JPH06265669A - Production of integrated fuel - Google Patents
Production of integrated fuelInfo
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- JPH06265669A JPH06265669A JP5053997A JP5399793A JPH06265669A JP H06265669 A JPH06265669 A JP H06265669A JP 5053997 A JP5053997 A JP 5053997A JP 5399793 A JP5399793 A JP 5399793A JP H06265669 A JPH06265669 A JP H06265669A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、原子力発電に用いる
一体型燃料の製造方法に関し、更に詳しくは、使用時
に、オーバーコート被覆燃料粒子を有してなる燃料部と
黒鉛粒子を有してなる燃料スリーブ部との間に割れや剥
離が発生しにくく、燃料内に生じる温度差の減少及び熱
伝達能の向上を図ることができる、原子力発電に好適な
一体型燃料の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an integrated fuel used for nuclear power generation, and more specifically, it has a fuel portion containing overcoated fuel particles and graphite particles when used. The present invention relates to a method for producing an integrated fuel suitable for nuclear power generation, which is unlikely to be cracked or separated from the fuel sleeve portion, and which can reduce a temperature difference generated in the fuel and improve heat transfer ability.
【０００２】[0002]
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来か
ら、高温ガス炉等における核燃料体には、オーバーコー
ト被覆燃料粒子を成形した燃料コンパクトが使用されて
いる。前記オーバーコート被覆燃料粒子は、被覆燃料粒
子の表面に黒鉛粉末及び熱硬化性樹脂等の結合剤からな
るマトリックス材をオーバーコートすることにより得ら
れる。前記被覆燃料粒子は、通常、ウラン、トリウム、
プルトニウム等の核燃料物質からなる燃料核の表面に、
炭化ケイ素、炭化ジルコニウム等のセラミックスや炭素
（例えば熱分解炭素）等をコートし、被覆層を形成する
ことにより得られる。前記被覆層は、原子炉運転中に生
じる核分裂生成物の放出を防止するための障壁層になる
等の、核燃料の健全性を保持する重要な機能を有する。2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel compact formed by forming overcoat-coated fuel particles has been used as a nuclear fuel body in a high temperature gas reactor or the like. The overcoated coated fuel particles can be obtained by overcoating the surface of the coated fuel particles with a matrix material including a binder such as graphite powder and a thermosetting resin. The coated fuel particles are usually uranium, thorium,
On the surface of the fuel core made of nuclear fuel material such as plutonium,
It can be obtained by coating ceramics such as silicon carbide and zirconium carbide, carbon (for example, pyrolytic carbon), and forming a coating layer. The cladding layer has an important function of maintaining the integrity of nuclear fuel, such as a barrier layer for preventing the release of fission products generated during the operation of a nuclear reactor.
【０００３】近時、かかるオーバーコート被覆燃料粒子
を有する燃料部に黒鉛焼成体である燃料スリーブ部が覆
設されてなり、前記燃焼部と前記燃料スリーブ部との間
が連続的かつ一体的に成形・焼成されてなる一体型燃料
が、核燃料体として好適に使用されている。Recently, a fuel sleeve portion, which is a fired graphite body, is covered with a fuel portion having such overcoat-coated fuel particles, and the space between the combustion portion and the fuel sleeve portion is continuously and integrally formed. The integrated fuel formed and fired is preferably used as a nuclear fuel body.
【０００４】ところで、この一体型燃料は、従来におい
ては以下のような方法により製造されていた。即ち、先
ず、結合剤を含有する黒鉛粉末からなる黒鉛粒子を調製
する。そして、例えば図２に示すような、中子６を有す
る円筒状のゴム製の型５に前記黒鉛粒子２を充填し、こ
れをラバープレス法に従い一次成形することにより、図
３に示す中空の燃料スリーブ部８を得る。次に、図４に
示すように、前記燃料スリーブ部８における中空部９に
オーバーコート被覆燃料粒子１を充填すると共に、前記
燃料スリーブ部８の両端部に、前記黒鉛粒子をプレス成
形して得た円盤状の端栓部７を配置する。その後、これ
を前記ゴム製の型５中で再びラバープレス法に従い二次
成形することにより、例えば図５に示すような、オーバ
ーコート被覆燃料粒子を有してなる燃料部１０と黒鉛粒
子を有してなる燃料スリーブ部８とを有する一体型燃料
の成形体３を得る。そして、この一体型燃料の成形体を
焼成した後、その外面を機械加工することにより、一体
型燃料を製造する方法である。By the way, this integrated fuel has been conventionally manufactured by the following method. That is, first, graphite particles made of graphite powder containing a binder are prepared. Then, for example, as shown in FIG. 2, a cylindrical rubber mold 5 having a core 6 is filled with the graphite particles 2, and the graphite particles 2 are primary-molded according to a rubber press method to obtain a hollow mold shown in FIG. The fuel sleeve portion 8 is obtained. Next, as shown in FIG. 4, the hollow particles 9 in the fuel sleeve portion 8 are filled with the overcoat-coated fuel particles 1, and the graphite particles are press-molded at both ends of the fuel sleeve portion 8. A disk-shaped end plug portion 7 is arranged. Then, this is re-molded again in the rubber mold 5 in accordance with the rubber pressing method to obtain the fuel portion 10 having the overcoat-covered fuel particles and the graphite particles as shown in FIG. 5, for example. The molded body 3 of the integrated fuel having the fuel sleeve portion 8 is obtained. Then, after firing the molded body of the integrated fuel, the outer surface of the molded body is machined to produce the integrated fuel.
