(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が円形であり、一定の間隔で複数本並列に並べられて冷却媒体の流路となる中空管と、
上記複数本の中空管に対向する位置に、該中空管の半円周部が嵌合される円弧状の溝部を備え、該円弧状の溝部の間に平面部を備えている２枚の波形形状板部材を、
熱間静水圧加圧処理によって、上記波形形状板部材と中空管との突き合わせ接触面、及び該波形形状板部材同士の突き合わせ接触面を拡散接合させた冷却パネルにおいて、
上記２枚の波形形状板部材は、その外側面が上記円弧状の溝部と平面部に対応した波形形状に形成されており、全体にわたって肉厚が略同じであり、
核融合炉の炉内構造物内に上記冷却パネルを複数並べて配置したとき、対向する冷却パネルの波形形状板部材間に高温物質を収納する空間部が形成されることを特徴とする核融合炉の炉内構造物内に配置される波形形状冷却パネル。
【請求項２】
上記波形形状板部材の外側面に形成された波形形状の凸条部に、複数本の溝を長手方向に成形したことを特徴とする請求項１に記載の波形形状冷却パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ブランケット、リミター、ダイバータに代表される核融合炉の炉内構造物内に複数列設置して高温物質を冷却する冷却パネルの構造およびその冷却パネルの製作方法に関するもので、特に冷却パネルを構成する冷却媒体の流路となる中空管とこの中空管を囲むようにして接合する板部材とを熱間静水圧加圧処理により接合して冷却パネルを製作するについて、当該冷却パネルの中空管あるいは板部材のいずれかに亀裂が生じても、中空管内を流れる冷却媒体が外に漏洩することがなく、かつ、冷却される物質の収納容量が減少することがなく、さらに、冷却効率を向上させる冷却パネルを製作することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、核融合炉の炉内構造物であるブランケット、リミターやダイバータなどの容器内に複数列にわたって設置される冷却パネルは、上記容器内に収納する高温物質を冷却するための水などの冷却媒体を流す断面が中空の円形管と断面が矩形状の平板とを交互に配列し（図５(ａ)参照）、これら円形管と矩形状の平板とをＴＩＧ溶接などで溶接することにより、ボイラなどの炉壁に採用されるようなチューブパネル構造に似たパネル構造にしたものが使われることがある（図５(ｂ)参照）。このものは、例えば機械工学便覧（日本機械学会編、１９８９年９月３０日発行）Ｂ６−２１頁の図５５や図５６に記載されているようなものである。
しかし、上記冷却パネルは、円形管と平板とをＴＩＧ溶接などで接合して製作するために、平板の熱歪みなどによる溶接変形が大きい。このため、厳しい製作・設置精度の要求される核融合炉の炉内構造物に適用することは困難である。また、核融合炉の炉内構造物に適用すると、これら冷却パネルが高熱負荷や中性子による繰り返しの熱荷重及び照射を受け、特にその溶接近傍などの角部に応力が集中して亀裂を生じ易いという問題もある。
この亀裂は、溶接金属近傍から円形管の肉厚部内部を冷却媒体の流路内に向かって進展しながら冷却媒体の流路に達する可能性がある（図６参照）。そして、この亀裂から、冷却媒体の流路内を流れる水などの冷却媒体が外に漏洩して、例えば、核融合炉の炉内構造物であるブランケットに採用されている場合などは、トリチウム増殖材や中性子増倍材などに混じってしまい、核融合炉の稼動に対する安全性に大きな問題を生じさせる恐れがある。したがって、この様な冷却パネルは冷却効率が比較的良くとも信頼性が低いために、実用に供し難い。
【０００３】
以上のような溶接によって製作される冷却パネルでは、厳しい製作精度や設置精度の要求される核融合炉の炉内構造物などに適用する際に上記問題があるので、これらの問題を回避するために、核融合炉のブランケットの前面に設置される第一壁等を製作するのにＴＩＧ溶接などの溶接の代わりに、熱間静水圧加圧処理 によって拡散接合（固相接合）して製作することが公知である（特開平１０−５４６８８号公報）。
