(57)【要約】      （修正有）【課題】核融合炉の炉内構造物などの高熱負荷機器を冷却する矩形流路内蔵型冷却パネルを熱間静水圧加圧処理によって製作する。【解決手段】冷却媒体の流路となる複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べて矩形管のブロックを形成し、当該ブロックの上下面と両側面とを４枚の平板で囲い、平板同士の突き合わせ接触部および矩形管の長手方向両端部と平板との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、各シール材で囲まれた部分を真空状態にして部材全体をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気の中で熱間静水圧加圧処理することを前提として、上記矩形管ブロックの両側部に配置される矩形管と両側に配置される平板との間に、中実部材を配置して行うこと。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核融合炉の炉内構造物などの高熱負荷機器を冷却するための矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法であって、
冷却媒体の流路となる複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べて矩形管ブロックを形成し、当該ブロックの上下面と両側面とを平板で囲い、平板同士の各接触部および矩形管の長手方向端部と平板との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、各シール材で囲まれた部分を真空状態にして部材全体をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気の中で熱間静水圧加圧処理する矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法において、
上記矩形管ブロックの両側部に配置される矩形管と上記両側に配置される平板との間に中実部材を配置して熱間静水圧加圧処理により製作することを特徴とする矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法。
【請求項２】
上記矩形管ブロックの両側に配置される矩形管とこれら矩形管の側部に配置される平板との間の中実部材を、上記矩形管の外形と同外形寸法にしたことを特徴とする請求項１の矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法。
【請求項３】
冷却媒体の流路となる複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べて矩形管ブロックを形成し、当該矩形管ブロックの上下面と両側面とを平板で囲い、平板同士の各接触部および矩形管の長手方向両端部と上下平板との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、各シール材で囲まれた部分を真空状態にして部材全体をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で熱間静水圧加圧処理する矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法において、
上記矩形管ブロックの上面又下面と両側面を囲む上下の平板を、その側板部に鍔のついたコの字形状の板部材に成形し、
当該コの字形状の上下の板部材同士の上記側板部を隙間を介して突き合わせた状態で上記矩形管ブロックを囲い、この突き合わされた側板部に設けた鍔部先端を互いにシール溶接すると共に、上記矩形管の長手方向両端部と板部材の接触部をシール溶接して熱間静水圧加圧処理して接合させ、
上記側板部に設けた鍔部を切除することを特徴とする矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法。
【請求項４】
核融合炉の炉内構造物などの高熱負荷機器を冷却するための矩形流路内蔵型冷却パネルであり、冷却媒体の流路となる複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べて矩形管ブロックを形成し、当該ブロックの上下面と両側面とを平板で囲い、平板同士の各接触部および矩形管の長手方向端部と平板との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、各シール材で囲まれた部分を真空状態にして、部材全体が熱間静水圧加圧処理で接合されている矩形流路内蔵型冷却パネルにおいて、
上記矩形管ブロックの両外側部が中実部材である矩形流路内蔵型冷却パネル。
【請求項５】
