KR101813325B1 - 전기적 피드 스루 및 그 사용 - Google Patents

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Abstract

통과 전류를 전도시키기 위한 피드 스루(10)는, 관통 개구(4)를 구비한 플랜지(3)로서, 이 관통 개구 내에서 전류를 위한 전도체(1)가 절연 구성요소(5, 6)에 의해 유지되고 플랜지(3)에 연결되어 관통 개구(4)가 밀봉되는 것인 플랜지를 포함한다. 절연 구성요소(5, 6)는 플랜지의 상면 및/또는 하면(300, 301)과 동일한 높이이거나, 또는 플랜지(3)의 상면 및/또는 하면(300, 301)으로부터 관통 개구 내에 후퇴(T)되어 있다. 전도체(1)는 코발트 함량이 68 내지 84 중량%인 코발트-철 합금으로 실질적으로 이루어진다.

Description

전기적 피드 스루 및 그 사용{ELECTRICAL FEED-THROUGH AND THE USE THEREOF}
본 발명은 특히 고전류에 적합한 전기적 피드 스루(feed-throughs), 및 그 사용 방법에 관한 것이다. 이러한 피드 스루에 의해, 전류가 안전 관련 봉입체(safety-related enclosures) 내로 도입될 수 있고 그로부터 제거될 수 있고, 이 방식으로 전기 부하가 전류를 공급받을 수 있다. 특히 저전압 범위 및 중간 전압 범위에서 피드 스루가 또한 포함된다. 이들 피드 스루는 일반적으로, 이들의 부품이 몇 센티미터(a few centimeters) 내지 수 센티미터(many centimeters)의 범위의 직경을 가질 수 있고, 총 중량이 수 킬로그램일 수도 있기 때문에, 일반적으로 대형 피드 스루라 칭한다.
안전 봉입체라 집합적으로 공지되어 있는, 가연성 위험 재료를 저장하거나 수송하기 위한 봉입체, 에너지 발생 또는 저장 장치의 봉입체 또는 위험 물질이 발생하고 그리고/또는 저장되어 있는 봉입체의 경우에, 봉입체 내로 그리고/또는 봉입체로부터 전류를 도입하고 그리고/또는 제거하는 것이 종종 필요하다. 예를 들어, 수중 펌프, 특히 또한 극저온 펌프가 봉입체 내에 배치된, 액화 천연 가스를 안내하고 그리고/또는 수송하기 위한 설비에 사용된다. 펌프를 위해 요구되는 전력을 봉입체의 내부로 도입하기 위해, 전기적 밀봉 피드 스루를 갖는 접속 디바이스가 사용된다. 예를 들어 발전소의 증기 발생기와 같은 에너지 발생 유닛의 경우에, 발생된 에너지는 안전하게 제거되어야 하고 그리고/또는 이들 에너지 발생 유닛 내의 장치에는 전류가 공급되어야 한다. 이 목적으로, 피드 스루는 통상적으로, 예를 들어 압력 용기, 특히 액화 가스 탱크와 같은 안전 봉입체의 플랜지 상에 플랜지 장착된다.
특히, 가연성 가스 및/또는 액체의 압력 용기의 경우에, 여기서는 피드 스루가 장시간에 걸쳐 밀봉 유지되는 것이 중요하다. 특히 폭발성 가스 혼합물을 형성할 수 있는 가연성 물질을 저장할 때, 자체로는 위험하지 않은 극단적으로 작은 누설의 경우에도, 가스 혼합물이 피드 스루의 폐쇄 영역에 형성될 수도 있는 위험이 여전히 존재한다. 예를 들어, 이러한 영역은 장착된 보호 하우징 내에 형성될 수도 있다. 폭연(deflagration)이 이어서 발생하면, 피드 스루는 폐쇄되어야 할 봉입체로부터 안전하지 않은 재료가 신속하게 새어나오는 이러한 방식으로 손상될 수도 있다. 이는 또한 특히 고장의 경우에도 원자로 하우징의 확실한 격납(containment) 및/또는 원자로 하우징 자체의 밀봉을 보장하기 위해, 핵에너지를 발생하기 위한 설비의 경우와 관련된다.
EP 2 031 288 B1호는 전기 도전체가 절연 부싱(insulating bushing)에 의해 플랜지 내에 납땜되어 있는 액화 가스 탱크용 전기적 피드 스루를 설명하고 있다. 플랜지는 관통 개구를 갖고, 여기서 전기 절연 부싱이 도면에 사용되는 바와 같이 도면 부호 20 및 22를 갖는 접속 요소의 도움으로 플랜지에 연결된다. 절연 부싱은 관형이고, 부싱의 내경보다 더 작은 직경의 전기 도전체를 내부에 갖는다. 그 단부에서, 부싱과 도전체 사이의 갭(gap)은 밀폐식으로 밀봉되어, 부싱과 도전체 사이에 비교적 큰 간극(clearance)이 존재하게 된다. 부싱에는 보어가 존재한다. 플랜지는 2-부분 구조를 가져, 플랜지들 사이에는 간극이 존재하게 되고, 이 간극은 부싱 내의 보어를 통해 부싱 내의 간극을 플랜지들 사이의 간극에 연결하고, 또는 1-부분 플랜지는 부싱의 보어에 대응하는 보어를 구비한다. 부싱의 간극 내의 압력을 모니터링함으로써, 부싱 내에 침투하는 가스가 검출될 수 있고, 따라서 피드 스루에 대한 손상이 모니터링될 수 있다.
이 피드 스루는, 전기 절연 부싱이 특정 길이를 갖고 플랜지의 표면을 지나 돌출하는 문제점을 갖는다. 이 피드 스루는 관형이고, 내부 도전체 주위로 연장하는 간극을 갖는다. 부싱의 재료는 취성 재료로서 알려진 세라믹이다. 이러한 피드 스루 유닛의 경우에, 특히 부싱은, 특히 플랜지의 표면을 지나 돌출하기 때문에, 기계적 하중 하에서 파열될 수도 있다. 파열의 경우에, 안전 봉입체와 주변부들 사이의 배리어(barrier)가 파괴될 것이다. 이와는 별개로, 부싱 및 내부 도전체의 재료는 이들의 열 팽창에 관련하여 서로 일치하도록 구성되어야 한다. 더욱이, 이러한 부싱의 제조는 상당한 제조 비용을 수반한다.
본 발명의 최초 출원 시에는 아직 공개되지 않은 DE 10 2013 202 614 A호는 플랜지 내의 피드 스루를 설명하고 있는데, 이 경우에, 기능 요소, 예를 들어 전류용 도전체는 플랜지 내에서 유리로 둘러싸이고, 유리의 절연 부품은 플랜지의 표면을 지나 돌출하지 않는다. 이 피드 스루의 도움을 받아 높은 전류 강도를 위한 전기 도전체를 제공하기 위해, 이 문헌에서는, 전기 도전체가 제1 기능 부품에 의해 유지되고, 이어서 관통 개구 내에서 유리로 둘러싸이는 것이 제공되어 있다. 전기 도전체는 특히 구리로 이루어진다. 이는 직접 유리로 둘러싸이지 않을 수 있기 때문에, 구리 도전체는 갭 없이 제1 기능 부품에 연결된다. 제1 기능 부품은 유리로 둘러싸일 수 있는 재료로 이루어진다. 일반적으로, 전기 도전체는 이 경우에 절연 부품의 유리 재료와의 연결부를 수립하는 강철 튜브(steel tube)에 의해 둘러싸인 구리봉(copper rod)에 의해 형성된다. 이 경우에, 강철 튜브로의 구리봉의 연결부의 밀봉이 보장되어야 한다. 이러한 해결책은 기계적으로 안정하지만, 특히 구리봉과 강철 튜브의 요구된 연결에 기인하여, 제조 비용의 증가를 필요로 한다.
이 배경기술을 배경으로 하여, 본 발명의 목적은, 높은 전류 강도를 위해 적합하고, 높은 기계적 하중을 견디는 것이 가능하고, 감소된 비용으로 제조될 수 있는 전기적 피드 스루를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항의 요지에 의해 성취된다. 본 발명의 유리한 구성 및 개량 그리고 특히 유리한 용례는 종속 청구항에 설명되어 있다.
본 발명에 따른 피드 스루는, 상부면 및 하부면, 그리고 내부벽을 갖춘 관통 개구를 갖는 플랜지와, 적어도 하나의 전기 절연성 절연 부품에 의해 관통 개구 내에 배치되어 있고 이 방식으로 절연 부품에 의해 플랜지에 접속되어 있는 전류용 도전체를 또한 포함한다. 그 결과, 관통 개구가 밀봉된다. 관통 개구는 플랜지의 상부면으로부터 하부면으로 연장된다. 용어 상부면 및 하부면은 상대적인 용어이기 때문에, 관통 개구는 유사하게 플랜지의 하부면으로부터 상부면으로 연장된다. 일반적으로, 안전 봉입체의 내부에 대면하는 면은 상부면이라 칭하고, 하부면은 상부면에 대향하는 플랜지의 표면인 면이다.
