KR20200079961A - 액체 금속용 압력 트랜스미터 - Google Patents
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Abstract
액체 금속용 압력 트랜스미터가 개시된다. 본 발명에 따르면, 액체 금속의 압력을 측정하기 위해 별도의 압력 전달 물질이 구비될 필요가 없다. 따라서 액체 금속의 정확한 압력의 측정이 가능하다. 또한 액체 금속이 누설될 경우 여러 단계에 걸쳐 누설을 감지할 수 있다. 따라서 누설 발생을 즉각적으로 인지할 수 있고, 안전 사고의 예방이 가능하다.
Description
본 발명은 액체 금속용 압력 트랜스미터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 별도의 압력 전달 물질 없이도 액체 금속의 압력을 측정할 수 있는 압력 트랜스미터에 관한 것이다.
압력 트랜스미터(pressure transmitter)는 압력을 표준 전송 신호로 변환하여 조절기, 지시기, 기록계 등으로 전송하는 계기를 통칭한다.
압력 트랜스미터는 압력 측정 대상인 유체가 유동하는 파이프(pipe) 등에 분지되는 형태로 설치되는 것이 일반적이다. 이 때, 파이프 내를 유동하는 유체와 압력 트랜스미터는 다이어프램(diaphragm)을 매개로 하여 접촉된다.
도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면, 도시된 압력 트랜스미터는 다이어프램(D.P)을 구비한다. 다이어프램(D.P)은 도압관(P.P) 내에 구비되어, 측정 대상 유체(L)와 접촉된다. 다이어프램(D.P)의 일측, 도시된 실시 예에서 상측에는 센서(S)가 구비된다.
다이어프램(D.P)은 압력 작용에 따라서 변위를 일으키는 막으로 구비된다. 도압관(P.P) 내의 유체(L)의 압력이 상승하면, 다이어프램(D.P)은 상측으로 변위를 일으키게 된다. 센서(S)는 다이어프램(D.P)의 변위를 감지하고, 기 설정된 방법에 의해 다이어프램(D.P)에 미치는 유체(L)의 압력(P)을 연산하게 된다.
다이어프램(D.P)을 이용한 유체(L)의 압력(P)을 측정하는 방법은 기밀성 또는 유밀성이 보장될 수 있다. 또한, 압력을 직접 측정하는 것이 아니라, 다이어프램(D.P)의 변위를 이용하여 압력의 용이한 측정이 가능하여, 널리 사용되고 있다.
도 2를 참조하면, 전통적인 압력 트랜스미터는 도압관(P.P, Pressure Pipe)에 측정 대상 유체를 가득 채운 후, 도압관(P.P)에 연결된 압력 트랜스미터를 이용하여 측정되는 것이 일반적이다. 이는 관로(P) 내에서 유체가 유동함에 따라 발생될 수 있는 동압 성분(dynamic pressure)을 배제하기 위함이다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 물(W) 등 고체화의 위험이 없는 액체는 다이어프램(D.P)이 도압관(P.P)의 상측에 구비된다. 즉, 상기 예에서, 별도의 센서(미도시)는 다이어프램(D.P)의 상측에서 작용하는 대기압과 다이어프램(D.P)의 하측에서 작용하는 유압의 차이를 측정할 수 있다.
그런데, 상술한 방식, 즉 도압관(P.P) 내부에 압력 측정 대상 유체가 채워지는 방식은 유체의 종류에 따라서는 적용이 어렵다는 한계가 있다.
즉, 녹는점이 높은 액체 금속(L.M, Liquid Metal)의 경우에는, 상온에서 고체화되어 도압관(P.P)이 막힐 우려가 있다. 따라서, 전통적인 압력 트랜스미터는 도압관(P.P) 내부에 액체 금속이 채워지지 않는 방식으로 액체 금속의 압력을 측정한다.
구체적으로, 도 2의 (b)를 참조하면, 액체 금속(L.M)이 압력 측정 대상 유체일 경우, 도압관(P.P) 내부에는 액체 금속(L.M)이 채워지지 않는다.
도압관(P.P)의 상측 및 하측에는 각각 다이어프램(D.P)이 구비된다. 또한, 상기 다이어프램(D.P)들 사이에는 별도의 압력 전달 물질(P.I, Pressure Intermediation)이 채워진다.
이러한 방식의 압력 트랜스미터에 의해 액체 금속(L.M)의 압력이 측정되는 과정은 다음과 같다.
먼저 관로(P) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)의 압력이 하부의 다이어프램(D.P)에 전달된다. 하부의 다이어프램(D.P)에 전달된 압력은 압력 전달 물질(P.I)에 전달되어, 상부의 다이어프램(D.P)의 변위를 유발한다.
센서(미도시)는 상부의 다이어프램(D.P)의 변위를 측정하여, 액체 금속(L.M)의 압력을 연산한다.
도 3을 참조하면, 상술한 바와 같은 종래 기술에 따른 액체 금속(L.M)의 압력 측정을 위한 압력 트랜스미터에는 압력 전달 물질(P.I)로서 나크(NaK)가 사용된다.
도 3의 (a)를 참조하면, 다이어프램(D.P)이 단수 개 구비되되, 별도로 나크가 유동하기 위한 충전 모세관이 압력 검출부에 연결된다. 즉, 측정 대상 유체인 액체 소듐(Na)의 압력을 간접적으로 측정하는 방식이다.
도 3의 (b)를 참조하면, 상술한 도 2의 (b)의 형태처럼 도압관(P.P)의 상측 및 하측에 다이어프램(D.P)이 각각 구비되되, 다이어프램(D.P) 사이에는 나크가 충진된다.
특히, 도 3의 (b)의 경우 나크 외에도 별도로 실리콘 오일이 구비되어, 실리콘 오일에 의한 압력을 검출함으로써 액체 소듐 압력을 간접적으로 측정하는 방식이다.
이상 설명한 압력 측정 방법은 압력 전달 물질(P.I)의 압력을 간접적으로 측정하는 방식을 사용한다.
따라서, 압력 측정 대상인 액체 금속(L.M)의 압력을 정확하게 측정하기 어렵다는 한계가 있다.
즉, 다이어프램(D.P)이 복수 개 사용됨에 따라 증가될 수 있는 다이어프램(D.P)의 탄성계수에 따른 오차가 발생될 가능성이 존재한다.
