WO2021060831A1 - 초전도체 냉각용기용 냉각장치 - Google Patents

초전도체 냉각용기용 냉각장치 Download PDF

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WO2021060831A1
WO2021060831A1 PCT/KR2020/012870 KR2020012870W WO2021060831A1 WO 2021060831 A1 WO2021060831 A1 WO 2021060831A1 KR 2020012870 W KR2020012870 W KR 2020012870W WO 2021060831 A1 WO2021060831 A1 WO 2021060831A1
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cooling
superconductor
container
heat transfer
cooling device
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PCT/KR2020/012870
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김민지
이경호
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엘에스일렉트릭(주)
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    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04—Cooling

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for a superconductor cooling container.
  • a cooling low-temperature container for cooling a superconductor to a cryogenic temperature is manufactured in the form of a cylinder having a vacuum insulation structure that minimizes heat inflow from the outside.
  • the cooling low-temperature container includes an outer container that maintains a vacuum state, and an inner container that is provided inside the outer container and cools the superconductor to a cryogenic temperature.
  • the superconductor is cooled by being immersed in an inner container mainly composed of nitrogen, and at this time, a cryogenic freezer is used to cool the liquid nitrogen.
  • a refrigerator is attached to the side of the nitrogen tank (above liquid nitrogen) to generate natural convection of liquid nitrogen in the gravitational direction, and circular (ring shape) for temperature uniformity in the circumferential direction of the nitrogen tank.
  • the copper band is manufactured by soldering or brazing the outer wall of the inner container (nitrogen tank).
  • the copper band is manufactured in a circular shape by rolling a copper plate of a certain thickness and milling a concave surface in contact with the outer wall of the nitrogen tank.
  • the present invention is created by the necessity as described above, a plurality of installation surfaces are formed by flat processing around the inner container, a plurality of heat transfer members are respectively installed on the installation surface, and a heat transfer member and a copper flexible member are used to form a plurality of installation surfaces.
  • a cooling device for a superconductor cooling container which is connected to each other and uniformly transfers the cold air of the refrigerator to the inner container, thereby reducing manufacturing cost by eliminating the existing copper band, and making it easy to check the contact status of the heat transfer member and control quality.
  • the present invention eliminates the existing copper band and separately manufactures the intermediate body on which the cooling band, which is a cryogenic maintenance device, is installed by bending the steel plate, thereby ensuring uniform cooling performance over the entire circumference, and the difficulty of work. It is an object of the present invention to provide a cooling device for a superconductor cooling container that is capable of reducing manufacturing time and cost by reducing the value and improving workability.
  • a cooling device for a superconductor cooling container includes: an inner container in which the superconductor is contained in a liquid coolant; A refrigerator provided outside the external container to generate cold air; And a cryogenic maintaining device connected to the refrigerator and maintaining the inside of the inner container in a cryogenic state.
  • the cryogenic maintenance device is characterized in that it is a heat transfer unit that is detachably installed around the inner container in surface contact.
  • the heat transfer unit may include a plurality of installation surfaces formed around the inner container to have a set interval; A plurality of heat transfer members attached to the installation surface and transferring cold air transmitted from the refrigerator to the contents; A fastening part separably fastening the heat transfer member to the contents; And a flexible member for thermally connecting the heat transfer members to each other.
  • the installation surface portion is formed in a plane through planar processing, the heat transfer member includes a copper block, and the flexible member includes a flexible copper braid.
  • the heat transfer member is characterized in that the contact force with the installation surface portion is determined by adjusting the fastening force of the fastening portion.
  • the fastening part may include a bolt member mounted on the installation surface; A plurality of insertion holes formed in the heat transfer member; And a nut member that is fastened to the bolt member inserted in the insertion hole to make the heat transfer member in close contact with the installation surface.
  • the flexible member is characterized in that it is coupled to the heat transfer member by a coupling portion.
  • the coupling portion may include a through hole formed in the flexible member; And a coupling member inserted into the through hole and coupled to the heat transfer member.
  • the contents of the superconductor cooling container sachet device include: a tubular upper body opened in a vertical direction; A lower body having an open upper part and a closed lower part; It is formed in a tubular shape and includes an intermediate body connected between the upper body and the lower body, and the intermediate body is characterized in that the cryogenic maintaining device cooling band is installed on an outer circumferential surface.
  • the intermediate body includes a body plate having a regular polygonal shape, and the flat portion of the body plate is characterized in that the thickness is the same regardless of the position.
  • the body plate is characterized in that a rectangular steel plate is repeatedly bent a plurality of times at regular intervals in the longitudinal direction, and both ends thereof are welded to each other.
  • the flat portion is characterized in that a plurality of stud bolts are welded.
  • a welding plate for securing a welding area of the upper body and the lower body is welded at the upper and lower ends of the body plate.
  • the welding plate is a flat ring shape
  • the outer circumferential surface is the same regular polygonal shape coinciding with the outer surface of the body plate
  • the inner circumferential surface is circular and protruded radially inward than the inner surface of the body plate.
  • a cooling band is installed around the outer periphery of the body plate.
  • the cooling band is characterized in that it includes a plurality of copper blocks and a flexible joint connecting the copper blocks.
  • the copper block is a flat rectangular plate and has a plurality of stud bolts and the same number of bolt holes installed on the flat portion of the body plate, and the stud bolt is inserted into the bolt hole. It is in close contact with the surface and characterized in that the nut is fastened to the stud bolt.
  • the cooling device for a superconductor cooling container forms a plurality of installation surfaces around the inner container by flat processing, a plurality of heat transfer members are installed on the installation surfaces, respectively, and mutually with the heat transfer member using a copper flexible member.
  • the cooling device for a superconductor cooling container according to the present invention can secure a uniform cooling performance over the entire circumference by separately manufacturing an intermediate body in which a cooling band, which is a cryogenic maintenance device, is installed by bending a steel plate. Is reduced and workability is improved, and manufacturing time and cost can be reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the contents of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a detailed assembled perspective view of a heat transfer unit in the inner container of the cooling apparatus for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a heat transfer unit in an inner container of a cooling apparatus for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a plan view of an installation surface of a cooling device for a superconductor cooling container according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a heat transfer member is installed on an installation surface of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a flexible member is coupled to a heat transfer member of an inner container of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which a refrigerator installation member is mounted on a heat transfer member of an inner container of a cooling apparatus for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded view of an inner container of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view of a body plate, which is a configuration of an intermediate body of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view of a body plate, which is a configuration of an intermediate body of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of a welding plate, which is a configuration of an intermediate body of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view of an intermediate body of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an assembled state diagram of a cooling band of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the contents of the cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is the present invention
  • a detailed assembly perspective view of the heat transfer part is shown, and FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the heat transfer part in the inner container of the cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention
  • 5 is a state diagram of an installation surface of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention in which the installation surface is processed in a plane around the inner container
  • FIG. 6 is a cooling diagram for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention. It is a state diagram in which a heat transfer member is installed on the installation surface of the device
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state of coupling a flexible member to a heat transfer member of the inner container of the cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is an exploded view of the inner container of the cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention, with a refrigerator installation member mounted on the heat transfer member of the inner container of the cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view of a body plate, which is a configuration of an intermediate body of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a middle view of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of a welding plate that is a configuration of an intermediate body of a cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a plan view of a body plate, which is a component of the body
  • FIG. It is a plan view of the intermediate body of the cooling device for a superconductor cooling container according to
  • FIG. 14 is an assembly state diagram of a cooling band of the cooling device for a superconductor cooling container according to an embodiment of the present invention.
