JPH1082501A - 高速増殖炉用２重管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】漏洩流体の検出能に優れた高速増殖炉用２重管
とその製造方法を提供する。 【解決手段】（１）内外管の間に介在させた多孔質金属
層を、内外管のいずれか一方または両方と冶金的に接合
させた２重管。 （２）多孔質金属層と内外管との合わせ面間にインサー
ト材を介在させて縮径加工して得られた２重管を、その
両端部の内外管相互の合わせ面を気密シールしてから熱
処理する。 【効果】曲げ加工を施した場合にも、優れた漏洩流体の
検出能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速増殖炉用２重
管、詳しくは高速増殖炉の蒸気発生器に用いられる２重
壁構造の伝熱管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉プラントでは、原子炉内の冷
却に用いらた高温の液体金属ナトリウムを蒸気発生器に
導入し、水と熱交換して蒸気を発生させる。この際、上
記の蒸気発生器を構成する伝熱管には、図５に示すよう
に、外管１と内管２とを機械的に密着させた２重壁構造
の管材（以下、２重管という）が用いられる。

【０００３】ここで、蒸気発生器を構成する伝熱管に上
記の２重管を用いるのは、次の２つの理由による。

【０００４】すなわち、蒸気発生器内では、伝熱管の内
部に水３が通され、その外部に液体金属ナトリウム４が
通される。このとき、伝熱管に肉厚方向へ貫通する亀裂
が発生した場合、液体金属ナトリウム４が水３と接触す
ると爆発的な反応を起こすので、極めて危険である。

【０００５】このため、内外面のいずれか一方面に発生
した表面欠陥が他方面に伝播して肉厚方向に貫通した亀
裂の発生しやすい１重壁のソリッド管材に比べ、機械的
に接合しているのみで、一方の壁面に発生した亀裂が他
方の壁面に直ちに伝播して内外管両方の肉厚を貫通する
亀裂になる恐れがほとんどないことから、耐亀裂性に優
れる２重管が用いられる。

【０００６】また、２重管によれば、亀裂６が内外管の
いずれか一方（図示例では内管２）に生じた場合、亀裂
６に伴う漏洩流体（図示例では液体金属ナトリウム）が
外管１と内管２とのわずかな隙間５を通って管端に滲み
出すので、この管端への漏洩流体を検出してその破損を
初期段階で知るために、２重管が用いられる。

【０００７】しかし、表面が平滑な外管と内管のみから
なる２重管は、その両者間の隙間がミクロン単位と極め
て狭く、亀裂が生じてから漏洩流体が管端に滲み出すま
でに長時間かかり、亀裂の発見が遅れるという問題があ
った。

【０００８】このため、上記の問題を解決すべく、図６
に示すような２重壁構造の伝熱管が提案されている。す
なわち、図６（ａ）に示す伝熱管は、外管１と内管２の
いずれか一方の合わせ面（図示例は内管２の側）に、管
軸長方向に貫通する溝５ａを円周方向の１個所または複
数個所に設けるか、もしくは１または複数条の螺旋状の
溝を設けたものである（特開昭５８−３９９２３号公報
など）。

【０００９】また、図６（ｂ）に示す伝熱管は、外管１
と内管２との間に多孔質金属層８を介設したものである
（特開昭６３−２３８３０１号公報）。

【００１０】しかし、図６（ａ）に示す伝熱管は、漏洩
流体の検出を溝５ａで行うので、その検出能は上記図１
に示す伝熱管に比べると優れるものの、溝以外の部分に
亀裂が生じた場合、その部分から溝部に漏洩流体が滲み
出すまでに時間がかかり、満足し得る検出能が得られな
いという欠点がある。また、内外管自体に溝を形成する
ので、その部分に応力が集中し破損しやすいので、その
分だけ管肉厚を厚くする必要があり、経済的に不利であ
るという欠点を有している。

