JP3729672B2 - Blanket first wall armature slit forming method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トカマク型核融合装置のブランケット第一壁が直接プラズマ粒子の照射を受けないように外表面に接合されるアーマタイルに、熱応力低減のためのスリットを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、トカマク型核融合装置の炉内構造物であるブランケットの第一壁には、直接プラズマ粒子の照射を受けないようにタイルをろう付けで貼り付けることやボルト固定が考えられたが、ろう付けやボルト固定では信頼性,耐久性に課題がある。また、タイルの熱応力低減のため、タイルにスリットを入れることが考えられたが、コスト高となることは勿論のこと、溝加工によりスリットを入れると、固くて脆いタイルは、割れて欠ける心配がある。このため実際に適用された例はない。
【0003】
このようなことから現状では、ブランケット第一壁の外表面にベリリウムやボロンなどの原子番号の低い材料のタイルをHIP接合することが考えられている。しかし、第一壁の分散型強化銅(以下DSCuという)とタイルのベリリウムやボロンとは異なる材料であり、しかも冷却されている第一壁と高熱にさらされるタイルとの間には著しい温度差があるので、タイルの熱応力を低減すべくスリット加工が必要となる。HIP接合後の固くて脆いタイルそのものをスリット加工することは、技術的には可能であるが、コスト高の要因ともなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、HIP接合後のアーマタイルへのスリット形成を容易にし、コストを低減できるブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の1つは、ブランケット第一壁の外表面に、一定の間隙を存して多数の小片のアーマタイルを縦横に配列して仮付けし、且つ各間隙にスペーサーを埋め、次にその外表面の全面とブランケット側面の一部、またはブランケット全体をキャン部材で被ってキャン部材の外縁部をシール溶接の上、HIP接合によりこれらをブランケット第一壁と一体化し、次いでキャン部材を機械加工により除去し、然る後各アーマタイル間のスペーサーを溝加工により除去してスリットを形成することを特徴とするものである。
【0006】
本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の他の1つは、ブランケット第一壁の外表面に沿い、多数の凹部を縦横に一定間隔に有する型枠を予め製作し、次にこの型枠の各凹部にほぼ同じ寸法形状の小片のアーマタイルを嵌め込んだ上、型枠をブランケット第一壁の外表面に仮付けし、次いでその全面とブランケット側面の一部、またはブランケット全体をキャン部材で被ってシール溶接の上、HIP接合してこれらをブランケット第一壁と一体化し、次にキャン部材を機械加工により除去した上、型枠の底部を機械切削により除去して小片のアーマタイルを露出させ、然る後型枠を溝加工により除去して、アーマタイル間にスリットを形成することを特徴とするものである。
【0007】
本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法のさらに他の1つは、ブランケット第一壁の外表面に沿い、多数の透かし穴を縦横に一定間隔に有する型枠を予め製作し、次にこの型枠の各透かし穴にほぼ同じ寸法形状の小片のアーマタイルを嵌め込んだ上、型枠をブランケット第一壁の外表面に仮付けし、次いでその全面とブランケット側面の一部、またはブランケット全体をキャン部材で被ってシール溶接の上、HIP接合してこれらをブランケット第一壁と一体化し、次にキャン部材を機械加工により除去し、然る後型枠を溝加工により除去して、アーマタイル間にスリットを形成することを特徴とするものである。
【0008】
本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法のさらに他の1つは、ブランケット第一壁の外表面に沿い、多数の透かし穴を縦横に一定間隔に有する型枠を予め製作し、次にこの型枠をブランケット第一壁の外表面に仮付け後、型枠の各透かし穴にほぼ同じ寸法形状の小片のアーマタイルを嵌め込み、次いでその全面とブランケット側面の一部、またはブランケット全体をキャン部材で被ってシール溶接の上、HIP接合してこれらをブランケット第一壁と一体化し、次にキャン部材を機械加工により除去し、然る後型枠を溝加工により除去して、アーマタイル間にスリットを形成することを特徴とするものである。
【0009】
前記のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の1つにおいて、スペーサーはアルミナ長繊維複合材のようなセラミックス系材料、CFC(炭素繊維強化炭素複合材)であることが好ましい。
【0010】
前記のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の他の3つにおいて、型枠はアルミナ長繊維複合材のようなセラミックス系材料、CFC(炭素繊維強化炭素複合材)であることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の1つの実施形態を図によって説明する。図1に示すようにブランケット1のプラズマと直接対面するDSCuより成る第一壁2の外表面に、一定の間隙Cを存して多数の矩形の小片のBeより成るアーマタイル3を配列して仮付けした上、各間隙Cに図2に示すようにブランケット1の第一壁2やアーマタイル3よりも靱性を有し、例え少々の削り残しがあってもプラズマ発生,維持には無害な材料として、CFC(炭素繊維強化炭素複合材)やアルミナ長繊維複合材などのスペーサー4を埋めた。次にその全面とブランケット1の側面の一部、またはブランケット1全体をキャン部材,例えばSUS板(図示省略)で被ってシール溶接の上、HIP接合により第一壁2とアーマタイル3及びCFCやアルミナ長繊維複合材などのスペーサー4とを一体化し、且つキャン部材とブランケット1とを一体化した。次いでキャン部材を機械加工により除去した。然る後各アーマタイル3間のCFCやアルミナ長繊維複合材などのスペーサー4を、図3に示すように溝加工により除去してスリット5を形成した。
