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発明の名称 球型燃料用一次球の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−86024(P2007−86024A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2005−278423(P2005−278423)
出願日 平成17年9月26日(2005.9.26)
代理人 【識別番号】100064469
【弁理士】
【氏名又は名称】菊池 新一
発明者 泉谷 徹
要約 課題
被覆燃料粒子と黒鉛粉末とをプレスして得られる球形燃料用一次球内の被覆粒子燃料の分散性を向上すること。

解決手段
モールド下部60Lとモールド上部60Uとを相互に着脱自在に接合して形成される一次球用モールド60内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体30を装荷し、加圧して球型燃料用一次球を製造するが、先ず、モールド下部60Lに混合体30の一部30Lを装荷して撹拌し、モールド下部60Lの端面60LEに混合体30がないことを確認した後、モールド下部60Lにモールド上部60Uを組み付け、モールド上部60Uに残りの混合体30Uを装荷して撹拌した後、モールドを加圧する。被覆燃料粒子の割合は、モールド下部よりもモールド上部で多くする。
特許請求の範囲
【請求項1】
モールド下部とモールド上部とを相互に着脱自在に接合して形成される一次球用モールド内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体を装荷し、加圧して球型燃料用一次球を製造する方法において、前記一次球用モールドのモールド下部に前記混合体の一部を装荷して撹拌し、前記モールド下部の端面に前記混合体がないことを確認した後、前記モールド下部に前記モールド上部を組み付け、前記モールド上部に残りの混合体を装荷して撹拌した後、前記モールドを閉じて加圧することを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の球型燃料用一次球の製造方法であって、前記モールド内の混合体の被覆燃料粒子がその比重に拘わらず前記混合体内に均一に分散するように前記モールド下部と前記モールド上部に装荷する混合体の黒鉛粉末の割合及び被覆燃料粒子の割合を調整することを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。
【請求項3】
請求項2に記載の球型燃料用一次球の製造方法であって、前記モールド上部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合が前記モールド下部へ装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合よりも高いことを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載の球型燃料用一次球の製造方法であって、前記モールド下部と前記モールド上部とを組み付けた後、前記モールド上下部が分離することがないように前記モールド下部と前記モールド上部とに跨ってモールド分離防止治具を掛け止めし、その後前記モールド上部に前記残りの混合体を装荷することを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。






























発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、高温ガス炉用球形燃料、例えばぺブルベッド型燃料の如き球形燃料を製造する方法に関し、更に詳細に述べると、この球形燃料の一次球内の被覆燃料粒子の均一分散性を向上することができる球形燃料用一次球の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高温ガス炉の燃料は、一般的には、次のようにして製造される。まず、この硝酸ウラニルと添加剤とを混合した溶液を振動滴下方法によってアンモニア水溶液中に滴下させ、洗浄工程、乾燥工程及び焙焼工程を経てUO2燃料核を製造する。
【0003】
この燃料核の上に四層の被覆が施されるが、第一層は、低密度炭素層であり、第二層は、高密度等方性炭素層であり、第三層は、炭化ケイ素層であり、第四層は、高密度等方性炭素層であり、これらの被覆が施され、更にオーバーコートが施されて被覆燃料粒子が製造される。第一層の低密度炭素層は、照射によるUO2燃料核の変形を吸収すると共に、ガス状核分裂生成物(FP)の放出を防止する機能を有し、第二及び四層の高密度等方性炭素層は、ガス状FPを粒子内に保持する機能を有し、第三層の炭化ケイ素層は、燃料の照射によってウランから発生する固体状FPの粒子外への放出を防止する機能を有する。オーバーコートは、燃料核に被覆が施された後、バインダーによって黒鉛粉末が被覆され施される。
【0004】
この被覆燃料粒子を中性子減速材となる黒鉛材内に含有させるために、被覆燃料粒子を黒鉛粉末と混合して一次球成型用モールド内に装荷し一次プレスして一次球(コア)を製造し、この一次球を黒鉛粉末と共にモールド内で二次プレスしてシェル付きの球状粒子とし、これを真球状にするために表面研削し、その後、予備焼成、焼成工程を経てペブルベッド型燃料が完成される(図1参照)。なお、図1において符号10は、被覆燃料粒子、符号20は、黒鉛粉末、符号40は、一次球(コア)を示し、また符号40Sは、一次球のシェル部分を示す。
