KR102876094B1 - Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet - Google Patents
Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnetInfo
- Publication number
- KR102876094B1 KR102876094B1 KR1020240116516A KR20240116516A KR102876094B1 KR 102876094 B1 KR102876094 B1 KR 102876094B1 KR 1020240116516 A KR1020240116516 A KR 1020240116516A KR 20240116516 A KR20240116516 A KR 20240116516A KR 102876094 B1 KR102876094 B1 KR 102876094B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- temperature superconducting
- superconducting wire
- stack
- temperature
- copper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
- G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
- H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/70—High TC, above 30 k, superconducting device, article, or structured stock
- Y10S505/704—Wire, fiber, or cable
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/879—Magnet or electromagnet
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/917—Mechanically manufacturing superconductor
- Y10S505/924—Making superconductive magnet or coil
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 고온초전도 선재 스택; 및 고온초전도 선재 스택들 각각을 감싸도록 배치된 구리 래핑 또는 구리 관을 포함한다.A conductor assembly according to one embodiment of the present invention comprises a high-temperature superconducting wire stack in which a plurality of high-temperature superconducting wires are laminated; and a copper wrapping or copper tube arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks.
Description
본 발명은 스택 기반 고온초전도 도체 및 자석에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온초전도 선재를 적층하여 제조되는 고온초전도 자석용 관내 도체, 고온초전도 자석, 스택 기반 고온초전도 접합, 스택 기반 고온초전도 전류 리드에 관한 것이다.The present invention relates to a stack-based high-temperature superconducting conductor and magnet, and more particularly, to a conductor inside a high-temperature superconducting magnet manufactured by stacking high-temperature superconducting wires, a high-temperature superconducting magnet, a stack-based high-temperature superconducting joint, and a stack-based high-temperature superconducting current lead.
중성자와 에너지 생산을 위한 소형 핵융합로는 토로이드(toroid) 플라즈마 챔버와 자장을 발생시키는 플라즈마 구속 시스템으로 구성되며, 플라즈마 발생을 위해서는 77K 이하의 저온에서 운전되는 초전도 토로이드형 자석을 사용다. 토로이드 자장은 중성자와 에너지 출력을 증가시키기 위해 5T 이상으로 증가가 가능하다. 이러한 자석용 케이블의 성능이 대량의 플라즈마 발생을 일으키는 대형자석의 성능에 중요한 요소가 된다.A compact fusion reactor for neutron and energy production consists of a toroidal plasma chamber and a plasma confinement system that generates a magnetic field. Superconducting toroidal magnets operating at temperatures below 77K are used to generate the plasma. The toroidal magnetic field can be increased to 5T or more to increase neutron and energy output. The performance of these magnet cables is a critical factor in determining the performance of the large magnets that generate large amounts of plasma.
그러나, 종래에 사용되던 토로이드형 저온초전도 자석의 경우 재료 자체 특성으로 인하여 16T 이상의 초고자기장 발생이 어렵고, 4.2K 근방의 액체 헬륨 운용으로 냉각비용이 매우 높아 경제성이 낮을 뿐만 아니라, 과전류로 인한 자석의 손상으로부터 보호가 어려워 낮은 열적 안정성과 성능저하없이 강한 로렌츠힘을 견딜 수 있는 기계적 강도 특성이 낮아 반복적인 전자기력 인가에 의한 성능 감소가 발생된다는 문제점이 있었다.However, in the case of the toroidal low-temperature superconducting magnets used in the past, it is difficult to generate an ultra-high magnetic field of 16 T or more due to the characteristics of the material itself, and the cooling cost is very high due to the operation of liquid helium around 4.2 K, so not only is it low in economic feasibility, but it is also difficult to protect the magnet from damage due to overcurrent, so there is a problem that the thermal stability is low and the mechanical strength characteristics that can withstand the strong Lorentz force without performance degradation occur, resulting in a decrease in performance due to repeated application of electromagnetic force.
이에 고온초전도체 자석으로 대체하여 사용할 수 있도록 하는 관내 도체형 대전류 케이블의 개발이 이루어 지고 있다. 구체적으로 미국의 Advanced Conductor technology에서 개발한 고온초전도체 (https://www.advancedconductor.com/corccable/cables-and-wires-for-fusion-magnets/) 의 경우 중공이 존재하는 원형 케이블 내부에 단면이 원형인 케이블 형태의 고온초전도체가 중공을 둘러싸고 복수 포함되는 형태로 이루어져 있으며, 이탈리아의 ENEA 에서 개발한 고온초전도체 (celentano, G., etal. "Design of an Industrially Feasible Twisted-Stack HTS Cable-in-Conduit Conductor for Fusion Application",IEEE Trans. Appl. Supercon. 24, no. 3 (2013):1-5.)의 경우 원통형의 긴 케이블로 이루어져 있으며 중공 주위에 트위스팅된 구리 스페이서가 배치되도록 구성하였다. 미국의 MIT PSFC에서 개발한 고온초전도체 (Hartwig, Zachary S., et al. "an industrially scalable high-current high- temperature super conductor cable.", Supercond. Sci. Technol. 33, no 11(2020); 11LT01) 의 경우 역시 단면이 원형인 케이블 내 중공을 포함하고 그 중공 둘레에 단면이 사각인 케이블 형태의 HTS가 복수 배치되도록 구성되어 있으며, 미국의 Accelerator Research Laboratory에서 개발한 고온초전도체 (Mclntyre, Peter M., John Rogers, and Akhdiyor Sattarov. "Blocks-in-Conduit: REBCO cable for a 20T@20K toroid for compact fusion tokamaks.",IEEE Trans. Appl. Supercond. 31, no. 5 (2021): 1-5.)의 경우에도 중공을 구비한 원통형 케이블 형태에 복수의 직사각형 고온초전도체가 복수 둘러싸고 복수의 초전도체 사이에는 또다른 원통형 공간들이 존재하도록 구성한 바 있다.Accordingly, development of a high-current cable in the form of a conductor inside a conduit is being carried out so that it can be used as a replacement for a high-temperature superconducting magnet. Specifically, the high-temperature superconductor developed by Advanced Conductor technology in the United States (https://www.advancedconductor.com/corccable/cables-and-wires-for-fusion-magnets/) is composed of a hollow circular cable with multiple high-temperature superconductors in the form of cables with a circular cross-section surrounding the hollow core, and the high-temperature superconductor developed by ENEA in Italy (celentano, G., et al. "Design of an Industrially Feasible Twisted-Stack HTS Cable-in-Conduit Conductor for Fusion Application", IEEE Trans. Appl. Supercon. 24, no. 3 (2013):1-5.) is composed of a long cylindrical cable with twisted copper spacers arranged around the hollow core. In the case of the high-temperature superconductor developed by MIT PSFC in the U.S. (Hartwig, Zachary S., et al. "an industrially scalable high-current high-temperature super conductor cable.", Supercond. Sci. Technol. 33, no. 11(2020); 11LT01), it is also configured to include a hollow section within a cable with a circular cross-section and to have multiple HTSs in the form of a cable with a square cross-section arranged around the hollow section, and in the case of the high-temperature superconductor developed by Accelerator Research Laboratory in the U.S. (Mclntyre, Peter M., John Rogers, and Akhdiyor Sattarov. "Blocks-in-Conduit: REBCO cable for a 20T@20K toroid for compact fusion tokamaks.", IEEE Trans. Appl. Supercond. 31, no. 5 (2021): 1-5.), multiple rectangular high-temperature superconductors are also arranged around a cylindrical cable with a hollow section. It has been configured so that there are additional cylindrical spaces between multiple superconductors.
또한, 특허문헌 대한민국 공개특허공보 제2021-0026613호에서는 초전도층이 적층된 형태로 다층구조를 이루는 고온초전도 선재에 대해 게시하고 있다. 상기 선행기술문헌에서 제조되는 고온초전도 선재는 하나의 층 상에 여러층을 쌓아올려 제조되었다.Furthermore, Korean Patent Publication No. 2021-0026613 discloses a high-temperature superconducting wire having a multilayer structure in which superconducting layers are laminated. The high-temperature superconducting wire manufactured in the above prior art document was manufactured by stacking multiple layers on top of a single layer.
그러나, 이러한 종래의 개발중인 고온초전도체(HTS)의 구성은 토로이드형 초전도체로서 충분한 성능과 시스템 수명을 나타내지 못하는 문제점이 있었다.However, the configuration of these conventional high-temperature superconductors (HTS) under development has the problem of not being able to exhibit sufficient performance and system life as a toroidal superconductor.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 20T 이상의 초고자기장 발생이 가능하면서 20K에서 운전이 가능하여 낮은 냉각비용으로 인한 높은 경제성을 나타낼 뿐 아니라 무절연 또는 부분 절연으로 인한 높은 안정성을 나타내고 뛰어난 기계적 특성으로 인한 시스템의 운전 수명을 증대시킬 수 있는 고온초전도 자석 혹은 고온초전도 자석용 관내 도체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to provide a high-temperature superconducting magnet or a conductor inside a tube for a high-temperature superconducting magnet, which can generate an ultra-high magnetic field of 20 T or more and operate at 20 K, thereby exhibiting high economic efficiency due to low cooling costs, as well as exhibiting high stability due to non-insulation or partial insulation, and increasing the operating life of the system due to excellent mechanical properties.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 스택 중에서 리드 저항에 의하여 서로 다른 전류가 흐르더라도, 열원에 의하여 저항이 증가하면, 전체적으로 전류가 균일하게 흐르는 전류 재분배 현상이 발생한다.According to one embodiment of the present invention, even if different currents flow due to lead resistance among high-temperature superconducting stacks, when the resistance increases due to a heat source, a current redistribution phenomenon occurs in which the current flows uniformly throughout the stack.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고온 초전도 번들 중에서 하나의 고온 초전도 스택의 리드 저항에 의하여 서로 다른 전류가 흐르더라도, 열원에 의하여 저항이 증가하면, 전체적으로 전류가 균일하게 흐르는 전류 재분배 현상이 발생하는 고온 초전도 선재 스택, 고온 초전도 번들, 리드, 커넥터, 전자석, 전자석 시스템을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a high-temperature superconducting wire stack, a high-temperature superconducting bundle, a lead, a connector, an electromagnet, and an electromagnet system, in which, even if different currents flow due to the lead resistance of one high-temperature superconducting stack among high-temperature superconducting bundles, when the resistance increases due to a heat source, a current redistribution phenomenon occurs in which the current flows uniformly throughout the entire stack.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고온 초전도 선재 스텍을 사용하여 권선하여 권선형 코일을 제공하고, 권선시 스페이스 영역에 SUS 보강제로 채워서 구조적 안정성 및 ??치 안정성이 확보된 전자석을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a wound coil by winding using a high-temperature superconducting wire stack, and to provide an electromagnet in which structural stability and ?? stability are secured by filling the space area with SUS reinforcing material during winding.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 금속 절연층을 포함하는 고온 초전도 선재 스택으로 권선된 권선형 코일을 제공하고, 금속 절연층을 사용하여 작은 인덕턴스에 의한 충방전 시간을 감소시키고, ??치 안정성이 확보된 전자석을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a wound coil wound with a high-temperature superconducting wire stack including a metal insulating layer, reduce the charge/discharge time by using the metal insulating layer due to small inductance, and provide an electromagnet with secured voltage stability.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고온 초전도 선재 스택을 사용한 조인트, 커넥터, 리드를 제공하여 안정적 전기적 연결을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a joint, connector, and lead using a high-temperature superconducting wire stack to provide a stable electrical connection.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the description below.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 고온초전도 선재 스택; 및 고온초전도 선재 스택들 각각을 감싸도록 배치된 구리 래핑 또는 구리 관을 포함한다.A conductor assembly according to one embodiment of the present invention comprises a high-temperature superconducting wire stack in which a plurality of high-temperature superconducting wires are laminated; and a copper wrapping or copper tube arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재 스택이 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들을 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a high-temperature superconducting wire bundle in which the high-temperature superconducting wire stack is two-dimensionally arranged can be provided.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재 스택에서, 상기 고온초전도 선재들이 적층된 회수는 상기 고온초전도 선재의 폭에 대응하는 두께를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the high-temperature superconducting wire stack, the number of times the high-temperature superconducting wires are stacked may have a thickness corresponding to the width of the high-temperature superconducting wire.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재들 각각은, 기판; 상기 기판 상에 배치된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치된 고온 초전도층; 및 상기 고온 초전도층 및 상기 기판을 감싸도록 배치된 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 구리 박막일 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the high-temperature superconducting wires includes: a substrate; a buffer layer disposed on the substrate; a high-temperature superconducting layer disposed on the buffer layer; and a protective layer disposed to surround the high-temperature superconducting layer and the substrate, wherein the protective layer may be a copper thin film.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재들 각각의 두께는 40 내지 150 마이크로미터이고, 상기 고온초전도 선재들 각각의 폭은 2 밀리미터 내지 12 밀리미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of each of the high-temperature superconducting wires may be 40 to 150 micrometers, and the width of each of the high-temperature superconducting wires may be 2 to 12 millimeters.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구리 래핑은 40 마이크로미터 내지 120 마이크로미터의 두께를 가지고, 상기 구리 래핑의 폭은 20 밀리미터 내지 120 밀리미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the copper wrapping may have a thickness of 40 micrometers to 120 micrometers, and the width of the copper wrapping may be 20 millimeters to 120 millimeters.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구리 래핑은 스파이럴 래핑이고, 상기 고온 초전도 선재의 길이 방향을 따라 구리 래핑이 있는 구역과 상기 구리 래핑이 없는 구역의 비는 1:0 내지 1: 3 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the copper wrapping is spiral wrapping, and the ratio of the area with the copper wrapping and the area without the copper wrapping along the longitudinal direction of the high-temperature superconducting wire may be 1:0 to 1:3.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도체 선재 번들은 상기 고온초전도 선재 스택의 너비 방향으로 2의 배수이고, 상기 고온초전도 선재 스택의 높이 방향으로 2의 배수일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconductor wire bundle may be a multiple of 2 in the width direction of the high-temperature superconducting wire stack and a multiple of 2 in the height direction of the high-temperature superconducting wire stack.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 고온초전도 선재 스택들 각각을 감싸도록 배치된 구리 관은 단면도 상에서 사각형이고 서로 납땜되는 부위를 상기 고온초전도 선재 스택의 길이 방향으로 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the copper tube arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks may have a rectangular shape in cross-section and may have a portion that is soldered to each other in the longitudinal direction of the high-temperature superconducting wire stack.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 고온초전도 선재 스택들 각각을 감싸도록 배치된 구리 관은 5면을 가지나 서로 중첩된 후 납땜되어 단면도 상에 4각형을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the copper tubes arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks may have five sides, but may be overlapped and then soldered to have a square shape in the cross-section.
본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층되고 이웃한 고온초전도 선재들 사이에 납땜층을 포함하는 고온초전도 선재 스택을 포함한다.An assembly conductor according to one embodiment of the present invention includes a high-temperature superconducting wire stack in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked and a solder layer is included between adjacent high-temperature superconducting wires.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재 스택들이 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wire stacks may include a high-temperature superconducting wire bundle arranged two-dimensionally.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 납땜층의 두께는 5 마이크로미터 내지 30 마이크로미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the solder layer may be 5 micrometers to 30 micrometers.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재 스택에서, 상기 고온초전도 선재들이 적층된 회수는 상기 고온초전도 선재의 폭에 대응하는 두께를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the high-temperature superconducting wire stack, the number of times the high-temperature superconducting wires are stacked may have a thickness corresponding to the width of the high-temperature superconducting wire.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재들 각각은, 기판; 상기 기판 상에 배치된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치된 초전도층; 및 상기 초전도층 및 상기 기판을 감싸도록 배치된 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 구리 박막일 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the high-temperature superconducting wires includes: a substrate; a buffer layer disposed on the substrate; a superconducting layer disposed on the buffer layer; and a protective layer disposed to surround the superconducting layer and the substrate, wherein the protective layer may be a copper thin film.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재들 각각의 두께는 40 내지 150 마이크로미터 이고, 상기 고온초전도 선재들 각각의 폭은 4 밀리미터 내지 12 밀리미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of each of the high-temperature superconducting wires may be 40 to 150 micrometers, and the width of each of the high-temperature superconducting wires may be 4 to 12 millimeters.
본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체는, 고온초전도 선재 스택이 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들; 상기 고온초전도 선재 번들을 감싸도록 배치된 도관; 및 상기 고온초전도 선재 번들을 감싸고 냉각 채널을 제공하는 구리 스파이럴을 포함한다.A conductor assembly according to one embodiment of the present invention comprises: a high-temperature superconducting wire bundle in which high-temperature superconducting wire stacks are two-dimensionally arranged; a conduit arranged to surround the high-temperature superconducting wire bundle; and a copper spiral that surrounds the high-temperature superconducting wire bundle and provides a cooling channel.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집합 도체의 공극률(도관 내의 전체 단면적에 대한 냉매 통로의 면적비)은 10 내지 30 퍼센트일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porosity (the ratio of the area of the refrigerant passage to the total cross-sectional area within the conduit) of the assembly conductor may be 10 to 30 percent.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구리 스파이럴의 두께는 1 밀리미터 내지 5 밀리미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the copper spiral may be 1 millimeter to 5 millimeters.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도관의 길이 방향을 따라 상기 구리 스파이럴이 있는 구역과 상기 구리 스파이럴이 없는 구역의 비는 1:0.3 내지 1: 3 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ratio of the area with the copper spiral and the area without the copper spiral along the longitudinal direction of the conduit may be 1:0.3 to 1:3.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재 번들의 상부면 및 하부면에 각각 배치된 강성 판재를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wire bundle may further include rigid plates arranged on the upper and lower surfaces, respectively.
본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체는, 고온초전도 선재 스택이 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들; 상기 고온초전도 선재 번들을 감싸도록 배치된 도관; 및 상기 고온초전도 선재 번들과 상기 도관 사이에 냉각 채널을 제공하는 구리 캐핑부를 포함할 수 있다.A conductor assembly according to one embodiment of the present invention may include a high-temperature superconducting wire bundle in which high-temperature superconducting wire stacks are two-dimensionally arranged; a conduit arranged to surround the high-temperature superconducting wire bundle; and a copper capping portion providing a cooling channel between the high-temperature superconducting wire bundle and the conduit.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구리 캐핑부는, 상기 고온초전도 선재 번들의 상부면 및 상부 측면을 감싸도록 배치된 제1 구리 캐핑부; 및 상기 고온초전도 선재 번들의 하부면 및 하부 측면을 감싸도록 배치된 제2 구리 캐핑부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the copper capping portion may include a first copper capping portion arranged to surround the upper surface and upper side surface of the high-temperature superconducting wire bundle; and a second copper capping portion arranged to surround the lower surface and lower side surface of the high-temperature superconducting wire bundle.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 구리 캐핑부는 그 상부면에 형성된 트렌치를 포함하고, 상기 제2 구리 캐핑부는 그 하부면에 형성된 트렌치를 포함하고, 상기 트렌치는 냉매가 흐르는 보조 냉매 통로를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first copper capping portion includes a trench formed on its upper surface, the second copper capping portion includes a trench formed on its lower surface, and the trench can provide an auxiliary refrigerant passage through which refrigerant flows.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구리 캐핑부 및 상기 고온초전도 선재 번들을 감싸도록 배치된 SUS 스파이럴을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the copper capping portion and the SUS spiral arranged to surround the high-temperature superconducting wire bundle may be further included.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구리 캐핑부의 두께는 1 밀리미터 내지 5 밀리미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the copper capping portion may be 1 millimeter to 5 millimeters.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들;및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프;를 포함한다.A high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention comprises: a plurality of high-temperature superconducting wires stacked in sequence; and at least one metal insulating tape stacked together with the high-temperature superconducting wires.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 절연 테이프는 상기 고온초전도 선재 스택의 최상부면 또는 최하부면 중에서 적어도 하나에 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal insulating tape may be placed on at least one of the uppermost surface or the lowermost surface of the high-temperature superconducting wire stack.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재들은 서로 미끄러질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wires can slide relative to each other.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 서로 이웃한 상기 고온초전도 선재들의 접촉 저항은 수 uOmh/m일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the contact resistance of the adjacent high-temperature superconducting wires may be several uOmh/m.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온 초전도 선재 스택의 길이는 100 미터 내지 500 미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the length of the high-temperature superconducting wire stack may be 100 meters to 500 meters.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재들의 두께는 서로 다를 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thicknesses of the high-temperature superconducting wires may be different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택으로 권선(winding)된다. 상기 고온 초전도 전자석은, 보빈; 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택;을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간이 배치되고, 상기 스페이스 공간은 보강제에 의하여 채워진다.A high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention is wound with a stack of high-temperature superconducting wires having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet comprises: a bobbin; and a stack of high-temperature superconducting wires wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space is arranged, and the space is filled with a reinforcing material.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일하고, 상기 보강제는 스테인레스 스틸일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the width of the space space is the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack, and the reinforcing material may be stainless steel.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자석은 직선 구간과 곡선 구간을 가지고, 전개도에서 상기 직선 구간에서 상기 스페이스 영역은 삼각형이고, 전개도에서 상기 곡선 구간에서 상기 스페이스 영역은 직사각형이고, 각 층에서 상기 곡선 구간의 스페이스 영역은 좌측 또는 우측에 배치되고, 각 층에서 상기 직선 구간의 스페이스 영역은 좌측에서 제1 삼각형 영역 및 우측 의 제2 삼각형 영역을 포함하고, 상기 제1 삼각형 영역과 상기 제2 삼각형 영역은 서로 접하는 경우 직사각형을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electromagnet has a straight section and a curved section, and in the development view, the space area in the straight section is a triangle, and in the development view, the space area in the curved section is a rectangle, and in each layer, the space area of the curved section is arranged on the left or the right, and in each layer, the space area of the straight section includes a first triangular area on the left and a second triangular area on the right, and when the first triangular area and the second triangular area are in contact with each other, they can form a rectangle.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온 초전도 선재 스택이 권선됨에 따라 층이 변경되는 경우, 그 하부에 배치된 보강제는 테이퍼진 경사를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the layers change as the high-temperature superconducting wire stack is wound, the reinforcing material disposed thereunder may have a tapered slope.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 권선된 고온 초전도 선재 스택을 고정하는 클램프를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a clamp for fixing the coiled high-temperature superconducting wire stack may be further included.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 클램프는, 최상부의 권선을 감싸도록 배치된 한 쌍의 하프 링; 및 하프 링을 서로 결합하는 클램프 연결부;를 포함할 수 있다. 상기 하프 링은 서로 결합하여 폐곡선을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the clamp may include a pair of half rings arranged to surround the uppermost winding; and a clamp connecting portion that connects the half rings to each other. The half rings may be connected to each other to form a closed curve.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자석은 직선 구간과 곡선 구간을 가지고, 측면도에서 권선된 제2 층은 보강제만으로 구성되거나, 측면도에서 권선된 제3 층은 보강제만으로 구성될 수 있다. 측면도에서 상기 직선 구간은 보강제만으로 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electromagnet has a straight section and a curved section, and the second layer wound in the side view may be composed solely of a reinforcing material, or the third layer wound in the side view may be composed solely of a reinforcing material. In the side view, the straight section may be composed solely of a reinforcing material.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 권선된 각층에서 상기 고온 초전도 선재 스택들 사이의 공간은 도전성 에폭시에 의하여 함침되어 채워질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the space between the high-temperature superconducting wire stacks in each coiled layer can be filled by impregnation with a conductive epoxy.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온 초전도 선재 스택은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들; 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wire stack may include a plurality of high-temperature superconducting wires stacked in sequence; and at least one metal insulating tape stacked together with the high-temperature superconducting wires.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재 스택의 일단에 연결된 접속 리드를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a connection lead connected to one end of the high-temperature superconducting wire stack may be further included.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석은 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택을 포함하는 권선 유닛으로 권선(winding)된다. 상기 고온 초전도 전자석은, 보빈; 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 권선 유닛;을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간이 배치되고, 상기 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일하다. 상기 스페이스 공간은 보강제에 의하여 채워진다.A high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention is wound with a winding unit including a high-temperature superconducting wire stack having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet includes: a bobbin; and a winding unit wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space is arranged, and the width of the space is the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack. The space is filled with a reinforcing material.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 권선 유닛은, 적어도 하나의 고온 초전도 선재 스택으로 배열된 고온 초전도 번들(bundle); 및 상기 고온 초전도 번들과 접촉하여 나란히 연장되는 적어도 하나의 전도 냉각 채널을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the winding unit may include a high-temperature superconducting bundle arranged with at least one high-temperature superconducting wire stack; and at least one conductive cooling channel extending in parallel and in contact with the high-temperature superconducting bundle.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 권선 유닛은 상기 고온 초전도 번들(bundle) 및 상기 전도 냉각 채널이 탑재되는 구리 플레이트를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the winding unit may further include a copper plate on which the high-temperature superconducting bundle and the conductive cooling channel are mounted.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보강제는 스테인레스 스틸일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the reinforcing agent may be stainless steel.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온 초전도 선재 스택은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들;및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wire stack may include a plurality of high-temperature superconducting wires stacked in sequence; and at least one metal insulating tape stacked together with the high-temperature superconducting wires.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 권선 유닛의 일단에 연결된 접속 리드를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a connection lead connected to one end of the winding unit may be further included.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 스택 리드는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 고온초전도 선재 스택;및 상기 고온초전도 선재 스택의 일단에 연결된 접속 리드를 포함한다.A high-temperature superconducting stack lead according to one embodiment of the present invention includes a high-temperature superconducting wire stack in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; and a connection lead connected to one end of the high-temperature superconducting wire stack.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접속 리드는, 상기 고온초전도 선재 스택의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판; 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판; 및 상기 솔더 베스에 수용된 상기 고온초전도 선재들 사이에 삽입된 구리 테이프를 포함한다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합한다.In one embodiment of the present invention, the connection lead comprises: a lower plate having a solder bath for accommodating one end of the high-temperature superconducting wire stack; an upper plate having a supply port for supplying solder to the solder bath; and a copper tape inserted between the high-temperature superconducting wires accommodated in the solder bath. The solder fills the solder bath and bonds the high-temperature superconducting wires and the copper tape to each other.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상판은 함돌된 상기 솔더 베스에 대응하여 돌출된 돌출부를 더 포함한다. 상기 돌출부는 상기 솔더 베스에 정렬하여 고온초전도 선재 스택의 일단을 압착할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the upper plate further includes a protrusion that protrudes in response to the solder bath. The protrusion can align with the solder bath and press one end of the high-temperature superconducting wire stack.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온 초전도 선재 스택은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들;및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wire stack may include a plurality of high-temperature superconducting wires stacked in sequence; and at least one metal insulating tape stacked together with the high-temperature superconducting wires.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접속 리드는, 상기 고온초전도 선재 스택의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판; 및 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판; 을 포함할 수 있다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 선재들을 서로 접합할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the connection lead may include a lower plate having a solder bath that accommodates one end of the high-temperature superconducting wire stack; and an upper plate having a supply port that supplies solder to the solder bath. The solder may fill the solder bath and join the high-temperature superconducting wires to each other.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 스택 조인트는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 제1 고온초전도 선재 스택; 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 제2 고온초전도 선재 스택; 및 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단과 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단을 서로 결합하는 조인트를 포함한다.A high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention includes: a first high-temperature superconducting wire stack in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; a second high-temperature superconducting wire stack in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; and a joint that connects one end of the first high-temperature superconducting wire stack to one end of the first high-temperature superconducting wire stack.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조인트는, 상기 제1 고온 초전도 선재 스택의 일단 및 상기 제2 고온 초전도 선재 스택의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판; 및 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판; 을 포함할 수 있다. 상기 제1 고온초전도 선재 스택을 구성하는 고온초전도 선재들과 상기 제2 고온초전도 선재 스택을 구성하는 고온초전도 선재들은 서로 교번하여 적층될 수 있다. 상기 솔더는 상기 교번하여 적층된 고온초전도 선재을 서로 접합할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the joint may include a lower plate having a solder bath that accommodates one end of the first high-temperature superconducting wire stack and one end of the second high-temperature superconducting wire stack; and an upper plate having a supply port that supplies solder to the solder bath. The high-temperature superconducting wires constituting the first high-temperature superconducting wire stack and the high-temperature superconducting wires constituting the second high-temperature superconducting wire stack may be alternately stacked. The solder may join the alternately stacked high-temperature superconducting wires to each other.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조인트는, 상기 제1 고온 초전도 선재 스택의 일단 및 상기 제2 고온 초전도 선재 스택의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판; 및 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판; 을 포함할 수 있다. 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단과 상기 제2 고온초전도 선재 스택의 일단은 서로 나란히 연장되고, 구리 테이프는 상기 솔더 베스에 수용된 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 상기 고온초전도 선재들과 상기 제2 고온초전도 선재 스택의 상기 고온초전도 선재들 사이에 삽입될 수 있다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 선재와 상기 구리 테이프를 서로 접합할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the joint may include a lower plate having a solder bath that accommodates one end of the first high-temperature superconducting wire stack and one end of the second high-temperature superconducting wire stack; and an upper plate having a supply port that supplies solder to the solder bath. One end of the first high-temperature superconducting wire stack and one end of the second high-temperature superconducting wire stack may extend parallel to each other, and a copper tape may be inserted between the high-temperature superconducting wires of the first high-temperature superconducting wire stack accommodated in the solder bath and the high-temperature superconducting wires of the second high-temperature superconducting wire stack. The solder may fill the solder bath and bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape to each other.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 고온 초전도 선재 스택 및 상기 제1 고온 초전도 선재 스택 각각은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들;및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the first high-temperature superconducting wire stack and the first high-temperature superconducting wire stack may include a plurality of high-temperature superconducting wires sequentially stacked; and at least one metal insulating tape stacked together with the high-temperature superconducting wires.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 전류 커넥터는, 적어도 하나의 고온초전도 선재 스택을 포함하는 고온초전도 번들(bundle); 상기 고온초전도 번들(bundle)의 일단에 배치된 제1 접속 리드; 및 상기 고온초전도 번들(bundle)의 탄단에 배치된 제2 접속 리드를 포함한다. 상기 고온초전도 선재 스택은 복수의 고온초전도 선재들이 적층된다.A high-temperature superconducting current connector according to one embodiment of the present invention comprises: a high-temperature superconducting bundle including at least one high-temperature superconducting wire stack; a first connection lead arranged at one end of the high-temperature superconducting bundle; and a second connection lead arranged at one end of the high-temperature superconducting bundle. The high-temperature superconducting wire stack comprises a plurality of high-temperature superconducting wires stacked together.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 접속 리드 및 상기 제2 접속 리드 각각은, 상기 고온초전도 번들의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판; 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판; 및 상기 솔더 베스에 수용된 상기 고온초전도 번들을 구성하는 고온초전도 선재들 사이에 삽입된 구리 테이프를 포함한다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합할 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the first connection lead and the second connection lead comprises: a lower plate having a solder bath for accommodating one end of the high-temperature superconducting bundle; an upper plate having a supply port for supplying solder to the solder bath; and a copper tape inserted between high-temperature superconducting wires constituting the high-temperature superconducting bundle accommodated in the solder bath. The solder can fill the solder bath and bond the high-temperature superconducting wires and the copper tape to each other.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재 스택은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들;및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wire stack may include a plurality of high-temperature superconducting wires stacked in sequence; and at least one metal insulating tape stacked together with the high-temperature superconducting wires.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 전자석 장치는, 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부에 배치되어 열차폐하고 액체 질소를 수납하는 토로이달 형상의 액체 질소 챔버; 중심축에 중심홀이 형성되고, 상기 액체 질소 챔버와 연결되어 상기 중심홀로 액체 질소를 공급받아 냉각된 절대 온도 77K로 유지되는 한 쌍의 접속 로드; 상기 진공 챔버 내부에 배치되어 절대 온도 20K로 냉각하는 한 쌍의 극저온 냉동기; 상기 냉동기 각각에 연결된 한 쌍의 열 링크(thermal link); 상기 한 쌍의 열 링크에 열접촉하여 냉각되는 고온 초전도 전자석; 상기 열 링크와 결합하는 절연 블록; 상기 절연 블록과 결합하고 상기 절대 온도 20K으로 유지되는 도전 냉각 블록; 및 상기 접속 로드와 상기 도전 냉각 블록을 서로 연결하는 고온 초전도 전류 커넥터를 포함한다. 상기 고온 초전도 전자석은 상기 접속 로드, 상기 고온 초전도 전류 커넥터, 및 상기 도전 냉각 블록을 통하여 전류를 공급할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a superconducting electromagnet device comprises: a vacuum chamber; a toroidal liquid nitrogen chamber disposed inside the vacuum chamber for heat shielding and storing liquid nitrogen; a pair of connecting rods having a central hole formed in a central axis and connected to the liquid nitrogen chamber to supply liquid nitrogen through the central hole and to be cooled to an absolute temperature of 77 K; a pair of cryogenic refrigerators disposed inside the vacuum chamber for cooling to an absolute temperature of 20 K; a pair of thermal links respectively connected to the refrigerators; a high-temperature superconducting electromagnet cooled by thermal contact with the pair of thermal links; an insulating block coupled to the thermal links; a conductive cooling block coupled to the insulating block and maintained at the absolute temperature of 20 K; and a high-temperature superconducting current connector interconnecting the connecting rod and the conductive cooling block. The high-temperature superconducting electromagnet can supply current through the connecting rod, the high-temperature superconducting current connector, and the conductive cooling block.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온 초전도 전류 커넥터는, 적어도 하나의 고온초전도 선재 스택을 포함하는 고온초전도 번들(bundle); 상기 고온초전도 번들(bundle)의 일단에 배치된 제1 접속 리드; 및 상기 고온초전도 번들(bundle)의 탄단에 배치된 제2 접속 리드를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting current connector may include a high-temperature superconducting bundle including at least one high-temperature superconducting wire stack; a first connection lead disposed at one end of the high-temperature superconducting bundle; and a second connection lead disposed at a terminal end of the high-temperature superconducting bundle.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고온 초전도 전자석은, 보빈; 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택;을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간이 배치되고, 상기 스페이스 공간은 보강제에 의하여 채워질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting electromagnet comprises: a bobbin; and a stack of high-temperature superconducting wires having a rectangular cross-section wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space is arranged, and the space can be filled with a reinforcing material.
