KR102005117B1 - 초전도 기기용 종단 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조 또는 재질을 변경하여, 물리적 또는 전기적 특성이 개선된 초전도 기기용 종단 구조체에 관한 것이다.

Description

초전도 기기용 종단 구조체{Termination Structure of Superconducting Device}

본 발명은 초전도 기기용 종단 구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 구조 또는 재질을 변경하여, 물리적 또는 전기적 특성이 개선된 초전도 기기용 종단 구조체에 관한 것이다.

초전도체는 일정한 온도에서 전기저항이 제로에 가까이 수렴하므로, 낮은 전압에서도 전류의 큰 전송능력을 갖는다.

이러한 초전도체를 구비하는 초전도 기기는 극저온 환경을 형성 및 유지하고자 질소 등의 냉매를 사용하여 냉각시키는 방법 및/또는 진공층을 형성하는 단열의 방법을 사용한다. 이러한 초전도 기기의 예로는 초전도 케이블 등이 있다.

이러한 초전도 기기를 통해 송전된 전류는 초전도 기기용 종단 구조체를 통해 상온 환경의 도체선과 연결될 수 있다.

초전도 기기용 종단 구조체는 초전도체 등이 노출되는 환경이 극저온 환경에서 상온 환경으로 갑자기 변할 때 발생되는 문제점을 방지하고자, 극저온 환경과 상온 환경 사이에서 충분한 온도 구배를 확보하며, 초전도체를 도체선과 접속하고 도체선을 상온 환경으로 인출하는 방법이 사용될 수 있다.

따라서, 상단에서 하단 방향으로 온도에 따라 상온부, 온도 구배부, 극저온부로 구획되어, 상기 극저온부는 극저온의 액상 냉매가 수용되고, 상기 온도 구배부는 액상 냉매 상부에 기상 냉매가 극저온과 상온 사이의 온도 구배를 갖도록 수용되고, 상기 상온부는 상온 환경으로 구성된다.

따라서, 초전도체와 연결된 도체선은 상기 극저온부, 상기 온도 구배부 및 상기 상온부를 경유하며, 극저온 환경에서 상온 환경으로 서서히 노출되도록 할 수 있다.

이러한 초전도 기기용 종단 구조체에 의하여 급격한 온도 변화에 따른 절연 파괴 가능성을 완화하면서, 초전도체에서 공급되는 전류를 상온의 도체 측으로 또는 그 반대 방향으로 전송이 가능하게 된다.

이러한 초전도 기기용 종단 구조체는 내측에 도체선이 구비될 수 있다. 상기 도체선은 극저온부에서 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 상온부 측으로 연장되어 인출되어 케이블 등과 접속될 수 있다.

이러한 도체선은 종래 구리(Copper) 또는 알루미늄(Aluminum) 재질로 구성되었으나, 구리 또는 알루미늄 재질로 구성된 도체선은 각각 아래의 특성을 갖는다.

구리 재질의 도체선은 저항이 낮아 전기 전도성이 좋아서 교류 손실(AC loss) 또는 발열이 작은 장점을 갖지만 반면 열전도성이 좋아서 열손실이 크고 중량이 무거워 조립이 난해하고, 구리 재질의 도체선을 하부에서 지지하기 위한 지지구조 또는 조인트 등이 강성이 보강되어야 하며, 가격이 비싸다는 단점이 있다.

반면 알루미늄 재질의 도체선은 열손실이 작고, 중량이 가벼워 설치 과정이 용이하다는 장점이 있지만, 알루미늄 재질의 도체선은 상대적으로 저항이 커서 전기 전도성이 좋지 않고, 교류 손실(AC loss)이 발생되며, 알루미늄의 재질 특성상 용접성이 좋지 않고, 용접성이 좋지 않아서 용접 부위의 접촉저항이 증가할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 구조 또는 재질을 변경하여, 물리적 또는 전기적 특성이 개선된 초전도 기기용 종단 구조체를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부, 상기 극저온부 상부에 기상 기체가 수용되어 기상 냉매의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부를 구비하는 냉매용기, 상기 냉매용기를 상단을 밀폐하는 밀봉부재, 상기 밀봉부재 상부에 구비되어 절연오일 또는 절연가스가 수용되는 상온부를 구성하는 상온부 관체, 상기 냉매용기를 감싸는 진공용기 및, 상기 냉매용기의 액상 냉매 내에서 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 상기 밀봉부재를 관통하여 상기 상온부 관체로 연장되며, 파이프 형태를 가지며 구리 재질로 구성된 구리 도체부를 포함하는 도체선;을 포함하는 초전도 기기용 종단 구조체을 제공할 수 있다.

