KR20100092109A - 초전도 케이블의 저온유지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 케이블의 저온유지장치에 관한 것으로서, 내측 금속관과 외측 금속관 간의 열수축 차이에 따른 응력을 완충시키며 진공층을 이원화 구성한 초전도 케이블의 저온유지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초전도 케이블의 저온유지장치는 액체질소가 채워지며 코어의 둘레를 따라 연장된 내측 금속관과, 간격을 두고 상기 내측 금속관의 둘레를 감싸는 외측 금속관과, 상기 내측 금속관이 연결되며 액체질소가 채워진 종단 접속함의 냉각용기와, 간격을 두고 상기 냉각용기의 둘레를 감싸는 단열관과, 상기 외측 금속관의 단부와 상기 냉각용기를 연결하는 내측 벨로우즈 관과, 상기 내측 벨로우즈 관과 간격을 두고 상기 외측 금속관의 단부와 상기 단열관을 연결하는 외측 벨로우즈 관을 포함하며, 상기 내측 벨로우즈 관과 상기 외측 벨로우즈 관 사이의 공간과 상기 내측 벨로우즈 관과 상기 내측 금속관 사이의 공간을 이원화한 것을 기술적 특징으로 한다.

초전도 케이블, 저온유지장치, 벨로우즈 관, 금속관, 액체질소, 응력

Description

초전도 케이블의 저온유지장치{Cryostat of Superconducting Cable}

본 발명은 초전도 케이블의 저온유지장치에 관한 것으로서, 특히 내측 금속관과 외측 금속관 간의 열수축 차이에 따른 응력을 완충시키며 진공층을 이완화 구성한 것이다.

초전도 현상이란 극저온상태에서 도체에 흐르는 전기적저항이 0인 특성을 말하며, 초전도 케이블은 이러한 특성을 구현하기 위해 제작된 전력케이블이다. 이와 같은 초전도 현상을 구현하기 위해서 액체질소를 사용하며 도체는 액체질소의 극저온에 의해 초전도의 특성을 갖는다.

그리고 초전도 케이블의 단말에는 종단 접속함이 장착되며, 종단 접속함에는 외부로 연장된 단말도체가 장착되며 단말도체는 코어와 접속된다.

한편, 초전도 케이블의 구조를 살펴보면, 코어를 내측 금속관이 감싸고, 내측 금속관을 외측 금속관이 감싸며, 내측 금속관에는 액체질소가 채워지고, 내측 금속관과 외측 금속관의 사이를 진공상태로 조성하여 단열효과를 극대화 한다.

이와 같은 구조에 있어서, 외측 금속관은 외기와 접하고, 내측 금속관은 액체질소와 접하기 때문에 내측 금속관은 외측 금속관에 비해 상대적으로 많이 수축 된다. 하지만, 내측 금속관과 외측 금속관의 끝단은 접속함에 연결되어 있어 내측 금속관은 수축하면서 인장력을 받게 되고, 인장력을 받아 응력이 발생하면 초전도 케이블이 변형될 수 있다.