【０００５】しかしながら、かかる従来における一体型
燃料の製造方法には、以下のような問題がある。即ち、
一体型燃料における燃料部と燃料スリーブ部とをそれぞ
れ別々に成形しているので、先に成形した燃料スリーブ
部と後から成形する燃料部との間に密度差が生じ、燃料
部と燃料スリーブ部との間に割れや剥離が発生しやすい
という問題である。前記割れや剥離の生じた一体型燃料
は、高温ガス炉等において使用する場合、一体型燃料内
に生じる温度差を減少させることができず、また熱伝達
能の向上を図ることもできないので好ましくない。However, such a conventional method for producing an integrated fuel has the following problems. That is,
Since the fuel portion and the fuel sleeve portion of the integrated fuel are molded separately, a density difference occurs between the fuel sleeve portion molded earlier and the fuel portion molded later, and the fuel portion and the fuel sleeve portion are formed. There is a problem that cracks and peeling are likely to occur between and. When used in a high temperature gas reactor or the like, the integrated fuel with cracks and peeling is preferable because it is not possible to reduce the temperature difference generated in the integrated fuel and it is also impossible to improve the heat transfer capacity. Absent.
【０００６】この発明は、前記問題を解決すると共に、
使用時に、オーバーコート被覆燃料粒子を有する燃料部
と黒鉛粒子を有するスリーブ部との間に割れや剥離が生
じにくく、燃料内に生じる温度差の減少及び熱伝達能の
向上を図ることができる、原子力発電に好適な一体型燃
料を簡便かつ容易に製造する、一体型燃料の製造方法を
提供することを目的とする。The present invention solves the above problems and
At the time of use, cracking or peeling is less likely to occur between the fuel part having the overcoat-coated fuel particles and the sleeve part having the graphite particles, and it is possible to reduce the temperature difference generated in the fuel and improve the heat transfer capacity, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an integrated fuel, which can easily and easily manufacture an integrated fuel suitable for nuclear power generation.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
にこの発明の発明者が鋭意検討を重ねた結果、以下の知
見を得た。即ち、特定のオーバーコート被覆燃料粒子及
び黒鉛粒子を型に充填し、これらを一体として同時に成
形し焼成すると、オーバーコート被覆燃料粒子を有して
なる燃料部と黒鉛粒子を有してなる燃料スリーブ部との
間に割れや剥離が生じにくい核燃料体を簡便かつ容易に
製造することができる。更に、この核燃料体は、その使
用時に燃料内に生じる温度差の減少及び熱伝達能の向上
を図ることができるので原子力発電に好適である。The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above-mentioned objects, and have obtained the following findings. That is, when a mold is filled with specific overcoat-coated fuel particles and graphite particles, and these are integrally molded and fired at the same time, a fuel portion having the overcoat-coated fuel particles and a fuel sleeve having the graphite particles are formed. It is possible to easily and easily manufacture a nuclear fuel body that is unlikely to be cracked or peeled off from a portion. Furthermore, this nuclear fuel body is suitable for nuclear power generation because it can reduce the temperature difference generated in the fuel during use and improve the heat transfer ability.
【０００８】この発明は、この発明者のかかる知見から
到達したものである。The present invention has been reached from the knowledge of the inventor.
【０００９】前記課題を解決するための請求項１に記載
の発明は、被覆燃料粒子の表面に黒鉛粉末及び結合剤を
有するマトリックス材をオーバーコートしてなるオ−バ
−コ−ト被覆燃料粒子と、黒鉛粉末を有してなる黒鉛粒
子とを、一体型燃料の型中に充填し、これを成形すると
共に焼成することを特徴とする一体型燃料の製造方法で
ある。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention as set forth in claim 1, is an overcoat-coated fuel particle obtained by overcoating the surface of the coated fuel particle with a matrix material having graphite powder and a binder. And a graphite particle containing graphite powder are filled in a mold of the integrated fuel, and the molded fuel is molded and fired.
【００１０】以下、この発明に係る一体型燃料の製造方
法につき詳細に説明する。The method for producing the integrated fuel according to the present invention will be described in detail below.
【００１１】（Ａ）オーバーコート被覆燃料粒子 この発明においては、被覆燃料粒子の表面に黒鉛粉末及
び熱硬化性樹脂等の結合材を有するマトリックス材をオ
ーバーコートしてなるオーバーコート被覆燃料粒子を用
いる。(A) Overcoat-Coated Fuel Particles In the present invention, overcoat-coated fuel particles obtained by overcoating the surface of the coated fuel particles with a matrix material having a binder such as graphite powder and a thermosetting resin are used. .
【００１２】前記被覆燃料粒子としては、例えば、高温
ガス炉等で使用する核燃料体に通常用いられているそれ
自体公知の被覆燃料粒子が挙げられる。前記被覆燃料粒
子の平均粒径としては、通常８００〜９００μｍであ
る。The coated fuel particles include, for example, the coated fuel particles known per se which are usually used for nuclear fuel bodies used in high temperature gas reactors and the like. The average particle size of the coated fuel particles is usually 800 to 900 μm.
【００１３】前記被覆燃料粒子は、核燃料物質からなる
燃料核の表面に、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム等のセ
ラミックスや炭素（熱分解炭素）等を被覆することによ
り被覆層を形成した粒子である。The coated fuel particles are particles in which a coating layer is formed by coating the surface of a fuel nucleus made of a nuclear fuel material with ceramics such as silicon carbide or zirconium carbide or carbon (pyrolytic carbon).
