KR102153319B1 - The superconducting magnet with improved thermal and electrical stability and Manufacturing method of the same - Google Patents
The superconducting magnet with improved thermal and electrical stability and Manufacturing method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102153319B1 KR102153319B1 KR1020180153341A KR20180153341A KR102153319B1 KR 102153319 B1 KR102153319 B1 KR 102153319B1 KR 1020180153341 A KR1020180153341 A KR 1020180153341A KR 20180153341 A KR20180153341 A KR 20180153341A KR 102153319 B1 KR102153319 B1 KR 102153319B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- epoxy
- carbon nanotubes
- superconducting magnet
- superconducting
- manufacturing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/04—Cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
Abstract
본 발명은 열·전기적 안전성이 향상된 초전도 마그넷 및 이의 제조방법에 관한 것으로 중심에 형성된 보빈; 상기 보빈의 외주면을 감은 초전도 선재 및 상기 초전도 선재의 외부를 에폭시로 함침하여 형성하되, 상기 에폭시에는 탄소나노튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 열·전기적 안전성이 향상된 초전도 마그넷 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a superconducting magnet with improved thermal and electrical safety and a method for manufacturing the same, and includes a bobbin formed at the center; A superconducting wire wound around the outer circumference of the bobbin and a superconducting magnet formed by impregnating the outside of the superconducting wire with epoxy, wherein the epoxy includes carbon nanotubes, and a method of manufacturing the same. .
Description
본 발명은 초전도 마그넷 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 극저온에서 사용되는 초전도 마그넷의 함침 물질 내 필러를 넣어 열 및 전기적 안정성을 향상시킨 초전도 마그넷 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting magnet and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a superconducting magnet and a method of manufacturing the same, which improves thermal and electrical stability by inserting a filler in an impregnated material of a superconducting magnet used at cryogenic temperatures.
고자장에 대한 연구가 발전함에 따라 초전도 마그넷은 의료분야 뿐만 아니라 전력, 에너지 분야에까지 응용되고 있다. 일반적으로 저온초전도 마그넷 또는 모터나 발전기 등의 회전을 하는 용도에 필요한 마그넷의 경우 극저온용 에폭시로 함침을 하게 된다. 초전도 마그넷에 에폭시를 함침하는 것은 마그넷의 로렌츠 힘을 완화시켜주고, 모터나 발전기와 같은 기기에 응용할 때 발생하는 기계적 진동을 견디도록 하는 이점도 있다. As research on high magnetic fields develops, superconducting magnets are being applied not only to medical fields, but also to power and energy fields. In general, in the case of a low-temperature superconducting magnet or a magnet required for rotation of a motor or generator, it is impregnated with cryogenic epoxy. Impregnating the superconducting magnet with epoxy has the advantage of easing the Lorentz force of the magnet and withstanding the mechanical vibrations that occur when applied to devices such as motors and generators.
그러나, 일반적이 초전도 마그넷의 경우 국부적인 열이 발생했을 때 열을 효율적으로 확산시키지 못하는 문제점이 있다.However, in the case of a general superconducting magnet, there is a problem in that heat cannot be efficiently diffused when local heat is generated.
도 1은 일반적인 초전도 마그넷에서 퀀치(quench)로 인해 열발생 모습을 대략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows heat generation due to quench in a general superconducting magnet.
기존에 나와있는 초전도 마그넷은 초전도 선재상에 에폭시가 함침되어 있는 데, 불특정 원인으로 인해 특정영역에 국부적 열이 발생했을 때 열을 제대로 확산시켜 바로 냉각시켜야 한다. Existing superconducting magnets have epoxy impregnated on a superconducting wire. When local heat is generated in a specific area due to an unspecified cause, heat must be properly diffused and cooled immediately.
그러나, 에폭시 물질의 낮은 열전도도로 인하여 발생한 열이 효율적으로 확산되지 못하여 초전도 마그넷에 손상을 주는 경우가 빈번이 발생한다.However, due to the low thermal conductivity of the epoxy material, the heat generated is not efficiently diffused, causing damage to the superconducting magnet frequently.
