(57)【要約】【課題】機械加工に伴う偏肉を防止することができるとともに、切削加工による材料表面の硬化を防止して応力腐食割れの可能性を減少させることができる炉心シュラウドを提供する。【解決手段】本発明の炉心シュラウド１００は、上部胴、中間胴および下部胴の一部若しくは全部を板材から成形するとともに、板材から成形した部分以外の部分を鍛造材から成形する。これにより板材から成形した胴部分３０，４０，６０を製缶加工のみによって製造することが可能となるから、機械加工に伴う偏肉や表面の加工硬化をなくして応力腐食割れの可能性を減少させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉の圧力容器内に設置される円筒状の構造物であって、上部リング、上部胴、中間部リング、中間胴、下部リングおよび下部胴を一体に組み立ててなる炉心シュラウドにおいて、
前記上部胴、前記中間胴および前記下部胴の少なくとも一部が板材から成形されるとともに、
前記板材から成形された部分以外の部分が鍛造材から成形されることを特徴とする炉心シュラウド。
【請求項２】
前記板材から成形された部分および前記鍛造材から成形された部分は、それぞれリング状若しくは円筒状に成形されていることを特徴とする請求項１に記載した炉心シュラウド。
【請求項３】
前記板材から成形された部分および前記鍛造材から成形された部分は、軸線方向に互いに並べられて円周方向の溶接継手により一体に組み立てられることを特徴とする請求項２に記載した炉心シュラウド。
【請求項４】
前記板材から成形された部分は、平板状の素材を湾曲成形した半円筒部分を二つ組み合わせるとともに、組み合わせた二つの前記半円筒部分を軸線方向の溶接継手により一体に組み立てて円筒状に成形したものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した炉心シュラウド。
【請求項５】
前記中間胴は、それぞれ板材から成形された円筒状の上側中間胴および下側中間胴を軸線方向を重ね合わせて円周方向の溶接継手により一体に組み立てたものであることを特徴とする請求項４に記載した炉心シュラウド。
【請求項６】
前記上側中間胴および前記下側中間胴は、それらの前記軸線方向の溶接継手が互いに軸線方向に重なり合わないように円周方向に位置をずらして一体に組み立てられていることを特徴とする請求項４または５に記載した炉心シュラウド。
【請求項７】
前記板材から成形された部分は、その表面が切削加工されていないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載した炉心シュラウド。
【請求項８】
前記板材から成形された部分および前記鍛造材から成形された部分の合計の個数が６個以下であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載した炉心シュラウド。
【請求項９】
前記鍛造材から成形された部分は、その前記板材から成形された部分に接続される部分の厚みが、前記板材から成形された部分の厚みに等しくされていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載した炉心シュラウド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の圧力容器内に設置される円筒状構造物である炉心シュラウドに関し、より詳しくは、機械加工に伴う材料表面の加工硬化を防止して応力腐食割れの可能性を減少させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられる円筒状構造物である炉心シュラウドは、その内部に燃料集合体を装荷することで炉心を形成するとともに、その炉心内を上向きに流れる流路を形成し、かつその外周側では炉壁との間にアニュラス空間を形成して下向きに流れる冷却材の再循環流を案内するようになっている。
また炉心シュラウドは、上方から順に上部リング、上部胴、中間部リング、中間部胴、下部リングおよび下部胴の各部を有するとともに、中間部リングによって燃料集合体の上端部支持用の上部格子板を支持しつつ、下部リングによって燃料集合体の下端部支持用の炉心支持板を支持する構造となっている。
【０００３】
炉心シュラウドは、ステンレス鋼の板材を溶接することにより一体構造物として組立てることができる（例えば、特許文献１参照）。
