KR20110018624A

KR20110018624A - 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치

Info

Publication number: KR20110018624A
Application number: KR1020090076177A
Authority: KR
Inventors: 김태준; 김영일; 김성오; 이용범; 이태호; 박수기; 어재혁; 김종만; 정지영
Original assignee: 한국원자력연구원; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2011-02-24
Also published as: KR101035994B1

Abstract

소듐을 포함한 액체금속의 경화로 인한 오작동을 방지할 수 있는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치는, 고온의 소듐(Na)이 포함된 알칼리 금속(Li, K 등), 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스무스(Pb-Bi) 합금 및 납(Pb)을 포함하는 액체금속을 취급하는 시설로 소듐을 포함한 액체금속을 공급하는 것으로서, 액체금속의 경로가 형성되는 밸브 몸체, 밸브 몸체 내에 설치되어 액체금속의 경로를 선택적으로 개폐시키는 게이트 및, 게이트를 액체금속의 경로를 개폐시키는 방향으로 가동시키는 스템을 포함하는 밸브유닛, 그리고, 게이트에 의해 개폐되는 액체금속의 경로를 가열하는 제1히터, 스템 측으로 유출되는 액체금속의 유출 경로를 가열하는 제2히터 및, 제1 및 제2히터의 온도를 측정 및 제어하는 온도제어부를 포함하는 히터유닛을 포함한다. 이러한 밸브유닛과 히터유닛을 일체로 형성한 구성에 의하면, 액체금속의 경로뿐만 아니라 스템 측으로 유출되는 유출 경로까지도 가열함에 따라 액체금속의 경화로 인한 밸브 오작동을 방지할 수 있고 유지/보수성이 좋게 된다.

액체금속, 소듐, 밸브, 게이트, 가열, 히터, 벨로우즈, 벨로즈.

Description

소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치{A GATE VALVE APPARATUS FOR LIQUID METALS HAVING SODIUM}

본 발명은 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치에 관한 것으로서, 액체금속의 경화로 인한 오작동을 방지할 수 있는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치에 관한 것이다.

소듐 냉각 고속로, 소듐 취급시설, 그리고, 소듐(Na)을 포함하는 알칼리 금속(Li, K등), 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스무스(Pb-Bi) 합금 및 납(Pb)을 다루는 시설에서는 소듐을 포함한 액체금속의 공급을 제어하기 위해 밸브장치를 구비한다. 이러한 소듐을 포함한 액체금속을 사용하는 공정에 채용되는 밸브장치는 팩킹(Packing)된 밸브 또는, 팩킹 대신에 벨로우즈(Bellows)를 설치한 밸브를 포함한다.

여기서, 상기 벨로우즈는 밸브의 동작에 의해 내부 진공압이 발생되어, 내부로 액체금속이 유입된다. 그런데, 상기 액체금속의 경우, 일정 온도 이상을 유지하지 않을 경우 경화됨에 따라, 상기 벨로우즈 내부로 유입된 액체금속으로 인해 벨로우즈가 신축되지 못하는 문제점이 야기된다. 이러한 벨로우즈의 신축 불량은 결국, 상기 밸브의 오작동을 발생시킴으로써, 액체금속의 공급 제어에도 영향을 미치게 된다.

한편, 이러한 액체금속의 경화를 방지하고자 상기 벨로우즈의 외부에 히터를 설치하는 방법이 제안되나, 상기 히터에 의한 액체금속의 가열 온도가 확인되지 않음으로 인한 또 다른 문제점이 발생된다. 뿐만 아니라, 상기 히터의 유지/보수가 필요할 경우, 상기 밸브장치의 전면 분해가 요구됨에 따른 유지/보수성 저하도 야기된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 액체금속의 경화를 방지하여 밸브 오작동을 방지할 수 있는 액체금속용 게이트 밸브장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수의 히터의 유지/보수 효율을 향상시킬 수 있는 액체금속용 게이트 밸브장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액체금속용 게이트 밸브장치는, 고온의 소듐(Na)이 포함된 알칼리 금속(Li, K 등), 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스무스(Pb-Bi) 합금 및 납(Pb)을 포함하는 액체금속을 취급하는 시설로 상기 소듐을 포함한 액체금속의 공급을 제어하는 것으로서, 밸브유닛 및 히터유닛을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 상기 밸브유닛은, 상기 액체금속의 경로가 형성되는 밸브 몸체, 상기 밸브 몸체 내에 설치되어 상기 액체금속의 경로를 선택적으로 개폐시키는 게이트 및, 상기 게이트를 상기 액체금속의 경로를 개폐시키는 방향으로 가동시키는 스템을 포함한다. 여기서, 상기 밸브유닛은, 상기 스템의 외면을 감싸도록 설치되어 상기 액체금속의 누출을 차단하는 벨로우즈(Bellows)를 포함한다.

여기서, 상기 밸브유닛은, 상기 벨로우즈로 유입된 상기 액체금속이 상기 벨 로우즈로부터 누출됨을 감지하는 누출감지부를 포함한다. 상기 누출감지부는, 상기 벨로우즈와 마주하도록 상기 밸브 몸체에 착탈 가능하게 설치되며 내부에 절연성 재질로 형성된 삽입체가 삽입되는 튜브, 상기 밸브 몸체의 외부에서 상기 삽입체로 삽입되어 일단이 상기 튜브의 내면에 부착되는 제1전극 및, 상기 밸브 몸체의 외부에서 상기 삽입체를 관통하여 상기 밸브 몸체의 내부로 진입하는 탕침단을 가지는 제2전극을 포함하여, 상기 액체금속과 제1 및 제2전극 사이의 전기적 도통에 의해 상기 액체금속의 누출을 감지한다.

