KR20150071682A - 유체 순환용 밸브 - Google Patents

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KR20150071682A
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빠스깔 타로
아르노 드라베르제리
올리비에 갸스딸디
빠트리스 뻰넬
빠트리스 ?넬
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

본 발명은,
- 유체가 흐르도록 구성되고 유체의 적어도 하나의 유입구(102)와 적어도 하나의 유출구(103)를 가지는 인클로저(101)를 형성하는 케이싱(100),
- 상기 유체의 적어도 하나의 유입구(102) 또는 적어도 하나의 유출구(103)를 폐쇄하기 위하여 상기 케이싱(100)에 통합된 시트(104)에 작용하도록 구성된 셔터(201),
- 상기 시트(104)에 대한 상기 셔터(201)의 위치를 제어하는 제어장치를 포함하는, 밸브(1)에 관한 것으로,
- 상기 제어장치는, 적어도 하나의 인덕터(113)와 적어도 하나의 전기자(202)가 자기적으로 결합되어, 상기 인덕터(113)가 전기자(202)를 회전 구동시켜 상기 셔터(201)가 상기 시트(104)로부터 가까워지거나 멀어지게 이동시키도록 구성되고,
- 상기 전기자(202)는 상기 인클로저(101) 내에 배치되고 상기 셔터(201)를 지지하는 스크류(203)에 대해 이동하지 않으며, 상기 스크류(203)는 상기 전기자(202)의 회전 운동을 상기 셔터(201)의 병진 운동으로 변환하도록 상기 케이싱(100)에 통합된 너트(105)와 상호 작용하도록 구성되며,
- 상기 스크류(203)는 중공이고, 밸브(1)의 유체가 적어도 부분적으로 상기 스크류(203)를 관통하여 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유체 순환용 밸브{VALVE FOR FLUID CIRCULATION}
본 발명은 일반적으로 밸브 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 효과적으로예컨대 450℃에 이를 수 있는 높은 온도로 가열된 액체 나트륨과 같은 액체 금속의 순환용 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 적용 분야는 원자력이며, 구제척으로 나트륨-냉각 고속-중성자로의 작동에 관한 것이다.
ASTRID(산업적 실연을 위한 향상된 나트륨 기술 원자로) 원자로로서 4세대 냉각 원자로는 냉각제로서 일반적으로 나트륨인 액체 금속을 사용한다. 그러한 냉각제는 통상적으로 400℃보다 높은 매우 높은 온도를 가지는 외에 일반적으로 화학적으로 매우 반응성이다.
이와 같이 유체의 이동을 따라 항상 특히 밸브들에서 가능한 신뢰성 있는 견고성을 제공하는 것이 중요하다.
나트륨 흐름을 제어하기 위하여, 여러 밸브 유형들이 개발되었다. 그러한 나트륨 밸브들은 액체 나트륨이 흐르는 것을 방지하기 위하여 시트와 협력하도록 구성된 셔터를 이용한다. 제어 장치는 이동성 로드에 의해 셔터에 연결된 모터식 또는 수동 휠을 가지며 그 작동에 의해 셔터를 시트에 근접하게 또는 그로부터 멀어지게 이동시킬 수 있다.
견고성을 제공하기 위하여, 제1 유형의 나트륨 밸브는 응고된 나트륨 가스킷을 이용한다. 그러한 나트륨 밸브 유형에서, 이동성 로드에 접하는 밸브의 일부는 액체 나트륨을 수용하고 그 온도를 저하시키도록 구성된다. 이 부분에서, 나트륨은 응고하고 외부에 견고성을 제공한다. 가스킷들과 같은 다른 견고한 부재들이 또한 사용된다.
그러한 밸브 유형의 특별한 단점은 작동 기구와 견고성 시스템을 유지하기 위하여 복잡한 시스템이 필요한 것이다. 실제로, 작동 기구와 견고성 시스템은 중요한 매스(mass)를 형성한다. 더구나, 그러한 중요한 매스는 덕트에 대해 비교적 이격되어, 이는 특히 지진의 경우 손상 위험을 증가시킨다. 손상 위험을 감소시키기 위하여, 이와 같이 오늘날 복잡하고 고가의 홀딩 시스템이 사용된다.
제2 유형의 나트륨 밸브는 벨로우즈에 의해 견고성을 제공한다. 그러한 나트륨 밸브 유형에서, 로드에는 액체 나트륨의 통과에 대한 장벽을 형성하는 벨로우즈가 구비된다.
그러한 밸브에 의해, 비록 덕트와 작동 및 밀착 장치 사이의 오프셋이 완전히 제거되지는 않지만, 그러한 오프셋을 다소 감소시킬 수 있다. 다른 한편, 그러한 밸브 유형은 다수의 마모성이며 신뢰성이 제한되는 기계적 부품들을 포함한다. 그러므로, 공지의 액체 나트륨용 밸브들에서 발생하는 단점들의 적어도 하나를 감소시키거나 또는 제거할 수 있는 밸브를 제공하는 필요성이 존재한다.
