KR102005584B1

KR102005584B1 - 초전도 케이블

Info

Publication number: KR102005584B1
Application number: KR1020130029920A
Authority: KR
Inventors: 변재희; 장현만; 이충환; 위동윤
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2019-07-30
Also published as: KR20140115169A

Abstract

본 발명은 초전도 케이블을 통해, 대용량 광통신 선로의 구축이 가능한 초전도 케이블에 관한 것이다.

Description

초전도 케이블{SUPERCONDUCTING CABLE}

본 발명은 초전도 케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 초전도 케이블을 통해, 대용량 광통신 선로의 구축이 가능한 초전도 케이블에 관한 것이다.

일반 전력 케이블의 경우에는 광복합 케이블이 소개된 적이 있으다. 초전도 시스템은 극저온에서 초전도체의 저항이 제로에 수렴하는 특성을 사용하여 상대적으로 낮은 전압에서도 많은 양의 전류를 송전할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 초전도 시스템을 구성하는 초전도 케이블은 송전 또는 배전급에서 사용될 수 있는 전력용 케이블이며 초전도 케이블을 통해 대량 통신 선로를 함께 구축하는방법이 소개된 바가 없다.

초전도 케이블이 통신 선로로 역할하기 위해서는 초전도체의 초전도 조건을 조성하기 위한 극저온의 환경의 신뢰성이 보장되어야 한다. 구체적으로 초전도 케이블 내에 구비된 통신 케이블로서의 광케이블 등의 유지, 보수 또는 접합 과정에서 초전도 케이블의 초전도 조건의 안정성을 보장해야 하며, 초전도 케이블 내에 구비되는 광케이블 등의 유지, 보수 또는 접합과정이 지나치게 번거롭거나 어렵지 않아야 한다.

본 발명은 초전도 케이블을 통해, 대용량 광통신 선로의 구축이 가능한 초전도 케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도층, 상기 초전도층을 감싸는 절연층, 상기 절연층 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하여 구성되는 적어도 1층 이상의 초전도 차폐층을 포함하는 코어부, 상기 코어부를 냉각하기 위하여, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부, 상기 냉각부를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부 외부에 구비되며, 적어도 1개 이상의 유연성이 있는 로드(rod) 형태의 스페이서를 구비하는 진공부, 상기 진공부 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부 및, 상기 진공부에 광선로 구축을 위하여 적어도 1개의 광섬유가 상기 코어부의 길이 방향으로 배치되는 통신 케이블을 포함하는 초전도 케이블을 제공한다.

또한, 상기 냉각부 외측에는 융기 및 함몰이 반복되는 굴고 구조를 가지는 구조에 내부 금속관 및 상기 내부 금속관 외측에는 단열재가 여러 층으로 감겨진 단열층을 형성하는 단열부가 구비되며, 상기 온도 감지수단은 상기 단열부 외측에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 광섬유 수용 튜브는 외장을 형성하는 외부 튜브 내에 적어도 1개 이상의 내부 튜브가 구비되며, 각각의 상기 내부 튜브는 적어도 1개의 광섬유가 수용 가능할 수 있다.

여기서, 상기 냉각부 내측에 구비되는 코어부는 복수 개가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 광섬유 수용 튜브는 초전도 케이블의 제조단계에서 초전도 케이블 내에 장착되고, 상기 광섬유는 초전도 케이블의 포설 및 접속이 완료된 상태에서 공압에 의한 에어 블로운(air blown) 방식으로 삽입될 수 있다.

또한, 상기 광섬유는 광섬유 수용 튜브에 수용된 상태로 상기 진공부에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 외부 튜브 내부의 내부 튜브에 삽입되는 광섬유는 적어도 2개 이상의 광섬유가 일체화된 집합 광섬유 형태일 수 있다.

여기서, 상기 외부 튜브 내부에는 복수 개의 내부 튜브가 구비되고, 적어도 1개의 내부 튜브에 삽입된 집합 광섬유를 구성하는 광섬유의 개수는 다른 내부 튜브에 삽입된 집합 광섬유를 구성하는 광섬유의 개수와 다를 수 있다.

이 경우, 상기 외부 튜브 및 상기 내부 튜브는 폴리 에틸렌 재질 또는 불화 폴리 에틸렌 재질로 구성되며, 상기 외부 튜브의 외측 직경은 5 밀리미터(mm) 내지 7 밀리미터일 수 있으며, 외부 튜브의 두께는 0.8 밀리미터(mm) 내지 1.2 밀리미터(mm)일 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머, 초전도층, 절연층 및 초전도 차폐층을 포함하는 코어부, 상기 코어부를 냉각하기 위하여, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부, 상기 냉각부를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부 외측에 구비되는 진공부, 상기 진공부 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부 및, 상기 진공부에 상기 코어부의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 냉각부와 상기 진공부 외측을 이격시키며 통신 기능을 구비하는 복수 개의 이격 수단을 포함하는 초전도 케이블을 제공한다.

