KR20140114341A - 초전도 테이프를 보호하기 위한 기술들 - Google Patents

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Abstract

초전도(SC) 물품(202)을 보호하기 위한 기술들이 개시된다. 기술들은 초전도(SC) 물품(202)을 보호하기 위한 장치로서 구현될 수 있다. 장치는 초전도(SC) 물품(202) 둘레에 끼워 맞춰지도록 구성된 다공성 슬리브(204)를 포함할 수 있다. 다공성 슬리브(204)는 비-전도성의 유전체 재료로 만들어질 수 있다.

Description

초전도 테이프를 보호하기 위한 기술들{TECHNIQUES FOR PROTECTING A SUPERCON-DUCTING(SC) TAPE}
본 발명은 전반적으로 초전도(superconducting: SC) 시스템들에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 초전도(SC) 물품을 보호하기 위한 기술들에 관한 것이다.
전력 전송 및 분배 네트워크들에 있어, 고장 전류 상태들이 발생할 수 있다. 고장 전류 상태는 네트워크 내의 쇼트 회로 또는 고장에 의해 초래되는 네트워크를 통해 흐르는 전류의 급격한 서지(surge)이다. 고장의 원인들은 네트워크에 부딪히는 낙뢰, 및 악천후 또는 넘어진 나무들에 기인하는 전송 전력 라인들의 접지 및 다운(down)을 포함할 수 있다. 고장 발생시, 큰 부하가 순간적으로 나타난다. 이에 응답하여, 네트워크는 이러한 부하, 또는, 이러한 경우에 있어, 고장으로 큰 양의 전류(즉, 과전류)를 전달한다. 이러한 서지 또는 고장 전류 상태가 바람직하지 않으며, 네트워크 또는 네트워크에 연결된 장비를 손상시킬 수 있다. 특히, 네트워크 및 그에 연결된 장비가 탈 수 있으며, 일부 경우들에 있어, 폭발할 수 있다.
고장 전류에 의해 초래되는 손상으로부터 전력 장비를 보호하는데 사용되는 하나의 시스템은 차단기(circuit breaker)이다. 고장 전류가 검출될 때, 차단기는 회로를 기계적으로 개방하고 과전류가 흐르지 못하게 한다. 차단기가 트리거되기 위하여 전형적으로 3 내지 6 전력 사이클들(0.1초에 이르는)이 걸리기 때문에, 전송 라인들, 트랜스포머들, 및 개폐기와 같은 다양한 네트워크 컴포넌트들이 여전히 손상될 수 있다.
고장 전류를 제한하고 고장 전류에 의해 야기되는 손상으로부터 전력 장비를 보호하기 위한 다른 시스템은 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter: SCFCL) 시스템이다. 일반적으로 SCFCL 시스템은 임계 온도 레벨(TC), 임계 자기장 레벨(HC), 및 임계 전류 레벨(IC) 아래에서 거의 0의 저항률(resistivity)을 나타내는 초전도 회로를 포함한다. 이러한 임계 레벨 조건들 중 적어도 하나가 초과되는 경우, 회로가 ?치(quench)하고, 저항률을 나타낸다.
정상 동작 동안, SCFCL 시스템의 초전도 회로는 TC, HC, 및 IC의 임계 레벨 조건들 아래로 유지된다. 고장 동안, 이상에서 언급된 임계 레벨 조건들 중 하나 이상이 초과된다. 즉각적으로, SCFCL 시스템의 초전도 회로가 ?치되며 서지들에 저항하고, 이는 결국 고장 전류의 전송을 제한하며 네트워크 및 연관된 장비를 과부하로부터 보호한다. 어떤 시간 지연 뒤에 그리고 고장 전류가 소거된 후에, 초전도 회로가 정상 동작으로 복귀하며, 여기에서 임계 레벨 조건들 중 어느 것도 초과되지 않고 전류가 네트워크 및 SCFCL 시스템을 통해 다시 전송된다.
