KR102325498B1 - 초전도 기기용 접속함 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액상 냉매의 온도를 직접 측정할 수 있고, 액상 냉매의 온도의 모니터링을 위한 온도센서의 교체 과정에서, 액상 냉매가 수용된 냉매용기의 진공 단열을 위하여 냉매용기를 감싸는 진공용기의 진공상태의 해제가 필요하지 않은 초전도 기기용 접속함에 관한 것이다.

Description

초전도 기기용 접속함{Connecting Box of Superconducting Device}
본 발명은 초전도 기기용 접속함에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 액상 냉매의 온도를 직접 측정할 수 있고, 액상 냉매의 온도의 모니터링을 위한 온도센서의 교체 과정에서, 액상 냉매가 수용된 냉매용기의 진공 단열을 위하여 냉매용기를 감싸는 진공용기의 진공상태의 해제가 필요하지 않은 초전도 기기용 접속함에 관한 것이다.
초전도 선재는 일정한 온도에서 전기저항이 제로에 가까이 수렴하므로, 낮은 전압에서도 전류의 큰 전송능력을 갖는다. 이러한 초전도 선재를 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 원리를 사용하는 각종 기기일 수 있으며, 특히 초전도 원리를 사용하는 전력기기로서 초전도 케이블일 수 있다.
상기 초전도 케이블을 통해 전송된 전류는 초전도 기기용 접속함을 통해 상온 환경의 도체선을 통해 공급될 수 있다.
초전도 기기용 접속함은 초전도 선재 등이 노출되는 환경이 극저온 환경에서 상온 환경으로 갑자기 변할 때 발생되는 문제점을 방지하고자, 극저온 환경에서 초전도 선재를 도체선과 접속하고 극저온 환경과 상온 환경 사이에서 충분한 온도 구배를 확보하며 도체선을 상온 환경으로 인출하는 방법이 사용될 수 있다.
도 6은 종래의 초전도 기기용 접속함의 예로서 종단 접속함(2000)의 단면도를 도시한다.
따라서, 상기 초전도 기기용 접속함은 상단에서 하단 방향으로 온도에 따라 상온부(A), 온도 구배부(B) 및 극저온부(C)로 구획될 수 있으며, 상기 극저온부(C)는 극저온의 액상 냉매가 수용되고, 상기 온도 구배부(B)는 액상 냉매 상부에 기상 냉매가 극저온과 상온 사이의 온도 구배를 갖도록 수용되고, 상기 상온부(A)는 상온 환경으로 구성된다.
따라서, 초전도 선재(130)와 접속되어 인출되는 도체선(2210)은 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 접속함에 의하여 전기적으로 안정적인 상태에서 열손실 또는 열침입을 최소화하며 상온의 전력설비와 초전도 기기로서의 초전도 케이블을 연결할 수 있다.
한편, 상기 초전도 기기용 접속함은 구조적으로 볼 때, 냉매가 수용되는 냉매용기(2300)(2400)와 상기 냉매용기(2300)를 진공 단열시키는 진공용기(2400)를 구비할 수 있다.
상기 냉매용기(2300) 내부의 냉매는 상기 초전도 케이블의 내부 금속관에 의하여 구획되는 냉각부와 연통되어 연결되며, 또한, 상기 진공용기(2400)는 상기 초전도 케이블의 외부 금속관에 의하여 구획되는 진공 단열부와 연통되어 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 극저온부(C)와 온도 구배부(B)는 초전도 기기용 접속함을 구성하는 진공용기(2400)에 의해 둘러싸인 영역일 수 있다.
상기 초전도 기기용 접속함이 종단 접속함(2000)인 경우, 초전도 전력 계통 전체의 안정성을 검증하기 위하여 액상 냉매 등의 온도를 모니터링 하도록 구성될 수 있다.
따라서, 초전도 기기용 접속함 내부에 액상 냉매의 온도를 간접적으로 판단할 수 있는 온도센서(T) 등이 설치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 온도센서(T)는 통상 상기 냉매용기(2300)와 상기 진공용기(2400) 사이의 상기 냉매용기(2300)의 외벽에 구비되어 냉매용기(2300)의 온도를 측정함으로써 냉매용기(2300) 내부에 수용된 액상 냉매의 온도를 가늠할 수 있게 된다.
기존에 사용하는 이러한 온도센서(T)의 부착 방식은 실제 측정하고자 하는 냉매의 온도를 정확하게 모니터링 하지 못할 뿐 아니라 외부로부터 기인하는 서지 혹은 이상전압 등에 의해 온도센서가 손상을 입을 수 있는 개연성이 존재한다.
상기 온도센서(T)의 고장 또는 수명이 다한 경우에 상기 온도센서(T)의 보수 및 교체하는 경우, 부득이하게 진공용기의 해체가 불가피하여 비용 및 시간적인 측면에서 많은 손실을 야기할 수 밖에 없다. 특히 진공용기의 해체는 진공상태의 해체를 의미하며 시스템 운전에 필요한 진공도를 유지하기 위해서는 많은 시간과 비용을 들여 시스템 진공배기를 재수행 해야만 한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같종단 접속함에는 온도센서(T)가 복수 개가 구비되고, 복수 개의 온도센서(T)는 온도 구배부(B) 및 극저온부(C)에 골고루 분산되어 설치되어 각각 온도 구배부(B) 및 극저온부(C)에서의 냉매용기(2300)의 표면 온도를 감지하도록 구성될 수 있다. 따라서, 특정 영역에 설치된 온도센서(T)만 고장이 발생하거나 수명이 다한 경우에도 상기 냉매용기(2300)와 상기 진공용기(2400) 사이의 진공 상태를 해제할 수 밖에 없다.
