KR102018419B1 - 반응 및 통합용 초전도체의 제조 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
초전도 물질의 제조 방법 및 시스템이 기재된다. 하나의 실시형태에서, 내화 쿠션층은 스풀 위에 배치된다. 초전도 케이블의 제1층르 내화 패브릭의 제1층 위에 감는다. 스풀 위의 초전도 케이블을 반응 열처리한다. 내화 패브릭의 제1층을 내화 쿠션층 위에 배치할 수 있다. 하나 이상의 조절 메카니즘을 초전도 케이블의 제1층과 스풀 사이에 배치할 수 있다.
Description
본 개시 내용은 일반적으로 초전도체의 제조에 관한 것이다.
멀티- 및 모노-필라멘트 복합 전도체를 갖는 초전도 와이어를 제조하기 위해서 사용되는 하나의 방법은, 와인드-앤-리액트(Wind-And-React, WAR)공정이다. 이러한 공정에서 생성된 전도 물질은, 일반적으로 최종 열처리 및 산화 단계 후까지 "전구체"인 것으로 여겨진다. 고온 초전도체에 적용되는 WAR 법은, 코일 형성 전에 전구체의 절연을 필요로 해서, 제조 공정에서 최종 열처리 및 산화 단계 직전에 코일을 감는 단계를 수반한다. 고온 초전도에 적용되는 WAR 공정은, 전구체가 최종 열처리 전에 높은 자기장 자석의 적용을 위해 코일 형태로 감는 것을 필요로 한다. 이러한 최종 단계는, 감는 단계 중에 발생하는 미세한 크랙을 회복시키며, 전도체의 초전도성을 최적화하기 위해서 사용된다. 그러나, 이러한 결과에 따르면, 리액트-앤-와인드(React-And-Wind, RAW)법에서 열처리되고 산화된 개개의 와이어보다 코일 구조(geometry)를 달성하는 데에 상당히 곤란하게 된다. RAW 법은, 코일을 감기 전에 와이어의 열처리 단계를 수반한다.
RAW 법은, 초전도체 전구체의 형성 후 코일을 감는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 복합 전도체에 대한 전구체는, 선형 구조로 제작되고 배치되거나, 스풀 주위에 느슨하게 감겨 있고 장래의 가공을 위해 배치된다. 따라서, 전구체는 가공 중에 진공 또는 비활성 가스 환경에 의해 둘러싸일 수 있고, 이는 원하는 초전도 상태로 전환하기 위해서 필요하다. RAW 가공 방법에서, 복합 전도체는 가공된 후 절연될 수 있다. 일부 경우에, RAW 법은, 절연층의 산소 침투 및 열 분해와 같은 문제를 갖지 않는 점에서 바람직할 수 있다.
WAR 및 RAW 공정은 둘 다 이점이 있다. WAR 공정은, 초전도 상태의 물질이 깨지기 쉽기 때문에 취급이 제한되는 경우 바람직하다. 그러나, WAR 공정은, 관련된 퍼니스의 비용뿐 아니라 스트랜드(strand) 사이의 전기적 절연에 필요한 에폭시 진공 함침 공정 때문에, 일부 대형 코일의 경우 많은 비용이 든다. RAW 공정은, 코일을 감기 전에 절연될 수 있고, 대형 코일을 제조하는 경우에 소형 퍼니스가 사용될 수 있기 때문에, 비용의 점에서 바람직할 수 있다. RAW 공정의 또 다른 이점은, 코일을 감는 공정 중에 스트랜드의 기계적 손상이 검사되고 회복될 수 있는 것이다. 모노-스트랜드 복합 전도체에 WAR 법을 사용해서 제작된 초전도 자기 코일은, 전도성 물질의 기계적 특성 때문에, 감긴 밀도 및 전류 운반 능력에 대한 제약이 있다. WAR 법의 최종 단계는 감는 단계 중에 발생하는 초전도 물질에 대한 변형 유발 손상을 회복할 수 있지만, 생성된 코일은 기계적으로 견고하지 않고, 냉각 사이클에 의한 열 변형은 시간 경과에 따라서 코일 성능을 열화시킬 수 있다.
