JP2007278997A - Method for manufacturing fuel compact for high-temperature gas-cooled reactor - Google Patents

Method for manufacturing fuel compact for high-temperature gas-cooled reactor Download PDF

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真樹 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently manufacture fuel compacts by using overcoat particles with different quantities of uranium without varying a graphite matrix density. <P>SOLUTION: While fuel compacts are manufactured by pressing overcoat particles 3 formed by coating the surface of coated fuel particles with a graphite matrix by a press metal mold, the overcoat particles 3 are formed so as to have an overcoating layer whose thickness is fitted to the specification of the maximum content of uranium in a fuel compact and, when a fuel compact (referred to as a fuel compact outside the maximum specification) which has a uranium content other than the maximum uranium content in a fuel compact is manufactured, the granular graphite matrix particles of a compensating quantity corresponding to the uranium content of the fuel compact outside the maximum specification are mixed into the overcoat particles 3 before the granular graphite matrix particles are molded by the press metal mold. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、高温ガス炉用燃料コンパクトを製造する方法に関し、特にオーバーコート工程を単純化しつつ種々のウラン含有率を有するオーバーコート粒子から燃料コンパクトを製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel compact for a HTGR, and more particularly to a method for manufacturing a fuel compact from overcoat particles having various uranium contents while simplifying the overcoat process.

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/cm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/cm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/cm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/cm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 low density pyrolytic carbon coating with a density of about 1 g / cm 3 , which absorbs the function of the gaseous fission product (FP) as a reservoir and fuel nuclei 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 the solid FP and a function 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、上下を栓で閉じて燃料棒とされる。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 closed with plugs to form fuel rods. . 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、添加剤を添加し攪拌して滴下原液を作る。添加剤は、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。このような添加剤としては、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 additives are added to this uranyl nitrate stock solution and stirred to prepare a dropping stock solution. The additive is added so that the dropped uranyl nitrate stock solution becomes a true sphere with its own surface tension during dropping. As such an additive, 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.

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(C)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(C)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(CHSiCl)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被覆して形成される。   The overcoat particles are formed by coating the surface of the coated fuel particles with a graphite matrix material made of graphite powder, a binder or the like.

被覆燃料粒子に被覆される黒鉛マトリックス材の量は、高温ガス炉内で燃料コンパクトとして使用する際に、計画された熱量を発生するのに必要な核燃料物質の量によって決定されるウラン量と炉心冷却材(主にヘリウムガス)が発生熱を効率よく除去できる熱伝導度を有するように決定される黒鉛マトリックス密度を両立し、且つ燃料コンパクトの製造中に脱ガス処理の目的で行われる焼成工程での密度変化を考慮したうえで決定された数の被覆燃料粒子に均一に被覆するのに必要な量とする必要がある。   The amount of graphite matrix material coated with the coated fuel particles is determined by the amount of uranium and core determined by the amount of nuclear fuel material required to generate the planned amount of heat when used as a fuel compact in a HTGR. A calcination process that is performed for the purpose of degassing during the production of a fuel compact, while the coolant (mainly helium gas) has a graphite matrix density determined so as to have a thermal conductivity that can efficiently remove generated heat. It is necessary to make the amount necessary to uniformly coat the number of coated fuel particles determined in consideration of the density change at the same time.

オーバーコート粒子の粒径は、燃料コンパクトの製造条件に大きく影響することから、オーバーコート粒子は、篩による粒径選別を行った上でコンパクトプレス工程にリリースされる。   Since the particle size of the overcoat particles greatly affects the production conditions of the fuel compact, the overcoat particles are released to the compact press process after the particle size is selected with a sieve.

このように、燃料コンパクトは、その中のウラン量と黒鉛マトリックス密度とを両立する量のオーバーコート粒子を正確に秤取ってプレス成型して製造され、その後、黒鉛マトリックス材中の粘結剤を除去するために予備焼成し、更に、黒鉛マトリックス材から脱ガス処理するために本焼成して製造される。   As described above, the fuel compact is manufactured by accurately weighing and press-molding an amount of the overcoat particles in which the amount of uranium and the density of the graphite matrix are both compatible, and then using the binder in the graphite matrix material. It is pre-fired for removal, and further fired for degassing from the graphite matrix material.