또한, 압력 전달 물질(P.I) 자체도 일종의 유체로서 열에 의해 팽창하거나 수축하므로, 그에 따른 오차가 발생될 가능성 또한 존재한다.
또한, 도압관(P.P)에 압력 전달 물질(P.I)을 충진하는 과정에서 기포나 불순물 등이 함께 유입되어, 그에 의한 오차가 발생될 가능성도 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 압력 전달 물질(P.I)을 충진하는 과정에서 기포나 이물질 등이 함께 유입되지 않도록 주입하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 압력 전달 물질(P.I)의 충진을 위해 과다한 노력이 요구된다는 단점이 있다.
또한, 압력 전달 물질(P.I)이 충진된 후 상온, 상압의 운전 조건에서 게이지 압력(gage pressure)을 대기압과 동일하도록 일일이 보정하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 측정시마다 보정이 선행되어야 하므로, 압력 측정이 번거로워진다는 한계가 있다.
더욱이, 반응성이 높은 알칼리계 액체 금속의 압력을 측정할 경우, 액체 금속이 누설될 경우 발생될 수 있는 안전사고가 예방될 수 있어야 한다. 그러나, 압력 전달 물질을 사용하는 종래의 압력 트랜스미터에는 사고 예방 등을 위한 구성이 없다는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 구조의 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공함을 목적으로 한다.
구체적으로, 별도의 압력 전달 물질을 구비하지 않고도, 액체 금속의 압력을 측정할 수 있는 구조의 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 액체 금속에 의한 다이어프램의 변위와 온도를 모두 고려함으로써, 액체 금속의 압력을 정확하게 측정할 수 구조의 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 별도의 보정 수단 없이도, 다이어프램의 상측을 대기압과 동일한 압력으로 유지할 수 있는 구조의 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 다이어프램의 손상 등에 의해 액체 금속이 누설된 경우에도, 자체적으로 고체화되어 액체 금속이 압력 트랜스미터의 외부로 누설되지 않을 수 있는 구조의 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 다이어프램의 손상 등에 의해 액체 금속이 누설된 경우에도, 액체 금속이 공기와 반응하여 발생되는 연무를 즉각적으로 감지할 수 있는 구조의 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공함을 일 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 액체 금속이 유동하는 관로와 연통되는 개구부를 구비하며, 상기 액체 금속의 압력이 인가되는 내부 공간이 형성된 하우징; 상기 개구부에 위치되어 상기 하우징의 벽체부와 함께 상기 하우징을 밀폐하며, 인가되는 상기 액체 금속의 압력에 따라 탄성 변형되는 다이어프램(diaphragm); 상기 내부 공간에서 상기 다이어프램의 상측에 위치되고, 상기 다이어프램과 광 선로로 연결되어 상기 다이어프램의 탄성 변형에 따른 변위를 측정하도록 구성되는 압력 FBG(Fiber Bragger Grating); 및 상기 내부 공간과 상기 하우징의 외부를 연통하도록 상기 하우징에 설치되어, 상기 내부 공간과 상기 하우징의 압력을 동일하게 유지시키는 플러깅(plugging) 관을 포함하는 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공한다.
또한, 상기 플러깅 관은 하나 이상의 절곡부를 가질 수 있다.
또한, 상기 플러깅 관은 나선 형상일 수 있다.
또한, 상기 액체 금속용 압력 트랜스미터는, 상기 내부 공간에 상기 압력 FBG에 인접하도록 위치되며, 상기 내부 공간의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 FBG를 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도 FBG와 상기 압력 FBG는 상기 내부 공간에서 같은 높이에 위치될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 상측에는, 상기 내부 공간에서 발생된 연무를 측정하도록 구성되는 연무 감지기가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명은, 액체 금속이 유동하는 관로와 연통되는 개구부를 구비하며, 상기 액체 금속의 압력이 인가되는 내부 공간이 형성된 하우징; 상기 개구부에 구비되어 상기 하우징의 벽체부와 함께 상기 하우징을 밀폐하며, 인가되는 상기 액체 금속의 압력에 따라 탄성 변형되는 다이어프램(diaphragm); 상기 내부 공간에서 상기 다이어프램의 상측에 위치되고, 상기 다이어프램과 광 선로로 연결되어 상기 다이어프램의 탄성 변형에 따른 변위를 측정하도록 구성되는 압력 FBG(Fiber Bragger Grating); 및 상기 하우징의 상측에 위치되어, 상기 내부 공간에서 발생된 연무를 측정하도록 구성되는 연무 감지기를 포함하는 액체 금속용 압력 트랜스미터를 제공한다.
또한, 상기 액체 금속용 압력 트랜스미터는, 상기 다이어프램의 상측과 접하도록 위치되며, 상기 광 선로와 연결되는 광 섬유 연결부; 및 상기 하우징의 일측에 위치되며, 상기 내부 공간과 상기 하우징의 외부를 연통하도록 구성되는 플러깅(plugging) 관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 액체 금속용 압력 트랜스미터는, 상기 내부 공간에 상기 압력 FBG과 같은 높이로 상기 압력 FBG에 인접하도록 위치되며, 상기 내부 공간의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 FBG를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액체 금속은 알칼리 금속일 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 유동하는 액체 금속에 다이어프램이 직접 접촉되고, 다이어프램의 변위를 FBG(Fiber Bragg Grating)가 직접 측정하므로, 별도의 압력 전달 물질이 요구되지 않는다.
따라서, 액체 금속의 압력 측정시 압력 전달 물질의 열 팽창 및 수축에 의한 오차가 발생되지 않는다.
또한, 하우징의 내부 공간에는 다이어프램의 변위를 측정하기 위한 압력 FBG와, 하우징의 내부 공간의 온도를 측정하기 위한 온도 FBG가 모두 구비된다.
따라서, 하우징의 내부 공간의 온도 또한 압력 계측에 고려되므로, 액체 금속의 압력을 정확하게 연산할 수 있다.
또한, 하우징에 플러깅 관이 구비되어 하우징의 내부 공간과 외부를 연통하므로, 하우징의 내부 공간은 항상 대기압 상태로 유지될 수 있다.
따라서, 하우징의 내부 공간을 대기압으로 보정하기 위한 별도의 과정이 요구되지 않는다.
또한, 플러깅 관은 일자형 관이 아니라, 하나 이상의 절곡부를 갖거나, 나선형 등 내부에서 유동하는 유체의 유동 속도를 감소시킬 수 있는 형태로 구비된다.
