JP2021024758A - Joining member and joint structure including the same - Google Patents

Joining member and joint structure including the same Download PDF

Info

Publication number
JP2021024758A
JP2021024758A JP2019143560A JP2019143560A JP2021024758A JP 2021024758 A JP2021024758 A JP 2021024758A JP 2019143560 A JP2019143560 A JP 2019143560A JP 2019143560 A JP2019143560 A JP 2019143560A JP 2021024758 A JP2021024758 A JP 2021024758A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sic
joining member
fuel
base material
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019143560A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7350254B2 (en
Inventor
良 石橋
Makoto Ishibashi
良 石橋
近藤　貴夫
Takao Kondo
貴夫 近藤
達也 檜木
Tatsuya Hinoki
達也 檜木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Kyoto University NUC
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Kyoto University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi GE Nuclear Energy Ltd, Kyoto University NUC filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2019143560A priority Critical patent/JP7350254B2/en
Publication of JP2021024758A publication Critical patent/JP2021024758A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7350254B2 publication Critical patent/JP7350254B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

To provide: a joining member which has strength against bending stress applied by vibrations during transportation and operation of a fuel assembly, and which has airtightness for preventing leakage of radioactive nuclide; and a joint structure including the joining member.SOLUTION: End plugs 12A, 12B, 12C, 22A and 22B are formed by a base material composed of a SiC composite material at least whose surface region is reinforced by SiC fiber. An orientation direction of the SiC fiber, except for the SiC fiber that is inevitable for structure formation, is parallel to a length direction of the base material and parallel to a surface of the base material.SELECTED DRAWING: Figure 4

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.

特許第５６７７１８４号Patent No. 5677184

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.

本発明の接合構造体の一例である沸騰水型原子炉燃料棒の断面模式図である。It is sectional drawing of the boiling water reactor fuel rod which is an example of the junction structure of this invention. 本発明の接合構造体の一例である加圧水型原子炉燃料棒の断面模式図である。It is sectional drawing of the pressurized water reactor fuel rod which is an example of the junction structure of this invention. 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。It is a partial cross-sectional schematic diagram of the water rod which is another example of the joint structure of this invention. 本発明の接合構造体のうち、端栓接合部および端栓の構造を示す第１の例である。Among the joint structures of the present invention, this is the first example showing the structure of the end plug joint and the end plug. 本発明の接合構造体のうち、端栓接合部および端栓の構造を示す第２の例である。This is a second example of the joint structure of the present invention showing the structure of the end plug joint and the end plug. 本発明の接合構造体のうち、端栓接合部および端栓の構造を示す第３の例である。Among the joint structures of the present invention, this is a third example showing the structure of the end plug joint and the end plug. 本発明の接合構造体のうち、端栓接合部および端栓の構造を示す第４の例である。Among the joint structures of the present invention, this is a fourth example showing the structure of the end plug joint and the end plug. 本発明の接合構造体を備えた沸騰水型原子炉の燃料集合体の縦断面図の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the vertical sectional view of the fuel assembly of the boiling water reactor provided with the junction structure of this invention. 図８のＡ−Ａ´線断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 図８に示した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。It is a schematic diagram which shows an example of the lower tie-rate vertical sectional view in the fuel assembly of the boiling water reactor shown in FIG. 本発明の接合構造体を備えた加圧水型原子炉の燃料集合体の模式図である。It is a schematic diagram of the fuel assembly of the pressurized water reactor provided with the junction structure of this invention. 本発明の接合構造体を備えた沸騰水型原子炉のセルを示す横断面模式図である。It is sectional drawing which shows the cell of the boiling water reactor provided with the junction structure of this invention. 本発明の接合構造体を備えた加圧水型原子炉のセルを示す横断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the cell of the pressurized water reactor provided with the junction structure of this invention.

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 fuel rod 10 which is an example of the joint structure of the present invention is joined to the fuel cladding tube 11 and both ends of the fuel cladding tube 11, and seals the end portion of the fuel cladding tube 11. It is provided with end plugs 12A and 12B to stop. Of the fuel rods 10, the end plug 12 corresponds to the joining member of the present invention.

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 fuel rod 10 shown in FIG. 1 is a fuel rod for a boiling water reactor, and a plurality of fuel pellets 13 are loaded therein.

