(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向で一定間隔に分割された多数の細幅の外側用板材の一面に垂直な溝を一定ピッチにて所定数削設した上、上下端部を溝側に直角に屈曲し、同じく幅方向で一定間隔に分割された多数の細幅の内側用板材の一面に垂直な溝を平行に一定ピッチにて所定数削設した上、上下端部を溝の反対側に直角に屈曲し、多数の管をコ字型に屈曲し、４対の帯板を所定の曲率で平面円弧状となした上、各々の帯板の一面長手方向に溝を一定ピッチにて円弧の中心方向に向けて削設し、次にコ字型の管を所定本数ずつ多数の細幅の外側用板材と内側用材の溝内に挾み込み、次いでこれを予め外面に曲面加工を施した遮蔽体ブロックに多数幅方向に並べてかぶせると共に、遮蔽体ブロックの上下面でコ字型の管の上辺部と下辺部の前後を前記４対の帯板の溝にて挾み、然る後ＨＩＰ接合により前記各部材同士を接合して第一壁を製作すると共に第一壁と遮蔽体ブロックとを接合することを特徴とする核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合炉の真空容器内構造物であるブランケットの第一壁の製作方法に係り、特に三次元曲面を有する第一壁の製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核融合炉のプラズマに直面する図１２に示すブランケット２１は、炉運転中に高い表面熱流束や激しい中性子負荷を受けると共に大きな電磁力が作用する。このため、プラント寿命中数回の交換が必要とされることから、交換保守の容易性を考慮して、図１２に示されるように(1) 〜(15)のモジュール分割構造が採用されている。また、各モジュールのプラズマ対向面である第一壁は、プラズマ形状に沿う形で配列されるため、例えば図１２における(6) のモジュールのブランケット２１では図１３のａ，ｂ，ｃ，ｄに示すように複雑な三次元曲面Ｘ，Ｙ，Ｚを有する。
【０００３】
プラズマの熱負荷に耐え得るように例えば図１４に示す遮蔽ブランケット２１の第一壁２２は、厚さ２０ｍｍのアルミナ分散強化型銅合金板（ＤＳＣｕ）２３の内部に外径１２ｍｍのオーステナイ系ステンレス鋼管２４を配列した冷却パネル構造となっており、プラズマディスラプション時に発生する電磁力にも耐え得るように強固に固定される。
【０００４】
従来、第一壁を製作する際には、図１５に示すように２次元方向、即ち上下方向にＲ１３００程度の曲面Ｙ，前後方向にＲ５０程度の曲面Ｚを有するモジュールを想定して検討され、以下に述べる製作方法が提案されている。先ず、図１６に示すように第一壁を構成する各部品を製作する。即ち、ａ図に示すようにＤＳＣｕ板２５の一面に半円形の溝２６を垂直に多数並列に加工した上、上下端を溝２６側に曲げ加工して表面板２７を作成し、ｂ図に示すようにＳＵＳ円管２８をコ字型に曲げ加工し、ｃ図に示すようにＤＳＣｕ板２９の一面に半円形の溝３０を垂直に多数並列に加工した上、上下端を溝３０の反対側に曲げ加工して裏面板３１を製作し、ｄ図に示すように４枚のＳＵＳ帯板３２の片面に、ｂ図に示されるコ字型に曲げ加工したＳＵＳ円管２８の上辺部と下辺部を挾む半円形の溝３３を多数並列に加工し、ｅ図に示すようにＳＵＳ板３４をコ字型に曲げ加工して裏当板３５を製作する。次に図１７のａに示すように表面板２７と裏面板３１とでコ字型のＳＵＳ円管２８を挾み込み、コ字型のＳＵＳ円管２８の上辺部と下辺部を片面に半円形の溝３３を多数並列に加工した４枚のＳＵＳ帯板３２にて挾み込み、裏面板３１及び内側のＳＵＳ帯板３２に密着するように裏当板３５をセットして、図１７のｂに示すように第一壁３６を組み立てる。次いで、図１８に示すように予め２次元曲面加工を施した遮蔽体ブロック３７に、組み立てた第一壁３６をかぶせ、正面，上下両面，左右両側面を薄板３８，３９，３９′にて覆ってキャニングを行う。然る後、この状態でＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）接合即ち熱間静水圧加圧法により、第一壁３６の各構成部品を互いに接合すると同時に、第一壁３６と遮蔽体ブロック３７及び薄板３８，３９，３９′についても接合する。先行技術文献として、K.Furuya, et al. ,“Fabrication of Small−scaled Shielding Blanket Module and First Wall Panel for ITER ”, Proc, 19th Symp. on Fusion Technology, Lisbon, 1996 がある。
【０００５】
ところで、プラズマ対向面である第一壁は、プラズマ形状に沿う形状であることが必要で、三次元曲面を備えていなければならない。しかし、上記従来の第一壁の製作方法では、表面板２７，裏面板３１，裏当板３５の２次元の曲げ加工はできるが、図１３に示すように３次元方向、即ち左右方向の曲面Ｘ，上下方向の曲面Ｙ、前後方向の曲面Ｚを有するブランケット２１おける表面板２７，裏面板３１，裏当板３５の３次元の曲げ加工は不可能である。
【０００６】
