KR102322805B1 - 다층구조 핵연료 피복관 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층구조 핵연료 피복관 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 막대 형상의 삽입체를 이용한 다층구조 핵연료 피복관 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법은 막대 형상의 삽입체가 삽입된 내부관이 외부관 내에 배치된 예비 피복관을 마련하는 과정; 상기 예비 피복관의 외측에서 내측으로 압력을 가하여 상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정; 및 상기 삽입체의 연장방향으로 힘을 제공하여 상기 내부관 내에서 상기 삽입체를 제거하는 과정;을 포함하고, 상기 내부관과 상기 외부관은 서로 상이한 금속으로 형성될 수 있다.

Description

다층구조 핵연료 피복관 제조방법{Method for manufacturing multi-layered nuclear fuel cladding}
본 발명은 다층구조 핵연료 피복관 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 막대 형상의 삽입체를 이용한 다층구조 핵연료 피복관 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 원자력 발전소는 핵분열로 생기는 열로 증기를 발생시키고, 발생된 증기의 힘으로 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하는 곳으로서, 방사성 물질의 누출을 막고 원전의 안전을 지키기 위해 여러 겹의 방호벽으로 이루어져 있다. 그 중 제2 방호벽인 핵연료 피복관은 핵연료 소결체를 감싸서 원자로를 순환하는 1차 계통의 냉각수와 핵분열을 일으키는 핵연료를 격리시켜 핵분열 반응 중에 생성된 핵분열 생성물이 1차 계통의 냉각수로 옮겨가는 것을 방지하고, 핵분열에 의해 생성된 열을 효과적으로 1차 계통의 냉각수에 전달하는 역할을 한다.
이러한 핵연료 피복관은 고온에서 수증기(H2O)와 반응하여 쉽게 산화되게 되며, 이러한 산화를 억제 또는 방지하고자 서로 다른 재료를 이용하여 이중 구조로 핵연료 피복관을 제작하고 있다.
이중 구조의 핵연료 피복관은 외관과 내관 사이에 계면이 없이 제작하는 것이 필요하며, 종래에는 외측에서 내측으로 가해지는 압력을 지탱하는 힘을 내관에 충분히 제공하지 못하여 외관과 내관을 상호 밀착시키는 데에 한계가 있었다.
한국등록특허공보 제10-0963472호
본 발명은 막대 형상의 삽입체를 내부관 내에 삽입하여 내부관과 외부관을 상호 밀착시키는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법은 막대 형상의 삽입체가 삽입된 내부관이 외부관 내에 배치된 예비 피복관을 마련하는 과정; 상기 예비 피복관의 외측에서 내측으로 압력을 가하여 상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정; 및 상기 삽입체의 연장방향으로 평행하게 힘을 제공하여 상기 내부관 내에서 상기 삽입체를 제거하는 과정;을 포함하고, 상기 내부관과 상기 외부관은 서로 상이한 금속으로 형성될 수 있다.
상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정은, 서로 짝을 이루는 복수의 롤러로 각각 이루어진 복수의 롤링 유닛을 상기 예비 피복관의 길이방향으로 배치하여, 상기 복수의 롤러 사이로 상기 예비 피복관을 이동시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 복수의 롤링 유닛은 상기 예비 피복관의 길이방향을 따라 상기 복수의 롤러 간의 거리가 단계적으로 감소하고, 상기 복수의 롤러 사이로 상기 예비 피복관을 이동시키는 과정에서는 상기 예비 피복관의 내측으로 가해지는 압력이 점차적으로 증가될 수 있다.
상기 복수의 롤링 유닛은, 상기 복수의 롤러가 제1 방향으로 제공된 제1 롤링유닛; 및 상기 복수의 롤러가 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제공된 제2 롤링유닛을 포함하고, 상기 제1 롤링유닛과 상기 제2 롤링유닛은 교번되어 배치될 수 있다.
상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정에서는 상기 삽입체가 상기 내부관을 향해 상기 압력에 대한 반작용 힘을 제공할 수 있다.
상기 예비 피복관을 마련하는 과정은, 상기 삽입체의 표면을 연마하거나, 상기 삽입체의 표면에 윤활제를 도포하는 과정; 및 상기 삽입체를 상기 내부관 내에 삽입하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 삽입체는 탄성을 가질 수 있다.
상기 삽입체는 고분자로 이루어질 수 있다.
상기 삽입체의 경도는 상기 내부관의 경도보다 작을 수 있다.
상기 삽입체의 경도는 60 Shore A 내지 100 Shore D일 수 있다.
상기 삽입체의 길이는 상기 내부관 및 상기 외부관보다 길 수 있다.
상기 삽입체의 본 직경은 상기 예비 피복관의 상기 내부관의 내경 이하이고,
상기 내부관의 내경은 상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정에서 상기 삽입체의 본 직경 이하로 축소될 수 있다.
상기 외부관은 상기 내부관보다 연성이 클 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법은 막대 형상의 삽입체를 내부관 내에 삽입하고 예비 피복관의 외측에서 내측으로 압력을 가하여 예비 피복관의 직경을 감소시킴으로써, 삽입체가 내측으로 가해지는 압력에 대한 반작용 힘을 내부관에 제공할 수 있으며, 이를 통해 내부관과 외부관을 상호 밀착 고정시킬 수 있고, 내부관과 외부관 사이에 계면이 없이 하나의 관으로 다층구조 핵연료 피복관을 제조할 수 있다.
또한, 삽입체가 막대 형상이므로, 삽입체의 연장방향으로 힘을 제공하는 것만으로 간단하게 내부관 내에서 삽입체를 제거할 수 있으며, 삽입체가 탄성을 갖는 경우에 내부관의 내벽에 손상을 주지 않을 수 있고, 고분자로 이루어져 충분한 경도를 가짐으로써 내측으로 가해지는 압력에 대해 내부관에 충분한 반작용 힘을 제공할 수 있다. 한편, 탄성의 삽입체는 내부관의 내면이 모두 삽입체의 외부 표면에 접촉되었을 때부터 탄성력을 작용하여 삽입체가 예비 피복관과 동심축을 이루어 내부관의 중심에 위치되도록 할 수 있고, 삽입체, 내부관 및 외부관이 동심축을 이룬 상태에서 반작용 힘을 제공함으로써, 내부관과 외부관이 동심축을 이루는 하나의 관으로 다층구조 핵연료 피복관을 제조할 수 있다.