【００１４】前記被覆燃料粒子における燃料核は、ウラ
ン、トリウム、プルトニウム等を含有する核燃料物質か
らなる。これらとしては、例えば、平均粒径４００〜６
００μｍのウラン、トリウム、プルトニウム等の酸化物
粒子が挙げられる。The fuel nuclei in the coated fuel particles are made of a nuclear fuel material containing uranium, thorium, plutonium and the like. Examples of these include an average particle size of 400 to 6
Examples include oxide particles of 00 μm such as uranium, thorium, and plutonium.
【００１５】前記被覆燃料粒子における被覆層は、原子
炉運転中に生じる核分裂生成物の放出を防止するための
障壁層になる等の機能を有するので、高温ガス炉等で使
用される核燃料体においては、核燃料の健全性を保持す
る上で重要である。前記被覆層は、単層でもあるいは複
数層で形成されていてもよく特に制限はない。被覆層が
複数の層から形成されるものとしては、例えば、ＢＩＳ
Ｏ型、ＴＲＩＳＯ型等が挙げられる。前記被覆層の層厚
としては、通常１５０〜２５０μｍである。Since the coating layer of the coated fuel particles has a function as a barrier layer for preventing the release of fission products generated during the operation of a nuclear reactor, it is used in a nuclear fuel unit used in a high temperature gas reactor or the like. Is important in maintaining the integrity of nuclear fuel. The coating layer may be formed of a single layer or a plurality of layers and is not particularly limited. The coating layer formed of a plurality of layers includes, for example, BIS.
Examples include O type and TRISO type. The layer thickness of the coating layer is usually 150 to 250 μm.
【００１６】前記マトリックス材は、黒鉛粉末及び熱硬
化性樹脂等の結合剤を含有する。The matrix material contains a binder such as graphite powder and a thermosetting resin.
【００１７】前記黒鉛粉末としては、特に制限はなく、
それ自体公知のものを使用することができる。前記黒鉛
粉末の平均粒径としては、通常２０〜３０μｍである。The graphite powder is not particularly limited,
Known per se can be used. The average particle size of the graphite powder is usually 20 to 30 μm.
【００１８】前記結合剤としては、熱硬化性樹脂、熱軟
化性樹脂等を用いることができるが、焼成段階での成形
体の変形を防止するためには熱硬化性樹脂を用いるのが
好ましい。As the binder, a thermosetting resin, a thermosoftening resin or the like can be used, but it is preferable to use a thermosetting resin in order to prevent the deformation of the molded body during the firing step.
【００１９】前記熱硬化性樹脂としては、例えばフェノ
ール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、
ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が挙
げられる。これらの中で好ましいのはフェノール樹脂で
ある。この発明においては、前記熱硬化性樹脂が、アセ
トン煮沸加熱でのゲル残存物が７０重量％以上であるの
が好ましい。前記アセトン煮沸加熱でのゲル残存物が７
０重量％以上であると、プレス時の変形が少なく、十分
な効果が得られる。ただし、アセトン煮沸加熱でのゲル
残存物が７０重量％未満であっても、この発明の目的を
達成することができる。Examples of the thermosetting resin include phenol resin, urea resin, melamine resin, xylene resin,
Examples thereof include polyester resin, epoxy resin, urethane resin and the like. Of these, preferred is a phenol resin. In the present invention, the thermosetting resin preferably has a gel residue of 70% by weight or more when heated by boiling with acetone. The gel residue after heating with boiling acetone is 7
When the content is 0% by weight or more, the deformation during pressing is small and a sufficient effect can be obtained. However, the object of the present invention can be achieved even if the gel residue by heating with boiling acetone is less than 70% by weight.
【００２０】前記マトリックス材における前記黒鉛粉末
と前記熱硬化性樹脂との配合比（黒鉛粉末：熱硬化性樹
脂）としては、通常９：１〜６：４であり、好ましくは
８．５：１．５〜７：３である。前記配合比が前記範囲
内にないと、一体型燃料のプレス成形時、予備焼成時又
は焼成時に被覆燃料粒子が破損したり、一体型燃料にク
ラック等が発生することがある。The compounding ratio of the graphite powder and the thermosetting resin in the matrix material (graphite powder: thermosetting resin) is usually 9: 1 to 6: 4, preferably 8.5: 1. .5 to 7: 3. If the compounding ratio is not within the above range, the coated fuel particles may be damaged or the integrated fuel may be cracked during press molding of the integrated fuel, pre-firing or firing.
【００２１】なお、前記マトリックス材は、前記黒鉛粉
末及び前記熱硬化性樹脂の他に、添加剤を適宜含有して
いてもよい。In addition to the graphite powder and the thermosetting resin, the matrix material may appropriately contain additives.
【００２２】前記添加剤としては、例えばステアリン
酸、ステアリン酸亜鉛等の粉体成形に一般に用いられる
潤滑剤等が挙げられる。Examples of the additives include stearic acid, zinc stearate, and other lubricants generally used in powder molding.
【００２３】前記被覆燃料粒子の表面に前記マトリック
ス材をオーバーコートする方法としては、例えば、前記
被覆燃料粒子を前記マトリックス材の上で転動させなが
ら、これにエタノール等の溶媒を噴霧したり又は熱を加
えたりすることにより、前記被覆燃料粒子と前記マトリ
ックス材との間に粘着性を付与して、オーバーコートす
る方法が挙げられる。As a method for overcoating the surface of the coated fuel particles with the matrix material, for example, while rolling the coated fuel particles on the matrix material, a solvent such as ethanol is sprayed onto the coated fuel particles, or An example is a method in which heat is applied or the like to give tackiness between the coated fuel particles and the matrix material to perform overcoating.