본 발명의 실시예에 따르면, 20T 이상의 초고자기장 발생이 가능하면서 20K에서 운전이 가능하여 낮은 냉각비용으로 인한 높은 경제성을 나타낼 뿐 아니라, 무절연 또는 부분 절연으로 인한 높은 열적 안정성을 나타내고 뛰어난 기계적 특성으로 인한 시스템의 운전 수명을 증대시킬 수 있는 고온초전도 자석용 적층형 관내 도체를 제공하는 것을 목적으로 한다.According to an embodiment of the present invention, it is an object to provide a laminated tube conductor for a high-temperature superconducting magnet that can generate an ultra-high magnetic field of 20 T or more and operate at 20 K, thereby exhibiting high economic efficiency due to low cooling costs, as well as exhibiting high thermal stability due to non-insulation or partial insulation and increasing the operating life of the system due to excellent mechanical properties.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 고온초전도 선재의 연장이 가능한 장선화 방법을 제공할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a method for lengthening a high-temperature superconducting wire capable of being extended can be provided.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the composition of the invention described in the claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조 예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조 예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조 예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조 예를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 고온초전도 선재의 장선화 방법을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 고온 초전도 선재의 장선화 방법을 나타내는 모식도이다.
도 8의 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 실험을 위한 극저온 회로 모델을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 히스테리시스 손실을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체들의 제조 예에 따른, 자석 충전 과정 중의 온도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 시간에 따른 압력, 온도, 및 질량 유량의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 시 간에 따른 압력, 온도, 및 질량 유량의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체의 고온초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 고온초전도 선재 스택의 단면도이다.
도 13은 도 12b의 고온초전도 선재 스택을 구성하는 고온초전도 선재를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 12a의 고온초전도 선재 스택이 배열된 고온 초전도체 선재 번들을 나타내는 사시도이다.
도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체의 고온초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.
도 15b, 도 15c, 및 도 15d는 도 15a의 고온초전도 선재 스택의 단면도들이다.
도 16은 도 15a의 고온초전도 선재 스택이 배열된 고온 초전도체 선재 번들을 나타내는 사시도이다.
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체의 고온초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.
도 17b 도 17a의 고온초전도 선재 스택의 단면도들이다.
도 18은 도 17a의 고온초전도 선재 스택이 배열된 고온 초전도체 선재 번들을 나타내는 사시도이다.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 사시도이다.
도 19b는 도 19a의 복합 도체의 단면도이다.
도 19c는 도 19a의 고온 초전도 선재 번들의 단면도이다.
도 20a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 사시도이다.
도 20b는 도 20a의 복합 도체의 단면도이다.
도 20c는 도 20a의 고온 초전도 선재 번들의 단면도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 제조 방법을 설명하는 개념도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 제조 방법을 설명하는 개념도이다.
도 23a은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치를 설명하는 사시도이다.
도 23b, 도 23c, 및 도 23d는 도 23a의 고온초전도 자석 장치의 극저온 냉동기, 냉각 구조, 및 전기적 연결 구조를 나타내는 도면들이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치를 설명하는 개념도이다.
도 25는 도 24의 고온초전도 자석 장치를 설명하는 평면도이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치를 설명하는 개념도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 D형 고온 초전도 전자석을 나타내는 도면이다.
도 28은 도 27의 D형 고온 초전도 전자석을 나타내는 도면이다.
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 선재 스택 리드를 나타내는 개념도들이다.
도 29c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 선재 스택 리드를 나타내는 분해 사시도이다.
도 30은 본 명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 고온 초전도 전자석을 나타내는 개념도이다.
도 31a 및 도 31b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 개념도들이다.
도 31c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 분해 사시도이다.
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 개념도들이다.
도 32c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 분해 사시도이다.
도 33a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전류 커넥터를 나타내는 개념도이다.
도 33b는 도 33a의 고온 초전도 전류 커넥터를 나타내는 분해 사시도이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 번들을 나타내는 개념도이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전류 커넥터를 나타내는 사진이다.
도 36a 및 도 36b는 도 35의 고온 초전도 전류 커넥터의 전류-전압 특성을 나타내는 실험결과이다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전류 커넥터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 38a는 도 37의 2X2 스택을 포함하는 번들에 인가된 전류의 시간에 따른 변화를 나타낸다.
도 38b는 개별 스택, 스택 간 및 전체 스택, 리드 사이의 전압 변화를 나타낸다.
도 38c는 스택 간 전압 변화를 나타낸다.
도 38d는 개별 스택, 전체 스택 및 리드 사이의 전압 변화를 나타낸다.
도 39a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 번들 리드를 나타내는 분해 사시도이다.
도 39b는 도 39a의 고온초전도 번들 리드를 나타내는 개념도이다.
도 40은 절연층을 구비한 권선 코일 및 절연층을 구비하지 않은 권선 코일을 나타내는 도면이다.
도 41a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 개념도이다.
도 41b는 도 41a의 고온 초전도 선재 스택의 접촉 저항 및 인덕턴스를 사용하여 표시한 회로도이다.
도 41c는 도 41a의 고온 초전도 선재 스택의 접촉 저항 및 인덕턴스를 사용하여 표시한 회로도이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 개념도이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 개념도이다.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택과 고온 초전도 선재의 두께 분포를 나타내는 개념도이다.
도 45a는 하나의 고온 초전도 선재를 가지고 권선된 코일을 나타낸다.
도 45b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 사용하여 권선된 코일을 나타낸다.
도 46a은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석을 나타내는 사시도이다.
도 46b는 도 46a의 고온 초전도 자석을 나타내는 개념도이다.
도 47은 도 46의 고온 초전도 자석을 나타내는 전개도이다.
도 48은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자석을 설명하는 개념도이다.
도 49a 및 도 49b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자석을 설명하는 측면도들이다.
도 50은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 51은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석의 에폭시 함침을 나타내는 도면이다.
도 52는 도 51은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석을 나타내는 사진이다.
도 53은 본 발명의 일 실시예에 따른 D형 코일에 전류를 시간에 따라 선형적으로 증가하다고 잠시 멈추고 다시 선형적으로 전류를 감소시킨 경우 전류-전압 특성 곡선을 나타낸다.
도 54는 D형 코일에 시간에 따라 전류를 인가하는 구간을 나타내는 도면이다.
도 55는 본 발명의 일 실시예에 따른 D형 코일에 인가하는 전류 시간에 따른 변화 실측 데이터이다.
도 56a 내지 도 56c는 고온초전도 스택 또는 번들에서 전류 재분배 현상을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 57은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석을 나타내는 개념도이다.
도 58a은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 리드를 나타내는 평면도 및 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.
도 58b는 도 58a의 고온 초전도 선재 리드를 나타내는 개념도이다.FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an internal conductor for a high-temperature superconducting magnet according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a method for lengthening a high-temperature superconducting wire of a conductor in a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a method for forming a high-temperature superconducting wire of a conductor inside a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
This is a schematic diagram showing a cryogenic circuit model for an experiment of an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention of FIG. 8.
FIG. 9 is a graph showing the hysteresis loss of an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the change in temperature during a magnet charging process according to an example of manufacturing conductors in a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11a is a graph showing changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time in a conductor inside a high-temperature superconducting magnet according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11b is a graph showing changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time in a conductor inside a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12a is a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack of a collective conductor according to one embodiment of the present invention.
Figure 12b is a cross-sectional view of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 12a.
Fig. 13 is a cross-sectional view showing the high-temperature superconducting wires that constitute the high-temperature superconducting wire stack of Fig. 12b.
Figure 14 is a perspective view showing a high-temperature superconductor wire bundle in which the high-temperature superconducting wire stacks of Figure 12a are arranged.
FIG. 15a is a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack of a collective conductor according to one embodiment of the present invention.
Figures 15b, 15c, and 15d are cross-sectional views of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 15a.
Figure 16 is a perspective view showing a high-temperature superconductor wire bundle in which the high-temperature superconducting wire stacks of Figure 15a are arranged.
FIG. 17a is a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack of a collective conductor according to one embodiment of the present invention.
Figures 17b and 17a are cross-sectional views of the high-temperature superconducting wire stack.
Figure 18 is a perspective view showing a high-temperature superconductor wire bundle in which the high-temperature superconducting wire stacks of Figure 17a are arranged.
FIG. 19a is a perspective view of a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
Figure 19b is a cross-sectional view of the composite conductor of Figure 19a.
Figure 19c is a cross-sectional view of the high-temperature superconducting wire bundle of Figure 19a.
FIG. 20a is a perspective view of a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
Figure 20b is a cross-sectional view of the composite conductor of Figure 20a.
Figure 20c is a cross-sectional view of the high-temperature superconducting wire bundle of Figure 20a.
Figure 21 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
Figure 22 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
Figure 23a is a perspective view illustrating a high-temperature superconducting magnet device according to one embodiment of the present invention.
Figures 23b, 23c, and 23d are drawings showing the cryogenic refrigerator, cooling structure, and electrical connection structure of the high-temperature superconducting magnet device of Figure 23a.
Figure 24 is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting magnet device according to one embodiment of the present invention.
Fig. 25 is a plan view illustrating the high-temperature superconducting magnet device of Fig. 24.
Figure 26 is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting magnet device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a drawing showing a D-type high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
Fig. 28 is a drawing showing the D-type high-temperature superconducting electromagnet of Fig. 27.
FIGS. 29a and 29b are conceptual diagrams showing a high-temperature superconducting wire stack lead according to one embodiment of the present invention.
FIG. 29c is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack lead according to one embodiment of the present invention.
Fig. 30 is a conceptual diagram showing a series-connected high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 31a and 31b are conceptual diagrams illustrating a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
FIG. 31c is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 32a and 32b are conceptual diagrams illustrating a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
FIG. 32c is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
FIG. 33a is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting current connector according to one embodiment of the present invention.
Figure 33b is an exploded perspective view showing the high-temperature superconducting current connector of Figure 33a.
Figure 34 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting bundle according to one embodiment of the present invention.
FIG. 35 is a photograph showing a high-temperature superconducting current connector according to one embodiment of the present invention.
Figures 36a and 36b are experimental results showing the current-voltage characteristics of the high-temperature superconducting current connector of Figure 35.
FIG. 37 is a drawing showing the structure of a high-temperature superconducting current connector according to one embodiment of the present invention.
Figure 38a shows the time-dependent change in the current applied to the bundle including the 2X2 stack of Figure 37.
Figure 38b shows the voltage variations between individual stacks, stacks, and the entire stack, between leads.
Figure 38c shows the voltage change between stacks.
Figure 38d shows the voltage changes between individual stacks, the entire stack, and the leads.
FIG. 39a is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting bundle lead according to one embodiment of the present invention.
Figure 39b is a conceptual diagram showing the high-temperature superconducting bundle lead of Figure 39a.
Figure 40 is a drawing showing a winding coil having an insulating layer and a winding coil not having an insulating layer.
FIG. 41a is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
Figure 41b is a circuit diagram showing the contact resistance and inductance of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 41a.
Figure 41c is a circuit diagram showing the contact resistance and inductance of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 41a.
Figure 42 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
Figure 43 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
Figure 44 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting wire stack and a thickness distribution of the high-temperature superconducting wire according to one embodiment of the present invention.
Figure 45a shows a coil wound with one high-temperature superconducting wire.
FIG. 45b illustrates a coil wound using a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
FIG. 46a is a perspective view showing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
Figure 46b is a conceptual diagram showing the high-temperature superconducting magnet of Figure 46a.
Fig. 47 is a development diagram showing the high-temperature superconducting magnet of Fig. 46.
Figure 48 is a conceptual diagram illustrating an electromagnet according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 49a and 49b are side views illustrating an electromagnet according to another embodiment of the present invention.
FIG. 50 is a drawing illustrating a method for manufacturing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
FIG. 51 is a drawing showing epoxy impregnation of a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
FIG. 52 is a photograph showing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention. FIG. 51 is a photograph showing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
Figure 53 shows a current-voltage characteristic curve when the current in a D-type coil according to one embodiment of the present invention is linearly increased over time, briefly stopped, and then linearly decreased again.
Figure 54 is a drawing showing a section in which current is applied to a D-type coil over time.
Figure 55 is actual measurement data showing changes in current over time applied to a D-type coil according to one embodiment of the present invention.
Figures 56a to 56c are simulation results showing the current redistribution phenomenon in a high-temperature superconducting stack or bundle.
Figure 57 is a conceptual diagram showing an electromagnet according to one embodiment of the present invention.
FIG. 58a is a plan view showing a high-temperature superconducting wire lead according to one embodiment of the present invention and a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack.
Figure 58b is a conceptual diagram showing the high-temperature superconducting wire lead of Figure 58a.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms and is therefore not limited to the embodiments described herein. In the drawings, irrelevant parts have been omitted for clarity of description, and similar parts have been designated with similar reference numerals throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an internal conductor for a high-temperature superconducting magnet according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, (a)는 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 포함하는 고온초전도관으로, 상기 고온초전도관은 재킷(110), 고온초전도 선재(120), 금속판(130), 및 금속래핑(140)를 포함할 수 있다. (b)는 상기 고온초전도 자석용 관내 도체의 측면도를 나타낸다.Referring to FIG. 1, (a) is a high-temperature superconducting tube including an inner conductor for the high-temperature superconducting magnet, and the high-temperature superconducting tube may include a jacket (110), a high-temperature superconducting wire (120), a metal plate (130), and a metal wrapping (140). (b) shows a side view of the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet.
재킷(110)은 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 재킷(110) 내부에 고온초전도 선재(120), 금속판(130), 금속 래핑(140)을 포함한다.The jacket (110) is formed to surround the conductor inside the high-temperature superconducting magnet, and includes a high-temperature superconducting wire (120), a metal plate (130), and a metal wrapping (140) inside the jacket (110).
고온초전도 선재(120)는 상기 재킷(110) 내에 중첩하여 적층되며, 도 1에 도시된 바와 같이 좌우로 이격하여 적층될 수도 있다. 상기 좌우로 이격하여 적층된 고온초전도 선재(120)들 사이의 공간은 상기 고온초전도 선재(120)들의 냉각을 위한 냉매통로로 활용될 수 있다. 또한, 고온초전도 선재(120)는 연장이 가능하고, 상기 고온초전도 선재(120)들의 연장은 연장을 위한 연결부를 연결을 위한 다른 고온초전도 선재와 구리 또는 구리로 코팅된 SUS를 사용하여 납땜하는 것을 통해 이루어질 수 있다.High-temperature superconducting wires (120) are overlapped and laminated within the jacket (110), and may be laminated spaced apart from each other left and right as shown in FIG. 1. The space between the high-temperature superconducting wires (120) laminated spaced apart from each other left and right can be utilized as a coolant passage for cooling the high-temperature superconducting wires (120). In addition, the high-temperature superconducting wires (120) can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wires (120) can be achieved by soldering a connecting portion for extension with another high-temperature superconducting wire for connection using copper or copper-coated SUS.
금속판(130)은 상기 적층된 고온초전도 선재(120)들 사이에 위치될 수 있으며, 필요시 납땜을 포함하는 고정 방식으로 상기 금속판(130)을 고정할 수 있다. 상기 금속판(130)은 구리로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.A metal plate (130) can be positioned between the laminated high-temperature superconducting wires (120), and the metal plate (130) can be fixed in a fixing manner including soldering, if necessary. The metal plate (130) can be made of copper, but is not limited thereto.
금속 래핑(140)은 상기 적층된 복수의 고온초전도 선재(120)들을 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 상기 고온초전도 선재(120)들이 상기 재킷(110) 내부에 고정될 수 있도록 활용될 수 있다. 상기 금속판(130)과 금속 래핑(140) 사이의 공간은 상기 고온초전도 선재(120)들의 냉각을 위한 냉매통로로 활용될 수 있다. The metal wrapping (140) can be formed to surround the plurality of stacked high-temperature superconducting wires (120) and can be utilized to fix the high-temperature superconducting wires (120) inside the jacket (110). The space between the metal plate (130) and the metal wrapping (140) can be utilized as a coolant passage for cooling the high-temperature superconducting wires (120).
상기 금속 래핑(140)을 위한 금속은 구리 또는 SUS를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The metal for the above metal wrapping (140) may include, but is not limited to, copper or SUS.
상기 고온초전도관은 냉각 방식으로 상기 고온초전도 선재(120)와 상기 금속판(130)에 의해 발생하는 공간에 냉매를 주입하는 다공/냉매 냉각방식으로 상기 고온초전도 선재(220)의 냉각을 수행할 수 있다.The above high-temperature superconducting tube can perform cooling of the high-temperature superconducting wire (220) by a porous/refrigerant cooling method in which a coolant is injected into the space created by the high-temperature superconducting wire (120) and the metal plate (130).
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. Figure 2 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, (a)는 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 포함하는 고온초전도관으로, 상기 고온초전도관은 재킷(210), 고온초전도 선재(220), 금속 지그부(240), 및 냉매통로(250)를 포함할 수 있다. (b)는 상기 고온초전도 자석용 관내 도체의 측면도를 나타낸다.Referring to FIG. 2, (a) is a high-temperature superconducting tube including an inner conductor for the high-temperature superconducting magnet, and the high-temperature superconducting tube may include a jacket (210), a high-temperature superconducting wire (220), a metal jig part (240), and a coolant passage (250). (b) shows a side view of the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet.
재킷(210)은 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 재킷(210) 내부에 고온초전도 선재(220), 금속 지그부(240), 냉매통로(250)를 포함한다.The jacket (210) is formed to surround the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet, and includes a high-temperature superconducting wire (220), a metal jig part (240), and a coolant passage (250) inside the jacket (210).
고온초전도 선재(220)는 복수 개가 적층되고 구리를 포함하는 래핑부(230)로 둘러싸는 것에 의해 고온초전도 선재 서브 유닛을 형성할 수 있다. 상기 고온초전도 선재(220) 서브 유닛을 복수 적층하여 고온초전도 선재(220)들의 집합체를 형성하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 고온초전도 선재(220) 서브 유닛은 좌우로 이격하여 적층되어 상기 고온초전도 선재(220)들의 집합체를 형성할 수도 있다. 또한, 고온초전도 선재(220)는 연장이 가능하고, 상기 고온초전도 선재(220)의 연장은 연장을 위한 다른 고온초전도 선재와의 연결부에 구리래핑을 수행하고, 상기 구리래핑된 연결부를 납땜하는 것을 통해 이루어질 수 있다.A plurality of high-temperature superconducting wires (220) can be stacked and wrapped with a wrapping portion (230) containing copper to form a high-temperature superconducting wire sub-unit. A plurality of high-temperature superconducting wire (220) sub-units can be stacked to form an assembly of high-temperature superconducting wires (220), and as illustrated in FIG. 2, the high-temperature superconducting wire (220) sub-units can be stacked while being spaced apart from each other left and right to form an assembly of high-temperature superconducting wires (220). In addition, the high-temperature superconducting wire (220) can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wire (220) can be achieved by performing copper wrapping on a connection portion with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection portion.
래핑부(230)는 적층된 복수의 고온초전도 선재(220)들을 구리로 감싸는 것으로 상기 고온초전도 선재(220) 서브 유닛을 형성할 수 있으며, 상기 구리 래핑은 상기 고온초전도 선재(220) 서브 유닛 당 적어도 한번 이상 수행될 수 있다.The wrapping unit (230) can form the high-temperature superconducting wire (220) sub-unit by wrapping a plurality of stacked high-temperature superconducting wires (220) with copper, and the copper wrapping can be performed at least once per high-temperature superconducting wire (220) sub-unit.
금속 지그부(240)는 상기 고온초전도 선재(220)들의 집합체 상면과 상기 관 내벽 사이 및 상기 고온초전도 선재(220)들의 집합체 하면과 상기 관 내벽 사이에 위치될 수 있으며, 이를 통해 상기 고온초전도 선재(220)들의 집합체가 재킷(210)내부에 고정될 수 있도록 한다. 상기 금속 지그부(240)는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The metal jig (240) can be positioned between the upper surface of the assembly of the high-temperature superconducting wires (220) and the inner wall of the tube and between the lower surface of the assembly of the high-temperature superconducting wires (220) and the inner wall of the tube, thereby allowing the assembly of the high-temperature superconducting wires (220) to be fixed inside the jacket (210). The metal jig (240) can include copper or aluminum, but is not limited thereto.
냉매통로(250)는 상기 고온초전도 선재(120)들의 냉각을 위해 마련된 공간으로, 상기 좌우로 이격하여 적층된 고온초전도 선재(220) 서브 유닛들 사이의 공간, 및 상기 고온초전도 선재(220)들의 집합체와 재킷(210) 사이의 공간을 포함할 수 있다.The coolant passage (250) is a space provided for cooling the high-temperature superconducting wires (120), and may include a space between the high-temperature superconducting wires (220) sub-units that are spaced apart from each other and stacked on the left and right, and a space between the assembly of the high-temperature superconducting wires (220) and the jacket (210).
상기 고온초전도관은 냉각 방식으로 상기 냉매통로(250)에 냉매를 주입하여 냉매가 상기 고온초전도 선재(220)와 직접 닿는 방식과 상기 금속 지그부(240)의 전도에 의한 냉각 방식이 합쳐진 방식으로 상기 고온초전도 선재(220)의 냉각을 수행할 수 있다.The above high-temperature superconducting tube can cool the high-temperature superconducting wire (220) by a method that combines a method of injecting a coolant into the coolant passage (250) as a cooling method and a method of cooling by conduction of the metal jig (240) with the coolant coming into direct contact with the high-temperature superconducting wire (220).
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, (a) 내지 (d)는 상기 고온 초전도 자석용 관내 도체를 포함하는 고온초전도관으로, 각기 다른 종류의 구조체로 고온초전도 선재를 고정하는 방식을 나타낸다.Referring to FIG. 3, (a) to (d) are high-temperature superconducting tubes including the above-described conductor for the high-temperature superconducting magnet, and show a method of fixing a high-temperature superconducting wire with different types of structures.
(a) 내지 (c)는 재킷(310), 고온초전도 선재(320), 지지구조체(330), 탄성구조체(340a), 및 냉매통로(350)를 포함할 수 있다.(a) to (c) may include a jacket (310), a high-temperature superconducting wire (320), a support structure (330), an elastic structure (340a), and a coolant passage (350).
재킷(310)은 상기 고온 초전도 자석용 관내 도체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 재킷(310) 내부에 고온초전도 선재(320), 지지구조체(330), 탄성구조체(340a), 및 냉매통로(350)를 포함한다.The jacket (310) is formed to surround the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet, and includes a high-temperature superconducting wire (320), a support structure (330), an elastic structure (340a), and a coolant passage (350) inside the jacket (310).
고온초전도 선재(320)는 상기 관 내에 중첩하여 적층되어 복수의 고온초전도 선재(320)들의 집합체를 형성하고, 상기 집합체는 상기 복수의 고온초전도 선재(320)들이 좌우로 이격하여 적층되어 형성될 수도 있다. 또한, 고온초전도 선재(320)는 연장이 가능하고, 상기 고온초전도 선재(320)의 연장은 연장을 위한 다른 고온초전도 선재와의 연결부에 구리래핑을 수행하고, 상기 구리래핑된 연결부를 납땜하는 것을 통해 이루어질 수 있다.High-temperature superconducting wires (320) are overlapped and stacked within the tube to form an assembly of a plurality of high-temperature superconducting wires (320), and the assembly may be formed by stacking the plurality of high-temperature superconducting wires (320) spaced apart from each other on the left and right. In addition, the high-temperature superconducting wire (320) can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wire (320) can be achieved by performing copper wrapping on a connection portion with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection portion.
지지구조체(330)는 상기 집합체의 상면 상에 위치되어 상기 집합체가 상기 재킷(310) 내부에 안정적으로 정렬될 수 있도록 할 수 있다.The support structure (330) may be positioned on the upper surface of the assembly so that the assembly can be stably aligned inside the jacket (310).
탄성구조체(340a)는 상기 지지구조체(330)와 상기 재킷(310) 사이에 위치되고 내부에 빈공간을 포함할 수 있다. 상기 탄성구조체(340a)는 상기 지지구조체(330)와 함께 상기 집합체를 상기 재킷(310) 내부에 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 탄성구조체(340a)는 상기 (a) 내지 (c)에서 도시된 바와 같이 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The elastic structure (340a) is positioned between the support structure (330) and the jacket (310) and may include an empty space therein. The elastic structure (340a) may, together with the support structure (330), serve to secure the assembly within the jacket (310). The elastic structure (340a) may be manufactured in various forms as illustrated in (a) to (c), but is not limited thereto.
냉매통로(350)는 상기 고온초전도 선재(320)들의 냉각을 위해 마련된 공간으로, 상기 탄성구조체(340a)와 상기 재킷 사이의 공간 또는 상기 고온초전 도 선재(320)와 재킷(310) 사이의 공간을 포함할 수 있다.The coolant passage (350) is a space provided for cooling the high-temperature superconducting wires (320), and may include a space between the elastic structure (340a) and the jacket or a space between the high-temperature superconducting wires (320) and the jacket (310).
상기 고온초전도관은 냉각 방식으로 상기 냉매통로(250)로 냉매를 주입하여 냉매가 상기 고온초전도 선재(320)와 직접 닿는 방식을 사용하여 상기 고온초전도 선재(320)의 냉각을 수행할 수 있다.The above high-temperature superconducting tube can cool the high-temperature superconducting wire (320) by injecting a coolant into the coolant passage (250) as a cooling method and using a method in which the coolant comes into direct contact with the high-temperature superconducting wire (320).
상기 (d)는 상기 (a) 내지 (c)와 다르게 탄성구조체(340a) 없이 H 형강(340b)을 이용하여 상기 고온초전도 선재(320)를 상기 재킷(310) 내부에 고정한 형태로서, 이외의 형태는 (a) 내지 (c)와 크게 다르지 않다.The above (d) is a form in which the high-temperature superconducting wire (320) is fixed inside the jacket (310) using an H-shaped steel (340b) without an elastic structure (340a), unlike the above (a) to (c), and the other forms are not significantly different from (a) to (c).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. Fig. 4 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, (a)는 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 포함하는 고온초전도관으로, 상기 고온초전도관은 상기 도 1과 상기 도 2의 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조 방식을 통합하여 제조되었다. Referring to FIG. 4, (a) is a high-temperature superconducting tube including the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet, and the high-temperature superconducting tube is manufactured by integrating the manufacturing methods of the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet of FIG. 1 and FIG. 2.
(b)는 상기 도 1과 상기 도 2의 방식을 통합하여 제조된 상기 고온초전도 자석용 관내 도체의 측면도를 나타낸다.(b) shows a side view of the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet manufactured by integrating the methods of the above-described FIG. 1 and FIG. 2.
재킷(410)은 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 재킷(410) 내부에 고온초전도 선재(420), 금속판(440), 냉매통로(450)를 포함한다.The jacket (410) is formed to surround the conductor inside the high-temperature superconducting magnet, and includes a high-temperature superconducting wire (420), a metal plate (440), and a coolant passage (450) inside the jacket (410).
고온초전도 선재(420)는 복수 개가 적층되고 구리를 포함하는 래핑부(430)로 둘러싸는 것에 의해 고온초전도 선재 서브 유닛을 형성할 수 있다. 상기 고온초전도 선재(420) 서브 유닛은 복수 적층하여 고온초전도 선재(420)들의 집합체를 형성하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고온초전도 선재(420) 서브 유닛은 좌우로 이격하여 적층되어 상기 고온초전도 선재(420)들의 집합체를 형성할 수도 있다. 또한, 고온초전도 선재(420)는 연장이 가능하고, 상기 고온초전도 선재(420)의 연장은 연장을 위한 다른 고온초전도 선재와의 연결부에 구리래핑을 수행하고, 상기 구리래핑된 연결부를 납땜하는 것을 통해 이루어질 수 있다.A plurality of high-temperature superconducting wires (420) can be stacked and wrapped with a wrapping portion (430) containing copper to form a high-temperature superconducting wire sub-unit. The high-temperature superconducting wire (420) sub-units are stacked to form an assembly of high-temperature superconducting wires (420), and as illustrated in FIG. 4, the high-temperature superconducting wire (420) sub-units can be stacked while being spaced apart from each other left and right to form an assembly of high-temperature superconducting wires (420). In addition, the high-temperature superconducting wire (420) can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wire (420) can be achieved by performing copper wrapping on a connection portion with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection portion.
래핑부(430)는 적층된 복수의 고온초전도 선재(420)들을 구리로 감싸는 것으로 상기 고온초전도 선재(420) 서브 유닛을 형성할 수 있으며, 상기 구리 래핑은 상기 고온초전도 선재(420) 서브 유닛 당 적어도 한번 이상 수행될 수 있다.The wrapping unit (430) can form the high-temperature superconducting wire (420) sub-unit by wrapping a plurality of stacked high-temperature superconducting wires (420) with copper, and the copper wrapping can be performed at least once per high-temperature superconducting wire (420) sub-unit.
금속판(440)은 상기 적층된 고온초전도 선재(420) 서브 유닛들 사이 에 위치될 수 있으며, 상기 고온초전도 선재(420)들을 상기 재킷(410) 내부에 고정하여 안정화하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 금속판(440)은 구리로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.A metal plate (440) may be positioned between the stacked high-temperature superconducting wire (420) sub-units, and may serve to stabilize the high-temperature superconducting wires (420) by fixing them inside the jacket (410). The metal plate (440) may be made of copper, but is not limited thereto.
냉매통로(450)는 상기 고온초전도 선재(420)들의 냉각을 위해 마련된 공간으로, 상기 좌우로 이격하여 적층된 고온초전도 선재(420) 서브 유닛들 사이의 공간, 상기 서브 유닛들과 재킷(410) 사이의 공간, 및 상기 재킷(410)과 상기 금속판(440)들 사이의 공간을 포함할 수 있다.The coolant passage (450) is a space provided for cooling the high-temperature superconducting wires (420), and may include a space between the high-temperature superconducting wire (420) sub-units that are spaced apart from each other and stacked on the left and right, a space between the sub-units and the jacket (410), and a space between the jacket (410) and the metal plates (440).
상기 고온초전도관은 냉각 방식으로 상기 냉매통로(450)에 냉매를 주입하여 냉매가 상기 고온초전도 선재(420)와 직접 닿는 방식으로 상기 고온초전 도 선재(420)의 냉각을 수행할 수 있다.The above high-temperature superconducting tube can cool the high-temperature superconducting wire (420) by injecting a coolant into the coolant passage (450) as a cooling method so that the coolant comes into direct contact with the high-temperature superconducting wire (420).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. Fig. 5 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 포함하는 고온초전도관은 상기 도 2와 상기 도 3의 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조 방식을 통합하여 제조되었다.Referring to FIG. 5, the high-temperature superconducting tube including the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet was manufactured by integrating the manufacturing methods of the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet of FIG. 2 and FIG. 3.
재킷(510)은 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 재킷(510) 내부에 고온초전도 선재(520), 금속 지그부(540a), H 형강 (540b), 및 냉매통로(550)를 포함하고, 이를 둘러싸도록 형성된다.A jacket (510) is formed to surround the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet, and includes a high-temperature superconducting wire (520), a metal jig (540a), an H-shaped steel (540b), and a coolant passage (550) inside the jacket (510), and is formed to surround them.
고온초전도 선재(520)는 상기 관 내에 중첩하여 적층되어 복수의 고온초전도 선재(520)들의 집합체를 형성하고, 상기 집합체는 상기 복수의 고온초전 도 선재(520)들이 좌우로 이격하여 적층되어 형성될 수도 있다. 또한, 고온초전도 선재(520)는 연장이 가능하고, 상기 고온초전도 선재(520)의 연장은 연장을 위한 다른 고온초전도 선재와의 연결부에 구리래핑을 수행하고, 상기 구리래핑된 연결부를 납땜하는 것을 통해 이루어질 수 있다.High-temperature superconducting wires (520) are overlapped and stacked within the tube to form an assembly of a plurality of high-temperature superconducting wires (520), and the assembly may be formed by stacking the plurality of high-temperature superconducting wires (520) spaced apart from each other on the left and right. In addition, the high-temperature superconducting wire (520) can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wire (520) can be achieved by performing copper wrapping on a connection portion with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection portion.
지지구조체(530)는 상기 집합체의 상면 상에 위치되어 상기 집합체가 상기 재킷(510) 내부에 안정적으로 정렬될 수 있도록 할 수 있다.The support structure (530) may be positioned on the upper surface of the assembly so that the assembly can be stably aligned inside the jacket (510).
금속 지그부(540a)는 상기 고온초전도 선재(520)들의 집합체 하면과 상기 재킷(510) 내벽 사이에 위치될 수 있으며, 이를 통해 상기 고온초전도 선재(520)들의 집합체가 재킷(510)내부에 고정될 수 있도록 한다. 상기 금속 지그부(540a)는 도 5에서 상기 고온초전도 선재(520)들의 집합체 하면에 형성되어 있으나, 상부에 형성될 수도 있다. 상기 금속 지그부(540a)는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The metal jig part (540a) may be positioned between the lower surface of the assembly of the high-temperature superconducting wires (520) and the inner wall of the jacket (510), thereby allowing the assembly of the high-temperature superconducting wires (520) to be fixed inside the jacket (510). The metal jig part (540a) is formed on the lower surface of the assembly of the high-temperature superconducting wires (520) in FIG. 5, but may also be formed on the upper surface. The metal jig part (540a) may include copper or aluminum, but is not limited thereto.
H 형강(540b)은 상기 고온초전도 선재(520)들의 집합체 상면과 상기 재킷(510) 내벽 사이에 위치될 수 있으며, 이를 통해 상기 고온초전도 선재(520)들 의 집합체가 재킷(510)내부에 고정될 수 있도록 한다.The H-shaped steel (540b) can be positioned between the upper surface of the assembly of the high-temperature superconducting wires (520) and the inner wall of the jacket (510), thereby allowing the assembly of the high-temperature superconducting wires (520) to be fixed inside the jacket (510).
냉매통로(550)는 상기 고온초전도 선재(520)들의 냉각을 위해 마련된 공간으로, 상기 H 형강(540b)와 상기 재킷 사이의 공간 포함할 수 있다.The coolant passage (550) is a space provided for cooling the high-temperature superconducting wires (520), and may include the space between the H-shaped steel (540b) and the jacket.
