KR20210060502A - 소형 돌출면 플랜지 - Google Patents

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KR20210060502A
KR20210060502A KR1020217009941A KR20217009941A KR20210060502A KR 20210060502 A KR20210060502 A KR 20210060502A KR 1020217009941 A KR1020217009941 A KR 1020217009941A KR 20217009941 A KR20217009941 A KR 20217009941A KR 20210060502 A KR20210060502 A KR 20210060502A
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타마스 리즈카이
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뉴스케일 파워, 엘엘씨
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Abstract

돌출면 플랜지 조립체는 하나 이상의 볼트(5)를 이용하여 하부 플랜지(12)에 결합되는 상부 플랜지(11)를 포함하며, 상부 플랜지(11) 또는 하부 플랜지(12)는 각각 하나 이상의 볼트(5)를 위한 하나 이상의 개구부를 정의하는 볼트체결면(25); 및 상부 플랜지(11) 또는 하부 플랜지(12) 중 다른 하나의 결합면과 접촉하기 위한 제1 돌출면 및 제2 돌출면을 포함하는 한 쌍의 돌출면(21,22);을 포함하고, 제2 돌출면(22)의 영역과 볼트체결면에 대응하는 일 면(25) 사이의 거리는 밀봉부를 유지하기 위해 제2 돌출면(22)의 영역에 걸쳐 결합면과의 접촉력을 분배시키도록 제1 돌출면(21)의 영역과 상기 일 면 사이의 거리보다 크다.

Description

소형 돌출면 플랜지
본 출원은 2018년 9월 25일자 미국 임시출원 62/736,218호의 “이중 돌출면 자기 배력 용기 폐쇄 플랜지(DUAL RAISED FACE SELF ENERGIZING VESSEL CLOSURE FLANGE)”에 대한 우선권을 주장하며, 상기 미국 임시출원은 본 명세서에 참고로서 포함된다.
본 발명은 에너지부(Department of Energy)에 의해 부여된 계약 DE-NE0000633호에 따라 정부의 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대한 특정 권리를 가진다.
본 개시는 일반적으로 소형 돌출면 플랜지(compact raised face flange)에 관한 것이며, 일부 실시예들은 이중 돌출면 자기-배력 원자로 모듈 용기 폐쇄 플랜지(dual raised face self-energizing nuclear reactor module vessel closure flange)에 관한 것이다.
배관(piping)은 두 개의 파이프 세그먼트들 사이에 누출 없는 연결(coupling)을 제공하기 위하여 배관 플랜지를 포함할 수 있다. 도 1a는 파이프 세그먼트(102) 상에 형성된 평면 플랜지(Flat face flange)와 결합하기 위하여 평면 플랜지를 구비한 파이프 세그먼트(101)를 포함하는 배관의 단면을 도시한다. 평면 플랜지는 누출 없는 조인트(joint)를 형성하도록 조여질 수 있는 볼트를 수용하기 위한 볼트 개구부(105)를 포함할 수 있다(일부 실시예에서는, 링 가스켓(109)을 이용함).
파이프 세그먼트(101)의 평면 플랜지의 단부도(end view)를 보여주는 도 1b에 도시된 바와 같이, 볼트 개구부들은 배관을 둘러쌀 수 있다. 누출을 방지하기 위해 각 볼트에 필요한 볼트 장력은 볼트의 개수 및 배관의 내부 압력에 기초할 수 있다.
원자로 압력 용기(Reactor Pressure Vessel, RPV) 또는 원자로 모듈의 격납 용기에 이용되는 일부 플랜지들은 직경이 훨씬 더 크다는 점을 제외하고는 배관 플랜지와 유사한 구조를 닮을 수 있다. 용기의 압력 부하에 따라, 누출을 방지하기 위해 각 볼트에 필요한 볼트 장력은 일부 공지된 플랜지(예컨대, 평면 플랜지 또는 일부 공지된 돌출면 플랜지)를 위해 상용되는 텐셔닝 도구(tensioning tool)에 대해 너무 높을 수 있다. 상용되는 텐셔닝 도구를 이용할 수 있는 압력 부하의 경우에도, 필요한 플랜지/볼트 치수에 다량의 원자재(예컨대, 스틸)와 제조/조립을 위한 많은 비용이 요구될 수 있으며, 그리고/또는 원자로 모듈에 대해 원치 않게 커다란 점유 면적(footprint)이 요구될 수 있다.
