KR101100725B1 - Ｋ­형 시스 열전대 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 내부를 흐르는 유체의 온도 또는 노 내부의 온도를 측정하기 위한 K-형 시스 열전대 조립체에 있어서, 상기 열전대의 일 단부 측에 위치한 측온 접점부의 보호부 외부에는 10~50 ㎛ 의 두께로 크롬 도금층이 형성되고, 상기 열전대의 반대편 단부 측에는 체결 및 풀림이 이루어지는 키(key) 를 갖는 원터치 커넥터를 포함하며, 원하는 길이로 신장될 수 있는 것을 특징으로 하는 K-형 시스 열전대 조립체에 관한 것이다.

본 발명에 따른 K-형 시스 열전대 조립체는 마모를 방지하여 충분한 내구성을 확보하는 동시에, 필요한 길이만큼 열전대의 길이를 신장시킬 수 있어, 열전대 조립체 전체를 교체하지 않고도 커넥터의 교체가 가능해지며, 작업자 실수로 인한 불완전한 체결을 방지하여 커넥터의 손상을 방지할 수 있다.

K-형 시스 열전대 조립체.

Description

Ｋ­형 시스 열전대 조립체{K-TYPE SHEATH THERMOCOUPLE ASSEMBLY}

본 발명은 석유, 화학 플랜트 또는 화력, 원자력 발전소에서 배관 내부를 흐르는 유체의 온도 또는 노 (furnace) 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대 조립체에 관한 것이다.

석유, 화학 플랜트 또는 화력, 원자력 발전소에 있어서, 배관의 표면 및 배관 내부를 흐르는 유체의 온도와, 노 내부의 온도를 측정하는 것은 반응 속도의 제고를 통한 제어의 안정성 측면에서 중요하다고 할 수 있는데, 이러한 온도 측정용 센서로서 시스 열전대가 널리 사용되고 있다.

일반적으로 시스 열전대 (sheath thermocouple) 는 제백효과 (seeback effect) 에 의해서 발생하는 기전력을 이용하여 전기 신호 방식으로 측온 지점의 온도를 검출한다. 시스 열전대는 그 외부가 스테인리스 강제의 시스로 이루어지며, 내부에는 세라믹 절연물과 그 중심부에 온도 측정을 위한 소선을 포함한다.

이러한 시스 열전대 중에서도, 열전대 소선이 Ni-Cr 합금(chromel)과 Ni-Al 합금(alumel) 으로 이루어지는 K-형 시스 열전대가 일반적으로 사용되는데, K-형 시스 열전대는 약 1200℃ 의 고온까지 측정 가능하고 내열, 내식성 특성이 양호하 여, 현재 공업용 열전대로서 가장 널리 사용되며 신뢰성이 높은 것으로 알려져 있다.

도 4 는 종래의 K-형 시스 열전대 조립체를 개략적으로 나타낸다. 도 4 에 따른 열전대 조립체는 열전대 시스 (34) 의 내부에 열전대 소선 (31, 32) 이 위치하고 열전대 소선이 접합되는 측온 접점부 (33) 가 형성된다. 측온 접점부 (33) 를 둘러싸고 있는 열전대 보호부 (36) 의 외경은 열전대 시스 (34) 의 외경보다 작게 형성되어 있다. 이는 원자로 헤드 상단부에서 원자로 내부까지 가이드 튜브 내부로 열전대를 설치할 때의 마모를 감소시키기 위함이다. 하지만, 이 경우에도 측온 접점부 (33) 가 가이드 튜브에 닿으면서, 열전대 시스 (34) 보다 상대적으로 두께가 얇은 측온 접점부 (33) 의 시스가 마모되어 기밀성이 파괴되고 기대 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