또한 상기 내측 금속관과 외측 금속관 사이의 진공상태가 종단 접속함까지 같은 조건의 진공상태로 관리된다. 따라서 종단 접속함을 정비하거나 초전도 케이블을 정비할 경우에 전체적인 진공상태가 깨진다는 단점이 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 온도 차에 따라 발생하는 응력을 보상할 수 있도록 구성되며 초전도 케이블과 종단 접속함 사이에 진공조건을 이원화하여 어느 한 쪽의 진공상태가 깨지더라도 다른 한 쪽은 진공상태를 유지할 수 있게 구성한 초전도 케이블의 저온유지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초전도 케이블의 저온유지장치는 액체질소가 채워지며 코어의 둘레를 따라 연장된 내측 금속관과, 간격을 두고 상기 내측 금속관의 둘레를 감싸는 외측 금속관과, 상기 내측 금속관이 연결되며 액체질소가 채워진 종단 접속함의 냉각용기와, 간격을 두고 상기 냉각용기의 둘레를 감싸는 단열관과, 상기 외측 금속관의 단부와 상기 냉각용기를 연결하는 내측 벨로우즈 관과, 상기 내측 벨로우즈 관과 간격을 두고 상기 외측 금속관의 단부와 상기 단열관을 연결하는 외측 벨로우즈 관을 포함하며, 상기 내측 벨로우즈 관과 상기 외측 벨로우즈 관 사이의 공간과 상기 내측 벨로우즈 관과 상기 내측 금속관 사이의 공간을 이원화한 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 내측 벨로우즈 관과 상기 외측 벨로우즈 관 사이의 공간 및 상기 내측 벨로우즈 관과 상기 내측 금속관 사이의 공간은 진공상태이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 내측 금속관 및 상기 외측 금속관은 상기 코어의 열수축률 보다 큰 재질이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 내측 금속관 및 상기 외측 금속관은 알루미늄 재질이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 초전도 케이블의 저온유지장치는 외측 금속관 및 내측 금속관에 벨로우즈 관을 형성하고, 코어의 열수축률 보다 큰 열수축률을 갖는 재질의 금속으로 외측 금속관과 내측 금속관을 형성함으로써, 열수축에 의한 응력을 보상할 수 있게 구성하고 있다. 따라서 열수축하더라도 금속관에 응력이 존재하지 않아 변형되지 않는다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 초전도 케이블의 저온유지장치는 초전도 케이블 쪽과 종단 접속함 쪽의 진공을 이원화함으로써, 어느 한 쪽을 정비 및 관리하기 위해 진공상태를 해제하더라도 다른 쪽의 진공 상태에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 초전도 케이블의 저온유지장치는 초전도 케이블에 내측 벨로우즈 관 및 외측 벨로우즈 관을 설치하여 전도에 의한 열침입 경로를 최대화하여 열손실을 최소화하고 열응력 완화하며, 또한 벨로우즈 관과 외측 금속관의 연동으로 열 신축을 가능하게 한다.

아래에서는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 저온유지장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 종단 접속함과 초전도 케이블이 장착된 상태를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 벨로우즈 부위를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블(110)은 종단 접속함(120)에 연결된다.

종단 접속함(120)은 초전도 케이블(110)의 내측 금속관(105)과 연결된 냉각용기(121)와, 상기 냉각용기(121) 외측으로 간격을 두고 형성된 단열관(123)을 포함한다. 그리고 초전도 케이블(110)의 코어(103)는 내측 금속관(105)을 따라 냉각용기(121) 내부로 진입한 상태에서 종단 접속함(120)의 단말도체와 접속된다. 여기에서, 냉각용기(121)는 종단 접속함(120)의 저온유지장치(Cryostat)의 내측 구성요소이며, 단열관(123)은 종단 접속함(120)의 저온유지장치(Cryostat)의 외측 구성요소이다.

한편, 초전도 케이블(110)의 외측 금속관(107)은 초전도 케이블(110)을 따라 종단 접속함(120)으로 연장되며, 외측 금속관(107)의 단부에는 외측 벨로우즈 관(117)과 내측 벨로우즈 관(115)이 연결된다.

여기에서, 외측 벨로우즈 관(117)은 단열관(123)에 연결되고, 내측 벨로우즈 관(115)은 냉각용기(121)의 외측에 연결된다.

이와 같은 구조에서, 코어(103)를 감싸는 냉각용기(121)와 내측 금속관(105) 의 안쪽에는 액체질소(1)가 채워진다. 내측 벨로우즈 관(115)과 외측 벨로우즈 관(117) 사이의 공간 그리고 냉각용기(121)와 단열관(123) 사이의 공간은 연통된 제1진공공간(131)이고, 외측 금속관(107)과 내측 금속관(105) 사이의 공간 그리고 내측 벨로우즈 관(115)과 외측 금속관(107) 사이의 공간은 연통된 제2진공공간(132)이다.

