KR102366614B1 - Refrigerant Pipe And Superconducting Cable Having The Same - Google Patents
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Abstract
발명은 초전도 케이블의 코어가 수용되고 냉매가 유동하며, 냉매의 유동저항을 줄여 차압손실을 최소화하고 초전도 케이블의 직경을 줄일 수 있는 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 관한 것이다.The present invention relates to a refrigerant pipe in which a core of a superconducting cable is accommodated, a refrigerant flows, and a refrigerant pipe capable of minimizing a differential pressure loss and reducing a diameter of a superconducting cable by reducing flow resistance of the refrigerant, and a superconducting cable having the same.
Description
본 발명은 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 초전도 케이블의 코어가 수용되고 냉매가 유동하며, 냉매의 유동저항을 줄여 차압손실을 최소화하고 초전도 케이블의 직경을 줄일 수 있는 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 관한 것이다.The present invention relates to a refrigerant pipe and a superconducting cable having the same. More particularly, the present invention relates to a refrigerant tube in which the core of a superconducting cable is accommodated, a refrigerant flows, and the flow resistance of the refrigerant is reduced to minimize differential pressure loss and reduce the diameter of the superconducting cable, and to a superconducting cable having the same.
초전도 선재는 일정한 온도에서 전기저항이 제로에 가까이 수렴하므로, 낮은 전압에서도 큰 전력 전송 능력을 갖는다. 이러한 초전도 선재를 구비하는 초전도 케이블은 극저온 환경을 형성 및 유지하고자 질소 등의 냉매를 사용하여 냉각시키는 방법 및/또는 진공층을 형성하여 단열하는 방법을 사용한다.Superconducting wire has a large power transmission ability even at a low voltage because the electrical resistance converges to near zero at a constant temperature. In order to form and maintain a cryogenic environment, a superconducting cable having such a superconducting wire uses a method of cooling using a refrigerant such as nitrogen and/or a method of insulating by forming a vacuum layer.
초전도 케이블을 포함하는 초전도 전력 시스템은 초전도 케이블 내에 초전도 선재를 포함하는 코어를 냉각하기 위하여, 코어를 냉매 금속관에 수용시킨 상태에서 액상 냉매를 유동시켜 코어를 냉각한다. 그리고, 냉매가 유동하는 냉매 금속관 외측에 단열재 등을 감아서 외부 열침입을 방지하기 위한 단열부를 구비하고, 상기 단열부 외측에는 진공부가 형성되도록 스페이서가 구비된 진공 금속관이 구비될 수 있다.A superconducting power system including a superconducting cable cools a core including a superconducting wire in a superconducting cable by flowing a liquid refrigerant in a state in which the core is accommodated in a refrigerant metal tube. In addition, a heat insulator for preventing external heat intrusion by winding a heat insulating material or the like on the outside of the refrigerant metal tube through which the refrigerant flows, and a vacuum metal tube provided with a spacer so as to form a vacuum part outside the heat insulating part may be provided.
초전도 케이블을 구성하는 냉매 금속관 또는 진공 금속관은 굽힘 특성이 확보되고 강성을 향상시키기 위하여 골과 마루가 반복되는 코러게이션 구조를 갖도록 구성될 수 있다.The refrigerant metal tube or vacuum metal tube constituting the superconducting cable may be configured to have a corrugation structure in which troughs and ridges are repeated in order to secure bending characteristics and improve rigidity.
그러나 냉매 금속관의 경우 내부에 극저온의 액상 냉매가 유동하므로 골과 마루가 반복되는 코러게이션 구조는 액상 냉매의 유동저항을 유발하며, 이러한 유동저항은 초전도 케이블의 포설 길이가 길어짐에 따라 액상 냉매의 차압 손실을 유발하는 문제를 발생시킨다. 차압 손실이 증대되면 액상 냉매를 냉각시켜 순환시키는 설비의 부하를 증가시키고 초전도 조건의 안정성이 저하될 수 있다.However, in the case of a refrigerant metal tube, since cryogenic liquid refrigerant flows inside, the corrugation structure with repeated valleys and ridges causes flow resistance of the liquid refrigerant. problems that cause losses. When the differential pressure loss increases, the load of the equipment for cooling and circulating the liquid refrigerant may increase and the stability of the superconducting condition may be deteriorated.
또한, 액상 냉매의 차압 손실을 줄이는 방법으로 냉매 금속관 내부의 직경을 증대하는 방법을 고려할 수 있으나, 이는 전체 초전도 케이블의 직경이 증대되므로 바람직하지 않다.In addition, a method of increasing the inner diameter of the refrigerant metal tube may be considered as a method of reducing the differential pressure loss of the liquid refrigerant, but this is not preferable because the diameter of the entire superconducting cable is increased.
본 발명은 초전도 케이블의 코어가 수용되고 냉매가 유동하며, 냉매의 유동저항을 줄여 차압손실을 최소화하고 초전도 케이블의 직경을 줄일 수 있는 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention is to provide a refrigerant pipe in which the core of the superconducting cable is accommodated, the refrigerant flows, and the flow resistance of the refrigerant is reduced to minimize the differential pressure loss and reduce the diameter of the superconducting cable, and a superconducting cable having the same. do it with
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 초전도 선재가 구비된 초전도 도체층을 포함하는 코어의 극저온 냉각을 위한 액상 냉매가 유동하는 초전도 케이블용 냉매관에 있어서, 상기 냉매관은 비금속 재질의 내관 및 상기 내관을 감싸는 금속 재질의 금속 보강재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관을 제공할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a refrigerant pipe for a superconducting cable in which a liquid refrigerant for cryogenic cooling of a core including a superconducting conductor layer provided with a superconducting wire flows, the refrigerant pipe comprising a non-metal inner tube and the It is possible to provide a refrigerant pipe for a superconducting cable, characterized in that it comprises a metal reinforcing material of a metal material surrounding the inner tube.
이 경우, 상기 냉매관의 내관과 상기 금속 보강재 사이에 섬유층이 구비될 수 있다.In this case, a fiber layer may be provided between the inner tube of the refrigerant tube and the metal reinforcement.
