JP2021024758A - Joining member and joint structure including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料集合体等の接合部に用いる接合部材とそれを備えた接合構造体に関する。 The present invention relates to a joining member used for a joining portion such as a fuel assembly and a joining structure provided with the joining member.
高温高圧の炉水中においても耐食性、耐放射線特性、接合強度等において優れた燃料被覆管接合体の一例として、特許文献1には、燃料被覆管接合体は、内面に燃料ペレットが挿入されるとともに外面が炉水と接触する燃料被覆管の端部に端栓を接合することで燃料ペレットを封印する際に、燃料被覆管及び端栓はいずれも炭化ケイ素長繊維で強化された炭化ケイ素繊維強化複合材料により形成され、かつ燃料被覆管と端栓とが接合する部分のうち少なくとも炉水と接触する部分が異種材料を介在せず直接接合している、ことが記載されている。 As an example of a fuel cladding tube joint having excellent corrosion resistance, radiation resistance, joint strength, etc. even in high temperature and high pressure furnace water, Patent Document 1 states that the fuel cladding tube joint has fuel pellets inserted on the inner surface thereof. When sealing the fuel pellet by joining the end plug to the end of the fuel cladding tube whose outer surface comes into contact with the furnace water, both the fuel cladding tube and the end plug are reinforced with silicon carbide fiber reinforced with silicon carbide filaments. It is described that at least the portion of the portion formed of the composite material and in which the fuel cladding tube and the end plug are joined, which is in contact with the furnace water, is directly joined without interposing different materials.
炭化珪素(SiC)は、耐食性に優れるだけでなく、熱伝導率も高く、高温まで安定であることから、摺動部材、シール材、あるいは熱処理治具などに使用されている。 Silicon carbide (SiC) is used for sliding members, sealing materials, heat treatment jigs, and the like because it not only has excellent corrosion resistance, but also has high thermal conductivity and is stable up to high temperatures.
さらに、熱中性子吸収断面積も小さいことから、近年、原子炉炉心の燃料集合体を構成する機器の有望な材料として研究開発が進んでいる。特に、SiC繊維で強化した複合材料(以下、「SiC複合材料」とも称する)は、セラミックスとしては高い靭性を示し、構造材料として適用が検討されている。 Furthermore, since the thermal neutron absorption cross section is small, research and development have been progressing in recent years as a promising material for equipment constituting a fuel assembly in a nuclear reactor core. In particular, a composite material reinforced with SiC fibers (hereinafter, also referred to as “SiC composite material”) exhibits high toughness as ceramics, and its application as a structural material is being studied.
一般に、沸騰水型原子炉(BWR:Boiling Water Reactor)や加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)などの軽水炉の炉心内には、原子炉燃料として燃料集合体が装荷されている。この燃料集合体は、ウラン燃料が装填された複数本の原子炉燃料棒(単に燃料棒とも言う)が、上部タイプレートおよび下部タイプレートにより整列・支持されているものである。 Generally, a fuel assembly is loaded as a reactor fuel in the core of a light water reactor such as a boiling water reactor (BWR: Boiling Water Reactor) or a pressurized water reactor (PWR). In this fuel assembly, a plurality of reactor fuel rods (also simply referred to as fuel rods) loaded with uranium fuel are aligned and supported by an upper tie plate and a lower tie plate.
各々の原子炉燃料棒は、長さ約4mの燃料被覆管にウラン燃料ペレットが装填されており、その両端が端栓によって封じられている。 Each reactor fuel rod is loaded with uranium fuel pellets in a fuel cladding tube having a length of about 4 m, and both ends thereof are sealed by end plugs.
これら燃料被覆管および端栓には、従来から、熱中性子吸収断面積が小さく、かつ耐食性に優れたジルコニウム合金(ジルカロイ)がその材料として使用されており、中性子経済に優れるとともに通常の原子炉内環境において安全に使用されてきた。 Zirconium alloy (Zircaloy), which has a small thermal neutron absorption cross section and excellent corrosion resistance, has been used as the material for these fuel cladding tubes and end plugs, and has excellent neutron economy and is used in ordinary nuclear reactors. Has been used safely in the environment.
一方、水を冷却材として使用する軽水炉では、冷却水が原子炉内に流入できなくなる事故(いわゆる、冷却材喪失事故)が発生した場合、ウラン燃料の発熱により原子炉内の温度が上昇し、高温の水蒸気が発生する。また、冷却水不足により燃料棒が冷却水から露出すると、燃料棒の温度が上昇して1000℃を優に超え、燃料被覆管を構成するジルコニウム合金が酸化して水蒸気が還元される化学反応により、水素が生成する。水素の大量発生は、爆発事故につながることから厳に避けるべき事象である。 On the other hand, in a light water reactor that uses water as a coolant, if an accident occurs in which the coolant cannot flow into the reactor (so-called coolant loss accident), the temperature inside the reactor rises due to the heat generated by the uranium fuel. High temperature steam is generated. Further, when the fuel rods are exposed from the cooling water due to lack of cooling water, the temperature of the fuel rods rises and easily exceeds 1000 ° C., and the zirconium alloy constituting the fuel cladding tube is oxidized and water vapor is reduced by a chemical reaction. Hydrogen is produced. Mass generation of hydrogen is an event that should be strictly avoided because it leads to an explosion accident.
冷却材喪失や爆発のような事故を回避するため、現在の原子炉では、非常用電源、非常用炉心冷却装置など多重の電源装置・冷却装置を設けるといった安全性を強化したシステム設計が施されているが、加えて更なる改良・改修も重ねられている。安全性強化の試みは、システム設計に留まらず、炉心を構成する材料に対しても検討されている。 In order to avoid accidents such as loss of coolant and explosion, the current nuclear reactor has a system design with enhanced safety, such as installing multiple power supply devices and cooling devices such as emergency power supply and emergency core cooling system. However, in addition, further improvements and renovations have been repeated. Attempts to enhance safety are being studied not only for system design but also for the materials that make up the core.
例えば、燃料被覆管や端栓の材料として、水素発生の原因となるジルコニウム合金の代わりにセラミックスを用いる検討が進められている。中でも、炭化珪素(SiC)は、耐食性に優れ、熱伝導率も高く、熱中性子吸収断面積も小さいことから、燃料被覆管・端栓の有望な材料として研究開発が進んでいる。また、1300℃を超えるような高温水蒸気環境におけるSiCの酸化速度は、ジルコニウム合金のそれよりも2桁以上低いことから、万が一冷却材喪失事故が発生したとしても水素生成の大幅な低減が期待できる。 For example, studies are underway to use ceramics instead of zirconium alloys, which cause hydrogen generation, as materials for fuel cladding tubes and end plugs. Among them, silicon carbide (SiC) has excellent corrosion resistance, high thermal conductivity, and a small thermal neutron absorption cross section, and therefore research and development is progressing as a promising material for fuel cladding tubes and end plugs. Moreover, since the oxidation rate of SiC in a high-temperature steam environment exceeding 1300 ° C. is more than two orders of magnitude lower than that of a zirconium alloy, a significant reduction in hydrogen production can be expected even in the unlikely event of a loss-of-coolant accident. ..