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 fuel rod 10, in order to fix the fuel pellet 13, one end of the connected fuel pellet 13 is pressed by the plenum spring 15. A space (fuel plenum 16) is formed in the portion where the plenum spring 15 is arranged, in order to accommodate a gas such as xenon or krypton among the radioactive fission products generated by the combustion of the fuel. It is provided.

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 fuel rod 10C, which is an example of the joint structure of the present invention shown in FIG. 2, is a fuel rod for a pressurized water reactor, and like the fuel rod 10 shown in FIG. 1, the fuel cladding tube 11C and the fuel rod 10C It is provided with an end plug 12C for sealing the end portion of the fuel cladding tube 11C. Further, in order to fix the fuel pellet 13, one end of the connected fuel pellet 13 is pressed by the plenum spring 15.

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 water rod 20 of the present invention is provided at both ends of the circular tube portion 21 which is the main body of the water rod and the circular tube portion 21, and seals the end portions of the circular tube portion 21. It is provided with end plugs 22A and 22B, and is designed so that furnace water enters the inner side of the circular pipe portion 21. Of the water rods 20, the end plugs 22A and 22B correspond to the joining member of the present invention.

［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 end plug 12B among the above-mentioned end plugs 12A, 12B, 12C, and is joined to the fuel cladding tube 11 at the joint portion 2. Since it is desirable that the end plug 12C has the same configuration as the end plugs 12A and 12B, the description thereof will be omitted below.

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 plug tip portion 121 composed of a tip center 131, a diameter reduction portion 132, and a tip end portion 133, and an end plug composed of a body wetted portion 112 and a body insertion portion 113. It is composed of a body portion 111 and.

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 plug tip portion 121 is basically fitted with respect to the tie rate, and bending stress is applied to the bending deformation of the fuel rods. Further, in the fuel rod, airtightness is required to confine the gas such as xenon and krypton generated by nuclear fission, and to confine the helium to be sealed at the time of manufacture in order to maintain equilibrium with the external pressure during operation.

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 end plug body 111 and the end plug tip 121 in the end plugs 12A and 12B of the present invention are made of the base material of the SiC composite material 1 whose surface region is at least reinforced with SiC fibers 3. Further, the orientation direction of the SiC fibers 3 constituting the base material is parallel to the length direction of the base material and parallel to the surface of the base material, except for the SiC fibers which are unavoidable in terms of structure formation.

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 end plug body 111 of the end plug, it is desirable that the outer peripheral side of the body wetted portion 112 is a SiC composite material 1 reinforced with SiC fibers 3. The central axis is not particularly limited, and may be made of monolithic SiC in order to supplement the guarantee of airtightness. The region to be monolithic SiC can be up to the reduced diameter portion 132 of the end plug tip portion 121.

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 portion 112 may also be made of the SiC composite material 1 reinforced by the SiC fiber 3. In this case, for the purpose of supplementing the guarantee of airtightness, a monolithic SiC layer can be formed on the surface thereof as shown in FIGS. 5 and 7 described later.

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 end plug body 111 of the end plug, the body insertion portion 113 is not particularly limited, and monolithic SiC is similarly provided to the central axis of the body wetted portion 112 in order to supplement the guarantee of airtightness. It can consist of. Similarly, in order to facilitate the production, it can be made of the SiC composite material 1 reinforced by the SiC fiber 3.

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 plug tip portion 121 of the end plug, the tip center 131 is preferably, but is not limited to, a SiC composite material 1 in which all the regions thereof are reinforced by the SiC fiber 3.

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 plug tip portion 121 of the end plug, the diameter-reduced portion 132 is preferably, but is not limited to, a SiC composite material 1 in which all the regions thereof are reinforced by the SiC fiber 3.

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 diameter portion 132 is composed of the SiC composite material 1 reinforced by the SiC fiber 3, it is structurally impossible that the orientation direction of the SiC fiber is "parallel to the length direction of the base material". However, it is desirable that it is "parallel to the surface of the substrate".

