KR20240078881A

KR20240078881A - In-tube conductor for high temperature superconducting magnet

Info

Publication number: KR20240078881A
Application number: KR1020220161522A
Authority: KR
Inventors: 오상준; 김현욱
Original assignee: 한국핵융합에너지연구원
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-06-04
Anticipated expiration: 2042-11-28
Also published as: KR102788111B1; KR20250044239A

Abstract

본 발명은 고온초전도 자석용 적층형 관내 도체에 관한 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 관 내에 설치되는 고온초전도 자석용 관내 도체는, 상기 관 내에 중첩하여 적층되도록 위치되는 복수의 고온초전도 선재들의 집합체; 상기 적층된 복수의 고온초전도 선재들 사이에 위치된 복수의 금속판; 및 상기 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 집합체를 둘러싸도록 형성되는 금속 래핑을 포함할 수 있다.
이러한 구성에 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 제공할 수 있다. The present invention relates to a stacked tube conductor for a high-temperature superconducting magnet. The tube inner conductor for a high-temperature superconducting magnet installed in a tube according to an embodiment of the present invention is a collection of a plurality of high-temperature superconducting wires positioned to overlap and stack within the tube. ; a plurality of metal plates positioned between the plurality of stacked high-temperature superconducting wires; And it may include a metal wrapping formed to surround the assembly of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires.
According to this configuration, it is possible to generate an ultra-high magnetic field of 20T or more and operate at 20K, which not only shows high economic efficiency due to low cooling costs, but also shows high thermal stability due to no insulation or partial insulation, and excellent mechanical properties of the system. It is possible to provide a laminated tube conductor for a high-temperature superconducting magnet that can increase the operating life.

Description

{IN-TUBE CONDUCTOR FOR HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTING MAGNET}

본 발명은 고온초전도 자석용 관내 도체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온초전도 선재를 적층하여 제조되는 고온초전도 자석용 관내 도체 및 고온초전도 선재를 연장하는 기술인 장선화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a conductor in a tube for a high-temperature superconducting magnet, and more specifically, to a conductor in a tube for a high-temperature superconducting magnet manufactured by laminating high-temperature superconducting wires, and a jotting method, which is a technology for extending the high-temperature superconducting wire.

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 사용한다 토로이드 자장은 중성자와 에너지 출력을 증가시키기 위해 5T 이상으로 증가가 가능하다. 이러한 자석용 케이블의 성능이 대량의 플라즈마 발생을 일으키는 대형 자석의 성능에 중요한 요소가 된다. A small fusion reactor for neutron and energy production consists of a toroid plasma chamber and a plasma confinement system that generates a magnetic field. To generate plasma, a superconducting toroid-type magnet operated at a low temperature of 77K or lower is used. Toroid The magnetic field can be increased to over 5T to increase neutron and energy output. The performance of these magnet cables is an important factor in the performance of 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 이하의 액체 헬륨 운용으로 냉각비용이 매우 높아 경제성이 낮을 뿐만 아니라, 과전류로 인한 자석의 손상으로부터 보호가 어려워 낮은 열적 안정성과 성능저하없이 강한 로렌츠 힘을 견딜 수 있는 기계적 강도 특성이 낮아 반복적인 전자기력 인가에 의한 성능 감소가 발생된다는 문제점이 있었다.However, in the case of the toroid-type low-temperature superconducting magnet used conventionally, it is difficult to generate an ultra-high magnetic field of 16T or more due to the characteristics of the material itself, and the cooling cost is very high due to the operation of liquid helium below 4.2K, which not only makes it economical, but also causes magnetization due to overcurrent. There was a problem of poor thermal stability due to difficulty in protecting against damage, and low mechanical strength characteristics that could withstand strong Lorentz force without performance degradation, resulting in performance reduction due to repeated application of electromagnetic force.