SiC繊維により強化されたSiC複合材料は、モノリシックなSiCと比べて構造部材としての靭性に優れることから、基材として用いることが好ましい。 A SiC composite material reinforced with SiC fibers is preferably used as a base material because it is superior in toughness as a structural member as compared with monolithic SiC.
一方、通常運転時の温度では、SiC複合材料は従来のジルコニウム合金よりも強度が低いことが知られている。このことから、同じ構造強度を得るためには断面積を大きくする必要がある。 On the other hand, it is known that the SiC composite material has lower strength than the conventional zirconium alloy at the temperature during normal operation. From this, it is necessary to increase the cross-sectional area in order to obtain the same structural strength.
しかしながら、燃料集合体を構成する燃料棒等の部品には、適度な中性子束および冷却水流量で核***反応を維持するために精緻な設計がなされており、寸法に対して制約がある。 However, parts such as fuel rods constituting the fuel assembly are elaborately designed to maintain the fission reaction at an appropriate neutron flux and cooling water flow rate, and there are restrictions on the dimensions.
特に、燃料棒や水ロット(以下、燃料棒等)を整列・支持している上部タイプレートおよび下部タイプレートでは、冷却水を通水する孔が設けられており、燃料棒等を嵌合するための孔やくぼみの寸法が大きくなることは、タイプレートの構造強度や冷却水量の確保の観点で好ましくない。このため、タイプレートに直接接する端栓の強度を高めることで対応する必要がある。 In particular, the upper tie rate and the lower tie rate, which align and support fuel rods and water lots (hereinafter referred to as fuel rods, etc.), are provided with holes for allowing cooling water to pass through, and the fuel rods, etc. are fitted. It is not preferable from the viewpoint of securing the structural strength of the tie plate and the amount of cooling water that the size of the holes and the dents is large. Therefore, it is necessary to increase the strength of the end plug that is in direct contact with the tie plate.
次に、燃料棒では、核***核種が外部に漏えいさせないために、燃料被覆管、端栓およびその接合部に対して気密性が要求される。 Next, in fuel rods, airtightness is required for the fuel cladding, end plugs and their joints to prevent fission nuclides from leaking to the outside.
原子力用途のSiC複合材料の製造方法として、主流に考えられている化学気相浸透法では、SiC繊維間にSiCマトリックスを充填しても20%程度の空隙が残ることから、そのまま用いると気密性の要求を満足しないため、端栓の気密性を高める必要がある。 In the chemical vapor deposition method, which is considered to be the mainstream as a method for producing SiC composite materials for nuclear power applications, even if a SiC matrix is filled between SiC fibers, about 20% of voids remain, so that the airtightness is maintained when used as it is. It is necessary to improve the airtightness of the end plug because it does not meet the requirements of.
上記のような弱点を克服するため、種々の技術が開発・提案されている。 Various technologies have been developed and proposed to overcome the above-mentioned weaknesses.
例えば、上述の特許文献1では、燃料被覆管と端栓とが接合する部分のうち炉水と接触する側が異種材料を介在せずに直接接合し、炉水と接触しない側が異種材料、例えばチタンシリコンカーバイドとチタンシリサイドの混合体、またはアルミニウムとイットリウムを含む炭化ケイ素を介して接合する、ことが開示されている。 For example, in the above-mentioned Patent Document 1, of the portion where the fuel cladding tube and the end plug are joined, the side in contact with the furnace water is directly joined without interposing a different material, and the side not in contact with the furnace water is a different material, for example titanium. It is disclosed that the bonding is made via a mixture of silicon carbide and titanium silicide, or silicon carbide containing aluminum and ittium.
ここで、燃料集合体のジルカロイ部材をSiC複合材料に置き換えることを検討すると、原子炉の通常運転温度では、一般的にSiC複合材料のほうがジルカロイよりも強度は低いため、寸法に制約のある部材については高い強度のSiC複合材料を用いる必要がある。 Here, when considering replacing the Zircaloy member of the fuel assembly with a SiC composite material, the SiC composite material is generally weaker than the Zircaloy at the normal operating temperature of the nuclear reactor, so that the member has dimensional restrictions. It is necessary to use a high-strength SiC composite material.
特に、燃料棒や水ロッドは、端栓を介して、冷却水流路孔のある上部タイプレートおよび下部タイプレートに嵌合されることから、端栓は寸法が制約される。従ってこの端栓には高い強度のSiC複合材料を用いる必要がある。 In particular, since the fuel rods and water rods are fitted to the upper tie plate and the lower tie plate having the cooling water flow path holes via the end plugs, the size of the end plugs is restricted. Therefore, it is necessary to use a high-strength SiC composite material for this end plug.
これは、端栓は燃料棒の両端に位置しており、上部タイプレートおよび下部タイプレートとの接点において固定端として機能することから、輸送時や運転時の振動により曲げ応力が負荷される、という制約があるためである。 This is because the end plugs are located at both ends of the fuel rods and function as fixed ends at the points of contact with the upper tie plate and lower tie rate, so bending stress is applied due to vibration during transportation and operation. This is because there is a restriction.
これに対し、特許文献1に記載された技術では、燃料被覆管及び端栓がいずれもSiC複合材料により形成されていることから、気密性はSiC複合材料のみに依存する。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 1, since the fuel cladding tube and the end plug are both formed of the SiC composite material, the airtightness depends only on the SiC composite material.
ここで、SiC複合材料は、その製造方法において空隙率を小さくすることが課題であり、空隙率を0とする製造方法は溶融金属含浸法が知られているが、残留Siが生じる、という原子力用途には不向きな課題がある。 Here, the problem of the SiC composite material is to reduce the porosity in the manufacturing method, and the molten metal impregnation method is known as the manufacturing method in which the porosity is 0, but the nuclear power that residual Si is generated. There is a problem that it is not suitable for use.
また、燃料集合体として燃料棒を装填する際には、上部タイプレートおよび下部タイプレートに燃料棒は端栓を介して嵌合されることから、端栓はタイプレートに組み込まれる形状を有しているが、特許文献1に示された端栓の形状は単純で、タイプレートに嵌め合せる形状の特徴を擁しておらず、改善の余地がある。 Further, when the fuel rods are loaded as a fuel assembly, the fuel rods are fitted to the upper tie plate and the lower tie plate via the end plugs, so that the end plugs have a shape to be incorporated into the tie plate. However, the shape of the end plug shown in Patent Document 1 is simple and does not have the characteristic of the shape to be fitted to the tie plate, and there is room for improvement.
