KR100918450B1

KR100918450B1 - 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈

Info

Publication number: KR100918450B1
Application number: KR1020070085110A
Authority: KR
Inventors: 추용; 김영옥; 오영국
Original assignee: 한국기초과학지원연구원
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-09-24
Also published as: KR20090020379A

Abstract

본 발명은 KSTAR 토카막을 구성하는 장치 중 초전도 자석 및 초전도 버스라인의 냉각상황을 모니터링 하기 위해 냉각 배관에 설치되어 그 배관의 온도를 측정하는 온도센서 모듈에 관한 것으로, 하측이 상기 냉각배관과 결합될 수 있는 구조로 이루어지고, 일측면에 온도센서를 결합시키기 위한 센서결합공, 써멀 앵커링 보빈을 결합시키기 위한 앵커링 보빈 결합공, 보호캡을 결합시키기 위한 보호캡 결합공을 포함하는 다수의 홀이 구비되는 열전도율이 우수한 재질의 몸체; 상기 냉각배관의 온도를 측정하기 위한 것으로, 전체적으로 원기둥이고 일측에 제 1 볼트 결합공이 구비된 보빈 형상이며, 4개의 데이터선(리드선)을 가지는 온도센서; 전체적으로 원기둥이고 측면에는 홈이 구비되며 중앙에 제 2 볼트 결합공이 구비된 보빈 형상인 써멀 앵커링 보빈; 상기 몸체 상측에 위치하여 센서의 리드선과 실드케이블간 연결하기 위해 센서의 각 리드선이 접합이 이루어지는 PCB로 패터닝된 터미널; 및 상기 몸체 상측에 온도 센서, 써멀 앵커링 보빈 및 터미널을 포함한 각 부품들을 고정시킨 후, 그 고정된 부품들을 보호하고 외부의 열을 차단시키는 보호캡;을 포함한다.

극저온, 냉각 배관, 온도센서, 토카막

Description

극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈{temperature sensor module for measuring pipe of an extremely low temperature}

본 발명은 KSTAR 토카막을 구성하는 장치 중 초전도 자석 및 초전도 버스라인의 냉각상황을 모니터링 하기 위해 냉각 배관에 설치되어 그 배관의 온도를 측정하는 온도센서 모듈에 관한 것이다.

현재까지 개발된 초전도자석은 지구자장의 26만 배에 달하는 13테슬라의 자장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다. 따라서 초전도자석의 핵심 기술은 '관내연선도체'(CICC : Cable-In Conduit-Conductor)라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도자석을 제작함에 있다. 관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도자석을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨을 관내연선도체로 강제 순환시킨다.

도 1a 및 도 1b는 국내에서 제작되는 초전도자석을 일례로 나타낸 도면이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 초전도자석(900:SC Magnet)은 고온의 플라즈마를 진공용 기 벽에 닿지 않고 가두어두기 위한 것으로, 그 주요장치인 토카막장치(901)를 보유하고 있다. 상기 토카막장치(901)는 TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field) 코일을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당한다. 도 1b는 도 1a의 토카막장치(901)를 나타내며, TF(Toroidal Field)코일로 구성된 TF 구조물(907)과, CS(Central Solenoid)코일로 구성된 CS 구조물(909)과, PF(Poroidal Field)코일로 구성된 PF 구조물(903) 및 각 구조물을 연결하는 연결구조물(905)로 이루어진다.

상기 TF 구조물(907)로 내설되는 코일은 약 35kA의 직류전류로 운전되며, 상기 CS 구조물(909)의 코일과 PF 구조물(903)의 코일은 펄스운전을 하여 상호 자장변화에 의한 기전력을 진공용기 내부에 발생시켜 플라즈마를 생성하고 플라즈마 전류 및 TF 자장과 함께 플라즈마를 구속시키는 역할을 수행한다.

앞에서 언급된 KSTAR 토카막 장치에 대해 보다 상세히 설명하면, 16개의 TF 초전도 자석, 그리고 8개의 CS 초전도자석으로 이루어져 있으며, 초전도 케이블(초전도 버스라인)을 경유하여 상온의 전력공급장치와 연결된다. 토카막 내의 자석 및 버스라인을 초전도로 유지하기 위해 초임계 헬륨(Super-critical Heluim; SHe) 냉매로 4.5K까지 냉각하고 이를 지속시켜야 한다. 극저온의 온도를 감지하기 위한 센서로 극저온에서 고감도의 분해능을 가지는 Cernox 센서를 선정, 설치한다.

