JPS6066185A - ガス冷却型原子炉の炉床部 - Google Patents
ガス冷却型原子炉の炉床部Info
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- JPS6066185A JPS6066185A JP58173715A JP17371583A JPS6066185A JP S6066185 A JPS6066185 A JP S6066185A JP 58173715 A JP58173715 A JP 58173715A JP 17371583 A JP17371583 A JP 17371583A JP S6066185 A JPS6066185 A JP S6066185A
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- JP
- Japan
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- carbon
- graphite
- gas
- oxidation
- hearth
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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
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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ックＣＢと、これを囲
む標準燃料ブロックＦＢとが組合せ配置され、これらの
外ＳＲ，さらにその外周にコアバレルＢが設けられ、固
定反射体ブロックＳＲを炉心拘束腕ＣＢＡによってコア
バレルＢに固定し、全体が圧力容器ＰＶで取シ囲まれて
いる。このような構成からなる炉心構造体において制御
ブロックＣＢと標準燃料ブロックＦＢによ多形成される
燃料取り扱い領域内の燃料は各ブロックの中心上に設け
たスタンドパイプＳＰを通じて出し入れされる。また標
準燃料ブロックＦＢは第１図に示すように士数段に稍み
上げられてコラムを形成している。この標準態別ブロッ
クＦＢと可動反射体ブロックＭＲおよび固定反射体ブロ
ックＳＲはそれぞれ黒鉛が用いられる。
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ックＣＢと、これを囲
む標準燃料ブロックＦＢとが組合せ配置され、これらの
外ＳＲ，さらにその外周にコアバレルＢが設けられ、固
定反射体ブロックＳＲを炉心拘束腕ＣＢＡによってコア
バレルＢに固定し、全体が圧力容器ＰＶで取シ囲まれて
いる。このような構成からなる炉心構造体において制御
ブロックＣＢと標準燃料ブロックＦＢによ多形成される
燃料取り扱い領域内の燃料は各ブロックの中心上に設け
たスタンドパイプＳＰを通じて出し入れされる。また標
準燃料ブロックＦＢは第１図に示すように士数段に稍み
上げられてコラムを形成している。この標準態別ブロッ
クＦＢと可動反射体ブロックＭＲおよび固定反射体ブロ
ック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、すなわち制御ブロックＣＢ、標準燃料ブ
ロックＦＢおよび反射体ブロックＭＲ，ＳＲなどからな
る炉心プ四ツクと圧力容器Ｉ）Ｖとの間隙を上方へ流れ
、次いで炉心ブロックの上部から標準燃料ブロックＦＢ
中に設けられた冷却拐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。
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、すなわち制御ブロックＣＢ、標準燃料ブ
ロックＦＢおよび反射体ブロックＭＲ，ＳＲなどからな
る炉心プ四ツクと圧力容器Ｉ）Ｖとの間隙を上方へ流れ
、次いで炉心ブロックの上部から標準燃料ブロックＦＢ
中に設けられた冷却拐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
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シ、ここを逃逸する熱
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
釉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。
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
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シ、ここを逃逸する熱
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
釉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、黒鉛よシ熱伝導率の
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℃であシ、２５０．０〜３
０００℃で焼成される黒鉛に比べて黒鉛化が進行せず結
晶化が十分性われていないので結晶構造的に不完全な拐
料である。炭素はこの結晶構造の不完全さのために黒鉛
よシ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、活性点に吸糸
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シ、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。
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℃であシ、２５０．０〜３
０００℃で焼成される黒鉛に比べて黒鉛化が進行せず結
晶化が十分性われていないので結晶構造的に不完全な拐
料である。炭素はこの結晶構造の不完全さのために黒鉛
よシ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、活性点に吸糸
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シ、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、黒鉛および炭素羽村の空気による酸化反応速度
の温度依存性を示すと、一般的な顔向として第２図のご
とくなる０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１゜ 第２図からも炭素材料の方が黒鉛月相よシ眼化速度が大
きいことがわかるが、第２図におりるそれぞれの曲線に
は屈曲点を有しておシ、図中にこの屈曲点で形成される
領域を１．２．３の記号を付して辰わしている。黒鉛材
料や脚素拘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で
ある。第３図におけるＡは黒鉛または炭素材料。
の温度依存性を示すと、一般的な顔向として第２図のご
とくなる０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１゜ 第２図からも炭素材料の方が黒鉛月相よシ眼化速度が大
きいことがわかるが、第２図におりるそれぞれの曲線に
は屈曲点を有しておシ、図中にこの屈曲点で形成される
領域を１．２．３の記号を付して辰わしている。黒鉛材
料や脚素拘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で
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シ、
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。
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シ、
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って、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℃で折れ曲シが認められるが、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℃イτＪ近でも折れ曲シが認められ
るが、これ以上の温度では１の過程が律速となる。黒鉛
拐料の反応速度は、炭素材料よシも小さいが、特性曲線
は炭素拐料と同様の原因による折れ曲シが見られるＯ ヘリウムガス冷却型原子炉内の雰囲気は通常運転中はへ
リクムガスである。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羽村と反応すること
はないが、ヘリウムガス中に含まれる徴魚の酸化性不純
物例えばＨ２Ｏ，ＣＯ２゜０２などＫよシ、炉内の黒鉛
、炭素羽村は酸化腐食される可能性がある。また、例え
ば−重重却ガス回路の破断などの事故によシ、炉外から
空気が侵入した場合には空気中の酸素にょシ、炉内の黒
鉛。
，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℃で折れ曲シが認められるが、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℃イτＪ近でも折れ曲シが認められ
るが、これ以上の温度では１の過程が律速となる。黒鉛
拐料の反応速度は、炭素材料よシも小さいが、特性曲線
は炭素拐料と同様の原因による折れ曲シが見られるＯ ヘリウムガス冷却型原子炉内の雰囲気は通常運転中はへ
リクムガスである。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羽村と反応すること
