KR102001251B1 - 액체질소 순환 및 냉동기를 통합한 초전도 케이블 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기와 냉각기로 이루어지는 냉동기시스템, 냉각유체의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환기, 상기 냉각유체를 교축팽창 시키는 팽창밸브, 상기 냉각유체를 단열팽창 시키는 팽창기, 초전도케이블, 상기 냉각유체가 분기되고 합류되는 복수의 분기점을 포함하며 상기 냉각유체는 상기 냉동기시스템의 냉매역할과 상기 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블 냉각시스템이다.

Description

액체질소 순환 및 냉동기를 통합한 초전도 케이블 냉각시스템 {INTEGRATED COOLING SYSTEM OF LIQUID NITROGEN CIRCULATION AND REFRIGERATOR FOR HTS CABLE}

본 발명은 액체질소 순환과 냉동기 기능을 통합하여 초전도 케이블에 적용된 밀폐형 냉각시스템에 관한 것이다.

초전도 케이블은 초전도체가 일정 온도 이하에서 전기 저항이 없어지는 성질을 이용한 케이블로, 송전에 의한 전력 손실이 거의 없고 기존의 구리선 보다 월등히 많은 전류를 송전할 수 있는 장점이 있다. 고온 초전도체(HTS, high temperature superconductor)를 이용한 케이블에는 섭씨 영하 200도 이하에서 액체 상태를 유지할 수 있고 전기 절연성능이 우수한 액체질소(LN2)가 냉각제로 사용되며, 액체질소를 냉각하여 케이블에 순환시키는 냉각시스템이다. 현재까지 주로 사용되는 냉각시스템은 도 3과 같이 액체질소에서 열을 흡수하는 냉동기와 액체질소를 순환시키는 펌프 (LN2 Pump)로 구성되어 있다. 냉동기는 여러 가지 종류가 사용될 수 있는데, 예를 들면 진공펌프(vacuum pump)를 이용하는 경우(도 3), Stirling 냉동기(도4) 또는 Brayton 냉동기(도5)를 이용하는 경우가 대표적이다. 냉각된 액체질소는 순환 펌프에 의해 케이블을 따라 유동하면서 케이블의 열부하를 흡수하여 돌아오는 사이클을 이룬다.

진공펌프를 이용하는 시스템은 비교적 간단하고 대용량에도 적용이 가능하나, 주기적으로 대량의 액체질소를 공급해야만 하는 개방 시스템(open system)이다. 따라서 초전도 케이블의 개발 단계에서 시범운전에는 적합하지만, 장시간 무인운전을 요구하는 전력계통에 실제로 활용하기 어렵다.

Stirling 냉동기 또는 Brayton 냉동기를 이용하는 시스템은 액체질소의 주기적 공급 없이 연속운전이 가능한 밀폐 시스템(closed system)이기는 하나, 헬륨(He)이나 네온(Ne)을 냉매로 사용하는 냉동기로 가용한 냉동능력이 제한적이고 가격도 매우 높다. 현재 개발된 냉동기의 냉동능력(70K 기준)은 Stirling 냉동기 경우 2kW, Brayton 냉동기 경우 8kW에 불과하고, kW당 가격도 수억 원에 이르고 있다. 이러한 냉동기들은 향후 길이가 1km 이상이 되어야 하는 초전도 케이블을 개발하는데 가장 중요한 장애요소가 되고 있다. 초전도 케이블의 장선화를 위한 또 다른 어려움은 액체질소 펌프에 있다. 케이블 길이가 길어지면서 케이블을 허용 온도(예: 78K) 이하로 유지하기 위해 순환되어야 하는 액체 질소의 유량은 점점 더 많아져야 하고, 따라서 액체 순환을 위한 펌프의 용량도 크게 증가한다. 극저온에서 동작해야 하는 액체질소 펌프도 일부 선진국 기업이 제작기술을 보유하고 있으나, 그 용량(유량 및 압력 수두)이 제한적이고 가격도 매우 높은 실정이다.

