KR20230075156A - Hermetic sealing glass composition of feedthrough for cryogenic terminal header - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력을 공급하기 위한 피드스루 엘리먼트의 베이스 메탈과 핀 복합체와의 밀봉에 적용되는 유리 조성물로서, SiO2 58~71 중량부, B2O3 0.5~3 중량부, Al2O3 2~8중량부, R2O 10~20 중량부(단, R은 Li, Na 또는 K를 나타냄), R’O 8~18 중량부(단, R’ 는 Mg, Ca, Sr 또는 Ba를 나타냄), ZnO 0.1~2 중량부 및 Co3O4 0.05~1.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 밀봉을 위한 유리 조성물을 제공한다.
본 발명에 의하면, 피드스루의 베이스 메탈과 핀 복합체를 압축밀봉하여 강력한 밀봉의 효과가 있으며, 극저온에서 사용가능하며, 액화가스의 압력에 충분히 견디며, 높은 전기 절연 특성을 나타내므로 극저온 환경인 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력 공급을 위한 피드스루 엘리먼트의 밀봉에 매우 적합하다.The present invention is a glass composition applied to sealing a base metal and a pin composite of a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank, and contains 58 to 71 parts by weight of SiO 2 , B 2 O 3 0.5-3 parts by weight, Al 2 O 3 2-8 parts by weight, R 2 O 10-20 parts by weight (where R represents Li, Na or K), R'O 8-18 parts by weight part (provided that R′ represents Mg, Ca, Sr or Ba), 0.1 to 2 parts by weight of ZnO, and 0.05 to 1.0 parts by weight of Co 3 O 4 It provides a glass composition for glass sealing.
According to the present invention, the base metal and pin composite of the feedthrough are compressed and sealed to provide a strong sealing effect, can be used at cryogenic temperatures, withstands the pressure of liquefied gas sufficiently, and exhibits high electrical insulation properties, so that liquefied gas in a cryogenic environment It is very suitable for sealing the feed-through element for supplying power to the submerged pump installed in the tank.
Description
본 발명은 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력 공급을 위한 피드스루 엘리먼트의 밀봉유리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속-유리 밀봉으로 이루어지는 극저온 온도의 거친 환경에서 사용할 수 있는 터미널 헤더의 피드스루 엘리먼트에 있어서 베이스 메탈인 플렌지와 플렌지 내부 원형의 구멍 중심에 위치하는 도체 핀 복합체 사이의 공간에 전기 절연 고정 재료인 유리를 충진시켜 봉착 열처리하여 밀봉하는 과정에 있어서 밀봉에 적용되는 유리 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a sealing glass of a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank, and more particularly, to a sealing glass of a metal-glass seal that can be used in a harsh environment of cryogenic temperature. In the feed-through element of the terminal header, the space between the flange, which is the base metal, and the conductor pin complex located in the center of the circular hole inside the flange is filled with glass, which is an electrical insulation fixing material, and applied to sealing in the process of sealing by heat treatment. It relates to a glass composition to be.
종래, 액화가스(LNG, LPG) 탱크 내의 전력 공급에 이용되는 피드스루에 관한 기술로서는 액화가스 탱크 내에 액화가스의 급양용으로 설치된 서브머지드 펌프에 전력을 공급하는데 이용되는 피드스루가 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1).Conventionally, as a technology related to a feed-through used to supply power in a liquefied gas (LNG, LPG) tank, a feed-through used to supply power to a submerged pump installed for supplying liquefied gas in a liquefied gas tank is known ( For example, Patent Document 1).
이러한 피드스루의 구성은 통상 플렌지로 불리우는 원반 형태의 터미널 헤더 베이스와 중심에 위치하는 도체 핀 그리고 헤더 베이스와 도체 핀 사이에 절연 재료인 유리로 밀봉되어 있는 형태를 나타낸다.The structure of this feed-through represents a form in which a disc-shaped terminal header base, commonly called a flange, a conductor pin located in the center, and a form in which glass as an insulating material is sealed between the header base and the conductor pin.
그리고 액화가스 탱크 외부까지 연장된 액화가스 급양용 관의 액화가스 탱크 바깥 위치에 설치되어 있는 개구부를 기밀로 막도록 터미널 헤더 베이스인 플렌지를 설치함으로써 피드스루는 액화가스 급양용 관에 기밀로 연결되어 피드스루 엘리먼트의 도체 핀과 액화가스 급양용 관내를 통과하는 급전선을 통해 액화가스 탱크 및 액화가스 급양용 관 외부에서 서브머지드 펌프에 전력이 공급된다.In addition, by installing a terminal header base flange to airtightly block the opening installed outside the liquefied gas tank of the liquefied gas supply pipe extended to the outside of the liquefied gas tank, the feedthrough is airtightly connected to the liquefied gas supply pipe. Power is supplied to the submerged pump from the outside of the liquefied gas tank and the liquefied gas supply pipe through the conductor pin of the feed-through element and the feed line passing through the liquefied gas supply pipe.