이에 고온초전도체 자석으로 대체하여 사용할 수 있도록 하는 관내도체형 대전류 케이블의 개발이 이루어 지고 있다. 구체적으로 미국의 CORC CICC에서 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 CICC에서 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 VIPER에서 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 BIC에서 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, the development of an intra-conductor type high-current cable that can be used in place of a high-temperature superconductor magnet is being developed. Specifically, in the case of the high-temperature superconductor developed by CORC CICC in the United States ( https://www.advancedconductor.com/corccable/cables-and-wires-for-fusion-magnets/ ), the cross-section is circular inside the hollow circular cable. It consists of a plurality of high-temperature superconductors in the form of a cable surrounding a hollow area, and the high-temperature superconductor developed by ENEA CICC in Italy (celentano, G., etal. “Design of an Industrially Feasible Twisted-Stack HTS Cable-in-Conduit In the case of “Conductor for Fusion Application.” of the high-temperature superconductor developed by VIPER in the United States (Hartwig, Zachary S., et al. “an industrially scalable high-current high-temperature super conductor cable.” Supercond. Sci. Technol. 33, no 11(2020); 11LT01) In this case, it is composed of a hollow in the cable with a circular cross-section and multiple HTSs in the form of a cable with a square cross-section are arranged around the hollow, and the high-temperature superconductor developed by BIC in the United States (Mclntyre, Peter M., John Rogers, and Akhdiyor Sattarov. “Blocks-in-Conduit: REBCO cable for compact fusion tokamaks.” IEEE Trans. A plurality of rectangular high-temperature superconductors surround a cylindrical cable with a shape, and other cylindrical spaces exist between the plurality of 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. In addition, patent document Korea Patent Publication No. 2021-0026613 discloses a high-temperature superconducting wire forming a multilayer structure in which superconducting layers are stacked. The high-temperature superconducting wire manufactured in the prior art literature was manufactured by stacking multiple layers on one layer.

그러나, 이러한 종래의 개발중인 고온초전도체(HTS)의 구성은 토로이드형 초전도체로서 충분한 성능과 시스템 수명을 나타내지 못하는 문제점이 있었다. However, the configuration of the conventional high-temperature superconductor (HTS) under development has the problem of not showing sufficient performance and system life as a toroid-type superconductor.

대한민국 공개특허공보 제2021-0026613호Republic of Korea Patent Publication No. 2021-0026613

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 자석용 관내 도체를 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention to solve the above problems is that it is possible to generate an ultra-high magnetic field of 20T or more and operate at 20K, which not only shows high economic efficiency due to low cooling costs, but also shows high stability due to no insulation or partial insulation. The purpose is to provide an intra-tube conductor for high-temperature superconducting magnets that can increase the operating life of the system due to its excellent mechanical properties.

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 problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 관 내에 설치되는 고온초전도 자석용 관내 도체는, 상기 관 내에 중첩하여 적층되도록 위치되는 복수의 고온초전도 선재들의 집합체; 상기 적층된 복수의 고온초전도 선재들 사이에 위치된 복수의 금속판; 및 상기 적층된 복수의 고온초전도 선재들의 집합체를 둘러싸도록 형성되는 금속 래핑을 포함할 수 있다. In order to achieve the above technical problem, an internal conductor for a high-temperature superconducting magnet installed in a tube according to an embodiment of the present invention includes an assembly of a plurality of high-temperature superconducting wires positioned to overlap and stack within the tube; a plurality of metal plates positioned between the plurality of stacked high-temperature superconducting wires; And it may include a metal wrapping formed to surround the assembly of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 고온초전도 선재들의 집합체는 추가적으로, 상기 복수의 고온초전도 선재들을 상기 관 내에 좌우로 이격하고 복수 적층하여 형성될 수 있다. In an embodiment of the present invention, The assembly of the plurality of high-temperature superconducting wires may additionally be formed by stacking the plurality of high-temperature superconducting wires spaced left and right within the tube.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 관내 도체는 상기 고온초전도 선재들의 냉각을 위한 냉매통로를 더 포함하고, 상기 냉매통로는 상기 복수의 고온초전도 선재들 사이의 공간 또는 상기 복수의 금속판 사이의 공간으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, The conductor within the tube further includes a coolant passage for cooling the high-temperature superconducting wires, and the coolant passage may be formed as a space between the plurality of high-temperature superconducting wires or a space between the plurality of metal plates.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속판은 구리를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, The metal plate may include copper.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속 래핑을 위한 금속은 구리 또는 SUS(Steel Use Stainless)를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, The metal for the metal wrapping may include copper or SUS (Steel Use Stainless).

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 고온초전도 선재들은 연장이 가능하고, 상기 고온초전도 선재들의 연장은 연장을 위한 연결부를 연결을 위한 다른 고온초전도 선재와 구리 또는 구리로 코팅된 SUS를 사용하여 납땜하는 것을 통해 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는, 관내 도체.In an embodiment of the present invention, The plurality of high-temperature superconducting wires can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wires can be accomplished by soldering the extension connection to another high-temperature superconducting wire using copper or copper-coated SUS. Characterized by a conductor in a pipe.

