JP7318127B2 - 多層構造の核燃料被覆管の製造方法 - Google Patents

多層構造の核燃料被覆管の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7318127B2
JP7318127B2 JP2022529081A JP2022529081A JP7318127B2 JP 7318127 B2 JP7318127 B2 JP 7318127B2 JP 2022529081 A JP2022529081 A JP 2022529081A JP 2022529081 A JP2022529081 A JP 2022529081A JP 7318127 B2 JP7318127 B2 JP 7318127B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
inner tube
inserting body
diameter
nuclear fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022529081A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023503076A (ja
Inventor
ヨンス ユン
ヨンヒー キム
デユン キム
ユーナ リー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Original Assignee
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST filed Critical Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Publication of JP2023503076A publication Critical patent/JP2023503076A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7318127B2 publication Critical patent/JP7318127B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • G21C3/12—Means forming part of the element for locating it within the reactor core
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/04—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a rolling mill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/02—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length
    • B21B17/04—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length in a continuous process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/227—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
    • B23K20/2333—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer one layer being aluminium, magnesium or beryllium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24—Preliminary treatment
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/10—Pipe-lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/26—Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

本発明は、多層構造の核燃料被覆管の製造方法に係り、さらに詳しくは、棒状の挿通体を用いた多層構造の核燃料被覆管の製造方法に関する。
一般に、原子力発電所は、核分裂により生じる熱で蒸気を生じさせ、生じさせられた蒸気の力でタービンを起動して電気エネルギーを生産するところであり、放射性物質の漏れを防ぎ、原子力発電所の安全を守るために多重の防護壁を有している。中でも、第２の防護壁である核燃料被覆管は、核燃料焼結体を包み込んで原子炉を循環する１次系統の冷却水と核分裂を引き起こす核燃料とを隔離させて、核分裂反応の最中に生成された核分裂生成物が１次系統の冷却水に移っていくことを防ぎ、核分裂により生成された熱を有効に１次系統の冷却水に伝える役割を果たす。
このような核燃料被覆管は、高温下で水蒸気（Ｈ２Ｏ）と反応して酸化され易くなり、このような酸化を抑制もしくは防止すべく、互いに異なる材料を用いて二重構造に核燃料被覆管を作製している。
二重構造の核燃料被覆管は、外管と内管との間に界面がないように作製することが必要であり、従来、外側から内側へと加えられる圧力を支える力を内管に十分に与えることができないため、外管と内管とを互いに密着させるのに限界があった。
韓国登録特許公報第１０－０９６３４７２号公報
本発明は、棒状の挿通体を内部管内に挿通させて、内部管と外部管とを互いに密着させる多層構造の核燃料被覆管の製造方法を提供する。
本発明の一実施形態に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法は、棒状の挿通体が挿通された内部管が外部管内に配置された予備被覆管を設ける工程と、前記予備被覆管の外側から内側へと圧力を加えて、前記予備被覆管の直径を減少させる工程と、前記挿通体の延長方向に平行に力を与えて、前記内部管内から前記挿通体を抜き出す工程と、を含み、前記内部管と前記外部管は、互いに異なる金属から形成されてもよい。
前記予備被覆管の直径を減少させる工程は、互いにペアをなす複数本のローラーからそれぞれなる複数のローリングユニットを前記予備被覆管の長手方向に配置して、前記複数本のローラーの間に前記予備被覆管を移動させる工程を含んでいてもよい。
前記複数のローリングユニットは、前記予備被覆管の長手方向に沿って前記複数本のローラー間の距離が段階的に減少し、前記複数本のローラーの間に前記予備被覆管を移動させる工程においては、前記予備被覆管の内側に加えられる圧力が次第に増加されてもよい。
前記複数のローリングユニットは、前記複数本のローラーが第１の方向に配設された第１のローリングユニットと、前記複数本のローラーが前記第１の方向と交わる第２の方向に配設された第２のローリングユニットと、を備え、前記第１のローリングユニットと前記第２のローリングユニットは、交互に配置されてもよい。
前記予備被覆管の直径を減少させる工程においては、前記挿通体が前記内部管に向かって前記圧力に対する反作用力を与えてもよい。
前記予備被覆管を設ける工程は、前記挿通体の表面を研磨したり、前記挿通体の表面に潤滑剤を塗布したりする工程と、前記挿通体を前記内部管内に挿通させる工程と、を含んでいてもよい。
前記挿通体は、弾性を有していてもよい。
前記挿通体は、高分子からなってもよい。
前記挿通体の硬度は、前記内部管の硬度よりも小さくてもよい。
前記挿通体の硬度は、６０ショアＡ～１００ショアＤであってもよい。
前記挿通体の長さは、前記内部管及び前記外部管よりも長くてもよい。
前記挿通体の元々の直径は、前記予備被覆管の前記内部管の内径以下であり、前記内部管の内径は、前記予備被覆管の直径を減少させる工程において前記挿通体の元々の直径以下に縮径されてもよい。
