JP2007171099A - 球形燃料製造用モールド - Google Patents

Abstract

【課題】 撹拌用治具や金枠によってモールド分割体の接合部に隙間が生ずることがなく、高い品質の球形燃料を製造することができる球形燃料製造用モールドを提供する。
【解決手段】 複数のモールド１２Ｄから成り、これらの複数のモールド分割体１２Ｄを相互に組み合わせて球形燃料を製造する球形燃料製造用モールドであって、複数のモールド分割体１２Ｄが組立後相互に分離することがないように着脱自在に保持するため、これらのモールド分割体１２Ｄの接合部の間に留め治具１６を係入する。この留め治具１６は、作業中、隣り合うモールド分割体１２Ｄの間に隙間を生ずるのを防止し、従って材料が隙間に入り込んだりプレス圧力が不均一になったりすることがなく、高品質の球形燃料を製造することができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、高温ガス炉に用いられる球形燃料を製造するのに用いられるモールドに関し、更に詳細に述べると、ペブルベッド型燃料の如き球形燃料の一次球、二次球を製造するのに用いられる球形燃料製造用モールドに関するものである。

高温ガス炉の燃料の１つの形態であるペブルベッド型燃料は、炭素層や炭化珪素層が被覆された被覆ウラン燃料粒子がウランの核分裂を持続させるのに必要な中性子減速材である黒鉛マトリックス中に含有されて形成されている。このペブルベッド型燃料を製造する一般的な方法が図１乃至図３に示されている。

まず、図１に示すように、硝酸ウラニルと添加材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し、洗浄−乾燥−焙焼−焼結の工程を経てＵＯ_２燃料核を製造する。

このようにして得られた燃料核は、図２に示すように、低密度炭素の第１被覆層、高密度等方性炭素の第２被覆層、炭化ケイ素の第３被覆層及び高密度等方炭素の第４被覆層を順次被覆して燃料粒子を製造する。第１被覆層は、ＵＯ_２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２及び第４被覆層は、ガス状ＦＰを粒子内に留めると共に、第３被覆層の形状を保ち、被覆燃料粒子の強度を保つ機能を有し、また第４被覆層は、燃料の照射によってウランから発生する固体状ＦＰが粒子外に放出するのを防止する機能を有する。

このようにして多層被覆が施された燃料粒子は、図３に示すように、オーバーコート工程に送られて、粒子の表面にバインダによって黒鉛粉末が被覆されて被覆燃料粒子が完成される。この被覆燃料粒子は、中性子減速材となる黒鉛材を被覆する一次プレス工程に送られる。この工程では、黒鉛粉末と被覆燃料粒子を混合した状態で球状モールド内に装填し、この球状モールドをプレスして一次球（コア）１Ｃ（図４参照）が形成される。

二次プレス工程は、一次プレスで得られた一次球（コア）１Ｃと黒鉛粉末を二次モールド内に装填し、この二次モールドを一次プレスよりも高い圧力でプレスしてコアの外側にシェルが形成され一次球よりも直径が大きい球状燃料を形成し、その後、球状燃料を真球にするために表面研削工程に送られ、更に、予備焼成、本焼成等の熱処理工程を経てペブルベッド型燃料１Ｐ（図５参照）が得られる。なお、図４及び図５において符号１ＢＬは、黒鉛マトリックスを示す。

これらの一次プレス工程及び二次プレス工程に用いられるモールドは、材料をモールドの型窪内に容易に装填することができ、また成型された球体を取り出すことができるようにするため、モールド１０は、図１１（Ａ）に示すように、下モールド半部１２Ｌ、上モールド半部１２Ｕ及び上蓋１２Ｃのように複数のモールド分割体１２Ｄから成っており、これらのモールド分割体１２Ｄは、相互に分解することができるように組立てられている。

被覆燃料粒子は、均一に燃焼することができるように、黒鉛粉末１ＢＬ内に均一に分散させることが要求されるが、このような目的で、図１１（Ｂ）に示すように、一次モールド１０内に撹拌用治具２２を差し込んで、被覆燃料粒子と黒鉛粉末の混合物を撹拌することが行われ、また一次プレス工程及び二次プレス工程において、モールド１０に均一な圧力をかけるために、図１２に示すように、モールド全体にプレス機の下方から上昇する金枠２４が嵌合される。

