KR101445034B1

KR101445034B1 - Super conducting electric power generation system

Info

Publication number: KR101445034B1
Application number: KR1020130049325A
Authority: KR
Inventors: 박진수; 고경진; 김철희
Original assignee: 두산엔진주식회사
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2033-05-02

Abstract

본 발명의 실시예는 초전도 발전 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 발전 시스템은 초전도 권선이 보빈에 감긴 초전도 계자 코일과 상기 초전도 계자 코일을 진공 상태로 수용하는 단위 진공 용기 그리고 상기 초전도 계자 코일을 상기 단위 진공 용기의 내부에서 지지하는 보빈 플레이트를 각각 포함하는 복수의 초전도 계자 모듈들을 포함하는 회전자 및 상기 회전자를 둘러싸는 고정자를 포함한다.A superconducting power generation system according to an embodiment of the present invention includes a superconducting field coil wound around a bobbin, a unit vacuum container housing the superconducting field coil in a vacuum state, A rotor including a plurality of superconducting field modules each including a bobbin plate for supporting a superconducting field coil inside the unit vacuum container, and a stator surrounding the rotor.

Description

[0001] SUPER CONDUCTING ELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM [0002]

본 발명의 실시예는 초전도 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초전도 권선을 포함하는 계자를 모듈화하여 복수개로 분할한 초전도 발전 시스템에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a superconducting power generation system, and more particularly, to a superconducting power generation system in which a field including a superconducting winding is modularized and divided into a plurality of parts.

일반적으로 초전도 발전기는 절대온도 OK, 즉 섭씨 영하 273도에서 전기 저항이 소멸하는 초전도 현상을 응용한 발전기이다. 초기의 초전도 발전기는 절대온도 4K 내지 20K 범위 내에서 초전도 현상이 발생하는 선재를 사용하다가 근래에는 상대적으로 높은 절대온도 30K 내지 77K에서 초전도 현상을 나타내는 소재가 발견되면서, 초전도 발전기에 대한 개발이 가속되고 있다.Generally, a superconducting generator is a generator that uses superconductivity phenomenon in which electrical resistance disappears at an absolute temperature of OK, ie, -273 ° C. Early superconducting generators use wire materials that generate superconducting phenomena within an absolute temperature range of 4K to 20K. Recently, materials for superconducting phenomena have been found at relatively high absolute temperatures of 30K to 77K, accelerating the development of superconducting generators have.

현재 개발된 대부분의 초전도 발전기는 상전도 발전기에서 계자에 사용되던 구리 권선을 초전도 권선으로 대체한 구조를 갖는다.Most of the superconducting generators currently developed have a structure in which the superconducting windings replace the copper windings used in the field generators in the superconducting generators.

이와 같이, 초전도 권선으로 계자를 형성하면, 전기 저항으로 인한 손실없이 고자장의 회전자계를 만들 수 있다. 이에, 초전도 발전기는 상전도 발전기와 대비하여 향상된 효율과 감소된 크기 및 무게를 가질 수 있다.Thus, when a field is formed by a superconducting winding, a magnetic field of high magnetic field can be produced without loss due to electrical resistance. Thus, superconducting generators can have improved efficiency and reduced size and weight as compared to a superconducting generator.

하지만, 초전도 선재로 만들어진 초전도 권선에 저항없이 전류를 흘리기 위해서는 초전도 권선이 설치된 계자를 극저온으로 냉각 시키기 위한 냉각 시스템이 추가로 요구된다. 그럼에도, 초전도 선재는 구리선보다 더 많은 전류를 저항없이 흘릴 수 있기 때문에 여자 손실이 0에 가까워 냉각 손실을 고려하더라도 총 손실을 대폭 줄일 수 있으므로, 상전도 발전기와 대비하여 효율을 향상시킬 수 있다.However, in order to allow current to flow through a superconducting wire made of superconducting wire without resistance, a cooling system for cooling a field provided with a superconducting wire to a cryogenic temperature is further required. Nevertheless, the superconducting wire can flow more current than the copper wire without resistance, so that the loss can be reduced compared to the normal-mode generator because the loss is close to zero and the total loss can be reduced considerably.

