JPH0333040Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、電気抵抗による発熱体としてステ
ンレス鋼や高ニツケル合金等の耐蝕性金属パイプ
を用いた模擬燃料棒に関する。

〔従来の技術〕

原子炉の試験にあたつては、実際の原子燃料棒
を装荷した原子炉による試験に先立ち、電気的な
発熱手段を用いた模擬燃料棒を用い、安全性の確
認等を目的とする模擬炉の試作と試験が行われ
る。こうした目的で用いられる模擬燃料棒は、実
際の原子燃料棒と形状、寸法等ができるだけ近似
し、かつ発熱量や耐熱性等の性能が実際の原子燃
料棒を上回ることが必要とされる。

従来、この種の模擬燃料棒として、ステンレス
鋼や高ニツケル合金製のパイプの発熱体を用いた
ものがが多く使用されている。この模擬燃料棒
は、第３図で示すように、発熱管１である上記金
属パイプの両端に電極２，２を嵌め込み、これを
熔接したもので、該電極２，２の間に電流を流
し、上記発熱管１を発熱させる形式のものであ
る。

この模擬燃料棒では、必要な電気抵抗を得るた
め、発熱管１として例えば、肉厚1.0mm以下とい
つた極めて薄い金属パイプが使用されており、耐
圧補強手段として、上記発熱管１の中に絶縁性の
充填材３が充填される。この充填材３には、いわ
ゆるセラミツクセメントと呼ばれる硬質の成形体
が使用され、セラミツク粉末を水等の溶剤で溶い
て流動性を持たせたいわゆるセラミツクペースト
を上記発熱管１の中に導入し、これを加熱硬化さ
せて成形する。

〔考案が解決しようとする問題点〕

発熱管１としてステンレス鋼や高ニツケル合金
製のパイプを用いるのは、これらの金属が高温下
での耐蝕性に優れ、700℃以上の高温下での長時
間の使用に耐えることができるという理由によ
る。

しかし、実際に上記のような原子模擬燃料棒を
使用していると、発熱管１の内周面側から腐食が
進行し、発熱管１が短期に破損してしまうことが
多々発生する。

この考案は、従来の模擬燃料棒における上記の
問題点を解決するためなされたもので、発熱管の
内周面から腐食が容易に進行しない模擬燃料棒を
提供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

すなわち本考案では、上記目的を達成するた
め、ステンレスパイプからなる発熱管１１の中に
絶縁性の充填材１３を充填し、該発熱管１１の両
端に電極１２，１２を嵌め込んで導電固着すると
共に、同発熱管１１の両端を閉塞した模擬燃料棒
において、気孔及びヘアクラツクによる微細な空
気通路を有する充填材１３の中心部に、空気が保
有された空隙１４を形成してなることを特徴とす
る模擬燃料棒を提供する。

〔作用〕

ステンレス鋼が高温下で耐蝕性を有するのは、
ステンレス鋼の表面に酸化物を主体とするいわゆ
る不動態膜が形成され、これがステンレス鋼内部
の腐食を防止する被膜として機能するからであ
る。

しかし、第３図で示すように、発熱管１の内部
に密に充填材３が充填されていると、発熱管１の
内周面への酸素の供給が断たれ、いわゆる隙間腐
食（クレビス腐食）が生じやすくなる。加えて、
充填材３が密に充填されていると、発熱管１の内
部の酸素量が極端に少なくなるため、上記隙間腐
食が一層助長される。即ち、これが上記発熱管１
の内周面側からの腐食の原因となつているものと
考えられる。

本件考案者は、概に述べた従来の原子模擬燃料
棒の問題点を解決するため、こうした点に着目
し、この考案をなすに至つたものである。即ち、
この考案による模擬燃料棒では、充填材１３の内
部に空隙１４が形成されているため、その中に空
気が保有される。また、充填材１３は、本来がセ
ラミツク粉末を原料として成形されているため、
20％前後の気孔率を有しているうえ、上記空隙１
４の存在によつて、硬化、収縮時に極めて微細な
ヘアクラツクが発生する。このため、上記中央部
の空隙１４に保有した酸素が上記気孔やヘアクラ
ツクを通つて僅かずつ発熱管１１の内周面に供給
され、その表面の不動態膜が維持される。

また、この空隙１４は、充填材１３の中央部に
形成されているため、発熱管１１の外側から加わ
る圧力は充填材１３の中に均一に分散される。従
つて、発熱管１１の内径に比して、空隙１４が極
端に大きいものでない限り、充分な耐圧性が得ら
れる。

