KR20000002989A - Level measurer for high temperature liquid metal - Google Patents

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KR20000002989A
KR20000002989A KR1019980024030A KR19980024030A KR20000002989A KR 20000002989 A KR20000002989 A KR 20000002989A KR 1019980024030 A KR1019980024030 A KR 1019980024030A KR 19980024030 A KR19980024030 A KR 19980024030A KR 20000002989 A KR20000002989 A KR 20000002989A
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김용균
김민준
김종만
남호윤
이용범
최병해
최석기
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이종훈
한국전력공사
김성년
한국원자력연구소
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Abstract

PURPOSE: A leveler for high temperature liquid metal is provided to measure with ease the high temperature liquid metal which is chemically highly reactive and without the necessity of correction with the varying temperature. CONSTITUTION: The leveler for high temperature liquid metal comprise, cylindrical container made of insulating material which does not react with the high temperature liquid metal, a number of sensing tap attached on the outer surface of the cylindrical container. The taps are made of conducting material but inactive with the high temperature liquid metal and each tap has connection line through the inner side of the cylindrical container Vertical type taps is arranged spirally.

Description

고온 액체금속용 수위 측정기Water level meter for high temperature liquid metal

본 발명은 고온 액체금속용 수위 측정기에 관한 것으로, 고온 액체금속에서 부식되지 않고 동작이 가능하며, 온도 변화에 대한 보정이 필요 없는 수위 측정기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water level meter for a high temperature liquid metal, which is operable without corrosion in a high temperature liquid metal, and relates to a water level meter that does not need correction for a temperature change.

현재까지 많은 종류의 수위 측정기들이 개발되었으나, 거의 대부분의 기기가 고온에서 사용하기 어렵다. 더욱이 나트륨과 같이 화학적 반응성이 좋은 물질에 대해 사용할 수 있는 수위 측정기는 쉽게 찾아볼 수 없다.Many types of water level meters have been developed to date, but almost all instruments are difficult to use at high temperatures. Moreover, level gauges that can be used for chemically reactive substances such as sodium are not easily found.

현재 고온 액체금속의 수위 측정에 사용되고 있는 수위 측정기는 대부분 전기유도(induction)방식으로, 온도 변화에 대한 보정을 해주어야하는 등의 복잡한 작업을 필요로 하고, 일반적으로 엄청나게 고가여서 사용하기가 힘들다. 또 반응속도, 정밀도 등의 특성들도 다른 형태의 수위 측정기에 비해 좋지 못하다.The current level gauges used to measure the level of high temperature liquid metals are mostly induction, requiring complicated operations such as correction of temperature changes, and are generally extremely expensive and difficult to use. In addition, characteristics such as reaction speed and precision are also poor compared to other types of level gauges.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 고온의 액체금속에서 사용할 수 있고, 온도 변화에 대한 보정이 필요 없으며, 적은 비용으로 비교적 어렵지 않게 제작할 수 있고, 기존의 액체금속용 수위 측정기보다 향상된 특성을 지닌 측정 기기를 제공하는 것이다.The present invention has been made in consideration of the above problems, and its object is that it can be used in a high temperature liquid metal, there is no need to compensate for temperature changes, it can be produced relatively easily at low cost, and the existing water level for liquid metal It is to provide a measuring device with improved characteristics than the measuring device.

본 발명은 고온 액체금속의 수위 변화를 측정하는 수위 측정기에 있어서; 상기 수위 측정기는 고온 액체금속과 반응하지 않는 절연체로 이루어진 원통과 고온 액체금속과 반응하지 않는 전도체 탐침 다발로 구성되어 화학적 반응성이 좋은 액체금속에서 작동가능하고, 고온에서 안정하며, 온도 변화에 대한 보정이 필요 없고, 큰 온도 변화에도 반영구적으로 사용가능한 수위 측정기를 제공함에 있다.The present invention provides a water level meter for measuring a change in the level of the high temperature liquid metal; The level gauge consists of a cylinder made of an insulator that does not react with the hot liquid metal and a bundle of conductor probes that do not react with the hot liquid metal so that it can operate on liquid metals that are chemically reactive, stable at high temperatures, and compensate for temperature changes. There is no need to provide a water level meter that can be used semi-permanently even with large temperature changes.

도 1 은 본 발명에 따른 고온 액체금속용 수위 측정기의 개략적인 구조.1 is a schematic structure of a water level meter for a high temperature liquid metal according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 고온 액체금속용 수위 측정기의 전개도.Figure 2 is an exploded view of the water level gauge for high temperature liquid metal according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(1) : 탐침다발(1): probe bundle

(2) : 전선(2): electric wire

(11) : 스테인레스 스틸 수직측정단자(11): Stainless steel vertical measuring terminal

(12) : 스테인레스 스틸 수평측정단자(12): Stainless steel horizontal measuring terminal

(13) : 얇은 스테인레스 스틸 튜브를 알로라이징(Alonizing)하여 만든(13): made by alonizing thin stainless steel tubes

원통형 절연 용기Cylindrical insulated containers

(131) : 원통형 절연 용기 외부면131: outer surface of the cylindrical insulated container

본 발명은 액체금속이 전기전도도가 좋음을 이용하는 것으로, 그 형태와 동작원리는 "ON/OFF 방식 탐침다발을 이용한 수위 측정기(대한민국 특허 출원 98-5558)"와 동일하다.The present invention uses a good electrical conductivity of the liquid metal, its form and operation principle is the same as the "level gauge using the ON / OFF probe bundle (Korean patent application 98-5558)".

수위가 어느 한계에 다다를 때 신호를 보내주는 기기 중에서 측정 액체의 전기전도성을 이용하는 것이 있다. 이 장치는 한 단자를 항상 액체에 잠겨있도록 설치하고, 다른 단자를 한계 수위 위치에 설치하여 만들 수 있다. 수위가 한계 수위에 다다르게 되면, 항상 잠겨있는 단자와 한계 수위에 설치되어 있는 단자가 전기적으로 연결이 되기 때문에, 두 단자 사이에 일정 전압을 건 후, 전류가 흐르는지를 살펴보면 수위가 한계 높이에 도달했는가의 여부를 알 수 있다.One device that signals when the water level reaches a certain limit uses the electrical conductivity of the measurement liquid. The device can be made by installing one terminal so that it is always submerged in liquid and the other terminal in the limit position. When the water level reaches the limit level, the locked terminal and the terminal installed at the limit level are electrically connected. Therefore, if the current flows after a certain voltage is applied between the two terminals, does the water level reach the limit level? It can be known whether or not.

이러한 장치를 응용하여 만들어진 것이 "ON/OFF방식 탐침다발을 이용한 수위 측정기"이다. 하나의 공통 단자를 액체에 항상 잠겨있도록 장치하고, 여러개의 측정 단자를 서로 다른 높이에 설치한다. 각각의 측정 단자와 공통 단자 사이의 전기적인 연결 여부를 검사하면, 현재 수위를 측정 단자들의 높이차 범위 내에서 측정할 수 있다.The application of such a device is a "water level meter using ON / OFF probe bundle." One common terminal is always submerged in liquid and several measuring terminals are installed at different heights. By checking the electrical connection between each measuring terminal and the common terminal, the current level can be measured within the height difference range of the measuring terminals.

이러한 방식의 수위 측정은 ON/OFF 방식이기 때문에, 온도 변화에 따른 물성 변화로 인한 보정이 필요 없다.Since the water level measurement of this type is ON / OFF type, there is no need to calibrate due to the change of physical properties with temperature change.

한 지점에서의 수위를 측정하는 실제 수위 측정기에 이러한 원리를 적용하기 위해서는 다른 문제가 야기되지 않는 범위에서 측정 단자들의 높이차를 최소화해야 하고, 수위를 측정하고자하는 지점에 각 측정단자들을 밀집시켜야 한다. 다시 말해서, 수직 방향의 해상능(resolution)과 수평 방향의 해상능을 향상시켜야 한다.In order to apply this principle to the actual level gauge that measures the water level at one point, it is necessary to minimize the height difference between the measurement terminals in a range that does not cause other problems and to concentrate each measurement terminal at the point where the level is to be measured. . In other words, the resolution in the vertical direction and the resolution in the horizontal direction should be improved.

측정 단자들을 각각 설치하는 경우, 측정 액체의 출렁거림으로 인해 단자들이 움직이는 것을 막기 위하여, 어느 이상의 굵기를 지닌 단자를 사용해야 하는데, 이는 수평 방향으로의 해상능 저해를 가져온다. 이 문제를 해결하기 위하여, 측정단자들을 절연이 되는 지지대에 부착하는 방법이 고안되었다(도 1 참고). 또한, 수직 방향으로의 해상능을 향상시키기 위해서는 측정 단자 사이의 높이차를 줄여야하는데, 측정 단자간의 거리가 줄어들면, 액체의 표면장력에 의한 수위 측정기의 오동작이 발생할 수 있다. 측정 단자들의 높이차는 줄이고, 거리는 어느 이상을 유지하기 위해서, 도 2에서 볼수 있는 것과 같은 측정 단자들의 나선형배열을 발명하였다.In the case where the measuring terminals are provided separately, in order to prevent the terminals from moving due to the fluctuation of the measuring liquid, a terminal having a certain thickness must be used, which results in a decrease in resolution in the horizontal direction. To solve this problem, a method of attaching the measuring terminals to the insulated support has been devised (see Fig. 1). In addition, in order to improve the resolution in the vertical direction, it is necessary to reduce the height difference between the measuring terminals. When the distance between the measuring terminals is reduced, malfunction of the level gauge due to the surface tension of the liquid may occur. In order to reduce the height difference of the measurement terminals and to maintain the distance more than one, the spiral arrangement of the measurement terminals as shown in FIG. 2 was invented.

이러한 방식으로 제작한 수위 측정기를 고온 액체 나트륨등에 적용하기 위해서는 수위 측정기의 재료로 고온의 액체금속에서 안정한 물질을 사용해야 한다. 먼저, 공통 단자 및 측정 단자의 재료로는 고온의 액체금속에서 부식되지 않고, 전기전도성이 좋은 물질을 사용해야 하는데, 본 발명에서는 스테인레스 스틸 등의 물질을 사용한다. 그 이유는 나중에 설명한다.In order to apply the level gauge manufactured in this way to high temperature liquid sodium, it is necessary to use a stable material from the high temperature liquid metal as the material of the level gauge. First, the material of the common terminal and the measuring terminal does not corrode in a high temperature liquid metal, and a material having good electrical conductivity should be used. In the present invention, a material such as stainless steel is used. The reason for this is explained later.

그리고, 고온 액체금속에서 안정하고, 절연이 되는 원통형 지지대를 만들어야 하는데, 일반적으로 고온 액체금속에서 부식되지 않고 가공성이 좋은 절연체는 매우 드물다. 본 발명에서는, 기 개발된 고온 액체금속에 사용할 수 있는 절연체 코팅 방법을 응용하였다.In addition, a cylindrical support that is stable and insulated from hot liquid metal should be made. In general, insulators which are not corrosive and have good processability in hot liquid metal are rare. In the present invention, an insulator coating method that can be used for the high-temperature liquid metal that has been developed is applied.

절연용기는 팩 디퓨젼(pack diffusion)방법을 사용하여 만든다. 먼저, 얇은(0.1㎜∼1㎜ 정도)두께의 스테인레스 스틸 튜브를 준비한다. 이 튜브를 적당한 분말(예를 들어 65％의 산화 알루미늄, 33％의 알루미늄, 2％의 염화암모늄의 혼합 분말)과 함께 900℃정도의 온도로 4∼12시간 정도 가열한다. 이러한 작업은 튜브 표면 근처에 철 또는 니켈의 알루미나이드(Aluminide)를 형성시킨다. 이때, 알루미나이드의 침투 깊이는 수 십㎛에서 수 백㎛ 정도로, 두께 0.1㎜∼1㎜ 정도의 튜브는 양면을 처리하게 되면, 알루미나이드가 튜브 전체에 형성된다. 이 튜브를 982℃의 공기 중에서 적당 시간(4시간 정도)산화시키면, 알루미나이드를 형성했던 알루미늄이 산화 알루미늄으로 바뀌게 되는데, 산화 알루미늄은 스테인레스 스틸에 비해 전기전도도가 매우 작아서 (약 10-22배), 전체 전기저항이 크게 증가하여 절연체의 역할을 할 수 있다. 이런 방식의 처리 방법을 알로라이징(Alonizing)이라한다. 스테인레스 스틸 튜브를 알로라이징하여 얻은 절연 튜브의 원하는 위치에 구멍을 뚫어 전도성 탐침, 즉 공통 단자와 측정단자를 위치시킨 후, 튜브 내부로의 액체 금속 침투를 막고, 단자들을 고정시키기 위해 용접을 하면 수위 측정센서가 만들어 진다. 이렇게 만든 수위 측정 센서에 신호 처리 장치(대한민국 특허 출원 98-5558)를 연결하면, 고온 액체금속에서도 수위를 간편하고 정확하게 측정할 수 있다.Insulated containers are made using the pack diffusion method. First, a stainless steel tube of thin thickness (about 0.1 mm to 1 mm) is prepared. The tube is heated with a suitable powder (for example, a mixed powder of 65% aluminum oxide, 33% aluminum, and 2% ammonium chloride) to a temperature of about 900 ° C. for about 4 to 12 hours. This operation forms an aluminide of iron or nickel near the tube surface. At this time, the penetration depth of the aluminide is from several tens of micrometers to several hundreds of micrometers, and when the tube having a thickness of about 0.1 mm to 1 mm is treated on both sides, aluminide is formed on the entire tube. When the tube is oxidized in air at 982 ° C for a suitable time (about 4 hours), the aluminide-forming aluminum is converted to aluminum oxide, which has a very low electric conductivity (about 10 -22 times) as compared to stainless steel. As a result, the overall electrical resistance is greatly increased, which can serve as an insulator. This method of treatment is called alonizing. Place a conductive probe, ie common and measuring terminals, in the desired position of the insulated tube obtained by annealing the stainless steel tube, and then weld to fix the terminals and prevent liquid metal penetration into the tube. The measuring sensor is made. By connecting a signal processing device (Korean Patent Application No. 98-5558) to the water level sensor thus made, it is possible to easily and accurately measure the water level even in a high temperature liquid metal.

