JP2007309871A - 燃料コンパクトの予備焼成装置及び燃料コンパクトの予備焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 除去された粘結剤を速やかに排出すると共に燃料コンパクトの外周面と内周面の窒素濃度を均一化させることにより、作業時間を短縮して効率を高める。
【解決手段】 予備焼成装置１０は、予備焼成炉と、この予備焼成炉内に配置され予備焼成すべき燃料コンパクト１を載置する黒鉛トレー１４と、この黒鉛トレー１４に載置された燃料コンパクト１に不活性ガスを供給する供給ノズルとを備えている。黒鉛トレー１４は、燃料コンパクト１が装填される装填部１８を有し、この装填部１８は、燃料コンパクト１の軸線を水平方向に向けて燃料コンパクト１を支持し、かつ、装填部１８内に載置された燃料コンパクトに供給されるべき不活性ガスを導入する不活性ガス供給口２０と、この不活性ガス供給口２０に連通する不活性ガス排出口２２とを有している。供給ノズルは、各負か正ガス供給口２０毎に不活性ガスを供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高温ガス炉等の原子炉において燃料として使用される燃料コンパクトの製造装置及び製造方法の改良に関し、特に、マトリックス材に添加される粘結剤の除去及び炭化を行う予備焼成を効率的に行うことに関するものである。

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健全性が良好な黒鉛から形成すると共に、冷却ガスとして高温下でも化学反応を起こさないヘリウムガス等の気体を用いているため、固有の安全性が高く、出口温度が非常に高いヘリウムガスを取り出すことができる原子炉であり、約９００℃前後の高温熱を、発電はもちろんのこと水素製造や化学プラント等、幅広い分野において利用することを可能とするものである。

（被覆燃料粒子）
この高温ガス炉の燃料としては、一般に、二酸化ウランやトリウム等をセラミックス状に焼結した直径約３５０μｍ〜６５０μｍの燃料核の周囲に、第１層から第４層の計４層の被覆が施された直径約５００μｍ〜１０００μｍの被覆燃料粒子が使用される。具体的には、次の４つの被覆である。

即ち、一般にバッファ層と呼ばれる最も内側の第１層は、密度約１ｇ/ｃｍ³の低密度熱分解炭素（ＰｙＣ）から成る層で、ガス状の核分裂生成物（ＦＰ）のガスを溜めると共に、核燃料のスウェリングを吸収する機能を併せ持つ。次いで、この第１層の上に施される第２層は、一般に、密度約１．８ｇ/ｃｍ³の高密度熱分解炭素から形成された内側熱分解炭素（ＰｙＣ）層であり、ガス状の核分裂生成物（ＦＰ）の拡散の障壁となってガス状の核分裂生成物（ＦＰ）を保持する機能を有するものである。更に、炭化珪素（ＳｉＣ）層と呼ばれる第３層は、密度約３．２ｇ/ｃｍ³の炭化珪素から成り、主に固体状の核分裂生成物の拡散の障壁となって固体状の核分裂生成物を保持すると共に、被覆燃料粒子全体の主要な強度部材としての機能を有するものである。最も外側の第４層である外側熱分解炭素層は、第２層と同様、密度約１．８ｇ/ｃｍ³の高密度熱分解炭素から成り、照射収縮により第３層である炭化珪素層に圧縮応力を発生させて照射下での被覆燃料粒子全体の強度を保持すると共にガス状の核分裂生成物（ＦＰ）を保持する機能を有するものである。

このような被覆燃料粒子は、一般的には、次のような工程を経て製造される。即ち、まず、燃料核の生成であるが、具体的には、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして生成した硝酸ウラニル原液に、純水、増粘剤を添加して撹拌することにより滴下原液を生成する。この場合、増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル原液の液滴が、落下中に自身の表面張力により真球状になるように添加される。この増粘剤としては、例えば、ポリビニルアルコール樹脂、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、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。次いで、このようにして調整された滴下原液を、所定の温度に冷却して粘度を調整した後、細径の滴下ノズルを振動させることによりアンモニア水溶液中に滴下する。なお、この場合、液滴に、アンモニア水溶液表面に着水するまでの空間においてアンモニアガスを吹きかけ、液滴の表面をゲル化させることにより、着水時に液滴が変形するのを防止する。