뿐만 아니라, 냉각 시 초전도 선재와 함침 물질인 에폭시 간의 열수축률 차이로 인하여 코일에 기계적인 내부응력이 발생하여 초전도 특성의 저하를 발생한다.In addition, during cooling, a mechanical internal stress is generated in the coil due to the difference in the heat contraction rate between the superconducting wire and the impregnating material epoxy, resulting in deterioration of superconducting properties.
이에 따라 초전도 마그넷의 특정영역에 국부적 열 발생시 효율적으로 열을 확산시킬 수 있으며, Accordingly, heat can be efficiently diffused when local heat is generated in a specific area of the superconducting magnet,
냉각시 열수축률 차이를 줄여 초전도 특성의 저하를 방지할 수 있는 초전도 선재의 개발이 요청되었다.The development of a superconducting wire that can prevent deterioration of superconducting properties by reducing the difference in heat shrinkage during cooling was requested.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 종래의 에폭시 함침으로 형성된 초전도 마그넷에서 국부적 열이 발생했을 때, 에폭시 물질의 낮은 열전도도로 열이 효율적으로 확산되지 못하는 문제점을 해결할 수 있는 초전도 마그넷을 제공하는 데 있다.In order to solve the above problem, an object of the present invention is to provide a superconducting magnet that can solve the problem that heat cannot be efficiently diffused due to low thermal conductivity of an epoxy material when localized heat is generated in a conventional superconducting magnet formed by impregnation with epoxy. Have.
또한, 본 발명의 다른 목적은 초전도 마그넷의 냉각시 초전도 선재와 함침한 에폭시 간의 열수축률 차이에 따라 기계적인 내부응력이 발생하는 데, 열수축률을 줄일 수 잇는 초전도 마그넷을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a superconducting magnet capable of reducing a thermal contraction rate in which mechanical internal stress is generated according to a difference in thermal contraction rate between a superconducting wire and an epoxy impregnated during cooling of the superconducting magnet.
본 발명의 일 측면에 따르면, 초전도 마그넷에 있어서, 중심에 형성된 보빈; 상기 보빈의 외주면을 감은 초전도 선재 및 상기 초전도 선재의 외부를 에폭시로 함침하여 형성하되, 상기 에폭시에는 탄소나노튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.According to an aspect of the present invention, in a superconducting magnet, the bobbin formed in the center; A superconducting magnet is formed by impregnating a superconducting wire wound around the outer circumference of the bobbin with an epoxy, and the epoxy includes carbon nanotubes.
또한 본 발명에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 표면처리를 통해 에폭시 내에서 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.In addition, according to the present invention, the carbon nanotubes provide a superconducting magnet characterized in that the carbon nanotubes are dispersed in the epoxy through surface treatment.
또한 본 발명에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 통해 형성함으로써 탄소나노튜브 표면에 COOH 기가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.In addition, according to the present invention, the surface treatment of the carbon nanotubes is formed through heat treatment in sulfuric acid and nitric acid solutions, thereby providing a superconducting magnet, characterized in that a COOH group is formed on the surface of the carbon nanotubes.
또한 본 발명에 따르면, 상기 에폭시 내에 탄소나노튜브가 포함되는 양은 0.1 ~ 5wt%인 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.In addition, according to the present invention, the amount of carbon nanotubes contained in the epoxy provides a superconducting magnet, characterized in that 0.1 ~ 5wt%.
또한 본 발명에 따르면, 초전도 마그넷 제조에 있어서, 중심에 형성된 보빈의 외주면에 초전도 선재를 감는 단계; 및 상기 초전도 선재 외부에 에폭시로 함침하는 단계를 포함하되, 상기 에폭시는 탄소나노튜브가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.In addition, according to the present invention, in the manufacture of a superconducting magnet, the steps of winding a superconducting wire on an outer peripheral surface of a bobbin formed at the center; And impregnating the outside of the superconducting wire with epoxy, wherein the epoxy contains carbon nanotubes. A method of manufacturing a superconducting magnet is provided.
