WO2023182668A1 - Superconducting fault current limiter having direct cooling structure and method for controlling same - Google Patents

Superconducting fault current limiter having direct cooling structure and method for controlling same Download PDF

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WO2023182668A1
WO2023182668A1 PCT/KR2023/002372 KR2023002372W WO2023182668A1 WO 2023182668 A1 WO2023182668 A1 WO 2023182668A1 KR 2023002372 W KR2023002372 W KR 2023002372W WO 2023182668 A1 WO2023182668 A1 WO 2023182668A1
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refrigerator
pressure
inlet
water level
liquid refrigerant
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PCT/KR2023/002372
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Inventor
김성준
이경호
김민지
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엘에스일렉트릭 (주)
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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04Cooling
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
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    • Y10S505/888Refrigeration
    • Y10S505/897Cryogenic media transfer

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting current limiter, and more specifically to a cooling structure of the superconducting current limiter.
  • Superconductor refers to a material that loses electrical resistance below a certain temperature (superconductivity critical temperature). Below the superconductivity critical temperature, it has the characteristic of becoming a perfect conductor with a resistance of 0 (superconductivity). In this case, since the resistance is 0, it is possible to conduct electricity without loss of power. On the other hand, at temperatures exceeding the superconductivity critical temperature, the superconductivity is lost and resistance is generated.
  • the current limiter using a superconductor like this is called a superconducting current fault limiter.
  • the superconducting current fault limiter the superconducting characteristics are maintained in a cryogenic environment where the temperature is maintained below the superconducting critical temperature, so current is passed without power loss. Make this possible.
  • an abnormal current such as a ground fault, short circuit, or lightning occurs, and a current exceeding the allowable value is drawn, superconductivity is lost, and resistance generated due to the loss of superconductivity of the superconductor may limit the conduction of current.
  • the superconducting current limiter utilizes the phase change phenomenon of the superconductor depending on temperature, and must be able to maintain the superconductor at a temperature below the critical temperature.
  • the critical temperature is generally a cryogenic temperature of 77K (Kelvin) or lower
  • a cryogenic cooling system is needed to maintain the superconductor at a cryogenic temperature of 77K or lower.
  • a typical superconducting current limiter cools the superconductor using supercooled liquid nitrogen as a refrigerant, and the heat load of the container containing the liquid nitrogen is removed through a cryogenic refrigerator operated in a closed cycle. .
  • a superconducting current limiter liquid nitrogen, a liquid refrigerant, absorbs the heat generated in the superconductor by the operating current, and the heat absorbed by the liquid refrigerant, that is, the heat load, is cooled through a cryogenic refrigerator. Therefore, the larger the operating current, that is, the closer to the maximum allowable current (rated current), the larger the heat load, and a cooling effect with greater output is required to remove the large heat load. Accordingly, a typical superconducting current limiter can achieve a sufficient cooling effect to remove the heat load by operating a plurality of cryogenic refrigerators in parallel.
  • the operating current may vary depending on the current load.
  • the operating current is proportional to the current flowing in the load, that is, the current load, and the operating current is also proportional to the heat load. Therefore, the smaller the operating current, the smaller the heat load, so when the current load is small, only weaker cold air may be sufficient to maintain the liquid refrigerant below the critical temperature.
  • the plurality of cryogenic refrigerators are configured to operate simultaneously in parallel regardless of the heat load. Therefore, since a plurality of cryogenic refrigerators are operated even with a small heat load, unnecessary operation may occur. In this case, the maintenance cost of the cryogenic refrigerator greatly increases depending on the operation time, so there is a problem that the maintenance cost of the superconducting current limiter increases due to the unnecessary operation of the cryogenic refrigerator.
  • the present invention aims to solve the above-described problems and other problems.
  • a superconducting current limiter having a cooling structure capable of maximizing the cooling efficiency of the cryogenic refrigerator, and the same.
  • the purpose is to provide a control method for a superconducting current limiter.
  • the present invention provides a superconducting current limiter and a control method for the superconducting current limiter that can further reduce maintenance costs by preventing excessive operation of a cryogenic refrigerator.
  • a superconducting current limiter includes a current limiter tank whose interior is sealed; A cryogenic refrigerator that is cooled to a very low temperature and has a cold head that is introduced into a current limiter tank; A refrigerant container that is sealed inside the current limiter tank and includes a liquid refrigerant filled to a height higher than the height at which the superconductor element is installed, and an insulating gas having a preset pressure and filled on the liquid refrigerant; The cold head is introduced at the top, the liquid refrigerant and the insulating gas are filled, and the insulating gas is filled in the refrigerant container by the liquid refrigerant formed on one side of the refrigerant container and filled with one side of the refrigerant container.
  • a freezer inlet forming a space separated from the main room;
  • a water level control gas flow path connected to the freezer inlet to discharge the insulating gas in the freezer inlet or to allow the insulating gas to flow into the freezer inlet, and a water level control valve that opens or closes the water level control gas flow path.
  • a pressure control flow path connecting the main chamber of the refrigerant container and the level control gas flow path, and a pressure control valve that opens or closes the pressure control flow path; And, when the cryogenic refrigerator is operated, the water level control valve and the pressure control valve are controlled to change the level of the liquid refrigerant filled in the refrigerator inlet, so that the liquid refrigerant comes into contact with the cold head of the cryogenic refrigerator, or the cold It is characterized by including a control unit that separates the liquid refrigerant from the head.
  • the control unit controls the pressure control valve to close the pressure control passage, and controls the water level control valve in a state in which the pressure control passage is closed to cool the refrigerator.
  • the liquid refrigerant level in the inlet of the refrigerator is adjusted using the difference between the gas pressure in the inlet of the refrigerator reduced by the discharged insulating gas and the insulating gas pressure in the main chamber of the refrigerant container. It is characterized by
  • the control unit controls the water level control valve to close the water level control gas flow path, and when the water level control gas flow path is closed, the refrigerant container is filled in the main chamber.
  • the pressure control valve is controlled to open the pressure control flow path so that the insulating gas flows into the refrigerator inlet through the pressure control flow path.
  • it further includes a pressure sensor that detects the gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure of the water level control gas flow path, and the control unit is configured to detect the gas pressure in the refrigerator inlet according to the detection result of the pressure sensor.
  • the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is determined based on the pressure, and the level control valve is controlled according to the determined liquid refrigerant level to close the level control gas flow path.
  • the cryogenic refrigerator is plural, and the refrigerator inlet corresponding to each of the plurality of cryogenic refrigerators, the water level control gas flow path and the water level control valve, and the pressure control flow path and the pressure control valve are further provided. It is characterized by
  • control unit causes the liquid refrigerant to contact each of at least one cold head that is driven among the plurality of cryogenic refrigerators, or to separate the liquid refrigerant from each cold head.
  • At least one of the pressure control valves and at least one of the plurality of pressure control valves are controlled to change the level of the liquid refrigerant filled in at least one refrigerator inlet.
  • it further includes a current sensor that detects a current load applied to the superconducting current limiter, and the control unit drives at least one of the plurality of cryogenic refrigerators according to a detection result of the current sensor. do.
  • the liquid refrigerant charged in the refrigerant container accommodates at least a portion of one side of the refrigerant container forming one side of the refrigerator inlet, and is lower than the height at which the cold head of the refrigerator inlet is introduced. It is characterized by being filled to have a water level.
  • one side of the refrigerant container forming one side of the refrigerator inlet is at least partially separated into one side of the refrigerant container and one side of the freezer inlet, and one side of the separated refrigerant container It is characterized in that they are spaced apart from each other by a space formed between the side and one side of the refrigerator inlet.
  • the cryogenic refrigerator is installed in the direction of gravity, and the cold head is introduced into the current limiter tank in the direction of gravity.
  • the liquid refrigerant charged in the refrigerator inlet is,
  • the cold air discharged from the cryogenic refrigerator is directly discharged through at least a portion of the contacted cold head. It is characterized by being delivered.
  • the liquid refrigerant is characterized as supercooled nitrogen in a liquid state.
  • the insulating gas is a mixed gas of gaseous nitrogen and gaseous non-condensable gas, and the non-condensable gas is any one of hydrogen, helium, and neon having a lower vaporization point than nitrogen. do.
  • a method of controlling a superconducting current limiter includes detecting a current load of the superconducting current limiter based on a detection result of the current sensor; If the detected current load is above the preset threshold, all gas pressures in the plurality of refrigerator inlets are changed to increase the level of all liquid refrigerants in the plurality of refrigerator inlets so that the cold head of the cryogenic refrigerator reaches the inlet height. raising step; And, when the detected current load is less than a preset threshold, the gas pressure of some of the plurality of refrigerator inlets is changed to allow the liquid refrigerant in some of the refrigerator inlets to reach the height at which the cold head of the cryogenic refrigerator is introduced. It is characterized by comprising the step of raising the water level.
  • the step of raising the level of all liquid refrigerants in the plurality of refrigerator inlets includes closing all of the plurality of pressure control passages and forming a plurality of level control gases in a state in which all of the plurality of pressure control passages are closed. Controlling the plurality of water level control valves and the plurality of pressure control valves so that all flow paths are opened; Checking whether the gas pressure in each refrigerator inlet detected by pressure sensors that detect the gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure of the water level control gas flow path has reached a preset pressure; controlling the plurality of water level control valves so that all of the open water level control gas passages are closed according to the check results; And, it is characterized by including the step of driving all of the plurality of cryogenic refrigerators.
  • the pressure control flow path connected to a part of the refrigerator inlet is closed, and a part of the water level control gas flow path connected to the part of the freezer inlet is opened while the part of the pressure control flow path is closed.
  • Controlling some water level control valves and some pressure control valves Checking whether the gas pressure in the partial refrigerator inlet reaches a preset pressure from at least one pressure sensor that detects the gas pressure in the partial refrigerator inlet; controlling the part of the water level control valve to close the part of the open water level control gas passage according to the check result; And, it characterized by comprising the step of driving at least one cryogenic refrigerator introduced into the part of the refrigerator inlet.
  • the preset threshold is determined based on the rated current of the superconducting current limiter.
  • the refrigerant container in a superconducting current limiter including a refrigerant container that accommodates a liquid refrigerant and an insulating gas and a superconductor is accommodated inside the liquid refrigerant, the refrigerant container includes a refrigerant container main chamber, and a cryogenic temperature limiter.
  • It has a refrigerator inlet into which the refrigerator is introduced, the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet are connected to each other to allow the liquid refrigerant to flow, and the superconducting current limiter is provided in at least one of the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet, At least one pressure control unit capable of adjusting the pressure of the insulating gas contained in at least one of the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet; and a control unit for controlling the level of liquid refrigerant contained in the refrigerator inlet by controlling the at least one pressure control unit.
  • the at least one pressure regulator is provided with a pressure control valve provided in the main chamber of the refrigerant container, and the control unit is configured to cause a portion of the liquid refrigerant accommodated in the main chamber of the refrigerant container to be pushed into the refrigerator inlet to cool the refrigerator.
  • the pressure control valve is controlled to provide additional insulating gas pressure to the main chamber of the refrigerant container so that the liquid refrigerant level in the inlet increases.
  • the at least one pressure regulator is provided with a water level control valve provided in the refrigerator inlet, and the control unit is configured to cause a portion of the liquid refrigerant contained in the main chamber of the refrigerant container to be drawn to the refrigerator inlet to cool the refrigerator.
  • the water level control valve is controlled to lower the insulating gas pressure at the refrigerator inlet so that the liquid refrigerant level at the inlet increases.
  • the at least one pressure regulator includes a pressure control valve provided in the main chamber of the refrigerant container and a water level control valve provided in the refrigerator inlet, and the control unit is configured to control the liquid refrigerant contained in the main chamber of the refrigerant container.
  • the pressure control valve is controlled to provide additional insulating gas pressure to the main chamber of the refrigerant container, and at the same time, the water level control valve is controlled so that a portion of the liquid refrigerant level in the freezer inlet increases. It is characterized by lowering the insulating gas pressure at the inlet.
  • the superconducting current limiter according to the present invention will be described as follows.
  • the present invention transfers cold air from a cryogenic refrigerator directly to the liquid refrigerant contained in the container without a thermally conductive member, thereby dissipating liquid nitrogen in the container without thermal resistance due to the medium characteristics of the thermally conductive member. It has the advantage of being able to cool immediately. Therefore, the present invention has the effect of maximizing the cooling effect of a cryogenic refrigerator in a superconducting current limiter.
  • the present invention has the effect of reducing the maintenance cost of the superconducting current limiter by preventing the cryogenic refrigerators from being driven unnecessarily by limiting the number of cryogenic refrigerators driven according to the required current load.
  • the present invention in a superconducting current limiter having a direct cooling structure that can directly transfer the cold air of the cryogenic refrigerator to the liquid refrigerant, the cold head of the non-driven cryogenic refrigerator is separated from the liquid refrigerant, thereby reducing the cold head of the non-driving cryogenic refrigerator. It has the effect of preventing heat from flowing in.
  • Figure 1 is a configuration diagram showing the structure of a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention, which includes a plurality of pressure valves and a pressure tank.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is an exemplary diagram showing examples of a condensation surface formed in the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention and structures for limiting the area of the condensation surface.
  • Figure 4 is a flowchart showing an operation process in which a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention adjusts the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet according to the current load.
  • FIGS. 5 to 7 are diagrams illustrating an example in which the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is adjusted according to valve control of the control unit in the superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is an exemplary diagram showing the structure of a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention, which further includes a pressure tank.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the structure of a superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention, which includes a plurality of pressure valves and a pressure tank.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the superconducting current limiter 10 shown in FIG. 1.
  • the superconducting current limiter 10 includes a current limiter tank 210 whose inside is sealed as shown in FIG. 1, and an inside of the current limiter tank 210.
  • a refrigerant container 200 that is sealed and stores liquid and gaseous refrigerants for cooling the HTS elements 213 that generate heat by operating current, and the refrigerant inside the refrigerant container 200. It may be formed to include a plurality of cryocoolers 251 and 252 that induce cooling of the HTS elements 213 by conducting and transferring cold air.
  • the upper side of the current limiter tank 210 may be formed to be sealed with a cover and the inside may be vacuum treated. And it can be insulated to minimize heat transfer from the outside. Additionally, the upper cover of the sealed refrigerant container 200 may be exposed to the outside through a portion of the cover of the current limiter tank 210.
  • the refrigerant container 200 may be provided in a sealed state inside the current limiter tank 210. Additionally, it may be insulated, and different liquid refrigerants 220 and insulating gases 230 may be filled therein.
  • a plurality of HTS elements 213 may be installed inside the refrigerant container 200.
  • the upper cover of the refrigerant container 200 may be provided with a plurality of external connection parts 240 protruding outward.
  • a plurality of internal connection parts may be provided to connect each of the plurality of HTS elements 213 and the plurality of external connection parts 240. That is, the plurality of HTS elements 213 installed inside the refrigerant container 200 have external connection parts 240 that protrude to the outside of the refrigerant container 200 through internal connections connected to each HTS element.
  • the superconducting current limiter 10 can receive current (operating current) from the outside of the refrigerant container 200 through some external connections and some internal connections connected to the power source, and other external connections connected to the load.
  • the operating current supplied from the power source may be supplied to the outside of the superconducting current limiter 10 through another internal connection part.
  • the liquid refrigerant 220 filled in the refrigerant container 200 may be liquid nitrogen in a supercooled state.
  • the liquid refrigerant 220 is used to cool the plurality of HTS elements 213 generated by the operating current, as shown in FIG. 1, at a height greater than or equal to the height at which the plurality of HTS elements 213 are installed. Can be filled to full height. Accordingly, the plurality of HTS elements 213 are completely contained in the liquid refrigerant 220 and absorb the heat generated from the plurality of HTS elements 213 by the operating current, thereby Superconducting properties can be maintained.
  • the insulating gas 230 is used to block heat transfer from the upper cover of the refrigerant container 200 exposed through the cover of the current limiter tank 210 to the liquid refrigerant 220, and is used at a preset pressure (e.g. : 3 Bar) It may be a gas with excellent insulation properties.
  • a mixed gas of gaseous nitrogen (GN2) and gaseous helium (GHe) as the insulating gas 230, is injected into the refrigerant container 200 with a sufficient thickness to block the heat transfer. can be filled.
  • the superconducting current limiter 10 may further include a plurality of cryogenic refrigerators 251 and 252.
  • the cryogenic refrigerators 251 and 252 are each provided with coldheads 261 and 262 that are cooled to extremely low temperatures using a thermally circulating fluid, and cool the object being contacted by conducting cold air through the coldhead. It can be frozen at extremely low temperatures.
  • the cryogenic refrigerators 251 and 252 may use refrigeration technology such as GM (Gifford-McMahon) for cryogenic freezing through the thermal cycle.
  • GM Garnier-McMahon
  • the liquid refrigerant 220 cools the cold heads 261 and 262 of the cryogenic refrigerators 251 and 252 with a liquid refrigerant ( By directly contacting the liquid refrigerant 220, the liquid refrigerant 220 can be cooled through a direct cooling structure that directly cools the liquid refrigerant 220.
  • the superconducting current limiter 10 is configured such that each side of the refrigerant container 200 adjacent to each of the cryogenic refrigerators 251 and 252 has a cold head 261 and 262 into which each of the cryogenic refrigerators 251 and 252 is introduced. It may have a structure that protrudes to a height corresponding to . In this case, the cold heads 261 and 262 of the cryogenic refrigerators 251 and 252 may be inserted into each end of the protrusions 201 and 202 formed on each side of the refrigerant container 200.
  • the other end of the protrusions 201 and 202 is connected to the refrigerant container 200, so that the liquid refrigerant charged in the refrigerant container 200 is in a part of the space formed by the protrusion of the protrusions 201 and 202. It can be formed to be filled. In this case, the remaining space of the protrusions 201 and 202 that is not filled with liquid refrigerant may be filled with the insulating gas 230.
  • the protrusion 201 or 202 is formed to protrude in the form of an arm on one side of the refrigerant container 200, and one side of the arm is separated from one side wall of the adjacent refrigerant container 200.
  • the protrusions 201 and 202 may be separated from the refrigerant container 200 and a partition 350 consisting of one side of the protrusions 201 and 202 and a side wall of the refrigerant container 200. Due to this separation structure, different pressures may be applied to the space inside each protrusion 201 and 202 from other spaces of the refrigerant container 200.
  • each protrusion 201 and 202 of the refrigerant container 200 is divided into another space of the refrigerant container 200, and the other space of the refrigerant container 200 is used as the main chamber of the refrigerant container 200.
  • Let’s call it (231). That is, each protrusion 201, 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 are divided into different areas by partition walls 350 between each protrusion 201, 202 and the main chamber 231. It can be.
  • each protrusion 201 and 202 may be connected to the main chamber 231. That is, the lower end of each partition 350 is open so that the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and each of the protrusions 201 and 202 can be connected to each other.
  • the lower part of the main chamber 231 may be filled with liquid refrigerant 220 in which a plurality of HTS elements 213 are accommodated.
  • the liquid refrigerant 220 filled in the refrigerant container 200 flows into each of the open protrusions 201 and 202 through the lower end of the partition wall 350 between the main chamber 231 and the main chamber 231. It can be.
  • the liquid refrigerant 220 filled in the main chamber 231 may be filled to a height that accommodates the open area of each partition 350. That is, the main chamber 231 may be filled with the liquid refrigerant 220 to have a water level higher than the height corresponding to the lower end of each partition 350 from the base surface of the current limiter tank 210. Accordingly, the space not filled with the liquid refrigerant 220 in the main chamber 231 and the spaces not filled with the liquid refrigerant 220 in each of the protrusions 201 and 202 are connected to the partition wall 350 and the liquid refrigerant 220, respectively. can be isolated from each other.
  • the cold head of the cryogenic refrigerator may be introduced into the upper part of each protrusion 201 and 202.
  • the liquid refrigerant 220 filled inside the protrusions 201 and 202 comes into contact with at least a portion of the cold head introduced into the upper part of the protrusions 201 and 202, the cold air of the cold head contacts the cold head. It can be delivered directly to the liquid refrigerant (220). Therefore, in the following description, the protrusions 201 and 202 will be referred to as the part where the freezer is introduced, that is, the 'freezer inlet part'.
  • the main chamber 231 may be filled with the insulating gas 230 after the liquid refrigerant 220 is filled. Therefore, as shown in FIG. 1, the lower part of the main chamber 231 is filled with liquid refrigerant 220 containing a plurality of HTS elements 213, and above it, that is, in the upper part of the main chamber 231, an insulating gas ( 230) can be filled.
  • the insulating gas 230 may be filled to have a preset pressure (eg, 3 BAR).
  • each of the refrigerator inlets 201 and 202 has a flow path (first level control gas) through which gas for adjusting the level of the liquid refrigerant 220 filled in each of the refrigerator inlets 201 and 202 is introduced or discharged.
  • a flow path 271 and a second water level control gas flow path 272) may be formed.
  • a water level control valve 131 and a second water level control valve 132 may be provided.
  • the first water level control valve 131 and the second water level control valve 132 are each connected to a first water level control gas flow path ( At least one of the 271) and the second water level control gas passage 272 may be opened or closed.
  • first pressure control connected to the main chamber 231 of the refrigerant container 200.
  • the flow path 211 and the second pressure control flow path 212) may be connected.
  • a first pressure control valve for opening or closing the first pressure control flow path 211 and the second pressure control flow path 212 ( 121) and a second pressure control valve 122 may be provided.
  • the first water level control valve 121 and the second water level control valve 122 When the insulating gas 230 is filled in the upper part of the main chamber 231 in a closed state, the first pressure adjustment passage 211, the second pressure adjustment passage 122 and the first water level adjustment gas passage 271, Through the second water level control gas flow path 272, the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 may flow into the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202.
  • the insulating gas 230 filled in the upper part of the main chamber 231 has a pressure of 3 BAR as shown in FIG. 1, the upper part of the first and second refrigerator inlets 201 and 202 into which the cold head is introduced is also The insulating gas 230 having a pressure of 3 BAR may be filled. Therefore, as shown in FIG. 1, the liquid refrigerant 220 filled in each refrigerator inlet 201 and 202 is higher than the height of the lower end of the partition wall 350 from the base surface of the current limiter tank 210, and each The refrigerator inlets 201 and 202 may be filled to have a water level lower than the height at which the cold heads 261 and 262 are introduced.
  • the insulating gas filled in the first refrigerator inlet 201 is discharged to the outside of the superconducting current limiter 10. It can be. Then, the pressure at the top of the first refrigerator inlet 201 may decrease, and the level of the liquid refrigerant 220 may increase by the reduced pressure of the insulating gas 230.
  • the liquid refrigerant whose level has risen comes into contact with at least a part of the cold head introduced into the upper end of the first refrigerator inlet 201, and therefore, when the cryogenic refrigerator is driven, the cryogenic refrigerator The cold air from the refrigerator can be transferred directly to the liquid refrigerant.
  • the control unit 100 of the superconducting current limiter 10 operates the first water level control valve 131 and By controlling the first pressure control valve 121 to change the filling level of the liquid refrigerant 220 by changing the pressure at the top of the first refrigerator inlet 201, cold air can be directly delivered from the inlet cold head. Let it happen.
  • the control unit 100 controls the first water level control valve 131 to close the first water level control gas flow path 271 and opens the first pressure control valve 121.
  • the first pressure adjustment passage 211 can be controlled to open.
  • the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may flow back into the first refrigerator inlet 201. Therefore, the pressure at the top of the first freezer inlet 201, which was depressurized due to the discharge of the insulating gas, is restored to be equal to the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231, and the first freezer inlet 201 is restored.
  • the level of the liquid refrigerant 220 filled in may be lowered again.
  • the cold head and the liquid refrigerant 220 introduced into the upper part of the first refrigerator inlet 201 may be spaced apart from each other.
  • the insulating gas 230 is filled between the cold head and the liquid refrigerant 220, the space between the cold head and the liquid refrigerant 220 can be insulated. Therefore, when the cryogenic refrigerator is not operated, heat conducted to the cold head due to the upper part of the cryogenic refrigerator leaking out of the current limiter tank 210 can be blocked from being transferred to the liquid refrigerant 220.
  • the control unit 100 controls the second water level control valve 132 and the second pressure control valve 122 to open or close the second water level control gas flow path 272, and the second pressure control valve By controlling (122) to open or close the second pressure control passage 212, the level of the liquid refrigerant 220 filled in the second refrigerator inlet 202 can be adjusted. That is, as necessary, the control unit 100 adjusts the pressure of the insulating gas in at least one refrigerator inlet corresponding to the at least one driven cryogenic refrigerator, so that the at least one is in contact with at least a portion of the cold head of the driven cryogenic refrigerator. The level of the liquid refrigerant 220 filled in the refrigerator inlet can be controlled.