アンモニア水溶液中に滴下された原液は、アンモニア水溶液中で、硝酸ウラニルがアンモニアと充分に反応して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の粒子を、大気中でばい焼して、三酸化ウラン粒子とした後、更に還元、焼結することにより、高密度のセラミックス状二酸化ウランから成る燃料核を得る。このようにして得られた燃料核の粒径や真球度は、次の被覆工程における製造条件に非常に大きな影響を与えることから、燃料核は、篩により粒径選別及び真球度選別を行った上で、被覆工程に送られる。

次に、燃料核の被覆工程においては、燃料核を流動床に装荷し、被覆となるガスを熱分解させることにより第１層から順次、上述した被覆を施していく。この場合、具体的には、第１層の低密度炭素層については、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）を約１４００℃で熱分解して燃料核を被覆する。第２層、第４層の高密度の熱分解炭素層については、プロピレン（Ｃ₃Ｈ₆）を約１４００度で熱分解して被覆を施していく。第３層である炭化珪素層は、メチルトリクロロシラン（ＣＨ₃ＳｉＣｌ₃）を約１６００℃で熱分解して形成する。このようにして製造された被覆燃料粒子は、更に、黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材を、被覆燃料粒子の表面にコーティングしてオーバーコートされる。

（燃料コンパクト）
このオーバーコートされた被覆燃料粒子を燃料コンパクトとして使用する場合には、被覆燃料粒子を黒鉛マトリックス材中に分散させた後、例えば、中実円筒形又は中空円筒形にプレス成型又はモールド成型した上で焼結させて、一定形状の燃料コンパクトとする（例えば、特許文献１等参照）。

（予備焼成）
このようにしてプレス成型された燃料コンパクトは、一般に、粘結剤等が添加されたマトリックス材の除去及び炭化させる工程として、予備焼成が行われる。この予備焼成は、通常は、主に窒素雰囲気等の不活性雰囲気中で、約８００℃の条件の下、燃料コンパクトから粘結剤を完全に除去するために昇温及び降温を含め熱処理に約３日間を必要とし、燃料コンパクトの製造工程の中でも最も時間を要する効率の低い作業であった。

具体的には、従来は、図４に示すように、黒鉛トレー１４に、燃料コンパクト１を垂直に立てた状態で整列させた上で、図５に示すように、この予備焼成に必要な不活性ガスを、予備焼成炉の奥側の底面付近に排出口が設置された供給ノズル１６から予備焼成炉１２内に供給して、予備焼成を行っていた。この場合、供給ノズル１６から予備焼成炉１２内に供給された不活性ガスは、対流による拡散により、図４（Ｂ）に示すように、黒鉛トレー１４の側面に形成された不活性ガス供給口及び排出口２０、２２を通じて、黒鉛トレー１４内に導入されていた。

このため、従来は、供給ノズル１６から予備焼成炉１２内に供給された不活性ガスが拡散によって燃料コンパクト１に供給されるだけで、この除去された粘結剤を炉外排出口１２Ａまで排出する強制的な流れがなかったため、燃料コンパクト１から除去された粘結剤が充分に排出されない問題があった。

