KR20170070521A - 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치 - Google Patents

고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치 Download PDF

Info

Publication number
KR20170070521A
KR20170070521A KR1020150178148A KR20150178148A KR20170070521A KR 20170070521 A KR20170070521 A KR 20170070521A KR 1020150178148 A KR1020150178148 A KR 1020150178148A KR 20150178148 A KR20150178148 A KR 20150178148A KR 20170070521 A KR20170070521 A KR 20170070521A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
temperature
conduction
superconducting
temperature superconducting
Prior art date
Application number
KR1020150178148A
Other languages
English (en)
Inventor
정상권
박지호
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020150178148A priority Critical patent/KR20170070521A/ko
Publication of KR20170070521A publication Critical patent/KR20170070521A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • H01L39/16—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 초전도체의 임계온도 조절에 따른 효율 향상을 도모할 수 있도록, 상부 핀이 복수로 연결, 배열된 고온초전도 스위치와, 하부 핀이 복수로 연결, 배열된 히트싱크, 그리고 상기 고온초전도 스위치 및 히트싱크 사이에 배치되어 상기 상부 핀 및 하부 핀 둘레를 감싸는 하우징 쉘를 포함하는 것으로, 상기 상부 핀 및 하부 핀은 상호 간의 간격에 의한 열전도 차단 상태로 구비되며, 상기 하우징 쉘은 상기 상부 핀 및 하부 핀 사이로 열전도 가스를 충전 또는 제거할 수 있는 튜브 관 형태의 충전구를 포함하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치를 제공한다.

Description

고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치{Conduction-cooled Heat Switch using High-temperature Superconductor Persistent Current Switch}
본 발명은 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트싱크(heat sink)와 고온초전도 스위치(High Temperature Superconductor Switch) 간의 선택적 연결 방식을 채택, 적용함으로써, 임의의 열 전달 및 차단 효율을 높이도록 한 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에 관한 것이다.
초전도체의 성능 향상과 더불어 코일 제작 기술 및 단열 용기나 냉동기 관련 기술의 지속적인 발전에 힘입어 초전도 자석 및 그것을 이용한 기기 또한 현재까지 끊임없이 개발되고 있다.
그 중에는 영구 전류 모드에 해당하는 것으로, 자기공명영상장치(MRI)나 자기부상식 차량(Maglev)용 초전도 자석 장치와 같이 이미 실용화 단계에 접어든 것들도 있다.
이러한 종래기술 예컨데, 일본 공개특허공보 제1994-350148호(1994.12.22)와 같은 초전도 자석 장치들은 외부 여자 전원으로부터 극저온하에서 냉각한 코일로 소정의 전류를 공급하여 소요 자계를 일으킨 상태에서 코일의 선단부와 종단부를 초전도 스위치로 단락하도록 함으로써, 지속적인 전원공급 없이도 코일에 전류가 계속 흐르도록 유지하는 소위 영구 전류 모드를 개시하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래기술에 따른 초전도 자석 장치들은 모두 상기 여자 회로에 초전도 스위치를 적용한 예에 따라 각각 다음과 같은 문제점을 안고 있다.
우선, 열식 초전도 스위치를 단독으로 적용한 경우에는 열 현상을 이용하기 때문에, 해당 스위치의 온 상태(초전도 상태)일 때와 오프 상태(저항 상태)일 때 간의 냉각과 가열에 소요되는 시간 즉, 온ㆍ오프 전환 시간이 길어지는 결점을 해결할 수 없다.
특히, 비교적 높은 온도에서 초전도 상태로 전환되는 고온 초전도 코일을 채용하고, 영구 전류 모드에서 그 초전도 상태를 유지하기 위해 초전도 스위치에 대해서도 고온 초전도체(超電導體)를 적용하는 경우에는, 온 상태일 때와 오프 상태일 때의 온도차가 커지는 것과 동시에 열용량도 커지기 때문에, 온ㆍ오프 전환 시간은 더욱 길어질 수밖에 없다.