또한, 상기 구리 도체부는 내부에 중공부가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 구리 도체부 내측에는 알루미늄 도체부가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 구리 도체부는 바 형태의 알루미늄 도체부 표면에 클래딩 접합되는 방식으로 구비될 수 있다.

여기서, 상기 알루미늄 도체부의 직경은 40 밀리미터 내지 60 밀리미터일 수 있다.

또한, 상기 구리 도체부의 두께는 2 밀리미터 내지 10 밀리미터일 수 있다.

이 경우, 상기 구리 도체부의 양 단부 중 적어도 하나의 단부는 중공부 또는 알루미늄 도체부의 단부를 차단하며, 상기 구리 도체부에 연결되는 차단부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 구리 도체부 내부에 중공부가 구비되고, 상기 구리 도체부의 양단부에 차단부가 구비되는 도체선의 중공부는 진공 처리될 수 있다.

이 경우, 상기 도체선은 상기 극저온부와 상기 온도 구배부를 구비하는 냉매용기 내부에 배치되는 제1 도체선 및 상기 제1 도체선과 상기 밀봉부재에 구비된 도전성 커넥터를 매개로 연결되며 상기 상온부 관체에 배치되는 제2 도체선을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 밀봉부재의 도전성 커넥터에 접합되는 상기 제1 도체선 및 제2 도체선의 단부는 각각의 도체선의 구리 도체부에 연결되는 구리 재질의 플렌지를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체는 표면으로 노출되는 구리 재질로 구성된 파이프 형태의 구리 도체부를 구비하므로, 도체선의 표피 효과를 역이용하여 구리 사용량을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 구리 재질의 사용을 최소화할 수 있으므로, 도체선의 무게를 줄여 도체선 지지구조를 단순화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 구리 재질의 사용을 최소화할 수 있으므로, 도체선이 접합되는 조인트 등에서의 용접성 등을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체에 의하면, 구리 재질의 구리 도체부 내부에 알루미늄 도체부를 구비하여, 직류 전력 전송시에도 충분한 도체선 단면적을 제공하면서도, 도체선의 전체 무게 및 자재 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 도체선을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부(C), 상기 극저온부(C) 상부에 기상 기체가 수용되어 기상 냉매의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부(B)를 구비하는 냉매용기(300), 상기 냉매용기(300)를 상단을 밀폐하는 밀봉부재(600), 상기 밀봉부재(600) 상부에 구비되어 절연오일 또는 절연가스가 수용되는 상온부(A)를 구성하는 상온부 관체(700), 상기 냉매용기를 감싸는 진공용기(400) 및, 상기 냉매용기(300)의 액상 냉매 내에서 초전도 기기의 초전도체(12) 측에 접속되고, 상기 밀봉부재(600)를 관통하여 상기 상온부 관체(700)로 연장되며, 파이프 형태를 가지며 구리 재질로 구성된 구리 도체부를 포함하는 도체선(210)을 포함할 수 있다.

초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 초전도 기기를 구성하는 초전도체 측에 접속되는 도체선(210)이 극저온의 액상 냉매에 침지되는 극저온부(C)와, 상기 극저온부(C)에 수용된 액상 냉매의 액면(ls)으로부터 높이가 상승함에 따라 일정한 온도 구배를 갖도록 수용된 기상 냉매 내부에 상기 도체선이 배치된 온도 구배부(B) 및 상기 온도 구배부(B)와 구획되며, 상온 환경에서 절연오일 또는 절연가스가 수용되고 상기 도체선이 연장되어 인출되는 상온부(A)로 구획될 수 있다.

극저온의 액상 냉매가 수용되는 극저온부(C)와 기상 냉매가 수용되는 온도 구배부(B)는 상호 연통된 구조를 가지므로, 상기 극저온부(C)에 수용된 액상 냉매의 액면(ls)은 액상 냉매의 온도 및 내부의 압력에 따라 승강이 가능하다.

상기 극저온부(C)와 상기 온도 구배부(B)는 액상 냉매가 수용되는 냉매용기(300)를 액면(ls)의 위치에 따라 구분되는 영역으로 이해될 수 있다.