SCFCL 시스템은 직류(direct electrical current: DC) 또는 교류(alternating electrical current: AC) 환경에서 동작할 수 있다. AC 손실들(즉, 초전도 열 또는 히스테리시스(hysteresis) 손실들)로부터의 일정한 전력 소비가 존재할 수 있으며, 이는 냉각 시스템에 의해 제거될 수 있다. 전형적으로 평평한 와이어(wire) 또는 전도성 테이프의 형태인 전도체들이 SCFCL 시스템 내에서 전기적 에너지 또는 신호들을 전송하는데 사용된다. 그러나 SCFCL 시스템 내에서 사용되는 종래의 전도성 테이프들은 상당한 열 손실을 야기한다. 다시 말해서, 이러한 전도성 테이프들의 온도가 크게 증가될 수 있고, 이는 전도성 테이프들을 팽창시키며, 이는 결과적으로 전도성 테이프들이 서로 접촉할 가능성을 증가시킬 수 있다. 이에 더하여, 전도성 테이프들은 전형적으로 전도성 테이프들을 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장들에 기인하여 진동한다. 따라서, 온도의 증가와 함께, 전도성 테이프들의 진동이 정상 상태 또는 고장 상태 동안 전도성 테이프들 사이의 접촉을 증가시킬 수 있다. 이러한 접촉은, 최소화되더라도, 전기적 및/또는 기계적 간섭을 야기할 수 있으며, 이는 전도성 테이프들의 감소된 수명 및 신뢰성을 초래할 수 있다. 결과적으로, 이러한 간섭으로부터 전도성 테이프들을 보호하는 것이 제조사들에 의해 고려되는 중요한 인자일 수 있다.
따라서, 이상의 관점에서, 초전도(SC) 시스템에 사용되는 전도성 테이프들에 대한 전류 기술들과 연관된 상당한 문제들 및 단점들이 존재할 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
초전도(SC) 물품을 보호하기 위한 기술들이 개시된다. 특정한 예시적인 일 실시예에 있어, 기술들이 초전도(SC) 물품을 보호하기 위한 장치로서 구현될 수 있다. 장치는 초전도(SC) 물품 둘레에 끼워 맞춰지도록(fit) 구성된 다공성 슬리브(porous sleeve)를 포함할 수 있다. 다공성 슬리브는 비-전도성의 유전체 재료로 만들어질 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 극한(extreme) 온도들을 다루도록(handle) 구성될 수 있다. 극한 온도들은 초저온 온도들 및 고장 상태 온도들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 냉각제(coolant)가 초전도 물품으로 흐르게 하도록 구성될 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 부가적인 측면들에 따르면, 비-전도성의 유전체 재료는 가요성일 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 초전도(SC) 물품이 다공성 슬리브의 외부 물체와 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 외부 물체는 다른 초전도(SC) 물품일 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 비단, 면, 및 울(wool) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 부가적인 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE) 및 폴리에틸렌 테리프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 초전도 고장 전류 제한기(SCFCL) 시스템, 초전도(SC) 자석 시스템, 및 초전도(SC) 저장 시스템 중 적어도 하나에서 사용되도록 구성될 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 초전도(SC) 물품으로부터 이격될 수 있다.
특정한 다른 예시적인 실시예에 있어, 기술들이 전류를 운반하기 위한 장치로서 구현될 수 있다. 장치는 냉각제 내에 포함된 초전도체 어레이를 포함할 수 있다. 초전도체 어레이는 복수의 초전도(SC) 물품들, 및 2개의 초전도(SC) 물품들 사이에 개재(interpose)되며, 냉각제가 이를 통해 흐르게 하도록 구성된 다공성 유전체 층을 포함할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 부가적인 측면들에 따르면, 다공성 유전체 층은 초전도(SC) 물품들 중 하나와 접촉할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 다공성 유전체 층은 초전도(SC) 물품들로부터 이격될 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 다공성 유전체 층은 하나의 초전도(SC) 물품 둘레에 끼워 맞춰지도록 구성된 다공성 슬리브일 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 부가적인 측면들에 따르면, 장치는 다른 초전도(SC) 물품 둘레에 끼워 맞춰지도록 구성된 다른 다공성 슬리브를 더 포함할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 다공성 슬리브는 다른 다공성 슬리브에 연결될 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 다공성 슬리브 및 다른 다공성 슬리브는 적층형(stacked) 구성일 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 부가적인 측면들에 따르면, 다공성 슬리브 및 다른 다공성 슬리브는 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구성일 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 초전도체 어레이는 극한 온도들을 다루도록 구성된다. 극한 온도들은 초저온 온도들 및 고장 상태 온도들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 다공성 유전체 층은 가요성일 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 부가적인 측면들에 따르면, 다공성 유전체 층은 복수의 초전도(SC) 물품들이 서로 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 다공성 유전체 층은 비단, 면, 울, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 폴리에틸렌 테리프탈레이트(PET) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함할 수 있다.
