JP2001099970A - 燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料チャンネルボックス - Google Patents
燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料チャンネルボックスInfo
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】表面への酸化被膜形成処理を短時間で行える燃
料チャンネルボックスの製造方法及び燃料チャンネルボ
ックスを提供することにある。 【解決手段】ジルコニウム基合金板材１０Ａを成形溶接
して筒形状とした後、筒形状の燃料チャンネルボックス
１０Ｄに対して、金属アルコキシド含有溶液１０Ｚとの
接触処理を施すことにより、表面に金属酸化物被膜１６
を形成して、燃料チャンネルボックス１０を製造する。
料チャンネルボックスの製造方法及び燃料チャンネルボ
ックスを提供することにある。 【解決手段】ジルコニウム基合金板材１０Ａを成形溶接
して筒形状とした後、筒形状の燃料チャンネルボックス
１０Ｄに対して、金属アルコキシド含有溶液１０Ｚとの
接触処理を施すことにより、表面に金属酸化物被膜１６
を形成して、燃料チャンネルボックス１０を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料チャンネルボ
ックスの製造方法及び燃料チャンネルボックスに係り、
特に、沸騰水型原子炉で用いるに好適なジルコニウム基
合金部材の燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料
チャンネルボックスに関する。
ックスの製造方法及び燃料チャンネルボックスに係り、
特に、沸騰水型原子炉で用いるに好適なジルコニウム基
合金部材の燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料
チャンネルボックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】沸騰水型原子炉(ＢＷＲ)の燃料集合体に
用いる燃料チャンネルボックスの材料としては、高温に
おける力学的強度が十分であること、原子炉の冷却水と
の反応が小さいこと、熱中性子吸収断面積が小さいこと
などの条件からジルコニウム金属に合金元素Ｓn，Ｆe，
Ｃr，Ｎiなど微量添加されたジルコニウム基合金が使用
されている。それぞれの添加合金元素Ｓn，Ｆe，Ｃr，
Ｎiは、耐食性、耐水素吸収性、加工性、機械的特性の
向上が主な目的である。ジルコニウム基合金の化学成分
は、日本工業規格JIS Ｈ4751で示されている。現在、燃
料チャンネルボックスの材料としては、ジルコニウム基
合金の中で、主に、ジルカロイ−４、ジルカロイ−２が
用いられている。
用いる燃料チャンネルボックスの材料としては、高温に
おける力学的強度が十分であること、原子炉の冷却水と
の反応が小さいこと、熱中性子吸収断面積が小さいこと
などの条件からジルコニウム金属に合金元素Ｓn，Ｆe，
Ｃr，Ｎiなど微量添加されたジルコニウム基合金が使用
されている。それぞれの添加合金元素Ｓn，Ｆe，Ｃr，
Ｎiは、耐食性、耐水素吸収性、加工性、機械的特性の
向上が主な目的である。ジルコニウム基合金の化学成分
は、日本工業規格JIS Ｈ4751で示されている。現在、燃
料チャンネルボックスの材料としては、ジルコニウム基
合金の中で、主に、ジルカロイ−４、ジルカロイ−２が
用いられている。
【０００３】燃料チャンネルボックスの輸送，運搬及び
組立工程時で、燃料チャンネルボックスの表面にキズが
形成されと、そのキズ部位から腐食及び水素吸収が進行
する懸念がある。そこで、従来は、燃料チャンネルボッ
クスの表面に酸化被膜を形成することにより、輸送時等
のキズによる影響を除くようにしている。ここで、従来
の酸化被膜の形成方法としては、高温の水蒸気中で表面
を酸化させるオートクレーブ処理法を用いており、この
方法により、燃料チャンネルボックス全体を0.2〜0.5μ
ｍ程度のほぼ均一な薄い酸化被膜で覆うようにしてい
る。
組立工程時で、燃料チャンネルボックスの表面にキズが
形成されと、そのキズ部位から腐食及び水素吸収が進行
する懸念がある。そこで、従来は、燃料チャンネルボッ
クスの表面に酸化被膜を形成することにより、輸送時等
のキズによる影響を除くようにしている。ここで、従来
の酸化被膜の形成方法としては、高温の水蒸気中で表面
を酸化させるオートクレーブ処理法を用いており、この
方法により、燃料チャンネルボックス全体を0.2〜0.5μ
ｍ程度のほぼ均一な薄い酸化被膜で覆うようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料チ
ャンネルボックスの表面に酸化被膜を形成する従来のオ
ートクレーブ処理は、昇温，酸化処理及び降温に要する
時間が長いという問題があった。即ち、常温から４００
℃まで昇温するのに、約２〜３時間を要し、４００℃に
おいて約１０〜４８時間の酸化処理を行い、さらに、４
００℃から常温まで降温するのに約４〜５時間を要して