したがって、本発明の目的は、上記事情に鑑み、燃料集合体の輸送時や運転時の振動により負荷される曲げ応力に対する強度と、放射性核種漏えいを防止するための気密性を備えた接合部材およびそれを備えた接合構造体を提供することにある。 Therefore, in view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a joint member having strength against bending stress applied by vibration during transportation or operation of the fuel assembly and airtightness for preventing leakage of radionuclides. The purpose is to provide a bonded structure equipped with the same.
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、少なくとも表面領域がSiC繊維によって強化されたSiC複合材料の基材により構成され、前記SiC繊維の配向方向が、構造形成上不可避なSiC繊維を除いて前記基材の長さ方向に平行であり、かつ前記基材の表面に平行であることを特徴とする。 The present invention includes a plurality of means for solving the above problems. For example, at least the surface region is composed of a base material of a SiC composite material reinforced with SiC fibers, and the orientation direction of the SiC fibers. However, except for the SiC fiber, which is unavoidable in terms of structure formation, it is parallel to the length direction of the base material and parallel to the surface of the base material.
本発明によれば、燃料集合体の輸送時や運転時の振動により負荷される曲げ応力に対する強度と、放射性核種漏えいを防止するための気密性を備えた接合構造体を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to provide a bonded structure having strength against bending stress applied by vibration during transportation or operation of a fuel assembly and airtightness for preventing leakage of radionuclides. Issues, configurations and effects other than those mentioned above will be clarified by the description of the following examples.
以下、本発明の接合部材およびそれを備えた接合構造体の実施形態について、図面を参照しながらより具体的に説明する。なお、同義の部材や部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することがある。また、本発明は、以下に説明する実施形態や実施例に限定されることはなく、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能ある。 Hereinafter, embodiments of the joining member of the present invention and the joining structure provided with the joining member will be described in more detail with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals may be given to members and parts having the same meaning, and duplicate description may be omitted. Further, the present invention is not limited to the embodiments and examples described below, and can be appropriately combined and improved without departing from the technical idea of the invention.
[接合構造体]
最初に、本発明の接合構造体の具体例について図1乃至図3を用いて詳述する。
[Joint structure]
First, specific examples of the bonded structure of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
(1)原子炉燃料棒
図1および図2は本発明の接合構造体の一例である原子炉燃料棒の断面模式図である。
(1) Reactor fuel rods
1 and 2 are schematic cross-sectional views of a reactor fuel rod, which is an example of the joint structure of the present invention.
図1に示すように、本発明の接合構造体の一例である燃料棒10は、燃料被覆管11と、該燃料被覆管11の両端に接合されており、燃料被覆管11の端部を封止する端栓12A,12Bとを備えている。燃料棒10のうち、端栓12が本発明の接合部材に該当する。
As shown in FIG. 1, the
図1に示す燃料棒10は、沸騰水型原子炉用の燃料棒であり、その内側に複数の燃料ペレット13が装填されている。
The
また、燃料棒10では、燃料ペレット13を固定するため、連装された燃料ペレット13の一方の端部は、プレナムスプリング15によって押圧されている。このプレナムスプリング15が配置されている部分に空間(燃料プレナム16)が形成されており、燃料の燃焼に伴って生成する放射性の核***生成物のうち、キセノンやクリプトン等の気体を収容するために設けられている。
Further, in the
また、図2に示す本発明の接合構造体の一例である燃料棒10Cは、加圧水型原子炉用の燃料棒であり、図1に示した燃料棒10と同様に、燃料被覆管11Cと、この燃料被覆管11Cの端部を封止する端栓12Cと、を備えている。また、燃料ペレット13を固定するため、連装された燃料ペレット13の一方の端部は、プレナムスプリング15によって押圧されている。
Further, the
端栓12Cの形状は図1に示した端栓12A,12Bの形状とは異なるが、その役割は同じである。 The shape of the end plug 12C is different from the shape of the end plugs 12A and 12B shown in FIG. 1, but their roles are the same.
(2)ウォータロッド
図3は本発明の接合構造体の他の一例であるウォータロッドの部分断面模式図である。
(2) Water rod
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a water rod which is another example of the joint structure of the present invention.
図3に示すように、本発明のウォータロッド20は、ウォータロッド本体である円管部21と、円管部21の両端に設けられており、この円管部21の端部を封止する端栓22A,22Bとを備えており、円管部21の内部側に炉水が入るように設計されている。ウォータロッド20のうち、端栓22A,22Bが本発明の接合部材に該当する。
As shown in FIG. 3, the
[接合部材]
次に、本発明の接合部材の構成について図4乃至図7を用いて説明する。図4は本発明の接合部材の第1の例を示す断面模式図である。
[Joining member]
Next, the configuration of the joining member of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a first example of the joining member of the present invention.
図4に示す接合部材は、上述の端栓12A,12B,12Cのうち、端栓12Aあるいは端栓12Bのケースであり、燃料被覆管11とは接合部2において接合されている。端栓12Cについても端栓12A,12Bと同様の構成であることが望ましいため、以下では説明は省略する。
The joining member shown in FIG. 4 is a case of the end plug 12A or the
端栓12A,12Bは、先端中心131、縮径部132、および最先端部133により構成される端栓先端部121と、胴部接液部112および胴部挿入部113により構成される端栓胴部111と、により構成されている。
The end plugs 12A and 12B have an end
端栓12A,12Bを含めた本発明の接合部材は、基本的に端栓先端部121がタイプレートに対して嵌合され、燃料棒に対する曲げ変形に対して曲げ応力が負荷される。また、燃料棒では、核***で生成されたキセノンやクリプトン等の気体を閉じ込めるとともに、運転時の外圧と平衡を保つために製造時に封入するヘリウムを閉じ込めておくために気密性が要求される。
In the joining member of the present invention including the end plugs 12A and 12B, the end
このため、本発明の端栓12A,12Bにおける端栓胴部111や端栓先端部121は、少なくとも表面領域がSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1の基材により構成される。また、その基材を構成するSiC繊維3の配向方向は、構造形成上不可避なSiC繊維を除いて基材の長さ方向に平行であり、かつ基材の表面に平行とする。
Therefore, the
端栓の端栓胴部111のうち、胴部接液部112の外周側はSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1であることが望ましい。その中心軸については特に限定されず、気密性の担保を補ううえでモノリシックSiCからなるものとすることができる。モノリシックSiCとする領域は、端栓先端部121の縮径部132の部分までとすることができる。
Of the
また、作製を容易とするために、胴部接液部112の中心軸側についてもSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1からなるものとすることができる。この場合において気密性の担保を補うことを目的として、後述する図5や図7のようにその表面にモノリシックSiC層を形成することができる。
Further, in order to facilitate the production, the central axis side of the body portion wetted
また、端栓の端栓胴部111のうち、胴部挿入部113についても特に限定されるものではなく、気密性の担保を補ううえで胴部接液部112の中心軸と同様にモノリシックSiCからなるものとすることができる。同様に、作製を容易とするうえで、SiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1からなるものとすることができる。
Further, among the
端栓の端栓先端部121のうち、先端中心131は、そのすべての領域がSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1であることが望ましいが、これに限定されるものではない。
Of the end
端栓の端栓先端部121のうち、縮径部132は、そのすべての領域がSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1であることが望ましいが、これに限定されるものではない。
Of the end
また、SiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1で縮径部132を構成する場合、SiC繊維の配向方向は「基材の長さ方向に平行である」ことはその構造上不可能であるが、「基材の表面に平行である」ことが望ましい。
Further, when the reduced
端栓の端栓先端部121のうち、最先端部133は、先端中心131や縮径部132とは異なり、SiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1よりはモノリシックSiC等の気密性の高い材料で構成されることが望ましいものの、特に限定されず、その形状は最先端側で丸い形状であることが望まれる。
Of the end
上述の端栓を構成する部分のうち、SiC複合材料1で構成される部分は、その空隙率は5%未満とすることが望ましく、好適には液相焼結法SiC/SiC複合材料またはSiC繊維結合材料であることが望ましい。 Of the portions constituting the above-mentioned end plug, the portion composed of the SiC composite material 1 preferably has a porosity of less than 5%, and is preferably a liquid phase sintering method SiC / SiC composite material or SiC. It is desirable that it is a fiber binding material.