일부 용기의 경우, 누출을 제어하기 위한 한 가지 방법은 용기의 압력 부하를 견딜 수 있는 적절한 수와 크기의 볼트를 선택하는 것이다. 그러나 일부 원자로 모듈에서는, 인접한 용기 쉘(vessel shell)의 중심선과 플랜지 사이의 오프셋으로 인해 커다란 회전(예컨대, 비틀림(prying))이 발생할 수 있다. 플랜지가 안정화되지 않으면 이러한 회전은 누출로 이어질 수 있다.
조인트의 누출을 피하기 위해 플랜지 회전을 최소화하도록 볼트 장력을 높일 수 있다. 그러나 공지된 평면 플랜지 또는 돌출면 플랜지 구조에 대하여 일부 원자로 모듈에서 필요한 볼트 장력의 크기는 상용되는 도구에 대해 매우 높을 수 있다. 맞춤형의 볼트 텐셔닝 도구 및 프로세스를 개발하려면 상당한 자본 투자, 테스트 및 프로토 타입(prototype)이 필요할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 일부 실시예들은 원자로 모듈을 위한 이중 돌출면 자기-배력 용기 폐쇄 플랜지(dual raised face self-energizing vessel closure flange)를 포함한다. 이러한 플랜지는 접촉면과 볼트 축 사이에 기계적 레버 동작을 생성하기 위해 두 개의 돌출면을 포함할 수 있다. 두 개의 돌출면은 소량만큼 오프셋되어, 볼트 장력이 가해지는 동안 용기 쉘을 디-에너자이즈(de-energize)하고 밀봉부 표면(들)을 에너자이즈(energize)할 수 있다.
디-에너자이즈된 쉘은 압력이 가해지는 동안 다른 원자로 모듈보다 덜 변형될 수 있으며, 이는 회전 및 비틀림에 대해 조인트를 안정화시킬 수 있다. 이러한 구조를 사용하면, 상용되는 볼트 텐셔닝 도구가 사용될 수 있는 범위까지 볼트 하중을 상당히 줄일 수 있다. 볼트 하중이 감소됨에 따라 보다 소형(compact)의 디자인이 가능하며, 이러한 플랜지는 주어진 압력 부하에 대해 공지된 원자로 모듈에 이용되는 플랜지보다 더 작을 수 있다. 따라서, 원자로 모듈의 전체 점유 면적을 줄일 수 있다.
첨부된 도면들은 예시적인 목적을 위한 것이며, 개시된 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장 매체의 가능한 구조 및 작동의 예를 제공하는 역할을 한다. 이러한 도면들은, 개시된 구현예의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 이루어질 수 있는 형태 및 세부 사항에서의 어떠한 변경도 결코 제한하지 않는다.
도 1a는 평면 플랜지를 포함하는 배관의 단면도를 도시한다.
도 1b는 도 1b의 평면 플랜지의 단부도를 도시한다.
도 2a는 원자로 모듈의 평면 플랜지에 기초한 용기 플랜지 조인트(vessel flange joint)를 도시한다.
도 2b는 도 1a의 용기 플랜지 조인트의 단면도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 이중 돌출면을 이용하는 소형 돌출면 플랜지 조립체의 단면을 도시한다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 용기의 내부 압력 하에서 소형 돌출면 플랜지 조립체에 작용하는 내부 힘을 도시한다.
도 5a는 돌출면들 사이에 오프셋이 존재하지 않는 돌출면 플랜지에서의 내부 힘 분포를 나타내는 열 지도(heat map)이며, 도 5b는 작은 오프셋이 존재하는 돌출면 플랜지에서의 내부 힘 분포를 나타내는 열 지도이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 선형으로 경사진 내측 돌출면을 구비한 소형 돌출면 플랜지 조립체의 단면을 도시한다.
원자로 압력 용기(Reactor Pressure Vessel, RPV) 또는 원자로 모듈의 격납 용기에 이용되는 일부 플랜지들은 직경이 훨씬 더 크다는 점을 제외하고는 배관 플랜지와 유사한 구조를 닮을 수 있다. 용기의 압력 부하에 따라, 누출을 방지하기 위해 각 볼트에 필요한 볼트 장력은 일부 공지된 플랜지(예컨대, 평면 플랜지 또는 일부 공지된 돌출면 플랜지)를 위해 상용되는 텐셔닝 도구(tensioning tool)에 대해 너무 높을 수 있다. 상용되는 텐셔닝 도구를 사용할 수 있는 압력 부하의 경우에도, 필요한 플랜지/볼트 치수에 다량의 원자재(예컨대, 스틸)와 제조/조립을 위한 많은 비용이 요구될 수 있으며, 그리고/또는 원자로 모듈에 대해 원치 않게 커다란 점유 면적(footprint)이 요구될 수 있다.
