KR102005582B1 - 초전도 기기용 종단 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액상 냉매, 기상 냉매 또는 상온 절연물질 등을 분리하기 위한 구획부재 등의 사용을 최소화하여, 각각의 구획부재 등에 구비되는 오링 등의 기밀 부재 등의 파손을 방지할 수 있는 초전도 기기용 종단 구조체에 관한 것이다.

Description

초전도 기기용 종단 구조체{Termination Structure of Superconducting Device}
본 발명은 초전도 기기용 종단 구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 액상 냉매, 기상 냉매 또는 상온 절연물질 등을 분리하기 위한 구획부재 등의 사용을 최소화하여, 각각의 구획부재 등에 구비되는 오링 등의 기밀 부재 등의 파손을 방지할 수 있는 초전도 기기용 종단 구조체에 관한 것이다.
초전도체는 일정한 온도에서 전기저항이 제로에 가까이 수렴하므로, 낮은 전압에서도 전류의 큰 전송능력을 갖는다.
이러한 초전도체를 구비하는 초전도 기기는 극저온 환경을 형성 및 유지하고자 질소 등의 냉매를 사용하여 냉각시키는 방법 및/또는 진공층을 형성하는 단열의 방법을 사용한다. 이러한 초전도 기기의 예는 초전도 케이블일 수 있다.
이러한 초전도 기기를 통해 송전된 전류는 초전도 기기용 종단 구조체를 통해 상온 환경의 도체선과 연결될 수 있다.
초전도 기기용 종단 구조체는 초전도체 등이 노출되는 환경이 극저온 환경에서 상온 환경으로 갑자기 변할 때 발생되는 문제점을 방지하고자, 극저온 환경과 상온 환경 사이에서 충분한 온도 구배를 확보하며, 초전도체를 도체선과 접속하고 도체선을 상온 환경으로 인출하는 방법이 사용될 수 있다.
따라서, 상단에서 하단 방향으로 온도에 따라 상온부(A), 온도 구배부(B), 극저온부(C)로 구획되어, 상기 극저온부(C)는 극저온의 액상 냉매가 수용되고, 상기 온도 구배부(B)는 액상 냉매 상부에 기상 냉매(g)가 극저온과 상온 사이의 온도 구배를 갖도록 수용되고, 상기 상온부(A)는 상온 환경으로 구성된다.
따라서, 초전도체와 연결된 도체선은 상기 극저온부(C), 상기 온도 구배부(B) 및 상기 상온부(A)를 경유하며, 극저온 환경에서 상온 환경으로 서서히 노출되도록 할 수 있다.
이러한 초전도 기기용 종단 구조체에 의하여 급격한 온도 변화에 따른 절연 파괴 가능성을 완화하면서, 초전도체에서 공급되는 전류를 상온의 도체 측으로 전송이 가능하게 된다.
그러나, 이러한 초전도 기기용 종단 구조체는 다음과 같은 문제점들이 있다.
대한민국 공개특허 10-2011-0005534호(이하, '종래기술 1'이라 함)은 극저온부(C)와 온도 구배부(B)를 밀폐판(도면부호 261)으로 구획하여 극저온의 액상 냉매와 온도 구배를 갖는 기상 냉매(g)를 물리적으로 분리하는 구조를 채용하나, 극저온 냉매에 노출되는 밀폐판과 밀폐판과 함께 설치되는 기밀부재(오링 등) 등의 기밀 또는 그 내구성을 보장하기 쉽지 않으며, 극저온의 액상 냉매와 기상 냉매(g)를 인위적인 구조물 등에 의하여 차단하는 방법은 바람직하지 않다.
그리고, 액상 냉매와 기상 냉매(g)가 수용되는 제2 관체(220)와 제3 관체(260)는 일체로 형성된 구조로 구성될 수도 있음이 개시되어 있으며, 그러한 경우 밀폐판과 함께 설치되는 기밀부재(오링 등) 등의 기밀 등의 문제는 발생되지 않을 수도 있으나, 밀폐판을 하부에 수용되는 액상 냉매의 액면을 필요에 따라 조절할 수 있는 방법이 없다. 즉, 밀폐판 하부에 액상 냉매가 수용되더라도 액상 냉매가 직접 밀폐판 등에 접촉되는 것은 바람직하지 않다.
그러나, 종래기술 1는 밀폐판 하부에 수용된 액상 냉매의 액면이 상승하여 밀폐판에 직접 접촉되는 것을 방지하는 구성에 대하여 개시한바 없다.
또한, 대한민국 공개특허 10-2011-0085717호(이하, '종래기술 2'이라 함)는 초전도 기기용 종단 구조체의 온도 구배부(B)에 대한 조립성, 구조적인 강도, 절연내력을 더 향상시키기 위하여, 온도 구배부(B)의 도체의 조립 연결 구조 및 절연 구조를 새로운 타입으로 개선하고, 온도 구배부(B)를 착탈이 가능하게 구성하였다. 그러나 종래기술 2의 경우에도 종래기술 1과 마찬가지로 극저온부(C)와 온도 구배부(B)를 구획하는 스페이서 부재(도면부호 14)가 극저온의 액상 냉매에 직접 노출되는 구조를 가지므로, 스페이서 부재와 함께 설치되는 기밀부재(오링 등) 등의 기밀 또는 그 내구성을 보장하기 쉽지 않고, 종래기술 1과 마찬가지로 스페이서 부재(도면부호 14)에 액상 냉매의 액면이 접촉되는 것을 방지하기 위한 액면 위치 조절방법을 개시한바 없다.
또한, 일본 공개특허 特開2011-160641호(이하, '종래기술 3'이라 함)은 내부 압력 용기(도면부호 22)에 하부에는 액체 냉매층(도면부호 5)이 수용되고, 그 상부에는 냉매 가스(도면부호 4)가 수용되는 구조를 채용한다. 종래기술 3에서는 액상 냉매가 수용되는 극저온층과 기상 냉매(g)가 수용되는 온도 구배부(B) 사이에 밀폐판 또는 스페이서 부재 등에 의한 차단 구조물이 채용되지 않으므로, 밀폐판 또는 스페이서 부재 자체 또는 밀폐판 또는 스페이서 부재를 장착하기 위하여 구비되는 오링 등의 기밀부재가 극저온의 액상 냉매에 직접 노출되어 발생되는 문제점이 발생되지 않을 수 있으나, 종래기술 3의 초전도 기기용 종단 구조체 역시 상온부(A)로서의 고전압 인출부(도면부호 13)는 온도 구배부(B)(도면부호 12)에 수용된 냉매 가스층(도면부호 4)와 플랜지(flange, 도면부호 6)에 의하여 구획되어 있으나, 극저온부(C)(도면부호 11)와 온도 구배부(B)(도면부호 12) 사이에서 액상 냉매의 액면의 위치를 조절하는 방법을 개시하지 않는다.
따라서, 액상 냉매의 액면이 비정상적으로 상승하는 경우, 상온부(A)와 온도 구배부(B)를 구획하기 위한 플랜지(도면부호 6)가 극저온의 액상 냉매에 노출될 수 있으므로, 기밀을 위한 기밀부재 등의 기밀 또는 그 내구성을 보장하기 어려움은 마찬가지이다.
그리고, 종래기술 3은 극저온부(C) 및 온도 구배부(B)에 구비된 도체선과 부싱이 플랜지(flange, 도면부호 6)를 관통하여 상온부(A)(도면부호 13)까지 연장되고 상온부(A)(도면부호 13)를 온도 구배부(B)(도면부호 12)로부터 착탈이 가능하도록 구성한다는 개시가 없으므로, 다른 외부 기기와의 연결이 쉽지 않다.
또한, 액상 냉매가 저장되는 극저온부(C)와 기상 냉매(g)가 저장되는 온도 구배부(B) 사이에 격벽, 플랜지 또는 스페이서 등의 구획부재를 생략하고, 전술한 기밀보장 또는 기밀부재의 내구성을 확보하고자 하는 시도가 있다.
즉, 액상 냉매가 저장되는 극저온부(C)와 기상 냉매(g)가 저장되는 온도 구배부(B) 사이에 격벽, 플랜지 또는 스페이서 등의 구획부재를 생략함과 동시에 액상 냉매의 액면의 위치를 인위적으로 조절하는 방법은 일본 공개공보 特開2011-40705호(이하, '종래기술 4'이라 함)에 소개된 바 있다.
