KR102011151B1 - 초전도 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 케이블 내부에 구비되는 진공부의 스페이서를 통한 열침입이 최소화될 수 있도록 구조가 개선된 초전도 케이블에 관한 것이다. 본 발명에 따른 초전도 케이블에 의하면, 초전도 케이블에 구비되는 스페이서 등을 통한 열침입이 최소화될 수 있다.

Description

초전도 케이블{SUPERCONDUCTING CABLE}

본 발명은 초전도 케이블 내부에 구비되는 진공부의 스페이서를 통한 열침입이 최소화될 수 있도록 구조가 개선된 초전도 케이블에 관한 것이다.

초전도 시스템은 극저온에서 초전도체의 저항이 제로에 수렴하는 특성을 사용하여 상대적으로 낮은 전압에서도 많은 양의 전류를 송전할 수 있다는 장점이 있다.

초전도 케이블의 초전도 조건을 조성하기 위해서는 초전도 케이블을 구성하는 초전도체의 극저온 환경이 보장되어야 한다.

따라서, 초전도체의 초전도 조건인 극저온 형성을 위하여, 초전도 케이블은 코어부 외측에 냉각 유로를 통해 액상 냉매를 유동시키고, 더 나아가 상기 냉각 유로 외측에 진공부를 형성하여 냉각된 초전도체를 진공 단열시켜, 초전도체의 초전도 조건을 유지할 수 있다.

초전도 케이블 내부에 진공부를 형성하는 방법은 진공을 형성할 수 있는 이격 공간을 확보하고, 그 공간 내부에 복수 개의 스페이서를 구비하여 이격 공간의 내측면과 외측면이 접촉되는 것을 물리적으로 방지하고, 이격 공간을 진공화하는 방법이 사용될 수 있다.

그리고, 이격 공간을 유지하기 위하여 구비되는 스페이서는 복수 개가 냉각 유로가 구비되는 냉각부 외측의 이격 공간의 둘레를 따라 분산되어 구비될 수 있다.

이와 같은 스페이서는 물리적으로 이격 공간을 형성하여 진공부를 형성할 수 있도록 하지만 진공부의 내측면과 외측면과 접촉된 상태인 경우에는 열침입 경로로 작용할 수 있다.

그러나, 이러한 스페이서가 열침입 경로가 된다면, 초전도 조건을 유지하기 위한 냉각부하가 증가되거나 초전도 조건이 쉽게 파괴될 수 있다.

본 발명은 초전도 케이블 내부에 구비되는 진공부의 스페이서를 통한 열침입이 최소화될 수 있도록 구조가 개선된 초전도 케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도층, 상기 초전도층을 감싸는 절연층, 상기 절연층 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하여 구성되는 적어도 1층 이상의 초전도 차폐층을 포함하는 코어부, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로가 구비되는 냉각부, 상기 냉각부 외측에 구비되는 내부 금속관, 상기 내부 금속관 외측면에 구비되며 단열재를 복수 회 감싸는 방법으로 구성되는 단열부, 상기 단열부 외부의 이격된 위치에 복수 개의 스페이서가 구비되는 진공부 및, 상기 진공부 외측에 구비되는 외부 금속관;을 포함하고, 상기 단열부 및 상기 외부 금속관 사이의 평균 이격거리는 상기 진공부에 구비된 스페이서의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 초전도 케이블을 제공한다.

이 경우, 초전도 케이블의 배치 방향에 따라 상기 스페이서 중 적어도 일부의 스페이서는 상기 외부 금속관 내측면에 접촉되고, 나머지 스페이서는 상기 외부 금속관과 이격될 수 있다.

그리고, 상기 스페이서는 유연성있는 로드 형태이며, 상기 스페이서는 초전도체의 길이 방향으로 상기 단열부를 나선형으로 권선하도록 구비될 수 있다.

여기서, 상기 스페이서는 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리 에틸렌 재질로 구성되며, 상기 스페이서의 외측 직경은 4 밀리미터(mm) 내지 8 밀리미터(mm)일 수 있다.