적어도 하나의 절연 부품이 플랜지의 상부면 및/또는 하부면과 동일 높이에 있는 방식으로 관통 개구 내에 제공된다. 이는 절연 부품이 플랜지의 상부면 및/또는 하부면을 지나 돌출하지 않는 것을 의미한다. 대안으로, 적어도 하나의 절연 부품은 관통 개구 내의 플랜지의 상부면 및/또는 하부면으로부터 후퇴되지 않도록 제공된다. 이는 적어도 하나의 절연 부품이 이어서 관통 개구 내에 오목하게 되어 있는 것처럼 제공되는 것을 의미한다. 그 결과, 절연 부품은 예를 들어 고장의 경우에, 또는 설치 및/또는 작동 중에 발생할 수도 있는 기계적 손상으로부터 보호된다.
본 발명에 따르면, 전류용 도전체는, 적어도 그 코어 영역에서 그 코발트 함량이 68 중량 % 내지 84 중량 %인 코발트-철 합금으로 이루어진다. 철 함량은 이에 따라 특히 16 중량 % 내지 32 중량 %이다. 작은 분율의 다른 물질, 특히 금속이 합금 내에 함유되고, 그 비율은 최대로 대략 2 중량 %일 수 있는 것이 유사하게 가능하다. 특히 유리한 코발트 함량은 각각의 경우에 중량 %로, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81% 및/또는 82%이다. 대응하는 철 함량은 수학적으로 논리적으로 얻어진다.
본 발명자들은, 그 구성요소의 언급된 함량을 갖는 언급된 합금이 한편으로는 특히 전도도와 관련하여, 양호한 전기적 특성을 갖지만, 다른 한편으로는 특히, 화학적 특성이 적합성이 있고 언급된 코발트-철 합금의 열팽창 계수(α20 - 300)가 이하에 더 언급되는 유리 재료에 적합하기 때문에, 절연 부품의 재료로서 유리에 양호하게 또한 접속될 수 있다는 것을 인식하였다. 따라서, 언급된 코발트-철 합금은 대략 9.0 ppm/K 내지 대략 12 ppm/K의 100℃ 주위의 온도 범위에서의 열팽창 계수(α20-300)를 가질 수도 있는데, 대략 9.5 ppm/K 내지 대략 11.5 ppm/K의 값이 특히 유리하다.
용어 열팽창 계수는 일반적으로 알려져 있다. 본 명세서에 사용될 때, 이 용어는 더 정확하게는, 통상적으로 기호 α에 의해 표현되는 선형 열팽창 계수를 표현한다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 열팽창 계수는 더욱 더 정확하게는, α20 -300으로서 단축적으로 상징되는, 20℃ 내지 300℃의 온도 범위에서의 평균 선형 열팽창 계수를 표현하는 데 통상적으로 사용되는, 계수(α20 - 300)를 단축적으로 명명하도록 의도된다.
전술된 합금의 다른 유리한 특성은 이들의 작은 전기적 비저항(specific electric resistance)이다. 유리한 값은 20℃에서 0.1 μΩ·m 미만, 특히 20℃에서 0.085 μΩ·m 미만 및/또는 20℃에서 0.080 μΩ·m 미만 및/또는 20℃에서 0.075 μΩ·m 미만이다. 이러한 작은 값의 전기적 비저항은, 특히 본 발명의 피드 스루에 의해, 도전체를 더 큰 양으로 가열하지 않고 높은 전류로 디바이스가 접속되는 것을 가능하게 한다. 효과적으로, 본 발명의 피드 스루는 디바이스가 작동 중에 있을 때 냉각된 매체가 도전체에 의해 가열되지 않기 때문에, 저온 용례에 적합하다. 더욱이, 플랜지, 도전체 및 절연 부품의 열팽창 계수 사이의 균형이 교란되지 않는다.
특히, 유리 및/또는 유리 세라믹 및/또는 세라믹으로 이루어지면, 절연 부품의 재료는, 플랜지 및/또는 언급된 코발트-철 합금의 열팽창 계수보다 낮은, 계획된 작동 조건들의 온도 간격에서의 열팽창 계수를 갖도록 선택될 수도 있다. 이후에 얻어진 유리로 둘러싸인 부분은 압축성 유리로 둘러싸인 부분으로서 알려져 있고, 여기서 금속 부품이 절연 부품 상에 압축 응력을 인가하고, 이는 절연 부품을 관통 개구 내에 부가로 고정한다. 그러나, 특히 유리로 이루어지면, 플랜지 및/또는 언급된 코발트-철 합금과 계획된 작동 조건들의 온도 간격에서의 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 방식으로 절연 부품의 재료를 선택하는 것이 유사하게 또한 가능하다. 이어서, 적응성 피드 스루(adapted feed-through)로서 알려진 피드 스루가 얻어진다. 이들 용어는 당 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 본 발명의 요지를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 적어도 하나의 절연 부품의 재료의 열팽창 계수(α20-300)보다 큰 열팽창 계수(α20 - 300)를 갖는 재료로 제조된 플랜지를 포함하도록 요약될 수 있고, 플랜지는 적어도 20℃의 온도에서, 적어도 하나의 절연 부품 상에 압축 응력을 인가한다.
절연 부품의 재료의 열팽창 계수(α20 - 300)는 도전체의 재료의 열팽창 계수(α20 -300)에 유사하도록 유리하게 선택된다. 수치 범위에서, 도전체의 열팽창 계수(α20 -300)는 절연 부품의 열팽창 계수보다 적어도 30%, 유리하게는 적어도 20%, 더 유리하게는 적어도 15%, 특히 유리하게는 적어도 10%, 특히 더 유리하게는 적어도 7% 크거나 작다.
플랜지, 절연 부품 및/또는 절연 부품들의 재료 및 도전체의 열팽창 계수의 균형이 특히 중요한데, 이는 그렇지 않으면 작동 온도에서, 특히 변화하는 작동 온도에서, 영구적 밀폐식 피드 스루 요소 또는 적어도 기밀 피드 스루 요소가 성취될 수 없기 때문이다.
도전체의 코어 영역은 전류가 주로 안내되는 영역이다. 도전체는 일반적으로 언급된 코발트-철 합금의 고체봉이다. 그러나, 본 발명은, 예를 들어 절연 부품과 관련하여 접착성 접합을 증가시키고 그리고/또는 전기 전달 저항을 최적화하고 그리고/또는 적응시키기 위해, 도전체가 코팅되는 해결책을 또한 포함한다. 이어서, 도전체의 코어 영역은 언급된 코발트-철 합금으로 이루어지고, 쉘 영역은 상이한 재료로 이루어진다.
도전체의 기하학적 구조는 요구된 전류 강도에 적응될 수 있다. 서두에서 언급된 바와 같이, 본 명세서의 피드 스루는 대형 피드 스루에 관련된다. 도전체는 5 mm, 특히 7 mm 초과 및/또는 또한 10 mm 초과의 직경을 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 피드 스루 내의 도전체로서 언급된 코발트-철 합금을 사용하면, 특히 유리 및/또는 유리 세라믹의 절연 부품이 사용될 때, 절연 부품에 직접 또는 선택적으로 단지 코팅만 제공된 상태로 도전체를 접속하는 것을 가능하게 하고, 따라서 강철 튜브 또는 철 튜브로의 구리 도전체의 노동집약적 용접을 생략하는 것을 가능하게 한다. 도전체의 직경의 적합한 선택이 제공되면, 그럼에도 불구하고 이러한 해결책에 의해 도전체 상에 높은 강도의 전류를 통과시키는 것이 가능하다. 특히, 50 A 초과의 전류 강도가 대응 실시예에서 가능해진다.
플랜지는 일반적으로, 특히 강철로 된, 예를 들어 디스크와 같은 금속 부품일 수도 있다. 관통 개구는 드릴링에 의해서뿐만 아니라 밀링, 선삭(turning), 기초 성형(primary forming) 및 모든 다른 적합한 방법에 의해 생성될 수도 있다. 관통 개구는 일반적으로 여기서 표면이라 칭하는 플랜지의 주 영역(main area)을 통해 수직으로 연장될 수도 있어 그 벽 영역의 높이가 플랜지의 높이에 실질적으로 대응하게 된다. 플랜지 자체는 이어서 다른 부품, 예를 들어 안전 봉입체에 체결되어야 한다. 플랜지가 금속으로 이루어지면, 일반적인 유형의 피드 스루는 또한 금속 고정 재료 피드 스루라 칭한다.
플랜지 및 이에 따른 절연 부품 및/또는 절연 부품들에 의해 접속된 도전체는 피드 스루로서 구조 유닛을 형성한다. 플랜지 자체는 맞춤형 수단에 의해, 바람직하게는 가역적으로, 예를 들어 나사 결합에 의해, 다른 부품, 예를 들어 안전 봉입체에 체결될 수도 있다. 본 발명에 따른 피드 스루의 설치 및/또는 교환 중에 그 내부에 부품들이 위치되어 있는 상태로 전체 플랜지가 일반적으로 설치되고 그리고/또는 제거된다.
