JPS63201595A - カ粒材料を被覆する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明はカ粒容器ならびに被撫材料および液体を一計量
添加するための管からなる装置によりカ粒材料を被覆材
料で被覆する方法、とくに高温原子炉の積層燃料粒子を
納会剤含有黒鉛粉末で被覆する方法に関する 従来の技術： 造粒は工業の多数の分野で使用される方法である。その
ための方法および装置は多数の方式が公知である。ダス
トを発生せず、流動性の艮い力位の製造は′ｆＬ要な適
用分野でるる。もう１つは粒状物質の特許の層による被
覆である。医薬品工業では粒状キャリヤ物質上に有効物
質含有層が被覆される。高温原子炉の燃料要素製造の際
も造粒によって被覆層が粒子へ被覆される。

この場合熱分解炭素および場合によシ炭化ケイ素も被覆
した核燃料粒子はざらに処理する前に結合剤を含む黒鉛
粒子からなる付加的被複層を備える。このように被覆し
た燃料粒子は次に被覆層と同じ材料からなる黒鉛マトリ
ックスへ高圧で圧入される。熱分解炭素層および場合に
より炭化ケイ素層の目的は原子炉運転の際発生する固体
およびガス状分解生成物を燃料要素内に保持することで
ある。それゆえこの層は燃料要素−造の際、とくにプレ
スによる成形工程の際損傷されてはならない。非常に高
いアイソスタチック圧力負荷も層の破壊に導いてはなら
ない。

しかし被覆粒子がマトリックスへの圧入の際接触し、こ
の点接触によって局部的圧力ビークが発生すれば層の破
壊が生ずる。

被覆した燃料粒子の結合剤含有黒鉛粉末による被覆は一
種のスペーサとしてこのような点接触を防ぐ目的含有す
る。被覆層の品質とくに層厚の均一性に対する要求はし
たがって非常に高い。

造粒過程が一般に非常に人的依存性が高いことはとくに
品質保証の点で不利である。とくに始動期には作業員【
非常に多くの指先感覚が要求される。作業員はカ粒材料
の流動挙動に応じて粉末および液体添加を制御し、しば
しば手作業で流動挙動も修正しなければならない。

さらに造粒を高温原子炉の燃料要素製造の分野に適用す
る際、付加的炭化ケイ素層を有する粒子に必要な２００
μｍ以上の層厚は造粒工程を多数回中断し、そのつど目
的の層Ｊｌ　ｋ有する粒子を分離する場合にしかＦ５Ｔ
要の均一性をもって゛被覆し得ないことは非常に不利な
ことが明らかになった。この分離を実画しないと、本発
明の目的に受容で８ない非常に幅の広い層厚分布が得ら
れる。

発明が解決しようとする課題： それゆえ本発明の課題は請求項１の上位概念による方法
を被覆材料のできるだけ狭い層厚分布が大きい層厚の場
合にも達成さル、かつこの方法をできるだけ人的依存性
なしに実施しうるように改善することである。

課題を解決するための手段： この課題は本発明によ）請求項１の特徴部に記載の手段
てよって解決される。そのためカ粒容器にカ粒材料を装
入する前に厚さ１００〜１０００μｍの被覆材料の層を
設け、引続く造粒工程でカ粒容器の舖斜および（または
〕回転数を、連ａ的に測定するカ粒材料の連行高さを介
してカ粒材料の所定の連行高さ金維持するように制御す
る。さらに被覆材料と供給するためカ粒材料へ管を浸漬
し、それゆえ被債材料の供給はカ粒材料の内部で行われ
る。

本発明のその他の有利な構成は請求項２または３に記載
される。

作用： カ粒材料の連行高さとはカ粒材料の粒子が被覆工程の間
に通過する最低点と最高点の間の高さの差を表わし、そ
の際空間的３準系としては力位答器底部の平面が選ばれ
る。