同時に、不活性ガスが、黒鉛トレー１４内の燃料コンパクト１に必ずしも均一に拡散されず、また、特に、図４に示す中空円筒形状の燃料コンパクト１においては、除去された粘結剤が、垂直に立てられた燃料コンパクト１の中空部１Ａ内に残留して、燃料コンパクト１の外周面１ａの窒素濃度と中空部１Ａの内周面１ｂの窒素濃度に差が生じ、燃料コンパクト１の外側からの粘結剤の除去速度と、内側からの粘結剤の除去速度に差が生じる。従って、熱処理の昇温及び降温の速度を大きくすると、燃料コンパクト１にひび割れなどの欠陥が生じるおそれがあるため、このひび割れを防止するために、時間を掛けて昇温及び降温を繰り返していたため、熱処理を短縮することが不可能であった。
特開２０００−２８４０８４号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、除去された粘結剤を速やかに排出すると共に燃料コンパクトの外周面と内周面の窒素濃度を均一化させることにより、作業時間を短縮して効率を高めることができる燃料コンパクトの製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、予備焼成炉と、この予備焼成炉内に配置され予備焼成すべき燃料コンパクトを載置する黒鉛トレーと、この黒鉛トレーに載置された燃料コンパクトに不活性ガスを供給する供給ノズルとを備えた燃料コンパクトの予備焼成装置において、黒鉛トレーは、燃料コンパクトが装填される装填部を有し、この装填部は、燃料コンパクトの軸線を水平方向に向けて燃料コンパクトを支持し、かつ、装填部内に載置された燃料コンパクトに供給されるべき不活性ガスを導入する不活性ガス供給口と不活性ガス供給口に連通する不活性ガス排出口とを有していることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上記第１の解決手段において、装填部は、燃料コンパクトの外径よりも１〜１０ｍｍ大きい内径を有することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２のいずれかの解決手段において、黒鉛トレーは複数の装填部を有し、これらの複数の装填部は複数の燃料コンパクトの軸線が交差しないように複数の燃料コンパクトを並べて載置できることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第１乃至第３のいずれかの解決手段において、黒鉛トレーは、１つの装填部内に複数の燃料コンパクトを、前記複数の燃料コンパクトの中心軸線が一致するように直列させて縦列配置できることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、上記第１乃至第４のいずれかの解決手段において、黒鉛トレーは、隣り合う装填部間を遮蔽する遮蔽壁を有していることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第６の手段として、上記第１乃至第５のいずれかの解決手段において、装填部は、底面に燃料コンパクトを固定するための溝が形成されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第７の手段として、上記第１乃至第６のいずれかの解決手段において、供給ノズルは、各装填部の不活性ガス供給口毎にガス噴出口を有していることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第８の手段として、上記第１乃至第７のいずれかの解決手段において、複数の黒鉛トレーが、装填部が並列するように横方向に隣接して配置されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第９の手段として、上記第１乃至第８のいずれかの解決手段において、複数の黒鉛トレーが、前列の黒鉛トレーの装填部の不活性ガス排出口が次列の黒鉛トレーの装填部の不活性ガス供給口に縦列して連結するように縦方向に隣接して配置されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１０の手段として、上記第１乃至第９のいずれかの解決手段において、複数の黒鉛トレーが、上下方向に複数段重ねて設置されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置を提供するものである。

また、本発明は、上記の課題を解決するために、上記第１乃至第１０の解決手段を使用した下記の解決手段をも提供するものである。即ち、本発明は、上記の課題を解決するための第１１の手段として、燃料コンパクトを黒鉛トレーに載置して予備焼成炉内に設置し、この黒鉛トレーに載置された燃料コンパクトに不活性ガスを供給する燃料コンパクトの予備焼成方法において、燃料コンパクトを、黒鉛トレーに形成された装填部に燃料コンパクトの軸線を水平方向を向けて載置して、装填部に形成された不活性ガス供給口から装填部内に載置された燃料コンパクトに不活性ガスを供給すると共に、不活性ガス供給口に連通する不活性ガス排出口から不活性ガスを排出することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１２の手段として、上記第１１の解決手段において、装填部を、燃料コンパクトの外径よりも１〜１０ｍｍ大きい内径に設定することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１３の手段として、上記第１１又は第１２のいずれかの解決手段において、黒鉛トレーに複数の装填部を形成し、複数の燃料コンパクトの軸線が交差しないように複数の燃料コンパクトを並べて複数の装填部内に載置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１４の手段として、上記第１１乃至第１３のいずれかの解決手段において、１つの装填部内に複数の燃料コンパクトを同心円上に直列させて縦列配置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１５の手段として、上記第１１乃至第１４のいずれかの解決手段において、隣り合う装填部間を遮蔽壁で遮蔽するすることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１６の手段として、上記第１１乃至第１５のいずれかの解決手段において、装填部の底面に形成された溝により、燃料コンパクトを固定することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１７の手段として、上記第１１乃至第１６のいずれかの解決手段において、各装填部の不活性ガス供給口毎に不活性ガスを供給することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１８の手段として、上記第１１乃至第１７のいずれかの解決手段において、装填部が並列するように複数の黒鉛トレーを横方向に隣接して配置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第１９の手段として、上記第１１乃至第１８のいずれかの解決手段において、前列の黒鉛トレーの装填部の不活性ガス排出口が次列の黒鉛トレーの装填部の不活性ガス供給口に縦列して連結するように、複数の黒鉛トレーを縦方向に隣接して配置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第２０の手段として、上記第１１乃至第１９のいずれかの解決手段において、複数の黒鉛トレーを、上下方向に複数段重ねて設置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法を提供するものである。