いた。
ャンネルボックスの表面に酸化被膜を形成する従来のオ
ートクレーブ処理は、昇温，酸化処理及び降温に要する
時間が長いという問題があった。即ち、常温から４００
℃まで昇温するのに、約２〜３時間を要し、４００℃に
おいて約１０〜４８時間の酸化処理を行い、さらに、４
００℃から常温まで降温するのに約４〜５時間を要して
いた。
【０００５】本発明の目的は、表面への酸化被膜形成処
理を短時間で行える燃料チャンネルボックスの製造方法
及び燃料チャンネルボックスを提供することにある。
理を短時間で行える燃料チャンネルボックスの製造方法
及び燃料チャンネルボックスを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、ジルコニウム基合金板材を成形溶
接して筒形状とした後、その表面に金属酸化物膜を形成
する燃料チャンネルボックスの製造方法において、上記
筒形状の燃料チャンネルボックスに対して、金属アルコ
キシド含有溶液との接触処理を施すことにより上記金属
酸化物被膜を形成するようにしたものである。かかる方
法により、金属酸化物被膜の形成処理に要する時間を短
縮し得るものとなる。
るために、本発明は、ジルコニウム基合金板材を成形溶
接して筒形状とした後、その表面に金属酸化物膜を形成
する燃料チャンネルボックスの製造方法において、上記
筒形状の燃料チャンネルボックスに対して、金属アルコ
キシド含有溶液との接触処理を施すことにより上記金属
酸化物被膜を形成するようにしたものである。かかる方
法により、金属酸化物被膜の形成処理に要する時間を短
縮し得るものとなる。
【０００７】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属元素の主
成分が、ジルコニウムであるようにしたものである。
上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属元素の主
成分が、ジルコニウムであるようにしたものである。
【０００８】（３）上記（２）において、好ましくは、
さらに、上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属
元素が、チタン，ニオブ，スズ，鉄，クロムの内の少な
くとも１種類を含むものとしたものである。かかる構成
により、耐腐食性を向上し得るものとなる。
さらに、上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属
元素が、チタン，ニオブ，スズ，鉄，クロムの内の少な
くとも１種類を含むものとしたものである。かかる構成
により、耐腐食性を向上し得るものとなる。
【０００９】（４）上記目的を達成するために、本発明
は、ジルコニウム基合金板材を成形溶接して筒形状とし
た後、金属アルコキシド含有溶液との接触処理によりそ
の表面に金属酸化物被膜を形成するようにしたものであ
る。かかる構成により、金属酸化物被膜の形成処理に要
する時間を短縮し得るものとなる。
は、ジルコニウム基合金板材を成形溶接して筒形状とし
た後、金属アルコキシド含有溶液との接触処理によりそ
の表面に金属酸化物被膜を形成するようにしたものであ
る。かかる構成により、金属酸化物被膜の形成処理に要
する時間を短縮し得るものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を用いて、本発
明の一実施形態による燃料チャンネルボックスの製造方
法について説明する。最初に、図１及び図２を用いて、
本実施形態による燃料チャンネルボックスの製造工程に
ついて説明する。図１は、本実施形態による燃料チャン
ネルボックスの製造工程を示す工程図であり、図２は、
本実施形態による燃料チャンネルボックスの各製造工程
における構成部品の外観斜視図である。
明の一実施形態による燃料チャンネルボックスの製造方
法について説明する。最初に、図１及び図２を用いて、
本実施形態による燃料チャンネルボックスの製造工程に
ついて説明する。図１は、本実施形態による燃料チャン
ネルボックスの製造工程を示す工程図であり、図２は、
本実施形態による燃料チャンネルボックスの各製造工程
における構成部品の外観斜視図である。
【００１１】図１の工程Ｐ１０において、図２（Ａ）に
示すジルコニウム基合金の素材板（ジルカロイ板材）１
０Ａを製造する。ジルカロイ板材１０Ａは、ジルコニウ
ム基合金である、例えば、ジルカロイ−４又はジルカロ
イ−２のインゴットを熱間鍛造によりスラグを形成し、
このスラグを溶体化し、熱処理，圧延を繰り返して製造
される。次に、図１の工程Ｐ２０において、素材板の表
面及び板厚等の板材の検査をする。
示すジルコニウム基合金の素材板（ジルカロイ板材）１
０Ａを製造する。ジルカロイ板材１０Ａは、ジルコニウ
ム基合金である、例えば、ジルカロイ−４又はジルカロ
イ−２のインゴットを熱間鍛造によりスラグを形成し、
このスラグを溶体化し、熱処理，圧延を繰り返して製造
される。次に、図１の工程Ｐ２０において、素材板の表
面及び板厚等の板材の検査をする。
【００１２】次に、図１の工程Ｐ３０において、ジルコ
ニウム基合金の板材１０Ａを、図２（Ｂ）に示すよう