또한, 열전대의 커넥터 (35) 는 암·수가 서로 체결되는 구조로서 간단히 체결되지만, 이렇게 결합되는 경우 진동이 발생하면 암·수 커넥터 간의 체결이 풀리기 쉬워져서, 체결부를 고정하는 작업이 필요하게 된다. 이 경우, 체결부를 고정하기 위해 일반적으로 열에 의하여 수축되는 튜브에 의해 고정하는 작업을 거치게 되는데, 이러한 고정 방법은 작업 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다. 또한, 커넥터 (35) 몸체의 볼트를 조임으로써 커넥터 (35) 와 열전대 시스 (34) 사이의 고정이 이루어지기 때문에, 작업자의 실수에 의하여 고정부가 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 경우에 있어서, 커넥터 (35) 의 구조적 문제로 인하여 교 체 작업이 빈번히 발생하는 결과, 열전대 시스 (34) 의 길이가 짧아지게 되어 커넥터를 더 이상 교체하지 못하게 되어 열전대 조립체 전체를 교체해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 설치 시 열전대 시스의 마모를 방지하고, 진동 또는 작업자의 실수에 의해 커넥터가 손상 또는 이탈되는 것을 방지하며, 원하는 길이만큼 신장될 수 있는 K-형 시스 열전대 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 배관 내부를 흐르는 유체의 온도 또는 노 내부의 온도를 측정하기 위한 K-형 시스 열전대 조립체에 있어서, 상기 열전대의 일 단부 측에 위치한 측온 접점부의 보호부 외부에 10~50 ㎛ 두께의 크롬 도금층이 형성되는 것을 특징으로 하는 K-형 시스 열전대 조립체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 열전대의 반대편 단부 측에는, 체결 및 풀림이 이루어지는 키를 갖고 있는 원터치 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 K-형 시스 열전대 조립체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 열전대에 일정 길이의 열전대 소선이 연결되어 브레이징 접합되고, 상기 브레이징 접합된 부분에 스플라이스 키트가 압착되어 고정됨으로써, 원하는 길이만큼 신장될 수 있는 것을 특징으로 하는 K-형 시스 열전대 조립체를 제공한다.

본 발명은 배관 내부를 흐르는 유체의 온도 또는 노 내부의 온도를 측정하기 위한 K-형 시스 열전대 조립체의 길이를 신장하기 위한 조립 방법으로서, 두 열전 대의 열전대 소선이 일정 길이가 되도록 열전대 시스의 끝단을 각각 일정 길이만큼 제거하는 단계, 내부에 중공 홀이 있는 알루미나 블록을 상기 각각의 열전대 소선에 씌우는 단계, 상기 두 열전대 시스를 브레이징 접합하는 단계, 상기 브레이징 접합 부분에 스플라이스 키트를 압착하여 열전대 시스와 함께 고정하는 단계, 상기 스플라이스 키트 몸체 내부를 에폭시로 충전하는 단계, 및 상기 스플라이스 키트 몸체에 스플라이스 키트 캡을 나사 체결한 후, 압착하여 열전대 시스와 함께 고정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 K-형 시스 열전대 조립체에 의하여, 매우 높은 정밀 정확도를 갖고, 측온접점부 표면을 크롬으로 도금 처리하여 설치 시 또는 고온/고압 환경에서 발생하는 마모를 방지하여 충분한 내구성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 스플라이스 키트에 의해 필요한 길이만큼 열전대의 길이를 신장시킬 수 있어, 열전대 조립체 전체를 교체하지 않고도 커넥터의 교체가 가능해진다.

또한, 본 발명에 의한 K-형 시스 열전대 조립체에 있어서, 측온 접점에서 측정된 온도신호를 전송하기 위한 커넥터는 체결방식을 원터치 방식으로 체결 및 풀림이 이루어지는 키를 갖추고 있는 커넥터를 적용하여 작업자 실수로 인한 불완전한 체결을 방지하여 커넥터의 손상을 방지한다. 브레이징 접합을 통하여 커넥터와 열전대 시스와의 고정이 이루어짐으로써, 작업자의 실수에 의하여 커넥터가 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 커넥터 체결 후 수축 튜브를 사용하여 커넥터 연결부를 고정하는 작업이 필요치 않아 작업시간이 단축되어 작업자의 방사선 피폭량 절감에도 기여한다.

이하 본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이하의 실시형태에 대한 설명에 있어서, 동일한 작용을 하는 구성 요소는 동일 부호로 표기하였다.

