JP2013113682A - Fuel structural member and fuel rod - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力発電プラントで用いられる燃料構造部材および燃料棒に関する。 The present invention relates to a fuel structural member and a fuel rod used in a nuclear power plant.
ジルカロイ４と呼ばれるＳｎ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｚｒ合金、ジルカロイ２と呼ばれるＳｎ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｚｒ合金等のジルコニウム合金は、優れた耐食性と低い中性子吸収断面積を有するため、原子力発電プラントの燃料構造部材として用いられている。
これらのジルコニウム合金中のジルコニウムは、ジルコニウム合金の周囲に存在する水との間で、下記式（１）の反応を生じる。
［化１］
Ｚｒ ＋ ２Ｈ２Ｏ → ＺｒＯ２ ＋ ２Ｈ２ （１）
Since zirconium alloys such as Sn-Fe-Cr-Zr alloy called Zircaloy 4 and Sn-Fe-Cr-Ni-Zr alloy called Zircaloy 2 have excellent corrosion resistance and low neutron absorption cross section, It is used as a fuel structural member.
Zirconium in these zirconium alloys causes a reaction of the following formula (1) with water present around the zirconium alloy.
[Chemical 1]
Zr + 2H 2 O → ZrO 2 + 2H 2 (1)
ここで（１）式で示した反応は発熱反応である。また、ジルコニウム合金が発した熱により（１）式の酸化反応が促進され、約９００℃以上の高温になると、劇的に水素の発生速度が増加することが知られている。 Here, the reaction represented by the formula (1) is an exothermic reaction. Further, it is known that the oxidation reaction of the formula (1) is promoted by the heat generated by the zirconium alloy, and the hydrogen generation rate dramatically increases when the temperature becomes higher than about 900 ° C.
このため、冷却材喪失事故時等のように原子炉内で水分が存在する環境中でジルコニウム合金が高温にさらされる状況では、短時間で多量の水素が発生し、発生した水素が炉内構造物や原子炉建屋内に滞留して、水素爆発を起こす可能性がある。
そこで、冷却材喪失事故時に、ジルコニウム合金から発生する水素を除去しようとする試みが種々提案されている。
For this reason, in situations where the zirconium alloy is exposed to high temperatures in an environment where moisture is present in the reactor, such as during a loss of coolant accident, a large amount of hydrogen is generated in a short time, and the generated hydrogen is There is a possibility of causing a hydrogen explosion due to stagnation in objects and reactor buildings.
Therefore, various attempts to remove hydrogen generated from the zirconium alloy at the time of the coolant loss accident have been proposed.
たとえば、特許文献１（特許第３６１１８６５号明細書）には、水素を再結合するための多数の火花点火器を備えた点火装置が記載されている。また、特許文献２（特許第４０７４２００号明細書）には、２０容量％以上の水素を含んだガス流を導入して循環させる水素の触媒酸化法が記載されている。 For example, Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3611865) describes an ignition device including a large number of spark igniters for recombining hydrogen. Patent Document 2 (Japanese Patent No. 4074200) describes a catalytic oxidation method of hydrogen in which a gas flow containing 20% by volume or more of hydrogen is introduced and circulated.
しかし、特許文献１および２に記載された発明は、発生後の水素を処理する技術に関する発明であり、発生する水素量自体が抑制されないという課題がある。
However, the inventions described in
本発明は上記課題を解決するものであり、冷却材喪失時に燃料構造部材から発生する水素量を抑制することにより、プラントの水素爆発の可能性を低減する燃料構造部材および燃料棒を提供することを目的とする。 The present invention solves the above problems and provides a fuel structure member and a fuel rod that reduce the possibility of hydrogen explosion in a plant by suppressing the amount of hydrogen generated from the fuel structure member when the coolant is lost. With the goal.
本発明は、燃料構造部材を構成するジルコニウム合金の表面に耐酸化皮膜を形成すれば、冷却材喪失時に燃料構造部材から発生する水素量を抑制することができることを見出して完成されたものである。 The present invention has been completed by finding that if an oxidation resistant film is formed on the surface of the zirconium alloy constituting the fuel structural member, the amount of hydrogen generated from the fuel structural member when the coolant is lost can be suppressed. .