그리고, 상기 섬유층은 얀으로 구성된 사를 내관의 외측을 적어도 1층 이상으로 횡권하거나, 얀으로 직조된 천을 내관의 외측을 적어도 1층 이상으로 감싸는 방법으로 구성될 수 있다.In addition, the fiber layer may be formed by traversing the outer side of the inner tube with at least one layer of a yarn composed of yarn, or wrapping a cloth woven with yarn around the outer side of the inner tube with at least one layer or more.
여기서, 상기 섬유층의 두께가 상기 내관 및 상기 금속 보강재의 두께보다 클 수 있다.Here, the thickness of the fiber layer may be greater than the thickness of the inner tube and the metal reinforcement.
또한, 상기 냉매관의 내관은 내표면 및 외표면이 플랫한 파이프 구조를 가질 수 있다.In addition, the inner tube of the refrigerant tube may have a pipe structure in which the inner surface and the outer surface are flat.
그리고, 상기 냉매관의 내관은 폴리에틸렌 재질로 구성될 수 있다.And, the inner tube of the refrigerant tube may be made of a polyethylene material.
이 경우, 상기 폴리에틸렌은 불화 폴리에틸렌일 수 있다.In this case, the polyethylene may be fluorinated polyethylene.
여기서, 상기 금속 보강재는 금속 편조부재일 수 있다.Here, the metal reinforcing material may be a metal braided member.
이 경우, 상기 금속 보강재는 스테인리스 스틸 테이프일 수 있다.In this case, the metal reinforcement may be a stainless steel tape.
그리고, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 상기 내관 외측에 나선형으로 횡권될 수 있다.In addition, the stainless steel tape may be spirally wound on the outside of the inner tube.
여기서, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 폭방향으로 일정 범위 중첩되도록 횡권되며, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 중첩 범위에서 상부에 배치되는 영역과 하부에 배치되는 영역이 서로 다른 높이를 갖도록 단차지게 성형될 수 있다.Here, the stainless steel tape may be cross-wound to overlap a predetermined range in the width direction, and the stainless steel tape may be formed to have a step difference in the overlapping range so that an upper region and a lower region have different heights.
또한, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 폭방향으로 일정 범위 중첩되도록 나선형으로 횡권되며, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 중첩 범위에서 상부에 배치되는 영역과 하부에 배치되는 영역이 상호 로킹되도록 폭방향 단부가 각각 반대방향으로 절곡된 후크 형상을 가질 수 있다.In addition, the stainless steel tape is spirally wound so as to overlap within a certain range in the width direction, and the ends of the stainless steel tape in the width direction are opposite to each other so that the area disposed at the upper portion and the area disposed below are mutually locked in the overlapping range. It may have a bent hook shape.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 초전도 선재가 구비된 초전도 도체층을 포함하는 코어, 상기 코어의 냉각을 위하여 냉매가 유동하며, 전술한 냉매관 및, 상기 냉매관 외측을 진공 단열하기 위하여 금속관에 의하여 구획되는 진공부를 포함하는 초전도 케이블을 제공할 수 있다.In addition, in order to solve the above problems, the present invention provides a core including a superconducting conductor layer provided with a superconducting wire, a refrigerant flows for cooling the core, and vacuum insulates the refrigerant pipe and the outside of the refrigerant pipe To this end, it is possible to provide a superconducting cable including a vacuum unit partitioned by a metal tube.
본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 의하면, 종래의 코러게이션 구조의 냉매관을 플랫한 구조의 냉매관으로 대체하여 냉매관 내부를 유동하는 냉매의 유동저항을 줄일 수 있다.According to the refrigerant pipe and the superconducting cable having the same according to the present invention, it is possible to reduce the flow resistance of the refrigerant flowing inside the refrigerant pipe by replacing the refrigerant pipe of the conventional corrugation structure with a refrigerant pipe of a flat structure.
또한, 본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 의하면, 냉매관 내부를 유동하는 냉매의 유동저항을 최소화할 수 있으므로, 초전도 케이블의 포설구간에서의 냉매의 유동시 차압손실을 최소화할 수 있다.In addition, according to the refrigerant pipe and the superconducting cable having the same according to the present invention, the flow resistance of the refrigerant flowing inside the refrigerant pipe can be minimized, so that the differential pressure loss when the refrigerant flows in the installation section of the superconducting cable can be minimized. there is.
또한, 본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 의하면, 종래의 코러게이션 구조의 냉매관을 플랫한 구조의 냉매관으로 대체할 수 있으므로, 초전도 케이블의 직경을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the refrigerant pipe and the superconducting cable having the same according to the present invention, since the refrigerant pipe of the conventional corrugation structure can be replaced with the refrigerant pipe of the flat structure, the effect of reducing the diameter of the superconducting cable can be obtained. there is.
또한, 본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 의하면, 초전도 케이블의 포설구간에서의 냉매의 유동시 차압손실을 최소화할 수 있으므로 초전도 전력 시스템의 냉각 성능을 향상시켜, 초전도 전력 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the refrigerant pipe and the superconducting cable having the same according to the present invention, it is possible to minimize the differential pressure loss during the flow of the refrigerant in the installation section of the superconducting cable, so that the cooling performance of the superconducting power system is improved, and the performance of the superconducting power system can improve
또한, 본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 의하면, 플랫한 구조의 냉매관을 적용하여 시스템의 냉각 또는 순환부하를 줄일 수 있으므로, 이는 초전도 케이블의 장조장 포설을 가능하게 한다.In addition, according to the refrigerant pipe and the superconducting cable having the same according to the present invention, it is possible to reduce the cooling or circulating load of the system by applying the refrigerant pipe having a flat structure, which enables the installation of a long length of the superconducting cable.
도 1은 본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블의 하나의 실시예의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블의 다른 실시예의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 냉매관의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 냉매관의 다른 실시예의 횡단면도 및 측단면도를 도시한다.1 shows a multi-stage stripped perspective view of an embodiment of a refrigerant pipe and a superconducting cable having the same according to the present invention.
Figure 2 shows a multi-stage stripped perspective view of another embodiment of the refrigerant pipe and the superconducting cable having the same according to the present invention.
