KR20170099916A - 용이하게 교체가능한 열전쌍을 구비한 온도측정 스틱 - Google Patents

용이하게 교체가능한 열전쌍을 구비한 온도측정 스틱 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정용 스틱의 연결부에 잠금될 수 있는 부분(26, 27)으로부터 매달리는 열전쌍(17)에 관한 것인바, 그것은 상기 열전쌍의 삽입을 위한 안내 원추부(30)의 형태를 가진 개구를 포함한다. 상기 열전쌍은 유연성 케이블(24) 안에 수납되고, 상기 유연성 케이블은 중앙 격실(16)의 피복(35) 안에서 슬라이딩할 수 있으며, 상기 중앙 격실(16)은 열전쌍(17)을 수용한다. 상기 열전쌍의 단부를 그것의 하우징의 단부에 대해 약간 가압하기 위하여 스프링(34)이 추가된다.

Description

용이하게 교체가능한 열전쌍을 구비한 온도측정 스틱{TEMPERATURE-MEASURING STICK WITH AN EASILY REPLACEABLE THERMOCOUPLE}
본 발명은 용이하게 교체가능한 열전쌍을 구비한 온도측정 스틱에 관한 것이다.
이 스틱은 프랑스 특허 제2 894 024호의 기술분야와 동일한 기술분야에 관한 것으로서, 한편으로는 향상된 것이면서도 다양한 설계형태의 측정 스틱들에도 적용될 수 있는 것이다.
여기에서 제시되는 온도측정 스틱은 예를 들어 방사성 폐기물을 유리화(vitrify)시키기 위한 목적으로, 전기 유도에 의해 가열되는 도가니 안의 고온 용탕의 온도를 측정하는데에 일반적으로 사용된다. 그것은 측정 말단으로부터 연장된 열전쌍이 내부에 있는 껍질을 포함하며, 상기 껍질의 반대측 단부에서는 상기 열전쌍이 도가니로부터 이탈하여 외부 매체에서 종료된다. 여기에서의 목적은, 필요한 때에 원격조종 아암(telemanipulation arm)에 의한 작업에 의존하여 상기 측정 스틱을 분해할 필요없이 상기 열전쌍을 교체할 수 있도록 하는 것인데, 이것은 보호 셀(protective cell) 안에 에워싸져 있고 방사성인 환경에서는 종종 필요한 것이다. 열전쌍은 약한 장비로서 종종 교체되어야 한다. 그러나, 열전쌍은 그 길이가 길고 강도가 낮으며 또한 상기 스틱 안에 있는 작은 하우징으로 인하여 적절히 조작하기가 어려우며, 또한 원격 조종 장치들은 조작성이 뛰어나지 못하다는 단점이 있다.
이와 관련된 공지 기술의 문헌으로서 US 5 181 779 A, FR 1 510 548 A, 및 US 2006/185450 A1 이 있다. 첫 번째 문헌에 개시된 온도측정 스틱의 외부 껍질은 보호 코팅으로 덮인 세라믹으로 된 것으로서, 상기 보호 코팅은 유리 섬유, 세라믹 섬유, 또는 내화성 분말과 유리 분말의 혼합물로 이루어진 것이며, 이 온도측정 스틱에 포함된 피복도 세라믹으로 된 것으로서 그 기능은 열전쌍을 포함하는 내부 요소를 상기 껍질의 산화에 의해 발생되는 환원성 가스로부터 보호하는 것이다. 상기 열전쌍을 포함하는 튜브는 세라믹, 특히 거의 순수한 알루미나로로 되어 있기 때문에 강성을 가지며, 상기 피복은 튜브 슬라이딩 피복으로 고찰되지 않는다. 마지막으로, 여기에는 슬라이딩 피복의 유입부에 상기 튜브가 상기 피복 안으로 도입됨을 용이하게 할 수 있는 원추형 개구가 존재하지 않는다.
두 번째 문헌에 개시된 온도측정 스틱의 단부는 분해가능하며, 잠금 허브(locking hub)에 의하여 상기 스틱의 나머지 부분에 결합된다. 상기 단부에는 열전쌍의 일 단부가 수납된다. 이 문헌에는 열전쌍을 교체를 용이하게 하기 위하여 열전쌍을 구비한 피복과 상기 스틱의 구조 사이에 잠금 허브가 있다고 개시되어 있지 않다.