【００２４】前記被覆燃料粒子の表面に前記マトリック
ス材をオーバーコートすることにより形成される前記マ
トリックス材からなる層の厚みとしては、通常５０〜２
００μｍであり、好ましくは７５〜１００μｍである。
前記層の厚みが、５０μｍよりも薄いと、被覆燃料粒子
のプレス成形時における保護層の意味をなさないことが
ある。一方、２００μｍよりも厚いと、一体型燃料のプ
レス成形時にクラックが発生したり、被覆燃料粒子が破
損したりすることがある。また、予備焼成時又は焼成時
においても同様に一体型燃料にクラックが発生すること
がある。The thickness of the layer made of the matrix material formed by overcoating the surface of the coated fuel particles with the matrix material is usually 50 to 2
The thickness is 00 μm, preferably 75 to 100 μm.
If the thickness of the layer is less than 50 μm, it may not serve as a protective layer during press molding of the coated fuel particles. On the other hand, if it is thicker than 200 μm, cracks may occur during press molding of the integrated fuel, or the coated fuel particles may be damaged. Also, cracks may similarly occur in the integrated fuel during pre-firing or firing.
【００２５】前記被覆燃料粒子の表面にオーバーコート
した前記マトリックス材を加熱すると、前記熱硬化性樹
脂が硬化して前記マトリックス材が熱硬化する。前記マ
トリックス材を熱硬化する際の加熱条件としては、前記
熱硬化性樹脂の種類及び量によって異なるが、例えばフ
ェノール樹脂の場合、通常、硬化温度が１３０〜２２０
℃、好ましくは１３０〜１７０℃であり、予熱時間が５
分〜１時間、好ましくは２０分〜４０時間である。When the matrix material overcoated on the surface of the coated fuel particles is heated, the thermosetting resin is cured and the matrix material is thermally cured. The heating conditions for thermosetting the matrix material vary depending on the type and amount of the thermosetting resin, but in the case of a phenol resin, for example, the curing temperature is usually 130 to 220.
℃, preferably 130-170 ℃, preheating time 5
Minutes to 1 hour, preferably 20 minutes to 40 hours.
【００２６】以上によりオーバーコート被覆燃料粒子を
得ることができる。By the above, the overcoated fuel particles can be obtained.
【００２７】（Ｂ）黒鉛粒子 この発明においては、黒鉛粉末を有してなる黒鉛粒子を
用いる。(B) Graphite Particles In the present invention, graphite particles containing graphite powder are used.
【００２８】前記黒鉛粒子は、例えば、結合剤を有する
黒鉛粉末を混合・撹拌し、ペレタイザー等の造粒機を用
いることにより得ることができる。The graphite particles can be obtained, for example, by mixing and stirring graphite powder having a binder and using a granulator such as a pelletizer.
【００２９】前記黒鉛粉末としては、特に制限はなく、
それ自体公知のものを使用することができる。例えば、
前記（Ａ）オーバーコート被覆燃料粒子において挙げた
ものを使用することができる。なお、この発明において
は、前記（Ａ）オーバーコート被覆燃料粒子において用
いる黒鉛粉末と同じものを使用するのが好ましい。前記
黒鉛粉末の平均粒径としては、通常２０〜３０μｍであ
るが、この発明においては、前記（Ａ）オーバーコート
被覆燃料粒子において使用する黒鉛粒子の平均粒径と同
じであることが好ましい。The graphite powder is not particularly limited,
Known per se can be used. For example,
The above-mentioned (A) overcoat-coated fuel particles can be used. In the present invention, it is preferable to use the same graphite powder as that used in the above (A) overcoat-coated fuel particles. The average particle size of the graphite powder is usually 20 to 30 μm, but in the present invention, it is preferably the same as the average particle size of the graphite particles used in the (A) overcoat-coated fuel particles.
【００３０】前記結合剤としては、前記（Ａ）オーバー
コート被覆燃料粒子において挙げたものを用いることが
できる。As the binder, those mentioned in the above (A) overcoat-coated fuel particles can be used.
【００３１】この発明においては、前記（Ａ）オーバー
コート被覆燃料粒子におけるマトリックス材と、黒鉛粒
子における黒鉛粉末及び結合剤とが同じ組成であると、
一体型燃料の成形体を焼成したときこれらを互いに均一
の組成にすることができる。その結果として、得られる
一体型燃料に割れや剥離等を生じるのを防ぐことができ
る。また、マトリックス材の調製を簡略化することがで
きる。In the present invention, when the matrix material in the (A) overcoat-coated fuel particles has the same composition as the graphite powder and the binder in the graphite particles,
When the molded body of the integrated fuel is fired, they can have a uniform composition with each other. As a result, it is possible to prevent the obtained integrated fuel from cracking or peeling. Moreover, the preparation of the matrix material can be simplified.
【００３２】なお、この発明においては、一体型燃料を
製造するのに必要な黒鉛粒子の量は、以下の式から算出
することができる。In the present invention, the amount of graphite particles required to produce an integrated fuel can be calculated from the following formula.
