KR101912842B1

KR101912842B1 - 초전도체 케이블의 열수축 관리 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 장치

Info

Publication number: KR101912842B1
Application number: KR1020110087224A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 슈미트; 니꼴라 랄루에; 세바스띠앙 델쁠라스; 에릭 마르짠
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2018-10-30
Also published as: RU2566297C2; KR20120042644A; JP5916315B2; CN102385956A; RU2011136138A; JP2012070617A; CN102385956B; EP2424058A1; US20120053061A1; EP2424058B1; US8583202B2

Abstract

본 발명은, 권취된 금속성 요소들로 구성되며 극저온 액체가 충진된 엔클로져(1) 또는 크라이오스탯 내에 설치되는 외측 스크린(2A)에 의해 둘러싸인 케이블 몸체를 포함하는 초전도체 케이블(2)의 열수축 관리 방법으로서, 상기 케이블의 단부들 부근의 소위 로킹 지점(5A, 5B)에서 단지 상기 스크린(2A)에만 작용하는 로킹력을 기계적으로 가하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법에 관한 것이다.

Description

초전도체 케이블의 열수축 관리 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 장치{METHOD OF MANAGING THERMAL CONTRACTION OF A SUPERCONDUCTOR CABLE AND ARRANGEMENT FOR IMPLEMENTING THIS METHOD}

본 발명은 초전도체 케이블의 열수축 관리 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초전도체 케이블은 종이와 같은 절연체로 덮여진 초전도체 재질 의 테이프가 감겨진 금속성(예로써 구리) 지지체, 및 예를 들어 구리로 제조된 테이프들 또는 와이어들로 구성된 외측 금속성 스크린을 포함한다. 이하에서는 상기의 지지체, 테이프 및 절연체의 조합을 케이블 몸체로 지칭한다.

초전도체 케이블은 올바른 기능을 위해 고온에서 극저온 유체 내에 담그어진다. 이러한 -200℃ 가량의 온도로의 냉각은 케이블의 상당한 열수축을 초래하며, 이는 관리되어야 한다.

예로써 특허문헌 EP 1 489 692에서, 케이블의 단부에 연결되는 유연한 도전체에 의해 또는 슬라이딩 컨택트들(sliding contacts)에 의해 이러한 수축을 관리하는 것이 알려져 있다.

그럼에도 불구하고 이러한 유형의 해결책은 산업적으로 유용하지 않은 것으로 밝혀지고 있다. 상기 수축은 케이블 길이의 0.3% 정도이며 수 킬로미터 길이의 선(line)들에 대하여 수 미터에 달하는데, 이는 슬라이딩 컨택트들 또는 유연한 도전체들에 의해 경제적으로 관리하기가 불가능하거나 어렵다. 더욱이 상응하는 대량의 추가적 토목 공학 구조물들이 필요할 것이며, 이는 가용 공간을 고려할 때 불가능하기도 하다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하며, 권취된 금속성 요소들로 구성되며 금속성 요소의 단부들 사이에 극저온 액체가 충진된 엔클로져 또는 크라이오스탯 내에 설치되는 외측 스크린에 의해 둘러싸인 케이블 몸체를 포함하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법으로서, 상기 케이블의 단부들 부근의 소위 로킹 지점에서 단지 상기 스크린에만 작용하는 로킹력을 기계적으로 가하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법을 제공한다.

특정 피치로 감겨진 상기 스크린을 형성하는 도전 요소들은, 기계적으로 강한 와이어들 또는 테이프들이며 따라서 어려움 없이 조여질 수 있다. 이들은 저항성의(예로써 구리) 요소들이거나 금속성의 기계적 강화 요소들이다.