被覆によってカ粒容器表面は造粒工程の初めにすでに、
さもなければ工程の進行中に初めて形成される被覆を有
する。

したかつて造粒法の困難な初期にすでに粒子の電通な表
面構造がカ粒材料の高い流動性のための前提として存在
する。

全造粒工程の間のカ粒材料の良好な流動挙動は方法の円
滑な進行および被覆の品質に重要な影響をおよほす。意
外にも連行ｆＥ！Ｊさが流動挙動の質を足置的に判断す
る測定可能の制御値として適することが明らかになった
。したがっ−て下限値および上限値を指示することがで
き、それを維持することにより最適の流動挙動が保証さ
れる。この限界値は経験的に求められる。この値はカ粒
容器の形状寸法およびカ粒材料の性質に依存する。連行
高さの検出はたとえば限界値発信器としての２つの検知
器をブトして行われる。

カ粒材料に応じて検知μたとんば光学系、′厄気伝導度
筐たは放射嫁に丞いて央漉することができる。検知器は
その際カ粒容器の＃Ａｆ＋および（または）回転速度金
利−ユニット企介して公知法で制御する。

造粒法の重要な改善は被償粉末の供給管の流出開口が常
用のように流れる力位９科の上になくて、この材料へ浸
漬していることにある。供給管はとくに前面から見て鉛
直線と１０〜３０゜の角を形成し、流出開口はカ粒容器
の回転方向に対向する。

供給管の最適の浸＆深さは上から計って粒子流動床の高
さの２０〜５０％の範囲にあることが明らかになった。

体積増加が非常に大きく、この範囲を固定的供給管で維
持できない硼合、供給管はたとえば時間金倉するプログ
ラム制御により上へ送ることができる。この手段により
製造チャージ内の被覆層厚の分布幅は着しく改善される
。この手段の適用によりたとえば炭化ケイ素層を備える
燃料粒子に厚さ２００μｍの黒鉛被覆層を被覆する場合
、さもなければ必要となる中間ふるい分けを不用とする
ことができる。これはこの方法の自動化のための前提で
必るＯ 実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。

カ粒容器１はたとえば直径が１０００ｍ＋、深さが２８
０電である。この容器は無段変速可能のモータ６によっ
て駆動される。もう１つのモータ５によってカ粒容器１
の傾斜を造粒過程の間に変化することができる。

被覆材料の計量は計量スクリュー７によって行われる。

モータ９ｔ−有するスパイラルは被覆材料の供給管１０
からの連続的自由流出に役立つＯ カ粒容器１の前面りふた２に液体供給のためのスプレー
ノズル３，４．造粒容器機種のためのノズル８およびカ
粒材料の連行高さを検出するための２つのゾンデ１１が
設置される。

例１： 高温原子炉の燃料要素を製造するため、方法の第１工程
としてカ粒容器１の被覆が行われる。

そのため２底分ノズル８によシ結合剤含有黒鉛粉末およ
び溶剤（メタノール／アセトン）からなる懸濁ｇ、を全
自動的にカ粒容器１内の粒子の接触面ヘスプレーする。

乾燥後の層厚は約３００μｍである。

炭化ケイ素中間層なしの被覆燃料粒子に普通の１１００
ａの被覆層を設けるため、この燃料粒子（平均直径７７
０μｍ１平均密度２．７１／ａｔ？）５ｑをカ粒容器１
へ装入する。供給管１０ｔ−粒子流動床へ約１ｃｒＩＬ
浸漬し、前面から見て鉛直線と２０°の角度を形成する
ように調節する。

次に所定のプログラムによシ時間に依存して公知法で溶
剤のスプレーによる粒子の湿しおよび被覆材料の供給が
行われる。

カ粒容器１の回転数および＃４斜を２つの測定ゾンデ１
１によシカ粒材料１２の連行高さがつねに２つの測定ゾ
ンデ１１の間にあるように調節する（第３図）。この場
合燃料粒子のβ線およびｒ！！に応答する測定ゾンデで
ある。

