KR20220024657A - 금속 밀봉 링 및 금속 대 금속 밀봉 형성 방법 - Google Patents

Abstract

2개의 대향 금속 표면들 사이에 금속 대 금속 밀봉을 형성하기 위한 금속 밀봉 링. 금속 밀봉 링은, 튜브형 금속 몸체, 및 상기 튜브형 금속 몸체 내로 내부 압력을 도입하기 위해 상기 튜브형 금속 몸체로부터 연장하는 유입 튜브를 포함한다. 상기 튜브형 금속 몸체는, 대향하는 금속 표면들 각각에 닿도록(against) 내부 압력 하에서 변형되어 밀봉을 형성하도록, 적합화된다.

Description

금속 밀봉 링 및 금속 대 금속 밀봉 형성 방법

본 발명은 금속 밀봉 링 및 금속 대 금속 밀봉 형성 방법에 관한 것이다. 특히, 그러나 배타적이지 않게, 본 발명은 토카막(tokamak) 핵융합 반응기, 또는 피스톤 엔진의 진공 챔버와 같은 진공 챔버를 밀봉하는 데 사용하기 위한 금속 밀봉 링에 관한 것이다.

금속 밀봉 링은, 함께 결합되는 2개의 진공 챔버의 플랜지 포트들 사이와 같이, 2개의 금속 표면들 사이에서 기밀 밀봉 또는 액밀 밀봉을 제공하는 데 종종 사용된다. 일부 응용 분야에서, 금속 밀봉 링은, 일반적으로 스테인레스 스틸과 같은 더 단단한 금속으로 만들어진 금속 표면들 사이에서 압착되는, 구리 또는 알루미늄과 같은 상대적으로 부드러운 금속으로 만들어진 평평하고 원형인 금속 가스켓이다. 금속 표면들 또는 "콘플랫 플랜지(conflat flanges)"에는 가스켓의 각각의 면을 물고 들어가는(bite into) 원형 융기부(circular ridge) 또는 "나이프 에지(knife-edge)"가 각각 제공되며, 가스켓의 금속이 나이프 에지 주위로 압출되어 2개의 금속 표면들 사이에서 밀봉을 형성한다.

콘플랫 플랜지(conflat flanges)와 금속 개스킷은, 예를 들어, 초고진공 시스템에서, 매우 우수한 밀봉을 형성하는 데 사용할 수 있지만, 금속 개스킷과 플랜지를 조심스럽게 정렬("결합")해야 하고 높은 클램핑 힘을 필요로 하는 여러 가지 단점이 있다. 개스킷의 압축 하중이 고르지 않거나 너무 높으면, 밀봉의 품질이 또한 심각하게 저하될 수도 있다.

금속 밀봉 링의 또 다른 유형은 금속 튜브로 형성된 O-링인, 소위 윌스 링(Wills ring)이다. 사용 시, 윌스 링은 2개의 플랜지들 사이에서 압축되어, 윌스 링의 단면이 플랜지들의 표면들에 닿도록(against) 변형되어 밀봉을 형성한다. 윌스 링의 일부 버전은 탄성을 높이기 위해 가압된다. Helicoflex(RTM)라는 이름으로 판매되는, 다른 유형의 밀봉 링은, 단면이 C자형인 튜브형 금속 링 및 금속 링 내부에 삽입된 나선형 스프링으로 구성되어 탄성을 높인다. 그러나 이들 유형의 금속 밀봉 링은 또한, 균일한 밀봉을 얻고 밀봉 링의 손상을 방지하기 위해, 상대적으로 정밀한 맞춤과 클램핑 힘의 주의 깊은 조절이 필요하다.

본 발명의 목적은, 전술한 문제를 해결하거나, 또는 적어도 완화하는, 금속 밀봉 링을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 2개의 대향하는 금속 표면들 사이에 금속 대 금속 밀봉을 형성하기 위한 금속 밀봉 링이 제공된다. 금속 밀봉 링은 튜브형 금속 몸체, 및 튜브형 금속 몸체 내로 내부 압력을 도입하기 위해 튜브형 금속 몸체로부터 연장하는 유입 튜브(inlet tube)를 포함한다. 튜브형 금속 몸체는 밀봉을 형성하기 위해 대향하는 금속 표면들 각각에 닿도록(against) 내부 압력 하에서 변형(deform)되도록 적합화된다.

튜브형 금속 몸체는, 상이한 각각의 금속들로 이루어진 2개 이상의 구역(sector)들을 포함하는 단면(예를 들어, 방사상 단면)을 가질 수 있으며, 각각의 금속은 상이한 연성(ductility) 및/또는 항복 강도를 가진다.

튜브형 금속 몸체는 상이한 각각의 두께를 갖는 2개 이상의 구역들을 포함하는 단면(예를 들어, 방사상 단면)을 가질 수 있다.

2개 이상의 구역들은, 내부 압력이 튜브형 금속 몸체 내로 도입될 때 튜브형 금속 몸체의 단면이 축방향을 따라 우선적으로 팽창하도록, 배열될 수 있다.

튜브형 금속 몸체는, 내부 압력이 튜브형 금속 몸체 내로 도입될 때 금속 표면들 중 하나 이상과 함께 나이프 에지 밀봉(knife-edge seal)을 형성하기 위해, 금속 밀봉 링 주위로 연장하는 하나 이상의 융기부(ridges)를 포함할 수 있다.

튜브형 금속 몸체는 인듐과 같은 연성 금속(ductile metal)의 외부 층을 포함할 수 있다.

튜브형 금속 몸체는 유압 매질(hydraulic medium)로 전체적으로 또는 부분적으로 채워질 수 있다. 유압 매질은 실리콘 고무일 수 있다.

튜브형 금속 몸체는 0.1 mm 내지 10 mm, 또는 바람직하게는 0.2 mm 내지 2 mm의 두께를 갖는 벽을 포함할 수 있다.

튜브형 금속 몸체는, 300 MPa 이하, 바람직하게는 150 MPa 이하만큼 주위 압력을 초과하는 내부 압력의 도입 시, 부피가 적어도 5%만큼 증가하도록 적합화될 수 있다.

튜브형 금속 몸체는, 내부 압력의 도입 시, 소성 변형에 의해 부피가 증가하도록 적합화될 수 있다. 소성 변형으로 인해 튜브형 금속 몸체 내의 내부 압력은 밀봉을 파괴하지 않은 채 완화될 수 있다.

유입 튜브는, 튜브형 금속 몸체와 유입 튜브가 함께 폐쇄 시스템을 형성하도록, 그리고 이에 따라, 유입 튜브의 내부 부피를 감소시켜 내부 압력을 튜브형 금속 몸체 내로 도입하도록, 밀봉될 수 있다. 금속 밀봉 링은 내부 압력을 튜브형 금속 몸체 내로 도입하기 위해 유입 튜브의 내부 부피 내에서 이동가능한 피스톤 표면을 포함할 수 있다. 피스톤 표면에는 나사산(screw)에 의해 제공되거나, 또는 피스톤 표면은 나사산을 사용하여 이동가능할 수 있다.

