KR102560661B1 - 전력 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량 전력이 요구되는 건물 등에 설치되는 전력 시스템에 관한 것으로 메인 전력라인에서 복수 개의 분기 전력라인이 분기되며, 필요에 따라 메인 전력라인을 따라 메인 전력라인을 감싸는 냉각관을 통해 메인 전력라인의 냉각이 가능하고, 메인 전력라인에서 분기된 분기 전력라인이 배치되는 공간에 분사노즐이 구비된 냉매 순환관을 배치하여 실내 공간에서 화재 등이 발생되는 경우, 액상 냉매를 분사하여 화재의 진압 또는 확산을 방지할 수 있는 전력 시스템에 관한 것이다.

Description

전력 시스템{POWER SUPPLYING SYSTEM}

본 발명은 전력 시스템에 관련된 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 본 발명은 대용량 전력이 요구되는 건물 등에 설치되는 전력 시스템에 관한 것으로 메인 전력라인에서 복수 개의 분기 전력라인이 분기되며, 필요에 따라 메인 전력라인을 따라 메인 전력라인을 감싸는 냉각관을 통해 메인 전력라인의 냉각이 가능하고, 메인 전력라인에서 분기된 분기 전력라인이 배치되는 공간에 분사노즐이 구비된 냉매 순환관을 배치하여 실내 공간에서 화재 등이 발생되는 경우, 액상 냉매를 분사하여 화재의 진압 또는 확산을 방지할 수 있는 전력 시스템에 관한 것이다.

최근 ICT, IoT, 빅데이터 등 컴퓨터 및 인터넷과 관련된 기술 진화에 따른 테이터 또는 인터넷 사용량이 증대됨에 따라 각종 데이터 센터가 건립되고 있으며, 하나의 데이터센터의 전력 소비량도 종래와 비교할 수 없을 정도로 크다. 이는 데이터 센터 이외에도 전력에 의하여 구동되는 생산설비를 주로 사용하는 대형공장 또는 초고층 대형 복합건물 등의 경우에도 종래의 공장 또는 건물보다 전력 사용량 또는 요구량이 크다.

이러한 경우, 전력 공급을 위한 전력라인 또는 전력라인이 배치된 공간이 과열될 수 있으며, 이와 같은 전력라인의 적절한 냉각이 필요하다. 또한, 데이터 센터 등은 소비전력이 크고 전력 계통 또는 설비들의 과열에 의한 화재 위험성이 존재하나, 화재 발생시 화재의 진압을 위하여 일반적인 스플링 쿨러 등을 적용하면 합선 등이 발생하고 복구의 어려움이 있으므로, 통상적인 화재 진압과 다른 방법이 요구된다.

또한, 이러한 전력 시스템의 경우, 복잡한 건물 구조 내부에서 접속 또는 분기되어야 하므로, 큰 전송능력을 갖는 케이블 등을 건물 등에 설치하는 경우, 분기가 쉽지 않다는 문제가 있다.

본 발명은 대용량 전력이 요구되는 건물 등에 설치되는 전력 시스템에 관한 것으로 메인 전력라인에서 복수 개의 분기 전력라인이 분기되며, 필요에 따라 메인 전력라인을 따라 메인 전력라인을 감싸는 냉각관을 통해 메인 전력라인의 냉각이 가능하고, 메인 전력라인에서 분기된 분기 전력라인이 배치되는 공간에 분사노즐이 구비된 냉매 순환관을 배치하여 실내 공간에서 화재 등이 발생되는 경우, 액상 냉매를 분사하여 화재의 진압 또는 확산을 방지할 수 있는 전력 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머 및 초전도 도체층을 포함하는 코어; 상기 코어 외측을 선택적 냉각하기 위한 냉각부 및 상기 단열부를 진공 단열하기 위하여 내부가 진공 유지되는 덕트부재;를 포함하는 메인 전력라인 및, 상기 메인 전력라인으로부터 분기되는 적어도 하나의 분기 전력라인;을 포함하는 전력 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 상기 메인 전력라인은 수직 방향 또는 수평 방향으로 설치되고, 상기 분기 전력라인은 수평 방향 또는 수직 방향으로 분기될 수 있다.

그리고, 상기 메인 전력라인은 건물에 수직방향으로 설치되며, 상기 분기 전력라인은 복수 층으로 수평방향으로 분기될 수 있다.

여기서, 상기 분기 전력라인은 케이블 또는 부스덕트 중 하나일 수 있다.

이 경우, 상기 메인 전력라인으로부터 적어도 하나의 분기 전력라인이 분리되며, 상기 메인 전력라인을 구성하는 초전도 도체층과 상기 분기 전력라인의 케이블 또는 부스덕트의 도체가 접합되며, 액상 냉매가 수용되는 극저온부 및 액상 냉매와 기상 냉매가 공존하는 온도 구배부가 내측에 배치되고 외측에 진공 단열부가 구비되는 이중관 구조를 가지는 전력라인 분기 접속부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 메인 전력라인 내부의 냉매유로를 유동하는 냉매의 순환 및 냉각하기 위한 냉매 순환관이 구비되고, 상기 냉매 순환관은 냉매가 내측을 유동하는 냉매관과 상기 냉매관 외측을 진공 단열하기 위한 진공 단열관을 포함하여 구성되고, 상기 냉매 순환관은 내부 액상 냉매의 냉각을 위한 냉각장치 및 냉매 순환을 위한 순환펌프를 경유하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 메인 전력라인의 양단에 종단 접속부가 구비되며, 상기 냉매 순환관은 양 종단 접속부를 연결하도록 배치될 수 있다.