즉, 냉매조(도면부호 13) 내의 액상 냉매(13l)의 액면(13f)을 조절하기 위한 액체면 조정수단 (도면부호 21)을 구비하여, 액면의 위치가 상승하면, 액체면 조정수단 (도면부호 21)을 통해 온도 구배부(B)에 기상 냉매(g)를 강제 공급하는 방법을 사용하여 액상 냉매의 액면(ls)이 극저온부(C)와 온도 구배부(B) 등에 접근하는 것을 차단하는 방법을 사용한다. 그러나, 온도 구배부(B)에 별도의 기체 공급관 등을 형성하면, 기밀이 보장되어야 하는 온도 구배부(B)의 기밀의 신뢰성에 문제가 될 수 있다.
그리고, 종래기술 4 역시 극저온부(C) 및 온도 구배부(B)에 배치된 도체선과 부싱이 상온부(A)까지 연장되고, 상온부(A)를 온도 구배부(B)로부터 착탈이 가능하도록 구성한다는 개시가 없으므로, 다른 외부 기기와의 연결이 쉽지 않다.
또한, 대한민국 공개특허 10-2007-0102651호(이하, '종래기술 5'이라 함)는 냉매조(11)의 내면(11a)와 부싱(10)의 외측면 사이의 간극을 줄여서 자연스럽게 액면이 온도 구배부(B)에 위치하도록 시도하였으나, 단지 특정 실험조건에서만 적용될 수 있는 수치조건이며, 일반화할 수 없는 한계가 있으므로, 플랜지 등의 내구성 또는 기밀 등의 보장을 위해서 바람직한 방법이 될 수 없다. 따라서, 종래기술 5 역시 적극적으로 액상 냉매의 액면의 위치를 하강시키기 위한 액면 위치 조절수단에 대한 개시가 없으므로 전술한 문제점들이 발생될 수 있다.
그리고, 종래기술 5 역시 극저온부(C) 및 온도 구배부(B)에 배치된 도체선과 부싱이 상온부(A)까지 연장되고, 상온부(A)를 온도 구배부(B)로부터 착탈이 가능하도록 구성한다는 개시가 없으므로, 다른 외부 기기와의 연결이 쉽지 않거나, 추가적인 접속함을 필요로 한다.
본 발명은 초전도 기기용 종단 구조체를 구성하며 액상 냉매가 수용되는 극저온부와 기상 냉매가 수용되는 온도 구배부를 구획하는 구획부재 등을 생략함과 동시에 액상 냉매의 액면이 비정상적으로 상온부 측으로 접근하여 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 초전도 기기용 종단 구조체를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부, 상기 극저온부 상부에 기상 냉매가 수용되어 기상 냉매의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부를 구비하는 냉매용기, 상기 냉매용기에 구비되는 적어도 1개의 액면 위치 조절장치, 상기 냉매용기에 구비되어 냉매용기의 온도, 냉매용기에 수용된 냉매의 온도 또는 압력을 감지하기 위한 적어도 1개의 감지유닛, 상기 감지유닛에서 감지된 감지정보에 근거하여 판단된 액상 냉매의 액면 위치에 따라 상기 액면 위치 조절장치를 제어하는 제어부, 상기 냉매용기와 구획되며, 절연오일 또는 절연가스가 수용되어 상온부를 구성하는 상온부 관체 및, 상기 냉매용기의 액상 냉매 내에서 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 상기 밀봉부재를 관통하여 상기 상온부 관체로 연장되는 도체선을 포함하는 초전도 기기용 종단 구조체를 제공한다.
또한, 상기 감지유닛은 상기 냉매용기에 구비되는 온도 센서일 수 있다.
이 경우, 상기 온도 센서는 상기 냉매용기 표면의 온도를 측정할 수 있다.
그리고, 상기 온도 센서는 복수 개가 구비되며, 적어도 하나의 온도 센서는 상기 냉매용기 중 상기 온도 구배부에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 감지유닛은 상기 냉매용기에 구비되는 압력 센서일 수 있다.
또한, 상기 압력 센서는 서로 다른 위치에 2개 이상 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 및 기상 냉매의 압력을 각각 측정하기 위하여 상기 압력 센서는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부에 적어도 1개씩 구비될 수 있다.
그리고, 상기 극저온부에 설치된 압력 센서는 상기 극저온부 최하부의 액상 냉매의 압력을 측정할 수 있는 위치에 설치될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부에 각각 구비된 압력 센서에 의하여 측정된 압력의 압력차를 통해 상기 액상 냉매의 액면의 위치를 판단할 수 있다.
또한, 상기 냉매용기는 밀봉부재에 의하여 밀폐되며, 상기 상온부 관체는 상기 밀봉부재에 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 냉매용기를 감싸는 진공용기를 더 포함하며, 상기 진공용기는 상기 냉매용기의 상단 하부 영역이 외부로 노출되도록 상기 냉매용기를 감쌀 수 있다.
그리고, 상기 액면 위치 조절장치는 전열히터이며, 상기 전열히터는 상기 냉매용기의 외표면에 부착될 수 있다.
여기서, 상기 전열히터는 상기 온도 구배부에 복수 개가 서로 다른 높이에 이격되어 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 냉매용기 내에 수용된 액상 냉매의 액면이 미리 결정된 범위에 머물도록 상기 전열히터를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 미리 결정된 범위의 하한은 상기 도체선의 하부의 부싱에 구비된 복수 개의 박전극 중 최상위 위치에 구비된 박전극의 높이일 수 있다.
그리고, 상기 미리 결정된 범위의 상한은 상기 온도 구배부에 구비된 전열히터 중 최하부에 위치한 전열히터의 하단의 높이일 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하부에 액상 냉매가 수용되며, 액상 냉매의 액면 상부에 기상 냉매가 수용되는 냉매용기, 상기 냉매용기에 구비되는 적어도 1개의 전열히터, 상기 냉매용기에 구비되어 상기 냉매용기 또는 상기 냉매용기에 수용된 냉매의 온도를 측정하기 위한 적어도 1개의 온도 센서, 상기 온도 센서에서 감지된 감지정보에 근거한 액면 위치에 따라 상기 전열히터를 제어하는 제어부, 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 하부는 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매에 침지되며, 상부는 상기 기상 냉매가 수용된 냉매용기 상부로 연장된 제1 도체선, 상기 냉매용기를 상단을 밀폐하는 밀봉부재, 상기 밀봉부재를 매개로 상기 제1 도체선과 착탈 가능하게 접속되어 상방으로 연장되는 제2 도체선, 상기 제2 도체선을 감싸며 내부에 절연오일 또는 절연가스가 수용되고 상기 밀봉부재에 착탈 가능하게 장착되는 상온부 관체를 포함하는 초전도 기기용 종단 구조체를 제공한다.
이 경우, 상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지된 온도가 미리 결정된 온도 이하로 하강하는 경우 상기 전열히터를 작동시킬 수 있다.
그리고, 상기 전열히터는 복수 개가 상기 냉매용기 외측에 구비되며, 상기 온도 센서는 상기 전열히터와 각각 인접하여 복수 개가 상기 냉매용기 외측에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 복수 개의 전열히터 중 적어도 하나의 전열히터의 작동시점, 작동시간, 단위 시간당 발열량이 나머지 전열히터와 다르도록 제어하거나, 복수 개의 전열히터의 작동시점, 작동시간, 단위 시간당 발열량이 동일하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 냉매용기의 수용공간 중 액상 냉매가 수용되는 수용공간 및 상기 기상 냉매가 수용되는 수용공간의 일부를 진공 단열시키기 위한 진공용기를 더 포함하며, 상기 진공용기는 상기 냉매용기의 상단 하부 영역이 외부로 노출되도록 상기 냉매용기를 감싸고, 복수 개의 전열히터 중 적어도 하나의 전열히터는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비된 전열히터의 작동시간이 나머지 전열히터의 작동시간보다 길도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비된 전열히터의 작동시점이 나머지 전열히터의 작동시점보다 빠르도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비된 전열히터의 단위 시간당 발열량이 나머지 전열히터의 단위 시간당 발열량보다 크도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 또는 기상 냉매의 압력을 측정하기 위한 적어도 1개의 압력 센서를 더 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 압력 센서는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부에 각각 1개씩 구비되어 각각 기상 냉매 및 액상 냉매 내부의 압력을 감지하며, 상기 제어부는 각각의 압력 센서에 의하여 감지된 압력차에 의해 상기 액상 냉매의 액면의 위치를 판단할 수 있다.
