KR102092898B1 - 액체금속용 밸브 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체금속의 공급을 제어하는 액체금속용 밸브 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 확장형 본네트, 확장형 본네트의 외측에서 확장형 본네트의 둘레를 둘러싸도록 배치되는 자켓 플레이트, 자켓 플레이트에 구비되고, 냉각매체를 공급받아 확장형 본네트의 외부를 냉각시키는 외부 냉각 유닛, 적어도 일부가 확장형 본네트의 내부에 배치되고, 외부 냉각 유닛과 연결되어 냉각매체를 공급받음으로써 확장형 본네트의 내부를 냉각시키는 내부 냉각 유닛 및 자켓 플레이트에 구비되는 히터 유닛을 포함하는, 액체금속용 밸브 장치가 제공될 수 있다.

Description

액체금속용 밸브 장치{VALVE APPARATUS FOR LIQUID METAL}
본 발명은 액체금속용 밸브 장치에 대한 발명이다.
일반적으로, 소듐 냉각 고속로, 소듐 취급 시설, 소듐을 포함하는 알칼리 금속, 소듐-포타슘 합금, 납-비스무스 합금 및 납 등의 액체금속 물질을 다루는 시설에서는 액체금속의 공급을 제어하기 위해 액체금속용 밸브 장치가 구비된다.
이러한 액체금속용 밸브 장치에는 벨로우즈 씰 밸브가 주로 사용된다. 벨로우즈 씰 밸브는 확장형 본네트 내부에 스템의 기밀 유지를 위해 마련되는 패킹부가 밸브 내부의 액체금속으로부터 완전히 격리되도록 신축성을 갖는 벨로우즈가 스템과 연결되는 구조로 설계된 밸브이다.
그러나, 벨로우즈는 대략 0.15mm 두께 이하의 얇은 박판으로 이루어지기 때문에, 구조적인 강도가 매우 낮다. 따라서, 고온, 고압 상태에서 밸브의 작동에 따라 벨로우즈가 압축, 팽창을 반복하게 되는 과정에서 벨로우즈에 피로가 축적되어 벨로우즈가 파손되는 문제점이 있다. 더하여, 벨로우즈가 파손되는 경우 액체금속이 벨로우즈로부터 스템 측으로 누출되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해, 벨로우즈가 파손되어 벨로우즈로부터 스템 측으로 고온의 액체금속이 누출되는 경우, 확장형 본네트 외부에 설치된 원판형 냉각핀을 이용하여 확장형 본네트 외부를 냉각시킴으로써, 벨로우즈로부터 스템 측으로 누출된 액체금속을 동결시키는 방법이 개발된 바 있다.
그러나, 원판형 냉각핀에 의한 냉각 방법의 경우, 벨로우즈로부터 스템 측으로 누출된 액체금속을 동결시키는데 많은 시간이 소요되며, 이로 인해 신속하게 누출 사고를 해결하는데 있어서 미흡한 점이 있다.
국내 등록특허공보 제10-1577709호(2015.12.09)
본 발명의 실시예들은 벨로우즈가 파손되어 벨로우즈로부터 스템 측으로 고온의 액체금속이 누출되는 경우, 누출된 액체금속을 신속하게 동결시킬 수 있는 액체금속용 밸브 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액체금속의 공급을 제어하는 액체금속용 밸브 장치에 있어서, 확장형 본네트; 상기 확장형 본네트의 외측에 배치되어 상기 확장형 본네트의 둘레를 둘러싸는 자켓 플레이트; 상기 자켓 플레이트에 구비되고, 냉각매체를 공급받아 상기 확장형 본네트의 외부를 냉각시키는 외부 냉각 유닛; 적어도 일부가 상기 확장형 본네트의 내부에 배치되고, 상기 외부 냉각 유닛과 연결되어 상기 냉각매체를 공급받음으로써 상기 확장형 본네트의 내부를 냉각시키는 내부 냉각 유닛; 및 상기 자켓 플레이트에 구비되는 히터 유닛을 포함하는, 액체금속용 밸브 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 벨로우즈가 파손되어 벨로우즈로부터 스템 측으로 고온의 액체금속이 누출되는 경우, 누출된 액체금속을 신속하게 동결시켜서 누출 사고를 해결하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체금속용 밸브 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B 단면도이다.
