KR101648398B1 - 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템 - Google Patents

선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템은 몸체부, 자석부, 열전도부, 분리형 냉동기 및 고정형 냉동기를 포함한다. 상기 몸체부는 선형모터추진열차의 열차부에 실장되며 내부에 수납공간을 형성한다. 상기 자석부는 상기 수납공간에 수납되며 코일을 포함하여 초전도상태로 유지된다. 상기 열전도부는 상기 자석부의 상면에 배치된다. 상기 분리형 냉동기는 상기 열전도부와 탈부착이 가능하도록 배치되어, 상기 열전도부를 냉각시킨다. 상기 고정형 냉동기는 상기 열전도부와 상시 접촉하도록 배치되어, 상기 열전도부를 냉각시킨다.

Description

선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템 {COOLING SYSTEM OF　SUPERCONDUCTING ELECTROMAGNET FOR LINEAR MOTOR PROPULSION RAIL VEHICLE}
본 발명은 초전도자석의 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선형모터추진열차에 사용되는 초전도자석의 냉각을 위한 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 선형모터추진 열차용 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 선형모터추진열차에서는 초전도자석(11)은 열차부(10)에 배치되고, 레일부(20)에 코일이 형성되어 자기장에 의해 상기 열차부(10)가 추진력을 얻게 된다. 이 경우, 상기 초전도자석(11)은 상기 열차부(10)에 배치되므로, 상기 열차부(10)의 이동과 함께 이동되는 것이 일반적이다.
그러나, 상기 초전도자석(11)에 의해 상기 선형모터추진열차(1)가 운행되는 경우, 상기 초전도자석(11)의 냉각을 위해서는 상기 초전도자석(11)을 냉각시키는 냉동기(12) 및 상기 냉동기(12)의 냉각상태를 유지하기 위한 압축기(30) 및 순환기(40) 등의 주변 시스템들이 반드시 필요하다. 특히, 현재까지 상기 냉동기(12)의 냉각상태를 유지하기 위한 기술로 상기 압축기(30) 및 상기 순환기(40)와의 압축라인(31) 및 순환라인(41)을 통한 연결로 냉각재를 순환시키는 방법이 주로 사용되고 있는 바, 상기 선형모터추진열차(1)의 운행을 위해서는 상기 압축기, 순환기 등의 주변 시스템들도 동시에 이동되어야 하며, 이를 위해 상기 압축기, 순환기 등의 주변 시스템들이 상기 열차부(10) 내에 설치되어야 한다. 이에 따라, 상기 선형모터추진열차(1)의 유지 보수의 어려움 증가, 운행비용의 증가 및 공간 활용도 저하 등의 많은 문제가 발생한다.
특히, 상기 초전도자석(11)의 냉각은 상기 선형모터추진열차(1)의 출발시에 냉각부하가 높으며 일반적인 운행시에는 냉각부하가 감소함에도, 최대 냉각부하를 고려한 냉각 시스템을 구성하여야 하므로, 이에 대한 개선이 필요한 상황이다.
일본국 특허출원 특원2007-126543호의 경우, 초전도자석의 운용시스템에서 차량을 정차하는 차량 기지, 정거장, 차고 등의 정류소에 냉동설비를 배치하여 냉동 설비에 의한 냉각을 수행하고 주행시는 냉각을 수행하지 않는 냉각시스템에 관한 기술을 개시하고는 있으나, 주행시도 일정부분 냉각이 필요하므로 자기부상열차의 운행을 위한 최적화된 냉각 시스템이라 할 수는 없다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 운행에 냉각 부하에 따라 선택적인 냉각을 수행하여 냉각의 효율성 및 운행의 효율성과 유지보수의 효율성을 향상시킬 수 있는 초전도자석의 냉각시스템에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템은 몸체부, 자석부, 열전도부, 분리형 냉동기 및 고정형 냉동기를 포함한다. 상기 몸체부는 자기부상열차의 열차부에 실장되며 내부에 수납공간을 형성한다. 상기 자석부는 상기 수납공간에 수납되며 코일을 포함하여 초전도상태로 유지된다. 상기 열전도부는 상기 자석부의 상면에 배치된다. 상기 분리형 냉동기는 상기 열전도부와 탈부착이 가능하도록 배치되어, 상기 열전도부를 냉각시킨다. 상기 고정형 냉동기는 상기 열전도부와 상시 접촉하도록 배치되어, 상기 열전도부를 냉각시킨다.
