KR101776104B1 - 칼란드리아 내부 구조물 검사기기용 승강장치 - Google Patents

칼란드리아 내부 구조물 검사기기용 승강장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 칼란드리아 용기에 마련된 관측공을 통해 내부 구조물 검사기기를 승강 조작하기 위한 승강장치에 관한 것으로, 칼란드리아 내부 구조물 검사기기를 칼란드리아 용기(10)에 마련된 관측공(VP)에 투입하여 수직 방향으로 승강하기 위한 것으로서, 하단에 계측기기(120)가 고정되는 로드부(110)와; 서로 다른 높이에서 상기 로드부(110)를 고정하게 되는 적어도 두 개 이상의 클램프(210)(220)와; 상기 클램프(210)(220)를 상하 승강하기 위한 제1구동부(240)와; 상기 로드부(110) 상단과 와이어(311)로 연결되어 상기 로드부(110)를 상하 승강하게 되는 제2구동부(312);를 포함한다.

Description

칼란드리아 내부 구조물 검사기기용 승강장치{Lifting apparatus for an inspector of an interior structure of a calandria}
본 발명은 칼란드리아 용기에 마련된 관측공을 통해 내부 구조물 검사기기를 승강 조작하기 위한 승강장치에 관한 것이다.
일반적으로 가압중수로는 중수를 냉각재와 감속재로 사용하는 원자로로서, 캐나다에서 개발한 Candu 모델이 대표적이며 국내에서는 월성 1,2,3,4호기가 가압중수로를 채용하고 있다.
가압중수로는 2-5%의 저농축 우라늄을 사용하는 경수로(가압경수로 및 비등경수로)와는 달리 농축하지 않은 천연 우라늄(U-235의 비율이 0.7%)을 사용하며, 냉각재와 감속재로 사용되는 중수는 일반적인 물(輕水)에 비해 중성자를 거의 흡수하지 않아서 중성자 손실이 적어서 천연 우라늄을 사용한다.
한편 경수로에서는 핵연료 교환 시마다 원자로를 정지한 상태에서 연료교체가 이루어지는 반면에, 가압중수로에서는 수평형 원통모양의 원자로를 이용하여 가동 중에도 핵연료 교체가 가능하다.
구체적으로, 가압중수형 원자로는 칼란드리아(Calandria)라고 불리는 원통형 용기가 수평 방향으로 설치되어 있으며, 칼란드리아 내에는 직경이 10cm 정도인 수백 개의 압력관(Pressure Tube)들이 역시 수평 방향으로 관통하고 있고, 핵연료는 집합체(Fuel Bundle) 형태로 압력관 안에 공급되며, 하나의 압력관 안에는 보통 12개의 핵연료 집합체가 공급되도록 구성되어 있다.
중수로 원자로는 사용기간이 길어짐에 따라 원자로 내부의 각 기기 상태를 직접 검사해야 할 필요성이 증대되어 원자로 내부를 직접 육안검사 할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있다.
그리고 중수로 원자로는 가동 중에 검사가 불가능한 구조로 설비개선을 위해 칼란드리아관과 압력관의 교체 시에 두 개의 관 제거 후 신품 설치전 기간에만 검사가 가능하며, 통상 이들 설비는 20년 이상 사용하므로 칼란드리아관 및 압력관 교체 시에는 교체하지 않는 내부 구성품의 건전성 확인을 위한 칼란드리아 내부에 대한 육안검사가 필수적이다. 이에 따라 기존에 개발된 장비가 없는 고준위 방사선 환경과 복잡한 구조를 갖는 칼란드리아 내부 구성품의 검사를 위한 육안검사 장비의 개발이 요구되고 있다.
도 1은 일반적인 가압중수로의 칼란드리아 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 일반적인 가압중수로는 원통형상의 칼란드리아 용기(10) 내에 수평하게 칼란드리아관(calandria tube)(CT)(20)이 설치되며, 칼란드리아관(20) 내부에는 다시 압력관이 설치되고 그 내부에 핵연료가 장전되어 운전이 이루어진다.
