KR20130078726A - Superconducting lead having bending structure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A superconductive electric lead comprising a bending is provided to include a current introduction portion, thereby maintaining an ultralow temperature efficiently in a narrow space. CONSTITUTION: A superconductive electric lead comprises: a super conductive wire supporter (300), a metal connection body (200), and a superconductive wire (100). The superconductive wire is formed in an arch shape, and connected to a first extension part. The superconductive wire is arranged by being overlapped with a part of the first extension part. The superconductive wire supporter is formed to surround the superconductive wire. The metal connection body is formed on both ends of the superconductive wire supporter, and comprises a connecting part, and a combining part which is combined with the superconductive wire supporter.

Description

굴곡을 포함하는 초전도 전류 리드{SUPERCONDUCTING LEAD HAVING BENDING STRUCTURE}Superconducting Current Leads with Bends {SUPERCONDUCTING LEAD HAVING BENDING STRUCTURE}

본 발명은 초전도 기기에 사용되는 초전도 전류 리드에 관한 발명이다. The present invention relates to a superconducting current lead used in a superconducting device.

최근 초전도 기술은 전력 및 사업분야 등에서 연구되고 있다. 이대, 극저온으로 유지되도록 고진공 단열이 되어 있는 초전도 기기 내부에 전류를 공급하기 위하여, 초전도 전류리드가 사용된다.Recently, superconducting technology has been studied in the fields of power and business. Superconducting current leads are used to supply current into superconducting devices with high vacuum insulation to maintain cryogenic temperatures.

초전도 전류 리드는 크게 초전도체부와 이의 양단에 형성된 금속접속체로 형성된다. 상기 초전도체부는 튜브형 고온초전도 벌크 타입과 고온초전도 선재타입으로 구분된다. The superconducting current lead is largely formed of a superconductor portion and metal connectors formed at both ends thereof. The superconductor portion is classified into a tubular high temperature superconducting bulk type and a high temperature superconducting wire type.

초전도 전류리드는 상온에 위치한 전원과 극저온을 유지하기 위한 저온용기 내부에 위치한 초전도 코일을 전기적으로 이어주는 전류 도입부가 협소한 공간에 설치될 수 있다. 일반적으로 The superconducting current lead may be installed in a narrow space with a current inlet that electrically connects the power located at room temperature with the superconducting coil located inside the low temperature container to maintain cryogenic temperature. Generally

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 협소한 공간에서도 효율적으로 극저온을 유지시키는 초전도 전류 리드를 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem of the present invention was conceived in this respect, and to provide a superconducting current lead that efficiently maintains cryogenic temperature even in a narrow space.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 시편함 삽입장치는 초전도 선재, 초전도 선재지지체 및 금속접속체를 포함한다. 상기 초전도 선재는 제1 연장부, 상기 제1 연장부의 일단에 연결되고 호 형상으로 형성되는 적어도 하나의 굴곡부 및 상기 굴곡부에 연결되고 상기 제1 연장부의 적어도 일부와 중첩하게 형성되는 제2 연장부를 포함한다. 상기 선재지지체는 상기 초전도 선재를 감싸도록 형성된다. 상기 금속접속체는 상기 초전도 선재지지체의 양단에 형성되고, 상기 초전도 선재지지체와 결합되는 접속부 및 연결구멍이 형성되는 연결부가 구비된다.In order to achieve the above object of the present invention, the specimen inserting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a superconducting wire, a superconducting wire support and a metal connection. The superconducting wire includes a first extension portion, at least one bent portion connected to one end of the first extension portion and formed in an arc shape, and a second extension portion connected to the bent portion and overlapping at least a portion of the first extension portion. do. The wire support is formed to surround the superconducting wire. The metal connecting member is formed at both ends of the superconducting wire support, and has a connection portion coupled to the superconducting wire support and a connection portion formed with a connection hole.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 초전도 선재는 이트륨-바륨-산화구리를 포함하는 2세대 고온 초전도 선재로 형성된다.In one embodiment related to the present invention, the superconducting wire is formed of a second generation high temperature superconducting wire comprising yttrium-barium-copper oxide.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 원의 최소 반지름은 15mm으로 형성된다. In one embodiment associated with the present invention, the minimum radius of the circle is 15 mm.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 협소한 공간에 수납이 가능하여, 협소한 공간에도 설치가 가능하다. According to this invention of the above structure, it can accommodate in a narrow space and can be installed in a narrow space.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 전류리드의 개념도.
도2는 2세대 초전도 선재의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 전류 리드가 설치된 초전도 기기의 부분 단면도.1 is a conceptual diagram of a superconducting current lead according to the present invention.
Figure 2 shows the structure of the second generation superconducting wire.
3 is a partial cross-sectional view of a superconducting device provided with a superconducting current lead according to the present invention.