  • a cooling device for a superconductor cooling container includes an outer container 10, an inner container 200, a refrigerator 300, and a cryogenic maintenance device (not shown). Includes.
  • the outer container 10 is a configuration provided with a heat insulating material.
  • the outer container 10 is disposed at a set interval around the inner container 200 so that insulation is maintained in the inner container 200.
  • the inner container 200 is provided inside the outer container 10 and has a configuration in which a superconductor is immersed in a liquid coolant.
  • a superconductor is a conductor that exhibits a superconductivity phenomenon in which electrical resistance approaches zero (0) at a very low temperature. It has a property that a magnetic field cannot enter inside and a magnetic field inside is pushed out. As a result, the magnetic levitation phenomenon floating on the magnet is prevented. appear.
  • the refrigerator 300 is provided outside the outer container 10 to generate cold air.
  • the refrigerator 300 generates cold air and transmits uniform cold air in the circumferential direction around the inner container 100 through the heat transfer unit 400 to the upper portion of the liquid nitrogen, which is a liquid coolant stored in the nitrogen tank, which is the inner container 200.
  • the superconductor maintains a cryogenic state.
  • the cryogenic maintenance device maintains the inside of the inner container in a cryogenic state by delivering uniform cold air in the circumferential direction around the inner container.
  • the cryogenic maintenance device may be a heat transfer unit 400.
  • the cryogenic maintenance device will be described on the premise that it is the heat transfer unit 400.
  • the heat transfer unit 400 is connected to the refrigerator 300 and is detachably installed around the inner container 200 in surface contact.
  • the heat transfer unit 400 includes a plurality of installation surface portions 410 formed to have a set interval around the inner container 200, and the cold air transmitted from the refrigerator 300, which is attached to the installation surface portion 410.
  • a plurality of heat transfer members 420 transferred to the device 200, a fastening part 430 for separably fastening the heat transfer member 420 to the inner container 200, and the heat transfer member 420 are thermally connected to each other. It includes a flexible member 440 to connect.
  • the installation surface portion 410 is formed in a plane through plane processing.
  • the installation surface portion 410 may be formed into a flat surface through a milling operation.
  • the heat transfer member 420 includes a copper block.
  • the flexible member 440 may include a flexible copper braid.
  • any material may be applied as long as it is a metal material having excellent heat transfer efficiency other than a copper material.
  • the heat transfer member 420 is characterized in that the contact force with the installation surface portion 410 is determined by adjusting the fastening force of the fastening portion 430.
  • the heat transfer member 420 may increase heat transfer efficiency as the fastening force (torque) of the fastening portion 430 increases and the adhesion increases.
  • An installation member 600 for connecting to the refrigerator 300 is provided on the side of the heat transfer member 420.
  • the installation member 600 is formed to be changeable in various shapes, so that cold air is efficiently transmitted from the refrigerator 300 to the heat transfer member 420.
  • the fastening portion 330 includes a bolt member 432 mounted on the installation surface portion 410, a plurality of insertion hole portions 434 formed in the heat transfer member 420, and a bolt member 432 fitted into the insertion hole portion 434. ) And a nut member 436 that is fastened to the heat transfer member 420 in close contact with the installation surface portion 410.
  • the bolt member 432 may include a stud bolt.
  • the bolt member 432 is fixed by screwing into a screw hole formed around the inner container 200, or by inserting the head of the bolt member 432 into a fitting hole formed around the inner container 200 and fixing it by welding, etc.
  • the bolt member 432 may be installed around the inner container 200 in various ways.
  • the flexible member 440 is coupled to the heat transfer member 420 by the coupling portion 500 as a quiz.
  • the coupling portion 500 includes a through hole portion 510 formed in the flexible member 440 and a coupling member 520 inserted into the through hole portion 510 and coupled to the heat transfer member 420.
  • the coupling member 520 may include a bolt or screw.
  • the coupling member 520 When coupling the flexible member 440 to the heat transfer member 420 using the coupling member 520, the coupling member 520 is fastened to the nut member 436 of the heat transfer member 420 or to the heat transfer member 420. Since it is fastened to the formed screw hole, the flexible member 440 may be thermally uniformly connected to the heat transfer member 420.
  • an installation surface portion 410 consisting of a plurality of planes to have a set interval through milling in the circumferential direction around the inner unit 200, and fixing a plurality of bolt members 432 to the installation surface portion 410 by welding do.
  • an insertion hole 434 is formed in the heat transfer member 420 made of a copper block at a position corresponding to the bolt member 432, and the bolt member 432 is inserted into the insertion hole 434 to insert the nut member 436.
  • the copper band is installed in a circular shape around the inner container by using soldering or blazing, it is difficult to check the welding status, and it is difficult to control quality. Since it is possible to adjust the contact force applied to the 410 through bolt-nut coupling, quality control can be easily achieved.
  • the flexible member 440 is thermally uniformly connected to the heat transfer member 420. I can.
  • a plurality of installation surfaces are formed by planar processing around the inner container, a plurality of heat transfer members are respectively installed on the installation surface, and a copper flexible member is provided.
  • the cryogenic cooling device of the cooling device for a superconductor cooling container may be a cooling band 60. That is, the contents may be maintained in a cryogenic state through the cooling band 60.
  • the cryogenic cooling device is a cooling band 60.
  • the inner body 200 is divided into a lower body 210, an intermediate body 100, and an upper body 220.
  • the lower body 210 forms a lower part of the installation part of the cooling band 60 in the inner container 200 and has a cylindrical shape, the lower part is closed, and the upper part is open.
  • the upper body 220 is a cylinder having the same material, diameter, and thickness as the lower body 210 and constitutes an upper portion of the installation portion of the cooling band 60 in the inner container 200.
  • the intermediate body 100 corresponds to a portion in which the cooling band 60, which is a cryogenic cooling device, is installed in the inner container 200, and constitutes a wall of some sections of the inner container 200 in the vertical direction.