초전도체의 냉각 상황을 측정하는 방법으로 초전도체를 냉각하기 위한 액체헬륨 공급 배관 및 출구 배관의 온도를 측정하며 이를 위해 배관에 온도센서의 설치가 필요하다. 온도센서 설치 시 온도 측정의 정확도, 기계적 내구성 및 진공에서의 안정성을 확보할 수 있어야 한다.

본 발명의 목적은 초전도자석 및 초전도 버스라인의 냉각배관에 설치되어 배관의 인입구 및 인출구의 온도를 측정, 분석할 수 있도록 한 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 극저온 냉각 배관에 설치되어 그 배관의 온도를 측정하는 온도센서 모듈에 관한 것으로, 하측이 상기 냉각배관과 결합될 수 있는 구조로 이루어지고, 일측면에 온도센서를 결합시키기 위한 센서결합공, 써멀 앵커링 보빈을 결합시키기 위한 앵커링 보빈 결합공, 보호캡을 결합시키기 위한 보호캡 결합공을 포함하는 다수의 홀이 구비되는 열전도율이 우수한 재질의 몸체; 상기 냉각배관의 온도를 측정하기 위한 것으로, 전체적으로 원기둥이고 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 1 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상이며, 상기 제 1 볼트 결합공이 중심에서 소정 길이 벗어난 위치에 구비되고, 4개의 데이터선(리드선)을 가지며, 제 1 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 몸체에 구비된 센서 결합공에 결합되어 몸체에 고정되는 온도센서; 전체적으로 원기둥이고 측면에는 홈이 구비되며 중앙에 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 2 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상으로, 상기 제 2 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 상기 몸체에 구비된 앵커링 보빈 결합공에 결합되고, 측면에 구비된 홈에 온도센서 리드선을 감음으로써 외부에서 온도센서쪽으로 전달되는 열을 감쇠시킬 수 있는 구조를 가지는 써멀 앵커링 보빈; 상기 몸체 상측에 위치하여 센서의 리드선과 실드케이블간 연결하기 위해 센서의 각 리드선이 접합이 이루어지는 PCB로 패터닝된 터미널; 및 상기 몸체 상측에 온도 센서, 써멀 앵커링 보빈 및 터미널을 포함한 각 부품들을 고정시킨 후, 그 고정된 부품들을 보호하고 외부의 열을 차단시키는 보호캡;을 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 볼트를 이용하여 결합되는 몸체의 상측면에 형성되는 홀과 연통되게 몸체의 일측면에 각각 홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 보호캡은 내측에 스테인리스 재질의 제 1 보호캡과, 상기 제 1 보호캡 외측에 절연 재질의 제 2 보호캡을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 터미널은 금속박막(foil) 위에 저온용 본드를 이용하여 고정되고, 상기 터미널이 고정된 금속박막을 몸체 상측면 일측에 저온용 본드를 이용하여 고정시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 몸체 상측에 온도센서의 리드선과 연결되는 실드 케이블을 안착할 수 있는 홈을 구비하고, 상기 실드 케이블이 안착되었을 때 상기 실드 케이블을 고정시키기 위한 수단을 더 구비함을 특징으로 한다.

상기 실드 케이블의 고정수단은, 상기 실드 케이블의 외주면에 상응하는 형상의 반원형 만곡부 및 이 만곡부의 양측단에 이어진 직선 연장부를 갖는 금속재 밴드이고, 상기 금속재 밴드의 연장부에는 홀이 가공되며, 소정의 고정부재를 이용하여 상기 연장부에 가공된 홀을 통해 몸체에 실드 케이블을 고정시키는 것을 특징으로 한다.