従来技術では、黒鉛マトリックス密度を変えることなく、オーバーコート粒子のウラン含有率を変化させるために、オーバーコート層の厚さを制御することが必要であったが、オーバーコート層の厚さを変化させるためには、厚さの変化毎に試作と検査とを行って条件を設定し、それに適合する篩を準備する必要があり、オーバーコート粒子、従って燃料コンパクトの製造効率が低くなる欠点があった。   In the prior art, it was necessary to control the thickness of the overcoat layer in order to change the uranium content of the overcoat particles without changing the graphite matrix density, but the thickness of the overcoat layer was changed. In order to achieve this, it is necessary to perform trial manufacture and inspection for each change in thickness, set conditions, and prepare a sieve suitable for the conditions, which has the disadvantage that the production efficiency of overcoat particles, and thus fuel compacts, is reduced. It was.

本発明が解決しようとする課題は、黒鉛マトリックス密度を変えることなく、種々のウラン含有率を有するオーバーコート粒子を用いて燃料コンパクトを効率よく製造することができる高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法を提供することにある。   A problem to be solved by the present invention is a method for producing a fuel compact for a HTGR capable of efficiently producing a fuel compact using overcoat particles having various uranium contents without changing the graphite matrix density. Is to provide.

本発明の基本的な課題解決手段は、被覆燃料粒子の表面に黒鉛マトリックスを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燃料コンパクトを製造する高温ガス炉用燃料コンパクトを製造する方法において、オーバーコート粒子は、燃料コンパクトの最大ウラン含有率の仕様に合わせた厚みのオーバーコート層を有するように形成し、この燃料コンパクトの最大ウラン含有率以外のウラン含有率を有する燃料コンパクト(最大仕様外燃料コンパクトと称する)を製造する際に、前記最大仕様外燃料コンパクトのウラン含有率に相応するように補償するような量の顆粒状の黒鉛マトリックス粒子をオーバーコート粒子に混合した後、プレス金型で成型することを特徴とする高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法を提供することにある。   The basic problem-solving means of the present invention is to manufacture a fuel compact for a high temperature gas reactor in which overcoated particles formed by coating a graphite matrix on the surface of the coated fuel particles are pressed with a press mold to produce a fuel compact. In this method, the overcoat particles are formed so as to have an overcoat layer having a thickness in accordance with the specification of the maximum uranium content of the fuel compact, and the fuel compact having a uranium content other than the maximum uranium content of the fuel compact. (When referred to as non-maximum specification fuel compact), after mixing the overcoated particles with an amount of granular graphite matrix particles so as to compensate for the uranium content of the non-maximum specification fuel compact. Provides a method for producing a fuel compact for a HTGR characterized by molding with a press die In the door.

本発明の課題解決手段において、黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子の大きさの比が1:20乃至1:2であるのが好ましい。   In the problem-solving means of the present invention, the ratio of the size of the graphite matrix particles to the overcoat particles is preferably 1:20 to 1: 2.

本発明の課題解決手段において、黒鉛マトリックス粒子のみを予熱してオーバーコート粒子と混合し、またプレス金型内の上下端に黒鉛マトリックス粒子が配置されるように黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とをプレス金型内の軸方向に交互に投入したり、プレス金型内の最外側に黒鉛マトリックス粒子が配置されるように黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とをプレス金型内の径方向に交互に投入したりするのが好ましい。   In the means for solving the problems of the present invention, only the graphite matrix particles are preheated and mixed with the overcoat particles, and the graphite matrix particles and the overcoat particles are arranged so that the graphite matrix particles are arranged at the upper and lower ends in the press mold. Alternately insert the graphite matrix particles and overcoat particles in the radial direction in the press mold so that the graphite matrix particles are placed on the outermost side in the press mold alternately in the axial direction in the press mold It is preferable to throw it in.