또한, 상기 냉각부 내측에 구비되는 코어부는 복수 개가 구비될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머, 초전도층, 절연층 및 초전도 차폐층을 포함하는 작아도 1개의 코어부, 상기 코어부 외측에 구비되는 액상 냉매가 유동되는 냉각유로, 상기 냉각유로 외측에 구비되는 내부 금속관, 상기 내부 금속관 외측에 구비되는 단열재가 코팅된 금속필름이 복층으로 권선된 단열층, 상기 단열층 외측에 일정 거리 이격되어 구비되는 외부 금속관 및, 상기 단열층 및 상기 외부 금속관 사이에 이격 공간을 구비하기 위한 복수 개의 이격 수단을 포함하며, 상기 이격 수단 중 적어도 일부의 이격 수단은 상기 단열층 외측면 및 상기 외부 금속관 내측면에 동시에 접촉되고, 나머지 이격수단은 상기 단열층의 외측면 및 상기 외부 금속관의 내측면 중 어느 하나에만 접촉되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블을 제공할 수 있다.

그리고, 상기 이격 수단은 3개 내지 5개가 구비되고, 상기 이격수단은 상기 단열부를 나선형으로 이격된 위치에서 권선되어 장착될 수 있다.

그리고, 상기 외부 금속관 및 상기 내부 금속관의 반경 편차는 상기 이격 수단의 직경보다 클 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 케이블에 의하면, 초전도 케이블의 코어부의 진공 단열을 위하여 구비되는 진공부 내에 구비되는 스페이서를 통한 열침입을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블에 의하면 별도의 구성요소를 추가하거나 변경하지 않아도 금속관 등의 직경 등을 조절하는 방법에 의하여 간단하게 냉각부 등으로의 열침입 경로를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블에 의하면, 초전도 케이블 내부로의 열침입을 최소화하며, 초전도 케이블을 냉각시키기 위한 냉각 시스템의 냉각 부하를 최소화하여 초전도 전력 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 순차적으로 탈피된 상태의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 초전도 케이블이 수평방향 설치된 상태의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예의 순차적으로 탈피된 상태의 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 초전도 케이블이 수평방향 설치된 상태의 단면도를 도시한다.
도 6은 종래의 초전도 케이블의 단면도를 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 케이블의 단계별 탈피된 사시도를 도시하며, 도 2는 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 초전도 케이블의 기본 구조를 설명한다.

초전도 케이블은 포머(110), 상기 포머(110) 외부를 감싸도록 상기 포머(110)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도체층(130), 상기 초전도체층(130)을 감싸는 절연층(140), 상기 절연층(140) 외부를 감싸도록 상기 포머(110)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하여 구성되는 적어도 1층 이상의 초전도 차폐층(180)을 포함하는 코어부(100), 상기 코어부(100)를 냉각하기 위하여, 상기 코어부(100) 외측에 구비되며, 상기 코어부(100)를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부(200),

상기 냉각부(200) 외측에 구비되는 내부 금속관(300), 상기 내부 금속관(300) 외측에 구비되며, 단열재(401)가 여러 층으로 감겨진 단열층을 형성하는 단열부(400), 상기 냉각부(200)를 진공 단열시키기 위하여, 상기 단열부(400) 외부의 이격된 위치에 복수 개의 스페이서(560)를 구비하는 진공부(500), 상기 진공부(500) 외측에 구비되는 외부 금속관(600) 및, 상기 외부 금속관(600) 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부(700)를 포함하며, 상기 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600) 사이의 평균 이격거리는 상기 진공부(500)에 구비된 스페이서(560)의 직경보다 크게 구성될 수 있다.

순차적으로 초전도 케이블을 구성하는 각각의 구성요소를 검토하면 다음과 같다. 상기 포머(110)는 납작하고 납작하고 긴 초전도체를 포머(110) 둘레에 장착하는 장소를 제공함과 동시에 형상을 형성하기 위한 틀로서 역할하고, 사고 전류가 흐르는 경로가 될 수 있다. 상기 포머(110)는 단면 원형의 복수의 구리(Cu) 소선(111)들을 원형으로 압축한 형태를 가질 수 있다.

상기 포머(110)를 구성하는 여러 가닥의 단면 원형의 구리(Cu) 소선(111)들을 원형으로 압축한 연선의 형태를 이루기 때문에 그의 표면이 올록볼록할 수밖에 없다. 따라서, 포머(110)의 올록볼록한 표면을 평활하게 하기 위하여 포머(110)의 외부에 평활층(120)이 피복될 수 있다. 상기 평활층(120)은 반도전성 카본지 또는 황동 테이프 등의 재질이 사용될 수 있다.