に、コ字型に成形した後、溶接部になる開先を加工す
る。次に、図１の工程Ｐ４０において、工程Ｐ３０にお
いて成形した２つのコ字型の成形板１０Ｂを突き合わ
せ、自動溶接して、図２（Ｃ）に示すように角筒形に
し、長手方向の溶接ビート部を平坦化して、角筒形のチ
ャンネルボックス１０Ｃを形成する。
ニウム基合金の板材１０Ａを、図２（Ｂ）に示すよう
に、コ字型に成形した後、溶接部になる開先を加工す
る。次に、図１の工程Ｐ４０において、工程Ｐ３０にお
いて成形した２つのコ字型の成形板１０Ｂを突き合わ
せ、自動溶接して、図２（Ｃ）に示すように角筒形に
し、長手方向の溶接ビート部を平坦化して、角筒形のチ
ャンネルボックス１０Ｃを形成する。
【００１３】次に、図１の工程Ｐ５０において、溶接部
の検査を行う。即ち、工程Ｐ４０において形成された角
筒形のチャンネルボックス１０Ｃについて、超音波探傷
法等により、非破壊検査を行なって適切に溶接されたか
を検査する。次に、図１の工程Ｐ６０において、応力除
去焼なましを行う。即ち、溶接部や成形の曲げ加工部の
残留応力を除去する熱処理を行ないながら、所定寸法精
度を保持する処理を施す。熱処理は、α＋β焼入れ又は
β焼入れ等を行なう。
の検査を行う。即ち、工程Ｐ４０において形成された角
筒形のチャンネルボックス１０Ｃについて、超音波探傷
法等により、非破壊検査を行なって適切に溶接されたか
を検査する。次に、図１の工程Ｐ６０において、応力除
去焼なましを行う。即ち、溶接部や成形の曲げ加工部の
残留応力を除去する熱処理を行ないながら、所定寸法精
度を保持する処理を施す。熱処理は、α＋β焼入れ又は
β焼入れ等を行なう。
【００１４】次に、図１の工程Ｐ７０において、図２
（Ｄ）に示すように、角筒形のチャンネルボックス１０
Ｃの開口側端部に、クリップ１２を溶接し、側面にチャ
ネルスペーサ１４を溶接する。次に、図１の工程Ｐ８０
において、角筒形のチャンネルボックス１０Ｃの表面を
研磨し、熱処理により形成された酸化被膜を除去する。
次に、図１の工程Ｐ９０において、表面微小キズや汚れ
を、酸洗，洗浄にて除去する。
（Ｄ）に示すように、角筒形のチャンネルボックス１０
Ｃの開口側端部に、クリップ１２を溶接し、側面にチャ
ネルスペーサ１４を溶接する。次に、図１の工程Ｐ８０
において、角筒形のチャンネルボックス１０Ｃの表面を
研磨し、熱処理により形成された酸化被膜を除去する。
次に、図１の工程Ｐ９０において、表面微小キズや汚れ
を、酸洗，洗浄にて除去する。
【００１５】次に、図１の工程Ｐ１００において、燃料
チャンネルボックス１０Ｄの表面にジルコニウムを主成
分とする金属酸化物被膜（コーディング膜）を形成す
る。金属酸化物被膜は、図２（Ｅ）に示されるように、
燃料チャンネルボックス１０Ｅの表面を、金属アルコキ
シドを含有する溶液１０Ｚと接触処理することにより形
成される。グルカロイ材からなる燃料チャンネルボック
スを、金属アルコキシド溶液と接触させることにより、
加水分解により、ジルカロイが酸化ジルカロイとなって
被膜が形成される。金属アルコキシド溶液との接触処理
の具体的な方法としては、例えば、１）ジルコニウムを
主成分とする金属アルコキシドを含有する溶液中に燃料
チャンネルボックスを浸漬させた後、引き上げる方法
（ディップコーティング）、２）金属アルコキシドを含
有する溶液を燃料チャンネルボックスにスプレー，噴
霧，散布，塗布などする方法がある。金属酸化物被膜
は、室温でも強固な密着性を有し、しかも、アモルファ
ス状態となる。金属アルコキシド溶液と、燃料チャンネ
ルボックスとの接触処理（浸漬，散布，塗布）により、
表面の５０％以上に金属酸化物被膜を形成することがで
きる。
チャンネルボックス１０Ｄの表面にジルコニウムを主成
分とする金属酸化物被膜（コーディング膜）を形成す
る。金属酸化物被膜は、図２（Ｅ）に示されるように、
燃料チャンネルボックス１０Ｅの表面を、金属アルコキ
シドを含有する溶液１０Ｚと接触処理することにより形
成される。グルカロイ材からなる燃料チャンネルボック
スを、金属アルコキシド溶液と接触させることにより、
加水分解により、ジルカロイが酸化ジルカロイとなって
被膜が形成される。金属アルコキシド溶液との接触処理
の具体的な方法としては、例えば、１）ジルコニウムを
主成分とする金属アルコキシドを含有する溶液中に燃料
チャンネルボックスを浸漬させた後、引き上げる方法
（ディップコーティング）、２）金属アルコキシドを含
有する溶液を燃料チャンネルボックスにスプレー，噴
霧，散布，塗布などする方法がある。金属酸化物被膜
は、室温でも強固な密着性を有し、しかも、アモルファ
ス状態となる。金属アルコキシド溶液と、燃料チャンネ
ルボックスとの接触処理（浸漬，散布，塗布）により、
表面の５０％以上に金属酸化物被膜を形成することがで
きる。
【００１６】金属アルコキシドとしては、例えば、ジル
コニウム（Ｚｒ）アルコキシドを用いる。ジルコニウム
（Ｚｒ）アルコキシドとしては、Ｚｒエトキシド、Ｚｒ
プロポキシド、Ｚｒブトキシドなどを用いることができ
る。金属アルコキシド溶液１０Ｚの中には、触媒作用を
持つチタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、スズ（Ｓｎ）、
鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）のうち１種類以上を混合さ
せてもよいものである。これらの金属を混合することに
より、耐腐食性が向上するとともに、水素吸収を抑制す
ることができる。金属酸化物被膜の厚さの調整は、金属
アルコキシドを含有する溶液１０Ｚの成分濃度、粘度と
金属アルコキシドを含有する溶液１０Ｚ中への浸漬・引
き上げの速度、繰り返し回数で行うことができる。
コニウム（Ｚｒ）アルコキシドを用いる。ジルコニウム
（Ｚｒ）アルコキシドとしては、Ｚｒエトキシド、Ｚｒ
プロポキシド、Ｚｒブトキシドなどを用いることができ
る。金属アルコキシド溶液１０Ｚの中には、触媒作用を
持つチタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、スズ（Ｓｎ）、
鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）のうち１種類以上を混合さ
せてもよいものである。これらの金属を混合することに
より、耐腐食性が向上するとともに、水素吸収を抑制す
ることができる。金属酸化物被膜の厚さの調整は、金属
アルコキシドを含有する溶液１０Ｚの成分濃度、粘度と
金属アルコキシドを含有する溶液１０Ｚ中への浸漬・引
き上げの速度、繰り返し回数で行うことができる。
【００１７】燃料チャンネルボックスの表面に形成され
る金属酸化物被膜の厚さは、０.０１〜１μｍとする。
また、金属酸化物被膜は、ジルコニウム金属を主成分、
即ち、５０ｗｔ％以上のジルコニウム金属とする。ま
た、それに加えて、ジルコニウムに対して０.１重量％
以上のチタン，ニオブ，鉄，クロムのうち１種類以上が
含まれてもよいものである。例えば、金属酸化物被膜
は、９７．５ｗｔ％のジルコニウム金属と、２．５ｗｔ
％のチタンとから構成される。
る金属酸化物被膜の厚さは、０.０１〜１μｍとする。
また、金属酸化物被膜は、ジルコニウム金属を主成分、
即ち、５０ｗｔ％以上のジルコニウム金属とする。ま
た、それに加えて、ジルコニウムに対して０.１重量％
以上のチタン，ニオブ，鉄，クロムのうち１種類以上が
含まれてもよいものである。例えば、金属酸化物被膜
は、９７．５ｗｔ％のジルコニウム金属と、２．５ｗｔ
％のチタンとから構成される。
【００１８】金属酸化物被膜の形成は、輸送，運搬及び
組立工程時で燃料チャンネルボックスの表面にキズが形
成されることを防止するために、燃料チャンネルボック
スの表面の少なくとも５０％以上とすることが好ましい
ものである。
組立工程時で燃料チャンネルボックスの表面にキズが形
成されることを防止するために、燃料チャンネルボック
スの表面の少なくとも５０％以上とすることが好ましい
ものである。
【００１９】また、金属酸化物被膜を形成した後、加熱
処理するようにすることもできる。この時の加熱温度及
び時間は、ジルコニウムの部分再結晶化する温度よりも
低くし、加熱処理時間は２〜１０分程度とする。ジルコ
ニウムの部分再結晶化が始まる温度は、約５００℃であ
るので、それに対して、加熱処理温度を、例えば、８０
〜１００℃とする。さらに、金属アルコキシド溶液と接
触処理によって燃料チャンネルボックスの表面に形成さ
れる金属酸化物被膜は、アモルファス状態であるので、
ジルコニウムの部分再結晶化温度以上の加熱処理を行う
ことによって、結晶状態の金属酸化物被膜を形成するよ
うにしてもよいものである。
処理するようにすることもできる。この時の加熱温度及
び時間は、ジルコニウムの部分再結晶化する温度よりも
低くし、加熱処理時間は２〜１０分程度とする。ジルコ
ニウムの部分再結晶化が始まる温度は、約５００℃であ
るので、それに対して、加熱処理温度を、例えば、８０
〜１００℃とする。さらに、金属アルコキシド溶液と接
触処理によって燃料チャンネルボックスの表面に形成さ
れる金属酸化物被膜は、アモルファス状態であるので、
ジルコニウムの部分再結晶化温度以上の加熱処理を行う
ことによって、結晶状態の金属酸化物被膜を形成するよ
うにしてもよいものである。
【００２０】次に、図１の工程Ｐ１１０において、燃料
チャンネルボックスに、スペーサとリベットを溶接す
る。この工程Ｐ１１０は、工程Ｐ１００の前（工程Ｐ９
０の酸洗工程の後）でもよいものである。次に、図１の
工程Ｐ１２０において、製品の最終検査をする。外観検
査では、表面の表面キズ，汚れの有無の検査を行い、寸
法検査では、板厚，直角度，内寸法，膨らみ及び基準面
に対する真直度，平行度の検査を行う。
チャンネルボックスに、スペーサとリベットを溶接す
る。この工程Ｐ１１０は、工程Ｐ１００の前（工程Ｐ９
０の酸洗工程の後）でもよいものである。次に、図１の
工程Ｐ１２０において、製品の最終検査をする。外観検
査では、表面の表面キズ，汚れの有無の検査を行い、寸
法検査では、板厚，直角度，内寸法，膨らみ及び基準面
に対する真直度，平行度の検査を行う。
【００２１】以上の工程を踏まえて、図１の工程Ｐ１３
０において、図２（Ｆ）に示すように、最終的な製品で
ある燃料チャンネルボックス１０が製造される。