일부 용기의 경우, 누출을 제어하기 위한 한 가지 방법은 용기의 압력 부하를 견딜 수 있는 적절한 수와 크기의 볼트를 선택하는 것이다. 그러나 일부 원자로 모듈에서는, 인접한 용기 쉘(vessel shell)의 중심선과 플랜지 사이의 오프셋으로 인해 커다란 크기의 회전(예컨대, 비틀림(prying))이 발생할 수 있다. 플랜지가 안정화되지 않으면 이러한 회전은 누출로 이어질 수 있다.
조인트의 누출을 피하기 위해 플랜지 회전을 최소화하려면, 볼트 장력을 높일 수 있다. 그러나 공지된 평면 플랜지 또는 돌출면 플랜지 구조에 대하여 일부 원자로 모듈에서 필요한 볼트 장력의 크기는 상용되는 도구에 대해 매우 높을 수 있다. 맞춤형의 볼트 텐셔닝 도구 및 프로세스를 개발하려면 상당한 자본 투자, 테스트 및 프로토 타입(prototype)이 필요할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 일부 실시예들은 원자로 모듈을 위한 이중 돌출면 자기-배력 용기 폐쇄 플랜지(dual raised face self-energizing vessel closure flange)를 포함한다. 이러한 플랜지는 접촉면과 볼트 축 사이에 기계적 레버 동작을 생성하기 위해 두 개의 돌출면을 포함할 수 있다. 두 개의 돌출면은 소량만큼 오프셋되어, 볼트 장력이 가해지는 동안 용기 쉘을 디-에너자이즈(de-energize)하고 밀봉부 표면(들)을 에너자이즈(energize)할 수 있다. 디-에너자이즈된 쉘은 압력이 가해지는 동안 다른 원자로 모듈보다 덜 변형될 수 있으며, 이는 회전 및 비틀림에 대해 조인트를 안정화시킬 수 있다. 이러한 구조를 사용하면, 상용되는 볼트 텐셔닝 도구를 사용할 수 있는 범위까지 볼트 하중을 상당히 줄일 수 있다.
볼트 하중이 감소됨에 따라 보다 소형(compact)의 디자인이 가능하며, 이러한 플랜지는 주어진 압력 부하에 대해 공지된 원자로 모듈에 이용되는 플랜지보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, (동일한 길이의 평면을 제공하기 위한) 평면 플랜지의 치수는 주어진 압력 부하에 대해 용기의 직경과 같은 길이로 요구될 수 있지만, 치수는 동일 압력 부하에 대해 돌출면 플랜지를 이용함으로써 감소될 수 있으며, 동일 압력 부하에 대해 오프셋을 제공함으로써 더욱 감소하여 주어진 압력 부하에 대해 전반적으로 보다 소형인 플랜지가 제공된다. 도 2a 및 도 2b는 원자로 압력 용기(RPV) 및/또는 격납 용기에 이용될 수 있는 용기 플랜지 조인트를 도시한다. 상기 용기 플랜지 조인트는 본 명세서에 개시된 소형 돌출면 플랜지 어셈블리를 이용할 수 있다.
또한, 누출 방지 플랜지를 필요로 하는 임의의 응용 분야에서는 플랜지가 보다 소형이면 유리하기 때문에(예컨대, 재료 비용 감소), 본 명세서에 개시된 소형 돌출면 플랜지는 누출 방지 플랜지를 필요로 하는 임의의 환경, 예컨대 해양 환경, 배관(piping), 유체(예컨대, 액체 또는 가스), 저장 용기 등에서 이용될 수 있으며, 심지어 치수의 스케일이 원자로 용기와 완전히 상이할 수 있는 환경에서 이용될 수 있다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 이중 돌출면을 사용하는 소형 돌출면 플랜지 조립체(10)의 단면도를 도시한다. 상기 조립체(10)는 쉘의 측벽(18)(예컨대, 상부 측벽 또는 하부 측벽)에 형성된 돌출면 플랜지(11)(예컨대, 상부 플랜지 또는 하부 플랜지), 및 쉘(예컨대, 상부 쉘 또는 하부 쉘 중 다른 하나)의 측벽(19)에 형성된 결합 플랜지(mating flange)(12)(예컨대, 상부 플랜지 또는 하부 플랜지 중 다른 하나)를 포함할 수 있다. 상기 조립체(10)는 밀봉부(seal)를 형성하기 위해 플랜지들(11 및 12)을 함께 유지하도록 장력을 가하는 볼트(5)(및 관련 볼트 패스너(미도시))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 볼트(5)는 플랜지들(11 및 12) 사이에 위치한 가스켓(gasket)(미도시)을 압축하여 밀봉부를 형성할 수 있다.
