KR20080013766A - 초전도 케이블용 종단부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 냉매를 포함하며 케이블이 내부로 들어오는 내압 금속 내부 용기(2)와, 진공 절연체가 제공되는 중간 공간(4)에 의해 상기 내부 용기와 분리되어 있는 금속 외부 용기(3)로 구성되어 있는 초전도 케이블(1)용 종단부에 관한 것이다. 상기 내부 용기(2)의 벽에 제1 파열 격막(6)이 부착되고, 상기 제1 파열 격막(6)과 같은 높이로 외부 용기(3)의 벽에 제2 파열 격막(7)이 부착된다. 초절연체를 포함하고 내압 벽(9)에 의해 진공 절연체를 갖는 내부 공간(4)으로부터 밀봉되어 있는 비어있는 릴리프 공간(8)이 상기 두 파열 격막(6, 7) 사이에 제공된다.

초전도 케이블, 내부 용기, 외부 용기, 파열 격막

Description

초전도 케이블용 종단부{TERMINATION FOR A SUPERCONDUCTIVE CABLE}

본 발명은 액체 냉매를 포함하고 내부로 케이블이 들어오는 내압(pressure-tight) 금속 내부 용기와, 진공 절연이 가해지는 중간 공간에 의해 상기 내부 용기와 분리된 금속 외부 용기로 구성되어 있고, 제1 파열 격막이 내부 용기의 벽에 부착되고, 제2 파열 격막이 제1 파열 격막과 수평하게 외부 용기의 벽에 부착되는, 초전도 케이블용 종단부에 관한 것이다(US-A-4 535 596).

초전도 케이블은 충분히 낮은 온도에서 초전도 상태에 들어갈 수 있는 특수 물질로 제조된 전도체를 갖고 있다. 따라서 대응하는 구조를 갖는 도체의 전기적 저항은 0에 가깝게 된다. 적절한 물질로는 YBCO(이트륨-바륨-구리 산화물) 또는 BiSCCO(비스무트-스트론튬-칼슘 산화물) 같은 것을 예로 들 수 있다. 이러한 물질이 초전도 상태에 도달하게 되는 충분히 낮은 온도는 예를 들어 67K 내지 110K 이다. 적절한 냉매로는 각각 액체 상태에 있는 질소, 헬륨, 네온, 수소 또는 이들을 혼합한 것을 예로 들 수 있다. 냉 유전체(WO 03/052775 A1)와 온 유전체(EP 1 551 038 A1)를 갖는 초전도 케이블이 알려져 있다.

초전도 케이블 및 초전도 케이블로 작동하는 시스템의 구조와 상관없이, 전송 섹션의 시작부 및 종결부에는 종단부(termination)가 장착되어 있다. 이것은 내압 금속 내부 용기와 금속 외부 용기로 구성되며, 금속 외부 용기는 진공으로 절연되어 있는 중간 공간에 의해 내부 용기와 분리되어 있다. 초전도 케이블은 적어도 작동중에 가압되어 있는 냉매를 담고 있는 내부 용기 내부로 돌출하며, 상기 냉매는 중간 공간을 포함하여 케이블 또는 내부 도체를 둘러싸는 냉각기를 통해 케이블이 작동하는 동안 이동된다. 따라서 내부 용기는 손상됨이 없이 모든 있을 수 있는 압력 증가를, 특히 갑작스런 압력 증가를 견딜 수 있을 정도의 치수가 설계되어야 한다.

갑작스런 압력 증가의 위험은 냉-유전체 케이블에 존재하며, 그 중에서도 특히 초전도성 케이블과 내부 용기의 벽 사이에서의 내부 용기 내 전기적인 절연 파괴 또는 케이블의 구조와 상관없이 본관 내의 단락(short)과 같은 과도 프로세스에 있다. 만일 케이블이 파워 서플라이 본관에 있다면, 일어나는 아크 방전을 위해서 매우 센 전류가 이용될 수 있고, 이것은 약 0.1초 후가 될 때까지 스위치가 오프될 수 없다. 이렇게 도입되는 에너지의 영향으로, 내부 용기에 담겨 있는 냉매의 상당부가 미리 증발한다. 내부 용기에서 이렇게 유발되는 체적 팽창에 의해, 압력 증가가 크게 일어나고, 이 압력 증가는 종래의 방식과 같이 파이프라인을 통해서는 빨리 소실될 수 없기 때문에, 별도의 추가적인 조치를 취하지 아니하면 내부 용기가 파열될 위험이 있다.

앞에서 언급한 US-A-4 535 596는 액체 냉매를 포함하며 케이블이 내부로 들어오는 내압 금속 내부 용기와 진공으로 절연된 중간 공간에 의해 내부 용기와 분리되어 있는 금속 외부 용기로 구성된 초전도 케이블을 개시하고 있다. 진공으로 절연되는 구성은 금속 열 실드(shield)에 의해 상이한 냉매가 존재하는 영역들로 세분된다. 제1 파열 격막이 내부 용기의 벽에 부착되고, 제1 파열 격막과 수평으로 제2 파열 격막이 외부 용기의 벽에 부착되어 있다. 두 파열 격막 사이에 또한 존재하는 진공으로 절연된 열 실드는 파열 격막의 영역 내의 구멍에 의해 방해를 받는다.