상기 고정부재는 볼트(또는 리벳)이고, 볼트(또는 리벳) 체결 방식을 이용하여 실드 케이블을 몸체에 고정시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 상기 볼트(또는 리벳) 체결을 위해 몸체에 구비된 홀과 연통되게 몸체의 일측면에 홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 극저온 냉각 배관에 설치되어 그 배관의 온도를 측정하는 온도센서 모듈에 관한 것으로, 하측이 상기 냉각배관과 결합될 수 있는 구조로 이루어지고, 일측면에 온도센서를 결합시키기 위한 센서결합공, 써멀 앵커링 보빈을 결합시키기 위한 앵커링 보빈 결합공, 보호캡을 결합시키기 위한 보호캡 결합공을 포함하는 다수의 홀이 구비되는 열전도율이 우수한 재질의 몸체; 상기 냉각배관의 온도를 측정하기 위한 것으로, 전체적으로 원기둥이고 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 1 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상이며, 상기 제 1 볼트 결합공이 중심에서 소정 길이 벗어난 위치에 구비되고, 4개의 데이터선(리드선)을 가지며, 제 1 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 몸체에 구비된 센서 결합공에 결합되어 몸체에 고정되는 온도센서; 전체적으로 원기둥이고 측면에는 홈이 구비되며 중앙에 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 2 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상으로, 상기 제 2 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 상기 몸체에 구비된 앵커링 보빈 결합공에 결합되고, 측면에 구비된 홈에 온도센서 리드선을 감음으로써 외부에서 온도센서쪽으로 전달되는 열을 감쇠시킬 수 있는 구조를 가지는 써멀 앵커링 보빈; 상기 몸체 상측에 위치하여 센서의 리드선과 실드케이블간 연결하기 위해 센서의 각 리드선이 접합이 이루어지는 PCB로 패터닝된 터미널; 및 상기 몸체 상측에 온도 센서, 써멀 앵커링 보빈 및 터미널을 포함한 각 부품들을 고정시킨 후, 그 고정된 부품들을 보호하고 외부의 열을 차단시키는 보호캡;을 포함하고, 상기 몸체 상측에 온도센서의 리드선과 연결되는 실드 케이블을 안착할 수 있는 홈을 구비하고, 상기 실드 케이블이 안착되었을 때 상기 실드 케이블을 고정시키기 위한 수단을 더 구비함을 특징으로 한다.

상기 실드 케이블의 고정수단은, 상기 실드 케이블의 외주면에 상응하는 형상의 반원형 만곡부 및 이 만곡부의 양측단에 이어진 직선 연장부를 갖는 금속재 밴드이고, 상기 금속재 밴드의 연장부에는 홀이 가공되며, 볼트(또는 리벳)를 이용하여 상기 연장부에 가공된 홀을 통해 몸체에 실드 케이블을 고정시키는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명은 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈을 제공함으로써 피측정체(초전도자석 및 초전도 버스라인)의 냉각배관의 인입구 및 인출구의 온도를 측정, 분석하여 장치의 상태를 모니터링할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈의 분리사시도, 및 결합사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈이 냉각 배관에 설치된 것을 보여준 사시도이다.

본 발명은 극저온 냉각 배관(10)에 설치되어 그 배관(10)의 온도를 측정하는 온도센서 모듈에 관한 것으로, 상기 냉각배관(10)과 결합될 수 있는 구조로 이루어지는 몸체(100), 배관의 온도를 측정하는 온도센서(200), 온도센서(200)의 리드선이 감겨 외부 열을 차단시키는 써멀 앵커링 보빈(300), 센서 노이즈(noise)를 저감해줄 수 있는 실드 케이블과 연결하기 위해 센서의 각 리드선과 연결되는 터미널(400) 및 상기 각 부품(100~400)들을 보호하고 외부의 열을 차단하기 위해 커버링하는 보호캡(610)(620)을 포함하여 이루어진다.

다음 도 4를 참조하여 도 4에 나타난 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈의 각 구성 부품들(100~620)에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 몸체(100)의 형태를 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하면, 몸체(100)는 전체적인 형상이 'ㄴ'자로, 길이방향으로 일자형('ㅡ'자형)에서 일측이 약간 돌출된 형상(돌출부)(110)을 가진다. 상기 몸체의 돌출부(110)는 추후 보호캡(610)(620)과의 결합을 용이하도록 하기 위한 것이다.

몸체(100)의 하측은 냉각배관(10)과 결합될 수 있는 구조로 이루어진다. 즉, 배관(10)의 형상이 원형이므로, 몸체(100)의 하측도 냉각배관의 외주면에 상응하는 형상(대략 반원형임)의 홈(101)이 구비된다.