すなわち、本発明の燃料構造部材は、上記課題を解決するためのものであり、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄、クロムおよびニッケルを含むジルコニウム合金、または、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄およびニオブを含むジルコニウム合金からなるジルコニウム合金体と、このジルコニウム合金体の表面に形成された耐酸化皮膜と、を備えることを特徴とする。 That is, the fuel structural member of the present invention is for solving the above-described problems, and contains zirconium as a main component, zirconium alloy containing tin, iron, chromium and nickel, or zirconium as a main component, and tin. And a zirconium alloy body made of a zirconium alloy containing iron and niobium, and an oxidation-resistant film formed on the surface of the zirconium alloy body.
また、本発明の燃料棒は、上記課題を解決するためのものであり、前記燃料構造部材のジルコニウム合金管内に封入された燃料ペレットをさらに備えることを特徴とする。 Moreover, the fuel rod of the present invention is for solving the above-mentioned problems, and further comprises fuel pellets enclosed in a zirconium alloy tube of the fuel structural member.
本発明の燃料構造部材および燃料棒によれば、冷却材喪失時に燃料構造部材から発生する水素量を抑制することにより、プラントの水素爆発の可能性を低減することができる。 According to the fuel structural member and the fuel rod of the present invention, the possibility of hydrogen explosion in the plant can be reduced by suppressing the amount of hydrogen generated from the fuel structural member when the coolant is lost.
本発明の燃料構造部材および燃料棒について、図面を参照して説明する。 The fuel structural member and fuel rod of the present invention will be described with reference to the drawings.
ここで、燃料構造部材とは、原子力発電プラントの燃料集合体のうち、核燃料以外の部分の金属部材を意味する。燃料構造部材としては、たとえば、燃料被覆管、燃料チャンネルボックス、スペーサ等が挙げられる。
また、燃料棒とは、燃料構造部材の一例である燃料被覆管中に燃料ペレットを封入し、燃料被覆管に端栓を接合したものである。
Here, the fuel structural member means a metal member of a portion other than the nuclear fuel in the fuel assembly of the nuclear power plant. Examples of the fuel structural member include a fuel cladding tube, a fuel channel box, and a spacer.
The fuel rod is obtained by enclosing a fuel pellet in a fuel cladding tube which is an example of a fuel structural member, and joining an end plug to the fuel cladding tube.
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態である燃料棒を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a fuel rod according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
図１および図２に示されるように、燃料棒５は、ジルコニウム合金体１０としてのジルコニウム合金管１０Ａと、ジルコニウム合金管１０Ａの表面に形成された耐酸化皮膜２０と、ジルコニウム合金管１０Ａ内に封入された燃料ペレット３０とを備える。
なお、燃料棒５のうち、ジルコニウム合金管１０Ａと耐酸化皮膜２０とからなる部分は、燃料構造部材１の一例である燃料被覆管１Ａである。
また、図１に示されるように、燃料棒５は、燃料被覆管１Ａの両端部に接合された端栓４５、４５をさらに備える。端栓４５は、通常、ステンレス鋼からなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
In the
Further, as shown in FIG. 1, the
（ジルコニウム合金管）
ジルコニウム合金管１０Ａは、ジルコニウム合金を管状に作製したものである。
ジルコニウム合金管１０Ａの内部には、燃料ペレット３０が封入されるための空間４１が形成される。
(Zirconium alloy tube)
The
A
ジルコニウム合金管１０Ａの作製に用いられるジルコニウム合金としては、たとえば、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄、クロムおよびニッケルを含むジルコニウム合金、または、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄およびニオブを含むジルコニウム合金が挙げられる。
Examples of the zirconium alloy used to manufacture the
ここで、ジルコニウム合金がジルコニウムを主成分として含むとは、ジルコニウム合金を構成する金属元素中、ジルコニウムの質量比率が最大であることを意味する。ジルコニウム合金を構成する金属元素中のジルコニウムの質量比率は、通常、９８質量％以上である。 Here, that the zirconium alloy contains zirconium as a main component means that the mass ratio of zirconium is the largest in the metal elements constituting the zirconium alloy. The mass ratio of zirconium in the metal element constituting the zirconium alloy is usually 98% by mass or more.
ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄、クロムおよびニッケルを含むジルコニウム合金の具体例としては、ジルカロイ−２（Ｚｒｙ−２）が挙げられる。
ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄およびニオブを含むジルコニウム合金の具体例としては、Ｚｒ７０５、Ｚｒ−５Ｎｂが挙げられる。
ジルコニウム合金管１０Ａは、上記のジルコニウム合金をピルガー圧延することにより得られる。
Zircaloy-2 (Zry-2) is a specific example of a zirconium alloy containing zirconium as a main component and containing tin, iron, chromium and nickel.
