In the response to the demand for electrical energy, much effort aimed to develop and commercialize high temperature superconducting (HTS) power equipments has been made around the world. In Korea, companies and universities are developing a power distribution and transmission class HTS transformer that is one of the 21st century superconducting frontier projects. The composite winding of transmission class HTS transformer is concentrically arranged H1-L-H2 from center. H1 is continuous disk type, L is layer type and H3 is continuous disk type. For the development of transmission HTS transformer with composite winding, the cryogenic insulation technology should be established. We have been analyzed insulation composition and investigated electrical characteristics such as breakdown of $LN_2$, barrier, kapton films, surface flashover on FRP in $LN_2$. We are going to compare with measured each value and apply the value to most suitable insulating design of the HTS transformer.
Partial discharge measurements in cryogenic dielectric materials of HTS transformer are very important because partial discharge was regarded as primary source for ageing and breakdown of cryogenic materials. But, partial discharge measurement techniques and its effects in low temperature high voltage environments were not suggested and there exist only a few reports on this research fields. Therefore, in order to implement reliable HTS transformers, partial discharge diagnosis techniques for cryogenic materials of HTS transformers were investigated using partial discharge (PD) pattern analysis methods. In this works, four different types of artificial defects including turn to turn insulation, free moving particle, void and protrusion, have been fabricated since it was commonly regarded that they might cause the sudden service failures of the power apparatus. For this purpose, these defects are installed into the dielectric materials in liquid nitrogen and experimental investigations have been carried out for the diagnosis of HTS transformer. And various PD patterns caused by the amount of quench of superconductors were analyzed. Throughout this works, the different PD patterns in cryogenic dielectric materials in liquid nitrogen, and PD measuring technique could be the fundamental steps to establish diagnosis technologies of HTS transformer for power applications.
The cryogenic vessel, storing a liquified solutions as LOX and $LN_2$, consists of a external vessel, internal vessel, thermal insulator and internal support. The internal support should be satisfied with mechanical strength not only to support weight of internal tank but also to maintain uniform space between external and internal tank in spite of external mechanical shock. However, excessive structure design of internal supports is able to increase the amount of heat conduction and the rate of vaporization. The thermal insulator, filled with space between a external and internal vessel, reduces the rate of heat transfer and guarantees the standing time of cryogenic vessel. Especially powder type of insulator has low thermal conductivity and reduce the specification of structure design. In order to evaluate the effect of insulator on structure design, the experiment set-up simulated cryogenic vessel was tested in shock environment according to thermal insulator. As a result, the behavior of internal support under external shock was understood and the design criteria was able to be suggested.
Byeongchang Byeon;Kyoung Joong Kim;Sangkwon Jeong;Dong min Kim;Mo Se Kim;Gi Dock Kim;Jung Hun Kim;Sang Yoon Lee;Seong Woo Lee;Keun Tae Lee
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제26권1호
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pp.20-24
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2024
Over the past four years, as the COVID-19 pandemic has struck the world, cold chain of COVID-19 vaccination has become a hot topic. In order to overcome the pandemic situation, it is necessary to establish a cold chain that maintains a low-temperature environment below approximately 203K (-70℃), which is the appropriate storage temperature for vaccines, from vaccine suppliers to local hospitals. Usually, cryocoolers are used to maintain low temperatures, but it is difficult for small-scale local distribution to have cryocooler due to budget and power supply issues. Accordingly, in this paper, a cryogenic TSU (Thermal storage unit) system for vaccination cold chain is designed that can maintain low temperatures below -70℃C for a long time without using a cryocooler. The performance of the TSU system according to the energy storage material for using as TSU is experimentally evaluated. In the experiments, four types of cold storage materials were used: 20% DMSO aqueous solution, 30% DMSO aqueous solution, paraffin wax, and tofu. Prior to the experiment, the specific heat of the cold storage materials at low temperature were measured. Through this, the thermal diffusivity of the materials was calculated, and paraffin wax had the lowest value. As a result of the TSU system's low-temperature maintenance test, paraffin wax showed the best low-temperature maintenance performance. And it recorded a low-temperature maintenance time that was about 24% longer than other materials. As a result of analyzing the temperature trend by location within the TSU system, it was observed that heat intrusion from the outside was not well transmitted to the low temperature area due to the low thermal conductivity of paraffin wax. Therefore, in the TSU system for vaccine storage, it was experimentally verified that the lower the thermal diffusivity of the cold storage material, the better low temperature maintenance performance.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제41권4호
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pp.345-352
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2017
본 연구에서는 액화천연가스(Liquefied natural gas, LNG) 운반선 화물창 손상으로 인한 극저온 LNG 누출 및 하중 작용 시 화물창의 초저온 보냉재를 구성하고 있는 고분자 폼(Polymer foam) 소재의 성능을 관찰하고자 하였다. LNG와 맞닿아 있는 LNG 운반선 1차 방벽은 유체 충격하중이나 오랜 시간 동안의 LNG 적재/하역으로 인해 손상이 누적 되면 누출로 이어지게 된다. 극저온 유체의 누출은 다공성 밀폐 셀 구조인 고분자 폼 내부에 영향을 끼쳐 작용 하중에 대한 거동변화를 야기한다. 본 연구에서는 단열재(Insulation)로 사용되는 고분자 소재인 폴리이소시아누레이트 폼(Polyisocyanurate foam, PIF) 시험편의 기계적 성능에 대한 평가를 수행하였다. 시험편에 극저온 액체를 함침시켜 압축실험을 진행함으로써 저온 취성(Cold brittleness)으로 인한 성능 변화와 함께 극저온 유체의 함침 영향에 대해 정량적으로 비교분석 하였다.
