JPH1090453A - 核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁およびダイバータ板 - Google Patents
核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁およびダイバータ板Info
- Publication number
- JPH1090453A JPH1090453A JP8243280A JP24328096A JPH1090453A JP H1090453 A JPH1090453 A JP H1090453A JP 8243280 A JP8243280 A JP 8243280A JP 24328096 A JP24328096 A JP 24328096A JP H1090453 A JPH1090453 A JP H1090453A
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- JP
- Japan
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- carbon fiber
- fiber reinforced
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- carbon
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-
- 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
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 核融合装置のプラズマに面して設置される耐
熱衝撃性に優れた第一壁およびダイバータ板を提供す
る。 【解決手段】 一方向炭素繊維強化材料および三方向炭
素繊維強化材料が厚み方向に積層された炭素繊維強化炭
素複合材料であって、実質的に厚み方向に配向している
炭素繊維が厚み方向に連続していることにより該炭素繊
維強化炭素複合材料が一体的に構成されており、該一方
向炭素繊維強化部に隣接しかつ該一方向炭素繊維強化部
の厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属が接合され
ているかまたは該三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部
に金属管が埋設されている炭素繊維強化炭素複合材料を
主たる構成材料とした核融合装置のプラズマに面して設
置される第一壁およびダイバータ板。
熱衝撃性に優れた第一壁およびダイバータ板を提供す
る。 【解決手段】 一方向炭素繊維強化材料および三方向炭
素繊維強化材料が厚み方向に積層された炭素繊維強化炭
素複合材料であって、実質的に厚み方向に配向している
炭素繊維が厚み方向に連続していることにより該炭素繊
維強化炭素複合材料が一体的に構成されており、該一方
向炭素繊維強化部に隣接しかつ該一方向炭素繊維強化部
の厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属が接合され
ているかまたは該三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部
に金属管が埋設されている炭素繊維強化炭素複合材料を
主たる構成材料とした核融合装置のプラズマに面して設
置される第一壁およびダイバータ板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属が接合されてい
るかあるいは金属管が埋設されている炭素繊維強化炭素
複合材料を主たる構成材料とした核融合装置のプラズマ
に面して設置される第一壁およびダイバータ板に関す
る。
るかあるいは金属管が埋設されている炭素繊維強化炭素
複合材料を主たる構成材料とした核融合装置のプラズマ
に面して設置される第一壁およびダイバータ板に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維強化炭素複合材料は、軽量であ
りながら高強度、高弾性率など、強度特性に優れるだけ
でなく、高熱伝導率、低熱膨張率など熱的特性に優れ、
核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁および
ダイバータ板への適用が進んでいる。炭素繊維強化炭素
複合材料を繊維強化構造からみると、一方向強化材、織
物積層二方向強化材、フェルト強化材、三方向強化材な
どがある。一方向強化材は繊維強化方向の熱伝導率が高
く、また繊維強化方向と直角方向の熱膨張係数が大きい
ため熱膨張係数の異なる金属との接合も比較的容易であ
るが、繊維強化方向と直角方向の強度が著しく小さく、
加工性あるいは使用形態に大きな制限がある。織物積層
二方向強化材は、最大熱伝導率が一方向材より劣り、ま
た層間剪断強度が小さい。フェルト強化材は比較等方的