冷却媒体の流路となる複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べて矩形管ブロックを形成し、当該矩形管ブロックの上下面と両側面とを平板で囲い、平板同士の各接触部および矩形管の長手方向両端部と上下平板との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、各シール材で囲まれた部分を真空状態にして部材全体をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で熱間静水圧加圧処理して製作した矩形流路内蔵型冷却パネルにおいて、
上記矩形管ブロックの上面又下面と両側面を囲む上下の平板が、その側板部に鍔のついたコの字形状の板部材であり、
当該コの字形状の上下の板部材同士の上記側板部が突き合わせた状態で上記矩形管ブロックを囲っている矩形流路内蔵型冷却パネル。
【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、ダイバータなどの核融合炉の炉内構造物の高熱負荷機器を冷却するための矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法に関するもので、殊に矩形流路内蔵型冷却パネルを構成する冷却媒体の流路となる矩形管とこの矩形管を囲む平板とを熱間静水圧加圧装置を用いて接合するについて、接合される矩形流路内蔵型冷却パネル製品の変形を抑制し、歩留まりのない製品が製作できるようにすることである。
【０００２】
【従来の技術】
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ダイバータなどには、冷却用パネルが備え付けられている。この冷却用のパネルは、ブランケットを例にすると全体としての幅１．５ｍ、厚さが約１５ｍｍ、長さが１ｍのものであり、矩形断面の中空部材あるいは円形断面の中空部材を複数に並べ、この中空部材をプレート状シール材で囲んで、中空部材同士、中空部材とプレート状シール材、プレート状シール材同士を接合することによって作られるものである。
この矩形断面あるいは円形断面の中空部材は、水などの冷却媒体を流す流路として利用されるものである。従来この中空部材、プレート状シール材の接合は、熱間静水圧加圧処理により行われることが良く知られている。
この冷却パネルの製作は、図５乃至図７で示すような、例えば、特公平５−２１６７０号公報に記載するようにして行われる。
即ち、このものは、図５に示すように予め成形された矩形断面の複数の中空部材の側面を互いに接触させて並列に並べ、この並べられた中空部材の上下面と両側面とを４枚のプレート状シール材で囲んで断面が矩形形状になるようにアッセンブリし、このプレート状シール材同士の各接触部および中空部材の長手方向の端面とプレート状シール材との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、熱間静水圧加圧装置内で各プレート状シール材で囲まれた部分を真空状態にして部材全体を、即ち、熱間静水圧加圧装置内をアルゴンなど不活性ガスの雰囲気にして、ほぼ１０００℃程度の温度まで昇温すると共に１５００〜２０００気圧になるまで圧力を加えることによって、プレート状シール材や中空部材の全ての接触面を冶金的（固相接合）に接合させるものである。
ところが、このような冷却用パネルの製作方法では、図７に示すように両側のプレート状シール材近傍に配置されている中空部材の２乃至３個程度のものが熱間静水圧加圧処理の際に大きく変形を起こしてしまって製品にならず、このため、この変形した両側の中空部材を最終的には除去しなければならなかった。このために、多くの手間を掛けて成形した上記両側の中空部材を、切断除去して廃棄することになるので、材料の面でも、中空部材の加工工数の面でも非常な無駄を生じ、このために、上記冷却用パネルの生産コストが高くなるという問題があった。
【０００３】
【刊行物】
【特許文献１】特公平５−２１６７０号
【０００４】
【解決しようとする課題】
ところで、断面が矩形の中空部材の隅部に亀裂が生じにくいように丸みが形成されていることから、この丸みを有する中空部材がプレート状シール材で囲んだ際に、この丸み部分とプレート状シール材との間に空間（隙間部）ができ（図６参照）、熱間静水圧加圧装置による加圧処理の際に、中空部材が、加熱温度が上昇し、加圧圧力が上昇するに伴って、上記空間を埋めるように膨らむ。そしてこの膨らみにより上下のプレート状シール材に外方への力が作用して中空部材だけが膨らんで、上記の両側の中空部材の変形は生じるものと考えられている。つまり、上下プレート状シール材と両側プレート状シール材との突き合わせ接触部の溶接金属が上下プレートシール材に対して延性が低いので、この溶接金属の存在により上下プレート状シール材の膨らみ量が両側プレート状シール材に伝わることがなく、図７に示すような両側の中空部材が変形すると予想されている。
