KR20220146609A

KR20220146609A - 분할된 초전도 케이블

Info

Publication number: KR20220146609A
Application number: KR1020227033762A
Authority: KR
Inventors: 알렉세이 라도빈스키; 찰리 사나브리아; 크리스토퍼 크레이힐; 크리슈나 키란 우팔라파티; 알렉산더 크리리; 다니엘 브루너
Original assignee: 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지; 커먼웰스 퓨젼 시스템스 엘엘씨
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-11-01
Also published as: JP2023516385A; WO2021178697A1; CA3170080A1; US20230101820A1; EP4115432A1

Abstract

복수의 고온 초전도체(HTS) 구성요소들, 복수의 HTS 구성요소들 중 하나를 각각 포함하고 케이블의 길이를 따라 연장하는 복수의 전기 전도성 세그먼트들, 및 복수의 전기 전도성 세그먼트들 중 인접한 것들 사이에 배열되는 전기 절연성 재료를 포함하는 케이블이 설명된다.

Description

분할된 초전도 케이블

이하에서는, 초전도 케이블에서 와전류 및/또는 전류 커플링 가열을 감소시키기 위한 기술과 관련된 다양한 개념 및 기술의 실시 예에 대한 보다 상세한 설명을 제공한다.

초전도체(superconductor)들은 일부 임계 온도 미만에서 전류에 대한 전기 저항이 없는(“초전도성”인) 재료들이다. 많은 초전도체들에서, 임계 온도는 30°K 미만이어서, 초전도성 상태(superconducting state)에서 이러한 물질의 작동은, 예를 들어 액체 헬륨을 통한 것과 같은, 상당한 냉각을 요구한다.

고-자기장(high-filed) 자석들은 저항 없이 고 전류를 전달하기 위한 초전도체들의 능력으로 인해 종종 초전도체로 구성된다. 이러한 자석들은, 예를 들어, 5kA보다 큰 전류를 전달할 수 있다.

일부 측면들에 따르면, 복수의 고온 초전도체(HTS, high temperature superconductor) 구성요소들(components), 케이블을 따라 연장하는 복수의 전기 전도성 세그먼트들-복수의 전기전도성 세그먼트들 각각은 복수의 HTS 구성요소들 중 하나를 포함함-, 및 서로로부터 복수의 전기 전도성 세그먼트들을 전기적으로 절연하는 복수의 전기 전도성 세그먼트들 중 인접한 전기 전도성 세그먼트들 사이에 배열되는 전기 절연성 재료를 포함하는 케이블이 제공된다.

일부 측면들에 따르면, 복수의 케이블 와인딩(winding)들을 포함하는 코일이 제공되고, 케이블은 복수의 고온 초전도체(HTS) 구성요소들, 케이블의 길이를 따라 연장하는 복수의 전기 전도성 세그먼트들-복수의 전기 전도성 세그먼트들 각각은 복수의 HTS 구성요소들 중 하나를 포함함-, 및 복수의 전기 전도성 세그먼트들 중 인접한 것들 사이에 배열되는 전기 절연성 재료를 포함한다.

전술한 장치 및 법 실시 예들은 앞서 설명되거나 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 측면들, 특징들 및 동작들의 임의의 적절한 조합으로 구현될 수 있다. 본 교시의 이러한 또는 다른 측면들, 실시 예들 및 특징들은 첨부된 도면들과 함께 아래의 설명으로부터 더 완전히 이해될 수 있다.

다양한 측면들 및 실시 예들이 아래의 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면이 반드시 스케일에 맞추어 그려진 것은 아래라는 점을 이해해야 한다. 도면에서, 다양한 도면에 도시된 각각의 동일하거나 거의 동일한 구성요소들은 유사한 부호로 표시된다. 명확성을 위해, 모든 도면에서 모든 구성요소가 표시되지 않을 수 있다.
도 1은 일부 실시 예들에 따른 초전도성 케이블의 단면도를 도시한다.
도 2a 및 2c는 일부 실시 예들에 따른, 예시적인 초전도성 케이블들의 단면도들을 도시한다.
도 2b 및 도 2d는 일부 실시 예들에 따른, 도 2a 및 도 2c의 예시적인 초전도성 케이블들의 부분들에 상응하는 단일 전기 전도성 세그먼트들을 각각 도시한다.
도 3a는 일부 실시 예들에 따른, 복수의 고온 초전도체(HTS) 테이프 스택들을 지지하는 단일 전도성 구조를 가지는 초전도성 케이블 내의 와전류(eddy current)를 도시한다.
도 3b는 일부 실시 예들에 따른, 각각 분리된 HTS 테이프 스택을 지지하고 세그먼트들 사이에 절연성 재료를 포함하는, 4개의 전기 전도성 세그먼트들을 포함하는 초전도성 케이블 내의 와전류를 도시한다.
도 4a 내지 도4c는 일부 실시 예들에 따른, 복수의 HTS 테이프들을 지지하는 단일 전도성 구조를 가지는 초전도 케이블, 및 복수의 전기 전도성 세그먼트들 및 세그먼트들 사이의 절연성 재료를 포함하는 초전도 케이블 사이의 성능 차이를 도시한다.
도 5는 일부 실시 예들에 따른, 비틀린 복수의 전기 전도성 세그먼트들을 포함하는 초전도성 케이블의 부분의 부분적 절단된 등각 투영도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 일부 실시 예들에 따른, 다양한 외부 절연 배열들을 도시하는 초전도성 케이블의 일련의 단면도이다.
도 7은 일부 실시 예들에 따른, 초전도성 케이블의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 8은 일부 실시 예들에 따른, 파워 플랜트의 다양한 구성요소들을 도시하기 위해, 일부가 제거된 퓨전(fusion) 파워 플랜트의 사시도이다.

고 전류(예: 5kA 초과)에서 고-자기장(high-field) 자석들을 작동시키는 것은, 일반적으로 교류(AC) 모드로 지칭되는, 가변 전류 모드에서 작동할 때 문제를 일으킬 수 있다. 특히, 자기장의 변화로 인해 유도 가열(inductive heating)이 발상할 수 있다. 자석이 전류-전달(current-carriying) 초전도체를 포함하는 경우, 이러한 유도 가열은 초전도체의 적어도 일부를 비-초전도성(“보통(normal)”)가 되는 것을 야기하여, 온도가 불안정해지고 자석이 손상될 수 있게 한다. 유도 가열의 소스들(sources)은 도체 내에서 유도된 와전류들, 및/또는 서로 가까운 두 개의 병렬 전류 경로 내에서 발생한 커플링 전류들을 포함할 수 있다.

