Fracture stress estimation method of SiC components in IS process

ISプロセスにおける大型SiC製機器の強度評価法

竹上 弘彰 ; 寺田 敦彦  ; 日野 竜太郎; 塩沢 周策

Takegami, Hiroaki; Terada, Atsuhiko; Hino, Ryutaro; Shiozawa, Shusaku

将来の水素社会到来による大規模水素需要に対応するため、原子力機構では高温ガス炉を用いたISプロセス熱化学水素製造法の研究開発を行っている。本研究では、重要機器の一つである硫酸分解器に用いる大型のSiC製機器の強度評価法を検討した。異形状の強度比較に有効体積を用い、ばらつきを示すパラメータであるワイブル係数を常圧焼結SiC製機器に最適化することにより、実機評価を不要とするSiC構造体の強度評価法とした。さらに、評価法の検証としてSiC配管モデル試験体を用いた破壊試験を行い、提案した強度評価法を検証した。破壊試験の結果、SiC配管モデルの破壊強度は推定値を満足しており、強度評価法が有効であることを確認した。

JAEA has been conducting R&D on thermochemical water-splitting IS process for hydrogen production to meet massive demand in the future hydrogen economy. In the sulfuric acid decomposition process, which is the severest corrosive environment in IS process, silicon carbide (SiC) showed excellent corrosion resistance. Although knowing the strength of the SiC block is important for the reliability assessment and design work, it is difficult to evaluate a large-scale ceramics structure without destructive test. In this study, a novel approach for strength estimation of SiC structure was proposed. A prediction method of minimum strength of the structure was proposed based on effective volume theory and optimized Weibull modulus. The validity of the strength estimation method was verified by destructive test of SiC pipe models, which is simple model of the SiC component. The fracture strength of pipe models satisfied the predicted strength of the model.