이러한 밸브유닛은, 상기 스템을 공기압으로 작동시키는 공기압 액츄에이터(air actuator)를 포함하며, 상기 공기압 액츄에이터는 원격수단에 의해 원격으로 가동 또는 핸들조정수단에 의해 수동으로 가동되는 것이 좋다.

한편, 상기 밸브유닛은, 상기 게이트에 의한 상기 액체금속의 경로 개폐 정도를 감지하는 개폐센서 및, 상기 개폐센서에 의해 감지된 개폐 정도를 표시하는 지시수단을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 히터유닛은, 상기 게이트에 의해 개폐되는 상기 액체금속의 경로를 가열하는 제1히터, 상기 스템 측으로 유출되는 액체금속의 유출 경로를 가열하는 제2히터 및, 상기 제1 및 제2히터의 온도를 측정 및 제어하는 온도제어부를 포함한다.

상기 제1히터는 상기 게이트를 지지하는 상기 밸브 몸체의 일측 외면에 밀착 설치되고, 상기 제2히터는 상기 벨로우즈의 신축방향에 대응하여 상기 밸브 몸체의 타측 내면에 밀착 설치된다. 구체적으로, 상기 제1히터는 제1히터라인이 내장된 상태로 상기 밸브 몸체의 외면을 감싸는 패드형으로 형성되되, 외면은 얇은 철판으 로 형성되어 밀폐되며, 상기 제2히터는 제2히터라인이 내장된 상태로 상기 벨로우즈를 감싸는 코일형으로 형성된다.

상기 온도제어부는, 상기 제1 및 제2히터 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하는 온도센서를 구비하여, 상기 제1 및 제2히터에 상호 동일한 가열용량을 제공하는 것이 좋다. 즉, 한 온도센서만으로 상기 제1 및 제2히터의 온도를 동시에 제어할 수 있는 것이다.

상기 온도센서는 상기 코일형 제2히터가 상기 밸브 몸체의 내면에 밀착 설치된 이후에 상기 제2히터의 코일 피치 사이에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 제2히터의 상측과 하측의 온도를 측정하기 위해 복수개 마련된다. 또한, 상기 온도센서는, 상기 제2히터와 접촉하는 온도센서 단자가 내장되며, 상기 밸브 몸체를 관통하여 상기 제2히터의 코일 피치 사이로 진입하는 센서단을 구비하는 센서 몸체 및, 상기 밸브 몸체의 외부로 노출된 상기 센서 몸체의 외경을 감싸 지지하되, 상기 센서 몸체의 온도를 저감시키도록 열에 강한 메탈재질로 형성되어 상기 센서 몸체를 실링하는 실링을 포함한다. 여기서, 상기 센서단에는 상기 센서 몸체의 외면에 접혀진 상태로 상기 밸브 몸체에 관통 형성된 센서홀을 통해 상기 밸브 몸체의 내부로 진입한 후, 상기 센서홀을 벗어남에 의해 상기 밸브 몸체의 외면으로부터 펼쳐지는 센서 날개가 설치되며, 상기 센서단의 직경은 상기 센서 날개의 두께만큼, 상기 밸브 몸체의 외경보다 작은 것이 좋다.

또한, 상기 온도제어부는, 상기 밸브 몸체에 착탈 가능하게 설치되어, 상기 제1 및 제2히터로 가열전원을 제공하는 가열전원공급부를 포함하는 것이 좋다. 상 기 가열전원공급부는, 상기 밸브 몸체 내부로 삽입되어 상기 제1 및 제2히터와 전기적으로 연결되는 접촉단을 구비하는 전원단자, 상기 전원단자와 상기 제1 및 제2히터 사이의 밀착력을 위해, 상기 전원단자를 상기 밸브 몸체의 내부를 향해 조이는 조임체, 그리고, 상기 밸브 몸체에 대해, 상기 전원단자의 접촉단과 상기 접촉단과 연결되는 제1 및 제2히터를 절연시키는 절연체를 포함한다.

상기 가열전원공급부는, 상기 전원단자의 접촉단과 조임체 사이에 설치되어 상기 밸브 몸체에 대해 상기 전원단자의 접촉단을 밀폐시키는 밀폐체를 포함한다.

한편, 상기 전원단자는 상기 밸브 몸체의 외부로 노출되는 노출단, 상기 접촉단 및, 상기 노출단과 접촉단 사이에 소정 길이를 가지고 연결시키는 단자봉을 포함하며, 이 경우, 상기 단자봉과 상기 조임체 사이를 절연시키는 제1서브 절연체 및, 상기 단자의 접촉단이 상기 조임체에 의해 휨으로써 상기 밸브 몸체와 접촉됨을 차단하도록 개재되는 제2서브 절연체를 더 포함하는 것이 좋다.