도 4는 도 1의 액체금속용 밸브 장치에서 액체금속 경로가 개방된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 C-C 단면도이다.
도 6은 도 1의 액체금속용 밸브 장치의 자켓 플레이트가 펼쳐진 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 1의 액체금속용 밸브 장치의 제어 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '설치'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 설치될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액체금속용 밸브 장치(1)에 대하여 설명하겠다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체금속용 밸브 장치(1)는 확장형 본네트(10), 자켓 플레이트(20), 외부 냉각 유닛(30), 내부 냉각 유닛(40), 히터 유닛(50), 누출 감지 유닛(60) 및 제어 유닛(70)을 포함할 수 있다.
확장형 본네트(10)의 내부에는 상하 방향으로 이동 가능하게 제공되어 액체금속이 이동되는 경로(M)(이하, '액체금속 경로'라고 함.)를 선택적으로 개폐하는 게이트(11), 게이트(11)와 연결되어 액체금속 경로(M)가 개폐되는 방향으로 게이트(11)를 이동시키는 스템(12) 및 스템(12)의 외측에서 스템(12)을 감싸도록 설치되어 스템(12)의 상하 방향 움직임에 의해 신축 가능하게 제공되는 벨로우즈(13)가 설치될 수 있다.
이때, 스템(12)의 상하 방향 이동은 스템 구동부(12a), 예컨대, 공기압으로 작동되는 공기압 액추에이터에 의해 이루어질 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과하고, 이로 인해 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 필요에 따라 스템 구동부(12a)의 종류는 다양하게 변경이 가능하다.
액체금속 경로(M)의 개폐 동작에 대하여 간략히 설명하면, 스템(12)이 상측으로 이동되면 스템(12)과 연결된 게이트(11)가 상측으로 이동되어 액체금속 경로(M)가 개방된다. 이와는 반대로, 스템(12)이 하측으로 이동되면, 스템(12)과 연결된 게이트(11) 역시 하측으로 이동되어 액체금속 경로(M)를 폐쇄한다.
자켓 플레이트(20)는 외부 냉각 유닛(30) 및 히터 유닛(50)이 설치되는 부분으로, 확장형 본네트(10)의 외측에서 확장형 본네트(10)의 둘레를 둘러싸도록 배치됨에 따라, 자켓 플레이트(20)에 설치되는 외부 냉각 유닛(30) 및 히터 유닛(50) 역시 확장형 본네트(10)의 외측에서 확장형 본네트(10)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부 냉각 유닛(30)에 의해 냉각될 수 있는 확장형 본네트(10)의 냉각 면적이 증가될 수 있고, 히터 유닛(50)에 의해 가열될 수 있는 확장형 본네트(10)의 가열 면적이 증가될 수 있다.
이때, 자켓 플레이트(20)의 길이방향의 양 단부(20a)는 체결 부재(21)에 의해 상호 체결될 수 있다. 이에 따라, 자켓 플레이트(20)에 설치된 외부 냉각 유닛(30)은 확장형 본네트(10)의 외측면과 비접촉된 상태를 가질 수 있고, 자켓 플레이트(20)에 설치된 히터 유닛(50)은 확장형 본네트(10)의 외측면에 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 자켓 플레이트(20)의 양 단부(20a)는 체결 부재(21)에 의해 상호 체결된 상태에서 확장형 본네트(10)의 외측면과 히터 유닛(50)의 면 접촉으로 인해 자켓 플레이트(20)가 확장형 본네트(10)의 외측에 고정될 수 있다.
자켓 플레이트(20)는 일 예로 스테인리스강 재질로 형성될 수 있다. 자켓 플레이트(20)의 형상에 대하여 간략히 설명하면, 자켓 플레이트(20)의 양 단부(20a)가 상호 체결되기 이전에는 자켓 플레이트(20)는 사각 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 체결 부재(21)에 의해 자켓 플레이트(20)의 양 단부가 상호 체결되는 경우 자켓 플레이트(20)는 원통 형상을 가질 수 있다.