상술한 문제점을 해결하고자, 냉각시스템에 있어서 질소(N2)가 냉동기의 냉매와 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 함으로써 고가의 장치와 액체질소 순환 펌프가 필요하지 않은 밀폐형 초전도케이블 냉각시스템을 제시하고자 한다.

본 발명은 압축기와 냉각기로 이루어지는 냉동기시스템, 냉각유체의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환기, 상기 냉각유체를 교축팽창 시키는 팽창밸브, 상기 냉각유체를 단열팽창 시키는 팽창기, 초전도케이블, 상기 냉각유체가 분기되고 합류되는 복수의 분기점을 포함하며 상기 냉각유체는 상기 냉동기시스템의 냉매역할과 상기 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블 냉각시스템이다.

본 발명을 통해 헬륨(He) 및 네온(Ne)을 냉매로 사용하지 않음으로써, 운전이 어렵고 가격이 고가인 부품들(He/Ne 압축기, He/Ne 터보팽창기 등) 대신 공기액화 플랜트 등에 널리 사용되고 있는 범용 공기 압축기, 공기 팽창기로 치환 적용할 수 있다. 또한 냉동기와 액체질소(LN2)의 순환을 통합하였기 때문에, 액체질소 순환 펌프가 필요하지 않고 액체질소 순환 유량의 한계를 매우 높일 수 있다. 통합된 냉동기 시스템 설치만으로 초전도 케이블 냉각이 가능하여, 시스템의 운전이 월등히 용이하고 제작단가와 설치 비용도 혁신적으로 줄일 수 있으며, 기존 초전도 케이블 냉각시스템에 존재하던 동결 가능성이 전혀 없으므로, 극저온 안전성도 크게 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 적용된 각종 구성의 측정값이다.
도 2는 본 발명에 적용된 냉각사이클의 순환방식 및 냉동효율 표이다.
도 3은 종래 냉각 시스템의 예시이다(진공펌프 적용).
도 4는 종래 냉각 시스템의 예시이다(stirling 냉동기 적용).
도 5는 종래 냉각 시스템의 예시이다(Brayton 냉동기 적용).
도 6은 본 발명에 따른 냉동기 기능과 액체질소 순환기능을 통합한 냉각시스템의 개념도이다.
도 7은 종래의 대용량 냉동 표준 사이클의 예시이다(JT사이클).
도 8은 종래의 대용량 냉동 표준 사이클의 예시이다(Brayton사이클).
도 9는 종래의 대용량 냉동 표준 사이클의 예시이다(Claude사이클).
도 10은 본 발명에 따른 제1사이클의 개념도 및 위치별 측정값 표이다.
도 11은 본 발명에 따른 제1사이클의 성능 및 특성을 확인하기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 제2사이클의 개념도 및 위치별 측정값 표이다.
도 13은 본 발명에 따른 제2사이클의 성능 및 특성을 확인하기 위한 그래프이다.
도 14은 본 발명에 따른 제3사이클의 개념도 및 위치별 측정값 표이다.
도 15는 본 발명에 따른 제3사이클의 성능 및 특성을 확인하기 위한 그래프이다.
도 16은 본 발명에 따른 제4사이클의 개념도 및 위치별 측정값 표이다.
도 17은 본 발명에 따른 제4사이클의 성능 및 특성을 확인하기 위한 그래프이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 압축기와 냉각기로 이루어지는 냉동기시스템, 냉각유체의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환기, 상기 냉각유체를 교축(throttle)팽창 시키는 팽창밸브, 상기 냉각유체를 단열팽창 시키는 팽창기, 초전도케이블, 상기 냉각유체가 분기되고 합류되는 복수의 분기점을 포함하며 상기 냉각유체는 상기 냉동기시스템의 냉매역할과 상기 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블 냉각시스템에 관한 것이다.

도 10은 본 발명의 따른 제1사이클의 개념도 및 측정값을 나타내고 있다.