액화가스 탱크에 사용되는 피드스루 엘리먼트는 탱크 안쪽 방향으로 액화가스 탱크 내부와 접촉하고 있어서 극저온 환경에 놓이며, 탱크 바깥쪽은 대기에 노출되므로 피드스루는 영하 162도의 극저온과 상온의 심한 온도 차이에 견뎌야 하며, 가혹한 환경에서도 높은 전기 절연 특성과 탱크의 액화가스에 의한 고압에 견뎌야 한다. 이러한 극한 조건을 만족시키기 위해서는 피드스루 엘리먼트의 베이스 메탈과 도체 핀의 밀봉이 잘 되어 있어야 하며, 적합한 봉착 소재가 사용되어야 한다.Since the feed-through element used in the liquefied gas tank is in contact with the inside of the liquefied gas tank toward the inside of the tank, it is placed in a cryogenic environment, and the outside of the tank is exposed to the atmosphere, so the feed-through element is exposed to the extreme temperature difference between the cryogenic temperature of -162 degrees below zero and room temperature. It must withstand high electrical insulation properties and high pressure by liquefied gas in the tank even in harsh environments. In order to satisfy these extreme conditions, the base metal of the feed-through element and the conductor pin must be well sealed, and a suitable sealing material must be used.
가혹 조건에 사용하는 피드스루의 봉착은 통상 무기소재이면서 밀봉(Hermetic Sealing)이 가능한 유리소재가 적합하며, 베이스 메탈인 플렌지 및 도체 핀과 유리와의 화학적인 결합이 이루어져서 강력한 밀착이 되며, 또한 베이스 메탈인 플렌지의 구멍 바깥쪽에서 구멍 중앙에 위치하는 도체 핀 방향으로 압축응력이 작용되는 압축봉착 (Compressive Sealing)이 이루어져야 한다.For the sealing of feedthroughs used in harsh conditions, glass materials that are normally inorganic and can be sealed (Hermetic Sealing) are suitable, and strong adhesion is achieved through chemical bonding between the flange and conductor pin, which are base metals, and glass. Compressive sealing, in which compressive stress is applied from the outside of the hole of the metal flange to the direction of the conductor pin located in the center of the hole, must be performed.
이러한 조건을 만족시키기 위해서는 베이스 메탈인 플렌지의 열팽창계수가 유리의 열팽창계수 보다 훨씬 커야 하며, 유리의 열팽창계수는 도체 핀의 열팽창계수와 동등 또는 약간 큰 값을 가져야 한다.In order to satisfy these conditions, the thermal expansion coefficient of the base metal flange must be much greater than that of glass, and the thermal expansion coefficient of glass must be equal to or slightly larger than that of the conductor pin.
미국 특허 9,741,463번은 석유시추, 액화가스 저장탱크등 가혹한 환경에서 사용되는 피드스루와 그 피드스루의 밀봉소재로서 SiO2-B2O3-MO계 유리 또는 결정화유리를 나타내었으며, 260°C 이상의 고온의 용도에 가장 적합한 전기 절연 특성을 나타낸다. 또한, 일본특허 특개 2019-522618에는 가혹한 환경에 사용되는 피드스루에 적합한 밀봉소재로서 부분 결정화유리를 제안하고 있다.U.S. Patent No. 9,741,463 shows SiO 2 -B 2 O 3 -MO-based glass or crystallized glass as a feed-through used in harsh environments such as oil drilling and liquefied gas storage tanks, and as a sealing material for the feed-through. It shows the most suitable electrical insulation properties for the use of In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2019-522618 proposes partially crystallized glass as a sealing material suitable for feed throughs used in harsh environments.
