KR101798654B1 - Reservoir for Superconducting cable - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 케이블에 형성되는 절연층의 절연특성을 발휘하기 위해 소정의 압력을 가지면서 초전도 케이블내를 통과하도록 하는 냉매를 저장 및 공급하는 리저버의 내부 압력을 용이하게 상승시킬 수 있도록 한 초전도 케이블용 리저버에 관한 것이다.
본 발명은 내측 용기와 외측 용기로 이루어져서 초전도 케이블로 공급하는 냉매를 저장 및 공급하는 리저버로서, 상기 내측 용기의 내부에 유체를 주입 및 배출시켜서 수축 팽창 가능하도록 함으로써 내측 용기내의 액체 냉매의 압력을 상승시킨 상태로 배출가능하도록 한 신축용기와, 상기 신축용기안에 유체를 주입 및 배출가능하도록 구비되는 유체 공급관과 유체 배출관을 포함하여 구성된 것이다. The present invention relates to a superconducting cable capable of easily raising the internal pressure of a reservoir for storing and supplying a refrigerant having a predetermined pressure and passing through a superconducting cable so as to exhibit insulation characteristics of an insulation layer formed on the superconducting cable, For example.
The present invention relates to a reservoir for storing and supplying a refrigerant supplied from a superconducting cable, which comprises an inner container and an outer container. The fluid is injected into and discharged from the inner container to expand and contract so that the pressure of the liquid refrigerant in the inner container rises And a fluid discharge pipe and a fluid discharge pipe which are provided to be capable of injecting and discharging a fluid into and from the elastic container.

Description

초전도 케이블용 리저버{Reservoir for Superconducting cable}Reservoir for Superconducting cable}

본 발명은 초전도 케이블용 리저버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초전도 케이블에 형성되는 절연층의 절연특성을 발휘하기 위해 소정의 압력을 가지면서초전도 케이블내를 통과하도록 하는 냉매를 저장 및 공급하는 리저버의 내부 압력을 용이하게 상승시킬 수 있도록 한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reservoir for a superconducting cable, and more particularly, to a reservoir for storing and supplying a refrigerant having a predetermined pressure to pass through a superconducting cable So that the internal pressure can be easily raised.

일반적으로, 초전도 케이블은 대용량의 전력을 송전하는 것이 가능한데, 초저온에서의 냉각상태가 필요하며, 초전도 케이블을 구성하는 절연층은 순환하는 냉매에 의해 형성되는 층으로서, 일정한 압력 이상에서 유용한 절연특성(절연내력)을 발휘하기 때문에, 초전도 케이블내에 소정의 압력을 유지시켜야 한다.Generally, a superconducting cable is capable of transmitting a large amount of power, requiring cooling at an extremely low temperature, and an insulating layer constituting the superconducting cable is a layer formed by circulating refrigerant, Insulation strength), it is necessary to maintain a predetermined pressure in the superconducting cable.

종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블내에 소정의 압력하에서 초저온의 상태로 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 구성하는데, 이러한 냉각 시스템을 구성함에 있어서, 냉매인 액체질소를 공급하기 위한 액체 저장탱크(10)와, 이 액체 저장탱크(10)로부터 기체를 분리하기 위한 기액 분리기(20)와, 이 기액 분리기(20)를 통해 기체 냉매와 분리된 액체 냉매인 액체질소를 저장 및 공급하도록 하는 리저버(30)와, 이 리저버(30)로부터 액체질소를 공급받아서 냉각시키는 냉동기(40)와, 이 냉동기(40)의 고장시 작동되도록 하는 백업유닛(50)과, 냉각된 액체질소를 공급받아 초저온 상태가 되도록 하는 초전도 케이블(60)로 구성되어서, 초전도 케이블(60)을 거친 액체질소가 다시 기액분리기(20)를 거쳐서 리저버(30)로 재유입되는 과정을 반복하는 것이다. 1, a cooling system for cooling the superconducting cable to a cryogenic temperature under a predetermined pressure is constituted. In this cooling system, a liquid storage tank (not shown) for supplying liquid nitrogen as a refrigerant Liquid separator 20 for separating the gas from the liquid storage tank 10 and a reservoir for storing and supplying liquid nitrogen which is a liquid refrigerant separated from the gas refrigerant through the gas-liquid separator 20 A refrigerator 40 for receiving and cooling the liquid nitrogen from the reservoir 30 and a backup unit 50 for operating the refrigerator 40 when the refrigerator 40 fails, Liquid separator 20 and flows into the reservoir 30 again through the super-conducting cable 60. The liquid-nitrogen separator 20 is provided in the reservoir 30. The super-