본 발명은 상기한 필요성을 충족시키기 위한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 종래의 나트륨 밸브 장치의 견고성과 제어를 유지하는 시스템들의 복잡성을 감소시키고 및/또는 그 견고성의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
- 내측에 유체가 흐르도록 구성되고 유체용 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 유출구룰 가지는 인클로저를 형성하는 케이싱;
- 유체의 적어도 유출구 또는 적어도 유입구를 폐쇄하기 위하여 이싱과 일체인 시트와 협력하도록 구성된 셔터; 및
- 시트에 대해 셔터의 위치를 제어하기 위한 장치를 포함하는 밸브에 관한 것이다.
바람직하게는, 제어 장치는, 셔터로 하여금 시트에 근접하도록 이동시키거나 시트로부터 멀어지게 선택적으로 이동시키기 위하여 인덕터가 전기자(armature)를 이동, 바람직하게는 회전 구동하도록 구성된 적어도 하나의 인덕터와 자기적으로 결합된 적어도 하나의 전기자를 포함한다.
바람직하게는, 전기자는 인클로저 내측에 위치되고 셔터를 운반하는 스크류와 일체이며, 스크류는 전기자의 운동을 셔터의 병진으로 전환하기 위하여 케이싱에 일체인 너트와 협력하도록 구성된다. 바람직하게는, 스크류는 중공이며 밸브는 유체가 적어도 부분적으로 스크류를 관통하여 흐르도록 구성된다.
셔터는 이와 같이 인클로저 내측에 위치된 전기자에 의해 오프셋(offset)된다. 이와 같이 제어 응력은 외부 액튜에이터와 셔터 사이의 기계적인 연결 없이 전달된다. 이로써 견고성이 응고된 나트륨 가스킷 또는 벨로우즈에 의해 제공되는 기존의 나트륨 밸브에 비해 견고성 제한을 상당히 감소시킬 수 있다. 더구나, 그러한 밸브 구조는 감소된 수의 부품을 포함한다. 하나의 부재는 단지 케이싱에 대해 병진한다. 이러한 부재는 보다 구체적으로 전기자를 포함하고, 스크류는 전기자와 일체로 제조되고 셔터는 스크류에 의해 운반된다.
밸브의 견고함의 강도와 신뢰성은 이와 같이 기존의 나트륨용 밸브에 비해 상당히 향상된다.
본 발명에 따른 밸브는 추가로 다른 이점들을 제공한다.
보다 구체적으로, 셔터의 위치를 제어하기 위한 장치는 인덕터에 대해, 그리고 전기자에 대해 인클로저 내측으로 인클로저에 매우 근접하게 위치된 셔터의 위치를 제어한다. 이와 같이 본 발명에 의하면 제어 장치의 오프셋을 감소시킬 수 있다. 응고된 나트륨 가스킷 또는 벨로우즈에 의해 견고성이 제공되는 종래의 나트륨용 밸브들은 셔터와 수동 또는 모터 휠 사이의 응력 전달 로드를 필요로 하는 점이 기억되어야 한다. 더구나, 보통의 복잡한 실현된 홀딩 시스템에도 불구하고, 매스의 치우침은 불가피하게 지진의 경우 파손의 위험을 증가시킨다. 이와 같이 본 발명은 원자력 발전소와 같은 안전이 근본적으로 중요한 용도들에 대해 중대한 이점을 제공한다.
더구나, 케이싱에 의해 운반된 너트와 유체가 관통하여 흐르는 중공 스크류를 제공함으로써 본 발명에 따른 밸브에 의해 헤드 손실을 크게 감소시킬 수 있다.
액체 금속에 대한 종래의 밸브들에 비해서 제한된 전체 크기에 대해 높은 흐름이 가능하다. 통상적으로, 액체 나트륨을 가진 용도에 대해, 본 발명에 따른 밸브에 의해 초당 10m를 초과할 수 있는 유체 속도가 달성된다. 이와 같이, 나트륨 냉각 급속 중성자 원자로에 아주 적합하다.
스크류와 일체인 전기자를 제공함으로써, 본 발명에 의하면 전기자와 스크류가 서로 일체로 되지 않는 솔루션에 대해 전기자와 스크류 사이의 파지 위험을 방지할 수 있다.
본 발명의 비용은 종래의 나트륨 밸브에 비해 크게 절감된다.
선택적으로, 본 발명은 또한 분리해서 또는 결합해서 고려될 수 있는 이하의 특징들의 적어도 하나를 추가로 가질 수 있다:
- 바람직하게는, 인덕터는 케이싱에 대해 고정적으로 된다. 바람직하게는, 인덕터는 케이싱에 일체로 된다. 그러한 실시 형태는 인덕터가 적어도 하나의 코일을 포함할 때 더욱 바람직하다. 달리, 인덕터는 영구자석만을 포함할 때 회전 구동된다.
- 바람직하게는, 밸브는 스크류가 유체에 침지되도록 구성된다.
- 바람직하게는, 밸브는 유체가 주로 스크류를 통해 흐르도록 구성된다. 바람직하게는, 밸브는 전체 유체가 스크류 내측으로 흐르도록 구성된다.
- 바람직하게는, 케이싱은 인클로저를 형성하는 벽을 가진다. 바람직하게는, 인덕터와 전기자는 인클로저를 형성하는 벽의 일 측면에 위치된다.
- 바람직하게는, 너트는 벽의 내면에 의해 운반된다.
- 바람직하게는, 케이싱은 원통형 벽을 가진다.