참고로, 상기 단자의 접촉단은 상기 히터라인과의 접촉력 향상을 위해, 상기 접속봉의 직경보다 큰 직경을 가짐으로써, 접촉면적을 확장시킴이 좋다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 액체금속의 경로 및 스템 측으로 유입되는 액체금속의 누출 경로를 제1 및 제2히터로 모두 가열하여 액체금속이 경화됨을 차단함에 따라, 액체금속의 경화로 인한 스템을 감싸는 벨로우즈의 파손을 막음과 동시에 이런 현상이 유발되지 않음으로 인한 밸브유닛의 오작동을 방지할 수 있다. 특히, 밸브유닛의 열고 닫는 즉, 개폐 작동에 영향을 받아 스 템에 설치된 벨로우즈의 내부 진공압에 의해 벨로우즈 내부로 유입된 액체금속의 경화를 방지할 수 있어, 벨로우즈의 오작동 또한, 방지할 수 있게 된다.

둘째, 제1 및 제2히터에 동일한 가열 용량을 공급함에 따라, 둘 중 어느 한 히터의 온도 측정만으로도 타 히터의 온도를 예측할 수 있어, 온도제어 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

셋째, 제1 및 제2히터가 밸브 몸체의 외면과 내면에 각각 설치되어 상호 독립적으로 구동될 수 있음으로 인해, 유지/보수성 및 운전성을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 제1 및 제2히터 중 어느 한 히터의 손상이 발생되어도 손상된 히터를 용이하게 제거하여 교체할 수 있는 것이다.

넷째, 온도센서와 함께 개폐센서를 구비함으로써, 액체금속의 가열 상태 및 밸브의 작동 상태를 확인하여 상호 연동시킬 수 있음에 따라, 작업효율 또한 향상시킬 수 있게 된다.

다섯째, 벨로우즈로부터 누출되는 액체금속을 감지하는 누출감지부를 밸브 몸체에 착탈 가능하게 설치함에 따라, 벨로우즈의 파손 여부를 적시에 파악할 수 있음과 아울러 유지/보수성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 의한 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치(1)는, 밸브유닛(10) 및 히터유닛(30)을 포함한다. 여기서, 상기 액체금속은 고온의 소듐(Na)이 포함된 알칼리 금속(Li, K 등), 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스 무스(Pb-Bi) 합금 및 납(Pb)을 포함한다. 이러한 액체금속은 주로 원자력 발전을 위한 고속로의 냉각재로 주로 사용되나, 그 사용분야는 이에 한정되지 않는다. 참고로, 본 발명에서 설명하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치(1)는 상기 소듐을 포함한 액체금속의 경로(M)(이하, '액체금속 경로'로 지칭함) 상에 설치되어, 상기 액체금속의 경로를 선택적으로 차폐하는 장치이다.

상기 밸브유닛(10)은 상기 액체금속의 경로(M) 상에 설치되는 밸브 몸체(11), 게이트(16) 및 스템(18)을 포함한다.

상기 밸브 몸체(11)는 상기 액체금속 경로(M)를 가이드하도록 중공으로 형성됨에 따라, 내부에 액체금속 경로(M)가 마련된다. 상기 밸브 몸체(11)는 도 1의 도시와 같이, 상기 액체금속 경로(M)에 대응되는 밸브관(12)과, 후술할 스템(18)이 가동되는 배관(13)으로 구성된다.

상기 게이트(16)는 상기 밸브 몸체(11) 내에 설치되어 상기 액체금속 경로(M)를 선택적으로 개폐시킨다. 상기 게이트(16)의는 직경은 상기 밸브 몸체(11)의 밸브관(12)의 내경과 일치함으로써, 상기 밸브유닛(10)은 풀보어(Full Bore)형 밸브의 구성을 가진다. 이러한 게이트(16)는 상기 액체금속 경로(M)를 간섭하는 게이트면(17)을 가진다. 참고로, 상기 게이트(16)는 상기 게이트면(17)의 밀폐성을 향상시키기 위해 면의 재질을 금속으로 형성함이 좋다.

상기 스템(18)은 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 상기 게이트(16)를 상기 액체금속 경로(M)를 개폐시키는 방향으로 가동시킨다. 여기서, 상기 스템(18)은 상기 게이트(16)와 연결되되, 상기 밸브 몸체(11)의 배관(13) 내에서 업/다운 가능하게 설치되어, 상기 게이트(16)를 업/다운 시킨다. 이때, 상기 스템(18)이 도 1과 같이 다운된 경우에는 연결된 게이트(16)가 다운되어 액체금속 경로(M)를 폐쇄시킨다. 반대로, 도 2의 도시와 같이, 상기 스템(18)이 업될 경우에는 연결된 게이트(16)도 함께 업되어, 상기 액체금속 경로(M)가 개방된다. 이러한 스템(18)은 연결된 게이트(16)의 업/다운 정도를 조절하여, 상기 게이트(16)에 의해 개방된 액체금속 경로(M)를 통과하는 액체금속의 유량을 제어한다.

한편, 상기 스템(18)의 외면에는 상기 스템(18)을 감싸도록 설치되어, 액체금속이 액체금속 경로(M)를 벗어나 밸브 몸체(11)의 배관(13) 측으로 누출됨을 차단하는 벨로우즈(Bellows)(19)가 설치된다. 즉, 상기 벨로우즈(19)는 일종의 팩킹제이다. 이러한 벨로우즈(19)는 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 상기 스템(18)의 업/다운 움직임에 의해 신축된다.