상기 도체선(210)은 상기 초전도체(12) 측에 접속된다. 여기서, 상기 도체선(210)이 상기 초전도체(12) 측에 접속된다는 의미는 상기 도체선(210)이 초전도체(12)와 연결부, 조인트 또는 기타 접속부 등의 접속수단을 통해 직접 접속되는 경우와 아래 설명된 연결도체 등을 채용하여 간접적으로 접속되는 경우 모두를 포함하는 의미로 해석되는 것이 바람직하다.

상기 극저온부(C)는 초전도 기기의 코어를 구성하는 초전도체(12)의 단부와, 이 단부가 접속되는 연결도체(120)가 접속부(110)에서 연결되며, 상기 접속부(110)에서 접속된 연결도체(120)는 도체선(210)과의 조인트(130) 등을 통해 전기적 연결이 될 수 있다.

도 1에 도시되지 않았으나, 상기 접속부(110) 근방에 열수축에 의하여 발생될 수 있는 응력을 해소하기 위한 절연 지지물이 구비될 수도 있다.

상기 조인트(130)는 상기 연결도체(120)의 온도에 따른 수평방향 수축 또는 인장에도 불구하고, 상기 도체선(210) 등과 안정적으로 연결될 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 조인트(130)는 상기 연결도체(120)와 상기 도체선(210)을 연결하기 위한 유연한 재질의 편조 재질의 연결부재 등을 포함할 수 있다.

상기 조인트(130)에 연결된 상기 도체선(210)은 냉매용기(300)의 상단 방향 또는 상온부 방향으로 연장된다.

상기 도체선(210)은 외측에는 부싱(220)이 구비될 수 있다. 물론, 상기 도체선(210)은 부싱(220)이 생략된 나도체 형태로 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)에 구비되는 도체선(210)은 상기 냉매용기(300)의 액상 냉매 내에서 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 상기 밀봉부재(600)를 관통하여 상기 상온부 관체(700)로 연장되며, 파이프 형태를 가지며 구리 재질로 구성된 구리 도체부를 포함할 수 있다. 상기 도체선(210)을 단일 재질의 바 형태로 구성하지 않는 이유는 도 2 이하를 참조하여 후술한다.

상기 부싱(220)은 스테인레스관 및 그 외측에 에틸렌프로필렌 고무 또는 강화 섬유 플라스틱(FRP)등의 절연물질로 피복된 형태일 수 있다.

또한, 상기 부싱은 외주의 길이방향 상단부 및 하단부(222)에 경사면에 수직한 방향으로 박(箔)전극(2221)이 구비될 수 있으며, 박전극(2221)이 구비된 부분은 테이퍼 형상을 갖을 수 있다.

상기 부싱(220)에 구비된 박전극(2221)은 전계 완화 수단으로 채용될 수 있다.

상기 극저온부(C)에 구비되는 액상 냉매(l) 및 상기 온도 구배부(B)의 기상 냉매(g)는 냉매를 수용하는 냉매용기(300)에 저장될 수 있다. 냉매용기는 강도가 우수한 스테인리스 등의 금속으로 구성할 수 있다.

상기 냉매용기(300)는 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부(C), 상기 극저온부(C) 상부에 기상 냉매(g)가 수용되어 기상 냉매(g)의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부(B)를 구비하는 것으로 이해될 수 있다.

상기 냉매용기(300)는 하부에 액상 냉매(l)가 수용되고, 그 상부에 기상 냉매(g)가 수용되며, 상기 도체선(210)의 하부가 침지되는 구조를 갖을 수 있다.

또한, 상기 냉매용기(300) 하부에 수용된 액상 냉매(l)의 액면(ls)은 내부의 온도 또는 압력에 따라 승강될 수 있다. 상기 기상 냉매(g)는 액상 냉매가 액상 질소인 경우, 기상 질소일 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 상기 온도 구배부(B)를 상기 상온부(A)와 구획된 상태로 밀봉하기 위한 밀봉부재(600)를 구비할 수 있다.

상기 냉매용기(300)의 상단은 개방된 구조를 갖을 수 있으며, 상기 냉매용기(300)를 밀폐하며, 상기 밀봉부재(600)는 내후성, 내부식성이 풍부한 플라스틱으로서의 에폭시(epoxy) 등의 재질일 수 있다.