- 바람직하게는, 너트의 나사는 원통형 벽에 의해 운반된다.
- 바람직하게는, 인덕터는 인클로저 외부에 위치된다. 이로써 인덕터에 대한 액체의 견고성 제한을 제거할 수 있다. 바람직하게는, 인덕터는 케이싱의 벽의 외면에 위치된다.
- 바람직하게는, 밸브는 전 유체가 스크류를 관통하여 흐르도록 구성된다. 바람직하게는, 스크류는 적어도 흐름 공간을 부분적으로 형성하는 내벽을 가지므로 모든 유체는 스크류를 관통하여 흐른다. 바람직하게는, 스크류는 인클로저의 적어도 길이방향 부분에 흐름 공간을 전체적으로 규정하는 내벽을 가진다.
- 바람직하게는, 인클로저는 견고하다. 유체는 유입구와 유출구를 제외하고 인클로저로부터 이탈할 수 없다. 유체는 분위기에 접하지 않는다.
- 바람직하게는, 스크류는 케이싱의 벽의 내면에 대향해서 위치되고 너트와 협력하도록 구성된 나사를 운반하는 외면을 가진다.
- 바람직하게는, 케이싱의 벽은 내면을 가지며 그 일부는 원통형이며 스크류는 적어도 일부가 원통형인 내벽을 가지며 스크류와 너트 사이, 보다 정확하게 스크류의 나사에서의 협력에서 케이싱의 벽의 내면의 직경에 대한 스크류의 내벽의 직경의 비율은 0.6 이상이며, 바람직하게는 0.7 이상이며 바람직하게는 0.85 이상이다. 통상적으로, 비율은 0.7에서 0.9 범위이다. 이로써, 제한된 전체 크기에 대해 높은 흐름을 달성할 수 있다.
- 바람직하게는, 스크류와 너트 사이의 협력은 볼 스크류 형태의 연결부를 형성한다. 이로써 부품들의 파지와 마모를 제한할 수 있으며, 이로써 밸브의 강도와 신뢰성을 향상시킨다.
- 특히 바람직한 실시 형태에 따르면, 볼 스크류는 역으로 이동할 수 없도록 구성되므로, 셔터에 가해진 푸싱력이 적어도 시트로부터 셔터를 멀리 이동시키는 방향으로 스크류를 이 방향으로 회전 구동할 수 없다. 이와 같이, 유체의 압력이 높고 전기자 위에 인덕터에 의해 토크가 가해져도, 스크류는 회전 구동할 수 없고 이로써 셔터를 시트로부터 멀어지게 이동시키지 않는다. 단지 스크류에 가해진 회전이 이를 가능하게 한다. 그러한 특징에 의해 제어 장치의 고장의 경우에도 밸브는 닫혀있을 것이므로 밸브의 안전성과 신뢰성이 향상될 수 있다. 그러한 안전성의 향상이 밸브가 원자로 회로에 일체화될 때 특히 효과적이다.
- 바람직하게는, 케이싱은 모노리식 부품을 형성한다. 케이싱은 스크류와 플랜지들에 의해 서로 일체로 제조된 부품들로 형성되지 않는다. 이로써 밸브의 강도와 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있으며, 이는 액체 나트륨의 경우와 같이 유체 누출이 심각한 손상을 초래할 수 있으므로 상당한 이점이다.
- 바람직하게는, 케이싱은 금속으로 제조된다.
- 바람직하게는, 케이싱은 같이 용접된 부품들로만 형성된다.
- 바람직하게는, 스크류는 금속으로 제조된다.
- 바람직하게는, 셔터는 스크류의 적어도 병진 이동 축 둘레의 자유 회전으로 스크류에 연결된다. 이로써, 밸브를 폐쇄할 때, 셔터와 시트 사이의 마찰을 감소시키거나, 또는 제거할 수도 있다. 셔터와 시트의 마모는 이와 같이 상당히 제한된다.
- 바람직하게는, 한편으로 케이싱과 다른 한편으로 스크류 사이의 기계적 연결이 스크류와 너트 사이의 협력에 의해서만 제공된다. 이와 같이, 스크류와 너트 사이의 협력을 형성하는 볼 스크류 시스템의 볼들 외에, 이동 부재와 케이싱 사이에 베어링이 제공되지 않는다. 이와 같이, 본 발명은 베어링들과 유체 사이에 부여될 수 있는 모든 견고성의 제한을 제거한다.
- 바람직하게는, 밸브는 스크류와 일체로 형성된 덮개를 포함하고, 상기 덮개는 전기자를 수용하도록 구성된 밀착 하우징을 형성하도록 스크류와 협력한다. 이와 같이 전기자는 견고한 하우징에 위치된다. 덮개와 스크류가 서로 일체로 제조되므로, 이들 두 부품들 사이의 견고함은 고정적이며, 이는 여전히 밸브를 단순화하고 그 신뢰성을 증가시킨다. 그러한 바람직한 실시 형태에서, 밸브는 인클로저 내측에 가스킷을 필요로 하지 않는다. 밸브 유입구와 유출구에 연결되도록 구성된 덕트들과 밸브 사이에 불가피하게 요구된 것은 단지 견고성이다. 이와 같이, 밸브 견고성은 인클로저에만 제공된다.
