KR101009658B1 - 알루미나 맨드릴 권선형 열전대 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 길이방향으로 복수의 관통구멍이 형성되고, 표면에 복수의 절개부가 형성된 고순도 알루미나 맨드릴과, 상기 알루미나 맨드릴의 표면에 나선형으로 권선된 저항선을 포함하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대로서, 상기 복수의 관통구멍과 상기 복수의 절개부는 서로 관통되고, 상기 복수의 관통구멍의 일 관통구멍에는 열전대 소선이 삽입되고, 다른 관통구멍에는 연장선이 삽입되며, 상기 열전대 소선은 관통구멍과 절개부가 관통되는 제 1 절개부에서 가열접점을 형성하고, 상기 연장선은 관통구멍과 절개부가 관통되는 제 2 절개부에서 상기 알루미나 맨드릴 표면에 권선된 저항선과 접합되고, 상기 알루미나 맨드릴 외부에서 열전대 소선을 사용하여 비가열 접점을 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대를 제공할 수 있다.
알루미나 맨드릴, 온도 감지, 열전대
Description
본 발명은 원자로 냉각재의 온도 및 수위를 측정하는 열전대에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 두개의 서로 다른 금속도체가 접점을 이룬 채 폐회로를 구성하여, 그들의 양접점에 온도차를 주었을 때 회로상에 미량의 전류가 흐르는 현상을 이용하여 온도변화에 따른 기전력값을 알고 있는 K-형(Ni-Cr, Ni-Al) 열전대가 고순도 알루미나 맨드릴 관통구멍을 통하여 접점을 이루며, 그 접점부의 알루미나 맨드릴 표면에 저항선을 권선하고, 그 표면에 저항선의 산화를 방지하기 위하여 글라스 재질의 용액으로 코팅한 후, 알루미나 재질의 용액으로 코팅하여 진동 및 충격에 강한 열전대 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 열전대가 사용되는 계측기는 높이차를 가지는 8 개의 열전대로 구성되어 있으며, 하나의 열전대 내에는 가열코일에 의해 가열되는 접점 (Heated Junction) 과 비가열접점 (Unheated Junction) 이 있다.
가열된 것과 가열되지 않은 접점간의 온도 차이는 주변 유체의 열 제거 능력을 지시하여서, 가열접점이 냉각능력이 좋은 유체 (예를 들어, 냉각재) 에 둘러 싸 이면, 온도 차이는 비교적 적고, 냉각 능력이 나쁜 증기 등에 의해 둘러 싸이면 가열 접점 온도는 비가열접점 온도보다 훨씬 높아져서 가열접점과 비가열접점 사이의 온도 차이는 커지게 된다.
본원 발명의 열전대가 사용되는 계측기는 상기와 같은 원리로서, 냉각재의 수위를 감시할 수 있게 된다.
석유, 화학 플랜트의 경우 반응로에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각재의 온도 및 수위 측정을 통하여 운전 및 제어의 안전성을 제고한다. 즉, 석유·화학 플랜트나 화력발전소의 운전 효율과 제어의 안정성은 냉각 계통의 냉각제 온도를 얼마나 신속하고 정밀 정확하게 측정하는 것에 의하여 좌우된다. 원자력 발전소의 경우 냉각재는 노심의 융해를 방지하며, 증기 발생을 위한 2차 계통에 열을 전달하는 역할을 하고 있다. 따라서, 냉각재가 부족할 경우 노심이 용해되는 중대사고를 초래할 수 있기 때문에 냉각재의 온도 및 수위측정을 통하여 운전 및 제어의 안정성을 위하여 측정되어야 하는 것이다.
도 3 은 종래의 냉각재 온도 및 수위를 측정하기 위한 열전대의 상세도이다.
기존의 냉각재 온도 및 수위를 측정하기 위한 열전대는 열전대를 보호하기 위한 보호튜브 (30) 내부에는 나선형태로 권선되어 있는 저항선 (32) 내부에 가열접점 (33)이 존재하고, 가열접점 (33) 과 일정거리를 두고 비가열접점 (36) 이 존재하며 열전대 보호튜브 (30) 내부에는 전기적 절연을 위하여 세라믹 재질의 충진재 (31) 로 충진되어 있는 구조이다. 종래의 저항선 (32) 은 가열접점 (33) 과의 빈 공간을 세라믹 재질의 충진재 (31) 로 충진되어 있으나, 고정되어 있지 않아 진동 및 충격 시 저항선 (32) 의 단락 및 단선이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 유체의 이동 에 따른 진동 및 압력이 높은 환경에서 냉각재의 수위 및 온도를 측정하기 위한 열전대와 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 길이방향으로 복수의 관통구멍이 형성되고, 표면에 복수의 절개부가 형성된 고순도 알루미나 맨드릴과, 상기 알루미나 맨드릴의 표면에 나선형으로 권선된 저항선을 포함하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대로서, 상기 복수의 관통구멍과 상기 복수의 절개부는 서로 관통되고, 상기 복수의 관통구멍의 일 관통구멍에는 열전대 소선이 삽입되고, 다른 관통구멍에는 연장선이 삽입되며, 상기 열전대 소선은 관통구멍과 절개부가 관통되는 제 1 절개부에서 가열접점을 형성하고, 상기 연장선은 관통구멍과 절개부가 관통되는 제 2 절개부에서 상기 알루미나 맨드릴 표면에 권선된 저항선과 접합되고, 상기 알루미나 맨드릴 외부에서 열전대 소선을 사용하여 비가열 접점을 형성하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대를 제공한다.