특정한 예시적인 또 다른 실시예에 있어, 기술들이 전류를 운반하기 위한 장치로서 구현될 수 있다. 장치는, 탱크, 탱크 내에 포함된 냉각제, 및 탱크 내에 포함된 초전도체 어레이를 포함할 수 있다. 초전도체 어레이는 복수의 초전도(SC) 물품들, 및 복수의 다공성 유전체 슬리브들을 포함할 수 있다. 복수의 다공성 유전체 슬리브들의 각각은 초전도(SC) 물품들 중 하나의 둘레에 끼워 맞춰지게 구성되고, 이를 통해 냉각제가 흐르게 하도록 구성될 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 부가적인 측면들에 따르면, 초전도체 어레이는 초전도 고장 전류 제한기(SCFCL) 시스템, 초전도(SC) 자석 시스템, 및 초전도(SC) 저장 시스템 중 적어도 하나에서 사용되도록 구성될 수 있다.
이러한 특정한 예시적인 실시예의 다른 측면들에 따르면, 다공성 유전체 슬리브는 비단, 면, 울, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 폴리에틸렌 테리프탈레이트(PET) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함할 수 있다.
이제 본 발명이 첨부된 도면들에 도시된 바와 같은 본 발명의 특정 실시예들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다. 이하에서 본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 설명되지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서의 교시들에 접근할 수 있는 당업자들은, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 속하며 본 발명이 큰 유용성을 가지는, 다른 사용 분야뿐만 아니라, 추가적인 구현예들, 수정예들, 및 실시예들을 인식할 것이다.
본 발명에 대한 더 완전한 이해를 용이하게 하기 위하여, 이제 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어지며, 도면들 내에서 동일한 구성요소들이 동일한 도면부호들로 표시된다. 이러한 도면들이 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 오로지 예시적으로만 의도된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 초전도(SC) 물품들을 사용하는 초전도 고장 전류 제한기(SCFCL) 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 초전도(SC) 물품을 보호하기 위한 슬리브 구성을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 초전도(SC) 물품들을 보호하기 위한 다중-슬리브 어레이를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 다른 다양한 실시예들에 따른, 초전도(SC) 물품들을 보호하기 위한 다중-슬리브 어레이를 도시한다.
본 발명의 실시예들은 초전도(SC) 물품을 보호하기 위한 기술들을 제공한다.
초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter: SCFCL) 시스템은 접지로부터 전기적으로 분리된 인클로저(enclosure)를 포함할 수 있으며, 그 결과 인클로저는 접지 전위로부터 전기적으로 분리된다. 일부 실시예들에 있어, 인클로저가 접지될 수 있다. SCFCL 시스템은 또한, 하나 이상의 전류 운반 라인들에 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 단자들 및 인클로저 내에 포함된 제 1 초전도 회로을 가질 수 있으며, 여기에서 제 1 초전도 회로가 제 1 및 제 2 단자들에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도(SC) 물품을 사용하는 예시적인 시스템이 도시되어 있다. 본 실시예에 있어, 초전도(SC) 물품을 사용하는 초전도 고장 전류 제한기(SCFCL) 시스템(100)이 도시된다. 본 실시예가 SCFCL 시스템(100)에 초점을 맞추지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 당업자들은 변화하는 온도들에 노출되는 와이어들, 케이블들, 또는 테이프들과 같은 전도성 물품들을 포함하는 다른 전기적 시스템이 적용가능하게 조정될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
본 실시예의 SCFCL 시스템(100)은 하나 이상의 모듈들(110)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 2 이상의 상 모듈(phase module)을 사용하는 다른 다양한 실시예들이 고려될 수 있지만, 명료성 및 간결성의 목적들을 위하여, SCFCL 시스템(100)의 설명이 하나의 단상 모듈(110)에 한정될 것이다.