이와 같이 제1진공공간(131)과 제2진공공간(132)은 내측 벨로우즈 관(115)에 의해 이원화된다. 따라서 어느 한 쪽의 진공상태가 깨지더라도 다른 한 쪽의 진공상태는 변화가 없게 된다.

따라서 내외측 벨로우즈 관(115, 117)을 기준으로 종단 접속함(120) 쪽 또는 초전도 케이블(110) 쪽 중 어느 한 쪽의 장비 및 부품을 교체하기 위해 진공상태를 해제하더라도 다른 쪽의 진공상태는 유지되어 정비 및 교체 작업이 완료된 후에 진공상태를 조성함에 있어 보다 편리하다.

한편, 아래에는 극저온에 의한 수축관계에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 내측 금속관(105) 및 외측 금속관(107)은 코어(103) 보다 열수축율이 큰 재질로서, 통상 구리 재질의 코어(103)이면 내측 금속관(105) 및 외측 금속관(107)은 알루미늄 재질인 것이 바람직하다.

이는 열수축률이 재질에 따라 다르며, 특히 스테인리스, 구리, 알루미늄은 상기 순서대로 열수축률이 크기 때문이다. 즉 온도가 점차 낮아짐에 따라 상기 3종류의 재질 중에서 알루미늄의 수축이 가장 크고, 구리의 수축이 중간이며, 스테인레스의 수축이 가장 작다.

종래에는 내측 금속관과 외측 금속관을 스테인리스 재질로 구성하였으나, 본 발명에서는 내측 금속관(105)과 외측 금속관(107)을 알루미늄 재질로 구성한 것이다.

따라서 본 발명에 따른 초전도 케이블(110)의 저온유지장치에 있어서, 내측 금속관(105)과 코어(103)는 액체질소(1)와 접하며, 외측 금속관(107)은 상온 조건에 위치함에 따라 온도에 의해 내측 금속관(105)과 외측 금속관(107)이 수축하면서 응력을 받게 되는데, 이때 내측 벨로우즈 관(115) 및 외측 벨로우즈 관(117)이 신축하면서 응력을 상쇄시켜 초전도 케이블이 변형되지 않게 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 종단 접속함과 초전도 케이블이 장착된 상태를 나타낸 개념도이고,

도 2는 도 1에 도시된 벨로우즈 부위를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 초전도 케이블 103 : 코어

105 : 내측 금속관 107 : 외측 금속관

115 : 내측 밸로우즈관 117 : 외측 밸로우즈 관

120 : 종단 접속함 121 : 냉각용기

123 : 단열관 131 : 제1진공공간

132 : 제2진공공간

Claims (4)

1. 액체질소(1)가 채워지며 코어(103)의 둘레를 따라 연장된 내측 금속관(105)과,

   간격을 두고 상기 내측 금속관(105)의 둘레를 감싸는 외측 금속관(107)과,

   상기 외측 금속관(107)의 단부에서 연장되어 종단 접속함(120)의 내측 저온유지부에 연결된 내측 벨로우즈 관(115)과,

   상기 외측 금속관(107)의 단부에서 연장되며 상기 내측 벨로우즈 관(115)과 간격을 두고 종단 접속함(120)의 외측 저온유지부에 연결된 외측 벨로우즈 관(117)을 포함하며,

   상기 내측 벨로우즈 관(115)과 상기 외측 벨로우즈 관(117) 사이의 공간과 상기 내측 벨로우즈 관(115)과 상기 내측 금속관(105) 사이의 공간을 이원화한 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 저온유지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내측 벨로우즈 관(115)과 상기 외측 벨로우즈 관(117) 사이의 공간 및 상기 내측 벨로우즈 관(115)과 상기 내측 금속관(105) 사이의 공간은 진공상태인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 저온유지장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내측 금속관(105) 및 상기 외측 금속관(107)은 상기 코어(103)의 열수축률 보다 큰 재질인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 저온유지장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 내측 금속관(105) 및 상기 외측 금속관(107)은 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 저온유지장치.

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