JP2007040779A

JP2007040779A - Fuel compact and manufacturing method of fuel compact

Info

Publication number: JP2007040779A
Application number: JP2005223974A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takahashi; 昌史高橋
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent breakage of coated fuel particles caused by a stress at a pressing time, and simultaneously to prevent breakage of a fuel compact, a fuel sleeve or a graphite block simply at low cost. <P>SOLUTION: This fuel compact 10 is formed by molding integrally the coated fuel particles into a cylindrical shape. Chamfers 16 are formed on corners 10a of the upper end and the lower end of the fuel compact 10 having the cylindrical shape. Each thickness t, t' of the chamfers 16 is 0.10 mm or more, and each chamfering angle θ, θ' of the chamfers is in the range of 30°-60°, and the upper limit value of each thickness t, t' of the chamfers is the thickness when each chamfering face is brought into contact with the coated fuel particle 12 having an overcoat layer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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、ウランやトリウム等の核燃料物質の酸化物炭化物の微小球（燃料核）に熱分解炭素層や炭化珪素層等を被覆した被覆燃料粒子を、黒鉛マトリックス中に分散して一体成型して形成される燃料コンパクトや、その製造方法の改良に関し、特に、プレス時の応力による被覆燃料粒子の破損を防止しつつ、燃料コンパクトの破損を簡易にかつ低コストで防止することに関するものである。 The present invention is a coated fuel that is used as a fuel in a nuclear reactor such as a high temperature gas reactor, and is formed by coating a pyrolytic carbon layer, a silicon carbide layer, or the like on oxide carbide carbide microspheres (fuel nuclei) such as uranium and thorium With regard to the fuel compact formed by dispersing particles in a graphite matrix and integrally molding it, and improving its manufacturing method, in particular, it prevents damage to the fuel compact while preventing damage to the coated fuel particles due to stress during pressing. It relates to prevention simply and at low cost.

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。 The HTGR is composed of graphite, which has a large heat capacity and good high-temperature soundness, and uses a gas such as helium gas that does not cause a chemical reaction even at high temperatures. Is a nuclear reactor that can extract helium gas with high safety and high exit temperature, and uses high-temperature heat of around 900 ° C in a wide range of fields such as hydrogen production and chemical plants as well as power generation. It is possible to do that.

（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。 (Coated fuel particles)
As a fuel for this HTGR, generally, a total of four coating layers, the first layer to the fourth layer, are applied around a fuel core having a diameter of about 350 μm to 650 μm obtained by sintering uranium dioxide, thorium or the like into a ceramic form. The coated fuel particles having a diameter of about 500 μm to 1000 μm are used. Specifically, it is the following four coatings.

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***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***生成物（ＦＰ）の拡散の障壁となってガス状の核***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***生成物の拡散の障壁となって固体状の核***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***生成物（ＦＰ）を保持する機能を有するものである。 That is, the innermost first layer generally called a buffer layer is a layer made of low-density pyrolytic carbon (PyC) having a density of about 1 g / cm ³ , and stores gas of gaseous fission products (FP), It also has the function of absorbing the swelling of nuclear fuel. The second layer applied over this first layer is then generally an inner pyrolytic carbon (PyC) layer formed from high density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm ³ and is gaseous. It has a function of holding the gaseous fission product (FP) as a barrier to the diffusion of the fission product (FP). Further, the third layer called a silicon carbide (SiC) layer is made of silicon carbide having a density of about 3.2 g / cm ³ , and mainly serves as a barrier for diffusion of solid fission products. And has a function as a main strength member of the entire coated fuel particle. The outer pyrolytic carbon layer, which is the outermost fourth layer, is made of high-density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm ³ as in the case of the second layer. It has a function of generating a compressive stress to maintain the strength of the entire coated fuel particle under irradiation and to hold a gaseous fission product (FP).

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。 Such coated fuel particles are generally produced through the following steps. That is, first of all, it is the generation of fuel nuclei. Specifically, by adding pure water and a thickener to the uranyl nitrate stock solution produced by dissolving uranium oxide powder in nitric acid, the dropping stock solution is stirred. Generate. In this case, the thickener is added so that the dropped uranyl nitrate stock solution drops into a true sphere due to its surface tension during dropping. As this thickener, for example, a polyvinyl alcohol resin, a resin having a property of solidifying under an alkaline condition, polyethylene glycol, Metrose, or the like can be used. Subsequently, after the dripping stock solution adjusted in this way is cooled to a predetermined temperature to adjust the viscosity, it is dropped into the ammonia aqueous solution by vibrating a dropping nozzle having a small diameter. In this case, the droplet is prevented from being deformed at the time of landing by spraying ammonia gas in the space until the droplet reaches the surface of the aqueous ammonia solution to gel the surface of the droplet.

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。 The stock solution dropped into the aqueous ammonia solution is converted into ammonium deuterated uranate particles by sufficiently reacting with uranyl nitrate in the aqueous ammonia solution. The ammonium heavy uranate particles are calcined in the atmosphere to form uranium trioxide particles, which are further reduced and sintered to obtain a fuel nucleus composed of high-density ceramic uranium dioxide. Since the particle size and sphericity of the fuel core obtained in this way have a great influence on the production conditions in the subsequent coating process, the fuel core is subjected to particle size selection and sphericity selection by a sieve. Once done, it is sent to the coating process.

