JP2006258799A - Manufacturing method of fuel for high-temperature gas-cooled reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温ガス炉用燃料コンパクトの如き4つの被覆層を有する被覆燃料粒子から成る成型燃料を製造する方法に関し、特に被覆燃料粒子を均一に分散させることができる成型燃料を高い生産性で製造することができる方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a molded fuel composed of coated fuel particles having four coating layers, such as a fuel compact for a HTGR, and in particular, a molded fuel capable of uniformly dispersing the coated fuel particles with high productivity. It relates to a method that can be manufactured.
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炭素又は炭化珪素等のセラミックス層を被覆して形成された被覆燃料粒子を基本構造としている。 The fuel of this HTGR is basically composed of coated fuel particles formed by coating a ceramic layer such as carbon or silicon carbide around a fuel core having a diameter of about 350 to 650 microns obtained by sintering uranium dioxide into a ceramic form. It has a structure.
高温ガス炉に一般的に用いられる被覆燃料粒子は、4層の被覆層を有している。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 coated fuel particles generally used in a HTGR have four coating layers. 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、一定形状の成型燃料、例えば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. These coated fuel particles are dispersed in a graphite matrix, and then molded into a fixed-shaped molded fuel, for example, a fuel compact. A fixed amount of this fuel compact is placed in a graphite tube, and the top and bottom are sealed with stoppers. It is assumed to be a fuel rod. 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するために添加される。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 is added so that the dropped uranyl nitrate stock solution becomes a true sphere with its own surface tension during the fall. 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。この重ウラン酸アンモニウム粒子は、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 ammonium heavy uranate 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.
燃料核の粒径や真球度は、被覆燃料粒子の製造条件に大きく影響するため、燃料核は、篩による粒径選別や真球度選別を行った後、被覆工程にリリースされる。 Since the particle size and sphericity of fuel nuclei greatly affect the production conditions of coated fuel particles, the fuel nuclei are released to the coating process after performing particle size selection and sphericity selection by a sieve.
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.
被覆燃料粒子の粒径や真球度は、オーバーコート粒子の製造条件に大きく影響することから、被覆燃料粒子は、篩による粒径選別や真球度選別を行った上でオーバーコート工程にリリースされる。 Since the particle size and sphericity of the coated fuel particles greatly affect the production conditions of the overcoat particles, the coated fuel particles are released to the overcoat process after selecting the particle size and sphericity using a sieve. Is done.
オーバーコート粒子は、被覆燃料粒子の表面に黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材をオーバーコートして形成される。黒鉛マトリックス材のオーバーコートは、成型時の圧力によって被覆燃料粒子が破損するのを防止する作用を有する。 The overcoat particles are formed by overcoating the surface of the coated fuel particles with a graphite matrix material made of graphite powder, a binder or the like. The overcoat of the graphite matrix material has an action of preventing the coated fuel particles from being damaged by the pressure during molding.
燃料コンパクトは、オーバーコート粒子を黒鉛マトリックス材と共にプレス金型内に装填して中空円筒形又は円筒形に温間にてプレス成型して形成される。このようにして得られた燃料コンパクトは、黒鉛マトリックス材中に含まれる粘結剤を除去するために予備焼成され、更に黒鉛マトリック材の脱ガス黒鉛化のために焼成される。 The fuel compact is formed by loading overcoat particles together with a graphite matrix material in a press mold and press-molding into a hollow cylindrical shape or a cylindrical shape. The fuel compact thus obtained is pre-fired to remove the binder contained in the graphite matrix material, and further fired for degassing graphitization of the graphite matrix material.
燃料コンパクトは、被覆燃料粒子とその上の黒鉛マトリックス材(オーバーコート粒子の黒鉛マトリックス材の被覆及びプレス成型時にオーバーコート粒子と共に装填される黒鉛マトリックス材を含む)とを所定の割合で混合させて成型される必要があるが、この場合、燃料コンパクトの原子炉内での燃焼特性を考慮すると、燃焼が局部的に行われるのを防止するために、被覆燃料粒子は燃料コンパクト内に均一に分散されていることが必要である。 In the fuel compact, coated fuel particles and graphite matrix material thereon (including graphite matrix material coated with overcoat particles and graphite matrix material loaded together with overcoat particles during press molding) are mixed at a predetermined ratio. In this case, considering the combustion characteristics in the fuel compact reactor, the coated fuel particles are evenly distributed in the fuel compact to prevent local combustion. It is necessary to be.
