KR20210037177A - 초전도 한류기의 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 한류기의 냉각장치에 관한 것으로, 한류기탱크의 둘레면에 구비되어 냉매케이스 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 초전도소자를 냉각 유도하는 주냉동기, 및 한류기탱크의 상면 또는 덮개에 구비되어 냉매케이스 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 초전도소자를 냉각 유도하는 보조냉동기를 포함하여, 초전도소자에서 발생되는 열부하량에 따라 주냉동기를 단독으로 가동하거나, 또는 주냉동기와 보조냉동기를 함께 가동함으로써, 부분부하 운전이 가능하여 소비전력을 절감하고 냉동기의 주기적 보수기간과 사용 수명을 연장할 수 있다.

Description

초전도 한류기의 냉각장치{COOLING SYSTEM FOR SUPERCONDUCTING FAULT CURRENT LIMITER}
본 발명은 초전도 한류기의 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주냉각기와 보조냉각기를 구비하고, 초전도소자에서 발생되는 열부하량에 따라 주냉각기를 단독으로 가동하거나 또는 주냉각기와 보조냉각기를 함께 가동함으로써, 부분부하 운전이 가능하여 소비전력을 절감하고 냉동기의 주기적 보수기간과 사용 수명을 연장할 수 있는 초전도 한류기의 냉각장치에 관한 것이다.
일반적인 줄-톰슨(Joule-Thomson) 냉각 방식의 냉동기는 구조가 간단하고 저온부에 움직이는 부품이 없기 때문에, 저온부의 진동을 최소화할 수 있다. 또한 비교적 저렴한 비용으로 높은 신뢰성을 갖는 냉동기를 제작할 수 있다.
여기서, 줄-톰슨효과(Joule-Thomson effect , -效果)란, 압축한 기체를 단열된 좁은 구멍으로 분출시키면 온도가 변하는 현상이다. 분자간 상호작용에 의해 온도가 변하는 것으로, 공기를 액화시킬 때나 냉매의 냉각에 응용되는 현상이다.
즉, 이상기체 상태 방정식을 따르지 않는 기체를 세공(細孔) 등 저항이 있는 곳을 통하게 하고 외부와의 열교환을 차단하여 등(等) 엔탈피적으로 팽창시킬 때 압력 강하와 함께 온도 변화가 일어나는 것을 말한다. 일반적으로 어느 온도 이상에서는 온도가 상승하고, 어느 온도 이하에서는 온도가 하강하는 경계의 온도를 줄-톰슨의 역전 온도(逆轉溫度)라 한다. 줄-톰슨 효과는 액체 공기의 제조에 응용되기도 한다.
이렇듯, J.P.줄과 W.톰슨(W.켈빈)이 1854년 실험을 통하여 발견한 것이다. 압축한 기체를 단열된 좁은 통로를 통해서 빠져나가게 하면 빠져나가기 전후의 기체의 엔탈피는 같게 된다. 이상기체의 경우, 이 과정에서 온도가 변화하지 않지만, 실제 기체의 경우는 분자간 상호작용이 있기 때문에 온도변화가 생긴다. 이 현상을 줄-톰슨효과라고 한다. 이때 기체의 온도가 높을 때와 낮을 때의 압력변화에 따른 온도변화의 방향이 달라진다.
일반적으로, 초전도 현상은 어떤 물질이 특정조건(온도, 전류밀도, 자속밀도)에서 저항이 사라지고 완전 반자성 특성을 보이는 것을 말한다. 초전도 현상은 항상 가능한 것은 아니고, 일정 온도(임계온도 Tc) 이하, 일정 전류밀도(임계전류밀도 Jc) 이하, 일정 자기장(임계자기장 Hc) 이하에서만 전기저항이 0이 된다. 특히, 통전전류밀도가 임계전류밀도(Jc)보다 크면 초전도성을 잃고 저항이 나타난다. 이러한 초전도성을 갖는 초전도체는 일반도체와 달리 전류를 흘려보내도 손실이 없고 많은 양의 전류를 보낼 수 있다.