信号評価装置を有する２つのゾンデ１１はたとえば２点
制御系を形成する。両方の測定ゾンデ１１が応答しない
場合、連行高さは低過ぎるので、回転数を上昇し、また
はカ粒容器１の鉛直線に対する角度を増大する。下側測
定ゾンデのみが応答する場合、連行高さは標準値に相当
して２つのゾンデの間忙ある。カ粒容器１の速度および
傾斜は不変に留まる。両方の測定ゾンデ１１が応答する
場合、連行高さは高過ぎる２回転数を絞シ、またはカ粒
容器１の鉛直線に対する角度を上側測定ゾンデが応答し
なくなるまで小さくする。この調節によってカ粒材料１
２の最適の流れ、したがって被覆層の均一な密度および
厚さが補償される。

平均被覆厚さはこのような所定条件下に被覆時間の一義
的関数であり、１００μｍごとに３５分必要である。被
覆過程の終了後、粒子を取出し、乾燥する。

被覆品質の尺度は被覆層の厚さの分布である。

これは再び被覆した粒子の直径分布に反映する。

第４図には本発明の方法および公知法による直径分布が
示される。公知法によればカ粒容器の底部は前被覆され
ず、粉末供給管は粒子流動床へ浸漬していない。溶剤お
よび被覆粉末の供給はカ粒材料の流動挙動の目による判
断に基いて行われる。被覆は同様方法の中断なしに実施
される。

第４図は本発明の方法が著しく狭い直径分布を有し、し
たがって被覆の品質が良好なことを示す。

例２： 例１に記載のようにます大粒容器底部の被覆を実施する
。次にＳｉＣ中間層を有する燃料粒子（平均直径９ＱＱ
ａｍ、平均密度３．２　、Ｓｌ　／　ｃｍ３）９　ｋｇ
を大粒容器１へ装入し、被覆材料の供給管１０を例１の
とおり調節する。所定のプログラムによシ次に中断なし
に連続的作業工程で厚さ２００μｍの被覆層を設ける。

第５図にはこのように被覆した粒子の直径分布が示され
る。比較のため現在までの方法によＱ得られる相当する
分布も記入した。現在１での方法はこの場曾例１記載の
よう１１′ｉ：′Ｊｊ！、１ｍシたけれど、２００μ＋
ｎ２）被覆厚さのため、２回中間ふるい分けを実施する
必要があったことで異なる。

本発明の方法によりはるかに高価な、人的依存性の高い
現在までの方法と同様の狭い粒度分布が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は造粒装置の斜視図、第２図は大粒容器の斜視図
、第３図は連行高さを説明する立面図、第４図および第
５図は造粒した粒子の直径分布を示す図である。 １・・・大粒容器、８・・・ノズル、１０・・・被覆材
料供給管、１１・・・ゾンデ、１２・・・カ粒材料第１
図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カ粒容器ならびに被覆材料および液体を計量して供
   給する管からなる装置により、カ粒材料を被覆材料によ
   つて被覆する方法において、カ粒容器の内側表面にカ粒
   材料の装入前に被覆材料の０．１〜１ｍｍ厚さ層を設け
   、引続く造粒過程でカ粒容器の傾斜および（または）回
   転数の変化によつてカ粒材料の所定の連行高さを維持し
   、被覆材料を粒子流動床のカ粒材料内部に供給すること
   を特徴とするカ粒材料を被覆する方法。 ２、被覆材料をつねに粒子流動床の全高の上から０．２
   〜０．５の高さの範囲に供給する請求項１記載の方法。 ３、被覆材料を供給管によつて供給し、この供給管が前
   面から見て鉛直線と１０〜３０°の角αを形成し、かつ
   カ粒容器の回転方向に相対している請求項１または２記
   載の方法。