【００１１】また、図６（ｂ）に示す伝熱管は、図６
（ａ）の伝熱管が有する欠点はないが、多孔質金質層８
と内外管２および１とが機械的に接合されているのみ
で、その密着強度が小さい。このため、これを曲げ加
工、すなわち、蒸気発生器内に組み込む際、シェルと伝
熱管との熱膨張差を吸収するためのベンド部、あるいは
最近検討が進めれれているコンパクトなヘリカル型の蒸
気発生器に組み込むべく螺旋状に曲げ成形した場合、こ
の曲げ部で多孔質金質層８が内外管２および１から剥離
して目詰まりを起こし、漏洩流体の検出能が著しく悪化
するという欠点があった。

【００１２】このため、曲げ加工を施した場合にあって
も、漏洩流体の検出能が悪化することのない高速増殖炉
用２重管の開発が望まれていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑みてなされたもので、その課題は、曲げ加工を施し
ても漏洩流体の検出能が悪化することのない高速増殖炉
用２重管とその製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
（１）および（２）の高速増殖炉用２重管とその製造方
法にある。

【００１５】（１）外管と内管との間に多孔質金属層が
密接せしめられた高速増殖炉用二重管であって、前記の
多孔質金属層が内外管のいずれか一方または両方に対し
て冶金的に接合していることを特徴とする高速増殖炉用
２重管。

【００１６】（２）多孔質金属層と外管または／および
内管との合わせ面間にインサート材を配した組み合わせ
素管を冷間にて縮径加工し、次いで両端部の内外管相互
の合わせ面を気密シールした後に熱処理することを特徴
とする上記（１）に記載の高速増殖炉用２重管の製造方
法。

【００１７】本発明者らは、多くの製造実験の結果次の
ことを知見し、本発明をなすに到った。

【００１８】良好な漏洩流体の検出能を備える２重管を
得るためには、上記特開昭６３−２３８３０１号公報に
示されると同様に、外管と内管との間に多孔質金属層を
介在させる必要のあることを確認した。

【００１９】また、上記多孔質金属層の内外管との密着
強度を高めるには、内外管と多孔質金属層との合わせ面
間にインサート材を配した組立素管を作成し、この素管
に所定の縮径率で冷間加工を施して機械的に接合させ、
その両端面の内外管相互の合わせ面を気密シールした後
に熱処理を施せばよいことを知見した。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる高速増殖炉
用２重管とその製造方法について、図１および図２を参
照して詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明にかかわる２重管の一例を
示す横断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視拡大縦断面図
である。

【００２２】図１および図２に示すように、本発明の２
重管は、外管１と内管２との間に多孔質金属層８があ
り、この多孔質金属層８はインサート材層７によって内
管２に対して冶金的に接合しており、高い密着強度を有
している。このため、２重管を曲げ加工した場合にも、
内管２から多孔質金属層８が剥離しない。この結果、曲
げ部の多孔質金属層８が目詰まりすることがないので、
漏洩液体の検出能が悪化することはない。

【００２３】上記図１に示す２重管を構成する外管１の
内面と内管２の内面は、その縮径加工前の組立素管の組
立に先だって平滑面に仕上げられるが、その表面粗さと
してはＪＩＳ−Ｂ０６０１に定義される平均粗さＲａで
４０μｍ以下に仕上げれば十分である。しかし、実際の
製品仕様は、平均粗さＲａで２μｍ以下であるので、２
μｍ以下に仕上げるのが望ましい。

【００２４】さらに、組立前の内管２の外径と外管１の
内径は、付与する外管の縮径率にもよるが、外管１の縮
径率を１１〜１３％程度とする場合、前記両者の径差が
４．０〜５．０ｍｍ程度のものを用いれば十分である。

【００２５】なお、外管１と内管２の材質は、通常、同
一材質とされ、ＪＩＳ−Ｇ３４６２に規定されるＳＴＢ
Ａ２６またはその相当鋼が用いられるが、必ずしも同一
材質とする必要はなく、例えば内管２を前記ＳＴＢＡ２
６鋼とし、外管１をＳＵＳ３０４などのステンレス鋼と
してもかまわない。