초전도 한류기는 초전도체를 이용해 전력계통에서 발생하는 고장 전류(Fault Current)를 제한하는 기기이다. 초전류 한류기는 전선이 끊어지거나 벼락 등의 사 고시 발생하는 정상전류 수십 배의 고장 전류를 1000분의 1초 이내에 감지해 임피던스(Impedance)를 투입함으로써 고장 전류를 제한한다.
이러한 초전도 한류기로 인하여 고장 전류에 의한 전력기기의 파손 및 광역 정전사태 등의 대형 사고를 방지할 수 있다. 또 정상 상태에서는 추가적인 임피던스가 없으며 고장 전류 증가 시에도 기존 차단기의 용량증대 없이 고장 전류 제한이 가능하게 돼 차단기 교체로 인한 막대한 비용손실을 절감할 수 있게 된다.
그리고, 초전도한류기의 초전도 한류모듈을 냉각하기 위하여 극저온 냉동기가 사용된다.
그러나, 종래의 초전도 한류기의 극저온 냉동기는 용량의 증가로 인해 냉동기를 2대 이상 사용해야 하는데, 대용량 시스템의 경우에 항상 최대 냉각부하로 운전되는 것은 아니기 때문에 설치된 냉동기 중 일부만을 가동하는 부분부하 운전이 필요한 경우 구조에 따라서는 냉각효율이 떨어지거나 냉각용기 내부 온도균일성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
아울러, 종래의 초전도 한류기의 극저온 냉동기는 냉동기를 2대 이상 사용할 경우 극저온 용기의 상측면에 함께 배치함으로써 부싱 등 전기부품과의 전기절연 공간이 협소해지는 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0103777호(2012.09.20. 공개, 발명의 명칭 : 신재생에너지 복합발전시스템)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 주냉각기와 보조냉각기를 구비하고, 초전도소자에서 발생되는 열부하량에 따라 주냉각기를 단독으로 가동하거나 또는 주냉각기와 보조냉각기를 함께 가동함으로써, 부분부하 운전이 가능하여 소비전력을 절감하고 냉동기의 주기적 보수기간과 사용 수명을 연장할 수 있는 초전도 한류기의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 주냉동기를 한류기탱크의 둘레면 하부에 배치하고, 보조냉동기를 한류기탱크의 상측 또는 한류기탱크의 상측을 덮는 덮개에 구비함으로써, 주냉동기와 보조냉동기를 한류기탱크의 동일한 상면에 동시에 배치하는 것 대비 부싱과의 전기절연공간을 확보할 수 있는 초전도 한류기의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 보조냉동기의 냉동용량을 주냉동기의 냉동용량보다 크게 적용함으로써 기상 냉매를 액상 냉매로 변환시키는 역할을 하는 보조냉동기의 상변화 효율을 증가시키고자 하는 초전도 한류기의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 냉매케이스의 내부 상측과 내부 하측에 각각 액면센서를 구비하여 최고치 액면과 최저치 액면을 측정하고, 하측의 액면센서를 통해 액면 수위가 기준 수위보다 낮음을 검출시 보조냉동기의 가동을 제어함으로써, 액상 냉매의 설정치 이하에서만 보조냉동기의 가동을 통해 에너지 절감 효율을 증대하고자 하는 초전도 한류기의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 초전도 한류기의 냉각장치는: 개방된 상부가 덮개로 덮여 내부가 밀봉 처리되는 한류기탱크; 상기 한류기탱크 내부에 밀봉된 상태로 구비되고, 운전전류에 의해 발열되는 초전도소자를 냉각시키기 위해 액상 또는 기액 상태의 냉매가 저장되는 냉매케이스; 상기 냉매케이스 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 상기 초전도소자를 냉각 유도하는 주냉동기; 및 상기 냉매케이스 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 상기 초전도소자를 냉각 유도하는 보조냉동기를 포함한다.