본 발명의 목적은 갑작스런 압력 증가에 의한 파손에 대하여 앞에서 기재한 종단부의 내부 용기와, 내부 용기와 외부 용기 사이에 있는 진공 절연체를 보호하는 것이다.

이러한 목적은 초절연체를 포함하고 있고 내압 벽에 의해 진공 절연체를 갖는 중간 공간으로부터 봉해져 있는 비어있는 릴리프(relief) 공간이 두 파열 격막 사이에 제공되는 것에 의해 이루어진다.

압력에 대해 팽팽하게 내부 용기를 밀봉하는 제1 파열 격막은 내부 용기 내의 허용되는 최대 압력을 초과할 때 개방되도록 되어 있다. 제1 파열 격막은 내부 용기의 일부로서, 냉매가 채워진 내부의 경계를 정하고 따라서 작동 중에 강력하게 냉각된다. 열이 내부 용기 속으로 들어가는 것을 증가시킬 수 있는 제1 파열 격막의 내부와 외부 사이의 압력 구배가 존재하지 않도록, 초절연체를 가지고 비어있는 독립된 릴리프 공간이 외부에 배치되어 있다. 내부 용기 내의 압력이 허용되는 최대 압력을 초과하고 따라서 제1 파열 격막의 임계압력보다 높아지면, 특히 이러한 압력 증가가 갑작스럽게 일어나면, 제1 격막은 개방되어 내부 용기의 내용물을 릴리프 공간 속으로 배출시키게 된다. 손상되지 아니한 상태로 작동하는 중에 내부 압력을 전혀 받지 아니하는 제2 파열 격막은, 제1 파열 격막을 터트리는데 필요한 압력보다 훨씬 작은 압력에서도 개방되도록 되어 있다. 제2 파열 격막은 제1 파열 격막이 터진 후에 즉시 열리게 되는데, 이는 제1 파열 격막을 개방시킴으로써 릴리프 공간 내의 압력이 증가하기 때문이다. 이런 식으로, 내부 용기 내에 압력이 지나치게 커지게 될 때, 액체 또는 가스가 이를 위해 형성된 개구를 통해 내부 용기로부터 흘러나오게 된다. 따라서 내부 용기 또는 종단부에 대한 추가적인 손상, 특히 종단부가 파열되는 것을 전반적으로 피할 수 있다.

이는 또한 두 파열 격막 사이에 있고 초절연체를 포함하며, 또한 내압 벽에 의해 진공 절연체를 포함하는 중간 공간으로부터 밀봉되어 있는 릴리프 공간에 의해 이루어진다. 릴리프 공간은 두 용기 사이에서 경계가 정해지는 중간 공간으로부터 내벽에 의해 밀봉된 공간이며, 따라서 제1 파열 격막이 열린 후에 일어나는 압력 증가는 제2 파열 격막 쪽으로만 작용할 수 있게 된다. 따라서, 종단부의 두 용기 사이의 진공 절연체는 파열되는 과정에서 보호를 받는 상태를 유지할 수 있게 된다.

본 발명의 구성에 의하면 압력이 갑작스럽게 증가하는 경우에 종단부의 내부 용기 및 내부 용기와 외부 용기 사이에 있는 진공 절연체를 보호할 수 있게 된다.

본 발명 내용에 대한 실시예가 도면에 나타나 있고, 이 단일 도면은 초전도 케이블용 종단부 또는 초전도 케이블을 갖는 시스템에 대한 단면을 개략적으로 나타낸다.

초전도 케이블 또는 케이블 시스템은 도면부호 1로 표시되어 있고, 공지된 임의의 구조로 되어 있다. 케이블은 종단부(E) 내부로 돌출되어 들어와 있고, 내압 금속 내부 용기(2)와 금속 외부 용기(3)로 구성되어 있다. 외부 용기(3)는 중간 공간(4)에 의해 내부 용기(2)와 분리되어 있다. 두 용기(2, 3)는 스테인리스 강으로 구성되는 것이 바람직하다. 중간 공간(4)은 비어있고 내부에 단열재가 부착되어 있다. 내부 용기(2)와 외부 용기(3)는 케이블(1)을 둘러싸고 있는 공지의 냉각기(5)와 연결되어 있다.

내부 용기(2)는 바람직하게 케이블(1)의 입구 지점 반대편에 있는 단부에서 제1 파열 격막(6)으로 밀봉되어 있다. 외부 용기(3)에서, 외부 용기를 밀봉하는 제2 파열 격막(7)이 제1 파열 격막(6)과 거의 수평하게 부착되어 있다. 두 파열 격막(6, 7) 사이에, 내압 벽(9)에 의해 중간 공간(4)으로부터 밀봉된 릴리프 공간(8)이 있다. 릴리프 공간(8)은 비어있고, 예를 들어 알루미늄으로 증발-코팅된 여러 층의 플라스틱 필름으로 구성된 초절연체를 포함하고 있다. 벽(9)은 예컨대 스테인리스 강으로 구성된다.