상기 밸브유닛(10)은 상기 스템(18)을 공기압으로 작동시키는 공기압 액츄에이터(air actuator)(20)를 포함한다. 이러한 공기압 액츄에이터(20)는 미도시된 원격수단에 의해 원격으로 가동된다. 이러한 공기압 액츄에이터(20)를 원격 제어하는 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명 및 도시는 생략한다. 참고로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 도시된 핸들(21)에 의해 상기 스템(18)이 수동으로 가동될 수 있다. 이때, 상기 핸들(21)은 원격제어되는 공기압 액츄에이터(20)를 위급시 수동 조정하기 위한 수단으로써, 핸들(21)을 고정시키는 고정 레버(22)와 함께 마련됨이 좋다.

또한, 본 발명에 의한 밸브유닛(10)은 상기 게이트(16)에 의한 액체금속 경 로(M)의 개폐 정도를 감지하는 개폐센서(23), 상기 개폐센서(23)에 의해 감지된 개폐 정도를 표시하는 지시수단(24) 및, 상기 벨로우즈(19)로 유입된 액체금속이 누출됨을 감지하는 누출감지부(25)를 포함한다. 여기서, 상기 개폐센서(23)는 상기 스템(18)의 업/다운 동작에 의해 간섭되는 리미트 스위치(Limit Switch)를 포함하며, 상기 지시수단(24)은 스케일(Scale) 지시수단을 포함한다. 이러한 리미트 스위치 및 스케일 지시수단의 기술구성은 공지기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 도시 및 설명은 생략한다.

상기 누출감지부(25)는 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 상기 벨로우즈(19)와 마주하도록 밸브 몸체(11) 즉, 배관(13)에 착탈 가능하게 설치된다. 이러한 누출감지부(25)의 구체적인 구성을 도 3을 참고하여 설명하면, 상기 누출감지부(25)는 스테인레스 재질로 형성되며 내부에 세라믹과 같은 절연성 재질로 형성된 삽입체(26a)가 삽입되는 튜브(26), 상기 튜브(26) 안에 삽입된 삽입체(26a)를 관통하는 제1 및 제2전극(27)(28)을 포함한다.

상기 튜브(26)는 고정체(29)에 의해 감싸져 상기 밸브 몸체(11) 측에 고정된다. 또한, 상기 튜브(26)는 상기 밸브 몸체(11) 중 배관(13)을 관통하여 형성된 개구(OO)를 통해 외부에서 벨로우즈(19)와 마주하는 배관(13)의 내부로 진입한다. 이때, 상기 개구(O)는 상기 튜브(26)가 삽입되는 방향인 상기 배관(13)의 외측으로부터 내측으로 갈수록 "V"자 형으로 모아지는 형상을 가진다. 즉, 상기 배관(13)을 관통하는 개구(O)의 직경이 배관(13)을 기준으로 내측보다 외측이 더 크게 형성되는 것이다.

상기 제1전극(27)은 상기 삽입체(26a)로 삽입되되 삽입되는 단부가 상기 튜브(26)의 내면에 부착되는 부착단(27a)으로 형성되며, 상기 제2전극(28)은 상기 삽입체(26a)를 관통하여 삽입되되, 상기 삽입체(26a)를 관통하는 단부가 상기 삽입체(26a)의 대략 중앙을 관통하여 액체금속의 누출 여부를 감지하는 탐침단(28a)으로 구성된다.

이러한 구성을 가지는 누출감지부(25)는, 상기 액체금속이 전도성 액체임에 따라 벨로우즈(19)와 마주하도록 진입한 제2전극(28)의 탕침단(28a)이 액체금속과 반응하여 전기적으로 도통되면, 상기 액체금속이 벨로우즈(19)로부터 유출되었음을 감지하게 된다.

참고로, 상기 누출감지부(25)는 상기 배관(13)을 기준으로 외부로 노출되는 노출길이(L1)와, 상기 개구(OO)를 관통하여 밸브 몸체(11)의 내부로 진입하는 감지길이(L2)를 가진다. 이때, 상기 노출길이(L1) 및 감지길이(L2)는 상기 밸브 몸체(11)의 외부조건 및, 벨로우즈(19)의 직경과 같은 밸브 몸체(11)의 내부조건 등에 의해 조절 가능하다.

상기 히터유닛(30)은 상기 밸브 몸체(11) 내의 액체금속이 공급되는 중에 굳어짐을 방지하기 위해, 상기 액체금속을 가열한다. 이러한 히터유닛(30)은 상기 게이트(16)에 의해 개폐되는 상기 액체금속 경로(M)를 가열하는 제1히터(31), 상기 스템(18) 측으로 유출되는 액체금속의 유출 경로를 가열하는 제2히터(34) 및, 상기 제1 및 제2히터(31)(34)의 온도를 측정하여 제어하는 온도제어부(40)를 포함한다.

