KR20170036897A - 고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 고온 강도 및 내식성과 방사선 차폐 기능을 갖는 고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법에 관한 것으로서, 원통형상의 강재 용기와; 상기 강재 용기의 외주면에 복수 겹으로 감겨서 부착되는 권취판과; 상기 강재 용기 또는 상기 권취판 표면에 형성되는 탄화규소 코팅층, 보론층 또는 보론카바이드층; 및 상기 강재 용기의 개방된 단부에 결합되어 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부;를 포함하되, 상기 탄화규소 코팅층 표면 입자는 상기 강재 용기 또는 권취판의 표면 입자와 서로 혼합되는 것을 특징으로 함으로써, 고온가스로 압력용기를 현재 단일 용기로 제작 가능한 크기 보다 더 크게 제작하더라도 내부의 온도와 압력을 견딜 수 있고, 고온가스로 압력용기를 현재 단일 용기로 제작 가능한 크기 보다 더 크게 제작하더라도 종래의 압력용기에 비하여 고온 내식성이 더욱 증대되며, 고온내식성을 위한 코팅층이 기질인 판재 표면 입자와 믹싱됨으로써 코팅층과 판재 사이에 발생될 수 있는 들뜸이나 박리 현상이 방지되고, 열박음 기법이 추가로 도입됨으로써 기계적 강성과 구조적 건전성이 더욱 향상되면서 또한 표면확산접합 재료를 적용함으로써 열박음 시 발생될 수 있는 진원도 차이로 인한 국부 부식 및 용기 간의 들뜸 현상이 방지되는 고온가스로 압력용기를 제공하고자 한다.

Description

고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법{High-temperature gas-cooled reactor pressure vessel and manufacturing method of it}

본 발명은 고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법에 관한 것으로, 특히 고온 강도 및 내식성과 방사선 차폐 기능을 갖는 고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법에 관한 것이다.

고온가스로는 세라믹 피복입자 핵연료를 사용하고 흑연을 감속재로 하며 헬륨을 냉각재로 사용하는 원자로이다.

고온가스로에서는 섭씨 700도 이상의 높은 열이 안전하게 발생되므로 높은 효율의 전력생산과 공정열 재활용 및 수소생산이 가능하다.

원자로의 원통부위 제조 방법은 현재는 도 1과 같이 두께 100-300mm의 두껍고 무거운 단조 구조물을 사용하거나 단조시설이 없을 경우 두꺼운 판재를 벤딩 가공 후 길이방향으로 용접을 하여 사용하고 있다.

고온가스로 압력용기도 동일한 방식으로 제조되는데 현재 다음의 두 가지 문제가 있다.

첫째는 원자로 출력의 한계이다.

고온가스로 압력용기는 단조를 할 수 있는 무게와 직경 제한으로 통상 세계적으로 최대직경 8m의 원자로압력용기가 제조 가능하다. 이를 이용하여 페블형 원자로에서는 약 450MWt의 열 출력, 그리고 블록형 원자로에서는 약 600MWt의 최대 출력을 가지는 고온가스로를 설계 및 제작할 수 있다.

종래의 독일 고온가스로에서는 출력을 증가시켜서 큰 원자로를 만들기 위해서 프리스트레스 콘크리트를 사용하였으나 헬륨누설문제와 원자로의 피동안전성이 확보되지 못한다.

고온가스로는 낮은 출력밀도로 인해 원자로용기를 금속재로 설계할 경우 원자로 표면을 통한 열전달로 잔열을 제거 할 수 있는 피동안전특성을 가지고 있으나 프리스트레스 콘크리트에서는 불가능하다.

둘째는 스틸 판재를 이용한 고온용 압력용기의 생산에서 현재 기술로는 크기의 한계가 있는 점이다.

기존의 경수로 압력용기로는 주로 SA508 혹은 SA531소재(이는 판재를 용접한 압력용기임)로 제작되어 설계온도 371도 이하에서 사용되고 있다.