なお、本発明における「構造形成上不可避なSiC繊維」とは、SiC繊維を束ねた状態で維持するために必要なSiC繊維や、端栓として必要に応じて縮径部132,232,332,432や拡径部が設けられた場合の当該縮径部や拡径部の部分のSiC繊維のことをさす。
The "SiC fibers unavoidable in terms of structure formation" in the present invention are SiC fibers necessary for maintaining the SiC fibers in a bundled state, and diameter-reduced
また、本発明における「空隙率」とは、端栓を顕微鏡などで組織観察したときに、「孔部分の面積」/(「SiC複合材料1を構成するSiC繊維3や様々な形のSiCやそれらをベースとした材料等によって占められる面積」+「孔部分の面積」)×100[%]で定義されるものとする。
Further, the "porosity" in the present invention means the "area of the hole portion" / ("
端栓胴部111と燃料被覆管11とを接合している接合部2の構造は特に限定されず、公知の構成とすることができる。
The structure of the
例えば、固相線温度が1200℃以上である所定の金属接合材を介したろう付けおよび/または拡散接合によって形成されており、接合部2の外表面とこの接合部2外表面に隣接する部分の燃料被覆管11および端栓12A,12Bの外表面の一部とが、所定の被覆金属からなる接合部被覆で覆われており、所定の金属接合材および所定の被覆金属は、その平均線膨張係数が10ppm/K未満であるものとすることができる。
For example, it is formed by brazing and / or diffusion bonding through a predetermined metal bonding material having a solid phase line temperature of 1200 ° C. or higher, and the outer surface of the
また、燃料被覆管11の端部および端栓12A,12Bに傾斜面を形成し、これら傾斜面が当接した状態で金属接合材にて接合され、接合部2を端栓胴部111の胴部挿入部113により支持することができる。
Further, inclined surfaces are formed on the ends of the
端栓の構造は図4に示す形態に限定されない。以下、図5乃至図7を参照して他の形態の例について説明する。図5は本発明の接合部材の第2の例を示す断面模式図、図6は本発明の接合部材の第3の例を示す断面模式図、図7は本発明の接合部材の第4の例を示す断面模式図である。 The structure of the end plug is not limited to the form shown in FIG. Hereinafter, examples of other forms will be described with reference to FIGS. 5 to 7. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second example of the joining member of the present invention, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a third example of the joining member of the present invention, and FIG. 7 is a fourth schematic cross-sectional view of the joining member of the present invention. It is sectional drawing which shows an example.
図5は、先端中心231、縮径部232、および最先端部233により構成される端栓先端部221と、胴部接液部212および胴部挿入部213により構成される端栓胴部211と、により構成されている端栓であり、端栓先端部221、および端栓胴部211の胴部接液部212を構成するSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1の表面が、接液面となるモノリシックSiC層4により覆われている。
FIG. 5 shows an end
モノリシックSiC層4は、SiC複合材料1に対して化学蒸着法により付与することができる。あるいは、SiC繊維のないSiC焼結材をSiC複合材料1を焼成する際に付与することができる。
The
このモノリシックSiC層4は、SiC複合材料1との組合せで気密性維持に機能することを目的として、厚さは20μm以上であることが望ましい。
The thickness of the
図5におけるSiC複合材料1についても、空隙率は5%未満であることが望ましいが、化学気相浸透法によるSiC複合材料を適用することができる。 As for the SiC composite material 1 in FIG. 5, the porosity is preferably less than 5%, but the SiC composite material by the chemical vapor deposition method can be applied.
図6は、先端中心331、縮径部332、および最先端部333により構成される端栓先端部321と、胴部接液部312および胴部挿入部313により構成される端栓胴部311と、により構成されている端栓であり、端栓先端部321、および端栓胴部311の胴部接液部312を構成するSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1の表面が、耐食金属層5により覆われている。
FIG. 6 shows an end
耐食金属層5は、Cr、Ti及びZrのうちの少なくとも1つを主成分とする層であり、その厚さは、5〜1000μmであることが好ましい。5μm以上とすることで耐食性を向上する効果を大きくし、1000μm以下とすることでSiC複合材料1との密着性を確保して、剥離する恐れを低減することができる。
The corrosion-
この耐食金属層5は、物理蒸着(PVD:Physical Vapor Deposition)、化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)、溶射、コールドスプレー、メッキ、又は粉末塗布法を用いることができる。物理蒸着として、具体的にはスパッタリング法を用いることができる。
For the corrosion
また、成膜工程後に、熱処理を行ってもよい。熱処理を行うことで成膜した金属層とSiC層との間に拡散による反応層を形成し、密着性を向上させることができる。化学蒸着、溶射及びコールドスプレーに関しては、熱処理を行わなくても、成膜工程中の入熱や機械的な混合によって反応層が形成されることがある。 Further, heat treatment may be performed after the film forming step. By performing the heat treatment, a reaction layer by diffusion can be formed between the formed metal layer and the SiC layer, and the adhesion can be improved. For chemical vapor deposition, thermal spraying and cold spraying, a reaction layer may be formed by heat input or mechanical mixing during the film formation process without heat treatment.