な熱的性質を示すものの、連続繊維を用いていないため
熱伝導率が小さい。また三方向強化材はより等方的であ
り、熱伝導率も大きく利用可能であるが、全ての方向で
熱膨張係数が小さくなるため、金属との接合において難
点がある。
りながら高強度、高弾性率など、強度特性に優れるだけ
でなく、高熱伝導率、低熱膨張率など熱的特性に優れ、
核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁および
ダイバータ板への適用が進んでいる。炭素繊維強化炭素
複合材料を繊維強化構造からみると、一方向強化材、織
物積層二方向強化材、フェルト強化材、三方向強化材な
どがある。一方向強化材は繊維強化方向の熱伝導率が高
く、また繊維強化方向と直角方向の熱膨張係数が大きい
ため熱膨張係数の異なる金属との接合も比較的容易であ
るが、繊維強化方向と直角方向の強度が著しく小さく、
加工性あるいは使用形態に大きな制限がある。織物積層
二方向強化材は、最大熱伝導率が一方向材より劣り、ま
た層間剪断強度が小さい。フェルト強化材は比較等方的
な熱的性質を示すものの、連続繊維を用いていないため
熱伝導率が小さい。また三方向強化材はより等方的であ
り、熱伝導率も大きく利用可能であるが、全ての方向で
熱膨張係数が小さくなるため、金属との接合において難
点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来の繊維強化複合材料が有する不利な点を改善す
ることにあり、特に繊維強化複合材料の内部と外部表面
とで繊維強化次元を変化させ、繊維強化複合材料の内部
と外部表面とで機械的物性や熱的物性が異なる繊維強化
複合材料を用いてなる核融合装置のプラズマに面して設
置される第一壁およびダイバータ板を提供することにあ
る。
した従来の繊維強化複合材料が有する不利な点を改善す
ることにあり、特に繊維強化複合材料の内部と外部表面
とで繊維強化次元を変化させ、繊維強化複合材料の内部
と外部表面とで機械的物性や熱的物性が異なる繊維強化
複合材料を用いてなる核融合装置のプラズマに面して設
置される第一壁およびダイバータ板を提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第一は一方向炭
素繊維強化材料および三方向炭素繊維強化材料が厚み方
向に積層された炭素繊維強化炭素複合材料であって、実
質的に厚み方向に配向している炭素繊維が厚み方向に連
続していることにより該炭素繊維強化炭素複合材料が一
体的に構成されており、該一方向炭素繊維強化部に隣接
しかつ該一方向炭素繊維強化部の厚み方向と実質的に直
角をなす片面に金属が接合されている炭素繊維強化炭素
複合材料を主たる構成材料とした核融合装置のプラズマ
に面して設置される第一壁およびダイバータ板に関す
る。さらに本発明の第二は一方向炭素繊維強化材料およ
び三方向炭素繊維強化材料が厚み方向に積層された炭素
繊維強化炭素複合材料であって、実質的に厚み方向に配
向している炭素繊維が厚み方向に連続していることによ
り該炭素繊維強化炭素複合材料が一体的に構成されてお
り、該三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部に金属管が
埋設されている炭素繊維強化炭素複合材料を主たる構成
材料とした核融合装置のプラズマに面して設置される第
一壁およびダイバータ板に関する。
素繊維強化材料および三方向炭素繊維強化材料が厚み方
向に積層された炭素繊維強化炭素複合材料であって、実
質的に厚み方向に配向している炭素繊維が厚み方向に連
続していることにより該炭素繊維強化炭素複合材料が一
体的に構成されており、該一方向炭素繊維強化部に隣接
しかつ該一方向炭素繊維強化部の厚み方向と実質的に直
角をなす片面に金属が接合されている炭素繊維強化炭素
複合材料を主たる構成材料とした核融合装置のプラズマ
に面して設置される第一壁およびダイバータ板に関す
る。さらに本発明の第二は一方向炭素繊維強化材料およ
び三方向炭素繊維強化材料が厚み方向に積層された炭素
繊維強化炭素複合材料であって、実質的に厚み方向に配
向している炭素繊維が厚み方向に連続していることによ
り該炭素繊維強化炭素複合材料が一体的に構成されてお
り、該三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部に金属管が
埋設されている炭素繊維強化炭素複合材料を主たる構成
材料とした核融合装置のプラズマに面して設置される第
一壁およびダイバータ板に関する。
【０００５】
【発明の実施の態様】本発明における核融合装置のプラ
ズマに面して設置される第一壁およびダイバータ板に関
し、図により具体的に説明する。図１は第一の発明を説
明するものである。図１において、、およびは実
質的に配向している炭素繊維が厚み方向に連続している
一体型の炭素繊維強化複合材料である。は厚み方向の
少なくとも一部分をなす三方向炭素繊維強化部で、お
よびは残りの部分をなす一方向炭素繊維強化部であ
る。は、該一方向炭素繊維強化部の厚み方向と実質的