초전도 계자 코일을 냉각 시키기 위한 냉각 시스템은 중공형 회전축이나 보빈 냉매관을 이용하여 냉매를 공급하여 초전도 계자 코일을 전도 냉각하는 방식 또는 초전도 계자 코일을 액체 질소 등의 냉매에 직접 함침시켜 냉각하는 방식 등이 있다.The cooling system for cooling the superconducting field coil is a system in which a superconducting field coil is conducted by cooling using a hollow rotary shaft or a bobbin coolant tube, or a method in which a superconducting field coil is directly impregnated with a refrigerant such as liquid nitrogen .

그런데 초전도 계자 코일을 극저온으로 냉각시키기 위해서는 진공 상태가 요구된다. 이에, 종래의 초전도 발전기에 사용되는 회전자는 초전도 계자 코일이 외통에 삽입하여 진공 상태를 유지한다. 여기서, 외통은 회전축과 결합되는데, 외통으로 둘러싸인 공간을 진공 상태로 유지하기 위해 회전축과 외통의 연결 부위에는 진공을 위한 씰링링(sealing ring)이 끼워지게 된다. 또한, 중공형 회전축을 통해 외통 외부에서 내부로 인입되는 냉매관의 진공 상태를 유지하기 위하여 자성 유체 실링(ferro fluid sealing)을 사용하고 있다.However, in order to cool the superconducting field coil to a cryogenic temperature, a vacuum state is required. Accordingly, the rotor used in the conventional superconducting power generator is kept in a vacuum state by inserting the superconducting field coil into the outer cylinder. Here, the outer tube is coupled to the rotating shaft. In order to keep the space surrounded by the outer tube in a vacuum state, a sealing ring for vacuum is inserted at a connecting portion between the rotating shaft and the outer tube. In addition, a ferro fluid sealing is used to maintain the vacuum state of the refrigerant pipe introduced from the outside to the inside through the hollow rotary shaft.

이와 같은 종래의 초전도 발전기는 일부 또는 하나의 초전도 계자 코일에 이상이 발생한 경우에도 초전도 계자 코일 전체를 외통으로부터 분리하여야 유지 및 보수가 가능했다.In the conventional superconducting power generator, even when an abnormality occurs in a part or one superconducting field coil, the entire superconducting field coil must be separated from the outer tube to perform maintenance and repair.

구체적으로, 고정자에서 회전자를 분리해야 하며, 그 후 외통을 분리하고 보빈 커버를 분리해야 초전도 계자 코일을 점검할 수 있었다.Specifically, the rotor must be separated from the stator, and then the superconducting field coil can be checked by separating the outer tube and removing the bobbin cover.

즉, 일부 또는 하나의 초전도 계자 코일에 이상이 발생하여도 회전자 및 회전자의 외통 전체를 분해해야 하므로, 초전도 계자 코일의 정비 이외에도 외통의 분해 작업 및 외통 내부의 진공 상태 및 냉각 작업도 전부 다시 수행해야 하는 문제점이 있다.That is, even if an abnormality occurs in a part or one superconducting field coil, the whole outer cylinder of the rotor and the rotor must be disassembled. Therefore, in addition to the maintenance of the superconducting field coil, the disassembly operation of the outer cylinder, There is a problem to be performed.

공개특허공보 제10-2010-0044396호(2010.04.30)Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0044396 (2010.04.30) 일본 공개특허공보 특개2003-037970호(2003.02.07)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-037970 (Feb. 2003)

본 발명의 실시예는 초전도 계자 코일을 모듈화하여 유지 보수가 용이하고 구조를 간소화한 초전도 발전 시스템을 제공한다.Embodiments of the present invention provide a superconducting power generation system in which the superconducting field coil is modularized to facilitate maintenance and simplify the structure.

본 발명의 실시예에 따르면, 초전도 발전 시스템은 초전도 권선이 보빈에 감긴 초전도 계자 코일과 상기 초전도 계자 코일을 진공 상태로 수용하는 단위 진공 용기 그리고 상기 초전도 계자 코일을 상기 단위 진공 용기의 내부에서 지지하는 보빈 플레이트를 각각 포함하는 복수의 초전도 계자 모듈들을 포함하는 회전자 및 상기 회전자를 둘러싸는 고정자를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a superconducting power generation system includes a superconducting field coil in which a superconducting winding is wound on a bobbin, a unit vacuum container in which the superconducting field coil is accommodated in a vacuum state, A rotor including a plurality of superconducting field modules each including a bobbin plate, and a stator surrounding the rotor.