Specific examples of the zirconium alloy containing zirconium as a main component and containing tin, iron and niobium include Zr705 and Zr-5Nb.
The
（耐酸化皮膜）
耐酸化皮膜２０は、ジルコニウム合金管１０Ａの外表面に形成される。耐酸化皮膜２０は、ジルコニウム合金管１０Ａが高温水に接しないように緻密に形成される。
耐酸化皮膜２０は、金属またはセラミクスからなる。
(Oxidation resistant film)
The oxidation
The oxidation
耐酸化皮膜２０を構成する金属としては、たとえば、白金または金が用いられる。白金または金は、高温水との反応性がジルコニウムよりも低く、冷却材喪失時にジルコニウム合金管１０Ａの急激な酸化反応を抑制することにより、ジルコニウム合金管１０Ａからの水素の発生を抑制することができるため好ましい。
For example, platinum or gold is used as the metal constituting the oxidation
耐酸化皮膜２０を構成するセラミクスとしては、たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ２）または炭化珪素（ＳｉＣ）が用いられる。アルミナ、酸化珪素または炭化珪素は、その酸化物形成速度が、ジルコニウム合金管１０Ａを構成するジルコニウム合金が酸化されて形成されるジルコニア（ＺｒＯ２）の酸化物形成速度よりも遅い。すなわち、アルミナ、酸化珪素または炭化珪素は、高温水との反応性がジルコニウム合金よりも低く、冷却材喪失時にジルコニウム合金管１０Ａの急激な酸化反応を抑制することにより、ジルコニウム合金管１０Ａからの水素の発生を抑制することができるため好ましい。
なお、耐酸化皮膜２０は、端栓４５の表面に形成されていてもよい。
For example, alumina (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), or silicon carbide (SiC) is used as the ceramic constituting the oxidation
The oxidation
（燃料ペレット）
燃料ペレット３０は、核燃料を焼き固めたものであり、核燃料の種類は特に限定されない。燃料ペレット３０としては、たとえば、ウラン、プルトニウム、またはその混合物を含む燃料ペレットが用いられる。
(Fuel pellet)
The
（燃料棒の製造方法）
燃料棒の製造方法について、図面を参照して説明する。
図３は、本発明の燃料棒の製造工程の一例を示す図である。
(Fuel rod manufacturing method)
A fuel rod manufacturing method will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the manufacturing process of the fuel rod of the present invention.
図３に示されるように、燃料棒５の製造工程は、圧延工程（ステップＳ１０１）と、ペレット装荷工程（ステップＳ１０２）と、端栓接合工程（ステップＳ１０３）と、表面処理工程（ステップＳ１０４）と、耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）とを有する。
As shown in FIG. 3, the manufacturing process of the
圧延工程（ステップＳ１０１）は、ジルコニウム合金をピルガー圧延して、ジルコニウム合金体１０としてのジルコニウム合金管１０Ａを作製する工程である。
ペレット装荷工程（ステップＳ１０２）は、ジルコニウム合金管１０Ａ内に燃料ペレット３０を装荷する工程である。
The rolling process (step S101) is a process for producing a
The pellet loading process (step S102) is a process of loading the
端栓接合工程（ステップＳ１０３）は、燃料ペレット３０が装荷されたジルコニウム合金管１０Ａの端部に端栓４５、４５を接合して、燃料ペレット３０を封入する工程である。本工程により、燃料ペレット封入体５１が得られる。
The end plug joining step (step S103) is a step of sealing the
表面処理工程（ステップＳ１０４）は、燃料ペレット封入体５１を構成するジルコニウム合金管１０Ａの外表面に、研磨等の表面処理を行う工程である。
表面処理工程は、ジルコニウム合金管１０Ａの外表面に耐酸化皮膜２０を強固に付着させるために行われる。
The surface treatment step (step S104) is a step of performing a surface treatment such as polishing on the outer surface of the
The surface treatment step is performed to firmly attach the oxidation
耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）は、燃料ペレット封入体５１を構成するジルコニウム合金管１０Ａの外表面に耐酸化皮膜２０を形成する工程である。
The oxidation resistant film forming step (step S105) is a step of forming the oxidation
耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）において、ジルコニウム合金管１０Ａの外表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法としては、ＨＶＯＦ法（高速フレーム溶射法）、ディップコーティング法、スプレー法、またはＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）等が用いられる。
In the oxidation resistant film forming step (step S105), as a method of forming the oxidation
＜ＨＶＯＦ法＞
ＨＶＯＦ法とは、耐酸化皮膜２０の原料となる金属粒子を、高速でジルコニウム合金管１０Ａ等のジルコニウム合金体１０の表面に吹き付けて、ジルコニウム合金体１０の表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法である。
<HVOF method>
The HVOF method is a method of spraying metal particles as a raw material of the oxidation
図４は、ＨＶＯＦ法で耐酸化皮膜を形成する工程の一例を示す図である。
図４に示されるように、ＨＶＯＦ法では、耐酸化皮膜２０を形成する装置として、たとえば、金属粒子８１を噴射する高速スプレー装置７１が用いられる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a process for forming an oxidation resistant film by the HVOF method.
