(57)【要約】【課題】制御棒駆動管、その製造法、及び加圧水型軽水炉におけるその設置法を開示すること。【解決手段】制御棒駆動管は、原子炉圧力容器１３ヘッドのアパーチャ１７を貫通するように設計された管体１６と、管体１６の周囲の所定位置に形成されたオフセットフランジ１１とを含んでいる。オフセットフランジ１１は管体１６の周囲の第１のポイントから第２のポイントに向かって拡大している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器ヘッドに設置される制御棒駆動管であって、
（ａ）前記原子炉圧力容器ヘッドのアパーチャを貫通するように設計されている管体と、
（ｂ）前記管体の周囲の所定の位置に形成されたオフセットフランジと、
を含んでおり、該オフセットフランジは前記管体の周囲の第１のポイントから第２のポイントに向かって拡大していることを特徴とする制御棒駆動管。
【請求項２】
前記オフセットフランジは前記原子炉圧力容器ヘッドに隣接して設けられ、該オフセットフランジと前記原子炉圧力容器ヘッドとの間に、該原子炉圧力容器ヘッドに本制御棒駆動管を溶接するためのＶ形グルーブを提供することを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動管。
【請求項３】
前記第１のポイントの前記オフセットフランジは、前記管体の側壁からほぼ無高状態である突起を有しており、前記管体の周囲の前記第１のポイントから前記第２のポイントに向かってサイズが拡大し、オフセット状態は、該第１のポイントから１８０°の位置に存在する第２のポイントで最大となることを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動管。
【請求項４】
前記管体および前記オフセットフランジは、全体的に均質な微細構造を有した制御棒駆動管を製造するために、粉末冶金と高温静水加圧の組み合わせプロセスによって形成されることを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動管。
【請求項５】
前記管体と前記オフセットフランジは一体的に形成されることを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動管。
【請求項６】
原子炉圧力容器ヘッドに制御棒駆動管を設置する方法であって、
（ａ）（ｉ）管体と、（ｉｉ）前記管体の周囲の第１のポイントから第２のポイントに向かって拡大するオフセットフランジと、を備えた制御棒駆動管を利用するステップと、
（ｂ）前記オフセットフランジが前記原子炉圧力容器ヘッドの表面に隣接して配置されるように、該原子炉圧力容器ヘッドのアパーチャに前記制御棒駆動管を挿入するステップであって、前記オフセットフランジの配置によって前記オフセットフランジと前記原子炉圧力容器ヘッドとの間にはＶ形グルーブが設けられる、挿入ステップと、
（ｃ）前記Ｖ形グルーブを利用して前記制御棒駆動管を前記原子炉圧力容器ヘッドに溶接するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記溶接ステップは、低応力浸透溶接を使用するステップを含んでいることを特徴とする請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒駆動（以下、単にＣＤＲということがある）管、その製造法、並びに加圧水型軽水炉（以下、単にＰＷＲということがある）における設置方法に関し、特には、Ｊ形グルーブ（溝）タイプの溶接アタッチメント（取付部）を不要とする原子炉圧力容器（以下、単にＲＰＶということがある）のヘッドペネトレーション（貫通体）に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界中の加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）での制御棒駆動機構（以下、単にＣＤＲＭということがある）／制御素子駆動機構（以下、単にＣＥＤＭということがある）のペネトレーションでは、複数のプラントでの６００合金管／溶接部における一次水応力腐食クラック（割）（以下、単にＰＷＳＣＣということがある）が確認された。このＰＷＳＣＣが１９９１年に初めて報告されて以来、原子炉容器の上方ヘッドペネトレーションを探査するために渦流探傷法、液体浸透探傷法および超音波探傷法が利用されてきた。６００合金ペネトレーションの内外径において発生する軸方向クラックに起因する複数の漏洩、並びにＰＷＳＣＣを伴う他の箇所の漏洩が発見された。２００１年と２００２年に、合衆国原子力規制委員会（以下、単にＮＲＣということがある）は、漏洩の程度と、それまでに発見されたクラック、並びに損傷を軽減するための検査および修理を含んだ、管ペネトレーションの構造的完全性に関する情報を、企業体が提供することを要請する会報を発行した。さらに会報は、将来の計画が規則要件を満たすことを企業体が実証することを要請する。この会報に関する企業体の検証結果に対するＮＲＣの反応は、検査のための要件の追加であった。２００１年から２００２年以来“相対的に高リスク”が存在するＰＷＲ容器ヘッドの約１／３が、１交換あたり１０００万米ドルから２０００万米ドルの費用で交換された。
