KR101220084B1 - 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체 - Google Patents

원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소의 1차 냉각 계통의 배관에 흐르는 유체의 온도 변화를 빠르게 감지하여, 온도 변화에 따라 원자로를 빠르게 제어할 수 있도록 하고, 고속 응답 측온 저항체의 설치 시 또는 인출 시에, 측온 저항체에 아무런 영향이 미치지 않도록 하는 고속 응답 측온 저항체에 관한 것이다. 본 발명은 헤드 커버, 상기 헤드 커버와 연결되는 헤드 바디, 상기 헤드 바디와 결합되는 터미널 블록, 및 상기 터미널 블록에 설치되는 단자대를 포함하는 헤드부; 상기 헤드 바디와 결합되는 상부 니플 조립체와, 상기 상부 니플 조립체에 체결되는 유니온 커플러, 및 상기 유니온 커플러에 의해 상기 상부 니플 조립체와 체결되는 하부 니플 조립체를 포함하는 니플부; 상기 니플부 내에 설치되는 스프링과, 상기 스프링과 시스 사이에 위치하며 상기 스프링의 탄성을 유지하기 위한 스탑퍼를 포함하는 탄성부; 및 시스, 상기 시스의 말단부에 결합되는 테이퍼 형상의 팁 보호 튜브, 및 상기 팁 보호 튜브 내에 설치되는 저항 센서를 포함하는 센서부로 구성되는 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체로서, 상기 시스와 상기 팁 보호 튜브는 용접 방식으로 결합되어, 상기 시스와 팁 보호 튜브의 결합부에 돌출부가 형성되지 않도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체{FAST RESPONSE TIME RTD FOR MEASURING THE COOLANT TEMPERATURE IN A NUCLEAR REACTOR}
본 발명은 원자력 발전소의 1차 냉각 계통의 배관에 흐르는 유체의 온도를 측정하는 측온 저항체에 관한 것이다. 특히, 유체의 이동속도가 빠르고, 유체의 압력이 높고, 온도 변화에 대한 빠른 응답속도 및 높은 정밀도·정확도가 요구되는 환경에서, 배관에 흐르는 유체의 온도 변화를 빠르게 감지하여, 온도 변화에 따라 원자로를 빠르게 제어할 수 있도록 하는 고속 응답 측온 저항체에 관한 것이다.
종래, 석유·화학 플랜트 또는 원자력 발전소 등에 있어서의 운전 효율과 제어의 안정성은 냉각 계통의 냉각재 온도를 얼마나 신속하고 정밀, 정확하게 측정하는 가에 의해 좌우된다. 이러한 이유로, 온도 측정을 위해 특수한 구조의 측온 저항체 (RTD, Resistance Temperature Detector) 가 널리 사용되고 있다.
도 1 은 종래의 측온 저항체의 부분 단면도를 나타낸다.
도 1 에 있어서, 종래의 측온 저항체는 온도 측정을 담당하는 센서부와, 이 센서부가 보호관인 써모웰 (thermowell)(119) 내부에 밀착되어 설치될 수 있도록 탄성력을 부여하는 탄성부와, 측온 저항체가 써모웰과 체결될 수 있도록 하는 니플부, 및 신호 전달용 리드선 연결을 위한 헤드부로 구성되어 있다.
센서부는 온도 측정을 위한 측온 저항 소자 (116) 와, 이 저항 소자를 보호하기 위한 테이퍼 형상의 팁 보호 튜브 (115) 로 구성된다.
탄성부는 니플부 내에 위치하고, 스탑퍼 (109) 와 스프링 (108), 링 볼트 (106) 로 구성되며, 일반적으로 3.5 kg ~ 4.5 kg 의 하중으로 시스 (114) 를 밀어주고 있다. 스탑퍼 (109) 는 홈붙이 멈춤 나사로 시스 (114) 에 고정되고, 다시 시스 (114) 와 용접 결합된다. 스탑퍼 (109) 는 상부 니플 (107) 의 돌출부 (111) 와 밀착되도록 설치된다. 스프링 (108) 은 스탑퍼 (109) 와 링 볼트 (106) 사이에 위치하고, 링 볼트 (106) 를 상부 니플 (107) 과 체결함으로써 스프링 (108) 에 탄성을 부여한다.