SCFCL 시스템(100)의 상 모듈(110)은 그 내부에 챔버를 규정(define)하는 인클로저 또는 탱크(112)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어, 인클로저 또는 탱크(112)가 열적으로 절연될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 인클로저 또는 탱크(112)가 전기적으로 절연될 수 있다. 인클로저 또는 탱크(112)는, 유리섬유 또는 다른 유전체 재료와 같은 다양한 재료들로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 인클로저 또는 탱크(112)는, 금속(예를 들어, 스테인리스 강, 구리, 알루미늄, 또는 다른 금속)과 같은 전기 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 탱크의 인클로저(112)는 또한 외부층(112a) 및 내부층(112b)을 포함할 수 있다. 절연 매체(예를 들어, 열적 및/또는 전기적 절연 매체)가 외부층(112a)과 내부층(112b) 사이에 개재(interpose)될 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 인클로저 또는 탱크(112)가 대지 접지(earth ground)에 연결되거나 또는 연결되지 않을 수 있다. 도 1에 도시된 구성에 있어, 인클로저 또는 탱크(112)가 대지 접지에 연결되며, 따라서 플로팅(floating) 탱크 구성으로서 지칭될 수 있다. 다른 실시예에 있어, 인클로저 또는 탱크(112)가 전송/분배 네트워크 전류 라인들(142a 및 142b)에 연결되고 활성 전압(live voltage)로 유지될 수 있다.
인클로저 또는 탱크(112) 내에, 명료성 및 간결성의 목적을 위하여, 블록으로서 도시된 하나 이상의 고장 전류 제한 유닛들(120)이 존재할 수 있다. 모듈(110)은 또한 하나 이상의 전기적 부싱(bushing)들(116)을 포함할 수 있다. 부싱들(116)의 말단부들이 각기 단자들(144 및 146)을 통해 전송 네트워크 전류 라인들(142a 및 142b)에 연결될 수 있다. 이러한 구성은 모듈(110)이 전송 네트워크(미도시)에 연결되도록 할 수 있다. 전류 라인들(142a 및 142b)은 하나의 장소로부터 다른 장소로(예를 들어, 전류 소스 대 전류 최종 사용자들) 전력을 전송하기 위한 전송 라인들이거나, 또는 전력 또는 전류 분배 라인들일 수 있다.
부싱들(116)은 단자들(144 및 146)을 고장 전류 제한 유닛(120)에 연결하는 내부 전도성 재료를 갖는 전도체들을 포함할 수 있다. 한편, 외부층(112a)이 인클로저 또는 탱크(112)를 내부 전도성 재료로부터 절연하는데 사용될 수 있으며, 그럼으로써 인클로저 또는 탱크(112) 및 단자들(144 및 146)이 상이한 전위들에 있을 수 있게 한다. 일부 실시예들에 있어, 모듈(110)은, 전기적 부싱들(116) 내에 포함된 전도성 재료를 연결하기 위한, 내부 션트 리액터(shunt reactor)(118) 또는 외부 션트 리액터(148), 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다.
몇몇 절연된 지지부들이 다양한 전압들을 서로로부터 절연하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 인클로저 또는 탱크(112) 내의 절연된 지지부들(132)은 모듈(120)의 전압을 인클로저 또는 탱크(112)로부터 분리하는데 사용될 수 있다. 추가적인 지지부들(134)이 플랫폼(160) 및 플랫폼 상의 정지하고 있는(resting) 컴포넌트들을 접지로부터 분리하는데 사용될 수 있다.
고장 전류 제한 유닛(120)의 온도가 인클로저 또는 탱크(112) 내의 냉각제(114)를 사용하여 희망되는 온도 범위로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 고장 전류 제한 유닛(120)이 낮은 온도 범위, 예를 들어, ~77°K로 또는 이 근방으로 냉각되고 유지될 수 있다. 냉각제(114)는 액체 질소 또는 다른 초저온 유체 또는 가스를 포함할 수 있다. 냉각제(114) 그 자체가 초저온 컴프레셔(117) 및 트랜스포머(115)를 더 포함할 수 있는 전기적 냉각 시스템을 사용하여 냉각될 수 있다. 다른 유형들의 냉각 시스템들이 냉각제(114)를 낮은 온도로 유지하는데 사용될 수 있다.