고자기장 초전도성 자석은 종종 복수의 레이어 또는 복수의 펜케이크 배열로 그룹화된 복수의 전기 절연된 케이블 턴들(turns)을 포함한다. 이는 자석이 시간이 지남에 따라 파워 공급 전류를 변경하여 자석이 AC 모드에서 구동될 수 있게 하고, 이는 시간이 지남에 따라 자석에 의해 생성된 필드가 변경하도록 한다. 자석의 충전 또는 자석의 방전과 같은, 일시적인 이벤트 동안, 자석의 각각의 케이블 턴은 다양한 자기장에 노출된다. 앞서 언급한 것과 같이, 자기장(field)의 변화는 케이블의 전기 전도성 부분들의 와전류를 유도(따라서, 가열됨)할 수 있다. 이러한 가열은 초전도체 온도 마진(margin)(즉, 자석이 작동하는 온도 및 초전도체가 초전도 특성들을 잃을 수 있는 온도 사이의 차이)을 크게 줄일 수 있다. 따라서, 제어되지 않으면, 이러한 가열로 인해 초전도체가 그 초전도성 능력들을 잃을 수 있고, 이는 종종 “??치(quench)”이라 지칭된다.

초전도성 케이블에서 AC 손실들을 줄이기 위한 기존의 접근 방식은 전류-운반 와이어들 및/또는 와이어를 나선형으로 비트는 것을 포함한다. 더 작은 와이어는 병렬 전류 경로들 사이에서 발생하는 히스테리시스(hysteresis) 손실들 및 커플링 전류들의 크기를 줄일 수 있고, 반면 비틀림은 두개의 전도성 경로들이 서로 평행하는 길이를 줄일 수 있다. 예를 들어, 소위 “관내 연선 도체(CICC, Cable in Conduit Conductor)” 편조 케이블 방식은 전도성 와이어들과 함께 임베디드(embedded) 및 비틀린 작은 직경의 필라멘트들을 포함한다.

그러나, 이러한 접근방식들은 일반적으로 와이어로 형성되지 않는 한, 고온 초전도체(HTS)에 대해 구현하기가 매우 어렵거나 불가능하다. 오히려, HTS 케이블은 전형적으로, 종종 “테이프”라고 지칭되는, 넓은 종횡비(aspect ratio)를 가지는 초전도체 구성요소를 포함한다. 그러나, 이러한 테이프의 크기를 더 작은 단위로 줄이고 또한 측면이 높은(highly aspected) 테이프를 비트는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 초전도성 케이블에서 AC 손실을 줄이기 위한 기존의 접근 방식은 HTS 케이블에 비효율적일 수 있다.

본 발명자들은 케이블의 구조적 구성요소들 내의 저항성 레이어들을 배열함으로써 초전도성 케이블에서 와전류 및/또는 전류 커플링 가열을 감소시키기 위한 개념들, 구조들, 프로세스들 및 기술들을 인식(recognized)하고 주목하였다(appreciated). 특히, 전류-운반 구성요소들을 지지하는 구조는 분할될 수 있고, 분할들 사이에서 적어도 부분적으로 절연될 수 있다. 이러한 저항 레이어들의 도입은 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 와전류 및 커플링 가열을 상당한 요인으로 감소시키는 것이 관찰되었다.

적어도 일부 구현들에서, HTS 테이프와 같은 전류-운반 구성요소들은 종래의 접근방식과 같이 다르게 구현될 수 있다. 예를 들어, 케이블은 하나 이상의 HTS 테이프들을 지지하는 전기 전도성 구조를 포함할 수 있다. 때때로 “포머(former)”로 지칭되는, 전기 전도성 구조는, 포머의 분리된 세그먼트들이 하나 이상의 HTS 테이프들을 각각 지지하고 전기 절연성 재료에 의해 서로 분리되도록, 분할될 수 있다. 복수의 HTS 테이프들이 포머의 하나의 세그먼트에 의해 지지되는 경우, HTS 테이프들은 스택으로 배열될 수 있고, 테이프의 가장 작은 치수 축과 동일한 방향을 따라 서로의 상단에 적층될 수 있다(즉, 길고, 넓고, 작은 두께를 가지는 테이프는 두께 방향으로 적층된다).

일부 실시 예들에 따르면, 초전도성 케이블은 적어도 하나의 HTS를 포함하는 복수의 세그먼트들을 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 세그먼트들은 적어도 하나의 HTS를 포함하는 방사상 세그먼트들이다. 어떤 경우에, 방사상 세그먼트들은 방사상 대칭을 나타낼 수 있다. 각각의 세그먼트는, HTS를 포함하거나 또는 이로 구성된, 분리되고 독립적인 전류-캐리어를 포함할 수 있고, 전기 절연체(electrical insulator)는 방사상 세그먼트들 사이에 배열될 수 있다. 결과적으로, 케이블은 절연체들에 의해 분리되는 복수의 전류-운반 영역들을 포함할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 초전도성 케이블은 중앙 쿨링 채널을 포함할 수 있다. 이 채널은 케이블의 내부를 통과할 수 있고 전류-운반 구성요소들을 지지하는 구조의 복수의 파티션들에 인접할 수 있음으로써, 복수의 파티션들 및 복수의 파티션들에 의해 지지되는 HTS 구성요소들에 쿨링을 제공할 수 있다. 어떤 경우에, 채널은 내부 중공 공간을 형성하기 위해 케이블의 파티션들의 생략된 영역들에 의해 형성될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 채널은 케이블의 내부를 통과하고 쿨링 채널을 지지하도록 제공하는 관형 요소(tubular element)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 관형 요소는 전류-운반 구성요소들을 지지하는 구조의 파티션들과 동일하거나, 또는 다른 재료(들)을 포함할 수 있다.

일부 실시 예들에 따르면, 초전도 케이블은 공통(common) 축에 대해 비틀리는 전류-운반 구성요소들을 지지하는 구조의 다수의 파티션을 포함할 수 있다. 구조의 각각의 파티션은, 예를 들어, 전류-운반 구성요소들 각각을 지지하면서, 나선형 경로를 따를 수 있다.

이하에서는, 초전도 케이블에서 와전류 및/또는 전류 커플링 가열을 감소시키기 위한 기술과 관련된 다양한 개념 및 기술의 실시 예에 대한 보다 상세한 설명을 제공한다. 여기에 설명된 다양한 측면들은 다양한 방식들 중 임의의 방식으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 특정 구현들의 예들은 설명의 목적으로만 여기에서 제공된다. 또한, 아래의 실시 예들에서 설명되는 다양한 측면들은 단독 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있으며, 여기서 명시적으로 설명되는 조합들로 제한되지 않는다.