본 발명의 다른 실시예에 따른 관 내에 설치되는 고온초전도 자석용 관내 도체는, 복수의 고온초전도 선재들을 적층하여 이를 구리를 포함하는 래핑부로 둘러싸는 것에 의해 형성되는 고온초전도 선재 서브 유닛을 복수 적층하여 형성하고 상기 관 내에 위치되는 고온초전도 선재들의 집합체, 상기 고온초전도 선재의 집합체의 상면과 상기 관 내벽 사이 및 상기 고온초전도 선재의 집합체의 하면과 상기 관 내벽 사이 각각에 위치되는 금속 지그부를 포함할 수 있다.The tube conductor for a high-temperature superconducting magnet installed in a tube according to another embodiment of the present invention includes a plurality of high-temperature superconducting wire sub-units formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wires and surrounding them with a wrapping part containing copper. It may include an assembly of high-temperature superconducting wires positioned within the tube, a metal jig portion positioned between the upper surface of the assembly of high-temperature superconducting wires and the inner wall of the tube, and between the lower surface of the assembly of high-temperature superconducting wires and the inner wall of the tube. there is.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 고온초전도 선재들의 집합체는 추가적으로, 상기 고온초전도 선재 서브 유닛을 좌우로 이격하고 상기 관 내에 복수 적층하여 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the assembly of the high-temperature superconducting wires may be additionally formed by spacing the high-temperature superconducting wire sub-units to the left and right and stacking a plurality of them within the tube.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 관내 도체는 상기 고온초전도 선재들의 냉각을 위한 냉매통로를 더 포함하고, 상기 냉매통로는 상기 복수의 고온초전도 선재 서브유닛들 사이의 공간 또는 상기 관 내벽과 상기 고온초전도 선재의 집합체 사이의 공간으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the conductor in the tube further includes a coolant passage for cooling the high-temperature superconducting wires, and the coolant passage is a space between the plurality of high-temperature superconducting wire subunits or an inner wall of the tube and the high temperature It can be formed as a space between aggregates of superconducting wires.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속 지그부는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the metal jig part may include copper or aluminum.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 고온초전도 선재들은 연장이 가능하고, 상기 복수의 고온초전도 선재들의 연장은 연장을 위한 다른 복수의 고온초전도 선재들과의 연결부에 구리래핑을 수행하고, 상기 구리래핑된 연결부를 납땜하는 것을 통해 이루어질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of high-temperature superconducting wires are extendable, and the extension of the plurality of high-temperature superconducting wires is performed by performing copper wrapping on a connection portion with a plurality of other high-temperature superconducting wires for extension, This can be achieved by soldering copper wrapped connections.

본 발명의 다른 실시예에 따른 관 내에 설치되는 고온초전도 자석용 관내 도체는, 상기 관 내에 중첩하여 적층되도록 위치되는 복수의 고온초전도 선재들의 집합체; 상기 집합체의 상면 상에 위치된 지지구조체; 및 상기 지지구조체와 상기 관 내벽 사이에 위치되고 내부에 빈 공간을 포함하는 탄성구조체를 포함할 수 있다.An internal conductor for a high-temperature superconducting magnet installed in a tube according to another embodiment of the present invention includes a collection of a plurality of high-temperature superconducting wires positioned to overlap and stack within the tube; a support structure located on the upper surface of the assembly; And it may include an elastic structure located between the support structure and the inner wall of the tube and including an empty space therein.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 고온초전도 선재의 집합체는 추가적으로, 상기 복수의 고온초전도 선재들을 상기 관 내에 좌우로 이격하고 복수 적층하여 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the assembly of the plurality of high-temperature superconducting wires may be additionally formed by stacking the plurality of high-temperature superconducting wires spaced left and right within the tube.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 관내 도체는 상기 고온초전도 선재들의 냉각을 위한 냉매통로를 더 포함하고, 상기 냉매통로는 상기 복수의 고온초전도 선재들 사이의 공간 또는 상기 관 내벽과 상기 지지구조체 및 상기 탄성구조체 사이의 공간으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the conductor within the tube further includes a coolant passage for cooling the high-temperature superconducting wires, and the coolant passage is a space between the plurality of high-temperature superconducting wires or an inner wall of the tube, the support structure, and It may be formed as a space between the elastic structures.

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 possible to generate an ultra-high magnetic field of 20T or more and operate at 20K, which not only shows high economic efficiency due to low cooling costs, but also shows high thermal stability due to no insulation or partial insulation and excellent mechanical properties. The purpose is to provide a laminated tube conductor for high-temperature superconducting magnets that can increase the operating life of the system.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 고온초전도 선재의 연장이 가능한 장선화 방법을 제공할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a jotting method capable of extending a high-temperature superconducting wire.