はないが、ヘリウムガス中に含まれる徴魚の酸化性不純
物例えばＨ２Ｏ，ＣＯ２゜０２などＫよシ、炉内の黒鉛
、炭素羽村は酸化腐食される可能性がある。また、例え
ば−重重却ガス回路の破断などの事故によシ、炉外から
空気が侵入した場合には空気中の酸素にょシ、炉内の黒
鉛。
炭素拐料は激しい酸化腐食を受けるが、炉床部拐料に炭
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。腐食された炭素羽村の強度が低
１することにょシ、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険性が生じ、これは原子炉の
安全性の点で極めて大きな問題である。
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。腐食された炭素羽村の強度が低
１することにょシ、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険性が生じ、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音と圧縮強度の関係を示した
ものである０この炭素材料は原料に黒鉛化の進んだ粒子
を用いて炭素質の結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結合
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チ酸化されると圧縮強度は殆どゼロとなる
０炭紫利料としては、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。
る代表的炭素材料の酸化減音と圧縮強度の関係を示した
ものである０この炭素材料は原料に黒鉛化の進んだ粒子
を用いて炭素質の結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結合
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チ酸化されると圧縮強度は殆どゼロとなる
０炭紫利料としては、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。
不発ｌ１ｌＩＪ＃′ｉ上述の点に鑑みてなされたもので
あシ、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拐を提供することにある。
あシ、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拐を提供することにある。
本発明の炭素Ｉ料は表面に酸化性ガスの拡散を抑制する
ＳｉＣ皮膜を倫えたものである。
ＳｉＣ皮膜を倫えたものである。
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
皮かを形成する。このＳｉＣ皮膜は気孔を有し、炭素材
料への酸化性カ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シＳｉＣが＾り化さ
れて８４０２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羽科の酸化反応は
抑止される。この５ｉＣｆｆｌ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ｔｉｓｔｃ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
も示しである炭素材料についても比較のために点線で弗
掲しておる０第５図かられかるように、炭素材料表面に
ＳｉＣ皮ｋを設けることによシ、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。
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
皮かを形成する。このＳｉＣ皮膜は気孔を有し、炭素材
料への酸化性カ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シＳｉＣが＾り化さ
れて８４０２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羽科の酸化反応は
抑止される。この５ｉＣｆｆｌ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ｔｉｓｔｃ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
も示しである炭素材料についても比較のために点線で弗
掲しておる０第５図かられかるように、炭素材料表面に
ＳｉＣ皮ｋを設けることによシ、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。
なお炭素羽村にＳｉ＆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。
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。
１４００℃
ＣＨａＳｉＣ４ａ −一今ＳｉＣ＋３ＨＣ４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。
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。
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。
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羽村を用いることに
よシ、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
崩壊という危険性を防ぎ、原子炉の安全運転を維持でき
るものである。
部にＳｉＣ皮膜を表面に設けた炭素羽村を用いることに
よシ、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
崩壊という危険性を防ぎ、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羽村
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。
かなように、特に５５０℃以上の高温における炭素羽村
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＃
１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羽村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Ｉ：と圧
縮強度の関係を表わす線図、第５図は本発明のＳｉＣ皮
膜を設けた炭素羽村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・・・・・・高温プレナムブロック、ＨＰ・・・・
・・高温プレナム、ＲＦ・・・・・・炉床部、ＩＰ・・
・・・・入口管、ＯＰ・・・・・・出２２１尤 蓋 友（’Ｃ） 県 度 （１０′／に） 第３図 第４図 除イ仁 ！ｉ （°ん）
１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羽村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Ｉ：と圧
縮強度の関係を表わす線図、第５図は本発明のＳｉＣ皮
膜を設けた炭素羽村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・・・・・・高温プレナムブロック、ＨＰ・・・・
・・高温プレナム、ＲＦ・・・・・・炉床部、ＩＰ・・
・・・・入口管、ＯＰ・・・・・・出２２１尤 蓋 友（’Ｃ） 県 度 （１０′／に） 第３図 第４図 除イ仁 ！ｉ （°ん）
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 true JPS6066185A (ja) | 1985-04-16 |
| JPH0126039B2 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) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6942060B2 (en) | 2001-08-03 | 2005-09-13 | Nec Corporation | Portable information terminal device |
| 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
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6942060B2 (en) | 2001-08-03 | 2005-09-13 | Nec Corporation | Portable information terminal device |
| US6964318B2 (en) | 2001-08-03 | 2005-11-15 | Nec Corporation | Portable information terminal device |
| JP2008103935A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Funai Electric Co Ltd | スピーカボックス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0126039B2 (ja) | 1989-05-22 |
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