As shown in FIG. 4, in the HVOF method, for example, a high-
ＨＶＯＦ法では、高速スプレー装置７１を用い、耐酸化皮膜２０の原料となる金属粒子８１を、燃料ペレット封入体５１を構成するジルコニウム合金管１０Ａの外表面に高速で吹き付けることにより、ジルコニウム合金体１０の表面に、金属粒子８１を構成する金属からなる耐酸化皮膜２０が形成される。
ＨＶＯＦ法によれば、高密度な耐酸化皮膜２０を簡便に形成することができる。
In the HVOF method, the high
According to the HVOF method, the high-density oxidation
＜ディップコーティング法＞
ディップコーティング法とは、耐酸化皮膜２０の原料となるセラミクス粒子や金属粒子、またはセラミクス粒子や金属粒子の原料を含むスラリー中に、ジルコニウム合金管１０Ａ等のジルコニウム合金体１０を浸漬し、引き上げた後、乾燥させることにより、ジルコニウム合金体１０の表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法である。
<Dip coating method>
In the dip coating method, the
ここで、引き上げたジルコニウム合金体１０を乾燥させる方法としては、たとえば、大気中で加熱する方法、真空中で電子ピームを照射する方法等が挙げられる。
図５は、ディップコーティング法で耐酸化皮膜を形成する工程の一例を示す図である。
図５に示されるように、ディップコーティング法では、耐酸化皮膜２０を形成する浸漬装置７３として、たとえば、スラリー８２を収容する浸漬槽７４が用いられる。
Here, examples of a method for drying the pulled
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a process for forming an oxidation resistant film by a dip coating method.
As shown in FIG. 5, in the dip coating method, for example, a
ディップコーティング法による耐酸化皮膜２０の形成方法の具体例として、ＳｉＣからなる耐酸化皮膜２０の形成方法について説明する。はじめに、耐酸化皮膜２０を構成するＳｉＣの原料として、熱分解によってＳｉＣの前駆体となるポリカルボシランを用い、このポリカルボシランをヘキサン中に溶解してＳｉＣ粉末が懸濁したスラリー８２を作製する。
As a specific example of the method of forming the oxidation
次に、浸漬槽７４に収容したスラリー８２中に燃料ペレット封入体５１を浸漬し、引き上げた後、表面を２００℃以上に加熱することにより、ジルコニウム合金体１０の表面にＳｉＣからなる耐酸化皮膜２０を形成することができる。
ディップコーティング法によれば、高密度な耐酸化皮膜２０を簡便に形成することができる。
Next, the
According to the dip coating method, the high-density oxidation
＜スプレー法＞
スプレー法とは、耐酸化皮膜２０の原料となるセラミクス粒子や金属粒子、またはセラミクス粒子や金属粒子の原料を含むスラリーを、ジルコニウム合金管１０Ａ等のジルコニウム合金体１０の表面に吹き付け、乾燥させることにより、ジルコニウム合金体１０の表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法である。
<Spray method>
The spray method is to spray and dry the ceramic particles and metal particles that are the raw material of the oxidation
ここで、スラリーが噴霧されたジルコニウム合金体１０を乾燥させる方法としては、たとえば、大気中で加熱する方法、真空中で電子ピームを照射する方法等が挙げられる。
Here, examples of the method of drying the
図６は、スプレー法で耐酸化皮膜を形成する工程の一例を示す図である。
図６に示されるように、スプレー法では、耐酸化皮膜２０を形成する装置として、たとえば、スラリー８２を噴霧するスプレー装置７２が用いられる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a process of forming an oxidation resistant film by a spray method.
