WO2016013207A1 - チャンネルボックス - Google Patents

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WO2016013207A1
WO2016013207A1 PCT/JP2015/003644 JP2015003644W WO2016013207A1 WO 2016013207 A1 WO2016013207 A1 WO 2016013207A1 JP 2015003644 W JP2015003644 W JP 2015003644W WO 2016013207 A1 WO2016013207 A1 WO 2016013207A1
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WO
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layer
channel box
silicon carbide
side wall
box according
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PCT/JP2015/003644
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Inventor
須山　章子
鵜飼　勝
正幸 内橋
日置　秀明
Original Assignee
株式会社 東芝
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Publication date
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    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/324—Coats or envelopes for the bundles
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
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    • 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

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to a channel box.
  • the pressurized water nuclear power plant is composed of a circulation cycle that returns to the reactor again through a steam generator, a high-pressure turbine, a low-pressure turbine, a condenser, a feed water pump, and a feed water heater.
  • the high pressure turbine and the low pressure turbine are driven by the steam generated by the steam generator, whereby the generator is operated to generate power.
  • the cooling water is boiled using the energy generated from the fission reaction of uranium in the nuclear reactor, and the nuclear reactor also serves as a steam generator.
  • Uranium used as fuel is stored in a fuel cladding tube as a sintered body (fuel pellet) of uranium oxide, and cooling water flows around the fuel cladding tube.
  • a channel box is disposed so as to cover the periphery of the bundle of the plurality of fuel cladding tubes, and the cooling water efficiently flows around the fuel cladding tube.
  • Sn-Fe-Cr-Ni-Zr alloy called Zircaloy 4 and Sn-Fe-Cr-Ni-Zr alloy called Zircaloy 2 are used for the channel box because of its excellent corrosion resistance and low neutron absorption cross section. Therefore, the use of Zr—Nb alloy or the like is also being studied. These zirconium-based alloys react with ambient moisture at high temperatures as shown below. Zr + 2H 2 O ⁇ ZrO 2 + 2H 2 (1)
  • the reaction represented by the formula (1) is an exothermic reaction
  • the zirconium-based alloy promotes the oxidation reaction of the formula (1) by the heat generated by itself, and when the temperature becomes higher than about 900 ° C, Incidence increases.
  • the zirconium-based alloy is exposed to such high temperatures in an environment where moisture exists in the reactor, a large amount of hydrogen is generated in a short time, and this hydrogen leaks from the containment vessel and stays in the reactor building. There is a risk of hydrogen explosion.
  • the use of ceramic materials as a material for the channel box has been studied.
  • resistance to fracture is not necessarily large in order to show brittle fracture.
  • resistance to fracture is higher than that in which fibers are not combined, but mechanical strength is decreased.
  • the following characteristics are required for the channel box.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a channel box in which generation of hydrogen due to reaction with moisture is suppressed and strength, fracture toughness, and fracture energy are compatible.
  • the channel box of the embodiment has a cylindrical portion.
  • the side wall part of the cylindrical part has a first layer, a second layer, and an intermediate layer.
  • the first layer is mainly composed of silicon carbide.
  • the second layer is laminated on the first layer, and has silicon carbide fibers and silicon carbide combined with the silicon carbide fibers.
  • the intermediate layer is disposed between the first layer and the second layer and has a solid lubricant.
  • FIG. 1 is an external view showing a channel box according to the first embodiment.
  • the channel box 10 of the first embodiment has a cylindrical tubular portion 11.
  • the channel box 10 of the first embodiment covers a fuel assembly of a boiling water power reactor (BWR) and secures a reactor coolant channel, guides a control rod, and fixes and protects the fuel rod. It has a function.
  • BWR boiling water power reactor
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a side wall portion of the cylindrical portion 11 in the channel box 10 of the first embodiment.
  • the side wall portion includes, for example, a first layer 21, an intermediate layer 22, and a second layer 23 in order from the outside.
  • the first layer 21 is mainly composed of silicon carbide.
  • the intermediate layer 22 is made of a solid lubricant.
  • the second layer 23 includes silicon carbide fibers and silicon carbide combined with the silicon carbide fibers.
  • the constituent component is basically silicon carbide, activation during use is suppressed. Further, in the channel box 10 of the first embodiment, since the constituent component is basically silicon carbide, even if it comes into contact with moisture at the time of a serious nuclear reactor accident, generation of hydrogen due to reaction with moisture Is suppressed.
  • the interface between the first layer 21 made of silicon carbide and the second layer 23 made of silicon carbide combined with silicon carbide fibers weakens the bonding force. Since it has the structure arrange
  • first layer 21 made of silicon carbide
  • fracture toughness and fracture energy are secured by the second layer 23 made of silicon carbide in which silicon carbide fibers are combined.
  • first layer 21 and the second layer 23 are functionally arranged by the intermediate layer 22 serving as an interface that weakens the bonding force between the first layer 21 and the second layer 23.
  • Each function is effectively expressed.
  • the strength required during normal operation is sufficiently ensured by the first layer 21 made of silicon carbide, and when a load or thermal shock exceeding the design standard is applied during a serious accident in the reactor, Breakage is suppressed by the second layer 23 made of silicon carbide combined with silicon fibers.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first modification of the side wall.
  • the side wall portion may have the second layer 23, the intermediate layer 22, and the first layer 21 in order from the outside.
  • any of the first layer 21 and the second layer 23 may be disposed outside, and basically the same effect can be obtained.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second modification of the side wall
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third modification of the side wall.
  • the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23 may be three.
  • the number of the first layer 21 and the second layer 23 are also included. The same effect as in the case where the total number of layers is two is obtained.
  • the first layer 21 and the second layer 23 are either outer layers. However, it is preferable that they are alternately arranged from the outside. Further, when the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23 is three, an intermediate layer is provided between each of the first layer 21 and the second layer 23. 22 is preferably arranged.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the side wall
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fifth modification of the side wall.
  • the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23 may be four.
  • the number of the first layer 21 and the second layer 23 are also included. The same effect as in the case where the total number of layers is two or three is obtained.
  • any of the first layer 21 and the second layer 23 is outside. However, it is preferable that they are alternately arranged from the outside. Further, when the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23 is four, an intermediate layer is provided between each of the first layer 21 and the second layer 23. 22 is preferably arranged.
  • the total number of layers of the first layer 21 and the number of layers of the second layer 23 is not necessarily limited to 2 or more and 4 or less, but 2 or more from the viewpoint of productivity and the like. 4 layers or less are preferable.
  • the average thickness of the first layer 21 and the average thickness of the second layer 23 are preferably in the ranges shown below according to the laminated structure.
  • the average thickness of the first layer 21 becomes larger than the range shown below, or when the average thickness of the second layer 23 becomes smaller, the fracture toughness and the fracture energy tend to decrease.
  • the average thickness of the first layer 21 is smaller than the range shown below, or when the average thickness of the second layer 23 is larger, the strength tends to decrease.
  • the average thickness in this specification is measured by nondestructive inspections such as X-rays and destructive inspections such as cutting and cross-sectional observation.
  • the first layer 21 (referred to as the first layer) and the second layer 23 (referred to as the second layer) are provided in order from the outside
  • the first layer of the first layer the average thickness of the layer 21 and (T 11) the ratio of the average thickness (T 12) of the second layer of the second layer 23 (T 12 / T 11) is preferably 0.25 or more and 1 or less.
  • the second layer of the first layer the ratio of the average thickness (T 21) and the second layer of the first average thickness of the layer 21 of layer 23 (T 22) (T 22 / T 21) is preferably 1 to 4.
  • the first layer 21 (referred to as the first layer), the second layer 23 (referred to as the second layer), the first layer 21 (referred to as the third layer) in order from the outside. to.
  • the ratio of the first layer having an average thickness of the first layer 21 (average thickness of T 31) and the second layer of the second layer 23 (T 32) (T 32 / T 31) is The ratio is preferably 0.5 or more and 2 or less, and the ratio (T 33 / T) of the average thickness (T 31 ) of the first layer 21 of the first layer to the average thickness (T 33 ) of the first layer 21 of the third layer. 31 ) is preferably 0.5 or more and 2 or less.
  • the second layer 23 (referred to as the first layer), the first layer 21 (referred to as the second layer), the second layer 23 (referred to as the third layer) to.
  • the ratio of the first layer of the second mean thickness of the layer 23 and (T 41) 2 layer of the first average thickness of the layer 21 (T 42) (T 42 / T 41) is 1 or more, preferably 4 or less
  • the ratio (T 43 / T 41) of the first layer of the second average thickness (T 41) and the third layer having an average thickness of the second layer 23 of the layer 23 (T 43) Is preferably 0.5 or more and 2 or less.
  • the first layer 21 (referred to as the first layer), the second layer 23 (referred to as the second layer), the first layer 21 (referred to as the third layer) in order from the outside.
  • the ratio of the first layer having an average thickness of the first layer 21 (T 51) and second layer having an average thickness of the second layer 23 (T 52) (T 52 / T 51) is 0.3 or more, 1 The following is preferred.
  • the ratio (T 53 / T 51 ) between the average thickness (T 51 ) of the first first layer 21 and the average thickness (T 53 ) of the third first layer 21 is 0.3 or more, 3
  • the ratio (T 54 / T 51 ) between the average thickness (T 51 ) of the first layer 21 of the first layer and the average thickness (T 54 ) of the second layer 23 of the fourth layer is 0.3 or more, 2 The following is preferred.