図３に示したように、板材から組み立てられた炉心シュラウド１は、上部リング２、上部胴３、中間部リング４、上側中間胴５、下側中間胴６、下部リング７および下部胴８を有している。
このとき、リングセクタを溶接することにより各リング２，４，７を組み立てるとともに、胴セクタを溶接することにより各胴３，５，６，８を組み立てる。
次いで、各リング２，４，７および各胴３，５，６，８を軸線方向に並べつつ互いに円周方向に溶接し、最終的に一体の炉心シュラウド１を組み立てる。
【０００４】
また、炉心シュラウドをリング鍛造品から成形する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
図４に示したように、リング鍛造材から組み立てられた炉心シュラウド１０は、上部胴リング１１、中間胴リング１２および下部胴リング１３を有するとともに、これらのリング鍛造材を軸線方向に順に並べつつ互いに円周方向に溶接することによって組み立てられ、軸線方向の溶接継手は存在していない。
これにより、リング鍛造材から組み立てられるシュラウド１０は、上述した板材から組み立てられるシュラウド１に比べて溶接継手の数が減少するから、原子炉使用中における応力腐食割れの可能性を低減することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３０４９７８号公報（［０００２］）
【特許文献２】
特開平１１−１４２５６８号公報（［０００８］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
炉心シュラウドは、主としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いて組み立てられるが、この材料においては応力、腐食環境、材料（クロム欠乏層の形成）の３つの条件が成立すると応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking) が生じることが知られている。
また、表面に切削加工による表面硬化層があると、この部分に粒内割れが発生しやすく、応力腐食割れの起点になる場合があることも知られている。
【０００７】
応力腐食割れが生じる部位は、具体的には溶接部近傍の熱影響を受けたステンレス母材であり、この部分は溶接による残留応力が発生している場合が多い。
これにより、応力腐食割れ対策としては、残留応力を発生させる原因となる溶接継手そのものを減らすべく、リング鍛造材を用いてシュラウドを組み立てることが有効である。
【０００８】
しかしながら、鍛造成形のみによってリング鍛造材の各部の最終厚みの寸法公差を満足させることは困難であるから、鍛造成形後にその全面を機械加工する必要がある。
また、胴部分は薄肉円筒であるため、加工中のたわみを抑制しつつ慎重に機械加工することによって偏肉を防止する必要がある。
さらに、機械加工時の切削条件によっては表面加工層の硬度が著しく高くなり、応力腐食割れの起点となる材料表面の粒内割れが生じやすくなるため、加工硬化が生じない切削条件でリング鍛造材の全面を機械加工する必要があった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、機械加工に伴う偏肉を防止することができるとともに、切削加工による材料表面の硬化を防止して応力腐食割れの可能性を減少させることができる炉心シュラウドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
沸騰水型原子炉の圧力容器内に設置される円筒状の構造物であって、上部リング、上部胴、中間部リング、中間胴、下部リングおよび下部胴を一体に組み立ててなる炉心シュラウドにおいて、
前記上部胴、前記中間胴および前記下部胴の一部若しくは全部が板材から成形されるとともに、前記板材から成形された部分以外の部分が鍛造材から成形されることを特徴としている。
【００１１】
すなわち、請求項１に記載した炉心シュラウドによれば、板材から成形する胴部分を製缶加工のみによって製造することが可能となるから、機械加工に伴う偏肉や表面加工硬化の可能性を根本的になくすことができる。
