(57)【要約】【課題】  燃料核（原料）の過剰供給による製品の品質低下を防止し、また原料の投入から被覆燃料粒子（製品）の回収までの作業を自動化する。【解決手段】  上下のホッパー４０、４２とその下流側の原料投入弁４０Ｖ、４２Ｖを開閉制御して反応管１６内に過剰の原料が投入されることがないようにし、また反応管１６の下端開口から離反するように下部ノズル２２及び上部ノズル２４を下降して反応管１６の下端を開口かし、この開口から下部ノズル２２の回りの製品取出し部材６０に被覆燃料粒子Ｐを導出し、原料投入作業と製品取出し作業とを連携してこれらの作業を自動化する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス炉用の核燃料を製造する際に燃料核を流動床装置の反応管内に投入して高温下で多層被覆して得られた被覆燃料粒子を前記反応管から回収する流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法において、少なくとも１つのホッパーからその下流側に設けられた投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を前記流動床装置に投入し、前記燃料核に多層被覆を施して被覆燃料粒子を製造した後、前記反応管の底部を閉じている黒鉛ノズルを下降して前記反応管の開いた底部から前記被覆燃料粒子を取り出し回収容器に移送して回収することを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法。
【請求項２】
請求項１に記載の流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法であって、相互に連通して燃料核が受け入れられる上下のホッパーをそれぞれのホッパーの下流側に設けられた投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を上側ホッパーから下側ホッパーへ、下側ホッパーから前記流動床装置に移送することを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法。
【請求項３】
請求項２に記載の流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法であって、前記上側ホッパーの投入弁は、前記上側ホッパーの蓋を閉じると、自動的に開いて、前記上側ホッパーから前記下側ホッパーに燃料核が移送し、前記上側ホッパー内のすべての燃料核が前記下側ホッパー内に移送すると、前記下側ホッパーの投入弁が開いてその中の燃料核が反応管内に投入されると共に前記上側ホッパーの投入弁が閉じ、前記下側ホッパーから前記反応管内にすべての燃料核が投入されると、前記下側ホッパーの投入弁が閉じ、前記被覆燃料粒子が回収されるまで前記すべての投入弁が閉じていることを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法であって、前記下側ホッパーにはその内部の燃料核を前記流動床装置内に圧送する流動ガスを供給するようにしたことを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法であって、前記ホッパーは、２バッチ分に相当する燃料核を受け入れる容量を有することを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法。
【請求項６】
高温ガス炉用の被覆燃料粒子を製造する際に燃料核を流動床装置の反応管内に投入して高温下で多層被覆して得られた被覆燃料粒子を前記反応管から回収する流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置において、少なくとも１つのホッパーとその下流側に設けられた投入弁とを含み前記投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を前記流動床装置に投入する燃料核投入手段と、前記燃料核を多層被覆して得られた被覆燃料粒子を前記反応管の底部を閉じている黒鉛ノズルを下降して前記反応管の開いた底部から前記被覆燃料粒子を取り出し回収容器に移送して回収する被覆燃料粒子回収手段とを備えたことを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置。
【請求項７】
請求項６に記載の流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置であって、前記燃料核投入手段は、相互に連通して燃料核が受け入れられる上下のホッパーとそれぞれのホッパーの下流側に設けられた投入弁とから成り、前記投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を上側ホッパーから下側ホッパーに、下側ホッパーから前記流動床装置に順次移送するようにしたことを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置。