Figure 3 shows a cross-sectional view of one embodiment of the refrigerant tube of the superconducting cable according to the present invention.
4 shows a cross-sectional view and a side cross-sectional view of another embodiment of the refrigerant tube of the superconducting cable according to the present invention.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명에 따른 냉매관(300)이 적용된 초전도 케이블의 단계별 탈피된 사시도를 도시한다.1 is a perspective view showing a step-by-step stripped superconducting cable to which a
본 발명에 따른 냉매관(300)이 적용된 초전도 케이블의 기본 구조를 설명한다.The basic structure of the superconducting cable to which the
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) 도체 소선(111)들을 원형으로 압축한 형태를 가질 수 있다.The former 110 provides a place for mounting a flat, flat, and long superconducting wire around the former 110 and at the same time serves as a frame for forming a shape, and may be a path through which a fault current flows. The former 110 may have a shape in which a plurality of copper (Cu)
구체적으로, 기본적으로 포머(110)는 둥근 원통형상으로 되었어, 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. Specifically, basically the former 110 has a round cylindrical shape, and serves as a frame for placing a flat and long superconducting wire. The diameter of the former 110 is determined to be as close to a circular structure as possible when the superconducting wires are placed on the former 110 without lifting the superconducting wires in consideration of the width of the superconducting wires.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 포머는 중심부가 꽉찬 형태로 구성될 수도 있으나, 상기 포머(110)는 중공의 파이프 형상으로 이루어져 초전도 선재를 올리기 위한 틀의 역할과 동시에 내부에 냉매가 이동하기 위한 경로 역할을 하도록 구성될 수 있으며, 포머를 구성하는 각각의 도체 소선(111)들은 구리 등으로 구성될 수 있으며, 각각의 소선을 각각의 초전도 선재와 병렬연결을 함으로써, 전력계통에서 전력 시스템의 단락(??치, 번개, 절연 파괴 등)으로 인한 고장전류 발생시 귀로도체 역할을 하도록 구성할 수도 있다. As shown in FIG. 1, the former may be configured in a form in which the center is full, but the former 110 is formed in a hollow pipe shape to serve as a frame for raising the superconducting wire and at the same time to move the refrigerant therein. It may be configured to serve as a path, and each of the
고장전류의 용량에 따라 소선을 구성하는 구리 등의 도체 단면적이 정해질 수 있으며, 고압일 경우 구리 소선을 원형으로 압축하여, 연선한 형태로 이루어질 수 있다.The cross-sectional area of a conductor such as copper constituting the wire may be determined according to the capacity of the fault current, and in the case of high voltage, the copper wire may be compressed into a circular shape to form a stranded wire.
상기 포머(110)를 구성하는 여러 가닥의 단면 원형의 도체 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.Since the
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.Although not shown in the drawings, a cushion layer may be further provided between the
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.A first
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블을 통해 송전 또는 배전하려는 전류의 용량에 따라 초전도 도체층(130)은 복층으로 구성할 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 1 , the superconducting conductor layer 130 may be configured in multiple layers depending on the capacity of the current to be transmitted or distributed through the superconducting cable.
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 절연 테이프(140)가 구비될 수 있다. 상기 절연 테이프(140)는 적층되는 초전도 도체층(130a, 130b) 사이에 배치되어 초전도 도체층(130a, 130b)을 상호 절연시켜 적층된 초전도 선재의 표피효과를 방지할 수 있다. 상기 절연 테이프(140)에 의하여 복층으로 적층된 초전도 도체층들의 통전 방향이 일치될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, it is shown that a total of two
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. 예를 들어, 상기 초전도 도체층을 3층으로 구성하고, 각각의 층별로 R상, S상, T상의 전류 공급이 가능하도록 하여 교류 전력 전송도 가능하다. 이 경우에도 마찬가지로 각각의 초전도 도체층은 상호 절연되어야 한다.In the embodiment shown in Fig. 1, the superconducting layer 130 is an example composed of two layers of the first
그리고, 각각의 초전도 도체층(130a, 130b)을 구성하는 각각의 초전도 선재는 포머(110)를 구성하는 각각의 소선들과 병렬 연결될 수 있다. 초전도 선재로 흐르던 전류가 단락(??치, 번개, 절연 파괴, 초전도 조건의 파괴 등) 등의 사고시에 포머(110)의 소선으로 사고 전류가 분류되도록 하기 위함이다. 이와 같은 방법으로 초전도 선재의 발열 또는 손상 등을 방지할 수 있다.In addition, each of the superconducting wires constituting the respective
상기 제1 초전도 도체층(130a) 외측에 구비되는 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.An inner
상기 내부 반도전층(150)은 반도전 테이프가 권선되는 방식으로 구비될 수 있다.The inner
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 냉매관(300)이 적용된 초전도 케이블은 절연층(160)으로서 일반 종이 재질의 절연지를 사용할 수 있으며, 상기 절연층(160)은 절연지를 복수 회 권선하는 방식으로 구성될 수 있다.An insulating
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.The insulating paper is mainly kraft paper or PPLP (Polypropylene Laminated Paper). In the case of superconducting cables among various earth insulating materials, PPLP insulating paper is used in consideration of ease of winding and dielectric strength characteristics.
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.An external
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.In addition, a
2세대 초전도 선재로 구성된 차폐층에 통전되는 전류는 초전도 도체층에 흐르는 전류의 약 95% 정도가 되도록 설계하여 누설자계의 최소화가 가능할 수 있다.The current flowing through the shielding layer made of the second-generation superconducting wire is designed to be about 95% of the current flowing through the superconducting layer, so that the leakage magnetic field can be minimized.