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 configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 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 고온초전도 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 제조예에 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 시간에 따른 압력, 온도, 및 질량 유량의 변화량을 나타내는 그래프이다.1 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing a method of forming a high-temperature superconducting wire for a conductor inside a tube for a high-temperature superconducting magnet, according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a schematic diagram showing a method of forming a high-temperature superconducting wire for a conductor inside a tube for a high-temperature superconducting magnet, according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a schematic diagram showing a cryogenic circuit model for testing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the hysteresis loss of the conductor inside the tube for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph showing the change in temperature during the magnet charging process according to an example of manufacturing tube conductors for high-temperature superconducting magnets according to an embodiment of the present invention.
Figure 11a is a graph showing the changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time of the conductor inside the tube for a high-temperature superconducting magnet, according to an embodiment of the present invention.
Figure 11b is a graph showing changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time in the conductor inside the tube for a high-temperature superconducting magnet, according to another embodiment of the present invention.

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 may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. 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.1 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, (a) is a high-temperature superconducting tube including a conductor within the tube for the high-temperature superconducting magnet, and the high-temperature superconducting tube includes a jacket 110, a high-temperature superconducting wire 120, a metal plate 130, and a metal wrapping. It may include (140). (b) shows a side view of the conductor inside the tube 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 in the tube for 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.The high-temperature superconducting wires 120 are stacked overlapping within the jacket 110, and may also be stacked spaced apart to the left and right as shown in FIG. 1. The space between the high-temperature superconducting wires 120 stacked apart from each other on the left and right can be used as a refrigerant passage for cooling the high-temperature superconducting wires 120. In addition, the high-temperature superconducting wire 120 can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wire 120 involves soldering the connection for extension to another high-temperature superconducting wire for connecting the extension using copper or copper-coated SUS. It can be achieved through

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.The metal plate 130 may be positioned between the stacked high-temperature superconducting wires 120, and if necessary, the metal plate 130 may be fixed using a fixing method including soldering. The metal plate 130 may 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. 상기 금속 래핑(140)을 위한 금속은 구리 또는 SUS를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The metal wrapping 140 may be formed to surround the plurality of stacked high-temperature superconducting wires 120, and may be utilized to secure the high-temperature superconducting wires 120 inside the jacket 110. The space between the metal plate 130 and the metal wrapping 140 can be used as a coolant passage for cooling the high-temperature superconducting wires 120. The metal for the metal wrapping 140 may include copper or SUS, but is not limited thereto.

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 high-temperature superconducting tube can perform cooling of the high-temperature superconducting wire 220 using a porous/refrigerant cooling method in which coolant is injected into the space created by the high-temperature superconducting wire 120 and the metal plate 130. there is.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. 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.Figure 2 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, (a) is a high-temperature superconducting tube including a conductor within the tube for the high-temperature superconducting magnet, and the high-temperature superconducting tube includes a jacket 210, a high-temperature superconducting wire 220, a metal jig portion 240, and It may include a refrigerant passage 250. (b) shows a side view of the conductor inside the tube 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 conductor in the tube for the high-temperature superconducting magnet, and includes a high-temperature superconducting wire 220, a metal jig portion 240, and a refrigerant 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 high-temperature superconducting wire sub-unit can be formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wires 220 and surrounding them with a wrapping part 230 containing copper. A plurality of sub-units of the high-temperature superconducting wires 220 are stacked to form an assembly of high-temperature superconducting wires 220, and as shown in FIG. 2, the high-temperature superconducting wires 220 sub-units are stacked spaced apart to the left and right. It is also possible to form an aggregate 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 involves performing copper wrapping on a connection with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection. It can be achieved through

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 part 230 can form a sub-unit of the high-temperature superconducting wire 220 by wrapping a plurality of stacked high-temperature superconducting wires 220 with copper, and the copper wrapping is performed per sub-unit of the high-temperature superconducting wire 220. It can be performed at least once.

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 portion 240 may be positioned between the upper surface of the assembly of high-temperature superconducting wires 220 and the inner wall of the tube and between the lower surface of the assembly of high-temperature superconducting wires 220 and the inner wall of the tube, through which the high-temperature superconducting wires 220 may be positioned. The assembly of (220) can be fixed inside the jacket (210). The metal jig part 240 may 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 refrigerant passage 250 is a space provided for cooling the high-temperature superconducting wires 120, the space between the sub-units of the high-temperature superconducting wires 220 stacked spaced apart from each other, and the high-temperature superconducting wires 220. It may include a space between the assembly 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 high-temperature superconducting tube is a cooling method that combines a method in which refrigerant is injected into the refrigerant passage 250 so that the refrigerant directly contacts the high-temperature superconducting wire 220 and a cooling method by conduction of the metal jig portion 240. Cooling of the high-temperature superconducting wire 220 can be performed.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. 도 3을 참조하면, (a) 내지 (d)는 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 포함하는 고온초전도관으로, 각기 다른 종류의 구조체로 고온초전도 선재를 고정하는 방식을 나타낸다.Figure 3 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, (a) to (d) are high-temperature superconducting tubes containing the internal conductors for the high-temperature superconducting magnets, and show methods of fixing the high-temperature superconducting wires 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 refrigerant 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 conductor in the tube for the high-temperature superconducting magnet, and the jacket 310 includes a high-temperature superconducting wire 320, a support structure 330, an elastic structure 340a, and a refrigerant passage 350. Includes..