상기 제1히터(31)는 상기 게이트(16)를 지지하는 상기 밸브 몸체(11)의 일측 외면(15)에 밀착되어 설치된다. 보다 구체적으로, 상기 제1히터(31)는 도 4의 도시와 같이, 상기 밸브 몸체(11) 중 밸브관(12)의 외면(15)을 감싸도록 패드형 히터로 마련된다. 이에 따라, 상기 제1히터(31)는 상기 밸브 몸체(11)의 밸브관(12) 형상에 대응되는 형상을 가짐으로써, 상기 밸브 몸체(11)의 밸브관(12)에 대한 밀착도를 향상시켜 가열성능을 향상시킴이 좋다.

여기서, 상기 제1히터(31)는 내부에 제1히터라인(32)이 도 4와 같이 실장되며, 상기 제1히터라인(32)으로 전원을 인가하는 제1히터 단자(33)는 제1히터(31)의 외부로 돌출되도록 마련된다. 이러한 제1히터(31)는 외관이 견고성 및 밀폐성을 향상시킴과 아울러 부식에 강한 재질로 형성됨이 좋으며, 본 실시예에서는 자세히 도시되지 않았으나 얇은 철판으로 형성되는 것으로 예시한다.

상기 제2히터(34)는 상기 벨로우즈(19)의 길이방향 즉, 신축방향에 대응하여 밸브 몸체(11)의 타측 즉, 배관(13)의 내면(14)에 밀착 설치된다. 이러한 제2히터(34)는 도 1 및 도 2에 도시되 바와 같이, 상기 벨로우즈(19)를 감싸는 코일형으로 형성된다. 즉, 상기 제2히터(34)는 상기 배관(13)의 내면(14)을 따라 코일형상으로 권선되어 형성된다.

상기 온도제어부(40)는 상기 제1 및 제2히터(31)(34)에 동일 용량의 전원이 인가되도록 제어한다. 이에 따라, 상기 온도제어부(40)는 상기 제1 및 제2히터(31)(34) 중 어느 하나의 히터의 온도만을 측정하여도, 동시에 제1 및 제2히터(31)(34) 모두의 온도를 제어할 수 있게 된다. 즉, 상기 온도제어부(40)는 상기 제1 및 제2히터(31)(34)에 대응하여 이중으로 마련될 필요 없이, 어느 한 히터의 온도만을 제어함으로써 타 히터의 온도까지도 제어할 수 있는 것이다. 이러한 온도제어부(40)는 온도센서(50), 가열원(57) 및 가열전원공급부(60)를 포함한다.

상기 온도센서(50)는 상기 제1 및 제2히터(31)(34) 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정한다. 본 실시예에서는 상기 제1 및 제2히터(31)(34)이 동일한 발열량으로 액체금속을 가열함에 따라, 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 상기 밸브 몸체(11)의 내면에 설치된 제2히터(34)의 온도를 측정하는 것으로 예시한다. 이때, 상기 온도센서(50)는 상기 코일형 제2히터(34)가 상기 밸브 몸체(11) 배관(13)의 내면(14)에 밀착 설치된 이후에, 상기 제2히터(34)의 코일 피치 사이에 설치된다. 아울러, 상기 온도센서(50)는 상기 제2히터(34)의 상측과 하측의 온도를 측정하기 위해 한 쌍으로 마련되는 것으로 예시한다. 그러나, 상기 온도센서(50)의 설치위치 및 설치개수는 도시된 예로 한정되지 않음은 당연하다.

상기와 같은 온도센서(50)는 도 5에 도시된 바와 같이, 센서 몸체(51), 및 실링(56)을 포함한다.

상기 센서 몸체(51)는 상기 밸브 몸체(11)에 마련된 센서홀(H)을 통해 상기 밸브 몸체(11)를 관통하도록 마련된다. 이때, 상기 센서홀(H)은 상기 센서 몸체(51)의 직경보다 큰 직경을 가지고 상기 밸브 몸체(11)의 배관(13)에 관통 형성됨으로써, 상기 센서 몸체(51)의 삽입을 용이하게 함이 좋다. 이에 따라, 상기 센서 몸체(51)는 상기 센서홀(H)을 통해 선택적으로 장착될 수 있어, 유지/보수를 위해 상기 밸브 몸체(11)로부터 용이하게 분리될 수 있게 된다.

이러한 센서 몸체(51)는 상기 밸브 몸체(11)의 내부로 삽입되어 상기 제2히 터(34)의 온도를 측정하는 센서단(52), 상기 센서단(52)으로부터 길이 방향으로 연장되어 상기 밸브 몸체(11)의 외부로 돌출되는 일단(53)을 가지는 봉 형상을 가진다. 또한, 상기 센서 몸체(51)의 내부에는 상기 제2히터(34)의 온도를 측정하기 위한 온도센서 단자(54)가 내장된다. 여기서, 상기 센서 몸체(51)의 센서단(52)은 상기 제2히터(34)의 코일 피치 사이로 진입한다.

이러한 구성에 의해, 상기 센서 몸체(51)의 센서단(52)은 센서홀(H)을 벗어나 L3만큼 진입하며, 상기 센서 몸체(51)의 일단(53)은 상기 밸브 몸체(11)으로부터 L4만큼 돌출된다. 이때, 상기 센서단(52)의 삽입길이(L3) 보다 일단(53)의 돌출길이(L4)가 더 길게 형성되어, 상기 온도센서 단자(54)가 고온에 의해 파손됨을 방지함이 좋다. 아울러, 상기 센서단(52)의 삽입길이(L3)는 상기 제2히터(34)의 내경까지 진입할 수 있도록 연장됨이 좋다.

