KR20210108229A

KR20210108229A - 극저온 냉각 시스템 및 이를 구비하는 발전 시스템

Info

Publication number: KR20210108229A
Application number: KR1020200023181A
Authority: KR
Inventors: 김석호; 박민원; 김동민; 문정민; 서건항; 석지훈
Original assignee: 한국전력공사; 창원대학교 산학협력단
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-09-02

Abstract

본 발명은, 제1 유체를 수용하도록 형성되는 제1 수용부를 구비하는 정지부; 자석부와, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달받아 상기 자석부를 냉각시키도록 구성되는 열교환부를 포함하고, 상기 정지부에 대하여 상대 회전 되도록 이루어지는 회전부; 및 상기 정지부와 상기 회전부 사이에 마련되어, 상기 회전부를 상기 정지부상에 상대 회전 가능하게 연결시키도록 이루어지는 연결부를 포함하고, 상기 열교환부는, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달 받아 수용하도록 형성되는 제2 수용부; 및 상기 제1 유체와 열교환되는 제2 유체가 순환하여 흐르도록 형성되고, 상기 자석부와 인접하게 배치되는 제1 부분과, 액체 상태의 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체 간 열전달이 가능하도록 상기 제2 수용부에 수용된 액체 상태의 상기 제1 유체와 인접하게 배치되는 제2 부분을 구비하는 배관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템을 개시한다.

Description

극저온 냉각 시스템 및 이를 구비하는 발전 시스템{CRYOGENIC COOLING SYSTEM AND POWER GENERATION SYSTEM}

본 발명은 초전도 자석의 냉각을 위한 극저온 냉각 시스템 및 이를 구비하는 발전 시스템에 관한 것이다.

초전도 자석의 고자장 특성을 이용하여 초전도 발전기, 모터 등에 적용하면 효율을 증가시키거나, 시스템의 무게를 크게 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다. 하지만, 정지되어 있는 초전도 자석과는 달리 회전하는 초전도 자석을 냉각하기 위해서는 상대 회전 운동을 유지한 상태에서 극저온 냉각을 구현할 수 있는 특별한 냉각 시스템을 필요로 한다.

종래의 회전하는 극저온 기기를 냉각하는 방법으로는 네온 열사이펀 방식이 있다. 네온 열사이펀 방식의 냉각 시스템은, 회전하는 초전도 자석을 구비하는 회전부와, 정지된 상태로 회전부와 결합하는 정지부를 포함한다. 그리고, 정지부에 마련되는 극저온 냉동기에서 기체 상태의 네온(neon)을 액체로 응축시키고, 응축된 액체 상태의 네온은 초전도 자석이 부착된 네온 베슬(neon vessel)로 이송되어 초전도 자석을 냉각시키고, 다시 극저온 냉동기로 돌아오는 냉각 메커니즘을 갖는다.

하지만, 종래의 네온 열사이펀 방식은, 중력에 의한 열사이펀 순환 방식을 이용하므로, 소형의 초전도 회전 기기에는 적합하지만, 풍력발전기와 같이 직경이 큰 대형 초전도 회전기에는 적용하기 어려운 실정이다.

또한, 종래의 극저온 기기의 냉각 방식 중에는 극저온 회전 커플링을 이용하여 회전부와 정지부를 연결하는 구성이 제안된 바 있다. 하지만, 이러한 냉각 방식의 경우, 진공 단열을 요하는 극저온 회전 커플링의 열침입 문제와, 극저온 회전부의 내구성 문제 등으로 실제 적용에 어려움이 발생하고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 극저온 회전 커플링의 사용을 배제할 수 있으며, 대형 발전기에도 적용이 가능하도록 이루어지는 극저온 냉각 시스템 및 이를 구비하는 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 극저온 냉각 시스템은, 제1 유체를 수용하도록 형성되는 제1 수용부를 구비하는 정지부; 자석부와, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달받아 상기 자석부를 냉각시키도록 구성되는 열교환부를 포함하고, 상기 정지부에 대하여 상대 회전 되도록 이루어지는 회전부; 및 상기 정지부와 상기 회전부 사이에 마련되어, 상기 회전부를 상기 정지부상에 상대 회전 가능하게 연결시키도록 이루어지는 연결부를 포함하고, 상기 열교환부는, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달 받아 수용하도록 형성되는 제2 수용부; 및 상기 제1 유체와 열교환되는 제2 유체가 순환하여 흐르도록 형성되고, 상기 자석부와 인접하게 배치되는 제1 부분과, 액체 상태의 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체 간 열전달이 가능하도록 상기 제2 수용부에 수용된 액체 상태의 상기 제1 유체와 인접하게 배치되는 제2 부분을 구비하는 배관부를 포함한다.