냉각배관(10)과 몸체(100)의 부착은 진공 브레이징(brazing)을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 몸체(100)에는 다수의 홀(121, 121' 122, 122', 123a, 123b, 131, 132, 132')이 구비된다. 즉, 몸체(100)의 상측에는 하기 설명될 온도센서를 결합시키기 위한 홀(센서 결합공)(121) 및 써멀 앵커링 보빈을 결합시키기 위한 홀(앵커링 보빈 결합공)(122)이 구비되고, 몸체의 측면(여기서, '측면'이라 함은 좌측면 또는 우측면을 가리킴)에는 상기 센서 결합공(121) 및 앵커링 보빈 결합공(122)과 연통되는 홀(121')(122')이 각각 구비된다.

이와 같이, 몸체의 상측에 구비된 홀(센서결합공, 앵커링 보빈 결합공)(121)(122)과 몸체의 측면에 구비된 홀(121')(122')간 연통시키는 이유는 다음과 같다. 즉, 본 발명의 장치인 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈은 진공 내에 설치되는데, 센서 결합공(121)과 앵커링 보빈 결합공(122)을 통해 볼트 등을 이용하여 온도센서(200)와 써멀 앵커링 보빈(300)을 몸체(100)에 결합하여 고정시킬 때, 볼트 나사산이 꽉 물리면서 그 내부에 소정 량의 공기가 구속되게 된다. 이 구속된 공기를 외부로 배출시켜야 하는데, 본 발명에서는 센서결합공(121), 앵커링 보빈 결합공(122)과 연통된 홀(121')(122')을 통해 상기 구속된 공기를 배출시킨다.

몸체(100)의 상측에는 실드 케이블을 안착시키기 위한 홈(실드 케이블 안착홈)(130)이 더 구비된다.

실드 케이블은 온도센서(200)의 리드선(220)과 연결하기 위한 케이블로, 극저온(極低溫)인 토카막 장치에 설치된 센서의 신호를 상온(常溫)인 모니터링 장비와 연결하기 위해 구비된다. 하기에도 상세히 설명이 이루어지지만, 본 발명에서 사용될 온도센서의 리드선은 최대 36인치(914mm)인 관계로, 외부의 장치(모니터링 장비: 컴퓨터 등)와 연결하기 위해서는 상기 실드 케이블이라는 연장선이 더 필요하다. 또한, 상기 실드 케이블은 토카막 환경하에서의 노이즈 저감 목적을 위해 구비된다.

또한, 몸체(100)의 양측면에는 하기 설명될 보호캡(610)(620)을 몸체(100)에 결합하기 위한 보호캡 결합공(123a)(123b)이 구비된다.

또한, 몸체(100)의 상측에는 실드 케이블 안착홈(130)을 기준으로 양쪽에 홀(131)(132)이 구비되는데, 이 홀(131)(132)은 상기 실드 케이블을 고정시키기 위한 것이다. 마찬가지로, 상기 홀(131)(132)과 연통되도록 몸체의 측면에 홀(131')(132')이 구비된다. 실드 케이블 안착홈(130)에 대한 보다 상세한 설명은 도 6 설명부분에서 이루어지므로 참조하기로 한다.

또한, 본 발명의 몸체(100)는 열전도율이 우수한 무산소동(OFHC)을 이용하는 것이 바람직하다. 이로써 냉각 배관(10)의 온도는 그대로 온도센서(100)에 의해 측정가능해진다.

도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 온도센서(200)의 형태를 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 온도센서(200)는 냉각배관(10)의 온도를 측정하기 위한 것으로, LakeShore사의 제품명이 CX-1050-CU인 것을 사용한다.

상기 온도센서(200)의 구조에 대해 설명하면, 전체적으로 원기둥이고, 측면에는 홈(230)이 구비되며, 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 1 볼트 결합공)(210) 이 구비된 보빈(bobbin) 형상이다. 단, 상기 제 1 볼트 결합공(210)은 중심에 위치하는 것이 아니라 중심에서 0.8mm 정도 벗어난 위치에 구비된다. 또한, 온도센서(200)의 전체 직경은 8mm이고, 두께는 4.3mm이며, 온도센서에 구비된 제 1 볼트 결합공(210)의 직경은 2.9mm이다. 또한, 상기 온도센서(200)는 325K(52℃)까지 측정가능하다.