이에 따라, 영구 전류 모드로의 이행을 위한 여자 시, 전류 리드의 통전 시간이 길어져 그 줄(Joule) 열이 증가하고, 초전도 자석 장치 내부를 냉각하는 외부 냉동기로의 부하가 커지는 문제까지 유발된다.
또, 기계식 초전도 스위치를 단독으로 적용한 경우에는, 스위치의 온ㆍ오프 전환 자체는 순간적으로 수행할 수 있으나, 온 상태에서의 접점 저항을 충분히 감소시키는 것이 곤란하고, 이와 같은 상태에서 초전도 코일로 접속할 때에 그 접점 저항에 의해 전류 감쇠 및 발열이 생기는 문제를 피할 수 없다.
더구나, 기계식 초전도 스위치의 경우, 접점을 접촉 또는 비접촉 상태로 구동하는 구동 기구로부터의 침입열도 무시할 수 없으므로 결국에는 상기 초전도 코일의 열부하를 가중시키는 문제까지 떠안게 된다.
이와는 다르게, 열식 초전도 스위치와 기계식 초전도 스위치를 병렬로 접속한 경우에는, 기계식 상기 초전도 스위치를 단독으로 적용한 경우와 마찬가지로, 접점을 구동하는 구동 기구로부터의 침입열이 초전도 코일로 전도되어 열부하를 가중시키는 등의 문제점이 해결되지 않는다. 또, 온 상태로 전환하고자 할 때에는 열식 상기 초전도 스위치가 전환을 완료하기까지 기계식 상기 초전도 스위치의 접점 저항에 의한 발열이 생기는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점으로부터 착안 된 것으로, 고온초전도 스위치(High Temperature Superconductor Switch)를 이용한 열 스위치로, 열전도 가스 충전식 선택 제어 방식을 채택, 적용함으로써, 초전도체의 임계온도 조절 효율을 높일 수 있도록 한 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치를 제공하는 데 있다.
나아가, 본 발명은 간단한 구조의 기계적 특성 원리를 적용함으로써, 제작이나 접근이 용이하면서도 작동 상의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치를 제공하기 위한 것이기도 하다.
이외에도, 본 발명의 목적은 이하의 기술구성 및 상호 간의 유기적인 작동에 대한 설명을 통해 보다 더 분명히 밝혀질 것이다.
본 발명이 제안하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치는 상부 핀이 복수로 연결, 배열된 고온초전도 스위치와, 하부 핀이 복수로 연결, 배열된 히트싱크, 그리고 상기 고온초전도 스위치 및 히트싱크 사이에 배치되어 상기 상부 핀 및 하부 핀 둘레를 감싸는 하우징 쉘를 포함한다.
특히, 상기 상부 핀 및 하부 핀은 상호 간의 간격에 의한 열전도가 차단된 상태로 구비되며, 상기 하우징 쉘은 상기 상부 핀 및 하부 핀 사이로 열전도 가스를 충전 또는 제거할 수 있는 튜브 관 형태의 충전구를 포함하여 이루어진다.
상기 히트싱크는 극저온 냉동기와 연계되어 초전도 자석과 동일한 온도로 유지될 수 있도록 이루어지는 형태 등 다양하게 실시할 수 있다.
상기 상부 핀 및 하부 핀은 알루미늄이나 구리와 같이 열전도도(thermal conductivity)가 높은 금속재인 반면, 상기 하우징 쉘은 열전도도가 낮은 스테인리스 스틸 등의 형태로 실시할 수 있다.
상기 충전구는 상기 열전도 가스를 충전 또는 제거하기 위한 진공펌프와 연결, 구성할 수 있다.
또한, 상기 열전도 가스는 수소 또는 헬륨가스를 적용, 실시할 수 있다.
상기 충전구는 적어도 한번은 상기 극저온 냉동기를 경유하도록 하여 상기 열전도 가스의 예냉각(precooling)이 가능한 형태 등 다양하게 실시할 수 있다.