도 1은 일부 실시 예들에 따른, 초전도성 케이블의 단면도를 도시한다. 도 1의 예에서, 케이블(100)은, 여기서는 3개의 전기 전도성 세그먼트들(110)인, 복수의 전기 전도성 세그먼트들을 포함하고, 이들은 전기 절연성 재료(120)에 의해 서로 분리된다. 여기서 일반적으로 110으로 지칭되는 각각의 전기 전도성 세그먼트들(110a, 110b, 110c)은 여기서 일반적으로 130으로 지칭되는 각각의 초전도체 구성요소(130a, 130b, 130c)를 지지하고, 전기적으로 접촉한다. 앞서 논의한 바와 같이, 전기 절연성 재료(120)는 케이블의 각각의 초전도체 구성요소들을 지지하기 위한 전기 전도성 재료의 단일 영역을 사용하는 케이블과 비교하여 와전류 및 커플링 가열을 감소(일부 경우, 상당한 요인에 의해)시킬 수 있다. 절연성 재료(120)는 각각의 전기 전도성 세그먼트들(110)을 서로에 대해 완전히 절연한다.

케이블(100)의 작동 동안, 적어도 초전도체 구성요소들(130)은 그들의 초전도성 전이(transition) 미만으로 냉각되어서, 제로 저항에서 전류를 전달할 수 있게 한다. 전기 전도성 세그먼트들(110)은 ??치(quench) 동안 스태빌라이저들(stablizers)로서 작용한다: 초전도체 구성요소(130)중 하나가 ??치 할 때, 열은 ??치된 초전도체 구성요소를 지지하는 전기 전도성 세그먼트를 통해 다른 전기 전도성 세그먼트들로 전도될 수 있고, 이에 의해 케이블의 전체 단면을 ??칭한다. 후속적으로, 초전도체 구성요소들(!30) 내에 비-초전도성 존이 생성되고, 케이블을 따라 전파(propagate)할 수 있다.

일부 실시 예들에 따르면, 각각의 전기 초전도 세그먼트(110)는 각각의 초전도체 구성요소(130)와 전기적으로 접촉하도록 배열될 수 있다. 이러한 접촉은 전기 전도성 세그먼트 및 각각의 초전도체 구성요소 사이의 직접적인 물리적 접촉의 결과로 발생할 수 있거나/또는 중간(intermediate) 전기 전도성 재료를 통한 간접 접촉의 결과로 발생할 수 있다.

도 1의 예에서, 전기 전도성 세그먼트들(110)은 케이블의 중심 축을 중심으로 방사상 대칭(radial symmetric) 방식으로 배열된다. 이러한 구성은, 전기 전도성 세그먼트들이 동일한 단면 치수로 제조된 후 케이블(100)에 조립될 수 있기 때문에, 케이블의 더 간단한 제조를 제공할 수 있다. 이러한 장점들에도 불구하고, 여기에 설명된 기술들은, 적절한 사이즈 및 형태의 전기 전도성 세그먼트들이 케이블에 적용될 수 있기 때문에, 이러한 대칭을 나타내는 전기 전도성 세그먼트에 한정되지 않는다.

일부 실시 예들에 따르면, 전기 전도성 세그먼트들(110)은, 구리를 포함하거나 또는, 구리로 구성될 수 있다. 구리는, 높은 열 전도성으로 인, ??치 시 스태빌라이징 기능을 제공할 뿐만 아니라, 전기적으로 전도성이 있어 바람직한 재료라고 할 수 있다. 전기 전도성 세그먼트들(110)의 다른 적적한 재료들은, 알루미늄을 포함하거나 또는 알루미늄으로 구성될 수 있다.

일부 실시 예들에 따르면, 전기 절연성 재료(120)는 양 사이드에서 전기 전도성 세그먼트들(110) 중 서로 다른 것들에 접촉하도록 배열된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 절연성 재료(120)는 전기 전도성 세그먼트들(110)의 인접한 쌍들 사이에 배열되고, 쌍의 두 세그먼트들과 접촉하도록 배열(이상적으로는, 전기 절연성 재료(120) 및 각각의 전기 전도성 세그먼트 사이에 갭이 없거나, 실질적으로 갭이 없도록)될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 절연성 재료(120)는 전기 전도성 세그먼트들(110)의 쌍들 사이에 배열될 수 있는 테이프의 형태로 제공될 수 있다. 일부 경우에, 테이프는 접착(adhesive) 테이프일 수 있고, 테이프가 전기 전도성 세그먼트들에 접착되도록 접착제(adhesive)를 통해 인접한 전기 전도성 세그먼트들(110)에 접착될 수 있다.

일부 실시 예들에 따르면, 초전도체 구성요소들(130)은 하나 이상의 고온 초전도체(HTS)들을 포함할 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, “고온 초 전도체(high temperature superconductor)” 또는 “HTS”는 30°K 초과의 임계 온도를 가지는 재료를 지칭하며, 임계 온도(critical temperature)는 재료의 전기 저항이 제로 이하인 온도를 지칭한다. 임계 온도는 일부 경우에서 전자기장(electromagnetic field)의 존재와 같은 다른 요인에 의존할 수 있다. 여기서 재료의 임계 온도가 언급되는 경우, 이는 주어진 조건들 아래에서 그 재료에 대해 발생하는 어떠한 임계 온도도 지칭할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 초전도체 구성요소들(130)은 HTS 테이프를 포함할 수 있고, 이는 약 0.001mm 내지 약 0.1mm의 두께(또는 높이) 범위와, 약 1mm 내지 약 12mm의 길이(및, 케이블의 길이를 따라 연장하는 길이를 가지는, 즉, 도 1의 예시에서 페이지 안팎으로) 범위인 단면 치수들을 가지는 HTS 재료의 길고, 얇은 가닥이다. 일부 실시 예들에서, HTS 테이프는 다결정질(polycrystalline) HTS을 포함하거나 또는 높은 수준의 그레인(grain) 정렬(alignment)을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 초전도체 구성요소들(130)은, 폭 및 길이 방향들을 따라 서로의 상단에 배열되는 복수의 HTS 테이프들인, HTS 테이프들의 스택을 포함할 수 있다. HTS 테이프 스택은 따라서, 개별 테이프의 두께에 스택의 테이프들의 개수를 곱한 것과 동일한(또는 대략 동일한) 두께를 가질 수 있다.