그리고, 상기 종단 접속부 중 저층에 구비되는 종단 접속부에 외부 전력라인이 접속될 수 있다.

여기서, 상기 메인 전력라인의 냉매유로는 복수 개로 분할되고, 각각의 냉매유로를 흐르는 냉매의 냉각 및 순환을 위한 복수 개의 냉매 순환관이 구비될 수 있다.

이 경우, 복수 개의 상기 냉매 순환관을 순환하는 냉매를 냉각 및 순환시키기 위한 각각의 냉각장치 및 냉매 순환을 위한 순환펌프를 구비하고, 각각의 상기 냉매 순환관은 각각의 상기 냉각장치 및 상기 순환펌프를 경유하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 건물의 복수 개의 층에 상기 냉매 순환관, 상기 냉각장치 및 상기 순환펌프가 각각 구비될 수 있다.

또한, 상기 냉매 순환관의 일부 구간은 실내에 배치되고, 실내에 배치된 냉매 순환관에 액상 냉매가 실내로 분사될 수 있는 적어도 1개의 분사노즐이 구비될 수 있다.

그리고, 실내에 배치된 상기 냉매 순환관의 일부 구간은 천정 근방에 배치될 수 있다.

여기서, 상기 냉매 순환관이 배치된 실내 공간에 화재 감지센서가 구비되며, 상기 화재 감지센서에 의한 화재 감지시 상기 분사노즐은 액상 냉매를 미리 결정된 시간 동안 분사할 수 있다.

이 경우, 상기 냉매 순환관이 배치된 실내 공간에 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서에 의하여 감지된 온도가 미리 결정된 온도보다 높은 경우, 상기 분사노즐은 액상 냉매를 실내 공간의 온도가 미리 결정된 온도보다 낮아질 때까지 액상 냉매를 분사할 수 있다.

또한, 상기 메인 전력라인이 냉각부를 통해 냉각되어 초전도 조건이 만족되는 경우, 상기 코어를 구성하는 초전도 도체층을 통해 전력이 공급되고, 상기 초전도 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 코어를 구성하는 포머를 통해 전력이 공급될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전력전송을 위한 메인 전력라인;

상기 메인 전력라인에서 전력 수요처로 전력을 공급하기 위하여 분기되는 분기 전력라인;

상기 메인 전력라인과 상기 분기 전력라인의 전기적 접속을 위한 분기 접속부;

상기 메인 전력라인을 따라 배치되며 메인 전력라인을 둘러싸는 냉매 유로가 구비된 냉각관;

상기 냉각관에서 분기되어 냉매의 순환시키기 위한 냉매 순환관;

상기 냉각관과 상기 냉매 순환관을 연결시키는 냉매 출입부; 및,

상기 냉매 순환관은 냉매배출을 위한 분사노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템을 제공할 수 있다.

그리고, 상기 메인 전력라인은 포머 및 상기 포머를 둘러싼 초전도 선재로 구성되는 초전도층를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 포머는 금속재질의 도체로 구성되고, 각각의 상기 도체는 상기 초전도 선재와 병렬로 연결될 수 있다.

이 경우, 상기 분기 접속부는 액상냉매가 수용되는 저온 구간, 기상냉매가 수용되는 온도 구배구간 및 냉매가 존재하지 않는 상온 구간;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 분기 접속부의 저온 구간과 상기 냉매 순환관을 연결하여 냉매 출입부를 형성할 수 있다.

여기서, 상기 분기 전력라인은 부스덕트 시스템으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 냉각관 또는 상기 냉매 순환관을 감싸는 단열관;을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 단열관은 내부가 진공상태일 수 있다.

또한, 상기 분사노즐의 개폐를 제어할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 냉각관 또는 상기 냉매 순환관과 연결되어, 냉매를 보충하기 위한 냉매탱크를 포함할 수 있다.

본 발명은 메인 전력라인을 부스덕트 형태로 구성하거나, 메인 전력라인으로부터 분기되는 분기 전력라인을 부스덕트 형태로 구성하여 건물 등의 내부의 설치 용이성, 공간 활용의 효율성 또는 외관 등을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전력라인의 냉각을 위하여 냉매 순환관을 통해 유동하는 액상 냉매를 실내공간으로 분사하여 화재의 진행속도를 완화하거나, 데이터 센터 등 실내 공간의 냉각 기능을 수행할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 시스템을 구성하는 메인 전력라인 내부의 냉매유로를 복수 개로 분할하거나, 냉매의 냉각과 순환을 위한 냉매 순환관을 복수 개로 구성하여, 냉매의 냉각장치 또는 펌프 등을 소형화하여 설치를 용이하게 할 수 있다.

본 발명은 전력 소비량이 큰 대형 건물 등에 초전도 방식의 메인 전력라인을 적용하여 전력 소비량이 큰 데이터 센터 등의 건물에도 종래 방식의 전력 시스템을 구성하는 전력라인보다 부피와 직경을 줄임에도 불구하고 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 시스템을 구성하는 메인 전력라인과 종래의 초전도 케이블의 예의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 시스템을 구성하는 메인 전력라인의 다른 실시예를 도시한다.
도 3는본 발명에 따른 전력 시스템이 설치된 데이터 센터 등의 건물 내부의 예시를 도시한다.
도 4은 본 발명에 따른 전력 시스템의 하나의 실시예의 구성도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 시스템의 다른 실시예의 구성도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 전력 시스템의 다른 실시예의 구성도를 도시한다.