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 구성되 수 있다.A
이와 같은 방법으로 초전도 케이블의 코어부(100)가 구성될 수 있으며, 도 1에서 상기 평활층 및 상기 반도전층은 동일 재질의 단일 층으로 구성되는 것으로 도시되었으나, 필요에 따라 다양한 부속층들이 추가될 수 있다.In this way, the
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 영하 -200도 정도의 온도를 갖도록 냉각된 상태로 상기 냉객 유로를 순환하며 냉각부 내부의 코어부(100)에 구비되는 초전도 선재의 초전도 조건인 극저온이 유지되도록 할 수 있다.A
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.The cooling passage provided in the
상기 냉각부(200) 외측에는 냉매관(300)이 구비되어 냉각부를 구획할 수 있다. 상기 냉매관(300)은 후술하는 외부 금속관(600)과 함께 초전도 케이블의 포설 및 운전 중에 코어부(100)의 기계적인 손상을 방지하기 위한 초전도 케이블의 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. A
일반적인 초전도 케이블의 냉매관(300)은 기계적 응력에 대한 강성 보강을 위하여 초전도 케이블의 길이 방향으로 골과 마루가 반복되는 코러게이션 구조를 가지는 알루미늄 등의 재질로 구성되었으나, 본 발명에 따른 냉매관(300)은 유동 저항에 따른 차압 손실을 최소화하기 위하여 후술하는 구조의 냉매관(300)을 채용한다.The
본 발명에 따른 냉매관(300)은 비금속 재질의 내관(310), 상기 내관(310) 외측에 구비되는 섬유층(330) 및 상기 섬유층(330) 외측의 금속 보강부재를 구비할 수 있다.The
즉, 냉매가 유동하는 냉매관(300)의 내관(310)은 플랫한 파이프 형태로 구성되므로, 유동저항에 따른 냉매의 차압 손실이 종래 방식의 냉매관(예를 들면, 5.5mbar/m)에 비해 1/3 정도 까지 크기로 줄어들 수 있음이 확인되었다. 이와 같은 효과에 의하여 시스템의 냉각 또는 순환부하를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.That is, since the
이와 같이, 냉매관(300)을 코러게이션 구조가 아닌 본 발명에 따른 냉매관(300)을 적용하여 시스템의 냉각 또는 순환부하를 줄일 수 있으므로, 이는 초전도 케이블의 장조장 포설이 가능함을 의미한다.In this way, since the
본 발명에 따른 냉매관(300)의 자세한 구조 또는 재질 등에 대한 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.A detailed structure or material of the
상기 냉매관(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 냉매관(300) 측으로 열침입이 발생되는 것을 차단하기 위하여 구비될 수 있다.A
특히, 상기 냉매관(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.In particular, since the
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.The number of layers of the insulating
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.A
상기 진공부(500)는 상기 단열부(400) 외측에 이격 공간을 형성하고, 상기 이격 공간을 진공화시키는 방법으로 형성할 수 있다.The
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 있으며, 구체적으로 초전도 케이블 또는 스페이서의 종류 또는 크기에 따라 증감될 수 있다. 도 1에 도시된 초전도 케이블(1000)은 4개의 스페이서가 구비되는 것으로 도시되었으나 그 개수는 증감될 수 있다.The
상기 스페이서(560)는 초전도 케이블의 길이방향을 따라 배치될 수 있으며, 상기 코어부(100) 외측, 구체적으로는 상기 단열부(400)를 나선형 또는 원형으로 감싸도록 권선할 수 있다.The
상기 스페이서(560)의 개수는 본 발명에 따른 냉매관(300)이 적용된 초전도 케이블은 3개 내지 5개의 스페이서가 구비될 수 있다. 상기 스페이서는 이격 공간을 형성하여 전도에 의한 열교환을 방지할 수 있으며, 스페이서의 구조는 단층 또는 복층으로 구성될 수 있다.The number of
상기 스페이서(560)의 재질은 폴리 에틸렌(FEP, PFA, ETFE, PVC, P.E, PTFE) 재질일 수 있다.The material of the
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.In addition, if necessary, the
불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질은 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)의 단면 형태는 원형, 삼각형, 사각형, 별형 등의 다양한 형태가 가능하다.Fluorinated polyethylene (PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) material forms a very stable compound due to the strong chemical bond between fluorine and carbon. there is. In addition, since Teflon has a certain degree of flexibility, it spirally surrounds the
상기 스페이서(560)이 구비된 상기 진공부(500) 외측에는 외부 금속관(600)이 구비될 수 있다. 상기 외부 금속관(600)은 상기 냉매관(300)과 동일한 형태와 재질로 구성될 수 있으며, 상기 외부 금속관(600)은 상기 냉매관(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.An
그리고, 상기 외부 금속관(600) 외측에는 초전도 케이블 내부를 보호하기 위한 외장 기능을 수행하는 외부자켓(700)가 구비될 수 있다. 상기 외부자켓은 통상적인 전력용 케이블의 외부자켓(700)를 구성하는 시스재가 사용될 수 있다. 상기 외부자켓(700)는 그 내부의 금속관(600) 등의 부식을 방지하고 외력에 의한 케이블 손상을 방지할 수 있다. 폴리에틸렌(PE) 폴리염화비닐(PVC) 등의 재질로 구성될 수 있다.In addition, an
도 2는 본 발명에 따른 냉매관(300) 및 이를 구비하는 초전도 케이블의 하나의 실시예의 다단 탈피된 사시도를 도시한다. 도 1을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.2 shows a multi-stage stripped perspective view of an embodiment of a
구체적으로, 도 2는 3상 전력의 송전 또는 배전을 위한 3코어 초전도 케이블의 사시도를 도시한다.Specifically, FIG. 2 shows a perspective view of a three-core superconducting cable for transmission or distribution of three-phase electric power.