초전도 코일의 제작에 대한 주요한 문제는, 전도체의 변형 상태이다. 초전도 상을 형성하기 위한 초전도 전구체의 반응 열처리에 의해, 초전도체는 치수가 변화하고 초전도체에 변형을 도입한다. 예를 들면, Nb3Sn 전도체에서, 열처리 사이클 하에서 제약되지 않는 초전도체의 치수 변화는, (1) 응력 제거로 인한 어닐링 중의 변화; 및 (2) Cu-Sn 합금의 형성 및 최종적으로 Nb3Sn 상 형성으로 인한 변화를 포함한다. 스트랜드 전도체에서는, 드로잉 공정 후의 잔류 응력에 의해, 구리 매트릭스가 압축되는 동안 니오브 필라멘트가 장력을 받는다. 200℃에서 구리 매트릭스가 응력이 제거되고 연화되기 시작하면, 니오브 필라멘트는 수축에 의해서 풀리고 스트랜드의 영구적인 수축으로 이어진다. 2개의 메카니즘은 스트랜드의 수축을 완화시킬 수 있다. 먼저, 물리적으로 구속된 말단을 갖는 와이어는, 650℃에서 니오브의 응력이 제거되어 니오브 성분의 영구적인 변형으로 이어지고, 실온으로 냉각되는 경우에 스트랜드의 신장에 기여할 때까지, 장력 응력 상태를 유지한다. 두 번째로는, 1몰의 Nb3Sn가 3몰의 니오브 및 1몰의 주석보다 큰 부피를 갖기 때문에, 일부 팽창은 부분적으로 수축을 상쇄시킨다. 신장 기여(elongation contribution)에서는, 응력 제거의 수축으로 인해 열처리 중에 스트랜드가 파손되는 것을 막기 위해서, 스트랜드를 최소한의 장력을 인가하여 스풀에 감아야(spooling)하지만, 팽창 기여로 인해 충분한 페이오프 장력(pay off tension)이 실현될 수 없기 때문에 문제가 발생한다. 일부 경우에, 층간의 갭이 형성되어 페이오프 중에 스트랜드의 구부러짐으로 인해 스트랜드의 손상이 발생할 수 있다. 사전 열처리의 응력 제거에 의해 스트랜드의 수축을 막을 수 있지만, Nb3Sn 상의 형성으로 인한 팽창은 여전히 발생할 수 있다.
와이어-인-채널(또는 케이블-인-채널) 초전도체는, 종종 초전도체 물질을 채널의 홈 내에 가압하기 위해 다이를 통과시킨다. 다이는, 또한 전도체를 최종 단면까지 드로잉(drawing)하는 역할을 하고, 이때 초전도체 물질을 채널 내에 더 확실하게 유지하기 위해 채널을 변형시킬 수 있다. 그러나, 초전도성 물질의 깨지기 쉬운 성질 때문에, 채널이 변형되면, 초전도 물질에 응력이 가해질 수 있다.
초전도체 와이어의 임계 변형 값을 초과하면, 초전도체의 전기적 특성의 심각한 열화로 이어진다. 따라서, RAW 공정에서는 반응 후 초전도체 전구체의 취급이 곤란할 수 있다.
본 개시 내용은 초전도 물질의 제조방법으로서 구현될 수 있다. 본 명세서의 문맥에서, 용어 초전도 "케이블"은, 초전도 "스트랜드"를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 방법은 스풀 위에 내화 쿠션층을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 내화 쿠션층 위에 초전도 케이블의 제1층을 감을 수 있다. 초전도 케이블은 스풀 상에 위치하면서 반응 열처리될 수 있다. 초전도 케이블의 제1층을 스풀로부터 풀 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 본 개시 내용은 초전도 물질, 예를 들면, 스트랜드 또는 케이블의 제조방법으로서 구현될 수 있다. 열처리 스풀이 제공될 수 있다. 열처리 스풀은, 스풀 위의 금속 시트층, 금속 시트층 위의 내화 쿠션층, 및 내화 쿠션층 위의 내화 패브릭의 제1층을 포함할 수 있다. 초전도 케이블의 제1층을 내화 패브릭의 제1층에 대해서 감을 수 있다. 내화 패브릭의 제2층을 초전도 케이블 위에 배치할 수 있다. 스풀 상의 초전도 케이블을 열처리할 수 있다. 스풀 상의 초전도 케이블을 열처리한 후, 스풀과 금속시트 사이에 하나 이상의 웨지형 고정장치(wedging fixture)를 설치할 수 있다. 웨지형 고정장치는 스풀과 초전도 케이블의 제1층 사이의 갭 내에 설치하고, 갭은 초전도 케이블과 스풀 사이에서 열팽창 특성의 차이로부터 형성된다. 스풀로부터 초전도 케이블을 풀 수 있다. 반응한 초전도 케이블을 구리 채널에 솔더링(soldering)할 수 있다.