상기 밀봉부재(600)를 경계로 상기 온도 구배부(B) 상부에 상온부(A)가 구비될 수 있다.

상기 상온부(A)는 내측에 상기 도체선(210)이 연장되어 배치될 수 있으며, 상기 도체선(210)를 감싸며 내부에 절연오일 또는 절연가스(공기 또는 SF6 가스 등)가 수용되는 상온부 관체(700)를 구비할 수 있다. 상기 상온부 관체(700)는 자기관 형태를 갖을 수 있다.

상기 상온부(A)를 경유한 도체선(210)은 온도 변화에 따른 충격을 최소화하며 외부로 인출될 수 있다.

그리고, 상기 냉매용기(300)를 진공 단열시키기 위하여 감싸는 진공용기(400)을 구비할 수 있다.

상기 진공용기(400)는 상기 초전도 기기의 진공 단열부와 연통되도록 구성될 수 있으며, 상기 진공용기의 하부 및 상기 진공용기를 감싸도록 구성될 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 상기 진공용기는 상기 냉매용기(300)의 상단까지 연장되어 상기 냉매의 진공 단열을 가능하게 할 수 있다.

여기서, 상기 도체선(210)에 구비된 부싱(220)의 하단부(222)에 구비된 복수 개의 박전극(2221) 중 최상부 박전극(2221)이 액면의 하강에 의하여 기상 냉매에 노출되지 않도록 상기 미리 결정된 범위(R1)의 하단은 상기 부싱의 하부에 구비된 복수 개의 박전극(2221) 중 최상부 박전극의 높이(상단 높이) 이상일 수 있다.

즉, 전계 완화를 위하여 구비되는 박전극이 노출되는 환경이 액상 냉매 내부로 일정하게 유지되도록 하기 위함이다.

도 2는 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 도체선을 도시한다. 구체적으로, 도 2(a) 및 도 2(b)는 중공 파이프 형태로 구성된 도체선(210a) 단부의 길이방향 단면도와 두께방향 단면도를 도시하며, 도 2(c) 및 도 2(d)는 이중 구조 형태로 구성된 도체선(210b) 단부의 길이방향 단면도와 두께방향 단면도를 도시한다. 또한, 도 2(e) 및 도 2(f)는 본 발명에 따른 도체선 단부의 길이방향 단면도와 두께방향 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체는 파이프 형태의 구리 도체부를 구비하는 도체선을 구비함을 특징으로 한다.

상기 도체선은 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 중공 파이프 형태의 구리 도체부를 구비할 수도 있으며, 도 2(c) 및 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 이종 재질인 구리 도체부 및 알루미늄 도체부를 포함할 수 있다.

도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 도체선(210a)은 중공 파이프 형태의 구리 도체부(216a)로만 구성될 수 있다.

표피 효과(skin effect, 表皮效果)란 교류가 흐르고 있는 도체선의 중심부일수록 전류 밀도가 작고, 표피 부분인 주변부의 전류 밀도가 높은 현상을 의미하며, 실효 저항은 증대하고, 더욱이 주파수가 높아질수록 커진다.

본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체를 통해 송전되는 전력이 교류 전력 등인 경우에는 표피 효과 등에 의하여, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체를 구성하는 도체선의 표면으로 흐르려고 한다.

따라서, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 도체선(210a)의 구리 도체부(216a) 내측 공간을 중공부(213a)는 실제로 교류 전력의 송전 등에 기여하는 바가 크지 않고, 도체선의 무게만 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체의 하나의 실시예의 도체선(210a)는 내부에 중공부(213a)가 구비되고 상기 중공부(213a) 외부에 구리 도체부(216a)가 구비되는 형태로 구성할 수 있다.

상기 구리 도체부(216a) 내측 공간을 중공부(213a)로 구성하는 경우 직경 또는 외부 표면적은 동일하거나 더 크게 유지하면서도, 구리 재질의 중실 바 형태의 종래의 구리 도체선에 비해 도체선의 무게 및 자재의 양을 줄일 수 있다.