As shown in FIG. 6, in the spray method, for example, a
スプレー法による耐酸化皮膜２０の形成方法の具体例として、ＳｉＣからなる耐酸化皮膜２０の形成方法について説明する。はじめに、耐酸化皮膜２０を構成するＳｉＣの原料として、熱分解によってＳｉＣの前駆体となるポリカルボシランを用い、このポリカルボシランをヘキサン中に溶解してＳｉＣ粉末が懸濁したスラリー８２を作製する。
As a specific example of the method for forming the oxidation
次に、スプレー装置７２を用い、スラリー８２を、燃料ペレット封入体５１を構成するジルコニウム合金管１０Ａの外表面に噴霧し、表面を２００℃以上に加熱することにより、ジルコニウム合金体１０の表面にＳｉＣからなる耐酸化皮膜２０が形成される。
スプレー法によれば、膜厚の均一性が高く、高密度な耐酸化皮膜２０を簡便に形成することができる。
Next, the
According to the spray method, the uniformity of the film thickness is high, and the high-density oxidation
＜ＣＶＤ法＞
ＣＶＤ法とは、反応容器内にジルコニウム合金管１０Ａ等のジルコニウム合金体１０を配置し、ジルコニウム合金体１０を加熱するとともに、反応容器内に耐酸化皮膜２０を形成する原料ガスを供給することにより、ジルコニウム合金体１０の表面に、原料ガスが化学反応して生成される耐酸化皮膜２０を形成する方法である。
本発明では、反応容器内を真空にすることが好ましい。
<CVD method>
In the CVD method, a
In the present invention, the inside of the reaction vessel is preferably evacuated.
図７は、ＣＶＤ法で耐酸化皮膜を形成する工程の一例を示す図である。
図７に示されるように、ＣＶＤ法では、耐酸化皮膜２０を形成する装置として、たとえば、真空チャンバー７６と、真空チャンバー７６内に耐酸化皮膜２０を形成する原料ガス８３を供給するガス導入部７７と、真空チャンバー７６内から反応後のガス８４を排出するガス排出部７８とを備えた真空装置７５が用いられる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a process for forming an oxidation-resistant film by a CVD method.
As shown in FIG. 7, in the CVD method, as an apparatus for forming the oxidation
ＣＶＤ法による耐酸化皮膜２０の形成方法の具体例として、ＳｉＣからなる耐酸化皮膜２０の形成方法について説明する。はじめに、真空チャンバー７６内に燃料ペレット封入体５１を配置し、真空チャンバー７６内を１０−７Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気にする。
次に、耐酸化皮膜２０を構成するＳｉＣの原料ガス８３であるＣ３Ｈ８ガスとＳｉＨ４ガスとを、ガス導入部７７から真空チャンバー７６内に導入する。
As a specific example of the method for forming the oxidation
Next, C 3 H 8 gas and SiH 4 gas, which are
この状態で燃料ペレット封入体５１を加熱すると、Ｃ３Ｈ８ガスとＳｉＨ４ガスとが反応することにより、ジルコニウム合金体１０の表面にＳｉＣからなる耐酸化皮膜２０が形成される。
When the
上記のように圧延工程（ステップＳ１０１）、ペレット装荷工程（ステップＳ１０２）、端栓接合工程（ステップＳ１０３）、表面処理工程（ステップＳ１０４）、および耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）を行うことにより、燃料棒５を製造することができる。
By performing the rolling process (step S101), the pellet loading process (step S102), the end plug joining process (step S103), the surface treatment process (step S104), and the oxidation resistant film forming process (step S105) as described above. The
（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態として示した燃料棒５によれば、冷却材喪失時に燃料構造部材であるジルコニウム合金体１０から発生する水素量を抑制することにより、プラントの水素爆発の可能性を低減することができる。
(Effects of the first embodiment)
According to the
［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態である燃料構造部材としての燃料被覆管を示す斜視図である。図９は、図８のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a perspective view showing a fuel cladding tube as a fuel structural member according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
図８および図９に示されるように、燃料構造部材１としての燃料被覆管１Ａは、ジルコニウム合金体１０としてのジルコニウム合金管１０Ａと、ジルコニウム合金管１０Ａの表面に形成された耐酸化皮膜２０とを備える。
燃料被覆管１Ａは、ジルコニウム合金管１０Ａ内に、燃料ペレット３０が収容されるための空間４１が設けられる。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
The
燃料被覆管１Ａを構成するジルコニウム合金管１０Ａおよび耐酸化皮膜２０は、図１に第１の実施形態として示した燃料棒５を構成するジルコニウム合金管１０Ａおよび耐酸化皮膜２０と同じであるため、説明を省略する。
Since the
（燃料被覆管の製造方法）
燃料被覆管１Ａは、たとえば、図３に示される燃料棒の製造方法において、ペレット装荷工程（ステップＳ１０２）および端栓接合工程（ステップＳ１０３）を省略し、圧延工程（ステップＳ１０１）と、表面処理工程（ステップＳ１０４）と、耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）とを行うことにより、製造することができる。
(Fuel cladding tube manufacturing method)
For example, in the fuel rod manufacturing method shown in FIG. 3, the