본 개시 내용은 초전도 물질을 제조하기 위한 시스템으로서 구현될 수 있다. 시스템은, 스풀, 스풀 위에 배치된 금속 시트층, 금속 시트 위에 위치한 내화 쿠션층, 및 내화 쿠션층 위의 내화 패브릭 시트의 제1층을 포함할 수 있다. 내화 패브릭 시트의 제1층 위에 열처리된 초전도 케이블층을 감을 수 있다. 초전도 케이블층 위에 내화 패브릭 시트의 제2층을 위치할 수 있다. 금속 시트층과 스풀 사이에 복수의 웨지형 고장장치가 존재할 수 있다.
본 개시 내용의 특성 및 목적의 충분한 이해를 위해서, 수반하는 도면과 함께, 하기의 상세한 설명을 참조하고,
도 1은 반응 열처리 전에 물질 층 및 열처리 스풀의 개략도이고;
도 2a-2d는 반응 온도에서 열처리 전 및 후에 초전도 물질 및 열처리 스풀의 개략도이고;
도 3a-3b는 열처리 중에 발생하는 치수 변화를 도시하는 예시의 초전도 물질의 변형 거동을 도시하고;
도 4는 반응 열처리 후의 도 1의 물질 층 및 열처리 스풀의 개략도이고;
도 5는 예시의 조절 메카니즘을 도시하고;
도 6은 예시의 롤러 시스템을 도시하고;
도 7은 초전도 물질의 제조방법을 도시한다.
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도 6은 예시의 롤러 시스템을 도시하고;
도 7은 초전도 물질의 제조방법을 도시한다.
본 개시 내용은 초전도 코일의 제조로서 구현될 수 있다. 개략적으로, 이 공정은 4개의 일반적인 단계를 포함할 수 있다. 첫째, 미반응 초전도 케이블(또는 와이어)을, 전구체 물질이 초전도 상을 형성하도록 제조하고 반응 열처리할 수 있다. 둘째, 반응한 초전도 케이블을 채널과 접합하도록 제조할 수 있다. 셋째, 초전도 케이블을 채널과 통합할 수 있다. "통합"은, 일반적으로 반응한 초전도 케이블을 솔더링을 통해 채널(예를 들면, 구리 채널)과 접합하는 공정이다. 넷째, 케이블-인-채널 초전도체를 (상기 기재된 리액트-앤-와인드 법에 따라) 사용하기 위해 마감된 초전도 코일에 감을 수 있다. 본 출원의 문맥에서, 용어 "케이블"은 당업자에게 공지된 물질의 스트랜드를 포함할 수 있다. 또한, 개시 내용은 "와이어" 또는 "케이블" 형태의 초전도 물질에 관련될 수 있고, 교시 내용은 초전도체 중 어느 하나의 형태(즉, 와이어 또는 케이블)에 적용할 수 있는 것이 인식된다.
초전도 와이어를 제조하는 단계는, 고온 초전도체, Nb3Sn, MgB2, 또는 열처리 사이클을 통해 초전도 상을 형성하기 위해 필요한 기타 전구체를 포함하는 미반응 초전도 물질을 제공하는 단계를 시작할 수 있다. 미반응 초전도 물질, 예를 들면, 스트랜드 또는 케이블 필라멘트는, 일반적으로 원형 단면을 갖는 스트랜드의 신장된 그룹으로서 시작할 수 있다. 스트랜드는, 금속-작용된 어셈블리, 예를 들면, 드로잉, 스워징(swaging), 압출, 롤링, 또는 인가된 열의 유무에 따른 관련 공정을 수행하는 어셈블리일 수 있다.