일 실시예에서, 상기 분리형 냉동기는, 상기 자석부의 냉각 부하가 증가하는 경우 상기 열전도부와 접촉하며, 상기 자석부의 냉각 부하가 감소하는 경우 상기 열전도부로부터 탈착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 열전도부는 상기 자석부와 접촉하며 열전도도가 높은 플레이트 형상을 가지며, 상기 분리형 냉동기가 접촉되는 제1 전도부 및 상기 고정형 냉동기가 접촉되는 제2 전도부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 전도부와 상기 제2 전도부는 열전도도가 높은 유연성 재질로 서로 연결되며, 상기 제1 전도부는 상기 제2 전도부에 대하여 상대적인 위치가 변화하며 상기 분리형 냉동기와의 탈부착이 가능할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분리형 냉동기와 압축라인으로 연결된 압축기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압축라인은, 상기 분리형 냉동기가 상기 열전도부로부터 탈착되는 경우, 상기 분리형 냉동기와 분리될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압축기는 상기 선형모터추진열차가 정지하는 정류장, 터미널 또는 차고에 고정적으로 구비되고, 상기 선형모터추진열차의 출발시 상기 압축라인이 상기 분리형 냉동기와 연결되고 상기 분리형 냉동기는 상기 열전도부와 접촉될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분리형 냉동기는 GM(Gifford-McMahon) 냉동기이고, 상기 고정형 냉동기는 스털링(stirling) 냉동기일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 열전도부와의 탈부착으로 냉각 부하가 증가하는 경우만 선택적으로 냉각을 수행하는 분리형 냉동기를 포함하므로, 불필요한 냉각을 수행하지 않아 에너지 소비를 최적화할 수 있으며, 냉각이 수행되지 않는 냉동기가 열전도부와 부착된 상태로 유지되는 경우 전도열의 역류가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
특히, 선형모터추진열차에서 냉각 부하는 출발시에 가장 많이 필요로 하므로, 상기 분리형 냉동기를 출발시에만 사용하고 일반적인 운행시에는 고정형 냉동기로만 냉각을 수행할 수 있어 보다 효과적인 열 냉각시스템을 운용할 수 있다.
이와 같이, 분리형 냉동기를 출발시에만 사용하는 경우, 상기 분리형 냉동기에 동작에 필요한 외부 시스템인 압축기 등은 선형모터추진열차가 정차한 정류소 등에만 설치하고 냉각이 필요한 경우만 연결하여 사용할 수 있으므로, 종래에 외부 시스템을 열차부에 설치하여야 하는 어려움을 방지할 수 있다.
한편, 상기 분리형 냉동기의 탈부착을 위해 상기 분리형 냉동기를 열전도부로부터 상하방향으로 이동시키거나, 상기 분리형 냉동기를 고정한 상태에서 열전도부의 일부를 상하방향으로 이동시키는 구조를 적용함으로써, 상대적으로 단순한 구조로 상기 분리형 냉동기의 탈부착이 가능하게 된다.
도 1은 종래기술에 의한 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 초전도자석 냉각시스템의 단면을 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템의 단면을 도시한 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 초전도자석의 냉각시스템의 단면을 도시한 모식도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 초전도자석의 냉각시스템(100)은 몸체부(110), 자석부(120), 열전도부(130), 분리형 냉동기(140), 고정형 냉동기(150) 및 압축기(160)를 포함한다.
상기 초전도자석의 냉각시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 선형모터추진열차(1)의 열차부(10)에 실장되며 상기 레일부(20) 상에서 추진력을 얻어 이동하게 된다.
본 실시예에서, 상기 초전도자석의 냉각시스템(100)은 상기 압축기(160)를 제외하고는 상기 선형모터추진열차(1)에 다양한 형태로 변형되어 실장 또는 설치될 수 있으며, 이하에서는 상기 초전도자석의 냉각시스템(100)에 대하여 설명한다.
상기 몸체부(110)는 내부에 수납공간(111)을 형성하도록 박스(box)형으로 형성되며, 상기 수납공간(111)에는 후술되는 자석부, 열전도부 및 냉동기의 일부가 수납된다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몸체부(110)는 장방형 육면체의 형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 상면과 하면은 상대적으로 넓게 형성되어, 상기 자석부(120)가 하면 상에 실장되는 경우, 상기 레일부(20)와 넓은 면적으로 서로 마주할 수 있도록 한다.
