기계시스템의 구조는, 공통적으로 사용되고 있는 요소적 부품에 의해 구성되고, 이들 요소적 부품을 기계 요소(machine element)라 하여, 구조의 단위로 되고있다. 접촉식 밀봉장치는, 회전기계, 예를들면, 자동차, 선박, 반응식각반기, 펌프, 터빈, 엔진, 가정용기기등의 주로 베어링부분의 윤활유나 처리액의 기기밖으로의 누설방지장치로서 불가결한 기계요소이다. 또, 시점을 바꾸어 보면 밀봉장치(seal)의 밀봉기능은, 현재 전세계적인 과제인 성자원대책, 성에너지대책, 환경오염대책에도 밀접히 관계하고 있어, 기술적으로 더욱 개선이 요구되고 있다. 본 고에서는, 대표적인 접촉식 밀봉장치를 예로, 밀봉장치의 특징, 밀봉장치의 윤활특성, 밀봉장치에 관한 연구의 동향을 설명한다. 본 고는 저자들의 기술적 교류 가운데서 태어난 성과로, 기술의 세계에 국경이 존재하지 않는다고 증표로서, 관계자의 참고가 될 것으로 기대한다.
사용후핵연료를 저장하는 볼트체결 저장용기의 격납경계를 형성하는 주된 구성요소는 금속 밀봉재이다. 이러한 금속 밀봉재는 열과 방사선에 의해 그 성질이 저하된다. 또한, 금속 밀봉재가 강한 열에 장기간 노출되면 크리프 현상이 발생한다. 이러한 크리프는 밀봉시스템에 응력 이완을 가져와서, 결국 밀봉재의 건전성을 해치게 된다. 이러한 응력 이완은 금속 밀봉재의 밀봉성능 저하로 이어지며, 저하의 정도에 따라 저장용기의 누설을 야기할 수 있다. 또한, 볼트 체결력의 감소도 밀봉성능 저하에 영향을 미친다. 본 논문에서는 금속 밀봉재의 격납건전성과 볼트체결력 감소를 평가하기 위해 수행한 가속화 시험의 결과에 대하여 기술한다. 전 시험기간 동안 각 시편에서의 누설률, 볼트 변형률, 금속 밀봉재 주변 온도를 계측하여 분석하였고, 금속 밀봉재는 저장기간 50년 동안 격납건전성을 유지함을 입증하였다. 또한, 가속화 시험의 타당성에 대해서 기술하였다.
고온형 SOFC의 개발에 있어 스택의 신뢰성을 확보하는데 가장 중요한 핵심기술은 스택 구성요소 사이를 접합하는데 필요한 고온형 밀봉재의 개발이다. SOFC 스택에서의 밀봉재는 고체전해질과 접속자 사이에서 음극에 공급되는 연료가스와 양극에 공급되는 공기가 서로 혼합되는 것을 방지하는 역할은 물론 기계적으로 취약한 단전지의 보호 및 스택전체 구조물의 구조적 일체성(Structural integrity)을 부여하는데 주목적이 있다. 현재 기체 기밀성을 유지하기 위한 밀봉재는 크게 유리 및 결정화 유리계, mica및 mica/유리복합재료, 유리/충전재 복합재료 등이 사용되고 있으나 다수의 단위전지로 구성되는 스택 구성에서 스택의 열기계적 안정성 및 장기수명을 보장하기 위해서는 본 연구에서 개발하고자 하는 복합밀봉재가 가장 적합할 것으로 예상되고 있다. 본 연구에서는 SiO-B2O3-RO계에 BaO, SrO를 일정비율로 첨가하여 제작된 유리 frit을 열처리하여 물리화학적 물성변화를 검토하였으며, $750^{\circ}C$ 이하의 연화점을 갖는 유리를 기지상으로 하고 세라믹 보강재를 첨가한 고온형 복합밀봉재를 개발하고 그 물리화학적 안정성, 열기계적 안정성 및 밀봉 특성을 평가하였다.