상기 온도센서(T)의 보수 및 교체를 위하여 진공상태를 해제하는 것은 종단 접속함의 진공용기(2400) 내부의 진공상태는 물론 상기 진공용기(2400)와 연통된 상태로 연결된 초전도 케이블의 진공부(500) 전체의 진공상태의 해제를 의미하는 것으로 온도센서(T)의 교체 또는 보수가 완료된 후 전력 시스템의 재가동을 위하여 접속함 및 초전도 케이블의 진공 상태를 형성하기 위해서는 단시간에 작업이 불가능하고 수일 동안 진공펌프로 요구되는 압력 이하로 진공화 작업이 수행되어야 한다.
그러나 이와 같이 온도센서(T) 하나를 교체하기 위하여 초전도 전력 계통 전체를 정지하고 진공화 작업을 수행하는 것은 지나치게 큰 비용과 시간이 소요되므로 새로운 방식의 온도센서 장착구조가 요구된다.
본 발명은 액상 냉매의 온도를 직접 측정할 수 있고, 액상 냉매의 온도의 모니터링을 위한 온도센서의 교체 과정에서, 액상 냉매가 수용된 냉매용기의 진공 단열을 위하여 냉매용기를 감싸는 진공용기의 진공상태의 해제가 필요하지 않은 초전도 기기용 접속함을 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 냉매용기를 진공 단열시키기 위하여 상기 냉매용기를 감싸는 진공용기, 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 배치된 온도센서 및, 상기 진공용기 및 상기 냉매용기를 관통하여 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 상기 온도센서를 배치하기 위한 온도센서 삽입슬롯을 포함하는 초전도 기기용 접속함을 제공할 수 있다.
이 경우, 상기 온도센서는 상기 진공용기 외측으로부터 상기 온도센서 삽입슬롯을 관통하여 상기 냉매용기 내부로 단부가 연장되는 삽입부재 단부에 장착되어 액상 냉매 내부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 온도센서 삽입슬롯은 상기 진공용기 및 상기 냉매용기를 수직방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 온도센서 삽입슬롯은 외측에 상기 진공용기가 상방향으로 연장된 연장 진공관이 구비되고, 내측에 상기 냉매용기가 연장된 연장 냉매관이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 연장 냉매관의 상단은 상기 연장 진공관 상단보다 상부로 연장되어 노출되고, 노출된 상기 연장 냉매관의 상단에 상기 온도센서의 전기적 연결을 위한 피드스루가 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 연장 냉매관의 상단과 상기 피드스루 사이에 실링부재가 개재될 수 있다.
그리고, 상기 삽입부재는 강화플라스틱(FRP, fiber reinforced plastic) 재질일 수 있다.
또한, 상기 연장 냉매관 내에 액상 냉매의 액면이 위치되도록 상기 냉매용기 내의 압력이 조절될 수 있다.
이 경우, 상기 초전도 기기용 접속함은 초전도 케이블과 상온으로 인출되는 상온 도체를 접속하기 위한 종단 접속함이며, 상기 종단 접속함은 초전도 케이블이 수평 방향으로 인입되는 케이블 인입영역 및 인입된 초전도 케이블의 초전도 선재와 접속된 상온 도체가 순차적으로 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부를 경우하여 수직 방향으로 상온으로 인출되는 상온 인출영역으로 구획되며, 상기 온도센서 삽입슬롯은 상기 케이블 인입영역 상면에 수직방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 온도센서 삽입슬롯 및 상기 온도센서는 복수 개가 구비될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 초전도 기기의 초전도 선재를 냉각시키기 위한 액상 냉매가 수용되는 냉매용기, 상기 냉매용기를 감싸는 진공용기, 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 상기 온도센서를 배치하기 위하여 상기 진공용기 외측에서 상기 냉매용기 내측으로 관통되어 설치되는 온도센서 삽입슬롯, 상기 온도센서 삽입슬롯에 삽입되어 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 단부가 배치되며, 상기 단부에 온도센서가 장착되는 삽입부재 및, 상기 삽입부재 단부에 장착되는 상기 온도센서를 포함하는 초전도 기기용 접속함을 제공할 수 있다.
이 경우, 상기 온도센서 삽입슬롯 내에 액상 냉매의 액면이 위치되도록 상기 냉매용기 내의 압력이 조절될 수 있다.
또한, 상기 온도센서 삽입슬롯은 외측에 상기 진공용기가 상방향으로 연장된 연장 진공관이 구비되고, 내측에 상기 냉매용기가 연장된 연장 냉매관이 구비되며, 상기 연장 냉매관의 상단은 상기 연장 진공관 상단보다 상부로 연장되어 노출되고, 노출된 상기 연장 냉매관의 상단에 상기 온도센서의 전기적 연결을 위한 피드스루가 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함에 의하면, 종래와 달리 초전도 기기용 접속함에 수용된 액상 냉매의 온도를 직접 측정할 수 있으므로 시스템 내부의 온도를 정확하게 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함에 의하면, 초전도 시스템 내부의 온도를 정확하게 모니터링할 수 있으므로, 초전도 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함에 의하면, 온도센서의 고장 또는 수명 종료에 따라 온도센서를 교체 또는 수리하는 경우에도, 상기 초전도 기기용 접속함과 초전도 케이블을 포함하는 시스템의 진공상태를 해제하지 않아도 된다.
나아가, 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함에 의하면, 온도센서에서 감지된 온도정보를 유선으로 전송하는 경우에 피드스루를 사용하여 온도정보의 전송을 위한 별도의 장치 등을 필요로 하지 않으므로, 시스템의 구성을 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함에 접속될 수 있는 초전도 케이블의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함의 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 초전도 기기용 접속함의 단면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 단면도의 온도센서 삽입슬롯 영역의 확대도를 도시한다.