설명된 바와 같이, 플랜지는 일반적으로 마찬가지로 금속을 포함한다. 예를 들어 Cu, Ni 및/또는 이들의 조합과 같은 전해도금을 갖는 표준강이 Ni 합금 및/또는 Cr 합금과 같이 유리하다. 특히, 염수에 대한 이들의 내성에 의해 해양 용례의 경우에 특히 두드러지는 AISI 304/304L 및 316/316L과 같은 오스테나이트 고등급강과 같은 고등급강이 유사하게 유리하다. 예를 들어, Invar, Inconel 및 Monel과 같은 고도의 내열성 강이 유사하게 유리하다. 본 발명에 또한 적합하고 이에 의해 포함되는 것은 0도 이하의 온도에서 인성이 있는 강이다. 이러한 0도 이하의 온도에서 인성이 있는 강은 -60℃ 이하의 온도에서 교차 방향 및 접선 방향으로 ISO-V 프로브에서 측정된 적어도 27 주울의 노치 충돌 에너지의 최소값을 갖는 DIN 17280 강에 따른다.
플랜지가 금속, 특히 전술된 유리한 금속들 중 하나를 포함한다는 표현은, 특히 플랜지가 상이한 재료로 구성되는 실시예를 포함하는 것을 의미한다. 본 발명의 목적을 위해, 피드 스루 개구의 확실한 기밀 밀봉이 중요하기 때문에, 이러한 실시예는 특히 적어도 섹션 내의 피드 스루 개구의 내부벽이 상기 금속들을 포함하는 플랜지 구성을 포함한다.
유사하게, 매우 낮은 온도에서, 특히 극저온에서, 이들의 높은 노치 충돌 저항에 기인하여 적합한 오스테나이트강이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 피드 스루는 서로로부터 분리되고 서로로부터 이격된 적어도 2개의 절연 부품을 포함하고, 여기서 도전체는 플랜지로부터 전기적으로 절연되도록 관통 개구 내에 유지되고, 절연 부품은 절연 부품과 관통 개구의 내부벽 및 도전체 사이에 공간을 형성한다. 공간은 간극일 수도 있고 그리고/또는 다른 매체, 예를 들어 다공성 재료 및/또는 유체로 완전히 또는 부분적으로 충전될 수도 있다.
전기 절연성 절연 부품은 예를 들어 플라스틱 재료 및/또는 유리 재료 및/또는 유리-세라믹 재료 및/또는 세라믹 재료와 같은 적합한 재료로 이루어질 수도 있다. 특히 유리 재료 및/또는 유리-세라믹 재료에 의해, 제1 기능 부품의, 그리고 이에 따른 피드 스루 전체의 밀폐식 밀봉이 영구적으로 성취될 수 있다.
도전체의 종축은 일반적으로 관통 개구의 종축에 평행하게 연장되고, 유리하게는 관통 개구 내의 제1 기능 부품의 배치는 심지어 동축이다. 본 실시예의 적어도 2개의 전기 절연 부품은 특히 환형 방식으로 도전체를 에워싸고 관통 개구 내에 이를 유지한다. 전기 절연 부품은 유리하게는 유리 부품, 유리-세라믹 부품 및/또는 세라믹 부품이다. 이 기술은 유리-금속 피드 스루로서 당 기술 분야의 숙련자에게 알려져 있다. 도전체는 절연 부품에 의해 관통 개구 내에 있는 것처럼 유리로 둘러싸인다. 이들 재료는, 이들이 높은 절연값을 갖고, 공격적인 물질(aggressive substances)의 공격에 화학적으로 불감성인 점에서 장점을 갖는다. 그러나, 이들 재료는 기계적 하중에 민감할 수도 있는 취성 재료인 점에서 단점을 갖는다. 그러나, 예를 들어 PEEK와 같은 특히 고성능 플라스틱과 같은 플라스틱의 사용이 유사하게 가능하다.
본 실시예에서, 서로로부터 분리된 적어도 2개의 전기 절연 부품은, 특히 이들이 자신과 관통 개구의 내부벽 및 제1 전기 도전체 사이에 공간을 형성하는 방식으로 관통 개구 내에 합체된다. 따라서, 원형 관통 개구의 경우에, 간극은 링의 형태를 갖는다. 모든 다른 직경 기하학적 구조, 그리고 유사하게 모든 최종적인 간극의 기하학적 구조가 물론 유사하게 가능하고 본 발명에 의해 커버(cover)된다. 특히, 절연 부품 및/또는 절연 부품들은 플랜지의 표면을 지나 돌출하지 않는다. 특히 유리하게는, 이들 절연 부품은 플랜지의 표면과 동일 높이이거나 또는 심지어 관통 개구 내에 리세스(recess)되게 된다. 이 방식으로, 이들 절연 부품은 기계적 효과로부터, 예를 들어 고장의 경우에 주위에 비산하는 부분 및/또는 수리 중에 조심스럽게 사용된 도구로부터 보호된다.
본 발명에 따른 피드 스루의 특히 바람직한 실시예에서, 이 공간은 적어도 하나의 모니터링 개구에 의해 측정 기구에 접속될 수 있고, 모니터링 개구는 전기 절연 부품 및/또는 플랜지 중 하나를 통해 연장된다. 모니터링 개구는 유리하게는 플랜지를 통해 연장되고, 모니터링 개구의 일 단부는 특히 간극의 영역에서 관통 개구의 내부벽에 제공되어 있거나, 또는 절연 부품 중 적어도 하나를 통해 또는 절연 부품의 모두의 조합을 통해 연장된다. 따라서, 절연 부품의 고장에 기인하여 간극에 진입하는 매체는 모니터링 개구에 접속될 수 있는 측정 기구에 의해 검출될 수 있다. 측정 기구는 예를 들어 압력 게이지일 수도 있다. 이는 간극 내의 압력의 변화가 지시되게 하고, 예를 들어 경보를 울리도록 설정하기 위한 지시기이다. 간극 내로의 다른 가스의 침입을 검출하는 가스 센서로서 측정 기구를 설계하는 것이 유사하게 가능하다. 공간 자체는 부압(negative pressure), 진공, 임의의 원하는 보호 가스, 비도전성 액체로 충전될 수도 있다. 이들 모두 및 모든 가능한 측정 기구로의 접속성은 본 발명에 의해 커버된다. 이 방식으로, 피드 스루의 모든 주요 부품들이 본 발명에 따른 피드 스루에서 모니터링될 수 있다.
피드 스루가 관통 개구를 위한 하나 초과의 모니터링 개구를 갖는 것이 유사하게 가능하다. 이어서 특히 유체가 하나의 모니터링 개구를 통해 간극 내로 그리고 적어도 하나의 다른 모니터링 개구를 통해 재차 외부로 안내되도록 하는 것이 가능하다. 하나의 모니터링 개구는 이때 유체의 유동부처럼 형성되고 그리고 다른 모니터링 개구는 유체를 위한 복귀부처럼 형성된다. 작동 상태에서, 유체는 특히 액체 상태 또는 기체 상태일 수도 있다. 유체는, 특히 고장의 경우에, 열적 손상, 구체적으로 기능 부품 및/또는 절연 부품의 용융을 방지하거나 적어도 지연시키는, 예를 들어 물 또는 액체 N2와 같은, 특히 냉각을 위한 유체일 수도 있다. 유사하게, 매체는 보호 매체, 예를 들어 기체 N2 및/또는 기체 He, Ar 및/또는 다른 보호 가스 또는 희가스와 같은 화학적으로 거의 불활성 액체 또는 보호 가스일 수도 있다. 특히 유리하게는, 산소 함유 점화성 분위기의 형성은 기체 N2 및/또는 다른 보호 가스로의 플러싱(flushing)에 의해 방지될 수 있다. 고장의 경우에 이들의 공격 상태를 변화시키는 유체를 사용하는 것이 유사하게 가능하고, 따라서 냉각을 위한 그리고/또는 낮은 유체 변환을 갖는 보호 가스로서 또한 기능할 수 있다. 유체의 유동부 및/또는 복귀부는 플랜지 내에 그리고/또는 절연 재료 내에 위치될 수도 있다. 유동부 및/또는 복귀부가 플랜지 내에 위치되면, 이는 플랜지 내의 대응 보어에 의해 성취될 수 있다. 유동부 및/또는 복귀부가 절연 부품 내에 위치되면, 예를 들어 튜브가 이 목적으로 절연 부품 내에 매립되는 것이 가능하다.
특히 유리하게는, 적어도 하나의 절연 부품은 관통 개구에 직접 접속되고, 또는 최대로 예를 들어 다른 유리 재료 또는 유리-세라믹 재료를 포함할 수도 있는, 절연 부품과 관통 개구의 내부벽 사이의 접착 촉진제 또는 적응층과 같이 작은 두께를 갖는 중간층이 존재한다. 이에 의해, 관통 개구의 내부벽과 절연 부품의 재료 사이의 직접적인 연결이 제공된다. 중간층이 도포되는 경우에, 중간층의 재료와 관통 개구의 내부벽 사이에 2차원 평면이 존재한다. 이에 의해, 선택적 중간층을 포함하여, 절연 부품의 재료와 플랜지의 재료의 화학적 및/또는 물리적 상호 작용은, 피드 스루 개구 내에 절연 부품을 고정하기 위한 부가의 힘을 제공할 수 있다.
