JP6600730B2 - 多接点の温度センサーを用いた広帯域溶融金属液位測定装置および熱システム - Google Patents

多接点の温度センサーを用いた広帯域溶融金属液位測定装置および熱システム Download PDF

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Description

本発明は、多接点温度センサーを用いた広帯域溶融金属液位測定装置及びこれを含む熱システムに関するものである。
溶融金属液位の測定には、主に非連続式接点方式（Discontinuous、Electrode）の最も基礎的な方法と誘導電流を活用する連続式（Continuous、Inductive）方法、そしてレーダー（Radar）方式などを使用してきている。しかし、伝統的な液位の測定方式である非連続式接点方式の場合は、連続的な液位の測定が不可能であり、その数を無限に増やさない限り、微小液位変動を測定することができず、レーダー（Radar）方式の場合には、一部の溶融ナトリウムを冷却材として使用する高速増殖炉で使用された例があるが、まだ溶融金属液位測定に対する適用事例が不足している状態である。
誘導電流を活用する連続式の液位計もまた高温の作動流体に対して、その温度変動による物性値の変動が頻繁な場合には、隣接したポイントに存在する作動流体である溶融金属の温度を直接測定して測定した液位情報に対する温度補償を行なわなければならない煩わしさが伴う。特に、高温環境での液位計構造自体の熱膨張のような基準点変更環境が造成されている場合には、測定された溶融金属液位情報の信頼性確保および誤差分析過程で不確実性が増加する余地が多くある。
このような温度変動による運用特性および高温の動作環境は、広帯域（Long-range）液位計、すなわち計測器の長さが長くなる場合には、不確実性が計測値の信頼性にますます深刻な影響を与え得る。特に、従来技術での温度補償概念は、測定された溶融金属の温度の不確実性、すなわち軸方向に溶融金属の液位が変化する過程で温度を測定する位置が、実際に溶融金属の液位が測定される位置と一致していない場合が多く、また、溶融金属の直接接触および非接触の状態によってコイルを包んでいるチューブなどに対する電気伝導度などの物性に差が発生し得るため、可能な限り液位の変化に伴う詳細な温度情報が温度補償に反映されなければならないが、現実的にこれを満足できない場合が多かった。
一方、液体のレベルを測定する装置に関連する従来技術として、特許文献１（以下、「先行技術」と略称する）では、近位部、中央部および末端部を含むセンサーを介して液体のレベルを測定する装置及びこれを含むシステムが開示された。ただし、先行技術は、液位情報の正確性を向上させるために、温度情報の測定および測定されたデータの統合によって温度補償を実行する構成要素が確認されなかった。
韓国公開特許第１０−２００７−００９２９６７号公報
本発明の目的は、多接点で温度測定が可能な液位測定装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、広帯域で溶融金属の液位測定および自由液面の追跡が可能な液位測定装置を提供することにある。
また、本発明の前述した液位測定装置を含む熱システムを提供することにある。
本発明の実施例による溶融金属液位測定装置は、温度補償を用いた連続式溶融金属液位測定装置において、円筒形状のボビン（bobbin）、前記ボビンの外面を螺旋状に環繞する液位計測部、内部に前記ボビンと前記液位計測部が位置し、前記ボビンと前記液位計測部を外部から密閉させ、前記ボビンと同じ軸方向を有する円筒形状の内側シリンダー、内部に前記内側シリンダーが位置し、前記ボビンと同じ軸方向を有し、一端が開放された円筒形状の保護管、前記内側シリンダーの外側と前記保護管の内側によって形成される空間に前記軸方向に伸長して配置された複数の熱電対、および前記液位計測部を制御して前記溶融金属の液位を測定し、前記複数の熱電対によって測定されたそれぞれの温度に基づいて、前記液位計測部を介して測定された前記溶融金属の液位の補正値を出力する制御部を含む。
本発明の実施例による溶融金属液位測定装置は、前記内側シリンダーと前記保護管を接続するための連結部をさらに含むことができる。
また、前記保護管は、複数の通孔を形成することができる。
また、前記複数の通孔は、直径を４ｍｍ以上とすることができる。
また、前記保護管は、前記保護管の一端から既設定された第１距離内の外周面に前記複数の通孔を形成することができる。
本発明の実施例による溶融金属液位測定装置は、前記保護管の一端から前記既設定された第１距離よりも大きい既設定された第２距離に、前記保護管内部の領域を第１領域及び第２領域に分離するように形成されたフランジ部をさらに含むことができる。