상기 고온초전도관은 냉각 방식으로 상기 냉매통로(550)로 냉매를 주입하여 냉매가 상기 고온초전도 선재(520)와 직접 닿는 방식을 사용하여 상기 고온초전도 선재(520)의 냉각을 수행할 수 있다.The above high-temperature superconducting tube can cool the high-temperature superconducting wire (520) by injecting a coolant into the coolant passage (550) as a cooling method and using a method in which the coolant comes into direct contact with the high-temperature superconducting wire (520).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 고온초전도 선재의 장선화 방법을 나타내는 모식도이다. FIG. 6 is a schematic diagram showing a method for lengthening a high-temperature superconducting wire of a conductor in a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 도 6은 상기 도 1과 같은 적층 방식에서 사용 가능한 장선화 방법으로, 금속판(630) 상에 적층된 고온초전도 선재(620)의 길이를 연장하기 위하여 부분 납땜(622)으로 연장을 위한 다른 고온초전도 선재와 연결하는 방법을 제공한다. 상기 부분 납땜(622)은 상기 연결되는 고온초전도 선재(620)들의 위치가 겹치지 않도록 충분한 간격을 두고 수행되어야 한다.Referring to Fig. 6, Fig. 6 provides a method of connecting a high-temperature superconducting wire (620) laminated on a metal plate (630) to another high-temperature superconducting wire for extension by partial soldering (622) in order to extend the length of the high-temperature superconducting wire (620) that can be used in the lamination method as in Fig. 1. The partial soldering (622) must be performed with sufficient spacing so that the positions of the high-temperature superconducting wires (620) to be connected do not overlap.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 고온초전도 선재의 장선화 방법을 나타내는 모식도이다. Fig. 7 is a schematic diagram showing a method for lengthening a high-temperature superconducting wire of an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 도 7은 상기 도 2 내지 도 5와 같은 적층 방식에서 사용 가능한 장선화 방법으로, 복수 적층되고 구리를 포함하는 래핑부(730)로 둘러싸는 것에 의해 형성된 고온초전도 선재(720) 서브 유닛의 길이를 연장하기 위하여 연장을 위한 다른 고온초전도 선재와의 연결부에 구리래핑(724)을 수행하고, 상기 구리래핑된 연결부의 부분 납땜(722)으로 상기 고온초전도 선재(720) 서브 유닛의 길이를 연장할 수 있다.Referring to FIG. 7, FIG. 7 is a method for extending the length of a high-temperature superconducting wire (720) sub-unit formed by wrapping it with a wrapping portion (730) that is laminated multiple times and includes copper, and copper wrapping (724) is performed on the connection portion with another high-temperature superconducting wire for extension, and the length of the high-temperature superconducting wire (720) sub-unit can be extended by partial soldering (722) of the copper-wrapped connection portion.
도 8의 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 실험을 위한 극저온 회로 모델을 나타낸 모식도이다. This is a schematic diagram showing a cryogenic circuit model for an experiment of an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention of FIG. 8.
도 8을 참조하면 (a)는 극저온 회로 모델로서, 하기의 실험 결과들은 기본적으로 (a)의 형태로 실험한 결과를 나타낸다. (b)는 (a)의 단면도로, 본 발명에서는 회로 모델의 일부로서 토로이드형 자석 권선 팩 방식과 대표적인 더블 팬케이크형(DP)에 대해 다루었다. (a)에서 순환기는 아래쪽의 삼각형으로 나타내어진다. SICC는 상기 도 1 내지 도 5에서 나타낸 고온초전도체를 지칭하며, 하기에서 SICC I은 도 1, SICC II는 도2, SICC III는 도3의 방법으로 제조되는 고온초전도체를 지칭하는 것으로 정의한다. 상기 SICC는 길이 160.0 m, 면적 3.5 x 10-4m2을 가지는 것을 사용한다. 냉매는 (a)의 1에서 상기 순환기를 거쳐 2의 방향으로 진행하여 6까지 흐르고, 7과 같이 순환기를 거치기 이전에, 초기 20K의 온도로 냉매를 다시 제어하여 상기 고온초전도체의 냉각을 수행할 수 있다. 상기 냉각은 더블 팬케이크형 코일을 단일냉각루프로 냉각하는 것에 의해 수행될 수 있다.Referring to Fig. 8, (a) is a cryogenic circuit model, and the experimental results below basically represent the results of the experiment in the form of (a). (b) is a cross-sectional view of (a), and in the present invention, as part of the circuit model, the toroidal magnet winding pack method and the representative double pancake type (DP) were treated. In (a), the circulator is represented by the triangle at the bottom. SICC refers to the high-temperature superconductor shown in Figs. 1 to 5, and below, SICC I is defined as a high-temperature superconductor manufactured by the method of Fig. 1, SICC II as Fig. 2, and SICC III as Fig. 3. The SICC used above has a length of 160.0 m and an area of 3.5 x 10-4 m2. The refrigerant flows from 1 in (a) through the circulator in the direction of 2 to 6, and before passing through the circulator as shown in 7, the refrigerant is controlled again to an initial temperature of 20 K to cool the high-temperature superconductor. The above cooling can be accomplished by cooling the double pancake-shaped coils with a single cooling loop.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 히스테리시스 손실을 나타내는 그래프이다. FIG. 9 is a graph showing the hysteresis loss of an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to one embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면 상기 그래프는 SICC III의 자석 충전 과정 동안 시간당 50 kA의 급속한 충전에 의해 나타나는 히스테리시스 손실을 나타낸다. 동일한 층에 위치한 SICC의 자기장은 동일하다고 가정했을 때, SICC의 자기장은 단계적으로 증가하고 중간에서 최대치에 도달한 후 단계적으로 감소하며, 히스테리시스 손실도 그에 비례하여 중간에서 ~6 W/m까지 증가하는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 9, the graph illustrates the hysteresis loss exhibited by rapid charging at 50 kA per hour during the magnetic charging process of SICC III. Assuming that the magnetic fields of SICCs located in the same layer are identical, it can be seen that the magnetic field of SICC increases stepwise, reaches a maximum in the middle, and then decreases stepwise, and the hysteresis loss also increases proportionally to ~6 W/m in the middle.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체들의 제조예에 따른, 자석 충전 과정 중의 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 10 is a graph showing the change in temperature during a magnet charging process according to an example of manufacturing conductors in a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 토로이드형 자석의 경우 자석을 빠르게 충전할 필요가 없으나, 본 발명에서는 시간당 50 kA로 빠르게 충전하는 경우로 가정하였다.Referring to Fig. 10, in the case of a toroidal magnet, there is no need to charge the magnet quickly, but in the present invention, it is assumed that the magnet is charged quickly at 50 kA per hour.
(a)는 SICC I의 길이에 따른 온도 변화를 시간순으로 나타낸 그래프, (b)는 SICC II의 길이에 따른 온도 변화를 시간순으로 나타낸 그래프, (c)는 SICC III의 길이에 따른 온도 변화 시간순으로 나타낸 그래프이다. 상기 SICC I의 경우, 열 부하가 내부에 고착되어 온도의 변화가 상기 도 9에 나타나는 히스테리 손실과 유사함을 보인다. 또한, SICC I의 경우 12 T까지 자석의 충전이 불가능하고, 약 2400초경 ~8 T까지 충전되었을 때 ??치(quench)가 발생함을 확인하였다. 반면, 상기 SICC II와 상기 SICC III의 경우 동적인 온도 변화가 관찰되며, 상기 (b), (c)의 그래프에서 피크 온도는 중간에 위치하지 않고, 시간이 지남에 따라 출구 쪽으로 이동함을 알 수 있다. 상기 SICC II와 상기 SICC III 모두에서 자석은 12T까지 충전될 수 있지만 최대 온도는 전류 공유 온도인 42.4K보다 훨씬 낮은 것을 확인하였다. 또한, 상기 SICC II 내부의 최대 온도 상승은 약 37K로 상기 SICC III의 약 31 K에 비해 더 높은 것을 알 수 있다.(a) is a graph showing the temperature change according to the length of SICC I in chronological order, (b) is a graph showing the temperature change according to the length of SICC II in chronological order, and (c) is a graph showing the temperature change according to the length of SICC III in chronological order. In the case of SICC I, the heat load is fixed inside, so the temperature change is similar to the hysteresis loss shown in FIG. 9. In addition, in the case of SICC I, it was confirmed that the magnet could not be charged up to 12 T, and quenching occurred when it was charged to ~8 T at approximately 2400 s. On the other hand, dynamic temperature changes were observed in the case of SICC II and SICC III, and it can be seen in the graphs (b) and (c) that the peak temperature is not located in the middle, but moves toward the outlet over time. In both SICC II and SICC III, it was confirmed that the magnet could be charged up to 12 T, but the maximum temperature was much lower than the current sharing temperature of 42.4 K. Additionally, it can be seen that the maximum temperature rise inside the SICC II is about 37 K, which is higher than that of the SICC III, which is about 31 K.
도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 시간에 따른 압력, 온도, 및 질량 유량의 변화량을 나타내는 그래프이다. 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 시간에 따른 압력, 온도, 및 질량 유량의 변화량을 나타내는 그래프이다.FIG. 11a is a graph showing changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time in an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to one embodiment of the present invention. FIG. 11b is a graph showing changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time in an in-tube conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, SICC I와 SICC III의 차이를 명확하게 확인할 수 있으며, 상기 도 8에 도시된 입구와 출구에서의 시간에 따른 압력, 온도 및 질량 흐름 변화가 나타난다. SICC I의 시간에 따른 압력 변화를 나타내는 도 11a의 (a)와 SICC III의 시간에 따른 압력 변화를 나타내는 도 11b의 (a)를 살펴보면, 초기에는 입구의 압력이 증가하고, 출구에서 압력이 감소하는 모습을 보인다. 50초 후 자석 충전이 시작되면, 도 11a의 (a)에서는 압력이 꾸준히 증가하는 모습을 보이나, 도 11b의 (a)에서는 충전이 중단되는 즉시 10분 이내에 압력이 감소함을 관찰할 수 있다.Referring to Figs. 11a and 11b, the difference between SICC I and SICC III can be clearly seen, and the pressure, temperature, and mass flow changes over time at the inlet and outlet shown in Fig. 8 are shown. Looking at Fig. 11a (a) showing the pressure change over time of SICC I and Fig. 11b (a) showing the pressure change over time of SICC III, the pressure at the inlet initially increases and the pressure decreases at the outlet. When the magnetic charging starts after 50 seconds, Fig. 11a (a) shows a steady increase in pressure, but Fig. 11b (a) shows a decrease in pressure within 10 minutes as soon as the charging is stopped.
상기 SICC I는 냉매통로가 상기 SICC III보다 작기 때문에 SICC I의 유량을 나타내는 도 11a의 (c)와 SICC III의 유량을 나타내는 도 11b의 (c)를 비교하면 상기 SICC I의 유량이 상기 SICC III보다 10배 이상 낮게 나타났다.Since the refrigerant passage of the SICC I is smaller than that of the SICC III, when comparing Fig. 11a (c) showing the flow rate of the SICC I with Fig. 11b (c) showing the flow rate of the SICC III, the flow rate of the SICC I is found to be more than 10 times lower than that of the SICC III.
SICC I의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 도 11a의 (b)와 SICC III의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 도 11b의 (b)를 살펴보면, SICC I와 SICC III 모두에 대해 순환장치를 가동하여 냉매가 흐르기 시작하는 초기에는, 줄-톰슨 효과로 인해 입구 온도가 증가하고 출구 온도가 감소하는 것을 보인다. 자석 충전은 50초 후 수행되며, 히스테리시스 손실로 인한 관 내부의 온도 상승은 상기 SICC III의 출구에서도 직접적으로 관찰할 수 있는 반면, 상기 SICC I의 출구에서는 초기 온도인 20 K 부근에서 거의 동일한 온도를 유지함을 보인다. 또한, 상기 SICC III의 경우 충전이 중단되는 즉시 10분 이내에 저온이 원래의 값을 회복하였다.Looking at Fig. 11a (b) showing the temperature change over time of SICC I and Fig. 11b (b) showing the temperature change over time of SICC III, it can be seen that for both SICC I and SICC III, when the circulation device is operated and the refrigerant starts to flow, the inlet temperature increases and the outlet temperature decreases due to the Joule-Thomson effect. The magnet charging is performed after 50 seconds, and the temperature increase inside the tube due to hysteresis loss can be directly observed at the outlet of the SICC III, whereas the outlet of the SICC I maintains almost the same temperature around the initial temperature of 20 K. In addition, in the case of the SICC III, the low temperature recovered to the original value within 10 minutes as soon as the charging was stopped.
도 11b의 (c)에는 상기 SICC III와 SICC II에 대한 질량 유량이 함께 제시되어 있으며, 상기 SICC II의 질량 유량은 상기 SICC III에 비해 약 70% 낮 음을 보인다. 이러한 낮은 유량으로 인해 상기 SICC II 내부의 최대 온도 상승은 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 SICC III에 비해 높은 것으로 나타났다.In Fig. 11b (c), the mass flow rates for the SICC III and SICC II are presented together, and the mass flow rate of the SICC II is shown to be about 70% lower than that of the SICC III. Due to this lower flow rate, the maximum temperature rise inside the SICC II is shown to be higher than that of the SICC III, as can be seen in Fig. 10.
상기와 같은 실험의 결과, SICC I과 같은 다공성 구조는 히스테리시스 손실에 의해 발생하는 열부하를 제거하는 데 효과적이지 않은 것으로 나타났으며, 이는 유체의 흐름이 방해되어 열이 고착됨으로 인해 발생한 것으로 확인되었다. 또한, 구리를 사용하지 않은 SICC III에 비해 구리를 사용한 SICC II의 경우 최대 온도가 상승하고, 유량은 감소함을 확인하였고, 이에 따라 구리는 열부하를 낮추는 데 도움이 되지 않는 것으로 보이나, 효과적인 전류 공유와 고온초전도체 간의 적절한 열전도를 위해서 구리가 바람직하다.The results of the above experiments showed that a porous structure such as SICC I was not effective in removing the thermal load caused by hysteresis loss, which was confirmed to be caused by the heat being trapped due to the impeded fluid flow. In addition, compared to SICC III without copper, the maximum temperature increased and the flow rate decreased in SICC II using copper. Therefore, copper does not appear to be helpful in reducing the thermal load, but is desirable for effective current sharing and adequate heat conduction between high-temperature superconductors.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and those skilled in the art will readily appreciate that the present invention can be readily modified into other specific forms without altering the technical spirit or essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined manner.
정리하면, 아래와 같은 세 가지 형태(제1형, 제2형, 제3형)의 고온초전도(High Temperature Superconductor; HTS) 선재 적층형 관내 집합 도체(HTS Wire Stacked Conduit Composite Conductor)가 있다.In summary, there are three types of high-temperature superconductor (HTS) wire stacked conduit composite conductors (Type 1, Type 2, and Type 3) as follows.
<제1형>. 도 1과 같이 고온초전도 선재(SUS기판 상에 HTS 물질이 다층으로 적층된 구조이고 약 수 십um 두께를 가짐)를 얇은 구리판(약 40 um 두께) 위에 (필요시에 납땜 등으로 고정하여) 배치한 형태이다. 서로 수직으로 이격된 이웃한 구리판 사이에 복수의 이격된 고온초전도 선재가 배치될 수 있다. 고온초전도 선재 사이에는 냉매 통로(약 수십 마이크로미터 간격)가 있다. 수직으로 이격된 구리판들 사이에 복수의 이격된 고온초전도 선재가 각각 배치되어 스택 구조를 형성한다. 스택 구조는 전체적으로 SUS 테이프, 알루미늄 테이프 또는 구리 테이프로 스파이럴 래핑(spiral wrapping)할 수 있다. 래핑된 스택 구조는 도관(conduit) 또는 자켓(jacket) 내에 배치될 수 있다. 도관(conduit) 또는 자켓(jacket)은 구리 관, 알루미늄 관, 또는 SUS 관일 수 있다. 장점(1)으로, 초전도체 선재와 냉매와 직접 닿는 면적이 매우 크다. 장점(2)으로, 고온초전도 선재를 연속적 이어서 납땜 등의 방식으로 고정할 수 있다. 이에 따라, 마치 연속된 긴 선재를 활용하는 것과 같은 효과를 제공한다.<Type 1>. As shown in Fig. 1, a high-temperature superconducting wire (a structure in which HTS materials are laminated in multiple layers on a SUS substrate and have a thickness of about several tens of micrometers) is arranged on a thin copper plate (about 40 micrometers thick) (by fixing it by soldering, etc., if necessary). A plurality of spaced-apart high-temperature superconducting wires can be arranged between adjacent copper plates that are vertically spaced from each other. There are coolant passages (with a gap of about several tens of micrometers) between the high-temperature superconducting wires. A plurality of spaced-apart high-temperature superconducting wires are respectively arranged between the vertically spaced copper plates to form a stack structure. The entire stack structure can be spiral-wrapped with SUS tape, aluminum tape, or copper tape. The wrapped stack structure can be arranged in a conduit or a jacket. The conduit or jacket can be a copper pipe, an aluminum pipe, or an SUS pipe. Advantage (1) is the extremely large surface area in direct contact with the superconducting wire and the refrigerant. Advantage (2) is that the high-temperature superconducting wire can be connected continuously and secured by soldering or other methods. This provides the same effect as using a continuous, long wire.
<제2형>. 도 2와 같이, 적층된(약 30층) 고온초전도 선재 스택(stack)이 SUS 테이프 혹은 Cu 테이프 등으로 스파이럴 랩핑(spiral wrapping) 된다. 고온초전도 선재 스택은 2차원적으로 배열되어 고온초전도 선재 번들(bundle)을 형성한다. 고온초전도 선재 번들은 Cu 지지부(Cu 지그) 혹은 Al 지지부를 이용해 자켓(Jacket) 안에 고정될 수 있다. Cu 지지부는 단면도 상에서 C자 형태이다. Cu 지지부는 고온초전도 선재 번들의 상부면과 하부면에 각각 배치된다. 이에 따라, 고온초전도 선재 번들의 좌측면 및 우측면에 냉매 통로가 형성된다. 자켓(Jacket)은 단면도 상에 모따기 처리된 사각형일 수 있다. 장점(1)으로, 고온초전도 선재 번들의 상부면 및 하부면은 전도 냉각(conductive cooling)에 의하여 냉각되고, 고온초전도 선재 번들의 좌측면 및 우측면은 냉매(coolant )가 직접 닿는 형태로 냉각된다. 이에 따라, 전도 냉각과 직접 냉각은 융합되어 수행된다. 장점(2)으로, 지지부로 사용된 Cu 혹은 Al이 집합 도체(Composite Conductor)의 안정화 동(Cupper Stabilizer) 역할을 수행한다.<Type 2>. As shown in Fig. 2, a stack of high-temperature superconducting wires (approximately 30 layers) is spiral-wrapped with SUS tape or Cu tape. The high-temperature superconducting wire stack is arranged two-dimensionally to form a high-temperature superconducting wire bundle. The high-temperature superconducting wire bundle can be fixed inside a jacket using a Cu support (Cu jig) or an Al support. The Cu support has a C shape in the cross-section. The Cu support is arranged on the upper and lower surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle, respectively. Accordingly, coolant passages are formed on the left and right surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle. The jacket may have a chamfered square shape in the cross-section. As an advantage (1), the upper and lower surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle are cooled by conductive cooling, and the left and right surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle are cooled by direct contact with the coolant. Accordingly, conductive cooling and direct cooling are performed in combination. As an advantage (2), the Cu or Al used as a support acts as a copper stabilizer for the composite conductor.
<제3형>. 도 3과 같이 적층된(약 30층) 고온초전도 선재 스택은 2차원적으로 배열되어 고온초전도 선재 번들이 형성된다. 고온초전도 선재 번들은 안정화 동(Cupper Stabilizer)을 사용하지 않고, SUS 등의 구조물(지지 구조물, 및 탄성을 가진 지지 구조물)로 다양한 형태로 내부의 여러 힘에 견딜 수 있게 자켓(Jacket) 안에 고정한 형태이다. 지지 구조물은 판형 지지물과 C형 탄성체의 결합 구조, 판형 지지물과 타원형 탄성체의 결합 구조, 및 H 빔 형태의 구조일 수 있다. 장점(1)으로, 냉매 공간 확보가 가장 용이한 형태이다. 장점(2)으로, SUS 등 내부 구조물 활용을 통하여 기계적 안정성이 우수하다.<Type 3>. As shown in Fig. 3, the stacked (approximately 30 layers) high-temperature superconducting wires are arranged two-dimensionally to form a high-temperature superconducting wire bundle. The high-temperature superconducting wire bundle does not use a cupper stabilizer, but is fixed inside a jacket to withstand various internal forces in various forms with structures (support structures and elastic support structures) such as SUS. The support structure can be a combined structure of a plate-shaped support and a C-shaped elastic body, a combined structure of a plate-shaped support and an elliptical elastic body, or an H-beam-shaped structure. As an advantage (1), it is the form in which it is easiest to secure a refrigerant space. As an advantage (2), it has excellent mechanical stability through the use of internal structures such as SUS.
위의 개념을 혼용한 여러 형태의 고온초전도 선재 적층형 관내 집합 도체(Composite Conductor)가 가능하다. Various types of high-temperature superconducting wire composite conductors are possible by combining the above concepts.
<예시 1 >. 도 4와 같이 제1형의 구리판 활용 (필요시에 납땜 등으로 고정) 방법과 제2형의 적층된 고온초전도 선재 스택을 Cu 등으로 스파이럴 랩핑(spiral wrapping)하는 방법을 통합한다. 즉, 적층된(약 30층) 고온초전도 선재 스택이 Cu 등으로 스파이럴 랩핑(spiral wrapping)된 후, 구리판(두께 약 40um) 상에 2차원적으로 배열되어, 전체적으로 고온초전도 선재 번들(bundle)을 구성한다. Cu 테이프 등으로 스파이럴 랩핑(spiral wrapping)된 고온초전도 선재 스택들은 구리판 상에서 서로 이격되어 배치되어 냉매 통로를 제공할 수 있다. 고온초전도 선재 번들(bundle)의 최상부면 및 최하부면에는, 구리판이 배치될 수 있다. 고온초전도 선재 번들은 자켓(Jacket) 또는 도관(conduit) 내부에 배치된다. 집합 도체(Composite Conductor)는 자켓(Jacket) 과 고온초전도 선재 번들(bundle) 사이에 냉매 통로를 제공할 수 있다. <Example 1>. As shown in Fig. 4, the method of utilizing a copper plate of type 1 (fixing it with soldering, etc., if necessary) and the method of spiral wrapping a stack of laminated high-temperature superconducting wires with Cu, etc. of type 2 are combined. That is, after the laminated (approximately 30 layers) high-temperature superconducting wire stack is spiral wrapped with Cu, etc., it is two-dimensionally arranged on a copper plate (approximately 40 μm thick), thereby forming a bundle of high-temperature superconducting wires as a whole. The high-temperature superconducting wire stacks spirally wrapped with Cu tape, etc. can be arranged spaced apart from each other on the copper plate to provide a coolant passage. Copper plates can be arranged on the top and bottom surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle. The high-temperature superconducting wire bundle is arranged inside a jacket or a conduit. A composite conductor can provide a coolant passage between the jacket and the bundle of high-temperature superconducting wires.
<예시 2>. 도 5와 같이 제2형의 Cu 지지부(또는 지그) 활용 방법과 제3형의 H-beam 등의 내부 구조물을 활용한 지지 방법이 통합될 수 있다. 즉, 적층된(약 30층) 고온초전도 선재 스택은 2차원적으로 배열되어 고온초전도 선재 번들을 구성한다. 고온초전도 선재 번들은 안정화 동(Cupper Stabilizer)을 사용하지 않고, SUS 등의 구조물(지지 구조물, 및 탄성을 가지는 지지 구조물)로 재킷(Jacket) 안에 고정된다. 그러나, 고온초전도 선재 번들의 하부면은 구리 지지부에 의하여 지지된다. 이에 따라, 냉매 통로는 H 빔 형태의 지지 구조물과 자켓 사이에 형성된다. <Example 2>. As shown in Fig. 5, the method of utilizing the second type of Cu support (or jig) and the method of utilizing the third type of internal structure such as the H-beam can be integrated. That is, the stacked (approximately 30 layers) high-temperature superconducting wire stacks are arranged two-dimensionally to form a high-temperature superconducting wire bundle. The high-temperature superconducting wire bundle is fixed inside the jacket by a structure (support structure, and elastic support structure) such as SUS without using a copper stabilizer. However, the lower surface of the high-temperature superconducting wire bundle is supported by the copper support. Accordingly, a coolant passage is formed between the H-beam-shaped support structure and the jacket.
< 관내 집합 도체(Conduit Composite Conductor)를 구성하는 장선화 기법> < Long-wire technique for constructing a conduit composite conductor>
구리판, 부분 납땜 기법을 활용한 장선화 기법. 도 6과 같이 고온초전도 선재의 제조 길이 (통상적으로 수백 미터 이하) 이상의 집합 도체(Composite Conductor)가 필요한 경우에는 연장 방향으로 이웃한 고온초전도 선재들 사이를 납땜을 통해 필요한 길이 만큼 연장할 수 있다. 복수의 고온초전도 선재들이 구리판 상에 나란히 진행하는 경우, 납땜 위치는 나란히 진행하는 선재들에서 서로 겹치지 않도록 공간적으로 충분한 길이 방향의 간격이 필요하다.Copper plate, long-linearization technique using partial soldering technique. As shown in Fig. 6, when a composite conductor longer than the manufacturing length of high-temperature superconducting wires (typically less than several hundred meters) is required, adjacent high-temperature superconducting wires can be extended to the required length through soldering. When multiple high-temperature superconducting wires are run parallel on a copper plate, the soldering locations must be sufficiently spaced longitudinally to prevent the wires from overlapping.
<부분 적층, 부분 납땜 기법을 활용한 장선화 기법><Long-line drawing technique using partial lamination and partial soldering techniques>
도 7과 같이, 적층(약 30층)된 고온 초전도 선재 스택의 경우에도 연장이 필요한 부분(스택의 최상부 선재)에 국부적으로 납땜(soldering)한 후 Cu를 랩핑(wrapping)하는 방식으로 필요한 길이만큼 연장할 수 있다. 즉, 고온 초전도 선재 스택은 적층된 고온 초전도 선재를 포함하고, 고온 초전도 선재들은 같은 층에서 납땜에 의하여 서로 연결되고, 남땜 부위는 국부적 Cu를 랩핑(wrapping)된다. 적층(약 30층)된 고온 초전도 선재 스택은 Cu 스파이럴 랩핑(wrapping)에 의하여 지지된다. 이러한 초전도 선재 스택은 2차원적으로 배열되어, 고온 초전도 선재 번들을 구성한다. As shown in Fig. 7, even in the case of a stack of high-temperature superconducting wires (approximately 30 layers), the wires can be locally soldered in the area requiring extension (the uppermost wire of the stack) and then wrapped with Cu to extend them to the required length. That is, the high-temperature superconducting wire stack includes stacked high-temperature superconducting wires, the high-temperature superconducting wires are connected to each other by soldering in the same layer, and the soldered area is locally wrapped with Cu. The stacked high-temperature superconducting wire stack (approximately 30 layers) is supported by Cu spiral wrapping. These superconducting wire stacks are arranged two-dimensionally to form a high-temperature superconducting wire bundle.
위에서 설명한 본 발명의 특징은 관내 집단 도체(conduit composite conductor)의 열적 안정성 확보를 위해 필수적인 사항은 안정화 동(Cupper Stabilizer)이 아니라 냉매의 흐름을 원활하게 할 수 있는 냉매 통로 구조에 있다는 것이다. 즉, 열적 안정성 확보를 위한 냉매가 지나는 냉매 통로는 공극률(porosity)에 대해 일정 값(10%) 이상이 필요하다. 다만, 공극률(porosity)이 30%를 초과하는 경우, 공간 활용성이 감소한다.The characteristic of the present invention described above is that, for ensuring the thermal stability of the conduit composite conductor, the essential element is not the cupper stabilizer, but rather the refrigerant passage structure that facilitates the smooth flow of refrigerant. In other words, the refrigerant passage through which the refrigerant passes to ensure thermal stability requires a porosity of at least a certain value (10%). However, if the porosity exceeds 30%, space utilization is reduced.
본 발명의 특징 중 다른 하나는 초전도 도체에 우발적인 상황으로 열적인 불안정이 발생했을 경우에 반드시 필요한 전류 재분배가 가능한 구조에 대한 것이다. 본 발명의 발명자는 시뮬레이션 분석결과에 통하여, 대략 30층의 고온초전도 선재 스택 내부에서는 고온 초전도 선재 각각이 구비한 보호층(구리층)에 의해 상호 전파(전류 재분배)가 가능하다는 것을 확인하였다. 또한, 고온초전도 선재 스택은 2차원적으로 배열되어 고온 초전도 선재 번들을 구성한다. 따라서, 고온 초전도 선재 번들 내에서, 각각의 고온초전도 선재 스택은 스파이럴 랩핑, 구리 도관, 혹은 납땜 등에 의해 전류 재분배가 가능한 구조가 필요하다.Another feature of the present invention is a structure capable of current redistribution, which is essential in the event of thermal instability in a superconducting conductor due to an accidental situation. The inventor of the present invention confirmed through simulation analysis results that mutual propagation (current redistribution) is possible within a high-temperature superconducting wire stack of approximately 30 layers due to the protective layer (copper layer) provided to each of the high-temperature superconducting wires. In addition, the high-temperature superconducting wire stack is arranged two-dimensionally to form a high-temperature superconducting wire bundle. Therefore, within the high-temperature superconducting wire bundle, each high-temperature superconducting wire stack requires a structure capable of current redistribution, such as by spiral wrapping, copper conduit, or soldering.
본 발명의 시뮬레이션 결과에 따르면, 30층 고온초전도 선재 스택 내의 전류 재분배가 가능한 구조에서, 각각의 고온초전도 선재 스택 간의 접촉저항을 좋게 한 구조에서는 초전도 특성이 살아지는 ??칭(Quenching) 등의 문제가 일어날 수 있는 상황에서 안정적인 전류 재분배가 가능하다. 본 발명의 시뮬레이션 분석 결과에 의거하여 다음 3종의 번들 구조를 제안한다. 고온초전도 선재 번들은 30층 혹은 그 근방의 고온초전도 선재 스택이 2차원적으로 배열되어 구성된다.According to the simulation results of the present invention, in a structure capable of current redistribution within a 30-layer high-temperature superconducting wire stack, a structure with improved contact resistance between each high-temperature superconducting wire stack enables stable current redistribution in situations where problems such as quenching, which causes superconducting characteristics to be lost, may occur. Based on the simulation analysis results of the present invention, the following three bundle structures are proposed. The high-temperature superconducting wire bundle is composed of 30-layer or nearby high-temperature superconducting wire stacks arranged two-dimensionally.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체의 고온초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.FIG. 12a is a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack of a collective conductor according to one embodiment of the present invention.
도 12b는 도 12a의 고온초전도 선재 스택의 단면도이다.Figure 12b is a cross-sectional view of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 12a.
도 13은 도 12b의 고온초전도 선재 스택을 구성하는 고온초전도 선재를 나타내는 단면도이다.Fig. 13 is a cross-sectional view showing the high-temperature superconducting wires that constitute the high-temperature superconducting wire stack of Fig. 12b.
도 14는 도 12a의 고온초전도 선재 스택이 배열된 고온 초전도체 선재 번들을 나타내는 사시도이다.Figure 14 is a perspective view showing a high-temperature superconductor wire bundle in which the high-temperature superconducting wire stacks of Figure 12a are arranged.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체(13)는, 복수의 고온초전도 선재들(10a)이 적층된 고온초전도 선재 스택(10); 및 고온초전도 선재 스택들(10) 각각을 감싸도록 배치된 구리 래핑(11a) 또는 구리 관(21a)을 포함한다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)은 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들(12)을 제공한다.Referring to FIGS. 12 to 14, a conductor assembly (13) according to one embodiment of the present invention includes a high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) are stacked; and a copper wrapping (11a) or copper tube (21a) arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks (10). The high-temperature superconducting wire stack (10) provides a two-dimensionally arranged high-temperature superconducting wire bundle (12).
상기 고온초전도 선재 스택(10)에서, 상기 고온초전도 선재들(10a)이 적층된 회수는 상기 고온초전도 선재(10a)의 폭에 대응하는 두께를 가질 수 있다. 예시적으로, 상기 고온초전도 선재(10a)의 두께가 0.1 mm이고, 상기 고온초전도 선재(10a)의 폭의 4mm인 경우, 적층된 회수는 약 40회 일 수 있다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 단면은 정사각형 또는 정사각형에 근접한 직사각형일 수 있다. 이에 따라, 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 구리 랩핑시, 구리 테이프의 부드러운 연결이 가능하다.In the high-temperature superconducting wire stack (10), the number of times the high-temperature superconducting wires (10a) are stacked may have a thickness corresponding to the width of the high-temperature superconducting wire (10a). For example, when the thickness of the high-temperature superconducting wire (10a) is 0.1 mm and the width of the high-temperature superconducting wire (10a) is 4 mm, the number of times the wires are stacked may be about 40. The cross-section of the high-temperature superconducting wire stack (10) may be a square or a rectangle close to a square. Accordingly, when the high-temperature superconducting wire stack (10) is copper wrapped, smooth connection of the copper tape is possible.
상기 고온초전도 선재들(10a) 각각은, 기판(10b); 상기 기판(10b) 상에 배치된 버퍼층(10c); 상기 버퍼층(10c) 상에 배치된 고온 초전도층(10d); 및 상기 고온 초전도층(10d) 및 상기 기판(10b)을 감싸도록 배치된 보호층(10e)을 포함한다. 상기 보호층(10e)은 구리 또는 은 박막일 수 있다. 상기 기판(10b)은 SUS 기판일 수 있다. 상기 버퍼층(10c)은 MgO층을 포함할 수 있다. 상기 고온 초전도층(10d)은 ReBCO 또는 YBCO일 수 있다. 상기 보호층(10e)은 구리 또는 은 박막으로 수 마이크로수준의 도금층일 수 있다. 이에 따라, 상기 고온초전도 선재들(10a)은 구리 또는 은 재질의 보호층으로 덮혀져 있다.Each of the above high-temperature superconducting wires (10a) includes a substrate (10b); a buffer layer (10c) disposed on the substrate (10b); a high-temperature superconducting layer (10d) disposed on the buffer layer (10c); and a protective layer (10e) disposed to surround the high-temperature superconducting layer (10d) and the substrate (10b). The protective layer (10e) may be a copper or silver thin film. The substrate (10b) may be a SUS substrate. The buffer layer (10c) may include a MgO layer. The high-temperature superconducting layer (10d) may be ReBCO or YBCO. The protective layer (10e) may be a plating layer of a copper or silver thin film having a thickness of several micrometers. Accordingly, the high-temperature superconducting wires (10a) are covered with a protective layer made of copper or silver.