그리고 롤러 간의 거리가 단계적으로 감소하는 복수의 롤링 유닛을 통과시켜 예비 피복관의 축관 공정을 수행함으로써, 예비 피복관의 형상을 그대로 유지하면서 직경만을 감소시킬 수 있고, 외부관 및/또는 내부관에 무리한 힘이 가해지지 않을 수 있어 외부관 및/또는 내부관의 손상 및 변형을 방지할 수도 있다. 또한, 복수의 롤러가 수직방향으로 제공된 제1 롤링유닛과 복수의 롤러가 수평방향으로 제공된 제2 롤링유닛을 교번 배치하여 복수의 롤링 유닛을 구성하게 되면, 예비 피복관이 수직방향 또는 수평방향의 한쪽 방향으로 찌그러지지 않고, 원형 형태를 유지하면서 축관 공정이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법을 순서적으로 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축관 공정을 설명하기 위한 그림.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삽입체에 의한 반작용 힘을 설명하기 위한 개념도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법을 순서적으로 도시한 그림으로, 도 2(a)는 예비 피복관의 분해 사시도이며, 도 2(b)는 예비 피복관의 결합 사시도이고, 도 2(c)는 다층구조 핵연료 피복관의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법은 막대 형상의 삽입체(50)가 삽입된 내부관(110)이 외부관(120) 내에 배치된 예비 피복관(100a)을 마련하는 과정(S100); 상기 예비 피복관(100a)의 외측에서 내측으로 압력(F)을 가하여 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200); 및 상기 삽입체(50)의 연장방향으로 평행하게 힘을 제공하여 상기 내부관(110) 내에서 상기 삽입체(50)를 제거하는 과정(S300);을 포함할 수 있다.
먼저, 막대 형상의 삽입체(50)가 삽입된 내부관(110)이 외부관(120) 내에 배치된 예비 피복관(100a)을 마련한다(S100). 막대(rod) 형상의 삽입체(50)가 삽입된 내부관(110)이 외부관(120) 내에 배치될 수 있으며, 이를 통해 내부관(110) 내에 삽입체(50)가 삽입된 예비 피복관(100a)을 마련할 수 있다. 여기서, 삽입체(50)는 내부관(110)이 외부관(120) 내에 배치(또는 삽입)된 상태에서 내부관(110) 내에 삽입할 수도 있고, 내부관(110) 내에 삽입체(50)를 먼저 삽입한 후에 삽입체(50)가 삽입된 내부관(110)을 외부관(120) 내에 배치할 수도 있다. 한편, 내부관(110)이 외부관(120) 내에 삽입된 복수의 예비 피복관(100a)를 마련하고, 길이가 긴(또는 연속되는) 하나의 삽입체(50)를 모든 복수의 예비 피복관(100a)의 내부관(110)에 삽입하여 내부관(110) 내에 삽입체(50)가 삽입된 복수의 예비 피복관(100a)을 마련할 수도 있다. 즉, 복수의 예비 피복관(100a)이 하나의 삽입체(50)로 꿰어질 수 있고, 이러한 경우에는 내부관(110)이 외부관(120) 내에 삽입된 상태에서 삽입체(50)가 내부관(110) 내에 삽입된다.
다음으로, 상기 예비 피복관(100a)의 외측에서 내측으로 압력(F)을 가하여 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시킨다(S200). 예비 피복관(100a)의 반경방향 외측에서 내측으로 예비 피복관(100a)의 중심축을 향해 압력(F)을 가하여 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 내부관(110)과 외부관(120)을 상호 밀착 고정시킬 수 있다. 이때, 삽입체(50)는 예비 피복관(100a)의 외측에서 내측으로 가해지는 압력(F)에 대해 내부관(110)을 지탱하는 힘을 제공할 수 있다.
즉, 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200)에서는 예비 피복관(100a)의 외측에서 내측으로 가해지는 압력(F) 및 삽입체(50)가 내부관(110)을 지탱하는 힘에 의해 외부관(120)과 내부관(110)이 상호 밀착 고정될 수 있고, 찌그러짐 없는 다층구조 핵연료 피복관(100)을 제조할 수 있다.
그 다음 상기 삽입체(50)의 연장방향으로 평행하게 힘을 제공하여 상기 내부관(110) 내에서 상기 삽입체(50)를 제거한다(S300). 삽입체(50)는 막대 형상으로 하나의 몸체이므로, 삽입체(50)의 연장방향으로 평행하게 삽입체(50) 및/또는 예비 피복관(100a)에 힘을 제공하여 삽입체(50)를 내부관(110)의 내부로부터 빼냄으로써, 간단하게 내부관(110) 내에서 삽입체(50)를 제거할 수 있다. 이때, 삽입체(50)를 당겨서 삽입체(50)를 제거할 수도 있고, 삽입체(50)를 밀어서 삽입체(50)를 제거할 수도 있다. 삽입체(50)를 당겨서 삽입체(50)를 제거하는 경우에는 삽입체(50)의 연장방향으로(즉, 연장방향을 따라 또는 연장방향과 평행하게) 삽입체(50)에 당기는 힘을 제공할 수 있고, 삽입체(50)의 연장방향(과 평행한 방향)으로 예비 피복관(100a)을 미는 힘을 제공할 수 있다. 반대로, 삽입체(50)를 밀어서 삽입체(50)를 제거하는 경우에는 삽입체(50)의 연장방향으로 삽입체(50)에 미는 힘을 제공할 수 있고, 삽입체(50)의 연장방향으로 예비 피복관(100a)을 당기는 힘을 제공할 수 있다.
종래에는 외부관(120) 내에 내부관(110)만을 삽입한 상태로 예비 피복관(100a)의 관(tube) 형태의 내부가 비어있는 상태에서 축관(swaging) 공정을 수행하였으며, 이러한 방식은 축관 공정의 진행 시, 방사형으로 힘(또는 압력)이 가해질 때에 내부관(110)이 균형있게 힘(또는 에너지)을 받지 못해서 내부관(110)의 찌그러짐이 발생하였고, 이에 따라 찌그러진 다층구조 핵연료 피복관(100)이 제조될 수 밖에 없었다.