  • insulating gas can be injected into the refrigerator inlet corresponding to the cryogenic refrigerator that is not driven so that the cold head of the introduced cryogenic refrigerator is separated from the liquid refrigerant. Therefore, it is possible to prevent the cold head of a cryogenic refrigerator that is not operating from acting as a heat load of the liquid refrigerant.
  • Figure 1 assumes that the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention is provided with two cryogenic refrigerators 251 and 252.
  • the present invention is not limited to this. In other words, a greater number of cryogenic refrigerators can be provided.
  • the volume of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be sufficiently large to allow the volume inside each refrigerator inlet 201 and 202 to be ignored. Therefore, when the main chamber 231 is filled with the insulating gas 230 corresponding to a sufficient pressure (e.g. 3 BAR), the main chamber 231 is filled with the insulating gas 230 filled in each of the refrigerator inlets 201 and 202. It can serve as a pressure tank that provides filling pressure. Therefore, the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention may not be provided with a separate pressure tank.
  • a sufficient pressure e.g. 3 BAR
  • opening or closing of the first water level control gas flow path 271 by driving the first water level control valve 131 is referred to as opening or closing of the first water level control valve 131. Do this.
  • opening or closing of the second water level control gas passage 272 by driving the second water level control valve 132 will be referred to as opening or closing of the second water level control valve 132.
  • opening or closing of the first pressure control passage 211 by driving the first pressure control valve 121 will be referred to as opening or closing of the first pressure control valve 131.
  • opening or closing of the second pressure control passage 212 by driving the second pressure control valve 122 will be referred to as opening or closing of the second pressure control valve 132.
  • the flow path inlet where each refrigerator inlet (201, 202) and the first and second water level control gas flow paths (271, 272) are connected is connected to the liquid refrigerant (220) when the water level of the liquid refrigerant (220) rises. It may be formed around the location where the cold head is introduced to prevent it from entering.
  • the control unit 100 may detect the level of the liquid refrigerant 220 and control the water level control valve and the pressure control valve according to the detected level so that the level of the liquid refrigerant does not rise to the level where the flow path inlet is formed.
  • the control unit 100 is provided with a pressure sensor to detect the pressure of the insulating gas filled in the upper part of the refrigerator inlet, and when the water level control valve is opened, the level of the liquid refrigerant charged in the upper part of the refrigerator inlet is measured from the pressure sensor. The pressure corresponding to can be detected. And by closing the open water level control valve according to the detected pressure, the water level of the liquid refrigerant can be prevented from rising to the height where the flow path inlet is formed.
  • FIG. 2 is a block diagram showing each configuration of the control unit 100 and the superconducting current limiter 10 connected to the control unit 100.
  • the superconducting current limiter 10 includes a control unit 100, a detection unit 110 connected to the control unit 100, a valve unit 120, and a refrigerator unit 250. It can be configured.
  • the detection unit 110 may include a pressure detection unit 111 including at least one pressure sensor for detecting pressure and a current detection unit 112 for detecting a current load.
  • each of the pressure sensors 111-1 and 111-2 of the pressure sensing unit 111 may be a sensor for detecting the pressure of the insulating gas filled in the upper part of each refrigerator inlet 201 and 202.
  • each pressure sensor may be provided in a pressure control flow path connected to the water level control gas flow path, between a pressure control valve formed on the pressure control flow path and the water level control gas flow path.
  • each pressure sensor (111-1, 111-2) is connected to the water level control gas flow path (271, 272) and the pressure control flow path (211, 212). Based on the gas pressure, the pressure of the insulating gas filled in the upper part of each refrigerator inlet (201, 202) can be detected. And the pressure detection result can be provided to the control unit 100.
  • the current detection unit 112 can detect the current supplied to or from the superconducting current limiter 10 as a current load.
  • the current sensing unit 112 may include at least one current sensor. And the current value detected by the at least one current sensor, that is, the current load, can be provided to the control unit 100.
  • the refrigerator unit 250 may include at least one cryogenic refrigerator.
  • the refrigerator portion 250 includes a first cryogenic refrigerator 251 and a second cryogenic refrigerator ( 252) may be included.
  • the first cryogenic refrigerator 251 and the second cryogenic refrigerator 252 may be partially or fully driven under the control of the control unit 100.
  • the valve unit 120 may include a driving unit for driving each valve described in FIG. 1 above.
  • the valve unit 120 includes a first pressure control valve unit (hereinafter referred to as first pressure control valve 121) for driving the first pressure control valve 121, and a second pressure control valve 122. It may include a second pressure control valve unit (hereinafter referred to as the second pressure control valve 122) for driving.
  • the valve unit 120 operates a first water level control valve unit (hereinafter referred to as first water level control valve 131) for driving the first water level control valve 131 and a second water level control valve 132. It may include a second water level control valve unit (hereinafter referred to as the second water level control valve 132).
  • control unit 100 can control other connected components based on the detection result of the detection unit 110.
  • the control unit 100 detects the current load based on the detection result of the current detection unit 112, and some of the cryogenic refrigerators 251 and 252 provided in the freezer unit 250 are operated based on the detected current load. It can drive only cryogenic freezers or all cryogenic freezers. For convenience of explanation below, when only some cryogenic refrigerators are operated, it will be assumed that only the first cryogenic refrigerator 251 is operated.
  • control unit 100 may control the valve unit 120 to lower the insulating gas pressure at the freezer inlet where the cold head of the determined cryogenic refrigerator is introduced.
  • the control unit 100 closes the first and second pressure control valves 121 and 122 and adjusts the first and second water levels.
  • the valve unit 120 can be controlled so that both valves 131 and 132 are opened. Then, in each of the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272 connected to each of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202, the first refrigerator inlet ( 201) and the second refrigerator inlet 202, the insulating gases may be discharged, thereby lowering the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202.
  • the level of the liquid refrigerant rises in each of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202, and accordingly, the upper portions of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202 At least a portion of each of the first cold head 261 of the first cryogenic refrigerator 251 and the second cold head 262 of the second cryogenic refrigerator 252 may be in contact with the liquid refrigerant whose water level has risen. . Therefore, when the first cryogenic refrigerator 251 and the second cryogenic refrigerator 252 are driven, cold air can be directly transferred to the liquid refrigerant from both the first cold head 261 and the second cold head 262.
  • the control unit 100 closes the first pressure control valve 121 and opens the first water level control valve 131.
  • the valve unit 120 can be controlled as much as possible.
  • the valve unit 120 can be controlled to open the second pressure control valve 122 and close the second water level control valve 132.
  • the insulating gas filled in the first refrigerator inlet 201 can be discharged from the first water level control gas flow path 271 connected to the first refrigerator inlet 201. Accordingly, the gas pressure within the first refrigerator inlet 201 may be lowered. Therefore, the level of the liquid refrigerant in the first refrigerator inlet 201 rises, and at least a portion of the first cold head 261 of the first cryogenic refrigerator 251 introduced into the upper end of the first refrigerator inlet 201 You may come into contact with liquid refrigerant whose level has risen. Therefore, cold air resulting from the operation of the first cryogenic refrigerator 251 may be directly transferred to the liquid refrigerant through the first cold head 261.
  • the gas pressure in the second refrigerator inlet 202 may be maintained at its initial state. Additionally, as the second pressure control valve 122 is opened, the gas pressure in the second refrigerator inlet 202 can be maintained at the same pressure as the gas pressure in the main chamber 231 of the refrigerant container 200. Accordingly, the liquid refrigerant in the second refrigerator inlet 202 can maintain the initial level, and accordingly, the liquid refrigerant and the second cold head 262 of the second cryogenic refrigerator 252 are separated from each other by the heat insulating gas. Delivery may be blocked. Therefore, it is possible to prevent the introduced cold head from acting as a heat load having heat resistance to the liquid refrigerant due to the cryogenic refrigerator not operating.
  • control unit 100 may drive only one cryogenic refrigerator based on the current load detected by the current detection unit 112 while all cryogenic refrigerators are in operation.
  • control unit 100 can lower the liquid refrigerant level in the refrigeration unit inlet where the cold head of one of the non-operating cryogenic refrigerators is introduced by normalizing the gas pressure in the inlet of one of the refrigerating units.
  • the control unit 100 controls the valve unit 120 to close the first and second pressure control valves 121 and 122 and open both the first and second water level control valves 131 and 132.
  • the second water level control valve 132 may be closed and the second pressure control valve 122 may be opened.
  • gas discharge from the second water level control gas flow path 272 may be terminated.
  • the second pressure control valve 122 is opened and the second pressure control flow path connected to each other ( 212) and the second water level control gas flow path 272, the insulating gas in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may flow into the second refrigerator inlet 202.
  • the gas pressure in the second refrigerator inlet 202 can be restored, and the liquid refrigerant level that had risen can be lowered again. Then, the liquid refrigerant and the second cold head 262 may be separated as the water level drops, and may be insulated from each other by the insulating gas. Therefore, it is possible to prevent the second cryogenic refrigerator 252 that is not driven from acting as a heat load.
  • each refrigerator inlet 201, 202 and the refrigerant container 200 are separated by a partition 350. It was also explained that the level of liquid refrigerant may rise or fall within the refrigerator inlet.
  • the first side of the partition 350 that is, the side on the side of the refrigerant container 200
  • the second side of the partition 350 is inside the refrigerator inlet. It may come into contact with liquid refrigerant whose water level rises. Accordingly, the second side of the partition 350 in contact with the liquid refrigerant is cooled by the liquid refrigerant, and this may cause the insulating gas to condense on the first side. That is, a condensation surface can be formed.
  • Figure 3 is an exemplary diagram showing examples of a condensation surface formed in the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention and structures for limiting the area of the condensation surface.
  • FIG. 3(a) shows an example in which the above-described concave surface is formed.
  • the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 is lowered due to the opening of the first water level control valve 131, the liquid in the first refrigerator inlet 201 as shown in (a) of FIG.
  • the water level of the refrigerant 220 may rise.
  • the side of the first refrigerator inlet 201 is raised within the first refrigerator inlet 201. It is in contact with the liquid refrigerant 220, and the side of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 is in contact with the insulating gas 230 in the main chamber 231 of the refrigerant container 200. Accordingly, the upper portion 352 of the partition 350 can be cooled by the liquid refrigerant contacted from the side of the first refrigerator inlet 201. Therefore, condensation may occur on the side of the upper portion 352 of the partition wall 350 on the side of the main chamber 231 of the refrigerant container 200. In other words, condensation surfaces may occur.
  • the superconducting current limiter 10 may have a configuration in which at least a portion of the partition wall 350 is separated.
  • the outer wall of the refrigerant container 200 and the outer wall of the refrigerator inlet can be separated from each other through a branch structure in which a portion of the partition wall 350 is physically separated.
  • the outer wall of the refrigerant container 200 and the outer wall of the refrigerator inlet may be spatially separated as shown in (b) of FIG. 3.
  • the point corresponding to the branch where separation of the partition begins may be a point corresponding to a height higher than the water level of the liquid refrigerant 220 in the refrigerant container 200.
  • the refrigerant container 200 and the refrigerator inlet have one partition at a height (meaning the vertical distance from the base of the current limiter tank 210) below the level of the liquid refrigerant 220 charged in the refrigerant container 200. (350) is shared, but at a height above the level of the liquid refrigerant (220) charged in the refrigerant container (200), they are spatially separated (360) through the branch structure, resulting in an increase in the level of the liquid refrigerant at the refrigerator inlet.
  • the outer wall of the refrigerator inlet being cooled and the outer wall of the refrigerant container 200 in the part filled with the insulating gas may be disconnected. Therefore, since the refrigerant container 200 and the refrigerator inlet do not share one partition, the formation of the condensation surface may be limited.
  • Figure 4 is a flowchart showing an operation process in which the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention adjusts the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet according to the current load.
  • 5 to 7 are diagrams illustrating an example in which the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is adjusted according to the valve control of the control unit 100.
  • the superconducting current limiter 10 can be filled with an appropriate amount of liquid refrigerant 220 in the refrigerant container 200.
  • the control unit 100 may open both the first and second pressure control valves 121 and 122 and the first and second water level control valves 131 and 132.
  • charging of the liquid refrigerant 220 may be performed with both the first and second pressure control valves 121 and 122 and the first and second water level control valves 131 and 132 open.
  • the level of the liquid refrigerant 220 filled in each refrigerator inlet 201 and 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be the same.
  • the liquid refrigerant 220 can be filled to a level sufficient to accommodate the plurality of HTS elements 213 installed inside the refrigerant container 200, and the cryogenic refrigerator ( It can be filled to a height that does not contact the cold heads 261 and 262 of 251 and 252).
  • the liquid refrigerant 220 can be accommodated in a part of each partition 350 that separates the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and each refrigerator inlet 201 and 202. Accordingly, the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and the refrigerator inlets 201 and 202 may be separated from each other by each partition 350 and the liquid refrigerant 220.
  • This state is a state in which the cold of any cold head is not transferred to the liquid refrigerant, and may be a state in which both the first cryogenic refrigerator 251 and the second cryogenic refrigerator 252 are not operated.
  • the control unit 100 may close the first and second water level control valves 131 and 132.
  • the first and second pressure control valves 121 and 122 may be open. Therefore, each refrigerator inlet (201, 202) and the main chamber (231) of the refrigerant container (200) have first and second water level adjustment gas passages (271, 272) and first and second pressure adjustment passages (211, 212). They may be connected to each other through.
  • the control unit 100 may inject the insulating gas 230 into the main chamber 231 of the refrigerant container 200 until a preset pressure (3 BAR) is formed.
  • a preset pressure 3 BAR
  • each refrigerator inlet 201, 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 are connected to each other, so the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200
  • the insulating gas 230 having a pressure of 3 BAR may be filled in each refrigerator inlet 201 and 202. That is, each refrigerator inlet 201, 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be filled with the insulating gas 230 at the same pressure.
  • the control unit 100 can cool the liquid refrigerant 220 to drive the superconducting current limiter 10.
  • the controller 100 may close the first and second pressure control valves 121 and 122 and open at least one of the first and second water level control valves.
  • the control unit 100 operates a cryogenic refrigerator with a cold head introduced into at least one of the first and second refrigerator inlets 201 and 202 from which the insulating gas is discharged, thereby keeping the liquid refrigerant 220 below the critical temperature. It can be cooled to a temperature of And when the liquid refrigerant 220 is cooled below the critical temperature, the plurality of HTS elements 213 accommodated in the liquid refrigerant 220 may have superconducting characteristics.
  • the state in which the plurality of HTS elements 213 have superconducting characteristics as the liquid refrigerant 220 is cooled below the critical temperature can be said to be a state in which the superconducting current limiter 10 is operating.
  • the control unit 100 can detect the current load of the superconducting current limiter 10 (S400). As an example, the control unit 100 may detect the current load based on the detection result of the current detection unit 112, which detects the amount of current flowing through the superconducting current limiter 10. And it can be determined whether the detected current load is greater than or equal to a preset threshold (S402). And if the sensed current load is greater than a preset threshold, it may be determined that both the first and second cryogenic refrigerators 251 and 252 are required to be driven.
  • the threshold value may be determined according to the size of the maximum current that can be passed in the superconducting current limiter 10, that is, the size of the rated current.
  • the threshold may be a current value closer to the rated current. That is, the control unit 100 may determine that operation of both the first and second cryogenic refrigerators 251 and 252 is necessary when the current load of the superconducting current limiter 10 is close to the rated current.
  • the control unit 100 can open both the first and second water level control valves 131 and 132 while closing the first and second pressure control valves 121 and 122 (S404). Then, the insulating gas filled in the first and second refrigerator inlets 201 and 202 may be discharged through the first and second water level adjustment gas passages 271 and 272. Then, since the gas pressure in the first and second refrigerator inlets 202 becomes smaller than the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200, the insulating gas pressure in the main chamber 231 Accordingly, a greater amount of liquid refrigerant 220 may flow into each refrigerator inlet (201, 202). Therefore, as shown in FIG. 6, the level of the liquid refrigerant filled in each refrigerator inlet (201, 202) may rise.
  • the volume of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be large enough to ignore the volume of each refrigerator inlet 201 and 202. Therefore, even if a larger amount of liquid refrigerant flows into the freezer inlet, the change in the liquid refrigerant level in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be small enough to be ignored.
  • the control unit 100 operates the pressure sensing unit 111. Through this, the gas pressure within each refrigerator inlet (201, 202) can be sensed.
  • the first and second pressure sensors (111-1, 111-2) are connected to each other between the water level control gas flow paths (271, 272) and the pressure control flow paths (211, 212), the water level control gas flow path ( 271, 272) and pressure control valves 121, 122. Therefore, when the pressure control valves 121 and 122 are closed, the gas pressure in the refrigerator inlets 201 and 202 can be detected through the water level control gas passages 271 and 272.
  • the control unit 100 detects the insulating gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure detection unit 111 (S406), and when the preset decompression pressure is reached, the first and second water level control valves 131 and 132 By closing, it is possible to prevent liquid refrigerant from being discharged through the first and second water level control gas passages 271 and 271 (S408).
  • the liquid refrigerant level in each refrigerator inlet 201 and 202 rises, as shown in FIG.
  • At least a portion of each of the cold heads 261 and 262 of the cryogenic refrigerators 251 and 252 introduced into each refrigerator inlet 201 and 202 may be in contact with the liquid refrigerant whose level has risen. Therefore, the control unit 100 can quickly cool the liquid refrigerant by driving both the first and second cryogenic refrigerators 251 and 252. Then, the control unit 100 can proceed again to step S400 and detect the current load.
  • the control unit 100 closes the first and second pressure control valves 121 and 122 and adjusts the water level to one level. Only the control valve can be opened (S404). For convenience of explanation, the following description will be made on the assumption that only the first water level control valve is opened.
  • the insulating gas filled in the first refrigerator inlet 201 can be discharged. Then, since the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 becomes smaller than the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200, the liquid phase changes depending on the insulating gas pressure in the main chamber 231. Refrigerant 220 may flow into the first refrigerator inlet 201. Therefore, as shown in FIG. 7, the level of the liquid refrigerant charged in the first refrigerator inlet 201 may rise.
  • the control unit 100 can detect the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 through the pressure detection unit 111, that is, the first pressure sensor 111-1 (S414). In this case, since the gas in the first refrigerator inlet 201 is discharged, the pressure in the first refrigerator inlet 201 may continue to decrease. And when the pressure of the first refrigerator inlet 201 reaches the preset reduced pressure, the control unit 100 closes the first water level control valve 131, thereby allowing the liquid phase to flow through the first water level control gas flow path 271. Refrigerant can be prevented from being discharged (S416).
  • the control unit 100 can cool the liquid refrigerant by operating only the first cryogenic refrigerator 251. That is, when a current load lower than the rated rectification is detected, the control unit 100 operates only one cryogenic refrigerator, thereby preventing unnecessary operation of the cryogenic refrigerator. In this case, unnecessary operation of the cryogenic refrigerator is prevented, thereby saving maintenance costs for the superconducting current limiter.
  • the control unit 100 closes the second water level control valve 132 to prevent gas discharge in the second refrigerator inlet 202, so that the liquid refrigerant is stored in the second cryogenic refrigerator 252, as shown in FIG. 7. It is possible to prevent contact with the cold head 262.
  • the control unit 100 closes the second water level control valve 132 to prevent gas discharge in the second refrigerator inlet 202, so that the liquid refrigerant is stored in the second cryogenic refrigerator 252, as shown in FIG. 7. It is possible to prevent contact with the cold head 262.
  • an insulating gas layer having a preset pressure exists between the second cold head 262 of the second cryogenic refrigerator 252 and the liquid refrigerant, the space between the second cold head 262 and the liquid refrigerant is insulated. , it is possible to prevent the second cryogenic refrigerator 252, which is not driven, from acting as a heat load of the liquid refrigerant.
  • the controller 100 may close the second water level control valve 132 and open the first pressure control valve 122 in the state shown in FIG. 6 . Then, according to the pressure difference between the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and the pressure of the insulating gas in the second refrigerator inlet 202, the Insulating gas 230 may flow into the second refrigerator inlet 202.
  • the insulating gas is injected into the second freezer inlet (202) until the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 becomes equal to the pressure of the insulating gas in the second freezer inlet 202. 202).
  • the volume of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be large enough to ignore the volume of each of the refrigerator inlets 202 and 202. Therefore, even when the insulating gas in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 flows into the second refrigerator inlet 202, the pressure of the insulating gas in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 can be maintained as is.
  • the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may function as a pressure tank that supplies insulating gas to each refrigerator inlet 201 and 202.
  • the control unit 100 can stop driving the second cryogenic refrigerator 252.
  • Figure 8 shows an example of a superconducting current limiter further including such a separate pressure tank.
  • the pressure tank may be connected to the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272. Therefore, when at least one of the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272 is opened according to the first water level control valve 131 and the second water level control valve 132, the pressure tank ( Based on the gas pressure applied through 130), the insulating gas filled in at least one of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202 is sucked into the pressure tank 130 or the pressure It may be discharged from the tank 130 to the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202.
  • the level of the liquid refrigerant in at least one refrigerator inlet into which the insulating gas is sucked rises, and when the insulating gas is discharged from the pressure tank 130, the discharged insulating gas
  • the level of the liquid refrigerant in at least one refrigerator inlet into which the gas flows may be lowered.
  • the liquid refrigerant inside comes into contact with the cold head of a running cryogenic freezer and receives cold air directly from the freezer inlet, or the liquid refrigerant inside comes into contact with the freezer inlet from the cold head of a stopped cryogenic freezer. It can be separated and insulated.
  • control unit 100 operates only some cryogenic refrigerators or all cryogenic refrigerators according to the detection result of the current detection unit 112.
  • all or only some of the cryogenic refrigerators may be operated depending on the operation policy of the superconducting current limiter or the driver's settings.
  • the control unit 100 may control the valve unit 120 based on the driven cryogenic refrigerator without the detection result of the current detection unit 112. For example, if all cryogenic refrigerators are operated according to the operation policy or driver settings, the control unit 100 may control the valve unit 120 so that the liquid refrigerant level in all refrigerator inlets increases. Therefore, liquid refrigerant can come into contact with the cold head of all cryogenic refrigerators. On the other hand, if some of the cryogenic refrigerators are driven according to the operation policy or the driver's settings, the control unit 100 operates the valve unit 120 so that the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet where the driven portion of the cryogenic refrigerators is introduced increases. can be controlled. Therefore, liquid refrigerant can only come into contact with the cold head of some operated cryogenic refrigerators.
  • first pressure sensor 111-2 second pressure sensor
  • first pressure control valve 122 second pressure control valve
  • first water level control valve 132 second water level control valve
  • Refrigerant container 201 First refrigerator inlet
  • Second refrigerator inlet 210 Current limiter tank
  • first pressure control flow path 212 second pressure control flow path
  • Insulating gas 231 Refrigerant container main compartment
  • Second water level control gas flow path 350 Bulkhead

Landscapes

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Abstract

The present invention relates to a superconducting fault current limiter having a direct cooling structure and a method for controlling same. The superconducting fault current limiter having a direct cooling structure, according to the present invention, comprises: a cryogenic freezer having a cold head inserted into a fault current limiter tank; a refrigerant container containing a liquid refrigerant and an insulating gas; a freezer insertion part into which the cold head is inserted and which is filled with the liquid refrigerant and the insulating gas; a water level adjustment gas flow channel and a water level adjustment valve through which the insulating gas of the freezer insertion part is discharged or introduced; a pressure adjustment flow channel and a pressure adjustment valve connecting a main chamber of the refrigerant container to the water level control gas flow channel; and a control part for controlling the water level adjustment valve and the pressure adjustment valve so that, when the cryogenic freezer is driven, the liquid refrigerant is in contact with or separated from the cold head of the cryogenic freezer.

Description

직접 냉각 구조를 가지는 초전도 한류기 및 그 제어 방법Superconducting current limiter with direct cooling structure and its control method
본 발명은 초전도 한류기에 대한 것으로, 보다 상세하게는 상기 초전도 한류기의 냉각 구조에 대한 것이다. The present invention relates to a superconducting current limiter, and more specifically to a cooling structure of the superconducting current limiter.
초전도체(Superconductor)는 특정 온도(초전도 임계 온도) 이하에서 전기 저항을 상실하는 물질을 의미하는 것으로, 상기 초전도 임계 온도 이하에서는 저항이 0(초전도)인 완전 도체(perfect conductor)가 되는 특징을 가진다. 이 경우 저항이 0인 상태이므로 전력의 손실이 없는 통전이 가능하게 된다. 반면 상기 초전도 임계 온도를 초과하는 온도에서는 상기 초전도성을 상실하게 되므로, 저항이 발생하게 된다. Superconductor refers to a material that loses electrical resistance below a certain temperature (superconductivity critical temperature). Below the superconductivity critical temperature, it has the characteristic of becoming a perfect conductor with a resistance of 0 (superconductivity). In this case, since the resistance is 0, it is possible to conduct electricity without loss of power. On the other hand, at temperatures exceeding the superconductivity critical temperature, the superconductivity is lost and resistance is generated.