도 1 은 본 발명에 따른 비접지형 K-형 시스 열전대 조립체를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1 에 도시된 본 발명의 시스 열전대는 커넥터 (22), 열전대 시스 (15, 21), 두 열전대의 연결부 (A), 및 열전대 시스 말단의 측온부를 포함한다.

열전대 시스 말단의 측온부는 열전대 소선 (11, 12), 측온 접점부 (13), 측온 접점부를 둘러싸고 있는 보호부 (14a) 및 크롬 도금층 (14b) 을 포함한다.

측온 접점부 (13) 는 K-형 열전대 소선 Ni-Cr 합금 (11) 과 K-형 열전대 소선 Ni-Al 합금 (12) 을 용접하여 형성된다.

K-형 시스 열전대를 가이드 튜브 내부로 설치할 때, 측온 접점부 (13) 를 둘러싸는 보호부 (14a) 의 외경은 종래 기술에 따라 스웨이징 공정을 통하여 열전대 시스 (15) 의 외경보다 작게 형성되어 있어, 측온 접점부 (13) 의 보호부의 마모를 1차적으로 방지한다. 이로 인하여, 마모 감소 및 온도 변화에 따른 응답속도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 측온 접점부 (13) 의 보호부 (14a) 외부에는 내열성, 내식성, 및 내마모성이 뛰어난 크롬으로 도금층 (14b) 을 형성하여 2차적으로 마모를 방지한다. 크롬에 의한 도금은 유사한 합금 도금인 구리, 주 석 또는 니켈에 의한 도금에 비하여 내마모성 및 내식성이 우수하여, 접촉이 많이 발생하는 측온 접점부의 보호부를 도금하기에 적합하다.

또한, 상기 크롬 도금층 (14b) 으로 인하여 내열·내마모성의 효과를 얻기 위해서, 도금되는 크롬의 두께는 10~50 ㎛ 인 범위 내인 것이 바람직하다. 크롬 도금 내에 일반적으로 존재하는 마이크로 크랙 (micro crack) 을 통하여 모재의 부식이 발생하기 쉬워져서 내식성이 떨어질 수 있기 때문에, 이러한 점을 고려하여 크롬 도금의 두께는 10 ㎛ 이상인 것이 유리하며, 열전대 측온부의 응답 속도를 양호하게 하고 도금층의 결함을 감소시킨다는 측면에서 도금의 두께는 50 ㎛ 이하인 것이 또한 유리하다. 따라서, 본 발명의 따른 K-형 시스 열전대는 크롬 도금의 두께가 10~50 ㎛ 인 범위에 있는 경우, 원자로 내부의 고온 및 산화 분위기에 노출되는 측온부가 만족할만한 내식성, 내마모성 및 응답 속도를 얻게 된다.

본 발명의 K-형 열전대의 반대편 단부 측에는, 체결 및 풀림이 이루어지는 키 (23) 를 갖고 있는 원터치 커넥터 (22) 가 형성된다. 도 2 는 이러한 커넥터 (22) 를 확대하여 나타내고 있다. 커넥터 (22) 는 시스 열전대 말단에 결합되어, 열전대에서 나오는 전기 신호를 외부 케이블과 연결시키는 기능을 한다. 원터치 커넥터 (22) 는 종래의 상용 커넥터 (22) 를 사용해도 무방하다.

도 1 에서 "A" 로 표시한 부분은 길이가 신장된 시스 열전대 조립체에 있어서의 연결부로서, 스플라이스 키트를 포함하고 있는 열전대의 연결 부위를 나타낸다. 도 3 은 도 1 에 따른 상기 연결부 (A) 를 세부적으로 확대하여 나타내고 있다. 도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 K-형 시스 열전대 조립 체에 있어서, 상기 열전대에는 일정 길이의 열전대 소선이 연결되어 브레이징 접합되고, 상기 브레이징 접합된 부분에 스플라이스 키트 (20) 가 압착되어 고정됨으로써, 열전대 조립체는 원하는 길이만큼 신장될 수 있다.

스플라이스 키트 (20) 는 스플라이스 키트 몸체 (16) 와 스플라이스 키트 캡 (17) 으로 구성되며, 측온 접점부 (13) 가 형성되어 있는 기존의 시스 열전대 (21) 에 커넥터 (22) 가 연결되어 있는 동일한 형태의 새로운 시스 열전대 (15) 를 연결하여 열전대를 원하는 길이로 신장하는 데 사용된다.

