KR102618454B1 - 응축면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 응축면을 이용한 초전도 한류기의 냉각 장치에 관한 것으로, 과냉각 액체 냉각제를 수용하는 제1용기와, 상기 제1용기의 상기 과냉각 액체 냉각제에 침지되어 온도가 유지되는 초전도 소자와, 상기 제1용기의 외부에서 상기 과냉각 액체 냉각제의 온도보다 더 낮은 온도의 냉열에 의해 상기 제1용기의 외벽 일부에 생성되어, 상기 과냉각 액체 냉각제가 기화되면 다시 응축시키는 응축면을 포함할 수 있다.

Description

응축면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치{Cooling device for superconducting fault current limiter including condensing surface}
본 발명은 응축면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 압력의 유지에 용이한 초전도 한류기의 냉각 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고장전류에 대한 제어를 수행하는 다양한 전력 계통 안정화 장치들이 제안되었다.
그 중 초전도 한류기는 초전도체의 초전도성을 이용하여 계통에 임피던스를 투입함으로써, 고장전류의 발생시 차단기가 차단 가능한 용량으로 제한하는 장치를 뜻한다.
초전도 한류기에 적용되는 초전도체는 특정 온도 및 특정 전류 이하에서 저항 제로 특성을 나타내며, 전력계통에 예상치 못한 사고가 발생했을 때 초전도 특성이 파괴되어 상전도 상태로 전이되면서 높은 저항을 나타낸다.
따라서 온도 또는 전류량에 따른 초전도체의 저항 특성 변화에 의하여 고장전류를 낮출 수 있다.
위의 설명과 같은 기본적인 초전도 한류기의 동작을 위하여 초전도 한류기의 초전도체는 평상시 냉각장치에 의하여 냉각되어 초전도 상태를 유지하여야 한다.
등록특허 10-1104234호(2012년 1월 10일, 초전도 한류기 내부 온도 제어 장치 및 방법, 2012년 1월 3일 등록)에는 냉동기와 전도 냉각 구리 밴드를 사용하여 초전도 소자가 침지된 액체 질소를 냉각시켜 온도를 유지하는 구성이 기재되어 있다.
다른 방식의 초전도 한류기로서 공개특허 10-2008-0102157호(초전도체 냉각용 멀티 배쓰 장치 및 초전도체 냉각 방법, 2008년 11월 24일 공개)가 있다.
위의 공개특허에는 초전도체를 냉각하는 냉각 배쓰와 냉각 배쓰를 감싸는 쉴드 배쓰를 포함하고, 냉각 배쓰는 과냉각, 쉴드 배쓰는 포화상태가 유지되도록 압력을 조절한다.
위에서 살펴본 바와 같이 종래 초전도 한류기는 냉동기를 사용하여 초전도 소자가 침지된 액체 질소를 냉각시켜 온도를 유지하되, 전도 냉각 구리 밴드를 사용하거나, 쉴드 배쓰를 사용하는 방식이 대표적이다.
초전도체 소자가 침지된 액체 냉각제는 과냉각 된 것으로, 기화가 발생하지 않기 때문에 내부 압력이 3pa로 일정하게 유지된다.
그러나 위의 압력 유지의 예는 이상적인 조건이며, 초전도 한류기의 운용 과정에서 다양한 변수의 작용에 의하여 초전도 소자가 침지된 액체 냉각제는 과냉각 상태에서 포화상태 또는 포화상태를 지나 기화가 발생하기도 한다.
이처럼 액체 냉각제가 기화되면, 용기의 내부 압력이 증가하게 되며, 압력이 증가하면 액체 냉각제 상변화에 영향을 주게 되어 일정한 온도의 유지가 어렵게 된다.