그러나 이러한 결정화유리는 고온에서 사용하기에는 적합하지만 봉착 과정 중에 결정화가 일어나기 때문에 봉착온도에서 유리의 점성이 급격히 높아져서 봉착 과정 중에 유리의 젖음(Wetting)이 충분하지 못하게 되어 봉착 특성이 나빠지는 문제점이 있으며, 이 경우 밀봉 특성이 나빠질 수 있다. 또한 통상 피드스루의 베이스 메탈인 플렌지는 SUS 316(열팽창계수, 약 160x10-7/℃) 또는 SUS 304(열팽창계수, 약 173x10-7/℃) 소재가 사용되며, 도체 핀은 대 전류를 공급해야 하기에 통상 통전 특성이 좋은 구리 (Be-Cu 또는 SE-Cu) 소재를 사용하게 되지만 이들 구리 소재 역시 열팽창계수가 약 170x10-7/℃ 로 베이스 메탈인 플렌지와 비슷한 값을 갖게 되어 열팽창계수 차이에 의한 압축봉착을 하기 어려운 문제점이 있다. However, although such crystallized glass is suitable for use at high temperatures, since crystallization occurs during the sealing process, the viscosity of the glass rapidly increases at the sealing temperature, so that the wetting of the glass is not sufficient during the sealing process, resulting in poor sealing properties. In this case, sealing properties may deteriorate. In addition, the flange, which is the base metal of the feed-through, is made of SUS 316 (coefficient of thermal expansion, about 160x10 -7 /℃) or SUS 304 (coefficient of thermal expansion, about 173x10 -7 /℃), and the conductor pin must supply a large current. In the following, copper (Be-Cu or SE-Cu) materials with good conduction characteristics are usually used, but these copper materials also have a thermal expansion coefficient of about 170x10 -7 /℃, which is similar to that of the base metal flange, There is a problem in that it is difficult to perform compression sealing by
따라서, 일반적으로 압축봉착을 하기 위해서는 도체 핀 외부에 도체 핀 보다 열팽창계수가 훨씬 작으며, 유리의 열팽창계수와 같거나 약간 작은 소재의 금속 튜브, 즉 핀 슬리브(Pin Sleeve)를 도체 핀에 끼워서 용접한 이종 재료의 접합체 형태의 도체 핀을 사용하며, 예를 들면 열팽창계수가 약 95x10-7/℃ 정도의 열팽창계수를 갖는 메탈 튜브를 핀 스리브 (Pin Sleeve)로 사용하여 도체 핀에 삽입하여 용접으로 일체화시키면 밀봉유리가 도체 핀과 직접 결합하지 않고 핀 슬리브와 결합하여 압축봉착(Compressive Sealing)을 이룰 수 있다.Therefore, in general, in order to perform compression sealing, a metal tube made of a material that has a much smaller thermal expansion coefficient than the conductor pin and is equal to or slightly smaller than the thermal expansion coefficient of glass outside the conductor pin, that is, a pin sleeve is inserted into the conductor pin for welding. A conductor pin in the form of a joint of different materials is used. For example, a metal tube having a thermal expansion coefficient of about 95x10 -7 /℃ is used as a pin sleeve and inserted into the conductor pin to be welded. When integrated, the sealing glass can be combined with the pin sleeve instead of directly with the conductor pin to achieve compressive sealing.
튜브 형태의 핀 슬리브는 메탈 핀에 끼워져서 한쪽 끝이 용접되어 메탈 핀과 핀 슬리브가 결합되어 일체형인 핀 복합체가 된다. 유리의 열팽창계수는 핀 슬리브에 맞추어 핀 슬리브의 열팽창계수와 같거나 약간 큰 정도의 열팽창계수를 갖도록 유리조성을 설계한다. The tubular pin sleeve is inserted into the metal pin and one end is welded so that the metal pin and the pin sleeve are combined to form an integral pin complex. The glass composition is designed to have a thermal expansion coefficient equal to or slightly larger than that of the pin sleeve in accordance with the pin sleeve.
그러나 이 경우 도체 핀과 핀 슬리브의 용접 온도 보다 유리 봉착 온도가 낮아야 하며, 유리의 열팽창계수와 고온에서의 점성 특성 두가지 특성을 만족해야 한다. 따라서 통상 용접은 1000℃ 이상에서 이루어지기 때문에 유리의 봉착이 용접 특성에 영향을 미치지 않기 위해서는 1000℃ 이하 바람직하게는 950℃ 이하에서 봉착이 이루어지는 유리가 요구된다. However, in this case, the sealing temperature of the glass must be lower than the welding temperature of the conductor pin and the pin sleeve, and two characteristics must be satisfied: the thermal expansion coefficient of the glass and the viscosity at high temperatures. Therefore, since welding is normally performed at 1000° C. or higher, glass that is sealed at 1000° C. or lower, preferably 950° C. or lower, is required in order not to affect welding characteristics.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 다음과 같은 구성으로 상기 과제를 해결하기에 이르렀다. The present invention has been made to solve the above problems, the present invention has reached to solve the above problems with the following configuration.
즉, 베이스 메탈인 플렌지의 소재는 일반적으로 널리 활용되는 스테인레스 스틸 소재인 SUS 316(열팽창계수, 약 160x10-7/℃) 또는 SUS 304(열팽창계수, 약 173x10-7/℃)를 채용하며, 도체 핀의 소재는 통전특성이 우수한 SE-Cu(열팽창계수가 약 170x10-7/℃)를 채용하며, 봉형의 도체 핀 바깥에 튜브형 핀 슬리브를 삽입하고 한쪽을 용접하는 것으로 구성되는 핀 복합체를 사용하여 베이스 메탈인 플렌지와 핀 복합체 간에 유리 밀봉이 이루어지도록 한다. That is, the material of the base metal flange adopts SUS 316 (coefficient of thermal expansion, about 160x10 -7 /℃) or SUS 304 (coefficient of thermal expansion, about 173x10 -7 /℃), which are generally widely used stainless steel materials, and the conductor The material of the pin adopts SE-Cu (coefficient of thermal expansion of about 170x10 -7 /℃), which has excellent conduction characteristics, and uses a pin composite consisting of inserting a tubular pin sleeve outside the rod-shaped conductor pin and welding one side. It ensures a glass seal between the base metal flange and the pin composite.