초전도(SC) 테이프와 같은 평평한 전도성 테이프가 SCFCL 시스템(100) 내에서 전기적 에너지 또는 신호들을 전송하는데 사용될 수 있다. 그러나, 당업자들은 본 발명이 와이어 형태, 케이블 형태, 또는 임의의 다른 형태들의 (SC) 물품들의 사용을 배제하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 고장 상태 동안, 이상에서 설명된 바와 같이, 초전도(SC) 물품이 극한 조건들에 노출될 수 있으며, 전력 소비에 기인하는 과열을 보일 수 있다. 열은 초전도(SC) 물품을 팽창시키며, 이는 초전도(SC) 물품이 SCFCL 시스템(100) 내의 다른 초전도(SC) 물품 또는 다른 물체에 접촉하게 할 수 있다. 열 팽창과 함께, 초전도(SC) 물품 내의 전류로부터의 자기장들에 의해 야기되는 진동적 움직임이 다른 초전도(SC) 물품 또는 물체들과의 접촉 가능성을 또한 또는 추가로 증가시킬 수 있다.
SCFCL 시스템(100)의 초전도(SC) 물품이 전형적으로 서로 인접(예를 들어, 사이드-바이-사이드(side-by-side) 또는 적층형)하기 때문에, 이러한 접촉이 기계적 손상, 예를 들어, 이러한 초전도(SC) 물품의 스크래핑(scraping) 및 스크래칭(scratching)을 초래할 수 있다. 초전도(SC) 물품이 비싸고 교체하기에 번거로울 수 있음에 따라, 이는 성능, 신뢰성, 및 비용의 악화를 가져올 수 있다. 초전도(SC) 물품들로의 그리고 초전도(SC) 물품에 의한 연속적이며 연장된 접촉으로부터 기인하는 전기적 간섭이 또한 존재할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 초전도(SC) 물품을 보호하기 위한 슬리브(sleeve) 구성(200)을 도시한다. 이러한 구성(200)에 있어, 초전도(SC) 테이프(202)가 슬리브(204)를 포함할 수 있다.
초전도(SC) 테이프(202)는 복수의 층들을 포함할 수 있으며, 이러한 층들 중 하나 이상이 고온 초전도체(high temperature superconductor: HTS) 층일 수 있다. 층 내의 HTS의 예들은, YBCO와 같은 산화 구리 기반 초전도체 또는 희토류 BCO(ReBCO), BSCCO, TBCCO, 또는 HgBa2Ca2Cu3Ox, 또는 다른 철(Fe) 기반 HTS를 포함할 수 있다. HTS 층 위에 및/또는 아래에, 다양한 전도성 재료들로 형성된 하나 이상의 층들이 존재할 수 있다. 이러한 전도성 재료들은 구리, 알루미늄, 은, 강, 또는 다른 전도성 재료 또는 조성물을 포함할 수 있다.
슬리브(204)는 초전도(SC) 테이프(202) 둘레에 끼워 맞춰지도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 슬리브(204)가 초전도(SC) 테이프(202) 둘레에 타이트하게 끼워 맞춰지도록 구성될 수 있다. 이는 초과 슬리브 재료가 SCFCL 시스템(100)의 정상 동작에 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 슬리브(204)가 초전도(SC) 테이프(202) 둘레에 느슨하게 끼워 맞춰지도록 구성될 수 있다. 이는 큰 통기성을 허용할 수 있으며, 초전도(SC) 테이프(202)로의 액체 및/또는 가스의 흐름을 허용할 수 있고, 이는 결과적으로 초전도(SC) 테이프(202)의 냉각을 방해하지 않을 수 있다.