또한 본 발명에 따르면, 에폭시에 포함되어 있는 탄소나노튜브의 분산도를 높이기 위해 표면처리한 탄소나노튜브를 이용하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.In addition, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a superconducting magnet, characterized in that the surface-treated carbon nanotubes are used to increase the degree of dispersion of the carbon nanotubes contained in the epoxy.
또한 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 실시함으로써 작용기를 형성하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.In addition, according to the present invention, the surface treatment of the carbon nanotubes provides a method for manufacturing a superconducting magnet, characterized in that the functional groups are formed by performing heat treatment in sulfuric acid and nitric acid solutions.
또한 본 발명에 따르면, 상기 에폭시 내에 탄소나노튜브를 0.1 ~ 5wt%가 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.In addition, according to the present invention, it provides a method for manufacturing a superconducting magnet, characterized in that 0.1 ~ 5wt% of carbon nanotubes are included in the epoxy.
또한 본 발명에 따르면, 상기 탄소나노튜브가 포함됨으로 인해 초전도 마그넷의 열 및 전기적 안정성을 향상하고 상기 초전도 선재와 상기 에폭시 간의 열수축율 차이를 줄여 초전도 특성 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.In addition, according to the present invention, since the carbon nanotubes are included, the thermal and electrical stability of the superconducting magnet is improved, and the difference in the thermal contraction rate between the superconducting wire and the epoxy is reduced to prevent deterioration of superconducting properties. Provides.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 초전도 마그넷에 표면처리한 탄소나노튜브를 필러로 넣은 에폭시를 함침함으로써 에폭시의 열전도도를 높여 국부적 열이 발생했을 때 효율적으로 열을 확산하여 초전도 마그넷의 열 및 전기적 안정성을 높이는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, by impregnating a superconducting magnet with an epoxy containing a surface-treated carbon nanotube as a filler, the thermal conductivity of the epoxy is increased and the heat is efficiently diffused when local heat is generated. It has the advantage of increasing stability.
또한, 본 발명에 따른 열·전기적 안전성이 향상된 초전도 마그넷 및 이의 제조방법은 냉각 시 발생하는 초전도 선재와 에폭시 간의 열수축률 차이를 줄여 초전도 특성의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the superconducting magnet with improved thermal and electrical safety according to the present invention and a method of manufacturing the same have an effect of preventing deterioration of superconducting properties by reducing a difference in thermal contraction rate between the superconducting wire and epoxy generated during cooling.
도 1은 일반적인 초전도 마그넷에서 퀀치(quench)로 인해 열발생 모습을 대략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 마그넷의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 에폭시에 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브와 표면처리를 한 탄소나노튜브의 SEM 사진이다.
도 4는 초전도 마그넷의 구성인 에폭시에 탄소나노튜브를 넣었을 때 상온에서 극저온(77K)에 도달하는 시간을 나타낸 그래프이다.
도 5는 에폭시에 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷의 퀀치 테스트를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷을 상온에서 냉각하고, 임계전류를 측정한 뒤, 다시 상온으로 가열하는 과정을 22번 반복하여 측정한 임계전류 값을 나타낸 것이다.1 schematically shows heat generation due to quench in a general superconducting magnet.
2 is a cross-sectional view of a superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
3 is a SEM photograph of carbon nanotubes that are not surface-treated with epoxy and carbon nanotubes subjected to surface treatment.
4 is a graph showing the time from room temperature to cryogenic temperature (77K) when carbon nanotubes are put in the epoxy, which is the configuration of the superconducting magnet.
5 is a graph showing a quench test of a superconducting magnet including carbon nanotubes in epoxy.
6 shows the critical current value measured by repeating the process of cooling a superconducting magnet including carbon nanotubes at room temperature, measuring a critical current, and heating it to room temperature again 22 times.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more completely describe the present invention to those with average knowledge in the art. Therefore, the shape of the element in the drawings has been exaggerated to emphasize a clearer description.