도 1은, 미반응 초전도 케이블(12)을 수용하기 위해 사용될 수 있는 열처리 스풀(10)을 도시한다. 열처리 스풀(10)을 제조하는 단계는, 금속 시트(14), 예를 들면, 스틸 시트를, 스풀(10)의 외주에 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 시트(14)는, 열처리 중에 스풀(10) 또는 기타 내화 물질(16,18)과 융합하지 않도록 선택될 수 있다. 내화 쿠션층(18)은 금속 시트층(14)에 대해 배치할 수 있다. 내화 쿠션층(18)은, 열처리 중에 초전도 케이블(12)이 수축하거나 팽창하는 데에 적합한 내화 물질로 구성될 수 있다. 이와 같이 해서, 쿠션층(18)은 압축성 "패드"층인 것이 바람직하다. 쿠션층은, 열처리 중에 적량의 압축이 발생하도록 충분한 두께를 가질 수 있고, 예를 들면, 두께가 약 0.25 내지 0.5 인치이다. 내화 쿠션층(18)은, 내화 세라믹 섬유(RCF)일 수 있고, 일반적으로 알루미나 및 실리카를 포함한다. 적합한 알루미노-실리케이트 세라믹 섬유는 Unifrax LLC (Niagara Falls, New York) 로부터 등록 상표 FIBERFRAX로 시판되고 있다. FIBERFRAX® 세라믹 섬유는 약 45 내지 약 75 중량% 알루미나 및 약 25 내지 약 55 중량% 실리카를 포함하는 멜트(melt)의 섬유화 생성물을 포함한다. FIBERFRAX® 섬유는, 약 1540℃ 이하의 작동 온도 및 약 1870℃ 이하의 융점을 나타낸다. 특정한 실시형태에서, 알루미노 실리케이트 섬유는, 약 40 중량% 내지 약 60 중량% A12O3 및 약 60 중량% 내지 약 40 중량% SiO2를 포함하고, 일부 실시형태에서 약 47 내지 약 53 중량% 알루미나 및 약 47 내지 약 53 중량% 실리카를 포함할 수 있다.
미반응 초전도 케이블(12)을, 내화 쿠션층(18)에 대해 감을 수 있다. 열처리 중에 미반응 초전도 케이블(12)이 융합 및/또는 파손되는 것을 막기 위해, 초전도 케이블층(12) 및 내화 쿠션층(18) 사이에 내화 패브릭(16)을 배치할 수 있다. 초전도 케이블층(12)이 내화 패브릭층(16)의 제1층과 제2층 사이에 개재되도록, 내화 패브릭(16)의 제2층을 초전도 케이블층(12)의 외측에 배치할 수 있다. 내화 패브릭(16)은, 임의의 적합한 내화 패브릭 물질, 예를 들면, 직포 유리 섬유 물질, E-유리 등일 수 있다. 하나의 구체적인 배열에서, 내화 쿠션층(18)은 내화 패브릭(16)보다 두껍다. 내화 쿠션층(18)은 내화 패브릭(16)보다 덜 압축되거나, 실질적으로 압축되지 않을 수 있다. 도 1에는 단지 일층의 초전도 케이블(12)이 도시되어 있지만, 케이블(12)의 추가의 층을 스풀(10)에 대해 공지된 방법으로 감을 수 있다. 스풀(10)에 초전도 케이블(12)이 감겨 있기 때문에, 임의의 추가로 감은 초전도 케이블층(12)에 대해 내화 패브릭(16)층을 배치하여, 초전도 케이블(12)의 각층이 교대로 배치된 내화 패브릭(16)층에 의해서 보호될 수 있다. 초전도 케이블(12)의 원하는 개수의 층이 스풀(10)에 감기면, 초전도 케이블(12)은 반응 열처리를 준비할 수 있다.