상기 정지부는, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에 마련되어, 상기 제1 유체의 이동 경로를 형성하는 연결관부를 더 구비하고, 상기 연결부는, 상기 연결관부의 외부에 마련되도록 이루어질 수 있다.

상기 연결관부는, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에 마련되어, 상기 제1 수용부에서 상기 제2 수용부로 흐르는 액체 상태의 상기 제1 유체의 이동 경로를 형성하는 제1 연결관; 및 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에 마련되어, 상기 제2 수용부에서 상기 제1 수용부로 흐르는 기체 상태의 상기 제1 유체의 이동 경로를 형성하는 제2 연결관을 포함할 수 있다.

상기 연결부는, 자기장의 작용에 의해 액상 형태의 씰(seal)을 형성하는 자성유체(Ferro fluid)를 구비하는 자성유체씰(Ferro fluid seal)로 이루어질 수 있다.

액체상태의 상기 제1 유체와 상기 제2 유체 간 열전달이 이루어지는 상기 제2 부분은, 상기 제2 수용부의 내부에 마련되며, 상기 제2 수용부에 수용된 액체 상태의 상기 제1 유체와 직접 접하도록 이루어질 수 있다.

상기 배관부는, 상기 제2 수용부의 내부에 배치되며, 상기 제2 부분을 제외한 나머지 제3 부분을 더 구비하고, 상기 열교환부는, 상기 제3 부분의 외면상에 마련되는 냉각핀을 더 포함할 수 있다.

상기 회전부는, 상기 제2 수용부의 내부에 마련되고, 상기 제2 연결관의 유입구를 향하여 기류를 발생시켜, 기체 상태의 상기 제1 유체의 유동을 상기 제2 연결관의 유입구를 향하도록 가이드하는 송풍부를 더 포함할 수 있다.

상기 회전부는, 상기 제2 연결관의 유로상에 마련되고, 상기 제1 수용부로 향하는 기류를 발생시켜, 기체 상태의 상기 제1 유체의 유동을 상기 제1 수용부로 가이드하는 팬부를 더 포함할 수 있다.

액체상태의 상기 제1 유체와 상기 제2 유체 간 열전달이 이루어지는 상기 제2 부분은, 상기 제2 수용부의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 제2 부분은, 상기 제2 수용부의 외면상에서 상기 제2 수용부의 길이 방향을 따라 나선형으로 연장 형성될 수 있다.

상기 제2 부분은, 상기 제2 유체가 상기 제2 수용부의 외면에 직접 접하여 흐르도록 형성될 수 있다.

상기 정지부는, 상기 제2 수용부로부터 상기 제1 수용부로 전달되는 기체 상태의 상기 제1 유체를 응축시켜, 상기 제1 유체를 기체 상태에서 액체 상태로 변환시키도록 이루어지는 응측부를 더 구비할 수 있다.