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。 Next, in the fuel core coating step, the above-described coating is applied sequentially from the first layer by loading the fuel cores on the fluidized bed and thermally decomposing the gas to be coated. In this case, specifically, for the first low-density carbon layer, acetylene (C ₂ H ₂ ) is pyrolyzed at about 1400 ° C. to cover the fuel core. The high-density pyrolytic carbon layers of the second layer and the fourth layer are coated by pyrolyzing propylene (C ₃ H ₆ ) at about 1400 degrees. The silicon carbide layer as the third layer is formed by thermally decomposing methyltrichlorosilane (CH ₃ SiCl ₃ ) at about 1600 ° C. The coated fuel particles produced in this way are further overcoated by coating the surface of the coated fuel particles with a graphite matrix material made of graphite powder, a binder or the like.

（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、図２（Ａ）に示すように、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、図４（Ａ）に示す一定形状の燃料コンパクト１０とする（例えば、特許文献１等参照）。この燃料コンパクト１０は、図４（Ｂ）に示すように、被覆燃料粒子１２を圧縮する際に、ダイスやパンチを加熱して黒鉛マトリックス材中に含まれるフェノール樹脂を軟化させてバインダとすることにより、複数の被覆燃料粒子１２を一体化して形成されている。 (Fuel compact)
When the overcoated coated fuel particles are used as a fuel compact, after the coated fuel particles are dispersed in the graphite matrix material, for example, as shown in FIG. It is sintered after being press-molded or molded into a cylindrical shape to form a fuel compact 10 having a fixed shape shown in FIG. 4A (see, for example, Patent Document 1). In this fuel compact 10, as shown in FIG. 4B, when the coated fuel particles 12 are compressed, the die or punch is heated to soften the phenol resin contained in the graphite matrix material to form a binder. Thus, the plurality of coated fuel particles 12 are integrally formed.

（炉心への装填）
このようにして形成された燃料コンパクト１０には、中実円筒型、中空円筒型の２種類が考えられるが、いずれの場合も、１）黒鉛から形成された燃料スリーブ（筒）に一定数量入れて上下に栓をした燃料棒の形態とした上で、高温ガス炉の六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に装填されるか、あるいは、２）高温ガス炉の六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に直接装填されて、最終的に、この六角柱型黒鉛ブロックを多数個ハニカム配列に複数段重ねることにより、燃料として炉心に装荷される。 (Loading into the core)
There are two types of fuel compact 10 formed in this way: a solid cylinder type and a hollow cylinder type. In either case, 1) a fixed quantity is put in a fuel sleeve (cylinder) made of graphite. Either in the form of fuel rods capped at the top and bottom and loaded into a plurality of insertion ports of a hexagonal column type graphite block of a high temperature gas reactor, or 2) a plurality of hexagonal column type graphite blocks of a high temperature gas reactor Is loaded directly into the insertion port, and finally, a plurality of hexagonal columnar graphite blocks are stacked in a honeycomb array to be loaded into the core as fuel.

（燃料コンパクトの欠損）
この場合、これらの燃料スリーブや黒鉛ブロックへの装填等の燃料コンパクト１０のハンドリング時に、燃料コンパクト１０が燃料スリーブや黒鉛ブロックの内面と機械的に接触して燃料コンパクト１０に衝撃が加わり、燃料コンパクト１０の円筒形の角部１０ｂ（図４（Ｂ）参照）が欠けるおそれがあった。 (Deficiency of fuel compact)
In this case, when handling the fuel compact 10 such as loading into the fuel sleeve or the graphite block, the fuel compact 10 mechanically contacts the inner surface of the fuel sleeve or the graphite block and an impact is applied to the fuel compact 10, so that the fuel compact 10 Ten cylindrical corners 10b (see FIG. 4B) may be missing.

このように、燃料コンパクト１０に欠損が生じると、高温ガス炉内で燃料コンパクト１０が高温となり、熱膨張した時に、欠片が燃料コンパクト１０と燃料スリーブ又は黒鉛ブロックの内面との間に挟まり、当該箇所において高い応力が発生して、燃料コンパクト１０や燃料スリーブ、黒鉛ブロックが破損する原因となる。 Thus, when a defect occurs in the fuel compact 10, when the fuel compact 10 becomes high temperature in the high temperature gas furnace and thermally expands, the fragment is sandwiched between the fuel compact 10 and the inner surface of the fuel sleeve or graphite block, A high stress is generated at the location, causing damage to the fuel compact 10, the fuel sleeve, and the graphite block.