열전대의 길이를 신장할 필요가 있는 경우, 연결부 (A) 에 위치한 스플라이스 키트 (20) 에 의해 두 열전대를 연결하는 단계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저 기존의 열전대 시스 (21) 상에 스플라이스 키트 몸체 (16) 를 설치하고, 열전대 시스 (21) 끝단을 일부 제거하여 열전대 소선이 적절한 길이가 되도록 한다. 열전대 소선간의 합선을 방지하기 위하여 내부에 중공 홀이 있는 알루미나 블록 (18) 을 적절한 길이로 절단한 후, 열전대 소선에 씌워 열전대 소선이 일정간격을 유지할 수 있도록 한다. 필요한 길이만큼 절단된 열전대 시스 (15) 도 상기와 같은 방법으로 알루미나 블록 (18) 을 씌운 후, 서로 올바른 극성끼리 브레이징으로 접합한다. 브레이징 접합부의 보호를 위하여, 스플라이스 키트 몸체 (16) 의 중앙 부분에 브레이징 접합부를 위치시킨 후, 휴대용 압착기를 사용하여 스플라이스 키트 몸체 (16) 를 압착하여 열전대 시스 (21) 와 고정한 후, 스플라이스 키트 몸체 (16) 내부를 방사능에 대하여 내구성이 뛰어난 에폭시 (19) 를 사용하여 내부를 충전한다. 에폭시 (19) 로는 예컨대 Stycast 2762FT 에폭시 등을 사용할 수 있다. 그 후, 상기 스플라이스 키트 몸체 (16) 에 스플라이스 키트 캡 (17) 을 나사 체결하고, 휴대용 압착기를 사용해 압착하여 열전대 시스와 함께 고정하게 된다.

열전대 시스 (15) 의 끝단에는 키를 포함하는 일체형 커넥터 (22) 를 부착한다. 열전대 시스 소선과 커넥터 핀은 은 브레이징으로 접합하며, 커넥터 몸체와 열전대 시스 (15) 는 은 브레이징으로 접합한다. 커넥터 몸체 내부는 방사능에 대하여 내구성이 뛰어난 에폭시 (19) 로 완전히 밀봉한다.

상기와 같이 본 발명의 열전대 조립체 및 조립 방법에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 설명된 실시형태에만 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에서 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다는 점을 이해하여야 한다.

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 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 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 K-형 시스 열전대 조립체의 개략도.

도 2 는 도 1 에 있어서 커넥터의 세부 확대도.

도 3 은 도 1 에 있어서 길이 신장시의 연결부 A 의 세부 단면도.

도 4 는 종래 기술에 따른 K-형 시스 열전대 조립체의 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 열전대 소선 (Ni-Cr 합금) 12 열전대 소선 (Ni-Al 합금)

13 측온 접점부 14a 보호부

14b 크롬 도금층 15 열전대 시스

16 스플라이스 키트 몸체 17 스플라이스 키트 캡

18 알루미나 블록 19 에폭시

20 스플라이스 키트 21 열전대 시스

22 커넥터 23 키

31 열전대 소선 32 열전대 소선

33 측온 접점부 34 열전대 시스

35 커넥터 36 보호부

A 연결부

Claims (3)

1. 배관 내부를 흐르는 유체의 온도 또는 노 내부의 온도를 측정하기 위한 K-형 시스 열전대 조립체에 있어서,

   상기 열전대의 일 단부 측에 위치한 측온 접점부의 보호부 외부에 10~50 ㎛ 두께의 크롬 도금층이 형성되고 상기 열전대에 일정 길이의 열전대 소선이 연결되어 접합되고,

   상기 접합된 부분에 스플라이스 키트가 압착되어 고정됨으로써, 원하는 길이만큼 신장될 수 있는 것을 특징으로 하는 K-형 시스 열전대 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열전대의 반대편 단부 측에는, 체결 및 풀림이 이루어지는 키를 갖고 있는 원터치 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 K-형 시스 열전대 조립체.
3. 삭제

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