그러한 케이블을 냉각할 때, 그로 인한 수 톤(ton) 가량의 일정한 수축력은 스크린의 그러한 권취된 요소들을 조이는 경향이 있고 또한 그 케이블의 두 단부 사이에서 그것들의 권취 피치를 감소시키는 경향이 있다. 본 발명에 따르면, 두 개의 로킹 지점에서 스크린이 로킹될 때, 이러한 피치는 일정하게 유지되지만 상기 케이블 몸체를 구성하는 초전도체 케이블의 모든 다른 요소들(또는 층들) 상에 반경방향의 압력이 있게 되며, 이것이 그것들을 로킹한다. 따라서 상기 케이블의 열수축에 의해 발생되는 종방향 변위를 방지하기 위해 단지 스크린의 로킹이 필요하다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 방법은 상기 케이블의 각각의 단부와 상기 엔클로져 사이의 상기 스크린을 기계적으로 로킹하는 것으로 구성된다.

상기 방법은 유리하게는, 상기 케이블의 각각의 단부와 상기 엔클로져 사이에 배치된 보충적 크라이오스탯 모듈 내의 상기 스크린을 기계적으로 로킹하는 것으로 구성된다.

상기 로킹력은 지표면 등에 고정된 지지 기구에 전달된다.

상기 로킹 지점과 상기 케이블의 인접 단부 사이에서의 수축은 슬라이딩 컨택트에 의해 관리될 수 있다.

본 발명은 또한, 이러한 방법을 수행하기 위한 로킹 장치로서, 상기 로킹 지점에서 상기 스크린 아래에 배치되는 링 및 상기 링의 대칭 평면의 각 측면에 배치되며 서로 클램핑되는 상보적 내측 형상의 두 개의 환형 플랜지들을 포함하는 것을 특징으로 하는 로킹 장치에 관한 것이다.

그러한 로킹 장치는 수 톤 가량의 상대적으로 높은 힘을 견딜 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 링은 원호 형상의 볼록한 외측 표면을 가지며 상기 환형 플랜지들은 상보적인 라운드형 내측 형상을 갖는다.

바람직하게는 상기 플랜지들 중 적어도 하나는 상기 지표면 등에 고정되는 지지 기구에 체결된다.

마지막으로, 본 발명은, 이러한 종류의 장치를 설치하는 방법으로서, 상기 스크린 아래의 상기 링을 상기 케이블의 단부로부터 상기 로킹 지점까지 슬라이딩시킨 후 상기 클램프들을 설치하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 설치 방법에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 케이블의 단부에서, 상기 링은 상기 스크린의 두 개의 인접한 도전 요소들 사이에 배치된 분리 가능한 두 개의 외측 핸들들이 장착되며 상기 로킹 지점까지 회전되고 슬라이딩 된다.

그러한 방법은 케이블의 스크린의 연속성에 영향을 끼치지 않으며 따라서 상기 스크린의 어떤 특정 연결도 필요하지 않다.

그러한 방법은 더욱이 특히 간단하며 비교적 저렴하다.

이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이며, 그 도면들은 단지 본 발명의 바람직한 실시예를 보이는 것들이다.
도 1 및 2는 본 발명의 초전도체 케이블을 포함하는 라인의 연직 단면도들이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 로킹 장치의 연직 단면도들이다.
도 6 내지 13은 그러한 장치의 설치에 대한 본 발명의 방법을 사시도로 도시한다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 초전도체 케이블을 포함하는 라인(line)은 극저온 유체로 채워지며 케이블(2)을 수용하는 크라이오스탯(cryostat)을 포함하며, 그 케이블의 단부들은 종단부(3A, 3B) 내에 배치되어 그 안에서 상기 케이블의 저항성 금속 지지체가 출력부(output)에 연결된다.

케이블(2)은, 케이블의 양단부 부근의 소위 로킹 포인트(5A, 5B)에서, 와이어(또는 테이프) 형상의 권취된 금속 요소들로 구성된 외측 스크린을 포함하며, 그 스크린에는 단지 스크린에만 작용하는 로킹력(locking force)이 기계적으로 가해진다. 이러한 로킹력은 그 로킹 지점에서 케이블 몸체에는 작용하지 않는다.

상기 라인은 크라이오스탯(1) 및 종단부(3A, 3B) 사이에 배치되는 추가적인 크라이오스탯 모듈(6A, 6B)을 균등하게 포함할 수 있다.