【００２６】多孔質金属層８を構成する金属としては、
内外管と同じ材質とするのが問題のない冶金的接合を得
るうえで最も好ましいが、銅やニッケルさらにはステン
レス鋼などであってもかまわない。ただし、高温強度の
低い銅は、その使用中に熱変形や熱応力を受けて破断す
る恐れがあるので、推奨できない。

【００２７】なお、多孔質金属層８は、次のようにして
形成される。すなわち、上記金属製の細径線材を用いて
所望のメッシュに編まれた網からなる筒体を成形し、こ
の筒体を外管１と内管２の間に挿入嵌合する。あるい
は、板状の網を内管２の外面に螺旋状に巻き付けてから
外管１内に挿入嵌合する。さらには、上記金属製の粒体
を適宜なバインダーを用いて筒状に成形し、この筒体を
外管１と内管２の間に挿入嵌合するなどである。

【００２８】ここで、本発明にあっては、上記のインサ
ート材層７を外管１と内管２との間に介在させて縮径加
工前の組立素管を作成する際、多孔質金属層８と外管１
または／および内管２との間にインサート材層７を設け
る必要がある。このように、多孔質金属層８と外管１ま
たは／および内管２との間にインサート材層７を設ける
場合には、後述の縮径加工後に施す熱処理時に上記の多
孔質金属層８と外管１または／および内管２との冶金的
接合が促進され、これによって両者の密着強度を向上さ
せることができる。

【００２９】なお、図示例では、内管２の外面にのみイ
ンサート材層７を設けた場合を示すが、このインサート
材層７は、上記したように、外管１の内面のみ、もしく
は内管２の外面と外管１の内面の両方に設けてもよい。

【００３０】しかし、本発明者らの観察結果によれば、
多孔質金属層８の曲げ加工部における剥離は、主として
内管２側で発生しており、外管１側ではほとんど発生し
ていない。これは、外管１と内管２とをルーズに組み合
わせた２重素管を縮径加工して両者を機械的に接合させ
た場合の面圧は、縮径率を大きくするのに従って高くな
るものの内管２が塑性変形してしまい、内管２の側の面
圧が外管１の側の面圧よりも低くなって密着強度が低下
するためである。従って、インサート材層７は、内管２
の外面に設けるのが最も好ましい。

【００３１】なお、内管２の外面と外管１の内面の両方
にインサート材層７を設けてもよいことは前述した通り
である。しかし、この場合には、内管２と外管１との両
方に多孔質金属層８が冶金的に接合されるため、一方の
管に発生した亀裂が他方の管に伝播しやすくなる恐れが
あるので、推奨できない。

【００３２】インサート材層７の材質としては、内外管
と同一材質（Ｆｅ基合金）の非晶質材とするのが最も好
ましいが必ずしも同一材質かつ非晶質材とする必要はな
く、例えばニッケルおよびその合金あるいはＣｏおよび
その合金などであってもかまわない。

【００３３】また、上記のインサート材層７は、厚さが
３０〜５０μｍ程度の適宜な幅の箔材を用い、この箔材
を内管２の外面にその縁部が若干重なるようにして螺旋
状に巻き付けることで形成することができる。なお、上
記の箔材を用いて外管１の内面にインサート材層７を形
成させるのは難しい。このため、外管１と多孔質金属層
８との間にインサート材層７を形成させる場合には、外
管１の内面に鍍金法を用いてインサート材層７を形成さ
せるか、もしくは内管２の外面に多孔質金属層８を形成
させた後、その外面に上記の箔材を螺旋状に巻き付けて
形成させるようにすればよい。さらに、内管２の外面に
形成させるインサート材層７は、箔材を螺旋状に巻き付
けるのに変えて、上記の鍍金法によって形成させてもよ
いことは勿論である。