本発明によれば、上記のように、燃料コンパクトを、不活性ガス供給口及び不活性ガス排出口とを有する装填部内に横向きにして設置しているため、不活性ガス供給口から装填部内部の燃料コンパクトに供給された不活性ガスが、装填部内で燃料コンパクトの周囲や中空部内を通って、除去された粘結剤と共に不活性ガス排出口から円滑に排出されるため、除去された粘結剤が装填部内部に残留することがなく、炉外排出口まで速やかに移動すると共に、燃料コンパクトの外周面と中空部の内周面との間での窒素濃度を均一化させて、処理時間の短縮による作業効率の向上を実現することができる実益がある。

この場合、本発明によれば、上記のように、装填部を、燃料コンパクトの外径よりも１〜１０ｍｍ程度大きい内径に適切に設定しているため、不活性ガスの充分な流量を確保しつつ、装填部の大型化による装填効率の低下を防止しているため、多数の燃料コンパクトを適切に予備焼成して、作業効率を向上させることができる実益がある。

同様に、本発明によれば、上記のように、１つの黒鉛トレーに複数の装填部を形成し、また、各装填部内に複数の燃料コンパクトを載置することができる上に、この黒鉛トレーを予備焼成炉内に縦方向及び横方向並びに上下方向に並べて複数設置しているため、多数の燃料コンパクトを同時に予備焼成して、作業効率を向上させることができる実益がある。

また、本発明によれば、上記のように、隣り合う装填部間を遮蔽しているため、不活性ガス供給口から供給された不活性ガスが、装填部内から他へ拡散することなく、除去された粘結剤と共に、確実に不活性ガス排出口から装填部外へ排出される実益がある。

本発明によれば、上記のように、装填部内に溝を形成しているため、燃料コンパクト１を装填部内で適切に位置決めして整列させることができると同時に、黒鉛トレーに載置された燃料コンパクトの予備焼成炉内への搬送時や予備焼成作業中等に、円筒形状の燃料コンパクトが装填部内で回転等して破損等するのを防止することができる実益がある。

本発明によれば、上記のように、各不活性ガス供給口毎に、供給ノズルにより不活性ガスを供給しているため、複数の装填部内に載置された燃料コンパクトに不活性ガスを同時にかつ確実に供給して効率良く作業をすることができると共に、装填部内に供給された不活性ガスを除去された粘結剤と共に強制的な流れにより不活性ガス排出口から排出することができる実益がある。

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１乃至図３は、本発明の予備焼成装置１０により燃料コンパクト１を予備焼成方法を実施する状態を示し、この予備焼成装置１０は、図２に示すように、予備焼成炉１２と、この予備焼成炉１２内に配置され予備焼成すべき燃料コンパクト１を載置する黒鉛トレー１４と、この黒鉛トレー１４に載置された燃料コンパクト１に不活性ガスを供給する供給ノズル１６とを備えている。

この予備焼成装置１０は、黒鉛トレー１４に載置された燃料コンパクト１を予備焼成炉１２内に設置し、供給ノズル１６から予備焼成炉１２内に窒素ガス等の不活性ガスを供給して、この窒素雰囲気等の不活性雰囲気中で、約８００℃の条件の下、燃料コンパクトから粘結剤を完全に除去するために昇温及び降温を含めて熱処理を行う。燃料コンパクト１から除去された粘結剤は、不活性ガスと共に、予備焼成炉１２に形成された炉外排出口１２Ａから外部に排出される。

本発明においては、黒鉛トレー１４は、図１及び図３に示すように、燃料コンパクト１が装填される装填部１８を有し、この装填部１８は、図１及び図３に示すように、燃料コンパクト１の軸線を水平方向に向けて燃料コンパクト１を支持する。即ち、燃料コンパクト１を黒鉛トレー１４に垂直に立てた状態とする従来技術と異なり、本発明では、燃料コンパクト１は、横に寝かせた状態で装填される。

