KR20040100972A

KR20040100972A - 초전도 케이블 제조 방법

Info

Publication number: KR20040100972A
Application number: KR1020040035434A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 쉬플
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-19
Also published as: DE502004005110D1; US7237317B2; DK1480231T3; EP1480231A2; CN100358058C; JP2004349250A; RU2004115186A; RU2327240C2; DE102004019141A1; KR101056149B1; EP1480231B1; EP1480231A3; JP4819323B2; ATE374995T1; CN1551249A; US20040255452A1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 연장된(extended) 초전도 요소를 포함하는 케이블 코어와 상기 케이블 코어를 둘러싸는 유연한 관을 포함하는 초전도 케이블의 제조 방법에 관한 것으로,

a) 케이블 코어를 공급부로부터 연속적으로 공급하는 단계,

b) 금속밴드를 공급부로부터 연속적으로 공급하는 단계,

c) 상기 금속밴드를 케이블 코어 둘레의 슬로트 관으로 연속적으로 성형하고, 세로 솔기를 용접한 후, 용접된 관을 물결모양으로 성형하는 단계(이때, 물결모양관의 내경이 케이블 코어의 외경보다 큼),

d) 케이블 코어와 물결모양관으로 구성된 초전도 케이블을 케이블 드럼에 감거나 적어도 1회 회전시키는 단계,

e) 상기 케이블이 케이블 드럼에 감겨 있거나 적어도 1회 회전된 상태에서 케이블 코어의 끝단과 물결모양관의 끝단을 기계적으로 연결하는 단계,

를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 제조 방법에 관한 것이다.

Description

초전도 케이블 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A SUPERCONDUCTIVE CABLE}

본 발명은 초전도 케이블의 제조 방법에 관한 것이다.

전기공학 잡지 ETZ-b, 26권(1974), 215 ff 에는 초전도 플렉시블 고성능 DC 볼트(DC voltage) 케이블이 알려져 있다. 이 케이블은 안정화된 Nb₃Sn으로 만들어진 밴드 모양의 초전도체를 가지는데, 이 초전도체는 이른바 "저온저장 외피 (Cryogenic Envelope)"로 싸여있다.

도체는 속이 비어 있으며, 액체헬륨의 작동시에 흐름이 있다. "저온저장 외피"와 도체 사이에는 채널이 있으며, 이 채널도 액체 또는 가스 헬륨에 의해 리턴(return) 도체로써 흐름이 있다.

"저온저장 외피"는 간격을 두고 배치된 복수의 물결모양 금속관들로 구성되며, 금속관들 사이는 진공으로 이른바 "초절연(superisolation)" 상태이다.

상기 케이블은 연속 작동으로 200m 길이까지 제작될 수 있다. 이런 종류의 단심 케이블 두 개로 구성되는 시스템의 최대 전도율은 5GW에 달한다.

"Epri Journal"(1999년 봄) 잡지에는 액체질소가 흐르는 지지관을 둘러싸는 이른바 제 2 세대 초전도 물질로 구성되는 많은 밴드가 감긴 초전도 케이블이 알려져 있다. 이러한 현대적 초전도체는 유연한 금속 밴드로 구성되고, 그 위에는 이트륨-바륨-산화동-화합물이 제공된다.

초전도 밴드들 위에는 물결모양 금속관이 있다. 물결모양 금속관 위에는 몇 개의 열절연(thermic isolation) 층이 감겨있다. 열절연층은 두 번째 물결모양 금속관에 의해 둘러싸여 있는데, 열절연층 위에는 테플론(Teflon)으로 제조된 스페이서가 배치된다. 두 번째 물결모양 금속관 위에는 단단한 유전체(dielectric)와 외부 전기 실드(shield)가 존재한다.

양 케이블 유형의 공통점은 초전도체 또는 초전도체를 둘러싸는 케이블 요소들이 작동상태 즉, 액체헬륨이나 액체질소의 온도에서, 상온의 외부 케이블 요소들에 비하여 줄어든다는 것이다. 이러한 수축을 막기 위하여 케이블의 양 끝단에서 케이블 요소들을 단단히 연결하는 장비가 제공되었다. 이로써, 외부 케이블 요소들에 비하여 내부 케이블 요소들이 짧아지는 것을 막았다.