금속 밀봉 링은 튜브형 금속 몸체의 내부 압력을 유지하기 위한 피스톤 챔버를 포함할 수 있으며, 피스톤 챔버는 튜브형 금속 몸체 및/또는 유입 튜브와 유체연통하고, 피스톤 챔버는 튜브형 금속 몸체 내의 유압 매질을 압축하도록 구성된 피스톤을 포함한다.

튜브형 금속 몸체는 토로이달(toroidal)일 수 있다.

튜브형 금속 몸체의 내부는 분할 벽(dividing wall)에 의해 제1 챔버 및 제2 챔버로 분할되고, 분할 벽은, 유입 튜브를 사용하여 제1 챔버 내로 도입된 내부 압력에 대한 반응(response)으로서, 제2 챔버를 향해 이동하여, 대향하는 금속 표면들 각각에 닿도록(against) 튜브형 금속 몸체의 팽창을 일으키도록, 구성된다. 제2 챔버는 분할 벽의 이동에 대항하도록 구성된 스트럿(strut)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 스트럿은 분할 벽 상에 탄성 복원력을 제공하도록 탄성적으로 압축가능할 수 있다.

유입 튜브는, 튜브형 금속 몸체의 외부 둘레 벽(outer peripheral wall), 즉 튜브형 금속 몸체에 의해 형성된 링의 외주(outer perimeter)를 획정하는 벽으로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 튜브형 금속 몸체가 회전 축을 갖는 경우(예를 들어, 튜브형 금속 몸체가 토로이달인 경우), 유입 튜브는, 튜브형 금속 몸체가 유입 튜브보다 축에 더 가깝도록, 튜브형 금속 몸체의 외부 둘레 벽으로부터 연장할 수 있다. 특히, 유입 튜브는 튜브형 몸체로부터 외측으로, 및 축으로부터 방사상 방향, 즉 축에 수직이고 튜브형 몸체의 외부 둘레 벽에 수직인 방향으로 멀어지도록 연장할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 2개의 대향하는 금속 표면들 사이에 밀봉재(seal)가 제공된다. 밀봉재는 전술한 바와 같은 금속 밀봉 링을 포함한다. 금속 밀봉 링은 금속 표면들 중 적어도 하나에 형성된 채널 내에 적어도 부분적으로 위치된다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 금속 밀봉 링(또는 제2 측면에서 전술한 바와 같은 밀봉재)을 사용하여 서로 밀봉된 2개의 대향 금속 표면들을 포함하는 진공 챔버가 제공된다. 금속 밀봉 링의 유입 튜브는, 대향하는 금속 표면들 중 적어도 하나에 있는 채널을 통해, 진공 챔버의 외부로 연장할 수 있다.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 엔진 블록; 및 전술한 바와 같은 금속 밀봉 링(제2 측면에서 전술한 바와 같은 밀봉재)을 포함하는 헤드 가스킷을 사용하여 엔진 블록에 밀봉된 실린더 헤드;를 포함하는 피스톤 엔진이 제공된다.

본 발명의 제5 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 금속 밀봉 링; 유압 펌프, 바람직하게는 유압 핸드 펌프; 및 금속 밀봉 링의 유입 튜브를 유압 펌프에 연결하기 위한 커넥터;를 포함하는 키트가 제공된다.

본 발명의 제6 측면에 따르면, 토로이달 내부 부피를 갖는 진공 챔버를 포함하는 토카막(tokamak)이 제공된다. 진공 챔버는 복수의 세그먼트들을 포함하고, 각각의 세그먼트들은 토로이달 내부 부피의 구역(sector)을 제공하고, 또한 각각의 세그먼트들은 구역 내에 토로이달 마그네틱 필드를 생성하기 위해 세그먼트 주위에 감긴 하나 이상의 토로이달 필드 코일을 포함한다. 진공 챔버는 전술한 바와 같은 금속 밀봉 링(또는 제2 측면에서 전술한 바와 같은 밀봉재)을 사용하여 적어도 2개의 세그먼트들 사이에 형성된 밀봉재를 더 포함한다.

각각의 세그먼트들은 진공 챔버로부터 개별적으로 제거가능할 수 있다. 즉, 각각의 세그먼트들은 다른 세그먼트들의 제거 또는 이동을 필요로 하지 않고 진공 챔버로부터 제거될 수 있다. 복수의 세그먼트들은 12개 이상의 세그먼트들, 바람직하게는 16개의 세그먼트들을 포함할 수 있다.

본 발명의 제7 측면에 따르면, 전술한 바와 같이 토카막을 둘러싸는 외부 진공 챔버를 포함하는 진공 시스템이 제공된다. 외부 진공 챔버는, 토카막의 진공 챔버의 세그먼트들 중 하나 이상이 그 안으로 이동될 수 있는 또 다른 진공 챔버에 연결된다.

본 발명의 제8 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 금속 밀봉 링을 사용하여 2개의 대향 금속 표면들 사이에 금속 대 금속 밀봉을 형성하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 금속 표면들 사이에 금속 밀봉 링의 튜브형 금속 몸체를 위치시키는 단계, 및 유입 튜브를 사용하여 튜브형 금속 몸체 내로 내부 압력을 도입하여 금속 표면들에 닿도록(against) 튜브형 금속 몸체를 변형시켜 밀봉을 형성하는 단계를 포함한다.

내부 압력은, 유압 유체(hydraulic fluid)와 같은 유체를 유입 튜브로부터 튜브형 금속 몸체 내로 밀어넣는 것에 의해 튜브형 금속 몸체 내로 도입될 수 있다. 유체를 유입 튜브로부터 튜브형 금속 몸체 내로 밀어넣는 것은 유입 튜브에 주름을 잡는(crimping) 단계를 포함할 수 있다. 튜브형 금속 몸체는, 튜브형 금속 몸체 내의 내부 압력이 밀봉을 파괴하지 않은 채 완화될 수 있도록, 소성 변형될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 측면들 중 임의의 것에 따른 금속 밀봉 링을 포함하는 피스톤이 제공된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 챔버, 및 상기 다른 측면에 따른 하나 이상의 피스톤을 포함하는 플라즈마 압축 장치가 제공된다. 피스톤은 챔버와 유체연통하며, 플라즈마 압축 장치는 피스톤(들)을 사용하여 챔버 내에서 플라즈마 압축을 허용하도록 구성할 수 있다.

도 1은 2개의 플랜지들 사이에 밀봉을 제공하기 위해 사용되는 금속 밀봉 링의 개략적인 사시 단면도이다;
도 2는 밀봉을 형성하기 전의 도 1의 금속 밀봉 링의 개략적인 사시 단면도이다;
도 3의 (A) 및 (B)는 팽창 전후의 금속 밀봉 링의 몸체의 개략적인 단면도이다;
도 4의 (A) 및 (B)는 팽창 전후의 금속 밀봉 링의 몸체의 개략적인 단면도이고;
도 5의 (A) 및 (B)는 팽창 전후의 금속 밀봉 링의 몸체의 개략적인 단면도이다;
도 6의 (A) 및 (B)는 팽창 전후의 금속 밀봉 링의 몸체의 개략적인 단면도이고;
도 7 및 8은 토카막 핵융합 반응기를 포함하는 진공 시스템의 개략적인 단면도이다.