고온가스로에는 Mod. 9Cr1Mo, 혹은 2 1/4크롬강이 사용되어야 하나 가격이 매우 고가이고 원자로용기와 같은 두꺼운 단조구조물이 상용으로 사용된 사례가 없다.

현재는 SA508 소재를 고온가스로에 그대로 사용하면서 단시간동안 371도를 일정부분 초과할 수 있도록 설계되고 있다.

이와 관련된 종래기술로서는 도 2에 도시되고, 공개특허공보 제10-2014-0108885호(공개일자: 2014. 09. 15)에 개시된 '열박음을 통한 단결정 성장용 압력용기'를 들 수 있다.

상기 종래기술인 '열박음을 통한 단결정 성장용 압력용기'는 내열 합금으로 제조되는 압력용기본체(120), 내식성 소재로 제작되고, 압력용기본체의 내부에 삽입되는 라이너(110) 및 압력용기본체(120)의 하부로 관통 삽입되어 라이너(110)의 하부를 지지하는 하부지지대(130)를 포함하고, 압력용기본체(120)는 가열로를 사용하여 가열한 후 라이너(110)를 삽입하는 것을 특징으로 하여, 라이너에 귀금속이 사용되지 않고, 가격이 저렴한 내식 합금을 사용하므로 제작비용이 절감될 수 있고, 라이너 삽입 시 열박음을 실시하여 압력용기본체와 내부 라이너의 고압 고온에서의 열팽창계수 차이에 의한 응력 발생이 완화될 수 있으며, 특히, 압력용기본체와 내부 라이너의 계면에서 응력이 완화되어 쉽게 파손되지 않는 효과가 있다.

다만 상기 종래기술인 '열박음을 통한 단결정 성장용 압력용기'에서는 열박음으로 인하여 발생될 수 있는 라이너와 압력용기 본체 간의 진원도 차이로 인한 들뜸 부위를 접합시킬 수 있는 수단이나 방법이 부재하며, 특히 라이너와 압력용기 본체 간의 대면 부위에서 발생될 수 있는 고온 고압 하에서의 열팽창계수 차이에 의한 응력 발생은 단지 열박음 공정을 거친 것만으로는 해결되지 않음에도 열박음 외의 실질적인 해결수단이나 해결방법의 제시가 없는 문제가 있다.

따라서 큰 출력을 가지면서도 내부 압력과 열을 견딜 수 있을 만큼 구조적 건전성이 유지될 수 있는 고온가스로 압력용기는 아직 제작되고 있지 못한 실정이므로, 내부의 고온 고압 환경을 견디면서 고온 부식에도 강한 저항을 보여주고, 방사능 차폐 기능도 강화되는 고온가스로 압력용기 및 이의 제작기술이 요청된다.

또한 열박음으로 제작되는 경우 내부 용기와 외부 용기 간에 발생될 수 있는 진원도 차이로 인한 틈새를 효과적으로 접합시킬 수 있는 수단과 방법이 요청된다.

공개특허공보 제10-2014-0108885호(공개일자: 2014. 09. 15)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 큰 출력을 가지면서도 내부 압력과 열을 견딜 수 있을 만큼 구조적 건전성이 유지될 수 있고, 고온 부식에도 강한 저항을 보여주고, 방사능 차폐 기능도 강화되는 한편, 열박음으로 제작되는 경우 내부 용기와 외부 용기 간에 발생될 수 있는 진원도 차이로 인한 틈새를 효과적으로 접합시킬 수 있는 수단 및 방법이 구비되는 고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온가스로 압력용기는

원통형상의 강재 용기와, 상기 강재 용기의 외주면에 복수 겹으로 감겨서 부착되는 권취판과, 상기 강재 용기 또는 상기 권취판 표면에 형성되는 탄화규소 코팅층 및 상기 강재 용기의 개방된 단부에 결합되어 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부를 포함하되, 상기 탄화규소 코팅층 표면 입자는 상기 강재 용기 또는 권취판의 표면 입자와 서로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