또한 칼란드리아 용기(10) 내부에는 칼란드리아관(20) 이외에도 많은 튜브들이 수평 또는 수직방향으로 설치되며, 특히 안전계통의 원자로정지물질 주입관(liquid injection nozzle)(LIN)이 수평 방향으로 칼란드리아관(20)과 직각으로 배치된다.
이와 같이 수평하게 설치된 칼란드리아관(20)은 발전소의 운전이력이 늘어남에 따라서 응력, 방사선 조사 등에 의한 재질내 조직성장(growth)과 크립(creep) 등으로 인해 처짐(sagging) 현상이 발생하게 되며, 이때 칼란드리아관(20)이 주입관과 접촉함으로써 발전소의 안전 운전에 심각한 영향을 초래할 수 있다. 따라서 원자로 수명기간동안 원자로 내에서 칼란드리아관과 다른 튜브(특히, 주입관) 사이의 간격을 적절한 방법으로 확인할 필요성이 있다.
종래에 칼란드리아관과 주입관 사이의 간격을 직접 또는 간접으로 측정할 수 있는 방안에 제시되어 있으며, 예를 들어, 주입관을 이용하는 방법, 칼란드리아관 사이에 수평하게 배치되는 수평 중성자속 검출기(Horizontal Flux Detector)를 이용하는 방법, 수직 중성자속 검출기(Vertical Flux Detector)를 이용하는 방법, 또는 관측공(Viewing Port)(VP)을 이용하는 방법 등에 제시되어 있다.
관측공(VP)은 칼란드리아에 수직방향으로 두 군데에 마련되어 내부 관찰용으로 이용되고 있으며, 원자로의 운전 시작 시에 중성자 소스(neutron source)를 포함한 스타트업(start-up) 유니트를 삽입하게 되는 홀(hole)이며, 그 이후에는 용도가 없다. 따라서 관측공(VP)을 통한 방법이 현장 설계변경이나 중성자속 검출기 교체와 같은 사전 준비 작업을 최소화하면서도 직접 측정이 가능하여 측정 작업의 편리성, 경제성 및 기타 신뢰성 등에서 유리하다.
그러나 관측공(VP)을 통해 계측기기를 삽입하여 검사를 실시하는 경우에 그 깊이가 수 미터가 되어 안정적으로 계측기기를 삽입하기가 쉽지 않으며, 또한 검사 과정에서 불측의 상황이 발생하여 계측기기의 부품이 칼란드리아 내에 잔류하게 되는 경우에 이를 회수하기가 불가능하고 원자로에 심각한 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서 관측공(VP)을 통한 내부 구조물의 검사에는 이러한 사고의 위험을 최소화하여 안전사고를 방지하는 것이 매우 중요하다.
공개특허공보 제10-2014-0042009호(공개일자: 2014.04.07)
본 발명은 가압중수로의 칼란드리아의 내부 구조물을 칼란드리아 용기의 관측공(VP)을 이용하여 육안 검사하기 위한 계측기기를 안전하게 삽입하여 상하 승강이 이루어질 수 있는 칼란드리아 내부 구조물 검사기기용 승강장치(이하, "승강장치"로도 약칭함)를 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 승강장치는, 칼란드리아 내부 구조물 검사기기를 칼란드리아 용기에 마련된 관측공에 투입하여 수직방향으로 승강하기 위한 것으로서, 하단에 계측기기가 고정되는 로드부와; 서로 다른 높이에서 상기 로드부를 고정하게 되는 적어도 두 개 이상의 클램프와; 상기 클램프를 상하 승강하기 위한 제1구동부와; 상기 로드부 상단과 와이어로 연결되어 상기 로드부를 상하 승강하게 되는 제2구동부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 로드부에 고정되는 스톱퍼와; 상기 칼란드리아 용기의 상부에 마련되어 상기 로드부의 낙하 시에 상기 스톱퍼를 지지하게 되는 낙하방지부;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 클램프는, 일측이 힌지 체결된 한 쌍의 반고리 형상의 클램프 몸체와; 상기 클램프 몸체를 고정하기 위한 체결수단과; 상기 클램프 몸체 내주면에 돌출 형성된 복수 개의 가압돌기;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1구동부는, 상기 로드부와 인접하여 직립 설치되는 몸체부와; 상기 몸체부에 수직방향으로 회동 가능하게 구비되는 스크류와; 상기 클램프가 고정되어 상기 스크류에 나사 조립되어 스크류의 회전 방향에 따라서 상하 승강이 이루어지는 클램프 이송블록과; 상기 스크류를 회전 구동하기 위한 구동모터;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 로드부와 제2와이어로 연결되어 상기 로드부를 상하 승강하기 위한 제3구동부와; 상기 제2구동부와 상기 제3구동부를 동기화하여 구동을 제어하기 위한 구동유니트를 더 포함한다.