한편 이처럼 온도에 따라 상반된 상변화 현상을 가지는 초전도체를 이용하여 통전 시에 전력의 손실을 최소화하면서도 지락, 단락, 낙뢰 등의 사고 시에 발생하는 이상 전류(fault current)시에 전력 계통의 기기를 보호할 수 있는 한류기(Fault Current Limiter)가 등장하고 있다. Meanwhile, by using superconductors that have opposing phase changes depending on temperature, power loss is minimized when energized, while protecting power system devices in the event of fault currents that occur in accidents such as ground faults, short circuits, and lightning strikes. A fault current limiter is emerging.
이처럼 초전도체가 사용된 한류기를 초전도 한류기(Superconducting current fault limiter)라고 하는데, 상기 초전도 한류기의 경우, 상기 초전도 임계 온도 이하의 온도가 유지되는 극저온 환경에서는 초전도 특성을 유지하여 전력의 손실이 없는 통전이 가능하도록 한다. 그러나 상기 지락이나 단락, 또는 낙뢰 등의 이상 전류가 발생함에 따라 허용값 이상의 전류가 인입되면, 초전도성을 상실하게 되고, 초전도체의 초전도성 상실에 따라 발생하는 저항은 전류의 통전을 제한할 수 있다. The current limiter using a superconductor like this is called a superconducting current fault limiter. In the case of the superconducting current fault limiter, the superconducting characteristics are maintained in a cryogenic environment where the temperature is maintained below the superconducting critical temperature, so current is passed without power loss. Make this possible. However, if an abnormal current such as a ground fault, short circuit, or lightning occurs, and a current exceeding the allowable value is drawn, superconductivity is lost, and resistance generated due to the loss of superconductivity of the superconductor may limit the conduction of current.
이처럼 초전도 한류기는 온도에 따른 초전도체의 상변화 현상을 이용하는 것으로, 초전도체를 상기 임계 온도 이하의 온도로 유지할 수 있어야 한다. 그런데 상기 임계 온도는 통상적으로 77K(Kelvin) 이하의 극저온이므로, 상기 초전도체를 상기 77K 이하의 극저온 상태로 유지하기 위한 극저온 냉각 시스템이 필요하다. 이를 위해 통상적인 초전도 한류기는 상기 초전도체를 과냉각된 액체 질소를 냉매로 초전도체를 냉각하며, 상기 액체 질소가 수용된 용기의 열 부하는 밀폐 사이클(close cycle)로 운전되는 극저온 냉동기를 통해 제거되는 구성을 가진다. In this way, the superconducting current limiter utilizes the phase change phenomenon of the superconductor depending on temperature, and must be able to maintain the superconductor at a temperature below the critical temperature. However, since the critical temperature is generally a cryogenic temperature of 77K (Kelvin) or lower, a cryogenic cooling system is needed to maintain the superconductor at a cryogenic temperature of 77K or lower. For this purpose, a typical superconducting current limiter cools the superconductor using supercooled liquid nitrogen as a refrigerant, and the heat load of the container containing the liquid nitrogen is removed through a cryogenic refrigerator operated in a closed cycle. .
한편 초전도 한류기의 경우, 운전 전류에 의해 초전도체에서 발생되는 열을 액상 냉매인 액체 질소가 흡수하고, 상기 액상 냉매가 흡수한 열, 즉 열 부하를 극저온 냉동기를 통해 냉각하는 구성을 가진다. 따라서 운전 전류가 클수록, 즉, 허용 가능한 최대 전류(정격 전류)에 가까울수록 열 부하가 커지고, 큰 열 부하를 제거하기 위해 보다 큰 출력의 냉각 효과가 요구된다. 이에 통상적인 초전도 한류기는, 복수의 극저온 냉동기를 병렬로 운전함으로써 상기 열 부하의 제거를 위한 충분한 냉각 효과를 달성할 수 있도록 한다. Meanwhile, in the case of a superconducting current limiter, liquid nitrogen, a liquid refrigerant, absorbs the heat generated in the superconductor by the operating current, and the heat absorbed by the liquid refrigerant, that is, the heat load, is cooled through a cryogenic refrigerator. Therefore, the larger the operating current, that is, the closer to the maximum allowable current (rated current), the larger the heat load, and a cooling effect with greater output is required to remove the large heat load. Accordingly, a typical superconducting current limiter can achieve a sufficient cooling effect to remove the heat load by operating a plurality of cryogenic refrigerators in parallel.
그런데, 운전 전류는 전류 부하에 따라 가변될 수 있다. 일 예로 운전 전류는 부하에 흐르는 전류, 즉 전류 부하에 비례하며, 또한 상기 운전 전류는 상기 열부하에 비례한다. 따라서 운전 전류가 작을수록 열 부하가 적어지므로, 전류 부하가 작을 경우 보다 약한 냉기만으로도 상기 액상 냉매를 상기 임계 온도 이하로 유지하는데 충분할 수 있다. However, the operating current may vary depending on the current load. For example, the operating current is proportional to the current flowing in the load, that is, the current load, and the operating current is also proportional to the heat load. Therefore, the smaller the operating current, the smaller the heat load, so when the current load is small, only weaker cold air may be sufficient to maintain the liquid refrigerant below the critical temperature.
그러나 통상적인 초전도 한류기의 경우, 상기 복수의 극저온 냉동기가 상기 열 부하와 상관없이 병렬로 동시에 운전되는 구성을 가진다. 따라서 적은 열 부하에도 복수의 극저온 냉동기가 구동되므로, 불필요한 구동이 이루어질 수 있다. 이 경우 극저온 냉동기는 운전 시간에 따라 유지 보수 비용이 크게 증가하므로, 이러한 불필요한 극저온 냉동기의 운전에 의하여 초전도 한류기의 유지 보수 비용이 증가한다는 문제가 있다.However, in the case of a typical superconducting current limiter, the plurality of cryogenic refrigerators are configured to operate simultaneously in parallel regardless of the heat load. Therefore, since a plurality of cryogenic refrigerators are operated even with a small heat load, unnecessary operation may occur. In this case, the maintenance cost of the cryogenic refrigerator greatly increases depending on the operation time, so there is a problem that the maintenance cost of the superconducting current limiter increases due to the unnecessary operation of the cryogenic refrigerator.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 극저온 냉동기를 이용한 액체 질소 수용 용기 냉각 시에, 상기 극저온 냉동기의 냉각 효율을 극대화할 수 있는 냉각 구조를 가지는 초전도 한류기 및 그 초전도 한류기의 제어 방법을 제공하는 것이다. The present invention aims to solve the above-described problems and other problems. When cooling a liquid nitrogen container using a cryogenic refrigerator, a superconducting current limiter having a cooling structure capable of maximizing the cooling efficiency of the cryogenic refrigerator, and the same. The purpose is to provide a control method for a superconducting current limiter.
또한 본 발명은, 극저온 냉동기의 과도한 구동을 방지함으로써, 유지 보수 비용을 보다 절감할 수 있는 초전도 한류기 및 그 초전도 한류기의 제어 방법을 제공하는 것이다.Additionally, the present invention provides a superconducting current limiter and a control method for the superconducting current limiter that can further reduce maintenance costs by preventing excessive operation of a cryogenic refrigerator.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기는, 내부가 밀봉 처리되는 한류기 탱크; 극저온으로 냉각되며 한류기 탱크로 인입되는 콜드헤드를 구비하는 극저온 냉동기; 상기 한류기 탱크 내부에 밀봉된 상태로 구비되며, 초전도체 소자가 설치된 높이 이상의 높이로 충진되는 액상 냉매와, 기 설정된 압력을 가지며 상기 액상 냉매 위에 충진되는 단열 기체를 포함하는 냉매 용기; 상단에 상기 콜드헤드가 인입되며, 상기 액상 냉매와 상기 단열 기체가 충진되고, 상기 냉매 용기의 일 측면에 형성되어 상기 냉매 용기의 일 측면과 충진된 액상 냉매에 의해 상기 냉매 용기에서 단열 기체가 충진되는 주실과 분리되는 공간을 형성하는 냉동기 인입부; 상기 냉동기 인입부와 연결되어 상기 냉동기 인입부 내의 단열 기체를 배출하거나, 또는 단열 기체가 상기 냉동기 인입부 내부로 유입되도록 형성된 수위 조절 기체 유로 및, 상기 수위 조절 기체 유로를 개방 또는 폐쇄하는 수위 조절 밸브; 상기 냉매 용기의 주실과 상기 수위 조절 기체 유로를 연결하는 압력 조절 유로 및, 상기 압력 조절 유로를 개방 또는 폐쇄하는 압력 조절 밸브; 및, 상기 극저온 냉동기가 구동 시, 상기 수위 조절 밸브와 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부 내에 충진된 액상 냉매의 수위를 변경함으로써 상기 극저온 냉동기의 콜드헤드에 액상 냉매가 접촉되도록 하거나, 상기 콜드헤드로부터 액상 냉매가 이격되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention to achieve the above or other objects, a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention includes a current limiter tank whose interior is sealed; A cryogenic refrigerator that is cooled to a very low temperature and has a cold head that is introduced into a current limiter tank; A refrigerant container that is sealed inside the current limiter tank and includes a liquid refrigerant filled to a height higher than the height at which the superconductor element is installed, and an insulating gas having a preset pressure and filled on the liquid refrigerant; The cold head is introduced at the top, the liquid refrigerant and the insulating gas are filled, and the insulating gas is filled in the refrigerant container by the liquid refrigerant formed on one side of the refrigerant container and filled with one side of the refrigerant container. A freezer inlet forming a space separated from the main room; A water level control gas flow path connected to the freezer inlet to discharge the insulating gas in the freezer inlet or to allow the insulating gas to flow into the freezer inlet, and a water level control valve that opens or closes the water level control gas flow path. ; a pressure control flow path connecting the main chamber of the refrigerant container and the level control gas flow path, and a pressure control valve that opens or closes the pressure control flow path; And, when the cryogenic refrigerator is operated, the water level control valve and the pressure control valve are controlled to change the level of the liquid refrigerant filled in the refrigerator inlet, so that the liquid refrigerant comes into contact with the cold head of the cryogenic refrigerator, or the cold It is characterized by including a control unit that separates the liquid refrigerant from the head.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 극저온 냉동기가 구동되면, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 압력 조절 유로를 폐쇄하고, 상기 압력 조절 유로가 폐쇄된 상태에서 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부 내의 단열 기체를 배출하여, 상기 배출된 단열 기체로 인하여 감소된 상기 냉동기 인입부 내의 기체 압력과 상기 냉매 용기 주실의 단열 기체 압력 차이를 이용하여 상기 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 조절하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, when the cryogenic refrigerator is driven, the control unit controls the pressure control valve to close the pressure control passage, and controls the water level control valve in a state in which the pressure control passage is closed to cool the refrigerator. By discharging the insulating gas in the inlet, the liquid refrigerant level in the inlet of the refrigerator is adjusted using the difference between the gas pressure in the inlet of the refrigerator reduced by the discharged insulating gas and the insulating gas pressure in the main chamber of the refrigerant container. It is characterized by
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 극저온 냉동기의 구동이 정지되면, 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 수위 조절 기체 유로를 폐쇄하고, 상기 수위 조절 기체 유로가 폐쇄되면, 상기 냉매 용기 주실에 충진된 단열 기체가 상기 압력 조절 유로를 통해 상기 냉동기 인입부에 유입되도록, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 압력 조절 유로를 개방하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the operation of the cryogenic refrigerator is stopped, the control unit controls the water level control valve to close the water level control gas flow path, and when the water level control gas flow path is closed, the refrigerant container is filled in the main chamber. The pressure control valve is controlled to open the pressure control flow path so that the insulating gas flows into the refrigerator inlet through the pressure control flow path.
일 실시 예에 있어서, 상기 수위 조절 기체 유로의 압력을 통해 상기 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 감지하는 압력 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 압력 센서의 감지 결과에 따른 상기 냉동기 인입부 내의 기체 압력에 근거하여 상기 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 판별 및, 판별된 액상 냉매 수위에 따라 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 수위 조절 기체 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, it further includes a pressure sensor that detects the gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure of the water level control gas flow path, and the control unit is configured to detect the gas pressure in the refrigerator inlet according to the detection result of the pressure sensor. The liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is determined based on the pressure, and the level control valve is controlled according to the determined liquid refrigerant level to close the level control gas flow path.
일 실시 예에 있어서, 상기 극저온 냉동기는 복수이며, 상기 복수의 극저온 냉동기 각각에 대응하는 상기 냉동기 인입부와 상기 수위 조절 기체 유로 및수위 조절 밸브, 그리고 상기 압력 조절 유로 및 압력 조절 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the cryogenic refrigerator is plural, and the refrigerator inlet corresponding to each of the plurality of cryogenic refrigerators, the water level control gas flow path and the water level control valve, and the pressure control flow path and the pressure control valve are further provided. It is characterized by
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 극저온 냉동기 중, 구동되는 적어도 하나의 콜드헤드 각각에 액상 냉매가 접촉되도록 하거나, 또는 각 콜드헤드로부터 액상 냉매가 이격되도록, 복수의 수위 조절 밸브 중 적어도 하나와 복수의 압력 조절 밸브 중 적어도 하나를 각각 제어하여, 적어도 하나의 냉동기 인입부 내에 충진된 액상 냉매의 수위를 각각 변경하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the control unit causes the liquid refrigerant to contact each of at least one cold head that is driven among the plurality of cryogenic refrigerators, or to separate the liquid refrigerant from each cold head. At least one of the pressure control valves and at least one of the plurality of pressure control valves are controlled to change the level of the liquid refrigerant filled in at least one refrigerator inlet.
일 실시 예에 있어서, 상기 초전도 한류기에 인가되는 전류 부하를 검출하는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 전류 센서의 감지 결과에 따라 상기 복수의 극저온 냉동기 중 적어도 하나를 구동하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, it further includes a current sensor that detects a current load applied to the superconducting current limiter, and the control unit drives at least one of the plurality of cryogenic refrigerators according to a detection result of the current sensor. do.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉매 용기에 충진되는 액상 냉매는, 상기 냉동기 인입부의 일 측면을 형성하는 상기 냉매 용기의 일 측면의 적어도 일부를 수용하며, 상기 냉동기 인입부의 콜드헤드가 인입된 높이보다는 낮은 수위를 가지도록 충진되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the liquid refrigerant charged in the refrigerant container accommodates at least a portion of one side of the refrigerant container forming one side of the refrigerator inlet, and is lower than the height at which the cold head of the refrigerator inlet is introduced. It is characterized by being filled to have a water level.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉동기 인입부의 일 측면을 형성하는 상기 냉매 용기의 일 측면은, 적어도 일부가 상기 냉매 용기의 일 측면과 상기 냉동기 인입부의 일 측면으로 분리 및, 상기 분리된 냉매 용기의 일 측면과 상기 냉동기 인입부의 일 측면 사이에 형성되는 공간에 의하여 서로 간에 이격되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, one side of the refrigerant container forming one side of the refrigerator inlet is at least partially separated into one side of the refrigerant container and one side of the freezer inlet, and one side of the separated refrigerant container It is characterized in that they are spaced apart from each other by a space formed between the side and one side of the refrigerator inlet.
일 실시 예에 있어서, 상기 극저온 냉동기는, 중력 방향으로 설치되도록, 상기 콜드헤드가 중력 방향으로 상기 한류기 탱크에 인입되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the cryogenic refrigerator is installed in the direction of gravity, and the cold head is introduced into the current limiter tank in the direction of gravity.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉동기 인입부에 충진된 액상 냉매는, In one embodiment, the liquid refrigerant charged in the refrigerator inlet is,
상기 제어부의 상기 수위 조절 밸브 및 상기 압력 조절 밸브 제어에 따라 수위가 상승하여 상기 냉동기 인입부에 인입된 콜드헤드에 접촉되면, 접촉된 콜드헤드의 적어도 일부를 통해 상기 극저온 냉동기에서 배출되는 냉기를 직접 전달받는 것을 특징으로 한다.When the water level rises according to the control of the water level control valve and the pressure control valve of the control unit and comes into contact with the cold head introduced into the refrigerator inlet, the cold air discharged from the cryogenic refrigerator is directly discharged through at least a portion of the contacted cold head. It is characterized by being delivered.
일 실시 예에 있어서, 상기 액상 냉매는, 과냉각된 액체 상태의 질소임을 특징으로 한다. In one embodiment, the liquid refrigerant is characterized as supercooled nitrogen in a liquid state.
일 실시 예에 있어서, 상기 단열 기체는, 기체 상태의 질소 및 기체 상태의 불응축 가스의 혼합 기체 이며, 상기 불응축 가스는 질소보다 낮은 기화점을 가지는 수소, 헬륨 및 네온 중 어느 하나임을 특징으로 한다.In one embodiment, the insulating gas is a mixed gas of gaseous nitrogen and gaseous non-condensable gas, and the non-condensable gas is any one of hydrogen, helium, and neon having a lower vaporization point than nitrogen. do.
또한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초전도 한류기의 제어 방법은, 상기 전류 센서의 감지 결과에 근거하여 상기 초전도 한류기의 전류 부하를 검출하는 단계; 검출된 전류 부하가 기 설정된 임계값 이상인 경우, 상기 복수의 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 모두 변경하여, 극저온 냉동기의 콜드헤드가 인입된 높이까지 도달하도록 복수의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 모두의 수위를 상승시키는 단계; 및, 상기 검출된 전류 부하가 기 설정된 임계값 미만인 경우, 상기 복수의 냉동기 인입부 중 일부의 기체 압력을 변경하여, 극저온 냉동기의 콜드헤드가 인입된 높이까지 도달하도록 일부의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Additionally, a method of controlling a superconducting current limiter according to another embodiment of the present invention includes detecting a current load of the superconducting current limiter based on a detection result of the current sensor; If the detected current load is above the preset threshold, all gas pressures in the plurality of refrigerator inlets are changed to increase the level of all liquid refrigerants in the plurality of refrigerator inlets so that the cold head of the cryogenic refrigerator reaches the inlet height. raising step; And, when the detected current load is less than a preset threshold, the gas pressure of some of the plurality of refrigerator inlets is changed to allow the liquid refrigerant in some of the refrigerator inlets to reach the height at which the cold head of the cryogenic refrigerator is introduced. It is characterized by comprising the step of raising the water level.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 모두의 수위를 상승시키는 단계는, 복수의 압력 조절 유로를 모두 폐쇄 및, 복수의 압력 조절 유로가 모두 폐쇄된 상태에서 복수의 수위 조절 기체 유로가 모두 개방되도록 상기 복수의 수위 조절 밸브 및 복수의 압력 조절 밸브를 제어하는 단계; 수위 조절 기체 유로의 압력을 통해 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 감지하는 압력 센서들로부터 검출되는 각 냉동기 인입부 내의 기체 압력이 기 설정된 압력에 도달하였는지 여부를 체크하는 단계; 상기 체크 결과에 따라 상기 개방된 복수의 수위 조절 기체 유로가 모두 폐쇄되도록 상기 복수의 수위 조절 밸브를 제어하는 단계; 및, 상기 복수의 극저온 냉동기를 모두 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of raising the level of all liquid refrigerants in the plurality of refrigerator inlets includes closing all of the plurality of pressure control passages and forming a plurality of level control gases in a state in which all of the plurality of pressure control passages are closed. Controlling the plurality of water level control valves and the plurality of pressure control valves so that all flow paths are opened; Checking whether the gas pressure in each refrigerator inlet detected by pressure sensors that detect the gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure of the water level control gas flow path has reached a preset pressure; controlling the plurality of water level control valves so that all of the open water level control gas passages are closed according to the check results; And, it is characterized by including the step of driving all of the plurality of cryogenic refrigerators.
일 실시 예에 있어서, 일부의 냉동기 인입부와 연결되는 압력 조절 유로를 폐쇄 및, 일부의 압력 조절 유로가 폐쇄된 상태에서 상기 일부의 냉동기 인입부와 연결되는 일부의 수위 조절 기체 유로가 개방되도록 상기 일부의 수위 조절 밸브 및 일부의 압력 조절 밸브를 제어하는 단계; 상기 일부의 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 감지하는 적어도 하나의 압력 센서로부터, 상기 일부의 냉동기 인입부 내 기체 압력이 기 설정된 압력에 도달하였는지 여부를 체크하는 단계; 상기 체크 결과에 따라 상기 개방된 일부의 수위 조절 기체 유로가 폐쇄되도록 상기 일부의 수위 조절 밸브를 제어하는 단계; 및, 상기 일부의 냉동기 인입부에 인입된 적어도 하나의 극저온 냉동기를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the pressure control flow path connected to a part of the refrigerator inlet is closed, and a part of the water level control gas flow path connected to the part of the freezer inlet is opened while the part of the pressure control flow path is closed. Controlling some water level control valves and some pressure control valves; Checking whether the gas pressure in the partial refrigerator inlet reaches a preset pressure from at least one pressure sensor that detects the gas pressure in the partial refrigerator inlet; controlling the part of the water level control valve to close the part of the open water level control gas passage according to the check result; And, it characterized by comprising the step of driving at least one cryogenic refrigerator introduced into the part of the refrigerator inlet.
일 실시 예에 있어서, 상기 기 설정된 임계값은, 상기 초전도 한류기의 정격 전류에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the preset threshold is determined based on the rated current of the superconducting current limiter.
또한, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 액상 냉매와 단열 기체를 수용하며, 상기 액상 냉매 내부에 초전도체가 수용되는 냉매 용기를 구비하는 초전도 한류기에 있어서, 상기 냉매 용기는, 냉매 용기 주실과, 극저온 냉동기가 인입되는 냉동기 인입부를 구비하며, 상기 냉매 용기 주실과 냉동기 인입부는 상기 액상 냉매가 유동 가능하도록 서로 연결되고, 상기 초전도 한류기는, 상기 냉매 용기 주실과 냉동기 인입부 중 적어도 하나에 구비되며, 상기 냉매 용기 주실 및 냉동기 인입부 중 적어도 하나에 수용된 단열 기체의 압력을 조절할 수 있는 적어도 하나의 압력 조절부; 및 상기 적어도 하나의 압력 조절부를 제어하여 상기 냉동기 인입부에 수용된 액상 냉매의 수위를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기가 제공된다.In addition, according to another field of the present invention, in a superconducting current limiter including a refrigerant container that accommodates a liquid refrigerant and an insulating gas and a superconductor is accommodated inside the liquid refrigerant, the refrigerant container includes a refrigerant container main chamber, and a cryogenic temperature limiter. It has a refrigerator inlet into which the refrigerator is introduced, the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet are connected to each other to allow the liquid refrigerant to flow, and the superconducting current limiter is provided in at least one of the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet, At least one pressure control unit capable of adjusting the pressure of the insulating gas contained in at least one of the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet; and a control unit for controlling the level of liquid refrigerant contained in the refrigerator inlet by controlling the at least one pressure control unit.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 압력 조절부는 상기 냉매 용기 주실에 구비된 압력 조절 밸브를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 냉매 용기 주실에 수용된 액상 냉매의 일부가 상기 냉동기 인입부로 밀려와서 상기 냉동기 인입부의 액상 냉매 수위가 상승하도록, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 냉매 용기 주실에 추가적인 단열 기체 압력을 제공하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the at least one pressure regulator is provided with a pressure control valve provided in the main chamber of the refrigerant container, and the control unit is configured to cause a portion of the liquid refrigerant accommodated in the main chamber of the refrigerant container to be pushed into the refrigerator inlet to cool the refrigerator. The pressure control valve is controlled to provide additional insulating gas pressure to the main chamber of the refrigerant container so that the liquid refrigerant level in the inlet increases.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 압력 조절부는 상기 냉동기 인입부에 구비된 수위 조절 밸브를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 냉매 용기 주실에 수용된 액상 냉매의 일부가 상기 냉동기 인입부로 끌려와서 상기 냉동기 인입부의 액상 냉매 수위가 상승하도록, 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부의 단열 기체 압력을 낮추는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the at least one pressure regulator is provided with a water level control valve provided in the refrigerator inlet, and the control unit is configured to cause a portion of the liquid refrigerant contained in the main chamber of the refrigerant container to be drawn to the refrigerator inlet to cool the refrigerator. The water level control valve is controlled to lower the insulating gas pressure at the refrigerator inlet so that the liquid refrigerant level at the inlet increases.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 압력 조절부는 상기 냉매 용기 주실에 구비된 압력 조절 밸브 및 상기 냉동기 인입부에 구비된 수위 조절 밸브를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 냉매 용기 주실에 수용된 액상 냉매의 일부가 상기 냉동기 인입부에 유입되어 상기 냉동기 인입부의 액상 냉매 수위가 상승하도록, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 냉매 용기 주실에 추가적인 단열 기체 압력을 제공함과 동시에 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부의 단열 기체 압력을 낮추는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the at least one pressure regulator includes a pressure control valve provided in the main chamber of the refrigerant container and a water level control valve provided in the refrigerator inlet, and the control unit is configured to control the liquid refrigerant contained in the main chamber of the refrigerant container. The pressure control valve is controlled to provide additional insulating gas pressure to the main chamber of the refrigerant container, and at the same time, the water level control valve is controlled so that a portion of the liquid refrigerant level in the freezer inlet increases. It is characterized by lowering the insulating gas pressure at the inlet.
