KR102559286B1 - 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초전도 코일 제작에 사용되는 2세대 고온 초전도 선재의 접촉 저항을 높일 수 있는 것으로, 보다 상세하게는 2세대 고온초전도 선재의 구리 도금층을 산화 처리함에 따라 산화된 표면의 접촉 저항을 높일 수 있는 초전도 코일의 접촉 저항을 높여 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치는, 초전도 선재를 공급하는 초전도 선재 카세트, 상기 초전도 선재 카세트로부터 공급되는 초전도 선재를 이송하는 초전도 선재 이송부, 상기 초전도 선재 이송부에서 초전도 선재가 이송되는 경로에 구비되어 초전도 선재가 이송되는 동안 초전도 선재를 산화 처리하는 산화 처리부 및 상기 산화 처리부에 의해 산화 처리된 초전도 선재를 코일 형태로 권취하는 권취부를 포함한다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치는, 초전도 선재를 공급하는 초전도 선재 카세트, 상기 초전도 선재 카세트로부터 공급되는 초전도 선재를 이송하는 초전도 선재 이송부, 상기 초전도 선재 이송부에서 초전도 선재가 이송되는 경로에 구비되어 초전도 선재가 이송되는 동안 초전도 선재를 산화 처리하는 산화 처리부 및 상기 산화 처리부에 의해 산화 처리된 초전도 선재를 코일 형태로 권취하는 권취부를 포함한다.
Description
본 발명은 초전도 코일 제작에 사용되는 2세대 고온 초전도 선재의 접촉 저항을 높일 수 있는 것으로, 보다 상세하게는 2세대 고온초전도 선재의 구리 도금층을 산화 처리함에 따라 산화된 표면의 접촉 저항을 높일 수 있는 초전도 코일의 접촉 저항을 높여 자기장 응답성 개선이 가능한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 관한 것이다.
일반적으로 초전도 코일이란, 초전도 선재를 감아서 전기코일로 제조한 것으로, 전기 저항이 없기 때문에 대전류를 흘릴 수 있고, 이에 따라 강력한 자기장을 만들 수 있게 된다.
이러한 초전도 코일 제작에 사용될 수 있는 초전도 도체 후보군 중 2세대 고온초전도 선재는 도체의 기계적, 전기적 안정도를 향상시키기 위해 도체 최외곽에 구리 도금층을 형성하게 된다.
이러한 2세대 고온초전도 선재를 이용하여 초전도 코일을 제작하는 기존의 방식은 코일 권선 시 턴과 턴 사이에 절연 필름을 부착하여 전류의 흐름을 권선 방향으로 유도할 수 있게 된다. 이를 "절연 초전도 코일"이라 한다.
하지만, 코일의 일부분에 전기적, 열적, 기계적 요인에 의해 상전도화(Quench) 등의 문제가 발생할 경우 큰 저항이 발생되어 저항에 의한 전류의 흐름이 원활하지 않게 되고, 지속적인 전류의 흐름으로 저항 부분의 온도가 상승하며 고온에 의해 코일이 타버리는 문제가 발생하게 된다.
무절연(Non-Insulation) 권선 기술은 2세대 고온초전도 코일을 제작함에 있어서, 권선 턴간의 전기적 절연을 목적으로 사용하는 절열체를 제거함으로써 초전도 코일의 소형, 경량성을 증대하여 응용 시스템의 에너지밀도를 증가시킬 수 있다.
또한, 권선 턴간의 접촉상태에 있어 전기적 저항과 열적 저항을 작게 하여 초전도체의 국부적인 혹은 전역의 상전도화(Quench) 현상이 발생할 경우 코일에 통전되는 전류의 일부를 인접한 턴으로 우회 및 분산시키고 상전도 지역의 저항과 통전전류에 의해 발생되는 줄열(Joule heating)을 인접한 턴으로 전달 및 분산시킴으로써 전자기적 혹은 열적으로 과도적인 운전환경에서 자체적 안정화(Self stabilizing effect)를 수행하여 2세대 고온초전도 코일 시스템의 운전 신뢰성과 경제성을 향상시킬 수 있는 핵심 기술이다.