니플부는 상부 니플 조립체와 하부 니플 조립체 (113), 및 유니온 커플러 (112) 로 구성되어 있다. 상부 니플 조립체는 상부 니플 (107) 과 상부 하프 커플링 (110) 이 용접되어 구성되고, 하부 니플 조립체 (113) 는 하부 니플과 하부 하프 커플링이 용접되어 구성된다. 유니온 커플러 (112) 는 상부 니플 조립체와 하부 니플 조립체 (113) 를 나사산으로 연결하는 역할을 한다. 헤드부는 헤드 커버 (101) 와 헤드 바디 (102), 단자대 (103) 및 터미널 블록 (104) 으로 구성되어 있다. 단자대 (103) 는 터미널 블록 (104) 에 설치되어, 센서에서 측정한 신호를 외부 리드선으로 전달하는 역할을 하며, 터미널 블록 (104) 은 헤드 바디 (102) 와 나사 체결된다.
일반적으로 측온 저항체의 응답 속도가 빠르다 하더라도, 측온 저항체를 보호하기 위해 사용되는 써모웰 (119) 과의 결합력에 따라 응답 속도가 달라질 수 있다. 따라서 측온 저항체와 써모웰 (119) 과의 결합력을 높이기 위해, 테이퍼 형상의 팁을 사용하고, 스프링을 이용해 일정한 힘으로 밀착시키는 한편, 써모웰 (119) 재질의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가진 재질을 측온 저항체에 사용함으로써, 온도 상승 시에 결합력과 접촉 단면적을 더욱 증가 시킨다.
도 2 는 종래의 고속 응답 측온 저항체의 시스와 팁 보호 튜브 결합 부분의 단면도를 나타낸다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 종래의 측온 저항체의 경우에는, 팁 보호 튜브 (115) 를 브레이징 (117) 에 의한 방법으로 결합함으로써 불필요한 돌출부 (118) 를 형성하게 되고, 이 돌출부 (118) 는 써모웰 내벽과의 마찰력을 증가시켜, 측온 저항체의 교체를 위해 써모웰로부터 인출 시, 팁 보호 튜브 (115) 가 절단되는 경우가 빈번하였다. 이처럼, 인출 시 팁 보호 튜브 (115) 가 절단되면, 써모웰 (119) 내부에 남겨진 팁 보호 튜브 (115) 만을 제거하는 것은 극히 어렵기 때문에, 새로운 측온 저항체 설치가 불가능하게 되는 문제가 있다. 따라서 이 경우 배관에 용접된 써모웰 (119) 을 통째로 교체해야 하는데, 이 작업은 배관에 용접된 써모웰 (119) 과 주변 배관을 통째로 절단하였다가 다시 용접해야 하는 큰 작업을 필요로 하게 된다. 이로 인해, 정비 시간이 불필요하게 길어지고, 원전 가동을 위한 예방 정비 기간이 늘어남으로써 원전 가동이 불가능해지며, 이에 따른 일일 손실액 또한 수십억원에 이르게 되는 문제가 있다.
또한, 설치 시에는 써모웰 (119) 과 측온 저항체의 테이퍼 형상의 부분의 마찰력과 스프링에 의해 발생한 힘 때문에 시스 (114) 는 정지하게 되는데 반하여, 헤드부와 니플부는 써모웰 (119) 과의 결합을 위하여 회전할 수 밖에 없게 된다. 따라서, 이 경우 시스와 헤드부 및 니플부의 유일한 결합부인 오가닉 리드선 (105) 만 꼬이게 되는 현상이 발생하고, 결국은 오가닉 리드선 (105) 이 심하게 훼손되어 제품 자체를 사용할 수 없게 되는 사고가 빈번히 발생하였다.