상기 고온초전도 선재들(10a) 각각의 두께는 40 내지 150 마이크로미터이고, 상기 고온초전도 선재들(10a) 각각의 폭은 2 밀리미터 내지 12 밀리미터일 수 있다. 상기 고온초전도 선재들(10a)의 폭이 12 밀리미터를 초과하는 경우, 상기 고온초전도 선재들의 적층이 용이하지 않다.The thickness of each of the high-temperature superconducting wires (10a) may be 40 to 150 micrometers, and the width of each of the high-temperature superconducting wires (10a) may be 2 to 12 millimeters. If the width of the high-temperature superconducting wires (10a) exceeds 12 millimeters, stacking of the high-temperature superconducting wires is not easy.
상기 구리 래핑(11a)은 40 마이크로미터 내지 120 마이크로미터의 두께를 가지고, 상기 구리 래핑(11a)의 폭은 20 밀리미터 내지 120 밀리미터일 수 있다. 상기 구리 래핑(11a)은 상기 고온초전도 선재 스택(10) 마다 수행될 수 있다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)이 2차원적으로 배열된 경우, 상기 구리 래핑(11a)은 서로 접촉하여 접촉저항을 감소시킬 수 있다. 상기 구리 래핑(11a)은 스파이럴 래핑이고, 상기 고온 초전도 선재의 길이 방향을 따라 구리 래핑이 있는 구역과 상기 구리 래핑이 없는 구역의 비는 1:0 내지 1: 3일 수 있다. 상기 구리 래핑(11a)은 서로 중첩되어 랩핑될 수 있다. The copper wrapping (11a) may have a thickness of 40 micrometers to 120 micrometers, and a width of the copper wrapping (11a) may be 20 millimeters to 120 millimeters. The copper wrapping (11a) may be performed on each of the high-temperature superconducting wire stacks (10). When the high-temperature superconducting wire stacks (10) are arranged two-dimensionally, the copper wrappings (11a) may contact each other to reduce contact resistance. The copper wrapping (11a) may be spiral wrapping, and the ratio of an area with copper wrapping and an area without copper wrapping along the longitudinal direction of the high-temperature superconducting wire may be 1:0 to 1:3. The copper wrappings (11a) may be wrapped by overlapping each other.
상기 고온초전도체 선재 번들(12)은 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 너비 방향으로 2의 배수이고, 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 높이 방향으로 2의 배수일 수 있다. 상기 고온초전도체 선재 번들(12)은 소정의 전류와 자기장을 위하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 전류가 54 kA이고, 12 Tesla의 자기장을 위하여, 상기 고온초전도체 선재 번들(12)은 4x5 또는 6x5 일 수 있다. The high-temperature superconductor wire bundle (12) may be a multiple of 2 in the width direction of the high-temperature superconducting wire stack (10) and a multiple of 2 in the height direction of the high-temperature superconducting wire stack (10). The high-temperature superconductor wire bundle (12) may be selected for a given current and magnetic field. For example, for a current of 54 kA and a magnetic field of 12 Tesla, the high-temperature superconductor wire bundle (12) may be 4x5 or 6x5.
상기 고온초전도체 선재 번들(12) 또는 상기 고온초전도체 선재 스택(10)은 냉매에 의한 직접 냉각 또는 전도에 의한 전도 냉각될 수 있다. 집합 도체(13)는 냉매 통로를 가지는 자켓 또는 도관(미도시)을 더 포함하고, 상기 고온초전도체 선재 번들(12) 또는 상기 고온초전도체 선재 스택(10)은 자켓 내부에 배치될 수 있다.The high-temperature superconductor wire bundle (12) or the high-temperature superconductor wire stack (10) can be cooled directly by a coolant or by conduction. The collective conductor (13) further includes a jacket or conduit (not shown) having a coolant passage, and the high-temperature superconductor wire bundle (12) or the high-temperature superconductor wire stack (10) can be arranged inside the jacket.
도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체의 고온초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.FIG. 15a is a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack of a collective conductor according to one embodiment of the present invention.
도 15b, 도 15c, 및 도 15d는 도 15a의 고온초전도 선재 스택의 단면도들이다.Figures 15b, 15c, and 15d are cross-sectional views of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 15a.
도 16은 도 15a의 고온초전도 선재 스택이 배열된 고온 초전도체 선재 번들을 나타내는 사시도이다.Figure 16 is a perspective view showing a high-temperature superconductor wire bundle in which the high-temperature superconducting wire stacks of Figure 15a are arranged.
도 15 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체(23)는, 복수의 고온초전도 선재들(10a)이 적층된 고온초전도 선재 스택(10); 및 고온초전도 선재 스택들(10) 각각을 감싸도록 배치된 구리 래핑(11a) 또는 구리 관(21a)을 포함한다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)은 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들(22)을 제공한다. Referring to FIGS. 15 and 16, a conductor assembly (23) according to one embodiment of the present invention includes a high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) are stacked; and a copper wrapping (11a) or copper tube (21a) arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks (10). The high-temperature superconducting wire stack (10) provides a two-dimensionally arranged high-temperature superconducting wire bundle (22).
구리 관(21a)은 도금 방식 또는 튜브에 삽입되는 방식, 절곡된 튜브 형상의 판재을 납땜하는 방식 등에 의하여 구현될 수 있다.The copper pipe (21a) can be implemented by a plating method, a method of inserting into a tube, a method of soldering a plate material in the shape of a bent tube, etc.
도 15c를 참조하면, 고온초전도 선재 스택들(10) 각각을 감싸도록 배치된 구리 관(21a)은 5면을 가지나 서로 중첩된 후 납땜(21b)되어 단면도 상에 4각형을 가질 수 있다. Referring to Fig. 15c, the copper tube (21a) arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks (10) has five sides, but can be soldered (21b) after overlapping each other to have a square shape in the cross-section.
도 15d를 참조하면, 고온초전도 선재 스택들(10) 각각을 감싸도록 배치된 구리 관(21a)은 단면도 상에서 사각형이고, 서로 납땜(21c)되는 부위는 상기 고온초전도 선재 스택의 길이 방향으로 가질 수 있다.Referring to FIG. 15d, the copper tube (21a) arranged to surround each of the high-temperature superconducting wire stacks (10) has a rectangular shape in the cross-section, and the portions where they are soldered together (21c) can be in the longitudinal direction of the high-temperature superconducting wire stack.
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체의 고온초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.FIG. 17a is a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack of a collective conductor according to one embodiment of the present invention.
도 17b 도 17a의 고온초전도 선재 스택의 단면도들이다.Figures 17b and 17a are cross-sectional views of the high-temperature superconducting wire stack.
도 18은 도 17a의 고온초전도 선재 스택이 배열된 고온 초전도체 선재 번들을 나타내는 사시도이다.Figure 18 is a perspective view showing a high-temperature superconductor wire bundle in which the high-temperature superconducting wire stacks of Figure 17a are arranged.
도 17 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체(33)는, 복수의 고온초전도 선재들(10a)이 적층되고 이웃한 고온초전도 선재들(10a) 사이에 납땜층(31a)을 포함하는 고온초전도 선재 스택(30);를 포함한다.Referring to FIGS. 17 and 18, a conductor assembly (33) according to one embodiment of the present invention includes a high-temperature superconducting wire stack (30) in which a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) are stacked and a solder layer (31a) is included between adjacent high-temperature superconducting wires (10a).
상기 고온초전도 선재 스택들(30)은 2차원적으로 배열되어 고온초전도 선재 번들(32)을 제공한다. 상기 납땜층(31a)의 두께는 5 마이크로미터 내지 30 마이크로미터일 수 있다. 상기 납땜층(31a)은 고온초전도 선재 스택(30)의 외측면에도 형성될 수 있다.The above high-temperature superconducting wire stacks (30) are arranged two-dimensionally to provide a high-temperature superconducting wire bundle (32). The thickness of the solder layer (31a) may be 5 micrometers to 30 micrometers. The solder layer (31a) may also be formed on the outer surface of the high-temperature superconducting wire stack (30).
상기 고온초전도 선재 스택(30)에서, 상기 고온초전도 선재들(10a)이 적층된 회수는 상기 고온초전도 선재의 폭에 대응하는 두께를 가질 수 있다. 상기 고온초전도 선재들(10a) 각각은, 기판; 상기 기판 상에 배치된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치된 초전도층; 및 상기 초전도층 및 상기 기판을 감싸도록 배치된 보호층을 포함한다. 상기 보호층은 구리 박막일 수 있다.In the high-temperature superconducting wire stack (30), the number of times the high-temperature superconducting wires (10a) are stacked may have a thickness corresponding to the width of the high-temperature superconducting wire. Each of the high-temperature superconducting wires (10a) includes: a substrate; a buffer layer disposed on the substrate; a superconducting layer disposed on the buffer layer; and a protective layer disposed to surround the superconducting layer and the substrate. The protective layer may be a copper thin film.
상기 고온초전도 선재들(10a) 각각의 두께는 40 내지 150 마이크로미터 이고, 상기 고온초전도 선재들(10a) 각각의 폭은 4 밀리미터 내지 12 밀리미터일 수 있다.The thickness of each of the above high-temperature superconducting wires (10a) may be 40 to 150 micrometers, and the width of each of the above high-temperature superconducting wires (10a) may be 4 to 12 millimeters.
각각의 고온초전도 선재 스택(10,30)은 서로 위아래 및 좌위의 고온초전도 선재 스택과 구리로 접촉 혹은 납땜으로 접촉된다. 즉, 각각의 고온초전도 선재 스택은 상호 간에 구리 랩핑, 구리 도관 혹은 납땜으로 서로 접촉된다. 이에 따라, 고온초전도 선재 스택들 상호 간에 작은 접촉저항을 지니는 구조를 제공한다. 납땜층(31a)을 사용하는 경우, 고온초전도 선재 스택의 압착 후, 납땜이 수행되어 상기 납땜층(31a)이 형성될 수 있다. 그리고, 고온초전도 선재 번들을 전체적으로 압착 후, 추가적인 남땜이 가능하다. Each high-temperature superconducting wire stack (10, 30) is contacted with the high-temperature superconducting wire stacks above, below, and on the left or right by copper or soldering. That is, each high-temperature superconducting wire stack is contacted with each other by copper wrapping, copper conduit, or soldering. Accordingly, a structure is provided in which the high-temperature superconducting wire stacks have low contact resistance with each other. When using a solder layer (31a), after the high-temperature superconducting wire stack is compressed, soldering can be performed to form the solder layer (31a). In addition, after the entire high-temperature superconducting wire bundle is compressed, additional soldering is possible.
본 발명의 다른 특징은 초전도 집합 도체 내의 구조적인 안정성에 관한 것으로, 조관(Making tube) 과정에서 고온 초전도 선재의 손상을 최소화하는 공정을 고려한 구조적 설계가 요구된다. 고온 초전도 선재의 손상을 최소하기 위하여, 캐핑 구조와 스파이럴 구조물이 사용될 수 있다. Another feature of the present invention relates to structural stability within the superconducting assembly conductor, requiring a structural design that takes into account processes that minimize damage to the high-temperature superconducting wire during the tube-making process. To minimize damage to the high-temperature superconducting wire, capping structures and spiral structures can be used.
고온 초전도 선재의 손상을 최소화하기 위한 안정성 분석에서, 주요 안정성 저해 요인, 고온초전도 자체의 특성에 의한 스크리닝 전류 등에 대한 분석 및 응용을 고려한 자장 분포를 고려할 필요가 있다. 내부 구조 안정성 분석을 위하여, 쉬어 스트레스(Shear Stress)와 후프 스트레스(HOOP Stress)를 시뮬레이션 하였다. 또한 스크리닝 전류에 의한 토크(Torque)와 임계전류밀도와 각도 의존성을 시뮬레이션 하였다. 위의 사항을 고려하여 거대 자석으로 응용되었을 경우, 가장 취약한 부분 및 그 부분의 자기장에 대한 고려를 통해 내부의 가장 큰 힘이 로렌츠 힘에 대한 분석 수행하였다. 시뮬레이션 결과에 근거하여 내부 힘을 계산하고 이를 고려한 내부 구조물 설계에 활용한다.In stability analysis to minimize damage to high-temperature superconducting wires, it is necessary to consider key stability-degrading factors, such as screening currents due to the characteristics of high-temperature superconductivity itself, as well as the magnetic field distribution considering the application. To analyze the internal structural stability, shear stress and hoop stress were simulated. In addition, the torque due to screening current, critical current density, and angular dependence were simulated. Considering the above, if applied as a giant magnet, the Lorentz force, the largest internal force, was analyzed by considering the most vulnerable part and the magnetic field at that part. The internal force is calculated based on the simulation results and utilized in the design of the internal structure.
결과적으로, 조관 과정(making tube)에서 자켓(jacket) 또는 도관(conduit)의 찌그러짐에 대응할 수 있는 고온초전도 선재 번들 위의 캡(cap) 구조 및 자켓(jacket)과 고온초전도 선재 번들 사이의 스파이럴 형태의 보호 구조물이 요구된다.Consequently, a cap structure on a high-temperature superconducting wire bundle and a spiral-shaped protective structure between the jacket and the high-temperature superconducting wire bundle are required to counteract distortion of the jacket or conduit during the tube making process.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 사시도이다.FIG. 19a is a perspective view of a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
도 19b는 도 19a의 복합 도체의 단면도이다.Figure 19b is a cross-sectional view of the composite conductor of Figure 19a.
도 19c는 도 19a의 고온 초전도 선재 번들의 단면도이다.Figure 19c is a cross-sectional view of the high-temperature superconducting wire bundle of Figure 19a.
도 19a 내지 도 19c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체(2)는, 고온초전도 선재 스택(10)이 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들(12,22,32); 상기 고온초전도 선재 번들을 감싸도록 배치된 도관(19); 및 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)을 감싸고 냉각 채널(18)을 제공하는 구리 스파이럴(17)을 포함한다. 상기 냉각 채널(18)은 냉매가 흐르는 통로일 수 있다.Referring to FIGS. 19a to 19c, a conductor assembly (2) according to one embodiment of the present invention includes a high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32) in which high-temperature superconducting wire stacks (10) are arranged two-dimensionally; a conduit (19) arranged to surround the high-temperature superconducting wire bundle; and a copper spiral (17) that surrounds the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32) and provides a cooling channel (18). The cooling channel (18) may be a passage through which a coolant flows.
상기 집합 도체(2)의 공극률(도관 내의 전체 단면적에 대한 냉매 통로의 면적비)은 10 내지 30 퍼센트일 수 있다. The porosity (ratio of the area of the refrigerant passage to the total cross-sectional area within the conduit) of the above-mentioned conductor (2) may be 10 to 30 percent.
상기 구리 스파이럴(17)은 냉각 통로를 제공하면서 상기 도관(19) 또는 자켓의 압축(compressing) 공정시 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)의 손상을 억제할 수 있다. 상기 구리 스파이럴(17)의 두께는 1 밀리미터 내지 5 밀리미터일 수 있다. 상기 도관(19)의 길이 방향을 따라 상기 구리 스파이럴(17)이 있는 구역과 상기 구리 스파이럴이 없는 구역의 비는 1:0.3 내지 1: 3일 수 있다.The copper spiral (17) above can prevent damage to the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32) during a compression process of the conduit (19) or jacket while providing a cooling passage. The thickness of the copper spiral (17) may be 1 millimeter to 5 millimeters. The ratio of the area with the copper spiral (17) and the area without the copper spiral along the length direction of the conduit (19) may be 1:0.3 to 1:3.
강성 판재(15)는 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)의 상부면 및 하부면에 각각 배치될 수 있다. 강성 판재(15)는 SUS이고, 두께는 1mm 내지 3mm일 수 있다. 상기 강성 판재(15)는 상기 도관(19) 또는 자켓의 압축(compressing) 공정시 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)의 손상을 억제할 수 있다.The rigid plate (15) can be placed on the upper and lower surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32), respectively. The rigid plate (15) can be made of SUS and have a thickness of 1 mm to 3 mm. The rigid plate (15) can suppress damage to the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32) during the compression process of the conduit (19) or jacket.
상기 도관(19)의 재질은 SUS일 수 있다. 상기 도관(19)의 두께는 1 mm 내지 3mm일 수 있다. The material of the above conduit (19) may be SUS. The thickness of the above conduit (19) may be 1 mm to 3 mm.
고온 초전도체 선재 번들(12,22,32)은 단면도 상에 사각형을 가지고, 고온 초전도체 선재 스택을 2차원적으로 배열하여 구성된다. 고온 초전도체 선재 번들(12,22,32)은 그 상부면과 하부면에 각각 SUS와 같은 강성을 가진 판재에 의하여 덥힌다. 강성 판재의 두께는 수 밀리미터일 수 있다. 이후, 구리 스트립(두께는 3mm 수준)은 강성 판재로 캐핑된 고온 초전도체 선재 번들을 스파이럴 랩핑한다. 구리 스트립의 스파이럴 랩핑에 의하여 냉매 통로가 형성된다.The high-temperature superconductor wire bundle (12, 22, 32) has a rectangular cross-section and is composed of a two-dimensional arrangement of high-temperature superconductor wire stacks. The high-temperature superconductor wire bundle (12, 22, 32) is covered with a rigid plate, such as SUS, on its upper and lower surfaces, respectively. The rigid plate may have a thickness of several millimeters. Then, a copper strip (having a thickness of about 3 mm) is spirally wrapped around the high-temperature superconductor wire bundle capped with the rigid plate. A coolant passage is formed by the spiral wrapping of the copper strip.
도 20a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 사시도이다.FIG. 20a is a perspective view of a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
도 20b는 도 20a의 복합 도체의 단면도이다.Figure 20b is a cross-sectional view of the composite conductor of Figure 20a.
도 20c는 도 20a의 고온 초전도 선재 번들의 단면도이다.Figure 20c is a cross-sectional view of the high-temperature superconducting wire bundle of Figure 20a.
도 20a 내지 도 20c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집합 도체(4)는, 고온초전도 선재 스택(10)이 2차원적으로 배열된 고온초전도 선재 번들(12,22,32); 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)을 감싸도록 배치된 도관(19); 및 상기 고온초전도 선재 번들과 상기 도관 사이에 냉각 채널을 제공하는 구리 캐핑부(45a,45b)를 포함한다.Referring to FIGS. 20a to 20c, a conductor assembly (4) according to one embodiment of the present invention includes a high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32) in which high-temperature superconducting wire stacks (10) are arranged two-dimensionally; a conduit (19) arranged to surround the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32); and a copper capping portion (45a, 45b) providing a cooling channel between the high-temperature superconducting wire bundle and the conduit.
상기 구리 캐핑부(45a,45b)는, 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)의 상부면 및 상부 측면을 감싸도록 배치된 제1 구리 캐핑부(45a); 및 상기 고온초전도 선재 번들의 하부면 및 하부 측면을 감싸도록 배치된 제2 구리 캐핑부(45b)를 포함한다.The copper capping portion (45a, 45b) includes a first copper capping portion (45a) arranged to surround the upper surface and upper side surface of the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32); and a second copper capping portion (45b) arranged to surround the lower surface and lower side surface of the high-temperature superconducting wire bundle.
상기 제1 구리 캐핑부(45a)는 그 상부면에 형성된 트렌치를 포함하고, 상기 제2 구리 캐핑부(45b)는 그 하부면에 형성된 트렌치를 포함하고, 상기 트렌치는 냉매가 흐르는 보조 냉매 통로(18a)를 제공한다. 상기 구리 캐핑부(45a,45b)의 두께는 1 밀리미터 내지 5 밀리미터일 수 있다.The first copper capping portion (45a) includes a trench formed on its upper surface, and the second copper capping portion (45b) includes a trench formed on its lower surface, and the trench provides an auxiliary refrigerant passage (18a) through which refrigerant flows. The thickness of the copper capping portions (45a, 45b) may be 1 millimeter to 5 millimeters.
SUS 스파이럴(47)은 상기 구리 캐핑부(45a,45b) 및 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)을 감싸도록 배치된다. SUS 스파이럴(47)의 두께는 1 mm 내지 3mm일 수 있다. SUS 스파이럴(47)은 상기 고온초전도 선재 번들(12,22,32)의 손상을 억제할 수 있다.The SUS spiral (47) is arranged to surround the copper capping portion (45a, 45b) and the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32). The thickness of the SUS spiral (47) may be 1 mm to 3 mm. The SUS spiral (47) can suppress damage to the high-temperature superconducting wire bundle (12, 22, 32).
고온 초전도체 선재 번들(12,22,32)은 단면도 상에 사각형을 가지고, 고온 초전도체 선재 스택을 2차원적으로 배열하여 구성된다. 고온 초전도체 선재 번들은 그 상부면과 하부면에 각각 Cu와 같은 안정화재를 가진 Cu 판재에 의하여 덥힌다. Cu 판재의 두께는 수 밀리미터일 수 있다. Cu 판재는 고온 초전도체 선재 번들의 상부면 및 상부 모서리를 감싸도록 배치될 수 있다. Cu 판재는 고온 초전도체 선재 번들의 하부면 및 하부 모서리를 감싸도록 배치될 수 있다. Cu 판재는 모따기 처리될 수 있다. Cu 판재는 고온 초전도체 선재 번들과 접촉하지 않는 상부면 또는 하부면에 길이 방향으로 연장되는 트렌치(trench)를 포함할 수 있다. 상기 트렌치(trench)는 추가적인 냉매 통로를 제공할 수 있다. 이후, SUS 스트립(두께는 1mm 수준)은 Cu 판재로 캐핑된 고온 초전도체 선재 번들을 스파이럴 랩핑한다. Cu 판재에 의하여 냉매 통로가 형성된다.A high-temperature superconductor wire bundle (12, 22, 32) has a rectangular shape in cross-section and is composed of a two-dimensional arrangement of high-temperature superconductor wire stacks. The high-temperature superconductor wire bundle is covered with a Cu plate having a stabilizing material such as Cu on its upper and lower surfaces, respectively. The Cu plate may have a thickness of several millimeters. The Cu plate may be arranged to surround the upper surface and upper edge of the high-temperature superconductor wire bundle. The Cu plate may be arranged to surround the lower surface and lower edge of the high-temperature superconductor wire bundle. The Cu plate may be chamfered. The Cu plate may include a trench extending longitudinally on its upper surface or lower surface that is not in contact with the high-temperature superconductor wire bundle. The trench may provide an additional coolant passage. Afterwards, the SUS strip (1 mm thick) spirally wraps a bundle of high-temperature superconductor wires capped with a Cu plate. A coolant passage is formed by the Cu plate.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 제조 방법을 설명하는 개념도이다.Figure 21 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
도 21을 참조하면, 제1 단계에서, 고온 초전도 선재들이 적층된다. 적층수는 30층 수준일 수 있다. 고온 초전도 선재들의 적층을 위하여, 제2 단계에서, 고온 초전도 선재들이 30층 수준으로 적층되어 고온 초전도 선재 스택이 형성된다. 제3 단계에서, 고온 초전도 선재 스택 각각은 Cu 테이프에 의하여 스파이럴 랩핑된다. 제4 단계에서, Cu 테이프에 의하여 랩핑된 고온 초전도 선재 스택들은 2차원적으로 배열되어, 고온 초전도 선재 번들을 형성한다. 제5 단계에서, 고온 초전도 선재 번들의 상부면과 하부면에 각각 SUS와 같은 강성을 가진 강성 판재가 배치된다. 제6 단계에서, 구리 스트립(두께는 3mm 수준)은 하부 강성 판재, 고온 초전도 선재 번들, 및 상부 강성 판대를 감싸도록 스파이럴 랩핑한다. 구리 스트립의 스파이럴 랩핑에 의하여 냉매 통로가 형성된다. 제7 단계에서, 구리 스트립에 의하여 랩핑된 고온 초전도 선재 번들은 자겟 또는 도관에 삽입된 후 압착되어, 최종적으로 집합 도체(composite conductor)를 형성한다.Referring to Fig. 21, in the first step, high-temperature superconducting wires are stacked. The number of stacked layers may be about 30. To stack the high-temperature superconducting wires, in the second step, high-temperature superconducting wires are stacked in about 30 layers to form a high-temperature superconducting wire stack. In the third step, each high-temperature superconducting wire stack is spiral-wrapped with a Cu tape. In the fourth step, the high-temperature superconducting wire stacks wrapped with the Cu tape are two-dimensionally arranged to form a high-temperature superconducting wire bundle. In the fifth step, rigid plates having rigidity such as SUS are arranged on the upper and lower surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle, respectively. In the sixth step, a copper strip (having a thickness of about 3 mm) is spiral-wrapped to surround the lower rigid plate, the high-temperature superconducting wire bundle, and the upper rigid plate. A coolant passage is formed by the spiral-wrapping of the copper strip. In the seventh step, the bundle of high-temperature superconducting wires wrapped by copper strips is inserted into a magnet or a conduit and then compressed to finally form a composite conductor.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도체의 제조 방법을 설명하는 개념도이다.Figure 22 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing a composite conductor according to one embodiment of the present invention.
도 22를 참조하면, 제1 단계에서, 고온 초전도 선재들이 적층된다. 적층수는 30층 수준일 수 있다. 제2 단계에서, 고온 초전도 선재들이 30층 수준으로 적층되어 고온 초전도 선재 스택이 형성된다. 제3 단계에서, 고온 초전도 선재 스택 각각은 Cu 관(Cupper tube)에 의하여 덮힌다. 제4 단계에서, Cu 관에 의하여 랩핑된 고온 초전도 선재 스택들은 2차원적으로 배열되어, 고온 초전도 선재 번들을 형성한다.Referring to Fig. 22, in the first step, high-temperature superconducting wires are stacked. The number of layers may be on the order of 30. In the second step, high-temperature superconducting wires are stacked on the order of 30 layers to form a high-temperature superconducting wire stack. In the third step, each high-temperature superconducting wire stack is covered by a copper tube. In the fourth step, the high-temperature superconducting wire stacks wrapped by the copper tube are two-dimensionally arranged to form a high-temperature superconducting wire bundle.
제5 단계에서, 고온 초전도 선재 번들의 상부면과 하부면에 각각 Cu 판재(두께는 3mm 수준)가 배치된다. 제6 단계에서, SUS 스트립(두께는 1mm 수준)은 하부 Cu 판재, 고온 초전도 선재 번들, 및 상부 Cu 판대를 감싸도록 스파이럴 랩핑한다. 제7 단계에서, SUS 스트립에 의하여 랩핑된 고온 초전도 선재 번들은 자겟 또는 도관에 삽입된 후 압착되어, 최종적으로 집합 도체(composite conductor)를 형성한다.In the fifth step, Cu plates (thickness approximately 3 mm) are placed on the upper and lower surfaces of the high-temperature superconducting wire bundle, respectively. In the sixth step, SUS strips (thickness approximately 1 mm) are spirally wrapped to surround the lower Cu plate, the high-temperature superconducting wire bundle, and the upper Cu plate. In the seventh step, the high-temperature superconducting wire bundle wrapped by the SUS strips is inserted into a magnet or a conduit and then compressed to ultimately form a composite conductor.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 선재 스택 또는 번들을 구비한 집합 도체는 냉매의 흐름을 방해하는 다공성(porous) 형태가 아닌 직선적인 혹은 스파이럴한 냉매의 흐름이 가능한 구조를 제공한다.According to one embodiment of the present invention, a conductor assembly having a high-temperature superconducting wire stack or bundle provides a structure that allows for a straight or spiral flow of refrigerant rather than a porous structure that impedes the flow of refrigerant.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 선재 스택(stack) 또는 번들(bundle)을 구비한 집합 도체는, 고온초전도 선재 번들의 일정 부분, 특히 번들의 전단응력이 상대적으로 작은 것을 고려, 번들의 옆부분에 냉매가 직접 닿을 수 있는 구조를 제공한다. According to one embodiment of the present invention, a collective conductor having a stack or bundle of high-temperature superconducting wires provides a structure in which a coolant can directly contact a certain portion of the high-temperature superconducting wire bundle, particularly a side portion of the bundle, considering that the shear stress of the bundle is relatively small.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 선재 스택 또는 번들을 구비한 집합 도체는, 정상 운전 시 선재의 면에 수직한 방향으로 강한 힘이 발생하고, 구조적 보강재와 더 강한 접촉을 한다. 구조적 보강재는 냉매와 직접 접촉하여 전도 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a conductor assembly comprising a stack or bundle of high-temperature superconducting wires generates a strong force perpendicular to the plane of the wires during normal operation, and makes stronger contact with structural reinforcement. The structural reinforcement can directly contact the refrigerant, thereby enhancing conduction cooling efficiency.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 집합 도체의 제작 시, 선재의 손상을 최소화할 수 있는 구리 스파이럴 및 캡 판재으로 구성된 구조가 제시된다. 캡 판재는 선재 번들 위아래에서 배치되고, 조관 형태의 치수를 맞추기 위한 압축과정에서 혹은 운전 중 가해지는 힘을 선재 면에 고르게 분산시키는 역할을 할 수 있다. 캡 판재로 상하면이 덮힌 번들과 도관 사이에 위치하는 구리 스파이럴은, 사각형의 도관을 형성하기 위한 조관용 파이프의 압축과정에서, 조관용 파이프에 인가되는 압력이 직접적으로 번들에 닿지 않는 완충층의 역할을 한다. 조관용 파이프는 압축 과정을 통하여 사각형의 도관을 형성한다.According to one embodiment of the present invention, a structure comprising a copper spiral and a cap plate capable of minimizing damage to wires during the manufacture of a bundled conductor is provided. The cap plate is arranged above and below a wire bundle, and can serve to evenly distribute force applied during a compression process to adjust the dimensions of a pipe shape or during operation on the wire surface. The copper spiral positioned between the bundle and the conduit, which are covered on the upper and lower surfaces with the cap plate, serves as a buffer layer that prevents the pressure applied to the pipe for forming a rectangular conduit from directly contacting the bundle during the compression process of the pipe for forming a rectangular conduit. The pipe for forming a rectangular conduit is formed through the compression process.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구리 스파이럴 혹은 캡 판재 중의 하나는 구리 등 소성변형이 가능한 재질로 제작한다. 이에 따라, 제작 과정 혹은 운전 시에 지나친 힘이 가해지는 경우, 구리 스파이럴 혹은 캡 판재는 스스로 변형하여 번들을 보호하는 역할 수행한다. 이를 위해 구리 스파이럴 혹은 캡 판재는 비교적 두꺼운 구조를 하고 있으며, 구조적 안정성과 더불어 냉매의 통로를 위한 공간을 구성하는 구조적인 역할도 수행한다.According to one embodiment of the present invention, one of the copper spirals or cap plates is manufactured from a material capable of plastic deformation, such as copper. Accordingly, if excessive force is applied during the manufacturing process or operation, the copper spirals or cap plates automatically deform to protect the bundle. To this end, the copper spirals or cap plates have a relatively thick structure, which, in addition to providing structural stability, also serves a structural role of creating a space for the passage of refrigerant.
구리 스파이럴과 SUS 캡 구조에서, SUS 캡은 압축 혹은 운전 중 힘을 분산한다. 구리 스파이럴은 파이프 압축시 완충 작용을 수행한다. 구리 스파이럴은 충분한 두꼐를 가지고 냉매가 흐를 수 있는 공간을 제공한다.In a copper spiral and stainless steel cap structure, the stainless steel cap distributes the force during compression or operation. The copper spiral acts as a buffer during pipe compression. The copper spiral has sufficient thickness to provide space for the refrigerant to flow.
SUS 스파이럴과 구리 캡 구조에서, SUS 스파이럴은 압축 혹은 운전 중 힘을 분산한다. 구리 캡은 파이프 압축시 완충 작용을 수행한다. 구리 캡은 충분한 두꼐를 가지고 냉매가 흐를 수 있는 공간을 제공한다.In a SUS spiral and copper cap structure, the SUS spiral distributes the force during compression or operation. The copper cap acts as a buffer during pipe compression. The copper cap has sufficient thickness to provide space for the refrigerant to flow.
고온 초전도 선재 스택은 4 내지 12 mm의 폭을 가진 고온 초전도 선재를 10 내지 100장 내외에서 적층하여 형성된다. 고온 초전도 선재 번들은 고온 초전도 선재 스택을 2x2, 4x4 등 매트릭스 형태로 다시 적층하여 형성한다. 각각의 선재 스택은 1) Cu wrapping, 2) Cu plate forming, 3) solder press 등으로 구분된다. 각각의 선재 스택은 매트릭스 형태로 재적층하여 스택 간의 전류 재분배, 열전달, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. High-temperature superconducting wire stacks are formed by stacking 10 to 100 sheets of high-temperature superconducting wires with widths of 4 to 12 mm. High-temperature superconducting wire bundles are formed by re-stacking high-temperature superconducting wire stacks in a matrix configuration such as 2x2 or 4x4. Each wire stack is classified into 1) Cu wrapping, 2) Cu plate forming, and 3) solder press. Each wire stack can be re-stacked in a matrix configuration to improve current redistribution, heat transfer, and structural stability between stacks.
적층된 고온 초전도 선재 스택는 10 내지 100장 내외에서 적층되어 있다. 코일을 형성하는 경우, 수 백장의 선재를 연속적으로 이어붙인 후, 권선할 필요 없다. 즉, 적층된 고온 초전도 선재 스택은 자체로 적층되어 큰 전류를 흘릴 수 있어, 큰 자기장을 형성하기 위한, 코일의 권선수가 감소되어, 제작성이 향상된다. 고온 초전도 선재 스택은 접합 기법을 사용하면, 스택의 길이를 연장할 수 있다.The laminated high-temperature superconducting wire stack is composed of 10 to 100 sheets. When forming a coil, hundreds of wire sheets are continuously connected and then wound, eliminating the need for winding. This means that the laminated high-temperature superconducting wire stack can be stacked on its own to carry a large current, reducing the number of coil turns required to create a large magnetic field, thereby improving manufacturability. The length of the high-temperature superconducting wire stack can be extended by using a bonding technique.