상기 복수의 초전도 계자 모듈들은 상기 보빈 플레이트에 연결된 냉매관을 더 포함할 수 있다.The plurality of superconducting field modules may further include a refrigerant pipe connected to the bobbin plate.

상기 단위 진공 용기의 내벽에는 다층 단열(multilayer insulation) 박막이 코팅될 수 있다.The inner wall of the unit vacuum container may be coated with a multilayer insulation thin film.

상기 단위 진공 용기의 내부는 10^-3 Torr 내지 10^-6 Torr 범위 내의 진공도를 가질 수 있다.The inside of the unit vacuum container may have a degree of vacuum within the range of 10 ^-3 Torr to 10 ^-6 Torr.

상기 단위 진공 용기는 스테인레스강(stainless steel, SUS) 또는 알루미늄(Al) 중 하나 이상을 포함한 소재로 형성될 수 있다.The unit vacuum container may be formed of a material including at least one of stainless steel (SUS) and aluminum (Al).

상기 복수의 초전도 계자 모듈들은 상기 단위 진공 용기의 상기 고정자와 대향하는 일측에 설치된 댐퍼를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 댐퍼는 자성체를 소재로 형성될 수 있다.The plurality of superconducting field modules may further include a damper installed on one side of the unit vacuum container opposite to the stator. The damper may be formed of a magnetic material.

상기 고정자는 기계 쉴드와, 상기 기계 쉴드의 내측에 설치된 공심형 코어에 상전도 권선이 감긴 상전도 전기자 코일을 포함할 수 있다.The stator may include a mechanical shield and a normal-conducting armature coil wound with a normal-phase winding on an air-core core provided inside the mechanical shield.

상기한 초전도 발전 시스템에서, 상기 회전자는 회전축과 상기 회전축을 둘러싸며 상기 회전축의 회전 동력을 전달하는 다각통 형상의 토크 디스크를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 복수의 초전도 계자 모듈들의 상기 단위 진공 용기는 각각 다각통 형상의 상기 토크 디스크의 일면에 분리 가능하게 결합될 수 있다.In the above-described superconducting power generation system, the rotor may further include a rotary shaft and a polygonal tubular torque disk surrounding the rotary shaft and transmitting rotational power of the rotary shaft. The unit vacuum container of the plurality of superconducting field modules may be detachably coupled to one surface of the torque disc in the shape of a polygonal tube.

상기 보빈 플레이트는 상기 단위 진공 용기의 상기 토크 디스크와 인접한 일측 내면에 결합될 수 있다.The bobbin plate may be coupled to an inner surface of the unit vacuum container adjacent to the torque disc.

상기 복수의 초전도 계자 모듈들은 상기 보빈 플레이트와 상기 단위 진공 용기 사이 및 상기 단위 진공 용기와 상기 토크 디스크 사이 중 하나 이상에 배치된 단열판을 더 포함할 수 있다.The plurality of superconducting field modules may further include an insulating plate disposed between the bobbin plate and the unit vacuum container and between the unit vacuum container and the torque disk.

상기 단열판은 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP; Glass Fiber Reinforced Plastic)을 소재로 형성될 수 있다.The heat insulating plate may be made of glass fiber reinforced plastic (GFRP).

본 발명의 실시예에 따르면, 초전도 발전 시스템은 초전도 계자 코일을 모듈화하여 유지 보수가 용이하고 구조를 간소화할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the superconducting power generation system can modularize the superconducting field coil to facilitate maintenance and simplify the structure.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 발전 시스템의 단면도이다.
도 2는 도 1의 초전도 계자 모듈의 확대 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a superconducting power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of the superconducting field module of FIG.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive. And to the same structure, element or component appearing in more than one drawing, the same reference numerals are used to denote similar features.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.The embodiments of the present invention specifically illustrate ideal embodiments of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Thus, the embodiment is not limited to any particular form of the depicted area, but includes modifications of the form, for example, by manufacture.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 발전 시스템(101)을 설명한다.Hereinafter, a superconducting power generation system 101 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 발전 시스템(101)은 고정자(200)와, 고정자(200)의 내측에 공극을 두고 배치된 회전자(300)를 포함한다.1, a superconducting power generation system 101 according to an embodiment of the present invention includes a stator 200 and a rotor 300 disposed inside the stator 200 with a gap therebetween.