이와 같은 구조를 가진 온도센서(200)는 제 1 볼트 결합공(210)을 통해 볼트 등을 이용하여 몸체(100)에 구비된 센서 결합공(121)에 결합된다. 이에 따라, 온도센서(200)를 몸체(100)에 고정시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기와 같이 볼트 등을 이용하여 센서를 몸체에 고정할 때, 열적인 접촉을 보완하기 위해 온도센서와 몸체간 저온용 에폭시(Stycast-2850)를 바른 후에 볼트 결합이 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 온도센서(200)에는 4개의 리드선(데이터선)(220)이 구비되는데, 이 리드선은 써멀 앵커링 보빈(300)에 약 10회 정도 감겨진 후, 터미널(400)과 연결된다.

도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 써멀 앵커링 보빈(300)의 형태를 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 써멀 앵커링 보빈(300)은 온도센서 리드선을 감음으로써 외부에서 온도센서(200)쪽으로 전달되는 열을 차단시키는 역할을 한다.

써멀 앵커링 보빈(300)의 구조에 대해 설명하면, 전체적으로 원기둥이고, 측면에는 홈(320)이 구비되며, 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 2 볼트 결합공)(310)이 구비된 보빈(bobbin) 형상이다. 상기 제 1 볼트 결합공(210)은 중심에 위치한다.

상기와 같이 구조를 가진 써멀 앵커링 보빈(300)은 제 2 볼트 결합공(310)을 통해 볼트 등을 이용하여 상기 몸체(100)에 구비된 앵커링 보빈 결합공(122)에 결합된다. 이에 따라, 써멀 앵커링 보빈(300)을 몸체(100)에 고정시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기와 같이 볼트 등을 이용하여 써멀 앵커링 보빈(300)을 몸체에 고정할 때, 열적인 접촉을 보완하기 위해 써멀 앵커링 보빈(300)과 몸체간 저온용 에폭시(Stycast-2850)를 바른 후에 볼트 결합이 이루어지는 것이 바람직하다.

앞에서도 언급한 바와 같이, 온도센서의 리드선은 써멀 앵커링 보빈(300)의 측면에 구비된 홈(320)에 대략 10회 정도 감겨지게 된다.

도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 터미널(400)의 형태를 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 터미널(400)은 센서 노이즈를 저감해줄 수 있는 실드케이블과 연결하기 위해 구비된다. 즉, 터미널(400)은 구조상 절연체(410), 그 절연체(410) 위에 전기적으로 연결시키는 PCB 접합부(420)로 이루어진다.

본 발명에 따른 온도센서의 리드선(4가닥임)은 터미널의 PCB 접합부(420)와 각각 접합한 후, 실드 케이블과 연결함으로써 이 온도센서의 문제점(리드선 길이가 1m가 안됨)을 보완할 수 있다.

또한, 터미널(400)은 몸체 상측의 일측, 바람직하게는 앵커링 보빈 결합공과 실드 케이블 안착홈 사이(140)에 위치한다.

본 발명에서는 터미널만 상기 위치에 구비하여도 무방하지만, 도 5b에도 도시된 바와 같이, 터미널(400)을 금속박막(foil)(500) 위에 저온용 본드(예: B-bond 610) 등을 이용하여 고정시킨 후, 상기 터미널이 고정된 금속박막(500)을 저온용 본드(예: Sycast-2750) 등을 이용하여 상기 위치에 고정시켜도 된다.

도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 보호캡(610)(620)의 형태를 나타내는 사시도로, 도 2a에 도시된 보호캡(610)(620)을 180도 회전시켜 놓은 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 보호캡(610)(620)은 몸체 상측에 온도 센서, 써멀 앵커링 보빈 및 터미널을 고정시킨 후, 그 고정된 부품들을 보호하고, 외부의 열을 차단시키기 위해 구비된 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 보호캡(600)은 내측에 스테인리스 재질의 제 1 보호캡(610)과, 상기 제 1 보호캡(610) 외측에 절연 재질의 제 2 보호캡(620)을 포함하여 이루어진다.