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

본 발명에 따른 전력 시스템은 전력전송을 위한 메인 전력라인; 상기 메인 전력라인에서 전력 수요처로 전력을 공급하기 위하여 분기되는 분기 전력라인; 상기 메인 전력라인과 상기 분기 전력라인의 전기적 접속을 위한 분기 접속부; 상기 메인 전력라인을 따라 배치되며 메인 전력라인을 둘러싸는 냉매 유로가 구비된 냉각관; 상기 냉각관에서 분기되어 냉매의 순환시키기 위한 냉매 순환관; 상기 냉각관과 상기 냉매 순환관을 연결시키는 냉매 출입부; 및, 상기 냉매 순환관은 냉매배출을 위한 분사노즐을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 대용량 전력이 요구되는 건물 등에 설치되는 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력 시스템에 관한 것으로 메인 전력라인에서 복수 개의 분기 전력라인이 분기되며, 필요에 따라 메인 전력라인을 따라 메인 전력라인을 감싸는 냉각관을 통해 메인 전력라인의 냉각이 가능하고, 메인 전력라인에서 분기된 분기 전력라인이 배치되는 공간에 분사노즐이 구비된 냉매 순환관을 배치하여 실내 공간에서 화재 등이 발생되는 경우, 액상 냉매를 분사하여 화재의 진압 또는 확산을 방지할 수 있는 전력 시스템에 관한 것이다.

대용량 전력을 공급하기 위한 메인 전력라인은 전력 수요에 따라 가열되거나, 후술하는 실시예와 같이 초전도 방식으로 전력을 공급하는 경우에는 과열 방지 또는 초전도 조건을 만족하기 위하여 메인 전력라인의 냉각이 필요하다.

그리고, 메인 전력라인을 초전도 방식으로 구성하는 경우, 종래의 초전도 케이블과 마찬가지로 전력 공급을 위한 코어는 복수 개의 도체로 구성되는 포머와 복수 개의 초전도 선재로 구성되는 초전도 도체층으로 구성되며, 초전도 조건이 만족된 상태에서는 코어의 초전도 도체층을 통해 전력이 공급되고, 초전도 조건이 만족되지 않는 경우에는 코어의 포머를 통해 전력을 공급할 수 있다.

따라서, 후술하는 실시예에서 메인 전력라인은 초전도 방식으로 전력이 공급되는 경우만을 가정하는 것이 아니라 일반 케이블 또는 부스덕트 시스템일 수도 있고, 초전도 방식으로 구성된 경우에도 전력 요구량에 따른 필요에 따라 초전도 방식의 메인 전력라인을 극저온 조건을 조성하여 초전도 방식으로 전력을 전송하거나, 코어를 구성하는 포머를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 초전도 방식의 메인 전력라인에서 코어를 구성하는 포머와 초전도 선재는 각각 병렬 연결되므로 이와 같은 전력 전송 모드의 변환이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 시스템(1)을 구성하는 메인 전력라인(100)의 단면도를 도시한다. 구체적으로, 도 1(a)는 본 발명에 따른 전력 시스템(1)을 구성하는 메인 전력라인(100)의 단면도의 하나의 실시예를 도시하며, 도 1(b)는 종래의 초전도 케이블(100’)의 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 전력 시스템(1)을 구성하는 메인 전력라인(100)은 크게 포머 및 초전도 도체층을 포함하는 코어(10) 및 상기 코어(10) 외측을 선택적 냉각하기 위한 냉각유로가 구비된 냉각관(30) 및 상기 냉각관를 진공 단열하기 위하여 내부가 진공 유지되는 덕트부재(60)을 포함하여 구성될 수 있다.

상세하게, 도 1의 실시예의 상기 메인 전력라인(100)은 초전도 케이블은 포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도 도체층, 상기 초전도 도체층을 감싸는 절연층, 상기 절연층 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 적어도 1층 이상의 초전도 차폐층을 포함하는 코어(10), 상기 코어(10) 외측에 구비되며 상기 코어(10)를 냉각하기 위한 액상 냉매가 순환하는 냉매유로가 내부에 구비되는 냉각관을 포함하는 냉각관(30), 상기 냉각관(30) 외측에 구비되며, 단열재가 복수 회 감겨져 구성되는 단열부(40), 상기 단열부(40) 외측에 이격되어 구비되며 내부가 진공 상태로 유지되는 덕트부재(60)을 포함하는 메인 전력라인(100) 및, 상기 메인 전력라인(100)으로부터 분기되는 적어도 하나의 분기 전력라인(300)(미도시 도 3의 300 참조)를 포함하여 구성될 수 있다.

특정온도 이하에서 전기저항이 '0'이 되는 현상을 초전도 현상이라고 하며, 절대영도 0K(-273℃)가 아닌 100K(-173℃)부근으로 상대적으로 절대온도에 대비 높은 온도에서 초전도 현상을 나타내는 것을 고온 초전도(High Temperature Superconductor)라고 한다. 전력 케이블 분야에서 사용되는 초전도 선재는 고온 초전도체를 사용하며, 최근 YBCO 또는 ReBCO를 주재료로 Coated Conductor(CC)형의 2세대 선재가 소개되었다. 2세대 초전도 선재는 초전도 선재의 증착 레이어에 구비된 초전도 물질은 주로 YBCO나 ReBCO(Re=Sm, Gd, Nd, Dy, Ho) 물질 등이 사용되는 초전도 선재를 의미한다.