이러한 문제를 해결하고자, KOH 등의 염(salt)을 충진재로 사용하여 내부관(110) 내에 상기 충진재를 충진하고 축관 공정을 수행한 후에 물 등의 용매로 상기 충진재를 녹여 제거하는 방법도 사용되었다. 이러한 방법은 사람이 직접 일일이 알갱이 또는 분말(powder) 형태의 상기 충진재를 내부관(110) 내에 채워 넣은 후, 기다란 봉을 쑤셔 넣어 압력을 가함으로써 밀도를 올렸으며, 이로 인해 내부관(110)의 내부에 들어가는 상기 충진재(즉, 염)의 균일한 양을 보장할 수 없었고, 그로 인해 재현성의 보장이 어려웠다. 또한, 사실상 대량 생산을 목표로 하는 축관 공정에서 염을 충진재로 사용하는 방법은 효율이 좋다고 표현할 수 없으며, 공정 특성상 시간이 많이 들어 시간적인 면에서도 비효율적이므로, 궁극적인 목적인 간단하고 빠른 축관 공정에는 부족하였다. 특히, 축관 공정 이후에 응집된 상기 충진재를 제거하는 데에 보다 많은 시간이 소요되게 된다. 한편, 상기 충진재가 알갱이와 같이 덩어리진(또는 덩어리가 큰) 고체인 경우에는 축관 공정에서 내부관(110)의 직경이 감소되면서 내부관(110)의 내면(또는 내벽)에 흠집이 발생할 수 있으며, 내부관(110)이 연성(또는 탄성)을 갖는 경우에 분말 형태의 상기 충진재를 사용하게 되면, 밀도를 올리기 위해 상기 충진재에 압력을 가할 때마다 내부관(110)이 팽창(또는 변형)될 수 있고, 위치마다 상기 충진재의 밀도가 달라질 수 있다. 또한, 상기 충진재는 축관 공정에서 외부로 빠져나오지 않도록 예비 피복관(100a)의 양단을 차폐(또는 폐쇄)하여야 하며, 예비 피복관(100a)의 양단을 약하게 막게 되면, 예비 피복관(100a)을 축소시키는 압력(F)에 의해 내부관(110)의 내부 압력이 증가하여 상기 충진재가 예비 피복관(100a) 양단의 차폐를 뚫고 외부로 빠져나올수 있고, 예비 피복관(100a)의 양단을 너무 강하게 막게 되면, 예비 피복관(100a)이 압축되는 데에 영향을 주어 예비 피복관(100a)의 직경 감소가 잘 이루어지지 않거나, 내부관(110)과 외부관(120)의 상호 밀착이 충분히 이루어지지 않을 수도 있다.
하지만, 본 발명에서는 막대 형상의 삽입체(50)를 잡아당기거나, 밀기만 하면 되기 때문에 제거가 용이할 뿐만 아니라 염을 충진재로 사용하는 경우보다 빠르게 내부관(110) 내에서 제거할 수 있고, 다층구조 핵연료 피복관(100)의 생산 속도가 향상될 수 있다.
여기서, 내부관(110)과 외부관(120)은 서로 상이한 금속(또는 금속 합금)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부관(110)은 지르코늄 합금(예를 들어, Zircaloy-4)으로 이루어질 수 있으며, 일방향(또는 길이방향)으로 양단부가 관통되어 내부에 핵연료 소결체가 수용될 수 있는 수용공간(또는 중공부)을 갖는 중공 원통(tube) 형상일 수 있다. 내부관(110)은 외부관(120) 내에 삽입되어 배치될 수 있으며, 다층구조 핵연료 피복관(100)의 가장 내부에 배치될 수 있다.
외부관(120)은 지르코늄 합금의 내부관(110)과 상이한 금속(예를 들어, 알루미늄을 포함하는 금속)으로 형성될 수 있으며, 내부식 특성이 우수한 금속(예를 들어, 알루미늄, Cr-Al, FeCrAl 등의 알루미늄 합금 등)으로 형성되어 냉각 기능 상실로 인한 고온 및 고압의 분위기에서 내부관(110)이 고온의 수증기와 반응하여 수소를 발생시키는 것을 방지해줄 수 있고, 내부관(110)의 수용공간에 들어있는 핵연료 소결체를 고온 산화로부터 보호하여 원자력 운전 안정성을 높여줄 수 있다. 이때, 외부관(120)은 내부관(110)이 삽입되어 수용될 수 있도록 일방향으로 양단부가 관통되어 내부에 수용공간(또는 중공부)를 갖는 중공 원통 형상일 수 있다.
원자력 발전소에서 발생하는 수소 폭발사고는 지르코늄의 산화 특성과 연관성이 매우 깊으며, 내부관(110)을 외측에서 감싸도록 지르코늄을 포함하지 않는 상이한 금속으로 외부관(120)을 형성하면, 외부관(120)은 냉각수 부재에 대한 산화 저항성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 사고 상황에서 내부관(110)까지 산화되어 부식되는 것을 막아줄 수 있다.
따라서, 내부관(110)과 외부관(120)의 장점만을 취하여 제조된 다층구조 핵연료 피복관(100)은 기계적 강도의 향상과 동시에 고온 산화에 대한 사고 위험성을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 원자로 사고로부터 내부관(110) 및/또는 내부관(110) 내에 수용된 핵연료를 보호해줄 수 있어 원자력의 안정적인 운전을 가능하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축관 공정을 설명하기 위한 그림으로, 도 3(a)는 복수의 롤링 유닛을 포함하는 축관 장치를 나타낸 그림이고, 도 3(b)는 위치에 따른 예비 피복관의 직경 변화를 나타낸 그림이다.
도 3을 참조하면, 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200)은 서로 짝을 이루는 복수의 롤러(roller, 211a,211b,212a)로 각각 이루어진 복수의 롤링(rolling) 유닛(210)을 상기 예비 피복관(100a)의 길이방향으로 배치하여, 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 사이로 상기 예비 피복관(100a)을 이동시키는 과정(S210)을 포함할 수 있다.
예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키기 위해 서로 짝을 이루는 복수의 롤러(211a,211b,212a)로 각각 이루어진 복수의 롤링 유닛(210)을 예비 피복관(100a)의 길이방향으로 배치하여 상기 복수의 롤러(211a or 211b or 212a) 사이로 예비 피복관(100a)을 이동시킬 수 있다(S210). 축관 장치(200)는 외부에서 롤러(211a,211b,212a)로 예비 피복관(100a)을 압축함으로써, 압축 및 인발을 통해 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키고 길이를 증가시킬 수 있으며, 외부관(120)과 내부관(110) 사이의 (이격) 거리를 감소시켜 상호 밀착 고정시킬 수 있다. 즉, 축관 장치(200)는 복수의 롤러(211a,211b,212a)를 통해 예비 피복관(100a)의 길이가 길어지거나, 직경이 감소하도록 할 수 있으며, 외부에서 압력(F)을 가하여 예비 피복관(100a)의 외부관(120)과 내부관(110)이 상호 밀착되도록 할 수 있다. 이때, 축관 장치(200)는 예비 피복관(100a)의 길이방향으로 배치되는 복수의 롤링 유닛(210)을 포함할 수 있으며, 복수의 롤링 유닛(210)은 서로 짝(또는 쌍)을 이루는 복수의 롤러(211a,211b,212a)로 각각 이루어질 수 있고, 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a,211b,212a)가 외측에서 예비 피복관(100a)의 중심축을 향해 대칭적으로(또는 균형있게) 예비 피복관(100a)을 가압할 수 있다. 여기서, 상기 짝을 이루는 복수의 롤러는 서로 대향하는 한 쌍의 롤러일 수도 있고, 복수의 롤러가 예비 피복관(100a)의 중심축을 중심으로 일정 각도씩 이격되어 배치된 롤러 그룹일 수도 있다.