도 1은 단면(5)을 갖는 중공 금속 튜브로 형성된 몸체(3)를 포함하는 금속 밀봉 링(1)의 단면을 도시한다. 도면은 링(1)의 일 세그먼트만을 보여주지만, 몸체(3)는 원을 그리며 연장하여 토러스(torus)를 형성한다. 금속 밀봉 링(1)은, 또한 유입 튜브(7)를 포함하며, 유입 튜브(7)는 본체(5)의 외부 벽으로부터 방사상 바깥 방향으로 연장하고, "T" 조인트(7)에 의해 몸체에 결합된다. 이 예에서, 유입 튜브(7)의 단부(11)는 밀봉되지 않지만, 아래에서 설명되는 바와 같이, 일부 경우에 있어서 금속 밀봉 링(1) 내의 내부 압력을 유지하기 위해 밀봉될 수 있다.

금속 밀봉 링(1)은 한 쌍의 결합된, 원형 금속 플랜지들(13A, 13B) 사이에 위치된다. 이 예에서, 플랜지들(13A 내지 13B) 각각은, 금속 밀봉 링(1)의 본체(3)를 함께 수용하는, 한 쌍의 상보적인 원주방향 홈 또는 채널(15A 내지 15B) 중 하나를 갖는다. 아래 기술하는 바와 같이, 금속 밀봉 링(1)의 몸체(3)의 단면(5)은, 플랜지(13A 내지 13B)의 인접한 내부 면들 사이에 밀봉을 형성하기 위해, 채널(15A 내지 15B)에 의해 형성된 단면(17)에 크게 일치하도록 적합화된다. 이 예에서, 채널 단면(17) 및 몸체(3)의 단면(5)은 정사각형 또는 직사각형이지만, 다른 형상도 또한 사용될 수 있다. 일부 적용에 있어서, 2개의 금속 플랜지 중 오직 하나에만 홈 또는 채널(15A 내지 15B)을 제공하는 것이 유리한데, 이는, (밀봉 링이 채널에 배치되는 동안) 플랜지들이 서로에 대해 상대적인 위치 내로 미끄러져 들어 가는 것을 가능하게 하기 때문이다. 이러한 접근 방식은, 플랜지가 축 방향으로, 즉 밀봉 링의 축을 따라, 함께 모이는 것을 방해하거나 배제하는 기하학적 제약이 있을 때, 특히 유용하다. 그러한 제약의 예는 도 6 및 7과 관련하여 아래에서 논의된다.

금속 밀봉 링(1)의 유입 튜브(7)는 원주 방향 채널(13A, 13B)로부터 플랜지(13A 내지 13B)를 통해 방사상으로 연장하는 한 쌍의 상보 채널에 의해 수용되어, 유입 튜브(7)의 단부(11)가 플랜지(13A 내지 13B)의 방사상으로 최외곽 가장자리를 통해 돌출되도록 허용한다. 유입 튜브(11)를 제자리에 단단히 고정하기 위해 형상이 유입 튜브(11)와 일치하는 것이 바람직하지만, 방사상 채널(19A 내지 19B)의 단면은 임의의 형상일 수 있으며, 이는 조인트(9)에 응력을 가하는 것을 방지하고 유입 튜브(7)가 변형되는 것을 방지한다.

도 2는 플랜지(13A 내지 13B) 사이에 밀봉을 형성하기 전의 금속 밀봉 링(1)의 일 세그먼트를 도시한다. 금속 밀봉 링(1)의 몸체(3)의 단면(5)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 초기에 원형이고, 채널 단면(17)보다 작아서, 플랜지들(13A 내지 13B)이 결합되기 전에 몸체(3)가 채널(15A 내지 15B) 중 하나 내로 쉽게 삽입될 수 있다. 밀봉은 금속 밀봉 링(1)의 몸체(3) 내로 내부 압력을 도입하기 위해 유입 튜브(7)를 사용하여 형성되며, 채널들(15A 내지 15B)의 벽들에 대해 몸체(3)의 단면(5)을 변형(예를 들어, 팽창)시킨다. 즉, 몸체(3)의 외부 표면은 밀봉 링(1)의 원주 둘레 전체에 걸쳐서 채널들(15A 내지 15B)의 벽들과 강제로 접촉하도록 된다.

몸체(3)는, 몸체(3)를 형성하는 데 사용되는 금속 및 합금의 특성에 따라, 소성 변형을 겪을 수 있으며, 변형의 정도, 즉 변형은 몸체(3)의 내부 압력이 일단 완화되면 본질적으로 불가역적이다. 이 공정은, 한 쌍의 몰드(다이) 사이에 튜브를 삽입하고 고압수로 팽창시켜 몰드들의 대향하는 면들에 맞는(conform) 형상을 생성하는, 하이드로포밍으로 알려진 제조 방법과 몇 가지 유사점을 공유한다. 이 경우, 몸체(3) 내부의 압력을 유지할 필요가 없을 수 있다. 그러나, 많은 경우에, 몸체(3)를, 적어도 어느 정도는, "팽창" 상태로 유지하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 밀봉 강도가 향상되고 진동과 같은 기계적 힘이 몸체(3)를 더 변형시키는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 유리하게는, 금속 밀봉 링(1)은 비교적 넓은 제조 공차로 제조될 수 있는데, 금속 밀봉 링(1)은 일부 종래의 밀봉 링과 달리, 팽창하는 동안 채널들(15A 내지 15B)의 형상에 적합화될 수 있기 때문이다. 즉, 밀봉 전에 채널들(15A 내지 15B)에 정확하게 일치할 필요가 없기 때문이다.

대안적으로, 몸체(3)는, 일단 몸체(3)의 내부 압력이 완화되면 금속 밀봉 링(1)이 자신의 초기 형상을 실질적으로 회복하도록, 탄성적으로 변형될 수 있다. 일부 경우에, 이것은 금속 밀봉 링(1)이 재사용될 수 있게 하거나 및/또는 밀봉의 누출률(leak rate)이 조정되도록 하여, 예를 들어, 진공 챔버 내로 가스의 제어된 도입을 허용하도록 한다(예를 들어, 배기 동안 발생한다).