그리고, 상기 밀봉부재는 도전성 커낵터가 중심부에 구비되고, 상기 도전성 커넥터에 상기 제1 도체선 및 제2 도체선이 체결될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 초전도 도체 측에 접속되고, 외측에 부싱이 구비된 도체선의 하부가 침지된 액상 냉매가 수용되는 극저온부, 상기 극저온부와 연통되어 기상 냉매가 온도 구배를 갖으며 수용되고, 상기 도체선이 상방으로 연장되어 배치되며 온도 구배부 및, 상기 온도 구배부와 구획되며, 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부의 도체선이 연장되어 인출되는 상온부 및, 상기 극저온부에 수용된 액상 냉매의 액면이 미리 결정된 범위에 위치하도록 상기 온도 구배부 또는 상기 극저온부에 구비되는 적어도 1개 이상의 액면 위치 조절장치를 포함하는 초전도 기기용 종단 구조체를 제공한다.
이 경우, 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부의 온도 또는 압력을 측정하기 위하여 상기 극저온부 또는 상기 온도 구배부에 구비되는 감지유닛을 더 포함하며, 상기 액면 위치 조절장치는 상기 감지유닛에 의하여 감지된 정보에 따라 판단되는 상기 극저온부에 수용된 액상 냉매의 액면의 위치에 따라 상기 액면 상의 액상 냉매를 기화시켜 액면의 위치를 낮출 수 있다.
그리고, 상기 액면 위치 조절장치는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부를 구성하는 냉매용기 외표면에 구비된 적어도 1개의 전열히터일 수 있다.
여기서, 상기 전열히터에서 발생된 열은 상기 냉매용기를 통해 전도되어 상기 액면 상의 액상 냉매를 기화시키는 방법으로 액상 냉매의 액면이 미리 결정된 범위에 위치하도록 작동될 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 액면 위치 조절장치로서의 전열히터 등을 구비하여, 액상 냉매의 액면의 위치를 인위적으로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 온도 센서 및 압력 센서에 의하여 감지된 온도 또는 압력에 의하여, 냉매용기 내측에 수용된 액상 냉매의 액면의 위치를 정확하게 판단할 수 있으므로, 전열히터의 작동에 따른 액면의 위치 변화를 정확하게 파악할 수 있으며, 액상 냉매의 액면의 위치를 정교하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 냉매용기의 상단 영역 일부를 상온 환경에 노출시켜 액면 상승에 따른 문제점을 어느 정도 완화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 초전도 기기용 종단 구조체가 설치되는 환경에 따라 진공용기 외부로 노출되는 냉매용기의 면적 등을 조절하여, 액상 냉매의 액면의 높이를 상온 환경에 따라 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 액면의 상승을 완화할 수 있으므로, 밀봉부재 또는 오링 등의 기밀부재가 극저온의 냉매에 노출되어 발생될 수 있는 기밀성 또는 내구성 등을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 상온부를 구성하는 상온부 관체와 그 내부에 구비된 도체선을 냉매용기를 밀폐하기 위하여 구비되는 밀봉부재 등으로부터 착탈이 가능하도록 구비되므로, 다른 외부기기와 쉽게 연결하여, 별도의 접속함 등이 필요하지 않을 수 있으며, 종단 접속함의 용도변경이 간편하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 다른 실시예를 도시한다.
도 3는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 블록 구성도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 초전도 도체 측에 접속되고, 외측에 부싱이 구비된 도체선(210)의 하부가 침지된 액상 냉매(l)가 수용되는 극저온부(C), 상기 극저온부(C)와 연통되어 기상 냉매(g)가 온도 구배를 갖으며 수용되고, 상기 도체선이 상방으로 연장되어 배치되며 온도 구배부(B) 및, 상기 온도 구배부(B)와 구획되며, 상기 극저온부(C) 및 상기 온도 구배부(B)의 도체선이 연장되어 인출되는 상온부(A) 및 상기 극저온부(C)에 수용된 액상 냉매의 액면이 미리 결정된 범위에 위치하도록 상기 온도 구배부 또는 상기 극저온부(C)에 구비되는 적어도 1개 이상의 액면 위치 조절장치를 포함할 수 있다.
초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 초전도 기기를 구성하는 초전도체 측에 접속되는 도체선이 극저온의 액상 냉매에 침지되는 극저온부(C)와, 상기 극저온부(C)에 수용된 액상 냉매의 액면(ls)으로부터 높이가 상승함에 따라 일정한 온도 구배를 갖도록 수용된 기상 냉매 내부에 상기 도체선이 배치된 온도 구배부(B) 및 상기 온도 구배부(B)와 구획되며, 상온 환경에서 절연오일 또는 절연가스가 수용되고 상기 도체선이 연장되어 인출되는 상온부(A)로 구획될 수 있다.
극저온의 액상 냉매가 수용되는 극저온부(C)와 기상 냉매가 수용되는 온도 구배부(B)는 상호 연통된 구조를 가지므로, 상기 극저온부(C)에 수용된 액상 냉매의 액면(ls)은 액상 냉매의 온도 및 내부의 압력에 따라 승강이 가능하다.
상기 극저온부(C)와 상기 온도 구배부(B)는 액상 냉매가 수용되는 냉매용기(300)를 액면(ls)의 위치에 따라 구분되는 영역으로 이해될 수 있다.
상기 도체선(210)은 상기 초전도체(12) 측에 접속된다. 여기서, 상기 도체선(210)이 상기 초전도체(12) 측에 접속된다는 의미는 상기 도체선(210)이 초전도체(12)와 연결부, 조인트 또는 기타 접속부 등의 접속수단을 통해 직접 접속되는 경우와 아래 설명된 연결도체 등을 채용하여 간접적으로 접속되는 경우 모두를 포함하는 의미로 해석되는 것이 바람직하다.
상기 극저온부(C)는 초전도 기기의 코어를 구성하는 초전도체(12)의 단부와, 이 단부가 접속되는 연결도체(120)가 접속부(110)에서 연결되며, 상기 접속부(110)에서 접속된 연결도체(120)는 도체선(210)과의 조인트(130) 등을 통해 전기적 연결이 될 수 있다.
도 1에 도시되지 않았으나, 상기 접속부(110) 근방에 열수축에 의하여 발생될 수 있는 응력을 해소하기 위한 절연 지지물이 구비될 수도 있다.
상기 조인트(130)는 상기 연결도체(120)의 온도에 따른 수평방향 수축 또는 인장에도 불구하고, 상기 도체선(210) 등과 안정적으로 연결될 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 조인트(130)는 유연한 재질의 편조선 연결부재 등을 포함할 수 있다.
상기 조인트(130)에 연결된 상기 도체선(210)은 냉매용기(300)의 상단 방향으로 연장된다.
상기 도체선(210)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 구성될 수 있으며, 외측에는 부싱(220)이 구비될 수 있다. 물론, 상기 도체선(210)은 부싱(220)이 생략된 나도체 형태로 제공될 수 있다.
구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등은 초전도 기기가 사용되는 냉매 온도, 예를 들어 냉매로서 액체 질소를 사용할 경우, 액체 질소의 온도 근방에 있어서도 전기적 저항이 작은 금속 등의 도전성 재료의 예이다.
상기 부싱(220)은 스테인레스관 및 그 외측에 에틸렌프로필렌 고무 또는 강화 섬유 플라스틱(FRP)등의 절연물질로 피복된 형태일 수 있다.
또한, 상기 부싱은 외주의 길이방향 상단부 및 하단부(222)에 경사면에 수직한 방향으로 박(箔)전극(2221)이 구비될 수 있으며, 박전극(2221)이 구비된 부분은 테이퍼 형상을 갖을 수 있다.
상기 부싱(220)에 구비된 박전극(2221)은 전계 완화 수단으로 채용될 수 있다.
상기 극저온부(C)에 구비되는 액상 냉매(l) 및 상기 온도 구배부(B)의 기상 냉매(g)는 냉매를 수용하는 냉매용기(300)에 저장될 수 있다. 냉매용기는 강도가 우수한 스테인리스 등의 금속으로 구성할 수 있다.
상기 냉매용기(300)는 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부(C), 상기 극저온부(C) 상부에 기상 냉매(g)가 수용되어 기상 냉매(g)의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부(B)를 구비하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 냉매용기(300)는 하부에 액상 냉매(l)가 수용되고, 그 상부에 기상 냉매(g)가 수용되며, 상기 도체선(210)의 하부가 침지되는 구조를 갖을 수 있다.
또한, 상기 냉매용기(300) 하부에 수용된 액상 냉매(l)의 액면(ls)은 내부의 온도 또는 압력에 따라 승강될 수 있다. 상기 기상 냉매(g)는 액상 냉매가 액상 질소인 경우, 기상 질소일 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 상기 온도 구배부(B)를 상기 상온부(A)와 구획된 상태로 밀봉하기 위한 밀봉부재(600)를 구비할 수 있다.