본 발명에 따른 초전도 한류기에 대해 설명하면 다음과 같다.The superconducting current limiter according to the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 열전도성 부재 없이 극저온 냉동기의 냉기를 용기에 수용된 액상 냉매에 바로 전달함으로써, 열전도성 부재의 매질 특성으로 인한 열 저항 없이 상기 용기 내의 액체 질소를 바로 냉각할 수 있다는 이점이 있다. 따라서 본 발명은 초전도 한류기에서 극저온 냉동기의 냉각 효과를 극대화할 수 있다는 효과가 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, the present invention transfers cold air from a cryogenic refrigerator directly to the liquid refrigerant contained in the container without a thermally conductive member, thereby dissipating liquid nitrogen in the container without thermal resistance due to the medium characteristics of the thermally conductive member. It has the advantage of being able to cool immediately. Therefore, the present invention has the effect of maximizing the cooling effect of a cryogenic refrigerator in a superconducting current limiter.
또한 본 발명은, 요구되는 전류 부하에 따라 구동되는 극저온 냉동기의 개수를 제한함으로써 불필요하게 극저온 냉동기가 구동되는 것을 방지함으로써, 초전도 한류기의 유지보수 비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of reducing the maintenance cost of the superconducting current limiter by preventing the cryogenic refrigerators from being driven unnecessarily by limiting the number of cryogenic refrigerators driven according to the required current load.
또한 본 발명은, 상기 극저온 냉동기의 냉기를 액상 냉매에 바로 전달할 수 있는 직접 냉각 구조를 가지는 초전도 한류기에서, 구동되지 않는 극저온 냉동기의 콜드헤드가 상기 액상 냉매로부터 이격되도록 함으로써, 구동되지 않는 콜드헤드로부터 열이 유입되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.In addition, the present invention, in a superconducting current limiter having a direct cooling structure that can directly transfer the cold air of the cryogenic refrigerator to the liquid refrigerant, the cold head of the non-driven cryogenic refrigerator is separated from the liquid refrigerant, thereby reducing the cold head of the non-driving cryogenic refrigerator. It has the effect of preventing heat from flowing in.
도 1은 복수의 압력 밸브와 압력 탱크를 구비하는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기의 구조를 도시한 구성도이다. Figure 1 is a configuration diagram showing the structure of a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention, which includes a plurality of pressure valves and a pressure tank.
도 2는, 도 1에서 도시한 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기의 구성을 도시한 블록도이다. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)에서 형성되는 응축면 및, 상기 응측면 면적을 제한하기 위한 구조들의 예들을 도시한 예시도이다. Figure 3 is an exemplary diagram showing examples of a condensation surface formed in the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention and structures for limiting the area of the condensation surface.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기가, 전류 부하에 따라 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 조절하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. Figure 4 is a flowchart showing an operation process in which a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention adjusts the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet according to the current load.
도 5 내지 도 7은, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기에서 제어부의 밸브 제어에 따라 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위가 조절되는 예를 도시한 예시도이다. 5 to 7 are diagrams illustrating an example in which the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is adjusted according to valve control of the control unit in the superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention.
도 8은 압력 탱크를 더 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기의 구조를 도시한 예시도이다.Figure 8 is an exemplary diagram showing the structure of a superconducting current limiter according to an embodiment of the present invention, which further includes a pressure tank.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다It should be noted that the technical terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Additionally, as used herein, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves.
본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.As used herein, “consists of.” or “including.” Terms such as these should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or steps may not be included, or additional components or steps may be included. It should be interpreted to include more.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Additionally, when describing the technology disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the technology disclosed in this specification, the detailed description will be omitted.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes. In addition, each embodiment described below, as well as a combination of embodiments, are changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention, and of course, may fall within the spirit and technical scope of the present invention. .
도 1은 복수의 압력 밸브와 압력 탱크를 구비하는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)의 구조를 도시한 구성도이다. 그리고 도 2는, 도 1에서 도시한 초전도 한류기(10)의 구성을 도시한 블록도이다. Figure 1 is a configuration diagram showing the structure of a superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention, which includes a plurality of pressure valves and a pressure tank. And FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the superconducting current limiter 10 shown in FIG. 1.
먼저 도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)는, 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 내부가 밀봉 처리되는 한류기 탱크(210), 상기 한류기 탱크(210) 내부에 밀봉된 상태로 구비되며, 운전 전류에 의해 발열되는 HTS 소자들(213)을 냉각시키기 위한 액체 상태 및 기체 상태의 냉매들이 저장되는 냉매 용기(200), 상기 냉매 용기(200) 내부의 냉매에 냉기를 전도 전달함으로써 상기 HTS 소자들(213)을 냉각 유도하는 복수의 냉동기(Cryocooler)(251, 252)를 포함하여 형성될 수 있다. First, referring to FIG. 1, the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention includes a current limiter tank 210 whose inside is sealed as shown in FIG. 1, and an inside of the current limiter tank 210. A refrigerant container 200 that is sealed and stores liquid and gaseous refrigerants for cooling the HTS elements 213 that generate heat by operating current, and the refrigerant inside the refrigerant container 200. It may be formed to include a plurality of cryocoolers 251 and 252 that induce cooling of the HTS elements 213 by conducting and transferring cold air.
보다 자세히 살펴보면, 한류기 탱크(210)의 상측은 덮개로 밀봉처리되도록 형성될 수 있으며 내부가 진공 처리될 수 있다. 그리고 외부로부터의 열 전달을 최소화하기 위하여 단열 처리될 수 있다. 그리고 상기 한류기 탱크(210)의 덮개 일부를 통해 밀폐된 냉매 용기(200)의 상부 커버가 외부로 노출될 수 있다. Looking more closely, the upper side of the current limiter tank 210 may be formed to be sealed with a cover and the inside may be vacuum treated. And it can be insulated to minimize heat transfer from the outside. Additionally, the upper cover of the sealed refrigerant container 200 may be exposed to the outside through a portion of the cover of the current limiter tank 210.
그리고 상기 냉매 용기(200)는 상기 한류기 탱크(210) 내부에 밀봉된 상태로 구비될 수 있다. 또한 단열 처리될 수 있으며, 내부에 서로 다른 액체 상태의 냉매(220, 액상 냉매) 및 단열 기체(230)가 충진될 수 있다. Additionally, the refrigerant container 200 may be provided in a sealed state inside the current limiter tank 210. Additionally, it may be insulated, and different liquid refrigerants 220 and insulating gases 230 may be filled therein.
한편 복수의 HTS 소자(213)는 상기 냉매 용기(200) 내부에 설치될 수 있다. 또한 상기 냉매 용기(200)의 상부 커버는 외측으로 돌출된 복수의 외측 연결부(240)를 구비할 수 있다. 그리고 상기 복수의 HTS 소자(213) 각각과 상기 복수의 외측 연결부(240)를 연결하는 복수의 내부 연결부를 구비할 수 있다. 즉, 상기 냉매 용기(200)의 내부에 설치되는 복수의 HTS 소자(213)는, 각 HTS 소자와 연결되는 내측 연결부들을 통해, 상기 냉매 용기(200) 외측으로 돌출되는 외측 연결부(240)들과 연결될 수 있다. 따라서 초전도 한류기(10)는 전원과 연결된 일부의 외측 연결부와 일부의 내측 연결부를 통해 상기 냉매 용기(200) 외부로부터 전류(운전 전류)를 공급받을 수 있으며, 부하와 연결된 다른 일부의 외측 연결부와 다른 일부의 내측 연결부를 통해 상기 전원으로부터 공급된 운전 전류를 상기 초전도 한류기(10) 외부에 공급할 수 있다. Meanwhile, a plurality of HTS elements 213 may be installed inside the refrigerant container 200. Additionally, the upper cover of the refrigerant container 200 may be provided with a plurality of external connection parts 240 protruding outward. In addition, a plurality of internal connection parts may be provided to connect each of the plurality of HTS elements 213 and the plurality of external connection parts 240. That is, the plurality of HTS elements 213 installed inside the refrigerant container 200 have external connection parts 240 that protrude to the outside of the refrigerant container 200 through internal connections connected to each HTS element. can be connected Therefore, the superconducting current limiter 10 can receive current (operating current) from the outside of the refrigerant container 200 through some external connections and some internal connections connected to the power source, and other external connections connected to the load. The operating current supplied from the power source may be supplied to the outside of the superconducting current limiter 10 through another internal connection part.
한편 상기 냉매 용기(200)에 충진되는 액상 냉매(220)는 과냉각 상태의 액체 질소일 수 있다. 이 경우 상기 액상 냉매(220)는 운전 전류에 의해 발열되는 복수의 HTS 소자(213)를 냉각시킬 수 있도록, 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 상기 내부에 설치된 복수의 HTS 소자(213)가 설치된 높이 이상의 높이까지 충진될 수 있다. 이에 따라 상기 복수의 HTS 소자(213)가 액상 냉매(220)에 완전 수용되어, 운전 전류에 의해 상기 복수의 HTS 소자(213)에서 발생되는 열을 흡수함으로써, 상기 복수의 HTS 소자(213)의 초전도 특성이 유지될 수 있다. Meanwhile, the liquid refrigerant 220 filled in the refrigerant container 200 may be liquid nitrogen in a supercooled state. In this case, the liquid refrigerant 220 is used to cool the plurality of HTS elements 213 generated by the operating current, as shown in FIG. 1, at a height greater than or equal to the height at which the plurality of HTS elements 213 are installed. Can be filled to full height. Accordingly, the plurality of HTS elements 213 are completely contained in the liquid refrigerant 220 and absorb the heat generated from the plurality of HTS elements 213 by the operating current, thereby Superconducting properties can be maintained.
한편 상기 단열 기체(230)는 상기 한류기 탱크(210)의 덮개를 통해 노출된 냉매 용기(200)의 상부 커버로부터 상기 액상 냉매(220)로의 열 전달을 차단하기 위한 것으로, 기 설정된 압력(예 : 3 Bar)을 가지도록 충진된 단열성이 우수한 기체일 수 있다. 예를 들어 기체(Gas) 상태의 질소(GN2) 및 기체 상태의 헬륨(GHe)의 혼합 기체가, 상기 단열 기체(230)로서, 상기 열 전달을 차단하기 위한 충분한 두께 만큼 냉매 용기(200)에 충진될 수 있다. Meanwhile, the insulating gas 230 is used to block heat transfer from the upper cover of the refrigerant container 200 exposed through the cover of the current limiter tank 210 to the liquid refrigerant 220, and is used at a preset pressure (e.g. : 3 Bar) It may be a gas with excellent insulation properties. For example, a mixed gas of gaseous nitrogen (GN2) and gaseous helium (GHe), as the insulating gas 230, is injected into the refrigerant container 200 with a sufficient thickness to block the heat transfer. can be filled.
한편 냉매 용기(200)에 충진된 액상 냉매(220)는 상술한 바와 같이 운전 전류에 의해 상기 복수의 HTS 소자(213)에서 발생되는 열을 흡수할 수 있다. 따라서 액상 냉매(220)에서 흡수되는 열, 즉 열부하를 제거하기 위하여 초전도 한류기(10)는 복수의 극저온 냉동기(251, 252)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the liquid refrigerant 220 filled in the refrigerant container 200 can absorb heat generated from the plurality of HTS elements 213 by the operating current as described above. Therefore, in order to remove the heat absorbed from the liquid refrigerant 220, that is, the heat load, the superconducting current limiter 10 may further include a plurality of cryogenic refrigerators 251 and 252.
상기 극저온 냉동기(251, 252)는, 각각 열순환하는 유체를 이용하여 극저온으로 냉각되는 콜드헤드(coldhead)(261, 262)를 구비하며, 상기 콜드헤드를 통한 냉기 전도 방식으로, 접촉되는 대상을 극저온으로 냉동시킬 수 있다. 상기 극저온 냉동기(251, 252)는 상기 열순환을 통한 극저온 냉동을 위해 GM(Gifford-McMahon)과 같은 냉동 기술을 이용할 수 있다. 이하, 상기 기포드-맥마흔(Gifford-McMahon) 냉동 기술을 이용한 극저온 냉동기를 GM 냉동기라고 하기로 한다. The cryogenic refrigerators 251 and 252 are each provided with coldheads 261 and 262 that are cooled to extremely low temperatures using a thermally circulating fluid, and cool the object being contacted by conducting cold air through the coldhead. It can be frozen at extremely low temperatures. The cryogenic refrigerators 251 and 252 may use refrigeration technology such as GM (Gifford-McMahon) for cryogenic freezing through the thermal cycle. Hereinafter, the cryogenic refrigerator using the Gifford-McMahon refrigeration technology will be referred to as a GM refrigerator.
그런데 냉매 용기를 둘러싸도록 형성되는 열전도성 부재 및 극저온 냉동기의 콜드헤드와 연결된 열전달 부재에 의한 간접 냉각 방식은 아무리 열전도율이 높은 재질의 매체를 사용한다고 하더라도, 매질 자체적으로 가지는 열 저항 성분이 존재하므로, 극저온 냉동기의 냉각 효율이 저하될 수 있다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)는, 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 상기 극저온 냉동기들(251, 252)의 콜드헤드(261, 262)들을 액상 냉매(220)에 직접 접촉하도록 함으로써, 액상 냉매(220)를 직접 냉각하는 직접 냉각 구조를 통해 상기 액상 냉매(220)가 냉각될 수 있도록 한다. However, in the indirect cooling method using a heat conductive member formed to surround the refrigerant container and a heat transfer member connected to the cold head of the cryogenic refrigerator, even if a medium made of a material with high thermal conductivity is used, there is a thermal resistance component inherent in the medium itself. There is a problem that the cooling efficiency of cryogenic refrigerators may decrease. In order to solve this problem, the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, cools the cold heads 261 and 262 of the cryogenic refrigerators 251 and 252 with a liquid refrigerant ( By directly contacting the liquid refrigerant 220, the liquid refrigerant 220 can be cooled through a direct cooling structure that directly cools the liquid refrigerant 220.
이를 위해 상기 초전도 한류기(10)는, 극저온 냉동기들(251, 252) 각각에 인접한 냉매 용기(200)의 각 측면이, 각 극저온 냉동기(251, 252)가 인입된 콜드헤드(261, 262)에 대응하는 높이까지 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 이 경우 상기 냉매 용기(200)의 각 측면에 형성된 돌출부들(201, 202)의 각 일단에는 상기 극저온 냉동기들(251, 252) 각각의 콜드헤드들(261, 262)이 인입될 수 있다. 그리고 상기 돌출부들(201, 202)의 다른 일단은 냉매 용기(200)와 연결되어, 상기 냉매 용기(200)에 충진된 액상 냉매가 상기 돌출부들(201, 202)의 돌출로 인해 형성된 공간 일부에 충진되도록 형성될 수 있다. 이 경우 상기 돌출부(201, 202)의 공간 중 액상 냉매가 충진되지 않은 나머지 공간에는 단열 기체(230)가 충진될 수 있다. For this purpose, the superconducting current limiter 10 is configured such that each side of the refrigerant container 200 adjacent to each of the cryogenic refrigerators 251 and 252 has a cold head 261 and 262 into which each of the cryogenic refrigerators 251 and 252 is introduced. It may have a structure that protrudes to a height corresponding to . In this case, the cold heads 261 and 262 of the cryogenic refrigerators 251 and 252 may be inserted into each end of the protrusions 201 and 202 formed on each side of the refrigerant container 200. And the other end of the protrusions 201 and 202 is connected to the refrigerant container 200, so that the liquid refrigerant charged in the refrigerant container 200 is in a part of the space formed by the protrusion of the protrusions 201 and 202. It can be formed to be filled. In this case, the remaining space of the protrusions 201 and 202 that is not filled with liquid refrigerant may be filled with the insulating gas 230.
즉, 상기 돌출부(201, 또는 202)는 냉매 용기(200)의 일 측면에 암(Arm) 형태로 돌출되어 형성되며, 상기 암의 일 측면은 인접한 상기 냉매 용기(200)의 일 측벽과 분리되도록 형성될 수 있다. 즉 상기 돌출부(201, 202)는 냉매 용기(200)와, 상기 돌출부(201, 202)의 일 측면과 상기 냉매 용기(200)의 측벽으로 이루어지는 격벽(partition)(350)으로 분리될 수 있다. 이러한 분리 구조로 인하여 각 돌출부(201, 202) 내부의 공간은 냉매 용기(200)의 다른 공간과 서로 다른 압력이 인가될 수 있다. 이에 상기 냉매 용기(200)의 각 돌출부(201, 202)의 내부 공간과 상기 냉매 용기(200)의 다른 공간을 구분하여, 상기 냉매 용기(200)의 다른 공간을 상기 냉매 용기(200)의 주실(231)이라고 하기로 한다. 즉, 각 돌출부(201, 202)와 상기 냉매 용기(200)의 주실(231)은, 각 돌출부(201, 202)와 상기 주실(231) 사이의 격벽(350)들에 의하여 서로 다른 영역으로 구분될 수 있다. That is, the protrusion 201 or 202 is formed to protrude in the form of an arm on one side of the refrigerant container 200, and one side of the arm is separated from one side wall of the adjacent refrigerant container 200. can be formed. That is, the protrusions 201 and 202 may be separated from the refrigerant container 200 and a partition 350 consisting of one side of the protrusions 201 and 202 and a side wall of the refrigerant container 200. Due to this separation structure, different pressures may be applied to the space inside each protrusion 201 and 202 from other spaces of the refrigerant container 200. Accordingly, the internal space of each protrusion 201 and 202 of the refrigerant container 200 is divided into another space of the refrigerant container 200, and the other space of the refrigerant container 200 is used as the main chamber of the refrigerant container 200. Let’s call it (231). That is, each protrusion 201, 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 are divided into different areas by partition walls 350 between each protrusion 201, 202 and the main chamber 231. It can be.
한편 각 돌출부(201, 202)의 하단부는 상기 주실(231)과 연결될 수 있다. 즉, 상기 각 격벽(350)의 하단은 개방되어 상기 냉매 용기(200)의 주실(231)과 각 돌출부(201, 202)가 서로 연결될 수 있다. Meanwhile, the lower ends of each protrusion 201 and 202 may be connected to the main chamber 231. That is, the lower end of each partition 350 is open so that the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and each of the protrusions 201 and 202 can be connected to each other.
이 경우 상기 주실(231)의 하부에는, 복수의 HTS 소자(213)가 수용된 액상 냉매(220)가 충진될 수 있다. 상기 냉매 용기(200)에 충진된 액상 냉매(220)가 상기 개방된 각 돌출부(201, 202)와 주실(231) 사이의 격벽(350) 하단을 통해, 각 돌출부(201, 202) 내부에 유입될 수 있다. In this case, the lower part of the main chamber 231 may be filled with liquid refrigerant 220 in which a plurality of HTS elements 213 are accommodated. The liquid refrigerant 220 filled in the refrigerant container 200 flows into each of the open protrusions 201 and 202 through the lower end of the partition wall 350 between the main chamber 231 and the main chamber 231. It can be.
여기서 상기 주실(231)에 충진되는 액상 냉매(220)는, 각 격벽(350)의 개방된 영역을 수용하는 높이까지 충진될 수 있다. 즉, 상기 주실(231)에는, 한류기 탱크(210)의 기저면으로부터 상기 각 격벽(350)의 하단 단부에 대응하는 높이 이상의 수위를 가지도록 액상 냉매(220)가 충진될 수 있다. 따라서 상기 주실(231)에서 액상 냉매(220)가 충진되지 않은 공간과, 각 돌출부(201, 202)에서 액상 냉매(220)가 충진되지 않은 공간들이 각각 격벽(350)과 액상 냉매(220)에 의해 서로 간에 격리될 수 있다.Here, the liquid refrigerant 220 filled in the main chamber 231 may be filled to a height that accommodates the open area of each partition 350. That is, the main chamber 231 may be filled with the liquid refrigerant 220 to have a water level higher than the height corresponding to the lower end of each partition 350 from the base surface of the current limiter tank 210. Accordingly, the space not filled with the liquid refrigerant 220 in the main chamber 231 and the spaces not filled with the liquid refrigerant 220 in each of the protrusions 201 and 202 are connected to the partition wall 350 and the liquid refrigerant 220, respectively. can be isolated from each other.
한편 각 돌출부(201, 202)의 상단부에는 극저온 냉동기의 콜드헤드가 인입될 수 있다. 그리고 상기 돌출부(201, 202) 내부에 충진된 액상 냉매(220)가 돌출부(201, 202) 상단부에 인입된 콜드헤드의 적어도 일부에 접촉되면, 상기 콜드헤드의 냉기가, 상기 콜드헤드에 접촉된 액상 냉매(220)로 직접 전달될 수 있다. 따라서 이하의 설명에서는 상기 돌출부(201, 202)를, 냉동기가 인입되는 부분, 즉, '냉동기 인입부'라고 하기로 한다. Meanwhile, the cold head of the cryogenic refrigerator may be introduced into the upper part of each protrusion 201 and 202. And when the liquid refrigerant 220 filled inside the protrusions 201 and 202 comes into contact with at least a portion of the cold head introduced into the upper part of the protrusions 201 and 202, the cold air of the cold head contacts the cold head. It can be delivered directly to the liquid refrigerant (220). Therefore, in the following description, the protrusions 201 and 202 will be referred to as the part where the freezer is introduced, that is, the 'freezer inlet part'.
한편 상기 주실(231)에는 액상 냉매(220)가 충진된 이후에 단열 기체(230)가 충진될 수 있다. 따라서 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 상기 주실(231)의 하부에는 복수의 HTS 소자(213)를 수용한 액상 냉매(220)가 충진되고, 그 위, 즉 상기 주실(231)의 상부에는 단열 기체(230)가 충진될 수 있다. 이 경우 상기 단열 기체(230)는 기 설정된 압력(예 : 3 BAR)을 가지도록 충진될 수 있다. Meanwhile, the main chamber 231 may be filled with the insulating gas 230 after the liquid refrigerant 220 is filled. Therefore, as shown in FIG. 1, the lower part of the main chamber 231 is filled with liquid refrigerant 220 containing a plurality of HTS elements 213, and above it, that is, in the upper part of the main chamber 231, an insulating gas ( 230) can be filled. In this case, the insulating gas 230 may be filled to have a preset pressure (eg, 3 BAR).
또한 상기 냉동기 인입부(201, 202) 각각에는, 상기 각 냉동기 인입부(201, 202)에 충진되는 액상 냉매(220)의 수위를 조절하기 위한 기체가 유입 또는 배출되는 유로(제1 수위 조절 기체 유로(271), 제2 수위 조절 기체 유로(272))가 형성될 수 있다. 그리고 제1 수위 조절 기체 유로(271) 및 제2 수위 조절 기체 유로(272)에는, 상기 제1 수위 조절 기체 유로(271)와 제2 수위 조절 기체 유로(272)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 제1 수위 조절 밸브(131)와 제2 수위 조절 밸브(132)가 구비될 수 있다. 여기서 상기 제1 수위 조절 밸브(131)와 제2 수위 조절 밸브(132)는, 제어부(100)로부터 인가되는 신호(제1 및 제2 수위 조절 밸브 신호)에 따라 각각 제1 수위 조절 기체 유로(271) 및 제2 수위 조절 기체 유로(272) 중 적어도 하나를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. In addition, each of the refrigerator inlets 201 and 202 has a flow path (first level control gas) through which gas for adjusting the level of the liquid refrigerant 220 filled in each of the refrigerator inlets 201 and 202 is introduced or discharged. A flow path 271 and a second water level control gas flow path 272) may be formed. And in the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272, a first gas flow path for opening or closing the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272. A water level control valve 131 and a second water level control valve 132 may be provided. Here, the first water level control valve 131 and the second water level control valve 132 are each connected to a first water level control gas flow path ( At least one of the 271) and the second water level control gas passage 272 may be opened or closed.