【００３３】必要な黒鉛粒子の量＝燃料スリーブ部の体
積×マトリックス密度目標値 以上により黒鉛粒子を得ることができる。Required amount of graphite particles = volume of fuel sleeve portion × target value of matrix density Graphite particles can be obtained by the above.
【００３４】（Ｃ）一体型燃料の製造 （Ｃ−ａ）充填 この発明においては、一体型燃料を成形する際に、先ず
前記オーバーコート被覆燃料粒子（Ａ）と前記黒鉛粒子
（Ｂ）とを、一体型燃料の型に充填する。(C) Manufacture of integrated fuel (Ca) Filling In the present invention, when molding an integrated fuel, first, the overcoat-coated fuel particles (A) and the graphite particles (B) are charged. , Filling the monolithic fuel mold.
【００３５】前記型としては、特に制限はないが、採用
する成形法に応じて適宜その材質、大きさ、形状等を選
択することができる。例えば、ラバープレス法を採用す
る場合には円筒形状のゴム製の型を好適に使用すること
ができる。The mold is not particularly limited, but its material, size, shape and the like can be appropriately selected according to the molding method adopted. For example, when the rubber pressing method is adopted, a cylindrical rubber mold can be preferably used.
【００３６】前記型に充填する方法としては、例えば、
図１に示す有底円筒形状のゴム製の型５における中空部
９内の底面から一定の高さまで、適宜選択した機器、例
えば薬さじ１１等を用いて黒鉛粒子２を充填する。次
に、オーバーコート被覆燃料粒子案内筒４の軸線と前記
中空部９の軸線とが一致するように、かつ、前記オーバ
ーコート被覆燃料粒子案内筒４の先端が先に充填した黒
鉛粒子２に接するように、前記オーバーコート被覆燃料
粒子案内筒４を前記中空部９内に挿入する。このオーバ
ーコート被覆燃料粒子案内筒４及び中空部９により挟ま
れる空間に黒鉛粒子２を充填する。また、オーバーコー
ト被覆燃料粒子案内筒４の内部にオーバーコート被覆燃
料粒子１を充填する。その後、前記オーバーコート被覆
燃料粒子案内筒４を抜き去り、充填されたオーバーコー
ト被覆燃料粒子１及び黒鉛粒子２の上面に、黒鉛粒子２
の層を形成するように黒鉛粒子２を充填すると共に前記
型５に蓋をする。このようにして一体型燃料の型へオー
バーコート被覆燃料粒子及び黒鉛粒子を充填する方法が
挙げられる。As a method of filling the mold, for example,
The graphite particles 2 are filled from the bottom surface in the hollow portion 9 of the bottomed cylindrical rubber mold 5 shown in FIG. 1 to a certain height using an appropriately selected device, such as a scoop 11. Next, the axis of the overcoat-coated fuel particle guide cylinder 4 and the axis of the hollow portion 9 are aligned with each other, and the tip of the overcoat-covered fuel particle guide cylinder 4 contacts the graphite particles 2 previously filled. Thus, the overcoat-covered fuel particle guide cylinder 4 is inserted into the hollow portion 9. The space between the fuel particle guide cylinder 4 and the hollow portion 9 is filled with the graphite particles 2. In addition, the overcoat-covered fuel particle guide cylinder 4 is filled with the overcoat-covered fuel particle 1. Thereafter, the overcoat-coated fuel particle guide cylinder 4 is pulled out, and the graphite particles 2 are placed on the upper surfaces of the filled overcoat-coated fuel particles 1 and graphite particles 2.
The graphite particles 2 are filled so as to form a layer of and the mold 5 is covered. In this way, a method of filling the overcoated fuel particles and the graphite particles into the monolithic fuel mold can be mentioned.
【００３７】なお、前記充填の方法は、その目的に応じ
て適宜選択することができる。The filling method can be appropriately selected according to the purpose.
【００３８】（Ｃ−ｂ）成形 この発明においては、一体型燃料の型に充填したオーバ
ーコート被覆燃料粒子及び黒鉛粒子を一体型燃料に成形
するには、適宜選択した成形方法及び条件を採用するこ
とができる。(Cb) Molding In the present invention, in order to mold the overcoat-coated fuel particles and the graphite particles filled in the mold of the integral fuel into the integral fuel, a molding method and conditions appropriately selected are adopted. be able to.
【００３９】前記成形方法としては、押出成形法、等方
加圧成形法等のそれ自体公知の方法を採用することがで
きる。これらの中でも、ラバープレス法等の等方圧成形
法に従い成形を行なうのが好ましい。前記等方加圧成形
法としては、温間等方加圧成形法及び冷間等方加圧成形
法のいずれであってもよい。これらの方法に従い成形す
ることにより、中実円筒状、中空円筒状、球状をはじめ
とする任意の形状に一体型燃料を成形することができ
る。As the molding method, a method known per se such as an extrusion molding method or an isotropic pressure molding method can be adopted. Among these, it is preferable to carry out molding according to an isotropic molding method such as a rubber pressing method. The isotropic pressure molding method may be either a warm isotropic pressure molding method or a cold isotropic pressure molding method. By molding according to these methods, the integrated fuel can be molded into any shape such as a solid cylinder, a hollow cylinder, and a sphere.
【００４０】前記成形条件としては、圧力、時間等につ
き特に制限はなく、必要に応じて適宜選択することがで
きる。The molding conditions are not particularly limited in terms of pressure, time, etc., and can be appropriately selected as needed.