이 경우, 상기 몸체부(110)의 외부형상 및 이에 의해 형성되는 수납공간의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
상기 자석부(120)는 납작한 플레이트(plate) 형상을 가지며, 중앙 축을 중심으로 상기 플레이트의 측면을 따라 코일들이 감겨져 형성된다. 상기 자석부(120)는 상기 수납공간(111)에 수납되며, 상기 몸체부(110)의 하면 상에 실장되어 상기 레일부(20)와 마주하도록 배치되며, 도 2에서는 한 쌍의 자석부(120)가 배치된 것을 도시하였으나, 하나의 몸체부(110) 내에 세 개 이상의 자석부들이 배치될 수도 있다.
상기 자석부(120)는 낮은 온도로 유지되는 초전도자석이며, 본 실시예에서는 상기 자석부(120)를 초전도체로 유지하기 위해 상기 열전도부(130)와 접촉된 냉동기를 통해 냉각을 수행한다.
구체적으로, 상기 열전도부(130)는 상기 자석부(120)의 상면에 플레이트(plate) 형상으로 상기 자석부(120)의 상면 넓은 면과 접촉하도록 고정된다.
이 경우, 상기 열전도부(130)는 상기 자석부(120)가 복수 개인 경우, 복수의 자석부들의 상면의 넓은 면과 접촉하도록 고정되며, 상기 열전도부(130)는 상기 자석부의 열을 외부로 방출하여 상기 자석부(120)를 초전도상태로 유지하여야 하므로 열전도도가 매우 높은 재질로 형성되어야 한다.
이를 위해, 상기 열전도부(130)와 상기 자석부(120)는 대면적으로 접촉되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열전도부(130)의 상면에 접촉하는 상기 분리형 냉동기(140) 또는 상기 고정형 냉동기(150)도 상기 열전도부(130)와 가능하면 넓은 면적으로 접촉하는 것이 바람직하다.
상기 분리형 냉동기(140)는 상기 열전도부(130)의 제1 접촉부(132)와 접촉되며, 이 경우, 상기 분리형 냉동기(140)도 상기 제1 접촉부(132)와 넓은 면적으로 접촉하기 위해 끝단의 접촉부는 넓은 면적으로 형성된다.
상기 고정형 냉동기(150)는 상기 열전도부(130)의 제2 접촉부(131)와 접촉되며, 마찬가지로 상기 고정형 냉동기(150)도 상기 제2 접촉부(131)와 넓은 면적으로 접촉하기 위해 끝단의 접촉부는 넓은 면적으로 형성된다.
한편, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 분리형 냉동기(140)는 상대적으로 냉각 용량이 큰 것으로 상기 열전도부(130)의 중앙부에 배치되며, 상기 고정형 냉동기(150)는 상대적으로 냉각 용량이 작은 것으로 상기 열전도부(130)의 주변부에 배치된다. 다만, 상기 분리형 냉동기(140) 및 상기 고정형 냉동기(150)의 개수 및 배열은 상기 자석부(120)의 초전도상태 유지를 위핸 냉각 용량에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 분리형 냉동기(140)는 압축라인(161)을 통해 외부에 위치한 압축기(160)와 연결되어, 상기 압축기(160)로부터 낮은 온도의 헬륨(He) 액체를 공급받는다. 그리하여, 상기 분리형 냉동기(140)는 상기 열전도부(130)를 통해 상기 자석부(120)의 냉각 상태를 유지할 수 있다.
특히, 상기 분리형 냉동기(140)는 상기 압축기(160)와 연결되므로, 상대적으로 높은 부하의 냉각을 수행할 수 있고, 이에 따라 상기 자석부(120)의 냉각 부하가 큰 상황에서 보다 효과적으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 선형모터추진열차가 출발하는 경우와 같이 전체적으로 큰 출력이 필요한 경우, 상기 자석부(120)의 냉각 부하는 높아지며, 따라서 상기 분리형 냉동기(140)를 통해 상기 자석부(120)의 냉각을 보다 효과적으로 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 상기 분리형 냉동기(140)는 상기 열전도부(130)와 탈부착이 가능한데, 상기와 같이 냉각 부하가 증가하는 상황에서 상기 분리형 냉동기(140)는 상기 열전도부(130)와 접촉되어 상기 자석부(120)를 냉각하게 된다.