また、板材から成形する部分と鍛造材から成形する部分とを組み合わせるので、全体を板材から成形する炉心シュラウドに比較して、炉心シュラウドの全体を組み立てるために必要な溶接継手の数を減少させることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載した手段は、請求項１の炉心シュラウドにおける前記板材から成形された部分および前記鍛造材から成形された部分を、それぞれリング状若しくは円筒状に成形することを特徴としている。
【００１３】
すなわち、請求項２に記載した炉心シュラウドにおいては、板材から成形する部分および鍛造材から成形する部分をそれぞれそれぞれリング状若しくは円筒状に成形するから、その全体が板材や鍛造材から成形されている従来のシュラウドと全く同様に製造することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載した手段は、請求項２の炉心シュラウドにおける前記板材から成形された部分および前記鍛造材から成形された部分が、軸線方向に互いに並べられて円周方向の溶接継手により一体に組み立てられることを特徴としている。
【００１５】
すなわち、請求項３に記載した炉心シュラウドにおいては、リング状若しくは円筒状に成形された各部分を円周方向の溶接によって一体に組み立てるから、その全体が板材や鍛造材から成形されている従来のシュラウドと全く同様に製造することができる。
【００１６】
また、請求項４に記載した手段は、請求項１乃至３のいずれかの炉心シュラウドにおいて、前記板材から成形された部分が、平板状の素材を湾曲成形した半円筒部分を二つ組み合わせるとともに、組み合わせた二つの前記半円筒部分を軸線方向の溶接継手により一体に組み立てて円筒状に成形したものであることを特徴としている。
【００１７】
すなわち、請求項４に記載した炉心シュラウドによれば、板材から成形された部分を組み立てるために必要な軸線方向の溶接継手の数を２つとすることができるから、炉心シュラウドの全体を組み立てるために必要な溶接継手の数を減少させることができる。
【００１８】
また、請求項５に記載した手段は、請求項４の炉心シュラウドにおける前記中間胴が、それぞれ板材から成形された円筒状の上側中間胴および下側中間胴を軸線方向を重ね合わせて円周方向の溶接継手により一体に組み立てられることを特徴としている。
【００１９】
すなわち、請求項５に記載した炉心シュラウドによれば、炉心シュラウドの全体を、上側中間胴よりも上側の半分と、下側中間胴よりも下側の半分とに２分割することができる。
そして、上側の半分と下側の半分とを同時進行で製作するとともに、最後に上側中間胴と下側中間胴とを円周方向に溶接することにより上側の半分と下側の半分とを一体とすることにより、作業工程のロスを少なくして炉心シュラウド全体を最も効率良く製造することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載した手段は、請求項４または５の炉心シュラウドにおける前記上側中間胴および前記下側中間胴が、それらの前記軸線方向の溶接継手が互いに軸線方向に重なり合わないように円周方向に位置をずらして一体に組み立てられることを特徴としている。
【００２１】
すなわち、請求項６に記載した炉心シュラウドによれば、上側中間胴における軸線方向に延びる溶接継手と、下側中間胴における軸線方向に延びる溶接継手と、上側中間胴および下側中間胴を一体に接続する円周方向に延びている溶接継手とが、互いに十文字に交差することがない。
これにより、溶接継手が局部的に集中して強度が低下する部分が生じることを回避できる。
【００２２】
また、請求項７に記載した手段は、請求項１乃至６のいずれかにおける炉心シュラウドの前記板材から成形された部分が、その表面が切削加工されていないことを特徴とししている。
【００２３】
すなわち、請求項７に記載した炉心シュラウドにおいては、板材から成形された部分の表面が切削加工されていないから、機械加工に伴う表面加工硬化を根本的になくしてその部分における粒内割れの発生を回避し、応力腐食割れの起点となる可能性をなくすことができる。
【００２４】
また、請求項８に記載した手段は、請求項２乃至７のいずれかにおける炉心シュラウドにおいて、前記板材から成形された部分および前記鍛造材から成形された部分の合計の個数が６つ以下であることを特徴としている。
【００２５】