또한, 상기 이격 수단은 상기 시스부 내측에 구비된 외부 금속관과 상기 진공부 내측에 구비되는 단열재가 여러 층으로 감겨진 단열부를 이격시킬 수 있다.

그리고, 상기 이격 수단은 적어도 1개의 광섬유를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이격 수단은 폴리에틸렌 재질의 튜브를 포함하며, 상기 광섬유는 튜브 내측에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 튜브는 외부 튜브와 상기 외부 튜브 내의 복수 개의 내부 튜브를 포함하며, 상기 광섬유는 에어 블로운 방식으로 상기 내부 튜브에 장착될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머, 초전도층, 절연층 및 초전도 차폐층을 포함하는 코어부, 상기 코어부를 냉각하기 위하여, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부, 상기 냉각부를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부 외측에 구비되는 진공부, 상기 진공부 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부 및, 상기 진공부에 상기 코어부의 길이방향을 따라 배치되는 중공 튜브 형태의 적어도 1개의 스페이서, 상기 스페이서의 내측에 삽입되어 통신 기능을 제공하기 위한 적어도 1개의 광섬유를 포함하는 초전도 케이블을 제공할 수 있다.

이 경우, 상기 스페이서는 초전도 케이블의 제조단계에서 초전도 케이블 내에 장착되고, 상기 광섬유는 초전도 케이블의 포설 및 접속이 완료된 상태에서 공압에 의한 에어 블로운(air blown) 방식으로 삽입될 수 있다.

또한, 상기 광섬유는 적어도 2개 이상의 광섬유가 일체화된 집합 광섬유 형태일 수 있으며, 상기 스페이서는 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리 에틸렌 재질로 구성되며, 상기 스페이서의 외측 직경은 5 밀리미터(mm) 내지 7 밀리미터(mm)일 수 있으며, 상기 스페이서의 두께는 0.8 밀리미터(mm) 내지 1.2 밀리미터(mm)일 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 케이블은 전력 송전 기능 이외에도 내부에 대용량 광선로를 구성하는 통신 케이블을 포함하여 하나의 케이블을 통해 전력 및 통신 기능을 함께 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블에 의하면, 상온인 외부로부터의 열침입을 차단하기 위하여 형성된 진공부에 상기 통신 케이블을 배치하므로, 통신 케이블을 추가하여 발생되는 초전도 케이블의 부피 증가가 최소화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 내부에 수용되는 통신 케이블을 구성하는 광섬유를 에어 블로운 방식으로 초전도 케이블의 운반, 포설 및 접속이 완료된 뒤에 초전도 케이블 내에 장착하므로, 통신 선로 형성에 소요되는 시간 또는 비용을 최소화할 수 있으며, 광섬유의 접속부위의 개수를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 순차적으로 탈피된 상태의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 케이블에 장착되는 통신 케이블을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예의 순차적으로 탈피된 상태의 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 초전도 케이블의 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 케이블의 단계별 탈피된 사시도를 도시하며, 도 2는 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 초전도 케이블의 기본 구조를 설명한다.

초전도 케이블은 포머(110), 상기 포머(110) 외부를 감싸도록 상기 포머(110)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도체층(130), 상기 초전도체층(130)을 감싸는 절연층(140), 상기 절연층(140) 외부를 감싸도록 상기 포머(110)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하여 구성되는 적어도 1층 이상의 초전도 차폐층(180)을 포함하는 코어부(100), 상기 코어부(100)를 냉각하기 위하여, 상기 코어부(100) 외부에 구비되며, 상기 코어부(100)를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부(200), 상기 냉각부(200)를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부(200) 외부에 구비되며, 적어도 1개 이상의 유연성이 있는 로드(rod) 형태의 스페이서(560)를 구비하는 진공부(500) 및 상기 진공부(500) 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부(700) 및, 상기 진공부(500)에 광선로 구축을 위하여 적어도 1개의 광섬유가 상기 코어부의 길이 방향으로 배치되는 통신 케이블(10)을 포함할 수 있다.

순차적으로 초전도 케이블을 구성하는 각각의 구성요소를 검토하면 다음과 같다. 상기 포머(110)는 납작하고 납작하고 긴 초전도체를 포머(110) 둘레에 장착하는 장소를 제공함과 동시에 형상을 형성하기 위한 틀로서 역할하고, 사고 전류가 흐르는 경로가 될 수 있다. 상기 포머(110)는 단면 원형의 복수의 구리(Cu) 소선(111)들을 원형으로 압축한 형태를 가질 수 있다.

상기 포머(110)를 구성하는 여러 가닥의 단면 원형의 구리(Cu) 소선(111)들을 원형으로 압축한 연선의 형태를 이루기 때문에 그의 표면이 올록볼록할 수밖에 없다. 따라서, 포머(110)의 올록볼록한 표면을 평활하게 하기 위하여 포머(110)의 외부에 평활층(120)이 피복될 수 있다. 상기 평활층(120)은 반도전성 카본지 또는 황동 테이프 등의 재질이 사용될 수 있다.