  • the second layer 23 (referred to as the first layer), the first layer 21 (referred to as the second layer), and the second layer 23 (referred to as the third layer)
  • the ratio (T 62 / T 61 ) between the average thickness (T 61 ) of the first second layer 23 and the average thickness (T 62 ) of the second first layer 21 is 1 or more and 3 or less.
  • the ratio (T 63 / T 61 ) of the average thickness (T 61 ) of the first second layer 23 to the average thickness (T 63 ) of the third second layer 23 is 1 or more and 2 or less.
  • the ratio (T 64 / T 61 ) between the average thickness (T 61 ) of the first second layer 23 and the average thickness (T 64 ) of the fourth first layer 21 is 1 or more and 2 or less. preferable.
  • the length of the cylindrical portion 11 in the axial direction is usually preferably 1 m or more and 4 m or less.
  • the average thickness of the side wall portion is preferably 2 mm or more regardless of the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23.
  • the average thickness of the side wall portion is 2 mm or more, it is easy to ensure the strength of the channel box 10.
  • the average thickness of the side wall portion becomes thicker, it becomes easier to ensure the strength.
  • the first layer 21 is provided mainly to ensure the strength of the channel box 10.
  • the first layer 21 is made of silicon carbide in which silicon carbide fibers are not combined. When the first layer 21 is made of silicon carbide in which silicon carbide fibers are not combined, sufficient strength can be obtained.
  • the first layer 21 is preferably made of only silicon carbide because generation of hydrogen due to reaction with moisture, activation, and the like are suppressed, and sufficient strength can be obtained.
  • some other components may be contained. Examples of other components include boron, carbon, silicon, aluminum, titanium, iron, chromium, nickel, zirconium, vanadium, and calcium.
  • the content of the other components is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and still more preferably 2% by mass or less of the entire first layer 21.
  • the average thickness of the first layer 21 is preferably 50 ⁇ m or more regardless of the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23. When the average thickness of the first layer 21 is 50 ⁇ m or more, it is easy to ensure the strength of the channel box 10.
  • the average thickness of the first layer 21 is more preferably 100 ⁇ m or more regardless of the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23.
  • the average thickness of the first layer 21 is appropriately adjusted according to the number of the first layers 21 in the side wall portion. Basically, it is preferable that the average thickness of the first layer 21 increases as the number of the first layers 21 in the side wall portion decreases. For example, when the number of the first layers 21 in the side wall portion is one, from the viewpoint of securing the strength of the channel box 10, 500 ⁇ m or more is more preferable, and 1000 ⁇ m or more is more preferable.
  • the average thickness of the first layer 21 is preferably as thick as possible from the viewpoint of securing the strength of the channel box 10, and is not necessarily limited from such a viewpoint.
  • the upper limit of the average thickness of the first layer 21 is preferably adjusted so that the average thickness of the side wall is about 2 to 5 mm.
  • the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23 the ratio of the average thickness of each of the first layer 21 and the second layer 23 described above, etc. It is preferable to consider.
  • the second layer 23 is applied at the time of a serious nuclear reactor accident such as a natural disaster such as a tsunami or flood, or a human disaster such as terrorism, that is, a load or thermal shock exceeding the design standard is applied. Is provided in order to suppress the progress of the destruction and prevent the entire channel box 10 from being destroyed.
  • the second layer 23 has silicon carbide fibers and silicon carbide combined with the silicon carbide fibers. Thereby, for example, the second layer 23 is subjected to ductile fracture, and by being combined with a brittle fracture like the first layer 21, the progress of the fracture can be suppressed.
  • the second layer 23 has a matrix made of, for example, silicon carbide, and silicon carbide fibers are arranged in the matrix made of silicon carbide.
  • the silicon carbide fibers need not be completely filled with a silicon carbide matrix, and may have pores.
  • the matrix in the second layer 23 is also preferably made of only silicon carbide because generation of hydrogen due to reaction with moisture, activation, and the like are suppressed and sufficient strength is obtained. And, as long as it does not contradict the gist of the present invention, some other components may be contained. Examples of other components include boron nitride, carbon, mica mineral, aluminum oxide, boron, silicon, aluminum, titanium, iron, chromium, nickel, zirconium, vanadium, and calcium. The content of other components is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and still more preferably 2% by mass or less of the entire matrix.
  • the silicon carbide fibers in the second layer 23 those having a fiber diameter (diameter) of 5 to 150 ⁇ m are usually preferably used.
  • the fiber diameter is 5 ⁇ m or more, the improvement in characteristics due to the composite of silicon carbide fibers becomes remarkable.
  • the fiber diameter is 150 ⁇ m or less, generation of excessive stress at the interface between the matrix and the silicon carbide fiber is suppressed, and the destruction of the matrix is suppressed.
  • the fiber diameter is more preferably 5 to 100 ⁇ m, still more preferably 5 to 15 ⁇ m.
  • the silicon carbide fibers in the second layer 23 are preferably long fibers.
  • the long fiber is not limited as long as it is a continuous fiber. The longer the continuous length of the silicon carbide fibers, the better the fracture toughness and fracture energy.
  • Silicon carbide fibers are usually arranged in a matrix made of silicon carbide in a fiber bundle in which about 100 to 10000 fibers are bundled.
  • fiber bundles are continuous.
  • the whole is constituted by one continuous fiber bundle. In such a case, in particular, fracture toughness and fracture energy are increased.
  • the fibers contained in the second layer 23 are preferably made of only silicon carbide fibers because generation of hydrogen due to reaction with moisture, activation, and the like are suppressed and sufficient strength is obtained.
  • other fibers may be partially contained as necessary and within the limits not departing from the spirit of the present invention. Examples of other fibers include carbon and alumina.
  • the content of other fibers is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and still more preferably 2% by mass or less of the entire fibers in the second layer 23.
  • the silicon carbide fiber is preferably included in the entire volume of the second layer 23 by 20% by volume or more.
  • the volume of the second layer 23 includes the volume of pores in addition to the volume of silicon carbide matrix and silicon carbide fibers.
  • the volume of the silicon carbide fiber includes the volume of the lubricating layer.
  • a silicon carbide fiber content of 20% by volume or more is preferable because the second layer 23 is easily ductile fractured. Further, the content of the silicon carbide fiber is preferably 40% by volume or less in the entire volume of the second layer 23. When the content of the silicon carbide fiber is 40% by volume or less, the strength of the second layer 23 itself is easily secured.
  • the surface of the silicon carbide fiber in the second layer 23 is provided with a coating layer serving as an interface that weakens the bonding force.
  • a coating layer serving as an interface that weakens the bonding force.
  • Providing the coating layer is preferable because peeling and slipping between the silicon carbide fiber and the matrix are good, and the second layer 23 is easily ductile fractured.
  • As the interface that weakens the bonding force boron nitride, graphite, mica-based minerals, and the like are preferable. In the case where the coating layer is composed of these materials, peeling and slipping between the silicon carbide fiber and the matrix are particularly good.
  • the average thickness of the coating layer is preferably 100 nm or more. When the thickness is 100 nm or more, the slip between the matrix and the silicon carbide fibers is good, and therefore, the second layer 23 is preferable because it is easy to be ductile fractured.
  • the average thickness of the coating layer is preferably 1 ⁇ m or less. In the case of 1 ⁇ m or less, a decrease in strength of the second layer 23 is suppressed.
  • the average thickness of the second layer 23 is preferably 300 ⁇ m or more regardless of the total number of layers of the first layer 21 and the second layer 23.
  • the average thickness of the second layer 23 is 300 ⁇ m or more, even when the first layer 21 breaks, the progress of the breakage can be effectively suppressed.
  • the average thickness of the second layer 23 is appropriately determined according to the number of layers of the second layer 23 in the side wall portion. Basically, it is preferable that the average thickness of the second layer 23 increases as the number of the second layers 23 in the side wall portion decreases. For example, when the number of layers of the second layer 23 in the side wall portion is one, the average thickness of the second layer 23 is more preferably 500 ⁇ m or more, and even more preferably 1000 ⁇ m or more, from the viewpoint of suppressing the progress of destruction. .
  • the average thickness of the second layer 23 is preferably as thick as possible from the viewpoint of suppressing the progress of destruction, and is not necessarily limited from such a viewpoint.
  • the upper limit of the average thickness of the second layer 23 is preferably adjusted so that the average thickness of the side wall portion is about 2 to 5 mm.
  • the intermediate layer 22 is disposed between the first layer 21 and the second layer 23 and has a solid lubricant.
  • the first layer 21 and the second layer 23 are functionally separated, and each function is effective.
  • the intermediate layer 22 is disposed between the first layer 21 and the second layer 23, it is suppressed that the crack generated in the first layer 21 propagates to the second layer 23 as it is. The Thereby, compared with the case where the 1st layer 21 and the 2nd layer 23 are joined directly, intensity, fracture toughness, and fracture energy are compatible in a high dimension.
  • the interface that weakens the bonding strength in the intermediate layer 22 boron nitride, graphite, mica-based minerals, and the like are preferable.
  • the intermediate layer 22 is composed of these, the first layer 21 and the second layer 23 are particularly well separated functionally.