また、燃料コンパクト１０は、高温ガス炉での使用時に、中心部と外周部とで冷却効率の差から温度差が生じ、中心部は外周部に比較して高温となるため、中心部の方が、外周部よりも熱膨張が大きくなり、その結果、鼓型に変形する傾向がある。このように鼓型に変形した燃料コンパクト１０においては、その角部１０ｂが、燃料スリーブや黒鉛ブロックの内面と機械的に接触して、燃料コンパクト１０に割れを発生させる原因となるおそれがあった。 In addition, when the fuel compact 10 is used in a high temperature gas furnace, a temperature difference occurs due to a difference in cooling efficiency between the central portion and the outer peripheral portion, and the central portion has a higher temperature than the outer peripheral portion. However, thermal expansion becomes larger than that of the outer peripheral portion, and as a result, there is a tendency to deform into a drum shape. In the fuel compact 10 thus deformed into a drum shape, the corner portion 10b may be in mechanical contact with the inner surface of the fuel sleeve or the graphite block and cause a crack in the fuel compact 10. .

従って、このような燃料コンパクト１０の破損を防止することが必要となるが、その際には、プレス時の応力により被覆燃料粒子１２が破損しないように配慮することも必要となる。
特開２０００−２８４０８４号公報 Accordingly, it is necessary to prevent the fuel compact 10 from being damaged, but in that case, it is also necessary to consider that the coated fuel particles 12 are not damaged by the stress during pressing.
JP 2000-284084 A

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、プレス時の応力により被覆燃料粒子が破損するのを防止しつつ、簡易にかつ低コストで、燃料コンパクトや燃料スリーブ、黒鉛ブロックの破損を防止することができる燃料コンパクト及びそのような燃料コンパクトの製造方法を提供することにある。 In view of the above problems, the problem to be solved by the present invention is that the coated fuel particles are prevented from being damaged by the stress during pressing, and that the fuel compact, the fuel sleeve, and the graphite block are easily and at low cost. An object of the present invention is to provide a fuel compact capable of preventing breakage and a method for manufacturing such a fuel compact.

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、被覆燃料粒子を一体成型して形成された燃料コンパクトにおいて、隅部にチャンファが形成されていることを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。 The present invention provides, as a first means for solving the above-mentioned problems, a fuel compact formed by integrally molding coated fuel particles, wherein a chamfer is formed at a corner. It is to provide.

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、燃料コンパクトは円筒形状を有し、チャンファは円筒形状の燃料コンパクトの隅部に形成されていることを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。 According to the present invention, as a second means for solving the above-described problem, in the first solving means, the fuel compact has a cylindrical shape, and the chamfer is formed at a corner of the cylindrical fuel compact. The fuel compact characterized by the above is provided.

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、チャンファは、燃料コンパクトの上端及び下端の隅部に形成されていることを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。 According to the present invention, as a third means for solving the above-described problems, in the first or second solving means, the chamfer is formed at corners of the upper end and the lower end of the fuel compact. A fuel compact characterized by the above is provided.

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、チャンファの厚みが０．１０ｍｍ以上であることを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。 The present invention provides, as a fourth means for solving the above problems, a fuel compact according to any one of the first to third solving means, wherein the thickness of the chamfer is 0.10 mm or more. It is to provide.

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、チャンファの面取り角度は３０°〜６０°の範囲内であり、かつ、チャンファの厚みはチャンファ面が被覆燃料粒子の外周面に接する時の厚みを上限値とすることを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。 As a fifth means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a chamfer chamfer angle in the range of 30 ° to 60 ° in any one of the first to fourth solutions, and The thickness of the chamfer is to provide a fuel compact characterized in that the thickness when the chamfer surface is in contact with the outer peripheral surface of the coated fuel particles is the upper limit.

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５の解決手段において、チャンファの面取り角度が４５°以外である場合には、チャンファの厚みは、チャンファ面が被覆燃料粒子の外周面に接する時に特定される２つのチャンファの厚みのうち、大きい側の値を上限値とすることを特徴とする燃料コンパクトを提供するものである。 According to the present invention, as a sixth means for solving the above-described problems, in the fifth solution means, when the chamfer chamfering angle is other than 45 °, the chamfer surface has a chamfer surface coated fuel. Among the thicknesses of two chamfers specified when coming into contact with the outer peripheral surface of the particle, the fuel compact is characterized in that the larger value is set as the upper limit value.

また、本発明は、上記第１乃至第６のいずれかの解決手段である燃料コンパクトを製造するのに適した以下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７の手段として、被覆燃料粒子を金型により一体成型して燃料コンパクトを製造する燃料コンパクトの製造方法において、金型の隅部にテーパを形成して、燃料コンパクトの隅部にチャンファを形成することを特徴とする燃料コンパクトの製造方法を提供するものである。 The present invention also provides the following means suitable for manufacturing a fuel compact as any one of the first to sixth means. That is, according to the present invention, as a seventh means for solving the above-described problem, in a fuel compact manufacturing method for manufacturing a fuel compact by integrally molding coated fuel particles with a mold, the corner of the mold is tapered. And a chamfer is formed at the corner of the fuel compact, and a method for manufacturing the fuel compact is provided.

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７の解決手段において、テーパ面を有するリング状のテーパ部材を金型に装着することにより金型の隅部にテーパを形成することを特徴とする燃料コンパクトの製造方法を提供するものである。 According to the present invention, as an eighth means for solving the above-mentioned problems, in the seventh solution means, a ring-shaped taper member having a tapered surface is attached to the mold so that the corner of the mold is tapered. A method for manufacturing a fuel compact is provided.