また、この装填部１８は、図１及び図３に示すように、装填部１８内に載置された燃料コンパクト１に供給されるべき不活性ガスを導入する不活性ガス供給口２０と、この不活性ガス供給口２０に連通する不活性ガス排出口２２とを有している。即ち、装填部１８は、特に、図１に示すように、筒状の形状を有し、その両端に、流体の入り口と出口として、不活性ガス供給口２０と不活性ガス排出口２２とが形成されている。このため、この装填部１８内には、この不活性ガス供給口２０を通じて、図３に示すように、後述する供給ノズル１６により窒素ガス等の不活性ガスが供給され、このようにして装填部１８内に供給された不活性ガスは、装填部１８において不活性ガス供給口２０の反対側に形成された不活性ガス排出口２２から装填部１８外へ排出される。

また、黒鉛トレー１４には、図１及び図３に示すように、複数の装填部１８が形成される。これらの複数の装填部１８は、図１及び図３に示すように、複数の燃料コンパクト１の軸線が交差しないように複数の燃料コンパクト１を並べて載置できる。より具体的には、図示の実施の形態では、図１及び図３に示すように、複数の装填部１８が相互に平行となるように形成され、これらの各装填部１８により、複数の燃料コンパクト１が、装填部１８の不活性ガス供給口２０及び不活性ガス排出口２２から端面が外部に臨むようにして、横方向に並んで載置される。図示の実施の形態では、横方向に８列の装填部１８が形成されているのが示されているが、装填部１８の個数（列数）には、特に限定はなく、黒鉛トレー１４の運搬等の取扱いに影響を与えない範囲で、処理効率を考慮して、適宜設定することができる。

また、この装填部１８は、特に図１に示すように、１つの装填部１８内に複数の燃料コンパクト１を、複数の燃料コンパクトの中心軸線が一致するように直列させて縦列配置できるように形成されている。具体的には、装填部１８の長手方向の長さを、複数の燃料コンパクト１の長さに合わせて設定して、形成することができる。具体的には、図示の実施の形態では、１つの装填部１８に４つの燃料コンパクト１を縦列載置することができる。なお、この１つの装填部１８に載置する燃料コンパクト１の個数には、特に限定はなく、処理効率及び黒鉛トレー１４の取扱性を考慮した上で必要に応じて適宜相対的に設定することができ、例えば、装填部１８自体の長さを長く設定することにより、図１に示す燃料コンパクト１と同じ長さの燃料コンパクト１を５個以上載置できるようにすることもできるし、装填部１８の長さ自体は図１に示す状態から変更することなく、１つ当たり長さが長い燃料コンパクト１を２つ、あるいは、３つ装填部１８内に縦列させることができる。

但し、いずれの場合にも、特に、図１及び図３に示す中空部１Ａを有する燃料コンパクト１にあっては、縦に並んだ複数の燃料コンパクト１間で、その中空部１Ａが整列するように設定することが重要である。即ち、１つの装填部１８内に複数の燃料コンパクト１を装填しても、装填部１８の不活性ガス供給口２０と不活性ガス排出口２２とが連通するように設定して、後述する供給ノズルにより供給された不活性ガスを、装填部１８外へ確実に排出するためである。

この場合、各装填部１８の底面に、燃料コンパクトを固定するための図示しない溝を形成することが望ましい。具体的には、各装填部１８の底面に約５ｍｍ〜１０ｍｍ幅の溝を長手方向に延びるようにして、形成することができる。これにより、燃料コンパクト１を装填部１８内で適切に位置決めすることができる上に、その結果、特に、複数の燃料コンパクト１を縦列させる場合には、適切に中空部１Ａを整列させることができる。同時に、黒鉛トレー１４に載置された燃料コンパクト１の予備焼成炉１２内への搬送時や予備焼成作業中等に、円筒形状の燃料コンパクト１が装填部１８内で回転等して破損等するのを防止することもできる。

この場合、この装填部１８は、燃料コンパクト１の外径よりも１〜１０ｍｍ大きい内径に設定することが好ましい。より具体的には、図１（Ａ）に示すように、不活性ガス供給口２０、不活性ガス排出口及びこれらの間に形成される装填部１８の内径の全てを、燃料コンパクト１の外径よりも１〜１０ｍｍ大きく設定して、装填部１８を円筒形状に形成することにより対応することができる。これは、装填部１８の内径が、１ｍｍよりも小さいと装填部１８内で燃料コンパクト１の外周面１ａに供給される不活性ガスが低減する一方、１０ｍｍよりも大きく設定すると、１つの同じ大きさの黒鉛トレー１４に形成できる装填部１８の個数（列数）、ひいては、載置できる燃料コンパクト１の数量が低減し、いずれにしろ、処理効率が低下するためである。