【０００３】
存在するＣＲＤＭペネトレーションの検査は、部分的にはＪ形グルーブアタッチメント溶接部の複雑な形状（図１と図２）と、部分的には高放射線領域へのアクセスの欠如とにより、ＰＷＲを運用する企業体の主要なテーマであり続ける。図１と図２において示すように、溶接部の幾何形状は少なくとも９部分の潜在的欠陥部位（あるいは欠陥タイプ）を発生させた。これらのほとんどは、複雑な溶接部の幾何形状によって発生する高応力場に起因するものであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２８８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術のこれら、および他の弱点は本発明によって対処される。本発明は、Ｊ形グルーブタイプのＣＲＤＭアタッチメントを完全に排除し、（１）当該領域の応力低減（ＰＷＳＣＣの一次駆動装置）、（２）溶接領域の改善された検査性とアクセス性、および（３）高品質であり、検査性のさらなる改善を提供するＣＲＤ管（粉末冶金（以下、単にＰＭということがある）／高温静水圧力（以下、単にＨＩＰということがある）制御方法にて製造）をもたらす新規なＲＰＶヘッドペネトレーションの製造・組立方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１形態によれば、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）ヘッドへの設置のための制御棒駆動（ＣＲＤ）管は、ＲＰＶヘッドのアパーチャに挿入できるように設計されている管本体と、その管本体の周囲の所定の位置にて形成されたオフセット（片寄り）フランジとを含む。このオフセットフランジは、管本体の周囲に沿った第１のポイントから、管本体の周囲に沿った第２のポイントに向かって拡張（拡大）している。
【０００７】
本発明の別形態によれば、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）ヘッドに制御棒駆動（ＣＲＤ）管を設置する方法は、管本体と、管本体の周囲に沿って第１ポイントから第２ポイントに向かって拡張するオフセットフランジとを有したＣＲＤ管を利用するステップを含む。この方法は、このオフセットフランジがＲＰＶヘッドの表面に隣接して配置されるようにＣＲＤ管をＲＰＶヘッドのアパーチャ（貫通穴）に挿入するステップをさらに含む。オフセットフランジの設置によってオフセットフランジとＲＰＶヘッドとの間にはＶ形グルーブが創出される。この方法はこのＶ形グルーブを利用してＣＲＤ管をＲＰＶヘッドに溶接するステップをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のＣＲＤＭ溶接アタッチメントの潜在的欠陥及びその発生位置を示す要部拡大断面図である。
【図２】従来のＣＲＤＭ溶接アタッチメントの潜在的欠陥及びその発生位置を示す要部拡大断面図である。
【図３】現在使用されているＣＲＤ押出部で観察される微細構造バンディング（集団）を示す拡大図で、図示左側はサンプルＬＢを、図示右側はＡ６９０の表面サンプルを示している。
【図４】制御棒駆動（ＣＲＤ）管が設置されたＰＷＲヘッド構造体を示す斜視図である。
【図５】本発明の１実施例によるＣＲＤ管デザインとＶ形グルーブアタッチメントとの位置関係を示す部分断面図である。
【図６】図５に示したＣＲＤ管の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、添付の図面を利用した以下の説明によって明確に理解されるであろう。
【００１０】
図１と図２は、現行のＣＲＤＭ溶接アタッチメントのデザインに関係する潜在的欠陥位置を示す。
【００１１】
図３は、現在使用されているＣＲＤ押出部で観察される微細構造バンディング（集団）を示す。
【００１２】
図４は、制御棒駆動（ＣＲＤ）管が設置されたＰＷＲヘッド構造体を示す。
【００１３】
図５は、本発明の１実施例によるＣＲＤ管デザインとＶ形グルーブアタッチメントを示す。
【００１４】
図６は、図５のＣＲＤ管の平面図である。
【００１５】
図面を解説する。本発明の１実施例により形成されたＣＲＤ管１０が図５で図示されている。
【００１６】
上述したように、Ｊ形グルーブタイプのＣＲＤＭアタッチメントにおける問題は、ＣＲＤ管１０を利用することで完全に排除できる。従来には、ＣＲＤ管は今日に至るまで、十分に完全な管幾何形状を提供する押出しプロセス（押出加工工程）で製造されてきた。しかし、押出しプロセスおよびそれに続く熱処理は、図３に示すような非均質な微細構造を発生させることが頻発した。この非均質性にはバンディングが含まれ、この発生は、ニッケル系合金に必要とされる強力な押出し力が原因であった。この非均質微細構造の発生は検査プロセス全体を非常に複雑化する。
【００１７】