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.The 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 on the left and right. there is. In addition, the high-temperature superconducting wire 320 can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wire 320 involves performing copper wrapping on a connection with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection. It can be achieved through

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 located 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 located between the support structure 330 and the jacket 310 and may include an empty space therein. The elastic structure 340a, together with the support structure 330, may serve to fix the assembly inside the jacket 310. The elastic structure 340a may be manufactured in various shapes as shown in (a) to (c) above, 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 고온초전도 선재(320)와 재킷(310) 사이의 공간을 포함할 수 있다. The refrigerant passage 350 is a space provided for cooling the high-temperature superconducting wires 320, and is the space between the elastic structure 340a and the jacket or the space between the high-temperature superconducting wire 320 and the jacket 310. It can be included.

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 high-temperature superconducting pipe can cool the high-temperature superconducting wire 320 by injecting refrigerant into the refrigerant passage 250 as a cooling method so that the refrigerant directly contacts 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.In (d), unlike (a) to (c), the high-temperature superconducting wire 320 is fixed inside the jacket 310 using an H-beam (340b) without an elastic structure (340a). The shape is not much different from (a) to (c).

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. 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. (b)는 상기 도 1과 상기 도 2의 방식을 통합하여 제조된 상기 고온초전도 자석용 관내 도체의 측면도를 나타낸다. Figure 4 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, (a) is a high-temperature superconducting tube including an inner conductor for the high-temperature superconducting magnet, and the high-temperature superconducting tube is manufactured by integrating the manufacturing method of the inner conductor for the high-temperature superconducting magnet of FIG. 1 and FIG. 2. manufactured. (b) shows a side view of the tube conductor for the high-temperature superconducting magnet manufactured by integrating the methods of 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 in the tube for 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 high-temperature superconducting wire sub-unit can be formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wires 420 and surrounding them with a wrapping part 430 containing copper. The high-temperature superconducting wire 420 sub-units are stacked in plurality to form an aggregate of high-temperature superconducting wires 420, and as shown in FIG. 4, the high-temperature superconducting wire 420 sub-units are stacked spaced apart from side to side. It is also possible to form an aggregate 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 involves performing copper wrapping on a connection with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection. It can be achieved through

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 part 430 can form a sub-unit of the high-temperature superconducting wire 420 by wrapping a plurality of stacked high-temperature superconducting wires 420 with copper, and the copper wrapping is performed per sub-unit of the high-temperature superconducting wire 420. It can be performed at least once.

금속판(440)은 상기 적층된 고온초전도 선재(420) 서브 유닛들 사이에 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.The metal plate 440 may be positioned between the subunits of the stacked high-temperature superconducting wires 420, 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 refrigerant passage 450 is a space provided for cooling the high-temperature superconducting wires 420, the space between the subunits of the high-temperature superconducting wires 420 stacked apart from each other on the left and right, the subunits and the jacket 410. It may include 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 고온초전도 선재(420)의 냉각을 수행할 수 있다.The high-temperature superconducting pipe may cool the high-temperature superconducting wire 420 by injecting refrigerant into the refrigerant passage 450 in a cooling manner so that the refrigerant directly contacts the high-temperature superconducting wire 420.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조예를 나타내는 모식도이다. 도 5를 참조하면, 상기 고온초전도 자석용 관내 도체를 포함하는 고온초전도관은 상기 도 2와 상기 도 3의 고온초전도 자석용 관내 도체의 제조 방식을 통합하여 제조되었다.Figure 5 is a schematic diagram showing an example of manufacturing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to another embodiment of the present invention. 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 method 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.The jacket 510 is formed to surround the conductor in the tube for the high-temperature superconducting magnet, and inside the jacket 510, the high-temperature superconducting wire 520, the metal jig part 540a, the H-beam 540b, and the refrigerant passage 550 ) and is formed to surround it.

