JP5275813B2 - 核燃料ペレットをスクリーニングするための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は核燃料要素として使用される燃料棒の製造に関し、詳細には燃料棒にペレットを充填することに関する。より具体的には、本発明はペレットを燃料棒被覆管内に挿入する前に整列させるステップに関する。

より一般的には本発明は、ばら積みされた貯蔵装置から出した円柱状物体を整列することに関する。本発明は、貯蔵されていたボートから出した円柱状物体を整列させるとともに、それらに混じっている、特に燃料ペレットの破片などの成分を除去するための装置と方法とに関する。

核燃料の製造においてペレットは、例えば特許文献１に記載されているように、粉体をプレスした後に高温で焼結することにより製造される。焼結は、プレスされたペレットが無作為に配置されうる耐火ボート内で行われる。焼結されたペレットは、場合によっては貯蔵された後、次いで研磨され、換言すれば被覆管の寸法に調製され、多数の中間検査（寸法検査など）の後、最終的に被覆管内に挿入されて燃料棒を形成する。

したがって、製造法を事実上連続的に進行させるためには、ボートにばら積みで貯蔵されたペレットは整列されなければならない。例えば特許文献２には、ペレットが注入される振動ボウルを用いたペレットの整列について記載している。このようなボウルは従来から使用されており、残留物の存在が最小になるようにすることが可能である。特許文献３を参照されたい。さらに別のステップでは、例えばコンベヤに沿ったペレットの移動を含んでおり、具体的には特許文献４に記載されているように、ベルトまたは「二重ワイヤ（ｄｕａｌ ｗｉｒｅ）」を備えている。

例えばペレットが適正位置になかったとき、および／または破片や粉塵がコンベヤに堆積したときに、故障および閉塞が起こり得ることは明らかであり、これらの事象は、それが引き起こす運転停止を考慮した費用および時間の観点のみでなく、閉塞が生じたために仕様を満足するペレットが排除されることにおいて不利益を生じうる。

したがって、特に研磨前にペレットが整列されるときに、可能な限り早期にペレットの破片、小片、および粉塵の量を制限し、製造ラインが閉塞するリスクを低下することが望ましい。既存装置でこれらの条件を全て満足できるものはない。
仏国特許第２８２５３０７号明細書 仏国特許第２６６７３９８号明細書 特許第１００２９７１９号公報 仏国特許第２７７９１３４号明細書 特許第１３１８９９６号公報

本発明は、既存の装置の欠点を克服することを提案し、上記の目的を達成できるシステムに関する。

より一般的には本発明の目的は、ばら積みで貯蔵された概ね均一な円柱状物体を分離して、それらを区分し、特定の仕様を満足するもののみを保持し、残りは収集システムに排出し、さらに合格品を整列させるシステムである。このシステムは、具体的には核燃料ペレットに対して適用可能であり、グローブボックス内に設置可能であり、自動運転可能である。

本発明の態様の１つによれば、本発明はコンベヤシステムに関するものであり、場合によって上流側に振動コリダ（ｃｏｒｒｉｄｏｒ）を備え、その振動コリダの下流側に、物体の移動方向に沿って、振動台によって動かされることが好ましい少なくとも２つのスクリーンの配列を備える。スクリーンを振動させる手段は独立しており、例えばそれぞれに対して異なる移動速度を出せるようにされている。例えば、少なくとも２つのスクリーンは垂直方向（実際には移動方向に直角方向）に沿って互いに離隔され、装置上を移動する円柱状物体は不連続的に動いてそれらが転回され得る。

移動速度以外では２つのスクリーンは同等であることが有利であり、水平のバーで構成される。バーの軸は物体の移動方向と平行であり、物体の寸法に適したピッチ、好ましくはバーの直径に等しいピッチで離隔される。垂直方向の間隔以外には、第１のスクリーンのバーが第２のスクリーンの空隙部に向い合うように、２つのスクリーンは水平方向に２分の１ピッチずらすと有利である。

各スクリーンには回収容器が付置されることが有利であり、場合によっては２つのスクリーンに単一のポットが付置され、それによってバーの間を通過した破片が回収されうるようにする。

本発明によるコンベヤは、下流側には円柱状物体を整列させることができる振動ボウルが付置され、上流側にはこれらの物体の貯蔵容器を反転させるために用いる装置が付置されることが好ましい。

別の態様によれば、本発明の目的はばら積みで貯蔵された円柱状物体を整列させるとともに、特に円柱状物体からの破片および粉塵をコンベヤから除去し、好ましくはそれらを付置されたポットに回収することにより、所定の寸法に基づいて物体の一次選別を行うための方法である。この方法は、場合によっては２重の、具体的には軸方向に平行に整列して間隔をおいたバーである、振動スクリーンを備える第１の搬送要素に物体を配置するステップと、好ましくは第１のスクリーンと同等でありバーの第１の層とは垂直方向に離され水平面にずれている第２のスクリーンに向けて第１のスクリーンを振動することによって物体を移動するステップと、物体が転回させられる可能性のあるシュートによって第２のスクリーン上に移転されることと、有利には第１のスクリーンよりも速い速度で、第２のスクリーンの振動によってその上の物体を移動するステップと、を含む。