제 1 보호캡(610)은 'ㄷ'자 형상으로, 몸체에 직접적으로 결합이 이루어지게 된다. 즉, 제 1 보호캡(610)의 좌우측면에는 홀(611)(612)이 구비되어 있으며, 본 발명에서는 제 1 보호캡(610)의 좌우측면에 구비된 홀(611)(612)과 몸체의 측면에 구비된 보호캡 결합공(123a)(123b)을 일치시킨 후, 볼트(또는 분할핀) 등을 이용하여 결합시킴으로써 몸체(100)에 제 1 보호캡(610)을 결합시킬 수 있다.

상기와 같이, 몸체(100)에 제 1 보호캡(610)의 결합이 이루어진 후, 제 2 보호캡(620)을 제 1 보호캡(610)에 씌운다. 즉, 본 발명에서는 제 1 보호캡(610)의 외측에 제 2 보호캡(620)이 위치하게 된다. 물론 제 2 보호캡(620)이 제 1 보호캡(610)에서 빠지지 않도록 설계하여야 한다.

제 2 보호캡(620)은 앞에서도 언급한 바와 같이, 절연 재질로 이루어지고, 복사열을 차단하기 위해 센서 모듈에 감는 MLI(Multi Layer Insulation)의 손상 방지, 센서 모듈 주변에서 고전압이 유기됐을 때 센서모듈로의 고전압 방전방지, 모듈 내의 온도센서 및 리드선 등을 보호, 및 외부로부터의 복사열을 저감시킨다.

제 1 보호캡(610)은 모듈 내의 온도센서 및 리드선 등을 보호한다.

다음 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈의 각 구성부품들의 결합순서를 살펴보기로 한다.

도 5a는 냉각배관에 몸체를 접합시킨 것을 보여준 도면, 도 5b는 금속박막에 터미널을 접합시킨 것을 보여준 도면이다.

도 5a에서, 냉각배관에 몸체 접합시 BNi₂를 사용하여 진공 브레이징을 실시한다. 접합 후, 반드시 브레징 접합면의 공극 여부를 확인하여야 한다.

도 5b에서, 금속박막 위에 터미널을 접합할 때, 저온용 본드(예: M-bond 610)를 사용한다. 상기와 같이 저온용 본드를 사용한 후, 175℃에서 1시간동안 프리 큐어링(pre curing)을 실시하고, 215℃에서 2시간 동안 포스트 큐어링(Post curing)을 실시한다.

접합 후, 반드시 본드 접합면의 공극 여부를 확인하여야 한다.

도 5c는 도 5b의 터미널이 접합된 금속박막을 도 5a의 배관과 접합된 몸체 상측면에 접합시킨 것을 보여준 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에서는 도 5b와 같이 터미널이 접합된 금속박막을, 도 5a와 같이 배관과 접합된 몸체 상측면, 바람직하게는 앵커링 보빈 결합공과 실드 케이블 안착홈 사이(140)에 위치한다.

몸체 상측면에 금속박막의 접합은 저온용 본드(예: Stycast-2850)를 이용하고, 상온 6시간 이상 동안 가류(경화, Curing)를 실시한다.

그런 후, 본 발명에서는 온도센서의 리드선을 써멀 앵커링 보빈에 10회 이상 감은 후, 온도센서의 각각의 리드선(4가닥임)을 터미널의 PCB 접합부(420)에 연결시킨다.

그런 후, 실드 케이블(60)을 실드 케이블 안착홈(130)에 안착시킨 후, 실드 케이블의 고정수단을 이용하여 완전고정시킨다. 이에 대한 상세한 설명은 다음 도 6a 및 도 6b를 참조하기로 한다.

도 6a는 본 발명에 따른 온도센서 모듈의 몸체에 실드 케이블을 안착시키는 것을 보여주는 도면이고, 도 6b는 도 6a의 A-A'단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에서는 실드 케이블 안착홈(130)에 실드 케이블(60)을 안착시킨 후, 실드 케이블의 고정수단(케이블 고정부재)을 이용하여 실드 케이블의 움직임을 구속시킨다.

