KR20120086429A - 초전도 케이블용 스톱 조인트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 케이블용 스톱 조인트에 관한 것으로, 장조장 초전도 케이블을 설치해야 하는 장거리 선로 상에 스톱 조인트를 설치하여 냉각 유체의 순환 경로를 단위화 함으로써 초전도 특성을 유지할 수 있도록 한 것이다,

Description

초전도 케이블용 스톱 조인트{Stop Joint for Hight Temperature Superconducting}
본 발명은 초전도 케이블용 스톱 조인트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장조장 초전도 케이블을 설치해야 하는 장거리 선로(예를 들어 2km 이상) 상에 스톱 조인트를 설치하여 냉각 유체의 순환 거리를 단축함으로써 초전도 특성을 유지할 수 있도록 한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블 시스템은 초전도 케이블(10)이 연결되는 2개의 단말 구조체(12, 14)와, 한쪽 단말 구조체(12)의 전방에 구비되는 냉동기(16) 및 순환펌프(18)로 구성된다.
또한, 상기 초전도 케이블(10)의 길이를 연장하기 위하여 선로 상에는 복수의 중간 접속함(20)이 연결된다.
종래의 초전도 케이블 시스템에서 초전도 케이블(10)의 내부에는 냉각 유체(예를 들면 액체 질소)가 흐를 수 있도록 냉각 유로가 형성되어 있다. 이러한 냉각 유체는 공급 파이프(22)를 통해 한쪽 단말 구조체(12)로 공급되고, 다른 쪽 단말 구조체(14)를 통해 배출되어 회수 파이프(24)를 통해 다시 냉동기(16)로 공급되는 순환 구조로 구성되어 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉동기(16)가 구비된 쪽의 단말 구조체(12)에 접속되는 초전도 케이블(10)의 입구부(26)에서는 냉각 유체의 온도가 낮고 압력이 높게 형성된다. 반면 다른 쪽 단말 구조체(14)에 접속되는 초전도 케이블(10)의 출구부(28)에서는 냉각 유체가 선로를 따라 흐르면서 열 침입 및 도체 발열에 의해 높은 온도를 형성되고, 냉각 유체의 압력도 거리에 비례하여 감소하게 된다.
이에 따라 초전도 케이블(10)의 출구부(28)로 갈수록 냉각 유체의 온도 상승과 압력이 감소하게 되면서 초전도 특성을 유지할 수 없게 된다. 이러한 문제를 해소하기 위해 초전도 케이블(10)의 입구부(26)로 공급되는 냉각 유체의 압력을 감소분만큼 보상하여 공급할 수도 있으나, 이 경우 단말 구조체(12) 및 초전도 케이블 저온유지장치에 기계적인 손상이 발생하게 된다. 특히, 냉각 유체의 압력 조절은 순환펌프(18)가 담당하게 되는데, 이때 순환펌프(18)의 용량에 대한 한계도 있어, 장거리 선로에서 초전도 특성을 유지하기에는 어려움이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 장거리 선로 상에 스톱 조인트를 설치하여 냉각 유체의 순환 거리를 단축함으로써, 초전도 케이블의 적용에 따른 초전도 특성을 유지시킬 수 있도록 한 초전도 케이블용 스톱 조인트를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단은, 양측 단말 구조체와 연결되는 초전도 케이블의 선로에 설치되는 초전도 케이블용 스톱 조인트로서, 양측에 인입공이 형성되어 있는 진공조와; 상기 진공조 내부에 수용되며 초전도 케이블의 인입시 초전도 케이블의 냉각 유체 유로와 연결되는 질소조 구조물과; 상기 질소조 구조물의 내부에 길이 방향으로 배치되어 양측으로부터 인입된 초전도 케이블의 도체가 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 전극 구조물과; 상기 전극 구조물에 결합 되는 상태로 제1 및 제2 유로 간 소통을 차단하기 위해 상기 질소조 구조물과 연결되는 유로 분리부재와; 상기 유로 분리부재를 중심으로 양편 제1 및 제2 유로와 통하는 상태로 질소조 구조물에 각각 형성되며 회수 파이프가 연결되는 회수공;을 포함하여 구성되는 초전도 케이블용 스톱 조인트가 제공된다.
또한, 상기 질소조 구조물은 양측 면에 인입공과 플랜지부가 각각 형성되어 있는 제1 및 제2 질소조로 이루어지고, 상기 제1 및 제2 질소조는 플랜지가 서로 마주하도록 하도록 배치되며, 상기 회수공은 제1 유로 및 제2 유로를 가지는 제1 및 제2 질소조에 형성되는 구조가 제공된다.
또한, 상기 전극 구조물은 유로 분리부 매입 전극과; 상기 유로 분리부 매입 전극의 외면을 감싸는 상태로 구비되는 절연물; 로 이루어지는 구조가 제공된다.
또한, 상기 유로 분리부재는 절연물을 감싸는 구조로 결합 되며, 이 유로 분리부재의 외측 단부가 제1 및 제2 질소조의 플랜지 사이에 배치되는 상태로 플랜지와 고정되는 구조가 제공된다.
