KR101158413B1 - 압력 측정용 내방사성 ｌｖｄｔ - Google Patents

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Abstract

압력 측정용 내방사성 LVDT을 개시한다. 상기 압력 측정용 내방사성 LVDT는 압력 측정 물체의 튜브와 용접되며, 압력의 변화에 따라 축방향으로 신장 및 수축을 반복하는 코어를 포함하는 압력 검출 조립부 및 상기 압력 검출 조립부 내의 코어의 변위에 상응하여 전기적 출력이 절연 케이블로 생성되도록 구성되는 차동 트랜스 조립부를 포함한다.

Description

압력 측정용 내방사성 ＬＶＤＴ{Radiation resistant LVDT for measuring the pressure}
본 발명은 LVDT(Linear Variable Differential Transform; 이하 LVDT)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연구용 원자로에서 핵연료나 재료시편의 특성을 파악하기 위해 고온 고압 및 고방사선 환경에서 조사시험을 수행하는데, 사용 목적상 사용되는 LVDT는 고온 고압의 조건뿐만 아니라 내방사선의 특성을 가져야 한다.
따라서, 본 발명은 핵연료 봉의 내부 압력을 측정할 때 사용되는 압력 측정용 내방사성 LVDT에 관한 것이다.
본 발명은 외부 압력 변화에 독립적으로 움직이는 코어의 변위에 비례하여 전기적 출력을 발생시킴으로서 계측분야에 광범위하게 사용되는 LVDT이다. 일반적으로 사용되는 LVDT는 외통이 금속 재질이지만 고온 고압 및 고방사선의 극한 환경에서 사용되는 LVDT가 고가로 판매되고 있으나, 복잡한 구조와 크기의 제한으로 인해 원자로 사용 목적으로 사용하는데 여러 가지 어려움이 있다.
따라서, 원자로에 사용할 수 있도록 기능을 단순화하고 소형화하여 사용 목적에 적합하게 이용될 수 있는 LVDT가 필요하다.
본 발명의 압력 측정용 내방사성 LVDT는 종래의 결점을 해결하고 보완하기 위한 것으로 고온 고압 및 고방사선 환경에서 사용하기 적합하도록 구조를 단순화시키고 소형화하였다.
또한 시편과 연결되는 LVDT 하단면 연결부는 최대한 단순화하여 조립과 용접이 용이하도록 하였다. 사용되는 모든 부품은 재료의 변형이 없으며 고온과 고방사선에서 충분히 견디도록 선정을 하였으며, 특히 LVDT 보빈과 내부 튜브를 고순도 알루미나를 사용하여 코일의 절연 특성을 향상하려고 하였다. 그리고 외부 누수로부터 LVDT를 밀폐하기 위해 정밀 용접이 용이하도록 각가의 재료를 선정하고 부품을 배치하였다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 압력 측정용 내방사성 LVDT는 압력 측정 물체의 튜브와 용접되며, 압력의 변화에 따라 축방향으로 신장 및 수축을 반복하는 코어를 포함하는 압력 검출 조립부 및 상기 압력 검출 조립부 내의 코어의 변위에 상응하여 전기적 출력이 절연 케이블로 생성되도록 구성되는 차동 트랜스 조립부를 포함한다.
상기 압력 검출부 조립부는 압력 측정 물체 튜브와 용접되어 연결되는 앤드캡, 상기 앤드캡과 접속되는 벨로우즈, 상기 벨로우즈를 감싸는 벨로우즈 보호 튜브, 상기 벨로우즈와 접속되는 코어 지지대 및 상기 벨로우즈와 접속되는 코어를 포함하는 압력 검출 조립부를 포함한다.
상기 벨로우즈는 압력의 변화에 따라 축방향으로 움직이도록 유도하는 것을 특징으로 한다.
상기 벨로우즈 보호 튜브는 외부로부터 침투되는 열과 방사선이 상기 벨로우즈에 차단되도록 알루미나 재질의 튜브인 것을 특징으로 한다.