도전체는 유리하게는 적어도 하나의 변형 영역을 갖고, 이 변형 영역에서 도전체의 재료 두께는 국부적으로 감소되어, 도전체의 기계적 안정성이 변형 영역에서 저하되고, 도전체는 특히 작동 상태에서 그리고/또는 고장의 경우에, 변형 영역에서의 기계적 하중 하에서 변형될 수 있게 된다. 변형 영역은 특히 도전체 내의 리세스에 의해 형성될 수도 있다. 리세스는 예를 들어 노치, 홈, 블라인드 홀(blind hole) 등을 의미하는 것으로서 이해된다.
변형 영역은 토크, 압력, 장력, 굽힘 모멘트, 전단 모멘트 및/또는 진동이 도전체에 인가되는 것을 가능하게 한다. 변형 영역에 유도된 변형은 대응하는 작동 상태에서 피드 스루의 과부하, 특히 피크 하중(peak load)이 그 위에 작용할 때의 동적 과부하를 방지하는 효과를 갖고, 피드 스루의 기계적 하중 지탱 능력이 이 방식으로 증가된다. 변형 영역은 그 위에 작용하는 기계적 피크 하중이 존재할 때 이를 완충시켜, 최대한 도전체가 플랜지로부터 인열되는 것을 방지하고 그리고/또는 플랜지의 재료가 인열되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 변형 영역은 또한 사전 결정된 파괴점으로서 기능하여, 도전체에 대한 손상의 경우에, 그 결과로서 전체적으로 피드 스루의 배리어가 파괴되지 않고, 손상된 위치가 변형 영역에서 주로 발생하게 된다. 이는 본 발명에 따른 피드 스루가 특히 고장에 대해 내성을 갖게 한다.
본 발명에 따른 피드 스루의 다른 바람직한 실시예에서, 도전체는, 신장 가능 및/또는 수축 가능 및/또는 회전 가능 방식으로 서로 접속된 연결 구조체를 상호 결합함으로써 연결되는 적어도 2개의 개별 부분을 포함한다. 이를 위해, 도전체의 부분의 상호 대면하는 단부들은 예를 들어, 플러그 및 소켓과 같은 상호 결합 구조를 가질 수도 있다.
변형 영역 및/또는 연결 구조체는 도전체의 임의의 원하는 점에 존재할 수도 있다. 예를 들어, 이들은 도전체의 종축을 따라 플랜지의 주 평면(main plane)으로부터 이격하여, 즉 플랜지의 상부면 및/또는 하부면을 지나 돌출하는 도전체의 영역에서, 안전 봉입체의 내부 또는 외부에 제공될 수 있어, 예를 들어 거기서 전기 모터에 전류를 공급한다. 이들 모터 및/또는 그에 접속된 케이블은 도전체를 거쳐, 이어서 도전체 상에 토크 및/또는 굽힘 모멘트를 인가할 수 있다. 변형 영역은 그 종축 둘레로 도전체의 꼬임 및/또는 탄성 진동(즉, 비틀림)을 가능하게 하여, 대응하는 기계적 모멘트가 관통 개구 내의 도전체, 특히 절연 부품의 체결부로부터 이격하여 유지되게 하거나 또는 적어도 거기에 더 이상 유해하지 않은 방식으로 감소되게 된다. 본 용례의 예에서, 이 수단은 고정 재료, 특히 절연 부품으로부터 도전체가 꼬여 나오는 것 그리고/또는 파괴되는 것을 방지한다. 도전체의 탄성 굽힘 진동이 유사하게 가능하고, 굽힘부는 변형 영역에 놓인다. 이는 또한 특히 절연 부품을 릴리프(relief)하고, 본 발명에 따른 피드 스루의 기계적 하중 지탱 능력을 향상시킨다. 동일한 것이 도전체의 연결 구조체에 적용된다.
도전체의 변형 영역 또는 연결 구조체는 적어도 2개의 개별 절연 부품 사이의 공간 내에 배치되는 것이 특히 바람직하다. 본 실시예는 도전체가 그 단부들에서 최대의 안정성을 갖는 장점을 갖는다. 그러나, 피드 스루가 도전체의 종축에 수직으로 작용하는 과도한 기계적 하중, 특히 압축 하중에 노출되면, 절연 부품의 파열이 발생할 수도 있다. 그러나 이후에도, 기계적 하중은 변형 영역 및/또는 연결 구조체에 의해 적어도 감소되고, 절연 부품들 중 단지 하나만이, 일반적으로 기계적 하중의 소스에 가장 근접한 것만이 파열된다. 그러나, 절연 부품들은 서로로부터 분리되어 있기 때문에, 하나의 절연 부품의 파괴는 배리어가 손실되었다는 것을 의미하는 것은 아니다. 다른 온전한 절연 부품은 이때 여전히 봉입체의 확실한 밀봉을 제공한다. 이 방식으로, 특히 압축 하중의 피크 펄스가 신뢰성 있게 완충될 수 있는데, 이는 특히 고장 관련 용례의 경우에 장점을 갖는다. 일 절연 부품의 파열은 적합한 수단, 예를 들어 음향 및/또는 광학 모니터링 디바이스에 의해 검출될 수 있고, 여기서 피드 스루의 교환이 권장될 수 있다.
유사하게 바람직한 실시예에서, 도전체는 플랜지의 상부면 및/또는 하부면을 지나, 즉 특히 디스크형 플랜지의 주 영역들 중 하나를 지나 돌출한다. 본 실시예에서, 변형 영역은 도전체의 돌출 영역에, 즉 2개의 절연 부품 사이의 공간 외부에 배치된다. 본 실시예의 경우에, 기계적 하중은 절연 부품 및/또는 절연 부품들로부터 이격하여 유지되어, 이들 절연 부품이 작동 상태에서 그리고/또는 고장의 경우에 손상되는 확률이 감소되게 된다. 이러한 변형 영역이 전기 부하를 위한 연결 구조체로서, 예를 들어 전기 접속부, 특히 접속 슬리브가 미끄러져 제외되는 것에 대한 보호부로서 동시에 사용되는 것이 유사하게 가능하다. 단지 전기 접속 구조체로서, 특히 예를 들어 케이블과 같은 접속된 도전체를 위한 안전장치로서만 기능하는 구조체가 도전체의 돌출 영역에 존재하는 것이 유사하게 가능하고 본 발명에 의해 커버된다. 이들 전기 접속 구조체는 변형 영역에 대안으로서 또는 변형 영역과 조합하여 존재할 수도 있고, 그리고/또는 설명된 바와 같이 변형 영역으로서 동시에 작용할 수도 있다.
플랜지는 관통 개구의 내부벽의 적어도 부분 영역을 형성하는 플랜지 요소를 갖고, 특히 전기 절연 부품들 중 적어도 하나는 플랜지 요소에 의해 형성된 관통 개구의 이 부분 영역에 배치되는 것이 유사하게 제공된다.
플랜지 요소는 플랜지의 주 본체(main body)와 상이한 재료, 특히 상이한 금속으로 이루어질 수도 있고, 또는 동일한 재료로 이루어질 수도 있다. 플랜지 요소는 유리하게는 관통 개구의 내부벽의 적어도 부분 영역을 형성한다. 전기 절연 부품들 중 적어도 하나는 이때 유리하게는 상기 부분 영역에 배치된다.
이는, 플랜지에서, 예를 들어 드릴링 및/또는 밀링 및/또는 선삭에 의해 생성된 단차형 리세스가 존재할 수도 있고, 최대 직경을 갖는 이 리세스의 부분에는 링 요소가 끼워지고 플랜지의 주 본체에 연결된다는 것을 의미한다. 연결부는 예를 들어 용접에 의해 생성될 수도 있다. 플랜지 요소의 내경은 유리하게는 관통 개구의 직경에 대응하여, 원통형 관통 개구가 존재하게 된다. 절연 부품들 중 적어도 하나는 이때 유리하게는 플랜지 요소에 의해 형성된 관통 개구의 영역에 제공된다. 전술된 바와 같이, 거기에 위치된 절연 부품의 재료는 주변 관통 개구의 재료에 적응되어, 본 실시예에서, 제1 절연 부품의 재료와 제2 절연 부품의 재료는, 특히 플랜지의 재료와 플랜지 요소의 재료가 서로 상이하면, 서로 상이할 수도 있게 된다. 특히, 절연 부품들은 상이한 유리 및/또는 유리 세라믹으로 이루어질 수도 있다.
플랜지가 추가의 플랜지 요소를 갖거나 갖지 않고 구성되는지에 무관하게, 관통 개구 내에 그리고/또는 제1 기능 부품 상에는, 플랜지 및/또는 제1 기능 부품 사이의 상대 이동을 회피하기 위한 수단이 존재하는 것이 특히 유리하고 본 발명에 의해 커버된다.