본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)은 각각 120도의 위상차를 갖는 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류의 통전을 위한 초전도 도체층(130)이 동축 상에 적층되어 구비될 수 있다.The three-phase
구체적으로, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)은 액상 냉매가 일방향으로 유동하는 제1 냉매관(300a), 상기 제1 냉매관(300a)를 순차적으로 상호 절연된 상태로 감싸도록 상기 제1 냉매관(300a)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재(SC)를 포함하여 구성되는 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c); 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c) 중 최외곽에 배치된 제3 초전도 도체층(130c)과 절연된 상태로 상기 제3 초전도 도체층(130c) 둘레를 감싸도록 나란히 배치되는 복수 개의 도체 선재(c)를 포함하여 구성되는 차폐층(180)을 포함하는 코어(100)를 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the three-phase
본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)을 구성하는 코어(100)의 최내측 및 최외측에 제1 냉매관(300a) 및 제2 냉매관(300b)이 구비될 수 있다.The
후술하는 도 2에 초전도 케이블은 코어(100)의 냉각을 위한 냉매의 유로가 일방향으로 형성되지만 3상 동축 초전도 케이블(1000)의 경우 냉매 유로가 양방향으로 형성될 수 있고, 냉매관(300) 역시 코어 내부와 외부 각각 구비될 수 있다.In FIG. 2 to be described later, in the superconducting cable, the coolant flow path for cooling the
즉, 코어(100)의 최내부에 구비되는 제1 냉매관(300a)에서 액상 냉매가 일방향으로 흐르면, 코어(100)의 최외부에 구비되는 제2 냉매관(300b)에서 액상 냉매는 상기 일방향과 반대방향으로 흐르게 될 수 있다. 이와 같은 방법으로, 코어(100)를 구성하는 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c) 및 차폐층(180)을 극저온으로 냉각할 수 있고, 초전도 전력 시스템에서 냉매 회수배관을 생략할 수 있는 효과를 얻을 수 있고, 종래의 3상 초전도 케이블에 비해 직경을 크게 줄이고, 초전도 선재를 사용한 차폐층을 생략할 수도 있다.That is, when the liquid refrigerant flows in one direction in the
상기 제1 냉매관(300a) 및 제2 냉매관(300b)은 전술한 냉매관(300)의 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 냉매관(300a) 및 제2 냉매관(300b)은 내관(310), 섬유층(330) 및 금속 보강재(350)로 구성될 수 있으며, 각각의 상기 제1 냉매관(300a) 및 후술하는 제2 냉매관(300b)은 각각 액상 냉매의 유로(200a, 200b)를 형성할 수 있다.The
상기 제1 냉매관(300a) 둘레에는 순차적으로 제1 초전도 도체층(130a) 내지 제3 초전도 도체층(130c)이 적층되어 구비될 수 있다.A first
상기 제1 냉매관(300a) 표면에는 제1 냉매관(300a) 표면의 올록볼록한 표면을 평활하게 하기 위한 평활층 또는 반도전 카본지 테이프를 이용하여, 초전도 도체층(130)을 보호하기 위한 쿠션층 등이 구비될 수 있다.A cushion layer for protecting the superconducting conductor layer 130 by using a smoothing layer or semiconducting carbon paper tape for smoothing the convex and convex surfaces of the
상기 제1 냉매관(300a) 표면에는 제1 초전도 도체층(130a)이 구비될 수 있다. 상기 제1 초전도 도체층(130a)은 복수 개의 초전도 선재(SC)를 나란히 배열하는 방법으로 구성될 수 있다.A first
도 1에서 상기 제1 초전도 도체층(130a) 내지 제3 초전도 도체층(130c)은 단층으로 구성되는 것으로 도시되나, 각각의 상 전류의 용량에 따라 초전도 선재(SC)가 복층으로 적층되어 구비될 수도 있다.1, the first
제1 초전도 도체층(130a) 내지 제3 초전도 도체층(130c) 중 적어도 하나의 초전도 도체층(130)이 초전도 선재(SC)를 적층하여 배치하는 방법으로 구성되는 경우에는 전류 통전방향을 통일하고 표피 효과를 방지하기 위하여 절연 테이프 또는 절연 시트(미도시)가 구비될 수 있다.In the case where at least one superconducting conductor layer 130 of the first
그리고, 제1 초전도 도체층(130a) 내지 제3 초전도 도체층(130c) 및 차폐층(180) 각각은 위상차가 존재하는 전류 또는 차폐 전류가 흐르므로 상호 절연되어야 한다.And, each of the first
따라서, 상기 제1 초전도 도체층(130a) 내지 제3 초전도 도체층(130c) 및 차폐층(180) 사이에 절연층(160a, 160b, 160c)이 구비될 수 있다.Accordingly, insulating
상기 절연층(160a, 160b, 160c)은 절연내력 증가를 목적으로 구비되며, 종이 재질의 절연지가 적용될 수 있고, 절연지를 복수 회 권선하는 방식으로 구성될 수 있고, 상기 절연지는 크라프트지나 PPLP(Polypropylene Laminated Paper)가 적용될 수 있음은 전술한 실시예와 마찬가지이다.The insulating
상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)은 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 납작한 스트립 형태로 구성되며, 각각 케이블의 길이방향으로 일정한 피치를 가지며 나선형을 횡권되어 각각의 층을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 1, the first to third
상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)을 구성하는 초전도 선재(SC)의 나선형 횡권방향은 인접한 층에서 서로 반대방향이 될 수 있다.The helical transverse winding directions of the superconducting wires SC constituting the first to third
그리고, 도 1에 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 3상 동축 케이블의 경우, 각각의 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)의 상부 또는 하부에 초전도 선재와 동일한 형태의 일반 도체 선재로 미리 결정된 피치를 갖도록 나선형 횡권되어 귀로 도체층을 구비할 수 있다.And, although not shown in FIG. 1, in the case of a three-phase coaxial cable according to the present invention, a general conductor having the same shape as a superconducting wire is placed on the upper or lower portion of each of the first to third
상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c) 중 최외곽에 배치된 제3 초전도 도체층(130c) 외측에는 전술한 바와 같이 절연층이 구비되고, 절연층 상부에 차폐층(180)이 구비될 수 있다.As described above, an insulating layer is provided outside the third superconducting conductor layer 130c disposed on the outermost side among the first to third
상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)에 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류가 그 크기가 동일하고 각각 120도 위상차를 유지하는 경우, 유도 자기장 역시 상호 상쇄되어 상기 차폐층(180)에 흐르는 전류가 크지 않아 상기 차폐층(180)은 일반 도체 선재(c)로 구성될 수 있다.When the first to third
그리고 도 1에 도시되지 않았으나 각각의 초전도 도체층(130) 등의 내부 또는 외부에는 초전도 선재의 모서리 부분에서 발생하는 전계 집중을 완화하고, 전계 분포를 고르게 하기 위해 반도전층 등이 구비될 수 있다. 반도전층은 반도전 테이프를 복층으로 권선하는 방법으로 구성할 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 1, a semiconducting layer, etc. may be provided inside or outside each superconducting conductor layer 130, etc. to relieve the concentration of an electric field generated at the edge of the superconducting wire and to make the electric field distribution even. The semiconducting layer may be formed by winding the semiconducting tape in multiple layers.