被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材との混合割合は、両者の重量を測定して行われるが、燃料コンパクトの一個毎にこれらの重量を測定することは工程の増加を招き、生産性が低下する欠点を有する。 The mixing ratio of the coated fuel particles and the graphite matrix material is measured by measuring the weights of both, but measuring these weights for each fuel compact increases the number of processes and reduces productivity. Have
また、被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材とを均一に分散させるには、これらを成型用の型内に装填した後、治具等を使用してこれらを撹拌すればよいが、これも撹拌工程という特別の工程を追加することになるので、同様に生産性が低下する。また、被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材との密度が大きく異なる上に、成型すべき形状が円柱形とか中空円筒形とか複雑であるため、材料を均一に分散することが難しい欠点がある。 Further, in order to uniformly disperse the coated fuel particles and the graphite matrix material, they may be stirred using a jig or the like after they are loaded into a mold for molding, which is also referred to as a stirring step. Since a special process is added, productivity similarly decreases. In addition, the density of the coated fuel particles and the graphite matrix material are greatly different, and the shape to be molded is complicated, such as a columnar shape or a hollow cylindrical shape, so that it is difficult to uniformly disperse the material.
高温ガス炉用燃料コンパクトを製造するのに用いられるオーバーコート粒子は、被覆燃料粒子の外側にフェノール樹脂等を内部に均一に含む黒鉛マトリックス粉末をコーティングして作られるが、コーティング後の粒径を均一にすることが難しく、オーバーコート粒子の外径(粒径)が大きくなるほどバラツキが大きくなる欠点があった。即ち、厚くオーバーコートされるほど、更にオーバーコートされ易くなり、このため、オーバーコート粒子の粒径のバラツキが一層拡大する傾向がある。 Overcoat particles used to manufacture HTGR fuel compacts are made by coating graphite matrix powder that contains phenolic resin and other components uniformly on the outside of the coated fuel particles. It is difficult to make uniform, and there is a drawback that the variation increases as the outer diameter (particle diameter) of the overcoat particle increases. That is, the thicker the overcoat, the easier it is to overcoat. For this reason, the variation in the particle size of the overcoat particles tends to further increase.
オーバーコート粒子の粒径にバラツキがあると、燃料コンパクトを形成するために行われる後のプレス成型時に、被覆燃料粒子間の距離がまちまちとなり、被覆燃料粒子間の距離が小さいと被覆燃料粒子間で相互に機械的干渉を引き起こし、従って被覆層が破損し、即ち燃料の破損率が大きくなる欠点があった。 If there is variation in the particle size of the overcoat particles, the distance between the coated fuel particles varies during press molding performed to form a fuel compact, and if the distance between the coated fuel particles is small, the distance between the coated fuel particles This causes mechanical interference with each other, and thus the coating layer is damaged, that is, the fuel failure rate increases.
このような欠点を回避するためには、オーバーコート粒子を粒径毎に選別して所定の粒径のオーバーコート粒子を使用することが望まれ、このような粒径の選別には、光学的測定によって選別する方法、粒子の沈降力または粒子に作用する遠心力を利用して選別する方法が考えられるが、いずれも大量選別が難しい上に、設備が大型化し、また特定の粒径を確実に選別することが難しい欠点が予想される。 In order to avoid such drawbacks, it is desired to select overcoat particles for each particle size and use overcoat particles having a predetermined particle size. A method of sorting by measurement and a method of sorting by using the sedimentation force of particles or the centrifugal force acting on the particles can be considered, but all of them are difficult to sort in large quantities, and the size of the equipment is increased, and a specific particle size is ensured It is anticipated that it will be difficult to sort out.
本発明が解決しようとする課題は、粒径が一定のオーバーコート粒子を容易に選別して被覆燃料粒子が均一に分散された品質の高い燃料を高い生産性で得ることができる高温ガス炉用燃料の製造方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is for a high-temperature gas reactor that can easily select overcoat particles having a constant particle diameter and obtain high-quality fuel in which coated fuel particles are uniformly dispersed with high productivity. It is in providing the manufacturing method of a fuel.