따라서, 다이어프램이 손상될 경우에도 액체 금속이 플러깅 관 내부를 낮은 속도로 유동하다가 온도에 의해 고체화되므로, 액체 금속용 압력 트랜스미터 외부로 액체 금속이 누설되지 않는 효과가 있다.
또한, 하우징의 상측에는 연무 감지기가 구비되어, 다이어프램의 손상 등에 의해 하우징의 내부 공간으로 누설된 액체 금속이 공기와 반응하여 생성되는 연무를 즉각적으로 감지한다.
따라서, 사용자는 액체 금속이 누설되었음을 즉각적으로 인지하고, 안전 사고가 확대되기 전에 필요한 조치를 취할 수 있다.
도 1은 다이어프램을 이용하여 유체의 압력이 측정되는 과정을 도시하는 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 압력 트랜스미터를 도시하는 개념도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 압력 트랜스미터를 도시하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터의 구성을 도시하는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터에 구비되는 플러깅 관의 예시적인 형상을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터에 구비되는 플러깅 관에 의해 액체 금속의 누설이 방지되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 9는 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터에 구비되는 연무 감지기에 의해 액체 금속의 누설이 감지되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 압력 트랜스미터를 도시하는 개념도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 압력 트랜스미터를 도시하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터의 구성을 도시하는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터에 구비되는 플러깅 관의 예시적인 형상을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터에 구비되는 플러깅 관에 의해 액체 금속의 누설이 방지되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 9는 도 4의 액체 금속용 압력 트랜스미터에 구비되는 연무 감지기에 의해 액체 금속의 누설이 감지되는 과정을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터를 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 "액체 금속(L.M, liquid metal)"이라는 용어는 사용 온도에서 액체 상태로 존재하는 금속을 의미한다.
이하의 설명에서 사용되는 "알칼리 금속(alkali metal)"이라는 용어는 주기율표상 1A 족에 속하는 원소를 의미하며, 리튬(lithium), 나트륨(sodium), 칼륨(potassium), 루비듐(rubidium), 세슘(cesium) 및 프랑슘(francium) 등을 포함하는 의미로 사용된다.
이하의 설명에서 사용되는 "변위 정보"라는 용어는 후술될 다이어프램(400)의 변위와 관련된 임의의 정보를 의미한다.
이하의 설명에서 사용되는 "온도 정보"라는 용어는, 후술될 하우징(100)의 내부 공간(110)의 온도와 관련된 임의의 정보를 의미한다.
1. 액체 금속용 압력 트랜스미터의 구성의 설명
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는 하우징(100), 센서부(200), 광 선로(300), 다이어프램(400), 플러깅(plugging) 관(500) 및 연무 감지기(600)를 포함한다.
도시된 실시 예에서, 액체 금속용 압력 트랜스미터는 그 하측이 관로(10)에 형성된 관로 개구부(11)에 접하도록 구성되나, 그 위치는 변경 가능하다.
다만, 액체 금속용 압력 트랜스미터는 관로(10) 내부를 유동하는 임의의 유체, 예를 들어 알칼리 금속계의 액체 금속(L.M) 등의 압력을 측정할 수 있도록 위치되면 족하다.
(1) 하우징(100)의 설명
하우징(100)은 액체 금속용 압력 트랜스미터의 몸체를 형성한다. 도시된 실시 예에서, 하우징(100)은 상측 및 하측 방향을 높이 방향으로 하는 원통으로 구비된다.
하우징(100)의 크기 및 형상은 관로(10)에 연결되어, 관로(10) 내부에서 유동하는 유체의 압력을 측정할 수 있는 여타 크기 및 형상으로 구비될 수 있다.
하우징(100)은 벽체부로 둘러싸여 있다. 구체적으로, 벽체부는 하우징(100)의 상측 면, 측면(도시된 실시 예에서 원주면)을 형성한다. 후술될 바와 같이, 하우징(100)의 하측에는 개구부가 형성되어 관로(10)와 맞추어진다.
하우징(100)의 하측은 관로(10)에 결합된다. 구체적으로, 관로(10)에는 하우징(100)과 연통되기 위한 관로 개구부(11)가 형성된다. 하우징(100)의 하측은 관로 개구부(11)를 완전히 덮도록 관로(10)와 결합된다.
따라서, 후술될 바와 같이, 관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)이 다이어프램(400) 등의 손상에 의해 누설되더라도, 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입될 뿐, 관로(11)나 하우징(100)의 외부로 누설되지 않게 된다.
이 때, 하우징(100)은 관로 개구부(11)와 연통되기 위한 개구부를 포함한다. 즉, 도시된 실시 예에서, 하우징(100)의 개구부는 하우징(100)의 하측에 구비되어, 하우징(100)이 관로(10)에 연결되면 하우징(100)의 개구부는 관로 개구부(11)와 맞추어진다.
따라서, 관로(10)와 하우징(100)의 내부 공간(110)은 서로 연통될 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이, 하우징(100)의 개구부에는 후술될 다이어프램(400)이 구비되어, 관로 개구부(11) 및 하우징(100)의 개구부 중 어느 하나 이상을 밀폐할 수 있다.
다른 실시 예에서, 하우징(100)은 관로(10)에 탈착 가능한 형태로 구성될 수 있다(미도시).
하우징(100)의 내측에는 내부 공간(110)이 형성된다.
내부 공간(110)은 후술될 센서부(200), 광 선로(300) 및 다이어프램(400)이 수용될 수 있는 공간을 제공한다. 내부 공간(110)은 하우징(100)의 벽체부에 의해 하우징(100)의 외부와 물리적으로 분리된다.
다시 말하면, 내부 공간(110)은 하우징(100)의 벽체부에 의해 하우징(100)의 내부에 밀폐되어 형성되는 공간이다.
다만, 후술될 바와 같이, 하우징(100)에는 플러깅 관(500)이 연통 가능하게 연결된다. 이에 의해, 내부 공간(110)의 압력은 하우징(100) 외부의 대기압과 동일하게 유지될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
즉, 하우징(100)의 내부 공간(110)은 후술될 플러깅 관(500)이 연통 가능하게 연결되는 부분 및 후술될 광 선로(300)가 관통 결합되는 부분을 제외하면 밀폐된다.
내부 공간(110)에는 후술될 센서부(200)가 위치된다. 또한, 내부 공간(110)에는 센서부(200)와 통신 가능하게 연결되고, 센서부(200)를 지지하기 위한 광 선로(300)가 위치된다.
