KR101796864B1 - Apparatus for modularized superconducting power generation using modulariztion of field coil - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 권선된 초전도 계자코일이 서로 다른 초전도 계자코일로 모듈화되고, 그 모듈화된 초전도 계자코일이 구조적으로 분리되는 복수의 회전자 모듈에 대해서 모듈 냉동부 및 모듈 전원부를 각각 적용하여 개별 운전을 가능하게 함으로써, 초전도 발전 장치의 제작 전에 코일의 성능을 평가할 수 있고, 코일에서 문제가 발생할 때 모듈별로 용이하게 수리하거나 교체할 수 있는, 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a modularized superconducting power generator using modularization of a field coil, and more particularly to a modularized superconducting field coil having a plurality of superconducting field coils, wherein the superconducting field coils are modularized into different superconducting field coils, The performance of the coil can be evaluated before manufacturing the superconducting power generator by enabling the individual operation by applying the module freezing part and the module power part to the rotor module, and it is possible to easily repair or replace the module when a problem occurs in the coil To a modularized superconducting power generator using modularization of field coils.
극저온에서 전기적 저항이 없는 초전도체는, 종래의 상전도체(예컨대, 구리)와 비교하여 고 자장, 저 손실 그리고 소형화라는 이점을 가지고 다양한 분야에 응용이 시도되고 있다. 이러한 장점을 가진 초전도체는 전력기기 분야에 대한 응용에서도 지속적으로 연구되고 있다. 특히, 초전도체는 발전기나 모터, 케이블, DC 리액터, 한류기 등 많은 분야에 적용되고 있다. Superconductors having no electrical resistance at a cryogenic temperature are advantageously applied to various fields with advantages of high magnetic field, low loss and miniaturization compared with conventional phase conductors (for example, copper). Superconductors with these advantages have been continuously studied in applications to the field of power devices. In particular, superconductors are used in many fields such as generators, motors, cables, DC reactors, and current limiting devices.
초전도 기술이 진보함에 따라 초전도 응용기기들은 점차 대용량화되고 있다. 이에 따라, 초전도 코일도 고자장 및 대전류화되고 있다.As superconducting technology advances, superconducting applications become increasingly large. As a result, superconducting coils are also becoming high magnetic fields and large currents.
그러나 초전도 코일이 고자장 및 대전류화가 됨으로써, 코일에서 발생하는 힘 또는 외부의 힘에 대해서 취약하다는 단점을 가지고 있다. 그러므로 초전도 코일을 응용기기에 적용하기에 앞서 제작된 코일을 테스트할 수 있고, 초전도 코일이 응용기기에 적용된 후에도 운전 및 유지보수가 용이하게 할 수 있는, 초전도 응용기기의 신뢰성을 높일 수 있는 방법이 필요해지고 있다.However, since superconducting coils have a high magnetic field and a large current, they have a disadvantage in that they are vulnerable to a force generated by a coil or an external force. Therefore, it is possible to test the coil manufactured before applying the superconducting coil to the application equipment, and to increase the reliability of the superconducting device, which can be easily operated and maintained even after the superconducting coil is applied to the application device It is becoming necessary.
이러한 초전도 코일의 안정성 및 신뢰성을 향상시키기 위하여, 초전도 코일을 모듈화할 필요성이 있다. 초전도 코일이 모듈화되는 경우, 각 코일에 전류를 공급하고 극저온 상태로 냉각시켜야 한다. 따라서 전원공급 장치 및 냉각 시스템을 효율적으로 모듈화된 초전도 코일에 적용할 방법이 필요한 상황이다.In order to improve the stability and reliability of such a superconducting coil, there is a need to modularize the superconducting coil. When a superconducting coil is modularized, each coil must be supplied with current and cooled to a cryogenic temperature. Therefore, it is necessary to apply a power supply and a cooling system to an efficient modularized superconducting coil.