また、これらの複数の装填部１８を設定する場合には、黒鉛トレー１４は、図１及び図３に示すように、隣り合う装填部１８間を遮蔽する遮蔽壁２４を設置することが望ましい。これにより、とある装填部１８に、不活性ガス供給口２０を通じて供給された不活性ガスは、その装填部１８内から他へ拡散することなく、各装填部１８へ効率よく集中的に供給され、また、燃料コンパクト１から除去された粘結剤と共に、その装填部１８の不活性ガス排出口から装填部１８外へ確実に排出される。

更に、本発明の予備焼成装置１０では、上記の装填部１８を有する黒鉛トレー１４が、図２及び図３に示すように、予備焼成炉１２内に複数設置される。この場合、まず、図３に示すように、複数の黒鉛トレー１４を、その装填部１８が並列するように横方向に隣接して配置することができる。例えば、図３に示すように、８列の装填部１８を有する黒鉛トレー１４を、横方向に２つ並べることにより、合計１６列の装填部１８を設定することができる。

また、黒鉛トレー１４は、このように、横方向（燃料コンパクト１の幅方向）だけではなく、縦方向（燃料コンパクト１の軸線方向）にも縦列して複数設置することができる。具体的には、図２に示すように、複数の黒鉛トレー１４を、前列の黒鉛トレー１４Ａの装填部１８の不活性ガス排出口２２Ａが、次列の黒鉛トレー１４Ｂの装填部１８の不活性ガス供給口２０Ｂに縦列して連結するように縦方向に隣接して配置することができる。この縦列設置関係は、図２に示すように、３つ以上の黒鉛トレー１４を縦方向（燃料コンパクト１の軸線方向）に縦列させる場合においては、第２列目以降の黒鉛トレー１４間でも同様に維持し、例えば、図２に示す第２列目の黒鉛トレー１４Ｂと、第３列目の黒鉛トレー１４Ｃとの間においても、前列（第２列）の黒鉛トレー１４Ｂの装填部１８の不活性ガス排出口２２Ｂが、次列（第３列）の黒鉛トレー１４Ｃの装填部１８の不活性ガス供給口２０Ｃに縦列して連結するように縦方向に隣接して配置する。

このように、全ての黒鉛トレー１４間で不活性ガス供給口２０と不活性ガス排出口２２との連通させることにより、燃料コンパクト１の軸線方向に複数の黒鉛トレー１４を縦列させても、最前列の黒鉛トレー１４Ａの不活性ガス供給口２０Ａから供給された不活性ガスを、除去された粘結剤と共に、最後列の黒鉛トレー１４Ｃの不活性ガス排出口２２Ｃから確実に排出することができる。

更には、この黒鉛トレー１４は、図２及び図３に示すように、上下方向に複数段重ねて設置することもできる。この場合、重ねるべき段数には、特に限定はなく、予備焼成炉１２の大きさ及び各黒鉛トレー１４の高さとの関係で適宜相対的に決定することができ、例えば、図２に示すように７段重ねとすることも、図３に示すように３段重ねとすることもできる。以上により、複数の装填部１８を有する黒鉛トレー１４を、予備焼成炉１２内に縦方向及び横方向並びに上下方向に並べて複数設置することができ、多数の燃料コンパクトを同時に予備焼成して、作業効率を向上させることができる。

一方、供給ノズル１６は、図３に示すように、各装填部１８の不活性ガス供給口２０毎にガス噴出口１６ａを有している。具体的には、予備焼成炉１２内に導入された供給管２６を、予備焼成炉１２内で分岐して、各不活性ガス供給口２０に対抗する位置にガス噴出口１６ａが臨むように、複数の供給ノズル１６を設定する。