이하, 본 발명과 관련된 초전도 전류리드에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Hereinafter, a superconducting current lead according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 전류리드의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a superconducting current lead according to the present invention.

본 발명에 따른 초전도 초전도선재지지체(300),금속접속체(200) 및 초전도선재(100)포함한다. 도2는 2세대 초전도 선재의 구조를 나타낸 도면이다. Superconducting superconducting wire support 300 according to the present invention, the metal connector 200 and the superconducting wire 100 is included. 2 is a view showing the structure of the second generation superconducting wire.

상기 초전도선재지지체(300)는 열 전도성이 낮고, 가공성이 우수한 절연성 물질로 형성된다. 예를 들어, 상기 초전도선재지지체(300)는 스테인레스 또는 유리섬유강화플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)으로 형성될 수 있다.The superconducting wire rod support 300 is formed of an insulating material having low thermal conductivity and excellent workability. For example, the superconducting wire support 300 may be formed of stainless steel or glass fiber reinforced plastic (GFRP).

상기 금속접속체(200)는 상기 초전도선재지지체(300) 양단부에 결합되는 것으로서, 초전도선재지지체(100)와 결합되는 접속부(210)와, 외부 초전도 기기와 연결되는 연결구멍(221)이 형성된 연결부(220)가 구비된다. 상기 초전도선재지지체(100)와 상기 금속접속체(200)는 상기 접속부(210)에 의해 결합되는 이는 나사식으로 결합되거나, 금속접속체(200)의 접속부(210) 내부로 끼움 결합식으로 결합될 수 있으며, 금속접속체(200)의 접속부(210)와 초전도선재지지체(300)는 비슷한 두께로 형성되어 결합 후에는 동일 평면 상에 배치되게 된다.The metal connector 200 is coupled to both ends of the superconducting wire support 300, and a connection part 210 coupled to the superconducting wire support 100 and a connection hole 221 connected to an external superconducting device are formed. 220 is provided. The superconducting wire support member 100 and the metal connecting member 200 are coupled by the connecting part 210, which is screwed or coupled into the connecting part 210 of the metal connecting part 200. The connection portion 210 and the superconducting wire support member 300 of the metal connecting member 200 may be formed in a similar thickness and disposed on the same plane after joining.

상기 초전도선재지지체(300)의 내부에는 초전도 선재(100)가 배치된다. 상기 초전도 선재(100)를 상기 초전도선재지지체(300)내부에 안정적으로 안착시키기 위하여 상기 초전도선재지지체(300)의 내부에는 충진물질(310)이 충전될 수 있다. 예를 들어, 상기 충진물질(310)는 에폭시 수지로 형성될 수 있다. The superconducting wire 100 is disposed inside the superconducting wire support 300. Filling material 310 may be filled inside the superconducting wire support 300 to stably seat the superconducting wire 100 in the superconducting wire support 300. For example, the filling material 310 may be formed of an epoxy resin.

상기 초전도 선재(100)는 2세대 초전도 선재로 형성될 수 있다. 즉, 이트륨-바륨-산화구리(YBa2Cu3O7, Yttrium barium copper oxide)으로 형성될 수 있다. The superconducting wire 100 may be formed of a second generation superconducting wire. That is, it may be formed of yttrium-barium-copper oxide (YBa 2 Cu 3 O 7 , Yttrium barium copper oxide).

도 2를 참조하면, 상기 2세대 초전도 선재는 적층구조로 테이프 형상으로 만들어진 선재이다. 상기 2세대 초전도 선재의 적층구조는 기판부(1), 완충층(2, Buffer Layer), 초전도체층(3) 및 안정화층(4)으로 형성된다. Referring to Figure 2, the second generation superconducting wire is a wire rod made of a tape structure in a laminated structure. The laminated structure of the second generation superconducting wire is formed of a substrate portion 1, a buffer layer 2, a superconductor layer 3, and a stabilization layer 4.