상기 평활층(120)에 의하여 평탄화된 상기 포머(110) 외측에 복수 개의 초전도체(131)로 둘러싸여 층이 형성되는 제1 초전도체층(130a)이 구비될 수 있다. 제1 초전도체층(130a)은 복수 개의 초전도체가 나란히 인접하여 상기 평활층(120) 둘레에 설치될 수 있다.

또한, 초전도 케이블을 통해 송전 또는 배전하려는 전류의 용량에 따라 초전도체층(130)은 복층으로 구성될 수도 있다.

도 1에 도시된 실시예는 총 2층의 초전도체층(130)이 구비됨이 도시된다. 또한, 초전도체층(130)을 단순히 적층하여 배치하면 전류의 표피효과에 따라 전류 용량이 증가되지 않는 문제점을 방지하기 위하여 초전도체층(130)을 복층으로 구비하는 경우에는 초전도체층(130) 사이에 절연층(140)이 구비될 수 있다. 상기 절연층(140)은 절연 테이프 형태로 구성되고 적층되는 초전도체층(130) 사이에 배치되어 초전도체층(130)을 절연시켜 적층된 초전도체의 표피효과를 방지할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 초전도체층(130)은 제1 초전도체층(130a)과 제2 초전도체층(130b) 2층으로 구성된 예가 도시되었으나, 필요에 따라 더 많은 층의 초전도체층(130)이 구비될 수도 있다.

그리고, 각각의 초전도체층(130)을 구성하는 초전도체는 포머(110)를 구성하는 각각의 소선들과 병렬 연결될 수 있다. 초전도체로 흐르던 전류가 초전도 조건의 파괴 등의 사고시에 포머(110)의 소선으로 흐르도록 하기 위함이다. 이와 같은 방법으로 초전도 조건이 만족되지 않는 경우, 초전도체의 저항이 커지고 그에 따른 초전도체의 발열 또는 손상 등을 방지하기 위함이다.

외측에 구비되는 제2 초전도체층(130b) 외부는 내부 반도전층(150)이 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(150)은 초전도체층(130)의 영역별 전계 집중을 완화하고 표면 전계를 고르게 하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(150)은 반도전 테이프가 권선되는 방식으로 구비될 수 있다.

상기 내부 반도전층(150) 외측에는 절연층(140)이 구비될 수 있다. 상기 절연층(140)은 초전도 케이블의 절연 내력을 증가시키기 위하여 구비될 수 있다. 일반적으로 고전압 케이블의 절연을 위해서는 XLPE(Cross Linking-Polyethylene) 또는 오일 방식(oil filled cable)이 사용되지만, 초전도 케이블은 초전도체의 초전도성을 위하여 극저온으로 냉각되고, 극저온에서는 XLPE가 파손되어 절연 파괴되는 문제점이 있고, 오일 방식(oil filled cable)은 환경 문제 등이 발샹될 수 있으므로, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 절연층(140)으로서 일반 종이 재질의 절연지를 사용할 수 있으며, 상기 절연층(140)은 절연지를 복수 회 권선하는 방식으로 구성될 수 있다.

상기 절연층(140) 외부에는 외부 반도전층(170)이 구비될 수 있다. 상기 외부 반도천층 역시 초전도체층(130)의 영역별 전계 집중을 완화하고 표면 전계를 고르게 하기 위하여 구비될 수 있으며, 상기 외부 반도전층(170) 역시 반도전 테이프가 권선되는 방식으로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 외부 반도전층(170) 외측에는 초전도 차폐층(180)이 구비될 수 있다. 상기 초전도 차폐층(180)을 형성하는 방법은 상기 초전도체층(130)을 형성하는 방법과 마찬가지일 수 있다. 상기 외부 반도전층(170)의 표면이 고르지 못한 경우에는 필요에 따라 평활층(미도시)이 구비될 수 있으며, 상기 평활층 외부에 초전도 차폐층(180)을 형성하기 위한 초전도체를 각각 원주방향으로 나란히 배치할 수 있다.

상기 초전도 차폐층(180) 외측에는 코어부(100)의 외장 역할을 하는 코어 외장층(190)이 구비될 수 있다. 상기 코어 외장층(190)은 각종 테이프 또는 바인더 등을 포함할 수 있으며, 후술하는 냉각층에 코어부(100)가 노출될 수 있도록 외장 역할을 수행할 수 있다.

이와 같은 방법으로 초전도 케이블의 코어부(100)가 구성될 수 있으며, 도 1 및 도 2에서 상기 평활층, 상기 내부 반도전층(150) 또는 상기 외부 반도전층(170)은 동일 재질의 단일 층으로 구성되는 것으로 도시되었으나, 필요에 따라 다양한 부속층들이 추가될 수 있다.