도 3 은 종래의 측온 저항체의 터미널 블록 (104) 의 평면도를 나타낸다. 도 3 에 도시된 종래의 측온 저항체에 있어서, 오가닉 리드선과 외부 신호전달용 리드선이 결합되는 단자대 (103) 는 원주방향으로 일렬로 배치되어 있다. 이 경우, 단자대 (103) 와 단자대 (103) 사이의 거리가 가까워, 쇼트 현상이 발생할 위험성이 매우 높기 때문에, 작업자의 작업에 더욱 세밀함이 요구되는 바, 작업 시간이 많이 걸리는 문제점이 있었다. 측온 저항체가 사용되는 곳은 원자로와 매우 가까이 위치하고 있기 때문에, 작업 시간이 길어질수록 방사능에의 노출 위험 또한 증가하므로, 작업 시간을 단축시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 원자력 발전소의 1차 냉각 계통의 배관에 흐르는 유체의 온도 변화를 빠르게 감지하여, 온도 변화에 따라 원자로를 빠르게 제어할 수 있도록 하고, 고속 응답 측온 저항체의 설치 시 또는 인출 시에, 측온 저항체에 아무런 영향이 미치지 않도록 하는 고속 응답 측온 저항체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 오가닉 리드선의 단선 현상을 해결하고자, 탄성부의 설계를 변경함으로써, 오가닉 리드선 훼손을 방지하고, 또한 작업의 편의성을 향상시켜, 작업시 방사능 노출을 최소화할 수 있도록 하는 고속 응답 측온 저항체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 헤드 커버, 상기 헤드 커버와 연결되는 헤드 바디, 상기 헤드 바디와 결합되는 터미널 블록, 및 상기 터미널 블록에 설치되는 단자대를 포함하는 헤드부; 상기 헤드 바디와 결합되는 상부 니플 조립체와, 상기 상부 니플 조립체에 체결되는 유니온 커플러, 및 상기 유니온 커플러에 의해 상기 상부 니플 조립체와 체결되는 하부 니플 조립체를 포함하는 니플부; 상기 니플부 내에 설치되는 스프링과, 상기 스프링과 시스 사이에 위치하며 상기 스프링의 탄성을 유지하기 위한 스탑퍼를 포함하는 탄성부; 및 시스, 상기 시스의 말단부에 결합되는 테이퍼 형상의 팁 보호 튜브, 및 상기 팁 보호 튜브 내에 설치되는 저항 센서를 포함하는 센서부로 구성되는 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체로서, 상기 시스와 상기 팁 보호 튜브는 용접 방식으로 결합되어, 상기 시스와 팁 보호 튜브의 결합부에 돌출부가 형성되지 않도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 탄성부가 어댑터 및 세팅 플레이트를 추가로 포함하고, 상기 어댑터는 시스와 압착되어 결합되고, 결합된 시스는 상기 세팅 플레이트의 중앙부의 구멍에 삽입되어 장착되며, 어댑터와 세팅 플레이트의 결합부 방향의 어댑터 단부는 세팅 플레이트의 대응 홈 부분과 밀착되고, 상기 세팅 플레이트는 터미널 블록에 체결되어 고정됨으로써, 측온 저항체 설치 시에 헤드부와 니플부에 대한 시스의 상대 회전이 방지되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 단자대가 터미널 블록의 중심 방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 단자대의 형상이 "ㄴ"자 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 측온 저항체는 시스와 보호 튜브의 결합을 용접 방식으로 변경함으로써 종래의 측온 저항체의 결합부에 존재하던 돌출부가 제거되는 결과, 결합력이 향상되고, 인출 시 저항력도 개선되어, 시스와 보호 튜브가 절단되는 사고를 방지할 수 있다. 또한 탄성부의 설계 변경을 통하여, 시스가 회전할 수 없도록 세팅 플레이트를 설치함으로써, 오가닉 리드선이 꼬이거나 훼손되는 현상을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 단자대의 형상을 "ㄴ"자 모양으로 개선함으로써 작업의 편의성이 향상되며, 원주 방향이 아닌 중심방향으로 단자대를 배열하여 쇼트 현상이 발생하지 않도록 공간을 확보함으로써, 작업 시간을 줄이고 방사능 노출 시간 또한 감소시킬 수 있게 된다.
도 1 은 종래의 측온 저항체의 부분 단면도.
도 2 는 종래의 고속 응답 측온 저항체의 시스와 보호 튜브 결합 부분의 단면도.