금속 밀봉 링(1)은 바람직하게는, 몸체(3)의 단면(5)을 변형시키는 데 필요한 내부 압력을 감소시키는, 구리 또는 알루미늄과 같은 연성 금속으로 제조된다. 동일한 이유로, 몸체(3)의 벽들은 상대적으로 얇은 것이 또한 바람직하다. 그러나, 벽들의 두께는, 통상적으로, 밀봉재의 크기에 따라 달라진다. 예를 들어, 큰 밀봉 링이 필요할 수 있는, 대형 토카막(아래 참조)과 같은, 일부 적용에 있어서, 몸체(3)의 벽들의 두께는 1 mm 내지10 mm 또는 2 mm 내지 5 mm일 수 있다. 상대적으로 작은 진공 챔버를 포함하는 것과 같은, 다른 적용에 있어서, 몸체(3)의 벽들은 0.1 mm 내지 1 mm 또는 0.2 mm 내지 0.5 mm일 수 있다. 금속 밀봉 링(1)의 외부 표면의 일부 또는 전부는, 플랜지들(13A 내지 13B)의 표면에 더 잘 맞는 금속 밀봉 링(1)의 밀봉 표면을 형성하기 위해, 인듐과 같은 더 부드러운 금속 층으로 코팅될 수 있다.

내부 압력은 다양한 방식으로 몸체(3) 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 압축 가스를 유입 튜브(7)를 통해 몸체(3) 내로 밀어넣기 위해 공압 펌프가 사용될 수 있다. 대안적으로, 유압식 핸드 펌프와 같은 유압식 프레스 또는 펌프를 사용하여, 물, 오일 또는 실리콘 고무와 같은 유압 매질을 몸체(3) 내로 밀어넣을 수 있다. 유입 튜브(7)의 단부(11)는, 예를 들어, 외부 또는 내부 표면 상에 나사산을 제공함으로써, 펌프 및/또는 프레스에 연결하도록 적합화될 수 있다. 유입 튜브(7)에는 금속 밀봉 링(1) 내의 유체를 압축하는 데 사용할 수 있는 피스톤이 장착될 수도 있다. 일 예에서, 피스톤은, 유입 튜브(7) 내로 나사를 전진시키면 링(1)의 내부 압력이 상승하도록, 유입 튜브(7)의 단부(11)에 나사산이 있는 그러브 나사(grub screw)와 같은 나사에 의해 형성된다.

대안적으로 또는 추가적으로, 내부 압력은 또한, 유입 튜브(7)의 단부(11)를 밀봉하고 유입 튜브(7)의 적어도 일 부분을 압축함으로써, 예를 들어, 유체(예를 들어, 공기)를 몸체(3) 내로 밀어넣기 위해 유입 튜브(7)을 크림핑함으로써, 생성될 수 있다. 내부 압력은 또한, 액체 질소 또는 고체 이산화탄소와 같은 액체 또는 고체를, 유입 튜브(7) 내로 도입하고, 유입 튜브(7)를 밀봉한 다음, 액체 또는 고체를 기화(또는, 승화)시키도록 함으로써 생성될 수 있다.

일부 실시예에서, 밀봉된 보조 챔버가 제공될 수 있는데, 이 밀봉된 보조 챔버는 밀봉 링(1) 및/또는 유입 튜브(7)와 유체연통하고, 링(1)의 내부 압력을 유지하기 위한 유압 축압기(hydraulic pressure accumulator) 역할을 한다. 예를 들어, 보조 챔버는 몸체(3) 내의 유체(유압 매질)를 압축하도록 구성된 피스톤을 수용하는 피스톤 챔버일 수 있으며, 여기서 피스톤은 스프링과 같은 탄성 부재를 사용하여 추진(impel)된다.

통상적으로, 몸체(3)를 팽창시켜 형성된 밀봉은, 유체(기체 또는 액체와 같은)가 방사상 방향으로 플랜지들(15A, 15B) 사이를 통과하는 것을 방지할 수 있지만, 다른 기하학적 구조도 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 밀봉 링(1)과 유사한 밀봉 링을 사용하여, 한 쌍의 중첩된 실린더들 또는 튜브들 사이에 밀봉을 형성할 수 있다. 이 경우, 금속 밀봉 링은 실린더들 중 하나의 단부에 형성된 채널에 제공되고, 실린더가 중첩된(nest) 후 다른 실린더에 대해 팽창된다. 즉, 밀봉 링이 방사상으로 확장된다. 이 기하학적 구조를 통해, 예를 들어, 2개의 파이프들이 함께 밀봉하여 결합될 수 있다.

전술한 실시예들은 설명의 편의를 위해 단면이 원형인 밀봉 링을 사용하였다. 어떤 상황에서는, 다른 단면들이, 얻어지는 밀봉의 무결성에 추가적인 이점을 가질 수 있다. 도 3의 (A)는 팽창 전의 금속 밀봉 링(21)의 몸체의 단면(19)을 도시한다. 도면에서 수직 화살표("z"로 표시됨)는 금속 밀봉 링(21)의 축방향을 나타낸다. 단면(19)은 링(21)의 대향하는 축방향 면 상에 배열된 2개의 날카로운(즉, 뾰족한) 융기부(23A 내지 23B)를 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 밀봉 링(21)의 몸체는 밀봉될 금속 표면에 있는 채널들에 의해 형성된 공동(cavity)(25)(도 3의 (A) 및 (B)에서 파선으로 표시됨) 내에 둘러싸여 있다. 도 3의 (B)는, 금속 밀봉 링(21)의 몸체가 금속 밀봉 링(21)의 유입 튜브를 사용하여 몸체 내로의 내부 압력의 도입을 통해 팽창 및 변형된 것을 제외하고는, 도 3의 (A)와 동일하다. 단면(25)은 공동(cavity)(25)에 맞게(conform) 변형되고, 융기부(23A 내지 23B)의 각각의 정점은 공동(cavity)의 대향하는 금속 표면 내로 구동되어 나이프 에지 밀봉(knife-edge seal)을 형성한다.

다른 예(미도시)에서, 밀봉되는 금속 표면들(플랜지들)은 각각 나이프 에지(knife-edge) 또는 나이프 에지들(knife-edges)을 포함한다. 금속 밀봉 링이 팽창(inflation)하면, 나이프 에지들이 금속 밀봉 링의 외부 표면을 물고 들어가(bite into) 밀봉을 형성한다. 일부 경우에, 금속 밀봉 링의 외부 표면은 더 강한 밀봉을 제공하기 위해 나이프 에지(들)을 수용하기 위한 하나 이상의 노치(notches)를 포함한다. 일부 예들에서, 나이프 에지의 특성 치수(characteristic dimensions)는, 링의 외부 표면을 물고 들어가기 위한 텍스처링된(즉, 거친) 표면을 제공하기 위해, 링의 두께(즉, 작은 반경)보다 훨씬 더 작다.

