KR20160036317A

KR20160036317A - 초전도선재 절연막 증착장치

Info

Publication number: KR20160036317A
Application number: KR1020140128402A
Authority: KR
Inventors: 김해종; 김호섭
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-04-04

Abstract

본 발명은 초전도선재 절연막 증착장치에 관한 것으로서, 열전도도가 높은 절연재를 초전도선재에 적용하여 절연특성을 향상시키기 위한 것을 목적으로 하며, 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 진공펌프와 연결되어 내부에 진공을 유지하며, 내부에는 금속 절연재를 증발시키는 증발기가 구비되어 상기 초전도선재의 표면에 상기 절연재를 증착시키는 증발챔버와; 상기 초전도선재에 증착된 절연재를 산화시켜 상기 초전도선재에 절연막이 형성되도록 하는 산화챔버; 및 상기 증발챔버와 상기 산화챔버 사이에 구비되어 상기 산화챔버에서 발생하는 반응가스를 차압 배기하는 차압챔버;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따른 본 발명에 의하면, 열전도도가 높은 금속 절연재를 초전도선재에 증착시켜 열전도도 및 절연특성이 우수한 초전도선재를 제조할 수 있으며, 간단한 구조와 장비로 초전도선재에 절연막을 연속적으로 증착시켜 제조비용 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

초전도선재 절연막 증착장치{Superconducting wire film deposition apparatus}

본 발명은 초전도선재 절연막 증착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초전도선재에 절연막을 증착시켜 열전도도 및 절연특성을 향상시키는 초전도선재 절연막 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 초전도선재를 절연하기 위해 절연 필름이나 테이프를 입히는 방법이 주로 사용되고 있다.

종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1323324호 '초전도선재 절연용 랩핑장치'가 제안된 바 있다.

도1은 종래기술에 따른 초전도선재 절연용 랩핑장치를 도시하는 정면도이다.

종래기술에 따른 초전도선재 절연용 랩핑장치는, 도1에 도시된 바와 같이, 초전도선재(W)가 일정 속도 및 일정 장력을 유지하며 이송되도록 하는 이송부(2)와, 상기 초전도선재(W)에 절연재를 감싸는 랩핑절연부(4)를 포함한다.

이러한 초전도선재 절연용 랩핑장치는 초전도선재에 절연 필름 또는 테이프를 다양한 조건 하에서 연속적으로 랩핑할 수 있도록 한다.

그러나, 필름 또는 테이프 형상의 절연재는 열전도도가 낮아 절연특성이 좋지 못한 문제점이 있다.

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 열전도도가 높은 절연재를 초전도선재에 적용하여 절연특성을 향상시킬 수 있도록 하는 초전도선재 절연막 증착장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 초전도선재가 이송되는 경로에 설치되어 상기 초전도선재의 표면에 절연막을 증착시키는 초전도선재 절연막 증착장치에 있어서, 진공펌프와 연결되어 내부에 진공을 유지하며, 내부에는 금속 절연재를 증발시키는 증발기가 구비되어 상기 초전도선재의 표면에 상기 절연재를 증착시키는 증발챔버와; 상기 초전도선재에 증착된 절연재를 산화시켜 상기 초전도선재에 절연막이 형성되도록 하는 산화챔버; 및 상기 증발챔버와 상기 산화챔버 사이에 구비되어 상기 산화챔버에서 발생하는 반응가스를 차압 배기하는 차압챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 초전도선재는 일정 거리를 두고 배치된 제1권선부 및 제2권선부에 나선형으로 권선되어 릴대릴(reel to reel) 방식으로 이송되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 금속 절연재는 알루미늄(Al) 또는 상기 알루미늄보다 열전도도가 높은 절연물인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 증발기는 상기 초전도선재의 양면에서 한 쌍이 서로 대향하게 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 증발기는 상기 초전도선재의 일면에 이격 배치되며, 상기 증발기와 대향하도록 상기 초전도선재의 타면에 이격 배치되어 일정 온도로 가열되는 핫플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 산화챔버의 내부에는, 상기 초전도선재가 지나는 일부 경로에 관 형상의 열처리관이 구비되어 상기 초전도선재에 증착된 절연재를 열처리하여 산화시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 열처리관에 산소 또는 오존 가스를 공급하는 산소공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 차압챔버는 복수개가 직렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수개의 차압챔버가 서로 연동 작용하는 차압 배기를 통해, 상기 증발챔버를 10^-4Torr 이하의 고진공으로 유지시키고, 상기 반응챔버는 1mTorr 이상의 저진공으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 열전도도가 높은 금속 절연재를 초전도선재에 증착시켜 열전도도 및 절연특성이 우수한 초전도선재를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 간단한 구조와 장비로 초전도선재에 절연막을 연속적으로 증착시켜 제조비용 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래기술에 따른 초전도선재 절연용 랩핑장치를 도시하는 정면도이고,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 초전도선재 절연막 증착장치를 도시하는 개념도이고,
도3은 본 발명에 따른 증발챔버의 변형된 일례를 도시하는 개념도이고
도4는 본 발명에 따른 증발챔버의 변형된 다른 일례를 도시하는 개념도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