상기 초전도 전류 리드(10)는 기설정된 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르는 초전도 전류 리드(10)는 적어도 하나의 곡선을 포함하는 곡선형으로 형성된다.The superconducting current lead 10 may be formed in a predetermined shape. The superconducting current lead 10 according to the invention is formed in a curved form comprising at least one curve.

기판부(11)는 Ni 또는 Ni합금 등 금속계 물질을 재질로 압연 및 열처리하여 큐브 집합조직(Cube texture)을 형성하여 제작된다. 완충층(12)은 ZrO2, CeO2, YSZ, Y2O3 또는 HfO2 등의 재질로 단일층 또는 다수의 층으로 기판부(11) 위에 에피택셜(Epitaxial)하게 적층된다.The substrate part 11 is manufactured by rolling and heat-treating a metallic material such as Ni or Ni alloy to form a cube texture. The buffer layer 12 is epitaxially stacked on the substrate 11 in a single layer or multiple layers of ZrO 2, CeO 2, YSZ, Y 2 O 3, or HfO 2.

초전도체층(13)은 YBa2Cu3O7-x계로 대표되는 산화물 초전도 물질로 이루어진다. 즉, Y:Ba:Cu의 몰 비율은 1:2:3이고, 이에 대한 산소(O)의 몰비율은 일반적으로 6.4 내지 7이어야 한다. 초전도체층(13)을 구성하는 산화물 초전도체의 산소량이 변동함으로써 초전도체층(13)의 특성이 크게 변화된다. 따라서 상기 산소의 몰비율은 일정하게 유지시켜주어야 한다.The superconductor layer 13 is made of an oxide superconducting material represented by YBa 2 Cu 3 O 7 -x system. That is, the molar ratio of Y: Ba: Cu is 1: 2: 3, and the molar ratio of oxygen (O) to it should generally be 6.4 to 7. By varying the amount of oxygen in the oxide superconductor constituting the superconductor layer 13, the characteristics of the superconductor layer 13 are greatly changed. Therefore, the molar ratio of oxygen should be kept constant.

안정화제층(14)은 과전류시 초전도체층(13)을 보호하는 등 초전도체층(13) 을 전기적으로 안정화시키기 위하여 초전도체층(13) 상부면에 적층된다. 안정화제층(14)은 과전류가 흐를 때 선재를 보호하기 위하여 전기저항이 상대적으로 낮은 금속물질로 구성된다. 예를 들면, 은 또는 동 등의 전기저항이 낮은 금속물질로 구성된다. 또, 스테인리스 등이 이용될 수도 있다.The stabilizer layer 14 is stacked on the top surface of the superconductor layer 13 to electrically stabilize the superconductor layer 13, such as to protect the superconductor layer 13 during overcurrent. The stabilizer layer 14 is made of a metal material having a relatively low electrical resistance to protect the wire rod when an overcurrent flows. For example, it consists of metal materials with low electrical resistance, such as silver or copper. Moreover, stainless steel etc. may be used.

즉, 상기 2세대 초전도 선재는 유연성을 가져, 가공이 가능하다. 예를 들어, 2세대 초전도 선재인 AMSC 344S 선재의 임계전류의 특성을 저하시키지 않는 최소 굽힘 반경(r)은 약 25mm이다. 이는 1세대 선재인 SEI의 DI-BSCCO 선재의 최소 굽힘 반경인 약 70mm 보다 작은 값이다. 따라서, 2세대 초전도 선재는 1세대 초전도 선재 보다 미세한 간격으로 절곡 가공이 가능하다.That is, the second generation superconducting wire has flexibility and can be processed. For example, the minimum bending radius r that does not degrade the critical current characteristics of AMSC 344S wire, the second generation superconducting wire, is about 25 mm. This value is less than about 70mm, the minimum bending radius of SEI's DI-BSCCO wire. Therefore, the second generation superconducting wire can be bent at a smaller interval than the first generation superconducting wire.