핀 슬리브는 열팽창계수가 약 95x10-7/℃인 NiFe45 또는 Alloy 46의 재료를 채용하며, 도체 핀과 핀 슬리브는 용접으로 일체화된 구성을 갖는다. 이러한 재료 조합에서 밀봉을 위한 유리는 열팽창계수가 약 95x10-7/℃ 와 같거나 약간 큰 값을 나타내며, 봉착과정 중에 결정화되지 않는 조성의 유리로서 압축밀봉이 가능하여 강력한 밀봉특성을 나타내며, 또한 도체 핀과 핀 슬리브의 용접에 영향을 주지 않도록 950℃ 이하에서 봉착이 이루어지는 유리 조성물로서 절연 및 내압특성을 만족하며, 극저온에서 충분히 사용가능한 유리 조성물을 제공하는 것이다.The pin sleeve employs a material of NiFe45 or Alloy 46 having a coefficient of thermal expansion of about 95x10 -7 /°C, and the conductor pin and the pin sleeve are integrated by welding. In this combination of materials, the glass for sealing exhibits a coefficient of thermal expansion equal to or slightly higher than about 95x10 -7 /°C, and is a glass of a composition that does not crystallize during the sealing process, enabling compression sealing and exhibiting strong sealing characteristics. An object of the present invention is to provide a glass composition that is sealed at 950° C. or lower so as not to affect welding between pins and pin sleeves, and which satisfies insulation and pressure resistance characteristics and can be sufficiently used at cryogenic temperatures.
본 발명은, 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력을 공급하기 위한 피드스루 엘리먼트의 베이스 메탈과 핀 복합체와의 밀봉에 적용되는 유리 조성물로서, SiO2 58~71 중량부, B2O3 0.5~3 중량부, Al2O3 2~8중량부, R2O 10~20 중량부(단, R은 Li, Na 또는 K를 나타냄), R’O 8~18 중량부(단, R’ 는 Mg, Ca, Sr 또는 Ba를 나타냄), ZnO 0.1~2 중량부 및 Co3O4 0.05~1.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 밀봉을 위한 유리 조성물을 제공한다.The present invention is a glass composition applied to sealing a base metal and a pin composite of a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank, and contains 58 to 71 parts by weight of SiO 2 , B 2 O 3 0.5-3 parts by weight, Al 2 O 3 2-8 parts by weight, R 2 O 10-20 parts by weight (where R represents Li, Na or K), R'O 8-18 parts by weight part (provided that R′ represents Mg, Ca, Sr or Ba), 0.1 to 2 parts by weight of ZnO, and 0.05 to 1.0 parts by weight of Co 3 O 4 It provides a glass composition for glass sealing.
또한, 본 발명은 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력을 공급하기 위한 피드스루 엘리먼트의 핀 복합체로서, SE-Cu 봉으로 이루어지는 도체 핀(6); NiFe45 또는 Alloy46 합금 튜브로 이루어지고, 상기 도체 핀이 삽입되어 용접 결합되는 핀 슬리브(5); 및 상기 핀 슬리브의 외주면에 봉착되고, 제1항에 기재된 유리 조성물로 이루어지는 봉착 유리(3)로 이루어지는 핀 복합체을 제공한다.In addition, the present invention is a pin composite of a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank, comprising: a
또한, 본 발명은, 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력을 공급하기 위한 피드스루 엘리먼트로서, SUS 316 또는 SUS 304의 재질로 구성되는 베이스 메탈(2); 상기 베이스 메탈에 형성된 관통구를 관통하여 결합되는 제2항에 기재된 핀 복합체(8);를 포함하는 극저온 터미널 헤더용 피드스루 엘리먼트를 제공한다.In addition, the present invention, as a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank, includes a base metal (2) made of SUS 316 or SUS 304; It provides a feed-through element for a cryogenic terminal header comprising; the
본 발명에 의하면, 피드스루의 베이스 메탈과 핀 복합체를 압축밀봉하여 강력한 밀봉의 효과가 있으며, 극저온에서 사용가능하며, 액화가스의 압력에 충분히 견디며, 높은 전기 절연 특성을 나타내므로 극저온 환경인 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력 공급을 위한 피드스루 엘리먼트의 밀봉에 매우 적합하다.According to the present invention, the pressurization and sealing of the base metal and pin composite of the feedthrough has a strong sealing effect, can be used at cryogenic temperatures, sufficiently withstands the pressure of liquefied gas, and exhibits high electrical insulation properties, so that liquefied gas in a cryogenic environment It is very suitable for sealing the feed-through element for supplying power to the submerged pump installed in the tank.