본 발명의 칼란드리아 내부 구조물 검사기기용 승강장치는, 계측기기를 지지하는 로드부와, 로드부를 고정 지지하는 클램프와, 클램프를 상하 승강하기 위한 제1구동부와, 로드부 상단과 와이어로 연결되어 로드부를 상하 승강하게 되는 제2구동부를 포함하여 계측기기를 안정적이고 안전하게 승강하여 칼란드리아 용기 내부 구조물에 대한 조사가 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 가압중수로의 칼란드리아 구조를 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 승강장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 승강장치에 있어서 클램프의 바람직한 일례를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 승강장치의 요부 구성도.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적인 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 승강장치의 구성도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 승강장치는, 칼란드리아 내부 구조물 검사기기를 칼란드리아 용기(10)에 마련된 관측공(VP)에 투입하여 수직 방향으로 승강하기 위한 것으로서, 하단에 계측기기(120)가 고정되는 로드부(110)와; 서로 다른 높이에서 로드부(110)를 고정하게 되는 적어도 두 개 이상의 클램프(210)(220)와; 클램프(210)(220)를 상하 승강하기 위한 제1구동부(240)와; 로드부(110) 상단과 와이어(311)로 연결되어 로드부(110)를 상하 승강하게 되는 제2구동부(312);를 포함한다.
로드부(110)는 하단에 구비되는 계측기기(120)를 지지하여 상하 이동이 가능한 강체의 봉일 수 있으며, 칼란드리아 용기(10) 상부에 마련된 수직 구동수단에 의해 로드부(110)의 상하 조작이 이루어진다.
한편 로드부(110)는 중공형의 수납공이 형성된 파이프일 수 있으며, 계측기기(120) 내의 계측장치의 전기적인 신호 또는 전동기기를 구동하기 위한 전력을 전달하는 케이블이 내부에 수납될 수 있다. 이러한 케이블은 로드부(110)를 따라서 인출되어 모니터를 포함하는 콘트롤러와 연결될 수 있다.
본 발명에서 계측기기(120)는 내부 구조물을 육안 검사하기 위한 카메라, 대상 조사물의 거리를 산출하기 위한 레이저 거리측정유닛, 조명기구 등을 포함할 수 있으며, 이러한 계측수단들은 방사능으로부터 보호될 수 있도록 납차폐체와 납유리 등에 의해 보호되며, 방사능 등에 의한 전송 신호의 노이즈 영향을 위하여 쉴드된 케이블에 의해 신호의 전달이 이루어질 수 있다.
본 발명에서 로드부(110)의 수직 구동수단으로는 로드부(110)를 고정하기 위한 적어도 두 개 이상의 클램프(210)(220)와, 이 클램프(210)(220)를 상하 승강하기 위한 제1구동부(240)를 포함한다.
본 실시예에서 클램프(210)(220)는 제1클램프(210)와, 제1클램프(210) 하단에 마련되는 제2클램프(220)로 구성되며, 제1클램프(210)와 제2클램프(220)는 클램프 이송블록(230)에 고정되며, 제1구동부(240)에 의해 클램프 이송블록(230)의 상하 이동이 이루어진다. 제1클램프(210)와 제2클램프(220)는 탈부착이 가능한 동일한 구조를 갖는 클램프일 수 있으며, 또는 서로 구조를 갖는 주지의 클램프일 수 있다.
제1구동부(240)는 몸체부(241)와, 몸체부(241)에 수직 설치되어 회동 가능하여 회전방향에 따라서 클램프 이송블록(230)을 상하 승강하게 되는 스크류(242)와, 스크류(242)를 정회전 또는 역회전 구동하기 위한 구동모터(243)를 포함하며, 스크류(242)의 회전 운동을 지지하기 위한 베어링(244)을 더 포함할 수 있다.
