JPS6040154B2 - 模擬燃料棒の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は棒状シーズヒータ構造を有する模擬燃料榛の製
造方法に関する。

原子炉安全確認試験に用いられるこの種の模擬燃料榛は
、一般的に第１図のごとき構造となっている。

つまり第１図の模擬燃料棒は、棒状の絶縁体よりなる心
材１の両端に電極２，３が連結され、該心材１の外周に
は両電極２，３との接続状態において発熱体４がスパイ
ラル状に巻きつけられ、かつ、その外周に被覆管６が外
装されると共に上記心材１と被覆管５との間に無機絶縁
粉末層６が形成されたものとなっている。

上記において心材１と被覆管５との間に形成されている
無機絶縁粉末層６はＭｇ○などがよく採用され、熱伝導
率を高めるべき設けられている同層６は、繊密にして薄
層であるものがよいとされている。

従来ではこうした議題を満足させるため、上記被覆管５
を金属製の蓬大なものとしておき、そして無機絶縁粉末
材を所定箇所に充填した後、該被覆管５をスェージング
加工等により減圧して繊密な無機絶縁粉末層６を形成し
ていたが、この従釆法の場合にはつぎのような問題点が
生じていた。

まずその１つとして、金属製の被覆管５を上記のように
減摩した際、該被覆管５は減径に伴って長手方向へ伸び
てしまい、この伸長作用が発熱体４側に波及するためこ
れの巻付ピッチが局部的にみだれることとなる。この結
果、模擬燃料榛に要求される均一な温度分布が得られず
、不良品が多く出る。

さらに他の１つとして、スェージングによる上記減摩加
工時、発熱体４までが一部塑性変形を来し、その電気抵
抗値が変化するため、微妙な精度誤差が発生し、製品の
バラッキが起こる。

また、他の１つとして、被覆管５が金属製である場合に
は上記のごとき減摩加工は可能であるが、該被覆管５を
黒鉛などの非金属質とした場合には減蓬不可能となり、
繊密な無機絶縁粉末層６は形成できなくなる。

もちろん、無機絶縁粉末材の粒度配合を最適に調整し、
これを振動法により所定箇所へ充填することも考えられ
るが、この際の充填密度は上記減律加工に比べて極端に
悪く、熱伝導率が低下してしまう。

本発明はこうした諸問題に鑑み、模擬燃料樺製造時にお
ける無機絶縁粉末層の形成手段に改善を加えたもので、
以下その具体的方法を図示の実施例により説明する。

本発明の１実施例を示した第２図において、１は棒状の
セラミック（絶縁体）よりなる心材、２，３は電極、４
は電気抵抗値の高い金属等よりなる発熱体、５は銅など
の金属、あるいは黒鉛などの非金属からなる被覆管、６
は窒化棚素（ＢＮ）等よりなる無機絶縁粉末層であり、
これらの各部名称、符号は前述した第１図と同じである
。

また、本発明においても、心材１の両端には電極２，３
が連結され、該心材１の外周には両電極２，３との接続
状態を保持して発熱体４がスパイラル状に巻きつけられ
るといった各工程が採られ、同状態とした後、これらの
外周には被覆管５が被せられる。

この際の被覆管５は減径加工するものでないため、当初
から所定の寸法径を有しており、また、その一端は図示
しない手段により閉塞され、電極３だけが該閉塞端より
突出されることとなる。

上記において、本発明では第３図のごとくあらかじめ輪
形に成形されたＢＮ製の無機絶縁粉末材６′を被覆管５
内へ装填し、これを後述の手段により粉砕加圧して無機
絶縁粉末層６を形成する。ここで上記ＢＮ製の無機絶縁
粉末材６′について説明すると、ＢＮの理論密度（比重
）は２．３タ′ｃｃ、加圧成形の最高密度は１．９タ／
ｃｃ、その粉末状態での高比重は１．２夕／ｃｃである
。第２図において、被覆管５内には輪形の無機絶縁粉末
材６′が順次装填され、該粉末材６′はその都度粉砕加
圧されるが、これに際しては電極２の端部に棒状の電極
補助体７を蓮設しておき、これらの外周に中空軸状のク
ラツシャ８、プレス器９を鉄装して当該クラツシャ８、
プレス器９により所定の粉砕加圧を行なう。