다만, 2세대 고온초전도 선재 간의 직접적인 물리적 접촉으로 인하여 권선 턴 간의 접촉저항이 매우 낮아져 권선방향으로 통전되는 전류의 일부가 인접한 턴으로 누설되어 자기장을 발생하는 권선방향으로의 전류가 감소되고, 결과적으로 통전 전류와 목표하는 발생 자기장 사이의 시간차가 발생하는 자기장 충전 지연 현상이 발생하게 되며 이는 초전도 코일의 전기적 시정수를 크게 하는 것을 의미한다.
종래의 고온초전도 코일의 턴간 접촉저항은 값이 작을수록 자기장 응답의 지연이 오래 발생하게 되어 신속한 자기장 제어가 어려워져 오히려 고온초전도 코일의 운전 신뢰성이 저하될 수 있다.
더욱이, 전동기 또는 발전기 운전 중 내,외부적으로 전자기적, 기계적, 열적 외란이 발생할 경우 상대적으로 작은 외란임에도 불구하고 매우 낮은 접촉저항 특성으로 인하여 통전 전류의 누설이 발생할 경우 초전도 계자코일의 기자력을 유지하지 못하여 회전기 출력 제어의 신뢰성을 보장할 수 없게 된다.
또한, 작은 턴간 접촉저항으로 초전도 코일의 시정수가 커질 경우 충, 방전에 필요한 시간은 시정수에 비례하여 커지며 만약 유지보수가 요구될 시 정상운전으로의 복구 시간을 길게 하여 시스템 이용률 저하에 의한 경제성을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고온초전도 코일을 제작함에 있어서 2세대 고온초전도 선재 최외각에 전기도금된 구리 안정화층의 표면을 산화 처리하여 코일 권선내 턴간 접촉저항을 상대적으로 크게 함으로써, 누설 전류를 억제하여 발생 자기장의 시간적 지연을 줄이는 자기장의 응답성(속응성) 향상 기술이 적용된 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치는, 초전도 선재를 공급하는 초전도 선재 카세트, 상기 초전도 선재 카세트로부터 공급되는 초전도 선재를 이송하는 초전도 선재 이송부, 상기 초전도 선재 이송부에서 초전도 선재가 이송되는 경로에 구비되어 초전도 선재가 이송되는 동안 초전도 선재를 산화 처리하는 산화 처리부 및 상기 산화 처리부에 의해 산화 처리된 초전도 선재를 코일 형태로 권취하는 권취부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 초전도 선재 이송부는, 초전도 선재가 이송되는 하부를 지지하는 선재 지지 롤러와, 상기 선재 지지 롤러의 하부에 구비되어 상기 선재 지지 롤러가 초전도 선재를 지지하는 장력을 제어하는 선재 장력 제어 장치 및 상기 산화 처리부의 뒤쪽에 구비되어 산화 처리된 초전도 선재를 일정한 속도로 이송되도록 안내하는 선재 가이드 풀리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 산화 처리부는, 초전도 선재 측으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부 및 산화제가 공급된 초전도 선재를 가열하는 것으로, 초전도 선재가 산화되는 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 산화 처리부(300)는 초전도 선재(10)가 이송되는 상부와 하부에 복수로 구비되어, 초전도 선재(10)의 양쪽면 모두 산화 처리할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치는, 절연층 없이 선재를 연속 적층되도록 권취하여 턴간 전류의 이동이 가능함에 따라 상전도화(Quench)에 의한 부분 발열을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 접촉면에 산화 처리를 통해 접촉 저항을 높여줌에 따라 전류의 손실을 방지하여 상대적으로 낮은 접촉 저항에 의한 시정수를 감소시켜 자기장 지연을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 추가적인 절연물을 사용하지 않고도 턴간 접촉 저항을 높일 수 있어서 초전도 코일의 소형, 경량성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 산화 처리부를 상세히 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 표면을 개략적으로 도시한 예시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 산화량에 따른 초전도 선재의 단면도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 구리 안정화층 표면 거칠기 변화에 따른 접촉 저항 특성의 변화의 예시를 나타낸 도표
