JP6611925B2 - 球状燃料素子成形設備 - Google Patents
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Description
球状燃料素子の製造プロセスには、基体黒鉛粉末の製造、被覆粒子のドレッシング、コア球のプレス、グリーンのプレス、ターニング、炭化、高温純化を含み、その中、グリーン球の燃料領域と無燃料領域の成形は、球状素子制造プロセスにおけるコア技術である。球状燃料素子成形のプロセス原理には、ドレッシング粒子と基体黒鉛粉末とが混合されること、混合物がゴム金型内にロードされてコア球にプレスされること、最終加圧型において無燃料領域が造形されること、及び最終的にプレスされて目的サイズよりやや大きいグリーンを得ることを含む。しかしながら、具体的にどのようにドレッシング粒子と基体黒鉛粉末とを混合させるか、どのようにコア球にプレスさせるか、及びどのように最終的に成形させるかを含む、どのように球状燃料素子を成形させるかは従来の技術において開示されていない。特許文献1:中国特許出願CN201210177503(中国特許出願公開CN102689450A)には、球状燃料素子のグリーンのプレスに用いられる真空準静水圧プレスが開示されるが、ドレッシング粒子と基体黒鉛粉末との混合、最終加圧型における無燃料領域の造形等の処理を含む、球状燃料素子成形の他のステップにおいてどのようなプロセスを採用するか、どのような設備を採用するかが開示されていない。従って、燃料素子のコストを低下させることができ、構造がコンパクトで操作が便利である球状燃料素子成形設備を提供することは、非常に重要な意味がある。
前記球状燃料素子をグリーン球にプレスすることに用いられるグリーン球プレスシステムとを含み、
前記燃料領域成形システムは、順に設置されたコア球基体粉末定量輸送装置と、核燃料粒子等分装置と、核燃料粒子高精度定量装置と、一次攪拌装置と、吐出・金型内装入装置と、二次攪拌装置と、コア球プレス装置とを含み、前記コア球基体粉末定量輸送装置、核燃料粒子高精度定量装置、一次攪拌装置、及び吐出・金型内装入装置の間には、材料タンクステーション転送装置を介して接続され、
前記コア球基体粉末定量輸送装置が、前記コア球基体粉末を定量的に前記材料タンクステーション転送装置に輸送し、前記核燃料粒子等分装置と核燃料粒子高精度定量装置とが、前記核燃料を高精度で定量的に前記材料タンクステーション転送装置に輸送し、前記材料タンクステーション転送装置が、前記コア球基体粉末と前記核燃料とを前記一次攪拌装置に輸送し、前記一次攪拌装置が、前記コア球基体粉末と前記核燃料とを均一に攪拌し、前記材料タンクステーション転送装置が、前記一次攪拌装置を経過した前記コア球基体粉末と前記核燃料とを前記吐出・金型内装入装置に輸送し、前記吐出・金型内装入装置が、均一に攪拌された前記コア球基体粉末と前記核燃料とでコア球金型を満たし、前記二次攪拌装置が、前記コア球金型における前記コア球基体粉末と前記核燃料とを攪拌し、
前記コア球プレス装置が、前記コア球金型における前記コア球基体粉末と前記核燃料とをコア球にプレスする球状燃料素子成形設備が提供される。
前記核燃料粒子高精度定量装置は、底部吊下げ機能を備える天秤と、前記天秤の底部に吊下げられた秤量ホッパーと、前記秤量ホッパーに核燃料を添加することに用いられ、核燃料を貯蔵することができる振動フィーダーとを含み、
その中、前記柱状容器の底部に管路が設けられ、前記複数の柱状容器が回転することで、インポジションに回転された前記柱状容器における前記核燃料を前記管路を介して前記秤量ホッパーに輸送することが好ましい。
作業中において、前記攪拌ヘッドがモーターにより駆動されることで前記コア球金型における前記コア球基体粉末と前記核燃料とを攪拌し、前記ベースプレートが前記モーターにより駆動されることで回転し、前記ベースプレートの回転方向と前記攪拌ヘッドの回転方向とが反対であることが好ましい。
前記コア球位置決め搬送装置と前記コア球位置決め移送装置とが、前記コア球を前記無燃料領域造形装置に移送し、前記無燃料領域基体粉末定量輸送装置が前記無燃料領域造形装置に前記基体粉末を輸送し、前記無燃料領域造形装置が、前記基体粉末を前記コア球に被覆して前記球状燃料素子を製造することが好ましい。
前記コア球位置決め移送装置は、1つのグリッパーと、前記グリッパーを駆動して水平と垂直方向に沿って移動させるロボットアームとを含み、前記グリッパーの水平方向における移動範囲は、前記コア球位置決め搬送装置のボスの真上から前記無燃料領域造形装置の金型の真上までであることが好ましい。