상기 냉매용기(300)의 상단은 개방된 구조를 갖을 수 있으며, 상기 냉매용기(300)를 밀폐하며, 상기 밀봉부재(600)는 내후성, 내부식성이 풍부한 플라스틱으로서의 에폭시(epoxy) 등의 재질일 수 있다.
상기 밀봉부재(600)를 경계로 상기 온도 구배부(B) 상부에 상온부(A)가 구비될 수 있다.
상기 상온부(A)는 내측에 상기 도체선(210)이 연장되어 배치될 수 있으며, 상기 도체선(210)를 감싸며 내부에 절연오일 또는 절연가스(공기 또는 SF6 가스 등)가 수용되는 상온부 관체(700)를 구비할 수 있다. 상기 상온부 관체(700)는 자기관 형태를 갖을 수 있다.
상기 상온부(A)를 경유한 도체선(210)은 온도 변화에 따른 충격을 최소화하며 외부로 인출될 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 종래 기술들과 달리 극저온부(C)와 온도 구배부(B) 사이에 별도의 플랜지 부재, 격벽 또는 밀봉재 등이 채용되지 않는 구조를 채용하므로, 플랜지 부재, 격벽 또는 밀봉재 등이 액상 냉매에 노출되어 경화 또는 파손되는 문제점을 완화할 수 있다.
따라서, 상기 극저온부(C)와 상기 온도 구배부(B)의 냉매가 수용되는 냉매용기(300) 상부에서 액면(ls)의 높이는 주로 액상 냉매의 온도 또는 압력에 따라 승강될 수 있다. 물론, 온도 구배부(B) 내의 기상 냉매의 온도 또는 압력이 급격하게 변화되는 경우에도 상기 액면(ls)의 높이에 어느 정도 영향을 줄 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 상기 극저온부(C)와 상기 온도 구배부(B)를 구획하는 부재를 생략하였다. 액상 냉매(l)의 액면(ls)이 비정상적으로 상승하는 경우에는 액면(ls)이 상기 상온부(A)와 상기 온도 구배부(B)를 구획 및 밀폐하는 밀봉부재(600)에 도달할 수 있다. 극저온 상태의 액상 냉매가 밀봉부재(600)에 접근하면 밀봉부재 또는 그 오링 등의 기밀성 또는 내구성에 문제가 발생될 수 있으므로, 냉매용기(300)에 수용된 액상 냉매(l)의 액면(ls)을 미리 결정된 범위에 유지되도록 하기 위하여 상기 온도 구배부(B) 내부에 수용된 액상 냉매(l)의 액면(ls)의 위치를 조절하기 위한 액면 위치 조절장치를 포함할 수 있다.
종래 기술의 경우, 냉매용기 내부로 냉매를 주입 또는 인출하는 방법으로 액면(ls)의 위치를 조절하는 방법이 소개되었으나, 기밀 유지에 유리한 방법이 아니다.
상기 액면 위치 조절장치는 가열장치 또는 냉각장치일 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 액면 위치 조절장치로 가열장치가 사용되는 경우를 자세히 검토하기로 한다. 그러나, 이는 냉각장치를 사용하는 경우를 발명에서 제외하는 것이 아니다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체는 액면 위치 조절장치로서 가열장치, 더 구체적으로는 전열히터를 채용하는 방법을 소개한다.
구체적으로, 상기 액면 위치 조절장치는 상기 극저온부(C) 및 상기 온도 구배부(B)를 구성하는 냉매용기(300) 외표면에 구비된 적어도 1개의 전열히터(500)일 수 있다.
상기 전열히터(500)는 상기 냉매용기(300)의 외표면에 구비될 수 있으며, 상기 전열히터(500)에서 발생된 열은 주로 금속 재질의 냉매용기(300)를 따라 전도되어 액면 상의 액상 질소를 기화시켜 액면의(ls) 높이를 하강시킬 수 있다.
그리고, 상기 냉매용기(300)를 진공 단열시키기 위하여 감싸는 진공용기(400)을 구비할 수 있다.
상기 진공용기(400)는 상기 초전도 기기의 진공 단열부와 연통되도록 구성될 수 있으며, 상기 진공용기의 하부 및 상기 진공용기를 감싸도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 상기 진공용기는 상기 냉매용기(300)의 상부까지 연장되어 상기 냉매의 진공 단열을 가능하게 할 수 있다.
상기 전열히터(500)는 상기 냉매용기(300)에 구비되며, 상기 냉매용기(300) 내에서 액상 냉매의 액면(ls)이 상기 밀봉부재(600) 측으로 접근되는 것을 방지하기 위하여 상기 냉매용기(300)를 가열하여 상기 액상 냉매의 액면(ls)의 위치를 조절할 수 있으며, 상기 전열히터(500)는 상기 냉매용기(300) 외표면에 부착된 형태로 제공될 수 있다. 상기 전열히터(500)는 밴드 히터(band heater) 형태일 수 있다.
상기 전열히터(500)는 액상 냉매(l)의 액면(ls)이 미리 결정된 범위(R1)에 유지되도록 선택적으로 작동될 수 있다.
여기서, 상기 도체선(210)에 구비된 부싱(220)의 하단부(222)에 구비된 복수 개의 박전극(2221) 중 최상부 박전극(2221)이 액면의 하강에 의하여 기상 냉매에 노출되지 않도록 상기 미리 결정된 범위(R1)의 하단은 상기 부싱의 하부에 구비된 복수 개의 박전극(2221) 중 최상부 박전극의 높이(상단 높이) 이상일 수 있다.
즉, 전계 완화를 위하여 구비되는 박전극이 노출되는 환경이 액상 냉매 내부로 일정하게 유지되도록 하기 위함이다.
또한, 상기 미리 결정된 범위(R1)의 상단은 상기 전열히터(500)의 하단일 수 있다. 즉, 전열히터(500)의 하단 이상의 높이로 액면(ls)이 상승되지 않도록 액면(ls)의 위치가 제어되는 것이 바람직하다. 전열히터(500)가 액면(ls)의 위치보다 낮은 곳에 배치되면 전열히터를 작동시켜도, 전열히터에서 제공된 열은 액면 상의 액상 냉매의 기화에 사용되지 않고 액면보다 하부에 수용된 액상 냉매의 온도만 높일 수 있기 때문이다.
상기 전열히터(500)의 제어를 통해 액면(ls)의 위치가 미리 결정된 범위에 위치하도록 조절하기 위해서는 상기 냉매용기(300) 내부에 수용된 액상 냉매(l)의 위치를 정확하게 판단하는 것이 필요하다.
도 2는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 다른 실시예를 도시한다. 도 1을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.
초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부의 온도를 상기 극저온부 또는 상기 온도 구배부에 구비되는 감지유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 감지유닛은 온도 센서(T)일 수 있다.
상기 온도 센서(T)는 상기 냉매용기에 구비되어 상기 냉매용기 또는 상기 냉매용기에 수용된 냉매의 온도를 측정하기 위하여 구비될 수 있다. 그리고, 상기 온도 센서(T)는 상기 전열히터와 각각 인접한 위치에 구비될 수 있다.
상기 온도 센서(T)는 상기 냉매용기(300)에 부착되어 상기 냉매용기(300)의 표면 온도를 측정할 수도 있고, 상기 냉매용기(300) 내측에 수용된 액상 냉매 또는 기상 냉매의 온도를 직접 측정할 수도 있다.
도 2에 도시된 실시예는 상기 온도 센서(T)가 상기 냉매용기(300)의 표면에 구비되어 상기 냉매용기(300)의 표면 온도를 측정하는 경우를 도시한다.
상기 온도 센서(T)를 상기 전열히터(500)와 인접한 위치에 구비하는 이유는 상기 온도 센서(T)에 의하여 파악된 냉매 용기의 온도에 의하여 파악되는 액면의 위치에 따라 상기 전열히터(500)를 정교하게 작동시키기 위함이다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 상기 감지유닛에서 감지된 감지정보에 근거한 액면 위치에 따라 상기 전열히터(500)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
도 3는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 다른 실시예를 도시한다. 도 1 및 도 2를 참조한 설명과 중복된 부분은 생략한다.
도 3에 도시된 실시예는 상기 냉매용기(300)에 구비되어 냉매용기(300)에 수용된 냉매의 압력을 감지하기 위한 감지유닛으로서 압력 센서가 구비된다.
상기 압력 센서(P)는 온도 센서와 마찬가지로 온도 구배부 등에 수용된 기상 냉매(g) 등의 압력을 감지하여 액상 냉매의 액면의 위치를 파악하기 위하여 구비될 수 있다.