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 분사 노즐에 독립 노즐이 적용된 상태를 나타낸 실시예도
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 분사 노즐에 혼합 노즐이 적용된 상태를 나타낸 실시예도
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 산화 처리부가 초전도 선재의 상부와 하부를 산화할 수 있도록 복수로 설치된 상태를 나타낸 사용상태도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 산화 처리부를 상세히 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 표면을 개략적으로 도시한 예시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 산화량에 따른 초전도 선재의 단면도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 구리 안정화층 표면 거칠기 변화에 따른 접촉 저항 특성의 변화의 예시를 나타낸 도표
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 분사 노즐에 독립 노즐이 적용된 상태를 나타낸 실시예도
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 분사 노즐에 혼합 노즐이 적용된 상태를 나타낸 실시예도
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 산화 처리부가 초전도 선재의 상부와 하부를 산화할 수 있도록 복수로 설치된 상태를 나타낸 사용상태도
본 발명은 고온 초전도 선재 표면을 산화 처리하여 코일 권선내 턴간 접촉 저항을 상대적으로 크게 함으로써, 누설 전류를 억제하고, 이에 따라 고온 초전도 코일에서 발생 자기장의 시간적 지연을 줄이는 자기장의 응답성(속응성)을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 초전도 선재(10)가 권취된 상태에서 초전도 선재(10)를 공급하는 초전도 선재 카세트(100), 상기 초전도 선재 카세트(100)로부터 공급되는 초전도 선재(10)를 일정한 속도로 이송하는 초전도 선재 이송부(200)를 포함하여 구성된다.
그리고 초전도 선재 이송부(200)에서 초전도 선재(10)가 이송되는 경로상에 구비되어 초전도 선재(10)를 산화 처리하는 산화 처리부(300)를 포함하여 구성된다.
상기 산화 처리부(300)에서 구리층이 산화되어 산화 구리층이 형성된 초전도 선재(10)는 산화 처리부(300)의 뒤쪽에 구비되어 산화 처리된 초전도 선재(10)가 일정한 속도로 이송되며 권취되는 권취부(400)에 의해 코일 형태로 권취된다.
상기 초전도 선재 이송부(200)는, 상기 초전도 선재 카세트(100)로부터 상기 샌딩부(300) 측으로 이송되는 동안 초전도 선재(10)의 하부를 지지하는 선재 지지 롤러(210)가 구비된다.
그리고 상기 선재 지지 롤러(210)의 하부에는 상기 선재 지지 롤러(210)가 초전도 선재(10)를 지지하는 장력을 제어하는 선재 장력 제어 장치(220)가 구비된다.
상기 산화 처리부(300)의 뒤쪽에는 상기 산화 처리부(300)에 의해 산화되어 산화 구리층이 형성된 초전도 선재(10)를 일정한 속도로 이송되도록 안내하는 선재 가이드 풀리(230)가 구비된다.
그리고 상기 권취부(400)는, 초전도 선재(10)가 코일 형태로 권취되는 코일 보빈(410)과 상기 코일 보빈(410)을 일정 속도로 회전시켜 초전도 선재(10)를 적절한 강도로 감겨지도록 하는 서보 모터(420)를 포함하여 구성된다.
이로 인해, 초전도 선재(10)를 연속 이송하면서 한쪽 면을 산화 처리하고, 산화 처리에 의해 접촉 저항이 커지도록 산화 구리층이 형성된 초전도 선재(10)를 코일 보빈(410)으로 감겨지게 함에 따라 초전도 코일을 제작할 수 있게 된다.
한편, 초전도 선재(10)를 산화 처리함에 있어서, 산화 처리부(300)는 초전도 선재(10)가 이송되는 경로에서 양쪽 면으로 구비되어 초전도 선재(10)의 양쪽 면을 산화처리 할 수도 있다.
