KR20100012480U - 온도센서 및 이를 구비한 히터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 온도센서 및 이를 구비한 히터, 특히 이를 구비한 원자로 냉각재시스템의 가압기의 히터에 관한 것으로, 온도센서의 2 줄의 이종 금속 소선을 코일형 또는 지그재그형으로 구성하여, 가압기와 같은 고온, 고압의 환경에서도 열팽창 또는 수축을 자체적으로 흡수할 수 있어 단선 등의 고장이 발생하지 않고 히터 내부에서 온도센서로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있고, 시스템의 운전 중 비정상적인 과열, 과부하 또는 절연저항의 감소나 절연 파괴 현상의 발생 즉시 이를 감지하여 히터를 보호할 수 있는 효과가 있다.

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Description

온도센서 및 이를 구비한 히터{Thermocouple and Heater having same}

본 고안은 온도센서 및 이를 구비한 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 길이가 길고 고온 · 고압인 환경에서도 파손되지 아니하고 온도센서로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있어 히터의 소손을 예방할 수 있는 온도센서 및 이를 구비한 히터, 특히 이를 구비한 원자로 냉각재시스템의 가압기의 히터에 관한 것이다.

두 종류의 금속 소선의 단부를 접합시켜 양단접점의 온도차에 따른 열기전력을 직류밀리볼트계나 전위차계로 측정하여 온도를 표시하는 열전대(Thermocouple)가 온도센서로 많이 사용되고 있다.

이러한 온도센서는 짧은 길이의 히터에 적용하는 경우에는 별 문제가 없으나 도 1에 도시된 바와 같은 원자로 냉각재시스템의 가압기의 히터와 같이 길이가 길고 고온 · 고압인 환경에서는 쉽게 파손되기 때문에 이러한 경우에는 사용되지 못하고 있다.

원자로 냉각재시스템의 가압기에는 전기히터가 구비되어 있어 이 가압기가 내부의 온도 및 압력을 조절한다. 이러한 가압기의 히터가 내부의 고온 · 고압으로 손상되면 가압기 내부의 방사능을 띤 물이 외부로 누출되어 방사능의 오염이 발생하고 가압기 내부의 압력을 유지할 수 없게 된다.

또한, 내부의 고온 · 고압으로 가압기 히터의 하우징이 파손되는 경우에는 히터의 외형이 심각하게 변형되어 정상적인 인출이 불가능하게 되며, 이러한 경우에는 작업자가 가압기 내부로 들어가 해체작업을 하여야 한다.

그러나 가압기의 내부는 고준위의 방사능 구역이기 때문에 작업자가 내부에서 머무를 수 있는 시간이 극히 짧아 10 여명의 작업자가 방호복을 입고 대기하면서 교대로 해체작업을 하여야 하는 등 매우 어렵고 위험한 작업을 하여야 한다.

또한, 가압기의 히터가 파손되면 히터의 수리에 많은 비용(1대의 수리에 5천만원이상)이 소요되며, 발전소의 가동 중지에 따르는 경제적 손실까지 감안하면 손실액이 수십억원에 달하게 된다.

이와 같이, 가압기의 히터의 파손에 따르는 피해가 막대함에도 불구하고 아직껏 가압기 히터의 파손을 예방할 수 있는 방안에 제시되지 못하고 있다.

본 고안은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 길이가 길고 고온 · 고압인 환경에서도 파손되지 아니하고 온도센서로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있어 히터의 소손을 예방할 수 있는 온도센서 및 이를 구비한 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 온도센서의 2 줄의 이종 금속 소선을 코일형 또는 지그재그형으로 구성한다.

본 고안은 2 줄의 이종 금속 소선이 코일형 또는 지그재그형으로 구성되어 있어 가압기와 같은 고온, 고압의 환경에서도 열팽창 또는 수축을 자체적으로 흡수할 수 있어 단선 등의 고장이 발생하지 않고 히터 내부에서 온도센서로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 고안은 히터의 이상 고온 상승 및 절연 파괴 등의 현상발생과 동시에 이를 감지하여 제어시스템에 통지하여 제어시스템으로 하여금 히터의 전원을 차단 하게 함으로써 히터의 소손으로 인한 연쇄적인 사고 발생을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안의 온도센서를 원자로 냉각재시스템의 가압기의 내부에 설치되는 히터에 적용하면 가압기의 히터의 소손을 막을 수 있어, 히터의 교체가 용이하게 되고 히터의 상태를 모니터링하여 교체시기를 알려줄 수 있어 원자력 설비의 안전한 운전이 가능하게 된다. 이에 따라 방사능 오염이 발생하지 않고, 작업자가 가압기 내부로 들어가 어렵고 위험한 해체작업을 할 필요가 없으며, 수리비용이 절감되고 발전소의 가동 중지에 따르는 많은 손실을 예방할 수 있다.

이하 본 고안을 실시예의 도면을 토대로 상세히 설명한다. 도 2는 종래의 온도센서이고, 도 3은 본 고안의 온도센서이다.

도 2A에 도시된 바와 같이 종래의 온도센서(열전대)는 2 종류의 금속 소선, 즉 어느 금속 소선(1)과 이와 다른 금속 소선(2)의 일단부를 접합시키고 타단부에 센서 리드선(3)을 연결한 형태로 구성되어 있다. 또 이러한 온도센서를 내열강 등의 극세관(Sheath)에 무기절연물 분말로 견고히 충전하여 기밀형태로 구성한 것이 도 2B에 도시된 시즈형(Sheath Type) 온도센서이다.