に直角をなす片面に金属が接合されている状況を示すも
のであり、図１の場合、この金属に冷却管が施工されて
いる。
ズマに面して設置される第一壁およびダイバータ板に関
し、図により具体的に説明する。図１は第一の発明を説
明するものである。図１において、、およびは実
質的に配向している炭素繊維が厚み方向に連続している
一体型の炭素繊維強化複合材料である。は厚み方向の
少なくとも一部分をなす三方向炭素繊維強化部で、お
よびは残りの部分をなす一方向炭素繊維強化部であ
る。は、該一方向炭素繊維強化部の厚み方向と実質的
に直角をなす片面に金属が接合されている状況を示すも
のであり、図１の場合、この金属に冷却管が施工されて
いる。
【０００６】図１においてが核融合装置のプラズマに
面しており、、、およびが主たる構成材料とし
た第一壁およびダイバータ板を構成している。図２は第
二の発明を説明するものである。図２において、、
およびは実質的に厚み方向に配向している炭素繊維が
厚み方向に連続している炭素繊維強化炭素複合材料であ
る。は厚み方向の少なくとも一部分をなす三方向炭素
繊維強化部で、およびは残りの部分をなす一方向炭
素繊維強化部である。’は、該三方向炭素繊維強化炭
素複合材料内部に金属管が埋設されている状況を示して
いる。図２においてが核融合装置のプラズマに面して
おり、、、および’が主たる構成材料とした第
一壁およびダイバータ板を構成している。
面しており、、、およびが主たる構成材料とし
た第一壁およびダイバータ板を構成している。図２は第
二の発明を説明するものである。図２において、、
およびは実質的に厚み方向に配向している炭素繊維が
厚み方向に連続している炭素繊維強化炭素複合材料であ
る。は厚み方向の少なくとも一部分をなす三方向炭素
繊維強化部で、およびは残りの部分をなす一方向炭
素繊維強化部である。’は、該三方向炭素繊維強化炭
素複合材料内部に金属管が埋設されている状況を示して
いる。図２においてが核融合装置のプラズマに面して
おり、、、および’が主たる構成材料とした第
一壁およびダイバータ板を構成している。
【０００７】本発明でいう炭素繊維強化炭素複合材料と
は、炭素繊維を強化繊維とし、炭素をマトリックスとす
る複合材料である。炭素繊維としては、ピッチ系、ポリ
アクリロニトリル系およびレーヨン系等が挙げられる
が、ピッチ系が最も好ましい。またこれらのうち二種以
上を組み合わせて使用することもできる。マトリックス
炭素はその製造方法により様々な性質を持つ。有機物の
熱分解によるものとしては、大別して二種類あり、一つ
は熱硬化性樹脂の熱分解によるものであり、具体的には
フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱分解によるものが
挙げられる。もう一つは熱可塑性樹脂の熱分解によるも
のであり、具体的には石油系ピッチ、石炭系ピッチなど
の熱分解によるものが挙げられる。さらに気相析出によ
るものも有効で、具体的にはメタン、プロパン、ブタ
ン、四塩化炭素、ベンゼンなどの気相析出によるものが
あげられる。このように本発明を構成する繊維強化複合
材料のマトリックスとしては、多くの種類を挙げること
ができるが、いずれも有効であり、以上に挙げたマトリ
ックスは単独はもちろん、二種類以上のマトリックスを
組み合わせて用いた繊維強化複合材料であっても、本発
明の効果を妨げるものではない。
は、炭素繊維を強化繊維とし、炭素をマトリックスとす
る複合材料である。炭素繊維としては、ピッチ系、ポリ
アクリロニトリル系およびレーヨン系等が挙げられる
が、ピッチ系が最も好ましい。またこれらのうち二種以
上を組み合わせて使用することもできる。マトリックス
炭素はその製造方法により様々な性質を持つ。有機物の
熱分解によるものとしては、大別して二種類あり、一つ
は熱硬化性樹脂の熱分解によるものであり、具体的には
フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱分解によるものが
挙げられる。もう一つは熱可塑性樹脂の熱分解によるも
のであり、具体的には石油系ピッチ、石炭系ピッチなど
の熱分解によるものが挙げられる。さらに気相析出によ
るものも有効で、具体的にはメタン、プロパン、ブタ
ン、四塩化炭素、ベンゼンなどの気相析出によるものが
あげられる。このように本発明を構成する繊維強化複合
材料のマトリックスとしては、多くの種類を挙げること
ができるが、いずれも有効であり、以上に挙げたマトリ
ックスは単独はもちろん、二種類以上のマトリックスを
組み合わせて用いた繊維強化複合材料であっても、本発
明の効果を妨げるものではない。
【０００８】本発明でいう三方向炭素繊維強化とは、具
体的には強化繊維がｘ，ｙおよびｚの三方向に配向して
いることを示し、好ましくは三次元直交織物より誘導さ
れる強化構造である。該織物から構成された繊維強化複
合材料の炭素繊維含有率（Ｖｆ）は各繊維軸方向につい
てそれぞれ異なった値を取ることができる。例を挙げれ
ば、材料の内部が三次元三方向強化複合材料（以下３Ｄ
部と呼ぶ）であり、材料の外部表面の１面が実質的に一