본 발명의 실시 예들은 권선된 초전도 계자코일이 서로 다른 초전도 계자코일로 모듈화되고, 그 모듈화된 초전도 계자코일이 구조적으로 분리되는 복수의 회전자 모듈에 대해서 모듈 냉동부 및 모듈 전원부를 각각 적용하여 개별 운전을 가능하게 함으로써, 초전도 발전 시스템의 제작 전에 초전도 코일의 성능을 평가할 수 있고, 초전도 코일에서 문제가 발생할 때 모듈별로 용이하게 수리하거나 교체할 수 있는, 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a method and system for applying a modularized superconducting field coil to a plurality of rotor modules in which the superconducting field coil is modularized with different superconducting field coils and the modular superconducting field coil is structurally separated, A modularized superconducting power generator using modularization of field coils capable of evaluating the performance of the superconducting coils before fabrication of the superconducting power generation system and enabling easy repair or replacement of each module when problems occur in the superconducting coils ≪ / RTI >
이를 통해, 본 발명의 실시 예들은 초전도 발전 시스템의 제작에 앞서 초전도 코일을 테스트할 수 있고, 초전도 코일의 유지보수 및 교체가 용이하게 함으로써, 초전도 코일을 필요로 하는 초전도 기기의 신뢰도를 증가시킬 수 있는, 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치를 제공하고자 한다.Accordingly, the embodiments of the present invention can test the superconducting coil prior to the fabrication of the superconducting power generation system, and facilitate the maintenance and replacement of the superconducting coil, thereby increasing the reliability of the superconducting device requiring the superconducting coil The present invention provides a modularized superconducting power generator using modularization of a field coil.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 권선된 초전도 계자코일이 서로 다른 초전도 계자코일로 모듈화되고, 상기 모듈화된 초전도 계자코일이 구조적으로 분리되는 복수의 회전자 모듈; 각 회전자 모듈이 내부에 개별적으로 수납되는 복수의 냉각 용기와, 각 냉각 용기의 내부에 수납된 각각의 회전자 모듈을 개별적으로 냉각시키는 냉동기로 이루어진 복수의 모듈 냉동부; 복수의 회전자 모듈이 각각 포함된 복수의 모듈 냉동부가 모듈별로 서로 구분되어 설치되고, 상기 복수의 모듈 냉동부를 회전시키는 회전자 바디; 상기 복수의 모듈 냉동부를 둘러싸도록 인접되는 전기자코일과, 상기 전기자코일이 감싸지도록 설치되는 고정자 바디로 이루어지는 고정자 모듈; 및 각 회전자 모듈의 초전도 계자코일에 각각 연결되어 전류를 개별적으로 공급하는 모듈 전원부를 포함하는 모듈화된 초전도 발전 장치가 제공될 수 있다.According to a first aspect of the present invention there is provided a rotor assembly comprising a plurality of rotor modules in which the wound superconducting field coil is modularized into different superconducting field coils and the modular superconducting field coil is structurally separated; A plurality of module freezers comprising a plurality of cooling containers in which the respective rotor modules are individually housed, and a refrigerator that individually cools each of the rotor modules stored in each of the cooling containers; A plurality of module refrigeration units each including a plurality of rotor modules, and a rotor body installed separately for each module and rotating the plurality of module refrigeration units; A stator module comprising an armature coil adjacently surrounding the plurality of module freezers, and a stator body installed so as to surround the armature coils; And a module power supply unit connected to each of the superconducting field coils of each of the rotor modules to separately supply the currents to the superconducting field coils.
상기 복수의 모듈 냉동부는, 크라이오스텟으로 이루어진 냉각 용기의 내부를 진공 상태로 만들고 각각의 냉각 용기를 개별적으로 냉각시킬 수 있다.The plurality of module freezing sections may make the inside of the cooling container made of the cryostat into a vacuum state and cool each cooling container individually.
상기 냉동기는, 상기 냉각 용기의 전면, 후면 또는 저면에 부착될 수 있다.The refrigerator may be attached to the front, back, or bottom of the cooling vessel.
상기 모듈 전원부는, 각 회전자 모듈의 초전도 계자코일에 각각 연결되어 전류를 개별적으로 공급하되, 모듈화된 초전도 계자코일마다 순차적으로 전류를 공급할 수 있다.The module power supply unit is connected to each of the superconducting field coils of the respective rotor modules to separately supply the currents, and the current can be sequentially supplied to each of the modular superconducting field coils.
상기 회전자 모듈은 상기 냉각 용기의 내부에서 초전도 계자코일의 상단부 또는 하단부를 지지하는 코일 지지부를 더 포함할 수 있다.The rotor module may further include a coil supporter for supporting an upper end or a lower end of the superconducting field coil in the cooling container.
상기 회전자 모듈은 초전도 발전이 수행되는 상태에서 상기 모듈화된 초전도 계자코일 중에서 고장이 발생한 초전도 계자코일이 교체 가능하거나 고장 부위의 수리가 가능할 수 있다.The superconducting field coil in which the failure occurs in the modularized superconducting field coil can be replaced or the failed part can be repaired in the state where the superconducting power generation is performed.
본 발명의 실시 예들은 권선된 초전도 계자코일이 서로 다른 초전도 계자코일로 모듈화되고, 그 모듈화된 초전도 계자코일이 구조적으로 분리되는 복수의 회전자 모듈에 대해서 모듈 냉동부 및 모듈 전원부를 각각 적용하여 개별 운전을 가능하게 함으로써, 초전도 발전 시스템의 제작 전에 초전도 코일의 성능을 평가할 수 있고, 초전도 코일에서 문제가 발생할 때 모듈별로 용이하게 수리하거나 교체할 수 있다.Embodiments of the present invention provide a method and system for applying a modularized superconducting field coil to a plurality of rotor modules in which the superconducting field coil is modularized with different superconducting field coils and the modular superconducting field coil is structurally separated, By enabling the operation, the performance of the superconducting coil can be evaluated before fabrication of the superconducting power generation system, and it can be easily repaired or replaced for each module when a problem occurs in the superconducting coil.
본 발명의 실시 예들은 초전도 계자코일의 모듈화를 통해 초전도 계자코일의 인덕턴스를 감소시킴으로써, 시정수를 감소시키고 전류의 유도 속도를 증가시킬 수 있다.Embodiments of the present invention reduce the inductance of a superconducting field coil through modularization of a superconducting field coil, thereby reducing the time constant and increasing the induction speed of the current.