이하, 고온 초전도 자석 시스템이 설명된다. 고온 초전도 자석 시스템은 고온 초전도 선재 스택을 사용한 고온 초전도 자석 및 고온 초전도 선재 스택을 사용한 커넥터, 조인트, 또는 리드와 같은 구성들이 사용된다.Hereinafter, a high-temperature superconducting magnet system is described. The high-temperature superconducting magnet system uses a high-temperature superconducting magnet using a high-temperature superconducting wire stack, and components such as connectors, joints, or leads using the high-temperature superconducting wire stack.
도 23a은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치를 설명하는 사시도이다.Figure 23a is a perspective view illustrating a high-temperature superconducting magnet device according to one embodiment of the present invention.
도 23b, 도 23c, 및 도 23d는 도 23a의 고온초전도 자석 장치의 극저온 냉동기, 냉각 구조, 및 전기적 연결 구조를 나타내는 도면들이다.Figures 23b, 23c, and 23d are drawings showing the cryogenic refrigerator, cooling structure, and electrical connection structure of the high-temperature superconducting magnet device of Figure 23a.
도 23a 내지 도 23d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치(1000)는, 진공 챔버(1080); 상기 진공 챔버(1080) 내부에 배치되어 열차폐하고 액체 질소를 수납하는 토로이달 형상의 액체 질소 챔버(1182); 중심축에 중심홀이 형성되고, 상기 액체 질소 챔버와 연결되어 상기 중심홀로 액체 질소를 공급받아 냉각된 절대 온도 77K로 유지되는 한 쌍의 접속 로드(1184); 상기 진공 챔버(1080) 내부에 배치되어 절대 온도 20K로 냉각하는 한 쌍의 극저온 냉동기(1186); 상기 극저온 냉동기(1186) 각각에 연결된 한 쌍의 열 링크(thermal link, 1187); 상기 한 쌍의 열 링크(1187)에 열접촉하여 냉각되는 고온 초전도 전자석(1100); 상기 열 링크(1187)와 결합하는 절연 블록(1185); 상기 절연 블록(1185)과 결합하고 상기 절대 온도 20K으로 유지되는 도전 냉각 블록(1189); 및 상기 접속 로드(1184)와 상기 고온 초전도 전자석(1100)을 서로 연결하는 고온 초전도 전류 커넥터(1040)를 포함한다. 상기 고온 초전도 전자석(1100)은 상기 접속 로드(1184) 및 상기 고온 초전도 전류 커넥터(1040)을 통하여 전류를 공급받는다.Referring to FIGS. 23A to 23D , a high-temperature superconducting magnet device (1000) according to an embodiment of the present invention comprises: a vacuum chamber (1080); a toroidal liquid nitrogen chamber (1182) disposed inside the vacuum chamber (1080) for heat shielding and storing liquid nitrogen; a pair of connecting rods (1184) having a central hole formed in the central axis and connected to the liquid nitrogen chamber to supply liquid nitrogen to the central hole and maintain the cooled device at an absolute temperature of 77 K; a pair of cryogenic refrigerators (1186) disposed inside the vacuum chamber (1080) for cooling to an absolute temperature of 20 K; a pair of thermal links (1187) connected to each of the cryogenic refrigerators (1186); a high-temperature superconducting electromagnet (1100) that is cooled by thermal contact with the pair of thermal links (1187); an insulating block (1185) coupled to the thermal links (1187); A conductive cooling block (1189) coupled to the insulating block (1185) and maintained at the absolute temperature of 20 K; and a high-temperature superconducting current connector (1040) connecting the connecting rod (1184) and the high-temperature superconducting electromagnet (1100) to each other. The high-temperature superconducting electromagnet (1100) is supplied with current through the connecting rod (1184) and the high-temperature superconducting current connector (1040).
고온초전도 자석 장치(1000)는 고온 초전도 자석의 특성을 측정하기 위한 장치 또는 자기장을 인가하는 장치일 수 있다. 고온초전도 자석 장치(1000)는 자기장을 형성하는 한 다양하게 변형될 수 있다.The high-temperature superconducting magnet device (1000) may be a device for measuring the characteristics of a high-temperature superconducting magnet or a device for applying a magnetic field. The high-temperature superconducting magnet device (1000) may be modified in various ways as long as it forms a magnetic field.
진공 챔버(1180)는 금속 진공 챔버일 수 있다. 상기 진공 챔버(1180)는 그 내부에 진공을 유지하여 단열할 수 있다. 상기 진공 챔버(1180)는 원통 형상일 수 있다.The vacuum chamber (1180) may be a metal vacuum chamber. The vacuum chamber (1180) may be insulated by maintaining a vacuum within it. The vacuum chamber (1180) may have a cylindrical shape.
액체 질소 챔버(1182)는 상기 진공 챔버(1180) 내부에 배치될 수 있다. 상기 액체 질소 챔버(1182)는 사각 단면을 가진 토로이달 챔버일 수 있다. 상기 토로이달 챔버의 중심축은 상기 진공 챔버(1180)의 중심축과 동일할 수 있다. 상기 액체 질소 챔버(1182)는 액체 질소로 채워질 수 있다. 상기 액체 질소 챔버(1182)는 상기 진공 챔버에서 복사하는 복사열을 차폐하는 열 차폐 기능을 수행할 수 있다. 액체 질소 챔버(1182)는 한 쌍의 파이프(1182a,1182b)를 포함하고, 제1 파이프(1182a)는 액체 질소의 유입구일 수 있다. 상기 제2 파이프(1182b)는 증발한 질소 가스의 출구일 수 있다. A liquid nitrogen chamber (1182) may be placed inside the vacuum chamber (1180). The liquid nitrogen chamber (1182) may be a toroidal chamber having a rectangular cross-section. The central axis of the toroidal chamber may be the same as the central axis of the vacuum chamber (1180). The liquid nitrogen chamber (1182) may be filled with liquid nitrogen. The liquid nitrogen chamber (1182) may perform a heat shielding function for shielding radiant heat radiated from the vacuum chamber. The liquid nitrogen chamber (1182) includes a pair of pipes (1182a, 1182b), and the first pipe (1182a) may be an inlet for liquid nitrogen. The second pipe (1182b) may be an outlet for evaporated nitrogen gas.
극저온 냉동기(1186)는 Pulse-Tube 냉동기 또는 Gifford-McMahon 냉동기술을 이용하여 8K(섭씨 -265도)의 극저온까지 온도를 조절할 수 있다. 극저온 냉동기(1186)의 일단은 8K 내지 20K 까지 냉각할 수 있다. 한 쌍의 극저온 냉동기(1186)는 상기 진공 챔버 내에 설치될 수 있다.The cryogenic refrigerator (1186) can control the temperature to an extremely low temperature of 8K (-265 degrees Celsius) using pulse-tube refrigerator or Gifford-McMahon refrigeration technology. One end of the cryogenic refrigerator (1186) can be cooled to 8K to 20K. A pair of cryogenic refrigerators (1186) can be installed within the vacuum chamber.
한 쌍의 접속 로드(Connection Rod, 1184)가 상기 진공 챔버의 상부면을 관통하여 상기 액체 질소 챔버(1182)에 연결될 수 있다. 접속 로드(1184)는 구리 파이프 형태이고, 내부에 중심홀이 배치될 수 있다. 상기 접속 로드(1184)의 일단은 상기 액체 질소 챔버에 연결되어 액체 질소가 상기 접속 로드(1184)의 일단으로 흘러, 절대 온도 77K로 냉각할 수 있다. 접속 로드(1184)의 타단은 상기 진공 챔버의 외부에서 상온에 유지되고 전류원 또는 전압원에 연결되어, 고온 초전도 자석(1100) 또는 측정 대상 소자(Device under Test;DUT)에 전류를 공급할 수 있다.A pair of connection rods (1184) may penetrate the upper surface of the vacuum chamber and be connected to the liquid nitrogen chamber (1182). The connection rod (1184) may be in the form of a copper pipe and may have a center hole arranged therein. One end of the connection rod (1184) is connected to the liquid nitrogen chamber, so that liquid nitrogen may flow to one end of the connection rod (1184) to cool it to an absolute temperature of 77 K. The other end of the connection rod (1184) may be maintained at room temperature outside the vacuum chamber and connected to a current source or a voltage source to supply current to a high-temperature superconducting magnet (1100) or a device under test (DUT).
열 링크(thermal link,1187)는 상기 극저온 냉동기(1186)의 냉각단에 열접촉하여 20K으로 냉각될 수 있다. 상기 열 링크(1187)는 구리 재질의 판일 수 있다. 상기 열 링크(1187)는 고온 초전도 자석을 구성하는 보빈(bobbin)의 플랜지와 열접촉하여 고온 초전도 자석을 냉각할 수 있다. 이에 따라, 상기 고온 초전도 자석은 절대온도 20K 로 냉각되어 고온 초전도성을 유지할 수 있다.A thermal link (1187) can be cooled to 20K by thermal contact with the cooling end of the cryogenic refrigerator (1186). The thermal link (1187) may be a copper plate. The thermal link (1187) can cool the high-temperature superconducting magnet by thermal contact with a flange of a bobbin constituting the high-temperature superconducting magnet. Accordingly, the high-temperature superconducting magnet can be cooled to an absolute temperature of 20K and maintain high-temperature superconductivity.
고온 초전도 전자석(1100) 또는 DUT는 보빈에 고온 초전도 선재 스택(10)이 감긴 구조일 수 있다. 상기 고온 초전도 선재 스택(10)은 10 내지 100 장의 테이프 형태의 고온 초전도 선재의 적층 구조일 수 있다. 고온 초전도 전자석(1100)의 양단은 고온 초전도 선재 스택 리드 구조를 가질 수 있다. 한 쌍의 고온 초전도 선재 스택 리드(1010)는 보빈을 감고 있는 고온 초전도 선재 스택(10)에 의하여 연결될 수 있다. 고온 초전도 전자석(1100) 또는 DUT는 절대 온도 20K로 냉각될 수 있다. 고온 초전도 전자석(1100) 은 토카막용 폴로이탈 고온 초전도 전자석 또는 토카막용 토로이달 고온 초전도 전자석, 기타 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging; MRI)용 고온 초전도 전자석일 수 있다.A high-temperature superconducting electromagnet (1100) or device under test (DUT) may have a structure in which a high-temperature superconducting wire stack (10) is wound around a bobbin. The high-temperature superconducting wire stack (10) may have a laminated structure of 10 to 100 tape-shaped high-temperature superconducting wires. Both ends of the high-temperature superconducting electromagnet (1100) may have a high-temperature superconducting wire stack lead structure. A pair of high-temperature superconducting wire stack leads (1010) may be connected by the high-temperature superconducting wire stack (10) wound around the bobbin. The high-temperature superconducting electromagnet (1100) or DUT may be cooled to an absolute temperature of 20 K. The high-temperature superconducting electromagnet (1100) may be a poloidal high-temperature superconducting electromagnet for a tokamak, a toroidal high-temperature superconducting electromagnet for a tokamak, or another high-temperature superconducting electromagnet for magnetic resonance imaging (MRI).
절연 블록(1185)은 상기 열 링크(thermal link)와 접촉하고 상기 극저온 냉동기(1186)와 전기적으로 절연할 수 있다. 절연 블록(1185)은 고온 초전도 전류 커넥터(1040) 및 고온 초전도 전자석의 고온 초전도 선재 스택 리드(1010)를 고정할 수 있다. 절연 블록(1185)은 절대 온도 20K로 냉각될 수 있다.An insulating block (1185) can be in contact with the thermal link and electrically insulated from the cryogenic refrigerator (1186). The insulating block (1185) can secure a high-temperature superconducting current connector (1040) and a high-temperature superconducting wire stack lead (1010) of a high-temperature superconducting electromagnet. The insulating block (1185) can be cooled to an absolute temperature of 20 K.
또는, 도전 냉각 블록(1189)은 상기 절연 블록(1185)에 고정되고, 고온 초전도 전류 커넥터(1040) 및 고온 초전도 전자석의 고온 초전도 선재 스택 리드(1010)를 서로 연결할 수 있다. 상기 도전 냉각 블록(1189)은 구리판일 수 있다. 도전 냉각 블록(1189)은 절대 온도 20K로 냉각될 수 있다.Alternatively, the conductive cooling block (1189) may be fixed to the insulating block (1185) and may connect the high-temperature superconducting current connector (1040) and the high-temperature superconducting wire stack lead (1010) of the high-temperature superconducting electromagnet to each other. The conductive cooling block (1189) may be a copper plate. The conductive cooling block (1189) may be cooled to an absolute temperature of 20K.
한편, 한 쌍의 고온 초전도 전류 커넥터(1040)는 직접 또는 상기 도전 냉각 블록(1189)을 통하여 상기 고온 초전도 자석(1100)의 양단에 각각 연결될 수 있다. 고온 초전도 전류 커넥터(1040)의 양단은 각각 고온 초전도 선재 스택 번들 리드 구조를 가질 수 있다. 한 쌍의 고온 초전도 선재 스택 번들 리드는 고온 초전도 선재 스택 번들에 의하여 연결될 수 있다.Meanwhile, a pair of high-temperature superconducting current connectors (1040) may be connected to each end of the high-temperature superconducting magnet (1100) directly or through the conductive cooling block (1189). Each end of the high-temperature superconducting current connector (1040) may have a high-temperature superconducting wire stack bundle lead structure. The pair of high-temperature superconducting wire stack bundle leads may be connected by a high-temperature superconducting wire stack bundle.
상기 고온 초전도 전류 커넥터(1040)의 일단은 절대 온도 77K로 냉각되고, 상기 고온 초전도 전류 커넥터(1040)의 타단은 절대 온도 20K 수준으로 냉각될 수 있다. 이에 따라, 전류는 상기 접속 로드(1184), 상기 고온 초전도 전류 커넥터(1040), 상기 도전 냉각 블록(1189), 및 상기 고온 초전도 전자석(1100)을 경우하여 흐를 수 있다. One end of the high-temperature superconducting current connector (1040) may be cooled to an absolute temperature of 77 K, and the other end of the high-temperature superconducting current connector (1040) may be cooled to an absolute temperature of 20 K. Accordingly, current may flow through the connecting rod (1184), the high-temperature superconducting current connector (1040), the conductive cooling block (1189), and the high-temperature superconducting electromagnet (1100).
고온 초전도 전자석(1100)은 고온 초전도 전류 커넥터(1040), 고온 초전도 선재 스택 번들 리드, 고온 초전도 선재 스택 번들, 고온 초전도 조인트, 또는 고온 초전도 선재 스택을 포함하거나 이들에 의하여 연결될 수 있다.The high temperature superconducting electromagnet (1100) may include or be connected by a high temperature superconducting current connector (1040), a high temperature superconducting wire stack bundle lead, a high temperature superconducting wire stack bundle, a high temperature superconducting joint, or a high temperature superconducting wire stack.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치를 설명하는 개념도이다. Figure 24 is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting magnet device according to one embodiment of the present invention.
도 25는 도 24의 고온초전도 자석 장치를 설명하는 평면도이다. Fig. 25 is a plan view illustrating the high-temperature superconducting magnet device of Fig. 24.
도 24 및 도 25를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치(1000a)는, 진공 챔버(1180); 상기 진공 챔버 내부에 배치되어 열차폐하고 액체 질소를 수납하는 토로이달 형상의 액체 질소 챔버(1182); 중심축에 중심홀이 형성되고, 상기 액체 질소 챔버와 연결되어 상기 중심홀로 액체 질소를 공급받아 냉각된 절대 온도 77K로 유지되는 한 쌍의 접속 로드(1184); 상기 진공 챔버 내부에 배치되어 절대 온도 20K로 냉각하는 한 쌍의 극저온 냉동기(1186); 상기 극저온 냉동기(1186) 각각에 연결된 한 쌍의 열 링크(thermal link, 1187); 상기 한 쌍의 열 링크(11187)에 열접촉하여 냉각되는 고온 초전도 전자석(1100); 상기 열 링크와 결합하는 절연 블록(1185); 상기 절연 블록과 결합하고 상기 절대 온도 20K으로 유지되는 도전 냉각 블록(1189); 및 상기 접속 로드와 상기 도전 냉각 블록을 서로 연결하는 고온 초전도 전류 커넥터(1040)를 포함한다. 상기 고온 초전도 전자석은 상기 접속 로드, 상기 고온 초전도 전류 커넥터, 및 상기 도전 냉각 블록을 통하여 전류를 공급받는다.Referring to FIGS. 24 and 25, a high-temperature superconducting magnet device (1000a) according to an embodiment of the present invention comprises: a vacuum chamber (1180); a toroidal liquid nitrogen chamber (1182) disposed inside the vacuum chamber to provide heat shielding and store liquid nitrogen; a pair of connecting rods (1184) having a central hole formed in a central axis and connected to the liquid nitrogen chamber to supply liquid nitrogen to the central hole and maintain the cooled device at an absolute temperature of 77 K; a pair of cryogenic refrigerators (1186) disposed inside the vacuum chamber to cool the device to an absolute temperature of 20 K; a pair of thermal links (1187) respectively connected to the cryogenic refrigerators (1186); a high-temperature superconducting electromagnet (1100) that is cooled by thermal contact with the pair of thermal links (11187); an insulating block (1185) coupled to the thermal links; A conductive cooling block (1189) coupled to the insulating block and maintained at the absolute temperature of 20 K; and a high-temperature superconducting current connector (1040) connecting the connecting rod and the conductive cooling block to each other. The high-temperature superconducting electromagnet receives current through the connecting rod, the high-temperature superconducting current connector, and the conductive cooling block.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 26 is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting magnet device according to another embodiment of the present invention.
도 26를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 자석 장치(2000)는, 진공 챔버(2180); 상기 진공 챔버(2180) 내부에 배치되어 열차폐하고 액체 질소를 수납하는 토로이달 형상의 액체 질소 챔버(2182a,2182b); 중심축에 중심홀이 형성되고, 상기 액체 질소 챔버와 연결되어 상기 중심홀로 액체 질소를 공급받아 냉각된 절대 온도 77K로 유지되는 한 쌍의 접속 로드(2186); 상기 진공 챔버 내부에 배치되어 절대 온도 20K로 냉각하는 한 쌍의 극저온 냉동기(2186); 상기 극저온 냉동기(2186) 각각에 연결된 한 쌍의 열 링크(thermal link, 2187); 상기 한 쌍의 열 링크에 열접촉하여 냉각되는 고온 초전도 전자석(2100); 상기 열 링크와 결합하는 절연 블록(1185); 상기 절연 블록과 결합하고 상기 절대 온도 20K으로 유지되는 도전 냉각 블록(1189); 및 상기 접속 로드와 상기 도전 냉각 블록을 서로 연결하는 고온 초전도 전류 커넥터(1040)를 포함한다. 상기 고온 초전도 전자석(2100)은 상기 접속 로드(2184), 상기 고온 초전도 전류 커넥터(1040), 및 상기 도전 냉각 블록(1189)을 통하여 전류를 공급받는다.Referring to FIG. 26, a high-temperature superconducting magnet device (2000) according to an embodiment of the present invention comprises: a vacuum chamber (2180); a toroidal liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) disposed inside the vacuum chamber (2180) for heat shielding and storing liquid nitrogen; a pair of connecting rods (2186) having a central hole formed in a central axis and connected to the liquid nitrogen chamber to supply liquid nitrogen through the central hole and maintain the cooled device at an absolute temperature of 77 K; a pair of cryogenic refrigerators (2186) disposed inside the vacuum chamber for cooling to an absolute temperature of 20 K; a pair of thermal links (2187) respectively connected to the cryogenic refrigerators (2186); a high-temperature superconducting electromagnet (2100) that is cooled by thermal contact with the pair of thermal links; an insulating block (1185) coupled to the thermal links; A conductive cooling block (1189) coupled to the insulating block and maintained at an absolute temperature of 20 K; and a high-temperature superconducting current connector (1040) connecting the connecting rod and the conductive cooling block to each other. The high-temperature superconducting electromagnet (2100) receives current through the connecting rod (2184), the high-temperature superconducting current connector (1040), and the conductive cooling block (1189).
고온초전도 자석 장치(2000)는 고온 초전도 자석의 특성을 측정하기 위한 장치 또는 자기장을 인가하는 장치일 수 있다. 고온초전도 자석 장치는 자기장을 형성하는 한 다양하게 변형될 수 있다.A high-temperature superconducting magnet device (2000) may be a device for measuring the characteristics of a high-temperature superconducting magnet or a device for applying a magnetic field. The high-temperature superconducting magnet device may be modified in various ways as long as it forms a magnetic field.
진공 챔버(2180)는 토로이달 형태의 금속 진공 챔버일 수 있다. 상기 진공 챔버(2180)는 그 내부에 진공을 유지하여 단열할 수 있다. 상기 진공 챔버(2180)의 단면은 D형태 또는 사각형일 수 있다. 상기 진공 챔버(2180)의 중심축은 대기 중에 노출될 수 있다.The vacuum chamber (2180) may be a toroidal metal vacuum chamber. The vacuum chamber (2180) may be insulated by maintaining a vacuum inside it. The cross-section of the vacuum chamber (2180) may be D-shaped or rectangular. The central axis of the vacuum chamber (2180) may be exposed to the atmosphere.
액체 질소 챔버(2182a,2182b)는 상기 진공 챔버 내부에 배치될 수 있다. 상기 액체 질소 챔버(2182a,2182b)는 사각 단면을 가진 토로이달 챔버일 수 있다. 상기 액체 질소 챔버(2182a,2182b)의 중심축은 상기 진공 챔버의 중심축과 동일할 수 있다. 상기 액체 질소 챔버(2182a,2182b)는 액체 질소로 채워질 수 있다. 액체 질소 챔버(2182a,2182b)는 한 쌍의 토로이달 챔버를 포함할 수 있다. 한 쌍의 토로이달 챔버는 토로이달 형태의 고온 초전도 전자석의 내측과 외측에 각각 배치될 수 있다. 상기 액체 질소 챔버(2182a,2182b)는 상기 진공 챔버에서 복사하는 복사열을 차폐하는 열 차폐 기능을 수행할 수 있다. 액체 질소 챔버(2182a,2182b)는 한 쌍의 파이프를 포함하고, 제1 파이프는 액체 질소의 유입구일 수 있다. 상기 제2 파이프는 증발한 질소 가스의 출구일 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 고온 초전도 전자석는 액체 질소 챔버 내에 배치될 수 있다. A liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) may be disposed inside the vacuum chamber. The liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) may be a toroidal chamber having a rectangular cross-section. The central axis of the liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) may be the same as the central axis of the vacuum chamber. The liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) may be filled with liquid nitrogen. The liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) may include a pair of toroidal chambers. The pair of toroidal chambers may be disposed respectively on the inside and outside of a toroidal-shaped high-temperature superconducting electromagnet. The liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) may perform a heat shielding function of shielding radiant heat radiated from the vacuum chamber. The liquid nitrogen chamber (2182a, 2182b) includes a pair of pipes, the first pipe of which may be an inlet for liquid nitrogen. The second pipe may be an outlet for evaporated nitrogen gas. According to a modified embodiment of the present invention, a high-temperature superconducting electromagnet may be placed within the liquid nitrogen chamber.
극저온 냉동기(2186)는 Pulse-Tube 냉동기 또는 Gifford-McMahon 냉동기술을 이용하여 8K(섭씨 -265도)의 극저온까지 온도를 조절할 수 있다. 극저온 냉동기(2186)의 일단은 8K 내지 20K 까지 냉각할 수 있다. 한 쌍의 극저온 냉동기(2186)는 상기 진공 챔버 내에 설치될 수 있다.The cryogenic refrigerator (2186) can control temperatures down to an extremely low temperature of 8K (-265 degrees Celsius) using pulse-tube refrigerator or Gifford-McMahon refrigeration technology. One end of the cryogenic refrigerator (2186) can be cooled to between 8K and 20K. A pair of cryogenic refrigerators (2186) can be installed within the vacuum chamber.
한 쌍의 접속 로드(2184)가 상기 진공 챔버의 상부면을 관통하여 상기 액체 질소 챔버에 연결될 수 있다. 접속 로드(2184)는 구리 파이프 형태이고, 내부에 중심홀이 배치될 수 있다. 상기 접속 로드(2184)의 일단은 상기 액체 질소 챔버에 연결되어 액체 질소가 상기 접속 로드(2184)의 일단으로 흘러, 절대 온도 77K로 냉각할 수 있다. 접속 로드(2184)의 타단은 진공 챔버의 외부에서 상온에 유지되고 전류원 또는 전압원에 연결되어, 고온 초전도 자석 또는 측정 대상 소자(Device under Test;DUT)에 연결되어 전류를 공급할 수 있다. A pair of connecting rods (2184) may penetrate the upper surface of the vacuum chamber and be connected to the liquid nitrogen chamber. The connecting rods (2184) may be in the form of copper pipes and may have a center hole arranged therein. One end of the connecting rods (2184) is connected to the liquid nitrogen chamber, so that liquid nitrogen may flow to one end of the connecting rods (2184) to cool them to an absolute temperature of 77 K. The other end of the connecting rods (2184) may be maintained at room temperature outside the vacuum chamber and connected to a current source or a voltage source, so as to be connected to a high-temperature superconducting magnet or a device under test (DUT) to supply current.
열 링크(thermal link, 2187)는 상기 극저온 냉동기의 냉각단에 열접촉하여 20K으로 냉각될 수 있다. 상기 열 링크는 구리 재질의 판일 수 있다. 상기 열 링크는 고온 초전도 자석을 구성하는 보빈(bobbin, 2101)의 플랜지와 열접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 고온 초전도 자석(2100)은 절대온도 20K 로 냉각되어 고온 초전도성을 유지할 수 있다.A thermal link (2187) can be cooled to 20K by thermal contact with the cooling stage of the cryogenic refrigerator. The thermal link may be a copper plate. The thermal link can be in thermal contact with a flange of a bobbin (2101) constituting a high-temperature superconducting magnet. Accordingly, the high-temperature superconducting magnet (2100) can be cooled to an absolute temperature of 20K and maintain high-temperature superconductivity.
고온 초전도 전자석(2100) 또는 DUT는 보빈(2101)에 고온 초전도 선재 스택(10)이 감긴 구조일 수 있다. 고온 초전도 전자석(2100)은 권선형 코일이고, 토로이달 형태일 수 있다. 고온 초전도 전자석(2100)은 보빈에 고온 초전 선재 스택(10)이 다층 권선형으로 감긴 구조일 수 있다. 고온 초전도 선재 스택(10)은 각 층에서 헬리컬 형태로 감긴다. 상기 고온 초전도 선재 스택(10)은 10 내지 100 장의 테이프 형태의 고온 초전도 선재의 적층 구조일 수 있다. 고온 초전도 전자석의 양단은 고온 초전도 선재 스택 리드 구조를 가질 수 있다. 한 쌍의 고온 초전도 선재 스택 리드는 고온 초전도 선재 스택에 의하여 연결될 수 있다. 고온 초전도 전자석 또는 DUT는 절대 온도 20K로 냉각될 수 있다. 고온 초전도 전자석은 토카막용 폴로이탈 고온 초전도 전자석 또는 토카막용 토로이달 고온 초전도 전자석, 기타 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging; MRI)용 고온 초전도 전자석일 수 있다.A high-temperature superconducting electromagnet (2100) or DUT may have a structure in which a high-temperature superconducting wire stack (10) is wound around a bobbin (2101). The high-temperature superconducting electromagnet (2100) is a wound coil and may have a toroidal shape. The high-temperature superconducting electromagnet (2100) may have a structure in which a high-temperature superconducting wire stack (10) is wound around a bobbin in a multi-layered winding shape. The high-temperature superconducting wire stack (10) is wound in a helical shape in each layer. The high-temperature superconducting wire stack (10) may have a laminated structure of 10 to 100 sheets of high-temperature superconducting wire in a tape shape. Both ends of the high-temperature superconducting electromagnet may have a high-temperature superconducting wire stack lead structure. A pair of high-temperature superconducting wire stack leads may be connected by the high-temperature superconducting wire stack. High-temperature superconducting electromagnets or devices under test (DUTs) can be cooled to an absolute temperature of 20 K. High-temperature superconducting electromagnets can be poloital high-temperature superconducting electromagnets for tokamak applications, toroidal high-temperature superconducting electromagnets for tokamak applications, or other high-temperature superconducting electromagnets for magnetic resonance imaging (MRI).
절연 블록은 상기 열 링크(thermal link)와 접촉하고 상기 극저온 냉동기와 전기적으로 절연할 수 있다. 절연 블록은 고온 초전도 전류 커넥터 및 고온 초전도 전자석의 고온 초전도 선재 스택 리드를 고정할 수 있다. 절연 블록은 절대 온도 20K로 냉각될 수 있다.The insulating block can be in contact with the thermal link and electrically insulated from the cryogenic refrigerator. The insulating block can secure the high-temperature superconducting current connector and the high-temperature superconducting wire stack leads of the high-temperature superconducting electromagnet. The insulating block can be cooled to an absolute temperature of 20K.
또는, 도전 냉각 블록은 상기 절연 블록에 고정되고, 고온 초전도 전류 커넥터 및 고온 초전도 전자석의 고온 초전도 선재 스택 리드를 서로 연결할 수 있다. 상기 도전 냉각 블록은 구리판일 수 있다. 도전 냉각 블록은 절대 온도 20K로 냉각될 수 있다.Alternatively, the conductive cooling block may be fixed to the insulating block and may be connected to the high-temperature superconducting current connector and the high-temperature superconducting wire stack leads of the high-temperature superconducting electromagnet. The conductive cooling block may be a copper plate. The conductive cooling block may be cooled to an absolute temperature of 20 K.
한편, 한 쌍의 고온 초전도 전류 커넥터는 직접 또는 상기 도전 냉각 블록을 통하여 상기 고온 초전도 자석의 양단에 각각 연결될 수 있다. 고온 초전도 전류 커넥터의 양단은 각각 고온 초전도 선재 스택 번들 리드 구조를 가질 수 있다. 한 쌍의 고온 초전도 선재 스택 번들 리드는 고온 초전도 선재 스택 번들에 의하여 연결될 수 있다.Meanwhile, a pair of high-temperature superconducting current connectors may be connected to both ends of the high-temperature superconducting magnet, either directly or through the conductive cooling block. Each end of the high-temperature superconducting current connector may have a high-temperature superconducting wire stack bundle lead structure. The pair of high-temperature superconducting wire stack bundle leads may be connected by a high-temperature superconducting wire stack bundle.
상기 고온 초전도 전류 커넥터의 일단은 절대 온도 77K로 냉각되고, 상기 고온 초전도 전류 커넥터의 타단은 절대 온도 20K 수준으로 냉각될 수 있다. 이에 따라, 전류는 상기 접속 로드, 상기 고온 초전도 전류 커넥터, 도전 냉각 블록, 및 고온 초전도 전자석을 경유하여 흐를 수 있다.One end of the high-temperature superconducting current connector may be cooled to an absolute temperature of 77 K, and the other end of the high-temperature superconducting current connector may be cooled to an absolute temperature of 20 K. Accordingly, current may flow through the connecting rod, the high-temperature superconducting current connector, the conductive cooling block, and the high-temperature superconducting electromagnet.
고온 초전도 전자석은 고온 초전도 전류 커넥터, 고온 초전도 선재 스택 번들 리드, 고온 초전도 선재 스택 번들, 고온 초전도 조인트, 또는 고온 초전도 선재 스택을 포함할 수 있고 이들에 의하여 연결될 수 있다. The high temperature superconducting electromagnet may include and be connected by a high temperature superconducting current connector, a high temperature superconducting wire stack bundle lead, a high temperature superconducting wire stack bundle, a high temperature superconducting joint, or a high temperature superconducting wire stack.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 D형 고온 초전도 전자석을 나타내는 도면이다.FIG. 27 is a drawing showing a D-type high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
도 28은 도 27의 D형 고온 초전도 전자석을 나타내는 도면이다.Fig. 28 is a drawing showing the D-type high-temperature superconducting electromagnet of Fig. 27.
도 27 및 도 28을 참조하면, 고온 초전도 전자석(1100)은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택(10)으로 권선(winding)된다. 고온 초전도 전자석(1100)은, 보빈(1101); 및 상기 보빈(1101)에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택(1090);을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간(미도시)이 배치되고, 상기 스페이스 공간은 보강제(미도시)에 의하여 채워진다. 상기 고온 초전도 전자석(1100)은 고온 초전도 선재 스택(1090)을 와이어로 사용하여 권선된 전자석 구조일 수 있다.Referring to FIGS. 27 and 28, a high-temperature superconducting electromagnet (1100) is wound with a high-temperature superconducting wire stack (10) having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet (1100) includes a bobbin (1101); and a high-temperature superconducting wire stack (1090) wound around the bobbin (1101) to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space (not shown) is arranged, and the space is filled with a reinforcing material (not shown). The high-temperature superconducting electromagnet (1100) may have an electromagnet structure wound using the high-temperature superconducting wire stack (1090) as a wire.
상기 보빈(1101)은 D 형태의 중심 통과 중심 통의 양단에 각각 배치된 플랜지를 포함할 수 있다. 플랜지는 상기 고온 초전도 선재 스택이 권선을 시작하도록 트렌치를 구비할 수 있다. 상기 트렌치에 삽입된 상기 고온 초전도 선재 스택(1090)은 제1 층에서 권선을 시작할 수 있다. 고온 초전도 전자석의 양단은 고온 초전도 선재 스택 리드(1010)일 수 있다.The bobbin (1101) may include flanges positioned at both ends of the D-shaped central shaft. The flanges may have trenches through which the high-temperature superconducting wire stack begins winding. The high-temperature superconducting wire stack (1090) inserted into the trenches may begin winding in the first layer. The two ends of the high-temperature superconducting electromagnet may be high-temperature superconducting wire stack leads (1010).
고온 초전도 선재 스택 리드(1010)는 고온 초전도 전류 커넥터(1040)와 직접 연결되거나, 또는 도전 냉각 블록(1189)을 통하여 고온 초전도 전류 커넥터에 연결될 수 있다.The high temperature superconducting wire stack lead (1010) can be directly connected to the high temperature superconducting current connector (1040) or connected to the high temperature superconducting current connector through a conductive cooling block (1189).