方向繊維強化複合材料（以下ＵＤ部と呼ぶ）であるよう
な３Ｄ部とＵＤ部が一体的に構成された繊維強化複合材
料の場合は、３Ｄ部のＶｆはＸ繊維軸、Ｙ繊維軸、Ｚ繊
維軸の三繊維方向それぞれ０．１〜９６％、好ましくは
１〜７０％、さらに好ましくは３〜６０％が適当であ
り、ＵＤ部のＶｆは０．１〜９６、好ましくは１０〜９
０％、さらに好ましくは１０〜７０％が適当である。こ
の場合、３Ｄ部のＸ繊維軸、Ｙ繊維軸、Ｚ繊維軸の三繊
維方向のＶｆは同じ値を取る必要性はなく、それぞれ独
立した値をとるのが通常であるが、三方向のＶｆ値の合
計は、通常９６％以下、好ましくは８０％以下、さらに
好ましくは７０％以下が適当である。
体的には強化繊維がｘ，ｙおよびｚの三方向に配向して
いることを示し、好ましくは三次元直交織物より誘導さ
れる強化構造である。該織物から構成された繊維強化複
合材料の炭素繊維含有率（Ｖｆ）は各繊維軸方向につい
てそれぞれ異なった値を取ることができる。例を挙げれ
ば、材料の内部が三次元三方向強化複合材料（以下３Ｄ
部と呼ぶ）であり、材料の外部表面の１面が実質的に一
方向繊維強化複合材料（以下ＵＤ部と呼ぶ）であるよう
な３Ｄ部とＵＤ部が一体的に構成された繊維強化複合材
料の場合は、３Ｄ部のＶｆはＸ繊維軸、Ｙ繊維軸、Ｚ繊
維軸の三繊維方向それぞれ０．１〜９６％、好ましくは
１〜７０％、さらに好ましくは３〜６０％が適当であ
り、ＵＤ部のＶｆは０．１〜９６、好ましくは１０〜９
０％、さらに好ましくは１０〜７０％が適当である。こ
の場合、３Ｄ部のＸ繊維軸、Ｙ繊維軸、Ｚ繊維軸の三繊
維方向のＶｆは同じ値を取る必要性はなく、それぞれ独
立した値をとるのが通常であるが、三方向のＶｆ値の合
計は、通常９６％以下、好ましくは８０％以下、さらに
好ましくは７０％以下が適当である。
【０００９】本発明でいう一方向炭素繊維強化とは、実
質的に強化繊維が一方向に配向しておりかつ、該強化繊
維が三方向強化部の同じ方向に配向した強化繊維と連続
している。本発明において、該一方向炭素繊維強化部の
厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属が接合されて
いる。ここでいう金属としては銅、アルミニウム、ニオ
ブ、タングステン、ニッケル、チタンなどの金属、白
銅、黄銅、ステンレスなどの合金、チタンアルミ、ニオ
ブアルミなどの金属間化合物なども挙げることができ
る。炭素繊維強化炭素複合材料と金属部はロウ付けを介
してあるいは介さずに接合されている。また金属部に冷
却のため管を施工することもできる。本発明において、
該三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部に金属管が埋設
されている。ここでいう金属としては銅、アルミニウ
ム、ニオブ、タングステン、ニッケル、チタンなどの金
属、白銅、黄銅、ステレンレスなどの合金、チタンアル
ミ、ニオブアルミなどの金属間化合物なども挙げること
ができる。三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部に金属
管を埋設する場合、その内径および管厚は、管内に供給
する冷却媒体の流量および圧力等により決定される。
質的に強化繊維が一方向に配向しておりかつ、該強化繊
維が三方向強化部の同じ方向に配向した強化繊維と連続
している。本発明において、該一方向炭素繊維強化部の
厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属が接合されて
いる。ここでいう金属としては銅、アルミニウム、ニオ
ブ、タングステン、ニッケル、チタンなどの金属、白
銅、黄銅、ステンレスなどの合金、チタンアルミ、ニオ
ブアルミなどの金属間化合物なども挙げることができ
る。炭素繊維強化炭素複合材料と金属部はロウ付けを介
してあるいは介さずに接合されている。また金属部に冷
却のため管を施工することもできる。本発明において、
該三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部に金属管が埋設
されている。ここでいう金属としては銅、アルミニウ
ム、ニオブ、タングステン、ニッケル、チタンなどの金
属、白銅、黄銅、ステレンレスなどの合金、チタンアル
ミ、ニオブアルミなどの金属間化合物なども挙げること
ができる。三方向炭素繊維強化炭素複合材料内部に金属
管を埋設する場合、その内径および管厚は、管内に供給
する冷却媒体の流量および圧力等により決定される。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、核融合装置のプラズマ
に面して設置される耐熱衝撃性に優れた第一壁およびダ
イバータ板が提供される。
に面して設置される耐熱衝撃性に優れた第一壁およびダ
イバータ板が提供される。
【図１】 第一発明の説明図。
【図２】 第二発明の説明図。
【符号の説明】 、およびは炭素繊維強化炭素複合材料であり、
は厚み方向の少なくとも一部分をなす三方向炭素繊維強
化部で、およびは残りの部分をなす一方向炭素繊維