따라서, 본 발명에 따른 전력 시스템(1)을 구성하는 메인 전력라인(100)의 코어(10)에 적용되는 초전도 선재는 100K(-173℃) 부근에서 초전도 조건을 유지하는 2세대 고온 초전도 선재로 초전도 도체층 또는 초전도 차폐층을 구성할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예는 대형 데이터 센터 등의 건물에 적용되기 위하여 메인 전력라인(100)과 각각의 메인 전력라인으로부터 분기되는 복수 개의 분기 전력라인(300)을 포함할 수 있다.

복수 개의 상기 분기 전력라인(300)은 일반적인 전력 공급수단으로서의 전력 케이블 또는 부스덕트 등이 사용될 수 있다. 분기 전력라인(300)에 대한 설명은 뒤로 미룬다.

그리고 도 1(a)에 도시된 초전도 방식의 메인 전력라인(100)의 구조는 도 1(b)에 도시된 종래의 초전도 케이블과 달리 외부 금속관이 생략되고 건물 등에 설치되기 용이한 사각형 덕트부재 형태로 구성될 수 있다.

상기 덕트부재(60)는 그 내부가 진공화되고 스페이서 등에 의하여 단열부에 의하여 감싸진 냉각관과 이격되어 열침입을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 시스템(1)을 구성하는 메인 전력라인(100)은 건물 내부 등에 설치되므로, 강성 보강 또는 내부 보호를 위한 도 1(b)에 도시된 종래의 초전도 케이블의 자켓 등이 생략될 수 있다.

또한, 상기 덕트부재(60) 등은 외부로부터의 열침입 등을 방지하기 위하여 단열 코팅 등이 수행될 수 있다.

도 1(a)에 도시된 메인 전력라인(100)은 외부를 구성하는 덕트부재(60) 내부의 구조는 도 1(b)에 도시된 초전도 케이블(100’)의 내부구조와 유사한 구조를 갖지만, 일반적인 부스덕트의 부스바를 구비하는 형태도 가능하다.

즉, 원형 포머 등의 외주에 초전도 선재를 나선형으로 권선하는 방식 이외에도 부스덕트 내부에 구비되는 부스바의 표면에 초전도 레이어를 증착시켜 초전도 도체층으로 사용하고, 부스바 자체를 사고 전류의 귀로 도체로 사용하여 초전도 부스덕트 형태로 구성하는 것도 가능하다.

즉, 일반적인 부스덕트를 구성하는 금속 재질의 부스바 표면에 YBCO 또는 ReBCO를 재료로 하는 증착층을 형성하여 초전도 선재 자체를 대체할 수 있을 것으로 예상된다.

2세대 초전도 선재는 금속 기판 레이어, 증착 레이어, 은(Ag) 레이어 등을 포함하고,. 금속 기판 레이어는 선재의 베이스 부재로 사용되며, 초전도 선재의 기계적 강도 유지하는 역할을 하며, 하스텔로이(Hastelloy), 니켈-텅스텐(Ni-W) 등의 물질을 사용될 수 있고, 코어(10) 중심부의 포머 등은 사고 전류의 귀로 역할을 수행하므로, 부스덕트의 부스바 역시 귀로 도체로 사용될 수 있다.

그리고 도 1(a)에 도시된 본 발명에 따른 전력 시스템을 구성하는 메인 전력라인(100)은 주로 건물 또는 공장 등에서 사용되는 배전급 전력 공급수단이므로, 도 1(b) 종래의 송전 등의 목적으로 개발된 초전도 케이블(100’) 등과 비교하는 경우 직경이 상당히 줄어들 수 있음을 짐작할 수 있다.

즉, 메인 전력라인(100)의 폭(W)은 종래 소개된 초전도 케이블(100’)의 직경(D)보다 전력 전달량 자체의 차이로 인해 줄어들 수 있고 더 나아가, 동일한 전력량을 공급하기 위한 일반 전력 케이블 또는 부스덕트 등과 비교하여도 그 폭 또는 단면적이 줄어들 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 시스템을 구성하는 메인 전력라인(100)의 다른 실시예를 도시한다.

도 2에 도시된 본 발명에 따른 메인 전력라인(100)은 초전도 방식의 부스덕트일 수 있으며, 부스턱트를 구성하는 코어는 각각의 3상 도체 부스바 표면에 반도전층으로 피복, 권선 또는 코팅될 수 있으며, 반도전층으로 피복, 권선 또는 코팅된 부스바의 표면에 초전도 조건이 만족되는 상태에서 전력 공급 경로가 되는 초전도 도체층 등이 구비될 수 있다. 도체 부스바의 개수는 필요에 따라 조절이 가능하다. 즉, 중성선이나 접지선 등을 포함할 경우 4개 또는 5개의 부스바를 포함할 수 있다. 각각의 부스바는 상호 접촉되지 않도록 이격된 상태로 냉각유로가 구비된 냉각관(30) 및 진공부(50)가 구비된 덕트부재(60)에 수용될 수 있다.

이와 같이, 초전도 방식의 부스덕트 시스템이 메인 전력라인(100)으로 구성되는 경우, 분기 구조를 단순화하고, 메인 전력라인의 구성 역시 단순화될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 실시예는 도 1을 참조하여 설명한 실시예와 달리, 각각의 부스바와 초전도 선재를 포함하여 구성되는 초전도 도체층 사이에 반도전층을 삽입하여, 경도가 높은 선재를 위치시키기 위한 쿠션역할과 냉각시 선재 수축에 대한 보상역할, 그리고 부스바와 초전도 선재 간의 전기적 연결 등의 역할을 할 수 있음을 쉽게 예측할 수 있다.