내부 공간(110)의 하측, 즉 하우징(100)의 하측에는 후술될 다이어프램(400)이 위치된다. 다이어프램(400)은 관로(10)의 관로 개구부(11)와 하우징(100)의 개구부를 밀폐하도록 위치된다. 즉, 다이어프램(400)에 의해 하우징(100)의 내부 공간(110)과 관로(10)가 물리적으로 분리된다.
내부 공간(110)의 상측, 즉 하우징(100)의 상측 내면(120)에는 후술될 연무 감지기(600)가 위치된다. 연무 감지기(600)의 기능에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상측 내면(120)에는 광 선로(300)가 관통 삽입되기 위한 관통공(미도시)이 형성될 수 있다. 이 때, 관통공(미도시)의 직경은 광 선로(300)의 두께와 맞추어져서, 내부 공간(110)의 기밀성이 보장되도록 형성되는 것이 바람직하다.
(2) 센서부(200)의 설명
센서부(200)는 후술될 다이어프램(400)과 연결되어, 다이어프램(400)의 변위 정보를 감지함으로써 관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)의 압력을 측정한다. 또한, 센서부(200)는 압력 계측에 반영하기 위해 하우징(100)의 내부 공간(110)의 온도 정보를 측정한다.
센서부(200)가 후술될 다이어프램(400)의 변위 정보 및 내부 공간(110)의 온도 정보를 모두 측정함에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터의 압력 계측의 정확도가 향상될 수 있다.
일 실시 예에서, 센서부(200)는 FBG(Fiber Bragg Grating, 광섬유 브래그 격자) 센서로 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터에 구비되는 센서부(200)는, 측정 대상인 액체 금속(L.M)의 특수성으로 인해 몇 가지 조건이 만족되어야 한다.
구체적으로, 후술될 다이어프램(400)의 변위 정보를 즉각적으로, 그리고 세밀하게 감지할 수 있어야 한다.
또한, 측정 대상인 액체 금속(L.M)이 고온인 경우에도, 열에 의한 영향을 가능한 한 적게 받거나, 영향을 받을 경우에도 보정이 용이해야 한다.
상술한 FBG 센서는, 광섬유를 기반으로 하는 센서로서 온도 정보 및 변위 정보를 측정하기 위해 널리 사용된다. 광섬유는 실리카(silica)를 원료로 하여 제조되는데, 이 실리카는 고온에서 매우 안정적이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는 FBG 센서를 이용하여 후술될 다이어프램(400)의 변위 정보를 측정하고, 하우징(100)의 내부 공간(110)의 온도 정보를 감지한다.
FBG 센서가 다이어프램(400)의 변위 정보를 측정하고, 내부 공간(110)의 온도 정보를 감지하는 원리는 잘 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 센서부(200)는 압력 FBG(210) 및 온도 FBG(220)를 포함한다.
압력 FBG(210)는 관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)의 압력을 측정하도록 구성된다. 구체적으로, 압력 FBG(210)는 관로 개구부(11)와 하우징(100)의 내부 공간(110)의 하측을 밀폐하는 다이어프램(400)의 변위 정보를 측정한다. 이 과정에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
압력 FBG(210)는 후술될 압력 광 선로(310)에 의해 후술될 다이어프램(400)과 연결된다. 이에 의해, 압력 FBG(210)는 다이어프램(400)의 미세한 변위 정보를 감지할 수 있도록 구성된다.
압력 FBG(210)는 하우징(100)의 상측 내면(120)에 형성된 관통공(미도시)에 관통 삽입되는 광 선로(300)에 의해 지지된다. 다시 말하면, 내부 공간(110)에서의 압력 FBG(210)의 높이는 광 선로(300)에 의해 유지된다.
온도 FBG(220)는 하우징(100)의 내부 공간(110)의 온도 정보를 측정하도록 구성된다. 액체 금속(L.M)이 유체라는 점을 감안하면, 액체 금속(L.M)의 온도 정보 또한 압력에 영향을 미칠 수 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는 온도 FBG(220)를 이용하여 내부 공간(110)의 온도 정보까지 측정한다. 이에 의해, 액체 금속(L.M)의 압력의 측정치가 더욱 정확해질 수 있다.
온도 FBG(220)는 압력 FBG(210)에 인접하게 위치되는 것이 바람직하다. 이는, 압력 FBG(210) 주변의 온도 정보를 측정하기 위함이다. 측정된 온도 정보는, 압력 FBG(210)에 의해 측정된 다이어프램(400)의 변위 정보를 액체 금속(L.M)의 압력으로 연산할 때 반영되어, 압력 계측 값의 정확도가 향상될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 하우징(100)의 내부 공간(110)에서, 온도 FBG(220)는 압력 FBG(210)와 같은 높이에 위치될 수 있다. 이는 압력 FBG(210)와 온도 FBG(220)를 관로(10), 보다 구체적으로는, 다이어프램(400)으로부터 동일한 거리에 위치시키기 위함이다.
이 경우, 온도 FBG(220)에 측정된 온도 정보 값에 의해 압력 FBG(210)에서 측정된 다이어프램(400)의 변위 정보 값을 보다 정확하게 보정할 수 있게 된다. 따라서, 압력 계측의 정확도가 향상될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 온도 FBG(220)는 온도 광 선로(320)에 의해 지지된다. 후술될 바와 같이, 온도 광 선로(320)는 광 선로(300)로부터 분지되어 구성된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
(3) 광 선로(300)의 설명
광 선로(300)는 센서부(200)와 통신 가능하게 연결되어, 센서부(200)가 감지한 다이어프램(400)의 변위 정보 및 내부 공간(110)의 온도 정보와 관련된 정보를 액체 금속용 압력 트랜스미터의 외부의 제어 장치(미도시)로 전달한다.
외부의 제어 장치(미도시)로 전달된 변위 정보 및 온도 정보 정보는 액체 금속(L.M)의 압력을 계측하기 위한 정보로서 활용된다.
광 선로(300)는 광섬유 등 실리카 재질로 형성되어 통신 가능한 임의의 형태로서 구비될 수 있다. 광 선로(300)에 의해 정보가 전달되는 과정은 잘 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 광 선로(300)는 압력 FBG(210)이 다이어프램(400)의 변위 정보를 측정할 수 있도록 하측이 후술될 다이어프램(400)과 연결된다.