본 발명의 실시 예들은 초전도 계자코일을 모듈화하여 일반적인 냉각 용기에 비해 작은 냉각 용기에 수납함으로써, 초전도 계자코일이 수납되는 크라이오스탯의 내부를 용이하게 진공상태로 만들 수 있다.Embodiments of the present invention can modularize a superconducting field coil and store it in a cooling container that is smaller than a conventional cooling container, so that the inside of the cryostat accommodating the superconducting field coil can be easily vacuumed.
본 발명의 실시 예들은 모듈화된 초전도 계자코일에 각각 냉각시킴으로써, 냉각 속도 및 전체 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.Embodiments of the present invention can improve the cooling rate and the stability of the entire system by cooling the modular superconducting field coil, respectively.
본 발명의 실시 예들은 초전도 코일을 모듈화함으로써, 초전도 응용기기를 용이하게 제작할 수 있다.Embodiments of the present invention can easily fabricate superconducting applications by modularizing the superconducting coil.
본 발명의 실시 예들은 초전도 응용기기를 제작하기 전에 초전도 계자코일의 성능을 미리 테스트할 수 있다.Embodiments of the present invention can test the performance of superconducting field coils before fabricating superconducting applications.
본 발명의 실시 예들은 모듈화된 초전도 계자코일들을 개별적으로 운전함으로써, 어느 하나의 초전도 계자코일에 문제가 발생해도 다른 초전도 계자코일에 영향을 주지 않을 수 있다.Embodiments of the present invention may operate the modular superconducting field coils individually, so that even if a problem occurs in any one superconducting field coil, it may not affect other superconducting field coils.
본 발명의 실시 예들은 초전도 계자코일에 사고가 발생하면, 사고가 발생한 초전도 계자코일의 수리 및 교체가 용이할 수 있다.Embodiments of the present invention can facilitate repair and replacement of a superconducting field coil in which an accident occurs when an accident occurs in the superconducting field coil.
본 발명의 실시 예들은 초전도 시스템의 제작에 앞서 모듈화된 초전도 계자코일을 각각 테스트하고, 모듈화된 초전도 계자코일을 용이하게 유지보수하고 교체함으로써, 초전도 계자코일이 필요한 초전도 기기의 신뢰도를 증가시킬 수 있다.Embodiments of the present invention can increase the reliability of superconducting devices that require superconducting field coils by testing modular superconducting field coils prior to fabrication of the superconducting system and easily maintaining and replacing the modular superconducting field coils .
본 발명의 실시 예들은 고장으로 인해 제거된 초전도 계자코일에 대해 재냉각 및 전원공급을 통해 문제점을 확인 후, 고장 부위 수리 또는 초전도 계자코일의 교체 후 다시 재 사용함으로써, 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.Embodiments of the present invention can reduce the maintenance cost by re-cooling the superconducting field coil removed due to a fault and re-using the superconducting field coil after repairing the fault site or confirming the problem through re-cooling and power supply have.
도 1a 및 도 1b는 본 명세서의 실시 예에 따른 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치 및 모듈화된 복수의 회전자 모듈에 대한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서의 모듈화된 회전자 모듈에 대한 내부 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서의 복수의 회전자 모듈, 모듈 전원부 및 모듈 냉동부에 대한 구조도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서 정상 동작 및 모듈 코일의 사고 상태 시의 출력 특성을 분석한 결과도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서 사고 시점 이전 및 이후의 출력 특성을 분석한 결과도이다.FIGS. 1A and 1B are perspective views of a modular superconducting power generator and a plurality of modularized rotor modules using modularization of a field coil according to an embodiment of the present invention. FIG.
2A to 2C are internal configuration diagrams of a modularized rotor module in a superconducting power generator according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A to 3C are structural diagrams of a plurality of rotor modules, a module power source unit, and a module freezing unit in the superconducting power generator according to the embodiment of the present invention.
4A to 4D are graphs showing results of analysis of normal operation and output characteristics of a module coil in an accident state in the superconducting power generator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating an analysis of output characteristics before and after an accident in a superconducting power generator according to an embodiment of the present invention. FIG.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described in detail with reference to the portions necessary for understanding the operation and operation according to the present invention. In describing the embodiments of the present invention, description of technical contents which are well known in the art to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, the same reference numerals may be given to constituent elements having the same name, and the same reference numerals may be given to different drawings. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that it has the same function in different embodiments, and the function of each component is different from that of the corresponding embodiment Based on the description of each component in FIG.