耐食金属層5の層厚は、例えば物理蒸着、化学蒸着、メッキ、又は粉末塗布による成膜では10μm以上100μm以下であり、溶射又はコールドスプレーによる成膜では100μm以上1000μm以下とすることができ、求められる耐食性能に基づいて厚さを決定することができる。
The layer thickness of the corrosion-
図7は、先端中心431、縮径部432、および最先端部433により構成される端栓先端部421と、胴部接液部412および胴部挿入部413により構成される端栓胴部411と、により構成されている端栓であり、端栓先端部421、および端栓胴部411の胴部接液部412を構成するSiC繊維3によって強化されたSiC複合材料1の表面が、モノリシックSiC層4に覆われ、更にそのモノリシックSiC層4の表面が、Cr、Ti及びZrのうちの少なくとも1つを主成分とする、接液面となる耐食金属層5により覆われている。
FIG. 7 shows an end
形成されるモノリシックSiC層4の詳細は、上述の図5に示したものと同じであり、SiC複合材料1に対して化学蒸着法により付与することができる。あるいは、SiC繊維のないSiC焼結材をSiC複合材料1を焼成する際に付与することができる。またその厚さは、SiC複合材料1との組合せで気密性維持に機能することを目的として、20μm以上であることが望ましい。
The details of the
また、形成される耐食金属層5の詳細は、上述の図6に示したものと同じであり、Cr、Ti及びZrのうちの少なくとも1つを主成分とする層であり、その厚さは、5〜1000μmであることが好ましく、好適には物理蒸着、化学蒸着、溶射、コールドスプレー、メッキ又は粉末塗布法により形成することができる。
The details of the corrosion-
なお、図4乃至図7における燃料被覆管11や図2における燃料被覆管11Cの構造については特に限定されないが、冷却材喪失事故を想定すると、同様に、セラミックス材料を基材として構成され、例えばSiC材料、特にはSiC繊維によって強化されたSiC複合材料であることが望ましい。
The structure of the
また、その内周側や外周側に公知の適切な耐環境遮蔽被覆が施されているものとすることができる。 Further, it can be assumed that a known appropriate environment-resistant shielding coating is applied to the inner peripheral side and the outer peripheral side thereof.
(3)燃料集合体
図8は本発明の接合構造体を備えた第1の例である沸騰水型原子炉の燃料集合体の縦断面図の一例を示す立て断面模式図であり、図9は図8のA−A’線の横断面図である。
(3) Fuel assembly
FIG. 8 is a vertical cross-sectional schematic view showing an example of a vertical cross-sectional view of a fuel assembly of a boiling water reactor, which is a first example provided with the bonded structure of the present invention, and FIG. 9 is a vertical cross-sectional schematic view showing A- It is a cross-sectional view of the A'line.
図8及び図9に示す燃料集合体30は、沸騰水型原子炉用の燃料集合体の一例であり、上部タイプレート31と、下部タイプレート32と、上述の複数の燃料棒10やウォータロッド20と、燃料棒10及びウォータロッド20を束ねる燃料支持格子(スペーサ)34と、上部タイプレート31に取り付けられている燃料棒束を取り囲むチャンネルボックス35とを備えている。
The
燃料集合体30では、複数の燃料棒10及びウォータロッド20は、上部タイプレート31・下部タイプレート32により両端が保持されている。端的に言うと、横断面角筒状のチャンネルボックス35内に、燃料棒10(全長燃料棒とも言う)と部分長燃料棒10Aとウォータロッド20とが正方格子状に束ねられて収容されている(図9参照)。
In the
冷却水は、図8中下方より、燃料支持金具のオリフィス及び燃料集合体30の下部タイプレート32を経由して角筒状のチャンネルボックス35内に流入し、燃料棒10,10Aにより熱せられ、沸騰により蒸気になって気液二相流となる。
The cooling water flows into the square
現在の商用の沸騰水型原子炉で用いられる全長燃料棒10は、燃料有効長が約3.7m、全長が約4mである。
The full-
部分長燃料棒10Aは、原子炉燃料棒の一種であり、燃料棒10(全長燃料棒)よりも内部の燃料有効長が短く、高さが上部タイプレート31まで達しない燃料棒である。この部分長燃料棒10Aについても全長燃料棒10と同様の構造とすることが望ましく、特にその両端側を封止する端栓は、図4乃至図7のいずれかに示した端栓と同様の構造とすることが望ましい。
The partial
上部タイプレート31にはハンドル37が締結されており、ハンドル37を吊り上げると、燃料集合体30全体を引き上げることができる。
A
本発明に係る燃料集合体30において、ウォータロッド20又はチャンネルボックス35は、従来技術と同じもの(ジルコニウム合金製のウォータロッド又はチャンネルボックス)を用いてもよい。
In the
但し、冷却材喪失事故を想定すると、ウォータロッド20の端栓22A,22Bについては、燃料棒10の端栓12A,12Bと同様の構造であることが望ましい。また、ウォータロッド20の円管部21についても、燃料被覆管11、11Cと同様の構成であることが望ましい。
However, assuming a loss-of-coolant accident, it is desirable that the end plugs 22A and 22B of the
図10は本発明の接合構造体を備えた構造物の第1の例である沸騰水型原子炉の燃料集合体における下部タイプレート縦断面図の一例を示す模式図である。 FIG. 10 is a schematic view showing an example of a vertical sectional view of a lower tie plate in a fuel assembly of a boiling water reactor, which is a first example of a structure having a bonded structure of the present invention.
図10に示すように、燃料集合体30の内部に異物が侵入することを防ぐことを目的に、全長燃料棒10、部分長燃料棒10A及びウォータロッド20の下端を支持する下部タイプレート32のメッシュ部43の下面に、異物フィルタ47が付加されている。これにより、燃料の健全性の向上が図られている。
As shown in FIG. 10, for the purpose of preventing foreign matter from entering the inside of the
下部タイプレート32は、冷却水入口開口40から下流側に向かって次第に流路が拡大するノズル部41と、燃料棒10,10Aとウォータロッド20の下端を支持し、冷却水を所定の流れ方向に通すことが可能な複数の出口開口42を有するメッシュ部43と、ノズル部41とメッシュ部43とを連結する周囲側壁44とを有しており、ノズル部41とメッシュ部43との間に周囲側壁44により取り囲まれた冷却水受入室45が形成されている。
The
ノズル部41には開口48が形成され、また、メッシュ部43の下面には数mmの小口径の孔46が数百個設けられた異物フィルタ47が取り付けられている。冷却水受入室45内の冷却水に含まれる異物は、孔46の孔径サイズに応じて異物フィルタ47に捕捉され、異物が除去された冷却水のみが出口開口42より下流側(上部タイプレート31側)へと通流する。
An
図11は本発明の接合構造体を備えた構造物の第2の例である加圧水型原子炉の燃料集合体の模式図である。 FIG. 11 is a schematic view of a fuel assembly of a pressurized water reactor which is a second example of a structure provided with the joint structure of the present invention.