상기 코어(100) 외측에는 상기 코어(100)를 냉각하기 위한 액상 냉매가 상기 일방향과 반대방향으로 유동하는 상기 제2 냉매관(300b)이 구비될 수 있다. 상기 제1 냉매관(300a)과 상기 제2 냉매관(300b) 중 어느 하나는 냉각된 냉매가 공급되고, 다른 하나의 냉매관(300)은 냉각에 사용된 냉매가 회수되는 배관으로 사용될 수 있다.The second
초전도 케이블은 포설 구간의 미리 결정된 간격으로 중간 접속함이 구비되고, 포설구간 양단에는 종단 접속함과 냉각장치 등이 구비될 수 있다. 따라서, 냉각장치는 압력을 높이고 냉각된 냉매가 초전도 케이블로 공급되어 코어(100)의 냉각에 사용되고, 다시 회수되는 냉매는 냉각장치에서 기액 분리, 압력 보강 및 냉각 후 재공급되는 방법이 사용될 수 있다.The superconducting cable may be provided with an intermediate junction box at a predetermined interval of the installation section, and a terminal junction box and a cooling device may be provided at both ends of the installation section. Therefore, the cooling device raises the pressure and the cooled refrigerant is supplied through a superconducting cable to be used for cooling the
따라서, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 케이블 최내측에 제1 냉매관(300a)이 구비되고, 코어(100)의 외측에 제2 냉매관(300b)이 구비되어, 각각의 금속관 내부의 냉매유로 중 하나는 냉매를 공급하는 경로로 사용되고, 다른 하나는 냉매가 회수되는 경로로 사용될 수 있으므로, 접속함 등에서 별도의 냉매 회수 배관을 구비하지 않을 수 있다.Accordingly, in the superconducting cable according to the present invention, the
상기 제2 냉매관(300b) 외측에는 단열부(400)가 구비될 수 있다. 상기 단열부(400)는 반사율이 높은 금속필름에 열전도율이 낮은 고분자가 얇게 코팅된 단열재를 여러층으로 감은 방식으로 구성될 수 있다.A
상기 단열부(400) 외측에는 진공부(500)가 구비될 수 있고, 상기 진공부(500)에는 열전도율이 낮은 재질의 적어도 하나의 스페이서(560) 등이 구비될 수 있음은 마찬가지이다.A
상기 진공 금속관(600)은 냉매의 유동 저항이 문제되는 구성이 아니므로 기계적 응력에 대한 강성 보강하기 위해, 알루미늄, SUS 등의 재질을 사용하며, 밴딩 특성을 위해 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴곡 구조(corrugated)를 가질 수 있다.Since the
상기 진공 금속관(600) 외측에는 외부자켓(700)이 구비될 수 있다. 상기 외부자켓(700)은 통상적인 전력용 케이블과 동일한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부자켓(700)은 PE와 PVC 재질로 구성될 수 있다.An
상기 외부자켓(700)에 의하여 금속관의 부식을 방지하고, 외력으로부터 케이블을 보호할 수 있다.The
이하, 도 1 및 도 2에 도시된 초전도 케이블에서 냉매의 유동 저항을 최소화하는 냉매관(300)에 대하여 자세하게 설명한다.Hereinafter, the
도 3은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 냉매관(300)의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.Figure 3 shows a cross-sectional view of one embodiment of the
본 발명은 초전도 케이블은 냉매의 유동 저항에 따른 차압손실을 최소화하기 위하여 냉매가 유동하는 냉매관(300)을 종래의 코러게이션 구조의 금속관을 사용하지 않고 새로운 구조의 냉매관(300)을 사용한다.In the present invention, the superconducting cable uses a
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 케이블용 냉매관(300)은 비금속 재질의 내관(310) 및 상기 내관(310)을 감싸는 금속 재질의 금속 보강재(350)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Specifically, as shown in FIG. 3, the
도 3에 도시된 실시예에서 냉매관(300)의 최내부에 내관(310)이 구비된다. 상기 냉매관(300)의 내관(310)은 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리에틸렌 재질로 구성될 수 있으며, 상기 냉매관(300)의 내관(310)은 내표면 및 외표면이 플랫한 파이프 구조를 가질 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 3 , an
상기 내관(310)이 플랫한 구조를 가지므로, 상기 내관(310) 내부를 유동하는 액상 냉매의 유동저항은 종래의 코러게이션 구조의 금속관의 경우보다 크게 감소될 수 있다.Since the
그리고, 상기 내관(310)은 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리에틸렌 재질로 구성될 수 있으므로, 외부 열전달이 종래의 금속관에 비하여 작다.In addition, since the
또한, 상기 내관(310)은 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리에틸렌 재질로 구성될 수 있으므로, 종래의 금속관에 비해 유연성이 크게 향상될 수 있다.In addition, since the
종래의 냉매관(300)은 금속 재질로 구성되므로, 밴딩이 용이하지 않고 쉽게 찌그러지는 문제를 해결하기 위하여 냉매관(300)을 골과 마루가 반복되는 코러게이션 구조를 채용하였다. 이와 같은 코러게이션 구조로 인하여 금속 재질의 냉매관(300)은 밴딩 특성이 향상되고, 외부 충격에 대한 강성이 보강되는 장점을 얻을 수 있으나, 내부를 유동하는 냉매의 유동저항을 크게 증가시킨다는 문제를 유발하였다.Since the conventional
이러한 유동 저항은 차압 손실로 귀결되어 초전도 전력 시스템의 냉각 시스템 또는 순환 시스템의 냉각 부하 또는 유동 부하를 유발하였다.This flow resistance results in a differential pressure loss, resulting in a cooling load or flow load in the cooling system or circulation system of the superconducting power system.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 케이블용 냉매관(300)은 골과 마루가 반복되는 코러게이션 구조가 아닌 플랫한 형태의 수지 재질의 내관(310)을 채용하여 차압 손실을 방지함과 동시에 밴딩 특성 또는 유연성을 확보하였다.Accordingly, the
다만, 종래의 금속관이 제공하는 사고전류의 귀로 도체의 역할과 강성 보강을 위하여 상기 내관(310) 외측에 금속 보강재(350)를 구비한다.However, a
즉, 종래의 냉매관(300)은 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 재질로 구성되어, 냉각 시스템 등의 문제 발생시 포머와 함께 어느 정도의 사고 전류의 귀로도체 역할을 수행하였으나, 상기 내관(310)을 폴리 에틸렌 등의 수지 재질로 대체하는 경우 귀로 도체로 사용될 수 없고, 케이블의 하중 또는 외부 충격에 대하여 충분한 강성을 갖지 못하므로 상기 내관(310) 외측에 금속 보강재(350)를 구비할 수 있다.That is, the conventional
도 3에 도시된 실시예에서, 상기 금속 보강재(350)는 금속 편조부재로 구성될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 3 , the
상기 금속 편조부재는 가는 금속 와이어를 천조직과 같이 구성한 부재로서, 상기 내관(310)의 최외부를 따라 감싸도록 구성하여 사고 전류의 귀로 도체의 역할 및 강성 보강 역할을 수행할 수 있다.The metal braided member is a member composed of a thin metal wire like a cloth, and is configured to wrap along the outermost portion of the