도 3는 본 발명에 따른 전력 시스템(1)이 설치된 데이터 센터의 내부의 예시를 도시하며, 도 4은 본 발명에 따른 전력 시스템(1)의 하나의 실시예의 구성도를 도시한다.

본 발명에 따른 전력 시스템을 구성하는 메인 전력라인은 대형 건물 또는 공단(또는 공장) 등에서 수직 방향 또는 수평 방향으로 설치되고, 상기 분기 전력라인은 하나의 메인 전력라인으로부터 복수 개가 수평 방향 또는 수직 방향으로 분기되는 구조를 가질 수 있다.

그러나 설명의 편의를 위하여, 도 3에 도시된 메인 전력라인(100)은 데이터 센서 등의 건물에 수직방향으로 설치되며, 상기 분기 전력라인은 복수 층으로 수평방향으로 분기되는 예를 설명한다.

구체적으로, 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전력 시스템을 구성하는 상기 메인 전력라인(100)은 데이터 센터 등의 건물(b)에 수직 방향으로 설치되고 전력 공급이 필요한 층에서 분기 전력라인(300)을 메인 전력라인(100)으로부터 분기하여 데이터 서버(600) 등의 설비에 전력을 공급할 수 있다. 상기 분기 전력라인(300)은 층별로 분기될 수도 있으나, 전력공급이 불필요한 층의 경우는 분기되지 않고 특정 층에서 여러 개로 분기되어도 무방하다. 상기 분기 전력라인(300)과 서버(600) 등의 전력 수요 설비는 상기 분기 전력라인(300)에 연결되는 복수 개의 케이블 또는 부스덕트 등의 전력 공급라인(310)에 의한다.

따라서, 메인 전력라인(100)은 건물의 층별 데이터 공급을 위하여 건물의 수직방향으로 설치되고, 분기 전력라인(300)은 수평방향으로 분기되어 층별 전력 공급을 담당하도록 구성될 수 있다.

그러나, 넓은 면적의 공장 등에서는 메인 전력라인(100)을 수평방향으로 설치한 후 수평방향 또는 수직방향으로 분기 전력라인(300)을 분기하여 전력 수요처로 전력을 공급할 수도 있음은 전술한 바와 같다.

그리고, 분기 전력라인(300)은 메인 전력라인(100)에 비하여 전력량이 상대적으로 작으므로 종래의 일반적인 부스덕트 또는 전력 케이블을 적용할 수 있으나, 전력량이 큰 경우에는 분기 전력라인(300) 자체도 도 1(a)에 도시된 구조의 냉각과 진공 단열 기능을 구비하는 메인 전력라인 형태를 사용할 수 있다.

도 4에 도시된 실시예는 건물에 수직방향으로 메인 전력라인(100)이 구비되고, 층별로 분기 전력라인(300)이 분기되어 데이터 서버(600) 등의 장비로 전력을 공급하는 예이다.

수직방향으로 설치되는 상기 메인 전력라인(100)은 적어도 하나의 중간 접속부(110)를 통해 접속될 수 있으며, 상기 중간 접속부(110)는 메인 전력라인(100)이 절곡되는 부분, 예를 들면 수평방향 위치 변경이 필요한 영역 등에 설치되는 것이 유리하다.

상기 중간 접속부(110)는 중간 접속함 형태로 구성되며, 내측에 냉매가 유동하는 냉매관과 냉매관 외측에 구비되는 진공관을 포함하는 이중관 구조로 구성될 수 있으며, 메인 전력라인(100) 내측에서 분할된 초전도 전력라인 간의 접속이 수행될 수 있다.

그리고 상기 메인 전력라인(100)을 구성하는 초전도 도체층과 상기 분기 전력라인(300), 예를 들면 전력 케이블 또는 부스덕트의 상온 도체와 접합되며, 내부에 수용되는 극저온부 및 액상 냉매와 기상 냉매가 공존하는 온도 구배부가 내측에 배치되고 외측에 진공 단열부가 구비되는 이중관 구조의 전력라인 분기 접속부(130)가 각각의 분기 전력라인(300)의 분기 지점에 구비될 수 있다.

각각의 전력라인 분기 접속부(130)는 상온 도체를 포함하여 구성되는 분기 전력라인(300)과 극저온 상태의 초전도 선재를 접속하며, 열충격을 완화할 수 있도록 온도 구배를 형성하는 구조를 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 분기 접속부(130)는 액상냉매가 수용되는 저온 구간, 기상냉매가 수용되는 온도 구배구간 및 냉매가 존재하지 않는 상온 구간을 포함하여 외부 열충격이 완충 또는 열손실이 완화되는 구조를 가질 수 있다.

도 4에 도시된 실시예에서는 하나의 층에 하나의 전력라인 분기 접속부(130)가 구비되는 것으로 도시되었으나, 필요에 따라 하나의 층에서 복수 개의 분기 전력라인(300)으로 분기될 수도 있다.