도 6은 종래의 초전도 기기용 접속함의 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 기기용 접속함에 접속될 수 있는 초전도 케이블(1000)의 다단 탈피된 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함에 접속 가능한 초전도 케이블(1000)은 포머(110), 상기 포머(110) 외부를 감싸도록 상기 포머(110)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도 도체층(130), 상기 초전도 도체층(130)을 감싸는 절연층(140), 상기 절연층(140) 외부를 감싸도록 상기 포머(110)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 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 단열부(400) 외측을 이격시켜 진공 단열하기 위한 진공부(500), 제1 방향으로 나선형으로 이격되어 상기 단열부(400) 외측을 감싸도록 상기 진공부 내측에 구비되는 적어도 하나 이상의 스페이서(560)가 구비될 수 있다.
순차적으로 초전도 케이블(1000)을 구성하는 각각의 구성요소를 검토하면 다음과 같다. 상기 포머(110)는 납작하고 납작하고 긴 초전도 선재를 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 둥근 원통 또는 파이프 형태로 압축한 형태를 가질 수 있다.
구체적으로, 기본적으로 포머(110)는 둥근 원통 또는 파이프 형상으로 되어있어, 납작하고 긴 초전도 선재를 올리기 위한 틀 역할을 한다. 상기 포머(110)의 직경은 초전도 선재의 폭을 고려하여 초전도 선재가 들뜨지 않고 초전도 선재끼리 포머(110)에 올렸을 때 최대한 원형에 가까운 구조로 이루어질 수 있도록 정해진다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 포머(110)는 중심부가 꽉찬 형태로 구성될 수도 있으나, 상기 포머(110)는 중공의 원통형상으로 이루어져 초전도 선재를 올리기 위한 틀의 역할과 동시에 내부에 냉매가 이동하기 위한 경로 역할을 하도록 구성될 수 있으며, 포머를 구성하는 각각의 소선(111)들은 구리 등으로 구성될 수 있으며, 각각의 소선을 초전도 선재와 병렬로 연결하여, 전력계통에서 고장전류 발생시 귀로도체 역할을 하도록 구성할 수도 있다.
고장전류의 용량에 따라 소선을 구성하는 구리 등의 도체 단면적이 정해질 수 있으며, 고압일 경우 구리 소선을 원형으로 압축하여, 연선한 형태로 이루어질 수 있다.
상기 포머(110)를 구성하는 여러 가닥의 단면 원형의 소선(111)들을 원형으로 압축한 연선의 형태를 이루기 때문에 포머(110)의 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)과 초전도 도체층(130) 사이에는 도면에 도시되지 않았으나 쿠션층이 더 구비될 수 있다. 상기 쿠션층은 반도전 카본지 테이프를 이용하여, 초전도 도체층을 보호하기 위하여 구비될 수 있다.
상기 평활층(120)에 의하여 평탄화된 상기 포머(110) 외측에 복수 개의 초전도 선재(131)로 둘러싸여 층이 형성되는 제1 초전도 도체층(130a)이 구비될 수 있다. 제1 초전도 도체층(130a)은 복수 개의 초전도 선재가 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 초전도 도체층(130)은 복층으로 구성할 수도 있다.
도 1에 도시된 실시예는 총 2층의 초전도 도체층(130a, 130b)이 구비됨이 도시된다. 또한, 초전도 도체층을 단순히 적층하여 배치하면 전류의 표피효과에 따라 전류 용량이 증가되지 않는다. 이러한, 문제점을 방지하기 위하여 초전도 도체층을 복층으로 구비하는 경우에는 초전도 도체층(130a, 130b) 사이에 절연층(140)이 구비될 수 있다. 상기 절연층(140)은 절연 테이프 형태로 구성될 수 있으며, 적층되는 초전도 도체층(130a, 130b) 사이에 배치되어 초전도 도체층(130a, 130b)을 상호 절연시켜 적층된 초전도 선재의 표피효과를 방지할 수 있다. 상기 절연층(140)에 의하여 복층으로 적층된 초전도 도체층들의 통전 방향이 일치될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 상기 초전도 도체층(130)은 제1 초전도 도체층(130a)과 제2 초전도 도체층(130b) 2층으로 구성된 예가 도시되었으나, 필요에 따라 더 많은 층의 초전도 도체층이 구비될 수도 있다.
그리고, 각각의 초전도 도체층(130a, 130b)을 구성하는 초전도 선재는 포머(110)를 구성하는 각각의 소선들과 병렬 연결될 수 있다. 초전도 선재로 흐르던 전류가 초전도 조건의 파괴 등의 사고시에 포머(110)의 소선으로 흐르도록 하기 위함이다. 이와 같은 방법으로 초전도 조건이 만족되지 않는 경우, 초전도 선재의 저항이 커지고 그에 따른 초전도 선재의 발열 또는 손상 등을 방지하기 위함이다.
상기 초전도 도체층(130a, 130b)을 구성하는 초전도 선재들은 후술하는 바와 같이, 초전도 기기용 접속함의 극저온부의 냉매용기 내에서 상온으로 도출되는 도체선과 접속되고, 상기 도체선은 초전도 기기용 접속함의 극저온부, 온도 구배부 및 상온부를 순차적으로 경유하여 외부로 인출될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 뒤로 미룬다.
