JPH0126039B2 - - Google Patents
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- JPH0126039B2 JPH0126039B2 JP58173715A JP17371583A JPH0126039B2 JP H0126039 B2 JPH0126039 B2 JP H0126039B2 JP 58173715 A JP58173715 A JP 58173715A JP 17371583 A JP17371583 A JP 17371583A JP H0126039 B2 JPH0126039 B2 JP H0126039B2
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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
Landscapes
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は例えばヘリウムガス冷却型原子炉など
に用いられる構造用炭素材料に関する。
に用いられる構造用炭素材料に関する。
例えばヘリウムガス冷却型原子炉などでは、炉
心出口温度が700〜1000℃の高温となるため、炉
内の構造材料は、主としてこのような高温におい
ても良好な安定性を保つことができる黒鉛材料が
用いられるのが普通である。第１図はヘリウムガ
ス冷却型原子炉の一種である高温ガス炉の炉心構
造を示した縦断面図である。炉心構造は第１図に
示すように制御ブロツクCBと、これを囲む標準
燃料ブロツクFBとが組合せ配置され、これらの
外周に可動反射体ブロツクMRと固定反射体ブロ
ツクSR、さらにその外周にコアバレルＢが設け
られ、固定反射体ブロツクSRを炉心拘束腕CBA
によつてコアバレルＢに固定し、全体が圧力容器
PVで取り囲まれている。このような構成からな
る炉心構造体において制御ブロツクCBと標準燃
料ブロツクFBにより形成される燃料取り扱い領
域内の燃料は各ブロツクの中心上に設けたスタン
ドパイプSPを通じて出し入れされる。また標準
燃料ブロツクFBは第１図に示すように十数段に
積み上げられてコラムを形成している。この標準
燃料ブロツクFBと可動反射体ブロツクMRおよ
び固定反射体ブロツクSRはそれぞれ黒鉛が用い
られる。
心出口温度が700〜1000℃の高温となるため、炉
内の構造材料は、主としてこのような高温におい
ても良好な安定性を保つことができる黒鉛材料が
用いられるのが普通である。第１図はヘリウムガ
ス冷却型原子炉の一種である高温ガス炉の炉心構
造を示した縦断面図である。炉心構造は第１図に
示すように制御ブロツクCBと、これを囲む標準
燃料ブロツクFBとが組合せ配置され、これらの
外周に可動反射体ブロツクMRと固定反射体ブロ
ツクSR、さらにその外周にコアバレルＢが設け
られ、固定反射体ブロツクSRを炉心拘束腕CBA
によつてコアバレルＢに固定し、全体が圧力容器
PVで取り囲まれている。このような構成からな
る炉心構造体において制御ブロツクCBと標準燃
料ブロツクFBにより形成される燃料取り扱い領
域内の燃料は各ブロツクの中心上に設けたスタン
ドパイプSPを通じて出し入れされる。また標準
燃料ブロツクFBは第１図に示すように十数段に
積み上げられてコラムを形成している。この標準
燃料ブロツクFBと可動反射体ブロツクMRおよ
び固定反射体ブロツクSRはそれぞれ黒鉛が用い
られる。
一方このような炉心構造体においては、冷却ガ
スは圧力容器PVの底部に接続された入口管IPか
ら導入され、炉心の周囲、すなわち制御ブロツク
CB、標準燃料ブロツクFBおよび反射体ブロツク
MR、SRなどからなる炉心ブロツクと圧力容器
PVとの間〓を上方へ流れ、次いで炉心ブロツク
の上部から標準燃料ブロツクFB中に設けられた
冷却材流路を流下し、約1000℃の高温に昇温さ
れ、炉心の下方においてこれを支えている高温プ
レナムHPに集まり、その後炉床部RFに接続され
た出口管OPを介して、炉外すなわち圧力容器PV
の外部へ流出するように構成されている。
スは圧力容器PVの底部に接続された入口管IPか
ら導入され、炉心の周囲、すなわち制御ブロツク
CB、標準燃料ブロツクFBおよび反射体ブロツク