前記外部管は、前記内部管よりも軟性が大きくてもよい。
本発明の実施形態に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法は、棒状の挿通体を内部管内に挿通させ、予備被覆管の外側から内側へと圧力を加えて予備被覆管の直径を減少させることにより、挿通体が内側に加えられる圧力に対する反作用力を内部管に与えることができる。これを通じて、内部管と外部管とを互いに密着固定することができ、内部管と外部管との間に界面がないように単一の管として多層構造の核燃料被覆管を製造することができる。
また、挿通体が棒状を呈するので、挿通体の延長方向に力を与えるだけで簡単に内部管内から挿通体を抜き出すことができる。挿通体が弾性を有する場合に内部管の内壁に損傷を与えないことができ、高分子からなって十分な硬度を有することにより、内側に加えられる圧力に対して内部管に十分な反作用力を与えることができる。一方、弾性の挿通体は、内部管の内面がいずれも挿通体の外部の表面に触れたときから弾性力を作用させて、挿通体が予備被覆管と同心軸をなして内部管の中心に位置するようにすることができる。なお、挿通体、内部管及び外部管が同心軸をなした状態で反作用力を与えることにより、内部管と外部管とが同心軸をなす単一の管として多層構造の核燃料被覆管を製造することができる。
そして、ローラー間の距離が段階的に減少する複数のローリングユニットを通過させて予備被覆管の縮管（スウェージ加工）工程を行うことにより、予備被覆管の形状をそのまま保ちながら直径のみを減少させることができ、外部管及び／又は内部管に無理な力が加えられないので、外部管及び／又は内部管の損傷及び歪みを防ぐことができる。なお、複数本のローラーが垂直方向に配設された第１のローリングユニットと複数本のローラーが水平方向に配設された第２のローリングユニットとを交互に配置して複数のローリングユニットを構成すれば、予備被覆管が垂直方向又は水平方向の片側方向に押し潰されることなく、円形状を保ちながら縮管工程が行われることが可能になる。
本発明の一実施形態に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法を順番に示す図である。 本発明の一実施形態に係る縮管工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る挿通体による反作用力を説明するための概念図である。
以下では、添付図面に基づいて、本発明の実施形態についてより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。本発明を説明するに当たって、同じ構成要素に対しては同じ参照符号を付し、図面は、本発明の実施形態を正確に説明するために大きさが部分的に誇張されてもよく、図中、同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。
図１は、本発明の一実施形態に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法を示すフローチャートであり、図２は、本発明の一実施形態に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法を順番に示す図であって、図２（ａ）は、予備被覆管の分解斜視図であり、図２（ｂ）は、予備被覆管の組み立て状態の斜視図であり、図２（ｃ）は、多層構造の核燃料被覆管の斜視図である。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法は、棒状の挿通体５０が挿通された内部管１１０が外部管１２０内に配置された予備被覆管１００ａを設ける工程（Ｓ１００）と、前記予備被覆管１００ａの外側から内側へと圧力Ｆを加えて、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）と、前記挿通体５０の延長方向に平行に力を与えて、前記内部管１１０内から前記挿通体５０を抜き出す工程（Ｓ３００）と、を含んでいてもよい。
まず、棒状の挿通体５０が挿通された内部管１１０が外部管１２０内に配置された予備被覆管１００ａを設ける（Ｓ１００）。棒（ｒｏｄ）状の挿通体５０が挿通された内部管１１０が外部管１２０内に配置されてもよく、これを通じて、内部管１１０内に挿通体５０が挿通された予備被覆管１００ａを設けることができる。ここで、挿通体５０は、内部管１１０が外部管１２０内に配置（又は、挿通）された状態で内部管１１０内に挿通させてもよく、内部管１１０内に挿通体５０を先に挿通させた後に挿通体５０が挿通された内部管１１０を外部管１２０内に配置してもよい。一方、内部管１１０が外部管１２０内に挿通された複数本の予備被覆管１００ａを設け、長尺の（又は、連続する）１本の挿通体５０をすべての複数本の予備被覆管１００ａの内部管１１０に挿通させて、内部管１１０内に挿通体５０が挿通された複数本の予備被覆管１００ａを設けてもよい。すなわち、複数本の予備被覆管１００ａが１本の挿通体５０に刺し通されることが可能になり、このような場合には、内部管１１０が外部管１２０内に挿通された状態で挿通体５０が内部管１１０内に挿通される。
次いで、前記予備被覆管１００ａの外側から内側へと圧力Ｆを加えて、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる（Ｓ２００）。予備被覆管１００ａの半径方向の外側から内側へと予備被覆管１００ａの中心軸に向かって圧力Ｆを加えて、予備被覆管１００ａの直径を減少させることができ、これを通じて、内部管１１０と外部管１２０とを互いに密着固定することができる。このとき、挿通体５０は、予備被覆管１００ａの外側から内側へと加えられる圧力Ｆに対して内部管１１０を支える力を与えることができる。
すなわち、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）においては、予備被覆管１００ａの外側から内側へと加えられる圧力Ｆ及び挿通体５０が内部管１１０を支える力により外部管１２０と内部管１１０とが互いに密着固定されることが可能になり、押し潰れのない多層構造の核燃料被覆管１００を製造することができる。
次いで、前記挿通体５０の延長方向に平行に力を与えて、前記内部管１１０内から前記挿通体５０を抜き出す（Ｓ３００）。挿通体５０は、棒状の単一の胴体であるため、挿通体５０の延長方向に平行に挿通体５０及び／又は予備被覆管１００ａに力を与えて挿通体５０を内部管１１０の内部から引き抜くことにより、簡単に内部管１１０内から挿通体５０を抜き出すことができる。このとき、挿通体５０を引っ張って挿通体５０を抜き出してもよく、挿通体５０を押して挿通体５０を抜き出してもよい。挿通体５０を引っ張って挿通体５０を抜き出す場合には、挿通体５０の延長方向に（すなわち、延長方向に沿って又は延長方向と平行に）挿通体５０に引っ張る力を与えることができ、挿通体５０の延長方向（と平行な方向）に予備被覆管１００ａを押す力を与えることができる。逆に、挿通体５０を押して挿通体５０を抜き出す場合には、挿通体５０の延長方向に挿通体５０に押す力を与えることができ、挿通体５０の延長方向に予備被覆管１００ａを引っ張る力を与えることができる。
従来、外部管１２０内に内部管１１０のみを挿通させた状態で、予備被覆管１００ａの管（ｔｕｂｅ）状の内部が空いている状態で縮管（ｓｗａｇｉｎｇ）工程を行っていた。このような方式は、縮管工程を行うに際して、放射状に力（又は、圧力）が加えられるときに内部管１１０がバランスよく力（又は、エネルギー）を受けることができないが故に内部管１１０の押し潰れが生じ、これにより、押し潰された多層構造の核燃料被覆管１００が製造されざるを得なかった。