상기 평활층(120)에 의하여 평탄화된 상기 포머(110) 외측에 복수 개의 초전도체(131)로 둘러싸여 층이 형성되는 제1 초전도체층(130a)이 구비될 수 있다. 제1 초전도체층(130a)은 복수 개의 초전도체가 나란히 인접하여 상기 평활층(120) 둘레를 감싸도록 설치될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블을 통해 송전 또는 배전하려는 전류의 용량에 따라 초전도체층(130)은 복층으로 구성할 수도 있다.

도 1에 도시된 실시예는 총 2층의 초전도체층(130a, 130b)이 구비됨이 도시된다. 또한, 초전도체층을 단순히 적층하여 배치하면 전류의 표피효과에 따라 전류 용량이 증가되지 않는다. 이러한, 문제점을 방지하기 위하여 초전도체층을 복층으로 구비하는 경우에는 초전도체층(130a, 130b) 사이에 절연층(140)이 구비될 수 있다. 상기 절연층(140)은 절연 테이프 형태로 구성될 수 있으며, 적층되는 초전도체층(130a, 130b) 사이에 배치되어 초전도체층(130a, 130b)을 상호 절연시켜 적층된 초전도체의 표피효과를 방지할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 상기 초전도체층(130)은 제1 초전도체층(130a)과 제2 초전도체층(130b) 2층으로 구성된 예가 도시되었으나, 필요에 따라 더 많은 층의 초전도체층이 구비될 수도 있다.

그리고, 각각의 초전도체층(130a, 130b)을 구성하는 초전도체는 포머(110)를 구성하는 각각의 소선들과 병렬 연결될 수 있다. 초전도체로 흐르던 전류가 초전도 조건의 파괴 등의 사고시에 포머(110)의 소선으로 흐르도록 하기 위함이다. 이와 같은 방법으로 초전도 조건이 만족되지 않는 경우, 초전도체의 저항이 커지고 그에 따른 초전도체의 발열 또는 손상 등을 방지하기 위함이다.

상기 제1 초전도체층(130a) 외측에 구비되는 제2 초전도체층(130b)의 외부에 내부 반도전층(150)이 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(150)은 초전도체층(130)의 영역별 전계 집중을 완화하고 표면 전계를 고르게 하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(150)은 반도전 테이프가 권선되는 방식으로 구비될 수 있다.

상기 내부 반도전층(150) 외측에는 절연층(160)이 구비될 수 있다. 상기 절연층(160)은 초전도 케이블의 절연 내력을 증가시키기 위하여 구비될 수 있다. 일반적으로 고전압 케이블의 절연을 위해서는 XLPE(Cross Linking-Polyethylene) 또는 오일 방식(oil filled cable)이 사용되지만, 초전도 케이블은 초전도체의 초전도성을 위하여 극저온으로 냉각되고, 극저온에서는 XLPE가 파손되어 절연 파괴되는 문제점이 있고, 오일 방식(oil filled cable)은 환경 문제 등이 발생될 수 있으므로, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 절연층(160)으로서 일반 종이 재질의 절연지를 사용할 수 있으며, 상기 절연층(160)은 절연지를 복수 회 권선하는 방식으로 구성될 수 있다.

상기 절연층(160) 외부에는 외부 반도전층(170)이 구비될 수 있다. 상기 외부 반도천층 역시 초전도체층(130)의 영역별 전계 집중을 완화하고 표면 전계를 고르게 하기 위하여 구비될 수 있으며, 상기 외부 반도전층(170) 역시 반도전 테이프가 권선되는 방식으로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 외부 반도전층(170) 외측에는 초전도 차폐층(180)이 구비될 수 있다. 상기 초전도 차폐층(180)을 형성하는 방법은 상기 초전도체층(130)을 형성하는 방법과 마찬가지일 수 있다. 상기 외부 반도전층(170)의 표면이 고르지 못한 경우에는 필요에 따라 평활층(미도시)이 구비될 수 있으며, 상기 평활층 외부에 초전도 차폐층(180)을 형성하기 위한 초전도체를 각각 원주방향으로 나란히 배치할 수 있다.

상기 초전도 차폐층(180) 외측에는 코어부(100)의 외장 역할을 하는 코어 외장층(190)이 구비될 수 있다. 상기 코어 외장층(190)은 각종 테이프 또는 바인더 등을 포함할 수 있으며, 후술하는 냉각층에 코어부(100)가 노출될 수 있도록 외장 역할을 수행할 수 있다.