MR、SRなどからなる炉心ブロツクと圧力容器
PVとの間〓を上方へ流れ、次いで炉心ブロツク
の上部から標準燃料ブロツクFB中に設けられた
冷却材流路を流下し、約1000℃の高温に昇温さ
れ、炉心の下方においてこれを支えている高温プ
レナムHPに集まり、その後炉床部RFに接続され
た出口管OPを介して、炉外すなわち圧力容器PV
の外部へ流出するように構成されている。
上記のガス流路に対して問題となるのは、高温
プレナムHPの下方に位置する炉床部RFは上部は
約1000℃の出口ガスに接するのに対し、下部では
約400℃の入入口ガスに接しているので炉床部RF
の上下面に約600℃の温度差が生じていることで
あり、ここを通過する熱流束が大きい場合は、出
口ガス温度の低下や入口ガス温度の上昇が誘起さ
れることにより、原子炉内の伝熱流動特性の変動
や炉床部近傍の構造物の健全性を損うおそれがあ
る。
プレナムHPの下方に位置する炉床部RFは上部は
約1000℃の出口ガスに接するのに対し、下部では
約400℃の入入口ガスに接しているので炉床部RF
の上下面に約600℃の温度差が生じていることで
あり、ここを通過する熱流束が大きい場合は、出
口ガス温度の低下や入口ガス温度の上昇が誘起さ
れることにより、原子炉内の伝熱流動特性の変動
や炉床部近傍の構造物の健全性を損うおそれがあ
る。
この対策として炉床部の材料には、黒鉛より熱
伝導率の小さい炭素が用いられる。周知のように
炭素は最終焼成温度が通常800〜1300℃であり、
2500〜3000℃で焼成される黒鉛に比べて黒鉛化が
進行せず結晶化が十分行われていないので結晶構
造的に不完全な材料である。炭素はこの結晶構造
の不完全さのために黒鉛よりも熱伝導率が小さく
なるが、同時に結晶構造の不完全さに基づく欠隔
が酸化反応における活性点となる。すなわち炭素
と雰囲気ガスとの酸化反応は、活性点に吸着した
酸素がCOやCO2として脱離することにより行わ
れるのであるが、炭素は黒鉛に比べて活性点が多
いために雰囲気ガスによる酸化反応速度が大きく
なり、その値は炭素は黒鉛の10〜100倍にもなる
という欠点を有している。
伝導率の小さい炭素が用いられる。周知のように
炭素は最終焼成温度が通常800〜1300℃であり、
2500〜3000℃で焼成される黒鉛に比べて黒鉛化が
進行せず結晶化が十分行われていないので結晶構
造的に不完全な材料である。炭素はこの結晶構造
の不完全さのために黒鉛よりも熱伝導率が小さく
なるが、同時に結晶構造の不完全さに基づく欠隔
が酸化反応における活性点となる。すなわち炭素
と雰囲気ガスとの酸化反応は、活性点に吸着した
酸素がCOやCO2として脱離することにより行わ
れるのであるが、炭素は黒鉛に比べて活性点が多
いために雰囲気ガスによる酸化反応速度が大きく
なり、その値は炭素は黒鉛の10〜100倍にもなる
という欠点を有している。
例えば、黒鉛および炭素材料の空気による酸化
反応速度の温度依存性を示すと、一般的な傾向と
して第２図のごとくなる。但し酸化速度の値は黒
鉛、炭素材料の銘柄や雰囲気条件などにより異な
るものである。
反応速度の温度依存性を示すと、一般的な傾向と
して第２図のごとくなる。但し酸化速度の値は黒
鉛、炭素材料の銘柄や雰囲気条件などにより異な
るものである。
第２図からも炭素材料の方が黒鉛材料より酸化
速度が大きいことがわかるが、第２図におけるそ
れぞれの曲線には屈曲点を有しており、図中にこ
の屈曲点で形成される領域を１、２、３の記号を
付して表わしている。黒鉛材料や炭素材料の酸化
反応は三つの過程に分けて考えることができ、こ
の関係を表わした第３図の模式的説明図に第２図
と対応して１、２、３の同一記号の領域を示して
ある。第３図におけるＡは黒鉛または炭素材料、
Ｂは境界層を表わす。この酸化過程を第２図、第
３図を併用して説明すると、１領域の過程は第３
図における材料表面を空気が流れるときに、材料
表面と材料表面近傍に停滞する空気との境界層に
おける酸素の拡散であり、２領域の過程は材料に
存在する気孔内の酸素の拡散、３領域の過程は材
料の活性点と酸素との化学反応である。
速度が大きいことがわかるが、第２図におけるそ
れぞれの曲線には屈曲点を有しており、図中にこ
の屈曲点で形成される領域を１、２、３の記号を
付して表わしている。黒鉛材料や炭素材料の酸化
反応は三つの過程に分けて考えることができ、こ