광 선로(300)의 상측은 하우징(100)의 상측 내면(120)에 형성된 관통공(미도시)에 관통 삽입된다. 상술한 바와 같이, 광 선로(300)의 직경과 관통공(미도시)의 내경은 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 광 선로(300)가 관통공(미도시)에 관통 삽입되면, 별도의 공간 없이 상측 내면(120)을 밀폐하기 위함이다.
대안적으로, 광 선로(300)가 관통공(미도시)에 삽입된 후, 관통공(미도시)과 광 선로(300) 사이에 공간이 형성되지 않도록 별도의 밀폐 부재(미도시)가 구비될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 광 선로(300)는 압력 광 선로(310) 및 온도 광 선로(320)를 포함한다.
압력 광 선로(310)는 압력 FBG(210)를 지지한다. 또한, 압력 광 선로(310)의 하측은 후술될 다이어프램(400)에 연결되어, 압력 FBG(210)가 다이어프램(400)의 변위 정보를 감지할 수 있다.
온도 광 선로(320)는 온도 FBG(220)를 지지한다. 도시된 실시 예에서, 온도 광 선로(320)의 상측은 압력 광 선로(310)의 상측에서 분지되어 형성된다. 또한, 온도 광 선로(320)의 하측은 압력 광 선로(310)의 하측과 연결된다.
도 6을 참조하면, 대안적인 실시 예에서, 압력 광 선로(310)와 온도 광 선로(320)는 각각 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에도 압력 광 선로(310)는 압력 FBG(210)를 지지하고, 온도 광 선로(320)는 온도 FBG(220)를 지지함은 동일하다.
다만, 압력 광 선로(310) 및 온도 광 선로(320) 모두 압력 FBG(210) 및 온도 FBG(220)를 지지하도록 후술될 다이어프램(400)에 연결된다는 점에 차이가 있다.
본 실시 예에서, 압력 광 선로(310)와 온도 광 선로(320)가 하우징(100)에 관통 삽입될 수 있도록, 상측 내면(120)에는 복수 개의 관통공(미도시)이 형성될 수 있다.
이 경우에도 각 관통공의 내경은 압력 광 선로(310) 및 온도 광 선로(320)의 직경과 동일하도록 형성되어, 하우징(100)의 내부 공간(110)의 기밀성이 보장되는 것이 바람직함은 상술한 바와 같다.
(4) 다이어프램(diaphragm)(400)의 설명
다이어프램(400)은 관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)의 압력에 따라 탄성 변형된다. 다이어프램(400)의 변위 정보는 압력 FBG(210)에 의해 측정되어, 액체 금속(L.M)의 압력을 연산하기 위해 활용된다.
다이어프램(400)은 탄성이 있는 얇은 막으로서 구비될 수 있다. 일 실시 예에서, 다이어프램(400)은 천연 고무, 합성 고무, 금속판 등으로 구비될 수 있다.
다이어프램(400)이 유체의 압력에 의해 탄성 변형되는 과정 및 이를 이용하여 압력이 측정되는 방법은 잘 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도시된 실시 예에서, 다이어프램(400)은 하우징(100)의 내부 공간(110)의 하측에 구비된다.
보다 구체적으로, 상술한 바와 같이 하우징(100)의 하측은 관로(10)에 형성된 관로 개구부(11)를 모두 덮도록 위치된다. 이 때, 하우징(100)의 개구부와 관로 개구부(11)가 서로 연통됨은 상술한 바와 같다.
다이어프램(400)은 하우징(100)의 개구부 및 관로 개구부(11)를 밀폐하도록 구성되어, 하우징(100)의 내부 공간(110)과 관로(10)를 물리적으로 분리한다.
다시 말하면, 다이어프램(400)은 하우징(100)의 벽체부와 함께 하우징(100)을 밀폐한다. 즉, 하우징(100)의 벽체부와 다이어프램(400)에 의해 하우징(100)의 내부 공간(110)이 정의된다.
따라서, 관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)은 다이어프램(400)에 의해 하우징(100)의 내부 공간(110)에 유입되지 않는다. 또한, 다이어프램(400)은 액체 금속(L.M)의 압력의 변화에 따라 탄성 변형될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는 하우징(100)의 내부 공간(110)에 별도의 압력 전달 물질이 충진될 필요가 없다.
따라서, 액체 금속(L.M)이 유동하는 관로(10)에 위치되는 단수 개의 다이어프램(400)만으로도 액체 금속(L.M)의 압력이 측정될 수 있다. 즉, 압력 전달 물질의 압력을 측정하기 위한 추가 다이어프램(미도시)이 불요하다.
다이어프램(400)의 상측, 즉 다이어프램(400)이 하우징(100)을 향하는 일측에는 광 선로 연결부(410)가 구비된다.
광 선로 연결부(410)는 광 선로(300)의 하측과 연결된다. 상술한 바와 같이, 광 선로(300)는 다이어프램(400)의 변위 정보를 계측할 수 있도록 다이어프램(400)과 연결되어야 한다. 일 실시 예에서, 광 선로 연결부(410)는 다이어프램(400)의 상측 면에 접하도록 위치될 수 있다.
이 때, 다이어프램(400) 자체에는 광 선로(300)를 고정하거나, 광 선로(300)가 결합되기 위한 별도 구성이 구비되지 어려우므로, 광 선로 연결부(410)가 해당 기능을 수행한다.
광 선로 연결부(410)는 광 선로(300)를 안정적으로 파지하고, 다이어프램(400)의 탄성 변형에 따라 다이어프램(400)과 함께 상측 또는 하측으로 이동될 수 있는 임의의 구조로서 구비될 수 있다.
(5) 플러깅 관(500)의 설명
플러깅 관(500)은 하우징(100)의 내부 공간(110)과 하우징(100)의 외부가 연통되도록 구성된 일종의 관(pipe)이다.
도시된 실시 예에서, 플러깅 관(500)은 하우징(100)의 측면에 구비되나, 그 위치는 하우징(100)의 내부 공간(110)과 외부가 연통될 수 있는 여타 위치로 변경될 수 있다.
플러깅 관(500)은 하우징(100)의 하측에 위치되는 것이 바람직하다. 이는, 후술할 바와 같이, 액체 금속(L.M)이 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입된 후, 플러깅 관(500)에 의해 액체 금속(L.M)이 바로 고체화되어 누설이 방지되는 것이 바람직하기 때문이다.
