브리드 초전도선재로 권취되어,
   상온에서는 전도체 솔레노이드로 동작하고, 저온에서는 초전도체 솔레노이드로 동작하는 하이브리드 마그네틱 밸브 기능을 구현하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 내측관 내에서 이동하는 극저온 유체의 온도를 검출하여 상기 초전도 중심선재 또는 상기 구리클래딩을 선택하여 구동시킬 수 있도록 하는 온도감지부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
8. 청구항 4에 있어서, 상기 구동전원 공급선은
   상기 외측관과 상기 내측관 사이의 열전달을 최소화하기 위하여 상기 외측관과 상기 내측관의 사이에서 코일형태로 권취되고, 일단은 상기 외측관의 외부로 돌출되어 터미널이 결합되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
9. 청구항 4에 있어서, 상기 초전도체솔레노이드부는
   상기 초전도체솔레노이드의 외측면에 감싸지는 다층단열재;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
   
10. 청구항 4에 있어서, 상기 초전도체솔레노이드부는
    상기 초전도체솔레노이드의 외측면에 피복 형성되어 상기 초전도체솔레노이드에서 발생되는 자속의 누설을 방지하는 자기차폐재;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
11. 청구항 4에 있어서,
    상기 마그네틱 밸브의 이동 구간에 대응하는 상기 내측관의 외측면의 영역에 초전도 선재가 권취되어 상기 마그네틱 밸브의 리턴 구동을 제어하는 리턴솔레노이드부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 내측관의 내측면에 상기 리턴솔레노이드부에 의해 이동되는 마그네틱 밸브의 리턴 이동을 정지시키는 하나 이상의 밸브스토퍼가 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
13. 청구항 1에 있어서, 상기 마그네틱 밸브 구동부는,
    상기 내측관의 상기 마그네틱 코어부와 대응하는 외측면에 초전도 선재로 권취되어 구성되는 충전초전도체솔레노이드를 포함하는 충전초전도체솔레노이드부; 및
    상기 충전초전도체솔레노이드가 권취된 영역에 대응하는 상기 외측관의 외주면에 전도체가 권취되어 형성되는 제어솔레노이드를 포함하는 제어솔레노이드부;를 포함하여,
    상기 제어솔레노이드부의 인가 전류를 조절하는 것에 의해 상기 충전초전도체솔레노이드의 와전류를 조절하여 상기 마그네틱 밸브의 개폐를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 마그네틱 밸브 구동부는 상기 내측관의 마그네틱 코어부가 형성된 영역의 외측 면에 전도체가 권취되어 형성된 전도체솔레노이드부로 구성되고,
    상기 마그네틱 밸브부는 상기 마그네틱 밸브가 초전도체인 초전도체밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
15. 외측관으로 구성되는 외측관부;
    상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부;
    상기 내측관의 내부에서 자기력을 전달시키며, 상기 내측관의 내부에서 마그네틱 밸브에 의해 차폐되는 유로를 형성하도록 쌍으로 형성되는 한 쌍의 마그네틱 코어부;
    상기 내측관의 내부에서 상기 한 쌍의 마그네틱 코어부의 일 측에 각각 위치되어, 자력에 의해 상기 마그네틱 코어부에 대한 이동이 제어되어 상기 내측관의 내부를 개폐하는 것에 의해 상기 내측관에 의해 이송되는 극저온 유체의 유량을 제어하는 마그네틱 밸브를 각각 구비한 한 쌍의 마그네틱 밸브부;
    상기 내측관의 상기 하나의 마그네틱 코어부와 대응하는 외측면에 권취되는 초전도 선재로 구성되는 초전도체솔레노이드 및 상기 외측관의 외부로부터 상기 초전도체솔레노이드로 구동전원을 공급하도록 구성되는 구동전원 공급선을 포함하는 초전도체솔레노이드부와, 상기 다른 하나의 마그네틱 코어부와 대응하는 상기 내측관의 외측면에 권취되는 전도체로 구성되는 전도체솔레노이드 및 상기 외측관의 외부로부터 상기 전도체솔레노이드로 구동전원을 공급하도록 구성되는 구동전원 공급선을 포함하는 전도체솔레노이드부를 포함하는 마그네틱 밸브구동부; 및
    상기 유체가 초전도 임계온도 이하인 경우 상기 초전도체솔레노이드부를 구동시키고, 임계온도 이상인 경우 상기 전도체솔레노이드부를 구동시키도록 구동전원을 스위치하는 구동전원스위치부:를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
16. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마그네틱 밸브에는 극저온 유체의 유량 제어를 위해 극저온 유체의 흐름 방향을 따라 상기 마그네틱 밸브의 전후를 관통하는 하나 이상의 유량제어유로;가 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
17. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마그네틱 코어부와 상기 마그네틱 밸브의 충돌을 완화시키기 위하여, 상기 마그네틱 코어부의 상기 마그네틱 밸브가 밀착되는 면에서 제 1 걸림턱과 제 2 걸림턱을 가지도록 형성되는 유체댐퍼홈;
    상기 제 1 걸림턱에 걸리어지는 제 1 걸림돌기와 상기 제 2 걸림턱에 걸리어지는 제 2 걸림돌기가 형성되어 상기 유체댐퍼홈에 상기 제 1 걸림돌기와 상기 제 2 걸림턱 사이의 길이만큼의 이동 유격을 가지도록 장착되는 유체댐퍼;를 포함하는 하나 이상의 유체댐퍼부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
18. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마그네틱 코어부의 상기 마그네틱 밸브가 밀착되는 면에 관형으로 형성되는 전도체관; 및
    상기 전도체관에 삽입되어 상기 전도체관에 기전력을 유도하는 것에 의해 역방향 자기력을 발생시키도록 상기 마그네틱 밸브의 전단에 돌출 형성되는 자성체삽입봉;을 포함하는 와전류댐퍼부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
19. 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네틱 밸브부는,
    구형의 볼밸브;
    상기 마그네틱 코어부의 하류측 면에 상기 볼밸브가 상기 마그네틱 코어부와 결합되어 극저온 유체의 흐름을 차단하도록 상기 볼밸브의 외주면 형상의 홈으로 형성되는 볼밸브안착면;
    상기 볼밸브와 접하는 면은 원호면으로 형성되어 상기 볼밸브의 리턴위치를 한정하도록 볼밸브가 개방되는 위치에 형성되는 볼밸브스토퍼; 및
    상기 볼밸브안착면과 상기 볼밸브스토퍼 사이에서 볼밸브의 구름 이동 경로를 제공하는 볼밸브가이드;를 포함하는 볼밸브부로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
20. 청구항 19에 있어서,
    상기 볼밸브스토퍼에는 유체의 와류 방지를 위한 다수의 와류방지유로가 형성되는 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
21. 외측관으로 구성되는 외측관부;
    상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되며, 제 1 유로와 제 2 유로를 가지도록 분할된 후 연결유로에 의해 연결되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부;
    일단에 수직자속유도부가 형성된 수직밸브를 구비하여 상기 연결유로를 차폐하도록 상기 연결유로에 수직으로 장착되는 수직밸브부; 및
    상기 연결유로 내측을 관통하여 형성되는 전자석과 상기 전자석에 권취되는 초전도코일로 구성되는 수직초전도체솔레노이드를 포함하여 상기 수직밸브의 개폐를 위한 자기력을 제공하는 수직초전도체솔레노이드부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
22. 외측관으로 구성되는 외측관부;
    상기 외측관부와의 사이가 진공이 되도록 상기 외측관부의 내측에 위치되며, 제 1 유로와 제 2 유로를 가지도록 분할된 후 연결유로에 의해 연결되어 내부에 극저온 유체가 이송되는 내측관을 포함하는 내측관부;
    수직밸브가 상기 연결유로를 차폐하도록 상기 연결유로에 수직으로 장착되는 수직밸브부;
    상기 연결유로의 상부로 연장되는 내측관의 영역의 내주에 형성되는 수직마그네틱 코어와 수직마그네틱 코어의 상부에 형성되는 와전류댐퍼를 구비한 수직마그네틱 코어부;
    상기 수직마그네틱 코어가 장착된 영역의 내측관 외측면에 초전도선재가 권취되어 형성되는 수직초전도체솔레노이드와 구동전원 공급선과 상기 외측관의 외부로 인출되는 터미널을 구비한 수직초전도체솔레노이드부;
    상기 수직밸브의 상부면에 부착되는 플런저와, 상기 플런저의 상부에 부착되는 외주면에 영구자석피스톤 클래딩이 피복된 영구자석피스톤이 중심유도용 디스크스프링에 의해 이동 가능하게 장착되는 댐퍼실린더부; 및
    내부의 온도를 검출하는 온도감지부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
23. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마그네틱 밸브 구동부를 구동시키기 위해 입력되는 구동전류는,
    상기 마그네틱 밸브의 개폐 시의 충격 완화를 위해 일정시간 동안 단계별 또는 연속적으로 증가 또는 감소 단계를 가지도록 인가되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.
    
24. 청구항 14 또는 청구항 15에서,
    상기 전도체솔레노이드부가 적용된 마그네틱 밸브 장치에 초전도체솔레노이드를 적용하기 위한 매칭부하부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 밸브 장치.

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