WO2021149969A1 - 다층구조 핵연료 피복관 제조방법 - Google Patents

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WO2021149969A1
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윤영수
김용희
김대윤
이유나
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가천대학교 산학협력단
한국과학기술원
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube, and more particularly, to a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube using a rod-shaped insert.
  • a nuclear power plant In general, a nuclear power plant generates steam with heat generated from nuclear fission, and turns a turbine with the power of the generated steam to produce electric energy. It consists of several layers of barriers to prevent leakage of radioactive materials and to protect the safety of nuclear power plants. .
  • the nuclear fuel cladding, the second protective wall surrounds the nuclear fuel sinter to isolate the primary system cooling water circulating in the reactor and the nuclear fuel that causes nuclear fission to prevent the fission products generated during the nuclear fission reaction from moving to the primary system cooling water, It plays a role in effectively transferring the heat generated by nuclear fission to the cooling water of the primary system.
  • the nuclear fuel cladding is easily oxidized by reacting with water vapor (H 2 O) at high temperatures, and in order to suppress or prevent such oxidation, the nuclear fuel cladding is manufactured with a double structure using different materials.
  • the nuclear fuel cladding tube having a double structure needs to be manufactured without an interface between the outer tube and the inner tube. Conventionally, it is not possible to provide sufficient force to the inner tube to support the pressure applied from the outside to the inside, so there is a limit to making the outer tube and the inner tube in close contact with each other. there was
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-0963472
  • the present invention provides a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube in which an inner tube and an outer tube are in close contact with each other by inserting a rod-shaped insert into the inner tube.
  • a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube includes the steps of: preparing a preliminary cladding tube in which an inner tube having a rod-shaped insert is inserted thereinto; reducing the diameter of the preliminary cladding pipe by applying pressure from the outside to the inside of the preliminary cladding pipe; and removing the insert from within the inner tube by providing a force parallel to the extension direction of the insert, wherein the inner tube and the outer tube may be formed of different metals.
  • the process of reducing the diameter of the preliminary cladding includes disposing a plurality of rolling units each comprising a plurality of rollers mating with each other in the longitudinal direction of the preliminary cladding, and moving the preliminary cladding between the plurality of rollers can do.
  • the distance between the plurality of rollers is gradually decreased along the longitudinal direction of the preliminary covering pipe, and in the process of moving the preliminary covering pipe between the plurality of rollers, the pressure applied to the inside of the preliminary covering pipe is gradually decreased. can be increased to
  • the plurality of rolling units may include: a first rolling unit provided with the plurality of rollers in a first direction; and a second rolling unit in which the plurality of rollers are provided in a second direction intersecting the first direction, wherein the first rolling unit and the second rolling unit may be alternately disposed.
  • the insert may provide a counter force against the pressure toward the inner tube.
  • the process of preparing the preliminary cladding may include grinding a surface of the insert or applying a lubricant to the surface of the insert; and inserting the insert into the inner tube.
  • the insert may have elasticity.
  • the insert may be made of a polymer.
  • the hardness of the insert may be less than that of the inner tube.
  • the insert may have a hardness of 60 Shore A to 100 Shore D.
  • the length of the insert may be longer than that of the inner tube and the outer tube.
  • the main diameter of the insert is less than or equal to the inner diameter of the inner tube of the preliminary cladding
  • the inner diameter of the inner tube may be reduced to less than or equal to the main diameter of the insert in the process of reducing the diameter of the preliminary cladding tube.
  • the outer tube may have greater ductility than the inner tube.
  • the method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube inserts a rod-shaped insert into an inner tube and reduces the diameter of the preliminary cladding tube by applying pressure from the outside to the inside of the preliminary cladding tube, thereby the pressure applied to the inside of the insert. It is possible to provide a reaction force to the inner tube. Through this, the inner tube and the outer tube can be fixed in close contact with each other, and a multi-layered nuclear fuel cladding tube can be manufactured as a single tube without an interface between the inner tube and the outer tube.
  • the insert since the insert is rod-shaped, the insert can be removed from the inner tube simply by applying a force in the extension direction of the insert.
  • the insert When the insert has elasticity, it may not damage the inner wall of the inner tube, and since it is made of polymer and has sufficient hardness, it is possible to provide sufficient reaction force to the inner tube against the pressure applied to the inside.
  • the elastic insert may apply an elastic force from the time the inner surface of the inner tube is all in contact with the outer surface of the insert so that the insert is concentric with the preliminary cladding tube and positioned at the center of the inner tube.
  • a multi-layered nuclear fuel cladding tube may be manufactured as one tube in which the inner tube and the outer tube form concentric axes.