슬리브(204)는 비-전도성의 유전체 재료로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 슬리브(204)는 외부 상황들로부터의 초전도(SC) 테이프(202)의 전기적 절연을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 슬리브(204)는 극한 상황들을 다루도록 구성될 수 있다. 이러한 극한 상황들은 온도 변동들, 진동적 움직임, 극한 온도들, 또는 다른 환경적 인자들을 포함할 수 있다. 초전도(SC) 테이프(202)가 이러한 극한 상황들을 겪을 수 있기 때문에, 슬리브(204)가 이러한 상황들에 잘 견딜 수 있는 내구성 있는 재료로 만들어질 수 있다.
예를 들어, 초저온 온도들이 ~65°K 또는 그 이하에 도달할 수 있으며, 고장 온도들이 ~600°K 또는 그 이상에 도달할 수 있기 때문에, 슬리브(204)가 이러한 상황들을 다룰 수 있는 내구성 있는 재료로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 슬리브(204)는 직물 또는 메시-유사(mesh-like) 재료들로 만들어질 수 있다. 이러한 재료들은 냉각제(예를 들어, 액체 질소 또는 다른 한제(cryogen))를 흡수 및 보유할 수 있으며, 더 큰 테이프 복원성(및 복원 시간의 감소)을 또한 제공할 수 있고, 고장 상태 동안 초전도(SC) 테이프 둘레에 증기가 형성된다. 추가적으로, 직물의 흡수 품질들이 온도가 상승함에 따른 화재를 막는데 도움을 줄 수 있다.
슬리브(204)를 형성하는데 사용될 수 있는 일부 재료들은, 비단, 면, 울, Teflon®(또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)), 폴리에틸렌 테리프탈레이트(PET), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 다양한 재료들, 직물, 메시들, 및 화합물들이 또한 제공될 수 있다.
아래에 도시된 바와 같이, 표 1은 다양한 상황들 하에서의 2개의 예시적인 재료들(Teflon®과 비단)의 예시적인 비교를 제공한다.
상황들/특성들 Teflon ® 비단
최대 동작 온도 260℃ 300-400℃
용융 온도/발화 온도 335℃(용융) 300-400℃(발화)
액체 흡수성 <0.01% ~38%
77°K에서의 경도 경질 연질
기계적 강도(마모/인열) 강함 강하지 않음
77°K에서의 유연성 덜 유연함 변화되지 않음
경질 입자들로부터의 보호 라지-셀 메시를 보호하지 않음 입자들로부터의 보호(~필터)
중량(kg/100m) 2200 0.05
Teflon® 및 비단이 다양한 이점들을 가질 수 있지만, 면, 울 및 폴리에틸렌 테리프탈레이트(PET)뿐만 아니라 이러한 재료들의 전체적인 이점들이 슬리브(204)에서의 사용에 충분한 것 이상이라는 것이 이해되어야 한다.
도 3a는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 초전도(SC) 물품들을 보호하기 위한 다중-슬리브 어레이(300A)를 도시한다. 이러한 다중-슬리브 어레이(300A)에 있어, 2개의 초전도(SC) 테이프들(202)이 서로 인접하여 위치될 수 있다. 이러한 예에 있어, 초전도(SC) 테이프들(202)이 사이드-바이-사이드 구성으로 서로 인접할 수 있다. 따라서, 다중-슬리브(304a)가 이러한 초전도(SC) 테이프들(202)을 보호하는데 사용될 수 있다.
다중-슬리브(304a)는 도 2를 참조하여 이상에서 설명된 바와 같은 단일 슬리브(204)의 모든 특성들을 포함할 수 있다. 그러나, 다중-슬리브(304a)는 함께 연결된 2개 이상의 슬리브들로서 더 효율적으로 기능할 수 있다. 이러한 경우에 있어, 다중-슬리브(304a)가 도 3a에 도시된 바와 같이, 사이드-바이-사이드 구성으로 함께 연결될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 초전도(SC) 테이프는 흔히 다른 초전도(SC) 테이프에 인접하여 위치될 수 있다. 따라서, 다중-슬리브(304a)를 사용하는 것이 다른 초전도(SC) 테이프들 또는 다른 외부 물체들과의 접촉으로부터의 보호를 제공할 수 있다.