상대 이동을 회피하기 위한 수단은 관통 개구의 적합한 프로파일에 의해 그리고/또는 도전체의 외부 벽의 구성에 의해 얻어질 수도 있다. 특히, 관통 개구는, 단지 약간 테이퍼지고 그리고/또는 단차부를 갖는 프로파일을 가질 수도 있다. 테이퍼 및/또는 단차부는 보유 수단으로서 기능할 수도 있는데, 이는 포지티브 압력이 더 큰 직경을 갖는 관통 개구의 측면에 인가될 때 절연 부품들이 압박되어 제외되는 것을 기계적으로 더 어렵게 한다. 단차부와는 별개로, 예를 들어 관통 개구의 원추형 프로파일 및/또는 부분 원추형 프로파일이 특히 가능하다. 관통 개구의 내부벽은 이 경우에, 상대 이동을 회피하기 위한 수단을 갖는 것으로 제공된다.
다른 유리한 실시예에서, 절연 부품들 중 적어도 하나는 코팅을 갖는다. 이는 특히 압력이 인가될 때 생성되는 바와 같이, 굴곡 하중과 관련하여 절연 부품을 특히 더 보강할 수도 있다. 설명된 바와 같이, 절연 부품은 특히 취성 재료로 이루어질 수도 있기 때문에, 코팅은 특히 압력의 인가로부터 이격하여 대면하는 측면에서 균열의 초기 형성을 억제하는 경우, 절연 부품의 파열을 또한 방지할 수도 있다. 예를 들어, 플라스틱을 이용한 절연 부품의 코팅이 유리하다.
본 발명은 유사하게, 안전 봉입체, 특히 압력 용기 및/또는 액화 가스 탱크, 및/또는 원자로 챔버 및/또는 원자로 하우징 및/또는 펌프 하우징 및/또는 발전기 하우징 내의 안전 봉입체에 대한, 그리고 이에 따라 또한 이들 봉입체, 탱크, 챔버 및/또는 하우징 자체에 대한 본 발명에 따른 피드 스루의 사용을 커버한다.
본 발명에 따른 피드 스루의 특히 바람직한 사용은 전기 모터 및/또는 펌프, 특히 극저온 펌프에 전류를 공급하는 것이다. 이를 위해, 이들 모터 및/또는 펌프는 일반적으로 본 발명에 따른 피드 스루의 도전체에 접속된다.
본 발명에 따른 전기적 피드 스루의 바람직한 실시예를 위한 특히 효율적인 제조 방법은 이하의 단계, 즉
- 일반적으로 금속으로 이루어지고, 적어도 하나의 관통 개구를 갖는 플랜지를 제공하는 단계,
- 적어도 2개의 절연 부품 프리폼(insulation component preforms)을 제공하는 단계로서, 이들 프리폼은 유리, 세라믹 및/또는 유리 세라믹의 콤팩트(compact)이고, 콤팩트는 일반적으로 환형인 것인, 절연 부품 프리폼을 제공하는 단계,
- 적어도 그 코어 영역에서, 그 코발트 함량이 68 중량 % 내지 84 중량 %인 코발트-철 합금인 도전체, 특히 그 코발트 함량이 68 중량 % 내지 84 중량 %인 코발트-철 합금의 도전체를 제공하는 단계,
- 제1 절연 부품 프리폼을 관통 개구 내로 도입하는 단계,
- 제1 절연 부품의 환형 공간 내로 도전체를 도입하는 단계,
- 관통 개구 내에서 유지되도록 관통 개구 내에 제2 절연 부품 프리폼을 도입하는 단계,
- 관통 개구의 내부벽 및 제1 기능 부품과 절연 부품 프리폼의 융착, 그리고 선택적으로 제1 기능 부품과 제2 기능 부품 사이의 땜납 재료의 융착을 유도하는 온도로 모든 배치된 부품들을 가열하는 단계로서, 융착은 특히 관통 개구의 내부벽과 도전체 사이에 밀폐식으로 밀봉되어 있는 전기 절연 접속부 및 개별 절연 부품의 생성을 야기하는 것인, 가열 단계,
- 전기적 피드 스루를 냉각하는 단계
를 포함한다.
유리의 절연 부품, 즉 예비 스테이지로서 콤팩트가 처리 프로세스 중에, 가열 중에 변화하는 것, 특히 부품들이 증발할 수 있고 그리고/또는 유리가 적어도 부분적으로 결정화하는 것이 유사하게 가능하다.
유사하게, 관통 개구 내에 절연 부품을 배치하는 동시에 이들을 함께 가열하지 않고, 먼저 관통 개구 내에 절연 부품 프리폼(및 도전체)을 배치하고 가열하는 것이 유사하게 가능하다. 특히 유리하게는, 절연 부품 프리폼의 재료는 가열 중에 적어도 부분적으로 결정화하도록 그리고 적어도 부분적으로 결정화된 재료가 결정화되지 않은 재료보다 더 높은 연화 온도를 갖도록 선택된다. 이는 당 기술 분야의 숙련자에게 공지된, 대응하는 유리에 의해 성취될 수 있다. 제2 절연 부품 프리폼은 후속하여 관통 개구 내에 배치될 수도 있고, 이어서 제2 절연 부품 프리폼이 관통 개구의 내부벽과 융착하는 온도로 가열된다. 그 처리 온도가 적어도 부분적으로 결정화된 제1 절연 부품의 연화 온도 미만에 있도록 제2 절연 부품 프리폼의 재료가 선택되면, 제1 절연 부품은 가열 중에 여전히 관통 개구 내에 확실히 도전체를 고정한다. 적합한 재료는 예를 들어, 유리이다.
이 방식으로, 정밀한 제조 프로세스가 실현될 수 있다. 더욱이, 절연 부품의 화학적 특성, 특히 그 화학적 내성은, 상이한 유리 재료 및/또는 유리-세라믹 재료를 선택함으로써 플랜지의 설치 상황의 요구에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 프로세스측에 대면하는 절연 부품은 프로세스 매체에 화학적으로 내성이 있을 수도 있고, 반면에 프로세스측으로부터 이격하여 지향하는 측에서의 절연 부품은 특히 분위기 주변부에 대해 내성이 있을 수도 있는데, 예를 들어 특히 방수성일 수도 있다.
가스 융착, 치밀한 제조 등의 기술이 유리-금속 밀봉부의 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 설명된 피드 스루가 위치되어 있는 다수의 관통 개구가 플랜지에 마련되는 것이 또한 가능하고 본 발명에 의해 커버된다. 하나 초과의 도전체가 관통 개구 내에서 절연 부품 또는 절연 부품들 내에 고정되는 것이 유사하게 가능하고 본 발명에 의해 커버된다.
본 발명에 따른 전기적 피드 스루는 다수의 용례에 사용될 수 있다. 안전 봉입체, 특히 압력 용기 및/또는 원자로 챔버 및/또는 액화 가스 탱크에서의 용례, 그리고 또한 임의의 전기 제어 디바이스 및/또는 센서 및/또는 액추에이터 또는 발전기 또는 펌프의 하우징에 있어서의 용례가 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 피드 스루에 의해, 전기 모터 및/또는 전기 제어 디바이스 및/또는 센서 및/또는 액추에이터 및/또는 펌프 및/또는 수중 펌프 및/또는 극저온 펌프에 유리하게 전류가 공급될 수 있다. 온도 적용 범위는 이 경우에, 특히 예를 들어 유체를 냉각하기 위해 관련되는 바와 같은 저온 범위로부터, 특히 고장 및/또는 비상의 조건 하에서 발생할 수도 있는 고온으로 확장될 수도 있다.
본 발명이 도면에 기초하여 더 설명된다. 모든 도면은 단지 개략적이고, 본 발명에 따른 실제로 존재하는 전기적 피드 스루 및/또는 이들의 개별 구성요소의 크기 및/또는 비율은 도면마다 상이할 수도 있다. 도면은 마찬가지로, 설명된 방법에 의해 생성되어 있는 예시적인 실시예를 표현하고 있다.
도 1은 모니터링 개구에 연결된 2개의 절연 부품 사이의 공간 내에 슬릿형 리세스에 의해 형성된 변형 영역을 갖는, 도전체를 갖는 본 발명에 따른 피드 스루를 통한 단면도.
도 2는 변형 영역이 도전체의 주연 노치에 의해 형성되어 있는, 도 1에 도시되어 있는 본 발명에 따른 피드 스루를 통한 단면도.
도 3은 변형 영역 및/또는 전기 접속 구조체가 플랜지의 표면을 지나 돌출하는 도전체의 영역에 있는, 본 발명에 따른 피드 스루를 통한 단면도.
도 4는 상호 결합 구조체에 의해 서로 접속되어 있는 2개의 부분을 갖춘 도전체를 갖는 본 발명에 따른 피드 스루를 통한 단면도.
도 5는 플랜지가 용접인입(welded-in) 플랜지 요소 및 관통 개구를 포함하고, 도전체는 상대 이동을 회피하기 위한 수단을 갖는, 본 발명에 따른 피드 스루를 통한 단면도.
도 6은 관통 개구가 상대 이동을 회피하기 위한 대안적인 수단을 갖는, 도 5에서와 같은 본 발명에 따른 피드 스루를 통한 단면도.