한 쌍의 지지봉은 보빈의 플랜지에 각각 고정될 수 있다. 한 쌍의 지지봉 사이에 절연 블록(1185)이 고정될 수 있다. 상기 절연 블록(1185) 상에 도전 냉각 블록(1189)이 배치될 수 있다. 도전 냉각 블록(1189)은 고온 초전도 선재 스택 리드(1010)와 고온 초전도 선재 스택 번들 리드(1040)에 결합할 수 있다.A pair of support rods may be respectively fixed to the flange of the bobbin. An insulating block (1185) may be fixed between the pair of support rods. A conductive cooling block (1189) may be placed on the insulating block (1185). The conductive cooling block (1189) may be coupled to the high-temperature superconducting wire stack lead (1010) and the high-temperature superconducting wire stack bundle lead (1040).
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 선재 스택 리드를 나타내는 개념도들이다.FIGS. 29a and 29b are conceptual diagrams showing a high-temperature superconducting wire stack lead according to one embodiment of the present invention.
도 29c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 선재 스택 리드를 나타내는 분해 사시도이다.FIG. 29c is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack lead according to one embodiment of the present invention.
도 29a, 도 29b, 및 도 29c를 참조하면, 고온초전도 선재 스택 리드(1010)는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 고온초전도 선재 스택(10);및 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 일단에 연결된 접속 리드(1012, 1014)를 포함한다.Referring to FIGS. 29a, 29b, and 29c, a high-temperature superconducting wire stack lead (1010) includes a high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; and a connection lead (1012, 1014) connected to one end of the high-temperature superconducting wire stack (10).
고온초전도 선재 스택(10)은 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a); 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(1018);를 포함할 수 있다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)은 10 내지 100 장의 테이프 형태의 고온 초전도 선재(10a)의 적층 구조일 수 있다. A high-temperature superconducting wire stack (10) may include a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) sequentially stacked; and at least one metal insulating tape (1018) stacked together with the high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting wire stack (10) may have a stacked structure of 10 to 100 sheets of high-temperature superconducting wires (10a) in the form of tapes.
상기 접속 리드(1012, 1014)는, 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath, 1014a,1014b,1014c)를 구비한 하판(1014); 상기 솔더 베스(1014a,1014b,1014c)에 솔더를 공급하는 공급구(1013)를 구비하는 상판(1012); 및 상기 솔더 베스(1014a,1014b,1014c)에 수용된 상기 고온초전도 선재들 사이에 삽입된 구리 테이프(1018)를 포함할 수 있다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스(1014a,1014b,1014c)를 채우고 상기 고온초전도 선재(10a)와 구리 테이프(1018)를 서로 접합할 수 있다.The above-described connecting leads (1012, 1014) may include a lower plate (1014) having a solder bath (1014a, 1014b, 1014c) for accommodating one end of the high-temperature superconducting wire stack (10); an upper plate (1012) having a supply port (1013) for supplying solder to the solder bath (1014a, 1014b, 1014c); and a copper tape (1018) inserted between the high-temperature superconducting wires accommodated in the solder bath (1014a, 1014b, 1014c). The solder may fill the solder bath (1014a, 1014b, 1014c) and bond the high-temperature superconducting wire (10a) and the copper tape (1018) to each other.
상기 상판(1012)은 함돌된 상기 솔더 베스(1014a,1014b,1014c)에 대응하여 돌출된 돌출부(1012a,1012b,1012c)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부(1012a,1012b,1012c)는 상기 솔더 베스에 정렬하여 고온초전도 선재 스택의 일단을 압착할 수 있다. 상기 상판(1012)은 직육면체 형상의 판일 수 있다. 상기 상판(1012)은 측면에 홀(1016)을 포함할 수 있다. 상기 홀(1016)에 삽입된 봉 히터(1016a)는 상기 상판(1012)을 가열할 수 있다. 가열된 상판은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합시킬 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스에 삽입된 고온초전도 선재 스택을 압착할 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스와 동일한 형상일 수 잇다. 상기 상판의 돌출부는 폭이 좁은 제1 부위(1012a), 폭이 증가하는 제2 부위(1012b) 및 폭이 감소하는 제3 부위(1012c)를 포함할 수 있다.The upper plate (1012) may further include protrusions (1012a, 1012b, 1012c) that protrude in response to the solder baths (1014a, 1014b, 1014c) that are embedded therein. The protrusions (1012a, 1012b, 1012c) may be aligned with the solder bath to press one end of the high-temperature superconducting wire stack. The upper plate (1012) may be a rectangular parallelepiped plate. The upper plate (1012) may include a hole (1016) in a side surface. A rod heater (1016a) inserted into the hole (1016) may heat the upper plate (1012). The heated upper plate may melt the solder to bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape to each other. The protrusion of the upper plate can compress the high-temperature superconducting wire stack inserted into the solder bath. The protrusion of the upper plate can have the same shape as the solder bath. The protrusion of the upper plate can include a first portion (1012a) having a narrow width, a second portion (1012b) having an increasing width, and a third portion (1012c) having a decreasing width.
상기 하판(1014)은 고온초전도 선재 스택의 일단을 수용하도록 함몰된 솔더 베스(1014a,1014b,1014c)를 포함할 수 있다. 상기 하판은 측면에 (1015)홀을 포함할 수 있다. 상기 홀(1015)에 삽입된 봉 히터(1015a)는 상기 하판(1014)을 가열할 수 있다. 가열된 하판(1014)은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합시킬 수 있다. 상기 솔더 베스(1014a,1014b,1014c)는 좁은 폭을 가진 제1 부위(1014a), 제1 부위보다 폭이 증가하는 제2 부위(1014b), 및 제2 부위보다 폭이 감소하는 제3 부위(1014c)를 포함할 수 있다. 상기 상판(1012)의 상기 공급구(1013)를 통하여 공급된 솔더는 상기 솔더 베스에서 교번하여 적층된 고온초전도 선재(10a)와 구리 테이프(1018)를 접합할 수 있다. 구리 테이프(1018)의 폭은 실질적으로 상기 솔더 베스의 제2 부위의 폭과 같을 수 있다. 상기 하판의 제1 부위의 폭은 실질적으로 상기 고온초전도 선재 스택의 폭과 같을 수 있다. 구리 테이프와 솔더는 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 고온초전도 선재 스택(10)은 구리 래핑(11a)될 수 있다. 고온초전도 선재와 구리 테이프는 솔더에 의하여 접합되고, 고온초전도 선재와 구리 테이프 사이의 간격은 10 마이크로미터 내지 30 마이크로미터일 수 있다.The lower plate (1014) may include a solder bath (1014a, 1014b, 1014c) that is sunken to accommodate one end of a high-temperature superconducting wire stack. The lower plate may include a hole (1015) in a side surface. A rod heater (1015a) inserted into the hole (1015) may heat the lower plate (1014). The heated lower plate (1014) may melt solder to bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape to each other. The solder bath (1014a, 1014b, 1014c) may include a first portion (1014a) having a narrow width, a second portion (1014b) having a wider width than the first portion, and a third portion (1014c) having a narrower width than the second portion. The solder supplied through the supply port (1013) of the upper plate (1012) can bond the high-temperature superconducting wire (10a) and the copper tape (1018) alternately stacked in the solder bath. The width of the copper tape (1018) can be substantially the same as the width of the second portion of the solder bath. The width of the first portion of the lower plate can be substantially the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack. The copper tape and the solder can reduce contact resistance. The high-temperature superconducting wire stack (10) can be copper-wrapped (11a). The high-temperature superconducting wire and the copper tape are bonded by the solder, and the gap between the high-temperature superconducting wire and the copper tape can be 10 micrometers to 30 micrometers.
도 30은 본 명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 고온 초전도 전자석을 나타내는 개념도이다.Fig. 30 is a conceptual diagram showing a series-connected high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
도 30을 참조하면, 고온 초전도 전자석(1100a)은 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택(10)으로 권선(winding)된다. 고온 초전도 전자석(1100a)은, 보빈(1101); 및 상기 보빈(1101)에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택(1090);을 포함한다.Referring to Fig. 30, a high-temperature superconducting electromagnet (1100a) is wound with a high-temperature superconducting wire stack (10) having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet (1100a) includes a bobbin (1101); and a high-temperature superconducting wire stack (1090) wound around the bobbin (1101) to form a plurality of layers.
고온 초전도 전자석1100a)은 복수 개이고, 고온 초전도 스택 조인트(1020)에 의하여 서로 직렬 연결될 수 있다. 고온초전도 선재 스택 리드(1010)는 전류원과 같은 외부 회로와 연결될 수 있다.There are multiple high-temperature superconducting electromagnets (1100a), and they can be connected in series with each other by high-temperature superconducting stack joints (1020). The high-temperature superconducting wire stack leads (1010) can be connected to an external circuit such as a current source.
도 31a 및 도 31b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 개념도들이다.FIGS. 31a and 31b are conceptual diagrams illustrating a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
도 31c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 분해 사시도이다.FIG. 31c is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
도 31a, 도 31b, 및 도 31c를 참조하면, 고온초전도 스택 조인트(1020)는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 제1 고온초전도 선재 스택(10); 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 제2 고온초전도 선재 스택(10); 및 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단과 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단을 서로 결합하는 조인트(1022,1024)를 포함한다.Referring to FIGS. 31a, 31b, and 31c, a high-temperature superconducting stack joint (1020) includes a first high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; a second high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; and a joint (1022, 1024) that connects one end of the first high-temperature superconducting wire stack to one end of the first high-temperature superconducting wire stack.
상기 조인트(1022,1024)는, 상기 제1 고온 초전도 선재 스택(10)의 일단 및 상기 제2 고온 초전도 선재 스택(10)의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath, 1024a,1024b, 1024c)를 구비한 하판(1024); 및 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판(1022); 을 포함한다. 상기 제1 고온초전도 선재 스택을 구성하는 고온초전도 선재들과 상기 제2 고온초전도 선재 스택을 구성하는 고온초전도 선재들은 서로 교번하여 적층된다. 상기 솔더는 상기 교번하여 적층된 고온초전도 선재을 서로 접합한다.The above joint (1022, 1024) includes a lower plate (1024) having a solder bath (1024a, 1024b, 1024c) that accommodates one end of the first high-temperature superconducting wire stack (10) and one end of the second high-temperature superconducting wire stack (10); and an upper plate (1022) having a supply port that supplies solder to the solder bath. The high-temperature superconducting wires constituting the first high-temperature superconducting wire stack and the high-temperature superconducting wires constituting the second high-temperature superconducting wire stack are alternately stacked. The solder joins the alternately stacked high-temperature superconducting wires to each other.
상기 상판(1022)은 함돌된 상기 솔더 베스에 대응하여 돌출된 돌출부(1022a,1022b,1022c)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부(1022a,1022b,1022c)는 상기 솔더 베스에 정렬하여 제1 고온초전도 선재 스택 및 제2 고온 초전도 선재의 일단을 압착할 수 있다. 상기 상판(1022)은 직육면체 형상의 판일 수 있다. 상기 상판(1022)은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 상판을 가열할 수 있다. 가열된 상판은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합시킬 수 있다. 상기 상판의 돌출부(1022a,1022b,1022c)는 상기 솔더 베스에 삽입된 고온초전도 선재 스택을 압착할 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스와 동일한 형상일 수 잇다. 상기 상판의 돌출부는 폭이 좁은 제1 부위(1022a), 폭이 증가하는 제2 부위(1022b) 및 폭이 감소하는 제3 부위(1022c)를 포함할 수 있다. 제1 부위(1022a)는 상기 제3 부위(1022c)와 대칭일 수 있다. 제1 부위(1022a)는 경사지고, 제2 부위(1022b)는 평행하고, 제3 부위(1022c)는 경사질 수 있다. The upper plate (1022) may further include protrusions (1022a, 1022b, 1022c) that protrude in response to the solder bath. The protrusions (1022a, 1022b, 1022c) may be aligned with the solder bath to press one end of the first high-temperature superconducting wire stack and the second high-temperature superconducting wire. The upper plate (1022) may be a rectangular parallelepiped plate. The upper plate (1022) may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the upper plate. The heated upper plate may melt the solder to bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape to each other. The protrusions (1022a, 1022b, 1022c) of the upper plate may press the high-temperature superconducting wire stack inserted into the solder bath. The protrusion of the upper plate may have the same shape as the solder bath. The protrusion of the upper plate may include a first portion (1022a) having a narrow width, a second portion (1022b) having an increasing width, and a third portion (1022c) having a decreasing width. The first portion (1022a) may be symmetrical with the third portion (1022c). The first portion (1022a) may be inclined, the second portion (1022b) may be parallel, and the third portion (1022c) may be inclined.
상기 하판(1024)은 제1 고온초전도 선재 스택의 일단 및 제2 고온 초전도 선재 스택의 일단을 수용하도록 함몰된 솔더 베스(1024a, 1024b, 1024c)를 포함할 수 있다. 상기 하판(1024)은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 하판을 가열할 수 있다. 가열된 하판은 솔더를 용융시키어 상기 제1 고온초전도 선재 스택과 제2 고온 초전도 선재 스택의 각 선재는 교번하여 솔더에 의하여 접합될 수 있다. 상기 솔더 베스는 좁은 폭을 가진 제1 부위(1024a), 제1 부위보다 폭이 증가하는 제2 부위(1024b), 및 제2 부위보다 폭이 감소하는 제3 부위(1024c)를 포함할 수 있다. 상기 상판의 상기 공급구(1023)를 통하여 공급된 솔더는 상기 솔더 베스에서 교번하여 적층된 제1 고온초전도 선재와 제2 고온 초전도 선재를 접합할 수 있다. 상기 하판의 제1 부위(1024a) 및 제3 부위(1024c)의 폭은 실질적으로 상기 고온초전도 선재 스택의 폭과 같을 수 있다. 솔더는 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 제1 부위(1024a)는 경사지고, 제2 부위(1024b)는 평행하고, 제3 부위(1024c)는 경사질 수 있다. 고온초전도 선재 스택(10)은 구리 래핑(11a)될 수 있다. 제1 고온초전도 선재와 제2 고온초전도 선재 사이의 간격은 10 마이크로미터 내지 30 마이크로미터일 수 있다.The lower plate (1024) may include a solder bath (1024a, 1024b, 1024c) that is sunken to accommodate one end of a first high-temperature superconducting wire stack and one end of a second high-temperature superconducting wire stack. The lower plate (1024) may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the lower plate. The heated lower plate may melt solder so that the respective wires of the first high-temperature superconducting wire stack and the second high-temperature superconducting wire stack may be alternately joined by the solder. The solder bath may include a first portion (1024a) having a narrow width, a second portion (1024b) having a wider width than the first portion, and a third portion (1024c) having a narrower width than the second portion. The solder supplied through the supply port (1023) of the upper plate can join the first high-temperature superconducting wire and the second high-temperature superconducting wire that are alternately stacked in the solder bath. The widths of the first portion (1024a) and the third portion (1024c) of the lower plate can be substantially the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack. The solder can reduce contact resistance. The first portion (1024a) can be inclined, the second portion (1024b) can be parallel, and the third portion (1024c) can be inclined. The high-temperature superconducting wire stack (10) can be copper-wrapped (11a). The gap between the first high-temperature superconducting wire and the second high-temperature superconducting wire can be 10 micrometers to 30 micrometers.
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 개념도들이다.FIGS. 32a and 32b are conceptual diagrams illustrating a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
도 32c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 스택 조인트를 나타내는 분해 사시도이다.FIG. 32c is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting stack joint according to one embodiment of the present invention.
도 32a, 도 32b, 및 도 32c를 참조하면, 고온초전도 스택 조인트(1030)는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 제1 고온초전도 선재 스택(10); 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 제2 고온초전도 선재 스택(10); 및 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단과 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단을 서로 결합하는 조인트(1032,1034)를 포함한다.Referring to FIGS. 32a, 32b, and 32c, a high-temperature superconducting stack joint (1030) includes a first high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; a second high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; and a joint (1032, 1034) that connects one end of the first high-temperature superconducting wire stack to one end of the first high-temperature superconducting wire stack.
상기 조인트(1032,1034)는, 상기 제1 고온 초전도 선재 스택의 일단 및 상기 제2 고온 초전도 선재 스택의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판(1034); 및 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구(1033)를 구비하는 상판(1032); 을 포함한다. 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 일단과 상기 제2 고온초전도 선재 스택의 일단은 서로 나란히 연장된다. 구리 테이프(1038)는 상기 솔더 베스에 수용된 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 상기 고온초전도 선재들과 상기 제2 고온초전도 선재 스택의 상기 고온초전도 선재들 사이에 삽입된다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 제1 고온초전도 선재, 제2 고온 초전도 선재와 상기 구리 테이프를 서로 접합한다.The above joint (1032, 1034) includes a lower plate (1034) having a solder bath that accommodates one end of the first high-temperature superconducting wire stack and one end of the second high-temperature superconducting wire stack; and an upper plate (1032) having a supply port (1033) that supplies solder to the solder bath. One end of the first high-temperature superconducting wire stack and one end of the second high-temperature superconducting wire stack extend parallel to each other. A copper tape (1038) is inserted between the high-temperature superconducting wires of the first high-temperature superconducting wire stack accommodated in the solder bath and the high-temperature superconducting wires of the second high-temperature superconducting wire stack. The solder fills the solder bath and joins the first high-temperature superconducting wire, the second high-temperature superconducting wire, and the copper tape to each other.
상기 제1 고온 초전도 선재 스택(10) 및 상기 제2 고온 초전도 선재 스택(10) 각각은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a);및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함할 수 있다.Each of the first high-temperature superconducting wire stack (10) and the second high-temperature superconducting wire stack (10) may include a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) sequentially stacked; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires.
상기 상판(1032)은 함돌된 상기 솔더 베스에 대응하여 돌출된 돌출부(1032a,1032b,1032c)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부(1032a,1032b,1032c)는 상기 솔더 베스(1034a,1034b,1034c)에 정렬하여 제1 고온초전도 선재 스택 및 제2 고온 초전도 선재의 일단을 압착할 수 있다. 상기 상판(1032)은 직육면체 형상의 판일 수 있다. 상기 상판(1032)은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 상판을 가열할 수 있다. 가열된 상판은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 선재(10a)와 구리 테이프(1038)를 서로 접합시킬 수 있다. 상기 상판의 돌출부(1032a,1032b,1032c)는 상기 솔더 베스에 삽입된 고온초전도 선재 스택을 압착할 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스와 동일한 형상일 수 잇다. 상기 상판의 돌출부(1032a,1032b,1032c)는 폭이 좁은 제1 부위(1032a), 폭이 증가하는 제2 부위(1032b) 및 폭이 감소하는 제3 부위(1032c)를 포함할 수 있다. 제1 부위(1032a)는 상기 제3 부위(1032c)는 서로 오프셋되어 배치될 수 있다.The upper plate (1032) may further include protrusions (1032a, 1032b, 1032c) that protrude in response to the solder bath that is inserted. The protrusions (1032a, 1032b, 1032c) may be aligned with the solder bath (1034a, 1034b, 1034c) to press one end of the first high-temperature superconducting wire stack and the second high-temperature superconducting wire. The upper plate (1032) may be a rectangular parallelepiped plate. The upper plate (1032) may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the upper plate. The heated upper plate may melt the solder to bond the high-temperature superconducting wire (10a) and the copper tape (1038) to each other. The protrusions (1032a, 1032b, 1032c) of the upper plate can compress the high-temperature superconducting wire stack inserted into the solder bath. The protrusions of the upper plate may have the same shape as the solder bath. The protrusions (1032a, 1032b, 1032c) of the upper plate may include a first portion (1032a) having a narrow width, a second portion (1032b) having an increasing width, and a third portion (1032c) having a decreasing width. The first portion (1032a) and the third portion (1032c) may be arranged to be offset from each other.
상기 하판(1034)은 제1 고온초전도 선재 스택의 일단 및 제2 고온 초전도 선재 스택의 일단을 수용하도록 함몰된 솔더 베스(1034a,1034b,1034c)를 포함할 수 있다. 상기 하판(1034)은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 하판을 가열할 수 있다. 가열된 하판(1034)은 솔더를 용융시키어 상기 제1 고온초전도 선재 스택과 제2 고온 초전도 선재 스택의 각 선재와 구리 테이프는 교번하여 솔더에 의하여 접합될 수 있다. 구리 테이프(1038)는 상기 제1 고온초전도 선재 스택의 각 층과 상기 제2 고온초전도 선재 스택의 각 층을 연결할 수 있다. 상기 솔더 베스(1034a,1034b,1034c)는 좁은 폭을 가진 제1 부위(1034a), 제1 부위보다 폭이 증가하는 제2 부위(1034b), 및 제2 부위보다 폭이 감소하는 제3 부위(1034c)를 포함할 수 있다. 제1 부위는 상기 제3 부위는 서로 오프셋되어 배치될 수 있다.The lower plate (1034) may include a solder bath (1034a, 1034b, 1034c) sunken to accommodate one end of the first high-temperature superconducting wire stack and one end of the second high-temperature superconducting wire stack. The lower plate (1034) may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the lower plate. The heated lower plate (1034) may melt solder so that the respective wires of the first high-temperature superconducting wire stack and the second high-temperature superconducting wire stack and the copper tape may be alternately joined by the solder. The copper tape (1038) may connect each layer of the first high-temperature superconducting wire stack and each layer of the second high-temperature superconducting wire stack. The solder bath (1034a, 1034b, 1034c) may include a first portion (1034a) having a narrow width, a second portion (1034b) having a wider width than the first portion, and a third portion (1034c) having a narrower width than the second portion. The first portion and the third portion may be arranged to be offset from each other.
상기 상판의 상기 공급구(1033)를 통하여 공급된 솔더는 상기 솔더 베스에서 제1 고온초전도 선재와 제2 고온 초전도 선재와 구리 테이프를 접합할 수 있다. 상기 하판의 제1 부위(1034a) 및 제3 부위(1034c)의 폭은 실질적으로 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 폭과 같을 수 있다. 솔더는 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 고온초전도 선재 스택은 구리 래핑(11a)될 수 있다. 제1 고온초전도 선재와 제2 고온초전도 선재와 구리 테이프 사이의 간격은 10 마이크로미터 내지 30 마이크로미터일 수 있다.The solder supplied through the supply port (1033) of the upper plate can bond the first high-temperature superconducting wire, the second high-temperature superconducting wire, and the copper tape in the solder bath. The widths of the first portion (1034a) and the third portion (1034c) of the lower plate can be substantially the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack (10). The solder can reduce contact resistance. The high-temperature superconducting wire stack can be copper-wrapped (11a). The gap between the first high-temperature superconducting wire, the second high-temperature superconducting wire, and the copper tape can be 10 micrometers to 30 micrometers.
도 33a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전류 커넥터를 나타내는 개념도이다.FIG. 33a is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting current connector according to one embodiment of the present invention.
도 33b는 도 33a의 고온 초전도 전류 커넥터를 나타내는 분해 사시도이다. Figure 33b is an exploded perspective view showing the high-temperature superconducting current connector of Figure 33a.
도 33a 및 도 33b 를 참조하면, 고온초전도 전류 커넥터(1040)는, 적어도 하나의 고온초전도 선재 스택을 포함하는 고온초전도 번들(bundle,12); 상기 고온초전도 번들(bundle,12)의 일단에 배치된 제1 접속 리드(1040a); 및 상기 고온초전도 번들(bundle)의 타단에 배치된 제2 접속 리드(1040b)를 포함한다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)은 정렬되어 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a)을 포함한다. 상기 고온 초전도 번들(12)은 상기 고온초전도 선재 스택(10)이 1차원적 또는 2차원적으로 배열된 구조일 수 있다. Referring to FIGS. 33a and 33b, a high-temperature superconducting current connector (1040) includes a high-temperature superconducting bundle (bundle, 12) including at least one high-temperature superconducting wire stack; a first connection lead (1040a) arranged at one end of the high-temperature superconducting bundle (bundle, 12); and a second connection lead (1040b) arranged at the other end of the high-temperature superconducting bundle (bundle). The high-temperature superconducting wire stack (10) includes a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) that are aligned and stacked. The high-temperature superconducting bundle (12) may have a structure in which the high-temperature superconducting wire stacks (10) are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
상기 제1 접속 리드(1040a) 및 상기 제2 접속 리드(1040b) 각각은, 상기 고온초전도 번들(12)의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath, 1044a,1044b,1044c)를 구비한 하판(1044); 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구(1043)를 구비하는 상판(1042); 및 상기 솔더 베스에 수용된 상기 고온초전도 번들을 구성하는 고온초전도 선재들 사이에 삽입된 구리 테이프(1048)를 포함한다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합한다. Each of the first connection lead (1040a) and the second connection lead (1040b) includes a lower plate (1044) having a solder bath (1044a, 1044b, 1044c) for accommodating one end of the high-temperature superconducting bundle (12); an upper plate (1042) having a supply port (1043) for supplying solder to the solder bath; and a copper tape (1048) inserted between high-temperature superconducting wires constituting the high-temperature superconducting bundle accommodated in the solder bath. The solder fills the solder bath and bonds the high-temperature superconducting wires and the copper tape to each other.
상기 고온초전도 선재 스택(10)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a); 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함할 수 있다.The above high-temperature superconducting wire stack (10) may include a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) stacked in sequence; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires.
상기 상판(1042)은 함돌된 상기 솔더 베스에 대응하여 돌출된 돌출부(1042a,1042b,1042c)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 상기 솔더 베스에 정렬하여 제1 고온초전도 번들 및 구리 테이프를 압착할 수 있다. 상기 상판(1042)은 직육면체 형상의 판일 수 있다. 상기 상판은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 상판을 가열할 수 있다. 가열된 상판은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합시킬 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스에 삽입된 고온초전도 번들을 압착할 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스와 동일한 형상일 수 잇다. 상기 상판의 돌출부는 폭이 좁은 제1 부위(1042a), 폭이 증가하는 제2 부위(1042b) 및 폭이 감소하는 제3 부위(1042c)를 포함할 수 있다. The upper plate (1042) may further include protrusions (1042a, 1042b, 1042c) that protrude in response to the solder bath. The protrusions may be aligned with the solder bath to compress the first high-temperature superconducting bundle and the copper tape. The upper plate (1042) may be a rectangular parallelepiped plate. The upper plate may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the upper plate. The heated upper plate may melt the solder to bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape to each other. The protrusions of the upper plate may compress the high-temperature superconducting bundle inserted into the solder bath. The protrusions of the upper plate may have the same shape as the solder bath. The protrusion of the upper plate may include a first portion (1042a) having a narrow width, a second portion (1042b) having an increasing width, and a third portion (1042c) having a decreasing width.
상기 하판(1044)은 고온초전도 번들의 일단을 수용하도록 함몰된 솔더 베스(1044a,1044b,1044c)를 포함할 수 있다. 상기 하판(1044)은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 하판을 가열할 수 있다. 가열된 하판은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 번들의 각 선재와 구리 테이프는 교번하여 솔더에 의하여 접합될 수 있다. 구리 테이프(1048)는 상기 고온초전도 번들의 이읏한 층을 서로 연결할 수 있다. 상기 솔더 베스는 좁은 폭을 가진 제1 부위(1044a), 제1 부위보다 폭이 증가하는 제2 부위(1044b), 및 제2 부위보다 폭이 감소하는 제3 부위(1044c)를 포함할 수 있다.The lower plate (1044) may include a solder bath (1044a, 1044b, 1044c) that is sunken to accommodate one end of the high-temperature superconducting bundle. The lower plate (1044) may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the lower plate. The heated lower plate may melt solder so that each wire of the high-temperature superconducting bundle and the copper tape may be alternately joined by the solder. The copper tape (1048) may connect the thin layers of the high-temperature superconducting bundle to each other. The solder bath may include a first portion (1044a) having a narrow width, a second portion (1044b) having a wider width than the first portion, and a third portion (1044c) having a narrower width than the second portion.
상기 상판의 상기 공급구를 통하여 공급된 솔더는 상기 솔더 베스에서 고온초전도 번들과 구리 테이프(1048)를 접합할 수 있다. 상기 하판의 제1 부위 및 제3 부위의 폭은 실질적으로 상기 고온초전도 선재 스택의 폭과 같을 수 있다. 솔더는 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 고온초전도 번들은 구리 래핑(11a)될 수 있다. 고온초전도 번들의 각 선재와 구리 테이프 사이의 간격은 10 마이크로미터 내지 30 마이크로미터일 수 있다.The solder supplied through the supply port of the upper plate can bond the high-temperature superconducting bundle and the copper tape (1048) in the solder bath. The widths of the first and third portions of the lower plate can be substantially the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack. The solder can reduce contact resistance. The high-temperature superconducting bundle can be copper-wrapped (11a). The gap between each wire of the high-temperature superconducting bundle and the copper tape can be 10 micrometers to 30 micrometers.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 번들을 나타내는 개념도이다.Figure 34 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting bundle according to one embodiment of the present invention.
도 34를 참조하면, 상기 고온 초전도 번들(12)은 상기 고온초전도 선재 스택(10)이 1차원적 또는 2차원적으로 배열된 구조일 수 있다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)은 복수의 고온초전도 선재들이 적층된다. 상기 고온 초전도 번들(12)은 상기 고온초전도 선재 스택이 2X1 또는 2X2로 배열된 구조일 수 있다. 상기 고온 초전도 번들은 구리 래핑(11a)될 수 있다.Referring to Fig. 34, the high-temperature superconducting bundle (12) may have a structure in which the high-temperature superconducting wire stack (10) is arranged one-dimensionally or two-dimensionally. The high-temperature superconducting wire stack (10) is formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting bundle (12) may have a structure in which the high-temperature superconducting wire stack is arranged in a 2X1 or 2X2 configuration. The high-temperature superconducting bundle may be copper-wrapped (11a).
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전류 커넥터를 나타내는 사진이다.FIG. 35 is a photograph showing a high-temperature superconducting current connector according to one embodiment of the present invention.
도 36a 및 도 36b는 도 35의 고온 초전도 전류 커넥터의 전류-전압 특성을 나타내는 실험결과이다. Figures 36a and 36b are experimental results showing the current-voltage characteristics of the high-temperature superconducting current connector of Figure 35.
도 35, 도 36a 및 도 36b를 참조하면, 고온초전도 전류 커넥터(1040)는, 적어도 하나의 고온초전도 선재 스택을 포함하는 고온초전도 번들(bundle,12); 상기 고온초전도 번들(bundle)의 일단에 배치된 제1 접속 리드(1040a); 및 상기 고온초전도 번들(bundle)의 타단에 배치된 제2 접속 리드(1040b)를 포함한다. 상기 고온초전도 선재 스택은 복수의 고온초전도 선재들이 적층된다. 상기 고온 초전도 번들(12)은 상기 고온초전도 선재 스택이 1차원적 또는 2차원적으로 배열된 구조일 수 있다. 고온초전도 번들(bundle,12)은 1개의 고온초전도 선재 스택 구조일 수 있다. 고온초전도 선재 스택은 40층의 고온초전도 선재를 적층하여 형성될 수 있다. 고온초전도 선재는 4mm의 폭을 가진 고온 초전도 선재일 수 있다.Referring to FIGS. 35, 36a, and 36b, a high-temperature superconducting current connector (1040) includes a high-temperature superconducting bundle (bundle, 12) including at least one high-temperature superconducting wire stack; a first connection lead (1040a) disposed at one end of the high-temperature superconducting bundle; and a second connection lead (1040b) disposed at the other end of the high-temperature superconducting bundle. The high-temperature superconducting wire stack is formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting bundle (12) may have a structure in which the high-temperature superconducting wire stacks are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. The high-temperature superconducting bundle (bundle, 12) may have a structure of one high-temperature superconducting wire stack. The high-temperature superconducting wire stack may be formed by stacking 40 layers of high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting wire may be a high-temperature superconducting wire with a width of 4 mm.
4단자법으로 측정한 고온초전도 전류 커넥터(1040)의 임계전류가 표시된다. 4단자법은 ① 단자 및 ⑥ 단자에 전류를 인가하고, ② 단자 및 ⑤ 단자에서 전압을 측정한다. ① 단자는 제1 접속 리드(1040a)일 수 있다. ⑥ 단자는 제2 접속 리드(1040b)일 수 있다. The critical current of the high-temperature superconducting current connector (1040) measured using the four-terminal method is displayed. The four-terminal method applies current to terminals ① and ⑥, and measures voltage at terminals ② and ⑤. Terminal ① may be the first connection lead (1040a). Terminal ⑥ may be the second connection lead (1040b).
통상 임계전류 근방에서 아래와 같이 지수함수적으로 전압이 증가하는 특성 곡선을 보인다.Typically, near the critical current, the characteristic curve shows an exponential increase in voltage as shown below.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
여기서, Vc 는 기준 전압이고, Ic는 임계 전류(2004 A)이다. n은 15 이다. 고온 초전도 전류 커넥터(1040)는 약 2kA의 전류를 흘릴 수 있다. 하나의 고온초전도 선재 스택(10)의 임계 전류는 2kA일 수 있다.Here, Vc is the reference voltage, Ic is the critical current (2004 A), and n is 15. The high-temperature superconducting current connector (1040) can flow a current of about 2 kA. The critical current of one high-temperature superconducting wire stack (10) can be 2 kA.
고온초전도 전류 커넥터(1040)는 3단자 법으로 측정한 고온초전도 전류 커넥터의 저항을 나타낸다. 3단자법은 ① 단자 및 ⑥ 단자에 전류를 인가하고, ① 단자 및 ② 단자에서 전압을 측정한다. The high-temperature superconducting current connector (1040) represents the resistance of the high-temperature superconducting current connector measured using the three-terminal method. The three-terminal method applies current to terminals ① and ⑥, and measures voltage at terminals ① and ②.
또는 3단자법은 ① 단자 및 ⑥ 단자에 전류를 인가하고, ⑤ 단자 및 ⑥ 단자에서 전압을 측정한다Or, the three-terminal method applies current to terminals ① and ⑥, and measures voltage at terminals ⑤ and ⑥.