  • the intermediate layer 22 is composed of, for example, a solid lubricant only.
  • middle layer 22 has preferable 7.5 micrometers or more.
  • the average thickness is 7.5 ⁇ m or more, the first layer 21 and the second layer 23 are sufficiently functionally separated, and thus each function is effectively expressed.
  • the average thickness of the intermediate layer 22 is preferably 80 ⁇ m or less. When the average thickness is 80 ⁇ m or less, the ratio of the intermediate layer 22 having a low strength in the side wall portion is reduced, so that a decrease in the strength of the channel box 10 is suppressed.
  • the bonding force of the intermediate layer 22 is too strong or too weak, the functions of the first layer 21 and the second layer 23 are not effectively exhibited.
  • the bonding force of the intermediate layer 22 is too strong, a crack generated in the first layer 21 progresses to the second layer 23 as it is, and the progress of the crack is difficult to be suppressed.
  • the bonding force of the intermediate layer 22 is too weak, the overall strength of the first layer 21, the intermediate layer 22, and the second layer 23 is likely to decrease. For this reason as well, the average thickness of the intermediate layer 22 as described above is preferable.
  • the intermediate layer 22 is not limited to a single layer structure made of only the above-described solid lubricant, and may have a laminated structure.
  • a laminated structure the thing by which the 2nd intermediate
  • Such a laminated structure is preferable because excessive slip in the intermediate layer 22 is suppressed.
  • the first intermediate layer (A) made of a solid lubricant and the second intermediate layer (B) made of silicon carbide for example, a three-layer structure such as A / B / A, A / A five-layer structure such as B / A / B / A can be mentioned.
  • solid lubricants are provided at both ends. It is preferable that the first intermediate layer (A) made of
  • the average thickness of the intermediate layer 22 is preferably 7.5 ⁇ m or more.
  • the 1st layer 21 and the 2nd layer 23 are functionally separated, and each function is fully expressed.
  • the average thickness of the intermediate layer 22 is preferably 140 ⁇ m or less.
  • average thickness is 140 micrometers or less, since the ratio of the intermediate
  • the side wall portion is basically composed of the first layer 21, the intermediate layer 22, and the second layer 23, but other layers are provided as necessary and within the scope of the present invention. May be.
  • Examples of the other layer include a protective layer provided on at least one surface selected from the outside and the inside of the side wall portion.
  • a protective layer provided on at least one surface selected from the outside and the inside of the side wall portion.
  • the protective layer preferably contains at least one selected from silicon carbide and alumina. By containing at least one selected from silicon carbide and alumina, generation of hydrogen due to reaction with moisture is further suppressed.
  • the protective layer preferably contains 98% by mass or more of at least one selected from silicon carbide and alumina. By containing at least 98% by mass of at least one selected from silicon carbide and alumina, generation of hydrogen due to reaction with moisture is further suppressed.
  • the average thickness of the protective layer is preferably 10 ⁇ m or more. When the average thickness is 10 ⁇ m or more, the effect of suppressing the generation of hydrogen due to the reaction with moisture becomes remarkable.
  • the average thickness of the protective layer is preferably less than 50 ⁇ m. If the average thickness of the protective layer is about 50 ⁇ m, the generation of hydrogen due to the reaction with moisture is sufficiently suppressed, and if the average thickness is less than this, the productivity of the protective layer becomes good.
  • the channel box 10 uses, for example, a mold having an outer shape similar to the inner shape of the channel box 10, and the first layer 21, the intermediate layer 22, the second layer 23, and the like are sequentially formed on the outer surface. After being laminated in a predetermined order, it can be manufactured by removing the mold as it is pulled out.
  • the mold does not necessarily have to be taken out after the formation of all layers, and may be performed at an intermediate stage as long as the shape can be maintained.
  • the first layer 21, the intermediate layer 22, the coating layer, and the protective layer are suitably formed by a CVD method (Chemical Vapor Deposition, chemical vapor deposition) or a PVD method (Physical Vapor Deposition, physical vapor deposition). In particular, it is preferably formed by the CVD method.
  • the second layer 23 is preferably formed by the CVI method (Chemical Vapor Infiltration).
  • the formation of the second layer 23 by the CVI method is performed as follows, for example. First, by forming a fiber bundle in which a plurality of silicon carbide fibers are bundled by a filament winding method, a braiding method, a method of laminating a woven fabric or a non-woven fabric, etc. Produce material.
  • a fiber bundle is wound around the ground of a mold or the like in the axial direction, the circumferential direction, the bias direction, and the like to form a cylindrical fiber base material.
  • the fiber bundle is continuous in the entire second layer 23.
  • a fiber having a predetermined shape is braided in a tubular shape so as to wrap the base such as the mold from one end in the axial direction to the other end of the base such as the mold.
  • a substrate is formed.
  • a fiber bundle is made into a woven fabric, and the woven fabric is laminated so as to be wound around a mold or the like to form a cylindrical fiber base material.
  • the woven fabric include plain weave and satin weave.
  • the matrix component is grown by filling the pore space by performing a CVD reaction in the pore space of the fiber substrate. Thereby, the second layer 23 is formed.
  • FIG. 8 and 9 are diagrams showing a first modification of the channel box 10 of the first embodiment.
  • FIG. 8 shows a state where they are not separated
  • FIG. 9 shows a state where they are separated.
  • the channel box 10 may be divided into two or more parts in the circumferential direction.
  • the channel box 10 is divided into two parts of a first circumferentially divided body 12 and a second circumferentially divided body 13 by a plane including the central axis, and these are combined. May be configured.
  • the channel box 10 may be divided into three or more portions in the circumferential direction.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams showing a second modification of the channel box 10 of the first embodiment.
  • FIGS. 10 and 11 show the channel box 10 divided into two parts in the axial direction.
  • FIG. 10 shows a state where FIG. 10 is not separated, and FIG. 11 is separated. It shows the state.
  • the channel box 10 is divided into two parts, a first axially divided body 14 and a second axially divided body 15, which are combined in the axial direction. May be configured.
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams showing a third modification of the channel box 10 of the first embodiment.
  • FIGS. 12 and 13 are divided into three parts in the axial direction, and FIG. 12 shows a state where they are not separated, and FIG. 13 shows a state where they are separated. It is.
  • the channel box 10 is divided into three parts: a first axially divided body 16, a second axially divided body 17, and a third axially divided body 18. It is divided and these may be combined in the axial direction.
  • the channel box 10 of the first embodiment may be divided into four or more portions in the axial direction. Moreover, when the channel box 10 of the first embodiment is divided in the axial direction, the length in the axial direction of each of the divided parts is usually preferably 1 m or more.
  • FIG. 14 is an external view showing the channel box 10 of the second embodiment.
  • the channel box 10 of the second embodiment has a cylindrical portion 31 having a rectangular tube shape.
  • FIG. 15 and 16 are diagrams showing a first modification of the channel box of the second embodiment.
  • FIG. 15 shows a state where they are not separated
  • FIG. 16 shows a state where they are separated.
  • the channel box 10 of the second embodiment may also be divided into two or more parts in the circumferential direction.
  • a plane including a diagonal line is divided into two parts, a first circumferentially divided body 32 and a second circumferentially divided body 33, and these may be combined.
  • the channel box 10 may be divided into three or more portions in the circumferential direction.
  • FIGS. 17 and 18 are diagrams showing an example of a dividing method in the axial direction of the channel box 10 of the second embodiment.
  • FIGS. 17 and 18 show the channel box 10 divided into two parts in the axial direction
  • FIG. 17 shows a state in which the channel box 10 is not separated.
  • FIG. It shows the state.
  • the channel box 10 is divided into two parts, a first axially divided body 34 and a second axially divided body 35, which are combined in the axial direction. May be configured.
  • FIGS. 19 and 20 are diagrams showing another example of the dividing method in the axial direction of the channel box 10 of the second embodiment.
  • FIGS. 19 and 20 are divided into three parts in the axial direction, and FIG. 19 shows a state where they are not separated, and FIG. 20 shows a state where they are separated. It is.
  • the channel box 10 has three parts, a first axially divided body 36, a second axially divided body 37, and a third axially divided body 38. It is divided and these may be combined in the axial direction.
  • channel box 10 of the second embodiment may also be divided into four or more portions in the axial direction.
  • the length in the axial direction of each divided portion is usually preferably 1 m or more.
  • Example 1 A carbon mold having an outer shape similar to the inner shape of the channel box was prepared. After this carbon mold was placed in the furnace, a layer made of silicon carbide having an average thickness of 1.2 mm (hereinafter referred to as a SiC layer) was formed on the side surface by CVD. Here, SiCl 4 and C 3 H 8 were used as source gases for forming the SiC layer. The temperature during the formation of the SiC layer was 1300 to 1400 ° C., and the pressure was 4 to 40 Pa.
  • BN layer a layer made of boron nitride having an average thickness of 10 to 50 ⁇ m (hereinafter referred to as BN layer) was formed on the SiC layer.
  • BCl 3 and NH 3 were used as source gases when forming the BN layer.
  • the temperature at the time of forming the BN layer was 1750 to 1850 ° C., and the pressure was 50 to 500 Pa. Thereafter, the carbon mold in which the SiC layer and the BN layer were formed was taken out from the furnace.
