JP2006200916A

JP2006200916A - 被覆燃料粒子製造設備

Info

Publication number: JP2006200916A
Application number: JP2005010181A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Okubo; 和俊大久保
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】本発明は、可燃性ガスを検知したガス検知器からの検知信号に基づいて制御部により強制排気手段を作動させ、可燃性ガスを閉空間から外部に排出することにより、火災および爆発の危険を無くして、安全に被覆燃料粒子を製造することができ、かつ、安価な被覆燃料粒子製造設備を提供することを、その課題とする。
【解決手段】本発明における課題を解決するための手段は、被覆ガスを熱分解させて、セラミックス状燃料核粒子の表面に被覆層を形成する被覆燃料粒子製造装置を内部に備える閉空間と、該閉空間に存在するガスを強制的に排気する強制排気手段と、前記閉空間に設置され、かつ、ガスを検知して、検知信号を送信するガス検知器と、該ガス検知器から送信された検知信号を受信し、前記内部空間のガスが閾値を超えたときに、前記強制排気手段を作動させる制御信号を送信する制御部とを備えることを特徴とする被覆燃料粒子製造設備である。
【選択図】図１

Description

本発明は、被覆燃料粒子製造設備に関し、さらに詳しくは、爆発事故等を未然に防止することができ、安価、かつ安全に、セラミックス状燃料核粒子の表面に被覆層を形成することができる被覆燃料粒子製造設備に関する。

非特許文献１〜５によると、高温ガス炉用燃料は、一般的に以下のような工程を経て製造される。まず、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして、硝酸ウラニル原液とする。次に、この硝酸ウラニル原液に純水及び増粘剤等を添加し、攪拌して滴下原液とする。調製された滴下原液は、所定の温度に冷却され、粘度を調製後、細径の滴下ノズルを用いてアンモニア水溶液に滴下される。

このアンモニア水溶液に滴下された液滴は、アンモニア水溶液表面に達するまでの間に、アンモニアガスを吹きかけられる。このアンモニアガスによって、液滴表面がゲル化され、これにより、アンモニア水溶液表面到達時における変形が防止される。アンモニア水溶液中における硝酸ウラニルは、アンモニアと十分に反応し、重ウラン酸アンモニウム粒子（以下、「ＡＤＵ粒子」と略する場合がある。）となる。

このＡＤＵ粒子は、洗浄、乾燥された後、大気中で焙焼され、三酸化ウラン粒子となる。さらに、三酸化ウラン粒子は、還元及び焼結されることにより、高密度のセラミックス状の二酸化ウラン粒子となる。この二酸化ウラン粒子をふるい分け、すなわち分級して、所定の粒子径を有する燃料核微粒子を得る。

以上のようにして得られた燃料核微粒子の表面に、低密度炭素層、高密度炭素層、ＳｉＣ層および高密度炭素層を、この順に被覆して、被覆燃料粒子を得る。

Ｓ．Ｋａｔｏ "ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＨＴＴＲＦｉｒｓｔＬｏａｄｉｎｇｆｕｅｌ"，ＩＡＥＡ-ＴＥＣＤＯＣ-１２１０，１８７（２００１）Ｎ．Ｋｉｔａｍｕｒａ "ＰｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｏｒｅｆｕｅｌｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＨＴＴＲ" ＩＡＥＡ−ＴＥＣＤＯＣ−９８８，３７３（１９９７）林君夫、"高温工学試験研究炉の設計方針、製作性及び総合的健全性評価"ＪＡＥＲＩ−Ｍ８９−１６２（１９８９）湊和生、"高温ガス炉燃料製造の高度技術の開発"ＪＡＥＲＩ−Ｒｅｓｅａｃｈ９８−０７０（１９９８）長谷川正義、三島良績監修「原子炉材料ハンドブック」昭和５２年１０月３１日発行２２１−２４７頁、日刊工業新聞社

前記燃料核微粒子の表面に被覆処理を行う被覆燃料粒子製造装置は、一般的に屋内に配置されて、使用される。そして、低密度炭素層及び高密度炭素層の被覆には、アセチレンガス、プロパンガス、プロピレンガスおよびブタンガス等の炭化水素ガスを熱分解させて生成した熱分解炭素が使用され、ＳｉＣ層の被覆には、メチルトリクロロシランを熱分解させたβ−ＳｉＣが使用される。そして、ＳｉＣ層を被覆する際には、キャリヤガスとして水素ガスが用いられる。この他にも、水素ガスに代えて気体状トルエンが、また、メチルトリクロロシランに代えて四塩化ケイ素が使用されることもある。