도 4의 (A) 및 (B)는 도 3의 (A) 및 (B)와 유사한데, 다만 다른 점은, 금속 밀봉 링(21)이 금속 밀봉 링(27)으로 대체된다는 것이고, 여기서, 금속 밀봉 링(27)은, 대략적으로 원형 또는 타원형이며 다양한 금속들(또는, 합금들)로 만들어진 구역들(29A-B, 31A-B)으로 이루어진 몸체 단면을 갖는다. 이 예에서, 한 쌍의 구역들(29A-B)은 구리와 같은 비교적 연성이 있는 금속으로 만들어지고 밀봉 링(27)의 반경을 따라 배열되며, 반면에, 또 다른 쌍의 구역들(31A-B)은 강철과 같은 비교적 덜 연성인 금속으로 만들어지고 밀봉 링(27)에 대해 축방향으로 배열된다. 구역들(29A-B, 31A-B)은 예를 들어 용접에 의해 함께 결합되지만, 브레이징(brazing) 또는 솔더링(soldering)과 같은 구역들을 함께 결합하는 다른 방법도 사용될 수 있다. 팽창(inflation) 후, 덜 연성인 구역들(31A-B)은 실질적으로 동일한 형상을 유지하지만, 더 연성인 구역들(29A-B)은 축방향을 따라 신장되어, 덜 연성인 구역들(31A-B)이 공동(25)의 금속 표면과 접촉하도록 강제함으로써, 그들 사이에 밀봉을 형성한다. 밀봉 링(27)을 팽창시키는 데 필요한 내부 압력은 덜 연성 구역들(29A-B)의 두께를 변화시킴으로써 제어될 수 있고, 이때, 더 얇은 구역들은 비교적 낮은 내부 압력이 필요한 적용분야(예를 들어, 밀봉 링(27)이 큰 직경을 갖는 경우, 또는 낮은 내부 압력만이 생성될 수 있는 경우)에 사용될 수 있다.

이번에도, 도 5의 (A) 및 (B)는 도 3의 (A) 및 (B)와 유사한데, 다만 다른 점은, 금속 밀봉 링(33)이, 링(33)의 일 면 주위를 달리는(running) 날카로운 융기부를 형성하는 닙(nib)(35)을 갖는 중공 원형 단면(34)을 갖는 몸체를 갖는다는 것이다. 이 예에서, 닙(35)은 강철로 만들어지며(다만, 다른 비교적 단단한 금속도 사용될 수 있음), 반면에, 몸체의 나머지(34)는 구리로 만들어진다(다만, 다른 비교적 부드러운 금속도 사용될 수 있음). 닙(35)은 전형적으로 용접에 의해 몸체에 부착되지만, 예를 들어, 브레이징, 솔더링, 또는, 예를 들어 공압출 또는 스웨이징(swaging)에 의해 제 위치에 닙을 기계적으로 트래핑(mechanically trapping)하는 것과 같은 다른 부착 방법이 사용될 수 있다. 이 예에서, 금속 링(33)을 둘러싸는 공동(cavity)(36)은 도 3의 (A) 및 (B)의 형상과 다른 형상을 갖는다: 그것은 금속 밀봉 링(33)이 팽창/확장(inflated/expanded)된 후 닙(35)을 수용하기 위한 더 작은 구역을 갖는다. 닙(35)은 인접한 금속 표면을 "물고" 들어가("bites" into) "나이프 에지" 밀봉("knife-edge" seal)을 형성하는 반면, 원형 단면(34)은 또한, 공동(36)의 더 큰 구역에 맞도록 확장함으로써 밀봉을 형성한다.

이번에도, 도 6의 (A) 및 (B)는, 금속 밀봉 링(37)이, 몸체의 내부를 2개의 챔버들(39A, 39B)로 분할하는 내부 벽(38)을 포함하는 것을 제외하고는, 도 3의 (A) 및 (B)와 유사하다. 분할 벽(38)은 초기에, 제1 챔버(39A)를 향해 버클링(buckled)(굽혀짐(bent))된다. 유입 튜브(7)를 사용하여 제1 챔버(39A) 내로 내부 압력을 도입하면, 분할벽(38)은 제2 챔버(39B)를 향해 이동하여 더 곧게(straighter) 된다. 이러한 이동으로 인해, 밀봉 링(37)의 몸체의 외부 벽들이 강제로 멀어지게 되며, 그에 따라, 몸체는 금속 표면들(40A, 40B)에 닿도록(against) 변형되어, 밀봉을 형성하게 된다(도 6의 (B) 참조). 이 예에서, 제2 챔버(39B)는, 분할 벽(38)이 반대 방향으로(즉, 제2 챔버(39B) 내로) 버클링(굽힘)되는 것을 방지하도록 분할 벽(38)이 곧게 된 후에 분할 벽(38)이 추가적으로 이동하는 것을 억제하는 스트럿(strut)(41)을 포함한다.

스트럿(38)은 제1 챔버(39A)의 내부 압력을 유지하기 위해 탄성적으로 압축될 수 있고, 따라서, 몸체의 외부 벽들에 의해 금속 표면들(40A, 40B)에 가해지는 밀봉 압력을 유지할 수 있다. 제2 챔버(39B)는 또한, 제1 챔버(39A) 내로 도입되어야 하는 압력을 증가시켜 분할 벽(38)을 이동시키고 그에 따라 밀봉 압력을 증가시키기 위해, 가압될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 분할 벽(38)은, 챔버들(39A, 39B) 사이의 압력 차를 생성하기 위해 제2 챔버(39B) 내의 압력을 감소시킴으로써(예를 들어, 진공 펌프를 사용하여), 이동될 수 있다. 반대로, 제2 챔버(39B)를 향한 분할 벽(38)의 이동은, 반대 방향으로 압력차를 생성하기 위해 내부 압력을 제2 챔버(39B) 내로 도입함으로써, 역전될 수 있다. 이것은, 금속 밀봉 링(37)을 "수축(deflating)"시킴으로써, 밀봉이 해제되도록 한다.

밀봉이 해제될 수 있는 또 다른 방법은, 금속 밀봉 링(1, 21, 27, 33, 37)의 일부(또는, 전체)를 용해시키거나 화학적으로 반응시켜 없애는 것이다. 예를 들어, 금속 밀봉 링의 몸체는 금으로 (외부에) 도금된 구리로 만들어질 수 있다. 구리는 용매(예를 들어, 철(III) 클로라이드)를 사용하여 용해될 수 있으며, 여기서, 용매는 (예를 들어) 유입 튜브(7)를 통해 밀봉 링 내로 도입되어, 밀봉이 쉽게 제거되고 결합 부품들이 서로 분리되는 것을 가능하게 한다. 물론, 다른 재료 조합 및/또는 용매도 사용될 수 있다.

상술한 금속 밀봉 링(1, 21, 27, 33, 37)은 다양한 적용분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 앞에서 설명된 금속 밀봉 링들 중 하나 이상은, 피스톤 엔진의 엔진 블록에 실린더 헤드를 밀봉하기 위한 헤드 가스켓에 사용될 수 있다. 다른 예로서, 앞에서 설명된 금속 밀봉 링들 중 하나 이상은, 피스톤 헤드에 작용하는 유체 압력에 대항하여(또는, 이에 응답하여) 실린더 내에서 활주하는 피스톤 헤드를 포함하는 피스톤 장치에 포함될 수 있다. 이 경우, 금속 밀봉 링을 사용하여, 피스톤 헤드와 실린더 사이에, 또는 실린더와, 피스톤 헤드에 부착되거나 피스톤 헤드와 일체화된 연결 로드 사이에, 밀봉을 형성할 수 있다. 하나 이상의 그러한 피스톤들이 플라즈마 압축 장치에 사용될 수 있다. 플라즈마 압축 장치는, 예를 들어, 플라즈마가 주입되는 액체 금속 와류를 함유하는 챔버를 포함하는 핵융합 반응기(fusion reactor)일 수 있다. 피스톤은, 액체 금속을 챔버의 중심을 향해 구동하여 와류를 붕괴시키고 플라즈마를 압축하여 핵융합 반응을 시작하도록, 구성된다.