상기 회전부는, 상기 배관부에 형성되는 상기 제2 유체의 유로에 기류를 발생시켜, 상기 제2 유체를 상기 배관부의 유로를 따라 순환시키도록 이루어지는 블로워부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 유체는 네온(neon)으로 이루어지고, 상기 제2 유체는 헬륨(helium)으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 연결관은, 액체 상태의 상기 제1 유체의 배출구가 형성되는 일단부로 갈수록, 중력 방향을 향하여 하향 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 극저온 냉각 시스템은, 제1 유체를 수용하도록 형성되는 제1 수용부를 구비하는 정지부; 및 자석부와, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달받아 상기 자석부를 냉각시키도록 구성되는 열교환부를 포함하고, 상기 정지부에 대하여 상대 회전 되도록 이루어지는 회전부를 포함하고, 상기 열교환부는, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달 받아 수용하도록 형성되는 제2 수용부; 및 상기 제1 유체와 열교환되는 제2 유체가 순환하여 흐르도록 형성되고, 일부는 상기 자석부와 인접하게 배치되며, 다른 일부는 액체 상태의 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체 간 열전달이 가능하도록, 상기 제2 수용부에 수용된 액체 상태의 상기 제1 유체와 인접하게 배치되는 배관부를 포함한다.

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 발전 시스템은, 상기 극저온 냉각 시스템; 및 상기 회전부에서의 회전력을 이용하여 전력을 발생시키도록 이루어지는 발전부를 포함한다.

상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명의 극저온 냉각 시스템은, 제1 유체를 수용하는 제1 수용부를 구비하는 정지부와, 회전하는 자석부와 열교환부를 포함하는 회전부를 포함한다. 여기에서, 열교환부는, 제1 수용부로부터 액체 상태의 제1 유체를 전달 받아 수용하는 제2 수용부와, 제1 유체와 열교환되는 제2 유체가 흐르며 자석부와 제2 수용부에 수용되는 액체 상태의 제1 유체와 각각 열전달 가능하게 인접 배치되는 배관부를 포함한다. 그리고, 정지부와 회전부를 회전 가능하게 연결시키는 연결부는, 제1 유체의 이동 경로를 형성하는 연결관부의 외부에 마련되도록 이루어진다.

이와 같은 극저온 냉각 시스템의 구성에 의하면, 극저온의 기체 헬륨과 같은 제2 유체가 정지부에서 회전부의 경계를 이동하지 않으므로, 열침입 문제, 내구성 문제를 가지고 있는 극저온 회전 커플링의 사용을 배제할 수 있으며 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 아울러, 종래의 네온 열사이펀 냉각 시스템과 달리 대형 발전기에서도 적용 가능한 냉각 시스템을 제공할 수 있다는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉각 시스템 및 이를 구비하는 발전 시스템의 구성을 개념적으로 보인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 극저온 냉각 시스템의 다른 일 예에 따른 구성을 개념적으로 보인 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 배관부의 제2 부분에 대한 일 예들을 개념적으로 보인 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 연결관부의 다른 일 예를 개념적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 극저온 냉각 시스템 및 이를 구비하는 발전 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉각 시스템(100) 및 이를 구비하는 발전 시스템(10)의 구성을 개념적으로 보인 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 극저온 냉각 시스템(100)의 다른 일 예에 따른 구성을 개념적으로 보인 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 배관부(122b)의 제2 부분(122b2)에 대한 일 예들을 개념적으로 보인 도면이고, 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 연결관부(112)의 다른 일 예를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 발전 시스템(10)은, 극저온 냉각 시스템(100) 및 발전부(미도시)를 포함한다.

극저온 냉각 시스템(100)은 정지부(110)와, 정지부(110)에 대해서 상대 회전 되도록 이루어지는 회전부(120)와, 정지부(110)와 회전부(120)를 회전 가능하게 연결시키는 연결부(130)를 포함한다.

발전부(미도시)는 상기 회전부(120)에서의 회전하는 회전력을 이용하여 전력을 발생시키도록 이루어진다. 상기 발전부(120)는 회전부(120)에 마련되는 회전축(11)과 연결되어 회전부(120)에서의 회전력을 전달 받도록 구성될 수 있다.