또한, 상기 센서 몸체(51)의 센서단(52) 중 최외단에는 상기 센서 몸체(51)의 외면에 접혀진 상태로 상기 밸브 몸체(11)에 관통 형성된 센서홀(H)을 통해 밸브 몸체(11)의 내부로 진입한 후, 상기 센서홀(H)을 벗어남에 의해 상기 밸브 몸체(11)의 외면으로부터 펼쳐지는 센서 날개(55)가 설치된다. 이러한 센서 날개(55)는 온도 측정면적을 확대하기 위한 것이다. 이러한 센서 날개(55)의 구성에 의해, 상기 센서단(52)의 직경(D1)은 상기 센서 날개(55)의 두께(D2) 만큼, 상기 일단(53)의 외경(D3) 보다 작게 구성된다. 참고로, 상기 센서 날개(55)는 되도록 얇은 플레이트로 형성됨이 좋다.

상기 실링(56)은 상기 밸브 몸체(11)의 외부로 노출된 상기 센서 몸체(51)의 외경을 감싸 지지하되, 상기 센서 몸체(51)의 온도를 저감시키도록 열에 강한 메탈재질로 형성되어 상기 센서 몸체(51)를 실링한다.

상기 가열원(57)은 상기 제1 및 제2히터(31)(34)가 발열할 수 있는 가열 전원을 제공한다. 이러한 가열원(57)은 상기 온도센서(50)로부터 측정된 온도 정보에 근거하여 상기 제1 및 제2히터(31)(34)에 적정량의 가열 용량의 전원을 공급한다. 즉, 상기 온도센서(50)에 의해 측정된 온도가 기준치 이상일 경우, 상기 제1 및 제2히터(31)(34)로 보다 많은 양의 가열 용량을 제공하고, 반대로 상기 온도센서(50)에 의해 측정된 온도가 기준치 이하일 경우, 상기 제1 및 제2히터(31)(34)로 적은 양의 가열 용량을 제공한다.

상기 가열전원공급부(60)는 상기 밸브 몸체(11)에 착탈 가능하게 설치되어, 상기 제1 및 제2히터(31)(34)로 상기 가열원(57)의 전원을 공급한다. 이러한 가열전원공급부(60)는 상기 온도센서(50)에 의해 측정된 제2히터(34)의 온도정보에 근거하여 제어된 가열 용량을 상기 가열원(57)으로부터 제공받아 제1 및 제2히터(31)(34)에 공급한다. 참고로, 도 1에서는 상기 가열전원공급부(60)가 상기 제2히터(34)와 연결되는 것만 도시되나, 도 4에 도시된 제1히터(31)의 제1접속단자(33)와도 연결됨은 당연하다. 이러한 가열전원공급부(60)는 도 6의 도시와 같이, 전원단자(61), 조임체(65), 밀폐체(66) 및 절연체(69)를 포함한다. 참고로, 도 6의 도시에서는 상기 가열전원공급부(60)가 상기 제2히터(34)의 제2히터라인(35)과 연결되는 것만 도시하였으나, 상기 제1히터(31)의 제1히터라인(32)과도 연결 가능함은 당연하다.

상기 전원단자(61)는 상기 제2히터(34)의 제2히터라인(35)과 전기적으로 연결되어, 가열 전원을 공급한다. 이러한 전원단자(61)는 상기 밸브 몸체(11)의 외부로 노출되는 노출단(62), 상기 노출단(62)으로부터 길이 방향으로 연장되어 밸브 몸체(11)의 내부로 삽입됨으로써 제2히터(34)와 연결되는 접촉단(63) 및, 상기 노출단(62) 및 접촉단(63) 사이의 길이방향으로 형성된 단자봉(64)을 포함한다. 여기서, 상기 접촉단(63)의 직경은 상기 단자봉(64)의 직경보다 크게 형성됨으로써, 상기 제2히터(34)와 보다 넓은 접촉면적을 확보한다.

상기 조임체(65)는 상기 전원단자(61)와, 상기 제2히터(34) 사이의 밀착력을 위해, 상기 전원단자(61)를 상기 밸브 몸체(11)의 내부를 향해 조인다. 이러한 조임체(65)는 도 6의 도시와 같이, 넓은 직경을 가지는 접촉단(63)을 상기 제2히터라인(35) 측으로 가압하는 것으로 예시한다.

상기 밀폐체(66)는 상기 전원단자(61)의 접촉단(63)과 조임체(65) 사이에 설치되어, 상기 밸브 몸체(11)에 대한 전원단자(61)의 접촉단(63)을 밀폐시킨다. 이러한 밀폐체(66)는 탄성재질로 형성되는 제1 및 제2팩킹(67)(68)을 포함하여 밀폐력을 향상시킴이 좋다. 이러한 밀폐체(66)의 구성에 의하면, 상기 전원단자(61)를 감싸 지지한 상태로 제2히터(34) 측으로 조이는 조임체(65)와, 전원단자(61) 사이의 밀폐력이 보장되어, 전원단자(61)의 안전성을 확보할 수 있게 된다.