즉, 압력 변수를 상수로 고정하고, 온도를 조절하는 방식의 초전도 한류기의 운용에서 압력도 변수가 되기 때문에 제어 및 운용이 용이하지 않은 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 초전도 소자를 수용하는 용기의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있는 초전도 한류기의 냉각 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 과냉각 액체 냉각제의 순환을 활성화하여 온도 균일성을 확보함으로써, 초전도 소자의 냉각 온도 균일성을 확보할 수 있는 초전도 한류기의 냉각 제어장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명 응축면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치는, 과냉각 액체 냉각제를 수용하는 제1용기와, 상기 제1용기의 상기 과냉각 액체 냉각제에 침지되어 온도가 유지되는 초전도 소자와, 상기 제1용기의 외부에서 상기 과냉각 액체 냉각제의 온도보다 더 낮은 온도의 냉열에 의해 상기 제1용기의 외벽 일부에 생성되어, 상기 과냉각 액체 냉각제가 기화되면 다시 응축시키는 응축면을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 응축면은, 상기 제1용기의 외면을 감싸는 제2용기의 내에 충진되며, 냉동기에 의해 온도가 유지되는 포화 액체 냉각제에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 포화 액체 냉각제의 액위는, 상기 과냉각 액체 냉각제의 액위에 비하여 더 높으며, 상기 응축면은 상기 과냉각 액체 냉각제의 액위로부터 상향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 응축면은, 냉동기의 콜드 헤드와 상기 제1용기의 외벽 외측을 연결하는 금속 열전도체에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 금속 열전도체의 상기 제1용기와 접촉되는 접촉면은, 상기 과냉각 액체 냉각제의 액위로부터 하부측의 제1용기 외면에 접촉되는 하부 접촉면과, 상기 과냉각 액체 냉각제의 액위 상부측의 제1용기 외면에 접촉되는 상부 접촉면을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하부 접촉면과 상기 상부 접촉면은, 상호 일체형 또는 분리형일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 응축면은, 상기 제1용기의 외부를 감싸는 제2용기에 순환 유입된 액체 냉각제에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2용기는, 상기 액체 냉각제가 유입되는 유입관 및 액체 냉각제가 배출되는 유출관을 포함하되, 상기 유입관 및 유출관은, 상기 과냉각 액체 냉각제의 액위보다 높이 위치할 수 있다.
본 발명은, 초전도 소자를 수용하는 용기의 벽면 일부를 응축면으로 사용하여, 기화된 액체 냉각제를 재응축시킴으로써, 용기의 내부 압력이 변화됨을 방지하여, 안정적인 제어와 운용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 초전도 소자가 침지되는 과냉각 액체 냉각제의 부분적인 온도차를 발생시켜 용기 내에서 과냉각 액체 냉각제의 순환을 활성화하여 초전도 소자의 온도 균일성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각 장치 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각 장치 구성도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 응축면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 응축면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명은, 초전도 소자(11)가 침지되는 과냉각 액체 냉각제(12)를 수용하는 제1용기(10)와, 상기 제1용기(10)의 측면 및 저면을 덮도록 제1용기(10)의 외면에 접하여 위치하며, 포화 액체 냉각제(21)를 수용하는 제2용기(20)와, 상기 제1용기(10) 및 제2용기(20)의 측면 및 저면에 접하는 제3용기(30)와, 상기 제2용기(20)에 삽입되어 기화된 포화 액체 냉각제(21)를 응축하는 냉동기(40)를 포함하며, 상기 포화 액체 냉각제(21)의 액위(L2)는 상기 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)에 비하여 더 높게 하여 제1용기(10)에 응축면(13)을 형성하도록 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 응축면을 포함하는 초전도 한류기 냉각 장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 제1용기(10)는 원기둥형의 수용공간을 제공하며, 내측에 초전도 소자(11)가 마련되어 있다. 초전도 소자(11)는 전력계통의 상 수와 동 수로 마련될 수 있다.
즉, 3상 전력계통에는 3개의 초전도 소자(11)가 사용될 수 있다.
초전도 소자(11)는 제1용기(10)의 내에서 과냉각 액체 냉각제(12) 내에 침지되어 있으며, 과냉각 액체 냉각제(12)에 의해 온도가 유지되어 고장전류의 발생 전상태에서 저항이 0에 가까운 상태를 유지한다.
상기 과냉각 액체 냉각제(12)는 액체 질소일 수 있다.
제1용기(10)의 내부 압력(P1)은 3bar이며, 과냉각 액체 냉각제(12)의 온도는 77K가 정상 기준온도가 된다.