예를 들면, 기상 냉매(g)의 압력을 측정하고, 측정된 압력이 낮아지면, 액상 냉매의 액면이 상승하고 있다고 판단할 수 있으며, 냉매의 온도에 따른 액상 냉매의 액면의 위치를 파악하는 방법과 마찬가지로 기상 냉매(g)의 압력에 따른 액면(ls)의 위치를 실험적으로 측정하고 이를 데이터 베이스화하여, 압력 센서(P)에 의하여 기상 냉매의 압력을 감지하여 액상 냉매(l)의 액면의 위치를 파악할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 다른 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 3을 참조한 설명과 중복된 부분은 생략한다.
도 4에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 액면(ls)의 위치를 인위적으로 조절하기 위한 액면 위치 조절장치로서의 전열히터가 복수 개 구비된다.
구체적으로, 도 3에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 상기 냉매용기 외표면에 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))가 구비되는 예를 도시한다.
도 4에 도시된 실시예는 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))가 상기 냉매용기(300)의 온도 구배부 영역의 서로 다른 높이에 나란히 장착된다.
또한, 각각의 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))의 인접한 위치에 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)가 구비될 수 있다.
각각의 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)는 상기 냉매용기(300)의 서로 다른 위치에 부착되어 상기 냉매용기(300)의 표면 온도, 구체적으로 냉매용기(300) 중 온도 구배부(B)의 높이에 따른 표면 온도를 측정할 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))와 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)는 냉매용기(300) 중 온도 구배부(B)의 높이에 따라 순차적으로 번갈아 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))와 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)를 번갈아 배치되면, 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)는 장착 위치의 냉매 용기의 온도를 측정할 수 있으므로, 상기 온도 구배부 내에 수용된 기상 냉매의 온도 구배에 따른 냉매 용기의 온도를 각각 측정할 수 있다.
또한, 복수 개의 온도 센서를 상기 온도 구배부(B)의 서로 다른 높이에 이격시켜 장착하고, 각각의 온도센서에 의하여 측정된 각각의 위치별 온도를 시간의 흐름에 따라 모니터링하는 경우, 특정 온도센서에 의하여 측정된 온도가 특정시점에 급격히 하강/상승하는 경우, 액면은 해당 시점에 그 특정 온도센서가 부착된 냉매용기 내측면을 통과하여 상승/하강 중이라고 판단할 수 있다.
물론 후술하는 제1식 또는 제2식에 의하여 액면의 높이를 비교적 정확하게 판단할 수도 있지만, 만일 온도 센서만 구비되는 경우에도 온도 구배부의 영역별 시간에 따른 온도 변화를 관찰하여도 액면의 위치를 어느 정도 추정할 수 있다.
그리고, 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))는 각각의 온도 센서에 의하여 감지된 온도 정보에 근거한 액면의 위치를 신속하고 정교하게 조절하도록 함께 또는 독립적으로 작동될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))는 동시에 작동되면 단위 시간당 발열량을 극대화하여, 신속하게 액상 냉매의 액면(ls)의 위치를 조절할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))는 특정 전열히터를 메인 액면 위치 조절장치로 사용하고, 나머지 액면 위치 조절장치를 보조 액면 위치 조절장치로 작동시키는 방법도 가능하다.
예를 들면, 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3)) 중 제1 전열히터(500(1))를 메인 전열히터로 상시 작동 또는 단독 작동하도록 하고, 제2 및 제3 전열히터(500(2), 500(3))를 보조 액면 위치 조절장치로 작동하도록 제어할 수 있다.
따라서, 상기 냉매용기(300) 내측의 액면의 위치가 급격하게 상승하면, 상기 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)에서 측정된 온도의 구배가 커질 것이고 이와 같은 경우, 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))를 동시에 작동시켜 단위 시간당 발열량을 극대화하고, 신속하게 액상 냉매의 액면(ls)의 위치를 조절할 수 있다.
반면, 상기 냉매용기(300) 내측의 액면의 위치가 서서히 상승하면, 상기 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)에서 측정된 온도의 구배가 작아질 것이고 이와 같은 경우, 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3)) 중 하나 또는 두 개의 전열히터만 작동시키고, 나머지 전열히터는 작동 중지시킬 수 있다.
이 경우, 최상부에 구비된 전열히터인 제1 전열히터(500(1))를 메인 전열히터로 사용하고 제2 및 제3 전열히터(500(2), 500(3))를 보조 전열히터로 사용될 수 있다.
상기 냉매용기에 구비된 전열히터 중 최상부에 구비된 전열히터를 메인 전열히터로 사용하는 이유는 액면이 상기 냉매용기 상단을 밀봉하는 밀봉부재 등에 접근되는 것을 방지하고, 밀봉부재 또는 그와 함께 설치되는 오링 등의 기밀부재의 지나친 냉각을 방지하기 가장 쉬운 위치이기 때문이다.
또한, 액면의 위치가 상승하여도 상기 밀봉부재로 접근하는 것은 이례적인 상황일 것이므로, 특정 전열히터를 메인 전열히터로 선정한다면 최상부 전열히터를 메인 전열히터로 선정하고 메인 전열히터를 주로 작동시켜 기상 냉매를 직접 가열하여 액상 냉매의 액면의 위치를 하강시켜 조절하기 용이하다.
그리고, 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 냉매용기(300) 내측에 수용된 냉매의 압력을 감지하기 위한 압력센서를 구비한다.
도 4에 도시된 실시예는 도 3에 도시된 실시예와 달리, 압력 센서가 2개 구비되어 상기 냉매용기의 온도 구배부(B) 및 극저온부(C)에 각각 구비되어 내부에 수용된 기상 냉매(g)의 압력 및 액상 냉매(l)의 압력을 각각 측정할 수 있다.
즉, 제1 압력 센서(P1)는 상기 냉매용기(300) 중 온도 구배부(B)에 구비되어 그 내부의 기상 냉매의 압력을 측정할 수 있도록 설치될 수 있으며, 제2 압력 센서(P2)는 상기 냉매용기(300) 중 극저온부(C)에 구비되어 그 내부의 액상 냉매의 압력을 측정할 수 있도록 설치될 수 있다.
압력 센서를 제1 압력 센서(P1) 및 제2 압력 센서(P2)로 복수 개 구비하는 이유는 각각의 압력 센서에 의하여 감지되는 압력의 압력차를 계산하기 위함이다.
상기 제2 압력 센서(P2)가 극저온부의 최하부에 수용된 액상 냉매의 압력을 감지하고, 기상 냉매의 압력은 상기 온도 구배부에서 영역별 편차가 크지 않다면, 제1 압력 센서(P1) 및 제2 압력 센서(P2)에서 각각 측정된 기상 냉매(g)의 압력 및 액상 냉매(l)의 압력의 압력차(ΔP)는 아래의 제1식으로 이해될 수 있다.
(제1식) ------ 압력차(ΔP) = 액체냉매 밀도(ρ) * 중력가속도(g) * 액체냉매 액면 높이(H(c))
따라서, 액상 냉매의 액면의 위치를 결정하는 액체냉매 액면 높이(H(c))는 아래의 제2식으로 결정될 수 있다.
(제2식)------ 액체냉매 액면 높이(H(c)) = 압력차(ΔP) / (액체냉매 밀도(ρ) * 중력가속도(g))
이와 같이, 상기 압력 센서는 도 3에 도시된 바와 같이, 한 개 구비되어 기상 냉매의 압력을 측정하여 기상 냉매의 압력에 따라 액상 냉매의 액면의 위치를 직접 판단할 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개 구비되어 액상 냉매의 전체 높이에 따른 압력차(ΔP)를 계산하여 보다 정확하게 액상 냉매의 액면의 위치를 판단할 수도 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 액상 냉매의 액면의 위치를 조절하기 위하여 전열히터를 구비하고, 액상 냉매의 위치를 조절하기 위한 자료 데이터로서 냉매용기의 온도 또는 냉매의 압력 등을 측정하는 방법을 사용할 수 있다.
이러한 온도 또는 압력을 감지하기 위한 감지유닛은 온도 센서 및 압력 센서 중 어느 한 종류의 센서만 사용되어야 하는 것은 아니며, 도 4에 도시된 바와 같이, 2종 센서가 함께 장착되어 액상 냉매의 액면의 위치를 온도 및 압력의 차원에서 각각 판단하도록 구성될 수 있다.
그리고, 도 4에 도시된 실시예에서, 복수 개의 전열히터(500)는 액상 냉매의 액면(ls)이 미리 결정된 범위(R2)에 유지되도록 선택적으로 작동될 수 있다.