도 7은 관통 개구가 상대 이동을 회피하기 위한 대안적인 수단을 갖는, 도 5 및/또는 도 6에서와 같은 본 발명에 따른 피드 스루를 통한 단면도.
도 8은 플랜지 내에 하나 초과의 관통 개구가 존재하는, 본 발명에 따른 피드 스루의 평면도.
도 9는 연결된 펌프를 갖는 액화 가스 탱크 내에서의, 본 발명에 따른 피드 스루의 사용을 도시하고 있는 도면.
도 1은 플랜지(3)의 상부면 및/또는 하부면(300, 301)에 수직하게 본 발명에 따른 피드 스루(10)를 통한 단면도를 도시하고 있다. 플랜지에는, 내부벽(41)을 갖는 관통 개구(4)가 존재한다. 관통 개구 내에는, 봉의 형태를 취하고, 언급된 코발트-철 합금으로 된 전류용 도전체(1)가 배치되어 있다. 이 도전체는 전기 절연 방식으로 금속 플랜지(3)의 관통 개구(4) 내에 유지되어야 한다. 이는, 전술된 바와 같이, 관통 개구(4)의 밀폐식 밀봉을 성취하기 위해 유리 재료 및/또는 유리-세라믹 재료로부터 특히 제조되는 개별 절연 부품(5, 6)에 의해 성취된다. 그러나, 밀폐성 및/또는 내시효성 및/또는 내구성에 대한 더 낮은 요구가 부여되면, 플라스틱으로 된 절연 부품(5, 6)이 또한 가능하다. 2개의 개별 전기 절연 부품(5, 6)은 관통 개구 내에 공간(7)을 형성하는데, 이 공간은 특히 환형이고 이 공간 내에는 도전체(1)의 변형 영역(8)이 배치되어 있다.
전술된 바와 같이, 예를 들어 안전 봉입체의 내부와 같은 프로세스면에 대면하는 면은 일반적으로 상부면(300)으로서 이해되고 플랜지의 일부이다. 하부면(301)은 대향면이다. 이 용어들은 이에 따라 서로 관련하여 이해되어야 하고 상호 교환 가능하다. 각각의 면의 어떠한 기능도 이들 용어와 연계되지 않는다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 일 절연 부품(5)은 플랜지(3)의 상부면 또는 하부면(300, 301)과 동일 높이(F)에 있는 방식으로 관통 개구(4) 내에 제공된다. 이는 특히, 절연 부품(5)의 표면이 플랜지(3)의 상부면 또는 하부면(300, 301)을 지나 돌출하지 않는 것을 의미한다. 절연 부품(6)은, 플랜지(3)의 상부면 또는 하부면(300, 301)으로부터 후퇴(T)되어 있는 방식으로 관통 개구(4) 내에 제공된다. 절연 부품은 따라서 관통 개구(4) 내에 오목하게 되어 있는 것처럼 보인다. 이 방식으로, 절연 부품(5, 6)은, 기계적 효과에 의해 파괴되거나 또는 손상되는 위험으로부터 보호된다.
이 예시적인 실시예에서, 도전체(1)의 변형 영역(8)은 슬릿형 리세스에 의해 형성된다. 공간(7) 내로 개방되어, 모니터링 개구(12)가 플랜지(3) 내에 제공된다. 설명된 바와 같이, 측정 기구가 모니터링 개구에 접속될 수 있다. 절연 재료(5, 6)의 배리어의 파열은 모니터링 개구(12)에 접속될 수 있는 측정 기구에 의해 검출될 수 있다. 절연 부품(5, 6) 중 하나의 파열은 예를 들어, 공간(7) 내에 위치하는 매체의 압력 변동의 결과로서, 이들 기구에 의해 검출될 수 있다. 모니터링 개구(12)에 접속된 측정 기구가 간극(7) 내에 선택적으로 제공되어 손상의 경우에 새어나오는 매체를 검출하기 위해 사용되는 것이 유사하게 가능하다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 것과 유사한 본 발명에 따른 피드 스루(10)를 통한 단면도를 도시하고 있다. 그 변형 영역(8)이 주연 노치에 의해 형성되어 있는 도전체(1)는 이때 공간(7) 내에 배치된다. 여기서도, 도전체(1)는 서로로부터 분리된 2개의 전기 절연 부품(5, 6)에 의해 관통 개구(4) 내에 유지된다. 절연 부품(5, 6)은 관통 개구(4)를 밀폐식으로 밀봉하고, 오목하게 된 방식으로(T) 관통 개구(4) 내에 제공된다. 이를 위해, 이들 절연 부품은 유리 및/또는 유리 세라믹으로 이루어진다. 유리-금속 복합재의 영구 밀폐성을 위한 중요한 기준은, 서로 접속된 재료의 열팽창 계수(α20 - 300)가 서로 일치하는 것이다. 따라서, 본 경우에, 절연 부품(5, 6)의 유리의 열팽창 계수(α20 - 300)는 플랜지(3)의 재료 및 도전체(1)의 재료에 일치하도록 이루어져 왔다. 플랜지(3)는 일반적으로 강철로 이루어져, 절연 부품(5, 6)의 유리가 플랜지(3)의 강철 및 도전체(1)의 언급된 재료에 일치하도록 이루어져 왔다.
절연 부품(5, 6)의 유리는 그 열팽창 계수가 플랜지(3) 및 도전체(1)의 열팽창 계수에 대략 대응하도록 선택될 수도 있다. 이는 적응성 피드 스루로서 공지된 것에 대응한다. 피드 스루의 특히 양호한 밀폐성 및 기계적 하중 지탱 능력은 압축성 밀봉부 또는 압축성 피드 스루로서 알려져 있는 것을 사용함으로써 성취될 수 있는데, 여기서 예를 들어 유리 및/또는 유리 세라믹과 같은 절연 부품(5, 6)의 재료는 플랜지(3)보다 낮은 열팽창 계수(α20 - 300)를 갖는다. 결합 프로세스에 의해 설정되어 있는 절연 부품(5, 6), 플랜지(3) 및 도전체(1)의 연결부의 냉각 중에, 플랜지는 절연 부품(5, 6) 상에 그대로 수축하고 이들 절연 부품에 압축 응력을 인가한다. 이 압축 응력은 관통 개구 내의 절연 부품을 그대로 클램프하여, 압축 응력에 의해 생성된 유지력이 화학 접합 및 다른 표면 효과에 의해 생성된 힘에 추가되게 된다. 이는 모든 예시적인 실시예 및/또는 도면의 경우에 가능하다.
유리하게는, 설명된 적응성 피드 스루 및 압축성 피드 스루 양자 모두는 유사하게는 관통 개구(4)의 내부벽(41)의 재료와 절연 부품(5, 6) 사이의 재료 접합 연결부이다. 재료 접합 연결부에 의해, 특히 연결된 부품들의 계면 영역에 화학 접합이 형성된다. 특히, 저온 용례의 경우에, 플랜지는 유리 재료 및/또는 유리-세라믹 재료의 절연 부품 상에 수축하고 따라서 그 위에 압축 응력을 인가한다.
2개의 절연 부품(5, 6)은 서로로부터 분리되고, 도면에 따르면, 예를 들어 환형이다. 이들 절연 부품은 자신들, 관통 개구(4)의 내부벽(41)과, 제1 기능 부품(1)의 표면 사이에 환형 공간(7)을 형성한다. 이 공간은 매체 및/또는 예를 들어, 매체 내에 침투될 수 있는 다공성 재료와 같은 다른 재료에 의해 적어도 부분적으로 충전될 수도 있다.
도 3은 플랜지(3)의 상부면 및/또는 하부면(300, 301)에 수직하게 본 발명에 따른 전기적 피드 스루(10)를 통한 단면도를 도시하고 있다. 이는 도 1 및 도 2의 실시예에 최대한 대응하는데, 유일한 차이점은 도전체(1)의 변형 영역(8)이 플랜지(3)의 상부면 및/또는 하부면(300, 301)을 지나 돌출하는(S) 도전체(1)의 영역에 있다는 것이다. 여기서, 변형 영역(8)은 주연 홈의 형태를 갖는다. 도전체(1)가 특히 토크의 효과 하에서 기계적 하중에 노출되면, 비틀림이 변형 영역(8)에 발생할 수 있어, 절연 부품(5, 6)으로부터 하중을 이격하여 유지한다. 이에 따라, 절연 부품(5, 6)의 파열의 확률이 감소된다. 유사하게, 변형 영역(8)은 전기 부하의 접속부를 위한 접속 구조체로서 사용되면, 즉 접속 구조체로서 기능하면, 이중 기능을 수행할 수 있다. 홈은 이때 특히 접속부가 의도치 않게 잡아당겨 제거되는 것에 대한 보호부로서 기능할 수도 있다. 접속 구조체는 단지 전기 도전체를 보호하고 그리고/또는 향상시키는 기능만을 수행하고, 변형 영역으로서 작용하지는 않는 것이 유사하게 가능하다.