S1:コア球基体粉末と無燃料領域基体粉末として、1群の黒鉛をそれぞれコア球基体粉末定量輸送装置の第1のホッパーと無燃料領域基体粉末定量輸送装置に装入する。
S2:材料タンクステーション転送装置における材料タンクがスクリューフィーダーの真下に位置する際に、所定量の黒鉛基体粉末が自動的に材料タンク内に加入する。
S3:250gのU含有核燃料粒子の重量の98%を核燃料粒子等分装置の第2のホッパーに投入し、それを50等分して、柱状容器に貯蔵され、残した2%の核燃料粒子を振動フィーダーに加入し、柱状容器の回転によって、柱状容器における核燃料粒子を天秤底部に吊下げられた秤量ホッパーに流入させ、微調整に必要な量を振動フィーダーによって加入する。
S4:材料タンクステーション転送装置の移送チェーンにおける材料タンクが秤量ホッパーの真下に運転される際に、秤量ホッパーにおける核燃料粒子を、既に所定量の黒鉛基体粉末が加入された材料タンク中に加入する。
S5:材料タンクステーション転送装置の移送チェーンが、核燃料粒子と黒鉛基体粉末が加入された材料タンクを一次攪拌装置のステーションに送り、一次攪拌装置が核燃料粒子と黒鉛基体粉末を均一に攪拌する。
S6:材料タンクステーション転送装置の移送チェーンが、さらに攪拌された核燃料粒子と黒鉛基体粉末を吐出・金型内装入装置に送り、吐出・金型内装入装置が攪拌された核燃料粒子と黒鉛基体粉末でコア球金型を満たす。
S7:材料で満たされたコア球金型を二次攪拌装置に配置して攪拌する。
S8:材料で満たされたコア球金型をコア球プレス装置に置いてコア球にプレスし、プレスされたコア球をコア球位置決め搬送装置のボスに置く。
S9:無燃料領域造形装置を起動して、無燃料領域造形装置の回転盤を90度回転させ、ベースプレートにおける下金型を次のステーションに移行させるように円盤におけるベースプレートを駆動し、所定量の黒鉛基体粉末を下半球無燃料領域基体粉末定量輸送装置によって下金型に輸送する。
S10:コア球位置決め移送装置を起動し、ロボットアームにより、グリッパーが、プリプレスして得られたコア球を黒鉛基体粉末が加入された下金型に置くよう制御し、コア球が金型腔の中間位置にあるようにする。
S11:上金型でカバーし、無燃料領域造形装置を起動して回転盤をさらに90度回転させ、金型を次のステーションに移行させ、上半球無燃料領域基体粉末定量輸送装置が金型のキャビティに所定量の黒鉛基体粉末を注入する。
S12:その後、金型を無燃料領域造形装置の回転盤から取り除いて、真空準静水圧プレスに入れて、グリーン球にプレスする。
Claims (9)
- 順に接続された、コア球基体粉末と核燃料粒子とを均一に混合させた後、コア球にプレスすることに用いられる燃料領域成形システムと、
無燃料基体粉末を前記コア球に被覆して、前記球状燃料素子を製造することに用いられる無燃料領域造形システムと、
前記球状燃料素子をグリーン球にプレスすることに用いられるグリーン球プレスシステムとを含み、
前記燃料領域成形システムは、順に設置されたコア球基体粉末定量輸送装置(1)と、核燃料粒子等分装置(2)と、核燃料粒子高精度定量装置(3)と、一次攪拌装置(4)と、吐出・金型内装入装置(5)と、二次攪拌装置(7)と、コア球プレス装置(8)とを含み、前記コア球基体粉末定量輸送装置(1)、核燃料粒子高精度定量装置(3)、一次攪拌装置(4)、及び吐出・金型内装入装置(5)の間には、材料タンクステーション転送装置(6)を介して接続され、
前記コア球基体粉末定量輸送装置(1)が、前記コア球基体粉末を定量的に前記材料タンクステーション転送装置(6)に輸送し、前記核燃料粒子等分装置(2)と核燃料粒子高精度定量装置(3)とが、前記核燃料を高精度で定量的に前記材料タンクステーション転送装置(6)に輸送し、前記材料タンクステーション転送装置(6)が、前記コア球基体粉末と前記核燃料とを前記一次攪拌装置(4)に輸送し、前記一次攪拌装置(4)が、前記コア球基体粉末と前記核燃料とを均一に攪拌し、前記材料タンクステーション転送装置(6)が、前記一次攪拌装置(4)を経過した前記コア球基体粉末と前記核燃料とを前記吐出・金型内装入装置(5)に輸送し、前記吐出・金型内装入装置(5)が、均一に攪拌された前記コア球基体粉末と前記核燃料とでコア球金型を満たし、前記二次攪拌装置(7)が、前記コア球金型における前記コア球基体粉末と前記核燃料とを攪拌し、
前記コア球プレス装置(8)が、前記コア球金型における前記コア球基体粉末と前記核燃料とをコア球にプレスすることを特徴とする球状燃料素子成形設備。 - 前記コア球基体粉末定量輸送装置(1)が、前記コア球基体粉末の貯蔵に用いられる第1のホッパーと、前記ホッパーの底部に位置するスクリューフィーダーとを含み、前記コア球基体粉末の輸送量が前記スクリューフィーダーの材料供給時間によって制御されることを特徴とする請求項1に記載の球状燃料素子成形設備。