마찬가지로, 상기 도체선(210)에 구비된 부싱(220)의 하단부(222)에 구비된 복수 개의 박전극(2221) 중 최상부 박전극(2221)이 액면의 하강에 의하여 기상 냉매에 노출되지 않도록 상기 미리 결정된 범위(R2)의 하단은 상기 부싱의 하부에 구비된 복수 개의 박전극(2221) 중 최상부 박전극의 높이 이상일 수 있으며, 상기 미리 결정된 범위(R2)의 상단은 전술한 실시예들과 마찬가지 논리로 복수 개의 전열히터 중 최하단에 위치한 제3 전열히터(500(3))의 하단일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 다른 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 4를 참조한 설명과 중복된 부분은 생략한다.
도 5에 도시된 실시예는 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 도 4에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체와 마찬가지로 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))가 상기 냉매용기(300)의 온도 구배부 영역의 서로 다른 높이에 나란히 장착되고, 각각의 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))의 인접한 위치에 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)가 구비되어 온도 구배부(B)의 높이에 따른 온도센서 장착부위의 냉매용기(300)의 표면 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 냉매용기(300)에 수용된 액상 냉매 및 기상 냉매의 압력을 각각 측정하기 위하여 제1 및 제2 압력 센서(P1, P2)를 구비할 수 있다. 상기 제1 압력 센서(P1)는 상기 냉매용기(300) 중 온도 구배부(B)에 구비되어 그 내부의 기상 냉매의 압력을 측정할 수 있도록 설치될 수 있으며, 제2 압력 센서(P2)는 상기 냉매용기(300) 중 극저온부(C)에 구비되어 그 내부의 액상 냉매의 압력을 측정할 수 있도록 설치될 수 있다.
도 5에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 상기 극저온부(C)와 상기 온도 구배부(B)를 구획하는 부재를 생략하였다. 액상 냉매(l)의 액면(ls)이 비정상적으로 상승하는 경우에는 액면(ls)이 상기 상온부(A)와 상기 온도 구배부(B)를 구획 및 밀폐하는 밀봉부재(600)에 도달할 수 있다. 극저온 상태의 액상 냉매가 밀봉부재(600)에 접근하면 밀봉부재 또는 그 오링 등의 기밀성 또는 내구성에 문제가 발생될 수 있으므로, 냉매용기(300)에 수용된 액상 냉매(l)의 액면(ls)을 미리 결정된 범위에 유지되도록 하기 위하여 인위적으로 냉매용기(300) 중 온도 구배부 상부의 일부 영역에 외부 환경의 열침입 또는 흡열이 가능하도록 냉매용기 일부가 노출되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 진공용기(400)눈 극저온의 액상 냉매(l) 및 기상 냉매(g)를 수용하기 위한 냉매용기(300)의 상단의 하부 영역(도면부호 310으로 표시된 영역)의 일부가 외부로 노출되도록 상기 냉매용기(300)를 감싸도록 구성될 수 있다.
여기서, 냉매용기(300)의 상단의 하부 영역(도면부호 310으로 표시된 영역)이란 상기 밀봉부재(600)가 구비되는 상기 냉매용기(300)의 상단 이하의 영역을 의미하며, 이하 '냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)'으로 지칭한다.
상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)이 외부, 즉 상온 환경으로 노출되면, 극저온 상태의 냉매보다 상대적으로 고온인 외부 환경으로부터 열전달 또는 열침입이 발생될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하여, 상기 진공용기에 의하여 차폐되지 않는 상기 냉매용기(300)의 상부의 일부 영역, 즉 상단 영역은 상온 환경에 노출되도록 구성될 수 있다.
상기 냉매용기(300)의 상부의 상단 하부 영역(310)이 상온에 노출되도록 하면 상온 환경에서 상기 진공용기 측으로 직접 열침입이 발생될 수 있다.
이러한 인위적인 열침입에 의하여 해당 영역 내측의 기상 냉매는 흡열하여 어느 정도 액면(ls)을 하강시켜 상기 밀봉부재(600) 또는 오링 등의 기밀부재에 액상 냉매(l)의 액면(ls)이 접근하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체는 액상 냉매의 액면의 위치를 인위적으로 하강하기 위한 전열히터를 구비하지만, 전열히터가 작동되지 않는 경우에도 상기 냉매용기(300)의 상부의 상단 하부 영역(310)을 통한 열침입에 의하여 액면의 상승을 어느 정도는 차단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체는 전열히터가 구비된 경우에도 전열히터의 작동을 최소화하기 위하여 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)이 진공용기(400) 외부로 노출될 수 있는 구조를 갖을 수 있다.
초전도체의 냉각을 위해 사용되는 냉매는 질소가 사용될 수 있으며, 질소의 끓는점은 -196도씨에 이르므로, 기상 냉매가 수용된 냉매용기(300)의 상부의 일부 영역이 상온 환경에 노출되는 것만으로도 흡열에 의한 액상 냉매의 기화 및 액면(ls)의 하강이 가능할 수 있다.
즉, 상기 냉매용기(300)의 상부 일부분의 상온 환경 노출에 의하여 상기 냉매용기(300)로 전달된 열은 액면(ls) 근방의 액상 냉매의 기화 과정에 사용될 수 있다.
여기서, 외부로 노출되는 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)의 높이(h)는 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)의 표면적에 비례하고, 상온 환경으로 노출된 표면적은 단위 시간당 냉매 측으로 전달되는 열량과 비례한다. 따라서, 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)의 높이(h)는 상기 냉매용기(300)에 수용된 액상 냉매의 액면이 상기 도체선을 감싸는 부싱의 하단부와 상기 밀봉부재(600) 사이의 범위에 위치하도록 외부 환경의 온도 등을 고려하여 결정될 수 있다. 물론, 액면이 상기 밀봉부재(600)에 근접하도록 접근하는 경우 기밀성 등의 문제가 발생될 수 있으므로 충분한 하방 여유를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)이 조금이라도 노출시키도록 구성된다면 상기 냉매용기(300)에 장착되는 작동되는 전열히터의 개수, 전열히터의 작동시간 또는 작동횟수를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
도 5에 도시된 실시예에서도 복수 개의 전열히터 중 최상부에 위치한 제1 전열히터(500(1))를 메인 전열히터로 상시 작동 또는 단독 작동하도록 하고, 제2 및 제3 전열히터(500(2), 500(3))를 보조 액면 위치 조절장치로 작동하도록 제어할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예의 제1 전열히터(500(1))는 제2 및 제3 전열히터(500(2), 500(3))와 달리 외부로 노출된 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)에 구비되므로 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)은 자연적인 열침입 및 전열히터에 의한 가열에 의하여 내부에 수용된 액면 상의 액상 냉매를 기화시키는 방법으로 액상 냉매의 액면을 신속하게 하강시킬 수 있다.
또한, 전열히터를 상기 냉매용기(300) 중 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)에 장착하면 전열히터 등의 유지보수, 예를 들면 고장시 수리 또는 교체가 편리하다는 장점을 갖는다.
따라서, 전열히터를 복수 개 장착하는 경우에는 적어도 하나를 상온 환경으로부터 열침입이 가능하도록 외부로 노출된 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)에 장착하는 것이 바람직하다.
즉, 작동시간이 길거나 작동횟수가 많은 주된 액면 위치 조절장치로서, 진공용기 내측에 구비된 전열히터가 아닌 진공용기 외측으로 노출된 전열히터가 사용되는 것이 바람직하다.
그리고, 전열히터가 하나만 장착되는 경우에도 냉매용기의 일부가 상온으로 노출되는 경우라면, 상온으로 노출된 냉매용기의 표면에 전열히터를 장착하는 것이 전열히터의 유지보수의 관점에서 바람직하다.
그러나, 냉매가 수용되는 냉매용기(300)의 일부를 상온 환경에 노출시키는 방법은 전열히터 형태로 구성되는 액면 위치 조절장치와 필수적으로 함께 구성되는 것은 아니며, 보조적으로 채용될 수도 있다.
즉, 초전도 기기용 종단 구조체(1000)가 설치되는 지역의 기후 또는 날씨 변화 등에 따라 선택적으로 또는 함께 적용될 수도 있다.
예를 들면, 계절 변화가 크지 않은 지역에서는 상온 환경으로 노출되는 냉매용기(300)의 면적 등을 최적화하여 냉매의 액면(ls)의 위치를 전술한 미리 결정된 범위에 오도록 제어하여, 전열히터의 작동을 최소화할 수 있다.