【0012】
上記のようにアーマタイルスリット形成方法の1つは、ブランケット1の第一壁2に小片のアーマタイル3をHIP接合する前のアセンブリー時に、アーマタイル3間の各間隙Cにアーマタイル部材よりも靱性を有するCFCやアルミナ長繊維などのスペーサー4を埋めておくので、HIP接合後にCFCやアルミナ長繊維複合材などのスペーサー4を切削除去する際、脆いBeよりなるアーマタイル3にはき裂を生じさせずにスペーサー4を容易に切削除去できる。従って、各アーマタイル3間には簡単にスリット5を形成できて、製作コストを低減できる。
【0013】
本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の他の1つの実施形態を図によって説明する。図4に示すように多数の矩形の凹部6を縦横に一定間隔に有し、ブランケット1の第一壁2やアーマタイル3よりも靱性を有して例え少々削り残しがあってもプラズマ発生、維持には無害な材料、例えばCFCやアルミナ長繊維複合材などより成る型枠7を予め製作した。この型枠7は、ブランケット1の第一壁2の外表面に沿うように形成されている。次に図5に示すようにこの型枠7の各凹部6に、夫々ほぼ同じ寸法形状の小片のBeよりなるアーマタイル3を嵌め込み、アーマタイル3側をブランケット1の第一壁2の外表面に向けて型枠7を図6に示すように第一壁2の外表面に仮付けた。次いでその型枠7の全面とブランケット1の側面の一部、またはブランケット1全体をキャン部材、例えばSUS板(図示省略)で被ってシール溶接の上、HIP接合により第一壁2とアーマタイル3及びCFCやアルミナ長繊維複合材などより成る型枠7とを一体化し、且つキャン部材とブランケット1とを一体化した。次にキャン部材を機械加工により除去した上、型枠7の底部を機械切削により除去して、小片のアーマタイル3を図7に示すように露出させた。然る後、型枠7を溝加工により除去して、図8に示すようにアーマタイル3間にスリット5を形成した。
【0014】
上記のようにアーマタイルスリット形成方法の他の1つは、予め製作した型枠7の多数の凹部6に小片のアーマタイル3を嵌め込んで、型枠7をブランケット1の第一壁2の外表面に仮付けした後、キャン部材で被ってシール溶接の上、HIP接合によりこれをブランケット1や第一壁2と一体化するので、前述のアーマタイルスリット形成方法の1つと比べ、アーマタイル3の位置決め、仮付けが不要である。またHIP接合後、アーマタイル3の表面の型枠7の底部を機械的切削により除去することが容易であり、例えCFCやアルミナ長繊維複合材が削り残った場合でも、プラズマ発生,維持には無害であり、さらに型枠7を溝加工により除去する際、脆いBeよりなるアーマタイル3にはき裂を生じさせずに型枠7を容易に溝加工により除去できる。従って、各アーマタイル3間には簡単にスリット5を形成できて、製作コストを低減できる。
【0015】
本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法のさらに他の1つの実施形態を図によって説明する。図9に示すように多数の矩形の透かし穴8を縦横に一定間隔に有し、ブランケット1の第一壁2やアーマタイル3よりも靱性を有する材料、例えばCFCやアルミナ繊維などより成る型枠9を予め製作した。この型枠9は、ブランケット1の第一壁2の外表面に沿うように形成されている。次に図10に示すように上記型枠9をブランケット1のDSCuより成る第一壁2の外表面に仮付けの上、型枠9の各透かし穴8に、夫々図11に示すように所要形状、寸法の小片のBeより成るアーマタイル3を嵌め込んだ。
尚、この型枠9は、第一壁2の外表面に仮付けする前に、各透かし穴8にアーマタイル3を嵌め込み、その後第一壁2の外表面に仮付けしてもよい。
次いでその全面とブランケット1の側面の一部、またはブランケット1全体をキャン部材、例えばSUS板(図示省略)で被ってシール溶接の上、HIP接合により型枠9及び各アーマタイル3を第一壁2と一体化し、且つキャン部材をブランケット1と一体化した。次にキャン部材を機械加工して除去した。然る後型枠9のみを図12に示すように溝加工により除去して、アーマタイル3間にスリット5を形成した。
【0016】
上記のようにアーマタイルスリット形成方法のさらに他の1つは、予め製作した型枠9の多数の各透かし穴8に小片のアーマタイル3を嵌め込んで、これをブランケット1の第一壁2に仮付けし、キャン部材で被ってシール溶接した後、全体をHIP接合するので、アーマタイル3の位置決め、仮付けが不要である。またHIP接合後に型枠9を溝加工により除去するのは、量が少ないだけ一層容易で、各アーマタイル3間には簡単にスリット5を形成できて、製作コストを低減できる。
【0017】
尚、前記のアーマタイルスリット形成方法の1つでは、アーマタイル3がBeより成り、間隙Cに埋めたスペーサー4はブランケット1の第一壁2やアーマタイル3よりも靱性を有するCFCやアルミナ長繊維複合材などより成るが、これに限定されるものではない。アーマタイル3は酸化物,炭化物,窒化物,珪化物等の焼結材料から成るものでもよく、その際スペーサー4はアーマタイル3よりも切削加工し易いものならばどのような材料でもよい。また、小片のアーマタイル3の形状は矩形で、第一壁2に縦横に配列されて、間隙Cが格子状となっているが、形状は特に限定されるものではなく、間隙Cが一定となるように配列できる形状ならばどのようなものでもよい。