の関係を表わした第３図の模式的説明図に第２図
と対応して１、２、３の同一記号の領域を示して
ある。第３図におけるＡは黒鉛または炭素材料、
Ｂは境界層を表わす。この酸化過程を第２図、第
３図を併用して説明すると、１領域の過程は第３
図における材料表面を空気が流れるときに、材料
表面と材料表面近傍に停滞する空気との境界層に
おける酸素の拡散であり、２領域の過程は材料に
存在する気孔内の酸素の拡散、３領域の過程は材
料の活性点と酸素との化学反応である。
第２図の曲線において温度が上昇するにしたが
つて、３、２、１の順にそれぞれの過程が全体の
反応の律速過程となることが知られており、炭素
材料の反応速度の温度依存性は550℃で折れ曲り
が認められるが、それ以上の温度では２、それよ
り低い温度では３の過程に律速される。同様に
700℃付近でも折れ曲りが認められるが、これ以
上の温度では１の過程が律速となる。黒鉛材料の
反応速度は、炭素材料よりも小さいが、特性曲線
は炭素材料と同様の原因による折れ曲りが見られ
る。
つて、３、２、１の順にそれぞれの過程が全体の
反応の律速過程となることが知られており、炭素
材料の反応速度の温度依存性は550℃で折れ曲り
が認められるが、それ以上の温度では２、それよ
り低い温度では３の過程に律速される。同様に
700℃付近でも折れ曲りが認められるが、これ以
上の温度では１の過程が律速となる。黒鉛材料の
反応速度は、炭素材料よりも小さいが、特性曲線
は炭素材料と同様の原因による折れ曲りが見られ
る。
ヘリウムガス冷却型原子炉内の雰囲気は通常運
転中はヘリウムガスである。ヘリウムガスは不活
性であるから、ヘリウムガス自体が直接黒鉛や炭
素材料と反応することはないが、ヘリウムガス中
に含まれる微量の酸化性不純物例えばH2O、
CO2、O2などにより、炉内の黒鉛、炭素材料は酸
化腐食される可能性がある。また、例えば一次冷
却ガス回路の破断などの事故により、炉外から空
気が侵入した場合には空気中の酸素により、炉内
の黒鉛、炭素材料は激しい酸化腐食を受けるが、
炉床部材料に炭素を使用したときには、前述のよ
うに炭素材料は黒鉛よりも酸化反応速度が大きい
ために、とくに激しく酸化腐食されることにな
る。腐食された炭素材料の強度が低下することに
より、炉心荷重を支持できなくなると、炉心全体
が崩壊するという危検性が生じ、これは原子炉の
安全性の点で極めて大きな問題である。
転中はヘリウムガスである。ヘリウムガスは不活
性であるから、ヘリウムガス自体が直接黒鉛や炭
素材料と反応することはないが、ヘリウムガス中
に含まれる微量の酸化性不純物例えばH2O、
CO2、O2などにより、炉内の黒鉛、炭素材料は酸
化腐食される可能性がある。また、例えば一次冷
却ガス回路の破断などの事故により、炉外から空
気が侵入した場合には空気中の酸素により、炉内
の黒鉛、炭素材料は激しい酸化腐食を受けるが、
炉床部材料に炭素を使用したときには、前述のよ
うに炭素材料は黒鉛よりも酸化反応速度が大きい
ために、とくに激しく酸化腐食されることにな
る。腐食された炭素材料の強度が低下することに
より、炉心荷重を支持できなくなると、炉心全体
が崩壊するという危検性が生じ、これは原子炉の
安全性の点で極めて大きな問題である。
第４図はヘリウムガス冷却型原子炉に従来用い
られている代表的炭素材料の酸化減量と圧縮強度
の関係を示したものである。この炭素材料は原料
に黒鉛化の進んだ粒子を用いて炭素質の給合剤で
焼結したものである。この種の材料は酸化を受け
たとき、黒鉛化の進んでいない給合剤の部分が優
先的に酸化されるために、比較的小さな酸化減量
でも圧縮強度の減少が著しく、第４図にみられる
ように約25％酸化されると圧縮強度は殆どゼロと
なる。炭素材料としては、この他に黒鉛質の粒子
を含まないものもあるが、このような材料では酸
化速度がさらに大きい。
られている代表的炭素材料の酸化減量と圧縮強度
の関係を示したものである。この炭素材料は原料
に黒鉛化の進んだ粒子を用いて炭素質の給合剤で
焼結したものである。この種の材料は酸化を受け
たとき、黒鉛化の進んでいない給合剤の部分が優
先的に酸化されるために、比較的小さな酸化減量
でも圧縮強度の減少が著しく、第４図にみられる
ように約25％酸化されると圧縮強度は殆どゼロと
なる。炭素材料としては、この他に黒鉛質の粒子