この為、例えば図１９の深絞り加工のように上下の型４０，４１で平板４２をプレスして３次元曲面を加工する方法も考えられるが、以下に述べるような問題点がある。
(1) プレス加工中に冷却管が配列される溝が変形してしまい、第一壁組立時に設置ギャップが生じる。
(2) 板のスプリングバッグを考慮した精度の高い型設計が必要となり、コスト高となる。
(3) 各モジュールの形状に合わせた多数の治具が必要となり、コスト高となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記問題点が無く、３次元曲面を有する第一壁を製作でき、しかも第一壁と遮蔽体ブロックとを一括してＨＩＰ接合できる核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法は、幅方向で一定間隔に分割された多数の細幅の外側用板材の一面に垂直な溝を平行に一定ピッチにて所定数削設した上、上下端部を溝側に直角に屈曲し、同じく幅方向で一定間隔に分割された多数の細幅の内側用板材の一面に垂直な溝を平行に一定ピッチにて所定数削設した上、上下端部を溝の反対側に直角に屈曲し、多数の管をコ字型に屈曲し、４対の帯板を所定の曲率で平面円弧状となした上、各々の帯板の一面長手方向に溝を一定ピッチにて円弧の中心方向に向けて削設し、次にコ字型の管を所定本数ずつ多数の細幅の外側用板材と内側用板材の溝内に挟み込み、次いでこれを予め外面に曲面加工を施した遮蔽体ブロックに多数幅方向に並べてかぶせると共に遮蔽体ブロックの上下面でコ字型の管の上辺部と下辺部の前後を前記４対の帯板の溝にて挾み、然る後ＨＩＰ接合により前記各部材同士を接合して第一壁を製作すると共に第一壁と遮蔽体ブロックとを接合することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法の一実施形態を図によって説明する。先ず、第一壁を構成する各部材の加工について説明すると、図１のａに示すように幅方向で一定間隔に垂直に切断分割された多数の細幅のＤＳＣｕより成る外側用板材１の一面に、図１のｂに示すように垂直な半円溝２を平行に一定ピッチにて所定数削設した上、図１のｃに示すように各外側用板材１の中間を半円溝２側に陥むように所定の曲率で曲成し且つ上下端部３，４を半円溝２側に直角に屈曲した。同じく図２のａに示すように幅方向で一定間隔に垂直に切断分割された多数の細幅のＤＳＣｕより成る内側用板材５の一面に、図２のｂに示すように垂直な半円溝６を平行に一定ピッチにて所定数削設した上、図２のｃに示すように各内側用板材５の中間を半円溝６の反対側に陥むように所定の曲率で曲成し且つ上下端部７，８を半円溝６の反対側に直角に屈曲した。また図３のａに示す多数のＳＳ３１６Ｌより成る円管９を、図３のｂに示すようにコ字型に屈曲すると共に中間をコ字型の内側方向に陥むように所定の曲率で曲成した。さらに図４のａに示すように所定の曲率で平面円弧状に切断成形した４枚のＤＳＣｕより成る帯板１０と、この帯板１０の内側縁の曲率に沿う曲率で平面円弧状に切断成形した４枚のＳＳ３１６ＬＮより成る帯板１１との一面長手方向に、夫々図４のｂに示すように半円溝１２，１３を平行に一定ピッチにて円弧の中心方向に向けて削設した。次に前記のコ字型に曲成された円管９の中間を、所定本数ずつ図５に示すように細幅の外側用板材１と内側用板材５の半円溝２，６内に挾み込み、次いでこれを図６に示すように予め外面に３次元曲面加工を施した遮蔽体ブロック１４、即ち前面を左右方向にかけて手前にふくらむように所定の曲率で曲成すると共に前面の上下方向にかけて陥むように所定の曲率で曲成し、且つ前面と上下面の交差する部分を前後方向のかけて所定の曲率で曲成した遮蔽体ブロック１４に、図７に示すように多数幅方向に並べてかぶせると共に遮蔽体ブロック１４の上下面で、コ字型の円管９の上辺部と下辺部の前後を、夫々半円溝１２を設けた４枚の平面円弧状の帯板１０と、夫々半円溝１３を設けた４枚の平面円弧状の帯板１１にて挾み、さらに遮蔽体ブロック１４の背面の左右両側に支持脚１５を配し、然る後ＨＩＰ接合により前記各部材同士を接合して図８に示すように第一壁１６を製作すると共に第一壁１６と遮蔽体ブロック１４とを接合し且つ遮蔽体ブロック１４と支持脚１５とを接合して遮蔽ブランケット１７を製作した。
【００１０】
上記の核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法において、図７に示すように遮蔽体ブロック１４に、コ字型の円管９の中間を挾んだ外側用板材１と内側用板材５とから成るパーツを幅方向に多数並べてかぶせた際、図９に示すように遮蔽体ブロック１４の前面とパーツとの間にギャップＧが生じるが、このギャップＧが１〜２ｍｍ程度であれば、ＨＩＰ接合時にパーツが変形して遮蔽体ブロック１４の前面に接合されることによりギャップＧが消滅する。遮蔽体ブロック１４の前面の曲率が変化し、ギャップＧが過大となる場合には、第一壁を構成するパーツの分割数を多くすることにより、ギャップＧを小さくすることができる。
【００１１】