액체 질소가 상기 초전도 케이블(60)를 거칠 때에는 초전도 케이블의 단말부(61)(62)를 거쳐서 기액 분리기(20)로 흐르도록 되어 있다.Liquid nitrogen flows into the gas-liquid separator 20 through the terminal portions 61 and 62 of the superconducting cable when the liquid nitrogen passes through the superconducting cable 60. [

이러한 종래의 냉각 시스템에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 리저버(30)는 외측 용기(31)와, 이 외측 용기(31)와 간격을 두고 설치되는 내측 용기(32)로 구성되고, 이 외측 용기(31)와 내측 용기(32) 사이의 간격은 진공상태를 유지한다. 2, the conventional reservoir 30 is composed of an outer container 31 and an inner container 32 which is spaced apart from the outer container 31 , And the interval between the outer container 31 and the inner container 32 maintains a vacuum state.

또한, 상기 내측 용기(32)에는 액체냉매층(32a)과 기체층(32b)으로 나뉘어 있는데, 미리 내측 용기(32)에 기체 공급관(33)을 통해 기체인 기체질소를 주입시킨 상태에서, 외측 용기(31)의 일측면에 연결되어 내측 용기(32)안에 액체 냉매인 액체질소를 주입하는 액체 공급관(34)을 통해 소정의 액체 냉매를 주입하여 액체 냉매층(32a)을 이룬다. The inner container 32 is divided into a liquid coolant layer 32a and a gas layer 32b. In the state where gaseous nitrogen as a gas is injected into the inner container 32 through the gas supply pipe 33 in advance, Is connected to one side of the container (31) and injects predetermined liquid refrigerant through a liquid supply pipe (34) for injecting liquid nitrogen as liquid refrigerant into the inner container (32) to form a liquid refrigerant layer (32a).

상기 기체 공급관(33)에는 밸브(33a)가 구비되어 있다. The gas supply pipe 33 is provided with a valve 33a.

여기서, 내측 용기(32)안에 주입된 액체 냉매층(32a)이 소정의 압력(대기압) 이상의 압력을 가지고 액체 배출관(35)을 통해 배출되도록 하기 위해서, 종래에는 내측 용기(32)안에 히터(36)를 구비한 구조로서, 이 히터(36)에 의해 액체 냉매층(32a)을 가열하여 액체 냉매인 액체질소를 증발시켜서 기체층(32b)에 공급되도록 함으로써, 기체 냉매층(32b)의 압력이 커짐에 따라 액체 냉매층(32a)의 압력도 높아지게 된다. In order to allow the liquid refrigerant layer 32a injected into the inner container 32 to be discharged through the liquid discharge pipe 35 at a predetermined pressure (atmospheric pressure) or higher, a heater 36 The liquid coolant layer 32a is heated by the heater 36 to evaporate liquid nitrogen as a liquid coolant to be supplied to the base layer 32b so that the pressure of the gas coolant layer 32b The pressure of the liquid coolant layer 32a is also increased.

따라서, 압력이 상승된 액체 냉매인 액체질소를 액체 배출관(35)을 통해 배출하게 되는데, 액체 냉매의 압력을 높이는데 사용되는 히터(36)는 사용 수명이 짧고, 더욱이, 히터(36)가 고장나서 작동이 제대로 이루어지지 못하는 경우에, 수리 및 교체가 용이하지 못한 문제점이 있었다. The heater 36, which is used to increase the pressure of the liquid refrigerant, has a short service life. Further, when the heater 36 is malfunctioning, There is a problem in that it is not easy to repair and replace when the operation is not properly performed.