다중-슬리브 어레이(300A)가 2개의 초전도(SC) 테이프들(202)에 끼워 맞춰지는 다중-슬리브(304a)로 이끌어졌지만, 더 많은 수의 슬리브들이 더 많은 수의 사이드-바이-사이드 초전도(SC) 테이프들에 끼워 맞춰지도록 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 3b는 본 발명의 다른 다양한 실시예들에 따른, 초전도(SC) 물품들을 보호하기 위한 다중-슬리브 어레이(300B)를 도시한다. 이러한 다중-슬리브 어레이(300B)에 있어, 6개의 초전도(SC) 테이프들(202)이 서로 인접하여 위치될 수 있다. 이러한 예에 있어, 초전도(SC) 테이프들(202)이 적층형 구성으로 서로 인접할 수 있다. 따라서, 다중-슬리브(304b)가 이러한 초전도(SC) 테이프들을 보호하는데 사용될 수 있다.
다중-슬리브(304b)는 도 2를 참조하여 이상에서 설명된 바와 같은 단일 슬리브(204)의 모든 특성들을 포함할 수 있다. 그러나, 다중-슬리브(304b)는 함께 연결된 복수의 슬리브들로서 더 효율적으로 기능할 수 있다. 이러한 경우에 있어, 다중-슬리브(304b)가 도 3b에 도시된 바와 같이, 적층형 구성으로 함께 연결될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 초전도(SC) 테이프는 흔히 다른 초전도(SC) 테이프에 인접하여 위치될 수 있다. 따라서, 다중-슬리브(304b)를 사용하는 것이 다른 초전도(SC) 테이프들 또는 다른 외부 물체들과의 접촉으로부터의 보호를 제공할 수 있다.
다중-슬리브 어레이(300B)가 6개의 초전도(SC) 테이프들(202)에 끼워 맞춰지는 다중-슬리브(304b)로 이끌어졌지만, 더 많거나 또는 더 적은 수의 슬리브들이 더 많거나 또는 더 적은 수의 사이드-바이-사이드 초전도(SC) 테이프들에 끼워 맞춰지도록 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
이상에서 설명된 실시예들이 초전도(SC) 슬리브에 대한 몇몇 구성들로 이끌어졌지만, 다른 다양한 구성들, 배열들, 형상들, 및/또는 설계들이 또한 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 다중-슬리브 어레이는 적층된, 사이드-바이-사이드 구성을 가질 수 있다. 다른 다양한 구성들이 또한 구현될 수 있다. 다른 다양한 구성들, 형상들, 변형들, 및 이들의 조합들이 또한 제공될 수 있다.
이상에서 설명된 슬리브가 주로 다양한 직물-기반 재료들로 이끌어졌지만, 다른 유형들의 재료들이 또한 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 다양한 다공성 및/또는 폴리머-기반 재료들이 또한 사용될 수 있다. 유리, 플라스틱, 고무들, 에폭시, 에폭시-기반 합성물, 또는 다른 유전체 재료와 같은 다른 재료들이 또한 사용될 수 있다. 이러한 재료들이 이상에서 설명된 바와 같은 직물-기반 재료들과 동일한 결과들 또는 이점들을 제공하지 않을 수 있지만, 다양한 응용들 또는 상황들에 따라 고려될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예들이 초전도(SC) 테이프들로 이끌어졌지만, 와이어들, 케이블들, 또는 다른 전도체들 또는 재료들과 같은 다른 다양한 물품들이 제공될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예들이 초전도 고장 전류 제한기(SCFCL) 시스템에서의 애플리케이션들로 이끌어졌지만, 초전도(SC) 자석들, 초전도(SC) 에너지 저장장치, 다른 초전도 애플리케이션들 또는 전도체 테이프들 또는 유사한 컴포넌트들을 사용하는 다른 애플리케이션들과 같은 다른 다양한 애플리케이션들 및 구현예들이 또한 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
초전도(SC) 물품을 슬리브로 보호함으로써, 더 큰 수명, 내구성, 및 초전도(SC) 테이프의 유지보수의 비용이 달성될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의해 그 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 더하여 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 본 발명에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 본 발명이 본 명세서에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 유용성이 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 본 발명의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야 한다.