이 방법으로 구한 리드 저항은 50~70 nOhm (나노 오옴)이다. 구체적으로, ⑤ 단자 및 ⑥ 단자 사이의 리드 저항은 69.7 nOhm (나노 오옴)이다. ① 단자 및 ② 단자 사이의 리드 저항은 54.0 nOhm (나노 오옴)이다. 고온 초전도 선재(10a)의 접합 저항은 ~1 micro Ohm(마이크로 오음) 근방으로 좋은 값이다. 접합 저항이 클 수록, 전류 인가시 발열량이 크다.The lead resistance obtained by this method is 50 to 70 nOhm (nano ohm). Specifically, the lead resistance between terminals ⑤ and ⑥ is 69.7 nOhm (nano ohm). The lead resistance between terminals ① and ② is 54.0 nOhm (nano ohm). The junction resistance of the high-temperature superconducting wire (10a) is a good value, around ~1 micro Ohm (micro ohm). The higher the junction resistance, the greater the amount of heat generated when current is applied.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전류 커넥터의 구조를 나타내는 도면이다.FIG. 37 is a drawing showing the structure of a high-temperature superconducting current connector according to one embodiment of the present invention.
도 38a는 도 37의 2X2 스택을 포함하는 번들에 인가된 전류의 시간에 따른 변화를 나타낸다.Figure 38a shows the time-dependent change in the current applied to the bundle including the 2X2 stack of Figure 37.
도 37를 참조하면, ① 내지 ⑫는 측정 위치를 나타낸다. 고온 초전도 전류 커넥터는 고온 초전도 번들(12)을 포함할 수 있다. 고온 초전도 번들(12)은 2 X 2 고온 초전도 선재 스택(10)일 수 있다.Referring to Fig. 37, ① to ⑫ indicate measurement positions. The high-temperature superconducting current connector may include a high-temperature superconducting bundle (12). The high-temperature superconducting bundle (12) may be a 2 X 2 high-temperature superconducting wire stack (10).
도 38a를 참조하면, 전원 장치는 8kA까지 전류를 시간에 따라 증가시킬 수 있다. 하나의 고온 초전도 선재 스택의 임계 전류는 약 2kA 일 수 있다. 2 X 2 스택의 임계 전류는 개개의 스택의 임계전류 밀도의 총 합인 8kA일 수 있다. 상기 전원 장치는 8kA까지 전류를 시간에 따라 증가시킬 수 있다. 즉, 2 X 2 스택으로 적층된 고온 초전도 전류 커넥터(1040)는 8kA의 전류를 인가할 수 있다. 고온 초전도 번들(12)은 2 X 2 고온 초전도 선재 스택(10)일 수 있다. 단자 ⑪과 단자 ⑫ 사이의 시간에 따른 전류가 표시된다. 고온 초전도 전류 커넥터(1040)에서, 스택들(10) 사이의 전류 분배가 잘 이루어지는 것이 확인되었다. Referring to Fig. 38a, the power supply can increase the current over time up to 8 kA. The critical current of one high-temperature superconducting wire stack may be about 2 kA. The critical current of the 2 X 2 stack may be 8 kA, which is the sum of the critical current densities of the individual stacks. The power supply can increase the current over time up to 8 kA. That is, the high-temperature superconducting current connector (1040) stacked in 2 X 2 stacks can apply a current of 8 kA. The high-temperature superconducting bundle (12) may be a 2 X 2 high-temperature superconducting wire stack (10). The current over time between terminals ⑪ and ⑫ is shown. It was confirmed that the current distribution between the stacks (10) was well performed in the high-temperature superconducting current connector (1040).
도 38b는 개별 스택, 스택 간 및 전체 스택, 리드 사이의 전압 변화를 나타낸다.Figure 38b shows the voltage variations between individual stacks, stacks, and the entire stack, between leads.
도 38b를 참조하면, ① 위치와 ② 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ① 위치와 ③ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ① 위치와 ⑤ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ③ 위치와 ④ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑤ 위치와 ⑥위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑤ 위치와 ⑦ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑦ 위치와 ⑧ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑨위치와 ⑩ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑪위치와 ⑫ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. 단자 ⑪과 단자 ⑫ 사이의 리드 저항은 약 40 nOhm (나노 오옴)이다.Referring to FIG. 38b, the voltage between positions ① and ② is measured over time. The voltage between positions ① and ③ is measured over time. The voltage between positions ① and ⑤ is measured over time. The voltage between positions ③ and ④ is measured over time. The voltage between positions ⑤ and ⑥ is measured over time. The voltage between positions ⑤ and ⑦ is measured over time. The voltage between positions ⑦ and ⑧ is measured over time. The voltage between positions ⑨ and ⑩ is measured over time. The voltage between positions ⑪ and ⑫ is measured over time. The lead resistance between terminals ⑪ and ⑫ is approximately 40 nOhm (nanoohms).
도 38c는 스택 간 전압 변화를 나타낸다.Figure 38c shows the voltage variation between stacks.
도 38c를 참조하면, 이웃한 스택 사이에 전류가 재분배되는 것이 확인된다. 구체적으로, ① 위치와 ③ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ① 위치와 ⑤ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑤ 위치와 ⑦ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ① 위치와 ③ 위치는 서로 이웃한 스택 사이의 전압이 측정된다. Referring to Figure 38c, it is confirmed that the current is redistributed between adjacent stacks. Specifically, the voltage between positions ① and ③ is measured over time. The voltage between positions ① and ⑤ is measured over time. The voltage between positions ⑤ and ⑦ is measured over time. The voltage between adjacent stacks ① and ③ is measured.
도 38d는 개별 스택, 전체 스택 및 리드 사이의 전압 변화를 나타낸다.Figure 38d shows the voltage changes between individual stacks, the entire stack, and the leads.
도 38d를 참조하면, ① 위치와 ② 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ③ 위치와 ④ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑤ 위치와 ⑥ 위치 사이의 전압이 시간에 따라 측정된다. ⑦ 위치와 ⑧ 위치 사이에 스택 전압이 측정된다. ⑨ 위치와 ⑩ 위치의 전체 스택 전압은 초전도 전류가 잘 흐르고 있음을 보여준다.Referring to Fig. 38d, the voltage between positions ① and ② is measured over time. The voltage between positions ③ and ④ is measured over time. The voltage between positions ⑤ and ⑥ is measured over time. The stack voltage is measured between positions ⑦ and ⑧. The overall stack voltage between positions ⑨ and ⑩ shows that the superconducting current is flowing well.
도 39a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온초전도 번들 리드를 나타내는 분해 사시도이다.FIG. 39a is an exploded perspective view showing a high-temperature superconducting bundle lead according to one embodiment of the present invention.
도 39b는 도 39a의 고온초전도 번들 리드를 나타내는 개념도이다. Figure 39b is a conceptual diagram showing the high-temperature superconducting bundle lead of Figure 39a.
도 39a 및 도 39b를 참조하면, 고온초전도 번들 리드(1060)는, 복수의 고온초전도 선재 스택들(10)이 배열된 고온초전도 선재 번들(12);및 상기 고온초전도 선재 번들(12)의 일단에 연결된 접속 리드(1062,1064)를 포함한다. 상기 고온초전도 선재 스택(10)은 복수의 고온초전도 선재들이 적층된다. 상기 고온 초전도 번들(12)은 상기 고온초전도 선재 스택(10)이 1차원적 또는 2차원적으로 배열된 구조일 수 있다. Referring to FIGS. 39a and 39b, a high-temperature superconducting bundle lead (1060) includes a high-temperature superconducting wire bundle (12) in which a plurality of high-temperature superconducting wire stacks (10) are arranged; and a connection lead (1062, 1064) connected to one end of the high-temperature superconducting wire bundle (12). The high-temperature superconducting wire stack (10) is formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting bundle (12) may have a structure in which the high-temperature superconducting wire stacks (10) are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
상기 접속 리드(1062,1064)는, 상기 고온초전도 선재 번들의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath, 1064a,1064b,1064c)를 구비한 하판(1064); 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판(1062); 및 상기 솔더 베스에 수용된 상기 고온초전도 번들 사이에 삽입된 구리 테이프(1068)를 포함한다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 번들와 구리 테이프를 서로 접합한다.The above-described connecting leads (1062, 1064) include a lower plate (1064) having a solder bath (1064a, 1064b, 1064c) for accommodating one end of the high-temperature superconducting wire bundle; an upper plate (1062) having a supply port for supplying solder to the solder bath; and a copper tape (1068) inserted between the high-temperature superconducting bundles accommodated in the solder bath. The solder fills the solder bath and bonds the high-temperature superconducting bundle and the copper tape to each other.
상기 상판(1062)은 함돌된 상기 솔더 베스에 대응하여 돌출된 돌출부(1062a,1062b,1062c)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 상기 솔더 베스에 정렬하여 고온초전도 번들의 일단을 압착할 수 있다. The upper plate (1062) may further include protrusions (1062a, 1062b, 1062c) that protrude in response to the solder base that has been inserted. The protrusions may be aligned with the solder base to press one end of the high-temperature superconducting bundle.
상기 고온 초전도 선재 스택(10)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a);및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함할 수 있다.The above high-temperature superconducting wire stack (10) may include a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) stacked in sequence; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires.
도 40은 절연층을 구비한 권선 코일 및 절연층을 구비하지 않은 권선 코일을 나타내는 도면이다.Figure 40 is a drawing showing a winding coil having an insulating layer and a winding coil not having an insulating layer.
도 40을 참조하면, 절연층을 구비한 제1 권선 코일(1070a)은 다층으로 적층된다. 제1 권선 코일(1070a)은 한층의 초전도 선재로 구성된다. 제1 권선 코일(1070a)은 복층으로 권선되고, 하나의 층에서 ??칭(quenching)이 발생한 경우, 전류는 절연층에 의하여 이웃환 초전도 선재로 흐를 수 없다. 이에 따라, ??칭(quenching)이 발생한 경우, 제1 권선 코일(1070a)은 고장난다. 한편, 제1 권선 코일(1070a)은 높은 권선수에 의하여 큰 인덕턱스를 가진다. 큰 인덕턱스는 충방전 특성 시간을 증가시킨다. 충방전 특성 시간은 저항과 인덕턴스의 곱으로 표시될 수 있다.Referring to Fig. 40, the first winding coil (1070a) having an insulating layer is laminated in multiple layers. The first winding coil (1070a) is composed of a single layer of superconducting wire. The first winding coil (1070a) is wound in multiple layers, and when quenching occurs in one layer, current cannot flow to the neighboring superconducting wire due to the insulating layer. Accordingly, when quenching occurs, the first winding coil (1070a) breaks down. Meanwhile, the first winding coil (1070a) has a large inductance due to the high number of turns. The large inductance increases the charge/discharge characteristic time. The charge/discharge characteristic time can be expressed as the product of resistance and inductance.
절연층을 구비하지 않은 제2 권선 코일(1070b)은 하나의 층에서 ??칭(quenching)이 발생한 경우, 전류는 절연층이 없으므로 이웃환 초전도 선재로 흐를 수 있다. 이에 따라, ??칭(quenching)이 발생한 경우, 제2 권선 코일(1070b)은 고장나지 않는다. 한편, 제2 권선 코일(1070b)은 작은 인덕턱스를 가진다. 제2 권선 코일(1070b)은 전류 흐름이 불명확하여, 전류에 의한 로렌츠 힘을 보강하기 위한 구조를 알기 어렵다.In the case of the second winding coil (1070b) without an insulating layer, if quenching occurs in one layer, the current can flow to the neighboring superconducting wire because there is no insulating layer. Accordingly, the second winding coil (1070b) does not break down when quenching occurs. Meanwhile, the second winding coil (1070b) has a small inductance. Since the current flow in the second winding coil (1070b) is unclear, it is difficult to know the structure for reinforcing the Lorentz force caused by the current.
따라서, 고온 초전도체를 사용하여, 인덕턴스를 감소시키고, ??칭이 발생한 경우에도 전류 분배가 발생하여, 안정적인 동작이 가능한 고온 초전도체 전자석이 요구된다.Therefore, a high-temperature superconductor electromagnet is required that uses a high-temperature superconductor to reduce inductance and to enable current distribution even when quenching occurs, thereby enabling stable operation.
도 41a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 개념도이다.FIG. 41a is a conceptual diagram illustrating a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
도 41b는 도 41a의 고온 초전도 선재 스택의 접촉 저항 및 인덕턴스를 사용하여 표시한 회로도이다.Figure 41b is a circuit diagram showing the contact resistance and inductance of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 41a.
도 41c는 도 41a의 고온 초전도 선재 스택의 접촉 저항 및 인덕턴스를 사용하여 표시한 회로도이다.Figure 41c is a circuit diagram showing the contact resistance and inductance of the high-temperature superconducting wire stack of Figure 41a.
도 41a, 도 41b, 및 도 41c를 참조하면, 고온 초전도 선재 스택(1080)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a); 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함한다.Referring to FIGS. 41a, 41b, and 41c, a high-temperature superconducting wire stack (1080) includes a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) stacked in sequence; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires.
상기 금속 절연 테이프(10d)는 상기 고온초전도 선재 스택(10)의 최상부면 또는 최하부면 중에서 적어도 하나에 배치될 수 있다. 상기 고온초전도 선재들(10a)은 서로 미끄러질 수 있다. 서로 이웃한 상기 고온초전도 선재들의 접촉 저항은 수 u Ohm/m일 수 있다. 상기 고온 초전도 선재 스택의 길이는 100 미터 내지 500 미터일 수 있다. 상기 고온초전도 선재들의 두께는 서로 다를 수 있다.The above metal insulating tape (10d) may be arranged on at least one of the uppermost surface or the lowermost surface of the high-temperature superconducting wire stack (10). The high-temperature superconducting wires (10a) may slide against each other. The contact resistance of the adjacent high-temperature superconducting wires may be several uOhm/m. The length of the high-temperature superconducting wire stack may be 100 to 500 meters. The thicknesses of the high-temperature superconducting wires may be different from each other.
고온 초전도 선재 스택(1080)은 30층의 고온초전도 선재들(10a)의 최상부층에 금속 절연 테이프(10d)를 포함할 수 있다. 상기 금속 절연 테이프(10d)는 스테인리스 스틸(SUS) 테이프일 수 있다. 상기 금속 절연 테이프(10d)는 다층으로 권선된 경우, 고온 초전도 선재 스택들 사이에 전기적 절연을 제공할 수 있다. 금속 절연 테이프(10d)는 구리보다 큰 비저항을 가질 수 있다. 금속 절연 테이프(10d)의 두께는 하나의 고온초전도 선재의 두께와 동일할 수 있다. 예를 들어, 금속 절연 테이프(10d)의 두께는 0.11mm일 수 있다.A high-temperature superconducting wire stack (1080) may include a metal insulating tape (10d) on the top layer of 30 layers of high-temperature superconducting wires (10a). The metal insulating tape (10d) may be a stainless steel (SUS) tape. When the metal insulating tape (10d) is wound in multiple layers, it may provide electrical insulation between the high-temperature superconducting wire stacks. The metal insulating tape (10d) may have a resistivity greater than that of copper. The thickness of the metal insulating tape (10d) may be the same as the thickness of one high-temperature superconducting wire. For example, the thickness of the metal insulating tape (10d) may be 0.11 mm.
도 41b를 참조하면, 고온 초전도 선재 스택(1080)은 이웃한 고온초전도 선재들의 접촉 저항(Rs)를 가지고, 단위 길이당 인덕턴스(L)를 가질 수 있다. 한편, 금속 절연 테이프는 단위 길이당 인덕턴스(Lm) 및 직렬 저항(Rm)을 포함하고, 접촉 저항을 가질 수 있다.Referring to FIG. 41b, the high-temperature superconducting wire stack (1080) may have a contact resistance (Rs) of adjacent high-temperature superconducting wires and an inductance (L) per unit length. Meanwhile, the metal insulating tape may include an inductance (Lm) and a series resistance (Rm) per unit length and may have a contact resistance.
다시 도 41c를 참조하면, 고온 초전도 선재 스택(1080)에 전류가 흐르는 경우, N-1 번째 고온 초전도 선재에서 ??칭이 발생한 경우, 전류는 ??칭이 발생한 위치에서 주위의 고온 초전도 선재로 전류 분배가 발생한다. 이에 따라, ??칭이 발생하더라도, 고온 초전도 선재 스택(1080)은 안정적으로 동작할 수 있다.Referring again to FIG. 41c, when current flows through the high-temperature superconducting wire stack (1080), if quenching occurs in the N-1th high-temperature superconducting wire, current is distributed from the location where quenching occurs to the surrounding high-temperature superconducting wires. Accordingly, even if quenching occurs, the high-temperature superconducting wire stack (1080) can operate stably.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 개념도이다.Figure 42 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
도 42를 참조하면, 고온 초전도 선재 스택(1080)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들; 및 상기 고온초전도 선재들(10a)과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함한다. 금속 절연 테이프는 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 최상층에 배치될 수 있다. 금속 절연 테이프(10d)는 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 최상층 및 최하층에 배치될 수 있다. 금속 절연 테이프(10d)는 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 최하층에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 42, a high-temperature superconducting wire stack (1080) includes a plurality of high-temperature superconducting wires stacked in sequence; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires (10a). The metal insulating tape may be placed on the uppermost layer of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires. The metal insulating tape (10d) may be placed on the uppermost and lowermost layers of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires. The metal insulating tape (10d) may be placed on the lowermost layer of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 개념도이다.Figure 43 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
도 43를 참조하면, 고온 초전도 선재 스택(1080)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a); 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함한다. 금속 절연 테이프(10d)는 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 최상층에 배치될 수 있다. 금속 절연 테이프(10d)는 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 최상층 및 최하층에 배치될 수 있다. 금속 절연 테이프는 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 최하층에 배치될 수 있다. 상기 고온 초전도 선재 스택(10d)은 배치 평면을 곡면으로 하도록 구부러질 수 있다. 이에 따라, 상기 고온 초전도 선재 스택를 구성하는 고온초전도 선재들은 서로 미끄러질 수 있다.Referring to FIG. 43, a high-temperature superconducting wire stack (1080) includes a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) sequentially stacked; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires. The metal insulating tape (10d) may be arranged on the uppermost layer of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires. The metal insulating tape (10d) may be arranged on the uppermost and lowermost layers of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires. The metal insulating tape may be arranged on the lowermost layer of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting wire stack (10d) may be bent so that the arrangement plane becomes a curved surface. Accordingly, the high-temperature superconducting wires constituting the high-temperature superconducting wire stack may slide against each other.
고온 초전도 선재 스택(1080)은, 상기 고온 초전도 선재 스택을 감싸는 구리 래핑(11a)을 더 포함할 수 있다. 구리 래핑은 고온 초전도 선재 스택을 결박하여 선재들이 서로 분리되지 않고 하나의 도선으로 동작하게 할 수 있다.The high-temperature superconducting wire stack (1080) may further include a copper wrapping (11a) surrounding the high-temperature superconducting wire stack. The copper wrapping binds the high-temperature superconducting wire stack so that the wires do not separate from each other and operate as a single conductor.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택과 고온 초전도 선재의 두께 분포를 나타내는 개념도이다.Figure 44 is a conceptual diagram showing a high-temperature superconducting wire stack and a thickness distribution of the high-temperature superconducting wire according to one embodiment of the present invention.
도 44를 참조하면, 제1 고온 초전도 선재의 두께는 t_1이고, 제N 고온 초전도 선재의 두께는 t_N일 수 있다. 제1 고온 초전도 선재의 두께(t_1)는 상기 제N 고온 초전도 선재의 두께(t_N)와 다를 수 있다. 예를 들어, 고온 초전도 선재들의 두께는 소정의 분포를 가질 수 있다.Referring to Fig. 44, the thickness of the first high-temperature superconducting wire may be t_1, and the thickness of the Nth high-temperature superconducting wire may be t_N. The thickness (t_1) of the first high-temperature superconducting wire may be different from the thickness (t_N) of the Nth high-temperature superconducting wire. For example, the thicknesses of the high-temperature superconducting wires may have a predetermined distribution.
고온 초전도 선재 스택(10)은 복수의 고온 초전도 선재를 가지므로, 고온 초전도 선재 스택의 총 두께는 평균 두께와 층수의 곱으로 표시된다. 따라서, 고온 초전도 선재 스택은 각각의 고온 초전도 선재들의 두꼐 변화를 평균화하는 기능을 수행한다.Since the high-temperature superconducting wire stack (10) has multiple high-temperature superconducting wires, the total thickness of the high-temperature superconducting wire stack is expressed as the product of the average thickness and the number of layers. Therefore, the high-temperature superconducting wire stack performs the function of averaging the thickness changes of each high-temperature superconducting wire.
고온 초전도 선재 스택(10)을 사용하여 권선 코일을 형성하는 경우, 각 층의 두께는 평균화되어 일정한 값을 가지므로, 균일한 권선이 가능하다. When forming a winding coil using a high-temperature superconducting wire stack (10), the thickness of each layer is averaged to have a constant value, so uniform winding is possible.
도 45a는 하나의 고온 초전도 선재를 가지고 권선된 코일을 나타낸다.Figure 45a shows a coil wound with one high-temperature superconducting wire.
도 45b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 스택을 사용하여 권선된 코일을 나타낸다.FIG. 45b illustrates a coil wound using a high-temperature superconducting wire stack according to one embodiment of the present invention.
도 45a를 참조하면, 전자석은 절연층을 구비한 고온 초전도 선재(10a)를 이용하여 자기장(B= N x I)을 형성하기 위하여, 300 턴의 권선수(N)를 가질 수 있다. 이 경우, 인덕턴스는 권선수(N)의 제곱에 비례할 수 있다. 고온 초전도 선재(10a)는 예를 들어 0.11 mm의 두꼐를 가지므로, 300 턴의 총 두께는 33 mm일 수 있다. Referring to Fig. 45a, the electromagnet may have 300 turns (N) to form a magnetic field (B = N x I) using a high-temperature superconducting wire (10a) having an insulating layer. In this case, the inductance may be proportional to the square of the number of turns (N). Since the high-temperature superconducting wire (10a) has a thickness of, for example, 0.11 mm, the total thickness of 300 turns may be 33 mm.
한편, 고온 초전도 선재는 예를 들어 0.10 mm의 두께를 가지므로, 이웃한 다른 전자석은 300 턴의 경우 30 mm일 수 있다. 따라서, 서로 다른 특성을 가진 전자석이 직렬 연결되면, 동작 안정성이 저하될 수 있다.Meanwhile, since a high-temperature superconducting wire has a thickness of, say, 0.10 mm, the adjacent electromagnet may be 30 mm thick for 300 turns. Therefore, if electromagnets with different characteristics are connected in series, operational stability may be degraded.
도 45b를 참조하면, 고온 초전도 선재 스택(10)은 30 층(M)의 고온 초전도 선재들을 적층할 수 있다. 고온 초전도 선재들은 0.1 mm 평균 두께을 가질 수 있다. 이 경우, 권선수(N)는 10으로, 원하는 자기장(B= N x M x I)을 형성할 수 있다. 한편, 인덕턴스는 권선수(N=10)의 제곱에 비례하므로, 인덕턴스는 현저히 감소할 수 있다. 충방전 특성 시간은 저항과 인덕턴스의 곱으로 표시될 수 있다. 이에 따라, 자기장을 시간에 따라 변경하고자 하는 경우, 충방전 특성 시간은 현저히 감소할 수 있다.Referring to Fig. 45b, a high-temperature superconducting wire stack (10) can stack 30 layers (M) of high-temperature superconducting wires. The high-temperature superconducting wires can have an average thickness of 0.1 mm. In this case, the number of turns (N) is 10, so that a desired magnetic field (B = N x M x I) can be formed. Meanwhile, since the inductance is proportional to the square of the number of turns (N = 10), the inductance can be significantly reduced. The charge/discharge characteristic time can be expressed as the product of the resistance and the inductance. Accordingly, when it is desired to change the magnetic field over time, the charge/discharge characteristic time can be significantly reduced.
도 46a은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석을 나타내는 사시도이다.FIG. 46a is a perspective view showing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
도 46b는 도 46a의 고온 초전도 자석을 나타내는 개념도이다.Figure 46b is a conceptual diagram showing the high-temperature superconducting magnet of Figure 46a.
도 47은 도 46의 고온 초전도 자석을 나타내는 전개도이다.Fig. 47 is a development diagram showing the high-temperature superconducting magnet of Fig. 46.
도 46 내지 도 47을 참조하면, 고온 초전도 전자석(1090)은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택으로 권선(winding)된다. 상기 고온 초전도 전자석(1090)은, 보빈(1091); 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택(10);을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간(90)이 배치된다. 상기 스페이스 공간(90)은 보강제(92)에 의하여 채워진다. 각 층에서 스페이스 공간(90)의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택(10)의 폭과 동일할 수 있다. Referring to FIGS. 46 and 47, a high-temperature superconducting electromagnet (1090) is wound with a high-temperature superconducting wire stack having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet (1090) includes a bobbin (1091); and a high-temperature superconducting wire stack (10) wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space (90) is arranged. The space (90) is filled with a reinforcing material (92). The width of the space (90) in each layer may be the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack (10).
상기 스페이스 공간(90)의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택(10)의 폭과 동일하고, 상기 보강제(92)는 금속 또는 금속합금으로, 예시적으로 스테인레스 스틸일 수 있다.The width of the above space (90) is the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack (10), and the reinforcing material (92) may be a metal or a metal alloy, for example, stainless steel.
고온 초전도 선재 스택(10)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a); 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함한다.A high-temperature superconducting wire stack (10) includes a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) stacked in sequence; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires.
상기 전자석이 D형 코일인 경우, 직선 구간(1090a)과 곡선 구간(1090b)을 포함할 수 있다. 상기 전자석은 직선 구간과 곡선 구간을 가지고, 전개도에서 상기 직선 구간(1090a)에서 상기 스페이스 영역(90)은 삼각형이고, 전개도에서 상기 곡선 구간(1090b)에서 상기 스페이스 영역(90)은 직사각형일 수 있다,If the above electromagnet is a D-shaped coil, it may include a straight section (1090a) and a curved section (1090b). The electromagnet has a straight section and a curved section, and in the developed view, the space area (90) in the straight section (1090a) may be a triangle, and in the developed view, the space area (90) in the curved section (1090b) may be a rectangle.
각 층에서 상기 곡선 구간(1090b)의 스페이스 영역(90)은 좌측 또는 우측에 배치되고, 각 층에서 상기 직선 구간(1090a)의 스페이스 영역(90)은 좌측에서 제1 삼각형 영역 및 우측 의 제2 삼각형 영역을 포함하고, 상기 제1 삼각형 영역과 상기 제2 삼각형 영역은 서로 접하는 경우 직사각형을 형성할 수 있다.In each layer, the space area (90) of the curved section (1090b) is arranged on the left or right, and in each layer, the space area (90) of the straight section (1090a) includes a first triangular area on the left and a second triangular area on the right, and when the first triangular area and the second triangular area are in contact with each other, they can form a rectangle.
고온 초전도 선재 스택(10)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a); 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함한다.A high-temperature superconducting wire stack (10) includes a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) stacked in sequence; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires.
상기 고온 초전도 선재 스택(10)이 권선됨에 따라 층이 변경되는 경우, 그 하부에 배치된 보강제(92)는 테이퍼진 경사를 가질 수 있다.When the layers change as the high-temperature superconducting wire stack (10) above is wound, the reinforcing material (92) placed thereunder may have a tapered slope.
상기 고온 초전도 선재 스택(10)은 1층에서 전개도의 좌측의 a 지점, b 지점, c 지점, j 지점, k 지점으로 순차적으로 우측으로 권선될 수 있다. k 지점에서 층이 변경될 수 있다. 상기 고온 초전도 선재 스택이 권선됨에 따라 층이 변경되는 경우, 그 하부에 배치된 보강제는 테이퍼진 경사를 가질 수 있다.The above high-temperature superconducting wire stack (10) can be sequentially wound from the first layer to the right from points a, b, c, j, and k on the left side of the development diagram. The layer can be changed at point k. When the layer is changed as the high-temperature superconducting wire stack is wound, the reinforcing material arranged thereunder can have a tapered slope.
상기 고온 초전도 선재 스택(10)은 2층에서 전개도의 우측의 k 지점, l 지점, t 지점으로 순차적으로 좌측으로 권선될 수 있다.The above high-temperature superconducting wire stack (10) can be sequentially wound to the left from the k point, l point, and t point on the right side of the development diagram in the second layer.
상기 고온 초전도 선재 스택(10)은 3층에서 전개도의 좌측의 x 지점, y 지점, z지점으로 순차적으로 우측으로 권선될 수 있다.The above high-temperature superconducting wire stack (10) can be sequentially wound to the right from the x point, y point, and z point on the left side of the development diagram in three layers.
도 48은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자석을 설명하는 개념도이다.Figure 48 is a conceptual diagram illustrating an electromagnet according to another embodiment of the present invention.
도 48을 참조하면, 고온 초전도 전자석(1090a)은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택(10)으로 권선(winding)된다. 상기 고온 초전도 전자석(1090a)은, 보빈(1091); 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택(10);을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간(90)이 배치된다. 상기 스페이스 공간(90)은 보강제(92)에 의하여 채워진다. 각 층에서 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일할 수 있다. Referring to Fig. 48, a high-temperature superconducting electromagnet (1090a) is wound with a high-temperature superconducting wire stack (10) having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet (1090a) includes a bobbin (1091); and a high-temperature superconducting wire stack (10) wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space (90) is arranged. The space (90) is filled with a reinforcing material (92). The width of the space in each layer may be the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack.
상기 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일하고, 상기 보강제는 스테인레스 스틸일 수 있다.The width of the above space space is the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack, and the reinforcing material may be stainless steel.
클램프(1093)는 권선된 고온 초전도 선재 스택(10)을 고정할 수 있다. 상기 클램프(1093)는, 최상부의 권선을 감싸도록 배치된 한 쌍의 하프 링(1093a);및 하프 링을 서로 결합하는 클램프 연결부(1093b);를 포함할 수 있다. 상기 하프 링은 서로 결합하여 폐곡선을 형성할 수 있다. 클램프는 스테인레스 스틸일 수 있다.A clamp (1093) can secure a wound high-temperature superconducting wire stack (10). The clamp (1093) can include a pair of half rings (1093a) arranged to surround the uppermost winding; and a clamp connecting portion (1093b) that connects the half rings to each other. The half rings can be connected to each other to form a closed curve. The clamp can be made of stainless steel.
도 49a 및 도 49b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자석을 설명하는 측면도들이다.FIGS. 49a and 49b are side views illustrating an electromagnet according to another embodiment of the present invention.
도 49a 및 도 49b를 참조하면, 고온 초전도 전자석(1090)은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택(10)으로 권선(winding)된다. 상기 고온 초전도 전자석(1090)은, 보빈(1091); 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택(10);을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간(90)이 배치된다. 상기 스페이스 공간(90)은 보강제(92)에 의하여 채워진다. 각 층에서 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일할 수 있다. Referring to FIGS. 49a and 49b, a high-temperature superconducting electromagnet (1090) is wound with a high-temperature superconducting wire stack (10) having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet (1090) includes a bobbin (1091); and a high-temperature superconducting wire stack (10) wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space (90) is arranged. The space (90) is filled with a reinforcing material (92). The width of the space in each layer may be the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack.
도 49a를 참조하면, 상기 전자석(1090)은 직선 구간(1090a)과 곡선 구간(1090b)을 가질 수 있다. 측면도에서 권선된 제2 층은 보강제(92)만으로 구성될 수 있다. 측면도에서 상기 직선 구간(1090a)은 보강제(92)만으로 구성될 수 있다.Referring to Fig. 49a, the electromagnet (1090) may have a straight section (1090a) and a curved section (1090b). In the side view, the wound second layer may be composed solely of the reinforcing material (92). In the side view, the straight section (1090a) may be composed solely of the reinforcing material (92).
도 49b를 참조하면, 상기 전자석은 직선 구간(1090a)과 곡선 구간(1090b)을 가질 수 있다. Referring to FIG. 49b, the electromagnet may have a straight section (1090a) and a curved section (1090b).
측면도에서 권선된 제3 층은 보강제(92)만으로 구성될 수 있다. 측면도에서 상기 직선 구간(1090a)은 보강제(92)만으로 구성될 수 있다.The third layer wound in the side view may be composed only of the reinforcing material (92). The straight section (1090a) in the side view may be composed only of the reinforcing material (92).
도 50은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석의 제조 방법을 설명하는 도면이다.FIG. 50 is a drawing illustrating a method for manufacturing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
도 50을 참조하면, 고온 초전도 전자석(1090)은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택으로 권선(winding)된다. 상기 고온 초전도 전자석은, 보빈; 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택;을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간이 배치된다. 상기 스페이스 공간은 보강제에 의하여 채워진다. 각 층에서 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일할 수 있다. 상기 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일하고, 상기 보강제는 스테인레스 스틸일 수 있다.Referring to FIG. 50, a high-temperature superconducting electromagnet (1090) is wound with a high-temperature superconducting wire stack having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet includes a bobbin; and a high-temperature superconducting wire stack wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space is arranged. The space is filled with a reinforcing material. The width of the space in each layer may be the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack. The width of the space is the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack, and the reinforcing material may be stainless steel.
상기 보강제는 스페이스 영역과 동일한 형상의 스테인레스 스트립을 절단한 후 스페이서 영역에 삽입하여 형성된다. 각 층마다 보강제 삽입된 후, 고온 초전도 선재 스택이 권선된다. 보빈의 한 쌍의 플랜지 중에서 하나는 제거된 상태에서, 권선될 수 있다.The above reinforcement is formed by cutting a stainless steel strip of the same shape as the spacer region and inserting it into the spacer region. After inserting the reinforcement into each layer, a high-temperature superconducting wire stack is wound. The winding can be performed with one of the pair of flanges of the bobbin removed.
이어서, 클램프(1093)를 사용하여 권선된 코일을 고정한다. 클램프(1093)는 직선 부위와 곡선 부위로 나뉘어 질 수 있다. Next, the wound coil is fixed using a clamp (1093). The clamp (1093) can be divided into a straight section and a curved section.
이어서, 실리콘 몰드를 형성하고, 열전도 에폭시(예를 들어, stycast)를 사용하여, 상기 전자석에 함침시킨다. 이에 따라, 열전도 에폭시는 동일 층에서 권선된 고온 초전도 선재 스택들 사이의 공간을 채울 수 있다. 권선된 각층에서 상기 고온 초전도 선재 스택들 사이의 공간은 도전성 에폭시에 의하여 함침되어 채워질 수 있다.Next, a silicone mold is formed and impregnated with a thermally conductive epoxy (e.g., stycast) to form the electromagnet. Accordingly, the thermally conductive epoxy can fill the space between the stacks of high-temperature superconducting wires wound in the same layer. The space between the stacks of high-temperature superconducting wires in each wound layer can be impregnated and filled with the conductive epoxy.