しかし、撹拌用治具２２が撹拌中にモールド分割体１２Ｄの接合部に接触したり、金枠２４が上昇したりする際に、モールド分割体１２Ｄが相互に分離する虞がある（図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）参照）。このように、モールド分割体１２Ｄが相互に分離して隙間Ｇが発生すると、被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合物や一次球の周囲に装填した黒鉛粉末がこの隙間Ｇから漏れて所定量の球形燃料（一次球又は二次球）を成型することができなくなるだけでなく、隙間Ｇに入り込んだ混合物によってモールドにプレス圧力を均一にかけることができないため、球形燃料が割れることがあった。

本発明が解決しようとする課題は、モールド分割体の接合部に隙間が生ずることがなく、高い品質の球形燃料を製造することができる球形燃料製造用モールドを提供することにある。

本発明の課題解決手段は、複数のモールド分割体から成り、これらの複数のモールド分割体を相互に組み合わせて球形燃料を製造するのに用いられる球形燃料製造用モールドにおいて、複数のモールド分割体が組立後相互に分離することがないように着脱自在に保持する保持手段を備えていることを特徴とする球形燃料製造用モールドを提供することにある。

本発明の１つの形態では、保持手段は、複数のモールド分割体の隣り合うモールド分割体の間に着脱自在に係入して相互に抜け止めする留め治具から成っている。この留め治具は、好ましくは、モールド分割体の周方向に間隔をあけてモールド分割体の間に係入される複数の留め治具本体から成っている。また、留め治具は、モールド分割体の外表面と同じ外表面を有するのが好ましい。

この留め治具は、モールド分割体の外表面から見てその上縁の幅Ｗ１と下縁の幅Ｗ２との関係がＷ１＞Ｗ２に設定されていたり、モールド分割体の奥行き方向の上縁の深さＤ１と下縁の深さＤ２との関係がＤ１＞Ｄ２に設定されていたりする形態とすることができる。

本発明の他の形態では、保持手段は、複数のモールド分割体の隣り合うモールド分割体の端面に設けられ相互に螺合される雄ねじ部及び雌ねじ部から成っている。

本発明は、上記のように、複数のモールド分割体が組立後相互に分離することがないように着脱自在に保持する保持手段を備えているので、撹拌用治具で型窪内の材料を撹拌したり金枠を嵌合したりする際に、モールド分割体の接合部に隙間を生ずることがなく、従って材料の漏れやモールドに不均一な圧力を生ずることがなく、所定の炉心特性と燃焼特性とを有する高い品質の球形燃料を製造することができる。

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６及び図７は、本発明に係わる球形燃料製造用モールドを示し、このモールド１０は、既に述べたように、下モールド半部１２Ｌ、上モールド半部１２Ｕ及び上蓋１２Ｃの如き複数のモールド分割体１２Ｄから成っている。上下のモールド半部１２Ｕ、１２Ｌの接合部は、雌雄の噛み合い構造１３を有しているのが示されている。

一次球１Ｃ、二次球１Ｐを製造するために、上下のモールド半部１２Ｌ、１２Ｕを接合し、これらの半部１２Ｌ、１２Ｕの間に形成される型窪１２ＣＶ内にモールド半部１２Ｕの開口１２ＵＯを通して一次球又は二次球用の材料混合物が装填される。その後、上蓋１２Ｃを閉じてこのモールド１０の上下の間に圧力を掛けて一次球１Ｃ、二次球１Ｐが成型される。

本発明のモールド１０は、複数のモールド分割体１２Ｄが組立後相互に分離することがないように着脱自在に保持する保持手段１４を備えている。図６及び図７の形態では、この保持手段１４は、複数のモールド分割体１２Ｄの隣り合うモールド分割体１２Ｌと１２Ｕとの間及び１２Ｕと１２Ｃとの間に着脱自在に係入して相互に抜け止めする留め治具１６から成っている。この留め治具１６は、例えば、ゴムの如き摩擦係数の大きい材料から作られる。この留め治具１６は、図７（Ｂ）に示すように、モールド分割体１２Ｄの周方向に間隔をあけてモールド分割体１２Ｄの接合部に係入して設けられる複数の留め治具本体１６Ｂから成っている。

図７から解るように、隣り合うモールド分割体１２Ｄは、その接合部に留め治具１６が係入すべき溝１２ＧＬ、１２ＧＵを有し、留め治具１６は、これらのモールド分割体１２Ｄの相対する溝１２ＧＬと１２ＧＵとに跨って摩擦的に堅嵌して係入されている。なお、留め治具１６がモールド１０と同じ材質であると、成型時に、モールド１０に均一な圧力をかけることができるので、留め治具１６は、モールド１０と同じ材質であるのが好ましい。