이러한 복수의 롤링 유닛(210)을 상기 예비 피복관(100a)의 길이방향으로 배치하고 각각의 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 사이를 통과하도록 예비 피복관(100a)을 이동시키면, 상기 복수의 롤러들(211a,211b,212a)이 예비 피복관(100a)을 압축하는 힘에 의해 예비 피복관(100a)이 압축 및 인발되고, 예비 피복관(100a)의 길이가 길어지거나, 직경이 감소할 수 있으며, 외부관(120)과 내부관(110)이 상호 밀착될 수 있다.
그리고 복수의 롤링 유닛(210)은 상기 예비 피복관(100a)의 길이방향을 따라 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 간의 거리가 단계적으로 감소할 수 있고, 상기 복수의 롤러(211a or 211b or 212a) 사이로 상기 예비 피복관(100a)을 이동시키는 과정(S210)에서는 예비 피복관(100a)의 내측으로 가해지는 압력(F)이 점차적으로 증가될 수 있다. 복수의 롤링 유닛(210)은 상기 예비 피복관(100a)의 길이방향(즉, 일방향)을 기준으로 상호 이격되어 배치될 수 있으며, 복수의 롤링 유닛(210) 각각은 예비 피복관(100a)을 사이에 두고 예비 피복관(100a)의 외측면에 접촉되도록 짝을 이루는 복수의 롤러(211a or 211b or 212a)를 구비하여 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a or 211b or 212a)들 사이로 예비 피복관(100a)이 진행 이동함으로써, 예비 피복관(100a)의 반경방향 외측에서 내측으로 밀어내는 압력(F)을 가할 수 있다. 한편, 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 간의 거리가 단계적으로 감소하면서 롤러의 직경(또는 크기)도 예비 피복관(100a)의 직경 감소에 따라 줄어들 수 있으며, 도 3(a)와 같이 제1 수평롤러(212a)가 제1 수직롤러(211a)보다 직경이 작을 수 있고, 제2 수직롤러(211b)가 제1 수평롤러(212a)보다 직경이 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a or 211b or 212a) 각각은 예비 피복관(100a)을 기준으로 예비 피복관(100a)의 외측면에 각각 대향되어 접촉되도록 구비될 수 있으며, 예비 피복관(100a)이 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a or 211b or 212a) 사이로 진행 이동하지 않아 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a or 211b or 212a) 사이에 예비 피복관(100a)이 제공되지 않는 경우에는 예비 피복관(100a)의 외측 직경(또는 외경) 이하의 거리로 이격될 수 있고, 제일 처음 예비 피복관(100a)이 진입하는 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a)는 예비 피복관(100a)의 외측 직경과 같거나 예비 피복관(100a)의 외측 직경보다 조금 작은 이격 거리를 가질 수 있다. 이에 따라 예비 피복관(100a)이 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a or 211b or 212a) 사이를 지나갈 때에 상기 짝을 이루는 복수의 롤러(211a or 211b or 212a)가 예비 피복관(100a)의 외측면에 접촉하여 가해지는 압력(F)에 의해 예비 피복관(100a)의 직경이 감소할 수도 있고, 외부관(120)과 내부관(110)이 밀착 접촉되도록 할 수 있다.
여기서, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 복수의 롤링 유닛(210)은 상기 예비 피복관(100a)의 길이방향을 따라 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 간의 거리가 단계적으로 감소할 수 있다. 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 간의 거리가 단계적으로 감소하는 복수의 롤링 유닛(210) 각각을 지난(또는 통과한) 예비 피복관(100a)의 지점을 A, B, C로 분류하고, 예비 피복관(100a)의 각 지점(A, B, C)의 직경 및 두께에 대해 살펴보면, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 예비 피복관(100a)이 거쳐간 복수의 롤링 유닛(210)의 수가 증가할수록 예비 피복관(100a)의 직경 및/또는 내부관(110)의 수용공간의 직경(또는 내경)이 D1에서 D3으로 점차적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 이는, 복수의 롤링 유닛(210) 각각의 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 사이의 이격 거리가 단계적으로 감소함으로써, 예비 피복관(100a)에 가해지는 압력(F)이 점차적으로 증가하게 되고, 이렇게 점차적으로 증가되는 압력(F)에 의해 변형되어 예비 피복관(100a)의 직경 및/또는 내부관(110)의 수용공간의 직경이 감소되기 때문으로 파악된다. 즉, 상기 복수의 롤러(211a or 211b or 212a) 사이로 상기 예비 피복관(100a)을 이동시키는 과정(S210)에서는 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 간의 거리가 단계적으로 감소하는 복수의 롤링 유닛(210)을 통과함으로써, 예비 피복관(100a)의 내측으로 가해지는 압력(F)이 점차적으로 증가될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 상기 짝을 이루는 롤러(211a,211b,212a) 간의 거리가 단계적으로 감소하는 복수의 롤링 유닛(210)을 통과시켜 예비 피복관(100a)의 축관 공정을 수행함으로써, 예비 피복관(100a)의 형상을 그대로 유지하면서 직경만을 감소시킬 수 있으며, 외부관(120) 및/또는 내부관(110)에 무리한 힘이 가해지지 않을 수 있고, 외부관(120) 및/또는 내부관(110)의 손상(또는 결함) 및 변형을 방지할 수 있다.