또한, 본 발명의 알루미나 맨드릴 권선형 열전대의 제 1 절개부는 알루미나 용액으로 제 1 코팅되고, 상기 저항선은 글라스로 제 2 코팅되며, 상기 제 1 코팅부, 제 2 코팅부를 포함하는 상기 알루미나 맨드릴 전체는 열전대 보호튜브에 둘려 쌓여 그 내부가 고순도 알루미나 용액으로 충진된다.
또한, 본 발명의 알루미나 맨드릴 권선형 열전대의 상기 저항선은 인코넬 (inconel) 또는 니크롬 (nichrome) V 저항선을 사용하고, 상기 열전대 소선은 Ni-Cr 합금 및 Ni-Al 합금 소재의 K-형 소선을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 관통구멍, 제 1 절개부 및 제 2 절개부를 미리 가공한 알루미나 맨드릴을 권선기에 장착하여 저항선을 나선형으로 권선하는 단계; 열전대 소선을 맨드릴 표면에 가공한 제 1 절개부로 돌출시켜 접합하는 단계; 연장선을 알루미나 맨드릴 표면에 가공한 제 2 절개부로 돌출시켜 상기 저항선과 상기 연장선을 접합하는 단계; 용접 후 상기 열전대 소선이 접합된 부분을 제 1 코팅하고, 상기 저항선을 제 2 코팅하는 단계를 포함하는 열전대 온도 감지부 제작 단계와 상기 열전대 온도 감지부를 열전대 케이블과 연결한 후, 커넥커를 장착하는 단계; 상기 열전대 온도 감지부의 소선과 열전대 케이블 소선을 용접하는 단계; 상기 열전대 케이블과 열전대 보호 튜브를 용접하는 단계; 상기 열전대 보호 튜브 내부를 고순도 알루미나 용액으로 충진하는 단계; 상기 고순도 알루미나 용액을 상온 건조후 400℃ 에서 재건조하여 용액 내부의 습기를 제거한 후 열전대 보호 튜브 선단을 마감처리하는 단계; 상기 열전대 케이블 끝단에 커넥터를 부착하는 단계를 포함하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대 제작방법을 제공한다.
본 발명에 의해 제작된 알루미나 맨드릴 권선형 열전대는 매우 높은 정밀정확도와 유체 이동 또는 냉각재 펌프 및 가압장치로 인하여 발생된 배관진동 및 외부지진에도 충분한 내구성을 가지며, 고온/고압 상태에서도 다양하게 일어나는 온 도 변화 및 수위를 측정하여 제어 및 모니터링에 적용 할 수 있어 석유, 화학 플랜트나 원자력 발전소 등에 적용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 따른 알루미나 맨드릴 권선형 열전대의 구성과 작용에 대하여 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미나 맨드릴 (1) 의 사시도이다.
알루미나 맨드릴 (11) 은 원통형 본체부에 길이 방향으로 4 개의 통로 (13) 가 관통되어 있고, 외경부에는 통로 (13) 와 관통되는 절개부 (12, 14) 가 형성되어 있다.
알루미나 맨드릴 (11) 의 알루미나 순도는 99.5% 이상이며, 높은 강도와 경도를 가지고, 화학적으로 안정하여, 산알카리에 대하여 내식성이 우수하고, 가혹한 환경에서 사용할 수 있으며, 열 전도성이 우수하고 방사성 동위원소 함유량이 거의 없다.
고순도 알루미나 맨드릴 (11) 은 다이아몬드 커터로 가공한 후 초음파세척 후 950 ℃ ~ 1000 ℃ 에서 열처리하여 불순물을 제거한다.
도 2 는 본 발명에 따른 알루미나 맨드릴 권선형 열전대의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 에 나타난 바와 같이, 관통홀 (13) 과 연결되어 있는 절개부 (12) 에는 가열접점 (28) 을 형성하기 위한 K-형 열전대 소선 (Ni-Cr, Ni-Al) 이 위치한다.
또한, 다른 절개부 (14) 에는 저항선 (24) 과 연결하기 위한 연장선 (26) 이 위치한다.
알루미나 맨드릴 (11) 의 절개부 (12) 외부로 K-형 열전대 소선을 ┏┓형태로 돌출시켜 접합하여 가열접점 (28) 을 형성한다. 절개부는 알루미나 용액을 사용하여 코팅한다.
알루미나 맨드릴 (11) 외부에는 가열접점 (28) 을 가열하기 위하여 0.1mm 지름을 가지는 저항선 (24) 을 1.0mm 피치 간격으로 가열 접접 (28) 의 외부를 나선형으로 권선한다.