【請求項８】
請求項７に記載の流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置であって、前記上側ホッパーの投入弁は、前記上側ホッパーの蓋を閉じると、自動的に開いて、前記上側ホッパーから前記下側ホッパーに燃料核が移送し、前記上側ホッパー内のすべての燃料核が前記下側ホッパー内に移送すると、前記下側ホッパーの投入弁が開いてその中の燃料核が反応管内に投入されると共に前記上側ホッパーの投入弁が閉じ、前記下側ホッパーから前記反応管内にすべての燃料核が投入されると、前記下側ホッパーの投入弁が閉じ、前記被覆燃料粒子が回収されるまで前記すべての投入弁が閉じているように前記投入弁を制御する制御手段を更に備えていることを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置であって、前記下側ホッパーにはその内部の燃料核を前記流動床装置内に圧送する流動ガスを供給するガス供給手段を更に備えていることを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、黒鉛を減速材とする高温ガス炉と称される原子炉に用いられるウラン燃料を製造する工程で流動床装置内に燃料核（原料）を投入し、この燃料核を高温下で多層被覆して得られた被覆燃料粒子（製品）を回収する方法及び装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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で健全性を維持する黒鉛で構成しており、炉心を冷却するために、高温下でも化学反応が起こることがないヘリウムガスを冷却ガスとして用いているので、固有の安全性が高く、約９００℃の高い出口温度のヘリウムガスを回収して、この高温熱を発電、水素製造、化学プラント等の広い分野で利用することができる。
【０００３】
高温ガス炉の燃料は、二酸化ウランをセラミック状に焼結した直径が約３５０−６５０ミクロンの燃料核の周囲に４層の被覆を施して形成されている。第一層は、密度が約１ｇ／ｃｍ３の低密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状の核分裂生成物（ＦＰ）のガス溜めとしての機能と燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能とを併せ持っている。第二層は、密度が約１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能を有する。第三層は、密度が約３．２ｇ／ｃｍ３の炭化珪素（ＳｉＣ）の被覆であり、これは、固体ＦＰの保持機能を有すると共に、被覆の主要な補強部材としての機能を有する。最後に、第四層は、第二層と同様に、密度が約１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能と第三層の保護層としての機能を有する。
【０００４】
このようなウラン燃料の一般的な被覆粒子は、約５００−１０００ミクロンの直径を有する。この被覆粒子は、黒鉛マトリックス中に分散させ一定の形状の燃料コンパクトの形態に成型加工され、このコンパクトの一定数量を黒鉛筒に入れ、上下を栓で密封して燃料棒とされる。この燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に差し込まれ、多数個の六角柱型黒鉛ブロックをハニカム配列に多段に重ねて炉心を構成している。
【０００５】
高温ガス炉の燃料は、一般的には、次のようにして製造される。まず、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして硝酸ウラニル原液とし、この硝酸ウラニル原液に純水、増粘剤を添加し攪拌して滴下原液を作る。増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル原液の滴液が落下中にそれ自体の表面張力で真球状になるように作用する。このような増粘剤としては、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、例えば、ポリビニールアルコール樹脂、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。このように調製された滴下原液は、所定の温度に冷却されて粘度が調整された後、細径の滴下ノズルを振動させる等の方法を用いてアンモニア水中に滴下される。