しかし、このものは、冷却媒体の流路となる断面が円形の中空部材を一定の間隔で複数本並列に並べ、この並べられたこれら中空部材を外側が平な面に成形され、内側が中空部材の半円周部を嵌合できる半円弧状の溝部が一定間隔に成形された板状部材で挟んで断面が矩形状ブロックになるように成形したものであり  （図７(ａ)参照）、この矩形状に成形された矩形状ブロックは、熱間静水圧加圧装置により温度１,０００℃程度、気圧を１，０００〜２，０００ｋｇｆ／ｃｍ２まで昇温、昇圧させて中空部材と板状部材との接触面や板状部材同士の突き合わせ接触面とのそれぞれの接触面を拡散接合させて矩形状第一壁を製作するものである（図７(ｂ)参照）。
【０００４】
ところが、上記矩形状第一壁は、中空部材を囲む板状部材の外側面が平な面であるために、核融合炉の炉内構造物である例えばブランケットの第一壁のようなところに用いる場合には、ブランケット内に充填するトリチウム増殖材や中性子増倍材の収納容量が少なくなるなどの支障には余りならないが（図１(ａ)参照）、第一壁への熱負荷による熱応力が過大となる。また、このような形状の冷却パネルをブランケット内に複数列並べて配置する場合、上記トリチウム増殖材や中性子増倍材の収納容量が大幅に減少してしまい、所定のトリチウム増殖比を確保できない可能性が高い。また、第一壁の外側面が平な面であるために冷却するべきトリチウム増殖材や中性子増倍材などとの接触面が少なくなることから冷却効率が悪くなる。
【０００５】
【刊行物】
【文献１】
機械工学便覧（日本機械学会編、１９８９年９月３０日発行）Ｂ６−２１頁、図５５及び図５６
【特許文献１】
特開平１０−５４６８８号公報
【０００６】
【解決しようとする課題】
この発明は、上記従来技術の問題点を解消するべくなされたもので、核融合炉の炉内構造物などの高熱負荷機器内に複数列配列して設置される冷却パネルを熱間静水圧加圧処理により製作するについて、当該冷却パネルを構成する冷却媒体の流路に用いられる中空部材を囲んで取付ける板部材を工夫して、冷却パネル間に収納される高温物質の収納容量を可及的に多くすることができ、かつ、冷却効率を向上できるようにすることを、その課題とするものである。
【０００７】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】
上記課題を解決するために講じた手段１は、核融合炉の炉内構造物内に複数個配列する冷却パネルの製作方法を前提として、次の（イ）〜（ニ）によって構成されるものである。
（イ）冷却媒体の流路となる断面が円形の中空管を一定距離の間隔に複数本並列に並べたこと、
（ロ）これら中空管の全周を囲んで一体的に成形する板部材を、上記中空管の半円周部が嵌合される円弧状の溝部をそれぞれの中空管に対向する位置に複数個成形して波形形状に成形したこと、
（ハ）上記波形形状板部材２枚で上記中空管を上下方向から挟み込むように重ねて波形形状冷却管ブロックを形成したこと、
（ニ）上記冷却管ブロックの波形形状板部材同士および波形形状板部材と中空管とのそれぞれの突き合わせ接触面を熱間静水圧加圧処理によって拡散接合すること。
【０００８】
【作用】
波形形状冷却パネルを製作するについて、複数本並列に並べた断面が円形の中空管をその中空管の半円周が嵌合できる円弧状の溝部を複数個成形した波形形状の２枚の板部材を重ね合わせて冷却管ブロックを成形し、この冷却管ブロックを熱間静水圧加圧処理にて接合して波形形状冷却パネルを製作するようにしたものであるので、この波形形状冷却パネルには、ＴＩＧ溶接などによる溶接金属部分がなく、中空管や板部材の材質と溶接した溶接金属との材質の異なる延性差などによる変形が生じることがなく、さらに、変形部分の除去や補修のための手間が省略できる。また、波形形状板部材若しくは中空管のいずれかに亀裂が発生しても、その亀裂は波形形状板部材の肉厚部内部に、あるいは中空管の肉厚部内部に進展して行くが、熱間静水圧加圧処理によってできる波形形状板部材と中空管との接合部には、結晶粒度の異なる部材の境界面が存在するために、亀裂はこの接合境界面に到達するとこの接合境界面に沿って進展するようになり、上記波形形状板部材にできる亀裂も、また、中空管にできる亀裂も互いに他部材に達することがなくなる。