JP2006064442A - Manufacturing device of hollow fuel compact for high-temperature gas furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、高温ガス炉用中空燃料コンパクトを製造する装置に関し、特に高品質の中空燃料コンパクトを製造することができる装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for producing a hollow fuel compact for a high temperature gas reactor, for example, and more particularly to an apparatus capable of producing a high quality hollow fuel compact.
高温ガス炉は、燃料を含む炉心構造を熱容量が大きく高温で健全性を維持する黒鉛で構成し、炉心を冷却するために、高温下でも化学反応が起こることがないヘリウムガスを冷却ガスとして用いているので、固有の安全性が高く、約900℃の高い出口温度のヘリウムガスを回収して、この高温熱を発電、水素製造、化学プラント等の広い分野で利用することができる。 The HTGR consists of graphite that has a large heat capacity and maintains soundness at high temperatures, and uses helium gas that does not cause chemical reactions at high temperatures as a cooling gas. Therefore, inherent safety is high, and helium gas having a high outlet temperature of about 900 ° C. can be recovered, and this high-temperature heat can be used in a wide range of fields such as power generation, hydrogen production, and chemical plants.
この高温ガス炉の燃料は、二酸化ウランをセラミック状に焼結した直径が約350−650ミクロンの燃料核の周囲に4層の被覆を施して形成されている。第一層は、密度が約1g/cm3の低密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状の核分裂生成物(FP)のガス溜めとしての機能と燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能とを併せ持っている。第二層は、密度が約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状FPの保持機能を有する。第三層は、密度が約3.2g/cm3の炭化珪素(SiC)の被覆であり、これは、固体FPの保持機能を有すると共に、被覆の主要な補強部材としての機能を有する。最後に、第四層は、第二層と同様に、密度が約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状FPの保持機能と第三層の保護層としての機能を有する。 The fuel in this HTGR is formed by coating four layers around a fuel core having a diameter of about 350-650 microns obtained by sintering uranium dioxide into a ceramic. The first layer is a coating of low density pyrolytic carbon with a density of about 1 g / cm 3 , which absorbs the function of the gaseous fission product (FP) as a reservoir and fuel nuclear swelling. It also has a function as a buffer. The second layer is a coating of high density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 , which has a retention function for gaseous FP. The third layer is a coating of silicon carbide (SiC) having a density of about 3.2 g / cm 3 , which has a function of holding solid FP and functioning as a main reinforcing member of the coating. Finally, the fourth layer, like the second layer, is a high-density pyrolytic carbon coating with a density of about 1.8 g / cm 3 , which is a gaseous FP retention function and third layer protection. It functions as a layer.
一般的な被覆燃料粒子は、約500−1000ミクロンの直径を有する。この被覆燃料粒子は、黒鉛マトリックス中に分散させた後、一定形状の燃料コンパクトの形態に成型加工され、この燃料コンパクトの一定数量を黒鉛筒に入れ、上下を栓で密封して燃料棒とされる。この燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に差し込まれて高温ガス炉の燃料となる。多数個の六角柱型黒鉛ブロックをハニカム配列に多段に重ねて炉心を構成している。 Typical coated fuel particles have a diameter of about 500-1000 microns. The coated fuel particles are dispersed in a graphite matrix, and then molded into a fixed fuel compact shape. A fixed amount of the fuel compact is placed in a graphite tube, and the top and bottom are sealed with plugs to form fuel rods. The This fuel rod is inserted into a plurality of insertion ports of the hexagonal column type graphite block and becomes fuel for the high temperature gas furnace. A large number of hexagonal columnar graphite blocks are stacked in multiple stages on a honeycomb array to constitute a core.
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、酸化ウラン粉末を硝酸に溶かして硝酸ウラニル原液とし、この硝酸ウラニル原液に純水、増粘剤を添加し攪拌して滴下原液を作る。増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル原液の滴液が落下中にそれ自体の表面張力で真球状になるように作用する。このような増粘剤としては、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、例えば、ポリビニールアルコール樹脂、ポリエチレングリコール、メトローズ等を使用することができる。このように調製された滴下原液は、所定の温度に冷却されて粘度が調整された後、細径の滴下ノズルを振動させる等の方法を用いてアンモニア水中に滴下される。 Generally, the fuel for the HTGR is manufactured as follows. First, uranium oxide powder is dissolved in nitric acid to form a uranyl nitrate stock solution, and pure water and a thickener are added to the uranyl nitrate stock solution and stirred to prepare a dropping stock solution. The thickener acts so that the dropped solution of the uranyl nitrate stock solution dropped into a spherical shape with its own surface tension during dropping. As such a thickener, a resin having a property of solidifying under an alkaline condition, for example, a polyvinyl alcohol resin, polyethylene glycol, or metroise can be used. The dripping stock solution prepared in this manner is cooled to a predetermined temperature and the viscosity is adjusted, and then dropped into ammonia water using a method of vibrating a small-diameter dropping nozzle.