本発明によれば、上記のように、円筒形状の燃料コンパクトの隅部にチャンファ（面取り）を形成しているため、ハンドリング時や熱膨張時に、燃料コンパクトが燃料スリーブや黒鉛ブロックの内面と機械的に接触しても、燃料コンパクトに加わる応力が低減するので、燃料コンパクトに欠損や割れが生じるのを防止することができ、ひいては燃料スリーブや黒鉛ブロックが破損することがない実益がある。 According to the present invention, as described above, chamfers (chamfering) are formed at the corners of the cylindrical fuel compact, so that the fuel compact is connected to the inner surface of the fuel sleeve and the graphite block and the machine during handling and thermal expansion. Even if contact is made, the stress applied to the fuel compact is reduced, so that the fuel compact can be prevented from being broken or cracked, and the fuel sleeve and the graphite block are not damaged.

本発明によれば、上記のように、チャンファの厚みや面取り角度を適切に調整しているため、チャンファを形成してもプレス時の応力により被覆燃料粒子が破損することがなく、被覆燃料粒子の破損を防止しつつ燃料コンパクトの機械的衝撃に対する強度を向上させることができる実益がある。 According to the present invention, as described above, since the chamfer thickness and chamfer angle are appropriately adjusted, the coated fuel particles are not damaged by the stress during pressing even if the chamfer is formed. There is an advantage that the strength of the fuel compact against mechanical impact can be improved while preventing damage to the fuel.

本発明によれば、上記のように、金型の隅部にテーパを形成して、円筒形状の燃料コンパクトの隅部にチャンファを形成しているため、簡易に、燃料コンパクトの破損を防止することができる実益がある。 According to the present invention, since the taper is formed at the corner of the mold and the chamfer is formed at the corner of the cylindrical fuel compact as described above, the fuel compact is easily prevented from being damaged. There are real benefits that can be made.

この場合、本発明によれば、上記のように、この金型の隅部のテーパを、テーパ面を有するリング状のテーパ部材により形成してチャンファを形成しているため、テーパ部材を金型の内部に装着するだけで、大幅な変更を加えることなく既存の製造設備を利用することができるので、簡易に、かつ、低コストで、燃料コンパクトの破損を防止することができる実益がある。 In this case, according to the present invention, as described above, the chamfer is formed by forming the taper at the corner of the mold by the ring-shaped taper member having the taper surface. Since the existing manufacturing equipment can be used without making any significant changes simply by mounting the inside of the fuel cell, there is an actual advantage that damage to the fuel compact can be prevented easily and at low cost.

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は本発明の製造方法により製造された燃料コンパクト１０を示し、この燃料コンパクト１０は、図１（Ｂ）に示すように、複数の被覆燃料粒子１２を、プレス成型又はモールド成型により加熱しながら圧縮して一体成型することにより、形成されている。 An embodiment for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a fuel compact 10 manufactured by the manufacturing method of the present invention. This fuel compact 10 is shown in FIG. In this way, the plurality of coated fuel particles 12 are formed by compression and integral molding while heating by press molding or mold molding.

具体的には、燃料コンパクト１０は、所定量の被覆燃料粒子１２を、黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス中に分散させて、この黒鉛マトリックス材と共に、図２（Ｂ）に示すように、ダイス１内に投入して、ダイス１内で上下のパンチ２Ａ、２Ｂにより圧縮することにより製造される。 Specifically, the fuel compact 10 has a predetermined amount of coated fuel particles 12 dispersed in a graphite matrix made of graphite powder, a binder, etc., and together with this graphite matrix material, as shown in FIG. Then, it is manufactured by being put into the die 1 and compressed by the upper and lower punches 2A, 2B in the die 1.

この被覆燃料粒子１２の圧縮に際しては、金属製のダイス１やパンチ２、また、被覆燃料粒子１２を加熱することにより、黒鉛マトリックス材に含まれるフェノール樹脂を軟化させて被覆燃料粒子１２間のバインダとして一体化し、図１に示す円筒形状の燃料コンパクト１０に成型する。なお、図２において、符合３は、円筒形状の燃料コンパクト１０に中空部を形成するためのコアロッドを示し、必要に応じて設置される。また、これらのダイス１、パンチ２、コアロッド３は、例えば、合金工具鋼から形成することができる。 When the coated fuel particles 12 are compressed, the metal die 1 and the punch 2 and the coated fuel particles 12 are heated to soften the phenol resin contained in the graphite matrix material and to bind the binder between the coated fuel particles 12. And is formed into a cylindrical fuel compact 10 shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 3 indicates a core rod for forming a hollow portion in the cylindrical fuel compact 10 and is installed as necessary. Moreover, these dies 1, punch 2, and core rod 3 can be formed from alloy tool steel, for example.