초전도 케이블(12)은 실온에서 반응 온도까지 열 사이클을 통해 반응 열처리될 수 있다. 예를 들면, 열 사이클은 하나 이상의 온도 단계를 포함하고, 최종 단계는 "반응"으로 의도될 수 있다. Nb3Sn 초전도체에 대해, 온도는, 복합 와이어 디자인 및 기타 일반적인 팩터에 따라 약 650-700℃의 범위일 수 있다. 일반적으로 당업자에게 이해되는 바와 같이, 반응 온도는, 전구체의 초전도체 화학 양론 화합물의 변형이 발생하도록 발생한다. 도 2a는 열처리 전의 스풀(10) 및 초전도 물질(12)의 개략도이다. 반응 열처리 중에, 초전도 케이블(12) 및 스풀(10)은 열 팽창/수축하고, 이러한 물체는 치수가 변화될 수 있다. 도 2b는 열처리 후 스풀(10) 및 초전도 물질의 개략도이다. 스풀(10)의 물성은 초전도 케이블(12)과 상이하기 때문에, 초전도 케이블(12)과 스풀(10) 사이에 갭(G)이 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 내화 쿠션층(18)은, 스풀(10) 및 케이블(12)이 응력 제거 공정에 따른 치수 변화를 수용하는 것을 도울 수 있고, 그렇지 않으면 초전도 케이블(12)이 손상될 수 있다. 그러나, 갭(G)은, 스풀(10)로부터 케이블(12)의 페이오프 중에 초전도 케이블(12)의 원주방향 변위를 일으킬 수 있다. 원주방향 변위는, 스풀(10)의 표면에 대해 초전도 케이블층(12)의 차동 전송(differential transmission) 또는 초전도 케이블층(12)과 스풀(10) 사이의 중개 물질층에 의해서 발생될 수 있다. 갭(G)의 크기는, 원래의 위치에 대해 마크의 원주방향 변위 및 페이오프 중에 회전수의 함수일 수 있다.
도 2c 및 2d는 원주방향 변위의 현상을 도시한다. 도 2c는 케이블(12)의 페이오프 전에 스풀(10)과 케이블(12)의 개략도이다. 도 2c에서, M1은 케이블(12) 상의 가상 위치를 나타내고, M2는 스풀 상의 가상 위치를 나타낸다. 도 2d는 스풀의 완전한 회전이 발생한 후의 스풀(10) 및 케이블(12)의 개략도이다. 회전 방향은 스풀(10) 상의 화살표(즉, 반시계 방향)로 나타낸다. 도 2d의 위치(M2')는 완전한 회전이 발생한 후 케이블(12)의 원주방향 변위를 가시화하기 위한 레퍼런스를 제공한다. 이는, 스풀(10)의 완전한 회전에 의해 위치(M2')가 원래의 위치(M2)로 복귀되기 때문이다. 도 2c를 도 2d와 비교하면, 위치(M1)가 (M1')로 이동하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 케이블(12)은 페이오프 중에 스풀 회전 방향으로부터 멀어지는 방향으로 원주방향 변위를 일으킨다.
도 3a 및 3b는 열처리 중에 발생하는 치수 변화를 나타내기 위해 예시의 초전도 물질의 변형 거동을 도시한다. 도 3a는 높은 초전도 분율을 갖는 내부의 주석 Nb3Sn 와이어의 예시의 팽창계 흔적(dilatometer trace)을 도시한다. 도 3b는 높은 초전도 분율을 갖는 IT Nb3Sn 와이어와 낮은 초전도 분율을 갖는 IT Nb3Sn 와이어 사이의 변형 거동의 비교를 제공한다.
초전도 케이블(12)과 스풀(10) 사이의 갭(G) 및 원주방향 변위는, 페이오프 중에 케이블(12)을 손상시킬 수 있고, 케이블(12)의 완전성을 심각하게 손상시킬 수 있다. 또한, 열처리 후, 케이블(12)은 특정한 민감한 상태에 있을 수 있다. 조절 메카니즘은, 원주방향 변위 및 갭(G)를 일으키는 치수 변화를 보상하기 위해서 제공될 수 있다. 이와 같이 해서, 케이블(12)은, 케이블(12)에 대한 상당한 손상을 일으키지 않고, 스풀(10)에서 풀 수 있다. 구체적으로, 케이블(12)은, 케이블(12)과 스풀(10) 사이의 원주방향 변위 및/또는 갭에 의해 케이블에 적용되는 장력 변화 없이 일관하게 스풀(10)에서 풀 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 조절 메카니즘(20)은 치수 변화가 발생한 후 초전도 케이블(12)과 스풀(10) 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 조절 메카니즘은 스풀(10)의 외벽 내에 제공된 슬롯(10a) 내에 배치할 수 있다. 이와 같이 해서, 케이블(12)과 스풀(10) 사이의 갭(G)은, 조절 메카니즘(20)에 의해 "충진"될 수 있다. 마찬가지로, 조절 메카니즘(20)은, 초전도 케이블을 반응 열처리하는 단계를 마친 후 또는 추가의 가공을 위해 스풀(10)로부터 초전도 케이블(12)을 제거하기 전에 위치할 수 있다. 하나의 구체적인 실시형태에서, 하나 이상의 조절 메카니즘(20)은 금속 시트층(14)(존재하는 경우)과 스풀(10)의 표면 사이에서 스풀(10)의 둘레에 대해 일정한 간격으로 위치한다. 예를 들면, 12개의 조절 메카니즘(20)은 스풀(10)에 대해 일정한 30°간격으로 설치할 수 있다.