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 plug tip portions 121 of the end plug, the most advanced portion 133 is different from the tip center 131 and the reduced diameter portion 132, and has higher airtightness such as monolithic SiC than the SiC composite material 1 reinforced by the SiC fiber 3. Although it is desirable that the material is composed of a material, the shape is not particularly limited, and the shape is desired to be round on the cutting edge side.

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 portions 132, 232, 332 as necessary as end plugs. It refers to the SiC fiber of the reduced diameter portion or the enlarged diameter portion when the 432 or the enlarged diameter portion is provided.

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" / ("SiC fiber 3 constituting the SiC composite material 1 and various types of SiC" when the end plug is observed with a microscope or the like. It shall be defined by "area occupied by materials based on them" + "area of hole portion") x 100 [%].

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 joint portion 2 that joins the end plug body portion 111 and the fuel cladding tube 11 is not particularly limited, and a known configuration can be used.

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 bonding portion 2 and the portion adjacent to the outer surface of the bonding portion 2. A part of the outer surface of the fuel cladding tube 11 and the end plugs 12A and 12B is covered with a joint coating made of a predetermined coating metal, and the predetermined metal joint material and the predetermined coating metal are average linearly expanded. The coefficient can be less than 10 ppm / K.

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 fuel cladding tube 11 and the end plugs 12A and 12B, and the inclined surfaces are joined with a metal joining material in a state of being in contact with each other, and the joint portion 2 is joined to the body of the end plug body 111. It can be supported by the portion insertion portion 113.

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 plug tip portion 221 composed of a tip center 231, a diameter reduction portion 232, and a tip end portion 233, and an end plug body portion 211 composed of a body portion wetted portion 212 and a body portion insertion portion 213. The surface of the SiC composite material 1 is in contact with the tip of the end plug 221 and the surface of the SiC composite material 1 reinforced by the SiC fiber 3 constituting the body wetted portion 212 of the end plug body 211. It is covered with a monolithic SiC layer 4 that serves as a liquid surface.

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 monolithic SiC layer 4 can be applied to the SiC composite material 1 by a chemical vapor deposition method. Alternatively, a SiC sintered material without SiC fibers can be added when the SiC composite material 1 is fired.

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 monolithic SiC layer 4 is preferably 20 μm or more for the purpose of functioning to maintain airtightness in combination with the SiC composite material 1.

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 plug tip portion 321 composed of a tip center 331, a diameter reduction portion 332, and a tip end portion 333, and an end plug body portion 311 composed of a body wetted portion 312 and a body insertion portion 313. The surface of the SiC composite material 1, which is an end plug composed of, and is reinforced by the SiC fiber 3 constituting the end plug tip portion 321 and the body portion wetted portion 312 of the end plug body portion 311 is corrosion resistant. It is covered with a metal layer 5.

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-resistant metal layer 5 is a layer containing at least one of Cr, Ti and Zr as a main component, and its thickness is preferably 5 to 1000 μm. When it is 5 μm or more, the effect of improving the corrosion resistance is enhanced, and when it is 1000 μm or less, the adhesion with the SiC composite material 1 can be ensured and the risk of peeling can be reduced.

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 resistant metal layer 5, physical vapor deposition (PVD: Physical Vapor Deposition), chemical vapor deposition (CVD), thermal spraying, cold spraying, plating, or powder coating method can be used. Specifically, a sputtering method can be used as the physical vapor deposition.

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-resistant metal layer 5 can be, for example, 10 μm or more and 100 μm or less for film formation by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, plating, or powder coating, and 100 μm or more and 1000 μm or less for film formation by thermal spraying or cold spray. The thickness can be determined based on the required corrosion resistance.

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 plug body portion 421 composed of a tip center 431, a diameter reduction portion 432, and a tip end portion 433, and an end plug body portion 411 composed of a body wetted portion 412 and a body insertion portion 413. The surface of the SiC composite material 1 is monolithic, which is an end plug composed of the above, and is reinforced by the SiC fiber 3 constituting the end plug tip portion 421 and the body portion wetted portion 412 of the end plug body portion 411. It is covered with a SiC layer 4, and the surface of the monolithic SiC layer 4 is covered with a corrosion-resistant metal layer 5 which is a wetted surface containing at least one of Cr, Ti, and Zr as a main component.