【００３４】上記のようにして組み立てられた２重素管
は、その一方の管端部に口絞り加工が施され、孔ダイス
のみ、もしくは孔ダイスとプラグを用いた冷間抽伸法に
よって所定の縮径率を付与して縮径加工され、外管１、
多孔質金属層８、インサート材層７および内管２の相互
が機械的に密着した所定の寸法を有する２重管に成形さ
れる。なお、この際に付与する縮径率としては、相互の
寸法と得るべき密着強度に応じて適宜決定される。

【００３５】縮径加工されて機械的に密着せしめられた
２重管は、その両端部の形状不整部分を切断除去し、内
外管の隙間を気密シールすべく溶接接合した後、熱処理
に供される。

【００３６】熱処理は、適宜な条件で施せばよいが、例
えば内外管の材質が上記のＳＴＡ２６である場合には、
１０００〜１１００℃に３０分間程度加熱保持後空冷す
る焼きならしを施し、次いで７５０〜８００℃に６０分
間程度加熱保持後空冷する焼戻し処理を施せば十分であ
る。

【００３７】熱処理後の２重管は、その両端部をバイト
切断して所定の長さとされ、製品とされる。ここで、両
端部の切断をコールドソーなどで行うと、内外管の隙間
が目詰まりし、漏洩流体の検出ができなくなるので、上
記したようにバイトを用いて切断仕上げすることが肝要
である。

【００３８】

【実施例】外面の表面粗さをＲａで１．０〜２．０μｍ
に調整した外径３５．８ｍｍ、肉厚３．２ｍｍ、４００
０ｍｍの外管用素管と、同じくその内表面の表面粗さを
Ｒａで１．０〜２．０μｍに調整した外径２４．７ｍ
ｍ、肉厚３．２ｍｍ、長さ４０００ｍｍの内管用素管を
準備した。

【００３９】そして、内管用素管の外面に、厚さ３８μ
ｍ、幅５０ｍｍの非晶質の金属箔を螺旋状に巻き付けて
インサート材層を形成するとともに、このインサート材
層を形成した内管の外面に、外径０．１ｍｍの線材を１
束当たり４４本配して編まれた網材を巻き付けて多孔質
金属層を形成した。

【００４０】なお、外管、内管、多孔質金属層およびイ
ンサート材層には、表１に示す成分組成を有するもの用
い、そのうちインサート材層についてのみ非晶質のもの
を用いた。

【００４１】

【表１】

【００４２】次いで、上記の内管を外管に内嵌挿入して
２重素管を組立て、その一端部に口絞り加工を施した
後、孔ダイスとプラグを用い、内管の外径縮径率を種々
変化（０．６〜１．２％）させて縮径加工を施し、外径
３１．１〜３１．９ｍｍ、全肉厚６．５〜７．０ｍｍ、
長さ４０３０〜４０８０ｍｍの材料相互が機械的に密着
した２重管に成形した。

【００４３】しかる後、得られた密着２重管の両端部を
切断除去し、内外管の隙間をＴＩＧ溶接して気密シール
した後、１０４５℃に３０分間加熱保持後空冷する焼き
ならし処理と、７８０℃に６０分間加熱保持後空冷する
焼もどし処理を施した。

【００４４】また、比較のために、インサート材層を設
けなかった以外は上記と同じ条件で図６（ｂ）に示す従
来の２重管も製造した。

【００４５】そして、得られた各２重管の管端部から長
さＬが１０ｍｍの密着強度調査用の試験片を採取し、こ
の試験片を図３に示す形状（Ｗ＝１０ｍｍ）に加工し、
治具Ｇを用いて引張試験を行って多孔質金属層８が内外
管のいずれから剥離した時点の引張荷重Ｐ（Ｋｇ）を測
定し、下式に基づいて内外管に対する多孔質金属層８の
剥離強度ｆ（ｋｇ／ｍｍ² ）を求めた。