본 발명은 열·전기적 안전성이 향상된 초전도 마그넷 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 중심에 형성된 보빈; 상기 보빈의 외주면을 감은 초전도 선재 및 상기 초전도 선재의 외부를 에폭시로 함침하여 형성하되, 상기 에폭시에는 탄소나노튜브가 포함된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a superconducting magnet with improved thermal and electrical safety and a method for manufacturing the same, comprising: a bobbin formed at the center; A superconducting wire wound around the outer circumferential surface of the bobbin and the outer surface of the superconducting wire are impregnated with epoxy, wherein the epoxy includes carbon nanotubes.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 마그넷의 단면도를 나타낸 것이다.2 is a cross-sectional view of a superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
초전도 마그넷(100)은 보빈(110), 초전도 선재(120), 에폭시 함침(130)을 포함할 수 있다.The
상기 보빈(110)은 초전도 마그넷(100)의 중심에 배치되는 데, 보빈으로 이용할 수 있는 재료로는 열전도도가 낮은 베이크라이트 물질이 이용될 수 있다.The
또한, 상기 보빈(110)의 외주면을 따라 초전도 선재(120)가 형성될 수 있다. 상기 초전도 선재(120은 여러 회를 통해 상기 보빈에 감겨 형성될 수 있다.In addition, a
상기 초전도 선재(120)는 30K 미만에서 초전도성을 갖는 저온초전도체와 30K 이상의 온도에서 초전도성을 갖는 고온 초전도체를 모두 포함할 수 있다. 상기 초전도 선재(120)는 초전도 물질의 임계온도 이하의 온도에서 저항없이 전류가 흐를 수 있는 것이 특징이다. The
초전도 선재(120) 외부에는 에폭시(130)로 함침 되어 있는 데, 상기 에폭시 에는 표면처리한 탄소나노튜브를 첨가할 수 있다.The outside of the
초전도 마그넷은 초전도 마그넷에 구성되어 있는 초전도 선재(120)에 국부적인 열이 발생하였을 때, 이를 효율적으로 확산시켜 초전도 마그넷의 안정성을 높여야 한다. 그렇지 않으면 열로 인해 초전도 선재(120)가 초전도성을 잃고 저항이 증가할 수 있다.When local heat is generated in the
이에 따라 본 발명에서는 초전도 선재(120) 외부에 에폭시를 함침시키되 열도전율이 높은 탄소나노튜브를 포함시켰다. 탄소나노튜브를 넣어 에폭시의 열전도도를 높이면 효율적으로 열을 확산시켜 초전도 마그넷(100)의 열 및 전기적 안정성을 높일 수 있다. Accordingly, in the present invention, the
또한, 냉각 시에도 초전도 선재(120)와 극저온 에폭시(130) 간의 열수축률의 차이로 인하여 초전도 마그넷(100) 내의 기계적 내부 응력이 발생할 수 있는 데, 이는 초전도 마그넷(100)의 초전도 특성 저하를 일으킬 수 있다. 이를 위해 에폭시(130)에 탄소나노튜브를 넣음으로써 초전도 선재(120)와 에폭시(130) 간의 열수축률 차이를 줄일 수 있도록 하였다.In addition, even during cooling, mechanical internal stress in the
본 발명에서 에폭시에 포함된 탄소나노튜브는 에폭시 내에서 분산도를 높이기 위해 표면처리한 탄소나노튜브를 이용할 수 있다.In the present invention, the carbon nanotubes included in the epoxy may be surface-treated carbon nanotubes to increase dispersion in the epoxy.
도 3은 에폭시에 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브와 표면처리한 탄소나노튜브의 SEM 사진이다.3 is a SEM photograph of carbon nanotubes not surface-treated with epoxy and carbon nanotubes surface-treated.