  • a refrigerator 300 is installed at one side of the inner container 200, and the cooling head 41 of the refrigerator 300 is connected to the cooling band 60.
  • the cooling band 60 is installed around the outer circumferential surface of the inner container 200. Therefore, the heat inside the inner container 200 is transferred to and removed from the cooling head 41 of the refrigerator 300 through the cooling band 60, so that the liquid nitrogen inside the inner container 200 is kept in a liquid state, thereby causing the superconductor module to be kept at a cryogenic temperature. You can keep it in the state.
  • the intermediate body 100 includes a body plate 110, a welding plate 120 mounted above and below the body plate 110, and a plurality of stud bolts 130 installed on the side surfaces of the body plate 110.
  • the body plate 110 is a pipe-type structure having a regular polygonal planar shape.
  • 11 illustrates an embodiment of a regular icosahedron shape in which the number of flat portions 111 is 12, but the number of flat portions 111 can be appropriately changed according to the size of the inner container 200.
  • the body plate 110 is manufactured by bending a long rectangular steel plate multiple times and welding both ends thereof. That is, the body plate 110 is originally in the shape of a flat plate, and it is repeatedly bent at predetermined intervals along the length direction to form a plurality of flat portions 111. Between the flat portion 111 and the flat portion 111 becomes a corner portion 112, and the size of the inner angle of the corner portion 112 is the same in all corner portions 112.
  • each of the flat portions 111 in the body plate 110 maintains the flat state of the original steel plate, and thus the flatness and roughness are very excellent compared to the conventional case in which the surface of the circular pipe is cut to process the flat surface. Do.
  • each flat portion 111 has the same thickness without change in thickness over the entire lateral direction, which is the same for all flat portions 111.
  • the intermediate body 100 has the same heat conduction performance in the radial direction over the entire circumferential direction.
  • a plurality of stud bolts 113 are installed on the outer surface of the flat part 111.
  • the stud bolt 113 is fixed to the body plate 110 by welding one end to the flat portion 111.
  • FIG. 10 shows an embodiment in which 2 rows and 3 rows, a total of 6 stud bolts 113 are installed on one flat part 111, but this is the size of the copper block 61 (refer to FIG. 14) of the cooling band 60 It can be changed accordingly in consideration of.
  • the upper body 220 and the lower body 210 are connected by welding at the upper and lower ends of the body plate 110, respectively, at the upper and lower ends of the body plate 110 so as to secure a sufficient bonding area. 120) is welded first.
  • the welding plate 120 is a flat plate made of the same material as the body plate 110 and has a circular ring shape in plan view.
  • the outer circumferential surface 121 of the welding plate 120 is formed in the same regular polygonal shape as the body plate 110, and the inner circumferential surface 122 is formed in a circular shape.
  • the inner circumferential surface 122 of the welding plate 120 protrudes radially inward than the inner surface of the body plate 110, thereby securing a sufficient welding area as well as the body plate 110, that is, the intermediate body.
  • the structural rigidity of (100) is improved.
  • the welding plate 120 having this shape may be manufactured by laser cutting a steel plate.
  • the distance between the flat portions facing each other on the outer circumferential surface 121 of the welding plate 120 is the same as the distance between the flat portions 111 (outer surfaces) facing each other on the body plate 110.
  • FIG. 13 shows a state in which the welding plate 120 is welded to the upper end of the body plate 110, and the outer circumferential surfaces of the body plate 110 and the welding plate 120 are exactly matched to each other, and the inner circumferential surface (indicated by a dotted line)
  • the inner circumferential surface 122 of the silver welding plate 120 protrudes radially inward from the inner circumferential surface of the body plate 110.
  • another welding plate 120 is welded to the lower end of the body plate 110 to complete the manufacture of the intermediate body 100.
  • the body plate 110 can respond more robustly to the lateral external force. That is, the structural rigidity of the intermediate body 100 is improved by the welding plates 120.
  • the inner body 200 is completed by welding the upper body 220 and the lower body 210 to the upper and lower ends of the intermediate body 100, respectively.
  • the welding area of the upper body 220 and the lower body 210 can be sufficiently secured by the welding plates 120 installed at the top and bottom of the body plate 110, so that the upper body 220 and the middle body (100), the lower body 210 is firmly welded to each other, thereby enabling the inner container 200 to have sufficient pressure-resistant stiffness.
  • the cooling band 60 includes a plurality of copper blocks 61 and a flexible joint 62 connecting adjacent copper blocks 61 to each other.
  • Each of the copper blocks 61 is a rectangular flat plate having a predetermined thickness and is mounted on each of the flat portions 111 of the body plate 110.
  • the copper block 61 has the same number of bolt holes as the stud bolts 113 of the body plate 110, and the copper block 61 is a body plate in a state in which the stud bolts 113 are inserted into the bolt holes. It is in close contact with the flat portion 111 of (110), and is then fixed to the body plate 110 in a state in which the copper block 61 is in close contact with the flat portion 111 by fastening the nut to the stud bolt 113.
  • the flexible joint 62 is made of the same copper material as the copper block 61 and is connected to the copper block 61 in a structure having a wide contact area so as to facilitate heat transfer. Since the structure of the flexible joint 62 itself is not the subject of the present invention, a detailed description will be omitted.
  • the cooling band 60 is installed after the production of the inner container 200 is completed, but the installation work of the cooling band 60 includes the upper body 100 and the lower body 210 Of course, it can be carried out in an independent state before welding between them. In this case, since the installation work of the cooling band 60 is performed while handling only the intermediate body 100, there is an advantage that the work can be carried out more easily compared to the case of installing the cooling band 60 while handling the inner body 200. have.
  • the cooling band 60 installed on the outer surface of the inner container 200 is connected to the cooling head of the refrigerator 300 through a connection member made of the same copper material as described above. Therefore, heat exchange is performed between the liquid nitrogen inside the inner container 200 and the cooling head 41 of the refrigerator 300 so that the temperature of the liquid nitrogen can be continuously maintained at a cryogenic state in which the superconductor module can maintain the superconducting state. .
  • the intermediate body 100 on which the cooling band 60 is installed, and the upper body 220 and the lower body 210 are separately manufactured based on this and mutually It is manufactured by welding.
  • the body plate 110 which is a main component constituting the intermediate body 100, is manufactured in a manner in which a long rectangular steel plate is bent a plurality of times at regular intervals, so that the flat part 111 between the bend lines, that is, the corners 112 Since the flat state of the steel sheet, which is a raw material, is maintained as it is, it has excellent flatness and roughness, as well as the entire flat portion 111 having the same thickness.
  • the copper block 61 of the cooling band 60 can be mounted in a very good surface contact state on the flat part 111, the liquid nitrogen and the refrigerator through the intermediate body 100 and the cooling band 60
  • the cooling performance of the inner container 200 is improved by smoothly transferring heat between the cooling heads 41 of 300.