도 1a 및 도 1b는 본 명세서의 실시 예에 따른 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치 및 모듈화된 복수의 회전자 모듈에 대한 사시도이다.FIGS. 1A and 1B are perspective views of a modular superconducting power generator and a plurality of modularized rotor modules using modularization of a field coil according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서의 모듈화된 회전자 모듈에 대한 내부 구성도이다.2A to 2C are internal configuration diagrams of a modularized rotor module in a superconducting power generator according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b와 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치(100)는 복수의 회전자 모듈(110), 고정자 모듈(120), 회전자 바디(111) 및 모듈 전원부(130) 및 모듈 냉동부(140)를 포함한다. 여기서, 모듈화된 초전도 발전부는 복수의 회전자 모듈(110) 및 회전자 바디(111)를 포함하는 것으로 지칭하기로 한다.1A and 1B and 2A to 2C, a modularized superconducting
이하, 도 1a 및 도 1b와 도 2a 내지 도 2c의 본 발명의 일 실시 예에 따른 계자코일의 모듈화를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the respective components of the modularized
초전도 발전 장치(100)는 고정자 모듈(120) 및 모듈화된 복수의 회전자 모듈(110)을 포함하고, 복수의 회전자 모듈(110)을 회전시켜 초전도 발전을 수행한다.The superconducting
복수의 회전자 모듈(110)에서는 권선된 초전도 계자코일(112)이 서로 다른 초전도 계자코일로 모듈화되어 있다. 그 모듈화된 초전도 계자코일(112)이 구조적으로 분리되어 있다.In the plurality of
복수의 모듈 냉동부(140)는 각 회전자 모듈이 내부에 개별적으로 수납되는 복수의 냉각 용기(142)와, 각 냉각 용기의 내부에 수납된 각각의 회전자 모듈을 개별적으로 냉각시키는 냉동기(141)로 이루어진다.The plurality of
회전자는 회전자 계자코일을 각각 구비하는 복수의 회전자 모듈(110) 및 복수의 회전자 모듈(110)의 하단부를 둘러싸는 회전자 바디(111)를 포함하는 것으로 지칭할 수 있다.The rotor may be referred to as including a plurality of
회전자 바디(111)에는 복수의 회전자 모듈(110)이 각각 포함된 복수의 모듈 냉동부(140)가 모듈별로 서로 구분되어 설치되어 있다. 회전자 바디(111)는 복수의 회전자 모듈(110)이 각각 포함된 복수의 모듈 냉동부(140)를 회전시킨다.The
회전자 바디(111)는 복수의 회전자 모듈(110)을 지지하고, 회전한다. 복수의 회전자 모듈(110)은 각 회전자 모듈(110)이 원형으로 서로 인접한다. 외측에 고정자 모듈(120)이 위치하고, 고정자 모듈(120)의 하단부에 서로 인접된 복수의 회전자 모듈(110)이 위치한다.The
여기서, 고정자 모듈(120)은 전기자 코일(121) 및 전기자 코일(121)의 외측을 둘러싸는 고정자 바디(122)를 포함한다.Here, the
한편, 도 1a에 도시된 바와 같이, 초전도 발전 장치(100)에 대한 전면 형상을 살펴보면, 복수의 회전자 모듈(110)은 고정자 모듈(120)의 하단부에 인접해 있다.As shown in FIG. 1A, a plurality of
또한, 복수의 회전자 모듈(110)에 부착된 모듈 전원부(130)도 고정자 바디(122)의 하단부에 인접해 있다. 따라서, 복수의 회전자 모듈(110)이 회전하면, 고정자 바디(122)의 하단부에 인접된 모듈 전원부(130)의 펌프 구동부(132)가 회전하게 된다.Further, the module
초전도 발전 장치(100)에 대한 후면 형상을 살펴보면, 고정자 모듈(120)의 외부 하우징에 해당하는 고정자 바디(122)는 내부에 전기자 코일(121)을 포함하고 있다. 고정자 바디(122)는 외부에 전기차폐층이 형성될 수 있다.The stator body 122 corresponding to the outer housing of the
한편, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 모듈화된 초전도 계자코일(112)은 극저온으로 냉각되어야 하고, 전류가 공급되어야 한다. 이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치(100)는 모듈화된 초전도 발전부의 각 초전도 계자코일(112)에 모듈 전원부(130)를 개별적으로 적용하고, 각 초전도 계자코일(112)을 개별적으로 냉각시킨다.On the other hand, as shown in Figs. 2A to 2C, the modular
이를 위해, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 모듈화된 초전도 발전부는 모듈 전원부(130) 및 모듈 냉동부(140)와 각각 연결되어 있다.2A to 2C, the modularized superconducting power generation unit is connected to the module
초전도 발전부는 전기자 코일(121)을 구비한 고정자 모듈(120)과 인접하고, 모듈화된 초전도 계자코일(112)을 각각 구비하고 그 고정자 모듈(120)과 인접하는 복수의 회전자 모듈(110)로 이루어진다.The superconducting power generation unit includes a plurality of
초전도 계자코일(112)의 모듈화와 관련하여, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 계자코일(112)의 모듈화는 초전도 계자코일(112)에 개별적인 전원 공급 동작 및 냉각 동작을 가능하게 한다. Modulation of the