삼중수소를 사용하는 자발광유리관의 제조에 필요한 4가지 핵심 기술 중 레이저를 이용한 밀봉/절단기술을 개발하였다. 상용 제품을 분석한 결과 유리관의 재질은 pyrex 이었고 레이저는 유리가공에 적절한 펄스형 이산화탄소 레이저를 사용하였다 유리관의 밀봉/절단에 영향을 미치는 인자들로는 레이저빔의 강도 지속시간 조사 방법, 유리관 내부의 압력 등이었다. 전 공정은 2단계로 이루어져 1단계에서는 삼중수소를 주입하고 유리관의 양단을 밀봉하였으며 2단계에서는 삼중수소가 봉입된 유리관을 원하는 길이로 밀봉/절단하였다. 각 공정에서 유리관의 밀봉은 defocusing된 레이저빔을 사용하였으며 절단은 focusing된 빔을 사용하였다. 밀봉/절단 후에는 잔여 열응력에 의한 파열을 방지하기 위하여 열처리를 하였다.
고온형 SOFC의 개발에 있어 스택의 신뢰성을 확보하는데 가장 중요한 핵심기술은 스택 구성요소 사이를 접합하는데 필요한 고온형 밀봉재의 개발이다. SOFC 스택에서의 밀봉재는 고체전해질과 접속자 사이에서 음극에 공급되는 연료가스와 양극에 공급되는 공기가 서로 혼합되는 것을 방지하는 역할은 물론 기계적으로 취약한 단전지의 보호 및 스택전체 구조물의 구조적 일체성(Structural integrity)을 부여하는데 주목적이 있다. 현재 기체 기밀성을 유지하기 위한 밀봉재는 크게 유리 및 결정화 유리계, mica및 mica/유리복합재료, 유리/충전재 복합재료 등이 사용되고 있으나 다수의 단위전지로 구성되는 스택 구성에서 스택의 열기계적 안정성 및 장기수명을 보장하기 위해서는 본 연구에서 개발하고자 하는 복합밀봉재가 가장 적합할 것으로 예상되고 있다. 본 연구에서는 $SiO_2-B_2O_3-RO$계에 BaO, SrO를 일정비율로 첨가하여 제작된 유리 frit을 열처리하여 물리화학적 물성변화를 검토하였으며, $700^{\circ}C$ 이하의 연화점을 갖는 유리를 기지상으로 하고 세라믹 보강재를 첨가한 고온형 복합밀봉재를 개발하고 그 물리화학적 안정성, 열기계적 안정성 및 밀봉 특성을 평가하였다.
Fuel Test Loop(FTL) is a facility which could conduct a fuel irradiation test at HANARO(High-flux Advanced Neutron Application Reactor). FTL simulates commercial NPP's operating conditions such as the pressure, temperature and neutron flux levels to conduct the irradiation and thermo-hydraulic tests. The In-Pile Test Section(IPS) installed in HANARO FTL is designed as a pressure vessel design conditions of $350^{\circ}C$, 17.5MPa. The instrumentation MI-cables for thermocouples, SPND and LVDT are passed through the sealing plug, which is in the pressure boundary region and is a part of instrumentation feedthrough of MI-cable. In this study, the brazing method and performance test results are introduced to the sealing plug with BNi-2 filler metal, which is selected with consideration of the compatibility for the coolant. The performance was verified through the insulation resistance test, hydrostatic test, and helium leak test.