  • the preliminary cladding pipe may be installed in either the vertical direction or the horizontal direction. Without being distorted in the direction, the shaft pipe process may be performed while maintaining a circular shape.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram sequentially illustrating a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a figure for explaining the shaft pipe process according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a conceptual diagram for explaining the reaction force by the insert according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram sequentially illustrating a method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube according to an embodiment of the present invention
  • FIG. (a) is an exploded perspective view of the preliminary cladding tube
  • (b) is a combined perspective view of the preliminary cladding tube
  • FIG. 2 (c) is a perspective view of the multi-layered nuclear fuel cladding tube.
  • the inner tube 110 into which the rod-shaped insert 50 is inserted is disposed in the outer tube 120 .
  • the inner tube 110 into which the rod-shaped insert 50 is inserted is provided with a preliminary cladding tube 100a disposed in the outer tube 120 (S100).
  • the inner tube 110 into which the rod-shaped insert 50 is inserted may be disposed in the outer tube 120, through which the preliminary cladding tube into which the insert 50 is inserted into the inner tube 110 ( 100a) can be prepared.
  • the insert 50 may be inserted into the inner tube 110 in a state in which the inner tube 110 is disposed (or inserted) in the outer tube 120 , and the insert 50 in the inner tube 110 . After first inserting the insert 50 may be disposed in the inner tube 110 is inserted in the outer tube (120).
  • the inner tube 110 is provided with a plurality of preliminary cladding tubes 100a inserted into the outer tube 120, and one long (or continuous) insert 50 is inserted into all the plurality of preliminary cladding tubes 100a. ) may be inserted into the inner tube 110 to provide a plurality of preliminary cladding tubes 100a into which the insert 50 is inserted in the inner tube 110 . That is, a plurality of preliminary cladding tubes 100a may be threaded through one insert 50 , and in this case, the insert 50 is inserted into the inner tube while the inner tube 110 is inserted into the outer tube 120 . 110 is inserted.
  • a pressure F is applied from the outside to the inside of the preliminary covering pipe 100a to decrease the diameter of the preliminary covering pipe 100a (S200). It is possible to reduce the diameter of the preliminary cladding pipe 100a by applying a pressure F toward the central axis of the preliminary cladding pipe 100a from the outside in the radial direction of the preliminary cladding pipe 100a, and through this, the inner pipe 110 and the outer pipe 120 may be fixed in close contact with each other. At this time, the insert 50 may provide a force for supporting the inner tube 110 against the pressure F applied from the outside to the inside of the preliminary cladding tube 100a.
  • the pressure F applied from the outside to the inside of the preliminary cladding pipe 100a and the insert 50 are the force supporting the internal pipe 110 .
  • the outer tube 120 and the inner tube 110 can be fixed in close contact with each other, and the multi-layered nuclear fuel cladding tube 100 without distortion can be manufactured.
  • the insert 50 is removed from the inner tube 110 by providing a force parallel to the extension direction of the insert 50 (S300). Since the insert 50 is a single body in the shape of a rod, a force is applied to the insert 50 and/or the preliminary cladding tube 100a parallel to the extension direction of the insert 50 to insert the insert 50 into the interior. By withdrawing from the inside of the tube 110 , the insert 50 can be simply removed from the inner tube 110 . At this time, the insert 50 may be removed by pulling the insert 50 , or the insert 50 may be removed by pushing the insert 50 . When the insert 50 is removed by pulling the insert 50 , a pulling force is applied to the insert 50 in the extension direction of the insert 50 (ie, along or parallel to the extension direction).
  • a method of dissolving and removing the filler with a solvent such as water after filling the filler in the inner tube 110 using a salt such as KOH as a filler and performing a shaft pipe process was also used.
  • a person directly fills the filler in the form of granules or powder in the inner tube 110, and then inserts a long rod to increase the density by applying pressure. Due to this, it was not possible to ensure a uniform amount of the filler (ie, salt) entering the interior of the inner tube 110, and thus it was difficult to ensure reproducibility.
  • the method of using salt as a filler in the shaft pipe process aimed at mass production in fact cannot be expressed as being efficient, and the process takes a lot of time and is inefficient in terms of time, so it is insufficient for the ultimate purpose of a simple and fast shaft pipe process did. In particular, it takes more time to remove the aggregated filler after the shaft pipe process.
  • the filler is a lumpy (or large lump) solid such as granules
  • the inner tube 110 is reduced in diameter in the shaft tube process, and scratches may occur on the inner surface (or inner wall) of the inner tube 110. .
  • the inner tube 110 expands (or deforms) whenever pressure is applied to the filler to increase the density. and the density of the filler may vary for each location.
  • the filler should shield (or close) both ends of the preliminary cladding pipe 100a so as not to escape to the outside in the axial pipe process.
  • both ends of the preliminary cladding pipe 100a are weakly blocked, the internal pressure of the internal pipe 110 is increased by the pressure F to reduce the preliminary cladding pipe 100a so that the filler penetrates the shielding of both ends of the preliminary cladding pipe 100a and can get out.
  • both ends of the preliminary cladding pipe 100a are blocked too strongly, it affects the compression of the preliminary cladding pipe 100a, so that the diameter reduction of the preliminary cladding pipe 100a is not made well, or the inner pipe 110 and the external pipe ( 120) may not be sufficiently adhered to each other.
  • the rod-shaped insert 50 since the rod-shaped insert 50 is pulled or pushed, it is not only easy to remove, but also can be removed from the inner tube 110 faster than when using salt as a filler, The production speed of the multi-layered nuclear fuel cladding 100 may be improved.
  • the inner tube 110 and the outer tube 120 may be formed of different metals (or metal alloys).
  • the inner tube 110 may be made of a zirconium alloy (eg, Zircaloy-4), and both ends are penetrated in one direction (or longitudinal direction) to accommodate the nuclear fuel sintered body therein. It may be in the shape of a hollow tube having a hollow portion).
  • the inner tube 110 may be inserted into the outer tube 120 and disposed inside the multi-layered nuclear fuel cladding tube 100 .
  • the outer tube 120 may be formed of a different metal (eg, a metal including aluminum) from the inner tube 110 of a zirconium alloy, and a metal having excellent corrosion resistance (eg, aluminum, Cr-Al) , FeCrAl, etc.) to prevent the inner tube 110 from reacting with high-temperature water vapor to generate hydrogen in a high-temperature and high-pressure atmosphere due to loss of cooling function.
  • a metal having excellent corrosion resistance eg, aluminum, Cr-Al) , FeCrAl, etc.
  • the nuclear fuel sintered body contained in the receiving space of the inner tube 110 may be protected from oxidation at high temperature, thereby enhancing nuclear operation stability.
  • the outer tube 120 may have a hollow cylindrical shape having an accommodating space (or hollow portion) therein through both ends in one direction so that the inner tube 110 can be inserted and accommodated.
  • the multi-layered nuclear fuel cladding tube 100 manufactured by taking only the advantages of the inner tube 110 and the outer tube 120 can effectively reduce the risk of accidents due to high-temperature oxidation while improving mechanical strength.
  • Figure 3 is a figure for explaining the shaft pipe process according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 (a) is a figure showing a shaft pipe device including a plurality of rolling units
  • Figure 3 (b) is in the position The figure showing the change in diameter of the preliminary cladding pipe according
  • the process ( S200 ) of reducing the diameter of the preliminary cladding pipe 100a is a plurality of rolling units 210 each consisting of a plurality of rollers 211a , 211b and 212a that are paired with each other. ) in the longitudinal direction of the preliminary covering pipe 100a, and moving the preliminary covering pipe 100a between the plurality of rollers 211a, 211b, and 212a (S210).
  • a plurality of rolling units 210 each comprising a plurality of rollers 211a, 211b, and 212a paired with each other are disposed in the longitudinal direction of the preliminary cladding tube 100a in the longitudinal direction of the plurality of
  • the preliminary cladding pipe 100a may be moved between the rollers 211a or 211b or 212a (S210).
  • the shaft tube device 200 compresses the preliminary cladding tube 100a with rollers 211a, 211b, and 212a from the outside, thereby reducing the diameter and increasing the length of the preliminary cladding tube 100a through compression and drawing, and the outer tube By reducing the (separation) distance between the 120 and the inner tube 110, it can be fixed in close contact with each other. That is, the shaft tube device 200 may lengthen or decrease the diameter of the preliminary cladding pipe 100a through a plurality of rollers 211a, 211b, and 212a, and apply a pressure F from the outside to the preliminary cladding pipe ( The outer tube 120 and the inner tube 110 of 100a) may be in close contact with each other.
  • the shaft tube device 200 may include a plurality of rolling units 210 disposed in the longitudinal direction of the preliminary cladding tube (100a).
  • the plurality of rolling units 210 may be formed of a plurality of rollers 211a, 211b, and 212a forming a pair (or pair), respectively, and a plurality of rollers 211a, 211b, 212a forming the pair are reserved from the outside.
  • the preliminary cladding tube 100a may be symmetrically (or balanced) pressed toward the central axis of the cladding tube 100a.
  • the plurality of paired rollers may be a pair of rollers facing each other, or a group of rollers in which the plurality of rollers are spaced apart from each other by a predetermined angle with respect to the central axis of the preliminary cladding tube 100a.
  • the plurality of rolling units 210 When the plurality of rolling units 210 are disposed in the longitudinal direction of the preliminary covering pipe 100a and the preliminary covering pipe 100a is moved to pass between each of the plurality of rollers 211a, 211b and 212a, the plurality of The rollers 211a, 211b, and 212a compress and draw the preliminary cladding pipe 100a by the force of compressing the preliminary cladding pipe 100a, and the length of the preliminary cladding pipe 100a may be lengthened or the diameter may be reduced, The outer tube 120 and the inner tube 110 may be in close contact with each other.
  • the distance between the plurality of rollers 211a, 211b, and 212a along the longitudinal direction of the preliminary cladding pipe 100a may be decreased in stages, and the plurality of rollers 211a or 211b or In the process (S210) of moving the preliminary cladding pipe 100a between 212a), the pressure F applied to the inside of the preliminary cladding pipe 100a may be gradually increased.
  • the plurality of rolling units 210 may be disposed to be spaced apart from each other based on the longitudinal direction (ie, one direction) of the preliminary cladding pipe 100a.
  • Each of the plurality of rolling units 210 includes a plurality of rollers 211a or 211b or 212a that are paired to contact the outer surface of the preliminary coating tube 100a with the preliminary coating tube 100a interposed therebetween, and the paired plurality As the preliminary cladding pipe 100a advances between the rollers 211a or 211b or 212a of the , it is possible to apply a pressure F that pushes the preliminary cladding pipe 100a from the outside in the radial direction to the inside.
  • the diameter (or size) of the roller may also decrease according to the decrease in the diameter of the preliminary cladding tube 100a, as shown in FIG.
  • the first horizontal roller 212a may have a smaller diameter than the first vertical roller 211a
  • the second vertical roller 211b may have a smaller diameter than the first horizontal roller 212a.
  • each of the plurality of paired rollers 211a, 211b, or 212a may be provided to face and contact the outer surface of the preliminary coating tube 100a with respect to the preliminary coating tube 100a.
  • the preliminary cladding tube 100a is not provided between the plurality of mating rollers 211a or 211b or 212a because the preliminary cladding tube 100a does not move forward between the paired plurality of rollers 211a or 211b or 212a. In this case, it may be spaced apart by a distance less than or equal to the outer diameter (or outer diameter) of the preliminary cladding tube 100a, and the plurality of paired rollers 211a into which the preliminary cladding tube 100a enters first is the preliminary cladding tube 100a.
  • the preliminary coating pipe 100a may have a separation distance equal to the outer diameter or slightly smaller than the outer diameter of the preliminary cladding pipe (100a). Accordingly, when the preliminary coating pipe 100a passes between the paired plurality of rollers 211a or 211b or 212a, the paired plurality of rollers 211a or 211b or 212a is placed on the outer surface of the preliminary coating pipe 100a. The diameter of the preliminary cladding tube 100a may be reduced by the pressure F applied in contact, and the outer tube 120 and the inner tube 110 may be in close contact.
  • the plurality of rolling units 210 decreases the distance between the plurality of rollers 211a, 211b, and 212a in steps along the longitudinal direction of the preliminary cladding pipe 100a. can do.
  • the points of the preliminary cladding 100a that have passed (or passed) each of the plurality of rolling units 210 in which the distance between the plurality of rollers 211a, 211b, and 212a are decreased in stages are classified as A, B, and C, Looking at the diameter and thickness of each point (A, B, C) of the preliminary covering pipe (100a), as shown in Fig.
  • the diameter (or inner diameter) of the accommodating space of the inner tube 110 and/or the diameter of the preliminary cladding tube 100a gradually decreases from D 1 to D 3 .
  • the separation distance between the plurality of rollers 211a, 211b, and 212a of each of the plurality of rolling units 210 decreases in stages, the pressure F applied to the preliminary cladding pipe 100a gradually increases and , It is understood that this is because the diameter of the accommodating space of the inner tube 110 and/or the diameter of the preliminary cladding pipe 100a is reduced by being deformed by the pressure F which is gradually increased.
  • the distance between the plurality of rollers 211a , 211b and 212a is decreased step by step from a plurality of rolling units
  • the pressure F applied to the inside of the preliminary cladding tube 100a may be gradually increased.
  • the distance between the paired rollers 211a, 211b, and 212a is passed through a plurality of rolling units 210 in which the distance between the paired rollers 211a, 211b, and 212a is reduced in stages to perform the axial pipe process of the preliminary clad pipe 100a. ), while maintaining the shape, only the diameter can be reduced.
  • excessive force may not be applied to the outer tube 120 and/or the inner tube 110 , and damage (or defects) and deformation of the outer tube 120 and/or the inner tube 110 may be prevented. there is.
  • each of the rolling units 211 and 212 is illustrated as being composed of two rollers 211a or 211b or 212a, but the rollers 211a or 211b or 212a) and the number of rolling units 210 are not limited thereto, and may be changed to various numbers.
  • the diameter of the preliminary cladding pipe 100a is greatly reduced in (b) of FIG. 3, this is illustrated so that a difference can be felt to explain the change in diameter, and is actually soft (or ductile)
  • the diameter of the preliminary cladding pipe 100a may be changed as shown in FIG. 3 (b), but the diameter of the preliminary cladding pipe 100a is the outer pipe 120 and It may decrease according to the elongation of the inner tube 110 .
  • the preliminary cladding tube 100a is By moving between the plurality of rollers 211a, 211b, and 212a, the pressure F applied to the preliminary cladding pipe 100a by the rollers 211a or 211b or 212a causes the pressure F to the inside of the preliminary cladding pipe 100a. This is applied At this time, since the insert 50 inserted into the inner tube 110 of the preliminary cladding tube 100a is filled in the receiving space of the inner tube 110, the inner tube 110 can be supported from the pressure F applied to the inside.
  • the insert 50 since the insert 50 has a force to support the inner tube 110 to the outside with respect to the pressure F applied from the outside, the inner tube 110 is at a predetermined position and the outer tube 120 is external. Due to the pressure (F) of the inner tube 110 is larger than the contraction and is pushed toward the inner tube 110, the outer tube 120 and the inner tube 110 can be fixed in close contact with each other.
  • the plurality of rolling units 210 includes a first rolling unit 211 in which the plurality of rollers 211a and 211b are provided in a first direction (eg, a vertical direction); and a second rolling unit 212 provided in a second direction (eg, a horizontal direction) in which the plurality of rollers 212a intersect the first direction, and the first rolling unit 211 and The second rolling units 212 may be alternately disposed. That is, the plurality of rolling units 210 includes a first rolling unit 211 in which the plurality of rollers 211a and 211b are provided in the first direction and a second rolling unit 211 in which the plurality of rollers 212a are provided in the second direction. Rolling units 212 may be alternately arranged.
  • the plurality of rollers 211a and 211b may be provided in the first direction, and the preliminary covering pipe 100a may be symmetrical with respect to the preliminary covering pipe 100a entered between each other.
  • the plurality of rollers 211a and 211b may be disposed on the outside.
  • a pair of rollers 211a or 211b are disposed to face each other on both sides (or both sides) in the first direction around the preliminary cladding pipe 100a entered between each other.
  • the pair of rollers 211a or 211b facing each other in the first direction may press the preliminary cladding pipe 100a to the inside of the preliminary cladding pipe 100a from both sides in the first direction.
  • the second rolling unit 212 may be provided in the second direction in which the plurality of rollers 212a intersect the first direction, and is symmetrical with respect to the preliminary cladding pipe 100a entered between each other.
  • the plurality of rollers 212a may be disposed on the outside of the cladding tube 100a.
  • a pair of rollers 212a may be disposed to face each other on both sides (or both sides) of the second direction around the preliminary cladding pipe 100a entered between each other. and the pair of rollers 212a opposite to each other in the second direction may press the preliminary covering pipe 100a to the inside of the preliminary covering pipe 100a from both sides in the second direction.
  • first rolling unit 211 and the second rolling unit 212 may be alternately arranged.
  • the preliminary cladding pipe 100a When only the first rolling unit 211 or the second rolling unit 212 is continuously arranged, the preliminary cladding pipe 100a is pressed in only one direction (eg, vertical or horizontal direction), and uniformly compressed as a whole. (or shrinkage), the preliminary cladding tube 100a does not maintain its shape (or cross-sectional shape), and may be distorted in one direction (vertical or horizontal).
  • the first rolling unit 211 provided with the plurality of rollers 211a and 211b in the first direction and the second rolling unit 212 provided with the plurality of rollers 212a in the second direction are alternately arranged
  • the preliminary cladding tube 100a is pressed not only in the first direction but also in the second direction, so that it can be uniformly compressed as a whole (or in both directions).
  • the axial pipe process may be performed while the preliminary cladding pipe 100a is not deformed in one direction (vertical or horizontal), and the circular shape is maintained.
  • the rolling unit 211 or 212 provided with the plurality of rollers 211a and 211b in the vertical direction may be disposed first, and the vertical direction It may be preferable that the first preliminary cladding pipe 100a enters the rolling unit 211 or 212 provided as a .
  • the insert 50 is gravity It can only be supported by being biased downward (or downward), and it may be difficult to position the insert 50 in the inner center of the inner tube 110 .
  • the main diameter is the original diameter or the original (original) diameter, and may be the diameter when no external force such as pressure or tensile force is applied.
  • the rolling unit 212 or 211 provided with the plurality of rollers 212a in the horizontal direction first presses the preliminary cladding pipe 100a, The horizontal width of the inner tube 110 is reduced so that the insert 50 can be fixed in a downwardly biased state, and the insert 50 cannot be located at the inner center of the inner tube 110, so that the preliminary cladding tube 100a) It can be dented in one direction.
  • the vertical position of the insert 50 through the pressure of the rolling unit 211 or 212 provided in the vertical direction can be aligned with (or aligned with) the inner center of the inner tube 110 so that the insert 50 can be located at the inner center of the inner tube 110, and the preliminary cladding tube 100a is not distorted in one direction , the circular shape can be maintained.
  • Figure 4 is a conceptual view for explaining the reaction force by the insert according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 (a) is a side sectional view of the preliminary cladding
  • Figure 4 (b) is a front sectional view of the preliminary cladding tube am.
  • the insert 50 in the process of reducing the diameter of the preliminary cladding tube 100a ( S200 ), the insert 50 provides a reaction force (-F) to the pressure (F) toward the inner tube 110 . can do.
  • the insert 50 may provide a reaction force (-F) to the pressure (F) applied inwardly to the inner tube 110 .
  • the inner tube 110 and the outer tube 120 can be fixed in close contact with each other, and the multi-layered nuclear fuel cladding tube 100 is manufactured as a single tube without an interface between the inner tube 110 and the outer tube 120 . can do.
  • the insert 50 since the insert 50 is filled in the receiving space of the inner tube 110, when the diameter of the preliminary cladding tube 100a is reduced (or contracted) by the pressure F applied to the inside in the axial tube process, the insert A 50 supports the inner tube 110 , and may provide a reaction force ⁇ F to the pressure F to the inner tube 110 in a radial (or outward) direction.
  • the outer tube 120 is pressed toward the inner tube 110 by the pressure F, and the inner tube 110 is pressed toward the outer tube 120 by the reaction force (-F), the outer tube 120 and the inner tube 110 may be in close contact with each other.
  • the inner tube 110 and the outer tube 120 are formed into one tube by the sufficient pressure (F) and the reaction force (-F) to eliminate the interface between the inner tube 110 and the outer tube 120 . can be fixed to each other.
  • the diameter of the inner tube 110 is hardly changed by the reaction force (-F) due to the insert 50 and the outer tube 120 is contracted relatively large, so that the inner tube 110 and the outer tube 120 may be in close contact with each other.
  • the process of preparing the preliminary cladding includes grinding the surface of the insert 50 or applying a lubricant to the surface of the insert 50 (S110); and inserting the insert 50 into the inner tube 110 ( S120 ).
  • the surface of the insert 50 may be polished or a lubricant may be applied to the surface of the insert 50 ( S110 ).
  • the surface of the insert 50 may be polished to a smooth surface so that the insert 50 can be well inserted into the inner tube 110 and easily come out (or removed) from the inner tube 110 , and the insert 50 ) may be applied (or applied) to the surface of the lubricant, etc.
  • the method for manufacturing a multi-layered nuclear fuel cladding tube according to the present invention can be performed at room temperature (about 0 to 25 ° C.), and the lubricant is not an expensive high-temperature lubricant or heat-resistant lubricant, but is easy to obtain edible foods or lubricating rust preventive agents (e.g., WD-40) and the like may be used.
  • the lubricant is not an expensive high-temperature lubricant or heat-resistant lubricant, but is easy to obtain edible foods or lubricating rust preventive agents (e.g., WD-40) and the like may be used.
  • the inner surface of the inner tube 110 is to be prevented from being scratched due to the rough surface of the insert 50. It is possible to reduce friction between the inner surface of the inner tube 110 and the surface of the insert 50 to suppress or prevent damage and/or deformation of the inner tube 110 .
  • the inner surface of the inner tube 110 may be scratched due to the rough surface of the insert 50 , and the inner surface of the inner tube 110 and the surface of the insert 50 .
  • the inner tube 110 may be torn or damaged by the friction of the inner tube 110 , and a defect may occur in the inner tube 110 .
  • this problem can be solved by smoothing the surface of the insert 50 or applying a lubricant or the like to the surface of the insert 50 .
  • the insert 50 may be inserted into the inner tube 110 (S120). After the surface of the insert 50 is polished smoothly or a lubricant is applied to the surface of the insert 50 so that the insert 50 can be well inserted into the inner tube 110, the insert 50 is removed as described above. It can be inserted into the inner tube (110). In this case, the insert 50 inserted into the inner tube 110 by the smooth surface of the insert 50 and/or the lubricant may be easily removed from the inner tube 110 .
  • the inner tube 110 into which the insert 50 is inserted may be inserted (or disposed) into the outer tube 120, or the outer tube ( The insert 50 may be inserted into the inner tube 110 disposed within (or inserted into) 120 .
  • the insert 50 may have elasticity.
  • the inner diameter of the inner tube 110 is reduced in the process (S200) of reducing the diameter of the preliminary cladding tube 100a, even if it becomes smaller than the main diameter of the insert 50
  • the insert 50 can be removed from the inner tube 110 simply by providing a force in the extension direction of the insert 50 (ie, pulling the insert).
  • the insert 50 having elasticity can suppress or prevent excessive force being applied to the inner tube 110 by acting as a cushioning force when the diameter of the inner tube 110 is reduced, and the reaction by the elastic force
  • the force (-F) can be effectively provided to the inner tube 110 .
  • the insert 50 when the insert 50 has elasticity, it may not damage the inner wall of the inner tube 110 while inserting and removing the insert 50 .
  • the elastic force acts when all the inner surfaces of the inner tube 110 are in contact with the outer surface of the insert 50
  • the main diameter of the insert 50 when the main diameter of the insert 50 is smaller than the inner diameter of the inner tube 110 , The reaction force (-F) hardly acts until the inner diameter of the inner tube 110 is reduced by the difference between the inner diameter of the inner tube 110 and the main diameter of the insert 50, so that the inner tube 110
  • the insert 50 is concentric with the preliminary cladding tube 100a (that is, the (flat) cross-section of the insert.