【0018】
また、前記のアーマタイルスリット形成方法の他の1つ及びさらに他の1つでは、型枠7の凹部6や型枠9の透かし穴8の形状が矩形で縦横に配列されて型枠が格子状となっているが、凹部6や透かし穴8の形状は特に限定されるものではなく、凹部6や透かし穴8間の寸法が一定となるように配列できる凹部6や透かし穴8の形状ならばどのようなものでもよい。これに応じてアーマタイル3の形状も適宜選定される。また、型枠7,9はブランケット1の第一壁2やアーマタイル3よりも靱性を有する材料、例えばCFCやアルミナ長繊維複合材などより成るが、これに限定されるものではない。要はHIP接合の高温に耐えられる材料、高温下でも有害なガスを発生しない材料、HIP接合しても第一壁面やアーマタイルに着きにくい材料ならばどのようなものでもよい。さらに、型枠7,9は、厚さに対し、高さ,幅共に巨大寸法であるため、第一壁2の外表面への仮付けのための組付けの際、予め凹部6や透かし穴8へ小片のアーマタイル3を嵌め込むことにより、膨大な重量となって組付けが厄介になると共に、型枠7,9が多数のアーマタイル3の重量により歪みが生じると懸念される場合は、型枠7,9を夫々複数に分割して第一壁2の外表面へ組付けるようにするとよい。
【0019】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法によれば、ブランケット第一壁にアーマタイルをHIP接合後、アーマタイル間にスリットを形成することが容易で、製作コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の1つにおいて、ブランケット第一壁の外表面に、小片のアーマタイルを配列した状態を示す斜視図である。
【図2】図1のブランケット第一壁の外表面の各アーマタイル間の間隙にCFCやアルミナ長繊維複合材などのスペーサーを埋めた状態を示す斜視図である。
【図3】図2に示されるブランケット第一壁と各アーマタイル及びCFCやアルミナ長繊維複合材などのスペーサーをHIP接合により一体化した後、各アーマタイル間のCFCやアルミナ長繊維複合材などのスペーサーを溝加工により除去してスリットを形成した状態を示す斜視図である。
【図4】本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法の他の1つにおいて用いる型枠を示す斜視図である。
【図5】図4の型枠の各凹部に小片のアーマタイルを嵌め込んだ状態を示す斜視図である。
【図6】図5の型枠をブランケット第一壁に仮付けした状態を示す斜視図である。
【図7】図6の型枠及びアーマタイルをHIP接合後、型枠の底部を機械切削により除去して、小片のアーマタイルを露出させた状態を示す斜視図である。
【図8】図7の型枠を溝加工により除去して、アーマタイル間にスリットを形成した状態を示す斜視図である。
【図9】本発明のブランケット第一壁のアーマタイルスリット形成方法のさらに他の1つにおいて用いる型枠を示す斜視図である。
【図10】図9の型枠をブランケット第一壁に仮付けした状態を示す斜視図である。
【図11】図10の型枠の各透かし穴に小片のアーマタイルを嵌め込んだ状態を示す斜視図である。
【図12】図11の型枠及びアーマタイルをHIP接合後、型枠のみを溝加工により除去して、アーマタイル間にスリットを形成した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ブランケット
2 第一壁
3 小片のアーマタイル
4 CFC(炭素繊維強化炭素複合材)
5 スリット
6 凹部
7 型枠
8 透かし穴
9 型枠
C 間隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a slit for reducing thermal stress in an armor tile joined to an outer surface so that a blanket first wall of a tokamak type fusion device is not directly irradiated with plasma particles.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, tiles and bolts have been considered to be brazed to the first wall of the blanket, which is the internal structure of the tokamak fusion device, so that it is not directly exposed to plasma particles. There are problems in reliability and durability in mounting and bolt fixing. In addition, it was considered to make slits in the tiles to reduce the thermal stress of the tiles, but of course the cost is high, and if slits are made by grooving, the hard and brittle tiles will be broken and chipped. There is. For this reason, there is no actual application example.
