This paper describes a collaborative work between SEI and KEPCO on the Superconducting Magnetic Energy Storage system (SMES). We have studied two types of magnets. One is the 400kJ class LTS-SMES for testing the power stabilization operated at liquid helium temperature (4.2K) and the other is the 100J class HTS-SMES for confirming the possibility of applying HTS wire to SMES at liquid nitrogen temperature (77k). In this paper, the design of the magnet and the test results are described. Each magnet performed completely at rated operation.
KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 전류인입선(CL; Current Lead)은 4.5 K의 저온에서 운전되는 초전도 버스라인과 300 K의 실온에서 운전되는 MPS (Magnet Power Supply)를 전기적으로 연결하는 장치이다. 초기 플라즈마 발생시험을 위하여 TF (Toroidal Field) 및 PF (Poloidal Field) 리드박스에 전류인입선이 설치된다. TF 자석용 CL은 17.5 kA급 4 개의 CL에 최대 35 kA의 DC 전류가 인가되며, PF 자석용은 13 kA급 14 개의 CL에 350초간 $20\;{\sim}\;26\;kA$의 펄스 전류가 인가된다. 각각의 전류인입선은 TF 및 PF 자석에 전류를 인가하기 위한 버스라인이 연결되어 있으며, 전류인입선을 통해 초전도 버스라인으로 전달되는 전도열 및 전류인가시 발생되는 주울(Joule) 열을 차단하기 위한 헬륨냉매 제어시스템이 KSTAR 주장치와는 별도로 설치되어 있다. 리드박스 내 외부의 배관 및 제어시스템 설치완료 후 고진공 배기, 헬륨 누설검사, 전류인입선 유량 검사 및 액체질소 냉각시험을 실시하여 장치의 성능검증을 완료하였다.
This paper describes a model flux pump experiment recently performed at the MIT Francis Bitter Magnet Laboratory. The results of the model flux pump will be used in the development of a prototype flux pump that will be couple to a high-temperature superconductor (HTS) insert coil of a high-field NMR (Nuclear Magnetic Resonance) magnet, Such an HTS insert is unlikely to operate in persistent model because of the conductors low index(n) The flux pump can compensate fro field decay in the HTS insert coil and make the insert operate effectively in persistent mode . The flux pump, comprised essentially of a transformer an two switches. all made of superconductor, transfers into the insert coil a fraction of a magnetic energy that is first introduced in the secondary circuit of the transformer by a current supplied to the primary circuit. A model flux pump has been designed. fabricated, and operated to demonstrate that a flux pump can indeed supply a small metered current into a load superconducting magnet. A current increment in the range of microamperes has been measured in the magnet after each pumping action. The superconducting model flux pump is made of Nb$_3$ Sn tape, The pump is placed in a gaseous environment above the liquid helium level to keep its heat dissipation from directly discharged in the liquid: the effluent helium vapor maintains the thermal stability of the flux pump.
Hydrogen is one of the most popular eco-friendly energy sources for reducing global warming. To use hydrogen as a conventional fuel, liquid hydrogen plants should introduce waste hydrogen treatment processes. A major safety issue of liquid hydrogen plants is choosing the most suitable purge gas to use in case of an accident. A purge gas prevents the formation of explosive mixed gases in the vent header. In general, nitrogen is the main purge gas used in chemical plants. Nitrogen has a freezing point of -210℃, which is higher than the boiling point of hydrogen. Helium, with a freezing point lower than hydrogen, is instead recommended as a purge gas of the vent header during hydrogen liquefaction. However, helium is roughly 100 times more expensive than nitrogen. To address this issue, this study uses simulations to investigate safe conditions for introducing nitrogen as the purge gas during hydrogen liquefaction. The temperature change from the safety valve to the vent header is evaluated when the external temperature of the safety valve discharge pipe is at 5℃, 10℃, and 20℃. Additionally, the most optimal length for a discharge pipe according to pipe diameter is investigated.
한국형발사체의 설계안에는 산화제 배관의 geysering 현상과 펌프 입구의 cavitation 현상을 방지하기 위하여 발사대기 중 산화제인 액체산소를 과냉각 하여 공급하는 시나리오가 포함되어 있다. 이 조건을 75톤급 엔진 개발 시험 단계에서 검증하기 위해 엔진 연소시험설비에는 액체산소를 과냉각 할 수 있는 시스템이 적용되었다. 여기에는 진공 이젝터를 이용한 방법과 탱크 내 헬륨 분사를 통한 방법이 적용되었으며, 성능 평가를 위해 각각에 대한 과냉각 시험이 수행되었다. 두 시험에서 모두 약 17분간 시험이 진행되었으며, 탱크 50%수위 지점 기준 이젝터를 이용한 시험에서는 약 3.3K, 헬륨 분사를 이용한 시 험에서는 약 2.2K 의 과냉각 결과를 나타내었다.
A closed-loop cryogenic cooling system for high field magnets is presented. This design is motivated by our recent development of cooling system for 21 tesla Fourier Transform ion Cyclotron Resonance (FT-ICR) superconducting magnets without any replenishment of cryogen. The low temperature superconducting magnets are immersed in a subcooled 1.8 K bath, which is connected hydraulically to the 4.2 K reservoir through a narrow channel. Saturated liquid helium is cooled by Joule-Thomson heat exchanger and flows through the JT valve, isenthalpically dropping its pressure to approximately 1 6 kPa, corresponding saturation temperature of 1.8 K. Helium gas exhausted from pump is now recondensed by two-stage cryocooler located after vapor purify system. The amount of cryogenic Heat loads and required mass flow rate through closed-loop are estimated by a relevant heat transfer analysis, from which dimensions of JT heat exchanger and He II heat exchanger are determined. The detailed design of cryocooler heat exchanger for helium recondensing is performed. The effect of cryogenic loads, especially superfluid heat leak through the gap of weight load relief valve, on the dimensions of cryogenic system is also investigated.
The bath cryostat of cryogenic apparatuses which are generally used to study physical phenomena under low temperature and ultra low temperature has been desigened and constructed. The practical use of the cryostat is verified by the measurement of the storage life of liquid heloum and liquid nitrogen vessels. The cryostat consists of triple structure of high vacuum environment in order to minimize the evaporation rate of liquid helium and liquid nitrogen by thermal conductivity and radiant heat. The minimum thickness which can stand against inner and outer pressures is calculated from considering the strength of the material.
A subcooled liquid nitrogen cryostat is required for the cooling of a 6.6 ㎸, 200 A resistive type superconductive fault current limiter (SFCL). To help understand and design an appropriate cryostat for SFCL a prototype cryostat was fabricated and tested. Several states of subcooled liquid nitrogen were obtained by using cryocooler and helium gas. The temperature was uniformly distributed inside the liquid nitrogen vessel within the range of 0.4 K proving the effectiveness of the conduction cylinder.
액체 로켓 엔진은 채택되는 사이클, 하드웨어 구성, 기능 구현상의 짐벌 타입 등에 의해 구성품 배치와 레이아웃의 라우팅이 결정된다. 본 논문에서는 액체로켓엔진에 장착되는 주요 구성품을 기준으로 구동을 담당하는 헬륨(He) 공급 공압라인, 각종 퍼지 공압라인, 주 점화라인 등의 주요 유공압 라인의 개념 라우팅을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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