한편, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 게재된 도면은, 본 발명의 실시예를 명확하고 간결하게 설명하기 위해 간략한 개념도 형식으로 표현하였다.

본 발명의 실시예에 따른 초전도선재 절연막 증착장치는, 초전도선재()가 이송되는 경로에 설치되어 상기 초전도선재(1)의 표면에 절연막을 증착시키는 것으로, 도2에 도시된 바와 같이, 크게 증발챔버(20)와 산화챔버(60) 및 차압챔버(40)를 포함한다.

먼저, 증발챔버(20)에 대해 설명하기로 한다.

상기 증발챔버(20)는 진공펌프(미도시)와 연결되어 내부에 진공을 유지한다. 이러한 진공펌프는 터보펌프 및 로터리펌프로 구성될 수 있다.

상기와 같이 진공이 유지되는 증발챔버(20)의 내부에는 금속 절연재를 증발시키는 증발기(22)가 구비되어 상기 초전도선재(1)의 표면에 상기 절연재를 증착시킨다.

여기서, 금속 절연재로 열전도도 및 절연특성이 우수한 알루미늄(Al)이 사용되는 것이 바람직하다, 뿐만 아니라, 상기 알루미늄과 열전도도가 비슷하거나 더 높은 절연물이라면 어떠한 것이 사용되어도 무방하다.

한편, 도3의 실시예와 같이, 상기 증발기(22a,22b)는 초전도선재(1)의 양면에서 한 쌍이 서로 대향하게 이격 배치될 수 있으며, 절연막의 양면 증착이 가능하도록 한다. 이러한 증발기(22a,22b)의 작동방식으로 전자 빔증착법(e-beam evaporation), 유도 가열식 증착법(induction heating evaporation) 등이 사용될 수 있다.

또한, 도4의 실시예와 같이, 상기 증발기(22)는 상기 초전도선재(1)의 일면에 이격 배치되며, 상기 증발기(22)와 대향하도록 상기 초전도선재(1)의 타면에 이격 배치되는 핫플레이트(24)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 증발기(22)를 통해 증발된 절연재가 상기 핫플레이트(24)에 증착되는데, 이러한 핫플레이트(24)는 일정 온도로 가열되어 자신에게 증착된 절연재를 재증발시켜 상기 초전도선재()의 타면에 증착되도록 한다. 이때, 상기 핫플레이트(24)를 대신하여 effusion cell 방식의 가열기로 직접 금속 절연재를 증착할 수도 있다.

상기와 같이 증발챔버(20)는 내부를 진공으로 유지하면서 금속 절연재를 증발시켜 증발기(22)와 마주보고 있는 초전도선재(1)의 표면에 절연재를 증착시킨다.

그리고, 상기 초전도선재(1)는 일정 거리를 두고 배치된 제1권선부(10a) 및 제2권선부(10b)에 나선형으로 권선되어 릴대릴(reel to reel) 방식으로 이송될 수 있다. 이때, 상기 제1권선부(10a) 및 제2권선부(10b)는 복수개로 배치되어 멀티턴 형태로 배치되는 것이 바람직하며, 상기 초전도선재(1)에 절연막을 대면적으로 증착 가능하게 한다.

다음으로, 산화챔버(60)에 대해 설명하기로 한다.

상기 산화챔버(60)는 상기 초전도선재(1)에 증착된 절연재를 산화시켜 상기 초전도선재(1)에 절연막이 형성되도록 한다.