なお、被覆燃料粒子１２は、圧縮する前に予め、その表面に、図１（Ｂ）に示すように、黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材をコーティングして形成されたオーバーコート層１４が被覆されている。このオーバーコート層１４は、１）プレス成型時等の圧力によって、被覆燃料粒子１２を破損することを防止すると共に、２）被覆燃料粒子１２間の介在として、燃料コンパクト１０内において被覆燃料粒子１２を均一に分散させて、焼結時に被覆燃料粒子１２が熱的機械的に破損するのを防止するために形成される。このため、被覆燃料粒子１２が均一に分散されるよう、オーバーコート層１４が形成された被覆燃料粒子１２の直径を均一に揃えた上で、燃料コンパクト１０とすることが一般的である。 The coated fuel particles 12 are pre-compressed with an overcoat layer formed by coating the surface thereof with a graphite matrix material made of graphite powder, a binder, etc., as shown in FIG. 1 (B). 14 is coated. The overcoat layer 14 prevents 1) damage of the coated fuel particles 12 due to pressure at the time of press molding or the like, and 2) serves as an intermediate between the coated fuel particles 12 in the fuel compact 10. In order to prevent the coated fuel particles 12 from being thermally and mechanically damaged during sintering. For this reason, it is common to make the fuel compact 10 after uniformizing the diameter of the coated fuel particles 12 on which the overcoat layer 14 is formed so that the coated fuel particles 12 are uniformly dispersed.

なお、このオーバーコート層１４は、被覆燃料粒子１２を、黒鉛粉末や粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材中に分散させることにより形成することができるが、その際、オーバーコート層１４の厚みは、このオーバーコート工程の途中及び最後にオーバーコート層１４が形成された被覆燃料粒子１２を篩い分けする際に、その篩のメッシュサイズを適切に設定すると共に、オーバーコートのための時間を長く調整することにより、適切な厚みに調整することができる。 The overcoat layer 14 can be formed by dispersing the coated fuel particles 12 in a graphite matrix material made of graphite powder, a binder or the like. In this case, the thickness of the overcoat layer 14 is When sieving the coated fuel particles 12 on which the overcoat layer 14 is formed during and at the end of the overcoat process, the mesh size of the sieve is appropriately set and the time for overcoat is adjusted to be longer. By doing, it can adjust to suitable thickness.

本発明の燃料コンパクト１０においては、図１に示すように、円筒形状の燃料コンパクト１０の隅部１０ａにチャンファ１６（面取り）が形成されている。このチャンファ１６は、図１（Ａ）に示すように、円筒形状の燃料コンパクト１０の上端及び下端の隅部１０ａの全周にわたって形成することが望ましい。 In the fuel compact 10 of the present invention, as shown in FIG. 1, chamfers 16 (chamfered) are formed at the corners 10 a of the cylindrical fuel compact 10. As shown in FIG. 1A, the chamfer 16 is preferably formed over the entire circumference of the upper and lower corners 10a of the cylindrical fuel compact 10.

このチャンファ１６により、図４に示す従来の燃料コンパクト１０において、その角部１０ｂ一極に荷重が加わる場合に比し、隅部１０ａに加わった機械的衝撃が分散されて応力が低減し、燃料コンパクト１０、ひいては、その欠片等による図示しない燃料スリーブ、黒鉛ブロックの破損を防止することができる。 Compared to the case where a load is applied to one corner 10b of the conventional fuel compact 10 shown in FIG. 4, the chamfer 16 disperses the mechanical shock applied to the corner 10a and reduces the stress, thereby reducing the fuel. It is possible to prevent damage to the fuel sleeve and the graphite block (not shown) due to the compact 10 and eventually the fragments.

このチャンファ１６は、図２（Ｂ）に示すように、上下のパンチ２Ａ、２Ｂ等の金型の隅部にテーパ２ａを形成して、オーバーコート層１４を有する被覆燃料粒子１２を圧縮することにより形成することができる。この場合、このテーパ２ａは、図２（Ｂ）に示すように、テーパ面を有するリング状のテーパ部材４を、上下のパンチ２Ａ、２Ｂに装着することにより形成することができる。 As shown in FIG. 2B, the chamfer 16 compresses the coated fuel particles 12 having the overcoat layer 14 by forming a taper 2a at the corners of the upper and lower punches 2A, 2B and the like. Can be formed. In this case, the taper 2a can be formed by attaching a ring-shaped taper member 4 having a tapered surface to the upper and lower punches 2A and 2B, as shown in FIG. 2B.

このため、図２（Ａ）に示す従来からの一般的なパンチ２Ａ、２Ｂに大幅な変更を加えることなくテーパ部材４を装着するだけで、本発明の製造方法に対応することができる。従って、既存の製造設備を有効に利用することができるので、簡易に、かつ、低コストで、チャンファ１６を有する本発明の燃料コンパクト１０を製造することができる。なお、テーパ部材４は、その直径を、上下のパンチ２Ａ、２Ｂの直径と等しく設定しておくことにより、上下のパンチ２Ａ、２Ｂの隅部に取り付けることができる。 For this reason, it can respond to the manufacturing method of this invention only by mounting | wearing the taper member 4 without adding a big change to the conventional general punch 2A, 2B shown to FIG. 2 (A). Therefore, since the existing manufacturing equipment can be used effectively, the fuel compact 10 of the present invention having the chamfer 16 can be manufactured easily and at low cost. The taper member 4 can be attached to the corners of the upper and lower punches 2A and 2B by setting the diameter thereof equal to the diameters of the upper and lower punches 2A and 2B.