상온 환경이 계절 변화 또는 일교차에 의한 상온 환경의 온도변화가 큰 경우라면, 전열히터의 작동이 액면 위치 조절에 주된 역할이 되도록 상온 환경으로 노출되는 냉매용기(300)의 면적을 조절하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 다른 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 5을 참조한 설명과 중복된 부분은 생략한다.
도 6에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 하부에 액상 냉매가 수용되며, 액상 냉매의 액면 상부에 기상 냉매가 수용되는 냉매용기(300), 상기 냉매용기에 구비되는 적어도 1개의 전열히터(500), 상기 냉매용기에 구비되어 상기 냉매용기 또는 상기 냉매용기에 수용된 냉매의 온도를 측정하기 위한 적어도 1개의 온도 센서(T), 상기 온도 센서에서 감지된 감지정보에 근거한 액면 위치에 따라 상기 전열히터를 제어하는 제어부(미도시), 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 하부는 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매에 침지되며, 상부는 상기 기상 냉매가 수용된 냉매용기 상부로 연장된 제1 도체선(210), 상기 냉매용기를 상단을 밀폐하는 밀봉부재, 상기 밀봉부재를 매개로 상기 제1 도체선과 착탈 가능하게 접속되어 상방으로 연장되는 제2 도체선, 상기 제2 도체선(810)을 감싸며 내부에 절연오일 또는 절연가스가 수용되고 상기 밀봉부재에 착탈 가능하게 장착되는 상온부 관체(700)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예는 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 도 4 또는도 5에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체와 마찬가지로 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))가 상기 냉매용기(300)의 온도 구배부 영역의 서로 다른 높이에 나란히 장착되고, 각각의 상기 제1 내지 제3 전열히터(500(1), 500(2), 500(3))의 인접한 위치에 제1 내지 제3 온도센서(T1, T2, T3)가 구비되어 온도 구배부(B)의 높이에 따른 온도센서 장착부위의 냉매용기(300)의 표면 온도를 측정할 수 있으며, 상기 냉매용기(300)에 수용된 액상 냉매 및 기상 냉매의 압력을 각각 측정하기 위하여 제1 및 제2 압력 센서(P1, P2)를 구비할 수 있다.
상기 제1 압력 센서(P1)는 상기 냉매용기(300) 중 온도 구배부(B)에 구비되어 그 내부의 기상 냉매의 압력을 측정할 수 있도록 설치될 수 있으며, 제2 압력 센서(P2)는 상기 냉매용기(300) 중 극저온부(C)에 구비되어 그 내부의 액상 냉매의 압력을 측정할 수 있도록 설치될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 실시예에서도 복수 개의 전열히터 중 최상부에 위치한 제1 전열히터(500(1))를 메인 전열히터로 상시 작동 또는 단독 작동하도록 하고, 제2 및 제3 전열히터(500(2), 500(3))를 보조 액면 위치 조절장치로 작동하도록 제어할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예의 제1 전열히터(500(1))는 제2 및 제3 전열히터(500(2), 500(3))와 달리 외부로 노출된 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)에 구비되므로 상기 냉매용기(300)의 상단 하부 영역(310)은 자연적인 열침입 및 전열히터에 의한 가열이 함께 수행될 수 있으므로 액상 냉매의 액면을 신속하게 하강시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서, 초전도 기기의 초전도체와 접속되는 도체선은 상기 밀봉부재(600)를 관통하여 상온부(A)측으로 연장되는 구조를 갖는다.
즉, 도 1 내지 도 5에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 구역별로 상온부(A), 온도구배부(B), 극저온부(C)로 구획되고, 도체선이 하나로 구성되어 있으므로, 상온부(A)와 온도구배부(B)의 분리가 쉽지 않다.
따라서, 도 1 내지 도 5에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 도체선 등이 분리되지 않으므로, 외부기기 또는 다른 접속함과 연결하기 위해서는 단말구조가 복잡해질 수 있고, 많은 용적을 차지할 수 있으며, 절연 취약부 등이 증가할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 온도 구배부(B)와 상기 상온부(A)가 착탈이 가능하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 밀봉부재(600)를 경계로 하여, 상기 상온부(A)가 착탈이 가능하도록 구성하는 방법을 사용한다.
상기 상온부(A)를 상기 온도 구배부(B)로부터 착탈이 가능하도록 구성하기 위해서는 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예의 극저온부(C), 온도 구배부(B) 및 상온부(A)를 따라 배치되어 상온 환경으로 인출되는 하나의 도체선으로 구성할 수 없다.
따라서, 도 6에 도시된 실시예는 상기 극저온부(C) 및 상기 온도 구배부(B), 즉 냉매용기(300) 측에 제1 도체선(210)을 배치하고, 상기 밀봉부재(600)를 매개로 제2 도체선(810)을 상기 상온부(A)를 구성하는 상온부 관체(700) 측에 배치한다. 그리고, 상기 밀봉부재(600)에서 상기 제1 도체선(210) 및 제2 도체선(810)이 접속시키는 방법을 사용할 수 있다.
즉, 초전도 기기용 종단 구조체(1000)에 구비되는 도체선을 2개의 분리된 도체선(210, 810)을 채용하는 방법으로 냉매가 저장되며 상기 밀봉부재(600)에 의하여 밀폐된 냉매용기(300)와 상온부(A)를 분리할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)를 구성하는 밀봉부재(600)는 상기 제1 및 제2 도체선(210, 810)을 상호 체결함과 동시에 전기적으로 연결하기 위하여 도전성 커넥터(610)를 구비할 수 있다.
상기 밀봉부재(600)는 에폭시 등의 재질로 구성될 수 있으며, 상기 도전성 커넥터(610)는 상기 밀봉부재(600)를 상하로 관통하는 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다.
상기 제1 도체선(210)과 상기 제2 도체선(810)은 상기 도전성 커넥터(610)의 하면과 상면에 각각 볼트 등의 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.
또한, 상기 냉매용기(300)의 상단(320), 상기 밀봉부재(600)의 테두리 및 상기 상온부 관체(700)의 하단(710)은 볼트 등의 체결부재에 의하여 함께 체결될 수 있도록 상기 냉매용기(300)의 상단 및 상기 상온부 관체(700)의 하단은 플랜지 구조를 갖을 수 있다.
상기 상온부(A) 내부에 배치되며 상기 밀봉부재(600)에 체결되는 상기 제2 도체선(810) 역시 부싱(820)이 구비될 수 있으며, 상기 상온부 관체(700) 내부에는 절연오일 또는 절연가스가 수용될 수 있다.
따라서, 상기 상온부(A)를 구성하는 제2 도체선(810) 및 상기 상온부 관체(700)는 상기 밀봉부재(600)으로부터 분리가 가능하여, 다른 외부기기와 쉽게 연결할 수 있으며, 별도의 접속함 없이, 종단 접속함의 용도변경이 용이할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 블록 구성도를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체는 적어도 1개 이상의 온도 센서 및/또는 적어도 1개 이상의 압력 센서를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체는 상기 온도 센서 또는 압력센서에서 감지된 감지정보에 근거한 액면 위치에 따라 상기 전열히터를 제어하는 제어부를 구비할 수 있다. 상기 전열히터 역시 적어도 1개 이상 구비될 수 있다.
도 7에 도시된 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 각각 p 개의 온도 센서(T1, T2, , Tp) 및 q 개의 압력 센서(P1, P2, , Pq)를 구비하여 각각의 온도 센서 및 압력 센서에서 측정된 온도 및 압력에 따라 판단되는 액상 냉매의 액면의 위치에 따라 r 개의 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))를 각각 제어할 수 있다.
상기 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 제어부에 의한 상기 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))의 제어변수는 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))의 작동시점, 작동시간, 단위 시간당 발열량 등일 수 있다.
상기 제어부에 의한 상기 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))의 제어변수로서의 단위 시간당 발열량은 상기 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))를 구성하는 히터에 공급되는 전기 에너지의 크기를 조절하는 방법으로 수행될 수 있다.
그리고, 초전도 기기의 냉매용기 상단 하부가 진공용기 외부로 노출되는 구조를 갖는 경우, 상기 제어부는 상기 진공용기 외측으로 노출된 전열히터를 메인 전열히터로 작동하도록 제어할 수 있으며, 메인 전열히터의 작동시간이 나머지 전열히터의 작동시간보다 길도록 제어하거나, 상기 메인 전열히터의 작동시점이 나머지 전열히터의 작동시점보다 빠르도록 제어하거나, 상기 메인 전열히터의 단위 시간당 발열량이 나머지 전열히터의 단위 시간당 발열량보다 크도록 제어할 수 있다.