돌출면 플랜지(11)는 볼트(5)를 위한 개구부 및 한 쌍의 오프셋 돌출면을 정의하는 볼트체결원형면(25)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 오프셋 돌출면은 외경 돌출면(22)에 대해 오프셋된 내경 돌출면(21)을 포함할 수 있다. 특히, 밀봉부를 유지하기 위해 외경 돌출면(22)의 영역과 볼트체결원형면(25)의 표면 사이의 거리는 내경 돌출면(21)의 영역과 볼트체결원형면(25)의 표면 사이의 거리보다 클 수 있다.
한 쌍의 돌출면은 공지된 임의의 플랜지에 사용되는 임의의 밀봉부 피처(feature)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내경 돌출면(21)은 각각 하나 이상의 링 가스켓을 수용하기 위한 하나 이상의 홈(groove)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 내경 돌출면(21)의 노출부는 결합 플랜지의 대응하는 표면과 접촉할 수 있다(예컨대, 밀봉부 피처는 상기 표면들 중 하나 또는 둘 모두에 형성된 채널 내에 위치할 수 있다).
이러한 실시예에서, 한 쌍의 오프셋 돌출면의 표면들은 완전히 평행한 평면(예컨대, 두 표면들 모두가 평평하고 경사가 없음)이므로, 가공 복잡성을 줄일 수 있다. 이용 가능한 기계가공 옵션에 따른 다른 실시예에서, 내경 돌출면(21)의 표면은 볼트 개구부에 가까울수록 보다 더 얇은 섹션을 구비하도록 경사질 수 있다. 상기 경사는 내경 돌출면(21)의 전체 표면을 따른 선형 경사 또는 비선형 경사일 수 있다. 볼트 개구부에 가까울수록 보다 더 얇은 섹션을 갖는 경사면은 내경 돌출면의 표면을 따라 압력을 추가로 분배할 수 있다(예컨대, 볼트 개구부에 가장 가까운 표면의 영역에 더 많은 힘이 가해져 발생하는 "피쉬 마우스(fish mouth)" 비틀기를 보상할 수 있음). 선형 경사의 경우, 내경 돌출면(21)의 전체 표면은 외경 돌출면(22)의 표면이 위치하는 평면과 교차하는 평면에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 외경 돌출면(22)은 또한 경사를 포함할 수 있고, 이러한 경사는 내경 돌출면 경사에 대응할 수 있다(예컨대, 일치하는 경사).
도면에서의 오프셋은 강조하기 위한 것으로, 비율에 따른 것이 아니다. 일부 원자로 모듈의 응용예에서, 오프셋은 약 30 밀(mil)일 수 있다(예를 들어, 외경 돌출면(22)은 내경 돌출면보다 약 30 밀 더 두꺼울 수 있으며, 20 밀 내지 40 밀 더 두꺼울 수 있음). 소형 돌출면 플랜지 조립체(10)가 더 작거나 더 큰 다른 응용예에서, 오프셋도 더 작거나 더 클 수 있다. 오프셋의 두께는 용기 측벽(예컨대, 파이프 측벽)의 변형성(deformability), 돌출면 플랜지의 바디부의 유연성(flexibility), 필요한 볼트 장력, 한 쌍의 오프셋 돌출면들 사이의 거리, 또는 압력 장치(예컨대, 용기, 파이프, 선체(hull), 해치(hatch) 등 또는 이들의 조합) 및/또는 돌출면 플랜지 조립체(10)의 임의의 기타 특성에 따라 선택될 수 있다.
도시된 실시예에서, 결합 플랜지(12)는 평평한 면을 포함한다. 다른 실시예에서, 결합 플랜지(12)에 상이한 표면을 사용하는 것이 가능하며 실용적일 수 있다. 예를 들어, 결합 플랜지(12)이 돌출면을 포함하는 것이 가능하며 실용적일 수 있다(그리고 결합 플랜지(12)의 돌출면은 돌출면 플랜지(11)의 한 쌍의 돌출면이 얼마나 큰 오프셋을 포함하는지에 따라 임의의 오프셋을 포함하거나 포함하지 않을 수 있음).
돌출면 플랜지 조립체(10)는 본 명세서에 개시된 임의의 압력 장치(예컨대, 용기)와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 돌출면 플랜지 조립체(10)가 도 2a 내지 도 2b에 도시된 용기와 유사한 용기에 사용되는 실시예에서, 상기 면들(21, 22 및 25)과 하나 이상의 홈(13)은 연속적인 링 형상을 형성할 수 있다. 볼트체결원형면(25)은 용기를 둘러싸는 임의의 수의 볼트(5)를 위한 임의의 수의 볼트 개구부를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 각 볼트에 대한 볼트 장력은 일부 공지된 용기 플랜지 조인트에서 사용되는 볼트 장력보다 작을 수 있다. 결과적으로, 볼트가 더 작아질 수 있고 플랜지의 치수도 더 작아질 수 있다. 따라서, 이러한 플랜지는 공지된 플랜지에 기초한 용기 플랜지 조인트보다 용기로부터 덜 돌출될 수 있으므로, 원자로 모듈의 전체 점유 면적을 줄일 수 있다.