제1용기(10)의 내부 압력(P1)을 유지하기 위하여 비응축 가스가 주입된다. 비응축 가스의 예로는 기체상의 네온과 헬륨이 있으며, 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 상부측 공간은 기체상의 네온과 기체상의 헬륨이 혼합된 가스가 충진되어 압력을 유지하는 것으로 이해될 수 있다.
제1용기(10)에 수용된 과냉각 액체 냉각제(12)는 특별한 이유가 없는 이상은 교환되지 않으며, 설치상태를 유지하면서 온도를 유지한다.
제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 온도는 제2용기(20)의 포화 액체 냉각제(21)와, 냉동기(40)의 작용에 의해 유지된다.
제2용기(20)의 압력(P2)은 1bar 미만으로 유지되며, 포화 액체 냉각제(21)의 온도는 77K 미만의 온도로 유지되어야 한다. 포화 액체 냉각제(21) 역시 액체 질소를 사용할 수 있다.
포화 액체 냉각제(21)의 온도는 바람직하게 75 내지 76K인 것으로 한다.
제2용기(20)의 내벽은 제1용기(10)의 외벽 일부를 그대로 사용하여 열교환에 유리하도록 할 수 있다.
제2용기(20)에 수용되는 포화 액체 냉각제(21)의 액위(L2)는 상기 제1용기(10)에 수용된 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)에 비하여 더 높은 것으로 하며, 포화 액체 냉각제(21)의 액위(L2)와 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)의 차(L2-L1)에 해당하는 제1용기(10)의 외벽 일부 영역은 다른 외벽 영역에 비하여 온도가 더 낮은 영역이 되며, 이를 응축면(13)으로 명명한다.
응축면(13)의 작용에 대해서는 이후에 좀 더 상세히 설명한다.
상기 제2용기(20)의 일면, 예를 들어 상면에는 다수의 냉동기(40)가 결합되며, 냉동기(40)의 콜드 헤드는 제2용기(20)의 내측으로 인입되어 있다.
따라서, 제2용기(20)의 포화 액체 냉각제(21)와 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12) 사이에 열교환이 이루어지며, 이때의 열교환은 포화 액체 냉각제(21)와 과냉각 액체 냉각제(12) 사이의 제1용기(10) 외벽 일부를 통해 이루어진다.
열교환에 의해 포화 액체 냉각제(21)의 일부는 기화되며, 과냉각 액체 냉각제(12)는 온도를 유지하게 된다.
기화된 포화 액체 냉각제(21)는 다시 냉동기(40)에 의해 응축되어 액화되고, 액화된 액체는 중력에 의해 낙하하여 포화 액체 냉각제(21)에 혼합되는 것을 반복한다.
따라서 본 발명은 포화 액체 냉각제(21)를 순환시키지 않고도 과냉각 액체 냉각제(12) 및 초전도 소자(11)의 온도를 유지할 수 있다.
상기 제1용기(10)의 외벽 일부에 온도의 차이에 의해 형성된 응축면(13)은 제1용기(10)의 내부 압력의 증가를 방지하는 역할을 한다.
즉, 냉각 액체 냉각제(12)의 온도는 77K로 유지되고, 압력이 3bar인 경우 이론상은 과냉각 액체 냉각제(12)가 기화되지 않지만, 온도의 편차나 기타의 이유로 과냉각 액체 냉각제(12)가 기화되어 제1용기(10)의 압력이 증가하는 현상이 발생할 수 있다.
제1용기(10) 내부의 압력 변화는 전체적으로 상평형에 변화를 주는 요소가 되며, 압력을 일정하게 유지할 필요가 있다.
따라서, 제2용기(20) 내부의 포화 액체 냉각제(21)의 액위(L2)를 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)에 비하여 높게 유지하도록 설정하여, 응축면(13)의 온도가 제1용기(10)의 다른 영역에 비하여 더 낮은 온도가 되도록 한다.
응축면(13)의 높이, 즉 액체 냉각제(21)의 액위(L2)와 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L2)의 높이차는 5 내지 30cm가 되도록 한다.
응축면(13)의 높이가 5cm 미만에서는 응축 효과가 낮으며, 30cm를 초과하는 경우 불필요한 에너지의 낭비가 발생할 수 있다.