このチャンファ１６の厚みｔ、ｔ´（図１（Ｂ）参照）は、少なくとも０．１０ｍｍ以上とすることが望ましい。これは、チャンファ１６の厚みｔ、ｔ´が大きい方が、チャンファ１６のチャンファ面の面積を大きく取ることができ、燃料コンパクト１０に加わる機械的衝撃を分散して、応力を充分に低減することにより、燃料コンパクト１０の欠損を充分に防止することができるからである。なお、本発明において、チャンファ１６の厚みｔ、ｔ´とは、図１（Ｂ）に示すように、燃料コンパクト１０の直交する上面（又は下面）１０Ａと側面１０Ｂとに跨って形成されるチャンファ１６において、一方の端面（上面（あるいは下面）１０Ａ又は側面１０Ｂ）の位置から、チャンファ１６が他方の端面（側面１０Ｂ又は上面（あるいは下面）１０Ａ）と交差する位置までの距離をいう。 The thickness t, t ′ (see FIG. 1B) of the chamfer 16 is preferably at least 0.10 mm. This is because when the thickness t, t ′ of the chamfer 16 is larger, the chamfer surface area of the chamfer 16 can be made larger, and the mechanical shock applied to the fuel compact 10 is dispersed to sufficiently reduce the stress. This is because the loss of the fuel compact 10 can be sufficiently prevented. In the present invention, the thicknesses t and t ′ of the chamfer 16 are chamfers formed across the orthogonal upper surface (or lower surface) 10A and side surface 10B of the fuel compact 10, as shown in FIG. 16, the distance from the position of one end surface (upper surface (or lower surface) 10A or side surface 10B) to the position where the chamfer 16 intersects the other end surface (side surface 10B or upper surface (or lower surface) 10A).

このように、チャンファ１６は、燃料コンパクト１０の欠損防止のためには、その厚みｔ、ｔ´をできるだけ大きく設定することが望ましいが、その一方で、チャンファ１６の厚みｔ、ｔ´をあまりに大きく設定すると、圧縮時にオーバーコート層１４を有する被覆燃料粒子１２の強度に影響を与える。同時に、このチャンファ１６の厚みｔ、ｔ´を大きくとるために、チャンファ１６の面取り角度θ、θ´（図１（Ｂ）参照：燃料コンパクト１０の端面からのチャンファ１６の傾斜角度：θ＋θ´＝９０°）を必要以上に大きく（他方の面取り角度を小さく）設定すると、却って、チャンファ１６としての応力低減機能が低下する。 As described above, the chamfer 16 is desirably set to have the thicknesses t and t ′ as large as possible in order to prevent the fuel compact 10 from being damaged. On the other hand, the chamfers 16 have a thickness t and t ′ that is too large. When set, it affects the strength of the coated fuel particles 12 having the overcoat layer 14 during compression. At the same time, in order to increase the thickness t, t ′ of the chamfer 16, the chamfering angles θ, θ ′ of the chamfer 16 (see FIG. 1B): the inclination angle of the chamfer 16 from the end surface of the fuel compact 10: θ + θ ′ = If the angle 90 ° is set larger than necessary (the other chamfer angle is reduced), the stress reducing function as the chamfer 16 is deteriorated.

このため、このチャンファ１６の面取り角度θ、θ´（図１（Ｂ）参照）は３０°〜６０°の範囲内で設定し、かつ、チャンファ１６の厚みｔ、ｔ´（図１（Ｂ）参照）は、チャンファ面が被覆燃料粒子１２の外周面に接する時の厚みを上限値とすることが望ましい。具体的には、例えば、オーバーコート層１４を有する被覆燃料粒子１２の直径（オーバーコート層１４を含む直径）を１ｍｍ、チャンファ１６の面取り角度θ、θ´を、図１（Ｂ）に示すように、４５°に設定した図１に示す実施の形態においては、チャンファ１６の厚みｔ、ｔ´の上限値は０．２９ｍｍとなる。 For this reason, the chamfer angles θ and θ ′ (see FIG. 1B) of the chamfer 16 are set within a range of 30 ° to 60 °, and the thicknesses t and t ′ of the chamfer 16 (FIG. 1B). For the reference), it is desirable that the thickness when the chamfer surface is in contact with the outer peripheral surface of the coated fuel particle 12 be an upper limit value. Specifically, for example, the diameter of the coated fuel particles 12 having the overcoat layer 14 (diameter including the overcoat layer 14) is 1 mm, and the chamfer angles θ and θ ′ of the chamfer 16 are as shown in FIG. In addition, in the embodiment shown in FIG. 1 set to 45 °, the upper limit values of the thicknesses t and t ′ of the chamfer 16 are 0.29 mm.