정지부(110)는, 제1 유체(110a)를 수용하도록 형성되는 제1 수용부(111)를 구비할 수 있다. 정지부(110)는 후술하는 회전부(120)와 회전 가능하게 연결되도록 이루어지고, 정지부(110)에 대하여 회전하도록 이루어지는 회전부(120)와 달리 정지된 상태를 유지하도록 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 유체(110a)는, 네온(neon)으로 이루어질 수 있다. 제1 유체(110a)는 온도 변화에 따라 액체 상태 또는 기체 상태로 이루어질 수 있다. 액체 상태의 제1 유체(110a)는 기체 상태의 제1 유체(110a)보다 낮은 온도를 갖도록 이루어진다. 제1 수용부(111)는, 제1 수용부(111)를 감싸도록 형성되며, 제1 수용부(111)와 이격된 공간을 진공 상태로 형성하도록 이루어지는 제1 진공 챔버(114)의 내측에 배치될 수 있다.

회전부(120)는, 자석부(121)와 열교환부(122)를 포함할 수 있다. 또한, 회전부(120)는 정지부(110)에 대하여 상대 회전 되도록 이루어질수 있다.

자석부(121)는 초전도 자석 즉, HTS(High Temperature Superconducting) coil로 이루어질 수 있다.

열교환부(122)는 액체 상태의 제1 유체(110a)를 전달 받아 상기 자석부(121)를 냉각시키도록 구성될수 있다. 열교환부(122)는, 제2 수용부(122a)와 배관부(122b)를 포함할 수 있다.

제2 수용부(122a)는 액체 상태의 상기 제1 유체(110a)를 전달 받아 수용 가능하도록 형성될 수 있다. 제2 수용부(122a)는, 제2 수용부(122a)를 감싸도록 형성되며, 제2 수용부(122a)와 이격된 공간을 진공 상태로 형성하도록 이루어지는 제2 진공 챔버(126)의 내측에 배치될 수 있다.

배관부(122b)는, 제1 유체(110a)와 열교환되는 제2 유체(120a)가 순환하여 흐르도록 형성될 수 있다. 그리고, 배관부(122b)의 일부는 상기 자석부(121)와 인접하게 배치되고, 배관부(122b)의 다른 일부는 액체 상태의 제1 유체(110a) 및 제2 유체(120a) 간 열전달이 가능하도록, 제2 수용부(122a)에 수용된 액체 상태의 제1 유체(110a)와 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제2 유체(120a)는 예를 들어, 헬륨(helium)으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 배관부(122b)는, 상기 자석부(121)와 인접하게 배치되는 제1 부분(122b1)과, 제2 수용부(122a)에 수용된 액체 상태의 제1 유체(110a)와 인접하게 배치되는 제2 부분(122b2)을 구비할 수 있다.

한편, 극저온 냉각 시스템(100)은, 연결부(130)를 포함할 수 있다.

연결부(130)는, 정지부(110)와 회전부(120) 사이에 마련되어, 회전부(120)를 정지부(110)상에 상대 회전 가능하게 연결시키도록 이루어질 수 있다. 또한, 연결부(130)는, 자기장의 작용에 의해 액상 형태의 씰(seal)을 형성하는 자성유체(Ferro fluid)를 구비하는 자성유체씰(Ferro fluid seal)로 이루어질 수 있다. 상기 정지부(110)와 회전부(120)는, 상기 자성유체씰에 의해 상대 회전 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 자성유체씰은, 정지부(110)와 회전부(120)의 연결 부분에 형성된 간극에 자성유체(Ferro fluid)가 주입된 상태에서, 자기장(magnetic flux)의 작용에 의해 액상 형태의 오링(liquid o-ring)이 형성되어, 정지부(110)와 회전부(120) 간 연결 부분을 밀봉시키도록 이루어질 수 있다.

한편, 정지부(110)는 연결관부(112)를 더 구비할 수 있다.

연결관부(112)는, 제1 수용부(111)와 제2 수용부(122a) 사이에 마련되어, 상기 제1 유체(110a)의 이동 경로를 형성하도록 이루어질 수 있다. 여기에서, 상기 연결부(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연결관부(112)의 외부에 마련되도록 이루어질 수 있다. 또한, 연결관부(112)의 적어도 일부는, 상기 제1 진공 챔버(114)의 내측에 배치될 수 있다.

또한, 연결관부(112)는, 제1 연결관(112a)과 제2 연결관(112b)을 포함할 수 있다.