  • eight satin weave cloths were prepared using silicon carbide long fibers having a diameter of 12 ⁇ m (made by Nippon Carbon Co., Ltd., trade name: Hynicalon S) with graphite having an average thickness of about 1 ⁇ m formed on the surface by CVD.
  • the eight satin weave cloths were wound while being laminated on the BN layer of the carbon mold described above to obtain a fiber base material.
  • SiCl 4 and C 3 H 8 as source gases, forming a matrix mainly composed of silicon carbide in the pore voids of the fiber substrate under the conditions of a temperature of 1300 to 1400 ° C. and a pressure of 4 to 40 Pa, A layer (hereinafter referred to as a SiC / SiC layer) made of silicon carbide having an average thickness of 1 mm and composited silicon carbide fibers was formed.
  • the proportion of silicon carbide fibers in the SiC / SiC layer is in the range of 20-40% by volume.
  • the carbon mold was removed, and a channel box having a cylindrical portion in which the SiC / SiC layer, the BN layer, and the SiC layer were arranged in order from the outside was manufactured.
  • the SiC layer corresponds to the first layer
  • the BN layer corresponds to the intermediate layer
  • the SiC / SiC layer corresponds to the second layer.
  • the length of the channel box is 2.3 mm.
  • Example 2 A protective layer made of silicon carbide having an average thickness of 10 to 50 ⁇ m was formed on the SiC / SiC layer in the channel box of Example 1 by CVD.
  • SiCl 4 and C 3 H 8 were used as source gases for forming the protective layer.
  • the temperature during the formation of the protective layer was 1300 to 1400 ° C., and the pressure was 4 to 40 Pa.
  • Comparative Example 2 A channel box whose side wall portion is composed only of a SiC layer was manufactured. The formation of the SiC layer was performed in the same manner as the formation of the SiC layer in the channel box of Example 1. The average thickness of the SiC layer was 2.3 mm.
  • Example 3 A channel box whose side wall portion is composed of only a SiC / SiC layer was manufactured.
  • the SiC / SiC layer was formed in the same manner as the SiC / SiC layer in the channel box of Example 1.
  • the average thickness of the SiC / SiC layer was 2.3 mm.
  • a channel box having a cylindrical portion in which a SiC / SiC layer and a SiC layer are arranged was manufactured.
  • This channel box was manufactured in the same manner as the channel box of Example 1 except that the BN layer was not formed.
  • the average thickness of the SiC / SiC layer and the SiC layer was the same as the average thickness of the SiC / SiC layer and the SiC layer of the channel box of Example 1.
  • Thermal shock test About the channel box of an Example and a comparative example, after heating at 1200 degreeC, it dropped in water and observed the shape change.
  • the evaluation criteria are as follows. “A”: The shape is completely retained. “B”: The shape is maintained. “C”: The shape is not partially retained. “D”: shape is not retained.
  • the generation of hydrogen is suppressed, and the strength and the resistance to thermal shock are sufficient. Further, in the channel box of Example 2 having the protective layer, generation of hydrogen is particularly suppressed.
  • a channel box in which generation of hydrogen due to reaction with moisture is suppressed and strength, fracture toughness, and fracture energy are compatible at a high level is provided.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Channel box, 11 ... Cylindrical part, 12 ... 1st circumferential direction division body, 13 ... 2nd circumferential direction division body, 14 ... 1st axial direction division body, 15 ... 2nd axial direction division body , 16 ... 1st axial division body, 17 ... 2nd axial division body, 18 ... 3rd axial division body, 21 ... 1st layer, 22 ... Intermediate

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Abstract

　実施形態のチャンネルボックスは、水分との反応による水素の発生が抑制されるとともに、強度、破壊靭性、および破壊エネルギーが両立されたチャンネルボックスを提供する。実施形態のチャンネルボックスは、筒状部を有する。筒状部の側壁部は、第１の層、第２の層、および中間層を有する。第１の層は、炭化ケイ素を主成分とする。第２の層は、第１の層上に積層され、炭化ケイ素繊維と、この炭化ケイ素繊維と複合化された炭化ケイ素とを有する。中間層は、第１の層と第２の層との間に配置され、固体潤滑剤を有する。

Description

チャンネルボックス
　本発明の実施形態は、チャンネルボックスに関する。
　加圧水型原子力発電プラント（ＰＷＲ）は、蒸気発生器、高圧タービン、低圧タービン、復水器、給水ポンプ、給水加熱器を順次経て、再び原子炉へ戻る循環サイクルで構成されている。ＰＷＲにおいては、蒸気発生器で発生した蒸気によって高圧タービンおよび低圧タービンが駆動され、これにより発電機が作動されて発電が行われる。
　沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲ）においては、原子炉でウランの核分裂反応から発生するエネルギーを利用して冷却水を沸騰させており、原子炉が蒸気発生器を兼ねている。燃料となるウランは酸化ウランの焼結体（燃料ペレット）として燃料被覆管に収納されており、燃料被覆管の周囲を冷却水が流れている。複数の燃料被覆管を束ねた周囲を覆うようにチャンネルボックスが配置され、燃料被覆管の周囲に効率的に冷却水が流れる構成となっている。
　一般に、チャンネルボックスには、その優れた耐食性と低い中性子吸収断面積から、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合金が使用されており、Ｚｒ－Ｎｂ合金等の使用も検討されている。
これらのジルコニウム基合金は、高温で周囲の水分と以下に示すような反応を生じる。
　　Ｚｒ　＋　２Ｈ２Ｏ　→　ＺｒＯ２　＋　２Ｈ２　…（１）
　ここで（１）式で示した反応は発熱反応であり、ジルコニウム基合金は自身の発した熱により（１）式の酸化反応を促進し、およそ９００℃以上の高温になると劇的に水素の発生が増加する。原子炉内に水分が存在する環境でジルコニウム基合金がこのような高温にさらされると、短時間に多量の水素が発生し、この水素が格納容器から漏洩し、原子炉建屋内に滞留して水素爆発を起こすおそれがある。このようなことから、チャンネルボックスの材料として、セラミックス材料の使用が検討されている。
米国特許第６２２６３４２号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２６８２４３号明細書