  • the flat portion 111 has the same thickness regardless of the position, it has uniform thermal conductivity regardless of the position, and since the flat portion 111 is entirely present along the circumferential direction of the intermediate body 100, the contents ( It is possible to ensure uniform cooling performance over the entire circumference of 200). This means that the entire superconducting wire of the superconductor module can maintain a uniform superconducting state regardless of the position in the inner unit 200, so that the operation performance of the superconducting current limiter can be more stabilized and improved.
  • the flat portion 111 of the body plate 110 is formed by bending a flat plate, the operation itself is easier than the conventional case in which the outer surface of the low-temperature container is directly cut to process the flat surface. Therefore, manufacturing of the inner container 200 becomes easier and cost is reduced.
  • the thickness of the flat part 111 of the body plate 110 is the same as a whole, it is not necessary to carefully consider the amount of welding heat depending on the location in order to prevent deformation of the flat part 111 when welding the stud bolt 13. It becomes easier, and you can proceed more quickly.
  • the stud bolt 13 when the stud bolt 13 is welded, it is not carried out in the finished state of the inner container 200 as in the prior art, but is performed on the intermediate body 100 having a relatively small size and a light weight, thereby simplifying the operation.
  • the overall operation of the manufacturing process of the inner container 200 is facilitated and time is reduced, thereby reducing production cost.
  • the cooling device for a superconductor cooling container provides a cooling band by installing a plurality of installation surfaces and heat transfer members around the inner container, instead of removing the existing copper band.
  • the cold air of the refrigerator can be uniformly delivered to the contents, and quality control can be easily performed.

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Abstract

초전도체 냉각용기용 냉각장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 초전도체 냉각용기용 냉각장치는: 외용기의 내부에 구비되고, 초전도체가 액체냉각제에 담기는 내용기와, 외용기의 외부에 구비되어 냉기를 발생하는 냉동기와, 냉동기와 연결되고, 상기 내용기의 내부를 극저온 상태로 유지하는 극저온 유지 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초전도체 냉각용기용 냉각장치
본 발명은 초전도체 냉각용기용 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 초전도체를 극저온으로 냉각하기 위한 냉각 저온용기는 외부로 부터의 열유입을 최소화하는 진공 단열 구조의 실린더 형태로 제작된다. 냉각 저온용기는 진공상태를 유지하는 외용기와, 외용기의 내부에 구비되고, 초전도체를 극저온으로 냉각하기 위한 내용기를 포함한다.
초전도체는 주로 질소로 이루어진 내용기에 담기어 냉각되는 데, 이때 액체질소를 냉각하기 위해 극저온 냉동기를 사용한다.
이때, 컴팩트한 시스템을 구성하기 위해 내용기인 질소조의 측면(액체질소 상부)에는 냉동기를 부착하여 중력 방향의 액체질소 자연대류를 발생시키고, 질소조 원주방향으로의 온도 균일성을 위해 원형(링 형상)의 구리밴드를 내용기(질소조) 외벽에 솔더링 또는 브레이징 접합하여 제작한다. 특히, 구리밴드는 일정 두께의 구리 판재를 롤링 및 질소조 외벽과 맞닿는 오목면 밀링작업을 통해 원형으로 제작한다.
그런데, 종래에는 구리밴드를 제작하는 과정에서, 내용기의 크기가 커질수록 구리밴드의 제작 난이도가 높아지게 되고, 제작비용이 점차 증가하게 되며, 브레이징의 경우 가열을 위한 진공로(眞空爐, vacuum furnace)의 크기에 제한을 받는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 구리밴드의 내측면과 내용기의 외측면 사이에 용가재를 이용하여 접합하는 것으로서, 구리밴드의 내측면과 내용기의 외측면에 접착된 솔더링 또는 브레이징 상태 확인에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 접합이 제대로 이루어지지 않는 경우 열전달 효율이 현저하게 저하되는 등 품질관리에 어려움이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
관련 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제1046323호(2011.06.28, 발명의 명칭: 고온 초전도체 장치용 극저온 냉각 방법 및 장치)가 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 내용기의 둘레에 평면가공으로 설치면부를 다수개 형성하고, 다수개의 열전달부재를 설치면부에 각각 설치하며, 구리 플렉시블부재를 이용하여 열전달부재와 상호 연결하여 냉동기의 냉기를 내용기로 균일하게 전달함으로써, 기존의 구리밴드를 삭제하여 제작 비용을 절감하고, 열전달부재의 접촉상태 확인 및 품질관리가 용이하게 이루어지는 초전도체 냉각용기용 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기존의 구리밴드를 삭제하고 극저온 유지 장치인 냉각밴드가 설치되는 중간바디를 강판을 절곡하는 방식으로 별도 제작함으로써 원주 둘레 전체에 걸쳐 균일한 냉각성능을 확보할 수 있고, 작업 난이도가 감소하고 작업성이 향상되어 제조 시간 및 비용이 절감될 수 있도록 된 초전도체 냉각용기용 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치는, 외용기의 내부에 구비되고, 초전도체가 액체냉각제에 담기는 내용기; 상기 외용기의 외부에 구비되어 냉기를 발생하는 냉동기; 및 상기 냉동기와 연결되고, 상기 내용기의 내부를 극저온 상태로 유지하는 극저온 유지 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 극저온 유지 장치는, 상기 내용기의 둘레에 분리가능하게 면접촉으로 설치되는 열전달부인 것을 특징으로 한다.
상기 열전달부는, 상기 내용기의 둘레에 설정간격을 갖도록 다수개 형성되는 설치면부; 상기 설치면부에 부착되고, 상기 냉동기로 부터 전달된 냉기를 상기 내용기로 전달하는 다수개의 열전달부재; 상기 열전달부재를 상기 내용기에 분리가능하게 체결하는 체결부; 및 상기 열전달부재를 상호 간에 열적으로 연결하는 플렉시블부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 설치면부는 평면가공을 통해 평면으로 형성되고, 상기 열전달부재는 구리블록을 포함하며, 상기 플렉시블부재는 플렉시블한 구리편조망을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열전달부재는 상기 체결부의 체결력 조절에 의해 상기 설치면부와의 접촉력이 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 체결부는, 상기 설치면부에 장착되는 볼트부재; 상기 열전달부재에 형성되는 다수개의 삽입홀부; 및 상기 삽입홀부에 끼워진 상기 볼트부재에 체결되어 상기 열전달부재를 상기 설치면부에 밀착 시키는 너트부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플렉시블부재는 결합부에 의해 상기 열전달부재에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 결합부는, 상기 플렉시블부재에 형성되는 관통홀부; 및 상기 관통홀부에 삽입되어 상기 열전달부재에 결합되는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 낭각장치의 내용기는, 상하 방향으로 개구된 관 형상의 상부바디와; 상부는 개구되고 하부는 막혀 있는 하부바디와; 관 형상으로 형성되어 상기 상부바디와 하부바디의 사이에 연결되는 중간바디를 포함하고, 중간바디는 상기 극저온 유지 장치 냉각밴드가 외주면에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 중간바디는 정다각형 형상의 바디플레이트를 포함하고, 바디플레이트의 평면부는 위치에 상관없이 두께가 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 바디플레이트는 직사각형의 강판이 길이 방향으로 일정 간격마다 다수 회 반복 절곡되고, 그 양단이 상호 용접된 것을 특징으로 한다.