上記の具体例において、０．２９ｍｍ以上の値の厚みｔ、ｔ´とすると、チャンファ１６が、いわばオーバーコート層１４を有する被覆燃料粒子１２の一部を切り欠くように配置されることになるため、オーバーコートされた被覆燃料粒子１２の圧縮時等に、オーバーコート層１４、ひいては、被覆燃料粒子１２に必要以上の負荷が加わり、被覆燃料粒子１２が破損して、核***生成物の保持上好ましくない状態となるおそれがある。即ち、チャンファ１６の厚みｔ、ｔ´は、少なくともチャンファ面がオーバーコート層１４の外周と重なる位置に設定した場合における厚みをもって上限値とし、それ以上には設定しないことが必要となる。これにより、オーバーコート層１４を有する被覆燃料粒子１２の破損を防止しつつ、製造された燃料コンパクト１０の機械的衝撃に対する強度を向上させることができる。 In the above specific example, when the thicknesses t and t ′ have a value of 0.29 mm or more, the chamfer 16 is arranged so as to cut out part of the coated fuel particles 12 having the overcoat layer 14. Therefore, when the overcoated coated fuel particles 12 are compressed, an overload is applied to the overcoat layer 14 and, consequently, the coated fuel particles 12, and the coated fuel particles 12 are damaged, so that fission products can be retained. There is a risk of an undesirable state. That is, the thicknesses t and t ′ of the chamfer 16 should be set to the upper limit values when the chamfer surface is set at a position where at least the chamfer surface overlaps the outer periphery of the overcoat layer 14, and should not be set any more. Thereby, the strength with respect to the mechanical impact of the manufactured fuel compact 10 can be improved while preventing damage to the coated fuel particles 12 having the overcoat layer 14.

なお、チャンファ１６の面取り角度を、図示の実施の形態のように、４５°に設定した場合には、面取り角度θ、θ´のいずれも４５°となり、チャンファ１６の厚みも、燃料コンパクト１０の上面（又は下面）１０Ａからの厚みｔと側面１０Ｂからの厚みｔ´とが等しくなるが、面取り角度を４５°以外に設定する場合には、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、チャンファ１６において異なる値の面取り角度θ、θ´が存在することになり（例えば、３０°と６０°）、その結果、上記の意味でのチャンファ１６の厚みも、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、異なる値の厚みが特定されることになる。 When the chamfer angle of the chamfer 16 is set to 45 ° as in the illustrated embodiment, the chamfer angles θ and θ ′ are both 45 °, and the thickness of the chamfer 16 is also the same as that of the fuel compact 10. The thickness t from the upper surface (or lower surface) 10A is equal to the thickness t ′ from the side surface 10B, but when the chamfering angle is set to other than 45 °, as shown in FIGS. There are chamfer angles θ and θ ′ of different values in the chamfer 16 (for example, 30 ° and 60 °), and as a result, the thickness of the chamfer 16 in the above meaning is also shown in FIGS. As shown, different thicknesses are specified.

即ち、図３（Ａ）に示す実施の形態においては、上面１０Ａからの厚みＸ１と、側面１０Ｂからの厚みＸ２、図３（Ｂ）に示す実施の形態においては、上面１０Ａからの厚みＹ１と、側面１０Ｂからの厚みＹ２である。この場合には、チャンファ１６の厚みは、チャンファ面がオーバーコート層１４を有する被覆燃料粒子１２の外周面に接する時のチャンファの厚みＸ１又はＸ２（Ｙ１又はＹ２）のうち、それぞれ、大きい側の値を上限値として設定し、チャンファ１６の厚みが、それ以上の値とならないように設定する。 That is, in the embodiment shown in FIG. 3A, the thickness X1 from the upper surface 10A and the thickness X2 from the side surface 10B, and in the embodiment shown in FIG. 3B, the thickness Y1 from the upper surface 10A The thickness Y2 from the side surface 10B. In this case, the thickness of the chamfer 16 is larger on the chamfer thickness X1 or X2 (Y1 or Y2) when the chamfer surface is in contact with the outer peripheral surface of the coated fuel particle 12 having the overcoat layer 14, respectively. The value is set as the upper limit value, and the chamfer 16 is set so that the thickness of the chamfer 16 does not become a value larger than that.

具体的には、図３（Ａ）に示す実施の形態においては、上面（下面）１０Ａからの距離である厚みＸ１の値を、図３（Ｂ）に示す実施の形態においては、側面１０Ｂからの距離である厚みＹ２の値を、それぞれ上限値として、チャンファ１６の厚みが、それ以上の値とならないように設定することにより、他方の厚み（Ｘ２、Ｙ１）も必ず上限値である厚み（Ｘ１、Ｙ２）よりも小さくなり、チャンファ１６がオーバーコート層１４を含む被覆燃料粒子１２に影響を与えることがなく、オーバーコート層１４を有する被覆燃料粒子１２の破損を防止することができる。 Specifically, in the embodiment shown in FIG. 3A, the value of the thickness X1, which is the distance from the upper surface (lower surface) 10A, is changed from the side surface 10B in the embodiment shown in FIG. And the thickness of the chamfer 16 is set so that the thickness of the chamfer 16 does not exceed that value, the other thickness (X2, Y1) is always the upper limit thickness ( X1 and Y2), the chamfer 16 does not affect the coated fuel particles 12 including the overcoat layer 14, and damage of the coated fuel particles 12 having the overcoat layer 14 can be prevented.

本発明は、オーバーコートされた燃料粒子を、燃料棒等の種々の形態の燃料コンパクトに加工することに適用することができる。 The present invention can be applied to processing overcoated fuel particles into various forms of fuel compacts such as fuel rods.