　しかし、セラミックス材料の場合、脆性破壊を示すために、破壊に対する抵抗が必ずしも大きくない。また、繊維が複合化されたセラミックス材料の場合、繊維が複合化されていないものに比べて、破壊に対する抵抗は高くなるが、機械的強度が低下する。
　チャンネルボックスには、以下の特性が求められる。第１に、津波、洪水等の自然災害、テロ等の人的災害等の原子炉の重大事故時、水分との反応による水素の発生が抑制される。第２に、設計基準を超えるような荷重または熱衝撃が加えられても即座に破壊しないような高い強度、破壊靭性、および破壊エネルギーを有する。
　本発明が解決しようとする課題は、水分との反応による水素の発生が抑制されるとともに、強度、破壊靭性、および破壊エネルギーが両立されたチャンネルボックスを提供するものである。
　実施形態のチャンネルボックスは、筒状部を有する。筒状部の側壁部は、第１の層、第２の層、および中間層を有する。第１の層は、炭化ケイ素を主成分とする。第２の層は、第１の層上に積層され、炭化ケイ素繊維と、この炭化ケイ素繊維と複合化された炭化ケイ素とを有する。中間層は、第１の層と第２の層との間に配置され、固体潤滑剤を有する。
第１の実施形態のチャンネルボックスを示す外観図である。 第１の実施形態における側壁部の一例を示す断面図である。 第１の実施形態における側壁部の第１の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態における側壁部の第２の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態における側壁部の第３の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態における側壁部の第４の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態における側壁部の第５の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態のチャンネルボックスの第１の変形例（分離されていない状態）を示す図である。 第１の実施形態のチャンネルボックスの第１の変形例（分離された状態）を示す図である。 第１の実施形態のチャンネルボックスの第２の変形例（分離されていない状態）を示す図である。 第１の実施形態のチャンネルボックスの第２の変形例（分離された状態）を示す図である。 第１の実施形態のチャンネルボックスの第３の変形例（分離されていない状態）を示す図である。 第１の実施形態のチャンネルボックスの第３の変形例（分離された状態）を示す図である。 第２の実施形態のチャンネルボックスを示す外観図である。 第２の実施形態のチャンネルボックスの第１の変形例（分離されていない状態）を示す図である。 第２の実施形態のチャンネルボックスの第１の変形例（分離された状態）を示す図である。 第２の実施形態のチャンネルボックスの第２の変形例（分離されていない状態）を示す図である。 第２の実施形態のチャンネルボックスの第２の変形例（分離された状態）を示す図である。 第２の実施形態のチャンネルボックスの第３の変形例（分離されていない状態）を示す図である。 第２の実施形態のチャンネルボックスの第３の変形例（分離された状態）を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　図１は、第１の実施形態のチャンネルボックスを示す外観図である。
　第１の実施形態のチャンネルボックス１０は、円筒状の筒状部１１を有する。第１の実施形態のチャンネルボックス１０は、沸騰水型発電炉（ＢＷＲ）の燃料集合体を覆うものであり、原子炉冷却材流路の確保、制御棒のガイド、燃料棒の固定と保護の機能を有する。
　図２は、第１の実施形態のチャンネルボックス１０における筒状部１１の側壁部の一例を示す断面図である。図２に示されるように、側壁部は、例えば、外側から順に、第１の層２１、中間層２２、および第２の層２３を有する。第１の層２１は、炭化ケイ素を主成分とする。中間層２２は、固体潤滑剤からなる。また、第２の層２３は、炭化ケイ素繊維と、この炭化ケイ素繊維と複合化された炭化ケイ素とを有する。
　第１の実施形態のチャンネルボックス１０においては、その構成成分が基本的に炭化ケイ素であることから、使用時の放射化が抑制される。また、第１の実施形態のチャンネルボックス１０においては、その構成成分が基本的に炭化ケイ素であることから、原子炉の重大事故時、水分と接触したとしても、水分との反応による水素の発生が抑制される。
　さらに、第１の実施形態のチャンネルボックス１０においては、炭化ケイ素からなる第１の層２１と、炭化ケイ素繊維が複合化された炭化ケイ素からなる第２の層２３とが結合力を弱める界面となる中間層２２を介して配置された構造を有することから、強度、破壊靭性、および破壊エネルギーが高次元で両立される。
　具体的には、炭化ケイ素からなる第１の層２１により強度が確保され、炭化ケイ素繊維が複合化された炭化ケイ素からなる第２の層２３により破壊靭性、破壊エネルギーが確保される。特に、これら第１の層２１と第２の層２３とが結合力を弱める界面となる中間層２２を介して配置されることにより、第１の層２１と第２の層２３とが機能的に分離され、それぞれの機能が有効に発現される。これにより、通常時に必要とされる強度は、炭化ケイ素からなる第１の層２１により十分に確保され、原子炉の重大事故時に設計基準を超えるような荷重または熱衝撃が加えられたときには、炭化ケイ素繊維が複合化された炭化ケイ素からなる第２の層２３により破壊が抑制される。
　図３は、側壁部の第１の変形例を示す断面図である。側壁部は、外側から順に、第２の層２３、中間層２２、および第１の層２１を有するものでもよい。このように、第１の層２１、第２の層２３は、いずれの層が外側に配置されてもよく、基本的に同様の効果が得られる。
　図４は、側壁部の第２の変形例を示す断面図であり、図５は、側壁部の第３の変形例を示す断面図である。図４、図５に示されるように、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数は３層でもよい。このように第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が３層の場合についても、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が２層の場合と基本的に同様の効果が得られる。
　なお、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が３層の場合、第１の層２１と第２の層２３とは、いずれの層が外側になってもよいが、外側から順に交互に配置されることが好ましい。また、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が３層の場合、第１の層２１と第２の層２３との各間には中間層２２が配置されることが好ましい。
　具体的には、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が３層の場合、図４に示されるように、外側から順に、第１の層２１、中間層２２、第２の層２３、中間層２２、第１の層２１が配置されるか、図５に示されるように、外側から順に、第２の層２３、中間層２２、第１の層２１、中間層２２、第２の層２３が配置されることが好ましい。
　図６は、側壁部の第４の変形例を示す断面図であり、図７は、側壁部の第５の変形例を示す断面図である。図６、図７に示されるように、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数は４層でもよい。このように第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が４層の場合についても、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が、２層、３層の場合と基本的に同様の効果が得られる。
　なお、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が４層の場合、第１の層２１と第２の層２３とは、いずれの層が外側になってもよいが、外側から順に交互に配置されることが好ましい。また、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が４層の場合、第１の層２１と第２の層２３との各間には中間層２２が配置されることが好ましい。
　具体的には、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数が４層の場合、図６に示されるように、外側から順に、第１の層２１、中間層２２、第２の層２３、中間層２２、第１の層２１、中間層２２、第２の層２３が配置されるか、図７に示されるように、外側から順に、第２の層２３、中間層２２、第１の層２１、中間層２２、第２の層２３、中間層２２、第１の層２１が配置されることが好ましい。
　ここで、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数は、必ずしも２層以上４層以下に限定されないが、生産性等の観点から、２層以上４層以下が好ましい。
　第１の層２１の平均厚み、第２の層２３の平均厚みは、積層構造に応じて以下に示される範囲が好ましい。以下に示される範囲よりも、第１の層２１の平均厚みが大きくなる場合、または第２の層２３の平均厚みが小さくなる場合、破壊靭性、破壊エネルギーが低下しやすくなる。反対に、以下に示される範囲よりも、第１の層２１の平均厚みが小さくなる場合、または第２の層２３の平均厚みが大きくなる場合、強度が低下しやすくなる。なお、本明細書における平均厚みは、Ｘ線などの非破壊検査や、切断・断面観察などの破壊検査により測定される。
　図２に示されるように、外側から順に、第１の層２１（１層目とする。）、第２の層２３（２層目とする。）を有する場合、１層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ１１）と２層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ１２）の比（Ｔ１２／Ｔ１１）は０．２５以上１以下が好ましい。
　図３に示されるように、外側から順に、第２の層２３（１層目とする。）、第１の層２１（２層目とする。）を有する場合、１層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ２１）と２層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ２２）の比（Ｔ２２／Ｔ２１）は１以上４以下が好ましい。
　図４に示されるように、外側から順に、第１の層２１（１層目とする。）、第２の層２３（２層目とする。）、第１の層２１（３層目とする。）を有する場合、１層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ３１）と２層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ３２）の比（Ｔ３２／Ｔ３１）は０．５以上、２以下が好ましく、１層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ３１）と３層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ３３）の比（Ｔ３３／Ｔ３１）は０．５以上、２以下が好ましい。