- 대체적인 실시 형태에 따르면, 전기자는 케이싱의 내벽에 대향하여 배치되고, 케이싱의 내벽에 접하는 죠인트들과 스크류 또는 전기자는 스크류의 병진 방향에 따라 전기자의 어느 일 측면에 위치되고 유체가 전기자에 도달하는 것을 방지하도록 구성된다.
- 또 다른 실시 형태에서, 전기자와 일체인 보호층은 전기자를 덮는다. 보호층은 전기자와 케이싱의 내벽 사이에 위치된다.
- 바람직하게는, 케이싱은 스크류의 병진 방향에 대응하는 길이방향으로 주로 연장하고 유입구와 유출구의 적어도 하나는 그의 길이방향이 수평으로 위치되는 밸브 위치에 대해 적어도 인클로저의 저점을 형성하도록 구성된다. 이와 같이, 수평 위치에서조차, 밸브는 유체 보유점을 갖지 않는다. 이것은 밸브를 배수하기 위하여 또는 장치의 교정 작동에 불리한 변형을 유체가 진행하는 것을 방지하기 위하여 특히 효과적이다. 본 발명은 이와 같이 보유 중인 액체 나트륨이 응고 후에 수산화나트륨으로 변형되는 것을 방지할 수 있다.
- 바람직하게는, 케이싱은 주로 스크류의 병진 방향에 대응하는 길이방향으로 연장하고 스크류의 병진 방향에 대해 편향되는 유입구와 유출구의 적어도 하나를 가진다.
- 이와 같이 스크류는 제어장치의 자력에 의해서만 구동된다.
- 제어장치는 그 로터(rotor)가 스크류와 일체인 전기 모터를 형성한다.
- 일 실시 형태에 따르면, 제어 장치는 영구 자석들을 포함한다. 이로써 밸브의 전체 크기를 감소시킬 수 있다. 결합 또는 대체적인 솔루션에서, 제어 장치는 코일들을 포함한다. 이로써 밸브(1)의 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 밸브와 금속 덕트를 포함하는 액체 금속의 순환을 제어하는 시스템에 관한 것이며, 케이싱과 스크류는 금속으로 제조되고 밸브는 상기 덕트에 용접된다.
본 발명은 또한, 350℃ 이상의 온도, 바람직하게는 400℃ 이상의 온도를 가지는 유체를 조절하기 위한 본 발명에 따른 밸브의 용도에 관한 것이다. 바람직하게는, 유체는 액체 금속이다. 바람직하게는, 액체는 액체 나트륨이다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 통하여 더 명백해질 것이다.
본 발명의 목적들과 목표들 및 특징들과 이점들은 이하의 첨부 도면들에 의해 예시되는 본 발명의 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 밸브의 종단면도로서, 밸브가 개방 위치에 있을 때의 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 비제한적 실시예에 따른 밸브의 반경방향 단면도이다.
첨부된 도면들은 실시예로서 제공된 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 도면들이며 반드시 실제와 동일한 크기는 아니다. 보다 구체적으로, 여러 부품들, 벽들과 부재들의 상대적인 크기와 형상은 실제 표시는 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 밸브(1)의 비제한적 실시예를 설명한다.
밸브(1)는 외부 재킷을 형성하고 내부에 유체가 흐르는 인클로저(101)를 형성하는 케이싱(100)을 포함한다. 이러한 비제한적 실시예에서, 케이싱(100)은 유입구(102)와 유출구(103)를 가진다. 유입구(102)와 유출구(103) 외에, 인클로저(101)는 긴밀하다. 케이싱(100)은 유입구(102) 및 유출구(103)에서 밸브(1)의 유체 네트워크로의 또는 플랜지로의 유체 연결을 제공하기 위하여 덕트 요소와 협력하도록 용접되는 단부를 형성한다. 나트륨-냉각 원자로에의 적용 범위 내에서, 단부들은 바람직하게는 나트륨 회로의 덕트들에 용접된다.
밸브(1)는 또한 케이싱(100) 내측에 이동 부재(200)를 포함한다. 바람직하게는, 그러한 이동 부재(200)는 인클로저(101) 내측에 전부 수용된다. 그는 케이싱(100) 내측에서 병진 이동할 수 있다. 바람직하게는, 인클로저(101)는 주로 이동 부재(200)의 병진 접촉 기준축(2)에 대응하여 길이방향(2)으로 연장한다. 이동 부재(200)는 시트(104)를 형성하고 케이싱(100)과 일체인 보충 영역과 협동하는 셔터(201)를 가진다. 바람직하게는, 시트(104)는 인클로저(101)를 형성하는 케이싱(100)의 벽에 의해 형성된다. 셔터(201)가 시트(104)에 대해 적용될 때, 셔터는 유체 통로를 폐쇄하고 시트(104)로부터 멀어질 때 유체 흐름을 허용한다. 시트(104)에 대한 셔터(201)의 위치에 의해 유체 흐름을 제어할 수 있다.