초전도 도체층을 구성하는 최외층 제2 초전도 도체층(130b)의 외부에 내부 반도전층(150)이 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(150)은 초전도 도체층(130)의 영역별 전계 집중을 완화하고 표면 전계를 고르게 하기 위하여 구비될 수 있다. 구체적으로, 초전도 선재의 모서리 부분에서 발생하는 전계 집중을 완화하고, 전계 분포를 고르게 하기 위해 구비될 수 있다. 이는 후술하는 외부 반도전층(170) 역시 마찬가지이다.
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 초전도 선재의 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 기기용 접속함에 접속될 수 있는 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 절연지는 크라프트지나 PPLP(Polypropylene Laminated Paper)가 주로 사용된다. 다양한 지절연 물질 중 초전도 케이블의 경우 권선의 용이성과 절연내력 특성 고려하여 PPLP 절연지가 사용된다.
상기 절연층(160) 외부에는 외부 반도전층(170)이 구비될 수 있다. 상기 외부 반도천층 역시 초전도 도체층(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 초전도 도체층(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 초전도 선재를 각각 원주방향으로 나란히 배치할 수 있다.
2세대 초전도 선재로 구성된 차폐층에 통전되는 전류는 초전도 도체층에 흐르는 전류의 약 95% 정도가 되도록 설계하여 누설자계의 최소화가 가능할 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 역할 및 코어부(100)의 모든 구성물을 결속해 주는 역할을 수행하며, SUS 재질 등의 금속 테이프로 구성될 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 초전도 선재를 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 약 영하 -200도씨(℃) 정도의 온도를 갖도록 냉각된 상태로 상기 냉객 유로를 순환하며 냉각부(200) 내부의 코어부(100)에 구비되는 초전도 선재의 초전도 조건인 극저온이 유지되도록 할 수 있다.
상기 냉각부(200)에 구비되는 냉각유로는 일방향으로 액상 냉매가 흐르도록 할 수 있으며, 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함 등에서 회수되어 재냉각되어 다시 상기 냉각부(200)의 냉각유로로 공급될 수 있다. 상기 냉각유로는 내부 금속관(300)에 의하여 구획될 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 케이블(1000)의 외장 역할을 수행함과 동시에 전술한 냉각유로를 구획 또는 형성하는 역할을 수행할 수 있다.
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 골과 마루가 반복(융기 및 함몰이 반복)되는 코러게이션 굴곡 구조(corrugation)를 가지며, 상기 내부 금속관(300)은 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 등의 재질로 구성될 수 있다.
이러한 코러게이션 굴곡 구조에 의하여 금속관을 평활한 형태로 구성하는 경우보다 굽힘 성능 및 강성이 향상될 수 있다.
상기 내부 금속관(300)은 상기 냉각부(200) 외측을 구획하므로, 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 단열부(400)는 멀티 레이어 인슐레이션(MLI, Multi Layer Insulation)을 구성하고, 상기 내부 금속관(300) 측으로 복사 등의 방식의 열침입이 발생되는 것을 차단하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 단열부(400)는 반사율이 높은 금속 필름 재질로 구성될 수 있다.
상기 단열부(400)의 층수는 열침입을 최소화 하기 위해 조절이 가능하다. 많은 층으로 구성되면 복사열 차단 효과는 높아지나, 전도열 차단 효과와 진공층의 두께가 얇아짐에 따른 대류에 의한 열차단 효과가 떨어지므로 적절한 층수를 사용하는 것이 중요하다.
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 단열부(400) 방향으로의 대류 등에 의한 열전달 또는 열침입을 최소화하기 위하여 구비될 있다.
상기 진공부(500)는 상기 단열부(400) 외측에 이격 공간을 형성하고, 상기 이격 공간을 진공화시키는 방법으로 형성할 수 있다. 진공화에 의하여 대류에 의한 열침입을 방지할 수 있다.
상기 진공부(500)는 상온인 외부로부터 상기 코어 측으로 대류 등에 의한 열침입을 방지하기 위하여 구비되는 이격 공간이며, 상기 진공부(500)는 외부 금속관(600)에 의하여 구획된다.
상기 진공부(500)는 내측으로는 단열부(400) 외측으로는 외부 금속관(600) 사이 공간을 의미하지만 만일 상기 단열부(400)와 상기 외부 금속관(600)이 직접 접촉되면, 접촉 부위를 통해 전도에 의한 열침입이 발생될 수 있다.
따라서, 상기 단열부(400)와 상기 외부 금속관(600)이 접촉되는 것을 방지하기 위하여 상기 진공부(500)에 적어도 하나의 스페이서(560)가 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 스페이서(560)가 4개가 동일한 방향으로 상기 단열부(400) 외부를 나선형으로 감싸도록 장착되는 것으로 도시되었으나, 상기 스페이서(560)의 개수는 증감될 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 다음과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 스페이서(560)로 적용 가능한 불화 폴리 에틸렌은 물리적 성질로는 열전도율은 ASTM C177 규정에 단위 (10-4cal/㎝.sec.℃) 6 이하이고, 기계적 성질로는 ASTM 시험 방법에 근간한 인장강도는 175 kgf/cm2 이상, 탄성율은 3000kgf/cm2 이상, 압축강도 100 kgf/cm2 이상이며, 기계 가공성이 우수한 불화 폴리 에틸렌인 것이 바람직하다.
상기 조건을 만족하는 불화 폴리 에틸렌은 불소수지의 일종으로, 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, 상기 조건을 만족하는 불화 폴리 에틸렌은 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.