일반적으로 말해서, 본 발명의 상기 방법은 케이블(1)의 각 단부와 크라이오스탯(1) 사이에 상기 스크린을 기계적으로 로킹하는 것으로 구성된다.

이러한 로킹 지점들은 도 1에 도시된 바와 같이 종단부들(3A, 3B)에 배치되거나 또는 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 추가적인 크라이오스탯 모듈들(6A, 6B)에 배치될 수도 있다.

상기 로킹력은 지면 등에 고정된 기계적으로 강성의 지지 기구(7A, 7B)에 전달된다. 이러한 로킹 장치는 일반적으로 크라이오스탯(1) 또는 추가적인 크라이오스탯 모듈(6A, 6B)의 엔클로져(enclosure)에 체결되는 한편 이러한 엔클로져는 지면에 견고하게 체결된다.

상기 로킹 지점(5A, 5B)과 상기 케이블의 인접 단부 사이의 수축은 슬라이딩 컨택트(sliding contact)에 의해 관리될 수 있다.

도 3 내지 5는 상기 방법을 수행하기 위한 로킹 장치의 실시예들을 연직 단면도로 도시한다.

이러한 로킹 장치는, 매끄러운 외측 표면을 가지며 상기 로킹 지점에서 스크린(2A) 아래에 배치되는 링(8: ring)과, 케이블(1)의 외경보다 그리고 상기 링의 대칭 평면의 각 측면에 배치되는 상보적인 내측 형상의 외경보다 약간 더 큰 내경을 가지며 나사 시스템에 의해 서로 클램핑되는 두 개의 환형 플랜지들(9, 10)을 포함한다. 이러한 링은 스크린(2A) 외측에서 케이블의 외경보다 약간 더 큰 내경을 갖는다.

상기 링(8)은 바람직하게는 원호(circular arc) 형상의 볼록한 외측 표면을 가지며, 바람직하게는 상기 환형 플랜지들(9, 10)은 상보적인 라운드형 내측 표면을 갖는다.

이러한 링(8)은 기계적으로 강성 물질로 제조되며 특별한 전기적 성질을 갖지 않는다. 링은 바람직하게는 스테인레스 스틸로 제조된다.

상기 플랜지들(9, 10)은 지면(7)에 체결된 지지 기구(12)에 체결된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 플랜지들(9, 10)을 함께 고정하여 그것들을 상기 지지 기구(12)에 또한 고정하는 단일의 나사 시스템(11)이 구비될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 두 개의 나사 시스템들이 균등하게 구비될 수 있는데, 하나의 시스템(11')은 두 개의 플랜지들(9, 10)을 서로 고정하는 것이며, 다른 시스템(11'')은 플랜지들 중 하나(9)를 지지 기구(12)에 고정하는 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 플랜지들(9, 10)을 서로 고정하는 단지 하나의 나사 시스템(11''')이 구비될 수 있는데, 이때 상기 플랜지들(9) 중 하나는 지지 기구(12)에 용접된다.

도 6 내지 13은 상기 구조물의 설치 방법을 사시도로 도시한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 플랜지들(10) 중 하나가 케이블(2)의 관련 단부 위에 삽입지며(threaded) 그 단부에서 스크린(2A)의 일부분이 제거된다. 그리고 그 단부 상에 링(8)이 삽입된다. 링은 다수의 오리피스들(8A)을 포함하며 그 기능은 아래에서 설명된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 링(8)이 스크린(2A) 아래에 부분적으로 슬라이딩된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 분리 가능한 외측 핸들들(13A, 13B)이 180도 정반대에 위치한 두 개의 오리피스들(8A) 안으로 도입된다. 이들 핸들들은 단순한 타이-로드(tie-rod) 형상을 취하고 있다.