図11に示す燃料集合体50は、加圧水型原子炉用の燃料集合体の一例であり、複数の燃料棒10Cと、複数の制御棒案内シンブル51と、炉内計装用案内シンブル52と、それらを束ねて支持する複数の支持格子(スペーサ)53と、上部ノズル54と、下部ノズル55とを備えている。
The
上部ノズル54および下部ノズル55は、燃料集合体50の骨格の構成体であると同時に、炉心における燃料集合体50の位置決めや冷却水の流路確保の役割を担う。
The
(5)原子炉のセル
図12は本発明の接合構造体を備えた構造物の第3の例である沸騰水型原子炉のセルを示す横断面模式図である。
(5) Reactor cell
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a cell of a boiling water reactor which is a third example of a structure provided with the bonded structure of the present invention.
図12に示すように、沸騰水型原子炉のセル60は、図8等に示した燃料集合体30が4体正方状に配置され、その中央部に横断面が十字形の制御棒61が配設されている。セル60では、本発明に係る燃料棒10,10Aを備えた燃料集合体30を利用することにより、通常運転環境下で従来と同等の長期信頼性を維持しつつ、非常事態(例えば、冷却材喪失事故)における安全性を向上することができる。
As shown in FIG. 12, in the
図13は、本発明の接合構造体を備えた構造物の第4の例である加圧水型原子炉のセルを示す横断面模式図である。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a cell of a pressurized water reactor which is a fourth example of a structure provided with the bonded structure of the present invention.
図13に示すように、加圧水型原子炉のセル70は、燃料集合体50の中に制御棒が配設されることから、4体の燃料集合体50がそのまま正方状に配置される。当該セル70でも、本発明に係る燃料棒10Cおよび燃料集合体50を利用することにより、通常運転環境下で従来と同等の長期信頼性を維持しつつ、非常事態(例えば、冷却材喪失の事故)における安全性を向上することができる。
As shown in FIG. 13, in the
<効果>
上述した本実施例の端栓12A,12B,12C,22A,22Bは、少なくとも表面領域がSiC繊維によって強化されたSiC複合材料の基材により構成され、SiC繊維の配向方向が、構造形成上不可避なSiC繊維を除いて基材の長さ方向に平行であり、かつ基材の表面に平行であることによって、SiC複合材料を基材とする接合部材において、端栓先端部を細径化するのに十分な曲げ応力強度を備え、かつ、放射性核種漏えいを防ぐ気密性を備えた端栓を提供することができる。
<Effect>
The end plugs 12A, 12B, 12C, 22A, and 22B of the above-described embodiment are composed of a base material of a SiC composite material whose surface region is reinforced with SiC fibers, and the orientation direction of the SiC fibers is unavoidable in terms of structure formation. By being parallel to the length direction of the base material and parallel to the surface of the base material except for the SiC fibers, the diameter of the tip of the end plug is reduced in the joining member using the SiC composite material as the base material. It is possible to provide an end plug having sufficient bending stress strength and airtightness to prevent leakage of radioactive nuclei.
従って、例えば燃料棒10,10Cやウォータロッド20などの端栓に用いた場合、タイプレートにおける端栓挿入孔を細径化し、冷却水の通水孔径を確保して、タイプレートの剛性を維持または向上できる。さらに、原子炉水環境でのSiCの腐食を抑制することができる。
Therefore, for example, when used for end plugs of
また、SiC複合材料の空隙率は5%未満であるため、接合構造体としたときにおける気密性をより高く確保することができる。 Further, since the porosity of the SiC composite material is less than 5%, higher airtightness can be ensured when the bonded structure is formed.
更に、基材の表面に、接液面となるモノリシックSiC層4を更に備えたことによっても、接合構造体としたときにおける気密性をより高く確保することができる。
Further, by further providing the
また、基材の表面に、モノリシックSiC層4、およびモノリシックSiC層4の表面にCr、Ti及びZrのうちの少なくとも1つを主成分とする、接液面となる耐食金属層5を更に備えたことにより、接合構造体としたときにおける気密性をより高く確保するとともに、例えば水分を含んだ酸化環境、水蒸気環境又は高温水環境において、高い耐食性を有する接合部材とすることができる。
Further, the surface of the base material is further provided with a
更に、基材の表面に、Cr、Ti及びZrのうちの少なくとも1つを主成分とする、接液面となる耐食金属層5を更に備えたことで、例えば水分を含んだ酸化環境、水蒸気環境又は高温水環境において、高い耐食性を有するものとすることができる。
Further, the surface of the base material is further provided with a corrosion-
また、SiC複合材料は、液相焼結法SiC/SiC複合材料またはSiC繊維結合材料であることにより、基材部分の空隙率を数%程度と小さいものとすることができ、気密性をより確実に確保することが可能となる。 Further, since the SiC composite material is a liquid phase sintering method SiC / SiC composite material or a SiC fiber bonding material, the porosity of the base material portion can be reduced to about several%, and the airtightness can be improved. It is possible to secure it reliably.
更に、基材の表面領域以外の領域はモノリシックSiCからなることで、例えば燃料棒10,10Cとした際の気密性を高いものとすることができる。
Further, since the region other than the surface region of the base material is made of monolithic SiC, the airtightness can be improved when, for example, the
また、基材の表面領域以外の領域もSiC繊維3で強化されたSiC複合材料1であることで、端栓を容易に製造することができる。
Further, since the region other than the surface region of the base material is also the SiC composite material 1 reinforced with the
<実施例>
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<Example>
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Of course, the present invention is not limited to these examples.
(1)接合部材の作製
図4に示す端栓形状の接合部材を作製した。
(1) Preparation of joining member
The end plug-shaped joining member shown in FIG. 4 was produced.
SiC繊維には、結晶性の高いハイニカロンタイプS(繊維径8μm)を用いて、SiC繊維3の方向が構造形成上不可避なSiC繊維を除いて、端栓12の長さ方向、かつ、端栓12の表面に平行になるように配置した。
For the SiC fiber, Hynicalon type S (fiber diameter 8 μm) having high crystallinity is used, and the direction of the
化学気相浸透法では、SiC繊維を束ねるため、端栓の周方向に一部のSiC繊維を織りこんだ状態で、SiCを生成するガス中で加熱した。液相焼結法では、SiC繊維を束ねたものに酸化物とSiC粉末を加えたスラリーを含浸させ、加熱によりスラリーの樹脂成分を除去した後で、グラファイト製型の中に詰めてホットプレスにより高温高圧で焼結した。SiC繊維結合法では、焼結助剤をSiC繊維の束に含浸させた状態で、グラファイト製型の中に詰めてホットプレスにより高温高圧で焼結した。このとき、SiC複合材料内部の空隙率は、液相焼結法では2%、SiC繊維結合法では4%、化学気相浸透法では22%であった。 In the chemical vapor deposition method, in order to bundle the SiC fibers, a part of the SiC fibers was woven in the circumferential direction of the end plug and heated in a gas that produces SiC. In the liquid-phase sintering method, a bundle of SiC fibers is impregnated with a slurry obtained by adding oxide and SiC powder, and after removing the resin component of the slurry by heating, the slurry is packed in a graphite mold and hot-pressed. Sintered at high temperature and high pressure. In the SiC fiber bonding method, a bundle of SiC fibers was impregnated with a sintering aid, packed in a graphite mold, and sintered at high temperature and high pressure by hot pressing. At this time, the porosity inside the SiC composite material was 2% in the liquid phase sintering method, 4% in the SiC fiber bonding method, and 22% in the chemical vapor deposition method.