이와 같은 방법으로 초전도 케이블의 코어부(100)가 구성될 수 있으며, 도 1 및 도 2에서 상기 평활층 및 상기 반도전층은 동일 재질의 단일 층으로 구성되는 것으로 도시되었으나, 필요에 따라 다양한 부속층들이 추가될 수 있다.

상기 코어부(100) 외측에는 냉각부(200)가 구비될 수 있다. 상기 냉각부(200)는 상기 코어부(100)의 초전도체를 냉각하기 위하여 구비될 수 있으며, 상기 냉각부(200)는 그 내측에 액상 냉매의 순환유로가 구비될 수 있다. 상기 액상 냉매로는 액상 질소가 사용될 수 있으며, 상기 액상 냉매(액상 질소)는 영하 -200도 정도의 온도를 갖도록 냉각된 상태로 상기 냉객 유로를 순환하며 냉각부 내부의 코어부에 구비되는 초전도체의 초전도 조건인 극저온이 유지되도록 할 수 있다.

상기 냉각부(200)에 구비되는 냉각유로는 일방향으로 액상 냉매가 흐르도록 할 수 있으며, 초전도 케이블의 접속함 등에서 회수되어 재냉각되어 다시 상기 냉각부(200)의 냉각유로로 공급될 수 있다.

상기 냉각부(200) 외측에는 내부 금속관(300)이 구비될 수 있다. 상기 내부 금속관(300)은 후술하는 외부 금속관(600)과 함께 초전도 케이블의 포설 및 운전 중에 코어부(100)의 기계적인 손상을 방지하기 위한 초전도 케입블의 외장 역할을 수행한다. 초전도 케이블은 제작 및 운반이 용이하도록 드럼에 감기게 되며 설치 시에는 드럼에 감겨진 케이블을 전개하여 설치하므로 초전도 케이블에는 굽힘 응력 또는 인장 응력이 지속적으로 인가될 수 있다.

이러한 기계적 응력이 인가되는 상황에서도 초기 성능을 유지하도록 하기 위하여 내부 금속관(300)을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 내부 금속관(300)은 기계적 응력에 대한 강성 보강을 위하여 초전도 케이블의 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴고 구조(corrugated)를 가지며, 상기 내부 금속관(300)은 알루미늄 등의 재질로 구성될 수 있다.

상기 내부 금속관(300)은 상기 냉각부(200) 외측에 구비되므로, 액상 냉매의 온도에 대응되는 극저온일 수 있다. 따라서, 상기 내부 금속관(300)은 저온부 금속관으로 구분될 수 있다.

또한, 상기 내부 금속관(300) 외주면에는 반사율이 높은 금속 필름에 열전도율이 낮은 고분자가 얇게 코팅된 단열재가 여러 층으로 감겨진 단열층을 포함하는 단열부(400)가 구비될 수 있다. 상기 단열층은 멀티 레이어 인슐레이션(MLI, Multi Layer Insulation)을 구성하고, 상기 내부 금속관(300) 측으로 열침입이 발생되는 것을 차단하기 위하여 구비될 수 있다.

특히, 상기 내부 금속관(300)이 금속 재질로 구성되므로 전도에 의한 열침입 또는 열교환이 용이하므로, 상기 단열부(400)는 주로 전도에 의한 열교환 또는 열침입을 최소화할 수 있으며, 반사율이 높은 금속 필름 재질로 인하여 복사에 의한 열교환 또는 열침입을 방지하는 효과도 얻을 수 있다.

상기 단열부(400) 외측에는 진공부(500)가 구비될 수 있다. 상기 진공부(500)는 상기 단열부(400)에 의한 단열이 충분하지 못한 경우 발생될 수 있는 상기 단열층 방향으로의 대류 등에 의한 열전달을 최소화하기 위하여 구비될 있다.

상기 진공부(500)는 상기 단열부(400) 외측에 이격 공간을 형성하고, 상기 이격 공간을 진공화시키는 방법으로 형성할 수 있다.