외부 냉각 유닛(30)은 냉각매체, 예컨대, 질소(N2)와 같은 불활성 가스를 공급받아 확장형 본네트(10)의 외부를 냉각시킬 수 있다. 외부 냉각 유닛(30)이 확장형 본네트(10)의 외부를 냉각시키는 과정에서 확장형 본네트(10) 내부의 벨로우즈(13)로부터 스템(12) 측으로 누출된 액체금속이 동결될 수 있다. 여기서, '확장형 본네트(10) 내부의 벨로우즈(13)로부터 스템(12) 측으로 누출된 액체금속'은 압축 및 팽창이 반복되어 피로가 축적된 벨로우즈(13)가 파손된 경우 액체금속 경로(M)를 벗어나 벨로우즈(13)로부터 스템(12) 측으로 누출된 액체금속을 의미한다.
이때, 외부 냉각 유닛(30)은 자켓 플레이트(20)의 둘레방향을 따라 설치되는 외부 냉각관(31) 및 외부 냉각관(31)에 설치되어 외부 냉각관(31)으로 유입되는 냉각매체의 유량을 조절하는 제 1 밸브(32)를 포함할 수 있다.
외부 냉각관(31)은 냉각매체가 유입되고, 제 1 밸브(32)가 설치되는 유입부(31a), 유입부(31a)로부터 분기되는 분기부(31b) 및 분기부(31b)와 연결되고, 냉각매체가 확장형 본네트(10)의 외부를 향해 분출되도록 하는 복수의 분출부(31c)로 구분될 수 있다.
복수의 분출부(31c)는 자켓 플레이트(20)의 양 단부(20a)가 상호 체결된 상태를 기준으로 자켓 플레이트(20)의 원주방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치될 수 있다.
복수의 분출부(31c)에는 냉각매체가 분출될 수 있는 분출홀(H)이 복수 개로 구비될 수 있는데, 복수의 분출부(31c)가 자켓 플레이트(20)의 원주방향을 따라 배치되어 있으므로, 복수의 분출홀(H)을 통해 분출되는 냉각매체가 확장형 본네트(10)의 원주방향을 따라 고르게 공급될 수 있다. 이로써, 냉각매체에 의해 냉각될 수 있는 확장형 본네트(10)의 냉각 면적이 증가될 수 있다.
복수의 분출부(31c)는 적어도 하나의 고정 부재(22)에 의해 자켓 플레이트(20)에 고정된 상태를 가질 수 있으며, 필요에 따라 고정 부재(22)에 의해 분기부(31b) 역시 자켓 플레이트(20)에 고정된 상태를 가질 수 있다.
내부 냉각 유닛(40)은 적어도 일부가 확장형 본네트(10)의 내부에 배치되어 외부 냉각 유닛(30)과 연결될 수 있으며, 냉각매체, 예컨대, 질소(N2)와 같은 불활성 가스를 공급받아 확장형 본네트(10)의 내부를 냉각시킬 수 있다. 이 과정에서 확장형 본네트(10) 내부의 벨로우즈(13)로부터 스템(12) 측으로 누출된 액체금속이 동결될 수 있다.
이때, 내부 냉각 유닛(40)은 유입부(31a)로부터 분기되어 확장형 본네트(10) 내부로 연장되는 내부 냉각관(41), 내부 냉각관(41)의 일 단부에 설치되는 제 2 밸브(42) 및 내부 냉각관(41)의 타 단부에 설치되어 외부로부터 내부 냉각관(41)으로 공기가 유입되는 것을 차단하는 체크밸브(43)를 포함할 수 있다.
내부 냉각관(41)은 스템(12)의 외측면에 감기는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 내부 냉각관(41)은 일 예로 냉각 튜브의 형태로 제공될 수 있다. 내부 냉각관(41)을 통해 냉각매체, 예컨대, 질소(N2)와 같은 불활성 가스가 스템(12)의 외측면을 따라 흐르면서 고온의 액체금속과 내부 냉각관(41) 사이에 열교환이 이루어짐에 따라, 확장형 본네트(10) 내부가 냉각될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 제 1 밸브(32)의 전단에는 압력조정기가 설치될 수 있다. 압력조정기에 의해 외부 냉각 유닛(30) 및 내부 냉각 유닛(40)으로 동일한 압력이 동시에 가해질 수 있다. 이와 같이, 압력조정기에 의해 외부 냉각 유닛(30) 및 내부 냉각 유닛(40)으로 동일한 압력이 동시에 가해지는 경우, 외부 냉각 유닛(30) 및 내부 냉각 유닛(40)으로 냉각매체가 공급될 수 있기 때문에, 필요에 따라 제 2 밸브(42)는 생략 가능하다.