도 7 및 8은, 외부 진공 챔버(43), 토카막(45)(즉, 자기적으로 구속된 고온 플라즈마에서 핵융합 반응을 제어하기 위한 토로이달 핵융합 반응기), 및 유지보수 진공 챔버(maintenance vacuum chamber)(47)를 포함하는 진공 시스템(42)을 도시한다. 외부 진공 챔버(43)는 토카막(45)을 둘러싸고, 후술하는 바와 같이 유지보수 진공 챔버(47)에 연결된다. 하나의 특정 구현예에서, 토카막(45)은 대략 5 m 내지 15 m의 높이를 갖고, 외부 진공 챔버는 대략 20 m 내지 30 m의 높이를 갖지만, 통상적으로 외부 진공의 높이는 토카막(45) 높이의 대략 2 배 내지 2.5배이다. 외부 진공 챔버(43) 및 유지보수 진공 챔버(45)는 함께 토카막(45)의 구성요소들을 둘러싸고 있으며, 그에 따라, 삼중수소 및 기타 방사성 동위원소가 빠져나가는 것을 방지한다.

토카막(45)은 플라즈마를 그 안에 가두는 토로이달 내부 부피(51)을 갖는 내부 진공 챔버(49)를 포함한다. 도 8에서 가장 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 내부 진공 챔버(49)는 복수의 독립적으로 제거가능한 세그먼트들(53)로 형성되며, 이때, 각 세그먼트(53)는 내부 진공 챔버(49)의 구역(즉, 테이퍼진 각진 조각(tapered angular piece))를 제공한다. 예를 들어, 각각의 세그먼트는, 내부 진공 챔버(49)가 16개의 세그먼트들로 형성되도록, 22.5도의 각도에 걸쳐 있을 수 있다(단, 세그먼트들 각각이 반드시 동일한 크기의 각도에 걸쳐 있을 필요는 없고, 임의의 개수의 세그먼트들이 사용될 수 있음). 각각의 세그먼트(53)는 세그먼트의 내부 부피를 둘러싸는 토로이달 필드(TF) 코일(55)을 포함하며, 그에 따라, 내부 진공 챔버가 완전히 조립되고 전류가 코일(55)에 공급될 때, 내부 진공 챔버(49) 내에서 토로이달 마그네틱 필드가 생성된다. 이 경우에, 토로이달 필드 코일(55)은 세그먼트(53)의 내부 벽에 장착되고, 세그먼트(53)의 대략적으로 타원형인 단면을 따른다.

각각의 세그먼트(53)는 토카막(45)의 "제1 벽"(57), 즉, 토카막(45)이 사용 중일 때 플라즈마에 직접 인접한 벽의 세그먼트를 수용한다. 제1 벽 세그먼트(57)의 대부분은 내부 진공 챔버 세그먼트(53)의 방사상으로 최외측 벽을 향해 배치되는 반면, 내부 진공 챔버 세그먼트(53)의 방사상으로 최내측 벽에 배치되는 제1 벽 세그먼트(57)의 내부 구역(59)이 있다. 한 쌍의 전환기들(divertors)(61, 63)은, 토카막(45)의 작동 동안 토카막(45)의 마그네틱 필드로부터 축방향으로 빠져나가는 플라즈마를 포획하기 위해, 제1 벽 세그먼트(57)의 방사상 방향 외부 구역과 내부 구역 사이에 제공된다. 하나의 전환기(61)는, 세그먼트(53)의 하단 벽에 제공되고, 다른 전환기(63)는 세그먼트(53)의 상단 벽에 제공된다(여기서, 상단 및 하단은 도 7을 참조하여 사용되며, 여기서 세그먼트(53)의 축은, 즉, 토로이달 내부 부피의 축은, 수직임). 제1 벽 세그먼트(57) 및 전환기들(61, 63)은, 토카막(45)을 떠나는 중성자의 플럭스를 제한하기 위해, 차폐재(shielding)(65)에 의해 세그먼트(53) 내에서 둘러싸인다.

각각의 세그먼트(53)는, 세그먼트들(53)이 내부 진공 챔버(49)를 형성하기 위해 조립될 때 세그먼트들(53)을 지지하는 평면내 지지 구조체(in-plane support structure)(67)(또는, "캐리어") 내에 장착된다. 프레임은: 토카막(45)의 축에 가까운 평면내 지지 구조체(67)의 밑바닥(underside)을 지지하기 위한 중앙 지지체(central support)(69); 및 방사상 방향 에지를 따라 각각의 평면내 지지 구조체(67)를 지지하기 위해 토카막(45)의 외부 주위에 배열된 지지 컬럼들(support columns)(71);을 포함한다. 평면내 지지 구조체(67)는, 세그먼트(53)에 극저온 냉매(전형적으로 대략 20 K 내지 30 K의 온도)를 공급하고, TF 코일(55)에 전류를 공급하고, 차폐재(65)에 냉매를 공급하고, 제1 벽 세그먼트(57)에 냉각을 공급하기 위해, 그것의 기부에 커플링들(couplings)(73)을 포함한다. 토카막(45)이 조립될 때, 커플링들은, 냉매들 및 전력이 각각의 세그먼트(53)에 공급되도록, 외부 진공 챔버(43)의 기부에 제공된 상보적인 피드스루(complementary feedthroughs)(75)에 연결된다.

도 8에서, 세그먼트들(53) 중 하나가, 예를 들어 외부 진공 챔버(42) 내부에 배치된 로봇 핸들링 시스템(미도시)을 사용하여, 외부 진공 챔버(43)로부터 유지보수 챔버(47) 내로 이동되었다(토카막(45)의 오른쪽에 희미한 선으로 표시됨). 이 예에서, 유지보수 챔버(47)의 치수는, 단일 세그먼트(53)가 수용될 수 있도록, 선택되며, 그에 따라, 예를 들어 다른 로봇 시스템을 사용하여, 검사 및/또는 유지보수를 위해 세그먼트(53)의 면들에 대한 접근을 가능하게 한다. 일부 예들에서, 게이트 밸브(미도시)와 같은 격리 밸브(isolation valve)가 제공되어, 유지보수 챔버(47)와 외부 진공 챔버(43)가 서로 격리되도록 하며, 그에 따라, 유지보수 챔버(47)는, 세그먼트(53)의 부분들(또는, 심지어 전체 세그먼트(53))가 제거되고 교체될 수 있도록, 대기압까지 올라갈 수 있다.