また、前記第１領域は、前記保護管の一端から前記既設定された第２距離内の前記保護管の内部であり、前記フランジ部は、前記第２領域を前記第１領域から密閉するように形成することができる。
また、前記既設定された第２距離は前記内側シリンダーの長さよりも長くすることができる。
また、前記ボビンはGrade 91系金属材料であり得る。
また、前記液位計測部は、前記制御部から交流電流が印加される第１コイル、および前記交流電流に基づいて誘導電流を発生する第２コイルを含むことができる。
また、前記第１及び第２コイルは、それぞれが単一のコイルで形成され、前記ボビンの軸方向に交互して並んで環繞することができる。
また、前記内側シリンダーは、電流および電磁場の透過が容易な材質で構成することができる。
また、前記熱電対は、異なる長さに伸長された複数の熱電対を配置することができる。
また、前記熱電対は、前記フランジ部と接続された固定端と、前記フランジ部から伸長される測定端を含むことができる。
前記測定端は、前記フランジ部から伸長される長さを調節することができる。
また、前記熱電対は、前記測定端が外部から遮断された密閉型の熱電対であり得る。
また、前記連結部は、前記複数の熱電対の間に形成することができる。
また、前記制御部は、前記複数の熱電対のうちの少なくとも一つで測定された前記溶融金属の温度情報に基づいて前記溶融金属の補正された液位を算出することができる。
また、前記制御部は、前記複数の熱電対で測定された前記溶融金属の温度情報を連続的に収集し、前記溶融金属の補正された液位を算出することができる。
また、前記フランジ部は、複数の貫通孔を形成することができる。
本発明の実施例による熱システムは、溶融金属液位測定装置を挿入して作動流体の液位を測定する。
本発明の実施例による溶融金属液位測定装置は、軸方向に伸長された円筒形状のボビンの周辺に異なる長さに配置された複数の熱電対を介して軸方向に多接点の温度測定が可能であるので、複雑な実験装置および多様な産業用タンク形態に応用可能な利点がある。
また、本発明の実施例による溶融金属液位測定装置は、作動流体の軸方向の温度を直接に測定したデータに基づいて、誘導型液位計測器で獲得した液位を温度補償を介して直接に適用することにより、信頼性が向上した液位データを取得することができる利点がある。
また、本発明の実施例による溶融金属液位測定装置は、貫通部が最小化したフランジ部を含みシリンダー内部の空間に対する隔離特性の確保が可能であり、計測装置の運用が容易であるという利点がある。
また、本発明の実施例による熱システムは、溶融金属液位測定装置を含む二重構造を有することにより、信頼性および性能に影響を与え得る熱システムの主作動流体の微細な漏れを早期に把握できる利点がある。
本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置の斜視図である。 本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置の断面図である。 本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置の高さ別の平面図を確認するための基準を示す。 図３のＡ−Ａ’を基準にした平面図を示す。 図３のＢ−Ｂ’を基準にした平面図を示す。 図３のＣ−Ｃ’を基準にした平面図を示す。 図３のＤ−Ｄ’を基準にした平面図を示す。 本発明の実施例に係る測定端の長さ変化を示す。 本発明の実施例に係る熱システムである。 本発明の実施例に係る熱システム上部の平面図である。
以下、添付の図に記載された内容を参照して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、例示的な実施例によって制限されたり限定されるものではない。各図に提示した同一の参照符号は、実質的に同じ機能を実行する部材を示す。
本発明の目的及び効果は、下記の説明によって自然に理解されるより明確になり得、下記の記載のみで、本発明の目的および効果が制限されるものではない。また、本発明を説明するにおいて、本発明に関連する公知技術に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断される場合には、その詳細な説明を省略することにする。
本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置１０は、ヘリカル形態で環繞する一対のコイルを介して連続的な液位の測定が可能であり、多接点で測定する温度情報に基づいて、溶融金属の液位の信頼性を向上させることができる。一方、本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置１０は、リチウム、カリウム、ナトリウムカリウム溶融合金、鉛ビスマス合金、鉛等の溶融金属の液位を測定することができ、これに限定されない。