그리고, 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 냉매관(300)의 내관(310)과 금속 보강재(350) 사이에 섬유층(330)이 구비될 수 있다.And, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3 , a
상기 섬유층(330)은 냉매관(300)의 최소한의 두께를 형성하고, 상기 금속 보강재(350) 등에 의하여 상기 내관(310)에 직접 가해지는 충격을 방지하여 내관(310)을 보호하기 위하여 구비될 수 있다.The
상기 섬유층(330)은 얀으로 구성된 사를 내관(310)의 외측을 적어도 1층 이상으로 횡권하거나, 얀으로 직조된 천을 내관(310)의 외측을 적어도 1층 이상으로 감싸는 방법으로 구성되어 요구되는 정도의 두께를 갖도록 구성될 수 있다.The
그리고, 상기 섬유층(330)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 섬유층(330)의 두께가 상기 내관(310) 및 상기 금속 보강재(350)의 두께보다 크게 구성되는 것이 바람직하다.In addition, as shown in FIG. 3 , the
도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 냉매관(300)의 다른 실시예의 횡단면도 및 측단면도를 도시한다. 도 3을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.4 shows a cross-sectional view and a side cross-sectional view of another embodiment of the
전술한 실시예에서, 상기 금속 보강재는 편조부재였으나 도 4에 도시된 실시예의 금속 보강재(350)는 스테인리스 스틸 테이프일 수 있다.In the above embodiment, the metal reinforcement material was a braided member, but the
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 상기 내관(310) 외측에 나선형으로 횡권되어 내부의 내관(310) 또는 상기 섬유층(330)이 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다.As shown in FIG. 4( b ), the stainless steel tape is spirally wound on the outside of the
그리고, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 금속 보강재(350)로서 상기 스테인리스 스틸 테이프(350a)가 적용되는 경우에 스테인리스 스틸 테이프(350a)가 인접한 영역과 중첩되지 않고, 빈틈없이 횡권되어 그 외표면이 평면 상태로 구성될 수도 있으나, 냉매관(300)의 밴딩시 발생될 수 있는 테이프 간의 틈 또는 유격이 발생되지 않도록 스테인리스 스틸 테이프(350a)를 횡권할 수도 있다.And, as shown in Fig. 4(b), when the
구체적으로, 도 4(c) 및 도 4(d)의 냉매관(300)의 종단면도에 도시된 바와 같이, 상기 스테인리스 스틸 테이프(350b, 350c)는 폭방향으로 일정 범위 중첩되도록 횡권되며, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 중첩 범위에서 상부에 배치되는 영역(351b, 351c)과 하부에 배치되는 영역(352b, 352c)이 서로 다른 높이를 갖도록 단차를 가지도록 하여 냉매관(300)의 표면을 최대한 평평하게 구성할 수 있다.Specifically, as shown in the longitudinal sectional view of the
여기서, 스테인리스 스틸 테이프가 두께가 얇은 경우에는 횡권 과정에서 자연스럽게 단차가 형성될 수 있으나, 스테인리스 스틸 테이프(350b, 350c)가 어느 정도의 두께를 갖는 경우에는 스테인리스 스틸 테이프가 미리 단차(s)를 갖도록 가공될 수도 있다.Here, when the stainless steel tape has a thin thickness, a step may be naturally formed in the transverse winding process, but when the
더 나아가 표면의 평탄도를 위하여 스테인리스 스틸 테이프에 단차(s)를 형성하는 것 이외에도 스테인리스 스틸 테이프(350c)의 감김 상태가 케이블의 밴딩 등에 영향을 받지 않도록 잠금 또는 로킹구조를 갖도록 할 수 있다.Furthermore, in addition to forming the step (s) in the stainless steel tape for flatness of the surface, it is possible to have a locking or locking structure so that the wound state of the
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스테인리스 스틸 테이프(350c)는 폭방향으로 일정 범위 중첩되도록 나선형으로 횡권되며, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 중첩 범위에서 상부에 배치되는 영역(351c)과 하부에 배치되는 영역(353c)이 상호 로킹되도록 폭방향 단부가 각각 반대방향으로 절곡된 후크 형상을 갖도록 하여 스테인리스 스틸 테이프(350c)의 감김 상태를 셀프 로킹 또는 잠금하여 외부 충격 또는 밴딩에 대하여 금속 보강재에 발생되는 유격 또는 틈의 발생을 방지할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 4 , the
이와 같이, 본 발명에 따른 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블에 의하면, 종래의 코러게이션 구조의 냉매관을 플랫한 구조의 냉매관으로 대체하여 냉매관 내부를 유동하는 냉매의 유동저항을 최소화할 수 있으므로, 초전도 케이블의 포설구간에서의 냉매의 유동시 차압손실을 최소화할 수 있고, 종래의 코러게이션 구조의 냉매관을 플랫한 구조의 냉매관으로 대체할 수 있으므로, 초전도 케이블의 직경을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있으며, 초전도 케이블의 포설구간에서의 냉매의 유동시 차압손실을 최소화할 수 있으므로 초전도 전력 시스템의 냉각 성능을 향상시켜, 초전도 전력 시스템의 성능을 향상시킬 수 있고, 플랫한 구조의 냉매관을 적용하여 시스템의 냉각 또는 순환부하를 줄일 수 있으므로, 이는 초전도 케이블의 장조장 포설을 가능하게 할 수 있다.As described above, according to the refrigerant pipe and the superconducting cable having the same according to the present invention, the refrigerant pipe of the conventional corrugation structure is replaced with a refrigerant pipe of a flat structure to minimize the flow resistance of the refrigerant flowing inside the refrigerant pipe. Therefore, it is possible to minimize the differential pressure loss when the refrigerant flows in the installation section of the superconducting cable, and it is possible to replace the refrigerant pipe of the conventional corrugation structure with the refrigerant pipe of the flat structure, so that the diameter of the superconducting cable can be reduced. effect can be obtained, and since the differential pressure loss can be minimized when the refrigerant flows in the section where the superconducting cable is installed, the cooling performance of the superconducting power system can be improved, thereby improving the performance of the superconducting power system Since it is possible to reduce the cooling or circulating load of the system by applying the tube, it can enable the long-term installation of superconducting cables.