세 번째 문헌에는 이중 벽 안에 삽입된 온도측정 스틱이 개시되어 있다. 원추형 개구가 존재하긴 하지만, 이것은 상기 스틱을 피복 안에 도입시킴을 용이하게 하기위하여 사용되는 것이 아니라, 상기 스틱의 잠금부를 개구에 나사체결함으로써 스틱이 내려앉는(sinking)하는 범위를 제한하기 위하여 사용된다.
본 발명은 움직임 능력 및 정확도가 낮은 원격 조종 장치에 의해서도 열전쌍의 교체를 용이하게 수행함을 가능하게 한다는 점에서 뛰어난 온도측정 스틱을 제공함을 목적으로 한다.
상기 과제는 다음과 같은 수단의 조합에 의하여 달성된다: 열전쌍은 유연성 케이블 안에 수용되고, 통상적인 스틱 껍질 안에 동심을 이루는 피복이 수납되며, 상기 피복 안에서 케이블이 아래로 이동되는 때에는 과도한 접힘없이 케이블이 슬라이딩할 수 있고, 상기 껍질은 외향으로 테이퍼진 원추형의 인터페이스부에 결합되는바, 이로 인하여 케이블이 상기 껍질 안으로 도입됨이 편리하게 될 수 있고, 상기 케이블과 일체인 부재와 인터페이스부 사이에는 잠금 장치가 제공된다.
공지된 선행 문헌들은 물론, 그 내용을 조합해 보아도 위와 같은 기술적 과제를 해결하는 것은 없다.
일반적인 형태로 정리하자면, 본 발명은 껍질(shell), 상기 껍질 안에서 상기 껍질에 속하는 측정 말단(measuring tip)과 외부 매체와의 인터페이스부(interface) 사이에서 수납된 종장형 격실(longitudinal compartment), 및 상기 격실 안에 수용된 열전쌍을 포함하는 온도측정 스틱으로서, 상기 열전쌍은 열전쌍의 외부 껍질을 형성하는 유연성 케이블을 포함하고, 상기 격실은 케이블 슬라이딩 피복(cable sliding sheath)에 의하여 한정되며, 상기 인터페이스부는 상기 케이블의 도입을 위한 원추형 개구(conical opening)를 포함하고, 상기 원추형 개구는 상기 격실로 이어지고 또한 상기 격실을 향해 테이퍼지며, 상기 열전쌍은 상기 인터페이스부를 잠글 수 있는 잠금 부재(locking piece)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열전쌍은 와이어들 및 열전쌍 접합부를 보호하는 케이블을 포함하는 모듈의 형태를 가진 것으로써, 상기 케이블은 껍질에 의하여 한정된 종장형 격실 안에서 열전쌍이 뒤엉킬 위험없이 슬라이딩함을 가능하게 한다. 상기 격실에는 상기 케이블의 슬라이딩을 용이하게 하는 피복이 제공되기 때문에, 상기 케이블은 그 말단의 손상 또는 변형없이 아래로 이동할 수 있게 되며, 그 다음에는 열전쌍의 반대측 단부에 있는 부재가 예를 들어 약간의 회전 움직임에 의하여 상기 스틱에 잠겨질(locked) 수 있다.
상기 열전쌍이 상기 말단의 재료와 적절히 접촉함을 보장하고, 이로써 측정이 편향되지 않는 방식으로 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 상기 열전쌍은 잠금 부재에 대해 지탱되는 지탱 표면과 케이블에 대해 지탱되는 지탱 표면 사이에서 연장되는 스프링을 포함하는 것이 유리하다. 상기 열전쌍이 상기 격실 안으로 완전히 하향 이동된 때에 상기 케이블의 길이는 열전쌍의 말단이 상기 말단의 저부에 도달하기에 충분하며, 또한 이로써 케이블에 의해 스프링이 압축되도록 하기에 충분하다. 이와 같은 압축에 의해서 열전쌍의 접촉이 유지된다.
상기 피복은 유연성 재료로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 원추형 개구 또는 상기 말단에 속하는 단열성 슬리브에 크림핑되는바, 이로써 상기 열전쌍의 도입이 용이하게 된다. 다른 실시예에서는 상기 피복이 단열성 강성 재료로 된 것일 수 있다. 만일 상기 스틱과 피복이 굽혀진 것이라면, 상기 피복은 그 굽힘부의 위치에서 세그먼트들로 분할된 것일 수 있다.