또는 본 발명에 따른 고온가스로 압력용기는 상기 강재 용기와 같은 형상으로서 강재 용기가 내부에 삽입 결합되는 보강 용기와, 상기 강재 용기 외주면 또는 상기 보강 용기 내주면에 형성되는 탄화규소 코팅층 및 상기 강재 용기의 개방된 단부에 결합되어 강재 용기의 단부를 밀폐시키는 헤드부를 포함하되, 상기 강재 용기는 보강 용기가 가열된 상태에서 보강 용기의 내주면에 억지 끼움으로 결합되고, 상기 탄화규소 코팅층 표면 입자는 상기 강재 용기 외주면 또는 보강 용기 내주면의 입자와 서로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

이때 바람직하게는 전자의 상기 강재 용기와 같은 형상으로서 상기 권취판이 내부에 삽입 결합되는 제2보강 용기가 더 포함될 수 있고, 상기 권취판은 제2보강 용기가 가열된 상태에서 보강 용기의 내주면에 억지 끼움으로 결합될 수 있다.

이 경우 바람직하게는 상기 강재 용기와 보강 용기 사이에 발생되는 틈, 또는 상기 권취판과 제2보강 용기 사이에 발생되는 틈에는 강재 용기 외주면과 보강 용기 내주면에 확산 침투 되는 확산접합재료가 삽입될 수 있다.

여기서 바람직하게는 상기 강재 용기는 고온용 강재로 제작되며, 상기 보강 용기 또는 제2보강 용기는 중상온용 강재로 제작될 수 있다.

한편, 상기 모든 경우에 있어서 상기 강재 용기의 외부에 형성되는 하나 이상의 보론 카바이드 층이 더 포함될 수 있다.

그리고 본 발명에 의한 고온가스로 압력용기 제작방법은, 원통형상의 강재 용기를 제작하는 단계와, 상기 강재 용기 외주면에 부착될 권취판을 준비하는 단계와, 상기 강재 용기 외주면 또는 권취판 표면에 탄화규소 코팅을 실시하는 단계와, 상기 탄화규소 코팅층에 이온빔을 조사하여 탄화규소 입자 일부를 상기 강재 용기 또는 권취판의 표면 입자와 혼합시키는 단계와, 상기 권취판을 강재 용기 외주면에 감는 단계 및 상기 강재 용기의 개방된 단부에 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부를 결합시키는 단계로 이루어질 수 있다.

또는 본 발명에 의한 고온가스로 압력용기 제작방법은, 원통형상의 강재 용기를 제작하는 단계, 상기 강재 용기와 동일한 형상의 보강 용기를 제작하는 단계와, 상기 강재 용기의 외주면 또는 보강 용기의 내주면에 탄화규소 코팅을 실시하는 단계, 상기 탄화규소 코팅층에 이온빔을 조사하여 탄화규소 입자 일부를 상기 강재 용기 또는 보강 용기의 표면 입자와 혼합시키는 단계와, 상기 보강 용기를 고온 가열하여 보강 용기 내부에 강재 용기를 억지끼움 하는 단계 및 상기 강재 용기의 개방된 단부에 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부를 결합시키는 단계로 이루어질 수 있다.

이 경우 첫 번째 고온가스로 압력용기 제작방법에 있어서, 상기 권취판을 강재 용기 외주면에 감는 단계 이후에, 바람직하게는 강재 용기와 같은 형상의 제2보강 용기를 고온 가열하여 제2보강 용기 내측에 상기 권취판이 감긴 강재 용기를 억지끼움 하는 단계가 더 포함될 수 있다.

그리고 상기 억지끼움 단계 이후에 바람직하게는 상기 강재 용기와 보강 용기 사이에 발생되는 틈, 또는 상기 권취판과 제2보강 용기 사이에 발생되는 틈에 확산접합재료를 삽입하여 고온 가열함으로써 확산접합재료로 상기 틈을 접합시키는 단계가 더 포함될 수 있다.

또한 바람직하게는 상기 강재 용기는 고온용 강재로 제작하며, 상기 보강 용기 또는 제2보강 용기는 중상온용 강재로 제작할 수 있다.

한편 바람직하게는 상기 탄화규소 코팅을 실시하는 단계는 상기 강재 용기 외주면 또는 권취판의 배면에 보론 카바이드 소결층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 탄화규소 코팅을 실시하는 단계는 바람직하게는, 상기 강재 용기 외주면과 보강 용기 내주면 중 탄화규소 코팅을 실시하지 않는 면에 보론 카바이드 소결층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법에는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 고온가스로 압력용기를 현재 단일 용기로 제작 가능한 크기 보다 더 크게 제작하더라도 내부의 온도와 압력을 견딜 수 있다.

둘째, 고온가스로 압력용기를 현재 단일 용기로 제작 가능한 크기 보다 더 크게 제작하더라도 종래의 압력용기에 비하여 고온 내식성이 더욱 증대된다.

셋째, 고온내식성을 위한 코팅층이 기질인 판재 표면 입자와 믹싱됨으로써 코팅층과 판재 사이에 발생될 수 있는 들뜸이나 박리 현상이 방지된다.

넷째, 고온가스로의 중성자 차폐기능이 보론코팅층 혹은 보론카바이드코팅층의 삽입으로 향상된다.

다섯째, 열박음 기법이 추가로 도입됨으로써 기계적 강성과 구조적 건전성이 더욱 향상되면서 또한 표면확산접합 재료를 적용함으로써 열박음 시 발생될 수 있는 진원도 차이로 인한 국부 부식 및 용기 간의 들뜸 현상이 방지된다.

도 1은 종래의 단일용기를 나타내는 사시도,
도 2는 종래기술인 열박음을 통한 단결정 성장용 압력용기의 정단면도,
도 3은 본 발명의 첫 번째 실시예를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에서 세라믹 코팅막의 믹싱 과정을 나타내는 개념도,
도 5는 본 발명에 의한 압력용기의 정단면도,
도 6은 본 발명의 두 번째 실시예를 나타내는 분해 사시도,
도 7은 본 발명의 세 번째 실시예를 나타내는 분해 사시도,
도 8은 본 발명의 세 번째 실시예를 나타내는 결합 사시도,
도 9는 본 발명에서 확산접합재의 적용을 나타내는 사시도,

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.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 고온가스로 압력용기는 세 가지 실시예와 한 가지 추가 실시예로 나누어서 설명하기로 한다.

먼저 도 3과 도 4를 참조하여 첫 번째 실시예부터 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 첫 번째 실시예에서의 압력용기(100)는 중심부의 원통형상의 강재용기(110)와, 강재용기(110) 외면을 둘러싸는 권취판(120)과, 강재용기(110) 또는 권취판(120) 표면의 탄화규소 코팅층(130)과, 강재용기(110)의 개방된 단부를 밀폐시키는 헤드부(140)로 이루어진다.

강재용기(110)는 앞서 설명된 바와 마찬가지로 단조 가공된 두께 5 내지 10mm의 원통이다.

권취판(120)은 강재용기(110)의 외부에 감겨서 강재용기(110)의 구조적 강성을 보강하는 작용을 한다. 또한 권취판(120)은 1 내지 5mm 두께로 이루어지며 여러 겹으로 감기므로 강재용기(110) 또는 권취판(120)의 어느 한 층에서 발생되는 파단이 나머지 권취판(120)으로 전달되지 않으므로 하나의 용기로 이루어질 때에 비하여 강성이 높아지게 된다.

탄화규소 코팅층(130)은 강재용기(110) 또는 권취판(120)의 표면에 형성된다.

세라믹은 부식저항성이 우수하다. 그런데 세라믹 소재 자체로 압력용기가 제조될 경우에는 고온에서 열응력에 의해 파괴될 가능성이 있으므로 세라믹 자체로 압력용기를 만들기 보다는 바람직하게는 금속용기에 세라믹 코팅을 하는 방식으로 제작될 수 있다.

하지만 일반적으로 세라믹과 금속은 서로 열팽창, 탄성율 등의 성질이 달라 고온에서의 접착성이 좋지 않아 부식되기 쉽다. 왜냐하면 금속은 고온에서 공기 중에 노출되면 표면에 산화막을 쉽게 형성하는데, 여기서 산화막은 다른 재료를 코팅하였을 경우 접착성을 저하시키기 때문이다.

따라서 세라믹 코팅, 즉 탄화규소 코팅층에 이온빔을 조사하여 모재에 해당되는 강재 용기(110) 또는 권취판(120)의 표면과 탄화규소 코팅층의 입자들을 혼합시킴이 바람직하다.

참고로 여기서 코팅의 수행은 스퍼터링법(sputtering) 또는 증착법(evaporation)을 포함하는 물리기상증착법으로 수행될 수 있다.

그리고 탄화규소 코팅층(130)의 두께는 1 내지 수 마이크로미터일 수 있다.

또한 도시되지는 않았으나 강재용기(110) 또는 권취판(120)과 탄화규소 코팅층(130)의 혼합을 위한 이온빔 조사장치가 구비될 수 있다.

그리고 탄화규소 코팅과 이온 빔의 조사는 서로 번갈아 수행될 수 있다.

즉 도 4에 도시된 바와 같이 먼저 탄화규소 코팅층(130)을 형성시킨 다음 이온빔을 조사하여 탄화규소 코팅층(130)과 강재용기(110) 또는 권취판(120) 표면 간의 입자들을 혼합시킨 후 다시 강재용기(110) 또는 권취판(120) 표면에 탄화규소 코팅층(130)을 형성시키는 순서로 코팅이 이루어질 수 있다.

그 결과 서로 다른 두 재료는 계면에서 성질을 서로 공유하는 폭이 더 커져서 외부의 응력으로 인한 계면에서의 박리 현상이 현저하게 줄어들게 된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 헤드부(140)는 강재용기(110)의 개방된 단부를 밀폐시킨다.

헤드부(140)는 단일 소재로 제작이 가능하다. 왜냐하면 헤드부(140)는 노심에서 상대적으로 멀리 위치되므로 중성자 조사량도 적고 온도도 낮으며 압력에 의한 응력이 원통부위의 절반이므로 두께가 통상 원통부위의 절반으로 설계될 수 있기 때문이다.

이때 헤드부(140)의 하단에 접촉되는 강재용기(110) 및 권취판(120)의 상단과 헤드부(140)의 하단 사이는 용접으로 결합이 가능하다. 도 5에는 헤드부(140)의 하단과 강재용기(110) 및 권취판(120) 상단에 용접부위(142)가 형성된 것이 도시되어 있다.

다음으로 도 6에 도시된 본 발명의 두 번째 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 두 번째 실시예는 강재용기(110)와, 강재용기(110)가 내포될 수 있는 보강용기(240)와, 헤드부(140) 및 강재용기(110)의 표면 또는 보강용기(240)의 표면에 형성되는 탄화규소 코팅층(230)으로 이루어진다.

탄화규소 코팅층(230)은 앞서의 첫 번째 실시예에서와 마찬가지로 코팅 및 이온빔에 의한 계면 혼합이 반복되게 형성됨이 바람직하다.

헤드부(140)의 구조 및 결합방식도 첫 번째 실시예와 동일하다.

여기서 두 번째 실시예의 특징은 강재용기(110)의 구조적 강성의 보강 작용이 앞서의 첫 번째 실시예에서 권취판(120)으로 이루어지는 것과 달리 강재용기(210)가 열박음 방식으로 결합되는 보강용기(240)가 마련되는 점이다.

이때 보강용기(240)는 가열로(미도시)에서 섭씨 약 600도의 온도 영역에서 수 시간 가열되어 팽창되며, 이 때 보강용기(240)의 내부로 강재용기(110)를 삽입시키는 것이다.

이로써 강재용기(210) 외주면의 직경과 보강용기(240) 내주면의 직경이 서로 같고 상기 두 직경이 서로 오차범위 내에 있다면 강재용기(210)의 보강용기(240) 내부로의 삽입이 보장된다.

이하에서는 도 7과 도 8을 참조하여 세 번째 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

세 번째 실시예는 첫 번째 실시예와 두 번째 실시예의 조합에 해당된다.

즉 첫 번째 실시예로 형성된 강재용기(110)와 권취판(120)의 조합이 제2보강용기(340) 내부로 열박음 방식으로 삽입되어 형성되는 것이 세 번째 실시예인 것이다.

세 번째 실시예에서도 강재용기(310) 또는 권취판(320) 또는 제2보강용기(340)의 표면에는 탄화규소 코팅층(330)이 형성되며, 앞서 설명된 바와 같이 이온빔으로 계면 혼합을 일으켜서 탄화규소 코팅층(330)이 견고하게 부착될 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 부가적인 실시예로 보론층 또는 보론 카바이드 층(350)이 형성될 수 있다.

보론층 또는 보론 카바이드 층(350)은 보론 화합물이 포함되지 않은 일반 금속 구조소재 표면에 폴리머-보론 복합분말이 코팅되어 형성됨으로써 중성자 차폐 작용을 한다.

보론층 또는 보론 카바이드 층(350)은 중성자 차폐 성능을 보유한 폴리머-보론 복합분말을 용융시킴과 동시에 고속의 스프레이로, 모재에 해당되는 강재용기(310) 또는 권취판(320) 또는 제2보강용기(340) 표면에 분사시켜서 형성된다.

이때 보론층 또는 보론 카바이드 층(340) 형성을 위하여 제작되는 폴리머-보론카바이드 복합분말을 화염분사 코팅 장비에 장입시킨 후 섭씨 200도 내지 300도 정도의 화염 내에서 복합분말을 분사하게 되면 폴리머가 순간적으로 용해되고 따라서 용융폴리머와 보론 카바이드 입자가 동시에 모재 표면에 코팅된다.

도 8에 도시된 바와 같이 보론층 또는 보론 카바이드 층(350)은 강재용기(310) 또는 권취판(320) 또는 제2보강용기(340)의 표면에 직접 형성시킬 수도 있고 또는 탄화규소 코팅층(330) 표면에 형성시킬 수도 있다.

이로써 본 발명에 의한 압력용기는 고온 강성과 내식성뿐만 아니라 방사능 차폐 기능까지 갖추게 된다.

한편, 본 발명에서의 두 번째 부가 실시예가 도 9에 도시되어 있다.

도 9에 도시된 바와 같이 열박음에 의한 이중 용기를 제작할 때에는 내부에 삽입되는 강재 용기(210) 외주면과 외부의 보강 용기(240) 내주면의 진원이 서로 일치되지 않아 틈(G)이 발생될 수 있다. 이러한 틈(G)으로 인하여 내부와 외부 용기 간의 분리와 이로 인한 부식문제가 발생될 수 있고, 이중용기로 얻을 수 있는 구조적 강성의 보강 효과가 약해질 수 있다.

따라서 상기 틈을 메워서 강재용기(210)와 보강용기(240)가 서로 견고하게 결합될 수 있는 기술이 필요하다.

확산접합은 접합모재 간의 고상확산에 의해 접합을 시키는 방법이다. 확산접합이 가능한 온도는 대략 융점의 0.3 내지 0.8의 범위이다. 따라서 확산접합의 온도는 재결정온도와 거의 일치된다.

한가지 주의할 점은 접합온도가 높아질수록 확산은 촉진되지만 모재인 강재용기(210) 또는 보강용기(240)의 연화 및 취화 등 재질을 열화시킬 수 있는 점이다. 따라서 적정한 확산 온도를 설정하는 것이 필요하다.

이때 본 발명에서는 상기 틈(G)에 확산접합 재료를 주입하거나 또는 확산접합재료로 이루어지는 필름을 먼저 강재용기(210) 외주면에 부착시키거나 보강용기(240) 내주면에 부착시킨 후 열박음을 진행한 다음 대략 섭씨 1000도 내지 1300도의 고온으로 가열시켜 확산접합재료가 강재용기(210) 또는 보강용기(240)의 입자 속으로 침투해들어가도록 함으로써 내부와 외부간에 견고한 결합이 이루어질 수 있다.