응축면(13)의 형성에 의하여 제1용기(10) 내에서 기화된 과냉각 액체 냉각제(21)인 기체 질소는 온도가 응축 온도 이하인 응축면(13)에서 응축되어, 다시 액화되고 중력에 의해 과냉각 액체 냉각제(21)로 유입된다.
이와 같은 과정은 계속 반복적으로 이루어지며, 따라서 기타의 이유로 기화된 과냉각 액체 냉각제(21)를 다시 응축시킴으로써, 제1용기(10)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 제2용기(20)에 수용된 포화 액체 냉각제(21)는 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)와 열교환됨과 아울러 상기 응축면(13)에서 기화된 과냉각 액체 냉각제(12)를 응축시키고, 온도가 높아져 기화된다.
기화된 포화 액체 냉각제(21)는 냉동기(40)의 콜드 헤드에 의해 응축되는 과정을 반복하여, 포화 액체 냉각제(21)와 과냉각 액체 냉각제(12)의 온도를 유지함과 아울러 제1용기(10) 내에서 압력을 유지할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명은 초전도 소자(11)가 수용되는 제1용기(10)의 일부에 응축면(13)을 형성함으로써, 제1용기(10)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
제1용기(10)의 내부 압력의 유지는 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 온도 유지에 유리하며, 초전도 한류기를 안정적으로 운용할 수 있다.
제3용기(30)는 상기 제2용기(20)의 측면 및 저면과, 제1용기(10)의 노출된 측면과 저면을 모두 감싸는 구조이며, 내측이 진공(31) 상태로 열전달을 차단하여 제1용기(10) 및 제2용기(20)의 과냉각 액체 냉각제(12)와 포화 액체 냉각제(21)의 온도 유지에 유리하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 응축면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면 본 발명은, 앞서 도 1을 참조한 예와는 다르게 냉동기(40)의 냉열을 전달하는 금속 열전도체(50)를 사용하여 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)를 냉각시키는 방식의 구성이다.
제1용기(10)는 진공(61)을 이용한 단열진공용기(60)에 의해 감싸져 있으며, 냉동기(40)는 단열진공용기(60)의 상부측에서 내측에 콜드 헤드가 위치하도록 배치된다.
상기 금속 열전도체(50)는 상기 냉동기(40)와 제1용기(10)의 벽면을 연결하여, 냉동기(40)의 냉열이 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)에 전달되도록 구성된다.
금속 열전도체(50)는 구리를 사용할 수 있다.
금속 열전도체(50)의 제1용기(10) 접촉면은 상부 접촉면(51)과 하부 접촉면(52)으로 구분할 수 있다.
상부 접촉면(51)과 하부 접촉면(52)은 일체의 구성 또는 서로 분리된 구성일 수 있다.
상부 접촉면(51)은 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)를 기준으로 상부측의 제1용기(10) 외면에 접촉되며, 하부 접촉면(52)은 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)와 동일 높이부터 하부측의 제1용기(10) 외면에 접촉되어 있다.
따라서 냉동기(40)의 냉열은 주로 하부 접촉면(51)을 통해 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)에 전달되며, 상부 접촉면(51)은 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1) 이상의 높이에 위치하는 제1용기(10)의 일부면을 냉각하여 응축면(13)을 형성하게 된다.
즉, 도 1을 참조하여 설명한 예에서는 포화 액체 냉각제의 액위를 이용하여 응축면(13)을 형성하였고, 도 2의 구성에서는 금속 열전도체(50)를 이용하여 응축면(13)을 형성한 예를 나타낸다.
금속 열전도체(50)를 이용하여 형성한 응축면(13)의 작용은 앞서 설명한 예와 동일하며, 제1용기(10)의 내부 압력을 일정한 수준으로 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 응축면을 포함하는 초전도 한류기 냉각 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제2용기(20)는 제1용기(10)의 측면 상부측에만 위치하도록 구성할 수 있다.
즉, 제2용기(20)는 제1용기(10)의 측면 하부측 및 저면을 노출시키도록 위치되며, 따라서 포화 액체 냉각제(21)와의 열교환은 제1용기(10)에 수용된 과냉각 액체 냉각제(12)의 측면 측에서 일어나게 된다.