고정자(200)는 회전자(300)를 둘러싸며, 원통형으로 형성될 수 있다. 고정자(200)는 기계 쉴드(210)와 상전도 전기자 코일(250)을 포함한다.The stator 200 surrounds the rotor 300 and may be formed in a cylindrical shape. The stator 200 includes a mechanical shield 210 and a normal electrical armature coil 250.

기계 쉴드(210)는 회전자(300)에서 발생된 고자기장이 외부로 유출되는 것을 억제한다. 상전도 전기자 코일(250)은 기계 쉴드(210)의 내측에 설치된 공심형 코어(251)와 공심형 코어(251)에 감긴 상전도 권선(255)을 포함할 수 있다. 상전도 권선(255)은 구리나 알루미늄과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다.The mechanical shield 210 suppresses the outflow of the high magnetic field generated in the rotor 300 to the outside. The normal conductor armature coil 250 may include an air core core 251 disposed inside the mechanical shield 210 and a normal conductor winding 255 wound around the air core core 251. The secondary winding 255 can be made of a variety of materials known to those skilled in the art, such as copper or aluminum.

고정자(200)의 공심형 코어(251)는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP; Glass Fiber Reinforced Plastic)으로 형성될 수 있다. 유리 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 공심형 코어(251)는 공기와 같은 특성을 가지고 있어 자기포화 없이 회전자(300)의 후술할 초전도 계자 코일(550)에서 발생된 고자장을 고정자(200)의 상전도 전기자 코일(250)로 전달할 수 있다. 유리 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 공심형 코어(251)는 상전도 발전기에 일반적으로 사용되는 철심과 대비하여 가벼우면서도 우수한 기계적 강도를 갖는다.The air core 251 of the stator 200 may be formed of glass fiber reinforced plastic (GFRP). The air core core 251 made of glass fiber reinforced plastic has the same characteristics as air so that the high magnetic field generated in the superconducting field coil 550 of the rotor 300, which will be described later, To the armature coil (250). The air core core 251 made of glass fiber reinforced plastic has a light weight and excellent mechanical strength as compared with an iron core generally used in a normal electric power generator.

회전자(300)는 회전축(310), 토크 디스크(350), 및 복수의 초전도 계자 모듈들(500)을 포함한다.The rotor 300 includes a rotating shaft 310, a torque disc 350, and a plurality of superconducting field modules 500.

회전축(310)은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 발전 시스템(101)이 전기를 생산하기 위한 회전 동력을 입력받는다. 일례로, 도시하지는 않았으나, 회전축(310)은 엔진과 연결되어 엔진으로부터 회전 동력을 입력 받을 수 있다.The rotary shaft 310 receives rotational power for generating electricity by the superconducting power generation system 101 according to an embodiment of the present invention. For example, although not shown, the rotary shaft 310 may be connected to the engine so as to receive rotational power from the engine.

토크 디스크(350)는 회전축(310)을 둘러싸며, 회전축(310)이 입력받은 회전 동력을 전달한다. 본 발명의 일 실시예에서, 토크 디스크(350)는 다각통 형상으로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.The torque disc 350 surrounds the rotation shaft 310 and transmits the rotational power inputted thereto by the rotation shaft 310. In one embodiment of the present invention, the torque disc 350 may be formed in a polygonal shape. However, the embodiment of the present invention is not limited thereto.

복수의 초전도 계자 모듈들(500)은 각각 다각통 형상의 토크 디스크(350)의 일면에 분리 가능하게 결합된다. 일례로, 복수의 초전도 계자 모듈들(500)은 토크 디스크(350)가 갖는 다각통 형상의 선분의 수, 즉 각의 수만큼 마련될 수 있다.Each of the plurality of superconducting field modules 500 is detachably coupled to one surface of the torque disc 350 of the polygonal tubular shape. For example, the plurality of superconducting field modules 500 may be provided in the number of angular segments of the torque disc 350, that is, the number of angular segments.

이와 같이, 복수의 초전도 계자 모듈들(500)이 토크 디스크(350)를 둘러싸면서 고정자(200)의 내측 방향에 설치된다.As described above, a plurality of superconducting field modules 500 are installed inside the stator 200 while surrounding the torque disc 350.