상기 주냉동기는 상기 한류기탱크의 일면에 구비되며, 상기 보조냉동기는 상기 한류기탱크의 타면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 주냉동기는 상기 한류기탱크의 측면 하부에 구비되어, 액상의 냉매에 대응되는 상기 냉매케이스의 측면을 통해 액상 냉매에 냉기를 전도 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조냉동기는, 상기 한류기탱크의 상면 또는 상기 덮개에 구비되고, 상기 초전도소자의 열부하가 설정치를 초과할 경우 기상 냉매에 대응되는 상기 냉매케이스의 상면을 통해 기상 냉매에 냉기를 전도 전달하여 액상 냉매로 상변화 유도하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조냉동기는 냉동용량이 상기 주냉동기의 냉동용량보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 주냉동기와 상기 보조냉동기는 제어부에 의해 상기 초전도소자의 열부하량에 따라 가동 또는 가동 정지가 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉매케이스는 액상 냉매의 최고치를 감지하는 상부액면센서부재와 액상 냉매의 최저치를 감지하는 하부액면센서부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 하부액면센서부재의 신호에 의해 상기 보조냉동기의 가동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조냉동기는 상기 초전도소자에서 발생되는 열부하가 설정치 이하일 경우 가동 정지되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉매케이스는 필요시 냉매의 유입 및 유출이 가능하도록 냉매조절부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초전도 한류기의 냉각장치는 주냉동기와 보조냉동기를 구비하고, 초전도소자에서 발생되는 열부하량에 따라 주냉동기를 단독으로 가동하거나 또는 주냉동기와 보조냉동기를 함께 가동함으로써, 부분부하 운전이 가능하여 소비전력을 절감할 수 있고, 냉동기의 주기적 보수기간과 사용 수명을 연장할 수 있다.
본 발명은 주냉동기를 한류기탱크의 둘레면 하부에 배치하고, 보조냉동기를 한류기탱크의 상면 또는 한류기탱크의 상면을 덮는 덮개에 구비함으로써, 주냉동기와 보조냉동기를 한류기탱크의 동일한 상측면에 동시에 배치하는 것 대비 부싱과의 전기절연공간을 확보할 수 있다.
본 발명은 보조냉동기의 냉동용량을 주냉동기의 냉동용량보다 크게 적용함으로써 기상 냉매를 액상 냉매로 변환시키는 역할을 하는 보조냉동기의 상변화 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 냉매케이스의 내부 상측과 내부 하측에 각각 액면센서를 구비하여 최고치 액면과 최저치 액면을 측정하고, 하측의 액면센서를 통해 액면 수위가 기준 수위보다 낮음을 검출시 보조냉동기의 가동을 제어함으로써, 액상 냉매의 설정치 이하에서만 보조냉동기의 가동을 통해 에너지 절감 효율을 증대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 개략적인 냉매케이스의 내부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 주냉동기만을 가동한 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 주냉동기와 보조냉동기를 동시에 가동한 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 개략적인 냉매케이스의 내부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 주냉동기만을 가동한 상태도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치의 주냉동기와 보조냉동기를 동시에 가동한 상태도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 냉각장치(100)는 한류기탱크(110), 냉매케이스(120), 초전도소자(130), 주냉동기(140) 및 보조냉동기(150)를 포함한다.
한류기탱크(110)는 상측으로 개방되게 형성되고, 내부를 밀폐하도록 개방된 상측을 덮개(112)로 밀봉 처리된다. 그리고, 한류기탱크(110)는 내부가 진공 처리되거나, 또는 단열 처리된다. 한류기탱크(110)는 전열 가능한 매질로 충진될 수도 있다.
아울러, 한류기탱크(110)는 자체가 단열재질로 이루어지거나, 내부에 단열재(도시하지 않음)가 충진될 수 있다. 한류기탱크(110)는 다양한 형상으로 변형 가능하다.