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.Although the present specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims described below. will be able to carry out Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, all should be considered to be included in the technical scope of the present invention.
1000 : 초전도 케이블
300 : 냉매관1000: superconducting cable
300: refrigerant pipe
Claims (13)
상기 냉매관은 비금속 재질의 내관 및 상기 내관을 감싸는 금속 재질의 금속 보강재를 포함하여 구성되며,
상기 냉매관의 내관은 내표면 및 외표면이 플랫한 파이프 구조를 가지며,
상기 냉매관의 내관과 상기 금속 보강재 사이에 섬유층이 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.In the refrigerant pipe for a superconducting cable in which a liquid refrigerant for cryogenic cooling of a core including a superconducting conductor layer provided with a superconducting wire flows,
The refrigerant pipe is configured to include an inner tube made of a non-metal material and a metal reinforcement material made of a metal material surrounding the inner tube,
The inner tube of the refrigerant tube has a pipe structure in which an inner surface and an outer surface are flat,
A refrigerant tube for a superconducting cable, characterized in that a fiber layer is provided between the inner tube of the refrigerant tube and the metal reinforcement.
상기 섬유층은 얀으로 구성된 사를 내관의 외측을 적어도 1층 이상으로 횡권하거나, 얀으로 직조된 천을 내관의 외측을 적어도 1층 이상으로 감싸는 방법으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.According to claim 1,
The fiber layer is a superconducting cable refrigerant tube, characterized in that it is composed of a method of winding a yarn composed of a yarn in at least one layer on the outside of the inner tube, or wrapping a cloth woven with yarn around the outer side of the inner tube in at least one layer or more.
상기 섬유층의 두께가 상기 내관 및 상기 금속 보강재의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.According to claim 1,
Refrigerant tube for superconducting cable, characterized in that the thickness of the fiber layer is greater than the thickness of the inner tube and the metal reinforcement.
상기 냉매관의 내관은 폴리에틸렌 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.According to claim 1,
The refrigerant tube for a superconducting cable, characterized in that the inner tube of the refrigerant tube is made of a polyethylene material.
상기 폴리에틸렌은 불화 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.7. The method of claim 6,
The polyethylene is a refrigerant pipe for a superconducting cable, characterized in that the fluorinated polyethylene.
상기 금속 보강재는 금속 편조부재인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.According to claim 1,
The metal reinforcing material is a refrigerant pipe for a superconducting cable, characterized in that the metal braid member.
상기 금속 보강재는 스테인리스 스틸 테이프인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.According to claim 1,
Refrigerant pipe for superconducting cable, characterized in that the metal reinforcement is a stainless steel tape.
상기 스테인리스 스틸 테이프는 상기 내관 외측에 나선형으로 횡권되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.10. The method of claim 9,
The stainless steel tape is a refrigerant pipe for a superconducting cable, characterized in that it is spirally wound on the outside of the inner tube.
상기 스테인리스 스틸 테이프는 폭방향으로 일정 범위 중첩되도록 횡권되며, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 중첩 범위에서 상부에 배치되는 영역과 하부에 배치되는 영역이 서로 다른 높이를 갖도록 단차지게 성형되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.11. The method of claim 10,
The stainless steel tape is transversely wound so as to overlap a certain range in the width direction, and the stainless steel tape is formed to be stepped so that an upper region and a lower region have different heights in the overlapping range. refrigerant pipe.
상기 스테인리스 스틸 테이프는 폭방향으로 일정 범위 중첩되도록 나선형으로 횡권되며, 상기 스테인리스 스틸 테이프는 중첩 범위에서 상부에 배치되는 영역과 하부에 배치되는 영역이 상호 로킹되도록 폭방향 단부가 각각 반대방향으로 절곡된 후크 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 냉매관.10. The method of claim 9,
The stainless steel tape is spirally wound so as to overlap a certain range in the width direction, and the ends of the stainless steel tape are bent in opposite directions in the overlapping range so that the upper region and the lower region are mutually locked. Refrigerant tube for superconducting cable, characterized in that it has a hook shape.
상기 코어의 냉각을 위하여 냉매가 유동하며, 제1항, 제3항, 제4항 및 제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항의 냉매관; 및,
상기 냉매관 외측을 진공 단열하기 위하여 금속관에 의하여 구획되는 진공부;를 포함하는 초전도 케이블.a core including a superconducting conductor layer provided with a superconducting wire;
A refrigerant flows for cooling the core, and the refrigerant pipe of any one of claims 1, 3, 4, and 6 to 12; and,
A superconducting cable comprising a;
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