상가와 같이 초전도 선재(10)의 양쪽면을 산화 처리할 경우 산화면이 2배가 되며, 이에 따라 접촉 저항도 2배가 되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 산화 처리부를 상세히 나타낸 사시도다.
도 2를 참조하면, 상기 산화 처리부(300)는, 초전도 선재(10)가 이송되는 상부에 구비되어 초전도 선재(10) 측으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(310) 및 산화제 공급부(310)에서 공급되는 산화제를 초전도 선재(10) 측으로 분사하는 분사 노즐(320)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 산화제 공급부(310)는, 산소를 공급하는 산소 공급부(311)와, 물을 공급하는 물 공급부(312)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 산화제 공급부(310)는 의도하는 산화 조건에 따라 산소 공급부(311)를 통해 산소만을 초전도 선재(10) 측으로 공급할 수 있고, 물 공급부(312)를 통해 물만을 초전도 선재(10) 측으로 공급할 수도 있으며, 산소와 물을 함께 공급할 수도 있다.
또한, 산화제 공급부(310)에는 산소와 물 이외에도 산화 반응을 촉진하는 화학 용액을 사용하여 산화량 및 산화 시간 등을 제어할 수도 있다.
그리고 상기와 같이 산소 또는 물이 공급되어 접촉된 초전도 선재(10)의 산화 온도를 제어하는 온도 제어부(330)를 포함하여 구성된다.
상기 온도 제어부(330)는 히팅부(331)가 구비되어 히팅부(331)에 의한 가열로 초전도 선재(10)의 산화를 촉진할 수 있게 된다.
여기서, 상기 히팅부(331)는, 중앙 히팅유닛(331a)와 외측 히팅유닛(331b)를 포함하는 다수개의 히팅 유닛에 의해 구성된다.
상기 중앙 히팅유닛(331a)은 초전도 선재(10)가 이송되는 경로에서 중간 지점에 설치되고, 그 외측 둘레에 다수개의 외측 히팅유닛(331b)이 설치된다.
이러한 히팅부(331)는, 상기 중앙 히팅유닛(331a)을 중심으로, 초전도 선재(10)가 이송되는 이송 방향을 따라 다수의 외측 히팅유닛이 나란하게 구비되고, 각 히팅유닛은 개별적으로 on/off 제어가 가능하게 설치된다.
이때, 히팅부(331)에는 히팅유닛들의 동작 시간을 각각 개별적으로 제어할 수 있는 타이머(미도시)가 더 구비될 수 있다.
이로 인해, 다수개의 히팅유닛에서 중앙 히팅유닛(331a)만을 사용하거나, 외측 히팅유닛(331b)만을 사용할 수 있고, 초전도 선재(10)의 이송 경로를 따라 앞쪽, 또는 뒤쪽의 히팅유닛만을 사용하는 등 다양한 조건으로 제어하며 산소 또는 물이 공급되거나, 산소와 물이 함께 공급된 초전도 선재(10)의 산화 조건을 유동적으로 조절할 수 있게 된다.
또한, 각 히팅유닛들의 동작 시간을 설정하여 설정된 시간에 따라 개별적으로on/off 되도록 조절하며 초전도 선재(10)의 산화 조건을 조절할 수 있게 된다.
한편, 산화 처리부(300)에는 산화 처리되는 내부를 보호할 수 있는 보호 커버(340)가 더 구비될 수 있다.
상기 보호 커버(340)는 산소 공급부(311), 물 공급부(312) 및 온도 제어부(330)의 외측으로 설치되어, 외부 환경과의 접촉을 최소화하여 산소나 물의 누출을 최소화 하고, 온도 제어부(330)에서 외부 온도에 대한 영향을 최소화할 수 있게 된다.
이때, 상기 산소 공급부(311)와 물 공급부(312) 및 온도 제어부(330)는 각 구성들 사이에 설치되는 분할 칸막이(341)에 의해 구획되어 상호 영향을 최소화할 수 있게 된다.