図５で示すように、ＣＲＤ管１０は、Ｖ形グルーブ溶接部幾何形状が提供されるような管の幾何形状を使用する。ＣＲＤ管１０は、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）ヘッド１３のアパーチャ１７を貫通するように設計された管体１６と、溶接アタッチメントの貫通領域に位置するよう、あるいはＲＰＶヘッド１３の表面に隣接するように配置された、管体１６と一体的なオフセットフランジ１１とを含む。
【００１８】
図６に図示したように、オフセットフランジ１１は、ポイントＡからポイントＢに向かって管体１６の周囲に沿って拡大しており、このオフセットフランジ１１とＲＰＶヘッド１３との間に、図５に示したようなＶ形グルーブ１２を提供し、低減された応力のＶ形グルーブペネトレーション溶接部１４の利用を可能にする。図５に図示されているように、オフセットフランジ１１は、管体１６と一体的に形成されており、ポイントＡで最小オフセット状態を提供し、ポイントＡから約１８０°の位置に存在するポイントＢで最大オフセット状態を提供する。オフセットフランジ１１は、１８０°以下あるいは１８０°以上のポイントで最大オフセットを有するようにすることもできることは理解されるべきである。
【００１９】
当該産業によって現在採用されているＪ形グルーブ溶接形態を排除することで、当該産業が観察するいくつかの欠陥（図１参照）が全面的に排除される。さらに、Ｖ形グルーブペネトレーション溶接部１４は様々なニッケル系充填材を使用して提供できる。例えば、初期産業基準（８２／１８２合金）が、溶接キャップは例外として、溶接部全体を完成するのに利用が可能である。溶接キャップは５２／１５２合金のごときさらに腐食抵抗性である合金によって提供することもできる。
【００２０】
ＣＲＤ管１０は粉末冶金／高温静水加圧（ＰＭ／ＨＩＰ）プロセスおよびＣＮＣ加工によって製造される。ＣＲＤ管１０を製造する別方法では、厚みを大幅に増量した押出物を製造し、続いて大量の材料を削り取り、最終的な幾何形状に到達する。しかし、このような方法は加工費用が非常に高い。ＰＭ／ＨＩＰプロセスを利用することによって、均一形状の均質な管幾何形状および微細構造の両方が得られる。
【００２１】
ＰＭ／ＨＩＰプロセスは製造／組立を費用効果が高いものにする。さらに重要なことは、今日の所望幾何形状を達成できないものに関連する深刻な諸問題に対処させることである。特に、当該領域の応力を大きく減少させ（ＰＷＳＣＣの一次駆動を排除）、検査性および溶接部並びに溶接領域へのアクセス性を向上させ、同時に、企業体にＮＲＣ検査要件／必須要件をさらに適切に満たさせ、非常に均質な微細構造を備えて大幅に向上した品質の管（ＰＭ／ＨＩＰで製造）を提供し、管自体の検査性を大きく改善する。
【００２２】
加えて、ＰＭ／ＨＩＰ法は、最低量の加工あるいは最低量の洗浄の手間で済む最終製品が得られる略ネット状部品を製造すべくこの製造能力の利点を最大限に活用する。さらに、ＰＭ／ＨＩＰプロセスでは、管１０の構造体にステンレス製の変遷部品を内蔵させ、異種金属溶接（ＤＭＷ）を実行せずにフランジを取り付け可能にする。
【００２３】
図４で示すように、従来のＰＷＲのＲＰＶヘッドは、ヘッドの周囲で４から６の同心円に整合された５０を超えるＣＲＤ管で設計されている。それぞれの同心円は幾分異なるペネトレーションアタッチメント角度を提供する。よって、ＣＲＤ管１０は、４から６の異なる幾何形状のものが必要とされるあらゆる場合に上述のプロセスを利用して容易に製造できる。異なる幾何形状および形態を提供する場合に、このプロセスの柔軟性により、これらはＰＭ／ＨＩＰプロセスによって容易に実現される。さらに、ここで解説したプロセスがＰＷＲ並びに進歩したＰＷＲ構造物の両方に適用可能であることも想定されている。
【００２４】
以上、制御棒駆動（ＣＲＤ）管、その製造方法、および加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）を説明した。本発明の特定の実施例が説明されているが、当該技術分野の専門家であれば、それらの多様な変更が、本発明の精神とスコープから逸脱せずに可能であることを理解しよう。よって、上述の本発明の好適実施例の説明および最良実施態様は、本発明の説明のみを目的としたものであって、本発明の限定を意図したものではない。
【符号の説明】
【００２５】
１０    ＣＲＤ管
１１    オフセットフランジ
１２    Ｖ形グルーブ
１３    原子炉圧力容器ヘッド
１４    Ｖ形グルーブペネトレーション溶接部
１６    管体
１７    アパーチャ
Ａ    第１ポイント
Ｂ    第２ポイント
【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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【外国語明細書】
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【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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