초전도 계자코일(112)은 사용자가 제작하고자 하는 코일만큼 모듈화되어 권선된다. 그 권선된 각 초전도 계자코일(112)들은 극저온 냉각을 위한 진공 용기인 냉각 용기(예컨대, 크라이오스탯)(142)에 수납되고, 극저온으로 냉각된다.The
그리고 초전도 발전 장치(100)는 초전도 계자코일(112)에 전류를 공급하기 위하여, 각 초전도 계자코일(112)에 모듈 전원부(130)를 연결함으로써, 모듈화된 초전도 계자코일(112)을 개별적으로 운전할 수 있게 한다. 초전도 발전 장치(100)는 초전도 계자코일(112)을 모듈화함으로써 전체 초전도 발전 시스템의 제작 이전에 각 코일의 성능 테스트를 수행하여 사전에 일어날 문제점을 해결할 수 있게 된다. 또한, 초전도 발전 장치(100)는 초전도 응용기기의 운전 시 초전도 계자코일(112)에서 문제가 발생할 경우, 각 초전도 계자코일(112)이 개별적으로 동작하기 때문에 전체 시스템에 끼치는 영향을 줄일 수 있다. 초전도 발전 장치(100)는 문제가 발생한 초전도 계자코일(112)이 구비된 특정 회전자 모듈(110)만을 쉽게 유지 보수하거나 교체할 수 있기 때문에 초전도 응용기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The
모듈 전원부(130)는 회전자 모듈(110)에 개별적으로 전원을 공급한다. 모듈 전원부(130)는 회전자계를 이용한 유도 전류를 발생시키는 플럭스 펌프(131)를 회전자 모듈(110)마다 구비한다. 모듈 전원부(130)는 플럭스 펌프(131)의 회전에 따라 발생된 유도 전류를 회전자 모듈(110)에 개별적으로 공급시킨다.The module
여기서, 플럭스 펌프(131)를 포함하는 모듈 전원부(130)를 일례로 설명하지만 플럭스 펌프(131)를 포함하는 구성으로만 한정되지 않고, 회전자 모듈(110)에 개별적으로 전원을 공급할 수 있는 구성으로 이루어진다.Here, the module
여기서, 플럭스 펌프(131)는 고정자 모듈(120)의 원형 하단부에 위치하고 회전자 모듈(110)에 부착되어 있다. 플럭스 펌프(131)는 복수의 회전자 모듈(110)이 회전 구동될 때 발생한 회전력에 따라 회전한다.Here, the
플럭스 펌프(131)의 회전 구동에 대한 예시로서, 모듈 전원부(130)는 플럭스 펌프(131)와 플럭스 펌프(131)를 회전시키는 펌프 구동부(132)를 더 포함할 수 있다.The module
펌프 구동부(132)는 고정자 모듈(120)의 하단부와 내접하고 플럭스 펌프(131)와 맞물려 접하고 있다. 펌프 구동부(132)는 복수의 회전자 모듈(110)이 회전 구동될 때 발생한 회전력을 이용하여 플럭스 펌프(131)를 회전시킨다.The
한편, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 모듈 냉동부(140)는 냉각 용기(142)의 전면, 후면 또는 저면에 부착될 수 있다.2A to 2C, the
모듈 냉동부(140)는 냉각 용기(142) 및 냉동기(141)를 포함한다. 여기서, 모듈 냉동부(140)는 초전도 계자코일(112)을 극저온으로 유지하는 크라이오스탯(cryostat)으로 구현될 수 있다.The
여기서, 냉각 용기(142)는 회전자 모듈(110)을 내부에 수납하는 단열 용기이다. 그리고 냉각 용기(142)는 밀폐된 용기로서, 내부에 회전자 모듈(110)이 수납된 채로 진공 상태를 유지할 수 있다.Here, the cooling
모듈 냉동부(140)는 구비된 진공펌프를 이용하여 냉각시키기 전 냉각 용기(142)의 내부를 진공 상태로 만든다. 그리고 냉동기(141)는 냉매를 이용하여 극저온 상태로 냉각시키되, 모듈화된 회전자 모듈(110)을 개별적으로 냉각시킬 수 있다.The
각 초전도 계자코일(112)의 모듈화를 통해 냉각 용기(142)의 내부 공간이 축소됨으로써, 모듈 냉동부(140)는 냉각 용기(142)의 내부를 진공상태로 용이하게 만들 수 있다. 또한, 각 회전자 모듈(110)에 냉각 용기(142) 및 냉동기(141)가 각각 설치됨으로써, 모듈 냉동부(140)는 냉각 속도를 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 모듈 냉동부(140)는 초전도 계자코일(112)들의 개별적인 냉각 운전을 통해 전체 초전도 발전 장치(100)의 안정성을 향상시킬 수 있다.The modularization of each
또한, 모듈 냉동부(140)는 모듈화된 회전자 계자코일이 제작되고, 초전도 응용기기(도면에 미도시)에 설치되기 전, 냉각 용기(142)의 내부를 미리 진공 상태로 만들어 놓을 수 있다. 그러면, 진공 상태의 회전자 모듈(110)을 사용자가 설치하고자 하는 초전도 응용기기에 설치하면, 본 발명의 실시 예에 따른 회전자 모듈(110)은 진공 상태의 회전자 모듈(110)이 바로 동작할 수 있는 장점이 있다. In addition, the
냉동기(141)의 용량을 살펴보면, 초전도 계자코일(112)과 구조적으로 분리된 플럭스 펌프(131)를 초전도 발전 장치(100)에 적용됨으로써, 전도 및 전류리드로 인한 발열량이 제거된다. 따라서 모듈 냉동부(140)의 냉동기(141)는 종래의 냉동기에 비해 상대적으로 작은 용량의 냉동기가 이용될 수 있다.The amount of heat generated by the conduction and the current lead is removed by applying the
회전자 모듈(110)은 냉각 용기(142)의 내부에서 초전도 계자코일(112)의 상단부 및 하단부를 지지하는 코일 지지부(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.The
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서의 복수의 회전자 모듈 및 모듈 냉동부에 대한 구조도이다.3A to 3C are structural diagrams of a plurality of rotor modules and a module freezing section in a superconducting power generator according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자 모듈(110)이 복수 개로 각각 모듈화되어 있으며, 서로 인접하여 연결되어 있다.As shown in FIGS. 3A to 3C, a plurality of
회전자 바디(111)는 상부에 위치하는 복수의 회전자 모듈(110)을 지지하고 회전하게 된다.The
여기서, 복수의 회전자 모듈(110) 및 회전자 바디(111)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 원형으로 서로 이어질 수 있다.Here, the plurality of