상기 절연체(69)는 상기 밸브 몸체(11)에 대한, 상기 전원단자(61)의 접촉단(63)과 상기 접촉단(63)과 연결되는 제2히터(34) 사이의 절연을 위해 개재된다. 이러한 절연체(69)는 상기 접촉단(63)과 제2히터(34)의 제2히터라인(35)을 감싸는 형상을 가짐으로써, 밸브 몸체(11)에 대해 접촉단(63)과 제2히터(34)를 절연시킨다.

또한, 도 6의 도시와 같이, 본 실시예에서는, 상기 단자봉(64)과 상기 조임체(65) 사이를 절연시키는 제1서브 절연체(70) 및, 상기 전원단자(61)의 접촉단(63)이 상기 조임체(65)에 의해 가압되어 휨으로써 밸브 몸체(11)와 접촉됨을 차단하도록 개재되는 제2서브 절연체(72)를 포함한다. 이러한 절연체(69), 제1 및 제2서브 절연체(70)(71)는 상호 동일 재질로 형성됨이 좋다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치(1)의 동작은 다음과 같다.

우선, 도 1과 같이 상기 액체금속 경로(M) 상에 상기 밸브 몸체(11)의 밸브관(12)을 위치시킨 후, 원격 또는 수동 조작에 의해 공기압 액츄에이터(20)를 가동시켜 스템(18)을 도 2와 같이 업시킨다. 그러면, 상기 스템(18)과 연결된 게이트(16)가 상방향으로 가동됨으로써, 상기 액체금속 경로(M)가 개방된다. 상기 스템(18)의 외면에는 벨로우즈(19)가 설치됨에 따라, 상기 벨로우즈(19)도 스템(18)의 가동에 연동하여 신축된다. 이때, 상기 벨로우즈(19)의 신축에 의해 상기 벨로우즈(19)의 내부 진공 펌핑 효과에 의해 액체금속이 소정량 유입될 수 있다.

한편, 상기 액체금속은 일정 온도 이하로 온도가 저하될 경우 경화되므로, 이를 방지하기 위해 히터유닛(30)의 제1 및 제2히터(34)가 밸브 몸체(11)의 외면(15)과 내면(14)에 설치되어 액체금속 경로(M)를 가열한다. 여기서, 상기 액체금속 경로(M)를 가열하는 온도는 온도제어부(40)에 의해 제어된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 액정금속 게이트 밸브장치를 개략적으로 도시한 단면도,

도 2는 액체금속 경로가 개방된 상태를 개략적으로 도시한 단면도,

도 3은 도 1에 도시된 노출감지부를 개략적으로 도시한 사시도,

도 4는 도 1에 도시된 제1히터를 개략적으로 도시한 사시도,

도 5는 도 1에 도시된 온도센서를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,

도 6은 도 1에 도시된 가열전원공급부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 액체금속 게이트 밸브장치 10: 밸브유닛

11: 밸브 몸체 16: 게이트

18: 스템 19: 벨로우즈

30: 히터유닛 31: 제1히터

34: 제2히터 40: 온도제어부

50: 온도센서 57: 가열원

60: 가열전원공급부

Claims

고온의 소듐(Na)이 포함된 알칼리 금속(Li, K 등), 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스무스(Pb-Bi) 합금 및 납(Pb)을 포함하는 액체금속을 취급하는 시설로 상기 소듐을 포함한 액체금속의 공급을 제어하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치에 있어서,

상기 액체금속의 경로가 형성되는 밸브 몸체, 상기 밸브 몸체 내에 설치되어 상기 액체금속의 경로를 선택적으로 개폐시키는 게이트 및, 상기 게이트를 상기 액체금속의 경로를 개폐시키는 방향으로 가동시키는 스템을 포함하는 밸브유닛; 및

상기 게이트에 의해 개폐되는 상기 액체금속의 경로를 가열하는 제1히터, 상기 스템 측으로 유출되는 액체금속의 유출 경로를 가열하는 제2히터 및, 상기 제1 및 제2히터의 온도를 측정 및 제어하는 온도제어부를 포함하는 히터유닛;

을 포함하는 소듐을 포함한 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제1항에 있어서,

상기 밸브유닛은, 상기 스템의 외면을 감싸도록 설치되어 상기 액체금속의 누출을 차단하는 벨로우즈(Bellows)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제2항에 있어서,

상기 밸브유닛은, 상기 벨로우즈로 유입된 상기 액체금속이 상기 벨로우즈로부터 누출됨을 감지하는 누출감지부를 포함하며,

상기 누출감지부는, 상기 벨로우즈와 마주하도록 상기 밸브 몸체에 착탈 가능하게 설치되며 내부에 절연성 재질로 형성된 삽입체가 삽입되는 튜브, 상기 밸브 몸체의 외부에서 상기 삽입체로 삽입되어 일단이 상기 튜브의 내면에 부착되는 제1전극 및, 상기 밸브 몸체의 외부에서 상기 삽입체를 관통하여 상기 밸브 몸체의 내부로 진입하는 탕침단을 가지는 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속 게이트 밸브장치.
제2항에 있어서,

상기 밸브유닛은, 상기 스템을 공기압으로 작동시키는 공기압 액츄에이터(air actuator)를 포함하며,

상기 공기압 액츄에이터는 원격수단에 의해 원격으로 가동 또는 핸들조정수단에 의해 수동으로 가동되는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 밸브유닛은, 상기 게이트에 의한 상기 액체금속의 경로 개폐 정도를 감지하는 개폐센서 및, 상기 개폐센서에 의해 감지된 개폐 정도를 표시하는 지시수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제2항에 있어서,