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 monolithic SiC layer 4 to be formed are the same as those shown in FIG. 5 described above, and can be applied to the SiC composite material 1 by a chemical vapor deposition method. Alternatively, a SiC sintered material without SiC fibers can be added when the SiC composite material 1 is fired. Further, the thickness thereof is preferably 20 μm or more for the purpose of functioning to maintain airtightness in combination with the SiC composite material 1.

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-resistant metal layer 5 to be formed are the same as those shown in FIG. 6 described above, and the layer contains at least one of Cr, Ti, and Zr as a main component, and its thickness is , 5 to 1000 μm, preferably formed by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, thermal spraying, cold spraying, plating or powder coating.

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 fuel cladding tube 11 in FIGS. 4 to 7 and the structure of the fuel cladding tube 11C in FIG. 2 are not particularly limited, but assuming a coolant loss accident, the ceramic material is similarly configured as a base material, for example. It is desirable that the SiC material is, in particular, a SiC composite material reinforced with SiC fibers.

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 fuel assembly 30 shown in FIGS. 8 and 9 is an example of a fuel assembly for a boiling water reactor, and includes an upper tie plate 31, a lower tie plate 32, and the above-mentioned plurality of fuel rods 10 and water rods. 20 is provided, a fuel support grid (spacer) 34 for bundling the fuel rods 10 and the water rod 20, and a channel box 35 for surrounding the fuel rod bundles attached to the upper tie plate 31.

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 fuel assembly 30, both ends of the plurality of fuel rods 10 and the water rod 20 are held by the upper tie rate 31 and the lower tie rate 32. To put it simply, the fuel rods 10 (also called full-length fuel rods), the partial length fuel rods 10A, and the water rods 20 are bundled and housed in a square grid-like channel box 35 having a square tubular cross section. (See FIG. 9).

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 tubular channel box 35 from the lower part in FIG. 8 via the orifice of the fuel support fitting and the lower tie plate 32 of the fuel assembly 30, and is heated by the fuel rods 10 and 10A. When it boils, it becomes steam and becomes a gas-liquid two-phase flow.

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-length fuel rod 10 used in the current commercial boiling water reactor has an effective fuel length of about 3.7 m and a total length of about 4 m.

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 length fuel rod 10A is a kind of reactor fuel rod, and is a fuel rod having a shorter effective fuel length inside than the fuel rod 10 (full-length fuel rod) and a height that does not reach the upper tie plate 31. It is desirable that the partial length fuel rod 10A also has the same structure as the full length fuel rod 10, and in particular, the end plugs that seal both ends thereof are the same as the end plugs shown in any of FIGS. 4 to 7. It is desirable to have a structure.

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 handle 37 is fastened to the upper tie plate 31, and when the handle 37 is lifted, the entire fuel assembly 30 can be pulled up.

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 fuel assembly 30 according to the present invention, the water rod 20 or the channel box 35 may be the same as that of the prior art (water rod or channel box made of zirconium alloy).

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 water rod 20 have the same structure as the end plugs 12A and 12B of the fuel rod 10. Further, it is desirable that the circular pipe portion 21 of the water rod 20 has the same configuration as the fuel cladding tubes 11 and 11C.

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 fuel assembly 30, the lower tie plate 32 supporting the lower end of the full length fuel rod 10, the partial length fuel rod 10A, and the water rod 20 A foreign matter filter 47 is added to the lower surface of the mesh portion 43. As a result, the soundness of the fuel is improved.

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 lower tie plate 32 supports the nozzle portion 41 whose flow path gradually expands from the cooling water inlet opening 40 toward the downstream side, the fuel rods 10 and 10A, and the lower ends of the water rod 20, and allows the cooling water to flow in a predetermined flow direction. It has a mesh portion 43 having a plurality of outlet openings 42 that can be passed through, and a peripheral side wall 44 that connects the nozzle portion 41 and the mesh portion 43, and is between the nozzle portion 41 and the mesh portion 43. A cooling water receiving chamber 45 surrounded by a peripheral side wall 44 is formed.

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 opening 48 is formed in the nozzle portion 41, and a foreign matter filter 47 provided with hundreds of holes 46 having a small diameter of several mm is attached to the lower surface of the mesh portion 43. Foreign matter contained in the cooling water in the cooling water receiving chamber 45 is captured by the foreign matter filter 47 according to the hole diameter size of the hole 46, and only the cooling water from which the foreign matter has been removed is downstream from the outlet opening 42 (upper tie plate 31). Flow to the side).