この方法は、核燃料ペレットを振動ボウルに輸送することによって系統的な整列が可能となるので、密閉された環境内において、反転された貯蔵ボートから取り出された核燃料ペレットのために使用されることが好ましい。

本発明の特徴および利点は、添付された図面を参照して以下の説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。添付された図面は例示することを目的として与えられたものであり、決して発明を限定するものではない。

核燃料ペレットはプレスされると、焼結炉に挿入可能なボートなどの貯蔵システム内に配置される。好ましい１つの実施形態によれば、具体的には、ボートは９〜１２ｋｇのばら積みペレット、換言すれば無秩序なペレットを収納する。

焼結されたペレットは、実施例として単純に与えられた１つの好都合な態様によれば、直径８〜９．５ｍｍ、長さ１１〜１２ｍｍの円柱回転体であり、重量は６〜８ｇの間にある。ペレットは焼結の間に破損することがあり、多かれ少なかれ微粒子状残留物を生成し、それはほとんど常に貯蔵ペレットと混在する。

このように製造されたペレットを核燃料棒内に挿入しようとするときには、既存のシステムによれば従来の機械的装置を用いて、ボートがベルトコンベヤの上で反転される。図１に示したように、従来技術によるベルトコンベヤ１は、注入口注入口４を使用してボート３の収納物を振動ボウル２に供給する。コンベヤ供給ベルト１は、例えば３相モータ６を用いて、ばら積みされたペレット５を振動ボウル２まで動かし、進度は振動ボウル２の充填センサ７によって制御される。

ボウル２の形状と発生された振動とによって、ペレット５が整列される。ペレット５はボウル２の容器内部で回転するとともに傾斜路８を登り、このようにしてボウル２の出口まで搬送され、そこでコンベヤ９によって取り上げられ、このコンベヤがペレットを砥石車まで運ぶ。

現状の技術においても本発明によるシステムにおいても共に、これらの核燃料製造ステップはグローブボックスなどの密閉された環境内で自動的に実行され、人間による任意の必要な介入は遠隔的に実行されることが明らかである。

本発明によれば、従来のコンベヤ１および注入口４が置き換えられて、予備的な区分を行うために最小限の要求を満足するペレット５のみがボウル２内へ注入されて、汚染粉塵または破片が除去される。

具体的には、ペレットは単純なコンベヤ１の上に注入される代わりに、ペレットを散開できるコンベヤ装置１０の上で、ボート３が、既存の手段と同様とすることができる機械的手段によって徐々に反転させられ、ペレットの流れが調整される。図２Ａおよび２Ｂに示すように、コンベヤ装置は好ましくは上流側に上記コンベヤ１と類似したコリダ１２を備え、注入されたペレット全てをその表面に分配することが可能であるとともに、新しいボート３の呼び出しが遅れないようにする。

ペレット５から破片を除去できるように、振動コリダ１２はそこから延在する第１のスクリーン１４に供給する。また、ボート３の収納物を直接第１のスクリーン１４上に注入ことも可能である。具体的には第１のスクリーン１４は、金属製のバー１６の層であってその長さ方向の軸に沿って互いに平行で、バーの間隔は、全てのペレット５が回転可能であるがバー１６の間を落下する破片は除去されるように構成することができる。各バー１６の直径は適用目的に応じて６ｍｍ程度であって、その層のピッチも６ｍｍ程度であることが好ましい。

スクリーン１４は、バー１６が、連結された振動台１８を用いて振動されると有利であり、振動の振幅および周波数がペレット５の前進速度を決定する。このような移動システムは、例えば特許文献５に開示されているように、既知である。

本発明によればコンベヤ装置１０は第２のスクリーン２４をさらに備えており、それは第１のスクリーンと同種であることが有利であって、第２のスクリーンは第１のスクリーン１４から垂直方向下方にずれており、ペレット５が上方グリッド１４から下方グリッド２４に移動するときに、その終端部に達したペレット５を回転させる。第２のスクリーン２４は、ペレット５がスクリーン２４の上流側に「落下（ｆａｌｌ）」することができず、かつ破損しないように、第１のスクリーンからペレット５の長さより少し短い垂直距離ｄを離間されていることが好ましい。

第２のスクリーン２４のバー２６は、ペレット５が垂直方向のずれを越えるときに転回することを強いられるように、水平面でも２分の１ピッチずれて千鳥状である（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）ことが好ましい。したがって、装置１０の第１の部分１４で捕捉されずに通過しうる可能性がある、最大の破片も除去されうる。

第２のスクリーン２４は第１のスクリーンと同様に台２８によって振動されることが有利であるが、振動の周波数と振幅ｔｏは、第２のスクリーン２４上のペレットの移動速度が第１のスクリーン１４上の移動速度よりも速くなるように決められることが好ましい。このように速度を変えること、および落下による待ち時間があることによって、円柱状物体５は分離され、渋滞は起こらない。

