KR20170039751A - 가요성 파이프라인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극저온 매체를 전송하기 위한 가요성 파이프라인에 관한 것인데, 상기 파이프라인은 극저온 매체를 전송하기 위하여 종 방향에 대해 횡으로 주름져있는 금속의 중앙 가이드 파이프(1)를 가지며, 상기 가이드 파이프로부터 일정거리 떨어져 배열된 금속 경계 파이프(6)를 가지는데, 이는 중간 공간(7)을 형성하고 마찬가지로 종 방향에 대해 횡으로 주름져있고, 여기서 외부 극저온 매체를 전송하기 위한 냉각 공간은 가이드 파이프(1)와 경계 파이프(6) 사이의 중간 공간(7)에 위치하고, 여기서 중간 공간(7)은 진공 되어있다. 파이프라인의 전체 길이에 더해서 금속으로 구성된 적어도 한 개의 냉각 파이프(4)는 가이드 파이프(1) 주변에 나선형으로 감겨있고, 적어도 한 개의 냉각 파이프는 가이드 파이프(1)보다 훨씬 작은 외경을 가지며 외부 극저온 매체를 전송하기 위하여 냉각 공간을 형성한다. 주변에 존재하고 초단열재(superinsulator)로 역할을 하며 적어도 한 겹의 반사 호일로 구성되는 것으로 이루어진 층(5)은 가이드 파이프(1)와 냉각 파이프(4)로 구성된 유닛 주변에 결합 되어 있다.

Description

가요성 파이프라인{FLEXIBLE PIPELINE}
본 발명은 극저온 매체를 전송하기 위한 가요성 파이프라인에 관한 것으로, 극저온 매체를 전송하기 위하여 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성된 중앙 금속 가이드 파이프와, 중간 공간을 형성하도록 상기 가이드 파이프로부터 떨어져 배치되고 마찬가지로 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성된 금속 경계 파이프(bounding pipe)를 포함하며, 외부 극저온 매체를 전송하기 위한 냉각 공간이 상기 가이드 파이프와 경계 파이프 사이의 중간 공간에 존재하고, 상기 중간 공간은 진공처리된, 파이프라인에 관한 것이다(EP 2 253 878 B1).
그러한 파이프라인은 예를 들어 초전도 마그넷 시스템 또는 저온 펌프 또는 저온 매체를 가진 더 큰 냉각 장치를 공급하는 것이 필요하다. 이는 탄력적으로 만들어지고 또한 선택적으로 상대적으로 긴 길이를 갖는다. 유리하게 사용되는 파이프는 스테인리스 스틸로 구성된다. 이는 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성되어 쉽게 구부러질 수 있을 뿐만 아니라 방사상 하중에 대하여 안정적이다. 길이방향에 대해 횡으로 연장된 주름은 나선형이나 고리형으로 구현될 수 있다.
앞에서 언급된 EP 2 253 878 B1에 따른 종래의 파이프라인에서는, 가이드 파이프를 통해 전송되는 극저온 매체를 위해 단열 실드로 작용하는 극저온 매체를 가이드하기 위한 제2 파이프 시스템이 가이드 파이프와 경계 파이프 사이에 배열된다. 제2 파이프 시스템은 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성된 금속 내관과, 상기 내관과 떨어져서 동축으로 배열되고 마찬가지로 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성된 금속 외관으로 구성된다. 제2 파이프 시스템의 내관은 파이프라인의 가이드 파이프에 공간적으로 가깝게 배열되고, 가이드 파이프가 내관에 대해 그 위치에서 움직일 수 없게 유지시키는 단열 재료로 형성된 스페이서(spacer)가 파이프라인의 가이드 파이프와 제2 파이프 시스템의 내관 사이에 배열된다. 종래의 파이프라인은 실용적이다. 그러나 서로 동심원적으로 떨어져 배열된 네 개의 파이프들로 인해 상대적으로 큰 외경을 가진다.