したがって、中空管内を流れる水などの冷却媒体は波形形状冷却パネルの外部に漏洩することはない。また、複数の中空管を取付ける板部材は波形形状にされたものであるので、このような波形形状の板部材によって製作される冷却パネルを核融合炉などのブランケット内に複数列配置して設置しても、炉容器内の収納容量は殆ど減少することはなく、したがって、ブランケット内に収納されるトリチウム増殖材や中性子増倍材などの収納面積が殆ど減少することはない。それゆえ、ブランケット設備を大型化する必要がなくなり、設備コストが節減される。
さらに、冷却パネルが波形形状であるので、波形形状冷却パネルと高温物質との接する面積が広くなって冷却効率が向上するとともに、薄肉パネルとすることでパネル自身に発生する熱応力も低く抑えることが可能である。
また、上記特許文献１の方法で波形形状冷却パネルを製作する場合、円管を板材で挟み込んで熱間静水圧加圧により拡散接合させた後に機械加工による外形切削が必要となるが、本願の場合、ほぼ最終形状の状態で拡散接合させるため、無駄な機械加工が不要である（拡散接合前の波形板もプレス加工で容易に製作可能）。従って、製作コストの大幅な削減に繋がる。
【０００９】
【解決手段２】
上記課題を解決するために講じた手段２（請求項１に対応）は、断面が円形であり、一定の間隔で複数本並列に並べられて冷却媒体の流路となる中空管と、
上記複数本の中空管に対向する位置に、該中空管の半円周部が嵌合される円弧状の溝部を備え、該円弧状の溝部の間に平面部を備えている２枚の波形形状板部材を、
熱間静水圧加圧処理によって、上記波形形状板部材と中空管との突き合わせ接触面、及び該波形形状板部材同士の突き合わせ接触面を拡散接合させた冷却パネルにおいて、
上記２枚の波形形状板部材は、その外側面が上記円弧状の溝部と平面部に対応した波形形状に形成されており、全体にわたって肉厚が略同じであり、
核融合炉の炉内構造物内に上記冷却パネルを複数並べて配置したとき、対向する冷却パネルの波形形状板部材間に高温物質を収納する空間部が形成される核融合炉の炉内構造物内に配置される波形形状冷却パネルである。
【００１０】
【作用】
波形形状冷却パネルを構成する板部材を、中空管の半円周部が嵌合できる円弧状の溝部を成形して波形形状にしたことにより、この波形形状冷却パネル間に収納されて冷却される高温物質の収納容量が、従来の外側面が平面のもの（特許文献１に示されているもの）に比較して大きくなり、しかも、冷却パネルと冷却される物質との接触面積が広くなって冷却効率が向上する。また、板部材を波形にするだけであるので製作コストは廉価である。
【００１１】
【実施態様】
この実施態様（請求項２に対応）は、上記解決手段２の波形形状冷却パネルにおいて、波形形状板部材の外側面に形成された波形形状の凸条部に、複数本の溝を長手方向に成形したことである。
【００１２】
【作用】
波形形状冷却パネルを構成する波形形状板部材の外側面に形成された波形形状の凸条部に、複数本の溝を長手方向に成形しただけで、製作コストの増加なしに冷却効率を顕著に向上させることができる。
【００１３】
【実施の形態】
この発明の核融合炉の炉内構造物である高熱負荷機器、例えばブランケットやリミター、ダイバータなどに設けられる高熱流束および中性子重照射に耐える冷却パネルおよびその製作方法の実施例を、図１〜図４を参照しながら説明する。
この実施例は、図７(ａ),(ｂ)に示す従来のブランケットに設置される第一壁の製作方法と基本的には格別の違いはない。そして、その製作方法と製作される冷却パネルの構造は次のとおりである。
核融合炉のブランケット１内に配備される冷却パネル２の材質はステンレス製あるいは低誘導放射化の材料によって作られるものであり、この冷却パネル２は、水などの冷却媒体を流す断面が円形の複数の中空管３とこれら中空管３を取付ける２枚の板部材とで構成されている。この中空管３は、内径が略９〜１０ｍｍ 、肉厚が略１.５ｍｍ、長さが略１.５ｍに成形されている。
【００１４】