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 fuel assembly 50 shown in FIG. 11 is an example of a fuel assembly for a pressurized water reactor, and includes a plurality of fuel rods 10C, a plurality of control rod guide thimbles 51, an in-core instrumentation guide thimble 52, and the like. It is provided with a plurality of support grids (spacers) 53 for bundling and supporting the above, an upper nozzle 54, and a lower nozzle 55.

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 upper nozzle 54 and the lower nozzle 55 are constituents of the skeleton of the fuel assembly 50, and at the same time, play a role of positioning the fuel assembly 50 in the core and securing a flow path of the cooling water.

（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 cell 60 of the boiling water reactor, four fuel assemblies 30 shown in FIG. 8 and the like are arranged in a square shape, and a control rod 61 having a cross-shaped cross section is located at the center thereof. It is arranged. In the cell 60, by using the fuel assembly 30 provided with the fuel rods 10 and 10A according to the present invention, an emergency situation (for example, a coolant) can be maintained while maintaining the same long-term reliability as the conventional one under a normal operating environment. It is possible to improve the safety in case of loss accident).

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 cell 70 of the pressurized water reactor, since the control rods are arranged in the fuel assembly 50, the four fuel assemblies 50 are arranged in a square shape as they are. In the cell 70 as well, by using the fuel rods 10C and the fuel assembly 50 according to the present invention, an emergency situation (for example, an accident of loss of coolant) is maintained while maintaining the same long-term reliability as the conventional one under a normal operating environment. ) Can be improved.

＜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 fuel rods 10, 10C, water rods 20, etc., the diameter of the end plug insertion hole in the tie plate is reduced to secure the diameter of the cooling water passage hole and maintain the rigidity of the tie rate. Or can be improved. Furthermore, it is possible to suppress the corrosion of SiC in the reactor water environment.

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 monolithic SiC layer 4 serving as a liquid contact surface on the surface of the base material, it is possible to secure higher airtightness when the bonded structure is formed.

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 monolithic SiC layer 4, and the surface of the monolithic SiC layer 4 is further provided with a corrosion-resistant metal layer 5 serving as a liquid contact surface containing at least one of Cr, Ti and Zr as a main component. As a result, it is possible to secure higher airtightness when the bonded structure is formed, and to obtain a bonded member having high corrosion resistance in, for example, an oxidizing environment containing water, a water vapor environment, or a high temperature water environment.

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-resistant metal layer 5 serving as a liquid contact surface containing at least one of Cr, Ti and Zr as a main component, whereby, for example, an oxidation environment containing water and water vapor. It can have high corrosion resistance in an environment or a high temperature water environment.

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 fuel rods 10 and 10C are used.

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 SiC fiber 3, the end plug can be easily manufactured.

＜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 SiC fiber 3 is the length direction of the end plug 12 and the end except for the SiC fiber which is unavoidable in terms of structure formation. It was arranged so as to be parallel to the surface of the stopper 12.

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 (particle size 10 to 60 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.

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 ... Joint part 3 ... SiC fiber 4 ... Monolithic SiC layer 5 ... Corrosion resistant metal layer 10 ... Full length fuel rod (joint structure)
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 ... Fuel pellet 15 ... Plenum spring 16 ... Fuel plenum 20 ... Water rod (joint structure)
21 ... Circular tube (tubular member)
30 ... Fuel assembly (BWR)
31 ... Upper tie plate 32 ... Lower tie plate 34 ... Fuel support grid (spacer)
35 ... Channel box 37 ... Handle 40 ... Cooling water inlet opening 41 ... Nozzle part 42 ... Outlet opening 43 ... Mesh part 44 ... Peripheral side wall 45 ... Cooling water receiving chamber 46 ... Hole 47 ... Foreign matter filter 48 ... Opening 50 ... Fuel assembly (PWR)
51 ... Control rod guide thimble 52 ... Guide thimble for in-core instrumentation 53 ... Support grid (spacer)
54 ... Upper nozzle 55 ... Lower nozzle 60 ... Cell (BWR)
61 ... Control rod 70 ... Cell (PWR)
111, 211, 311, 411 ... End plug body 112, 212, 312, 412 ... Body wetted part 113, 213, 313, 413 ... Body insertion part 121, 221, 321, 421 ... End plug tip 131 , 231,331,431 ... Tip center 132,232,332,432 ... Reduced diameter part 133,233,333,433 ... Cutting edge part