이로 인해, 외부 환경의 영향을 최소화하면서 산화 처리를 효율적이고 정밀하게 할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 표면을 도시한 실시예도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의해 산화 처리된 초전도 선재(10)는 산화 처리부(300)에 의해 구리 도금층이 산화되어 산화 구리층이 형성된다.
산화 구리층은 온도 제어부(330)에 의한 온도 제어로 산화 구리층의 형성 정도를 제어할 수 있고, 표면이 산화되어 형성된 산화 구리 I(Cu2O) 또는 산화구리 II (CuO) 층은 산화 이전보다 큰 저항이 발생하여, 적층 권취된 코일의 접촉면에서 접촉 저항을 증가시킬 수 있게 된다.
이로 인해, 별도의 절연층 없이도 산화 처리에 의해 접촉 저항을 높여줌에 따라 누설 전류를 최소화하여 코일의 자기장 지연을 정상화할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 산화량에 따른 초전도 선재의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 산화 처리된 초전도 선재(10)는 산화량에 따라 산화 구리층이 다르게 형성된다.
산화 처리되지 않은 2세대 고온초전도 선재는 구리층이 서로 밀착되어 접촉 저항이 작은 상태이고, 이에 따라 전류가 흐르는 과정에서 누설 전류가 커지게 된다.
누설 전류가 커지게 되면 시정수가 증가하여 자기장의 지연도 함께 커지게 된다.
반면에, 산화 처리에 의해 표면이 산화됨에 따라 구리가 산화구리 I 혹은 산화구리 II로 상변이하여 2세대 고온초전도 선재(10)의 최외곽 층인 구리 외측면으로 산화구리 I 혹은 산화구리 II가 코팅된 효과가 생긴다. 따라서 전기적 저항률이 구리보다 높은 산화구리 I 혹은 산화구리 II간의 접촉면은 접촉 저항이 커지게 된다.
이에 따라 전류는 저항 부위를 회피하여 통전되며 누설 전류가 작아지게 되고, 전류는 모든 턴을 흐르는 동안 대부분 유지되어 시정수를 감소시켜 자기장의 지연을 최소화할 수 있게 된다.
이로 인해, 별도의 절연막 없이도 누설 전류를 최소화 하며 자기장 지연을 최소화 하여 초전도 코일의 정상적인 운용을 가능하게 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 산화 처리된 초전도 선재의 구리 안정화층 표면 산화량 변화에 따른 접촉 저항 특성의 변화의 예시를 나타낸 도표이다.
도 5를 참조하면, 전해 연마된 샘플(bare) 대비 특정 산화 조건에서 산화된 샘플(Oxidation_0.5 h @ 200℃_ 10ml 및 Oxidation_0.5 h @ 230℃_ 10ml, 산화량 230℃ > 200℃)의 접촉 저항 값이 상대적으로 큰 수치를 보이며 표면 산화의 정도가 커질수록 접촉 저항이 커지는 특성을 보였다.
구리 안정화층이 전해 연마된 샘플(Bare) 대비 특정 산화 조건에서 산화된 샘플 코일(Oxidized at 100℃, 140℃, 170℃, 200℃, 230℃ 산화량 : 230℃ > 200℃ > 170℃ > 140℃ > 100℃)의 접촉 저항값이 상대적으로 커 코일 시정수가 짧아지며, 이는 코일 내부 턴간으로 누설되는 전류가 감소되어 자기장 지연 특성이 완화됨을 의미한다.
또한, 표면 산화의 정도가 커질수록 접촉 저항이 비례적으로 커져 코일 시정수 감소 효과가 커지고, 자기장 지연 특성 완화 효과가 커짐을 의미한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 분사 노즐에 독립 노즐이 적용된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 분사 노즐(320)에는 산소 공급부(311)와 물 공급부(312)에 각각 연결되는 독립된 형태의 독립 노즐(321)이 구비될 수 있다.