상기 평면부는 다수의 스터드볼트가 용접된 것을 특징으로 한다.
상기 바디플레이트의 상단과 하단에는 상기 상부바디와 하부바디의 용접 면적을 확보하기 위한 용접플레이트가 용접된 것을 특징으로 한다.
상기 용접플레이트는 평평한 링 형상으로서 외주면은 바디플레이트의 외측면과 일치되는 동일한 정다각형 형상이고, 내주면은 원 형상으로서 바디플레이트의 내측면보다 반경 방향 내측으로 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 바디플레이트의 외측 둘레에는 냉각밴드가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각밴드는 다수의 구리블록과, 구리블록들을 연결하는 플렉시블조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구리블록은 평평한 직사각형 판재로서 상기 바디플레이트의 평면부에 설치된 다수의 스터드볼트와 동수의 볼트홀이 형성되며, 상기 볼트홀에 상기 스터드볼트가 삽입되는 구조로 구리블록이 바디플레이트의 평면부에 면 밀착되고, 상기 스터드볼트에 너트가 체결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치는, 내용기의 둘레에 평면가공으로 설치면부를 다수개 형성하고, 다수개의 열전달부재를 설치면부에 각각 설치하며, 구리 플렉시블부재를 이용하여 열전달부재와 상호 연결하여 냉동기의 냉기를 내용기로 균일하게 전달함으로써, 기존의 구리밴드를 삭제하여 제작 비용을 절감하고, 열전달부재의 접촉상태 확인 및 품질관리가 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치는, 극저온 유지 장치인 냉각밴드가 설치되는 중간바디를 강판을 절곡하는 방식으로 별도 제작함으로써 원주 둘레 전체에 걸쳐 균일한 냉각성능을 확보할 수 있고, 작업 난이도가 감소하고 작업성이 향상되어 제조 시간 및 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기에서, 열전달부의 상세 조립 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기에서, 열전달부의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 둘레에 설치면부를 평면 가공한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 설치면부에 열전달부재를 설치한 상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 열전달부재에 플렉시블부재를 결합 상태도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 열전달부재에 냉동기 설치부재를 장착한 상태도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 분해도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 일 구성인 바디플레이트의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 일 구성인 바디플레이트의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 일 구성인 용접플레이트의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 냉각밴드의 조립 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치를 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 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 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기를 보인 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기에서, 열전달부의 상세 조립 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기에서, 열전달부의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 둘레에 설치면부를 평면 가공한 상태도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 설치면부에 열전달부재를 설치한 상태도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 열전달부재에 플렉시블부재를 결합 상태도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 열전달부재에 냉동기 설치부재를 장착한 상태도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 내용기의 분해도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 일 구성인 바디플레이트의 정면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 일 구성인 바디플레이트의 평면도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 일 구성인 용접플레이트의 평면도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 중간바디의 평면도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 냉각밴드의 조립 상태도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치는, 외용기(10), 내용기(200), 냉동기(300) 및 극저온 유지 장치(미도시) 를 포함한다.
외용기(10)는 단열재를 구비하는 구성이다. 외용기(10)는 내용기(200)의 둘레에서 설정간격 이격 배치되어 내용기(200)에 단열이 유지되도록 해준다.
내용기(200)는 외용기(10)의 내부에 구비되고, 초전도체가 액체 냉각제에 담기는 구성이다. 초전도체는 아주 낮은 온도에서 전기저항이 영(0)에 가까워지는 초전도현상이 나타나는 도체로서, 내부에는 자기장이 들어갈 수 없고 내부에 있던 자기장도 밖으로 밀어내는 성질이 있음으로써, 자석 위에 뜨는 자기부상현상이 나타난다.
냉동기(300)는 외용기(10)의 외부에 구비되어 냉기를 발생하는 구성이다. 냉동기(300)는 냉기를 발생시켜 열전달부(400)를 통해 내용기(100)의 둘레에 원주방향으로 균일한 냉기를 전달시켜 내용기(200)인 질소조에 저장된 액체냉각제인 액체 질소의 상부에 냉기를 균일하게 전달하여 초전도체가 극저온상태를 유지하게 해준다.
극저온 유지 장치는 내용기의 둘레에 원주방향으로 균일한 냉기를 전달시켜 내용기의 내부를 극저온 상태로 유지한다. 본 발명의 일 실시예에서 극저온 유지 장치는 열전달부(400)일 수 있다. 이하 극저온 유지 장치는 열전달부(400)임을 전제로 설명한다.
열전달부(400)는 냉동기(300)와 연결되고, 내용기(200)의 둘레에 분리가능하게 면접촉으로 설치되는 구성이다.
열전달부(400)는, 내용기(200)의 둘레에 설정간격을 갖도록 다수개 형성되는 설치면부(410)와, 설치면부(410)에 부착되고, 냉동기(300)로 부터 전달된 냉기를 내용기(200)로 전달하는 다수개의 열전달부재(420)와, 열전달부재(420)를 내용기(200)에 분리가능하게 체결하는 체결부(430)와, 열전달부재(420)를 상호 간에 열적으로 연결하는 플렉시블부재(440)를 포함한다.
설치면부(410)는 평면가공을 통해 평면으로 형성된다. 설치면부(410)는 밀링작업을 통해 면삭가공으로 평면이 형성될 수 있다.
열전달부재(420)는 구리블록을 포함한다.
플렉시블부재(440)는 플렉시블한 구리편조망을 포함할 수 있다.
열전달부재(420)와 플렉시블부재(440)는 구리재질 이외에 열전달 효율이 우수한 금속소재라면 어떠한 소재를 적용하여도 무방하다.
열전달부재(420)는 체결부(430)의 체결력 조절에 의해 설치면부(410)와의 접촉력이 결정되는 것을 특징으로 한다.
열전달부재(420)는 체결부(430)의 체결력(토오크)이 커져 밀착력이 증가될수록 열전달 효율리 증진될 수 있다.
열전달부재(420)의 측면에는 냉동기(300)와 연결되기 위한 설치부재(600)가 구비된다. 설치부재(600)는 다양한 형상으로 변경 가능하게 형성됨으로써, 냉동기(300)에서 열전달부재(420)로 냉기가 효율적으로 전달되도록 해준다.