복수의 초전도 계자 모듈들(500)은 각각 이웃한 초전도 계자 모듈(500)과 다른 극을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서, 초전도 발전 시스템(101)은 각각의 극마다 모듈화된 초전도 계자 코일(550)을 가질 수 있다.The plurality of superconducting field modules 500 may each have a different polarity from the neighboring superconducting field module 500. That is, in one embodiment of the present invention, the superconducting power generation system 101 may have a superconducting field coil 550 modularized for each pole.

초전도 계자 모듈(500)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 초전도 계자 코일(550), 단위 진공 용기(510), 및 보빈 플레이트(530)를 포함한다.The superconducting field module 500 includes a superconducting field coil 550, a unit vacuum container 510, and a bobbin plate 530, as shown in Fig.

또한, 초전도 계자 모듈(500)은 냉매관(538), 댐퍼(560), 냉각 전도판(535), 및 단열판(580)을 더 포함할 수 있다.The superconducting field module 500 may further include a refrigerant pipe 538, a damper 560, a cooling conduction plate 535, and an insulating plate 580.

초전도 계자 코일(550)은 초전도 권선이 보빈에 감겨져 형성된다. 초전도 권선은 극저온, 즉 절대온도 4K 내지 100K 범위 내에서 초전도 현상이 발생하는 선재로 만들어질 수 있다. 초전도(superconductor) 선재는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지되어 있다.The superconducting field coil 550 is formed by winding a superconducting wire around the bobbin. The superconducting windings can be made of wire rods that generate superconducting phenomena within a cryogenic temperature range, i.e., an absolute temperature range of 4K to 100K. Superconductor wire rods are known to those skilled in the art.

초전도 계자 코일(550)에 저항이 극히 낮은 상태에서 전류가 흐르면 고자장이 발생된다. 그리고 초전도 계자 코일(550)의 높은 운전 전류를 생성하기 위해서는, 초전도 계자 코일(550)이 임계온도 이하의 극저온 상태로 유지되어야 한다.When a current flows in the superconducting field coil 550 in a state in which the resistance is extremely low, a magnetic field is generated. In order to generate a high operating current of the superconducting field coil 550, the superconducting field coil 550 must be maintained at a cryogenic temperature below the critical temperature.

단위 진공 용기(510)는 초전도 계자 코일(550)을 진공 상태로 수용하며, 다각통 형상의 토크 디스크(350)의 일면에 분리 가능하게 결합된다. 단위 진공 용기(510)의 내부는 10^-3 Torr 내지 10^-6 Torr 범위 내의 진공도를 가질 수 있다. 이때, 단위 진공 용기(510)에 수용된 초전도 계자 코일(550)은 절대온도 25K 내지 77K 범위 내의 온도를 가질 수 있다. 그리고 단위 진공 용기(510)는 토크 디스크(350)에 볼트 결합 또는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 결합 방법으로 분리 가능하게 결합될 수 있다.The unit vacuum container 510 receives the superconducting field coil 550 in a vacuum state and is detachably coupled to one surface of the polygonal tubular torque disk 350. The inside of the unit vacuum container 510 may have a degree of vacuum within the range of 10 ^-3 Torr to 10 ^-6 Torr. At this time, the superconducting field coil 550 accommodated in the unit vacuum container 510 may have a temperature within an absolute temperature range of 25K to 77K. And the unit vacuum container 510 may be detachably coupled to the torque disc 350 by bolt coupling or various coupling methods known to those skilled in the art.

또한, 단위 진공 용기(510)는 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 포트(519)를 구비한다. 단위 진공 용기(510)의 진공 포트(519)는 회전자(300)의 외부에 설치된 진공 펌프(미도시)와 연결될 수 있다.Further, the unit vacuum container 510 has a vacuum port 519 for forming the inside of the vacuum container 510 in a vacuum state. The vacuum port 519 of the unit vacuum container 510 may be connected to a vacuum pump (not shown) provided outside the rotor 300.