Claims (25)

  1. 초전도(SC) 물품을 보호하기 위한 장치로서,
    상기 초전도(SC) 물품 둘레에 끼워 맞춰지도록(fit) 구성된 다공성 슬리브로서, 상기 다공성 슬리브는 비-전도성의 유전체 재료로 만들어진, 상기 다공성 슬리브를 포함하는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는 극한 온도들을 다루도록 구성되며, 상기 극한 온도들은 초저온 온도들 및 고장 상태 온도들 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는 상기 초전도 물품으로의 냉각제의 흐름을 허용하도록 구성된, 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비-전도성의 유전체 재료는 가요성인, 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는 상기 초전도(SC) 물품이 상기 다공성 슬리브의 외부 물체와 직접 접촉하는 것을 방지하는, 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 외부 물체는 다른 초전도(SC) 물품인, 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는, 비단, 면, 및 울(wool) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함하는, 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는, 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE) 및 폴리에틸렌 테리프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함하는, 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는, 초전도 고장 전류 제한기(SCFCL) 시스템, 초전도(SC) 자석 시스템, 및 초전도(SC) 저장 시스템 중 적어도 하나에서 사용되도록 구성되는, 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는 상기 초전도(SC) 물품으로부터 이격되는, 장치.
  11. 전류를 운반하기 위한 장치로서,
    냉각제 내에 포함된 초전도체 어레이를 포함하며,
    상기 초전도체 어레이는:
    복수의 초전도(SC) 물품들; 및
    2개의 초전도(SC) 물품들 사이에 개재되며, 이를 통해 냉각제가 흐르게 하도록 구성된, 다공성 유전체 층을 포함하는, 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 다공성 유전체 층은 상기 초전도(SC) 물품들 중 하나와 접촉하는, 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 다공성 유전체 층은 상기 초전도(SC) 물품들로부터 이격되는, 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 다공성 유전체 층은 하나의 초전도(SC) 물품 둘레에 끼워 맞춰지도록 구성된 다공성 슬리브인, 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    다른 초전도(SC) 물품 둘레에 끼워 맞춰지도록 구성된 다른 다공성 슬리브를 더 포함하는, 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 다공성 슬리브는 상기 다른 다공성 슬리브에 연결되는, 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 다공성 슬리브 및 상기 다른 다공성 슬리브는 적층형 구성인, 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 다공성 슬리브 및 상기 다른 다공성 슬리브는 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구성인, 장치.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 초전도체 어레이는 극한 온도들을 다루도록 구성되며,
    상기 극한 온도들은 초저온 온도들 및 고장 상태 온도들 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 다공성 유전체 층은 가요성인, 장치.
  21. 청구항 11에 있어서,
    상기 다공성 유전체 층은 상기 초전도(SC) 물품들이 서로 직접적으로 접촉하는 것을 방지하는, 장치.
  22. 청구항 11에 있어서,
    상기 다공성 유전체 층은, 비단, 면, 울, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 폴리에틸렌 테리프탈레이트(PET) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함하는, 장치.
  23. 전류를 운반하기 위한 장치에 있어서,
    탱크;
    상기 탱크 내에 포함된 냉각제;
    상기 탱크 내에 포함된 초전도체 어레이로서, 상기 초전도체 어레이는:
    복수의 초전도(SC) 물품들; 및
    복수의 다공성 유전체 슬리브들로서, 상기 복수의 다공성 유전체 슬리브들의 각각은 상기 복수의 초전도(SC) 물품들 중 하나의 둘레에 끼워 맞춰지도록 구성되고, 이를 통해 냉각제가 흐르게 하도록 구성된, 상기 복수의 다공성 유전체 슬리브들을 포함하는, 상기 초전도체 어레이를 포함하는, 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 초전도체 어레이는, 초전도 고장 전류 제한기(SCFCL) 시스템, 초전도(SC) 자석 시스템, 및 초전도(SC) 저장 시스템 중 적어도 하나에서 사용되도록 구성되는, 장치.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 다공성 유전체 슬리브는, 비단, 면, 울, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 폴리에틸렌 테리프탈레이트(PET) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함하는, 장치.
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