식물조직 배양공정의 기계화 기술개발을 위한 기초자료를 얻고자 식물조직 배양기술의 개발 또는 식물묘를 대량생산하는 연구지도기관 및 농원 등의 배양실 10개소를 대상으로 배지의 분주, 배양용기의 밀봉 및 세척, 배양체의 접종공정 등에 대한 작업실태를 조사분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 가. 배양기술의 개발 또는 식물묘 대량생산은 대부분이 나리, 호접란, 풍란, 심비디움 등 화훼류였으며, 배지는 모두 한천이 혼합된 고체배지, 배양용기는 형상 및 용량 등이 다른 플라스크, 배양병, pE용기 등이 사용되었다. 나. 배지의 분주작업은 조사대상 10개배양실중 6개소는 작업자가 비이커를 사용하여 분주하였고 4개소는 자동 또는 반자동분주기를 사용하였으며, 인력 및 반자동분주기의 사용시 배양용기간의 분주량은 기준량의 $\pm$25%범위에서 차이가 있었다. 다. 액체배지의 분주시 온도는 36.8~88.$0^{\circ}C$, 점도는 3.7~11.8cP 범위였고 점도는 배지에 혼합하는 한천, 사과 등 유기물의 량에 따라 차이가 있으므로 배지의 분주작업을 기계화하기 위해서는 배지의 온도와 점도, 배양용기와 분주량 등을 종합적으로 고려하여 배지의 점도에 따라 분주량을 조절할 수 있도록 개발할 필요성이 있다고 생각된다. 라. 배양용기의 밀봉소재는 플라스크의 경우 호일 또는 고무마개와 호일, 배양병은 모두 나사산이 있는 캡, PE용기는 뚜껑을 사용하였으며, 밀봉작업은 모든 배양실에서 인력에 의존하였고 작업능률은 호일만으로 밀봉하는 경우 시간당 180~240병, 캡은 시간당470~600개 정도였다. 마. 배양체의 접종작업은 모든 배양실이 인력에 의존하였으며, 배양체를 배지와 분리하여 불필요한 부분을 제거하고 배양작물에 따라 생육정도를 2~3등급으로 구분하여 배양용기의 배지 위에 치상하는 과정으로 수행되었으며, 작업능률은 호접란의 경우 배양병에 25본을 접종하는데 시간당 6병, 심비디움은 원형 플라스크에 25본을 접종하는데 시간당 10병 정도였다. 바. 식물체의 대량증식에 사용되는 플라스크, 배양병, PE용기 등 배양용기의 세척작업은 농원의 1개배양실에서 간이식 세척기, 이 외의 9개배양실은 모두 물에 담겨 두었다가 세제와 브러쉬 등을 사용하여 인력으로 세척하고 있어 생력화 기술개발이 요구되었다.
“하나로”를 이용하여 강내 조사용으로 사용되는 $^{192}$ Ir 선원의 제조법을 확립하였다. HTS (Hydraulic Transfer System)조사공에서 48시간 조사한 $\psi$2.5 mm x t 0.25 mm의 원판형 Ir 표적 10장을 쌓아서 방사능이 1.012 Ci인 선원을 시험제조하였다. 선원 제작에 관련된 생성방사능, 중성자 자기홉수효과 인자를 이론적으로 계산하여 시험제조에 사용하였고 ${\gamma}$선 자기흡수효과는 실험으로 측정하여 암 치료에 요구되는 10-20 Ci 선원의 상용생산에 필요한 자료를 확보하였다. 치료용 소선원 제작에 관련된 표적제작, 중성자조사, 방사능 측정, 선원조립, 밀봉용접, 품질관리 등의 제작기술을 확립하고 선원의 안전성은 밀봉시험, 표면오염검사 등을 수행하여 확인하였다. 제조된 선원은 실제 사용되는 조사장치에 장착하여 기능시험을 수행할 것이다. 이번 실험을 통하여 강내 조사용으로 사용되는 10-20 Ci 방사능의 $^{192}$ Ir 선원을 안정적으로 공급할 수 있음을 확인하였으며 하나로를 이용하여 캡슐 직경 4 mm의 치료용 소선원 제작기술을 확립하였다. 개발된 /spp 192/Ir 강내 조사용 선원은 국내 5-6개 병원에 공급할 것이며 이 기술을 바탕으로 직경 1.1-1.6 mm의 강내 조사용 선원도 개발할 예정이다.
본 논문에서는 웨이퍼 레벨 밀봉 실장된 수직 운동 가속도 신호를 감지할 수 있는 초소형 Z축 가속도 센싱 엘리먼트를 제작하였다. 초소형 Z축 가속도 센싱 엘리먼트는 수직 방향의 정전용량 변화를 필요로 하기 때문에 단일 기판상에 수직 단차의 형성을 가능케 하는 확장된 희생 몸체 미세 가공 기술 (Extended Sacrificial Bulk Micromachining, ESBM) 을 이용하여 제작되었다. 확장된 희생 몸체 미세 가공 기술을 이용하면 정렬오차가 없이 상하부 양쪽에 수직 단차를 갖는 실리콘 구조물의 제작이 가능하다. 또한, MEMS 센싱 엘리먼트의 부유된 실리콘 구조물을 보호하기 위하여 웨이퍼 레벨 밀봉 실장 기술이 적용하여 고신뢰성, 고수율, 고성능의 Z축 가속도 센서를 제작하였다. 신호 처리 회로와 가속도 센서를 결합하여 Z축 가속도 센싱 시스템을 제작하였고 운동가속도 범위 10 g 이상, 정지 드리프트 17.3 mg 그리고 대역폭 60 Hz 이상의 성능을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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