상기 코어부(100) 외측에는 냉각부(200)가 구비될 수 있다. 상기 냉각부(200)는 상기 코어부(100)의 초전도체를 냉각하기 위하여 구비될 수 있으며, 상기 냉각부(200)는 그 내측에 액상 냉매의 순환유로가 구비될 수 있다. 상기 액상 냉매로는 액상 질소가 사용될 수 있으며, 상기 액상 냉매는 영하 -200도 정도의 온도를 갖도록 냉각된 상태로 상기 냉객 유로를 순환하며 내측에 구비되는 초전도체의 초전도 조건이 유지되도록 할 수 있다.

상기 냉각부(200)에 구비되는 냉각유로는 일방향으로 액상 냉매가 흐르도록 할 수 있으며, 초전도 케이블의 접속함 등에서 회수되어 재냉각되어 다시 상기 냉각부(200)의 냉각유로로 공급될 수 있다.

상기 냉각부(200) 외측에는 내부 금속관(300)이 구비될 수 있다. 상기 내부 금속관(300)은 후술하는 외부 금속관(600)과 함께 초전도 케이블의 포설 및 운전 중에 코어부(100)의 기계적인 손상을 방지하기 위한 초전도 케입블의 외장 역할을 수행한다. 초전도 케이블은 제작 및 운반이 용이하도록 드럼에 감기게 되며 설치 시에는 드럼에 감겨진 케이블을 전개하여 설치하므로 초전도 케이블에는 굽힘 응력 또는 인장 응력이 지속적으로 인가될 수 있다. 이러한 기계적 응력이 인가되는 상황에서도 초기 성능을 유지하도록 하기 위하여 내부 금속관(300)을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 내부 금속관(300)은 기계적 응력에 대한 강성 보강을 위하여 초전도 케이블의 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴고 구조(corrugated)를 가지며, 상기 내부 금속관(300)은 알루미늄 등의 재질로 구성될 수 있다.

상기 내부 금속관(300)은 상기 냉각부(200) 외측에 구비되므로, 액상 냉매의 온도에 대응되는 극저온일 수 있다. 따라서, 상기 내부 금속관(300)은 저온부 금속관으로 구분될 수 있다.

또한, 상기 내부 금속관(300) 외주면에는 반사율이 높은 금속 필름에 열전도율이 낮은 고분자가 얇게 코팅된 단열재가 여러 층으로 감겨진 단열층을 포함하는 단열부(400)가 구비될 수 있다. 상기 단열층은 멀티 레이어 인슐레이션(MLI, Multi Layer Insulation)을 구성하고, 상기 내부 금속관(300) 측으로 열침입이 발생되는 것을 차단하기 위하여 구비될 수 있다.

특히, 상기 내부 금속관(300)은 금속 재질로 구성되어 그 내측으로 전도에 의한 열침입이 용이하므로 주로 전도에 의한 열교환을 방지할 수 있다.

상기 단열부(400) 외측에는 진공부(500)가 구비될 수 있다. 상기 진공부(500)는 상기 단열부(400)에 의한 단열이 충분하지 못한 경우 발생될 수 있는 상기 단열층 방향으로의 복사 또는 대류에 의한 열전달을 최소화하기 위하여 구비될 수 있다.

상기 진공부(500)는 상기 단열부(400) 외측에 이격 공간을 형성하고, 상기 이격 공간을 진공화시키는 방법으로 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 케이블은 적어도 1개의 통신 케이블을 내측에 구비할 수 있으며, 상기 통신 케이블은 상기 진공부(500)에 배치될 수 있다. 상기 진공부(500)는 상온인 외부로부터 상기 코어 측으로 열침입을 방지하기 위하여 구비되는 이격 공간으로서, 본 발명은 상기 이격 공간에 통신 케이블(10)을 배치할 수 있다. 상기 통신 케이블(10) 내에 광섬유를 설치하는 방법에 대해서는 후술한다.

상기 진공부(500)에 상기 통신 케이블(10)을 배치하고, 상기 통신 케이블(10)에 복수 개의 광섬유를 통신 선로로 사용하는 경우 하나의 초전도 케이블을 통해 대량의 통신망을 구축할 수 있다.

그리고, 상기 진공부(500) 내의 이격 공간 그 외측에 구비되는 외부 금속관(600) 등과 상기 진공부(500) 내측의 상기 단열부(400)가 접촉되는 것을 초전도 케이블의 전 영역에서 방지하기 위하여 상기 이격 공간 내에 적어도 1개의 스페이서(560)를 구비할 수 있다. 상기 스페이서(560)는 초전도 케이블의 길이방향을 따라 배치될 수 있으며, 상기 코어부(100) 외측에 나선형으로 권선되는 방법으로 배치될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 스페이서(560)는 상기 진공부(500) 내에 2개가 구비되는 실시예가 도시된다. 그러나, 상기 스페이서(560)의 개수는 초전도 케이블의 종류 또는 크기에 따라 증감될 수 있다.

종래 소개된 초전도 케이블은 필요 또는 크기에 따라 3~4개의 스페이서(560)를 구비하는 경우가 있었다. 도 1 및 도 2에 도시된 초전도 케이블의 경우 그 크기 등을 고려하면, 최소 3개의 스페이서(560)이 요구되는 크기를 갖는다고 가정한다.