【０００６】
滴液は、アンモニア水溶液表面に着水するまでの空間でアンモニアガスを吹きかけて表面をゲル化させることによって着水時の変形が防止される。硝酸ウラニルは、アンモニア水中でアンモニアと充分に反応し、重ウラン酸アンモニウムの粒子となる。この粒子は、大気中で焙焼され三酸化ウラン粒子となり、更に還元焼結されて高密度のセラミック二酸化ウランの燃料核となる。
【０００７】
この燃料核に被覆を施すために、燃料核は、流動床に装荷され、この流動床内で被覆ガスが供給されて熱分解される。第一層の低密度熱分解炭素は、約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解して被覆される。第二層及び第四層の高密度熱分解炭素は、約１４００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解して被覆される。第三層のＳｉＣは、約１６００℃でメチルクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解して被覆される。一般的な燃料コンパクトは、被覆核燃料粒子を黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材と共に中空円筒形又は円筒形にプレス成型又はモールド成型した後、焼結して得られる。
【０００８】
従来技術では、燃料核は、一般に、反応管上部の原料投入ホッパーから流動ガスフローの下で反応管内に投入され、また流動床で形成された被覆燃料粒子は、バキュームシステムによって反応管上部から外部に取り出されており、その工程が図５及び図６に示されている。
【０００９】
ウラン燃料の燃料核である原料は、流動床装置１１２の上蓋１１８の原料投入口に原料投入ホッパー１４０を取付けてこのホッパー１４０から黒鉛製の反応管１１６内に投入され（図５Ａ乃至図５Ｃ参照）、その後上蓋１１８の原料投入口を閉じて密封する（図５Ｄ参照）。原料投入中、供給弁１７４Ｖを開いてガス供給管１７４から反応管１１６内に流動ガスＧＩを供給するが、これは、原料投入中でも、原料を流動化するためである。
【００１０】
次いで、供給弁１７４Ｖを開いたまま流動ガスＧ１と共に反応ガスを送り込んでその熱分解によって燃料核（原料）の表面に第一層乃至第四層の被覆を施し、被覆燃料粒子Ｐを得る（図６Ａ参照）。
【００１１】
このようにして得られた被覆燃料粒子Ｐを回収するために、図６Ｂに示すように、上蓋１１８を開いて回収容器１６６に接続されたバキュームホース１８０を反応管１１６内の奥まで入れ、回収容器１６６の吸気口１６６ａから強制的に吸気して反応管１１６内の被覆燃料粒子Ｐを吸引して回収し（図６Ｃ参照）、最後に、バキュームホース１８０を反応管１１６から抜き出し、上蓋１１８を閉じて作業を終了する（図６Ｄ参照）。なお、図５及び図６において、符号１１４は、反応管１１６を囲む外壁、１２２、１２４は、それぞれ銅製下部ノズル、黒鉛製上部ノズル、１７０は、銅製下部ノズル１２２にガス供給管１７４から流動ガスを導くガス配管、１７２は、サンプル取出し容器、１７６は、排ガス配管である。また、図５及び図６において、弁１７２Ｖ、１７４Ｖが黒塗りされているのは弁が閉じていることを示し、白抜きは開いていることを示す。
【００１２】
しかし、この従来技術による方法では、作業者が原料投入ホッパーから所定の許容量を越えて反応管に投入する虞がある。原料が許容量を越えて反応管に投入されると、最悪の場合には核分裂の急激な進行により臨界事故を引き起すことがあり、また事故に至らなくても、流量が定まっている流動ガスＧＩでは原料の流動化が正常に行われないで、多層被覆も正常に行われないため、製品の品質が低下する欠点があった。
【００１３】
また、原料投入後、ホッパーを取り外し、上蓋の開口部を閉じるが、この開口部の閉じ忘れがあると、廃ガスが漏洩する。更に、原料の投入と製品の取出し作業は、作業者がホッパーの取付け、上蓋を開いて手動で行っているので、作業性が低い欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、燃料核である原料が許容量を超えて流動床装置内に投入されることがなく、多層被覆を正常に行うことができ、またガスが漏洩することがなく、原料投入と製品の回収とを自動化することができる流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の課題解決手段は、高温ガス炉用の被覆燃料粒子を製造する際に燃料核（原料）を流動床装置の反応管内に投入して高温下で多層被覆して得られた被覆燃料粒子（製品）を反応管から回収する流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