滴液は、アンモニア水溶液表面に着水するまでの空間でアンモニアガスを吹き付けて表面をゲル化させることによって着水時の変形が防止される。硝酸ウラニルは、アンモニア水中でアンモニアと充分に反応させ、重ウラン酸アンモニウムの粒子となる。この粒子は、大気中で焙焼され三酸化ウラン粒子となり、更に還元焼結されて高密度のセラミック二酸化ウランの燃料核となる。 The droplet liquid is prevented from being deformed at the time of landing by spraying ammonia gas in a space until it reaches the surface of the aqueous ammonia solution to gel the surface. Uranyl nitrate is sufficiently reacted with ammonia in ammonia water to form particles of ammonium biuranate. These particles are roasted in the atmosphere to become uranium trioxide particles, and further reduced and sintered to become fuel nuclei of high-density ceramic uranium dioxide.
この燃料核は、流動床に装荷され、この流動床内に供給される反応ガス(被覆ガス)が熱分解されて燃料核の上に被覆が施される。第一層の低密度熱分解炭素は、約1400℃でアセチレン(C2H2)を熱分解して被覆される。第二層及び第四層の高密度熱分解炭素は、約1400℃でプロピレン(C3H6)を熱分解して被覆される。第三層のSiCは、約1600℃でメチルトリクロロシラン(CH3SiCl3)を熱分解して被覆される。このように4層の被覆が施されて被覆粒子燃料が得られる。 The fuel nuclei are loaded on the fluidized bed, and the reaction gas (coating gas) supplied into the fluidized bed is thermally decomposed to coat the fuel nuclei. The first layer of low density pyrolytic carbon is coated by pyrolyzing acetylene (C 2 H 2 ) at about 1400 ° C. The high density pyrolytic carbon of the second and fourth layers is coated by pyrolyzing propylene (C 3 H 6 ) at about 1400 ° C. The third layer of SiC is coated by pyrolyzing methyltrichlorosilane (CH 3 SiCl 3 ) at about 1600 ° C. In this way, four layers of coating are applied to obtain a coated particle fuel.
高温ガス炉用燃料コンパクトは、一般に、これらの被覆燃料粒子を黒鉛粉末、粘結等から成る黒鉛マトリックス材と共に中空円筒形又は円筒形にプレス成型又はモールド成型した後、焼成して作られる。 The fuel compact for a HTGR is generally manufactured by press-molding or molding these coated fuel particles into a hollow cylindrical shape or a cylindrical shape together with a graphite matrix material made of graphite powder, caking, or the like, and then firing it.
このうち、中空燃料コンパクトをプレス成型して形成する場合、コンパクトを中空円筒形にするために、燃料コンパクトの原料である被覆燃料粒子、黒鉛マトリックス材の混合物をコアロッドのまわりで上下のパンチによってプレスしている。即ち、原料は、金型の下パンチの上でコアロッドのまわりに投入し、その後上パンチを加圧して中空円筒形の燃料コンパクトを製造している。 Among these, when a hollow fuel compact is formed by press molding, a mixture of coated fuel particles and graphite matrix material, which are raw materials for the fuel compact, is pressed around the core rod by upper and lower punches in order to make the compact into a hollow cylindrical shape. is doing. That is, the raw material is put around the core rod on the lower punch of the mold, and then the upper punch is pressurized to produce a hollow cylindrical fuel compact.
従来技術では、原料は、適宜の形態の投入器を用いて予め秤量された原料粒子を重力で金型内に流し込んでコアロッドのまわりに装填されていた。 In the prior art, the raw material particles are loaded around the core rod by pouring the raw material particles weighed in advance into the mold by gravity using an appropriate type of feeder.
しかし、コアロッドの投入側端部は、図2に符号18Eで示すように、平坦な形状を有するので、金型16内に入らないでコアロッド18のこの平坦な端部18Eに原料(符号20参照)の一部が残ったままプレス作業が行われることがあり、このため、秤量された原料の一部が抜けた状態でプレス成型されることになり、中空燃料コンパクトのウラン量やコンパクト密度が設定値から外れて安定した品質を有する中空燃料コンパクトを得ることができない欠点があった。
However, as shown by reference numeral 18E in FIG. 2, the core rod input side end portion has a flat shape, so that the raw material (see reference numeral 20) does not enter the
本発明が解決しようとする課題は、秤量されたすべての原料がプレス成型されて品質の高い中空燃料コンパクトを製造することができる装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus capable of producing a high-quality hollow fuel compact by press-molding all the weighed raw materials.
本発明の課題解決手段は、燃料コンパクトの原料粒子を金型内のコアロッドのまわりで上下のパンチの間でプレスして中空燃料コンパクトを製造する高温ガス炉用中空燃料コンパクトの製造装置において、コアロッドの原料投入側端部に原料がコアロッドのまわりに落下するように案内する案内傾斜面を有することを特徴とする高温ガス炉用中空燃料コンパクトの製造装置を提供することにある。 The problem solving means of the present invention is to provide a hollow fuel compact manufacturing apparatus for a high temperature gas reactor in which fuel compact raw material particles are pressed between upper and lower punches around a core rod in a mold to produce a hollow fuel compact. It is an object of the present invention to provide an apparatus for manufacturing a hollow fuel compact for a high temperature gas reactor, characterized in that a guide inclined surface for guiding the raw material to fall around a core rod is provided at the raw material charging side end.