상기 고온 초전도 선재 스택(10)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들(10a); 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프(10d);를 포함할 수 있다.The above high-temperature superconducting wire stack (10) may include a plurality of high-temperature superconducting wires (10a) stacked in sequence; and at least one metal insulating tape (10d) stacked together with the high-temperature superconducting wires.
이어서, 상기 몰드를 제거하고, 보빈(1091)의 한 쌍의 플랜지 중에서 제거된 플랜지는 상기 보빈에 결합할 수 있다.Next, the mold is removed, and the removed flange from among the pair of flanges of the bobbin (1091) can be joined to the bobbin.
이어서, 결합한 플랜지는 레이저 용접과 같은 방법으로 상기 보빈에 용접될 수 있다. Next, the joined flange can be welded to the bobbin by a method such as laser welding.
도 51은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석의 에폭시 함침을 나타내는 도면이다.FIG. 51 is a drawing showing epoxy impregnation of a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
도 52는 도 51은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 전자석을 나타내는 사진이다.FIG. 52 is a photograph showing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention. FIG. 51 is a photograph showing a high-temperature superconducting electromagnet according to one embodiment of the present invention.
도 51 및 도 52를 참조하면, 고온 초전도 전자석(1090)은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택으로 권선(winding)된다. 상기 고온 초전도 전자석(1090)은, 보빈(1091); 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 고온 초전도 선재 스택(10);을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간이 배치된다. 상기 스페이스 공간(90)은 보강제(92)에 의하여 채워진다. 각 층에서 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일할 수 있다. 상기 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일하고, 상기 보강제는 스테인레스 스틸일 수 있다. 클램프(1093)를 사용하여 권선된 코일을 고정한다. 열전도 에폭시는 동일 층에서 권선된 고온 초전도 선재 스택들(10) 사이의 공간을 채울 수 있다.Referring to FIGS. 51 and 52, a high-temperature superconducting electromagnet (1090) is wound with a high-temperature superconducting wire stack having a rectangular cross-section. The high-temperature superconducting electromagnet (1090) includes a bobbin (1091); and a high-temperature superconducting wire stack (10) wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space is arranged. The space space (90) is filled with a reinforcing material (92). The width of the space space in each layer may be the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack. The width of the space space may be the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack, and the reinforcing material may be stainless steel. The wound coil is fixed using a clamp (1093). A thermally conductive epoxy may fill the space between the high-temperature superconducting wire stacks (10) wound in the same layer.
접속 리드(1010)는 상기 고온초전도 선재 스택의 일단에 연결될 수 있다. 상기 접속 리드는, 상기 고온초전도 선재 번들의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판; 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판; 및 상기 솔더 베스에 수용된 상기 고온초전도 번들 사이에 삽입된 구리 테이프를 포함한다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 번들와 구리 테이프를 서로 접합한다.A connection lead (1010) can be connected to one end of the high-temperature superconducting wire stack. The connection lead includes a lower plate having a solder bath for accommodating one end of the high-temperature superconducting wire bundle; an upper plate having a supply port for supplying solder to the solder bath; and a copper tape inserted between the high-temperature superconducting bundles accommodated in the solder bath. The solder fills the solder bath and bonds the high-temperature superconducting bundle and the copper tape to each other.
도 53은 본 발명의 일 실시예에 따른 D형 코일에 전류를 시간에 따라 선형적으로 증가하다고 잠시 멈추고 다시 선형적으로 전류를 감소시킨 경우 전류-전압 특성 곡선을 나타낸다.Figure 53 shows a current-voltage characteristic curve when the current in a D-type coil according to one embodiment of the present invention is linearly increased over time, briefly stopped, and then linearly decreased again.
도 54는 D형 코일에 시간에 따라 전류를 인가하는 구간을 나타내는 도면이다.Figure 54 is a drawing showing a section in which current is applied to a D-type coil over time.
도 54를 참조하면, 전류는 D형 코일(1090)에 시간에 따라 선형적으로 증가하다, 잠시 멈추고, 다시 선형적으로 전류를 감소 한다. 전류가 시간에 따라 선형적으로 증가하는 ① 구간, 전류가 시간에 따라 일정한 ② 구간, 및 전류가 시간에 따라 선형적으로 감소하는 ③ 구간을 가진다. ④ 구간에서 전류는 영을 가진다. S 점은 인덕턴스 전압이 사라지고 초전도 저항만 남는 포인트이다. Referring to Fig. 54, the current in the D-type coil (1090) increases linearly over time, stops for a moment, and then decreases linearly again. It has a ① section where the current increases linearly over time, a ② section where the current is constant over time, and a ③ section where the current decreases linearly over time. In the ④ section, the current is zero. The S point is the point where the inductance voltage disappears and only the superconducting resistance remains.
도 53을 참조하면, 도 54의 전류에 따라 D형 코일(1090)의 전압이 측정된다. ① 구간은 코일 인덕턴스에 의하여 전압이 급격히 증가한 후, 초전도 (저항)에 의한 전압이 나타나는 구간이다. Referring to Fig. 53, the voltage of the D-type coil (1090) is measured according to the current of Fig. 54. Section ① is a section in which the voltage rapidly increases due to coil inductance, and then a voltage due to superconductivity (resistance) appears.
도 53을 참조하면, ② 구간에서, 인덕턴스 전압이 사라지고 초전도 (저항)에 의한 전압으로 변화하는 구간이다. Referring to Figure 53, in section ②, the inductance voltage disappears and changes to a voltage due to superconductivity (resistance).
도 53을 참조하면, ③ 구간에서, 코일 인덕턴스로 반대 방향 전압이 나타난다. Referring to Fig. 53, in section ③, an opposite voltage appears due to the coil inductance.
도 53을 참조하면, ④ 구간에서, 인덕턴스 전압이 사라지고 초전도 (저항)에 의한 전압으로 변화하는 구간이다. S 점은 인덕턴스 전압이 사라지고 초전도 저항만 남는 포인트이다. Referring to Figure 53, section ④ is the section where the inductance voltage disappears and changes to a voltage due to superconductivity (resistance). Point S is the point where the inductance voltage disappears and only the superconducting resistance remains.
도 55는 본 발명의 일 실시예에 따른 D형 코일에 인가하는 전류를 시간에 따라 측정한 실측 데이터이다.Figure 55 is actual measurement data of the current applied to a D-type coil according to one embodiment of the present invention over time.
도 55를 참조하면, D형 코일(1090)의 전류가 시간에 따라 선형적으로 증가하는 ① 구간, 전류가 시간에 따라 일정한 ② 구간에서, 시간에 따른 전류의 변화를 나타낸다. 전류는 ① 구간에서 약 1100 A 까지 시간에 따라 선형적으로 증가하다가, ② 구간에서 일정한 값으로 유지된다. D형 코일(1090)은 정상 동작한다. Referring to Figure 55, the current of the D-type coil (1090) increases linearly over time in section ①, and the current is constant over time in section ②, showing the change in current over time. The current increases linearly over time to about 1100 A in section ①, and then remains at a constant value in section ②. The D-type coil (1090) is operating normally.
임계 전류(Ic)는 1032 A이고, n=10이고, 인덕턴스는 0.177 mH이고, 특성 시간(τ)은 8.4 초이고, 저항(Rc)는 20 마이크로오옴(micro-ohms)일 수 있다.The critical current (Ic) can be 1032 A, n=10, the inductance can be 0.177 mH, the characteristic time (τ) can be 8.4 s, and the resistance (Rc) can be 20 micro-ohms.
도 56a 내지 도 56c는 고온초전도 스택 또는 번들에서 전류 재분배 현상을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.Figures 56a to 56c are simulation results showing the current redistribution phenomenon in a high-temperature superconducting stack or bundle.
도 56a 내지 도 56c를 참조하면, 두 개의 고온 초전도 스택은 번들을 구성하고, 서로 다른 리드 저항을 가질 수 있다. 이에 따라, 고온 초전도 스택 마다 흐르는 전류의 값이 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 고온 초전도 스택을 구성하는 고온 초전도 선재의 리드 저항이 0.5 microOhm 일 수 있다. 한편, 제2 고온 초전도 스택을 구성하는 고온 초전도 선재의 리드 저항은 1.5 microOhm 일 수 있다. 이 경우, 리드 저항이 0.5 microohm인 쪽의 제1 고온 초전도 스택은 1.5 microohm인 곳에 비해 3배의 전류가 흐를 수 있다.Referring to FIGS. 56a to 56c, two high-temperature superconducting stacks form a bundle and may have different lead resistances. Accordingly, the value of the current flowing in each high-temperature superconducting stack may be different. For example, the lead resistance of the high-temperature superconducting wire forming the first high-temperature superconducting stack may be 0.5 microOhm. Meanwhile, the lead resistance of the high-temperature superconducting wire forming the second high-temperature superconducting stack may be 1.5 microOhm. In this case, the first high-temperature superconducting stack having a lead resistance of 0.5 microOhm may allow three times more current to flow than the first high-temperature superconducting stack having a lead resistance of 1.5 microOhm.
이때 코일의 중앙부 일부에 열원이 발생하는 경우, 열원에 의한 온도 상승으로 전류가 많이 흐르는 쪽에 저항이 생기게 된다. At this time, if a heat source is generated in a part of the central part of the coil, resistance is generated on the side where a lot of current flows due to the temperature rise caused by the heat source.
이 저항 값에 의해 전류가 많이 흐르는 쪽에서 전류가 적게 흐르는 쪽으로 전류가 재분배되어 전체적으로 전류가 균일하게 흐르는 현상이 발생한다.Due to this resistance value, the current is redistributed from the side with more current flowing to the side with less current flowing, resulting in a phenomenon where the current flows evenly throughout.
예를 들어, 중앙부 일부, 1미터 공간에 1500 W/m인 열원이 0.5초간 발생한 경우, 열원에 의한 온도 상승으로 전류가 많이 흐르는 쪽에 저항이 생기게 된고, 전류가 많이 흐르는 쪽의 전류(Good lead resistance)는 감소한 후, 다시 시간에 따라 선형적으로 증가하여 초기 상태에 도달한다.For example, if a heat source of 1500 W/m is generated in a 1-meter space in the central part for 0.5 seconds, the temperature rise caused by the heat source causes resistance to be generated on the side where more current flows, and the current (Good lead resistance) on the side where more current flows decreases and then increases linearly over time to reach the initial state.
예를 들어, 중앙부 일부, 1미터 공간에 2400 W/m인 열원이 0.5초간 발생한 경우, 열원에 의한 온도 상승으로 전류가 많이 흐르는 쪽에 저항이 생기게 된고, 전류가 많이 흐르는 쪽의 전류(Good lead resistance)는 감소한 후, 다시 시간에 따라 선형적으로 증가하여 초기 상태에 도달한다.For example, if a heat source of 2400 W/m is generated in a 1-meter space in the central part for 0.5 seconds, the temperature rise caused by the heat source causes resistance to be generated on the side where more current flows, and the current (Good lead resistance) on the side where more current flows decreases and then increases linearly over time to reach the initial state.
예를 들어, 중앙부 일부, 1미터 공간에 3500 W/m인 열원이 0.5초간 발생한 경우, 열원에 의한 온도 상승으로 전류가 많이 흐르는 쪽에 저항이 생기게 된고, 전류가 많이 흐르는 쪽의 전류(Good lead resistance)는 감소한다. 이 저항 값에 의해 전류가 많이 흐르는 쪽에서 전류가 적게 흐르는 쪽으로 전류가 재분배되어 전체적으로 전류가 균일하게 흐르는 현상이 발생한다.For example, if a heat source of 3500 W/m is generated in a 1-meter space in the central part for 0.5 seconds, the temperature rise caused by the heat source causes resistance to be generated in the side where more current flows, and the current (Good lead resistance) in the side where more current flows decreases. Due to this resistance value, the current is redistributed from the side where more current flows to the side where less current flows, resulting in a phenomenon where the current flows evenly throughout.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 스택 중에서 리드 저항에 의하여 서로 다른 전류가 흐르더라도, 열원에 의하여 저항이 증가하면, 전체적으로 전류가 균일하게 흐르는 전류 재분배 현상이 발생한다.According to one embodiment of the present invention, even if different currents flow due to lead resistance among high-temperature superconducting stacks, when the resistance increases due to a heat source, a current redistribution phenomenon occurs in which the current flows uniformly throughout the stack.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 번들 중에서 하나의 고온 초전도 스택의 리드 저항에 의하여 서로 다른 전류가 흐르더라도, 열원에 의하여 저항이 증가하면, 전체적으로 전류가 균일하게 흐르는 전류 재분배 현상이 발생한다.According to one embodiment of the present invention, even if different currents flow due to the lead resistance of one high-temperature superconducting stack among high-temperature superconducting bundles, when the resistance increases due to a heat source, a current redistribution phenomenon occurs in which the current flows uniformly throughout the bundle.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 선재 스택은 다층으로 권선 전류 재분배를 수행할 수 있다. 예를 들어, 30 층 적층된 선재 내에서 열적인 문제가 있을 경우, 전류 재분배가 가능하다. 즉, ??치 안정성이 확보된다.According to one embodiment of the present invention, a high-temperature superconducting wire stack can perform multi-layer winding current redistribution. For example, current redistribution is possible in the event of a thermal problem within a 30-layer stack of wires. In other words, ??-value stability is secured.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중대형 자석을 제작하는 경우, 보빈의 크기가 증가한다. 따라서, 고온 초전도 선재 스택은 다층 구조로 권선하기에 선재 길이의 한계(통상적으로 100 미터 내지 500 미터)에 의한 영향이 적다.According to one embodiment of the present invention, when manufacturing medium- to large-sized magnets, the bobbin size increases. Therefore, the high-temperature superconducting wire stack is less affected by the wire length limitation (typically 100 to 500 meters) when wound in a multilayer structure.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 선재 스택은 다층으로 구성되고 금속 절연층을 포함한다. 이에 따라, 고온 초전도 선재 스택으로 권선된 코일은 작은 인덕턴스을 가진다. 상대적으로 작은 인덕턴스는 특성 시간을 감소시키어, 빠른 자기장 충방전을 수행할 수 있다. 또한, 고온 초전도 선재 스택은 층별로 전류 흐름이 명확하여, 고온 초전도 선재 스택들 사이에 누설전류를 고려할 필요가 없다. 따라서, 로렌츠 힘에 의한 구조적 보강을 설계하는 하는 경우, 시뮬레이션 만으로 구조 보강 설계가 가능하다.According to one embodiment of the present invention, a high-temperature superconducting wire stack is configured as a multilayer structure and includes a metal insulating layer. Accordingly, a coil wound with the high-temperature superconducting wire stack has a small inductance. This relatively small inductance reduces the characteristic time, enabling rapid magnetic field charging and discharging. Furthermore, the high-temperature superconducting wire stack has a clear current flow for each layer, eliminating the need to consider leakage current between the high-temperature superconducting wire stacks. Therefore, when designing structural reinforcement based on the Lorentz force, the structural reinforcement design can be performed solely through simulation.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석은 고온 초전도 선재 스택으로 권선한 후, 스페이스 영역을 보강제로 채워서, 구조적 안정성을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electromagnet can be wound with a high-temperature superconducting wire stack and then the space area is filled with a reinforcing material to provide structural stability.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 선재 스택 또는 번들에 구리 래핑하거나 번들 사이에 열전도성 에폭시를 함침하여 구조적 안정성을 증가시키고 열전달을 촉진할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the structural stability can be increased and heat transfer can be promoted by wrapping a high-temperature superconducting wire stack or bundle with copper or by impregnating a thermally conductive epoxy between bundles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온 초전도 선재 스택은 냉각채널을 더 포함하고, 고온 초전도 선재 스택은 냉각 효율을 극대화할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the high-temperature superconducting wire stack further includes a cooling channel, and the high-temperature superconducting wire stack can maximize cooling efficiency.
도 57은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석을 나타내는 개념도이다.Figure 57 is a conceptual diagram showing an electromagnet according to one embodiment of the present invention.
도 57을 참조하면, 고온 초전도 선재 스택은 냉각채널을 더 포함할 수 있다. 고온 초전도 선재 스택은 냉각채널에 의하여 냉각 효율을 극대화할 수 있다.Referring to FIG. 57, the high-temperature superconducting wire stack may further include a cooling channel. The high-temperature superconducting wire stack may maximize cooling efficiency by the cooling channel.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자석(1090)은, 사각형 단면을 가진 고온 초전도 선재 스택을 포함하는 권선 유닛(20)으로 권선(winding)된다. 상기 전자석은, 보빈(1091); 및 상기 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하는 권선 유닛(20);을 포함한다. 권선된 층의 각각에서 권선되지 않는 스페이스 공간(90)이 배치되고, 상기 스페이스 공간의 폭은 상기 고온 초전도 선재 스택의 폭과 동일하고, 상기 스페이스 공간(90)은 보강제(92)에 의하여 채워진다. An electromagnet (1090) according to one embodiment of the present invention is wound with a winding unit (20) including a high-temperature superconducting wire stack having a rectangular cross-section. The electromagnet includes a bobbin (1091); and a winding unit (20) wound around the bobbin to form a plurality of layers. In each of the wound layers, an unwound space (90) is arranged, the width of the space space being the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack, and the space space (90) is filled with a reinforcing material (92).
상기 권선 유닛(20)은, 적어도 하나의 고온 초전도 선재 스택으로 배열된 고온 초전도 번들(bundle,12); 및 상기 고온 초전도 번들과 접촉하여 나란히 연장되는 적어도 하나의 전도 냉각 채널(29)을 포함한다. 상기 권선 유닛(20)은 상기 고온 초전도 번들(bundle,12) 및 상기 전도 냉각 채널(29)이 탑재되는 구리 플레이트(29a)를 더 포함할 수 있다. 상기 보강제는 스테인레스 스틸일 수 있다. 전도 냉각 채널(29)은 사각 단면을 가진 구리 봉일 수 있다. The winding unit (20) comprises a high-temperature superconducting bundle (bundle, 12) arranged with at least one high-temperature superconducting wire stack; and at least one conduction cooling channel (29) extending in parallel and in contact with the high-temperature superconducting bundle. The winding unit (20) may further comprise a copper plate (29a) on which the high-temperature superconducting bundle (bundle, 12) and the conduction cooling channel (29) are mounted. The reinforcing material may be stainless steel. The conduction cooling channel (29) may be a copper rod having a square cross-section.
도 58a은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 초전도 선재 리드를 나타내는 평면도 및 고온 초전도 선재 스택을 나타내는 사시도이다.FIG. 58a is a plan view showing a high-temperature superconducting wire lead according to one embodiment of the present invention and a perspective view showing a high-temperature superconducting wire stack.
도 58b는 도 58a의 고온 초전도 선재 리드를 나타내는 개념도이다.Figure 58b is a conceptual diagram showing the high-temperature superconducting wire lead of Figure 58a.
도 58a 및 도 58b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고온 초전도 선재 리드(2010)는, 복수의 고온초전도 선재들이 적층된 고온초전도 선재 스택(10)을 포함하고 권선하는 권선 유닛(20); 및 상기 권선 유닛의 일단에 연결된 접속 리드(1012, 1014)를 포함한다. 고온 초전도 선재 스택은 전도 냉각채널(29)을 포함하고, 고온 초전도 선재 스택은 전도 냉각채널(29)에 의하여 냉각 효율을 극대화할 수 있다.Referring to FIGS. 58a and 58b, a high-temperature superconducting wire lead (2010) according to an embodiment of the present invention includes a winding unit (20) that includes and winds a high-temperature superconducting wire stack (10) in which a plurality of high-temperature superconducting wires are stacked; and a connecting lead (1012, 1014) connected to one end of the winding unit. The high-temperature superconducting wire stack includes a conduction cooling channel (29), and the high-temperature superconducting wire stack can maximize cooling efficiency by the conduction cooling channel (29).
상기 고온 초전도 선재 스택(10)은, 차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들; 및 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 적어도 하나의 금속 절연 테이프;를 포함할 수 있다. 상기 접속 리드(1012,1014)는 상기 권선 유닛의 일단에 연결될 수 있다. 상기 고온초전도 선재 스택은 10 내지 100 장의 테이프 형태의 고온 초전도 선재의 적층 구조일 수 있다.The high-temperature superconducting wire stack (10) may include a plurality of high-temperature superconducting wires sequentially stacked; and at least one metal insulating tape stacked together with the high-temperature superconducting wires. The connection lead (1012, 1014) may be connected to one end of the winding unit. The high-temperature superconducting wire stack may have a stacked structure of 10 to 100 high-temperature superconducting wires in the form of tapes.
상기 접속 리드(1012,1014)는, 상기 권선 유닛(20)의 일단을 수용하는 솔더 베스(solder bath)를 구비한 하판(1014); 상기 솔더 베스에 솔더를 공급하는 공급구를 구비하는 상판(1014); 및 상기 솔더 베스에 수용된 상기 고온초전도 선재들 사이에 삽입된 구리 테이프(1018)를 포함할 수 있다. 상기 솔더는 상기 솔더 베스를 채우고 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합할 수 있다.The above-described connecting lead (1012, 1014) may include a lower plate (1014) having a solder bath that accommodates one end of the winding unit (20); an upper plate (1014) having a supply port that supplies solder to the solder bath; and a copper tape (1018) inserted between the high-temperature superconducting wires accommodated in the solder bath. The solder may fill the solder bath and bond the high-temperature superconducting wires and the copper tape to each other.
상기 상판(1012)은 함돌된 상기 솔더 베스에 대응하여 돌출된 돌출부를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 상기 솔더 베스에 정렬하여 권선 유닛의 일단을 압착할 수 있다. 상기 상판은 직육면체 형상의 판일 수 있다. 상기 상판은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 상판을 가열할 수 있다. 가열된 상판은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합시킬 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스에 삽입된 고온초전도 선재 스택을 압착할 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 상기 솔더 베스와 동일한 형상일 수 있다. 상기 상판의 돌출부는 폭이 좁은 제1 부위, 폭이 증가하는 제2 부위 및 폭이 감소하는 제3 부위를 포함할 수 있다. The upper plate (1012) may further include a protrusion that protrudes in response to the solder bath. The protrusion may be aligned with the solder bath to press one end of the winding unit. The upper plate may be a rectangular parallelepiped plate. The upper plate may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the upper plate. The heated upper plate may melt the solder to bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape to each other. The protrusion of the upper plate may press the high-temperature superconducting wire stack inserted into the solder bath. The protrusion of the upper plate may have the same shape as the solder bath. There is. The protrusion of the above top plate may include a first portion having a narrow width, a second portion having an increasing width, and a third portion having a decreasing width.
상기 하판(1014)은 고온초전도 선재 스택의 일단을 수용하도록 함몰된 솔더 베스를 포함할 수 있다. 상기 하판은 측면에 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀에 삽입된 봉 히터는 상기 하판을 가열할 수 있다. 가열된 하판은 솔더를 용융시키어 상기 고온초전도 선재와 구리 테이프를 서로 접합시킬 수 있다. 상기 솔더 베스는 좁은 폭을 가진 제1 부위, 제1 부위보다 폭이 증가하는 제2 부위, 및 제2 부위보다 폭이 감소하는 제3 부위를 포함할 수 있다. 상기 상판의 상기 공급구를 통하여 공급된 솔더는 상기 솔더 베스에서 교번하여 적층된 고온초전도 선재와 구리 테이프를 접합할 수 있다. 구리 테이프의 폭은 실질적으로 상기 솔더 베스의 제2 부위의 폭과 같을 수 있다. 상기 하판의 제1 부위의 폭은 실질적으로 상기 고온초전도 선재 스택의 폭과 같을 수 있다. 구리 테이프와 솔더는 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 고온초전도 선재 스택은 구리 래핑(11a)될 수 있다. 고온초전도 선재와 구리 테이프는 솔더에 의하여 접합되고, 고온초전도 선재와 구리 테이프 사이의 간격은 10 마이크로미터 내지 30 마이크로미터일 수 있다.The lower plate (1014) may include a solder bath recessed to accommodate one end of a high-temperature superconducting wire stack. The lower plate may include a hole in a side surface. A rod heater inserted into the hole may heat the lower plate. The heated lower plate may melt solder to bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape to each other. The solder bath may include a first portion having a narrow width, a second portion having a width that is greater than the first portion, and a third portion having a width that is less than the second portion. Solder supplied through the supply port of the upper plate may bond the high-temperature superconducting wire and the copper tape alternately stacked in the solder bath. The width of the copper tape may be substantially the same as the width of the second portion of the solder bath. The width of the first portion of the lower plate may be substantially the same as the width of the high-temperature superconducting wire stack. The copper tape and the solder may reduce contact resistance. The high-temperature superconducting wire stack can be copper-wrapped (11a). The high-temperature superconducting wire and the copper tape are joined by solder, and the gap between the high-temperature superconducting wire and the copper tape can be 10 to 30 micrometers.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.Although the present invention has been illustrated and described above with respect to specific preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and includes various forms of embodiments that can be implemented by a person having ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the technical spirit of the present invention claimed in the patent claims.
110: 재킷(jacket)
120: 고온초전도 선재
130: 금속판 110: Jacket
120: High-temperature superconducting wire
130: Metal plate
Claims (7)
차례로 적층된 복수의 고온초전도 선재들; 및
구리보다 큰 비저항을 가지고 상기 고온초전도 선재들과 함께 적층된 하나의 금속 절연 테이프;를 포함하고,
상기 금속 절연 테이프는 복수의 고온초전도 선재들의 최상부면 또는 최하부면에 적층되고,
상기 고온 초전도 선재 스택은 보빈에 권선되어 복수의 층을 형성하고,
권선된 층의 각각에서 권선되지 않은 스페이스 공간이 배치되고,
상기 고온초전도 선재들 각각은, 기판; 상기 기판 상에 배치된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치된 초전도층; 및 상기 초전도층 및 상기 기판을 감싸도록 배치된 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 구리 박막인 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 스택.In high-temperature superconducting wire stacks,
A plurality of high-temperature superconducting wires stacked in sequence; and
A metal insulating tape laminated with the high-temperature superconducting wires, having a resistivity greater than that of copper;
The above metal insulating tape is laminated on the top or bottom surface of a plurality of high-temperature superconducting wires,
The above high-temperature superconducting wire stack is wound on a bobbin to form multiple layers,
In each of the coiled layers, an uncoiled space is arranged,
A high-temperature superconducting wire stack, wherein each of the high-temperature superconducting wires comprises: a substrate; a buffer layer disposed on the substrate; a superconducting layer disposed on the buffer layer; and a protective layer disposed to surround the superconducting layer and the substrate, wherein the protective layer is a copper thin film.
상기 금속 절연 테이프의 두께는 하나의 고온초전도 선재의 두께와 동일하고,
상기 고온초전도 선재들은 서로 미끄러질 수 있는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 스택.In the first paragraph,
The thickness of the above metal insulating tape is equal to the thickness of one high-temperature superconducting wire,
A high-temperature superconducting wire stack characterized in that the high-temperature superconducting wires can slide relative to each other.
서로 이웃한 상기 고온초전도 선재들의 접촉 저항은 수 uOmh/m인 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 스택.In the first paragraph,
A high-temperature superconducting wire stack characterized in that the contact resistance of adjacent high-temperature superconducting wires is several uOmh/m.
상기 고온 초전도 선재 스택의 길이는 100 미터 내지 500 미터인 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 스택.In the first paragraph,
A high-temperature superconducting wire stack, characterized in that the length of the high-temperature superconducting wire stack is 100 meters to 500 meters.
상기 고온초전도 선재들의 두께는 서로 다른 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 스택.In the first paragraph,
A high-temperature superconducting wire stack characterized in that the thicknesses of the high-temperature superconducting wires are different from each other.
상기 고온 초전도 선재 스택은 구리 래핑에 의하여 감싸여지고,
상기 구리 래핑은 스파이럴 래핑이고, 상기 고온 초전도 선재의 길이 방향을 따라 구리 래핑이 있는 구역과 상기 구리 래핑이 없는 구역의 비는 1:0 내지 1: 3인 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 스택.
In the first paragraph,
The above high-temperature superconducting wire stack is wrapped by copper wrapping,
A high-temperature superconducting wire stack characterized in that the copper wrapping is spiral wrapping, and the ratio of the area with the copper wrapping and the area without the copper wrapping along the longitudinal direction of the high-temperature superconducting wire is 1:0 to 1:3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2025/003274 WO2025249721A1 (en) | 2024-05-27 | 2025-03-14 | Stack-based high-temperature superconducting joint, current lead, stack-in-conduit conductor, and magnet |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20240068552 | 2024-05-27 | ||
| KR1020240068552 | 2024-05-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102876094B1 true KR102876094B1 (en) | 2025-10-27 |
Family
ID=96900958
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240116535A Active KR102852618B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-08-29 | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet |
| KR1020240116516A Active KR102876094B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-08-29 | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet |
| KR1020240116539A Active KR102852588B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-08-29 | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet |
| KR1020240116525A Active KR102854446B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-08-29 | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240116535A Active KR102852618B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-08-29 | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet |
Family Applications After (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240116539A Active KR102852588B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-08-29 | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet |
| KR1020240116525A Active KR102854446B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-08-29 | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (4) | KR102852618B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100133994A (en) * | 2008-03-30 | 2010-12-22 | 힐스 인크. | Superconducting Wires and Cables, Methods for Manufacturing Superconducting Wires and Cables |
| KR20110033865A (en) * | 2008-07-23 | 2011-03-31 | 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 | Double sided junction for high temperature superconductor laminated wire |
| KR20200075753A (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 한국전기연구원 | High Temperature Superconductor Magnet With Micro Vertical Channel |
| KR20230005275A (en) * | 2020-05-04 | 2023-01-09 | 토카막 에너지 리미티드 | High-Temperature Superconductor Field Coils |
| KR20240065095A (en) * | 2021-09-27 | 2024-05-14 | 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 | Superconducting wire and superconducting wire connection structure |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100839625B1 (en) | 2006-12-29 | 2008-06-20 | 한국기초과학지원연구원 | Wrap Joints for Multiple Cable Splicing |
| KR101651486B1 (en) | 2015-12-07 | 2016-08-26 | 한국기초과학지원연구원 | Superconductor magnet apparatus using parallel winding |
| KR102049155B1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-11-26 | 한국기계연구원 | Conduction cooling system for a superconducting magnet |
| KR102880955B1 (en) * | 2021-10-28 | 2025-11-03 | 한국전기연구원 | High temperature superconducting magnet cooling system equipped with liquid nitrogen bath for current lead cooling in helium heat exchanger |
| JP7739211B2 (en) | 2022-03-22 | 2025-09-16 | 株式会社東芝 | Stacked high-temperature superconducting coil device |
-
2024
- 2024-08-29 KR KR1020240116535A patent/KR102852618B1/en active Active
- 2024-08-29 KR KR1020240116516A patent/KR102876094B1/en active Active
- 2024-08-29 KR KR1020240116539A patent/KR102852588B1/en active Active
- 2024-08-29 KR KR1020240116525A patent/KR102854446B1/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100133994A (en) * | 2008-03-30 | 2010-12-22 | 힐스 인크. | Superconducting Wires and Cables, Methods for Manufacturing Superconducting Wires and Cables |
| KR20110033865A (en) * | 2008-07-23 | 2011-03-31 | 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 | Double sided junction for high temperature superconductor laminated wire |
| KR20200075753A (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 한국전기연구원 | High Temperature Superconductor Magnet With Micro Vertical Channel |
| KR20230005275A (en) * | 2020-05-04 | 2023-01-09 | 토카막 에너지 리미티드 | High-Temperature Superconductor Field Coils |
| KR20240065095A (en) * | 2021-09-27 | 2024-05-14 | 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 | Superconducting wire and superconducting wire connection structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102852618B1 (en) | 2025-09-02 |
| KR102852588B1 (en) | 2025-08-29 |
| KR102854446B1 (en) | 2025-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Takayasu et al. | Investigation of twisted stacked-tape cable conductor | |
| US9767948B2 (en) | Light-weight, efficient superconducting magnetic energy storage systems | |
| US20160351310A1 (en) | Low Temperature Superconductive and High Temperature Superconductive Amalgam Magnet | |
| Otten | Characterisation of REBCO Roebel cables | |
| US4409425A (en) | Cryogenically stabilized superconductor in cable form for large currents and alternating field stresses | |
| US4242534A (en) | Superconductor structure and method for manufacturing same | |
| WO2020049284A1 (en) | Bent toroidal field coils | |
| KR102876094B1 (en) | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet | |
| KR102878777B1 (en) | Central column for toroidal magnetic field coils in a tokamak plasma chamber | |
| KR20250169951A (en) | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet | |
| KR20250169950A (en) | Stack-based high temperature superconductor joint, current lead, stacks-in-conduit conductor and magnet | |
| Ballarino et al. | 13000 A HTS current leads for the LHC accelerator: From conceptual design to prototype validation | |
| US3486146A (en) | Superconductor magnet and method | |
| Furuse et al. | Experimental study on AC loss reduction of HTS coils by use of ferromagnetic disks | |
| CN118507193A (en) | Tokamak magnet system and manufacturing method thereof | |
| JP2006203154A (en) | Superconducting pulse coil, superconducting device using the same, and superconducting power storage device | |
| US4334123A (en) | Internal cooling type superconductor | |
| US11769615B2 (en) | Superconducting joints | |
| JP2024528374A (en) | NON-PLANAR HTS COILS AND MANUFACTURING TECHNIQUES - Patent application | |
| Choi et al. | Cooling performance and thermal characteristics of no-insulation GdBCO magnet cooled by a mixed cryogen cooling system | |
| KR102788111B1 (en) | In-tube conductor for high temperature superconducting magnet | |
| Williams et al. | The development of a niobium-titanium cable-in-conduit coil for a 45 T hybrid magnet | |
| Mito et al. | Stability tests on R&D superconductors for the Large Helical Device | |
| Harada et al. | Development of a 400 kJ Nb3Sn superconducting magnet for an SMES system | |
| KR20250111336A (en) | High temperature superconducting magnet with ?? damage resistance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| D13-X000 | Search requested |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000 |
|
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
St.27 status event code: N-2-6-B10-B15-exm-PE0601 |
|
| E13-X000 | Pre-grant limitation requested |
St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| PX0901 | Re-examination |
St.27 status event code: A-2-3-E10-E12-rex-PX0901 |
|
| PX0701 | Decision of registration after re-examination |
St.27 status event code: A-3-4-F10-F13-rex-PX0701 |
|
| PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |