KR200491181Y1 - 피드스루 - Google Patents

Abstract

본 고안은 리본 케이블로 구성된 도체가 지그재그 형태로 본체와 복수층의 절연체 및 누름판을 관통하여 상,하측 커넥터에 연결되도록 결합되고, 기믈을 유지하도록 결합됨에 따라, 밀폐실에 있는 측정기 및 센서에 전압을 공급하거나 신호를 받는 도체를 전기적으로 형성하는 피드스루의 구조를 LNG 및 가스 압력에 견딜 수 있도록 함과 아울러, LNG 액체가 닿더라도 초저온 액체의 열 충격에 견디도록 함과 동시에, 기밀성을 향상시켜 외부 금속부와 전기적 절연을 유지할 수 있도록 그 구조가 개선된 피드스루에 관한 것이다.

Description

피드스루{Feed-Through}

본 고안은 피드스루에 관한 것으로, 특히 리본 케이블로 구성된 도체가 지그재그 형태로 본체와 복수층의 절연체 및 누름판을 관통하여 상,하측 커넥터에 연결되도록 결합되고, 기믈을 유지하도록 결합됨에 따라, 밀폐실에 있는 측정기 및 센서에 전압을 공급하거나 신호를 받는 도체를 전기적으로 형성하는 피드스루의 구조를 LNG 및 가스 압력에 견딜 수 있도록 함과 아울러, LNG 액체가 닿더라도 초저온 액체의 열 충격에 견디도록 함과 동시에, 기밀성을 향상시켜 외부 금속부와 전기적 절연을 유지할 수 있도록 그 구조가 개선된 피드스루에 관한 것이다.

일반적으로 피드스루(Feed-Through)는 가속기, 핵융합장치, 우주항공 실험장치와 같은 대형과학장치나 반도체 제조 분야 등에서 널리 이용되는 진공챔버 등에 진공 상태인 부분(이하에서는 '진공내부'라 한다)과 진공 상태가 아닌 부분(이하에서는 '진공외부'라 한다) 사이에 배치되어, 진공내부와 진공외부 간에 각종 신호 등을 연결하기 위하여 이용된다.

기존 피드스루와 관련된 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1585689호 "피드스루"(등록일자 : 2016.01.08)에 개시된 바와 같이, 전원공급부와 유도가열 코일의 일단을 연결하며 몸체부와 상기 몸체부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 제1 전극과, 전원공급부와 유도가열 코일의 타단을 연결하며, 상기 몸체부를 관통하도록 상기 제1전극에 장착되되 상기 몸체부에서 상기 제1 전극의 중심과 기하학적으로는 편심되고 전기적으로 동축을 형성하며 동시에 상기 연장부와는 나란하게 배치되는 제2 전극을 포함한다.

일반적으로 LNG 펌프 등 밀폐된 용기 또는 배관내의 신호를 얻기 위하여 센서에 공급하는 전원과 출력 신호선을 인입,인출 하고 있으며 이러한 인입, 인출부에도 피드스루가 적용되고 있으며, 이 경우 피드스루는 초저온 LNG(-162℃) 온도를 접하게 된다.

LNG의 고압 상태인 내면과 대기압의 대기 또는 질소상태인 외면의 경계를 신호선 인입,인출장치인 피드스루를 통하여 연결되는 부분은 LNG 펌프가 정지중의 경우 피드스루는 여름철 햇빛에 40℃정도 뜨거운 상태에서 유지하다가 펌프가 운전되면 약 1분가량 LNG 액체가 피드스루에 닿게 되고 약 -150℃의 열 충격을 받게 된다.

이러한 열 충격은 펌프가 정지 후 기동시마다 발생하게 되는데 계속되는 열 충격으로 도체의 수축 팽창이나 도체를 절연한 절연체의 수축 팽창에 틈새가 생겨 기밀이 유지되지 못하고 외부로 가스가 누출(Leak)되는 현상이 있어 왔다.

종래의 피드스루는 도체인 구리와 절연체인 테플론, 에폭시 등으로 구성 접합되어 기밀을 유지하여 왔으나 열 충격에 수축과 팽창이 누적되어 미세한 누설 통로가 발생하면서 기밀이 유지되지 못하고 누설될 우려가 있다.

기존 극저온에 사용되는 피드스루와 관련된 다른 선행기술로는 한국 공개특허공보 제10-2016-145157호 "극저온 전력 피드스루 어셈블리"(공개일자 : 2016.12.19)에 개시된 바와 같이, 극저온 전력 피드스루 어셈블리의 일부로 설치되는 접촉헤더 어셈블리에 있어서: a) 제1 개방단부와 제2 개방단부 사이를 뻗는 공동을 형성하는 피드스루 몸체; b) i) 제1 접촉판, ii) 제1 접촉판을 관통하면서 밀착되는 다수의 제1 절연 부싱들, 및 iii) 상기 제1 절연 부싱들에 밀착되어 관통 삽입되고 도전성을 가지면서 제1 접촉판과 피드스루 몸체에 대해서는 비도전성인 다수의 제1 접촉핀들을 갖춘 제1 접촉판 어셈블리; 및 c) i) 제2 접촉판, ii) 제2 접촉판을 관통하면서 밀착되는 다수의 제2 절연 부싱들, 및 iii) 상기 제2 절연 부싱들에 밀착되어 관통 삽입되고 도전성을 가지면서 제2 접촉판에 대해서는 비도전성인 다수의 제2 접촉핀들을 갖춘 제2 접촉판 어셈블리;를 포함하고, 제1 접촉판 어셈블리가 제1 접촉판과 피드스루 몸체의 제1 개방단부 사이에 형성된 제1 전자빔 용접에 의해 제1개방단부에 밀착되며; 제2 접촉판 어셈블리가 제2 접촉판과 피드스루 몸체의 제2 개방단부 사이에 형성된 제2 전자빔 용접에 의해 제2개방단부에 밀착되는 것을 특징으로 한다.

그런데, 기존 LNG 펌프 등에 사용되는 피드스루는 펌프의 기동시 약 1분 가량 LNG 액체가 피드스루에 닿게 되어 초저온의 열충격이 피드스루에 전달되어 절연체가 수축 팽창되면서 기밀 유지성이 저하될 우려가 있었다.

한국 등록특허공보 제10-1585689호 "피드스루"(등록일자 : 2016.01.08) 한국 공개특허공보 제10-2016-145157호 "극저온 전력 피드스루 어셈블리"(공개일자 : 2016.12.19)

본 고안은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창안된 것으로, 그 목적은 LNG 가스관내 등 밀폐실에 있는 측정기 및 센서에 전압을 공급하거나 신호를 받는 도체를 전기적으로 형성하는 피드스루에서 LNG 및 가스 압력에 견딜 수 있으며, LNG 액체가 닿더라도 초저온 액체의 열 충격에 견디도록 함과 동시에, 외부 금속부와 전기적 절연을 유지하도록 그 구조가 개선된 피드스루를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 내측 플랜지와 외측 플랜지 사이에 개재되며 상면에 볼트체결홀이 형성되고 도체가 관통되는 제1관통홀이 형성된 본체와; 상기 본체와 내,외측 플랜지 사이에 기밀 유지를 위해 개재되는 가스켓과; 상기 본체의 하측에 밀착되고 상기 도체가 관통되는 제2관통홀이 각각 형성된 복수층의 절연체와; 상기 복수층의 절연체를 상측으로 가압하도록 상기 본체에 결합되고 상기 도체가 관통되는 제3관통홀이 형성된 누름판; 및 상기 본체의 상측과 누름판의 하측에 결합되고 각각의 커넥터가 도체에 연결되는 커넥터컵;을 구비하며, 상기 제1,2,3관통홀은 상기 도체가 지그재그 형태로 관통되도록 서로 다른 수직선상에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

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본 고안은 리본 케이블로 구성된 도체가 지그재그 형태로 본체와 복수층의 절연체 및 누름판을 관통하여 상,하측 커넥터에 연결되도록 결합되고, 기믈을 유지하도록 결합됨에 따라, 밀폐실에 있는 측정기 및 센서에 전압을 공급하거나 신호를 받는 도체를 전기적으로 형성하는 피드스루의 구조를 LNG 및 가스 압력에 견딜 수 있도록 함과 아울러, LNG 액체가 닿더라도 초저온 액체의 열 충격에 견디도록 함과 동시에, 기밀성을 향상시켜 외부 금속부와 전기적 절연을 유지할 수 있는 이점을 갖는다.

도 1은 본 고안에 따른 피드스루가 내,외측 플랜지에 적용된 결합상태도.
도 2a 및 도 2b는 본 고안 절연체의 분해도 및 절연체의 결합상태도.
도 3은 본 고안 도체의 정면도.
도 4는 본 고안 절연체의 저면도.
도 5는 본 고안 누름판의 저면도.
도 6은 본 고안 피드스루의 결합상태도.

본 고안에 따른 피드스루는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 내측 플랜지(10)와 외측 플랜지(20) 사이에 개재되며 상면에 볼트체결홀(105)이 형성되고 도체(200)가 관통되는 제1관통홀(110)이 형성된 본체(100)와; 상기 본체(100)와 내,외측 플랜지(10,20) 사이에 기밀 유지를 위해 개재되는 가스켓(150)과; 상기 본체(100)의 하측에 밀착되고 상기 도체(200)가 관통되는 제2관통홀(310)이 각각 형성된 복수층의 절연체(300)와; 상기 복수층의 절연체(300)를 상측으로 가압하도록 상기 본체(100)에 결합되고 상기 도체(200)가 관통되는 제3관통홀(410)이 형성된 누름판(400); 및 상기 본체(100)의 상측과 누름판(400)의 하측에 결합되고 각각의 커넥터(500)가 도체(200)에 연결되는 커넥터컵(550);을 구비한다.

도 1을 참조하면, 상기 내측 플랜지(10)와 외측 플랜지(20)의 본체(100)가 개재되도록 결합되고, 유체 누설을 방지하도록 본체(100)의 상,하측에 가스켓(150)이 구비된다.

상기 내측 플랜지(10)와 외측 플랜지(20)는 내부에 본체(100)와 가스켓(150)이 개재되도록 플랜지볼트(12)와 플랜지너트(14)에 의해 체결되는 구조를 갖는다.

상기 본체(100)는 LNG에 대한 물리적 특성에 강한 에폭시수지로 구성되는 것이 바람직하다.

도 2a와 도 2b를 참조하면, 상기 절연체(300)는 본체(100)와 누름판(400) 사이에 개재되는 플레이트 구조로서, 도체(200)와 본체(100) 사이를 절연하는 기능을 수행하며, 초저온에 대한 열 충격에 견딜 수 있도록 절연성능이 뛰어나고 저온특성이 우수한 테플론을 소재로 구성된다.

상기 절연체(300)는 제1,2,3,4절연체(300a,300b,300c,300d)로 구성되며, 각각 제2관통홀(310)이 서로 다른 수직선상에 형성된 구조를 갖는다.

또한, 상기 절연체(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 외경이 다른 크기를 갖는 원형 플레이트로 구성되어 상기 본체(100)의 하측 내부에 계단식 구조로 밀착된다.

상기 제1,3관통홀(110,410) 및 복수의 절연체(300)에 형성된 각각의 제2관통홀(310)은 도체(200)가 지그재그 형태로 관통되어 상측과 하측의 커넥터(500)에 연결되도록 서로 다른 수직선상에 위치하게 된다.

도 5를 참조하면, 상기 누름판(400)은 원형 플레이트로 구성되고, 테두리 부위에 상기 본체(100)와의 결합을 위해 연결볼트(720)가 관통되는 연결공(405)이 복수개 형성된 구조를 갖는다.

도 3을 참조하면, 상기 도체(200)는 압축력에 대한 기밀을 유지함과 동시에 절연을 유지하도록 플렉시블한 소재의 리본케이블 전선을 채용할 수 있다.

상기 상측 커넥터(500)와 하측 커넥터(500)는 각각 본체(100)의 상,하측에 결합되는 커넥터컵(550)에 지지되며, 상기 상측 커넥터컵(550)은 고정볼트(710)가 관통되어 본체(100)의 볼트체결홈(105)에 체결되고, 상기 하측 커넥터컵(550)은 누름판(400)의 하측에 형성된 볼트결합홈(402)에 고정볼트(710)로 체결됨에 따라 본체(100)의 상측과 누름판(400)의 하측에 고정되도록 결합된다.

상기 상측 커넥터(500)와 하측 커넥터(500)는 도체(200)의 상,하측 단부가 연결된 구조를 갖는다.

도 6을 참조하면, 상기 절연체(300)는 본체(100)의 하측 내부에 마련된 단턱홈 내에 수용되어 복수의 층으로 적층되며, 상기 하측의 누름판(400)에 의해 가압 지지되어 본체(100)의 하측에 밀착되도록 결합된다.

상기 절연체(300)들 사이 및 상기 절연체(300)와 본체(100) 사이 서로 접하는 면들 사이에 삽입하고 경화시킨 후에 압착시켜 기밀을 유지하기 위한 기밀재(600)를 더 구비한다.

상기 기밀재(600)는 실리콘 고무를 채택할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 고안의 조립 순서를 설명하면, 내측 플랜지(10)와 외측 플랜지(20) 사이에 본체(100)가 개재되도록 배치시키고, 본체(100)와 내,외측 플랜지(10,20) 사이에 각각 가스켓(150)이 기밀 유지를 위해 마련되도록 배치하며, 본체(100)의 하측 내부에 형성된 단턱홈 내에 복수층의 절연체(300)를 배치하는 과정에서 본체(100)의 제1관통홀(110)을 관통한 도체(200)가 지그재그 형태로 복수층의 절연체(300)의 각 제2관통홀(310)을 관통하여 누름판(400)의 제3관통홀(410)을 통과되도록 한 후에 도체(200)의 상,하 양측 단부를 커넥터(500)에 각각 연결시킨다.

이어서, 누름판(400)을 본체(100)에 고정시켜 복수층의 절연체(300)를 본체(100)와 누름판(400) 사이에 수용되도록 결합시킨다.

또한, 도체(200)의 양측 단부가 연결된 상,하측 커넥터(500)를 각각 커넥터컵(550)으로 지지하도록 본체(100)의 상,하측에 커넥터컵(550)을 결합시킨다.

이때, 커넥터컵(550)은 각각 고정볼트(710)를 관통시켜 본체(100)의 볼트체결홈에 체결시킴에 따라 본체(100)의 상,하측에 고정되도록 결합될 수 있다.

한편, 상기 절연체(300)와 절연체(300) 사이 및 절연체(300)와 본체(100)의 단턱홈 사이의 접하는 면에는 실리콘 고무 소재인 기밀재(600)가 개재되도록 마련되어 유체의 누설을 예방할 수 있다.

따라서, 본 고안은 리본 케이블로 구성된 도체(200)가 지그재그 형태로 본체(100)와 복수층의 절연체(300) 및 누름판(400)을 관통하여 상,하측 커넥터(500)에 연결되도록 결합되고, 기믈을 유지하도록 결합됨에 따라, 밀폐실에 있는 측정기 및 센서에 전압을 공급하거나 신호를 받는 도체(200)를 전기적으로 형성하는 피드스루의 구조를 LNG 및 가스 압력에 견딜 수 있도록 함과 아울러, LNG 액체가 닿더라도 초저온 액체의 열 충격에 견디도록 함과 동시에, 기밀성을 향상시켜 외부 금속부와 전기적 절연을 유지할 수 있는 이점을 갖는다.

이와 같이, 본 고안의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 고안의 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 고안의 범위는 앞서 설명된 실시 예에 국한되어 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 이상에서와 같이 설명한 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10 : 내측 플랜지 12 : 플랜지볼트
14 : 플랜지너트 20 : 외측 플랜지
100 : 본체 105 : 볼트체결홈
110 : 제1관통홀 200 : 도체
300 : 절연체 310 : 제2관통홀
300a,300b,300c,300d : 제1,2,3,4절연체
400 : 누름판 402 : 볼트결합홈
405 : 연결공 410 : 제3관통홀
500 : 커넥터 550 : 커넥터컵
600 : 기밀재 710 : 고정볼트
720 : 연결볼트

Claims (4)

1. 내측 플랜지(10)와 외측 플랜지(20) 사이에 개재되며 상면에 볼트체결홀(105)이 형성되고 도체(200)가 관통되는 제1관통홀(110)이 형성된 본체(100)와;
   상기 본체(100)와 내,외측 플랜지(10,20) 사이에 기밀 유지를 위해 개재되는 가스켓(150)과;
   상기 본체(100)의 하측에 밀착되고 상기 도체(200)가 관통되는 제2관통홀(310)이 각각 형성된 복수층의 절연체(300)와;
   상기 복수층의 절연체(300)를 상측으로 가압하도록 상기 본체(100)에 결합되고 상기 도체(200)가 관통되는 제3관통홀(410)이 형성된 누름판(400); 및
   상기 본체(100)의 상측과 누름판(400)의 하측에 결합되고 각각의 커넥터(500)가 도체(200)에 연결되는 커넥터컵(550);을 구비하며,
   상기 제1,2,3관통홀(110,310,410)은 상기 도체(200)가 지그재그 형태로 관통되도록 서로 다른 수직선상에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 피드스루.
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