そこで、この発明は、上記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を冷却する矩形流路内蔵型冷却パネルを熱間静水圧加圧処理によって製作するについて、複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べた矩形管ブロックの両側に配置される矩形管が変形するのを抑制するために、両側に配置される矩形管とこれら矩形管の側部に配置される平板（側プレート状シール材に相当）との間の構造を工夫することをその課題とするものである。
【０００５】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】
上記課題解決のために講じた手段１は、核融合炉の炉内構造物などの高熱負荷機器を冷却するための矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法について、冷却媒体の流路となる複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べて矩形管のブロックを形成し、当該ブロックの上下面と両側面とを４枚の平板で囲い、平板同士の突き合わせ接触部および矩形管の長手方向両端部と平板との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、各シール材で囲まれた部分を真空状態にして部材全体をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気の中で熱間静水圧加圧処理することを前提として、上記矩形管ブロックの両側部に配置される矩形管と両側に配置される平板との間に、中実部材を配置して熱間静水圧加圧処理により矩形流路内蔵型冷却パネルを製作することである。
【０００６】
【作用】
上記矩形管ブロックの両側部に配置される矩形管とこれら矩形管に対向して設けられる側部平板との間に中実部材を配置したことにより、左右両端の中実部材の角部が高内圧力によって、外方に変形して、上下の平板の端部を内側から押さえることはない。したがって、高外圧による上下両平板の端部の中央部と異なる形状に全体が変形することはない。
したがって、両端の中実部材の一部を切除することによって、上下面が平坦な矩形流路内蔵型冷却パネルが形成され、このとき切除されるのは、高価な矩形管ではなく、廉価な中実部材の一部にすぎないから、矩形流路内蔵型冷却パネルの製作コストが大幅に低減される。
【０００７】
【解決手段２】
上記矩形管ブロックを形成する両側に配置される矩形管とそれら矩形管の側部に配置される平板との間の中実部材を、上記矩形管の外形と同外形寸法にしたことである。
【０００８】
【作用】
上記課題解決のために講じた手段２は、上記矩形管ブロックの両側に配置される矩形管とこれら矩形管に対向して配置される側部の平板との間に矩形管外形と同寸法外形の中実部材を配置したことにより、平板同士の突き合わせ接触部の溶接金属部分と両側部の矩形管との間が矩形管１個分の幅に相当する長さ分離れるために、両側部の矩形管が熱間静水圧加圧処理の際に、上記溶接金属からの影響を受けることがなくなって拡管されるので、両側部の矩形管の過度な変形が抑制される。また、中実部材の外形は矩形管とほぼ同型のものにしたことにより、冷却パネルの組立作業が簡便化される。
【０００９】
【解決手段３】
上記課題解決のために講じた手段３は、冷却媒体の流路となる複数の矩形管を互いに接触させて並列に並べて矩形管ブロックを形成し、当該矩形管ブロックの上下面と両側面とを平板で囲い、平板同士の各接触部と、矩形管の長手方向両端部と上下平板との接触部の周囲をＴＩＧ溶接などでシール溶接して気密シールを行った後、各シール材で囲まれた部分を真空状態にして部材全体をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気の中で熱間静水圧加圧処理することを前提として、
上記矩形管ブロックの上面又下面と両側面を囲む上下の平板を、その側板部に鍔のついたコの字形状の板部材に成形し、
当該コの字形状の上下の板部材同士の上記側板部を、隙間を介して突き合わせた状態で上記矩形管ブロックを囲い、この突き合わされた側板部に設けた鍔部先端を互いにシール溶接すると共に、上記矩形管の長手方向両端部と板部材の接触部をシール溶接して熱間静水圧加圧処理して接合させ、
上記側板部に設けた鍔部を切除して、矩形流路内臓型冷却パネルの製作をする、ことである。
【００１０】
【作用】
上記矩形管ブロックを鍔付コの字形状に成形した板部材の側板部を隙間を介して突き合わせて囲い、側板部に設けた鍔の先端を互いに溶接するようにしたことで、熱間静水圧加圧処理における高外圧によって、上下の板部材の両端部が上記側板部間の上記隙間を減少させながら中央部分と同様に変形するので、その上面が平坦に保持され、左右両端部の矩形管が異常に変形されることはない。