다음으로는 본 발명에 의한 고온가스로 압력용기의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

고온가스로 압력용기의 제조방법도 앞서의 설명과 동일하게 세 가지 실시예와 보강 실시예로 구분된다.

첫 번째 실시예에서의 상기 제조방법은 강재 용기(110) 외주면 또는 권취판(120) 표면에 탄화규소 코팅층(130) 형성을 실시하는 단계(S1)와, 탄화규소 코팅층(130)에 이온빔을 조사하여 탄화규소 입자 일부를 강재 용기(110) 또는 권취판(120)의 표면 입자와 혼합시키는 단계(S2)와, 권취판(120)을 강재 용기(110) 외주면에 감는 단계(S3) 및 강재 용기(110)의 개방된 단부에 강재 용기(110)를 밀폐시키는 헤드부(140)를 결합시키는 단계(S4)로 이루어진다.

이때 권취판을 강재 용기 외주면에 감는 단계(S3) 이후에, 강재 용기와 같은 형상의 제2보강 용기를 고온 가열하여 제2보강 용기 내측에 권취판이 감긴 강재 용기를 억지끼움 하는 단계(S3-2)가 더 포함될 수 있다.

두 번째 실시예에서의 상기 제조방법은 원통형상의 강재 용기(210)를 제작하는 단계(R1)와, 강재 용기(210)와 동일한 형상의 보강 용기를 제작하는 단계(R2)와, 강재 용기의 외주면 또는 보강 용기의 내주면에 탄화규소 코팅을 실시하는 단계(R3)와, 탄화규소 코팅층에 이온빔을 조사하여 탄화규소 입자 일부를 상기 강재 용기 또는 보강 용기의 표면 입자와 혼합시키는 단계(R4)와, 보강 용기를 고온 가열하여 보강 용기 내부에 강재 용기를 억지끼움 하는 단계(R5) 및, 강재 용기의 개방된 단부에 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부를 결합시키는 단계(R6)로 이루어진다.

이 경우 상기 첫 번째 제조방법 실시예와 두 번째 제조방법 실시예 모두 억지끼움 단계(S3-2,R5) 이후에 강재 용기와 보강 용기 사이에 발생되는 틈, 또는 권취판과 제2보강 용기 사이에 발생되는 틈에 확산접합재료를 삽입하여 고온 가열함으로써 확산접합재료로 상기 틈을 접합시키는 단계(B)를 더 포함할 수 있다.

한편, 강재 용기는 고온용 강재로 제작되며, 보강 용기 또는 제2보강 용기는 중상온 강재로 제작될 수 있다.

또한 상기 모든 제조방법 실시예는 강재 용기 외주면과 보강 용기 내주면 중 탄화규소 코팅을 실시하지 않는 면에 보론 소결층 또는 보론 카바이드 소결층을 형성하는 단계(F)를 더 포함할 수 있다.

다만 앞서 설명한 바와 같이 탄화규소 코팅 층 표면에도 보론 카바이드 소결층을 형성시킬 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.

100: 압력 용기 110,210,310: 강재 용기
120,320: 권취판 130,230,330: 탄화규소 코팅층
132: 이온 빔 133: 믹싱 층
135: 추가 탄화규소 코팅층 140: 헤드부
142: 용접부위 240: 보강용기
340: 제2보강용기 350: 보론층 또는 보론 카바이드 층
G: 틈

Claims (13)

1. 원통형상의 강재 용기와;
   상기 강재 용기의 외주면에 복수 겹으로 감겨서 부착되는 권취판과;
   상기 강재 용기 또는 상기 권취판 표면에 형성되는 탄화규소 코팅층; 및
   상기 강재 용기의 개방된 단부에 결합되어 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부;를 포함하되,
   상기 탄화규소 코팅층 표면 입자는 상기 강재 용기 또는 권취판의 표면 입자와 서로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기.
2. 원통형상의 강재 용기와;
   상기 강재 용기와 같은 형상으로서 강재 용기가 내부에 삽입 결합되는 보강 용기와;
   상기 강재 용기 외주면 또는 상기 보강 용기 내주면에 형성되는 탄화규소 코팅층; 및
   상기 강재 용기의 개방된 단부에 결합되어 강재 용기의 단부를 밀폐시키는 헤드부;를 포함하되,
   상기 강재 용기는 보강 용기가 가열된 상태에서 보강 용기의 내주면에 억지 끼움으로 결합되고,
   상기 탄화규소 코팅층 표면 입자는 상기 강재 용기 외주면 또는 보강 용기 내주면의 입자와 서로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 강재 용기와 같은 형상으로서 상기 권취판이 내부에 삽입 결합되는 제2보강 용기;를 더 포함하고,
   상기 권취판은 제2보강 용기가 가열된 상태에서 보강 용기의 내주면에 억지 끼움으로 결합되는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 강재 용기와 보강 용기 사이에 발생되는 틈, 또는 상기 권취판과 제2보강 용기 사이에 발생되는 틈에는 강재 용기 외주면과 보강 용기 내주면에 확산 침투 되는 확산접합재료가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 강재 용기는 고온용 강재로 제작되며, 상기 보강 용기 또는 제2보강 용기는 중상온용 강재로 제작되는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 강재 용기의 외부에 형성되는 하나 이상의 보론 층 또는 보론 카바이드 층; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기.
7. 원통형상의 강재 용기를 제작하는 단계;
   상기 강재 용기 외주면에 부착될 권취판을 준비하는 단계;
   상기 강재 용기 외주면 또는 권취판 표면에 탄화규소 코팅을 실시하는 단계;
   상기 탄화규소 코팅층에 이온빔을 조사하여 탄화규소 입자 일부를 상기 강재 용기 또는 권취판의 표면 입자와 혼합시키는 단계;
   상기 권취판을 강재 용기 외주면에 감는 단계; 및
   상기 강재 용기의 개방된 단부에 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부를 결합시키는 단계;를 포함하는 고온가스로 압력용기 제작방법.
8. 원통형상의 강재 용기를 제작하는 단계;
   상기 강재 용기와 동일한 형상의 보강 용기를 제작하는 단계;
   상기 강재 용기의 외주면 또는 보강 용기의 내주면에 탄화규소 코팅을 실시하는 단계;
   상기 탄화규소 코팅층에 이온빔을 조사하여 탄화규소 입자 일부를 상기 강재 용기 또는 보강 용기의 표면 입자와 혼합시키는 단계;
   상기 보강 용기를 고온 가열하여 보강 용기 내부에 강재 용기를 억지끼움 하는 단계; 및
   상기 강재 용기의 개방된 단부에 강재 용기를 밀폐시키는 헤드부를 결합시키는 단계;를 포함하는 고온가스로 압력용기 제작방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 권취판을 강재 용기 외주면에 감는 단계 이후에, 강재 용기와 같은 형상의 제2보강 용기를 고온 가열하여 제2보강 용기 내측에 상기 권취판이 감긴 강재 용기를 억지끼움 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기 제작방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 억지끼움 단계 이후에,
    상기 강재 용기와 보강 용기 사이에 발생되는 틈, 또는 상기 권취판과 제2보강 용기 사이에 발생되는 틈에 확산접합재료를 삽입하여 고온 가열함으로써 확산접합재료로 상기 틈을 접합시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기 제작방법.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 강재 용기는 고온용 강재로 제작하며, 상기 보강 용기 또는 제2보강 용기는 중상온용 강재로 제작하는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기.
12. 제7항에 있어서,
    상기 탄화규소 코팅을 실시하는 단계는 상기 강재 용기 외주면 또는 권취판의 배면에 보론 소결층 또는 보론 카바이드 소결층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기 제작방법.
13. 제8항에 있어서,
    상기 탄화규소 코팅을 실시하는 단계는 상기 강재 용기 외주면과 보강 용기 내주면 중 탄화규소 코팅을 실시하지 않는 면에 보론 소결층 또는 보론 카바이드 소결층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스로 압력용기 제작방법.

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