아래에서는 하기의 도면들을 참조로 하여 본 발명의 다양한 형태, 특징, 및 장점에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 에는 측정 스틱이 구비되어 있는 도가니의 개략적인 모습이 도시되어 있다.
도 2 에는 측정 스틱이 개략적으로 도시되어 있다.
도 3 에는 스틱의 말단(tip)의 영역이 도시되어 있다.
도 4 에는 측정 스틱과 열전쌍 사이의 연결 영역이 도시되어 있다.
도 5 에는 측정 스틱의 굽혀진 영역이 도시되어 있다.
도 6 에는 다른 실시예에 있어서의 위와 동일한 영역이 도시되어 있다.
도 1 에는 유도 용융 도가니(induction melting crucible; 1)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 도가니(1)는 하측 화로(2), 원통형 페룰(ferrule; 3), 및 뚜껑으로서의 역할을 하는 돔(dome; 4)을 필수적으로 포함한다. 페룰(3)을 둘러싸고 있으며 장전물(load)에 대해 가열을 수행하는 인덕터(inductor)들이 여기에 도시되어 있지는 않으나, 그것이 이미 공지된 구조를 가진 것과 다르지는 않으며 본 발명에 따라서 변형되지는 않는바, 페룰(3)은 유도된 전류를 차단하기 위하여 섹터들 또는 내측 냉각 채널들로 구분되어 있다. 돔(4)은 유리화되어야 하는 장전물 또는 첨가물을 도입하기 위한 통공(5)과, 특수한 측정용 장비, 특히 적어도 하나의 온도측정 스틱(7)의 통과를 허용하는 보어(bore; 6)들을 포함하는바, 온도측정 스틱(7)은 아래에서 상세히 설명된다. 온도측정 스틱(7)은 하나의 말단(9)에서 자유 단부에 연결되고 또한 연결부(10)에서 반대측 단부에 연결되는 배럴(8)을 포함하는바(도 2), 상기 연결부(10)는 도가니(1)에 대한 외부 매체와의 인터페이스부, 냉각제 재충전용 회로, 및 열전쌍의 측정 추적 장치로서 작용한다. 도 6 에 도시되어 있는 바와 같이, 배럴(8)은 외부 껍질(11), 외부 껍질(11)과 동심을 이루는 내부 껍질(12), 및 외부 껍질(11)과 내부 껍질(12) 사이에 위치한 중간 껍질(13)을 포함하는데, 상기 중간 껍질(13)은 냉각제를 위한 유입 덕트(14) 및 상기 냉각제를 위한 유출 덕트(15)를 분리시키며, 냉각제는 이 덕트들을 통하여 연속적으로 지나면서 역류하는 유동(counter-current flow)을 한다. 내부 껍질(12)은 열전쌍(17)을 수용하는 중앙 격실(16)을 한정한다. 유입 덕트(14) 및 유출 덕트(15)는 말단(9)(도 3)에 가까운 곳의 배럴(8)의 저부에서 서로 소통되지만 다른 곳에서는 분리된 채로 유지된다. 그들은 냉각수의 공급부(18) 및 방출부(19)와 소통되는바, 공급부(18) 및 방출부(19)는 돔(4) 외부의 연결부(10)에 속한다. 중앙 격실(16)은 종장형의 격실로서, 온도측정 스틱(7) 안에서 연결부(10)로부터 말단(9)까지 연장된다.
(도 3 참조) 말단(9)은 배럴(8)의 저부 플레이트(21)에 연결된 외부 껍질(20)과, 알루미나 혹은 보다 일반적으로는 세라믹으로 되어 있는 튜브형 라이너(22)를 포함하는데, 이것은 외부 껍질(20) 안에서 연장되고 열전쌍(17)에 대한 열적 보호를 제공하며, 상기 열전쌍(17)의 단부는 튜브형 라이너(22) 안에서 연장되어 그 단부에서 접촉한다.
연결부(10)는 온도측정 스틱(7)이 돔(4)에 부착되도록 하는 수단인 플랜지(23)를 포함한다(도 2).
아래에서는 도 4 및 도 5 를 참조로 하여 열전쌍(17)에 대해 간단히 설명한다.