상기 하단 튜브는 외부로부터 침투되는 열과 방사선이 상기 벨로우즈 보호 튜브에 차단되도록 알루미나 재질의 튜브인 것을 특징으로 한다.
상기 차동 트랜스 조립부는 상기 압력 검출 조립부 내의 코어 지지대와 접속되는 LVDT 바, 상기 LVDT 바와 조립되어 용접되는 LVDT 외통, 상기 LVDT 바를 감싸는 LVDT 차폐제, 상기 LVDT 차폐제를 감싸는 하단 절연 튜브, 상기 하단 절연 튜브를 감싸는 상단 절연 내부 튜브, 상기 LVDT 바와 접속되는 3개의 LVDT 보빈들 및 상기 LVDT 외통에 끼워져 조립되는 상단 앤드캡을 포함한다.
상기 차동 트랜스 조립부는 상기 상단 앤드캡과 전기적으로 연결되도록 접속되는 절연 케이블을 내부에 구비하는 신호 연결튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 3개의 LVDT 보빈들 각각은 절연성 고순도 알루미나 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 3개의 LVDT 보빈들 각각은 축방향에 따라 일렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 3개의 LVDT 보빈들 각각은 고온에서도 견딜 수 있는 세라믹이 코팅된 코일이 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
상기 LVDT 차폐제는 상기 3개의 LVDT 보빈들에 외부로부터 들어오는 노이즈를 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기 하단 절연 내부 튜브는 열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브인 것을 특징으로 한다.
상기 하단 절연 튜브는 열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압력 검출부는 매우 단순하게 연료봉 내부의 압력 변화를 그대로 축 방향으로 이동할 수 있으며, 차동 트랜스 조립부는 외부 방사선 환경으로부터 잡음을 차단하여 전기적 신호를 일정하게 발생시킨다.
본 LVDT의 전체 구조는 원자로 조건에 사용할 수 있도록 소형화하고, 부품의 수를 최소화함으로서 내부구성을 향상시켰다.
또한, LVDT 보빈과 내부 튜브를 고순도 알루미나 재료를 사용하여 절연 특성을 향상시켰다.
따라서, 본 발명품은 원자로의 극한 환경에서 핵연료 조사시험시 연료봉 내의 압력 측정에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압력 측정용 내방사성 LVDT를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압력 측정용 내방사성 LVDT를 구성하는 구성요소를 나열한 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 압력 검출 조립부의 구성도를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 차동 트랜스 조립부의 구성도를 나타낸 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부","~기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압력 측정용 내방사성 LVDT를 나타낸 예시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 압력 측정용 내방사성 LVDT를 구성하는 구성요소를 나열한 예시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압력 측정용 내방사성 LVDT(100)는 압력 검출 조립부(200) 및 차동 트랜스 조립부(300)를 포함한다.
상기 압력 검출 조립부(200)는 압력 측정 물체의 튜브와 용접되며, 압력의 변화에 따라 축방향으로 신장 및 수축을 반복하는 코어를 포함할 수 있다.
상기 차동 트랜스 조립부(300)는 상기 압력 검출 조립부(100) 내의 코어의 변위에 상응하여 전기적 출력이 절연 케이블로 생성되도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 압력 검출 조립부(200)는 앤드캡(10), 벨로우즈(20), 벨로우즈 보호 튜브(60), 하단 튜브(50), 코어(40) 및 코어 지지대(30)를 포함한다.
상기 앤드캡(10)은 상기 압력 측정 물체의 튜브와 접촉되도록 용접을 통해 상기 압력 측정 물체와 연결된다.
상기 벨로우즈(20)는 표면에 코일이 권선되며, 일단이 상기 앤드캡(10)과 기계적으로 접속되도록 용접되며, 타단은 상기 코어 지지대와 기계적으로 접속되도록 용접된다.