플러깅 관(500)의 양측 단부는 모두 개방된다. 즉, 플러깅 관(500)이 하우징(100)과 결합되는 일측 단부는 개방된다. 또한, 그에 대향하는 타측 단부 또한 개방된다.
즉, 플러깅 관(500) 내부에서는 공기가 유동하여, 하우징(100)의 내부 공간(110)과 하우징(100)의 외부는 연통될 수 있다. 이에 의해, 하우징(100)의 내부 공간(110)의 압력은 대기압으로 유지될 수 있다.
도 7을 참조하면, 플러깅 관(500)은 일자형의 관이 아닌, 하나 이상의 절곡부(510)를 갖도록 형성된다(도 7의 (a)). 또는, 플러깅 관(500)은 나선 형태로 형성될 수 있다(도 7의 (b)).
플러깅 관(500)의 상기 형상은, 불의의 사고로 인해 다이어프램(400)이 손상되어 액체 금속(L.M)이 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입된 경우, 플러깅 관(500)을 유동하는 액체 금속(L.M)의 유동 속도를 감소시키기 위함이다.
이에 의해, 액체 금속(L.M)은 플러깅 관(500)의 외부로 배출되기 전 고체화되어, 액체 금속(L.M)이 하우징(100)의 외부로 유출되는 것이 방지된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
플러깅 관(500)의 형상은 내부에 유동하는 유체의 유동 속도를 감소시킬 수 있는 임의의 기하학적 형태로서 구비될 수 있다.
(6) 연무 감지기(600)의 설명
연무 감지기(600)는 하우징(100)의 내부 공간(110)에서 발생될 수 있는 연무를 감지하도록 구성된다.
구체적으로, 다이어프램(400)의 손상 등에 의해, 관로(10) 내부를 유동하던 액체 금속(L.M)이 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 누설되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 액체 금속(L.M)은 내부 공간(110)에 존재하는 공기와 반응하여 연무를 형성한다.
연무 감지기(600)는 상기 연무를 감지하고, 운전자(operator)가 액체 금속(L.M)의 누설이 발생하였음을 인지할 수 있도록 별도의 경보(미도시) 등을 작동시킨다.
도시된 실시 예에서, 연무 감지기(600)는 하우징(100)의 내부 공간(110)의 상측에 위치된다. 보다 구체적으로, 연무 감지기(600)는 하우징(100)의 상측 내면(120)에 위치된다.
연무 감지기(600)의 위치는 변경될 수 있다. 다만, 누설된 액체 금속(L.M)과 공기가 반응하여 생성된 연무를 감지할 수 있는 위치면 족하다.
연무 감지기(600)는 연무를 감지할 수 있는 임의의 형태로서 구비될 수 있다. 연무 감지기(600)가 연무를 감지하는 방법은 잘 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
2. 액체 금속용 압력 트랜스미터의 압력 측정 과정의 설명
본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는 액체 금속(L.M)이 유동하는 관로(10)에 결합되어, 관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)의 압력을 측정할 수 있다.
이하, 다시 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터에 의해 압력이 측정되는 과정을 상세하게 설명한다.
압력의 측정 대상인 액체 금속(L.M)은 관로(10) 내부에서 유동한다. 관로(10)의 일측에는 관로 개구부(11)가 형성된다.
액체 금속용 압력 트랜스미터의 하측은 관로 개구부(11)를 모두 덮도록 관로(10)에 결합된다. 다시 말하면, 하우징(100)의 하측은 관로 개구부(11)를 모두 덮도록 관로(10)에 접촉된다. 또한, 하우징(100)에는 개구부가 구비되어, 관로 개구부(11)와 맞추어진다.
하우징(100)의 내부 공간(110)의 하측에는 다이어프램(400)이 구비된다. 하우징(100)의 하측이 관로(10)와 접촉될 때, 다이어프램(400)은 관로 개구부(11) 및 하우징(100)의 개구부 중 어느 하나 이상을 밀폐하도록 구성된다.
즉, 다이어프램(400)은 하우징(100)의 내부 공간(110)과 관로(10)를 물리적으로 이격시킨다. 따라서, 다이어프램(400)이 손상되는 등의 사고가 발생하지 않는 한, 관로(10) 내부의 액체 금속(L.M)은 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입되지 않는다.
다이어프램(400)의 상측 면, 즉 다이어프램(400)이 하우징(100)의 상측 내면(120)을 향하는 면에는 광 선로 연결부(410)가 구비된다. 광 선로 연결부(410)에는 센서부(200)를 지지하는 광 선로(300)가 연결된다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시 예에서, 압력 광 선로(310)만이 광 선로 연결부(410)에 연결된다. 대안적으로, 도 6에 도시된 실시 예와 같이, 압력 광 선로(310) 및 온도 광 선로(320) 모두 광 선로 연결부(410)에 연결될 수 있다.
다이어프램(400)의 탄성 변형에 따라 다이어프램(400)의 변위가 발생되면, 광 선로 연결부(410)는 다이어프램(400)의 변위에 따라 일체로서 이동된다. 따라서, 광 선로 연결부(410)에 연결된 광 선로(300) 또한 다이어프램(400)의 변위에 따라 일체로서 이동될 수 있다.
센서부(200)의 압력 FBG(210)와 온도 FBG(220)는 서로 인접하게 위치된다. 보다 바람직하게는, 압력 FBG(210)와 온도 FBG(220)는 하우징(100)의 내부 공간(110)에서 동일한 높이에 위치된다.
압력 FBG(210)와 온도 FBG(220)는 각각 압력 광 선로(310)와 온도 광 선로(320)에 의해 지지된다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시 예에서, 온도 광 선로(320)는 압력 광 선로(310)로부터 분지된 형태로서 구비된다.
대안적으로, 도 6에 도시된 실시 예와 같이, 압력 광 선로(310)와 온도 광 선로(320)는 각각 별개의 광 선로로서 구비될 수 있다.
관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)의 압력이 증가되면, 다이어프램(400)은 하측으로부터 상측을 향하는 방향으로 압력을 받게 된다.
반대로, 관로(10) 내부를 유동하는 액체 금속(L.M)의 압력이 감소되면, 다이어프램(400)은 상측으로부터 하측을 향하는 방향으로 압력을 받게 된다.
이에 따라, 다이어프램(400)은 상측 또는 하측으로 탄성 변형된다.