도 4에서, 상호결합 구조체(24, 25)에 의해 서로 연결되어 있는 2개의 부분(21, 22)을 갖는 도전체(1)를 갖는, 본 발명에 따른 피드 스루(10)를 통한 플랜지(3)의 표면에 수직인 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 상호결합 구조체(24, 25)는 플러그 및 소켓으로서 형성될 수도 있다. 도전체(1)의 2개의 부분(21, 22)은 종축을 따라 서로에 대해 변위 가능하고 그리고/또는 회전 가능하다.
도 4의 예시적인 실시예에는, 링이 플랜지 재료와 동일한 재료 또는 상이한 재료의 플랜지 요소(31)로서 용접되어 있는, 플랜지(3)의 가능한 특정 구성이 또한 도시되어 있다. 플랜지에는, 플랜지(3)와 플랜지 요소(31)를 서로 연결하는 용접 시임(32)이 대응적으로 존재한다. 관통 개구(4)의 내부벽은 이에 따라, 특히 상이한 열팽창을 갖는 상이한 재료, 특히 상이한 금속의 부분(41, 42)을 갖는다. 본 실시예는, 플랜지(3)에 대한 것과는 상이한 재료가 플랜지 요소(31)에 대해 사용되는 경우, 용접인입 재료(31)가 예를 들어 열팽창과 관련하여, 주 플랜지(3)의 재료와는 상이한 특성을 가질 수 있다는 장점을 갖는다. 이는, 그에 인접한 절연 부품(6)이 다른 절연 부품(5)과는 상이한 재료, 특히 상이한 유리로 이루어질 수 있는 것을 가능하게 한다. 이 방식으로, 피드 스루(10)는, 예를 들어, 사용된 재료가 화학적 내성 및/또는 재료 경도 및/또는 온도 내성 등과 관련하여 특정 요구에 부합하는 데 사용되는 경우, 용례의 요구에 특히 양호하게 적응될 수 있다. 이는 모든 실시예에 유사하게 적용된다. 도 4에 도시되어 있는 실시예의 다른 특징은 실질적으로 이전의 도면에 대응한다.
도 5는 도 3 및 도 4의 조합에 실질적으로 대응하는 실시예에서 본 발명에 따른 피드 스루(10)를 통한 플랜지(3)의 표면에 수직인 단면도를 도시하고 있다. 플랜지(3)는 용접 시임(32)에 의해 플랜지(3) 내에 용접인입되어 있는 플랜지 요소(31)를 갖는다. 본 발명의 개량으로서, 이 도면 및 예시적인 실시예에서, 플랜지(3)와 절연 재료(5, 6) 사이 그리고 또한 도전체(1)와 절연 재료(5, 6) 사이의 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50, 51)이 존재한다.
특히 압축 하중 하에서, 부품들 사이의 상대 이동을 회피하기 위한, 특히 미끄러짐을 회피하기 위한 수단의 특정 구성에 대한 수많은 가능성이 존재한다. 전체로서 피드 스루(10)의 하중 하에서, 절연 부품(5, 6)으로부터의 도전체(1)의 탈착을 회피하기 위해, 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)은 관통 개구(4)의 내주부 상에 제공된다. 이들 수단은 관통 개구(4)의 직경의 국부적인 변경에 의해, 도 5의 도면에서는 관통 개구(4) 내에 배치된 단차부(50)에 의해 구별된다. 특히, 관통 개구(4)의 더 큰 직경의 방향으로부터의 압축 하중의 경우에, 고정 재료, 여기서 절연 부품(5, 6) 및 또한 이에 따른 도전체(1)는 관통 개구 내에서의 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)에 의해 더 양호하게 유지된다. 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)이 관통 개구 내에 제공되면, 이는 전술된 압축 하중의 방향에서 플랜지의 굽힘부, 특히 굴곡부가 존재할 때에도, 이들 수단이 고정 재료(5, 6)의 확실한 유지를 보장하는 장점을 갖는다. 굽힘 하에서, 고정 재료는 관통 개구(4) 내의 압력을 향하는 측면에서 클램핑되기 때문에, 플랜지(3)의 굽힘은 고정 재료(5, 6)의 유지력을 더 증가시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 이 부가의 클램핑력은, 특히 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)이 관통 개구(4) 내에 있으면, 압력으로부터 이격하여 향하는 측면 상의 갭의 가능한 형성에 의해 생성되는 효과보다 더 강력하다.
도 5에는, 도전체(1) 상에 제공된, 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)이 유사하게 도시되어 있다. 이들 수단도 역시, 일반적으로는, 여기서 돌출부(51)인 도전체(1)의 외경의 국부적인 변경부이다. 플랜지(3)와 도전체(1) 사이의 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50, 51)은 또한, 도전체(1) 외부로 압박하는 것을 방지하기 위해 도 5에 도시되어 있는 방식으로 설계될 필요는 없지만, 또한 관통 개구(4) 내의 도전체(1) 및/또는 절연 부품(5, 6)의 비틀림이 방지되는 방식으로 구성될 수도 있다. 이 목적을 위해 적합한 것은, 특히 예를 들어 관통 개구 내의 새김눈(score) 또는 리지(ridge)와 같이, 플랜지(3)의 표면에 수직하게 최대로 관통 개구(4)의 내부벽(41, 42)을 따라 연장하는 구조체이다.
관통 개구(4) 내의 그리고/또는 제1 기능 부품(1) 상의 임의의 적합한 구조체가 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50, 51)으로서 가능하고, 본 발명에 의해 커버된다는 것은 말할 필요가 없다.
실시예에서, 도전체(1)의 변형 영역(8)은, 플랜지(3)의 상부면(300)을 지나 돌출하는 영역에서, 압력 용기에 대면하는 도전체(1)의 측면에 제공된다. 이 도면에 따르면, 플랜지(3) 및/또는 플랜지 요소(31) 내의 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)은, 이들이 변형 영역(8)의 측면으로부터 작용하는 압력의 효과를 견딜 수 있는 방식으로 형성된다. 특히, 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)의 단차부들은, 관통 개구의 직경이 압력으로부터 이격하여 향하는 측면, 즉 하부면(301)의 방향에서보다, 압력의 인가의 방향에서, 즉 상부면(300)에서 더 크게 되는 방식으로 형성된다.
도 6은 관통 개구(4) 내의 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)이 관통 개구의 원추형 프로파일에 의해 성취되는, 도 5에 따른 실시예를 실질적으로 도시한다. 압축 하중은 이때 관통 개구의 최대 직경의 방향으로부터 발생하고, 플랜지(3)는 일반적으로 안전 봉입체 상에 대응적으로 배향된 방식으로 장착된다. 대응적으로, 여기서 상부면(300)은 관통 개구(4)의 원추형 프로파일이 더 큰 직경을 갖는 면이다. 플랜지(3)의 하부면(301)은 상부면(300)으로부터 대향하는 면이다.
도 7은 이제 플랜지(3)와 도전체(1) 사이의 상대 이동을 회피하기 위해 관통 개구(4) 내에 제공된 대안적인 수단(50)을 갖는, 도 5에 대응하는 실시예를 실질적으로 도시하고 있다. 따라서, 직경의 확대부(50)는 일 절연 부품(6)이 제공되어 있는 관통 개구(4)의 영역에 제공되어 있고, 반면에 다른 절연 부품(5)이 제공되어 있는 영역에는 관통 개구(4)의 직경의 국부적 감소부가 존재한다.
본 발명에 따른 피드 스루(10) 내에 모니터링 개구(들)(12)가 존재하지 않는지, 1개 존재하는지, 2개 이상 존재하는지 여부는 각각의 용례에 의존한다. 도면에 도시되어 있는 각각의 실시예는 또한 모니터링 개구(들)(12)를 구비하지 않거나, 1개 이상의 모니터링 개구를 구비할 수도 있다. 모니터링 개구(12)가 도 7에 유사하게 도시되어 있고, 이 모니터링 개구는 본 예에서 플랜지(3)를 통해 L형 방식으로 연장되며 예를 들어 대응 보어에 의해 생성될 수도 있다. 절연 부품(5)을 통해 연장되는 제2 모니터링 개구(12)가 유사하게 존재한다. 대안으로, 개구는 또한 플랜지(3)를 통해 연장될 수 있다. 공간(7)은 이에 따라 2개의 모니터링 개구(12)를 통해 액세스 가능하다. 모니터링 개구(12)는 간극(7) 내로 안내될 수 있는 냉각 유체의 유동부 및 복귀부로서 특히 기능할 수도 있고, 전술된 바와 같이, 특히 고장의 경우에, 피드 스루(10)의 열적 내성을 증가시킬 수 있다. 마찬가지로, 설명된 바와 같이, 보호 유체, 예를 들어 보호 가스, 특히 기체 질소(N2)는 간극(7) 내의 폭발성 혼합물의 형성을 방지할 수 있다. 절연 부품의 파열의 경우에, 그렇지 않으면 플랜지에 의해 폐쇄되는 공간 내로 냉각 유체 및/또는 보호 유체를 도입하는 것이 유사하게 가능하다. 예를 들어, 고장의 경우에 발생하는 팽창 또는 온도 범위의 경우에, 특히 효율적인 냉각이 그 결과로서 발생할 수 있기 때문에, 또한 생성된 가스가 동시에 보호 가스로서 기능할 수 있으면, 위상 전이를 갖는 유체가 특히 유리할 수도 있다. 유체의 손실 및/또는 압력의 강하 및/또는 압력의 증가 및/또는 유체의 조성의 변화는 접속된 측정 기구에 의해 검출될 수 있고, 따라서 피드 스루(10)의 손상 및/또는 고장의 존재가 또한 자동으로 검출될 수 있다.