도 3을 참조하면, 상기 에폭시(130)에 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣었을 때, 탄소나노튜브가 에폭시(130) 내에서 균일한 분산이 이루어지지 않는다(도 3의 (a) 참조). 이 경우 열전도율이 높은 탄소나노튜브가 일정구역에만 존재하여 고르게 분산되어 있지 않기 때문에 효율적인 열전도도 향상을 기대하기 어렵다.Referring to FIG. 3, when the non-surface-treated
반면에 탄소나노튜브에 표면처리를 하게 되면 에폭시내에서 고르게 분산되어 형성될 수 있다.On the other hand, if the carbon nanotubes are surface-treated, they can be formed evenly dispersed in the epoxy.
탄소나노튜브에 표면처리를 하는 방법으로는 황산 및 질산을 이용하여 할 수 있다. 상기 황산 및 질산을 3 : 1의 질량비율로 약 100℃에서 약 30분간 열처리를 통해 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 얻을 수 있다.As a method of surface treatment on carbon nanotubes, sulfuric acid and nitric acid can be used. The sulfuric acid and nitric acid are subjected to heat treatment at about 100° C. for about 30 minutes at a mass ratio of 3: 1 to obtain a surface-treated
약 30분간 열처리를 한 후 멤브레인을 통해 황산 및 질산을 걸러내어 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 얻는데, 탄소나노튜브를 표면처리하면 탄소나노튜브에 COOH 작용기가 형성되어 에폭시 내에서 탄소나노튜브간 분산도를 향상시킨다.After heat treatment for about 30 minutes, sulfuric acid and nitric acid are filtered through a membrane to obtain surface-treated
즉, 표면처리를 통해 탄소나노튜브 표면에 작용기를 형성하여 에폭시(130)내 탄소나노튜브의 분산도를 높일 수 있다.(도 3의 (b) 참조)That is, by forming a functional group on the surface of the carbon nanotubes through surface treatment, the degree of dispersion of the carbon nanotubes in the epoxy 130 can be increased (see (b) of FIG. 3).
또한, 본 발명은 에폭시 내에 탄소나노튜브가 포함시키는 데, 탄소나노튜브가 에폭시내에 포함되는 양은 0.1 ~ 5wt%인 것이 바람직하다. 상기 범위로 탄소나노튜브가 포함되어 있는 경우 에폭시의 열전도도를 높여 국부적 열이 발생했을 때 효율적으로 열을 확산할 수 있다.In addition, in the present invention, the carbon nanotubes are included in the epoxy, and the amount of the carbon nanotubes contained in the epoxy is preferably 0.1 to 5 wt%. When carbon nanotubes are included in the above range, the thermal conductivity of the epoxy is increased, and heat can be efficiently diffused when local heat is generated.
도 4는 초전도 마그넷의 구성인 에폭시에 탄소나노튜브를 넣었을 때 상온에서 극저온(77K)에 도달하는 시간을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the time from room temperature to cryogenic temperature (77K) when carbon nanotubes are put in the epoxy, which is a configuration of a superconducting magnet.
초전도 마그넷에서 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)에서 열전대(160)를 측정한 것이다.(도 2의 열전대(160) 위치 참조)In the superconducting magnet, the
도 4는 에폭시에 탄소나노튜브가 포함되어 있는 초전도 마그넷을 상온에서 극저온(77K)에 도달하는 시간을 보여주는 데, 도 4의 (a)는 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브를 넣었을 때이며, 도 4의 (b)는 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때 극저온(77K)에 도달하는 시간을 나타낸다. 극저온(77K)에 도달하는 실험은 액체질소에 넣음으로써 실시할 수 있다.Figure 4 shows the time to reach a superconducting magnet containing carbon nanotubes in epoxy from room temperature to cryogenic (77K), Figure 4(a) is when carbon nanotubes without surface treatment are put, and (b) shows the time to reach the cryogenic temperature (77K) when the surface-treated carbon nanotubes are put. Experiments that reach cryogenic temperatures (77K) can be conducted by placing them in liquid nitrogen.