표준 Claude 사이클과 유사한 상기 제1사이클의 경우, 상기 열교환기는 제1열교환기(HX1), 제2열교환기(HX2), 제3열교환기(HX3)를 포함하며 상기 냉동기시스템에서 상기 팽창밸브 방향으로 상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기, 상기 제3열교환기 순서로 병렬연결 된다. 상기 냉각유체는 상기 열교환기의 입력단(100)을 통과한 후 상기 초전도케이블을 냉각시키고 상기 팽창밸브를 통과한 후 상기 열교환기의 출력단(200)을 거쳐 상기 압축기로 재유입되며, 상기 분기점은 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이의 입력단에 위치하여 상기 냉각유체가 분기되는 제1분기점(P1) 상기 제3열교환기와 상기 제2열교환기 사이의 출력단에 위치하여 상기 냉각유체가 합류되는 제2분기점(P2)을 포함하며 상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체는 상기 팽창기를 통과한 후 상기 제2분기점으로 합류하게 된다.

다시 말해 상기 제1열교환기(HX1)를 통해 냉각된 후 분기된 냉각유체는 상기 팽창기(E)를 통해 팽창한 후 상기 제2열교환기(HX2)로 유입되고, 나머지 냉각유체는 상기 제2열교환기(HX2)와 상기 제3열교환기(HX3)를 통해 액체로 냉각된 후 상기 초전도케이블로 공급된다. 상기 초전도케이블을 냉각한 후 상기 팽창(JT)밸브를 통해 저온으로 팽창한 후 상기 열교환기(HX3, HX2, HX1)를 통해 고압 냉매를 냉각한 후 상온으로 환원되는 것이다. 상기 열교환기는 모두 단순 향류 열교환기로 유동 수는 HX1, HX2, HX3의 순으로 2 + 2 + 2의 형태이다.

상기 제1사이클의 이해를 돕기 위해 도 11의 그래프들을 참고하면 좋다. T-s (온도-엔트로피) 선도와 P-h (압력-엔탈피) 선도, 열교환기 내 온도 분포 (두 선중 위의 선은 Hot Composite을, 아랫선은 Cold Composite을 나타냄) 그리고 액서지 소비율(각 부품의 비가역성 비율을 포함)을 나타내고 있다. 여기서 i -> e 유동이 상기 초전도케이블을 냉각하는 유동이며, 이때의 압력강하 현상을 P-h선도에서 뚜렷하게 관찰할 수 있다. 효율은 JT 순환 방식의 특성상 9.84%로 높지 않은 편이지만, 제작의 용이성과 경제성을 고려하면 상기 제1사이클이 가장 간단하고 현실성 높은 초전도 케이블용 통합 냉각시스템이라고 할 수 있다.

도 12는 본 발명의 따른 제2사이클의 개념도 및 측정값을 나타내고 있다.

상기 제2사이클의 경우, 압축기와 냉각기로 이루어지는 복수의 냉동기시스템, 냉각유체의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환기, 상기 냉각유체를 교축(throttle)팽창 시키는 팽창밸브, 상기 냉각유체를 단열팽창 시키는 팽창기, 초전도케이블, 상기 냉각유체가 분기되고 합류되는 복수의 분기점을 포함하며 상기 냉각유체는 상기 냉동기시스템의 냉매역할과 상기 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 한다. 상기 제1사이클과 유사하나 상기 냉동기 시스템이 복수 존재한다는 점에서 차이가 있다. 상기 제2사이클에 있어서 상기 냉동기시스템은 상기 열교환기의 출력단과 연결되는 제1냉동기시스템(C1), 상기 열교환기의 입력단과 연결되는 제2냉동기시스템(C2)을 포함하며 상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템은 직렬연결 된다. 또 상기 열교환기는 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기를 포함하며 상기 열교환기는 상기 냉동기시스템에서 상기 팽창밸브 방향으로 상기 제1열교환기(HX1), 상기 제2열교환기(HX2), 상기 제3열교환기(HX3) 순서로 병렬연결 된다. 상기 열교환기는 상기 제2냉동기시스템(C2)과 연결되는 제1입력단(100), 상기 제1냉동기시스템(C1)과 연결되는 제1출력단(200)을 포함하며 상기 제1열교환기(HX1)는 상기 분기된 냉각유체가 통과하는 제2입력단(110)을 추가로 포함한다. 또 상기 냉각유체는 상기 열교환기의 제1입력단(100)을 통과한 후 상기 초전도케이블을 냉각시키고 상기 팽창밸브를 통과한 후 상기 열교환기의 제1출력단(200)을 거쳐 상기 제1냉동기시스템(HX1)의 압축기로 재유입 된다. 상기 제2사이클의 상기 분기점은 상기 제1냉동기시스템(C1)과 상기 제2냉동기시스템(C2) 사이에 위치하여 상기 냉각유체가 분기되는 제1분기점(P3), 제3열교환기(HX3)와 상기 제2열교환기(HX2) 사이의 제1출력단(200)에 위치하여 상기 냉각유체가 합류되는 제2분기점(P4)을 포함하며 상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체는 상기 제1열교환기의 제2입력단을 통과한 후 상기 팽창기를 통과하여 상기 제2분기점으로 합류된다. 상기 제2사이클은 상기 제1사이클을 변형하여 만든 수정 Claude 사이클이며 기본적으로 JT 순환 방식의 틀은 유지하되, 압력 단을 하나 더 늘려서 이중 압력(Dual-pressure)으로 구성하였다. 상기 제1사이클에서는 두 유동(팽창기 유동 및 JT유동)의 압력비가 동일하지만, 상기 제2사이클에서는 두 유동의 압력비를 서로 다르게 설정할 수 있어, 운전 압력의 설계에 유연성이 있다. 상기 열교환기 유동 수는 HX1, HX2, HX3의 순으로 3 + 2 + 2의 형태이다.