このような問題を解決すべく、ＫＯＨなどの塩（ｓａｌｔ）を充填材として用いて内部管１１０内に前記充填材を充填し、縮管工程を行った後に水などの溶媒で前記充填材を溶かして抜き出す方法も用いられていた。このような方法は、人間が自ら一々に粒状もしくは粉（ｐｏｗｄｅｒ）状の前記充填材を内部管１１０内に詰め込んだ後、長尺の棒を押し込んで圧力を加えることにより密度を上げていた。これにより、内部管１１０の内部に詰め込まれる前記充填材（すなわち、塩）の均一な量を保証することができず、それにより、再現性を保証することが困難であった。また、実際のところ、量産を目指す縮管工程において塩を充填材として用いる方法は決して効率がよいとは言えず、工程の特性からみて、長い時間がかかるが故に時間的な面からも非効率的であるため、究極的な目的である簡単かつ迅速な縮管工程には物足りなさがあった。特に、縮管工程後に凝集された前記充填材を抜き出すのにさらに長い時間がかかってしまう。一方、前記充填材がまるで粒のように塊状に固まった（又は、大きな塊状の）個体である場合には、縮管工程において内部管１１０の直径が減少しながら内部管１１０の内面（又は、内壁）に傷つきが生じてしまうことが懸念される。内部管１１０が軟性（又は、弾性）を有する場合に粉状の前記充填材を用いてしまうと、密度を上げるために前記充填材に圧力を加える度に内部管１１０が膨らむ（又は、歪む）虞があり、位置ごとに前記充填材の密度が異なってくる虞がある。また、前記充填材は、縮管工程において外部に抜け出ないように予備被覆管１００ａの両端を遮蔽（又は、閉止）しなければならない。予備被覆管１００ａの両端を弱く閉塞してしまうと、予備被覆管１００ａを縮径させる圧力Ｆにより内部管１１０の内部圧力が増加されて前記充填材が予備被覆管１００ａの両端の遮蔽のところを突き抜いて外部に抜け出てしまう虞がある。そして、予備被覆管１００ａの両端を過剰に強く閉塞してしまうと、予備被覆管１００ａが圧縮されるのに影響を与えて予備被覆管１００ａの直径の減少が円滑に行われない、あるいは、内部管１１０と外部管１２０との相互間の密着が十分に行われない虞もある。
しかしながら、本発明においては、棒状の挿通体５０を引っ張ったり押したりするだけでよいので、抜き出し易いだけではなく、塩を充填材として用いる場合よりも速やかに内部管１１０内から抜き出すことができ、多層構造の核燃料被覆管１００の生産速度が向上する。
ここで、内部管１１０と外部管１２０は、互いに異なる金属（又は、金属合金）から形成されてもよい。例えば、内部管１１０は、ジルコニウム合金（例えば、Ｚｉｒｃａｌｏｙ－４）からなってもよく、一方向（又は、長手方向）に両端部が貫通して内部に核燃料焼結体が収容可能な収容空間（又は、中空部）を有する中空円筒（ｔｕｂｅ）状であってもよい。内部管１１０は、外部管１２０内に挿通されて配置されてもよく、多層構造の核燃料被覆管１００の最も内部に配置されてもよい。
外部管１２０は、ジルコニウム合金の内部管１１０とは異なる金属（例えば、アルミニウムを含む金属）から形成されてもよく、耐腐食特性に優れた金属（例えば、アルミニウム、Ｃｒ－Ａｌ、ＦｅＣｒＡｌなどのアルミニウム合金など）から形成されて冷却機能の喪失による高温及び高圧の雰囲気下で内部管１１０が高温の水蒸気と反応して水素を生じさせることを防ぐことができる。また、内部管１１０の収容空間に詰められている核燃料焼結体を高温酸化から保護して原子力運転安定性を高めることができる。このとき、外部管１２０は、内部管１１０が挿通されて収容できるように一方向に両端部が貫通して内部に収容空間（又は、中空部）を有する中空円筒状であってもよい。
原子力発電所において起こる水素爆発事故は、ジルコニウムの酸化特性との関連性が非常に深く、内部管１１０を外側から包み込むようにジルコニウムを含まない異なる金属から外部管１２０を形成すれば、外部管１２０は、冷却水の不在に対する酸化抵抗性を向上させることができる。これにより、事故の状況下で内部管１１０まで酸化腐食されてしまうことを防ぐことができる。
したがって、内部管１１０と外部管１２０の長所のみを取って製造された多層構造の核燃料被覆管１００は、機械的強度を向上させるとともに、高温酸化に対する事故のリスクを有効に減らすことができる。なお、原子炉事故から内部管１１０及び／又は内部管１１０内に収められた核燃料を保護することができて、原子力の安定的な運転を可能にすることができる。
図３は、本発明の一実施形態に係る縮管工程を説明するための図であって、図３（ａ）は、複数のローリングユニットを備える縮管装置を示す図であり、図３（ｂ）は、位置に応じた予備被覆管の直径の変化を示す図である。
図３を参照すると、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）は、互いにペアをなす複数本のローラー（ｒｏｌｌｅｒ）２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａからそれぞれなる複数のローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）ユニット２１０を前記予備被覆管１００ａの長手方向に配置して、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａの間に前記予備被覆管１００ａを移動させる工程（Ｓ２１０）を含んでいてもよい。
予備被覆管１００ａの直径を減少させるために互いにペアをなす複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａからそれぞれなる複数のローリングユニット２１０を予備被覆管１００ａの長手方向に配置して、前記複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの間に予備被覆管１００ａを移動させてもよい（Ｓ２１０）。縮管装置２００は、外部からローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａで予備被覆管１００ａを圧縮することにより、圧縮及び引抜を行うことで、予備被覆管１００ａの直径を減少させ、長さを増加させることができ、外部管１２０と内部管１１０との間の（離隔）距離を減少させて互いに密着固定することができる。すなわち、縮管装置２００は、複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａを用いて、予備被覆管１００ａの長さを増加させることができ、しかも、直径を減少させることができ、外部から圧力Ｆを加えて予備被覆管１００ａの外部管１２０と内部管１１０とを互いに密着させることができる。このとき、縮管装置２００は、予備被覆管１００ａの長手方向に配置される複数のローリングユニット２１０を備えていてもよい。複数のローリングユニット２１０は、互いにペア（又は、対）をなす複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａからそれぞれなっていてもよく、前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａが外側から予備被覆管１００ａの中心軸に向かって対称的に（又は、バランスよく）予備被覆管１００ａを加圧してもよい。ここで、前記ペアをなす複数本のローラーは、互いに対向する一対のローラーであってもよく、複数本のローラーが予備被覆管１００ａの中心軸を中心として一定の角度ずつ離れて配置されたローラー群であってもよい。
これらの複数のローリングユニット２１０を前記予備被覆管１００ａの長手方向に配置し、それぞれの前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａの間を通過するように予備被覆管１００ａを移動させると、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａが予備被覆管１００ａを圧縮する力により予備被覆管１００ａが圧縮されかつ引き抜かれ、予備被覆管１００ａの長さが長くなったり、直径が減少したりすることができ、外部管１２０と内部管１１０とが互いに密着されることができる。