도 1 및 도 2에 도시된 스페이서(560)의 단면 형태는 원형으로 도시되었으나, 원형, 삼각형, 사각형, 별형 등의 다양한 형태가 가능하며, 상기 스페이서(560)가 충분한 강도를 갖는 재질로 구성되는 경우 중공형 파이프 형태로 구성하여 열전도 경로를 좁히거나 경로의 길이를 증대시켜 열침입량을 줄일 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 외부 금속관(600) 역시 상기 내부 금속관(300)과 마찬가지로 밴딩특성 및 강성이 우수하도록 동일한 구조와 재질로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 외부 금속관(600) 외측에는 초전도 케이블 내부를 보호하기 위한 외장 기능을 수행하는 외부자켓 형태의 쉬스부(700)가 구비될 수 있다. 상기 쉬스부는 통상적인 전력용 케이블의 쉬스부(700)를 구성하는 시스재가 사용될 수 있다. 상기 쉬스부(700)는 그 내부의 금속관(600) 등의 부식을 방지하고 외력에 의한 케이블 손상을 방지할 수 있다. 상기 쉬스부(700)는 폴리에틸렌(PE) 폴리염화비닐(PVC) 등의 재질로 구성될 수 있다.
이와 같은 초전도 케이블(1000)은 그 내부에 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함의 진공용기와 연통되어 진공화되는 진공부(500)가 구비되므로 초전도 기기용 접속함의 냉매 온도 모니터링을 위하여 초전도 기기용 접속함의 냉매용기 표면에 부착되는 온도센서의 교체를 위해서 종래에는 냉매용기 외부를 감싸는 진공용기의 진공상태는 부득이하게 해재되어야 하지만 도 3 이하를 참조하여 설명하는 초전도 기기용 접속함의 온도센서 장착구조에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함의 사시도를 도시하며, 도 4는 도 3에 도시된 초전도 기기용 접속함의 단면도를 도시하며, 도 5는 도 4의 단면도의 온도센서 삽입슬롯(3000) 영역의 확대도를 도시한다.
도 3에 도시된 초전도 기기용 접속함에 접속되는 초전도 기기는 전술한 바와 같이, 초전도 케이블일 수 있으며 접속함은 초전도 케이블의 초전도 선재와 상온 도체선을 접속하는 종단 접속함을 예로 들었으나, 접속함은 종단 접속함에 제한되지 않으며 장조장 포설구간에서 초전도 케이블을 상호 접속하기 위한 중간 접속함이어도 무방하다. 중간 접속함도 외부는 초전도 케이블의 진공부(500)과 연통된 상태로 연결되는 진공용기가 구비되어 진공 단열을 제공하고, 그 내부에 초전도 케이블의 냉각부(200)와 연통되어 연결되는 냉매용기가 구비되며, 중간 접속함에서도 냉매용기 내부를 흐르는 냉매 온도의 모니터링이 필요하기 때문이다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함의 하나의 실시예는 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부(C), 상기 극저온부(C) 상부에 기상 냉매가 수용되어 기상 냉매의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부(B)를 구비하는 냉매용기(2300), 상기 냉매용기(2300)를 진공 단열시키기 위하여 상기 냉매용기(2300)를 감싸는 진공용기(2400), 상기 진공용기(2400) 및 상기 냉매용기(2300)를 관통하여 장착되는 온도센서(T)를 장착하기 위한 온도센서 삽입슬롯(3000), 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)을 관통하여 상기 냉매용기(2300)에 수용된 액상 냉매 내부로 단부가 연장되는 삽입부재(3200) 단부에 장착된 온도센서(T)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함이 중간 접속함인 경우에도, 초전도 기기의 초전도 선재를 냉각시키기 위한 액상 냉매가 수용되는 냉매용기(2300), 상기 냉매용기를 감싸는 진공용기(2400), 상기 냉매용기(2300)에 수용된 액상 냉매 내부에 상기 온도센서를 배치하기 위하여 상기 진공용기 외측에서 상기 냉매용기 내측으로 관통되어 설치되는 온도센서 삽입슬롯(3000)
상기 온도센서 삽입슬롯에 삽입되어 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 단부가 배치되며, 상기 단부에 온도센서가 장착되는 삽입부재(3200) 및 상기 삽입부재(3200) 단부에 장착되는 상기 온도센서(T)를 포함할 수 있음은 마찬가지이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함(2000)는 우측 방향으로 초전도 케이블(1000)이 인입되고, 상부 방향으로 상기 초전도 케이블(1000)을 구성하는 초전도 선재와 극저온 상태의 액상 냉매 내에서 접속되는 상온 도체(2210)가 초전도 기기용 접속함(2000)의 극저온부(C), 온도 구배부(B) 및 상온부(A)를 순차적으로 경유하여 상온 환경인 외부로 인출되는 구조를 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함(2000)은 액상 냉매(l)가 수용되는 극저온부(C), 상기 극저온부(C)와 연통되어 기상 냉매(g)가 온도 구배를 갖도록 수용되고, 상기 상온 도체선(2210)이 상방으로 연장되어 배치되며 온도 구배부(B) 및, 상기 온도 구배부(B)와 구획되며, 상기 극저온부(C) 및 상기 온도 구배부(B)에서 연장된 상온 도체선(2210)이 연장되어 인출되는 상온부(A)를 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 초전도 기기용 접속함(2000)은 초전도 케이블(1000)을 구성하는 초전도 선재(130)와 도체선(2210)이 극저온 상태의 냉매에 침지된 상태로 접속되는 극저온부(C)와, 상기 도체선(2210)이 연장 배치되며 상기 극저온부(C)에 수용된 액상 냉매의 액면(ls)으로부터 높이가 상승함에 따라 일정한 온도 구배를 갖도록 기상 냉매가 수용된 온도 구배부(B) 및 상기 온도 구배부(B)와 구획되며, 상온 환경에서 절연오일 또는 절연가스가 수용되고 외측에 부싱이 구비된 도체선이 연장되어 인출되어 있는 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 가능하므로, 상기 극저온부(C)와 상기 온도 구배부(B)의 경계는 변경될 수 있다.