焼結したSiC複合材料素材に対して機械加工を施し、所定の形状に成形した。端栓胴部は直径約10mm、長さ約20mm、端栓先端部は直径約7mm、長さ約40mmとした。 The sintered SiC composite material was machined and molded into a predetermined shape. The end plug body has a diameter of about 10 mm and a length of about 20 mm, and the end plug tip has a diameter of about 7 mm and a length of about 40 mm.
次に、図5に示すような、外表面にモノリシックSiC層を付与した端栓を作製した。モノリシックSiC層は、上述の所定形状に成形した端栓に対して、化学気相蒸着法により50〜200μmのモノリシックSiC層を付与した。 Next, as shown in FIG. 5, an end plug having a monolithic SiC layer on the outer surface was produced. As the monolithic SiC layer, a monolithic SiC layer having a size of 50 to 200 μm was applied to the end plug formed into the above-mentioned predetermined shape by a chemical vapor deposition method.
別の端栓では、液相焼結法でSiC複合材料素材を焼結する際に、外表面に予め酸化物とSiC粉末を加えたスラリーを塗布しておき、ホットプレスで素材全体を焼結して、外表面にはスラリーから焼結したモノリシックSiC層を生成させた。 In another end plug, when the SiC composite material is sintered by the liquid phase sintering method, a slurry to which oxide and SiC powder are added is applied to the outer surface in advance, and the entire material is sintered by hot pressing. Then, a sintered monolithic SiC layer was formed from the slurry on the outer surface.
外表面にモノリシックSiC層を付与後、接合部、タイプレートと嵌合する端栓先端部などの寸法精度が要求される部位について、機械加工により精密に成形した。 After applying the monolithic SiC layer to the outer surface, parts requiring dimensional accuracy, such as the joint and the tip of the end plug that fits with the tie plate, were precisely molded by machining.
次に、図6あるいは図7に示すような、外表面に耐食金属層を付与した端栓を作製した。上述のSiC複合材料まま、また外表面にモノリシックSiC層を付与した端栓に対して、表面に耐食金属層を成膜した。成膜には、物理蒸着、化学蒸着、溶射及びコールドスプレーを用いた。皮膜を物理蒸着及び粉末塗布により成膜したものは、成膜後、基材毎に真空中で熱処理を施した。 Next, as shown in FIG. 6 or 7, an end plug having a corrosion-resistant metal layer on the outer surface was produced. A corrosion-resistant metal layer was formed on the surface of the end plug in which the above-mentioned SiC composite material was used and the monolithic SiC layer was provided on the outer surface. Physical vapor deposition, chemical vapor deposition, thermal spraying and cold spray were used for film formation. The film formed by physical vapor deposition and powder coating was heat-treated in vacuum for each substrate after the film was formed.
物理蒸着による成膜では、スパッタリング法を適用し、Arガスを導入してチャンバ内圧力を1.3Paで一定にした後、スパッタ電力1.50kW、バイアス電圧150Vで実施した。純Cr、純Ti、純Zr及びZr合金のスパッタ蒸発源(ターゲット)を切り替えることにより、多層膜や傾斜組成層を形成した。熱処理では、油拡散ポンプ又はターボ分子ポンプを用いて、10−4Pa以下の高真空中、950〜1000℃で0.5〜1時間加熱し、熱処理中のTi、Zr等といった活性な金属の皮膜の酸化を抑制した。さらに、熱処理後に剥離がないことを確認した。 In the film formation by physical vapor deposition, a sputtering method was applied, Ar gas was introduced to keep the pressure in the chamber constant at 1.3 Pa, and then the sputtering power was 1.50 kW and the bias voltage was 150 V. By switching the sputter evaporation source (target) of pure Cr, pure Ti, pure Zr and Zr alloy, a multilayer film or a gradient composition layer was formed. In the heat treatment, an oil diffusion pump or a turbo molecular pump is used to heat the active metal such as Ti, Zr, etc. during the heat treatment at 950 to 1000 ° C. for 0.5 to 1 hour in a high vacuum of 10 -4 Pa or less. The oxidation of the film was suppressed. Furthermore, it was confirmed that there was no peeling after the heat treatment.
化学蒸着による成膜では、原料ガスを流して皮膜形成部にレーザ光又はヒータを用いて局所加熱、もしくは、レーザ光を用いた光分解を実施して化学蒸着を施工した。原料ガスには、Cr膜を生成する際にはCr(CO)6+H2ガス、Ti膜を生成する際にはTiCl2ガス、Zr膜を生成する際にはZrCl2ガスを用いた。Cr層を形成した後に、原料ガスと加熱条件を変更することによって多層膜を形成した。 In the film formation by chemical vapor deposition, the raw material gas was flowed and the film forming portion was locally heated using a laser beam or a heater, or photodecomposition using the laser beam was carried out to perform the chemical vapor deposition. As the raw material gas, Cr (CO) 6 + H 2 gas was used when the Cr film was formed, TiCl 2 gas was used when the Ti film was formed , and ZrCl 2 gas was used when the Zr film was formed. After forming the Cr layer, a multilayer film was formed by changing the raw material gas and heating conditions.