そうすると、被覆燃料粒子製造装置における流動床とガス供給管との接続部分から、アセチレンガス、プロピンレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスが漏洩してしまい、その結果、屋内における可燃性ガス濃度が爆発限界を超えることがある。このように、屋内に、爆発限界を超えた濃度の可燃性ガスが存在している場合、被覆燃料粒子製造装置の制御盤内に備えられたスイッチの接点部分等で静電気が発生し、この静電気が原因となって、可燃性ガスが引火して、火災や爆発が起こる危険がある。

この問題の解決方法としては、制御盤内に漏洩した可燃性ガスが侵入しないように制御盤内の圧力を制御盤外部よりも高くすること等を挙げることができるが、いずれの解決方法を採用しても、コストがかかるという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決し、可燃性ガスを検知したガス検知器からの検知信号に基づいて制御部により強制排気手段を作動させ、可燃性ガスを閉空間から外部に排出することにより、火災および爆発の危険を無くして、安全に被覆燃料粒子を製造することができ、かつ、安価な被覆燃料粒子製造設備を提供することを、その課題とする。

本発明の前記課題を解決するための手段は、被覆ガスを熱分解させて、セラミックス状燃料核粒子の表面に被覆層を形成する被覆燃料粒子製造装置を内部に備える閉空間と、
該閉空間に存在するガスを強制的に排気する強制排気手段と、
前記閉空間に設置され、かつ、ガスを検知して、検知信号を送信するガス検知器と、
該ガス検知器から送信された検知信号を受信し、前記内部空間のガスが閾値を超えたときに、前記強制排気手段を作動させる制御信号を送信する制御部とを備えることを特徴とする被覆燃料粒子製造設備である。

本発明により、屋内に配置された被覆燃料粒子製造装置から屋内に漏洩するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスが、屋内に爆発限界を超える濃度で充満するのを回避することができ、そして、作動状態にある被覆燃料粒子製造装置により生じる静電気、摩擦熱または電気火花等により可燃性ガスが引火して起こる火災および爆発の危険をなくすことができるので、安全に被覆燃料粒子を製造することができ、かつ、安価な被覆燃料粒子製造設備を提供することができる。

図１に本発明に係る被覆燃料粒子製造設備の一例を示し、以下、図１を参照しながら本発明に係る被覆燃料粒子製造設備について説明する。なお、本発明に係る被覆燃料粒子製造設備は、図１に示される被覆燃料粒子製造設備に限られることはない。

本発明に係る被覆燃料粒子製造設備１は、閉空間と、強制排気手段３と、ガス検知器４と、制御部５とを備える。

前記閉空間は、被覆燃料粒子製造装置２を収容することのできる空間であり、外部空間と隔絶されてなる。この閉空間は、被覆燃料粒子製造装置２を収容することができるように、例えば床部材６、壁部材７及び天井部材８により形成されることができ、外部から閉空間内に出入り可能に開閉扉を必要な箇所に備えてなる。

前記床部材６、壁部材７および天井部材８としては、特に制限はないが、例えば、コンクリート、レンガおよびガラス等の不燃材料または難燃性ポリエステル樹脂等の難燃性高分子材料を挙げることができる。

また、前記床部材６、壁部材７および天井部材８は、爆発の危険を回避するために、または、爆発の被害を最小限にとどめるために、防爆式構造にするのが好ましい。

前記強制排気手段３は、前記閉空間に存在する可燃性ガスを閉空間の外部へ放出することができ、該強制排気手段３の態様としては、例えば、図１に示されるように排気管９と排気ポンプＰとから構成されている強制排気手段、または、換気ファンを壁部材７または天井部材８に配置してなる強制排気手段等を挙げることができる。

前記強制排気手段３は、前記閉空間を形成する壁部材７または天井部材８の、任意の場所に取り付けることができる。また、前記壁部材７に取り付けられる前記強制排気手段３は、一つであっても、複数であってもよいが、火災および爆発の危険を回避するためには、複数の強制排気手段を取り付けるのが好ましい。

前記強制排気手段３が、例えば、図１に示すように、排気ポンプＰおよび排気管９から構成されている場合、前記排気管９は、その途中に排気ポンプＰを備え、前記排気管９の一端開口部は、前記壁部材７に接続されてなる。