본 발명에 따른 초전도 케이블(1000)은 전력 송전 기능 이외에도 통신 기능을 구비하기 위하여 초전도 케이블(1000) 내측에 통신 케이블(10)을 구비할 수 있다. 본 발명에 따른 초전도 케이블은 상기 스페이서(560)가 구비되는 진공부(500) 내에 통신 케이블(10)를 구비한다.

본 발명에 따른 상기 통신 케이블(10)은 후술하는 바와 같이, 그 내부에 적어도 1개 이상의 광섬유가 수용되어 통신 기능을 수행함과 동시에 초전도 케이블에 요구되는 스페이서를 대체할 수 있다.

정리하면, 초전도 케이블(1000)에 요구되는 스패이서의 개수가 N개라면, 상기 통신 케이블(10)를 적어도 1개 ~ N-1개 구비하고, 상기 통신 케이블(10)을 적어도 N-1개 ~ 1개 구비하는 방식으로 상기 진공부(500)와 단열부(400)의 접촉을 방지하는 이격수단으로서, 스페이서(560)와 통신 케이블(10)이 함께 사용될 수 있다.

상기 스페이서(560)는 광의의 폴리 에틸렌(FEP, PFA, ETFE, PVC, P.E, PTFE) 재질일 수 있다.

또한, 상기 스페이서(560)은 필요에 따라 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질로 구성되거나, 일반 수지 또는 폴리 에틸렌 재질로 구성된 뒤 표면이 불화 폴리 에틸렌 등으로 코팅될 수 있다. 이 경우, 상기 불화 폴리 에틸렌은 테프론일 수 있다.

테프론(Teflon)은 불소수지의 일종으로, 테프론은 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 거의 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성들을 가지고 있다. 또한, 테프론은 어느 정도의 유연성을 가지므로, 상기 단열부(400)를 나선형으로 감싸며, 초전도 케이블의 길이방향으로 권선되어 배치될 수 있고, 어느 정도의 강도를 가지므로 단열부(400)와 외부 금속관(600)의 접촉을 방지하는 이격수단으로 활용될 수 있다.

상기 스페이서(560)와 통신 케이블(10)이 함께 구비된 상기 진공부(500) 외측에는 외부 금속관(600)이 구비될 수 있다. 상기 외부 금속관(600)은 상기 내부 금속관(300)과 동일한 형태와 재질로 구성될 수 있으며, 상기 외부 금속관(600)은 상기 내부 금속관(300)보다 더 큰 직경으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 외부 금속관(600) 외측에는 초전도 케이블 내부를 보호하기 위한 외장 기능을 수행하는 시스부(700)가 구비될 수 있다. 상기 시스부는 통상적인 전력용 케이블의 시스부(700)를 구성하는 시스재가 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 초전도 케이블에 구비되는 통신 케이블을 도시한다. 구체적으로, 도 3(a) 및 도 3(b)는 통신 케이블(10)에 에어 블로운(air blown) 방식으로 설치될 수 있는 집합 광섬유(1a, 1b, fiber bundle)을 도시하며, 도 3(c) 및 도 3(d)는 온도 감지수단을 구성하는 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)를 도시하며, 도 3(e) 및 도 3(f)는 도 3(c) 및 도 3(d)에 도시된 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)에 집합 광섬유가 에어 블로운(air blown) 방식으로 삽입 및 설치되어 통신 케이블(10a, 10b)이 완성된 상태를 도시한다.

도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 도 3(c) 및 도 3(d)의 광섬유 수용 튜브에 장착될 수 있는 집합 광섬유는 단일 광섬유 이외에도 2개의 광섬유(1a) 또는 4개의 광섬유(1b)가 집합화될 수 있다. 상기 집합 광섬유를 구성하는 복수 개의 광섬유를 집합화하는 과정에서 집합 광섬유 표면은 에어 블로운(air blown) 방식으로 장착되는 과정에서 장착 저항을 최소화하기 위하여, 표면이 코팅될 수 있다.

에어 블로운(air blown) 방식이란 광섬유를 통한 광선로의 형성과정에서 압축된 공기를 이용하여 광섬유 수용 튜브 속으로 필요한 광섬유(Fiber Bundle)만을 불어 넣는 기술을 의미한다.

도 3(a)는 2개의 광섬유(1a)가 하나의 집합 광섬유로 구성된 예이며, 도 3(b)는 4개의 광섬유(1b)가 하나의 집합 광섬유로 구성된 예를 도시한다. 그러나, 하나의 집합 광섬유를 구성하는 광섬유의 개수는 광섬유 수용 튜브의 크기 또는 토신 케이블의 용도 등에 따라 더 많아질 수도 있다.

상기 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)에는 복수 개의 광섬유가 함께 수용될 수 있다. 물론, 각각의 광섬유 자체도 각각 피복된 상태일 수 있으며, 상기 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)는 각각 피복된 광섬유(단위 광케이블)을 수용하기 위한 파이프 형태의 부재일 수 있다. 또한, 상기 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)는 내부 공간이 복수 개로 구획될 수 있다.