このように、オーバーコート粒子は、燃料コンパクトの最大ウラン含有率の仕様に合わせた厚みのオーバーコート層を有するように形成するが、この燃料コンパクトの最大ウラン含有率以外のウラン含有率を有する燃料コンパクト(最大仕様外燃料コンパクトと称する)を製造する際には、この最大仕様外燃料コンパクトのウラン含有率に相応するように補償する量の顆粒状の黒鉛マトリックス粒子をオーバーコート粒子に混合した後、プレス金型で成型する。このようにすると、オーバーコート工程は、一定の密度と量の黒鉛マトリックス材を被覆して行われるので、オーバーコートの工程条件が固定化されるため、作業が単純化され、また燃料コンパクトは、オーバーコート粒子に混合される顆粒状の黒鉛マトリックス材によって燃料コンパクトの総ウラン量に見合った量の黒鉛マトリックス材中に分散されることになり、正常な燃焼特性を有する燃料コンパクトを得ることができる。   As described above, the overcoat particles are formed so as to have an overcoat layer having a thickness in accordance with the specification of the maximum uranium content of the fuel compact, but the fuel having a uranium content other than the maximum uranium content of the fuel compact. When producing a compact (referred to as non-maximum specification fuel compact), after mixing the overcoated particles with an amount of granular graphite matrix particles to compensate for the uranium content of the non-maximum specification fuel compact. Mold with a press die. In this way, since the overcoat process is performed by covering the graphite matrix material of a certain density and amount, the process conditions of the overcoat are fixed, so the operation is simplified, and the fuel compact is The granular graphite matrix material mixed with the overcoat particles will disperse in the graphite matrix material in an amount commensurate with the total uranium amount of the fuel compact, and a fuel compact having normal combustion characteristics can be obtained. .

オーバーコート粒子に混合される黒鉛マトリックス材は、顆粒状であるので、金型内に投入する際に飛散が少なく、またオーバーコート粒子と同様に管理することができる上に、オーバーコート粒子と同等の条件で金型内に投入することができるので、取り扱いが容易となる。   Since the graphite matrix material mixed with the overcoat particles is granular, there is little scattering when thrown into the mold, and it can be managed in the same way as the overcoat particles, and is equivalent to the overcoat particles Since it can be put into the mold under the conditions, it becomes easy to handle.

黒鉛マトリックス粒子のみを予熱してオーバーコート粒子と混合すると、オーバーコート粒子のオーバーコート層を硬化したまま成型することができるので、成型圧力が被覆燃料粒子に機械的に影響することが少なく、良質の燃料コンパクトを得ることができる。   If only graphite matrix particles are preheated and mixed with the overcoat particles, the overcoat layer of the overcoat particles can be molded while being cured, so that the molding pressure hardly affects the coated fuel particles and is of good quality. The fuel compact can be obtained.

黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とをプレス金型内の軸方向に交互に投入したり、黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とをプレス金型内の径方向に交互に投入したりすると、黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とを混合する面倒な作業を必要としないし、またプレス金型内の上下端や外側に黒鉛マトリックス粒子が配置されるので、プレス成型時に成型圧力が直接オーバーコート粒子に影響することがなく、燃料コンパクトの上下及び外周部に無燃料領域を設けることとなることと燃料として重要な外周寸法を機械加工にて高精度に仕上げることが可能となり、燃料の性能を大幅に向上させることができる。   When graphite matrix particles and overcoat particles are alternately put in the axial direction in the press mold, or graphite matrix particles and overcoat particles are put alternately in the radial direction in the press mold, the graphite matrix particles The troublesome work of mixing the particles with the overcoat particles is not required, and the graphite matrix particles are placed on the upper and lower ends and outside of the press mold, so the molding pressure directly affects the overcoat particles during press molding. Without the need for fuel-free areas at the top and bottom and outer periphery of the fuel compact, and the outer peripheral dimensions important as fuel can be finished with high precision by machining, greatly improving fuel performance. be able to.

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コンパクトの製造方法を工程順に示し、本発明の方法は、通常のように、先ず、被覆燃料粒子1と粉末状の黒鉛マトリックス2とを用意する(図1の工程S1及びS2及び図2参照)。   An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a method of manufacturing a high temperature gas reactor fuel compact according to the present invention in the order of steps. First, the coated fuel particles 1 and the powdery graphite matrix 2 are prepared (see steps S1 and S2 in FIG. 1 and FIG. 2).

その後、被覆燃料粒子1の表面に黒鉛マトリックス2を粘結剤と共に被覆して図2に示すオーバーコート粒子3を形成する(図1のS3工程及び図2参照)。図2において符号2Lは、黒鉛マトリックス材によるオーバーコート層を示す。このオーバーコート工程S3においては、オーバーコート粒子3のオーバーコート層2Lは、燃料コンパクトの最大ウラン含有率の仕様に合わせた厚みを有するように設定される。従って、オーバーコート工程S3では、製造すべき燃料コンパクトのウラン含有率の如何に拘わらず、粉末状の黒鉛マトリックス材2の量は常に一定となることが解る。   Thereafter, the surface of the coated fuel particles 1 is coated with a graphite matrix 2 together with a binder to form overcoat particles 3 shown in FIG. 2 (see step S3 in FIG. 1 and FIG. 2). In FIG. 2, reference numeral 2L denotes an overcoat layer made of a graphite matrix material. In this overcoat step S3, the overcoat layer 2L of the overcoat particles 3 is set to have a thickness that meets the specifications for the maximum uranium content of the fuel compact. Accordingly, it can be seen that in the overcoat step S3, the amount of the powdery graphite matrix material 2 is always constant regardless of the uranium content of the fuel compact to be manufactured.