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 복수의 모듈 냉동부(140)는 복수의 냉각 용기(142)의 전면, 후면 또는 저면에 각각 부착되고, 개별적으로 복수의 냉각 용기(142) 내부에 수납된 초전도 계자코일(112)을 냉각시킬 수 있다.3A to 3C, a plurality of
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서 정상 동작 및 모듈 코일의 사고 상태 시의 출력 특성을 분석한 결과도이다.4A to 4D are graphs showing results of analysis of normal operation and output characteristics of a module coil in an accident state in the superconducting power generator according to the embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 초전도 발전 장치(100)에서 복수의 회전자 모듈(110)에서는 권선된 초전도 계자코일(112)이 모두 정상 동작시의 출력 특성을 분석한 결과가 나타나 있다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the output characteristics of the
첫 번째 케이스로, 정상 동작의 경우인 케이스 1(Case 1: 24 pole)에서는 24 폴(pole)이 모두 정상적으로 동작하고 있는 출력 특성이 나타나고 있다.In the first case, Case 1 (Case 1: 24 poles), which is a normal operation, shows the output characteristics of all 24 poles operating normally.
도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 초전도 발전 장치(100)에서 복수의 회전자 모듈(110)에서는 권선된 초전도 계자코일(112) 중에서 일부 코일이 고장 상태인 경우의 출력 특성을 분석한 결과가 나타나 있다.As shown in FIGS. 4C and 4D, the output characteristics of a plurality of superconducting field coils 112 wound in a plurality of
두 번째 케이스로, 1개의 폴이 사고 상태인 케이스 2(Case 2: 23 pole)에서는 1개의 폴(pole)이 고장 상태이고, 23 폴(pole)이 정상적으로 동작하고 있는 출력 특성이 나타나고 있다.In the second case, Case 2 (23 poles), in which one pole is in an accident state, shows an output characteristic in which one pole is in failure and 23 poles are operating normally.
세 번째 케이스로, 2개의 폴이 사고 상태인 케이스 3(Case 3: 22 pole)에서는 2개의 폴(pole)이 고장 상태이고, 22 폴(pole)이 정상적으로 동작하고 있는 출력 특성이 나타나고 있다.In the third case, the Case 3 (22 pole), in which two poles are in an accident state, shows an output characteristic in which two poles are in a fault state and a 22 pole is operating normally.
이와 같이, 초전도 계자코일(112)이 구조적으로 분리되어 있어서 초전도 계자코일(112)이 고장 상태이더라도 다른 초전도 계자코일에 고장 영향을 미치지 못한다. 따라서, 모듈화된 초전도 계자코일(112)로 이루어진 회전자 모듈(110)은 초전도 발전 장치(100)의 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.In this manner, the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치에서 사고 시점 이전 및 이후의 출력 특성을 분석한 결과도이다.FIG. 5 is a graph illustrating an analysis of output characteristics before and after an accident in a superconducting power generator according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 5에 도시된 바와 같이, 고장이 발생한 사고 시점(Fault occurred) 이전의 출력(토크) 특성은 12 MN·m으로 유지된다. 구체적으로, 초전도 발전 장치(100)는 0초에서부터 토크 특성(MN·m)이 점차 증가하다가 12 MN·m 정도로 일정한 토크 특성을 유지한다. 여기서, 초전도 발전 장치(100)는 정상 상태의 24 폴(steady state (24 pole))을 유지하고 있다.As shown in FIG. 5, the output (torque) characteristic before the fault occurrence at which the fault occurred is maintained at 12 MN.m. Specifically, the
반면, 1개의 폴의 고장이 발생한 사고 시점 이후, 초전도 발전 장치(100)의 토크 특성(23 pole_torque)은 12 MN·m에서 11 MN·m으로 감소된다.On the other hand, the torque characteristic (23 pole_torque) of the
4개의 폴의 고장이 발생한 사고 시점 이후, 초전도 발전 장치(100)의 토크 특성(20 pole_torque)은 12 MN·m에서 8.3 MN·m으로 감소된다.The torque characteristic (20 pole_torque) of the
이와 같이, 일부의 초전도 계자코일(112)에서 고장 발생 시, 고장난 초전도 계자코일 수에 비례하여 출력은 감소한다.Thus, when a fault occurs in some of the superconducting field coils 112, the output decreases in proportion to the number of failed superconducting field coils.