상기 실드 케이블의 고정수단은, 실드 케이블(60)의 외주면에 상응하는 형상의 반원형 만곡부 및 이 만곡부의 양측단에 이어진 직선 연장부를 갖는 금속재 밴드(710)이고, 상기 금속재 밴드(710)의 연장부에는 홀이 가공되며, 소정의 고정부재를 이용하여 상기 홀을 통해 몸체에 냉각배관을 고정시키게 된다.

상기 고정부재는 볼트(또는 리벳)(721)(722)이고, 볼트(또는 리벳) 체결 방식을 이용하여 실드 케이블(60)을 몸체(100)에 고정시킨다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 토카막 장치의 각 구조물을 나타내는 구성 상태도이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈의 분리사시도, 및 결합사시도이다.

도 3은 본 발명의 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈이 냉각 배관에 설치된 것을 보여준 사시도이다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 몸체, 온도센서, 써멀 앵커링 보빈, 터미널 및 보호캡을 나타내는 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈의 각 구성부품들의 결합순서를 나타내는 것으로, 도 5a는 냉각배관에 몸체를 접합시킨 것을 보여준 도면, 도 5b는 금속박막에 터미널을 접합시킨 것을 보여준 도면, 도 5c는 도 5b의 터미널이 접합된 금속박막을 도 5a의 배관과 접합된 몸체 상측면에 접합시킨 것을 보여준 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 냉각배관 60: 실드 케이블

100: 몸체 110: 돌출부

121: 센서 결합공 122: 앵커링 보빈 결합공

123a, 123b: 보호캡 결합공 130: 실드 케이블 안착홈

140: 터미널이 위치할 부분 200: 온도센서

210: 제1 볼트 결합공 220: 리드선

230: 홈 300: 써멀 앵커링 보빈

310: 제 2 볼트 결합공 320: 홈

400: 터미널 410: 절연체

420: PCB접합부 500: 금속박막(Foil)

610: 제 1 보호캡 620: 제 2 보호캡

Claims

극저온 냉각 배관에 설치되어 그 배관의 온도를 측정하는 온도센서 모듈에 관한 것으로,

하측이 상기 냉각배관과 결합될 수 있는 구조로 이루어지고, 일측면에 온도센서를 결합시키기 위한 센서결합공, 써멀 앵커링 보빈을 결합시키기 위한 앵커링 보빈 결합공, 보호캡을 결합시키기 위한 보호캡 결합공을 포함하는 다수의 홀이 구비되는 열전도율이 우수한 재질의 몸체;

상기 냉각배관의 온도를 측정하기 위한 것으로, 전체적으로 원기둥이고 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 1 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상이며, 상기 제 1 볼트 결합공이 중심에서 소정 길이 벗어난 위치에 구비되고, 4개의 데이터선(리드선)을 가지며, 제 1 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 몸체에 구비된 센서 결합공에 결합되어 몸체에 고정되는 온도센서;

전체적으로 원기둥이고 측면에는 홈이 구비되며 중앙에 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 2 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상으로, 상기 제 2 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 상기 몸체에 구비된 앵커링 보빈 결합공에 결합되고, 측면에 구비된 홈에 온도센서 리드선을 감음으로써 외부에서 온도센서쪽으로 전달되는 열을 감쇠시킬 수 있는 구조를 가지는 써멀 앵커링 보빈;

상기 몸체 상측에 위치하여 센서의 리드선과 실드케이블간 연결하기 위해 센서의 각 리드선이 접합이 이루어지는 PCB로 패터닝된 터미널; 및

상기 몸체 상측에 온도 센서, 써멀 앵커링 보빈 및 터미널을 포함한 각 부품들을 고정시킨 후, 그 고정된 부품들을 보호하고 외부의 열을 차단시키는 보호캡;을 포함하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 1항에 있어서,

상기 볼트를 이용하여 결합되는 몸체의 상측면에 형성되는 홀과 연통되게 몸체의 일측면에 각각 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 보호캡은 내측에 스테인리스 재질의 제 1 보호캡과, 상기 제 1 보호캡 외측에 절연 재질의 제 2 보호캡을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 1항에 있어서,

상기 터미널은 금속박막 위에 저온용 본드를 이용하여 고정되고, 상기 터미널이 고정된 금속박막을 몸체 상측면 일측에 저온용 본드를 이용하여 고정시키는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 1항에 있어서,