일부 실시 예들에 따르면, 절연성 재료(120)는 폴리이미드(예: Kapton ®), 에폭시 수지, 페놀 수지, 플라스틱, 엘라스토머, 스틸(예: 스테인리스 스틸), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 절연성 재료는 25kV/mm 초과, 50kV/mm 초과, 75kV/mm 초과, 1000kV/mm 초과의 항복 전압(breakdown voltage) 또는 유전 강도(dielectric strength)를 가질 수 있다.

일부 실시 예들에서, 절연성 재료(120)는 그럼에도 불구하고 어느 정도 전기 전도성인 고-저항 재료를 포함하거나 또는 이로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, “절연성(insulting)”인 재료(120)에 대한 언급은 재료(120)가 전기 전도성 세그먼트들(110)을 구성하는 재료보다 훨씬 덜 전기 전도성이라는 사실을 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 전기 전도성 세그먼트들(110)은 구리와 같은 고 전도성 재료를 포함하는 반면, 절연성 재료(120)는 엄밀하게는 절연체는 아니지만 그럼에도 불구하고 구리보다 더 절연성인, 스틸을 포함할 수 있다.

도 1의 예에서, 전기 전도성 세그먼트들(110)은 ?봬? 행동과 관련하여 전술한 장점에 더불어, 케이블에 기계적 무결성(integrity)을 제공할 수 있다. 전기 전도성 세그먼트들(110)은 원하는 형태로 형성되거나 그에 부합할 수 있고, 케이블에 상당한 양의 구조적 강도를 제공할 수 있다. 이는 앞서 논의한 관내 연선 도체(CICC, Cable in Conduit Conductor) 편조(braided) 케이블들과 같은 다른 초전도성 케이블들과 대조되며, 이는 높은 전자기 부하에서 변형될 수 있는 비틀린 구리 로드들(rods)을 특징으로 한다.

일부 실시 예들에 따르면, 전기 전도성 세그먼트들(110)은 케이블(110)의 길이를 따라 비틀릴 수 있다. 즉, 전기 전도성 세그먼트들(110)은, 케이블의 중심 종 축(longitudinal axis)의 주위로 비틀릴 수 있다. 도 1의 단면도는 케이블을 따라 다양한 지점에서 정확할 수 있지만, 단면도가 케이블의 길이를 따라 이동함에 따라 케이블의 중심에 대해 회전하는 도시된 도면의 회전 방향에 대해 정확할 수 있다. 나선형 경로는 전기 전도성 세그먼트들이 케이블의 중심 종 축의 주위를 따를 수 있는 비틀린 경로의 하나의 예이다. 이러한 구성에서, 전기 전도성 세그먼트들(110)은 케이블의 중심 종축이 되는 각각의 나선의 중심이 있는 각각의 나선형 경로들을 따라 정렬될 수 있다. 유사하게, 초전도체 구성요소들(130)은 도 1에 도시된 방식으로 케이블의 길이를 따라 전기 전도성 세그먼트들(110)을 지지할 수 있고, 이에 따라 케이블의 중심 종축이 되는 각각의 나선의 중심을 가지는 각각의 나선형 경로를 따라 정렬된다. 비틀린 경로를 따라 초전도체 구성요소들(130)을 배열하는 것은 서로 평행한 두개의 전도성 경로들 위의 길이를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 이러한 유도 가열의 소스를 감소시킬 수 있다.

일부 실시 예들에 따르면, 케이블(110)은, 케이블의 종 축을 따라 있을(run) 수 있는 관형 쿨링 채널들과 같은, 하나 이상의 쿨링 채널들을 포함할 수 있다. 도 1에서는 쿨링 채널들이 도시되지 않았으나, 일반적으로 전기 전도성 세그먼트들(110) 및/또는 초도전체 구성요소들(130)에 쿨링을 제공하기 위해 케이블을 통해 임의의 수의 채널들이 형성되거나 또는 다르게 제공될 수 있다. 이러한 채널들은 예를 들어, 액체 핼륨 또는 액체 질소와 같은 극저온(cryogenic) 액체가 전기 전도성 세그먼트들(110) 및/또는 초전도체 구성요소들(130)로부터 열을 이동 및 운반하기 위한 경로를 제공할 수 있다. 일부 경우에서, 하나 이상의 쿨링 채널들은 전기 전도성 세그먼트들(110)에 접촉하거나 또는 근접하게 배열될 수 있다. 이 경우에서, 초전도체 구성요소들(130)의 쿨링은 전기 전도성 세그먼트들의 쿨링을 통해 간접적으로 달성될 수 있다. 다른 경우에서, 하나 이상의 쿨링 채널들은 초전도체 구성요소들(130)에 접촉되거나 또는 근접하게 배열될 수 있다. 냉각제(coolant)는 2 이상의 고압에서 쿨링 채널을 통해 제공될 수 있다.

도 1에 명시적으로 도시되지는 않았으나, 일부 실시 예들에 따르면, 케이블(100)은 전기 전도성 세그먼트들(110)의 외부에 배열되는 재킷(jacket)을 포함할 수 있다. 재킷은 전기 전도성 세그먼트들(110)에 의해 제공되는 것 이상으로 추가적인 구조적 안정성(stability)을 제공할 수 있고, 예를 들어, 스틸, Inconel®, Nitronic® 40, Nitronic® 50, Incoloy®, 또는 이들의 조합들을 포함하거나 또는, 이들로 구성될 수 있다.

도 2a는 일부 실시 예들에 따른, 초전도 케이블의 단면도를 도시한다. 케이블(210)은, 중앙 쿨링 채널(218)의 주위에 방사상 대칭 방식으로 배열된 전기 전도성 세그먼트들(212)을 포함하는 도 1에 도시된 케이블(100)의 예이다. 전기 전도성 세그먼트들(212)는 각각의 세그먼트 내의 각 채널들(221)(도 2b) 내에 각각의 HTS 테이프 스택들(211)을 유지하도록 구성된다. 도 2a의 예시적인 실시 예에서, 채널들(221)은 각각의 세그먼트의 둘레(perimeter)에 배열된다. 도 2b는 채널(221)을 도시하기 위해 케이블(210)으로부터 분리된 단일 전기 전도성 세그먼트(212)를 도시한다. 케이블(210)은 도 2a에 도시된 바와 같이 배열된 동일한 전기 전도성 세그먼트(212)의 3개의 예(instance)로부터 생성될 수 있음을 유의해야 한다. 도 2a에 도시된 케이블은 전기 전도성 세그먼트들의 외부에 배열되는 재킷(219)를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 재킷(219)는 스틸, Inconel®, Nitronic® 40, Nitronic® 50, Incoloy®, 또는 이들의 조합들을 포함하거나 또는 이들로부터 구성될 수 있다.