한편, 각 냉동기 인입부(201, 202)와, 상기 제1 및 제2 수위 조절 밸브(132) 각각의 사이에는, 상기 냉매 용기(200)의 주실(231)과 연결되는 유로(제1 압력 조절 유로(211), 제2 압력 조절 유로(212))가 연결될 수 있다. 그리고 제1 압력 조절 유로(211) 및 제2 압력 조절 유로(212)에는, 상기 제1 압력 조절 유로(211)와 제2 압력 조절 유로(212)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 제1 압력 조절 밸브(121)와 제2 압력 조절 밸브(122)가 구비될 수 있다.Meanwhile, between each of the refrigerator inlets 201 and 202 and each of the first and second water level control valves 132, there is a flow path (first pressure control) connected to the main chamber 231 of the refrigerant container 200. The flow path 211 and the second pressure control flow path 212) may be connected. And in the first pressure control flow path 211 and the second pressure control flow path 212, a first pressure control valve for opening or closing the first pressure control flow path 211 and the second pressure control flow path 212 ( 121) and a second pressure control valve 122 may be provided.
따라서 도 1에서 보이고 있는 바와 같이, 제1 압력 조절 유로(211)와 제2 압력 조절 유로(212)가 모두 개방된 상태에서, 제1 수위 조절 밸브(121)와 제2 수위 조절 밸브(122)가 폐쇄된 상태에서 주실(231)의 상부에 단열 기체(230)가 충진되는 경우, 제1 압력 조절 유로(211), 제2 압력 조절 유로(122)와 제1 수위 조절 기체 유로(271), 제2 수위 조절 기체 유로(272)를 통해, 주실(231)에 충진되는 단열 기체(230)가 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202)에 유입될 수 있다. Therefore, as shown in FIG. 1, in a state in which both the first pressure control flow path 211 and the second pressure control flow path 212 are open, the first water level control valve 121 and the second water level control valve 122 When the insulating gas 230 is filled in the upper part of the main chamber 231 in a closed state, the first pressure adjustment passage 211, the second pressure adjustment passage 122 and the first water level adjustment gas passage 271, Through the second water level control gas flow path 272, the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 may flow into the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202.
그러므로 도 1과 같이 주실(231)의 상부에 충진된 단열 기체(230)가 3BAR의 압력을 가지는 경우라면, 상기 콜드헤드가 인입된 제1 및 제2 냉동기 인입부(201, 202)의 상부 역시 3BAR의 압력을 갖는 단열 기체(230)가 충진될 수 있다. 따라서 도 1에서 보이고 있는 바와 같이, 각 냉동기 인입부(201, 202)에 충진되는 액상 냉매(220)는, 한류기 탱크(210)의 기저면으로부터 격벽(350)의 하단 단부의 높이보다는 높고, 각 냉동기 인입부(201, 202)에 콜드헤드(261, 262)가 인입된 높이 보다 낮은 수위를 가지도록 충진될 수 있다. Therefore, if the insulating gas 230 filled in the upper part of the main chamber 231 has a pressure of 3 BAR as shown in FIG. 1, the upper part of the first and second refrigerator inlets 201 and 202 into which the cold head is introduced is also The insulating gas 230 having a pressure of 3 BAR may be filled. Therefore, as shown in FIG. 1, the liquid refrigerant 220 filled in each refrigerator inlet 201 and 202 is higher than the height of the lower end of the partition wall 350 from the base surface of the current limiter tank 210, and each The refrigerator inlets 201 and 202 may be filled to have a water level lower than the height at which the cold heads 261 and 262 are introduced.
이처럼 어느 하나의 극저온 냉동기의 콜드헤드도 액상 냉매(220)에 접촉되지 않는 경우는, 어느 하나의 극저온 냉동기도 구동하고 있지 않은 상태, 즉, 초전도 한류기(10)가 운전을 시작하지 않은 상태일 수 있다. In this way, if the cold head of any cryogenic refrigerator is not in contact with the liquid refrigerant 220, it is a state in which neither cryogenic refrigerator is operating, that is, the superconducting current limiter 10 has not started operating. You can.
한편 이러한 상태에서 상기 제1 수위 조절 밸브(121)에 의해 제1 수위 조절 기체 유로(271)가 개방되면 제1 냉동기 인입부(201)에 충진된 단열 기체가 초전도 한류기(10) 외부로 배출될 수 있다. 그러면 제1 냉동기 인입부(201) 상부의 압력이 감소할 수 있으며, 감소된 단열 기체(230)의 압력 만큼 액상 냉매(220)의 수위가 상승할 수 있다. 그리고 충진된 액상 냉매의 수위가 상승하면 상기 제1 냉동기 인입부(201)의 상단부에 인입된 콜드헤드의 적어도 일부에 상기 수위가 상승한 액상 냉매가 접촉하게 되고, 따라서 상기 극저온 냉동기가 구동하면 상기 극저온 냉동기의 냉기가 액상 냉매에 직접 전달될 수 있다. Meanwhile, in this state, when the first water level control gas flow path 271 is opened by the first water level control valve 121, the insulating gas filled in the first refrigerator inlet 201 is discharged to the outside of the superconducting current limiter 10. It can be. Then, the pressure at the top of the first refrigerator inlet 201 may decrease, and the level of the liquid refrigerant 220 may increase by the reduced pressure of the insulating gas 230. And, when the level of the charged liquid refrigerant rises, the liquid refrigerant whose level has risen comes into contact with at least a part of the cold head introduced into the upper end of the first refrigerator inlet 201, and therefore, when the cryogenic refrigerator is driven, the cryogenic refrigerator The cold air from the refrigerator can be transferred directly to the liquid refrigerant.
즉, 제1 냉동기 인입부(201)에 인입된 극저온 냉동기가 구동되는 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)의 제어부(100)는, 상기 제1 수위 조절 밸브(131)와 제1 압력 조절 밸브(121)를 제어하여, 상기 제1 냉동기 인입부(201) 상부의 압력 변경에 의한 액상 냉매(220)의 충진 수위를 변경함으로써, 인입된 콜드헤드로부터 냉기를 직접 전달받을 수 있도록 한다. That is, when the cryogenic refrigerator introduced into the first refrigerator inlet 201 is driven, the control unit 100 of the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention operates the first water level control valve 131 and By controlling the first pressure control valve 121 to change the filling level of the liquid refrigerant 220 by changing the pressure at the top of the first refrigerator inlet 201, cold air can be directly delivered from the inlet cold head. Let it happen.
반면 제어부(100)는 인입된 극저온 냉동기의 구동을 정지하는 경우, 제1 수위 조절 밸브(131)를 제어하여 제1 수위 조절 기체 유로(271)를 폐쇄하고, 제1 압력 조절 밸브(121)를 제어하여 제1 압력 조절 유로(211)를 개방할 수 있다. 그러면 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)가 다시 제1 냉동기 인입부(201)로 유입될 수 있다. 따라서 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)의 압력과 같아지도록, 단열 기체의 배출로 인해 감압되었던 제1 냉동기 인입부(201) 상부의 압력이 복원되면서, 제1 냉동기 인입부(201)에 충진된 액상 냉매(220)의 수위가 다시 낮아질 수 있다. 따라서 제1 냉동기 인입부(201) 상단부에 인입된 콜드헤드와 액상 냉매(220)가 서로 이격될 수 있다. 이 경우 상기 콜드헤드와 액상 냉매(220) 사이에는 단열 기체(230)가 충진되므로, 상기 콜드헤드와 액상 냉매(220) 사이가 단열될 수 있다. 따라서 상기 극저온 냉동기가 구동되지 않는 경우, 상기 한류기 탱크(210) 외부로 유출된 극저온 냉동기의 상부로 인해 콜드헤드로 전도되는 열이 액상 냉매(220)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. On the other hand, when stopping the operation of the introduced cryogenic refrigerator, the control unit 100 controls the first water level control valve 131 to close the first water level control gas flow path 271 and opens the first pressure control valve 121. The first pressure adjustment passage 211 can be controlled to open. Then, the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may flow back into the first refrigerator inlet 201. Therefore, the pressure at the top of the first freezer inlet 201, which was depressurized due to the discharge of the insulating gas, is restored to be equal to the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231, and the first freezer inlet 201 is restored. The level of the liquid refrigerant 220 filled in may be lowered again. Accordingly, the cold head and the liquid refrigerant 220 introduced into the upper part of the first refrigerator inlet 201 may be spaced apart from each other. In this case, since the insulating gas 230 is filled between the cold head and the liquid refrigerant 220, the space between the cold head and the liquid refrigerant 220 can be insulated. Therefore, when the cryogenic refrigerator is not operated, heat conducted to the cold head due to the upper part of the cryogenic refrigerator leaking out of the current limiter tank 210 can be blocked from being transferred to the liquid refrigerant 220.
한편 이와 동일한 방식으로 제어부(100)는 제2 수위 조절 밸브(132)와 제2 압력 조절 밸브(122)를 제어하여 제2 수위 조절 기체 유로(272)를 개방하거나 폐쇄하고, 제2 압력 조절 밸브(122)를 제어하여 제2 압력 조절 유로(212)를 개방하거나 폐쇄함으로써, 제2 냉동기 인입부(202)내에 충진되는 액상 냉매(220)의 수위를 조절할 수 있다. 즉, 필요에 따라 제어부(100)는 구동되는 적어도 하나의 극저온 냉동기에 대응하는 적어도 하나의 냉동기 인입부 내의 단열기체 압력을 조절하여, 구동하는 극저온 냉동기의 콜드 헤드의 적어도 일부에 접촉하도록 상기 적어도 하나의 냉동기 인입부에 충진되는 액상 냉매(220) 수위를 제어할 수 있다. Meanwhile, in the same manner, the control unit 100 controls the second water level control valve 132 and the second pressure control valve 122 to open or close the second water level control gas flow path 272, and the second pressure control valve By controlling (122) to open or close the second pressure control passage 212, the level of the liquid refrigerant 220 filled in the second refrigerator inlet 202 can be adjusted. That is, as necessary, the control unit 100 adjusts the pressure of the insulating gas in at least one refrigerator inlet corresponding to the at least one driven cryogenic refrigerator, so that the at least one is in contact with at least a portion of the cold head of the driven cryogenic refrigerator. The level of the liquid refrigerant 220 filled in the refrigerator inlet can be controlled.
또한 어느 하나의 극저온 냉동기를 구동하지 않는 경우, 상기 구동하지 않는 극저온 냉동기에 대응하는 냉동기 인입부 내에서, 인입된 극저온 냉동기의 콜드헤드가 액상 냉매로부터 이격되도록 단열기체를 주입할 수 있다. 따라서 구동되지 않는 극저온 냉동기의 콜드헤드가 액상 냉매의 열부하로서 작용하는 것을 방지할 수 있다. In addition, when one of the cryogenic refrigerators is not driven, insulating gas can be injected into the refrigerator inlet corresponding to the cryogenic refrigerator that is not driven so that the cold head of the introduced cryogenic refrigerator is separated from the liquid refrigerant. Therefore, it is possible to prevent the cold head of a cryogenic refrigerator that is not operating from acting as a heat load of the liquid refrigerant.
한편 상기 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)가 두 개의 극저온 냉동기(251, 252)를 구비하는 경우를 가정한 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 얼마든지 더 많은 수의 극저온 냉동기가 구비될 수 있다. Meanwhile, Figure 1 assumes that the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention is provided with two cryogenic refrigerators 251 and 252. However, it goes without saying that the present invention is not limited to this. In other words, a greater number of cryogenic refrigerators can be provided.
그리고 상술한 설명에 따르면 본 발명은 두 개의 극저온 냉동기를 구비하는 것을 가정하였기에, 상기 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 각 극저온 냉동기(251, 252)에 대응하는 두 개의 돌출부(201, 202)가 형성되는 예를 가정하였다. 따라서 만약 더 많은 수의 극저온 냉동기가 상기 초전도 한류기(10)에 구비되는 경우라면, 얼마든지 각 극저온 냉동기의 개수에 따라 대응하는 돌출부가 형성될 수 있음은 물론이다. 그러나 이하의 설명에서는, 설명의 편의상 두 개의 극저온 냉동기를 구비하는 경우를 가정하여 설명하기로 한다. And according to the above description, since the present invention is assumed to have two cryogenic refrigerators, as shown in FIG. 1, two protrusions 201 and 202 corresponding to each cryogenic refrigerator 251 and 252 are formed. An example was assumed. Therefore, if a greater number of cryogenic refrigerators are provided in the superconducting current limiter 10, it goes without saying that corresponding protrusions can be formed depending on the number of each cryogenic refrigerator. However, in the following description, for convenience of explanation, it is assumed that two cryogenic refrigerators are provided.
한편 상기 냉매 용기(200)의 주실(231)의 용적은, 각 냉동기 인입부(201, 202) 내부의 용적을 무시할 수 있을 정도로 충분히 클 수 있다. 따라서 상기 주실(231)에 충분한 압력(예 :3 BAR)에 대응하는 단열 기체(230)가 충진되는 경우, 상기 주실(231)은 상기 각 냉동기 인입부(201, 202)에 충진되는 단열 기체의 충진 압력을 제공하는 압력 탱크의 역할을 수행할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)는 별도의 압력 탱크를 구비하지 않을 수 있다.Meanwhile, the volume of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be sufficiently large to allow the volume inside each refrigerator inlet 201 and 202 to be ignored. Therefore, when the main chamber 231 is filled with the insulating gas 230 corresponding to a sufficient pressure (e.g. 3 BAR), the main chamber 231 is filled with the insulating gas 230 filled in each of the refrigerator inlets 201 and 202. It can serve as a pressure tank that provides filling pressure. Therefore, the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention may not be provided with a separate pressure tank.
설명의 편의상 이하의 설명에서는, 제1 수위 조절 밸브(131)의 구동에 의하여 제1 수위 조절 기체 유로(271)가 개방 또는 폐쇄되는 것을, 제1 수위 조절 밸브(131)의 개방 또는 폐쇄라고 하기로 한다. 또한 제2 수위 조절 밸브(132)의 구동에 의하여 제2 수위 조절 기체 유로(272)가 개방 또는 폐쇄되는 것을, 제2 수위 조절 밸브(132)의 개방 또는 폐쇄라고 하기로 한다. 그리고 제1 압력 조절 밸브(121)의 구동에 의하여 제1 압력 조절 유로(211)가 개방 또는 폐쇄되는 것을, 제1 압력 조절 밸브(131)의 개방 또는 폐쇄라고 하기로 한다. 또한 제2 압력 조절 밸브(122)의 구동에 의하여 제2 압력 조절 유로(212)가 개방 또는 폐쇄되는 것을, 제2 압력 조절 밸브(132)의 개방 또는 폐쇄라고 하기로 한다.For convenience of explanation, in the following description, opening or closing of the first water level control gas flow path 271 by driving the first water level control valve 131 is referred to as opening or closing of the first water level control valve 131. Do this. In addition, opening or closing of the second water level control gas passage 272 by driving the second water level control valve 132 will be referred to as opening or closing of the second water level control valve 132. In addition, opening or closing of the first pressure control passage 211 by driving the first pressure control valve 121 will be referred to as opening or closing of the first pressure control valve 131. Additionally, opening or closing of the second pressure control passage 212 by driving the second pressure control valve 122 will be referred to as opening or closing of the second pressure control valve 132.
한편 각 냉동기 인입부(201, 202)와 상기 제1 및 제2 수위 조절 기체 유로(271, 272)가 연결되는 유로 입구는, 액상 냉매(220)의 수위가 상승할 때에 상기 액상 냉매(220)가 유입되지 않도록, 콜드헤드가 인입되는 위치 주변에 형성될 수 있다. 또한 제어부(100)는 액상 냉매(220)의 수위를 감지하고 감지된 수위에 따라 상기 유로 입구가 형성된 높이까지 액상 냉매의 수위가 상승하지 않도록, 수위 조절 밸브와 압력 조절 밸브를 제어할 수 있다. Meanwhile, the flow path inlet where each refrigerator inlet (201, 202) and the first and second water level control gas flow paths (271, 272) are connected is connected to the liquid refrigerant (220) when the water level of the liquid refrigerant (220) rises. It may be formed around the location where the cold head is introduced to prevent it from entering. In addition, the control unit 100 may detect the level of the liquid refrigerant 220 and control the water level control valve and the pressure control valve according to the detected level so that the level of the liquid refrigerant does not rise to the level where the flow path inlet is formed.
여기서 상기 액상 냉매의 수위는 상술한 바와 같이 냉동기 인입부 상부에 충진된 단열 기체의 압력에 따라 결정된다. 따라서 제어부(100)는 냉동기 인입부 상부에 충진된 단열 기체의 압력을 감지하기 위한 압력 센서를 구비하고, 수위 조절 밸브를 개방하는 경우, 압력 센서로부터, 냉동기 인입부 상부에 충진된 액상 냉매의 수위에 대응하는 압력을 검출할 수 있다. 그리고 검출된 압력에 따라 개방된 수위 조절 밸브를 폐쇄함으로써, 상기 유로 입구가 형성된 높이까지 액상 냉매의 수위가 상승하는 것을 방지할 수 있다.Here, the level of the liquid refrigerant is determined according to the pressure of the insulating gas filled in the upper part of the refrigerator inlet, as described above. Therefore, the control unit 100 is provided with a pressure sensor to detect the pressure of the insulating gas filled in the upper part of the refrigerator inlet, and when the water level control valve is opened, the level of the liquid refrigerant charged in the upper part of the refrigerator inlet is measured from the pressure sensor. The pressure corresponding to can be detected. And by closing the open water level control valve according to the detected pressure, the water level of the liquid refrigerant can be prevented from rising to the height where the flow path inlet is formed.
도 2는 이처럼 제어부(100) 및 제어부(100)와 연결되는 초전도 한류기(10)의 각 구성을 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하여 살펴보면, 상기 초전도 한류기(10)는, 제어부(100)와 상기 제어부(100)에 연결되는 감지부(110), 밸브부(120), 및 냉동기부(250)를 포함하여 구성될 수 있다. FIG. 2 is a block diagram showing each configuration of the control unit 100 and the superconducting current limiter 10 connected to the control unit 100. Referring to FIG. 2, the superconducting current limiter 10 includes a control unit 100, a detection unit 110 connected to the control unit 100, a valve unit 120, and a refrigerator unit 250. It can be configured.
감지부(110)는 상술한 바와 같이 압력을 감지하기 위한 압력 센서를 적어도 하나 포함하는 압력 감지부(111) 및 전류 부하를 검출하기 위한 전류 감지부(112)를 포함할 수 있다.As described above, the detection unit 110 may include a pressure detection unit 111 including at least one pressure sensor for detecting pressure and a current detection unit 112 for detecting a current load.
먼저 압력 감지부(111)의 압력 센서들(111-1, 111-2) 각각은, 각 냉동기 인입부(201, 202) 상부에 충진되는 단열 기체의 압력을 감지하기 위한 센서일 수 있다. 이를 위해 각 압력 센서는, 수위 조절 기체 유로에 연결되는 압력 조절 유로에서, 상기 압력 조절 유로 상에 형성된 압력 조절 밸브와 상기 수위 조절 기체 유로 사이에 구비될 수 있다. 이러한 경우 각 압력 센서(111-1, 111-2)는 압력 조절 밸브(121, 122)가 폐쇄될 때, 수위 조절 기체 유로(271, 272)와 상기 압력 조절 유로(211, 212)로 유입된 기체 압력에 근거하여 각 냉동기 인입부(201, 202) 상부에 충진된 단열 기체의 압력을 검출할 수 있다. 그리고 압력 감지 결과를 제어부(100)에 제공할 수 있다. First, each of the pressure sensors 111-1 and 111-2 of the pressure sensing unit 111 may be a sensor for detecting the pressure of the insulating gas filled in the upper part of each refrigerator inlet 201 and 202. To this end, each pressure sensor may be provided in a pressure control flow path connected to the water level control gas flow path, between a pressure control valve formed on the pressure control flow path and the water level control gas flow path. In this case, when the pressure control valves 121 and 122 are closed, each pressure sensor (111-1, 111-2) is connected to the water level control gas flow path (271, 272) and the pressure control flow path (211, 212). Based on the gas pressure, the pressure of the insulating gas filled in the upper part of each refrigerator inlet (201, 202) can be detected. And the pressure detection result can be provided to the control unit 100.
그리고 전류 감지부(112)는 상기 초전도 한류기(10)로 공급되거나 또는 상기 초전도 한류기(10)로부터 공급되는 전류를 전류 부하로서 검출할 수 있다. 이를 위해 상기 전류 감지부(112)는 적어도 하나의 전류 센서를 구비할 수 있다. 그리고 상기 적어도 하나의 전류 센서에서 검출된 전류값, 즉 전류 부하를 제어부(100)에 제공할 수 있다.And the current detection unit 112 can detect the current supplied to or from the superconducting current limiter 10 as a current load. For this purpose, the current sensing unit 112 may include at least one current sensor. And the current value detected by the at least one current sensor, that is, the current load, can be provided to the control unit 100.
그리고 냉동기부(250)는 적어도 하나의 극저온 냉동기를 포함할 수 있다. 일 예로 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 두 개의 냉동기 인입부를 통해 두 개의 극저온 냉동기가 초전도 한류기(10)에 인입되는 경우, 냉동기부(250)는 제1 극저온 냉동기(251)와 제2 극저온 냉동기(252)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 극저온 냉동기(251)와 제2 극저온 냉동기(252)는 상기 제어부(100)의 제어에 따라 일부만 구동하거나 또는 모두 구동될 수 있다.And the refrigerator unit 250 may include at least one cryogenic refrigerator. As an example, as shown in FIG. 1, when two cryogenic refrigerators are introduced into the superconducting current limiter 10 through two refrigerator inlets, the refrigerator portion 250 includes a first cryogenic refrigerator 251 and a second cryogenic refrigerator ( 252) may be included. In addition, the first cryogenic refrigerator 251 and the second cryogenic refrigerator 252 may be partially or fully driven under the control of the control unit 100.
밸브부(120)는 상기 도 1에서 설명한 각각의 밸브를 구동하기 위한 구동부를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 밸브부(120)는 제1 압력 조절 밸브(121)를 구동하기 위한 제1 압력 조절 밸브부(이하 제1 압력 조절 밸브(121))와, 제2 압력 조절 밸브(122)를 구동하기 위한 제2 압력 조절 밸브부(이하 제2 압력 조절 밸브(122))를 포함할 수 있다. 또한 상기 밸브부(120)는 제1 수위 조절 밸브(131)를 구동하기 위한 제1 수위 조절 밸브부(이하 제1 수위 조절 밸브(131))와, 제2 수위 조절 밸브(132)를 구동하기 위한 제2 수위 조절 밸브부(이하 제2 수위 조절 밸브(132))를 포함할 수 있다. The valve unit 120 may include a driving unit for driving each valve described in FIG. 1 above. For example, the valve unit 120 includes a first pressure control valve unit (hereinafter referred to as first pressure control valve 121) for driving the first pressure control valve 121, and a second pressure control valve 122. It may include a second pressure control valve unit (hereinafter referred to as the second pressure control valve 122) for driving. In addition, the valve unit 120 operates a first water level control valve unit (hereinafter referred to as first water level control valve 131) for driving the first water level control valve 131 and a second water level control valve 132. It may include a second water level control valve unit (hereinafter referred to as the second water level control valve 132).
한편 제어부(100)는 상기 감지부(110)의 감지 결과에 근거하여 연결된 다른 구성요소들을 제어할 수 있다. 먼저 제어부(100)는 전류 감지부(112)의 감지 결과에 근거하여 전류 부하를 검출하고, 검출된 전류 부하에 근거하여 냉동기부(250)에 구비된 극저온 냉동기들(251, 252) 중 일부의 극저온 냉동기만을 구동하거나 또는 모든 극저온 냉동기를 구동할 수 있다. 이하 설명의 편의상 일부의 극저온 냉동기만 구동하는 경우, 제1 극저온 냉동기(251)만 구동하는 것으로 가정하기로 한다.Meanwhile, the control unit 100 can control other connected components based on the detection result of the detection unit 110. First, the control unit 100 detects the current load based on the detection result of the current detection unit 112, and some of the cryogenic refrigerators 251 and 252 provided in the freezer unit 250 are operated based on the detected current load. It can drive only cryogenic freezers or all cryogenic freezers. For convenience of explanation below, when only some cryogenic refrigerators are operated, it will be assumed that only the first cryogenic refrigerator 251 is operated.
구동할 극저온 냉동기가 결정되는 경우, 제어부(100)는 결정된 극저온 냉동기의 콜드헤드가 인입된 냉동기 인입부의 단열 기체 압력이 낮아지도록 밸브부(120)를 제어할 수 있다. When the cryogenic refrigerator to be driven is determined, the control unit 100 may control the valve unit 120 to lower the insulating gas pressure at the freezer inlet where the cold head of the determined cryogenic refrigerator is introduced.