상기 제2사이클의 이해를 돕기 위해 도 13의 그래프들을 참고하면 좋다. 상기 제2사이클에 대한 T-s 선도와 P-h 선도, 열교환기 내 온도 분포와 액서지 소비율을 나타내고 있으며, 여기서도 i -> e 유동이 상기 초전도케이블 냉각을 나타낸다. 상기 제2사이클의 효율은 상기 제1사이클과 유사하게 9.84%로 나타났으며 이는 같은 조건하에서 JT 순환 방식으로 만들 수 있는 초전도 케이블용 통합 냉각시스템의 최대효율이라 할 수 있다.

도 14는 본 발명의 따른 제3사이클의 개념도 및 측정값을 나타내고 있다.

상기 제3사이클은 수정된 Claude 사이클이나, 상기 제1,2사이클과 같은 JT 순환 방식이 아닌 팽창기순환 방식을 적용함으로써 JT 순환 방식이 가진 효율 한계를 극복하고자 했다. 상기 제3사이클의 경우, 상기 제3열교환기의 압력 단의 차이를 보인다. 상기 열교환기는 상기 제2냉동기시스템(C2)과 연결되는 제1입력단(100), 상기 제1냉동기시스템(C1)과 연결되는 제1출력단(200), 상기 초전도케이블을 통과한 상기 냉각유체가 통과하는 제2출력단(210) 을 포함하며 상기 제3열교환기(HX3)는 상기 팽창기와 연결되는 제2입력단(110)을 더 포함하다. 또 상기 냉각유체는 상기 열교환기의 제1입력단(100)을 통과한 후 상기 팽창밸브를 거쳐 상기 제1출력단(200)을 통과한 후 상기 제1냉동기시스템의 압축기로 재유입 된다. 상기 제3사이클의 상기 분기점은 상기 제1열교환기(HX1)와 상기 제2열교환기(HX2) 사이의 제1입력단(100)에 위치하여 상기 냉각유체가 분기되는 제1분기점(P5), 상기 제1냉동기시스템(C1)과 상기 제2냉동기시스템(C2) 사이에 위치하여 상기 냉각유체가 합류되는 제2분기점(P6)을 포함하며 상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체는 상기 팽창기를 통과한 후 상기 제3열교환기의 제2입력단(110)을 거쳐 상기 초전도케이블과 상기 제2출력단을 거쳐 상기 제2분기점으로 합류된다. 상기 제3사이클은 팽창기를 통과하는 유동이 제3열교환기(HX3)를 통해 더욱 냉각되어 상기 초전도케이블로 공급되고, JT밸브를 통과한 유동은 각 열교환기의 저온부를 구성한다. 압력단은 이중 단으로 구성되었으며, 하나의 열교환기에 유동이 4개인 4-유동 열교환기가 처음으로 사용되었다. 열교환기 각각의 유동 수는 HX1, HX2, HX3의 순으로 3 + 3 + 4의 형태이다.