これにより、複数の装填部１８内に載置された燃料コンパクト１に不活性ガスを同時にかつ確実に供給して効率良く作業をすることができると共に、装填部１８内に供給された不活性ガスを除去された粘結剤と共に強制的な流れにより不活性ガス排出口２２から排出することができ、除去された粘結剤が装填部１８内部に残留することがなく、炉外排出口１２Ａまで速やかに移動すると共に、燃料コンパクト１の外周面１ａと中空部１Ａの内周面１ｂとの間での窒素濃度が均一となり、燃料コンパクト１のひび割れ等のおそれが低減するため、処理時間の短縮による作業効率の向上を実現することができる。なお、不活性ガス排出口２２から、除去された粘結剤と共に排出された不活性ガスを予備焼成炉１２外へ円滑に排出するため、炉外排出口１２Ａは、図２に示すように、予備焼成炉１２内において、黒鉛トレー１４を挟んで、この供給ノズル１６とは反対側の位置に設けることが望ましい。

次に、本発明の実施例について説明すると、内側寸法で幅２６０ｍｍ、奥行き１６０ｍｍ、高さ３９ｍｍの黒鉛トレー１４に、内径（不活性ガス供給口２０及び不活性ガス排出口２２の直径）が２９ｍｍの装填部１８を８列形成した。また、これらの各装填部１８内に（１つの装填部１８内に）、外径約２７ｍｍ、中空部１Ａの内径が約１０ｍｍ、高さが約４０ｍｍの燃料コンパクト１を、４個を一列にして載置し、１つの黒鉛トレー１４当たりに、３２個の燃料コンパクトを載置した。なお、隣り合う装填部１８間には、厚さ約２．５ｍｍの遮蔽壁２４を形成した。その上で、この黒鉛トレー１４を、図２に示すように、縦方向（燃料コンパクト１の軸線方向）に３列、高さ方向に７段重ねて合計６７２個の燃料コンパクト１を予備焼成炉１２内に装荷した。

また、供給ノズル１６は、外部に臨む不活性ガス供給口２０に対応する位置に、不活性ガス供給口２０と同数となるように設置した。即ち、横方向に８列、高さ方向に７段の合計５６個の供給ノズル１６を設置した。なお、この場合、縦方向（燃料コンパクト１の軸線方向）に縦列させた３列の黒鉛トレー１４は、全て密着させて設置し、最前列の黒鉛トレー１４Ａの不活性ガス供給口２０Ａから供給された不活性ガスが、黒鉛トレー１４の３列分（合計４個×３列で、１２個の燃料コンパクト１）を通った後に、最後列の黒鉛トレー１４Ｃの不活性ガス排出口２２Ｃから、装填部１８外へ排出されるように設定した。なお、各供給ノズル１６のガス噴射口１６ａから各装填部１８内に噴射された不活性ガスは、燃料コンパクト１から除去された粘結剤と共に、不活性ガス排出口２２Ｃから強制的に予備焼成炉１２内に排出され、次いで、予備焼成炉１２の炉外排出口１２Ａから炉外へ排出される。

以上の状態で、燃料コンパクト１を、５Ｌ／ｍｉｎの窒素を供給しながら、窒素雰囲気中で約８００℃で予備焼成し、昇温及び降温を含め約２日間熱処理を行った。熱処理された後の燃料コンパクト１を回収して、状態を確認したところ、熱処理時間を従来よりも１日も短縮したにも拘わらず、ひび割れ等の欠損は確認されなかった。また、熱処理の前後での燃料コンパクト１の重量の減少量は、従来の予備焼成と同程度であり、時間を短縮しつつ、燃料コンパクト１中に含有されていた粘結剤を全て除去することができた。

本発明は、中空円筒形状の燃料コンパクトの他、中実円筒形状の燃料コンパクト、更には、装填部の形状を適宜設定することにより様々な形状の燃料コンパクトの予備焼成に広く適用することができる。

図１は、本発明に使用される黒鉛トレーを示し、同図（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）はその正面図である。 本発明の予備焼成装置の概略縦断面図である。 図３は、本発明に使用される供給ノズルの設置状態を示し、同図（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）はその正面図である。 図４は、従来の黒鉛トレーを示し、同図（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）はその側面図である。 従来の予備焼成装置の概略立て断面図である。

符号の説明

１ 燃料コンパクト
１Ａ 燃料コンパクトの中空部
１ａ 燃料コンパクトの外周面
１ｂ 燃料コンパクトの中空部の内周面
１０ 予備焼成装置
１２ 予備焼成炉
１２Ａ 炉外排出口
１４ 黒鉛トレー
１６ 供給ノズル
１６ａ ガス噴射口
１８ 装填部
２０ 不活性ガス供給口
２２ 不活性ガス排出口
２４ 遮蔽壁
２６ 供給管