また、この中空管３を包囲して取付ける板部材は、肉厚を略１.５ｍｍ、横幅を略１.０ｍ、長さを略１.５ｍに成形されている。なお、上記中空管３と板部材とで冷却パネル２を製作するについては、中空管３の少なくとも外周面を、研磨し、脱脂することによって滑らかな表面に仕上げてある。また、板部材は、ホットプレスにより中空管３の半円周部が嵌合できるように複数個の円弧状溝部５を一定距離の間隔をおいて塑性変形させることにより成形して波形形状にした。そして、この波形形状板部材４は、成形された円弧状溝部５の少なくとも内周面と平面部６の内側面とを研磨と脱脂して滑らかな表面仕上げをしたものにしている。
【００１５】
さらに、波形形状板部材４に成形されたそれぞれの円弧状溝部５には、上記外周面を表面仕上げした中空管３の半円周部をそれぞれ嵌合させて配置させ、もう１枚の波形形状板部材４ａに成形された円弧状溝部５ａをそれぞれの中空管３の残りの半円周部を嵌合させて重ね合わせて中空管を覆って、冷却管ブロック７を形成している（図２(ａ)参照）。
そして、上記冷却管ブロック７は、波形形状板部材４，４ａの円弧状溝部５，５ａの長手方向両端部と中空管３の長手方向両端部との接触面と、波形形状板部材４，４ａの長手方向の突き合わせ両端部同士の接触面及び幅方向の突き合わせ両端部同士の接触面とを熱処理を施して脱気した後、シール溶接をする。このシール溶接後、この冷却管ブロック７は、波形形状板部材４，４ａ同士の突き合わせ接触面と、波形形状板部材４，４ａに形成された円弧状溝部５の内周面と中空管３の外周面との接触面を脱気処理し、真空封止した状態で熱間静水圧加圧装置内にセットされ（図示省略）、装置内を略１０００℃位まで温度上昇させると共にアルゴンガス等の不活性ガスなどの雰囲気にして略１５００Ｋｇｆ／ｃｍ２程度まで昇圧させて、これで接合させる（図２(ｂ)参照）。上記熱間静水圧加圧装置内での加圧は、波形形状板部材４，４ａの外側全域及び中空管３の管内全域から等方的に行われる。このように内外全域から等しく加圧されるので、被加工物が高圧で変形することが回避される。
【００１６】
このようにして製作された波形形状冷却パネル２は、ブランケット１内に２枚を一組として所定の間隔に複数組が並列に並べられるように配設される（図１(ａ),(ｃ)参照）。そして、各組毎の波形形状冷却パネル２の間の空間部には１ｍｍ程度の粒子状トリチウム増殖材が収納され、また、それぞれの組間の空間部には、１ｍｍ程度の粒子状中性子増倍材が収納されるので（図１(ｃ)参照）、波形形状板部材４，４ａは、これら高熱になっ た物質による高熱負荷や中性子の照射を受けることになるため、損傷を受け易い。しかし、例え波形形状冷却パネル２、つまり、波形形状板部材若しくは中空管に亀裂が生じても、この亀裂はそれぞれの肉厚部内部を進展して中空管３と波形形状板部材４，４ａとの拡散接合された接合面の接合境界面まで達するとしても、この亀裂は接合境界面で止まり、中空管３と波形形状板部材４，４ａとの接合境界面を貫通してさらに半径方向に進行することはない（図４参照）。したがって、中空管３内を流れる冷却媒体が上記亀裂によって外に漏れることは決してないから、耐圧バウンダリの安全性が確保される。
【００１７】
次に、上記波形形状冷却パネル２の構造に関する他の実施例を説明する。
この実施例では、上記波形形状冷却パネル２を構成する波形形状板部材４，４ａに冷却効果を上げるためのヒレ９を成形したものである。つまり、このヒレ９は、上記実施態様における波形形状板部材４，４ａの円弧状溝部５の外側長手方向に３本の溝８を成形するものである。そして、この溝８を成形した波形形状冷却パネルの製作は、上記実施態様と同様の方法で作られる。
したがって、ヒレ用部材を特別に用意したり、ヒレを取付ける作業が増えるものではないので、製作コストも低く押さえることができる（図３参照）。
【００１８】
【効果】