몸체부(241)는 로드부(110)와 접촉하여 회동 가능한 롤러(411)가 마련될 수 있으며, 이 롤러(411)는 엔코더와 연결되어 롤러(411)의 회전량을 통해 로드부(110)의 정확한 이송거리의 측정이 이루어질 수 있다.
또한 스크류(243)의 회전량을 검출할 수 있는 엔코더(412)가 마련될 수 있으며, 이 엔코더(412)의 검출신호를 통하여 로드부(110)의 정확한 이송거리의 측정이 이루어질 수 있다.
제2구동부(312)는 와이어(311)를 권취(winding) 또는 권출(unwinding)하기 위한 휠, 이 휠을 회전 구동하기 위한 전동모터에 의해 제공될 수 있으며, 이때 전동모터 또는 횔의 회전량을 검출할 수 있는 엔코더(413)를 더 포함하여 와이어(311)의 권취 정도로부터 로드부(110)의 이송거리의 측정이 이루어질 수 있다.
와이어(311)를 안내하기 위하여 하나 또는 복수 개의 도르래(313)가 마련될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 승강장치에 있어서 클램프의 바람직한 일례를 보여주는 도면으로서, 본 실시예에서 제1클램프와 제2클램프는 동일한 구조를 갖는 클램프가 사용되며, 따라서 제1클램프만을 예시하여 설명한다(이하, 클램프로도 지칭함).
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 클램프(210)는 한 쌍의 반고리 형상의 클램프 몸체(211)(212)의 일단이 힌지핀(213)에 의해 회동 가능하게 조립되며, 타단에 각각 플랜지(211a)(212a)가 마련되어 두 플랜지(211a)(212a)를 관통하는 볼트(215)와 너트(216)의 조립에 의해 두 클램프 몸체(211)(212)가 로드부(110)의 외주면을 견고히 고정하게 된다.
도면부호 214는 클램프 이송블록(230)(도 1 참고)에 고정되는 연결부재이다.
바람직하게는 각 클램프 몸체(211)(212)의 내주면에 복수의 가압돌기(P)가 돌출 형성되어 클램프의 체결 시에 가압력을 크게 하여 로드부(110)의 고정력을 크게 할 수 있다.
본 실시예에서는 두 클램프 몸체(212)(212)를 체결하게 되는 체결수단으로 볼트(215)와 너트(216)를 예시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 탄성력을 이용한 고정레버와 같이 다양한 변형예가 있을 수 있다.
다시 도 2를 참고하면, 로드부(110) 상단에는 스톱퍼(111)가 수평방향으로 돌출 형성되며, 칼란드리아 용기(10)의 상부에 로드부(110)의 낙하 시에 스톱퍼(111)를 지지하게 되는 낙하방지부(250)를 포함한다.
낙하방지부(250)는 로드부(110)가 지내게 되는 홀(251)이 형성되며, 스톱퍼(111)는 홀(251) 보다 큰 직경을 가짐으로써, 불측의 상황에서 로드부(110)가 자유 낙하하는 경우에 스톱퍼(111)가 낙하방지부(250)에 걸려서 로드부(110) 전체가 칼란드리아 용기(10) 안쪽으로 들어가는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 제1클램프(210)와 제2클램프(220)는 체결수단(예를 들어, 볼트, 너트)의 위치가 서로 반대로 되도록 하며, 도 2에서 제2클램프(220)의 체결수단(221)은 정면에 위치하게 되며, 제1클램프(221)의 체결수단은 반대편에 위치할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 승강장치는, 계측기기(120)가 칼란드리아 용기(10) 내부에 삽입 위치한 상태에서 로드부(110)를 내리면서 계측기기(120)를 통해 배관 조립체(1)에 대한 검사가 이루어진다.
한편, 로드부(110)의 하강 과정을 살펴보면, 클램프(210)(220)와 함께 클램프 이송블록(230)은 몸체부(241)의 상단에 위치하게 되며, 이때 제2구동부(312)가 회전하여 와이어(311)를 권출하여 적절한 길이를 풀어주게 되며, 와이어(311)의 권출 길이는 클램프 이송블록(230)의 상하 스트로크 범위 내에서 결정됨이 바람직하다. 이후 구동모터(243)가 작동하여 스크류(242)를 회전 구동하여 클램프 이송블록(230)을 하강시켜 로드부(110)의 하강 동작이 이루어진다.