Claims (20)

1. 予備焼成炉と、前記予備焼成炉内に配置され予備焼成すべき燃料コンパクトを載置する黒鉛トレーと、前記黒鉛トレーに載置された燃料コンパクトに不活性ガスを供給する供給ノズルとを備えた燃料コンパクトの予備焼成装置において、前記黒鉛トレーは、前記燃料コンパクトが装填される装填部を有し、前記装填部は、前記燃料コンパクトの軸線を水平方向に向けて前記燃料コンパクトを支持し、かつ、前記装填部内に載置された前記燃料コンパクトに供給されるべき前記不活性ガスを導入する前記不活性ガス供給口と前記不活性ガス供給口に連通する不活性ガス排出口とを有していることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
2. 請求項１に記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、前記装填部は、燃料コンパクトの外径よりも１〜１０ｍｍ大きい内径を有することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、前記黒鉛トレーは複数の前記装填部を有し、前記複数の装填部は複数の前記燃料コンパクトの軸線が交差しないように複数の前記燃料コンパクトを並べて載置できることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、前記黒鉛トレーは、１つの前記装填部内に複数の前記燃料コンパクトを、前記複数の燃料コンパクトの中心軸線が一致するように直列させて縦列配置できることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、前記黒鉛トレーは、隣り合う前記装填部間を遮蔽する遮蔽壁を有していることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、前記装填部は、底面に前記燃料コンパクトを固定するための溝が形成されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、前記供給ノズルは、前記各装填部の前記不活性ガス供給口毎にガス噴出口を有していることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、複数の前記黒鉛トレーが、前記装填部が並列するように横方向に隣接して配置されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、複数の前記黒鉛トレーが、前列の前記黒鉛トレーの前記装填部の前記不活性ガス排出口が次列の前記黒鉛トレーの前記装填部の前記不活性ガス供給口に縦列して連結するように縦方向に隣接して配置されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成装置であって、複数の前記黒鉛トレーが、上下方向に複数段重ねて設置されていることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成装置。
11. 燃料コンパクトを黒鉛トレーに載置して予備焼成炉内に設置し、前記黒鉛トレーに載置された燃料コンパクトに不活性ガスを供給する燃料コンパクトの予備焼成方法において、前記燃料コンパクトを、前記黒鉛トレーに形成された装填部に前記燃料コンパクトの軸線を水平方向を向けて載置して、前記装填部に形成された不活性ガス供給口から前記装填部内に載置された前記燃料コンパクトに前記不活性ガスを供給すると共に、前記不活性ガス供給口に連通する不活性ガス排出口から前記不活性ガスを排出することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
12. 請求項１１に記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、前記装填部を、前記燃料コンパクトの外径よりも１〜１０ｍｍ大きい内径に設定することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
13. 請求項１１又は請求項１２のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、前記黒鉛トレーに複数の前記装填部を形成し、複数の前記燃料コンパクトの軸線が交差しないように前記複数の燃料コンパクトを並べて前記複数の装填部内に載置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
14. 請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、１つの前記装填部内に複数の前記燃料コンパクトを同心円上に直列させて縦列配置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
15. 請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、隣り合う前記装填部間を遮蔽壁で遮蔽するすることを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
16. 請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、前記装填部の底面に形成された溝により、前記燃料コンパクトを固定することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
17. 請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、前記各装填部の前記不活性ガス供給口毎に不活性ガスを供給することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
18. 請求項１１乃至請求項１７のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、前記装填部が並列するように複数の前記黒鉛トレーを横方向に隣接して配置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
19. 請求項１１乃至請求項１８のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、前列の前記黒鉛トレーの前記装填部の前記不活性ガス排出口が次列の前記黒鉛トレーの前記装填部の前記不活性ガス供給口に縦列して連結するように、複数の前記黒鉛トレーを縦方向に隣接して配置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
20. 請求項１１乃至請求項１９のいずれかに記載された燃料コンパクトの予備焼成方法であって、複数の前記黒鉛トレーを、上下方向に複数段重ねて設置することを特徴とする燃料コンパクトの予備焼成方法。
    

Images