도시된 비제한적 실시예에서, 시트(104)는 유입구(102)에 인접 위치된다. 도 1 및 도 2에 도시된 화살표 방향으로의 이동 부재(200)의 변위(즉, 유입구(102)로부터 유출구(103)로의 변위)에 의해, 셔터(201)는 시트(104)로부터 멀리 도 1 도시의 개방 구조에 도달하도록 이동된다. 역으로, 화살 방향에 반대 방향으로의 셔터(201)의 변위(즉, 유출구(103)로부터 유입구(102)로의 변위)에 의해 셔터(201)는 시트(104)에 근접하게 이동되어 도 2에 도시된 폐쇄 구조에 도달하도록 이동된다.
이동 부재(200)는 스크류(203)를 포함하거나 이에 의해 형성된다. 그러한 스크류(203)는 케이싱(100)에 일체인 보충 표면과 협동하도록 구성된다. 바람직하게는, 스크류(203)는 케이싱(100)의 벽의 내면에 의하여 지지되는 보충 나사(108)와 협력하도록 형성된 나사(204)가 구비된 외면(205)을 가진다. 특별한 실시예에 따르면, 나사(108 및 204)들은 유체에 직접 접촉한다.
이와 같이 이동 부재(200)는 케이싱(100)과 스크류/너트 연결을 형성한다. 그러한 연결의 병진 및 회전축은 도 2 및 도 3에 도시된 축(2)이다. 바람직하게는, 그러한 스크류/너트 연결은 볼 스크류 형태(109)이며, 이로써 파지(seizing)의 위험이 감소될 수 있다. 이와 같이 스크류(203)의 제1 방향으로의 회전에 의해 셔터(201)는 시트(104)로부터 멀어지게 이동하고 제2 방향으로의 셔터(203)의 회전에 의해 셔터(201)는 시트(104)에 근접하도록 이동한다.
특히 바람직하게는, 스크류(203)는 자기 제어장치에 의해 제어된다. 인덕터(113)는 이동 부재(200)와 일체인 전기자(202)를 자기적으로 구동한다. 도면들에 도시된 제1의 바람직한 실시예에 따르면, 전기자(202)와 이동 부재(200)는 서로 연결된 분리 부품을 형성한다. 대체적인 실시예에 따르면, 전기자(202)는 스크류(203)에 의해 형성된다. 이와 같이, 이 실시예에서, 후자를 구성하는 재료(들)은 스크류(203)가 전기자로 사용될 수 있도록 선택된다. 이와 같이 스크류와 전기자는 모노리식 부품을 형성한다.
작동시, 전기자(202)는 인클로저(101) 내측에 위치되어 이동한다. 바람직하게는, 인덕터(113)는 케이싱(100) 외부에 위치되고, 이로써 견고성의 제한을 감소시킨다.
보다 정확하게, 인덕터(113)와 전기자(202)는 유체가 내측에서 흐르는 인클로저(101)를 형성하는 벽의 측면에 위치된다. 일 실시예에 따르면, 이와 같이 제어장치는 전기 모터를 형성한다.
통상적으로, 인덕터(113)에서, 적어도 벽의 외면(106)은 원통형이고 인덕터(113)는 이 벽을 에워싼다. 바람직하게는, 벽의 내면(107)은 또한 원통형이고 인클로저(101)를 형성하는 벽 내측의 전기자(202)를 회전시킬 수 있도록 매우 작은 활주 간극을 가지고 전기자(202)를 에워싼다. 셔터(201)의 변위를 구동하는 제어장치는 이와 같이 특히 소형이다. 복잡한 홀딩 시스템을 필요로 하지 않는다. 더구나, 이는 운반되는 매스의 제거를 크게 감소시키거나 또는 덕트들로부터 매스를 제거하지 않는다. 본 발명에 의하면, 이와 같이 밸브(1)를 크게 단순화할 수 있으며 큰 충격 또는 지진의 경우 신뢰성 및 안전을 향상시킨다.
도시되지 않은 바람직한 실시예에서, 전기자(202)를 유체로부터 분리하는 덮개에 의하여 덮인 이동 부재(200)에 전기자(202)가 제공된다. 이동 부재(200)는 바람직하게는 하우징(207) 내측의 폐쇄된 긴밀한 용적을 형성하도록 전기자(202)와 덮개를 수용하도록 구성된 하우징(207)을 포함한다. 그러한 견고성은 작동시 덮개가 이동 부재(200)와 일체이므로 고정적이다. 전기자(202)의 견고성은 이와 같이 특히 간단하고 효율적인 방식으로 구비된다.
또 다른 실시예에서, 전기자(202)는 보호층에 밀봉된다. 전기자는 유체로부터 차단하는 보호층에 의해 덮인다. 바람직하게는, 그러한 보호층은 강의 필름, 보통 라이너로 불린다.
또 다른 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 같이, 전기자(202)는 케이싱(100)의 벽의 내면(107)에 직접 대향하여 위치된다. 전기자를 보호하기 위하여, 앞의 실시예와 같이 보호층에 밀봉될 수 있다. 달리, 스크류(203)의 병진축에 따라 전기자(202)의 일 측면 위에 분포됨으로써 케이싱(100)의 벽의 내면(107)과 이동 부재(200) 사이에 조인트들이 설치될 수 있다. 바람직하게는 죠인트들은 공동(209)에 수용된다.