０において、図２（Ｆ）に示すように、最終的な製品で
ある燃料チャンネルボックス１０が製造される。
【００２２】次に、図３を用いて、本実施形態による燃
料チャンネルボックスの製造方法における金属酸化物被
膜の形成装置の構成について説明する。図１に示した工
程Ｐ９０までの処理が終了して、研磨，酸洗，洗浄した
燃料チャンネルボックス１０Ｄは、搬送装置１１０によ
って、噴射装置１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０
Ｄ，１２０Ｅの位置まで移動される。そこで、噴射装置
１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅに
より、金属アルコキシド含有溶液１０Ｚを、燃料チャン
ネルボックス１０Ｄの表面に、スプレー又は噴霧又は散
布して、表面に金属酸化物被膜が形成された燃料チャン
ネルボックス１０Ｅを形成する。噴射装置１２０Ａは、
燃料チャンネルボックス１０Ｄの内部に、金属アルコキ
シド含有溶液１０Ｚをスプレー等し、噴射装置１２０
Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅは、燃料チャンネル
ボックス１０Ｄの外周側に、金属アルコキシド含有溶液
１０Ｚをスプレー等する。金属アルコキシド含有溶液１
０Ｚのスプレー等による金属酸化物被膜の形成に要する
時間は、約３０分程度である。
料チャンネルボックスの製造方法における金属酸化物被
膜の形成装置の構成について説明する。図１に示した工
程Ｐ９０までの処理が終了して、研磨，酸洗，洗浄した
燃料チャンネルボックス１０Ｄは、搬送装置１１０によ
って、噴射装置１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０
Ｄ，１２０Ｅの位置まで移動される。そこで、噴射装置
１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅに
より、金属アルコキシド含有溶液１０Ｚを、燃料チャン
ネルボックス１０Ｄの表面に、スプレー又は噴霧又は散
布して、表面に金属酸化物被膜が形成された燃料チャン
ネルボックス１０Ｅを形成する。噴射装置１２０Ａは、
燃料チャンネルボックス１０Ｄの内部に、金属アルコキ
シド含有溶液１０Ｚをスプレー等し、噴射装置１２０
Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅは、燃料チャンネル
ボックス１０Ｄの外周側に、金属アルコキシド含有溶液
１０Ｚをスプレー等する。金属アルコキシド含有溶液１
０Ｚのスプレー等による金属酸化物被膜の形成に要する
時間は、約３０分程度である。
【００２３】スプレー又は噴霧又は散布された液は、回
収槽１３０により集められ、所定濃度に成分濃度を調整
した後、循環装置１４０により、噴射ライン１５０を通
って再び噴射装置１２０で利用される。
収槽１３０により集められ、所定濃度に成分濃度を調整
した後、循環装置１４０により、噴射ライン１５０を通
って再び噴射装置１２０で利用される。
【００２４】また、計測装置１６０は、金属アルコキシ
ド含有溶液１０Ｚの成分濃度を測定する。そして、注入
系１７０を用いて、連続又は間欠的に金属アルコキシド
溶液又は溶剤が添加することができ、金属アルコキシド
含有溶液１０Ｚを所定濃度に調整する。
ド含有溶液１０Ｚの成分濃度を測定する。そして、注入
系１７０を用いて、連続又は間欠的に金属アルコキシド
溶液又は溶剤が添加することができ、金属アルコキシド
含有溶液１０Ｚを所定濃度に調整する。
【００２５】次に、図４を用いて、本実施形態による燃
料チャンネルボックスの製造方法によって形成された金
属酸化物被膜の腐食実験の結果について説明する。図４
は、本発明の一実施形態による燃料チャンネルボックス
の製造方法によって形成された金属酸化物被膜の腐食実
験の結果を示すグラフである。
料チャンネルボックスの製造方法によって形成された金
属酸化物被膜の腐食実験の結果について説明する。図４
は、本発明の一実施形態による燃料チャンネルボックス
の製造方法によって形成された金属酸化物被膜の腐食実
験の結果を示すグラフである。
【００２６】図４の縦軸は、腐食量を示している。図４
（ａ）に示す試験片における腐食量を１としたとき、他
の試験片における腐食量の相対値を示している。腐食量
が１より小さい場合には、図４（ａ）に示す試験片にお
ける腐食量よりも、腐食量が小さいことを示している。
（ａ）に示す試験片における腐食量を１としたとき、他
の試験片における腐食量の相対値を示している。腐食量
が１より小さい場合には、図４（ａ）に示す試験片にお
ける腐食量よりも、腐食量が小さいことを示している。
【００２７】試験片としては、ジルカロイ−２合金を用
いている。図４（ａ）は、金属酸化物被膜を付与してい
ない未処理材のものである。図４（ｂ），（ｃ），
（ｄ）は、Ｚｒアルコキシド溶液に浸漬，引上げ処理に
より厚さ約０.１２μｍの金属酸化物被膜を形成したも
のである。また、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）の金属酸