상기 고온초전도 스위치는 일반모드 시 상기 히트싱크와의 온도차이를 크게 하기 위한 전기히터를 포함하는 형태로도 실시가능하다.
본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에 의하면, 고온초전도 스위치(High Temperature Superconductor Switch)를 이용한 열 스위치로써, 접점을 구동하는 구동 기구에 의한 열 침입의 문제를 해결한다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에 의하면, 열전도 가스 충전식 선택 제어 방식으로 침입 열의 발생을 억제하는 것은 물론, 침입 열이 초전도 코일로 전도되어 열부하를 가중시키는 등의 문제점을 해소할 수 있는 기술효과를 얻는다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에 의하면, 열전도 가스 충전식 선택 제어 방식에 따른 구조를 간소화 하면서 동시에 기계적인 원리의 작동 특성을 가지므로 제작이나 이용자의 접근성이 용이하며, 신뢰성 및 안정성이 뛰어난 등의 기술효과를 발휘한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치의 히트싱크는 극저온 냉동기와 연계되어 초전도 자석과 동일한 온도를 유지함으로써, 고온초전도 스위치의 임계온도 제어 효율을 높이는 등의 기술효과까지 도모하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치를 개괄적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치의 하우징 쉘 및 상·하부 핀 간의 결합상태를 도시한 세부 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치 내부 압력에 따른 고온초전도 스위치 및 고온초전도 자석 시스템의 온도변화를 개괄적으로 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에서 초전도체를 구성하는 재료별 임계온도 변화를 나타내는 그래프이다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 각 도면에서의 도면부호는 구성요소들 간의 관련성을 쉽게 파악할 수 있도록 나름의 관련도에 따라 구분하여 붙이되 상호 간의 관련도가 긴밀한 기술요소들에 대해서는 되도록 동일한 일련번호를 적용하였다.
또, 제1이나 제2와 같은 용어를 사용하는 경우에는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적 외에 별다른 목적이 없음을 밝혀둔다.
여기에서 사용하는 용어는 단지 본 발명에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에 대한 이해를 돕는 차원에서 특정 실시 예를 들어 설명하였지만, 이러한 실시 예로부터 본 발명의 기술사상을 한정하려는 의도는 아님을 밝혀둔다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 별다른 뜻을 특정하지 않는 한, 복수의 표현까지도 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
또한, "포함하다" 또는 "이루어진다"와 같은 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성까지 배제하려는 것이 아님을 미리 밝힌다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치의 기술구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치는 도 1 내지 2에서 도시한 것처럼 고온초전도 스위치(10)를 채택, 적용한 것으로, 상부 핀(11)과 하부 핀(21) 및 이를 둘러싸고 있는 얇은 박막의 하우징 쉘(30)을 포함한다.
상기 고온초전도 스위치(10)는 고온초전도체를 사용한 일종의 스위치로, 온도 변화에 따라 물질이 초전도성을 띄는 현상을 이용한 것이다. 상기 고온초전도 스위치(10)의 온도가 초전도성이 발현되는 온도 즉, 소정의 임계온도(critical temperature)보다 낮은 경우에는 전기저항이 사라지게 되어 스위치가 동작-단락(short)-하는 반면, 반대의 경우에는 상전도체로 환원되어 스위치가 개회로(open circuit) 상태로 전환하게 된다.
이와 같은 상기 고온초전도 스위치(10)를 전기저항이 거의 없는 초전도 회로 즉, 초전도 자석 시스템에 적용할 경우 장기간 동안 해당 회로 내에 전기에너지를 저장하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치에 대한 설명에서 상기 고온초전도 스위치(10)의 온도가 상전도체로 환원된 개회로(open circuit) 상태의 작동모드를 일반모드(normal mode)라 하는 반면, 초전도성이 발현된 상태에서의 작동모드를 영구전류모드(persistent current mode)라 한다.