도 4의 (a)를 참조하면, 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브를 넣었을 때, 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)이 모두 극저온(77K)에 도달하는 시간은 58.2초이다.Referring to FIG. 4A, when a carbon nanotube without surface treatment is put, the time for all of the epoxy innermost shell (TC1), the epoxy middle (TC2), and the epoxy outermost shell (TC3) to reach a cryogenic temperature (77K) Is 58.2 seconds.
도 4의 (b)를 참조하면, 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때, 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)이 모두 극저온(77K)에 도달하는 시간은 38.2초이다.Referring to Figure 4 (b), when the surface-treated carbon nanotubes are put, the time for all of the epoxy innermost shell (TC1), the epoxy middle (TC2), and the epoxy outermost shell (TC3) to reach a cryogenic temperature (77K) is It's 38.2 seconds.
이에 반해 탄소나노튜브를 넣지 않고 에폭시만을 이용해 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)이 모두 극저온(77K)에 도달하는 시간은 468.1초이다.On the other hand, the time for all of the epoxy innermost (TC1), the middle of the epoxy (TC2), and the outermost of the epoxy (TC3) to reach a cryogenic temperature (77K) using only epoxy without adding carbon nanotubes is 468.1 seconds.
이에 따라, 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브를 넣었을 때의 초전도 마그넷의 극저온(77K)에 도달시간은 58.2초로 기존 에폭시 만을 넣었을 때(468.1초)에 비해 7.0배 향상되었으며, 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때의 초전도 마그넷의 극저온(77K)에 도달시간은 39.8초로 기존 에폭시 만을 넣었을 때(468.1초)에 비해 11.8배 향상됨을 확인할 수 있다.Accordingly, the time to reach the cryogenic temperature (77K) of the superconducting magnet when the carbon nanotubes without surface treatment were inserted is 58.2 seconds, which is 7.0 times higher than that of the existing epoxy alone (468.1 seconds). When inserted, the time to reach the cryogenic temperature (77K) of the superconducting magnet is 39.8 seconds, which is 11.8 times improved compared to the case of inserting only the existing epoxy (468.1 seconds).
이에 따라 탄소나노튜브가 포함되었을 때 기존 에폭시 만을 넣었을 때에 비해 효율적인 열전도도로 인해 빨리 냉각되며, 특히 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때 보다 빨리 냉각되는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be seen that when carbon nanotubes are included, they are cooled faster due to efficient thermal conductivity compared to when only existing epoxy is added, and in particular, they are cooled faster than when carbon nanotubes with surface treatment are added.
도 5는 에폭시에 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷의 퀀치 테스트를 그래프로 나타낸 것이다.5 is a graph showing a quench test of a superconducting magnet including carbon nanotubes in epoxy.
도 5의 (a)는 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣었을 때 퀀치 테스트를, 도 5의 (b)는 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때 퀀치 테스트를 보여준다.FIG. 5(a) shows a quenching test when a
퀀치 테스트는 운전전류 93.6A를 인가하고, 히터를 통해 열에너지를 가하여 퀀치가 발생하는 최소 에너지(minimum quench energy, MQE)를 확인함으로써 초전도 마그넷(100)이 열 및 전기적 안정성을 평가할 수 있다. MQE가 클수록 열 및 전기적으로 안정하다고 평가할 수 있다.In the quench test, the
도 5의 (a)의 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣었을 때 퀀치가 발생하는 최소 에너지(MQE)는 2.0J 인데 반해, 도 5의 (b)의 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣었을 때 퀀치가 발생하는 최소 에너지(MQE)는 5.0J로 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣었을 때 MQE가 2.5배 높아서, 표면처리한 탄소나노튜브가 에폭시에 함침되어 있을 때 열 및 전기적으로 더 안정하다고 평가할 수 있다.The minimum energy (MQE) for quenching when the
도 6은 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷을 상온에서 냉각하고, 임계전류를 측정한 뒤, 다시 상온으로 가열하는 과정을 22번 반복하여 측정한 임계전류 값을 나타낸 것이다.6 shows a critical current value measured by repeating the process of cooling a superconducting magnet including carbon nanotubes at room temperature, measuring a critical current, and heating it to room temperature again 22 times.