また、留め治具１６は、モールド分割体１２Ｄの外表面１２Ｓと同じ外表面１６Ｓを有するのが好ましい。留め治具１６がモールド分割体１２と同じ外表面を有すると、モールド１２に金枠２４を嵌合する際に（図１２（Ｂ）参照）、留め治具１６が金枠２４の嵌合に干渉することがないし、プレス時に、モールド１０や留め治具１６に均一な圧力がかかるので、モールド１０や留め治具１６が破損したり、成形体の球形体が崩れたり破損したりすることがない。

図示の好ましい形態では、留め治具１６は、図８（Ａ）に示すように、モールド分割体１２Ｄの外表面から見てその上縁の幅Ｗ１と下縁の幅Ｗ２との関係がＷ１＞Ｗ２に設定されている。このようにすると、撹拌用治具２２で内部の材料を撹拌混合したり（図１１（Ｂ）参照）、金枠２４が下方から上向きに上昇して嵌合したり（図１２（Ｂ）参照）する際に、留め治具１６がモールド分割体１２から抜けることがなく、従って隣り合うモールド分割体１２Ｄが分離するのが防止される。

なお、留め治具１６は、上記のように上下の幅の変化の設定に代えて、又は幅の変化の設定に加えて、図８（Ｂ）に示すように、モールド分割体１２の奥行き方向の上縁の深さＤ１と下縁の深さＤ２との関係がＤ１＞Ｄ２に設定されていても同様に留め治具１６の抜け止め作用とモールド分割体１２Ｄの分離防止作用とが達成される。

本発明のモールド１０の使用状態を述べると、留め治具１６は、モールド分割体１２Ｄである上下のモールド半部１２Ｌ、１２Ｕを接合した後、これらの半部１２Ｌ、１２Ｕの相対する溝１２ＧＬ、１２ＧＵの間に嵌め込んで取り付けられる。一次球１Ｃ又は二次球１Ｐを製造するために、これらの球の材料（被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合物又は一次球と黒鉛粉末との混合物）を上下のモールド半部１２Ｌ、１２Ｕによって形成される型窪１２ＣＶ内に装填し、撹拌用治具２２で材料を撹拌するが、上下のモールド半部１２Ｌ、１２Ｕは、留め治具１６によって相互に分離することがないように保持されるので、材料の撹拌中に上下のモールド半部１２Ｌ、１２Ｕが分離してこれらの間に隙間が生ずることがない。

このようにして、型窪１２ＣＶ内に所定量の材料を装填した後、上蓋１２Ｃを上部モールド半部１２Ｕに接合し、これらの接合部の相対する溝１２ＧＵ、１２ＧＬの間に嵌め込んで取付けられる。このようにして組立てられたモールド１２に金枠２４（図１２参照）を嵌合した後、このモールド１２を図示しないプレスで上下から加圧して一次球１Ｃ又は二次球１Ｐを製造する。

この場合、隣り合うモールド分割体１２Ｄ、即ち、上下のモールド半部１２Ｌと１２Ｕ及び上部のモールド半部１２Ｕと上蓋１２Ｃとが留め治具１６によって分離することがないように保持されているので、モールド１２に金枠２４を嵌合する際に、これらのモールド分割体１２Ｄの間に隙間が生ずることはない。

本発明の他の実施の形態が図９及び図１０に示されており、この実施の形態では、保持手段１４は、複数のモールド分割体１２Ｄの隣り合うモールド分割体１２Ｌと１２Ｕ及び１２Ｕと１２Ｃとのそれぞれの相対する端面に設けられ相互に螺合される雄ねじ部１４Ｍ及び雌ねじ部１４Ｆから成っている。

このように、モールド分割体１２Ｄの接合部がねじ結合されていると、図６及び図７の保持手段１４と同様に、隣り合う上下のモールド半部１２Ｌと１２Ｕ及び上部モールド半部１２Ｕと上蓋１２Ｃとが相互に分離することがないので、型窪１２ＣＶ内の材料の撹拌用治具２２による撹拌や金枠２４の嵌合によってこれらのっモールド分割体１２Ｄの間に隙間が生ずることがない。

従って、いずれの実施の形態でも、作業中に、モールド分割体１２Ｄの接合部に隙間が生ずることがなく、材料が隙間に入り込んで量的に不足したり変形したりする球形燃料（一次球や二次球）を製造したり、球形燃料にわれが生じたりすることがなく、高品質の球形燃料を得ることができる。