化物被膜の金属成分は、それぞれ、（ｂ）がＺｒだけの
もの、（ｃ）がＺｒに対して約２.５ｗｔ％のニオブ含
有のもの、（ｄ）がＺｒに対して約２.５ｗｔ％のチタ
ン含有のものである。
いている。図４（ａ）は、金属酸化物被膜を付与してい
ない未処理材のものである。図４（ｂ），（ｃ），
（ｄ）は、Ｚｒアルコキシド溶液に浸漬，引上げ処理に
より厚さ約０.１２μｍの金属酸化物被膜を形成したも
のである。また、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）の金属酸
化物被膜の金属成分は、それぞれ、（ｂ）がＺｒだけの
もの、（ｃ）がＺｒに対して約２.５ｗｔ％のニオブ含
有のもの、（ｄ）がＺｒに対して約２.５ｗｔ％のチタ
ン含有のものである。
【００２８】これらの試験片を同時に４５０℃水蒸気中
で１２０時間の腐食試験を実施し、試験後、重量増加を
測定した。その結果、（ａ）の未処理のものに比べて
（ｂ），（ｃ），（ｄ）のＺｒアルコキシド溶液で約
０.１２μｍの金属酸化物被膜を形成したものは、腐食
量が少なく腐食抑制効果がある。なお、腐食抑制効果
は、従来のオートクレープ処理のものと同等であった。
で１２０時間の腐食試験を実施し、試験後、重量増加を
測定した。その結果、（ａ）の未処理のものに比べて
（ｂ），（ｃ），（ｄ）のＺｒアルコキシド溶液で約
０.１２μｍの金属酸化物被膜を形成したものは、腐食
量が少なく腐食抑制効果がある。なお、腐食抑制効果
は、従来のオートクレープ処理のものと同等であった。
【００２９】次に、図５及び図６を用いて、本実施形態
による燃料チャンネルボックスの製造方法によって形成
された燃料チャンネルボックスの構成について説明す
る。図５は、本実施形態による燃料チャンネルボックス
の製造方法によって形成された燃料チャンネルボックス
の斜視図であり、図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。
による燃料チャンネルボックスの製造方法によって形成
された燃料チャンネルボックスの構成について説明す
る。図５は、本実施形態による燃料チャンネルボックス
の製造方法によって形成された燃料チャンネルボックス
の斜視図であり、図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。
【００３０】燃料チャンネルボックス１０の表面には、
金属アルコキシドを含有する溶液で形成したジルコニウ
ムを主成分とする金属酸化物被膜１６が、厚さ０.０１
〜１μｍで形成されている。
金属アルコキシドを含有する溶液で形成したジルコニウ
ムを主成分とする金属酸化物被膜１６が、厚さ０.０１
〜１μｍで形成されている。
【００３１】次に、図７を用いて、本実施形態による燃
料チャンネルボックスを適用したＢＷＲの燃料集合体の
構成について説明する。図７は、本発明の一実施形態に
よる燃料チャンネルボックスを適用したＢＷＲの燃料集
合体の構成を示す側断面図である。
料チャンネルボックスを適用したＢＷＲの燃料集合体の
構成について説明する。図７は、本発明の一実施形態に
よる燃料チャンネルボックスを適用したＢＷＲの燃料集
合体の構成を示す側断面図である。
【００３２】燃料集合体は、燃料被覆管内に核燃料ペレ
ットを装填し両端溶接された複数本の燃料棒５０と、燃
料棒５０の間に配置するウォーターロッド６０と、燃料
棒５０及びウォーターロッド６０の間隔を適切に保持す
る複数の燃料スペーサ７０と、燃料棒５０の上端部及び
下端部を支持する上部タイプレート８０，下部タイプレ
ート９０と、これらを収納する角筒形の表面にジルコニ
ウムを主成分とする金属酸化物被膜１６の形成された燃
料チャンネルボックス１０とから構成されている。
ットを装填し両端溶接された複数本の燃料棒５０と、燃
料棒５０の間に配置するウォーターロッド６０と、燃料
棒５０及びウォーターロッド６０の間隔を適切に保持す
る複数の燃料スペーサ７０と、燃料棒５０の上端部及び
下端部を支持する上部タイプレート８０，下部タイプレ
ート９０と、これらを収納する角筒形の表面にジルコニ
ウムを主成分とする金属酸化物被膜１６の形成された燃
料チャンネルボックス１０とから構成されている。
【００３３】燃料集合体への組立工程の概略は、次のと
おりである。燃料スペーサ７０を取り付けたウォーター
ロッド６０を、下部タイプレート９０に差し込み、治具
で固定した後、多数本の燃料棒５０とタイロッドを燃料
スペーサ７０に通して下部タイプレート９０に取り付け
る。燃料棒５０は、下部タイプレート９０に差し込んだ
ままで、タイロッドは下部タイプレート９０にねじ込ん
で固定する。そして、燃料棒５０の上部にスプリングを
取り付けた後、上部タイプレート８０をはめ込んでタイ
ロッドとネジ固定し、燃料バンドルを形成する。そし
て、原子炉に装荷する前に燃料バンドルと製造した燃料
チャンネルボックス１０及びチャンネルファスナーを取
り付けて燃料集合体を構成する。
おりである。燃料スペーサ７０を取り付けたウォーター
ロッド６０を、下部タイプレート９０に差し込み、治具
で固定した後、多数本の燃料棒５０とタイロッドを燃料