내부 진공 챔버(49)가 재조립되기 위해서는, 예를 들어 세그먼트(53)가 수리된 후, 세그먼트(53)와, 세그먼트(53)의 양쪽에 있는 인접 세그먼트들 사이에, 진공 밀봉이 형성될 필요가 있다. 그러나, 세그먼트들(53)은 내부 진공 챔버(49)를 형성하기 위해 서로 밀접하게 맞춰져야 하고, 통상적으로, 프레임(69, 70)에 의해 제자리에 단단히 클램핑되는데(clamped), 이는 밀봉 링(예를 들어, 콘플랫 밀봉(conflat seals))의 압축에 의존하는 밀봉이 적합하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 이 문제에 대한 해결책은 앞에서 언급한 금속 밀봉 링들(1, 21, 27, 33)에 의해 제공되는데, 이것들은 세그먼트들(53) 사이에 위치될 수 있고 필요한 밀봉을 형성하기 위해 팽창될 수 있다. 삼중수소가 토카막(45)으로부터 누출되는 것을 방지하기 위해, 세그먼트들(53) 사이에 금속 대 금속 밀봉을 사용하는 것이 특히 중요하다.

각각의 세그먼트는 밀봉 링(1, 21, 27, 33)이 안착되는 홈 또는 채널을 포함할 수 있으며, 그에 따라, 밀봉 링(1, 21, 27, 33)은 팽창 전에 세그먼트(53)의 면과 동일 평면 상에 있게(flush with) 된다(또는, 세그먼트(53)의 면 내로 쑥 들어가게(recessed into) 된다). 그러한 배열은, 세그먼트들(53)이 조립된 후 서로 밀접하게 끼워지는(close-fit) 것을 가능하게 하며(예를 들어, 5 mm 미만 만큼 분리됨), 이는 각각의 제1 벽 세그먼트들(57), 전환기들(61, 63), 및 각각의 세그먼트(53)에 수용된 차폐재(65) 사이의 갭의 크기를 최소화한다.

추가적으로 또는 대안적으로, 차폐재(65)는, 조립 중에 세그먼트(53)가 진공 챔버(53) 내로 방사상 방향으로 이동될 때 차폐재에 약간의 이동 자유도를 제공하는 순응적인 장착대(compliant mounting)(미도시)에 고정될 수 있다. 이러한 자유도는 차폐재(65)가 세그먼트(53)의 삽입을 방해하지 않고 제자리에 단단히 끼워지는 것을 가능하게 한다.

대안적으로, 금속 밀봉 링(1, 21, 27, 33)은 착탈식 캐리어(removable carrier)(미도시)에 장착될 수 있으며, 착탈식 캐리어는 인접한 세그먼트들(53) 사이에 삽입된 다음, 밀봉 링이 팽창되어 밀봉을 형성한 후에 제거된다. 이 접근법의 이점은, 세그먼트들(53) 중 어느 것도 홈을 필요로 하지 않는다는 것인데, 이는, 밀봉 링 및 세그먼트들(53) 각각이, 밀봉을 형성하기 전에, 제 위치로 미끄러져 들어갈 수 있다(예를 들어, 토카막(45) 위로부터 제 위치 내로 수직으로(축방향으로) 미끄러져 들어갈 수 있다)는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 구성은, 인접 세그먼트들(53)이 이동될 필요 없이, 세그먼트들(53)이 개별적으로 제거 및 교체되는 것을 가능하게 한다.

폴로이달 필드(PF) 코일(미도시)이 내부 진공 챔버(49)의 위와 아래에 제공되어, 토카막(45)이 작동될 때 내부 진공 챔버(49) 내에 폴로이달 마그네틱 필드를 제공한다. TF 코일(55)과 달리, PF 코일은 세그먼트될 필요가 없는데, 그 이유는, 상부 PF 코일이 토카막(45)으로부터 들어올려져서 세그먼트(53)가 제거되는 것을 가능하게 하는 반면, 하부 PF 코일은 평면내 지지 구조체(67)와 중앙 지지체(69) 사이의 내부 진공 챔버(49) 아래에서 제자리에 남아 있을 수 있기 때문이다.

내부 진공 챔버(49)가 조립될 때(도 7 참조), 평면내 지지 구조체들(67)은 캡핑 구조체(capping structure)(77)에 의해 제자리에 클램핑되며, 여기서, 캡핑 구조체(77)는 토카막(45)의 축(중앙 컬럼) 상에 놓이고, 외부 진공 챔버(43)의 위로 상승될 수 있으며, 그 결과, 세그먼트들(53)이 제거되거나 교체되는 것을 가능하게 한다.

Claims (34)