여기서, 도 3(a)에서는 롤링 유닛(210)을 3개 구비하고, 각각의 롤링 유닛(211,212)들은 2개씩의 롤러(211a or 211b or 212a)로 구성되는 것으로 도시하였으나, 롤러(211a or 211b or 212a)의 개수 및 롤링 유닛(210)의 개수는 이에 한정되지 않고, 다양한 개수로 변경 가능하다. 또한, 도 3(b)에는 예비 피복관(100a)의 직경이 큰 폭으로 감소되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 직경의 변화를 설명하기 위해 차이를 느낄 수 있도록 도시한 것이며, 실제로 무른(또는 연성의) 관의 재질들로 예비 피복관(100a)를 구성했을 경우, 예비 피복관(100a)의 직경은 도 3(b)와 같이 변할 수도 있지만, 예비 피복관(100a)의 직경은 외부관(120) 및 내부관(110)의 연신율에 따라 감소할 수도 있다.
한편, 축관 공정에 의해 외부관(120)과 내부관(110)의 밀착력을 증가시켜 상호 밀착 고정시키는 방법에 대해 도 3(a)를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 예비 피복관(100a)은 상기 복수의 롤러(211a,211b,212a) 사이를 이동함으로써, 롤러(211a or 211b or 212a)들이 예비 피복관(100a)에 가하는 압력(F)에 의해 예비 피복관(100a)의 내측으로 압력(F)이 가해진다. 이때, 예비 피복관(100a)의 내부관(110) 내에 삽입된 삽입체(50)는 내부관(110)의 수용공간에 채워져 있기 때문에 내측으로 가해지는 압력(F)으로부터 내부관(110)을 지탱할 수 있다. 즉, 삽입체(50)는 외부에서 가해지는 압력(F)에 대해 내부관(110)을 외측으로 지탱하는 힘을 가지고 있으므로, 내부관(110)이 일정위치에 있고 외부관(120)은 외부의 압력(F)으로 인해 내부관(110)보다 크게 수축되어 내부관(110) 측으로 밀려나게 됨으로써, 외부관(120)과 내부관(110)은 상호 밀착 고정될 수 있다.
복수의 롤링 유닛(210)은 상기 복수의 롤러(211a,211b)가 제1 방향(예를 들어, 수직방향)으로 제공된 제1 롤링유닛(211); 및 상기 복수의 롤러(212a)가 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예를 들어, 수평방향)으로 제공된 제2 롤링유닛(212)을 포함할 수 있고, 제1 롤링유닛(211)과 제2 롤링유닛(212)은 교번되어 배치될 수 있다. 즉, 복수의 롤링 유닛(210)은 상기 복수의 롤러(211a,211b)가 상기 제1 방향으로 제공된 제1 롤링유닛(211)과 상기 복수의 롤러(212a)가 상기 제2 방향으로 제공된 제2 롤링유닛(212)이 교번 배치되어 구성될 수 있다.
제1 롤링유닛(211)은 상기 복수의 롤러(211a,211b)가 상기 제1 방향으로 제공될 수 있으며, 서로의 사이에 진입된 예비 피복관(100a)을 중심으로 대칭되도록 예비 피복관(100a)의 외측에 상기 복수의 롤러(211a,211b)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 롤링유닛(211)은 서로의 사이에 진입된 예비 피복관(100a)을 중심으로 상기 제1 방향 양쪽(또는 양측)에 한 쌍의 롤러(211a or 211b)가 서로 대향하여 배치될 수 있고, 상기 제1 방향으로 서로 대향하는 상기 한 쌍의 롤러(211a or 211b)가 예비 피복관(100a)을 상기 제1 방향 양쪽에서 예비 피복관(100a)의 내측으로 가압할 수 있다.
제2 롤링유닛(212)은 상기 복수의 롤러(212a)가 상기 제1 방향과 교차하는 상기 제2 방향으로 제공될 수 있으며, 서로의 사이에 진입된 예비 피복관(100a)을 중심으로 대칭되도록 예비 피복관(100a)의 외측에 상기 복수의 롤러(212a)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 롤링유닛(212)은 서로의 사이에 진입된 예비 피복관(100a)을 중심으로 상기 제2 방향 양쪽(또는 양측)에 한 쌍의 롤러(212a)가 서로 대향하여 배치될 수 있고, 상기 제2 방향으로 서로 대향하는 상기 한 쌍의 롤러(212a)가 예비 피복관(100a)을 상기 제2 방향 양쪽에서 예비 피복관(100a)의 내측으로 가압할 수 있다.
이때, 제1 롤링유닛(211)과 제2 롤링유닛(212)은 교번되어 배치될 수 있다.
제1 롤링유닛(211) 또는 제2 롤링유닛(212)만이 연속되어 배치되는 경우에는 예비 피복관(100a)이 한방향(예를 들어, 수직방향 또는 수평방향)으로만 가압되게 되어, 전체적으로 균일하게 압축(또는 수축)되지 못하게 되며, 예비 피복관(100a)이 그 형상(또는 단면형상)을 유지하지 못하고, (수직 또는 수평의) 한쪽 방향으로 찌그러질 수 있다. 하지만, 상기 복수의 롤러(211a,211b)가 상기 제1 방향으로 제공된 제1 롤링유닛(211)과 상기 복수의 롤러(212a)가 상기 제2 방향으로 제공된 제2 롤링유닛(212)을 교번 배치하게 되면, 예비 피복관(100a)이 상기 제1 방향뿐만 아니라 상기 제2 방향으로도 가압되게 되어 전체적으로(또는 양방향으로) 균일하게 압축될 수 있으며, 이에 따라 예비 피복관(100a)이 (수직 또는 수평의) 한쪽 방향으로 찌그러지지 않고, 원형 형태를 유지하면서 축관 공정이 수행될 수 있다.
여기서, 제1 롤링유닛(211)과 제2 롤링유닛(212) 중 상기 복수의 롤러(211a,211b)가 수직방향으로 제공된 롤링 유닛(211 or 212)이 제일 먼저 배치될 수 있으며, 상기 수직방향으로 제공된 롤링 유닛(211 or 212)으로 제일 처음 예비 피복관(100a)이 진입하는 것이 바람직할 수 있다. 삽입체(50)를 내부관(110) 내에 용이하게 삽입할 수 있도록 삽입체(50)의 본 직경(또는 본래 직경)이 내부관(110)의 내경보다 작은 경우에는 삽입체(50)가 중력에 의해 하부(또는 아래)로 치우쳐 지지될 수 밖에 없고 삽입체(50)를 내부관(110)의 내부 중심에 위치시키기 어려워질 수 있다. 여기서, 상기 본 직경은 본래 직경 또는 원(래) 직경으로, 압력 또는 인장력 등의 외력이 작용하지 않았을 때의 직경일 수 있다. 이러한 경우에 제1 롤링유닛(211)과 제2 롤링유닛(212) 중 상기 복수의 롤러(212a)가 수평방향으로 제공된 롤링 유닛(212 or 211)이 먼저 예비 피복관(100a)을 가압하게 되면, 내부관(110)의 수평방향 폭이 줄어들어 삽입체(50)가 하부로 치우친 상태로 고정될 수 있고, 삽입체(50)가 내부관(110)의 내부 중심에 위치하지 못하여 예비 피복관(100a)이 한쪽 방향으로 찌그러질 수 있다.