상기 진공부(500)는 상온인 외부로부터 상기 코어부 측으로 대류 등에 의한 열침입을 방지하기 위하여 구비되는 이격 공간으로서, 물리적 이격 공간을 형성하기 위하여 적어도 하나의 스페이서(560)를 구비할 수 있다. 상기 진공부(500) 내의 이격 공간 그 외측에 구비되는 외부 금속관(600) 등과 상기 진공부(500) 내측의 상기 단열부(400)가 접촉되는 것을 초전도 케이블의 전 영역에서 방지하기 위하여 상기 이격 공간 내에 적어도 1개의 스페이서(560)를 구비할 수 있다.

상기 스페이서(560)는 초전도 케이블의 길이방향을 따라 배치될 수 있으며, 상기 코어부(100) 외측, 구체적으로는 상기 단열부(400)를 나선형으로 감싸도록 권선할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(560)는 복수 개가 구비될 수 있으며, 상기 스페이서(560)의 개수는 초전도 케이블의 종류 또는 크기에 따라 증감될 수 있다. 본 발명에 따른 초전도 케이블은 3개 내지 5개의 스페이서가 구비될 수 있다.

상기 스페이서(560)의 재질은 폴리 에틸렌(FEP, PFA, ETFE, PVC, P.E, PTFE) 재질일 수 있다.

또한, 상기 스페이서(560)은 필요에 따라 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질로 구성되거나, 일반 수지 또는 폴리 에틸렌 재질로 구성된 뒤 표면이 불화 폴리 에틸렌 등으로 코팅될 수 있다. 이 경우, 상기 불화 폴리 에틸렌은 테프론일 수 있다.

테프론(Teflon)은 불소수지의 일종으로, 테프론은 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 거의 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성들을 가지고 있다. 또한, 테프론은 어느 정도의 유연성을 가지므로, 상기 단열부(400)를 나선형으로 감싸며, 초전도 케이블의 길이방향으로 권선되어 배치될 수 있고, 어느 정도의 강도를 가지므로 단열부(400)와 외부 금속관(600)의 접촉을 방지하는 이격 수단으로 활용되어 진공부(500)를 구성하는 이격 공간을 물리적으로 유지하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 스페이서(560)의 직경은 4 밀리미터(mm) 내지 8 밀리미터(mm)일 수 있다.

상기 스페이서(560)이 구비된 상기 진공부(500) 외측에는 외부 금속관(600)이 구비될 수 있다. 상기 외부 금속관(600)은 상기 내부 금속관(300)과 동일한 형태와 재질로 구성될 수 있으며, 상기 외부 금속관(600)은 상기 내부 금속관(300)보다 더 큰 직경으로 구성되어 스페이서(560)를 통한 이격 공간의 형성을 가능하게 할 수 있다. 상기 스페이서(560)에 대한 자세한 설명은 뒤로 미룬다.

그리고, 상기 외부 금속관(600) 외측에는 초전도 케이블 내부를 보호하기 위한 외장 기능을 수행하는 시스부(700)가 구비될 수 있다. 상기 시스부는 통상적인 전력용 케이블의 시스부(700)를 구성하는 시스재가 사용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공부(500)에 구비된 상기 스페이서(560)는 상기 내부 금속관(300) 외부에 구비되는 단열부(400)를 감싸도록 4개가 구비됨이 도시된다.

그리고, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 초전도 케이블(1000)의 스페이서(560)의 직경(d)은 상기 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600) 사이의 평균 이격거리(Sa)보다 작다는 특징을 갖는다.

여기서, 상기 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600) 사이의 평균 이격거리(Sa)란 상기 내부 금속관(300) 및 상기 외부 금속관(600)의 중심축을 일치시켰을 때 상기 내부 금속관(300) 및 상기 외부 금속관(600)의 직경 차이에 의하여 발생되는 상기 단열부(400)의 외면 및 상기 외부 금속관(600)의 내면 사이에 형성된 이격 공간의 평균 폭(상기 단열부(400)의 외면 및 상기 외부 금속관(600)의 내면 사이의 최단 거리의 평균값)을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

상기 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600) 사이의 평균 이격거리(Sa)가 상기 진공부(500)에 구비된 스페이서(560)의 직경보다 크도록 구성되는 이유에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 초전도 케이블이 수평방향 설치된 상태의 단면도를 도시하며, 도 6은 종래의 초전도 케이블이 수평 방향으로 설치된 상태의 단면도를 도시한다.

도 3에 도시된 실시예에서, 상기 진공부(500)에는 4개의 스페이서가 구비될 수 있다. 제1 내지 제4 스페이서(560a, 560b, 560c, 560d)는 각각 일정 간격으로 상기 단열부(400)에 구비될 수 있다.