복수 개의 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))를 구비하는 경우, 각각의 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))가 동일한 출력을 갖는다면, 초전도 기기용 종단 구조체에서 전열히터로 발생시킬 수 있는 단위 시간당 발열량은 복수 개의 전열히터 중 작동시키는 전열히터의 개수로도 결정될 수 있지만, 각각의 전열히터의 출력이 조절 가능한 경우라면, 단일 각각의 전열히터의 출력을 조절하는 방법으로도 단위 시간당 발열량을 미세하게 조절할 수도 있다.
그리고, 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))를 제어하는 제어부는 각각의 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r))를 독립제어가 가능하도록 구성할 수 있고, 복수 개의 전열히터(500(1), 500(2), , 500(r)) 중 적어도 하나의 액면 위치 조절장치의 작동시점, 작동시간, 단위 시간당 발열량이 나머지 액면 위치 조절장치와 다르도록 제어할 수 있음은 전술한 바와 같다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
1000 : 초천도 기기의 종단 구조체
A : 상온부
B : 온도 구배부
C : 극저온부
300 : 냉매용기
400 : 진공용기
500 : 전열히터
600 : 밀봉부재
P : 압력 센서
T : 온도 센서

Claims (31)

  1. 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부, 상기 극저온부 상부에 기상 냉매가 수용되어 기상 냉매의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부를 구비하는 냉매용기;
    상기 냉매용기에 구비되는 적어도 1개의 액면 위치 조절장치;
    상기 냉매용기에 구비되어 냉매용기의 온도, 냉매용기에 수용된 냉매의 온도 또는 압력을 감지하기 위한 적어도 1개의 감지유닛;
    상기 감지유닛에서 감지된 감지정보에 근거하여 판단된 액상 냉매의 액면 위치에 따라 상기 액면 위치 조절장치를 제어하는 제어부;
    상기 냉매용기와 밀봉부재에 의하여 구획되며, 절연오일 또는 절연가스가 수용되어 상온부를 구성하는 상온부 관체; 및,
    상기 냉매용기의 액상 냉매 내에서 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 상기 밀봉부재를 관통하여 상기 상온부 관체로 연장되는 도체선;을 포함하고
    상기 액면 위치 조절장치는 전열히터이며, 적어도 하나의 전열히터는 상기 냉매용기의 온도 구배부 외표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지유닛은 상기 냉매용기에 구비되는 온도 센서인 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 냉매용기 표면의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 온도 센서는 복수 개가 구비되며, 적어도 하나의 온도 센서는 상기 냉매용기 중 상기 온도 구배부에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지유닛은 상기 냉매용기에 구비되는 압력 센서인 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압력 센서는 서로 다른 위치에 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 및 기상 냉매의 압력을 각각 측정하기 위하여 상기 압력 센서는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부에 적어도 1개씩 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 극저온부에 설치된 압력 센서는 상기 극저온부 최하부의 액상 냉매의 압력을 측정할 수 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부에 각각 구비된 압력 센서에 의하여 측정된 압력의 압력차를 통해 상기 액상 냉매의 액면의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉매용기는 밀봉부재에 의하여 밀폐되며, 상기 상온부 관체는 상기 밀봉부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 진공용기는 상기 냉매용기의 상단 하부 영역이 외부로 노출되도록 상기 냉매용기를 감싸는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전열히터는 상기 온도 구배부에 복수 개가 서로 다른 높이에 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉매용기 내에 수용된 액상 냉매의 액면이 미리 결정된 범위에 머물도록 상기 전열히터를 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 미리 결정된 범위의 하한은 상기 도체선의 하부의 부싱에 구비된 복수 개의 박전극 중 최상위 위치에 구비된 박전극의 높이인 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 미리 결정된 범위의 상한은 상기 온도 구배부에 구비된 전열히터 중 최하부에 위치한 전열히터의 하단의 높이인 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  17. 하부에 액상 냉매가 수용되며, 액상 냉매의 액면 상부에 기상 냉매가 수용되는 냉매용기;
    상기 냉매용기에 구비되는 적어도 1개의 전열히터;
    상기 냉매용기에 구비되어 상기 냉매용기 또는 상기 냉매용기에 수용된 냉매의 온도를 측정하기 위한 적어도 1개의 온도 센서;
    상기 온도 센서에서 감지된 감지정보에 근거한 액면 위치에 따라 상기 전열히터를 제어하는 제어부;
    초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 하부는 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매에 침지되며, 상부는 상기 기상 냉매가 수용된 냉매용기 상부로 연장된 제1 도체선;
    상기 냉매용기를 상단을 밀폐하는 밀봉부재;
    상기 밀봉부재를 매개로 상기 제1 도체선과 착탈 가능하게 접속되어 상방으로 연장되는 제2 도체선;
    상기 제2 도체선을 감싸며 내부에 절연오일 또는 절연가스가 수용되고 상기 밀봉부재에 착탈 가능하게 장착되는 상온부 관체;를 포함하며,
    상기 냉매용기의 수용공간 중 액상 냉매가 수용되는 수용공간 및 상기 기상 냉매가 수용되는 수용공간을 진공 단열시키기 위한 진공용기를 더 포함하며, 적어도 하나의 상기 전열히터는 상기 기상 냉매가 수용되는 상기 냉매용기 외표면에 구비되는 초전도 기기용 종단 구조체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지된 온도가 미리 결정된 온도 이하로 하강하는 경우 상기 전열히터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전열히터는 복수 개가 상기 냉매용기 외측에 구비되며, 상기 온도 센서는 상기 전열히터와 각각 인접하여 복수 개가 상기 냉매용기 외측에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 복수 개의 전열히터 중 적어도 하나의 전열히터의 작동시점, 작동시간, 단위 시간당 발열량이 나머지 전열히터와 다르도록 제어하거나, 복수 개의 전열히터의 작동시점, 작동시간, 단위 시간당 발열량이 동일하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  21. 제19에 있어서,
    상기 진공용기는 상기 냉매용기의 상단 하부 영역이 외부로 노출되도록 상기 냉매용기를 감싸고, 복수 개의 전열히터 중 적어도 하나의 전열히터는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비된 전열히터의 작동시간이 나머지 전열히터의 작동시간보다 길도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비된 전열히터의 작동시점이 나머지 전열히터의 작동시점보다 빠르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진공용기 외측으로 노출된 상기 냉매용기 외표면에 구비된 전열히터의 단위 시간당 발열량이 나머지 전열히터의 단위 시간당 발열량보다 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 또는 기상 냉매의 압력을 측정하기 위한 적어도 1개의 압력 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부에 각각 1개씩 구비되어 각각 기상 냉매 및 액상 냉매 내부의 압력을 감지하며, 상기 제어부는 각각의 압력 센서에 의하여 감지된 압력차에 의해 상기 액상 냉매의 액면의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 도전성 커낵터가 중심부에 구비되고, 상기 도전성 커넥터에 상기 제1 도체선 및 제2 도체선이 체결되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  28. 초전도 도체 측에 접속되고, 외측에 부싱이 구비된 도체선의 하부가 침지된 액상 냉매가 수용되는 극저온부;
    상기 극저온부와 연통되어 기상 냉매가 온도 구배를 갖으며 수용되고, 상기 도체선이 상방으로 연장되어 배치되며 온도 구배부;
    상기 온도 구배부와 구획되며, 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부의 도체선이 연장되어 인출되는 상온부; 및,
    상기 극저온부에 수용된 액상 냉매의 액면이 미리 결정된 범위에 위치하도록 상기 온도 구배부 또는 상기 극저온부에 구비되는 적어도 1개 이상의 액면 위치 조절장치;를 포함하며,
    상기 액면 위치 조절장치는 전열히터이며, 적어도 하나의 전열히터는 상기 온도 구배부의 냉매용기 외표면에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 극저온부 및 상기 온도 구배부의 온도 또는 압력을 측정하기 위하여 상기 극저온부 또는 상기 온도 구배부에 구비되는 감지유닛을 더 포함하며, 상기 액면 위치 조절장치는 상기 감지유닛에 의하여 감지된 정보에 따라 판단되는 상기 극저온부에 수용된 액상 냉매의 액면의 위치에 따라 상기 액면 상의 액상 냉매를 기화시켜 액면의 위치를 낮추는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
  30. 삭제
  31. 제28항에 있어서,
    상기 전열히터에서 발생된 열은 상기 냉매용기를 통해 전도되어 상기 액면 상의 액상 냉매를 기화시키는 방법으로 액상 냉매의 액면이 미리 결정된 범위에 위치하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
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