이러한 종래기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 제조시에 미리, 케이블 코어가 온도하강에 의하여 상온의 외부 케이블 요소들에 비하여 수축하지 않도록 방지한 초전도 케이블 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 초전도 케이블의 측단면도,

도 2는 초전도 케이블 제조시스템의 측면도,

도 3은 케이블 드럼의 코어 절단면을 도시한 것이다.

상기 목적은 본 발명의 특징적 초전도 케이블 제조 방법에 의해 달성된다.

케이블 코어는 구조적으로 물결모양관보다 강성이 현저히 높기 때문에, 물결모양관의 바깥쪽 내벽에 놓인다. 즉, 케이블 코어는 가능한한 가장 큰 곡률 지름을 갖고자 한다. 본 발명에 따르면 물결모양관의 내경이 케이블 코어의 외경보다 크기 때문에, 물결모양관 내의 케이블 코어의 길이는 각각의 중심축에 대해서 물결모양관의 길이보다 길다. 초전도 케이블이 케이블 드럼 위에 있는 동안 케이블 코어의 단부가 물결모양관의 단부와 연결되면, 물결모양관 내의 케이블 코어의 초과길이가 생긴다. 초전도 케이블이 케이블 드럼에서 풀리면, 물결모양관이 초과길이만큼 늘어나거나, 케이블 코어가 물결모양 관의 내벽에 간격을 두고 구부러진다. 초전도 케이블의 작동시, 즉 액체질소의 온도에서 물결모양관이 신장되거나 케이블 코어의 굴곡이 없어진다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 초전도 케이블의 측단면도이다. 케이블은 케이블 코어(1)를 갖는다. 도면에 도시되어 있지 않으나, 케이블 코어(1)는 내부 지지관과, 이 지지관 위에 감겨 있는 고온 초전도 물질로 만들어진 하나 또는 여러 층과, 고온 초전도 물질의 층들에 제공된 유전체(dielectric)로 구성된다. 유전체는 저온 저항력이 있으며, 예를 들면 섬유 유리 직물, 운모 테이프(Mica Tape) 또는 POLYTETRAFLUORETHYLEN(PTFE) 등으로 구성된다.

케이블 코어(1)는 이른바 "저온저장 외피(Cryogenic Envelope)"에 위치한다. "저온저장 외피"는 내부 물결모양관(2)과 외부 물결모양관(3)으로 구성된다. 외부 물결모양관(3)은 내부 물결모양관(2)과 간격을 두고 배치된다.

내부 물결모양관(2) 위에는 필름(4)이 감겨 있다. 필름은 알루미늄이 양쪽으로 증착된 플라스틱 필름으로 형성된다. 필름(4) 위에는 스페이서(5)가 감겨있다. 스페이서는 바람직하게는 플라스틱, 유리섬유 또는 세라믹 물질로 제조되며 땋은 머리모양으로 서로 짜여진 여러 개의 가닥으로 구성된다.

스페이서(5) 위에는 이른바 초절연층(6)이 있다. 초절연층은 금속호일이나 금속으로 코팅된 플라스틱 필름 및 플라스틱 플리스(fleece) 필름 또는 유리섬유나 세라믹 재료에 기초한 플리스를 교대로 하는 층으로 구성된다.

"저온저장 외피"의 구조는 EP-0326923 B1의 것이다.

초전도 케이블의 작동개시 전에 내부 물결모양관(2)와 외부 물결모양관(3) 사이의 환형 공간(7)을 진공으로 만든다.

초전도 케이블의 냉각을 위해, 액체질소가 케이블 코어의 지지관과 물결모양관(2)으로 공급된다.

도 2는 초전도 케이블의 제조 시스템의 측면도이다.

테이프 릴(tape reel,10)로부터 금속밴드(11)가 연속해서 풀린다. 경우에 따라 테이프 소제기(12)에서 소제(cleaning)되며, 성형기(13)에서 세로솔기를 가진 슬로트(slot) 관으로 형성된다.

케이블 코어(14)도 이송 스풀(15)로부터 연속적으로 풀려, 아직 열려 있는 슬로트 관으로 삽입된다.

슬로트 관의 세로솔기는 용접부(16)에서 용접되며, 내부에 케이블 코어(14)를 갖는 용접된 관은 이송기(17)에 의하여 물결성형기(18)로 공급된다.

물결성형기(18)에서 세로솔기가 용접된 관이 물결모양으로 되며, 최종적으로 케이블 드럼(19)에 감긴다. 이른바 댄서(20)는 케이블 드럼(19)의 감는 속도를 조절한다.