도 5는 예시의 조절 메카니즘(20)을 도시한다. 조절 메카니즘(20)은 스풀(10)의 외경에 매칭하기 위해 가로방향에 따라 구부릴 수 있다. 또한, 조절 메카니즘(20)의 프로파일은 스풀 슬롯(10a)의 형상과 일치하는 프로파일을 가질 수 있다. 이와 같이 해서, 설치되는 경우, 조절 메카니즘(20)은, 스풀을 가로방향으로 운용하도록 고정되고 배열될 수 있다. 조절 메카니즘(20)은, 굽은 형상을 갖는 것이 유용할 수 있지만, 조절 메카니즘(20)은 초전도 케이블의 임의의 치수 변화를 수용하기 위한 임의의 형상을 가질 수 있다. 조절 메카니즘(20)은 임의의 적합한 물질, 예를 들면, 경화 스틸 또는 스테인레스 스틸 스트립(strip)로 구성될 수 있다. 조절 메카니즘의 전체 길이는 스풀(10)의 폭 보다 1-2 인치 초과할 수 있다.
복수의 조절 메카니즘(20)은, 먼저 가장 큰 갭이 존재하는 위치에 제1조절 메카니즘(20)을 삽입하여 설치할 수 있다. 예를 들면, 제1조절 메카니즘(20)은 스풀(10)의 하부 위치(6시 위치)에 설치할 수 있다. 하부 측에 다음의 조절 메카니즘(20)을 삽입하기 위해서, 스풀(10)을 평평한 표면에서 전후로 서서히 회전할 수 있다. 이 공정은, 스풀(10)에 대해, 예를 들면, 일정한 간격으로 설치될 때까지 반복할 수 있다. 설치된 조절 메카니즘(20)은, 삽입하는 동안 임의의 과잉의 힘을 인가하지 않고, 손으로 힘껏 당겨서 팽팽하게 되어야 한다.
임의의 치수를 변화를 수용하기 위해서 스풀(10)의 외경을 증가시키기 위한 스풀(10) 내에 통합된 조절 메카니즘을 포함하는, 또 다른 조절 메카니즘(20)이 또한 고려된다. 예를 들면, 조절 메카니즘(20)으로 역할을 하기 위해서, 스풀과 함께 복수의 폴딩(folding) 또는 힌지 요소가 포함될 수 있다. 또한, 스풀(10) 자체는 조절 가능한 직경을 갖고, 조절 메카니즘으로서 작용할 수 있다.
치수 변화를 수용하기 위해서 하나 이상의 조절 메카니즘(20)이 사용되면, 반응한 초전도 케이블(12)을, 추가의 가공을 위해 페이오프 작동 중에 스풀로부터 안전하게 제거할 수 있다. 반응한 초전도 케이블(12)이 채널과 접합("통합")되는 경우, 채널 및 초전도 케이블(12)은 세정되고 제조되어야 한다. 제조되면, 반응한 초전도 케이블은 제1페이오프에 배치되고, 세정된 채널은 제2페이오프에 배치할 수 있다.
통합 공정은, 예를 들면, 반응한 초전도 케이블(12)을 채널에 솔더링하는 단계를 포함할 수 있다. 반응한 초전도체는 솔더링 공정 중에 손상에 민감할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 롤러 시스템은, 초전도체에 대한 채널의 에지를 변형하지 않고, 와이어-인-채널(또는 케이블-인-채널) 초전도체의 켄칭 중에 솔더링된 초전도체를 채널 내에 제한하기 위해서 제공될 수 있다.
