극저온 냉각기술
기술(기기)명
극저온 냉각기술(cryogenic cooling technology)
기술의 개요
초전도체는 특정 온도 이하에서만 초전도 현상이 나타나기 때문에 초전도 상태로 유지하기 위해서는 반드시 극저온 냉각이 필요함.
극저온은 일반적으로 영하 150도 (120 K)이하의 온도영역으로, 불활성 기체(공기, 산소, 질소, 네온, 수소, 헬륨 등)의 비등점이 존재하는 온도 영역으로 극저온 냉각을 위해서는 냉매 또는 냉동기를 이용하는 방법이 있다.
기술의 특징
액체 냉각 방식
액체 헬륨이나 액체 질소 등의 극저온 액체를 이용하는 방식 [장점]
초전도 시스템에 열적 교란에 의한 발열이 있을 경우 초전도체 표면에서 저온 액체의 비등(boiling)을 동반한 열전달이 이루어지므로, 단위 면적당 열전달이 매우 크고, 일정한 압력 하에서는 액체의 포화 온도로 일정하게 유지할 수 있어 열적인 안정성이 우수함 [단점]
저온 액체의 저장이나 이송에 따른 열손실이 존재하고, 저온 액체 용기에 대한 열부하로 인해 냉각 시스템 효율이 떨어지며, 시스템의 소형, 경량화가 어려움
전도 냉각 방식
냉동기 저온부에 냉각 대상을 직간접적으로 접촉시켜 냉각하는 방식 [장점] 어느 곳에서나 전원만 연결하면 초전도 시스템을 운전할 수 있고, 저온 액체나 고압가스 등에 대한 전문 인력이 필요 없으며, 또한 액체의 저장이나 순환에 따른 열손실을 줄일 수 있고, 시스템의 소형, 경량화가 가능하며, 설치 위치나 각도에 있어서도 유연한 구성을 할 수 있음 [단점] 액체 냉각방식의 경우 냉각되는 초전도체의 온도는 기본적으로 액체의 포화 온도로 일정하지만, 전도 냉각의 경우 극저온 냉동기의 냉동 특성과 초전도 도체의 발열 특성에 의해 온도가 크게 변할 수 있어 열적 안정성이 떨어짐/
기술의 구성
극저온 발생 기술
극저온 냉동기 기술, 저온 유체 제조기술.
극저온 유지 기술
고진공 기술, 단열기술, 저온용기 설계 및 제작기술.
극저온 전달 기술
극저온 열교환기 기술, 극저온 펌프 및 배관 기술.
개발 동향 및 수준