도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 상기 두 개의 분리 가능한 외측 핸들들(13A, 13B)은 스크린(2A)의 두 개의 인접한 도전 요소들 사이에 배치되며, 링(8)이 회전하는 것에 의해 상기 두 개의 도전 요소들의 피치를 따라 화살표(F) 방향으로 링이 슬라이딩하여 케이블의 단부로부터 로킹 지점까지 스크린 아래로 슬라이딩된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 핸들들(13A, 13B)이 분리된 후 제2 플랜지(9)가 케이블의 단부 상에 삽입된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 두 개의 플랜지들(9, 10)은 스크린(2A) 아래의 링(8)에 의해 형성된 확대부(enlargement)에 대하여 밀어진다.

도 13에 도시된 바와 같이, 특정 개수의 볼트들로 구성된 나사 시스템(11)이 플랜지들(9, 10)의 오리피스들 내에 배치되어 링(8)을 맞대고 있는 두 개의 플랜지들을 개재된 스크린(2A)과 함께 클램핑한다.

Claims

특정 피치로 감긴 와이어들 또는 테이프들로 구성되며 극저온 액체가 충진된 엔클로져(1) 또는 크라이오스탯 내에 설치되는 외측 스크린(2A)에 의해 둘러싸인 케이블 몸체를 포함하는 초전도체 케이블(2)의 열수축 관리 방법에 있어서,
상기 케이블의 단부들 부근의 로킹 지점(5A, 5B)에서 상기 스크린(2A)에만 작용하는 로킹력을 기계적으로 가하고,
상기 와이어들 또는 테이프들의 피치는, 상기 스크린의 권취된 와이어들 또는 테이프들을 조일 수 있고 상기 케이블의 두 단부 사이에서 권취 피치를 감소시킬 수 있는 냉각으로 인한 일정한 수축력에도 불구하고, 일정하게 유지되어,
상기 스크린(2A)에 의해 둘러싸인 상기 케이블 몸체를 구성하는 요소들 또는 층들에 가해지는 반경방향 압력은 상기 요소들 또는 층들을 로킹하여 상기 케이블의 열 수축에 의해 발생하는 종방향 변위를 방지하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법.
제1항에 있어서,
상기 케이블의 각각의 단부와 상기 엔클로져(1) 사이의 상기 스크린(2A)을 기계적으로 로킹하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 케이블의 각각의 단부와 상기 엔클로져(1) 사이에 배치된 보충적 크라이오스탯 모듈(6A, 6B) 내에서 상기 스크린(2A)을 기계적으로 로킹하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 로킹력은 지표면 등에 고정된 지지 기구(7A, 7B)에 전달되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 로킹 지점(5A, 5B)과 상기 케이블(2)의 인접 단부 사이의 수축은 슬라이딩 컨택트에 의해 관리되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 열수축 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하기 위한 로킹 장치로서, 로킹 지점(5A, 5B)에서 스크린(2A) 아래에 배치되는 링(8), 및 상기 링(8)의 대칭 평면의 각 측면에 배치되며 서로 클램핑되는 상보적 내측 형상의 두 개의 환형 플랜지들(9, 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로킹 장치.
제6항에 있어서,
상기 링(8)은 원호 형상의 볼록한 외측 표면을 가지며 상기 환형 플랜지 들(9, 10)은 상보적인 라운드형 내측 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 로킹 장치.
제6항에 있어서,
상기 플랜지들(9, 10) 중 적어도 하나는 지표면 등에 고정되는 지지 기구(7A, 7B)에 체결되는 것을 특징으로 하는 로킹 장치.
제6항에 따른 장치의 설치 방법으로서, 스크린(2A) 아래의 링(8)을 케이블의 단부로부터 로킹 지점(5A, 5B)까지 슬라이딩시킨 후 클램프들(9, 10)을 설치하는 것을 특징으로 하는 설치 방법.
제9항에 있어서,
상기 케이블의 단부에서, 상기 링(8)은 상기 스크린(2A)의 두 개의 인접한 도전 요소들 사이에 배치된 분리 가능한 두 개의 외측 핸들들(13A, 13B)이 장착되어 상기 로킹 지점(5A, 5B)까지 회전되고 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 설치 방법.