図１は、本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置１０の斜視図である。図２は、本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置１０の断面図である。図１及び２を参照すると、溶融金属液位測定装置１０は、ボビン１１、液位計測部１２、内側シリンダー１３、保護管１４、熱電対１５、制御部１６、連結部１７およびフランジ部１８を含むことができる。
ボビン１１は、円筒形状で提供することができる。
一般的に、ボビンは電気回路のコイル線を巻く中空の円筒で、陶磁器またはベークライト製で抵抗器やコイル製作などに使用される。このように、本実施例に係るボビン１１は、円筒形状で提供して液位計測部１２を容易に巻くことができる支持台の役割をすることができる。ボビン１１の直径によって内側シリンダー１３および保護管１４の直径が決定し得る。
ボビン１１は、Grade91系金属材料であり得る。
本実施例では、ボビン１１は、高温の溶融金属に露出した環境で使用することができ、材質によって温度による体積の変化が発生し得る。これは、測定された液位の信頼度を低下させ得る。したがって、ボビン１１の材質を限定することにより、体積変化を予防して信頼度を向上させることができる。ボビン１１は、熱膨張率が少ない材質を用いることができる。ボビン１１はGrade 91（Modified 9Cr-1Mo）系列の金属を使用して長さ方向の膨張および収縮を最小限に抑えることができる。ボビン１１の体積変化が最小限に抑えられることによって溶融金属液位測定装置１０の精度が向上し得る。一方、多数の熱電対１５を備え、測定された温度情報に基づいてボビン１１が変化した体積変化を補正することができる。
液位計測部１２は、ボビン１１の外面を螺旋状に環繞することができる。
本実施例では、液位計測部１２は、ボビン１１の外面をフランジ部１８の下部から軸方向に沿って巻き下ることができる。液位計測部１２は、連続的な液位の測定のためにボビンの側面を螺旋のような形態で連続的に取り囲むことができる。特に、液位計測部１２は、すき間が形成されない螺旋形態に配置され、ボビン１１の軸方向のすべての液位を測定できることが分かる。ただし、液位計測部１２は、溶融金属との直接接触を防止するために内側シリンダー１３と隔離することが好ましい。
一方、液位計測部１２は、電流測定部と制御部１６に接続するための回線で区分することができ、これはフランジ部１８を基準に区分することができる。液位計測部１２は、測定に適合するように酸化マグネシウム（MgO）のような鉱物絶縁材で被覆されたＭＩケーブルを用いて、高温環境での使用を容易にするように構成することができる。また、回線は、無機材料を用いて高温の環境に容易に使用できるように構成することができる。特に、フランジ部１８を起点に、電流測定部と回線はケーブルバンチ（bunch）などを適切に配置することができ、フランジ部１８は、連結部を除いて密封した状態で提供することができる。
液位計測部１２は、第１コイル１２１及び第２コイル１２３を含むことができる。第１コイル１２１及び第２コイル１２３は、それぞれが単一のコイルで形成され、ボビン１１の軸方向に交互に並んで環繞することができる。
本実施例では、第１コイル１２１及び第２コイル１２３は、それぞれ単一の閉回路を形成するコイルであり得る。第１コイル１２１と第２コイル１２３は、一対のコイルで液位計測部１２を構成し、並んで螺旋形を形成することができる。第１コイル１２１が形成されるピッチの中の第１コイルが配置されない空間には、第２コイル１２３が螺旋を形成してボビン１１が側面に露出することを防止することができる。また、第１コイル１２１及び第２コイル１２３が形成されるピッチは、最大限細かく設定して、液位測定の精度を向上させることができる。第１コイル１２１及び第２コイル１２３は、ボビン１１の円周方向には、重畳するように形成されず、これにより、ボビン１１の直径と、各コイルの直径によって内側シリンダー１３の直径を決定することができる。ただし、本発明の実施例に係る溶融金属液位測定装置１０は、小型化して提供することが好ましい形態であると予測されるので、各コイルの直径は１インチ以内の範囲で形成することができる。一方、第１コイル１２１及び第２コイル１２３は、フランジ部１８から螺旋を形成し、フランジ部１８を貫通するリード線と結線して制御部１６と接続することができる。液位計測部１２を構成する各コイルは、制御部１６と接続して閉回路を形成することができる。各コイルは、誘導電流方式を活用する従来の計測装置の構成と同一またはこれを活用した他の形態で提供することができる。