또한, 초전도 기기용 종단구조체를 통해 송전되는 전원이 직류 전원인 경우에 도체선의 저항과 관련이 있는 도체선의 총 단면적을 중실 바 형태의 구리 도체선과 동일하게 형성하는 경우, 도체선의 전체 저항 또는 무게는 동일하게 함과 동시에 도체선의 직경을 증대시키는 효과를 얻을 수 있으므로, 도체선의 휨 등에 대한 강성보강 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 중공 형태의 도체선(210a)의 양 단부 중 적어도 하나의 단부를 개방된 구조가 아니라 도 2(e)에 도시된 바와 같이 차폐된 구조를 갖도록 구성할 수 있다. 전술한 종단 구조체의 조인트 등에 접합 등을 용이하게 하기 위함이다. 또한, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 중공 형태의 도체선(210a)의 양 단부 모두를 도 2(e)에 도시된 바와 같이 차폐된 구조로 형성하고, 중공부 내부를 진공화시킬 수 있다.

상기 중공부(213a)가 진공화되면 상기 극저온부(A)와 상기 상온부(C) 사이의 열교환을 감소시킬 수 있다. 즉, 내측으로 액상 냉매 등이 유입되면, 상기 중공부를 통해 대류에 의한 열침입이 발생될 수도 있으므로, 이를 차단하여 열전달 경로를 상기 구리 도체부(211a)의 길이방향 단면으로만 제한할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 2(e)에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 상기 중공부(213a)를 진공 상태로 구성하는 방법은 상기 도체선의 단부에 구리 재질의 차단부(212a)를 구비하여 중공부(213a)를 진공화함과 동시에 차폐하는 방법으로 구성할 수 있다.

상기 차단부(212a)는 파이프 형태의 상기 구리 도체부(216a)의 하단이 원판 형태로 마감된 부분을 의미하며, 상기 차단부(212a)는 별도로 제조된 뒤 상기 구리 도체부(216a)의 단부에 솔더링 등의 방법으로 접합될 수 있다.

도 2(a), 도 2(b) 및 도 2(e)에 도시된 도체선(210a)의 전체 직경(Xa+2*ta)은 중공부(213a)의 직경(Xa) 및 구리 도체부(216a)의 두께(ta)의 2배를 더한 값이 된다.

도 2(a), 도 2(b) 및 도 2(e)에 도시된 상기 도체선(210a)의 전체 직경(Xa+2*ta)은 대략 45 밀리미터 내지 75 밀리미터 사이의 크기를 가질 수 있으며, 상기 구리 도체부(216a)는 대략 2 밀리미터 내지 10 밀리미터의 두께를 갖도록 구성될 수 있다.

그리고, 도 2(c) 및 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 상기 구리 도체부(216b) 내측에는 알루미늄 도체부(211b)가 두께(ta)될 수 있다. 상기 구리 도체부 내부에 상기 알루미늄 도체부(211b)를 배치하는 경우, 동일한 외측 직경을 갖는 중실 도체선에 비해 무게를 크게 줄일 수 있으며, 교류 전력의 송전의 경우에는 실질적으로 표피 효과에 따른 송전 능력의 차이를 최소화할 수 있으며, 동일한 외측 직경 및 구리 도체부의 두께를 갖는 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 중공 형태의 도체선(210a)에 비해서는 도체선의 전체 단면적이 증가되는 효과를 얻을 수 있으므로, 저항 감소효과를 얻을 수 있다.

또한, 도체선의 전체 단면적이 증가되어 저항은 감소되지만, 표면적 증가에 따른 열전달 경로의 면적이 증가될 수 있으나, 알루미늄의 경우 구리보다 열전도율이 낮으므로, 중실 구리 재질의 도체선보다 열전달에 따른 부작용을 완화할 수 있다는 장점도 있다.

도 2(c) 및 도 2(d)에 도시된 도체선(210b)은 원형 바 형태의 알루미늄 도체부(211b) 표면에 파이프 형태의 구리 도체부(216b)가 구비되며, 원형 바 형태의 알루미늄 도체부(211b) 표면에 파이프 형태의 구리 도체부(216b)를 형성하는 방법은 클래딩(cladding) 접합일 수 있다.

그리고, 도 2(c) 및 도 2(d)에 도시된 도체선(210b) 역시 양 단부 중 적어도 하나의 단부의 알루미늄 도체부(211b)가 외부로 노출되는 구조가 아니라 도 2(f)에 도시된 바와 같이 차폐된 구조를 갖도록 구성할 수 있다. 알루미늄 재질은 용접성이 떨어지므로, 도체선(210b)의 단부를 전술한 종단 구조체의 조인트 등에 솔더링 등의 접합 등을 용이하게 하기 위함이다. 차폐부를 형성하는 방법은 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 도체선에 차폐부를 형성하는 방법과 공통된다.