상기 제3사이클의 이해를 돕기 위해 도 15의 그래프들을 참고하면 좋다. 상기 제3사이클에 대한 T-s 선도, P-h 선도, 열교환기 내 온도 분포, 액서지 소비율을 나타내었다. 여기서도 마찬가지로 i -> e 유동이 상기 초전도케이블 냉각을 나타낸다. 상기 제3사이클의 효율은 7.39%로서 JT 순환 방식의 두 사이클보다 다소 낮은 효율을 보이고 있는데 이는 상기 제2열교환기(HX2)의 온도차가 크게 벌어졌기 때문이다.

도 16는 본 발명의 따른 제4사이클의 개념도 및 측정값을 나타내고 있다.

상기 제4사이클 역시 상기 제3사이클과 마찬가지로 수정된 Claude 사이클로서, JT 순환 방식이 아닌 팽창기순환 방식을 적용함으로써 JT 순환 방식이 가진 효율 한계를 극복하고자 했다. 상기 제4사이클은 제4열교환기(HX4)를 더 포함하며, 상기 열교환기는 상기 냉동기시스템에서 상기 팽창밸브 방향으로 상기 제1열교환기(HX1), 상기 제2열교환기(HX2), 상기 제3열교환기(HX3), 상기 제4열교환기(HX4) 순서로 병렬연결 된다. 상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기, 상기 제3열교환기는 상기 제2냉동기시스템(C2)과 연결되는 제1입력단(100), 상기 제1냉동기시스템(C1)과 연결되는 제1출력단(200), 상기 초전도케이블을 통과한 상기 냉각유체가 통과하는 제2출력단(210)을 포함하며 상기 제3열교환기는 상기 팽창기와 연결되는 제2입력단(110)을 더 포함하며, 상기 제4열교환기(HX4)는 상기 제2입력단(110)과 상기 제1출력단(200)을 포함한다. 상기 제4사이클의 상기 냉각유체는 상기 열교환기의 제1입력단(100)을 통과한 후 상기 팽창밸브를 거쳐 상기 제1출력단(200)을 통과하여 상기 제1냉동기시스템의 압축기로 재유입 된다. 또 상기 제4사이클의 상기 분기점은 상기 제1열교환기(HX1)와 상기 제2열교환기(HX2) 사이의 상기 제1입력단(100)에 위치하여 상기 냉각유체가 분기되는 제1분기점(P7), 상기 제1냉동기시스템(C1)과 상기 제2냉동기시스템(C2) 사이에 위치하여 상기 냉각유체가 합류되는 제2분기점(P8)을 포함하며 상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체는 상기 팽창기를 통과한 후 상기 제3열교환기와 상기 제4열교환기의 제2입력단(110)을 거쳐 상기 초전도케이블과 상기 제2출력단을 통과한 후 상기 제2분기점으로 합류되게 된다. 상기 제4사이클의 열교환기는 총 4개로 이루어져 있으며, 열교환기의 유동 수는 HX1, HX2, HX3, HX4의 순으로 3 + 3 + 4 + 2의 형태이다. 상기 제4열교환기(HX4)는 액체질소를 JT밸브 출구의 저온 질소로 냉각한 후 케이블로 공급하는 역할을 한다.