측정 단자의 재료로 스테인레스 스틸을 선택한 이유는, 스테인레스 스틸이 고온 액체금속에서 안정하여 광범위하게 사용되는 재료이고, 또한 본 발명의 절연 용기와의 열팽창에 의한 효과를 고려해서이다. 고온 액체금속용 수위 측정기는 보통 500℃∼600℃ 정도의 온도 변화가 있는 환경에서 내구적으로 사용되어야하는데, 서로 접합된 두 물질의 열팽창 계수가 다른 경우, 온도 상승에 의한 파손이나 변형이 일어날 수 있기 때문에, 같은 스테인레스 스틸 계열의 재료를 사용함으로써, 열팽창에 의한 효과를 줄였다.The reason for selecting stainless steel as the material of the measuring terminal is that the stainless steel is a material which is stable in a high temperature liquid metal and is widely used, and in consideration of the effect of thermal expansion with the insulating container of the present invention. Water level gauge for high temperature liquid metal should be used durable in the environment with temperature change of about 500 ℃ ~ 600 ℃. If the coefficients of thermal expansion of two materials joined to each other are different, breakage or deformation may occur due to temperature rise. Therefore, the effect of thermal expansion was reduced by using the same stainless steel material.

Claims (4)

고온 액체금속용 수위 측정기에 있어서;A level gauge for hot liquid metal; 수직측정인자(11)와 수평측정단자(12) 및 이들을 고정시키는 원통형 절연용기(13)로 탐침다발(1)을 구성하되 수평측정단자(12)는 나선형 배열로 이루어진 것을 특징으로하는 고온 액체금속용 수위 측정기.The high temperature liquid metal, characterized in that the probe bundle 1 is composed of a vertical measuring factor 11, a horizontal measuring terminal 12, and a cylindrical insulated container fixing them, but the horizontal measuring terminal 12 is formed in a spiral arrangement. Water level meter. 제 1 항에 있어서;The method of claim 1; 상기 탐침다발(1)은 고온 액체금속에서 부식되지 않는 전기전도성이 좋은 물질로 만들어진 것을 특징으로하는 고온 액체금속용 수위 측정기.The probe bundle (1) is a water level meter for a high temperature liquid metal, characterized in that made of a good electrical conductivity material that does not corrode in the high temperature liquid metal. 제 1 항에 있어서;The method of claim 1; 상기 원통형 절연용기(13)는 얇은 스테인레스 스틸 튜브를 알로라이징하여 만들어, 고온 액체금속에서 부식되지 않은 것을 특징으로하는 고온 액체금속용 수위 측정기.The cylindrical insulated container (13) is made by annealing a thin stainless steel tube, it does not corrode in the hot liquid metal level gauge for high temperature liquid metal. 제 1 항에 있어서;The method of claim 1; 상기 원통형 절연 용기(13)는 탐침 단자(11)(12)사이의 접촉을 막고 해상능을 높이기 위해 고온 액체금속에서 부식되지 않는 절연체 튜브를 가공하여 만든 것으로서 단자의 지지대 역할을 하는 것을 특징으로하는 고온 액체금속용 수위 측정기.The cylindrical insulated container 13 is made by processing an insulator tube which is not corroded in a high temperature liquid metal to prevent contact between the probe terminals 11 and 12 and to increase the resolution, and serves as a support for the terminal. Level gauge for liquid metal.
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KR101129981B1 (en) * 2009-07-24 2012-04-13 한국수력원자력 주식회사 Device for measuring a liquid metal having sodium in a tank

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