히터 유닛(50)은 자켓 플레이트(20)에 구비되어 액체금속이 고화되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 히터 유닛(50)은 자켓 플레이트(20)의 둘레방향을 따라 설치되되, 복수의 분출부(31c) 중 인접하는 두 개의 분출부(31c) 사이에 배치되는 히터(51) 및 히터(51)가 분리 가능하게 수용되는 히터 보호 부재(52)를 포함할 수 있다.
히터(51)의 가열 온도는 확장형 본네트(10)의 외측에 설치된 온도 센서(미도시)에 의해 감지된 온도 값을 기초로 하여 결정될 수 있다.
한편, 히터(51)가 히터 보호 부재(52)로부터 분리 가능하게 제공되므로, 필요에 따라 수명을 다하거나 손상된 히터(51)를 용이하게 제거하고 새로운 히터(51)로 교체할 수 있다.
누출 감지 유닛(60)은 확장형 본네트(10) 내부에 설치되어 고온의 액체금속이 확장형 본네트(10) 내부에서 누출되는지 여부를 감지할 수 있다. 누출 감지 유닛(60)에서 감지된 값은 제어 유닛(70)으로 전달되어 제어 유닛(70)이 외부 냉각 유닛(30) 및 내부 냉각 유닛(40)으로 냉각매체를 공급하기 위한 제 1 밸브(32) 및 제 2 밸브(42)의 구동 또는 히터 유닛(50)의 전원 제어(차단) 및 액체금속 경로(M)의 폐쇄 등을 제어하는데 이용될 수 있다.
제어 유닛(70)은 벨로우즈(13)가 손상되어 벨로우즈(13)로부터 스템(12) 측으로 고온의 액체금속이 누출된 경우, 외부 냉각 유닛(30) 및 내부 냉각 유닛(40)으로 냉각매체를 공급하기 위한 제 1 밸브(32) 및 제 2 밸브(42)의 구동 또는 히터 유닛(50)의 전원 제어(차단) 및 액체금속 경로(M)의 폐쇄 등을 통해 액체금속용 밸브 장치(1)를 제어하여 누출된 액체금속을 동결시킴으로써, 누출된 액체금속이 액체금속용 밸브 장치(1) 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
제어 유닛(70)의 제어 동작에 대하여 간략히 설명하면, 벨로우즈(13)가 파손되어 벨로우즈(13)로부터 스템(12) 측으로 고온의 액체금속이 누출된 경우, 제어 유닛(70)은 히터 유닛(50)의 전원을 차단하고, 스템 구동부(12a)를 구동시켜 게이트(11)를 하측으로 이동시켜서 액체금속 경로(M)를 폐쇄함으로써 확장형 본네트(10) 측으로 액체금속이 추가로 유입되는 것을 차단한다.
이어서, 외부 냉각 유닛(30) 및 내부 냉각 유닛(40)을 작동시켜서 확장형 본네트(10)의 외부 및 확장형 본네트(10)의 내부가 동시에 냉각될 수 있도록 한다. 이 과정에서 확장형 본네트(10) 내부, 즉, 벨로우즈(13)로부터 스템(12) 측으로 누출된 고온의 액체금속이 신속하게 동결됨으로써, 누출된 액체금속이 확장형 본네트(10) 외부로 누출되는 것이 방지될 수 있다. 나아가, 누출 사고를 해결하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 액체금속용 밸브 장치 10: 확장형 본네트
11: 게이트 12: 스템
12a: 스템 구동부 13: 벨로우즈
20: 자켓 플레이트 20a: 자켓 플레이트의 양 단부
21: 체결 부재 22: 고정 부재
30: 외부 냉각 유닛 31: 외부 냉각관
31a: 유입부 31b: 분기부
31c: 분출부 32: 제 1 밸브
40: 내부 냉각 유닛 41: 내부 냉각관
42: 제 2 밸브 43: 체크밸브
50: 히터 유닛 51: 히터
52: 히터 보호 부재 60: 누출 감지 유닛
70: 제어 유닛

Claims (8)

  1. 액체금속의 공급을 제어하는 액체금속용 밸브 장치에 있어서,
    확장형 본네트;
    상기 확장형 본네트의 외측에서 상기 확장형 본네트의 둘레를 둘러싸도록 배치되는 자켓 플레이트;
    상기 자켓 플레이트에 구비되고, 냉각매체를 공급받아 상기 확장형 본네트의 외부를 냉각시키는 외부 냉각 유닛;
    적어도 일부가 상기 확장형 본네트의 내부에 배치되고, 상기 외부 냉각 유닛과 연결되어 상기 냉각매체를 공급받음으로써 상기 확장형 본네트의 내부를 냉각시키는 내부 냉각 유닛; 및