상기 몸체 상측에 온도센서의 리드선과 연결되는 실드 케이블을 안착할 수 있는 홈을 구비하고, 상기 실드 케이블이 안착되었을 때 상기 실드 케이블을 고정시키기 위한 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 5항에 있어서,

상기 실드 케이블의 고정수단은,

상기 실드 케이블의 외주면에 상응하는 형상의 반원형 만곡부 및 이 만곡부의 양측단에 이어진 직선 연장부를 갖는 금속재 밴드이고, 상기 금속재 밴드의 연장부에는 홀이 가공되며, 소정의 고정부재를 이용하여 상기 연장부에 가공된 홀을 통해 몸체에 실드 케이블을 고정시키는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 6항에 있어서,

상기 고정부재는 볼트이고, 볼트 체결 방식을 이용하여 실드 케이블을 몸체에 고정시키는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 7항에 있어서,

상기 볼트 체결을 위해 몸체에 구비된 홀과 연통되게 몸체의 일측면에 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 1항에 있어서,

볼트 등을 이용하여 센서를 몸체에 고정할 때, 열적인 접촉을 보완하기 위해 온도센서와 몸체간 저온용 에폭시(Stycast-2850)를 바른 후에 볼트 결합이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 1항에 있어서,

볼트 등을 이용하여 써멀 앵커링 보빈을 몸체에 고정할 때, 열적인 접촉을 보완하기 위해 써멀 앵커링 보빈과 몸체간 저온용 에폭시(Stycast-2850)를 바른 후에 볼트 결합이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
극저온 냉각 배관에 설치되어 그 배관의 온도를 측정하는 온도센서 모듈에 관한 것으로,

하측이 상기 냉각배관과 결합될 수 있는 구조로 이루어지고, 일측면에 온도센서를 결합시키기 위한 센서결합공, 써멀 앵커링 보빈을 결합시키기 위한 앵커링 보빈 결합공, 보호캡을 결합시키기 위한 보호캡 결합공을 포함하는 다수의 홀이 구비되는 열전도율이 우수한 재질의 몸체;

상기 냉각배관의 온도를 측정하기 위한 것으로, 전체적으로 원기둥이고 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 1 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상이며, 상기 제 1 볼트 결합공이 중심에서 소정 길이 벗어난 위치에 구비되고, 4개의 데이터선(리드선)을 가지며, 제 1 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 몸체에 구비된 센서 결합공에 결합되어 몸체에 고정되는 온도센서;

전체적으로 원기둥이고 측면에는 홈이 구비되며 중앙에 상(上)에서 하(下)방향으로 홀(제 2 볼트 결합공)이 구비된 보빈 형상으로, 상기 제 2 볼트 결합공을 통해 볼트 등을 이용하여 상기 몸체에 구비된 앵커링 보빈 결합공에 결합되고, 측면에 구비된 홈에 온도센서 리드선을 감음으로써 외부에서 온도센서쪽으로 전달되는 열을 감쇠시킬 수 있는 구조를 가지는 써멀 앵커링 보빈;

상기 몸체 상측에 위치하여 센서의 리드선과 실드케이블간 연결하기 위해 센서의 각 리드선이 접합이 이루어지는 PCB로 패터닝된 터미널; 및

상기 몸체 상측에 온도 센서, 써멀 앵커링 보빈 및 터미널을 포함한 각 부품들을 고정시킨 후, 그 고정된 부품들을 보호하고 외부의 열을 차단시키는 보호캡;을 포함하고,

상기 몸체 상측에 온도센서의 리드선과 연결되는 실드 케이블을 안착할 수 있는 홈을 구비하고, 상기 실드 케이블이 안착되었을 때 상기 실드 케이블을 고정시키기 위한 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.
제 11항에 있어서,

상기 실드 케이블의 고정수단은,

상기 실드 케이블의 외주면에 상응하는 형상의 반원형 만곡부 및 이 만곡부의 양측단에 이어진 직선 연장부를 갖는 금속재 밴드이고, 상기 금속재 밴드의 연장부에는 홀이 가공되며, 볼트를 이용하여 상기 연장부에 가공된 홀을 통해 몸체에 실드 케이블을 고정시키는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 배관의 온도센서 모듈.