하지만, 상기 수직방향으로 제공된 롤링 유닛(211 or 212)이 먼저 예비 피복관(100a)을 가압하게 되면, 상기 수직방향으로 제공된 롤링 유닛(211 or 212)의 가압을 통해 삽입체(50)의 수직 위치가 내부관(110)의 내부 중심과 일치(또는 정렬)될 수 있어 삽입체(50)가 내부관(110)의 내부 중심에 위치할 수 있고, 예비 피복관(100a)이 한쪽 방향으로 찌그러지지 않고, 원형 형태를 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삽입체에 의한 반작용 힘을 설명하기 위한 개념도로, 도 4(a)는 예비 피복관의 측단면도이고, 도 4(b)는 예비 피복관의 정단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200)에서는 삽입체(50)가 내부관(110)을 향해 상기 압력(F)에 대한 반작용 힘(-F)을 제공할 수 있다. 삽입체(50)가 내측으로 가해지는 압력(F)에 대한 반작용 힘(-F)을 내부관(110)에 제공할 수 있으며, 이를 통해 내부관(110)과 외부관(120)을 상호 밀착 고정시킬 수 있고, 내부관(110)과 외부관(120) 사이에 계면이 없이 하나의 관으로 다층구조 핵연료 피복관(100)을 제조할 수 있다.
즉, 삽입체(50)가 내부관(110)의 수용공간에 채워지므로, 축관 공정에서 내측으로 가해지는 압력(F)에 의해 예비 피복관(100a)의 직경이 감소(또는 수축)할 때에 삽입체(50)가 내부관(110)을 지탱하고, 상기 압력(F)에 대한 반작용 힘(-F)을 반경방향으로(또는 외측으로) 내부관(110)에 제공할 수 있다. 상기 압력(F)에 의해 외부관(120)이 내부관(110)을 향해 가압되고, 상기 반작용 힘(-F)에 의해 내부관(110)이 외부관(120)을 향해 가압되어, 외부관(120)과 내부관(110)이 상호 밀착될 수 있고, 내부관(110)과 외부관(120) 사이에 계면을 없이하는 충분한 상기 압력(F)과 상기 반작용 힘(-F)에 의해 내부관(110)과 외부관(120)이 하나의 관으로 상호 밀착 고정될 수 있다. 또한, 삽입체(50)로 인한 상기 반작용 힘(-F)에 의해 내부관(110)의 직경은 거의 변화하지 않으면서 외부관(120)이 상대적으로 크게 수축되어 내부관(110)과 외부관(120)이 상호 밀착될 수 있다.
상기 예비 피복관을 마련하는 과정(S100)은 상기 삽입체(50)의 표면을 연마하거나, 상기 삽입체(50)의 표면에 윤활제를 도포하는 과정(S110); 및 상기 삽입체(50)를 상기 내부관(110) 내에 삽입하는 과정(S120)을 포함할 수 있다.
상기 삽입체(50)의 표면을 연마하거나, 상기 삽입체(50)의 표면에 윤활제를 도포할 수 있다(S110). 삽입체(50)가 내부관(110) 내에 잘 삽입되고 내부관(110) 내에서 잘 빠져나올(또는 제거될) 수 있도록 삽입체(50)의 표면을 매끄럽게 연마할 수도 있고, 삽입체(50)의 표면에 윤활제 등을 도포할(또는 바를) 수도 있다. 여기서, 본 발명에 따른 다층구조 핵연료 피복관 제조방법은 상온(약 0 ~ 25 ℃)에서 수행될 수 있으며, 상기 윤활제는 고가의 고온 윤활제나 내열 윤활제가 아니더라도 구하기 쉬운 식용류나 윤활방청제(예를 들어, WD-40) 등을 사용할 수도 있다.
또한, 삽입체(50)의 표면을 매끄럽게 연마하거나, 삽입체(50)의 표면에 윤활제 등을 바르는 경우에는 내부관(110)의 내면이 삽입체(50)의 거친 표면으로 인해 긁히는 것을 방지할 수 있고, 내부관(110)의 내면과 삽입체(50)의 표면의 마찰을 줄여 내부관(110)의 손상 및/또는 변형을 억제 또는 방지할 수 있다.
즉, 삽입체(50)의 표면이 거칠게 되면, 삽입체(50)의 거친 표면으로 인해 내부관(110)의 내면이 긁힐 수 있으며, 내부관(110)의 내면과 삽입체(50)의 표면의 마찰에 의해 내부관(110)이 찢어지거나 파손될 수 있고, 내부관(110)에 결함이 발생할 수 있으나, 본 발명에서는 삽입체(50)의 표면을 매끄럽게 연마하거나, 삽입체(50)의 표면에 윤활제 등을 발라 이러한 문제를 해결할 수 있다.
그리고 상기 삽입체(50)를 상기 내부관(110) 내에 삽입할 수 있다(S120). 삽입체(50)의 표면을 매끄럽게 연마하거나, 삽입체(50)의 표면에 윤활제 등을 발라 삽입체(50)가 내부관(110) 내에 잘 삽입될 수 있도록 한 후에 삽입체(50)를 상기 내부관(110) 내에 삽입할 수 있다. 이러한 경우, 매끄러운 삽입체(50)의 표면 및/또는 윤활제에 의해 내부관(110) 내에 삽입된 삽입체(50)가 내부관(110) 내에서도 잘 빠질 수 있다. 여기서, 삽입체(50)를 내부관(110) 내에 먼저 삽입한 후에 삽입체(50)가 삽입된 내부관(110)을 외부관(120) 내에 삽입(또는 배치)할 수도 있고, 외부관(120) 내에 배치(또는 삽입)된 내부관(110) 내에 삽입체(50)를 삽입할 수도 있다.
삽입체(50)는 탄성을 가질 수 있다. 삽입체(50)가 탄성을 갖게 되면, 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200)에서 내부관(110)의 내경이 감소되어 삽입체(50)의 본 직경보다 작아지는 경우에도 삽입체(50)의 연장방향으로 힘을 제공하는 것(즉, 상기 삽입체를 잡아당기는 것)만으로 간단하게 내부관(110) 내에서 삽입체(50)를 제거할 수 있다. 또한, 탄성을 갖는 삽입체(50)는 내부관(110)의 직경이 감소될 때에 완충력을 작용하여 내부관(110)에 무리한 힘이 가해지는 것을 억제 또는 방지할 수 있고, 탄성력에 의해 상기 반작용 힘(-F)을 효과적으로 내부관(110)에 제공할 수 있다.