도 2a의 예에서, HTS 테이프 스택들(211)은, HTS 테이프 스택들 및 각각의 전기 전도성 세그먼트(212) 사이의 전기적 접촉의 적어도 일부를 제공하는 합금(215)과 접촉하게 배열된다. 아래에서 추가적으로 논의되듯이, HTS 테이프 및 전기 전도성 세그먼트 사이의 전기적 접촉을 생성하는 하나의 기술은 테이프 및 세그먼트 사이의 공간을 솔더와 같은, 액체 합금으로 채우는 것이다. 이와 같이, 합금(215)은 납(Pb) 및/또는 주석(Sn) 솔더를 포함할 수 있거나 또는 이로 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 합금(215)은 200℃ 미만의 융점(melting point)을 가지는 금속을 포함할 수 있고, 여기서 금속의 적어도 50wt%는 납(Pb) 및/또는 주석(Sn)이고, 금속의 적어도 0.1wt%는 구리(Cu)이다.

도 2c는 일부 실시 예들에 따른, 초전도성 케이블의 단면도를 도시한다. 케이블(260)은, 중앙 쿨링 채널(268)의 둘레에 방사상 대칭 방식으로 배열된 전기 전도성 세그먼트들(262)을 포함하는 도 1에 도시된 케이블(100)의 예이다. 전기 전도성 세그먼트들(262)은 각각의 세그먼트 내의 배열된 각각의 채널들 내의 각각의 HTS 테이프 스택들(261)을 유지하도록 구성된다. 도 2c에 도시된 예시적인 실시 예에서, 채널들(271)은 각각의 세그먼트의 둘레에 배열된다. 도 2d는 채널(271)을 도시하기 위해 케이블(260)로부터 분리된 단일 전기 전도성 세그먼트(262)를 도시한다. 케이블(260)은 도 2c에 도시된 바와 같이 배열된 동일한 전기 전도성 세그먼트(262)의 5개의 예들(instances)로부터 생성될 수 있음을 유의해야 한다. 일부 실시 예들에 따르면, 재킷(269)는 스틸, 스틸, Inconel®, Nitronic® 40, Nitronic® 50, Incoloy®, 또는 이들의 조합들을 포함하거나, 이들로부터 구성될 수 있다.

도 2c의 예에서, HTS 테이프 스택들(261)은, HTS 테이프 스택들 및 각각의 전기 전도성 세그먼트(262) 사이의 전기적 접촉의 적어도 일부를 제공하는 합금(265)에 접촉하게 배열된다. 아래서 추가적으로 논의되듯이, HTS 테이프 및 전기 전도성 세그먼트 사이의 전기적 접촉을 생성하는 하나의 기술은, 테이프 및 세그먼트 사이의 공간을 솔더와 같은 액체 합금으로 채우는 것이다. 이와 같이, 합금은 납(Pb) 및/또는 주석(Sn) 솔더를 포함하거나, 이로부터 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 합금(265)은 융점이 적어도 20℃이고 200℃ 미만인 금속을 포함할 수 있고, 여기서 금속의 적어도 50wt%는 납(Pb) 및/또는 주석(Sn)이고, 금속의 적어도 0.1wt%는 구리(Cu)이다.

도 2a 내지 도 2d의 예에서, HTS 테이프 스택들을 수용하는(house) 각각의 케이블의 전기 전도성 세그먼트들의 채널들은 단면이 직사각형인 것으로 도시되어 있으나, 채널은 이러한 형태로 제한되지 않는다. 예를 들어, 전기 전도성 세그먼트들의 채널들은 채널이 커브드된(cuved) 내부 표면을 가지도록 초전도체가 삽입될 수 있는 그루브일 수 있다.

도 3a는, 일부 실시 예에 따른, 복수의 HTS 테이프 스택들을 지지하는 단일 전도성 구조를 가지는 초전도성 케이블 내의 와전류를 도시한다. 도 3a에 도시된 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 화살표들로 표시된 와전류는 케이블(310)의 단면 주위로, 및 HTS 테이프 스택들(311)을 통해 순환할 수 있다. 도 3a의 예에서 도시된 바와 같이, 케이블은 4개의 HTS 스택들(311) 모두를 지지하는 단일 전도성 구조(312)를 포함한다.

이에 반해, 도 3b는, 일부 실시 예들에 따르면, 분리된 HTS 테이프 스택(321)을 각각 지지하는 4개의 전기 전도성 세그먼트들(322)과, 세그먼트들 사이의 절연성 재료를 포함하는 초전도성 케이블 내의 와전류를 도시한다. 도 3b의 예시적인 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 화살표들로 표시된 와전류는, 도 3a에 도시된 경로들과 비교할 때, 각각의 분리된 전기 전도성 세그먼트(322) 내의 훨씬 더 작은 경로로 케이블(320) 내에서 순환한다. 케이블(320)의 더 작은 전류 루프들의 결과로써, 케이블의 유도 가열은 두 케이블이 AC 모드에서 동작할 때, 케이블에서보다 더 낮을 것으로 예상된다.

도 4a 내지 도 4c는, 일부 실시 예들에 따른, 복수의 HTS 테이프들을 지지하는 단일 전도성 구조를 가지는 초전도성 케이블 및, 복수의 전기 전도성 세그먼트들과 세그먼트들 사이의 절연성 재료를 포함하는 초전도 케이블 사이의 성능 차이를 추가로 도시한다. 도 4a 내지 도 4c는, 각각이 도 4a에 도시된 바와 같이, 횡방향(transverse) 외부 자기장의 전류 스위프(sweep)를 받을 때, 이러한 유형들의 케이블들의 유한 요소 모델링(finite element modeling)의 결과를 도시한다. 구체적으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 7.5초의 +50kA/-50kA의 전송 전류 스윕이 횡방향 외부 자기장의 +25T/-25T 스위프에서 시뮬레이션 되었다.

시간 경과에 따른 와전류에 의해 케이블에 디포짓된(deposited) 파워의 정성적인 양을 도시하는 도 4에 도시된 바와 같이, 스위프는 복수의 전기 전도성 세그먼트들(흑색) 보다 종래의 케이블(밝은 회색)에서 더 많은 양의 파워를 생성한다. 유사하게, 시간 경과에 따라 와전류에 의해 케이블에 디포짓된 파워의 정성적인 양을 나타내는 도 4c에 도시된 것과 같이, 스위프는 복수의 전기 전도성 세그먼트들(흑색)을 포함하는 케이블에서보다 종래의 케이블(밝은 회색)에서 훨씬 더 많은 양의 에너지를 디포짓한다.