이동 부재(200)는 바람직하게는 유체가 흐르도록 내부 통로를 가진다. 그러므로, 스크류(203)는 중공이다. 전체 유체는 바람직하게는 그러한 통로를 통해 흐른다. 특히 바람직한 실시예에 따르면, 이동 부재(200)는 적어도 그의 길이방향 일부에 실질적으로 원통형 형상을 가진다. 그러한 부분은 스크류(203)의 외부 나사(204)와 전기자(202)를 포함한다. 그러한 부분은 중공이며 밸브(1)의 길이방향 부분 위의 흐름 공간을 형성하는 내면(206)을 가진다.
케이싱(100)의 벽의 내면(107)과 이동 부재(200)의 외면(213) 사이에 유체의 일부가 흐르더라도, 이것이 케이싱(100)으로부터의 유체 누출을 초래하지 않음을 알아야 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 이동 부재(200)는 스크류(203)과 함께 단일 부품을 형성한다.
바람직한 실시예에 따르면, 그의 나사에서 너트(105)와 협력하기 위하여 스크류(203)의 내벽(204)은 유체 통로용 부분을 형성한다. 바람직하게는, 전체 유체가 이 부분을 관통하여 흐른다. 바람직하게는, 스크류(203)와 너트(105) 사이의 협동점에서 케이싱(100)의 벽의 내면(107)의 직경에 대한 스크류(203)의 내벽의 직경의 비율은, 보다 정확하게는, 스크류(203)의 나사(204)에서는 0.6보다 크고, 보다 바람직하게는 0.7보다 크고, 바람직하게는 0.85보다 크다. 통상적으로, 비율은 0.7에서 0.9이다. 이로써 제한된 전체 크기에 대해 높은 흐름을 달성할 수 있다. 이로써 말단의 손실을 효과적으로 제한할 수 있다.
통상적으로, 원자로용 나트륨 회로 범위 내에서, 너트(105)에 의해 운반되는 나사(108)에서 케이싱(100)의 벽의 내면(107)의 직경은 수십 센티미터만큼 더 크고 내벽의 직경은 또한 수십 센티미터만큼 더 클 수 있다. 나트륨 속도는 최대 10m/s 에 도달할 수 있다.
바람직하게는, 케이싱(100)의 이동 부재(200)의 회전 안내는 단지 스크류(203)/너트(105) 커플에 의해서 제공된다. 이와 같이, 밸브(1)는 케이싱(100) 내측에 볼 베어링을 필요로 하지 않는다. 볼 베어링과 함께 액체 나트륨이 존재하면 밸브(1)는 상당히 매우 복잡해질 수 있으므로 핵 용도에 특히 효과적이다.
케이싱(100)의 이동 부재(200)의 병진 안내는 바람직하게는 너트(105)와 스크류(203) 사이의 협력에 의하여 제공된다. 충분히 조정된 저널들이 또한 병진 안내를 향상시키기 위하여 제공될 수 있다.
특히 바람직하게는, 볼 스크류 연결부는 비가역적으로 형성된다. 이와 같이 본 발명에 의하면 시트(104)에 대해 수동적인 셔터(201)의 홀딩을 제공할 수 있으며, 이로써 제어장치의 고장의 경우조차 밸브(1)의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. 예컨대, 98mm의 내부 나사(204)와 외부 나사(108)의 중간 직경과 15mm의 나사 피치에 대해, 2.8의 리드 각도가 선택될 것이다.
유출구(103) 및/또는 유입구(102)는 바람직하게는 인클로저(101)의 유체 보유를 방지한다. 예컨대, 도 1과 2 도시와 같이, 유출구(103)는 병진 축에 대해 치우친다. 도면들에서 치우침이 (3)으로 표시된다. 유출구(103)는 바람직하게는 그 길이방향(2)이 수평으로 위치된 때 밸브(1)의 저점을 구성한다. 이는 밸브(1)를 배출하기 위하여 특히 효과적이다. 유체가 나트륨이고 보유 포켓들에서의 응고가 수산화나트륨을 생성하면 이점은 여전히 더욱 명백하다.
도 2 도시와 같이, 케이싱(100)의 벽의 내면(107)은 바람직하게는 일정한 직경을 가지는 원통형 중심부(110)와 두 단부(111, 112)들을 가진다. 제1 단부(111)는 테이퍼되고 중심부(110)를 스크류(203) 회전축에 조심된 플랜지에 연결한다. 또 다른 단부(112)는 부분적으로 테이퍼되고 스크류(203)의 회전축에 대해 치우친 플랜지에 중심부(110)를 연결한다.
또 다른 실시예에 따르면, 이전의 실시예와 결합하거나 또는 대체적으로 유입구(102)는 치우치고 보유 포켓을 피하는 저점을 구성한다.
또 다른 실시예에 따르면, 유입구(102)와 유출구(103)는 서로에 대해 동축이며 병진 축에 대해 동축으로 위치된다.
스크류(203)는 바람직하게는 적어도 내부 나사(204)와 전기자(202) 수용 영역을 포함하는 모노리식 부품이다. 바람직한 실시예에 따르면, 스크류(203)는 셔터(201)의 서포트(208)와 일체이며 이 셔터는 예컨대 스크류(203)에 용접되거나 스크류와 같이 모노리식 부품을 형성한다.