상기 독립 노즐(321)은, 산소 공급부(311)와 물 공급부(312)에 각각 결합되어 산소와 물을 개별적으로 공급할 수 있도록 한 것으로, 초전도 선재(10)가 이송되는 위치에서 회동 가능하게 구비된다.
이러한 독립 노즐(321)은, 분사각 조절부(321a)가 구비되어 산소와 물이 초전도 선재(10)로 공급되는 각도를 조절하며 산소와 물의 공급 시간 차이와 공급 면적 등을 다양한 각도로 적용할 수 있게 된다.
이로 인해, 산화 처리 상태에 따라 산소나 물의 공급 간격을 조절할 수 있고, 각도의 조절에 의해 분사되는 면적도 조절할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 분사 노즐에 혼합 노즐이 적용된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 분사 노즐(320)에는 산소 공급부(311)와 물 공급부(312)에 함께 연결되어 산소와 물을 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 노즐(322)이 구비될 수 있다.
상기 혼합 노즐(322)은, 산소 공급부(311)와 물 공급부(312)에 각각 연결되어, 산소와 물이 유입되는 유입구(322a)와, 상기 유입구(322a)로 유입된 산소와 물이 사이클론 형태로 유동되며 효율적으로 혼합될 수 있는 사이클론 형성부(322b) 및 상기 사이클론 형성부(322b)에 의해 혼합 및 유동되는 상태의 산소와 물을 초전도 선재(10) 측으로 배출하는 배출구(322c)를 포함하여 구성된다.
이로 인해, 산소와 물이 동시에 유입되어 사이클론 형태로 혼합됨에 따라 산소와 물을 초전도 선재(10) 측으로 혼합하여 동시에 분사할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에서 산화 처리부가 초전도 선재의 상부와 하부를 산화할 수 있도록 복수로 설치된 상태를 나타낸 사용상태도이다.
도 8을 참조하면, 산화 처리부(300)는 초전도 선재(10)가 이송되는 경로에 상하로 나란하게 구비될 수 있다.
이에 따라 초전도 선재(10)의 한쪽 면을 산화 처리한 후 이어서 다른쪽 면도 산화 처리하여 양면에 산화 구리층을 형성할 수 있게 되고, 양면에 산화 구리층이 형성된 초전도 선재(10)는 접촉 저항을 2배로 커지게 할 수 있게 된다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 초전도 코일을 제작함에 있어서, 절연층 없이 적층되도록 초전도 선재를 권선하되, 절연층은 산화 처리를 통해 저항을 높여 시정수를 줄여줌에 따라 자기장의 지연을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 산화 처리 시 산소 공급량과 물 공급량 및 산화 온도 등의 산화 조건을 제어하면서 산화처리하여, 조건에 따라 적절한 저항을 갖도록 제조할 수 있게 된다.
10 : 초전도 선재 100 : 초전도 선재 카세트
200 : 초전도 선재 이송부 210 : 선재 지지 롤러
220 : 선재 장력 제어 장치 230 : 선재 가이드 풀리
300 : 산화 처리부 310 : 산화제 공급부
311 : 산소 공급부 312 : 물 공급부
320 : 분사 노즐 321 : 독립 노즐
321a : 분사각 조절부 322 : 혼합 노즐
322a : 유입구 322b : 사이클론 형성부
322c : 배출구 330 : 온도 제어부
331 : 히팅부 331a : 중앙 히팅유닛
331b : 외측 히팅 유닛 340 : 보호 커버
341 : 분할 칸막이 400 : 권취부
410 : 코일 보빈 420 : 서보 모터
200 : 초전도 선재 이송부 210 : 선재 지지 롤러
220 : 선재 장력 제어 장치 230 : 선재 가이드 풀리
300 : 산화 처리부 310 : 산화제 공급부
311 : 산소 공급부 312 : 물 공급부
320 : 분사 노즐 321 : 독립 노즐
321a : 분사각 조절부 322 : 혼합 노즐
322a : 유입구 322b : 사이클론 형성부
322c : 배출구 330 : 온도 제어부
331 : 히팅부 331a : 중앙 히팅유닛
331b : 외측 히팅 유닛 340 : 보호 커버
341 : 분할 칸막이 400 : 권취부
410 : 코일 보빈 420 : 서보 모터
Claims (4)
- 초전도 선재(10)를 공급하는 초전도 선재 카세트(100);
상기 초전도 선재 카세트(100)로부터 공급되는 초전도 선재(10)를 이송하는 초전도 선재 이송부(200);
상기 초전도 선재 이송부(200)에서 초전도 선재(10)가 이송되는 경로에 구비되어 초전도 선재(10)가 이송되는 동안 초전도 선재(10)를 산화 처리하는 산화 처리부(300); 및
상기 산화 처리부(300)에 의해 산화 처리된 초전도 선재(10)를 코일 형태로 권취하는 권취부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함함에 있어서,