【0005】
ペブルベッド型燃料は、その燃焼の観点からウランが均一に燃焼することが好ましく、このような均一燃焼を達成するためには、一次球中に被覆燃料粒子が均一に分散していることが必要である。しかし、被覆燃料粒子と黒鉛粉末との密度が大きく異なるため、これらを混合させる際に、密度が高い被覆燃料粒子は黒鉛粉末中の下方又は特定箇所に偏在する傾向がある。
【0006】
これを解消するために、従来技術では、図5に示すように、モールド60内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体30を装荷した後、混合体30内に撹拌治具62を挿入し、モールド60内で被覆燃料粒子が均一に分散するように、この撹拌治具62によって被覆燃料粒子を撹拌しているが、モールド60内の型窪が球形であり、且つ型の構造上の制約から撹拌治具62が届かないところがあり(図5の符号Ra参照)、従って被覆燃料粒子の均一分散性を確保することができないため、燃料を照射した場合、被覆燃料粒子の偏在によって燃料の燃焼が集中的に進行する傾向があり、燃料の健全な照射を行うことができないで、炉心設計に基づいた出力を得ることができない欠点があった。なお、図5において符号60L、60Uは、それぞれモールド60の上部及び下部を示し、符号60LJ、60UJは、その接合部を示す。
【0007】
また、1次球成型用モールド60内に黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体30を装荷する際に、黒鉛粉末に入り込んでいる空気が混合体と共にモールド内に混入され、この空気は、撹拌治具60によって混合体70を撹拌する際に、モールド60の外部に排出されるが、撹拌が充分でないと、空気を含んだままで混合体が成型されることになり、成型体である一次球にはこの空気によって割れが生じる虞があった。
【0008】
更に、一次球を成型するモ-ルドは、黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体を装荷する目的とプレス後に成型体(1次球)を取り出す目的とから、上下に分離することができるように分割構造となっているが、撹拌作業中に撹拌治具がモールドの上下の接合部に接触するため、この上下の接合部が分離して隙間60Gが発生することがあり(図6参照)、従ってモールドの上下部の間の隙間60Gに黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体30がモールドの型窪から漏れてプレス時にモールドに均一な圧力が掛からないため、成型体(一次球)に割れが生ずる虞があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明が解決しようとする課題は、モールド内に装荷される被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体の被覆燃料粒子がモールドの型窪内で均一に分散することができるようにしてプレスすることができる球形燃料用一次球の製造方法を提供することにある。
【0010】
本発明が解決しようとする他の課題は、モールド内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体が装荷される際に入り込んだ空気を確実に排出して一次球の割れを生ずることがないようにした球形燃料用一次球の製造方法を提供することにある。
【0011】
本発明が解決しようとする更に他の課題は、モールドの上下の接合部に隙間が生ずることがなく、従って被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体がモールドの接合部に入り込んでモールドの加圧が不均一となるのを有効に防止することができる球形燃料用一次球の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の課題解決手段は、モールド上部とモールド下部とを相互に着脱自在に接合して形成される一次球用モールド内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体を装荷し、加圧して球型燃料用一次球を製造する方法において、この一次球用モールドのモールド下部に混合体の一部を装荷して撹拌し、モールド下部の端面に混合体がないことを確認した後、モールド下部にモールド上部を組み付け、モールド上部に残りの混合体を装荷して撹拌した後、モールドを加圧することを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法を提供することにある。
【0013】
本発明の課題解決手段において、モールド内の混合体の被覆燃料粒子が混合体内に均一に分散するようにモールド下部とモールド上部に装荷する混合体の黒鉛粉末の割合と被覆燃料粒子の割合とを調整するのが好ましい。この調整は、例えば、モールド上部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合がモールド下部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合よりも高くなるよう行われるのが望ましい。