반면, 상기 선형모터추진열차가 일정한 속도로 운행되는 등 상대적으로 출력이 많이 필요하지 않은 경우, 상기 자석부(120)의 냉각 부하는 낮아지며, 따라서 상기 분리형 냉동기(140)는 상기 열전도부(130)와 이격되어 별도의 냉각을 수행하지 않는다. 즉, 상기 선형모터추진열차가 일정한 속도로 운행되는 등의 상황에서는 상기 고정형 냉동기(150)로도 상기 자석부(120)의 냉각이 충분하므로, 상기 고정형 냉동기(150)를 통해서만 냉각을 수행한다.
이와 같이, 상기 자석부(120)의 냉각 부하가 증가하는 경우만 상기 분리형 냉동기(140)가 상기 열전도부(130)와 접촉하면서 상기 고정형 냉동기(150)와 동시에 냉각을 수행하며, 상기 자석부(120)의 냉각 부하가 감소하는 경우에는 상기 분리형 냉동기(140)는 상기 열전도부(130)로부터 이격되어 상기 고정형 냉동기(150)만 냉각을 수행하게 된다.
이미 설명한 바와 같이, 상기 분리형 냉동기(140)는 외부 압축기(160)로부터 낮은 온도의 헬륨 액체를 공급받아 냉각을 수행하는 것으로, 예를 들어, GM(Gifford-McMahon) 냉동기일 수 있다.
한편, 상기 고정형 냉동기(150)는 예를 들어, 스털링(stirling) 냉동기로 외부로 연결되는 별도의 압축라인이나 압축기 등의 부가시스템 없이 스스로 일정 용량까지 냉각이 가능한 냉동기이다.
선형모터추진열차의 경우, 통상적인 운행시와 출발시의 냉동 부하가 바뀌므로, 본 실시예에서와 같이 냉동 부하가 많이 필요한 상황에서만 상기 분리형 냉동기(140)를 통해 추가 냉각을 수행하여 보다 효과적인 냉각을 수행할 수 있으며, 특히, 냉동부하가 필요하지 않은 상황에도 상기 분리형 냉동기(140)가 상기 열전도부(130)에 접촉되는 경우 상기 접촉에 의한 전도열의 역류가 발생하여 오히려 냉각에 방해되는 문제가 발생할 수 있으므로 이를 미연에 방지할 수 있게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 압축기(160)는 상기 압축라인(161)을 통해 상기 분리형 냉동기(140)와 연결되어 저온의 헬륨 가스 또는 헬륨 액체를 공급하는데, 상기 분리형 냉동기(140)가 상기 열전도부(130)와 접촉하지 않으며 냉각을 수행하지 않는 경우 상기 압축기(160)의 동작도 불필요하게 되며 상기 헬륨 가스 또는 헬륨 액체의 공급도 불필요하다.
그리하여, 본 실시예에서는, 상기 분리형 냉동기(140)가 상기 열전도부(130)로부터 이격되는 경우, 상기 압축라인(161)도 상기 분리형 냉동기(140)로부터 분리가 가능하게 설계된다.
특히, 상기 압축기(160)와 상기 압축라인(161) 등 상기 분리형 냉동기(140)를 동작시키기 위한 시스템은 상대적으로 부피가 커서 운반이 용이하지는 않다. 따라서, 상기 압축기(160)와 상기 압축라인(161) 등의 부가 시스템은 선형모터추진열차와 함께 운반되거나 선형모터추진열차에 설비되지 않고, 별도의 외부 공간에 배치 또는 부설하는 것이 바람직하다.
즉, 본 실시예에서는, 상기 분리형 냉동기(140)에 의한 냉각이 필요한 상황은 주로 상기 선형모터추진열차가 출발하는 등의 상황에 한정되므로, 상기 분리형 냉동기(140)의 구동을 위한 압축기, 압축라인 등의 부가적 시스템을 상기 선형모터추진열차가 정차하였다가 출발하는 정류장, 터미널 또는 차고 등에 고정적으로 배치 또는 부설할 수 있다.
그리하여, 상기 선형모터추진열차는 출발하는 상황에서만 상기 분리형 냉동기(140)와 상기 압축라인(161)을 연결시켜 상기 분리형 냉동기(140)를 동작시키고, 이후 자기부상열차의 운행이 가능한 상태로 상기 자석부(120)의 냉각 상태가 유지되면 상기 압축라인(161)을 상기 분리형 냉동기(140)로부터 제거하고 상기 자기부상열차를 운행시킬 수 있다.