구체적으로, 도 3(c) 및 도 3(d)에 도시된 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)는 내부에 외부 튜브(5a, 5b)가 구비되고, 상기 외부 튜브(5a, 5b) 내부에 복수 개의 내부 튜브(6a, 6b)를 구비할 수 있다. 상기 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)를 구성하는 내부 튜브(6a, 6b)는 상기 외부 튜브(5a, 5b) 내부에 미리 배치될 수 있으며, 상기 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)는 광섬유가 에어 블로운(air blown) 방식으로 상기 내부 튜브(6a, 6b) 내에 삽입 및 설치되기 전에 초전도 케이블의 제조 단계에서 상기 진공부에 장착될 수 있다. 이와 같은 방법에 의하여, 하나의 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)는 내부 공간이 복수 개로 구획될 수 있으며, 통신 케이블의 유지 보수 과정에서도필요에 따라 광섬유를 불어 넣을 수 있다.

그리고, 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)를 구성하는 외부 튜브(5a, 5b) 및 내부 튜브(6a, 6b) 역시 전술한 폴리 에틸렌(polyethylene) 또는 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질 등일 수 있다.

상기 통신 케이블(10)을 구성하는 광섬유 수용 튜브(7a, 7b) 중 단열부(400)와 외부 금속관(600)에 의하여 인가되는 압력에도 이격수단으로서의 강성과 유연성을 함께 확보하기 위해서는 외부 튜브(5a, 5b)의 외측 직경(D)은 스페이서와 마찬가지로, 5 밀리미터(mm) 내지 7 밀리미터(mm)일 수 있으며, 외부 튜브(5a, 5b)의 두께(t)는 0.8 밀리미터(mm) 내지 1.2 밀리미터(mm) 정도로 구성될 수 있다.

상기 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)는 필요에 따라 외부 튜브(5a, 5b)의 직경 또는 내부 튜브의 개수 등이 선택되어 각각의 내부 튜브의 배치 경로를 통해 집합 광섬유를 에어 블로운(air blown) 방식으로 초전도 케이블의 포설 구역을 관통하여 설치할 수 있다.

통신 기능을 제공하기 위하여 통신 케이블 또는 광섬유 등을 초전도 케이블의 제조과정에서 미리 상기 내부 금속관(300)과 상기 단열부(400) 사이에 배치할 수도 있으나, 상기 광섬유 수용 튜(7a, 7b)브를 사용하는 경우에는 상기 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)를 초전도 케이블 제조과정에서 장착한 후 초전도 케이블의 운반 및 포설이 완료된 상태에서 에어 블로운(air blown) 방식으로 각각의 광섬유를 상기 광섬유 수용 튜브에 삽입하는 방식을 취할 수 있다.

초전도 케이블은 무겁고 상당한 두께를 가지므로, 운반 및 포설하는 경우에도 제한된 길이의 초전도 케이블이 개별적으로 운반 및 포설되고 접속함을 통해 접속되는 방법으로 연결될 수 있다.

따라서, 통신 케이블을 미리 설치하는 경우, 각각의 접속함 등에서 통신 케이블은 접속되어야 하며, 상기 광섬유 등을 포함하는 통신 케이블은 접속점이 많아지면, 접속점을 설치하는데 따르는 비용과 시간이 커지고, 광섬유의 전송특성과 기계적 강도를 저하시키는 수분 침투 가능성이 증가된다. 따라서 접속점의 개수가 최소화되는 것이 바람직하다.

광선로 구축시에 이와 같은 에어 블로운(air blown) 방식으로 광섬유를 광섬유 수용 튜브 등에 불어 넣으면 광섬유 간의 접속점을 최소화할 수 있고, 설치 비용 또는 시간을 줄일 수 있다.

도 3(e) 및 도 3(f)에 도시된 통신 케이블(10a, 10b)의 단면도를 도시한다.

통신 케이블에 구비되되는 광섬유의 손상 또는 단선을 방지하기 위하여 별도의 외장 기능을 수행하는 광섬유 수용 튜브(7a, 7b) 내에 수용된 상태로 배치될 수 있으며, 상기 광섬유를 수용하기 위한 광섬유 수용 튜브(7a, 7b)에 수용된 상태로 배치되어 하나의 통신 케이블(10a, 10b)을 구성할 수 있다.각각의 내부 튜브에 따라 집합 광섬유의 종류가 달라질 수 있다.

도 3(e) 및 도 3(f)에 도시된 바와 같이, 특정 내부 튜브에 설치된 집합 광섬유는 2개의 광섬유로 구성된 경우도 있고, 4개의 광섬유로 구성된 경우도 있다. 각각의 내부 튜브는 이후 접속함 등에서 분기될 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예를 도시하며, 도 5는 도 4에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다. 도 1 내지 도 3을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예는 초전도 케이블에 구비된 코어부(100)의 개수가 3개인 3상 초전도 케이블을 도시한다.