法において、少なくとも１つのホッパーをその下流側に設けられた投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を流動床装置に投入し、燃料核を多層被覆して被覆燃料粒子を製造した後、反応管の底部を閉じている黒鉛ノズルを下降して反応管の開いた底部から被覆燃料粒子を取り出し回収容器に移送して回収することを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の第１の課題解決手段において、相互に連通して燃料核が受け入れられる上下のホッパーを用いて、これらのホッパーをその下流側に設けられた投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を上側ホッパーから下側ホッパーに、下側ホッパーから流動床装置に順次移送するのが好ましい。
【００１７】
２つのホッパーを用いる場合、上側ホッパーの投入弁は、上側ホッパーの蓋を閉じると、自動的に開いて、上側ホッパーから下側ホッパーに燃料核が移送し、上側ホッパー内のすべての燃料核が下側ホッパー内に移送すると、上側ホッパーの投入弁が閉じ、下側ホッパーの投入弁が開いてその中の燃料核が反応管内に投入され、下側ホッパーから反応管内にすべての燃料核が投入されると、下側ホッパーの投入弁が閉じ、被覆燃料粒子が回収されるまですべての投入弁が閉じているように制御するのが好ましく、また下側ホッパーにはその内部の燃料核を流動床装置内に圧送する流動ガスを供給するようにするのが好ましい。
【００１８】
本発明の第１の課題解決手段において、ホッパーは、２バッチ分に相当する燃料核を受け入れる容量を有するものとするのが望ましい。
【００１９】
本発明の第２の課題解決手段は、高温ガス炉用の被覆燃料粒子を製造する際に燃料核（原料）を流動床装置の反応管内に投入して高温下で多層被覆して得られた被覆燃料粒子（製品）を反応管から回収する流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置において、少なくとも１つのホッパーとその下流側に設けられた投入弁とを含み投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を流動床装置に投入する燃料核投入手段と、燃料核を多層被覆して得られた被覆燃料粒子を反応管の底部を閉じている黒鉛ノズルを下降してこの反応管の開いた底部から被覆燃料粒子を取り出し回収容器に移送して回収する被覆燃料粒子回収手段とを備えたことを特徴とする流動床装置の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の第２の課題解決手段において、燃料核投入手段は、相互に連通して燃料核が受け入れられる上下のホッパーとそれぞれのホッパーの下流側に設けられた投入弁とから成り、投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を上側ホッパーから下側ホッパーへ、下側ホッパーから流動床装置に移送するように制御するのが好ましい。
【００２１】
このように、２つのホッパーを用いた場合、上側ホッパーの投入弁は、上側ホッパーの蓋を閉じると、自動的に開いて、上側ホッパーから下側ホッパーに燃料核が移送し、上側ホッパー内のすべての燃料核が下側ホッパー内に移送すると、上側ホッパーの投入弁が閉じ、下側ホッパーの投入弁が開いてその中の燃料核が反応管内に投入され、下側ホッパーから反応管内にすべての燃料核が投入されると、下側ホッパーの投入弁が閉じ、被覆燃料粒子が回収されるまですべての投入弁が閉じているように投入弁を制御する制御手段を更に備えているものとすることができる。この場合、下側ホッパーにはその内部の燃料核を流動床装置内に圧送する流動ガスを供給するガス供給手段を更に備えているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、少なくとも１つのホッパーからその下流側に設けられた投入弁を開閉制御しながら所定量の燃料核を流動床装置に投入するので、反応管内に許容量を超えて原料が投入されることがなく、従って過剰投入による原料の流動不良原因となって製品の品質を低下させることがなく、またロードセル等の原料荷重検出装置を装備する必要がなく、装置を簡略化することができる。
【００２３】
また、燃料核に多層被覆を施して得られた被覆燃料粒子である製品は、反応管の底部を閉じている黒鉛ノズルを下降して開いた反応管の底部から取り出して回収容器に移送し回収するので、従来技術のバキュームシステムによる上蓋からの回収のように手動作業を必要としないので、作業性を向上させることができる。
【００２４】