본 명세서에 개시된 돌출면 플랜지(11) 및 임의의 다른 플랜지의 임의의 피처는 블라인드 플랜지, 용기 노즐 커버, 볼트식 밸브, 밸브의 보닛(bonnet) 등에 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 블라인드 플랜지, 용기 노즐 커버, 볼트식 밸브, 밸브의 보닛 등은 돌출면 플랜지(11)의 이중 돌출면과 유사한 이중 돌출면을 포함할 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 용기의 내부 압력 하에서 소형 돌출면 플랜지 조립체(30)에 작용하는 내부 힘을 도시한다. 소형 돌출면 플랜지 조립체(30)는 소형 돌출면 플랜지 조립체(10, 도 3 참조)와 같이 본 명세서에 개시된 임의의 소형 돌출면 플랜지 조립체와 유사할 수 있다. 내부 힘은 내경 돌출면(31)과 관련된 접촉력(35), 외경 돌출면(32)과 관련된 접촉력(36), 용기 쉘의 엔드 캡 압력 힘(33), 및 볼트 장력(34)을 포함할 수 있다.
엔드 캡 압력 힘(33)이 볼트의 중심으로부터 오프셋될 수 있기 때문에, 비틀기는 주로 엔드 캡 압력 힘(33)에 의해 야기될 수 있다. 플랜지의 이러한 레버(lever) 작용과 회전은 (플랜지가 유한한 두께/강성을 갖는 경우) 플랜지 자체의 유연성에 의해 악화될 수 있다. 플랜지의 회전은 레버 아암(lever arm)의 기하학적 거리(플랜지 두께 외에 L1 및 L2)와 플랜지 시스템 내의 힘의 크기에 의해 제어될 수 있다.
시스템의 평형(equilibrium)은 내부 힘에 의해 유지될 수 있지만, 그것만으로는 누출 방지 조인트를 보장할 수 없다. 플랜지를 통한 누출을 방지하기 위해, 밀봉부 표면에서의 접촉이 밀봉부의 스프링 백(springback) 하에 유지될 수 있다. 볼트 장력을 증가시킴으로써 플랜지 내경의 접촉력이 밀봉부에서 유지될 수 있다. 그러나, 이는 큰 볼트 하중을 필요로 할 수 있다.
조인트 회전을 안정화시기키 위해, 외경의 두께가 내경의 두께보다 약간 더 크도록 플랜지의 두 돌출면들 사이에 작은 오프셋이 개재될 수 있다. 도 5a는 돌출면들 사이에 오프셋이 존재하지 않는 돌출면 플랜지에서의 내부 힘 분포를 나타내는 열 지도이며, 도 5b는 작은 오프셋이 존재하는 돌출면 플랜지에서의 내부 힘 분포를 나타내는 열 지도이다. 도 5a 및 도 5b는 작은 오프셋이 존재하는 경우(도 5b)와 존재하지 않는 경우(도 5a)에서 동일한 볼트 하중이 적용될 때 플랜지의 상대 응력 분포를 도시한다.
한 쌍의 돌출면의 작은 오프셋의 효과는 두 가지 관찰에서 드러난다. 첫째, 밀봉부 홈에서의 접촉 응력 분포(450)는 작은 오프셋이 구비된 상태에서 보다 균일하고 집중된 분포를 나타낸다. 보다 양호한 접촉력은 누출 방지 밀봉부 배치를 보장할 수 있다. 둘째, 작은 오프셋이 포함된 경우, 플랜지로부터 용기 쉘까지의 전이 영역 부근에서 용기 쉘 응력(451)이 감소할 수 있다. 결과적으로, 용기 쉘이 디-에너자이즈(de-energized)되므로(예컨대, 변형되지 않으므로), 더 많은 볼트 장력 변형 에너지가 조인트를 기밀하게 유지하는 데 활용될 수 있다. 이러한 특징은 밀봉부 조인트의 작은 오프셋의 자기-배력(self-energizing) 특성이라고 할 수 있다. 조인트 누출을 기밀하게 유지하는 데 필요한 볼트 부하는 30% 내지 40% 이상 감소될 수 있으며, 이는 일부 원자로 모듈에서 상용되는 장비의 사용을 허용할 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 소형 돌출면 플랜지는 단조에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어 소형 돌출면 플랜지가 형성된 용기 쉘을 단조함으로서 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 예컨대 선형 경사 또는 비선형 경사를 형성하기 위해, 단조 후에 하나의 돌출면을 밀링하는 것이 가능하며 실용적일 수 있다. 도 6은 다양한 실시예들에 따른 선형으로 경사진 내측 돌출면을 구비한 소형 돌출면 플랜지 조립체(50)의 단면을 도시한다. 비선형 경사는 플랜지의 예상되는 휘어짐을 기초로 할 수 있는 곡선 프로파일을 포함할 수 있다(예컨대, 곡선 프로파일은 주어진 볼트 장력/용기 쉘 강성에 대해 볼트체결원형면의 예상 변형의 곡선 프로파일과 일치할 수 있음). 전술한 바와 같이, 일부 실시예들에서 외측 돌출면에 경사, 예컨대 내측 돌출면의 경사에 대응하는 경사가 구비되는 것이 유익할 수 있다.