본 발명에 따른 상기 초전도 선재(100)를 포함하는 초전도 전류 리드(10)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 상기 초전도선재지지체(300)를 기설정된 형태로 가공하고, 내부에 상기 초전도 선재(100)를 삽입하여 형성한다, The superconducting current lead 10 including the superconducting wire 100 according to the present invention may be formed in various forms. The superconducting wire support member 300 is processed into a predetermined shape and formed by inserting the superconducting wire material 100 therein,

상기 초전도 선재(100)는 제1 내지 제 3 연장부(A, C, E)와 제1 및 제2 굴곡부(B, D)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 3개의 연장부와 2개의 굴곡부를 포함하도록 도시하였으나, 개수는 이에 한정되는 것은 아니다. The superconducting wire 100 may include first to third extension parts A, C, and E, and first and second bends B and D. FIG. In FIG. 1, three extension parts and two bend parts are included, but the number is not limited thereto.

상기 제1 연장부(A)는 상기 제1 굴곡부(B)와 연결된다. 상기 제1 굴곡부(B)에 삽입되는 상기 초전도 선재(100)의 곡률 반경(r)은 약 25mm 보다 크거나 같게 형성된다. The first extension portion A is connected to the first bend portion B. The radius of curvature r of the superconducting wire 100 inserted into the first bent portion B is greater than or equal to about 25 mm.

상기 제1 굴곡부(B)는 상기 제2 연장부(C)와 연결된다. 상기 제2 연장부(C)는 상기 제1 연장부(A)와 인접하게 배치될 수 있다, 즉, 상기 제1 및 제2 연장부(A, C)의 적어도 일부는 서로 중첩되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 굴곡부(B)가 형성하는 원의 원점은 상기 제1 및 제2 연장부(A, C)사이에 형성될 수 있다. The first curved portion B is connected to the second extension portion C. The second extension part C may be disposed adjacent to the first extension part A. That is, at least some of the first and second extension parts A and C may be formed to overlap each other. have. That is, the origin of the circle formed by the first curved portion B may be formed between the first and second extension portions A and C.

상기 제2 연장부(C)에 상기 제2 굴곡부(D)가 형성되고, 상기 제2 굴곡부(D)에 상기 제3 연장부(D)가 연결된다. 상기 제2 및 제3 연장부(C, D)의 적어도 일부가 중첩될 수 있으며, 상기 제3 연장부(D)는 상기 제1 연장부(A)와 부분적으로 중첩되도록 형성될 수 있다. The second bent part D is formed at the second extension part C, and the third extension part D is connected to the second bent part D. At least some of the second and third extension parts C and D may overlap each other, and the third extension part D may be formed to partially overlap the first extension part A. FIG.

또한, 상기 제1 내지 3 연장부(A, C, E)의 길이는 서로 상이 하여도 무방하며, 상기 제1 및 제2 굴곡부(B, D)의 곡률 반경(r)이 서로 상이 하여도 무방하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 초전도 전류 리드(10)는 연장부 없이 굴곡부 로만 형성될 수 있다. In addition, the lengths of the first to third extension parts A, C, and E may be different from each other, and the radii of curvature r of the first and second bends B and D may be different from each other. Do. However, the present invention is not limited thereto, and the superconducting current lead 10 may be formed only as a bent part without an extension part.

따라서, 2세대 초전도 선재를 사용하므로 인하여 곡률반경이 보다 작은 굴곡부를 형성할 수 있어, 연장부가 인접하도록 형성할 수 있다. 따라서, 보다 촘촘하게 형성되는 초전도 전류 리드를 형성할 수 있다.Therefore, because the second-generation superconducting wire is used, a curved portion having a smaller curvature radius can be formed, and the extension portion can be formed to be adjacent. Therefore, the superconducting current lead can be formed more densely.

도 3은 본 발명에 따른 초전도 전류 리드가 설치된 초전도 기기의 부분 단면도 이다.3 is a partial cross-sectional view of a superconducting device having a superconducting current lead according to the present invention.

도 3을 참조하면, 초전도 기기는 냉매조(20)와 진공조(30)를 포함한다. 상기 냉매조(20)의 외주에 단열재가 형성되고, 상기 진공조(30)가 상기 냉매조(20)의 외주를 덮도록 형성된다. 상기 냉매조(20)는 서로 교차하는 방향으로 연장되는 제1 및 제2 냉매조(21,22)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the superconducting device includes a coolant tank 20 and a vacuum tank 30. A heat insulating material is formed on the outer circumference of the coolant tank 20, and the vacuum tank 30 is formed to cover the outer circumference of the coolant tank 20. The coolant tank 20 includes first and second coolant tanks 21 and 22 extending in directions crossing each other.