強化部である。は、該一方向炭素繊維強化部の厚み方
向と実質的に直角をなす片面に金属が接合されている状
況を示す。’は、該三方向炭素繊維強化炭素複合材料
内部に金属管が埋設されている状況を示す。
は厚み方向の少なくとも一部分をなす三方向炭素繊維強
化部で、およびは残りの部分をなす一方向炭素繊維
強化部である。は、該一方向炭素繊維強化部の厚み方
向と実質的に直角をなす片面に金属が接合されている状
況を示す。’は、該三方向炭素繊維強化炭素複合材料
内部に金属管が埋設されている状況を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋場 真人 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 早田 喜穂 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 井土 泰二 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 林 幸宏 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 久手 幸徳 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 一方向炭素繊維強化材料および三方向炭
素繊維強化材料が厚み方向に積層された炭素繊維強化炭
素複合材料であって、実質的に厚み方向に配向している
炭素繊維が厚み方向に連続していることにより該炭素繊
維強化炭素複合材料が一体的に構成されており、該一方
向炭素繊維強化部に隣接しかつ該一方向炭素繊維強化部
の厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属が接合され
ている炭素繊維強化炭素複合材料を主たる構成材料とし
た核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁およ
びダイバータ板。 - 【請求項２】 一方向炭素繊維強化材料および三方向炭
素繊維強化材料が厚み方向に積層された炭素繊維強化炭
素複合材料であって、実質的に厚み方向に配向している
炭素繊維が厚み方向に連続していることにより該炭素繊
維強化炭素複合材料が一体的に構成されており、該三方
向炭素繊維強化炭素複合材料内部に金属管が埋設されて
いる炭素繊維強化炭素複合材料を主たる構成材料とした
核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁および
ダイバータ板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8243280A JPH1090453A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁およびダイバータ板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8243280A JPH1090453A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁およびダイバータ板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090453A true JPH1090453A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17101518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8243280A Pending JPH1090453A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁およびダイバータ板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1090453A (ja) |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2014119803A1 (ja) | 2013-02-04 | 2014-08-07 | 東洋炭素株式会社 | 接合体及びその製造方法 |
| CN108039209A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-05-15 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 用于聚变反应堆的具有梯度适配层的偏滤器单块类型构件 |
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-
1996
- 1996-09-13 JP JP8243280A patent/JPH1090453A/ja active Pending
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