체결부(330)는, 설치면부(410)에 장착되는 볼트부재(432)와, 열전달부재(420)에 형성되는 다수개의 삽입홀부(434)와, 삽입홀부(434)에 끼워진 볼트부재(432)에 체결되어 열전달부재(420)를 설치면부(410)에 밀착시키는 너트부재(436)를 포함한다.
볼트부재(432)는 스터드 볼트를 포함할 수 있다.
볼트부재(432)는 내용기(200)의 둘레에 형성된 나사홀에 나사 결합하여 고정하거나 내용기(200)의 둘레에 형성된 끼움홀에 볼트부재(432)의 머리부를 삽입시켜 용접으로 고정하는 등 다양한 방법으로 볼트부재(432)를 내용기(200)의 둘레에 설치할 수 있다.
플렉시블부재(440)는 결합부(500)에 의해 열전달부재(420)에 결합되는 것을 큭징으로 한다.
결합부(500)는, 플렉시블부재(440)에 형성되는 관통홀부(510)와, 관통홀부(510)에 삽입되어 열전달부재(420)에 결합되는 결합부재(520)를 포함한다.
결합부재(520)는 볼트 또는 나사를 포함할 수 있다.
결합부재(520)를 이용하여 플렉시블부재(440)를 열전달부재(420)에 결합할 때, 결합부재(520)를 열전달부재(420)의 너트부재(436)에 체결하거나 열전달부재(420)에 형성된 나사홀에 체결되므로 플렉시블부재(440)가 열전달부재(420)에 열적으로 균일하게 연결될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 작용 및 효과를 살펴보도록 한다.
내용기(200)의 둘레에 원주방향으로 밀링가공을 통해 설정간격을 갖도록 다수개의 평면으로 이루어진 설치면부(410)를 형성하고, 설치면부(410)에 다수개의 볼트부재(432)를 용접으로 고정한다.
연이어, 구리블록으로 제작된 열전달부재(420)에 볼트부재(432)에 대응되는 위치에 삽입홀부(434)를 형성하고, 삽입홀부(434)에 볼트부재(432)를 삽입하여 너트부재(436)를 이용하여 적절한 토크를 가해 체결하므로 열전달부재(420)를 설치면부(410)에 긴밀하게 밀착할 수 있다.
종래에는 솔더링 또는 블레이징을 이용하여 구리밴드를 내용기의 둘레에 원형으로 설치하므로 용접 상태 확인이 어려울 뿐만 아니라, 품질관리가 어려운 반면에, 본 발명의 경우에는 열전달부재(420)가 설치면부(410)에 가해지는 접촉력을 볼트 너트 결합을 통해 조절하는 것이 가능하므로 품질관리가 용이하게 이루어질 수 있다.
그 다음, 플렉시블부재(440)의 관통홀부(510)를 통해 결합부재(520)를 삽입시켜 열전달부재(420)에 결합함으로써, 플렉시블부재(440)를 열전달부재(420)와 열적으로 균일하게 연결할 수 있다.
또한, 열전달부재(420)의 외측면에 설치부재(600)를 설치하고, 냉동기(300)를 연결함으로서, 설치작업이 완료된다.
이와 같은 설치상태에서, 냉동기(300)를 가동하면 발생된 냉기를 설치부재(600)를 통해 열전달부재(420)에 전달시키고, 플렉시블부재(440)를 통해 다른 열전달부재(420)와 열적으로 균일한 상태를 유지함에 따라 내용기(200)의 외측면을 통해 내측으로 냉기가 전달되어 내부에서 액체 질소에 담긴 초전도체를 극저온 상태로 유지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치는, 내용기의 둘레에 평면가공으로 설치면부를 다수개 형성하고, 다수개의 열전달부재를 설치면부에 각각 설치하며, 구리 플렉시블부재를 이용하여 열전달부재와 상호 연결하여 냉동기의 냉기를 내용기로 균일하게 전달함으로써, 기존의 구리밴드를 삭제하여 제작 비용을 절감하고, 열전달부재의 접촉상태 확인 및 품질관리가 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 초전도체 냉각용기용 냉각장치의 극저온 냉각 장치는 냉각밴드(60)일 수 있다. 즉, 냉각밴드(60)를 통해 내용기가 극저온상태로 유지될 수 있다. 이하, 극저온 냉각 장치는 냉각밴드(60)임을 전제로 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 내용기(200)는 하부바디(210)와 중간바디(100) 및 상부바디(220)로 분할 구성된다.
하부바디(210)는 내용기(200)에서 냉각밴드(60) 설치 부분의 아래쪽 부분을 이루는 것으로 원통 형상이고, 하단부는 막혀 있으며, 상단부는 개구되어 있다.
상부바디(220)는 하부바디(210)와 동일한 재질, 직경, 두께를 가지는 원통으로서, 내용기(200)에서 냉각밴드(60) 설치 부분의 위쪽 부분을 구성한다.
중간바디(100)는 내용기(200)에서 극저온 냉각 장치인 냉각밴드(60)가 설치되는 부분에 해당되는 것으로 내용기(200)의 상하 방향 일부 구간의 벽체를 구성한다. 내용기(200)의 일측부에는 냉동기(300)가 설치되며, 냉동기(300)의 쿨링헤드(41)는 냉각밴드(60)에 연결된다. 냉각밴드(60)는 내용기(200)의 외주면 둘레에 설치된다. 따라서 내용기(200) 내부 열이 냉각밴드(60)를 통해 냉동기(300)의 쿨링헤드(41)로 전달되어 제거됨으로써 내용기(200) 내부의 액체질소가 액체 상태를 유지하여 초전도체 모듈을 초저온 상태로 유지할 수 있다.
중간바디(100)는 바디플레이트(110)와 그 상하에 각각 장착되는 용접플레이트(120) 및 상기 바디플레이트(110)의 측면에 설치되는 다수의 스터드볼트(130)를 포함한다.
도 10과 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 바디플레이트(110)는 정다각형 평면 형상을 갖는 관(pipe)형 구조물이다. 도 11에는 평면부(111)의 수가 12개인 정십이각형 형상의 실시예가 도시되어 있으나, 평면부(111)의 수는 내용기(200)의 크기에 따라 적절히 변경될 수 있는 것이다.
상기 바디플레이트(110)는 길이가 긴 직사각형 강판을 다수 회 절곡하고 그 양단을 서로 용접하여 제작된다. 즉 바디플레이트(110)는 원래 평판 형상이며, 이를 길이 방향을 따라 일정 간격마다 반복 절곡하여 다수의 평면부(111)를 형성하는 것이다. 평면부(111)와 평면부(111) 사이는 모서리부(112)가 되며, 모서리부(112)의 내각의 크기는 모든 모서리부(112)에서 동일하다.