일 예로 검출된 전류 부하가 정격 전류에 근접하여 모든 극저온 냉동기의 구동이 필요한 경우, 제어부(100)는 제1 및 제2 압력 조절 밸브(121, 122)를 폐쇄하고, 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)가 모두 개방되도록 밸브부(120)를 제어할 수 있다. 그러면 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202) 각각과 연결된 제1 수위 조절 기체 유로(271), 제2 수위 조절 기체 유로(272) 각각에서, 상기 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202)에 충진되었던 단열 기체들이 배출되어 상기 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202) 내 기체 압력이 낮아질 수 있다. 따라서 상기 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202) 각각에서 액상 냉매의 수위가 상승하고, 이에 따라 상기 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202) 상단부에 각각 인입된 제1 극저온 냉동기(251)의 제1 콜드헤드(261) 및 제2 극저온 냉동기(252)의 제2 콜드헤드(262) 각각의 적어도 일부가 수위가 상승한 액상 냉매에 접촉할 수 있다. 따라서 상기 제1 극저온 냉동기(251)와 제2 극저온 냉동기(252) 구동시 제1 콜드헤드(261)와 제2 콜드헤드(262) 모두로부터 액상 냉매에 직접 냉기가 전달될 수 있다.For example, when the detected current load is close to the rated current and all cryogenic refrigerators are required to be driven, the control unit 100 closes the first and second pressure control valves 121 and 122 and adjusts the first and second water levels. The valve unit 120 can be controlled so that both valves 131 and 132 are opened. Then, in each of the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272 connected to each of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202, the first refrigerator inlet ( 201) and the second refrigerator inlet 202, the insulating gases may be discharged, thereby lowering the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202. Accordingly, the level of the liquid refrigerant rises in each of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202, and accordingly, the upper portions of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202 At least a portion of each of the first cold head 261 of the first cryogenic refrigerator 251 and the second cold head 262 of the second cryogenic refrigerator 252 may be in contact with the liquid refrigerant whose water level has risen. . Therefore, when the first cryogenic refrigerator 251 and the second cryogenic refrigerator 252 are driven, cold air can be directly transferred to the liquid refrigerant from both the first cold head 261 and the second cold head 262.
그러나 검출된 전류 부하가 임계 전류 미만임에 따라 어느 하나의 극저온 냉동기의 구동으로 충분한 경우, 제어부(100)는 제1 압력 조절 밸브(121)를 폐쇄하고, 제1 수위 조절 밸브(131)가 개방되도록 밸브부(120)를 제어할 수 있다. 반면 제2 압력 조절 밸브(122)는 개방하고, 제2 수위 조절 밸브(132)는 폐쇄되도록 밸브부(120)를 제어할 수 있다.However, if the detected current load is less than the critical current and the operation of any one cryogenic refrigerator is sufficient, the control unit 100 closes the first pressure control valve 121 and opens the first water level control valve 131. The valve unit 120 can be controlled as much as possible. On the other hand, the valve unit 120 can be controlled to open the second pressure control valve 122 and close the second water level control valve 132.
그러면 제1 냉동기 인입부(201)에 연결된 제1 수위 조절 기체 유로(271)에서, 상기 제1 냉동기 인입부(201)에 충진되었던 단열 기체가 배출될 수 있다. 따라서 상기 제1 냉동기 인입부(201) 내 기체 압력이 낮아질 수 있다. 그러므로 상기 제1 냉동기 인입부(201) 내의 액상 냉매의 수위가 상승하고, 상기 제1 냉동기 인입부(201) 상단부에 인입된 제1 극저온 냉동기(251)의 제1 콜드헤드(261) 적어도 일부가 수위가 상승한 액상 냉매에 접촉될 수 있다. 따라서 상기 제1 극저온 냉동기(251)의 구동에 따른 냉기가 제1 콜드헤드(261)를 통해 액상 냉매에 직접 전달될 수 있다.Then, the insulating gas filled in the first refrigerator inlet 201 can be discharged from the first water level control gas flow path 271 connected to the first refrigerator inlet 201. Accordingly, the gas pressure within the first refrigerator inlet 201 may be lowered. Therefore, the level of the liquid refrigerant in the first refrigerator inlet 201 rises, and at least a portion of the first cold head 261 of the first cryogenic refrigerator 251 introduced into the upper end of the first refrigerator inlet 201 You may come into contact with liquid refrigerant whose level has risen. Therefore, cold air resulting from the operation of the first cryogenic refrigerator 251 may be directly transferred to the liquid refrigerant through the first cold head 261.
반면 제2 수위 조절 기체 밸브(132)가 폐쇄됨에 따라 제2 냉동기 인입부(202) 내의 기체 압력은 초기 상태 그대로 유지될 수 있다. 또한 제2 압력 조절 밸브(122)가 개방됨에 따라 제2 냉동기 인입부(202) 내의 기체 압력은 냉매 용기(200) 주실(231)의 기체 압력과 동일한 압력을 유지할 수 있다. 따라서 제2 냉동기 인입부(202) 내의 액상 냉매는 초기 수위를 유지할 수 있으며, 이에 따라 액상 냉매와 제2 극저온 냉동기(252)의 제2 콜드헤드(262)는 이격 및 단열 기체에 의해 서로 간의 열 전달이 차단될 수 있다. 따라서 구동하지 않는 극저온 냉동기에 의하여, 인입된 콜드헤드가 액상 냉매에 대한 열 저항성을 가지는 열 부하로 작용하는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, as the second water level control gas valve 132 is closed, the gas pressure in the second refrigerator inlet 202 may be maintained at its initial state. Additionally, as the second pressure control valve 122 is opened, the gas pressure in the second refrigerator inlet 202 can be maintained at the same pressure as the gas pressure in the main chamber 231 of the refrigerant container 200. Accordingly, the liquid refrigerant in the second refrigerator inlet 202 can maintain the initial level, and accordingly, the liquid refrigerant and the second cold head 262 of the second cryogenic refrigerator 252 are separated from each other by the heat insulating gas. Delivery may be blocked. Therefore, it is possible to prevent the introduced cold head from acting as a heat load having heat resistance to the liquid refrigerant due to the cryogenic refrigerator not operating.
한편 제어부(100)는 모든 극저온 냉동기가 구동 중인 상태에서, 전류 감지부(112)에서 검출되는 전류 부하에 근거하여, 어느 하나의 극저온 냉동기만을 구동할 수도 있음은 물론이다. 이 경우 제어부(100)는 어느 하나의 냉동부 인입부 내의 기체 압력을 정상화함으로서, 구동하지 않는 어느 하나의 극저온 냉동기의 콜드헤드가 인입된 냉동부 인입부의 액상 냉매 수위를 낮출 수 있다.Meanwhile, of course, the control unit 100 may drive only one cryogenic refrigerator based on the current load detected by the current detection unit 112 while all cryogenic refrigerators are in operation. In this case, the control unit 100 can lower the liquid refrigerant level in the refrigeration unit inlet where the cold head of one of the non-operating cryogenic refrigerators is introduced by normalizing the gas pressure in the inlet of one of the refrigerating units.
예를 들어 제어부(100)는, 제1 및 제2 압력 조절 밸브(121, 122)를 폐쇄하고, 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)가 모두 개방되도록 밸브부(120)를 제어한 상태에서, 제2 수위 조절 밸브(132)를 폐쇄하고, 제2 압력 조절 밸브(122)를 개방할 수 있다. 그러면 제2 수위 조절 기체 유로(272)에서의 기체 배출이 종료될 수 있다. 그리고 제2 냉동기 인입부(202) 내의 기체 압력이 냉매 용기(200) 주실(231)의 기체 압력보다 낮으므로, 상기 제2 압력 조절 밸브(122)가 개방됨에 따라 서로 연결된 제2 압력 조절 유로(212)와 제2 수위 조절 기체 유로(272)를 통해, 상기 냉매 용기(200) 주실(231)의 단열기체가 제2 냉동기 인입부(202)로 유입될 수 있다. For example, the control unit 100 controls the valve unit 120 to close the first and second pressure control valves 121 and 122 and open both the first and second water level control valves 131 and 132. In one state, the second water level control valve 132 may be closed and the second pressure control valve 122 may be opened. Then, gas discharge from the second water level control gas flow path 272 may be terminated. And since the gas pressure in the second refrigerator inlet 202 is lower than the gas pressure in the main chamber 231 of the refrigerant container 200, the second pressure control valve 122 is opened and the second pressure control flow path connected to each other ( 212) and the second water level control gas flow path 272, the insulating gas in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may flow into the second refrigerator inlet 202.
따라서 제2 냉동기 인입부(202) 내의 기체 압력이 복원될 수 있으며, 상승하였던 액상 냉매 수위가 다시 낮아질 수 있다. 그러면 수위 강하에 따라 액상 냉매와 제2 콜드헤드(262)가 분리될 수 있으며, 단열 기체에 의해 서로 간에 단열될 수 있다. 따라서 구동되지 않은 제2 극저온 냉동기(252)가 열 부하로서 작용하는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, the gas pressure in the second refrigerator inlet 202 can be restored, and the liquid refrigerant level that had risen can be lowered again. Then, the liquid refrigerant and the second cold head 262 may be separated as the water level drops, and may be insulated from each other by the insulating gas. Therefore, it is possible to prevent the second cryogenic refrigerator 252 that is not driven from acting as a heat load.
한편 상술한 설명에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)는 각 냉동기 인입부(201, 202)와 냉매 용기(200)가 격벽(350)에 의해 분리되는 것을 설명하였다. 그리고 냉동기 인입부 내에서 액상 냉매의 수위가 상승 또는 하강할 수 있음을 설명하였다.Meanwhile, according to the above description, in the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention, each refrigerator inlet 201, 202 and the refrigerant container 200 are separated by a partition 350. It was also explained that the level of liquid refrigerant may rise or fall within the refrigerator inlet.
따라서 상기 격벽(350)의 제1 측면, 즉 냉매 용기(200)측의 측면은 냉매 용기(200) 주실(231)의 단열 기체에 접촉하고, 상기 격벽(350) 제2 측면은 냉동기 인입부 내에서 수위가 상승되는 액상 냉매에 접촉될 수 있다. 따라서 상기 액상 냉매에 접촉되는 상기 격벽(350)의 제2 측면이 액상 냉매에 의해 냉각되고, 이로 인해 상기 제1 측면에서 단열 기체가 응축될 수 있다. 즉 응축면이 형성될 수 있다.Therefore, the first side of the partition 350, that is, the side on the side of the refrigerant container 200, is in contact with the insulating gas of the main chamber 231 of the refrigerant container 200, and the second side of the partition 350 is inside the refrigerator inlet. It may come into contact with liquid refrigerant whose water level rises. Accordingly, the second side of the partition 350 in contact with the liquid refrigerant is cooled by the liquid refrigerant, and this may cause the insulating gas to condense on the first side. That is, a condensation surface can be formed.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)에서 형성되는 응축면 및, 상기 응측면 면적을 제한하기 위한 구조들의 예들을 도시한 예시도이다. Figure 3 is an exemplary diagram showing examples of a condensation surface formed in the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention and structures for limiting the area of the condensation surface.
도 3을 참조하여 살펴보면, 먼저 도 3의 (a)는 상술한 응측면이 형성되는 예를 도시한 것이다. 이 경우 제1 수위 조절 밸브(131)의 개방으로 인해 제1 냉동기 인입부(201)의 기체 압력이 낮아지면, 도 3의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 제1 냉동기 인입부(201) 내 액상 냉매(220)의 수위가 상승할 수 있다.Referring to FIG. 3, FIG. 3(a) shows an example in which the above-described concave surface is formed. In this case, when the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 is lowered due to the opening of the first water level control valve 131, the liquid in the first refrigerator inlet 201 as shown in (a) of FIG. The water level of the refrigerant 220 may rise.
따라서 상기 격벽(350)에서, 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 액상 냉매(220)의 수위를 기준으로, 상기 냉매 용기(200) 주실(231)의 액상 냉매(220)의 수위 아래 부분(351)은 제1 냉동기 인입부(201) 측 측면과 냉매 용기(200) 주실(231) 측 측면 모두가 액상 냉매에 접촉하므로 응축이 발생하지 않을 수 있다. Therefore, in the partition 350, based on the water level of the liquid refrigerant 220 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200, below the water level of the liquid refrigerant 220 in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 Since both the side surface of the portion 351 on the first refrigerator inlet 201 side and the side surface on the main chamber 231 of the refrigerant container 200 are in contact with the liquid refrigerant, condensation may not occur.
그러나 상기 냉매 용기(200) 주실(231)의 액상 냉매(220)의 수위 위쪽 부분(352)의 경우, 제1 냉동기 인입부(201) 측 측면은 상기 제1 냉동기 인입부(201) 내에서 상승한 액상 냉매(220)에 의하여 액상 냉매(220)에 접촉하고, 냉매 용기(200) 주실(231) 측 측면은 상기 냉매 용기(200) 주실(231) 내의 단열 기체(230)에 접촉된다. 따라서 상기 격벽(350)의 위쪽 부분(352)은 제1 냉동기 인입부(201) 측 측면에서 접촉된 액상 냉매에 의해 냉각될 수 있다. 따라서 상기 격벽(350) 위쪽 부분(352)의 냉매 용기(200) 주실(231) 측 측면에서 응축이 발생할 수 있다. 즉, 응축면이 발생할 수 있다. However, in the case of the portion 352 above the level of the liquid refrigerant 220 in the main chamber 231 of the refrigerant container 200, the side of the first refrigerator inlet 201 is raised within the first refrigerator inlet 201. It is in contact with the liquid refrigerant 220, and the side of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 is in contact with the insulating gas 230 in the main chamber 231 of the refrigerant container 200. Accordingly, the upper portion 352 of the partition 350 can be cooled by the liquid refrigerant contacted from the side of the first refrigerator inlet 201. Therefore, condensation may occur on the side of the upper portion 352 of the partition wall 350 on the side of the main chamber 231 of the refrigerant container 200. In other words, condensation surfaces may occur.
이러한 응축면의 발생을 제한하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)는 격벽(350)의 적어도 일부가 분리되는 구성을 가질 수 있다. In order to limit the occurrence of such condensation surfaces, the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention may have a configuration in which at least a portion of the partition wall 350 is separated.
일 예로 도 3의 (b)와 같이, 격벽(350)의 일부가 물리적으로 분리되는 가지 구조(branch structure)를 통해 냉매 용기(200)의 외벽과 냉동기 인입부의 외벽을 서로 분리할 수 있다. 이 경우 냉매 용기(200)의 외벽과 냉동기 인입부의 외벽은 도 3의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 공간적으로 분리될 수 있다. For example, as shown in (b) of FIG. 3, the outer wall of the refrigerant container 200 and the outer wall of the refrigerator inlet can be separated from each other through a branch structure in which a portion of the partition wall 350 is physically separated. In this case, the outer wall of the refrigerant container 200 and the outer wall of the refrigerator inlet may be spatially separated as shown in (b) of FIG. 3.
한편 상기 가지 구조에서 격벽의 분리가 시작되는 분기점에 해당되는 지점은, 냉매 용기(200)의 액상 냉매(220)의 수위 이상의 높이에 해당하는 지점일 수 있다. 이 경우 냉매 용기(200)와 냉동기 인입부는, 냉매 용기(200)에 충진된 액상 냉매(220)의 수위 미만의 높이(한류기 탱크(210) 기저면으로부터의 수직 거리를 의미함)에서는 하나의 격벽(350)을 공유하지만, 상기 냉매 용기(200)에서 충진된 액상 냉매(220)의 수위 이상의 높이에서는 상기 가지 구조를 통해 공간적으로 분리(360)되므로, 냉동기 인입부에서 액상 냉매의 수위 상승으로 인하여 냉각되는 냉동기 인입부의 외벽과, 단열 기체가 충진된 부분의 냉매 용기(200)의 외벽이 단절될 수 있다. 따라서 냉매 용기(200)와 냉동기 인입부가 하나의 격벽을 공유하지 않으므로, 응측면의 형성이 제한될 수 있다. Meanwhile, in the branch structure, the point corresponding to the branch where separation of the partition begins may be a point corresponding to a height higher than the water level of the liquid refrigerant 220 in the refrigerant container 200. In this case, the refrigerant container 200 and the refrigerator inlet have one partition at a height (meaning the vertical distance from the base of the current limiter tank 210) below the level of the liquid refrigerant 220 charged in the refrigerant container 200. (350) is shared, but at a height above the level of the liquid refrigerant (220) charged in the refrigerant container (200), they are spatially separated (360) through the branch structure, resulting in an increase in the level of the liquid refrigerant at the refrigerator inlet. The outer wall of the refrigerator inlet being cooled and the outer wall of the refrigerant container 200 in the part filled with the insulating gas may be disconnected. Therefore, since the refrigerant container 200 and the refrigerator inlet do not share one partition, the formation of the condensation surface may be limited.
한편 상기 도 3의 (b)에서는 가지 구조를 통해 격벽(350)의 일부만 분리되는 경우를 설명하였으나, 도 3의 (c)에서 보이고 있는 바와 같이 암(Arm) 구조를 통해 냉동기 인입부의 측면 전체가 냉매 용기(200)로부터 분리되는 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 적어도 일부의 측면을 냉동기 인입부와 냉매 용기(200) 주실이 서로 공유하는 격벽(350) 구조와 달리, 냉동기 인입부의 측면과 상기 냉매 용기(200)의 측면이 완전히 분리되므로, 상기 응축면이 발생하지 않을 수 있다.Meanwhile, in Figure 3 (b), a case where only a part of the partition wall 350 is separated through the branch structure was explained, but as shown in Figure 3 (c), the entire side of the refrigerator inlet is separated through the arm structure. It may have a configuration that is separated from the refrigerant container 200. In this case, unlike the partition wall 350 structure in which the freezer inlet and the main chamber of the refrigerant container 200 share at least some of the side surfaces, the side of the freezer inlet and the side of the refrigerant container 200 are completely separated, so the condensation may not occur.
상술한 설명에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)의 구조 및 초전도 한류기(10)의 각 구성부의 기능에 대하여 자세히 설명하였다. 이하의 설명에서는 상술한 초전도 한류기(10)에서 제어부(100)의 동작에 따라 밸브부(120)가 제어되어 적어도 하나의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위가 조절되는 동작 과정을 살펴보기로 한다.In the above description, the structure of the superconducting current limiter 10 and the function of each component of the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention have been described in detail. In the following description, we will look at an operation process in which the valve unit 120 is controlled according to the operation of the control unit 100 in the above-described superconducting current limiter 10 to adjust the liquid refrigerant level in at least one refrigerator inlet.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)가, 전류 부하에 따라 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 조절하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 그리고 도 5 내지 도 7은 제어부(100)의 밸브 제어에 따라 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위가 조절되는 예를 도시한 예시도이다. Figure 4 is a flowchart showing an operation process in which the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention adjusts the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet according to the current load. 5 to 7 are diagrams illustrating an example in which the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is adjusted according to the valve control of the control unit 100.
먼저 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 한류기(10)는 적정한 양의 액상 냉매(220)가 냉매 용기(200) 내에 충진될 수 있다. 이러한 경우 제어부(100)는 제1 및 제2 압력 조절 밸브(121, 122)와 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)를 모두 개방할 수 있다. 그리고 상기 액상 냉매(220)의 충진은 상기 제1 및 제2 압력 조절 밸브(121, 122)와 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)가 모두 개방된 상태에서 이루어질 수 있다. First, the superconducting current limiter 10 according to an embodiment of the present invention can be filled with an appropriate amount of liquid refrigerant 220 in the refrigerant container 200. In this case, the control unit 100 may open both the first and second pressure control valves 121 and 122 and the first and second water level control valves 131 and 132. In addition, charging of the liquid refrigerant 220 may be performed with both the first and second pressure control valves 121 and 122 and the first and second water level control valves 131 and 132 open.
한편 이처럼 모든 밸브들(121, 122, 131, 132)이 개방된 상태에서 액상 냉매(220)가 충진되는 경우, 각 냉동기 인입부(201, 202)와 냉매 용기(200) 주실(231) 압력이 동일하므로, 각 냉동기 인입부(201, 202)와 냉매 용기(200) 주실(231) 내에서 충진되는 액상 냉매(220)의 수위가 모두 동일할 수 있다. Meanwhile, when the liquid refrigerant 220 is charged with all valves 121, 122, 131, and 132 open, the pressure of each refrigerator inlet 201, 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 is Therefore, the level of the liquid refrigerant 220 filled in each refrigerator inlet 201 and 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be the same.
이 경우 액상 냉매(220)는 냉매 용기(200) 내부에 설치된 복수의 HTS 소자(213)를 수용하기에 충분한 수위로 충진될 수 있으며, 각 냉동기 인입부(201, 202)에 인입된 극저온 냉동기(251, 252)들의 콜드헤드들(261, 262)에 접촉되지 않는 높이까지 충진될 수 있다. 이 경우 도 5에서 보이고 있는 바와 같이, 액상 냉매(220)는 냉매 용기(200)의 주실(231)과 각 냉동기 인입부(201, 202)를 분리하는 각 격벽(350)의 일부가 수용될 수 있으며, 이에 따라 각 격벽(350)과 상기 액상 냉매(220)에 의해 냉매 용기(200) 주실(231)과 각 냉동기 인입부(201, 202)는 서로 간에 격리된 공간이 형성될 수 있다.In this case, the liquid refrigerant 220 can be filled to a level sufficient to accommodate the plurality of HTS elements 213 installed inside the refrigerant container 200, and the cryogenic refrigerator ( It can be filled to a height that does not contact the cold heads 261 and 262 of 251 and 252). In this case, as shown in FIG. 5, the liquid refrigerant 220 can be accommodated in a part of each partition 350 that separates the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and each refrigerator inlet 201 and 202. Accordingly, the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and the refrigerator inlets 201 and 202 may be separated from each other by each partition 350 and the liquid refrigerant 220.
한편 도 5에서 보이고 있는 바와 같이, 액상 냉매(220)가 충진되는 경우 어느 하나의 콜드헤드도 충진된 액상 냉매(220)에 접촉되지 않을 수 있다. 이러한 상태는 어느 하나의 콜드헤드의 냉기도 액상 냉매로 전달되지 않는 상태로서, 제1 극저온 냉동기(251)와 제2 극저온 냉동기(252) 모두가 구동되지 않는 상태일 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 5, when the liquid refrigerant 220 is charged, none of the cold heads may be in contact with the filled liquid refrigerant 220. This state is a state in which the cold of any cold head is not transferred to the liquid refrigerant, and may be a state in which both the first cryogenic refrigerator 251 and the second cryogenic refrigerator 252 are not operated.
이러한 상태에서, 제어부(100)는 제어부(100)는 제1 및 제2 수위 조절 밸브들(131, 132)을 폐쇄할 수 있다. 이 경우 제1 및 제2 압력 조절 밸브들(121, 122)은 개방된 상태일 수 있다. 따라서 각 냉동기 인입부(201, 202)와 냉매 용기(200)의 주실(231)은 제1 및 제2 수위 조절 기체 유로(271, 272) 제1 및 제2 압력 조절 유로(211, 212)를 통해 서로 연결되는 상태일 수 있다. In this state, the control unit 100 may close the first and second water level control valves 131 and 132. In this case, the first and second pressure control valves 121 and 122 may be open. Therefore, each refrigerator inlet (201, 202) and the main chamber (231) of the refrigerant container (200) have first and second water level adjustment gas passages (271, 272) and first and second pressure adjustment passages (211, 212). They may be connected to each other through.
이러한 상태에서 제어부(100)는 냉매 용기(200) 주실(231)에 단열 기체(230)를 기 설정된 압력(3 BAR)이 형성될 때까지 주입할 수 있다. 이 경우 상술한 바와 같이 각 냉동기 인입부(201, 202)와 냉매 용기(200)의 주실(231)은 서로 연결된 상태이므로, 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진되는 단열 기체(230)의 압력이 3 BAR를 형성하는 경우, 각 냉동기 인입부(201, 202)에도 3 BAR의 압력을 가지는 단열 기체(230)가 충진될 수 있다. 즉, 각 냉동기 인입부(201, 202)와 냉매 용기(200) 주실(231)에 동일한 압력의 단열 기체(230)가 충진될 수 있다. In this state, the control unit 100 may inject the insulating gas 230 into the main chamber 231 of the refrigerant container 200 until a preset pressure (3 BAR) is formed. In this case, as described above, each refrigerator inlet 201, 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 are connected to each other, so the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 When the pressure is 3 BAR, the insulating gas 230 having a pressure of 3 BAR may be filled in each refrigerator inlet 201 and 202. That is, each refrigerator inlet 201, 202 and the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be filled with the insulating gas 230 at the same pressure.