도 1은 본 발명의 피드스루 엘리먼트를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 피드스루 엘리먼트의 A-A 방향의 단면도이다.
도 3은 도체 핀과 핀 슬리브 그리고 용접부로 이루어지는 핀 복합체를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 피드스루 엘리먼트가 적용되는 액화가스 탱크를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 피드스루 엘리먼트 부분의 고온 현미경 관찰사진으로 반구형의 형상을 포함하여 여러가지 모습의 관찰 사진을 보여준다.1 shows a feed-through element of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the feed-through element shown in FIG. 1 in an AA direction.
3 shows a pin composite comprising a conductor pin, a pin sleeve, and a welded portion.
4 shows a liquefied gas tank to which the feed-through element of the present invention is applied.
5 is a high-temperature microscope observation picture of a portion of a feed-through element according to one embodiment of the present invention, showing observation pictures of various appearances including a hemispherical shape.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In addition, the terms used are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout the present specification.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 유리 조성물은 SiO2 58~71중량부, B2O3 0.5~3 중량부, Al2O3 2~8 중량부, R2O 10~20 중량부 (단, R은 Li, Na 또는 K), R‘O 8~18 중량부 (단, R’은 Mg, Ca, Sr 또는 Ba), ZnO 0.1~2 중량부, Co3O4 0.05~1 중량부를 주성분으로 함유한다.In order to achieve the above object, the glass composition of the present invention contains 58 to 71 parts by weight of SiO 2 , 0.5 to 3 parts by weight of B 2 O 3 , 2 to 8 parts by weight of Al 2 O 3 , and 10 to 20 parts by weight of R 2 O (where R is Li, Na or K), R'O 8-18 parts by weight (where R' is Mg, Ca, Sr or Ba), ZnO 0.1-2 parts by weight, Co 3 O 4 0.05-1 weight part Contains wealth as the main component.
상기 조성의 본 발명의 유리 조성물은 고온 특성이 우수하며, 강산 또는 강알칼리 등의 가혹조건 내산성 및 내알칼리성 등 우수한 내화학성을 나타낸다.The glass composition of the present invention having the above composition has excellent high-temperature properties and exhibits excellent chemical resistance such as acid resistance and alkali resistance under severe conditions such as strong acid or strong alkali.
본 발명의 극저온 환경에 사용되는 피드스루의 밀봉용 유리 조성물에 있어서, 각 성분의 함유량을 한정한 이유는 다음과 같다.The reason for limiting the content of each component in the glass composition for sealing a feed through used in a cryogenic environment of the present invention is as follows.
먼저, SiO2는 유리의 골격을 구성하기 위해 필요한 주성분이며, 그 함유량은 58∼71 중량부, 바람직하기로는 61∼67 중량부이다. SiO2가 71 중량보다 많으면 열팽창계수가 너무 낮아질 뿐 아니라 용해성이 낮아지기 쉽다. 또한, SiO2가 58 중량부보다 적으면 화학적 내구성이 낮아지고, 열팽창계수가 너무 커지는 원인이 된다.First, SiO 2 is a main component necessary for constituting the skeleton of glass, and its content is 58 to 71 parts by weight, preferably 61 to 67 parts by weight. When SiO 2 is more than 71 weight, not only the thermal expansion coefficient is too low, but also the solubility is likely to be low. In addition, when SiO 2 is less than 58 parts by weight, chemical durability is lowered and the thermal expansion coefficient becomes too large.
B2O3는 유리의 용해를 용이하게 하며, 고온점성을 낮추어 봉착온도를 낮추는 효과가 있고, 그 함유량은 0.5~3 중량부, 바람직하기로는 1.0~2 중량부이다. B 2 O 3 facilitates the dissolution of glass and has an effect of lowering the sealing temperature by lowering the high-temperature viscosity, and the content thereof is 0.5 to 3 parts by weight, preferably 1.0 to 2 parts by weight.
Al2O3는 유리의 안정성을 향상하는 데에 현저한 효과가 있고, 그 함유량은 2∼8 중량부, 바람직하기로는 4∼6 중량부이다. Al2O3가 8 중량부보다 많으면 유리의 용해가 곤란하게 되며, 2 중량부보다 적으면 유리가 실투하기 쉽게 되며, 안정한 유리의 제조가 곤란해 진다. Al 2 O 3 has a remarkable effect on improving the stability of glass, and its content is 2 to 8 parts by weight, preferably 4 to 6 parts by weight. If the content of Al 2 O 3 is more than 8 parts by weight, the melting of the glass becomes difficult, and if it is less than 2 parts by weight, the glass tends to devitrify, making it difficult to produce stable glass.