하지만, 일부의 초전도 계자코일(112)에서 고장이 발생하더라도, 초전도 발전 장치(100)는 계속 발전할 수 있다. 여기서, 사고 상태 시의 출력(토크) 특성이 일부 낮아지더라도, 초전도 발전 장치(100)의 발전 기능이 수행되지 못할 만큼의 출력 특성에 큰 문제를 야기하지 않는다.However, even if a failure occurs in some of the superconducting field coils 112, the
한편, 초전도 발전 장치(100)의 운전 신뢰성 및 안정성 향상에 대해서 살펴보기로 한다.Hereinafter, improvement in operation reliability and stability of the
일반적인 초전도 발전기의 경우, 각 코일들이 직렬로 연결되어 하나의 전원공급장치 및 슬립링, 브러시, 전류리드를 통해 코일에 전류가 공급이 된다. 이러한 전류 공급방식을 사용할 때, 만약 하나의 초전도 코일에 문제가 발생하여 고장이 나는 경우, 직렬로 연결되어 있는 구조로 인하여 모든 코일에 전류 공급이 불가능해지는 상황이 일어나게 된다. 이러한 초전도 발전기는 출력을 내지 못하게 된다.In a typical superconducting generator, each coil is connected in series to provide current to the coil through a single power supply and slip ring, brush, and current leads. When using this current supply method, if a problem occurs in one superconducting coil, the situation that the current can not be supplied to all the coils due to the structure connected in series occurs. Such a superconducting generator will not output power.
반면, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치(100)는 각 초전도 계자코일(112)을 모듈화하고, 플럭스펌프를 통해 각 모듈 코일에 전류를 공급한다. 그러면, 하나의 초전도 계자코일(112)이 문제가 발생하여도, 나머지 다른 코일에는 계속 전류가 공급된다. 이때, 고장난 계자코일 수에 비례하여 초전도 발전 장치(100)의 출력(토크)은 줄어들게 되지만, 지속적으로 발전할 수 있게 된다.On the other hand, the
따라서 일반적인 초전도 발전기의 전류 공급방식을 사용하게 되면, 초전도 코일에 문제가 발생하였을 때, 냉각시스템을 포함한 전체 발전시스템의 가동을 멈추어야 한다. 이후, 초전도 코일을 수리하여 다시 코일 냉각 및 발전을 시작해야 한다.Therefore, when the current supply method of a general superconducting generator is used, when a problem occurs in a superconducting coil, the entire power generation system including the cooling system must be stopped. After that, the superconducting coil must be repaired and the coil cooling and power generation started again.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치(100)는 각 코일이 개별적으로 전류가 공급되는 모듈화된 초전도 계자코일(112)을 포함한다. 이러한 초전도 발전 장치(100)에서는 초전도 계자코일(112)에 문제가 발생하여도, 지속적인 발전이 수행될 수 있다. 이후, 수리 시 문제가 발생한 초전도 계자코일만 제거하여 다른 모듈화된 초전도 계자코일로 교체 후 빨리 정상 동작할 수 있게 만들 수 있다.However, the
이와 같이, 고장으로 인해 제거된 초전도 계자코일은 재냉각 및 전원공급을 통해 문제점을 확인 후, 고장 부위 수리 또는 초전도 계자코일의 교체 후 다시 재사용할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 장치(100)에서는 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.Thus, the superconducting field coil removed due to the fault can be reused after repairing the fault site or replacing the superconducting field coil after confirming the problem through re-cooling and power supply. Therefore, the maintenance cost can be reduced in the
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
100: 초전도 발전 장치
110: 회전자 모듈
111: 회전자 바디
112: 초전도 계자코일
120: 고정자 모듈
121: 전기자 코일
122: 고정자 바디
130: 모듈 전원부
131: 플럭스 펌프
132: 펌프 구동부
140: 모듈 냉동부
141: 냉동기
142: 냉각 용기100: Superconducting power generator
110: Rotor module
111: rotor body
112: superconducting field coil
120: stator module
121: armature coil
122: stator body
130: Module power section
131: flux pump
132:
140: Module freezing section
141: refrigerator
142: cooling container
Claims (6)
각 회전자 모듈이 내부에 개별적으로 수납되는 복수의 냉각 용기와, 각 냉각 용기의 내부에 수납된 각각의 회전자 모듈을 개별적으로 냉각시키는 복수의 냉동기로 이루어진 복수의 모듈 냉동부;
복수의 회전자 모듈이 각각 포함된 복수의 모듈 냉동부가 모듈별로 서로 구분되어 설치되고, 상기 복수의 모듈 냉동부를 회전시키는 회전자 바디;
상기 복수의 모듈 냉동부를 둘러싸도록 인접되는 전기자코일과, 상기 전기자코일이 감싸지도록 설치되는 고정자 바디로 이루어지는 고정자 모듈; 및
각 회전자 모듈의 초전도 계자코일에 각각 연결되어 전류를 개별적으로 공급하는 모듈 전원부를 포함하고,
각 회전자 모듈에 냉각 용기 및 냉동기가 각각 설치되고, 상기 각각 설치된 냉동기는 모듈화된 회전자 모듈을 개별적으로 냉각시키고,
상기 모듈 전원부는 회전자계를 이용한 유도 전류를 발생시키는 플럭스 펌프 및 펌프 구동부를 상기 회전자 모듈마다 더 포함하고,
상기 펌프 구동부는 상기 고정자 모듈의 하단부와 내접하고 상기 플럭스 펌프와 맞물려 접하고, 상기 복수의 회전자 모듈이 회전 구동될 때 발생한 회전력을 이용하여 상기 플럭스 펌프를 회전시키고,
상기 플럭스 펌프는 고정자 모듈의 원형 하단부에 위치하고 회전자 모듈에 부착되고, 복수의 회전자 모듈이 회전 구동될 때 발생한 회전력에 따라 회전하고, 상기 플럭스 펌프의 회전에 따라 발생된 유도 전류를 회전자 모듈에 개별적으로 공급시키는 초전도 발전 장치.A plurality of rotor modules in which the wound superconducting field coils are modularized into different superconducting field coils and the modular superconducting field coils are structurally separated;