【００４１】前記成形の際の圧力としては、通常２０〜
５０Ｋｇ／ｃｍ2 であり、好ましくは３０〜４０Ｋｇ／
ｃｍ2 である。前記圧力が２０Ｋｇ／ｃｍ2 よりも小さ
いと、成形が不十分になり、成形後に焼成する際に型く
ずれの原因になることがある。一方、５０Ｋｇ／ｃｍ2
よりも大きいと、被覆燃料粒子が破損することがある。The pressure during the molding is usually 20 to
50 Kg / cm 2 , preferably 30-40 Kg /
cm 2 . When the pressure is less than 20 Kg / cm 2 , the molding becomes insufficient, which may cause the mold to collapse when firing after molding. On the other hand, 50 kg / cm 2
If larger than this, the coated fuel particles may be damaged.
【００４２】前記時間としては、通常４〜１０分であ
る。前記時間が４分よりも短いと、成形が不十分にな
り、成形後に焼成する際に型くずれの原因になることが
ある。一方、１０分よりも長いと、熱硬化性樹脂が硬化
してしまい、成形が困難になることがある。The time is usually 4 to 10 minutes. If the time is shorter than 4 minutes, the molding will be insufficient, which may cause the mold to collapse when firing after molding. On the other hand, if it is longer than 10 minutes, the thermosetting resin is cured, and molding may be difficult.
【００４３】以上のようにして得られる成形体において
は、オーバーコート被覆燃料粒子を有してなる燃料部と
黒鉛粒子を有してなる燃料スリーブ部との間の界面が連
続かつ一体化している。In the molded body obtained as described above, the interface between the fuel portion containing the overcoated fuel particles and the fuel sleeve portion containing the graphite particles is continuous and integral. .
【００４４】（Ｃ−ｃ）焼成 この発明においては、成形により得られた一体型燃料の
成形体を焼成することにより一体型燃料を製造する。(Cc) Firing In the present invention, the integral fuel is manufactured by firing the molded body of the integral fuel obtained by molding.
【００４５】前記焼成は、適宜選択した温度、時間等の
条件により行なわれる。The calcination is carried out under conditions such as appropriately selected temperature and time.
【００４６】前記温度としては、通常１６００〜１９０
０℃であり、好ましくは約１８００℃である。前記温度
が１６００℃よりも低いと、焼結しないことがある。一
方、１９００℃よりも高いと、被覆燃料粒子の被覆第三
層目が２３００℃程度しかもたないことがある。The temperature is usually 1600 to 190.
It is 0 ° C., preferably about 1800 ° C. If the temperature is lower than 1600 ° C, sintering may not occur. On the other hand, if the temperature is higher than 1900 ° C, the coated third layer of the coated fuel particles may have only about 2300 ° C.
【００４７】前記焼成は、一度の焼成のみならず、例え
ば、成形体中に含まれるガス状成分を脱ガスすることを
目的として一次焼成を行ない、その後に最終焼成を目的
として二次焼成を行なう等の複数回に分けて焼成を行な
ってもよい。例えば、一次焼成は、Ｎ2 ガス雰囲気中で
１８〜２０℃／ｈｒの速度で８００℃まで昇温し、８０
０℃に２時間維持した後、自然降温させる。二次焼成
は、真空中で２００℃／ｈｒの速度で１８００℃まで昇
温し、１８００℃で１時間維持することにより行なうこ
ともできる。The firing is not limited to a single firing, but a primary firing is performed for the purpose of degassing gaseous components contained in the molded body, and a secondary firing is then performed for the final firing. The firing may be performed in plural times such as. For example, in the primary firing, the temperature is raised to 800 ° C. at a rate of 18 to 20 ° C./hr in a N 2 gas atmosphere,
After maintaining at 0 ° C for 2 hours, the temperature is naturally lowered. The secondary firing can also be performed by raising the temperature to 1800 ° C. at a rate of 200 ° C./hr in vacuum and maintaining the temperature at 1800 ° C. for 1 hour.
【００４８】このような焼成を行なうことにより、前記
成形体における前記オーバーコート被覆燃料粒子中のマ
トリックス材と、黒鉛粒子中の黒鉛粉末及び結合剤と
は、互いに炭化されて黒鉛マトリックスとなる。By carrying out such firing, the matrix material in the overcoated fuel particles in the molded body and the graphite powder and the binder in the graphite particles are carbonized with each other to form a graphite matrix.
【００４９】なお、この発明においては、前記焼成後
に、得られた一体型燃料につき必要に応じてその外周等
を機械加工することにより、寸法調整を行うことができ
る。In the present invention, the dimensional adjustment can be performed by machining the outer periphery or the like of the obtained integrated fuel after the calcination, if necessary.
【００５０】以上により、オーバーコート被覆燃料粒子
を有してなる燃料部と黒鉛粒子を有してなるスリーブ部
との間の界面が連続かつ一体で、割れや剥離の生じにく
い一体型燃料が得られる。From the above, an integrated fuel in which the interface between the fuel portion having the overcoated fuel particles and the sleeve portion having the graphite particles is continuous and integral and cracking or peeling is less likely to occur is obtained. To be
【００５１】この発明の製造方法により製造される一体
型燃料は、使用時に燃料内に生じる温度差の減少及び熱
伝達能の向上を図ることができ、原子力発電における、
例えば高温ガス炉等に好適に使用することができる。The integrated fuel produced by the production method of the present invention can reduce the temperature difference generated in the fuel during use and improve the heat transfer ability, and can be used in nuclear power generation.
For example, it can be suitably used for a high temperature gas furnace and the like.