도 3 은 종래의 측온 저항체의 터미널 블록의 평면도.
도 4 는 본 발명에 따른 고속 응답 측온 저항체의 부분 단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 세팅 플레이트와 어댑터의 결합도.
도 6 은 본 발명에 따른 고속 응답 측온 저항체의 시스와 보호 튜브가 결합된 상태의 부분 단면도.
도 7 은 본 발명에 따른 고속 응답 측온 저항체의 터미널 블록의 평면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명한다.
도 4 는 본 발명에 따른 고속 응답 측온 저항체의 부분 단면도를 나타낸다.
도 4 에 도시된 측온 저항체는 크게 헤드부와 니플부, 탄성부 및 센서부로 나눌 수 있다. 센서부는 시스 (213) 와 보호 튜브 (214) 및 저항 센서 (215) 로 구성된다. 이러한 센서부에 있어서, 시스 (213) 와 보호 튜브 (214) 는 용접 결합되고, 저항 센서 (215) 는 보호 튜브 (214) 내부에 설치되며, 보호 튜브 (214) 와 저항 센서 (215) 사이에는 알루미나 슬러리를 채워 열전달 성능을 향상시켰다. 헤드부는 헤드커버 (201) 와 헤드 바디 (202) 로 구성되며, 헤드 바디 (202) 에는 터미널 블록 (204) 과 상부 니플 조립체 (210) 가 결합된다. 터미널 블록 (204) 에는 시스 (213) 의 오가닉 리드선 (205) 을 연결할 수 있도록 "ㄴ"자 모양의 단자대 (203) 가 설치되어 있다. 니플부는 상부 니플 조립체 (210) 와 하부 니플 조립체 (212), 유니온 커플러 (211) 로 구성되고, 상부 니플 조립체 (210) 는 헤드 바디 (102) 와 결합되며, 하부 니플 조립체 (212) 는 현장에서 써모웰과 조립 시 사용된다. 상부 니플 조립체 (210) 와 하부 니플 조립체 (212) 는 O-링과 함께 유니온 커플러 (211) 에 의해 체결된다. 탄성부는 측온 저항체가 설치될 때 시스 (213) 에 지속적으로 3.5 ~ 4.5 kg 의 하중을 부여하도록 하는 스프링 (208) 과, 오가닉 리드선 (205) 및 시스 (213) 를 연결하는 어댑터 (207) 와, 스프링 (208) 의 탄성을 유지하도록 잡아주는 스탑퍼 (209), 및 시스 (213) 를 고정시키는 세팅 플레이트 (206) 로 구성된다.
도 5 는 본 발명에 따른 세팅 플레이트와 어댑터의 결합도를 나타낸다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 어댑터 (207) 는 시스 (213) 와 압착되어 결합되고, 결합된 시스 (213) 는 세팅 플레이트 (206) 의 중앙부의 둥근 구멍에 삽입되어 장착되며, 어댑터 (207) 와 세팅 플레이트 (206) 의 결합부 방향의 어댑터 (207) 의 단부는 예컨대 육각형이며, 이 육각형 부분은 세팅 플레이트 (206) 의 예컨대 사각형인 홈 부분과 밀착됨으로써, 시스 (213) 가 홀로 회전하는 것을 방지 한다. 또한, 세팅 플레이트 (206) 는 터미널 블록 (204) 과 나사 결합하여 고정되고, 어댑터 (207) 와 결합되어 고정됨으로써, 결합을 위해 헤드부와 니플부가 회전할 때, 시스 (213) 도 함께 회전하도록 하여 오가닉 리드선의 꼬임을 방지한다.