따라서, 상기 극저온부(C)와 상기 온도 구배부(B)는 액상 냉매가 수용되는 냉매용기(2300)를 액면(ls)의 위치에 따라 구분되는 영역으로 이해된다.
상기 도체선(2210)은 상기 초전도 케이블(1000)의 초전도 도체층(130) 측에 접속된다. 여기서, 상기 도체선(2210)이 상기 초전도 도체층(130) 측에 접속된다는 의미는 상기 도체선(2210)이 초전도 도체층(130)과 연결부, 조인트 또는 기타 접속부 등의 접속수단을 통해 직접 접속되는 경우와 아래 설명된 연결도체(2120) 등을 채용하여 간접적으로 접속되는 경우 모두를 포함하는 의미로 해석되는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 극저온부(C) 내부에서 초전도 케이블(1000)의 초전도 도체층(130)과 접속되는 연결도체(2120)가 접속부(2110)에서 연결되며, 상기 접속부(2110)에서 접속된 연결도체(2120)는 도체선(2210)과의 조인트(2130) 등을 통해 도체선(2210)과 전기적 연결이 될 수 있다. 도 4에 도시되지 않았으나, 상기 접속부(2110) 근방에 열수축에 의하여 발생될 수 있는 응력을 해소하기 위한 절연 지지물이 구비될 수도 있다.
상기 조인트(2130)는 상기 연결도체(2120)의 온도에 따른 수평방향 수축 또는 인장에도 불구하고, 상기 도체선(2210) 등과 안정적으로 연결될 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 조인트(2130)는 유연한 재질의 편조선 연결부재 등을 포함할 수 있다.
상기 조인트(2130)에 연결된 상기 도체선(2210)은 냉매용기(2300)의 상단 방향으로 연장된다. 상기 도체선(2210)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 구성될 수 있으며, 외측에는 부싱(2220)이 구비될 수 있다. 물론, 상기 도체선(2210)은 부싱(2220)이 생략된 나도체 형태로 제공될 수 있다. 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등은 초전도 케이블이 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(2220)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(2222)에 경사면에 수직한 방향으로 박(箔)전극(2221)이 구비될 수 있으며, 박전극(2221)이 구비된 부분은 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 상기 부싱(2220)에 구비된 상기 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(2300)에 저장될 수 있다. 냉매용기는 강도가 우수한 스테인리스 등의 금속으로 구성할 수 있다.
따라서, 상기 냉매용기(2300)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(2300)는 하부에 액상 냉매(l)가 수용되고, 그 상부에 기상 냉매(g)가 수용되며, 상기 도체선(2210)의 하부가 침지되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 냉매용기(2300) 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.
상기 냉매용기(2300)는 전술한 초전도 케이블(1000)의 냉각부(200)와 연통되도록 연결되어, 상기 냉매용기(2300) 내의 액상 냉매가 상기 냉각부(200)로 순환할 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함(2000)는 상기 온도 구배부(B)를 상기 상온부(A)와 구획된 상태로 밀봉하기 위한 밀봉부재(2600)를 구비할 수 있다.
상기 냉매용기(2300)의 상단은 개방된 구조를 가질 수 있으며, 상기 냉매용기(2300)를 밀폐하는 상기 밀봉부재(2600)는 내후성, 내부식성이 풍부한 플라스틱으로서의 에폭시(epoxy) 등의 재질일 수 있다.
상기 밀봉부재(2600)를 경계로 상기 온도 구배부(B) 상부에 상온부(A)가 구비될 수 있다.
상기 상온부(A)는 내측에 상기 도체선(2210)이 연장되어 배치될 수 있으며, 상기 도체선(2210)을 감싸며 내부에 절연오일 또는 절연가스(공기 또는 SF6 가스 등)가 수용되는 상온부 관체(2700)를 구비할 수 있다. 상기 상온부 관체(2700)는 자기관 형태를 가질 수 있다.
상기 상온부(A)를 경유한 도체선(2210)은 온도 변화에 따른 충격을 최소화하며 외부로 인출될 수 있다.
그리고, 상기 냉매용기(2300)를 진공 단열시키기 위하여 감싸는 진공용기(2400)를 구비할 수 있다. 상기 진공용기(2400)는 상기 초전도 케이블의 진공부(500)와 연통되도록 구성될 수 있으며, 상기 냉매용기를 감싸도록 구성될 수 있다. 도 4에서, 상기 진공용기는 상기 냉매용기(2300)의 상부까지 연장되어 상기 냉매의 진공 단열을 가능하게 할 수 있다.
한편 상기 초전도 기기용 접속함(2000)는 상기 냉매용기(2300)에 수용된 액상 냉매의 온도를 직접 측정하기 위한 감지유닛으로서 온도센서를 구비할 수 있다.
종래의 초전도 기기용 종단 접속함은 액상 냉매의 온도를 직접 측정하지 못하고, 냉매용기(2300) 표면에 온도센서를 장착하는 방법으로 냉매의 온도를 간접적으로 파악하는 방법을 사용하였다. 그러나 전술한 바와 같이 온도센서의 고장이 발생된 경우 또는 수명이 다한 경우, 온도센서의 교체시 부득이한 진공상태의 해제가 요구되었다.
그러나 도 3 내지 도 5에 도시된 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 접속함(2000)에 장착된 온도센서(T)는 직접 액상 냉매의 온도를 측정할 수 있도록 장착될 수 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함(2000)는 상기 냉매용기(2300)에 수용된 액상 냉매 내부에 배치된 온도센서(T)를 포함할 수 있다.