다시 말해서, 히터(36)를 수리 및 교체하기 위해서는 진공층을 형성하면서 이중 용기 구조의 리저버(30)를 개방하여야 하기때문에, 그 만큼 사용수명이 짧은 히터(36)의 교체 주기가 빨라지므로, 수리 및 교체작업이 번거롭고, 비경제적인 문제점이 있다.
In other words, in order to repair and replace the heater 36, the reservoir 30 of the dual-vessel structure must be opened while forming a vacuum layer, so that the replacement cycle of the heater 36 having a short service life is increased, And replacement work is cumbersome and uneconomical.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 수축,팽창이 가능한 용기를 리저버의 내측 용기안에 구비하여 액체 냉매의 압력을 상승시켜서 초전도 케이블로 공급하도록 함으로써, 고장이 적고 동력을 사용하지 않고 할 수 있도록 한 초전도 케이블용 리저버를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a container capable of shrinking and expanding in an inner container of a reservoir to raise the pressure of the liquid refrigerant and supply the container with the superconducting cable And to provide a reservoir for a superconducting cable that can be used without power failure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내측 용기와 외측 용기로 이루어져서 초전도 케이블로 공급하는 냉매를 저장 및 공급하는 리저버로서, 상기 내측 용기의 내부에 유체를 주입 및 배출시켜서 수축 팽창 가능하도록 함으로써 내측 용기내의 액체 냉매의 압력을 상승시킨 상태로 배출가능하도록 한 신축용기와, 상기 신축용기안에 유체를 주입 및 배출가능하도록 구비되는 유체 공급관과 유체 배출관을 포함하여 구성되는 것이다. According to an aspect of the present invention, there is provided a reservoir for storing and supplying a refrigerant, which is made up of an inner container and an outer container and is supplied with a superconducting cable, wherein a fluid is injected into and discharged from the inner container to shrink and expand And a fluid discharge pipe and a fluid discharge pipe provided to allow the fluid to be injected into and discharged from the elastic container.

또한, 상기 신축용기는 내측 용기안에 형성된 기체층에 배치되는 구조를 가진다. Further, the stretchable container has a structure in which it is disposed in the base layer formed in the inner container.

상기 신축용기안에 주입되는 유체는 헬륨가스이다.
The fluid injected into the stretch container is helium gas.

이와 같이, 본 발명은 초전도 케이블을 흐르는 액체 냉매를 저장 및 공급하는 리저버안에 수축,팽창이 가능한 신축용기를 구비하여 리저버안에 구비된 액체냉매의 압력을 상승시켜서 초전도 케이블로 배출되도록 한 것으로서, 종래의 히터에 비해 고장 확률이 낮고, 사용수명이 길며, 전기등의 동력을 사용하지 않으므로 경제적인 잇점이 있는 것이다.
As described above, according to the present invention, there is provided an elastic container capable of shrinking and expanding in a reservoir for storing and supplying liquid refrigerant flowing through a superconducting cable, so that the pressure of the liquid refrigerant in the reservoir is raised to be discharged through the superconducting cable. It has a lower probability of failure than a heater, has a longer service life, and is economically advantageous because it does not use power such as electricity.

도 1은 종래의 초전도 케이블에 냉매를 냉각 및 공급하기 위한 냉각 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 종래의 초전도 케이블용 리저버의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 초전도 케이블용 리저버의 개략적인 단면도이다. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram illustrating a cooling system for cooling and supplying a refrigerant to a conventional superconducting cable. FIG.
2 is a schematic cross-sectional view of a conventional reservoir for a superconducting cable.
3 is a schematic cross-sectional view of a reservoir for a superconducting cable of the present invention.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 초전도 케이블용 리저버의 개략적인 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 종래와 마찬가지로, 초전도 케이블용 리저버(30)로서, 외측 용기(31)와 내측 용기(32)로 이루어지고, 내측 용기(32)의 내부에 수축 팽창 가능한 신축용기(70)가 구비된 구조이다. 3 is a schematic cross-sectional view of a reservoir for a superconducting cable according to the present invention. As shown in the figure, the reservoir 30 for a superconducting cable is composed of an outer container 31 and an inner container 32 , And an inner container (32) is provided with an elastic container (70) capable of expanding and contracting.

상기 신축용기(70)는 수축 및 팽창이 용이하도록 하는 벨로우즈식 용기로 구성한다.The expansion and contraction vessel (70) is constituted by a bellows type vessel for facilitating contraction and expansion.

또한, 신축용기(70)의 내부에는 유체를 충전시켜서 팽창되도록 하는데, 예를 들어, 충전하는 유체로서는 헬륨가스를 주입시킨다. 상기 유체의 종류는 이에 한정되지 않고 다른 여러가지 기체가 사용될 수 있다. In addition, the inside of the stretchable container 70 is filled with a fluid to be expanded. For example, helium gas is injected as a fluid to be filled. The kind of the fluid is not limited to this, and various other gases may be used.