【0014】
また、本発明の課題解決手段において、モールド下部とモールド上部とを組み付けた後、モールド上下部が分離することがないようにモールド下部とモールド上部とに跨ってモールド分離防止治具を掛け止めし、その後モールド上部に残りの混合体を装荷するのが好ましい。
【発明の効果】
【0015】
このように、モールド下部に混合体を装荷して撹拌し、その接合端面に混合体がないことを確認した後、モールド下部にモールド上部を組み付け、モールド上部に混合体の残部を装荷し撹拌すると、混合体の装荷と撹拌とを2回に分けて少量ずつ行うことになるので、撹拌治具は広範囲に行き届いて撹拌効率が向上して被覆燃料粒子の分散性が向上し、従って被覆燃料粒子が均一に分散されている良質の一次球を製造することができる。
【0016】
特に、モールド上部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合がモールド下部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合よりも高くなるように装荷すると、比重の大きな被覆燃料粒子が型窪の下方に沈み、その結果型窪内に被覆燃料粒子が偏在することがなく、従って撹拌治具が届かない上方位置にも被覆燃料粒子が残って被覆燃料粒子が均一に分散されている良質の一次球を製造することができる。
【0017】
また、モールド上下部が分離することがないようにモールド下部とモールド上部とに跨ってモールド分離防止治具を掛け止めすると、混合体を撹枠する際に、モールドの接合部が分離することがなく、従って黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体がモールドの接合部に入り込むことがないので、モールドの加圧が均一に行われて一次球に割れが生ずることがない。
【0018】
更に、混合体の装荷と撹拌とを2回に分けて少量ずつ行うと、撹拌も少量ずつ行うことになるので、混合体と共に型窪内に入り込んだ空気を確実に排出することができ、従って成型体である一次球内に空気が入り込むことがないから一次球の割れを生ずることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図2は、本発明に係る球形燃料用一次球の製造方法に用いられる一次球成型用モールド60を示しており、このモールド60は、モールド下部60Lとモールド上部60Uと上蓋60Cとから成っており(図2(B)参照)、モールド下部60Lとモールド上部60Uとはそれぞれ雌雄の接合部60LJと60UJとで噛み合わせて着脱自在に接合され、また上蓋60Cは、モールド上部60Uの傾斜開口面60UOに着脱自在に接合するようにモールド上部60Uに入り込んでは型窪60Vを形成する型部分60CVを有する(図2(A)参照)。なお、図2(B)において、符号60LV、60UV、60CVは、それぞれモールド60の型窪60Vを形成する型窪部分を示す。
【0020】
本発明の方法は、先ず、図3(A)に示すように、一次球用モールド60のモールド下部60Lの型窪部分60LVに被覆燃料粒子10と黒鉛粉末20との混合体30の一部の混合体30Lを容器70から装荷して撹拌治具62によってこの混合体30Lを撹拌する。混合体30は、モールド下部60Lの型窪部分60LVの大きく開いた開口を通して露出しているので、撹拌治具62は、混合体30Lの全体に行き届いて混合体30Lを撹拌することができる。この撹拌は、混合体30L内の被覆燃料粒子10と黒鉛粉末20とを一層混ぜ合わせて被覆燃料粒子10が混合体30Lで均一に分散されるようにすると共に、混合体30L内に入り込んでいる空気を排出する機能を有する。特に、混合体30Lは、一次球10用のすべての混合体ではなく、その一部である少ない量であるので、混合体30Lの混合作用と空気排出作用とは良好に行われる。
【0021】
モールド下部60Lの端面60LEに混合体30Lの一部が乗っている場合には、その混合体を拭き取って端面60LE上に混合体30Lがないことを確認した後、モールド下部60Lにモールド上部60Uを組み付ける。モールド下部60LEに混合体30Lがなければ、モールド下部60Lとモールド上部60Uとは、接合部60LJ、60UJ及び端面60LE、60UEで密接に接合してこれらの間に隙間が生ずることがない。この状態で、モールド上部60Uの型窪部分60UV内に残りの混合体30Uを装荷して撹拌治具62によって撹拌する。モールド下部60L内の混合体30Lは、既に、撹拌されているが、モールド上部60Uを通しての撹拌によって混合体30L及び30Uは更に相互に混合される。また、この撹拌は、モールド上部60Uに装荷された混合体30U内に入り込んでいる空気を排出するが、この空気は、下方の混合体30Lは、既に空気抜きされている下方の混合体30Lの上方にある残りの混合体30U内にあるので、同様に空気の排出が少ない抵抗で良好に行われる。
【0022】
図3(B)に示すように、図示の形態では、モールド下部60Lとモールド上部60Uとを組み付けた後、モールド上下部60L、60Uが分離することがないように、モールド下部60Lとモールド上部60Uとに跨ってモールド分離防止治具64が掛け止めされている。このようにすると、モールド上部60Uを通して混合体30を撹拌する際に、撹拌治具62によってモールド60の接合部60LJ、60UJが分離して隙間が発生することがなく、従って被覆燃料粒子10と黒鉛粉末20との混合体30がモールド60の接合部に入り込むことがない。このため、後に行われるモールドの加圧が均一になって成型される一次球に割れが生ずることがない。