本発明の課題解決手段は、被覆燃料粒子の表面に黒鉛粉末を粘結剤と共に被覆して形成されたオーバーコート粒子をプレス金型でプレスして成型燃料を形成し、この成形燃料を予備焼成、焼成する高温ガス炉用燃料を製造する方法において、オーバーコート粒子は、選別粒径が異なる多段の選別工程に順次供給され、最終段の選別工程で選別された所定粒径を有するオーバーコート粒子がプレス成型されるようにし、最終工程前の選別工程で選別されたオーバーコート粒子は、オーバーコート工程に戻して再度黒鉛マトリックス粉末をオーバーコートして相応する選別工程に再度供給し、また最終段の選別工程で選別されなかったオーバーコート粒子は回収することを特徴とする高温ガス炉用燃料の製造方法を提供することにある。 The problem-solving means of the present invention is to form a molded fuel by pressing overcoated particles formed by coating graphite powder on the surface of the coated fuel particles together with a binder with a press die, and pre-firing the molded fuel. In the method for producing a fuel for a HTGR to be fired, the overcoat particles are sequentially supplied to a multistage sorting process having different sorting particle diameters, and the overcoat particles having a predetermined particle diameter sorted in the final sorting process The overcoat particles selected in the selection step before the final step are returned to the overcoat step, overcoated with graphite matrix powder, and supplied again to the corresponding selection step. It is an object of the present invention to provide a method for producing a fuel for a HTGR characterized by recovering overcoat particles that have not been sorted in the sorting step.
本発明の課題解決手段において、多段の選別工程は、異なる篩目を有する篩を用いてオーバーコート粒子を選別するのが好ましいが、その他に、光学的測定方法、粒子沈降力測定方法、遠心力測定方法のいずれかを用いてもよい。 In the problem-solving means of the present invention, the multi-stage sorting step preferably sorts overcoat particles using sieves having different sieve meshes, but in addition, optical measurement method, particle sedimentation force measurement method, centrifugal force Any of the measurement methods may be used.
本発明の課題解決手段において、最終工程前の各選別工程で選別されたオーバーコート粒子は、再度黒鉛オーバーコート粉末をオーバーコートした後、相応する選別工程で選別されなかったオーバーコート粒子(非選別オーバーコート粒子と称する)と共に又は非選別オーバーコート粒子に引き続いて次の選別工程に供給されるようにしてもよいし、あるいは再度黒鉛マトリックス粉末をオーバーコートした後、相応する選別工程に供給される新たな未選別オーバーコート粒子と共に、相応する選別工程に供給して再度選別されるようにしてもよい。 In the problem-solving means of the present invention, the overcoat particles selected in each selection step before the final step are overcoated with graphite overcoat powder again, and then overcoated particles that have not been selected in the corresponding selection step (non-selection). (Referred to as overcoat particles) or subsequent to non-screened overcoat particles may be supplied to the next screening step, or may be overcoated with graphite matrix powder again and then supplied to the corresponding screening step. Along with new unsorted overcoat particles, they may be supplied to the corresponding sorting step and sorted again.
このように、オーバーコート粒子は、選別粒径が異なる多段の選別工程に順次供給され、最終段の選別工程でのみ選別された所定粒径を有するオーバーコート粒子がプレス成型されるようにすると、燃料内で被覆燃料粒子が均一に分散されることになり、高い品質を有する燃料を得ることができる。 In this way, the overcoat particles are sequentially supplied to a multistage sorting process with different selection particle diameters, and the overcoat particles having a predetermined particle diameter selected only in the final stage selection process are press-molded. The coated fuel particles are uniformly dispersed in the fuel, and a high quality fuel can be obtained.
また、最終工程前の選別工程で選別されたオーバーコート粒子は、オーバーコート工程に戻して再度黒鉛マトリックス粉末をオーバーコートした後、非選別オーバーコート粒子と共に又は非選別オーバーコート粒子に引き続いて、次の選別工程に供給するか、相応する選別工程に供給される新たな未選別オーバーコート粒子と共に、相応する選別工程に供給して再度選別すると、最終選別工程に供給されるまで粒径の選別が繰り返されるので、成型すべき所定粒径のオーバーコート粒子を確実に得ることができる。 In addition, after the overcoat particles selected in the selection step before the final step are returned to the overcoat step and overcoated with the graphite matrix powder again, the non-selected overcoat particles are used together with or after the non-selected overcoat particles. If it is supplied to the sorting process or supplied again to the corresponding sorting process together with new unsorted overcoat particles supplied to the corresponding sorting process, the particle size is sorted until it is supplied to the final sorting process. Since it is repeated, it is possible to reliably obtain overcoat particles having a predetermined particle diameter to be molded.