열전쌍(17)의 와이어들은 유연하고 매끄러운 케이블(24)에 의하여 피복되며, 상기 케이블은 중앙 격실(16) 안에서 슬라이딩 가능한 것인바, 상기 와이어들은 별도로 도시되지 않았다. 케이블(24)은 칼라(collar; 25)를 포함하며, 칼라(25)는 연결부(10) 안에서 연장되고, 또한 회전식 외부 링(27)이 제공되어 있는 원통형 잠금 부재(26)를 통과한다. 상기 칼라(25)에는 쥬피터(상표) 소켓과 같은, 열전쌍(17)의 와이어드을 위한 소켓(28)이 고정된다. 연결부(10)는 열전쌍의 도입을 위한 부재(29)를 포함하는바, 상기 부재(29)에는 배럴(8)을 향하여 테이퍼진 원추형 개구(30)가 제공되어 있으며 또한 상기 부재(29)는 내부 껍질(12)의 유입부와 정렬된다. 상기 잠금 링(27)에는 홈이 형성되어 있고, 슬리브(32)의 돌출부(spur; 31)를 잠금 링(27)의 굽혀진 홈 안에서 슬라이딩시킴으로써, 잠금 링(27)이 상기 도입용 부재(29)에 부착된 슬리브(32)의 돌출부(31)에 스냅 결합될 수 있다. 그 다음에는 슬리브(32)의 보어(bore) 안에 원통형의 중앙 손가락형상부(33)가 끼워진다. 상기 칼라(25) 및 중앙 손가락형상부(33)는 서로 반대인 지탱면들을 포함하는바, 그 사이에서는 스프링(34)이 압축되고, 스프링(34)은 케이블(24)의 일부분을 둘러싼다. 이와 같은 구성으로 인하여, 케이블(24)이 온도측정 스틱(7)의 하방향으로 되돌아 밀릴 수 있게 되며, 열전쌍(17)의 단부가 튜브형 라이너(22)와 접촉함이 보장되고, 그 도달된 곳에서의 온도를 효율적으로 측정할 수 있게 된다.
내부 껍질(12)은 피복(35)에 의하여 코팅되고(도 3), 상기 피복(35)은 중앙 하우징(16)의 벽을 형성한다. 피복(35)과 튜브형 라이너(22)는 서로에 대해 크림핑(crimping)되고, 피복(35)의 다른 단부는 내부 껍질(13)을 외부 껍질(12)에 결합시키는 보울(bowl;　36)의 저부에 있는 보어와 원추부(30)의 말단 사이에서 크림핑된다.
이와 같은 구성에 의하면, 도가니(1)의 주변에 대한 접근이 안전상의 이유로 불가능하여 원격조정이 채택되는 경우에 열전쌍(17)의 교체가 다음과 같은 방식으로 이루어질 수 있다. 먼저, 이동 호이스트(travelling hoist)에 후크결합된 로프에 열전쌍(17)이 매달리고, 케이블(24)이 아래로 늘어뜨려진다. 원격 조종 장치가 케이블(24)을 잡아서 온도측정 스틱(7) 안으로 도입시키고, 케이블(24)을 돔(4)을 통하여 설치하는데, 이것은 케이블(24)을 도입 부재(29)의 개구를 통하도록 안내하고 상기 호이스트를 점진적으로 아래로 이동시킴으로써 수행된다. 케이블(24)의 말단은 중앙 하우징(16) 내부의 원추부(30)에 의하여 안내되고, 그 다음에 알루미나의 라이너(22)의 저부로 안내된다. 케이블(24)은 열전쌍(17)이 뻣뻣하게 되도록 하여 열전쌍(17)이 접혀지지 않은 채로 피복(35)을 따라서 슬라이딩함을 가능하게 하며, 이로써 원격 조종 장치의 정밀하지 못함으로 인해서 불리한 영향을 받지 않게 되며, 열전쌍(17)의 말단이 정해진 위치에 적절히 도달할 수 있게 된다. 그 과정의 끝은 스프링(34)을 약간 압축시킴으로써 잠금 부재(26)의 링(27)을 잠근 다음에, 측정을 위하여 열전쌍(17)의 소켓(28)을 연결하는 것으로 이루어진다. 열전쌍(17)은 로프로부터 후크결합이 해제된다. 열전쌍(17)의 제거는 역순의 작업에 의해서 수행된다.