이러한 상태에서, 제어부(100)는 초전도 한류기(10)의 구동을 위해 액상 냉매(220)를 냉각할 수 있다. 이를 위해 제어부(100)는 제1 및 제2 압력 조절 밸브(121, 122)를 폐쇄하고, 제1 및 제2 수위 조절 밸브 중 적어도 하나를 개방할 수 있다. 그러면 개방된 수위 조절 밸브에 연결된 제1 및 제2 수위 조절 기체 유로(271, 272) 중 적어도 하나를 통해 제1 및 제2 냉동기 인입부(201, 202) 중 적어도 하나에 충진된 단열 기체가, 한류기 탱크(210) 외부와의 기압차에 따라 배출될 수 있다. In this state, the control unit 100 can cool the liquid refrigerant 220 to drive the superconducting current limiter 10. To this end, the controller 100 may close the first and second pressure control valves 121 and 122 and open at least one of the first and second water level control valves. Then, the insulating gas filled in at least one of the first and second refrigerator inlets (201, 202) through at least one of the first and second water level control gas passages (271, 272) connected to the open water level control valve, It may be discharged depending on the air pressure difference with the outside of the current limiter tank 210.
그러면 단열 기체가 배출로 인하여, 상기 단열 기체가 배출된 제1 및 제2 냉동기 인입부(201, 202) 중 적어도 하나에 충진된 액상 냉매의 수위가 높아지고, 냉동기 인입부(201. 202) 상단에 인입된 콜드헤드에 접촉될 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 상기 단열 기체가 배출된 제1 및 제2 냉동기 인입부(201, 202) 중 적어도 하나에 콜드헤드가 인입된 극저온 냉동기를 구동함으로써, 액상 냉매(220)를 임계 온도 이하의 온도로 냉각할 수 있다. 그리고 액상 냉매(220)가 임계 온도 이하로 냉각되면 상기 액상 냉매(220)에 수용된 복수의 HTS 소자(213)는 초전도 특성을 가질 수 있다. Then, due to the discharge of the insulating gas, the level of the liquid refrigerant charged in at least one of the first and second refrigerator inlets 201 and 202 through which the insulating gas was discharged increases, and at the top of the refrigerator inlets 201 and 202. It may come into contact with the incoming cold head. In this case, the control unit 100 operates a cryogenic refrigerator with a cold head introduced into at least one of the first and second refrigerator inlets 201 and 202 from which the insulating gas is discharged, thereby keeping the liquid refrigerant 220 below the critical temperature. It can be cooled to a temperature of And when the liquid refrigerant 220 is cooled below the critical temperature, the plurality of HTS elements 213 accommodated in the liquid refrigerant 220 may have superconducting characteristics.
이와 같이 액상 냉매(220)가 임계 온도 이하로 냉각됨에 따라 복수의 HTS 소자(213)가 초전도 특성을 가지는 상태를, 초전도 한류기(10)가 운전되는 상태라고 할 수 있다. In this way, the state in which the plurality of HTS elements 213 have superconducting characteristics as the liquid refrigerant 220 is cooled below the critical temperature can be said to be a state in which the superconducting current limiter 10 is operating.
한편 이처럼 초전도 한류기(10)가 운전 상태인 경우, 제어부(100)는 초전도 한류기(10)의 전류 부하를 감지할 수 있다(S400). 일 예로 제어부(100)는 초전도 한류기(10)를 통해 통전되는 전류량을 감지하는 전류 감지부(112)의 감지 결과에 근거하여, 상기 전류 부하를 감지할 수 있다. 그리고 감지된 전류 부하가 기 설정된 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다(S402). 그리고 감지된 전류 부하가 기 설정된 임계값 이상인 경우라면, 제1 및 제2 극저온 냉동기(251, 252)의 구동이 모두 필요한 것으로 판단할 수 있다. Meanwhile, when the superconducting current limiter 10 is in an operating state, the control unit 100 can detect the current load of the superconducting current limiter 10 (S400). As an example, the control unit 100 may detect the current load based on the detection result of the current detection unit 112, which detects the amount of current flowing through the superconducting current limiter 10. And it can be determined whether the detected current load is greater than or equal to a preset threshold (S402). And if the sensed current load is greater than a preset threshold, it may be determined that both the first and second cryogenic refrigerators 251 and 252 are required to be driven.
여기서 상기 임계값은, 초전도 한류기(10)에서 통전 가능한 최대 전류의 크기, 즉 정격 전류의 크기에 따라 결정될 수 있다. 일 예로 상기 임계값은 상기 정격 전류보다 근접한 크기의 전류값일 수 있다. 즉, 제어부(100)는 초전도 한류기(10)의 전류 부하가, 정격 전류에 근접한 크기인 경우 제1 및 제2 극저온 냉동기(251, 252)의 구동이 모두 필요한 것으로 판단할 수 있다. Here, the threshold value may be determined according to the size of the maximum current that can be passed in the superconducting current limiter 10, that is, the size of the rated current. For example, the threshold may be a current value closer to the rated current. That is, the control unit 100 may determine that operation of both the first and second cryogenic refrigerators 251 and 252 is necessary when the current load of the superconducting current limiter 10 is close to the rated current.
그러면 제어부(100)는 제1 및 제2 압력 조절 밸브(121, 122)를 폐쇄한 상태에서, 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)를 모두 개방할 수 있다(S404). 그러면 제1 및 제2 냉동기 인입부(201, 202)에 충진된 단열 기체가 제1 및 제2 수위 조절 기체 유로(271, 272)를 통해 배출될 수 있다. 그러면 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)의 압력 보다 상기 제1 및 제2 냉동기 인입부(202)의 기체 압력이 더 작아지므로, 상기 주실(231)의 단열 기체 압력에 따라 더 많은 양의 액상 냉매(220)가 각 냉동기 인입부(201, 202)로 유입될 수 있다. 따라서 도 6에서 보이고 있는 바와 같이, 각 냉동기 인입부(201, 202)에 충진된 액상 냉매의 수위가 상승할 수 있다. Then, the control unit 100 can open both the first and second water level control valves 131 and 132 while closing the first and second pressure control valves 121 and 122 (S404). Then, the insulating gas filled in the first and second refrigerator inlets 201 and 202 may be discharged through the first and second water level adjustment gas passages 271 and 272. Then, since the gas pressure in the first and second refrigerator inlets 202 becomes smaller than the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200, the insulating gas pressure in the main chamber 231 Accordingly, a greater amount of liquid refrigerant 220 may flow into each refrigerator inlet (201, 202). Therefore, as shown in FIG. 6, the level of the liquid refrigerant filled in each refrigerator inlet (201, 202) may rise.
여기서 냉매 용기(200) 주실(231)의 용적은, 각 냉동기 인입부(201, 202)의 부피를 무시할 수 있을 정도로 클 수 있다. 따라서 이와 같이 더 많은 양의 액상 냉매가 냉동실 인입부로 유입된다고 하더라도, 냉매 용기(200) 주실(231)의 액상 냉매 수위 변화는 무시할 수 있을 정도로 작을 수 있다. Here, the volume of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be large enough to ignore the volume of each refrigerator inlet 201 and 202. Therefore, even if a larger amount of liquid refrigerant flows into the freezer inlet, the change in the liquid refrigerant level in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be small enough to be ignored.
이와 같이 각 냉동기 인입부(201, 202)에 충진된 액상 냉매의 수위가 상승하는 경우 도 6에서 보이고 있는 바와 같이, 인입된 극저온 냉동기의 콜드헤드들(261, 262)의 적어도 일부가 수위가 상승된 액상 냉매에 접촉될 수 있다. As shown in FIG. 6, when the level of the liquid refrigerant charged in each refrigerator inlet 201, 202 rises, the water level of at least some of the cold heads 261, 262 of the inserted cryogenic freezer rises. May come into contact with liquid refrigerant.
한편, 제1 및 제2 수위 조절 밸브(121, 122) 개방을 통해 제1 및 제2 냉동기 인입부(202)에 충진된 단열 기체가 배출되면, 제어부(100)는 압력 감지부(111)를 통해 각 냉동기 인입부(201, 202)내의 기체 압력을 감지할 수 있다. 이러한 경우, 제1 및 제2 압력 센서(111-1, 111-2)는, 서로 연결된 수위 조절 기체 유로(271, 272)와 압력 조절 유로(211, 212) 사이에서, 상기 수위 조절 기체 유로(271, 272)와 압력 조절 밸브(121, 122)에 배치될 수 있다. 따라서 압력 조절 밸브(121, 122)가 폐쇄되는 경우, 수위 조절 기체 유로(271, 272)를 통해 냉동기 인입부(201, 202)의 기체 압력을 감지할 수 있다. Meanwhile, when the insulating gas filled in the first and second refrigerator inlets 202 is discharged by opening the first and second water level control valves 121 and 122, the control unit 100 operates the pressure sensing unit 111. Through this, the gas pressure within each refrigerator inlet (201, 202) can be sensed. In this case, the first and second pressure sensors (111-1, 111-2) are connected to each other between the water level control gas flow paths (271, 272) and the pressure control flow paths (211, 212), the water level control gas flow path ( 271, 272) and pressure control valves 121, 122. Therefore, when the pressure control valves 121 and 122 are closed, the gas pressure in the refrigerator inlets 201 and 202 can be detected through the water level control gas passages 271 and 272.
이러한 경우, 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)가 개방됨에 따라 각 냉동기 인입부(201, 202)의 기체가 배출되는 상태이므로, 냉동기 인입부 내의 압력은 계속 감소될 수 있다. 그리고 냉동기 인입부의 기체 압력이 계속 낮아져서, 액상 냉매의 수위가 필요 이상으로 높아지면 제1 및 제2 수위 조절 기체 유로(271, 271)를 통해 액상 냉매가 배출될 위험이 있다. In this case, since the gas in each refrigerator inlet 201 and 202 is discharged as the first and second water level control valves 131 and 132 are opened, the pressure in the refrigerator inlet may continue to decrease. And, if the gas pressure at the refrigerator inlet continues to decrease and the level of the liquid refrigerant becomes higher than necessary, there is a risk that the liquid refrigerant will be discharged through the first and second water level adjustment gas passages 271 and 271.
여기서 상기 액상 냉매의 수위는, 상기 냉동기 인입부 내의 단열 기체 압력이 감소함에 따라 상승하는 것으로, 상기 액상 냉매의 수위는 상기 냉동기 인입부 내의 단열 기체 압력에 반비례하는 상관관계를 가질 수 있다. 따라서 제어부(100)는 상기 압력 감지부(111)를 통해 냉동기 인입부 내의 단열 기체 압력을 감지하고(S406), 기 설정된 감압 압력에 도달하는 경우 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)를 폐쇄함으로써, 제1 및 제2 수위 조절 기체 유로(271, 271)를 통해 액상 냉매가 배출되는 것을 방지할 수 있다(S408). Here, the level of the liquid refrigerant increases as the pressure of the insulating gas in the refrigerator inlet decreases, and the level of the liquid refrigerant may have a correlation inversely proportional to the insulating gas pressure in the refrigerator inlet. Therefore, the control unit 100 detects the insulating gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure detection unit 111 (S406), and when the preset decompression pressure is reached, the first and second water level control valves 131 and 132 By closing, it is possible to prevent liquid refrigerant from being discharged through the first and second water level control gas passages 271 and 271 (S408).
한편 제1 및 제2 수위 조절 밸브(131, 132)가 개방됨에 따라 충진된 단열 기체가 배출되면, 도 6에서 보이고 있는 바와 같이 각 냉동기 인입부(201, 202) 내의 액상 냉매 수위가 상승하여, 각 냉동기 인입부(201, 202)에 인입된 극저온 냉동기들(251, 252)의 콜드헤드들(261, 262) 각각의 적어도 일부가 상기 수위가 상승된 액상 냉매에 접촉될 수 있다. 따라서 제어부(100)는 제1 및 제2 극저온 냉동기(251, 252)를 모두 구동하여 액상 냉매를 빠르게 냉각할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 다시 S400 단계로 진행하여 전류 부하를 감지할 수 있다. Meanwhile, when the first and second water level control valves 131 and 132 are opened and the filled insulating gas is discharged, the liquid refrigerant level in each refrigerator inlet 201 and 202 rises, as shown in FIG. At least a portion of each of the cold heads 261 and 262 of the cryogenic refrigerators 251 and 252 introduced into each refrigerator inlet 201 and 202 may be in contact with the liquid refrigerant whose level has risen. Therefore, the control unit 100 can quickly cool the liquid refrigerant by driving both the first and second cryogenic refrigerators 251 and 252. Then, the control unit 100 can proceed again to step S400 and detect the current load.
한편 상기 감지된 전류 부하가, 상기 S402 단계의 판단 결과 기 설정된 임계값 미만인 경우라면, 제어부(100)는 제1 및 제2 압력 조절 밸브(121, 122)를 폐쇄한 상태에서, 어느 하나의 수위 조절 밸브만 개방할 수 있다(S404). 이하 설명의 편의상, 제1 수위 조절 밸브만 개방되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. Meanwhile, if the sensed current load is less than a preset threshold as a result of the determination in step S402, the control unit 100 closes the first and second pressure control valves 121 and 122 and adjusts the water level to one level. Only the control valve can be opened (S404). For convenience of explanation, the following description will be made on the assumption that only the first water level control valve is opened.
그러면 제1 냉동기 인입부(201)에 충진된 단열 기체가 배출될 수 있다. 그러면 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)의 압력 보다 상기 제1 냉동기 인입부(201)의 기체 압력이 더 작아지므로, 상기 주실(231)의 단열 기체 압력에 따라 액상 냉매(220)가 제1 냉동기 인입부(201)로 유입될 수 있다. 따라서 도 7에서 보이고 있는 바와 같이, 제1 냉동기 인입부(201)에 충진된 액상 냉매의 수위가 상승할 수 있다. Then, the insulating gas filled in the first refrigerator inlet 201 can be discharged. Then, since the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 becomes smaller than the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200, the liquid phase changes depending on the insulating gas pressure in the main chamber 231. Refrigerant 220 may flow into the first refrigerator inlet 201. Therefore, as shown in FIG. 7, the level of the liquid refrigerant charged in the first refrigerator inlet 201 may rise.
그러면 제어부(100)는 압력 감지부(111), 즉 제1 압력 센서(111-1)를 통해 제1 냉동기 인입부(201) 내의 기체 압력을 감지할 수 있다(S414). 이러한 경우, 제1 냉동기 인입부(201)의 기체가 배출되는 상태이므로, 제1 냉동기 인입부(201) 내의 압력은 계속 감소될 수 있다. 그리고 제1 냉동기 인입부(201)의 압력이 기 설정된 감압 압력에 도달하는 경우, 제어부(100)는 제1 수위 조절 밸브(131)를 폐쇄함으로써, 제1 수위 조절 기체 유로(271)를 통해 액상 냉매가 배출되는 것을 방지할 수 있다(S416). Then, the control unit 100 can detect the gas pressure in the first refrigerator inlet 201 through the pressure detection unit 111, that is, the first pressure sensor 111-1 (S414). In this case, since the gas in the first refrigerator inlet 201 is discharged, the pressure in the first refrigerator inlet 201 may continue to decrease. And when the pressure of the first refrigerator inlet 201 reaches the preset reduced pressure, the control unit 100 closes the first water level control valve 131, thereby allowing the liquid phase to flow through the first water level control gas flow path 271. Refrigerant can be prevented from being discharged (S416).
한편 제1 수위 조절 밸브(131)가 개방됨에 따라 충진된 단열 기체가 배출되면, 도 7에서 보이고 있는 바와 같이 제1 냉동기 인입부(201) 내의 액상 냉매 수위가 상승하여, 제1 냉동기 인입부(201)에 인입된 극저온 냉동기(251)의 콜드헤드(261) 적어도 일부가 상기 수위가 상승된 액상 냉매에 접촉될 수 있다. 그러면 제어부(100)는 제1 극저온 냉동기(251) 하나만을 구동하여 액상 냉매를 냉각할 수 있다. 즉 정격 정류보다 낮은 전류 부하가 검출되는 경우 제어부(100)는 하나의 극저온 냉동기만 구동함으로써, 불필요한 극저온 냉동기의 운전을 방지할 수 있다. 이 경우 불필요한 극저온 냉동기의 운전이 방지되므로, 초전도 한류기의 유지 보수 비용을 절약할 수 있다. Meanwhile, when the filled insulating gas is discharged as the first water level control valve 131 is opened, the liquid refrigerant level in the first refrigerator inlet 201 rises, as shown in FIG. 7, and the first refrigerator inlet ( At least a portion of the cold head 261 of the cryogenic refrigerator 251 introduced into the 201) may be in contact with the liquid refrigerant whose water level has risen. Then, the control unit 100 can cool the liquid refrigerant by operating only the first cryogenic refrigerator 251. That is, when a current load lower than the rated rectification is detected, the control unit 100 operates only one cryogenic refrigerator, thereby preventing unnecessary operation of the cryogenic refrigerator. In this case, unnecessary operation of the cryogenic refrigerator is prevented, thereby saving maintenance costs for the superconducting current limiter.
한편 이러한 경우 제2 극저온 냉동기(252)는 구동되지 않을 수 있다. 이러한 경우 제어부(100)는 제2 수위 조절 밸브(132)를 폐쇄하여 제2 냉동기 인입부(202) 내의 기체 배출을 방지함으로써, 도 7에서 보이고 있는 바와 같이 액상 냉매가 제2 극저온 냉동기(252)의 콜드헤드(262)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 경우 상기 제2 극저온 냉동기(252)의 제2 콜드헤드(262)와 액상 냉매 사이에는 기 설정된 압력을 가지는 단열 기체 층이 존재하므로, 상기 제2 콜드헤드(262)와 액상 냉매 사이는 단열되어, 구동되지 않는 제2 극저온 냉동기(252)가 액상 냉매의 열 부하로 작용하는 것을 방지할 수 있다. Meanwhile, in this case, the second cryogenic refrigerator 252 may not be driven. In this case, the control unit 100 closes the second water level control valve 132 to prevent gas discharge in the second refrigerator inlet 202, so that the liquid refrigerant is stored in the second cryogenic refrigerator 252, as shown in FIG. 7. It is possible to prevent contact with the cold head 262. In this case, since an insulating gas layer having a preset pressure exists between the second cold head 262 of the second cryogenic refrigerator 252 and the liquid refrigerant, the space between the second cold head 262 and the liquid refrigerant is insulated. , it is possible to prevent the second cryogenic refrigerator 252, which is not driven, from acting as a heat load of the liquid refrigerant.
한편 부하 전류 검출 결과에 따라 도 6에서 보이고 있는 바와 같이 제1 및 제2 극저온 냉동기(251, 252)를 모두 구동하는 상태에서, 어느 하나의 극저온 냉동기(제1 극저온 냉동기(251)) 만을 구동할 수도 있음은 물론이다. 이러한 경우 제어부(100)는, 도 6에서 보이고 있는 상태에서, 제2 수위 조절 밸브(132)를 폐쇄하고, 제1 압력 조절 밸브(122)를 개방할 수 있다. 그러면 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)의 압력과 제2 냉동기 인입부(202)의 단열 기체의 압력 차이에 따라, 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)가 상기 제2 냉동기 인입부(202)로 유입될 수 있다. 그리고 이 경우 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)의 압력과 제2 냉동기 인입부(202)의 단열 기체의 압력이 같아질 때까지 단열 기체가 제2 냉동기 인입부(202)로 유입될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 6 according to the load current detection result, in a state in which both the first and second cryogenic refrigerators 251 and 252 are driven, only one cryogenic refrigerator (the first cryogenic refrigerator 251) can be driven. Of course it is possible. In this case, the controller 100 may close the second water level control valve 132 and open the first pressure control valve 122 in the state shown in FIG. 6 . Then, according to the pressure difference between the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 and the pressure of the insulating gas in the second refrigerator inlet 202, the Insulating gas 230 may flow into the second refrigerator inlet 202. And in this case, the insulating gas is injected into the second freezer inlet (202) until the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 becomes equal to the pressure of the insulating gas in the second freezer inlet 202. 202).
그런데 상술한 바와 같이, 냉매 용기(200) 주실(231)의 용적은 상기 각 냉동기 인입부(202, 202)의 용적을 무시할 수 있을 정도로 클 수 있다. 따라서 냉매 용기(200) 주실(231)의 단열 기체가 상기 제2 냉동기 인입부(202)로 유입되는 경우에도, 상기 냉매 용기(200) 주실(231)의 단열 기체 압력이 그대로 유지될 수 있다. 이러한 경우, 상기 냉매 용기(200) 주실(231)은 각 냉동기 인입부(201, 202)에 단열 기체를 공급하는 압력 탱크의 역할을 수행할 수 있다. However, as described above, the volume of the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may be large enough to ignore the volume of each of the refrigerator inlets 202 and 202. Therefore, even when the insulating gas in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 flows into the second refrigerator inlet 202, the pressure of the insulating gas in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 can be maintained as is. In this case, the main chamber 231 of the refrigerant container 200 may function as a pressure tank that supplies insulating gas to each refrigerator inlet 201 and 202.
한편 단열 기체의 유입으로 인해 냉매 용기(200) 주실(231)에 충진된 단열 기체(230)의 압력과 제2 냉동기 인입부(202)의 단열 기체의 압력이 같아지면, 증가되는 기체 압력에 의하여 액상 냉매의 수위가 감소할 수 있다. 따라서 도 7에서 보이고 있는 바와 같이 액상 냉매가 제2 콜드헤드(262)로부터 이격될 수 있다. 그러면 단열 기체에 의하여 제2 콜드헤드(262)와 액상 냉매 사이의 열 전달이 차단될 수 있다. 그리고 제어부(100)는 제2 극저온 냉동기(252)의 구동을 정지할 수 있다. Meanwhile, when the pressure of the insulating gas 230 filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 becomes equal to the pressure of the insulating gas in the second refrigerator inlet 202 due to the inflow of the insulating gas, the increased gas pressure causes The level of liquid refrigerant may decrease. Therefore, as shown in FIG. 7, the liquid refrigerant can be separated from the second cold head 262. Then, heat transfer between the second cold head 262 and the liquid refrigerant may be blocked by the insulating gas. And the control unit 100 can stop driving the second cryogenic refrigerator 252.
한편 상술한 설명에서는 냉매 용기(200)의 주실(231)에 충진된 단열 기체를 통해 각 냉동기 인입부를 감압하거나 가압하는 구성을 설명하였다. 그러나 이와는 달리, 각 냉동기 인입부에 가해지는 단열 기체의 압력을 제어하기 위한 별도의 압력 탱크가 구비될 수도 있음은 물론이다. Meanwhile, in the above description, a configuration for depressurizing or pressurizing each refrigerator inlet through the insulating gas filled in the main chamber 231 of the refrigerant container 200 was explained. However, of course, unlike this, a separate pressure tank may be provided to control the pressure of the insulating gas applied to each refrigerator inlet.
도 8은 이러한 별도의 압력 탱크를 더 구비하는 초전도 한류기의 예를 도시한 것이다.Figure 8 shows an example of a superconducting current limiter further including such a separate pressure tank.
도 8을 참조하여 살펴보면, 압력 탱크가 더 구비되는 경우 상기 압력 탱크는 제1 수위 조절 기체 유로(271) 및 제2 수위 조절 기체 유로(272)에 연결될 수 있다. 따라서 제1 수위 조절 밸브(131) 및 제2 수위 조절 밸브(132)에 따라 제1 수위 조절 기체 유로(271) 및 제2 수위 조절 기체 유로(272) 중 적어도 하나가 개방되면, 상기 압력 탱크(130)를 통해 인가되는 기체 압력에 근거하여, 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202) 중 적어도 하나에 충진된 단열 기체가 상기 압력 탱크(130)로 흡입되거나 또는 상기 압력 탱크(130)로부터 제1 냉동기 인입부(201) 및 제2 냉동기 인입부(202)에 배출될 수 있다. Referring to FIG. 8 , if a pressure tank is further provided, the pressure tank may be connected to the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272. Therefore, when at least one of the first water level control gas flow path 271 and the second water level control gas flow path 272 is opened according to the first water level control valve 131 and the second water level control valve 132, the pressure tank ( Based on the gas pressure applied through 130), the insulating gas filled in at least one of the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202 is sucked into the pressure tank 130 or the pressure It may be discharged from the tank 130 to the first refrigerator inlet 201 and the second refrigerator inlet 202.
이 경우 단열 기체가 압력 탱크(130)로 흡입되면, 단열 기체가 흡입된 적어도 하나의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매는 수위가 상승하게 되고, 단열 기체가 압력 탱크(130)로부터 배출되면, 배출된 단열 기체가 유입된 적어도 하나의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매는 수위가 낮아질 수 있다. In this case, when the insulating gas is sucked into the pressure tank 130, the level of the liquid refrigerant in at least one refrigerator inlet into which the insulating gas is sucked rises, and when the insulating gas is discharged from the pressure tank 130, the discharged insulating gas The level of the liquid refrigerant in at least one refrigerator inlet into which the gas flows may be lowered.