第１コイル１２１は、制御部１６から交流電流を印加することができる。
本実施例では、第１コイル１２１は、制御部１６と接続して電流を印加することができる。第１コイル１２１に印加された電流は、溶融金属および第２コイル１２３に誘導電流を発生させることができる。このように、第１コイル１２１には交流電流を印加して溶融金属と第２コイル１２３に誘導電流を発生させなければならず、以後、溶融金属に流れる誘導電流の影響によって、第２コイル１２３の変換された出力を介して溶融金属の液位を決定することができる。
第２コイル１２３は、第１コイル１２１に印加された交流電流に基づいて誘導電流を発生することができる。
本実施例では、第２コイル１２３は、第１コイル１２１に印加された交流電流およびそれによって誘導された溶融金属の誘導電流によって異なる出力の誘導電流を発生することができる。第２コイル１２３に発生した誘導電流は制御部１６に伝達され、液位を決定するデータとして用いることができる。
内側シリンダー１３には、内部にボビン１１と液位計測部１２が位置し、ボビン１１と液位計測部１２を外部から密閉させ、ボビン１１と同じ軸方向を有する円筒形状であり得る。
本実施例では、内側シリンダー１３は、溶融金属からボビン１１と液位計測部１２を隔離するために備えることができる。内側シリンダー１３は、ボビン１１と液位計測部１２の直径によって、直径が決定され得る。詳細には、内側シリンダー１３の直径は、ボビン１１の直径と液位計測部コイルの直径の２倍を加えた数値を収容できる大きさで決定することができる。内側シリンダー１３は、ボビン１１と同じ軸方向を有し、フランジ部１８で一端が密閉され、他端は、それ自体密閉された円筒形状で提供することができる。また、内側シリンダー１３は、完全な密閉状態を提供するために、高品質の継手類を用いて構成が仕上がった状態で提供することができる。
内側シリンダー１３は、電流および電磁場の透過が容易な材質で構成することができる。
本実施例では、内側シリンダー１３は、溶融金属と液位計測部１２の直接的な接触を防止するために形成するが、溶融金属の液位を測定するために、第１コイル１２１に印加された交流電流を溶融金属に伝達することができる材質で備えなければならないことに注目する。また、内側シリンダー１３は、高温の溶融金属と直接接触が発生することから、高温での体積変化が少なく、耐熱性に優れた材質で提供することができる。
保護管１４は、内部に内側シリンダー１３を配置し、ボビン１１と同じ軸方向を有し、一端が開放された円筒形状であり得る。
本実施例では、保護管１４は、内側シリンダー１３を内側に配置することができ、内側シリンダー１３の外面と一定の距離以上離隔して同じ軸方向を有する円筒形状で提供することができる。保護管１４は、離隔した空間に複数個の熱電対１５が配置され、これにより、溶融金属の温度を測定する空間を提供することができる。また、保護管１４は、下端が開放された構造で提供されて溶融金属の流入および排出を容易に行うことができる。保護管１４は、溶融金属と直接接触が発生することにより、溶融金属との両立性に優れた金属材料を提供することができ、耐熱性に優れた材質で提供することができる。
保護管１４には、複数の通孔１４１を形成することができる。
本実施例では、通孔１４１は、保護管１４の側面に複数個形成することができる。通孔１４１は、溶融金属が流通するように設けることができ、これを通じて、熱電対１５と溶融金属が直接に接触することができる。つまり、通孔１４１は、熱電対１５の温度測定効率を向上させ、保護管１４の内側空間の健全性を向上させるために構成することができる。
通孔１４１は、直径が４ｍｍ以上であり得る。
本実施例では、通孔１４１は、保護管１４内外で流通する作動流体の容易な移動のために形成することができる。通孔１４１は、溶融と固化が繰り返される作動流体が通孔１４１を遮断しないよう、複数形成して十分な大きさで提供して流通の健全性を維持することができる。通孔１４１は、直径が５ｍｍ以上である円形に形成することができる。また、通孔１４１は、短軸の長さが５ｍｍ以上である楕円形に形成することができる。通孔１４１は、連結部１７の形成に制限されない範囲で、その大きさを決定することができる。また、通孔１４１は、保護管１４の構造および機械的特性上、保護管１４本来の機能を実行するのに支障のない範囲で、その大きさを決定することができる。
保護管１４は、一端から既設定された第１距離内の外周面に複数の通孔１４１を形成することができる。