A plurality of module cooling units each comprising a plurality of cooling modules in which the respective rotor modules are individually housed, and a plurality of refrigeration units that individually cool each of the rotor modules housed in each cooling module;
A plurality of module refrigeration units each including a plurality of rotor modules, and a rotor body installed separately for each module and rotating the plurality of module refrigeration units;
A stator module comprising an armature coil adjacently surrounding the plurality of module freezers, and a stator body installed so as to surround the armature coils; And
And a module power supply unit connected to each of the superconducting field coils of the respective rotor modules for individually supplying current,
A refrigerator and a refrigerator are installed in each of the rotor modules, respectively, and the refrigerator installed in each of the rotor modules individually cools the modular rotor modules,
Wherein the module power supply unit further includes a flux pump and a pump driving unit for generating an induction current using a rotating system for each of the rotor modules,
Wherein the pump driving unit is in contact with a lower end portion of the stator module and engages with the flux pump, rotates the flux pump using a rotational force generated when the plurality of rotor modules is rotationally driven,
The flux pump is disposed at a lower end portion of a circular shape of the stator module and is attached to the rotor module. The flux pump rotates in accordance with the rotational force generated when the plurality of rotor modules are rotationally driven, To the superconducting power generating device.
상기 복수의 모듈 냉동부는,
크라이오스텟으로 이루어진 냉각 용기의 내부를 진공 상태로 만들고 각각의 냉각 용기를 개별적으로 냉각시키는 초전도 발전 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of module freezing sections comprise:
A superconducting power generator in which the interior of a cooling vessel made of cryostats is evacuated and each cooling vessel is cooled individually.
상기 냉동기는,
상기 냉각 용기의 전면, 후면 또는 저면에 부착되는 초전도 발전 장치.The method according to claim 1,
The refrigerator includes:
Wherein the cooling vessel is attached to a front surface, a rear surface, or a bottom surface of the cooling vessel.
상기 모듈 전원부는,
각 회전자 모듈의 초전도 계자코일에 각각 연결되어 전류를 개별적으로 공급하되, 모듈화된 초전도 계자코일마다 순차적으로 전류를 공급하는 초전도 발전 장치.The method according to claim 1,
The module power supply unit includes:
Wherein each superconducting field coil of each of the rotor modules is connected to each of the superconducting field coils and supplies current to each of the superconducting field coils.
상기 회전자 모듈은
상기 냉각 용기의 내부에서 초전도 계자코일의 상단부 또는 하단부를 지지하는 코일 지지부
를 더 포함하는 초전도 발전 장치.The method according to claim 1,
The rotor module
And a coil support portion for supporting an upper end portion or a lower end portion of the superconducting field coil inside the cooling vessel,
The superconducting power generation device further comprising:
상기 회전자 모듈은
초전도 발전이 수행되는 상태에서 상기 모듈화된 초전도 계자코일 중에서 고장이 발생한 초전도 계자코일이 교체 가능하거나 고장 부위의 수리가 가능한 초전도 발전 장치.The method according to claim 1,
The rotor module
A superconducting power generator capable of replacing a failed superconducting field coil among the modular superconducting field coils in a state in which superconducting power generation is performed, or repairing a fault site.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020160078673A KR101796864B1 (en) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Apparatus for modularized superconducting power generation using modulariztion of field coil |
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KR101497825B1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 두산엔진주식회사 | Super conducting electric power generation system |
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2016
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