そして、複数のローリングユニット２１０は、前記予備被覆管１００ａの長手方向に沿って前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ間の距離が段階的に減少してもよく、前記複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの間に前記予備被覆管１００ａを移動させる工程（Ｓ２１０）においては、予備被覆管１００ａの内側に加えられる圧力Ｆが次第に増加されてもよい。複数のローリングユニット２１０は、前記予備被覆管１００ａの長手方向（すなわち、一方向）を基準として互いに離れて配置されてもよい。複数のローリングユニット２１０のそれぞれは、予備被覆管１００ａを間に挟んで予備被覆管１００ａの外側面に触れるようにペアをなす複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａを備えて前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの間に予備被覆管１００ａが進んで移動することにより、予備被覆管１００ａの半径方向の外側から内側へと押し出す圧力Ｆを加えてもよい。一方、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ間の距離が段階的に減少しながら、ローラーの直径（又は、大きさ）もまた予備被覆管１００ａの直径の減少に伴い縮まってもよく、図３（ａ）に示すように、第１の水平ローラー２１２ａが第１の垂直ローラー２１１ａよりも直径が小さくてもよく、第２の垂直ローラー２１１ｂが第１の水平ローラー２１２ａよりも直径が小さくてもよい。
例えば、前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａのそれぞれは、予備被覆管１００ａを基準として予備被覆管１００ａの外側面にそれぞれ対向して触れるように備えられてもよい。予備被覆管１００ａが前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの間に進んで移動しないが故に前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの間に予備被覆管１００ａが配設されない場合には、予備被覆管１００ａの外側の直径（又は、外径）以下の距離にて離れてもよく、最初に予備被覆管１００ａが進入する前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａは、予備被覆管１００ａの外側の直径に等しいか、あるいは、予備被覆管１００ａの外側の直径よりもやや小さな離隔距離を有していてもよい。これにより、予備被覆管１００ａが前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの間を通り過ぎるときに前記ペアをなす複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａが予備被覆管１００ａの外側面に触れて加えられる圧力Ｆにより予備被覆管１００ａの直径が減少することができ、外部管１２０と内部管１１０とが密着されて触れ合うようにすることができる。
ここで、図３（ａ）に示すように、複数のローリングユニット２１０は、前記予備被覆管１００ａの長手方向に沿って前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ間の距離が段階的に減少してもよい。前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ間の距離が段階的に減少する複数のローリングユニット２１０のそれぞれを通り過ぎた（又は、通過した）予備被覆管１００ａの個所をＡ、Ｂ、Ｃに分類し、予備被覆管１００ａの各個所Ａ、Ｂ、Ｃの直径及び厚さについて調べてみると、図３（ｂ）に示すように、予備被覆管１００ａが経た複数のローリングユニット２１０の数が増加されるにつれて、予備被覆管１００ａの直径及び／又は内部管１１０の収容空間の直径（又は、内径）がＤ１からＤ３へと次第に減少するということが分かる。これは、複数のローリングユニット２１０のそれぞれの前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ間の離隔距離が段階的に減少することにより、予備被覆管１００ａに加えられる圧力Ｆが次第に増加され、このように次第に増加される圧力Ｆにより歪まれて予備被覆管１００ａの直径及び／又は内部管１１０の収容空間の直径が減少するからであると捉えられる。すなわち、前記複数本のローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの間に前記予備被覆管１００ａを移動させる工程（Ｓ２１０）においては、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ間の距離が段階的に減少する複数のローリングユニット２１０を通過することにより、予備被覆管１００ａの内側に加えられる圧力Ｆが次第に増加されることができる。
このため、本発明においては、前記ペアをなすローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ間の距離が段階的に減少する複数のローリングユニット２１０を通過させて予備被覆管１００ａの縮管工程を行うことにより、予備被覆管１００ａの形状をそのまま保ちながら直径のみを減少させることができる。なお、外部管１２０及び／又は内部管１１０に無理な力が加えられないことができ、外部管１２０及び／又は内部管１１０の損傷（又は、欠陥）及び歪みを防ぐことができる。
ここで、図３（ａ）においては、ローリングユニット２１０を３つ備え、それぞれのローリングユニット２１１，２１２は、２本ずつのローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａから構成されると示されているが、ローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａの本数及びローリングユニット２１０の数はこれに何ら限定されず、様々な数に変更可能である。また、図３（ｂ）には、予備被覆管１００ａの直径が大幅に減少すると示されているが、これは、直径の変化を説明するために相違点が感じられるように示したものに過ぎず、実際に脆い（又は、軟性の）管の材質から予備被覆管１００ａを形成した場合、予備被覆管１００ａの直径は、図３（ｂ）のように変化することもできるが、予備被覆管１００ａの直径は、外部管１２０及び内部管１１０の伸び率に応じて減少することもできる。
一方、縮管工程により外部管１２０と内部管１１０との密着力を増加させて互いに密着固定する方法について図３（ａ）を参照してより具体的に説明すると、予備被覆管１００ａは、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａの間を移動することにより、ローラー２１１ａもしくは２１１ｂもしくは２１２ａが予備被覆管１００ａに加える圧力Ｆにより予備被覆管１００ａの内側に圧力Ｆが加えられる。このとき、予備被覆管１００ａの内部管１１０内に挿通された挿通体５０は、内部管１１０の収容空間に詰められているため、内側に加えられる圧力Ｆから内部管１１０を支えることができる。すなわち、挿通体５０は、外部から加えられる圧力Ｆに対して内部管１１０を外側に支える力を有しているので、内部管１１０が一定の位置にあり、外部管１２０は、外部の圧力Ｆにより内部管１１０よりも大きく縮められて内部管１１０側に押し出されることにより、外部管１２０と内部管１１０は、互いに密着固定されることができる。