前記可燃性ガスとしては、アセチレンガス、プロパンガス、プロピレンガス、水素ガス
または気体状トルエン等を挙げることができる。

前記排気管９の材料としては、耐腐食性を有する材料であればよく、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属材料またはポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂およびフッ素樹脂等の高分子材料を挙げることができる。また、前記排出管９の長さおよび断面形状については、特に制限はない。

前記排気ポンプＰは、前記排気管９に介装され、この排気ポンプＰを作動させることにより、閉空間内に存在する可燃性ガスは、前記排気管９を通って、閉空間の外部に放出される。

前記排気ポンプＰとしては、公知のポンプを挙げることができ、例えば、真空ポンプ等を用いることができる。

前記排気ポンプＰのガス吸引量としては、少なくとも、１分間当り４００リットルであるのが好ましい。

前記ガス吸引量が、１分間当り４００リットルよりも少ないと、閉空間から排出されるガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの量よりも、被覆燃料粒子製造装置から排出されるガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの量が、多くなり、その結果、閉空間に存在するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの濃度が爆発限界を超えることがあり、排気効率が悪く、しかも、不経済になることもある。

また、前記排気管９には、活性炭等を用いてガス中の有害物質例えば、アセチレン、プロパン、プロピレンまたはトルエン等を吸着除去するガス浄化装置またはバグフィルター等を用いて、可燃性ガスと共に、排気管９に導入された塵芥を除去する集じん装置等のガス処理装置を設けてもよい。

前記ガス検知器４は、前記閉空間に存在するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスを検知し、前記可燃性ガスの濃度が一定値以上になったときに、検知信号を制御部５に送信する。

前記ガス検知器４の取り付け位置は、前記閉空間に存在するガスを検知できれば、特に制限はなく、前記閉空間を構成する壁部材７または天井部材８に取り付けられることができる。

前記ガス検知器４としては、公知の検知器を用いることができ、例えば、半導体式ガスセンサー、接触燃焼式ガスセンサー、固体熱電動式ガスセンサー等を用いることができる。

また、前記ガス検知器４に備えられるセンサー素子の材料としては、半導体、有機化合物またはセラミックスを挙げることができる。

前記制御部５は、前記ガス検出器４から送信された検知信号を受信し、制御信号に変換して前記排気ポンプＰに、制御信号を送信する。

本発明に係る被覆燃料粒子製造設備の他の例を図２に示す。

図２に示される被覆燃料粒子製造設備１は、図１に示される被覆燃料粒子製造設備とほぼ同じであり、閉空間と、強制排気手段３と、支持部材１０により閉空間内に配置されたガス検知器４と、制御部５とを備える。

また、図２に示される被覆燃料粒子製造設備１は、強制排気手段３として、換気ファンＦを備える。

前記換気ファンＦとしては、特に制限はなく、公知の換気ファンを用いることができる。

前記換気ファンＦによる換気風量としては、少なくとも、１分間当り４００リットルであるのが好ましい。

前記換気風量が、１分間当り４００リットルよりも少ないと、閉空間から排気されるガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの量よりも、被覆燃料粒子製造装置から発生するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの量が、多くなり、その結果、閉空間に存在するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの濃度が爆発限界を超えることがある。

本発明に係る被覆燃料粒子製造設備１は、以下のようにして、作動されることができる。

まず、ガス検知器４で検知するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの濃度を設定する。

被覆燃料粒子製造装置２から発生するガス、例えば,可燃性ガスが、閉空間に充満して、設定濃度に達したとき、ガス検知器４から検知信号が制御部５に送信される。

次いで、検知信号を受信した制御部５は、その検知信号を制御信号に変換して、排気ポンプＰに送信する。

さらに、制御部５からの制御信号を受信した排気ポンプＰは作動を開始し、閉空間に存在するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスを排気する。

閉空間に存在するガス、例えば、アセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスの濃度が、設定値以下になると、ガス検知器４がガス濃度を検知し、検知信号を制御部５へ送信する。

この検知信号を受信した制御部５は、この検知信号を制御信号に変換して、さらに、排気ポンプＰに送信する。

そして、この制御信号を受信した排気ポンプＰは作動を停止する。

次に、本発明に係る被覆燃料粒子製造設備に備えられる被覆燃料粒子製造装置は、例えば、図３に示されるように、流動床１１、黒鉛ヒーター１２、セラミックス状燃料核粒子投入口１３、被覆ガス供給管１４、排気管１５、排気ガスフィルター１６および被覆燃料粒子取出口１７を備えてなる。