更に、最終段の選別工程で選別されなかった粒径の大きなオーバーコート粒子は回収されるので、粒子径が大きすぎるオーバーコート粒子が成型燃料に含まれることがなく、同様に被覆燃料粒子の均一分散性を阻害することがない。 Furthermore, since the overcoated particles having a large particle size that were not selected in the final selection process are recovered, the overcoated particles having an excessively large particle size are not included in the molded fuel. Dispersibility is not impaired.
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燃料の一例として燃料コンパクトを製造する方法を工程順に示す。本発明の方法は、通常のように、図3に示すように、被覆燃料粒子1の表面に黒鉛粉末と粘結剤とを含む黒鉛マトリックス材2を液体と共に吹き付けて被覆してオーバーコート粒子3を形成し、図4に示すように、このオーバーコート粒子3をプレス金型10内に装填し、温間プレスして所定形状(例えば中空円筒形)の燃料コンパクト4(図5(A)参照)を成型する。なお、図4において、符号10Lは、金型10の下型、10Uは、上型、10Rは、中空部を形成するロッドを示す。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a method of manufacturing a fuel compact as an example of a HTGR fuel according to the present invention in the order of steps. In the method of the present invention, as shown in FIG. 3, the surface of the coated
本発明の方法では、オーバーコート粒子3をプレス金型10内に装填する前に、オーバーコート粒子3は、図1に示すように、選別すべき粒径が異なる多段の選別工程に順次供給される。図示の例では、選別は、篩目が異なる4つの篩A、B、C、Dを介して順次行われ、これらの篩A、B、C、Dは、次第に篩目が大きくなるように設定され、篩Aが所定粒径の下限値、最終の篩Dが所定の粒径の上限値に相応する網目を有するように設定されている。
In the method of the present invention, before the
第1の選別工程S1は、オーバーコート粒子3を第1の粒径Adに基づいて選別し、粒径Adより大きいオーバーコート粒子31Lは、篩Aを通過しないで(選別されないで)そのまま次の選別工程S2に供給され、粒径Adよりも小さいオーバーコート粒子31Sが篩Aを通過して選別され、オーバーコート工程に戻されて再び黒鉛マトリックス材がオーバーコートされた後、相応する選別工程S2に供給される。粒径が大きいオーバーコート粒子31Lは、直ちに選別工程S2に供給されないで一時的に保留され、粒径が小さいオーバーコート粒子31Sが再びオーバーコートされた後、この再オーバーコートされて粒径が大きくなったオーバーコート粒子31Sと共に選別工程S2に供給される。
In the first sorting step S1, the
第2の選別工程S2は、このようにして第1の選別工程S1から直接又は再オーバーコートされて供給されたオーバーコート粒子31L、31Sを第2の粒径Bd(>Ad)に基づいて選別し、同様にして粒径Bdより大きいオーバーコート粒子32L(非選別オーバーコート粒子)は、一時的に保留された後そのまま次の選別工程S3に供給され、粒径Bdよりも小さいオーバーコート粒子32S(選別オーバーコート粒子)が選別され、オーバーコート工程に戻されて再び黒鉛マトリックス材がオーバーコートされた後、非選別オーバーコート粒子32Lと共に選別工程S3に供給される。
In the second sorting step S2, the
以下同様にして、第3の選別工程S3は、第2の選別工程S2から直接又は再オーバーコートして供給されたオーバーコート粒子32L、32Sを第3の粒径Cd(>Bd)に基づいて選別し、粒径Cdより大きいオーバーコート粒子33Lは、一時的に保留された後そのまま次の選別工程S3に供給され、粒径Cdよりも小さいオーバーコート粒子33Sが選別され、オーバーコート工程に戻されて再び黒鉛マトリックス材がオーバーコートされた後、オーバーコート粒子33Lと共に選別工程S4に供給される。
Similarly, in the third sorting step S3, the
最後に、第4の選別工程S4は、第3の選別工程S3から直接又はオーバーコートして供給されたオーバーコート粒子33L、33Sを第4の粒径Dd(>Cd)に基づいて選別し、粒径Ddより大きい非餞別オーバーコート粒子34Lは、回収され、粒径Ddよりも小さい選別オーバーコート粒子34Sは、図4の燃料コンパクトの成型工程に供給される。
Finally, the fourth sorting step S4 sorts the
このようにして成型された燃料コンパクトは、黒鉛マトリックス材中に含まれる粘結剤を除去するために予備焼成され、更に黒鉛マトリック材の脱ガス黒鉛化のために焼成されて最終製品である燃料が得られる。 The fuel compact molded in this way is pre-fired to remove the binder contained in the graphite matrix material, and further fired for degassing graphitization of the graphite matrix material to be the final product fuel. Is obtained.