を含まないものもあるが、このような材料では酸
化速度がさらに大きい。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであ
り、その目的はガス冷却型原子炉へ空気が侵入し
た際に、炉床部の健全性を確保できる酸化性ガス
との反応速度の低い炉床部用炭素材を提供するこ
とにある。
り、その目的はガス冷却型原子炉へ空気が侵入し
た際に、炉床部の健全性を確保できる酸化性ガス
との反応速度の低い炉床部用炭素材を提供するこ
とにある。
本発明の炭素材料は表面に酸化性ガスの拡散を
抑制するSiC皮膜を備えたものである。
抑制するSiC皮膜を備えたものである。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
前述した従来の炭素材料、すなわち黒鉛化の進
んだ粒子を炭素質結合剤で焼結した炭素材料を用
いてこの表面に例えば分子構造式でボロンを含有
したボロンシロキサンポリマーを塗布し、さらに
1000〜1300℃で焼成することにより、炭素表面に
50〜200μｍのSiC皮膜を形成する。このSiC皮膜
は気孔を有し、炭素材料への酸化性ガスの拡散を
完全に防止することはできない。しかしながら酸
化性の拡散によりSiCが酸化されてSiO2が生成
し、このSiO2がSiC層の気孔を閉塞するので、そ
の後はSiC層内への酸化性ガスの拡散は進行せ
ず、このようにして炭素材料の酸化反応は抑止さ
れる。このSiC皮膜を備えた炭素材料の酸化反応
速度曲線を第５図に示す。第５図にはSiC皮膜を
設けてない原材料のままのもの、すなわち第２図
にも示してある炭素材料についても比較のために
点線で再掲してある。第５図からわかるように、
炭素材料表面にSiC皮膜を設けることにより、前
述した三つの酸化過程のうち、高温で律速される
２の過程の酸化速度を減少させることができる。
んだ粒子を炭素質結合剤で焼結した炭素材料を用
いてこの表面に例えば分子構造式でボロンを含有
したボロンシロキサンポリマーを塗布し、さらに
1000〜1300℃で焼成することにより、炭素表面に
50〜200μｍのSiC皮膜を形成する。このSiC皮膜
は気孔を有し、炭素材料への酸化性ガスの拡散を
完全に防止することはできない。しかしながら酸
化性の拡散によりSiCが酸化されてSiO2が生成
し、このSiO2がSiC層の気孔を閉塞するので、そ
の後はSiC層内への酸化性ガスの拡散は進行せ
ず、このようにして炭素材料の酸化反応は抑止さ
れる。このSiC皮膜を備えた炭素材料の酸化反応
速度曲線を第５図に示す。第５図にはSiC皮膜を
設けてない原材料のままのもの、すなわち第２図
にも示してある炭素材料についても比較のために
点線で再掲してある。第５図からわかるように、
炭素材料表面にSiC皮膜を設けることにより、前
述した三つの酸化過程のうち、高温で律速される
２の過程の酸化速度を減少させることができる。
なお炭素材料にSiC被膜を形成する方法には、
上述のボロンシロキサンポリマーを塗布し焼成す
る方法に限ることなく、下記反応による化学蒸着
法を用いてもよい。
上述のボロンシロキサンポリマーを塗布し焼成す
る方法に限ることなく、下記反応による化学蒸着
法を用いてもよい。
SiCl4＋C6E5CH3＋H2
1300〜2000℃
―――――――→
SiC＋HCl
CH3SiCl31400℃
――――→
SiC＋3HCl
化学蒸着法によれば形成されるSiCの膜厚は数
μｍが限度であるが膜質が緻密であるから酸化性
ガスの拡散を抑制するのに有効である。但しこの
方法では炭素材料の黒鉛化が進行しないようにで
きる限り処理温度を低くして行うことが必要であ
る。
μｍが限度であるが膜質が緻密であるから酸化性
ガスの拡散を抑制するのに有効である。但しこの
方法では炭素材料の黒鉛化が進行しないようにで
きる限り処理温度を低くして行うことが必要であ
る。
また出発材料は炭素のみからなるものを用いて
もよいことは勿論である。
もよいことは勿論である。
以上実施例で説明したごとく、ガス冷却型原子
炉の炉床部にSiC皮膜を表面に設けた炭素材料を
用いることにより、原子炉内への空気の侵入など
重大事故に際しても、炉床部材料が空気により酸
化されて強度が低下し炉心崩壊という危検性を防
ぎ、原子炉の安全運転を維持できるものである。