本実施例では、保護管１４は、外周面の一部分に通孔１４１を形成することができる。保護管１４の一端は、溶融金属の液位測定装置１０の下端と理解することができ、一端から既設定された第１距離内の外周面に複数の通孔１４１を形成することができる。第１距離は、後述する第２距離と区別するために定義される。第１距離は保護管の一端から任意に設定した距離を意味し、第１距離は第２距離より短く形成することができる。
第２距離は、保護管１４の一端から保護管１４の他端までの長さで定義することができる。第２距離は、内側シリンダー１３の長さよりも長いことがあり得る。つまり、保護管１４は、内側シリンダー１３およびボビン１１よりも長く形成することができる。
熱電対１５は、内側シリンダー１３の外側と保護管１４の内側に形成される空間にボビン１１の軸方向に伸長して複数個配置することができる。
本実施例では、熱電対１５は、溶融金属の温度を測定するために備えることができる。熱電対１５は複数個設けて、溶融金属の温度を多接点で測定することができる。このように、多接点の熱電対１５で測定した温度情報は、制御部１６に伝達され、液位に対する温度補償を行なうことができる。熱電対１５は、内側シリンダー１３と保護管１４の間の空間に内側シリンダー１３の軸方向と同様に伸長して配置することができ、配置形態は限定されない。熱電対１５は、材質、直径、長さなどが制限されず、相互に接触せずに離隔するように配置することができる。熱電対１５は、溶融金属と直接接触を通じて温度測定が行われるので、溶融金属との両立性が良い金属材質で表面処理して提供することができる。
図３は、本発明の実施例による溶融金属液位測定装置１０の高さ別の平面図を確認するための基準を示す。図４〜７は、図３の基準高さ別の各々の平面図を示す。
熱電対１５は、異なる長さに伸長して複数個配置することができる。
本実施例では、熱電対１５は様々な液位に応じて温度を測定することができるように異なる長さに伸長して提供することができる。特に、熱電対１５の長さの調節は、熱電対１５の位置によって、配置された温度センサーを基準に変更することができる。つまり、熱電対１５は、フランジ部１８を基準に軸方向に上下移動して、長さを調節することができる。また、熱電対１５は、一端に温度センサーをさらに付着して伸長する結合型で提供することができる。これは、溶融金属の温度による温度補償の精度を向上させるためであり、備えた熱電対１５の数が増加したり、伸長する長さが向上することによって液位の信頼性が向上し得る。
例えば、１２個の熱電対が内側シリンダー１３と保護管１４の間の空間に円周方向に配置されている場合には、各熱電対間の離隔した角度は３０°で提供することができる。このように、熱電対は、等間隔に配置することができるが、設計上の変形や使用者の必要性によって不規則に配置することができる。
図３を詳細に説明すると、溶融金属液位測定装置１０の軸方向を基準にして、Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’の４つの基準面を設定した。図４は、Ａ−Ａ’を基準にした平面図を示す。Ａ−Ａ’断面は、フランジ部１８の上部を示すため、ボビン１１および内側シリンダー１３が確認されないことを知ることができる。また、液位計測部１２は、螺旋形に配置されずに、これに接続する各リード線が確認できることを知ることができる。同様に、熱電対１５は、配置されなかったが、それぞれの熱電対と制御部１６を接続するリード線が配置されたことを知ることができる。
図５は、Ｂ−Ｂ’を基準とした平面図を示す。Ｂ−Ｂ’断面はフランジ部１８の下部を示すため、ボビン１１および内側シリンダー１３が形成され、ボビン１１を囲む形態の液位計測部１２を確認することができる。また、内側シリンダー１３と保護管１４の間を接続する連結部１７および複数の熱電対１５が配置されたことを知ることができる。ただし、Ｂ−Ｂ’面の保護管の外周面は、通孔１４１が形成されておらず、これは、その外周面が、前述した第１距離よりも下端から遠く離れているためであることが分かる。Ｂ−Ｂ’面で一部の熱電対１５は確認され、一部の熱電対１５は確認されないことがある。それぞれの連結部１７は、熱電対１５の間に配置されて熱電対１５を空間的に分離することができる。連結部１７が形成される空間の数は、配置された熱電対１５の数よりも少ないか同じであり得る。
図６は、Ｃ−Ｃ’を基準とした平面図を示す。Ｃ−Ｃ’断面もＢ−Ｂ’断面と同様にフランジ部１８の下部を示すため、ボビン１１および内側シリンダー１３が形成され、ボビン１１を囲む形態の液位計測部１２を確認することができる。また、内側シリンダー１３と保護管１４の間を接続する連結部１７および複数の熱電対１５が配置されたことを知ることができる。ただし、Ｂ−Ｂ’面とは異なりＣ−Ｃ’面は通孔１４１が形成されたことを確認できる。また、Ｃ−Ｃ’面はＢ−Ｂ’面に比べて熱電対１５の数が減り、それは保護管１４の下端に移動するにつれて、伸長した熱電対１５の数が減少することを意味し得る。