なお、上記の選別工程S1乃至S4において、第1の粒径Adは、オーバーコート粒子3の直径下限値であり、第4の粒径Ddは、オーバーコート粒子3の直径上限値であるが、第1乃至第3の選別工程S1乃至S3で設定粒径よりも小さい粒径として選別されたオーバーコート粒子31S、32S及び33Sは、再び黒鉛マトリックスの吹き付けによるオーバーコートが行われるので、オーバーコート粒子3は、高い精度で直径上限値Ddに近付く。
In the above-described sorting steps S1 to S4, the first particle size Ad is the lower limit value of the diameter of the
このような選別工程を経て得られたオーバーコート粒子をプレス成型して得られた燃料コンパクト4において、隣り合うオーバーコート粒子3内の被覆燃料粒子1は、図5(B)に示すように、オーバーコート粒子3のオーバーコート層2によって相互に均一の間隔を保って維持されるので、被覆燃料粒子1は、燃料コンパクト4内で均一に分散されることになる。
In the
図1の方法によって選別されて得られたオーバーコート粒子3のみをプレス成型して約70000個の燃料コンパクトを原子炉にて照射したところ充分な燃焼特性を発揮することができたことが確認された。
It was confirmed that sufficient combustion characteristics could be exhibited when only about 70000 fuel compacts were irradiated in a nuclear reactor by press molding only the
既に述べたように、オーバーコート粒子3は、黒鉛マトリックス材と共に、プレス金型10内に装填されてプレス成型されるが、このオーバーコート粒子3と共に、プレス金型10内に装填されるべき黒鉛マトリックス材の全部をオーバーコート粒子3のオーバーコート層として被覆すると(オーバーコート粒子3の粒径を上限値とすると)、プレス金型内にはオーバーコート粒子のみを装填して成型することができるので、オーバーコート粒子の粒径の均一性と相俟って燃料コンパクト内で被覆燃料粒子1と黒鉛マトリックス材全体とが均一に分散され、高い品質の燃料コンパクトを得ることができる。
As already described, the
もちろん、このオーバーコート粒子3と共にプレス金型10内に装填されるべき黒鉛マトリックス材の一部をオーバーコート粒子3のオーバーコート層として被覆してもよく(オーバーコート粒子3の粒径を上限値と下限値との間としてもよく)、この場合には、プレス金型10内に、オーバーコート粒子3と残部の黒鉛マトリックス材とを装填してプレス成型するが、オーバーコート粒子とは独立して装填される黒鉛マトリックスの量は、少なくて済むので、被覆燃料粒子1と黒鉛マトリックス材全体との分散の均一性を維持することができる。
Of course, a part of the graphite matrix material to be loaded in the
なお、上記実施の形態では、最終工程前の各選別工程で選別されたオーバーコート粒子31S、32S、33Sは、黒鉛粉末がオーバーコートされた後、相応する選別工程で選別されなかったオーバーコート粒子(非選別オーバーコート粒子)31L、32L、33Lと一緒に次の選別工程に送るようにしているが、非選別オーバーコート粒子)31L、32L、33Lと一緒ではなく、それに引き続いて次の選別工程に送るようにしてもよい。
In the above embodiment, the
本発明の他の実施の形態が図2に示されている。図1の実施の形態では、最終工程前の各選別工程で選別されたオーバーコート粒子31S、32S、33Sは、オーバーコート工程に戻して再度黒鉛マトリックス粉末をオーバーコートした後、相応する選別工程S1、S2、S3で選別されなかったオーバーコート粒子31K、32L、33Lと共に、次の選別工程S2、S3、S4に供給されていたが、図2の実施の形態では、オーバーコート粒子31S、32S、33Sは、オーバーコート工程に戻されて再度黒鉛マトリックス粉末をオーバーコートした後、相応する選別工程S1、S2、S3に供給される新たな未選別オーバーコート粒子と共に、相応する選別工程S1、S2、S3に供給して再度選別される。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 1, the
この場合、再度の黒鉛マトリックス粉末のオーバーコートによって大部分のオーバーコート粒子は、粒径が大きくなって選別されなくなるオーバーコート粒子31L、32L、33Lとなるが、再び選別されると、相応する選別工程S1、S2、S3で選別されなくなるまで同じ動作が繰り返される。このようにして、各工程で選別されたオーバーコート粒子は、最終選別工程に供給されるまで黒鉛マトリックス粉末のオーバーコートと粒径の選別が繰り返されるので、成型すべき所定粒径のオーバーコート粒子を確実に得ることができる。
In this case, most of the overcoat particles will be
上記実施の形態では、異なる粒径を選別する4つの選別工程S1乃至S4を用いたが、3つの選別工程又は5つ以上の選別工程を用いることもでき、特に、選別工程の数が増えるにつれてオーバーコート粒子の直径が一層均一化されるので望ましい。 In the above embodiment, four sorting steps S1 to S4 for sorting different particle sizes are used. However, three sorting steps or five or more sorting steps can be used, and particularly as the number of sorting steps increases. This is desirable because the diameter of the overcoat particles is made more uniform.