【００５２】[0052]
【実施例】以下にこの発明の実施例を示すと共に、この
発明について更に具体的に説明する。なお、この発明は
以下の実施例に何ら限定されるものではない。EXAMPLES Examples of the present invention will be shown below, and the present invention will be described more specifically. The present invention is not limited to the following embodiments.
【００５３】（実施例１）二酸化ウランの核に、常法に
より、炭素及び炭化ケイ素又は炭化ジルコニウムを含有
するセラミックスを被覆熱分解蒸着した直径９００μｍ
の被覆燃料粒子に、クロップミュール社製の黒鉛粉末８
０重量％及びフェノール樹脂２０重量％からなるマトリ
ックス材を、厚み７５μｍになるまで、エタノールを噴
霧しながら付着させてオーバーコートして後、１７０℃
の加熱炉で３０分間加熱し、フェノール樹脂を硬化さ
せ、オーバーコート層を形成してなる、平均粒径１，０
００μｍのオーバーコート被覆燃料粒子を得た。(Example 1) A core of uranium dioxide was coated with a ceramic containing carbon and silicon carbide or zirconium carbide by a conventional method and pyrolyzed to a diameter of 900 μm.
Graphite powder 8 from CropMule Co., Ltd. for the coated fuel particles of
A matrix material consisting of 0% by weight and 20% by weight of a phenol resin is overcoated by adhering while spraying ethanol to a thickness of 75 μm, and then 170 ° C.
Is heated in a heating furnace for 30 minutes to cure the phenolic resin and form an overcoat layer.
Overcoat coated fuel particles of 00 μm were obtained.
【００５４】次に、前記黒鉛粉末８０重量％及びフェノ
ール樹脂２０重量％からなるマトリックス材と同じ粉体
を東武製作所（株）製の皿型造粒装置を用いて造粒する
ことにより、粒径８００〜９００μｍの黒鉛粒子を得
た。Next, the same powder as the matrix material consisting of 80% by weight of the graphite powder and 20% by weight of phenol resin was granulated by using a plate type granulator manufactured by Tobu Seisakusho Co., Ltd. Graphite particles of 800 to 900 μm were obtained.
【００５５】そして、図１に示す直径４０ｃｍ有底円筒
形状のゴム製の型５における、直径２６ｃｍの中空部９
内におけるの底面から４ｃｍの高さまで薬さじ１１を用
いて先に調製した黒鉛粒子２を充填する。次に、直径
１．５ｃｍのオーバーコート被覆燃料粒子案内筒４の軸
線と前記中空部９の軸線とが一致するように、かつ、前
記オーバーコート被覆燃料粒子案内筒４の先端が先に充
填した黒鉛粒子２に接するように、前記オーバーコート
被覆燃料粒子案内筒４を前記中空部９内に挿入した。こ
のオーバーコート被覆燃料粒子案内筒４及び中空部９に
より挟まれる空間に黒鉛粒子２を充填した。また、オー
バーコート被覆燃料粒子案内筒４の内部にオーバーコー
ト被覆燃料粒子１を充填した。その後、前記オーバーコ
ート被覆燃料粒子案内筒４を抜き去り、充填されたオー
バーコート被覆燃料粒子１及び黒鉛粒子２の上面に、黒
鉛粒子２の層を厚み４ｃｍになるように前記黒鉛粒子２
を充填すると共に前記型５に蓋をした。Then, a hollow portion 9 having a diameter of 26 cm in the rubber mold 5 having a bottomed cylindrical shape having a diameter of 40 cm shown in FIG.
The graphite particles 2 previously prepared are filled with a scoop 11 to a height of 4 cm from the bottom surface of the inside. Then, the axis of the overcoat-coated fuel particle guide cylinder 4 having a diameter of 1.5 cm was aligned with the axis of the hollow portion 9 and the tip of the overcoat-covered fuel particle guide cylinder 4 was filled first. The overcoat-coated fuel particle guide cylinder 4 was inserted into the hollow portion 9 so as to contact the graphite particles 2. Graphite particles 2 were filled in the space sandwiched by the overcoat-covered fuel particle guide cylinder 4 and the hollow portion 9. In addition, the overcoat-covered fuel particles 1 were filled inside the overcoat-covered fuel particle guide cylinder 4. Then, the overcoat-coated fuel particle guide cylinder 4 is removed, and a layer of the graphite particles 2 is formed on the upper surfaces of the filled overcoat-coated fuel particles 1 and the graphite particles 2 to have a thickness of 4 cm.
And the mold 5 was capped.
【００５６】このとき使用した黒鉛粒子の配合量は、２
０〜３０ｇであり、マトリックス密度目標値に基づいて
算出した。The amount of graphite particles used at this time was 2
It was 0 to 30 g, and was calculated based on the matrix density target value.
【００５７】このようにしてオーバーコート被覆燃料粒
子及び黒鉛粒子を充填した型を、ラバープレス装置内に
入れ、温度及び時間がそれぞれ１１０℃、１分の条件に
て加圧成形し、一体型燃料の成形体を得た。The mold thus filled with the fuel particles coated with the overcoat and the graphite particles was placed in a rubber press machine and pressure-molded under conditions of temperature and time of 110 ° C. for 1 minute, respectively, to obtain an integrated fuel. A molded body of was obtained.