마찬가지로, 각 터미널이나 정류장마다 상기 분리형 냉동기(140)를 동작시킬 수 있는 압축기, 압축라인 등의 부가적 시스템이 배치 또는 부설되도록 하여, 상기 선형모터추진열차가 매 출발시 등의 냉각 부하가 많이 필요한 상황에서만 상기 압축라인, 압축기 등을 상기 분리형 냉동기에 연결시키면서 상기 분리형 냉동기를 상기 열전달부(130)에 접촉시켜 상기 열전달부(130)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
이를 통해, 선형모터추진열차는 별도의 압축기, 압축라인 등의 부가적 시스템을 설치하거나 이를 운반할 필요가 없어지고, 이에 따라 운행 효율 및 공간 확보의 효용성 등이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템의 단면을 도시한 모식도이다.
본 실시예에 의한 선형모터추진열차용 초전도자석의 냉각시스템(200)은 열전도부(230)를 제외하고 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 상기 초전도자석의 냉각시스템(100)과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고 동일한 참조번호를 사용한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 초전도자석의 냉각시스템(200)에서는, 상기 열전도부(230)가 제1 전도부(231), 제2 전도부(232), 제3 전도부(233) 및 연결부(234)를 포함한다.
도 4에서는 제1 및 제2 고정형 냉동기들(151, 152)이 분리형 냉동기(140)의 양쪽에 각각 배치되므로 상기 제1 전도부(231)의 양 쪽에 각각 제2 및 제3 전도부들(232, 233)이 배치되는 것을 도시하였으나, 상기 고정형 또는 분리형 냉동기의 배열을 다양하게 변형될 수 있으며, 상기 분리형 냉동기가 접촉하는 열전도부와 상기 고정형 냉동기들이 접촉하는 열전도부 사이는 도 4에 도시된 바와 같이 연결부(234)를 통해 서로 연결된다.
상기 분리형 냉동기(140)는 상기 제1 전도부(231)와 접촉 또는 이격되며, 상기 제1 및 제2 고정형 냉동기들(151, 152)은 상기 제2 및 제3 전도부들(232, 233)에 각각 접촉된 상태로 고정된다.
이 경우, 상기 분리형 냉동기(140)가 상기 제1 전도부(231)와 접촉 또는 이격되기 위해서, 도 2 및 도 3을 참조한 실시예에서 상기 분리형 냉동기(140)가 상하방향으로 이동하는 대신, 본 실시예에서는 상기 제1 전도부(231)가 상하방향으로 이동된다.
즉, 상기 제1 전도부(231)가 상부방향으로 이동되어 상기 분리형 냉동기(140)와 접촉하고, 상기 제1 전도부(231)가 하부방향으로 이동되어 상기 분리형 냉동기(140)로부터 이격된다. 이 때, 접촉 및 이격이 필요한 상황은 앞서 상세히 설명한 바와 같으므로 생략한다.
상기 제1 전도부(231)가 상기와 같이 상하방향으로 이동하기 위해서는, 즉 상기 제1 전도부(231)가 상기 제2 및 제3 전도부들(232, 233)과 상대적인 위치 변화가 가능하기 위해서는 상기 제1 전도부(231)와 상기 제2 및 제3 전도부들(232, 233) 사이는 유연성 재질의 연결부(234)로 연결되어야 한다.
특히, 상기 연결부(234)는 상기 열전도부(230)의 열전도도를 유지하기 위해 열전도도가 높은 재질로 형성되어야 한다.
한편, 도시하지는 않았으나, 상기 제1 전도부(231)는 상하방향의 이동을 위해 별도의 구동부와 연결되어, 필요에 따라 상하방향의 구동이 수행될 수 있다. 다만, 상기 제1 전도부(231)의 상하방향의 구동은 상기 분리형 냉동기(140)와의 접착 또는 이격에 불과하므로 상대적으로 낮은 변위의 움직이면 충분하고, 이에 따라 상기 연결부(234)도 열전도도를 유지하는 유연성 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 연결부(234)는 구리나 알루미늄과 같은 금속재질로 형성될 수 있다.