スペーサ７０に通して下部タイプレート９０に取り付け
る。燃料棒５０は、下部タイプレート９０に差し込んだ
ままで、タイロッドは下部タイプレート９０にねじ込ん
で固定する。そして、燃料棒５０の上部にスプリングを
取り付けた後、上部タイプレート８０をはめ込んでタイ
ロッドとネジ固定し、燃料バンドルを形成する。そし
て、原子炉に装荷する前に燃料バンドルと製造した燃料
チャンネルボックス１０及びチャンネルファスナーを取
り付けて燃料集合体を構成する。
【００３４】燃料棒５０及びウォーターロッド６０は、
燃料チャンネルボックス１０内に、８×８、又は、９×
９、又は、１０×１０の燃料スペーサ７０により適切な
配列で四角く組立てたものである。
燃料チャンネルボックス１０内に、８×８、又は、９×
９、又は、１０×１０の燃料スペーサ７０により適切な
配列で四角く組立てたものである。
【００３５】本実施形態によれば、燃料チャンネルボッ
クスの表面に金属酸化物被膜を形成することにより、燃
料チャンネルボックス１０の輸送、運搬及び組立工程時
で燃料チャンネルボックス１０の表面にキズが形成され
ることを防止できるため、キズ部位からの腐食抑制が可
能な燃料チャンネルボックスを得ることができる。金属
酸化物被膜の形成は、金属アルコキシド溶液との接触処
理により行われるため、金属酸化物膜形成処理を短時間
で行うことができる。
クスの表面に金属酸化物被膜を形成することにより、燃
料チャンネルボックス１０の輸送、運搬及び組立工程時
で燃料チャンネルボックス１０の表面にキズが形成され
ることを防止できるため、キズ部位からの腐食抑制が可
能な燃料チャンネルボックスを得ることができる。金属
酸化物被膜の形成は、金属アルコキシド溶液との接触処
理により行われるため、金属酸化物膜形成処理を短時間
で行うことができる。
【００３６】また、近年、ＢＷＲでは経済性を高めるた
め燃料の高燃焼度化が進められてきているが、金属酸化
物被膜を形成することにより、高燃焼度化に対応するこ
とも可能である。さらに、それに伴い、燃料集合体部材
の燃料チャンネルボックスについても燃料と同様に使用
年数の延長が検討されてきているが、このような長期サ
イクル運転への対応も可能である。
め燃料の高燃焼度化が進められてきているが、金属酸化
物被膜を形成することにより、高燃焼度化に対応するこ
とも可能である。さらに、それに伴い、燃料集合体部材
の燃料チャンネルボックスについても燃料と同様に使用
年数の延長が検討されてきているが、このような長期サ
イクル運転への対応も可能である。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、燃料チャンネルボック
スの表面への酸化被膜形成処理を短時間で行えるものと
なる。
スの表面への酸化被膜形成処理を短時間で行えるものと
なる。
【図１】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造工程を示す工程図である。
クスの製造工程を示す工程図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの各製造工程における構成部品の外観斜視図であ
る。
クスの各製造工程における構成部品の外観斜視図であ
る。
【図３】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造方法における金属酸化物被膜の形成装置の構
成図である。
クスの製造方法における金属酸化物被膜の形成装置の構
成図である。
【図４】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造方法によって形成された金属酸化物被膜の腐
食実験の結果を示すグラフである。
クスの製造方法によって形成された金属酸化物被膜の腐
食実験の結果を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造方法によって形成された燃料チャンネルボッ
クスの斜視図である。
クスの製造方法によって形成された燃料チャンネルボッ
クスの斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスを適用したＢＷＲの燃料集合体の構成を示す側断面
図である。
クスを適用したＢＷＲの燃料集合体の構成を示す側断面
図である。
１０…燃料チャンネルボックス １０Ｚ…金属アルコキシド溶液 １２…クリップ １４…チャンネルスペーサ １６…金属酸化物被膜 ５０…燃料棒 ６０…ウォーターロッド ７０…燃料スペーサ ８０…上部タイプレート ９０…下部タイプレート １１０…搬送装置 １２０…噴射装置 １３０…回収槽 １４０…循環装置 １５０…噴射ライン １６０…計測装置 １７０…注入系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 由高 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 瀬戸 武裕 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者 安田 隆芳 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】ジルコニウム基合金板材を成形溶接して筒