이러한 종래의 온도센서는 짧은 길이의 히터에는 적용할 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같은 원자로 냉각재시스템의 가압기의 히터와 같이 길이가 길고 고온 · 고압의 환경에서는 이종 금속의 특성상 가열과 수축시의 선팽창률의 차이에 따라 쉽게 파손되므로 보통 500mm 이상의 길이가 긴 히터의 경우에는 설치하지 못하고 있다.

본 고안은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 온도센서의 2 줄의 이종 금속 소선을 코일형 또는 지그재그형으로 구성한다. 즉, 도 3A에 도시된 바와 같이 온도센서의 2 줄의 이종 금속 소선을 코일형으로 구성하거나, 도 3B에 도시된 바와 같이 지그재그형으로 구성한다. 또한, 도 3C에 도시된 바와 같이 2 줄의 이종 금속 소선 중 각각의 금속 소선을 서로 분리하여 각각 지그재그형으로 구성한다.

위에서 설명한 바와 같이, 종래의 온도센서는 2 줄의 이종 금속 소선이 직선으로 구성되어 있어 급격한 온도의 상승 또는 하락으로 인한 열팽창 또는 수축시에 이종 금속의 열팽창율의 차이로 인하여 열적 스트레스를 받고 얼마 가지 못해 단선되거나 파괴되어 수명을 다하게 된다.

그러나 본 고안의 온도센서는 2 줄의 이종 금속 소선이 코일형 또는 지그재그형으로 구성되어 있어 가압기와 같은 고온, 고압의 환경에서도 열팽창 또는 수축 을 자체적으로 흡수할 수 있어 단선 등의 고장이 발생하지 않고 히터 내부에서 온도센서로서의 기능을 충분히 발휘하게 된다.

도 4는 본 고안의 온도센서를 설치한 히터의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 히터(20)의 하우징(21))의 내부에 코일형 전열선(22)이 설치되고, 이 전열선(22)의 일측에는 전원리드선(23)이 설치된다. 미 설명부호 24는 압력차단재이고, 25는 절연재이다.

이와 같은 히터(20)에서 발열하는 부분은 (d1)부분이고, (d2)부분은 발열하지 아니한다. 이와 같은 히터(20)가 가압기(10)에 설치되는 경우에는 발열부(d1)는 가압기(10)의 내부에 위치하고, 비발열부(d2)는 가압기(10)의 외부에 위치하도록 설치한다.

본 고안의 온도센서(26)를 위와 같은 히터(20)에 설치하는 경우에는 이상 고온 상승 및 절연 파괴 등의 원인으로 인한 히터(20)의 과열 발생시에 이를 제일 먼저 감지할 수 있도록 히터(20) 발열부(d1)의 단말부에 감지부가 위치하도록 설치한다.

도 5는 본 고안을 적용한 히터의 제어시스템도이다. 도시된 바와 같이, 본 고안을 적용한 히터(20)의 제어시스템(6)에서는 온도센서(26)가 제어시스템(6)에 연결되어 있다.

따라서 온도센서(26)는 히터(20)의 이상 고온 상승 및 절연 파괴 등의 현상발생과 동시에 이를 감지하여 제어시스템에 통지하여 제어시스템으로 하여금 히터의 전원을 차단하게 함으로써 히터의 소손으로 인한 연쇄적인 사고 발생을 예방하게 한다.

본 고안의 온도센서를 원자로 냉각재시스템의 가압기의 내부에 설치되는 히터에 적용하면 히터의 이상 징후를 즉시 탐지하여 히터의 소손이 진행되기 이전에 전원을 제어하여 히터의 소손을 막을 수 있고, 히터가 소손되지 아니하므로 히터의 교체가 용이하게 되며, 히터의 상태를 모니터링하여 교체시기를 알려줄 수 있어 원자력 설비의 안전한 운전이 가능하게 된다.

이에 따라 방사능 오염이 발생하지 않고, 작업자가 가압기 내부로 들어가 어렵고 위험한 해체작업을 할 필요가 없으며, 수리비용이 절감되고, 발전소의 가동 중지에 따르는 많은 손실을 예방할 수 있다.

이상에서 실시예를 토대로 본 고안을 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되지 아니하고 본 고안의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재 내용에 의하여 본 고안의 범위가 한정되지 아니한다.

또한, 본 고안의 상세한 설명의 기재 중 괄호를 사용하여 기재한 도면부호는 본 고안의 이해를 용이하게 하기 위해서 참고로 부기한 것으로, 본 고안은 도면상의 형태로 한정되지 아니한다.

도 1은 원자로 냉각재시스템의 가압기에 히터가 설치된 상태도이고

도 2는 종래의 온도센서이며,

도 3은 본 고안의 온도센서이다.

도 4는 본 고안의 온도센서를 설치한 히터의 단면도이고,

도 5는 본 고안을 적용한 히터의 제어시스템도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 금속 소선 2 : 금속 소선

3 :센서 리드선 4 : 시즈(Sheath)

5 :온도제어기 6 : 제어시스템

10 : 가압기 20 : 히터

30 : 히터 지지대 21 : 하우징

22 : 전열선 23 : 전원 리드선

24 : 압력차단재 25 : 절연재

26 : 온도센서 d1 : 발열부

d2 : 비발열부

Claims (5)

1. 열전대형 온도센서에 있어서,

   2 줄의 이종 금속 소선을 코일형으로 구성한 것을 특징으로 하는 온도센서
2. 열전대형 온도센서에 있어서,

   2 줄의 이종 금속 소선을 지그재그형으로 구성한 것을 특징으로 하는 온도센서
3. 열전대형 온도센서에 있어서,

   2 줄의 이종 금속 소선 중 각각의 금속 소선을 서로 분리하여 각각 지그재그형으로 구성한 것을 특징으로 하는 온도센서
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 온도센서를 구비한 히터
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 온도센서를 구비한 원자로 냉각재시스템 가압기의 히터

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