前記被覆燃料粒子製造装置２は、分級工程から得られたセラミックス状燃料核微粒子に被覆層を被覆する装置であり、しかも、被覆粒子燃料を製造する工程の一工程において用いられる装置である。ゆえに、本発明に係る被覆燃料粒子製造装置２は、被覆燃料粒子取出口１７を介して分級装置と接続し、さらに、被覆燃料粒子製造工程の次工程で用いられる燃料コンパクト製造装置に接続されることもある。

したがって、本発明に係る被覆燃料粒子製造設備における閉空間内には、被覆燃料粒子製造工程の各工程で使用される装置が設置されていてもよいが。特に、図１および図２に示されるように、被覆燃料粒子製造装置のみが設置されるのが好ましい。

前記被覆燃料粒子製造装置２内で被覆処理を行っている間に、前記流動床１１と被覆ガス供給管１４との接続部分からアセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスが漏洩することがあり、また、流動床１１内で熱分解されなかったアセチレンガス、プロピレンガスおよび水素ガス等の可燃性ガスが前記排気管１５内よび前記排気ガスフィルター１６内を通って閉空間内に放出されることがある。

被覆燃料粒子は、例えば、図３に示される被覆燃料粒子製造装置２を用いて、以下のようにして製造される。

所定量のセラミックス状燃料核粒子をセラミックス状燃料核粒子投入口１３から流動床１１内に投入する。

そして、黒鉛ヒーター１２により流動床１１内を加熱しながら、被覆燃料粒子製造装置２の下部に設けられた被覆ガス供給管１４から低密度層用被覆ガス、例えば、アセチレンガスを前記流動床１１内に導入して、セラミックス状燃料核粒子表面に低密度層である第一層を被覆する（表面に第一層を被覆したセラミックス状燃料核粒子を第一層被覆粒子と称する。）。

次に、被覆ガス供給管１４から高密度層用被覆ガス、例えば、プロピレンガスを前記流動床１１内に導入して、前記第一層被覆粒子表面に高密度層である第二層を被覆する（表面に第二層を被覆した第一層被覆粒子を第二層被覆粒子と称する。）。

その次に、被覆ガス供給管１４からメチルトリクロロシランと、キャリヤガス、例えば、水素ガスとの混合物を前記流動床１１内に導入して、前記第二層被覆粒子表面にＳｉＣ層である第三層を被覆する（表面にＳｉＣ層を被覆した第一層被覆粒子を第三層被覆粒子と称する。

また、流動床１１内の排出ガスは、流動床１１の上部に備えられた排気管１５および前記排気管１５の上部に備えられた排ガスフィルター１６を通して、外部に放出される。

最後に、被覆ガス供給管１４から高密度層用被覆ガス、例えば、プロピレンガスを前記流動床１１内に導入して、前記第三層被覆粒子表面に高密度層である第四層を被覆することにより被覆燃料粒子を得ることができる。

以上のようにして製造された被覆燃料粒子は、被覆燃料粒子取出口１７から取り出される。

図１は、排気管および排気ポンプから構成される強制排気手段を備える本発明における被覆燃料粒子製造設備の一例を示す図である。図２は、換気ファンから構成される強制排気手段を備える本発明における被覆燃料粒子製造設備の一例を示す図である。図３は、本発明に係る被覆燃料粒子製造設備における閉空間内に設置された被覆燃料粒子製造装置の一例を示す図である。

符号の説明

１被覆燃料粒子製造設備
２被覆燃料粒子製造装置
３強制排気手段
４ガス検知器
５制御部
６床部材
７壁部材
８天井部材
９排気管
１０支持部材
１１流動床
１２黒鉛ヒーター
１３セラミックス状燃料核粒子投入口
１４被覆ガス供給管
１５排気管
１６排ガスフィルター
１７被覆燃料粒子取出口
Ｐ排気ポンプ
Ｆ換気ファン

Claims

被覆ガスを熱分解させて、セラミックス状燃料核粒子の表面に被覆層を形成する被覆燃料粒子製造装置を内部に備える閉空間と、
該閉空間に存在するガスを強制的に排気する強制排気手段と、
前記閉空間に設置され、かつ、ガスを検知して、検知信号を送信するガス検知器と、
該ガス検知器から送信された検知信号を受信し、前記内部空間のガスが閾値を超えたときに、前記強制排気手段を作動させる制御信号を送信する制御部とを備えることを特徴とする被覆燃料粒子製造設備。