단위 진공 용기(510)는 스테인레스강(stainless steel, SUS) 또는 알루미늄(Al) 중 하나 이상을 포함한 소재로 형성될 수 있다. 스테인레스강과 알루미늄은 상대적으로 아웃가스(outgas)의 발생이 적어 단위 진공 용기(510)의 소재로 적합하다.The unit vacuum container 510 may be formed of a material including at least one of stainless steel (SUS) and aluminum (Al). Stainless steel and aluminum are relatively suitable for the material of the unitary vacuum container 510 because the generation of outgas is relatively small.

또한, 단위 진공 용기(510)의 내벽에는 다층 단열(multilayer insulation) 박막(517)이 코팅된다. 다층 단열 박막(517)은 알루미늄 박막과 무기 또는 유기 섬유를 교대로 복수 겹으로 적층시킨 박막이다. 다층 단열 박막(517)은 열복사를 다단으로 차단하여 단열성이 우수하다.In addition, a multilayer insulation thin film 517 is coated on the inner wall of the unit vacuum container 510. The multilayer insulating thin film 517 is a thin film formed by alternately stacking an aluminum thin film and inorganic or organic fibers in a plurality of layers. The multilayered insulating thin film 517 is excellent in heat insulation by blocking heat radiation to multiple stages.

보빈 플레이트(530)는 초전도 계자 코일(550)을 단위 진공 용기(510)의 내부에서 지지한다. 구체적으로, 보빈 플레이트(530)는 단위 진공 용기(510)의 토크 디스크(350)와 인접한 일측 내면에 결합된다. 일례로, 보빈 플레이트(530)는 볼트 결합으로 단위 진공 용기에 결합될 수 있다. 그리고 보빈 플레이트(530)와 단위 진공 용기(510)를 결합할 때 열전달력을 향상시키기 위해 열전달용 구리스(thermal grease)를 사용할 수 있다.The bobbin plate 530 supports the superconducting field coil 550 inside the unit vacuum container 510. Specifically, the bobbin plate 530 is coupled to one side inner surface adjacent to the torque disk 350 of the unit vacuum container 510. In one example, the bobbin plate 530 may be coupled to the unit vacuum container in a bolted connection. A thermal grease may be used to improve the thermal transfer when the bobbin plate 530 and the unit vacuum container 510 are combined.

그리고 초전도 권선이 보빈에 감겨져 형성된 초전도 계자 코일(550)은 보빈 플레이트(530)에 적층 지지된다. 즉, 보빈 플레이트(530)는 회전자(300)가 회전하여도 초전도 계자 코일(550)을 안정적으로 지지하도록 설치된다.The superconducting field coil 550 formed by winding the superconducting coil on the bobbin is stacked and supported on the bobbin plate 530. That is, the bobbin plate 530 is installed to stably support the superconducting field coil 550 even if the rotor 300 rotates.

냉각 전도판(535)은 보빈 플레이트(530)에 적층된 초전도 계자 코일(550)의 상부에 초전도 계자 코일(550)의 냉각 효율을 향상시키기 위해 설치될 수 있다.The cooling conduction plate 535 may be installed on the superconducting field coil 550 stacked on the bobbin plate 530 to improve the cooling efficiency of the superconducting field coil 550.

단열판(580)은 보빈 플레이트(530)와 단위 진공 용기(510) 사이에 설치된 제1 단열판(581)과, 단위 진공 용기(510)와 토크 디스크(350) 사이에 설치된 제2 단열판(582)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 단열판(581) 및 제2 단열판(582)은 함께 사용되거나 어느 하나가 사용될 수 있다. 그리고 단열판(580)은 볼트 결합 또는 슬롯 결합의 형태로 단위 진공 용기(510)에 결합될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 단열판(580)과 단위 진공 용기(510)는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 결합 방법으로 결합될 수 있다.The heat insulating plate 580 includes a first heat insulating plate 581 disposed between the bobbin plate 530 and the unit vacuum container 510 and a second heat insulating plate 582 disposed between the unit vacuum container 510 and the torque disk 350 . In one embodiment of the present invention, the first insulating plate 581 and the second insulating plate 582 may be used together or either one may be used. And the insulating plate 580 may be coupled to the unit vacuum container 510 in the form of a bolt connection or a slot connection. However, the embodiment of the present invention is not limited thereto, and the insulating plate 580 and the unit vacuum container 510 may be combined by various coupling methods known to those skilled in the art.