上記実施の形態では、保持手段１４は、幅及び／又は奥行きが下方よりも上方で大きくした留め治具１６や雌雄のねじ部１４Ｍ、１４Ｆから成っているが、隣り合うモールド分割体１２Ｄが相互に分離することがないように着脱自在に保持することができれば、他の形態であってもよい。例えば、留め治具１６は、断面矩形状として摩擦のみによって相互の分離を阻止するか、鉤状の食い込み部を有してもよいし、コ字形のクリップ状のものであってもよい。いずれの場合も、プレス時に、モールドに均一な圧力がかかるように、留め治具の外表面はモールド分割体の外表面と同じにすることが必要である。また、保持手段１４は、特に留め治具を用いることなく、モールド分割体の接合部を相互に直接堅嵌めする構造であってもよい。

本発明によれば、モールド分割体１２Ｄの接合部に隙間が生ずることがなく、材料が隙間に入り込んで量的に不足したり変形したりする球形燃料（一次球や二次球）を製造することもなければ、球形燃料に割れが生じたりすることがなく、高品質の球形燃料を得ることができ、産業上の利用性が向上する。

燃料核を製造する工程を示す工程図である。 被覆燃料粒子を製造する工程を示す工程図である。 ペブルベッド型燃料を製造する工程を示す工程図である。 一次球の拡大断面図である。 二次球の拡大断面図である。 本発明の１つの実施の形態による球形燃料製造用モールドの斜視図である。 図６のモールドを断面で示し、同図（Ａ）は、その垂直断面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図６及び図７のモールドに用いられる留め治具を部分的に示し、同図（Ａ）は、１つの形態の正面から見た図、同図（Ｂ）は、他の形態の奥行き方向の側面から見た図である。 本発明の他の形態による球形燃料製造用モールドの分解断面図である。 図９のモールドの組立状態の正面図である。 従来技術の球形燃料製造用モールドを示し、同図（Ａ）はその正面図、同図（Ｂ）は、上下のモールド半部を接合して材料を装填し撹拌混合している状態の正面図である。 従来技術の球形燃料製造用モールドに金枠を嵌合する状態を示し、同図（Ａ）は金枠を正しく嵌合した状態の正面図、同図（Ｂ）は、金枠によって上下のモールド半部二隙間が発生した状態の正面図である。

符号の説明

１Ｃ 一次球
１Ｐ 二次球
１０ モールド
１２Ｄ モールド分割体
１２Ｌ 下部モールド半部
１２Ｕ 上部モールド半部
１２ＵＯ 開口
１２Ｃ 上蓋
１２ＣＶ 型窪
１２Ｓ 外表面
１２ＧＬ、１２ＧＵ 溝
１３ 接合部の雌雄の噛み合い構造
１４ 保持手段
１４Ｍ 雄ねじ部
１４Ｆ 雌ねじ部
１６ 留め治具
１６Ｂ 留め治具本体
１６Ｓ 外表面

Claims (7)

1. 複数のモールド分割体から成り、前記複数のモールド分割体を相互に組み合わせて球形燃料を製造するのに用いられる球形燃料製造用モールドにおいて、前記複数のモールド分割体が組立後相互に分離することがないように着脱自在に保持する保持手段を備えていることを特徴とする球形燃料製造用モールド。
2. 請求項１に記載の球形燃料製造用モールドであって、前記保持手段は、前記複数のモールド分割体の隣り合うモールド分割体の間に着脱自在に係入して相互に抜け止めする留め治具から成っていることを特徴とする球形燃料製造用モールド。
3. 請求項２に記載の球形燃料製造用モールドであって、前記留め治具は、前記モールド分割体の周方向に間隔をあけて前記モールド分割体の間に係入される複数の留め治具本体から成っていることを特徴とする球形燃料製造用モールド。
4. 請求項２又は３に記載の球形燃料製造用モールドであって、前記留め治具は、前記モールド分割体の外表面と同じ外表面を有することを特徴とする球形燃料製造用モールド。
5. 請求項２又は３に記載の球形燃料製造用モールドであって、前記留め治具は、前記モールド分割体の外表面から見てその上縁の幅Ｗ１と下縁の幅Ｗ２との関係がＷ１＞Ｗ２に設定されていることを特徴とする球形燃料製造用モールド。
6. 請求項２又は３に記載の球形燃料製造用モールドであって、前記留め治具は、前記モールド分割体の奥行き方向の上縁の深さＤ１と下縁の深さＤ２との関係がＤ１＞Ｄ２に設定されていることを特徴とする球形燃料製造用モールド。
7. 請求項１に記載の球形燃料製造用モールドであって、前記保持手段は、前記複数のモールド分割体の隣り合うモールド分割体の端面に設けられ相互に螺合される雄ねじ部及び雌ねじ部から成っていることを特徴とする球形燃料製造用モールド。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images