상기와 같이 바디플레이트(110)에서 각각의 평면부(111)는 원래 강판의 평면 상태를 그대로 유지하며, 이에 평면도 및 조도가 원형 파이프의 표면을 절삭하여 평면을 가공하는 종래의 경우에 비해 매우 우수하다.
또한 도시된 바와 같이 각 평면부(111)는 횡방향 전체에 걸쳐 두께의 변화 없이 동일한 두께를 가지며, 이는 모든 평면부(111)에서 동일하다.
따라서 바디플레이트(110)는 둘레 방향 전체에 걸쳐 동일한 두께를 가지므로 상기 중간바디(100)는 둘레 방향 전체에 걸쳐 반경 방향으로 동일한 열전도 성능을 가진다.
상기 평면부(111)의 외측면에는 다수의 스터드볼트(113)가 설치된다. 스터드볼트(113)는 일단부가 평면부(111)에 용접됨으로써 바디플레이트(110)에 고정된다. 도 10에는 하나의 평면부(111)에 2열 3행, 총 6개의 스터드볼트(113)가 설치된 실시예가 도시되어 있으나 이는 상기 냉각밴드(60)의 구리블록(61)(도 14 참조) 크기를 감안하여 적절히 변경될 수 있다.
상기 바디플레이트(110)의 상단과 하단에는 상부바디(220)와 하부바디(210)가 용접으로 연결되는데, 접합 면적을 충분히 확보할 수 있도록 바디플레이트(110)의 상단과 하단에는 각각 용접플레이트(120)가 먼저 용접된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 용접플레이트(120)는 바디플레이트(110)와 동일 재질의 평평한 플레이트로서 평면상 원형 링 형상을 가진다. 더 자세히는 용접플레이트(120)의 외주면(121)은 바디플레이트(110)와 동일한 정다각형 형상으로 형성되고 내주면(122)은 원형으로 형성된다.
상기 용접플레이트(120)의 내주면(122)은 바디플레이트(110)의 내측면보다 반경 방향 내측으로 돌출되어 있으며, 이에 따라 충분한 용접 면적을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 바디플레이트(110) 즉, 중간바디(100)의 구조적 강성이 향상된다.
이러한 형상의 용접플레이트(120)는 강판을 레이저 커팅(cutting)하여 제작할 수 있다.
용접플레이트(120)의 외주면(121)에서 서로 마주보는 평면부 사이의 거리는 바디플레이트(110)에서 서로 마주보는 평면부(111)(의 외측면) 사이의 거리와 동일하다.
도 13은 바디플레이트(110)의 상단에 용접플레이트(120)가 용접 설치된 상태를 도시한 것으로, 바디플레이트(110)와 용접플레이트(120)의 외주면은 서로 정확히 일치되고, 내주면(점선으로 표시됨)은 용접플레이트(120)의 내주면(122)이 바디플레이트(110)의 내주면보다 반경 방향 내측으로 돌출되어 있게 된다.
동일한 구조로 바디플레이트(110)의 하단에도 다른 용접플레이트(120)가 용접 설치되어 중간바디(100)의 제작이 완료된다.
상기와 같이 바디플레이트(110)의 상단과 하단에 링 형상의 용접플레이트(120)가 장착됨으로써 바디플레이트(110)가 횡방향 외력에 대해 보다 강건하게 대응할 수 있게 된다. 즉, 상기 용접플레이트(120)들에 의해 중간바디(100)의 구조적 강성이 향상된다.
이후 도 9과 같이 중간바디(100)의 상단과 하단에 각각 상부바디(220)와 하부바디(210)를 용접하여 내용기(200)를 완성하게 된다.
이때 바디플레이트(110)의 상단과 하단에 설치된 상기 용접플레이트(120)들에 의해 상부바디(220)와 하부바디(210)의 용접 면적이 충분히 확보될 수 있게 됨으로써 상부바디(220), 중간바디(100), 하부바디(210)가 서로 견고하게 용접되고, 이에 내용기(200)가 충분한 내압 강성을 갖출 수 있게 된다.
도 14는 상기 중간바디(100)의 외주면에 냉각밴드(60)를 설치한 상태를 도시한 것이다. 냉각밴드(60)는 다수의 구리블록(61)과, 인접한 구리블록(61)들을 서로 연결해주는 플렉시블조인트(62)를 포함한다.
상기 구리블록(61)은 소정 두께의 직사각형 평판으로서 바디플레이트(110)의 각 평면부(111)마다 1개씩 장착된다. 이를 위해 구리블록(61)에는 바디플레이트(110)의 스터드볼트(113)와 동수의 볼트홀이 형성되고, 구리블록(61)은 상기 스터드볼트(113)가 볼트홀에 삽입되는 상태로 바디플레이트(110)의 평면부(111)에 밀착되며, 이후 스터드볼트(113)에 너트가 체결됨으로써 구리블록(61)이 평면부(111)에 면 밀착되는 상태로 바디플레이트(110)에 고정된다.
이후 서로 이웃한 구리블록(61)들을 플렉시블조인트(62)로 연결한다. 상기 플렉시블조인트(62)는 구리블록(61)과 동일한 구리 재질로 제작되고 구리블록(61)과의 사이에 원활한 열전달이 이루어질 수 있도록 가능한 접촉 면적이 넓은 구조로 연결된다. 플렉시블조인트(62) 자체의 구조는 본 발명의 대상이 아니므로 상세한 설명은 생략한다.
위에서 상기 냉각밴드(60)는 내용기(200)의 제작이 완료된 이후 설치되는 것으로 설명하였으나, 냉각밴드(60)의 설치 작업은 중간바디(100)가 상부바디(220)와 하부바디(210) 사이에 용접되기 이전에 독립된 상태에서 실시될 수 있음은 물론이다. 이 경우 중간바디(100)만을 취급하면서 냉각밴드(60) 설치 작업을 실시하게 되므로 내용기(200)를 취급하면서 냉각밴드(60)를 설치하는 경우에 비하여 한층 수월하게 작업을 진행할 수 있는 장점이 있다.
상기와 같이 내용기(200)의 외측면에 설치된 냉각밴드(60)는 전술한 바와 같이 냉동기(300)의 쿨링헤드에 동일한 구리 재질의 연결부재를 매개로 연결된다. 따라서 내용기(200)의 내부의 액체질소와 냉동기(300)의 쿨링헤드(41) 사이에 열교환이 이루어져 액체질소의 온도를 상기 초전도체 모듈이 초전도 상태를 유지할 수 있는 극저온 상태로 지속적으로 유지할 수 있다.