단열판(580)은 회전축(310)으로부터 토크 디스크(350)를 거쳐 전도된 열이 단위 진공 용기(510)에 침투하는 것을 억제한다. 단열판(580)은 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP; Glass Fiber Reinforced Plastic)을 소재로 형성될 수 있다.The heat insulating plate 580 prevents the heat conducted from the rotating shaft 310 through the torque disk 350 from penetrating the unit vacuum container 510. [ The heat insulating plate 580 may be made of glass fiber reinforced plastic (GFRP).

본 발명의 일 실시예에서, 냉매관(538)은 보빈 플레이트(530)와 연결된다. 냉매관(538)은 고정자(200) 및 회전자(300)의 외부에 마련된 냉동기(미도시)로부터 극저온의 냉매를 공급받아 단위 진공 용기(510)의 내부를 극저온 상태로 냉각시킨다. 즉, 냉매관(538)은 냉매를 초전도 계자 코일(550)과 냉동기 사이에서 순환시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, the refrigerant tube 538 is connected to the bobbin plate 530. The coolant pipe 538 receives cryogenic coolant from a freezer (not shown) provided outside the stator 200 and the rotor 300 to cool the inside of the unit vacuum container 510 to a cryogenic temperature. That is, the refrigerant pipe 538 can circulate the refrigerant between the superconducting field coil 550 and the freezer.

구체적으로, 냉매관(538)은 중공형 회전축(310)을 통해 인입된 후, 단위 진공 용기(510)의 내부에서 보빈 플레이트(530)와 연결된다. 즉, 냉매관(538)으로 공급된 냉매는 보빈 플레이트(530)를 통해 초전도 계자 코일(550)을 전도 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉매관(538)을 흐르는 냉매는, 일례로, 질소, 네온, 헬륨, 수소 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 극저온 냉매 중 하나 이상일 수 있다.Specifically, the refrigerant pipe 538 is drawn through the hollow rotary shaft 310 and then connected to the bobbin plate 530 inside the unit vacuum container 510. That is, the refrigerant supplied to the refrigerant pipe 538 can conductively cool the superconducting field coil 550 through the bobbin plate 530. The refrigerant flowing through the refrigerant tube 538 may also be one or more of the cryogenic refrigerants known to those skilled in the art, such as nitrogen, neon, helium, hydrogen, and the like.

댐퍼(560)는 단위 진공 용기(510)의 고정자(200)와 대향하는 일측에 설치될 수 있다. 댐퍼(560)는 초전도 발전 시스템의 운전 시 고정자(200)에서 발생하는 교류자장으로부터 초전도 계자 코일(550)의 자장을 보호하기 위해 설치된다.The damper 560 may be installed on one side of the unit vacuum container 510 opposite to the stator 200. The damper 560 is installed to protect the magnetic field of the superconducting field coil 550 from the alternating magnetic field generated in the stator 200 during operation of the superconducting power generation system.

댐퍼(560)는 자성체를 소재로 형성될 수 있다. 여기서, 자성체는, 일례로, 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있다.The damper 560 may be formed of a magnetic material. Here, the magnetic body may include, for example, aluminum or copper.

댐퍼(560)는 볼트 결합 또는 슬롯 결합의 형태로 단위 진공 용기(510)에 결합될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 댐퍼(560)와 단위 진공 용기(510)는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 결합 방법을 사용할 수 있다.The damper 560 may be coupled to the unit vacuum container 510 in the form of a bolted connection or a slotted connection. However, the embodiment of the present invention is not limited thereto, and the damper 560 and the unit vacuum container 510 may use various coupling methods known to those skilled in the art.