なお、図３に示される燃料棒の製造方法の耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）は、燃料ペレット封入体５１を構成するジルコニウム合金管１０Ａの外表面に耐酸化皮膜２０を形成する工程である。
The oxidation resistant film forming step (step S105) of the fuel rod manufacturing method shown in FIG. 3 is a step of forming the oxidation
しかし、この耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）は、ジルコニウム合金管１０Ａの外表面のみに耐酸化皮膜２０を形成する工程であってもよいし、ジルコニウム合金管１０Ａの内外両表面に耐酸化皮膜２０を形成する工程であってもよい。
However, this oxidation resistant film forming step (step S105) may be a step of forming the oxidation
燃料被覆管１Ａに、図３に示される燃料棒の製造方法におけるペレット装荷工程（ステップＳ１０２）および端栓接合工程（ステップＳ１０３）を行うと、燃料棒を作製することができる。
When the pellet loading process (step S102) and the end plug joining process (step S103) in the fuel rod manufacturing method shown in FIG. 3 are performed on the
なお、この方法で作製される燃料棒は、耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）の後に端栓接合工程（ステップＳ１０３）を行って得られたものであるため、端栓４５、４５の接合部分の近傍の部分の耐酸化皮膜２０が十分な厚さでなくなる場合がある。耐酸化皮膜２０が十分な厚さでない場合は、耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）をさらに行う。
The fuel rod produced by this method is obtained by performing the end plug joining step (step S103) after the oxidation resistant film forming step (step S105). There is a case where the oxidation
（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態として示した燃料被覆管１Ａによれば、冷却材喪失時に燃料構造部材であるジルコニウム合金体１０から発生する水素量を抑制することにより、プラントの水素爆発の可能性を低減することができる。
(Effect of 2nd Embodiment)
According to the
［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態である燃料構造部材としての燃料チャンネルボックスを示す斜視図である。図１１は、図１０のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 10 is a perspective view showing a fuel channel box as a fuel structural member according to the third embodiment of the present invention. 11 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
図１０および図１１に示されるように、燃料構造部材１としての燃料チャンネルボックス１Ｂは、ジルコニウム合金体１０としてのジルコニウム合金ボックス１０Ｂと、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの表面に形成された耐酸化皮膜２０、２０とを備える。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
燃料チャンネルボックス１Ｂでは、耐酸化皮膜２０は、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に形成される。燃料チャンネルボックス１Ｂ内には、燃料棒、制御棒等が収容されるための空間４２が設けられる。
In the
（ジルコニウム合金ボックス）
ジルコニウム合金ボックス１０Ｂは、ジルコニウム合金を角筒状に作製したものである。ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの内部には、燃料棒、制御棒等が収容されるための空間４２が形成される。
(Zirconium alloy box)
The
ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの作製に用いられるジルコニウム合金は、図１に第１の実施形態として示した燃料棒５を構成するジルコニウム合金管１０Ａの作製に用いられるジルコニウム合金と同じであるため、説明を省略する。
The zirconium alloy used for manufacturing the
ジルコニウム合金ボックス１０Ｂは、たとえば、上記のジルコニウム合金からなるジルコニウム合金平板を冷間圧延後、焼鈍熱処理して焼鈍されたジルコニウム合金平板を作製し、この焼鈍されたジルコニウム合金平板を成形加工して断面コの字状のジルコニウム合金成形部材を作製し、２個のジルコニウム合金成形部材の凹部空間同士を向かい合わせつつ、２個のジルコニウム合金成形部材の端部同士を溶接することにより得られる。
The
（耐酸化皮膜）
耐酸化皮膜２０は、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に形成される。耐酸化皮膜２０は、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂが高温水に接しないように緻密に形成される。
(Oxidation resistant film)
The oxidation
燃料チャンネルボックス１Ｂを構成する耐酸化皮膜２０の材質は、図１に第１の実施形態として示した燃料棒５を構成する耐酸化皮膜２０の材質と同じであるため、説明を省略する。
The material of the oxidation
（燃料チャンネルボックス１Ｂの製造方法）
燃料チャンネルボックス１Ｂの製造方法について、図面を参照して説明する。
図１２は、本発明の燃料チャンネルボックスの製造工程の一例を示す図である。
(Manufacturing method of
A method for manufacturing the
FIG. 12 is a diagram showing an example of the manufacturing process of the fuel channel box of the present invention.