【００５８】この得られた成形体を、水分その他のガス
状物を脱ガスする目的で、Ｎ2 ガス中にて、昇温速度１
８℃／ｈｒ、温度８００℃の条件下で１時間一次焼成し
た。その後、更に真空中にて、温度１８００℃の条件下
で１時間二次焼成した。The molded body thus obtained was heated in N 2 gas at a heating rate of 1 for the purpose of degassing water and other gaseous substances.
Primary firing was performed for 1 hour under the conditions of 8 ° C./hr and temperature of 800 ° C. After that, secondary firing was further performed in a vacuum at a temperature of 1800 ° C. for 1 hour.
【００５９】更に、前記焼成後に、得られた一体型燃料
の外周を機械加工して寸法調整を行い、高さが約６００
ｍｍであり、外径が約４０ｍｍであり、燃料部の径が約
２６ｍｍである一体型燃料を製造した。After the firing, the outer periphery of the obtained integrated fuel is machined to adjust the dimensions, and the height is about 600.
mm, the outer diameter was about 40 mm, and the diameter of the fuel portion was about 26 mm, and an integrated fuel was manufactured.
【００６０】得られた一体型燃料には、燃料部と燃料ス
リーブ部との間に割れや剥離等は見られなかった。In the obtained integrated fuel, cracking or peeling between the fuel portion and the fuel sleeve portion was not observed.
【００６１】[0061]
【発明の効果】この発明に係る一体型燃料の製造方法に
よると、オーバーコート被覆燃料粒子を有してなる燃料
部と黒鉛粒子を有してなる燃料スリーブ部との間に割れ
や剥離が生じにくく、使用時に燃料内に生じる温度差の
減少及び熱伝達能の向上を図ることができる、原子力発
電に好適な一体型燃料を簡便かつ容易に提供することが
できる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the method for producing an integrated fuel according to the present invention, cracking or peeling occurs between the fuel part containing the overcoated fuel particles and the fuel sleeve part containing the graphite particles. It is possible to easily and easily provide an integrated fuel suitable for nuclear power generation, which is difficult and is capable of reducing the temperature difference occurring in the fuel during use and improving the heat transfer capacity.
【図１】図１は、この発明に係る一体型燃料の製造方法
を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a method for producing an integrated fuel according to the present invention.
【図２】図２は、燃料スリーブ部と燃料部とを別々に製
造する従来の一体型燃料における燃料スリーブ部の製造
を示す概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory view showing manufacturing of a fuel sleeve portion in a conventional integrated fuel in which a fuel sleeve portion and a fuel portion are separately manufactured.
【図３】図３は、燃料スリーブ部を示す概略説明図であ
る。FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a fuel sleeve portion.
【図４】図４は、燃料スリーブ部と燃料部とを別々に製
造する従来の一体型燃料の製造方法を示す概略説明図で
ある。FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a conventional integrated fuel manufacturing method in which a fuel sleeve portion and a fuel portion are separately manufactured.
【図５】図５は、一体型燃料の成形体を示す概略説明図
である。FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a molded body of an integrated fuel.
１ オーバーコート被覆燃料粒子 ２ 黒鉛粒子 ３ 一体型燃料の成形体 ４ オーバーコート被覆燃料粒子案内筒 ５ 型 ６ 中子 ７ 端栓部 ８ 燃料スリーブ部 ９ 中空部 １０ 燃料部 １１ 薬さじ 1 Overcoat Coated Fuel Particles 2 Graphite Particles 3 Integrated Fuel Molded Body 4 Overcoat Coated Fuel Particles Guide Tube 5 Type 6 Core 7 End Plug 8 Fuel Sleeve 9 Hollow 10 Fuel 11
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年３月２２日[Submission date] March 22, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１】 [Figure 1]
【図２】 [Fig. 2]
【図３】 [Figure 3]
【図４】 [Figure 4]
【図５】 [Figure 5]
Claims (1)
剤を有するマトリックス材をオーバーコートしてなるオ
−バ−コ−ト被覆燃料粒子と、黒鉛粉末を有してなる黒
鉛粒子とを、一体型燃料の型中に充填し、これを成形す
ると共に焼成することを特徴とする一体型燃料の製造方
法。1. Overcoated fuel particles formed by overcoating a matrix material having graphite powder and a binder on the surface of the coated fuel particles, and graphite particles containing the graphite powder, A method for producing an integrated fuel, which comprises filling an integrated fuel into a mold, molding the same, and firing the molded product.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053997A JPH06265669A (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Production of integrated fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053997A JPH06265669A (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Production of integrated fuel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265669A true JPH06265669A (en) | 1994-09-22 |
Family
ID=12958253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053997A Withdrawn JPH06265669A (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Production of integrated fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06265669A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6233299B1 (en) * | 1998-10-02 | 2001-05-15 | Japan Nuclear Cycle Development Institute | Assembly for transmutation of a long-lived radioactive material |
| JP2006112838A (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Method for manufacturing fuel compact for high-temperature gas-cooled reactor |
| JP2006145508A (en) * | 2004-11-25 | 2006-06-08 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Method for manufacturing molded fuel for high-temperature gas furnace |
| JP2007183150A (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Fuel manufacturing method and fuel for high-temperature gas-cooled reactor |
| KR100866312B1 (en) * | 2007-04-16 | 2008-10-31 | 한국원자력연구원 | Vibro-packing tube type U-Mo dispersion nuclear fuel and preparation method thereof |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5053997A patent/JPH06265669A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
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| KR100866312B1 (en) * | 2007-04-16 | 2008-10-31 | 한국원자력연구원 | Vibro-packing tube type U-Mo dispersion nuclear fuel and preparation method thereof |
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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