도시된 실시예에서, 원자로 용기의 용기는 두 개의 파이프를 닮을 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 소형 돌출면 플랜지는 다른 시나리오에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 원자로 용기는 반작용하는 내부 압력에 대해 보다 직접적이고 유리한 부하 경로를 제공하기 위해 원통형 용기 및 반구형 헤드를 포함할 수 있으며, 물론 본 명세서에 개시된 임의의 소형 돌출면 플랜지가 이러한 원자로 용기와 함께 활용될 수 있다. 또한, 일부 응용예에서, 본 명세서에 개시된 임의의 소형 돌출면 플랜지가 사용될 수 있는 압력 장치는 임의의 다른 형상일 수 있다(파이프와 닮은 임의의 측벽을 반드시 포함할 필요는 없음).
상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부된 도면들이 참조되었으며, 도면들에는 특정 구현예가 예시로서 도시되어 있다. 개시된 구현예들은 당업자가 구현예들을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되었을지라도, 이러한 예들은 제한적이지 않아서 다른 구현예들이 이용될 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 개시된 구현예들에 대한 변형이 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다.
실시예들
실시예 1은 돌출면 플랜지로서, 각각 하나 이상의 볼트를 위한 하나 이상의 개구부를 정의하는 볼트체결면; 원자로 모듈에서 밀봉부를 형성하기 위해 제1 면에 배치된 제1 돌출면 및 상기 제1 면과 상이한 제2 면에 배치된 제2 돌출면을 포함하는 한 쌍의 돌출면;을 포함하며, 상기 볼트체결면은 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 상이한 제3 면에 배치되고; 상기 제2 돌출면의 영역과 상기 제3 면 사이의 거리는, 상기 밀봉부를 유지하기 위해 상기 제2 돌출면의 영역에 걸쳐 결합 플랜지와의 접촉력을 분배시키도록, 상기 제1 면과 상기 제3 면 사이의 거리보다 큰, 돌출면 플랜지이다.
실시예 2는 실시예 1의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제1 면과 상기 제2 면은 교차하지 않는다.
실시예 3은 실시예 1의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제1 면과 상기 제2 면은 교차한다.
실시예 4는 실시예 1 내지 3 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제2 돌출면은 위에 또는 내부에 가스켓을 장착하기 위한 하나 이상의 피처(feature)를 포함한다.
실시예 5는 실시예 1 내지 4 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 가스켓은 하나 이상의 링 가스켓을 포함하고, 상기 하나 이상의 피처는 상기 하나 이상의 링 가스켓을 각각 수용하기 위한 하나 이상의 홈을 포함한다.
실시예 6은 실시예 1 내지 5 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제2 돌출면의 일 면은 선형 경사면을 포함하고, 상기 선형 경사면은 상기 선형 경사면의 제2 섹션보다 상기 제3 면으로부터 더 멀리 이격된 제1 섹션을 가지며, 상기 제2 섹션은 상기 제1 섹션보다 상기 하나 이상의 볼트 개구부 중 가장 가까운 볼트 개구부로부터 더 멀리 이격된다.
실시예 7은 실시예 1 내지 6 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 밀봉부는 원자로 모듈의 원자로 용기의 밀봉부를 포함한다.
실시예 8은 실시예 1 내지 6 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 밀봉부는 원자로 모듈의 격납 용기의 밀봉부를 포함한다.
실시예 9는 실시예 1 내지 8 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제1 돌출면 및 상기 제2 돌출면 각각은 링 형상을 따라 연속적이다.
실시예 10은 실시예 1 내지 9 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 거리들 사이의 차이는 상기 돌출면 플랜지가 장착되는 압력 장치의 측벽의 변형성에 기초하여 선택된다.