図１２に示されるように、燃料チャンネルボックス１Ｂの製造工程は、圧延工程（ステップＳ２０１）と、焼鈍工程（ステップＳ２０２）と、成形加工工程（ステップＳ２０３）と、溶接工程（ステップＳ２０４）と、熱処理工程（ステップＳ２０５）と、表面処理工程（ステップＳ２０６）と、耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ２０７）とを有する。
As shown in FIG. 12, the manufacturing process of the
圧延工程（ステップＳ１０１）は、ジルコニウム合金を圧延して、ジルコニウム合金平板１１を作製する工程である。
The rolling step (step S101) is a step of rolling the zirconium alloy to produce the zirconium alloy
焼鈍工程（ステップＳ２０２）は、ジルコニウム合金平板１１を焼鈍して、焼鈍されたジルコニウム合金平板１２を作製する工程である。
An annealing process (step S202) is a process of producing the annealed zirconium alloy
成形加工工程（ステップＳ２０３）は、焼鈍されたジルコニウム合金平板１２を成形加工して、断面がコの字状のジルコニウム合金成形部材１３を作製する工程である。
The forming process (step S203) is a process in which the annealed zirconium alloy
溶接工程（ステップＳ２０４）は、２個のジルコニウム合金成形部材１３、１３の凹部空間同士を向かい合わせつつ、２個のジルコニウム合金成形部材１３、１３の端部同士を溶接部１５で溶接して、角筒状のジルコニウム合金ボックス１０Ｂを作製する工程である。
In the welding process (step S204), the end portions of the two zirconium alloy molded
熱処理工程（ステップＳ２０５）は、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂを熱処理する工程である。熱処理工程は、溶接残留応力を緩和するために行われる。
The heat treatment step (step S205) is a step of heat treating the
表面処理工程（ステップＳ２０６）は、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に、研磨等の表面処理を行う工程である。
表面処理工程は、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に耐酸化皮膜２０を強固に付着させるために行われる。
The surface treatment step (step S206) is a step of performing surface treatment such as polishing on the outer surface and the inner surface of the
The surface treatment process is performed to firmly attach the oxidation
耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ２０７）は、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に耐酸化皮膜２０を形成する工程である。
The oxidation resistant film forming step (step S207) is a step of forming the oxidation
耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ２０７）において、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法としては、図１に第１の実施形態として示した燃料棒５を製造する燃料棒の製造方法の耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）において、ジルコニウム合金管１０Ａの外表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法と同じ方法を用いることができる。
As a method of forming the oxidation
すなわち、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法として、ＨＶＯＦ法、ディップコーティング法、スプレー法、またはＣＶＤ法等を用いることができる。
That is, as a method for forming the oxidation
ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に耐酸化皮膜２０を形成する方法としてのＨＶＯＦ法、ディップコーティング法、スプレー法、またはＣＶＤ法は、図１に第１の実施形態として示した燃料棒５を製造する燃料棒の製造方法の耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ１０５）における方法と同じであるため、説明を省略する。
本工程で、ジルコニウム合金ボックス１０Ｂの外表面および内表面に耐酸化皮膜２０を形成することにより、燃料チャンネルボックス１Ｂが作製される。
The HVOF method, the dip coating method, the spray method, or the CVD method as a method for forming the oxidation
In this step, the
上記のように圧延工程（ステップＳ２０１）、焼鈍工程（ステップＳ２０２）、成形加工工程（ステップＳ２０３）、溶接工程（ステップＳ２０４）、熱処理工程（ステップＳ２０５）、表面処理工程（ステップＳ２０６）、および耐酸化皮膜形成工程（ステップＳ２０７）を行うことにより、燃料チャンネルボックス１Ｂを製造することができる。
As described above, rolling process (step S201), annealing process (step S202), forming process (step S203), welding process (step S204), heat treatment process (step S205), surface treatment process (step S206), and acid resistance By performing the chemical conversion film forming step (step S207), the
（第３の実施形態の効果）
第３の実施形態として示した燃料チャンネルボックス１Ｂによれば、冷却材喪失時に燃料構造部材であるジルコニウム合金体１０から発生する水素量を抑制することにより、プラントの水素爆発の可能性を低減することができる。
(Effect of the third embodiment)
According to the
なお、上記実施形態においては燃料被覆管、燃料チャンネルボックスを例として示したが、燃料棒の水平方向を所定の間隔で支持するスペーサについても本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the fuel cladding tube and the fuel channel box are shown as examples. However, the present invention can also be applied to a spacer that supports the horizontal direction of the fuel rods at a predetermined interval.