도 5를 참조하면, 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)이 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷보다 초전도 특성 저하가 적은 것을 보여준다.5, a
표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)은 20회 반복시까지 임계전류값이 변화가 없었는 데 반해, 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)은 14회 반복시부터 임계전류값이 떨어져서 21회 반복시에는 많은 값이 떨어지는 것을 확인 할 수 있다.The
이는 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)이 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷보다 초전도 선재와 에폭시 간의 열수축률 차이가 적은 것을 보여준다.This is compared to the
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The detailed description above is illustrative of the present invention. In addition, the above description shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications and environments. That is, changes or modifications may be made within the scope of the concept of the invention disclosed in the present specification, the scope equivalent to the disclosed contents, and/or the skill or knowledge of the art. The above-described embodiments describe the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in the specific application fields and uses of the present invention are possible. Therefore, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiment. In addition, the appended claims should be construed as including other embodiments.
100 : 초전도 마그넷
110 : 보빈 120 : 초전도 선재
130 : 에폭시 140 : 전류도입선
150 : 히터 160 : 열전대
170 : 전압탭 180 : 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브
190 : 표면처리한 탄소나노튜브100: superconducting magnet
110: bobbin 120: superconducting wire
130: epoxy 140: current lead wire
150: heater 160: thermocouple
170: voltage tap 180: carbon nanotubes without surface treatment
190: surface-treated carbon nanotubes
Claims (9)
중심에 형성된 보빈;
상기 보빈의 외주면을 감은 초전도 선재 및
상기 초전도 선재의 외부를 에폭시로 함침하여 형성하되,
상기 에폭시에는 탄소나노튜브가 포함되고,
상기 탄소나노튜브는 표면처리를 통해 에폭시 내에서 분산되며,
상기 탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 통해 형성함으로써 탄소나노튜브 표면에 COOH 기가 형성되는 초전도 마그넷.
In the superconducting magnet,
A bobbin formed in the center;
A superconducting wire wound around the outer peripheral surface of the bobbin and
Formed by impregnating the outside of the superconducting wire with epoxy,
The epoxy contains carbon nanotubes,
The carbon nanotubes are dispersed in epoxy through surface treatment,
The surface treatment of the carbon nanotubes is a superconducting magnet in which a COOH group is formed on the surface of the carbon nanotubes by heat treatment in sulfuric acid and nitric acid solutions.
상기 에폭시 내에 탄소나노튜브가 포함되는 양은 0.1 ~ 5wt%인 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
The method of claim 1,
Superconducting magnet, characterized in that the amount of carbon nanotubes contained in the epoxy is 0.1 ~ 5wt%.
중심에 형성된 보빈의 외주면에 초전도 선재를 감는 단계; 및
상기 초전도 선재 외부에 에폭시로 함침하는 단계를 포함하되,
상기 에폭시는 탄소나노튜브가 포함되고,
상기 에폭시에 포함되어 있는 탄소나노튜브의 분산도를 높이기 위해 표면처리한 탄소나노튜브를 이용하며,
상기 탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 실시함으로써 작용기를 형성하는 초전도 마그넷 제조방법.
In the manufacture of a superconducting magnet,
Winding a superconducting wire on the outer peripheral surface of the bobbin formed in the center; And
Including the step of impregnating the outside of the superconducting wire with epoxy,
The epoxy contains carbon nanotubes,
A surface-treated carbon nanotube is used to increase the degree of dispersion of the carbon nanotubes contained in the epoxy,
The surface treatment of the carbon nanotubes is a method of manufacturing a superconducting magnet in which a functional group is formed by performing heat treatment in a sulfuric acid and nitric acid solution.
상기 에폭시 내에 탄소나노튜브를 0.1 ~ 5wt%가 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법.
The method of claim 5,
Method for manufacturing a superconducting magnet, characterized in that 0.1 ~ 5wt% of carbon nanotubes are included in the epoxy.