상기 벨로우즈 보호 튜브(60)는 외부로부터 열 및 방사선을 차단하기 위해 절연성 물질로 구성되며, 상기 벨로우즈(20) 외부를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 하단 튜브(50)는 외부로부터 열 및 방사선을 차단하기 위해 절연성 물질로 구성되며, 상기 벨로우즈 보호 튜브(60) 외부를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 코어(40)는 일단이 상기 벨로우즈(20)와 기계적으로 접속되며, 타단은 상기 차동 트랜스 조립부 내의 LVDT 바와 기계적으로 접속되도록 형성된다.
상기 코어 지지대(30)는 상기 코어(40)의 축방향 움직임을 원할히 진행할 수 있도록 지지하는 지지대 역할을 하며, 상기 벨로우즈(20)와 기계적으로 접속되도록 구성된다.
상기 벨로우즈(20)는 압력의 변화에 따라 축 방향(예컨대, 상기 압력 측정 물체의 튜브로부터 검출되는 압력의 방향)으로부터 움직이도록 유도하는 것을 특징으로 한다.
상기 벨로우즈 보호 튜브(60)는 외부로부터 침투되는 열과 방사선이 상기 벨로우즈(20)에 차단되도록 알루미나 재질의 튜브일 수 있다.
상기 하단 튜브(50)는 외부로부터 침투되는 열과 방사선이 상기 벨로우즈 보호 튜브(60)에 차단되도록 알루미나 재질의 튜브일 수 있다.
상기 차동 트랜스 조립부(300)는 LVDT 바(70), LVDT 외통(80), LVDT 차폐제(110), 하단 절연 튜브(90), 상단 절연 튜브(130), 3개의 LVDT 보빈들(120) 및 상단 앤드캡(140)을 포함한다.
상기 LVDT 바(70)는 일단이 상기 압력 측정 조립부 내의 코어(40)와 기계적으로 접속되며, 타단은 상기 3개의 LVDT와 기계적으로 접속될 수 있다.
상기 LVDT 외통(80)은 상기 LVDT 바(70)를 감싸도록 조립되어 용접될 수 있다.
상기 LVDT 차폐제(110)는 상기 LVDT 바(70)를 감싸도록 기계적으로 접속된다.
상기 하단 절연 튜브(90)는 상기 LVDT 차폐제(110)를 기계적으로 감싸도록 접속된다.
상기 상단 절연 튜브(130)는 상기 하단 절연 튜브(90) 상부에 위치하여, 기계적으로 감싸도록 구성될 수 있다.
상기 3개의 LVDT 보빈들(120) 각각은 상기 LVDT 바(70)와 기계적으로 접속되도록 조립되어 일렬로 배치될 수 있다.
상기 상단 앤드캡(140)은 상기 LVDT 외통(80)에 끼워지도록 기계적으로 상기 절연 내부 튜브(130)와 접속된다.
또한, 상기 차동 트랜스 조립부(200)는 상기 상단 앤드캡(140)과 전기적으로 연결되도록 접속되는 절연 케이블을 내부에 구비하는 신호 연결튜브(150)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 3개의 LVDT 보빈들(120) 각각은 절연성 고순도 알루미나 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 3개의 LVDT 보빈들(120) 각각은 축 방향(예컨대, 상기 압력 측정 물체의 튜브로부터 검출되는 압력의 방향)에 따라 일렬로 접속되도록 구성될 수 있다.
상기 3개의 LVDT 보빈들(120) 각각은 고온에서도 견딜 수 있는 세라믹이 코팅된 코일이 감겨져 있도록 구성될 수 있다.
상기 LVDT 차폐제(110)는 상기 3개의 LVDT 보빈들(120)에 외부로부터 들어오는 노이즈를 차단할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 하단 절연 내부 튜브(90)는 열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브의 재질로 형성될 수 있다.