한편, 삽입체(50)가 탄성을 갖는 경우에는 삽입체(50)를 삽입 및 제거하면서 내부관(110)의 내벽에 손상을 주지 않을 수도 있다. 또한, 내부관(110)의 내면이 모두 삽입체(50)의 외부 표면에 접촉되었을 때에 상기 탄성력이 작용하게 되므로, 삽입체(50)의 본 직경이 내부관(110)의 내경보다 작은 경우에 내부관(110)의 내경과 삽입체(50)의 본 직경의 차이 만큼 내부관(110)의 내경이 감소될 때까지는 상기 반작용 힘(-F)이 거의 작용하지 않게 됨으로써, 내부관(110)의 내경이 감소되어 내부관(110)의 내면이 삽입체(50)의 외부 표면에 접촉됨에 따라 삽입체(50)가 예비 피복관(100a)과 동심축(즉, 상기 삽입체의 (평)단면과 상기 내부관의 원주(또는 내주)가 동심원)을 이루어 내부관(110)의 중심에 위치될 수 있다. 이때, 외부관(120)과 내부관(110)도 동심축을 이룰 수 있으며, 삽입체(50), 내부관(110) 및 외부관(120)이 동심축(또는 동심원)을 이룬 상태에서 상기 반작용 힘(-F)이 작용(또는 제공)함으로써, 내부관(110)과 외부관(120)이 균일하게 상호 밀착 고정될 수 있고, 내부관(110)과 외부관(120)이 동심축을 이루는 (하나의 관으로) 다층구조 핵연료 피복관(100)을 제조할 수 있다.
그리고 삽입체(50)는 고분자(또는 중합체, polymer)로 이루어질 수 있다. 삽입체(50)가 너무 압축(또는 압착)되지 않고, 상기 반작용 힘(-F)을 효과적으로 내부관(110)에 제공하기 위해서는 삽입체(50)가 충분한 경도(hardness)를 가져야 하며, 삽입체(50)가 고분자로 이루어지는 경우에는 삽입체(50)가 탄성(또는 연성)을 가지면서도 입자(또는 분자)들의 밀도가 높아 충분한 경도를 가질 수 있다. 이에 따라 내측으로 가해지는 압력(F)에 대해 내부관(110)에 충분한 상기 반작용 힘(-F)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 삽입체(50)는 폴리아세탈(polyacetal) 또는 폴리옥시메틸렌(PolyOxyMethylene; POM), 폴리에텔에텔 케톤(PolyEtherEtherKetone; PEEK), 폴리아미드(Polyamide), 나일론(예를 들어, Nylon 6/6), 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA), 글루건(glue gun)용 열가소성 플라스틱, 고무(rubber) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 삽입체(50)의 경도는 내부관(110)의 경도보다 작을 수 있다. 삽입체(50)의 경도가 내부관(110)의 경도보다 큰 경우에는 내측으로 가해지는 압력(F)에 의해 내부관(110)의 직경이 감소되려고 하지만 삽입체(50)의 직경은 변하지 않아 내부관(110)이 내경은 축소되지 못하고 내부관(110)에 무리가 가게 되며, 이에 따라 내부관(110)에 크랙(crack)이 발생하는 등 내부관(110)이 손상될 수 있다. 한편, 삽입체(50)의 경도가 내부관(110)의 경도와 동일한 경우에는 내측으로 가해지는 압력(F)에 의해 삽입체(50)의 표면과 내부관(110)의 내면이 상호 밀착되어 삽입체(50)의 제거가 어려워질 수도 있고, 삽입체(50)가 빠져나오면서 부러지거나 끊어져 버릴 수도 있다.
여기서, 삽입체(50)의 경도는 60 Shore A 내지 100 Shore D일 수 있다. 삽입체(50)의 경도가 60 Shore A보다 작게 되면, 너무 물러(또는 연해) 내측으로 가해지는 압력(F)에 의해 직경이 축소되고 길이가 길어질 뿐이며, 가해지는 압력(F)에 대한 반작용 힘(-F)을 거의 제공하지 못하게 된다. 또한, 너무 물러 내부관(110) 내에서 삽입체(50)를 제거하기 위해 삽입체(50)를 당기다가 삽입체(50)가 끊어져 버릴 수도 있다.
반면에, 삽입체(50)의 경도가 100 Shore D보다 크게 되면, 너무 딱딱하여 내부관(110)의 직경이 감소하여 내부관(110)의 내면이 삽입체(50)의 표면에 밀착되는 경우에 삽입체(50)의 제거가 어려워질 수 있고, 취성(brittleness)이 증가되어 삽입체(50)가 깨져 일부가 내부관(110) 내에 잔존할 수도 있다. 또한, 삽입체(50)의 탄성이 약해져 탄성력에 의한 반작용 힘(-F)을 제공하지 못할 수도 있다.
그리고 삽입체(50)의 길이는 내부관(110) 및 외부관(120)보다 길 수 있다. 즉, 삽입체(50)의 길이가 예비 피복관(100a)의 길이보다 길 수 있다. 삽입체(50)의 길이는 내부관(110) 및 외부관(120)보다 긴 경우에는 삽입체(50) 중 예비 피복관(100a)을 관통하여 빠져나온(또는 노출된) 부분을 잡아당겨 간단하게 삽입체(50)를 제거할 수 있다. 또한, 상기 빠져나온(또는 돌출된) 부분을 지지하여 삽입체(50)의 직경이 내부관(110)의 내경보다 작은 경우에 삽입체(50)를 내부관(110)의 내부 중심에 위치시킬 수 있고, 삽입체(50)가 내부관(110)의 내부 중심에 위치된 상태에서 축관 공정을 수행할 수도 있다. 한편, 삽입체(50)의 길이를 길게하여 하나의 삽입체(50)에 복수의 예비 피복관(100a)을 꿰어서 연속적으로 축관 공정을 수행할 수도 있고, 축관 공정이 완료된 복수의 예비 피복관(100a)들 사이(사이)의 삽입체(50)를 잘라서 각각의 내부관(110)의 내부로부터 개별적으로 잘려진 삽입체(50)를 제거할 수도 있다.