さらに本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Further, although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１ 燃料構造部材
１Ａ 燃料被覆管（燃料構造部材）
１Ｂ 燃料チャンネルボックス（燃料構造部材）
５ 燃料棒
１０ ジルコニウム合金体
１０Ａ ジルコニウム合金管（ジルコニウム合金体）
１０Ｂ ジルコニウム合金ボックス（ジルコニウム合金体）
１１ ジルコニウム合金平板
１２ 焼鈍されたジルコニウム合金平板
１３ ジルコニウム合金成形部材
１５ 溶接部
２０ 耐酸化皮膜
３０ 燃料ペレット
４１、４２ 空間
４５ 端栓
５１ 燃料ペレット封入体
７１ 高速スプレー装置
７２ スプレー装置
７３ 浸漬装置
７４ 浸漬槽
７５ 真空装置
７６ 真空チャンバー
７７ ガス導入部
７８ ガス排出部
８１ 金属粒子
８２ スラリー
８３ 原料ガス
８４ 反応後のガス
1 Fuel
1B Fuel channel box (fuel structure member)
5
10B Zirconium alloy box (zirconium alloy body)
11 Zirconium alloy
Claims (14)
このジルコニウム合金体の表面に形成された耐酸化皮膜と、
を備えることを特徴とする燃料構造部材。 Zirconium alloy containing zirconium as a main component and containing tin, iron, chromium and nickel, or zirconium alloy containing zirconium as a main component and containing zirconium, tin, iron and niobium,
An oxidation-resistant film formed on the surface of the zirconium alloy body,
A fuel structure member comprising:
前記ジルコニウム合金体は、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄、クロムおよびニッケルを含むジルコニウム合金、または、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄およびニオブを含むジルコニウム合金を、ピルガー圧延して得られたジルコニウム合金管であり、
前記耐酸化皮膜は、前記ジルコニウム合金管の外表面に形成されたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の燃料構造部材。 The fuel structural member is a fuel cladding;
The zirconium alloy body is obtained by pilger rolling a zirconium alloy containing zirconium as a main component and containing tin, iron, chromium and nickel, or a zirconium alloy containing zirconium as a main component and containing tin, iron and niobium. Zirconium alloy pipe,
The fuel structure member according to any one of claims 1 to 9, wherein the oxidation resistant film is formed on an outer surface of the zirconium alloy tube.
前記ジルコニウム合金は、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄、クロムおよびニッケルを含むジルコニウム合金、または、ジルコニウムを主成分として含み、錫、鉄およびニオブを含むジルコニウム合金を、冷間圧延後、焼鈍熱処理して得られた角筒状のジルコニウム合金ボックスであり、
前記耐酸化皮膜は、前記ジルコニウム合金ボックスの表面に形成されたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の燃料構造部材。 The fuel structural member is a fuel channel box;
The zirconium alloy includes zirconium as a main component and includes a zirconium alloy including tin, iron, chromium, and nickel, or a zirconium alloy that includes zirconium as a main component and includes tin, iron, and niobium after cold rolling and annealing. It is a rectangular tube-shaped zirconium alloy box obtained by heat treatment,
The fuel structure member according to any one of claims 1 to 9, wherein the oxidation-resistant film is formed on a surface of the zirconium alloy box.
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