각각의 층에서 분기된 분기 전력라인(300)은 각각 전력 공급을 요하는 서버 등의 장비 또는 설비로 전력을 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 전력 시스템(1)은 초전도 조건의 유지를 위하여 냉매를 순환시켜 냉각을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 메인 전력라인(100)은 양단에 종단 접속부(150)가 구비되고 양 종단 접속부(150)를 냉매 순환관(200)으로 연결하고, 냉매 순환관(200) 사이에 냉각장치(210) 및 순환펌프(260) 등을 구비할 수 있다. 또한, 상기 냉각관 또는 상기 냉매 순환관과 연결되어, 냉매를 보충하기 위한 냉매탱크(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 상기 종단 접속부(150)에 외부로부터 전력이 공급되는 외부 전력라인(500)이 접속되어 대용량 전력을 공급하게 된다.

도 4에 도시된 실시예에서, 상기 냉매 순환관(200)은 건물의 최상층과 최저층에 각각 구비되는 종단 접속부(150)를 상호 연결하며, 냉매 순환관(200)이 냉각장치(210)와 순환펌프(260)를 경유하도록 하여 메인 전력라인(100)으로 공급되는 냉매를 극저온 상태로 유지할 수 있다.

또한, 상기 냉매 순환관(200)은 순환과정에서 극저온 냉매로의 열침입을 최소화하기 위하여 냉매관과 냉매관을 감싸는 단열관을 포함하는 이중관 구조를 갖도록 구성될 수 있으며, 상기 냉매관은 메인 전력라인(100)의 냉각관 내부의 냉매유로와 연통되고, 상기 단열관은 메인 전력라인(100)의 덕트부재 내부와 같이 진공 상태일 수 있다. 상기 단열관은 내부에 단열재가 구비되는 방식 또는 내부가 진공으로 형성되는 진공단열 방식 모두가 적용될 수 있다.

또한, 상기 순환펌프(260) 등에는 후술하는 바와 같이, 분사된 또는 유실된 액상 냉매의 보충을 위한 냉매탱크 등을 더 포함하는 방식으로 구성될 수도 있다.

도 5 및 도 6는 본 발명에 따른 전력 시스템(1)의 다른 실시예들의 구성도를 도시한다.

본 발명에 따른 전력 시스템(1)을 구성하는 메인 전력라인(100)은 냉매에 의한 냉각을 전제로 하므로 도 4에 도시된 바와 같이 냉매 순환관(200)을 통해 냉매를 순환펌프(260)를 통해 순환시키며 냉각장치(210)를 통해 순환되는 냉매를 냉각시켜야 한다.

그러나, 하나의 메인 전력라인(100)이 수직방향으로 설치되고 그 내부의 액상 냉매를 하나의 전체 유로를 통해 순환시키는 방법 이외에도 도 5에 도시된 바와 같이, 메인 전력라인(100)을 층별로 구획하여 냉매 순환관(200)을 복수 개로 분할하여 배치하는 방법도 적용이 가능하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 메인 전력라인(100)의 냉매유로는 복수 개로 분할되고, 각각의 냉매유로를 흐르는 냉매의 냉각 및 순환을 위한 복수 개의 냉매 순환관(200)이 층별로 구비될 수 있다.

그리고, 복수 개의 상기 냉매 순환관(200)을 순환하는 냉매를 냉각 및 순환시키기 위한 각각의 냉각장치(210) 및 냉매 순환을 위한 순환펌프(260)가 층별로 구비될 수 있으며, 각각의 냉매 순환관(200)은 각각의 층에 구비된 상기 냉각장치(210) 및 상기 순환펌프(260)를 경유하도록 배치될 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에서, 상기 메인 전력라인(100) 내부의 냉매유로는 층별로 분리되어도 되고, 상호 연통되도록 구성할 수도 있다. 후자의 경우 어느 한 층의 냉각장치(210) 등에 고장이 발생되어 전체 시스템의 셧다운을 방지할 수 있을 것이다.

이와 같은 구조에 의하여, 도 5에 도시된 실시예는 도 4에 도시된 실시예보다 냉각장치(210) 또는 순환펌프(260)를 소형화할 수 있으며, 냉매 순환관(200)을 전체 하나로 구성한 냉각장치(210) 등의 고장 등에 의한 시스템 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

도 5에 도시된 실시예에서, 각각의 층에 구비되는 냉매 순환관(200)이 상기 메인 전력라인(100)과 연결되는 지점에는 냉매 순환관(200)의 냉매관이 메인 전력라인(100)의 냉각관 내부의 냉매유로와 연통되며 그 외부는 외부 열침입을 방지하기 위한 진공 단열공간을 구비하는 냉매 출입부(120)가 구비될 수 있다.

도 6에 도시된 실시예는 냉매 순환관(200)을 사용하여 화재 진압 또는 실내 공간의 냉각이 가능한 전력 시스템(1)이다.

도 6에 도시된 상기 냉매 순환관(200)의 일부 구간은 실내에 배치되고, 실내에 배치된 냉매 순환관(200)의 일부 구간에는 화재 발생시 냉매유로 내부를 흐르는 액상 냉매가 분사될 수 있는 적어도 1개의 분사노즐(270)이 구비될 수 있다.

상기 냉매 순환관(200)은 냉매관 및 단열관을 포함하는 이중관 구조로 구비되므로, 상기 분사노즐(270)은 상기 냉매 순환관의 내부 냉매관과 연통되고, 각각 개폐 밸브를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 분사노즐(270)을 통해 액상 냉매가 분사되는 경우, 작업자에 노출되면 안전사고의 위험성이 있으므로, 분사전 싸이렌 등으로 이를 냉매 분사를 예측 또는 인지할 수 있도록 제어되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전력 시스템(1)은 화재 감시 또는 실내 온도 감시를 위하여 실내 공간에 적어도 하나의 감지센서(230)을 구비할 수 있다.