초전도 케이블이 필요한 길이만큼 형성되면 또는 케이블 드럼(19)이 차면, 케이블 코어(14)의 양 끝단이 물결모양관(2)의 끝단들과 단단히 연결된다.

케이블 코어(14)는 물결모양관보다 아주 단단하기 때문에, 케이블 코어(14)는 물결모양관, 특히 감겨진 물결모양관의 보다 큰 반지름에 놓인다. 따라서, 물결모양관 내의 케이블 코어(14)는 물결모양관보다 길이가 더 길다.

이어지는 공정에서는, 유사한 제조 시스템에서, 물결모양관에 도 1에 나타난 요소들- 금속 필름(4), 스페이서(5), 초절연층(6), 외부 물결모양관(3)-이 제공된다.

도 3은 케이블 드럼(19)의 코어 절단면을 도시한 것으로, 물결모양 금속관(도 1에 따른 내부 물결모양관)이 그 내부의 케이블 코어(1 또는 도 2에서는 14)와 함께 감겨있다. 벤딩에 대한 저항력 때문에 케이블 코어(1)가 물결모양관(2)의 바깥쪽 내면에 지지되며, 따라서 물결모양관(2) 내에 이보다 더 큰 길이를 가지고 놓여 있는 것을 확실히 알아 볼 수 있다.

길이차 ΔI (= 초과길이)는 다음의 공식으로 산출될 수 있다.

ΔI = Δr × π × 2 × a

Δr은 물결모양관(2) 내경과 드럼 위에 놓인 초전도 케이블의 케이블 코어의 외경간의 반지름 차이이며, a는 케이블 드럼에 감긴 수를 나타낸다.

60 mm의 내경과, 50 mm의 케이블 코어 외경과, 3000 mm의 드럼 코어지름을 가진 물결모양관에서, 1회전당 3 cm의 초과길이가 생긴다. 1회전된 관의 전체길이는 9.4 m에 달한다. 따라서, 초과길이는 0.3% 이고, 따라서 케이블 코어의 냉각시 액체질소의 온도 때문에 생길 수 있는 0.3%이하의 케이블 코어의 축소는 쉽게 보상될 수 있다.

도 3에는 케이블 드럼(19)에 감진 케이블 길이가 도시되어 있다. 케이블 코어(1)가 그 강성으로 인해 물결모양관(2)의 바깥쪽 내벽으로 밀리는 것을 확실히 알아볼 수 있다.

감긴 상태에서, 케이블 코어(1)와 물결모양관(2)의 양 끝단은, 여기서는 도면부호 21과 22로 도시된 것과 같이, 단단히 연결된다.

본 발명에 따른 초전도 케이블 제조 방법은, 케이블 코어가 온도하강에 의하여 상온의 외부 케이블 요소들에 비하여 수축하는 것을 제조시에 미리 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

적어도 하나의 연장된(extended) 초전도 요소를 포함하는 케이블 코어와, 상기 케이블 코어를 둘러싸는 유연한 관을 포함하는 초전도 케이블의 제조 방법으로서,

a) 케이블 코어를 공급부로부터 연속적으로 공급하는 단계,

b) 금속밴드를 공급부로부터 연속적으로 공급하는 단계,

c) 상기 금속밴드를 케이블 코어 둘레의 슬로트 관으로 연속적으로 성형하고, 세로 솔기를 용접한 후, 용접된 관을 물결모양으로 성형하는 단계(이때, 물결모양관의 내경이 케이블 코어의 외경보다 큼),

d) 케이블 코어와 물결모양관으로 구성된 초전도 케이블을 케이블 드럼에 감거나 적어도 1회 회전시키는 단계,

e) 상기 케이블이 케이블 드럼에 감겨 있거나 적어도 1회 회전된 상태에서 케이블 코어의 끝단과 물결모양관의 끝단을 기계적으로 연결하는 단계,

를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 케이블 코어는 초과길이 L을 가지고 물결모양 금속관에 놓이고, 초과길이는 ΔI = (R-r)π·2a(R은 물결모양관의 내부 반지름, r은 케이블 코어의 외부반지름, a는 회전수)가 되도록 금속밴드를 관으로 성형하거나 용접된 금속관을 물결모양 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 초과길이 ΔI는 적어도 0.25%에 달하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이블 코어는 고온 초전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.