셔터(201)의 서포트(208)는 스크류(203)를 셔터(201)에 연결하는 돌기들과 유체 통로용 개구들을 포함한다. 시트(104)와 셔터(201)는 스크류(203)의 회전축에 조심된다. 셔터(201)는 바람직하게는 원형 또는 테이퍼형 부분을 가지는 시트(104)에 대해 지지되도록 구성된 구형부분을 가지므로 밸브(1)의 폐쇄는 원형 접촉부에 의해 제공된다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 셔터(201)는 스크류(203)의 적어도 회전축 둘레로 스크류(203)에 대해 자유로이 회전하도록 장착된다. 이로써 셔터(201)와 스크류(203) 사이에 회전 운동을 전달하여 셔터(201)와 시트(104)의 마모를 제한함으로써 셔터(201)와 시트(104) 사이의 마찰을 제거할 수 있다. 바람직하게는, 셔터(201)의 서포트(208)는 스크류(203)와 일체이며 스크류(203)의 회전축 둘레로 간단한 회전 죠인트를 통해 셔터(201)를 수용한다.
셔터(201)의 서포트(208)와 스크류(203)로 구성된 이동 부재(200)는 바람직하게는 전체적으로 금속으로 제조된다. 이는 모노리식이거나 또는 용접 부품들로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 셔터(201)는 또한 금속으로 제조된다.
특별한 실시예에서, 셔터(201)는 스크류(203)에 대해 고정적이며 셔터(201)의 서포트(208)와 함께 모노리식 부품을 형성한다.
인클로저(101)를 형성하는 케이싱(100)의 벽은 바람직하게는 단지 하나의 부재를 형성한다. 벽은 바람직하게는 금속으로 제조된다. 벽은 바람직하게는 여러 부품들을 용접함으로써 얻어진다. 바람직하게는, 인덕터(103)와 이에 전원을 공급하는 장치를 제외한 케이싱(100)의 조립체는 인덕터(113)가 영구 자석이 아닐 때, 전부 금속으로 제조된다.
이와 같이 밸브(1)는 전부 금속으로 제조될 수 있다. 이와 같이, 밸브는 예컨대 제4세대 원자로들에 사용되는 나트륨 냉각제와 같은 매우 높은 온도로 가열된 액체 및/또는 자극적인 화학 액체에 완전히 적응된다. 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 밸브(1)는 가스킷(300)을 포함하지 않는다. 케이싱(100), 각각 스크류(203)는 완전히 용접되고, 이는 여전히 조립체의 강도와 신뢰성을 증가시킨다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 제어 장치에 의한 스크류(203)의 회전 구동은 영구 자석들에 의하여 보장된다. 이로써 밸브(1)의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
대체적인 실시예에 따르면, 제어장치는 코일들이 구비된 모터를 포함한다. 이러한 대체예의 이점은 영구자석들보다 저가인 점이다.
도 3은 자석들과 코일들을 포함하는 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 유체는 스크류(203)에 의해 둘러싸인다. 로터(210)를 형성하는 전기자(202)는 스크류(203)를 둘러싼다.
이는 자석(211)과 자기 실린더 헤드(212)를 둘러싼다. 케이싱(100)의 벽은 틈새(J1)에 의해 그로부터 멀리 유지됨으로써 로터(210)를 둘러싸는 덕트(115)를 형성한다. 인덕터(113)는 고정자(114)를 형성하고 덕트(115)를 둘러싼다. 고정자는 코일(116)과 자기 실린더 헤드(117)를 포함한다. 부호(J2)로 표시된 틈새는 바람직하게는 고정자(114)와 덕트(115)를 분리시킨다.
특히 바람직하게는, 인덕터(113) 및/또는 부가적인 수동으로 작동가능한 인덕터를 수동으로 작동시키기 위한 장치는 스크류(203)를 수동으로 이동시킬 수 있도록 제공될 수 있다. 이로써 인덕터(113)의 고장인 경우에도 셔터(201)의 위치를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 밸브(1)는 이와 같이 원자로 분야, 보다 정확하게 나트륨-냉각 고속-중성자 원자로의 나트륨 회로에서 특히 효과적이다.
상기 설명의 견지에서, 본 발명에 따른 밸브(1)는 명확하게 기존의 밸브(1)에 비해서 향상된 강도와 상당히 향상된 견고성을 제공한다. 더구나, 본 발명에 의하면 헤드 손실을 제한할 수 있으며 감소된 전체 크기를 유지하면서 높은 흐름을 제공할 수 있다. 본 발명의 디자인에 의하면 전부-금속 제조를 가능하게 하며, 이는 여전히 견고성과 신뢰성을 증가시킨다. 또한, 본 발명에 의하면, 배수가 더욱 용이하고 유체를 의도하지 않게 보유하는 위험을 줄인다. 본 발명의 제조 비용이 비교적 작다. 액체 나트륨의 제어에 특히 효과적이지만, 본 발명에 따른 밸브는 300℃ 이상의 온도에서의 액체 조정 또는 액체 금속의 조정에 제한되지 않는다.
본 발명은 위에 설명된 실시예들에 한정되지 않고 특허청구범위의 범위에 의해 포괄되는 모든 실시예들에 적용된다.