Glass-reinforced polyurethane foam (R-PUF) is widely used as the primary and secondary insulation of Mark-III type liquefied natural gas (LNG) cargo system. And, polyurethane foam (PUF) and polyisocyanurate foam (PIR) are often used for insulation of onshore structures or LNG storage and pipeline system. These polymeric foam materials are known for the characteristics that mechanical properties are dependent on strain rate and temperature. In this study, compression tests for R-PUF, PIR, and PUF were carried out for the estimation of mechanical behaviors under the cryogenic environment. The range of thermal condition was from room temperature to 110K and strain rates were $10^{-3}s^{-1}$ and $10^{-4}s^{-1}$. The test results were analyzed based on the conditions of strain-rate and temperature.
DAPAS (Development of Advanced Power system by Applied Superconductivity technologies) program that the, superconductivity national program has been started one of the 21C frontier programs from 2001 in Korea. The 3rd phase of DAPAS program was started at April 2007, and the ultimate goal of HTS cable project is to develop 154kV, 1GVA class HTS cable. The structure of 154kV, 1GVA HTS cable is single core with cold dielectric insulation. The cable core consists of the former, conduction layer, electrical insulation layer, shielding layer. The cable cryostat consists of two corrugated seamless aluminum tubes as its high sealing reliability, the tubes separated through a spacer arrangement. Outdoor termination was developed by LS cable and cryogenic system by CVE for 154kV, 1GVA class HTS cable. The 154kV, 1GVA HTS cable will be installed and be tested in KEPCO Gochang Testing Center from June 2010.
For the operation of high temperature superconducting (HTS) power equipments, it is necessary to develop insulating materials and high voltage (HV) insulation technology at cryogenic temperature of bushing. In this paper, the surface flashover characteristics of various insulating materials in $LN_2$ are studied. These results are studied at both AC and impulse voltage under a non-uniform field. The negative impulse breakdown voltage of GFRP is slightly higher than the positive impulse breakdown voltage. The use of glass fiber reinforced plastic (GFRP) and polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) as insulation body for HTS bushing should be much desirable. Especially, GFRP is excellent material not only surface flashover characteristics but also mechanical characteristics at cryogenic temperature. The surface flashover is most serious problem for the shed design in $LN_2$ and operation of superconducting equipment.
기존의 단열 시스템, 지하동굴 건설기술과 새로운 동결링 방벽기술을 결합하여 암반동굴식 지하 LNG 저장시스템이 개발되었다. 이 저장시스템의 기술적 적합성은 파일럿 동굴 실증시설의 건설과 운영을 통해 검증된 바 있으며, 조만간 실규모 프로젝트가 시작될 예정이다. LNG 저장시스템에서 중요한 사항 중의 하나는 극저온 열전달을 통해 장기간의 운영 기간동안 열손실을 최소화하는 것이다. 이 논문은 지하 LNG 저장 시스템의 설계를 위한 몇 가지 중요한 열전달 해석 결과를 제시하며, 기화율, 단열재 두께와 같은 설계 변수를 결정하기 위해 일련의 실규모 동굴에 대한 열전달 및 열-수리 해석을 실시하였다. 열-수리 연계해석결과 LNG 저장시설의 기화율은 초기 단계에서 0.04 %/day로 떨어져 유지되는 것으로 나타났다. 이 값은 암반내 존재하는 불연속면을 고려할 때 더욱 낮아질 수 있을 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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