複数のローリングユニット２１０は、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂが第１の方向（例えば、垂直方向）に配設された第１のローリングユニット２１１と、前記複数本のローラー２１２ａが前記第１の方向と交わる第２の方向（例えば、水平方向）に配設された第２のローリングユニット２１２と、を備えていてもよく、第１のローリングユニット２１１と第２のローリングユニット２１２は、交互に配置されてもよい。すなわち、複数のローリングユニット２１０は、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂが前記第１の方向に配設された第１のローリングユニット２１１と、前記複数本のローラー２１２ａが前記第２の方向に配設された第２のローリングユニット２１２と、が交互に配置されて構成されてもよい。
第１のローリングユニット２１１は、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂが前記第１の方向に配設されてもよく、相互の間に進入された予備被覆管１００ａを中心として対称となるように予備被覆管１００ａの外側に前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂが配置されてもよい。例えば、第１のローリングユニット２１１は、相互の間に進入された予備被覆管１００ａを中心として前記第１の方向の両側（又は、両サイド）に一対のローラー２１１ａもしくは２１１ｂが互いに対向して配置されてもよく、前記第１の方向に互いに対向する前記一対のローラー２１１ａもしくは２１１ｂが予備被覆管１００ａを前記第１の方向の両側から予備被覆管１００ａの内側へと加圧してもよい。
第２のローリングユニット２１２は、前記複数本のローラー２１２ａが前記第１の方向と交わる前記第２の方向に配設されてもよく、相互の間に進入された予備被覆管１００ａを中心として対称となるように予備被覆管１００ａの外側に前記複数本のローラー２１２ａが配置されてもよい。例えば、第２のローリングユニット２１２は、相互の間に進入された予備被覆管１００ａを中心として前記第２の方向の両側（又は、両サイド）に一対のローラー２１２ａが互いに対向して配置されてもよく、前記第２の方向に互いに対向する前記一対のローラー２１２ａが予備被覆管１００ａを前記第２の方向の両側から予備被覆管１００ａの内側へと加圧してもよい。
このとき、第１のローリングユニット２１１と第２のローリングユニット２１２は、交互に配置されてもよい。
第１のローリングユニット２１１もしくは第２のローリングユニット２１２のみが連続して配置される場合には、予備被覆管１００ａが一方向（例えば、垂直方向又は水平方向）にのみ加圧されてしまう結果、全体的に均一に圧縮できなくなり（又は、縮められなくなり）、予備被覆管１００ａがその形状（又は、断面形状）を保つことができず、（垂直又は水平の）片側方向に押し潰されてしまう虞がある。しかしながら、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂが前記第１の方向に配設された第１のローリングユニット２１１と、前記複数本のローラー２１２ａが前記第２の方向に配設された第２のローリングユニット２１２と、を交互に配置すれば、予備被覆管１００ａが前記第１の方向だけではなく、前記第２の方向にも加圧され、その結果、全体的に（又は、両方向に）均一に圧縮されることが可能になる。これにより、予備被覆管１００ａが（垂直又は水平の）片側方向に押し潰されることなく、円形状を保ちながら縮管工程が行われることが可能になる。
ここで、第１のローリングユニット２１１と第２のローリングユニット２１２のうち、前記複数本のローラー２１１ａ，２１１ｂが垂直方向に配設されたローリングユニット２１１もしくは２１２が最初に配置されてもよく、前記垂直方向に配設されたローリングユニット２１１もしくは２１２に最初に予備被覆管１００ａが進入されることが好ましい。挿通体５０を内部管１１０内に手軽に挿通できるように挿通体５０の元々の直径（又は、本来の直径）が内部管１１０の内径よりも小さな場合には、挿通体５０が重力により下部（又は、下）に偏って支持されざるを得ず、挿通体５０を内部管１１０の内部の中心に位置させ難い虞がある。ここで、前記元々の直径とは、本来の直径もしくは元々の直径であって、圧力又は引っ張り力などの外力が作用しなかったときの直径であってもよい。このような場合に、第１のローリングユニット２１１と第２のローリングユニット２１２のうち、前記複数本のローラー２１２ａが水平方向に配設されたローリングユニット２１２もしくは２１１が先に予備被覆管１００ａを加圧してしまうと、内部管１１０の水平方向の幅が減って挿通体５０が下部に偏った状態で固定される虞があり、挿通体５０が内部管１１０の内部の中心に位置できず、その結果、予備被覆管１００ａが片側方向に押し潰されてしまう虞がある。
しかしながら、前記垂直方向に配設されたローリングユニット２１１もしくは２１２が先に予備被覆管１００ａを加圧すると、前記垂直方向に配設されたローリングユニット２１１もしくは２１２の加圧を通じて挿通体５０の垂直位置が内部管１１０の内部の中心と一致（又は、位置合わせ）されることができて、挿通体５０が内部管１１０の内部の中心に位置することができ、予備被覆管１００ａが片側方向に押し潰されることなく、円形状を保つことができる。
図４は、本発明の一実施形態に係る挿通体による反作用力を説明するための概念図であって、図４（ａ）は、予備被覆管の側断面図であり、図４（ｂ）は、予備被覆管の正断面図である。
図４を参照すると、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）においては、挿通体５０が内部管１１０に向かって前記圧力Ｆに対する反作用力－Ｆを与えてもよい。挿通体５０が内側に加えられる圧力Ｆに対する反作用力－Ｆを内部管１１０に与えてもよい。これを通じて、内部管１１０と外部管１２０とを互いに密着固定することができ、内部管１１０と外部管１２０との間に界面がないように単一の管として多層構造の核燃料被覆管１００を製造することができる。
すなわち、挿通体５０が内部管１１０の収容空間に詰め込まれるので、縮管工程において内側に加えられる圧力Ｆにより予備被覆管１００ａの直径が減少する（又は、縮められる）ときに挿通体５０が内部管１１０を支え、前記圧力Ｆに対する反作用力－Ｆを半径方向に（又は、外側に）内部管１１０に与えることができる。前記圧力Ｆにより外部管１２０が内部管１１０に向かって加圧され、前記反作用力－Ｆにより内部管１１０が外部管１２０に向かって加圧されて、外部管１２０と内部管１１０とが互いに密着されることができる。そして、内部管１１０と外部管１２０との間に界面がないようにする十分な前記圧力Ｆと前記反作用力－Ｆにより内部管１１０と外部管１２０とが単一の管として互いに密着固定されることが可能になる。なお、挿通体５０による前記反作用力－Ｆにより内部管１１０の直径はほとんど変化しないつつも、外部管１２０が相対的に大きく縮められて内部管１１０と外部管１２０とが互いに密着されることが可能になる。
前記予備被覆管を設ける工程（Ｓ１００）は、前記挿通体５０の表面を研磨したり、前記挿通体５０の表面に潤滑剤を塗布したりする工程（Ｓ１１０）と、前記挿通体５０を前記内部管１１０内に挿通させる工程（Ｓ１２０）と、を含んでいてもよい。
前記挿通体５０の表面を研磨したり、前記挿通体５０の表面に潤滑剤を塗布したりしてもよい（Ｓ１１０）。挿通体５０が内部管１１０内に円滑に挿通され、内部管１１０内から円滑に抜け出る（又は、抜き出される）ことが可能なように挿通体５０の表面を滑らかに研磨してもよく、挿通体５０の表面に潤滑剤などを塗布しても（又は、塗り付けても）よい。ここで、本発明に係る多層構造の核燃料被覆管の製造方法は、常温（約０～２５℃）において行われてもよく、前記潤滑剤は、高価な高温潤滑剤や耐熱潤滑剤ではなくてもよく、入手し易い食用油や潤滑防錆剤（例えば、ＷＤ－４０）などを用いてもよい。
また、挿通体５０の表面を滑らかに研磨したり、挿通体５０の表面に潤滑剤などを塗り付けたりする場合には、内部管１１０の内面が挿通体５０の粗い表面により引っ掻かれてしまうことを防ぐことができ、内部管１１０の内面と挿通体５０の表面との摩擦を減らして内部管１１０の損傷及び／又は変形を抑制もしくは防止することができる。