고온초전도 선재(520)는 상기 관 내에 중첩하여 적층되어 복수의 고온초전도 선재(520)들의 집합체를 형성하고, 상기 집합체는 상기 복수의 고온초전도 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.The 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 on the left and right. there is. In addition, the high-temperature superconducting wire 520 can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wire 520 involves performing copper wrapping on a connection with another high-temperature superconducting wire for extension and soldering the copper-wrapped connection. It can be achieved through

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 located 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 portion 540a may be positioned between the lower surface of the assembly of high-temperature superconducting wires 520 and the inner wall of the jacket 510, through which the assembly of high-temperature superconducting wires 520 is fixed to the inside of the jacket 510. make it possible The metal jig portion 540a is formed on the bottom of the assembly of high-temperature superconducting wires 520 in FIG. 5, but may also be formed on the top. The metal jig portion 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)들의 집합체가 재킷(510)내부에 고정될 수 있도록 한다.The H-beam 540b may be positioned between the upper surface of the assembly of high-temperature superconducting wires 520 and the inner wall of the jacket 510, through which the assembly of high-temperature superconducting wires 520 may be fixed to the inside of the jacket 510. make it possible

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 a space between the H-beam 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 high-temperature superconducting tube may cool the high-temperature superconducting wire 520 by injecting refrigerant into the refrigerant passage 550 as a cooling method so that the refrigerant directly contacts the high-temperature superconducting wire 520.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 고온초전도 선재의 장선화 방법을 나타내는 모식도이다. 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.Figure 6 is a schematic diagram showing a method of forming a high-temperature superconducting wire for a conductor inside a tube for a high-temperature superconducting magnet, according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, FIG. 6 is a joist method that can be used in the same lamination method as shown in FIG. 1, and is extended by partial soldering 622 to extend the length of the high-temperature superconducting wire 620 laminated on the metal plate 630. Provides a method of connecting with other high-temperature superconducting wires. The partial soldering 622 must be performed at sufficient intervals so that the positions of the connected high-temperature superconducting wires 620 do not overlap.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 고온초전도 선재의 장선화 방법을 나타내는 모식도이다. 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.Figure 7 is a schematic diagram showing a method of forming a high-temperature superconducting wire for a conductor inside a tube for a high-temperature superconducting magnet, according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, FIG. 7 is a jotting method that can be used in the stacking method as shown in FIGS. 2 to 5, and shows a high-temperature superconducting wire 720 formed by stacking multiple layers and surrounding them with a wrapping portion 730 containing copper. In order to extend the length of the subunit, copper wrapping 724 is performed on the connection with another high-temperature superconducting wire for extension, and the high-temperature superconducting wire 720 is connected to the subunit by partial soldering 722 of the copper-wrapped connection. The length can be extended.

도 8의 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 실험을 위한 극저온 회로 모델을 나타낸 모식도이다. 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.Figure 8 is a schematic diagram showing a cryogenic circuit model for testing an inner conductor for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, (a) is a cryogenic circuit model, and the following experimental results basically represent the results of the experiment in the form (a). (b) is a cross-sectional view of (a), and in the present invention, the toroid-type magnet winding pack method and the representative double pancake type (DP) are discussed as part of the circuit model. In (a), the circulatory system is represented by a triangle at the bottom. SICC refers to the high-temperature superconductor shown in FIGS. 1 to 5, and below, SICC I is defined as referring to the high-temperature superconductor manufactured by the method of FIG. 1, SICC II is defined as FIG. 2, and SICC III is defined as referring to the high-temperature superconductor manufactured by the method of FIG. 3. The SICC has a length of 160.0 m and an area of 3.5 x 10 ^-4 m ² . The refrigerant flows from 1 in (a) through the circulator in the direction of 2 to 6, and before going through the circulator as in 7, the refrigerant can be controlled again to an initial temperature of 20K to perform cooling of the high-temperature superconductor. there is. The cooling can be performed by cooling the double pancake coil in a single cooling loop.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체의 히스테리시스 손실을 나타내는 그래프이다. 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 가정했을때, SICC의 자기장은 단계적으로 증가하고 중간에서 최대치에 도달한 후 단계적으로 감소하며, 히스테리시스 손실도 그에 비례하여 중간에서 ~6 W/m까지 증가하는 것을 알 수 있다.Figure 9 is a graph showing the hysteresis loss of the conductor inside the tube for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the graph shows the hysteresis loss caused by rapid charging of 50 kA per hour during the magnet charging process of SICC III. Assuming that the magnetic field of the SICC located on the same layer is the same, the magnetic field of the SICC increases step by step, reaches a maximum in the middle, and then decreases step by step, and the hysteresis loss also increases proportionally to ~6 W/m in the middle. You can see that