図７は、Ｄ−Ｄ’を基準とした平面図を示す。Ｄ−Ｄ’断面も他のフランジ部１８の下部の断面と同様にボビン１１および内側シリンダー１３が形成され、ボビン１１を囲む形態の液位計測部１２を確認することができる。また、内側シリンダー１３と保護管１４の間を接続する連結部１７および熱電対１５が配置されたことを知ることができる。ただし、Ｄ−Ｄ’面は保護管１４の最下端面に該当する長さまで伸長した熱電対１５は、極めて一部であり得、図７では、１つの熱電対１５が配置されたことを確認できる。一方、図７には、通孔１４１が示されていないが、これは設計上の違いによって変更することができる。
図８は、本発明の実施例に係る測定端１５３の長さ変化を示す。図４を参照すると、熱電対１５は、固定端１５１および測定端１５３を含むことができる。
固定端１５１は、フランジ部１８と接続することができる。固定端１５１は、溶融金属との両立性が良い金属材質でフランジ部１８に固定して多接点熱電対１５と液位計測部１２がフランジ部１８を介して一体型に構成することができる。
測定端１５３は、フランジ部１８から伸長し得る。測定端１５３は、フランジ部１８から伸長する長さを調節することができる。
本実施例では、測定端１５３は固定端１５１を除いた部分と定義することができる。測定端１５３は、溶融金属の温度を測定することができる。測定端１５３の長さを異なるように伸長することによって、多数の熱電対１５が、異なる液位に位置する溶融金属の温度を測定することができ、測定したデータは、制御部１６で総合して温度補償の基礎データとして用いることができる。図８を参照すると、測定端１５３は、ＡからＦの形態に変形することができる。一例として、６つの熱電対１５を内側シリンダー１３と保護管１４の間に形成された空間に円周方向に配置する場合は、それぞれの離隔した角度は６０°に同一にすることができ、Ａ〜Ｆのいずれかの長さに伸長した異なる６つの熱電対を提供することができる。
熱電対１５は、測定端１５３が外部から遮断された密閉型の熱電対であり得る。
一般的に、熱電対は、ゼーベック効果を用いて、広い範囲の温度を測定するために二種類の金属で作られた装置である。特に、耐久性が良く、極限条件で多く使用される。この中で、溶融金属に適用される熱電対は、マイナス２００℃〜プラス１２５０℃で使用可能であり、多様な特性のために信頼性の高いＫ型熱電対が、主に多用される。熱電対は、接点の形態によって先端露出型、接地型、非接地型に分けることができる。本実施例に係る熱電対１５は、高温の溶融金属と直接接触が予想されるので、測定のための先端が露出する先端露出型を除く密閉型熱電対１５で提供することができる。
再び図１及び２を参照すると、制御部１６は、液位計測部１２を制御して溶融金属の液位を測定し、複数の熱電対１５によって測定された各温度に基づいて液位計測部１２を介して測定された溶融金属の液位の補正された値を出力することができる。
本実施例で、制御部１６は、相違して伸長した複数の熱電対１５からそれぞれの温度情報の伝達を受けることができる。特に、制御部１６の温度補償モジュール１６３は、温度データを総合して、総合したデータを液位算出モジュール１６１に伝達することができる。
一例として、制御部１６は、複数の熱電対１５のうちの少なくとも一つで測定された溶融金属の温度情報に基づいて溶融金属の補正した液位を算出することができる。この例では、溶融金属の自由液面と最も近い熱電対１５で測定された温度を総合して溶融金属の補正した液位を算出することができる。
他の例として、制御部１６は、複数の熱電対１５で測定された溶融金属の温度情報を連続的に収集し、溶融金属の補正した液位を算出することができる。この例では、溶融金属の自由表面の下端に位置するすべての熱電対１５で測定された温度を総合することができ、これにより溶融金属の補正した液位を算出することができる。
再び図１及び図５を参照すると、連結部１７は、内側シリンダー１３と保護管１４を接続することができる。また、連結部１７は、複数の熱電対１５の間に形成することができる。
本実施例では、連結部１７は、内側シリンダー１３と保護管１４を接続するように板状に形成することができる。連結部１７は、熱電対１５が配置されない領域に形成され、複数の熱電対１５を空間的に離隔させることができる。連結部１７は、フランジ部１８よりも下部にある領域に形成することができる。連結部１７は、内側シリンダー１３と保護管１４の間に形成された空間の健全性のために、保護管１４の下端を基準に軸方向に形成する高さを制限することができる。連結部１７は、複数で形成することができる。
フランジ部１８は、保護管１４の一端から既設定された第１距離よりも大きい既設定された第２距離に位置して、保護管１４の内部の領域を第１領域及び第２領域に分離することができる。
本実施例では、フランジ部１８は、保護管１４の一端から第１距離よりも大きく離隔することがあり、これを第２距離と定義する。第２距離に位置するフランジ部１８を基準に下部領域を第１領域、上部領域を第２領域として定義することができる。第１領域は、液位計測部１２および熱電対１５を介して溶融金属の液位と温度を測定する領域を意味する。第２領域は、フランジ部１８の上部を意味し、制御部１６と液位計測部１２および熱電対１５を接続するリード線、回線などが配置される領域を意味する。第１領域と第２領域は、フランジ部１８を介して空間的に分離することができる。第２領域は、リード線、回線などが接続した端子を配置することができ、空き空間は、酸化マグネシウムのような鉱物絶縁材などを用いて充たした後、密封することができる。
フランジ部１８は、複数の貫通孔１８１を形成することができる。
本実施例では、貫通孔１８１は、第１領域の液位計測部１２および熱電対１５と第２領域のリード線および回路などを接続するために形成することができる。これは、制御部１６を介して溶融金属液位測定装置１０の作動のために不可欠に求められ、設計上の変更事項によって、単一な形態の貫通孔１８１または複数の貫通孔１８１を形成することができる。ただし、第１領域と第２領域の空間的隔離効率を高めるために、制御部１６との接続のために形成される貫通孔１８１を除いた追加の貫通孔１８１の形成は、止揚することが好ましい。
図９は、本発明の実施例に係る熱システム１である。このように、溶融金属液位測定装置１０は、溶融金属を作動流体として使用する溶融金属冷却原始炉、化学プラントおよび産業用取扱施設で作動流体の自由液面を含む密閉空間の溶融金属の液位および温度を精密に測定するための計測器に含まれ得る。また、溶融金属液位測定装置１０は、密閉されたタンクおよび実験容器の内部に挿入して漏れ検知器の一種としても用いることができる。このように、本発明の溶融金属液位測定装置１０を含む上位概念を本明細書では、熱システム１と定義し、前述した例に限定されず、溶融金属の液位を測定するためのすべてのシステムに適用することができる。これと関連した事項は、図１０を用いて詳述する。
図１０は、本発明の実施例による熱システム１の上部の平面図である。図１０を参照すると、非常に複雑な熱システム１の構造に対しても本発明のフランジ部１８の上部には、最小限の貫通孔１８１が形成され、制御部１６と熱電対１５および液位計測部１２を接続することができる。これにより、熱システム１と溶融金属液位測定装置１０は、隔離特性の確保が可能であり、温度計測および広帯域連続式液位の測定を容易に確認することができる。これは、溶融金属液位測定装置１０から測定される情報の信頼性を向上させる要因として理解することができる。
また、溶融金属液位測定装置１０は、熱システム１を構成するタンクおよび実験容器などの内部の圧力上昇などの要因により、内部の作動流体が外部に漏洩することをフランジ部１８を介して遮断することができる。この場合、作動流体の自由液面の高さの変化を事前に検出して、二重配管（Double wall pipe）または二重壁容器（Double wall vessel）のような構造で漏れ検知器として適用することができる。
以上で、代表的な実施例を通じて本発明を詳細に説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、上述した実施例に対して本発明の範囲から逸脱しない範囲内で様々な変形が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明の権利範囲は、説明した実施例に限定されてならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等概念から導出されるすべての変更または変形された形態によって定められなくてはならない。
１：熱システム
１０：溶融金属液位測定装置
１１：ボビン
１２：液位計測部
１２１：第１コイル
１２３：第２コイル
１３：内側シリンダー
１４：保護管
１４１：通孔
１５：熱電対
１５１：固定端
１５３：測定端
１６：制御部
１６１：液位出力モジュール
１６３：温度補償モジュール
１７：連結部１７
１８：フランジ部
１８１：貫通孔
９：カバー

Claims (21)

  1. 温度補償を用いた連続式溶融金属液位測定装置において、
    円筒形状のボビンと、