本発明によれば第５図に示した特性曲線の比較か
ら明らかなように、特に550℃以上の高温におけ
る炭素材料の酸化反応速度を著しく改善している
点に大きな効果を有するものである。
炉の炉床部にSiC皮膜を表面に設けた炭素材料を
用いることにより、原子炉内への空気の侵入など
重大事故に際しても、炉床部材料が空気により酸
化されて強度が低下し炉心崩壊という危検性を防
ぎ、原子炉の安全運転を維持できるものである。
本発明によれば第５図に示した特性曲線の比較か
ら明らかなように、特に550℃以上の高温におけ
る炭素材料の酸化反応速度を著しく改善している
点に大きな効果を有するものである。
第１図はヘリウムガス冷却型原子炉の炉心構造
を示す縦断面図、第２図は黒鉛および炭素材料の
空気による酸化反応速度の温度依存性を示す線
図、第３図は黒鉛または炭素材料の酸化反応過程
を表わす模式的説明図、第４図は代表的炭素材料
の酸化減量と圧縮強度の関係を表わす線図、第５
図は本発明のSiC皮膜を設けた炭素材料と従来の
炭素材料との酸化反応速度の比較を示した線図で
ある。 PB……高温プレナムブロツク、HP……高温プ
レナム、RF……炉床部、IP……入口管、OP……
出口管。
を示す縦断面図、第２図は黒鉛および炭素材料の
空気による酸化反応速度の温度依存性を示す線
図、第３図は黒鉛または炭素材料の酸化反応過程
を表わす模式的説明図、第４図は代表的炭素材料
の酸化減量と圧縮強度の関係を表わす線図、第５
図は本発明のSiC皮膜を設けた炭素材料と従来の
炭素材料との酸化反応速度の比較を示した線図で
ある。 PB……高温プレナムブロツク、HP……高温プ
レナム、RF……炉床部、IP……入口管、OP……
出口管。
Claims (1)
- １ 表面にSiC被膜が設けられた炭素材料からな
ることを特徴とするガス冷却型原子炉の炉床部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173715A JPS6066185A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | ガス冷却型原子炉の炉床部 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173715A JPS6066185A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | ガス冷却型原子炉の炉床部 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6066185A JPS6066185A (ja) | 1985-04-16 |
| JPH0126039B2 true JPH0126039B2 (ja) | 1989-05-22 |
Family
ID=15965787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58173715A Granted JPS6066185A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | ガス冷却型原子炉の炉床部 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6066185A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003050642A (ja) | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Nec Corp | 携帯型情報端末装置 |
| JP2008103935A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Funai Electric Co Ltd | スピーカボックス |
-
1983
- 1983-09-20 JP JP58173715A patent/JPS6066185A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6066185A (ja) | 1985-04-16 |
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