[0003]
For these reasons, it is currently considered that a tile made of a material having a low atomic number such as beryllium or boron is HIP bonded to the outer surface of the first blanket wall. However, the first wall of distributed strengthened copper (DSCu) and tile beryllium and boron are different materials, and there is a significant temperature difference between the cooled first wall and the tile exposed to high heat. Therefore, slitting is required to reduce the thermal stress of the tile. Although it is technically possible to slit a hard and brittle tile itself after HIP bonding, it also causes a high cost.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention intends to provide a method for forming an armature tile on the first wall of a blanket that facilitates the formation of a slit in the armature after HIP bonding and can reduce the cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
One of the blanket first wall armature tile forming methods of the present invention for solving the above-mentioned problem is to arrange a large number of small pieces of armature tiles vertically and horizontally on the outer surface of the blanket first wall with a certain gap. Then, a spacer is filled in each gap, and then the entire outer surface and a part of the side surface of the blanket or the entire blanket is covered with a can member, and the outer edge of the can member is sealed and welded, and then HIP bonding These are integrated with the first blanket wall, the can member is then removed by machining, and then the spacers between the armatures are removed by grooving to form slits.
[0006]
Another method of forming an armature tile on the first blanket wall of the present invention is to pre-manufacture a form having a number of recesses at regular intervals along the outer surface of the first blanket wall. A small piece of armature tile of approximately the same size and shape is fitted in each concave part of the mold, and the mold is temporarily attached to the outer surface of the first wall of the blanket, and then the entire surface and a part of the blanket side or the entire blanket is cancelled. After covering with a member, seal welding, HIP joining and integrating them with the first wallet blanket, then removing the can member by machining and removing the bottom of the formwork by machining to form a small piece of armature It is characterized in that it is exposed and then the mold is removed by grooving to form slits between the armatures.