Claims (10)

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. 請求項１に記載の接合部材において、
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%. 請求項２に記載の接合部材において、
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. 請求項２に記載の接合部材において、
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. 請求項１に記載の接合部材において、
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. 請求項２に記載の接合部材において、
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. 請求項１に記載の接合部材において、
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. 請求項１に記載の接合部材において、
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. 管状部材と、
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. 請求項９に記載の接合構造体は、原子炉を構成する燃料棒、ウォータロッドのいずれかである
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.
JP2019143560A 2019-08-05 2019-08-05 Fuel rod with end plug attached Active JP7350254B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019143560A JP7350254B2 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Fuel rod with end plug attached

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019143560A JP7350254B2 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Fuel rod with end plug attached

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021024758A true JP2021024758A (en) 2021-02-22
JP7350254B2 JP7350254B2 (en) 2023-09-26

Family

ID=74663629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019143560A Active JP7350254B2 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Fuel rod with end plug attached

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7350254B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004131365A (en) * 2002-08-09 2004-04-30 Ube Ind Ltd Highly heat resistant inorganic fiber-bonded type ceramic member, and its producing method
JP2011242250A (en) * 2010-05-18 2011-12-01 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd Fuel assembly
JP2016531080A (en) * 2013-09-16 2016-10-06 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー Fuel cladding tube with end plug sintered by discharge plasma on SiC substrate
JP2017071531A (en) * 2015-10-07 2017-04-13 イビデン株式会社 Tubular body and manufacturing method of tubular body
JP2019006627A (en) * 2017-06-23 2019-01-17 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 Bonded member, bonded structure using the same, and method of producing bonded member

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004131365A (en) * 2002-08-09 2004-04-30 Ube Ind Ltd Highly heat resistant inorganic fiber-bonded type ceramic member, and its producing method
JP2011242250A (en) * 2010-05-18 2011-12-01 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd Fuel assembly
JP2016531080A (en) * 2013-09-16 2016-10-06 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー Fuel cladding tube with end plug sintered by discharge plasma on SiC substrate
JP2017071531A (en) * 2015-10-07 2017-04-13 イビデン株式会社 Tubular body and manufacturing method of tubular body
JP2019006627A (en) * 2017-06-23 2019-01-17 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 Bonded member, bonded structure using the same, and method of producing bonded member

Also Published As

Publication number Publication date
JP7350254B2 (en) 2023-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3010024B1 (en) Tubular body and method for manufacturing tubular body
JP4763699B2 (en) Multilayer ceramic tubes used for fuel containment barriers in nuclear power plants
KR102312043B1 (en) Double-sealed fuel rod end plug for ceramic-containing cladding
US9548139B2 (en) Multilayer tube in ceramic matrix composite material, resulting nuclear fuel cladding and associated manufacturing processes
JP6300953B2 (en) Reactor fuel rods and bundled fuel assemblies
US9982350B2 (en) Multilayer composite fuel clad system with high temperature hermeticity and accident tolerance
CN108140434B (en) Corrosion and wear resistant coating on zirconium alloy cladding
Swartz et al. Westinghouse eVinci™ heat pipe micro reactor technology development
EP3239985B1 (en) Light-water-reactor fuel rod, and fuel assembly
JP6850209B2 (en) Joining member, joining structure using it, and manufacturing method of joining member
JP2019525131A (en) Silicon carbide fuel cladding for accident tolerant fuel with zirconium coating
US3145150A (en) Fuel-moderator element for a nuclear reactor and method of making
JP6632931B2 (en) Structural member and manufacturing method thereof, fuel rod, fuel channel box, water rod, fuel assembly
JP7350254B2 (en) Fuel rod with end plug attached
JP7397739B2 (en) Bonding material, bonding method, and bonding structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230331

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230411

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230531

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230808

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230905

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7350254

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150