　図５に示されるように、外側から順に、第２の層２３（１層目とする。）、第１の層２１（２層目とする。）、第２の層２３（３層目とする。）を有する場合、１層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ４１）と２層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ４２）の比（Ｔ４２／Ｔ４１）は１以上、４以下が好ましく、１層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ４１）と３層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ４３）の比（Ｔ４３／Ｔ４１）は０．５以上、２以下が好ましい。
　図６に示されるように、外側から順に、第１の層２１（１層目とする。）、第２の層２３（２層目とする。）、第１の層２１（３層目とする。）、第２の層２３（４層目とする。）を有する場合、以下の構成が好ましい。１層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ５１）と２層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ５２）の比（Ｔ５２／Ｔ５１）は、０．３以上、１以下が好ましい。１層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ５１）と３層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ５３）の比（Ｔ５３／Ｔ５１）は、０．３以上、３以下が好ましい。１層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ５１）と４層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ５４）の比（Ｔ５４／Ｔ５１）は、０．３以上、２以下が好ましい。
　図７に示されるように、外側から順に、第２の層２３（１層目とする。）、第１の層２１（２層目とする。）、第２の層２３（３層目とする。）、第１の層２１（４層目とする。）を有する場合、以下の構成が好ましい。１層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ６１）と２層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ６２）の比（Ｔ６２／Ｔ６１）は、１以上、３以下が好ましい。１層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ６１）と３層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ６３）の比（Ｔ６３／Ｔ６１）は、１以上、２以下が好ましい。１層目の第２の層２３の平均厚み（Ｔ６１）と４層目の第１の層２１の平均厚み（Ｔ６４）の比（Ｔ６４／Ｔ６１）は、１以上、２以下が好ましい。
　筒状部１１の軸方向の長さは、通常、１ｍ以上４ｍ以下が好ましい。また、側壁部の平均厚みは、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数にかかわらず、２ｍｍ以上が好ましい。側壁部の平均厚みが２ｍｍ以上の場合、チャンネルボックス１０の強度の確保が容易となる。また、側壁部の平均厚みは、厚いほど強度の確保が容易となるが、放射化されやすくなることから、５ｍｍ以下が好ましく、４ｍｍ以下がより好ましい。
　次に、側壁部における各層について具体的に説明する。
　第１の層２１は、主としてチャンネルボックス１０の強度を確保するために設けられる。第１の層２１は、炭化ケイ素繊維が複合化されていない炭化ケイ素からなる。第１の層２１が炭化ケイ素繊維が複合化されていない炭化ケイ素からなることにより、十分な強度を得ることができる。
　第１の層２１は、水分との反応による水素の発生、放射化等が抑制され、また十分な強度が得られることから、炭化ケイ素のみからなることが好ましいが、必要に応じて、かつ本発明の趣旨に反しない限度において、一部に他の成分を含有してもよい。他の成分としては、例えば、ホウ素、炭素、シリコン、アルミ、チタン、鉄、クロム、ニッケル、ジルコニウム、バナジウム、カルシウムなどが挙げられる。他の成分の含有量は、第１の層２１の全体の１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましく、２質量％以下がさらに好ましい。
　第１の層２１の平均厚みは、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数にかかわらず、５０μｍ以上が好ましい。第１の層２１の平均厚みが５０μｍ以上の場合、チャンネルボックス１０の強度を確保しやすくなる。第１の層２１の平均厚みは、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数にかかわらず、１００μｍ以上がより好ましい。
　第１の層２１の平均厚みは、側壁部における第１の層２１の層数に合わせて適宜調整されることが好ましい。基本的には、側壁部における第１の層２１の層数が少なくなるほど、第１の層２１の平均厚みが厚くなることが好ましい。例えば、側壁部における第１の層２１の層数が１層である場合、チャンネルボックス１０の強度を確保する観点から、５００μｍ以上がより好ましく、１０００μｍ以上がさらに好ましい。
　なお、第１の層２１の平均厚みは、チャンネルボックス１０の強度を確保する観点からは厚いほど好ましく、このような観点からは必ずしも制限されない。しかし、側壁部の平均厚みは通常２～５ｍｍ程度であることから、側壁部の平均厚みが２～５ｍｍ程度となるように第１の層２１の平均厚みの上限が調整されることが好ましい。この際、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数、上記した第１の層２１と第２の層２３との各層の平均厚みの割合等を考量することが好ましい。
　第２の層２３は、津波、洪水等の自然災害、テロ等の人的災害等の原子炉の重大事故時、すなわち設計基準を超えるような荷重または熱衝撃が加えられて第１の層２１が破壊するような場合、この破壊の進行を抑制して、チャンネルボックス１０の全体が破壊しないようにするために設けられる。
　第２の層２３は、炭化ケイ素繊維と、この炭化ケイ素繊維と複合化された炭化ケイ素とを有する。これにより、例えば、第２の層２３が延性破壊するようになり、第１の層２１のように脆性破壊するものと組み合わされることにより、破壊の進行を抑制できる。
　第２の層２３は、例えば、炭化ケイ素によりマトリックスが構成され、この炭化ケイ素からなるマトリックス中に炭化ケイ素繊維が配置されている。なお、炭化ケイ素繊維どうしの間は、炭化ケイ素からなるマトリックスによって完全に埋められている必要はなく、気孔を有するものでもよい。
　第２の層２３におけるマトリックスについても、水分との反応による水素の発生、放射化等が抑制され、また十分な強度が得られることから、炭化ケイ素のみからなることが好ましいが、必要に応じて、かつ本発明の趣旨に反しない限度において、一部に他の成分を含有してもよい。他の成分としては、例えば、窒化ホウ素、炭素、雲母系鉱物、酸化アルミニウム、ホウ素、シリコン、アルミ、チタン、鉄、クロム、ニッケル、ジルコニウム、バナジウム、カルシウムなどが挙げられる。他の成分の含有量は、マトリックスの全体の１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましく、２質量％以下がさらに好ましい。
　第２の層２３における炭化ケイ素繊維としては、通常、繊維径（直径）が５～１５０μｍのものが好適に用いられる。繊維径が５μｍ以上の場合、炭化ケイ素繊維の複合化による特性の向上が顕著となる。また、繊維径が１５０μｍ以下の場合、マトリックスと炭化ケイ素繊維との境界面における過度な応力の発生が抑制され、マトリックスの破壊が抑制される。繊維径は、５～１００μｍがより好ましく、５～１５μｍがさらに好ましい。
　第２の層２３における炭化ケイ素繊維は、長繊維であることが好ましい。なお、長繊維とは、連続した繊維であればよく、繊維長については必ずしも限定されない。炭化ケイ素繊維が連続している長さが長くなるほど、破壊靭性、破壊エネルギーが高くなるために好ましい。
　炭化ケイ素繊維は、通常、１００～１００００本程度が束ねられた繊維束の状態で炭化ケイ素からなるマトリックス中に配置される。第２の層２３においては、このような繊維束が連続していることが好ましい。例えば、第２の層２３においては、１本の連続した繊維束により全体が構成されていることが好ましい。このような場合、特に、破壊靭性、破壊エネルギーが高くなる。
　なお、第２の層２３に含まれる繊維としては、水分との反応による水素の発生、放射化等が抑制され、また十分な強度が得られることから、炭化ケイ素繊維のみからなることが好ましいが、必要に応じて、かつ本発明の趣旨に反しない限度において、一部に他の繊維を含有してもよい。他の繊維としては、例えば、炭素、アルミナ等が挙げられる。他の繊維の含有量は、第２の層２３における繊維全体の１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましく、２質量％以下がさらに好ましい。
　炭化ケイ素繊維は、第２の層２３の全体積中、２０体積％以上含まれることが好ましい。ここで、第２の層２３の体積には、炭化ケイ素からなるマトリックス、炭化ケイ素繊維の体積に加えて、気孔の体積も含まれる。また、後述するように、炭化ケイ素繊維の表面に潤滑層が設けられる場合、炭化ケイ素繊維の体積には潤滑層の体積が含まれるものとする。
　炭化ケイ素繊維の含有量が２０体積％以上の場合、第２の層２３が延性破壊しやすくなるために好ましい。また、炭化ケイ素繊維の含有量は、第２の層２３の全体積中、４０体積％以下が好ましい。炭化ケイ素繊維の含有量が４０体積％以下の場合、第２の層２３自体の強度も確保しやすい。
　第２の層２３における炭化ケイ素繊維の表面には、結合力を弱める界面となる被覆層が設けられることが好ましい。被覆層が設けられることにより、炭化ケイ素繊維とマトリックスとの間の剥離や滑りが良好となり、第２の層２３が延性破壊しやすくなるために好ましい。結合力を弱める界面としては、窒化ホウ素、グラファイト、雲母系鉱物等が好ましい。これらのものから被覆層が構成される場合、特に炭化ケイ素繊維とマトリックスとの間の剥離や滑りが良好となる。
　被覆層の平均厚みは、１００ｎｍ以上が好ましい。１００ｎｍ以上の場合、マトリックスと炭化ケイ素繊維との間の滑りが良好となることから、第２の層２３が延性破壊しやすくなるために好ましい。また、被覆層の平均厚みは、１μｍ以下が好ましい。１μｍ以下の場合、第２の層２３の強度の低下が抑制される。
　第２の層２３の平均厚みは、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数にかかわらず、３００μｍ以上が好ましい。第２の層２３の平均厚みが３００μｍ以上の場合、第１の層２１が破壊するような場合にも、この破壊の進行を効果的に抑制できる。
　第２の層２３の平均厚みは、側壁部における第２の層２３の層数に合わせて適宜決定されることが好ましい。基本的には、側壁部における第２の層２３の層数が少なくなるほど、第２の層２３の平均厚みが厚くなることが好ましい。例えば、側壁部における第２の層２３の層数が１層である場合、第２の層２３の平均厚みは、破壊の進行を抑制する観点から、５００μｍ以上がより好ましく、１０００μｍ以上がさらに好ましい。