또한, 상기 유로 분리부 매입 전극 에 양측 초전도 케이블의 도체가 접속될 때, 도체의 노출 부분과 절연물로부터 인출되는 유로 분리부 매입 전극의 노출 부분을 감싸도록 보강절연물이 더 포함되는 구조가 제공된다.
이와 같이, 본 발명은 장거리 선로 상에 스톱 조인트를 설치하여 냉각 유체의 순환을 구획함으로써, 장거리 선로에 적용되는 초전도 케이블의 초전도 특성을 유지할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 초전도 케이블의 시스템을 나타낸 설명도이다.
도 2는 본 발명의 초전도 케이블의 시스템을 나타낸 설명도이다.
도 3은 도 2의 A를 나타낸 확대 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 2에서는 본 발명의 초전도 케이블의 시스템을 나타낸 설명도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블 시스템은 각각 초전도 케이블(30a, 30b)이 연결되는 2개의 단말 구조체(12, 14)와, 양쪽 단말 구조체(12, 14)의 전방에 각각 구비되는 냉동기(32, 34) 및 순환펌프(36, 38)로 구성된다.
또한, 초전도 케이블(30a, 30b)의 길이를 연장하기 위해 선로 상에는 복수의 중간 접속함(40)과 함께 스톱 조인트(42)가 연결된다.
또한, 본 발명의 초전도 케이블 시스템에서는 초전도 케이블(30a, 30b)의 내부에 냉각 유체(예를 들면 액체 질소)가 흐르도록 냉각 유체 유로(C1, C2)를 형성하고 있다.
이러한, 상기 냉각 유체는 각 공급 파이프(44, 46)를 통해 양쪽 단말 구조체(12, 14)로 공급되며, 선로를 따라 흐르는 냉각 유체는 스톱 조인트(42)를 통해 각각 냉각 유체가 배출되어 회수 파이프(48, 50)를 따라 다시 냉동기(32, 34)로 회수되는 구조로 구성되어 있다.
도 3에서는 도 2의 A를 나타낸 확대 단면도가 도시되어 있다. 도면에서 보듯이 스톱 조인트(42)는 진공조(52)와, 이 진공조(52) 내부에 수용되는 질소조 구조물(54)과, 이 질소조 구조물(54) 내부에 길이 방향으로 배치되며 양측으로부터 인입된 초전도 케이블(30a, 30b)의 도체(84a, 84b)가 전기적으로 각각 연결될 수 있도록 배치되는 전극 구조물(56)과, 상기 전극 구조물(56)을 감싸는 상태로 구비되며 제1 및 제2 유로(C3, C4)의 차단을 위해 질소조 구조물(54)과 연결되는 유로 분리부재(58)와, 질소조 구조물(54)에 각각 연결되는 회수파이프(48, 50)로 구성된다.
구체적으로, 상기 진공조(52)는 양쪽 단말 구조체(12, 14)로부터 연결되는 양측 초전도 케이블(30a, 30b)이 각각 인입될 수 있도록 인입공(60, 62)이 양측 면에 형성되어 있다.
상기 질소조 구조물(54)은 제1 질소조(64)와 제2 질소조(66)로 나뉘며 제1 및 제2 질소조(64, 66)의 일측 면에는 진공조(52)의 인입공(60, 62)과 각각 대응하는 인입공(68, 70)이 형성되어 있고, 타측 면에는 플랜지부(72, 74)가 형성되어 있다. 이와 같이 구조로 이루어지는 제1 질소조(64)와 제2 질소조(66)는 제1 및 제2 질소조(64, 66)의 플랜지(72, 74)가 서로 마주하는 상태로 배치된다.
또한 상기 제1 및 제2 질소조(64, 66)에는 회수공(76, 78)이 형성되어 있는데, 이 회수공(76, 78)에는 회수파이프(48, 50)가 각각 연결되어 있으며, 이러한 회수 파이프(48, 50)는 양쪽 단말 구조체(12, 14)의 전방에 각각 구비되는 냉동기(32, 34)와 연결된다. (도 2참조)
상기 전극 구조물(56)은 유로 분리부 매입 전극(80)과, 이 유로 분리부 매입 전극(80)의 외면 둘레를 감싸는 상태로 구비되는 절연물(82)로 구성된다. 나아가 상기 유로 분리부 매입 전극(80)에 양측 초전도 케이블(30a, 30b)의 도체(84a, 84b)가 접속(예를 들면 압착, 솔더링)시, 도체(84a, 84b)의 노출 부분과 유로 분리부 매입 전극(80)의 노출부분에 대한 절연을 더 보강하기 위해 외면 둘레를 감싸는 보강절연물(86)이 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 전극 구조물(56)에는 앞서 설명된 바와 같이 절연물(82)을 감싸는 상태로 유로 분리부재(58)가 구비되어 있다. 이러한 유로 분리부재(58)의 외측 단부는 제1 및 제2 질소조(64, 66)의 플랜지(72, 74) 사이에 배치되는 상태로 부착 고정된다. 이에 따라 유로 분리부재(58)를 중심으로 양편에 형성되어 있는 제1 및 제2 유로(C3, C4)는 서로 차단되는 구조를 가지게 된다.