波形形状冷却パネルを製作するについて、冷却媒体の流路となる断面が円形の中空管を複数本並列に並べ、これらを中空管の半円周部が嵌合できる円弧状の溝部を成形して波形形状の板部材に成形し、この成形された２枚の波形形状板部材を重ね合わせて波形形状冷却管ブロックを成形し、この波形形状冷却管ブロックを熱間静水圧加圧処理にて接合するようにしたものであるから、この波形形状冷却パネルには、ＴＩＧ溶接などによる溶接金属部分がなく、熱間静水圧加圧処理の際に生じ易い波形形状板部材や中空管の材質と溶接箇所の溶接金属の材質とが異なることによる延性差による変形がない。したがって、変形箇所の除去や補修のための作業工数の負担がない。
【００１９】
また、波形形状板部材の外側面若しくは中空管の内側面のいずれかに亀裂が発生しても、その亀裂は波形形状板部材の肉厚部内部、中空管の肉厚部内部にそれぞれ進展するが、しかし、波形形状板部材と中空管とは熱間静水圧加圧処理によって接合されているので、その接合部に結晶粒度の異なる部材の境界面が存在し、この接合界面に達した亀裂はその境界部に沿って伝わることはあっても、当該 接合界面を貫通して他の部材に及ぶことはない。したがって、中空管内を流れる冷却媒体が亀裂によって外に漏洩することはない。
【００２０】
また、複数の中空管を取付ける板部材は波形形状であるから、このような波形形状の板部材によって製作される冷却パネルを核融合炉などの炉内構造物であるブランケット内などに複数列配置して設置するようにしても、炉容器内の収納スペースは殆ど減少することがないので、トリチウム増殖材や中性子増倍材などの高温物質の収納容積が減少することがなく、したがって、冷却効果を上げるためにブランケット設備を大型化する必要はなくなり、その分だけ設備コストを低減することができる。
【００２１】
また、冷却パネルの全体形状が波形形状であるので、波形形状パネルと高温のトリチウム増殖材及び中性子増倍材と接する面積が広くなって冷却効率が向上する。
また、板部材に中空管の半円周部を嵌合する円弧状溝部成形の成形加工をホットプレスで行うので、製作コストも廉価である。
さらに、上記波形形状板部材の円弧状溝部の外側に複数本の溝を長手方向に成形したヒレ付波形形状冷却パネル構造にしたので、製作コストが増加することなく、冷却効率を顕著に向上させることができ、同時にパネル自体に生ずる熱応力を低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、この発明の波形形状冷却パネルを装備させた核融合炉のブランケットの説明図である。(ａ)は一部を切り欠いた概念的な斜視図であり、(ｂ)及び(ｃ)は、(ａ)のＡ部拡大図及びＢ部拡大図である。
【図２】（ａ）は、この発明の波形形状冷却パネルの熱間静水圧加圧処理する前の冷却管ブロックの概略斜視図であり、（ｂ）は、その波形形状冷却パネルの一部の概略斜視図である。
【図３】は、図２の冷却管ブロックの外表面に溝部を形成してヒレ付構造にした波形形状冷却パネルの熱間静水圧加圧処理する前の冷却管ブロックの概略斜視図である。
【図４】は、この発明の波形形状冷却パネルに生じる亀裂の進展経路を概念的に表した波形形状冷却パネルの概略縦断面図である。
【図５】（ａ）は、従来のボイラなどの炉壁に用いられるパネル構造の溶接前のチューブとプレートとを並べた状態を示す概念的な斜視図であり、（ｂ）は、溶接後のチューブパネル構造の概略縦断面図である。
【図６】は、図５（ｂ）のチューブパネルに生じる亀裂の進展経路を概念的に表したチューブパネルの概略縦断面図である。
【図７】（ａ）は、従来のブランケットに設けられる第一壁の熱間静水圧加圧処理する前の概略縦断面図であり、（ｂ）は、熱間静水圧加圧処理して接合された後の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１：ブランケット
２：波形形状冷却パネル
３：中空管
４，４ａ：波形形状板部材
５，５ａ：波形形状板部材に成形された円弧状溝部
６：波形形状板部材の平面部
７：冷却管ブロック
８：波形形状板部材に成形された溝
９：波形形状板部材に成形されたヒレ
【図１】
0003725114.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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