すなわち、挿通体５０の表面が粗くなると、挿通体５０の粗い表面により内部管１１０の内面が引っ掻かれてしまう虞があり、内部管１１０の内面と挿通体５０の表面との摩擦により内部管１１０が引きちぎれたり破損されたりする虞があり、内部管１１０に欠陥が生じる虞がある。しかしながら、本発明においては、挿通体５０の表面を滑らかに研磨したり、挿通体５０の表面に潤滑剤などを塗り付けたりしてこのような問題を解決することができる。
そして、前記挿通体５０を前記内部管１１０内に挿通させてもよい（Ｓ１２０）。挿通体５０の表面を滑らかに研磨したり、挿通体５０の表面に潤滑剤などを塗り付けたりして挿通体５０が内部管１１０内に円滑に挿通できるようにした後、挿通体５０を前記内部管１１０内に挿通させてもよい。このような場合、滑らかな挿通体５０の表面及び／又は潤滑剤により内部管１１０内に挿通された挿通体５０が内部管１１０内からも円滑に抜け出ることが可能になる。ここで、挿通体５０を内部管１１０内に先に挿通させた後、挿通体５０が挿通された内部管１１０を外部管１２０内に挿通（又は、配置）させてもよく、外部管１２０内に配置（又は、挿通）された内部管１１０内に挿通体５０を挿通させてもよい。
挿通体５０は、弾性を有していてもよい。挿通体５０が弾性を有すると、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）において内部管１１０の内径が減少して挿通体５０の元々の直径よりも小さくなる場合であっても、挿通体５０の延長方向に力を与えること（すなわち、前記挿通体を引っ張ること）だけで簡単に内部管１１０内から挿通体５０を抜き出すことができる。また、弾性を有する挿通体５０は、内部管１１０の直径が減少するときに緩衝力を作用させて内部管１１０に無理な力が加えられることを抑制もしくは防止することができ、弾性力により前記反作用力－Ｆを有効に内部管１１０に与えることができる。
一方、挿通体５０が弾性を有する場合には、挿通体５０を挿通させかつ抜き出しながら、内部管１１０の内壁に損傷を与えないこともできる。また、内部管１１０の内面がいずれも挿通体５０の外部の表面に触れたときに前記弾性力が作用するので、挿通体５０の元々の直径が内部管１１０の内径よりも小さな場合に内部管１１０の内径と挿通体５０の元々の直径との差分に見合う分だけ内部管１１０の内径が減少するまでは前記反作用力－Ｆがほとんど作用しなくなることにより、内部管１１０の内径が減少して内部管１１０の内面が挿通体５０の外部の表面に触れることに伴い、挿通体５０が予備被覆管１００ａと同心軸（すなわち、前記挿通体の（平）断面と前記内部管の円周（又は、内周）とが同心円）をなして内部管１１０の中心に位置することができる。このとき、外部管１２０と内部管１１０も同心軸をなすことができ、挿通体５０、内部管１１０及び外部管１２０が同心軸（又は、同心円）をなした状態で前記反作用力－Ｆが作用する（又は、与えられる）ことにより、内部管１１０と外部管１２０とが均一に互いに密着固定されることができ、内部管１１０と外部管１２０とが同心軸をなす（単一の管として）多層構造の核燃料被覆管１００を製造することができる。
そして、挿通体５０は、高分子（又は、重合体（ポリマー））からなってもよい。挿通体５０が圧縮され過ぎず（又は、圧着され過ぎず）、前記反作用力－Ｆを有効に内部管１１０に与えるためには、挿通体５０が十分な硬度（ｈａｒｄｎｅｓｓ）を有していなければならない。挿通体５０が高分子からなる場合には、挿通体５０が弾性（又は、軟性）を有しながらも、粒子（又は、分子）の密度が高くて十分な硬度を有することができる。これにより、内側に加えられる圧力Ｆに対して内部管１１０に十分な前記反作用力－Ｆを与えることができる。例えば、挿通体５０は、ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）又はポリオキシメチレン（ＰｏｌｙＯｘｙＭｅｔｈｙｌｅｎｅ；ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰｏｌｙＥｔｈｅｒＥｔｈｅｒＫｅｔｏｎｅ；ＰＥＥＫ）、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ナイロン（例えば、Ｎｙｌｏｎ ６／６）、エチレンビニールアセテート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ；ＥＶＡ）、グルーガン（ｇｌｕｅ ｇｕｎ）用熱可塑性プラスチック、ゴム（ｒｕｂｂｅｒ）などからなってもよい。
また、挿通体５０の硬度は、内部管１１０の硬度よりも小さくてもよい。挿通体５０の硬度が内部管１１０の硬度よりも大きな場合には、内側に加えられる圧力Ｆにより内部管１１０の直径が減少しようとするが、挿通体５０の直径は変わらないため、内部管１１０が内径は縮径できず、内部管１１０に無理が生じてしまう。これにより、内部管１１０にひび割れ（ｃｒａｃｋ）が生じるなど内部管１１０が損傷を被ってしまう虞がある。一方、挿通体５０の硬度が内部管１１０の硬度と同じである場合には、内側に加えられる圧力Ｆにより挿通体５０の表面と内部管１１０の内面とが互いに密着されて挿通体５０を抜き出し難くなる虞もあり、挿通体５０が抜け出る工程において折れたり途切れたりする虞もある。
ここで、挿通体５０の硬度は、６０ショアＡ～１００ショアＤであってもよい。挿通体５０の硬度が６０ショアＡよりも小さくなると、脆過ぎて（又は、柔らか過ぎて）内側に加えられる圧力Ｆにより直径が縮径され、長さが長くなるだけであり、加えられる圧力Ｆに対する反作用力－Ｆをほとんど与えることができなくなる。なお、脆過ぎて内部管１１０内から挿通体５０を抜き出すために挿通体５０を引っ張る工程において挿通体５０が途切れてしまうことも懸念される。
これに対し、挿通体５０の硬度が１００ショアＤよりも大きくなると、硬過ぎて内部管１１０の直径が減少して内部管１１０の内面が挿通体５０の表面に密着される場合に挿通体５０を抜き出し難くなる虞があり、脆性（ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ）が増加されて挿通体５０が割れて一部が内部管１１０内に残存する虞もある。なお、挿通体５０の弾性が弱くなって弾性力による反作用力－Ｆを与えることができなくなる虞もある。
そして、挿通体５０の長さは、内部管１１０及び外部管１２０よりも長くてもよい。すなわち、挿通体５０の長さが予備被覆管１００ａの長さよりも長くてもよい。挿通体５０の長さは、内部管１１０及び外部管１２０よりも長い場合には、挿通体５０のうち、予備被覆管１００ａを貫通して抜け出た（又は、晒された）個所を引っ張って簡単に挿通体５０を抜き出してもよい。また、前記抜け出た（又は、突き出た）個所を支持して挿通体５０の直径が内部管１１０の内径よりも小さな場合に挿通体５０を内部管１１０の内部の中心に位置させてもよく、挿通体５０が内部管１１０の内部の中心に位置させられた状態で縮管工程を行ってもよい。一方、挿通体５０の長さを長くして１本の挿通体５０に複数本の予備被覆管１００ａを刺し通して連続して縮管工程を行ってもよく、縮管工程が完了した複数本の予備被覆管１００ａの間の挿通体５０を切り取ってそれぞれの内部管１１０の内部からそれぞれ別々に切り取られた挿通体５０を抜き出してもよい。
さらに、挿通体５０の元々の直径は、予備被覆管１００ａの内部管１１０の内径以下であってもよく、内部管１１０の内径は、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）において前記挿通体５０の元々の直径以下に縮径されてもよい。挿通体５０の元々の直径は、挿通体５０が内部管１１０内に円滑に挿通できるように予備被覆管１００ａの内部管１１０の内径以下であってもよい。そして、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）において縮管工程を行うことで内部管１１０の内径を前記挿通体５０の元々の直径以下に縮径させることにより、挿通体５０による前記反作用力－Ｆを内部管１１０に円滑に伝えることができ、内部管１１０と外部管１２０とを互いに密着固定することができる。