다음으로, 클램프 이송블록(230)이 최하단 위치까지 내려온 경우에는 클램프(210)(220)를 로드부(110)에서 해제하고 클램프 이송블록(230)만을 상단으로 이송시켜 그 위치에서 클램프(210)(220)를 다시 로드부(110)와 체결한다. 한편, 클램프(210)(220)를 로드부(110)에서 해제하여 상단 위치에서 다시 체결하는 동안에 로드부(110)는 와이어(311)에 의해 지지되어 그 높이가 고정된다.
로드부(110)를 올리는 과정 역시도 동일하게 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 승강장치의 요부 구성도이다.
도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 승강장치는, 로드부(110) 상단이 두 개의 제1와이어(511)와 제2와이어(521)가 각각 제1구동모터(512)와 제2구동모터(522)에 의해 권출이 이루어질 수 있으며, 제1구동모터(512)와 제2구동모터(522)는 구동유니트(530)에 의해 동기화되어 구동이 이루어진다.
따라서 제1와이어(511)와 제2와이어(521)가 로드부(110)를 지지하게 되어 로드부(110)의 승강 중에 와이어의 손상되더라도 로드부(110)를 지탱하여 로드부(110)가 자유낙하하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 로드부 111 : 스톱퍼
120 : 계측기기 210 : 제1클램프
220 : 제2클램프 230 : 클램프 이송블록
240 : 제1구동부 241 : 몸체부
242 : 스크류 243 : 구동모터
244 : 베어링 250 : 낙하방지부
311 : 와이어 312 : 제2구동부
511 : 제1와이어 512 : 제1구동모터
521 : 제2와이어 522 : 제2구동모터
530 : 구동유니트

Claims (5)

  1. 칼란드리아 내부 구조물 검사기기를 칼란드리아 용기에 마련된 관측공에 투입하여 수직 방향으로 승강하기 위한 것으로서,
    하단에 계측기기가 고정되는 로드부와;
    서로 다른 높이에서 상기 로드부를 고정하며 일측이 힌지 체결된 한 쌍의반고리 형상이 되는 적어도 두 개 이상의 클램프 몸체와;
    상기 클램프 몸체를 고정하기 위한 체결수단과;
    상기 클램프 몸체 내주면에 돌출 형성된 복수 개의 가압돌기와;
    상기 클램프가 연결되는 클램프 이송블록과;
    상기 클램프 이송블록을 상하 승강하기 위한 제1구동부와;
    상기 로드부에 고정되는 스톱퍼와;
    상기 칼란드리아 용기의 상부에 마련되어 상기 로드부의 낙하 시에 상기 스톱퍼를 지지하게 되는 낙하방지부와;
    상기 로드부 상단과 와이어로 연결되어 상기 로드부를 상하 승강하게 되는 제2구동부 및
    상기 제2구동부에 연결되어 상기 제2구동부의 구동 데이터를 검출할 수 있는 엔코더를 더 포함하는 승강장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1구동부는,
    상기 로드부와 인접하여 직립 설치되는 몸체부와;
    상기 몸체부에 수직 방향으로 회동 가능하게 구비되는 스크류와;
    상기 클램프가 고정되어 상기 스크류에 나사 조립되어 스크류의 회전 방향에 따라서 상하 승강이 이루어지는 클램프 이송블록과;
    상기 스크류를 회전 구동하기 위한 구동모터;를 포함하는 승강장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 로드부와 제2와이어로 연결되어 상기 로드부를 상하 승강하기 위한 제3구동부와;
    상기 제2구동부와 상기 제3구동부를 동기화하여 구동을 제어하기 위한 구동유니트를 더 포함하는 승강장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000258587A (ja) * 1999-03-09 2000-09-22 Toshiba Corp 原子炉内構造物の遠隔取扱装置
KR101190245B1 (ko) * 2012-03-06 2012-10-12 (주)미래엔지니어링 파이프용 클램프

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