このように所定の厚みのオーバーコート層2Lを有するオーバーコート粒子3を用いて最大ウラン含有率以外のウラン含有率を有する燃料コンパクト(最大仕様外燃料コンパクト)4(図3参照)を製造する際に、即ち、燃料コンパクト4が最大ウラン量のオーバーコート粒子3を用いてではなく、それよりも少ない総ウラン量を有するオーバーコート粒子3を用いて最大仕様外の燃料コンパクト4を成形する場合には、燃料コンパクト4のウラン含有率に相応するように補償するような量の顆粒状の黒鉛マトリックス粒子を用意し(図1の工程S4参照)、この黒鉛マトリックス粒子をオーバーコート粒子に混合した後(図1の工程S5参照)、これらをプレス金型で成型して(図1の工程S6参照)燃料コンパクト4の基となるグリーンコンパクトを製造する(図1の工程S7参照)。   When manufacturing the fuel compact (non-maximum specification fuel compact) 4 (see FIG. 3) having a uranium content other than the maximum uranium content by using the overcoat particles 3 having the overcoat layer 2L having a predetermined thickness in this way. That is, when the fuel compact 4 is not formed by using the overcoat particles 3 having the maximum uranium amount, but is formed by using the overcoat particles 3 having a smaller total uranium amount than the maximum uranium amount, Prepared granular graphite matrix particles in an amount so as to compensate for the uranium content of the fuel compact 4 (see step S4 in FIG. 1), and after mixing the graphite matrix particles with the overcoat particles. (Refer to step S5 in FIG. 1), these are molded by a press die (see step S6 in FIG. 1), and the green that is the basis of the fuel compact 4 Producing compact (see step S7 in Fig. 1).

その後、このグリーンコンパクトは、粘結剤を除去するために予備焼成され、黒鉛マトリックス材を脱ガスするために本焼成されて燃料コンパクト4が完成される。   Thereafter, the green compact is pre-fired to remove the binder, and is fired to degas the graphite matrix material, thereby completing the fuel compact 4.

現在、燃料コンパクト4の粒子充填率(ウラン含有率)は12種類の仕様を有し、そのうちの最大粒子充填率は、約35%であり、この場合のオーバーコート粒子3のオーバーコート層2Lの厚みは、約120μmである。従って、本発明の方法では、最大粒子充填率が35%よりも少ない最大仕様外燃料コンパクトを製造する場合にも、オーバーコート粒子3のオーバーコート層2Lの厚みも120μmに設定される。また、この最大仕様外燃料コンパクトを製造するため、その少ない粒子充填率に相応するように補償する黒鉛マトリックス粒子の混合量は、粒子充填率が少なくなるにつれて多くなる。例えば、粒子充填率が25%の燃料コンパクトを製造するために、オーバーコート粒子3に混合すべき黒鉛マトリックス粒子の量は、被覆燃料粒子を1とすると、約2である。   At present, the fuel compact 4 has a particle filling rate (uranium content) of 12 types, of which the maximum particle filling rate is about 35%. In this case, the overcoat layer 3 of the overcoat particle 3 The thickness is about 120 μm. Therefore, in the method of the present invention, the thickness of the overcoat layer 2L of the overcoat particle 3 is also set to 120 μm even when a non-maximum specification fuel compact having a maximum particle filling rate of less than 35% is manufactured. In addition, in order to manufacture the fuel compact outside the maximum specification, the mixing amount of the graphite matrix particles to be compensated so as to correspond to the small particle filling rate increases as the particle filling rate decreases. For example, in order to manufacture a fuel compact having a particle filling rate of 25%, the amount of graphite matrix particles to be mixed with the overcoat particles 3 is about 2 when the number of coated fuel particles is 1.