알칼리금속 산화물인 Li2O, Na2O 및 K2O는 유리의 용해를 용이하게 하고, 열팽창계수나 점도를 조절하기 위해 첨가하는 성분이며, 그 함유량은 합량으로 10∼20 중량부, 바람직하기로는 12∼18 중량부이다. 이들 성분의 합량이 20 중량부 이상에서는 열팽창계수가 너무 높아지고 화학적 내구성의 대폭적인 저하를 초래하며, 10 중량부 미만으로는 역으로 열팽창계수가 너무 작아진다. Alkali metal oxides Li 2 O, Na 2 O and K 2 O are components added to facilitate dissolution of glass and to adjust the thermal expansion coefficient or viscosity, and the content thereof is 10 to 20 parts by weight in total, preferably. is 12 to 18 parts by weight. When the total amount of these components is 20 parts by weight or more, the coefficient of thermal expansion becomes too high and the chemical durability is drastically lowered.
알칼리토류금속 산화물인 MgO, CaO, SrO 및 BaO는 유리의 용해를 용이하게 하고, 열팽창계수나 점도를 조절하며, 유리를 안정화시키기 위해 첨가하는 성분이며, 그 함유량은 합량으로 8∼18 중량부, 바람직하기로는 10∼16 중량부이다. 이들 성분의 합량이 18 중량부 이상에서는 열팽창계수가 너무 높아지고 화학적 내구성의 저하를 초래하며, 8 중량부 미만으로는 유리의 용해성 및 안정성이 낮아진다. ZnO는 유리의 실투를 막아주고 안정성을 높여 주는 성분으로 0.1~2 중량부이다.Alkaline earth metal oxides MgO, CaO, SrO, and BaO are components added to facilitate dissolution of glass, control thermal expansion coefficient or viscosity, and stabilize glass, and their content is 8 to 18 parts by weight in total, Preferably it is 10-16 parts by weight. When the total amount of these components is 18 parts by weight or more, the thermal expansion coefficient is too high and chemical durability is lowered, and when the total amount is less than 8 parts by weight, the solubility and stability of the glass are lowered. ZnO is a component that prevents devitrification of glass and increases stability, and is 0.1 to 2 parts by weight.
Co3O4는 베이스 메탈과 유리가 봉착 과정 중에 상호 확산에 의해 계면 반응층을 형성시켜 밀착성을 향상시키는 성분이며, 또한 유리에 색상을 부여하는 성분으로 유리가 짙은 청색을 띄게 하는 성분이며, 그 함유량은 0.05~1 중량부이다.Co 3 O 4 is a component that improves adhesion by forming an interfacial reaction layer by mutual diffusion between the base metal and glass during the sealing process, and is also a component that imparts color to the glass and makes the glass dark blue. The content is 0.05 to 1 part by weight.
도 1은 본 발명의 피드스루 엘리먼트를 나타낸다. 도 2는 도 1의 본 발명의 피드스루 엘리먼트의 A-A 방향의 단면도 이다. 도 3은 도체 핀과 핀 슬리브 그리고 용접부로 이루어지는 핀 복합체를 나타낸다. 도 1 내지 도 3에서 1은 피드스루 엘리먼트이며, 도면에서 2는 베이스 메탈, 3은 봉착 유리, 4는 도체 핀과 핀 슬리브의 용접부이며, 5는 핀 슬리브, 6은 도체 핀이며, 7은 피드스루의 고정구멍이며, 8은 핀 복합체이다.1 shows a feed-through element of the present invention. Figure 2 is a cross-sectional view of the feed-through element of the present invention of Figure 1 in the A-A direction. 3 shows a pin composite comprising a conductor pin, a pin sleeve, and a welded portion. 1 to 3, 1 is a feed-through element, 2 is a base metal, 3 is a sealing glass, 4 is a welded portion between a conductor pin and a pin sleeve, 5 is a pin sleeve, 6 is a conductor pin, and 7 is a feed through element. It is a fixing hole of the through, and 8 is a pin composite.
도 4는 액화가스 탱크를 나타내며, 본 발명의 피드스루 엘리먼트가 액화탱크에 어떻게 설치되고 작동되는지를 나타낸다. 도 4에서 1은 피드스루이며, 100은 액화가스 탱크, 101은 액화가스 급양용 관이며, 102는 서브머지드 펌프, 103은 전원을 나타내며, 104는 배출로, 105는 전선이다. 피드스루 1의 고정구멍 7을 통해 피드스루 1이 액화가스 탱크 100에 결합된다. 도 5는 본 발명의 실시예1로서 유리의 봉착온도(Sealing Temperature)를 알 수 있는 고온현미경 관찰사진으로 반구형의 형상을 갖는 온도가 봉착에 적합한 온도이다.4 shows a liquefied gas tank and shows how the feed-through element of the present invention is installed and operated in the liquefied tank. In FIG. 4, 1 is a feed through, 100 is a liquefied gas tank, 101 is a liquefied gas supply pipe, 102 is a submerged pump, 103 is a power source, 104 is a discharge path, and 105 is a wire. The feed through 1 is coupled to the liquefied
이하 본 발명의 방법의 실시에 대해서 설명한다. 우선, 소망하는 유리를 제조할 수 있도록 유리원료를 조성한다. 예를 들어 유리 원료는 SiO2 58∼71 중량부, B2O3 0.5~3 중량부, Al2O3 2∼8 중량부, Li2O+Na2O+K2O 10∼20 중량부, MgO+CaO+SrO+BaO 8~18 중량부, ZnO 0.1~2 중량부, Co3O4 0.05∼1 중량부를 혼합하여 조성한다. The implementation of the method of the present invention is described below. First, glass raw materials are prepared so that desired glass can be manufactured. For example, the glass raw material contains 58 to 71 parts by weight of SiO 2 , 0.5 to 3 parts by weight of B 2 O 3 , 2 to 8 parts by weight of Al 2 O 3 , and 10 to 20 parts by weight of Li 2 O+Na 2 O+K 2 O , 8-18 parts by weight of MgO+CaO+SrO+BaO, 0.1-2 parts by weight of ZnO, and 0.05-1 part by weight of Co 3 O 4 are mixed.