したがって、本発明によればコンベヤ装置１０の下流部分１４、２４は、振動コリダから出力されたペレット５の流れから、全ての破片および粉塵を除去できる。例えば、破片は、スクリーン１４、２４の下部に配置された、充填センサを備えたポット３０内に回収されうる。

ペレットの構成部分であってプレス時に破損した残留物を破片と呼ぶが、例えばディスク（短小ペレット）および小破片（焼結時に破損したペレット）も含まれており、この装置１０の下流側でコンベヤ手段が閉塞するリスクを最小限にするように、ペレット５はスクリーン１４、２４のピッチに従って予備選別されうる。

図１に示される従来の技術のように、このように区分されたペレット５は注出口３４からボウル３２などの整列装置に注がれる。ボウル３２は、ペレットが上方から把持されうるように上端が開口しているらせん状旋回構造３８を備えることが有利である。この装置、すなわちコリダ１２、スクリーン１４、２４、およびボウル３２からなる組立体の出口におけるペレット５の流れは、毎秒２〜３．３ペレット（± ５％）に調整することができる。

既知の技術に従って、コンベヤ９（図１参照）が、整列したペレットをボウル３２の出口から砥石車まで運び、次いで直径検査システムなどから燃料棒が完成するまで運ぶと、好都合である。

既存の整列装置の概略を示す図である。 本発明によるシステムを示す図である。 本発明によるシステムを示す図である。

符号の説明

１ ベルトコンベヤ
２ 振動ボウル
３ 貯蔵システム
４ 注入口
５ 円柱状物体
６ ３相モータ
７ 充填センサ
８ 傾斜路
９ コンベヤ
１０ コンベヤ装置
１２ 振動コリダ
１４ 第１の振動スクリーン
１６ バー
１８ 振動手段
２４ 第２の振動スクリーン
２６ バー
２８ 振動手段
３０ ポット
３２ 整列装置
３４ 注出口
３８ らせん状旋回構造

Claims (12)

1. 核燃料ペレットなどのチップを含んでいる場合のある円柱状物体（５）を搬送するように設計され、少なくとも第１の振動スクリーン（１４）と第２の振動スクリーン（２４）とを備えるコンベヤ装置（１０）であって、それぞれのスクリーンは、振動によって前記物体の第１の方向への移動を可能とし、前記第１のスクリーン（１４）および前記第２のスクリーン（２４）は、一定間隔の平行なバー（１６、２６）で構成され、その長軸が前記第１の方向を形成し、これらバーは前記移動方向に沿って順次配置され、第２の垂直方向に沿って互いに離間し、前記第２のスクリーン（２４）上の移動速度が前記第１のスクリーン（１４）上の移動速度よりも速くなるように、各スクリーン（１４、２４）が互いに独立な振動手段（１８、２８）に連結された装置。
2. 各スクリーンのバーが同種であって、前記第２のスクリーン（２４）のバー（２６）が前記スクリーンの平面内で、前記第１のスクリーン（１４）の前記バー（１６）から２分の１ピッチずれている、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１のスクリーン（１４）の上流側に連結されたコリダ（１２）をさらに備え、前記第１のスクリーン（１４）に向う前記第１の方向に沿って円柱状物体（５）を移動できる、請求項１または２に記載の装置。
4. 少なくとも１つのポット（３０）をさらに備え、前記スクリーン（１４、２４）の間を通過するチップおよび粉塵を回収するように設計された、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記最後のスクリーン（２４）の下流側に振動ボウル（３２）をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 核燃料ペレットなどのチップを含んでいる場合のある円柱状物体（５）を整列する方法であって、円柱状物体を第１のスクリーン（１４）に配置する段階と、前記第１のスクリーン（１４）の終端に向う第１の方向に沿って前記第１のスクリーン（１４）を振動することによって物体（５）を移動する段階と、前記第１のスクリーン（１４）の下部に配置された第２のスクリーン（２４）上に円柱状物体（５）を落とす段階と、前記第２のスクリーン（２４）上の物体（５）をスクリーンの振動によって移動する段階とを含み、前記第２のスクリーン（２４）上の前記物体（５）の移動速度が、前記第１のスクリーン（１４）上の前記物体（５）の移動速度よりも速い方法。
7. 前記第２のスクリーン（２４）が、前記第１のスクリーン（１４）から垂直方向に前記物体（５）の長さよりも短い距離（ｄ）離されている、請求項６に記載の方法。
8. 各スクリーン（１４、２４）が、前記円柱状物体（５）の移動方向に沿って一定のピッチで離隔された平行なバー（１６、２６）で構成され、前記第２のスクリーン（２４）の前記バー（２６）が前記スクリーンの平面内で、前記第１のスクリーン（１４）内のバー（１６）から２分の１ピッチずれている、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記第２のスクリーン（２４）の下流側に配置された整列装置（３２）へ前記円柱状物体（５）を供給する段階をさらに備えた、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 貯蔵システム（３）から前記第１のスクリーン（１４）上に前記円柱状物体（５）を供給する段階をさらに備えた、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記スクリーン（１４、２４）を通過する間に円柱状物体からチップおよび粉塵を取り除く段階をさらに備えた、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 核燃料ペレットを整列するための、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置の使用。

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