제2용기(20)는 제1용기(10)의 측면 상단으로부터 하향으로, 측면 높이의 50%정도를 덮는 것으로 할 수 있다. 좀 더 구체적으로 40 내지 60%를 덮을 수 있다.
제2용기(20)는 제1용기(10)의 측면 하부와 저면을 노출시키는 링타입 구조이며, 동일한 형태의 내부 공간을 제공한다.
제2용기(20)의 내벽은 제1용기(10)의 외벽 일부를 그대로 사용하여 열교환에 유리하도록 할 수 있다.
상기 제2용기(20)의 일면, 예를 들어 상면에는 다수의 냉동기(40)가 결합되며, 냉동기(40)의 콜드 헤드는 제2용기(20)의 내측으로 인입되어 있다.
따라서, 제2용기(20)의 포화 액체 냉각제(21)와 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12) 사이에 열교환이 이루어지며, 이때의 열교환은 포화 액체 냉각제(21)와 과냉각 액체 냉각제(12) 사이의 제1용기(10) 외벽 일부를 통해 이루어진다.
열교환에 의해 포화 액체 냉각제(21)의 일부는 기화되며, 과냉각 액체 냉각제(12)는 온도를 유지하게 된다.
기화된 포화 액체 냉각제(21)는 다시 냉동기(40)에 의해 응축되어 액화되고, 액화된 액체는 중력에 의해 낙하하여 포화 액체 냉각제(21)에 혼합되는 것을 반복한다.
상기 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)는 제2용기(20)가 덮여 있는 상부측에서 주로 열교환이 일어난다. 도 3에서 A영역은 제2용기(20)의 포화 액체 냉각제(21)와 열교환이 일어나는 상층 영역이며, 하층 영역(B)은 열교환이 일어나지 않는다.
그러나 상대적으로 하층 영역(B)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 온도가 상층 영역(A)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 온도보다 높으며, 따라서 상층 영역(A)과 하층 영역(B) 사이에 대류가 발생하게 된다.
즉, 본 발명은 제2용기(20)와 제1용기(10)의 접촉면을 일부로 제한하고, 열교환에 따른 제1용기(10) 내부의 과냉각 액체 냉각제(12)에 부분적인 열적 불균형을 유도하여, 대류를 형성한다.
이와 같은 대류의 형성에 의해 제1용기(10) 내의 과냉각 액체 냉각제(12)가 자체적으로 순환하면서 온도 평형을 이루게 되며, 따라서 온도 균일성을 높일 수 있는 특징이 있다.
이러한 온도 균일성은 초전도 소자(11)를 전체적으로 균일한 온도로 냉각시킬 수 있으며, 초전도 소자(11)의 온도 균일성 확보에 의해 초전도 소자(11) 자체의 저항 균일성도 확보할 수 있다.
이때 역시 상기 제2용기(20)의 포화 액체 냉각제(21)의 액위(L2)는 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)에 비하여 더 높은 위치가 되며, 액위의 높이 차(L2-L1)에 의해 제1용기(10)의 일부에 응축면(13)이 형성된다.
앞서 언급한 바와 같이 응축면(13)의 작용에 의해 제1용기의 내부 압력이 일정하게 유지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 응축면을 포함하는 초전도 한류기 냉각 장치의 구성도이다.
초전도 소자(11)가 침지되는 과냉각 액체 냉각제(12)를 수용하는 제1용기(10)와, 상기 제1용기(10)의 측면 및 저면을 감싸며, 초전도 전력 공급 시스템의 초전도 케이블에서 회수되는 액체 냉각제(24)가 유입되는 유입관(22) 및 유입된 액체 냉각제(24)가 유출되는 유출관(23)을 포함하는 제2용기(20)와, 상기 제2용기(20)의 측면 및 저면을 감싸며, 내부가 진공(31)인 제3용기(30)를 포함하여 구성된다.
제2용기(20)의 유입관(22)과 유출관(23)의 높이는 적어도 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)에 비하여 높은 위치에 위치하도록 함으로써, 제2용기(20)의 액체 냉각제(24)의 액위(L2)가 과냉각 액체 냉각제(12)의 액위(L1)에 비하여 더 높은 위치에 위치하도록 한다.
따라서, 액체 냉각제(24)의 액위에 의해 제1용기(10)에는 응축면(13)이 형성된다.