    前記ボビンの外面を螺旋状に環繞する液位計測部と、
    内部に前記ボビンと前記液位計測部が位置し、前記ボビンと前記液位計測部を外部から密閉し、前記ボビンと同じ軸方向を有する円筒形状の内側シリンダーと、
    内部に前記内側シリンダーが位置し、前記ボビンと同じ軸方向を有して一端が開放された円筒形状の保護管と、
    前記内側シリンダーの外側と前記保護管の内側によって形成される空間に前記軸方向に伸長して配置された複数の熱電対、および
    前記液位計測部を制御して溶融金属の液位を測定し、前記複数の熱電対によって測定された各々の温度に基づいて、前記液位計測部を介して測定された前記溶融金属の液位の補正値を出力する制御部、とを含む溶融金属液位測定装置。
  2. 前記内側シリンダーと前記保護管を接続するための連結部をさらに含む、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  3. 前記保護管は、複数の通孔が形成された、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  4. 前記複数の通孔は、直径が４ｍｍ以上である、請求項３に記載の溶融金属液位測定装置。
  5. 前記保護管は、
    前記保護管の一端から既設定された第１距離内の外周面に前記複数の通孔が形成された、請求項３に記載の溶融金属液位測定装置。
  6. 前記保護管の一端から前記既設定された第１距離よりも大きい既設定された第２距離に、前記保護管の内部の領域を第１領域及び第２領域に分離するように形成されたフランジ部をさらに含む、請求項５に記載の溶融金属液位測定装置。
  7. 前記第１領域が、
    前記保護管の一端から前記既設定された第２距離内の前記保護管の内部であり、
    前記フランジ部は、
    前記第２領域を前記第１領域から密閉するように形成された、請求項６に記載の溶融金属液位測定装置。
  8. 前記既設定された第２距離が、
    前記内側シリンダーの長さよりも長い、請求項６に記載の溶融金属液位測定装置。
  9. 前記ボビンが、Grade91系金属材料である、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  10. 前記液位計測部が、
    前記制御部から交流電流が印加される第１コイル、および
    前記交流電流に基づいて誘導電流を発生する第２コイルを含む、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  11. 前記第１及び第２コイルが、
    それぞれが単一のコイルで形成され、前記ボビンの軸方向に交互に並んで環繞する、請求項１０に記載の溶融金属液位測定装置。
  12. 前記内側シリンダーが、
    電流および電磁場の透過が容易な材質で構成される、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  13. 前記熱電対は、
    異なる長さに伸長した複数の熱電対が配置された、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  14. 前記熱電対が、
    前記フランジ部と接続した固定端、および
    前記フランジ部から伸長する測定端を含む、請求項６に記載の溶融金属液位測定装置。
  15. 前記測定端は、
    前記フランジ部から伸長する長さが調節される、請求項１４に記載の溶融金属液位測定装置。
  16. 前記熱電対は、
    前記測定端が外部から遮断された密閉型の熱電対である、請求項１４に記載の溶融金属液位測定装置。
  17. 前記連結部が、
    前記複数の熱電対の間に形成された、請求項２に記載の溶融金属液位測定装置。
  18. 前記制御部が、
    前記複数の熱電対のうちの少なくとも一つで測定された前記溶融金属の温度情報に基づいて前記溶融金属の補正された液位を算出する、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  19. 前記制御部が、
    前記複数の熱電対で測定された前記溶融金属の温度情報を連続的に収集し、前記溶融金属の補正された液位を算出する、請求項１に記載の溶融金属液位測定装置。
  20. 前記フランジ部は、
    複数の貫通孔が形成された、請求項６に記載の溶融金属液位測定装置。
  21. 請求項１〜請求項２０のいずれか一項に記載の溶融金属液位測定装置を挿入して作動流体の液位を測定する熱システム。
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