上記実施形態の核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法は、図１２における(6) のモジュールに対応する第一壁の製作であるが、 (4)のモジュールに対応する第一壁の製作の場合は、第一壁を構成するパーツが図１０に示すようになる。即ち、コ字型の円管９の中間を挾んだ外側用板材１と内側用板材５は上下方向においてストレートとなる。また(15)のモジュールに対応する第一壁の製作の場合は、第一壁を構成するパーツが、図１１に示すようになる。即ち、コ字型の円管９の中間を挾んだ外側用板材１と内側用板材５は上下方向において外側にふくらむように曲成され、また遮蔽体ブロック１４の前面が左右方向にかけて陥むように所定の曲率で曲成されているため、コ字型の円管９の上辺部と下辺部の前後を挾む４枚の帯板１０と４枚の帯板１１は、遮蔽体ブロック１４の上下面と同じ方向に円弧状にくぼむように平面円弧状に切断成形される。
【００１２】
また、上記実施形態の核融合炉ブランケットの第一壁製作方法では、コ字型の円管９の中間を挾む外側用板材１と内側用板材５の溝２，６及びコ字型の円管９の上辺部と下辺部を挾む平面円弧状の帯板１０，１１の溝１２，１３が、夫々半円形であるが、幅と深さの比が２：１の角溝でもよいもので、円管９を挾んだ角溝の底にはギャップＧが生じるが、ＨＩＰ接合時に円管９が変形して角溝の内面に接合されて角型管となり、角溝の底のギャップＧは無くなる。勿論角溝に挾む管は角管でもよいものである。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明の核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法は、複雑な３次元曲面を有する第一壁を製作するにおいて、比較的簡単な２次元曲面を有する第一壁の構成部品を分割製作し、これらを組み合わせて予め製作した３次元曲面を有する遮蔽体ブロックにセットの上、１回のＨＩＰ接合を行うことにより、第一壁を製作できると共に、遮蔽ブランケットも製作できる。従って、従来の製作方法に比し容易且つ安価に製作できて効率的である。また、本発明の製作方法は、ブランケットの全体形状が変更された場合でも、第一壁の構成部品の分割点数を適切に設定することにより、無理なく第一壁の製作が可能である。さらに、本発明の製作方法は、ＩＴＥＲ、原型炉等における増殖ブランケットに用いられる矩形管の冷却流路を有する第一壁の製作に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ〜ｃは本発明の核融合炉ブランケットの第一壁の製作方法における外側用板材の加工工程を示す図である。
【図２】ａ〜ｃは同じく第一壁の製作方法における内側用板材の加工工程を示す図である。
【図３】ａ〜ｂは同じく第一壁の製作方法における円管の加工工程を示す図である。
【図４】ａ〜ｂは同じく第一壁の製作方法における帯板の加工工程を示す図である。
【図５】図１のｃに示す外側用板材と図２のｃに示す内側用板材との間に図３のｂに示す円管を挾み込んだ状態を示す斜視図である。
【図６】外面に３次元曲面加工を施した遮蔽体ブロックを示す斜視図である。
【図７】図６の遮蔽体ブロックに、図５に示すパーツと図４に示す帯板を組み合せてセットする状態を示す斜視図である。
【図８】図７に示す遮蔽体ブロックと第一壁の各構成部材をＨＩＰ接合により接合して第一壁を製作すると共に遮蔽ブランケットを製作した状態を示す図である。
【図９】図７に示す遮蔽体ブロックに図５に示すパーツを多数並べてかぶせた際に遮蔽体ブロックの前面とパーツとの間に生じたギャップを示す図である。
【図１０】第一壁を構成する円管を挾んだ外側用板材と内側用板材から成るパーツの他の例を示す図である。
【図１１】第一壁を構成する円管を挾んだ外側用板材と内側用板材から成るパーツのさらに他の例を示す図である。
【図１２】核融合炉におけるブランケットの配置を示す概略斜視図である。
【図１３】図１２における(6) のモジュールの外形を示すもので、ａは正面図、ｂは右側面図、ｃは平面図、ｄは底面図である。
【図１４】遮蔽ブランケットの横断面図である。
【図１５】第一壁製作のための従来の対象モジュールの例を示す斜視図である。
【図１６】ａ〜ｅは、第一壁を構成する各部品の製作例を示す図である。
【図１７】ａ〜ｂは図１６に示す各部品にて第一壁を製作する工程を示す図である。
【図１８】三次元方向に曲面を有するモジュールを示す斜視図である。
【図１９】深絞り加工により３次元曲面を加工する方法を示す図である。
【符号の説明】
１  外側用板材
２  半円溝
３，４  上下端部
５  内側用板材
６  半円溝
７，８  上下端部
９  円管
１０，１１  帯板
１２，１３  半円溝
１４  遮蔽体ブロック
１５  支持脚
１６  第一壁
１７  遮蔽ブランケット
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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