상기 제4사이클의 이해를 돕기 위해 도 17의 그래프들을 참고하면 좋다. 상기 제4사이클에 대한 T-s 선도와 P-h 선도, 열교환기 내 온도 분포 그리고 액서지 소비율을 나타내고 있으며 여기서도 i -> e 유동이 상기 초전도케이블 냉각을 나타낸다. 효율로 보면 26.02 %의 효율로 상기 1,2,3,4사이클 중 가장 높은 효율을 나타냄을 알 수 있다. 이렇게 높은 사이클이 가능한 가장 중요한 원인은 상기 제3열교환기(HX3)의 온도차가 크게 줄어 들었기 때문이다. 열교환기 온도 분포에서 볼 수 있듯이, 상기 제4열교환기(HX4)를 추가함으로써 상기 제3열교환기(HX3)에서 고온 유체의 응축온도와 저온 유체의 비등 온도가 밀접하게 유지되었기 때문이다. 상기 제4사이클에서 상기 제3열교환기(HX3)는 유동이 4개인 4-유동 열교환기로 설계와 제작에 다소 어려움이 있지만, 산업용 플랜트에 널리 사용되는 다유동 열교환기의 기술로 실현이 가능하다.

지금까지 설명한 모든 사이클에서 적용된 상기 냉각유체는 질소이며, 상기 팽창밸브는 JT밸브일 수 있다. 또한, 이해를 돕기 위해 사용한 사이클이라는 표현은 아래의 청구항에서 냉각시스템으로 표현하고 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

HX 1: 제1열교환기
HX 2: 제2열교환기
HX 3: 제3열교환기
C : 압축기
E : 팽창기
HTS Cable : 초전도케이블
100 : 제1입력단
110 : 제2입력단
200 : 제1출력단
210 : 제2출력단
C1 : 제1냉동기시스템
C2 : 제2냉동기시스템
P1 : 제1사이클 제1분기점
P2 : 제1사이클 제2분기점
P3 : 제2사이클 제1분기점
P4 : 제2사이클 제2분기점
P5 : 제3사이클 제1분기점
P6 : 제3사이클 제2분기점
P7 : 제4사이클 제1분기점
P8 : 제4사이클 제2분기점