特に、２つのホッパーを用いて、上側ホッパーに原料を投入して蓋を閉じると、上側ホッパーから下側ホッパーへ、下側ホッパーから反応管へ順次原料を移送し、移送後は上流側の投入弁を自動的に閉じるようにし、これを製品回収が終了するまで維持するので、従来のように上蓋の開口部の閉じ忘れによる排ガスの漏洩を起すことがない。
【００２５】
更に、原料投入の自動化と製品の反応管底部の開放による回収とを連携させることによって原料の投入から製品の回収までの全作業工程を自動化することができ、作業効率を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１及び図２は、本発明に係わる燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置１０を備えた流動床装置１２を示し、この流動床装置１２は、外壁１４で囲まれた黒鉛製の反応管１６と、反応管１６の上端開口を開閉自在に閉じる上蓋１８と、外壁１４の下端開口から延びる銅製下部ノズル２２と、この下部ノズル２２に連通するように下部ノズル２２に一体に設けられた皿蓋状の黒鉛製上部ノズル２４とから成り、黒鉛製上部ノズル２４は、反応管１６の下端開口を閉じて流動床として機能する。
【００２７】
本発明の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置１０は、上蓋１８に設けられた燃料核投入手段３０と、外壁１４の下側に設けられた被覆燃料粒子回収手段３２と、これらの燃料核投入手段３０と被覆燃料粒子回収手段３２とを連携して制御する制御手段３４（図４参照）とを備えている。
【００２８】
燃料核投入手段３０は、相互に連通して燃料核（原料）ＦＮが受け入れられる上下のホッパー４０、４２とこれらのホッパー４０、４２の下流側にそれぞれ設けられた原料投入弁４０Ｖ、４２Ｖとから成り、上側ホッパー４０は、図１に示すように、原料投入フード４４によって覆われ、蓋４０Ｃを有する。
【００２９】
制御手段３４の第１の機能は、燃料核投入手段３０の原料投入弁４０Ｖ、４２Ｖを開閉制御しながら所定量の燃料核を上側ホッパー４０から下側ホッパー４２に、下側ホッパー４２から流動床装置１２に順次移送するように制御することである。
【００３０】
図４を参照しながら更に詳細に述べると、制御手段３４は、この第１の機能によって燃料核投入手段３０を次のように制御する。即ち、上側ホッパー４０の蓋４０Ｃを閉じると、図示しないリミットセンサがこの投入弁４０Ｖの閉状態を検出し、上側ホッパー４０の原料投入弁４０Ｖを自動的に開き、上側ホッパー４０から下側ホッパー４２に燃料核ＦＮを移送し（図１Ｃ参照）、上側ホッパー４０内のすべての燃料核ＦＮが下側ホッパー４２内に移送すると、上側ホッパー４０の原料投入弁４０Ｖを閉じる。この原料投入弁４０Ｖの開いている時間は、タイマーの時限で例えば１０分に設定される。原料投入弁４０Ｖの閉状態が検出されると、下側ホッパー４２の原料投入弁４２Ｖを開き、下側ホッパー４２の中の燃料核ＦＮを流動床装置１２の反応管１６内に投入する（図１Ｄ参照）。最後に、下側ホッパー４２から反応管１６内にすべての燃料核ＦＮが移送されると、下側ホッパー４２の原料投入弁４２Ｖが閉じる（図２Ａ参照）。この原料投入弁４２Ｖの開いている時間も、タイマーの時限で例えば１０分に設定される。このようにして、被覆燃料粒子Ｐが回収されるまですべての原料投入弁４０Ｖ、４２Ｖが閉じている状態を維持する。
【００３１】
燃料核投入手段３０は、下側ホッパー４２の内部の燃料核ＦＮを流動床装置１０内に圧送する流動ガスＧ３を供給するため、ガス供給弁４６Ｖを有するガス供給管４６を更に備え、このガス供給管４６は、下側ホッパー４２の上壁に接続されている。
【００３２】
被覆燃料粒子回収手段３２は、下部ノズル２２と上部ノズル２４とを昇降する図示しないノズル昇降機構と、下部ノズル２２のまわりに設けられた製品取出し部材６０から成っている。上部ノズル２４は、上昇位置では反応管１６の底部を閉じて流動床を形成しているが、下降位置では反応管１６の底部を開いて反応管１６内部の被覆燃料粒子（製品）Ｐをこの開いた底部から導出するようになっている。製品取出し部材６０は、図３に示すように、その内部にスパイラル状のスロープ付き取り出し通路６２を有する。この取り出し通路６２は、反応管１６の開いた底部から製品を直線的に下降するのではなく、スパイラル状に下降して製品の落下の衝撃を軽減する作用を有する。なお、製品取出し部材６０は、外壁１４に固定されており、従って上下のノズル２２、２４は、この製品取出し部材６０内を昇降する（図２Ｂ、図２Ｃ参照）。
【００３３】