상기 탄소나노튜브가 포함됨으로 인해 초전도 마그넷의 열 및 전기적 안정성을 향상하고 상기 초전도 선재와 상기 에폭시 간의 열수축율 차이를 줄여 초전도 특성 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법.The method of claim 5,
A method of manufacturing a superconducting magnet, characterized in that, since the carbon nanotubes are included, the thermal and electrical stability of the superconducting magnet is improved, and a difference in thermal contraction rate between the superconducting wire and the epoxy is reduced to prevent deterioration of superconducting properties.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/229,157 US11631514B2 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | Superconducting magnet with improved thermal and electrical stabilities and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20170184824 | 2017-12-29 | ||
| KR1020170184824 | 2017-12-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190082086A KR20190082086A (en) | 2019-07-09 |
| KR102153319B1 true KR102153319B1 (en) | 2020-09-08 |
Family
ID=67261971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180153341A KR102153319B1 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-03 | The superconducting magnet with improved thermal and electrical stability and Manufacturing method of the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102153319B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101665038B1 (en) * | 2016-01-11 | 2016-10-13 | 한국기초과학지원연구원 | electrically conductive material impregnated no-insulation superconducting coil and manufacturing apparatus of the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100673432B1 (en) * | 2005-05-20 | 2007-01-24 | 경남대학교 산학협력단 | Method for preparation of a carbon composite containing carbon nanotube |
-
2018
- 2018-12-03 KR KR1020180153341A patent/KR102153319B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101665038B1 (en) * | 2016-01-11 | 2016-10-13 | 한국기초과학지원연구원 | electrically conductive material impregnated no-insulation superconducting coil and manufacturing apparatus of the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190082086A (en) | 2019-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100662754B1 (en) | Resistive type superconducting fault current limiter | |
| KR101665038B1 (en) | electrically conductive material impregnated no-insulation superconducting coil and manufacturing apparatus of the same | |
| JP2018117042A (en) | High-temperature superconducting permanent current switch and high-temperature superconducting magnet device | |
| KR102153319B1 (en) | The superconducting magnet with improved thermal and electrical stability and Manufacturing method of the same | |
| US11631514B2 (en) | Superconducting magnet with improved thermal and electrical stabilities and method for manufacturing the same | |
| KR101888503B1 (en) | Power supply for conduction cooled superconducting equipment | |
| CN207124095U (en) | The nonisulated superconducting coil of encapsulating | |
| KR101649291B1 (en) | Superconducting coils using partial insulation winding technique and manufacturing method thereof | |
| Schmidt et al. | A cure against ‘training’of superconducting magnets | |
| US3466581A (en) | Winding for a magnet coil of high field strength and method of manufacturing the same | |
| Matsuo et al. | Study on hot-spot temperature limits of epoxy-impregnated coil wound with Bi/Ag sheathed wire to be safe from damage caused by quenches | |
| Tasaki et al. | Testing of the world's largest HTS experimental magnet with Ag-sheathed Bi-2223 tapes for Si single crystal growth applications | |
| KR101344197B1 (en) | Super conducting electric power generation system | |
| KR20120063221A (en) | Superconducting generators to prevent heat generation | |
| JPS6028150B2 (en) | Thermal persistent current switch | |
| RU196997U1 (en) | COOLING COOLER COOLING UNIT | |
| Liu et al. | Quench characteristics comparison between solid nitrogen and conduction cooled REBCO coil under thermal disturbance and over current pulse | |
| KR102532425B1 (en) | A conduction cooling type high temperature superconducting coil manufacturing method | |
| JP2013131689A (en) | Superconducting coil of induction apparatus for power | |
| JP3172096B2 (en) | Superconducting switch | |
| JPS61272902A (en) | Superconductive winding | |
| JPH0287423A (en) | Ac superconductor wire | |
| Volkov et al. | Investigation of nanomaterial for criogenic applications | |
| JPS6218005Y2 (en) | ||
| JPH01194856A (en) | Electric motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |