KR101608282B1 - 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 내부관 상에 중간층을 코팅하는 단계와, 중간층이 코팅된 내부관 내에 충진재를 충진하고, 외부관 내에 충진재가 충진된 내부관을 삽입하여 다중관 중간체를 형성하는 단계 및 다중관 중간체의 외측에서 원주방향 내측으로 압력을 가하는 단계를 포함하여, 다중관 중간체를 제작한 후 다중관 중간체에서 충진재를 용해시켜 다중관을 제조함으로써, 축관공정 시 결함을 억제할 수 있고, 내식성 및 내확산성이 우수한 다중관을 제조할 수 있다.
즉, 다중관 중간체에서 내부관 내에 충진재가 다중관 중간체에 가해지는 외부 압력으로부터 관의 형태를 유지하기 위한 지탱함으로써, 외부에서 가해지는 압력과 충진재의 지탱하고자 하는 힘 사이의 복수의 관들 사이의 밀착력이 증가되어, 관 사이의 밀착력 저하로 인한 결함 발생을 억제할 수 있다.

Description

다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법 {Multi-pipe and Multi-pipe manufactured intermediates and methods for the same}

본 발명은 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축관공정 시 결함을 억제할 수 있고, 내식성 및 내확산성이 우수한 다중관을 제조할 수 있는 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 관 또는 튜브 형태로 제작되는 파이프는 외부 환경으로부터 차단된 상태에서 액체, 고체 및 기체와 같은 물질을 이송하거나 흘려보내기 위해 사용된다.

이때, 파이프는 고온의 환경 및 화학적 반응이 발생하는 곳에 사용되거나, 파이프 내부 통로를 통해 이동하는 물질과의 마찰에 의해 기계적 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 즉, 고온의 환경에서 사용될 경우 부식이 촉진될 수 있으며, 강산성 및 강염기성과 같은 화학물질을 이동시키는 목적으로 사용될 경우, 산과 염기에 장시간 노출되어 파이프의 부식이 촉진되어 파이프에 구멍이 발생하게 된다.

이에, 종래에는 파이프의 기계적 특성을 증진시키기 위해 금속의 관 내부에 원하는 기계적 특성을 증진시킬 수 부수적인 관을 삽입시킨 상태에서 축관 공정을 진행하여 원하는 길이 및 직경을 갖도록 다중관을 압축 및 인발하며, 복수의 관 사이가 밀착되도록 하였다. 이때, 종래의 축관 공정은 고온에서 관 내부에 멘드릴(mendrel)을 삽입한 뒤, 압력을 가함으로써 공정이 진행되었다.

그러나, 이와 같은 방법은 다중관과 멘드릴의 마찰에 의해 관 내부에 결함이 발생하거나 마찰에 의한 마모가 지속적으로 발생하여 멘드릴과 접촉하는 관이 찢어지거나, 굴곡이 생기는 문제점이 야기된다. 또한, 고온의 분위기에서 다중관를 인발함에 따라, 복수의 관 각각을 구성하는 금속이온의 확산에 의한 금속의 미세조직 변화를 야기하여, 다중관의 기계적 특성을 저하시키는 문제가 발생한다.

KR 2013-0125985 A1

본 발명은 고온, 화학용액, 부식, 마모 등의 환경에 의한 내성을 증가시켜 수명이 증가되고, 누수나 폭발 등과 같은 사고를 예방할 수 있는 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 다중관의 축관공정 시, 결함의 발생을 억제하거나 방지할 수 있는 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 복수의 관 사이의 상호 금속 이온 확산 현상을 억제하거나 방지할 수 있으며, 복수의 관 사이를 상호 밀착시킬 수 있는 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 다중관 제조 방법은, a) 내부관 상에 중간층을 코팅하는 단계와, b) 외부관 내에 상기 중간층이 코팅된 내부관을 삽입하고, 상기 내부관 내에 충진재를 충진하여 다중관 중간체를 형성하는 단계 및 c) 상기 다중관 중간체의 외측에서 원주방향 내측으로 압력을 가하는 단계를 포함한다.

상기 c)단계 이전에 상기 다중관 중간체의 개방된 양단부를 폐쇄하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.

상기 c)단계 이후에 상기 다중관 중간체 내의 충진재를 용해시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다.

상기 중간층은 물리적 증착방법(PVD) 및 화학적 증착방법(CVD) 중 어느 하나를 사용하여 형성된 박막이며, 금속 이온의 확산을 억제할 수 있다.

상기 충진재는 가용성의 미분 파우더일 수 있다.

상기 다중관 중간체의 개방된 양단부를 폐쇄하는 단계는 상기 외부관 및 상기 중간층이 코팅된 내부관 양단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄하며, 상기 내부관 내에 상기 충진재를 충진한 뒤 상기 양단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄하거나, 상기 양단부 중 일단부의 노출 부분을 커버 한 뒤 상기 충진재를 충진하고 나머지 타단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄할 수 있다.

상기 c) 단계는 상기 다중관 중간체의 길이 방향을 기준으로 상호 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 롤 유닛의 복수의 롤 사이로 상기 다중관 중간체를 진행시켜, 상기 다중관 중간체 원주방향 내측으로 압력을 가하며, 상기 다중관 중간체 내의 충진재는 상기 원주방향 내측으로 가해지는 압력을 지탱하여 상기 외부관 및 상기 중간층이 코팅된 내부관을 상호 밀착되게 할 수 있다.

상기 c)단계에서 상기 다중관 중간체의 직경은, 상기 외부관 및 상기 중간층이 코팅된 내부관의 연신율(elongation)에 따라 감소할 수 있다.

상기 다중관 중간체의 길이 방향을 기준으로 복수의 롤 유닛 각각의 복수의 롤들 사이의 이격거리는 단계적으로 감소할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 다중관 중간체는 일방향으로 연장 형성되고, 상기 일방향으로의 양단부가 관통되어 내부에 통로를 형성하는 외부관과, 상기 외부관의 내측에 배치되고, 상기 일방향으로의 양단부가 관통되어 내부에 통로를 형성하는 내부관, 상기 내부관 상에 코팅되어 상기 외부관 및 상기 내부관 사이에 배치되는 중간층 및 상기 내부관 내부 통로에 충진되는 충진재를 포함한다.

상기 외부관과 상기 내부관은 서로 상이한 재질로 형성될 수 있다.

상기 중간층은 상기 외부관 및 상기 내부관 사이의 금속 이온 확산을 방지하는 확산 방지층일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 다중관은 다중관 중간체에서 충진재를 용해시켜 제조된다.

본 발명의 실시 예에 따른 다중관 중간체 및 이로 제작된 다중관 및 이의 제조 방법에 의하면, 복수의 관으로 구성되는 다중관의 상호 밀착력을 증가시키고 용이하게 다중관을 압축하거나 인발함으로써 축관 공정에 의해 발생하는 결함을 억제할 수 있다.

즉, 외부관과 내부관의 구성에서 내부관 내에 충진재를 충진한 다중관 중간체에서 충진재가 외부 압력으로부터 관의 형태를 유지하도록 지탱함으로써, 충진재의 지탱하고자 하는 힘과 외부에서 가해지는 압력 사이의 복수의 관 사이의 밀착력이 증가될 수 있다. 이에, 복수의 관 구성에서 상호 밀착력의 저하로 인한 결함 발생을 억제할 수 있다.

또한, 외부관과 내부관 사이에서, 각각의 관을 구성하는 금속이온이 고온의 환경에서 확산하는 것을 방지하기 위한 중간층을 형성함으로써, 금속이온의 상호 확산에 의한 문제점(결정구조 변화)을 해소할 수 있어, 다중관의 기계적 특성이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

이처럼 형성되는 다중관은 그 제조 과정이 간단하고, 다양한 종류의 내부관을 사용하여 제작될 수 있어, 여러 분야에 이용될 수 있다. 특히, 내부식 및 내확산성, 내마모성 및 내화학반응성 중 적어도 어느 한 특성을 향상시킬 수 있어, 관의 사용 주기를 연장시킬 수 있다.

따라서, 고온 또는 화학용액에 노출되어, 부식, 마모 등과 같은 현상에 의해 관의 교체주기가 단축되는 것을 억제할 수 있고, 관의 교체로 인한 유지보수 시간 및 비용의 소모를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중관 제작 방법을 차례대로 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 축관공정 및 축관공정 후 수행되는 공정을 나타내는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중관를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다중관을 구성하는 중간층 형성 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 축관 공정을 수행하기 위한 다중관 중간체를 제작하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 축관 공정 및 다중관 중간체의 내경 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 축관 공정 후 다중관 중간체의 최종 처리 과정을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 다중관은 내식성, 내확산성 및 내화학반응성을 증가시킬 수 있는 다중관 및 이의 제조 방법으로서, 본 발명의 실시 예에 따라 제작된 다중관은 고온 또는 화학용액의 분위기에 사용되어 부식 및 마모되는 현상을 감소시킬 수 있는 다양한 분야에 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는 일례로, 화학적 용액을 다량 사용하는 산업현장에서 화학적 특수 용액에 노출되는 다중관에 대해서 설명하나, 다중관이 사용되는 분야는 이에 한정되지 않고 선박, 수도용 및 원자력 분야와 같은 다양한 분야에 사용될 수 있다.

그리고, 본 발명의 다중관은 결과적으로 다중의 관으로 구성된 파이프이다. 따라서, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 파이프가 기재되는 경우, 상기 파이프는 하나 이상의 관을 가지고 형성된 파이프이므로, 다중관과 파이프는 혼용되어 사용되어도 무방하다.

이하에서는 도 1 내지 도 7을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 다중관 및 이의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중관 제작 방법을 차례대로 나타내는 순서도이다. 도 2는 도 1의 축관공정 및 축관공정 후 수행되는 공정을 나타내는 공정도이다. 여기서, 도 2의 (a)는 축관공정을 수행하기 위한 다중관 중간체의 처리 공정을 나타내는 순서도이며, 도 2의 (b)는 축관 공정 후, 다중관 중간체의 후속 공정을 나타내는 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중관을 나타내는 도면이다. 여기서, 도 3의 (a)는 다중관의 분리사시도이며, 도 3의 (b)는 다중관의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 다중관을 구성하는 중간층 형성 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 4의 (a)는 중간층을 형성하기 위한 PVD 장치를 나타내는 도면이고, 도 4의 (b)는 PVD 장치를 이용한 중간층 형성방법을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 축관 공정을 수행하기 위한 다중관 중간체를 제작하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 축관 공정 및 다중관 중간체의 내경 변화를 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 축관 공정 후 다중관 중간체의 최종 처리 과정을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 다중관 제조 방법에 대해 설명하기 이전에, 다중관 중간체(I·P) 및 이로 제작된 다중관(100)에 대해서 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다중관 중간체(I·P)는 화학적 용액에 노출되는 환경에서 기계적 특징(내식성, 내확산성, 내마모성 및 내화학반응성)이 증진되고, 결함의 발생을 감소시킬 수 있는 다중관(100)을 제작하기 위한 중간 상태로서, 일방향으로 연장 형성되고, 일방향으로의 양단부가 관통되어 내부에 통로(115)를 형성하는 외부관(110)과, 외부관(110)의 내측에 배치되고, 일방향으로의 양단부가 관통되어 내부에 통로(135)를 형성하는 내부관(130) 및 내부관(130) 상에 코팅되어 외부관(110) 및 내부관(130) 사이에 배치되는 중간층(150) 및 중간층(150)이 코팅된 내부관 통로(135)에 충진되는 충진재(170)를 포함한다.

외부관(110)은 일 방향(L1)으로 연장 형성되며, 일 방향(L1)으로의 양 단부가 관통되어 내부에 통로(115)를 형성한다. 즉, 외부관(110)은 소정의 두께를 가지며, 일 단부에서 타 단부까지 내부에 통로를 형성하며, 다중관(100)의 강도 증진을 목적으로 하는 것으로서, 일반적으로 강도가 높은 금속으로 제작될 수 있다. 즉, 외부관(110)은 다중관(100)의 기본적인 기계적 특성을 구현하기 위해서 일정 강도 이상인 금속을 통해 다중관(100) 제작의 베이스 역할을 할 수 있다. 이에, 외부관(110)은 예컨대, 스테인레스 계열의 금속으로 제작될 수 있다.

내부관(130)은 외부관(110) 내에 삽입되어 배치되고, 외부관(110)과 동일하게 일 방향(L1)으로 연장 형성되고, 일 방향(L1)으로의 양단부가 관통되어 내부에 통로(135)를 형성한다. 이때, 내부관(130)은 외부관(110)의 내측에 삽입되어 밀착 배치되기 때문에, 내부관(130)의 외측 직경은 외부관(110)의 외측 직경과 작거나 유사하도록 형성될 수 있다. 즉, 내부관(130)은 외부관(110)의 통로(115)의 직경과 유사하여, 통로(115)에 삽입되도록 제작될 수 있다. 내부관(130)은 다중관(100)의 베이스 역할을 구현하는 외부관(110)의 부수적인 기계적 특성을 증가시키기 위해 구비된다. 즉, 내부관(130)은 다중관(100)가 사용되는 환경에 따라서 외부관(110)에 부족한 기계적 특성을 증진시킬 수 있는 재료로 제작될 수 있다. 이때, 내부관(130)은 외부관(110)과 상이한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, Fe를 함유하는 외부관(110)의 제작 후, 다중관(100)가 부식이 용이한 환경에 사용된다면, 내부관(130)은 외부관(110)에 비해 내식성이 우수한 금속의 재료로 제작될 수 있다. 또한, 화학용액에 노출되는 환경에서, 산성 용액 및 염기성 용액에 각각 노출되는 다중관은 내부관(130)이 각각의 화학용액에 반응성이 낮은 재료를 갖고 제작될 수 있다.

이처럼, 다중관(100)의 사용 환경에 따라 외부관(110) 및 내부관(130)의 재질을 상이한 재질로 제작할 수 있어, 원하는 환경에서 다중관의 기계적 특성이 증가되도록 할 수 있다. 그리고, 이와 같이 외부관(110)과 내부관(130)은 외부관(110)의 외측에서 원주방향의 내측으로 인가되는 압력과, 내부관(130)의 통로(135)에 충진되는 충진재(170)가 외부 압력으로부터 지탱하는 힘에 의해 상호 밀착되어 구성될 수 있는데, 이와 같은 충진재(170)와 밀착방법에 대해서는 후술하는 다중관 중간체(I·P) 및 다중관 제작 방법을 통해 자세하게 설명하기로 한다.

중간층(150)은 외부관(110) 및 내부관(130) 사이에 배치되어 상기 관들(110, 130) 사이의 상호 금속 이온의 확산을 방지하기 위해 구비된다. 보다 구체적으로, 중간층(150)은 내부관(130)의 원주면을 커버하도록 코팅되어 외부관(110) 내에 삽입됨으로써 외부관(110)과 내부관(130) 사이에 배치될 수 있다.

이때, 중간층(150)은 고온의 환경에서 다중관(100)가 사용되는 경우에, 외부관(110)을 구성하는 금속과 내부관(130)을 구성하는 금속 간의 이온 확산을 방지하는 확산 방지층으로써 사용될 수 있다. 예컨대, 외부관(110)으로 스테인레스 관을 사용하고, 내부관(130)으로 지르코늄 관을 사용할 때, 고온의 환경에 의해 지르코늄 관을 구성하는 Zr이 스테인레스 관 측으로 확산되고, 스테인레스 관의 Cr이나 Fe 성분이 지르코늄 관 측으로 확산된다. 이렇게 관들(110, 130) 사이의 금속 이온의 확산이 발생하면, 각각의 관(110, 130)을 구성하는 금속의 결정구조가 흐트러지거나 붕괴되는 현상이 발생한다. 이에, 제작된 다중관(100)가 100MPa를 견뎠다고 가정할 때, 확산이 발생한 후의 다중관(100)는 상기 범위에 못 미치는 기계적 특성을 나타낸다. 따라서, 중간층(150)은 외부관(110) 및 내부관(130) 사이에서 각각의 관 사이의 금속 이온들이 확산하지 못하도록 방지하는 역할을 함으로써 다중관(100)의 기계적 특성이 감소하는 문제점을 해결할 수 있다. 이와 같은 중간층(150)은 확산을 방지하기 위해 내부관(130)을 커버 하도록 박막 형태로 형성될 수 있으며, 그 재료 및 두께에 대해서는 한정하지 않으나, 금속들의 이온 확산을 방지할 수 있으면 다양한 재료 및 두께로 형성될 수 있다. 중간층(150)은 물리적 코팅 방법(PVD), 화학적 코팅 방법(CVD) 등과 같은 다양한 방법을 사용하여 내부관(130) 상에 박막을 형성할 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 PVD의 금속 스퍼터링 방법을 통한 박막 증착 공정을 일례로 들어 설명하고, 이는 후술하는 다중관 제작 방법에서 자세하게 설명하기로 한다.

충진재(170)는 다중관 중간체(I·P)를 구성하기 위해 내부관(130) 내에 충진되는 것으로서, 보다 구체적으로는 외부관(110)과 내부관(130) 사이의 밀착력을 증가시키거나, 제작되는 다중관(100)의 직경을 변화시키거나 인발시키기 위한 축관 공정이 진행될 때에, 다중관 중간체(I·P)에 가해지는 압력을 완충역할을 할 수 있다. 즉, 충진재(170)는 도 5의 (a)에 도시된 것처럼, 내부관 통로(135)에 차도록 충진되어, 축관 공정에 있어 다중관 중간체(I·P)의 외부로부터 다중관 중간체(I·P)의 원주방향의 내측에 가해지는 압력에 대한 지탱력을 나타내도록 할 수 있다.

이와 같은 충진재(170)는 미분의 파우더를 사용할 수 있으며, 수용성 및 화학용액에 용이하게 용해 가능한 가용성을 갖는 미분 파우더일 수 있다. 충진재(170)로 미분 파우더를 사용하는 이유는, 내부관 통로(135)에 충진할 때에, 덩어리가 큰 고체 보다 내부관(130)에 흠집이 발생하는 것을 감소시킬 수 있기 때문에 미분의 파우더를 사용할 수 있다. 또한, 다중관(100)을 제작하기 위해 축관공정이 완료된 후, 다중관 중간체(I·P)의 충진재(170)를 용해시킬 때에, 수용액 및 화학용액과 같은 용해용 용액이 내부관(130) 내의 충진재(170)에 골고루 침투할 수 있도록 할 수 있다. 이때, 충진재는 KOH 및 NaCl과 같은 재료를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다중관 중간체(I·P)의 양 단부에는 외부관(110) 및 중간층(150)이 코팅된 내부관(130) 양단부를 폐쇄하는 차단부재(190)가 구비될 수도 있다.

차단부재(190)는 도 5의 (d)에 도시된 것처럼, 다중관 중간체(I·P)의 양 단부의 노출 부분을 커버하여 양단부를 폐쇄할 수 있는 것으로서, 다중관 중간체(I·P)의 양단부가 외부에 노출되는 것을 억제하거나 방지함으로써 내부관(130) 내의 충진재(170)가 밖으로 빠져나오는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 차단부재(190)는 양단부의 노출부위를 커버할 수 있는 다양한 부재가 사용될 수 있다. 이때, 본 발명의 실시 예에서는 다중관 중간체(I·P)의 개방된 양단부를 용접하는 방법으로 다중관 중간체(I·P)의 양단부를 폐쇄할 수 있다. 즉, 다중관 중간체(I·P)의 일방향(L1)으로의 양단부에 용접을 함으로써 양단부에서 노출되는 외부관(110) 및 내부관(130)의 소정영역은 용융결합할 수 있다. 이때, 용접재료의 용융에 의해서 개방된 내부관 통로(135)는 폐쇄되며, 내부관(130) 내에 충진된 충진재(170)가 밖으로 빠져나오는 것을 방지할 수 있다.

또한, 차단부재(190)는 상술한 예 외에 다양한 부재가 사용될 수 있는데, 다중관 중간체(I·P)의 양단부를 막을 수 있는 플레이트(미도시)로 양단부에 접착시킴으로써 다중관 중간체(I·P)의 양단부를 폐쇄시킬 수도 있다. 그리고, 양단부의 직경보다 큰 직경을 갖는 반캡슐을 양단부에 각각 씌움으로써 다중관 중간체(I·P)의 양단부가 외측에 노출되지 않도록 할 수 있다.

전술한 바와 같은 다중관 중간체(I·P) 및 다중관 중간체(I·P)로부터 제작된 다중관(100)을 구성하는 관은 두개(외부관 및 내부관)을 구비하는 것으로 설명하였으나, 이는 더 많은 개수의 관이 구비될 수도 있다. 즉, 2개를 초과하는 개수의 관이 조합되어 형성될 수도 있다.

이하에서는 전술한 다중관 중간체(I·P) 및 다중관(100)에 대해 다시 한번 간략하게 정의한 뒤, 본 발명의 실시예에 따른 다중관 제작 방법에 대해 설명하기로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 다중관 중간체(I·P)는 다중관(100)을 제작하는 과정 중에 생산되는 것으로서, 외부관(110) 내에 중간층(150)이 코팅된 내부관(130)이 삽입되고, 내부관(130) 내에 충진재(170)가 충진된 것을 나타낸다. 또한, 다중관 중간체(I·P)는 양단부에 차단부재(190)가 배치된 상태일 수도 있다. 한편, 다중관(100)는 축관공정 후, 다중관 중간체(I·P)에서 충진재(170)를 용해시켜 제조된 최종 제품이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다중관 제조 방법은, 기계적 특성을 증가시킬 수 있고, 화학용액에서의 노출에 의한 부식을 억제할 수 있는 방법으로서, 내부관(130) 상에 중간층(150)을 코팅하는 단계와, 외부관 (110) 내에 중간층(150)이 코팅된 내부관(130)을 삽입하고, 내부관(130) 내에 충진재(170)를 충진하여 다중관 중간체(I·P)를 형성하는 단계 및 다중관 중간체(I·P)의 외측에서 원주방향 내측으로 압력을 가하는 단계를 포함한다. 또한, 다중관 중간체(I·P)를 형성한 뒤에는 다중관 중간체(I·P)의 개방된 양단부를 폐쇄하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 다중관 중간체(I·P)의 외측에서 원주방향 내측으로 압력을 가하는 단계 이후에는, 다중관 중간체(I·P) 내의 충진재(170)를 용해시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다.

우선, 원하는 사용환경에 따라서, 기계적 특성 중 강도를 증가시킬 수 있는 금속으로 제작된 외부관(110)을 마련하고, 외부관(110)의 부수적인 기계적 특성을 증진시킬 수 있는 내부관(130)을 마련한다(S100). 본 발명에서는 외부관(110)으로는 스테인레스 계열의 금속을 사용하며, 내부관(130)으로는 스테인레스 스틸을 구성하는 금속 원소보다 산화 반응성이 낮은 금속들의 합금을 사용할 수 있다.

외부관(110) 및 내부관(130)을 마련한 뒤, 각각의 관(110, 130)을 구성하는 금속 이온의 상호 확산을 방지하기 위해 중간층(150)을 내부관(130) 상에 코팅한다(S200). 이때, 본 발명에서는 PVD(Physical Vapor Deposition; 물리적 증착)방법을 사용하여 중간층(150)을 코팅하는데, 그중에서도 도 4에 도시된 바와 같이 스퍼터 장치(1)를 사용하여 중간층(150)을 코팅할 수 있다. 도 4를 참조하면, 일반적인 스퍼터 장치(1)는 내부 공간을 가지는 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 마련되어 내부관(130)을 지지하는 지지부(20)와, 지지부(20)와 대향 배치되어 스퍼터링 방법으로 내부관(130) 상에 중간층 원료 물질을 제공하는 원료 공급 유닛(30, 40, 50)과, 원료 공급 유닛(30, 40, 50)에 전원을 인가하는 전원 공급부(60)를 포함한다.

챔버(10)는 중공형의 통 형상으로 제작되며, 그 단면형상이 사각의 형태로 형성되어, 내부에는 내부관(130)을 처리할 수 있는 소정의 반응공간이 마련된다. 이때, 챔버(10)의 형상은 다양한 형상의 통 형상으로 형성될 수 있으며, 내부에서 처리되는 처리물에 따라 다양한 형상의 챔버가 사용될 수 있다. 본 실시예에서 챔버(10)는 일체형으로 설명하였지만, 챔버(10)를 상부가 개방된 하부 챔버와 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드(Lid)로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다. 또한, 챔버(10)의 일측에는 아르곤(Ar), 질소(N), 산소(O) 등과 같은 스퍼터링 가스가 유입되는 가스 유입구(11)가 마련되고, 상기 챔버(10)의 타측에는 스퍼터링 가스가 외부로 배출되는 가스 유출구(12)가 마련된다.

지지부(20)는 챔버(10) 내의 바닥면에 장착되어, 챔버(10) 내로 인입된 내부관(130)을 지지한다. 이때, 지지부(20)의 위치는 원료 공급 유닛(30, 40, 50)의 위치와 변경될 수 있다. 이러한, 지지부(20)는 내부관(130)이 안착되는 스테이지(21)와, 스테이지(21)를 이동시키는 구동부(23)를 포함한다. 이때, 스테이지(21)에는 기계력, 진공 흡입력, 정전력 등을 이용하여 내부관(130)을 잡아주는 다양한 수단이 추가적으로 구성될 수 있다. 또한, 내부관(130)의 전면에 걸쳐 고루 중간층(150)이 코팅될 수 있도록 내부관(130)을 소정각도씩 회전시킬 수 있는 롤러와 같은 수간이 스테이지(21)에 마련될 수 있다.

원료 공급 유닛(30, 40, 50)은 중간층(150) 재료인 타겟(30)과, 타겟(30)의 외측에 마련된 자석부(40)를 포함하고, 자석부(40)과 타겟(30)을 수용하는 커버부재(50)를 포함한다. 이때, 타겟(30)에는 전원 공급부(60)로부터 이종 전원이 인가된다. 예를 들어, 상기의 이종 전원은 스퍼터링 메인 전원(main power)으로 공급되는 DC(Direct Current) 전원 및 서브 전원(sub power)으로 공급되는 RF(Radio Frequency) 전원을 포함한다. 이때, RF 전원은 방전 전압을 낮춰주어 타겟(30)에서 스퍼터링된 입자의 운동 에너지를 낮춰주는 역할을 하며, DC 전원은 RF 전원을 사용할 경우 증착율이 낮은 단점을 보완하는 역할을 한다. 이에, 한 쌍의 타겟(30) 각각에 이종 전원이 인가되고 챔버(10) 측벽에 접지 전원이 인가되면, 서로 대향하는 한 쌍의 타겟(30) 사이의 공간에서 방전이 발생된다. 따라서, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 이온화됨으로써 도 4의 (b)와 같이 플라즈마 영역이 형성되면서, 타겟(30)에서 떨어져 나온 입자(T)는 플라즈마 분위기에서 내부관(130) 상에 코팅될 수 있다.

이와 같이, 중간층(150)의 코팅이 완료된 내부관(130)은 도 5의 (a)와 같이 외부관 통로(115)에 삽입된다(S300). 이때, 외부관(110)과 외부관(110) 내에 삽입된 내부관(130) 사이에는 소정의 이격간격이 존재하게 된다. 즉, 내부관(130)의 외측 직경이 외부관(110)에 삽입될 수 있을 정도의 직경을 가져야 하기 때문에 내부관(130)의 외측 직경은 외부관 통로(115) 직경에 대해 소정의 작은 값을 가질 수 있다.

이때, 종래에는 이러한 복수의 관 사이의 이격을 해소하기 위해, 멘드릴(mendrel)을 삽입한 후 인발하면서 외부에서 압력을 가함으로써 복수의 다중관 간의 밀착력을 증가시키거나, 직경을 감소시키고, 인장하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이와 같은 방법은, 내부관 내에 멘드릴을 삽입한 상태에서 진행되며, 내부관과 멘드릴 사이의 마찰에 의해 내부관이 손상되거나 결함이 발생하는 문제점이 야기되었다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 축관 공정은 내부관(130) 및 외부관(110) 사이에 이격이 존재하더라도, 내부관(130)의 결함발생을 억제하거나 방지하며 외부관(110)과 내부관(130)을 밀착시킬 수 있다. 즉, 종래의 멘드릴의 구성이 필요하지 않으며, 내부관(130)과 구성요소 간의 마찰이 없어 무른 재질로 형성된 내부관(130)이 마찰에 의해 찢어지거나 파손되고, 결함이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

즉, 내부관 통로(135)에는 축관 공정에서 내부관(130)과 외부관(110) 사이의 밀착력을 증가시키거나, 직경을 감소시키거나, 인발하기 위해 가해지는 압력에 의한 변형 및 결함 발생을 억제하기 위해 도 5의 (b)에 도시된 것처럼 충진재(170)가 충진되어 다중관 중간체(I·P)를 형성한다(S400).

도 5의 순서와 같이, 다중관 중간체(I·P)가 형성되면, 다중관 중간체(I·P)의 외부관(110) 및 내부관(130) 사이의 밀착력을 증가시키고, 원하는 형태, 직경 및 길이를 갖도록 다중관(100)을 제작하기 위해 축관 공정을 시작한다(S500).

이때, 축관 공정을 위해서, 다중관 중간체(I·P)의 개방된 양단부는 전술한 차단부재(190)에 의해 폐쇄된다(S510). 여기서, 다중관 중간체(I·P)의 양단부를 폐쇄하는 것은 외부관(110) 및 중간층(150)이 코팅된 내부관(130) 양단부의 노출 영역을 외부와 차단함으로써 이루어지는데, 이 과정은 외부관(110)에 삽입된 내부관(130) 내에 충진재(170)를 충진한 뒤, 양단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄하거나, 외부관(110)에 내부관(130)을 삽입한 후, 외부관(110)과 내부관(130)의 개방된 양단부 중 일단부의 노출 부분을 먼저 커버한 뒤, 충진재(170)를 충진하고 나머지 타단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄할 수 있다.

이처럼, 차단부재(190)로 다중관 중간체(I·P)의 외부관(110) 및 내부관(130)의 노출 영역을 외부와 차단함으로써 내부관(130) 내의 충진재(170)는 밖으로 빠져나오지 않고, 안정적인 축관 공정을 진행할 수 있다.

그리고, 다중관 중간체(I·P)는 축관장치(200)를 통해서 외부관(110)과 내부관(130) 사이의 이격거리를 감소시켜 상호 밀착시키며, 압축 및 인발을 통해 관들(110, 130)의 직경을 감소시키고 길이를 증가시킬 수 있다. 여기서, 축관 공정은 도 6을 통해 설명하기로 한다.

축관 장치(200)는 외부에서 롤러로 다중관 중간체(I·P)를 압축함으로써 다중관 중간체(I·P)의 길이가 길어지거나, 직경이 감소하도록 할 수 있으며, 외부에서 압력을 가함으로써 다중관 중간체(I·P)의 외부관(110) 및 내부관(130)이 상호 밀착되도록 할 수 있다. 이때, 축관 장치(200)는 다중관 중간체(I·P)의 길이 방향(즉, 일방향)을 기준으로 상호 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 롤 유닛(210a, 210b, 210c)을 포함한다. 즉, 본 발명에서는 다중관 중간체(I·P)의 길이방향을 기준으로 제1 롤 유닛(210a), 제2 롤 유닛(210b) 및 제3 롤 유닛(210c)이 서로 이격되어 구비된다. 이때, 각각의 롤 유닛(210a, 210b, 210c)들은 다중관 중간체(I·P)를 사이에 두고 다중관 중간체(I·P)의 외측면에 접촉되는 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c)을 구비하여, 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c) 사이로 다중관 중간체(I·P)가 진행 이동함으로써, 다중관 중간체(I·P)의 원주방향 내측으로 밀어내는 압력을 가핼 수 있다. 즉, 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c)은 다중관 중간체(I·P)를 기준으로 다중관 중간체(I·P)의 외측면에 각각 대향되도록 접촉 구비될 수 있다. 이때, 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c)은 다중관 중간체(I·P)가 진행되지 않는 경우, 즉, 다중관 중간체(I·P)가 사이에 구비되지 않는 경우는 상호 롤 사이가 소정간격 떨어져서 구비되는 것과 동일한데, 이 이격거리는 다중관 중간체(I·P)의 외측 직경보다 작은 이격거리를 가질 수 있다. 이에, 다중관 중간체(I·P)가 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c)을 지나감에 있어, 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c)과 접촉하여 가해지는 압력에 의해 다중관 중간체(I·P)의 직경이 감소하거나, 외부관(110)과 내부관(130)이 밀착 접촉되도록 할 수 있다.

여기서, 도 6의 (a)에 도시된 것처럼, 복수의 롤 유닛(210a, 210b, 210c)을 지난 다중관 중간체(I·P)의 지점을 A, B, C로 분류하고, 각각의 직경 및 관의 두께에 대해 살펴보면, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 거쳐간 롤유닛이 증가할수록 다중관 중간체(I·P)의 직경, 즉, 내부관 통로(135)의 직경이 D1에서 D3로 점차적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 이는, 복수의 롤 유닛(210a, 210b, 210c) 각각의 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c) 사이의 이격거리가 단계적으로 감소함으로써 다중관 중간체(I·P)에 가해지는 압력이 점차적으로 증가함으로써 변형될 수 있다. 이때, 본 발명에서는 롤 유닛(210a, 210b, 210c)을 3개 구비하고, 각각의 롤 유닛(210a, 210b, 210c)들은 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c)로 2개의 롤을 구성하는 것으로 나타냈으나, 롤의 개수 및 롤유닛의 개수는 이에 한정하지 않고 다양한 개수로 변경 가능하다. 또한, 본 발명의 도 6의 (b)에서는 다중관 중간체(I·P)의 직경이 큰 폭으로 감소되는 것으로 나타나 있으나, 이는 직경의 변화를 설명하기 위해 차이를 느낄 수 있도록 도시한 것이며, 실제로 무른 관의 재질들로 다중관 중간체(I·P)를 구성했을 경우, 관의 직경은 도 6의 (b)와 같이 변할 수 있으나, 다중관 중간체(I·P)의 직경은 외부관(110) 및 중간층(150)이 코팅된 내부관(130)의 연신율에 따라 감소할 수 있다.

한편, 축관 공정에 의해 외부관(110)과 내부관(130)의 밀착력을 증가(S520)시키는 방법에 대해 도 6의 (c)를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 다중관 중간체(I·P)는 제1롤(211a, 211b, 211c) 및 제2롤(213a, 213b, 213c) 사이를 이동함으로써 롤들이 다중관 중간체(I·P)에 가하는 압력에 의해 다중관 중간체(I·P)의 원주방향의 내측으로 압력이 가해진다. 이때, 다중관 중간체(I·P)의 내부관(130) 내에 존재하는 충진재(170)는 내부관 통로(135)에 꽉 차있기 때문에 원주방향의 내측으로 가해지는 압력으로부터 내부관(130)을 지탱하게 된다. 즉, 상대적으로 얘기하자면, 충진재(170)는 외부에서 가해지는 압력에 대해 내부관(130)을 원주방향 외측으로 지탱하는 힘을 가지고 있기 때문에, 내부관(130)이 일정위치에 있고, 외부관(110)은 외부의 압력으로 인해 내부관(130)측으로 밀려나기 때문에 외부관(110)과 내부관(130)은 상호 밀착하게 될 수 있다.

상기와 같은 방법으로 축관 공정이 완료되면(S600), 다중관 중간체(I·P)의 충진재(170)를 용해시켜 제거하는 작업을 수행하는데, 이 전에, 도 7의 (a)에 도시된 것처럼, 다중관 중간체(I·P)의 양 단부를 폐쇄한 것을 개방(S610)시켜 다중관 중간체(I·P)의 양단부가 외부에 노출된 상태에서 충진재(170)를 용해시킨다(S620). 즉, 다중관 중간체(I·P)의 양단부에 구비된 차단부재(190)를 제거하여 다중관 중간체(I·P)의 양단부를 개방시키고, 도 7의 (b)와 같이, 용액(S)이 담긴 용기(L)에 침지시켜 충진재(170)를 용해시킨다.

이때, 차단부재(190)를 개방하는 방법으로는, 차단부재(190)의 종류에 따라 상이할 수 있는데, 용접 방법을 이용하여 다중관 중간체(I·P)의 양단부를 폐쇄했을 경우는, 용접에 의해 열 영향이 가해지는 영역까지 절단하여 차단부재(190)와 다중관 중간체(I·P)의 양단부 일정영역을 제거한다. 한편, 플레이트나 캡슐의 부가적인 부재를 사용하여 다중관 중간체(I·P)의 양단부를 폐쇄한 경우에는 부재를 분리시킴으로써 다중관 중간체(I·P)를 개방시킬 수 있다.

또한, 충진재(170)를 용해하기 위한 용액은 앞서 기재한 용액(수용성 용액, 화학성 용액)을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 다중관 중간체(I·P)를 용액에 침지시켜서 충진재(170)를 제거하였으나, 이에 한정되지 않고, 내부관 통로(135)에 용액을 부어서 충진재(170) 사이로 용액이 침투하여 충진재(170)를 용해시킬 수도 있다.

상기와 같이 다중관 중간체(I·P)로부터 충진재를 용해시켜 제거함으로써, 본 발명에서 원하는 내부관(130)과 외부관(110)의 밀착력이 증가된 다중관(100)을 얻을 수 있다(S700).

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100 : 파이프 L1 : 길이방향
110 : 외부관 130 : 내부관
150 : 중간층 170 : 충진재
190 : 차단부재 I·P : 파이프 중간체
200 : 축관 장치 210a, 210b, 210c : 롤 유닛
211a, 211b, 211c : 제1 롤 213a, 213b, 213c : 제2 롤

Claims (13)

1. 내부관 상에 중간층을 코팅하는 단계;
   외부관 내에 상기 중간층이 코팅된 내부관을 삽입하고, 상기 내부관 내에 수용성 및 가용성의 미분 KOH 및 NaCl 파우더를 포함하는 충진재를 충진하여 다중관 중간체를 형성하는 단계;
   차단부재로 상기 다중관 중간체의 개방된 양단부를 폐쇄하는 단계; 및
   상기 다중관 중간체의 외측에서 원주방향 내측으로 압력을 가하는 단계;를 포함하며,
   상기 양단부를 폐쇄하는 단계는,
   상기 양단부를 용접 또는 상기 양단부를 막을 수 있는 플레이트를 상기 양단부에 접착 또는 상기 양단부의 직경보다 큰 직경을 갖는 반캡슐을 상기 양단부에 각각 씌움으로써, 상기 양단부가 외측에 노출되지 않도록 상기 외부관 및 상기 중간층이 코팅된 내부관 양단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄하며,
   상기 압력을 가하는 단계는,
   상기 다중관 중간체의 길이방향으로 상호 이격되어 배치되는 복수의 롤 유닛 각각의 이격거리가 단계적으로 감소한 복수의 롤들 사이로 상기 다중관 중간체를 진행시켜,
   상기 다중관 중간체의 원주방향 내측으로 가해지는 압력이 점차적으로 증가되며,
   상기 다중관 중간체 내의 충진재는 상기 원주방향 내측으로 가해지는 압력을 지탱하여 상기 외부관 및 상기 중간층이 코팅된 내부관을 상호 밀착되게 하는 다중관 제조 방법.
2. 삭제
3. 청구항 1 에 있어서,
   상기 압력을 가하는 단계 이후에,
   상기 다중관 중간체 내의 충진재를 용해시키는 단계;를 추가로 수행하는 다중관 제조 방법.
4. 청구항 1 에 있어서,
   상기 중간층은 물리적 증착방법(PVD) 및 화학적 증착방법(CVD) 중 어느 하나를 사용하여 형성된 박막이며, 금속 이온의 확산을 억제하는 다중관 제조 방법.
5. 삭제
6. 청구항 1 에 있어서,
   상기 다중관 중간체의 개방된 양단부를 폐쇄하는 단계는,
   상기 내부관 내에 상기 충진재를 충진한 뒤 상기 양단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄하거나, 상기 양단부 중 일단부의 노출 부분을 커버 한 뒤 상기 충진재를 충진하고 나머지 타단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄하는 다중관 제조 방법.
7. 삭제
8. 청구항 1 에 있어서,
   상기 압력을 가하는 단계에서 상기 다중관 중간체의 직경은, 상기 외부관 및 상기 중간층이 코팅된 내부관의 연신율(elongation)에 따라 감소하는 다중관 제조 방법.
9. 삭제
10. 일방향으로 연장 형성되고, 상기 일방향으로의 양단부가 관통되어 내부에 통로를 형성하는 외부관과;,
    상기 외부관의 내측에 배치되고, 상기 일방향으로의 양단부가 관통되어 내부에 통로를 형성하는 내부관;
    상기 내부관 상에 코팅되어 상기 외부관 및 상기 내부관 사이에 배치되는 중간층;
    상기 내부관 내부 통로에 충진되며, 수용성 및 가용성의 미분 KOH 및 NaCl 파우더를 포함하는 충진재; 및
    상기 외부관 및 상기 내부관 양단부의 노출 부분을 커버하여 폐쇄하는 차단부재;를 포함하고,
    상기 양단부는,
    상기 양단부를 용접 또는 상기 양단부를 막을 수 있는 플레이트를 접착 또는 상기 양단부의 직경보다 큰 직경을 갖는 반캡슐을 상기 양단부에 각각 씌움으로써 외측에 노출되지 않고,
    상기 외부관 및 상기 중간층이 형성된 내부관은 상기 일방향을 기준으로 상호 이격되어 배치되는 복수의 롤 유닛 각각의 복수의 롤들 사이로 진행되어, 상기 외부관 및 상기 중간층이 형성된 내부관이 거쳐간 상기 롤 유닛이 증가할수록 이격거리가 단계적으로 감소된 상기 복수의 롤에 의해 원주방향의 내측으로 점차적으로 증가된 압력과, 상기 충진재가 상기 내부관을 지탱하는 힘에 의해 상호 밀착 고정되는 다중관 중간체.
11. 청구항 10 에 있어서,
    상기 외부관과 상기 내부관은 서로 상이한 재질로 형성되는 다중관 중간체.
12. 청구항 10 에 있어서,
    상기 중간층은 상기 외부관 및 상기 내부관 사이의 금속 이온 확산을 방지하는 확산 방지층인 다중관 중간체.
13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 다중관 중간체에서 상기 차단부재를 제거하여 상기 다중관 중간체의 양단부를 개방시키고, 상기 충진재를 용해시켜 제조된 다중관.

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