다음으로, 조성한 유리원료를 유리 용해로에 투입하고 1,450℃ 정도로 2시간 용융하고 유리화한 후, 용융물을 물속에 흘려 급냉하여 건조 후 분쇄하거나 용융물을 회전하는 수냉 쌍롤라를 이용해서 리본으로 성형하고, 리본을 분쇄한다. 유리의 분쇄는 희망하는 입도에 따라 볼밀로 분쇄하며, 초미분을 원할 경우 제트밀, 파인밀등의 미분쇄 장치를 활용할 수 있다. Next, the prepared glass raw material is put into a glass melting furnace, melted at about 1,450 ° C for 2 hours and vitrified, and then the melt is poured into water, rapidly cooled, dried, and then pulverized or formed into a ribbon using a water-cooled twin roller that rotates the melt, and the ribbon to crush The glass is pulverized with a ball mill according to the desired particle size, and if ultra-fine powder is desired, a pulverizing device such as a jet mill or fine mill can be used.
분쇄된 유리분말(Frit)은 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력 공급을 위한 피드스루 엘리먼트의 구성 성분인 베이스 메탈과 핀 복합체의 밀봉을 위한 유리로 사용될 수 있다. 유리분말은 바인더, 해교제 등의 유기물과 함께 물에 용해하여 슬러리(Slurry) 상태로 만들어 스프레이 드라이어(Spray Dryer)를 통해 과립(Granule) 형태로 만들어 소정의 형태의 금형을 이용해 가압 성형 후 소결하여 유리 프리폼(Preform)을 제작하며, 이때 소결과정 중에 바인더등의 유기물은 태워서 날려보고 유리는 소결되어 밀봉을 위한 전구체인 유리 프리폼(Preform)이 형성된다.The pulverized glass powder (Frit) can be used as glass for sealing the base metal and pin complex, which are components of the feed-through element for supplying power to the submerged pump installed in the liquefied gas tank. Glass powder is dissolved in water together with organic substances such as binders and deflocculants to form a slurry, and then made into granules through a spray dryer. A glass preform is produced. At this time, during the sintering process, organic substances such as binders are burned and blown away, and the glass is sintered to form a glass preform, which is a precursor for sealing.
이 유리 프리폼을 베이스 메탈과 핀 복합체 사이에 삽입하고 열을 가하여 밀봉한다. 유리 밀봉은 유리의 점도가 106 poise 이상의 온도에서 이루어지며, 유리를 고온현미경으로 승온하여 관찰할 때 반구 형태를 이루는 온도가 밀봉에 적합하다. 또한, 피드스루 엘리먼트의 구성 성분인 베이스 메탈과 핀 복합체 사이의 공간에 유리조각을 넣거나 또는 용융유리를 직접 부어 넣고 열처리하여 봉착할 수 있다.This glass preform is inserted between the base metal and the fin composite and heat is applied to seal it. Glass sealing is performed at a temperature where the viscosity of the glass is 10 6 poise or higher, and when the glass is heated and observed under a high-temperature microscope, a temperature forming a hemisphere is suitable for sealing. In addition, pieces of glass or molten glass may be directly poured into the space between the base metal, which is a component of the feed-through element, and the pin composite, and then heat-treated to seal.