또한, 신축용기(70)의 내부에 유체를 충전 및 배출시키기 위한 유체 공급관(71)과 유체 배출관(72)이 연결되고, 이 유체 공급관(71)과 유체 배출관(72)에는 각각 밸브(71a)(72a)가 구비된다. A fluid supply pipe 71 and a fluid discharge pipe 72 are connected to the interior of the expansion and contraction vessel 70. The fluid supply pipe 71 and the fluid discharge pipe 72 are respectively connected to a valve 71a, (72a).

상기 밸브(71a)(72a)는 개폐가능한 여러가지 구조의 밸브를 구비할 수 있다. The valves 71a and 72a may have valves having various structures that can be opened and closed.

또한, 상기 신축용기(70)는 액체 냉매층(32a)과 기체층(32b)중 어느 하나의 위치 또는 액체 냉매층(32a)과 기체층(32b)에 모두 포함되어 배치할 수 있는데, 기체층(32b)에 배치함이 바람직하다. The stretchable container 70 may be disposed at any one of the positions of the liquid coolant layer 32a and the base layer 32b or in the liquid coolant layer 32a and the base layer 32b, (32b).

만일, 신축용기(70)를 액체 냉매층(32a)에 배치하는 경우, 신축용기(70)가 팽창하면서 액체 냉매층(32a)의 수위가 상승하게 되면서 기체층(32b)이 압축되면서 접하고 있는 액체 냉매층(32a)도 압력을 받지만, 액체 냉매층(32a)의 수위는 항상 소정의 수위로 유지관리하기 때문에, 수위변동이 심해지면 관리가 어려운 면이 있다. If the elastic container 70 is disposed in the liquid coolant layer 32a, the liquid container 32a is expanded while the liquid level of the liquid coolant layer 32a rises and the gas layer 32b is compressed, Since the liquid refrigerant layer 32a is always maintained at a predetermined water level, the liquid refrigerant layer 32a is also subjected to pressure. However, if the water level fluctuation becomes severe, management becomes difficult.

다시 말해서, 상기 액체 냉매층(32a)은 소정의 범위내에서 수위를 유지하는데, 만일, 소정의 범위를 벗어나는 경우, 리저버(30)안의 압력 및 저장량의 변화로 인해 과도한 압력이 형성될 수 있어 안전사고의 위험도 발생할 가능성이 있기 때문이다. In other words, the liquid coolant layer 32a maintains the liquid level within a predetermined range. If the liquid coolant layer 32a is out of the predetermined range, excessive pressure can be formed due to a change in the pressure and the storage amount in the reservoir 30, There is also the possibility of accident risk.

만일, 과도한 압력상승으로 리저버(30)의 안전이 우려되는 경우에는 안전장치(도시되지 않음)로서, 리저버(30)안의 압력가스를 배출시킬 수 있다. If safety of the reservoir 30 is concerned due to excessive pressure rise, the pressure gas in the reservoir 30 can be discharged as a safety device (not shown).

따라서, 기체층(32b)에 신축용기(70)를 배치하여 기체층(32b)에서 신축용기(70)가 팽창하면서 기체층(32b)의 부피변화량에 상응하는 만큼 액체 냉매층(32a)이 압력을 받게되면서 압력상승이 되고, 그 상태에서 액체 냉매층(32a)의 배출이 이루어질 수 있는 상태가 된다. Therefore, the expansion / contraction vessel 70 is disposed in the base layer 32b so that the liquid cooling medium layer 32a is pressurized by the pressure in the base layer 32b as the expansion / contraction vessel 70 expands and corresponds to the volume change amount of the base layer 32b. The pressure is increased and the liquid refrigerant layer 32a can be discharged in this state.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 신축용기(70)는 내측 용기(32)안에서 여러가지 고정수단에 의해 고정될 수 있다. Although not shown in the drawing, the extensible container 70 can be fixed in the inner container 32 by various fixing means.

이와 같이, 본 발명에 따른 리저버(30)는 신축용기(70)의 내부에 유체를 충전하여 팽창시킴으로써, 내측 용기(32)안의 기체층(32b)의 압력이 상승하면서 하부에 구비된 액체 냉매층(32a)에 압력을 가해 액체 냉매층(32a)의 압력이 높아진다. As described above, the reservoir 30 according to the present invention expands the interior of the elastic container 70 by filling the fluid, thereby increasing the pressure of the gas layer 32b in the inner container 32, The pressure of the liquid coolant layer 32a is increased by applying pressure to the liquid coolant layer 32a.