상기 상단 절연 튜브(130)는 열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브의 재질로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 압력 검출 조립부의 구성도를 나타낸 예시도이며, 도 4는 도 1에 도시된 차동 트랜스 조립부의 구성도를 나타낸 예시도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 압력 검출 조립부(200)는 상기 압력 측정 물체의 튜브와 접촉되도록 용접을 통해 상기 압력 측정 물체와 연결된다.
그리고 나서, 상기 벨로우즈(20) 표면에 코일이 권선되며, 일단이 상기 앤드캡(10)과 기계적으로 접속되도록 용접되며, 타단은 상기 코어 지지대와 기계적으로 접속되도록 용접과정을 수행한다.
이후, 외부로부터 열 및 방사선을 차단하기 위해 절연성 물질로 구성되며, 상기 벨로우즈(20) 외부를 감싸도록 상기 벨로우즈 보호 튜브(60)를 구비한다.
외부로부터 열 및 방사선을 차단하기 위해 절연성 물질로 이루어지며, 상기 벨로우즈 보호 튜브(60) 외부를 감싸도록 상기 하단 튜브(50)를 구비한다.
코어(40)의 축방향 움직임을 원할히 진행할 수 있도록 지지하는 지지대 역할을 하며, 상기 벨로우즈(20)와 기계적으로 접속되도록 상기 코어 지지대(30)를 구비한다.
상기 차동 트랜스 조립부(300)는 일단이 상기 압력 측정 조립부 내의 코어(40)와 기계적으로 접속되며, 타단은 상기 3개의 LVDT와 기계적으로 접속되는 상기 LVDT 바(70)를 구비한다.
그리고 나서, 상기 LVDT 바(70)를 감싸도록 상기 LVDT 외통(80)을 구비한다.
상기 LVDT 바(70) 표면 외부를 상기 LVDT 외통(80)을 이용하여 기계적으로 접속되도록 구비한다.
상기 하단 절연 튜브(90)는 상기 LVDT 차폐제(110)를 기계적으로 감싸도록 접속된다.
상기 상단 절연 튜브(130)는 상기 하단 절연 튜브(90) 상부에 위치하여, 기계적으로 감싸도록 구성될 수 있다.
상기 LVDT 바(70)와 기계적으로 접속되도록 조립되어 일렬로 배치될 수 있는 상기 3개의 LVDT 보빈들(120)을 구비한다.
상기 LVDT 외통(80)에 끼워지도록 기계적으로 상기 절연 내부 튜브(130)와 접속되도록 상단 앤드캡(140)을 구비한다.
또한, 상기 차동 트랜스 조립부(300)는 상기 상단 앤드캡(140)과 전기적으로 연결되도록 접속되는 절연 케이블을 내부에 구비하는 신호 연결튜브(150)를 더 포함한다.
상기 3개의 LVDT 보빈들(120) 각각은 고온에서도 견딜 수 있는 세라믹이 코팅된 코일이 감겨져 있도록 구성되며, 상기 LVDT 차폐제(110)는 상기 3개의 LVDT 보빈들(120)에 외부로부터 들어오는 노이즈를 차단할 수 있도록 구성되며, 상기 하단 절연 내부 튜브(90)는 열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브의 재질로 형성되며, 상기 상단 절연 튜브(130)는 열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브의 재질로 형성될 수 있다.
마지막으로, 외부로부터 헬늄 가스를 상기 본 발명의 압력 측정용 LVDT 내부가 충진되도록 주입하고 난후, 핀 용접을 한 후, 밀봉 상태를 확인하기 위해 헬늄 누출 검사를 수행한다. 이는 LVDT의 건전성을 검사하기 위함일 수 있다.