도 5는 비틀린 구성의 복수의 전기 전도성 세그먼트들을 드러내기 위해 외부 재킷(502)이 제거된 부분을 가지는 초전도성 케이블의 등각도이다. 도 1에 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 일부 실시 예들에서 복수의 전기 전도성 세그먼트들은 케이블의 길이를 따라 공통(common) 축(예: 케이블의 공통 중심 종 축)의 주위로 비틀릴(twisted) 수 있다. 이 구성은 도 5에 도시되고, 도 5는 초전도체 구성요소들(511) 및 절연성 부분들(516)을 포함하는 케이블(500)을 도시한다(초전도체 구성요소들 및 절연성 부분들 사이의 공간을 채우는 중간에 있는(intervening) 전기 전도성 세그먼트들은 명확성을 위해 도시되지 않음). 위에서 논의된 바와 같이, 초전도체 구성요소들을 비틀린 형태로 배열하는 것은 두 전도성 경로가 서로 평행하게 있는 길이를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 유도 가열의 소스를 감소시킬 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이 절연된 전기 전도성 세그먼트들에 의해 제공되는 와전류 루프들의 크기 감소와 결합하여, 유도 가열이 극적으로 감소될 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 일부 실시 예들에 따른, 다양한 외부 절연 배열들이 있는 초전도성 케이블의 단면도를 도시한다. 도시를 위해, 도 2a에 도시된 것과 유사한 케이블이 다양한 외부 절연 배열들이 있는 도 6a 내지 6c에 도시된다. 도 6a의 예에서, 케이블 어셈블리(610)는 제1 유전체 레이어(612)(예: Kapton®과 같은 폴리이미드 레이어, 유리섬유 천)에 의해 감싸지고, 주위에 제2 유전체 레이어(예: 유리섬유)(613)에 제공되는 재킷(611)(예: 스테인리스 스틸 재킷)에 의해 둘러싸인 케이블을 포함한다.

도 6b의 예에서, 케이블 어셈블리(620)는 케이블의 주위에 배열되는 제1유전체 레이어(624)(예: 폴리이미드 레이어, 유리 섬유 천)을 포함하고, 그 주위에 재킷(621)이 배열된다. 제2유전체 레이어(623)(예: 유리섬유 레이어)는 재킷(621)(예: 스테인리스 스틸 재킷)을 둘러싼다.

도 6c의 예에서, 케이블 어셈블리(630)는 케이블의 주위에 베열되는 유전체 레이어(634)(예: 폴리이미드 레이어, 유리섬유 천)를 포함하고, 재킷(631)(예: 스테인리스 스틸 재킷)은 케이블 및 유전체(634)의 주위에 배열된다.

일부 실시 예들에서, 케이블 어셈블리는 유전체(예: 유리섬유 천, 폴리이미드)에 의해 감싸지고(wrapped), 케이블 턴들 사이의 남아있는 공간을, 에폭시 수지와 같은, 유전체로 채우기 위해 진공 압력 합침(impregnated)될 수 있다. 예를 들어, 케이블 어셈블리는 제1유전체로 감싸질 수 있고, 여러 번 배열된 후, 에폭시로 진공 압력이 합침될 수 있다. 에폭시는 열 수단들 도는 다른 것을 통해 경화될(cured) 수 있다.

일부 실시 예들에서, 케이블 어셈블리는 구조적 매트릭스 내에 배열될 수 있다. 예를 들어, 재킷은 케이블 어셈블리의 와인딩들이 배열될 수 있는 복수의 채널들을 포함할 수 있다. 이와 같이, 재킷은 하나 이상의 케이블 어셈블리들의 복수의 와인딩들을 지지하는 구조적 지지체(예: 구조적 플레이트)로서 작용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 이러한 재킷은 앞서 설명한 바와 같이 하나 이상의 유전체 레이어들에 의해 둘러싸일 수 있다.

도 7은 일부 실시 예들에 따른, 초전도성 케이블의 제조 방법의 순서도이다. 방법 700은 복수의 전기 전도성 세그먼트들이 제조되는 동작 702에서 시작한다. 이러한 제조는 압출(extrusion), 기계가공(machining) 및/또는 추가적인 제조를 포함하는 임의의 감산(subtractive) 또는 추가(additive) 공정을 통해 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 구조들은 도 2b 또는 도 2d에 도시된 단면(또는, 케이블에 배열되기에 적합하거나 및 초전도체 구성요소의 후속 삽입(subsequent insertion)에 적합한 다른 단면)을 가지도록 제조(예: 구리와 같은 금속으로)될 수 있다. 동작 702에서, 세그먼트는 또한 폴리이미드 및/또는 임의의 다른 유전체와 같은 적절한 절연 재료로 절연될 수 있다. 일부 실시 예에서, 절연 재료는 테이프일 수 있으며, 이는 절연 재료가 전기 전도성 세그먼트에 부착될 수 있도록, 한쪽 또는 양 쪽 사이드들에 있는 접착제를 포함할 수 있다.

동작 704에서, 동작 702에서 제조된 전기 전도성 세그먼트들은 단일 구조로 조립된다. 동작 702에서 선택적으로, 쿨링 채널은 전기 전도성 세그먼트들을 통해 조립되거나, 형성되거나, 또는 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 케이블의 경우, 중앙 쿨링 채널은 복수의 전기 전도성 세그먼트들이 둘러싸고 있는 중심 주위에서 절연체로 배열될 수 있다.

동작 706에서, 전기 전도성 세그먼트들(및 선택적인 쿨링 채널)의 조립된 집합체(collection)는, 도 5에 도시된 것과 같은 형태를 생성하도록 비틀릴 수 있다. 예를 들어, 어셈블리는 어셈블리의 단부들을 제자리(in place)에 유지하고 서로에 대해 회전시킴으로써, 어셈블리의 길이를 따라 비틀릴 수 있다.

동작 708에서, HTS 테이프 스택들은 조립된 전기 전도성 세그먼트들 내의 채널들 또는 다른 캐비티들 내로 삽입될 수 있다. 일부 경우에, HTS 테이프 스택들은, HTS 테이프 스택들이 케이블 어셈블리를 통해 안전하게 밀릴 수 있도록 전기 전도성 세그먼트들에 존재하는 채널들 또는 캐비티들에 충분한 공간이 제공되기 때문에, 이러한 채널 또는 캐비티들로 공급될(be fed into) 수 있다. 동작 710에서, 어셈블리는 구조적 안정성을 위해 제공된 잭(jack)(예: 스테인리스 스틸 재킷)에 삽입되고, 결과적으로 케이블은 바람직한 형태로 감긴다.