　なお、第２の層２３の平均厚みは、破壊の進行を抑制する観点からは厚いほど好ましく、このような観点からは必ずしも制限されない。しかし、側壁部の平均厚みは通常２～５ｍｍ程度であることから、側壁部の平均厚みが２～５ｍｍ程度となるように第２の層２３の平均厚みの上限が調整されることが好ましい。この際、第１の層２１の層数と第２の層２３の層数との合計した層数、上記した第１の層２１と第２の層２３との各層の平均厚みの割合等を考量することが好ましい。
　中間層２２は、第１の層２１と第２の層２３との間に配置され、固体潤滑剤を有する。第１の層２１と第２の層２３との間に中間層２２が配置されることにより、第１の層２１と第２の層２３とが機能的に分離されて、それぞれの機能が有効に発現される。また、第１の層２１と第２の層２３との間に中間層２２が配置されることにより、第１の層２１において発生した亀裂がそのまま第２の層２３に進展することが抑制される。これにより、第１の層２１と第２の層２３とが直接接合されている場合に比べて、強度、破壊靭性、および破壊エネルギーが高次元で両立される。
　中間層２２における結合力を弱める界面としては、窒化ホウ素、グラファイト、雲母系鉱物等が好ましい。これらのものから中間層２２が構成される場合、特に第１の層２１と第２の層２３とが機能的に良好に分離される。
　中間層２２は、例えば、固体潤滑剤のみから構成される。このように中間層２２が固体潤滑剤のみから構成される場合、中間層２２の平均厚みは、７．５μｍ以上が好ましい。平均厚みが７．５μｍ以上の場合、第１の層２１と第２の層２３とが機能的に十分に分離されることから、それぞれの機能が効果的に発現される。また、中間層２２が固体潤滑剤のみから構成される場合、中間層２２の平均厚みは、８０μｍ以下が好ましい。平均厚みが８０μｍ以下の場合、側壁部における強度の低い中間層２２の割合が少なくなることから、チャンネルボックス１０の強度の低下が抑制される。
　ここで、中間層２２の結合力が強すぎても弱すぎても、第１の層２１および第２の層２３のそれぞれの機能が効果的に発現されない。例えば、中間層２２の結合力が強すぎると、第１の層２１において発生した亀裂がそのまま第２の層２３に進展して、亀裂の進展が抑制されにくい。一方、中間層２２の結合力が弱すぎると、第１の層２１、中間層２２、および第２の層２３を合わせた全体の強度が低下しやすい。このようなことからも、上記したような中間層２２の平均厚みが好ましい。
　中間層２２は、上記した固体潤滑剤のみからなる単層構造を有するものに限られず、積層構造を有するものでもよい。積層構造を有するものとしては、例えば、固体潤滑剤を有する１対の第１の中間層の間に、炭化ケイ素を有する第２の中間層が配置されたものが挙げられる。このような積層構造によれば、中間層２２における過度の滑りが抑制されるために好ましい。
　固体潤滑剤からなる第１の中間層（Ａ）と、炭化ケイ素からなる第２の中間層（Ｂ）との積層構造としては、例えば、Ａ／Ｂ／Ａのような３層構造、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａのような５層構造が挙げられる。なお、上記したことからも明らかなように、固体潤滑剤からなる第１の中間層（Ａ）と炭化ケイ素からなる第２の中間層（Ｂ）との積層構造の場合、両端に固体潤滑剤からなる第１の中間層（Ａ）が配置されることが好ましい。
　中間層２２が積層構造を有する場合、中間層２２の平均厚みは、７．５μｍ以上が好ましい。平均厚みが７．５μｍ以上の場合、第１の層２１と第２の層２３とが機能的に分離されて、それぞれの機能が十分に発現される。また、中間層２２が積層構造を有する場合、中間層２２の平均厚みは、１４０μｍ以下が好ましい。平均厚みが１４０μｍ以下の場合、側壁部における強度の低い中間層２２の割合が少なくなることから、チャンネルボックス１０の強度の低下が抑制される。
　側壁部は、第１の層２１、中間層２２、および第２の層２３から基本的に構成されるが、必要に応じて、かつ本発明の趣旨に反しない限度において、他の層が設けられてもよい。
　他の層としては、例えば、側壁部の外側および内側から選ばれる少なくとも一方の表面に設けられる保護層が挙げられる。保護層を有する場合、さらに水分との反応による水素の発生が抑制される。
　保護層は、炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種を含むことにより、さらに水分との反応による水素の発生が抑制される。特に、保護層は、炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種を９８質量％以上含むことが好ましい。炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種を９８質量％以上含むことにより、さらに水分との反応による水素の発生が抑制される。
　保護層の平均厚みは、１０μｍ以上が好ましい。平均厚みが１０μｍ以上の場合、水分との反応による水素の発生が抑制される効果が顕著となる。保護層の平均厚みは、５０μｍ未満が好ましい。保護層の平均厚みは、５０μｍ程度もあれば水分との反応による水素の発生が十分に抑制され、これ未満とすることで保護層の生産性も良好となる。
　次に、実施の形態のチャンネルボックス１０の製造方法について説明する。
　チャンネルボックス１０は、例えば、チャンネルボックス１０の内側形状と同様の外側形状を有するモールドを用いて、この外側表面に、第１の層２１、中間層２２、第２の層２３等を、順次、所定の順序で積層した後、モールドを引き抜くようにして取り外すことにより製造できる。なお、モールドの取り出しは、必ずしも全層の形成後である必要はなく、形状が維持できれば途中の段階で行ってもよい。
　第１の層２１、中間層２２、被覆層、保護層は、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法)、ＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition、物理気相成長法）により好適に形成され、特にＣＶＤ法により好適に形成される。第２の層２３は、ＣＶＩ法（Chemical Vapor Infiltration、化学気相浸透法）により好適に形成される。
　ＣＶＩ法による第２の層２３の形成は、例えば、以下のように行われる。
　まず、フィラメントワインディング法、ブレーディング法、織布もしくは不織布を積層する方法等により、炭化ケイ素繊維が複数束ねられた繊維束を成形して、円筒状、角筒状等の筒状を有する繊維基材を製造する。
　フィラメントワインディング法の場合、モールド等の下地上に軸方向、周方向、バイアス方向等に繊維束が巻き付けられて、筒状の繊維基材が形成される。この場合、第２の層２３の全体において、繊維束が連続していることが好ましい。
　ブレーディング法の場合、例えば、モールド等の下地における軸方向の一方の端部から他方の端部に向かって、モールド等の下地を包み込むように筒状に組み編みされて、所定の形状の繊維基材が形成される。
　織布もしくは不織布を積層する方法の場合、繊維束が織物とされ、この織物がモールド等の下地上に巻き付けられるように積層されて、筒状の繊維基材が形成される。織物としては、平織、朱子織等が挙げられる。
　筒状の繊維基材を製造した後、繊維基材の細孔空隙中でＣＶＤ反応を行うことにより、マトリックス成分を成長させて細孔空隙を埋める。これにより、第２の層２３が形成される。
　次に、第１の実施形態のチャンネルボックス１０の変形例について説明する。
　図８、図９は、第１の実施形態のチャンネルボックス１０の第１の変形例を示す図である。ここで、図８は、分離されていない状態を示したものであり、図９は、分離された状態を示したものである。チャンネルボックス１０は、周方向に２以上の部分に分割されてもよい。例えば、図示されるように、中心軸を含む平面により第１の周方向分割体１２と第２の周方向分割体１３との２つの部分に分割されており、これらが組み合わされてチャンネルボックス１０が構成されてもよい。また、図示しないが、チャンネルボックス１０は、周方向に３以上の部分に分割されてもよい。
　図１０、図１１は、第１の実施形態のチャンネルボックス１０の第２の変形例を示す図である。ここで、図１０、１１は、軸方向に２つの部分に分割されたチャンネルボックス１０を示すものであり、図１０が分離されていない状態を示したものであり、図１１は、分離された状態を示したものである。図１０、図１１に示されるように、チャンネルボックス１０は、第１の軸方向分割体１４と第２の軸方向分割体１５との２つの部分に分割されており、これらが軸方向に組み合わされて構成されてもよい。
　図１２、図１３は、第１の実施形態のチャンネルボックス１０の第３の変形例を示す図である。ここで、図１２、１３は、軸方向に３つの部分に分割されたものであり、図１２が分離されていない状態を示したものであり、図１３は、分離された状態を示したものである。図１２、図１３に示されるように、チャンネルボックス１０は、第１の軸方向分割体１６と、第２の軸方向分割体１７と、第３の軸方向分割体１８との３つの部分に分割されており、これらが軸方向に組み合わされて構成されてもよい。
　なお、第１の実施形態のチャンネルボックス１０は、軸方向に４以上の部分に分割されてもよい。また、第１の実施形態のチャンネルボックス１０が軸方向に分割される場合、分割されるそれぞれの部分の軸方向の長さは、通常、１ｍ以上が好ましい。
　次に、第２の実施形態のチャンネルボックス１０について説明する。
　図１４は、第２の実施形態のチャンネルボックス１０を示す外観図である。
　第２の実施形態のチャンネルボックス１０は角筒状の筒状部３１を有する。
　なお、第２の実施形態のチャンネルボックス１０の側壁部の積層構造については、第１の実施形態のチャンネルボックス１０の側壁部の積層構造を採用できることから説明を省略する。
　図１５、図１６は、第２の実施形態のチャンネルボックスの第１の変形例を示す図である。ここで、図１５は、分離されていない状態を示したものであり、図１６は、分離された状態を示したものである。第２の実施形態のチャンネルボックス１０についても、周方向に２以上の部分に分割されてもよい。例えば、図示されるように対角線を含む平面により第１の周方向分割体３２と第２の周方向分割体３３との２つの部分に分割されており、これらが組み合わされて構成されてもよい。また、図示しないが、チャンネルボックス１０は、周方向に３以上の部分に分割されてもよい。
　図１７、図１８は、第２の実施形態のチャンネルボックス１０の軸方向における分割方法の一例を示した図である。ここで、図１７、１８は、軸方向に２つの部分に分割されたチャンネルボックス１０を示すものであり、図１７が分離されていない状態を示したものであり、図１８は、分離された状態を示したものである。図１７、図１８に示されるように、チャンネルボックス１０は、第１の軸方向分割体３４と第２の軸方向分割体３５との２つの部分に分割されており、これらが軸方向に組み合わされて構成されてもよい。
　図１９、図２０は、第２の実施形態のチャンネルボックス１０の軸方向における分割方法の他の例を示した図である。ここで、図１９、２０は、軸方向に３つの部分に分割されたものであり、図１９が分離されていない状態を示したものであり、図２０は、分離された状態を示したものである。図１９、図２０に示されるように、チャンネルボックス１０は、第１の軸方向分割体３６と、第２の軸方向分割体３７と、第３の軸方向分割体３８との３つの部分に分割されており、これらが軸方向に組み合わされて構成されてもよい。