상기 냉매 순환관(200)이 설치된 실내 공간에 설치된 감지센서(230)가 화재 감지센서인 경우, 상기 화재 감지센서(연기 등의 감지)에 의한 화재 감지시 상기 분사노즐(270)은 액상 냉매를 미리 결정된 시간동안 분사하도록 제어될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전력 시스템(1)의 제어부는 상기 감지센서(230)에서 측정된 화재 감지 정보 또는 실내 온도 정보 등에 따라 상기 분사노즐(270)의 개폐 밸브 등을 제어하여 실내로 냉매를 분사하는 등의 조치를 취할 수 있다.

도 6에 도시된 실시예에서, 예를 들어 냉매 순환관(200)이 1층 내지 5층에 각각 설치되고, 각각의 냉매 순환관(200)에 냉매 분사를 위한 분사노즐(270)이 구비된 상태에서 화재 감지센서에 의하여, 예를 들어 2층 및 4층에 화재 발생을 감지한 경우 분사노즐(270)을 통해 냉매를 화재 현장에 분사하여 초기 진화작업에 도움을 줄 수 있다.

화재 발생시 상기 분사노즐(270)을 통해 고압 및 극저온의 액생 냉매, 예를 들어 액상 질소가 기화하며 분사되는 경우, 과열된 설비 등을 냉각시키는 효과와 화재 현장의 산소 농도를 다소 낮추는 효과가 있어 어느 정도의 초기 진화의 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

질소는 공기의 주된 구성이나 화재 발생시 액상 질소를 분사하여 순간적으로 근방의 산소 농도가 낮아지면 불이 쉽게 번지지 않고 본격적 소화 작업까지 시간 지연 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

또한, 데이터 센터 등의 경우에는 데이터 서버(600) 등이 밀집되어 있어 이를 효율적으로 냉각하는 것이 큰 이슈로 대두되고 있다.

따라서, 상기 감지센서가 온도 센서인 경우, 실내 공간의 온도를 측정하여 실내 온도가 미리 결정된 범위를 벗어나게 상승하는 경우, 분사노즐(270)을 통해 액상 냉매가 소량 분사되어 기화되는 과정에서 과열된 서버실 내부를 냉각하는 효과도 얻을 수 있을 것이라 예상된다. 액상 냉매는 액상 질소 등이 사용될 수 있고, 극저온의 액상 냉매가 소량 분사되어 기화된다고 하여도 온도차가 커서 데이터 서버(600) 등이 저장된 실내공간의 온도를 신속하게 설정된 범위 이하로 내릴 수 있다.

도 6에 도시된 실시예에서, 화재 진화 또는 온도 냉각을 위한 액상 냉매 분사노즐(270)은 실내 공간의 천정에 구비된 것으로 도시되었으나, 산소보다 질소가 가볍기 때문에 바닥 영역에 냉매 순환관(200)이 설치되고 분사노즐(270)이 설치되어도 화재 진화 등의 경우에는 대등하거나 더 나은 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

전술한 도 1 내지 도 6를 참조한 실시예는 초전도 방식의 메인 전력라인을 사용하는 것으로 설명되었으나, 본 발명에 따른 전력 시스템은 대용량 전력이 요구되는 건물 등에 설치되는 전력 시스템에 관한 것으로 메인 전력라인에서 복수 개의 분기 전력라인이 분기되며, 필요에 따라 메인 전력라인을 따라 메인 전력라인을 감싸는 냉각관을 통해 메인 전력라인의 냉각이 가능하고, 메인 전력라인에서 분기된 분기 전력라인이 배치되는 공간에 분사노즐이 구비된 냉매 순환관을 배치하여 실내 공간에서 화재 등이 발생되는 경우, 액상 냉매를 분사하여 화재의 진압 또는 확산을 방지할 수 있는 전력 시스템이라면 모두 포함되는 개념으로 이해될 수 있다.

따라서, 본 발명의 메인 전력라인은 초전도 방식으로 전력이 공급되는 경우만을 가정하는 것이 아니라 일반 케이블 또는 부스덕트 시스템일 수도 있고, 초전도 방식으로 구성된 경우에도 전력 요구량에 따른 필요에 따라 초전도 방식의 메인 전력라인을 극저온 조건을 조성하여 초전도 방식으로 전력을 전송하거나, 코어를 구성하는 포머를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 초전도 방식의 메인 전력라인에서 코어를 구성하는 포머와 초전도 선재는 각각 병렬 연결되므로 이와 같은 전력 전송 모드의 변환 구동이 가능함은 전술한 바와 같다.

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

1 : 전력 시스템
100 : 메인 전력라인
130 : 전력라인 분기 접속부
150 : 종단 접속부
200 : 냉매 순환관
210 : 냉각장치
260 : 순환펌프
300 : 분기 전력라인
500 : 외부 전력라인
600 : 데이터 서버

Claims (26)