실시예 11은 원자로 모듈의 용기이며, 상기 용기는 상기 용기의 제1 원통형 측벽과 상기 용기의 제2 측벽을 연결하는 용기 플랜지 조인트;를 포함하고, 상기 용기 플랜지 조인트는 하나 이상의 볼트를 이용하여 하부 플랜지에 연결된 상부 플랜지를 포함하며, 상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지는, 각각 하나 이상의 볼트를 위한 하나 이상의 개구부를 정의하는 볼트체결면; 상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지 중 다른 하나의 결합면과 접촉하기 위한 제1 돌출면 및 제2 돌출면을 포함하는 한 쌍의 돌출면;을 포함하고, 상기 제2 돌출면의 영역과 상기 볼트체결면에 대응하는 일 면 사이의 거리는, 상기 용기 플랜지 조인트의 밀봉부를 최적화하기 위해 제2 돌출면의 영역에 걸쳐 결합 플랜지와의 접촉력을 분배시키도록, 상기 제1 돌출면의 영역과 상기 제3 면 사이의 거리보다 크다.
실시예 12는 실시예 11의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제2 측벽은 제2 원통형 측벽을 포함한다.
실시예 13은 실시예 11 내지 12 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 용기는 원자로 냉각재를 담는다.
실시예 14는 실시예 11 내지 13 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 용기는 원자로 압력 용기 또는 원자로 압력 용기를 위한 격납 용기를 포함한다.
실시예 15는 실시예 11 내지 14 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 용기 플랜지 조인트는 제1 용기 플랜지 조인트를 포함하고, 상기 원자로 압력 용기는 제2 용기 플랜지 조인트를 포함한다.
실시예 16은 돌출면 플랜지 조립체로서, 하나 이상의 볼트를 이용하여 하부 플랜지에 연결된 상부 플랜지를 포함하며, 상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지는, 각각 하나 이상의 볼트를 위한 하나 이상의 개구부를 정의하는 볼트체결면; 상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지 중 다른 하나의 결합면과 접촉하기 위한 제1 돌출면 및 제2 돌출면을 포함하는 한 쌍의 돌출면;을 포함하고, 상기 제2 돌출면의 영역과 볼트체결면에 대응하는 일 면 사이의 거리는, 밀봉부를 유지하기 위해 상기 제2 돌출면의 영역에 걸쳐 결합 플랜지와의 접촉력을 분배시키도록, 상기 제1 돌출면의 영역과 상기 일 면 사이의 거리보다 큰, 돌출면 플랜지 조립체이다.
실시예 17은 실시예 16의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 밀봉부는 상기 제2 돌출면 상에 형성된 하나 이상의 홈 내에 위치한 하나 이상의 가스켓에 의해 형성된다.
실시예 18은 실시예 16 내지 17 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 상부 플랜지는 원통형 바디부를 구비한 용기의 제1 원통형 측벽의 에지에 형성되고, 상기 하부 플랜지는 상기 용기의 다른 제2 원통형 측벽의 에지에 형성된다.
실시예 19는 실시예 16 내지 18 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 용기는 격납 용기 또는 원자로 용기를 포함한다.
실시예 20은 실시예 16 내지 19 중 그 어느 것의 주제 및/또는 본 명세서의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 거리들의 차이는 20 밀 내지 40 밀(mil)의 범위에 있다.
바람직한 실시예의 원리가 설명되고 도시되었지만, 실시예들이 그러한 원리로부터 벗어나지 않으면서 세부 사항 및 구성에서 개조될 수 있다는 점은 명백하다. 다음의 청구항들의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형예 및 수정예에 대해 주장(청구)한다.