댐퍼(560)는 회전자(300)와 대향하는 고정자(200)의 내측 곡면에 대응하여 볼록하게 형성될 수 있다.The damper 560 may be formed convexly corresponding to the inner curved surface of the stator 200 facing the rotor 300.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 댐퍼(560)는 복수의 초전도 계자 모듈들(500)마다 각각 형성되므로, 하나의 댐퍼(560)는 이웃한 댐퍼(560)와 이격된다. 이와 같은, 댐퍼(560)와 댐퍼(560) 사이의 구조적 홈은 고정자(200)와 회전자(300) 사이의 공극에 난류를 발생시켜 회전자(300)의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.Also, in one embodiment of the present invention, the damper 560 is formed for each of the plurality of superconducting field modules 500, so that one damper 560 is separated from the adjacent damper 560. Such a structural groove between the damper 560 and the damper 560 can generate turbulence in the gap between the stator 200 and the rotor 300 to further improve the cooling efficiency of the rotor 300.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 발전 시스템(101)은 초전도 계자 코일(550)을 모듈화하여 유지 보수가 용이하고 구조를 간소화할 수 있다.According to the above-described structure, the superconducting field coil 510 according to the embodiment of the present invention can be modularized to facilitate maintenance and simplification of the structure.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초전도 발전 시스템(101)의 초전도 계자 코일(550) 중 일부 또는 하나에 이상이 발생할 경우 전체를 분해할 필요 없이 해당 초전도 계자 모듈(500)을 분해하여 보수할 수 있다. 또한, 보수 후 재가동 준비 시에도 해당 초전도 계자 모듈(500)의 단위 진공 용기(510)만 진공 상태로 만들고 냉각시키면 되므로, 재가동 준비 작업도 간편해진다.According to an embodiment of the present invention, when a fault occurs in one or more of the superconducting field coil 550 of the superconducting power generation system 101, the superconducting field module 500 is disassembled can do. Also, in preparation for re-operation after repairing, only the unit vacuum container 510 of the superconducting field module 500 is made to be in a vacuum state and cooled. Thus, the re-operation preparation operation is also simplified.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초전도 발전 시스템(101)은 외통을 구비할 필요가 없어 전체적인 구조도 간소화할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, the superconducting power generation system 101 does not need to have an outer tube, and the overall structure can be simplified.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

101: 초전도 발전 시스템 200: 고정자
210: 기계쉴드 250: 상전도 전기자 코일
251: 공심형 코어 255: 상전도 권선
300: 회전자 310: 회전축
350: 토크 디스크 500: 초전도 계자 모듈
510: 단위 진공 용기 517: 다층 단열 박막
519: 진공 포트 530: 보빈 플레이트
535: 냉각 전도판 538: 냉매관
550: 초전도 계자 코일 560: 댐퍼
580: 단열판101: superconducting power generation system 200: stator
210: machine shield 250: normal-conducting armature coil
251: air core type core 255: normal phase winding
300: Rotor 310:
350: torque disk 500: superconducting field module
510: unit vacuum container 517: multilayer insulating thin film
519: vacuum port 530: bobbin plate
535: cooling conduction plate 538: refrigerant tube
550: superconducting field coil 560: damper
580: Insulation board

Claims

A plurality of superconducting field modules each including a superconducting field coil wound around a bobbin, a unit vacuum container accommodating the superconducting field coil in a vacuum state, and a bobbin plate supporting the superconducting field coil inside the unit vacuum container, Including rotors; And
The stator surrounding the rotor
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Wherein the rotor further comprises a rotary disk, a polygonal tubular torque disk surrounding the rotary shaft and transmitting rotational power of the rotary shaft,
Wherein the unit vacuum container of the plurality of superconducting field modules is detachably coupled to one surface of the torque disc of a polygonal tubular shape.

The method of claim 1,
Wherein the plurality of superconducting field modules further comprise a refrigerant tube connected to the bobbin plate.

The method of claim 1,
Wherein a multilayer insulation thin film is coated on an inner wall of the unit vacuum container.

The method of claim 1,
Wherein the inside of the unit vacuum container has a degree of vacuum within a range of 10 ^-3 Torr to 10 ^-6 Torr.

The method of claim 1,
Wherein the unit vacuum container is formed of a material including at least one of stainless steel (SUS) and aluminum (Al).

The method of claim 1,
Wherein the plurality of superconducting field modules further comprise a damper installed on one side of the unit vacuum container opposite to the stator,
Wherein the damper is formed of a magnetic material.

The method of claim 1,
Wherein the stator includes a mechanical shield and a superconducting armature coil wound with a superconducting winding on an air core core provided inside the mechanical shield.

The method of claim 1,
Wherein the bobbin plate is coupled to one side inner surface of the unit vacuum container adjacent to the torque disk.

9. The method of claim 8,
Wherein the plurality of superconducting field modules further comprise an insulating plate disposed in at least one of between the bobbin plate and the unit vacuum container and between the unit vacuum container and the torque disk.

The method of claim 9,
Wherein the heat insulating plate is made of glass fiber reinforced plastic (GFRP).

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