또한, 알루미나 맨드릴 (11) 의 절개부 (14) 의 외부로 연장선 (26) 을 ┏┓형태로 돌출시켜 저항선 (24) 과 연장선 (26) 을 접합한다.
상기 접합부는 저항선의 산화를 방지하기 위하여 유리 소재로 코팅한다.
상기 접합부들을 보호하기 위하여 그 상부를 알루미나로 코팅 (22) 하여 진동 및 충격으로부터 저항선 (24) 을 보호할 수 있다.
비가열접점 (29) 은 가열접점 (28) 의 Ni-Al 소선 (27) 과 비가열접점 (29) 형성을 위한 Ni-Cr 소선이 접합되어 비가열접점 (29) 을 형성한다.
상기 방법에 따라 열전대 온도감지부가 제작되면, 온도감지부의 소선과 열전대 케이블 소선과 접합한 후, 열전대 보호튜브 (21) 와 접합한다. 열전대 보호 튜브 (21) 내부공간에는 고순도 알루미나 용액 (22) 을 충진하여 내부에 빈 틈이 없도록 한다. 알루미나 용액 (22) 은 상온 건조후, 400℃ 고온에서 건조하여 내부에 습기가 없도록 한다. 이로서, 열전대 온도감지부는 알루미나 용액 (22) 에 의하여, 완전히 고정되어 배관진동 및 외부지진에도 충분한 내구성을 가지게 된다.
그 후, 열전대 케이블 끝단에는 온도 출력 신호를 전송하기 위한 커넥터가 부착되어 냉각재 수위 및 온도를 측정하기 위한 열전대를 형성하게 된다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시예들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 알루미나 맨드릴의 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 알루미나 맨드릴 권선형 열전대의 알루미나 맨드릴 부분을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3 은 종래의 냉각재 온도 및 수위를 측정하기 위한 열전대를 개략적으로 나타낸 것이다.
Claims (8)
- 길이방향으로 복수의 관통구멍이 형성되고, 표면에 복수의 절개부가 형성된 고순도 알루미나 맨드릴과,상기 알루미나 맨드릴의 표면에 나선형으로 권선된 저항선을 포함하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대로서,상기 복수의 관통구멍과 상기 복수의 절개부는 서로 관통되고,상기 복수의 관통구멍의 일 관통구멍에는 열전대 소선이 삽입되고, 다른 관통구멍에는 연장선이 삽입되며,상기 열전대 소선은 관통구멍과 절개부가 관통되는 제 1 절개부에서 가열접점을 형성하고,상기 연장선은 관통구멍과 절개부가 관통되는 제 2 절개부에서 상기 알루미나 맨드릴 표면에 권선된 저항선과 접합되고,상기 알루미나 맨드릴 외부에서 열전대 소선을 사용하여 비가열 접점을 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 절개부는 알루미나 용액으로 제 1 코팅되고, 상기 저항선은 글라스로 제 2 코팅되며,상기 제 1 코팅부, 제 2 코팅부를 포함하는 상기 알루미나 맨드릴 전체는 열 전대 보호튜브에 둘려 쌓여 그 내부가 고순도 알루미나 용액으로 충진되는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저항선은 인코넬 또는 니크롬 V 저항선인 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대.
- 제 1 항에 있어서, 상기 열전대 소선은 Ni-Cr 합금 및 Ni-Al 합금 소재의 K-형 소선인 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대.
- 관통구멍, 제 1 절개부 및 제 2 절개부를 미리 가공한 알루미나 맨드릴을 권선기에 장착하여 저항선을 나선형으로 권선하는 단계;열전대 소선을 맨드릴 표면에 가공한 제 1 절개부로 돌출시켜 접합하는 단계;연장선을 알루미나 맨드릴 표면에 가공한 제 2 절개부로 돌출시켜 상기 저항선과 상기 연장선을 접합하는 단계;용접 후 상기 열전대 소선이 접합된 부분을 제 1 코팅하고, 상기 저항선을 제 2 코팅하는 단계를 포함하는 열전대 온도 감지부 제작 단계와상기 열전대 온도 감지부를 열전대 케이블과 연결한 후, 커넥커를 장착하는 단계;상기 열전대 온도 감지부의 소선과 열전대 케이블 소선을 용접하는 단계;상기 열전대 케이블과 열전대 보호 튜브를 용접하는 단계;상기 열전대 보호 튜브 내부를 고순도 알루미나 용액으로 충진하는 단계;상기 고순도 알루미나 용액을 상온 건조후 400℃ 에서 재건조하여 용액 내부의 습기를 제거한 후 열전대 보호 튜브 선단을 마감처리하는 단계;상기 열전대 케이블 끝단에 커넥터를 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대 제작방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 코팅부는 알루미나 용액으로 코팅되고, 제 2 코팅부는 유리로 코팅되는 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대 제작방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 저항선은 백금 저항선인 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대 제작방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 열전대 소선은 Ni-Cr 합금 및 Ni-Al 합금 소재의 K-형 소선인 것을 특징으로 하는 알루미나 맨드릴 권선형 열전대 제작방법.
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