동작 712에서, 캐비블의 채널들 또는 캐비티들 내에 존재하는 임의의 빈 공간(쿨링 채널은 제외)은 공간을 적절한 합금으로 합침 시킴(impregnating)으로써 채워질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공간을 납(Pb) 및/또는 주석(Sn) 솔더로 채우기 위한 진공 압력 합침(VPI, vacuum pressure impregnation) 프로세스가 수행될 수 있다. 이러한 프로세스는 아래의 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 산성 용액(acid solution)을 이용하여 케이블 내의 빈 공간을 클리닝 한 후 물로 헹구는 단계; 케이블 내의 공간을 비우는(evacuation) 단계; 불활성 가스(inert gas)로 공간을 퍼징(purging)하는 단계; HTS 테이프 및 전기 전도성 세그먼트들을 코팅하기 위해 공간에 플럭스(flux)를 증착(depositing)하는 단계; 케이블로부터 임의의 과도한 플럭스를 드레이닝 하는 단계(draining); 증착된 합금이 녹을 온도 또는 그 이상의 온도로 케이블을 가열하는 단계; 및 용융(moten) 합금(예: 주석-납(PbSn) 솔더)을 케이블 내로 흐르게 하는 단계. 일부 실시 예들에서, HTS 테이프는 HTS 테이프 및 합금 사이의 양호한(good) 결합을 촉진하기 위해 금속(예: 주석-납(PbSn) 솔더)으로 사전-도금(pre-tinned)될 수 있다.

도 8은 일부 실시 예들에 따른, 파워 플랜트의 다양한 구성요소들을 예시하는 절단 부분을 가지는 퓨전 파워 플랜트의 3차원 그래픽이다. 퓨전 파워 플랜트 내의 자석은 앞서 설명한 것과 같은 초전도성 케이블로부터 형성될 수 있다. 도 8은 파워 플랜트의 단면을 도시하고, 앞서 설명되고 논의된 초전도성 케이블로부터 제조되거나 또는 포함하는 자석 코일(813), 중성자(neutron) 쉴드(812) 및, 코어 영역(811)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 자석 코일(813)은 중앙 솔레노이드 및/또는 다른 폴로이드(poloidal) 필드 솔레노이드 코일이거나, 그 일부를 형성할 수 있다.

기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 문서에 개시된 개념들, 구조들, 프로세스들, 결과들 및 기술들에 대한 다른 실시 예를 인식할 수 있다. 본 문서에 개시된 개념들, 구조들, 프로세스들 및, 기술들에 따라 구성된 초전도성 케이블들은, 초전도성 케이블이 코일에 감겨(wound) 자석을 형성하는 응용분야(application)를 포함하는 광범위한 응용분야에 유용할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 그러한 응용분야들 중 하나는, 그러한 케이블들이 자석에 감길 수 있음으로써, 예를 들어, 고체 상태 물리학, 생리학(physiology), 또는 단백질에 대한 핵 자기 공명(NMR, nuclear magnetic resonance) 연구를 수행하는 것이다. 다른 응용은 컴팩트한, 고자기장 자석들이 필요한 유기체(organism) 또는 그 일부에 대한 의료 스캐닝을 위한 임상 자기 공명 영상(MRI, magnetic resonance imagining)을 수행하는 것이다. 또 다른 응용분야는, 큰 구멍의 솔레노이드들이 필요한 고자기장 MRI이다. 또 다른 응용분야는 물리학, 화학 및 재료 과학에서 자기 연구를 수행하는 것이다. 추가적인 응용분야는 재료 프로세싱 또는 인터로게이션(interrogation)을 위한 입자 가속기용 자석들에 있다; 전기 파워 생성기들; 양성자 치료, 방사선 치료(radiation therapy) 및, 일반적인 방사선 생성을 의료 가속기들; 초전도성 에너지 저장; 자기유체역학(MHD, magnetohydrodynamic) 전기 생성기들; 및 마이닝(mining), 반도체 제조 및, 재활용과 같은 재료 분리. 상술한 응용분야의 리스트는 완전하지(exhaustive) 않고, 본 문서에 개시된 개념들, 구조들, 프로세스들 및 기술들이 그 범위를 벗어나지 않고 적용될 수 있는 응용분야가 더 있다는 것이 이해된다.

개시된 개념들, 구조들, 프로세스들 및 기술들의 적어도 하나의 실시 예에 대한 여러 측면들을 이와 같이 설명했지만, 다양한 대안들, 변경들, 및 개선들이 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 용이하게 일어날 수 있다는 것을 이해해야 한다.

이러한 대안들, 변경들, 및 개선들은 본 개시의 일부로 의도되고, 본 문서에서 설명된 개념들, 구조들, 프로세스들 및 기술들의 사상 및 범위 내에 있도록 의도된다. 또한, 본 발명의 장점이 나타나지만(indicated), 본 문서에 설명된 기술의 모든 실시 예가 모든 설명된 장점을 포함하는 것은 아니라는 점이 이해되어야 한다. 일부 실시 예들은 본 문서에서 이점이 있는 것으로 설명된 일부 특징을 구현하지 않을 수 있고, 일부 경우에는 설명된 특징들 중 하나 이상이 추가 실시 예들을 달성하기 위해 구현될 수 있다. 따라서, 전술한 설명 및 도면들은 오직 예시에 불과하다.

본 문서에 개시된 개념들, 구조들, 프로세스들 및 기술들의 다양한 측면들은 단독으로, 조합으로, 또는 앞서 설명된 실시 예에서 구체적으로 논의되지 않은 다양한 배열로 사용될 수 있고, 따라서 앞선 설명에 기재되거나 도면에 예시된 구성요소들의 세부사항 및 배열에 대한 적용에 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시 예에서 설명된 측면은 다른 실시 예들에서 설명된 측면들과 임의의 방식으로 결합될 수 있다.

또한, 설명된 개념들, 구조들, 프로세스들 및 기술들은 방법으로써 실시될 수 있으며, 그 예가 제공되었다. 방법의 일부로서 수행되는 동작들은 적절한 방식으로 진행될 수 있다. 따라서, 실시 예들은, 예시된 실시 예들에서 순차적인 동작으로 도시되었으나, 일부 동작들을 동시에 수행하는 것을 포함하는 예시된 것과 다른 순서로 동작이 수행되도록 구성될 수 있다.