그리고 액상 냉매의 수위에 따라, 구동 중인 극저온 냉동기의 콜드헤드에 냉동기 인입부에 내부의 액상 냉매가 접촉되어 직접 냉기를 전달받거나, 정지 중인 극저온 냉동기의 콜드헤드로부터 냉동기 인입부에 내부의 액상 냉매가 분리되어 단열이 이루어질 수 있다.Depending on the level of the liquid refrigerant, the liquid refrigerant inside comes into contact with the cold head of a running cryogenic freezer and receives cold air directly from the freezer inlet, or the liquid refrigerant inside comes into contact with the freezer inlet from the cold head of a stopped cryogenic freezer. It can be separated and insulated.
한편 상술한 설명에서는 제어부(100)가 전류 감지부(112)의 감지 결과에 따라 일부의 극저온 냉동기만 구동하거나 또는 모든 극저온 냉동기를 구동하는 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나 이와는 달리, 극저온 냉동기는 초전도 한류기의 운전 정책 또는 운전자의 설정에 따라 모든 극저온 냉동기가 구동되거나 또는 일부만 구동될 수도 있음은 물론이다.Meanwhile, in the above description, it has been described as an example that the control unit 100 operates only some cryogenic refrigerators or all cryogenic refrigerators according to the detection result of the current detection unit 112. However, unlike this, it goes without saying that all or only some of the cryogenic refrigerators may be operated depending on the operation policy of the superconducting current limiter or the driver's settings.
이 경우 제어부(100)는 전류 감지부(112)의 감지 결과 없이, 구동되는 극저온 냉동기에 근거하여 밸브부(120)를 제어할 수도 있음은 물론이다. 예를 들어 상기 운전 정책 또는 운전자의 설정에 따라 모든 극저온 냉동기가 구동되는 경우라면, 제어부(100)는 모든 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위가 상승하도록 밸브부(120)를 제어할 수 있다. 따라서 모든 극저온 냉동기의 콜드헤드에 액상 냉매가 접촉될 수 있다. 반면 상기 운전 정책 또는 운전자의 설정에 따라 일부의 극저온 냉동기가 구동되는 경우라면, 제어부(100)는 상기 구동되는 일부의 극저온 냉동기가 인입된 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위가 상승하도록 밸브부(120)를 제어할 수 있다. 따라서 구동되는 일부의 극저온 냉동기의 콜드헤드에만 액상 냉매가 접촉될 수 있다. In this case, of course, the control unit 100 may control the valve unit 120 based on the driven cryogenic refrigerator without the detection result of the current detection unit 112. For example, if all cryogenic refrigerators are operated according to the operation policy or driver settings, the control unit 100 may control the valve unit 120 so that the liquid refrigerant level in all refrigerator inlets increases. Therefore, liquid refrigerant can come into contact with the cold head of all cryogenic refrigerators. On the other hand, if some of the cryogenic refrigerators are driven according to the operation policy or the driver's settings, the control unit 100 operates the valve unit 120 so that the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet where the driven portion of the cryogenic refrigerators is introduced increases. can be controlled. Therefore, liquid refrigerant can only come into contact with the cold head of some operated cryogenic refrigerators.
전술한 본 발명의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The detailed description of the present invention described above should not be construed as restrictive in any respect and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
[부호의 설명][Explanation of symbols]
10 : 초전도 한류기 100 : 제어부10: Superconducting current limiter 100: Control unit
111-1 : 제1 압력 센서 111-2 : 제2 압력 센서111-1: first pressure sensor 111-2: second pressure sensor
121 : 제1 압력 조절 밸브 122 : 제2 압력 조절 밸브121: first pressure control valve 122: second pressure control valve
131 : 제1 수위 조절 밸브 132 : 제2 수위 조절 밸브131: first water level control valve 132: second water level control valve
200 : 냉매 용기 201 : 제1 냉동기 인입부200: Refrigerant container 201: First refrigerator inlet
202 : 제2 냉동기 인입부 210 : 한류기 탱크202: Second refrigerator inlet 210: Current limiter tank
211 : 제1 압력 조절 유로 212 : 제2 압력 조절 유로211: first pressure control flow path 212: second pressure control flow path
213 : 복수의 HTS 소자 220 : 액상 냉매213: plural HTS elements 220: liquid refrigerant
230 : 단열 기체 231 : 냉매 용기 주실230: Insulating gas 231: Refrigerant container main compartment
240 : 외측 연결부 251 : 제1 극저온 냉동기240: External connection 251: First cryogenic freezer
252 : 제2 극저온 냉동기 261 : 제1 콜드헤드252: second cryogenic refrigerator 261: first cold head
262 : 제2 콜드헤드 271 : 제1 수위 조절 기체 유로262: second cold head 271: first water level control gas flow path
272 : 제2 수위 조절 기체 유로 350 : 격벽272: Second water level control gas flow path 350: Bulkhead

Claims (21)

  1. 내부가 밀봉 처리되는 한류기 탱크;Current limiter tank with sealed interior;
    극저온으로 냉각되며 한류기 탱크로 인입되는 콜드헤드를 구비하는 극저온 냉동기;A cryogenic refrigerator that is cooled to a very low temperature and has a cold head that is introduced into a current limiter tank;
    상기 한류기 탱크 내부에 밀봉된 상태로 구비되며, 초전도체 소자가 설치된 높이 이상의 높이로 충진되는 액상 냉매와, 기 설정된 압력을 가지며 상기 액상 냉매 위에 충진되는 단열 기체를 포함하는 냉매 용기;A refrigerant container that is sealed inside the current limiter tank and includes a liquid refrigerant filled to a height higher than the height at which the superconductor element is installed, and an insulating gas having a preset pressure and filled on the liquid refrigerant;
    상단에 상기 콜드헤드가 인입되며, 상기 액상 냉매와 상기 단열 기체가 충진되고, 상기 냉매 용기의 일 측면에 형성되어 상기 냉매 용기의 일 측면과 충진된 액상 냉매에 의해 상기 냉매 용기에서 단열 기체가 충진되는 주실과 분리되는 공간을 형성하는 냉동기 인입부;The cold head is introduced at the top, the liquid refrigerant and the insulating gas are filled, and the insulating gas is filled in the refrigerant container by the liquid refrigerant formed on one side of the refrigerant container and filled with one side of the refrigerant container. A freezer inlet forming a space separated from the main room;
    상기 냉동기 인입부와 연결되어 상기 냉동기 인입부 내의 단열 기체를 배출하거나, 또는 단열 기체가 상기 냉동기 인입부 내부로 유입되도록 형성된 수위 조절 기체 유로 및, 상기 수위 조절 기체 유로를 개방 또는 폐쇄하는 수위 조절 밸브;A water level control gas flow path connected to the freezer inlet to discharge the insulating gas in the freezer inlet or to allow the insulating gas to flow into the freezer inlet, and a water level control valve that opens or closes the water level control gas flow path. ;
    상기 냉매 용기의 주실과 상기 수위 조절 기체 유로를 연결하는 압력 조절 유로 및, 상기 압력 조절 유로를 개방 또는 폐쇄하는 압력 조절 밸브; 및,a pressure control flow path connecting the main chamber of the refrigerant container and the level control gas flow path, and a pressure control valve that opens or closes the pressure control flow path; and,
    상기 극저온 냉동기가 구동 시, 상기 수위 조절 밸브와 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부 내에 충진된 액상 냉매의 수위를 변경함으로써 상기 극저온 냉동기의 콜드헤드에 액상 냉매가 접촉되도록 하거나, 상기 콜드헤드로부터 액상 냉매가 이격되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.When the cryogenic refrigerator is operated, the water level control valve and the pressure control valve are controlled to change the level of the liquid refrigerant filled in the refrigerator inlet, so that the liquid refrigerant comes into contact with the cold head of the cryogenic refrigerator, or from the cold head. A superconducting current limiter comprising a control unit that separates the liquid refrigerant.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, The method of claim 1, wherein the control unit,
    상기 극저온 냉동기가 구동되면, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 압력 조절 유로를 폐쇄하고, 상기 압력 조절 유로가 폐쇄된 상태에서 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부 내의 단열 기체를 배출하여, 상기 배출된 단열 기체로 인하여 감소된 상기 냉동기 인입부 내의 기체 압력과 상기 냉매 용기 주실의 단열 기체 압력 차이를 이용하여 상기 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 조절하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.When the cryogenic refrigerator is driven, the pressure control valve is controlled to close the pressure control passage, and the water level control valve is controlled in a state in which the pressure control passage is closed to discharge the insulating gas in the freezer inlet, A superconducting current limiter, characterized in that the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is adjusted using the difference between the gas pressure in the refrigerator inlet, which is reduced due to the discharged insulating gas, and the insulating gas pressure in the main chamber of the refrigerant container.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, The method of claim 2, wherein the control unit,
    상기 극저온 냉동기의 구동이 정지되면, 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 수위 조절 기체 유로를 폐쇄하고, 상기 수위 조절 기체 유로가 폐쇄되면, 상기 냉매 용기 주실에 충진된 단열 기체가 상기 압력 조절 유로를 통해 상기 냉동기 인입부에 유입되도록, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 압력 조절 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.When the operation of the cryogenic refrigerator is stopped, the water level control valve is controlled to close the water level control gas flow path, and when the water level control gas flow path is closed, the insulating gas filled in the main chamber of the refrigerant container flows through the pressure control flow path. A superconducting current limiter, characterized in that the pressure control flow path is opened by controlling the pressure control valve so that the pressure control valve flows into the refrigerator inlet.
  4. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 수위 조절 기체 유로의 압력을 통해 상기 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 감지하는 압력 센서를 더 포함하고, It further includes a pressure sensor that detects the gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure of the water level control gas flow path,
    상기 제어부는, The control unit,
    상기 압력 센서의 감지 결과에 따른 상기 냉동기 인입부 내의 기체 압력에 근거하여 상기 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 판별 및, 판별된 액상 냉매 수위에 따라 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 수위 조절 기체 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.Based on the gas pressure in the refrigerator inlet according to the detection result of the pressure sensor, the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet is determined, and the water level control valve is controlled according to the determined liquid refrigerant level to open the water level control gas flow path. A superconducting current limiter characterized by closing.
  5. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 극저온 냉동기는 복수이며,The cryogenic freezer is plural,
    상기 복수의 극저온 냉동기 각각에 대응하는 상기 냉동기 인입부와 상기 수위 조절 기체 유로 및수위 조절 밸브, 그리고 상기 압력 조절 유로 및 압력 조절 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.A superconducting current limiter further comprising the refrigerator inlet corresponding to each of the plurality of cryogenic refrigerators, the water level control gas flow path and water level control valve, and the pressure control flow path and pressure control valve.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는, The method of claim 5, wherein the control unit,
    상기 복수의 극저온 냉동기 중, 구동되는 적어도 하나의 콜드헤드 각각에 액상 냉매가 접촉되도록 하거나, 또는 각 콜드헤드로부터 액상 냉매가 이격되도록, 복수의 수위 조절 밸브 중 적어도 하나와 복수의 압력 조절 밸브 중 적어도 하나를 각각 제어하여, 적어도 하나의 냉동기 인입부 내에 충진된 액상 냉매의 수위를 각각 변경하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.Among the plurality of cryogenic refrigerators, at least one of a plurality of water level control valves and at least one of a plurality of pressure control valves are allowed to contact the liquid refrigerant to each of the at least one driven cold head, or to separate the liquid refrigerant from each cold head. A superconducting current limiter, characterized in that the level of the liquid refrigerant filled in at least one refrigerator inlet is changed by controlling each of them.
  7. 제6항에 있어서,According to clause 6,
    상기 초전도 한류기에 인가되는 전류 부하를 검출하는 전류 센서를 더 포함하고, It further includes a current sensor that detects a current load applied to the superconducting current limiter,
    상기 제어부는, The control unit,
    상기 전류 센서의 감지 결과에 따라 상기 복수의 극저온 냉동기 중 적어도 하나를 구동하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.A superconducting current limiter, characterized in that driving at least one of the plurality of cryogenic refrigerators according to the detection result of the current sensor.
  8. 제1항에 있어서, 상기 냉매 용기에 충진되는 액상 냉매는, The method of claim 1, wherein the liquid refrigerant charged in the refrigerant container is:
    상기 냉동기 인입부의 일 측면을 형성하는 상기 냉매 용기의 일 측면의 적어도 일부를 수용하며, 상기 냉동기 인입부의 콜드헤드가 인입된 높이보다는 낮은 수위를 가지도록 충진되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.A superconducting current limiter that accommodates at least a portion of one side of the refrigerant container forming one side of the refrigerator inlet, and is filled so that the cold head of the refrigerator inlet has a water level lower than the inlet height.
  9. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 냉동기 인입부의 일 측면을 형성하는 상기 냉매 용기의 일 측면은, 적어도 일부가 상기 냉매 용기의 일 측면과 상기 냉동기 인입부의 일 측면으로 분리 및, 상기 분리된 냉매 용기의 일 측면과 상기 냉동기 인입부의 일 측면 사이에 형성되는 공간에 의하여 서로 간에 이격되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.One side of the refrigerant container forming one side of the refrigerator inlet is at least partially separated into one side of the refrigerant container and one side of the refrigerator inlet, and one side of the separated refrigerant container and one side of the refrigerator inlet are separated. A superconducting current limiter characterized by being spaced apart from each other by a space formed between one side.
  10. 제1항에 있어서, 상기 극저온 냉동기는, The method of claim 1, wherein the cryogenic freezer,
    중력 방향으로 설치되도록, 상기 콜드헤드가 중력 방향으로 상기 한류기 탱크에 인입되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.A superconducting current limiter, characterized in that the cold head is introduced into the current limiter tank in the direction of gravity so that it is installed in the direction of gravity.
  11. 제1항에 있어서, 상기 냉동기 인입부에 충진된 액상 냉매는, The method of claim 1, wherein the liquid refrigerant charged in the refrigerator inlet is,
    상기 제어부의 상기 수위 조절 밸브 및 상기 압력 조절 밸브 제어에 따라 수위가 상승하여 상기 냉동기 인입부에 인입된 콜드헤드에 접촉되면, 접촉된 콜드헤드의 적어도 일부를 통해 상기 극저온 냉동기에서 배출되는 냉기를 직접 전달받는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.When the water level rises according to the control of the water level control valve and the pressure control valve of the control unit and comes into contact with the cold head introduced into the refrigerator inlet, the cold air discharged from the cryogenic refrigerator is directly discharged through at least a portion of the contacted cold head. A superconducting current limiter characterized by receiving transmission.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액상 냉매는, The method of claim 1, wherein the liquid refrigerant is:
    과냉각된 액체 상태의 질소임을 특징으로 하는 초전도 한류기.A superconducting current limiter characterized by supercooled liquid nitrogen.
  13. 제1항에 있어서, 상기 단열 기체는, The method of claim 1, wherein the insulating gas is:
    상기 단열 기체는, 기체 상태의 질소 및 기체 상태의 불응축 가스의 혼합 기체이며,The insulating gas is a mixed gas of gaseous nitrogen and gaseous non-condensable gas,
    상기 불응축 가스는 질소보다 낮은 기화점을 가지는 수소, 헬륨 및 네온 중 어느 하나임을 특징으로 하는 초전도 한류기.A superconducting current limiter, wherein the non-condensable gas is any one of hydrogen, helium, and neon, which has a vaporization point lower than nitrogen.
  14. 제7항의 초전도 한류기의 제어 방법에 있어서, In the control method of the superconducting current limiter of claim 7,
    상기 전류 센서의 감지 결과에 근거하여 상기 초전도 한류기의 전류 부하를 검출하는 단계;detecting a current load of the superconducting current limiter based on a detection result of the current sensor;
    검출된 전류 부하가 기 설정된 임계값 이상인 경우, 상기 복수의 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 모두 변경하여, 극저온 냉동기의 콜드헤드가 인입된 높이까지 도달하도록 복수의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 모두의 수위를 상승시키는 단계; 및, If the detected current load is above the preset threshold, all gas pressures in the plurality of refrigerator inlets are changed to increase the level of all liquid refrigerants in the plurality of refrigerator inlets so that the cold head of the cryogenic refrigerator reaches the inlet height. raising step; and,
    상기 검출된 전류 부하가 기 설정된 임계값 미만인 경우, 상기 복수의 냉동기 인입부 중 일부의 기체 압력을 변경하여, 극저온 냉동기의 콜드헤드가 인입된 높이까지 도달하도록 일부의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 수위를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 제어 방법.When the detected current load is less than a preset threshold, the gas pressure of some of the plurality of refrigerator inlets is changed to increase the liquid refrigerant level in some of the refrigerator inlets so that the cold head of the cryogenic refrigerator reaches the inlet height. A control method of a superconducting current limiter comprising the step of raising the current limiter.
  15. 제14항에 있어서, According to clause 14,
    상기 복수의 냉동기 인입부 내의 액상 냉매 모두의 수위를 상승시키는 단계는, The step of raising the level of all liquid refrigerants in the plurality of refrigerator inlets is,
    복수의 압력 조절 유로를 모두 폐쇄 및, 복수의 압력 조절 유로가 모두 폐쇄된 상태에서 복수의 수위 조절 기체 유로가 모두 개방되도록 상기 복수의 수위 조절 밸브 및 복수의 압력 조절 밸브를 제어하는 단계;controlling the plurality of water level control valves and the plurality of pressure control valves so that all of the plurality of pressure control flow paths are closed and all of the plurality of water level control gas flow paths are open while the plurality of pressure control flow paths are all closed;
    수위 조절 기체 유로의 압력을 통해 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 감지하는 압력 센서들로부터 검출되는 각 냉동기 인입부 내의 기체 압력이 기 설정된 압력에 도달하였는지 여부를 체크하는 단계;Checking whether the gas pressure in each refrigerator inlet detected by pressure sensors that detect the gas pressure in the refrigerator inlet through the pressure of the water level control gas flow path has reached a preset pressure;
    상기 체크 결과에 따라 상기 개방된 복수의 수위 조절 기체 유로가 모두 폐쇄되도록 상기 복수의 수위 조절 밸브를 제어하는 단계; 및, controlling the plurality of water level control valves so that all of the open water level control gas passages are closed according to the check results; and,
    상기 복수의 극저온 냉동기를 모두 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 제어 방법.A control method for a superconducting current limiter, comprising the step of driving all of the plurality of cryogenic refrigerators.
  16. 제14항에 있어서, According to clause 14,
    일부의 냉동기 인입부와 연결되는 압력 조절 유로를 폐쇄 및, 일부의 압력 조절 유로가 폐쇄된 상태에서 상기 일부의 냉동기 인입부와 연결되는 일부의 수위 조절 기체 유로가 개방되도록 상기 일부의 수위 조절 밸브 및 일부의 압력 조절 밸브를 제어하는 단계;A water level control valve that closes the pressure control flow path connected to a part of the refrigerator inlet and opens a part of the water level control gas flow path connected to the part of the freezer inlet while the part of the pressure control flow path is closed; controlling some pressure regulating valves;
    상기 일부의 냉동기 인입부 내의 기체 압력을 감지하는 적어도 하나의 압력 센서로부터, 상기 일부의 냉동기 인입부 내 기체 압력이 기 설정된 압력에 도달하였는지 여부를 체크하는 단계;Checking whether the gas pressure in the partial refrigerator inlet reaches a preset pressure from at least one pressure sensor that detects the gas pressure in the partial refrigerator inlet;
    상기 체크 결과에 따라 상기 개방된 일부의 수위 조절 기체 유로가 폐쇄되도록 상기 일부의 수위 조절 밸브를 제어하는 단계; 및, controlling the part of the water level control valve to close the part of the open water level control gas passage according to the check result; and,
    상기 일부의 냉동기 인입부에 인입된 적어도 하나의 극저온 냉동기를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 제어 방법.A method of controlling a superconducting current limiter, comprising the step of driving at least one cryogenic refrigerator introduced into the partial refrigerator inlet.
  17. 제14항에 있어서, 상기 기 설정된 임계값은, The method of claim 14, wherein the preset threshold is:
    상기 초전도 한류기의 정격 전류에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기의 제어 방법. A control method of a superconducting current limiter, characterized in that it is determined based on the rated current of the superconducting current limiter.
  18. 액상 냉매와 단열 기체를 수용하며, 상기 액상 냉매 내부에 초전도체가 수용되는 냉매 용기를 구비하는 초전도 한류기에 있어서,In a superconducting current limiter comprising a refrigerant container containing a liquid refrigerant and an insulating gas, and containing a superconductor inside the liquid refrigerant,
    상기 냉매 용기는,The refrigerant container is,
    냉매 용기 주실과, 극저온 냉동기가 인입되는 냉동기 인입부를 구비하며,It is provided with a refrigerant container main chamber and a freezer inlet into which a cryogenic freezer is introduced,
    상기 냉매 용기 주실과 냉동기 인입부는 상기 액상 냉매가 유동 가능하도록 서로 연결되고,The refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet are connected to each other to allow the liquid refrigerant to flow,
    상기 초전도 한류기는,The superconducting current limiter,
    상기 냉매 용기 주실과 냉동기 인입부 중 적어도 하나에 구비되며, 상기 냉매 용기 주실 및 냉동기 인입부 중 적어도 하나에 수용된 단열 기체의 압력을 조절할 수 있는 적어도 하나의 압력 조절부; 및At least one pressure regulator provided in at least one of the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet, and capable of adjusting the pressure of the insulating gas contained in at least one of the refrigerant container main chamber and the refrigerator inlet; and
    상기 적어도 하나의 압력 조절부를 제어하여 상기 냉동기 인입부에 수용된 액상 냉매의 수위를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.A superconducting current limiter comprising a control unit that controls the at least one pressure control unit to adjust the level of the liquid refrigerant contained in the refrigerator inlet.
  19. 제18항에 있어서, According to clause 18,
    상기 적어도 하나의 압력 조절부는 상기 냉매 용기 주실에 구비된 압력 조절 밸브를 구비하고, The at least one pressure regulator includes a pressure control valve provided in the main chamber of the refrigerant container,
    상기 제어부는, The control unit,
    상기 냉매 용기 주실에 수용된 액상 냉매의 일부가 상기 냉동기 인입부로 밀려와서 상기 냉동기 인입부의 액상 냉매 수위가 상승하도록, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 냉매 용기 주실에 추가적인 단열 기체 압력을 제공하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.The pressure control valve is controlled to provide additional insulating gas pressure to the refrigerant container main chamber so that a portion of the liquid refrigerant contained in the refrigerant container main chamber is pushed into the refrigerator inlet and the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet increases. A superconducting current limiter.
  20. 제18항에 있어서, According to clause 18,
    상기 적어도 하나의 압력 조절부는 상기 냉동기 인입부에 구비된 수위 조절 밸브를 구비하고,The at least one pressure regulator includes a water level control valve provided at the refrigerator inlet,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 냉매 용기 주실에 수용된 액상 냉매의 일부가 상기 냉동기 인입부로 끌려와서 상기 냉동기 인입부의 액상 냉매 수위가 상승하도록, 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부의 단열 기체 압력을 낮추는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.Superconducting current-limiting current, characterized in that controlling the water level control valve to lower the pressure of the insulating gas in the refrigerator inlet so that a portion of the liquid refrigerant contained in the main chamber of the refrigerant container is drawn to the refrigerator inlet and the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet increases. energy.
  21. 제18항에 있어서, According to clause 18,
    상기 적어도 하나의 압력 조절부는 상기 냉매 용기 주실에 구비된 압력 조절 밸브 및 상기 냉동기 인입부에 구비된 수위 조절 밸브를 구비하고,The at least one pressure regulator includes a pressure control valve provided in the main chamber of the refrigerant container and a water level control valve provided in the refrigerator inlet,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 냉매 용기 주실에 수용된 액상 냉매의 일부가 상기 냉동기 인입부에 유입되어 상기 냉동기 인입부의 액상 냉매 수위가 상승하도록, 상기 압력 조절 밸브를 제어하여 상기 냉매 용기 주실에 추가적인 단열 기체 압력을 제공함과 동시에 상기 수위 조절 밸브를 제어하여 상기 냉동기 인입부의 단열 기체 압력을 낮추는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.The pressure control valve is controlled so that a portion of the liquid refrigerant contained in the main chamber of the refrigerant container flows into the refrigerator inlet and the liquid refrigerant level in the refrigerator inlet increases, thereby providing additional insulating gas pressure to the main chamber of the refrigerant container. A superconducting current limiter, characterized in that it lowers the insulating gas pressure at the refrigerator inlet by controlling the water level control valve.
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