상기 고온초전도 스위치(10)는 외부 전원공급기(70)로부터의 선택적 전원 공급이 가능한 연결구조로 구비된다. 특히, 상기 고온초전도 스위치(10)는 복수의 상부 핀(11)이 연결, 배열된다.
상기 고온초전도 스위치(10)는 일반모드로의 전환을 원활히 하기 위한 것으로, 소정의 전기히터(12)를 포함하는 형태로도 실시할 수 있다.
이때, 상기 전기히터(12)의 경우, 상기 히트싱크(20)와 상기 고온초전도 스위치(10) 간의 온도차이를 크게 늘려 주기 위한 기능을 맡는다.
상기 히트싱크(20)는 상기 고온초전도 스위치(10)와 마찬가지로 복수의 하부 핀(21)이 연결, 배열된 형태로 구성된다.
여기서, 상기 상부 핀(11) 및 하부 핀(21)은 상기 고온초전도 스위치(10)와 히트싱크(20) 상호 간의 열을 전달하기 위한 일종의 열전도체로 구성된다.
상기 상부 핀(11) 및 하부 핀(21)은 모두 알루미늄 또는, 구리와 같이 열전도도(thermal conductivity)가 높은 금속재로 실시하는 것이 좋다.
상기 상부 핀(11)과 상기 하부 핀(21)은 상호 간의 간격 즉, 소정의 이격 공간에 의해 상호 간의 접촉 자체가 차단되게 구성된다. 좀 더 상세하게 상기 상부 핀(11)과 상기 하부 핀(21)은 자체의 결합 상태에서는 열전도가 차단될 수 있도록 구비된다.
상기 하우징 쉘(30)은 상기 고온초전도 스위치(10) 및 히트싱크(20) 사이에 배치되며, 상기 상부 핀(11) 및 하부 핀(21) 둘레를 밀폐형으로 감싸는 소정의 형태라 할 수 있다.
여기서, 상기 하우징 쉘(30)은 상기 상부 핀(11) 및 하부 핀(21) 사이 공간으로 소정의 열전도 가스를 충전 또는 제거할 수 있는 충전구(31)를 포함, 구성된다.
상기 충전구(31)는 소정의 튜브 관 형태 등 다양하게 실시할 수 있다.
상기 열전도 가스는 상기 상부 핀(11) 및 하부 핀(21) 사이 공간을 메우거나 비우는 일종의 열전도 매질로써, 궁극적으로는 상기 열전도 가스의 압력을 조정함으로써, 상기 히트싱크(20)와 고온초전도 스위치(10) 간의 열전달을 선택적으로 연결하거나 차단시키는 역할을 하게 된다.
상기 열전도 가스는 수소 또는 헬륨과 같은 가스를 이용하여 실시할 수 있다. 바람직하게는 수소의 경우, 폭발의 위험성이 있으므로 헬륨가스를 적용, 실시하는 것이 좋다.
본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치는 상기 히트싱크(20)와 상기 고온초전도 스위치(10)를 소정의 상기 열전도 가스를 이용하여 선택적으로 연결하여 상기 고온초전도 스위치(10)의 작동모드를 원활하게 제어할 수 있도록 구성되는 것이라 할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치는 영구전류모드 하에서는 상기 고온초전도 스위치(10)와 상기 히트싱크(20)가 열적으로 연결되어 양단의 온도차가 거의 평형상태를 유지하게 된다. 반면에, 일반모드 하에서는 상기 고온초전도 스위치(10)와 상기 히트싱크(20)가 열적으로 완전히 차단되므로 상기 고온초전도 스위치(10)에서 발생하는 부하나 상기 전기히터(12)에 의한 가열 상태가 상기 히트싱크(20)로까지 전도되지 않는 기술적 특징을 가진다.