一方、外部管１２０は、内部管１１０よりも軟性が大きくてもよい。外部管１２０は、縮管工程の最中に内部管１１０の外部の表面にすっかり密着できるように外部管１２０は内部管１１０よりも軟性が大きくてもよく、これにより、外部管１２０は、縮管工程の最中に内部管１１０との間隔を最小化させることができて互いに密着固定されることが可能になる。すなわち、外部管１２０の軟性を内部管１１０のそれよりも大きくして予備被覆管１００ａに圧力が加えられる最中に外部管１２０が内部管１１０の外部の表面にすっかり密着されるようにすることができる。内部管１１０よりも軟性が大きな外部管１２０は内部管１１０よりも十分な軟性を有するので、内部管１１０との間隔を最小化させることができ、これにより、内部管１１０と互いに密着固定されることが可能になる。したがって、外部管１２０は、前記予備被覆管１００ａの直径を減少させる工程（Ｓ２００）において内部管１１０よりも大きく縮められて内部管１１０と互いに密着固定されることが可能になる。
このように、本発明においては、棒状の挿通体を内部管内に挿通させ、予備被覆管の外側から内側へと圧力を加えて予備被覆管の直径を減少させることにより、挿通体が内側に加えられる圧力に対する反作用力を内部管に与えることができる。これを通じて、内部管と外部管とを互いに密着固定することができ、内部管と外部管との間に界面がないように単一の管として多層構造の核燃料被覆管を製造することができる。また、挿通体が棒状であるため、挿通体の延長方向に力を与えることだけで簡単に内部管内から挿通体を抜き出すことができる。挿通体が弾性を有する場合に内部管の内壁に損傷を与えないことができ、高分子からなって十分な硬度を有することにより、内側に加えられる圧力に対して内部管に十分な反作用力を与えることができる。そして、ローラー間の距離が段階的に減少する複数のローリングユニットを通過させて予備被覆管の縮管工程を行うことにより、予備被覆管の形状をそのまま保ちながら直径のみを減少させることができ、外部管及び／又は内部管に無理な力が加えられないので、外部管及び／又は内部管の損傷及び歪みを防ぐこともできる。さらに、複数本のローラーが垂直方向に配設された第１のローリングユニットと複数本のローラーが水平方向に配設された第２のローリングユニットとを交互に配置して複数のローリングユニットを構成すれば、予備被覆管が垂直方向又は水平方向の片側方向に押し潰されることなく、円形状を保ちながら縮管工程が行われることが可能になる。
以上、本発明の好適な実施形態について図示して説明したが、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、これより様々な変形が行え、かつ、均等な他の実施形態が採用可能であるということが理解できる筈である。よって、本発明の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲によって定められるべきである。

Claims (12)

  1. 棒状の挿通体が挿通された内部管が外部管内に配置された予備被覆管を設ける工程と、
    前記予備被覆管の外側から内側へと圧力を加えて、前記予備被覆管の直径を減少させる工程と、
    前記挿通体の延長方向に平行に力を与えて、前記内部管内から前記挿通体を抜き出す工程と、
    を含み、
    前記内部管と前記外部管が、互いに異なる金属から形成され、
    前記挿通体の硬度が、前記内部管の硬度よりも小さい、
    多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  2. 前記予備被覆管の直径を減少させる工程が、
    互いにペアをなす複数本のローラーからそれぞれなる複数のローリングユニットを前記予備被覆管の長手方向に配置して、前記複数本のローラーの間に前記予備被覆管を移動させる工程を含む、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  3. 前記複数のローリングユニットは、前記予備被覆管の長手方向に沿って前記複数本のローラー間の距離が段階的に減少し、
    前記複数本のローラーの間に前記予備被覆管を移動させる工程においては、前記予備被覆管の内側に加えられる圧力が次第に増加される、
    請求項２に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  4. 前記複数のローリングユニットが、
    前記複数本のローラーが第１の方向に配設された第１のローリングユニットと、
    前記複数本のローラーが前記第１の方向と交わる第２の方向に配設された第２のローリングユニットと、
    を備え、
    前記第１のローリングユニットと前記第２のローリングユニットが、交互に配置される、
    請求項２に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  5. 前記予備被覆管の直径を減少させる工程においては、前記挿通体が前記内部管に向かって前記圧力に対する反作用力を与える、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  6. 前記予備被覆管を設ける工程は、
    前記挿通体の表面を研磨したり、前記挿通体の表面に潤滑剤を塗布したりする工程と、
    前記挿通体を前記内部管内に挿通させる工程と、
    を含む、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  7. 前記挿通体が、弾性を有する、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  8. 前記挿通体が、高分子からなる、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  9. 前記挿通体の硬度が、６０ショアＡ～１００ショアＤである、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  10. 前記挿通体の長さが、前記内部管及び前記外部管よりも長い、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  11. 前記挿通体の元々の直径が、前記予備被覆管の前記内部管の内径以下であり、
    前記内部管の内径が、前記予備被覆管の直径を減少させる工程において前記挿通体の元々の直径以下に縮径される、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
  12. 前記外部管が、前記内部管よりも軟性が大きい、
    請求項１に記載の多層構造の核燃料被覆管の製造方法。
JP2022529081A 2020-01-23 2021-01-14 多層構造の核燃料被覆管の製造方法 Active JP7318127B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200009509A KR102322805B1 (ko) 2020-01-23 2020-01-23 다층구조 핵연료 피복관 제조방법
KR10-2020-0009509 2020-01-23
PCT/KR2021/000509 WO2021149969A1 (ko) 2020-01-23 2021-01-14 다층구조 핵연료 피복관 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023503076A JP2023503076A (ja) 2023-01-26
JP7318127B2 true JP7318127B2 (ja) 2023-07-31

Family