被覆燃料粒子回収手段３２は、製品取出し部材６０の下端側部に接続された回収弁６４Ｖ付きの回収配管６４と、この回収配管６４の回収弁６４Ｖの下流側に接続された回収容器６６とを更に備えている。回収配管６４の回収弁６４Ｖの上流側にはガス供給弁７８Ｖを有するガス供給管７８が接続されており、このガス供給管７８から供給されるガスＧ２は、後に述べるように、製品を回収容器６６に圧送する機能を有する。
【００３４】
下部ノズル２２の下端にはガス配管７０が設けられ、このガス配管７０の下端にはサンプル回収弁７２Ｖを介してサンプル回収容器７２が設けられ、またこのガス配管７０の途中から分岐してガス供給弁７４Ｖを介して流動ガスＧ１が供給されるガス供給管７４が設けられている。反応管１６の上端付近には反応によって生じた廃ガスを排出する廃ガス導出管７６が設けられている。
【００３５】
本発明の実施の形態では、上下のホッパー４０、４２は、直径が１６０ｍｍ以下で１．６Ｌ（リットル）以下の容積とし、容積的に満たされる原料が２バッチを越えて投入することができないように設定される。反応管１６に投入すべき原料は、ＵＯ２燃料核で直径が４００乃至７００ミクロン、真球度１．２以下、１バッチ当たりの投入量は５．５ｋｇ以下（かさ体積で０．８Ｌ以下に相当）とする。
【００３６】
下部ノズル２２の製品取出し部材６０の取り出し通路６２で囲まれた部分の長さは、１００ｃｍ以下であり、下部ノズル２２の下降距離は、２０ｃｍ以下であり、また製品取出し部材６０の下端から回収容器６６までの距離は、２００ｃｍ以下であり、製品取出し部材６０から回収容器６６へ被覆燃料粒子（製品）Ｐを移送する回収配管６４の内径は、１０乃至３０ｍｍであるのが好ましい。
【００３７】
次に、本発明の燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置１０の使用状態を述べるが、図１及び図２において弁４０Ｖ、４２Ｖ、４６Ｖ、６４Ｖ、７２Ｖ、７４Ｖ及び７８Ｖが黒く塗りつぶされている状態は弁が閉じており、白くなっている状態は弁が開いている状態を示す。通常では、下部ノズル２２は、図１（Ａ）に示すように、上昇位置にあってその皿状の黒鉛製上部ノズル２４は、反応管１６の下端開口を閉じ、この上部ノズル２４が反応管１６の流動床を構成している。
【００３８】
原料投入動作は、図１に示すように、すべての弁４０Ｖ、４２Ｖ、４６Ｖ、６４Ｖ、７２Ｖ及び７４Ｖを閉じ、ガス供給弁７４Ｖを開いてアルゴンガス（不活性ガス）の如き流動ガス（不活性ガス）Ｇ１をガス供給管７４、ガス配管７０を経て反応管１６に供給している状態で開始される。
【００３９】
原料である燃料核ＦＮを上部ホッパー４０に投入し（図１（Ｂ）参照）、その蓋４０Ｃを閉じてリミットスイッチＳＷが働くと、原料投入弁４０Ｖが開き、上部ホッパー４０からその中の燃料核ＦＮが重力落下により下部ホッパー４２内に移送される（図１（Ｃ）参照）。すべての燃料核ＦＮが下部ホッパー４２内に移送されると、原料投入弁４０Ｖが閉じ、原料投入弁４２Ｖが開き、下部ホッパー４２内の燃料核ＦＮが同様に重力落下により反応管１６内に投入される。この際、ガス供給弁４６Ｖを開いてガス供給管４６から流動ガスＧ３を送り込んで流動ガスＧ１の吹き上げに拘わらず燃料核ＦＮが反応管１６内に円滑に移送することができるようにする（図１（Ｄ）参照）。
【００４０】
このようにして、すべての燃料核ＦＮが反応管１６内に投入されると、原料投入弁４２Ｖが閉じて流動ガスＧ１を供給するガス供給弁７４Ｖを除くすべての弁が閉じた状態が維持される（図２（Ａ）参照）。
【００４１】
従って、ガス供給管７４から流動ガスＧ１を供給し続けて流動床内で燃料核ＦＮを流動状態とする。その後、ガス供給管７４からアルゴンガスの流動ガスＧ１に混合して所定の反応ガスを順次供給して核燃料粒子の表面に第一層乃至第四層の被覆を施し、被覆燃料粒子（製品）Ｐを形成する。この被覆工程で生成される排ガス（流動ガスも含む）は、廃ガス導出管７６から排出する。被覆燃料粒子Ｐが形成された後、図示しない冷却手段によって被覆燃料粒子Ｐを所定温度まで冷却する。
【００４２】
次いで、ガス供給管７４から供給するアルゴンガスの流動ガスＧ１の流量を少なくし、図２及び図３に示すように、回収弁６４Ｖを開き、上下のノズル２４、２２を図示しない昇降機構によって下降させ、上部ノズル２４を反応管１６の下端開口から開く。従って流動床内の被覆燃料粒子Ｐは、流動ガスＧ１の流れと共にそれ自体の重量落下によって、製品取出し部材６０内に導出され、そのスパイラルスロープ状の取り出し通路６２に沿って下降し、回収配管６４を経て回収容器６６内に回収される（図２（Ｃ）参照）。回収配管６４内に残存する製品は、ガス供給弁７８Ｖが開いてガス供給管７８から供給される流動ガスＧ２によって回収容器６６内に圧送される。このようにしてすべての製品Ｐが回収容器６６に移送された後、ガス供給弁７４Ｖ、７８Ｖ及び回収弁６４Ｖが閉じて次の操作を行うことができるように待機する。
【実施例】
【００４３】
燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置１０及び流動床装置１２は、図１及び図２の形態とし、ホッパー４０、４２は、それぞれ１６０ｍｍの高さと１．６Ｌの容積を有し、また反応管１６は、２００ｍｍの内径を有していた。平均直径が０．６ｍｍの燃料核ＦＮ３．８ｋｇを上部ホッパー４０に投入した。原料投入弁４０Ｖ、４２Ｖは、上部ホッパー４０の蓋４０Ｃを閉じた後、制御手段３４中のタイマー操作によって１０分毎に開閉を行うようにした。下部ホッパー４２内の原料は、反応管１６の上部開口からこの反応管１６内の１５０Ｌ／分の流量のアルゴンの流動ガスＧ１中に投入される。流動ガス（アルゴンガス）Ｇ３は、下部ホッパー４２から反応管１６内に完全に移送されるように、約３０Ｌ／分の流量で供給した。
【００４４】
反応管１６内にすべての原料が投入された後、投入弁４２を閉じると共に流動ガスＧ３の供給を停止し、流動ガスＧ１に混合して又は代えて約１４００℃でアセチレンガスを反応管１６に供給して第一層の低密度熱分解炭素被覆（平均被覆厚さ０．０６ｍｍ）を形成し、約１４５０℃でプロピレンガスを供給して第二層の高密度熱分解炭素被覆（平均被覆厚さ０．０３ｍｍ）を形成し、約１６００℃でメチルトリクロロシラン・水素混合ガスを供給して第三層のＳｉＣ被覆（平均被覆厚さ０．０３ｍｍ）を形成し、最後に、約１４５０℃でプロピレンガスを供給して第四層の高密度熱分解炭素被覆（平均被覆厚さ０．０３ｍｍ）を形成し、平均直径が０．９２ｍｍの被覆燃料粒子Ｐを得た。
【００４５】
これを約１００℃まで冷却した後、アルゴンの流動ガスＧ１を８０Ｌ／分まで流量を低下して回収弁６４Ｖを開き、下部ノズル２２及び上部ノズル２４を約５ｃｍ下降させてスパイラル状の製品取出し部材６０にすべての製品を導出した。反応管１６の上部覗き窓から反応管１６内に製品の取り残しがないことを確認した後、回収容器６６に製品を移した。回収配管６４内に残留する製品は、８０Ｌ／分の流量のアルゴンの流動ガスＧ２によって回収容器６６に移した。
【００４６】
最後に、ノズル２２、２４を上昇させて上部ノズル２４を反応管１６の底部に密着させ、回収弁６４Ｖを閉じて作業を終了した。流動ガスＧ１の流量変更後から製品を回収するまでに要した時間は、約１０分であった。製品の粒子表面には傷、被覆の破損が見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の燃料核投入・被覆燃料粒子回収方法は、原料を反応管に過剰に投入することがなく、良質の製品を得ることができ、また原料の投入後製品の回収を自動化することができ、作業性が向上するので、高温ガス炉用被覆燃料粒子を供給するのに有利に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の１つの形態による燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置を備えた流動床装置の原料投入直前から原料投入終了までの動作を順次示す概略断面図である。
【図２】図１の流動床装置において燃料核に被覆を施した後、流動床内から被覆燃料粒子を回収するまでの動作を示す概略断面図である。
【図３】図１の流動床装置に用いられる製品取出し部材の拡大正面図である。
【図４】本発明に用いられる制御手段の概略系統図である。
【図５】従来技術による流動床装置の原料投入直前から原料投入終了までの動作を順次示す概略断面図である。
【図６】図５の流動床装置において燃料核に被覆を施した後、流動床内から被覆燃料粒子を回収するまでの動作を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  燃料核投入・被覆燃料粒子回収装置
１２  流動床装置
１４  外壁
１６  反応管
１８  上蓋
２２  下部ノズル
２４  上部ノズル
２６  製品取出し部材
３０  燃料核投入手段
３２  被覆燃料粒子回収手段
３４  制御手段
４０  上部ホッパー
４０Ｃ  蓋
４０Ｖ  原料投入弁
４２  下部ホッパー
４２Ｖ  原料投入弁
４４  原料投入フード
４６  流動ガスＧ３用のガス供給管
４６Ｖ  流動ガスＧ３用ガス供給弁
６０  製品取出し部材
６２  スパイラル状の取り出し通路
６４  回収配管
６４Ｖ  回収弁
６６  回収容器
７０  ガス配管
７２  サンプル回収容器
７４  流動ガスＧ１用ガス供給管
７４Ｖ  流動ガスＧ１用ガス供給弁
７６  排ガス配管
７８  流動ガスＧ２用ガス供給管
７８Ｖ  流動ガスＧ２用ガス供給弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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