이와 같이 상기 고온초전도 스위치(10) 쪽에 상기 전기히터(12)를 적용한다 하더라도 상기 고온초전도 스위치(10)와 상기 히트싱크(20) 상호 간의 열적 상태가 완전히 단절되어 있으므로 상기 고온초전도 스위치(10) 쪽의 온도만 상승할 뿐, 상기 히트싱크(20)와 연결되는 전체 초전도 자석 시스템의 온도는 크게 영향을 끼치는 않는 기술구성상의 특징을 발휘한다.
상기 하우징 쉘(30)은 열전도도가 낮은 소재를 적용하는 것이 좋다. 예를 들면, 스테인리스 스틸로 된 얇은 튜브와 같은 형태 등을 들 수 있다.
이와 같은 열전도도가 낮은 소재로 된 상기 하우징 쉘(30)은 상기 고온초전도 스위치(10)가 작동하지 않을 때 즉, 상기 상부 핀(11)과 상기 하부 핀(21) 사이 공간을 진공 또는 희박기체(rarefied gas) 상태로 유지하여 상기 상부 핀(11)과 상기 하부 핀(21) 사이에 발생할 수 있는 전도에 의한 열전달을 억제하고자 할 때, 상기 고온초전도 스위치(10)와 상기 히트싱크(20) 간의 전도(conduction)에 의한 열전달(heat transfer)을 최소화하는 등의 기술효과를 발휘한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 히트싱크(20)의 경우, 초전도 자석(60)과 어느 정도 동일한 온도로 유지될 수 있도록 실시하는 것이 좋다. 예를 들면, 상기 히트싱크(20)는 소정의 극저온 냉동기(50)와 연계되는 형태를 들 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치는 상기 고온초전도 스위치(10)의 임계온도에 따른 영구전류모드로의 전환에 걸리는 시간을 단축하는 등의 기술효과를 발휘한다.
상기 충전구(31)는 소정의 진공펌프(40)와 연결, 구성된 형태로 실시할 수 있다.
이때, 상기 진공펌프(40)는 상기 하우징 쉘(30)로 인입 또는 인출되는 상기 열전도 가스의 공급을 제어하도록 하는 것을 기술구성상의 특징으로 한다. 즉, 상기 진공펌프(40)는 상기 열전도 가스의 충전 또는 제거를 위해 상기 충전구(31)의 한쪽 끝단에 연결, 구비된 형태라 할 수 있다.
나아가, 상기 충전구(31)의 경우, 상기 극저온 냉동기(50)를 순차적으로 적어도 한번은 경유하도록 하는 형태 등 다양하게 실시할 수 있다.
이와 같이 상기 극저온 냉동기(50)를 경유하도록 된 상기 충전구(31)의 경우, 수소 또는 헬륨가스와 같은 상기 열전도 가스가 상기 하우징 쉘(30)로 충전되지 전에 미리 예냉각(precooling) 하는 과정을 거치도록 구비함으로써, 상기 히트싱크(20)와 상기 고온초전도 스위치(10) 간의 열전달 효율을 높이는 것은 물론, 상기 고온초전도 스위치(10)의 임계온도에 따른 영구전류모드로의 전환에 걸리는 시간을 단축하는 등의 기술효과를 얻는다.
본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치의 작동 상태 즉, 내부 압력변화에 따른 상기 고온초전도 스위치(10)의 온도변화와 본 발명의 실시 예에 따른 열 스위치를 적용한 전도냉각형 고온초전도 자석 시스템의 온도변화를 표시하면 도 3과 같고, 초전도체의 재료 선택에 따른 상기 고온초전도 스위치(10)의 임계온도(Tc) 변화를 나타내 보면 도 4와 같다.
도 3에서 상기 고온초전도 스위치(10)가 동작 상태(ON state) 즉, 상기 하우징 쉘(30)로 상기 열전도 가스가 충전되어 상기 상부 핀(11) 및 하부 핀(21) 간의 전도에 의한 열전달이 촉진되는 상태로 전환되기 시작하는 압력(PH)과, 상기 고온초전도 스위치(10)가 미동작 상태(OFF state) 즉, 상기 하우징 쉘(30) 내부가 진공 또는 희박기체(rarefied gas)로 바뀌어 상기 상부 핀(11) 및 하부 핀(21) 간의 전도에 의한 열전달이 억제되는 상태로 전환되는 압력(PL)은 상기 고온초전도 스위치(10)의 동작 여부를 결정짓는 파라미터라 볼 수 있다.