초전도 케이블은 일반적으로 지중 또는 지하에 수평방향으로 설치될 수 있다. 따라서, 초전도 케이블이 수평방향으로 설치된 상태에서 초전도 케이블의 단면 형상은 도 3에 도시된 바와 같은 형태일 수 있다.

즉, 상기 진공부(500) 내부의 냉각부 및 코어부 등의 하중에 의하여 초전도 케이블(1000)이 수평 설치되는 경우 중력 방향으로 진공부를 형성하는 이격 공간이 제거되는 상태로 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(500)이 접근되도록 배치될 수 있다.

물론, 제1 스페이서(560a)에 의하여 도 3의 도면을 기준으로 상기 단열부(400)의 하부의 외측면과 상기 외부 금속관(600)의 내측면이 접촉되는 것을 방지하여 진공부 형성을 위한 이격 공간을 물리적으로 유지할 수 있다.

여기서, 도 3의 확대도에 도시된 바와 같이, 상기 외부 금속관(600)에서 상기 스페이서(560)를 경유하여 상기 단열부(400) 측으로 전도 방식에 의한 열침입이 발생될 수 있다.

상기 스페이서(560)는 어느 정도의 유연성이 있는 재질이고, 상기 단열부(400)는 테이프 형태의 단열재가 복수 회 피복된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 스페이서(560)에 의하여 압착되는 경우, 상기 단열부(400)의 압착 부위는 스페이서(560)의 형태에 따라 눌리게 되고 그에 따라 열침입 경로의 면적이 더 증대되어 열침입량이 더 커질 수 있다. 이와 같은 열침입 경로 역할을 수행하는 상기 스페이서에 의한 상호 접촉은 필수적으로 발생된다.

즉, 열침입을 최소화하기 위하여 진공부(500)를 위한 이격 공간을 형성하기 위한 스페이서 자체를 생략할 수 없으나, 복수 개의 스페이서가 구비되는 경우 열침입이 발생되는 스페이서의 개수를 최소화할 수는 있다.

구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단열부 및 상기 외부 금속관 사이의 평균 이격거리는 상기 진공부에 구비된 스페이서의 직경보다 크도록 구성하는 경우에는 초전도 케이블을 설치한 상태에서, 제1 스페이서(560a)만 단열부와 외부 금속관에 동시에 접촉되고, 제2 내지 제4 스페이서(560b, 560c, 560d)는 상기 단열부(400)에 권선된 상태로 상기 외부 금속관(600)의 내측면과 분리된 상태를 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 케이블은 초전도 케이블의 배치 방향에 따라 상기 스페이서 중 적어도 일부의 스페이서는 상기 외부 금속관 내측면에 접촉되고 나머지 스페이서는 외부 금속관의 내측면에 접촉되지 않을 수 있다.

물론, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 초전도 케이블의 설치 각도가 변경되는 경우에는 2개 이상의 스페이서가 단열부와 외부 금속관에 동시에 접촉될 수도 있으나 도 4에 도시된 바와 같이 상기 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600) 사이의 평균 이격거리(Sa)가 진공부에 구비되는 스페이서(560)의 직경과 같거나 더 작은 경우에는 모든 스페이서(560)가 열침입 경로가 되어 열침입량이 증대될 수 있다.

전술한, 본 발명에 따른 초전도 케이블이 스페이서를 통한 열침입을 최소화하기 위하여 열침입 경로로 역할하는 스페이서의 개수를 줄이기 위하여 최소한의 스페이서만 외부 금속관에 접촉되도록 구성할 수 있다.

상기 단열부(400)를 구성하는 단열재는 필름 형태로 구성되고, 복수 회 권선되는 방식으로 구성되므로 스페이서에 의하여 일정 깊이 가압되어 변형될 수 있으므로, 진공부 형성을 위한 이격 공간의 평균 이격 거리는 결국 내부 금속관 및 외부 금속관의 반경의 편차가 적어도 스페이서의 직경보다는 크도록 설정되어야 함을 의미한다. 물론, 상기 단열부의 두께가 두꺼운 경우에는 상기 금속관 간의 반경 편차는 단열부 두께를 반영하여 열침입이 불가능 하도록 증가시킬 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예를 도시하며, 도 5는 도 4에 도시된 초전도 케이블이 수평방향으로 설치된 상태의 단면도를 도시한다. 도 1 내지 도 3을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예는 초전도 케이블에 구비된 코어부(100)의 개수가 3개인 3상 초전도 케이블을 도시한다.