    상기 자켓 플레이트에 구비되는 히터 유닛을 포함하고,
    상기 외부 냉각 유닛은, 상기 자켓 플레이트의 둘레방향을 따라 설치되는 외부 냉각관을 포함하며,
    상기 외부 냉각관은, 상기 냉각매체가 상기 확장형 본네트의 외부를 향해 분출되도록 하는 복수의 분출부를 포함하고,
    상기 히터 유닛은,
    상기 자켓 플레이트의 둘레방향을 따라 설치되되, 복수의 상기 분출부 중 인접하는 두 개의 상기 분출부 사이에 배치되는 히터; 및
    상기 히터가 분리 가능하게 수용되는 히터 보호 부재를 포함하는,
    액체금속용 밸브 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 냉각 유닛은,
    상기 외부 냉각관에 설치되어 상기 외부 냉각관으로 유입되는 상기 냉각매체의 유량을 조절하는 제 1 밸브를 더 포함하는,
    액체금속용 밸브 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 냉각관은,
    상기 냉각매체가 유입되고, 상기 제 1 밸브가 설치되는 유입부; 및
    상기 유입부로부터 분기되는 분기부;를 포함하고,
    상기 복수의 분출부는 상기 분기부와 연결되는,
    액체금속용 밸브 장치.
  4. 삭제
  5. 액체금속의 공급을 제어하는 액체금속용 밸브 장치에 있어서,
    확장형 본네트;
    상기 확장형 본네트의 외측에서 상기 확장형 본네트의 둘레를 둘러싸도록 배치되는 자켓 플레이트;
    상기 자켓 플레이트에 구비되고, 냉각매체를 공급받아 상기 확장형 본네트의 외부를 냉각시키는 외부 냉각 유닛;
    적어도 일부가 상기 확장형 본네트의 내부에 배치되고, 상기 외부 냉각 유닛과 연결되어 상기 냉각매체를 공급받음으로써 상기 확장형 본네트의 내부를 냉각시키는 내부 냉각 유닛; 및
    상기 자켓 플레이트에 구비되는 히터 유닛을 포함하고,
    상기 외부 냉각 유닛은,
    상기 자켓 플레이트의 둘레방향을 따라 설치되는 외부 냉각관; 및
    상기 외부 냉각관에 설치되어 상기 외부 냉각관으로 유입되는 상기 냉각매체의 유량을 조절하는 제 1 밸브를 포함하며,
    상기 외부 냉각관은,
    상기 냉각매체가 유입되고, 상기 제 1 밸브가 설치되는 유입부;
    상기 유입부로부터 분기되는 분기부; 및
    상기 분기부와 연결되고, 상기 냉각매체가 상기 확장형 본네트의 외부를 향해 분출되도록 하는 복수의 분출부를 포함하고,
    상기 내부 냉각 유닛은,
    상기 유입부로부터 분기되어 상기 확장형 본네트 내부로 연장되는 내부 냉각관;
    상기 내부 냉각관의 일 단부에 설치되는 제 2 밸브; 및
    상기 내부 냉각관의 타 단부에 설치되는 체크밸브를 포함하는,
    액체금속용 밸브 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장형 본네트 내부에 설치되어 고온의 액체금속이 상기 확장형 본네트 내부에서 누출되는지 여부를 감지하는 누출 감지 유닛을 더 포함하는,
    액체금속용 밸브 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부 냉각 유닛 및 상기 내부 냉각 유닛으로 상기 냉각매체를 공급하기 위한 제 1 밸브 및 제 2 밸브의 구동 또는 상기 히터 유닛의 전원 차단 및 상기 액체금속의 이동 경로의 폐쇄를 통해 상기 액체금속용 밸브 장치를 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는,
    액체금속용 밸브 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자켓 플레이트가 상기 확장형 본네트에 고정되도록 상기 자켓 플레이트의 양 단부를 상호 체결시키는 체결 부재를 더 포함하는,
    액체금속용 밸브 장치.
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