〔実施例〕

次に、第１図と第２図を参照しながら、この考
案の実施例について説明する。

ステンレス鋼や高ニツケル合金等の金属パイプ
からなる発熱管１１の中に、充填材１３を充填
し、この中央部に空隙１４を形成する。

空隙１４は、充填材１３の中に断続的に形成し
てもよいが、第１図や第２図で示すように、発熱
管１１の中心軸に沿つて均一な径の連続した空隙
１４を形成するのが最も望ましい。空隙１４の径
は、発熱管１４の径に比して充分細いものとし、
具体的には、発熱管１４の内径の５〜25％の径が
よい。

上記充填材１４はセラミツクセメントの原料と
なるアルミナやマグネシア等の絶縁性セラミツク
粉末を水で溶いて流動性を持たせた、いわゆるセ
ラミツクペーストを用い、これを発熱管１１の中
に導入して加熱、硬化させることにより成形す
る。こうした過程で、上記空隙１４を形成する手
段には、次のようなものがある。

一つは、低温溶融型の固形材、例えばワツクス
等で作られた充填材成形用の中子を用いる手段で
ある。即ち、発熱管１１の中に上記セラミツクペ
ーストを導入する際に、該発熱管１１の中心軸上
に上記中子を配置し、セラミツクペーストが或る
程度硬化したところで、中子を加熱して流動、除
去し、その後セラミツクペーストを高温で加熱、
硬化させて、第１図で示すような充填材１４を成
形する。

二つは、充填材成形用の中子として、疏水性の
多孔質パイプを使用する手段である。即ち、第２
図で示すように、ガラスフアイバ等からなる疏水
性の多孔質パイプ１５を発熱管１１の中心軸上に
配置し、これと発熱管１１の間にセラミツクペー
ストを導入し、加熱、硬化させる手段である。多
孔質パイプ１５は、疏水性であるため、セラミツ
クペーストやその水分等を中心側へ透過させず、
同ペーストが硬化した後は、その中の空隙に保有
する空気を充填材１３側へ透過させる。

３つは、遠心成形法によるものである。即ち、
発熱管１１の中にセラミツクペーストを導入し、
該発熱管１１の両端を塞いだ後、これを中心軸の
回りに高速回転させて締め固め、中心軸上に空隙
部１４を形成する。これによつて第１図で示すよ
うな充電材１５が形成される。その後、上記セラ
ミツクペーストを加熱し、硬化させる。発熱管１
１の径が５〜15mm〓の場合、5000rpm.程度の回
転数で１時間前後遠心成形することにより、適当
な充填材１３とその空隙１４が形成できる。

こうして発熱管１１の中に充填材１３を充填
し、硬化させた後、上記発熱管１１の両端に電極
１２，１２を嵌め込み、これを溶接１６，１６す
る。これによつて、発熱管１１の両端が閉じられ
ると共に、同管１１と電極１２，１２とが電気的
に接続される。さらに、この電極１２，１２から
両側にリード線１７，１７を接続し、この考案に
よる模擬燃料棒ができあがる。

第１図と第２図で示した実施例では、何れも一
方の電極１２に上記空隙１４に通じる細径の空気
導入孔１８が形成され、ここから上記空隙１４に
空気が補充されるようになつている。但し、通常
の使用において、上記空隙１４に保有する空気の
みで発熱管１１の内周面の不動態膜を維持するの
に充分な空気量が得られるときは、上記空気導入
孔１８を必ずしも必要としない。なお、上記空気
導入孔１８を設けるときでも、空隙１４に空気の
流れができ、複雑な熱移動が生じないよう、一方
の電極１２のみに空気導入孔１８を設けるのが望
ましい。

遠心成形法を用いて充填材１４を成形し、実際
に第１図で示すような模擬燃料棒を作り、これを
第３図で示すような従来の同型の模擬燃料棒と共
に寿命試験を行つた結果、前者の発熱管１１の耐
蝕性について、後者に比べ約３倍の寿命が得られ
た。また、発熱管１１の耐圧試験では、両者共
ほゞ同等の結果が得られた。

〔考案の効果〕

以上説明した通り、この考案によれば、発熱管
１１の耐蝕性に優れた模擬燃料棒を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、この考案の各実施例を示す
模擬燃料棒の縦断側面図、第３図は、模擬燃料棒
の従来例を示す縦断側面図である。 １１……発熱管、１２……電極、１３……充填
材、１４……空隙。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ ステンレスパイプからなる発熱管１１の中に
   絶縁性の充填材１３を充填し、該発熱管１１の
   両端に電極１２，１２を嵌め込んで導電固着す
   ると共に、同発熱管１１の両端を閉塞した模擬
   燃料棒において、気孔及びヘアクラツクによる
   微細な空気通路を有する充填材１３の中心部
   に、空気が保有された空隙１４を形成してなる
   ことを特徴とする模擬燃料棒。 ２ 空隙１４が発熱管１１の中心軸に沿つて連続
   するものからなる実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の模擬燃料棒。