1. 대용량 전력이 요구되는 건물에 설치되는 전력 시스템에 있어서,
   포머 및 초전도 도체층을 포함하는 코어; 상기 코어 외측을 선택적 냉각하기 위한 냉각부 및 상기 냉각부를 진공 단열하기 위하여 내부가 진공 유지되는 덕트부재;를 포함하는 메인 전력라인; 및,
   상기 메인 전력라인으로부터 분기되는 적어도 하나의 분기 전력라인;을 포함하고,
   상기 분기 전력라인은 부스덕트로 구성되고,
   상기 메인 전력라인의 냉매유로는 복수 개로 분할되고, 각각의 상기 냉매유로를 유동하는 냉매의 순환 및 냉각을 위한 복수 개의 냉매 순환관이 상기 건물의 층별 실내 공간으로 각각 분기되고,
   상기 냉매 순환관이 설치된 실내 공간의 화재 감지를 위한 적어도 하나의 화재 감지센서 및 각각의 상기 냉매 순환관에 연결되어 상기 냉매를 분사시키기 위한 적어도 하나의 분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 전력라인은 수직 방향 또는 수평 방향으로 설치되고, 상기 분기 전력라인은 수평 방향 또는 수직 방향으로 분기되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 메인 전력라인은 건물에 수직방향으로 설치되며, 상기 분기 전력라인은 복수 층으로 수평방향으로 분기되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 메인 전력라인으로부터 적어도 하나의 분기 전력라인이 분리되며, 상기 메인 전력라인을 구성하는 초전도 도체층과 상기 분기 전력라인의 케이블 또는 부스덕트의 도체가 접합되며, 액상 냉매가 수용되는 극저온부 및 액상 냉매와 기상 냉매가 공존하는 온도 구배부가 내측에 배치되고 외측에 진공 단열부가 구비되는 이중관 구조를 가지는 전력라인 분기 접속부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉매 순환관은 냉매가 내측을 유동하는 냉매관과 상기 냉매관 외측을 진공 단열하기 위한 진공 단열관을 포함하여 구성되고,
   상기 냉매 순환관은 내부 액상 냉매의 냉각을 위한 냉각장치 및 냉매 순환을 위한 순환펌프를 경유하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 메인 전력라인의 상단 및 하단에 종단 접속부가 구비되며, 상기 냉매 순환관은 양 종단 접속부를 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 종단 접속부 중 하단에 구비되는 종단 접속부에 외부 전력라인이 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    복수 개의 상기 냉매 순환관을 순환하는 냉매를 냉각 및 순환시키기 위한 각각의 냉각장치 및 냉매 순환을 위한 순환펌프를 구비하고, 각각의 상기 냉매 순환관은 각각의 상기 냉각장치 및 상기 순환펌프를 경유하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 건물의 복수 개의 층에 상기 냉매 순환관, 상기 냉각장치 및 상기 순환펌프가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
12. 삭제
13. 제1항에 있어서,
    실내에 배치된 상기 냉매 순환관의 일부 구간은 천정 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
14. 제11항에 있어서,
    상기 화재 감지센서에 의한 화재 감지시 상기 분사노즐은 액상 냉매를 미리 결정된 시간 동안 분사하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
15. 제11항에 있어서,
    상기 냉매 순환관이 배치된 실내 공간에 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서에 의하여 감지된 온도가 미리 결정된 온도보다 높은 경우, 상기 분사노즐은 액상 냉매를 실내 공간의 온도가 미리 결정된 온도보다 낮아질 때까지 액상 냉매를 분사하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
16. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전력라인이 냉각부를 통해 냉각되어 초전도 조건이 만족되는 경우, 상기 코어를 구성하는 초전도 도체층을 통해 전력이 공급되고, 상기 초전도 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 코어를 구성하는 포머를 통해 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
17. 대용량 전력이 요구되는 건물에 설치되는 전력 시스템에 있어서,
    전력전송을 위한 메인 전력라인;
    상기 메인 전력라인에서 전력 수요처로 전력을 공급하기 위하여 분기되는 분기 전력라인;
    상기 메인 전력라인과 상기 분기 전력라인의 전기적 접속을 위한 분기 접속부;
    상기 메인 전력라인을 따라 배치되며 메인 전력라인을 둘러싸는 냉매 유로가 복수 개로 분할된 냉각관;
    상기 냉각관에서 상기 건물의 층별 실내 공간으로 각각 분기되어 냉매를 순환시키기 위한 복수 개의 냉매 순환관;
    상기 냉각관과 상기 냉매 순환관을 연결시키는 냉매 출입부;
    상기 냉매 순환관이 설치된 실내 공간의 화재 감지를 위한 적어도 하나의 화재 감지센서; 및
    각각의 상기 냉매 순환관에 연결되어 상기 냉매를 분사시키기 위한 적어도 하나의 분사노즐;을 포함하고,
    상기 메인 전력라인 또는 상기 분기 전력라인은 부스덕트로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 메인 전력라인은 포머 및 상기 포머를 둘러싼 초전도 선재로 구성되는 초전도층를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 포머는 금속재질의 도체로 구성되고, 각각의 상기 도체는 상기 초전도 선재와 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
20. 제17항에 있어서,
    상기 분기 접속부는 액상냉매가 수용되는 저온 구간, 기상냉매가 수용되는 온도 구배구간 및 냉매가 존재하지 않는 상온 구간;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
21. 제20항에 있어서,
    상기 분기 접속부의 저온 구간과 상기 냉매 순환관을 연결하여 냉매 출입부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
22. 제17항에 있어서,
    상기 분기 전력라인은 부스덕트 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
23. 제17항에 있어서,
    상기 냉각관 또는 상기 냉매 순환관을 감싸는 단열관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
24. 제23항에 있어서,
    상기 단열관은 내부가 진공상태인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
25. 제17항에 있어서,
    상기 분사노즐의 개폐를 제어할 수 있는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템
26. 제17항에 있어서,
    상기 냉각관 또는 상기 냉매 순환관과 연결되어, 냉매를 보충하기 위한 냉매탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.

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