すなわち、請求項８に記載した炉心シュラウドにおいては、板材から成形された部分と鍛造材から成形された部分と組み合わせて炉心シュラウドを一体に組み立てるために必要な円周方向の溶接継手の数を５つ以下とすることができるから、応力腐食割れが発生するおそれのある溶接継手の数に上限を設けて、炉心シュラウドに損傷が生じる可能性を根本的に減少させることができる。
【００２６】
また、請求項９に記載した手段は、請求項１乃至７のいずれかの炉心シュラウドにおいて、前記鍛造材から成形された部分のうち前記板材から成形された部分に接続される部分の厚みが、前記板材から成形された部分の厚みに等しくされていることを特徴としている。
【００２７】
すなわち、請求項９に記載した炉心シュラウドによれば、鍛造材から成形された部分と板材から成形された部分とを互いに溶接する部分の厚みが、板材の厚さに統一されるので、溶接量を減少させて溶接に伴って発生する残留応力の強さを制限することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照し、本発明に係る炉心シュラウドの一実施形態について詳細に説明する。
【００２９】
図１に示した本実施形態の炉心シュラウド１００は、上部胴リング２０、上側中間胴３０、下側中間胴４０、下部胴リング５０および下部胴６０の各部分を有している。
これらの各部分のうち、上部胴リング２０および下部胴リング５０がそれぞれ鍛造材から成形され、かつ上側中間胴３０、下側中間胴４０および下部胴６０はそれぞれ板材から成形されている。
すなわち、一般的な炉心シュラウドにおける中間胴および下部胴のみが板材から成形され、上部胴は鍛造材から成形されている。
【００３０】
また、各部分はそれぞれ円筒状若しくは段付円筒状に成形されるとともに、互いに同軸に並設され、かつ円周方向に延びる４箇所の溶接継手３１，４１，５１，６１によって一体に組み立てられている。
【００３１】
上部胴リング２０のうち、上部リング２１に隣接している胴部分２２および中間部リング２３に隣接している胴部分２４、２５は、それぞれ上部リング２１および中間部リング２３と一体に形成されている。
そして、上側中間胴３０と一体に溶接される胴部分２５の厚みは、上側中間胴３０を成形している板材の厚みと同一となっている。
【００３２】
下部胴リング５０のうち、下部リング５２に隣接している胴部分５３，５４は、それぞれ下部リング５２と一体に形成されている。
そして、下側中間胴４０と一体に溶接される胴部分５３の厚みは下側中間胴４０を成形している板材の厚みと同一であり、かつ下部胴６０と一体に溶接される胴部分５４の厚みは下部胴６０を成形している板材の厚みと同一となっている。
【００３３】
これにより、円周方向に延びる全ての溶接継手３１，４１，５１，６１が、厚みの大きい中間部リング２３および下部リング５２から離間した厚みの薄い板材の部分に存在するから、板材の厚さの溶接に統一することによって溶接量を減少させ、溶接に伴って発生する残留応力の大きさを低減することができる。
【００３４】
また、上側中間胴３０は、図２に示したように平板状の素材Ｍをそれぞれ湾曲成形した二つの半円筒部分３２，３３を組み合わせるとともに、組み合わせた二つの半円筒部分３２，３３を軸線方向に延びる溶接継手３４，３４により一体に組み立てて円筒状に成形したものである。
【００３５】
同様に、下側中間胴４０は、図２に示したように平板状の素材Ｍをそれぞれ湾曲成形した二つの半円筒部分４２，４３を二つ組み合わせるとともに、組み合わせた二つの半円筒部分４２，４３を軸線方向に延びる溶接継手４４，４４により一体に組み立てて円筒状に成形したものである。
【００３６】
さらに下部胴６０もまた、平板状の素材をそれぞれ湾曲成形した二つの半円筒部分６２，６３を二つ組み合わせるとともに、組み合わせた二つの半円筒部分６２，６３を軸線方向に延びる溶接継手６４，６４により一体に組み立てて円筒状に成形したものである。
【００３７】
このとき、板材から成形されている上側中間胴３０、下側中間胴４０および下部胴６０は、それぞれ製缶加工のみにより成形され、その表面は全く切削加工されない。
これにより、上側中間胴３０、下側中間胴４０および下部胴６０の表面には機械加工に伴う表面の加工硬化が全く生じないから、表面の加工硬化に伴う粒内割れが発生するおそれはなく、応力腐食割れの起点となることがない。
【００３８】