3상 초전도 케이블은 각각의 코어부(100)가 독립적으로 냉각부(200)를 구비하는 구조가 아니라 3개의 코어부(100) 외측에 냉각부(200)를 공유하는 구조를 가질 수 있으며, 상기 냉각부(200) 외측에 진공부(500) 역시 공유되는 구조일 수 있다.

그러므로, 통신 기능을 제공하기 위하여 상온의 외부 환경으로부터 복사 또는 대류 등을 방지하기 위한 이격 공간을 구비하는 상기 진공부 등에 통신 케이블을 배치하여 대용량 통신 선로를 함께 구축할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예의 단면도를 도시하며, 도 7은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.

도 1 내지 도 5을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다. 도 7에 도시된 실시예는 초전도 케이블에 구비된 코어부(100)의 개수가 3개인 3상 초전도 케이블을 도시한다.

도 6 및 도 7에 도시된 실시예는, 도 1 및 도 4에 도시된 실시예와 달리, 상기 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600)의 접촉을 방지하는 이격 수단으로서, 일반적인 종래의 스페이서를 하나도 채용하지 않고, 통신 케이블(10)만을 구비한 예이다.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예가 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600)의 접촉을 방지하는 이격 수단으로서의 스페이서가 최소 3개 필요한 초전도 케이블이라면, 적어도 3개의 통신 케이블로 스페이서를 대체할 수 있다.

도 2 및 도 4에 도시된 실시예는 이격 수단으로서 역할할 수 있는 통신 케이블(10)이 복수 개의 스페이서 중 일부를 대체하지만, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 모든 스페이서를 통신 케이블로 대체하여 대량 통신망을 하나의 초전도 케이블을 통해 제공할 수 있다는 점에서 차이가 있다.

따라서, 상온인 외부로부터의 열침입을 차단하기 위하여 형성된 진공부에 상기 통신 케이블을 배치하므로, 통신 케이블을 추가하여 발생되는 초전도 케이블의 부피 증가가 최소화함과 동시에 대량 통신망을 제공할 수 있다.

도 6, 도 7에 도시된 실시예는 다른 관점에서 아래와 같이 설명할 수 있다. 즉, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 진공부(500)의 이격 수단으로서 통신 케이블(10)이 사용되는 실시예이므로, 통신 케이블(10) 자체가 새로운 형태의 스페이서라 할 수 있다.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예에 사용된 스페이서는 종래의 중실(中實) 스페이서가 아니라 중곡 튜브 형태의 새로운 스페이서라 할 수 있다.

따라서, 중공 튜브 형태의 스페이서는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 그 내부에 광섬유 등이 삽입되면 광섬유가 삽입된 스페이서 자체가 통신 기능 및 이격 기능을 함께 제공할 수 있으며, 광섬유가 삽입된 스페이서가 통신 케이블이 된다고 볼 수 있다.

따라서, 본 발명은 포머, 초전도층, 절연층 및 초전도 차폐층을 포함하는 코어부(100), 상기 코어부를 냉각하기 위하여, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부(200), 상기 냉각부를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부 외측에 구비되는 진공부(500) 상기 진공부 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부(700) 및, 상기 진공부(500)에 상기 코어부(100)의 길이방향을 따라 배치되는 중공 튜브 형태의 적어도 1개의 스페이서 및 상기 스페이서의 내측에 삽입되어 통신 기능을 제공하기 위한 적어도 1개의 광섬유를 포함하는 초전도 케이블을 제공할 수 있다.

마찬가지로, 중공 튜브 형태의 상기 스페이서는 초전도 케이블의 제조단계에서 초전도 케이블 내에 장착되고, 상기 광섬유는 초전도 케이블의 포설 및 접속이 완료된 상태에서 공압에 의한 에어 블로운(air blown) 방식으로 삽입될 수 있으며, 이 경우, 상기 광섬유는 적어도 2개 이상의 광섬유가 일체화된 집합 광섬유 형태일 수 있다.

그리고, 전술한 종래의 중실 스페이서 또는 광섬유 수용 튜브와 마찬가지로, 상기 스페이서는 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리 에틸렌 재질로 구성되며, 상기 스페이서의 외측 직경은 5 밀리미터(mm) 내지 7 밀리미터(mm)일 수 있으며, 상기 스페이서의 두께는 0.8 밀리미터(mm) 내지 1.2 밀리미터(mm)일 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 : 초전도 케이블
10 : 통신 케이블
100 : 코어부
200 : 냉각부
300 : 내부 금속관
400 : 단열부
500 : 진공부
600 : 외부 금속관
700 : 시스부