그리고, 냉매케이스(120)는 한류기탱크(110) 내부에 밀봉된 상태로 구비된다.
이때, 냉매케이스(120)는 내부에 냉매(127)를 충진하고, 초전도소자(130) 등을 설치 가능하도록 상부를 개방되게 형성한다. 아울러, 냉매케이스(120)는 개방된 상부를 커버(122)를 덮어 임의적으로 외기가 유입되는 것을 차단한다.
특히, 냉매케이스(120)는 운전전류에 의해 발열되는 초전도소자(130)를 냉각시키기 위해 액상 또는 기액 상태의 냉매(129,127)가 저장된다.
이때, 냉매(127,129)는 질소, 아르곤, 네온, 수소 중 어느 하나 또는 적어도 둘 이상이 혼합되어 이루어진다.
그리고, 냉매는 과냉 처리되어 전체가 액상이며, 초전도소자(130)의 발열량의 증가에 따라 일부가 액상에서 기상으로 상변화한다. 기상 냉매(127)가 액상 냉매(129)보다 부피가 크기 때문에 냉매케이스(120)는 선택적으로 외기가 출입 가능하게 구비되거나 부피(높이)가 가변 가능하게 구비될 수 있다.
초전도소자(130)는 냉매케이스(120) 내부에 구비되어 운전전류에 의한 열부하로 인해 발열된다. 이때, 초전도소자(130)는 항상 액상 냉매(129)에 잠겨 있는 상태가 되도록, 초기 냉매케이스(120)에 충진되는 액상 냉매(129)의 양이 설정된다.
냉매케이스(120)의 커버(122)는 내부에 냉매(129)를 공급하거나 빼낼 수 있도록 냉매조절부(126)를 구비할 수 있고, 초전도소자(130)에 전류를 공급하기 위한 전류공급부(128)를 구비할 수 있다.
특히, 초전도소자(130)는 냉각비용을 줄이기 위하여 임계온도가 높은 고온 초전도체 중에서 적절한 도체로 이루어지는데, 예로서 Y-Ba-Cu-O 초전도체와 Bi-Sr-Ca-Cu-O 초전도체가 대표적이다.
고온 초전도체를 이용한 초전도소자(130)는 전력기기를 운용함에 있어서 순간적으로 동작전류의 수십 배 이상에 이르는 사고전류가 흐르는 경우 이를 일시적으로 차단시켜 전체 시스템의 안정성을 보장하는 역할을 한다.
다시 말해서, 초전도소자(130)는 일정 온도 이하가 되어야 손실이 없는 상태로 유지되며, 사고전류 발생시 아주 큰 값을 갖는 전류가 흐르게 된다.
여기서 이 전류는 임계전류 이상이 되는 켄치(Quench)전류라고 불리며, 정상운전시의 저항이 거의 무시되다가 순간적으로 큰 저항을 띄게 되어 주울-열(joule heat)을 발생시키게 되는데, 이렇게 발생된 주울-열은 주변의 액상 냉매(129)에 의해 배출되어져 초전도소자(130)를 전기적, 열적으로 변화가 없이 안정적으로 동작하게 만들어 준다.
아울러, 냉매케이스(120)는 자체가 단열재로 이루어지거나, 또는 단열재(도시하지 않음)를 내부에 충진할 수 있다. 물론, 다양한 형상으로 변형 가능하다.
그리고, 냉매케이스(120)가 부피 가변 가능할 경우, 냉매케이스(120)는 초전도소자(130)를 지지하는 지지판(123), 지지판(123)이 냉매케이스(120)의 높이 방향으로 왕복 이동되는 것을 지지 안내하는 가이드바(124) 및 지지판(123) 하부에 배치되어 지지판(123)을 탄성 지지하는 부피설정블록(125)을 구비할 수 있다.
냉매케이스(120) 내부에서 액상 냉매(129)와 기상 냉매(127)의 양(부피)에 따라, 부피설정블록(125)에 탄성 지지되는 지지판(123)의 위치가 설정된다.