도 6은 본 개시 내용에 따른 예시의 롤러 시스템(100)을 도시한다. 롤러 시스템(100)은 복수의 롤러(110a, 110b)를 포함할 수 있고, 이는 솔더링된 초전도 와이어-인-채널(13)을 운반할 수 있다. 롤러(110a, 110b)는 통합 중에 와이어-인-채널(13)에 대한 변형이 제한되도록 위치할 수 있다. 바람직하게, 일련의 롤러는, 다이 내에 채널을 변형(예를 들면, 초전도체에 대해 채널 에지를 변형) 하지 않고, 채널 내에 초전도체 와이어를 확실하게 유지하기 위해 사용될 수 있다. 롤러(110a, 110b)는 플로어(수평)에 대해 오목하게 배열된 제1 복수의 홈 롤러(110a) 및 플로어(수평)에 대해 볼록하게 배열된 복수의 홈 롤러(110b)를 포함할 수 있다. 롤러(110a, 110b)는, 솔더링된 초전도체(13)를 롤러 시스템(100)으로 진입하거나 나오는 각도를 조절하기 위해서 재-위치할 수 있다.
하나의 구체적인 실시형태에서, 오목 롤러(110a)는, 용융된 상태의 솔더와 함께 와이어-인-채널(13)을 수용할 수 있다. 와이어-인-채널(13)을 오목 롤러(110a)의 제1롤러로 기울여서 공급할 수 있다. 예를 들면, 와이어-인-채널(13)을, 수평에 대해 약 2-3°에서 제1롤러로 공급할 수 있다. 경사는, 와이어와 채널 사이의 적합한 결합을 형성하기 위해서, 초전도 와이어 또는 케이블을 채널에 대해 구동할 수 있다. 와이어-인-채널(13)은, 오목 롤러(110a)로부터 켄칭 배쓰(120)를 향해 기울여서 선도될 수 있다. 예를 들면, 와이어-인-채널(13)을 수평에 대해 약 7-8° 기울여서 공급될 수 있다. 와이어-인-채널(13)은, 켄칭 배스(120)로부터 복수의 볼록 롤러(110b)를 통해 공급하고, 켄칭 배스(120)의 외부로 상방으로 기울어져 있다. 예를 들면, 와이어-인-채널(13)은 수평에 대해 약 1-2 ° 기울여서 공급될 수 있다. 롤러(110b)는, 켄칭 중에 적절한 결합이 형성되는 것을 보장하도록 채널에 대해 초전도체에 압력을 인가하기 위해 사용될 수 있다.
사용하기 위해 통합된 초전도체를 마감된 초전도 코일에 감을 수 있다. 이러한 공정은 상기 참조한 RAW 공정과 함께 공지된 방법에 따라서 수행될 수 있다.
도 7은 초전도 물질(200)의 제조 방법을 도시한다. 이 방법은 스풀 위에 내화 구션층(210)을 배치하는 단계(210)를 포함할 수 있다. 내화 패브릭의 제1층은 내화 쿠션층 위에 배치할 수 있다(220). 초전도 케이블의 제1층은 내화성 클로스를 제1층 위에 감을 수 있다(230). 스풀 상의 초전도 케이블을 열처리할 수 있다(240). 하나 이상의 조절 메카니즘을 초전도 케이블의 제1층과 스풀 사이에 설치할 수 있다(250). 반응한 초전도 케이블의 제1층을 스풀로부터 풀 수 있다(260).
본 개시 내용은 하나 이상의 구체적인 실시형태에 대해서 기재되었지만, 본 개시 내용의 그 외의 실시형태는 본 개시 내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 수행될 수 있는 것이 이해된다. 따라서, 본 개시 내용은 수반하는 청구범위 및 합리적인 해석에 의해 제한되는 것으로 간주된다.