상기 냉매조(20)에 상기 초전도 전류 리드(10) 및 상기 초전도 전류 리드(10)와 연결되는 도체부(11)가 수납된다. 상기 초전도 전류 리드(10)와 상기 도체부(11)는 서로 교차하는 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 도체부(11)의 외주는 상기 고체 절연층(12)으로 피복될 수 있다. 상기 도체부(11)와 상기 초전도 전류 리드(10)는 접속부(2)에 의하여 전기적으로 연결된다. The superconducting current lead 10 and the conductor portion 11 connected to the superconducting current lead 10 are accommodated in the coolant tank 20. The superconducting current lead 10 and the conductor portion 11 may extend in a direction crossing each other. The outer circumference of the conductor portion 11 may be covered with the solid insulating layer 12. The conductor portion 11 and the superconducting current lead 10 are electrically connected by the connecting portion 2.

상기 도체부(11)는 상기 제1 냉매조(21)에 수납되고, 상기 초전도 전류 리드(10)는 상기 제2 냉매조(22)에 수납된다. 상기 초전도 전류 리드(10)는 굴곡을 포함하며 형성될 수 있다. 상기 초전도 전류 리드(10)는 일정한 굴곡을 포함하고, 일방향으로 연장되는 제2 냉매조에 따라서 상기 일 방향을 향하여 연장되어 형성된다. The conductor portion 11 is accommodated in the first refrigerant tank 21 and the superconducting current lead 10 is accommodated in the second refrigerant tank 22. The superconducting current lead 10 may be formed to include a bend. The superconducting current lead 10 includes a constant curvature and extends in one direction according to a second refrigerant tank extending in one direction.

즉, 상기 제2 냉매조(22)에 수납되기 위하여 직선형으로 형성되는 초전도 전류 리드보다 실질적으로 보다 긴 길이로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2 냉매조(22)의 외주로부터 유입되는 열 침입에 의한 영향은 실질적인 길이가 짧은 직선형 초전도 전류 리드보다 굴곡을 포함하는 초전도 전류 리드(10)에서 적게 미치게 된다. That is, it may be formed to have a substantially longer length than the superconducting current lead formed in a straight line to be accommodated in the second refrigerant tank 22. Therefore, the influence of heat intrusion introduced from the outer circumference of the second refrigerant tank 22 is less affected by the superconducting current lead 10 including the curvature than the linear superconducting current lead having a substantially short length.

상기와 같이 설명된 초전도 전류 리드는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The superconducting current lead described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments are configured by selectively combining all or some of the embodiments so that various modifications can be made. May be

Claims (3)

제1 연장부, 상기 제1 연장부의 일단에 연결되고 호 형상으로 형성되는 적어도 하나의 굴곡부 및 상기 굴곡부에 연결되고 상기 제1 연장부의 적어도 일부와 중첩하게 형성되는 제2 연장부를 포함하는 초전도 선재;
상기 초전도 선재를 감싸도록 형성되는 초전도 선재지지체; 및
상기 초전도 선재지지체의 양단에 형성되고, 상기 초전도 선재지지체와 결합되는 접속부 및 연결구멍이 형성되는 연결부가 구비된 금속접속체를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 전류 리드.A superconducting wire including a first extension part, at least one bent part connected to one end of the first extension part and formed in an arc shape, and a second extension part connected to the bent part and overlapping at least a portion of the first extension part;
A superconducting wire support formed to surround the superconducting wire; And
And a metal connecting member formed at both ends of the superconducting wire support, and having a connection portion coupled to the superconducting wire support and a connection portion having a connection hole. 제1항에 있어서, 상기 초전도 선재는 이트륨-바륨-산화구리를 포함하는 2세대 고온 초전도 선재로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 전류 리드.The superconducting current lead according to claim 1, wherein the superconducting wire is formed of a second generation high temperature superconducting wire including yttrium-barium-copper oxide. 제2항에 있어서, 상기 원의 최소 반지름은 15mm인 것을 특징으로 하는 초전도 전류 리드.3. The superconducting current lead of claim 2, wherein the minimum radius of the circle is 15 mm.
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