이제 본 발명의 작용 효과를 설명한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 내용기(200)는 냉각밴드(60)가 설치되는 중간바디(100)와, 이를 기준으로 그 상부바디(220)와 하부바디(210)가 각각 별도로 제작된 뒤 상호 용접되어 제조된다.
상기 중간바디(100)를 구성하는 주요 부품인 바디플레이트(110)는 길이가 긴 직사각형 강판을 일정 간격마다 다수 회 절곡하는 방식으로 제작됨으로써 절곡선 즉 모서리부(112) 사이의 평면부(111)들이 원재료인 강판의 평면 상태를 그대로 유지하므로 우수한 평면도 및 조도를 가짐은 물론 평면부(111) 전체가 동일한 두께를 가진다.
따라서 상기 평면부(111)에 냉각밴드(60)의 구리블록(61)이 매우 양호한 면 밀착 상태로 장착될 수 있게 됨으로써 중간바디(100)와 냉각밴드(60)를 매개로 한 액체질소와 냉동기(300)의 쿨링헤드(41) 사이의 열전달이 원활하게 이루어짐으로써 내용기(200)의 냉각 성능이 향상된다.
또한 상기 평면부(111)는 위치에 상관없이 두께가 동일하므로 위치에 상관없이 균일한 열전도성을 가지며, 이러한 평면부(111)가 중간바디(100)의 둘레 방향을 따라 전체적으로 존재하므로 내용기(200)의 둘레 전체에 걸쳐 균일한 냉각 성능을 확보할 수 있게 된다. 이는 초전도체 모듈의 초전도 선재 전체가 내용기(200)내 위치에 관계없이 균일한 초전도 상태를 유지할 수 있는 것을 의미하므로 초전도 한류기의 작동 성능이 보다 안정화 및 향상될 수 있다.
또한 상기 바디플레이트(110)의 평면부(111)는 평판재 절곡에 의해 형성된 것이므로 저온용기의 외측면을 직접 절삭하여 평면을 가공하는 종래의 경우보다 작업 자체가 수월하다. 따라서 내용기(200)의 제작이 보다 용이해질 뿐만 아니라 비용이 절감된다.
또한 상기 바디플레이트(110)의 평면부(111)의 두께가 전체적으로 동일하여 스터드볼트(13) 용접시 평면부(111) 변형 방지를 위해 용접 열량을 위치에 따라 세밀하게 고려할 필요가 없으므로 작업이 한층 용이해지며, 보다 신속하게 진행할 수 있게 된다.
더불어 스터드볼트(13)를 용접할 때 종래와 같이 내용기(200) 완성 상태에서 실시하지 않고 상대적으로 크기가 작고 중량이 가벼운 중간바디(100)에 실시함으로써 작업이 한결 간편해진다.
상기와 같이 내용기(200) 제작 공정의 전반적인 작업이 용이해지고 시간이 적게 걸리게 됨으로써 생산 비용이 절감되는 효과가 있다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 초전도체 냉각용기용 냉각장치는 기존의 구리밴드를 삭제하는 대신, 내용기의 둘레에 다수개의 설치면부 및 열전달부재를 설치하거나, 내용기를 분할하여 냉각밴드를 설치함으로써 냉동기의 냉기를 내용기로 균일하게 전달하고, 품질관리가 용이하게 이루어질 수 있다.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 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 외용기의 내부에 구비되고, 초전도체가 액체냉각제에 담기는 내용기;
    상기 외용기의 외부에 구비되어 냉기를 발생하는 냉동기; 및
    상기 냉동기와 연결되고, 상기 내용기의 내부를 극저온 상태로 유지하는 극저온 유지 장치; 를
    포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 극저온 유지 장치는 상기 내용기 둘레에 분리가능하게 면접촉으로 설치되는 열전달부인 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전달부는,
    상기 내용기의 둘레에 설정간격을 갖도록 다수개 형성되는 설치면부;
    상기 설치면부에 부착되고, 상기 냉동기로 부터 전달된 냉기를 상기 내용기로 전달하는 다수개의 열전달부재;
    상기 열전달부재를 상기 내용기에 분리가능하게 체결하는 체결부; 및
    상기 열전달부재를 상호 간에 열적으로 연결하는 플렉시블부재;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 설치면부는 평면가공을 통해 평면으로 형성되고,
    상기 열전달부재는 구리블록을 포함하며,
    상기 플렉시블부재는 플렉시블한 구리편조망을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열전달부재는 상기 체결부의 체결력 조절에 의해 상기 설치면부와의 접촉력이 결정되는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 체결부는,
    상기 설치면부에 장착되는 볼트부재;
    상기 열전달부재에 형성되는 다수개의 삽입홀부; 및
    상기 삽입홀부에 끼워진 상기 볼트부재에 체결되어 상기 열전달부재를 상기 설치면부에 밀착 시키는 너트부재;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 플렉시블부재는 결합부에 의해 상기 열전달부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 결합부는,
    상기 플렉시블부재에 형성되는 관통홀부; 및
    상기 관통홀부에 삽입되어 상기 열전달부재에 결합되는 결합부재;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  9. 제1항에 있어서
    상기 극저온 유지 장치는 냉각밴드를 포함하고,
    상기 내용기는,
    상하 방향으로 개구된 관 형상의 상부바디와;
    상부는 개구되고 하부는 막혀 있는 하부바디와;
    관 형상으로 형성되어 상기 상부바디와 하부바디의 사이에 연결되는 중간바디를 포함하고,
    상기 중간바디는 상기 냉각밴드가 외주면에 설치되는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간바디는 정다각형 형상의 바디플레이트를 포함하고, 바디플레이트의 평면부는 위치에 상관없이 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바디플레이트는 직사각형의 강판이 길이 방향으로 일정 간격마다 다수 회 반복 절곡되고, 그 양단이 상호 용접된 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 평면부에는 다수의 스터드볼트가 용접된 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 바디플레이트의 상단과 하단에 상기 상부바디와 하부바디의 용접 면적을 확보하기 위한 용접플레이트가 용접된 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 용접플레이트는 평평한 링 형상으로서 외주면은 바디플레이트의 외측면과 일치되는 동일한 정다각형 형상이고, 내주면은 원 형상으로서 바디플레이트의 내측면보다 반경 방향 내측으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 바디플레이트의 외측 둘레에는 냉각밴드가 설치된 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 냉각밴드는 다수의 구리블록과, 구리블록들을 연결하는 플렉시블조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 구리블록은 평평한 직사각형 판재로서 상기 바디플레이트의 평면부에 설치된 다수의 스터드볼트와 동수의 볼트홀이 형성되며, 상기 볼트홀에 상기 스터드볼트가 삽입되는 구조로 구리블록이 바디플레이트의 평면부에 면 밀착되고, 상기 스터드볼트에 너트가 체결되는 것을 특징으로 하는 초전도체 냉각용기용 냉각장치.
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