Claims (20)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 압축기와 냉각기로 이루어지는 복수의 냉동기시스템;
   냉각유체의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환기;
   상기 냉각유체를 교축팽창 시키는 팽창밸브;
   상기 냉각유체를 단열팽창 시키는 팽창기;
   초전도케이블;
   상기 냉각유체가 분기되고 합류되는 복수의 분기점;을 포함하고,
   상기 냉각유체는 상기 냉동기시스템의 냉매역할과 상기 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 하되,
   상기 냉동기시스템은 상기 열교환기의 제1출력단과 연결되는 제1냉동기시스템; 및 상기 열교환기의 제1입력단과 연결되는 제2냉동기시스템;을 포함하며, 상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템은 직렬연결되고,
   상기 열교환기는 제1열교환기; 제2열교환기; 및 제3열교환기;를 포함하며, 상기 냉동기시스템에서 상기 팽창밸브 방향으로 상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기, 상기 제3열교환기 순서로 병렬연결되고,
   상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템 사이는 상기 제1열교환기의 제2입력단과 연결되며,
   상기 분기점은 상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템 사이에 위치하여 상기 냉각유체가 분기되는 제1분기점; 및 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기 사이의 제1출력단에 위치하여 상기 냉각유체가 합류되는 제2분기점;을 포함하며,
   상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체가 일방향으로 분기되는 제1유동은 상기 제1열교환기의 제2입력단을 통과한 후 상기 팽창기를 통과하여 상기 제2분기점으로 합류되고,
   상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체가 타방향으로 분기되는 제2유동은 상기 열교환기의 제1입력단을 통과한 후 상기 초전도케이블을 냉각시키고 상기 팽창밸브를 통과한 후 상기 열교환기의 제1출력단을 거쳐 상기 제1냉동기시스템의 압축기로 재유입되되,
   상기 제1유동과 상기 제2유동은 압력비를 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블 냉각시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 압축기와 냉각기로 이루어지는 복수의 냉동기시스템;
    냉각유체의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환기;
    상기 냉각유체를 교축팽창 시키는 팽창밸브;
    상기 냉각유체를 단열팽창 시키는 팽창기;
    초전도케이블;
    상기 냉각유체가 분기되고 합류되는 복수의 분기점;을 포함하고,
    상기 냉각유체는 상기 냉동기시스템의 냉매역할과 상기 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 하되,
    상기 냉동기시스템은 상기 열교환기의 제1출력단과 연결되는 제1냉동기시스템; 및 상기 열교환기의 제1입력단과 연결되는 제2냉동기시스템;을 포함하며, 상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템은 직렬연결되고,
    상기 열교환기는 제1열교환기; 제2열교환기; 및 제3열교환기;를 포함하며, 상기 냉동기시스템에서 상기 팽창밸브 방향으로 상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기, 상기 제3열교환기 순서로 병렬연결되고,
    상기 열교환기는 상기 초전도케이블을 통과한 상기 냉각유체가 통과하는 제2출력단;을 포함하며, 상기 제3열교환기는 상기 팽창기와 연결되는 제2입력단을 포함하고,
    상기 분기점은 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이의 제1입력단에 위치하여 상기 냉각유체가 분기되는 제1분기점; 상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템 사이에 위치하여 상기 냉각유체가 합류되는 제2분기점;을 포함하며,
    상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체가 일방향으로 분기되는 제1유동은 상기 팽창기를 통과한 후 상기 제3열교환기의 제2입력단을 거쳐 상기 초전도케이블을 냉각시킨 후 상기 열교환기의 제2출력단을 거쳐 상기 제2분기점으로 합류되고,
    상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체가 타방향으로 분기되는 제2유동은 상기 열교환기의 제1입력단을 통과한 후 상기 팽창밸브를 거쳐 상기 열교환기의 제1출력단을 통과한 후 상기 제1냉동기시스템의 압축기로 재유입되되,
    상기 제1유동과 상기 제2유동은 압력비를 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블 냉각시스템.
12. 삭제
13. 삭제
14. 압축기와 냉각기로 이루어지는 복수의 냉동기시스템;
    냉각유체의 열교환이 이루어지는 복수의 열교환기;
    상기 냉각유체를 교축팽창 시키는 팽창밸브;
    상기 냉각유체를 단열팽창 시키는 팽창기;
    초전도케이블;
    상기 냉각유체가 분기되고 합류되는 복수의 분기점;을 포함하고,
    상기 냉각유체는 상기 냉동기시스템의 냉매역할과 상기 초전도케이블의 냉각제 역할을 동시에 하되,
    상기 냉동기시스템은 상기 열교환기의 제1출력단과 연결되는 제1냉동기시스템; 및 상기 열교환기의 제1입력단과 연결되는 제2냉동기시스템;을 포함하며, 상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템은 직렬연결되고,
    상기 열교환기는 제1열교환기; 제2열교환기; 제3열교환기; 및 제4열교환기;를 포함하며, 상기 냉동기시스템에서 상기 팽창밸브 방향으로 상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기, 상기 제3열교환기, 상기 제4열교환기 순서로 병렬연결되고,
    상기 초전도케이블을 통과한 상기 냉각유체가 통과하는 제2출력단;을 포함하며, 상기 제3열교환기는 상기 팽창기와 연결되는 제2입력단을 포함하고,
    상기 제4열교환기는 상기 제2입력단과 상기 제1출력단을 포함하며,
    상기 분기점은 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이의 제1입력단에 위치하여 상기 냉각유체가 분기되는 제1분기점; 및 상기 제1냉동기시스템과 상기 제2냉동기시스템 사이에 위치하여 상기 냉각유체가 합류되는 제2분기점;을 포함하며,
    상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체가 일방향으로 분기되는 제1유동은 상기 팽창기를 통과한 후 상기 제3열교환기와 상기 제4열교환기의 제2입력단을 거쳐 상기 초전도케이블을 냉각시킨 후 상기 열교환기의 제2출력단을 통과하여 상기 제2분기점으로 합류되고,
    상기 제1분기점을 통과한 상기 냉각유체가 타방향으로 분기되는 제2유동은 상기 열교환기의 제1입력단을 통과한 후 상기 팽창밸브와 상기 제4열교환기를 거쳐 상기 열교환기의 제1출력단을 통과하여 상기 제1냉동기시스템의 압축기로 재유입되되,
    상기 제1유동과 상기 제2유동은 압력비를 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 초전도케이블 냉각시스템.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

Images