【0023】
本発明の方法において、モールド下部60Lとモールド上部60Uとに装荷する混合体の被覆燃料粒子10の割合と黒鉛粉末20の割合とを調整するのが好ましい。この調整は、例えば、モールド上部60Uに装荷する混合体30Uの被覆燃料粒子10の割合をモールド下部60Lに装荷する混合体30Uの被覆燃料粒子10の割合よりも高くなるよう行われる。このようにすると、比重の大きな被覆燃料粒子10が型窪60Vの上方に多量に存在するので、被覆燃料粒子10が下方に沈み、その結果として密度の高い被覆燃料粒子がモールド内にて偏在することがなくなり、モールド60が加圧され(プレス作業が行われ)、従って撹拌治具62が届かない上方位置にも被覆燃料粒子が残って被覆燃料粒子が均一に分散された状態で混合体が成型されて一次球が形成される。
【0024】
モールド上部60Uに混合体30Uを装荷し、撹拌した後、モールド分離防止治具64を取り外して上蓋60Cを閉じ、図4に示すように、混合体30全体をモールド60の型窪60V内に閉じ込め、このモールド60を図示しないプレス機械にセットしてモールド60内の混合体30を加圧成型する。その後、モールド60を分解し、成型体である一次球40を取り出す。
【実施例】
【0025】
本発明の具体的実施例において、図2乃至図4の工程を経て被覆燃料粒子10と黒鉛粉末20との混合体30をモールド60内に装荷した。この実施例で使用された被覆燃料粒子は、総量で10gのウラン量を有し、被覆燃料粒子としては23gであった。この実施例において、モールド下部60Lとモールド上部60Uに装荷した黒鉛粉末の割合は、1次球を成型するのに必要な黒鉛粉末の量を100とし場合、モールド下部が40、上部モールドが60であり、また、この黒鉛粉末に分散させた被覆燃料粒子の割合は、1次球を成型するのに必要な被覆燃料粒子の量を100とした場合、モールド下部が20、モールド上部が80であった。
【0026】
この実施例による成型工程においいて、モールド外への混合体の漏れは認められず、成型された一次球には割れが発生していなかった。また、この実施例によって成型された一次球(コア)をX線撮影したところ、図7(A)に示すように、被覆燃料粒子が一次球内に均一に分散されていることが観察された。なお、比較のため、図7(B)に従来技術によってモールド内に混合体を一括装荷してプレスして得られた一次球のX線撮影の結果を示す。図7(A)の本発明の実施例によって成型された一次球が図7(B)に示す従来技術によって成型された一次球に比較して被覆燃料粒子の分散性が高いことが解る。
【0027】
なお、上記実施例においてモールド各部に装荷される黒鉛粉末の割合及び被覆燃料粒子の割合の値は、最終製品であるペブルベッド型燃料の密度、ウラン含有量等の製造条件(特に被覆燃料粒子の比重)の変更に伴って変更される。
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明によれば、被覆燃料粒子の高い分散性を有する一次球を成型することができ、またプレスの圧力掛けが均一であり、且つ空気が内包することなく成型することができるので、割れを生ずることがない高い品質の一次球を容易に製造することができ、特に、高温ガス炉用の燃料の製造に有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】ペブルベッド型燃料の如き球形燃料の製造に使用される一次球の拡大断面図である。
【図2】本発明の球型燃料用一次球の製造に使用されるモールドを示し、同図(A)は、その正面図、同図(B)は、その分解断面図である。
【図3】本発明の球型燃料用一次球の製造方法を説明し、同図(A)は、モールド下部に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体の一部を装荷し撹拌する状態を示す断面図、同図(B)はモールド上部に残りの混合体を装荷し撹拌する状態を示す断面図である。
【図4】本発明の方法によって混合体が装荷されたモールドを閉じた状態の断面図である。
【図5】従来技術の方法によってモールド内に混合体を装荷し、撹拌している状態の断面図である。
【図6】従来技術の方法によってモールド内の混合体を撹拌している間にモールドの上下部の間に隙間が発生した状態の断面図である。
【図7】X線撮影による一次球内の粒子分布状態を示し、同図(A)は、本発明の方法によって製造された一次球内の粒子分布状態を示す写真図、同図(B)は、従来の方法によって製造された一次球内の粒子分布状態を示す写真図である。
【符号の説明】
【0030】
10 被覆燃料粒子
20 黒鉛粉末
30、30L、30U 混合体
40 一次球
60 モールド
60L モールド下部
60U モールド上部
60C 上蓋
60LJ、60UJ モールド下部及び上部の接合部
60G 接合部間の隙間
60LE、60UE モールド下部及び上部の接合端面
60UO モールド上部の開口面
60CM 型部分
60V 型窪
60LV、60UV、60CV 型窪部分
62 撹拌治具
64 分離防止治具
70 容器








 

 


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