제1 연결관(112a)은, 제1 수용부(111)와 상기 제2 수용부(122a) 사이에 마련되어, 상기 제1 수용부(111)에서 상기 제2 수용부(122a)로 흐르는 액체 상태의 상기 제1 유체(110a)의 이동 경로를 형성하도록 이루어질 수 있다. 한편, 상기 제1 연결관(112a)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 액체 상태의 상기 제1 유체(110a)의 배출구가 형성되는 일단부로 갈수록, 중력 방향을 향하여 소정 기울기(a)를 갖도록 하향 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 수용부(111)에서 제2 수용부(122a)로 향하는 제1 유체(110a)의 유동이 보다 원할하게 이루어질 수 있다.

제2 연결관(112b)은, 상기 제1 수용부(111)와 상기 제2 수용부(122a) 사이에 마련되어, 상기 제2 수용부(122a)에서 상기 제1 수용부(111)로 흐르는 기체 상태의 상기 제1 유체(110a)의 이동 경로를 형성하도록 이루어질 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 액체상태의 상기 제1 유체(110a)와 상기 제2 유체(120a) 간 열전달이 이루어지는 배관부(122b)의 상기 제2 부분(122b2)은, 상기 제2 수용부(122a)의 내부에 마련되며, 상기 제2 수용부(122a)에 수용된 액체 상태의 제1 유체(110a)와 직접 접하도록 이루어질 수 있다.

또한, 도 1을 참조하면, 배관부(122b)는 제3 부분(122b3)을 더 구비할 수 있다.

제3 부분(122b3)은, 제2 수용부(112a) 내부에 배치되고, 액체 상태의 제1 유체(110a)와 직접 접하는 제2 부분(122b2)을 제외한 배관부(122b)의 나머지 부분으로 이루어질 수 있다.

여기에서, 열교환부(122)는 배관부(122b)의 상기 제3 부분(122b3)의 외면상에 마련되어, 제2 수용부(122a)의 내부에 존재하는 기체 상태의 제1 유체(110a)와 열전달이 이루어지도록 형성되는 냉각핀(122c)을 더 포함할 수 있다.

한편, 회전부(120)는 송풍부(123)를 더 포함할 수 있다.

송풍부(123)는, 회전부(120)의 제2 수용부(122a)의 내부에 마련되고, 제2 연결관(112b)의 유입구를 향하여 기류를 발생시켜, 기체 상태의 제1 유체(110a)의 유동을 상기 제2 연결관(112b)의 유입구를 향하도록 가이드할 수 있다. 이에 따라, 제2 수용부(122a)의 내부에서 제2 유체(120a)와 열교환이 이루어진 후, 액체 상태에서 기체 상태로 변화하는 제1 유체(110a)가 제1 수용부(111)로 이동하는 유동이 보다 원활하게 이루어질 수 있다. 송풍부(123)는, 복수로 구비될 수 있으며, 제2 연결관(112b)의 유입구의 서로 다른 위치를 향하여 기류를 발생시키는 제1 송풍팬(112a)과 제2 송풍팬(112b)으로 이루어질 수 있다.

한편, 회전부(120)는 팬부(124)를 더 포함할 수 있다.

팬부(124)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제2 연결관(112b)의 유로상에 마련되고, 상기 제1 수용부(111)로 향하는 기류를 발생시켜, 기체 상태의 상기 제1 유체(110a)의 유동을 상기 제1 수용부(111)로 가이드하도록 이루어질 수 있다. 팬부(124)는 도 1에서 하나로 도시되었으나, 두 개 이상의 복수로 이루어져, 제2 연결관(112b)의 유로상에서 서로 이격 배치될 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 액체상태의 상기 제1 유체(110a)와 상기 제2 유체(120a) 간 열전달이 이루어지는 배관부(122b)상기 제2 부분(122b2)은, 제2 수용부(122a)의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.

또한, 배관부(122b)상기 제2 부분(122b2)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 수용부(122a)의 외면상에서 제2 수용부(122a)의 길이 방향을 따라 나선형으로 연장 형성될 수 있다.