1: 밸브
2: 길이방향
3: 오프셋
100: 케이싱 200: 이동 부재
101: 인클로저 201: 셔터
102: 유입구 202: 전기자
103: 유출구 203: 스크류
104: 시트 204: 내부 나사
105: 너트 205: 외면
106: 외면 206: 내면
107: 내면 207: 하우징
108: 외부 나사 208: 서포트
109: 볼 209: 공동
110: 원통부 210: 로터
111: 테이퍼벽 211: 자석
112: 부분 테이퍼벽 212: 실린더 헤드
113: 인덕터 213: 이동 부재 내면
114: 고정자
115: 덕트
116: 코일
117: 실린더 헤드

Claims (22)

  1. - 유체가 흐르도록 구성되고 유체의 적어도 하나의 유입구(102)와 적어도 하나의 유출구(103)를 가지는 인클로저(101)를 형성하는 케이싱(100),
    - 상기 유체의 적어도 하나의 유입구(102) 또는 적어도 하나의 유출구(103)를 폐쇄하기 위하여 상기 케이싱(100)에 통합된 시트(104)에 작용하도록 구성된 셔터(201),
    - 상기 시트(104)에 대한 상기 셔터(201)의 위치를 제어하는 제어장치를 포함하며,
    - 상기 제어장치는, 적어도 하나의 인덕터(113)와 적어도 하나의 전기자(202)가 자기적으로 결합되어, 상기 인덕터(113)가 전기자(202)를 회전 구동시켜 상기 셔터(201)가 상기 시트(104)로부터 가까워지거나 멀어지게 이동시키도록 구성되고,
    - 상기 전기자(202)는 상기 인클로저(101) 내에 배치되고 상기 셔터(201)를 지지하는 스크류(203)에 대해 이동하지 않으며, 상기 스크류(203)는 상기 전기자(202)의 회전 운동을 상기 셔터(201)의 병진 운동으로 변환하도록 상기 케이싱(100)에 통합된 너트(105)와 상호 작용하도록 구성되며,
    - 상기 스크류(203)는 중공이고, 밸브(1)의 유체가 적어도 부분적으로 상기 스크류(203)를 관통하여 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    유체의 주흐름(main flow)이 상기 스크류(203)를 관통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    전체 유체가 상기 스크류(203)를 관통하여 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(100)은 상기 인클로저(101)를 형성하는 벽을 가지고, 상기 인덕터(113)와 전기자(202)는 상기 벽의 일 측에 배치되며, 상기 너트(105)는 상기 벽의 내면(107)에 제공되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(100)의 벽은 적어도 일부가 원통형인 내면(107)을 가지고, 상기 스크류(203)는 적어도 일부가 원통형인 내벽을 가지며, 상기 스크류(203)와 너트(105) 사이의 상호 작용시, 상기 스크류(203)의 내벽의 직경의 상기 케이싱(100)의 벽의 내면(107)의 직경에 대한 비율은 0.6보다 크며, 바람직하게는 0.85보다 큰 것을 특징으로 하는 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스크류(203)와 너트(105) 사이의 상호 작용은 볼 스크류 유형의 연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 볼 스크류는 비가역적으로 형성되어, 적어도 상기 셔터(201)를 상기 시트(104)로부터 멀어지게 이동시키는 방향으로 상기 셔터(201)에 가해지는 푸시력은 상기 스크류(203)를 회전 구동시킬 수 없는 것을 특징으로 하는 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(100)은 모노리식 부품(monolithic part)을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(100)은 서로 용접된 부품들로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(100)과 상기 스크류(203)는 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 셔터(201)는 적어도 상기 스크류(203)의 병진 이동축 둘레의 자유 회전으로 상기 스크류(203)에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(100)과 상기 스크류(203) 사이의 기계적 연결은 상기 스크류(203)와 상기 너트(105) 사이의 상호 작용에 의해서만 제공되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스크류(203)와 통합된 덮개를 포함하고 상기 덮개는 상기 스크류(203)와 함께 상기 전기자(202)를 수용하는 밀착 하우징을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전기자와 상기 스크류는 모노리식 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 인클로저(101)는 상기 스크류(203)의 병진 이동 방향에 대응하는 길이 방향(2)으로 주로 뻗어있고, 상기 유입구(102) 및 유출구(103) 중 적어도 하나는 밸브(1)의 위치에 대해 적어도 인클로저(101)의 저점을 형성하도록 구성되며, 상기 밸브의 길이 방향(2)은 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(100)은 상기 스크류(203)의 병진 이동 방향에 대응하는 길이 방향(2)으로 주로 뻗어있고, 상기 유입구(102) 및 유출구(103) 중 적어도 하나는 상기 스크류(203)의 병진 이동 방향에 대하여 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 영구 자석들을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 코일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 인덕터(113)는 상기 케이싱(100)에 대해 이동하지 않는 것을 특징으로 하는 밸브.
  20. 금속 덕트와 제1항에 따른 밸브를 포함하는 액체 금속의 순환을 조절하는 시스템으로서, 케이싱(100)과 스크류(203)는 금속으로 제조되고, 상기 밸브(1)는 상기 덕트에 용접되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제1항에 따른 밸브(1)를, 350℃ 이상의 온도, 바람직하게는 400℃ 이상의 온도의 유체 순환을 조절하는데 사용하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 밸브(1)를, 나트륨-냉각 원자로 순환의 열 전달을 보장하기 위한 액체 나트륨의 순환을 제어하는데 사용하는 방법.
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