本発明の課題解決手段において、コアロッドの原料投入側端部の案内傾斜面は、典型的には円錐面とすることができるが、原料がコアロッドの原料投入側端部に残存することなくコアロッドのまわりに導くことができれば、円錐面以外の傾斜面であってもよい。 In the problem-solving means of the present invention, the guide inclined surface of the raw material charging side end of the core rod can be typically a conical surface, but the raw material does not remain at the raw material charging side end of the core rod. An inclined surface other than the conical surface may be used as long as it can be guided around.
本発明によれば、秤量された原料の一部がコアロッドの原料投入側端部に残存することなく、すべての原料がプレス空間に案内されるので、ウラン量やコンパクト密度に影響を与えることなく品質の高い中空燃料コンパクトを得ることができる。 According to the present invention, a part of the weighed raw material does not remain at the raw material input side end of the core rod, and all the raw material is guided to the press space, so that the uranium amount and the compact density are not affected. A high quality hollow fuel compact can be obtained.
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1は、本発明に係わる高温ガス炉用中空燃料コンパクトの製造装置10を示し、この製造装置10は、上下のパンチ12、14を有する金型16から成り、コアロッド18が金型16の中心に配置されている。コアロッド18は、下パンチ14のロッド支持孔14Hに差し込まれて支持され、上パンチ12は、このコアロッド18が貫通するロッド貫通孔12Hを有する。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a
燃料コンパクトの原料20は、所定のウラン量とコンパクト密度とを得るために必要な値で秤量して図示しない投入器によって金型16内のコアロッド18のまわりのプレス空間に装填される。
The fuel compact
図示の形態では、原料20は、被覆燃料粒子の上に黒鉛マトリックス材をオーバーコートして形成されたオーバーコート粒子20Pのみから成っているが、被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材との混合物であってもよいし、オーバーコート粒子と黒鉛マトリックス材との混合物であってもよい。
In the illustrated form, the
本発明の製造装置10は、コアロッド18の原料投入側端部に原料20がコアロッド18のまわりに落下するように案内する案内傾斜面22を有する。図示の形態では、この案内傾斜面22は、円錐面22COであるのが示されているが、原料20がコアロッド18の原料投入側端部に残存することなく、コアロッド18のまわりの金型内空間に案内することができれば、例えば、図2に示すような斜め切り面22IN、その他の任意の形態とすることができる。
The
このように、金型16内に投入された原料は、コアロッド18の端部に残存することなく、すべて金型16内に投入されるので、秤量された原料のすべてがプレス成型され、ウラン量やコンパクト密度に影響を与えることなく品質の高い中空燃料コンパクトを得ることができる。
In this way, the raw material charged into the
本発明によれば、秤量されたすべての原料がプレス成型されるので、高品質の中空燃料コンパクトを製造することができ、従って高温ガス炉用燃料コンパクトの製造に好適に利用することができる。 According to the present invention, since all the weighed raw materials are press-molded, a high-quality hollow fuel compact can be manufactured, and therefore, it can be suitably used for manufacturing a high-temperature gas reactor fuel compact.
10 高温ガス炉用中空燃料コンパクトの製造装置
12 上パンチ
12H ロッド貫通孔
14 下パンチ
14H ロッド支持孔
16 金型
18 コアロッド
20 原料
20P オーバーコート粒子
22 案内傾斜面
22CO 円錐面
22IN 斜め切り面
DESCRIPTION OF
Claims (2)
The hollow fuel compact for a HTGR according to claim 1, wherein the guide inclined surface of the raw material charging side end portion of the core rod is a conical surface. Manufacturing equipment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004244913A JP2006064442A (en) | 2004-08-25 | 2004-08-25 | Manufacturing device of hollow fuel compact for high-temperature gas furnace |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004244913A JP2006064442A (en) | 2004-08-25 | 2004-08-25 | Manufacturing device of hollow fuel compact for high-temperature gas furnace |
Publications (1)
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ID=36111062
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JP2004244913A Withdrawn JP2006064442A (en) | 2004-08-25 | 2004-08-25 | Manufacturing device of hollow fuel compact for high-temperature gas furnace |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2006064442A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8599993B2 (en) | 2005-10-18 | 2013-12-03 | Nuclear Fuel Industries, Ltd. | Fuel compact |
-
2004
- 2004-08-25 JP JP2004244913A patent/JP2006064442A/en not_active Withdrawn
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US8599993B2 (en) | 2005-10-18 | 2013-12-03 | Nuclear Fuel Industries, Ltd. | Fuel compact |
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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