마찬가지로, 도 2(c), 도 2(d) 및 도 2(f)에 도시된 도체선(210b)의 전체 직경(Xb+2*tb)은 알루미늄 도체부(211b)의 직경(Xb) 및 구리 도체부(216b)의 두께(tb)의 2배를 더한 값이 되고, 도 2(c), 도 2(d) 및 도 2(f)에 도시된 상기 도체선(210b)의 전체 직경(Xb+2*tb)은 대략 45 밀리미터 내지 75 밀리미터 사이의 크기를 가질 수 있으며, 상기 구리 도체부(216b)는 대략 2 밀리미터 내지 10 밀리미터의 두께를 갖도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다. 도 1 및 도 2를 참조한 설명과 중복된 부분은 생략한다.

도 1에 도시된 실시예에서, 초전도 기기의 초전도체와 접속되는 도체선은 상기 밀봉부재(600)를 관통하여 상온부(A)측으로 연장되는 구조를 갖는다.

즉, 도 1에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 구역별로 상온부(A), 온도구배부(B), 극저온부(C)로 구획되고, 도체선이 하나로 구성되어 있으므로, 상온부(A)와 온도구배부(B)의 분리가 쉽지 않을 수 있다.

따라서, 도 1에 도시된 초전도 기기용 종단 구조체(1000)는 도체선 등이 분리되지 않으므로, 외부기기 또는 다른 접속함과 연결하기 위해서는 단말구조가 복잡해질 수 있고, 많은 용적을 차지할 수 있으며, 절연 취약부 등이 증가할 수 있다.

도 3에 도시된 실시예는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 온도 구배부(B)와 상기 상온부(A)가 착탈이 가능하도록 구성될 수 있다.

즉, 상기 밀봉부재(600)를 경계로 하여, 상기 상온부(A)가 착탈이 가능하도록 구성하는 방법을 사용한다.

상기 상온부(A)를 상기 온도 구배부(B)로부터 착탈이 가능하도록 구성하기 위해서는 도 1에 도시된 실시예의 극저온부(C), 온도 구배부(B) 및 상온부(A)를 따라 배치되어 상온 환경으로 인출되는 하나의 도체선으로 구성할 수 없다.

따라서, 도 3에 도시된 실시예는 상기 극저온부(C) 및 상기 온도 구배부(B), 즉 냉매용기(300) 측에 제1 도체선(210)을 배치하고, 상기 밀봉부재(600)를 매개로 제2 도체선(810)을 상기 상온부(A)를 구성하는 상온부 관체(700) 측에 배치한다. 그리고, 상기 밀봉부재(600)에서 상기 제1 도체선(210) 및 제2 도체선(810)이 접속시키는 방법을 사용할 수 있다.

즉, 초전도 기기용 종단 구조체(1000)에 구비되는 도체선을 2개의 분리된 도체선(210, 810)을 채용하는 방법으로 냉매가 저장되며 상기 밀봉부재(600)에 의하여 밀폐된 냉매용기(300)와 상온부(A)를 용이하게 분리할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 초전도 기기용 종단 구조체(1000)를 구성하는 밀봉부재(600)는 상기 제1 및 제2 도체선(210, 810)을 상호 체결함과 동시에 전기적으로 연결하기 위하여 도전성 커넥터(610)를 구비할 수 있다.

상기 밀봉부재(600)는 에폭시 등의 재질로 구성될 수 있으며, 상기 도전성 커넥터(610)는 상기 밀봉부재(600)를 상하로 관통하는 전도성 금속 재질, 예를 들면 구리(copper) 재질로 구성될 수 있다.

상기 제1 도체선(210)과 상기 제2 도체선(810)은 상기 도전성 커넥터(610)의 하면과 상면에 각각 볼트 등의 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.