形状とした後、その表面に金属酸化物膜を形成する燃料
チャンネルボックスの製造方法において、 上記筒形状の燃料チャンネルボックスに対して、金属ア
ルコキシド含有溶液との接触処理を施すことにより上記
金属酸化物被膜を形成することを特徴とする燃料チャン
ネルボックスの製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料チャンネルボックスの
製造方法において、 上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属元素の主
成分が、ジルコニウムであることを特徴とする燃料チャ
ンネルボックスの製造方法。 - 【請求項３】請求項２記載の燃料チャンネルボックスの
製造方法において、さらに、 上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属元素が、
チタン，ニオブ，スズ，鉄，クロムの内の少なくとも１
種類を含むことを特徴とする燃料チャンネルボックスの
製造方法。 - 【請求項４】ジルコニウム基合金板材を成形溶接して筒
形状とした後、金属アルコキシド含有溶液との接触処理
によりその表面に金属酸化物被膜を形成したことを特徴
する燃料チャンネルボックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28255699A JP2001099970A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料チャンネルボックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28255699A JP2001099970A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料チャンネルボックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001099970A true JP2001099970A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=17654021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28255699A Pending JP2001099970A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料チャンネルボックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001099970A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101905405A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-12-08 | 国核宝钛锆业股份公司 | 焊接模具及加工高精度方形锆合金元件盒的方法 |
| JP2013142602A (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 原子炉燃料集合体のチャンネルボックス及びその製造方法 |
| JP2019527345A (ja) * | 2016-07-22 | 2019-09-26 | 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 | 原子燃料棒向けのコールドスプレークロム被覆法 |
-
1999
- 1999-10-04 JP JP28255699A patent/JP2001099970A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101905405A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-12-08 | 国核宝钛锆业股份公司 | 焊接模具及加工高精度方形锆合金元件盒的方法 |
| JP2013142602A (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 原子炉燃料集合体のチャンネルボックス及びその製造方法 |
| JP2019527345A (ja) * | 2016-07-22 | 2019-09-26 | 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 | 原子燃料棒向けのコールドスプレークロム被覆法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040113 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060926 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070206 |