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른, 고온초전도 자석용 관내 도체들의 제조예에 따른, 자석 충전 과정 중의 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 토로이드형 자석의 경우 자석을 빠르게 충전할 필요가 없으나, 본 발명에서는 시간당 50 kA로 빠르게 충전하는 경우로 가정하였다.Figure 10 is a graph showing the change in temperature during the magnet charging process according to an example of manufacturing tube conductors for high-temperature superconducting magnets according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, in the case of a toroid-type magnet, there is no need to quickly charge the magnet, 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 temperature changes along the length of SICC I in chronological order, (b) is a graph showing temperature changes along the length of SICC II in chronological order, and (c) is a graph showing temperature changes along the length of SICC III in chronological order. This is the graph shown. In the case of SICC I, the heat load is fixed inside and the change in temperature is similar to the hysterical loss shown in FIG. 9. In addition, in the case of SICC I, it was confirmed that charging the magnet up to 12 T was not possible, and that quenching occurred when the magnet was charged up to ~8 T around 2400 seconds. On the other hand, in the case of SICC II and SICC III, dynamic temperature changes are observed, and in the graphs (b) and (c), it can be seen that the peak temperature is not located in the middle, but moves toward the outlet over time. You can. In both the SICC II and SICC III, the magnets can be charged up to 12T, but the maximum temperature was confirmed to be much lower than the current sharing temperature of 42.4K. In addition, it can be seen that the maximum temperature rise inside the SICC II is about 37 K, which is higher than about 31 K in the SICC III.

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.Figure 11a is a graph showing the changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time of the conductor inside the tube for a high-temperature superconducting magnet, according to an embodiment of the present invention. Figure 11b is a graph showing changes in pressure, temperature, and mass flow rate over time in the conductor inside the tube 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 changes in pressure, temperature, and mass flow over time at the inlet and outlet shown in FIG. 8 appear. Looking at (a) of Figure 11a, which shows the pressure change over time of SICC I, and (a) of Figure 11b, which shows the pressure change over time of SICC III, initially the pressure at the inlet increases and the pressure at the outlet decreases. It appears that When magnet charging begins after 50 seconds, the pressure appears to steadily increase in (a) of Figure 11a, but in (a) of Figure 11b, it can be observed that the pressure decreases within 10 minutes as soon as 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 SICC I is smaller than that of SICC III, comparing Figure 11a (c) showing the flow rate of SICC I with Figure 11b (c) showing the flow rate of SICC III, the flow rate of SICC I is smaller than that of SICC III. It was found to be more than 10 times lower than that of

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 (b) of FIG. 11a, which shows the temperature change over time of SICC I, and (b) of FIG. 11b, which shows the temperature change over time of SICC III, the circulation device is operated for both SICC I and SICC III to cool the refrigerant. At the beginning of the flow, the inlet temperature increases and the outlet temperature decreases due to the Joule-Thomson effect. Magnet charging is performed after 50 seconds, and the temperature rise inside the tube due to hysteresis loss can be directly observed at the exit of SICC III, while at the exit of SICC I, the temperature is almost the same at the initial temperature of 20 K. It appears to be maintained. Additionally, in the case of SICC III, the low temperature returned to its original value within 10 minutes as soon as 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% 낮음을 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 (c) of Figure 11b, the mass flow rates for SICC III and SICC II are presented together, and the mass flow rate of SICC II is shown to be about 70% lower than that of SICC III. Due to this low flow rate, the maximum temperature rise inside the SICC II was found 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. As a result of the above experiment, it was found that the porous structure such as SICC I was not effective in removing the heat load caused by hysteresis loss, which was confirmed to be caused by the heat being fixed due to the obstruction of the fluid flow. In addition, it was confirmed that the maximum temperature increased and the flow rate decreased in the case of SICC II using copper compared to SICC III without copper. Accordingly, copper does not appear to be helpful in lowering the heat load, but effectively shares current. Copper is preferred for proper heat conduction between and 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 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

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 patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