따라서, 본 발명은 매우 단순하게 핵 연료봉 내부의 압력 변화를 그대로 축 방향으로 이동할 수 있으며, 차동 트랜스 조립부(300)는 외부 방사선 환경으로부터의 잡음을 차단하여 전기적 신호를 일정하게 발생시킴으로서 상기 전기적 신호를 바탕으로 압력의 변화를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명 압력 측정용 내방사성 LVDT(100)의 전체 구조는 원자로 조건에 사용할 수 있도록 소형화하고 부품의 수를 최소화함으로서 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, LVDT 보빈과 내부 튜브를 고순도 알루미나 재료를 사용함으로서 절연 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 앤드캡 20: 벨로우즈
30: 코어 지지대 40: 코어
50: 하단 튜브 60: 벨로우즈 보호 튜브
70: LVDT 바 80: LVDT 외통
90: 하단 절연 튜브 100: 압력 측정용 LVDT
110: LVDT 차폐제 120: 3개의 LVDT 보빈들
130: 상단 절연 내부 튜브 140: 상단 앤드캡
150: 신호 연결 튜브

Claims (15)

  1. 압력의 변화에 따라 축방향으로 신장 및 수축을 반복하는 코어를 포함하는 압력 검출 조립부; 및
    상기 압력 검출 조립부 내의 코어의 변위에 상응하여 전기적 출력이 절연 케이블로 생성되도록 구성되는 차동 트랜스 조립부를 포함하며,
    상기 압력 검출부 조립부는 압력 측정 물체 튜브와 용접되어 연결되는 앤드캡, 상기 앤드캡과 접속되는 벨로우즈, 상기 벨로우즈를 감싸는 벨로우즈 보호 튜브, 상기 벨로우즈와 접속되는 코어 지지대를 포함하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벨로우즈는,
    압력의 변화에 따라 축방향으로 움직이도록 유도하는 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벨로우즈 보호 튜브는,
    외부로부터 침투되는 열과 방사선이 상기 벨로우즈에 차단되도록 알루미나 재질의 튜브인 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차동 트랜스 조립부는,
    상기 압력 검출 조립부 내의 코어 지지대와 접속되는 LVDT 바;
    상기 LVDT 바와 조립되어 용접되는 LVDT 외통;
    상기 LVDT 바를 감싸는 LVDT 차폐제;
    상기 LVDT 차폐제를 감싸는 하단 절연 튜브;
    상기 하단 절연 튜브를 감싸는 상단 절연 내부 튜브;
    상기 LVDT 바와 접속되는 3개의 LVDT 보빈들; 및
    상기 LVDT 외통에 끼워져 조립되는 상단 앤드캡을 포함하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차동 트랜스 조립부는,
    상기 상단 앤드캡과 전기적으로 연결되도록 접속되는 절연 케이블을 내부에 구비하는 신호 연결튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 3개의 LVDT 보빈들 각각은,
    절연성 고순도 알루미나 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 3개의 LVDT 보빈들 각각은,
    축방향에 따라 일렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 3개의 LVDT 보빈들 각각은,
    고온에서도 견딜 수 있는 세라믹이 코팅된 코일이 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 LVDT 차폐제는,
    상기 3개의 LVDT 보빈들에 외부로부터 들어오는 노이즈를 차단하는 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 하단 절연 내부 튜브는,
    열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브인 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 하단 절연 튜브는,
    열과 방사선 차폐를 위한 절연성 알루미나 튜브인 것을 특징으로 하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
  14. 삭제
  15. 압력의 변화에 따라 축방향으로 신장 및 수축을 반복하는 코어를 포함하는 압력 검출 조립부; 및
    상기 압력 검출 조립부 내의 코어의 움직임에 상응하며, 상기 코어의 움직임에 따른 전기적 출력을 출력하는 차동 트랜스 조립부를 포함하며,
    상기 차동 트랜스 조립부는 상기 압력 검출 조립부 내의 코어 지지대와 접속되는 LVDT 바, 상기 LVDT 바와 조립되어 용접되는 LVDT 외통, 상기 LVDT 바를 감싸는 LVDT 차폐제, 상기 LVDT 차폐제를 감싸는 하단 절연 튜브, 상기 하단 절연 튜브를 감싸는 상단 절연 내부 튜브, 상기 LVDT 바와 접속되는 3개의 LVDT 보빈들을 포함하는 압력 측정용 내방사성 LVDT.
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