　なお、第２の実施形態のチャンネルボックス１０についても、軸方向に４以上の部分に分割されてもよい。また、第２の実施形態のチャンネルボックス１０が軸方向に分割される場合、分割されるそれぞれの部分の軸方向の長さは、通常、１ｍ以上が好ましい。
（実施例１）
　カーボンモールドとして、チャンネルボックスの内側形状と同様の外側形状を有するものを用意した。このカーボンモールドを炉内に配置した後、ＣＶＤ法により、その側面上に平均厚みが１．２ｍｍの炭化ケイ素からなる層（以下、ＳｉＣ層と記す。）を形成した。ここで、ＳｉＣ層の形成時の原料ガスとして、ＳｉＣｌ４およびＣ３Ｈ８を用いた。また、ＳｉＣ層の形成時の温度は１３００～１４００℃、圧力は４～４０Ｐａとした。
　さらに、ＳｉＣ層上に、平均厚みが１０～５０μｍの窒化ホウ素からなる層（以下、ＢＮ層と記す。）を形成した。ＢＮ層の形成時の原料ガスとして、ＢＣｌ３およびＮＨ３を用いた。また、ＢＮ層の形成時の温度は１７５０～１８５０℃、圧力は５０～５００Ｐａとした。その後、炉内より、ＳｉＣ層およびＢＮ層が形成されたカーボンモールドを取り出した。
　別途、ＣＶＤ法により表面に平均厚み１μｍ程度のグラファイトが形成された直径１２μｍの炭化ケイ素長繊維（日本カーボン製、商品名：ハイニカロンＳ）を用いて、８枚の朱子織のクロスを用意した。この８枚の朱子織のクロスを、上記したカーボンモールドのＢＮ層上に積層しながら巻き付けて繊維基材とした。
　さらに、原料ガスとしてＳｉＣｌ４およびＣ３Ｈ８を用い、温度１３００～１４００℃、圧力４～４０Ｐａの条件で、繊維基材の細孔空隙に炭化ケイ素を主成分とするマトリックスを形成して、平均厚みが１ｍｍであり、炭化ケイ素繊維が複合化された炭化ケイ素からなる層（以下、ＳｉＣ／ＳｉＣ層と記す。）を形成した。ＳｉＣ／ＳｉＣ層における炭化ケイ素繊維の割合は、２０～４０体積％の範囲内である。
　その後、カーボンモールドを取り外して、外側から順に、ＳｉＣ／ＳｉＣ層、ＢＮ層、ＳｉＣ層が配置された筒状部を有するチャンネルボックスを製造した。ここで、ＳｉＣ層が第１の層に相当し、ＢＮ層が中間層に相当し、ＳｉＣ／ＳｉＣ層が第２の層に相当する。また、チャンネルボックスの長さは２．３ｍｍである。
（実施例２）
　実施例１のチャンネルボックスにおけるＳｉＣ／ＳｉＣ層上に、ＣＶＤ法により、さらに平均厚みが１０～５０μｍの炭化ケイ素からなる保護層を形成した。ここで、保護層の形成時の原料ガスとして、ＳｉＣｌ４およびＣ３Ｈ８を用いた。また、保護層の形成時の温度は１３００～１４００℃、圧力は４～４０Ｐａとした。
（比較例１）
　側壁部がジルコニウム基合金層のみからなるチャンネルボックスを製造した。なお、ジルコニウム基合金層の厚さは、２．３ｍｍとした。
（比較例２）
　側壁部が、ＳｉＣ層のみからなるチャンネルボックスを製造した。なお、ＳｉＣ層の形成は、実施例１のチャンネルボックスにおけるＳｉＣ層の形成と同様にして行った。また、ＳｉＣ層の平均厚みは、２．３ｍｍとした。
（比較例３）
　側壁部が、ＳｉＣ／ＳｉＣ層のみからなるチャンネルボックスを製造した。なお、ＳｉＣ／ＳｉＣ層の形成は、実施例１のチャンネルボックスにおけるＳｉＣ／ＳｉＣ層の形成と同様にして行った。また、ＳｉＣ／ＳｉＣ層の平均厚みは、２．３ｍｍとした。
（比較例４）
　外側から順に、ＳｉＣ／ＳｉＣ層、ＳｉＣ層が配置された筒状部を有するチャンネルボックスを製造した。なお、このチャンネルボックスは、ＢＮ層を形成しないことを除いて、実施例１のチャンネルボックスと同様にして製造した。また、ＳｉＣ／ＳｉＣ層、ＳｉＣ層の平均厚みは、実施例１のチャンネルボックスのＳｉＣ／ＳｉＣ層、ＳｉＣ層の平均厚みと同一とした。
　次に、実施例１、２、比較例１～４のチャンネルボックスについて、以下に示すような方法により、強度試験、高温水蒸気酸化試験、熱衝撃試験を行った。これらの試験結果を表１に示す。
（強度試験）
　実施例および比較例のチャンネルボックスについて、従来よりジルコニウム基合金製チャンネルボックスにおいて実施されている曲げ試験を実施した。表中、評価基準は、以下の通りとした。
　「ａ」：従来の要求仕様の２倍程度の強度を有する。
　「ｂ」：従来の要求仕様を満たす。
　「ｃ」：従来の要求仕様に満たない。
　「ｄ」：従来の要求仕様に全く満たない。
（熱衝撃試験）
　実施例および比較例のチャンネルボックスについて、１２００℃に加熱した後、水中に投下して、形状変化を観察した。表中、評価基準は、以下の通りとした。
　「ａ」：形状が完全に保持されている。
　「ｂ」：形状が保持されている。
　「ｃ」：形状が部分的に保持されていない。
　「ｄ」：形状が保持されていない。
（高温水蒸気酸化試験）
　実施例および比較例のチャンネルボックスについて、１３００℃の水蒸気雰囲気下、４８時間保持して行った。表中、評価基準は、以下の通りとした。
　「ａ」：水素の発生が見られない。
　「ｂ」：水素の発生量が要求仕様を満たす。
　「ｃ」：水素の発生量が要求仕様に満たない。
　「ｄ」：水素の発生量が要求仕様に全く満たない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から明らかなように、ジルコニウム基合金層のみからなる比較例１のチャンネルボックスは、水素の発生が認められる。また、ＳｉＣ層のみからなる比較例２のチャンネルボックスは、熱衝撃に対する耐性が十分でない。さらに、ＳｉＣ／ＳｉＣ層のみからなる比較例３のチャンネルボックスは、十分な強度を有していない。また、ＢＮ層を有しないＳｉＣ層とＳｉＣ／ＳｉＣ層とからなる比較例４のチャンネルボックスは、強度および熱衝撃に対する耐性が十分でない。
　一方、ＳｉＣ／ＳｉＣ層とＳｉＣ層とがＢＮ層を介して積層された実施例１のチャンネルボックスは、水素の発生が抑制され、強度および熱衝撃に対する耐性も十分である。また、保護層を有する実施例２のチャンネルボックスは、特に水素の発生が抑制される。
　以上説明した実施形態によれば、水分との反応による水素の発生が抑制されるとともに、強度、破壊靭性、および破壊エネルギーが高次元で両立されたチャンネルボックスが提供される。
　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。
　１０…チャンネルボックス、１１…筒状部、１２…第１の周方向分割体、１３…第２の周方向分割体、１４…第１の軸方向分割体、１５…第２の軸方向分割体、１６…第１の軸方向分割体、１７…第２の軸方向分割体、１８…第３の軸方向分割体、２１…第１の層、２２…中間層、２３…第２の層、３１…筒状部、３２…第１の周方向分割体、３３…第２の周方向分割体、３４…第１の軸方向分割体、３５…第２の軸方向分割体、３６…第１の軸方向分割体、３７…第２の軸方向分割体、３８…第３の軸方向分割体。

Claims (19)

  1. 　筒状部を有するチャンネルボックスであって、
    　前記筒状部の側壁部は、炭化ケイ素を主成分とする第１の層と、前記第１の層の一方の主面上に配置され、炭化ケイ素繊維と、この炭化ケイ素繊維と複合化された炭化ケイ素とを有する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に配置され、固体潤滑剤を有する中間層とを有するチャンネルボックス。
  2. 　前記中間層は、固体潤滑剤を有する１対の第１の中間層の間に、炭化ケイ素を有する第２の中間層が配置された構造を有する請求項１記載のチャンネルボックス。
  3. 　前記中間層における固体潤滑剤は、窒化ホウ素、グラファイト、および雲母系鉱物の中から選択される少なくとも一種を有する請求項１または２記載のチャンネルボックス。
  4. 　前記第２の層における前記炭化ケイ素繊維の表面に被覆層を有する請求項１乃至３のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  5. 　前記被覆層は、窒化ホウ素、グラファイト、および雲母系鉱物の中から選択される少なくとも一種を有する請求項４記載のチャンネルボックス。
  6. 　前記第１の層が化学気相成長法により形成され、前記第２の層が化学気相浸透法により形成された請求項１乃至５のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  7. 　前記第２の層における前記炭化ケイ素繊維は、フィラメントワインディング法、ブレーディング法、または、織布もしくは不織布を積層する方法により、筒状に形成されている請求項１乃至６のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  8. 　前記側壁部は、外側表面に、炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる少なくとも１種を９８質量％以上含有する保護層を有する請求項１乃至７のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  9. 　前記保護層は、平均厚みが１０μｍ以上５０μｍ以下である請求項８記載のチャンネルボックス。
  10. 　前記側壁部において、外側から順に、前記第１の層、前記中間層、前記第２の層が配置される請求項１乃至９のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  11. 　前記側壁部において、外側から順に、前記第２の層、前記中間層、前記第１の層が配置される請求項１乃至９のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  12. 　前記側壁部において、外側から順に、前記第１の層、前記中間層、前記第２の層、前記中間層、前記第１の層が配置される請求項１乃至９のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  13. 　前記側壁部において、外側から順に、前記第２の層、前記中間層、前記第１の層、前記中間層、前記第２の層が配置される請求項１乃至９のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  14. 　前記側壁部において、外側から順に、前記第１の層、前記中間層、前記第２の層、前記中間層、前記第１の層、前記中間層、前記第２の層が配置される請求項１乃至９のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  15. 　前記側壁部において、外側から順に、前記第２の層、前記中間層、前記第１の層、前記中間層、前記第２の層、前記中間層、前記第１の層が配置される請求項１乃至９のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  16. 　前記筒状部は、周方向に複数に分割されている請求項１乃至１５のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  17. 　前記筒状部は、軸方向の長さが１ｍ以上４ｍ以下である請求項１乃至１６のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  18. 　前記筒状部は、軸方向に複数に分割されている請求項１乃至１７のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
  19. 　前記側壁部の平均厚みが２ｍｍ以上４ｍｍ以下である請求項１乃至１８のいずれか１項記載のチャンネルボックス。
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