ID=76992910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022529081A Active JP7318127B2 (ja) 2020-01-23 2021-01-14 多層構造の核燃料被覆管の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220241889A1 (ja)
JP (1) JP7318127B2 (ja)
KR (1) KR102322805B1 (ja)
CN (1) CN114730639A (ja)
WO (1) WO2021149969A1 (ja)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4289011A (en) * 1978-11-17 1981-09-15 Nippon Steel Corporation Continuous pipe rolling process
JP3510211B2 (ja) * 1999-03-29 2004-03-22 フラマトム アンプ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 加圧水炉の燃料棒用の被覆管およびその被覆管の製造方法
CN1222375C (zh) * 2000-09-25 2005-10-12 中山工业株式会社 用于缩小金属管直径的冷轧成形法
WO2007144905A1 (en) * 2006-06-12 2007-12-21 Sms Demag Innse S.P.A. Retained mandrel rolling mill for seamless tubes
JP2008119706A (ja) * 2006-11-09 2008-05-29 Sumitomo Metal Ind Ltd マンドレルミルおよびその操業方法ならびに継目無管の製造方法
KR100963472B1 (ko) 2008-04-17 2010-06-17 한국원자력연구원 금속 핵연료 입자가 봉입된 금속 시스를 포함하는금속핵연료봉 및 이의 제조방법
KR101526305B1 (ko) * 2013-06-19 2015-06-10 한국원자력연구원 다층구조 금속-세라믹 복합체 핵연료 피복관 및 이의 제조방법
BR102013021664B1 (pt) * 2013-08-23 2020-11-10 Vallourec Soluções Tubulares Do Brasil S.A processo para produção de tubo cladeado por trefilação e tubo cladeado
KR101608282B1 (ko) * 2014-01-23 2016-04-04 가천대학교 산학협력단 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법
KR101595436B1 (ko) * 2014-09-23 2016-02-19 한국원자력연구원 다층구조 핵연료 피복관 및 이의 제조방법
US10311981B2 (en) * 2017-02-13 2019-06-04 Terrapower, Llc Steel-vanadium alloy cladding for fuel element
KR101941673B1 (ko) * 2017-04-18 2019-01-23 가천대학교 산학협력단 다층구조 핵연료 피복관 및 다층구조 핵연료 피복관의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN114730639A (zh) 2022-07-08
KR102322805B1 (ko) 2021-11-10
JP2023503076A (ja) 2023-01-26
KR20210095505A (ko) 2021-08-02
US20220241889A1 (en) 2022-08-04
WO2021149969A1 (ko) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4135621A (en) Hydrogen storage module
EP3270087B1 (fr) Conteneur d'un systeme de stockage et de restitution de la chaleur comportant une double paroi en beton
US4583638A (en) Pressure-tight vessel for the storage of hydrogen in a metal matrix body
KR20150080005A (ko) 내부에 포함된 핵연료가 팽창할 수 있도록 구성된 핵분열로 연료 어셈블리
EP3270088A1 (fr) Conteneur d'un systeme de stockage et de restitution de la chaleur comportant au moins deux modules en beton
JPS6048713B2 (ja) 核燃料要素
JP7318127B2 (ja) 多層構造の核燃料被覆管の製造方法
EP3593358B1 (en) Method of manufacturing a reinforced nuclear fuel cladding using an intermediate thermal deposition layer
CN111316372A (zh) 环形金属核燃料及其制造方法
US4710329A (en) Method of manufacturing articles of compacted powder
EP0370734B1 (en) Filter for gas producer and method for producing the same
KR102361438B1 (ko) 에너지 저장 장치
US4871509A (en) Fuel column retainer using radially compressed spring
KR20190122771A (ko) 에너지 저장 장치
JP4420445B2 (ja) 水素吸蔵合金容器
US4106985A (en) Fuel element for a nuclear reactor
US3523354A (en) Method of producing large shapes
JPS6027960B2 (ja) 使用済み核燃料棒の放射性物質の拡散防止方法
JP4941970B2 (ja) 水素吸蔵合金容器
FR2542062A1 (fr) Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation
CN106216462A (zh) 一种双层管弯曲加工工艺
KR20240002349A (ko) 다층구조 핵연료 피복관 제조 방법 및 다층구조 핵연료 피복관 제조 장치
GB1596072A (en) Nuclear reactor fuel
US20220415526A1 (en) End plug for sealing composite tubular ceramic cladding of fuel element of nuclear reactor (variants), and method for manufacturing same (variants)
JP2022519468A (ja) 原子炉燃料集合体および生産のためのプロセス

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230622

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230719

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7318127

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150