  • the circumference (or inner circumference) of the inner tube may be located at the center of the inner tube 110 by forming a concentric circle.
  • the outer tube 120 and the inner tube 110 may also form a concentric axis, and the reaction reaction in a state in which the insert 50, the inner tube 110 and the outer tube 120 form a concentric axis (or concentric circle).
  • the inner tube 110 and the outer tube 120 can be uniformly fixed to each other, and the inner tube 110 and the outer tube 120 form a concentric axis ( In one tube), a multi-layered nuclear fuel cladding tube 100 can be manufactured.
  • the insert 50 may be made of a polymer (or polymer, polymer).
  • the insert 50 In order for the insert 50 not to be compressed (or squeezed) too much and to effectively provide the reaction force (-F) to the inner tube 110 , the insert 50 must have sufficient hardness.
  • the insert 50 When the insert 50 is made of a polymer, the insert 50 may have elasticity (or softness) while having sufficient hardness due to the high density of the particles (or molecules). Accordingly, it is possible to provide a sufficient reaction force (-F) to the inner tube 110 with respect to the pressure (F) applied to the inside.
  • the insert 50 may include polyacetal or polyoxymethylene (POM), polyEtherEtherKetone (PEEK), polyamide (Polyamide), nylon (eg, Nylon 6/ 6), ethylene vinyl acetate (EVA), a thermoplastic plastic for a glue gun, rubber, or the like.
  • POM polyacetal or polyoxymethylene
  • PEEK polyEtherEtherKetone
  • Polyamide Polyamide
  • nylon eg, Nylon 6/ 6
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • thermoplastic plastic for a glue gun, rubber, or the like.
  • the hardness of the insert 50 may be smaller than the hardness of the inner tube 110 .
  • the diameter of the inner tube 110 is reduced by the pressure F applied to the inside, but the diameter of the insert 50 does not change.
  • the inner diameter of the inner tube 110 is not reduced, and the inner tube 110 is overloaded. Accordingly, the inner tube 110 may be damaged, such as cracks are generated in the inner tube 110 .
  • the hardness of the insert 50 is the same as the hardness of the inner tube 110, the surface of the insert 50 and the inner surface of the inner tube 110 are in close contact with each other by the pressure F applied to the inside. Removal of the insert 50 may be difficult, and the insert 50 may be broken or broken as it exits.
  • the hardness of the insert 50 may be 60 Shore A to 100 Shore D. If the hardness of the insert 50 is less than 60 Shore A, it is too soft (or soft), the diameter is reduced and the length is only increased by the pressure (F) applied to the inside, and the reaction force for the applied pressure (F) (-F) is rarely provided. Also, the insert 50 may be cut while pulling the insert 50 to remove the insert 50 from within the inner tube 110 because it is too soft.
  • the hardness of the insert 50 is greater than 100 Shore D
  • the diameter of the inner tube 110 is reduced because it is too hard and the inner surface of the inner tube 110 is in close contact with the surface of the insert 50
  • it may be difficult to remove the insert 50 and brittleness may increase so that the insert 50 may be broken and some may remain in the inner tube 110 .
  • the elasticity of the insert 50 is weakened, so it may not be possible to provide a reaction force (-F) due to the elastic force.
  • the length of the insert 50 may be longer than the inner tube 110 and the outer tube 120 . That is, the length of the insert 50 may be longer than the length of the preliminary cladding tube 100a. If the length of the insert 50 is longer than the inner tube 110 and the outer tube 120, simply pull the (or exposed) portion protruding through the preliminary cladding tube 100a of the insert 50 by pulling it. The insert 50 may be removed. In addition, by supporting the protruding (or protruding) part, when the diameter of the insert 50 is smaller than the inner diameter of the inner tube 110 , the insert 50 is positioned at the inner center of the inner tube 110 . In addition, the insert 50 may be performed in a state in which the inner center of the inner tube 110 is located, the shaft tube process.
  • the length of the insert 50 may be lengthened and a plurality of preliminary cladding tubes 100a are threaded through one insert 50 to continuously perform the axial pipe process, and a plurality of preliminary cladding pipes 100a on which the axial pipe process is completed ) may be removed by cutting the insert 50 between (between) the individually cut inserts 50 from the inside of each inner tube 110 .
  • the present diameter of the insert 50 may be less than or equal to the inner diameter of the inner tube 110 of the preliminary cladding tube 100a, and the inner diameter of the inner tube 110 is a process of reducing the diameter of the preliminary cladding tube 100a (S200) ) may be reduced to less than or equal to the present diameter of the insert 50 .
  • the present diameter of the insert 50 may be less than or equal to the inner diameter of the inner tube 110 of the preliminary cladding tube 100a so that the insert 50 can be well inserted into the inner tube 110 .
  • the reaction force (-F) can be well transmitted to the inner tube 110 , and the inner tube 110 and the outer tube 120 can be fixed in close contact with each other.
  • the outer tube 120 may have greater ductility than the inner tube 110 .
  • the outer tube 120 may have greater ductility than the inner tube 110 so that the outer tube 120 can be completely in close contact with the outer surface of the inner tube 110 during the shaft tube process, and accordingly, the outer tube 120 is a shaft tube It is possible to minimize the gap with the inner tube 110 during the process, so that they can be fixed in close contact with each other. That is, the outer tube 120 can be made more ductile than the inner tube 110 so that the outer tube 120 is completely in close contact with the outer surface of the inner tube 110 while pressure is applied to the preliminary cladding tube 100a. .
  • the outer tube 120 having greater ductility than the inner tube 110 has sufficient ductility than the inner tube 110 , it is possible to minimize the distance between the inner tube 110 and the inner tube 110 and mutually with the inner tube 110 . It can be tightly fixed. Accordingly, the outer tube 120 may be contracted larger than the inner tube 110 in the process of reducing the diameter of the preliminary cladding 100a ( S200 ) to be fixed in close contact with the inner tube 100 .
  • a reaction force for the pressure applied to the inside of the insert is provided to the inner tube can do.
  • the inner tube and the outer tube can be fixed in close contact with each other, and a multi-layered nuclear fuel cladding tube can be manufactured as a single tube without an interface between the inner tube and the outer tube.
  • the insert since the insert is rod-shaped, the insert can be removed from the inner tube simply by applying a force in the extension direction of the insert.
  • the insert When the insert has elasticity, it may not damage the inner wall of the inner tube, and since it is made of polymer and has sufficient hardness, it is possible to provide sufficient reaction force to the inner tube against the pressure applied to the inside. And by performing the axial pipe process of the preliminary cladding pipe by passing a plurality of rolling units in which the distance between the rollers is gradually reduced, it is possible to reduce only the diameter while maintaining the shape of the preliminary cladding pipe, and excessive force on the external pipe and/or the internal pipe This may not be applied to prevent damage and deformation of the outer tube and/or inner tube.
  • the preliminary cladding pipe may be installed in either the vertical direction or the horizontal direction. Without being distorted in the direction, the shaft pipe process may be performed while maintaining a circular shape.

Abstract

본 발명은 다층구조 핵연료 피복관 제조방법으로서, 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
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.
(특허문헌 1) 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 있다. 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 있다. 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 있다. 또한, 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 2의 (a)는 예비 피복관의 분해 사시도이며, 도 2의 (b)는 예비 피복관의 결합 사시도이고, 도 2의 (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 수행하였다. 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 올렸다. 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 있다. 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 한다. 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 빠져나올 수 있다. 그리고 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 있다. 또한, 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 있다. 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 있다. 또한, 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 3의 (a)는 복수의 롤링 유닛을 포함하는 축관 장치를 나타낸 그림이고, 도 3의 (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 있다. 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 있다. 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 3의 (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 있다. 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 3의 (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 3의 (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 있다. 또한, 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 3의 (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 3의 (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 3의 (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 3의 (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 있다. 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 4의 (a)는 예비 피복관의 측단면도이고, 도 4의 (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 있다. 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 있다. 그리고 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 있다. 하지만, 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 한다. 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 된다. 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 있다. 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 있다. 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.

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 형성되는 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. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입체는 탄성을 갖는 다층구조 핵연료 피복관 제조방법.
  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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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002540437A (ja) * 1999-03-29 2002-11-26 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 加圧水炉用の燃料要素およびその被覆管の製造方法
KR20140147404A (ko) * 2013-06-19 2014-12-30 한국원자력연구원 다층구조 금속-세라믹 복합체 핵연료 피복관 및 이의 제조방법
KR101595436B1 (ko) * 2014-09-23 2016-02-19 한국원자력연구원 다층구조 핵연료 피복관 및 이의 제조방법
US20180233238A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 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

Family Cites Families (7)

* 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
WO2002024366A1 (fr) * 2000-09-25 2002-03-28 Nakayama Corporation Procede permettant de former un rouleau lamine a froid a diametre decroissant pour un tuyau metallique et tuyau metallique obtenu au moyen de ce procede
DE602006016499D1 (de) * 2006-06-12 2010-10-07 Sms Innse Spa Werk zum walzen mit festgehaltenem dorn für nahtlose rohre
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
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002540437A (ja) * 1999-03-29 2002-11-26 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 加圧水炉用の燃料要素およびその被覆管の製造方法
KR20140147404A (ko) * 2013-06-19 2014-12-30 한국원자력연구원 다층구조 금속-세라믹 복합체 핵연료 피복관 및 이의 제조방법
KR101595436B1 (ko) * 2014-09-23 2016-02-19 한국원자력연구원 다층구조 핵연료 피복관 및 이의 제조방법
US20180233238A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 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

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