オーバーコート粒子3の被覆燃料粒子1上のオーバーコート層の厚みは、被覆燃料粒子1の粒径の1/3から粒径と同じ程度であるので、最終の選別工程で選別されるオーバーコート粒子3の粒径は、被覆燃料粒子1の1.5乃至3倍程度と考えられる。しかし、最終的に選別すべきオーバーコート粒子3の粒径は、成型する燃料コンパクトの製造条件、即ち、燃料コンパクト中に含まれる被覆燃料粒子1の数及び被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材との割合によって変更されるので、特定の値に定められない。
Since the thickness of the overcoat layer on the coated
なお、上記実施の形態では、成型燃料が中空円筒形の燃料コンパクトである場合について説明したが、プレス成型されて得られる燃料であれば、燃料コンパクトに限定されることはなく、例えば高温ガス炉用の球形燃料にも本発明を同様にして適用することができる。 In the above embodiment, the case where the molded fuel is a hollow cylindrical fuel compact has been described. However, the fuel is not limited to the fuel compact as long as it is obtained by press molding. The present invention can be similarly applied to a spherical fuel.
このように、オーバーコート粒子は、選別すべき粒径が異なる多段の選別工程にかけて選別されるので、均一のオーバーコート粒子を得ることができ、従ってこれらのオーバーコート粒子をプレス成型すると、被覆燃料粒子が均一に分散された高品質の成型燃料を得ることができることが解る。 Thus, since the overcoat particles are sorted through a multi-stage sorting process with different particle sizes to be sorted, uniform overcoat particles can be obtained. Therefore, when these overcoat particles are press-molded, the coated fuel It can be seen that a high quality molded fuel in which the particles are uniformly dispersed can be obtained.
また、特に篩による選別工程は、大量の粒径の選別を行うことができるので、均一粒径のオーバーコート粒子を効率よく得ることができる。 In particular, since the screening process using a sieve can perform screening of a large amount of particle diameters, overcoat particles having a uniform particle diameter can be obtained efficiently.
特に、プレス金型10内に装填されるべき黒鉛マトリックス材の全部又は一部をオーバーコート粒子3のオーバーコート層として被覆すると、オーバーコート粒子の粒径の均一性と相俟って燃料コンパクト内で被覆燃料粒子1と黒鉛マトリックス材全体との分散性を一層均一化することができるので有利である。
In particular, when all or part of the graphite matrix material to be loaded into the press die 10 is coated as an overcoat layer of the
本発明によれば、均一の粒径を有するオーバーコート粒子をプレス成型して得られる燃料内に被覆燃料粒子を均一に分散することができ、燃焼特性を向上することができる高品質の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。 According to the present invention, a high-quality high-temperature gas that can uniformly disperse coated fuel particles in a fuel obtained by press-molding overcoat particles having a uniform particle size and can improve combustion characteristics. It can be used beneficially in the production of fuel for furnaces.
1 被覆燃料粒子
2 黒鉛マトリックス材
3 オーバーコート粒子
4 燃料コンパクト(成型燃料)
10 プレス金型
10L 下型
10U 上型
10R ロッド
31L乃至34L 粒径の大きいオーバーコート粒子
31S乃至34S 粒径の小さいオーバーコート粒子
S1乃至S4 選別工程
1
10
Claims (4)
3. The method for producing a HTGR fuel according to claim 1 or 2, wherein the overcoat particles selected in each of the selection steps before the final step are overcoated with graphite matrix powder again and then subjected to a corresponding selection. A method for producing a molded fuel for a high-temperature gas reactor, wherein the fuel is supplied to the corresponding sorting step and sorted again together with new unsorted overcoat particles supplied to the step.
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