Claims (20)
- 초전도 물질의 제조방법으로서,
스풀 위에 내화 쿠션층을 배치하는 단계;
상기 내화 쿠션층 위에 초전도 케이블의 제1층을 감는 단계;
상기 스풀 상의 상기 초전도 케이블을 반응 열처리하는 단계;
상기 스풀 상의 상기 초전도 케이블을 열처리한 후, 상기 초전도 케이블의 제1층과 상기 스풀 사이에 하나 이상의 웨지형 고정장치를 설치하는 단계; 및
상기 스풀로부터 상기 초전도 케이블의 제1층을 푸는 단계;
를 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 내화 쿠션층 위에 내화 패브릭의 제1층을 배치하는 단계를 더 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 스풀과 상기 초전도 케이블의 제1층 사이에 형성되는 갭을 수용하기 위해 하나 이상의 조절 메카니즘을 배치하는 단계를 더 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 하나 이상의 조절 메카니즘은, 상기 스풀 주위로 상기 초전도 케이블을 단단히 조이게(tighten) 감도록 구성되는 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 하나 이상의 조절 메카니즘은, 상기 스풀과 상기 초전도 케이블의 제1층 사이의 갭 내에 설치되는 웨지형 고정장치이고, 상기 갭은 상기 초전도 케이블과 상기 스풀 사이의 열팽창 특성의 차이로부터 형성되는 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 초전도 케이블의 제1층을 감은 후에, 그리고 초전도 케이블을 반응 열처리 하기 전에,
상기 초전도 케이블의 제1층 위에 내화 패브릭의 제2층을 배치하는 단계를 더 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 내화 패브릭의 제2층을 배치한 후에, 그리고 초전도 케이블을 반응 열처리 하기 전에,
상기 스풀 위에 상기 초전도 케이블의 제2층을 감는 단계; 및
상기 초전도 케이블의 제2층 위에 내화 패브릭의 제3층을 배치하는 단계;를 더 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 스풀 위에 상기 초전도 케이블의 제1층을 감는 단계 전에 상기 초전도 케이블을 컴팩트하게(compact) 하는 단계를 더 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 내화 쿠션층은 상기 스풀에 고정되어 있는 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 초전도 케이블은 Nb3Sn, MgB2, 및 HTS 중 하나 이상인 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 내화 쿠션은 상기 내화 패브릭보다 두꺼운 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 내화 쿠션은 내화 세라믹 섬유 담요인 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 내화 패브릭은 유리 섬유로 구성된 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
스풀 위에 내화 쿠션층을 배치하기 전에,
상기 스풀과 상기 내화 쿠션층 사이에 금속 시트층을 배치하는 단계를 더 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 금속 시트는 스틸인 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 금속 시트와 상기 스풀 사이에 하나 이상의 웨지형 고정장치가 설치되는 것인, 초전도 물질의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
반응한 초전도 케이블을 구리 채널에 솔더링하는 단계를 더 포함하는, 초전도 물질의 제조방법.
- 초전도 물질의 제조 방법으로서,
스풀 위의 금속 시트층;
상기 금속 시트층 위의 내화 쿠션층; 및
상기 내화 쿠션층 위의 내화 패브릭의 제1층을 포함하는 열처리 스풀을 제공하는 단계;
상기 내화 패브릭의 제1층 주위로 초전도 케이블의 제1층을 감는 단계;
상기 초전도 케이블 위에 내화 패브릭의 제2층을 배치하는 단계;
상기 스풀 상의 상기 초전도 케이블을 열처리하는 단계; 및
상기 스풀 상의 상기 초전도 케이블을 열처리한 후 상기 금속 시트와 상기 스풀 사이에 하나 이상의 웨지형 고정장치를 설치하는 단계 - 상기 웨지형 고정장치는 상기 스풀과 상기 초전도 케이블의 제1층 사이의 갭 내에 설치되고, 상기 갭은 상기 초전도 케이블과 상기 스풀 사이의 열팽창 특성의 차이로부터 형성되는 것임 - ;
상기 스풀로부터 상기 초전도 케이블을 푸는 단계; 및
반응한 상기 초전도 케이블을 구리 채널에 솔더링하는 단계;
를 포함하는, 초전도 물질의 제조 방법.
- 초전도 물질의 제조 시스템으로서,
슬롯을 갖는 스풀;
상기 스풀 위에 배치된 금속 시트층;
상기 금속 시트 위에 위치한 내화 쿠션층;
상기 내화 쿠션층 위의 내화 패브릭 시트의 제1층;
상기 내화 패브릭 시트의 제1층 위에 감겨진 열처리된 초전도 케이블층;
상기 초전도 케이블층 위에 위치한 내화 패브릭 시트의 제2층; 및
상기 스풀과 상기 금속 시트층 사이에 상기 슬롯 내에 위치한 복수의 웨지형 고정장치;
를 포함하는, 초전도 물질의 제조 시스템.
- 제19항에 있어서,
상기 복수의 웨지형 금속 고정장치는 상기 스풀 주위에 규칙적인 방사상 간격으로 이격되어 있는 것인, 초전도 물질의 제조 시스템.
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