상기 제1히터는 상기 게이트를 지지하는 상기 밸브 몸체의 일측 외면에 밀착 설치되고, 상기 제2히터는 상기 벨로우즈의 신축방향에 대응하여 상기 밸브 몸체의 타측 내면에 밀착 설치되는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제6항에 있어서,

상기 제1히터는 제1히터라인이 내장된 상태로 상기 밸브 몸체의 외면을 감싸는 패드형으로 형성되되, 외면은 얇은 철판으로 형성되어 밀폐되며,

상기 제2히터는 제2히터라인이 내장된 상태로 상기 벨로우즈를 감싸는 코일형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제6항에 있어서,

상기 온도제어부는, 상기 제1 및 제2히터 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하는 온도센서를 구비하여, 상기 제1 및 제2히터에 상호 동일한 가열용량을 제공하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제8항에 있어서,

상기 온도센서는 상기 코일형 제2히터가 상기 밸브 몸체의 내면에 밀착 설치 된 이후에 상기 제2히터의 코일 피치 사이에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 제2히터의 상측과 하측의 온도를 측정하기 위해 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제9항에 있어서,

상기 온도센서는,

상기 제2히터와 접촉하는 온도센서 단자가 내장되며, 상기 밸브 몸체를 관통하여 상기 제2히터의 코일 피치 사이로 진입하는 센서단을 구비하는 센서 몸체; 및

상기 밸브 몸체의 외부로 노출된 상기 센서 몸체의 외경을 감싸 지지하되, 상기 센서 몸체의 온도를 저감시키도록 열에 강한 메탈재질로 형성되어 상기 센서 몸체를 실링하는 실링;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제10항에 있어서,

상기 센서단에는 상기 센서 몸체의 외면에 접혀진 상태로 상기 밸브 몸체에 관통 형성된 센서홀을 통해 상기 밸브 몸체의 내부로 진입한 후, 상기 센서홀을 벗어남에 의해 상기 밸브 몸체의 외면으로부터 펼쳐지는 센서 날개가 설치되며,

상기 센서단의 직경은 상기 센서 날개의 두께만큼, 상기 밸브 몸체의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도제어부는, 상기 밸브 몸체에 착탈 가능하게 설치되어, 상기 제1 및 제2히터로 가열전원을 제공하는 가열전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제12항에 있어서,

상기 가열전원공급부는,

상기 밸브 몸체 내부로 삽입되어 상기 제1 및 제2히터와 전기적으로 연결되는 접촉단을 구비하는 전원단자;

상기 전원단자와 상기 제1 및 제2히터 사이의 밀착력을 위해, 상기 전원단자를 상기 밸브 몸체의 내부를 향해 조이는 조임체; 및

상기 밸브 몸체에 대해, 상기 전원단자의 접촉단과 상기 접촉단과 연결되는 제1 및 제2히터를 절연시키는 절연체;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제13항에 있어서,

상기 가열전원공급부는, 상기 전원단자의 접촉단과 조임체 사이에 설치되어 상기 밸브 몸체에 대해 상기 전원단자의 접촉단을 밀폐시키는 밀폐체를 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제13항에 있어서,

상기 전원단자는 상기 밸브 몸체의 외부로 노출되는 노출단, 상기 접촉단 및, 상기 노출단과 접촉단 사이에 소정 길이를 가지고 연결시키는 단자봉을 포함하며,

상기 단자봉과 상기 조임체 사이를 절연시키는 제1서브 절연체 및, 상기 단자의 접촉단이 상기 조임체에 의해 휨으로써 상기 밸브 몸체와 접촉됨을 차단하도록 개재되는 제2서브 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
제15항에 있어서,

상기 단자의 접촉단은 상기 히터라인과의 접촉력 향상을 위해, 상기 접속봉의 직경보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.
고온의 소듐(Na)이 포함된 알칼리 금속(Li, K 등), 소듐-포타슘(Na-K) 합금, 납-비스무스(Pb-Bi) 합금 및 납(Pb)을 포함하는 액체금속을 취급하는 시설로 상기 소듐을 포함한 액체금속의 공급을 제어하는 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치에 있어서,

상기 액체금속의 경로가 형성되는 밸브 몸체, 상기 밸브 몸체 내에 설치되어 상기 액체금속의 경로를 선택적으로 개폐시키는 게이트, 상기 게이트를 상기 액체금속의 경로를 개폐시키는 방향으로 가동시키는 스템 및, 상기 스템의 외주면에 개재되는 벨로우즈를 포함하는 밸브유닛; 및

상기 게이트에 의해 개폐되는 상기 액체금속의 경로를 가열하는 제1히터, 상기 스템 측으로 유출되는 액체금속의 유출 경로를 가열하는 제2히터 및, 상기 제1 및 제2히터에 동일 가열용량을 제공함과 아울러 상기 제1 및 제2히터 중 어느 한 히터의 온도를 측정하여 상기 제1 및 제2히터의 온도를 제어하는 온도제어부를 포함하는 히터유닛;

을 포함하는 소듐을 포함한 소듐을 포함한 액체금속용 게이트 밸브장치.