도 6 은 본 발명에 따른 고속 응답 측온 저항체의 시스와 보호 튜브가 결합된 상태의 부분 단면도를 나타낸다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 시스 (213) 와 보호 튜브 (214) 는 용접부 (216) 에서 서로 용접 결합된다. 이 경우, 도 6 의 단면 상에서, 시스 (213) 와 보호 튜브 (214) 의 용접부 (216) 근방에서 시스 (213) 와 보호 튜브 (214) 는 동일 높이로 결합되며, 따라서 도 2 의 돌출부 (118) 와 같은 부분은 형성되지 않는다. 한편, 본 발명과 같이 용접 결합에 의하여 시스 (213) 및 보호 튜브 (214) 를 결합하는 경우에는 브레이징에 의해 결합하는 경우보다 약 10% 의 결합력 향상 효과가 있다. 이에 따라 결합된 측온 저항체는 돌출부가 형성되어 있지 않으므로, 써모웰과 결합시 마찰력이 저감되며, 또한 용접 결합에 의해 결합력이 증가하므로, 측온 저항체의 교체 시 보호 튜브 (214) 의 절단이 효과적으로 방지된다.
도 7 은 본 발명에 따른 고속 응답 측온 저항체의 터미널 블록의 평면도를 나타낸다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 단자대는 원의 중심 방향으로 배치된다. 이러한 배열에 의해, 각 단자대와 이웃하는 단자대 사이의 공간을 충분히 확보하여, 각 단자대 사이의 쇼트가 발생하지 않도록 하였다. 또한, 도 7 에 확대 부분으로 도시되어 있는 바와 같이, 각 단자대는 "ㄴ"자 모양으로 형성되어 있으며, 반경방향 내측보다 반경방향 외측의 높이가 더 높게 형성되어 있다. 이러한 단자대의 형상에 의해, 쇼트 방지 효과를 더욱 개선함과 함께, 작업자의 작업 편의성 또한 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 고속 응답 측온 저항체에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 설명된 실시형태에만 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시형태들에 한정하기 위한 것이 아니며, 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.
101, 201 헤드 커버 102, 202 헤드 바디
103, 203 단자대 104, 204 터미널 블록
105, 205 오가닉 리드선 106 링 볼트
107 상부 니플 108, 208 스프링
109, 209 스탑퍼 110 상부 하프 커플링
111 돌출부 112 유니온 커플러
113, 212 하부 니플 조립체 114, 213 시스
115, 214 보호 튜브 116 측온 저항 소자
119 써모웰 (thermowell) 206 세팅 플레이트
207 어댑터 210 상부 니플 조립체
215 저항 센서

Claims (4)

  1. 헤드 커버, 상기 헤드 커버와 연결되는 헤드 바디, 상기 헤드 바디와 결합되는 터미널 블록, 및 상기 터미널 블록에 설치되는 단자대를 포함하는 헤드부;
    상기 헤드 바디와 결합되는 상부 니플 조립체와, 상기 상부 니플 조립체에 체결되는 유니온 커플러, 및 상기 유니온 커플러에 의해 상기 상부 니플 조립체와 체결되는 하부 니플 조립체를 포함하는 니플부;
    상기 니플부 내에 설치되는 스프링과, 상기 스프링과 시스 사이에 위치하며 상기 스프링의 탄성을 유지하기 위한 스탑퍼를 포함하는 탄성부; 및
    시스, 상기 시스의 말단부에 결합되는 테이퍼 형상의 팁 보호 튜브, 및 상기 팁 보호 튜브 내에 설치되는 저항 센서를 포함하는 센서부로 구성되는 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체로서,
    상기 시스와 상기 팁 보호 튜브는 용접 방식으로 결합되어, 상기 시스와 팁 보호 튜브의 결합부에 돌출부가 형성되지 않도록 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성부는 어댑터 및 세팅 플레이트를 추가로 포함하고,
    상기 어댑터는 시스와 압착되어 결합되고, 결합된 시스는 상기 세팅 플레이트의 중앙부의 구멍에 삽입되어 장착되며, 어댑터와 세팅 플레이트의 결합부 방향의 어댑터 단부는 세팅 플레이트의 대응 홈 부분과 밀착되고, 상기 세팅 플레이트는 터미널 블록에 체결되어 고정됨으로써, 측온 저항체 설치 시에 헤드부와 니플부에 대한 시스의 상대 회전이 방지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단자대는 터미널 블록의 중심 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단자대의 형상은 "ㄴ"자 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체.
KR1020110019387A 2011-03-04 2011-03-04 원자로 냉각재 온도 측정용 고속 응답 측온 저항체 KR101220084B1 (ko)

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