상기 초전도 선재 이송부(200)는, 초전도 선재(10)가 이송되는 하부를 지지하는 선재 지지 롤러(210)와, 상기 선재 지지 롤러(210)의 하부에 구비되어 상기 선재 지지 롤러(210)가 초전도 선재(10)를 지지하는 장력을 제어하는 선재 장력 제어 장치(220) 및 상기 산화 처리부(300)의 뒤쪽에 구비되어 산화 처리된 초전도 선재(10)를 일정한 속도로 이송되도록 안내하는 선재 가이드 풀리(230)를 포함하고,
상기 산화 처리부(300)는, 초전도 선재(10) 측으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(310)와, 산화제 공급부(310)에서 공급되는 산화제를 초전도 선재(10) 측으로 분사하는 분사 노즐(320) 및 산화제가 공급된 초전도 선재(10)를 가열하는 것으로, 초전도 선재(10)가 산화되는 온도를 제어하는 온도 제어부(330)를 포함하며,
상기 분사 노즐(320)은 산소 공급부(311)와 물 공급부(312)에 각각 연결되는 독립된 형태의 독립 노즐(321) 및 산소 공급부(311)와 물 공급부(312)에 함께 연결되어 산소와 물을 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 노즐(322)을 포함하되,
상기 혼합 노즐(322)은, 산소 공급부(311)와 물 공급부(312)에 각각 연결되어, 산소와 물이 유입되는 유입구(322a)와, 상기 유입구(322a)로 유입된 산소와 물이 사이클론 형태로 유동되며 효율적으로 혼합될 수 있는 사이클론 형성부(322b) 및 상기 사이클론 형성부(322b)에 의해 혼합 및 유동되는 상태의 산소와 물을 초전도 선재(10) 측으로 배출하는 배출구(322c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 산화 처리부(300)는 초전도 선재(10)가 이송되는 상부와 하부에 복수로 구비되어, 초전도 선재(10)의 양쪽면 모두 산화 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치.
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| KR1020230029057A KR102559286B1 (ko) | 2023-03-06 | 2023-03-06 | 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치 |
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| KR1020230029057A KR102559286B1 (ko) | 2023-03-06 | 2023-03-06 | 초전도 코일의 자기장 응답성 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 산화 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117305573A (zh) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 太原科技大学 | 一种基于亥姆霍兹线圈的胶囊式张力-磁场耦合退火炉 |
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| JP2014044978A (ja) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Aisin Seiki Co Ltd | 巻線装置および巻線方法 |
| KR20170028837A (ko) | 2015-09-04 | 2017-03-14 | 한국전기연구원 | 스마트 인슐레이션을 구비하는 고온 초전도 코일, 그에 사용되는 고온 초전도 선재 및 그 제조방법 |
-
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- 2023-03-06 KR KR1020230029057A patent/KR102559286B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117305573A (zh) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 太原科技大学 | 一种基于亥姆霍兹线圈的胶囊式张力-磁场耦合退火炉 |
| CN117305573B (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-02 | 太原科技大学 | 一种基于亥姆霍兹线圈的胶囊式张力-磁场耦合退火炉 |
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|---|---|
| KR102559286B9 (ko) | 2023-12-08 |
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