또한, 배관부(122b)상기 제2 부분(122b2)은, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 제2 유체(120a)가 상기 제2 수용부(122a)의 외면에 직접 접하여 흐르도록 형성될 수 있다. 이와 같은, 제2 부분(122b2)의 구조에 의하면, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2 유체(120a)가 제2 수용부(122a)의 외면에 직접 접하여 흐르지 않는 경우에 비하여, 제1 유체(110a)와 제2 유체(120a) 간 열전달량을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 정지부(110)는 응축부(113)를 더 구비할 수 있다.

응축부(113)는, 제2 수용부(122a)로부터 상기 제1 수용부(111)로 전달되는 기체 상태의 상기 제1 유체(110a)를 응축시켜, 상기 제1 유체(110a)를 기체 상태에서 액체 상태로 변환시키도록 이루어질 수 있다. 응축부(113)는, 기체 상태의 제1 유체(110a)를 냉각시키는 냉각기(113a)와 상기 냉각기(113a)로 냉매를 공급하도록 구성되는 압축기(113b)를 포함할 수 있다. 상기 응축부(113)에서 사용되는 냉매는 헬륨(helium)으로 이루어질 수 있다.

또한, 냉각기(113a)에서 제1 수용부(111)의 내측에 위치하는 일단부에는 열교환핀(113a1)이 형성될 수 있다. 그리고, 압축기(113b)와 냉각기(113a) 사이에는 냉매의 이동 경로를 형성되는 냉매관(113c)이 마련될 수 있다. 냉매관(113c)은 순환하는 냉매가 유입되고 배출되는 제1 냉매관(113c1)과 제2 냉매관(113c2)을 구비할 수 있다.

한편, 회전부(120)는, 블로워부(125)를 더 포함할 수 있다.

블로워부(125)는, 배관부(122b)에 형성되는 상기 제2 유체(120a)의 유로에 기류를 발생시켜, 상기 제2 유체(120a)를 상기 배관부(122b)의 유로를 따라 순환시키도록 이루어질 수 있다. 블로워부(125)는, 배관부(122b)의 유로상에서 제2 유체(120a)가 순환하는 방향을 배관부(122b)의 유로의 일 방향 또는 타 방향으로 전환 가능하도록 구성될 수도 있다.

전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

100 : 극저온 냉각 시스템 110 : 정지부
111 : 제1 수용부 112 : 연결관부
112a : 제1 연결관 112b : 제2 연결관
113 : 응축부 113a : 냉각기
113a1 : 열교환핀 113b : 압축기
113c : 냉매관 113c1 : 제1 냉매관
113c2 : 제2 냉매관 114 : 제1 진공챔버
120 : 회전부 121 : 자석부
122 : 열교환부 122a : 제2 수용부
122b : 배관부 122b1 : 제1 부분
122b2 : 제2 부분 122b3 : 제3 부분
122c : 냉각핀 123 : 송풍부
123a : 제1 송풍팬 123b : 제2 송풍팬
124 : 팬부 125 : 블로워부
126 : 제2 진공챔버 10 : 발전 시스템
11 : 회전축