つまり、プレス器９によりクラッシャ８を打叩し、かつ
、押圧しながら輪形の無機絶縁粉末材６′を粉末状態に
まで粉砕すると共に加圧するのである。

この際の加圧では、粉砕された上記粉末材６′の比重が
１．６タ′ｃｃ以上となるように圧力をかける。

このようにして無機絶縁粉末材６′による無機絶縁粉末
層６を所定の状態に形成した後は、被覆管５の関口端を
適宜の手段により閉塞し、シールする。

つぎに上記により製造された模擬燃料棒の特性を第４図
により説明する。

上記において無機絶縁粉末材６′として用いたＢＮ‘ま
、その粉末状態において鱗片状の結晶粒となっており、
このＢＮは加圧方向には熱の伝わりが悪い反面、該加圧
方向と直交する方向には熱の伝わりがよい。

本発明では上記粉末材６′により無機絶縁粉末層６を形
成するとき、第４図のごとく加圧方向と伝熱方向とが直
交しており、かつ、各結晶粒６″の長手方向は伝熱方向
に沿っている。

したがって無機絶縁粉末層６の熱伝導率はきわめてよい
ことになる。

なお「第４図においてＰ，，Ｐ２間の距離が△Ｌである
ときの温度差を△Ｔとした場合、△Ｔは次式により表わ
せる。

△Ｔ羊鰐芋 ただし、Ｑ：発熱体４の出力 ｒ，：無機絶縁粉末層６の内蓬 ｒ２：無機絶縁粉末層６の外径 〆：発熱体４の長さ （ｌｍとしてよい） ＾：ＢＮの熱伝導率 上言己式においてＱが一定ならば△Ｔは＾によって定ま
り、また、△Ｔはこれが小さい程温度分布が均一化する
。

本発明ではＢＮ‘こよる無機絶縁粉末層６の熱伝導率＾
が大きいことにより△Ｔが小さくなり、したがって温度
分布が均一化する。

以上に述べた本発明の実施例では、輪形に成形された無
機絶縁粉末材６′を用いるようにしたが、該粉末材６′
としては当初から粉末状となっているものを用いてもよ
く、また、ＢＮ以外にＭｇ○なども該粉末材６′として
用いられる。

本発明は上記の通り、模擬燃料棒を製造する場合におい
て、心材と被覆管との間に無機絶縁粉末材を充填した後
、該心材および被覆管の長手方向に沿って当該粉末材を
加圧し、これにより繊密な無機絶縁粉末層を形成するこ
とを特徴としている。したがって被覆管を塑性加工する
場合とは異なり、発熱体の巻付ピッチのみだれや変形等
を来すことなく上記粉末層が所定通りに形成できること
となり、この結果寸法精度、容量精度、温度分布、熱伝
導率などの点で、品質の高い模擬燃料棒が提供できるこ
ととなる。

しかも被覆管が金属質、非金属質の何れであっても上記
粉末層は問題なく形成できるから、被覆管の材質に制約
されず、各種の態様で実施できることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆例の説明図、第２図は本発明方法の１実施
例を示した説明図、第３図は同上で用いる無機粉末絶縁
材の斜視図、第４図は本発明方法による模擬燃料捧持・
性の説明図である。 １・・・・・・心棒、４・・・・・・発熱体、５・・・
・・・被覆管、６……無機絶縁粉末層、６′・・・…無
機絶縁体粉末材、８・・・…クラツシヤ、９・・・・・
・プレス器。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 棒状の絶縁体よりなる心材の外周に発熱体をスパイ
   ラル状に巻きつけると共に同状態の心材外周に被覆管を
   被せ、かつ、該心材と被覆管との間に無機絶縁粉末層を
   形成する模擬燃料棒の製造方法において、上記心材外周
   と被覆管内周との間に無機絶縁粉末材を充填した後、こ
   れら心材および被覆管の長手方向に沿つて当該粉末材を
   加圧し、これにより緻密な無機絶縁粉末層を形成するこ
   とを特徴とした模擬燃料棒の製造方法。 ２ 輪形に成形された無機絶縁粉末材を心材外周と被覆
   管内周との間に順次装填すると共に該各輪形無機絶縁粉
   末材を所定の長手方向から粉砕かつ加圧して緻密な無機
   絶縁粉末層を形成する特許請求の範囲第１項記載の模擬
   燃料棒の製造方法。 ３ 粉末状とした無機絶縁粉末材を心材外周と被覆管内
   周との間に充填し、該粉末状無機絶縁粉末材を所定の長
   手方向から加圧して緻密な無機絶縁粉末層を形成する特
   許請求の範囲第１項記載の模擬燃料棒の製造方法。 ４ 無機絶縁粉末材は窒化硼素である特許請求の範囲第
   １項または第２項または第３項記載の模擬燃料棒の製造
   方法。