다이어프램(400)의 탄성 변형에 의해, 광 선로 연결부(410) 및 이에 연결된 광 선로(300)가 모두 상측 또는 하측으로 탄성 변형된다. 광 선로(300)에 연결된 압력 FBG(210)는 상기 탄성 변형에 의한 변위 정보를 감지한다.
또한, 압력 FBG(210)에 인접하게 위치되는, 보다 바람직하게는 압력 FBG(210)와 같은 높이에 위치되는 온도 FBG(220)는 하우징(100)의 내부 공간(110)의 온도를 감지한다.
이를 통해, 액체 금속(L.M)의 온도를 감지하고, 그에 따른 액체 금속(L.M)의 열팽창 정도를 연산하여 측정된 압력을 보정함으로써 압력 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
3. 액체 금속용 압력 트랜스미터의 액체 금속(L.M)의 누설 감지 과정의 설명
본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는 알칼리 금속 계열의 액체 금속(L.M)의 압력을 측정할 수 있다.
액체 금속(L.M), 특히 반응성이 높은 알칼리 계열의 액체 금속(L.M)의 압력을 측정하는 과정에서 액체 금속(L.M)이 누설될 경우, 안전 사고가 발생할 염려가 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는 알칼리 금속 계열의 액체 금속(L.M)의 압력을 측정할 때 발생될 수 있는 불의의 안전 사고를 방지하기 위한 구성을 포함한다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터에서 액체 금속(L.M)의 누설이 방지되는 과정을 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 액체 금속(L.M)은 알칼리 계열의 액체 금속(L.M)을 포함하는 개념이며, 일 실시 예에서, 상기 액체 금속(L.M)은 소듐(Na)일 수 있다.
이하, 액체 금속(L.M)이 유동하는 관로(10)의 관로 개구부(11) 및 하우징(100)의 개구부를 밀폐하던 다이어프램(400)에 문제가 생겨, 액체 금속(L.M)이 관로(10)로부터 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입된 상황을 가정한다.
(1) 플러깅 관(500)에 의해 액체 금속(L.M)의 누설이 방지되는 과정의 설명
도 8의 (a)를 참조하면, 다이어프램(400)에 누설 지점(LP, Leak Point)이 발생한 상황이 도시된다. 액체 금속(L.M)은 누설 지점(LP)을 통해 관로(10)로부터 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입된다.
상술한 바와 같이, 플러깅 관(500)은 하우징(100)의 내부 공간(110)과 하우징(100)의 외부를 연통하도록 구성된다. 또한, 플러깅 관(500)은 하우징(100)의 하측에 위치된다.
따라서, 다이어프램(400)의 누설 지점(LP)을 통과한 액체 금속(L.M)은 하우징(100)의 내부 공간(110)에 차오르다가, 플러깅 관(500)을 따라 유동을 개시한다.
상술한 바와 같이, 플러깅 관(500)은 적어도 하나의 절곡부(510)를 갖도록 구성된다. 또는, 플러깅 관(500)은 나선형으로 구성되어, 액체 금속(L.M)의 유속이 최대한 감소되도록 구성된다.
따라서 액체 금속(L.M)은 플러깅 관(500) 내부를 느린 속도로 유동하게 된다. 이 때, 플러깅 관(500)은 하우징(100)의 외부에 노출되므로, 액체 금속(L.M)은 관로(10)에 비해 낮은 온도로 냉각된다.
알려진 바와 같이, 액체 금속(L.M), 특히 소듐(Na)의 경우 녹는점이 매우 높은 바(약 97.794℃), 냉각에 의해 고체화가 진행된다. 이 고체화는, 액체 금속(L.M)이 플러깅 관(500)을 모두 빠져나가기 전에 진행된다(도 8의 (b)).
이에 따라, 플러깅 관(500)은 액체 금속(L.M)이 고체화되어 밀봉되므로, 액체 금속(L.M)의 누설에도 불구하고, 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입된 액체 금속(L.M)은 플러깅 관(500)을 통해 누출되지 않게 된다.
(2) 연무 감지기(600)에 의해 액체 금속(L.M)의 누설이 감지되는 과정의 설명
도 9를 참조하면, 다이어프램(400)에 누설 지점(LP)이 발생한 상황이 도시된다. 액체 금속(L.M)은 누설 지점(LP)을 통해 관로(10)로부터 하우징(100)의 내부 공간(110)으로 유입된다.
상술한 바와 같이, 플러깅 관(500)에 의해 하우징(100)의 내부 공간(110)은 하우징(100)의 외부와 연통된다. 따라서, 내부 공간(110)에는 공기가 존재한다.
내부 공간(110)으로 유입된 액체 금속(L.M)은 공기와 반응하여 연무를 생성한다. 이 때, 소량의 액체 금속(L.M)이 공기와 반응한 경우에도, 다량의 연무가 생성된다(도 9의 (a)).
상술한 바와 같이, 플러깅 관(500)은 적어도 하나의 절곡부(510)를 갖거나, 나선형 등 플러깅 관(500) 내부를 유동하는 유체의 속도가 최대한 감소되도록 구성된다. 따라서, 생성된 연무의 대부분은 플러깅 관(500)을 통해 배출되지 않고, 하우징(100)의 내부 공간(110)에서 확산된다.
하우징(100)의 상측 내면(120)에 구비된 연무 감지기(600)는 상기 연무를 감지하고, 경보 등을 통해 액체 금속(L.M)의 누설이 발생하였음을 운전자(operator)에게 인지시킨다(도 9의 (b)).
상술한 바와 같이, 소량의 액체 금속(L.M)이 공기와 반응하는 경우에도 다량의 연무가 생성된다. 따라서, 연무 감지기(600)가 하우징(100)의 상측 내면(120)에 구비되는 경우에도 액체 금속(L.M)이 하우징(100)의 외부로 누설되기 전에 연무 감지기(600)는 발생된 연무를 감지할 수 있다.
따라서 운전자가 액체 금속(L.M)의 누설을 즉각적으로 인지하고 대처할 수 있으므로, 액체 금속(L.M)의 누설에 의해 안전 사고가 발생되거나, 누설이 확대되기 전에 필요한 조치를 취할 수 있다.
4. 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터의 효과의 설명
본 발명에 따른 액체 금속용 압력 트랜스미터는, 액체 금속(L.M)의 압력을 측정하기 위한 별도의 압력 전달 물질이 불요하다.