5: 볼트
10: 소형 돌출면 플랜지 조립체
11: 돌출면 플랜지
12: 결합 플랜지
13: 홈
18, 19: 쉘의 측벽
21: 내경 돌출면
22: 외경 돌출면
25: 볼트체결면

Claims (20)

  1. 각각 하나 이상의 볼트를 위한 하나 이상의 개구부를 정의하는 볼트체결면; 및
    원자로 모듈에서 밀봉부를 형성하기 위해 제1 면에 배치된 제1 돌출면 및 상기 제1 면과 상이한 제2 면에 배치된 제2 돌출면을 포함하는 한 쌍의 돌출면;을 포함하며,
    상기 볼트체결면은 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 상이한 제3 면에 배치되고;
    상기 제2 돌출면의 영역과 상기 제3 면 사이의 거리는, 상기 밀봉부를 유지하기 위해 상기 제2 돌출면의 영역에 걸쳐 결합 플랜지와의 접촉력을 분배시키도록, 상기 제1 면과 상기 제3 면 사이의 거리보다 큰, 돌출면 플랜지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 면과 상기 제2 면은 교차하지 않는, 돌출면 플랜지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 면과 상기 제2 면은 교차하는, 돌출면 플랜지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 돌출면은, 위에 또는 내부에 가스켓을 장착하기 위한 하나 이상의 피처(feature)를 포함하는, 돌출면 플랜지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스켓은 하나 이상의 링 가스켓을 포함하고, 상기 하나 이상의 피처는 상기 하나 이상의 링 가스켓을 각각 수용하기 위한 하나 이상의 홈을 포함하는, 돌출면 플랜지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 돌출면의 일 면은 선형 경사면을 포함하고, 상기 선형 경사면은 상기 선형 경사면의 제2 섹션보다 상기 제3 면으로부터 더 멀리 이격된 제1 섹션을 가지며, 상기 제2 섹션은 상기 제1 섹션보다 상기 하나 이상의 볼트 개구부 중 가장 가까운 볼트 개구부로부터 더 멀리 이격된, 돌출면 플랜지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 원자로 모듈의 원자로 용기의 밀봉부를 포함하는, 돌출면 플랜지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 원자로 모듈의 격납 용기의 밀봉부를 포함하는, 돌출면 플랜지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 돌출면 및 상기 제2 돌출면 각각은 링 형상을 따라 연속적인, 돌출면 플랜지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 거리들 사이의 차이는 상기 돌출면 플랜지가 장착되는 압력 장치의 측벽의 변형성에 기초하여 선택되는, 돌출면 플랜지.
  11. 원자로 모듈의 용기에 있어서,
    상기 용기의 제1 원통형 측벽과 상기 용기의 제2 측벽을 연결하는 용기 플랜지 조인트;를 포함하고,
    상기 용기 플랜지 조인트는 하나 이상의 볼트를 이용하여 하부 플랜지에 연결된 상부 플랜지를 포함하며,
    상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지는,
    각각 하나 이상의 볼트를 위한 하나 이상의 개구부를 정의하는 볼트체결면;
    상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지 중 다른 하나의 결합면과 접촉하기 위한 제1 돌출면 및 제2 돌출면을 포함하는 한 쌍의 돌출면;을 포함하고,
    상기 제2 돌출면의 영역과 상기 볼트체결면에 대응하는 일 면 사이의 거리는, 상기 용기 플랜지 조인트의 밀봉부를 최적화하기 위해 제2 돌출면의 영역에 걸쳐 결합 플랜지와의 접촉력을 분배시키도록, 상기 제1 돌출면의 영역과 상기 제3 면 사이의 거리보다 큰, 원자로 모듈의 용기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 측벽은 제2 원통형 측벽을 포함하는, 원자로 모듈의 용기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 용기는 원자로 냉각재를 담는, 원자로 모듈의 용기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 용기는 원자로 압력 용기 또는 원자로 압력 용기를 위한 격납 용기를 포함하는, 원자로 모듈의 용기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 용기 플랜지 조인트는 제1 용기 플랜지 조인트를 포함하고, 상기 원자로 압력 용기는 제2 용기 플랜지 조인트를 포함하는, 원자로 모듈의 용기.
  16. 하나 이상의 볼트를 이용하여 하부 플랜지에 연결된 상부 플랜지를 포함하며,
    상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지는,
    각각 하나 이상의 볼트를 위한 하나 이상의 개구부를 정의하는 볼트체결면;
    상기 상부 플랜지 또는 상기 하부 플랜지 중 다른 하나의 결합면과 접촉하기 위한 제1 돌출면 및 제2 돌출면을 포함하는 한 쌍의 돌출면;을 포함하고,
    상기 제2 돌출면의 영역과 볼트체결면에 대응하는 일 면 사이의 거리는, 밀봉부를 유지하기 위해 상기 제2 돌출면의 영역에 걸쳐 결합 플랜지와의 접촉력을 분배시키도록, 상기 제1 돌출면의 영역과 상기 일 면 사이의 거리보다 큰, 돌출면 플랜지 조립체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 제2 돌출면 상에 형성된 하나 이상의 홈 내에 위치한 하나 이상의 가스켓에 의해 형성되는, 돌출면 플랜지 조립체.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 상부 플랜지는 원통형 바디부를 구비한 용기의 제1 원통형 측벽의 에지에 형성되고, 상기 하부 플랜지는 상기 용기의 다른 제2 원통형 측벽의 에지에 형성되는, 돌출면 플랜지 조립체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 용기는 격납 용기 또는 원자로 용기를 포함하는, 돌출면 플랜지 조립체.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 거리들의 차이는 20 밀 내지 40 밀(mil)의 범위에 있는, 돌출면 플랜지 조립체.
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