110: 재킷(jacket)
120: 고온초전도 선재
130: 금속판
140: 금속 래핑
210: 재킷
220: 고온초전도 선재
230: 래핑부
240: 금속 지그부
250: 냉매통로
310: 재킷
320: 고온초전도 선재
330: 지지구조체
340a: 탄성구조체
340b: H 형강
350: 냉매통로
410: 재킷
420: 고온초전도 선재
430: 래핑부
440: 금속판
450: 냉매통로
510: 재킷
520: 고온초전도 선재
530: 지지구조체
540a: H 형강
540b: 금속 지그부
620: 고온초전도 선재
622: 부분 납땜
630: 금속판
720: 고온초전도 선재
722: 부분 납땜
724: 구리래핑
730: 래핑부110: jacket
120: High-temperature superconducting wire
130: metal plate
140: metal wrapping
210: jacket
220: High-temperature superconducting wire
230: wrapping part
240: Metal jig part
250: Refrigerant passage
310: jacket
320: High-temperature superconducting wire
330: Support structure
340a: Elastic structure
340b: H-beam
350: Refrigerant passage
410: jacket
420: High-temperature superconducting wire
430: Lapping part
440: metal plate
450: Refrigerant passage
510: jacket
520: High-temperature superconducting wire
530: Support structure
540a: H-beam
540b: Metal jig part
620: High-temperature superconducting wire
622: Partial soldering
630: metal plate
720: High-temperature superconducting wire
722: Partial soldering
724: Copper wrapping
730: Wrapping part

Claims

As an internal conductor for a high-temperature superconducting magnet installed in a pipe,
A collection of a plurality of high-temperature superconducting wires positioned to overlap and stack within the tube;
a plurality of metal plates positioned between the plurality of stacked high-temperature superconducting wires; and
An intra-tube conductor comprising a metal wrapping formed to surround the assembly of the plurality of stacked high-temperature superconducting wires.

According to clause 1,
The assembly of the plurality of high-temperature superconducting wires may additionally be formed by stacking the plurality of high-temperature superconducting wires spaced apart from side to side within the tube.

According to clause 2,
The conductor within the tube further includes a refrigerant passage for cooling the high-temperature superconducting wires,
The refrigerant passage is characterized in that it is formed as a space between the plurality of high-temperature superconducting wires or a space between the plurality of metal plates.

According to clause 1,
An intra-tube conductor, characterized in that the metal plate contains copper.

According to clause 1,
A conductor in a pipe, characterized in that the metal for the metal wrapping includes copper or SUS (Steel Use Stainless).

According to clause 1,
The plurality of high-temperature superconducting wires can be extended, and the extension of the high-temperature superconducting wires can be accomplished by soldering the extension connection to another high-temperature superconducting wire using copper or copper-coated SUS. Characterized by a conductor in a pipe.

As an internal conductor for a high-temperature superconducting magnet installed in a pipe,
A collection of high-temperature superconducting wires formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wire subunits, which are formed by stacking a plurality of high-temperature superconducting wires and surrounding them with a wrapping part containing copper, and positioned within the tube;
An intra-tube conductor comprising a metal jig portion positioned between the upper surface of the assembly of high-temperature superconducting wires and the inner wall of the tube and between the lower surface of the assembly of high-temperature superconducting wires and the inner wall of the tube.

According to clause 7,
The assembly of the high-temperature superconducting wires may additionally be formed by spacing the high-temperature superconducting wire sub-units to the left and right and stacking them in plurality within the tube.

According to clause 8,
The conductor within the tube further includes a refrigerant passage for cooling the high-temperature superconducting wires,
The refrigerant passage is characterized in that it is formed as a space between the plurality of high-temperature superconducting wire subunits or a space between the inner wall of the tube and the assembly of the high-temperature superconducting wire.

According to clause 7,
An intra-tube conductor, characterized in that the metal jig portion contains copper or aluminum.

According to clause 7,
The plurality of high-temperature superconducting wires are extendable,
The extension of the plurality of high-temperature superconducting wires is performed by copper wrapping on the connection portion with the other plurality of high-temperature superconducting wires for extension,
A conductor in a tube, characterized in that this can be achieved by soldering the copper-wrapped connection.

As an internal conductor for a high-temperature superconducting magnet installed in a pipe,
A collection of a plurality of high-temperature superconducting wires positioned to overlap and stack within the tube;
a support structure located on the upper surface of the assembly; and
An intra-tube conductor, comprising an elastic structure located between the support structure and the inner wall of the tube and including an empty space therein.

According to clause 12,
The assembly of the plurality of high-temperature superconducting wires may additionally be formed by stacking the plurality of high-temperature superconducting wires spaced left and right within the tube.

According to clause 13,
The conductor within the tube further includes a refrigerant passage for cooling the high-temperature superconducting wires,
The refrigerant passage is characterized in that it is formed as a space between the plurality of high-temperature superconducting wires or a space between the inner wall of the tube and the support structure and the elastic structure.

According to clause 12,
The plurality of high-temperature superconducting wires are extendable,
The extension of the plurality of high-temperature superconducting wires is performed by copper wrapping on the connection portion with the other plurality of high-temperature superconducting wires for extension,
A conductor in a tube, characterized in that this can be achieved by soldering the copper-wrapped connection.