아울러, 질소 등 열용량이 큰 액상 냉매(129)가 사용됨으로써, 액상 냉매(129)가 사고모드시 초전도소자(130)에서 발생하는 주울-열을 단시간에 흡수하고 부분적으로 기상으로 상변화할 때 압력증가에 따른 끓는점 오름 현상을 이용하여 기상 상변화량이 최소화될 수 있다.
한편, 주냉동기(140)는 한류기탱크(110)의 측면에 구비되어, 냉매케이스(120)의 측면을 통해 내부의 액상 냉매(129)에 냉기를 전도 전달함으로써 초전도소자(130)를 냉각 유도하는 역할을 한다.
특히, 주냉동기(140)는 한류기탱크(110) 내부에서 주열전달부재(142)를 통해 비교적 넓은 면적의 냉매케이스(120) 측면에 냉기를 전달할 수 있다. 물론, 주열전달부재(142)는 전열성이 우수한 다양한 재질로 이루어질 수 있고, 다양한 형상으로 적용 가능하다. 상세히, 주냉동기(140)는 한류기탱크(110) 내부에 구비되는 냉매케이스(120)의 최단거리에 해당되는 한류기탱크(110)의 측면 하부에 구비된다.
이에 따라, 주냉동기(140)는 액상 냉매(129)에 대응되는 냉매케이스(120)의 측면을 통해 액상 냉매(129)에 냉기를 전도 전달한다.
주냉동기(140)는 대용량 초전도 한류기에서 운전전류가 설정치(A) 이하일 때 단독으로 운전되며 냉매케이스(120)의 액상 냉매(129)를 냉각시킨다.
이때, 주냉동기(140)가 냉매케이스(120)의 액상 냉매(129)에 대응되도록 한류기탱크(110)의 측면(둘레면)에 구비되어 액상 냉매(129)에 집중적으로 냉기를 공급할 수 있음에 따라 액상 냉매(129)를 단시간에 과냉시킬 수 있어 정격전류에서 초전도소자(130)의 정상 냉각이 가능하다.
또한, 보조냉동기(150)는 한류기탱크(110)의 상면(상측) 또는 한류기탱크(110)의 상면을 덮는 덮개(112)에 구비되어, 냉매케이스(120) 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 초전도소자(130)를 냉각 유도하는 역할을 한다. 상세히, 보조냉동기(150)는 한류기탱크(110) 내부에 구비되는 냉매케이스(120)의 최장거리에 해당되는 한류기탱크(110)의 덮개(112)에 구비된다.
주냉동기(140)는 입방체인 한류기탱크(110)의 일면 즉 측면 하부에 구비되고, 보조냉동기(150)는 한류기탱크(110)의 타면 즉 상면을 이루는 덮개(112)에 구비됨으로써, 한류기탱크(110)는 주냉동기(140)와 보조냉동기(150)가 동일한 상면에 동시에 구비되는 것 대비 부싱(도시하지 않음) 등과의 간섭을 방지하도록 전기절연공간을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 보조냉동기(150)는 냉동용량이 주냉동기(140)의 냉동용량보다 큰 것으로 구성함으로써, 주로 기상 냉매(127)를 액상 냉매(129)로 상변화시키는 보조냉동기(150)의 냉동용량이 큼으로 인해, 냉매의 액상변화 효율이 향상된다.
그리고, 주냉동기(140)는 냉매의 기상변화를 위한 최소한의 냉동용량(성능)을 나타내는 것으로 적용됨으로써 구입단가나 유지보수비용이 저감될 수 있다.
물론, 주냉동기(140)와 보조냉동기(150)는 한류기탱크(110)에 각각 하나 이상씩 구비된다.
특히, 초전도소자(130)의 운전전류가 설정치를 초과할 경우, 초전도소자(130)의 열부하에 의한 발열량이 급격히 증가하게 됨에 따라, 액상 냉매(129)는 일부가 기상 냉매(127)로 상변화한다.