여기서, 상기 산화챔버(60)의 내부에는 관 형상의 열처리관(62)이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 열처리관(62)은 상기 초전도선재(1)가 지나는 일부 경로 배치되어 내부 관을 통해 상기 초전도선재(1)가 지나가도록 한다. 이러한 열처리관(62)은 상기 초전도선재(1)에 증착된 절연재를 열처리하여 산화시킨다.

그리고, 상기 열처리관(62)은 산소공급부(70)와 연결되어 내부에 산소 또는 오존 가스를 공급받을 수 있으며, 온도 및 반응가스 분압을 조절하여 산화 속도를 제어할 수 있다.

한편, 초전도선재(1)는 제1권선부(10a) 및 제2권선부(10b)의 회전 방향에 따라 왕복 이송되어 상기 산화챔버(60)에서의 산화 공정을 단계적으로 진행함으로써 산화도를 증가시킬 수 있다.

다음으로, 차압챔버(40)에 대해 설명하기로 한다.

상기 차압챔버(40)는 상기 증발챔버(20)와 상기 산화챔버(60) 사이에 구비되어 상기 산화챔버(60)에서 발생하는 반응가스를 차압 배기한다. 즉, 상기 차압챔버(40)는 산화챔버(60)에서 흘러나오는 반응가스가 증발챔버(20)로 진입하지 못하도록 펌핑하는 역할을 하는 것이다. 이에 따라, 상기 증발챔버(20)와 산화챔버(60)는 열적으로, 진공적으로 분리된 환경을 유지하게 된다.

상기와 같은 차압챔버(40)는 복수개가 직렬로 배치되어 차압 배기 효과를 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 복수개의 차압챔버(40)는 서로 연동 작용하는 차압 배기를 통해, 상기 증발챔버(20)를 10^-4Torr 이하의 고진공으로 유지시키고, 상기 반응챔버(60)는 1mTorr 이상의 저진공으로 유지시켜 증착 및 산화 환경이 확실히 분리될 수 있도록 한다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 의하면, 열전도도가 높은 금속 절연재를 초전도선재에 증착시켜 열전도도 및 절연특성이 우수한 초전도선재를 제조할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 간단한 구조와 장비로 초전도선재에 절연막을 연속적으로 증착시켜 제조비용 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

1: 초전도선재
10a: 제1권선부 10b: 제2권선부
20: 증발챔버 22: 증발기
24: 핫플레이트
40: 차압챔버
60: 산화챔버 62: 열처리관
70: 산소공급부

Claims

초전도선재가 이송되는 경로에 설치되어 상기 초전도선재의 표면에 절연막을 증착시키는 초전도선재 절연막 증착장치에 있어서,
진공펌프와 연결되어 내부에 진공을 유지하며, 내부에는 금속 절연재를 증발시키는 증발기가 구비되어 상기 초전도선재의 표면에 상기 절연재를 증착시키는 증발챔버;
상기 초전도선재에 증착된 절연재를 산화시켜 상기 초전도선재에 절연막이 형성되도록 하는 산화챔버;
상기 증발챔버와 상기 산화챔버 사이에 구비되어 상기 산화챔버에서 발생하는 반응가스를 차압 배기하는 차압챔버;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 초전도선재는 일정 거리를 두고 배치된 제1권선부 및 제2권선부에 나선형으로 권선되어 릴대릴(reel to reel) 방식으로 이송되는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 금속 절연재는 알루미늄(Al) 또는 상기 알루미늄보다 열전도도가 높은 절연물인 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 증발기는 상기 초전도선재의 양면에서 한 쌍이 서로 대향하게 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 증발기는 상기 초전도선재의 일면에 이격 배치되며,
상기 증발기와 대향하도록 상기 초전도선재의 타면에 이격 배치되어 일정 온도로 가열되는 핫플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 산화챔버의 내부에는, 상기 초전도선재가 지나는 일부 경로에 관 형상의 열처리관이 구비되어 상기 초전도선재에 증착된 절연재를 열처리하여 산화시키는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제6항에 있어서,
상기 열처리관에 산소 또는 오존 가스를 공급하는 산소공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 차압챔버는 복수개가 직렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.
제8항에 있어서,
상기 복수개의 차압챔버가 서로 연동 작용하는 차압 배기를 통해,
상기 증발챔버를 10^-4Torr 이하의 고진공으로 유지시키고,
상기 반응챔버는 1mTorr 이상의 저진공으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 초전도선재 절연막 증착장치.