【００４６】ｆ＝Ｐ／（Ｗ×Ｌ） また、得られた各２重管の両管端をバイトを用いて長さ
４０００ｍｍの製品管に切断仕上げし、その軸長方向の
中央部分に曲率半径２００ｍｍの９０°曲げ加工を施
し、図４に示す方法により多孔質金属層のガス流量を測
定し、その漏洩流体の検出能を調べた。

【００４７】すなわち、曲げ加工した後に密栓Ｓを用い
て内管の両端を密封した２重管の一方管端に、ゴムホー
スＨを用いて管路中に減圧弁Ｖと圧力計Ｐとが設けられ
たＨｅガスボンベＢを接続する一方、他方管端にゴムホ
ースＨを用いて流量計Ｆを接続し、圧力計Ｐのゲージ圧
を１０ｋｇ／ｃｍ² に設定して３分間Ｈｅガスを通気し
て内外間の空気をＨｅガスに置換した後、単位時間当た
りのＨｅガス通気量を測定することで、その漏洩流体の
検出能を調べた。

【００４８】そして、これらの結果を、上記２重管の製
造条件と併せて、表２に示した。

【００４９】

【表２】

【００５０】表２に示す結果から明らかなように、従来
の２重管（No. Ｂ１〜Ｂ９）は、内外管に対する多孔質
金属層８の剥離強度が０〜０．４ｋｇ／ｍｍ² で低かっ
た。この結果、曲げ加工後における多孔質金属層のＨｅ
ガス通気量は０．１〜０．５ｃｃ／ｓｅｃと少なく、漏
洩流体の検出能に劣っていた。

【００５１】これに対し、本発明の２重管（No. Ａ１〜
Ａ９）は、内外管に対する多孔質金属層８の剥離強度が
２．０〜５．３ｋｇ／ｍｍ² と極めて高かった。この結
果、曲げ加工後における多孔質金属層のＨｅガス通気量
は４．０〜８．３ｃｃ／ｓｅｃと多く、漏洩流体の検出
能が格段に優れていた。

【００５２】なお、この種の２重管に要求される漏洩流
体の検出能としては、上記の通気量が０．７ｃｃ／ｓｅ
ｃ以上であること考慮すると、従来の多孔質金属層を有
する２重管は曲げ加工を施して使用すると、満足すべき
検出能を具備しないことが明らかである。これに対し、
本発明の２重管は、上記の必要な検出能を十二分に具備
するものであることが明らかである。

【００５３】

【発明の効果】本発明の二重管は、内外管に対する多孔
質金属層の密着力が高い。この結果、２重管を曲げ加工
して用いても、漏洩流体の検出能が低下することがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかわる２重管の一例を示す横断面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視拡大縦断面である。

【図３】内外管に対する多孔質金属層の剥離強度の測定
方法を示す模式図である。

【図４】曲げ加工された２重管における多孔質金属層の
漏洩流体検出能を調べるための試験方法を示す模式図で
ある。

【図５】従来の一般的な２重管を示す横断面図である。

【図６】漏洩流体の検出能を高めた従来の２重管を示す
横断面図で、同図（ａ）は溝成形によったもの、同図
（ｂ）は多孔質金属層を介在させたものを示す図であ
る。

【符号の説明】

１：外管、 ２：内管、 ３：水（水蒸気）、 ４：液体金属ナトリウム、 ５：隙間、 ６：亀裂、 ７：インサート材層、 ８：多孔質金属層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外管と内管との間に多孔質金属層が密接せ
   しめられた高速増殖炉用二重管であって、前記の多孔質
   金属層が内外管のいずれか一方または両方に対して冶金
   的に接合していることを特徴とする高速増殖炉用２重
   管。
2. 【請求項２】多孔質金属層と外管または／および内管と
   の合わせ面間にインサート材を配した組み合わせ素管を
   冷間にて縮径加工し、次いで両端部の内外管相互の合わ
   せ面を気密シールした後に熱処理することを特徴とする
   請求項１に記載の高速増殖炉用２重管の製造方法。