따라서, 압력 전달 물질에 의해 발생될 수 있는 오차가 압력 측정치에 영향을 미치지 않으므로, 액체 금속(L.M)의 압력을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 하우징(100)의 내부 공간(110)에는 센서부(200)로서 압력 FBG(210)와 온도 FBG(220)가 모두 구비된다.
따라서 온도에 의한 액체 금속(L.M)의 팽창 또는 수축분까지 고려하여 압력을 측정하게 되므로, 액체 금속(L.M)의 압력을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
하우징(100)을 외부와 연통시키는 플러깅 관(500)은, 액체 금속(L.M)이 누설되지 않은 경우에는 하우징(100)의 내부 공간(110)의 압력을 대기압으로 유지시킨다. 따라서, 액체 금속(L.M)의 압력을 측정할 때마다 압력계의 영점을 조절할 필요가 없다.
플러깅 관(500)은 내부에서 유동하는 유체의 유동 속도를 최소화할 수 있도록, 하나 이상의 절곡부(510)를 갖거나, 나선형 등으로 구비된다.
따라서, 액체 금속(L.M)이 플러깅 관(500)을 따라 유동하다가 외부의 낮은 온도에 의해 냉각되므로, 액체 금속(L.M)이 플러깅 관(500)을 통해 하우징(100)의 외부로 누설되지 않는다.
하우징(100)의 상측 내면(120)에는 연무 감지기(600)가 구비되어, 액체 금속(L.M)과 공기의 반응에 의해 생성되는 연무를 감지한다.
소량의 액체 금속(L.M)과 공기의 반응에도 다량의 연무가 발생되므로, 운전자는 연무 감지기(600)의 작동에 의해 액체 금속(L.M)이 누설되었음을 즉각적으로 인지하고 사고 예방을 위해 필요한 조치를 취할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 관로
11: 관로 개구부
100: 하우징
110: 내부 공간
120: 상측 내면
200: 센서부
210: 압력 FBG(Fiber Bragg Grating)
220: 온도 FBG
300: 광 선로
310: 압력 광 선로
320: 온도 광 선로
400: 다이어프램(diaphragm)
410: 광 선로 연결부
500: 플러깅 관
510: 절곡부
600: 연무 감지기
L.M: 액체 금속
P: 관로
W: 물
P.I: 압력 전달 물질
D.P: 다이어프램
P.P: 도압관
L: 유체
S: 센서
LP: 누설 지점
11: 관로 개구부
100: 하우징
110: 내부 공간
120: 상측 내면
200: 센서부
210: 압력 FBG(Fiber Bragg Grating)
220: 온도 FBG
300: 광 선로
310: 압력 광 선로
320: 온도 광 선로
400: 다이어프램(diaphragm)
410: 광 선로 연결부
500: 플러깅 관
510: 절곡부
600: 연무 감지기
L.M: 액체 금속
P: 관로
W: 물
P.I: 압력 전달 물질
D.P: 다이어프램
P.P: 도압관
L: 유체
S: 센서
LP: 누설 지점
Claims (10)
- 액체 금속이 유동하는 관로와 연통되는 개구부를 구비하며, 상기 액체 금속의 압력이 인가되는 내부 공간이 형성된 하우징;
상기 개구부에 위치되어 상기 하우징의 벽체부와 함께 상기 하우징을 밀폐하며, 인가되는 상기 액체 금속의 압력에 따라 탄성 변형되는 다이어프램(diaphragm);
상기 내부 공간에서 상기 다이어프램의 상측에 위치되고, 상기 다이어프램과 광 선로로 연결되어 상기 다이어프램의 탄성 변형에 따른 변위를 측정하도록 구성되는 압력 FBG(Fiber Bragger Grating); 및
상기 내부 공간과 상기 하우징의 외부를 연통하도록 상기 하우징에 설치되어, 상기 내부 공간과 상기 하우징의 압력을 동일하게 유지시키는 플러깅(plugging) 관을 포함하는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제1항에 있어서,
상기 플러깅 관은 하나 이상의 절곡부를 갖는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제1항에 있어서,
상기 플러깅 관은 나선 형상인,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제1항에 있어서,
상기 내부 공간에 상기 압력 FBG에 인접하도록 위치되며, 상기 내부 공간의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 FBG를 포함하는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제4항에 있어서,
상기 온도 FBG와 상기 압력 FBG는 상기 내부 공간에서 같은 높이에 위치되는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제1항에 있어서,
상기 하우징의 상측에는,
상기 내부 공간에서 발생된 연무를 측정하도록 구성되는 연무 감지기가 구비되는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 액체 금속이 유동하는 관로와 연통되는 개구부를 구비하며, 상기 액체 금속의 압력이 인가되는 내부 공간이 형성된 하우징;
상기 개구부에 구비되어 상기 하우징의 벽체부와 함께 상기 하우징을 밀폐하며, 인가되는 상기 액체 금속의 압력에 따라 탄성 변형되는 다이어프램(diaphragm);
상기 내부 공간에서 상기 다이어프램의 상측에 위치되고, 상기 다이어프램과 광 선로로 연결되어 상기 다이어프램의 탄성 변형에 따른 변위를 측정하도록 구성되는 압력 FBG(Fiber Bragger Grating); 및
상기 하우징의 상측에 위치되어, 상기 내부 공간에서 발생된 연무를 측정하도록 구성되는 연무 감지기를 포함하는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제7항에 있어서,
상기 다이어프램의 상측과 접하도록 위치되며, 상기 광 선로와 연결되는 광 섬유 연결부; 및
상기 하우징의 일측에 위치되며, 상기 내부 공간과 상기 하우징의 외부를 연통하도록 구성되는 플러깅(plugging) 관을 포함하는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제7항에 있어서,
상기 내부 공간에 상기 압력 FBG과 같은 높이로 상기 압력 FBG에 인접하도록 위치되며, 상기 내부 공간의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 FBG를 포함하는,
액체 금속용 압력 트랜스미터. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 액체 금속은 알칼리 금속인,
액체 금속용 압력 트랜스미터.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180169716A KR102132238B1 (ko) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 액체 금속용 압력 트랜스미터 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180169716A KR102132238B1 (ko) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 액체 금속용 압력 트랜스미터 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20200079961A true KR20200079961A (ko) | 2020-07-06 |
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2018
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| KR102132238B1 (ko) | 2020-07-10 |
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