3상 초전도 케이블은 각각의 코어부(100)가 독립적으로 냉각부(200)를 구비하는 구조가 아니라 3개의 코어부(100) 외측에 냉각부(200)를 공유하는 구조를 가질 수 있으며, 상기 냉각부(200) 외측에 진공부(500) 역시 공유되는 구조일 수 있다.

따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예 역시 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 마찬가지로 진공부(500)에 적어도 하나의 스페이서가 구비될 수 있으며, 상기 내부 금속관 외측에 구비된 단열부 및 상기 외부 금속관 사이의 평균 이격거리는 상기 진공부에 구비된 스페이서의 직경보다 크도록 내부 금속관과 외부 금속관의 직경 그리고 단열부의 두께를 결정할 수 있다.

초전도 케이블이 설치된 상태에서 초전도 조건을 유지하기 위하여 냉매 유로가 형성된 냉각부(200) 측으로 상기 스페이서(560)를 통한 열침입을 최소화하여, 초전도 케이블을 포함하는 초전도 전력 시스템의 냉각 부하를 최소화할 수 있으며, 초전도 케이블의 초전도 조건을 형성하는 극저온 환경을 안정적으로 유지할 수 있다.

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 : 초전도 케이블
100 : 코어부
200 : 냉각부
300 : 내부 금속관
400 : 단열부
500 : 진공부
560 : 스페이서
600 : 외부 금속관
700 : 시스부

Claims (8)

1. 포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도층, 상기 초전도층을 감싸는 절연층, 상기 절연층 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하여 구성되는 적어도 1층 이상의 초전도 차폐층을 포함하는 코어부;
   상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로가 구비되는 냉각부;
   상기 냉각부 외측에 구비되는 내부 금속관;
   상기 내부 금속관 외측면에 구비되며 단열재를 복수 회 감싸는 방법으로 구성되는 단열부;
   상기 단열부 외부의 이격된 위치에 3개 내지 5개의 스페이서가 구비되는 진공부; 및,
   상기 진공부 외측에 구비되는 외부 금속관;을 포함하고,
   상기 단열부 및 상기 외부 금속관 사이의 평균 이격거리는 상기 진공부에 구비된 스페이서의 직경보다 크고, 초전도 케이블의 배치 방향에 따라 상기 스페이서 중 적어도 일부의 스페이서는 상기 외부 금속관 내측면에 접촉되고, 나머지 스페이서는 상기 외부 금속관과 이격되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 스페이서는 유연성있는 로드 형태이며, 상기 스페이서는 초전도체의 길이 방향으로 상기 단열부를 나선형으로 권선하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
4. 제1항에 있어서,
   상기 스페이서는 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리 에틸렌 재질로 구성되며, 상기 스페이서의 외측 직경은 4 밀리미터(mm) 내지 8 밀리미터(mm)인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부 내측에 구비되는 코어부는 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
6. 포머, 초전도층, 절연층 및 초전도 차폐층을 포함하는 적어도 1개의 코어부;
   상기 코어부 외측에 구비되는 액상 냉매가 유동되는 냉각유로;
   상기 냉각유로 외측에 구비되는 내부 금속관;
   상기 내부 금속관 외측에 구비되는 단열재가 코팅된 금속필름이 복층으로 권선된 단열층;
   상기 단열층 외측에 일정 거리 이격되어 구비되는 외부 금속관; 및,
   상기 단열층 및 상기 외부 금속관 사이에 이격 공간을 구비하기 위한 3개 내지 5개의 이격 수단;을 포함하며,
   상기 이격 수단 중 적어도 일부의 이격 수단은 상기 단열층 외측면 및 상기 외부 금속관 내측면에 동시에 접촉되고, 나머지 이격수단은 상기 단열층의 외측면 및 상기 외부 금속관의 내측면 중 어느 하나에만 접촉되도록 상기 외부 금속관 및 상기 내부 금속관의 반경 편차는 상기 이격 수단의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
7. 제6항에 있어서,
   상기 이격 수단은 상기 단열부를 나선형으로 이격된 위치에서 권선되어 장착되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
   
8. 삭제

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