본 발명은 상기한 파이프라인을 개선하기 위한 것으로, 예컨대 EP 2 253 878 B1 등의 파이프라인과 비교하여 외경이 감소된 파이프라인을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기한 목적은,
- 적어도 하나의 금속 냉각 파이프가 파이프라인의 길이 전체를 따라 가이드 파이프 둘레에 나선형으로 감기며, 상기 냉각 파이프는 가이드 파이프보다 훨씬 작은 외경을 가지고 외부 극저온 매체를 전송하기 위한 냉각 공간을 형성하며,
- 상기 가이드 파이프와 냉각 파이프로 구성된 유닛 둘레에는 전체 둘레에 초단열재(superinsulator)로서 작용하는 층(5)이 배열되고, 상기 층은 적어도 한 겹의 반사 호일로 구성되는 파이프라인에 의해 달성된다.
외부 극저온 매체가 전송되는 냉각 공간의 크기는 적어도 하나의 냉각 파이프의 외경에 의해 정해진다. 이 외경은 가이드 파이프의 외경보다 훨씬 작고, 따라서 가이드 파이프와 냉각 파이프로 이루어진 유닛의 방사상 방향 치수는 EP 2 253 878 B1에 따른 종래의 파이프라인의 치수보다 제2 파이프 시스템의 냉각 공간을 한정하는 파이프에 관한 한 훨씬 작다. 이는 가이드 파이프와 냉각 파이프로 이루어진 유닛에 더하여 초단열재가 또한 위치되는 진공의 중간 공간 전부를 둘러싸는 초단열재와 외부 경계 파이프의 층을 포함하는 파이프라인 전체에 또한 적용된다. 실제로, 파이프라인은 상기 문헌에 따른 종래의 파이프라인보다 25% ~ 30% 작은 외경을 가지며, 따라서 다루기가 훨씬 쉬워진다.
바람직한 실시형태에서, 가이드 파이프 둘레에는 복수의 냉각 파이프가 감기고, 이에 상응하여 냉각 공간이 확대되며, 상기 냉각 파이프는 또한 조밀하게 채워지는 것도 가능하다.
본 발명의 대표적인 실시예가 다음의 도면에 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파이프라인의 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 파이프라인의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 중앙 가이드 파이프(1)는 예를 들어 액체 헬륨과 같은 극저온 매체를 가이드하는 역할을 하는데, 극저온 매체는 대략 4.5K 온도에서 가이드 파이프(1)로 공급될 수 있다. 가이드 파이프(1)는 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성되어 쉽게 구부러질 수 있고 방사상 하중에 대하여 또한 안정적이다. 유리하게는, 이는 스테인리스 스틸로 구성된다. 도시된 실시예에서, 가이드 파이프(1) 둘레에는 단열 재료로 된 층(2)이 배열되고, 상기 층(2)은 유리하게는 기계적으로 안정적인 재료로 된 층(3)으로 둘러싸일 수 있다. 상기 층(2)은 단열 재료로만 이루어질 수 있다. 그러나, 유리하게는 이는 또한 초단열재로 구현될 수도 있고 적어도 한쪽 면이 금속으로 코팅된 적어도 한 겹의 플라스틱 테이프를 가질 수 있다.
도시된 실시예에서는, 네 개의 냉각 파이프(4)가 가이드 파이프(1) 둘레에, 또는 가이드 파이프(1)를 둘러싸는 층들(2, 3) 둘레에 배열되어 있으며, 파이프라인의 전체 길이를 따라서 가이드 파이프(1) 둘레에 나선형으로 감겨있다. 적어도 하나의 냉각 파이프(4)가 존재하도록 형성되며, 이러한 냉각 파이프(4)는 도 2의 단순한 개략도에 해당하는 방식으로 가이드 파이프(1) 둘레에 나선형으로 감긴다. 여기서 냉각 파이프(4)는 선으로만 표시되어 있다. 두 개 또는 세 개 또는 네 개 이상의 냉각 파이프(4)가 가이드 파이프(1) 둘레에 감기는 것 또한 가능하다.
상기 냉각 파이프(4)는 외부 극저온 매체를 가이드하는 역할을 한다. 결과적으로, 냉각 파이프(4)는 전체로서 외부로부터의 열 작용에 대하여 가이드 파이프(1) 내에서 전송되는 극저온 매체를 위한 단열 실드를 제공한다. 예를 들어 액체 질소가 약 80K 온도에서 냉각 파이프(4)에 공급될 수 있다. 액체 질소 대신에 헬륨 가스 또한 사용될 수 있으며, 바람직하게는 파이프라인의 원단(far end)에서 냉각 파이프(4)로 공급된다.