도 8은 플랜지(3)의 상부면 또는 하부면(300, 301)을 향해 지향된, 본 발명에 따른 피드 스루(10)의 평면도를 도시하고 있다. 플랜지(3) 내에 하나 초과의 관통 개구(4)가 존재하고, 언급된 코발트-철 합금의 도전체(1)를 갖는 전기적 피드 스루가 관통 개구(4)의 각각 내에 삽입된다. 도시되어 있는 예에서, 선택적 환형 플랜지 요소(31)가 플랜지(3) 내에 유사하게 존재하고, 관통 개구(4)의 일부를 형성한다. 관통 개구(4)는 플랜지(3)와 제1 기능 부품(1) 사이의 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50, 51)을 포함할 수도 있다. 관통 개구의 경우에, 이는 그 둥글지 않은 직경의 기하학적 구조에 의해 상징된다. 상대 이동을 회피하기 위한 수단(50)은 웨브(50; webs)의 평면도에 의해 여기에 도시되어 있는, 다른 개구에 대한 일 개구의 방향에서 관통 개구의 내부벽을 따라 거기에 제공된다. 도전체(1)는 유사한 웨브(51)를 가질 수도 있다. 이 관통 개구는 특히, 비틀림 방지형인데, 즉 특히 토크가 도전체(1)에 인가될 수 있다.
도 9는 여기서 액화 가스 탱크(200)인 안전 봉입체 상의 본 발명에 따른 피드 스루(10)의 설치를 개략적으로 도시하고 있다. 액화 가스 탱크(200) 내부의 피드 스루(10)에 연결된 수중 펌프(210)는 이 방식으로 특히 도전체(1)에 의해 전류를 공급받는다. 탱크는 특히 액화 가스를 수용할 수도 있다. 본 발명에 따른 피드 스루는 대응적으로 낮은 온도에 특히 적합하다. 이 적용 영역은 20℃에서 도전체 재료의 전기적 비저항의 전술한 낮은 값으로부터 이익을 얻는데, 이는 작동 온도가 낮을수록 감소한다.
본 발명에 따른 피드 스루(10)는, 단지 하나의 플랜지가 존재하는 결과로서, 이 피드 스루가 적은 노력으로 생산될 수 있고 더 높은 기계적 하중을 견디는 것이 가능하다는 장점을 갖는 것이다. 과부하의 경우에도, 그에 의해 형성된 배리어가 파괴되지 않는다. 심지어 작은 손상도 작동 중에 검출될 수 있어, 특히 대응하는 수리 수단이 자동으로 개시될 수 있게 되고 그리고/또는 고장 경보가 자동으로 울리도록 설정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 피드 스루(10)는 고장에 저항성이 있고, 예를 들어 안전 봉입체의 작동 신뢰성을 향상시키는 데 기여한다. 도전체(1)의 재료의 선택은 특히 효율적으로 생산될 수 있는 것을 의미하는데, 왜냐하면 이 재료가 절연 부품(5, 6)에 양호하게 연결될 수 있어, 추가의 보조 부품을 생략하는 것이 가능하게 되고, 그럼에도 불구하고 고강도의 전류가 도전체(1)를 거쳐 낮은 전기적 비저항에 의해 로드에 전달될 수 있기 때문이다.
1: 도전체 3: 플랜지
4: 관통 개구 5, 6: 절연 부품
10: 피드 스루 12: 모니터링 개구
300: 상부면 301: 하부면

Claims (16)

  1. 통과 전류를 안내하기 위한 피드 스루(10)로서,
    상부면 및 하부면, 그리고 내부벽(41)을 갖는 관통 개구(4)를 갖는 플랜지(3)로서, 상기 관통 개구는 상기 플랜지(3)의 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 것인 플랜지(3)와,
    적어도 하나의 전기 절연성 절연 부품(5, 6)에 의해 상기 관통 개구(4) 내에 배치되고 상기 플랜지(3)에 접속되어, 상기 관통 개구(4)가 밀봉되게 하는 전류용 도전체(1)
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전기 절연성 절연 부품(5, 6)은 상기 플랜지(3)의 상부면, 하부면, 또는 양자 모두와 동일 높이(F)에 있거나 또는 상기 관통 개구 내에서 상기 플랜지(3)의 상부면, 하부면, 또는 양자 모두로부터 후퇴(T)되어 있고, 상기 도전체(1)는 적어도 그 코어 영역에서 코발트 함량이 68 내지 84 중량 %인 코발트-철 합금으로 이루어지며,
    상기 도전체(1)는 상기 플랜지(3)로부터 전기적으로 절연되는 방식으로 상기 플랜지(3)에 접속되고, 서로 분리된 적어도 2개의 절연 부품(5, 6)에 의해 상기 관통 개구(4) 내에 유지되고,
    상기 절연 부품(5, 6)은 상기 관통 개구(4) 내에서 서로로부터 이격되어 배치되고, 자신들과 상기 관통 개구(4)의 내부벽(41)과 상기 도전체(1) 사이에 공간(7)을 형성하는 것인 피드 스루.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지(3)의 재료의 열팽창 계수(α20-300)는 상기 적어도 하나의 전기 절연성 절연 부품(5, 6)의 재료의 열팽창 계수(α20-300)보다 크거나 같고, 상기 도전체(1)의 재료는 상기 적어도 하나의 전기 절연성 절연 부품(5, 6)의 재료의 열팽창 계수(α20-300)와는 최대 30%만큼 상이한 열팽창 계수(α20-300)를 갖는 것인 피드 스루.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플랜지(3)의 재료의 열팽창 계수(α20-300)는 상기 적어도 하나의 전기 절연성 절연 부품(5, 6)의 재료의 열팽창 계수(α20-300)보다 크고, 상기 플랜지(3)는 적어도 20℃의 온도에서, 상기 절연 부품(5, 6) 상에 압축 응력을 인가하는 것인 피드 스루.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플랜지(3)의 재료는 전해도금을 갖는 표준 강, Ni 합금, Cr 강, 고등급강, 오스테나이트 고등급강 및 고도의 내열강 그리고 0도 이하 온도에서 인성이 있는 강으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택된 금속을 포함하는 것인 피드 스루.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전체(1)의 코발트-철 합금은 20℃에서 0.1 μΩ·m 미만의 전기적 비저항을 갖는 것인 피드 스루.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관통 개구(4)를 밀폐식으로 밀봉하는 적어도 하나의 전기 절연성 절연 부품(5, 6)은 유리, 유리 세라믹 및 세라믹 중 하나 이상으로 이루어지는 것인 피드 스루.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공간(7)은 적어도 하나의 모니터링 개구(12)에 의해 측정 기구에 접속될 수 있거나, 또는 유체가 상기 모니터링 개구(12)를 통해 간극(7) 내외로 안내될 수 있고, 상기 모니터링 개구(12)는 상기 절연 부품(5, 6) 및 플랜지(3) 중 하나를 통해 연장되는 것인 피드 스루.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전체(1)는 변형 영역(8)을 갖고, 상기 변형 영역에서, 상기 도전체(1)의 재료 두께가 감소되어, 상기 도전체(1)가 상기 변형 영역(8)에서 기계적 하중 하에서 변형될 수 있게 되는 것인 피드 스루.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전체(1)는 신장 가능 방식, 수축 가능 방식, 및 회전 가능 방식 중 하나 이상의 방식으로 서로 연결되는 연결 구조체(24, 25)를 상호 결합시킴으로써 연결되는 적어도 2개의 부분(21, 22)을 포함하는 것인 피드 스루.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 변형 영역은 상기 공간(7) 내에 배치되어 있는 것인 피드 스루.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연결 구조체(24, 25)는 상기 공간(7) 내에 배치되어 있는 것인 피드 스루.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 도전체(1)는 상기 플랜지의 상부면, 하부면, 또는 양자 모두를 지나 돌출하고(S), 상기 변형 영역(8)은 상기 도전체(1)의 돌출 영역(S) 내에 배치되는 것인 피드 스루.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 도전체(1)는 상기 플랜지의 상부면, 하부면, 또는 양자 모두를 지나 돌출하고(S), 상기 연결 구조체(24, 25)는 상기 도전체(1)의 돌출 영역(S) 내에 배치되는 것인 피드 스루.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    안전 봉입체, 압력 용기, 액화 가스 탱크(200), 펌프 하우징, 발전기 하우징, 원자로 챔버, 전기 제어 디바이스의 하우징, 적어도 하나의 센서의 하우징 및 적어도 하나의 액추에이터의 하우징 중 하나 이상에서 사용되는 피드 스루.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전기 모터, 전기 제어 디바이스, 센서, 액추에이터, 펌프(210), 수중 펌프 및 극저온 펌프(210) 중 하나 이상에 전류를 공급하기 위해 사용되는 피드 스루.
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