顆粒状の黒鉛マトリックス粒子は、オーバーコート粒子3と同様の管理を行い、オーバーコート粒子3と同様にしてプレス金型内に投入することができるようにするため、オーバーコート粒子3の粒径に近いのが好ましく、黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子3の大きさ(粒径)の比は、1:20乃至1:2に設定される。   The granular graphite matrix particles are managed in the same manner as the overcoat particles 3, so that they can be put into the press mold in the same manner as the overcoat particles 3. Preferably, the ratio of the size (particle size) of the graphite matrix particles and the overcoat particles 3 is set to 1:20 to 1: 2.

黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子との混合工程S5において、黒鉛マトリックス粒子のみを予熱してこの予熱された黒鉛マトリックス粒子をオーバーコート粒子と混合することができる。このようにすると、オーバーコート粒子のオーバーコート層が硬化したまま全体を成型することができるので、成型圧力が被覆燃料粒子に機械的に影響することが少なく、被覆燃料粒子が保護される。   In the mixing step S5 of the graphite matrix particles and the overcoat particles, only the graphite matrix particles can be preheated and the preheated graphite matrix particles can be mixed with the overcoat particles. In this way, since the entire overcoat layer of the overcoat particles can be molded while being cured, the molding pressure hardly affects the coated fuel particles, and the coated fuel particles are protected.

また、黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とをプレス金型内に投入する際に、これらの粒子をプレス金型内の軸方向に交互に投入したり、プレス金型内の径方向に交互に投入したりするのが好ましい。このようにすると、黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とを混合する工程が不要となる。   Also, when introducing graphite matrix particles and overcoat particles into the press mold, these particles are alternately inserted in the axial direction of the press mold, or alternately in the radial direction of the press mold. It is preferable to do. If it does in this way, the process of mixing a graphite matrix particle and overcoat particles will become unnecessary.

この場合、黒鉛マトリックス粒子がプレス金型内の上下端に配置され、またプレス金型内の最外側に配置されるように、これらの粒子をプレス金型内に投入するのが好ましい。このようにすると、オーバーコート粒子がプレス金型内の上下端や外側に位置することがなく、成型圧力がオーバーコート粒子に直接影響を与えることがなく、燃料コンパクトの上下及び外周部に無燃料領域を設けることとなることと燃料として重要な外周寸法を機械加工にて高精度に仕上げることが可能となり、燃料の性能を大幅に向上させることができる。   In this case, it is preferable to introduce these particles into the press mold so that the graphite matrix particles are arranged at the upper and lower ends in the press mold and arranged at the outermost side in the press mold. In this way, the overcoat particles are not positioned at the upper and lower ends or outside of the press mold, the molding pressure does not directly affect the overcoat particles, and no fuel is added to the upper and lower and outer peripheral portions of the fuel compact. It becomes possible to provide a region and to finish the outer peripheral dimension important as a fuel with high precision by machining, and the performance of the fuel can be greatly improved.

このように、本発明によれば、オーバーコート工程は、一定の密度と量の黒鉛マトリックス材を被覆して行われるので、オーバーコートの工程条件が固定化されて作業が単純化され、また燃料コンパクトは、その総ウラン量に見合った量の黒鉛マトリックス材中に分散されることになり、正常な燃焼特性を有する燃料コンパクトを得ることができる。   As described above, according to the present invention, the overcoat process is performed by coating a graphite matrix material having a constant density and amount, so that the process conditions of the overcoat are fixed, and the operation is simplified. The compact is dispersed in the graphite matrix material in an amount corresponding to the total amount of uranium, and a fuel compact having normal combustion characteristics can be obtained.

黒鉛マトリックス粒子は、粉末ではなく、顆粒状であるので、オーバーコート粒子と同様に管理したり、金型内に投入したりすることができ、また黒鉛マトリックス粒子のみを予熱すると、成型圧力が被覆燃料粒子に機械的に影響することが少なく、更に、黒鉛マトリックス粒子とオーバーコート粒子とを金型内に交互に投入することによって面倒な混合作業が不要となる。   Since the graphite matrix particles are granular, not powder, they can be managed in the same way as the overcoat particles or put into the mold, and if only the graphite matrix particles are preheated, the molding pressure is covered. There is little mechanical influence on the fuel particles, and the troublesome mixing work becomes unnecessary by alternately putting the graphite matrix particles and the overcoat particles into the mold.