실시예를 통해 본 발명의 유리는 극저온에서 사용가능하며, 액화가스의 압력에 충분히 견디며, 높은 전기 절연 특성을 나타내므로 극저온 환경인 액화가스 탱크 내에 설치되는 서브머지드 펌프(Submerged Pump)에 전력 공급을 위한 피드스루 엘리먼트의 밀봉에 매우 적합하다. 실시예에서는 베이스 메탈은 열팽창계수가 160x10-7/℃인 SUS 316을 사용하며, 도체 핀은 열팽창계수가 170x10-7/℃인 SE-Cu를 사용하며, 핀 슬리브는 열팽창계수는 94x10-7/℃인 NiFe45 합금튜브를 사용하여 핀 슬리브를 도체핀 봉에 끼워 용접하여 핀 복합체를 이루었다. 베이스 메탈과 핀 복합체의 밀봉은 본 발명의 유리로 이루어지며, 카본지그 위에 베이스 메탈을 놓고 베이스 메탈 구멍 중앙에 핀 복합체를 위치시키고 용융유리를 부어 넣고 질소 분위기로에서 봉착온도로 가열하여 밀봉하였다. Through the examples, the glass of the present invention can be used at cryogenic temperatures, sufficiently withstands the pressure of liquefied gas, and exhibits high electrical insulation properties, thereby supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank in a cryogenic environment. It is very suitable for sealing of feed-through elements for In the embodiment, the base metal uses SUS 316 with a thermal expansion coefficient of 160x10 -7 / ° C, the conductor pin uses SE-Cu with a thermal expansion coefficient of 170x10 -7 / ° C, and the pin sleeve has a thermal expansion coefficient of 94x10 -7 / ° C. A pin composite was formed by welding a pin sleeve to a conductor pin rod using a NiFe45 alloy tube at °C. The base metal and the pin composite are sealed with the glass of the present invention, the base metal is placed on a carbon jig, the pin composite is placed in the center of the hole in the base metal, molten glass is poured, and heated to a sealing temperature in a nitrogen atmosphere furnace to seal.
본 발명의 유리조성에 대한 실시예와 비교예를 도표로 나타낸다. 실시예 1, 2, 3은 본 발명의 유리조성 범위를 갖고 열팽창계수가 95x10-7/℃ 이상이며, 봉착과정에서 결정화가 일어나지 않으며, 절연저항, 내전압, 압력저항성 모두 만족스러운 값을 나타내었으나 비교예에서는 그렇지 못하였다.Examples and comparative examples for the glass composition of the present invention are shown graphically. Examples 1, 2, and 3 had the glass composition range of the present invention, had a thermal expansion coefficient of 95x10-7/°C or more, did not crystallize during the sealing process, and showed satisfactory values in insulation resistance, withstand voltage, and pressure resistance. In the example it was not.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also made according to the present invention. falls within the scope of the rights of
Claims (3)
SiO2 58~71 중량부, B2O3 0.5~3 중량부, Al2O3 2~8중량부,
R2O 10~20 중량부(단, R은 Li, Na 또는 K를 나타냄),
R’O 8~18 중량부(단, R’ 는 Mg, Ca, Sr 또는 Ba를 나타냄),
ZnO 0.1~2 중량부 및 Co3O4 0.05~1.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 밀봉을 위한 유리 조성물. A glass composition applied to sealing a base metal and a pin composite of a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank,
SiO 2 58-71 parts by weight, B 2 O 3 0.5-3 parts by weight, Al 2 O 3 2-8 parts by weight,
10 to 20 parts by weight of R 2 O (where R represents Li, Na or K),
8 to 18 parts by weight of R'O (where R' represents Mg, Ca, Sr or Ba),
A glass composition for glass sealing comprising 0.1 to 2 parts by weight of ZnO and 0.05 to 1.0 parts by weight of Co 3 O 4 .
SE-Cu 봉으로 이루어지는 도체 핀(6);
NiFe45 또는 Alloy46 합금 튜브로 이루어지고, 상기 도체 핀이 삽입되어 용접 결합되는 핀 슬리브(5); 및
상기 핀 슬리브의 외주면에 봉착되고, 제1항에 기재된 유리 조성물로 이루어지는 봉착 유리(3)로 이루어지는 핀 복합체.A pin complex of a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank,
Conductor pins 6 made of SE-Cu rods;
A pin sleeve 5 made of a NiFe45 or Alloy46 alloy tube and into which the conductor pin is inserted and welded; and
A pin composite comprising a sealing glass (3) sealed to the outer circumferential surface of the pin sleeve and made of the glass composition according to claim 1.
SUS 316 또는 SUS 304의 재질로 구성되는 베이스 메탈(2);
상기 베이스 메탈에 형성된 관통구를 관통하여 결합되는 제2항에 기재된 핀 복합체(8);를 포함하는 극저온 터미널 헤더용 피드스루 엘리먼트.As a feed-through element for supplying power to a submerged pump installed in a liquefied gas tank,
Base metal (2) made of SUS 316 or SUS 304;
A feed-through element for a cryogenic terminal header comprising: a pin complex (8) according to claim 2 coupled through a through-hole formed in the base metal.
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| KR (1) | KR20230075156A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9741463B2 (en) | 2013-09-20 | 2017-08-22 | Schott Corporation | GTMS connector for oil and gas market |
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2021
- 2021-11-22 KR KR1020210161474A patent/KR20230075156A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9741463B2 (en) | 2013-09-20 | 2017-08-22 | Schott Corporation | GTMS connector for oil and gas market |
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| E601 | Decision to refuse application |