Claims

포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도층, 상기 초전도층을 감싸는 절연층, 상기 절연층 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하여 구성되는 적어도 1층 이상의 초전도 차폐층을 포함하는 코어부;
상기 코어부를 냉각하기 위하여, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부;
상기 냉각부를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부 외부에 구비되며, 적어도 1개 이상의 유연성이 있는 로드(rod) 형태의 스페이서를 구비하는 진공부;
상기 진공부 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부; 및,
상기 진공부에 광선로 구축을 위하여 적어도 1개의 광섬유가 상기 코어부의 길이 방향으로 배치되는 통신 케이블;을 포함하는 초전도 케이블.
제1항에 있어서,
상기 냉각부 외측에는 융기 및 함몰이 반복되는 굴고 구조를 가지는 구조에 내부 금속관 및 상기 내부 금속관 외측에는 단열재가 여러 층으로 감겨진 단열층을 형성하는 단열부가 구비되며, 상기 온도 감지수단은 상기 단열부 외측에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제1항에 있어서,
상기 냉각부 내측에 구비되는 코어부는 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제1항에 있어서,
상기 광섬유는 광섬유 수용 튜브에 수용된 상태로 상기 진공부에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제4항에 있어서,
상기 광섬유 수용 튜브는 외장을 형성하는 외부 튜브 내에 적어도 1개 이상의 내부 튜브가 구비되며, 각각의 상기 내부 튜브는 적어도 1개의 광섬유가 수용 가능한 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제4항에 있어서,
상기 광섬유 수용 튜브는 초전도 케이블의 제조단계에서 초전도 케이블 내에 장착되고, 상기 광섬유는 초전도 케이블의 포설 및 접속이 완료된 상태에서 공압에 의한 에어 블로운(air blown) 방식으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제5항에 있어서,
상기 외부 튜브 내부의 내부 튜브에 삽입되는 광섬유는 적어도 2개 이상의 광섬유가 일체화된 집합 광섬유 형태인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제7항에 있어서,
상기 외부 튜브 내부에는 복수 개의 내부 튜브가 구비되고, 적어도 1개의 내부 튜브에 삽입된 집합 광섬유를 구성하는 광섬유의 개수는 다른 내부 튜브에 삽입된 집합 광섬유를 구성하는 광섬유의 개수와 다른 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제5항에 있어서,
상기 외부 튜브 및 상기 내부 튜브는 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리 에틸렌 재질로 구성되며, 상기 외부 튜브의 외측 직경은 5 밀리미터(mm) 내지 7 밀리미터(mm)일 수 있으며, 외부 튜브의 두께는 0.8 밀리미터(mm) 내지 1.2 밀리미터(mm)인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
포머, 초전도층, 절연층 및 초전도 차폐층을 포함하는 코어부;
상기 코어부를 냉각하기 위하여, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부;
상기 냉각부를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부 외측에 구비되는 진공부;
상기 진공부 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부; 및,
상기 진공부에 상기 코어부의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 냉각부와 상기 진공부 외측을 이격시키며 적어도 1개의 광섬유를 포함하여 광통신 선로 기능을 구비하는 복수 개의 이격 수단;을 포함하는 초전도 케이블.
제10항에 있어서,
상기 이격 수단은 상기 시스부 내측에 구비된 외부 금속관과 상기 진공부 내측에 구비되는 단열재가 여러 층으로 감겨진 단열부를 이격시키는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
삭제
제10항에 있어서,
상기 이격 수단은 폴리에틸렌 재질의 튜브를 포함하며, 상기 광섬유는 튜브 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제13항에 있어서,
상기 튜브는 외부 튜브와 상기 외부 튜브 내의 복수 개의 내부 튜브를 포함하며, 상기 광섬유는 에어 블로운 방식으로 상기 내부 튜브에 장착되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
포머, 초전도층, 절연층 및 초전도 차폐층을 포함하는 코어부;
상기 코어부를 냉각하기 위하여, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로를 구비하는 냉각부;
상기 냉각부를 진공 단열시키기 위하여, 상기 냉각부 외측에 구비되는 진공부;
상기 진공부 외측에 구비되어 시스층을 형성하는 시스부; 및,
상기 진공부에 상기 코어부의 길이방향을 따라 배치되는 중공 튜브 형태의 적어도 1개의 스페이서;
상기 스페이서의 내측에 삽입되어 광통신 선로 기능을 제공하기 위한 적어도 1개의 광섬유;를 포함하는 초전도 케이블.
제15항에 있어서,
상기 스페이서는 초전도 케이블의 제조단계에서 초전도 케이블 내에 장착되고, 상기 광섬유는 초전도 케이블의 포설 및 접속이 완료된 상태에서 공압에 의한 에어 블로운(air blown) 방식으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제16항에 있어서,
상기 광섬유는 적어도 2개 이상의 광섬유가 일체화된 집합 광섬유 형태인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
제16항에 있어서,
상기 스페이서는 폴리에틸렌 재질 또는 불화 폴리 에틸렌 재질로 구성되며, 상기 스페이서의 외측 직경은 5 밀리미터(mm) 내지 7 밀리미터(mm)일 수 있으며, 상기 스페이서의 두께는 0.8 밀리미터(mm) 내지 1.2 밀리미터(mm)인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.