상기 냉각 파이프(4)의 외경은 가이드 파이프(1)의 외경보다 훨씬 작다. 이는 유리하게는 예를 들어 가이드 파이프(1) 외경의 30%이다. 바람직하게는, 냉각 파이프(4)의 외경은 가이드 파이프(1) 외경의 30%보다 작다. 또한, 예를 들어, 가이드 파이프(1) 외경의 단지 10% 일 수도 있다. 이 수치들은 또한 각각의 파이프 내경에 유사하게 적용될 수 있다.
상기 냉각 파이프(4)는 또한 바람직하게는 스테인리스 스틸로 구성된다. 냉각 파이프(4)는 마찬가지로 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성되어 쉽게 구부러질 수 있다.
상기 냉각 파이프(4)의 외부에는, 가이드 파이프(1)와 냉각 파이프(4) 유닛의 전체 둘레를 감싸고 유리하게는 초단열재로서 구현되는 층(5)이 위치된다. 이는 적어도 한 겹의 반사 호일로 구성되는데 이는 적어도 한쪽 면이 금속으로 코팅된 플라스틱 테이프로 구현될 수 있다. 반사 호일은 또한 금속 호일일 수 있다. 외부로부터 유입되는 어떠한 열도 호일에 의해 차단되거나 반사된다.
상기 파이프라인은 또한 금속 외부 경계 파이프(6)를 가지는데, 이는 마찬가지로 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성되고 유리하게는 스테인리스 스틸로 구성된다. 이는 상기 층(5)으로부터 떨어져 배열되고 중공으로 형성되는 중간 공간(7)을 둘러싸는데, 중간 공간(7)은 상기 층(5)의 외부뿐만 아니라 내부에도 존재한다. 중간 공간(7)은 진공처리된다. 따라서, 상기 냉각 파이프(4)는 진공상태의 중간 공간(7) 내에 있게 된다.

Claims (6)

  1. 극저온 매체를 전송하기 위한 가요성 파이프라인으로서, 극저온 매체를 전송하기 위하여 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성된 중앙 금속 가이드 파이프와, 중간 공간을 형성하도록 상기 가이드 파이프로부터 떨어져 배치되고 길이방향에 대해 횡으로 주름이 형성된 금속 경계 파이프를 포함하며, 상기 가이드 파이프와 경계 파이프 사이의 중간 공간에는 외부 극저온 매체를 전송하기 위한 냉각 공간이 존재하고, 상기 중간 공간은 진공처리된, 파이프라인에 있어서,
    - 적어도 하나의 금속 냉각 파이프(4)가 파이프라인의 길이 전체를 따라 가이드 파이프(1) 둘레에 나선형으로 감기며, 상기 냉각 파이프(4)는 가이드 파이프(1)보다 훨씬 작은 외경을 가지고 외부 극저온 매체를 전송하기 위한 냉각 공간을 형성하며,
    - 상기 가이드 파이프와 냉각 파이프로 구성된 유닛 둘레에는 전체 둘레에 초단열재로서 작용하는 층(5)이 배열되고, 상기 층은 적어도 한 겹의 반사 호일로 구성되는 것을 특징으로 하는 가요성 파이프라인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 파이프(4)의 외경은 상기 가이드 파이프(1)의 외경의 30% 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 가요성 파이프라인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 파이프(1)는 단열 재료로 이루어진 적어도 하나의 층(2)에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 가요성 파이프라인.
  4. 제1항에 있어서,
    바람직하게는 조밀하게 채워진 복수의 냉각 파이프(4)가 상기 가이드 파이프(1) 둘레에 감기는 것을 특징으로 하는 가요성 파이프라인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사 호일은 적어도 한 면이 금속으로 코팅된 플라스틱 테이프인 것을 특징으로 하는 가요성 파이프라인.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사 호일은 금속 호일인 것을 특징으로 하는 가요성 파이프라인.
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