도 3에 도시된 제1 도체선(210)과 상기 제2 도체선(810)은 도 2(c) 및 도 2(d)에 도시된 도체선과 같이 구리 도체부(216, 816) 내측에 알루미늄 도체부(211, 811)이 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이 외측에 구리 및 내측에 알루미늄 재질로 구성되어, 교류 전력의 전송 또는 직류 전력의 전송 시에 각각의 장점을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도체선을 상온부 및 온도 구배부를 경계로 2개로 구획하는 경우, 도전성 커넥터(610)와 전기적 연결이 필요하다. 상기 제1 도체선(210)과 상기 제2 도체선(810)의 구리 도체부(216, 816) 내측에 알루미늄 도체부(211, 811)가 도전성 커넥터(610)와 접합되도록 체결될 수도 있으나, 접합 부위의 접촉 저항을 최소화하기 위하여, 상기 제1 도체선(210)과 상기 제2 도체선(810)의 각각의 양 단부 중 상기 도전성 커넥터(610)와 접합되는 단부 또는 차단부(212 또는 812)는 도 2(f)에 도시된 바와 같이 차단부(212)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 밀봉부재(600)의 도전성 커넥터(610)에 접합되는 상기 제1 도체선(210) 및 제2 도체선(810)의 단부 또는 차단부(212 또는 812)는 각각의 도체선(210, 810)의 구리 도체부(216 또는 816)에 연결되는 구리 재질의 플렌지를 구비할 수 있다.

상기 차단부(212, 812)는 도 3의 확대도에 도시된 바와 같이, 플렌지 구조를 가질 수 있다. 상기 플렌지 구조의 차단부(212, 812)에 의하여, 상기 냉매용기(300)의 상단(320), 상기 밀봉부재(600)의 테두리, 상기 상온부 관체(700)의 하단(710) 및 상기 냉매용기의 상단 테두리는 볼트 등의 체결부재에 의하여 함께 체결될 수 있다.

상기 상온부(A) 내부에 배치되며 상기 밀봉부재(600)에 체결되는 상기 제2 도체선(810) 역시 부싱(820)이 구비되거나 나도체 형태로 제공될 수 있으며, 상기 상온부 관체(700) 내부에는 절연오일 또는 절연가스가 수용될 수 있다.

따라서, 상기 상온부(A)를 구성하는 제2 도체선(810) 및 상기 상온부 관체(700)는 상기 밀봉부재(600)으로부터 분리가 가능하여, 다른 외부기기와 쉽게 연결할 수 있으며, 별도의 접속함 없이, 종단 접속함의 용도변경이 용이할 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1000 : 초천도 기기의 종단 구조체
A : 상온부
B : 온도 구배부
C : 극저온부
210, 810 : 도체선
211, 811 : 알루미늄 도체부
212 : 차단부
213 : 진공부
210, 810 : 구리 도체부
300 : 냉매용기
400 : 진공용기
600 : 밀봉부재

Claims (10)

1. 하부에 액상 냉매가 수용되는 극저온부, 상기 극저온부 상부에 기상 기체가 수용되어 기상 냉매의 온도 구배가 존재하는 온도 구배부를 구비하는 냉매용기;
   상기 냉매용기를 상단을 밀폐하는 밀봉부재;
   상기 밀봉부재 상부에 구비되어 절연오일 또는 절연가스가 수용되는 상온부를 구성하는 상온부 관체;
   상기 냉매용기를 감싸는 진공용기; 및,
   상기 냉매용기의 액상 냉매 내에서 초전도 기기의 초전도체 측에 접속되고, 상기 밀봉부재를 관통하여 상기 상온부 관체로 연장되며, 파이프 형태를 가지며 구리 재질로 구성된 구리 도체부를 포함하는 도체선;을 포함하며,
   파이프 형태의 상기 구리 도체부의 내부에 중공부 또는 알루미늄 도체부가 구비되며, 상기 구리 도체부의 양단부에 차단부가 구비되고, 상기 구리 도체부 내부에 중공부가 구비되는 경우 상기 중공부는 진공 처리되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 구리 도체부는 바 형태의 알루미늄 도체부 표면에 클래딩 접합되는 방식으로 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 알루미늄 도체부의 직경은 40 밀리미터 내지 60 밀리미터인 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 구리 도체부의 두께는 2 밀리미터 내지 10 밀리미터인 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 도체선은 상기 극저온부와 상기 온도 구배부를 구비하는 냉매용기 내부에 배치되는 제1 도체선 및 상기 제1 도체선과 상기 밀봉부재에 구비된 도전성 커넥터를 매개로 연결되며 상기 상온부 관체에 배치되는 제2 도체선을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
10. 제9항에 있어서,
    상기 밀봉부재의 도전성 커넥터에 접합되는 상기 제1 도체선 및 제2 도체선의 단부는 각각의 도체선의 구리 도체부에 연결되는 구리 재질의 플렌지를 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 기기용 종단 구조체.
    

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