本発明によれば、黒鉛マトリックスの密度及び量を一定化することによってオーバーコート作業を単純化しつつ正常な燃焼特性を有する燃料コンパクトを製造することができるので、高温ガス炉用の燃料コンパクトの製造に有益に利用することができる。   According to the present invention, it is possible to manufacture a fuel compact having normal combustion characteristics while simplifying the overcoat operation by making the density and amount of the graphite matrix constant, and thus manufacturing a fuel compact for a HTGR It can be used beneficially.

本発明の燃料コンパクトの製造方法の工程のブロック図である。It is a block diagram of the process of the manufacturing method of the fuel compact of this invention. オーバーコート粒子の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of overcoat particles. 本発明の方法によって得られた燃料コンパクトの斜視図である。It is a perspective view of the fuel compact obtained by the method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 被覆燃料粒子
2 黒鉛マトリックス
2L オーバーコート層
3 オーバーコート粒子
4 燃料コンパクト


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coated fuel particle 2 Graphite matrix 2L Overcoat layer 3 Overcoat particle 4 Fuel compact


Claims (5)

被覆燃料粒子の表面に黒鉛マトリックスを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燃料コンパクトを製造する高温ガス炉用燃料コンパクトを製造する方法において、前記オーバーコート粒子は、前記燃料コンパクトの最大ウラン含有率の仕様に合わせた厚みのオーバーコート層を有するように形成し、前記燃料コンパクトの最大ウラン含有率以外のウラン含有率を有する燃料コンパクト(最大仕様外燃料コンパクトと称する)を製造する際に、前記最大仕様外燃料コンパクトのウラン含有率に相応するように補償するような量の顆粒状の黒鉛マトリックス粒子を前記オーバーコート粒子に混合した後、前記プレス金型で成型することを特徴とする高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法。 In the method for producing a fuel compact for a high temperature gas reactor, in which the overcoat particles formed by coating the surface of the coated fuel particles with a graphite matrix are pressed with a press mold to produce a fuel compact, the overcoat particles are A fuel compact having a uranium content other than the maximum uranium content of the fuel compact (referred to as a fuel compact outside the maximum specification) formed so as to have an overcoat layer having a thickness that matches the specifications of the maximum uranium content of the fuel In the manufacturing process, a granular graphite matrix particle in an amount so as to compensate for the uranium content of the fuel compact outside the maximum specification is mixed with the overcoat particle, and then molded with the press die. A method of manufacturing a fuel compact for a HTGR characterized by the above. 請求項1に記載の高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法であって、前記黒鉛マトリックス粒子と前記オーバーコート粒子の大きさの比が1:20乃至1:2であることを特徴とする燃料コンパクトの製造方法。 The method for producing a fuel compact for a HTGR according to claim 1, wherein a ratio of the size of the graphite matrix particles to the overcoat particles is 1:20 to 1: 2. Manufacturing method. 請求項1又は2に記載の高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法であって、前記黒鉛マトリックス粒子のみを予熱して前記オーバーコート粒子と混合することを特徴とする高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法。 A method for producing a fuel compact for a HTGR according to claim 1 or 2, wherein only the graphite matrix particles are preheated and mixed with the overcoat particles. Method. 請求項1乃至3のいずれかに記載の高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法であって、前記プレス金型内の上下端に前記黒鉛マトリックス粒子が配置されるように前記黒鉛マトリックス粒子と前記オーバーコート粒子とを前記プレス金型内の軸方向に交互に投入することを特徴とする高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法。 The method for producing a fuel compact for a HTGR according to any one of claims 1 to 3, wherein the graphite matrix particles and the overcoat are arranged so that the graphite matrix particles are arranged at upper and lower ends in the press mold. A method for producing a fuel compact for a HTGR, wherein coated particles are alternately charged in an axial direction in the press mold. 請求項1乃至4のいずれかに記載の高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法であって、前記プレス金型内の最外側に前記黒鉛マトリックス粒子が配置されるように前記黒鉛マトリックス粒子と前記オーバーコート粒子とを前記プレス金型内の径方向に交互に投入することを特徴とする高温ガス炉用燃料コンパクトの製造方法。






















The method for producing a fuel compact for a HTGR according to any one of claims 1 to 4, wherein the graphite matrix particles and the overcoat are arranged so that the graphite matrix particles are arranged on the outermost side in the press mold. A method for producing a fuel compact for a HTGR, wherein coated particles are alternately introduced in a radial direction in the press mold.






















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