여기서, PH와 PL은 상기 하우징 쉘(30) 내부에 충전되는 열전달 유체(heat transfer fluid) 즉, 수소나 헬륨가스와 같은 상기 열전도 가스의 유동특성(flow regime)에 의해 결정된다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치가 적용된 고온초전도 자석 시스템에서의 작동 모드 즉, 일반모드 및 영구전류모드에 대해 설명한다.
도 3에서 도시한 바와 같이 초기에는 상기 고온초전도 스위치(10)와 상기 히트싱크(20)는 열적으로 상호 단열(thermally insulated) 상태를 유지하고 있게 된다.
이때, 상기 고온초전도 스위치(10)의 온도는 상기 초전도 자석(60)의 온도 또는 시스템 전체의 온도(Temp. of second stage)에 비해 높게 유지된다.
이 경우, 상기 고온초전도 스위치(10)는 임계온도보다 높은 온도로 유지되기 때문에 초전도성을 띄지 못하고 상전도 상태 즉, 상기 고온초전도 스위치(10)를 통해 전류가 흐르지 못하는 상태를 유지하게 된다.
반면에 상기 초전도 자석(60)의 경우에는 상기 히트싱크(20)를 통해 상기 극저온 냉동기(50)와 연계되어 낮은 온도로 유지되므로 초전도성을 띄는 것은 물론, 상기 외부 전원공급기(70)로부터 상기 초전도 자석(60)에 소정의 전류가 공급되므로 일정량의 자기장을 발생시키는 것이 가능한 상태를 유지하게 된다.
이와 같은 작동 모드를 일반모드(normal mode)라 한다.
이후, 상기 하우징 쉘(30) 내부 열전달 유체 즉, 상기 열전도 가스의 압력을 PH까지 가압하면, 상기 고온초전도 스위치(10)와 상기 히트싱크(20) 간에는 열적으로 단락되면서 상기 고온초전도 스위치(10)를 상기 초전도 자석(60)이 동작하는 온도까지 냉각한다.
이때, 상기 고온초전도 스위치(10)는 상기 극저온 냉동기(50)와 연계된 상기 히트싱크(20)에 의해 소정의 임계온도 이하로 냉각되어 초전도성을 띄게 된다.
즉, 상기 고온초전도 스위치(10)와 상기 초전도 자석(60) 간에 형성된 소정의 폐회로 상의 전기저항이 사라지는 영구전류모드(persistent current mode)를 구성하게 된다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 열 스위치를 적용한 전도냉각형 고온초전도 자석 시스템의 온도를 상기 고온초전도 스위치(10)의 임계온도보다 항상 낮게 유지하기만 하면, 상기 외부 전원공급기(70)에 의한 소정의 전류공급 없이도 지속적인 자기장의 발생이 가능하게 되는 것이다.
한편, 도 3의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 열 스위치를 동작시키는 순간 상기 초전도 자석(60)의 온도가 약간 상승하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 본 발명의 실시 예에 따른 열 스위치 혹은, 상기 고온초전도 스위치(10)가 가지는 열용량(heat capacity)에 의한 영향으로 볼 수 있다. 실제 본 발명의 실시 예에 따른 열 스위치 또는, 상기 고온초전도 스위치(10)는 상기 초전도 자석(60)이 가지는 열용량에 비해 매우 작은 수치에 불과하므로 실제 상황에서 이와 같은 온도 상승은 무시해도 무방한 정도에 지나지 않는다.