図１は、本発明の燃料コンパクトを示し、同図（Ａ）はその斜視図、同図（Ｂ）はその一部拡大断面図である。1A and 1B show a fuel compact of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view thereof and FIG. 1B is a partially enlarged sectional view thereof. 燃料コンパクトの製造方法を実施する状態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the state which implements the manufacturing method of a fuel compact. 本発明の燃料コンパクトの他の実施の形態の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of other embodiment of the fuel compact of this invention. 図３は、従来の燃料コンパクトを示し、同図（Ａ）はその斜視図、同図（Ｂ）はその一部拡大断面図である。3A and 3B show a conventional fuel compact, in which FIG. 3A is a perspective view thereof and FIG. 3B is a partially enlarged sectional view thereof.

符号の説明Explanation of symbols

１ダイス
２パンチ
２Ａ上パンチ
２Ｂ下パンチ
２ａテーパ
３コアロッド
４テーパ部材
１０燃料コンパクト
１０Ａ燃料コンパクトの上面（下面）
１０Ｂ燃料コンパクトの側面
１０ａ燃料コンパクトの隅部
１０ｂ燃料コンパクトの角部
１２被覆燃料粒子
１４オーバーコート層
１６チャンファ
ｔ、ｔ´、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２チャンファの厚み
θ、θ´ チャンファの面取り角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dice 2 Punch 2A Upper punch 2B Lower punch 2a Taper 3 Core rod 4 Tapered member 10 Fuel compact 10A Upper surface (lower surface) of fuel compact
10B Fuel Compact Side Face 10a Fuel Compact Corner 10b Fuel Compact Corner 12 Coated Fuel Particle 14 Overcoat Layer 16 Chamfer t, t ′, X1, X2, Y1, Y2 Chamfer Thickness θ, θ ′ Chamfer Chamfer Angle

Claims

被覆燃料粒子を一体成型して形成された燃料コンパクトにおいて、隅部にチャンファが形成されていることを特徴とする燃料コンパクト。 A fuel compact formed by integrally molding coated fuel particles, wherein a chamfer is formed at a corner.

請求項１に記載された燃料コンパクトであって、前記燃料コンパクトは円筒形状を有し、前記チャンファは前記円筒形状の燃料コンパクトの隅部に形成されていることを特徴とする燃料コンパクト。 2. The fuel compact according to claim 1, wherein the fuel compact has a cylindrical shape, and the chamfer is formed at a corner of the cylindrical fuel compact.

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であって、前記チャンファは、前記燃料コンパクトの上端及び下端の隅部に形成されていることを特徴とする燃料コンパクト。 3. The fuel compact according to claim 1, wherein the chamfer is formed at corners of an upper end and a lower end of the fuel compact. 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であって、前記チャンファの厚みが０．１０ｍｍ以上であることを特徴とする燃料コンパクト。 4. The fuel compact according to any one of claims 1 to 3, wherein the chamfer has a thickness of 0.10 mm or more.

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であって、前記チャンファの面取り角度は３０°〜６０°の範囲内であり、かつ、前記チャンファの厚みはチャンファ面が前記被覆燃料粒子の外周面に接する時の厚みを上限値とすることを特徴とする燃料コンパクト。 5. The fuel compact according to claim 1, wherein a chamfer angle of the chamfer is in a range of 30 ° to 60 °, and a thickness of the chamfer is a chamfer surface of the coated fuel. A fuel compact characterized in that the upper limit is the thickness when contacting the outer peripheral surface of the particles.

請求項５に記載された燃料コンパクトであって、前記チャンファの面取り角度が４５°以外である場合には、前記チャンファの厚みは、前記チャンファ面が前記被覆燃料粒子の外周面に接する時に特定される２つの前記チャンファの厚みのうち、大きい側の値を上限値とすることを特徴とする燃料コンパクト。 The fuel compact according to claim 5, wherein when the chamfer angle of the chamfer is other than 45 °, the thickness of the chamfer is specified when the chamfer surface is in contact with an outer peripheral surface of the coated fuel particle. A fuel compact characterized in that a larger value of the two chamfer thicknesses is set as an upper limit value.

被覆燃料粒子を金型により一体成型して燃料コンパクトを製造する燃料コンパクトの製造方法において、前記金型の隅部にテーパを形成して、前記燃料コンパクトの隅部にチャンファを形成することを特徴とする燃料コンパクトの製造方法。 In a fuel compact manufacturing method for manufacturing a fuel compact by integrally molding coated fuel particles with a mold, a taper is formed at a corner of the mold, and a chamfer is formed at a corner of the fuel compact. A method for manufacturing a fuel compact.

請求項７に記載された燃料コンパクトの製造方法であって、テーパ面を有するリング状のテーパ部材を前記金型に装着することにより前記金型の隅部にテーパを形成することを特徴とする燃料コンパクトの製造方法。
8. The method of manufacturing a fuel compact according to claim 7, wherein a taper is formed at a corner of the mold by mounting a ring-shaped taper member having a tapered surface on the mold. Fuel compact manufacturing method.