또한, 삽입체(50)의 본 직경은 예비 피복관(100a)의 내부관(110)의 내경 이하일 수 있고, 내부관(110)의 내경은 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200)에서 상기 삽입체(50)의 본 직경 이하로 축소될 수 있다. 삽입체(50)의 본 직경은 삽입체(50)가 내부관(110) 내에 잘 삽입될 수 있도록 예비 피복관(100a)의 내부관(110)의 내경 이하일 수 있다. 그리고 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200)에서 축관 공정을 통해 내부관(110)의 내경을 상기 삽입체(50)의 본 직경 이하로 축소시킴으로써, 삽입체(50)에 의한 상기 반작용 힘(-F)을 내부관(110)에 잘 전달할 수 있고, 내부관(110)과 외부관(120)을 상호 밀착 고정시킬 수 있다.
한편, 외부관(120)은 내부관(110)보다 연성이 클 수 있다. 외부관(120)은 축관 공정 중에 내부관(110)의 외부 표면에 완전히 밀착될 수 있도록 외부관(120)은 내부관(110)보다 연성이 클 수 있고, 이에 따라 외부관(120)은 축관 공정 중 내부관(110)과의 간격을 최소화할 수 있어 서로 밀착 고정될 수 있다. 즉, 외부관(120)을 내부관(110)보다 연성을 크게 하여 예비 피복관(100a)에 압력이 가해지는 중에 외부관(120)이 내부관(110)의 외부 표면에 완전히 밀착되도록 할 수 있다. 내부관(110)보다 연성이 큰 외부관(120)은 내부관(110)보다 충분한 연성을 가지므로, 내부관(110)과의 간격을 최소화할 수 있고, 이에 따라 내부관(110)과 상호 밀착 고정될 수 있다. 따라서, 외부관(120)은 상기 예비 피복관(100a)의 직경을 감소시키는 과정(S200)에서 내부관(110)보다 크게 수축되어 내부관(100)과 상호 밀착 고정될 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 막대 형상의 삽입체를 내부관 내에 삽입하고 예비 피복관의 외측에서 내측으로 압력을 가하여 예비 피복관의 직경을 감소시킴으로써, 삽입체가 내측으로 가해지는 압력에 대한 반작용 힘을 내부관에 제공할 수 있으며, 이를 통해 내부관과 외부관을 상호 밀착 고정시킬 수 있고, 내부관과 외부관 사이에 계면이 없이 하나의 관으로 다층구조 핵연료 피복관을 제조할 수 있다. 또한, 삽입체가 막대 형상이므로, 삽입체의 연장방향으로 힘을 제공하는 것만으로 간단하게 내부관 내에서 삽입체를 제거할 수 있으며, 삽입체가 탄성을 갖는 경우에 내부관의 내벽에 손상을 주지 않을 수 있고, 고분자로 이루어져 충분한 경도를 가짐으로써 내측으로 가해지는 압력에 대해 내부관에 충분한 반작용 힘을 제공할 수 있다. 그리고 롤러 간의 거리가 단계적으로 감소하는 복수의 롤링 유닛을 통과시켜 예비 피복관의 축관 공정을 수행함으로써, 예비 피복관의 형상을 그대로 유지하면서 직경만을 감소시킬 수 있고, 외부관 및/또는 내부관에 무리한 힘이 가해지지 않을 수 있어 외부관 및/또는 내부관의 손상 및 변형을 방지할 수도 있다. 또한, 복수의 롤러가 수직방향으로 제공된 제1 롤링유닛과 복수의 롤러가 수평방향으로 제공된 제2 롤링유닛을 교번 배치하여 복수의 롤링 유닛을 구성하게 되면, 예비 피복관이 수직방향 또는 수평방향의 한쪽 방향으로 찌그러지지 않고, 원형 형태를 유지하면서 축관 공정이 수행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
50 : 삽입체 100 : 다층구조 핵연료 피복관
100a: 예비 피복관 110 : 내부관
120 : 외부관 200 : 축관 장치
210 : 롤링 유닛 211 : 제1 롤링유닛
211a: 제1 수직롤러 211b: 제2 수직롤러
212 : 제2 롤링유닛 212a: 제1 수평롤러

Claims (13)

  1. 막대 형상의 삽입체가 삽입된 내부관이 외부관 내에 배치된 예비 피복관을 마련하는 과정;
    상기 예비 피복관의 외측에서 내측으로 압력을 가하여 상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정; 및
    상기 삽입체의 연장방향으로 평행하게 힘을 제공하여 상기 내부관 내에서 상기 삽입체를 제거하는 과정;을 포함하고,
    상기 내부관과 상기 외부관은 서로 상이한 금속으로 형성되며,
    상기 삽입체는 탄성을 갖는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정은,
    서로 짝을 이루는 복수의 롤러로 각각 이루어진 복수의 롤링 유닛을 상기 예비 피복관의 길이방향으로 배치하여, 상기 복수의 롤러 사이로 상기 예비 피복관을 이동시키는 과정을 포함하는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 롤링 유닛은 상기 예비 피복관의 길이방향을 따라 상기 복수의 롤러 간의 거리가 단계적으로 감소하고,
    상기 복수의 롤러 사이로 상기 예비 피복관을 이동시키는 과정에서는 상기 예비 피복관의 내측으로 가해지는 압력이 점차적으로 증가되는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 롤링 유닛은,
    상기 복수의 롤러가 제1 방향으로 제공된 제1 롤링유닛; 및
    상기 복수의 롤러가 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제공된 제2 롤링유닛을 포함하고,
    상기 제1 롤링유닛과 상기 제2 롤링유닛은 교번되어 배치되는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정에서는 상기 삽입체가 상기 내부관을 향해 상기 압력에 대한 반작용 힘을 제공하는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 예비 피복관을 마련하는 과정은,
    상기 삽입체의 표면을 연마하거나, 상기 삽입체의 표면에 윤활제를 도포하는 과정; 및
    상기 삽입체를 상기 내부관 내에 삽입하는 과정을 포함하는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입체는 고분자로 이루어진 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입체의 경도는 상기 내부관의 경도보다 작은 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 삽입체의 경도는 60 Shore A 내지 100 Shore D인 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입체의 길이는 상기 내부관 및 상기 외부관보다 긴 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입체의 본 직경은 상기 예비 피복관의 상기 내부관의 내경 이하이고,
    상기 내부관의 내경은 상기 예비 피복관의 직경을 감소시키는 과정에서 상기 삽입체의 본 직경 이하로 축소되는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부관은 상기 내부관보다 연성이 큰 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
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