10 : 고온초전도 스위치 11 : 상부 핀 12 : 전기히터
20 : 히트싱크 21 : 하부 핀 30 : 하우징 쉘
31 : 충전구 40 : 진공펌프 50 : 극저온 냉동기
60 : 초전도 자석 70 : 외부 전원공급기

Claims (6)

  1. 복수 개의 상부 핀이 연결된 고온초전도 스위치와;
    복수 개의 하부 핀이 연결된 히트싱크;
    상기 고온초전도 스위치 및 히트싱크 사이에 배치되어 상기 상부 핀 및 하부 핀 둘레를 감싸는 하우징 쉘를 포함하고,
    상기 상부 핀 및 하부 핀은 상호 간의 간격에 의해 열전도가 차단된 상태로 구비되며, 상기 하우징 쉘은 상기 상부 핀 및 하부 핀 사이로 열전도 가스를 충전 또는 제거할 수 있는 튜브 관 형태의 충전구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크는 극저온 냉동기와 연계되어 초전도 자석과 동일한 온도로 유지되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전구는 상기 하우징 쉘로 상기 열전도 가스를 충전 또는 제거를 위한 진공펌프와 연결, 구성되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도 가스는 수소 또는 헬륨가스인 것을 특징으로 하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전구는 적어도 한번은 상기 극저온 냉동기를 경유하도록 하여 상기 열전도 가스를 예냉각(precooling) 시키는 것을 특징으로 하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온초전도 스위치는 일반모드 시 상기 히트싱크와의 온도차이를 크게 하기 위한 전기히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치.
KR1020150178148A 2015-12-14 2015-12-14 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치 KR20170070521A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150178148A KR20170070521A (ko) 2015-12-14 2015-12-14 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150178148A KR20170070521A (ko) 2015-12-14 2015-12-14 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170070521A true KR20170070521A (ko) 2017-06-22

Family

ID=59283019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150178148A KR20170070521A (ko) 2015-12-14 2015-12-14 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170070521A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109660235A (zh) * 2018-11-30 2019-04-19 同济大学 一种用于高温超导电磁铁的热控式持续电流开关电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109660235A (zh) * 2018-11-30 2019-04-19 同济大学 一种用于高温超导电磁铁的热控式持续电流开关电路
CN109660235B (zh) * 2018-11-30 2021-12-31 同济大学 一种用于高温超导电磁铁的热控式持续电流开关电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104160523B (zh) 机械超导开关
KR101362772B1 (ko) 냉동 시스템 및 이를 채용한 초전도 자석 장치
US5093645A (en) Superconductive switch for conduction cooled superconductive magnet
JP3983186B2 (ja) 超電導磁石装置
GB2435318A (en) Current leads for cryogenically cooled equipment
EP2390884B1 (en) Superconducting magnetizer
JP5047873B2 (ja) 極低温装置
JP2006324325A (ja) 超電導磁石装置
KR101888503B1 (ko) 전도냉각 초전도 장비를 위한 전원공급장치
JP5017640B2 (ja) 極低温冷凍方法および極低温冷凍システム
JP2015079846A (ja) 超電導磁石装置
JP4612991B2 (ja) 超伝導スイッチ装置
JP6104007B2 (ja) 電流供給装置
KR20170070521A (ko) 고온초전도 영구전류스위치를 이용한 전도냉각형 열 스위치
KR102026972B1 (ko) 서멀 링크
JP3107228B2 (ja) 超電導磁石システム
US7679365B2 (en) Current lead of superconducting magnet of magnetic resonance system
JP2004111581A (ja) 超電導マグネット装置
JP3377350B2 (ja) 熱電冷却型パワーリード
JP3020140B2 (ja) 冷凍機冷却型超電導磁石用永久電流スイッチ装置
JP3450318B2 (ja) 熱電冷却型パワーリード
JPH10247753A (ja) 超電導装置および超電導装置の制御方法
JP2008130860A (ja) 超電導装置および電流リード
JP3860070B2 (ja) 熱電冷却型パワーリード
US5057645A (en) Low heat loss lead interface for cryogenic devices

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application