이때, 기상 냉매(127)는 액상 냉매(129)보다 비중이 낮아 냉매케이스(120)의 내부 상층부를 형성한다.
이 경우, 냉매케이스(120) 내부의 액상 냉매(129)의 양이 줄어들게 됨에 따라, 초전도소자(130)의 냉각 효율이 저하된다.
이를 방지하기 위해, 보조냉동기(150)가 가동되며 냉매케이스(120)의 상부 둘레면 또는 커버(122)를 통해 냉기를 기상 냉매(127)에 전달함으로써, 기상 냉매(127)는 재응축되며 액상 냉매(129)로 상변화 후 낙하됨에 따라, 액상 냉매(129)의 수위가 증가하게 된다. 그래서, 초전도소자(130)의 냉각 효율이 유지 또는 증가하게 된다.
다시 말해서, 보조냉동기(150)는, 초전도소자(130)의 열부하가 설정치를 초과할 경우, 기상 냉매(127)에 대응되는 냉매케이스(120)의 상면을 통해 기상 냉매(127)에 냉기를 전도 전달하여 액상 냉매(129)로 상변화 유도하는 역할을 한다.
이때, 보조냉동기(150)가 냉매케이스(120)와 상대적으로 가까운 위치인 한류기탱크(110)의 상부 둘레면에 구비될 경우, 초전도소자(130)가 저부하시, 보조냉동기(150)가 자체적으로 발생되는 열기로 인해 추가 열부하로 작용할 수 있다.
그래서, 보조냉동기(150)는 냉매케이스(120)와 최대한 먼 위치인 한류기탱크(110)의 덮개(112)에 구비되는 것으로 한다.
아울러, 보조냉동기(150)는 한류기탱크(110) 내부에서 보조열전달부재(152)를 통해 비교적 넓은 면적의 냉매케이스(120)의 상면에 냉기를 전달할 수 있다. 물론, 보조열전달부재(152)는 전열성이 우수한 다양한 재질로 이루어질 수 있고, 다양한 형상으로 적용 가능하며, 주열전달부재(142)와 일체일 수도 있다.
이에 따라, 보조냉동기(150)는 기상 냉매(127)에 대응되는 냉매케이스(120)의 커버(122)를 통해 기상 냉매(127)에 냉기를 전도 전달한다.
또한, 초전도소자(130)에서 발생되는 열부하가 설정치 이하일 경우, 보조냉동기(150)는 가동 정지된다.
아울러, 주냉동기(140)와 보조냉동기(150)는 제어부(160)에 의해 초전도소자(130)의 열부하량에 따라 가동 또는 가동 정지가 제어된다.
즉, 제어부(160)는 초전도소자(130)의 운전전류가 설정치 이하일 경우 연속적으로 주냉동기(140)가 가동되도록 제어한다. 물론, 초전도소자(130)의 운전전류가 극히 작거나 0A일 경우, 제어부(160)는 주냉동기(140)의 가동을 정지하도록 제어한다.
그리고, 제어부(160)는 초전도소자(130)의 운전전류가 설정치를 초과할 경우 실시간으로 주냉동기(140)와 함께 보조냉동기(150)가 가동되도록 제어한다. 초전도소자(130)의 운전전류가 설정치 이내 범위가 되면, 제어부(160)는 보조냉동기(150)의 가동을 정지하도록 제어함으로써 주냉동기(140)만 단독으로 가동하도록 한다.
또한, 냉매케이스(120)는 액상 냉매의 최고치를 감지하는 상부액면센서부재(172) 및 액상 냉매의 최저치를 감지하는 하부액면센서부재(174)를 구비한다. 특히, 상부액면센서부재(172)와 하부액면센서부재(174)는 냉매케이스(120)의 내부에 구비되고, 차압센싱방식으로 액상 냉매의 수위를 감지하는 것으로 한다.