액상 냉매 내부에 온도센서(T)를 장착하여 직접 액상 냉매의 온도를 측정할 수 있으므로 냉매용기의 온도를 측정하던 종래 방식에 비하여 훨씬 정확한 온도 정보를 얻을 수 있다.
상기 온도센서(T)를 액상 냉매에 배치하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함은 상기 진공용기(2400) 및 상기 냉매용기(2300)를 관통하여 상기 냉매용기(2300)에 수용된 액상 냉매 내부에 상기 온도센서(T)를 배치하기 위한 온도센서 삽입슬롯(3000)이 구비될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 온도센서(T)는 상기 진공용기(2400) 외측으로부터 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)을 관통하여 상기 냉매용기(2300) 내부로 단부가 연장되는 삽입부재(3200) 단부에 장착되어 액상 냉매 내부에 배치될 수 있다.
상기 온도센서 삽입슬롯(3000)은 상기 진공용기(2400) 및 상기 냉매용기(2300)를 수직방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.
상기 온도센서 삽입슬롯(3000)은 냉매용기(2300)에 직접 연장되므로, 액상 냉매가 내부압 이외의 요인, 예를 들면 액상 냉매의 하중에 의하여 온도센서 삽입슬롯(3000)을 통해 유출되는 위험을 최소화하기 위하여 온도센서 삽입슬롯(3000)은 수직 방향으로 상기 진공용기(2400) 및 상기 냉매용기(2300)를 관통할 수 있도록 초전도 기기용 접속함(2000) 상부에 장착되는 것이 바람직하다.
상기 온도센서 삽입슬롯(3000)의 구체적인 구조는 도 5에 도시된 바와 같이, 외측에 상기 진공용기(2400)가 상방향으로 연장된 연장 진공관(3400)이 구비되고, 내측에 상기 냉매용기(2300)가 연장된 연장 냉매관(3300)이 구비될 수 있다.
따라서, 상기 연장 냉매관(3300)은 하부로 액상 냉매가 수용된 극저온부를 형성하고 그 액면 상부에는 기상 냉매가 수용되어 점진적 온도 구배를 형성하는 온도 구배부를 형성하는 것으로 이해될 수 있다.
따라서, 상기 연장 냉매관(3300) 내에 액상 냉매의 액면이 위치되도록 상기 냉매용기(2300) 내의 압력이 조절되는 것이 바람직하다. 상기 연장 냉매관(3300) 내에 액상 냉매의 액면이 위치되도록 상기 냉매용기(2300) 내의 압력이 조절되면 상기 온도센서(T)가 상기 냉매용기(2300)에 수용되거나 유동하는 액상 냉매 내부에 위치되는 것을 보증할 수 있기 때문이다.
상기 온도센서 삽입슬롯(3000) 내부에 기체 냉매가 수용되어 온도 구배부가 형성되도록 하면, 외부로부터 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)을 통한 열침입을 최소화할 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연장 냉매관(3300)의 상단은 상기 연장 진공관(3400) 상단보다 상부로 연장되어 노출되고, 노출된 상기 연장 냉매관(3300)의 상단에 상기 온도센서(T)의 전기적 연결을 위한 전도성 부재로서의 피드스루(3500)가 장착될 수 있다.
상기 피드스루(3500)는 양면에 단자가 구비되고, 상기 연장 냉매관(3300) 내측으로 도출된 단자는 상기 온도센서(T)와 케이블(미도시)에 의하여 전기적으로 연결되고, 상기 피드스루(3500)의 타단이 초전도 전력 시스템의 제어수단과 전기적으로 연결되어 감지된 온도 정보를 전송할 수 있다.
상기 온도센서(T)와 상기 피드스루(3500)을 연결하는 케이블(미도시)은 상기 삽입부재(3200)와 함께 배치될 수 있다.
또한, 상기 연장 냉매관(3300)은 상기 삽입부재(3200)가 관통하여 단부에 온도센서(T)가 액상 냉매 내부에 배치되도록 장착된다.
따라서, 상기 삽입부재(3200)의 관통 영역을 통한 열침입 또는 냉매 유출을 방지하기 위하여 상기 연장 냉매관과 상기 피드스루(3500) 사이에 실링부재(3600)가 개재되어 실링 성능이 보강될 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 접속합은 온도센서 삽입슬롯(3000)을 구비하여 액상 냉매의 온도를 직접 측정할 수 있다는 장점이 존재하지만, 액상 냉매에 상기 삽입부재(3200) 등을 사용하여 직접 접근하게 되므로 상기 삽입부재(3200) 등을 통한 열침입 가능성이 존재하므로, 상기 삽입부재(3200)는 열전도가 쉽지 않은 강화플라스틱(FRP, fiber reinforced plastic) 등의 재질로 구성되어 열전도에 의한 열침입을 최소화할 수 있다.
상기 강화플라스틱(FRP, fiber reinforced plastic)은 열전도도가 낮고 극저온에서 형상이 변형되지 않는 수축률이 작고 기계적 강도를 가진다. 따라서, 상기 온도센서(T)가 안정적으로 장착되어 냉매용기 내측에 배치될 수 있으며, 상기 온도센서(T)가 장착된 삽입부재(3200)를 통해 열침입이 최소화될 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함은 초전도 케이블의 접속을 위한 종단 접속함일 수 있으며, 초전도 케이블의 종단 접속함은 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이 초전도 케이블이 일측으로 인입되어 상온 도체선과 접속된 후 상온 도체선이 열충격이 최소화되며 인출되도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 상기 종단 접속함은 초전도 케이블이 수평 방향으로 인입되는 케이블 인입영역(I) 및 인입된 초전도 케이블(1000)의 초전도 선재와 접속된 상온 도체선이 순차적으로 극저온부(C) 및 온도 구배부(B)를 경우하여 수직 방향으로 상온으로 인출되는 상온 인출영역(II)으로 구획되며, 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)은 상기 케이블 인입영역(I) 상면에 수직방향으로 형성될 수 있다.