そして、熱間静水圧加圧処理後に鍔部分を切断するだけで、矩形流路内蔵型冷却パネルに仕上げられ、材料の無駄、作業工数の無駄が著しく低減される。
【００１１】
【実施の形態】
次に、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ダイバータを冷却するに用いる矩形流路内蔵型冷却パネルの製作方法について図１〜図４を参照しつつ、詳細に説明する。
この実施の形態は、図５〜図７に示す従来の冷却用の冷却パネルの製作方法と基本的には類似するもので、その製作方法は次のとおりである。
この実施形態に用いるステンレス製の矩形管１は、４隅部に集中応力を受けた際に亀裂が起こりにくいように丸み部２が成形されており、その矩形管１の長さがほぼ３ｍ、幅がほぼ１０〜１５ｍｍ、高さがほぼ５〜８ｍｍ、肉厚がほぼ１ｍｍに形成されたものである。また、中実部材３は、矩形管１とほぼ同じ外形寸法に成形されている。
上記矩形管１と中実部材３の外表面は、気密性を保つために当然ながら研磨と脱脂とを施した滑らかな表面仕上げ加工がされており、また、矩形管１と中実部材３の外周面を囲む例えば矩形管１や中実部材３と同材質の４枚の平板４の外表面は、矩形管１や中実部材３と同様に研磨と脱脂がなされた滑らかな表面仕上げ加工されている。
この加工された複数の矩形管１は、それぞれの側面同士を接触するように並列に並べられて矩形管ブロック５を形成しており、この矩形管ブロック５の両側に、外端の矩形管１，１の外側面にほぼ同外形寸法の中実部材３の側面を接触させた状態で、中実部材３がそれぞれ配置されている。
そして、この矩形管ブロック５と中実部材３とを４枚の平板４、４ａで囲み、この上下の平板４の両端部と両側に配置される平板４ａの上下端部の突き合わせ面を仮付け溶接することによって、断面が矩形形状で幅が１０〜１５ｍｍの冷却パネル６を成形する。
次に、上記冷却パネル６は、この冷却パネル６の矩形管１の長手方向の両端部と矩形管１の上下の平板４との接触部、中実部材３，３の長手方向の両端部と上下の平板４との接触部をＴＩＧ溶接などによりシール溶接して、接合面の周囲を完全にシールする。その後、接合面間の空隙を脱気して真空状態にし（真空封止）、真空封止された冷却パネル６を、熱間静水圧加圧装置内にセットする（図示略）。冷却パネル６がセットされた状態で、熱間静水圧加圧装置内をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気にして、温度をほぼ１０００℃位まで昇温させると共に、この昇温に追従させて気圧をもほぼ１５００〜２０００気圧位まで昇圧させて、矩形管１同士の接触部、矩形管１と上下平板４，４との接触部、両側の矩形管１と中実部材３との接触部、中実部材３と上下・両側の平板４，４ａとの接触部を拡散接合させる。これによって、図２に示すような矩形流路内蔵型冷却パネルが作製される。
そして、この作製された矩形流路内蔵型冷却パネルは、両側に配置された中実部材３，３の任意の位置を図２に示すような位置から切断除去して最終製品となる。
このように、この発明では、中実部材３，３を矩形管ブロック５の両側端に配置することで、上下・側部の平板４，４ａを突き合わせた接触部の溶接金属部分と矩形管ブロック５の両側矩形管１の隅部（角部）の丸み部分とが遠くに離れることになるので、従来技術における隙間ｓ、すなわち、平板４，４ａ同士の突き合わせ溶接部（角部）と矩形管１，１との隅部間の隙間ｓがなくなり、したがって、両側端の矩形管１の変形が回避される。
【００１２】
ところで、矩形流路内蔵型冷却パネルに用いられる矩形管１は、上記のように、矩形管１，１同士を互いに接触させて並べ、それら接触部を熱間静水圧加圧処理して接合したときに、接合状態の信頼性が高まるように、平らな接触面を持つ矩形形状にしたものが多く用いられる。ところが、矩形管１の４隅部が角形状になっているとその隅部は、核融合炉内の高い熱荷重、内圧荷重、非対称な電磁力負荷などによる過大な応力がかかって亀裂が生じ易くなる。このために、矩形管の角部は、図１に示すように丸み部２が設けられている。
【００１３】
次に、この発明の他の実施形態について、図３，図４を参照して説明する。
このものは、上記実施態様のものと同じ方法で製作されるものではあるが、図１のものでは、矩形管１を複数個並列に並べて矩形管ブロック５を形成し、この矩形管ブロック５の両側に配置される矩形管の隣り合わせに中実部材３を並列に並べ、これら矩形管ブロック５と中実部材３とを４枚の平板４，４ａで囲んで冷却パネル６を成形したものであり、また、この実施形態では、中実部材を配置しない矩形管７だけを並べて矩形管ブロック７を形成し、この矩形管ブロック７をコの字形状に成形した板部材８で囲んで冷却パネル１１を形成している。
即ち、この矩形管ブロック７を形成する矩形管１は、図１の矩形管１と同形状寸法に成形されたもので、その材質も同じ例えばステンレスなどである。
そして、この矩形管ブロック７は、断面が矩形形状になるように、図１に示す平板４，４ａの変わりに、肉厚５ｍｍのコの字形状の板部材８で囲むものである。