위에서 액체 냉각제(24)는 초전도 케이블을 경유하면서 초전도 케이블을 냉각시키는데 이용된 액체 냉각제(24)이며 포화 상태가 아닌 과냉각된 액체 질소일 수 있다. 이때 액체 냉각제(24)는 제1용기(10)의 과냉각 액체 냉각제(12)의 온도보다 더 낮은 온도인 것으로 한다.
이처럼 초전도 전력 공급 시스템의 액체 냉각제를 회수하는 과정에서 초전도 한류기를 경유하도록 함으로써, 초전도 한류기에 별도의 냉동기를 사용하지 않고도, 초전도 소자(11)의 온도를 유지할 수 있다.
제2용기(20)는 제1용기(10)의 전체를 감싸는 구조일 수 있으며, 도 4에 도시한 바와 같이 제1용기(10)의 측면을 상부측으로부터 소정의 높이까지 하향 연장하여, 제1용기(10)의 측면 하부측 및 저면측을 노출시키는 구조로 할 수 있다.
이와 같은 제2용기(20)의 구조 차이에 의하여 액체 냉각제(24)와 상층 영역(A)에서만 열교환이 발생하고, 따라서 하층 영역(B)과의 온도차이에 의해 대류가 발생하게 된다.
대류의 발생에 의해 과냉각 액체 냉각제(12)는 전체적으로 균일한 온도가 되며, 따라서 침지된 초전도 소자(11)도 전체적으로 균일한 온도로 유지할 수 있다.
이처럼 본 발명은 냉동기(40)를 사용하지 않고, 외부에서 순환 공급되는 액체 냉각제(24)를 이용하여 제1용기(10) 내의 과냉각 액체 냉각제(12)가 기화되면 다시 응축시키는 작용을 함으로써, 제1용기(10)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10:제1용기 11:초전도 소자
12:과냉각 액체 냉각제 13:응축면
20:제2용기 21:포화 액체 냉각제
30:제3용기 31:진공
40:냉동기 50:금속 열전도체
60:단열 진공용기

Claims (8)

  1. 과냉각 액체 냉각제를 수용하는 제1용기;
    포화 액체 냉각제를 수용하며, 상기 제1용기의 외면을 감싸는 제2용기;
    상기 제1용기의 상기 과냉각 액체 냉각제에 침지되어 온도가 유지되는 초전도 소자; 및
    상기 제1용기의 외부에서 상기 과냉각 액체 냉각제의 온도보다 더 낮은 온도의 냉열에 의해 상기 제1용기의 외벽 일부에 생성되어, 상기 과냉각 액체 냉각제가 기화되면 다시 응축시키는 응축면을 포함하되,
    상기 포화 액체 냉각제의 액위는,
    상기 과냉각 액체 냉각제의 액위에 비하여 더 높으며,
    상기 응축면은,
    상기 과냉각 액체 냉각제의 액위로부터 상기 포화 액체 냉각제의 액위까지 상향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 과냉각 액체 냉각제를 수용하는 제1용기;
    제1용기를 감싸는 단열진공용기;
    상기 제1용기의 상기 과냉각 액체 냉각제에 침지되어 온도가 유지되는 초전도 소자; 및
    상기 제1용기의 외부에서 상기 과냉각 액체 냉각제의 온도보다 더 낮은 온도의 냉열에 의해 상기 제1용기의 외벽 일부에 생성되어, 상기 과냉각 액체 냉각제가 기화되면 다시 응축시키는 응축면을 포함하되,
    상기 응축면은,
    냉동기의 콜드 헤드와 상기 제1용기의 외벽 외측을 연결하는 금속 열전도체에 의해 형성되고,
    상기 금속 열전도체의 상기 제1용기와 접촉되는 접촉면은,
    상기 과냉각 액체 냉각제의 액위로부터 하부측의 제1용기 외면에 접촉되는 하부 접촉면과,
    상기 과냉각 액체 냉각제의 액위 상부측의 제1용기 외면에 접촉되는 상부 접촉면을 포함하는 초전도 한류기의 냉각 장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하부 접촉면과 상기 상부 접촉면은,
    상호 일체형 또는 분리형인 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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