상기 온도센서 삽입슬롯(3000)은 수직하게 설치되는 것이 바람직함은 전술한 바와 같고, 수직하게 온도센서 삽입슬롯(3000)을 설치하기 용이한 위치는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 케이블 인입영역(I)이기 때문이다.
초전도 케이블은 일반적으로 수평방향으로 포설되므로 상기 케이블 인입영역(I) 역시 수평방향으로 구성되어 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)의 장착장소를 확보하기 용이하다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 기기용 접속함은 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)을 통해 장착된 상기 온도센서(T)에 고장이 발생하거나, 또는 상기 온도센서의 수명이 다하게 되면 상기 온도센서의 보수 및 교체를 위해서 상기 냉매용기와 상기 진공용기 사이의 진공상태를 해제할 필요가 없이, 상기 온도센서(T)의 유지보수를 위하여 상기 온도센서를 분리하는 경우에 상기 종단 구조체와 상기 초전도 케이블을 포함하는 전체 시스템의 진공상태를 해제할 필요없이 온도센서의 교체가 가능하다.
도 3 내지 도 5에 도시된 실시예에서, 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)이 하나가 구비되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 상기 온도센서 삽입슬롯(3000)이 복수 개가 구비되어 어느 하나의 온도센서 교체 과정 중에도 액상 냉매의 온도 모니터링이 가능하고, 영역별로 온도 분포도 파악하도록 구성될 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
130 : 초전도층
200 : 냉각부
500 : 진공부
2000 : 초전도 기기용 접속함
2300 : 냉매용기
2400 : 진공용기
A : 상온부
B : 온도 구배부
C : 극저온부

Claims (13)

  1. 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부, 상기 극저온부 상부에 기상 냉매가 수용되어 기상 냉매의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부를 구비하는 냉매용기;
    상기 냉매용기를 진공 단열시키기 위하여 상기 냉매용기를 감싸는 진공용기;
    상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 배치된 온도센서;
    상기 진공용기 및 상기 냉매용기를 관통하여 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 상기 온도센서를 배치하기 위한 온도센서 삽입슬롯; 및,
    상기 진공용기 외측으로부터 상기 온도센서 삽입슬롯을 관통하여 상기 냉매용기 내부로 단부가 연장되는 삽입부재;를 포함하고,
    상기 온도센서는 상기 진공용기 외측으로부터 상기 온도센서 삽입슬롯을 관통하여 상기 삽입부재 단부에 장착되어 액상 냉매 내부에 배치되며, 상기 온도센서 삽입슬롯은 상기 진공용기 및 상기 냉매용기를 수직방향으로 관통하도록 형성되며,
    상기 온도센서 삽입슬롯은 외측에 상기 진공용기가 상방향으로 연장된 연장 진공관이 구비되고, 내측에 상기 냉매용기가 연장된 연장 냉매관이 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연장 냉매관의 상단은 상기 연장 진공관 상단보다 상부로 연장되어 노출되고, 노출된 상기 연장 냉매관의 상단에 상기 온도센서의 전기적 연결을 위한 피드스루가 장착되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연장 냉매관의 상단과 상기 피드스루 사이에 실링부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부재는 강화플라스틱(FRP, fiber reinforced plastic) 재질인 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연장 냉매관 내에 액상 냉매의 액면이 위치되도록 상기 냉매용기 내의 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초전도 기기용 접속함은 초전도 케이블과 상온으로 인출되는 상온 도체를 접속하기 위한 종단 접속함이며, 상기 종단 접속함은 초전도 케이블이 수평 방향으로 인입되는 케이블 인입영역 및 인입된 초전도 케이블의 초전도 선재와 접속된 상온 도체가 순차적으로 상기 극저온부 및 상기 온도 구배부를 경우하여 수직 방향으로 상온으로 인출되는 상온 인출영역으로 구획되며, 상기 온도센서 삽입슬롯은 상기 케이블 인입영역 상면에 수직방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서 삽입슬롯 및 상기 온도센서는 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  11. 초전도 기기의 초전도 선재를 냉각시키기 위한 액상 냉매가 수용되는 냉매용기;
    상기 냉매용기를 감싸는 진공용기;
    상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 온도센서를 배치하기 위하여 상기 진공용기 외측에서 상기 냉매용기 내측으로 관통되어 설치되는 온도센서 삽입슬롯;
    상기 온도센서 삽입슬롯에 삽입되어 상기 냉매용기에 수용된 액상 냉매 내부에 단부가 배치되며, 상기 단부에 온도센서가 장착되는 삽입부재; 및,
    상기 삽입부재 단부에 장착되는 온도센서;를 포함하고,
    상기 온도센서 삽입슬롯은 외측에 상기 진공용기가 상방향으로 연장된 연장 진공관이 구비되고, 내측에 상기 냉매용기가 연장된 연장 냉매관이 구비되며, 상기 연장 냉매관의 상단은 상기 연장 진공관 상단보다 상부로 연장되어 노출되고, 노출된 상기 연장 냉매관의 상단에 상기 온도센서의 전기적 연결을 위한 피드스루가 장착되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도센서 삽입슬롯 내에 액상 냉매의 액면이 위치되도록 상기 냉매용기 내의 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 접속함.
  13. 삭제
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