1. 2개의 대향하는 금속 표면들 사이에 금속 대 금속 밀봉을 형성하기 위한 금속 밀봉 링(metal sealing ring)으로서, 상기 금속 밀봉 링은 튜브형 금속 몸체, 및 상기 튜브형 금속 몸체 내로 내부 압력을 도입하기 위해 상기 튜브형 금속 몸체로부터 연장하는 유입 튜브를 포함하고, 상기 튜브형 금속 몸체는 밀봉을 형성하기 위해 상기 대향하는 금속 표면들 각각에 닿도록(against) 상기 내부 압력 하에서 변형(deform)되도록 적합화된, 금속 밀봉 링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는 상이한 각각의 금속들로 이루어진 2개 이상의 구역들을 포함하는 단면을 갖고, 상기 금속들 각각은 상이한 연성(ductility) 및/또는 항복 강도를 갖는, 금속 밀봉 링.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는 상이한 각각의 두께를 갖는 2개 이상의 구역들을 포함하는 단면을 갖는, 금속 밀봉 링.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 2개 이상의 구역들은, 상기 내부 압력이 상기 튜브형 금속 몸체 내로 도입될 때 상기 튜브형 금속 몸체의 상기 단면이 축방향을 따라 우선적으로 팽창하도록, 배열된, 금속 밀봉 링.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는, 상기 내부 압력이 상기 튜브형 금속 몸체 내로 도입될 때 상기 금속 표면들 중 하나 이상과 함께 나이프 에지 밀봉(knife-edge seal)을 형성하기 위해, 상기 금속 밀봉 링 주위로 연장하는 하나 이상의 융기부(ridges)를 포함하는, 금속 밀봉 링.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는 인듐과 같은 연성 금속(ductile metal)의 외부 층을 포함하는, 금속 밀봉 링.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는 유압 매질(hydraulic medium)로 전체적으로 또는 부분적으로 채워지는, 금속 밀봉 링.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 유압 매질은 실리콘 고무인, 금속 밀봉 링.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는, 0.1 mm 내지 10 mm, 또는 바람직하게는 0.2 mm 내지 2 mm의 두께를 갖는 벽을 포함하는, 금속 밀봉 링.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는, 300 MPa 이하, 바람직하게는 150 MPa 이하만큼 주위 압력을 초과하는 내부 압력의 도입 시, 부피가 적어도 5%만큼 증가하도록 적합화된, 금속 밀봉 링.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는, 상기 내부 압력의 도입 시, 소성 변형에 의해 부피가 증가하도록 적합화되고, 그에 따라, 상기 튜브형 금속 몸체 내의 상기 내부 압력은 상기 밀봉을 파괴하지 않은 채 완화될 수 있는, 금속 밀봉 링.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입 튜브는, 상기 튜브형 금속 몸체 및 상기 유입 튜브가 함께 폐쇄 시스템을 형성하도록, 그리고 그에 따라, 상기 유입 튜브의 내부 부피를 감소시켜 내부 압력을 상기 튜브형 금속 몸체 내로 도입하도록, 밀봉되는, 금속 밀봉 링.
13. 제 12 항에 있어서, 내부 압력을 상기 튜브형 금속 몸체 내로 도입하기 위해 상기 유입 튜브의 상기 내부 부피 내에서 이동가능한 피스톤 표면을 포함하는 금속 밀봉 링.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 피스톤 표면에는 나사산(screw)이 제공되거나, 또는 상기 피스톤 표면은 나사산을 사용하여 이동가능한, 금속 밀봉 링.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 밀봉 링은 상기 튜브형 금속 몸체의 상기 내부 압력을 유지하기 위한 피스톤 챔버를 포함하고, 상기 피스톤 챔버는 상기 튜브형 금속 몸체 및/또는 상기 유입 튜브와 유체연통하고, 또한 상기 피스톤 챔버는 상기 튜브형 금속 몸체 내의 유압 매질을 압축하도록 구성된 피스톤을 포함하는, 금속 밀봉 링.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는 토로이달인(toroidal), 금속 밀봉 링.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체의 내부는 분할 벽(dividing wall)에 의해 제1 챔버 및 제2 챔버로 분할되고, 상기 분할 벽은, 상기 유입 튜브를 사용하여 상기 제1 챔버 내로 도입된 내부 압력에 대한 반응(response)으로서, 상기 제2 챔버를 향해 이동하여, 상기 대향하는 금속 표면들 각각에 닿도록(against) 상기 튜브형 금속 몸체의 팽창을 일으키도록, 구성된, 금속 밀봉 링.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 제2 챔버는 상기 분할 벽의 이동에 대항하도록 구성된 스트럿(strut)을 포함하고, 바람직하게는 상기 스트럿은 상기 분할 벽 상에 탄성 복원력을 제공하도록 탄성적으로 압축가능한 것인, 금속 밀봉 링.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입 튜브는, 상기 튜브형 금속 몸체의 외부 둘레 벽(outer peripheral wall)으로부터 연장하는, 금속 밀봉 링.
20. 2개의 대향하는 금속 표면들 사이에 위치하며 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 금속 밀봉 링을 포함하는 밀봉재(seal)로서, 상기 금속 밀봉 링은 상기 금속 표면들 중 적어도 하나에 형성된 채널 내에 적어도 부분적으로 위치되는, 밀봉재.
21. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 금속 밀봉 링 또는 제 20 항에 따른 밀봉재를 사용하여 서로 밀봉된 2개의 대향 금속 표면들을 포함하는 진공 챔버.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 금속 밀봉 링의 상기 유입 튜브는, 상기 대향하는 금속 표면들 중 적어도 하나에 있는 채널을 통해, 상기 진공 챔버의 외부로 연장하는, 진공 챔버.
23. 엔진 블록; 및 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 금속 밀봉 링을 포함하는 헤드 가스켓을 사용하여 상기 엔진 블록에 밀봉된 실린더 헤드;를 포함하는 피스톤 엔진.
24. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 금속 밀봉 링; 유압 펌프, 바람직하게는 유압 핸드 펌프(hydraulic hand pump); 및 상기 금속 밀봉 링의 상기 유입 튜브를 상기 유압 펌프에 연결하기 위한 커넥터;를 포함하는 키트.
25. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 금속 밀봉 링을 포함하는 피스톤.
26. 챔버, 및 상기 챔버와 유체연통하는 제 25 항에 따른 하나 이상의 피스톤을 포함하는 플라즈마 압축 장치로서, 상기 플라즈마 압축 장치는 상기 피스톤(들)을 사용하여 상기 챔버 내의 플라즈마를 압축하도록 구성가능한 것인, 플라즈마 압축 장치.
27. 토로이달 내부 부피(toroidal interior volume)를 갖는 진공 챔버를 포함하는 토카막(tokamak)으로서, 상기 진공 챔버는 복수의 세그먼트들을 포함하고, 상기 세그먼트들 각각은 토로이달 내부 부피의 구역(sector)을 제공하고, 또한 상기 세그먼트들 각각은 상기 섹터 내에 토로이달 마그네틱 필드을 생성하기 위해 상기 세그먼트 주위에 감긴 하나 이상의 토로이달 필드 코일을 포함하고, 상기 진공 챔버는, 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 금속 밀봉 링, 또는 제 20 항에 따른 밀봉재를 사용하여, 적어도 2개의 상기 세그먼트들 사이에 형성된 밀봉재를 더 포함하는, 토카막.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 세그먼트들 각각은 상기 진공 챔버로부터 개별적으로 제거가능한, 토카막.
29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 복수의 세그먼트들은 12개 이상의 세그먼트들, 바람직하게는 16개의 세그먼트들을 포함하는, 토카막.
30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 따른 토카막을 둘러싸는 외부 진공 챔버를 포함하는 진공 시스템으로서, 상기 외부 진공 챔버는, 상기 토카막의 상기 진공 챔버의 상기 세그먼트들 중 하나 이상이 그 안으로 이동될 수 있는 또 다른 진공 챔버에 연결되는, 진공 시스템.
31. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 금속 밀봉 링을 사용하여 2개의 대향 금속 표면들 사이에 금속 대 금속 밀봉을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은, 상기 금속 표면 사이에 상기 금속 밀봉 링의 상기 튜브형 금속 몸체를 위치시키는 단계, 및 상기 유입 튜브를 사용하여 상기 튜브형 금속 몸체 내로 내부 압력을 도입하여 상기 금속 표면들에 닿도록(against) 상기 튜브형 금속 몸체를 변형시켜 상기 밀봉을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 내부 압력은, 유압 유체(hydraulic fluid)와 같은 유체를 상기 유입 튜브로부터 상기 튜브형 금속 몸체 내로 밀어넣는 것에 의해, 상기 튜브형 금속 몸체 내로 도입되는, 방법.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 유체를 상기 유입 튜브로부터 상기 튜브형 금속 몸체 내로 밀어넣는 것은 상기 유입 튜브에 주름을 잡는(crimping) 단계를 포함하는, 방법.
34. 제 31 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 금속 몸체는, 상기 튜브형 금속 몸체 내의 상기 내부 압력이 상기 밀봉을 파괴하지 않은 채 완화될 수 있도록, 소성 변형되는, 방법.

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