Claims

제1 유체를 수용하도록 형성되는 제1 수용부를 구비하는 정지부;
자석부와, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달받아 상기 자석부를 냉각시키도록 구성되는 열교환부를 포함하고, 상기 정지부에 대하여 상대 회전 되도록 이루어지는 회전부; 및
상기 정지부와 상기 회전부 사이에 마련되어, 상기 회전부를 상기 정지부상에 상대 회전 가능하게 연결시키도록 이루어지는 연결부를 포함하고,
상기 열교환부는,
액체 상태의 상기 제1 유체를 전달 받아 수용하도록 형성되는 제2 수용부; 및
상기 제1 유체와 열교환되는 제2 유체가 순환하여 흐르도록 형성되고, 상기 자석부와 인접하게 배치되는 제1 부분과, 액체 상태의 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체 간 열전달이 가능하도록 상기 제2 수용부에 수용된 액체 상태의 상기 제1 유체와 인접하게 배치되는 제2 부분을 구비하는 배관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 정지부는,
상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에 마련되어, 상기 제1 유체의 이동 경로를 형성하는 연결관부를 더 구비하고,
상기 연결부는, 상기 연결관부의 외부에 마련되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제2항에 있어서,
상기 연결관부는,
상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에 마련되어, 상기 제1 수용부에서 상기 제2 수용부로 흐르는 액체 상태의 상기 제1 유체의 이동 경로를 형성하는 제1 연결관; 및
상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에 마련되어, 상기 제2 수용부에서 상기 제1 수용부로 흐르는 기체 상태의 상기 제1 유체의 이동 경로를 형성하는 제2 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 연결부는, 자기장의 작용에 의해 액상 형태의 씰(seal)을 형성하는 자성유체(Ferro fluid)를 구비하는 자성유체씰(Ferro fluid seal)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제3항에 있어서,
액체상태의 상기 제1 유체와 상기 제2 유체 간 열전달이 이루어지는 상기 제2 부분은, 상기 제2 수용부의 내부에 마련되며, 상기 제2 수용부에 수용된 액체 상태의 상기 제1 유체와 직접 접하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제5항에 있어서,
상기 배관부는,
상기 제2 수용부의 내부에 배치되며, 상기 제2 부분을 제외한 나머지 제3 부분을 더 구비하고,
상기 열교환부는,
상기 제3 부분의 외면상에 마련되는 냉각핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제5항에 있어서,
상기 회전부는,
상기 제2 수용부의 내부에 마련되고, 상기 제2 연결관의 유입구를 향하여 기류를 발생시켜, 기체 상태의 상기 제1 유체의 유동을 상기 제2 연결관의 유입구를 향하도록 가이드하는 송풍부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제5항에 있어서,
상기 회전부는,
상기 제2 연결관의 유로상에 마련되고, 상기 제1 수용부로 향하는 기류를 발생시켜, 기체 상태의 상기 제1 유체의 유동을 상기 제1 수용부로 가이드하는 팬부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제3항에 있어서,
액체상태의 상기 제1 유체와 상기 제2 유체 간 열전달이 이루어지는 상기 제2 부분은, 상기 제2 수용부의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제2 부분은, 상기 제2 수용부의 외면상에서 상기 제2 수용부의 길이 방향을 따라 나선형으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제2 부분은, 상기 제2 유체가 상기 제2 수용부의 외면에 직접 접하여 흐르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 정지부는,
상기 제2 수용부로부터 상기 제1 수용부로 전달되는 기체 상태의 상기 제1 유체를 응축시켜, 상기 제1 유체를 기체 상태에서 액체 상태로 변환시키도록 이루어지는 응측부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회전부는,
상기 배관부에 형성되는 상기 제2 유체의 유로에 기류를 발생시켜, 상기 제2 유체를 상기 배관부의 유로를 따라 순환시키도록 이루어지는 블로워부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 유체는 네온(neon)으로 이루어지고, 상기 제2 유체는 헬륨(helium)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 연결관은, 액체 상태의 상기 제1 유체의 배출구가 형성되는 일단부로 갈수록, 중력 방향을 향하여 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제1 유체를 수용하도록 형성되는 제1 수용부를 구비하는 정지부; 및
자석부와, 액체 상태의 상기 제1 유체를 전달받아 상기 자석부를 냉각시키도록 구성되는 열교환부를 포함하고, 상기 정지부에 대하여 상대 회전 되도록 이루어지는 회전부를 포함하고,
상기 열교환부는,
액체 상태의 상기 제1 유체를 전달 받아 수용하도록 형성되는 제2 수용부; 및
상기 제1 유체와 열교환되는 제2 유체가 순환하여 흐르도록 형성되고, 일부는 상기 자석부와 인접하게 배치되며, 다른 일부는 액체 상태의 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체 간 열전달이 가능하도록, 상기 제2 수용부에 수용된 액체 상태의 상기 제1 유체와 인접하게 배치되는 배관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 시스템.
제1항 내지 제16항에 따른 극저온 냉각 시스템; 및
상기 회전부에서의 회전력을 이용하여 전력을 발생시키도록 이루어지는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.