따라서 본 발명의 초전도 케이블 시스템에서는 초전도 케이블(30a, 30b)의 냉각 유체 유로(C1, C2)를 통하여 흐르는 냉각 유체는 스톱 조인트(42)의 제1 및 제2 유로(C3, C4)로 유입되고, 제1 및 제2 유로(C3, C4)에 존재하는 냉각 유체는 각각 회수 파이프(48, 50)를 통해 다시 냉동기(32, 34)로 회수되는 일련의 순환 과정을 반복하게 된다.
위와 같은 초전도 케이블 시스템에서 스톱 조인트(42)를 사용하여 서로 연결하게 되면, 냉각 유체의 순환 경로는 구획되어 순환 경로에 대한 거리 단축과 함께 냉각 유체의 압력 감소도 최소할 수 있게 됨으로써, 종래와 같이 선로의 길이가 길수록 초전도 케이블(10)의 출구부(28)에 대한 초전도 특성이 유지될 수 없는 현상이 방지된다. 특히 초전도 케이블 입구부(26)로 공급되는 냉각 유체의 압력을 높이게 됨으로써 발생하는 단말 구조체 및 초전도 케이블 저온유지장치에 기계적인 손상도 방지할 수 있게 된다.
즉, 상기 스톱 조인트(42)의 사용으로 인해 장거리 선로에 대한 초전도 케이블의 적용시, 초전도 특성 저하나 통전 능력 감소, 파손 등을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 여러 가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.
10, 30a, 30b : 초전도 케이블 12, 14 : 단말 구조체
16, 32, 34 : 냉동기 18, 36, 38 : 순환 펌프
20, 40 : 중간 접속함 22, 44, 46 : 공급 파이프
24, 48, 50 : 회수 파이프 26 : 입구부
28 : 출구부 42 : 스톱 조인트
52: 진공조 54 : 질소조 구조물
56 : 전극 구조물 58 : 유로 분리부재
60, 62, 68, 70 : 인입공 64 : 제1 질소조
66 : 제2 질소조 72, 74 : 플랜지
76, 78 : 회수공 80 : 유로 분리부 매입 전극
82 : 절연물 84a, 84b : 도체
86 : 보강 절연물

Claims (5)

  1. 양측 단말 구조체(12, 14)와 연결되는 초전도 케이블(30a, 30b)의 선로에 설치되는 초전도 케이블용 스톱 조인트(42)로서,
    양측에 인입공(60, 62)이 형성되어 있는 진공조(52)와;
    상기 진공조(52) 내부에 수용되며 초전도 케이블(30a, 30b)의 인입시 초전도 케이블(30a, 30b)의 냉각 유체 유로(C1, C2)와 연결되는 질소조 구조물(54)과;
    상기 질소조 구조물(54)의 내부에 길이 방향으로 배치되어 양측으로부터 인입된 초전도 케이블(30a, 30b)의 도체(84a, 84b)가 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 전극 구조물(56)과;
    상기 전극 구조물(56)을 감싸는 상태로 결합 되며 제1 및 제2 유로(C3, C4) 간 소통이 차단될 수 있도록 질소조 구조물(54)과 연결되는 유로 분리부재(58)와;
    상기 유로 분리부재(58)를 중심으로 양편 제1 및 제2 유로(C3, C4)와 통하는 상태로 질소조 구조물(54)에 각각 형성되며 회수 파이프(48, 50)가 연결되는 회수공(76, 78);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 스톱 조인트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 질소조 구조물(54)은 양측 면에 인입공(68, 70)과 플랜지부(72, 74)가 각각 형성되어 있는 제1 및 제2 질소조(64, 66)로 이루어지고, 상기 제1 및 제2 질소조(64, 66)는 플랜지(72, 74)가 서로 마주하도록 하도록 배치되며, 상기 회수공(76, 78)은 제1 유로 및 제2 유로(C3, C4)를 가지는 제1 및 제2 질소조(64, 66)에 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 스톱 조인트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 구조물(56)은 유로 분리부 매입 전극(80)과;
    상기 유로 분리부 매입 전극(80)의 외면을 감싸는 상태로 구비되는 절연물(82);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 스톱 조인트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유로 분리부재(58)는 절연물(82)을 감싸는 구조로 결합 되며, 이 유로 분리부재(58)의 외측 단부가 제1 및 제2 질소조(64, 66)의 플랜지 (72, 74)사이에 배치되는 상태로 플랜지(72, 74)와 고정되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 스톱 조인트.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 유로 분리부 매입 전극(80)에 양측 초전도 케이블(30a, 30b)의 도체(84a, 84b)가 접속될 때, 도체(84a, 84b)의 노출 부분과 절연물(82)로부터 인출되는 유로 분리부 매입 전극(80)의 노출 부분을 감싸도록 보강절연물(86)이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블용 스톱 조인트.
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