本実施形態の炉心シュラウド１００を製造する際には、上部胴リング２０および上側中間胴３０から上側半分を製造する工程と、下側中間胴４０、下部胴リング５０および下部胴６０からなる下側半分を製造する工程とを同時進行させる。
そして、上側半分および下側半分が完成した後、上側中間胴３０と下側中間胴４０とを円周方向に溶接することにより上側半分と下側半分とを一体とする。
これにより、炉心シュラウド１００を製造する際における作業工程のロスを少なくして、炉心シュラウド１００の全体を最も効率良く製造することができる。
【００３９】
また、上側中間胴３０と下側中間胴４０とを円周方向に溶接する際には、それらの軸線方向に延びる溶接継手３４，４４が互いに軸線方向に重なり合わないように、上側中間胴３０および下側中間胴４０の円周方向位置を調整しつつ、炉心シュラウド１００を一体に組み立てる。
これにより、図２に示したように、軸線方向に延びる溶接継手３４，４４と円周方向に延びる溶接継手４１とが互いに十文字に交差することがないから、溶接箇所が局部的に集中して強度が低下した部分が生じることを回避できる。
【００４０】
また、上述のように組み立てられた本実施形態の炉心シュラウド１００においては、板材から成形された部分３０，４０、６０と鍛造材から成形された部分２０，５０の個数の合計が５つであり、６つ以下となっている。
これにより、板材から成形された部分３０，４０、６０と鍛造材から成形された部分２０，５０とを組み合わせて炉心シュラウド１００を一体に組み立てるために必要な円周方向の溶接継手３１，４１，５１，６１の合計数が４つであり、５つ以下となっている。
したがって、応力腐食割れが発生するおそれのある溶接継手の数に上限を設けて、炉心シュラウド１００に損傷が生じる可能性を根本的に減少させることができる。
【００４１】
以上、本発明に係る炉心シュラウド一実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、上部胴リング２０を鍛造材から一体に成形しているが、上部胴リング２０の胴部分を板材から成形することもできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る炉心シュラウドは、その胴部分の少なくとも一部を板材から成形するともに、板材から成形した部分以外の部分を鍛造材から成形したものである。
これにより、板材から成形した胴部分を製缶加工のみによって製造することが可能となるから、機械加工に伴う偏肉や表面加工硬化の可能性を根本的になくすことができる。
また、板材から成形する部分と鍛造材から成形する部分とを組み合わせるので、全体を板材から成形する炉心シュラウドに比較して、炉心シュラウド全体を組み立てるために必要な溶接継手の数を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炉心シュラウドの一実施形態を示す全体縦断面図。
【図２】中間胴の製造工程を段階的かつ模式的に示す図。
【図３】従来の板材のみから製造された炉心シュラウドを示す全体縦断面図。
【図４】従来の鍛造材のみから製造された炉心シュラウドを示す全体縦断面図。
【符号の説明】
１  従来の炉心シュラウド
２  上部リング
３  上部胴
４  中間部リング
５  上側中間胴
６  下側中間胴
７  下部リング
８  下部胴
１０  従来の炉心シュラウド
１１  上部胴リング
１２  中間胴リング
１３  下部胴リング
２０  上部胴リング
２１  上部リング
２３  中間部リング
２５  胴部分
３０  上側中間胴
３１  円周方向に延びる溶接継手
３２，３３  半円筒部分
３４  軸線方向に延びる溶接継手
４０  下側中間胴
４１  円周方向に延びる溶接継手
４２，４３  半円筒部分
４４  軸線方向に延びる溶接継手
５０  下部胴リング
５１  円周方向に延びる溶接継手
５２  下部リング
５３，５４  胴部分
６０  下部胴
６１  円周方向に延びる溶接継手
６２，６３  半円筒部分
６４  軸線方向に延びる溶接継手
１００  本発明による炉心シュラウド
【図１】
2004205448.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004205448.tif 000005
【図４】
2004205448.tif 000006