그리하여, 앞서 설명한 바와 같이 상기 자석부(120)의 냉동 부하가 높아지는 경우 상기 제1 전도부(231)는 상부 방향으로 이동하여 상기 분리형 냉동기(140)와 접촉되며 상기 압축라인(161)을 통해 상기 분리형 냉동기(140)가 상기 압축기(160)와 연결되어 냉각 동작을 수행하며, 상기 자석부(120)의 냉동 부하가 낮아지는 경우 상기 제1 전도부(231)는 하부 방향으로 이동하면서 상기 분리형 냉동기(140)와 탈착되고 상기 압축라인(161)도 상기 분리형 냉동기(140)로부터 탈착되어 냉각을 수행하지 않는다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 열전도부와의 탈부착으로 냉각 부하가 증가하는 경우만 선택적으로 냉각을 수행하는 분리형 냉동기를 포함하므로, 불필요한 냉각을 수행하지 않아 에너지 소비를 최적화할 수 있으며, 냉각이 수행되지 않는 냉동기가 열전도부와 부착된 상태로 유지되는 경우 전도열의 역류가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
특히, 선형모터추진열차에서 냉각 부하는 출발시에 가장 많이 필요로 하므로, 상기 분리형 냉동기를 출발시에만 사용하고 일반적인 운행시에는 고정형 냉동기로만 냉각을 수행할 수 있어 보다 효과적인 열 냉각시스템을 운용할 수 있다.
이와 같이, 분리형 냉동기를 출발시에만 사용하는 경우, 상기 분리형 냉동기에 동작에 필요한 외부 시스템인 압축기 등은 선형모터추진열차가 정차한 정류소 등에만 설치하고 냉각이 필요한 경우만 연결하여 사용할 수 있으므로, 종래에 외부 시스템을 열차부에 설치하여야 하는 어려움을 방지할 수 있다.
한편, 상기 분리형 냉동기의 탈부착을 위해 상기 분리형 냉동기를 열전도부로부터 상하방향으로 이동시키거나, 상기 분리형 냉동기를 고정한 상태에서 열전도부의 일부를 상하방향으로 이동시키는 구조를 적용함으로써, 상대적으로 단순한 구조로 상기 분리형 냉동기의 탈부착이 가능하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 초전도자석의 냉각시스템은 선형모터추진열차에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
1 : 선형모터추진열차 100 : 초전도자석의 냉각시스템
110 : 몸체부 111 : 수납공간
120 : 자석부 130 : 열전도부
131 : 제1 접촉부 131 : 제2 접촉부
140 : 분리형 냉동기 150 : 고정형 냉동기
151 : 제1 고정형 냉동기 152 : 제2 고정형 냉동기
160 : 압축기 161 : 압축라인
230 : 열전도부 231 : 제1 전도부
232 : 제2 전도부 233 : 제3 전도부
234 : 연결부

Claims (8)

  1. 선형모터추진열차의 열차부에 실장되며 내부에 수납공간을 형성하는 몸체부;
    상기 수납공간에 수납되며 코일을 포함하여 초전도상태로 유지되는 자석부;
    상기 자석부의 상면에 배치되는 열전도부;
    상기 열전도부와 탈부착이 가능하도록 배치되어, 상기 열전도부를 냉각시키는 분리형 냉동기; 및
    상기 열전도부와 상시 접촉하도록 배치되어, 상기 열전도부를 냉각시키는 고정형 냉동기를 포함하고,
    상기 열전도부는 상기 분리형 냉동기가 접촉 또는 이격되는 제1 전도부, 상기 고정형 냉동기가 상시 접촉되는 제2 전도부, 및 상기 제1 전도부 및 상기 제2 전도부를 일렬로 연결하는 유연성 재질의 연결부를 포함하여, 전체적으로 플레이트 형상을 가지며,
    상기 제1 전도부는 상기 자석부의 냉각 부하가 증가하는 경우 상기 제2 전도부에 대하여 상부방향으로 이동되어 상기 분리형 냉동기와 접촉하고, 상기 자석부의 냉각 부하가 감소하는 경우 상기 제2 전도부에 대하여 하부방향으로 이동되어 상기 분리형 냉동기로부터 이격되며,
    상기 제1 전도부의 상부방향 또는 하부방향의 이동은 구동부에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도자석의 냉각시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분리형 냉동기와 압축라인으로 연결된 압축기를 더 포함하는 초전도자석의 냉각시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압축라인은,
    상기 분리형 냉동기가 상기 열전도부로부터 탈착되는 경우, 상기 분리형 냉동기와 분리되는 것을 특징으로 하는 초전도자석의 냉각시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 선형모터추진열차가 정지하는 정류장, 터미널 또는 차고에 고정적으로 구비되고,
    상기 선형모터추진열차의 출발시 상기 압축라인이 상기 분리형 냉동기와 연결되고 상기 분리형 냉동기는 상기 열전도부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 초전도자석의 냉각시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분리형 냉동기는 GM(Gifford-McMahon) 냉동기이고, 상기 고정형 냉동기는 스털링(stirling) 냉동기인 것을 특징으로 하는 초전도자석의 냉각시스템.
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