청구 요소를 수식(modify)하기 위한 청구 범위에서 “제1(first)”, “제2(second)”, “제3(third)”와 같은 서수 용어의 사용은, 그 자체로 방법의 동작이 수행되는 순서에서 하나의 청구 요소가 다른 것보다 선행하거나 또는 우선 순위를 가지는 것을 의미하지 않으며, 청구항 요소들을 구분하기 위해 단지 하나의 청구 요소를 동일한 명칭을 가지는 다른 요소와 구분하기 위한 라벨로써 사용될 뿐이다.

용어 “대략(approximately)” 및 “약(about)” 은 일부 실시 예들에서 목표 값의 ±20% 이내, 일부 실시 예들에서 목표 값의 ±10% 이내, 일부 실시 예들에서 목표 값의 ±5% 이내, 및 일부 실시 예들에서 목표 값의 ±2%를 의미하기 위해 사용된다. 용어 “대략(approximately)” 및 “약(about)”은 타겟 값을 포함할 수 있다. 용어 “실질적으로 동일(substantially equal)”은 일부 실시 예들에서 서로 ±20% 이내, 일부 실시 예들에서 서로 ±10% 이내, 일부 실시 예들에서 서로 ±5% 이내, 및 일부 실시 예들에서 서로 ±2% 이내인 값을 지칭하기 위해 사용된다.

용어 “실질적으로(substantially)”는 일부 실시 예들에서 비교 측정의 ±20% 이내, 일부 실시 예들에서 ±10% 이내, 일부 실시 예들에서 ±5% 이내 및, 일부 실시 예들에서 ±2% 이내인 값을 지칭하기 위해 사용된다. 예를 들어, 제2방향에 “실질적으로” 수직한 제1방향은, 일부 실시 예에서 제2방향과 90° 각도를 이루는 ±20% 이내, 일부 실시 예들에서 제2방향과 90° 각도를 이루는 ±10% 이내, 일부 실시 예들에서 90° 각도를 이루는 ±5% 이내, 및 일부 실시 예들에서 90° 각도를 이루는 ±2% 이내인, 제1방향을 지칭하는데 사용될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 어구(phraseology) 및 전문 용어(terminology)는 설명을 위한 것이며, 제한하려는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 문서에서 “포함하는(comprising)”“가지는(having)”“함유하는(containing)”, “관련하는(involving)”및 이들의 변형들의 사용은, 이후에 나열된 항목들 및 등가물들과 더불어 추가적인 항목들을 포괄(encompass)하는 것을 의미한다.

Claims

케이블에 있어서,
복수의 고온 초전도체(HTS, high temperature superconductor) 구성요소들;
상기 케이블을 따라 연장하는 복수의 전기 전도성 세그먼트들-상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 각각은 상기 복수의 고온 초전도체 구성요소들 중 하나를 포함함-; 및
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들을 서로로부터 전기적으로 절연하는 상기 전기 전도성 세그먼트들 중 인접한 전기 전도성 세그먼트들 사이에 배열되는 전기 절연성 재료를 포함하는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 중 어느 것도 다른 상기 전기 전도성 세그먼트 들 중 어느 것과 직접 접촉하지 않는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 케이블은 적어도 하나의 내부 쿨링 채널을 더 포함하는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 HTS 구성요소들은 HTS 테이프를 포함하는, 케이블.
제4항에 있어서,
상기 HTS 구성요소들은 HTS 테이프의 스택을 포함하는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들은 상기 케이블의 중심 축 주위에서 방사상(radial) 대칭(symmetry)을 나타내는, 케이블.
제6항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들은 상기 케이블의 상기 중심 축 주위에서 비틀리고(twisted), 상기 복수의 HTS 구성요소들은 상기 중심 축 주위에서 나선형(helical) 경로를 따라는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 세그먼트들은 구리를 포함하는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 HTS 구성요소들은 희토류(rare earth) 바륨(barium) 구리 산화물 초전도체를 포함하는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 각각은, 상기 복수의 HTS 구성요소들의 HTS 구성요소가 배열되는 전기 전도성 세그먼트의 외부 표면에 있는 그루브(groove)를 포함하는, 케이블.
제10항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들의 그루브들 내에 배열되는 솔더(solder)를 더 포함하는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 전기 절연성 재료는 폴리이미드를 포함하는, 케이블.
제1항에 있어서,
상기 복수의 HTS 구성요소들, 상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 및, 상기 전기 절연성 재료들을 둘러싸는, 유리섬유 층을 더 포함하는, 케이블.
자석에 있어서,
복수의 케이블 와인딩들을 포함하는 코일을 포함하고,
상기 케이블은,
복수의 고온 초전도체(HTS) 구성요소들;
상기 케이블의 길이를 따라 연장하는 복수의 전기 전도성 세그먼트들-상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 각각은 상기 복수의 HTS 구성요소들 중 하나를 포함함-; 및
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 중 인접한 것들 사이에 배열된 전기 절연성 재료를 포함하는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 중 어느 것도 다른 상기 전기 전도성 세그먼트들 중 어느 것과 직접 접촉하지 않는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 케이블은, 상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 각각에 인접한 내부 쿨링 채널을 더 포함하는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 HTS 구성요소들은 HTS 테이프를 포함하는, 자석.
제17항에 있어서,
상기 HTS 구성요소들은 HTS 테이프들의 스택을 포함하는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들은 상기 케이블의 중심 축 주위에서 방사상 대칭을 나타내는, 자석.
제19항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들은 상기 케이블의 상기 중심 축 주위에서 비틀리고, 상기 복수의 HTS 구성요소들은 상기 중심 축 주위의 나선형 경로를 따르는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 전기 전도성 세그먼트들은 구리를 포함하는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 HTS 구성요소들은 희토류 바륨 구리 산화 초전도체를 포함하는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들 각각은, 상기 복수의 HTS 구성요소들의 HTS 구성요소가 배열되는 상기 전기 전도성 세그먼트의 외부 표면에 있는 그루브를 포함하는, 자석.
제23항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들의 그루브들 내에 배열되는 솔더를 더 포함하는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 전기 절연성 재료는 폴리이미드를 포함하는, 자석.
제14항에 있어서,
상기 복수의 HTS 구성요소들과, 상기 복수의 전기 전도성 세그먼트들과, 상기 전기 절연성 재료를 둘러싸는, 유리섬유 층을 더 포함하는, 자석.