이 상태에서 액체 배출관(35)을 통해 액체 냉매인 액체 질소를 배출하여 냉동기(40)를 거친 다음, 초전도 케이블(60)의 단말부(61), 초전도 케이블(60) 및 단말부(62)를 거쳐서 다시 리저버(30)로 재유입되는 것으로서, 별도의 전기에너지를 사용하지 않고 내측 용기(32)안의 액체 냉매층(32a)의 압력을 상승시킬 수 있고, 장기간 사용하더라도 종래의 히터에 비해 고장날 확률이 매우 적은 것이다.
In this state, the liquid nitrogen, which is liquid refrigerant, is discharged through the liquid discharge pipe 35, passed through the freezer 40, and then passed through the terminal portion 61, the superconducting cable 60 and the terminal portion 62 of the superconducting cable 60 It is possible to increase the pressure of the liquid coolant layer 32a in the inner container 32 without using any additional electric energy. Even if the liquid coolant layer 32a is used for a long time, the failure probability This is very small.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is a fact that it is self-contained.

10 : 액체저장탱크
20 : 기액분리기
30 : 리저버
31 : 외측 용기
32 : 내측 용기
32a : 액체 냉매층
32b : 기체층
33 : 기체 공급관
32a : 밸브
34 : 액체 공급관
35 : 액체 배출관
36 : 히터
40 : 냉동기
50 : 백업 유닛(backup unit)
60 : 초전도 케이블
70 : 신축용기
71 : 유체 공급관
72 : 유체 배출관
71a,72a : 밸브10: Liquid storage tank
20: gas-liquid separator
30: Reservoir
31: outer container
32: inner container
32a: liquid coolant layer
32b:
33: gas supply pipe
32a: valve
34: liquid supply pipe
35: liquid discharge pipe
36: Heater
40: refrigerator
50: backup unit
60: Superconducting cable
70: Stretch container
71: fluid supply pipe
72: fluid discharge pipe
71a, 72a: valve

Claims (3)

하부에 액체 냉매가 수용되고, 액체 냉매 상부에 기체 냉매가 수용되며, 내측 용기와 외측 용기로 이중 구조로 이루어지며 초전도 케이블로 공급하는 냉매를 저장 및 공급하는 리저버로서,
상기 내측 용기와 외측 용기를 관통하여 설치되어, 상기 기체 냉매층으로 액상 냉매를 공급하는 액체 공급관;
상기 내측 용기와 외측 용기를 관통하여 설치되어, 상기 기체 냉매층으로 기상 냉매를 공급하는 기체 공급관;
상기 내측 용기와 외측 용기를 관통하여 설치되어, 상기 액체 냉매층으로부터 액체 냉매가 배출되는 액체 배출관;
상기 내측 용기 안의 기체 냉매층에 배치되고, 그 내부로 유체를 주입 및 배출시 수축 팽창 가능하고, 유체의 주입시 팽창되어 내측 용기내의 액체 냉매의 압력을 상승시킨 상태로 상기 액체 배출관을 통해 배출가능하도록 한 신축용기와,
상기 신축용기안에 유체를 주입 및 배출가능하도록 상기 내측 용기와 외측 용기를 관통하여 상기 신축용기와 연결되는 유체 공급관과 유체 배출관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 리저버.
A reservoir for storing and supplying a refrigerant to be supplied by a superconducting cable, the liquid refrigerant being contained in a lower portion, the gas refrigerant being contained in an upper portion of the liquid refrigerant,
A liquid supply pipe provided so as to penetrate the inner container and the outer container to supply liquid refrigerant to the gas refrigerant layer;
A gas supply pipe provided so as to penetrate the inner container and the outer container to supply the gaseous refrigerant to the gas refrigerant layer;
A liquid discharge pipe provided so as to penetrate the inner container and the outer container and through which liquid refrigerant is discharged from the liquid refrigerant layer;
And is capable of being shrunk and expanded when the fluid is injected into and discharged from the gas refrigerant layer in the inner container and is expandable when the fluid is injected so that the pressure of the liquid refrigerant in the inner container is raised, A stretchable container,
And a fluid discharge pipe connected to the extensible container through the inner container and the outer container so that fluid can be injected into and discharged from the extensible container.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 신축용기안에 주입되는 유체는 헬륨가스인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 리저버.The method according to claim 1,
Wherein the fluid injected into the stretchable container is a helium gas.
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