溶射による成膜では、接合部を含む部位の周辺の空気を一旦パージした後、減圧下で不活性ガスとしてArガスを導入した状態でプラズマ溶射により施工した。溶射プロセス中の原料粉末の酸化が抑制し、活性なTi、Zr又はZr合金の皮膜を形成した。原料粉末は、純Cr、純Ti、純Zr及びZr合金の粉末(粒径10〜60μm)を用い、原料粉末を切り替えることにより多層膜を形成できたほか、原料粉末を混合することにより中間組成の膜を形成することができた。
In the film formation by thermal spraying, the air around the site including the joint was once purged, and then plasma spraying was performed with Ar gas introduced as an inert gas under reduced pressure. Oxidation of the raw material powder during the thermal spraying process was suppressed, forming an active Ti, Zr or Zr alloy film. As the raw material powder, pure Cr, pure Ti, pure Zr and Zr alloy powder (
コールドスプレーによる成膜では、作動ガスにヘリウムを用いて皮膜形成部に原料粉末を吹き付けて施工した。コールドスプレーは作動ガス温度が原料粉末の融点より低いことが特徴であり、溶射法よりも酸化、熱影響、及び熱応力を抑制し緻密な皮膜の形成が可能である。原料粉末は、純Cr、純Ti、純Zr及びZr合金の粉末(粒径数〜50μm)を用い、原料粉末を切り替えることにより多層膜を形成できたほか、原料粉末を混合することにより中間組成の膜を形成することができた。 In the film formation by cold spray, helium was used as the working gas and the raw material powder was sprayed on the film-forming portion. Cold spray is characterized in that the working gas temperature is lower than the melting point of the raw material powder, and it is possible to form a dense film by suppressing oxidation, thermal effects, and thermal stress compared to the thermal spraying method. As the raw material powder, pure Cr, pure Ti, pure Zr and Zr alloy powder (particle size number to 50 μm) was used, and a multilayer film could be formed by switching the raw material powder, and an intermediate composition was formed by mixing the raw material powder. I was able to form a film of.
粉末塗布による成膜では、接合部を含む部位にCr粉末塗布したのち950℃〜1000℃で熱処理を実施し、続いてTi,Zr又はZr合金の粉末を塗布したのち950℃〜1100℃で熱処理を実施した。一部の試験片では、Cr粉末塗布及びそれに続く熱処理の後、CrめっきによりCr層を厚くすることができた。 In the film formation by powder coating, Cr powder is applied to the part including the joint, and then heat treatment is performed at 950 ° C to 1000 ° C, and then Ti, Zr or Zr alloy powder is applied and then heat treatment is performed at 950 ° C to 1100 ° C. Was carried out. In some test pieces, the Cr layer could be thickened by Cr plating after coating with Cr powder and subsequent heat treatment.
1…SiC複合材料(基材)
2…接合部
3…SiC繊維
4…モノリシックSiC層
5…耐食金属層
10…全長燃料棒(接合構造体)
10A…部分長燃料棒(接合構造体)
10C…燃料棒(接合構造体)
11,11C…燃料被覆管(管状部材)
12,12A,12B,12C,22A,22B…端栓(接合部材)
13…燃料ペレット
15…プレナムスプリング
16…燃料プレナム
20…ウォータロッド(接合構造体)
21…円管部(管状部材)
30…燃料集合体(BWR)
31…上部タイプレート
32…下部タイプレート
34…燃料支持格子(スペーサ)
35…チャンネルボックス
37…ハンドル
40…冷却水入口開口
41…ノズル部
42…出口開口
43…メッシュ部
44…周囲側壁
45…冷却水受入室
46…孔
47…異物フィルタ
48…開口
50…燃料集合体(PWR)
51…制御棒案内シンブル
52…炉内計装用案内シンブル
53…支持格子(スペーサ)
54…上部ノズル
55…下部ノズル
60…セル(BWR)
61…制御棒
70…セル(PWR)
111,211,311,411…端栓胴部
112,212,312,412…胴部接液部
113,213,313,413…胴部挿入部
121,221,321,421…端栓先端部
131,231,331,431…先端中心
132,232,332,432…縮径部
133,233,333,433…最先端部
1 ... SiC composite material (base material)
2 ...
10A ... Partial length fuel rod (joint structure)
10C ... Fuel rod (joint structure)
11, 11C ... Fuel cladding tube (tubular member)
12, 12A, 12B, 12C, 22A, 22B ... End plug (joining member)
13 ...
21 ... Circular tube (tubular member)
30 ... Fuel assembly (BWR)
31 ...
35 ...
51 ... Control
54 ...
61 ...
111, 211, 311, 411 ...
Claims (10)
前記SiC繊維の配向方向が、構造形成上不可避なSiC繊維を除いて前記基材の長さ方向に平行であり、かつ前記基材の表面に平行である
ことを特徴とする接合部材。 At least the surface area is composed of a base material of SiC composite material reinforced with SiC fibers.
A joining member characterized in that the orientation direction of the SiC fibers is parallel to the length direction of the base material except for the SiC fibers which are unavoidable in terms of structure formation, and is parallel to the surface of the base material.
前記SiC複合材料の空隙率は5%未満である
ことを特徴とする接合部材。 In the joining member according to claim 1,
A joining member characterized in that the porosity of the SiC composite material is less than 5%.
前記基材の表面に、接液面となるモノリシックSiC層を更に備えた
ことを特徴とする接合部材。 In the joining member according to claim 2,
A joining member characterized in that a monolithic SiC layer serving as a wetted surface is further provided on the surface of the base material.
前記基材の表面に、モノリシックSiC層、および前記モノリシックSiC層の表面にCr、Ti及びZrのうちの少なくとも1つを主成分とする、接液面となる耐食金属層を更に備えた
ことを特徴とする接合部材。 In the joining member according to claim 2,
The surface of the base material is further provided with a monolithic SiC layer, and the surface of the monolithic SiC layer is further provided with a corrosion-resistant metal layer serving as a liquid contact surface containing at least one of Cr, Ti and Zr as a main component. A characteristic joining member.
前記基材の表面に、Cr、Ti及びZrのうちの少なくとも1つを主成分とする、接液面となる耐食金属層を更に備えた
ことを特徴とする接合部材。 In the joining member according to claim 1,
A bonding member characterized in that the surface of the base material is further provided with a corrosion-resistant metal layer serving as a wetted surface, which is mainly composed of at least one of Cr, Ti and Zr.
前記SiC複合材料は、液相焼結法SiC/SiC複合材料またはSiC繊維結合材料である
ことを特徴とする接合部材。 In the joining member according to claim 2,
A joining member, wherein the SiC composite material is a liquid phase sintering method SiC / SiC composite material or a SiC fiber bonding material.
前記基材の前記表面領域以外の領域はモノリシックSiCからなる
ことを特徴とする接合部材。 In the joining member according to claim 1,
A joining member characterized in that a region other than the surface region of the base material is made of monolithic SiC.
前記基材の前記表面領域以外の領域も、SiC繊維によって強化されたSiC複合材料からなる
ことを特徴とする接合部材。 In the joining member according to claim 1,
A joining member characterized in that a region other than the surface region of the base material is also made of a SiC composite material reinforced with SiC fibers.
前記管状部材の端部を封止する、請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の接合部材と、を備えた
ことを特徴とする接合構造体。 Tubular member and
A joint structure comprising the joint member according to any one of claims 1 to 8, which seals an end portion of the tubular member.
ことを特徴とする接合構造体。 The joint structure according to claim 9, wherein the joint structure is either a fuel rod or a water rod constituting a nuclear reactor.
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