피복(35)은 케이블(24)의 도입 동안에 케이블(24)의 슬라이딩을 증진시키고 또한 전기적 차폐를 형성해야 하는 한편, 주위 열의 유입에 대해 저항상을 가져야 한다. 온도측정 스틱(7)이 돔(4) 아래에서 굽힘부(36)를 형성할 수 있도록(도 5) 적절한 슬라이딩 능력이 더욱 유지되어야 하고, 따라서 케이블(24)은 이 위치에서 마찰을 받는다. 피복(35)은 유연하고 연속적인 멤브레인(membrane)의 형태를 가진 것으로서 예를 들어 무용매의(solvent-free) 폴리우레탄 바니쉬로 함침된 유리 섬유들이 엮임으로써 이루어지는데, 이것은 알루미나 피복에 의해 대체될 수 있으며 이 또한 전술된 특성들을 갖는다. 그러나 알루미나 곡선부의 제작은 난해하며 그 조립은 불가능한데, 이 때문에 굽힘부(36)의 위치에서는 튜브형 비드(tubular bead;　37)를 사용할 수 있다. 상기 비드(37)도 알루미나로 이루어진 것으로서, 두 개의 튜브들(38, 39)의 사이에서 서로 중첩되며, 이로써 앞선 실시예에서 처럼 상기 피복의 나머지가 내부 껍질(13)의 단부까지 연장될 수 있게 된다.
본 발명에 의한 온도측정 스틱(7)은 동일한 도가니(1)에 다수회 넣어져 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 껍질(shell; 11, 12), 상기 껍질 안에서 상기 껍질에 속하는 측정 말단(measuring tip; 9)과 외부 매체와의 인터페이스부(interface; 10) 사이에서 수납된 종장형 격실(longitudinal compartment; 16), 및 상기 격실(16) 안에 수용된 열전쌍(17)을 포함하는 온도측정 스틱으로서,
    상기 열전쌍은 열전쌍의 외부 껍질을 형성하는 유연성 케이블(24)을 포함하고, 상기 격실은 케이블 슬라이딩 피복(cable sliding sheath; 35, 36, 37)에 의하여 한정되며, 상기 인터페이스부(10)는 상기 케이블의 도입을 위한 원추형 개구(conical opening; 30)를 포함하고, 상기 원추형 개구(30)는 상기 격실로 이어지고 또한 상기 격실(16)을 향해 테이퍼지며, 상기 열전쌍(17)은 상기 인터페이스부를 잠글 수 있는 잠금 부재(locking piece; 26)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전쌍은 케이블(24)에 대한 지탱을 위한 지탱 표면(bearing surface; 25)과 잠금 부재(26)에 대한 지탱을 위한 지탱 표면 사이에서 연장된 스프링(34)을 포함하고, 상기 스프링(34)은 상기 인터페이스부에 대한 상기 부재의 잠금 상태에서 상기 지탱 표면들 사이에서 압축되는 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피복(35)은 상기 말단(9)에 속하는 단열 라이너(thermally insulating liner; 22)에 크림핑(crimping)되는 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복(35)은 원추형 개구(30)에 크림핑되는 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잠금 부재(26)는 원통형의 중앙 손가락형상부(centring finger; 33)를 포함하고, 상기 중앙 손가락형상부(33)는 상기 잠금 부재에 대한 지탱을 위한 지탱 표면을 구비하며, 상기 중앙 손가락형상부(33)는 상기 껍질과 일체인 슬리브(sleeve; 32) 안에서 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복은 단열성 강성 재료(thermally insulating rigid material)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 피복과 함께 굽혀진 것이고, 상기 피복(35)은 그 굽혀진 곳에서 튜브형 비드 타입 세그먼트(tubular bead type segment; 37)들로 나뉘어진 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 껍질은 이중으로 되어 있고, 내부 껍질과 외부 껍질을 포함하며, 또한 상기 내부 껍질과 외부 껍질 사이에는 냉각 채널들(cooling channels; 14, 15)이 연장되어 있는 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 피복(36, 37)의 재료는 알루미나(alumina)인 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복은 유연한 것으로서, 무용매의(solvent-free) 폴리우레탄 바니쉬(polyurethane varnish)로 코팅된 유리 섬유들이 엮임(braid)으로써 이루어진 것을 특징으로 하는, 온도측정 스틱.
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