このコの字形状の板部材８の両側の板部９には、成形の際に鍔１０が外方に延設して設けられ、この鍔１０同士を突き合わせて上記矩形管ブロック７を囲むようにしたものである。そして、鍔１０の突き合わせ端部の接触部、矩形管１の長手方向の両端部とコの字形状の板部材８の長手方向の両端部との接触部を、仮付け溶接して冷却パネル１１を形成し、その箇所をＴＩＧ溶接などでシール溶接する。このとき、両側の板部９，９の内端面間には０．５〜１ｍｍ程度の隙間ｓ１が残されている。
その後、接合面間の空隙を脱気して真空状態にし（真空封止）、真空封止された冷却パネル１１を、熱間静水圧加圧装置内にセットする（図示略）。そして、上記の実施形態のものと同様に、冷却パネル１１は、真空状態にしたアルゴンガスの不活性ガス雰囲気の熱間静水圧加圧装置（図示省略）で、温度をほぼ１０００℃位まで昇温させ、この昇温に追従させて気圧をもほぼ１５００〜２０００気圧位まで昇圧させて、接合面を接合させて矩形流路内蔵型冷却パネルを作製する。
なお、上記の昇温、加圧の初期において、板部材８の左右両端部が、上記隙間ｓ１を縮小させながら内側に変形して、外端部の矩形管１の角を押さえるので、当該角がその外側の隙間ｓ（図６における隙間ｓ）に向かって変形することが防止される。
そして、製作された矩形流路内蔵型冷却パネルの、鍔１０部分を切断除去して最終製品に仕上げられる。
また、この実施形態の場合は、上記のように矩形管ブロック７を囲む際に、両側に鍔１０を一体成形したコの字形状の板部材８を用い、突き合わされる鍔１０の外側に位置するところをＴＩＧ溶接などで溶接して仮組を行うようにしたので、その溶接部の溶接金属から両側に配置される矩形管１は遠く離れることになる。
したがって、溶接金属の延性が低くても、熱間静水圧加圧処理における矩形管ブロック７の両側の矩形管の板部材８との均質な接合に影響を与えることはない。
【００１４】
【効果】
上記矩形管ブロックの両側部に配置される各々の矩形管とこの矩形管に対向して設けられる矩形管ブロックを囲む側部平板との間に中実部材を配置したことによって、上記矩形管ブロックを囲む上下平板の両側端部と側部平板の上下端部との接合部の溶接金属部と、上記両側部の矩形管との間が中実部材の幅分だけ離されることになり、熱間静水圧加圧処理される際に両側端部に配置された中実部材は外側に膨らむことはないから、上下平板の両側端部が高外圧によって平坦に変形され、上下平板が平坦に保たれる。したがって、上記中実部材の一部が切除されてその残部が左右端部部材となった矩形流路内蔵型冷却パネルが製作される。そして、中実部材の製作コストは矩形管の製作コストに比して廉価であるので、矩形管を無駄にしない分だけ、矩形流路内蔵型冷却パネルの生産コストが低減される。
また、複数の矩形管をそれぞれ接触させて並列に並べた矩形管ブロックを、鍔付コの字形状の板部材同士を隙間を介して突き合わせて囲い、この鍔同士の突き合わせ端部をＴＩＧ溶接などにより接合したことで、上下平板の両側端部が、中央部分と同様に、熱間静水圧加圧処理における高外圧によってスムーズに変形するので、上下平板が全体として平坦に保たれる。したがって、左右両側端に配置された矩形管が異常に変形することはない。そして、鍔部分を切断するだけで、最終の矩形流路内蔵型冷却パネル製品に仕上げられるので、フランジの切断工数や除去される材料が僅かであるので、それだけコストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、この発明に用いられる、矩形管ブロックとその両側に中実部材を配置して平板で囲んで作られた冷却パネルの概略断面図である。
【図２】は、図１の冷却パネルから作られた矩形流路内蔵型冷却パネルの概略断面図である。
【図３】は、この発明の他の実施形態のもので、矩形管ブロックを鍔付コの字状形状の板部材同士を突き合わせて形成した冷却パネルの概略断面図である。
【図４】は、図３の冷却パネルから作られた矩形流路内蔵型冷却パネルの概略断面図である。
【図５】は、従来の冷却用パネルを製作するための複数の中空部材をプレート状シール材で囲み作られた冷却パネルの概略斜視図である。
【図６】は、図５の冷却パネルを構成する中空部材の端部とプレート状シール材との接触部、中空部材同士の突き合わせ接触部を脱気してＴＩＧ溶接によりシール溶接した状態を示す概略斜視図である。
【図７】は、図６の冷却パネルから作られた冷却用のパネルの概略断面図である。
【符号の説明】
１：矩形管
２：丸み部
３：中実部材
４：平板
５：矩形管ブロック
６：冷却パネル
７：矩形管ブロック
８：コの字形状に成形した板部材
９：板部
１０：鍔
１１：冷却パネル
【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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