내부 용기(2)는 예를 들어 케이블(1)용 작동 조건으로서 적어도 작동 중에 압력이 3바(bar) 내지 20바인 질소와 같은 액체 냉매로 채워져 있고, 케이블(1)에 속하는 냉각기 및 그 연결 시스템을 통해서 이동된다.

두 개의 파열 격막(6, 7)은 바람직하게 강철과 같은 금속으로 제조되어 있 다. 이 격막들은 내부 용기(2) 내에 그리고 외부 용기(3)에 또는 릴리프 공간(8)의 벽(9)에 붙어 있고, 따라서 이 격막들은 가해지는 압력이 과도하게 커지는 경우 파열되거나 열린다. 따라서 개구가 내부 용기(2) 내에 갑작스럽게 생성되고, 그 직후 릴리프 공간(8)에도 생성되고, 따라서 냉매는 종단부(E)로부터 빠져나갈 수 있다. 제1 파열 격막(6)의 강도는 제2 파열 격막(7) 보다 실질적으로 더 크고, 그 이유는 케이블(1)이 손상됨이 없이 작동하는 동안에 내부 용기(2)의 내압 밀봉이 이루어져야 하기 때문이다. 제1 파열 격막(6)은 내부 용기(2) 내의 전반적인 압력보다 적어도 10% 더 큰 압력을 견딜 수 있도록 그 두께가 형성되어야 한다. 제2 파열 격막(7)은 더 낮은 압력에서, 예를 들어 1바 내지 5바에서 개방될 수 있다.

초절연체를 갖는 릴리프 공간(8)에 의하여, 제1 파열 격막(6)의 기능이 외부의 영향에 의해 손상되지 않는 것이 보장된다. 릴리프 공간(8)에 의해, 제1 파열 격막(6)은 종단부(E)의 주위 온도와 격리되어 있고, 따라서 내부와 외부 사이에 온도의 구배가 없다. 동시에, 이런식으로 제1 파열 격막(6) 지점에서 내부 용기(2) 내부로 열이 들어가는 것이 상당히 줄어든다.

릴리프 공간(8)은 내압 벽에 의해 본질적으로 밀봉되어 있고 두 용기(2, 3) 사이에서 경계를 이루는 중간 공간(4)으로부터 밀봉되어 있는 공간이며, 따라서 제1 파열 격막(6)이 개방된 후에 발생하는 압력의 증가가 제2 파열 격막(7)의 방향으로만 일어날 수 있다. 이를 위해, 제1 파열 격막(6)이 개방된 후에 릴리프 공간(8)에서 일어나는 압력 증가에 의해서만 제2 파열 격막(7)이 개방될 수 있도록, 손상을 입지 아니하면서 제2 파열 격막(7) 보다 더 높은 압력을 견딜 수 있도록 벽(9) 이 구성되어야 한다.

예를 들어, 내부 용기(2) 내에서 갑작스럽게 압력이 증가하는 문제가 발생하는 경우 다음과 같은 일이 발생한다:

예를 들어 케이블(1)과 내부 용기(2) 사이에 파손이 일어나 과도한 압력이 내부 용기(2) 내에서 갑작스럽게 발생하면, 제1 파열 격막(6)이 개방된다. 제1 파열 격막은 릴리프 공간(8) 내로 개방되고, 따라서 그 후 제2 파열 격막(7)도 또한 즉시 개방된다. 용기(2, 3) 뿐만 아니라 중간 공간(4) 내의 용기(2, 3) 사이에 있는 진공 절연체는 손상을 입지 않는 상태가 유지된다. 종단부(E)로부터 발생하는 액체, 또는 종단부로부터 발생하는 가스는, 우선 예를 들어 자갈 베드 내에서 환경 친화적인 방식으로 포획된다. 그 후에 가스는 대기 중으로 빠져나가게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 케이블용 종단부를 나타내는 단면도이다.

Claims (1)

1. 액체 냉매를 포함하며 케이블이 내부로 들어오는 내압 금속 내부 용기(2)와 진공 절연체가 제공되는 중간 공간(4)에 의해 상기 내부 용기와 분리되어 있는 금속 외부 용기(3)로 구성되어 있고, 상기 내부 용기(2)의 벽에 제1 파열 격막(6)이 부착되고, 상기 제1 파열 격막(6)과 같은 높이로 외부 용기(3)의 벽에 제2 파열 격막(7)이 부착되는, 초전도 케이블(1)용 종단부에 있어서,

   초절연체를 포함하고 내압 벽(9)에 의해 진공 절연체를 갖는 내부 공간(4)으로부터 밀봉되어 있는 비어있는 릴리프 공간(8)이 상기 두 파열 격막(6, 7) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 종단부.

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