- 前記核燃料粒子等分装置(2)は、核燃料を受けるための回転可能な第2のホッパー(2-1)と、前記第2のホッパー(2-1)に接続される分配管(2-2)と、前記分配管(2-2)が分配された前記核燃料を受けるための複数の柱状容器(2-3)を含み、
前記核燃料粒子高精度定量装置(3)は、底部吊下げ機能を備える天秤(3-1)と、前記天秤の底部に吊下げられた秤量ホッパー(3-2)と、前記秤量ホッパー(3-2)に核燃料を添加することに用いられ、核燃料を貯蔵することができる振動フィーダー(3-3)とを含み、
その中、前記柱状容器(2-3)の底部に管路が設けられ、前記複数の柱状容器(2-3)が回転することで、インポジションに回転された前記柱状容器(2-3)における前記核燃料を前記管路を介して前記秤量ホッパー(3-2)に輸送することを特徴とする請求項1に記載の球状燃料素子成形設備。 - 前記材料タンクステーション転送装置(6)は、赤外線位置決めセンサーと、モータにより駆動されるチェーンと、前記チェーンに装着された若干の材料タンク(6-2)とを含み、前記赤外線位置決めセンサーは、前記若干の材料タンク(6-2)のタンク口が前記コア球基体粉末定量輸送装置(1)の輸送口と、前記核燃料粒子高精度定量装置(3)の秤量ホッパー(3-2)の吐出口と、前記一次攪拌装置(4)と、前記吐出・金型内装入装置(5)とにそれぞれ対応するかを確認することに用いられることを特徴とする請求項1に記載の球状燃料素子成形設備。
- 前記二次攪拌装置(7)は、前記コア球基体粉末と前記核燃料とで満たされたコア球金型(7-0)を配置するためのベースプレート(7-1)と、ブラケット(7-3)と、前記ブラケットに装着された回転可能な攪拌ヘッド(7-2)とを含み、前記攪拌ヘッド(7-2)が前記コア球金型(7-0)のキャビティに伸ばし、
作業中において、前記攪拌ヘッド(7-2)がモーターにより駆動されることで前記コア球金型(7-0)における前記コア球基体粉末と前記核燃料とを攪拌し、前記ベースプレート(7-1)が前記モーターにより駆動されることで回転し、前記ベースプレート(7-1)の回転方向と前記攪拌ヘッド(7-2)の回転方向とが反対であることを特徴とする請求項1に記載の球状燃料素子成形設備。 - 前記コア球プレス装置(8)は、上下に移動可能な外側スリーブ(8-1)と、前記外側スリーブ(8-1)内に固定された上パンチ(8-2)と、上下に移動可能な下パンチ(8-3)とを含み、前記コア球金型(7-0)の外径が、前記外側スリーブ(8-1)の内径、前記上パンチ(8-2)の外径、及び前記下パンチ(8-3)の外径とそれぞれ同じであることを特徴とする請求項1に記載の球状燃料素子成形設備。
- 前記無燃料領域造形システムは、順に設置されたコア球位置決め搬送装置(9)と、コア球位置決め移送装置(12)と、無燃料領域基体粉末定量輸送装置と、無燃料領域造形装置とを含み、前記コア球位置決め搬送装置が、前記コア球位置決め移送装置を介して前記無燃料領域造形装置に接続され、前記無燃料領域基体粉末定量輸送装置が前記無燃料領域造形装置に接続され、
前記コア球位置決め搬送装置(9)と前記コア球位置決め移送装置(12)とが、前記コア球を前記無燃料領域造形装置に移送し、前記無燃料領域基体粉末定量輸送装置が前記無燃料領域造形装置に前記基体粉末を輸送し、前記無燃料領域造形装置が、前記基体粉末を前記コア球に被覆して前記球状燃料素子を製造することを特徴とする請求項1−6のいずれかに記載の球状燃料素子成形設備。 - 前記コア球位置決め搬送装置(9)は位置決め回転可能な円盤(9-1)を含み、に前記コア球を配置するための若干のボス(9-2)が均一に分布し、
前記コア球位置決め移送装置(12)は、1つのグリッパー(12-1)と、前記グリッパー(12-1)を駆動して水平と垂直方向に沿って移動させるロボットアーム(12-2)とを含み、前記グリッパー(12-1)の水平方向における移動範囲は、前記コア球位置決め搬送装置(9)のボス(9-2)の真上から前記無燃料領域造形装置の金型の真上までであることを特徴とする請求項7に記載の球状燃料素子成形設備。 - 前記無燃料領域造形装置は、金型を配置するための可動なベースプレートと、基体粉末の位置を検知するためのプローブと、前記球状燃料素子を成形させるための円弧状ブレードとを含み、前記円弧状ブレードの円心が前記金型の垂直軸線に位置することを特徴とする請求項7に記載の球状燃料素子成形設備。
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