그리고, 제어부(160)는 하부액면센서부재(174)의 신호에 의해 보조냉동기(150)의 가동을 제어한다. 즉, 하부액면센서부재(174)가 냉매케이스(120) 내부에서 액상 냉매(129)의 수위가 설정된 기준 수위보다 낮아지는 최저치에서 이를 감지하고, 이를 통해, 제어부(160)는 보조냉동기(150)가 가동되도록 제어한다.
이때, 초전도소자(130)의 운전전류가 소정 높더라도, 액상 냉매(129)의 수위에는 문제가 없는 경우, 하부액면센서부재(174)는 신호를 발생하지 않음에 따라, 보조냉동기(150)는 가동 제어되지 않는다. 그래서, 초전도소자(130)의 운전전류 기준 방식보다 에너지 절감효율이 높게 된다.
물론, 상부액면센서부재(172)가 액상 냉매(129)의 최상치 수면을 감지시, 주냉동기(140)가 제어부(160)의 제어에 의해 가동됨으로써 액상 냉매(129)의 일부를 기상 냉매(127)로 상변화 유도함에 따라, 냉매의 수위는 설정치 범위 이내로 낮아지게 된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 냉각장치(100)는 초전도소자(130)의 운전전류값에 따라 주냉동기(140) 단독 또는 주냉동기(140)와 보조냉동기(150)를 함께 가동 제어함으로써 효율적이고 안정적인 부분 부하 운전이 가능하고, 부분 부하 운전으로 인해 소비전력이 절감된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 냉각장치 110: 한류기탱크
112: 덮개 120: 냉매케이스
122: 커버 127: 기상 냉매
129: 액상 냉매 130: 초전도소자
140: 주냉동기 142: 주열전달부재
150: 보조냉동기 152: 보조열전달부재
160: 제어부 172: 상부액면센서부재
174: 하부액면센서부재

Claims (8)

  1. 개방된 상부가 덮개로 덮여 내부가 밀봉 처리되는 한류기탱크;
    상기 한류기탱크 내부에 밀봉된 상태로 구비되고, 운전전류에 의해 발열되는 초전도소자를 냉각시키기 위해 액상 또는 기액 상태의 냉매가 저장되는 냉매케이스;
    상기 냉매케이스 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 상기 초전도소자를 냉각 유도하는 주냉동기; 및
    상기 냉매케이스 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 상기 초전도소자를 냉각 유도하는 보조냉동기를 포함하고,
    상기 주냉동기는 상기 한류기탱크의 일면에 구비되며, 상기 보조냉동기는 상기 한류기탱크의 타면에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주냉동기는 상기 한류기탱크의 측면 하부에 구비되어, 액상의 냉매에 대응되는 상기 냉매케이스의 측면을 통해 액상 냉매에 냉기를 전도 전달하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보조냉동기는, 상기 한류기탱크의 상면 또는 상기 덮개에 구비되고, 상기 초전도소자의 열부하가 설정치를 초과할 경우 기상 냉매에 대응되는 상기 냉매케이스의 상면을 통해 기상 냉매에 냉기를 전도 전달하여 액상 냉매로 상변화 유도하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 보조냉동기는 냉동용량이 상기 주냉동기의 냉동용량보다 큰 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 주냉동기와 상기 보조냉동기는 제어부에 의해 상기 초전도소자의 열부하량에 따라 가동 또는 가동 정지가 제어되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 냉매케이스는 액상 냉매의 최고치를 감지하는 상부액면센서부재와 액상 냉매의 최저치를 감지하는 하부액면센서부재를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 하부액면센서부재의 신호에 의해 상기 보조냉동기의 가동을 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 보조냉동기는 상기 초전도소자에서 발생되는 열부하가 설정치 이하일 경우 가동 정지되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매케이스는 필요시 냉매의 유입 및 유출이 가능하도록 냉매조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 냉각장치.
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