[0007]
Still another method of forming the armature tile slit on the first blanket wall of the present invention is to pre-manufacture a formwork having a number of watermark holes at predetermined intervals along the outer surface of the first blanket wall. A small piece of armor tile of approximately the same size and shape is fitted into each open hole of this formwork, and the formwork is temporarily attached to the outer surface of the first blanket wall, and then the entire surface and a part of the side of the blanket, or the blanket Cover the whole with a can member, seal weld, HIP join and integrate them with the blanket first wall, then remove the can member by machining, and then remove the formwork by grooving, A slit is formed between armatures.
[0008]
Still another method of forming the armature tile slit on the first blanket wall of the present invention is to pre-manufacture a formwork having a number of watermark holes at predetermined intervals along the outer surface of the first blanket wall. After temporarily attaching this formwork to the outer surface of the first wall of the blanket, fit a small piece of armor tile of the same size and shape into each open hole of the formwork, and then cancel the entire surface and part of the blanket side or the entire blanket. Cover with a member, seal weld, HIP join and integrate them with the blanket first wall, then remove the can member by machining, and then remove the formwork by grooving, between armatures A slit is formed.
[0009]
In one of the above-described blanket first wall armature slit forming methods, the spacer is preferably a ceramic material such as an alumina long fiber composite, or CFC (carbon fiber reinforced carbon composite).
[0010]
In the other three methods for forming the armature tile on the first blanket wall, the mold is preferably a ceramic material such as an alumina long fiber composite, or a CFC (carbon fiber reinforced carbon composite).
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One embodiment of the blanket first wall armature tile forming method of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1,
[0012]
As described above, one of the methods of forming the armature tile slit is tougher than the armature member in each gap C between the
[0013]
Another embodiment of the blanket first wall armature tile forming method of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 4, a large number of
[0014]
As described above, another method of forming the armature tile slit is to insert small pieces of
[0015]
Still another embodiment of the blanket first wall armature slit forming method of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 9, a
The
Next, the entire surface and a part of the side surface of the
[0016]
As described above, yet another method of forming the armature tile slit is to insert a small piece of
[0017]
In one of the above-described armature tile forming methods, the
[0018]
In the other one and the other one of the above-mentioned armature tile forming methods, the shape of the
[0019]
【The invention's effect】
As can be seen from the above description, according to the armature tile forming method of the blanket first wall of the present invention, it is easy to form a slit between the armature tiles after the armature tile is HIP-bonded to the blanket first wall. Can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which small pieces of armor tiles are arranged on the outer surface of a blanket first wall in one blanket first wall armature slit forming method of the present invention.
2 is a perspective view showing a state in which a spacer such as CFC or alumina long fiber composite material is buried in a gap between armatures on the outer surface of the first blanket wall of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 shows a blanket first wall shown in FIG. 2, each armor tile, and a spacer such as CFC and alumina long fiber composite material integrated by HIP bonding, and then a spacer such as CFC and alumina long fiber composite material between each armature. It is a perspective view which shows the state which removed by grooving and formed the slit.
FIG. 4 is a perspective view showing a mold used in another one of the blanket first wall armature tile forming methods of the present invention.
5 is a perspective view showing a state in which a small piece of armor tile is fitted in each recess of the mold shown in FIG. 4. FIG.
6 is a perspective view showing a state in which the mold shown in FIG. 5 is temporarily attached to a blanket first wall. FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which after the mold and armature of FIG. 6 are HIP bonded, the bottom of the mold is removed by mechanical cutting to expose a small piece of armature.
FIG. 8 is a perspective view showing a state in which a slit is formed between armatures by removing the mold shown in FIG. 7 by grooving.
FIG. 9 is a perspective view showing a mold used in still another method of forming an armature tile on the first wall of the blanket according to the present invention.
10 is a perspective view showing a state in which the mold shown in FIG. 9 is temporarily attached to a blanket first wall. FIG.
11 is a perspective view showing a state in which a small piece of armor tile is fitted into each watermark hole of the mold shown in FIG. 10;
FIG. 12 is a perspective view showing a state in which only the mold is removed by grooving after the mold and armature of FIG. 11 are joined, and slits are formed between the armatures.
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